JP7222014B2 - 構造物評価システム、構造物評価装置及び構造物評価方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、構造物内部に損傷がある領域と、センサの設置位置との関係によっては、弾性波源の位置が誤って標定されてしまう場合がある。その結果、構造物の劣化状態の評価精度が低下してしまう場合があった。
複数のセンサは、弾性波を検出する。位置標定部は、前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する。評価部は、前記弾性波の発生源の位置標定結果と、前記複数のセンサそれぞれの設置位置に関する情報とに応じて構造物の劣化状態を評価する。前記評価部は、評価対象となる領域を分割することによって複数の分割領域を設定し、弾性波の第1の特徴量が所定の閾値未満であって、センサの設置位置を中心とした所定の範囲に含まれない分割領域を劣化が生じている領域と評価する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における構造物評価システム100の構成を示す図である。
構造物評価システム100は、構造物の健全性の評価に用いられる。以下の説明において、評価とは、ある基準に基づいて構造物の健全性の度合い、すなわち構造物の劣化状態を決定することを意味する。なお、以下の説明では、構造物の一例としてコンクリートで構成された橋梁を例に説明するが、構造物は橋梁に限定される必要はない。例えば、構造物は、亀裂の発生または進展、あるいは外的衝撃(例えば雨、人工雨など)に伴い弾性波が発生する構造物であればどのようなものであってもよい。なお、橋梁は、河川や渓谷等の上に架設される構造物に限らず、地面よりも上方に設けられる種々の構造物(例えば高速道路の高架橋)なども含む。
図2は、構造物50に一様な衝撃11が付与された場合に、位置標定部401が弾性波源の位置標定を行うことによって生成した弾性波源分布を示す図である。また、図3は、図2における弾性波源分布のコンター図である。図2及び図3において、縦軸及び横軸は評価対象領域の長さ(m)を表す。図2及び図3の黒丸の位置はセンサ20の設置位置を示す。図2及び図3では、15個のセンサ20が設置されている場合を示している。図2の三角55の位置は弾性波源の位置を示す。
図4Aは、損傷62の直下にセンサ20が設置されている場合の構造物50の断面図である。図4Bは、損傷62の直下にセンサ20が設置されていない場合の構造物50の断面図である。図4A及び図4Bでは、損傷62として、横方向の損傷を例に示しているが、上述したように本実施形態における損傷は亀裂、空洞、土砂化等である。図4A及び図4Bにおいて、符号61は衝撃11の付与位置を表す。付与位置61で与えられた衝撃11により構造物50の上面で生じた弾性波の伝搬は、損傷62に妨げられるため、損傷62をほとんど透過しない。したがって、センサ20には、損傷62により回折された弾性波が到達する。
以上より、損傷62が生じている領域の下部にセンサ20が設置されている否かに応じて、弾性波源の密度の低下度合が異なる。そこで、本実施形態における構造物評価装置40は、弾性波源分布と、センサ20の設置位置とに基づいて構造物50の劣化状態を評価する。
位置標定部401は、信号処理部30から出力されたAE信号を取得する(ステップS101)。位置標定部401は、取得したAE信号に含まれるセンサID、AE検知時刻等の情報と、予め保持しているセンサ位置情報とに基づいて弾性波源の位置標定を行う(ステップS102)。その後、位置標定部401は、位置標定結果を用いて弾性波源分布を生成する(ステップS103)。
また、ステップS107の処理において、弾性波源の密度が第1閾値未満である場合(ステップS107-NO)、評価部402は選択した評価領域を劣化と評価する(ステップS112)。
一方、選択した評価領域内にセンサ20が設置されていない場合(ステップS113-NO)、評価部402は選択した評価領域を劣化と評価する(ステップS112)。
本実施形態では、構造物評価装置40は、第1閾値及び第2閾値と、弾性波源分布における弾性波の特徴量の一つである弾性波源の密度とを比較する構成を示したが、構造物評価装置40の処理はこれに限定される必要はない。例えば、構造物評価装置40は、弾性波源分布における弾性波の特徴量の一つである弾性波の振幅(第2の特徴量)と、弾性波の振幅に対する第1閾値とを比較し、第2閾値と、弾性波源の密度(第1の特徴量)とを比較するように構成されてもよい。弾性波の振幅を用いる場合、評価部402は、評価領域毎に弾性波の振幅の平均値を導出し、導出した振幅の平均値と第1閾値とを比較する。
第2の実施形態では、構造物評価システムは、評価領域が各センサを中心とした所定の範囲に含まれるか否かに応じて構造物の劣化状態を評価する。
図6は、第2の実施形態における構造物評価システム100aの構成を示す図である。
構造物評価システム100aは、衝撃付与部10、複数のセンサ20-1~20-n、信号処理部30及び構造物評価装置40aを備える。構造物評価システム100aは、構造物評価装置40に代えて構造物評価装置40aを備える点で構造物評価システム100と構成が異なる。以下、構造物評価装置40aについてのみ説明する。
ステップS108の処理において、弾性波源の密度が第2閾値未満である場合(ステップS108-NO)、評価部402aは評価領域が各センサ20を中心とした所定の範囲に含まれるか否かを判定する(ステップS201)。評価部402aは、評価領域の一部又は全てが各センサ20を中心とした所定の範囲に含まれる場合に、評価領域が、センサ20が各センサ20を中心とした所定の範囲に含まれると判定する。評価部402aは、評価領域の全てが各センサ20を中心とした所定の範囲に含まれない場合に、評価領域が、各センサ20を中心とした所定の範囲に含まれないと判定する。
一方、評価領域が、センサ20が各センサ20を中心とした所定の範囲に含まれない場合(ステップS201-NO)、評価部402aは選択した評価領域を劣化と評価する(ステップS112)。
第3の実施形態では、構造物評価システムは、弾性波源密度分布を補正することによって構造物の劣化状態を評価する。
図8は、第3の実施形態における構造物評価システム100bの構成を示す図である。
