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JP4064164B2 - Filling detection device - Google Patents
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JP4064164B2 - Filling detection device - Google Patents

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JP4064164B2 JP2002176007A JP2002176007A JP4064164B2 JP 4064164 B2 JP4064164 B2 JP 4064164B2 JP 2002176007 A JP2002176007 A JP 2002176007A JP 2002176007 A JP2002176007 A JP 2002176007A JP 4064164 B2 JP4064164 B2 JP 4064164B2
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顕之 田島
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプレキャストコンクリートで作られた型枠へのコンクリート又はモルタルの充填状況を検知する充填検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、建築物の構造体には、プレキャストコンクリートで作られた型枠(以下、プレキャストコンクリート型枠と呼ぶ)の内部に鉄筋を配し、コンクリートを充填する方法が採られている。
近年、デザインの多様化などからプレキャストコンクリート型枠の形状も複雑になり、その複雑な形状の末端部までコンクリートが正しく充填されているかどうかを非破壊検査で容易に検出することができる方法が望まれている。
【0003】
従来、例えば特開平7−269120号公報、特開平10−197467号公報又は特許第2836799号公報が開示されているが、いずれも2つの電極をプレキャストコンクリート型枠内に配置し、その2つの電極にコンクリートが接触した際に発生する電位を検出してコンクリートが充填されたことを検知するようにしたものである
【0004】
また、前記の3つの方法とは別な方法として、熱電対をプレキャストコンクリート型枠内に配置し、空気とコンクリートの比熱の違いを利用して温度変化でコンクリートの充填の状態を見分けるようにしたものもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のコンクリート充填検出方法にあっては、次のような問題があった。
すなわち、プレキャストコンクリート型枠内に設置した電極間の電位は、コンクリートに含まれる水の硬度や周囲温度の影響によって一定しないため、毎回現場で基準値をとる作業が必要となり、作業効率が良くない。
【0006】
また、熱電対を用いて空気とコンクリートの比熱の違いを利用してコンクリートの充填状況を検出するものでは、コンクリートと気温の温度差が小さいとコンクリートの充填状況を正確に検出することができない。特に、海洋に埋設されたような建造物では内部が海水で満たされているため、温度差による検出は困難である。
【0007】
また、モルタルと骨材の入ったコンクリートの違いを識別することができない。この理由は、現在商品化されているシステムは、両者ともモルタルの化学的物性を利用して充填を検知するものであり、コンクリートとモルタルの違いは骨材の有無であることから、骨材の存在を認識できなければコンクリートとモルタルの識別ができないからである。
【0008】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、所定の空間例えば閉鎖空間及び開放空間であっても充填が目視等によって容易に確認できない空間内へのコンクリート又はモルタルの充填状況を容易に且つ正確に検知することができる充填検知装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決する為の手段】
発明の充填検知装置は、電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子が型枠内に配置され、前記センサ素子の周波数特性から前記型枠内の充填物の充填状態を識別する充填検知装置であって、前記センサ素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加する信号印加手段と、前記電気信号が印加された前記センサ素子の周波数特性を検出する周波数特性検出手段と、前記型枠内に充填される充填物ごとの基準データとして、各充填物が充填されたときに前記センサ素子の周波数特性に現れるピーク電圧値と当該ピーク電圧値が現れる周波数範囲とを記憶し、前記基準データの中に、少なくとも、前記ピーク電圧値が0〜2.5Vで前記周波数範囲が3〜13.0kHzであるコンクリートの基準データと、前記ピーク電圧値が3.0〜7.0Vで前記周波数範囲が4.5〜5.5kHzであるモルタルの基準データと、前記ピーク電圧値が3.0〜9.0Vで前記周波数範囲が5.6〜6.5kHzである水の基準データとが含まれている記憶手段と、前記周波数特性検出手段が検出した周波数特性を微分処理してピーク電圧値を求めるともに、当該ピーク電圧値が現れている周波数範囲を前記周波数特性から求め、前記ピーク電圧値及び周波数範囲と前記記憶手段に記憶された前記基準データとを比較して充填物の充填状態を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【0012】
この構成によれば、コンクリート及びモルタル並びに少なくとも水の各ピーク電圧値の周波数位置を周波数特性上でマッピングした当該コンクリート、モルタル及び水の振動周波数特性を数値化した基準データと、実際コンクリート又はモルタルを充填した際のセンサ素子の振動周波数特性としてのピーク電圧値及び該ピーク電圧値の周波数位置の数値化データとを基準データのマッピングした領域のピーク電圧値範囲及びその周波数範囲で比較し、その比較結果に基づいてコンクリート又はモルタルの充填状況を判定するので、例えば構造物の型枠内にコンクリートを充填する際に、コンクリートが充填されているのか、またはモルタルが充填されているのかを容易に且つ正確に識別することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る充填検知装置の構成を示すブロック図である。
