JPH05113428A - コンクリート壁体欠陥検出方法 - Google Patents

コンクリート壁体欠陥検出方法

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JPH05113428A
JPH05113428A JP3275446A JP27544691A JPH05113428A JP H05113428 A JPH05113428 A JP H05113428A JP 3275446 A JP3275446 A JP 3275446A JP 27544691 A JP27544691 A JP 27544691A JP H05113428 A JPH05113428 A JP H05113428A
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sensor
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宏 吉田
Katsunori Sakano
且典 坂野
Teruo Yahiro
暉夫 八尋
Toshio Sone
敏夫 曽根
Masato Abe
正人 安倍
Kiyoto Fujii
清人 藤井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ほぼ完全に表面波等の影響を抑えて欠陥を検
出する。 【構成】 表面波及び2次反射波をカットする死角をも
つフィルタにより、センサの観測した時間波形から1次
反射波を分離抽出してコンクリート壁体中の亀裂等欠陥
を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンクリート構造物の
メンテナンスに必要な当該構造物中の亀裂等欠陥を検出
するコンクリート壁体欠陥検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、地盤調査においては、複数個のセ
ンサを用いてデータを取り、そのデータを解析する手法
が取られている。この手法をコンクリートブロックに適
用し、コンクリートブロック内の亀裂等欠陥を検出する
方法が知られている。この際、コンクリートブロック内
を伝わる波の速度の推定が必要になるが、以下、これに
ついて説明する。
【0003】図1にはセンサSの配置と打撃点Bの位置
とが示されている。14個のセンサS0〜S13は、右
端のセンサS0が、長さLが例えば3.6mで厚さTが
例えば1.5mのコンクリートブロックCBの表面の右
端面から距離D(例えば20cm)の位置にあり、それ
ぞれピッチP(例えば20cm)で左方に向けて列状に
配置されている。そして、打撃点Bは、センサS0〜S
13の列の中心点に設けられている。
【0004】図2及び図3には、コンクリートブロック
CBに傷がない場合に、各センサS0〜S13で観測さ
れた時間波形が示されている。なお、縦の鎖線は、表面
波速度を1800m/sとしたときに、各センサS0〜
S13に表面波が到達するに要する時間を示したもので
ある。各センサS0〜S13で観測される最初の山は、
表面波だと考えられるが、略これに一致しているので、
表面波は、約1800m/sであると推定される。
【0005】弾性波速度は、打撃点BからブロックCB
の底面で反射してセンサに到達する経過を考えて推定す
る。図における縦の2本の実線は、その経路において、
速度3000m/s及び3500m/sとしたときに、
弾性波がセンサに到達するまでの時間を示している。前
記底面で反射してセンサに到達した波だと考えられる2
番目の山のピークは、略これら2本の実線の間に含まれ
ており、コンクリート内部を伝わる弾性波の速度は、3
000m/s前後だと推定される。ただし、打撃点Bか
ら遠いセンサにおいてはこの限りでないが、これは表面
波の谷と1次反射波の山が丁度一致しているためと推定
される。
【0006】コンクリートブロックCBの内部の亀裂等
欠陥の有無及びその位置に関する重要な情報は、各セン
サS0〜S13で観測される1次反射波の中に含まれて
いる。これは、コンクリートブロックCB内にもし亀裂
が存在する場合は、存在しない場合に比べて反射波が早
く返ってくるので、その情報を巧く抽出してやることに
より、亀裂の有無や位置を推定できると考えられるから
である。そこで、1次反射波だけを各センサS0〜S1
3で観測される時間波形の中から分離抽出することが必
要となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】この1次反射波の分離
抽出は図2及び図3に示すように、表面波と反射波とが
時間的に分離し易い条件の場合は問題ない。しかし、コ
ンクリートブロックCBの形状や大きさ、亀裂の有無、
音速など色々の条件により実際の波形はより複雑になる
場合が多い。
【0008】また、表面波の振幅減衰は、弾性波の振幅
減衰に比べて小さく、亀裂検出における表面波の与える
悪影響は非常に大きくなり、表面波の影響を取り除くこ
とは不可欠である。従来は多数のセンサを用い、各セン
サの出力を同期加算することにより、悪影響を取り除く
ことを試みていたが、それだけでは不十分で十分な欠陥
検出ができなかった。
【0009】本発明は、ほぼ完全に表面波等の影響を抑
えて欠陥を検出するコンクリート壁体欠陥検出方法を提
供することを目的としている。
【0010】
【知見】本発明者は種々研究の結果、複数のセンサを用
いることにより、ある音源から発生した音だけが通過で
き、それ以外の音源からの音をカットできるフィルタを
