JP3822802B2 - Concrete evaluation method and concrete evaluation equipment using impact sound - Google Patents

Description

である。得られたスカログラム（前記公報における、コンターで表示したスケーログラムに同じ）による判定は、
（イ）コンクリートに内在する空洞部では、打撃にともなう振動の内、長周期成分（低周波数、スケーリングファクターａの数字が大きいに同じ）の継続時間が長いほど、また、
（ロ）長周期成分の継続時間が長く、長周期成分と短周期成分の継続時間が異なるほど、
空洞の可能性が高いとするに止まり、
1.コンクリートの厚さ（覆工厚さ、巻厚）
を評価することが困難なため、これの評価手法が要請されていた。
斯かる要請に鑑みて、長年の研究から、マザー関数を特殊な関数に変えれば上記要請を満足することを見いだした。
本発明は、コンクリートの厚さを評価可能な、打撃音によるコンクリートの評価手法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、コンクリートの表面を打撃した際に発する打撃音を採取し、該採取した音をウェーブレット変換してスカログラムを作成することにより、前記コンクリートの厚さおよび空洞の有無をも評価可能な、打撃音によるコンクリートの評価手法であって、塩化ビニール管と、該塩化ビニール管の内部に装入された、中間にゴム管が挟まれた硬質スポンジ管と、該硬質スポンジ管の内部に装入されたコルク管よりなる円筒状フードを備えた円筒状フード付きマイクロフォンを用い、前記打撃音の採取に際し、前記円筒状フードの前端部を、前記コンクリートの打撃位置の近傍に押し付けることを特徴とする、打撃音によるコンクリートの評価手法に存する。
請求項２記載の発明の要旨は、前記ウェーブレット変換において、ｘを測定時間、ｆ（ｘ）を採取された音の時系列データ、ａをスケーリングファクター、ｂを経過時間、Ψ（（ｘ−ｂ）／ａ）をマザー関数として、ウェーブレット変換式
【数４】

