JPH10318985A - 構造部材破断の非破壊診断方法及び診断機能付建造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被覆材を除去することなく、安定かつ正確に破
断状況を診断する。 【解決手段】 被測定部位の第１の端部に１次コイル２
２を巻き付け、該コイルに交流電流を流すための電源部
１５を接続する。また、被測定部位の第２の端部に２次
コイル２４を巻き付け、該コイルに発生する誘導起電力
を測定する測定部９を接続する。１次コイルに交流電流
を流したとき、部材を流れる磁束により発生した２次コ
イルの誘導起電力を検出し、該検出値のデジタル信号を
電源部１５の交流電流と同期させて加算平均する。測定
部のコンピュータ１４では、測定された同期加算平均値
に基づいて被測定部位の磁気抵抗値を演算し、正常時の
被測定部位の磁気抵抗値と比較することにより、被測定
部位の破断状況を診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造部材破断の非
破壊診断方法及び診断機能付建造物に係り、特に、建造
物を構成する構造部材の磁気的性質に基づいて被覆材を
破壊することなくその破断状況を正確に検出できる構造
部材破断の非破壊診断方法及び該方法に基づいて当該建
造物の診断を実行する診断機能付建造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に鉄骨構造建築では、主構造部材は
内外装材で被覆されていることが多い。このため、経年
変化による構造部材の劣化を診断したり、強い地震など
に遭遇した後に構造部材の破断状況を診断するために
は、被覆材を何らかの方法で撤去し、目視により確認す
る必要がある。

【０００３】また、鉄骨を覆っている耐火被覆材を剥
ぎ、この鉄骨に超音波を照射したときの散乱波の測定結
果を解析することにより鉄骨の破断状況を検査する方法
（超音波診断法）が提案されている。この超音波診断法
によれば、被覆材の剥がれた鉄骨を単に目視で確認する
よりも、鉄骨内部の破断状況をより正確に検査すること
ができる。

【０００４】しかしながら、上記のような構造部材の破
断状況診断方法では、被覆材の撤去やその修復等などに
多くの時間とコストがかかり、現実的でないという問題
がある。

【０００５】そこで、被覆材を剥ぐことなく構造部材の
破断状況を診断する種々の技術（非破壊診断方法）が提
案若しくは実施されている。

【０００６】例えば、被覆材の外部から被検査物を挟ん
で放射源とフィルムを設置し、放射源が放射したＸ線に
よりフィルムを感光させ、該フィルムに感光したＸ線透
過画像により、被覆材に覆われた構造部材の亀裂や切断
の状況を検査する方法（Ｘ線診断法）がある。

【０００７】さらに、特願平８−２５３３４４号には、
導電性構造部材の被測定部位を挟む箇所に交流電圧を印
加し、被測定部位を流れる電流によって発生した磁場の
測定結果に基づいて被測定部位の破断状況を正確に検出
できる非破壊診断方法が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＸ線診断法では、放射源を用いているため、取扱い
に注意が必要であり、非破壊診断方法の自動化には適さ
ないという問題がある。また、注意の必要な放射源とフ
ィルムとを被検査物を挟んで設置しなければならず、耐
火被覆材を剥がさないまでも設置のための労力は依然と
して大きかった。さらに、この方法では、構造部材内部
に隠れた小さな亀裂などをＸ線透過画像から検出するこ
とが困難であるという問題がある。

【０００９】一方、磁場の測定により破断状況を非破壊
で診断する上記従来技術では、構造部材を流れる電流に
より発生する磁場の測定結果により診断するため、被測
定部位の部材に電流が流れたか否かによって、その診断
結果に大きな違いがでてくる。

【００１０】ところが、地震等により構造部材に亀裂や
破断が発生して一度は電流が流れなくなっても、何らか
の原因により一部が再度接触した場合に電流が流れてし
まい、電流が流れたか否かによる破断の有無の判別の精
度が著しく低下するという問題がある。また、一度破断
された構造部材が偶発的に接触した場合、当該建造物の
他の構造部材に流れる電流分布も変化するため、他の構
造部材の推定結果にも大きな影響をもたらす。すなわ
ち、この従来技術では、診断結果が偶発的な接触の有無
により左右され、安定した診断結果が得られない。

【００１１】本発明は上記事実を考慮してなされたもの
で、被覆材を撤去することなく、安定かつ正確に破断状
況を診断できる構造部材の非破壊診断方法及び該方法を
用いて診断を実行する診断機能付建造物を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、構造部材の被測定部位の第１の
端部に起磁力を印加する磁化工程と、前記起磁力により
磁束が貫流された被測定部位の第２の端部で、磁束又は
磁束に関連した物理量を測定する測定工程と、前記第１
の端部で印加された起磁力と前記第２の端部で測定され
た磁束又は磁束に関連した物理量とに基づいて、被測定
部位の第１の端部から第２の端部までの磁気抵抗又は磁
気抵抗に関連した物理量を推定する推定工程と、前記推
定工程により推定された磁気抵抗又は磁気抵抗に関連し
た物理量に基づいて、被測定部位の破断状況を診断する
診断工程と、からなることを特徴とする。

【００１３】（請求項１の発明の原理）請求項１の発明
の原理を図２を用いて説明する。なお、ここで述べる構
造部材は、磁性体（例えば鉄骨）でできているとする。

【００１４】図２（ａ）に示すように、構造部材の被測
定部位を挟む第１の端部で、図示の方向に起磁力Ｆを印
加すると、この方向に沿って該被測定部位を磁束が貫流
する。被測定部位の第２の端部を流れる磁束をΦ、被測
定部位の磁気抵抗をＲ_m ［１／Ｈ］とすると、 Ｒ_m ＝ Ｆ／Φ (1) が成立する。すなわち、第２の端部で磁束Φを測定すれ
ば、印加した起磁力Ｆにより被測定部位の第１の端部か
ら第２の端部までの磁気抵抗値を(1) 式より求めること
ができる。なお、ここで用いる起磁力Ｆの値として、実
測値ではなく理論値を用いても良い。

【００１５】ここで、図３（ａ）に示すように、被測定
部位の長さ（磁束方向）をＬ、断面積をＳ、構造部材の
透磁率をμとした場合、被測定部位の部材が全く破断し
ていない正常時の被測定部位の磁気抵抗Ｒ_m0は、 Ｒ_m0 ＝ Ｌ／μＳ (2) で与えられる。なお、この正常時の磁気抵抗Ｒ_m0は、
(2) 式に設計値を代入して求められるが、構造部材の正
常時( 施工時など) に実測により求めても良い。

【００１６】ところが、被測定部位の部材が一部破断し
た図３（ｂ）の場合の磁気抵抗Ｒ_m1及び被測定部位の部
材が完全に破断した図３（ｃ）の場合の磁気抵抗Ｒ
_m2は、正常時の磁気抵抗Ｒ_m0より大きくなる。破断箇所
の透磁率μ’は、正常時の透磁率μよりも小さくなり、
破断箇所が磁束を通しにくくなるからである。この磁気
抵抗の変化特性は、例えば、構造部材にクラック（亀
裂、ひび割れ等）があるときには、磁気抵抗が亀裂幅に
対して指数関数的に増大する。

【００１７】そこで、本発明では、磁気抵抗が部材の破
断状況によって敏感に変化することに着目し、診断工程
で、被測定部位の磁気抵抗又は磁気抵抗に関連した物理
量に基づいて、被測定部位の破断状況を診断することと
した。例えば、正常時の磁気抵抗Ｒ_m0と、(1) 式に基づ
いて測定結果から得られた磁気抵抗Ｒ_m とを比較し、そ
の違いから被測定部位の破断状況が正確に診断できる。
すなわち、被覆材を剥ぐことなく、破断状況を正確に診
断することができる。また、構造部材に電流を流す方法
は、亀裂が発生しても一部でも再度接触すれば、電流が
流れてしまい亀裂の判別精度が低下する問題があるが、
磁気抵抗の場合には、一部が再度接触しても磁気抵抗が
大きく変化することはないため、破断の判別の精度を保
持することができる。 （請求項２の発明の原理；シミュレーション法）請求項
２の発明は、建造物を構成する複数の構造部材の１又は
複数の第１の端部に起磁力を印加する磁化工程と、前記
起磁力により磁束が貫流された複数の構造部材の１又は
複数の第２の端部で、磁束又は磁束に関連した物理量を
測定する測定工程と、前記第１の端部で印加された起磁
力と前記第２の端部で測定された磁束又は磁束に関連し
た物理量とに基づいて、前記建造物と等価な磁気回路網
を推定することにより各構造部材の磁気抵抗又は磁気抵
抗に関連した物理量を推定するシミュレーション工程
と、前記シミュレーション工程により推定された各構造
部材の磁気抵抗又は磁気抵抗に関連した物理量に基づい
て、各構造部材の破断状況を診断する診断工程と、から
なることを特徴とする。

