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JP6817628B2 - Vibration radar device and data analysis device - Google Patents
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Description

本発明は、主に鉄筋コンクリートの鉄筋の腐食状態を精緻に計測するための、加振レーダ装置及びデータ解析装置に関する。 The present invention mainly relates to a vibration radar device and a data analysis device for precisely measuring the corrosion state of a reinforcing bar of reinforced concrete.

我が国の高度成長期に建設された鉄筋コンクリート(RC:Reinforced-Concrete)構造物の多くは40年以上を経過し、膨大な維持管理コストの増加が懸念されている。RC構造物はコンクリートがアルカリ性に保たれることで鉄筋の酸化を防いでいるが、塩化物イオンの侵入により鉄筋が腐食、膨張すると、コンクリートに微細なひび割れが発生し、コンクリートの剥離や著しい強度低下の要因となる。このようなコンクリートは地震等の外的要因以外にも、自然に崩壊する危険性があるので、そのような危険性を事前に察知し、早急に対策を講じる必要がある。なお、危険性の事前察知には、鉄筋の腐食や膨張を検査・測定する必要がある。 Most of the reinforced concrete (RC: Reinforced-Concrete) structures constructed during the high-growth period of Japan have passed more than 40 years, and there is concern that the maintenance cost will increase enormously. RC structures prevent the oxidation of reinforcing bars by keeping the concrete alkaline, but when the reinforcing bars are corroded and expanded due to the invasion of chloride ions, fine cracks occur in the concrete, causing peeling of the concrete and significant strength. It causes a decrease. In addition to external factors such as earthquakes, such concrete has a risk of spontaneous collapse, so it is necessary to detect such a risk in advance and take immediate measures. It is necessary to inspect and measure the corrosion and expansion of the reinforcing bar in order to detect the danger in advance.

本発明の技術分野に近い先行技術文献を特許文献1及び特許文献2に示す。
特許文献1には、磁歪体含有構造物の非破壊検査方法として、変動磁場により鉄筋を振動させる計測方法が開示されている。
特許文献2には、パルス電磁力による音響診断・測定装置、及びそれらの診断・測定方法として、パルス電磁力により加振させたコンクリート内部の鉄筋の波形を測定することで、鉄筋の診断をする方法が開示されている。
Prior art documents close to the technical field of the present invention are shown in Patent Document 1 and Patent Document 2.
Patent Document 1 discloses a measurement method in which a reinforcing bar is vibrated by a fluctuating magnetic field as a non-destructive inspection method for a structure containing a magnetostrictive body.
Patent Document 2 describes an acoustic diagnosis / measurement device using pulsed electromagnetic force, and as a method for diagnosing / measuring them, the reinforcing bar is diagnosed by measuring the waveform of the reinforcing bar inside the concrete vibrated by the pulsed electromagnetic force. The method is disclosed.

特開2002−90350号公報JP-A-2002-90350 特許3738424号公報Japanese Patent No. 3738424

鉄筋コンクリートにおける既往の検査法では、まず目視によりひび割れや錆汁の確認を行った後、鉄筋のはつり出しを伴う自然電位法や分極抵抗法等が適用されてきた。しかし、自然電位法は腐食の有無の評価に用いられるのみで、腐食量の正確な評価が困難である。また、分極抵抗法は腐食速度の評価に用いられる。このように、コンクリート内の鉄筋の現時点での腐食量を非破壊的に評価する確固たる手法は、現時点では確立されていない。 In the existing inspection methods for reinforced concrete, cracks and rust juice are first visually confirmed, and then the natural potential method and the polarization resistance method, which involve the squeezing out of the reinforcing bars, have been applied. However, the natural potential method is only used for evaluating the presence or absence of corrosion, and it is difficult to accurately evaluate the amount of corrosion. In addition, the polarization resistance method is used to evaluate the corrosion rate. As described above, a firm method for non-destructively evaluating the current amount of corrosion of reinforcing bars in concrete has not been established at this time.

一方、既往の鉄筋腐食評価の研究としては、鉄筋に外部から交番磁界を与えて渦電流により鉄筋を発熱させ、コンクリート表面の温度を計測する手法がある。しかし、この方法は日射環境での適用が困難である。
さらに、本発明に最も近い研究として電磁パルス法と呼ばれる手法がある。電磁パルス法はコンクリート外部から励磁コイルに数ms程度のパルス電流を印加し、鉄筋を瞬間的に加振し、鉄筋を音源とする衝撃による振動を表面の弾性波センサで計測する手法である。鉄筋が腐食し、コンクリートとの拘束が弱まった場合、健全な鉄筋に比べ得られる弾性波振幅が小さくなることから、鉄筋の評価への応用が期待されている。
On the other hand, as a research on the evaluation of corrosion of reinforcing bars in the past, there is a method of measuring the temperature of the concrete surface by applying an alternating magnetic field to the reinforcing bars from the outside to generate heat by eddy currents. However, this method is difficult to apply in a solar radiation environment.
Further, as a study closest to the present invention, there is a method called an electromagnetic pulse method. The electromagnetic pulse method is a method in which a pulse current of about several ms is applied to an exciting coil from the outside of concrete, the reinforcing bar is momentarily vibrated, and vibration due to an impact using the reinforcing bar as a sound source is measured by an elastic wave sensor on the surface. When the reinforcing bar is corroded and the restraint with concrete is weakened, the elastic wave amplitude obtained is smaller than that of a healthy reinforcing bar, so that it is expected to be applied to the evaluation of the reinforcing bar.

