JPWO2020054026A1 - 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

Abstract

実施形態の構造物評価システムは、複数のセンサと、位置標定部と、評価部とを持つ。複数のセンサは、弾性波を検出する。位置標定部は、前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する。評価部は、前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記発生源の位置が示された弾性波源分布と、センサの有無とに応じて構造物の劣化状態を評価する。

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。

橋梁や岩盤などの構造物の表面にセンサ（例えば、ＡＥ（Acoustic Emission）センサ）を設置することで、構造物内部の損傷箇所から発生する弾性波を検出することができる。複数のセンサを構造物の表面に設置することで、センサ間の弾性波到達時刻の差から、弾性波の発生源（以下「弾性波源」という。）の位置を標定することができる。また、外部から構造物に対して衝撃を与えることによっても弾性波が発生するため、弾性波源の位置を標定することができる。しかし、弾性波の伝搬経路に損傷がある場合、弾性波の伝搬が妨げられるためセンサによる弾性波の検出精度が低下してしまう。その結果、弾性波源の位置標定精度も低下してしまう。このような構造物の特性を利用して、位置標定された弾性波源の分布の乱れから、構造物内部の損傷を検出することができる。
しかしながら、構造物内部に損傷がある領域と、センサの設置位置との関係によっては、弾性波源の位置が誤って評定されてしまう場合がある。その結果、構造物の劣化状態の評価精度が低下してしまう場合があった。

特開２００４−１２５７２１号公報

本発明が解決しようとする課題は、構造物の劣化状態の評価精度を向上させ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、位置標定部と、評価部とを持つ。複数のセンサは、弾性波を検出する。位置標定部は、前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する。評価部は、前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記発生源の位置が示された弾性波源分布と、センサの有無とに応じて構造物の劣化状態を評価する。

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。 構造物に一様な衝撃が付与された場合に、位置標定部が弾性波源の位置標定を行うことによって生成した弾性波源分布を示す図。 図２における弾性波源分布のコンター図。 損傷の直下にセンサが設置されている場合の構造物の断面図。 損傷の直下にセンサが設置されていない場合の構造物の断面図。 第１の実施形態における構造物評価装置が行う劣化状態の評価処理の流れを示すフローチャート。 第２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２の実施形態における構造物評価装置が行う劣化状態の評価処理の流れを示すフローチャート。 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構造物評価装置が備える補正部による処理を説明するための図。 第３の実施形態における構造物評価装置が行う劣化状態の評価処理の流れを示すフローチャート。

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。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における構造物評価システム１００の構成を示す図である。
構造物評価システム１００は、構造物の健全性の評価に用いられる。以下の説明において、評価とは、ある基準に基づいて構造物の健全性の度合い、すなわち構造物の劣化状態を決定することを意味する。なお、以下の説明では、構造物の一例としてコンクリートで構成された橋梁を例に説明するが、構造物は橋梁に限定される必要はない。例えば、構造物は、亀裂の発生または進展、あるいは外的衝撃（例えば雨、人工雨など）に伴い弾性波が発生する構造物であればどのようなものであってもよい。なお、橋梁は、河川や渓谷等の上に架設される構造物に限らず、地面よりも上方に設けられる種々の構造物（例えば高速道路の高架橋）なども含む。

また、構造物の劣化状態の評価に影響を及ぼす損傷としては、例えば亀裂、空洞、土砂化等の弾性波の伝搬を妨害する構造物内部の損傷がある。ここで、亀裂には、縦方向の亀裂、横方向の亀裂及び斜め方向の亀裂等が含まれる。縦方向の亀裂とは、センサが設置されている構造物の面に垂直な方向に生じている亀裂である。横方向の亀裂とは、センサが設置されている構造物の面に水平な方向に生じている亀裂である。斜め方向の亀裂とは、センサが設置されている構造物の面に水平及び垂直ではない方向に生じている亀裂である。土砂化とは、主にアスファルトとコンクリート床版の境界部でコンクリートが土砂状に変化する劣化である。

構造物評価システム１００は、衝撃付与部１０、複数のセンサ２０−１〜２０−ｎ（ｎは２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。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について区別しない場合にはセンサ２０と記載する。

