JPWO2019167137A1 - 構造物評価システム及び構造物評価方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における構造物評価システム100の構成を示す図である。
構造物評価システム100は、構造物の健全性の評価に用いられる。以下の説明において、評価とは、ある基準に基づいて構造物の健全性の度合い、すなわち構造物の劣化状態を決定することを意味する。なお、以下の説明では、構造物の一例として橋梁を例に説明するが、構造物は橋梁に限定される必要はない。例えば、構造物は、亀裂の発生または進展、あるいは外的衝撃(例えば雨、人工雨など)に伴い弾性波が発生する構造物であればどのようなものであってもよい。なお、橋梁は、河川や渓谷など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。
構造物50に対して一様な分布で衝撃11が付与された場合、弾性波源の位置標定結果の分布が一様でなければ、密度の低下している領域が損傷している領域と判断することができる。しかしながら、損傷のない健全な構造物に対して一様な分布で衝撃11が付与された場合でも、標定される弾性波源の分布が一様にならない場合が起こり得る。
また、図3は、図2に示すような一様な衝撃11が付与された場合に、弾性波源の位置評定を行った結果を示す図である。図3において、縦軸及び横軸は計測対象となる領域の長さ(m)を表す。図3の三角の位置はセンサ20の設置位置を示す。図3では、15個のセンサ20が設置されている場合を示している。図3の点60の位置は弾性波源の位置を示す。図3の左上の4つのセンサ20(センサ20−1〜センサ20−4)で囲まれる領域を拡大した図を図4に示す。
そのため、図6に示すように、1つのセンサ20に弾性波源の位置が近いほど、弾性波源と4thヒットセンサとの距離が遠いことが示されている。また、4つのセンサ20の中心に弾性波源の位置が近いほど、弾性波源と4thヒットセンサとの距離が短いことが示されている。
信号処理部30は、センサ20による処理が施されたAE源信号を取得する(ステップS101)。信号処理部30は、取得したAE源信号の振幅値と、第1の閾値とを比較する。そして、信号処理部30は、第1の閾値より高い振幅値を有するAE源信号を保存する(ステップS102)。信号処理部30は、所定の期間分のAE源信号を保存する。信号処理部30は、保存したAE源信号に対して信号処理を行う(ステップS103)。信号処理部30は、抽出したAE特徴量に基づく情報をAE信号として構造物評価装置40に出力する(ステップS104)。
図9は、領域毎の閾値の設定方法を説明するための図である。計測される弾性波の数が振幅に対して正規分布を持っていると仮定する。図9において、縦軸は弾性波の振幅を表し、横軸は弾性波源から4thヒットセンサまでの距離を表す。横軸におけるDは、例えば図8Aのようなコンター図を元に得られる領域分割線の位置を表す。図9に示す線分62は、弾性波源から4thヒットセンサまでの距離に対する弾性波の振幅の上限を示す。図9に示す線分63は、弾性波源から4thヒットセンサまでの距離に対する弾性波の振幅の下限を示す。弾性波の伝搬距離が長くなるほど、弾性波の振幅は減衰するため、検出される振幅は右下がりの線で表される。
一方、得られた弾性波源の密度が一様ではない場合、評価部402は劣化が生じていると判定する。この場合、評価部402は、弾性波源の密度が、あらかじめ定められた判定閾値未満の領域を構造物50の劣化が生じている領域と評価する。表示部403は、評価部402の制御に従って評価結果を表示する(ステップS113)。
本実施形態では、位置標定部401が、新たに設定する閾値(例えば、第2の閾値及び第3の閾値)が第1の閾値よりも高く設定する構成を示したが、新たに設定される閾値はこれに限定されない。例えば、位置標定部401は、領域分割線内の閾値を第1の閾値よりも高く設定し、領域分割線外の閾値を第1の閾値と同じに設定してもよい。図11Aは、新たな閾値の設定方法の別例を示す図である。図11Aに示すように、位置評定部401は、Dより近距離の領域の第2の閾値を第1の閾値よりも高く設定し、Dより遠距離の領域の第3の閾値を第1の閾値と同じに設定する。
第2の実施形態では、構造物評価システムは、新たな閾値の設定を行わず、弾性波源の密度分布を生成し、弾性波源の密度分布を補正することによって構造物の劣化状態を評価する。
図12は、第2の実施形態における構造物評価システム100aの構成を示す図である。
構造物評価システム100aは、衝撃付与部10、複数のセンサ20−1〜20−n、信号処理部30及び構造物評価装置40aを備える。構造物評価システム100aは、構造物評価装置40に代えて構造物評価装置40aを備える点で構造物評価システム100と構成が異なる。以下、構造物評価装置40aについてのみ説明する。
位置標定部401aは、ステップS106の処理で生成した弾性波源分布を密度分布生成部404に出力する。密度分布生成部404は、位置標定部401aから出力された弾性波源分布を用いて、弾性波源密度分布を生成する(ステップS201)。密度分布生成部404は、生成した弾性波源密度分布を補正部405に出力する。補正部405は、生成された弾性波源密度分布に、補正係数1/F(x,y)を乗じることによって弾性波源密度分布を補正する(ステップS202)。
一方、弾性波源密度分布で示される密度が一様ではない場合、評価部402aは劣化が生じていると判定する。この場合、評価部402aは、弾性波源密度分布で示される密度が、あらかじめ定められた判定閾値未満の領域を構造物50の劣化が生じている領域と評価する。
第3の実施形態では、構造物評価システムは、新たな閾値の設定を行わず、計測結果との比較対象となる健全な構造物50において得られた弾性波源密度分布に補正を行うことによって構造物の劣化状態を評価する。
図15は、第3の実施形態における構造物評価システム100bの構成を示す図である。
構造物評価システム100bは、衝撃付与部10、複数のセンサ20−1〜20−n、信号処理部30及び構造物評価装置40bを備える。構造物評価システム100bは、構造物評価装置40aに代えて構造物評価装置40bを備える点で構造物評価システム100aと構成が異なる。以下、構造物評価装置40bについてのみ説明する。
密度分布生成部404bは、位置標定部401aから出力された弾性波源分布を用いて、弾性波源密度分布を生成する(ステップS301)。密度分布生成部404bは、生成した弾性波源密度分布を評価部402bに出力する。補正部405bは、比較対象となる弾性波源密度分布に対して、弾性波源の位置毎に算出される補正倍率を乗じて補正を行うことによって補正後基準密度分布を生成する(ステップS302)。密度分布生成部404は、生成した補正後基準密度分布を評価部402bに出力する。
一方、評価部402bは、補正後基準密度分布と、弾性波源密度分布とを比較し、補正後基準密度分布に対して密度が低下している領域を構造物50の劣化が生じている領域と評価する。
