JPH1164176A - 構造部材のモニタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐久性に優れ、しかも低コストであってかつ
簡易な構成で構造部材のモニタリングをすることができ
る構造部材のモニタリング装置を得ること。 【解決手段】 本発明は、インパルス状のパルス信号Ｓ
ｉまたはステップ状のパルス信号Ｓｓを発生するパルス
信号発生器１と、炭素繊維束等からなり、基礎杭４内部
に埋設され、その一端２ａにパルス信号Ｓｉまたはパル
ス信号Ｓｓが供給される導電性線材２と、導電性線材２
の一端２ａより出力される反射信号Ｓｒｉ３または反射
信号Ｓｒｓ３に基づいて、導電性線材２における障害点
２ｂの位置を特定するとともに、障害点２ｂ近傍の基礎
杭４の損傷状態を判定するオシロスコープ３とを有して
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造部材の健全性
の診断に用いられる構造部材のモニタリング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】橋梁、高架道、トンネル、ビルなどの土
木・建築構造物は、供用期間が長いことから、地震、過
荷重や疲労などによる損傷、腐食や苛酷な環境などによ
る劣化の問題にさらされている。そこで、従来よりかか
る問題を解決すべく、構造部材または構造物の所要箇所
にセンサーを配置して、随時、構造物の健全性のモニタ
リングを行い、長期の耐久性を保証するという方法がと
られている。このモニタリングは、常時または定期的
に、さらには地震や過荷重を受けた直後等に行われる。

【０００３】具体的には、上述したモニタリングの技術
は、次のような場所、箇所に適用される。 （ａ）目視などによる検査、点検を行うことができない
場所や位置にある部材・部位のモニタリング。例として
は、地下部分、仕上材、天井材、カバー（屋上における
防水層やトンネルの覆工など）がある部材、部位、他の
設備、機器配管類により見えない部分、作業の為、立入
できないほど狭い場所、密閉されている場所等が挙げら
れる。

【０００４】（ｂ）簡単には人が立ち入ることが出来な
い場所、部位や、立入や作業に危険を伴う場所、位置に
おける部材、部位のモニタリング。一例としては、高所
作業を伴い、かつ安全な作業足場が確保しがたい場所、
水・海水に接している構造物や水中・海中構造物、変電
所設備などのような（超）高電圧の設備機器がある所、
原子力施設や放射性廃棄物の処分場などのような放射性
物質を取り扱う施設、人体に有害な気体（ガス）あるい
は刺激臭（臭い）のある場所、酸欠状態になり易い場
所、交通車輌が多いところ、出来れば避けたい汚物、
光、騒音、粉塵、振動などのある場所、高温度、高湿度
の場所等が挙げられる。

【０００５】（ｃ）新しい構造用の材料や新しい構工法
を適用した場合のモニタリング。新しい構造用の材料や
新しい構工法を採用するにあたっては、事前に実験や検
討等による多くの実績をもとに、慎重に行われるもので
あり、多くの場合、長期の耐久性についても問題が生じ
るようなことはない。しかしながら、土木・建築構造物
では供用期間が長いことから、使用条件の変更や環境の
変化なども考慮に入れれば、不測の事故の回避や長期の
耐久性を保証するために、モニタリングを行うことは、
非常に有効となる場合があるからである。また、設計・
運用データの少なさからくる過剰設計が不要となると同
時に、信頼性も飛躍的に向上するなどの利点が期待でき
るからである。

【０００６】また、建築構造物では、現在の許容応力度
設計法による設計体系から、限界状態設計法、さらには
基準により構造細部までを規定するのではなく性能自体
を規定することにより、設計者自らがその性能を保証す
るという新しい設計体系への展開も始まろうとしてい
る。このような新しい設計による場合には、性能（機
能）・安全・コスト（経済性）のバランスをとることが
今後の課題とされている。

【０００７】次に、上述したモニタリングを実現する手
段たる従来の構造部材のモニタリング装置について説明
する。この種の構造部材のモニタリング装置は、構造部
材に配置されたセンサと、該センサを用いて各種計測を
行う計測機器とから構成されている。上記センサとして
は、光ファイバまたは炭素繊維束等の導電性線材が用い
られている。

【０００８】はじめに、センサとして光ファイバを用い
た構造部材のモニタリング装置について説明する。この
構造部材のモニタリング装置は、光ファイバと、該光フ
ァイバへ光パルスを入射するとともに該光ファイバにお
ける障害点により反射された反射パルスに基づいて上記
障害点を特定する計測機器とから構成されている。

【０００９】上記光ファイバは、周知のごとく、直径が
数ミクロンから１０ミクロンであってかつ屈折率がｎa
（＝１．５）のコアと、該コアに対して同軸をなしかつ
屈折率がｎb（＜ｎa）のクラッドとが一体に形成されて
なり、可とう性を有している。 従って、上記コアに入
射した光は、コアとクラッドとの屈折率差（０．２％〜
１．０％）によって、コアとクラッドとの境界面で全反
射を繰り返し、極めて低い損失で伝搬する。また、光フ
ァイバは、弾力性を持たせるべくシリコンやウレタン等
により外周面が被覆されていることから、機械的強度が
高く、光ファイバ自体の破断伸びは、１％程度とされて
いる。

【００１０】上記構成において、炭素繊維やガラス繊維
などの繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと称する）
やその複合材料のひびわれや亀裂の進展をモニタリング
する場合には、被覆が剥された光ファイバがＦＲＰの中
に予め埋め込まれるか、または被覆が剥された光ファイ
バがＦＲＰの表面に接着剤により接着される。このよう
に、被覆が剥された光ファイバを用いる理由は、被覆の
強度が大きいため、被覆された光ファイバをＦＲＰにそ
のまま埋め込む等した状態でＦＲＰに亀裂等が生じて
も、被覆のみが損傷するのみで光ファイバ自体が損傷し
ないからである。

【００１１】ここで、今、ＦＲＰに亀裂が生じたとする
と、該亀裂箇所に対応する光ファイバの部分（以下、障
害点と称する）が損傷する。この状態において、光ファ
イバの入射端面に計測機器より光パルスが入射される
と、該光パルスは、光ファイバ内部を伝搬する。そし
て、上記光パルスの一部は、光ファイバの障害点により
微弱な反射光（後方散乱光）として反射されるととも
に、光パルスの残りは、障害点を透過してさらに光ファ
イバ内を伝搬する。

【００１２】そして、障害点の有無または障害点におけ
る損傷の程度は、光ファイバの出射端面より出射された
透過光の光強度を計測するか、または障害点により反射
された微弱な反射光を入射端面において計測するかして
判定される。

【００１３】また、障害点において光ファイバが完全に
破断されている場合、光ファイバの入射端面より入射さ
れた光パルスは、光ファイバの破断面により反射パルス
として反射（フレネル反射）される。このとき、上記反
射パルスを計測することにより、光ファイバにおける障
害点の位置が特定される。

【００１４】一方、障害点における破断の程度によって
は、上記反射パルスが生じない場合がある。しかしなが
ら、この場合においては、障害点における上述した後方
散乱光のレベルを測定することにより、上記障害点の位
置が特定される。

【００１５】次に、センサとして炭素繊維束等の導電性
線材を用いた構造部材のモニタリング装置について説明
する。この構造部材のモニタリング装置は、導電性線材
と、該導電性線材の抵抗値を計測する計測機器とから構
成されている。上記導電性線材としては、例えば、導電
性の炭素繊維ガラス繊維強化プラスチックス（ＣＦＧＦ
ＲＰ）が用いられている。この炭素繊維ガラス繊維強化
プラスチックスには、極細長の炭素繊維がおおむね千本
単位で束ねられたもの（炭素繊維束）が含まれている。

【００１６】上記構成において、コンクリート等の構造
部材に埋め込まれた導電性線材の抵抗値が計測機器によ
り計測されることにより、構造部材の損傷の程度がモニ
タリングされる。すなわち、構造部材（導電性材料）に
引張荷重が作用すると、導電性線材の炭素繊維が引張荷
重による伸びに応じて徐々に破断され、計測機器により
計測される、炭素繊維の抵抗値が徐々に上昇する。そし
て、上記伸びが所定以上になると、炭素繊維のほとんど
が破断し、導電性材料の抵抗値が急激に上昇する。

【００１７】そして、さらに構造部材に対する引張荷重
が大きくなると、炭素繊維が完全に破断することによ
り、炭素繊維の抵抗値が極めて大きくなる（空気中であ
ればほぼ無限大）。

【００１８】また、構造部材に対する引張荷重が取り除
かれると、構造部材のたわみが徐々に小さくなるととも
に、破断されていない炭素繊維のみが元の形状に戻る。
この状態において、導電性線材の抵抗値（以下、残留抵
抗値と称する）は、構造部材に対して引張荷重がかかる
前の抵抗値（以下、初期抵抗値と称する）に比べて大き
い値とされている。これは、導電性材料において破断し
た炭素繊維の分だけ抵抗値が大きいためである。

【００１９】そして、実際のモニタリングにおいては、
引張荷重および構造部材の伸びと、残留抵抗値との対応
関係を実験等により変換テーブルとして調べておき、実
測値たる残留抵抗値と変換テーブルとから、実際の引張
荷重および構造部材の伸びを推測することができる。こ
の推測結果に基づいて、構造部材の損傷の程度がモニタ
リングされる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の光フ
ァイバを用いた構造部材のモニタリング装置において
は、以下に列挙する問題点、欠点があった。 （１） 被覆が剥された光ファイバを構造部材たるコン
クリート躯体に埋め込んだ場合、光ファイバが石英ガラ
スからなるという材料の性質上、コンクリートに含まれ
ているアルカリ成分により、光ファイバの伝送特性が悪
化する。従って、この場合には、長期間に亙ってモニタ
リングを行うことができないという問題があった。

【００２１】（２） 被覆された光ファイバを構造部材
に適用した場合、光ファイバの強度が高くなるため、光
ファイバの損傷箇所と構造部材の損傷箇所との不一致が
生じたり、また、被覆と構造部材との間に剥がれが発生
するといった、測定精度が低いという問題があった。 （３） 被覆した光ファイバを単なる光信号の伝達ケー
ブルとして用いた場合、光ファイバの破断伸びがわずか
１％程度であることから、炭素繊維シート等の高弾性で
あってかつ破断伸びの小さい補強材中に光ファイバを配
置するときを除けば、保護管等により光ファイバを養生
しなければならないという問題があった。

【００２２】（４） 光ファイバの口元自体が入射端面
とされていることから、この入射端面から所定点までの
間の部分が、計測不可能ないわゆるデッドゾーンとされ
る。従って、上記デットドーンに障害点が存在する場
合、該障害点を検出することができないという問題があ
った。このデットゾーンの距離は、光の波長や計器機器
の計測精度により異なるが、通常、シングルモード光フ
ァイバで８ｍ、マルチモード光ファイバで３ｍとされて
いる。しかしながら、デッドゾーンの距離は、特定の測
定方法を用いた場合、１０〜２０ｍにもおよぶ。 （５） 引張荷重等による光ファイバの変形が弾性域内
であった場合には、引張荷重が取り除かれた時点で光フ
ァイバが引張荷重がかかる前の状態に戻る。従って、こ
の引張荷重が取り除かれた状態で計測を行っても、引張
荷重が加えられたという過去の状態を知ることができな
いという欠点があった。