衝撃付与部１０は、構造物５０に対して衝撃１１を与えることによって、構造物内部に弾性波を発生させる。衝撃付与部１０は、例えば構造物５０上を走行する乗物に設けられる装置である。衝撃付与部１０は、構造物５０の路面に対して、多数の衝撃１１を一様な分布で付与する。衝撃１１の付与は、構造物５０の路面の広範囲に対して与えられれば良い。例えば、衝撃１１の付与は、水滴、氷粒、固形物の散布、ハンマ等の槌による連打、レーザによる加熱等により行われる。衝撃付与部１０が衝撃１１の付与として水滴を散布する場合、ノズルの調整や吐出タイミングの制御により、路面に衝突する水滴のサイズとタイミングが制御できることが望ましい。ハンマ等の槌による連打においても、衝撃１１の強度とタイミングを所望の値に制御できることが望ましい。

センサ２０は、構造物５０に設置される。例えば、センサ２０は、衝撃付与部１０が衝撃１１を与える面と反対側の面に設置される。センサ２０は、圧電素子を有し、構造物５０内部から発生する弾性波を検出し、検出した弾性波を電圧信号であるＡＥ源信号に変換する。センサ２０は、ＡＥ源信号に対して増幅、周波数制限などの処理を施して信号処理部３０に出力する。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、センサ２０と同様の処理を行うことによって、信号処理後の信号を信号処理部３０に出力する。構造物５０の厚さは、例えば１５ｃｍ以上である。

信号処理部３０は、センサ２０による処理が施されたＡＥ源信号を入力とする。信号処理部３０は、入力したＡＥ源信号に対して、必要とされるノイズ除去、パラメータ抽出等の信号処理を行うことによって弾性波に関する情報を含むＡＥ特徴量を抽出する。弾性波に関する情報とは、例えば、ＡＥ源信号の振幅、エネルギー、立ち上がり時間、持続時間、周波数、ゼロクロスカウント数などの情報である。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。信号処理部３０が出力するＡＥ信号には、センサＩＤ、ＡＥ検知時刻、ＡＥ源信号振幅、エネルギー、立ち上り時間および周波数などの情報が含まれる。ＡＥ検知時刻とは、センサ２０によって弾性波が検出された時刻を表す。

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。また、弾性波に関する情報とは、例えば、ＡＥ源信号の振幅、エネルギー、立ち上がり時間、持続時間、周波数、ゼロクロスカウント数等の情報である。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。信号処理部３０が出力するＡＥ信号には、センサＩＤ、ＡＥ検知時刻、ＡＥ源信号振幅、エネルギー、立ち上り時間および周波数などの情報が含まれる。

ここで、ＡＥ源信号の振幅は、例えば弾性波の中で最大振幅の値である。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。立ち上がり時間は、例えば弾性波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。持続時間は、例えば弾性波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。周波数は、弾性波の周波数である。ゼロクロスカウント数は、例えばゼロ値を通る基準線を弾性波が横切る回数である。

構造物評価装置４０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、評価プログラムを実行する。評価プログラムの実行によって、構造物評価装置４０は、位置標定部４０１、評価部４０２、表示部４０３を備える装置として機能する。なお、構造物評価装置４０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、評価プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。また、評価プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。

位置標定部４０１は、信号処理部３０から出力されたＡＥ信号を入力とする。また、位置標定部４０１は、構造物５０に対して設置されたセンサ２０の設置位置に関する情報（以下、「センサ位置情報」という。）をセンサＩＤに対応付けて予め保持する。設置位置に関する情報は、例えば緯度および経度、あるいは構造物５０の基準となる位置からの水平方向および垂直方向の距離などである。

位置標定部４０１は、入力されたＡＥ信号に含まれるセンサＩＤ、ＡＥ検知時刻等の情報と、予め保持しているセンサ位置情報とに基づいて弾性波源の位置標定を行う。具体的には、位置標定部４０１は、複数のセンサ２０への弾性波の到達時刻、すなわちＡＥ検知時刻の差に基づいて弾性波源の位置を評定する。位置標定部４０１は、一定期間の間に得られた複数の弾性波源の位置の情報を用いて、構造物５０内の評価対象領域における弾性波源分布を生成する。構造物５０内の評価対象領域とは、センサ２０で囲まれる領域である。弾性波源分布は、評定された弾性波源の位置が示された分布である。位置標定部４０１は、生成した弾性波源分布を評価部４０２に出力する。