【００１８】図１４（ａ）に、構造部材（磁性体）によ
り構成される構造物（特に鉄骨構造）を簡単に表現した
モデルを示す。図１４（ａ）に示された構造物の個々の
構造部材１〜６は、その材料成分（透磁率）、長さ、断
面積等によって定まる固有の磁気抵抗値を各々有してい
る。

【００１９】そこで、この構造物を抵抗体として等価な
磁気回路網に置き換えると、図１４（ｂ）のようにな
る。図１４（ｂ）によれば、構造部材１〜６は、それぞ
れ磁気抵抗ｒ₁ 〜ｒ₆ と等価である。そして、図１４
（ｂ）のａ点及びｂ点の間の全磁気抵抗値は、これら構
造部材の磁気抵抗値及び部材間の結合方法によって、そ
の建造物固有の値として定まっている。

【００２０】このような磁気回路網においてａ−ｂ間に
起磁力Ｆを印加すると、各構造部材には、起磁力と各磁
気抵抗値とによって定まる磁束が流れる。ここで、地震
や経年変化などによって構造部材のいずれかが完全に破
断されたり、部分的に破断されたりすると、破断された
構造部材の固有の磁気抵抗値が変化し、各構造部材（破
断していないものも含む）を流れる磁束も変化する。

【００２１】本発明では、このような磁気等価回路網に
おいて、１又は複数の構造部材の第１の端部（例えば、
柱梁接合部）に起磁力を印加し、１又は複数の第２の端
部（他の柱梁接合部の測定ポイント）を流れる磁束を測
定する。そして、印加した起磁力と測定された磁束値か
らすべての構造部材の磁気抵抗値を推定する。この推定
では、磁気回路網においても成り立つキルヒホッフの法
則などを用いることにより、すべての構造部材を流れる
磁束を測定しなくとも各磁気抵抗値が推定できる。

【００２２】各磁気抵抗の値は、図１４（ｂ）の等価磁
気回路網の場合、例えば以下のような方法で求められ
る。

【００２３】ａ−ｂ間に起磁力Ｆを印加した場合の各磁
気抵抗ｒ₁ 、ｒ₂ 、ｒ₃ 、ｒ₄ 、ｒ ₅ 、ｒ₆ を流れる磁
束をそれぞれφ₁ 、φ₂ 、φ₃ 、φ₄ 、φ₅ 、φ₆ と
し、各磁気抵抗にかかる起磁力をそれぞれｆ₁ 、ｆ₂ 、
ｆ₃ 、ｆ₄ 、ｆ₅ 、ｆ₆ とすると、キルヒホッフの法則
より、 φ₁ ＝ φ₂ ＋φ₃ 、φ₂ ＝φ₄ ＝φ₅ 、φ₆ ＝φ₁ (3) ｆ₁ ＝ｒ₁ φ₁ 、ｆ₂ ＝ｒ₂ φ₂ 、ｆ₃ ＝ｒ₃ φ₃ 、 ｆ₄ ＝ｒ₄ φ₄ 、ｆ₅ ＝ｒ₅ φ₅ 、ｆ₆ ＝ｒ₆ φ₆ 、 (4) Ｆ＝ｆ₁ ＋ｆ₃ ＋ｆ₆ 、ｆ₃ ＝ｆ₂ ＋ｆ₄ ＋ｆ₅ (5) が成立する。

【００２４】ここで、既知の値は、起磁力Ｆと測定ポイ
ントにおける磁束であり、これらの値を(3) 〜(5) 式に
代入することによって各磁気抵抗ｒ₁ 〜ｒ₆ を求める。
この場合、(3) 〜(5) 式の関係により、すべての接合点
を測定ポイントに選ばなくてもすべての磁気抵抗を推定
できる。例えば、接合点ｃと接合点ｆとを測定ポイント
として選び、φ₁ とφ₄ を測定すれば、(3) 式からφ
₂ 、φ₃ 、φ₅ 、φ₆ を自動的に求めることができる。
そして、求めたφ₁ 〜φ₆ の値から(4) 、(5) 式を用い
て磁気抵抗ｒ₁ 〜ｒ₆ を推定できる。このようにして本
発明では、破断状況の診断精度を低下させることなく、
測定ポイント数（被測定部位の数）を可能な限り減らす
ことができ、建造物の診断に要する労力を軽減すること
ができる。

【００２５】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
記載の発明において、前記磁化工程が、前記第１の端部
の周囲に巻き付けられた第１のコイル（コイル２０）に
交流電流を流す工程であると共に、前記測定工程が、前
記第２の端部の周囲に巻き付けられた第２のコイル（コ
イル２１）に誘起された誘導起電力に基づいて、磁束又
は磁束に関連した物理量を測定する工程であることを特
徴とする。

【００２６】請求項３の発明では、起磁力Ｆを印加する
磁化手段として、図２（ｂ）に示すように、第１の端部
の構造部材の周囲に巻き付けられたコイル２０を用い
る。なお、コイル２０は、構造部材の表面に直接巻き付
けても良いし、被覆材の外側から巻き付けても良い。コ
イル２０の巻数をＮ₁ 、コイルに流れる電流をＩとする
と、Ｆ＝Ｎ₁ Ｉの起磁力が第１の端部で発生し、Φ＝Ｎ
₁ Ｉ／Ｒ_m の磁束が第２の端部において発生する。

【００２７】また、第２の端部で磁束Φを測定する測定
手段として、図２（ｂ）に示すように、第２の端部の周
囲に巻き付けられたコイル２１を用いる。コイル２１を
測定手段として用いた場合には、磁化手段のコイル２０
に交流電流Ｉを流すことにより、コイル２１を貫通する
磁束Φを時間的に変化させ、コイル２１に誘導起電力ｅ
_i を誘起させる。コイル２１の巻数をＮ₂ 、時間をｔと
した場合、コイル２１の誘導起電力ｅ_i は、 ｅ_i ＝ −Ｎ₂ （ｄΦ／ｄｔ） (6) となる。

【００２８】コイル２１の誘導起電力ｅ_i を検出し、こ
の検出値を時間に関して積分すれば、(6) 式に基づいて
第２の端部における磁束Φの時間平均値を求めることが
できる。また、誘導起電力ｅ_i の時間平均値を磁束に関
連した物理量として磁束Φの代わりに用いても良い。

【００２９】請求項４の発明は、請求項３の前記測定工
程が、前記第２のコイルに誘起した誘導起電力の検出値
を前記第１のコイルを流れる交流電流の周波数と同期さ
せて加算平均し、この加算平均された値に基づいて磁束
又は磁束に関連した物理量を測定することを特徴とす
る。

【００３０】請求項４の発明では、コイル２０の交流電
流Ｉの周波数に同期させて誘導起電力ｅ_i の検出値を一
定時間の間加算し、この加算値を該一定時間で除算する
ことにより、同期加算平均値が求められる。このように
して得られた同期加算値は、第２の端部の磁束Φに関連
した物理量であり、この同期加算平均値より(6) 式に基
づいて磁束Φの同期加算平均値が求められる。このよう
な同期加算平均値を用いることにより、コイル２０以外
の磁気源からの磁気ノイズの影響を低減させることがで
きる。すなわち、磁気雑音源に埋もれた微弱な磁気信号
を関知して信号を取り出すことが可能となる。ひいて
は、第１のコイルに流す電流を小さくすることができ、
診断システム全体をコンパクトにすることが可能とな
る。