また、この電磁パルス法は、鉄筋を加振源とした衝撃弾性波法の一つとして、鉄筋コンクリート間のひび割れの評価にも用いられている。しかし、電磁パルス法では鉄筋からのパルス振動を表面に設置した弾性波センサで計測するため、計測データがセンサの接触状況に影響を受けるという欠点がある。また、弾性波は一般的にコンクリート内のき裂により強い減衰を受けるなど、弾性波の伝搬に伴う鉄筋−コンクリート間の不均質性の影響も受ける。このため、電磁パルス法では、鉄筋周囲の腐食状況を反映した鉄筋振動の直接的な情報を得ることは本質的に困難であり、鉄筋の腐食の評価には必ずしも有効とはいえない手法である。
また、コンクリートのひび割れや剥離の評価においても、同様な理由により、ひび割れ等のさらに奥にある鉄筋の腐食に伴って発生する水平なひび割れの探査は原理的に困難となっている。
In addition, this electromagnetic pulse method is also used for evaluation of cracks between reinforced concrete as one of the impact elastic wave methods using reinforcing bars as a vibration source. However, since the electromagnetic pulse method measures the pulse vibration from the reinforcing bar with an elastic wave sensor installed on the surface, there is a drawback that the measurement data is affected by the contact state of the sensor. In addition, elastic waves are generally affected by the inhomogeneity between reinforcing bars and concrete due to the propagation of elastic waves, such as being strongly damped by cracks in concrete. For this reason, it is essentially difficult to obtain direct information on the vibration of the reinforcing bar that reflects the corrosion status around the reinforcing bar by the electromagnetic pulse method, and it is not always effective in evaluating the corrosion of the reinforcing bar. ..
Further, in the evaluation of cracks and peeling of concrete, for the same reason, it is difficult in principle to search for horizontal cracks generated by corrosion of reinforcing bars deeper than cracks.

本発明は係る状況に鑑みてなされたものであり、コンクリートのひび割れ等の外的要因に左右されず、RC建造物の鉄筋の腐食箇所を、非破壊で、正確に特定することのできる、加振レーダ装置及びデータ解析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can accurately identify the corroded part of the reinforcing bar of the RC building without being influenced by external factors such as cracks in concrete. An object of the present invention is to provide a vibration radar device and a data analysis device.

上記課題を解決するために、本発明の加振レーダ装置は、コンクリートの内部に存在する鉄筋を加振するための低周波信号を発生する加振低周波信号源と、低周波信号に基づいて鉄筋を加振する励磁コイルと、レーダ波のための高周波信号を発生する高周波発生部とを具備する。更に、高周波信号の周波数を設定する周波数設定部と、高周波信号に基づくレーダ波を鉄筋へ送信する送信アンテナと、鉄筋から反射されたレーダ波を受信する受信アンテナと、受信アンテナから受信した信号と高周波信号を入力して直交検波を行う直交検波器と、加振低周波信号源と励磁コイルとの間に設けられるスイッチとを具備する。直交検波器は、スイッチがオフの時の無変調成分信号と、スイッチがオンの時のドップラ変調成分信号とを出力する。 In order to solve the above problems, the vibration radar device of the present invention is based on a vibration low frequency signal source that generates a low frequency signal for vibration of the reinforcing bars existing inside the concrete and a low frequency signal. It includes an exciting coil that excites the reinforcing bar and a high-frequency generator that generates a high-frequency signal for radar waves. Further, a frequency setting unit that sets the frequency of the high-frequency signal, a transmitting antenna that transmits a radar wave based on the high-frequency signal to the reinforcing bar, a receiving antenna that receives the radar wave reflected from the reinforcing bar, and a signal received from the receiving antenna. It includes an orthogonal detector that inputs a high-frequency signal and performs orthogonal detection, and a switch provided between the excitation low-frequency signal source and the exciting coil. The quadrature detector outputs an unmodulated component signal when the switch is off and a Doppler modulated component signal when the switch is on.

本発明によれば、コンクリートのひび割れ等の外的要因に左右されず、RC建造物の鉄筋の腐食箇所を、非破壊で、正確に特定することのできる、加振レーダ装置及びデータ解析装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, a vibration radar device and a data analysis device capable of non-destructively and accurately identifying a corroded part of a reinforcing bar of an RC building without being influenced by external factors such as cracks in concrete. Can be provided.
Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.

本発明の実施形態に係る加振レーダ装置の全体構成及び測定方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure and the measuring method of the vibration radar apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る加振レーダ装置のブロック図である。It is a block diagram of the vibration radar apparatus which concerns on embodiment of this invention. ボウタイスロットアンテナの正面図と側面図である。It is a front view and a side view of a bowtie slot antenna. データ解析装置のソフトウェア機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the software function of a data analysis apparatus. 健全な鉄筋コンクリートの柱と、鉄筋の腐食が進行した鉄筋コンクリートの柱に、本発明の実施形態に係る加振レーダ装置の励磁コイルと送信用ボウタイスロットアンテナと受信用ボウタイスロットアンテナを配置した状態を示す、概略断面図である。It shows a state in which the excitation coil of the excitation radar device according to the embodiment of the present invention, the transmission bow tie slot antenna, and the reception bow tie slot antenna are arranged on a sound reinforced concrete column and a reinforced concrete column in which the corrosion of the reinforcing bar has progressed. , It is a schematic cross-sectional view. 本発明の概念図を示す。The conceptual diagram of this invention is shown. 作製した鉄筋コンクリート供試体と励磁コイルの様子を示す概略図である。It is the schematic which shows the state of the reinforced concrete specimen and the exciting coil produced. 健全な供試体と21時間の電食を行った供試体において得られた無変調信号波形及び、加振ドップラ信号波形を示すグラフである。It is a graph which shows the unmodulated signal waveform and the vibrating Doppler signal waveform obtained in the sound specimen and the specimen which was subjected to electrolytic corrosion for 21 hours. 健全な供試体と21時間の電食を行った供試体において得られた無変調信号波形及び、加振ドップラ信号波形の一部拡大図である。において得られた無変調信号波形及び、加振ドップラ信号波形の一部拡大図である。It is a partially enlarged view of the unmodulated signal waveform and the vibrating Doppler signal waveform obtained in a sound specimen and a specimen subjected to electrolytic corrosion for 21 hours. It is a partially enlarged view of the unmodulated signal waveform and the vibration Doppler signal waveform obtained in 1. 振動変位の空間平均、標準偏差をエラーバーで示した結果を示すグラフと、無変調成分に対するドップラ波形のピークの遅延時間の平均値と標準偏差をエラーバーで示すグラフである。It is a graph showing the result of showing the spatial average and standard deviation of the vibration displacement by the error bar, and the graph showing the average value and the standard deviation of the peak delay time of the Doppler waveform with respect to the unmodulated component by the error bar.