評価部４０２は、位置標定部４０１から出力された弾性波源分布を入力とする。評価部４０２は、入力された弾性波源分布と、センサ２０の設置位置とに基づいて構造物５０の劣化状態を評価する。具体的には、評価部４０２は、弾性波源分布に基づいて、弾性波源分布における弾性波の特徴量を取得し、取得した特徴量と、センサ２０の設置位置とを用いて構造物５０の劣化状態を評価する。弾性波源分布における弾性波の特徴量とは、例えば弾性波源の密度、弾性波の数量及び弾性波の振幅である。

具体的な処理として、まず評価部４０２は、弾性波源分布を評価に適した領域（以下「評価領域」という。）に分ける。評価領域は、予め設定される。例えば、評価領域は、検出しようとする損傷のサイズ以下、かつ、衝撃１１が付与される位置が１又は複数含むように設定される。領域の間隔を狭めるほど、より小さい損傷の有無を評価することができる。また、より多くの衝撃１１が付与される位置を１つの領域に含むほど、密度の差が顕著になり評価の精度がより向上する。

次に、評価部４０２は、評価領域毎に弾性波源の密度を算出する。そして、評価部４０２は、評価領域毎に算出された弾性波源の密度を、予め定められた第１閾値及び第２閾値の少なくともいずれと比較することによって構造物５０の劣化状態を評価する。第２閾値は、第１閾値に比べて大きい。評価部４０２は、評価結果を表示部４０３に表示させる。

表示部４０３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４０３は、評価部４０２の制御に従って評価結果を表示する。表示部４０３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４０３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。

次に、上記のように第１閾値及び第２閾値を設定する理由について説明する。
図２は、構造物５０に一様な衝撃１１が付与された場合に、位置標定部４０１が弾性波源の位置標定を行うことによって生成した弾性波源分布を示す図である。また、図３は、図２における弾性波源分布のコンター図である。図２及び図３において、縦軸及び横軸は評価対象領域の長さ（ｍ）を表す。図２及び図３の黒丸の位置はセンサ２０の設置位置を示す。図２及び図３では、１５個のセンサ２０が設置されている場合を示している。図２の三角５５の位置は弾性波源の位置を示す。

図２に示す領域６０−１及び６０−２内に損傷があるとする。領域６０−１及び６０−２には損傷があるが、図２に示す例では、領域６０−１内において領域６０−２に比べて弾性波源が比較的少なく評定されている。２つの領域の違いは、領域６０−１内では損傷直下にセンサ２０が設置されており、領域６０−２内では損傷直下にセンサ２０が設置されていない点である。なお、図２では、点線で示す格子状の領域５６それぞれが評価領域である。

図３を参照すると、領域６０−１内では損傷による弾性波源の密度の低下が顕著であるのに対して、領域６０−２内では損傷による弾性波源の密度が比較的大きい。したがって、評価部４０２が領域６０−１及び６０−２内を同じ１つの閾値により評価した場合、閾値が低すぎると、領域６０−２内において損傷部分の弾性波源の密度が閾値を下回らず、損傷と評価されない。一方、閾値が大きすぎると、領域６０−１内において衝撃付与の条件や計測条件等の計測時の実行方法のばらつきにより弾性波の密度に僅かな差異が生じた際、損傷部分が健全と誤って評価されてしまう。

上記のような現象が生じる理由について図４を用いて説明する。
図４Ａは、損傷６２の直下にセンサ２０が設置されている場合の構造物５０の断面図である。図４Ｂは、損傷６２の直下にセンサ２０が設置されていない場合の構造物５０の断面図である。図４Ａ及び図４Ｂでは、損傷６２として、横方向の損傷を例に示しているが、上述したように本実施形態における損傷は亀裂、空洞、土砂化等である。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、符号６１は衝撃１１の付与位置を表す。付与位置６１で与えられた衝撃１１により構造物５０の上面で生じた弾性波の伝搬は、損傷６２に妨げられるため、損傷６２をほとんど透過しない。したがって、センサ２０には、損傷６２により回折された弾性波が到達する。