【００２３】一方、従来の導電性線材（炭素繊維束）を
用いた構造部材のモニタリング装置においては、導電性
線材の抵抗値の変化から、構造部材のどこかに損傷を受
けた位置が存在するということを知ることができるとい
う利点があるが、その測定の性質上、損傷を受けた位置
を特定することができないという欠点があった。なお、
導電性線材を複数に分割して、両端だけではなく、中間
点に複数の端子を設けておき、その間の抵抗値を計測す
ることにより、損傷を受けた部位の範囲を特定すること
も考えられる。しかしながら、この場合においては、複
数の端子と計測機器との間を接続する複数の信号ケーブ
ルが必要とされ、コスト面、施工の困難性等を考慮すれ
ば適用に問題があることもある。本発明はこのような背
景の下になされたもので、耐久性に優れ、しかも低コス
トであってかつ簡易な構成で構造部材のモニタリングを
することができる構造部材のモニタリング装置を提供す
ることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、構造部材の内部に埋設され、導電性を有しかつ繊維
からなる導線と、前記導線の一端へパルス信号を供給す
るパルス信号供給手段と、前記導線の一端より出力され
る反射信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特定
するとともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判定
手段とを具備することを特徴とする。また、請求項２に
記載の発明は、前記構造部材の内部に埋設され、導電性
を有する第１の導線と、前記第１の導線に対して所定間
隔をおいて前記構造部材の内部に平行配置され、導電性
を有しかつ繊維からなる第２の導線と、前記第１の導線
の一端へパルス信号を供給するパルス信号供給手段と、
前記第１の導線の一端より出力される第１の反射信号、
および前記第２の導線の一端より出力される第２の反射
信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特定すると
ともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段と
を具備することを特徴とする。また、請求項３に記載の
発明は、前記構造部材の内部に埋設され、導電性を有し
かつ繊維からなる導線と、前記導線の一端へパルス信号
を供給するパルス信号供給手段と、前記導線の一端より
出力される反射信号、および前記導線の他端より出力さ
れる透過信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特
定するとともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判
定手段とを具備することを特徴とする。また、請求項４
に記載の発明は、構造部材の内部に埋設され、導電性を
有しかつ繊維からなる導線と、前記導線の一端へ高周波
信号を供給する高周波信号供給手段と、前記導線の一端
より出力される反射信号に基づいて、前記構造部材の損
傷位置を特定するとともに、前記構造部材の損傷状態を
判定する判定手段とを具備することを特徴とする。ま
た、請求項５に記載の発明は、前記構造部材の内部に埋
設された導電性を有する第１の導線と、前記第１の導線
に対して所定間隔をおいて前記構造部材の内部に平行配
置され、導電性を有しかつ繊維からなる第２の導線と、
前記第１の導線の一端へ高周波信号を出力する高周波信
号供給手段と、前記第１の導線の一端より出力される第
１の反射信号、および前記第２の導線の一端より出力さ
れる第２の反射信号に基づいて、前記構造部材の損傷位
置を特定するとともに、前記構造部材の損傷状態を判定
する判定手段とを具備することを特徴とする。また、請
求項６に記載の発明は、前記構造部材の内部に埋設さ
れ、導電性を有しかつ繊維からなる導線と、前記導線の
一端へ高周波信号を供給する高周波信号供給手段と、前
記導線の一端より出力される反射信号、および前記導線
の他端より出力される透過信号に基づいて、前記構造部
材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部材の損傷
状態を判定する判定手段とを具備することを特徴とす
る。また、請求項７に記載の発明は、構造部材の表面に
接着され、導電性を有しかつ繊維からなる導線と、前記
導線の一端へパルス信号を供給するパルス信号供給手段
と、前記導線の一端より出力される反射信号に基づい
て、前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記
構造部材の損傷状態を判定する判定手段とを具備するこ
とを特徴とする。また、請求項８に記載の発明は、前記
構造部材の表面に接着され、導電性を有する第１の導線
と、前記第１の導線に対して所定間隔をおいて前記構造
部材の内部に平行配置され、導電性を有しかつ繊維から
なる第２の導線と、前記第１の導線の一端へパルス信号
を供給するパルス信号供給手段と、前記第１の導線の一
端より出力される第１の反射信号、および前記第２の導
線の一端より出力される第２の反射信号に基づいて、前
記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部
材の損傷状態を判定する判定手段とを具備することを特
徴とする。また、請求項９に記載の発明は、前記構造部
材の表面に接着され、導電性を有しかつ繊維からなる導
線と、前記導線の一端へパルス信号を供給するパルス信
号供給手段と、前記導線の一端より出力される反射信
号、および前記導線の他端より出力される透過信号に基
づいて、前記構造部材の損傷位置を特定するとともに、
前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段とを具備す
ることを特徴とする。また、請求項１０に記載の発明
は、構造部材の表面に接着され、導電性を有しかつ繊維
からなる導線と、前記導線の一端へ高周波信号を供給す
る高周波信号供給手段と、前記導線の一端より出力され
る反射信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特定
するとともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判定
手段とを具備することを特徴とする。また、請求項１１
に記載の発明は、前記構造部材の内部に接着され、導電
性を有する第１の導線と、前記第１の導線に対して所定
間隔をおいて前記構造部材の内部に平行配置され、導電
性を有しかつ繊維からなる第２の導線と、前記第１の導
線の一端へ高周波信号を出力する高周波信号供給手段
と、前記第１の導線の一端より出力される第１の反射信
号、および前記第２の導線の一端より出力される第２の
反射信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特定す
るとともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判定手
段とを具備することを特徴とする。また、請求項１２に
記載の発明は、前記構造部材の表面に接着され、導電性
を有しかつ繊維からなる導線と、前記導線の一端へ高周
波信号を供給する高周波信号供給手段と、前記導線の一
端より出力される反射信号、および前記導線の他端より
出力される透過信号に基づいて、前記構造部材の損傷位
置を特定するとともに、前記構造部材の損傷状態を判定
する判定手段とを具備することを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞以下、図面を参照して本発明の実施形
態について説明する。図１は本発明の第１実施形態によ
る構造部材のモニタリング装置の概略構成を示す図であ
る。以下に説明する第１実施形態による構造部材のモニ
タリング装置の測定原理は、ＴＤＲ（Time Domain Refl
ectometry）測定方法に基づくものである。

【００２６】ここで、上記ＴＤＲ測定方法とは、インパ
ルス状またはステップ状のパルス信号を導電性の被測定
物に入力した後、上記パルス信号（入射波）と被測定物
により反射された反射信号（反射波）とが重畳された反
射信号の波形に基づいて、被測定物のインピーダンス特
性やインピーダンスの不連続性を距離の関数として測定
する方法をいう。また、上記重畳された反射信号の波形
は、オシロスコープにより観測される。

【００２７】図１において、１は、パルス信号発生器で
あり、図２（ｃ）に示すパルス信号Ｓｉまたは図２
（ｄ）に示すステップ状のパルス信号Ｓｓを発生する。
このパルス信号発生器１には、図示しないプローブが接
続されており、パルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓ
は、該プローブを介して出力される。また、上記プロー
ブ先端部からパルス信号発生器１およびオシロスコープ
３側を見たときの特性インピーダンスは、Ｚｏ（５０Ω
または７５Ω）とされている。

【００２８】２は、被測定物たる導電性線材であり、こ
の導電性線材２としては、例えば、炭素繊維束等が用い
られている。この導電性線材２の一端２ａには、プロー
ブを介してパルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓが入力
される。また、導電性線材２については、一端２ａにお
いて反射が発生しないように、そのインピーダンスと特
性インピーダンスＺｏとができるかぎり整合するよう
に、長さおよび径、材料の抵抗率の設計が行われる。３
は、反射信号Ｓｒｉ３（図２（ｃ）参照）または反射信
号Ｓｒｓ３（図２（ｄ）参照）の波形を表示するオシロ
スコープである。

【００２９】さらに、導電性線材２の外周面は、プラス
チックス等の被覆材（図示略）で被覆されている。この
被覆材としては、例えば、その破断伸びが、後述するよ
り線や中心導体と同程度かまたは小さいという機械的特
性を有しているものが用いられている。ここで、上記導
電性線材２（より線）として銅線を用いた場合には、引
張荷重による引張（破断）伸びが数パーセント以下のプ
ラスチックスの被覆を用いることが望ましい。これによ
り、コンクリート部材のひび割れや亀裂の進展に伴い、
被覆材であるプラスチックスに同じようにひび割れ、ま
たは亀裂が入り、ひいては、被覆材を含めた周辺のイン
ピーダンスが変化し、この結果、その損傷状況をより感
度良くモニタリングすることができる。

【００３０】引張（破断）伸びが数パーセント以下のプ
ラスチックスとしては、例えば、ポリスチレンの標準グ
レード、またはビニルエステル系エポキシ樹脂の標準グ
レードのものが挙げられる。ここで、ポリスチレンの標
準グレードのものの引張（破断）伸びは、２％であり、
一方、ビニルエステル系エポキシ樹脂の標準グレードの
ものの引張（破断）は、３％である。

【００３１】また、オシロスコープ３には、各種演算を
行うＣＰＵ（中央処理装置）（図示略）が内蔵されてい
る。

【００３２】上記構成において、今、図１に示す導電性
線材２の途中部分に引張荷重等による損傷部、すなわち
障害点２ｂが存在するものとする。すなわち、導電性線
材２においては、障害点２ｂによりインピーダンスの不
整合が生じている。

【００３３】この状態において、図２（ｂ）に示すパル
ス信号発生器１より、パルス信号Ｓｉ（図２（ｃ）参
照）が図２（ａ）に示す導電性線材２の一端２ａへプロ
ーブを介して出力されると、パルス信号Ｓｉは、導電性
線材２を伝搬する。そして、パルス信号Ｓｉの一部は、
障害点２ｂにより反射され、反射信号Ｓｒｉ１として、
一端２ａへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Ｓｉの残
りは、他端２ｃにより反射され、反射信号Ｓｒｉ２とし
て一端２ａへ向けて伝搬する。

【００３４】これにより、導電性線材２の一端２ａから
は、上述した反射信号Ｓｒｉ１と反射信号Ｓｒｉ２とが
重畳された反射信号Ｓｒｉ３が出力される。そして、こ
の反射信号Ｓｒｉ３は、オシロスコープ３に入力され
る。この結果、オシロスコープ３には、図２（ｃ）に示
す反射信号Ｓｒｉ３の波形が表示される。この図におい
て、部分Ａは、反射信号Ｓｒｉ１に対応する部分であ
り、部分Ｂは、反射信号Ｓｒｉ２に対応する部分であ
る。

【００３５】従って、図２（ｃ）において、パルス信号
Ｓｉと部分Ａとの間の時間を求め、該時間に反射信号Ｓ
ｒｉ３の伝搬速度（≒光速ｃ）を乗算した結果を「２」
で除算することにより、図２（ａ）に示す一端２ａから
障害点２ｂまでの距離が求められる。すなわち、導電性
線材２における障害点２ｂの位置が特定される。

【００３６】また、図２（ｂ）に示すパルス信号発生器
１より、ステップ状のパルス信号Ｓｓ（図２（ｄ）参
照）が図２（ａ）に示す導電性線材２の一端２ａへプロ
ーブを介して出力されると、パルス信号Ｓｓの一部は、
障害点２ｂにより反射され、反射信号Ｓｒｓ１として、
一端２ａへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Ｓｓの残
りは、他端２ｃにより反射され、反射信号Ｓｒｓ２とし
て一端２ａへ向けて伝搬する。

