JPWO2015059956A1 - Structure diagnosis apparatus, structure diagnosis method, and program - Google Patents

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宗一朗 高田
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三上　伸弘
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茂樹 篠田
翔平 木下
翔平 木下
佐々木　康弘
康弘 佐々木
純一郎 又賀
純一郎 又賀
茂 葛西
茂 葛西
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H13/00—Measuring resonant frequency

Abstract

振動発生部（１１０）は構造物に設置され、この構造物に振動を発生させる。振動検出部（１２０）は、構造物のうち振動発生部（１１０）が設置された場所の振動を検出する。応答関数算出部（１４０）は、振動検出部（１２０）の検出結果に基づいて、振動発生部（１１０）によって構造物で発生した振動に基づく、周波数応答関数を算出する。反共振状態情報算出部（１５０）は、反共振状態情報を算出する。反共振状態情報は、応答関数算出部（１４０）が算出した周波数応答関数の反共振の状態を示す情報である。判断部（１６０）は、反共振状態情報算出部（１５０）が算出した反共振状態情報に基づいて、構造物の劣化状態を判断する。The vibration generating unit (110) is installed in the structure and generates vibration in the structure. A vibration detection part (120) detects the vibration of the place where the vibration generation part (110) was installed among structures. The response function calculation unit (140) calculates a frequency response function based on the vibration generated in the structure by the vibration generation unit (110) based on the detection result of the vibration detection unit (120). The anti-resonance state information calculation unit (150) calculates anti-resonance state information. The anti-resonance state information is information indicating the anti-resonance state of the frequency response function calculated by the response function calculation unit (140). The determination unit (160) determines the deterioration state of the structure based on the anti-resonance state information calculated by the anti-resonance state information calculation unit (150).

Description

本発明は、構造物の劣化度を診断する構造物診断装置、構造物診断方法、及びプログラムに関する。   The present invention relates to a structure diagnostic apparatus, a structure diagnostic method, and a program for diagnosing the degree of deterioration of a structure.

建築物などの構造物の劣化度を非破壊で検査することが望まれている。例えば非特許文献１には、非破壊検査法の一例として、浸透探傷法及び超音波探傷法が記載されている。浸透探傷法は、設備を構成する部材に蛍光材料を塗布し、構造上の欠陥である傷に浸透した蛍光材料を発光させた上で、目視でその傷を確認する方法である。超音波探傷法は、超音波を部材に照射して、部材の傷を同定する方法である。この方法は、正常箇所と傷の箇所とが、異なる音響インピーダンスを有することを利用したものである。傷の同定は、部材を伝播する超音波信号について、傷の箇所での反射波信号を機械電気変換子で受信することで行う。   It is desired to inspect the degree of deterioration of structures such as buildings in a non-destructive manner. For example, Non-Patent Document 1 describes a penetrating flaw detection method and an ultrasonic flaw detection method as examples of a nondestructive inspection method. The penetrant flaw detection method is a method in which a fluorescent material is applied to a member constituting equipment and light is emitted from the fluorescent material that has penetrated into a flaw that is a structural defect, and then the flaw is visually confirmed. The ultrasonic flaw detection method is a method for identifying a scratch on a member by irradiating the member with ultrasonic waves. This method utilizes the fact that the normal portion and the damaged portion have different acoustic impedances. The identification of the flaw is performed by receiving the reflected wave signal at the flawed portion with the electromechanical transducer for the ultrasonic signal propagating through the member.

また特許文献１には、コンクリート構造物をハンマーで打撃し、コンクリート構造物を伝播する振動を振動センサで検知し、振動センサの検知結果に基づいてコンクリート構造物の劣化を検査する装置が記載されている。   Patent Document 1 describes an apparatus that hits a concrete structure with a hammer, detects vibrations propagating through the concrete structure with a vibration sensor, and inspects the deterioration of the concrete structure based on the detection result of the vibration sensor. ing.

特開２００６−３００８０９号公報JP 2006-300809 A

やさしい非破壊検査技術、５ページ、１９９６年、工業調査会Easy nondestructive inspection technology, 5 pages, 1996, Industrial Research Committee

構造物を伝播する振動を検出して処理することにより構造物の劣化を判断する場合、処理対象となる振動の帯域を広くしたほうが、判断精度が向上する。しかし、処理対象となる振動の帯域を広くした場合、信号処理のためのハードに必要なコストが上昇してしまう。   When determining the deterioration of the structure by detecting and processing the vibration propagating through the structure, the accuracy of the determination is improved by widening the vibration band to be processed. However, if the vibration band to be processed is widened, the cost required for hardware for signal processing increases.

本発明の目的は、構造物を伝播する振動を検出して処理することにより構造物の劣化を判断する場合において、信号処理のためのハードに必要なコストが上昇することを抑制しつつ、広い帯域の振動に関する情報を処理対象に含めることにある。   An object of the present invention is to broaden the cost required for hardware for signal processing while suppressing an increase in the cost of hardware for signal processing in the case of judging deterioration of the structure by detecting and processing vibration propagating through the structure. Information on band vibration is included in the processing target.