図４Ａの場合には、弾性波の回折角度が大きいため、減衰が大きく、損傷６２直下のセンサ２０に弾性波が到達し難い。また、弾性波がセンサ２０に到達したとしても、図４Ａ中に示すセンサ２０−１及び２０−２それぞれへの到達時刻の差は、損傷６２の端部からの時刻差に等しくなるため、弾性波源５５は損傷６２の端部の位置に標定される。このように、損傷６２の直下にセンサ２０が設置されている場合には、損傷６２が生じている領域の弾性波源の密度が著しく低下する。

一方、図４Ｂの場合には、回折角度が比較的小さく、弾性波は回折してセンサ２０に到達するものが多くなる。また、図４Ｂ中に示すセンサ２０−１及び２０−２それぞれへの到達時刻差は損傷６２がない場合と大きく変わらない場合がある。そのため、損傷６２の直上の位置に標定される弾性波源が増加する。このように、損傷６２の直下にセンサ２０が設置されていない場合には、損傷が生じている領域の弾性波源の密度の低下が、損傷６２の直下にセンサ２０が設置されている場合に比べて小さい。
以上より、損傷６２が生じている領域の下部にセンサ２０が設置されている否かに応じて、弾性波源の密度の低下度合が異なる。そこで、本実施形態における構造物評価装置４０は、弾性波源分布と、センサ２０の設置位置とに基づいて構造物５０の劣化状態を評価する。

図５は、第１の実施形態における構造物評価装置４０が行う劣化状態の評価処理の流れを示すフローチャートである。
位置標定部４０１は、信号処理部３０から出力されたＡＥ信号を取得する（ステップＳ１０１）。位置標定部４０１は、取得したＡＥ信号に含まれるセンサＩＤ、ＡＥ検知時刻等の情報と、予め保持しているセンサ位置情報とに基づいて弾性波源の位置標定を行う（ステップＳ１０２）。その後、位置標定部４０１は、位置標定結果を用いて弾性波源分布を生成する（ステップＳ１０３）。

位置標定部４０１は、生成した弾性波源分布と、センサ２０の設置位置の情報とを評価部４０２に出力する。評価部４０２は、位置標定部４０１から出力された弾性波源分布と、センサ２０の設置位置の情報とを取得する。評価部４０２は、取得した弾性波源分布に対して評価領域を設定する（ステップＳ１０４）。例えば、評価部４０２は、図２に示すように、弾性波源分布に対して評価領域（図２に示す領域５６）を設定する。

評価部４０２は、設定した複数の評価領域のうち１つの評価領域を選択する（ステップＳ１０５）。この際、評価部４０２は、閾値との比較を行っていない評価領域を選択する。次に、評価部４０２は、選択した評価領域内の弾性波源の密度を導出する（ステップＳ１０６）。評価部４０２は、導出した弾性波源の密度（第１の特徴量）が第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。弾性波源の密度が第１閾値以上である場合（ステップＳ１０７−ＹＥＳ）、評価部４０２は、導出した弾性波源の密度（第１の特徴量）が第２閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

弾性波源の密度が第２閾値以上である場合（ステップＳ１０８−ＹＥＳ）、評価部４０２は選択した評価領域を健全と評価する（ステップＳ１０９）。評価部４０２は、全ての評価領域を評価したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。全ての評価領域を評価した場合（ステップＳ１１０−ＹＥＳ）、評価部４０２は評価結果を表示部４０３に出力する。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Ｓ１１１）。具体的には、表示部４０３は、弾性波源分布の評価領域毎に評価結果（健全又は劣化）を重畳して表示する。

ステップＳ１１０の処理において、全ての評価領域を評価していない場合（ステップＳ１１０−ＮＯ）、評価部４０２はステップＳ１０５以降の処理を実行する。
また、ステップＳ１０７の処理において、弾性波源の密度が第１閾値未満である場合（ステップＳ１０７−ＮＯ）、評価部４０２は選択した評価領域を劣化と評価する（ステップＳ１１２）。

また、ステップＳ１０８の処理において、弾性波源の密度が第２閾値未満である場合（ステップＳ１０８−ＮＯ）、評価部４０２はセンサ２０の設置位置の情報を用いて、選択した評価領域内にセンサ２０が設置されているか否かを判定する（ステップＳ１１３）。