本発明の実施形態に係る加振レーダ装置は、電磁パルス法において問題となる鉄筋振動の直接的な情報を得る手法の一種であり、励磁コイルによりコンクリート中の鉄筋を振動させ、電磁波レーダを用いたドップラ変位計測法によりその振動を非破壊的に計測する。コンクリートは弾性波に比べて電磁波に対して均質な媒質であり、内部のひび割れ等の影響を受けにくい。また、接触式の弾性波センサと異なり非接触で振動変位を計測できるため、設置方法による影響も低減できる。 The vibration radar device according to the embodiment of the present invention is a kind of method for obtaining direct information on the vibration of the reinforcing bar, which is a problem in the electromagnetic pulse method. The reinforcing bar in the concrete is vibrated by the exciting coil, and the electromagnetic wave radar is used. The vibration is non-destructively measured by the existing Doppler displacement measurement method. Concrete is a medium that is more homogeneous to electromagnetic waves than elastic waves, and is less susceptible to internal cracks. Further, unlike the contact type elastic wave sensor, the vibration displacement can be measured without contact, so that the influence of the installation method can be reduced.

また、本発明の実施形態に係る加振レーダ装置は、コンクリート内で1cm程度の分解能を有する高分解能の電磁波レーダ法を用いるため、鉄筋と鉄筋以外のレーダ反射体である鉄錆やコンクリートとの時間的な分離を容易に行うことができる。電磁パルス法では弾性波の透過計測を基本としており、鉄筋部位のみの振動を議論できないが、本手法は、レーダ応答の様子から鉄筋を特定できるため、鉄筋の存在する部位のみを独立して議論できる点が大きく異なる。また、ドップラレーダの原理により、鉄筋の振動変位を定量的に評価可能であり、鉄筋腐食によるコンクリートの拘束が弱まることにより、鉄筋の振動変位が低下する現象を効果的にとらえることが可能である。 Further, since the vibration radar device according to the embodiment of the present invention uses a high-resolution electromagnetic wave radar method having a resolution of about 1 cm in concrete, the reinforcing bar and the radar reflector other than the reinforcing bar such as iron rust and concrete are used. Temporal separation can be easily performed. The electromagnetic pulse method is based on the transmission measurement of elastic waves, and it is not possible to discuss the vibration of only the reinforcing bar part. However, since this method can identify the reinforcing bar from the state of the radar response, only the part where the reinforcing bar exists is discussed independently. The points that can be done are very different. In addition, the vibration displacement of the reinforcing bar can be quantitatively evaluated by the principle of Doppler radar, and it is possible to effectively grasp the phenomenon that the vibration displacement of the reinforcing bar decreases due to the weakening of the restraint of concrete due to the corrosion of the reinforcing bar. ..

また、鉄筋の振動の様子そのものを捉えるという観点では、鉄筋の腐食に伴い鉄筋から赤錆等の腐食生成物が発生し、鉄筋の断面欠損が起こる。これは、構造物の躯体強度に影響を与えるため、断面欠損の評価も重要となる。本手法では、鉄筋を単一周波数で加振することにより、無加振時と加振時のレーダ応答を計測可能としている。 Further, from the viewpoint of capturing the state of vibration of the reinforcing bar itself, corrosion products such as red rust are generated from the reinforcing bar as the reinforcing bar is corroded, and a cross-sectional defect of the reinforcing bar occurs. Since this affects the skeleton strength of the structure, it is also important to evaluate the cross-sectional defect. In this method, it is possible to measure the radar response when there is no vibration and when there is vibration by exciting the reinforcing bar at a single frequency.

例えば、腐食のない健全な鉄筋では、無加振時のレーダ応答と加振時のレーダ応答は同じ伝搬路を通過するため、波形の到達時刻差はない。
しかし、腐食に伴う断面欠損により鉄筋径が細くなると、無加振時では腐食生成物も含めた膨張した鉄筋としてレーダ反射応答が計測される。一方、加振時においては、腐食生成物は振動せず、断面欠損した鉄筋のみが振動する。このことから、鉄筋反射波の反射応答が遅れて到達することが期待できる。
For example, in a sound reinforcing bar without corrosion, the radar response when there is no vibration and the radar response when there is vibration pass through the same propagation path, so that there is no difference in the arrival time of the waveform.
However, when the diameter of the reinforcing bar becomes small due to the cross-sectional defect due to corrosion, the radar reflection response is measured as an expanded reinforcing bar including corrosion products when no vibration is applied. On the other hand, at the time of vibration, the corrosion product does not vibrate, and only the reinforcing bar having a missing cross section vibrates. From this, it can be expected that the reflected response of the rebar reflected wave arrives with a delay.

本発明の実施形態に係る加振レーダ装置では、この様子を計測することも可能なことから、振動変位だけではなく、無加振及び加振時の鉄筋反射応答の時間差からも腐食量の評価が可能である。
これにより、鉄筋腐食量や、複数の鉄筋をまたぐような広範囲な水平ひび割れによる鉄筋拘束の低下による振動変位の増加から水平ひび割れの分布等を鉄筋−コンクリート間の不均質に影響を受けることなく計測できるといった、既存の手法にはない産業上の利用分野を開拓することができる。
Since the vibration radar device according to the embodiment of the present invention can measure this state, the amount of corrosion is evaluated not only from the vibration displacement but also from the time difference of the reinforcing bar reflection response during no vibration and vibration. Is possible.
As a result, the amount of corrosion of the reinforcing bars and the distribution of horizontal cracks can be measured without being affected by the heterogeneity between the reinforcing bars and concrete due to the increase in vibration displacement due to the decrease in the restraint of the reinforcing bars due to a wide range of horizontal cracks that span multiple reinforcing bars. It is possible to develop industrial application fields that are not available in existing methods.

