JPH0988351A - コンクリート構造物内およびその周辺の診断システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンクリート構造物内やその周辺の状況を高
精度に調査できる電磁波を用いたコンクリート構造物内
及びその周辺の診断システムを提供する。 【解決手段】 コンクリート構造物（ｇ）内に設けられ
た鉄筋等の構造部材（ｈ）の間を透過可能とする電磁
波、あるいはコンクリート構造物に対する透過性を有す
る電磁波を発信する発信部を有すると共に、該電磁波の
反射波を受信する受信部を一体的に有する複数のセンサ
（ａ）をアレイ状に配列したアレイアンテナ（ｃ）と、
前記アレイアンテナの各センサからの受信信号を入力情
報として一定の診断領域の状況を二次元情報に処理する
と共に、処理された二次元情報を二次元平面情報に処理
して表示手段（ｆ１，ｆ２）に表示させる処理装置
（ｄ）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート構造
物内およびその周辺の診断システムに係り、特に橋梁の
床版、橋脚、踏み掛板、法面、トンネル覆工、護岸等の
コンクリート構造物の内部状況またはその周辺状況を透
視的に把握して、例えば配筋状況、内部の異常空隙の発
生等を二次元画像あるいは三次元画像等を用いて目視に
より判断できるコンクリート構造物内およびその周辺の
診断システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、コンクリート構造物内の状況を
非破壊検査法により診断する方法として電磁波反射法を
用いたものがあり、この方法は１ＧＨ_Z 未満の電磁波を
例えばコンクリート構造物に向けて発射し、反射波を受
信機で受信し、アナログ波形の受信信号を解析すること
により、例えばコンクリート構造物内の配筋状況を把握
できるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電磁波反射法を用いたコンクリート構造物内
の診断システムにおいては、送受信アンテナおよび送受
信機が大型であるために装置の大型化を招き、機動性が
悪く、広範囲を連続的に調査することができなかった。

【０００４】また、配筋等が幾重にも重なっている場合
等では、内側の配筋について明確に把握することができ
なかった。これは、電磁波の周波数が１ＧＨ_Z 未満であ
るために、例えば表面に最も近い配筋（以下上筋と称
す）による反射波の影響が大きく、このため上筋以深の
調査が不可能となることによる。

【０００５】さらに、装置が大きいために、診断対象の
場所や形状等が限られ、またコンクリート構造物の周辺
については調査できなかった。

【０００６】本出願に係る発明の目的は、コンクリート
構造物内やその周辺の状況を高精度に調査できる電磁波
反射法を用いたコンクリート構造物内およびその周辺の
診断システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本出願に係る発明の目的
を実現する構成は、コンクリート構造物内に設けられた
鉄筋等の構造部材の間を透過可能とする電磁波、あるい
はコンクリート構造物に対する透過性を有する電磁波を
発信する発信部を有すると共に、該電磁波の反射波を受
信する受信部を一体的に有する複数のセンサをアレイ状
に配列したアレイアンテナと、前記アレイアンテナの各
センサからの受信信号を入力情報として一定の診断領域
の状況を二次元情報に処理すると共に、処理された二次
元情報を二次元平面情報に処理して表示手段に表示させ
る処理装置とを有することを特徴とするコンクリート構
造物内およびその周辺の診断システムにある。

【０００８】この構成において、アレイアンテナは、セ
ンサをｍ行×ｎ列のマトリックス状に配列したり、セン
サをｍ行×ｎ列のマトリックス状で、かつ千鳥状に配列
したりすることができる。

【０００９】上記した構成において、処理装置は、二次
元情報に深さ方向の情報を加えて三次元処理を行うこと
ができる。

【００１０】また、診断対象は、コンクリート製の床
版，橋脚，道路，法面，天端（意味不明です），トンネ
ル壁，橋梁の踏掛版等のコンクリート構造物の内部ある
いはその周辺の空洞等の発生状況とすることができる。

【００１１】さらに、このようなアレイアンテナ及び処
理装置を車載することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図１は第１の実施形態を示すコンク
リート構造物およびその周辺の診断システム全体の概略
図を示す。

【００１３】ａは電磁波の送受信アンテナおよび送受信
回路を一体的にケースに組み込んだセンサ、ｃはｎ個の
センサａを並列に連結してアレイ状としたアレイアンテ
ナ、ｂはアレイアンテナｃを構成する各センサａに対し
て夫々スイッチングにより機能の切り替えを行い、個々
に送受信および信号処理を行うようにするコントロール
ユニットである。なお、アレイアンテナｃとコントロー
ルユニットｂとによりレーダーシステムｋを構成してい
る。

