JP7353390B2 - 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

Description

本発明の実施形態は、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に関する。

プレストレストコンクリートは、コンクリートに対して予めプレストレスを導入することによって引張り強度を増加させたコンクリートである。プレストレストコンクリートは、コンクリート部材におけるひび割れ制御や部材の縮小等に有効であるため、橋梁や橋桁等の様々な構造物に使用されている。しかし、プレストレストコンクリートには、ＰＣ（Prestressed Concrete）鋼材（例えば、ＰＣケーブル）といった鉄筋コンクリートには使用されていない部材が内在している。そのため、一般的な鉄筋コンクリートとは違う劣化が生じることがある。一般的な鉄筋コンクリートとは違う劣化とは、例えばＰＣ鋼材の破断である。

プレストレストコンクリートは、ＰＣ鋼材によってプレストレスが導入されているため、ＰＣ鋼材の破断によりプレストレスが消失してしまうことがある。この場合、プレストレストコンクリートの性能が低下してしまう。最悪の場合には、プレストレストコンクリートで構成される構造物の破壊に至る可能性もあるため、特にＰＣ鋼材の状態に留意する必要がある。ＰＣ鋼材の破断により発生する弾性波をセンサで検出することによりＰＣ鋼材の破断を判断できる。しかしながら、センサでは、自動車等の走行によりノイズが発生した場合に、ＰＣ鋼材の破断と、ノイズとを区別することができない。そのため、誤った評価をしてしまう場合があった。このような問題は、ＰＣ鋼材を有するプレストレストコンクリートに限らず、鋼材の破断により弾性波を発生させる補強コンクリートに共通する問題である。

特開２０１２－２５１３９１号公報 特開２０１６－６１７０１号公報

本発明が解決しようとする課題は、補強コンクリートが有する鋼材の破断を精度よく評価することができる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を提供することである。

実施形態の構造物評価システムは、複数のセンサと、評価部とを持つ。複数のセンサは、補強用の鋼材を内部に有する補強コンクリートで発生した弾性波を検出する。評価部は、前記複数のセンサによって検出された前記弾性波の大きさが閾値以上となった時点から破断により生じた弾性波の影響を受けると想定される期間である第一の期間が経過した後の期間であって、破断により生じた弾性波の影響が少ないと想定される期間である第二の期間の間に検出された弾性波に基づいて、再定着により発生した弾性波を検出することで前記鋼材の破断を評価する。

本実施形態で用いる補強コンクリートの一例を示す図。 実施形態におけるセンサの配置例を示す図。 第１の実施形態における構造物評価システムの構成を示す図。 第１の実施形態における信号処理部の機能を表す概略ブロック図。 第１の実施形態におけるＡＦＥの機能を表す概略ブロック図。 第１の実施形態における制御部の機能を表す概略ブロック図。 第１の実施形態における構造物評価システムによる鋼材の破断の評価処理の流れを示すシーケンス図。 第１の実施形態におけるＰＣ鋼材の破断後に検出された弾性波の標定位置を説明するための図。 第１の実施形態におけるＰＣ鋼材の破断後に検出された弾性波の標定位置を説明するための図。 第１の実施形態における破断により発生する弾性波と再定着により発生する弾性波の関係を説明するための図。 第１の実施形態における破断により発生する弾性波と再定着により発生する弾性波の関係を説明するための図。 第１の実施形態における評価部による処理開始の時刻を決定するための一例を示す図。 第１の実施形態における評価部による処理開始の時刻を決定するための一例を示す図。 第１の実施形態における評価部による処理開始の時刻を決定するための一例を示す図。 第２の実施形態における制御部の機能を表す概略ブロック図。 第２の実施形態における構造物評価装置の機能を表す概略ブロック図。 第２の実施形態における構造物評価システムによる鋼材の破断の評価処理の流れを示すシーケンス図。 第３の実施形態における構造物評価システムの構成を示す図。 第３の実施形態における稼働制御装置の機能を表す概略ブロック図。 第３の実施形態における信号処理部の機能を表す概略ブロック図。 第３の実施形態における構造物評価システムによる鋼材の破断の評価処理の流れを示すシーケンス図。 各実施形態におけるセンサの別の配置例を示す図。 各実施形態におけるセンサの別の配置例を説明するための図。 各実施形態におけるセンサの別の配置例を説明するための図。

以下、実施形態の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を、図面を参照して説明する。
（概要）
実施形態における構造物評価システムは、構造物を構成する補強コンクリートが有する鋼材の破断を精度よく評価することである。実施形態における補強コンクリートは、例えばポストテンション方式のプレストレストコンクリートであり、補強コンクリート内部にはシースが備えられている。そして、シース内にはＰＣ鋼材がクラウトによって固定されている。このＰＣ鋼材が破断すると、補強コンクリート内部に弾性波が生じる。弾性波は、センサにより検出することができる。しかしながら、センサでは、自動車等の走行によりノイズが発生した場合に、ＰＣ鋼材の破断と、ノイズとを区別することができない。そのため、誤った評価をしてしまう場合があった。

ところで、ＰＣ鋼材が破断した後には、破断により発生する弾性波とは別に弾性波が発生する。これは、破断後の不安定な状態にあるＰＣ鋼材がシース内のグラウトと安定な状態に落ち着く状態、いわゆる再定着の状態となり、再定着により摩擦等を発生させるためである。この再定着により発生する弾性波も、センサによって検出することができる。そのため、再定着により発生する弾性波を検出することで、ノイズではなくＰＣ鋼材の破断と評価することができる。しかしながら、ＰＣ鋼材が破断してからある期間の間には、破断により生じた弾性波に再定着により発生する弾性波が隠れてしまい精度よく評価ができない。

そこで、実施形態における構造物評価システムでは、補強コンクリートで発生した弾性波を検出する複数のセンサと、複数のセンサによって検出された弾性波の大きさが閾値以上となった時点から第一の期間が経過した後の期間である第二の期間の間に検出された弾性波を用いて、鋼材の破断を評価する評価部とを備えている。ＰＣ鋼材の破断により発生する弾性波のように大きさが閾値以上の弾性波が検出された時点から第一の期間では、破断により生じた弾性波に再定着により発生する弾性波が隠れてしまう。そこで、第一の期間が経過した後の期間である第二の期間の間に検出された弾性波を用いることによって破断により生じた弾性波の影響を軽減している。このように破断により生じた弾性波の影響を軽減することで、再定着により発生した弾性波が検出しやすくなる。その結果、閾値以上の弾性波がノイズではなく破断により発生した弾性波であると判断することができる。そのため、補強コンクリートが有する鋼材の破断を精度よく評価することが可能になる。

図１は、本実施形態で用いる補強コンクリートの一例を示す図である。図１では、補強コンクリート１０として、ポストテンション方式のプレストレストコンクリートを示している。ここで、本実施形態における補強コンクリート１０では、ＰＣ鋼材の破断、亀裂の発生又は進展、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。補強コンクリート１０は、例えば橋梁、橋桁及び岩盤等の構造物に用いられる。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。補強コンクリート１０は、上記以外の構造物に用いられてもよい。

補強コンクリート１０は、複数の鉄筋１１、１又は複数のシースを内部に備える。複数の鉄筋１１は、鉄筋１１同士が交差するように配置される。例えば、複数の鉄筋１１は、縦方向に複数の鉄筋１１、横方向に複数の鉄筋１１が配置されることによって鉄筋１１同士が交差するように配置される。シース１２は、ＰＣ鋼材を通すための円筒断面形のさやである。図１では、補強コンクリート１０内に３つのシース１２が備えられている例を示しているが、補強コンクリート１０内に備えられるシース１２の数は何本でもよい。各シース１２内には、１又は複数のＰＣ鋼材がグラウトによって固定されている。