[加振レーダ装置:全体構成及び測定方法]
図1は、本発明の実施形態に係る加振レーダ装置101の全体構成及び測定方法を示す概略図である。
鉄筋コンクリートで構成されるRC構造物の柱102の、測定を行いたい箇所に、励磁コイル103とボウタイスロットアンテナ104を押し付けて固定する。この状態で、ネットワークアナライザ105から1GHz〜13GHz程度の高周波信号を出力する。また、加振低周波信号源106から50Hz程度の低周波信号を生成する。パソコン107は、ネットワークアナライザ105(回路網解析装置)が出力する高周波信号の周波数と、加振低周波信号源106に接続されているスイッチ108のオン・オフを制御する。
[Vibration radar device: overall configuration and measurement method]
FIG. 1 is a schematic view showing an overall configuration and a measurement method of the vibration radar device 101 according to the embodiment of the present invention.
The exciting coil 103 and the bowtie slot antenna 104 are pressed and fixed to the positions to be measured on the columns 102 of the RC structure made of reinforced concrete. In this state, a high frequency signal of about 1 GHz to 13 GHz is output from the network analyzer 105. Further, a low frequency signal of about 50 Hz is generated from the vibration low frequency signal source 106. The personal computer 107 controls the frequency of the high-frequency signal output by the network analyzer 105 (network analyzer) and the on / off of the switch 108 connected to the excitation low-frequency signal source 106.

ネットワークアナライザ105から出力される高周波信号は、RFパワーアンプ109によって増幅され、ダウンコンバート回路110に入力される。また、加振低周波信号源106から出力される低周波信号も、スイッチ108を介してダウンコンバート回路110に入力される。ダウンコンバート回路110は、加法定理に基づいて、RFパワーアンプ109によって増幅された高周波信号の周波数を、加振低周波信号源106から出力される低周波信号の分だけ下げる。したがって、スイッチ108がオンされている状態では、ダウンコンバート回路110から低周波信号の周波数の分だけ周波数が下がった高周波信号が出力され、スイッチ108がオフされている状態では、ダウンコンバート回路110からは無変調の高周波信号が出力される。 The high-frequency signal output from the network analyzer 105 is amplified by the RF power amplifier 109 and input to the down-conversion circuit 110. Further, the low frequency signal output from the vibration low frequency signal source 106 is also input to the down conversion circuit 110 via the switch 108. Based on the addition theorem, the down-conversion circuit 110 lowers the frequency of the high-frequency signal amplified by the RF power amplifier 109 by the amount of the low-frequency signal output from the vibrating low-frequency signal source 106. Therefore, when the switch 108 is on, the down-conversion circuit 110 outputs a high-frequency signal whose frequency is lowered by the frequency of the low-frequency signal, and when the switch 108 is off, the down-conversion circuit 110 outputs a high-frequency signal whose frequency is lowered by the frequency of the low-frequency signal. Outputs an unmodulated high frequency signal.

一方、加振低周波信号源106から出力される低周波信号は、スイッチ108を介して分周器111に入力される。分周器111は入力される低周波信号を半分の周波数へ分周する。
分周器111から出力される低周波信号は、AFパワーアンプ112に入力される。AFパワーアンプ112はおよそ200WクラスのD級パワーアンプである。
AFパワーアンプ112から出力される大電力の低周波電流は、励磁コイル103へ流れる。励磁コイル103に大電流の低周波交流電流が流れることにより、積層鋼板で構成された励磁コイル103のコア103aには強力な低周波磁力が発生する。低周波磁力は、柱102を構成する、コンクリートの中に存在する鉄筋208(図2参照)に到達し、鉄筋208を加振する。
On the other hand, the low frequency signal output from the excitation low frequency signal source 106 is input to the frequency divider 111 via the switch 108. The frequency divider 111 divides the input low frequency signal by half the frequency.
The low frequency signal output from the frequency divider 111 is input to the AF power amplifier 112. The AF power amplifier 112 is a class D power amplifier of about 200 W class.
The high-power low-frequency current output from the AF power amplifier 112 flows to the exciting coil 103. When a large low-frequency alternating current flows through the exciting coil 103, a strong low-frequency magnetic force is generated in the core 103a of the exciting coil 103 made of a laminated steel plate. The low-frequency magnetic force reaches the reinforcing bar 208 (see FIG. 2) existing in the concrete, which constitutes the column 102, and vibrates the reinforcing bar 208.

ダウンコンバート回路110から出力される高周波信号は、励磁コイル103の直下に配置された送信アンテナである送信用ボウタイスロットアンテナ104a(図2参照)に供給される。高周波信号が印加された送信用ボウタイスロットアンテナ104aからは、電波が発せられる。送信用ボウタイスロットアンテナ104aから送信された1〜13GHzの電波は、コンクリートの中に存在する鉄筋208に到達し、鉄筋208によって反射される。
鉄筋208によって反射された電波は、励磁コイル103の直下かつ送信用ボウタイスロットアンテナ104aの側に配置された受信アンテナである受信用ボウタイスロットアンテナ104b(図2参照)に到達する。電波を受信した受信用ボウタイスロットアンテナ104bからは、高周波信号が発せられる。受信用ボウタイスロットアンテナ104bで受信された1〜13GHzの高周波信号は、ネットワークアナライザ105に入力される。
The high-frequency signal output from the down-conversion circuit 110 is supplied to the transmission bowtie slot antenna 104a (see FIG. 2), which is a transmission antenna arranged directly below the exciting coil 103. Radio waves are emitted from the transmission bowtie slot antenna 104a to which a high-frequency signal is applied. The radio waves of 1 to 13 GHz transmitted from the transmission bowtie slot antenna 104a reach the reinforcing bar 208 existing in the concrete and are reflected by the reinforcing bar 208.
The radio wave reflected by the reinforcing bar 208 reaches the receiving bow tie slot antenna 104b (see FIG. 2), which is a receiving antenna arranged directly under the exciting coil 103 and on the side of the transmitting bow tie slot antenna 104a. A high-frequency signal is emitted from the receiving bowtie slot antenna 104b that has received the radio waves. The high frequency signals of 1 to 13 GHz received by the receiving bowtie slot antenna 104b are input to the network analyzer 105.