【００１４】コントロールユニットｂによりコントロー
ルされた各センサａからは、コンクリート構造物ｇの内
部に向けて略真下に電磁波が発振される。そして、コン
クリート構造物ｇ内からの反射波は各センサａに受信さ
れる。

【００１５】各センサａで受信された反射波は、コント
ロールユニットｂを介して処理装置であるパソコンｄに
内蔵のＡ／Ｄ変換器（不図示）により、アナログ信号か
らデジタル信号に変換されたデータとしてパソコンｄに
入力される。

【００１６】ここで、センサａの配列方向を副走査方向
とし、該副走査方向および電磁波の発信方向に対して直
交する方向を主走査方向とすると、レーダーシステムｋ
は例えば車輪等の移動手段に支持されて主走査方向に対
して移動可能となっており、その際移動距離計測用車輪
の回転を検出したエンコーダより走行距離の信号が出力
されるようになっている。

【００１７】また、レーダーシステムｋは検査対象の形
状により副走査方向の形状を直線あるいは円弧形状等に
配列することができる。

【００１８】図２は図１に示したレーダーシステムｋを
主走査方向移動させて得られた情報を処理するプロセス
を示す。図２の（ａ）に示すように、移動距離計測用車
輪ｐを有するレーダーシステムｋは検査対象であるコン
クリート構造物ｇの上面に載置され、例えば手動により
主走査方向に沿って移動する。その際、コントロールユ
ニットｂは、例えばｎ個のセンサａ（１，２，・・・・
ｎ）を順に駆動し、図２の（ｂ）に示すようにパソコン
ｄに副走査方向における深度情報を主走査方向について
時々刻々と出力する。

【００１９】パソコンｄは入力されたデータに基づい
て、図２の（ｃ）に示すようにタイムスライス処理によ
り、深度毎の２次元平面画像を出力するモード、図３の
（ｄ）に示すように３次元立体画像を出力するモードを
有し、また図２の（ｅ）に示すように、主走査方向での
断面画像を副走査方向について表示するモードを有して
おり、これらの画像の表示については、リアルタイムに
表示させてもよく、またデータの取得後に表示領域の指
定により表示させるようにしてもよい。なお、図１では
ディスプレイ表示装置ｆ２に表示させると共に、必要に
応じてプリンタ表示装置ｆ１により画像を得るようにし
ている。そして、計測データおよび処理データをデータ
記憶装置ｅに記憶させる。

【００２０】上述したタイムスライス処理および３次元
処理について詳述すると、レーダーシステムｋを測定方
向（主走査方向）に移動させ、各センサａから深さ方向
の情報を多測線採取し、車輪ｐからの距離情報を得て、
該情報を組み合わせて平面的な情報に変換するタイムス
ライス処理を行う。そして、時間軸方向（深度方向）に
重ね合わせることにより、三次元立体的なコンクリート
構造物の内部状況および周辺状況の情報が得られる。

【００２１】データ処理装置であるパソコンｄに入力さ
れるこれらの情報は、センサａの略並列幅（１，２，・
・・ｎ，ｎ＋１）において、深さ方向での受信強度信号
（多測線のデータとして得られる）および車輪ｐからの
距離信号であり、これらをタイムスライス処理により、
各深度での多測線（１，２，・・・ｎ，ｎ＋１）を平面
的な広がりを持った情報に変換し、さらにこれらの平面
的な表示情報を重ね合わせる処理により、立体的な表示
が行える。

【００２２】図３は図１に示すレーダーシステムｋを用
いて道路あるいは鉄道用のコンクリート製の橋梁を診断
する実施形態を示すもので、図３の（ａ）は、橋梁内に
配設されている円筒型枠ｔ１の下に空隙が存在するか否
かを診断するために、レーダーシステムｋをコンクリー
ト床版の下面に当てがいながら移動させる。従来のレー
ダーシステムは前述のように大型の装置であるために、
レーダーシステムをコンクリート床版の下面に当てがい
ながら移動させること、特に手作業で移動させることは
非常に困難である。しかし、超小型サイズで超軽量のセ
ンサａを並列にｎ個配列した構成の本実施形態のレーダ
ーシステムｋは、全体的にサイズが小さくて小型軽量で
あるため、コンクリート床版の下面に当てがいながら容
易に移動させることができる。