【0020】
この図において、本実施の形態の充填検知装置は、同期信号発生器1と、可変周波数発振器2と、増幅器3と、圧電スピーカ(センサ素子)4と、抵抗5と、差動増幅器6と、4象限掛け算器7と、ローパスフィルタ8と、判定部9と、表示部10とを備えて構成される。
【0021】
同期信号発生器1は、可変周波数発振器2を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。可変周波数発振器2は、周波数が所定の周波数範囲(例えば1kHzから20kHz)で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器1から同期信号が出力される毎に初期周波数(例えば1kHz)から繰り返し正弦波信号を発生する。増幅器3は、可変周波数発振器2からの正弦波信号を、圧電スピーカ4を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Vrとして出力する。なお、同期信号発生器1、可変周波数発振器2及び増幅器3は信号発生・印加手段20を構成する。
【0022】
圧電スピーカ4は、圧電素子を使用したものであり、電気信号を機械信号に変換して出力する。抵抗5は、増幅器3と圧電スピーカ4との間に直列に介挿され、その両端には圧電スピーカ4に流れる電流に対応する電圧が発生する。圧電スピーカ4に流れる電流は周波数の変化によって変化するので、抵抗5の両端に現れる電圧は圧電スピーカ4の周波数特性を反映したものになる。
【0023】
差動増幅器6は、抵抗5の両端の電圧を増幅して電圧Viを出力する。4象限掛け算器7は、加振用信号Vrと電圧Viを乗算してこれらの電圧に対するノイズの影響を除去する。ローパスフィルタ8は、4象限掛け算器7の出力信号から以下で説明するcos(2ωt+α+β)分を除去した信号(出力電圧Vo)を出力する。なお、抵抗5、差動増幅器6、4象限掛け算器7及びローパスフィルタ8は周波数特性検出手段30を構成する。
【0024】
判定部9は、ローパスフィルタ8から出力される信号から、圧電スピーカ4に対するプレキャストコンクリート型枠内における充填物の充填状況を判定し、その結果(良否)を表示部10に表示する。
【0025】
ここで、判定部9の機能の詳細を説明する前に装置の動作について説明する。さて、可変周波数発振器2にて発生した正弦波信号は増幅器3にて増幅された後、加振用電圧Vrとして圧電スピーカ4に印加される。加振用電圧Vrが圧電スピーカ4に印加されることによって圧電スピーカ4に機械的振動が発生し、圧電スピーカ4に流れる電流に対応する電圧が抵抗5に発生する。
【0026】
この電圧が差動増幅器6にて増幅されて電圧Viが得られ、その電圧Viが4象限掛け算器7に入力される。一方、4象限掛け算器7には加振用電圧Vrも入力されるので、この加振用電圧Vrと差動増幅器6からの電圧Viとが乗算されて、これらの電圧に対するノイズが除去される。ノイズが除去された4象限掛け算器7からの出力信号は、ローパスフィルタ8にてcos(2ωt+α+β)成分が除去されて出力電圧Voが得られる。
【0027】
この出力信号Voは、加振用電圧Vrの周波数変化に対する圧電スピーカ4の周波数特性(振幅と位相)を反映した信号になる。このとき、圧電スピーカ4の表面に充填物が接触していないと、図2に示すように、圧電スピーカ4の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が現れる(9.7kHz,6.5Vのピーク点)。これに対して、圧電スピーカ4の周囲に例えばコンクリートが充填されると、図3に示すように、圧電スピーカ4の振動特性が変化してピーク電圧の位置と大きさが変化する(3.4kHz,2.3Vのピーク点)。すなわち、ピーク電圧が殆ど無い状態になる。
【0028】
これは、コンクリートがモルタル(セメント+砂+水)と粗骨材を混ぜたものであり、圧電スピーカ4に粗骨材が接触した場合にピーク電圧の無いフラットな波形になる。また、粗骨材の無いモルタルに接触した場合には、図4に示すようにピーク電圧が低周波数領域にずれ込み、またその値も低くなる(4.7kHz,3.7Vのピーク点)。判定部9はこのピーク電圧の変化からコンクリートの充填状況を判定し、その結果を表示部10に表示する。これにより、ユーザはコンクリートの充填を容易に判別することができる。なお、図5はプレキャストコンクリート型枠内等の空間内におけるコンクリートの充填状態を示すもので、符号40は粗骨材、41はモルタル、42はコンパネである。
【0029】
次に、上記作動原理を、数式を用いて説明する。
ここで、Vr=Asin(ωt+α)、Vi=Bsin(ωt+β)とする。但し、A,Bは振幅、ωtは周波数、αとβは位相のずれとする。
Vr×Vi=Asin(ωt+α)×Bsin(ωt+β)
=AB[cos(β−α)−cos(2ωt+α+β)]/2 (1)
【0030】
式(1)のcos(β−α)の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Viの振幅成分も含まれる。また、cos(2ωt+α+β)の部分は、元の加振用電圧Vrと電圧Viの2倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Viの振幅(大きさ)であるので、式(1)のcos(β−α)のみで良い。したがって、ローパスフィルタ8を通過させてcos(2ωt+α+β)の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Voには周波数特性が電圧の形で現れる。
【0031】
図2及び図3で示したように、プレキャストコンクリート型枠内等の空間内にコンクリートが充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することで、その状況を検知することができる。
【0032】
次に、判定部9の詳細について説明する。
図6は判定部9の構成を示すブロック図である。この図に示すように、判定部9は、A/D(Analog to Digital)変換部11と、制御部13と、演算部12と、記憶部14と、判定出力部15とを備えて構成される。A/D変換部11は、ローパスフィルタ8からの出力電圧Voをディジタル変換する。制御部13は、信号発生・印加手段20の可変周波数発振器2の周波数を制御する制御信号を出力する。