におけるマザー関数が、σを窓の幅として、
【数５】

であることを特徴とする、請求項１に記載の、打撃音によるコンクリートの評価手法に存する。
請求項３記載の発明の要旨は、前記コンクリートの表面に鋼球を衝突させることにより、前記コンクリート内部に発生した弾性波を採取することを特徴とする請求項１または２に記載の、打撃音によるコンクリートの評価手法に存する。
請求項４記載の発明の要旨は、前記スカログラムにおける概ね０．２ｋＨｚから１．０ｋＨｚに発現するピークに着目することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の、打撃音によるコンクリートの評価手法に存する。
請求項５記載の発明の要旨は、前記スカログラムにおける概ね２．０ｋＨｚから２０．０ｋＨｚに発現するピークに着目することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の、打撃音によるコンクリートの評価手法に存する。
請求項６記載の発明の要旨は、コンクリートの表面を打撃した際に発する打撃音を採取するコンクリート評価装置であって、
前記打撃音を採取するマイクロフォンと、前記打撃音を採取するに際して、前端部が前記コンクリートの打撃位置の近傍に押しつけられる円筒状フードとからなる円筒状フード付きマイクロフォンを有し、前記円筒状フードは、塩化ビニール管と、該塩化ビニール管の内部に装入された、中間にゴム管を挟んだ外側の硬質スポンジ管および内側の硬質スポンジ管と、該内側の硬質スポンジ管の内部に装入されたコルク管と、からなることを特徴とするコンクリート評価装置に存する。
請求項７記載の発明の要旨は、コンクリートの表面を打撃した際に発する打撃音を採取し、該採取した音をウェーブレット変換してスカログラムを作成することにより、前記コンクリートの厚さおよび空洞の有無をも評価可能な、打撃音によるコンクリートの評価装置であって、
前記打撃音を採取するマイクロフォンと、前記打撃音を採取するに際して、前端部が前記コンクリートの打撃位置の近傍に押しつけられる円筒状フードとからなる円筒状フード付 きマイクロフォンを有し、前記円筒状フードは、塩化ビニール管と、該塩化ビニール管の内部に装入された、中間にゴム管を挟んだ外側の硬質スポンジ管および内側の硬質スポンジ管と、該内側の硬質スポンジ管の内部に装入されたコルク管と、からなることを特徴とするコンクリート評価装置に存する。
請求項８記載の発明の要旨は、前記マイクロフォンが、緩衝材を介して支持されることを特徴とする請求項６または７に記載のコンクリート評価装置に存する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係わる打撃音によるコンクリートの評価手法を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００７】
まず、実験装置について説明する。
（実験装置）
本実験装置として、一定の力で打撃すべく図３に示す打撃装置１を用いた。打撃装置１は、支持板１０に支柱１１が立設され、支柱１１により円環状の前面板１２が支持板１０と平行に設置されている。前面板１２の貫通穴１３の周囲に、ゴム支持部１４が円周上で等間隔（４５゜ピッチで円周上８箇所）に設置され、後記ゴム体３０の一端が設置されている。
また、打撃ヘッド２０は、鋼球２１（直径２５ｍｍ）と、鋼球２１に固定された強磁性材料により形成された円盤状の吸着板２２により形成され、吸着板２２の外周に沿ってゴム取付部２３が等間隔（４５゜ピッチで円周上８箇所）に設置され、後記ゴム体３０の一端が設置されている。
【０００８】
ゴム体３０の両端は、ゴム支持部１４とゴム取付部２３に設置され、それぞれのゴム体３０は、緊張状態（伸びた状態）で放射状に配置され、打撃ヘッド２０の中心が貫通穴１３の中心と略一致するように、打撃ヘッド２０を弾性的に支持している。そして、打撃ヘッド２０の鋼球２１の先端は、貫通穴１３を貫通して、前面板１２の支持板１０の反対面に突出自在である。
さらに、支持板１０には、電磁石４０を前後進自在に支持する電磁石移動手段４１が設置され、電磁石移動手段４１に、その中心が貫通穴１３の中心と略一致するように、電磁石４０が支持されている。
【０００９】
したがって、電磁石４０を前進して、打撃ヘッド２０を吸引した後、所定の距離だけ後退し（図３に示す状態）、打撃装置１をコンクリートの表面の所定の被打撃位置に配置し、かつ、後記フード５１の端部をコンクリートの表面に軽く押し当てた後、電磁石４０の励磁を停止することにより、電磁石の吸引力から開放された打撃ヘッド２０が、引張り力によって、コンクリートの表面を打撃するものである。
【００１０】
さらに、支柱１１のひとつに一対の固定腕５２が設置され、固定腕５２に打撃音を採取するためのマイクロフォン５０（可聴域２０ｋＨｚまで）が、緩衝材５８を介して設置されている。また、該マイクロフォン５０には、円筒状のフード５１が設置されている。フード５１は、外径７０ｍｍｍの塩化ビニール管５３と、塩化ビニール管５３の内部に装入された、中間に厚さ２ｍｍのゴム管５４を挟さんだ外側の硬質スポンジ管５５および内側の硬質スポンジ管５６と、内側の硬質スポンジ管５６（内径３２ｍｍ）の内部に装入されたコルク管５７（内径２１ｍｍ、肉厚１３ｍｍ）より形成されている。
【００１１】
したがって、打撃装置１本体の振動は、緩衝材５８により遮断ないし減衰されるから、マイクロフォン５０に伝わることがなく、コンクリートの内部を伝播した音は、フード５１により効率的に集音され、マイクロフォン５０に採取される。
よって、略一定の強さで打撃を繰り返すことができ、また、打撃にともなう雑音の発生が少なく、さらに、前記ウェーブレット変換の精度を阻害する雑音を遮蔽した、効率的な音の採取が可能になる。
【００１２】
次に、上記打撃装置１を用いた実験方法について説明する。
（実験方法）
1.打撃装置１を評価対象であるコンクリートの表面の所定の被打撃位置に配置し、かつ、フード５１の端部をコンクリートの表面に軽く押し当てる。（鋼球２１はコンクリートの表面から５ｃｍ離れている）
2.打撃装置１のリモートスイッチを押す。
3.打撃装置１の電磁石４０が前進し、鋼球２１を吸引した後、所定の距離だけ後退し、電磁石４０の励磁が停止する。このとき、電磁石４０の吸引力から開放された鋼球２１が、ゴム体３０の引張り力によって、コンクリートの表面を打撃する。
4.そして、鋼球２１の衝突で発生する音（コンクリート、鋼球、打撃装置の各部材、等）のうち、コンクリート内部に発生した弾性波を、マイクロフォン５０で音として補足する。
【００１３】
5.該補足した音（音圧波形）を時系列データとして前記ウェーブレット変換（マザー関数としてガボール関数を用いる）する（後述）。
6.変換結果は、周波数０．１２５ｏｃｔ．毎、２０μｓ毎の振幅値を出力する。
7.変換後の振幅値を用いて、スカログラム（コンター図）を描画する。このとき、該スカログラムは、それぞれの音の変換された振幅値の最大値を１００とした相対表示で、打撃方法はほぼ均一であるが、コンクリートの状態により音の大きさ（音圧）は異なる。
8.該描画されたスカログラムについて、特定の帯域に分割し、その帯域ごとの振幅（相対値）の絶対量や、複数の帯域間で振幅の絶対量の比率をもとに、厚さを評価する。
9.さらに、特定の帯域における振幅の減衰が小さい（振動が継続する）との現象を捉えて、空洞の有無を評価することもできる。
10.そして、この評価結果をパソコンのディスプレイに表示する。
【００１４】
次に、上述のウェーブレット変換について説明する。
（ウェーブレット変換）
本発明の一実施の形態に係る打撃音によるコンクリートの評価手法における、ウェーブレット変換式を数１に示す。
【数６】