【００２３】なお、コンクリート内に存在する空気（空
隙）の反射信号は他の物質に比べて特異な信号となるた
め、異常点として識別することが可能である。

【００２４】また、図３の（ｂ）は、橋梁の床版内の損
傷部の有無および鉄筋の配置状況を診断する例を示す。
橋梁のコンクリート内部には、鉄筋ｈが複数段（図面で
は２段）に渡り配設され、また損傷部ｔ３も存在する。
ここで、レーダーシステムｋは、橋梁の上面に載置され
て手押し方式により移動される。この場合、ひび割れや
剥離の損傷部ｔ３は、鉄筋ｈの周囲に存在し、また下段
の鉄筋の周囲に存在するが、鉄筋ｈで反射した信号の影
響を減少させる処理を実行することにより調査が可能で
ある。また、レーダーシステムｋの特徴として、上段の
鉄筋の影響を受けずに下段の鉄筋の調査が可能という特
性を有しているが、この点については後述する。

【００２５】次に、センサａの特性について説明する。

【００２６】センサａはステップ波形によるインパルス
発信を用いたものであって、従来の電磁波反射法を用い
た地中レーダーや鉄筋検知レーダーで使用される周波数
が１ＧＨ_Z 未満であったのに比べ、使用する電磁波の周
波数を最大４ＧＨ_Z とし、これにより従来の電磁波反射
法のレーダーシステムに比べて使用できる波長も短くな
る。

【００２７】このため、通常、レーダー性能で評価され
る分解能が向上するので、例えば図１に示すコンクリー
ト構造物ｇの上筋ｈ１での電磁波の影響が減少し、上筋
以深の調査が可能となる。

【００２８】したがって、上筋ｈ１の間を透過した電磁
波がさらに下筋ｈ２の周囲およびそれ以深の状況を反射
信号として捉えることにより、下筋ｈ２の周囲およびそ
れ以深の調査も可能となる。

【００２９】また、波長が短いことから分解能が向上
し、より詳細な現象を捉えることができる。通常、レー
ダー性能で評価される分解能とは、レーダーの受信信号
から物体の大きさを識別したり、接近した２つの物体を
重なって識別することなく、きちんと２つの物体として
識別できる能力を表すものである。

【００３０】通常、電磁波は周波数が高くなるにつれ
て、物体中での減衰が激しくなるため、ある程度の深度
を調査診断する場合、周波数を低くして探査深度をかせ
ぐことが行われる。しかし、本実施形態におけるレーダ
ーシステムｋは、従来の電磁波反射法を用いた地中レー
ダーや鉄筋検知レーダーよりも周波数を高くしているの
で、現実には探査深度の減少を招くが、その分受信性能
を向上させることにより、この欠点を克服し、従来の電
磁波反射法を用いた地中レーダーや鉄筋検知レーダーシ
ステムにひけをとらない探査深度を実現している。

【００３１】図４の（ａ）は、レーダーシステムｋが図
１に示す単配列状態を示しており、副走査方向における
センサａの間隔をｄとすると、この単配列状態の分解能
はｄとなる。

【００３２】これに対し、図４の（ｂ）に示すように、
ｎ列の単配列のアレイアンテナｃ１を千鳥状にｍ行配列
することにより、このアレイアンテナｃ２は、ｍ倍の分
解能を得ることができ、これにより水平解像度が決定さ
れる。

【００３３】そして、単配列時におけるアレイアンテナ
ｃ１の分解能ｄに対し、ｍ行配列するアレイアンテナｃ
２は、ｄ／ｍの分解能となる。

【００３４】また、図５に示すように、センサａをｍ行
×ｎ列に配列したアレイアンテナｃ３としても良い。こ
の構成では、アレイアンテナｃ３を移動させることなく
一度にｍ行×ｎ列の範囲で探査を行える。

【００３５】図６は指向性を向上させるために、誘電体
レンズｑをセンサａに対して設けたもので、センサａか
ら発信された電磁波ｒ１は、誘電体レンズｑにより収束
され、収束幅ｒ２を上筋ｈ１の間隔よりも狭くすること
により、発信された電磁波を下筋ｈ２に到達することが
できるようにしている。すなわち、誘電体レンズｑがな
い場合、電磁波ｒ１は隣接する上筋ｈ１の間隔以上に広
がって、下筋ｈ２まで達しないが、誘導体レンズｑが存
在する場合には、センサａから発信された電磁波は、範
囲ｒ２で示す上筋ｈ１の間隔よりも狭い領域に狭めら
れ、コンクリートｇの内部の鉄筋ｈ１の間隙を透過し、
下筋ｈ２に達することが可能となる。