【0033】
演算部12は、制御部13から出力される制御信号の変化タイミング(周波数変化(スイープ))に同期して周波数特性検出手段30から出力されA/D変換部11でディジタル変換された出力電圧Voを取り込み、記憶部14に蓄積する。これにより、充填物の周波数特性を表す出力電圧Voがディジタルデータとして得られる。この場合、記憶部14に蓄積したデータはそのままではノイズ成分を含むため、演算部12はデータ系列内で移動平均を求めてノイズ分の除去を行い、ピーク点の誤検出を防止する。
【0034】
また、演算部12は、記憶部14に蓄積された出力電圧Voのデータ系列内でピーク電圧を求める。ピーク電圧値の周波数位置は、ピーク電圧値の蓄積位置(アドレス)から得ることができる。また、ピーク電圧値を求めるに際して、判定に有効なデータ探索範囲を絞るようにしている。すなわちウィンドウ処理を行っている。この処理を行うことにより、不要データによる影響を避けることができるとともに処理速度の向上が図れる。また、ピーク点の探索方法としては、単純な大小比較ではなく、前後値の微分から傾きが正から負へ転換する点を検出し、その値を比較するようにしている。この微分処理を行うことで、高い精度でピーク点の検出ができる。
【0035】
判定出力部15は、演算部12で検出されたピーク点の数値データを図7に示すピーク点の基準データと前記基準データマッピング領域のピーク電圧値範囲及びその周波数範囲で比較することで、接触する充填物を定量的に判定する。図7は各物質毎にピーク電圧値と、ピーク電圧値の周波数位置を周波数特性上でマッピングしたもので(基準データ)ある。コンクリートの場合は、ピーク電圧値は0〜2.5Vで、ピーク電圧値の周波数位置は3〜13.0kHzである。モルタルの場合は、ピーク電圧値は3.0〜7.0Vで、ピーク電圧値の周波数位置は4.5〜5.5kHzである。水の場合は、ピーク電圧値は3.0〜9.0Vで、ピーク電圧値の周波数位置は5.6〜6.5kHzである。空気の場合は、ピーク電圧値は3.0〜9.0Vで、ピーク電圧値の周波数位置は9.0〜11.0kHzである。
【0036】
充填構成物質毎の周波数特性を示す数値マップ(基準データ)は、記憶部14のメモリ14Aにて記憶されている。判定結果は表示部10に入力されて、LCD(液晶表示器)等の表示器上に視覚的に表示される。なお、メモリ14Aとして、ROM(Read Only Memory)、EPROM(Erasable and Programmable ROM)などの半導体メモリが挙げられる。また、外部から基準データを読み込むようにしても良い。例えばFD(Floppy Disk)やCDROMが挙げられる。さらに、基準データをインターネット等の電気通信回線を介して読み込むようにしても良い。
【0037】
次に、上記構成の充填検知装置の動作について、図8及び図9で示すフローチャートを参照しながら説明する。
(充填判定処理)
まず、データの取得を行い(ステップ10)、次にノイズの除去処理(移動平均処理)を行う(ステップ12)。ノイズの除去を行った後、ピーク電圧値及びピーク電圧値の周波数位置を検出する微分処理を行う(ステップ14)。ピーク電圧値及びピーク電圧値の周波数位置を検出した後、充填判定処理(マッピング比較処理)を行う(ステップ16)。
【0038】
(マッピング比較処理)
マッピング比較処理に移行すると、まずセンサ(圧電スピーカ4)の接続の有無を判定する(ステップ30)。この判定において、センサが接続されていない場合は、センサ未接続としてマッピング比較処理を中止して本処理を抜ける(ステップ32)。これに対して、センサが接続されている場合は、ステップ34に移行し、現時点で検出したピーク電圧値がコンクリート判定領域内かどうかを判定する。
【0039】
この判定において、ピーク電圧値がコンクリート判定領域内であれば、ステップ36でコンクリートと判定してその旨を表示部10に表示し、コンクリート判定領域内でなければステップ38に進み、モルタル判定領域内かどうかを判定する。この判定において、モルタル判定領域内であれば、ステップ40でモルタルと判定してその旨を表示部10に表示し、モルタル判定領域内でなければステップ42に進み、水判定領域内かどうかを判定する。
【0040】
この判定において、水判定領域内であれば、ステップ44で水と判定してその旨を表示部10に表示し、水判定領域内でなければステップ46に進み、空気判定領域内かどうかを判定する。この判定において、空気判定領域内であれば、ステップ48で空気と判定してその旨を表示部10に表示し、空気判定領域内でなければステップ50に進み、判定外を判定してその旨を表示部10に表示する。ステップ48又はステップ50の処理を行った後、本処理を抜ける。
【0041】
このように、本実施の形態によれば、プレキャストコンクリート型枠内に充填される充填物の構成物質の振動周波数特性を数値化した基準データを用意しておき、この基準データと実際に充填した際の振動周波数特性の数値化データとを比較し、その比較結果に基づいてプレキャストコンクリート型枠内における充填物の充填状況を判定するようにしたので、プレキャストコンクリート型枠内にコンクリートを充填する際に、コンクリートが充填されているのか、またはモルタルが充填されているのか等を容易に且つ正確に識別することができる。
また、センサ素子として圧電スピーカ4を利用することによって、安価な充填検知装置を実現することができる。
【0042】
なお、上記実施の形態では、センサ素子を1個用いた場合であったが、これを複数個用いて同時に複数の物質を判定できるようにしても良い。
また、上記実施の形態では、単一の周波数範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替器(図示略)を設けて、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにしてもよい。この場合、可変周波数発振器2は、周波数範囲切替器にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させる機能を有することになる。このように、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすることで、プレキャストコンクリート型枠の構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、これによって、より精度の高い測定が可能となる。