式中、
ａはスケーリングファクター、
ｂは経過時間、
Ψ（（ｘ-ｂ）/ａ）はマザー関数、
ｆ（ｘ）は時系列データ、
ｘは測定時間を示す。
【００１５】
（マザー関数）
本発明の一実施の形態に係る打撃音によるコンクリートの評価手法における、ウェーブレット変換に用いたマザー関数はガボール関数であり数２に示す。
【数７】

式中、
σは窓の幅を示す。
【００１６】
（スカログラム）
図１は、本発明の一実施の形態に係る打撃音によるコンクリートの評価手法における、コンクリートの厚さをそれぞれ変更して打撃した際の打撃音を時系列データとして採取し、これを前記ウェーブレット変換した後のスカログラム（振動の振幅値のレベルごとにコンター表示したもの）である。
【００１７】
図１において、縦軸はスケーリングファクター（目盛は音階（オクターブ）および振動周波数（キロヘルツ）である）、横軸は測定時間（目盛はミリ秒である）であって、変換結果は、周波数０．１２５ｏｃｔ．毎、時間２０μｓ毎の振幅値を出力したものである。また、図１の（イ）乃至（ヘ）は、それぞれ１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、６０ｃｍのコンクリート厚さ（巻厚）におけるものである。
【００１８】
図１の（イ）はコンクリートの厚さが１０ｃｍにおけるスカログラムである。振幅の山が低周波数領域（０．２〜１．０ｋＨｚ）に発現し、そのピークは、略０．４ｋＨｚにある。一方、高周波数領域（２．０〜２０．０ｋＨｚ）の振動は無い。これは、コンクリートの厚さが１０ｃｍ程度の薄いコンクリート板においては、板振動が卓越し、板内の縦波が捉えられないからである。
【００１９】
図１の（ロ）はコンクリートの厚さが２０ｃｍにおけるスカログラムであって、低周波数領域（０．２〜１．０ｋＨｚ）に振幅の第一の山が発現し、そのピークは、略０．５ｋＨｚにある。一方、高周波数領域（２．０〜２０．０ｋＨｚ）に振幅の第二の山（第一の山より小さい振幅）が発現し、そのピークは略１０ｋＨｚにある。すなわち、コンクリート板内を往復する縦波が、該高周波数領域における振幅の第二の山として発現している。
【００２０】
図１の（ハ）はコンクリートの厚さが３０ｃｍにおけるスカログラムであって、低周波数領域（０．２〜１．０ｋＨｚ）に振幅の第一の山が発現し、そのピークは、略０．５ｋＨｚにある。一方、高周波数領域（２．０〜２０．０ｋＨｚ）に振幅の第二の山が発現し、そのピークは略６．０ｋＨｚにある。すなわち、前記（ロ）に比較してコンクリートの板厚が増した分、コンクリートを往復する縦波の周波数が低周波数側に移行している。
【００２１】
図１の（ニ）はコンクリートの厚さが４０ｃｍにおけるスカログラムであって、低周波数領域（０．２〜１．０ｋＨｚ）の振幅が全体に小さくなって、第ニの山が発現し、そのピークは、略０．６ｋＨｚにある。一方、高周波数領域（２．０〜２０．０ｋＨｚ）に振幅の第一の山が発現し、そのピークは略５．０ｋＨｚにある。すなわち、コンクリート板の剛性が高まったため、板振動に基づく低周波数領域の振動の振幅が小さくなり、一方、コンクリート板内を往復する縦波に基づく高周波数領域の振幅が顕著になっている。
【００２２】
図１の（ホ）はコンクリートの厚さが５０ｃｍにおけるスカログラムであって、低周波数領域（０．２〜１．０ｋＨｚ）の振幅の山が消え、一方、高周波数領域（２．０〜２０．０ｋＨｚ）に振幅の第一の山が発現し、そのピークは略４．０ｋＨｚにある。すなわち、コンクリート板の剛性が高まったため、板振動に基づく低周波数領域の振動は最早発現せず、一方、コンクリート板内を往復する縦波に基づく高周波数領域の振幅のみが現れている。
【００２３】
図１の（ヘ）はコンクリートの厚さが６０ｃｍにおけるスカログラムであって、低周波数領域（０．２〜１．０ｋＨｚ）の振幅の山が消え、一方、高周波数領域（２．０〜２０．０ｋＨｚ）に振幅の第一の山が発現し、前記（ホ）と同様のパターンを示している。そして、そのピークは略３．０ｋＨｚにあって、コンクリートの厚さが厚くなった分、低周波数側に移行している。
【００２４】
以上のごとく、コンクリートが薄いものから厚いものになるにしたがい、低周波数領域におけるピークが小さくなり、高周波数領域におけるピークが発現しピークが強くなると同時に発現する周波数が漸減する。
【００２５】
以上の、説明から明らかなように、板振動に基づく低周波数領域（概ね０．２〜１．０ｋＨｚ）の振幅のパターンないしそのピーク、あるいは、コンクリート内を伝播する縦波に基づく高周波数領域（概ね２．０〜２０．０ｋＨｚ）の振幅のパターンないしそのピークを把握することにより、コンクリートの厚さを評価することができる。
さらに、特定の帯域において振幅の減衰が小さい（振動が継続する）との現象を捉えることにより、空洞の有無、ないしその位置を推定できる。
【００２６】
（メキシカンハット変換）
図２には、本発明との比較をするため、従来技術におけるスカログラムを示す。すなわち、前記と同様にコンクリートの厚さ（巻厚）をそれぞれ変更して打撃した際の打撃音を時系列データとして採取し、これをメキシカンハット変換した後のスカログラムであって、（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）および（ヘ）は、それぞれ、コンクリートの厚さが、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍおよび６０ｃｍの場合である。
図２より明らかなように、低周波数領域（０．２〜１．０ｋＨｚ）および高周波数領域（２．０〜２０．０ｋＨｚ）の、着目した何れの帯域においても、明瞭な振幅の山が発現していない。すなわち、板振動に基づく低周波数領域の振動、あるいは、コンクリート板内を往復する縦波に基づく高周波数領域の振動など、本発明のようなコンクリートの厚さと関連づけられる情報を得ることができない。