ネットワークアナライザ105は、RFパワーアンプ109へ出力した高周波信号と、受信用ボウタイスロットアンテナ104bで受信した1〜13GHzの高周波信号とを内部で直交検波を行う。そして、得られたデータをパソコン107へ出力する。
パソコン107は、ネットワークアナライザ105から得られたデータを基に解析を行うことで、受信用ボウタイスロットアンテナ104bで受信した高周波信号に含まれる僅かな異変を検出し、鉄筋208の振動変位を数値化する。
The network analyzer 105 internally performs orthogonal detection of the high-frequency signal output to the RF power amplifier 109 and the high-frequency signal of 1 to 13 GHz received by the receiving bowtie slot antenna 104b. Then, the obtained data is output to the personal computer 107.
The personal computer 107 analyzes a data obtained from the network analyzer 105 to detect a slight change contained in the high-frequency signal received by the receiving bowtie slot antenna 104b, and quantifies the vibration displacement of the reinforcing bar 208. To do.

励磁コイル103とボウタイスロットアンテナ104による、柱102に埋設されている鉄筋208の振動変位検出は、励磁コイル103とボウタイスロットアンテナ104が固定された箇所でのみ有効である。したがって、柱102のある一箇所について測定を行ったら、次に当該箇所から励磁コイル103とボウタイスロットアンテナ104をずらして、また別の箇所で測定を行う。つまり、励磁コイル103とボウタイスロットアンテナ104で、柱102を走査する。 The vibration displacement detection of the reinforcing bar 208 embedded in the column 102 by the exciting coil 103 and the bow tie slot antenna 104 is effective only at the place where the exciting coil 103 and the bow tie slot antenna 104 are fixed. Therefore, after the measurement is performed at one location of the pillar 102, the exciting coil 103 and the bowtie slot antenna 104 are then displaced from the location, and the measurement is performed at another location. That is, the exciting coil 103 and the bowtie slot antenna 104 scan the pillar 102.

[加振レーダ装置101:ブロック図]
図2は、本発明の実施形態に係る加振レーダ装置101のブロック図である。
ネットワークアナライザ105は、GHz帯の高周波信号を生成する。また、高周波信号を受信して、後述する信号処理を行い、生成したデータをパソコン107等の外部機器へ出力する。
ネットワークアナライザ105に内蔵される基準周波数発生器201は、高周波送信周波数を生成する。ここで、ネットワークアナライザ105の外部に存在する鉄筋208では、後述するドップラ効果によって、GHz帯の高周波に対し、数10Hzの周波数変調が生じる。このため、基準周波数発生器201は、位相雑音が小さく超高安定度を有する、水晶振動子等を用いた基準周波数発生回路が望ましい。
[Vibration radar device 101: block diagram]
FIG. 2 is a block diagram of the vibration radar device 101 according to the embodiment of the present invention.
The network analyzer 105 generates a high frequency signal in the GHz band. In addition, it receives a high-frequency signal, performs signal processing described later, and outputs the generated data to an external device such as a personal computer 107.
The reference frequency generator 201 built into the network analyzer 105 generates a high frequency transmission frequency. Here, in the reinforcing bar 208 existing outside the network analyzer 105, frequency modulation of several tens of Hz occurs with respect to a high frequency in the GHz band due to the Doppler effect described later. Therefore, the reference frequency generator 201 is preferably a reference frequency generator circuit using a crystal oscillator or the like, which has low phase noise and ultra-high stability.

高周波発生部202は、周知のPLL回路を基本とする発振回路であり、基準周波数発生器201が生成する基準信号に位相同期した高周波信号を生成する。
周波数設定部203は高周波発生部202が生成する信号の周波数を設定する。後述するが、高周波発生部202が生成する信号には、1GHz〜13GHz程度までの周波数挿引を行う必要があるため、パソコン107等の外部機器を用いて周波数設定部203を制御することで、高周波発生部202が生成する信号の周波数を任意に設定する機能を実現する。
The high frequency generator 202 is an oscillation circuit based on a well-known PLL circuit, and generates a high frequency signal whose phase is synchronized with the reference signal generated by the reference frequency generator 201.
The frequency setting unit 203 sets the frequency of the signal generated by the high frequency generation unit 202. As will be described later, since it is necessary to perform frequency subtraction from 1 GHz to 13 GHz for the signal generated by the high frequency generation unit 202, the frequency setting unit 203 can be controlled by using an external device such as a personal computer 107. A function of arbitrarily setting the frequency of the signal generated by the high frequency generating unit 202 is realized.

ネットワークアナライザ105が出力する高周波信号は、RFパワーアンプ109で増幅される。RFパワーアンプ109で電力増幅された高周波信号は、ダウンコンバート回路110の直交分配器204に入力される。
直交分配器204は、入力された高周波信号から、そのまま出力する側(位相0°)と、90°位相を遅らせた側(位相90°)の、2種類の信号を出力する。
位相0°の高周波信号は、第一乗算器205に入力される。一方、加振低周波信号源106から出力される低周波信号は、スイッチ108を通じて第一乗算器205に入力される。
位相90°の高周波信号は、第二乗算器206に入力される。一方、加振低周波信号源106から出力される低周波信号は、スイッチ108、90°位相偏移器215を通じて第二乗算器206に入力される。
The high frequency signal output by the network analyzer 105 is amplified by the RF power amplifier 109. The high frequency signal power amplified by the RF power amplifier 109 is input to the orthogonal distributor 204 of the down conversion circuit 110.
The orthogonal distributor 204 outputs two types of signals from the input high-frequency signal, one is the side that outputs the signal as it is (phase 0 °) and the other is the side that delays the phase by 90 ° (phase 90 °).
The high frequency signal having a phase of 0 ° is input to the first multiplier 205. On the other hand, the low frequency signal output from the vibration low frequency signal source 106 is input to the first multiplier 205 through the switch 108.
The high frequency signal having a phase of 90 ° is input to the second multiplier 206. On the other hand, the low frequency signal output from the vibration low frequency signal source 106 is input to the second multiplier 206 through the switch 108 and the 90 ° phase shifter 215.