【００３７】これにより、導電性線材２の一端２ａから
は、上述した反射信号Ｓｒｓ１と反射信号Ｓｒｓ２とが
重畳された反射信号Ｓｒｓ３が出力される。そして、こ
の反射信号Ｓｒｓ３は、オシロスコープ３に入力され
る。この結果、オシロスコープ３には、図２（ｄ）に示
す反射信号Ｓｒｓ３の波形が表示される。この図におい
て、部分Ｃは、反射信号Ｓｒｓ１に対応する部分であ
り、部分Ｄは、反射信号Ｓｒｓ２に対応する部分であ
る。

【００３８】従って、図２（ｄ）において、パルス信号
Ｓｓの立ち上がりと部分Ｃとの間の時間を求め、該時間
に反射信号Ｓｒｓ３の伝搬速度（≒光速ｃ）を乗算した
結果を「２」で除算することにより、図２（ａ）に示す
一端２ａから障害点２ｂまでの距離が求められる。すな
わち、導電性線材２における障害点２ｂの位置が特定さ
れる。

【００３９】次に、本発明の第１実施形態による構造部
材のモニタリング装置の具体的構成について図３（ａ）
および（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は、第１
実施形態による構造部材のモニタリング装置の構成を示
す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＡ−
Ａ線視断面図である。上記図３（ａ）および（ｂ）にお
いて、図１、図２（ａ）および（ｂ）に対応する部分に
は、同一の符号を付け、その説明を省略する。

【００４０】図３（ａ）に示す４は、地表５に縦方向に
打設された、構造部材たる円柱形状の基礎杭である。こ
の基礎杭４の内部には、図３（ｂ）に示す杭頭４ａから
杭先端部４ｂまでに至って、長手方向に導電性線材２が
埋設されている。また、導電性線材２の外周面は、図示
しない絶縁材料（例えば、プラスチックス）により被覆
されている。ここで、基礎杭４の長手方向の距離はＬ1
（＝５０ｍ）である。

【００４１】次に、上述した第１実施形態による構造部
材のモニタリング装置の動作について説明する。今、図
３（ｂ）に示す導電性線材２において、一端２ａ（杭頭
４ａ）より下方向へ距離Ｌ2（＝３５ｍ）隔てた障害点
２ｂで断線が発生しているものとする。すなわち、上記
障害点２ｂにおける断線は、基礎杭４に対して引張荷重
等が加えられた結果、障害点２ｂ近傍の基礎杭４部分に
亀裂、ひび割れ、破損等が生じたことにより発生したも
のである。

【００４２】この状態において、図３（ｂ）に示すパル
ス信号発生器１より、パルス信号Ｓｉ（図４（ｂ）参
照）が導電性線材２の一端２ａへプローブを介して出力
されると、パルス信号Ｓｉは、他端２ｃ方向へ向けて導
電性線材２を伝搬する。そして、パルス信号Ｓｉの一部
は、図４（ａ）に示す障害点２ｂにより反射され、反射
信号Ｓｒｉ１（図２（ｂ）参照）として、一端２ａへ向
けて伝搬する。一方、パルス信号Ｓｉの残りは、他端２
ｃにより反射され、反射信号Ｓｒｉ２（図２（ｂ）参
照）として一端２ａへ向けて伝搬する。

【００４３】これにより、導電性線材２の一端２ａから
は、反射信号Ｓｒｉ１と反射信号Ｓｒｉ２とが重畳され
た反射信号Ｓｒｉ３（図４（ｃ）参照）が出力される。
なお、図４（ｃ）においては、反射信号Ｓｒｉ２に対応
する部分の図示が省略されている。そして、この反射信
号Ｓｒｉ３は、オシロスコープ３に入力される。この結
果、オシロスコープ３には、図４（ｃ）に示す反射信号
Ｓｒｉ３の波形が表示される。この図において、部分Ｅ
は、図４（ｂ）に示す反射信号Ｓｒｉ１に対応する部分
である。

【００４４】次に、オシロスコープ３に内蔵されている
ＣＰＵ（図示略）は、図４（ｃ）に示すパルス信号Ｓｉ
と部分Ｅとの間の伝搬遅延時間ｔｄを求める。ここで、
図４（ａ）に示す一端２ａから障害点２ｂまでの距離Ｌ
2は、上記伝搬遅延時間をｔｄ、導電性線材２における
反射信号Ｓｒｉ１の伝搬速度をｖｐ（≒光速ｃ）とする
と次の（１）式で表される。 Ｌ2＝ｔｄ・ｖｐ／２ ・・・・・・・・・（１）

【００４５】次いで、ＣＰＵは、上記（１）式に先ほど
求めた伝搬遅延時間ｔｄ、および既値たる伝搬速度ｖｐ
を各々代入して、距離Ｌ2を求める。これにより、図３
（ｂ）に示す導電性線材２における障害点２ｂの位置が
特定され、ひいては基礎杭４に発生している亀裂、ひび
割れ、破損等の箇所が特定される。

【００４６】また、図３（ｂ）に示すパルス信号発生器
１より、ステップ状のパルス信号Ｓｓ（図４（ｄ）参
照）が図４（ａ）に示す導電性線材２の一端２ａへプロ
ーブを介して出力されると、パルス信号Ｓｓの一部は、
障害点２ｂにより反射され、反射信号Ｓｒｓ１として、
一端２ａへ向けて伝搬する。一方、パルス信号Ｓｓの残
りは、他端２ｃにより反射され、反射信号Ｓｒｓ２（図
２（ｂ）参照）として一端２ａへ向けて伝搬する。

【００４７】これにより、導電性線材２の一端２ａから
は、上述した反射信号Ｓｒｓ１と反射信号Ｓｒｓ２とが
重畳された、図４（ｅ）に示す反射信号Ｓｒｓ３が出力
される。なお、図４（ｅ）においては、反射信号Ｓｒｓ
２に対応する部分の図示が省略されている。

【００４８】そして、この反射信号Ｓｒｓ３は、オシロ
スコープ３に入力される。この結果、オシロスコープ３
には、図４（ｅ）に示す反射信号Ｓｒｓ３の波形が表示
される。この図において、部分Ｆは、図４（ｄ）に示す
パルス信号Ｓｓの立ち上がり部分に対応しており、部分
Ｇは、反射信号Ｓｒｓ１に対応する部分である。

【００４９】次いで、ＣＰＵは、図４（ｅ）に示す部分
Ｆの立ち上がりから部分Ｇの立ち上がりまでの伝搬遅延
時間ｔｄを求めた後、先に示した（１）式に該伝搬遅延
時間ｔｄ、および既値たる伝搬速度ｖｐを各々代入し
て、距離Ｌ2（図４（ａ）参照）を求める。

【００５０】次に、ＣＰＵは、図４（ｅ）に示す反射信
号Ｓｒｓ３の波形から得られる電圧ＥｒおよびＥｉに基
づいて、障害点２ｂの状態を次の手順で判定する。すな
わち、ここで、障害点２ｂにおける反射係数ρは、パル
ス信号Ｓｓ（入射波）の電圧をＥｉ（図４（ｅ）参
照）、反射信号Ｓｒｓ１（反射波）の電圧をＥｒ（図４
（ｅ）参照）、特性インピーダンスをＺｏ（図３（ｂ）
参照）、障害点２ｂから他端２ｃ側をみた導電性線材２
のインピーダンスをＺ１、障害点２ｂが存在しない場合
において一端２ａから他端２ｃ側をみた導電性線材２の
インピーダンスをＺ０とすると、次の（２）式で表され
る。 ρ＝Ｅｒ／Ｅｉ＝（Ｚ１−Ｚ０）／（Ｚ１＋Ｚ０）・・・・（２）

【００５１】まず、ＣＰＵは、図４（ｅ）に示す反射信
号Ｓｒｓ３における部分Ｆの立ち上がりの電圧Ｅｉ、お
よび部分Ｇの立ち上がりの電圧Ｅｒを各々求める。次い
で、ＣＰＵは、上記電圧Ｅｉおよび電圧Ｅｒを（２）式
に代入して、反射係数ρを求める。ここで、電圧Ｅｉ＝
電圧Ｅｒなる関係があるものとすると、反射係数ρは、
１である。従って、（２）式においては、（Ｚ１−Ｚ
０）／（Ｚ１＋Ｚ０）＝１なる関係が成立することか
ら、ＣＰＵは、インピーダンスＺ１が無限大、すなわ
ち、図３（ｂ）に示す障害点２ｂが完全に断線している
ものと判定する。

【００５２】一方、障害点２ｂが他の導体と短絡してい
る場合や接地されている場合には、図４（ｅ）に示す電
圧Ｅｒは、マイナス符号であってかつ電圧Ｅｉと同レベ
ルとなる。従って、このような場合には、（２）式に示
す反射係数ρは、−１とされ、ＣＰＵは、障害点２ｂが
完全に短絡しているものと判定する。

【００５３】さらに、図３（ｂ）に示す基礎杭４の障害
点２ｂ近傍の部分にひび割れ、亀裂等が発生して、障害
点２ｂにおいて断線が発生した直後においては、反射係
数ρは、上述したように１をとる。すなわち、障害点２
ｂは、空気中に存在しているのである。

【００５４】そして、基礎杭４のひび割れ、亀裂部分に
地下水が侵入して、障害点２ｂが地下水で満たされる
と、反射係数ρは、障害点２ｂのインピーダンスの変化
に伴って１から−１へと徐々に変化する。この反射係数
ρの変化により、ＣＰＵは、障害点２ｂが空気中にある
か、または地下水中にあるかを判定する。言い換えれ
ば、基礎杭４の施工後、反射係数ρの変化をモニタリン
グすることにより、基礎杭４のひび割れ部分、亀裂部分
がどのような状態にあるのかを知ることができるのであ
る。

【００５５】また、上記反射係数ρの変化により、基礎
杭４の損傷箇所の状態を判定する場合には、実験等によ
り反射係数ρの変化と基礎杭４の損傷箇所の状態との関
係を表すデータを図示しないメモリに記憶しておけばよ
い。この場合、ＣＰＵは、実際に得られる反射係数ρを
メモリに記憶されているデータに適用することにより、
基礎杭４の損傷箇所の状態を判定する。

【００５６】以上図面を参照して本発明の第１実施形態
による構造部材のモニタリング装置について詳述してき
たが、具体的な構成は、この第１実施形態に限定される
ものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更
等があっても本発明に含まれる。

【００５７】例えば、上述した第１実施形態による構造
部材のモニタリング装置においては、図３（ｂ）に示す
導電性線材２の形状等について特に限定をしなかった
が、導電性線材２としては、次に列挙するものを用いて
もよい。 （ａ） 炭素の長繊維を束ねた炭素繊維束を中心導体と
して、その外周面を絶縁性の高いプラスチックス（誘電
体材料）で被覆したもの。 （ｂ） 絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）に
より被覆されたより線を中心導体とした単線状のもの。
または、絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材料）に
より被覆された単線であって、導電性を有しかつ径が
０．３ｍｍ以下の金属細線の単線。さらに、絶縁性の高
いプラスチックス（誘電体材料）により、幅小であって
長手方向に延伸された帯状の金属箔が被覆されてなる導
電性の箔材。 （ｃ） （ａ）項または（ｂ）項で述べた各単線を２本
以上より合わせたもの（図５（ａ）参照）。このような
導電性線材２を用いることにより、線間容量の影響を低
減することができる。