選択した評価領域内にセンサ２０が設置されている場合（ステップＳ１１３−ＹＥＳ）、評価部４０２は選択した評価領域を健全と評価する（ステップＳ１０９）。
一方、選択した評価領域内にセンサ２０が設置されていない場合（ステップＳ１１３−ＮＯ）、評価部４０２は選択した評価領域を劣化と評価する（ステップＳ１１２）。

以上のように構成された構造物評価システム１００によれば、構造物評価装置４０が、評価領域内の弾性波源の密度と、評価領域内におけるセンサ２０の有無に応じて劣化状態を評価することにより、構造物の劣化状態の評価精度を向上させることができる。具体的には、構造物評価装置４０は、評価領域内の弾性波源の密度が第２閾値未満である場合、評価領域内にセンサ２０が設置されている否かを判定する。センサ２０が設置されている付近では弾性波源の密度が低くなる傾向がある。そこで、構造物評価装置４０は、弾性波源の密度が第２閾値未満であり、劣化と評価する条件を満たしていたとしても、評価領域内にセンサ２０が設置されている場合には評価領域を健全と評価する。そして、弾性波源の密度が第２閾値未満であり、かつ、評価領域内にセンサ２０が設置されていない場合、構造物評価装置４０は評価領域を劣化と評価する。このように構成されることによって、センサ２０の設置位置による誤った評価を抑制することができる。そのため、構造物の劣化状態の評価精度を向上させることが可能になる。

また、構造物評価装置４０は、第１閾値及び第２閾値のように閾値を２つ用いて劣化状態を評価している。例えば、構造物５０内部全体に損傷があった場合、構造物評価装置４０は第１閾値と評価領域における密度とを比較することによって、評価領域全てを劣化と判断する。これにより、構造物評価装置４０が、第２閾値と評価領域における密度とを比較する前の段階で劣化と判断することができる。そのため、第２閾値のみを用いて構造物の劣化状態を評価するよりもより評価精度を向上させることができる。

以下、第１の実施形態における構造物評価システム１００の変形例について説明する。
本実施形態では、構造物評価装置４０は、第１閾値及び第２閾値と、弾性波源分布における弾性波の特徴量の一つである弾性波源の密度とを比較する構成を示したが、構造物評価装置４０の処理はこれに限定される必要はない。例えば、構造物評価装置４０は、弾性波源分布における弾性波の特徴量の一つである弾性波の振幅（第２の特徴量）と、弾性波の振幅に対する第１閾値とを比較し、第２閾値と、弾性波源の密度（第１の特徴量）とを比較するように構成されてもよい。弾性波の振幅を用いる場合、評価部４０２は、評価領域毎に弾性波の振幅の平均値を導出し、導出した振幅の平均値と第１閾値とを比較する。

構造物評価装置４０は、１つの閾値と、センサ２０の設置位置とに基づいて構造物５０の劣化状態を評価するように構成されてもよい。このように構成される場合、構造物評価装置４０は、ステップＳ１０７の処理を実行せず、ステップＳ１０６の処理の後にステップＳ１０８の処理を実行する。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、構造物評価システムは、評価領域が各センサを中心とした所定の範囲に含まれるか否かに応じて構造物の劣化状態を評価する。
図６は、第２の実施形態における構造物評価システム１００ａの構成を示す図である。
構造物評価システム１００ａは、衝撃付与部１０、複数のセンサ２０−１〜２０−ｎ、信号処理部３０及び構造物評価装置４０ａを備える。構造物評価システム１００ａは、構造物評価装置４０に代えて構造物評価装置４０ａを備える点で構造物評価システム１００と構成が異なる。以下、構造物評価装置４０ａについてのみ説明する。

構造物評価装置４０ａは、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、評価プログラムを実行する。評価プログラムの実行によって、構造物評価装置４０ａは、位置標定部４０１、評価部４０２ａ、表示部４０３を備える装置として機能する。なお、構造物評価装置４０ａの各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、評価プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。また、評価プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。

構造物評価装置４０ａは、評価部４０２に代えて評価部４０２ａを備える点で構造物評価装置４０と構成が異なる。構造物評価装置４０ａは、その他の構成については構造物評価装置４０と同様である。そのため、評価部４０２ａにおける評価部４０２との相違点についてのみ説明する。