本発明によれば、構造物に設置され、前記構造物の表面に、前記表面に交わる方向の振動を発生させる振動発生手段と、
前記構造物のうち前記振動発生手段が設置された場所における、前記表面に交わる方向の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の検出結果に基づいて、前記振動発生手段によって前記構造物に発生した振動に基づく、周波数応答関数を算出する応答関数算出手段と、
前記周波数応答関数の反共振の状態を示す反共振状態情報を算出する反共振状態情報算出手段と、
前記反共振状態情報に基づいて、前記構造物の状態を判断する判断手段と、
を備える構造物診断装置が提供される。According to the present invention, vibration generating means that is installed in a structure and generates vibration in a direction intersecting the surface on the surface of the structure;
Vibration detecting means for detecting vibration in a direction intersecting the surface at a place where the vibration generating means is installed in the structure;
Response function calculating means for calculating a frequency response function based on the vibration generated in the structure by the vibration generating means based on the detection result of the vibration detecting means;
Anti-resonance state information calculating means for calculating anti-resonance state information indicating an anti-resonance state of the frequency response function;
Determination means for determining the state of the structure based on the anti-resonance state information;
A structure diagnostic apparatus is provided.

本発明によれば、構造物の表面に、振動発生手段を用いて、前記表面に交わる方向の振動を発生させ、
前記振動発生手段が前記構造物に振動を発生させた場所において、前記表面に交わる方向の振動を検出し、
前記振動の検出結果に基づいて、前記振動発生手段によって前記構造物で発生した振動に基づく、周波数応答関数を算出し、さらに、前記周波数応答関数の反共振の状態を示す反共振状態情報を算出し、
前記反共振状態情報を、基準情報と比較することにより、前記構造物の状態を判断する構造物診断方法が提供される。According to the present invention, on the surface of the structure, vibration is generated in the direction intersecting the surface using vibration generating means,
Detecting vibration in a direction intersecting the surface at a place where the vibration generating means generates vibration in the structure;
Based on the vibration detection result, a frequency response function is calculated based on the vibration generated in the structure by the vibration generating means, and anti-resonance state information indicating an anti-resonance state of the frequency response function is calculated. And
By comparing the anti-resonance state information with reference information, a structure diagnosis method for determining the state of the structure is provided.

本発明によれば、コンピュータを、構造物の状態を判断する構造物診断装置として機能させるためのプログラムであって、
構造物の表面には、振動発生手段によって、前記表面に交わる方向の振動が発生し、
前記振動発生手段が前記構造物に振動を発生させた場所において、前記表面に交わる方向の振動が振動検出手段によって検出され、
前記コンピュータに、
前記振動検出手段の検出結果に基づいて、前記振動発生手段によって前記構造物に発生した振動に基づく、周波数応答関数を算出する機能と、
前記周波数応答関数の反共振の状態を示す反共振状態情報を算出する機能と、
前記反共振状態情報を、基準時期における前記反共振状態情報である基準情報と比較することにより、前記構造物の状態を判断する機能と、
を持たせるプログラムが提供される。According to the present invention, there is provided a program for causing a computer to function as a structure diagnostic apparatus that determines the state of a structure.
On the surface of the structure, vibration in the direction intersecting the surface is generated by the vibration generating means,
In a place where the vibration generating means generates vibration in the structure, vibration in a direction intersecting the surface is detected by the vibration detecting means,
In the computer,
A function of calculating a frequency response function based on the vibration generated in the structure by the vibration generating means based on the detection result of the vibration detecting means;
A function of calculating anti-resonance state information indicating an anti-resonance state of the frequency response function;
A function of determining the state of the structure by comparing the anti-resonance state information with reference information that is the anti-resonance state information at a reference time;
A program for providing

本発明によれば、構造物を伝播する振動を検出して処理することにより構造物の劣化を判断する場合において、信号処理のためのハードに必要なコストが上昇することを抑制しつつ、広い帯域の振動に関する情報を処理対象に含めることができる。   According to the present invention, in the case of judging deterioration of a structure by detecting and processing vibration propagating through the structure, it is possible to suppress an increase in cost required for hardware for signal processing, while widening Information regarding the vibration of the band can be included in the processing target.

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。   The above-described object and other objects, features, and advantages will become more apparent from the preferred embodiments described below and the accompanying drawings.

