JPH10318994A

JPH10318994A - 岩盤崩落予知における検出信号処理方法

Info

Publication number: JPH10318994A
Application number: JP9129770A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Ishise; 俊明石瀬; Takafumi Shimokouchi; 隆文下河内; Yuichi Komura; 雄一甲村; Munenori Hatanaka; 宗憲畑中; Takao Ueda; 貴夫上田; Masaaki Endo; 正明遠藤
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-12-04
Anticipated expiration: 2017-05-20
Also published as: JP3530948B2

Abstract

(57)【要約】【課題】カウンターのリングダウンカウント動作をそ
のまま利用して、検出したＡＥ波のイベント発生を、各
イベント別に判断できにようにし、イベント検出の回路
を簡略化し、イベント数の正確なカウントを得る。【解決手段】ＡＥ波の最も長い１サイクルよりも長
く、最も短い１イベント時間よりも短く設定したカウン
ト単位時間毎にリングダウン計数をカウントし、リング
ダウン計数が連続して“１”以上となったカウント単位
時間のつながりを、“１”イベントと判断することによ
り、ソフトウエアの工夫によりハードウエアを単純化し
てイベント計測機をコンパクトにかつ低コストで得ると
共に、正確にＡＥ波の状態を知ることのできるイベント
を得るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アコースティクエ
ミッションを利用した岩盤崩落予知における、検出され
たアコースティクエミッション波の処理方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】道路や建築物等に臨んだ岩盤が崩落する
ことによる事故、特に人的事故の発生を防止すべく、一
般には、危険と思われる場所に定期的に巡回監視し、目
視による経験的判断に従って、岩盤崩落を予測している
が、その判断基準がきわめて不明確であるがために、正
確な予測を得ることができず、このため重大な人的事故
の発生を防止することができないのが現状である。

【０００３】この現状の上記した不満に対する対応策と
して、アコースティクエミッション（以下、ＡＥと記
す）現象を岩盤の崩落予知に利用しようとする技術が注
目されている。

【０００４】すなわち、岩盤の崩落は、岩盤内部を含め
た岩盤全体の亀裂部分での崩壊によって生じるものであ
るが、岩盤の亀裂部分の崩壊につながる拡大変化とか、
亀裂の新たな発生とかの岩盤内部の物理的変化には、必
ずＡＥ音が発生するので、このＡＥ音をＡＥセンサーで
検知し、この検知したＡＥ音に従って岩盤の崩落発生の
可能性の程度を判断するのである。

【０００５】このＡＥを利用した岩盤崩落予知技術にお
いて、ＡＥ計測で種々のＡＥパラメータがるが、多くの
実験および研究から、種々のＡＥパラメータの内、“イ
ベント”が最も破壊現象に対応する有力なパラメータで
あると考えられている。

【０００６】“イベント”とは、検出されたＡＥ波の各
波の波高値を検知し、予め設定したしきい値を越える波
高値の波が出始めてから、波の波高値がしきい値以下に
納まるまでを“１イベント”として数えるようにしたも
ので、一定期間内におけるこのイベント数により岩盤崩
落の危険度を判断する。

【０００７】イベントの検出は、図６に示すように、岩
盤に固定されたＡＥセンサー１により検出されたＡＥ波
ａ（図４（イ）参照）を、増幅器とフィルター回路とで
構成した整形回路２で整形してから、調整抵抗４でしき
い値ｂを設定したコンパレータ３により、波高値がしき
い値ｂを越えるＡＥ波ａ（図４（ロ）参照）の各波をカ
ウントパルスｅ（図４（ハ）参照）として出力し、この
カウントパルスｅをアナログ回路で一般的に使われてい
る周波数カウンターであるカウンター５で累積カウント
して行う。

【０００８】１イベントは、複数のカウントパルスｅの
集合で構成されているので、この複数のカウントパルス
ｅをイベントとしてカウントするには何らかの工夫が必
要となるが、現在一般的に行われている工夫は、図５に
示す休止時間法である。

【０００９】このイベントカウント手法としての休止時
間法は、多くのデータから１イベントの継続時間を１０
msecと定め、図５に示すように、ＡＥ波の波高値が最初
にしきい値ｂを越えた時点ｔから、休止信号ｆを、１イ
ベントの継続時間として定めた１０msecと同じ時間長の
休止時間ｇの間、立ち上げ、この立ち上がった休止信号
ｆによりカウンター５のカウント動作を休止させ、これ
によりカウンター５のカウント数とイベント数とを一致
させるようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術にあっては、カウンター５の動作を、一定の
休止時間ｇの間、休止させる必要があることから、カウ
ントパルスｅをカウンター５に入力させてから、このカ
ウンター５を休止させる手段、一定の休止時間ｇの休止
信号ｆを出力する手段等が回路構成上必要となり、この
ためＡＥ波ａ信号処理のための電気回路構成が複雑で大
型となると共に、高コストとなり、手軽に危険な場所に
設置できるものとはなり得ない、と云う問題があった。