構造物評価システム100bは、衝撃付与部10、複数のセンサ20-1~20-n、信号処理部30及び構造物評価装置40bを備える。構造物評価システム100bは、構造物評価装置40に代えて構造物評価装置40bを備える点で構造物評価システム100と構成が異なる。以下、構造物評価装置40bについてのみ説明する。
図9に示すように、補正部404bは、弾性波源密度分布の領域のうち、センサ20の設置位置からの距離がDより内側の領域70には補正を行わない。また、補正部404bは、弾性波源密度分布の領域のうち、センサ20の設置位置からの距離がDより外側、すなわちセンサ20の設置位置から距離D以上離れた領域71には以下の補正を行う。例えば、補正部404bは、弾性波源密度分布において得られた弾性波源密度の値に補正係数kに基づいて、弾性波源密度pに対して、p´=M-k(M-p)の演算を行い、補正後の弾性波源密度p´を導出する。ここで、Mは健全な領域における平均弾性波源密度である。また、補正係数k及び距離Dは定数である必要はなく、センサ間隔等の計測条件に応じて連続的に変化する係数等を用いてもよい。
ステップS104の処理後、評価部402bは、評価領域毎に弾性波源の密度を導出する(ステップS301)。評価部402bは、導出した評価領域毎の弾性波源の密度と、弾性波源分布とを用いて、弾性波源密度分布を生成する(ステップS302)。評価部402bは、生成した弾性波源密度分布を補正部404bに出力する。
また、ステップS305の処理において、弾性波源の密度が第1閾値未満である場合(ステップS305-NO)、評価部402bは選択した評価領域を劣化と評価する(ステップS308)。
構造物評価システム100、100a及び100bには、3つ以上のセンサ20が備えられていればよい。
構造物評価システム100、100a及び100bは、衝撃付与部10を備えなくてもよい。このように構成される場合、構造物50に対する衝撃11は、人手で与えればよい。人手による構造物50に対する衝撃11は、例えば水滴、氷粒、固形物の散布、ハンマや金槌等の槌による連打、レーザによる加熱等である。
評価領域は、図2に示すような格子状に限定される必要はない。具体的には、評価領域は、検出しようとする損傷のサイズ以下の領域であって、衝撃11が付与される位置を1又は複数含む領域であればどのような形であってもよい。例えば、評価領域は、円形でもよいし、複数の頂点を有する矩形(例えば、n角形(nは3以上の整数))でもよいし、手書きで指定された領域であってもよい。また、評価領域は、検出しようとする損傷のサイズ以下の領域であってもよい。
このように構成されることによって、弾性波源分布の導出に既存の装置を用いることによって、構造物評価装置40の製造コストを抑えることができる。
図1では、複数のセンサ20-1~20-nに1台の信号処理部30が接続されているが、構造物評価システム100(又は構造物評価システム100a、構造物評価システム100b)は複数台の信号処理部30を備え、各センサ20にそれぞれ信号処理部30が接続されて複数台のセンサユニットを備えるように構成されてもよい。
以下に、原出願の特許出願時の特許請求の範囲に記載された内容を付記する。
(付記1)
弾性波を検出する複数のセンサと、
前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記発生源の位置が示された弾性波源分布と、センサの有無とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備える構造物評価システム。
(付記2)
前記評価部は、前記弾性波源分布を分割することによって複数の分割領域を設定し、前記弾性波源分布における弾性波の第1の特徴量と、所定の閾値とを比較して前記第1の特徴量が前記所定の閾値未満であって、センサが設置されている分割領域を健全な領域と評価し、前記第1の特徴量が前記所定の閾値未満であって、センサが設置されていない分割領域を劣化が生じている領域と評価する、付記1に記載の構造物評価システム。
(付記3)
前記評価部は、前記弾性波源分布を分割することによって複数の分割領域を設定し、前記弾性波源分布における弾性波の第1の特徴量と、所定の閾値とを比較して前記第1の特徴量が前記所定の閾値未満であって、センサを中心とした所定の範囲に含まれる分割領域を健全な領域と評価し、前記第1の特徴量が前記所定の閾値未満であって、センサを中心とした所定の範囲に含まれない分割領域を劣化が生じている領域と評価する、付記1に記載の構造物評価システム。
(付記4)
前記評価部は、前記弾性波源分布における弾性波の第2の特徴量と、前記所定の閾値と異なる閾値とを比較して前記第2の特徴量が前記異なる閾値未満である分割領域を劣化が生じている領域と評価し、前記第2の特徴量が前記異なる閾値以上である場合には前記弾性波の第1の特徴量と、前記所定の閾値との比較結果に基づく評価を行う、付記2又は3に記載の構造物評価システム。
(付記5)
前記弾性波源分布に基づいて得られる前記弾性波の発生源の密度を表す弾性波源密度分布に対して前記複数のセンサの設置位置からの距離に応じた値を乗じることにより前記弾性波源密度分布を補正する補正部をさらに備え、
前記評価部は、補正後の弾性波源密度分布を用いて前記構造物の劣化状態を評価する、付記1に記載の構造物評価システム。
(付記6)
弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記発生源の位置が示された弾性波源分布と、センサの有無とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備える構造物評価装置。
(付記7)
弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定ステップと、
前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記発生源の位置が示された弾性波源分布と、センサの有無とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価ステップと、
を有する構造物評価方法。
Claims (11)
- 弾性波を検出する複数のセンサと、