【0043】
また、上記各実施の形態では、コンクリートのプレキャストコンクリート型枠等の閉鎖空間内への充填状況の検出について述べたが、他の木製型枠や鋼材で作られた型枠内への充填状況の検出等に使用できることは述べるまでもない。
【0044】
【発明の効果】
発明の充填検知装置によれば、コンクリート及びモルタル並びに少なくとも水の各ピーク電圧値の周波数位置を周波数特性上でマッピングした当該コンクリート、モルタル及び水の振動周波数特性を数値化した基準データをメモリに記憶させておき、この基準データと実際にコンクリート又はモルタルを充填した際のセンサ素子の振動周波数特性としてのピーク電圧値及び該ピーク電圧値の周波数位置の数値化データとを基準データのマッピングした領域のピーク電圧値範囲及びその周波数範囲で比較し、その比較結果に基づいて型枠内におけるコンクリート又はモルタルの充填状況を判定するので、例えば構造物の型枠内にコンクリートを充填する際に、コンクリートが充填されているのか、またはモルタルが充填されているのか等を容易に且つ正確に識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る充填検知装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の充填検知装置での測定結果の一例を示す図で、プレキャストコンクリート型枠内にコンクリートが無い場合の出力電圧波形図である。
【図3】図1の充填検知装置での測定結果の一例を示す図で、プレキャストコンクリート型枠内にコンクリートが有る場合の出力電圧波形図である。
【図4】図1の充填検知装置での測定結果の一例を示す図で、プレキャストコンクリート型枠内にモルタルが有る場合の出力電圧波形図である。
【図5】プレキャストコンクリート型枠内のコンクリートの充填状況を示す図で、圧電スピーカに粗骨材が接触していない場合の図である。
【図6】図1の充填検知装置の判定部の構成を示すブロック図である。
【図7】図6の判定部で用いられるディジタルデータの一例を示す図である。
【図8】図1の充填検知装置の充填判定処理を示すフローチャートである。
【図9】図8の充填判定処理中のマッピング比較処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 同期信号発生器
2 可変周波数発振器
3 増幅器
4 圧電スピーカ
5 抵抗
6 差動増幅器
7 4象限掛け算器
8 ローパスフィルタ
9 判定部
10 表示部
11 A/D変換部
12 演算部
13 制御部
14 記憶部
14A メモリ
15 判定出力部
15A メモリ
20 信号発生・印加手段
30 周波数特性検出手段
40 粗骨材
41 モルタル
42 コンパネ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a filling detection device for detecting a filling state of concrete or mortar into a mold made of, for example, precast concrete.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of filling a concrete with a reinforcing bar disposed inside a formwork made of precast concrete (hereinafter referred to as precast concrete formwork) has been adopted for a building structure.
In recent years, the shape of precast concrete formwork has become complex due to diversification of design, etc., and a method that can easily detect whether the concrete is properly filled up to the end of the complex shape by nondestructive inspection is desired. It is rare.
[0003]
Conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-269120, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-197467 or Japanese Patent No. 2836799 has been disclosed. concrete detects the potential generated when the concrete is in contact is obtained so as to detect that it has been filled in.
[0004]
In addition, as a method different from the above three methods, a thermocouple is placed in a precast concrete formwork, and the concrete filling state is discriminated by temperature change using the difference in specific heat between air and concrete. There are also things.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional concrete filling detection method has the following problems.
In other words, the potential between the electrodes installed in the precast concrete formwork is not constant due to the hardness of the water contained in the concrete and the influence of the ambient temperature. .