実施形態に係る構造物診断装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the structure diagnostic apparatus which concerns on embodiment. 周波数応答関数について説明する図である。It is a figure explaining a frequency response function. 反共振状態情報と、構造物の経過時間（例えば築年数）の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between anti-resonance state information and the elapsed time (for example, building age) of a structure. 構造物診断装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of a structure diagnostic apparatus. 実施例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an Example.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

なお、以下に示す説明において、構造物診断装置１０の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。構造物診断装置１０の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。   In the following description, each component of the structure diagnostic apparatus 10 is not a hardware unit configuration but a functional unit block. Each component of the structure diagnostic apparatus 10 includes a CPU and memory of an arbitrary computer, a program loaded in the memory, a storage medium such as a hard disk for storing the program, and a network connection interface. Realized by any combination. There are various modifications of the implementation method and apparatus.

図１は、実施形態に係る構造物診断装置１０の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る構造物診断装置１０は、振動発生部１１０、振動検出部１２０、応答関数算出部１４０、反共振状態情報算出部１５０、及び判断部１６０を備えている。振動発生部１１０は構造物に設置され、この構造物の表面に、この表面に交わる方向（以下、第１方向と記載：好ましくは表面に垂直な方向）の振動を発生させる。振動検出部１２０は、構造物のうち振動発生部１１０が設置された場所における、第１方向の振動を検出する。応答関数算出部１４０は、振動検出部１２０の検出結果に基づいて、振動発生部１１０によって構造物で発生した振動に基づく、周波数応答関数を算出する。反共振状態情報算出部１５０は、反共振状態情報を算出する。反共振状態情報は、応答関数算出部１４０が算出した周波数応答関数の反共振の状態を示す情報である。判断部１６０は、反共振状態情報算出部１５０が算出した反共振状態情報に基づいて、構造物の状態を判断する。ここで判断される状態には、例えば劣化状態や品質の変化（例えば強度の変化）がある。また、構造物の少なくとも一部がコンクリートで形成されている場合、本実施形態では、この構造物を建造する際におけるコンクリートの養生状態（例えば硬化状態）も、構造物の状態の一例として取り扱うことができる。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of a structure diagnostic apparatus 10 according to the embodiment. The structure diagnostic apparatus 10 according to the present embodiment includes a vibration generation unit 110, a vibration detection unit 120, a response function calculation unit 140, an anti-resonance state information calculation unit 150, and a determination unit 160. The vibration generating unit 110 is installed in a structure, and generates vibrations on the surface of the structure in a direction intersecting with the surface (hereinafter referred to as a first direction: preferably a direction perpendicular to the surface). The vibration detection unit 120 detects the vibration in the first direction at the place where the vibration generation unit 110 is installed in the structure. The response function calculation unit 140 calculates a frequency response function based on the vibration generated in the structure by the vibration generation unit 110 based on the detection result of the vibration detection unit 120. The anti-resonance state information calculation unit 150 calculates anti-resonance state information. The anti-resonance state information is information indicating the anti-resonance state of the frequency response function calculated by the response function calculation unit 140. The determination unit 160 determines the state of the structure based on the anti-resonance state information calculated by the anti-resonance state information calculation unit 150. The state determined here includes, for example, a deterioration state and a change in quality (for example, a change in intensity). In addition, when at least a part of the structure is formed of concrete, in this embodiment, the curing state (for example, the hardened state) of the concrete when the structure is constructed is handled as an example of the state of the structure. Can do.

周波数応答関数の反共振には、詳細を後述するように、反共振周波数よりも高い周波数の情報が含まれている。このため、反共振状態情報を用いて構造物の状態、例えば劣化状態を判断すると、反共振周波数よりも高い周波数に起因した情報も含めて構造物の状態を判断することになる。従って、信号処理のためのハードに必要なコストが上昇することを抑制しつつ、広い帯域の振動に関する情報を処理対象に含めることができる。以下、詳細に説明する。   The anti-resonance of the frequency response function includes information on a frequency higher than the anti-resonance frequency, as will be described in detail later. For this reason, when the state of the structure, for example, the deterioration state is determined using the anti-resonance state information, the state of the structure is determined including information resulting from a frequency higher than the anti-resonance frequency. Therefore, it is possible to include information on vibrations in a wide band in the processing target while suppressing an increase in cost required for hardware for signal processing. Details will be described below.

構造物は、例えばコンクリートを用いて建造されたもの、例えばビル、住宅、橋梁などの建築物である。ただし、構造物は、パイプラインや上下水道などの配管であってもよい。さらに構造物は、金属を用いて構築された構造物（例えば重機や建機などの機械）であってもよい。   The structure is, for example, a building constructed using concrete, for example, a building such as a building, a house, or a bridge. However, the structure may be a pipe such as a pipeline or a water and sewage system. Furthermore, the structure may be a structure (for example, a machine such as a heavy machine or a construction machine) constructed using a metal.