グラウトは、コンクリート部材とＰＣ鋼材とを一体化するとともにＰＣ鋼材をサビから保護するための充填材である。補強コンクリート１０内にＰＣ鋼材が導入されることにより、補強コンクリート１０に圧縮力が付与される。これにより補強コンクリート１０が、荷重を受けたときに応じる応力を打ち消すことが可能なためひび割れが生じにくくなる。補強コンクリート１０の表面にセンサを配置することによりＰＣ鋼材の破断時に生じる弾性波を検出することができる。また、補強コンクリート１０の表面に複数のセンサを配置することで、弾性波の到達時刻の差等からＰＣ鋼材の破断位置を特定することができる。

図２は、実施形態におけるセンサ２０の配置例を示す図である。
補強コンクリート１０を外部から見ているだけでは、補強コンクリート１０におけるＰＣ鋼材の破断位置は分からない。そのため、補強コンクリート１０内のどの場所でＰＣ鋼材の破断が発生しても弾性波を検出することができるようにセンサ２０を配置する必要がある。そこで、以下の実施形態では、図２に示すように、補強コンクリート１０の一つの面全てで弾性波を検出することができるように、複数のセンサ２０（例えば図２では、２１個のセンサ２０）を配置する場合を例に説明する。センサ２０の数は、補強コンクリート１０の一つの面全てをカバーすることができれば特に限定されない。

（第１の実施形態）
図３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、補強コンクリート１０が有するＰＣ鋼材の破断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ＰＣ鋼材の破断を判断することを意味する。
以下、構造物評価システム１００の具体的な構成について説明する。

構造物評価システム１００は、複数のセンサ２０－１～２０－ｎ（ｎは３以上の整数）、信号処理部３０及び構造物評価装置４０を備える。複数のセンサ２０－１～２０－ｎと信号処理部３０とは、有線により通信可能に接続される。信号処理部３０と構造物評価装置４０とは、有線又は無線により通信可能に接続される。なお、以下の説明では、センサ２０－１～２０－ｎを区別しない場合にはセンサ２０と記載する。

センサ２０は、圧電素子を有し、補強コンクリート１０内部から発生する弾性波を検出する。センサ２０は、弾性波を検出することが可能な位置に設置される。例えば、センサ２０は、補強コンクリート１０の表面、側面及び底面のいずれかの面上に設置される。センサ２０は、検出した弾性波を電気信号に変換する。センサ２０は、電気信号を信号処理部３０に出力する。以下の説明では、センサ２０によって変換された電気信号をＡＥ信号と記載する。

センサ２０には、例えば１０ｋＨｚ～１ＭＨｚの範囲に感度を有する圧電素子が用いられる。センサ２０は、周波数範囲内に共振ピークをもつ共振型、共振を抑えた広帯域型等の種類があるが、センサ２０の種類はいずれでもよい。また、センサ２０が弾性波を検出する方法は、電圧出力型、抵抗変化型及び静電容量型等があるが、いずれの検出方法でもよい。なお、センサ２０に代えて加速度センサが用いられてもよい。この場合、加速度センサは、補強コンクリート１０内部から発生する弾性波を検出する。そして、加速度センサは、センサ２０と同様の処理を行うことによって、検出した弾性波を電圧信号であるＡＥ信号に変換する。その後、加速度センサは、ＡＥ信号をセンサ２０に出力する。

信号処理部３０は、センサ２０から出力されたＡＥ信号に対して信号処理を行う。信号処理部３０が行う信号処理は、例えば、ノイズ除去、パラメータ抽出等である。信号処理部３０は、信号処理後のデジタル信号を含む送信データを生成し、生成した送信データを構造物評価装置４０に出力する。信号処理部３０は、アナログ回路又はデジタル回路を用いて構成される。デジタル回路は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やマイクロコンピュータにより実現される。デジタル回路は、専用のＬＳＩ（Large-Scale Integration）により実現されてもいい。また信号処理部３０は、フラッシュメモリ等の不揮発メモリや、取り外し可能なメモリを搭載してもよい。

構造物評価装置４０は、制御部４１、記憶部４２及び表示部４３を備える。
制御部４１は、構造物評価装置４０全体を制御する。制御部４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部４１は、プログラムを実行することによって、取得部４１１、評価部４１２及び位置標定部４１３として機能する。取得部４１１、評価部４１２及び位置標定部４１３を実現するためのプログラムは、出荷時に構造物評価装置４０にインストールされていてもよいし、別途インストールされてもよい。

取得部４１１は、信号処理部３０から出力された送信データを取得する。例えば、信号処理部３０と構造物評価装置４０とが無線により通信している場合、取得部４１１は通信インタフェースとして機能し、信号処理部３０との間で無線通信を行うことによって送信データを取得する。例えば、信号処理部３０と構造物評価装置４０とが有線により通信している場合、取得部４１１は通信インタフェースとして機能し、信号処理部３０との間で有線通信を行うことによって送信データを取得する。

評価部４１２は、取得部４１１によって取得された送信データに基づいて鋼材の破断を評価する。例えば、評価部４１２は、弾性波の振幅の大きさが閾値以上となった時点から第一の期間が経過した後の期間である第二の期間の間に検出された弾性波の情報を用いて、鋼材の破断を評価する。この閾値は、破断を検出するための値であり、再定着により発生する弾性波の振幅よりも高い値が設定される。例えば、閾値は、７０ｄＢ以上である。閾値は、不図示の操作部を介してユーザによってあらかじめ設定されていてもよい。閾値と比較される振幅の大きさは、例えば最大振幅の値である。評価部４１２は、カウンタを用いて第一の期間が経過したか否かを判定してもよい。

第一の期間は、破断により生じた弾性波の影響を受けると想定される期間である。第一の期間は、補強コンクリート１０のサイズや種類の減衰時間により決定される。第一の期間は、構造物評価装置４０に予め設定されている。第一の期間は、弾性波の複数周期分よりも長い期間であり、例えば７ｍｓ～９ｍｓである。
第二の期間は、破断により生じた弾性波の影響が少ないと想定される期間である。第二の期間は、構造物評価装置４０に予め設定されている。第二の期間は、例えば１０ｍｓ～１００ｓである。

評価部４１２は、第二の期間の間に所定の数以上の弾性波が検出された場合に鋼材が破断した可能性があると判断する。すなわち、評価部４１２は、第二の期間の間において所定の数以上の送信データが得られた場合に鋼材が破断した可能性があると判断する。評価部４１２は、位置標定部４１３による弾性波源の標定結果に基づいて鋼材の破断を判断する。
位置標定部４１３は、複数のセンサ２０それぞれによって第二の期間の間に検出された複数の弾性波を用いて、弾性波源の位置を標定する。

記憶部４２は、取得部４１１によって取得された送信データを記憶する。記憶部４２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。
表示部４３は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の画像表示装置である。表示部４３は、制御部４１の制御に従って評価結果を表示する。表示部４３は、画像表示装置を構造物評価装置４０に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部４３は、評価結果を表示するための映像信号を生成し、自身に接続されている画像表示装置に映像信号を出力する。

図４は、第１の実施形態における信号処理部３０の機能を表す概略ブロック図である。信号処理部３０は、複数のＡＦＥ３１（Analog Front End）、制御部３２及び通信部３３を備える。
ＡＦＥ３１は、センサ２０から出力されたＡＥ信号に対してフィルタ処理及びアナログデジタル変換処理を行う。ＡＦＥ３１は、フィルタ処理及びアナログデジタル変換処理後の信号を制御部３２に出力する。