【００３１】そして、第１の端部で印加された起磁力Ｆ
と磁束Φの同期加算値とから(1) 式より被測定部位の磁
気抵抗Ｒ_m を求めることができる。但し、コイル２０に
よる実際の起磁力Ｆは、交流電流Ｉと共に時間的に変化
するので、その時間平均値を用いる。この場合、磁束Φ
と同様に同期加算平均値を求めても良い。また、実測値
ではなく理論値を用いても良い。なお、磁束Φの代わり
に磁束Φに関連した物理量を求めた場合には、磁気抵抗
Ｒ_m の代わりに磁気抵抗と関連した他の物理量を用いる
ことができる。

【００３２】（請求項５の発明の原理）請求項５の発明
は、構造部材の被測定部位の第１の端部に起磁力を印加
する磁化工程と、前記磁化工程により磁束が貫流された
被測定部位の周囲の磁束密度又は磁束密度分布を測定す
る測定工程と、前記測定工程により測定された被測定部
位周囲の磁束密度又は磁束密度分布に基づいて、被測定
部位の破断状況を診断する診断工程と、からなることを
特徴とする。

【００３３】構造部材の被測定部位の第１の端部に起磁
力を印加すると、構造部材に磁束が流れるだけでなく、
構造部材周囲の空間部分においても磁束が漏れ出てく
る。この空間部分に漏れ出た磁束密度も、構造部材の磁
気抵抗が増大するに従い、変化する。従って、上記請求
項１の発明と同様の原理により、構造部材の破断状況を
正確に診断することができる。さらに、構造部材にクラ
ックが生じると、その周囲の磁束密度分布が乱れるの
で、この乱れを検出することによってクラックの位置を
推定でき、破断状況をより正確に診断することができ
る。

【００３４】請求項６の発明は、請求項５記載の発明に
おいて、前記磁化工程が、前記第１の端部の周囲に巻き
付けられた第１のコイルに交流電流を流す工程及び前記
第１の端部の近傍において高透磁率材料で橋渡しされた
２つの永久磁石を同期して回転させる工程のいずれかで
あると共に、前記測定工程が、磁束密度又は磁束密度分
布の検出値を前記第１のコイルを流れる交流電流の周波
数又は前記２つの永久磁石の回転周波数と同期させて加
算平均し、この加算平均された値を測定結果とすること
を特徴とする。

【００３５】請求項６の発明では、第１のコイルに交流
電流を流し、構造部材の周囲で検出された磁束密度又は
磁束密度分布の検出値を第１のコイルを流れる交流電流
の周波数と同期させて加算平均し、この加算平均された
値を測定結果とするので、請求項３の発明と同様に、第
１のコイル以外の磁気源からの磁気ノイズの影響を低減
させることができ、より正確な診断が可能となる。ま
た、本発明では、第１のコイルの代わりに２つの永久磁
石を高透磁率材料で結び付けたものを用いても良い。そ
して、２つの永久磁石により生じた磁束を構造部材を通
して閉じさせ、これらの永久磁石を同期させて回転させ
ることにより、測定工程において同期加算平均値を求め
ることが可能となりノイズの影響を低減させることがで
きる。すなわち、磁気雑音源に埋もれた微弱な磁気信号
を関知して信号を取り出すことが可能となる。ひいて
は、第１のコイルに流す電流を小さくしたり、永久磁石
の強さを小さくすることができ、診断システム全体をコ
ンパクトにすることが可能となる。

【００３６】請求項７の発明は、請求項４又は請求項６
記載の発明において、前記第１のコイルを流れる交流電
流の周波数又は前記２つの永久磁石の回転周波数を、商
用電源を含む磁気的雑音源の周波数及び該周波数の高調
波以外の周波数に設定したことを特徴とする。

【００３７】請求項７の発明では、第１のコイルを流れ
る交流電流の周波数又は２つの永久磁石の回転周波数
を、商用電源を含む磁気的雑音源の周波数及び該周波数
の高調波以外の周波数に設定したので、磁気的雑音源に
よるノイズの影響をさらに低減することができる。

【００３８】請求項８の発明は、複数の構造部材からな
る診断機能付建造物において、各構造部材の所定箇所か
ら起磁力を印加可能な複数の磁化手段と、各構造射部材
を貫流する磁束又は磁束に関連した物理量を各々測定可
能な第１の測定手段、及び各構造部材の周囲の磁束密度
又は磁束密度分布を各々測定可能な第２の測定手段の少
なくともいずれかの測定手段と、定期的に又は診断の指
令を受けたときに、請求項１乃至請求項７のいずれか１
項記載の構造部材破断の非破壊診断方法により、前記磁
化手段及び前記測定手段を用いて前記複数の構造部材の
破断状況の診断を行う制御手段と、を有することを特徴
とする。

【００３９】請求項８の発明では、建造物自体に請求項
１乃至請求項７のいずれか１項記載の診断方法に基づく
自己診断機能を付与し定期的又は診断の指令を受けた任
意時に破断状況を診断するようにしたので、測定の労力
を大幅に低減できると共に破断状況を漏れなく安定かつ
正確にチェックすることができ、ビル等の構造建築物の
安全性を確保することができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態について説明する。

【００４１】（第１の実施の形態）図１に、第１の実施
の形態に係る診断システムのブロック図を示す。

【００４２】図１に示すように、第１の実施の形態に係
る診断システムは、建造物を構成する構造部材の任意の
被測定部位２６を診断の対象としている。この被測定部
位２６を挟む一方の端部には、起磁力を発生させる励起
用の１次コイル２２が巻き付けられ、被測定部位２６を
挟む他方の端部には、磁束を測定するための２次コイル
２４が巻き付けられている。

【００４３】１次コイル２２の端子２３には、該コイル
に交流電流を供給するための電源部１５が接続されてい
る。この電源部１５は、入力された制御信号に応じて任
意周波数及び任意波形の交流信号を生成するファンクシ
ョンジェネレータ１６と、このファンクションジェネレ
ータ１６が生成した交流信号を増幅して１次コイル２２
に出力するパワーアンプ１０８とから構成されている。
なお、ファンクションジェネレータ１６が生成する交流
信号の周波数は、商用電源を含む磁気ノイズ源の周波数
（商用電源の場合は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）とその周波
数の整数倍の周波数（高調波）とは異なる周波数帯に設
定される。

【００４４】また、２次コイル２４の端子２５には、該
コイルの測定データを処理するための測定部９が接続さ
れている。この測定部９は、２次コイル２４から出力さ
れた電気信号を増幅すると共にバンドパスフィルタによ
りノイズ成分をカットするアンプ・フィルターユニット
１０と、このアンプ・フィルターユニットが出力したア
ナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１２
と、ＡＤ変換されたデジタル信号を収集、処理するコン
ピュータ１４と、から構成されている。

【００４５】なお、アンプ・フィルターユニット１０の
バンドパスフィルタの周波数帯域も、商用電源を含む磁
気ノイズ源の周波数とその周波数の整数倍の周波数（高
調波）とは異なる周波数帯に設定されている。すなわ
ち、本実施の形態に係る診断システムでは、磁気ノイズ
源の周波数とその整数倍の周波数を避けて起磁力の印加
及び測定を行う。これにより、商用電源などからの磁気
ノイズの影響が低減できる。

【００４６】また、コンピュータ１４には、ファンクシ
ョンジェネレータ１６が接続されており、コンピュータ
１４は、上記の制御信号をファンクションジェネレータ
１６へ送出する。また、ファンクションジェネレータ１
０６は、生成した電気信号に同期した同期信号をコンピ
ュータ１４に送出する。コンピュータ１４はファンクシ
ョンジェネレータ１６から送られてきた同期信号に同期
させてＡＤ変換器１２の出力信号を加算平均することが
できる。なお、ファンクションジェネレータ１２が同期
信号を送る場合は、コンピュータ１４を外部同期させん
とするときであり、コンピュータ１４が自己同期する場
合には同期信号の転送は不必要となる。