[0006]
In addition, in a case where the concrete filling state is detected using the difference in specific heat between air and concrete using a thermocouple, the concrete filling state cannot be detected accurately if the temperature difference between the concrete and the temperature is small. In particular, in a building buried in the ocean, the interior is filled with seawater, so detection by a temperature difference is difficult.
[0007]
Also, the difference between mortar and aggregated concrete cannot be identified. This is because the systems currently commercialized both detect filling using the chemical properties of mortar, and the difference between concrete and mortar is the presence or absence of aggregate. This is because it is impossible to distinguish between concrete and mortar unless it can be recognized.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is easy to determine the state of filling concrete or mortar into a predetermined space such as a closed space and an open space where filling cannot be easily confirmed visually. An object of the present invention is to provide a filling detection device capable of accurately detecting.
[0009]
[Means for solving the problems]
The filling detection device of the present invention is a filling detection device in which a sensor element for converting electrical energy into mechanical energy is arranged in a mold, and the filling state of the filling in the mold is identified from the frequency characteristics of the sensor element. there, the signal applying means frequency to the sensor element to apply an electrical signal that varies with time, the frequency characteristic detecting means for detecting a frequency characteristic of the sensor element in which the electrical signal is applied, the mold within As the reference data for each filling material filled in, the peak voltage value appearing in the frequency characteristic of the sensor element when each filling material is filled and the frequency range in which the peak voltage value appears are stored, and the reference data In, at least, the reference data of concrete whose peak voltage value is 0 to 2.5 V and the frequency range is 3 to 13.0 kHz, and the peak voltage value is 3.0. Reference data of mortar whose frequency range is 4.5 to 5.5 kHz at 7.0 V, and water whose peak voltage value is 3.0 to 9.0 V and whose frequency range is 5.6 to 6.5 kHz a storage unit that contains the reference data of the frequency characteristic detecting means together determine the peak voltage value by differentiating the frequency characteristics detected is a frequency range in which the peak voltage value has appeared from the frequency characteristic And determining means for comparing the peak voltage value and frequency range with the reference data stored in the storage means to determine the filling state of the filling .
[0012]
According to this configuration, the concrete and mortar and at least the frequency position of each peak voltage value of water are mapped on the frequency characteristics, and the reference data obtained by quantifying the vibration frequency characteristics of the concrete, mortar and water , and the concrete or mortar actually. compared with mapped peak voltage value range of the region and its frequency range of the reference data and the numerical data of the frequency position of the peak voltage value and the peak voltage value of the oscillation frequency characteristic of the sensor element when filled with its Since the filling status of concrete or mortar is judged based on the comparison result, for example, when filling concrete into a formwork of a structure, whether concrete is filled or mortar is filled easily And can be identified accurately.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a filling detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0020]
In this figure, the filling detection device of the present embodiment includes a synchronization signal generator 1, a variable frequency oscillator 2, an amplifier 3, a piezoelectric speaker (sensor element) 4, a resistor 5, a differential amplifier 6, A quadrant multiplier 7, a low-pass filter 8, a determination unit 9, and a display unit 10 are provided.
[0021]
The synchronization signal generator 1 generates a synchronization signal for repeatedly operating the variable frequency oscillator 2. The variable frequency oscillator 2 generates a sinusoidal electric signal whose frequency continuously changes in a predetermined frequency range (for example, 1 kHz to 20 kHz). In this case, every time a synchronization signal is output from the synchronization signal generator 1, a sine wave signal is repeatedly generated from an initial frequency (for example, 1 kHz). The amplifier 3 amplifies the sine wave signal from the variable frequency oscillator 2 to a level at which the piezoelectric speaker 4 can be driven, and outputs it as an excitation signal Vr. The synchronization signal generator 1, the variable frequency oscillator 2, and the amplifier 3 constitute a signal generation / application unit 20.
[0022]
The piezoelectric speaker 4 uses a piezoelectric element, and converts an electrical signal into a mechanical signal and outputs it. The resistor 5 is inserted in series between the amplifier 3 and the piezoelectric speaker 4, and a voltage corresponding to the current flowing through the piezoelectric speaker 4 is generated at both ends thereof. Since the current flowing through the piezoelectric speaker 4 changes according to the change in frequency, the voltage appearing at both ends of the resistor 5 reflects the frequency characteristics of the piezoelectric speaker 4.
[0023]
The differential amplifier 6 amplifies the voltage across the resistor 5 and outputs a voltage Vi. The 4-quadrant multiplier 7 multiplies the excitation signal Vr and the voltage Vi to remove the influence of noise on these voltages. The low-pass filter 8 outputs a signal (output voltage Vo) obtained by removing cos (2ωt + α + β) described below from the output signal of the 4-quadrant multiplier 7. The resistor 5, the differential amplifier 6, the four quadrant multiplier 7, and the low-pass filter 8 constitute a frequency characteristic detection unit 30.
[0024]
The determination unit 9 determines the filling state of the filler in the precast concrete mold for the piezoelectric speaker 4 from the signal output from the low-pass filter 8, and displays the result (good or bad) on the display unit 10.