制御部３２は、信号処理部３０全体を制御する。制御部４１は、ＣＰＵ等のプロセッサやメモリを用いて構成される。例えば、制御部３２は、ＡＦＥ３１から出力されたフィルタ処理及びアナログデジタル変換処理後の信号に基づいて送信データを生成する。
通信部３３は、制御部３２によって生成された送信データを構造物評価装置４０に送信する。

図５は、第１の実施形態におけるＡＦＥ３１の機能を表す概略ブロック図である。ＡＦＥ３１は、受信部３１１、第１フィルタ３１２、アナログデジタル変換部３１３及び第２フィルタ３１４で構成される。
受信部３１１は、センサ２０から送信されたＡＥ信号を受信する。受信部３１１は、受信したＡＥ信号を第１フィルタ３１２に出力する。ＡＥ信号には、センサ２０により検出された時刻情報が付与されているものとする。

第１フィルタ３１２は、受信部３１１によって受信されたＡＥ信号からノイズを除去する。例えば、第１フィルタ３１２は、ＡＥ信号から特定周波数帯以外の周波数帯をノイズとして除去する。第１フィルタ３１２は、例えば、バンドパスフィルタである。第１フィルタ３１２は、ノイズ除去後のアナログ信号（以下「ノイズ除去アナログ信号」という。）をアナログデジタル変換部３１３に出力する。

アナログデジタル変換部３１３は、第１フィルタ３１２から出力されたノイズ除去アナログ信号を量子化することによって、アナログ信号からデジタル信号に変換する。アナログデジタル変換部３１３は、デジタル信号を第２フィルタ３１４に出力する。

第２フィルタ３１４は、アナログデジタル変換部３１３から出力されたデジタル信号からノイズを除去する。第２フィルタ３１４は、ノイズを除去するためのフィルタである。第２フィルタ３１４は、ノイズ除去後のデジタル信号（以下「ノイズ除去デジタル信号」という。）を制御部３２に出力する。
以下の説明では、ＡＦＥ３１において行われる処理を前処理と記載する。

図６は、第１の実施形態における制御部３２の機能を表す概略ブロック図である。制御部３２は、プログラムを実行することによって、イベント信号生成部３２１、特徴量抽出部３２２及び送信データ生成部３２３として機能する。イベント信号生成部３２１、特徴量抽出部３２２及び送信データ生成部３２３を実現するためのプログラムは、出荷時に信号処理部３０にインストールされていてもよいし、別途インストールされてもよい。

イベント信号生成部３２１は、第２フィルタ３１４から出力されたノイズ除去デジタル信号を入力する。イベント信号生成部３２１は、入力したノイズ除去デジタル信号の波形が持続しているか否かを示すゲート信号を生成する。イベント信号生成部３２１は、例えばエンベロープ検出器及びコンパレータにより実現される。エンベロープ検出器は、ノイズ除去デジタル信号のエンベロープを検出する。エンベロープは、例えば、ノイズ除去デジタル信号を二乗し、二乗した出力値に対して所定の処理（例えばローパスフィルタを用いた処理やヒルベルト変換）を行うことで抽出される。コンパレータは、ノイズ除去デジタル信号のエンベロープが所定の閾値以上であるか否かを判定する。

イベント信号生成部３２１は、ノイズ除去デジタル信号のエンベロープが所定の閾値以上となった場合、ノイズ除去デジタル信号の波形が持続していることを示す第１のゲート信号を特徴量抽出部３２２に出力する。第１のゲート信号が出力された場合には、イベントが発生したことを表す。一方、イベント信号生成部３２１は、ノイズ除去デジタル信号のエンベロープが所定の閾値未満になった場合、ノイズ除去デジタル信号の波形が持続していないことを示す第２のゲート信号を特徴量抽出部３２２に出力する。第２のゲート信号が出力された場合には、イベントが終了したことを表す。イベント発生の検知、すなわちエンベロープが所定の閾値以上となったか否かの判定には、ＣｈａｎｇｅＦｉｎｄｅｒやＡＩＣ（Akaike's Information Criterion）等が用いられてもよい。

特徴量抽出部３２２は、イベント信号生成部３２１から出力されたゲート信号及び第２フィルタ３１４から出力されたノイズ除去デジタル信号を入力する。特徴量抽出部３２２は、入力したゲート信号及びノイズ除去デジタル信号に基づいて、信号の波形が継続しているときの特徴量をノイズ除去デジタル信号から抽出する。特徴量は、例えばノイズ除去デジタル信号の波形の振幅［ｍＶ］、ゲート信号の立ち上がり時間［ｕｓｅｃ］、ゲート信号の持続時間［ｕｓｅｃ］、ノイズ除去デジタル信号のゼロクロスカウント数［ｔｉｍｅｓ］、ノイズ除去デジタル信号の波形のエネルギー［ａｒｂ．］及びノイズ除去デジタル信号の周波数［Ｈｚ］等パラメータである。

ノイズ除去デジタル信号の振幅は、例えばノイズ除去デジタル信号の中で最大振幅の値である。ゲート信号の立ち上がり時間は、例えばゲート信号がゼロ値から予め設定される所定値を超えて立ち上がるまでの時間である。ゲート信号の持続時間は、例えばゲート信号の立ち上がり開始から振幅が予め設定される値よりも小さくなるまでの時間である。ノイズ除去デジタル信号のゼロクロスカウント数は、例えばゼロ値を通る基準線をノイズ除去デジタル信号が横切る回数である。ノイズ除去デジタル信号の波形のエネルギーは、例えば各時点において振幅を二乗したものを時間積分した値である。なお、エネルギーの定義は、上記例に限定されず、例えば波形の包絡線を用いて近似されたものでもよい。

特徴量抽出部３２２は、抽出した特徴量を送信データ生成部３２３に出力する。特徴量抽出部３２２は、特徴量を送信データ生成部３２３に出力する際に、特徴量にセンサＩＤを対応付ける。センサＩＤは、補強コンクリート１０に設置されているセンサ２０を識別するための識別情報を表す。特徴量抽出部３２２は、センサＩＤを対応付けた特徴量を送信データ生成部３２３に出力する。

送信データ生成部３２３は、特徴量抽出部３２２から出力されたセンサＩＤを対応付けた特徴量を入力とする。送信データ生成部３２３は、入力したセンサＩＤを対応付けた特徴量を含む送信データを生成する。送信データ生成部３２３は、生成した送信データを通信部３３に出力する。

図７は、第１の実施形態における構造物評価システム１００による鋼材の破断の評価処理の流れを示すシーケンス図である。
ＡＦＥ３１は、センサ２０から送信されたＡＥ信号に対して前処理を行う（ステップＳ１０１）。具体的には、ＡＦＥ３１は、ＡＥ信号に対して、フィルタ処理及びアナログデジタル変換処理を行う。ＡＦＥ３１は、ノイズ除去デジタル信号を制御部３２に出力する。制御部３２は、ＡＦＥ３１から出力されたノイズ除去デジタル信号を入力として、ノイズ除去デジタル信号から特徴量を抽出する（ステップＳ１０２）。ここで、特徴量抽出部３２２は、イベント信号生成部３２１により第１のゲート信号が出力されている場合にのみノイズ除去デジタル信号から特徴量を抽出する。一方、特徴量抽出部３２２は、イベント信号生成部３２１により第２のゲート信号が出力された場合にはノイズ除去デジタル信号から特徴量を抽出しない。

特徴量抽出部３２２は、抽出した特徴量にセンサＩＤを対応付けて送信データ生成部３２３に出力する。送信データ生成部３２３は、特徴量抽出部３２２から出力された特徴量を含む送信データを生成する（ステップＳ１０３）。送信データには、特徴量、センサＩＤ及びＡＥ信号がセンサ２０により検出された時刻情報が含まれる。送信データ生成部３２３は、生成した送信データを通信部３３に出力する。通信部３３は、送信データ生成部３２３から出力された送信データを構造物評価装置４０に送信する（ステップＳ１０４）。信号処理部３０によって送信データが生成される度に、信号処理部３０から構造物評価装置４０に送信データが送信される。