【００４７】次に、コンピュータ１４の詳細な構成を図
６に示す。同図に示すように、コンピュータ１４は、所
定のプログラムに基づいて装置全体を制御・管理するＣ
ＰＵ３０と、上記プログラムが格納されたＲＯＭ３２
と、ＣＰＵ３０の作業域として用いられるＲＡＭ３４
と、診断用のデータベース３８（正常時の各構造部材の
磁気抵抗値等からなる）が格納されたハードディスク３
６と、ＣＰＵ３０の処理結果等を表示する表示部４２
と、キー等によりオペレータの指令を入力可能な入力部
４４と、外部機器との入出力を制御する入出力インター
フェース４６と、を備え、各々が命令やデータを転送す
るためのバス４０と接続されている。

【００４８】なお、ＣＰＵ３０は、入出力インターフェ
ース４６を介して入力されたＡＤ変換器１２の出力信号
を、ファンクションジェネレータ１６からの同期信号又
は自己の同期信号と同期させて加算平均したり、或いは
パルス圧縮等の各種処理を実行することができる。

【００４９】ところで、本実施の形態の診断システムで
は、１次コイル２２及び２次コイル２４により挟まれた
被測定部位の破断状況の診断が可能であり、両コイルの
巻き付け場所によって診断箇所を特定することができ
る。ここで、建造物の構造部材（柱又は梁）の接合部
（柱梁接合部）に、１次コイル２２及び２次コイル２４
を巻き付けた例を図４に示す。なお、柱梁接合部に巻き
付けられたコイルの金属線は、コイルとして正常に動作
させるため、絶縁被覆を施された線を用いる。

【００５０】柱梁接合部にコイルを巻き付けることによ
り、柱梁接合部間に挟まれた構造部材のほとんどすべて
の部分の破断状況の診断を行うことができる。なお、図
４に示されたコイルのいずれも、そのコイル端子を測定
部９及び電源部１５のいずれに接続するかによって、励
起用の１次コイル２２及び測定用の２次コイルのいずれ
にも用いることができる。なお、このようなコイルを建
造物の建造時に設置する際のコストの増加は軽微であ
る。

【００５１】そこで、図５に示すように、複数のコイル
のうちの任意の２つのコイルの端子を、測定部９及び電
源部１５に各々接続切り替え可能な端子切替装置２８
を、複数のコイルと診断システムとの間に介在させても
良い。なお、この端子切替装置２８は、手動で端子を切
り替える端子板として構成しても良いし、コンピュータ
１４からの指令により自動的に端子を切り替えるリレー
などで構成しても良い（図６参照）。

【００５２】次に、上述のように構成された診断システ
ムによる診断の流れを、図９のフローチャートを用いて
説明する。

【００５３】図９のフローチャートに示すように、ま
ず、被測定部位の１次コイル２２（図１）に電源部１５
から所定波形及び所定周波数の交流電流を流す（ステッ
プ２００）。このとき、１次コイル２２には交流電流に
応じて時間的に変化する磁束が発生し、この磁束は被測
定部位２６を貫流して２次コイル２４を貫通する。２次
コイル２４には、該コイルを貫通した変化する磁束によ
り(6) 式の誘導起電力ｅ _i が発生する。

【００５４】そこで、測定部９が２次コイル２４に発生
した誘導起電力ｅ_i を検出する（ステップ２０２）。誘
導起電力は、アンプフィルタユニット１０によりノイズ
成分が除去されると共に増幅され、ＡＤ変換器１２によ
りデジタル信号に変換されてコンピュータ１４に入力さ
れる。

【００５５】次に、コンピュータ１４が、入力された検
出値に基づいて、２次コイル２４を貫通した第２の端部
における磁束Φの同期加算平均値を演算する（ステップ
２０４）。そして、ステップ２０４で演算された磁束Φ
の同期加算平均値と、ステップ２００で印加した起磁力
とに基づいて被測定部位の磁気抵抗Ｒ_m を(1) 式により
求める（ステップ２０６）。

【００５６】次に、コンピュータ１４のＣＰＵ３０が、
データベース３８に格納されている当該被測定部位の正
常時の磁気抵抗値をＲＡＭ３４に読み出す（ステップ２
０８）。そして、求められた現在の磁気抵抗値と正常時
の磁気抵抗値との差ΔＲを演算する（ステップ２１
０）。

【００５７】次に、ΔＲが所定のしきい値Ａを越えてい
るか否かを判定する（ステップ２１２）。なお、このし
きい値Ａは、磁気ノイズの統計的平均値として求めるこ
とができる。

【００５８】ΔＲがしきい値Ａを越えている場合（ステ
ップ２１２肯定判定）、ΔＲの値に基づいて被測定部位
の構造部材の破断の程度を診断する（ステップ２１
４）。例えば、予めΔＲをその大きさに応じて複数の段
階に分類しておき、各段階に破断の程度を示す診断コー
ドを付与しておく。そして、求められたΔＲがどの段階
に分類されるかを判定し、この段階に割り当てられた診
断コードを特定する。

【００５９】次に、表示部４２に、ステップ２１４の診
断結果を表示し（ステップ２１８）、診断を終了する。
また、コンピュータ１４に図示しないプリンタが接続さ
れている場合、プリンタにも診断結果を出力するように
しても良い。なお、診断結果の表示方法として、例え
ば、ステップ２１４で得られた診断コードを表示した
り、或いは該コードに相当する破断の程度を表示したり
する方法がある。

【００６０】これに対し、ΔＲがしきい値Ａを越えてい
ない場合（ステップ２１２否定判定）、被測定部位の構
造部材が破断していないと診断する（ステップ２１
６）。そして、破断していない旨の診断結果を表示、出
力し（ステップ２１８）、診断を終了する。

【００６１】このように本実施の形態では、被覆材を剥
ぐことなく構造部材の破断状況を診断できるので、診断
に要する労力や時間を大幅に低減することができる。ま
た、被測定部位に電流を流す診断方法では、亀裂が発生
しても一部でも再度接触すれば電流が流れてしまい亀裂
の判別精度が低下する問題があったが、本実施の形態の
ように磁束を流す診断方法によれば、亀裂の一部が再度
接触しても磁気抵抗が大きく低下することはないため、
破断の判別精度を高精度に維持できる。

【００６２】なお、本実施の形態の診断システムにより
実際に診断を行う際の態様として，例えば、図７に示す
態様がある。すなわち、ある部屋の鉄骨５７の柱梁接合
部に巻き付けられた１次コイル２２の端子５６及び２次
コイルの端子５４を被覆材の表面に予め設置しておく。
そして、移動可能な台車５１の上に載せられた測定ユニ
ット５０（測定部９を内蔵）及び電源ユニット５２（電
源部１５を内蔵）の端子を、それぞれケーブル５３、ケ
ーブル５５を介して端子５４、端子５６にそれぞれ接続
し、この設置状態で鉄骨５７の破断状況を診断する、と
いうものである。

【００６３】ところで、図７の診断システムの場合、建
造物の施工時などに各構造部材に予め１次コイル及び２
次コイルを埋め込んでおく必要がある。しかし、このよ
うな設備を有していない建造物の場合でも、図８に示す
ように、鉄骨を取り巻く耐火被覆材の上からコイルを巻
き、これらを１次コイル５８及び２次コイル５９として
用いることができる。

【００６４】なお、１つの部屋に図５の端子切替装置２
８を設置し、図６及び図７のような診断システムを、端
子切替装置２８を介して当該部屋にあるすべての１次及
び２次コイルと切り替え接続させることも可能である。
この場合、測定ユニット及び電源ユニットを端子切替装
置２８に接続するだけで当該部屋のすべての柱の診断が
可能となり、診断に要する労力や時間を軽減させること
ができる。

【００６５】（第２の実施の形態）次に、第２の実施の
形態を説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成
については同一の符号を付して詳細な説明を省略し、異
なる部分についてのみ説明する。

【００６６】図１０には、第２の実施の形態に係る診断
方法の概念図が示されている。同図に示すように、建造
物を構成する各柱梁接合部に設置された励起用の一次コ
イルに電流を流して起磁力を印加させると、発生した磁
束が各構造部材を貫流すると共に構造部材の周囲の空間
部分にも磁束が漏れ出てくる。