評価部４０２ａは、弾性波源の密度が第２閾値未満である場合、評価領域が各センサ２０を中心とした所定の範囲に含まれるか否かに応じて構造物５０の劣化状態を評価する。センサ２０を中心とした所定の範囲とは、センサ２０を中心として定められる範囲であり、例えば、センサ２０を中心とした半径Ｄの範囲であってもよいし、センサ２０を中心としたＸ方向とＹ方向で距離が異なる四角形の範囲であってもよい。距離Ｄは、センサ間隔に対して十分小さく設定される。評価部４０２ａは、評価結果を表示部４０３に出力する。

図７は、第２の実施形態における構造物評価装置４０ａが行う劣化状態の評価処理の流れを示すフローチャートである。なお、図７において、図５と同様の処理においては同じ符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０８の処理において、弾性波源の密度が第２閾値未満である場合（ステップＳ１０８−ＮＯ）、評価部４０２ａは評価領域が各センサ２０を中心とした所定の範囲に含まれるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。評価部４０２ａは、評価領域の一部又は全てが各センサ２０を中心とした所定の範囲に含まれる場合に、評価領域が、センサ２０が各センサ２０を中心とした所定の範囲に含まれると判定する。評価部４０２ａは、評価領域の全てが各センサ２０を中心とした所定の範囲に含まれない場合に、評価領域が、各センサ２０を中心とした所定の範囲に含まれないと判定する。

評価領域が、センサ２０が各センサ２０を中心とした所定の範囲に含まれる場合（ステップＳ２０１−ＹＥＳ）、評価部４０２ａは選択した評価領域を健全と評価する（ステップＳ１０９）。
一方、評価領域が、センサ２０が各センサ２０を中心とした所定の範囲に含まれない場合（ステップＳ２０１−ＮＯ）、評価部４０２ａは選択した評価領域を劣化と評価する（ステップＳ１１２）。

以上のように構成された構造物評価システム１００aは、評価領域内の弾性波源の密度が第２閾値未満である場合、評価領域がセンサ２０を中心とした所定の範囲に含まれるか否かを判定する。上記のように、センサ２０が設置されている付近では弾性波源の密度が低くなる傾向がある。そこで、構造物評価装置４０ａは、弾性波源の密度が第２閾値未満であり、劣化と評価する条件を満たしていたとしても、評価領域がセンサ２０を中心とした所定の範囲に含まれる場合には評価領域を健全と評価する。そして、弾性波源の密度が第２閾値未満であり、かつ、評価領域がセンサ２０を中心とした所定の範囲に含まれない場合、構造物評価装置４０ａは評価領域を劣化と評価する。このように構成されることによって、センサ２０の設置位置による誤った評価を抑制することができる。そのため、構造物の劣化状態の評価精度を向上させることが可能になる。

第２の実施形態における構造物評価システム１００ａは、構造物評価システム１００と同様に変形されてもよい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、構造物評価システムは、弾性波源密度分布を補正することによって構造物の劣化状態を評価する。
図８は、第３の実施形態における構造物評価システム１００ｂの構成を示す図である。
構造物評価システム１００ｂは、衝撃付与部１０、複数のセンサ２０−１〜２０−ｎ、信号処理部３０及び構造物評価装置４０ｂを備える。構造物評価システム１００ｂは、構造物評価装置４０に代えて構造物評価装置４０ｂを備える点で構造物評価システム１００と構成が異なる。以下、構造物評価装置４０ｂについてのみ説明する。

構造物評価装置４０ｂは、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、評価プログラムを実行する。評価プログラムの実行によって、構造物評価装置４０ｂは、位置標定部４０１、評価部４０２ｂ、表示部４０３、補正部４０４ｂを備える装置として機能する。なお、構造物評価装置４０ｂの各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、評価プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。また、評価プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。

構造物評価装置４０ｂは、評価部４０２に代えて評価部４０２ｂを備える点、補正部４０４ｂを新たに備える点で構造物評価装置４０と構成が異なる。構造物評価装置４０ｂは、その他の構成については構造物評価装置４０と同様である。そのため、評価部４０２ｂ及び補正部４０４ｂについてのみ説明する。

評価部４０２ｂは、導出した評価領域毎の弾性波源の密度と、弾性波源分布とを用いて、弾性波源密度分布を生成する。弾性波源密度分布は、弾性波源の密度を表す分布である。例えば、弾性波源密度分布は、図３のようなコンター図で表される。評価部４０２ｂは、補正部４０４によって補正された補正後弾性波源密度分布に基づいて構造物の劣化状態を評価する。評価部４０２ｂは、評価結果を表示部４０３に出力する。