取得部４１１は、信号処理部３０から送信された送信データを取得する。取得部４１１は、取得した送信データを記憶部４２に記憶する（ステップＳ１０５）。評価部４１２は、所定のタイミングで、記憶部４２に記憶されている送信データを参照して、振幅が閾値（例えば、７０ｄＢ以上）以上の弾性波が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。所定のタイミングは、例えば取得部４１１によって送信データが取得されたタイミングであってもよいし、記憶部４２に所定の個数分送信データが記憶されたタイミングであってもよいし、予め設定された時刻になったタイミングであってもよい。

具体的には、まず評価部４１２は、記憶部４２に記憶されている送信データの中から判定に用いていない送信データを取得する。次に評価部４１２は、取得した送信データの中から振幅の値が閾値以上である送信データがあるか否かを判定する。振幅の値が閾値以上である送信データがある場合、評価部４１２は振幅が閾値以上の弾性波が検出されたと判定する。一方、振幅の値が閾値以上である送信データが１つもない場合、評価部４１２は振幅が閾値以上の弾性波が検出されていないと判定する。

振幅が閾値以上の弾性波が検出されていない場合（ステップＳ１０６－ＮＯ）、評価部４１２は振幅が閾値以上の弾性波が検出されるまで待機する。
振幅が閾値以上の弾性波が検出された場合（ステップＳ１０６－ＹＥＳ）、評価部４１２は第一の期間処理を行わず待機する（ステップＳ１０７）。第一の期間待機している間にも、信号処理部３０から送信データが送信される場合もある。この場合、取得部４１１は信号処理部３０から送信された送信データを時系列順に記憶部４２に記憶する。

評価部４１２は、第一の期間が経過した後、第二の期間の間に取得された送信データを用いてＰＣ鋼材の破断の可能性の有無を判断する（ステップＳ１０８）。具体的には、評価部４１２は、第二の期間の間に所定の数以上の送信データが取得された場合にＰＣ鋼材が破断した可能性があると判断する。第二の期間の間に所定の数以上の送信データが取得されたということは、第二の期間の間に所定の数以上の弾性波がセンサ２０によって検出されたことを意味する。これは、再定着により弾性波が発生して、その弾性波をセンサ２０で検出した可能性が高い。そのため、評価部４１２は、第二の期間の間に所定の数以上の送信データが取得された場合にＰＣ鋼材が破断した可能性があると判断する。この場合、評価部４１２は、位置標定部４１３に対して弾性波源の位置標定を実行させる。例えば、評価部４１２は、第二の期間の間に取得された送信データを位置標定部４１３に出力するとともに、弾性波源の位置標定を指示する。

位置標定部４１３は、評価部４１２からの指示に応じて、第二の期間の間に取得された複数の送信データを用いて弾性波源を標定する（ステップＳ１０９）。この際、位置標定部４１３は、第二の期間の間に取得された複数の送信データのうち、異なるセンサ２０によって検出された弾性波に関する送信データであって、同一イベントの送信データを用いて弾性波源を標定する。位置標定部４１３は、標定結果を評価部４１２に出力する。

評価部４１２は、位置標定部４１３から出力された標定結果に基づいてＰＣ鋼材の破断を判断する（ステップＳ１１０）。具体的には、まず評価部４１２は、評価対象となる構造物を所定の大きさの領域に分割する。分割する領域の大きさは、予め設定されている。以下、分割後の各領域を分割領域と記載する。次に、評価部４１２は、分割領域毎に、位置標定部４１３から出力された標定結果で示される弾性波源の数を計測する。そして、評価部４１２は、複数の分割領域のうち、弾性波源の数が閾値以上の分割領域がある場合、ＰＣ鋼材が破断したと判断する。一方、評価部４１２は、複数の分割領域のうち、弾性波源の数が閾値以上の分割領域が１つもない場合、ＰＣ鋼材が破断していないと判断する。

評価部４１２は、評価結果を出力する（ステップＳ１１１）。評価結果には、ＰＣ鋼材の破断の有無を示す情報と、弾性波源の評定結果が含まれる。具体的には、評価部４１２は、表示部４３を制御して、評価結果を表示させる。表示部４３は、評価部４１２の制御に従って、評価結果を表示する。

図８及び図９は、ＰＣ鋼材の破断後に検出された弾性波の標定位置を説明するための図である。図８では、ＰＣ鋼材の破断後に検出された弾性波の標定位置を示している。鋼材位置を知っている場合はそこに分布していれば破断と判断できる。若しくは鋼材位置知らない場合、位置標定して集中していたらそこに鋼材があると仮定して破断していると判断できる。図９に示すように、ＰＣ鋼材の破断後に再定着が発生し、その再定着弾性波の範囲は破断位置から始まり最終的にはある一定の値に収束する。また、この弾性波範囲は、図９に示すように、補強コンクリート１０の部材等により変化するが６０φから１００φとなっている。

図１０及び１１は、破断により発生する弾性波と再定着により発生する弾性波の関係を説明するための図である。実験の結果、図１０に示すように破断が発生した時刻ｔ１の後の一定期間（図１０では、時刻ｔ１からｔ２までの間）には弾性波の検出できないことが判明している。これは、図１１に示すように、補強コンクリート１０内部にあるＰＣ鋼材の破断した際の衝撃が大きく、再定着により発生した弾性波が破断時の衝撃に隠れてしまうことが原因であると考えられる。

図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１３は、評価部４１２による処理開始の時刻を決定するための一例を示す図である。実験の結果、破断時の弾性波は、図１２Ｂに示すように時間に対してＬｏｇスケールでリニアに減少していくことがわかった。そのため、必要な感度が決まれば減衰時間が決まる。補強コンクリート１０の材質やセンサ２０によってばらつきはあるが、図１２Ｂに示す例では５ｄＢ/ｍｓの傾きである。例えば、センサ感度が４０ｄＢｕ以上の場合、破断時に１Ｖの強さの弾性波が発生した場合、少なくとも１６ｍｓは再定着により発生する弾性波を検出することが困難であるため処理を行わなくてよい。この処理を行わなくてよい期間が、第一の期間である。第二の期間は、弾性波が検出できるようになる第一の期間が終了した後である。または、図１３に示すように、その再定着により発生する弾性波の範囲は破断位置から始まり最終的にはある一定の値に収束するまでの時間が１６０ｍｓであるため、１６０ｍｓ以降であれば再定着により発生する弾性波を検出することが可能である。この再定着により発生する弾性波を検出することができる期間も、第二の期間である。図１３に示した結果では、弾性波の検出を開始するタイミングは、破断時から１６ｍｓが経過した後が望ましいが、一定の位置に収束したタイミングである１６０ｍｓから、再定着が終わるまでで、かつ評価に十分な点数が確保できる、例えば１０ｓでも評価できる。すなわち、第二の期間は、第一の期間の後でもよいし、再定着の位置が収束した後でもよい。なお、ここで示した１６０ｍｓや１０ｓは、あくまで一例であり、上述したように補強コンクリート１０の材質やセンサ２０によって変化する。