振動発生部１１０は、例えばハンマーなどの打撃手段を有しており、この打撃手段を用いて構造物を打撃することにより、構造物に振動を加える。振動発生部１１０によって構造物に加えられる振動は、ある程度広い帯域の振動を含んでいる。構造物の少なくとも一部がコンクリート及び金属の少なくとも一方を用いて形成されている場合、この帯域は、少なくとも、１００Ｈｚ以上５０ｋＨｚ以下の帯域を含んでいるのが好ましい。打撃手段がハンマーを有している場合、このハンマーの先端は、例えば直径が５〜８０ｍｍの球であったり、断面積が１ｍｍ２以下の凸部となっているのが好ましい。The vibration generating unit 110 has hitting means such as a hammer, for example, and applies vibration to the structure by hitting the structure using the hitting means. The vibration applied to the structure by the vibration generator 110 includes vibrations in a wide band to some extent. When at least a part of the structure is formed using at least one of concrete and metal, this band preferably includes at least a band of 100 Hz to 50 kHz. When the hitting means has a hammer, the tip of the hammer is preferably a sphere having a diameter of, for example, 5 to 80 mm, or a convex portion having a cross-sectional area of 1 mm 2 or less.

振動検出部１２０は、構造物のうち振動発生部１１０が取り付けられている部分に取り付けられており、振動発生部１１０によって構造物に生じた振動を、構造物のうち振動発生部１１０が取り付けられている部分で検出する。すなわち、振動発生部１１０の取付位置と、振動検出部１２０による振動の検出位置は揃えられている。ここで、構造物の厚さをｔとすると、振動検出部１２０による振動の検出位置が、振動発生部１１０の取付位置からｔ／５０以内の範囲にある場合、振動発生部１１０の取付位置と振動検出部１２０による振動の検出位置が揃っていると見なすことができる。例えば振動発生部１１０が構造物を加振する場合、振動検出部１２０は、振動発生部１１０による加振方向と同一方向の振動を検出できる向きに、構造物に取り付けられる。振動検出部１２０は、例えば加速度センサ、速度センサ、変位センサ等である。振動検出部１２０は、例えば圧電素子と、この圧電素子に生じる起電力を増幅する増幅回路を有している。   The vibration detection unit 120 is attached to a portion of the structure where the vibration generation unit 110 is attached, and vibration generated in the structure by the vibration generation unit 110 is attached to the vibration generation unit 110 of the structure. Detect in the part that is. That is, the attachment position of the vibration generating unit 110 and the vibration detection position by the vibration detection unit 120 are aligned. Here, when the thickness of the structure is t, when the vibration detection position by the vibration detection unit 120 is within a range of t / 50 from the attachment position of the vibration generation unit 110, the attachment position of the vibration generation unit 110 is It can be considered that the vibration detection positions by the vibration detection unit 120 are aligned. For example, when the vibration generation unit 110 vibrates a structure, the vibration detection unit 120 is attached to the structure in a direction in which vibration in the same direction as the vibration direction by the vibration generation unit 110 can be detected. The vibration detection unit 120 is, for example, an acceleration sensor, a speed sensor, a displacement sensor, or the like. The vibration detection unit 120 includes, for example, a piezoelectric element and an amplifier circuit that amplifies an electromotive force generated in the piezoelectric element.

振動検出部１２０は、非接触型の振動検出器、例えば、レーザドップラー振動計等であってもよい。振動検出部１２０が非接触型の振動検出器である場合、構造物の表面の凹凸が大きい場合、構造物が高温または低温である場合、構造物が小さい場合など、振動検出部１２０を構造物に設置できないような場合であっても、第１の実施形態に示した効果を得ることができる。また、分析対象の構造物が軽い場合、柔らかい場合など、振動検出部１２０を取り付けると構造物の共振状態が変化する場合においても、振動検出部１２０が非接触型の振動検出器にすると、振動検出部１２０の存在が振動の検出結果に影響を与えることを抑制できる。   The vibration detection unit 120 may be a non-contact type vibration detector such as a laser Doppler vibrometer. If the vibration detector 120 is a non-contact type vibration detector, the surface of the structure is large, the structure is hot or cold, the structure is small, etc. Even if it cannot be installed in the case, the effects shown in the first embodiment can be obtained. Even when the structure to be analyzed is light or soft, even when the vibration detection unit 120 is attached and the resonance state of the structure changes, if the vibration detection unit 120 is a non-contact type vibration detector, vibration will occur. The presence of the detection unit 120 can be suppressed from affecting the vibration detection result.

なお、構造物が建造物である場合、振動発生部１１０及び振動検出部１２０は、壁、柱、梁、床、又は基礎などに取り付けられる。また、構造物が上下水道である場合、振動検出部１２０は、取水管、導水管、配水管、給水間、マンホール、消火栓、又は止水弁などに取り付けられる。   When the structure is a building, the vibration generation unit 110 and the vibration detection unit 120 are attached to a wall, a column, a beam, a floor, a foundation, or the like. Moreover, when the structure is a water and sewage system, the vibration detection unit 120 is attached to a water intake pipe, a water conduit, a water distribution pipe, a water supply space, a manhole, a fire hydrant, a water stop valve, or the like.