補正部４０４は、弾性波源密度分布に対して、センサ２０の位置からの距離に応じて異なる処理を行うことによって弾性波源密度分布を補正する。補正部４０４の具体的な処理について図９を用いて説明する。

図９は、補正部４０４による処理を説明するための図である。
図９に示すように、補正部４０４は、弾性波源密度分布の領域のうち、センサ２０の設置位置からの距離がＤより内側の領域７０には補正を行わない。また、補正部４０４は、弾性波源密度分布の領域のうち、センサ２０の設置位置からの距離がＤより外側、すなわちセンサ２０の設置位置から距離Ｄ以上離れた領域７１には以下の補正を行う。例えば、補正部４０４は、弾性波源密度分布において得られた弾性波源密度の値に補正係数ｋに基づいて、弾性波源密度ｐに対して、ｐ´＝Ｍ−ｋ（Ｍ−ｐ）の演算を行い、補正後の弾性波源密度ｐ´を導出する。ここで、Ｍは健全な領域における平均弾性波源密度である。また、補正係数ｋ及び距離Ｄは定数である必要はなく、センサ間隔等の計測条件に応じて連続的に変化する係数等を用いてもよい。

図１０は、第３の実施形態における構造物評価装置４０ｂが行う劣化状態の評価処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１０において、図５と同様の処理においては同じ符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０４の処理後、評価部４０２ｂは、評価領域毎に弾性波源の密度を導出する（ステップＳ３０１）。評価部４０２ｂは、導出した評価領域毎の弾性波源の密度と、弾性波源分布とを用いて、弾性波源密度分布を生成する（ステップＳ３０２）。評価部４０２ｂは、生成した弾性波源密度分布を補正部４０４に出力する。

補正部４０４ｂは、生成された弾性波源密度分布を、センサ２０の設置位置に応じて補正することによって補正後弾性波源密度分布を生成する（ステップＳ３０３）。補正部４０４ｂは、補正後弾性波源密度分布を評価部４０２ｂに出力する。評価部４０２ｂは、補正部４０４ｂから出力された補正後弾性波源密度分布における評価領域のうち、１つ評価領域を選択する（ステップＳ３０４）。補正後弾性波源密度分布における評価領域は、評価部４０２ｂがステップＳ１０４の処理で弾性波源分布に対して設定した評価領域と同様である。

評価部４０２ｂは、選択した評価領域における弾性波源の密度が第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。弾性波源の密度が第１閾値以上である場合（ステップＳ３０５−ＹＥＳ）、評価部４０２ｂは、選択した評価領域を健全と評価する（ステップＳ３０６）。評価部４０ｂ２は、全ての評価領域を評価したか否かを判定する（ステップＳ３０７）。全ての評価領域を評価した場合（ステップＳ３０７−ＹＥＳ）、評価部４０２ｂは評価結果を表示部４０３に出力する。

ステップＳ３０７の処理において、全ての評価領域を評価していない場合（ステップＳ３０７−ＮＯ）、評価部４０２ｂはステップＳ３０４以降の処理を実行する。
また、ステップＳ３０５の処理において、弾性波源の密度が第１閾値未満である場合（ステップＳ３０５−ＮＯ）、評価部４０２ｂは選択した評価領域を劣化と評価する（ステップＳ３０８）。

以上のように構成された構造物評価システム１００ｂは、弾性波源密度分布を、センサ２０の設置位置からの距離に応じて補正することによって構造物５０の劣化状態を評価する。補正係数により弾性波源密度分布を補正することによって、弾性波源密度分布で示される密度が補正される。このように構成されることによって、センサ２０の設置位置による誤った評価を抑制することができる。そのため、構造物の劣化状態の評価精度を向上させることが可能になる。