【００１１】すなわち、従来の休止時間法を実施したＡ
Ｅ波ａの処理回路としては、例えば図６に示すように、
カウンター５に、アンド回路９とフリップフロップ回路
１０と休止時間タイマー１１とを組合せてカウンター回
路８を構成する必要がある。

【００１２】この図６図示のカウンター回路８は、コン
パレータ３から最初のカウントパルスｅがアンド回路９
の一方の入力端子に信号“１”として入力すると、フリ
ップフロップ回路１０から他方の入力端子に信号“１”
が入力しているアンド回路９は信号“１”を出力し、こ
の信号“１”を、カウンター５に入力させてカウントさ
せると共に、フリップフロップ回路１０に第一の反転回
路１２を経て入力させることにより、このフリップフロ
ップ回路１０の一方の出力端子（Ｑ端子）に信号“１”
を出力させ、他方の出力端子に信号“０”を出力させ
る。

【００１３】フリップフロップ回路１０の一方の出力端
子からの信号“１”は、休止時間タイマー１１を作動さ
せ、休止時間タイマー１１から、休止時間ｇの休止信号
ｆを第二の反転回路１３を介してフリップフロップ回路
１０のＣ端子に入力させて、この休止信号ｆの入力して
いる間、フリップフロップ回路１０の状態を不変に保持
し、フリップフロップ回路１０の他方の出力端子からの
信号“０”は、アンド回路９に入力され、アンド回路９
の出力を信号“０”に保持するので、アンド回路９の出
力が信号“０”に保持されている間、すなわち休止時間
ｇの間、カウンター５は１カウントした後、休止するこ
とになる。

【００１４】このように、休止時間ｇを一定値に設定し
て、この時間を１イベントの時間としているので、実際
に検出されるＡＥ波ａの１イベント時間幅とは必ずしも
一致せず、このため連続的に発生した二つのイベントを
“１”イベントとカウントしたり、反対に時間幅の長い
一つのイベントを“２”イベントとカウントすることが
多々あり、得られるイベントカウント数の精度に不満が
ある、と云う問題があった。

【００１５】すなわち、ＡＥ波ａの実際の１イベント時
間は、ほぼ４msec〜２０msecの範囲内となるのである
が、１イベント時間が４msecのＡＥ波ａが二つ連続的に
検出されても、この場合は１イベントとしてカウントさ
れることになり、反対に１イベント時間が２０msecのＡ
Ｅ波ａが検出された場合には、２イベントとしてカウン
トされることになる。

【００１６】また、得られるイベント数は、一定期間内
にしきい値をこえたＡＥ波が何回発生したかを示すだけ
のものであるため、得られたイベントからＡＥ波の強さ
（振幅）を判断することは全くできず、このためイベン
トだけでは、より正確に岩盤の破壊現象の進行程度を判
断することができない、と云う問題があった。

【００１７】そこで、本発明は、上記した従来技術にお
ける問題点を解消すべく創案されたもので、カウンター
のリングダウンカウント動作をそのまま利用して、検出
したＡＥ波のイベント発生を、各イベント別に判断でき
るようにすることを技術的課題とし、もってイベント検
出のための回路構成の簡略化を達成すると共に、イベン
ト数の正確なカウントを得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
る本発明の内、請求項１記載の発明の手段は、検出され
るＡＥ波の内の最も周波数の低い波の一サイクルよりも
長く、統計的に求められたＡＥ波の最も短い１イベント
時間よりも短く設定したカウント単位時間毎に、予め設
定したしきい値を越えるＡＥ波の波の数であるリングダ
ウン計数をカウントすること、このカウントしたリング
ダウン計数が連続して“１”以上となったカウント単位
時間のつながりを“１”イベントと判断すること、にあ
る。

【００１９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明に、検出されるＡＥ波を、しきい値を異なる値に設定
した複数のコンパレータに並列に入力し、この各コンパ
レータの出力を個々にカウンターに入力して、単一ＡＥ
波からしきい値を異にした複数のイベントを検出するこ
と、を加えたものである。

【００２０】請求項３記載の発明は、請求項１および２
記載の発明のカウント単位時間を、１msecに設定した、
ものである。

【００２１】ＡＥセンサーによるＡＥ音の検出は、ＡＥ
センサーが感知した信号波の内、情報としての信頼性が
高いと経験的に判断される周波数範囲や、ＡＥセンサー
が設置される岩盤の性質により一定に定めることはでき
ないのであるが、ＡＥセンサーのＡＥ音感知能力、ＡＥ
音の岩盤伝達特性、雑音の地域的特性等により、例えば
３ＫHz〜５０ＫHzの周波数範囲の波をＡＥ波として検出
対象としている。