[0025]
Here, the operation of the apparatus will be described before the details of the function of the determination unit 9 are described. The sine wave signal generated by the variable frequency oscillator 2 is amplified by the amplifier 3 and then applied to the piezoelectric speaker 4 as the excitation voltage Vr. When the excitation voltage Vr is applied to the piezoelectric speaker 4, mechanical vibration is generated in the piezoelectric speaker 4, and a voltage corresponding to the current flowing through the piezoelectric speaker 4 is generated in the resistor 5.
[0026]
This voltage is amplified by the differential amplifier 6 to obtain the voltage Vi, and the voltage Vi is input to the 4-quadrant multiplier 7. On the other hand, since the excitation voltage Vr is also input to the four-quadrant multiplier 7, the excitation voltage Vr and the voltage Vi from the differential amplifier 6 are multiplied to remove noise from these voltages. . The cos (2ωt + α + β) component is removed from the output signal from the 4-quadrant multiplier 7 from which noise has been removed by the low-pass filter 8 to obtain the output voltage Vo.
[0027]
This output signal Vo is a signal reflecting the frequency characteristics (amplitude and phase) of the piezoelectric speaker 4 with respect to the frequency change of the excitation voltage Vr. At this time, if the filler is not in contact with the surface of the piezoelectric speaker 4, a voltage having a peak at a frequency near the natural frequency of the piezoelectric speaker 4 appears as shown in FIG. 2 (9.7 kHz, 6 .5V peak point). On the other hand, when concrete is filled around the piezoelectric speaker 4, for example, as shown in FIG. 3, the vibration characteristics of the piezoelectric speaker 4 change and the position and magnitude of the peak voltage change (3.4kHz). , 2.3V peak point). That is, there is almost no peak voltage.
[0028]
This is concrete in which mortar (cement + sand + water) and coarse aggregate are mixed, and when the coarse aggregate contacts the piezoelectric speaker 4, a flat waveform without a peak voltage is obtained. When the mortar without coarse aggregate is contacted, the peak voltage shifts to a low frequency region as shown in FIG. 4, and the value is lowered (peak point of 4.7 kHz, 3.7 V). The determination unit 9 determines the concrete filling state from the change in the peak voltage, and displays the result on the display unit 10. As a result, the user can easily determine the concrete filling. FIG. 5 shows a state of filling concrete in a space such as a precast concrete formwork. Reference numeral 40 is coarse aggregate, 41 is mortar, and 42 is a control panel.
[0029]
Next, the operation principle will be described using mathematical expressions.
Here, it is assumed that Vr = Asin (ωt + α) and Vi = Bsin (ωt + β). However, A and B are amplitudes, ωt is a frequency, and α and β are phase shifts.
Vr × Vi = Asin (ωt + α) × Bsin (ωt + β)
= AB [cos (β-α) -cos (2ωt + α + β)] / 2 (1)
[0030]
The part of cos (β−α) in the equation (1) is a direct current component that changes in accordance with the phase difference, and includes the amplitude component of the voltage Vi. The portion of cos (2ωt + α + β) is a signal having a frequency twice that of the original excitation voltage Vr and voltage Vi. Since the necessary frequency characteristic information is the amplitude (magnitude) of the voltage Vi, only cos (β−α) in the equation (1) is sufficient. Therefore, the component of cos (2ωt + α + β) may be removed by passing through the low-pass filter 8. In this way, frequency characteristics appear in the form of voltage in the output voltage Vo.
[0031]
As shown in FIGS. 2 and 3, when concrete is filled in a space such as a precast concrete formwork, the situation can be detected by changing the peak frequency and level.
[0032]
Next, details of the determination unit 9 will be described.
FIG. 6 is a block diagram illustrating the configuration of the determination unit 9. As shown in this figure, the determination unit 9 includes an A / D (Analog to Digital) conversion unit 11, a control unit 13, a calculation unit 12, a storage unit 14, and a determination output unit 15. The The A / D converter 11 digitally converts the output voltage Vo from the low-pass filter 8. The control unit 13 outputs a control signal for controlling the frequency of the variable frequency oscillator 2 of the signal generating / applying means 20.
[0033]
The calculation unit 12 outputs the output voltage Vo output from the frequency characteristic detection unit 30 and digitally converted by the A / D conversion unit 11 in synchronization with the change timing (frequency change (sweep)) of the control signal output from the control unit 13. Are stored in the storage unit 14. Thereby, the output voltage Vo showing the frequency characteristic of the filling is obtained as digital data. In this case, since the data accumulated in the storage unit 14 includes a noise component as it is, the calculation unit 12 obtains a moving average in the data series, removes the noise, and prevents erroneous detection of peak points.