【００５８】（ｄ） （ａ）項または（ｂ）項で述べた
各単線または箔材を中央部から各々折り曲げて、２つの
端子を片側に集めたもの（図５（ｂ）参照）。ただし、
この場合、一方の部分と他方の部分とは所定距離をおい
て絶縁されるように近接配置されているものとする。 （ｅ） （ａ）項または（ｂ）項で述べた各単線を中央
部から各々折り曲げた後、一方の単線部と他方の単線部
とをより合わせたもの（図５（ｃ）参照）。 （ｆ） 図５（ａ）に示すより線状のものを複数、平行
配置した後、これらを絶縁性の高いプラスチックス（誘
電体材料）により被覆した平行ケーブル状のもの。 （ｇ） 単数（または複数）の中心導体の外周面が誘電
体材料で被覆されており、かつ該誘電体材料の外周面が
外部導体でシールドされている同軸ケーブル状のもの
（同軸シールド線または多軸シールド線を含む）。この
ような、導電性線材２を用いることにより、外部からの
電磁場の影響が低減される。

【００５９】また、上述した第１実施形態による構造部
材のモニタリング装置においては、図３（ｂ）に示す導
電性線材２の材料として、上述した（ｂ）〜（ｇ）にお
いて次に列挙するものを用いてもよい。 （イ） 銅などの導電性の金属 （ロ） 径が７ミクロン程度の細い繊維・炭素繊維をお
おむね数千本単位で束ねた炭素繊維束。これを用いた場
合には、径が極小であるため、特に高周波電流による表
皮効果の影響が低減される。なお、上記炭素繊維の引張
（破断）伸びは、０．４〜２．２％程度とされている。 （ハ） 炭素繊維（ＣＦ）等の補強材とエポキシ樹脂と
からなる強化プラスチックス（ＲＰ）のうち、引抜き成
形方法によりロッド状に加工されたもの（ＣＦＲＰ）。 （ニ） カーボン繊維（ＣＦ）とガラス繊維（ＧＦ）と
がそれぞれ束ねられてなる繊維束等の補強材と、エポキ
シ、ビニルエステル等の樹脂とからなる強化プラスチッ
クス（ＲＰ）の成形体（ＣＦＧＦＲＰ）。この成形体
（ＣＦＧＦＲＰ）としては、棒状、矩形状、シート状、
ネット状等の形状のものが用いられる。なお、成形体
（ＣＦＧＦＲＰ）においては、ガラス繊維をセラミック
ス繊維やアラミド繊維に、さらにはセルロース樹脂に置
き換えてもよい。 （ホ） 導電性粉末をプラスチックス材料中に分散させ
た後、硬化させることにより得られる導電性の高いプラ
スチックス成形体。ここで、上記導電性粉末としては、
例えば、カーボンブラックや黒鉛等の炭素粉末、炭化チ
タンや窒化チタン等のセラミックス粉末が用いられる。 （ヘ） 導電性粉末をモルタル材料中に分散させた後、
硬化させることにより得られる導電性のモルタル成形
体。ここで、上記導電性粉末としては、上述した（ホ）
項で述べた炭素粉末、セラミックス粉末等が用いられ
る。

【００６０】以上説明したように、上述した第１実施形
態による構造部材のモニタリング装置において（イ）項
〜（ヘ）項で説明した種々の材料からなる様々な特性を
有する導電性線材２を用いた場合には、引っ張り側にお
ける基礎杭４（導電性線材２）の破断のみならず、曲げ
や圧縮側における基礎杭４の損傷状態をも判定すること
ができる。従って、（イ）項〜（ヘ）項で説明した導電
性線材２を用いた場合には、目的に合わせて導電性線材
２の種類を適宜選択することにより、基礎杭４の損傷状
態をきめ細かくモニタリングすることができる。

【００６１】加えて、上述した第１実施形態による構造
部材のモニタリング装置においては、導電性線材２とし
て、例えば、１０００本の炭素繊維束と、３０００本の
炭素繊維束と、６０００本の炭素繊維束とを直列に配置
した後、これらを束ねて１本としたものを用いてもよ
い。すなわち、このような導電性線材２は、部分によっ
て機械的強度が異なるという特性を有している。

【００６２】＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施
形態による構造部材のモニタリング装置の構成について
図６を参照して説明する。この図において、図３（ｂ）
の各部に対応する部分には、同一の符号を付ける。図６
においては、図３（ａ）に示すオシロスコープ３および
導電性線材２に代えてオシロスコープ２０および導電性
線材２１、２２が設けられている。

【００６３】オシロスコープ２０は、２つの波形を同時
に表示する、いわゆる２現象式のものであり、第１現象
の信号を入力するための入力端子２０ａおよび第２現象
の信号を入力するための入力端子２０ｂを各々有してい
る。また、このオシロスコープ２０には、図示しないＣ
ＰＵが内蔵されており、このＣＰＵは、図１に示すオシ
ロスコープ３に内蔵されているＣＰＵと同様にして、各
種演算を行う。

【００６４】導電性線材２１は、導電性線材２（図３
（ａ）参照）と同一構成とされており、基礎杭４の杭頭
４ａから杭先端部４ｂに至って基礎杭４の内部に埋め込
まれている。この導電性線材２１の一端２１ａは、プロ
ーブを介して信号発生器１およびオシロスコープ２０の
入力端子２０ａに接続されている。

【００６５】導電性線材２２は、導電性線材２１に対し
て一定間隔をおいて平行配置されており、基礎杭４の杭
頭４ａから杭先端部４ｂに至って基礎杭４の内部に埋め
込まれている。導電性線材２２の一端２２ａは、オシロ
スコープ２０の入力端子２０ｂに接続されている。

【００６６】上記構成において、今、導電性線材２１と
導電性線材２２とが短絡しておらず、かつ導電性線材２
１において基礎杭４の損傷等による障害点２１ｂが存在
しているものとする。この状態において、信号発生器１
より、パルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓが出力され
ると、第１実施形態において説明した動作と同様にし
て、オシロスコープ２０の入力端子２０ａには、反射信
号Ｓｒｉ３または反射信号Ｓｒｓ３が入力される。この
とき、オシロスコープ２０の入力端子２０ｂには、いず
れの信号も入力されない。

【００６７】これにより、オシロスコープ２０のＣＰＵ
は、前述した動作と同様にして、障害点２１ｂの位置を
特定するとともに、（２）式を用いて反射係数ρを求め
た後、障害点２１ｂの状態、すなわち基礎杭４の損傷状
態を判定する。

【００６８】一方、今、基礎杭４に多大なる損傷が発生
したか、または基礎杭４にひび割れ等が発生して、同図
に示す障害点Ｈにおいて導電性線材２１と導電性線材２
２とが短絡しているものとする。ここで、上記短絡と
は、物理的な接触はもとより、インピーダンスの不整合
が生じていることをいう。従って、導電性線材２１と導
電性線材２２とが物理的に接触していない場合であって
も、インピーダンスの不整合が発生しているときには、
電磁誘導作用により、導電性線材２１と導電性線材２２
とが電気的に結合される。以下、短絡の定義について
は、同様とする。この状態において、信号発生器１より
パルス信号Ｓｉが出力されると、パルス信号Ｓｉは、導
電性線材２１の一端２１ａから他端２１ｃへ向けて伝搬
する。そして、パルス信号Ｓｉの一部は、障害点Ｈによ
り反射され、反射信号Ｓｒｉ１（図２（ｂ）参照）とし
て、一端２１ａへ向けて伝搬するとともに、導電性線材
２２の一端２２ａへ向けて伝搬する。

【００６９】これにより、導電性線材２２の一端２１ａ
からは、反射信号Ｓｒｉ３がオシロスコープ２０の入力
端子２０ａへ出力されるとともに、導電性線材２２の一
端２２ａからは、反射信号Ｓｒｉ３’が、オシロスコー
プ２０の入力端子２０ｂへ出力される。

【００７０】この結果、オシロスコープ２０には、反射
信号Ｓｒｉ３および反射信号Ｓｒｉ３’の各波形が表示
される。また、オシロスコープ２０のＣＰＵは、上述し
た動作と同様にして、障害点Ｈの位置を特定するととも
に、反射信号Ｓｒｉ３’が入力されていることから、障
害点Ｈにおいて短絡（インピーダンスの不整合）が発生
しているものと判定する。

【００７１】一方、パルス信号発生器１より、ステップ
状のパルス信号Ｓｓ（図４（ｄ）参照）が導電性線材２
１の一端２１ａへプローブを介して出力されると、パル
ス信号Ｓｓの一部は、障害点Ｈにより反射される。これ
により、入力端子２０ａおよび入力端子２０ｂには、反
射信号Ｓｒｓ３および反射信号Ｓｒｓ３’が各々入力さ
れ、オシロスコープ２０には、上記反射信号Ｓｒｓ３お
よび反射信号Ｓｒｓ３’の各波形が表示される。

【００７２】次いで、ＣＰＵは、反射信号Ｓｒｓ３より
得られる電圧Ｅｉおよび電圧Ｅｒ（図４（ｅ）参照）お
よび（２）式に基づいて、前述した手順により反射係数
ρを求めるとともに、障害点Ｈの位置を特定する。ここ
で、今の場合、障害点Ｈにおいて短絡（インピーダンス
の不整合）が発生しているため、上記電圧Ｅｒの符号
は、マイナスである。従って、反射係数ρは、−１であ
る。

【００７３】なお、上述した第２実施形態による構造部
材のモニタリング装置においては、平行配置された導電
性線材２１および導電性線材２２を用いた例について説
明したが、これら導電性線材２１、２２に代えて、前述
した（ｇ）項において説明した同軸状のものを用いても
よい。すなわち、この場合には、中心導体を導電性線材
２１（または導電性線材２２）と見なすとともに、外部
導体を導電性線材２２（または導電性線材２１）と見な
すことができる。

【００７４】なお、上述した第２実施形態による構造部
材のモニタリング装置においては、図６に示す導電性線
材２１および導電性線材２２という、いわゆる平行ケー
ブル状のものを用いた例について説明した。しかしなが
ら、上記導電性線材２１および導電性線材２２は、共に
引張（破断）伸びが等しいものを用いてもよいが、引張
（破断）伸びが異なるものを用いてもよい。

【００７５】すなわち、この場合には、導電性線材２１
として、引張（破断）伸びが例えば０．５％のものを用
いる一方、導電性線材２２として引張（破断）伸びが例
えば１．２％のものを用いればよい。従って、これら導
電性線材２１および導電性線材２２を用いた場合におい
ては、引張（破断）伸びが小さい導電性線材２１が導電
性線材２２より先に損傷を受けるため、基礎杭４が受け
た損傷の程度を細かく判定することができる。

【００７６】また、一般に導電性線材２１等の引張（破
断）伸びは、原料（ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ系）
およびピッチ系）、製造工程により調整することがで
き、例えば、０．４％〜２．２％の範囲とされている。
従って、引張（破断）伸びが異なるものを用いる場合に
は、想定される基礎杭４の損傷状況、損傷の判定精度に
応じて、導電性線材２１および導電性線材２２の各引張
（破断）伸びを上記範囲内において選定すればよい。

【００７７】さらに、上述した異なる引張（破断）伸び
の特性を有する材質のものを用いる方法は、前述した
（ｇ）項で説明した同軸ケーブル状のものにも適用可能
である。この場合には、中心導体と外部導体との各引張
（破断）伸びが異なるようにすればよい。