以下、各実施形態に共通の変形例について説明する。
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。人手による構造物５０に対する衝撃１１は、例えば水滴、氷粒、固形物の散布、ハンマや金槌等の槌による連打、レーザによる加熱等である。
評価領域は、図２に示すような格子状に限定される必要はない。具体的には、評価領域は、検出しようとする損傷のサイズ以下の領域であって、衝撃１１が付与される位置を１又は複数含む領域であればどのような形であってもよい。例えば、評価領域は、円形でもよいし、複数の頂点を有する矩形（例えば、ｎ角形（ｎは３以上の整数））でもよいし、手書きで指定された領域であってもよい。また、評価領域は、検出しようとする損傷のサイズ以下の領域であってもよい。

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。

信号処理部３０は、入力したＡＥ源信号のうち、ノイズレベルより高く定められた第１の閾値より高い振幅値を有するＡＥ源信号に対して信号処理を行うように構成されてもよい。具体的には、まず信号処理部３０は、第１の閾値と比較して大きい振動が検出された場合、第１の閾値を超えた時刻から所定の時間分の信号を弾性波波形と判断し、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。そして、信号処理部３０は、保存したＡＥ源信号が示す弾性波波形のデータに基づいて、弾性波に関する情報を含むＡＥ特徴量を抽出する。なお、第１の閾値は、予め設定される。

信号処理部３０は、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）に備えられてもよい。このように構成される場合、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、センサ２０から直接、又は、不図示の中継装置を介して取得する。
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。

また、評価部４０２（又は評価部４０２ａ、評価部４０２ｂ）は、出力制御部として動作してもよい。出力制御部は、出力部を制御して、評価結果を出力する。ここで、出力部には、表示部４０３、通信部およ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、評価結果を印刷する。なお、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）は、出力部として、表示部４０３、通信部およ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。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、弾性波を検出する複数のセンサと、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、弾性波源の位置を標定する位置標定部と、弾性波源の位置に基づいて得られる弾性波源分布と、センサの有無とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価部とを持つことにより、構造物の劣化状態の評価精度を向上させることができる。

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 (7)

1. 弾性波を検出する複数のセンサと、
   前記複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
   前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記発生源の位置が示された弾性波源分布と、センサの有無とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価部と、
   を備える構造物評価システム。
2. 前記評価部は、前記弾性波源分布を分割することによって複数の分割領域を設定し、前記弾性波源分布における弾性波の第１の特徴量と、所定の閾値とを比較して前記第１の特徴量が前記所定の閾値未満であって、センサが設置されている分割領域を健全な領域と評価し、前記第１の特徴量が前記所定の閾値未満であって、センサが設置されていない分割領域を劣化が生じている領域と評価する、請求項１に記載の構造物評価システム。
3. 前記評価部は、前記弾性波源分布を分割することによって複数の分割領域を設定し、前記弾性波源分布における弾性波の第１の特徴量と、所定の閾値とを比較して前記第１の特徴量が前記所定の閾値未満であって、センサを中心とした所定の範囲に含まれる分割領域を健全な領域と評価し、前記第１の特徴量が前記所定の閾値未満であって、センサを中心とした所定の範囲に含まれない分割領域を劣化が生じている領域と評価する、請求項１に記載の構造物評価システム。
4. 前記評価部は、前記弾性波源分布における弾性波の第２の特徴量と、前記所定の閾値と異なる閾値とを比較して前記第２の特徴量が前記異なる閾値未満である分割領域を劣化が生じている領域と評価し、前記第２の特徴量が前記異なる閾値以上である場合には前記弾性波の第１の特徴量と、前記所定の閾値との比較結果に基づく評価を行う、請求項２又は３に記載の構造物評価システム。
5. 前記弾性波源分布に基づいて得られる前記弾性波の発生源の密度を表す弾性波源密度分布に対して前記複数のセンサの設置位置からの距離に応じた値を乗じることにより前記弾性波源密度分布を補正する補正部をさらに備え、
   前記評価部は、補正後の弾性波源密度分布を用いて前記構造物の劣化状態を評価する、請求項１に記載の構造物評価システム。
6. 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定部と、
   前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記発生源の位置が示された弾性波源分布と、センサの有無とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価部と、
   を備える構造物評価装置。
7. 弾性波を検出する複数のセンサそれぞれによって検出された複数の弾性波に基づいて、弾性波の発生源の位置を標定する位置標定ステップと、
   前記弾性波の発生源の位置標定結果に基づいて得られる前記発生源の位置が示された弾性波源分布と、センサの有無とに応じて構造物の劣化状態を評価する評価ステップと、
   を有する構造物評価方法。