【００６７】そこで、第２の実施の形態では、この空間
部分の磁束密度又は磁束密度分布を測定することにより
各構造部材の破断状況を診断する。すなわち、亀裂によ
り構造部材の磁気抵抗が増大すると、該構造部材及びそ
の周囲の空間部分を通って閉じる磁気回路全体の磁気抵
抗が増大するので、空間部分で観測される磁束密度は変
化し、よって、この変化に基づいて破断状況を診断でき
るからである。

【００６８】図１１に、第２の実施の形態の診断システ
ム（第１例）の構成を示す。なお、第１例は、空間の一
点の磁束密度を測定する診断システムである。同図に示
すように、測定手段として、部材に巻き付けた２次コイ
ルの代わりに、被測定部位２６の周囲の空間部分に磁束
密度を検出する磁気センサー６０が設置されている。こ
の磁気センサ６０ーは、アンプフィルタユニット１０と
接続されており、アンプフィルタユニット１０は、磁気
センサー６０の検出信号を増幅すると共にノイズ成分を
除去する。他の構成は、第１の実施の形態と全く同様で
ある。

【００６９】この磁気センサー６０として、例えばコイ
ル、SQUID （Superconducting Quantum Interference D
evice ）磁束計、SQUID ラジオメータなどを用いること
ができる。また、図１１の診断システムでは、空間の一
点の磁束密度を測定するため、正常時の磁束密度と比較
して診断を正確に行うためには、測定位置の再現性が重
要となる。そこで、磁気センサー６０を予め所定の位置
に埋め込んでおくか、或いは磁気センサー６０を脱着可
能なアタッチメントを所定位置に設置しておく方法を採
用することが望ましい。

【００７０】次に、図１２に、第２の実施の形態の診断
システム（第２例）の構成を示す。なお、第２例は、空
間の磁束密度分布を測定する診断システムである。同図
に示すように、測定手段として、被測定部位２６の周囲
の磁束密度分布を検出する磁気センサアレイ６２が設置
されている。この磁気センサアレイ６２は、複数の磁気
センサーを格子状に並べて配置したものであり、これら
の磁気センサーの各検出値により、磁気センサアレイ上
の磁束密度分布を測定することができる。

【００７１】磁気センサアレイ６２は、アンプフィルタ
ユニット１０と接続されており、アンプフィルタユニッ
ト１０は、磁気センサアレイ６２の各センサーからの複
数の検出信号を各々増幅すると共にノイズ成分を除去
し、ＡＤ変換器１２は、各々の増幅信号をＡＤ変換す
る。そして、コンピュータ１４は、ＡＤ変換された複数
のデジタルデータを処理することにより、磁束密度分布
を検出する。

【００７２】このような磁気センサアレイ６２による磁
束密度分布の測定では、図１２に示すように、構造部材
中に生じたクラックにより発生した磁場の乱れを検出す
ることができる。また、磁気センサアレイの場合も、正
常時の磁束密度分布と比較して診断する場合には、測定
位置の再現性が重要となり、上述した磁気センサーの固
定方法を採用することが望ましい。

【００７３】なお、磁束密度分布を測定する診断システ
ムは、図１２の磁気センサー６０を複数用意し、各セン
サーをそれぞれ所定位置に設置することによっても実現
できる。

【００７４】次に、上述のように構成された診断システ
ムによる診断の流れを、図１４のフローチャートを用い
て説明する。

【００７５】図１４のフローチャートに示すように、ま
ず、被測定部位の１次コイル２２（図１）に電源部１５
から所定波形及び所定周波数の交流電流を流す（ステッ
プ２２０）。このとき、１次コイル２２には交流電流に
応じて時間的に変化する磁束が発生し、この磁束は被測
定部位２６を貫流すると共に、その一部は被測定部位の
周囲の空間部分に漏れ出す。被測定部位が破断したり亀
裂が生じていると、この空間部分に漏れ出る磁束密度も
小さくなる。

【００７６】そこで、図１１の磁気センサー６０又は図
１２の磁気センサアレイ６２により、所定位置で磁束密
度又は磁束密度分布を検出する（ステップ２２２）。検
出された信号は、アンプフィルタユニット１０によりノ
イズ成分が除去されると共に増幅され、ＡＤ変換器１２
によりデジタル信号に変換されてコンピュータ１４に入
力される。次に、コンピュータ１４が、入力された検出
値（磁束密度又は磁束密度分布）を１次コイルに流れる
交流電流の周波数に同期させて加算平均値を演算する
（ステップ２２４）。そして、コンピュータ１４のＣＰ
Ｕ３０が、データベース３８に格納されている所定位置
での正常時の磁束密度又は磁束密度分布をＲＡＭ３４に
読み出す（ステップ２２６）。

【００７７】次に、ステップ２２４で測定された磁束密
度又は磁束密度分布の同期加算平均値と、ステップ２２
６で読み出された正常時の磁束密度又は磁束密度分布の
値とを比較して破断状況を診断する（ステップ２２
８）。例えば、磁束密度を比較する場合、図９のように
測定値と正常値との差ΔＲを演算し、ΔＲに基づいて判
断の有無や破断の程度を判定する。また、磁束密度分布
を比較する場合には、磁束密度の大きさだけでなく、磁
束密度分布の相違や乱れの有無を判定する。

【００７８】そして、表示部４２に、ステップ２２８の
診断結果を表示したり、或いはプリンタに出力して（ス
テップ２３０）、診断を終了する。

【００７９】このように第２の実施の形態においても、
被覆材を剥ぐことなく構造部材の破断状況を診断できる
ので、診断に要する労力や時間を大幅に低減することが
できる。また、亀裂の一部が再度接触しても磁気抵抗が
大きく変化せず、よって周囲の磁束密度が大きく変化す
ることはないため、破断の判別精度を高精度に維持でき
る。

【００８０】さらに、図１２の診断システムにおいて磁
束密度分布を測定する場合、クラックの位置に応じて磁
束密度分布が変化するので、この変化を検出すれば、破
断状況をさらに詳細に判定することができる。例えば、
図１２の磁気センサアレイ６２を移動可能に構成する
か、或いは複数箇所に設置できるように構成し、磁気セ
ンサアレイ６２により各測定ポイント毎に磁束密度分布
を測定していき、磁場の乱れが検出された位置の近傍に
クラックが存在していると判定することができる。

【００８１】なお、上記例では、構造部材に起磁力を印
加する磁化手段として、構造部材の周囲に巻いた１次コ
イルを用いたが、永久磁石を磁場源として構造部材中に
磁束を流しても良い。１つの例として、図１９に示すよ
うに、２つの永久磁石を高透磁率材料で結び付け、生じ
た磁束を鉄骨構造部材を通して閉じさせる。そして、２
つの永久磁石を同期させて回転させることにより、セン
シングにおいて、同期加算平均を用いることが可能とな
りノイズの影響を低減させることができる。

【００８２】図１９の診断システムでは、高透磁率材料
で橋渡しされた２つの永久磁石から生じた閉じた磁束が
鉄骨中を流れ、該鉄骨中のクラックにより発生した磁束
密度分布の乱れを磁気センサアレイで検出し、検出され
た磁束密度分布の乱れからクラックの有無を診断する。
なお、図１９の例は、磁束密度分布を検出する方法であ
るが、構造部材近傍の所定位置での磁束密度を検出する
方法にも適用可能である。 （第３の実施の形態）次に、上記シミュレーション法を
実現する第３の実施の形態を説明する。なお、第１及び
第２の実施の形態と同様の構成については同一の符号を
付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説
明する。

【００８３】図１５には、第３の実施の形態に係る診断
方法の概念図が示されている。同図に示すように、建造
物を構成する柱や梁（構造部材）の各柱梁接合部の各々
にコイルを巻き付けておき、これらのうち任意の１つ又
は複数のコイルを励起用の１次コイルとして動作させ、
残りのコイルを測定用の２次コイルとして用いる。