構造物診断装置１０は、情報記憶部１３０を備えている。情報記憶部１３０は、振動検出部１２０が検出したデータを記憶する。   The structure diagnostic apparatus 10 includes an information storage unit 130. The information storage unit 130 stores data detected by the vibration detection unit 120.

応答関数算出部１４０は、情報記憶部１３０に記憶されているデータを用いて、構造物に生じた信号の周波数応答関数を算出する。なお、本実施形態では、構造物の振動発生位置と振動の検出位置が同一であるため、この周波数応答関数は、自己周波数応答関数になる。周波数応答関数Ｇｑ（ω）は、以下の（１）式に従って算出される。   The response function calculation unit 140 calculates the frequency response function of the signal generated in the structure using the data stored in the information storage unit 130. In the present embodiment, since the vibration generation position of the structure and the vibration detection position are the same, this frequency response function is a self-frequency response function. The frequency response function Gq (ω) is calculated according to the following equation (1).

Figure 2015059956
ここで、ｉは共振モードの次数であり、Ωｉは次数がｉの共振モードにおける共振周波数であり、φｉは次数がｉの共振モードにおけるモードスペクトルであり、ｋｉは次数がｉの共振モードにおけるモード剛性である。
Figure 2015059956
 Here, i is the order of the resonance mode, Ω i is the resonance frequency in the resonance mode of order i , φ i is the mode spectrum in the resonance mode of order i , and k i is the resonance of the order i. Mode stiffness in mode.

そして、応答関数算出部１４０は、算出した周波数応答関数を、情報記憶部１３０に記憶させる。   Then, the response function calculation unit 140 causes the information storage unit 130 to store the calculated frequency response function.

反共振状態情報算出部１５０は、情報記憶部１３０が記憶している周波数応答関数を処理することにより、その周波数応答関数における反共振周波数を検出する。そして反共振状態情報算出部１５０は、この反共振周波数を用いて、反共振状態情報を算出する。反共振情報の詳細については、後述する。反共振状態情報算出部１５０は、算出した反共振状態情報を情報記憶部１３０に記憶させる。   The anti-resonance state information calculation unit 150 processes the frequency response function stored in the information storage unit 130 to detect the anti-resonance frequency in the frequency response function. The anti-resonance state information calculation unit 150 calculates anti-resonance state information using the anti-resonance frequency. Details of the anti-resonance information will be described later. The anti-resonance state information calculation unit 150 causes the information storage unit 130 to store the calculated anti-resonance state information.

判断部１６０は、情報記憶部１３０が記憶している反共振状態情報を処理することにより、構造物の劣化状態を判断する。例えば判断部１６０は、反共振状態情報算出部１５０が算出した反共振状態情報を、基準情報と比較することにより、構造物の劣化状態を判断する。この判断の詳細についても、上述する。   The determination unit 160 determines the deterioration state of the structure by processing the anti-resonance state information stored in the information storage unit 130. For example, the determination unit 160 determines the deterioration state of the structure by comparing the anti-resonance state information calculated by the anti-resonance state information calculation unit 150 with reference information. Details of this determination are also described above.

図２は、周波数応答関数について説明する図である。周波数応答関数には、図２（ａ）〜（ｃ）に例示するように、複数の共振モードに起因した成分が含まれている。各共振モードには、＋となる領域と、−となる領域がある。＋となる領域と、−となる領域の境界は発散している。そして、共振モードの次数が上がるにつれて、この発散している部分の周波数は上がっていく。   FIG. 2 is a diagram illustrating the frequency response function. As illustrated in FIGS. 2A to 2C, the frequency response function includes components due to a plurality of resonance modes. Each resonance mode has a region that becomes + and a region that becomes −. The boundary between the region that becomes + and the region that becomes-is divergent. As the order of the resonance mode increases, the frequency of the diverging portion increases.

周波数応答関数は、図２（ｄ）に例示するように、上記した複数の共振モードに起因した成分を合成したものである。そして、反共振周波数は、ある共振モードの−の領域の関数と、それより高次の共振モードの＋の領域の関数とを足し合わせることにより、定義される。このため、反共振周波数に基づいた情報（反共振状態情報）は、その反共振周波数より高い周波数の情報を含んでいることになる。   As illustrated in FIG. 2D, the frequency response function is a combination of components resulting from the above-described plurality of resonance modes. The anti-resonance frequency is defined by adding the function of the − region of a certain resonance mode and the function of the + region of a higher-order resonance mode. For this reason, information based on the anti-resonance frequency (anti-resonance state information) includes information of a frequency higher than the anti-resonance frequency.

なお、反共振状態情報は、例えば反共振周波数又は反共振周波溝における振幅であってもよいし、下記（２）式で算出される、反共振周波数の共振尖鋭度Ｑであってもよい。   The anti-resonance state information may be, for example, the anti-resonance frequency or the amplitude at the anti-resonance frequency groove, or may be the resonance sharpness Q of the anti-resonance frequency calculated by the following equation (2).