【００３６】なお、本実施形態では上下に２列状態に鉄
筋が配筋された場合を例にしているが、これに限定され
ることはなく、３列あるいはそれ以上の配筋状態であっ
ても良く、コンクリートの計測厚さは４０ｃｍ以上でも
充分計測可能であった。

【００３７】（第２の実施形態）図７は第２の実施形態
を示す。

【００３８】本実施形態は、円柱あるいは円筒形状のコ
ンクリート構造物、例えばコンクリート支柱ｇ１の内部
構造を診断するのに好適なアレイアンテナの構造に関す
るものである。本実施形態のアレイアンテナｃ４は、ｎ
個のセンサａを単配列に配列すると共に、診断するコン
クリート支柱ｇ１の外形に合わせて湾曲させており、両
端に設けた移動体ｗをコンクリート支柱ｇ１の長さ方向
に沿って移動させることができるようになっている。そ
して、アレイアンテナｃ４の一端側から各センサａの信
号を計測装置ｖに入力し、配筋状態等を表示できるよう
にしている。

【００３９】このように、アレイアンテナｃ４は、コン
クリート支柱ｇ１の外形に合わせて湾曲させているの
で、ｎ個のセンサａとコンクリート支柱ｇ１の表面との
間隔であるエアーギャップを一定にすることができ、正
確な計測が可能となる。

【００４０】なお、アレイアンテナｃ４は、単配列以外
に図５に示すようにマトリックス、あるいは図４にに示
すように千鳥状に配列してもよい。

【００４１】（第３の実施形態）図８は第３の実施形態
を示す。

【００４２】本実施形態は、図８の（ａ）、（ｂ）に示
すように、レーダーシステムｋを探査車ｓの前部に設置
し、探査車ｓを路面あるいはコンクリート構造物ｇ２の
上面を走行させながら車内に搭載した計測装置ｖで路面
下あるいはコンクリート構造物内の状況を探査できるよ
うにしている。

【００４３】（第４の実施形態）図９は第４の実施形態
を示す。

【００４４】コンクリート構造物としては、上記した各
実施形態に示したもの以外に、図９の（ａ）に示すよう
に、橋梁の上部構造物であるアスファルト舗装１０が施
された鉄筋コンクリート床版１１、図９の（ｂ）に示す
ように、橋脚、例えばＴ型橋脚の躯体１２，橋座部１
３，フーチング１４、図９の（ｃ）に示すように、トン
ネルの内面を覆うトンネル覆工壁１５等を診断対象とす
ることができる。

【００４５】（第５の実施形態）図１０は第５の実施形
態を示す。

【００４６】本発明は、検査対象をコンクリート構造物
内のみならず、図１０の（ａ）に示すように、踏掛版１
８の下部の地盤２１中に例えば空隙２０が存在するか否
か、あるいは図１０の（ｂ）に示すように、法面の表面
を覆うコンクリート板２２の下部の地盤２３の状況等の
ように、コンクリート構造物の周辺についても診断対象
とすることができる。なお、図１０の（ａ）に示す踏掛
版１８は、橋台１７に掛けられた橋桁１６とコンクリー
ト舗装１９との間に設けられ、盛土２１が軟弱地盤であ
るとき、橋台１７と舗装路面との境で段差が生じないよ
うにしたものである。

【００４７】（第６の実施形態）図１１は第６の実施形
態を示す。

【００４８】図１１はレーダーシステムｋの具体的構成
を示すブロック図で、センサａは送信部Ｔ_X と受信部Ｒ
_X とにより構成され、ｎ個のセンサａへの給電は、例え
ばコントロールユニットｂに設けられた電源電池３１に
より供給され、また該電源電池はコントロールユニット
ｂ内の各回路に給電される。

【００４９】ｎ個のセンサａの送信部への送信指令は、
スイッチ切り替え制御回路３４が第１切り替えスイッチ
３４ａを順次切り替えることにより、順次送信を行うよ
うになっており、この切替のタイミングはタイミング源
発振回路３２で発生した数ＭＨ_Z のクロックパルスによ
り行われ、例えばタイミングクロックパルスの周期毎に
順次スイッチングされ、数μｓ後にはアレイアンテナの
ｎ個のセンサａを一巡する。

【００５０】各センサａで発信された電磁波は、測定対
象物に対して反射と透過を繰り返し、その内部状況を反
射信号としてセンサａの受信部Ｒ_X で受信する。

【００５１】受信された反射信号は、同期信号発生回路
３３からの同期信号に従ってサンプリングされ、低周波
の受信信号１〜ｎに変換されて各センサから出力され
る。

【００５２】各センサから出力された受信信号は、スイ
ッチ切り替え回路３４にて、Ａ／Ｄ変換回路３５および
バッファ３６により信号の処理が行われ、第２切り替え
スイッチ３４ｂの切り替えにより順次データ処理装置へ
出力される。