【００２７】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明によれば、コンクリート内部を伝播した音をウェーブレット変換するに際し、そのマザー関数にガボール関数を用いるため、コンクリートの厚さを評価することが可能になるとの顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る打撃音によるコンクリートの評価手法における、コンクリートの厚さをそれぞれ変更して打撃した際の打撃音を時系列データとして採取し、これをウェーブレット変換した後のスカログラムであって、（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）および（ヘ）は、それぞれ、コンクリートの厚さが、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍおよび６０ｃｍの場合である。
【図２】従来の打撃音によるコンクリートの評価手法における、コンクリートの厚さをそれぞれ変更して打撃した際の打撃音を時系列データとして採取し、これをメキシカンハット変換した後のスカログラムであって、（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）および（ヘ）は、それぞれ、コンクリートの厚さが、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍおよび６０ｃｍの場合である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る打撃音によるコンクリートの評価手法における、コンクリート表面を打撃する打撃装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 打撃装置
１０ 支持板
１１ 支柱
１２ 前面板
１３ 貫通穴
１４ ゴム支持部
２０ 打撃ヘッド
２１ 鋼球
２２ 吸着板
２３ ゴム取付部
３０ ゴム体
４０ 電磁石
４１ 電磁石移動手段
５０ マイクロフォン
５１ フード
５２ 固定腕
５３ 塩化ビニール管
５４ ゴム管
５５ 外側の硬質スポンジ管
５６ 内側の硬質スポンジ管
５７ コルク管
５８ 緩衝材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a method for evaluating the concrete, in particular, evaluating the thickness of the concrete, the presence or absence of cavities and the like in the concrete, and the position thereof by analyzing the impact sound generated when the concrete surface is struck About.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a technique for nondestructively evaluating the state of internal defects such as internal cracks and voids in a concrete structure, a method of hitting the concrete surface and collecting and analyzing the hitting sound at that time has been proposed. That is,
1. A method of subjecting a sampled impact sound to Fourier transform and objectively judging through vision based on a Fourier amplitude spectrum (for example, Japanese Patent No. 1729466),
2. There is a technique (for example, Japanese Patent No. 2610378) that performs an objective judgment visually by wavelet transforming the collected impact sound and determining the pattern difference in the scalogram (contour diagram).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, (1) is effective for standing wave analysis, but it is difficult to express the characteristics of the waveform of the unsteady wave such as the hitting sound, and a satisfactory analysis result cannot be obtained. In general, auditory determination and Fourier amplitude spectrum do not match.
[0004]
On the other hand, the above (2) uses a wavelet transform capable of clearly zooming up the characteristics of an unsteady signal, and enables objective judgment by visual observation. Reliability is enhanced by a data processing method that reflects auditory determination.
In (2) above, the mother function (same as the analyzing wavelet in the above publication) is called a Mexican hat.