以上のように構成された第１の実施形態における構造物評価システム１００によれば、補強コンクリート１０で発生した弾性波を検出する複数のセンサ２０と、複数のセンサ２０によって検出された弾性波の振幅の大きさが閾値以上となった時点から第一の期間が経過した後の期間である第二の期間の間に検出された弾性波を用いて、鋼材の破断を評価する評価部４１２とを備えている。そして、評価部４１２では、弾性波の振幅の大きさが閾値以上である送信データがある場合に、ＰＣ鋼材の破断又は大きなノイズが発生したとして、第一の期間処理を待機する。評価部４１２は、第一の期間経過後の第二の期間に得られた送信データを用いてＰＣ鋼材の破断を評価している。これにより、破断により発生した弾性波の影響があることが想定される期間には破断の評価が行われない。そして、破断により生じた弾性波の影響が軽減していると想定される第二の期間に得られた送信データを用いてＰＣ鋼材の破断の評価を行うことができる。このように破断により生じた弾性波の影響を軽減することで、再定着により発生した弾性波が検出しやすくなる。その結果、閾値以上の弾性波がノイズではなく破断により発生した弾性波であると判断することができる。そのため、補強コンクリートが有する鋼材の破断を精度よく評価することが可能になる。

以下、第１の実施形態の変形例について説明する。
評価部４１２は、標定結果に基づいてＰＣ鋼材の破断位置の判断を行ってもよい。具体的には、評価部４１２は、弾性波源の数が閾値以上の分割領域をＰＣ鋼材の破断位置と判断する。このように構成される場合、評価部４１２は、表示部４３を制御して、評価結果及び破断位置を表示させる。表示部４３は、評価結果及び破断位置を別々に表示してもよいし、同一画面上に表示してもよい。構造物評価装置４０に補強コンクリート１０の画像データが保存されている場合には、表示部４３は補強コンクリート１０の画面データ上に破断位置を重畳して表示させてもよい。
このように構成される場合、位置標定部４１３は、第二の期間に得られた複数の送信データを用いて、弾性波源を標定する。評価部４１２は、ＰＣ鋼材の破断の判断とともに破断位置を判断する。そして、評価部４１２は、評価結果及び破断位置を表示部４３に表示させる。これにより、補強コンクリート１０内のどの位置のＰＣ鋼材で破断が発生したのかを大まかに見つけることができる。そのため、ユーザは、点検時に補強コンクリート１０全体を確認する必要がなく、点検時の負担を軽減することができる。

評価部４１２は、第二の期間の間に所定の数以上の送信データが取得された場合にＰＣ鋼材が破断したと判断してもよい。このように構成される場合、構造物評価装置４０は以下のように動作する。位置標定部４１３は、評価部４１２によってＰＣ鋼材が破断したと判断された場合、第二の期間の間に取得された複数の送信データを用いて弾性波源を標定する。評価部４１２は、位置標定部４１３の標定結果を用いて、実施形態に示した方法と同様の方法で、ＰＣ鋼材の破断位置を判断する。
このように構成される場合、精度は低下するものの、実施形態に示した方法よりも少ない手順で鋼材の破断を評価することができる。そのため、処理負荷を軽減することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、信号処理部３０において閾値判定を行い、構造物評価装置４０において処理すべき送信データのみを信号処理部３０が構造物評価装置４０に送信する。以下、第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。

図１４は、第２の実施形態における制御部３２ａの機能を表す概略ブロック図である。制御部３２ａは、ＣＰＵ等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部３２ａは、プログラムを実行することによって、イベント信号生成部３２１、特徴量抽出部３２２及び送信データ生成部３２３ａとして機能する。制御部３２ａは、送信データ生成部３２３に代えて送信データ生成部３２３ａを備える点で制御部３２と構成が異なる。制御部３２ａは、他の構成については制御部３２と同様である。そのため、制御部３２ａ全体の説明は省略し、送信データ生成部３２３ａについて説明する。

送信データ生成部３２３ａは、特徴量抽出部３２２から出力されたセンサＩＤを対応付けた特徴量を入力とする。送信データ生成部３２３ａは、入力したセンサＩＤを対応付けた特徴量を含む送信データを生成する。送信データ生成部３２３ａは、送信データを生成する際、送信条件が満たされたか否かを判定する。送信条件は、送信データを生成するための条件である。送信条件は、振幅の大きさが閾値以上のＡＥ信号が検出された後であって、第二の期間の間に検出された弾性波のＡＥ信号があることである。送信データ生成部３２３ａは、送信条件が満たされた場合、送信条件を満たすＡＥ信号から得られる特徴量を含む送信データを生成する。送信データ生成部３２３は、生成した送信データを通信部３３に出力する。送信条件を満たすＡＥ信号から得られる特徴量を含む送信データは、全て第二の期間の間に検出された弾性波に関する情報を含んでいる。

図１５は、第２の実施形態における構造物評価装置４０ａの機能を表す概略ブロック図である。構造物評価装置４０ａは、制御部４１ａ、記憶部４２及び表示部４３を備える。
制御部４１ａは、構造物評価装置４０ａ全体を制御する。制御部４１ａは、ＣＰＵ等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部４１ａは、プログラムを実行することによって、取得部４１１、評価部４１２ａ及び位置標定部４１３として機能する。制御部４１ａは、評価部４１２に代えて評価部４１２ａを備える点で制御部４１と構成が異なる。制御部４１ａは、他の構成については制御部４１と同様である。そのため、制御部４１ａ全体の説明は省略し、評価部４１２ａについて説明する。

評価部４１２ａは、取得部４１１によって取得された送信データに基づいて鋼材の破断を評価する。第２の実施形態では、取得部４１１によって取得される送信データは、第二の期間の間に検出された弾性波に関する送信データである。そのため、評価部４１２ａは、取得部４１１によって取得した送信データを用いて弾性波の振幅の大きさが閾値以上であるか否かの判定、第一の期間の待機を行わなくてよい。評価部４１２ａは、取得部４１１によって取得された送信データを用いて、所定の数以上の弾性波が検出された場合に鋼材が破断した可能性があると判断する。そして、評価部４１２ａは、位置標定部４１３による弾性波源の標定結果に基づいて鋼材の破断を判断する。

図１６は、第２の実施形態における構造物評価システム１００による鋼材の破断の評価処理の流れを示すシーケンス図である。図１５において、図７と同様の処理については図７と同様の符号を付して説明を省略する。
送信データ生成部３２３ａは、送信条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。送信条件が満たされていない場合（ステップＳ２０１－ＮＯ）、送信データ生成部３２３ａは送信条件が満たされるまで送信データの生成を行わない。
一方、送信条件が満たされた場合（ステップＳ２０１－ＹＥＳ）、送信データ生成部３２３ａは送信データを生成する。その後、生成された送信データは、通信部３３を介して構造物評価装置４０ａに送信される。

構造物評価装置４０ａでは、評価部４１２が、取得部４１１によって取得された送信データを用いてＰＣ鋼材の破断の可能性の有無を判断する（ステップＳ２０２）。具体的には、評価部４１２ａは、取得部４１１によって所定の数以上の送信データが取得された場合にＰＣ鋼材が破断した可能性があると判断する。その後、第１の実施形態と同様に、ステップＳ１０９以降の処理が実行される。

以上のように構成された第２の実施形態における構造物評価システム１００によれば、信号処理部３０ａが、評価に必要となる送信データのみを構造物評価装置４０ａに送信している。これにより、構造物評価装置４０ａでは、信号処理部３０ａで取得された全ての弾性波の情報を取得する必要がない。そのため、構造物評価装置４０ａの処理負荷を軽減することができる。さらに、構造物評価装置４０ａでは、得られた送信データを用いてＰＣ鋼材の破断の評価を行うため、簡便に評価を行うことが可能になる。そのため、補強コンクリートが有する鋼材の破断を精度よく評価することが可能になる。

以下、第２の実施形態の変形例について説明する。
評価部４１２ａは、第１の実施形態に示した評価部４１２と同様に、標定結果に基づいてＰＣ鋼材の破断位置の判断を行ってもよい。
評価部４１２ａは、評価部４１２に示した評価部４１２と同様に、第二の期間の間に所定の数以上の送信データが取得された場合にＰＣ鋼材が破断したと判断してもよい。