【００７８】加えて、上述した第２実施形態による構造
部材のモニタリング装置においては、導電性線材２１お
よび導電性線材２２として次のものを用いてもよい。ま
ず、導電性線材２１（または導電性線材２２）として
は、次に列挙する（２１ａ）項〜（２１ｃ）項のうちい
ずれかのものを用いてもよい。 （２１ａ） 絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材
料）により被覆されたより線（例えば、銅のより線）を
中心導体とした単線状のもの。 （２１ｂ） 絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材
料）により被覆された単線であって、導電性を有しかつ
径が０．３ｍｍ以下の金属細線の単線。 （２１ｃ） 絶縁性の高いプラスチックス（誘電体材
料）により、幅小であって長手方向に延伸された帯状の
金属箔（例えば、銅箔）が被覆されてなる導電性の箔
材。

【００７９】次に、導電性線材２２（または導電性線材
２１）としては、次に列挙する（２２ａ）項〜（２２
ｅ）項のうちいずれかのものを用いてもよい。 （２２ａ） 炭素の長繊維が束ねられてなる炭素繊維束
を中心導体として絶縁性の高いプラスチックス（誘電体
材料）で被覆したもの。 （２２ｂ） 炭素繊維（ＣＦ）等の補強材とエポキシ樹
脂とからなる強化プラスチックス（ＲＰ）のうち、引抜
き成形方法によりロッド状に加工されたもの（ＣＦＲ
Ｐ）。 （２２ｃ） カーボン繊維（ＣＦ）とガラス繊維（Ｇ
Ｆ）とがそれぞれ束ねられてなる繊維束等の補強材と、
エポキシ、ビニルエステル等の樹脂とからなる強化プラ
スチックス（ＲＰ）の成形体（ＣＦＧＦＲＰ）。この成
形体（ＣＦＧＦＲＰ）としては、棒状、矩形状、シート
状、ネット状等の形状のものが用いられる。なお、成形
体（ＣＦＧＦＲＰ）においては、ガラス繊維をセラミッ
クス繊維やアラミド繊維に、さらにはセルロース樹脂に
置き換えてもよい。 （２２ｄ） 導電性粉末をプラスチックス材料中に分散
させた後、硬化させることにより得られる導電性の高い
プラスチックス成形体。ここで、上記導電性粉末として
は、例えば、カーボンブラックや黒鉛等の炭素粉末、炭
化チタンや窒化チタン等のセラミックス粉末が用いられ
る。 （２２ｅ） 導電性粉末をモルタル材料中に分散させた
後、硬化させることにより得られる導電性のモルタル成
形体。ここで、上記導電性粉末としては、上述した（２
２ｄ）項で述べた炭素粉末、セラミックス粉末等が用い
られる。

【００８０】以上説明したように、上述した第２実施形
態による構造部材のモニタリング装置において（２１
ａ）項〜（２１ｃ）項で説明した導電性線材２１と、
（２２ａ）項〜（２２ｅ）項で説明した導電性線材２１
を用いた場合には、導電性線材２１の価格が導電性線材
２２に比して安いため、一般にはコストを下げることが
できる。

【００８１】＜第３実施形態＞次に、本発明の第３実施
形態による構造部材のモニタリング装置の構成について
図７を参照して説明する。この図において図６の各部に
対応する部分には、同一の符号を付けその説明を省略す
る。図７においては、図６に示す導電性線材２１および
導電性線材２２に代えて、導電性線材２３が設けられて
いる。

【００８２】上記導電性線材２３は、上述した図５
（ｂ）に示すようにその中央部が折曲げられており、基
本的な構成が導電性線材２（図３（ｂ）参照）と同一と
されている。また、導電性線材２３の一端２３ａは、プ
ローブを介して信号発生器１およびオシロスコープ２０
の入力端子２０ａに接続されており、他端２３ｃは、オ
シロスコープ２０の入力端子２０ｂに接続されている。

【００８３】上記構成において、今、基礎杭４（導電性
線材２３）に損傷等が発生していないものとする。この
状態において、信号発生器１よりパルス信号Ｓｉまたは
パルス信号Ｓｓが出力されると、該パルス信号Ｓｉまた
はパルス信号Ｓｓは、導電性線材２３を伝搬した後、オ
シロスコープ２０の入力端子２０ｂに入力される。一
方、入力端子２０ａにも、パルス信号Ｓｉまたはパルス
信号Ｓｓが入力される。

【００８４】これにより、オシロスコープ２０には、同
一波形たるパルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓが２現
象分表示される。この結果、ＣＰＵは、同一波形がわず
かな時間遅れをもってオシロスコープ２０に表示されて
いるため、基礎杭４（導電性線材２）に損傷等が発生し
ていないものと判定する。

【００８５】一方、今、導電性線材２３において、基礎
杭４の損傷により障害点２３ｂが存在しているものとす
る。この状態において、信号発生器１よりパルス信号Ｓ
ｉまたはパルス信号Ｓｓが出力されると、該パルス信号
Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓは、導電性線材２３の一端２
３ａから他端２３ｃへ向けて伝搬する。そして、パルス
信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓｓの一部は、障害点２３ｂ
により、反射信号Ｓｒｉ１または反射信号Ｓｒｓ１とし
てオシロスコープ２０の入力端子２０ａに入力される。

【００８６】他方、パルス信号Ｓｉまたはパルス信号Ｓ
ｓの残りは、導電性線材２３の障害点２３ｂを透過し
て、透過信号Ｓｔｉ１または透過信号Ｓｔｓ１として、
導電性線材２３を介してオシロスコープ２０の入力端子
２０ｂに入力される。

【００８７】この結果、オシロスコープ２０には、反射
信号Ｓｒｉ１または反射信号Ｓｒｓ１、および透過信号
Ｓｔｉ１または透過信号Ｓｔｓ１の各波形が表示され
る。これにより、ＣＰＵは、反射信号Ｓｒｉ１（または
反射信号Ｓｒｓ１）と透過信号Ｓｔｉ１（または透過信
号Ｓｔｓ１）とのレベル比より、障害点２３ｂ（基礎杭
４）の状態を判定する。

【００８８】すなわち、ＣＰＵは、透過信号Ｓｔｉ１
（または透過信号Ｓｔｓ１）がゼロである場合、障害点
２３ｂが完全に断線しているものと判定する。一方、Ｃ
ＰＵは、反射信号Ｓｒｉ１（または反射信号Ｓｒｓ１）
のレベルが、透過信号Ｓｔｉ１（または透過信号Ｓｔｓ
１）のレベルより大きい場合、障害点２３ｂの損傷等が
大きいものと判定し、他方、この逆の場合、障害点２３
ｂの損傷が小さいものと判定する。

【００８９】なお、上述した第３実施形態による構造部
材のモニタリング装置においては、１本の導電性線材２
３を折曲げて用いる例について説明したが、この導電性
線材２３に代えて、前述した（ｇ）項において説明した
同軸状のものを用いてもよい。すなわち、この場合に
は、中心導体の一端を一端２３ａと見なすとともに、外
部導体の一端を他端２３ｃと見なすことができる。ま
た、この場合には、杭先端部４ｂ側において中心導体の
他端と外部導体の他端とを短絡する必要がある。

【００９０】以上説明したように、上述した第１〜第３
実施形態による構造部材のモニタリング装置によれば、
基礎杭４が弾性ひずみの範囲内で引張荷重等を受けた
後、元の状態に戻ったとしても、上記弾性ひずみを受け
た時点で導電性線材２の炭素繊維束の一部に破断が生じ
る。従って、第１〜第３実施形態による構造部材のモニ
タリング装置によれば、上述した場合であっても、過去
の基礎杭４に対して引張荷重等が加えられたということ
を判定することができるという効果が得られる。言い換
えれば、第１〜第３実施形態による構造部材のモニタリ
ング装置によれば、基礎杭４の損傷状況を連続的にモニ
タリングすることができるという効果が得られる。

【００９１】また、第１〜第３実施形態による構造部材
のモニタリング装置によれば、センサとして従来の光フ
ァイバに代えて、導電性線材２を用いているため、基礎
杭４がコンクリートである場合であっても、耐久性が向
上するという効果が得られる。また、第１〜第３実施形
態による構造部材のモニタリング装置によれば、従来の
もののように、導電性線材の中間点に複数の端子を設け
ることなく、低コストでかつ簡易な構成で基礎杭４の損
傷箇所を特定することができるという効果が得られる。

【００９２】＜第４実施形態＞次に、本発明の第４実施
形態による構造部材のモニタリング装置の構成について
図８を参照して説明する。この図において、図３（ｂ）
の各部に対応する部分には同一の符号を付けその説明を
省略する。図８においては、図３（ｂ）に示す信号発生
器１およびオシロスコープ３に代えて、ネットワークア
ナライザ３０、パワースプリッタ３１および方向性結合
器３２が設けられている。以下に説明する第４実施形態
による構造部材のモニタリング装置の測定原理は、ＶＮ
Ａ（Vector Network Analyser）測定方法に基づくもの
である。

【００９３】図８において、ネットワークアナライザ３
０は、５Ｈｚ〜数十ＧＨｚの信号解析が可能な測定機器
であり、後述する高周波信号Ｓｈを出力するとともに、
入力される高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒに基づ
いて、導電性線材２（基礎杭４）の状態を判定する機能
等を有している。具体的には、ネットワークアナライザ
３０は、高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒの位相特
性および周波数領域における振幅特性を求め、これらに
基づいて、伝送路の損失や信号の伝搬遅延時間等をさら
に求める等の機能を有している。

【００９４】このネットワークアナライザ３０は、１つ
の出力端子３０ａ、３つの入力端子３０ｂ、３０ｃおよ
び３０ｄを有している。上記出力端子３０ａからは、高
周波信号Ｓｈが出力される。また、入力端子３０ｂおよ
び３０ｃには、高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒが
各々入力される。なお、この第４実施形態において、ネ
ットワークアナライザ３０の入力端子３０ｄには、いず
れも信号も入力されない。また、ネットワークアナライ
ザ３０の動作の詳細については、後述する。

【００９５】パワースプリッタ３１は、入力される高周
波信号Ｓｈを高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに
分流するものであり、分流抵抗Ｒ１およびＲ２から構成
されている。すなわち、分流抵抗Ｒ１およびＲ２の各一
端は、ネットワークアナライザ３０の出力端子３０ａに
接続されており、分流抵抗Ｒ１の他端は、ネットワーク
アナライザ３０の入力端子３０ｂに接続されている。

【００９６】方向性結合器３２は、端子３２ａ、３２ｂ
および３２ｃを有しており、端子３２ａに入力される高
周波信号Ｓｈ２を端子３２ｂから出力するとともに、端
子３２ｂに入力される反射信号Ｓｒを端子３２ｃから出
力する。ここで、方向性結合器３２の端子３２ａは、分
流抵抗Ｒ２の他端に接続されており、端子３２ｃは、導
電性線材２の一端２ａに接続されている。また、方向性
結合器３２の端子３２ｃは、ネットワークアナライザ３
０の入力端子３０ｃに接続されている。

【００９７】次に、上述した第４実施形態による構造部
材のモニタリング装置の動作について説明する。図８に
おいて、今、導電性線材２の途中に障害点２ｂが存在し
ているものとする。この状態において、ネットワークア
ナライザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出
力されると、該高周波信号Ｓｈは、パワースプリッタ３
１により高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに分流
され、このうち高周波信号Ｓｈ１は、ネットワークアナ
ライザ３０の入力端子３０ｂに入力される。ここで、上
記高周波信号Ｓｈ２は、パルス状またはステップ状のも
のである。