【００８４】図１５の建造物において１又は複数の１次
コイルを動作させて各柱や梁に磁束を流したとき、いず
れかの柱や梁に破断箇所があると、この柱や梁の磁気抵
抗が顕著に増加するため、流れる磁束が少なくなり、こ
の柱や梁に巻いた２次コイルに誘起される電圧は小さく
なる。また、破断部を有しない他の柱や梁を流れる磁束
も変化し、当該柱や部材に巻いた２次コイルに誘起され
る電圧も変化する。

【００８５】従って、各柱や梁に流れる磁束又はこれに
関連する２次コイルに誘起した電圧の変化に基づいて、
各構造部材の破断状況を診断することができる。

【００８６】第３の実施の形態に係る診断方法を実現す
る診断システムは、各柱梁接合部毎に、図１や図５のよ
うな測定システムを用意し、各測定システムの測定結果
をネットワーク等を介して中央監視装置で集計して診断
を行うように構成することができる。

【００８７】次に、上述のように構成された診断システ
ムによる診断の流れを、図１６のフローチャートを用い
て説明する。

【００８８】図１６のフローチャートに示すように、ま
ず、１又は複数の１次コイルに交流電流を流す（ステッ
プ２４０）。次に、１又は複数の測定ポイント（任意に
選択された柱梁接合部における２次コイルの設置ポイン
ト）の２次コイルに誘起した誘導起電力を検出する（ス
テップ２４２）。

【００８９】次に、ステップ２４２の検出値に基づい
て、２次コイルを貫通した磁束Φの同期加算平均値を演
算する（ステップ２４４）。そして、ステップ２４０で
印加した各１次コイルによる起磁力と、ステップ２４４
で測定された各測定ポイントの磁束Φの同期加算平均値
とに基づいて、当該建造物と等価な磁気回路網を推定
し、各構造部材の磁気抵抗値を求める（ステップ２４
６）。なお、この推定原理は、上記発明の原理で説明し
た方法による。

【００９０】次に、コンピュータ１４のＣＰＵ３０が、
データベース３８に格納されている当該被測定部位の正
常時の磁気抵抗値をＲＡＭ３４に読み出す（ステップ２
５０）。次に、ステップ２４６で推定された磁気抵抗値
と、ステップ２５０で読み出された磁気抵抗値とを比較
し、各構造部材の破断状況を診断する（ステップ２５
２）。そして、診断結果を表示、出力して（ステップ２
５４）、診断を終了する。

【００９１】第３の実施の形態でも、第１及び第２の実
施の形態と同様の効果を奏するが、すべての構造部材の
接合部において起磁力を印加したり磁束を測定しなくて
も、各構造部材の診断が可能となるので、診断に要する
労力や時間をさらに軽減することができる。

【００９２】（第４の実施の形態）第４の実施の形態の
診断システムは、建造物自体に破断状況の診断機能を備
えたもので、その構成を図１７を用いて説明する。な
お、第１〜第３の実施の形態と同様の構成については同
一の符号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分につ
いてのみ説明する。

【００９３】第４の実施の形態の診断システムは、図１
７に示すように、各構造部材の接合部に巻いたコイル
（図１５参照）を用いる。これらのコイルは１次コイル
及び２次コイルの少なくともいずれかのコイルとして使
用可能である。勿論、すべてのコイルを１次コイル及び
２次コイルのいずれにも切り替え可能に構成しても良
い。

【００９４】そして、各１次コイルに交流電流を供給す
るための信号生成・増幅部を各々設置すると共に、各２
次コイルに該コイルの検出データを解析処理するための
演算部を各々設置する。各１次コイル毎の信号生成・増
幅部は、アンプジュール７２を構成し、各２次コイル毎
の演算部は、演算モジュール７６を構成する。なお、１
次コイル及び２次コイルのいずれのコイルにも切り替え
可能なコイルには、信号生成・増幅部及び演算部の両方
を設置しておく。

【００９５】さらに、図１７の診断システムでは、建造
物にビル内ＬＡＮ（Local Area Network) ７４を設けて
おり、ビル内ＬＡＮ７４には、アンプモジュール７２と
演算モジュール７６と共に集中管理室に配置されたコン
ピュータ１４が接続されている。

【００９６】コンピュータ１４は、ビル内ＬＡＮ７４を
介して通信を行うためのネットワークインターフェイス
７０を含んで構成されており、アンプモジュール７２と
演算モジュール７６との間のデータ通信や各モジュール
制御のためのコマンド通信が可能とされている。

【００９７】演算モジュール７６の各演算部は、２次コ
イルの検出データからノイズ成分を除去すると共に増幅
するアンプフィルタ、ＡＤＣ（アナログ→デジタル変換
器）、ＡＤＣのデジタルデータを演算処理するＤＳＰ
（デジタルシグナルプロセッサ）、ビル内ＬＡＮ７４を
介してコンピュータ１４からの指令（１次コイルの交流
電流の同期信号を含む）を受けたり演算処理された測定
データをコンピュータ１４に送出するためのネットワー
クインターフェイスと図示しない電源部とから構成され
ている。これらの構成部は、例えば小さなボード上に集
積され、低コストのコンピュータとして動作される。

【００９８】アンプモジュール７２の各信号生成・増幅
部は、ビル内ＬＡＮ７４を介してコンピュータ１４から
の指令を受けるためのネットワークインターフェイス
と、受信した指令に基づいて任意波形及び任意周波数の
デジタル信号を生成するＤＳＰ（デジタルシグナルプロ
セッサ）と、生成されたデジタル信号をアナログ信号に
変換するＤＡＣ（デジタル→アナログ変換器）と、変換
されたアナログ信号からノイズ成分を除去するアンプフ
ィルタと、図示しない電源部と、から構成されている。
これらの構成部は、例えば小さなボード上に集積され、
低コストのコンピュータとして動作される。

【００９９】図１７の診断システムでは、集中管理室の
コンピュータ１４が、アンプモジュール７２の任意の信
号生成・増幅部を制御して任意の１次コイルに交流電流
を流し、演算モジュール７６の各演算部を制御して２次
コイルに誘起した誘導起電力を測定、演算させ、その結
果を順次送信させる。そして、測定結果を収集し、集計
処理、シミュレーション、データベースに格納された既
存データとの比較、表示、出力等を行う。

【０１００】すなわち、図１７のシステムは、各コイル
毎に、電源及び測定データの演算部を配置し、ビル内Ｌ
ＡＮを介してデータの送受信を可能とした点で図５のよ
うに１つの測定部９と１つの電源部１５とを各コイルに
切り替え接続する方法と比較して次の、のような利
点がある。

【０１０１】 各１次コイル毎にアンプフィルターな
どを設置したため、多数の１次コイルから端子切替装置
２８を介して１つのアンプフィルタに結線する図５のシ
ステムと比較して結線が容易となり、コストを低減する
ことができる。

【０１０２】 各２次コイルの測定データをデジタル
データに変換してからビル内ＬＡＮを介して遠隔のコン
ピュータに転送するため、長さのまちまちな配線で２次
コイルを結ぶ図５のシステムと比較して、２次コイルか
らのアナログ出力の減衰量がまちまちになるのを防ぎ、
高精度の計測が可能となると共に演算モジュール７６の
管理が容易となる。

【０１０３】次に、第４の実施の形態に係る診断システ
ムの自己診断機能の流れを図１８のフローチャートを用
いて説明する。

【０１０４】図１８のフローチャートに示すように、コ
ンピュータ１４が、内蔵された図示しない時計が示した
年月日や時刻をチェックして現在が定期検査時に該当す
るか否か、またはオペレータが入力部４４を用いて破断
状況の診断を指令したか否かを判定する（ステップ２５
０）。定期検査時に該当しないかまたは入力指令無しの
場合（ステップ２５０否定判定）、定期検査時までまた
は入力指令があるまで待機する。

【０１０５】定期検査時または入力指令が有った場合
（ステップ２５０肯定判定）、２つのコイルに挟まれた
被測定部位を特定するための番号ｋに１を代入する（ス
テップ２５２）。すなわち、被測定部位１から測定を開
始することを意味する。