加振低周波信号源106は、例えば50Hz程度の正弦波(サイン波)を生成する。加振低周波信号源106は回路で作成してもよいし、圧縮オーディオファイルを作成して半導体オーディオプレーヤでエンドレス再生してもよい。 The vibration low frequency signal source 106 generates, for example, a sine wave (sine wave) of about 50 Hz. The excited low frequency signal source 106 may be created by a circuit, or a compressed audio file may be created and played endlessly by a semiconductor audio player.

第一乗算器205と第二乗算器206の出力信号は、合成器207によって加算される。合成器207は、第一乗算器205と第二乗算器206の出力信号を加算する。すると、高周波信号の周波数fが低周波信号の周波数fだけ低くなる。このダウンコンバート回路110の目的は、高周波信号の周波数fを低周波信号の周波数fへ負方向にシフトさせるためのものである。
スイッチ108がオフの時は、第一加算器及び第二加算器には低周波信号が印加されないので、RFパワーアンプ109から出力される高周波信号がそのまま通過する。このため、この時の高周波信号の周波数はfのままである。
スイッチ108がオンの時は、第一加算器及び第二加算器に低周波信号が印加されるので、RFパワーアンプ109から出力される高周波信号の周波数が低周波信号の周波数fだけ低下する。このため、この時の高周波信号の周波数はf−fとなる。
The output signals of the first multiplier 205 and the second multiplier 206 are added by the synthesizer 207. The synthesizer 207 adds the output signals of the first multiplier 205 and the second multiplier 206. Then, the frequency f of the high frequency signal is lower by frequency f v of the low frequency signal. The purpose of the down-conversion circuit 110 is to shift the frequency f of the high-frequency signal in the negative direction to the frequency f v of the low-frequency signal.
When the switch 108 is off, no low frequency signal is applied to the first adder and the second adder, so the high frequency signal output from the RF power amplifier 109 passes through as it is. Therefore, the frequency of the high frequency signal at this time remains f.
When the switch 108 is on, the low-frequency signal is applied to the first adder and the second adder, the frequency of the high frequency signal outputted from the RF power amplifier 109 is reduced by the frequency f v of the low frequency signal .. Therefore, the frequency of the time of a high-frequency signal is f-f v.

アップコンバート回路110から出力される高周波信号は、励磁コイル103の直下に配置された送信用ボウタイスロットアンテナ104aに供給される。すると、高周波信号が印加された送信用ボウタイスロットアンテナ104aからは、電波が発せられる。送信用ボウタイスロットアンテナ104aから送信された1〜13GHzの電波は、コンクリートの中に存在する鉄筋208に到達し、鉄筋208によって反射される。 The high-frequency signal output from the up-conversion circuit 110 is supplied to the transmission bowtie slot antenna 104a arranged directly below the exciting coil 103. Then, a radio wave is emitted from the transmission bowtie slot antenna 104a to which the high frequency signal is applied. The radio waves of 1 to 13 GHz transmitted from the transmission bowtie slot antenna 104a reach the reinforcing bar 208 existing in the concrete and are reflected by the reinforcing bar 208.

一方、加振低周波信号源106から出力される低周波信号は、スイッチ108を介して分周器111に入力される。分周器111は入力される低周波信号を半分の周波数へ分周する。
分周器111から出力される低周波信号は、AFパワーアンプ112に入力される。AFパワーアンプ112から出力される大電力の低周波電流は、励磁コイル103へ流れる。励磁コイル103に大電流の低周波交流電流が流れることにより、積層鋼板で構成された励磁コイル103のコア103aには強力な低周波磁力が発生する。低周波磁力は、コンクリートの中に存在する鉄筋208に到達し、鉄筋208を駆動する。
On the other hand, the low frequency signal output from the excitation low frequency signal source 106 is input to the frequency divider 111 via the switch 108. The frequency divider 111 divides the input low frequency signal by half the frequency.
The low frequency signal output from the frequency divider 111 is input to the AF power amplifier 112. The high-power low-frequency current output from the AF power amplifier 112 flows to the exciting coil 103. When a large low-frequency alternating current flows through the exciting coil 103, a strong low-frequency magnetic force is generated in the core 103a of the exciting coil 103 made of a laminated steel plate. The low frequency magnetic force reaches the reinforcing bars 208 existing in the concrete and drives the reinforcing bars 208.

鉄筋208は磁石ではないので、励磁コイル103の磁極がNからS、またその逆に転換しても、何れの場合においても鉄筋208は励磁コイル103のコア103aへ吸引される。つまり、鉄筋208は励磁コイル103に印加された交流の2倍の周波数で振動させられる。このため、周波数を半分にする分周器111が必要になる。
なお、出力周波数を入力周波数の1/2倍にする分周器111をスイッチ108とAFパワーアンプ112の間に設ける代わりに、出力周波数を入力周波数の2倍にする逓倍器をスイッチ108とダウンコンバート回路110の間に設けてもよい。
Since the reinforcing bar 208 is not a magnet, the reinforcing bar 208 is attracted to the core 103a of the exciting coil 103 in any case even if the magnetic pole of the exciting coil 103 is changed from N to S and vice versa. That is, the reinforcing bar 208 is vibrated at a frequency twice that of the alternating current applied to the exciting coil 103. Therefore, a frequency divider 111 that halves the frequency is required.
Instead of providing a frequency divider 111 that doubles the output frequency to the input frequency between the switch 108 and the AF power amplifier 112, a multiplier that doubles the output frequency to the input frequency is downed with the switch 108. It may be provided between the conversion circuits 110.