Ｑ＝ｆ＊／Δｆ＊・・・（２）
ただし、ｆ＊は反共振周波数であり、Δｆ＊は、周波数応答関数による値が反共振周波数における値の基準値倍（ただし０倍超１倍未満）となる周波数と、反共振周波数との差分である。基準値は、例えば０．５である。Q = f * / Δf * (2)
However, f * is the anti-resonance frequency, and Δf * is the difference between the frequency at which the value by the frequency response function is a reference value times the value at the anti-resonance frequency (however, more than 0 times and less than 1) and the anti-resonance frequency It is. The reference value is 0.5, for example.

また、反共振状態情報は、互いに異なるモードの２つの反共振周波数の周波数差であってもよい。この場合において、２つの反共振周波数は互いに隣り合っていなくてもよい。また、一方の反共振周波数は、例えば一次モードの反共振周波数であるが、これに限定されない。また、反共振状態情報は、反共振周波数と共振周波数の周波数差であってもよい。この場合、周波数差の算出対象となる反共振周波数と共振周波数の間には、他の反共振周波数及び共振周波数の少なくとも一方が存在していてもよい。   The anti-resonance state information may be a frequency difference between two anti-resonance frequencies in different modes. In this case, the two antiresonance frequencies may not be adjacent to each other. One antiresonance frequency is, for example, the antiresonance frequency of the primary mode, but is not limited to this. Further, the anti-resonance state information may be a frequency difference between the anti-resonance frequency and the resonance frequency. In this case, at least one of the other anti-resonance frequency and the resonance frequency may exist between the anti-resonance frequency and the resonance frequency which are the calculation target of the frequency difference.

図３は、反共振状態情報と、構造物の経過時間（例えば築年数）の関係を示す図である。亀裂などの劣化が発生していなくても、微細な欠陥が生じている。そして、構造物の経過時間が増大していき、上記した微細な欠陥が蓄積されていくと、その構造物の剛性が低下していくため、経過時間に応じて反共振状態情報も変化していく。このため、判断部１６０は、反共振状態が基準値を超えたときに、構造物の劣化が基準以上進んだと判断し、警告処理を行う。なお、この基準値は、予め定義されており、また、予め情報記憶部１３０に記憶されている。   FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between the anti-resonance state information and the elapsed time (for example, age) of the structure. Even if there is no deterioration such as cracks, fine defects are generated. And as the elapsed time of the structure increases and the above-mentioned minute defects accumulate, the rigidity of the structure decreases, so the anti-resonance state information also changes according to the elapsed time. Go. For this reason, when the anti-resonance state exceeds the reference value, the determination unit 160 determines that the deterioration of the structure has advanced more than the reference, and performs a warning process. The reference value is defined in advance and is stored in the information storage unit 130 in advance.

図４は、本実施形態における構造物診断装置１０の動作を示すフローチャートである。まず、振動発生部１１０は構造物に振動を発生させる。そして振動検出部１２０は、構造物に生じた振動を検出する（ステップＳ１０）。この検出結果は、情報記憶部１３０に記憶される。そして応答関数算出部１４０は、情報記憶部１３０に記憶された振動検出結果を処理することにより、周波数応答関数を算出する（ステップＳ２０）。生成された周波数応答関数は、情報記憶部１３０に記憶される。そして反共振状態情報算出部１５０は、情報記憶部１３０に記憶された周波数応答関数を用いて、反共振状態情報を生成する（ステップＳ３０）。そして判断部１６０は、反共振状態情報算出部１５０が算出した反共振状態情報を、基準情報と比較することにより、構造物の劣化状態を判断する（ステップＳ４０）。この判断結果及び反共振状態情報は、情報記憶部１３０に記憶される。   FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the structure diagnostic apparatus 10 in the present embodiment. First, the vibration generator 110 generates vibrations in the structure. And the vibration detection part 120 detects the vibration which arose in the structure (step S10). The detection result is stored in the information storage unit 130. And the response function calculation part 140 calculates a frequency response function by processing the vibration detection result memorize | stored in the information storage part 130 (step S20). The generated frequency response function is stored in the information storage unit 130. And the anti-resonance state information calculation part 150 produces | generates anti-resonance state information using the frequency response function memorize | stored in the information storage part 130 (step S30). Then, the determination unit 160 determines the deterioration state of the structure by comparing the anti-resonance state information calculated by the anti-resonance state information calculation unit 150 with the reference information (step S40). The determination result and the anti-resonance state information are stored in the information storage unit 130.