（第３の実施形態）
第１の実施形態及び第２の実施形態では、破断がいつ起こるかわからないため、信号処理部を常に稼働可能な状態にしておく必要がある。そのため、消費電力が増大してしまう。そこで、第３の実施形態では、信号処理部よりも簡易で、かつ、消費電力の少ない稼働制御装置を補強コンクリートに設置し、稼働が必要な時にのみ信号処理部を稼働させるようにする。

図１７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、複数のセンサ２０－１～２０－ｎ、信号処理部３０ｂ、構造物評価装置４０及び稼働制御装置５０を備える。複数のセンサ２０－１～２０－ｎと信号処理部３０ｂとは、有線により通信可能に接続される。信号処理部３０ｂと構造物評価装置４０とは、有線又は無線により通信可能に接続される。信号処理部３０ｂと稼働制御装置５０とは、有線により通信可能に接続される。

稼働制御装置５０は、センサ２０と同様に補強コンクリート１０の表面に設置される。稼働制御装置５０は、センサ２０と同様のセンサを備え、補強コンクリート１０内部から発生する弾性波を検出する。稼働制御装置５０は、検出した弾性波の振幅の大きさが閾値以上の場合には、信号処理部３０ｂを稼働状態にさせるための稼働信号を信号処理部３０ｂに出力する。信号処理部３０ｂを稼働状態にさせるとは、信号処理部３０ｂに対して信号処理を行わせることである。すなわち、第３の実施形態では、信号処理部３０ｂは、稼働制御装置５０から稼働信号が取得されるまでの間は、弾性波に対する信号処理を行わない。

信号処理部３０ｂは、稼働制御装置５０から出力された稼働信号に基づいて、稼働状態に移行する。信号処理部３０ｂは、稼働状態に移行するまでは休止状態である。休止状態とは、休止している状態である。休止状態は、稼働状態よりも消費電力を抑えた状態である。休止状態は、例えば、起動していても信号処理を行わない状態であってもよいし、スリープ状態であってもよいし、電源が落ちた停止状態であってもよい。

図１８は、第３の実施形態における稼働制御装置５０の機能を表す概略ブロック図である。稼働制御装置５０は、センサ５１及び制御部５２を備える。
センサ５１は、圧電素子を有し、補強コンクリート１０内部から発生する弾性波を検出する。センサ５１は、弾性波を検出することが可能な位置に設置される。例えば、センサ５１は、補強コンクリート１０の表面、側面及び底面のいずれかの面上に設置される。センサ５１は、検出した弾性波を電気信号に変換する。センサ５１は、電気信号を制御部５２に出力する。

制御部５２は、稼働制御装置５０全体を制御する。制御部５２は、ＣＰＵ等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部５２は、プログラムを実行することによって、比較部５２１及び稼働制御部５２２として機能する。比較部５２１及び稼働制御部５２２を実現するためのプログラムは、出荷時に稼働制御装置５０にインストールされていてもよいし、別途インストールされてもよい。

比較部５２１は、センサ５１によって検出された弾性波の振幅と、閾値とを比較する。比較部５２１は、弾性波の振幅の大きさが閾値以上である場合に、信号処理部３０ｂの稼働が必要である旨を稼働制御部５２２に通知する。一方、比較部５２１は、弾性波の振幅の大きさが閾値未満である場合にはそのまま待機する。

稼働制御部５２２は、比較部５２１による比較結果に基づいて、信号処理部３０ｂの稼働を制御する。具体的には、稼働制御部５２２は、信号処理部３０ｂの稼働が必要である旨の通知が比較部５２１から得られた場合に稼働信号を生成する。稼働制御部５２２は、生成した稼働信号を信号処理部３０ｂに出力する。

図１９は、第３の実施形態における信号処理部３０ｂの機能を表す概略ブロック図である。信号処理部３０ｂは、複数のＡＦＥ３１、制御部３２、通信部３３、稼働部３４及び電源部３５を備える。信号処理部３０ｂは、稼働部３４及び電源部３５を新たに備える点で信号処理部３０及び３０ａと構成が異なる。信号処理部３０ｂの他の構成については、信号処理部３０又は３０ａと同様である。そのため、信号処理部３０ｂ全体の説明は省略し、稼働部３４及び電源部３５について説明する。

稼働部３４は、稼働制御装置５０から稼働信号を取得すると、制御部３２及び電源部３５を稼働状態にする。例えば、制御部３２がスリープ状態である場合には、稼働部３４は制御部３２において信号処理が可能なように稼働状態にする。例えば、制御部３２が停止状態である場合には、稼働部３４は電源部３５から制御部３２に対して電力を供給させることによって制御部３２を稼働状態にする。なお、稼働部３４は、ＡＦＥ３１及び通信部３３のいずれかに電源が入っていない場合にも同様に、電源部３５に対して電源が入っていない機能部への電源供給を指示して電力供給させる。

電源部３５は、稼働部３４の指示に従って、各機能部に電力を供給する。具体的には、電源部３５は、ＡＦＥ３１、制御部３２、通信部３３及び稼働部３４に対して電力を供給する。電源部３５は、外部の電源、一次電池、二次電池、太陽電池、エネルギーハーベスタ等から供給される電力を受ける部であり、ここから稼働部３４の指示に応じて各機能部へ電力を供給する。

図２０は、第３の実施形態における構造物評価システム１００ｂによる鋼材の破断の評価処理の流れを示すシーケンス図である。図２０の処理開始時には、信号処理部が休止状態である場合を例に説明する。
センサ５１は、補強コンクリート１０から発生した弾性波を検出する（ステップＳ３０１）。センサ５１は、検出した弾性波を電気信号に変換して比較部５２１に出力する。比較部５２１は、センサ５１によって検出された弾性波の振幅と、閾値とを比較する。比較部５２１は、弾性波の振幅の大きさが閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。弾性波の振幅の大きさが閾値以上ではない場合（ステップＳ３０２－ＮＯ）、稼働制御装置５０はステップＳ３０１及び３０２の処理を繰り返し実行する。

弾性波の振幅の大きさが閾値以上である場合（ステップＳ３０２－ＹＥＳ）、比較部５２１は、信号処理部３０ｂの稼働が必要である旨を稼働制御部５２２に通知する。稼働制御部５２２は、稼働信号を生成する。稼働制御部５２２は、生成した稼働信号を信号処理部３０ｂに出力する（ステップＳ３０３）。
信号処理部３０ｂの稼働部３４は、稼働制御装置５０から稼働信号を取得すると、電源部３５に指示して電力を供給させることによって各機能部を稼働状態にする（ステップＳ３０４）。これにより、信号処理部３０ｂは、センサ２０から出力されたＡＥ信号を取得することができる。

ＡＦＥ３１は、センサ２０から送信されたＡＥ信号に対して前処理を行う（ステップＳ３０５）。具体的には、ＡＦＥ３１は、ＡＥ信号に対して、フィルタ処理及びアナログデジタル変換処理を行う。ＡＦＥ３１は、ノイズ除去デジタル信号を制御部３２に出力する。制御部３２は、ＡＦＥ３１から出力されたノイズ除去デジタル信号を入力として、ノイズ除去デジタル信号から特徴量を抽出する（ステップＳ３０６）。

特徴量抽出部３２２は、抽出した特徴量にセンサＩＤを対応付けて送信データ生成部３２３に出力する。送信データ生成部３２３は、特徴量抽出部３２２から出力された特徴量を含む送信データを生成する（ステップＳ３０７）。送信データ生成部３２３は、生成した送信データを通信部３３に出力する。通信部３３は、送信データ生成部３２３から出力された送信データを構造物評価装置４０に送信する（ステップＳ３０８）。