【００５３】なお、センサａのサイズとしては、手のひ
らに載る程度の大きさまたはそれ以下のサイズに形成す
ることができる。

【００５４】

【発明の効果】請求項１、４、６に係る発明では、コン
クリート構造物内に設けられた鉄筋等の構造部材の状
況、特に深さ方向に複数列に配列されている配筋状況を
二次元的あるいは三次元的に表示させることができ、コ
ンクリート製の床版，橋脚，道路，法面，天端（意味不
明です），トンネル壁，橋梁の踏掛版等のコンクリート
構造物の内部あるいはその周辺の空洞等の発生状況をあ
りのままの状態で確認することができる。

【００５５】請求項２、３に係る発明では、アレイアン
テナを移動させることなく一度に広い領域の診断を行
え、センサをｍ行×ｎ列のマトリックス状で、かつ千鳥
状に配列する場合には解像度を上げることができる。

【００５６】請求項５に係る発明では、被診断対象のコ
ンクリート構造物の表面が曲面であっても、複数の各セ
ンサと該表面とのギャップを一様に設定でき、高精度に
診断が行える。

【００５７】請求項７に係る発明では、アレイアンテナ
及び処理装置を車載し、高速度でコンクリート構造物内
およびその周辺の状況を二次元的あるいは三次元的に把
握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すシステム全体の
概略構成を示す図。

【図２】図１に示すシステムの情報処理の順序を示す
図。

【図３】第１の実施形態のレーダーシステムの操作方法
を示す図。

【図４】アレイアンテナの配列状態を示す図。

【図５】アレイアンテナの配列状態を示す図。

【図６】誘電体レンズの使用効果を示す図。

【図７】第２の実施形態の概略構成を示し、（ａ）は横
断面図、（ｂ）は側面図。

【図８】第３の実施形態を示す概略図。

【図９】第４の実施形態を示す概略図。

【図１０】第５の実施形態を示す概略図。

【図１１】コントロールユニットのブロック図。

【符号の説明】

ａ センサ ｂ コントロールユニット ｃ アレイアンテナ ｄ データ処理パソコン ｅ データ記憶装置 ｆ１ プリンタ表示装置 ｆ２ ディスプレイ表示装置 ｇ コンクリート構造物 ｈ 鉄筋 ｋ レーダーシステム ｐ 車輪 ｑ 誘電体レンズ ｓ 探査車 ｖ 計測装置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリート構造物内に設けられた鉄筋
   等の構造部材の間を透過可能とする電磁波、あるいはコ
   ンクリート構造物に対する透過性を有する電磁波を発信
   する発信部を有すると共に、該電磁波の反射波を受信す
   る受信部を一体的に有する複数のセンサをアレイ状に配
   列したアレイアンテナと、前記アレイアンテナの各セン
   サからの受信信号を入力情報として一定の診断領域の状
   況を二次元情報に処理すると共に、処理された二次元情
   報を二次元平面情報に処理して表示手段に表示させる処
   理装置とを有することを特徴とするコンクリート構造物
   内およびその周辺の診断システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、アレイアンテナは、
   センサをｍ行×ｎ列のマトリックス状に配列したことを
   特徴とするコンクリート構造物内およびその周辺の診断
   システム。
3. 【請求項３】 請求項１において、アレイアンテナは、
   センサをｍ行×ｎ列のマトリックス状で、かつ千鳥状に
   配列したことを特徴とするコンクリート構造物内および
   その周辺の診断システム。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、処理装
   置は、二次元情報に深さ方向の情報を加えて三次元処理
   を行うことを特徴とするコンクリート構造物内およびそ
   の周辺の診断システム。
5. 【請求項５】 請求項１、２または３において、アレイ
   アンテナは被診断対象の外形形状に合わせた形状に形成
   したことを特徴とするコンクリート構造物内およびその
   周辺の診断システム。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４または５におい
   て、診断対象は、コンクリート製の床版，橋脚，道路，
   法面，天端（意味不明です），トンネル壁，橋梁の踏掛
   版等のコンクリート構造物の内部あるいはその周辺の空
   洞等の発生状況であることを特徴とするコンクリート構
   造物内およびその周辺の診断システム。
7. 【請求項７】 請求項１、２、３、４または５におい
   て、アレイアンテナ及び処理装置を車載したことを特徴
   とするコンクリート構造物内およびその周辺の診断シス
   テム。