It is. Judgment by the obtained scalogram (same as the scalogram displayed by contour in the above publication)
(A) In the cavity part in the concrete, the longer the duration of the long-period component (low frequency, the same as the number of scaling factor a) in the vibration associated with the impact,
(B) The longer the long period component, the longer the long period component and the short period component,
The possibility of a cavity is high,
1. Concrete thickness (lining thickness, winding thickness)
Since it is difficult to evaluate this, an evaluation method for this has been required.
In view of such a requirement, it has been found from long-term research that the above requirement can be satisfied by changing the mother function to a special function.
An object of the present invention is to provide a concrete evaluation method using impact sound that can evaluate the thickness of concrete.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
The gist of the invention described in claim 1 is that the impact sound generated when the surface of concrete is struck is collected, and the collected sound is subjected to wavelet transform to create a scalogram, whereby the thickness of the concrete and the presence or absence of a cavity are obtained. It is a method for evaluating concrete by impact sound, and can be evaluated by a vinyl chloride pipe, a hard sponge pipe inserted inside the vinyl chloride pipe and having a rubber pipe sandwiched therebetween, and the hard sponge. Using a microphone with a cylindrical hood comprising a cylindrical hood made of a cork pipe inserted inside the pipe, when collecting the impact sound, the front end of the cylindrical hood is placed in the vicinity of the concrete hitting position. It exists in the evaluation method of the concrete by the striking sound characterized by pressing .
The gist of the invention described in claim 2 is that in the wavelet transform, x is a measurement time, f (x) is a time series data of a sampled sound, a is a scaling factor, b is an elapsed time, and Ψ ((x−b ) / A) as a mother function, wavelet transform formula

The mother function in, where σ is the window width,
[Equation 5]