取得部４１１は、信号処理部３０から送信された送信データを取得する。取得部４１１は、取得した送信データを記憶部４２に記憶する（ステップＳ３０９）。評価部４１２は、第一の期間が経過した後、第二の期間の間に取得された送信データを用いてＰＣ鋼材の破断の可能性の有無を判断する（ステップＳ３１０）。具体的には、評価部４１２は、第二の期間の間に所定の数以上の送信データが取得された場合にＰＣ鋼材が破断した可能性があると判断する。この場合、評価部４１２は、位置標定部４１３に対して弾性波源の位置標定を実行させる。例えば、評価部４１２は、第二の期間の間に取得された送信データを位置標定部４１３に出力するとともに、弾性波源の位置標定を指示する。

位置標定部４１３は、評価部４１２からの指示に応じて、第二の期間の間に取得された複数の送信データを用いて弾性波源を標定する（ステップＳ３１１）。位置標定部４１３は、標定結果を評価部４１２に出力する。評価部４１２は、位置標定部４１３から出力された標定結果に基づいてＰＣ鋼材の破断を判断する（ステップＳ３１２）。評価部４１２は、評価結果を出力する（ステップＳ３１３）。具体的には、評価部４１２は、表示部４３を制御して、評価結果を表示させる。表示部４３は、評価部４１２の制御に従って評価結果を表示する。

以上のように構成された第３の実施形態における構造物評価システム１００ｂによれば、第１の実施形態と同様に、補強コンクリートが有する鋼材の破断を精度よく評価することが可能になる。
構造物評価システム１００ｂでは、信号処理部３０ｂを処理が必要となるまでの間、休止状態としているため消費電力を削減することができる。具体的には、信号処理部３０ｂが稼働している場合、センサ２０から送信されるＡＥ信号に対して常に信号処理が行われる。そのため、センサ２０によって多くの弾性波が検出された場合には、ＰＣ鋼材の破断とは関係なくても信号処理を行う必要があった。そのため、消費電力が多くなってしまっていた。これに対して、第３の実施形態では、信号処理部３０ｂによる処理が必要となるまでの間、信号処理部３０ｂは休止状態としておき、信号処理部３０ｂよりも消費電力が少なくて済む稼働制御装置５０が信号の検出を行う。そして、稼働制御装置５０において、信号処理部３０ｂの稼働が櫃お湯であると判定した場合に、信号処理部３０ｂが稼働状態になる。したがって、信号処理部３０ｂを常に稼働しておく必要がない。そのため、構造物評価システム１００ｂ全体として消費電力を削減することができる。

以下、第３の実施形態における変形例について説明する。
評価部４１２は、第１の実施形態に示した評価部４１２と同様に、標定結果に基づいてＰＣ鋼材の破断位置の判断を行ってもよい。
評価部４１２は、第１の実施形態に示した評価部４１２と同様に、第二の期間の間に所定の数以上の送信データが取得された場合にＰＣ鋼材が破断したと判断してもよい。

信号処理部３０ｂの各機能部は、図２０の処理開始時において稼働状態であって、信号処理を行わずに待機していてもよい。このように構成される場合、信号処理部３０ｂは、センサ２０から出力されたＡＥ信号を常に受信する。しかしながら、制御部３２は、稼働部３４からの稼働指示がなされるまでの間は信号処理を行わない。そして、稼働部３４からの稼働指示がなされた場合に、制御部３２は信号処理を行う。
このように構成されることによって、信号処理を行う分の消費電力を削減することができる。

信号処理部３０ｂは、第２の実施形態と同様に、評価に必要となる送信データのみを構造物評価装置４０に送信してもよい。このように構成される場合、制御部３２の送信データ生成部３２３は、起動状態となった後に、送信条件が満たされたか否かを判定する。送信条件が満たされた場合、送信データ生成部３２３は送信データを生成する。
このように構成されることによって、消費電力を削減しつつ、構造物評価装置４０の処理負荷を軽減することができる。

稼働部３４は、稼働制御装置５０から稼働信号を取得してから第一の期間が経過するまでの間待機して、第一の期間経過後に各機能部を稼働状態にしてもよい。具体的には、稼働部３４は、稼働制御装置５０から稼働信号を取得した時点を基準として、カウンタを用いて第一の期間が経過するまで待機する。また、稼働部３４は、稼働制御装置５０から出力された稼働信号に振幅の値が閾値以上の弾性波が検出された時刻情報を含まれる場合には、その時刻情報で示される時刻を基準として、カウンタを用いて第一の期間が経過するまで待機する。そして、稼働部３４は、第一の期間経過後に各機能部を稼働状態にする。この場合、制御部３２は、稼働状態になってから得られた信号を全て構造物評価装置４０に送信させる。
このように構成されることによって、評価に必要なデータを取得するタイミングまで信号処理部３０ａの各機能部を休止状態とすることができる。これにより、少しでも長く信号処理部３０ａの各機能部が休止状態となる。そのため、消費電力を削減することができる。

信号処理部３０ｂと稼働制御装置５０とが一体化されて構成されてもよい。このように構成される場合、一体化された装置にはセンサ５１が含まれなくてよい。そして、制御部５２は、センサ２０から得られるＡＥ信号に基づいて、信号処理部３０ｂが備えていた各機能部を稼働状態とするか否かを判定する。

以下、各実施形態に共通の変形例について説明する。
補強コンクリート１０は、ポストテンション方式のプレストレストコンクリートに限らず、コンクリート内部に備えられる鋼材の破断により弾性波を発生させる補強コンクリートであればどのようなコンクリートであってもよい。例えば、補強コンクリート１０は、プレテンション方式のプレストレストコンクリートであってもよい。

構造物評価装置４０が備える各機能部は、一部又は全てが別の筺体に備えられていてもよい。例えば、構造物評価装置４０が制御部４１及び記憶部４２を備えて、表示部４３が別の筺体に備えられてもよい。同様に、構造物評価装置４０ａが備える各機能部は、一部又は全てが別の筺体に備えられていてもよい。例えば、構造物評価装置４０ａが制御部４１ａ及び記憶部４２を備えて、表示部４３が別の筺体に備えられてもよい。このように構成される場合、制御部４１及び４１ａは、評価結果及び位置標定結果を別の筺体に送信する。そして、別の筺体に備えられる表示部４３は、評価結果及び位置標定結果を表示する。
このように構成されることによって、構造物評価装置４０及び４０ａの製造コストを抑えることができる。

信号処理部３０と、構造物評価装置４０とは一体化されて構成されてもよい。信号処理部３０と、構造物評価装置４０ａとは一体化されて構成されてもよい。信号処理部３０ｂと、構造物評価装置４０とは一体化されて構成されてもよい。

制御部４１及び４１ａは、出力制御部を備えてもよい。出力制御部は、出力部を制御して、評価結果及び位置標定結果を出力する。ここで、出力部には、通信部及び印刷部が含まれる。出力部が通信部である場合、出力制御部は通信部を制御して、評価結果及び位置標定結果を他の装置に送信する。また、出力部が印刷部である場合、出力制御部は印刷部を制御して、評価結果及び位置標定結果を印刷する。構造物評価装置４０及び４０ａは、出力部として通信部及び印刷部の一部又は全てを備えて上記の動作を実行してもよい。