図3Aは、ボウタイスロットアンテナ104の正面図である。図3Bは、ボウタイスロットアンテナ104の側面図である。
送信用ボウタイスロットアンテナ104aと受信用ボウタイスロットアンテナ104bは、同一の形状である。
ボウタイスロットアンテナ104は、銅板で形成された直方体の筐体301に、ボウタイ(蝶ネクタイ)形状のスロット301aが形成されている。このスロット301aの中心部分にケーブル302の先端に設けられた給電点302aが形成されている。ボウタイスロットアンテナ104は、その形状から広い周波数帯域でSWR(Standing Wave Ratio:定在波比)の変動が少ない、という特徴がある。このため、本発明の実施形態に係る加振レーダ装置101に適している。
FIG. 3A is a front view of the bowtie slot antenna 104. FIG. 3B is a side view of the bowtie slot antenna 104.
The transmitting bowtie slot antenna 104a and the receiving bowtie slot antenna 104b have the same shape.
In the bowtie slot antenna 104, a bowtie (bow tie) -shaped slot 301a is formed in a rectangular parallelepiped housing 301 formed of a copper plate. A feeding point 302a provided at the tip of the cable 302 is formed in the central portion of the slot 301a. Due to its shape, the bow tie slot antenna 104 is characterized in that the fluctuation of SWR (Standing Wave Ratio) is small in a wide frequency band. Therefore, it is suitable for the vibration radar device 101 according to the embodiment of the present invention.

図2に戻って、ブロック図の説明を続ける。
スイッチ108がオンの時、高周波信号が照射されている鉄筋208が励磁コイル103によって駆動されると、鉄筋208に照射されて反射された高周波信号には、ドップラ効果による周波数変調が生じる。つまり、この鉄筋208が乗算器に似た効果を生じる。すると、周波数「f−f」の高周波信号には、更に±fの信号が加わる。
無変調成分:f−f
正方向変調成分:f−f+f=f
負方向変調成分:f−f−f=f−2f
このうち、正方向変調成分であるfが、後述するデータ処理に必要である。
Returning to FIG. 2, the explanation of the block diagram will be continued.
When the rebar 208 irradiated with the high frequency signal is driven by the exciting coil 103 when the switch 108 is on, the high frequency signal irradiated and reflected by the rebar 208 undergoes frequency modulation due to the Doppler effect. That is, the reinforcing bar 208 produces an effect similar to a multiplier. Then, in the high-frequency signal of frequency "f-f v" further signal of ± f v is applied.
Unmodulated component: ff v
Positive modulation component: f-f v + f v = f
Negative direction modulation component: f-f v- f v = f-2f v
Of these, f, which is a positive modulation component, is required for data processing described later.

鉄筋208によって反射された電波は、励磁コイル103の直下かつ送信用ボウタイスロットアンテナ104aの側に配置された受信用ボウタイスロットアンテナ104bに到達する。
電波を受信した受信用ボウタイスロットアンテナ104bからは、高周波信号が発せられる。受信用ボウタイスロットアンテナ104bで受信した1〜13GHzの高周波信号は、ネットワークアナライザ105に入力される。
The radio wave reflected by the reinforcing bar 208 reaches the receiving bowtie slot antenna 104b located directly below the exciting coil 103 and on the side of the transmitting bowtie slot antenna 104a.
A high-frequency signal is emitted from the receiving bowtie slot antenna 104b that has received the radio waves. The high frequency signal of 1 to 13 GHz received by the receiving bowtie slot antenna 104b is input to the network analyzer 105.

ネットワークアナライザ105に内蔵される直交検波器209には、受信用ボウタイスロットアンテナ104bで受信した高周波信号と、高周波発生部202で生成した高周波信号が入力される。そして、周知の直交検波を施して、I成分信号とQ成分信号よりなる受信高周波信号の複素振幅を出力する。
I成分信号は第一LPF210によって高周波成分が除去される。この時点で、受信用ボウタイスロットアンテナ104bで受信した高周波信号と、高周波発生部202で生成した高周波信号の周波数fと同期した、正方向変調成分である周波数fのI成分のみが選択的に得られる。
The high-frequency signal received by the receiving bowtie slot antenna 104b and the high-frequency signal generated by the high-frequency generator 202 are input to the orthogonal detector 209 built in the network analyzer 105. Then, the well-known orthogonal detection is performed, and the complex amplitude of the received high frequency signal composed of the I component signal and the Q component signal is output.
The high frequency component of the I component signal is removed by the first LPF210. At this point, only the I component of the frequency f, which is a positive modulation component synchronized with the frequency f of the high frequency signal received by the receiving bowtie slot antenna 104b and the high frequency signal generated by the high frequency generator 202, is selectively obtained. Be done.

同様に、Q成分信号は第二LPF211によって高周波成分が除去される。この時点で、受信用ボウタイスロットアンテナ104bで受信した高周波信号と、高周波発生部202で生成した高周波信号の周波数fと同期した、正方向変調成分である周波数fのQ成分のみが選択的に得られる。
つまり、直交検波器209と第一LPF210と第二LPF211によって、受信用ボウタイスロットアンテナ104bから得られる高周波信号に含まれる加振ドップラ成分のみが得られる。
Similarly, the high frequency component of the Q component signal is removed by the second LPF211. At this point, only the Q component of the frequency f, which is a positive modulation component synchronized with the frequency f of the high frequency signal received by the receiving bowtie slot antenna 104b and the high frequency signal generated by the high frequency generator 202, is selectively obtained. Be done.
That is, the orthogonal detector 209, the first LPF210, and the second LPF211 obtain only the vibrating Doppler component included in the high-frequency signal obtained from the receiving bowtie slot antenna 104b.