It exists in the evaluation method of the concrete by a striking sound of Claim 1 characterized by the above-mentioned .
SUMMARY OF THE INVENTION according to the third aspect, by colliding steel balls to the surface of the concrete, according to claim 1 or 2, and collecting the elastic wave generated within the concrete, impact sound It exists in the evaluation method of concrete by.
The gist of the invention according to claim 4 is based on the hitting sound according to any one of claims 1 to 3 , wherein the scalogram is focused on a peak appearing at approximately 0.2 kHz to 1.0 kHz. It exists in the evaluation method of concrete.
The gist of the invention according to claim 5 is based on the hitting sound according to any one of claims 1 to 4, characterized by focusing on a peak appearing from approximately 2.0 kHz to 20.0 kHz in the scalogram. It exists in the evaluation method of concrete.
The gist of the invention described in claim 6 is a concrete evaluation device that collects a striking sound that is emitted when a concrete surface is struck,
A microphone with a cylindrical hood including a microphone that collects the impact sound and a cylindrical hood whose front end is pressed near the impact position of the concrete when the impact sound is collected, the cylindrical hood is A vinyl chloride tube, and an outer hard sponge tube and an inner hard sponge tube inserted inside the vinyl chloride tube, with a rubber tube sandwiched between them, and an inner hard sponge tube It exists in the concrete evaluation apparatus characterized by consisting of a cork pipe .
The gist of the invention described in claim 7 is that the impact sound generated when the surface of concrete is struck is collected, and the collected sound is subjected to wavelet transform to create a scalogram. It is an evaluation device for concrete by striking sound that can also evaluate
Has a microphone for collecting the struck sound, when collecting the impact sound, the cylindrical-out Hooded microphone comprising a cylindrical hood is pressed against the vicinity of the hitting position of the front end portion and the concrete, the cylindrical hood Is inserted into the inside of the vinyl chloride tube, the outer hard sponge tube and the inner hard sponge tube inserted inside the vinyl chloride tube, and the inner hard sponge tube. A concrete evaluation apparatus characterized by comprising a cork pipe formed .
The gist of the invention described in claim 8 resides in the concrete evaluation apparatus according to claim 6 or 7 , wherein the microphone is supported via a cushioning material .
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a concrete evaluation method using impact sound according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0007]
First, the experimental apparatus will be described.
(Experimental device)
As the experimental device, a striking device 1 shown in FIG. 3 was used to strike with a constant force. In the striking device 1, a support column 11 is erected on a support plate 10, and an annular front plate 12 is installed in parallel with the support plate 10 by the support column 11. Around the through hole 13 of the front plate 12, rubber support portions 14 are installed on the circumference at equal intervals (8 places on the circumference at a 45 ° pitch), and one end of a rubber body 30 described later is installed.
Further, the striking head 20 is formed by a steel ball 21 (diameter 25 mm) and a disk-like suction plate 22 formed of a ferromagnetic material fixed to the steel ball 21, and is attached with rubber along the outer periphery of the suction plate 22. The parts 23 are installed at equal intervals (eight positions on the circumference at a 45 ° pitch), and one end of a rubber body 30 to be described later is installed.
[0008]
Both ends of the rubber body 30 are installed in the rubber support portion 14 and the rubber mounting portion 23, and each rubber body 30 is radially arranged in a tensioned state (stretched state), and the center of the hitting head 20 is the through hole 13. The striking head 20 is elastically supported so as to substantially coincide with the center. And the front-end | tip of the steel ball 21 of the striking head 20 penetrates the through-hole 13, and can protrude freely on the opposite surface of the support plate 10 of the front plate 12.
Furthermore, the support plate 10 is provided with electromagnet moving means 41 that supports the electromagnet 40 so as to be movable forward and backward. The electromagnet 40 is supported by the electromagnet moving means 41 so that the center thereof substantially coincides with the center of the through hole 13. Has been.
[0009]
Therefore, after the electromagnet 40 is advanced and the impact head 20 is attracted, the electromagnet 40 is retracted by a predetermined distance (the state shown in FIG. 3), the impact device 1 is disposed at a predetermined impact position on the concrete surface, and After the end of the hood 51 is lightly pressed against the concrete surface, the striking head 20 released from the attraction force of the electromagnet 40 stops by hitting the surface of the concrete by a tensile force. Is.
[0010]
In addition, a pair of fixed arms 52 are installed on one of the columns 11, and a microphone 50 (up to an audible range of 20 kHz) for collecting a striking sound is installed on the fixed arms 52 via a buffer material 58. Further, the microphone 50 is provided with a cylindrical hood 51. The hood 51 is composed of a vinyl chloride pipe 53 having an outer diameter of 70 mm, an outer hard sponge pipe 55 inserted inside the vinyl chloride pipe 53 and a rubber pipe 54 having a thickness of 2 mm in between, and an inner hard sponge pipe. 56 and a cork tube 57 (inner diameter: 21 mm, wall thickness: 13 mm) inserted inside an inner hard sponge tube 56 (inner diameter: 32 mm).
[0011]
Accordingly, the vibration of the main body of the impacting apparatus 1 is blocked or attenuated by the buffer material 58, so that it does not propagate to the microphone 50, and the sound propagated through the concrete is efficiently collected by the hood 51, and the microphone 50 Collected.
Therefore, it is possible to repeat the hitting with a substantially constant strength, the occurrence of noise accompanying the hitting is small, and furthermore, it is possible to efficiently collect the sound while blocking the noise that impedes the accuracy of the wavelet transform. Become.
[0012]
Next, an experimental method using the impact device 1 will be described.
(experimental method)
1. The hitting device 1 is placed at a predetermined hit position on the surface of the concrete to be evaluated, and the end of the hood 51 is lightly pressed against the concrete surface. (The steel ball 21 is 5 cm away from the concrete surface)
2. Press the remote switch of the impact device 1.
3. After the electromagnet 40 of the striking device 1 moves forward and attracts the steel ball 21, it moves backward by a predetermined distance, and the excitation of the electromagnet 40 stops. At this time, the steel ball 21 released from the attractive force of the electromagnet 40 strikes the surface of the concrete by the tensile force of the rubber body 30.
4. Of the sound generated by the collision of the steel ball 21 (concrete, steel ball, each member of the striking device, etc.), the elastic wave generated inside the concrete is supplemented by the microphone 50 as sound.
[0013]
5. The wavelet transform (using a Gabor function as a mother function) is performed on the supplemented sound (sound pressure waveform) as time series data (described later).
6. The conversion result has a frequency of 0.125 oct. Outputs an amplitude value every 20 μs.
7. Draw a scalogram (contour diagram) using the converted amplitude value. At this time, the scalogram is a relative display in which the maximum value of the converted amplitude value of each sound is 100, and the striking method is almost uniform, but the sound volume (sound pressure) varies depending on the concrete state. .
8. Divide the drawn scalogram into specific bands and evaluate the thickness based on the absolute amount of amplitude (relative value) for each band and the ratio of absolute amount of amplitude between multiple bands To do.
9. Furthermore, it is possible to evaluate the presence or absence of cavities by capturing the phenomenon that the attenuation of amplitude in a specific band is small (vibration continues).
10. Then, this evaluation result is displayed on the PC display.
[0014]
Next, the above-described wavelet transform will be described.
(Wavelet transform)
The wavelet transform formula in the concrete evaluation method using impact sound according to an embodiment of the present invention is shown in Formula 1.
[Formula 6]

Where
a is a scaling factor,
b is the elapsed time,
Ψ ((x−b) / a) is a mother function,
f (x) is time series data,
x represents the measurement time.
[0015]
(Mother function)
The mother function used for the wavelet transform in the concrete evaluation method using impact sound according to an embodiment of the present invention is a Gabor function and is shown in Equation 2.
[Expression 7]