【００９８】一方、高周波信号Ｓｈ２は、パワースプリ
ッタ３１の分流抵抗Ｒ２、方向性結合器３２を介して、
導電性線材２の一端２ａへ入力される。さらに、高周波
信号Ｓｈ２は、障害点２ｂにより反射されて、反射信号
Ｓｒとして、一端２ａ方向へ伝搬する。そして、この反
射信号Ｓｒは、方向性結合器３２を介して、ネットワー
クアナライザ３０の入力端子３０ｃに入力される。

【００９９】これにより、ネットワークアナライザ３０
は、入力された高周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒの
位相特性および周波数領域における振幅特性を求める。
次いで、ネットワークアナライザ３０は、上記位相特性
および振幅特性の各情報に対して、逆フーリエ変換を行
い、図４（ｃ）または図４（ｅ）に示す反射信号Ｓｒｉ
３または反射信号Ｓｒｓ３と同様な時間軸の波形を得
る。

【０１００】すなわち、ネットワークアナライザ３０
は、高周波信号Ｓｈがパルス状のものであるとき、図４
（ｃ）に示す波形と同様のものを得た後、該波形より伝
搬遅延時間ｔｄを求める。次いで、ネットワークアナラ
イザ３０は、上記伝搬遅延時間ｔｄと前述した（１）式
とから、図８に示す導電性線材２の一端２ａから障害点
２ｂまでの距離Ｌ２を求めることにより、障害点２ｂの
位置を特定する。

【０１０１】一方、ネットワークアナライザ３０は、高
周波信号Ｓｈがステップ状のものであるとき、図４
（ｅ）に示す波形と同様のものを得た後、該波形より伝
搬遅延時間ｔｄを求めた後、さらに上述した動作と同様
にして、障害点２ｂの位置を特定する。次いで、ネット
ワークアナライザ３０は、図４（ｅ）に示す波形と同様
のものから、電圧Ｅｉおよび電圧Ｅｒを求めた後、前述
した（２）式より反射係数ρを求める。そして、ネット
ワークアナライザ３０は、前述した手順と同様にして、
反射係数ρから障害点２ｂ（基礎杭４）の損傷状態を判
定する。

【０１０２】また、ネットワークアナライザ３０は、上
述した逆フーリエ変換を行うとき、ノイズ成分をカット
したものに対して逆フーリエ変換を行う。これにより、
逆フーリエ変換された結果は、ノイズによる影響を受け
ないものとなる。

【０１０３】ここで、ネットワークアナライザ３０の分
解能について説明する。ネットワークアナライザ３０の
分解能は、高周波信号Ｓｈの周波数に比例して向上す
る。例えば、高周波信号Ｓｈの周波数を１１０ＧＨｚと
した場合には、導電性線材２を覆う被覆材の影響を受け
て、２．７ｍｍ（１波長）の６０％〜９０％が分解能と
なる。

【０１０４】なお、上述した第４実施形態による構造部
材のモニタリング装置においては、導電性線材２とし
て、前述した（ａ）項、（ｂ）項および（ｃ）項におい
て説明したより線等を用いてもよい。この場合には、高
周波における表皮効果が低減される。

【０１０５】＜第５実施形態＞次に、本発明の第５実施
形態による構造部材のモニタリング装置について図９を
参照して説明する。この図において、図８の各部に対応
する部分には、同一の符号を付けその説明を省略する。
図９においては、図８に示す方向性結合器３２、導電性
線材２に代えて、スイッチ３３、方向性結合器３４、方
向性結合器３５および導電性線材２３が設けられてい
る。

【０１０６】スイッチ３３は、高周波信号Ｓｈ２を方向
性結合器３４または方向性結合器３５のいずれかへ出力
するための切り替えスイッチである。このスイッチ３３
の可動片３３ｅおよび可動片３３ｆは、図示しない制御
装置または手動によって、端子３３ｂおよび端子３３ｄ
側、または端子３３ａ側および端子３３ｃ側のいずれか
に切り換えられる。また、端子３３ｂおよび端子３３ｃ
は、パワースプリッタ３１の分流抵抗Ｒ２の他端に接続
されている。

【０１０７】方向性結合器３４は、図８に示す方向性結
合器３２と同一構成とされており、その端子３４ａが可
動片３３ｅに、その端子３４ｂが導電性線材２３の一端
２３ａに、その端子３４ｃがネットワークアナライザ３
０の入力端子３０ｃに各々接続されている。この方向性
結合器３４は、端子３４ａに入力される高周波信号Ｓｈ
２を端子３４ｂへ出力するとともに、端子３４ｂに入力
される反射信号Ｓｒ（または透過信号Ｓｔ）を端子３４
ｃへ出力するという機能を有している。

【０１０８】導電性線材２３は、図７に示すものと同一
構成とされており、その中央部から折り曲げられてい
る。方向性結合器３５は、方向性結合器３４と同一構成
とされており、その端子３５ａが可動片３３ｆに、その
端子３５ｂが導電性線材２３の他端２３ｃに、その端子
３５ｃがネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｄ
に各々接続されている。

【０１０９】上記方向性結合器３５は、端子３５ａに入
力される高周波信号Ｓｈ２を端子３５ｂへ出力するとと
もに、端子３５ｂに入力される透過信号Ｓｔ（または反
射信号Ｓｒ）を端子３５ｃへ出力するという機能を有し
ている。

【０１１０】次に、上述した第５実施形態による構造部
材のモニタリング装置の動作について説明する。図９に
おいて、今、導電性線材２３に障害点２３ｂが存在して
おり、かつスイッチ３３の可動片３３ｅおよび可動片３
３ｆが端子３３ｂ側および端子３３ｄ側に各々切り換え
られているものとする。

【０１１１】この状態において、ネットワークアナライ
ザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出力され
ると、該高周波信号Ｓｈは、前述した動作と同様にし
て、パワースプリッタ３１により高周波信号Ｓｈ１と高
周波信号Ｓｈ２とに分流される。そして、高周波信号Ｓ
ｈ１がネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｂに
入力される一方、高周波信号Ｓｈ２は、分流抵抗Ｒ２、
スイッチ３３および方向性結合器３４を介して、導電性
線材２３の一端２３ａに入力された後、導電性線材２３
を伝搬する。

【０１１２】そして、高周波信号Ｓｈ２の一部は、障害
点２３ｂにより反射されて、反射信号Ｓｒとして、方向
性結合器３４を介してネットワークアナライザ３０の入
力端子３０ｃに入力される。一方、高周波信号Ｓｈ２の
残りは、障害点２３ｂを透過して透過信号Ｓｔとして方
向性結合器３５を介してネットワークアナライザ３０の
入力端子３０ｄに入力される。

【０１１３】これにより、ネットワークアナライザ３０
は、前述した第４実施形態による構造部材のモニタリン
グ装置の動作と同様にして、高周波信号Ｓｈ１、反射信
号Ｓｒおよび透過信号Ｓｔの各位相特性および振幅特性
を得る。次に、ネットワークアナライザ３０は、高周波
信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒの位相特性および振幅特
性に対して逆フーリエ変換を行い、図４（ｃ）または図
４（ｅ）に示すものと同様の波形から、前述した動作と
同様にして、伝搬遅延時間ｔｄを求め、これに基づい
て、図９に示す導電性線材２３の一端２３ａから障害点
２３ｂまでの距離を求める。

【０１１４】また、ネットワークアナライザ３０は、反
射信号Ｓｒと透過信号Ｓｔとのレベル比より、障害点２
３ｂ（基礎杭４）の状態を判定する。

【０１１５】すなわち、ＣＰＵは、透過信号Ｓｔのレベ
ルがゼロである場合、障害点２３ｂが完全に断線してい
るものと判定する。一方、ネットワークアナライザ３０
は、反射信号Ｓｒのレベルが、透過信号Ｓｔのレベルよ
り大きい場合、障害点２３ｂの損傷等が大きいものと判
定し、他方、この逆の場合、障害点２３ｂの損傷が小さ
いものと判定する。

【０１１６】また、今、スイッチ３３の可動片３３ｅお
よび可動片３３ｆが、制御装置または手動により、同図
に示す状態から、端子３３ａおよび端子３３ｃ側に切り
替えられたものとする。この状態において、ネットワー
クアナライザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈ
が出力されると、該高周波信号Ｓｈは上述した動作と同
様にして、パワースプリッタ３１により高周波信号Ｓｈ
１と高周波信号Ｓｈ２とに分流される。そして、上記高
周波信号Ｓｈ２は、分流抵抗Ｒ２、スイッチ３３および
方向性結合器３５を介して、導電性線材２３の他端２３
ｃに入力された後、導電性線材２３を伝搬する。

【０１１７】そして、高周波信号Ｓｈ２の一部は、障害
点２３ｂにより反射されて、反射信号Ｓｒとして、方向
性結合器３５を介してネットワークアナライザ３０の入
力端子３０ｄに入力される。一方、高周波信号Ｓｈ２の
残りは、障害点２３ｂを透過して透過信号Ｓｔとして方
向性結合器３４を介してネットワークアナライザ３０の
入力端子３０ｃに入力される。これにより、ネットワー
クアナライザ３０は、上述した動作と同様にして、他端
２３ｃから障害点２３ｂまでの距離を求めるとともに、
障害点２３ｂ（基礎杭４）の状態を判定する。

【０１１８】＜第６実施形態＞次に、本発明の第６実施
形態による構造部材のモニタリング装置の構成について
図１０を参照して説明する。この図において、図８の各
部に対応する部分には、同一の符号を付ける。図１０に
おいては、図８に示す方向性結合器３２が設けられてお
らず、かつ図８に示す導電性線材２に代えて、導電性線
材２１および導電性線材２２が設けられている。

【０１１９】すなわち、図１０に示すパワースプリッタ
３１の分流抵抗Ｒ２の他端は、導電性線材２１の一端２
１ａに接続されている。導電性線材２１および導電性線
材２２は、図６に示すものと同一構成とされており、一
定間隔をおいて基礎杭４内部に平行配置されている。導
電性線材２２の一端２２ａは、ネットワークアナライザ
３０の入力端子３０ｃに接続されている。

【０１２０】次に、上述した第６実施形態による構造部
材のモニタリング装置の動作について説明する。今、導
電性線材２１と導電性線材２２との間に短絡（インピー
ダンスの不整合）が生じておらず、かつ導電性線材２１
において基礎杭４の損傷等による障害点２１ｂが存在し
ているものとする。この状態において、ネットワークア
ナライザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出
力されると、該高周波信号Ｓｈは、パワースプリッタ３
１により高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに分流
される。そして、上記高周波信号Ｓｈ１がネットワーク
アナライザ３０の入力端子３０ｂに入力される一方、高
周波信号Ｓｈ２は、導電性線材２１の一端２１ａに入力
された後、導電性線材２１を伝搬する。

【０１２１】そして、高周波信号Ｓｈ２の一部は、導電
性線材２１の障害点２１ｂにより反射され、反射信号Ｓ
ｒとしてパワースプリッタ３１を介してネットワークア
ナライザ３０の入力端子３０ｂに入力される。これによ
り、ネットワークアナライザ３０は、第５実施形態によ
る構造部材のモニタリング装置の動作と同様にして、高
周波信号Ｓｈ１および反射信号Ｓｒの位相特性および振
幅特性を求めた後、これらの情報に対して逆フーリエ変
換を行い、時間軸の波形を得る。次いで、ネットワーク
アナライザ３０は、上記波形より伝搬遅延時間ｔｄ（図
４（ｃ）、（ｅ）参照）を求め、上記伝搬遅延時間ｔｄ
から、一端２１ａから障害点２１ｂまでの距離を求め
る。