【０１０６】次に、被測定部位ｋの１次コイルへ交流電
流を流す（ステップ２７４）。この場合、コンピュータ
１４が、アンプモジュール７２の被測定部位ｋに相当す
る信号生成・演算部のみを制御して当該パワーアンプに
接続された１次コイルに交流電流を流す。

【０１０７】次に、被測定部位ｋの２次コイルに発生し
た誘導起電力が検出される（ステップ２５６）。検出さ
れた信号はアンプフィルタユニットにより増幅され、Ａ
ＤＣによりデジタルデータに変換される。そして、ＡＤ
Ｃの出力信号がＤＳＰにより演算処理され（ステップ２
５８）、測定データとしてビル内ＬＡＮ７４を介してコ
ンピュータ１４へ転送される（ステップ２６０）。な
お、ＤＳＰによる演算処理として、上述したように１次
コイルを流れる交流電流と同期して加算平均する処理な
どがある。また、測定データはコンピュータ１４のＲＡ
Ｍ３４に一時的に格納される。

【０１０８】コンピュータ１４は、受信した被測定部位
ｋの測定データを解析する（ステップ２６２）。この測
定データの解析によって、上述したように被測定部位ｋ
の磁気抵抗又は磁気抵抗に関連した物理量が求められ
る。

【０１０９】次に、被測定部位ｋの正常データ（正常時
の磁気抵抗値など）をハードディスク３６に格納された
データベース３８から読み出す（ステップ２６４）。そ
して、測定された磁気抵抗値と、正常時の磁気抵抗値と
の比較により被測定部位ｋの破断状況を診断する（ステ
ップ２６６）。

【０１１０】次に、診断された被測定部位ｋの異常の有
無又は破断状況の程度を、表示部４２に表示したり、プ
リンタなどへ出力する（ステップ２６８）。なお、診断
結果の表示、出力は、すべての被測定部位の診断が終了
してから行うようにしても良い。

【０１１１】そして、ｋを１だけインクメントし（ステ
ップ２７０）、ｋが被測定部位の個数Ｎを越えているか
否かを判定する（ステップ２７２）。ｋがＮを越えてい
ない場合（ステップ２７２否定判定）、すなわち全ての
被測定部位に対し測定が終了していない場合、ステップ
２５４に戻り更新された番号の被測定部位に関し、同様
の処理を実行する。

【０１１２】ｋがＮを越えた場合（ステップ２７２肯定
判定）、すなわち、全ての被測定部位が測定終了した場
合、ステップ２５０に戻り、定期診断時又は診断指令が
あるまで待機する。

【０１１３】なお、図１８のフローチャートでは、第１
の実施の形態に係る診断方法を例として挙げたが、図１
７の診断システムにおいて、２次コイルの代わりに、各
構造部材近傍に磁気センサや磁気センサアレイを配置
し、図１８のステップ２５６〜ステップ２６６において
第２の実施の形態に係る診断方法を用いて診断を行うこ
とも可能である。

【０１１４】さらに、ステップ２５４で１又は複数の任
意の１次コイルに同時に交流電流を流し、ステップ２５
６〜ステップ２６６において１又は複数の２次コイルの
測定データに基づいて、第３の実施の形態に係る診断方
法を用いて診断を行うことも可能である。さらに、図１
８では、すべての被測定部位を順番に診断するようにし
たが、入力指定された特定の被測定部位のみを診断する
ことも可能である。

【０１１５】以上のように第４の実施の形態では、建造
物自体に各構造部材の自己診断機能を付与し定期的又は
任意時に破断状況を診断するようにしたので、診断に要
する労力や時間を大幅に低減できると共に破断状況を漏
れなく安定かつ正確にチェックすることができる。ま
た、地震発生後などに、入力部４４を用いて破断状況の
診断を指令することも可能なので、突発的な地震による
被害を直ちに診断し、対処することができ、さらにビル
の経年劣化等を診断する上でもきわめて有効である。よ
って、ビル等の構造建築物の安全性を確保することがで
きる。

【０１１６】以上が本発明の各実施の形態であるが、上
記例にのみ限定されるものではない。例えば、第１の実
施の形態及び第２の実施の形態の診断方法による診断を
同時に行っても良く、この場合、両者の診断結果を併用
してさらに正確な診断が可能となる。

【０１１７】また、ノイズ抑制技術として、同期加算平
均値を演算する方法以外に、同期検波技術やパルス圧縮
技術を用いることも可能である。このパルス圧縮技術で
は、１次コイルに任意波形の交流電流を流し、２次コイ
ルで検出された誘導起電力を、Ｍ系列で代表される符号
化系列若しくはチャープ信号を用いてパルス圧縮し、こ
のパルス圧縮された値に基づいて構造部材の磁気抵抗を
推定する。これによって、ノイズの影響を低減し、より
正確な破断状況の検査ができる。

【０１１８】また、任意のコイルを１次コイルとし、他
のコイルを２次コイルとした場合、２次コイルは、１次
コイルと同じ部材の柱梁接合部でなくとも良く、少し離
れた部材の柱梁接合部を用いても良い。

【０１１９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、磁気抵抗が部材の破断状況によって敏感に変化
することに着目し、被測定部位の磁気抵抗又は磁気抵抗
に関連した物理量に基づいて、被測定部位の破断状況を
診断するようにしたので、被覆材を剥ぐことなく、破断
状況を正確に診断することができ、診断に要する労力、
時間を大幅に低減させることができる、という効果が得
られる。また、亀裂の一部が再度接触しても磁気抵抗が
大きく変化することはないため、本発明では、破断の判
別の精度を保持することができる。

【０１２０】請求項２の発明によれば、建造物を構成す
る複数の構造部材の１又は複数の第１の端部に印加され
た起磁力と、磁束が貫流された複数の構造部材の１又は
複数の第２の端部で測定された磁束又は磁束に関連した
物理量とに基づいて、建造物と等価な磁気回路網を推定
することにより各構造部材の磁気抵抗又は磁気抵抗に関
連した物理量を推定し、この推定値より各構造部材の破
断状況を診断するようにしたので、被覆材を剥ぐことな
く破断状況を正確に診断することができると共に破断の
判別の精度を保持することができる、という効果が得ら
れる。さらに、本発明では、すべての構造部材を流れる
磁束を測定しなくとも各磁気抵抗が推定できるので、破
断状況の診断精度を低下させることなく、測定ポイント
数を可能な限り減らすことができ、建造物の診断に要す
る労力を軽減することができる。

【０１２１】請求項３の発明によれば、請求項１又は請
求項２記載の発明において、第１の端部の周囲に巻き付
けられた第１のコイルで起磁力を印加し、第２の端部の
周囲に巻き付けられた第２のコイルで磁束又は磁束に関
連した物理量を測定するようにしたので、簡単な診断シ
ステムにより破談状況の診断が実現できる、というさら
なる効果が得られる。

【０１２２】請求項４の発明によれば、第２のコイルに
誘起した誘導起電力の検出値を第１のコイルを流れる交
流電流の周波数と同期させて加算平均し、この加算平均
された値に基づいて磁束又は磁束に関連した物理量を測
定するようにしたので、第１のコイル以外の磁気源から
の磁気ノイズの影響を低減させることができる、という
さらなる効果が得られる。

【０１２３】請求項５の発明によれば、起磁力が印加さ
れた被測定部位周囲の磁束密度又は磁束密度分布に基づ
いて、被測定部位の破断状況を診断するようにしたの
で、被覆材を剥ぐことなく破断状況を正確に診断するこ
とができると共に破断の判別の精度を保持することがで
きる、という効果が得られる。さらに、磁束密度分布を
測定した場合には、微小なクラックによる磁場の乱れに
よって該クラックの位置を推定できるので、破断状況を
さらに詳細に判別することができる。

【０１２４】請求項６の発明によれば、第２のコイルに
誘起した誘導起電力の検出値を第１のコイルを流れる交
流電流の周波数又は２つの永久磁石の回転周波数と同期
させて加算平均し、この加算平均された値に基づいて磁
束又は磁束に関連した物理量を測定するようにしたの
で、第１のコイル又は２つの永久磁石以外の磁気源から
の磁気ノイズの影響を低減させることができる、という
さらなる効果が得られる。