構造物評価システム100、100a及び100bには、3つ以上のセンサ20が備えられていればよい。
構造物評価システム100、100a及び100bは、衝撃付与部10を備えなくてもよい。このように構成される場合、構造物50に対する衝撃11は、人手で与えればよい。
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が評価部402のみを備えて、位置標定部401および表示部403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、評価部402は、弾性波源分布を別の筺体から取得し、取得した弾性波源分布を用いて構造物の健全性を評価する。そして、評価部402は、評価結果を別の筺体が備える表示部403に出力する。
このように構成されることによって、弾性波源分布の導出に既存の装置を用いることによって、構造物評価装置40の製造コストを抑えることができる。
また、信号処理部30には第1の閾値を設定せず、信号処理部30が計測期間中のAE信号を全て構造物評価装置40(又は構造物評価装置40a、構造物評価装置40b)に出力してもよい。このように構成される場合、位置標定部401(又は位置標定部401a、位置標定部401b)は、取得したAE信号を用いて各実施形態における処理を行う。
図1では、複数のセンサ20−1〜10−nに1台の信号処理部30が接続されているが、構造物評価システム100(又は構造物評価システム100a、構造物評価システム100b)は複数台の信号処理部30を備え、各センサ20にそれぞれ信号処理部30が接続されて複数台のセンサユニットを備えるように構成されてもよい。
Claims (8)
- 弾性波を検出する複数のセンサと、
前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波のうち、前記複数の弾性波の発生源の位置と、前記複数のセンサの配置位置によって定められる閾値を超える振幅を有する弾性波を用いて弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定部による前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて、前記構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備える構造物評価システム。 - 前記位置標定部は、前記複数の弾性波の発生源の位置と、前記複数のセンサの配置位置とに基づいて、計測対象領域を複数の領域に分割し、分割した領域毎に異なる閾値を設定し、設定した前記閾値を超える振幅を有する弾性波を用いて弾性波の発生源の位置を標定する、請求項1に記載の構造物評価システム。
- 弾性波を検出する複数のセンサと、
前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定部による前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて、弾性波の発生源の密度の分布を表す弾性波源密度分布を生成する密度分布生成部と、
前記複数のセンサの配置位置に応じて前記弾性波源密度分布を補正するための補正係数を用いて、前記弾性波源密度分布を補正する補正部と、
前記補正部により補正された前記弾性波源密度分布に基づいて、前記構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備える構造物評価システム。 - 弾性波を検出する複数のセンサと、
前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
前記位置標定部による前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて、弾性波の発生源の密度の分布を表す弾性波源密度分布を生成する密度分布生成部と、
前記複数のセンサの配置位置に応じて、予め健全な構造物により得られた比較対象となる弾性波源密度分布を補正するための補正倍率を用いて、前記比較対象となる弾性波源密度分布を補正する補正部と、
前記密度分布生成部により生成された前記弾性波源密度分布と、前記補正部により補正された前記比較対象となる弾性波源密度分布とに基づいて、前記構造物の劣化状態を評価する評価部と、
を備える構造物評価システム。 - 前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波の振幅と、第1の閾値とを比較し、前記第1の閾値より高い振幅値を有する弾性波に対して信号処理を行う信号処理部をさらに備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の構造物評価システム。
- 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波のうち、前記複数の弾性波の発生源の位置と、前記複数のセンサの配置位置によって定められる閾値を超える振幅を有する弾性波を用いて弾性波の発生源の位置を標定する位置標定ステップと、
前記位置標定ステップによる前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて、前記構造物の劣化状態を評価する評価ステップと、
を有する構造物評価方法。 - 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定ステップと、
前記位置標定ステップによる前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて、弾性波の発生源の密度の分布を表す弾性波源密度分布を生成する密度分布生成ステップと、
前記複数のセンサの配置位置に応じて前記弾性波源密度分布を補正するための補正係数を用いて、前記弾性波源密度分布を補正する補正ステップと、
前記補正ステップにより補正された前記弾性波源密度分布に基づいて、前記構造物の劣化状態を評価する評価ステップと、
を有する構造物評価方法。 - 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定ステップと、
前記位置標定ステップによる前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて、弾性波の発生源の密度の分布を表す弾性波源密度分布を生成する密度分布生成ステップと、
前記複数のセンサの配置位置に応じて、予め健全な構造物により得られた比較対象となる弾性波源密度分布を補正するための補正倍率を用いて、前記比較対象となる弾性波源密度分布を補正する補正ステップと、
前記密度分布生成ステップにより生成された前記弾性波源密度分布と、前記補正ステップにより補正された前記比較対象となる弾性波源密度分布とに基づいて、前記構造物の劣化状態を評価する評価ステップと、
を有する構造物評価方法。
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