【００２２】このように、検出されるＡＥ波の周波数
は、例えば３ＫHz〜５０ＫHzの範囲に設定されているの
で、カウント単位時間を、ＡＥ波の最も周波数の低い波
の一サイクルよりも長く、ＡＥ波の最も短い１イベント
時間、すなわち４msecよりも短く設定することにより、
ＡＥ波に、しきい値を越える波高値の波が連続して発生
した場合には、この波の数が各カウント単位時間毎に、
“１”以上のリングダウン計数としてカウントされ、こ
のリングダウン計数が“１”以上となるカウント単位時
間は、ＡＥ波にしきい値を越える波高値の波が発生しな
くなるまで、連続する。

【００２３】それゆえ、リングダウン計数の配列を見れ
ば、“０”の連続の中に“１”以上の数の連続が位置す
ることになり、この“１”以上の数の連続を１イベント
と判断することができると共に、この１イベントの時間
長は、“１”以上の数の連続した個数とカウント単位時
間との積により求められる。

【００２４】カウンターのカウント動作を、予め設定し
たカウント単位時間毎に行わせること、およびカウンタ
ーにおけるカウント単位時間毎のリングダウン計数を連
続して読み込むこと、そして読み込んだリングダウン計
数の連続から１イベントの有無を判断すると共に、検出
した１イベントの時間幅を求めることの全ては、コンピ
ュータ側の動作であるので、コンピュータのソフトウエ
アを工夫することにより、カウンター回路をカウンター
単体で構成することが可能となり、カウンター機能部分
の構成がきわめて簡単化すると共に、装置費用が大幅に
低減化することになる。

【００２５】請求項２記載の発明にあっては、単一ＡＥ
波からしきい値の異なる複数のイベントを得ることがで
きるので、しきい値の異なるイベントの比較により、検
出したＡＥ波の強さ（振幅）の程度を判断することがで
きる。

【００２６】この場合、カウンター機能部分は、一つの
カウンターで構成することができるので、コンパレータ
とカウンターを複数設けても、コンパレータとカウンタ
ーの組合せ構造が複雑化することがなく、また個々のコ
ンパレータおよびカウンターの消費電力は小さいので、
消費電力が大幅に増大する恐れもなく、さらにコンパレ
ータおよびカウンター共に安価なものであるので、装置
費用が大きく増加することもない。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図１ないし図３を
参照しながら説明する。図１は、本発明方法を実施した
最も基本的な回路構成を示すもので、ＡＥセンサー１で
検出したＡＥ波ａを、整形回路２を通して、基準端子の
電圧値を調整抵抗４でしきい値ｂに設定したコンパレー
タ３の比較入力端子に入力し、コンパレータ３の出力で
あるカウントパルスｅを、クロック６の接続されたカウ
ンター５で、コンピュータ７により設定された一定のカ
ウント単位時間ｃ毎にカウントしてリングダウン計数ｄ
を得、このリングダウン計数ｄを各カウント単位時間ｃ
終了毎にコンピュータ７が読み込み、この読み込んだリ
ングダウン計数ｄをコンピュータ７に順に記憶する。

【００２８】この図１に示した回路によるＡＥ波ａの具
体的な処理は、例えば図２に示すように、検出されるＡ
Ｅ波ａは、予め３ＫHz〜５０ＫHzの周波数範囲に設定さ
れており、１イベントの時間は統計的に４msec〜２０ms
ecの範囲内であることから、周波数の低いＡＥ波ａでも
連続したリングダウン計数ｄを得ることができ、また短
時間の１イベントでも、イベントとして検出することが
できるように、カウント単位時間ｃを１msecに設定して
行う。

【００２９】図２から明らかなように、検出されたＡＥ
波ａに、コンパレータ３でのしきい値ｂを越える波高値
の波が現れ始めると、各カウント単位時間ｃ毎にリング
ダウン計数ｄが計数されるので、このリングダウン計数
ｄの“１”以上の値の連続、すなわち「１、３、３、
３、２」の配列により、“１”イベントが発生したと判
断することができ、この発生した“１”イベントは、カ
ウント単位時間ｃと、リングダウン計数ｄが“１”以上
となったカウント単位時間ｃの数との積である５msecで
あると判断することができる。

【００３０】カウンター５で計数されたリングダウン計
数ｄは、各カウント単位時間ｃ終了毎にコンピュータ７
に読み込まれて記憶され、このコンピュータ７が崩落の
危険がある岩盤に近い辺鄙な場所に設置されている場合
には、適当な手法により、岩盤の崩落危険状態を広域的
に監視している中央監視所のメインコンピュータにデー
タとして送信する。