【０１２２】一方、今、基礎杭４に多大なる損傷が発生
したか、または基礎杭４にひび割れ等が発生して、同図
に示す障害点Ｈにおいて導電性線材２１と導電性線材２
２との間に短絡（インピーダンスの不整合）が生じてい
るものとする。この状態において、ネットワークアナラ
イザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出力さ
れると、上述した動作を経て高周波信号Ｓｈ２の一部
は、障害点Ｈにより反射され、反射信号Ｓｒとして、一
端２ａへ向けて伝搬する。これと同時に、高周波信号Ｓ
ｈ２の残りは、反射信号Ｓｒ’として導電性線材２２の
一端２２ａへ向けて伝搬する。

【０１２３】これにより、導電性線材２２の一端２１ａ
からは、パワースプリッタ３１を介して反射信号Ｓｒが
ネットワークアナライザ３０の入力端子３０ｂへ出力さ
れるとともに、同一端２２ａからは、ネットワークアナ
ライザ３０の入力端子３０ｃへ反射信号Ｓｒ’が出力さ
れる。

【０１２４】これにより、ネットワークアナライザ３０
は、上述した動作と同様にして、反射信号Ｓｒおよび反
射信号Ｓｒ’の波形を得た後、該波形に基づいて、障害
点Ｈの位置を特定するとともに、反射信号Ｓｒ’が入力
されていることから、障害点Ｈにおいて短絡（インピー
ダンスの不整合）が発生しているものと判定する。な
お、障害点Ｈを特定する手順は、前述した第２実施形態
による構造部材のモニタリング装置における手順と同様
である。

【０１２５】＜第７実施形態＞次に、本発明の第７実施
形態による構造部材のモニタリング装置の構成について
図１１を参照して説明する。この図において、図１０の
各部に対応する部分には同一の符号を付けその説明を省
略する。図１１においては、図１０に示すパワースプリ
ッタ３１に代えて、方向性結合器３６が設けられてい
る。

【０１２６】方向性結合器３６は、端子３６ａ、３６ｂ
および３６ｃを有しており、端子３６ａに入力される高
周波信号Ｓｈを、高周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２
とに分岐するという機能を有している。すなわち、方向
性結合器３６は、高周波信号Ｓｈ１を端子３６ｃから出
力するとともに、高周波信号Ｓｈ２を端子３６ｂから出
力する。また、方向性結合器３６の端子３６ａは、ネッ
トワークアナライザ３０の出力端子３０ａに接続されて
おり、端子３６ｂは、導電性線材２１の一端２１ａに接
続されており、端子３６ｃは、ネットワークアナライザ
３０の入力端子３０ｂに接続されている。

【０１２７】次に、上述した第７実施形態による構造部
材のモニタリング装置の動作について説明する。図１１
において、今、基礎杭４に多大なる損傷が発生したか、
または基礎杭４にひび割れ等が発生して、同図に示す障
害点Ｈにおいて導電性線材２１と導電性線材２２との間
に短絡（インピーダンスの不整合）が生じているものと
する。

【０１２８】この状態において、ネットワークアナライ
ザ３０の出力端子３０ａより高周波信号Ｓｈが出力され
ると、該高周波信号Ｓｈは、方向性結合器３６により高
周波信号Ｓｈ１と高周波信号Ｓｈ２とに分岐される。そ
して、高周波信号Ｓｈ１がネットワークアナライザ３０
の入力端子３０ｂに入力されるとともに、高周波信号Ｓ
ｈ２は、導電性線材２１の一端２１ａに入力された後、
導電性線材２１を伝搬する。

【０１２９】そして、高周波信号Ｓｈ２は、障害点Ｈに
おいて反射され、反射信号Ｓｒとして導電性線材２２を
伝搬した後、ネットワークアナライザ３０の入力端子３
０ｄに入力される。これにより、ネットワークアナライ
ザ３０は、上述した動作と同様にして、高周波信号Ｓｈ
１および反射信号Ｓｒの波形を得た後、該波形に基づい
て、障害点Ｈの位置を特定するとともに、反射信号Ｓｒ
が入力されていることから、障害点Ｈにおいて短絡（イ
ンピーダンスの不整合）が発生しているものと判定す
る。なお、障害点Ｈを特定する手順は、前述した第２実
施形態による構造部材のモニタリング装置における手順
と同様である。

【０１３０】以上説明したように、上述した第４〜第７
実施形態による構造部材のモニタリング装置によれば、
信号として高周波信号Ｓｈを用いているので、第１〜第
３実施形態による構造部材のモニタリング装置の効果に
加えて、モニタリングの精度を向上させることができる
という効果が得られる。

【０１３１】以上、本発明の第１〜第７実施形態を図面
を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれら第１
〜第７実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含ま
れる。例えば、第１〜第７実施形態においては、基礎杭
４に対してモニタリングを行う例について説明したが、
これに限定されることなく、モニタリングの対象は、構
造部材であればいかなるものであってもよい。一例とし
ては、鉄筋コンクリート構造物、鉄筋造等が挙げられ
る。なお、鉄筋造をモニタリングの対象とする場合に
は、導電性線材２等を接着材等を用いて確実に固定する
とともに、養生を行うことが必要である。以下、具体例
について説明する。

【０１３２】図１２は、導電性線材５０の構成およびそ
の配設状態を示す一部裁断側断面図である。この図にお
いて、５１は、コンクリート等から構成された構造物で
あり、柱５１ａ、５１ｂ、５１ｃおよび５１ｄと梁５１
ｅ、５１ｆおよび５１ｇとが直交されてなる。導電性線
材５０は、前述した導電性線材２、２１、２２または２
３と同一構成とされており、柱５１ｂ、梁５１ｆおよび
柱５１ｄの各表面に接着されている。

【０１３３】５２ａおよび５２ｂは、柱５１ｂおよび５
１ｄの側面に各々取り付けられた端子であり、端子５２
ａおよび５２ｂには、導電性線材５０の各端部が接続さ
れている。なお、第１実施形態による構造部材のモニタ
リング装置において、端子５２ａ（または端子５２ｂ）
には、図１および図３に示すパルス信号発生器１のプロ
ーブおよびオシロスコープ３が接続される。また、第３
実施形態による構造部材のモニタリング装置において、
端子５２ａには図７に示すパルス信号発生器１のプロー
ブおよびオシロスコープ２０の入力端子２０ａが接続さ
れ、端子５２ｂには図７に示すオシロスコープ２０の入
力端子２０ｂが接続される。

【０１３４】さらに、第４実施形態による構造部材のモ
ニタリング装置において、端子５２ａ（または端子５２
ｂ）には図８に示す方向性結合器３２の端子３２ｂが接
続される。加えて、第５実施形態による構造部材のモニ
タリング装置において、端子５２ａには図９に示す方向
性結合器３４の端子３４ｂが接続され、端子５２ｂには
図９に示す方向性結合器３５の端子３５ｂが接続され
る。

【０１３５】上記構成において、構造物５１に荷重が作
用して、構造物５１に変形が生じることにより断面積が
増加すると、導電性線材５０に引っ張り力が作用し、導
電性線材５０の抵抗値が変化する。これにより、前述し
た手法により構造物５１の損傷状況等が検知される。こ
のように、導電性線材５０を用いた場合には、構造物５
１における広い範囲に亙って構造物５１の表面の損傷状
況（ひび割れ、剥離）等をモニタリングすることができ
る。また、近時においては、炭素繊維シートを既存の構
造物および構造部材に接着することによる耐震補強が行
われている。従って、図１２を参照して説明した手法
は、上記炭素繊維シートの性能保証や性能確認をモニタ
リングする手法として非常に有効である。

【０１３６】なお、第２、第６および第７実施形態によ
る構造部材のモニタリング装置においては、図１２に示
す導電性線材５０を２本使用し、２本の導電性線材５０
を平行配置すればよい。

【０１３７】図１３は、導電性線材６０の構成およびそ
の配設状態を示す一部裁断側面図である。この図におい
て、６１は、コンクリート等から構成された構造物であ
り、柱６１ａ、６１ｂと梁６１ｃ、６１ｄとが直交され
てなる。導電性線材６０は、前述した導電性線材２、２
１、２２または２３と同一構成とされている。この導電
性線材６０は、柱６１ａおよび柱６１ｂの外周面に沿っ
て巻回されている。

【０１３８】端子６２ａおよび６２ｂは、柱６１ｂの側
面に各々取り付けられている。なお、第１実施形態によ
る構造部材のモニタリング装置において、端子６２ａ
（または端子６２ｂ）には、図１および図３に示すパル
ス信号発生器１のプローブおよびオシロスコープ３が接
続される。また、第３実施形態による構造部材のモニタ
リング装置において、端子６２ａには図７に示すパルス
信号発生器１のプローブおよびオシロスコープ２０の入
力端子２０ａが接続され、端子６２ｂには図７に示すオ
シロスコープ２０の入力端子２０ｂが接続される。

【０１３９】さらに、第４実施形態による構造部材のモ
ニタリング装置において、端子６２ａ（または端子６２
ｂ）には図８に示す方向性結合器３２の端子３２ｂが接
続される。加えて、第５実施形態による構造部材のモニ
タリング装置において、端子６２ａには図９に示す方向
性結合器３４の端子３４ｂが接続され、端子６２ｂには
図９に示す方向性結合器３５の端子３５ｂが接続され
る。

【０１４０】６３ａは、導電性線材６０の一端部６０ａ
と端子６２ａとの間を接続するリード線であり、６３ｂ
は、導電性線材６０の他端部６０ｂと端子６２ｂとの間
を接続するリード線である。

【０１４１】上記構成において、構造物６１に荷重が作
用して、構造物６１の柱６１ａまたは柱６１ｂに変形が
生じることにより断面積が増加すると、導電性線材６０
に引っ張り力が作用し、導電性線材６０の抵抗値が変化
する。これにより、前述した手法により構造物６１の表
面の損傷状況（ひび割れ、剥離）等がモニタリングされ
る。このように、導電性線材６０を用いた場合には、構
造物６１における広い範囲に亙って構造物６１の損傷状
況等をモニタリングすることができる。

【０１４２】なお、第２、第６および第７実施形態によ
る構造部材のモニタリング装置においては、図１３に示
す導電性線材６０を２本使用し、２本の導電性線材６０
を平行配置すればよい。

【０１４３】図１４は、導電性線材７０の構成およびそ
の配設状況を示す一部裁断側面図である。この図におい
て、７１は、コンクリート等から構成された構造物であ
り、柱７１ａ、７１ｂと梁７１ｃ、７１ｄとが直交され
てなる。導電性線材７０は、前述した導電性線材２、２
１、２２または２３と同一構成とされている。

【０１４４】この導電性線材７０は、同図に示すように
波線形状に形成されており、構造物７１の表面に接着さ
れている。すなわち、導電性線材７０は、梁７１ｃから
梁７１ｄまでに至る広い範囲に設けられている。また、
導電性線材７０は、その一端部７０ａと他端部７０ｂが
近接するように形成されている。

【０１４５】７２ａ、７２ｂは、柱７１ｂの側面７１ｅ
に各々取り付けられた端子である。なお、第１実施形態
による構造部材のモニタリング装置において、端子７２
ａ（または端子７２ｂ）には、図１および図３に示すパ
ルス信号発生器１のプローブおよびオシロスコープ３が
接続される。また、第３実施形態による構造部材のモニ
タリング装置において、端子７２ａには図７に示すパル
ス信号発生器１のプローブおよびオシロスコープ２０の
入力端子２０ａが接続され、端子７２ｂには図７に示す
オシロスコープ２０の入力端子２０ｂが接続される。