Where
σ indicates the width of the window.
[0016]
(Scalogram)
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for evaluating concrete using impact sound according to an embodiment of the present invention. This is a scalogram (contour display for each level of vibration amplitude).
[0017]
In FIG. 1, the vertical axis is a scaling factor (scale is a scale (octave) and vibration frequency (kilohertz)), the horizontal axis is a measurement time (scale is a millisecond), and the conversion result is a frequency of 0. 125 oct. The amplitude value is output every 20 μs every time. Further, (a) to (f) in FIG. 1 are for concrete thicknesses (coil thicknesses) of 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm, and 60 cm, respectively.
[0018]
FIG. 1A is a scalogram when the concrete thickness is 10 cm. A peak of amplitude appears in the low frequency region (0.2 to 1.0 kHz), and its peak is at approximately 0.4 kHz. On the other hand, there is no vibration in the high frequency region (2.0 to 20.0 kHz). This is because in a thin concrete plate having a concrete thickness of about 10 cm, plate vibration is dominant and longitudinal waves in the plate cannot be captured.
[0019]
(B) in FIG. 1 is a scalogram at a concrete thickness of 20 cm. The first peak of amplitude appears in the low frequency region (0.2 to 1.0 kHz), and the peak is about 0.5 kHz. It is in. On the other hand, a second peak of amplitude (a smaller amplitude than the first peak) appears in the high frequency region (2.0 to 20.0 kHz), and its peak is at approximately 10 kHz. That is, a longitudinal wave reciprocating in the concrete plate appears as a second peak of amplitude in the high frequency region.
[0020]
(C) in FIG. 1 is a scalogram at a concrete thickness of 30 cm. The first peak of amplitude appears in the low frequency region (0.2 to 1.0 kHz), and the peak is about 0.5 kHz. It is in. On the other hand, a second peak of amplitude appears in the high frequency region (2.0 to 20.0 kHz), and its peak is approximately 6.0 kHz. That is, the frequency of the longitudinal wave reciprocating the concrete is shifted to the low frequency side as the thickness of the concrete is increased compared to (b).
[0021]
(D) in FIG. 1 is a scalogram when the thickness of the concrete is 40 cm. The amplitude in the low frequency region (0.2 to 1.0 kHz) is reduced as a whole, and the second peak appears, and its peak Is at approximately 0.6 kHz. On the other hand, a first peak of amplitude appears in the high frequency region (2.0 to 20.0 kHz), and its peak is approximately 5.0 kHz. That is, since the rigidity of the concrete plate is increased, the amplitude of the vibration in the low frequency region based on the plate vibration is reduced, while the amplitude in the high frequency region based on the longitudinal wave reciprocating in the concrete plate is remarkable.
[0022]
(E) in FIG. 1 is a scalogram when the thickness of the concrete is 50 cm, and the peak of the amplitude in the low frequency region (0.2 to 1.0 kHz) disappears, while the high frequency region (2.0 to 20. The first peak of amplitude appears at 0 kHz), and its peak is at approximately 4.0 kHz. That is, since the rigidity of the concrete plate has increased, the vibration in the low frequency region based on the plate vibration no longer appears, while only the amplitude in the high frequency region based on the longitudinal wave reciprocating in the concrete plate appears.
[0023]
(F) in FIG. 1 is a scalogram at a concrete thickness of 60 cm, and the peaks of the amplitude in the low frequency region (0.2 to 1.0 kHz) disappear, while the high frequency region (2.0 to 20. The first peak of amplitude appears at 0 kHz), indicating the same pattern as in (e) above. And the peak exists in about 3.0 kHz, and has shifted to the low frequency side by the part which the thickness of concrete became thick.
[0024]
As described above, as the concrete becomes thinner to thicker, the peak in the low frequency region becomes smaller, the peak in the high frequency region appears and the peak becomes stronger, and the appearing frequency gradually decreases.
[0025]
As is apparent from the above description, the amplitude pattern or peak of the low frequency region (approximately 0.2 to 1.0 kHz) based on plate vibration, or the high frequency region based on longitudinal waves propagating in the concrete ( The thickness of the concrete can be evaluated by grasping the amplitude pattern or its peak of approximately 2.0 to 20.0 kHz.
Furthermore, by capturing the phenomenon that the amplitude attenuation is small (vibration continues) in a specific band, the presence / absence of a cavity or its position can be estimated.
[0026]
(Mexican hat conversion)
FIG. 2 shows a scalogram in the prior art for comparison with the present invention. That is, as described above, the sound of the impact when the concrete thickness (coil thickness) was changed and the impact sound was sampled as time-series data, and this was a scalogram after the Mexican hat conversion, (i), (B), (c), (d), (e) and (f) are cases where the concrete thickness is 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm and 60 cm, respectively.
As is clear from FIG. 2, a clear peak of amplitude appears in any band of interest in the low frequency region (0.2 to 1.0 kHz) and the high frequency region (2.0 to 20.0 kHz). Not done. That is, it is impossible to obtain information related to the concrete thickness as in the present invention, such as vibration in a low frequency region based on plate vibration or vibration in a high frequency region based on longitudinal waves reciprocating in a concrete plate.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the sound propagated through the concrete is subjected to wavelet transform, a Gabor function is used as the mother function, so that it is possible to evaluate the thickness of the concrete. It is done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a method for evaluating concrete using impact sound according to an embodiment of the present invention. The impact sound when impacted by changing the thickness of concrete is sampled as time-series data, and this is subjected to wavelet transform. (A), (b), (c), (d), (e), and (f) are the concrete thicknesses of 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm and This is the case for 60 cm.
FIG. 2 is a scalogram after the impact sound is sampled as time-series data when the concrete thickness is changed in the conventional method for evaluating concrete by impact sound and converted into a Mexican hat. , (B), (b), (c), (d), (e) and (f) are cases where the concrete thickness is 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm and 60 cm, respectively.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a striking device for striking a concrete surface in the concrete evaluation method using striking sound according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Impact device 10 Support plate 11 Support | pillar 12 Front plate 13 Through hole 14 Rubber support part 20 Impact head 21 Steel ball 22 Adsorption plate 23 Rubber attachment part 30 Rubber body 40 Electromagnet 41 Electromagnet moving means 50 Microphone 51 Hood 52 Fixed arm 53 Vinyl chloride Pipe 54 Rubber pipe 55 Hard sponge pipe 56 on the outside Hard sponge pipe 57 on the inside 57 Cork pipe 58 Buffer material