設計することは可能であり、このフィルタを用いること
により1次反射波だけを分離抽出できることを発見し
た。本発明は、この知見に基づいてなされたものであ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による方法は、コ
ンクリート壁体の表面に打撃点から既知の距離に複数個
のセンサを配置し、前記打撃点を打撃して前記センサで
時間波形を観測し、表面波及び2次反射波をカットする
死角をもつフィルタにより1次反射波を分離抽出して前
記コンクリート壁体中の亀裂等欠陥を検出することを特
徴としている。
【0012】
【作用】本発明の方法によれば、寸法等の諸元が判って
いるコンクリート壁体について、多数のセンサで打撃に
よる時間波形を観測し、死角をもつフィルタで時間波形
中のノイズとなる表面波及び2次反射波をカットし、亀
裂等欠陥からの1次反射波を分離抽出して亀裂等欠陥を
検出する。
【0013】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。先ず、死角をもつフィルタについて説明する。
【0014】音源N個、センサM個存在する音場を考え
る。この時、各センサ1〜Mで観測されるスペクトルを
S1(ω)〜SM (ω)、音源1〜Nから放射されるス
ペクトルをA1 (ω)〜AN (ω)とすると次式が成り
立つ。
【0015】
【0016】ここでhjiは音源iからセンサjまでの伝
達関数である。(以後hjiをj行i列に持つ行列を伝達
関数行列と呼ぶ。)(1)式をAを変数とする連立方程
式と見なすとその最小二乗解は、伝達関数行列をQR分
解してR-1T を両辺に掛けることによって得られる。
【0017】
【0018】 但し、R-1T =G (3) (2)式が意味しているところは次のようなことであ
る。「伝達関数行列の逆行列のi行j列は、音源iの放
射スペクトルを推定するためにセンサjの出力に重畳す
べき係数である。」つまり、この計算を各周波数ごとに
行い逆行列のi行j列の要素を周波数の順序に並べた系
列を逆FFTすることにより、音源iの波形を推定する
ためにセンサjに畳みこむべきフィルタ係数が決定でき
る。
【0019】次に、このようにして決定したフィルタの
物理的意味を考えてみる。まず前式において行列Gは伝
達関数行列Hの左逆行列になっているため、行列Gのj
行目の要素、つまり音源jを推定するための係数につい
て、次式が成り立つ。
【0020】
【0021】つまりこのフィルタは「音源jに対してフ
ラットな特性を持ち、それ以外の音源に対して死角を持
つ。」ことを意味する。
【0022】つまりこのようにして、ある目的の音源か
ら発生した波形のみを抽出できる。図4ないし図6に分
離された波形を示す。図4は従来法による推定波形を、
図5は表面波に対して死角を持つフィルタによって推定
された波形を、図6は表面波と、底面からの1次反射波
に対して死角を持つフィルタによって推定された波形を
示す。それぞれ各波がカットされていることが判る。
【0023】次に、音源位置の推定と、この技術を利用
した亀裂の検出について説明する。自由空間にセンサが
M個存在する系を考える。ここである音源から発生した
波形をa(t)とすると、センサiで観測される波形は
i (t)=a(t−τai)となる。ここでτaiは音源
とセンサi間の伝播時間である。ここで、空間上のある
点pに音源が存在すると仮定し、各センサ出力を、その
仮想音源との距離の分の伝達時間の遅れだけ位相補正を
施し、たし合せると次式のようになる。
【0024】
【0025】ここで、仮想音源pが実際の音源Aと一致
する時には、τai=τpiとなり、各センサ出力を同期を
とって加算することになるので、そうでない時に比べ
て、(6)式で与えられる波形のパワーは大きな値にな
る。よって仮想点を今問題としている全空間を走査し、
(6)式で与えられるパワーの空間的な分布をとること
により音源位置の推定が可能になる。
【0026】以上は反射波の無い自由空間についてであ
るが、次に、壁による反射波が存在する場合について説
明する。この場合は図7に示すとおり実音源Aに対し鏡
像の位置に虚像音源aが存在することと等価である。し
たがって、コンクリートブロックCBに関して音源位置
推定を行ってやると、ブロックCB内に亀裂Cが存在す
る場合には、その亀裂Cによる反射波のために虚像音源
aが出てくるはずであり、このことによって亀裂Cの検
出が可能になる。
【0027】ここで先に述べた死角を持つフィルタは、
「目的音源に対して位相補正を行って同期加算をし、表
面波および底面からの1次反射波をカットするフィルタ
である。」と言うことができるので、ここで言う目的音
源を仮想音源として空間内を走査することによって音源
位置推定に応用でき、表面波や反射波が存在する場合で
もより高精度な音源位置推定が可能になる。
【0028】次に、音源位置推定結果を図8及び図9に
ついて説明する。なお、図の下半分の四角型がコンクリ
ートブロックCBを、四角型下部が丸がセンサSを、矢
印がハンマの打撃点Bを表している。等高線は推定され
た仮想音源波形のパワーを示している。等高線の間隔は
1dBであり、パワーの大きな所に音源があると期待さ
れる。
【0029】図8はコンクリートブロックCBに亀裂C
の無い場合である。音源は打撃点から3mの所のみに現
れている。これはコンクリートブロックCBの底面から
の反射による虚像音源aであり、コンクリートブロック
CBには亀裂Cが無いことを現している。
【0030】図9はコンクリートブロックCBに亀裂C
が有る場合である。音源は打撃点から2mの位置と3.