【０１４６】さらに、第４実施形態による構造部材のモ
ニタリング装置において、端子７２ａ（または端子７２
ｂ）には図８に示す方向性結合器３２の端子３２ｂが接
続される。加えて、第５実施形態による構造部材のモニ
タリング装置において、端子７２ａには図９に示す方向
性結合器３４の端子３４ｂが接続され、端子７２ｂには
図９に示す方向性結合器３５の端子３５ｂが接続され
る。７３ａ、７３ｂは、導電性線材７０の一端部７０ａ
および他端部７０ｂと端子７２ａおよび端子７２ｂとの
間を各々接続するリード線であり、柱７１ｂの内部に埋
設されている。

【０１４７】上記構成において、構造物７１に亀裂、損
傷等が発生していない状態では、テスタ１により測定さ
れる、導電性線材７０の抵抗値は、非常に低い値であ
る。そして、今、構造物７１に荷重が作用しているもの
とすると、該荷重により、構造物７１に変形、断面積変
化が生じることにより、導電性線材７０に対して引っ張
り力が作用、導電性線材７０の抵抗値が変化する。これ
により、前述した手法により構造物７１の表面の損傷状
況（ひび割れ、剥離）等がモニタリングされる。

【０１４８】このように、導電性線材７０を用いた場合
には、構造物７１における広い範囲に亙って構造物７１
の損傷状況等をモニタリングすることができる。また、
導電性線材７０を用いた場合には、一端部７０ａおよび
他端部７０ｂが近接配置されているため、導電性線材７
０等を楽に施工することができる。

【０１４９】なお、図１４においては、導電性線材７０
を平面的に配設した例について説明したが、これに限定
されることなく導電性線材７０を構造物７１の表面また
は内部に立体的に配設するようにしてもよい。さらに、
第２、第６および第７実施形態による構造部材のモニタ
リング装置においては、図１４に示す導電性線材７０を
２本使用し、２本の導電性線材７０を平行配置すればよ
い。

【０１５０】また、本発明の第１および第２実施形態に
おいて述べた、導電性線材２、２１、２２の形状、材質
等の変形例は、本発明の第３〜第７実施形態においても
適用される。

【０１５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造部材が弾性ひずみの範囲内で引張荷重等を受けた
後、元の状態に戻ったとしても、上記弾性ひずみを受け
た時点で導線の繊維束の一部に破断が生じる。従って、
本発明によれば、上述した場合であっても、過去の構造
部材に対して引張荷重等が加えられたということを判定
することができるという効果が得られる。言い換えれ
ば、本発明によれば、構造部材の損傷状況を連続的にモ
ニタリングすることができるという効果が得られる。

【０１５２】また、本発明によれば、導電性線材として
従来の光ファイバに代えて、導線を用いているため、構
造部材がコンクリートである場合であっても、耐久性が
向上するという効果が得られる。また、本発明によれ
ば、従来のもののように、導電性線材の中間点に複数の
端子を設けることなく、低コストでかつ簡易な構成で構
造部材の損傷箇所を特定することができるという効果が
得られる。

【０１５３】さらに、請求項２、５、８、１１に記載の
発明によれば、第１の導線、第２の導線のうち、第１の
導線を導電性を有する安価なもの（例えば、単線）とし
たので、価格の高い第２の導線を２本使用する場合に比
してコストを安くすることができるという効果が得られ
る。また、請求項７〜１２に記載の発明によれば、構造
部材の表面に（第１、第２の）導線を接着する構成とし
たので、構造部材の表面に生じるひび割れ、剥離等の損
傷状態を広い範囲に亙って判定することができるという
効果が得られる。

【０１５４】さらに、請求項４〜６、請求項１０〜１２
に記載の発明によれば、高周波信号を用いているため、
この高周波信号の周波数に比例してモニタリングの分解
能を向上させることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態による構造部材のモニ
タリング装置の概略構成を示す図である。

【図２】 図１に示す構造部材のモニタリング装置の動
作を説明する図である。

【図３】 本発明の第１実施形態による構造部材のモニ
タリング装置の具体的構成を示す図である。

【図４】 図３に示す構造部材のモニタリング装置の動
作を説明する図である。

【図５】 図３に示す導電性線材２の変形例を示す図で
ある。

【図６】 本発明の第２実施形態による構造部材のモニ
タリング装置の構成を示す図である。

【図７】 同第３実施形態による構造部材のモニタリン
グ装置の構成を示す図である。

【図８】 同第４実施形態による構造部材のモニタリン
グ装置の構成を示す図である。

【図９】 同第５実施形態による構造部材のモニタリン
グ装置の構成を示す図である。

【図１０】 同第６実施形態による構造部材のモニタリ
ング装置の構成を示す図である

【図１１】 同第７実施形態による構造部材のモニタリ
ング装置の構成を示す図である。

【図１２】 同第１〜第７実施形態による構造部材のモ
ニタリング装置に用いられる導電性線材５０の構成およ
びその配設状況を示す一部裁断側断面図である。

【図１３】 同第１〜第７実施形態による構造部材のモ
ニタリング装置に用いられる導電性線材６０の構成およ
びその配設状況を示す一部裁断側面図である。

【図１４】 同第１〜第７実施形態による構造部材のモ
ニタリング装置に用いられる導電性線材７０の構成およ
びその配設状況を示す一部裁断側面図である。

【符号の説明】

１ 信号発生器 ２ 導電性線材 ２ｂ 障害点 ３ オシロスコープ ４ 基礎杭 ２０ オシロスコープ ２１ 導電性線材 ２２ 導電性線材 ２３ 導電性線材 ５０ 導電性線材 ５１ 構造物 ６０ 導電性線材 ６１ 構造物 ７０ 導電性線材 ７１ 構造物 ３０ ネットワークアナライザ ３１ パワースプリッタ ３２ 方向性結合器 ３３ スイッチ ３４ 方向性結合器 ３５ 方向性結合器 ３６ 方向性結合器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長田 耕治 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 國分 誠 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造部材の内部に埋設され、導電性を有
   しかつ繊維からなる導線と、 前記導線の一端へパルス信号を供給するパルス信号供給
   手段と、 前記導線の一端より出力される反射信号に基づいて、前
   記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部
   材の損傷状態を判定する判定手段とを具備することを特
   徴とする構造部材のモニタリング装置。
2. 【請求項２】 前記構造部材の内部に埋設され、導電性
   を有する第１の導線と、 前記第１の導線に対して所定間隔をおいて前記構造部材
   の内部に平行配置され、導電性を有しかつ繊維からなる
   第２の導線と、 前記第１の導線の一端へパルス信号を供給するパルス信
   号供給手段と、 前記第１の導線の一端より出力される第１の反射信号、
   および前記第２の導線の一端より出力される第２の反射
   信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特定すると
   ともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段と
   を具備することを特徴とする構造部材のモニタリング装
   置。
3. 【請求項３】 前記構造部材の内部に埋設され、導電性
   を有しかつ繊維からなる導線と、 前記導線の一端へパルス信号を供給するパルス信号供給
   手段と、 前記導線の一端より出力される反射信号、および前記導
   線の他端より出力される透過信号に基づいて、前記構造
   部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部材の損
   傷状態を判定する判定手段とを具備することを特徴とす
   る構造部材のモニタリング装置。
4. 【請求項４】 構造部材の内部に埋設され、導電性を有
   しかつ繊維からなる導線と、 前記導線の一端へ高周波信号を供給する高周波信号供給
   手段と、 前記導線の一端より出力される反射信号に基づいて、前
   記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部
   材の損傷状態を判定する判定手段とを具備することを特
   徴とする構造部材のモニタリング装置。
5. 【請求項５】 前記構造部材の内部に埋設された導電性
   を有する第１の導線と、 前記第１の導線に対して所定間隔をおいて前記構造部材
   の内部に平行配置され、導電性を有しかつ繊維からなる
   第２の導線と、 前記第１の導線の一端へ高周波信号を出力する高周波信
   号供給手段と、 前記第１の導線の一端より出力される第１の反射信号、
   および前記第２の導線の一端より出力される第２の反射
   信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特定すると
   ともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段と
   を具備することを特徴とする構造部材のモニタリング装
   置。
6. 【請求項６】 前記構造部材の内部に埋設され、導電性
   を有しかつ繊維からなる導線と、 前記導線の一端へ高周波信号を供給する高周波信号供給
   手段と、 前記導線の一端より出力される反射信号、および前記導
   線の他端より出力される透過信号に基づいて、前記構造
   部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部材の損
   傷状態を判定する判定手段とを具備することを特徴とす
   る構造部材のモニタリング装置。
7. 【請求項７】 構造部材の表面に接着され、導電性を有
   しかつ繊維からなる導線と、 前記導線の一端へパルス信号を供給するパルス信号供給
   手段と、 前記導線の一端より出力される反射信号に基づいて、前
   記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部
   材の損傷状態を判定する判定手段とを具備することを特
   徴とする構造部材のモニタリング装置。
8. 【請求項８】 前記構造部材の表面に接着され、導電性
   を有する第１の導線と、 前記第１の導線に対して所定間隔をおいて前記構造部材
   の内部に平行配置され、導電性を有しかつ繊維からなる
   第２の導線と、 前記第１の導線の一端へパルス信号を供給するパルス信
   号供給手段と、 前記第１の導線の一端より出力される第１の反射信号、
   および前記第２の導線の一端より出力される第２の反射
   信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特定すると
   ともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段と
   を具備することを特徴とする構造部材のモニタリング装
   置。
9. 【請求項９】 前記構造部材の表面に接着され、導電性
   を有しかつ繊維からなる導線と、 前記導線の一端へパルス信号を供給するパルス信号供給
   手段と、 前記導線の一端より出力される反射信号、および前記導
   線の他端より出力される透過信号に基づいて、前記構造
   部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部材の損
   傷状態を判定する判定手段とを具備することを特徴とす
   る構造部材のモニタリング装置。
10. 【請求項１０】 構造部材の表面に接着され、導電性を
    有しかつ繊維からなる導線と、 前記導線の一端へ高周波信号を供給する高周波信号供給
    手段と、 前記導線の一端より出力される反射信号に基づいて、前
    記構造部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部
    材の損傷状態を判定する判定手段とを具備することを特
    徴とする構造部材のモニタリング装置。
11. 【請求項１１】 前記構造部材の内部に接着され、導電
    性を有する第１の導線と、 前記第１の導線に対して所定間隔をおいて前記構造部材
    の内部に平行配置され、導電性を有しかつ繊維からなる
    第２の導線と、 前記第１の導線の一端へ高周波信号を出力する高周波信
    号供給手段と、 前記第１の導線の一端より出力される第１の反射信号、
    および前記第２の導線の一端より出力される第２の反射
    信号に基づいて、前記構造部材の損傷位置を特定すると
    ともに、前記構造部材の損傷状態を判定する判定手段と
    を具備することを特徴とする構造部材のモニタリング装
    置。
12. 【請求項１２】 前記構造部材の表面に接着され、導電
    性を有しかつ繊維からなる導線と、 前記導線の一端へ高周波信号を供給する高周波信号供給
    手段と、 前記導線の一端より出力される反射信号、および前記導
    線の他端より出力される透過信号に基づいて、前記構造
    部材の損傷位置を特定するとともに、前記構造部材の損
    傷状態を判定する判定手段とを具備することを特徴とす
    る構造部材のモニタリング装置。