[0034]
In addition, the calculation unit 12 obtains a peak voltage within the data series of the output voltage Vo accumulated in the storage unit 14. The frequency position of the peak voltage value can be obtained from the accumulation position (address) of the peak voltage value. Further, when obtaining the peak voltage value, a data search range effective for determination is narrowed down. That is, window processing is performed. By performing this process, the influence of unnecessary data can be avoided and the processing speed can be improved. In addition, the peak point search method is not a simple magnitude comparison, but a point where the slope changes from positive to negative is detected from the differentiation of the preceding and following values, and the values are compared. By performing this differentiation process, the peak point can be detected with high accuracy.
[0035]
The determination output unit 15 compares the peak point numerical data detected by the calculation unit 12 with the reference data of the peak point shown in FIG. 7 in the peak voltage value range and the frequency range of the reference data mapping region. The filling to be performed is determined quantitatively. FIG. 7 shows the mapping of the peak voltage value and the frequency position of the peak voltage value on the frequency characteristics for each substance (reference data). In the case of concrete, the peak voltage value is 0 to 2.5 V, and the frequency position of the peak voltage value is 3 to 13.0 kHz. In the case of mortar, the peak voltage value is 3.0 to 7.0 V, and the frequency position of the peak voltage value is 4.5 to 5.5 kHz. In the case of water, the peak voltage value is 3.0 to 9.0 V, and the frequency position of the peak voltage value is 5.6 to 6.5 kHz. In the case of air, the peak voltage value is 3.0 to 9.0 V, and the frequency position of the peak voltage value is 9.0 to 11.0 kHz.
[0036]
A numerical map (reference data) indicating frequency characteristics for each filling constituent material is stored in the memory 14 </ b> A of the storage unit 14. The determination result is input to the display unit 10 and visually displayed on a display such as an LCD (liquid crystal display). As the memory 14A, a semiconductor memory such as a ROM (Read Only Memory) and an EPROM (Erasable and Programmable ROM) can be used. Further, the reference data may be read from the outside. For example, FD (Floppy Disk) and CDROM are mentioned. Further, the reference data may be read through a telecommunication line such as the Internet.
[0037]
Next, the operation of the filling detection apparatus having the above configuration will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
(Filling judgment process)
First, data is acquired (step 10), and then noise removal processing (moving average processing) is performed (step 12). After removing the noise, differentiation processing is performed to detect the peak voltage value and the frequency position of the peak voltage value (step 14). After detecting the peak voltage value and the frequency position of the peak voltage value, a filling determination process (mapping comparison process) is performed (step 16).
[0038]
(Mapping comparison process)
When the process proceeds to the mapping comparison process, it is first determined whether or not the sensor (piezoelectric speaker 4) is connected (step 30). In this determination, if the sensor is not connected, the mapping comparison process is canceled as the sensor is not connected, and the process exits (step 32). On the other hand, when the sensor is connected, the process proceeds to step 34, and it is determined whether or not the peak voltage value detected at the present time is within the concrete determination region.
[0039]
In this determination, if the peak voltage value is within the concrete determination region, it is determined as concrete at step 36 and a message to that effect is displayed on the display unit 10, and if not within the concrete determination region, the process proceeds to step 38 and within the mortar determination region. Determine whether or not. In this determination, if it is within the mortar determination region, it is determined as mortar in step 40 and the fact is displayed on the display unit 10, and if not within the mortar determination region, the process proceeds to step 42 to determine whether it is within the water determination region. To do.
[0040]
In this determination, if it is within the water determination area, it is determined as water in step 44 and the fact is displayed on the display unit 10. If it is not within the water determination area, the process proceeds to step 46 to determine whether it is within the air determination area. To do. In this determination, if it is within the air determination region, it is determined as air in step 48 and the fact is displayed on the display unit 10, and if it is not within the air determination region, the process proceeds to step 50, and it is determined that it is out of the determination. Is displayed on the display unit 10. After performing the processing of step 48 or step 50, the present processing is exited.
[0041]
As described above, according to the present embodiment, reference data in which the vibration frequency characteristics of the constituent materials of the filler to be filled in the precast concrete mold are numerically prepared is prepared, and this reference data and the actual filling are prepared. Compared with numerical data of vibration frequency characteristics at the time, and the filling status in the precast concrete formwork is judged based on the comparison result, so when filling the precast concrete formwork with concrete In addition, whether the concrete is filled or the mortar is filled can be easily and accurately identified.
Further, by using the piezoelectric speaker 4 as a sensor element, an inexpensive filling detection device can be realized.
[0042]
In the above embodiment, a single sensor element is used. However, a plurality of substances may be used simultaneously so that a plurality of substances can be determined.
In the above embodiment, a sine wave having a single frequency range is used. However, a frequency range switch (not shown) for switching the frequency range is provided to selectively select a sine wave having a plurality of frequency ranges. You may be able to do it. In this case, the variable frequency oscillator 2 has a function of repeatedly generating a sine wave signal in the frequency band in the range switched by the frequency range switch. In this way, by selecting sine waves in multiple frequency ranges, the optimum frequency range for measurement can be selected according to the physical characteristics such as the structure and material of the precast concrete formwork. This allows for more accurate measurements.