5mの位置に推定されている。このうち、2mの所にあ
る音源a1はコンクリートブロックCB内の亀裂Cのた
めの反射波によるものであり、3.5mの所にある音源
a2はコンクリートブロックCBの底面からの反射波に
よるものだと考えられる。なお、コンクリートブロック
CBの底面による音源a2は実際の位置よりも遠くに推
定されるが、これは亀裂Cによる反射波の影響だと考え
られる。
【0031】なお、上記は亀裂Cが水平な場合についで
あるが、ある程度の角度までは、この推定方法で対応で
きるものと予想できる。
【0032】以上を要約すると図10に示すように、複
数のセンサS1〜SNをコンクリートブロックCBの表
面に設置し(ステップS1)、打撃点Bに打撃を加えて
入力波を発生させる(ステップS2)。そこで、センサ
S1〜SNで反射波を収録し(ステップS3)、フィル
タを用いた解析を行う(ステップS4)。この解析によ
り、クラックCの位置及び素性(クラックCの巾、内部
状況など)の推定を行う(ステップS5)。そして、本
願の範囲ではないが、上記の結果を補修技術に利用す
る。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ほ
ぼ完全に表面波等の影響を抑えてコンクリート壁体の亀
裂等欠陥を検出し、人間が直接目視できない部分の健全
性評価を行い、コンクリート構造物のメインテナンスに
有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に用いるセンサの配置と打撃点の
位置との一例を示す側面図。
【図2】センサS0〜S6で観測された時間波形図。
【図3】センサS7〜S13で観測された時間波形図。
【図4】従来方法による推定波形図。
【図5】表面波に対し死角をもつフィルタによる推定波
形図。
【図6】表面波及び底面からの1次反射波に死角をもつ
フィルタによる推定波形図。
【図7】境界による虚像音源を説明する図面。
【図8】亀裂がない場合の音源位置推定結果図。
【図9】亀裂がある場合の音源位置推定結果図。
【図10】検出手順を説明するフローチャート図。
【符号の説明】
A・・・実音源 a、a1、a2・・・虚像音源 B・・・打撃点 C・・・亀裂 CB・・・コンクリートブロック P・・・センサ間のピッチ S、S0〜S13・・・センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根 敏夫 宮城県仙台市青葉区片平2−1−1 東北 大学大型計算機センター内 (72)発明者 安倍 正人 宮城県仙台市青葉区片平2−1−1 東北 大学大型計算機センター内 (72)発明者 藤井 清人 宮城県仙台市青葉区片平2−1−1 東北 大学大型計算機センター内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンクリート壁体の表面に打撃点から既
    知の距離に複数個のセンサを配置し、前記打撃点を打撃
    して前記センサで時間波形を観測し、表面波及び2次反
    射波をカットする死角をもつフィルタにより1次反射波
    を分離抽出して前記コンクリート壁体中の亀裂等欠陥を
    検出することを特徴とするコンクリート壁体欠陥検出方
    法。
JP3275446A 1991-10-23 1991-10-23 コンクリート壁体欠陥検出方法 Expired - Lifetime JP2682552B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3624351A1 (de) * 1985-07-18 1987-01-29 Mitsubishi Motors Corp Ansaugluftmengeanstiegs-korrigierte brennstoff-steuervorrichtung fuer eine brennkraftmaschine

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