【００３１】図３は、一つのＡＥセンサー１に、異なる
しきい値ｂに設定した複数（図示実施例の場合、３つ）
のコンパレータ３とカウンター５との組合せを接続して
一つのＡＥ波ａの処理回路を構成し、この処理回路を一
つのコンピュータ７に複数接続して、或る程度の広さの
岩盤域の崩落危険程度を監視するようにしたものであ
る。

【００３２】この図３図示実施例において、一つの処理
回路における各コンパレータ３の調整抵抗４により設定
されるしきい値ｂは、順に大きい値に設定されており、
それゆえ高いしきい値ｂに設定された処理回路からイベ
ントが検出された場合には、検出したＡＥ波ａが強いも
のであると判断することができ、これによりイベントに
よる岩盤の状態判断をより精度良く正確なものとするこ
とができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、上記した構成となっているの
で、以下に示す効果を奏する。コンピュータのソフトウ
エアの工夫により、コンパレータとカウンターの組合せ
だけで、イベント発生を検出することができるので、イ
ベント計測機のハードウエアの構造を大幅に単純化する
ことができ、もってイベント計測機をコンパクトにかつ
低コストで製作することができる。

【００３４】イベント計測機をコンパクトにかつ低コス
トで製作することができるので、一定の予算内で多数の
イベント計測機を広い地域に設置することが可能とな
り、もって崩落の危険があると判断される岩盤の監視
を、広域にわたってきめ細かく達成することができ、高
い事故防止対策効果を得ることができる。

【００３５】イベント発生の検出だけではなく、発生し
た各イベントの時間幅も知ることができるので、検出し
たイベントの大きさおよび強さを略正確に判断すること
ができ、もってイベントをパラメータとした岩盤崩落の
危険程度の判定を精度良く行うことができる。

【００３６】請求項２記載の発明にあっては、単一のＡ
Ｅ波から、しきい値の異なるイベントを検出することが
できるので、イベントを発生させたＡＥ波のＡＥエネル
ギーの程度を略正確に判断することができ、もってイベ
ントをパラメータとした岩盤崩落の危険程度の判定をき
わめて高い精度で正確に行うことができる。

【００３７】請求項３記載の発明にあっては、現在、一
般に適当と経験的に判断されているＡＥ波の周波数条件
およびイベント継続時間条件下で、イベント発生時に、
カウント単位時間内に確実に“１”以上のリングダウン
計数を検出することができると共に、そのカウント単位
時間がイベント継続時間の最小値および最大値の最小公
約数であるので、計算処理がきめて容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施すべく構成した電気回路の、最も
基本的構成を示す回路図。

【図２】本発明の検出動作の一例を示す、説明線図。

【図３】本発明を実施したイベント検出回路の好ましい
実施形態を示す、電気回路図。

【図４】感知したＡＥ波からイベントを検出する動作原
理の説明線図。

【図５】従来のイベント検出の動作を示す説明線図。

【図６】従来のイベント検出回路の一例を示す、電気回
路図。

【符号の説明】

１；ＡＥセンサー２；整形回路３；コンパレータ４；調整抵抗５；カウンター６；クロック７；コンピュータ８；カウンター回路９；アンド回路１０；フリップフロップ回路１１；休止時間タイマー１２；第一の反転回路１３；第二の反転回路ａ；ＡＥ波ｂ；しきい値ｃ；カウント単位時間ｄ；リングダウン計数ｅ；カウントパルスｆ；休止信号ｇ；休止時間ｔ；時点

フロントページの続き (72)発明者畑中宗憲千葉県印西市大塚１丁目５番地１株式会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者上田貴夫東京都中央区銀座八丁目21番１号株式会社竹中工務店東京本社内 (72)発明者遠藤正明埼玉県大宮市大成町１−490

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出されるアコースティックエミッショ
ン波(a) の内の最も周波数の低い波の一サイクルよりも
長く、統計的に求められた前記アコースティックエミッ
ション波(a) の最も短い“１”イベント時間よりも短く
設定したカウント単位時間(c) 毎に、予め設定したしき
い値(b) を越える前記アコースティックエミッション波
(a) の波の数であるリングダウン計数(d) をカウント
し、該カウントしたリングダウン計数(d) が連続して
“１”以上となった前記カウント単位時間(c) のつなが
りを“１”イベントと判断する岩盤崩落予知における検
出信号処理方法。
【請求項２】検出されるアコースティックエミッショ
ン波(a) を、しきい値(b) を異なる値に設定した複数の
コンパレータ(3) に並列に入力し、該各コンパレータ
(3) の出力を個々にカウンター(5) に入力して、前記単
一アコースティックエミッション波(a) からしきい値
(b) を異にした複数のイベントを検出する請求項１記載
の岩盤崩落予知における検出信号処理方法。
【請求項３】カウント単位時間(c) を、“１msec”に
設定した請求項１記載の岩盤崩落予知における検出信号
処理方法。