Claims (8)

Concrete with impact sound that can be evaluated for the thickness of the concrete and the presence or absence of cavities by sampling the sound generated when hitting the surface of the concrete and creating a scalogram by wavelet transforming the collected sound Evaluation method,
A cylindrical hood comprising a vinyl chloride pipe, a hard sponge pipe inserted inside the vinyl chloride pipe and having a rubber pipe sandwiched therebetween, and a cork pipe inserted inside the hard sponge pipe Using a cylindrical hooded microphone,
A method for evaluating concrete using a striking sound, characterized in that the front end of the cylindrical hood is pressed in the vicinity of a striking position of the concrete when collecting the striking sound. In the wavelet transform, wavelet is defined by using x as the measurement time, f (x) as the time series data of the collected sound, a as the scaling factor, b as the elapsed time, and Ψ ((x−b) / a) as the mother function. Conversion formula

The mother function in, where σ is the window width,

The method for evaluating concrete using impact sound according to claim 1, wherein: The method for evaluating concrete by impact sound according to claim 1 or 2 , wherein an elastic wave generated inside the concrete is collected by colliding a steel ball with the surface of the concrete. The method for evaluating concrete by striking sound according to any one of claims 1 to 3 , wherein attention is focused on a peak that appears in a range of approximately 0.2 kHz to 1.0 kHz in the scalogram. The method for evaluating concrete using impact sound according to any one of claims 1 to 4 , wherein attention is paid to a peak that appears at approximately 2.0 kHz to 20.0 kHz in the scalogram. A concrete evaluation device that collects a striking sound that is emitted when a concrete surface is struck,
  A microphone that collects the impact sound, and a microphone with a cylindrical hood including a cylindrical hood whose front end portion is pressed near the impact position of the concrete when the impact sound is collected;
  The cylindrical hood includes a vinyl chloride pipe, an outer hard sponge pipe inserted inside the vinyl chloride pipe and a rubber pipe sandwiched between them, an inner hard sponge pipe, and an inner hard sponge pipe. A concrete evaluation apparatus comprising: a cork pipe placed inside. The impact sound generated when the concrete surface is struck is sampled, and the collected sound is It is an evaluation device for concrete by impact sound, which can also evaluate the thickness of the concrete and the presence or absence of cavities by creating a scalogram by converting it.
  A microphone that collects the impact sound, and a microphone with a cylindrical hood including a cylindrical hood whose front end portion is pressed near the impact position of the concrete when the impact sound is collected;
  The cylindrical hood includes a vinyl chloride pipe, an outer hard sponge pipe inserted inside the vinyl chloride pipe and a rubber pipe sandwiched between them, an inner hard sponge pipe, and an inner hard sponge pipe. A concrete evaluation apparatus comprising: a cork pipe placed inside. The concrete evaluation apparatus according to claim 6 or 7, wherein the microphone is supported via a cushioning material.

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