以上、本実施形態によれば、判断部１６０は、反共振状態情報を基準値と比較することにより、構造物の劣化状態を判断する。周波数応答関数の反共振には、反共振周波数よりも高い周波数の情報が含まれている。このため、反共振状態情報を用いて劣化状態を判断すると、反共振周波数よりも高い周波数に起因した情報も含めて劣化状態を判断することになる。従って、信号処理のためのハードに必要なコストが上昇することを抑制しつつ、広い帯域の振動に関する情報を処理対象に含めることができる。特に本実施形態では、振動発生部１１０による加振位置と振動検出部１２０による振動検出位置を揃えているため、反共振周波数と共振周波数が必ず交互に現れる。従って、反共振状態情報として多くの情報が容易に得られる。このため、応答関数算出部１４０及び反共振状態情報算出部１５０の演算負荷を小さくすることができる。   As described above, according to the present embodiment, the determination unit 160 determines the deterioration state of the structure by comparing the anti-resonance state information with the reference value. The anti-resonance of the frequency response function includes information on a frequency higher than the anti-resonance frequency. For this reason, when the deterioration state is determined using the anti-resonance state information, the deterioration state is determined including information resulting from a frequency higher than the anti-resonance frequency. Therefore, it is possible to include information on vibrations in a wide band in the processing target while suppressing an increase in cost required for hardware for signal processing. In particular, in the present embodiment, since the excitation position by the vibration generator 110 and the vibration detection position by the vibration detector 120 are aligned, the anti-resonance frequency and the resonance frequency always appear alternately. Therefore, a lot of information can be easily obtained as the anti-resonance state information. For this reason, the calculation load of the response function calculation unit 140 and the anti-resonance state information calculation unit 150 can be reduced.

構造物の一例として、コンクリートの塊を建造した。セメントに対する水の重量割合は、５０％とした。また、呼び強度は、１０Ｎ／ｍｍ２とした。そして、コンクリートの塊を建造してからの養生期間によって、反共振周波数がどのように変化するか、実施形態に示した構造物診断装置１０を用いてを調べた。その結果を図５に示す。A concrete block was built as an example of a structure. The weight ratio of water to cement was 50%. The nominal strength was 10 N / mm 2 . And how the anti-resonance frequency changes with the curing period after constructing a block of concrete was investigated using the structure diagnostic apparatus 10 shown in the embodiment. The result is shown in FIG.

図５から、養生期間が長くなるにつれて、すなわちコンクリートの強度が増加するにつれて、反共振周波数が変化している（具体的には低くなっている）ことが分かる。一方、共振周波数はほとんど変化していない。これにより、反共振状態情報、例えば反共振周波数や、反共振数端数と共振周波数の差の変化を調べることにより、構造物の状態（例えば硬度）を判断できることが示された。   FIG. 5 shows that the anti-resonance frequency changes (specifically, decreases) as the curing period increases, that is, as the strength of the concrete increases. On the other hand, the resonance frequency has hardly changed. Thus, it was shown that the state (for example, hardness) of the structure can be determined by examining changes in the anti-resonance state information, for example, the anti-resonance frequency and the difference between the anti-resonance fraction and the resonance frequency.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.

この出願は、２０１３年１０月２３日に出願された日本出願特願２０１３−２２０４９３号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。   This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2013-220493 for which it applied on October 23, 2013, and takes in those the indications of all here.

Claims (10)