前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記弾性波の発生源の位置標定結果と、前記複数のセンサそれぞれの設置位置に関する情報とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備え、
前記評価部は、評価対象となる領域を分割することによって複数の分割領域を設定し、弾性波の第1の特徴量が所定の閾値未満であって、センサの設置位置を中心とした所定の範囲に含まれない分割領域を劣化が生じている領域と評価する構造物評価システム。 - 前記評価部は、前記弾性波の前記第1の特徴量が前記所定の閾値未満であって、前記センサの設置位置を中心とした所定の範囲に含まれる分割領域を健全な領域と評価する、請求項1に記載の構造物評価システム。
- 前記評価部は、前記弾性波の第1の特徴量と異なる前記弾性波の第2の特徴量が前記所定の閾値と異なる閾値未満である分割領域を劣化が生じている領域と評価し、前記第2の特徴量が前記所定の閾値と異なる閾値以上である場合には前記弾性波の第1の特徴量と、前記所定の閾値との比較結果に基づく評価を行う、請求項2に記載の構造物評価システム。
- 弾性波を検出する複数のセンサと、
前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記弾性波の発生源の密度を表す弾性波源密度分布を求めた評価対象となる領域のうち、前記評価対象となる領域を分割することによって得た複数の分割領域であって、かつ、前記複数のセンサの設置位置から所定の距離離れた領域に対して前記弾性波源密度分布を補正する補正部と、
補正後の弾性波源密度分布を用いて構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備える構造物評価システム。 - 弾性波を検出する複数のセンサと、
前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に対して信号処理を行う信号処理部と、
前記信号処理部によって信号処理がなされた複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記弾性波の発生源の位置標定結果と、前記複数のセンサそれぞれの設置位置に関する情報とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備える構造物評価システム。 - 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記弾性波の発生源の位置標定結果と、前記複数のセンサそれぞれの設置位置に関する情報とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備え、
前記評価部は、評価対象となる領域を分割することによって複数の分割領域を設定し、弾性波の第1の特徴量が所定の閾値未満であって、センサの設置位置を中心とした所定の範囲に含まれない分割領域を劣化が生じている領域と評価する構造物評価装置。 - 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記弾性波の発生源の密度を表す弾性波源密度分布を求めた評価対象となる領域のうち、前記評価対象となる領域を分割することによって得た複数の分割領域であって、かつ、前記複数のセンサの設置位置から所定の距離離れた領域に対して前記弾性波源密度分布を補正する補正部と、
補正後の弾性波源密度分布を用いて構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備える構造物評価装置。 - 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に対して信号処理を行う信号処理部と、
前記信号処理部によって信号処理がなされた複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記弾性波の発生源の位置標定結果と、前記複数のセンサそれぞれの設置位置に関する情報とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備える構造物評価装置。 - 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定ステップと、
前記弾性波の発生源の位置標定結果と、前記複数のセンサそれぞれの設置位置に関する情報とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価ステップと、
を有し、
前記評価ステップにおいて、評価対象となる領域を分割することによって複数の分割領域を設定し、弾性波の第1の特徴量が所定の閾値未満であって、センサの設置位置を中心とした所定の範囲に含まれない分割領域を劣化が生じている領域と評価する構造物評価方法。 - 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定ステップと、
前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記弾性波の発生源の密度を表す弾性波源密度分布を求めた評価対象となる領域のうち、前記評価対象となる領域を分割することによって得た複数の分割領域であって、かつ、前記複数のセンサの設置位置から所定の距離離れた領域に対して前記弾性波源密度分布を補正する補正部と、
補正後の弾性波源密度分布を用いて構造物の劣化状態を評価する評価ステップと、
を有する構造物評価方法。 - 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に対して信号処理を行う信号処理ステップと、
前記信号処理ステップにおいて信号処理がなされた複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定ステップと、
前記弾性波の発生源の位置標定結果と、前記複数のセンサそれぞれの設置位置に関する情報とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価ステップと、
を有する構造物評価方法。
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