送信データ生成部３２３及び３２３ａは、特徴量抽出部３２２によって抽出された特徴量に基づいて、特徴量に含まれる振幅の大きさが閾値以上である場合に警告を示す警告用の送信データを生成してもよい。通信部３３は、生成された警告用の送信データを補強コンクリート１０に設けられる不図示の警報機に送信してもよいし、構造物評価装置４０及び４０ａに送信してもよい。警告用の送信データを補強コンクリート１０に設けられる警報機に送信する場合、警報機は警告用の送信データを受信することによって周囲に対して、破断が発生した可能性があることを示す警告を出力する。例えば、警報機は、音を出力することによって警告を通知してもよいし、音声により警告を通知してもよいし、ランプの点滅により警告を通知してもよいし、ランプの色を変化させることにより警告を通知してもよい。警告用の送信データを構造物評価装置４０及び４０ａに送信する場合、制御部４１及び４１ａは警告用の送信データを受信することによって、表示部４３に警告を表示させてもよい。
このように構成されることによって、破断が発生した可能性があることを事前に通知することができる。これにより、現場の担当者においては破断の対策を事前に取ることができるため、効率的に作業することができる。

上記例では、ＰＣ鋼材の破断位置は決まっていないため、プレストレストコンクリート全体に配置することが必要となる。インフラのモニタリングシステムでは低コストで長期にわたって自律的に稼働することが求められる。全体に配置するためにセンサ数を増やすと、コストや消費電力の面での課題となる。そこで、各実施形態において以下のようにセンサ２０を配置してもよい。図２１は、各実施形態におけるセンサ２０の別の配置例を示す図である。図２１のように破断位置が推定できる場合には破断位置を囲むようにセンサを配置することが考えられる。しかし、図８及び９によると再定着により発生した弾性波は時間とともに進んでいくことがわかる。そこで、破断位置が推定できる場合には、図２２のように破断想定位置をＰとし、再定着の範囲が短い場合、長い場合それぞれＤ１（第一距離）、Ｄ２（第二距離）とし、再定着の先端はＰＣ鋼材に沿うようにＤ１、Ｄ２離れた位置はそれぞれＩ１及びＩ２となる。そのため、少なくともＩ１およびＩ２が作るＰＣ鋼材の線分を含むようにセンサを配置することで効果的に再定着を判断することができる。

また、図２３のようにセンサ２０で再定着により発生した弾性波を検出する場合、一般的に弾性波は距離とともに減衰する。そこで検出可能範囲Ａとし、直径Ａの円の内部にセンサ２０を配置することが望ましい。そのため、ＰＣ鋼材に沿ったＩ１とＩ２とを結ぶ線分の所定位置を中心とした半径Ｂの複数の円の内側にセンサ２０を配置することで、効率よく弾性波を検出することが可能となる。

弾性波の検出可能範囲Ａを決めるためには、弾性波の距離減衰を考慮する必要がある。ここではＱ値を用いたアプローチの提案を行う。Ｑ値とは、材料の距離減衰特性を表す指標であり、減衰が速いほど振動は早く減衰するため制振材料の評価としても用いられる。１サイクルの間に弾性波のエネルギーＥがΔＥだけ失われるとき、Ｑ値は以下の式によって定義される。

コンクリートのＱ値に関する研究はこれまで複数なされており、これら既往の研究に基づけば、コンクリートのＱ値が取り得る範囲はおおよそ１０～４０程度であると考えられる。
コンクリートのＱ値が取り得るおおよその範囲において、予めその減衰特性を把握しておけば、使用するセンサの感度から、センサ間隔を導くことが可能である。Ｑ値における各スペクトル比ｌｎ(Ｘ_ｎ／Ｘ_１)、つまり距離減衰を算出には下式を用いる。式中のｆは周波数［ｋＨｚ］、ｄは伝播距離［ｍ］を示す。

例えば、Ｑ＝２８．８の場合、５ｍ離れれば、８０ｋＨｚの周波数成分は４．５×１０^－５倍に減衰すると考えられる。プレストレストコンクリートおよび使用したセンサ、ＡＦＥ３１のＳ/Ｎ比等から弾性波の検出可能範囲Ａを求めることが可能となる。破断位置を推定する場合には、ＰＣ鋼材の配置や危険位置を目視や設計図等で確認したり、腐食の状況をファイバスコープ等で確認することができる。また、充填状況をＸ線透過法といった方式で調べ、破断推定位置とすることができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、複数のセンサ２０と、評価部４１２とを持つ。複数のセンサ２０は、補強コンクリート１０で発生した弾性波を検出する。評価部４１２は、複数のセンサ２０によって検出された弾性波の大きさが閾値以上となった時点から第一の期間が経過した後の期間である第二の期間の間に検出された弾性波を用いて、鋼材の破断を評価する。これにより、補強コンクリートが有する鋼材の破断を精度よく評価することができる。

上述した実施形態における構造物評価装置４０及び４０ｂの一部の機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims (8)

1. 補強用の鋼材を内部に有する補強コンクリートで発生した弾性波を検出する複数のセンサと、
   前記複数のセンサによって検出された前記弾性波の大きさが閾値以上となった時点から破断により生じた弾性波の影響を受けると想定される期間である第一の期間が経過した後の期間であって、破断により生じた弾性波の影響が少ないと想定される期間である第二の期間の間に検出された弾性波に基づいて、再定着により発生した弾性波を検出することで前記鋼材の破断を評価する評価部と、
   を備える構造物評価システム。
2. 前記複数のセンサそれぞれによって、前記第二の期間の間に検出された複数の弾性波を用いて、弾性波源を標定する位置標定部をさらに備える、請求項１に記載の構造物評価システム。
3. 前記評価部は、前記位置標定部の標定結果から、評価対象領域内のある範囲内に所定の数以上の弾性波源がある場合に前記鋼材が破断したと評価する、請求項２に記載の構造物評価システム。
4. 前記複数のセンサによって検出された前記弾性波に対して信号処理を行う信号処理部と、
   前記信号処理部を稼働状態にさせる稼働制御部と、
   をさらに備え、
   前記稼働制御部は、前記弾性波の振幅の大きさが閾値以上の弾性波が検出された場合に、前記信号処理部を稼働状態にさせるための稼働信号を前記信号処理部に出力し、
   前記信号処理部は、前記稼働制御部から出力された前記稼働信号を取得した場合に、前記弾性波に対して信号処理を行い、信号処理後の信号を前記評価部に送信する、請求項１から３のいずれか一項に記載の構造物評価システム。
5. 前記複数のセンサは、前記補強コンクリート内における前記鋼材の破断想定位置から第一距離だけ離した位置と、前記破断想定位置から前記第一距離よりも長い第二距離だけ離した位置とを含むように設置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の構造物評価システム。
6. 前記複数のセンサは、前記補強コンクリート内における前記鋼材の破断想定位置から第一距離だけ離した位置と、前記破断想定位置から前記第一距離よりも長い第二距離だけ離した位置とを結ぶ線分の所定位置を中心とした複数の円それぞれの内部に設置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の構造物評価システム。
7. 補強用の鋼材を内部に有する補強コンクリートで発生した弾性波を検出する複数のセンサによって検出された前記弾性波の大きさが閾値以上となった時点から破断により生じた弾性波の影響を受けると想定される期間である第一の期間が経過した後の期間であって、破断により生じた弾性波の影響が少ないと想定される期間である第二の期間の間に検出された弾性波に基づいて、再定着により発生した弾性波を検出することで前記鋼材の破断を評価する評価部、
   を備える構造物評価装置。
8. 補強用の鋼材を内部に有する補強コンクリートで発生した弾性波を検出する複数のセンサによって検出された前記弾性波の大きさが閾値以上となった時点から破断により生じた弾性波の影響を受けると想定される期間である第一の期間が経過した後の期間であって、破断により生じた弾性波の影響が少ないと想定される期間である第二の期間の間に検出された弾性波に基づいて、再定着により発生した弾性波を検出することで前記鋼材の破断を評価する評価ステップ、
   を有する構造物評価方法。

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