構造物に設置され、前記構造物の表面に、前記表面に交わる方向の振動を発生させる振動発生手段と、
前記構造物のうち前記振動発生手段が設置された場所における、前記表面に交わる方向の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の検出結果に基づいて、前記振動発生手段によって前記構造物に発生した振動に基づく、周波数応答関数を算出する応答関数算出手段と、
前記周波数応答関数の反共振の状態を示す反共振状態情報を算出する反共振状態情報算出手段と、
前記反共振状態情報に基づいて、前記構造物の状態を判断する判断手段と、
を備える構造物診断装置。Vibration generating means installed in a structure and generating vibrations in a direction intersecting the surface on the surface of the structure;
Vibration detecting means for detecting vibration in a direction intersecting the surface at a place where the vibration generating means is installed in the structure;
Response function calculating means for calculating a frequency response function based on the vibration generated in the structure by the vibration generating means based on the detection result of the vibration detecting means;
Anti-resonance state information calculating means for calculating anti-resonance state information indicating an anti-resonance state of the frequency response function;
Determination means for determining the state of the structure based on the anti-resonance state information;
A structure diagnostic apparatus comprising: 請求項１に記載の構造物診断装置において、
前記判断手段は、前記反共振状態情報を基準情報と比較することにより、前記構造物の状態を判断する構造物診断装置。The structure diagnostic apparatus according to claim 1,
The determination means determines the state of the structure by comparing the anti-resonance state information with reference information. 請求項１又は２に記載の構造物診断装置において、
前記反共振状態情報は、反共振周波数である構造物診断装置。The structure diagnostic apparatus according to claim 1 or 2,
The structure diagnostic apparatus, wherein the anti-resonance state information is an anti-resonance frequency. 請求項１又は２に記載の構造物診断装置において、
前記反共振状態情報は、反共振周波溝における振幅である構造物診断装置。The structure diagnostic apparatus according to claim 1 or 2,
The anti-resonance state information is a structure diagnostic apparatus that is an amplitude in an anti-resonance frequency groove. 請求項１又は２に記載の構造物診断装置において、
前記反共振状態情報は、下記（１）式で算出される、反共振周波数の共振尖鋭度Ｑである構造物診断装置。
Ｑ＝ｆ＊／Δｆ＊・・・（１）
ただし、ｆ＊は前記反共振周波数であり、Δｆ＊は、前記周波数応答関数による値が前記反共振周波数における値の基準値倍（ただし０倍超１倍未満）となる周波数と、前記反共振周波数との差分である。The structure diagnostic apparatus according to claim 1 or 2,
The structure diagnostic apparatus, wherein the anti-resonance state information is a resonance sharpness Q of an anti-resonance frequency calculated by the following equation (1).
Q = f * / Δf * (1)
However, f * is the anti-resonance frequency, Δf * is a frequency at which the value by the frequency response function is a reference value multiple of the value at the anti-resonance frequency (however, more than 0 times and less than 1 time), and the anti-resonance It is the difference from the frequency. 請求項１又は２に記載の構造物診断装置において、
前記反共振状態情報は、互いに異なるモードである２つの反共振周波数の周波数差である構造物診断装置。The structure diagnostic apparatus according to claim 1 or 2,
The structure diagnostic apparatus, wherein the anti-resonance state information is a frequency difference between two anti-resonance frequencies which are different modes. 請求項１又は２に記載の構造物診断装置において、
前記反共振状態情報は、反共振周波数と共振周波数の周波数差である構造物診断装置。The structure diagnostic apparatus according to claim 1 or 2,
The anti-resonance state information is a structure diagnostic apparatus that is a frequency difference between an anti-resonance frequency and a resonance frequency. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の構造物診断装置において、
前記構造物の少なくとも一部は、コンクリートで形成されており、
前記振動発生手段によって前記構造物で発生する振動の周波数帯域には、１００Ｈｚ以上５０ｋＨｚ以下の周波数帯域が含まれている構造物診断装置。In the structure diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 7,
At least a portion of the structure is formed of concrete;
The structure diagnostic apparatus in which a frequency band of 100 Hz to 50 kHz is included in a frequency band of vibration generated in the structure by the vibration generating unit. 構造物の表面に、振動発生手段を用いて、前記表面に交わる方向の振動を発生させ、
前記振動発生手段が前記構造物に振動を発生させた場所において、前記表面に交わる方向の振動を検出し、
前記振動の検出結果に基づいて、前記振動発生手段によって前記構造物で発生した振動に基づく、周波数応答関数を算出し、さらに、前記周波数応答関数の反共振の状態を示す反共振状態情報を算出し、
前記反共振状態情報を、基準情報と比較することにより、前記構造物の状態を判断する構造物診断方法。Using the vibration generating means on the surface of the structure, the vibration in the direction intersecting the surface is generated,
Detecting vibration in a direction intersecting the surface at a place where the vibration generating means generates vibration in the structure;
Based on the vibration detection result, a frequency response function is calculated based on the vibration generated in the structure by the vibration generating means, and anti-resonance state information indicating an anti-resonance state of the frequency response function is calculated. And
A structure diagnosis method for determining a state of the structure by comparing the anti-resonance state information with reference information. コンピュータを、構造物の状態を判断する構造物診断装置として機能させるためのプログラムであって、
構造物の表面には、振動発生手段によって、前記表面に交わる方向の振動が発生し、
前記振動発生手段が前記構造物に振動を発生させた場所において、前記表面に交わる方向の振動が振動検出手段によって検出され、
前記コンピュータに、
前記振動検出手段の検出結果に基づいて、前記振動発生手段によって前記構造物に発生した振動に基づく、周波数応答関数を算出する機能と、
前記周波数応答関数の反共振の状態を示す反共振状態情報を算出する機能と、
前記反共振状態情報を、基準時期における前記反共振状態情報である基準情報と比較することにより、前記構造物の状態を判断する機能と、
を持たせるプログラム。A program for causing a computer to function as a structure diagnostic apparatus for determining the state of a structure,
On the surface of the structure, vibration in the direction intersecting the surface is generated by the vibration generating means,
In a place where the vibration generating means generates vibration in the structure, vibration in a direction intersecting the surface is detected by the vibration detecting means,
In the computer,
A function of calculating a frequency response function based on the vibration generated in the structure by the vibration generating means based on the detection result of the vibration detecting means;
A function of calculating anti-resonance state information indicating an anti-resonance state of the frequency response function;
A function of determining the state of the structure by comparing the anti-resonance state information with reference information that is the anti-resonance state information at a reference time;
A program to give
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