【０１２５】請求項７の発明によれば、第１のコイルを
流れる交流電流の周波数又は２つの永久磁石の回転周波
数を、商用電源を含む磁気的雑音源の周波数及び該周波
数の高調波以外の周波数に設定したので、磁気的雑音源
によるノイズの影響をさらに低減することができる、と
いう効果が得られる。

【０１２６】請求項８の発明によれば、建造物自体に各
構造部材の自己診断機能を付与し定期的又は任意時に破
断状況を診断するようにしたので、診断に要する労力や
時間を大幅に低減できると共に破断状況を漏れなく安定
かつ正確にチェックすることができる、という効果が得
られる。また、地震発生後などに、破断状況の診断を指
令することも可能なので、突発的な地震による被害を直
ちに診断し、対処することができ、さらにビルの経年劣
化等を診断する上でもきわめて有効であるので、ビル等
の構造建築物の安全性を確保する上で優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る診断システム
の構成ブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の原理を説明するた
めの図であって、（ａ）は被測定部位に印加する起磁
力、磁気抵抗、及び磁束Φの関係を示す図、（ｂ）は、
磁化手段及び測定手段をコイルで実現した場合の図であ
る。

【図３】破断による構造部材の磁気抵抗の変化を説明す
るための構造部材の概念図であって、（ａ）は破断して
いない場合、（ｂ）は一部破断の場合、（ｃ）は完全に
破断している場合の図である。

【図４】梁柱接合部に励起用及び測定用のコイルを巻き
付けた例を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る診断システム
の他の例を示す構成ブロック図である。

【図６】本発明で用いるコンピュータの構成ブロック図
である。

【図７】本発明の第１の実施の形態に係る診断システム
及び図４で示したコイルにより実際に診断を行う際の態
様を示す図である。

【図８】本発明の第１の実施の形態に係る診断システム
及び被覆材の周囲に巻いたコイルにより実際に診断を行
う際の態様を示す図である。

【図９】本発明の第１の実施の形態に係る診断システム
による診断の流れを示すフローチャートである。

【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る非破壊診断
方法の概念図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る診断システ
ム（所定位置で磁束密度測定を行う場合）の構成ブロッ
ク図である。

【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る診断システ
ム（磁束密度分布の測定を行う場合）の構成ブロック図
である。

【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る診断システ
ムによる診断の流れを示すフローチャートである。

【図１４】本発明の第３の実施の形態の原理を説明する
ための図であって、（ａ）は簡単な建造物モデル、
（ｂ）は該建造物モデルの等価磁気回路網を示す図であ
る。

【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る非破壊診断
方法の概念図である。

【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る診断システ
ムによる診断の流れを示すフローチャートである。

【図１７】本発明の第４の実施の形態に係る診断システ
ムの構成ブロック図である。

【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る診断システ
ムによる診断の流れを示すフローチャートである。

【図１９】永久磁石を磁場源とする場合の概念図であ
る。

【符号の説明】

９ 測定部 １０ アンプフィルタユニット １２ ＡＤ変換器 １４ コンピュータ １５ 電源部 １６ ファンクションジェネレータ １８ パワーアンプ ２２ １次コイル ２４ ２次コイル ３０ ＣＰＵ ３８ データベース ４２ 表示部 ４４ 入力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井川 憲男 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 小川 孝寿 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 柿沢 忠弘 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 山崎 慶太 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 鶴岡 孝輔 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 梅国 章 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 三上 忠雄 千葉県印西市大塚１丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造部材の被測定部位の第１の端部に起
   磁力を印加する磁化工程と、 前記起磁力により磁束が貫流された被測定部位の第２の
   端部で、磁束又は磁束に関連した物理量を測定する測定
   工程と、 前記第１の端部で印加された起磁力と前記第２の端部で
   測定された磁束又は磁束に関連した物理量とに基づい
   て、被測定部位の第１の端部から第２の端部までの磁気
   抵抗又は磁気抵抗に関連した物理量を推定する推定工程
   と、 前記推定工程により推定された磁気抵抗又は磁気抵抗に
   関連した物理量に基づいて、被測定部位の破断状況を診
   断する診断工程と、 からなることを特徴とする構造部材破断の非破壊診断方
   法。
2. 【請求項２】 建造物を構成する複数の構造部材の１又
   は複数の第１の端部に起磁力を印加する磁化工程と、 前記起磁力により磁束が貫流された複数の構造部材の１
   又は複数の第２の端部で、磁束又は磁束に関連した物理
   量を測定する測定工程と、 前記第１の端部で印加された起磁力と前記第２の端部で
   測定された磁束又は磁束に関連した物理量とに基づい
   て、前記建造物と等価な磁気回路網を推定することによ
   り各構造部材の磁気抵抗又は磁気抵抗に関連した物理量
   を推定するシミュレーション工程と、 前記シミュレーション工程により推定された各構造部材
   の磁気抵抗又は磁気抵抗に関連した物理量に基づいて、
   各構造部材の破断状況を診断する診断工程と、 からなることを特徴とする構造部材破断の非破壊診断方
   法。
3. 【請求項３】 前記磁化工程は、 前記第１の端部の周囲に巻き付けられた第１のコイルに
   交流電流を流す工程であると共に、 前記測定工程は、 前記第２の端部の周囲に巻き付けられた第２のコイルに
   誘起された誘導起電力に基づいて、磁束又は磁束に関連
   した物理量を測定する工程であることを特徴とする請求
   項１又は請求項２記載の構造部材破断の非破壊診断方
   法。
4. 【請求項４】 前記測定工程は、 前記第２のコイルに誘起した誘導起電力の検出値を前記
   第１のコイルを流れる交流電流の周波数と同期させて加
   算平均し、この加算平均された値に基づいて磁束又は磁
   束に関連した物理量を測定することを特徴とする請求項
   ３記載の構造部材破断の非破壊診断方法。
5. 【請求項５】 構造部材の被測定部位の第１の端部に起
   磁力を印加する磁化工程と、 前記磁化工程により磁束が貫流された被測定部位の周囲
   の磁束密度又は磁束密度分布を測定する測定工程と、 前記測定工程により測定された被測定部位周囲の磁束密
   度又は磁束密度分布に基づいて、被測定部位の破断状況
   を診断する診断工程と、 からなることを特徴とする構造部材破断の非破壊診断方
   法。
6. 【請求項６】 前記磁化工程は、 前記第１の端部の周囲に巻き付けられた第１のコイルに
   交流電流を流す工程及び前記第１の端部の近傍において
   高透磁率材料で橋渡しされた２つの永久磁石を同期して
   回転させる工程のいずれかであると共に、 前記測定工程は、 磁束密度又は磁束密度分布の検出値を前記第１のコイル
   を流れる交流電流の周波数又は前記２つの永久磁石の回
   転周波数と同期させて加算平均し、この加算平均された
   値を測定結果とすることを特徴とする請求項５記載の構
   造部材破断の非破壊診断方法。
7. 【請求項７】 前記第１のコイルを流れる交流電流の周
   波数又は前記２つの永久磁石の回転周波数を、商用電源
   を含む磁気的雑音源の周波数及び該周波数の高調波以外
   の周波数に設定したことを特徴とする請求項４又は請求
   項６記載の構造部材破断の非破壊診断方法。
8. 【請求項８】 複数の構造部材からなる診断機能付建造
   物であって、 各構造部材の所定箇所から起磁力を印加可能な複数の磁
   化手段と、 各構造射部材を貫流する磁束又は磁束に関連した物理量
   を各々測定可能な第１の測定手段、及び各構造部材の周
   囲の磁束密度又は磁束密度分布を各々測定可能な第２の
   測定手段の少なくともいずれかの測定手段と、 定期的に又は診断の指令を受けたときに、請求項１乃至
   請求項７のいずれか１項記載の構造部材破断の非破壊診
   断方法により、前記磁化手段及び前記測定手段を用いて
   前記複数の構造部材の破断状況の診断を行う制御手段
   と、 を有することを特徴とする診断機能付建造物。