[0043]
In each of the above embodiments, detection of the state of filling in a closed space such as a precast concrete formwork of concrete has been described. However, the state of filling into a formwork made of other wooden formwork or steel material is described. Needless to say, it can be used for detection and the like.
[0044]
【The invention's effect】
According to the filling detection apparatus of the present invention, the reference data obtained by quantifying the vibration frequency characteristics of the concrete, mortar, and water in which the frequency position of each peak voltage value of the concrete, mortar, and water is mapped on the frequency characteristics is stored in the memory. were allowed stored, and mapping the reference data and the numerical data of the frequency position of the peak voltage value and the peak voltage value of the oscillation frequency characteristic of the sensor element at the time of actually filled with concrete or mortar and the reference data area In comparison with the peak voltage value range and the frequency range, the concrete or mortar filling status in the mold is determined based on the comparison result. For example, when filling concrete into the structure mold, Whether it is filled with mortar, etc. It can be and accurately identified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a filling detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a measurement result obtained by the filling detection apparatus of FIG. 1, and is an output voltage waveform diagram when there is no concrete in the precast concrete formwork.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a measurement result obtained by the filling detection apparatus of FIG. 1, and is an output voltage waveform diagram when concrete is present in a precast concrete formwork.
4 is a diagram showing an example of a measurement result obtained by the filling detection apparatus of FIG. 1, and is an output voltage waveform diagram when mortar is present in a precast concrete formwork. FIG.
FIG. 5 is a view showing a state of filling concrete in a precast concrete formwork, and is a view when a coarse aggregate is not in contact with a piezoelectric speaker.
6 is a block diagram illustrating a configuration of a determination unit of the filling detection device of FIG. 1;
7 is a diagram illustrating an example of digital data used in the determination unit of FIG. 6;
FIG. 8 is a flowchart showing a filling determination process of the filling detection device of FIG. 1;
9 is a flowchart showing a mapping comparison process during the filling determination process of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Synchronous signal generator 2 Variable frequency oscillator 3 Amplifier 4 Piezoelectric speaker 5 Resistance 6 Differential amplifier 7 4 Quadrant multiplier 8 Low pass filter 9 Determination part 10 Display part 11 A / D conversion part 12 Operation part 13 Control part 14 Storage part 14A Memory 15 Determination output unit 15A Memory 20 Signal generation / application means 30 Frequency characteristic detection means 40 Coarse aggregate 41 Mortar 42 Control panel

Claims (1)

電気エネルギを機械エネルギに変換するセンサ素子が型枠内に配置され、前記センサ素子の周波数特性から前記型枠内の充填物の充填状態を識別する充填検知装置であって、
前記センサ素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加する信号印加手段と、
前記電気信号が印加された前記センサ素子周波数特性を検出する周波数特性検出手段と、
前記型枠内に充填される充填物ごとの基準データとして、各充填物が充填されたときに前記センサ素子の周波数特性に現れるピーク電圧値と当該ピーク電圧値が現れる周波数範囲とを記憶し、前記基準データの中に、少なくとも、前記ピーク電圧値が0〜2.5Vで前記周波数範囲が3〜13.0kHzであるコンクリートの基準データと、前記ピーク電圧値が3.0〜7.0Vで前記周波数範囲が4.5〜5.5kHzであるモルタルの基準データと、前記ピーク電圧値が3.0〜9.0Vで前記周波数範囲が5.6〜6.5kHzである水の基準データとが含まれている記憶手段と、
前記周波数特性検出手段が検出した周波数特性を微分処理してピーク電圧値を求めるともに、当該ピーク電圧値が現れている周波数範囲を前記周波数特性から求め、前記ピーク電圧値及び周波数範囲と前記記憶手段に記憶された前記基準データとを比較して充填物の充填状態を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする充填検知装置。
A sensor device for converting electrical energy into mechanical energy is disposed in a mold, and a filling detection device for identifying a filling state of a filling in the mold from a frequency characteristic of the sensor element,
A signal applying means for applying an electrical signal whose frequency changes over time to the sensor element;
A frequency characteristic detection means for detecting a frequency characteristic of the sensor element in which the electrical signal is applied,
As reference data for each filling filled in the mold, the peak voltage value appearing in the frequency characteristics of the sensor element when each filling is filled and the frequency range in which the peak voltage value appears are stored, Among the reference data, at least the peak voltage value of 0 to 2.5 V and the concrete reference data of the frequency range of 3 to 13.0 kHz, and the peak voltage value of 3.0 to 7.0 V Reference data of mortar whose frequency range is 4.5 to 5.5 kHz, and reference data of water whose peak voltage value is 3.0 to 9.0 V and whose frequency range is 5.6 to 6.5 kHz A storage means including :
The frequency characteristic detected by the frequency characteristic detection means is differentiated to obtain a peak voltage value, a frequency range in which the peak voltage value appears is obtained from the frequency characteristic, and the peak voltage value and frequency range and the storage means are obtained. Determining means for comparing the reference data stored in to determine the filling state of the filling,
Filling detection device characterized by comprising a.
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