第一A/D変換器212は、第一LPF210の出力信号をデジタルデータに変換する。同様に、第二A/D変換器213は、第二LPF211の出力信号をデジタルデータに変換する。これらのデータは、パソコン107の不揮発性ストレージ214にファイルとして保存される。
パソコン107は、スイッチ108がオフの時のデータと、スイッチ108がオンの時のデータを、高周波発生部202が出力する高周波信号の周波数を1〜13GHz程度までずらしながら取得する。こうして得られたデータは、送信用ボウタイスロットアンテナ104aと受信用ボウタイスロットアンテナ104bとの間の伝達関数を現している。
The first A / D converter 212 converts the output signal of the first LPF210 into digital data. Similarly, the second A / D converter 213 converts the output signal of the second LPF211 into digital data. These data are stored as files in the non-volatile storage 214 of the personal computer 107.
The personal computer 107 acquires the data when the switch 108 is off and the data when the switch 108 is on while shifting the frequency of the high frequency signal output by the high frequency generation unit 202 to about 1 to 13 GHz. The data thus obtained represent the transfer function between the transmitting bowtie slot antenna 104a and the receiving bowtie slot antenna 104b.

[データ解析装置:ブロック図]
図2に示す加振レーダ装置101において、スイッチ108をオフとしたときには、変調されていない複素応答(通常のアンテナ間伝達特性であり、無変調成分と呼ぶ)が得られる。また、オンにしたときには、振動する反射体のみの応答が得られる(ドップラ成分)。この場合、磁気引力に寄与しない磁性体以外の物体からの反射応答は得られない。この無変調成分とドップラ成分から鉄筋反射の振動振幅、遅延時間差を得る方法を以下に示す。
[Data analysis device: block diagram]
In the vibration radar device 101 shown in FIG. 2, when the switch 108 is turned off, an unmodulated complex response (a normal inter-antenna transmission characteristic, which is called an unmodulated component) is obtained. Also, when turned on, the response of only the vibrating reflector is obtained (Doppler component). In this case, the reflection response from an object other than the magnetic material that does not contribute to the magnetic attraction cannot be obtained. The method of obtaining the vibration amplitude and delay time difference of the reinforcing bar reflection from the unmodulated component and the Doppler component is shown below.

図4は、データ解析装置401のソフトウェア機能を示すブロック図である。この機能は、図1及び図2に示すパソコン107上で実現することができるものである。
無変調成分データ群402は、スイッチ108がオフの時の、I成分データとQ成分データの集合体である。
無変調成分データ群402は、レーダ波形取得部403に入力される。レーダ波形取得部403は、無変調成分データ群402に逆フーリエ変換を施して、インパルス応答データ(レーダ波形)を出力する。
FIG. 4 is a block diagram showing a software function of the data analysis device 401. This function can be realized on the personal computer 107 shown in FIGS. 1 and 2.
The unmodulated component data group 402 is a set of I component data and Q component data when the switch 108 is off.
The unmodulated component data group 402 is input to the radar waveform acquisition unit 403. The radar waveform acquisition unit 403 performs an inverse Fourier transform on the unmodulated component data group 402 and outputs impulse response data (radar waveform).

インパルス応答データは微分処理部404に入力される。微分処理部404は、レーダ波形であるインパルス応答データに微分演算を施して、微分レーダ波形データを出力する。なお、微分処理部404を設けずに、レーダ波形取得部403において、無変調成分データ群402に高周波信号の周波数を乗じてから、逆フーリエ変換を施しても同じ結果が得られる。 The impulse response data is input to the differential processing unit 404. The differential processing unit 404 performs a differential operation on the impulse response data which is a radar waveform, and outputs the differential radar waveform data. The same result can be obtained by multiplying the unmodulated component data group 402 by the frequency of the high frequency signal and then performing the inverse Fourier transform in the radar waveform acquisition unit 403 without providing the differential processing unit 404.

微分レーダ波形データは第一鉄筋反射波ピーク振幅取得部405に入力される。第一鉄筋反射波ピーク振幅取得部405は、微分レーダ波形データを構成する、高周波信号の周波数毎の時間波形において、鉄筋208の反射波の到達時刻に対応する反射波形を取り出し、そのピークの振幅値を抽出する。
また、微分レーダ波形データは第一鉄筋反射波ピーク時刻取得部406に入力される。第一鉄筋反射波ピーク時刻取得部406は、微分レーダ波形データを構成する、高周波信号の周波数毎の時間波形において、鉄筋208の反射波の到達時刻を抽出する。
The differential radar waveform data is input to the first reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit 405. The first reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit 405 extracts the reflected waveform corresponding to the arrival time of the reflected wave of the reinforcing bar 208 in the time waveform for each frequency of the high frequency signal constituting the differential radar waveform data, and the amplitude of the peak. Extract the value.
Further, the differential radar waveform data is input to the first reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit 406. The first reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit 406 extracts the arrival time of the reflected wave of the reinforcing bar 208 in the time waveform for each frequency of the high frequency signal constituting the differential radar waveform data.

ドップラ変調成分データ群407は、スイッチ108がオンの時の、I成分データとQ成分データの集合体である。
ドップラ変調成分データ群407は、レーダ波形取得部403に入力される。レーダ波形取得部403は、ドップラ変調成分データ群407に逆フーリエ変換を施して、インパルス応答データ(レーダ波形)を出力する。
インパルス応答データは第二鉄筋反射波ピーク振幅取得部408に入力される。第二鉄筋反射波ピーク振幅取得部408は、インパルス応答データを構成する、高周波信号の周波数毎の時間波形において、鉄筋208の反射波の到達時刻に対応する反射波形を取り出し、そのピークの振幅値を抽出する。
また、インパルス応答データは第二鉄筋反射波ピーク時刻取得部409に入力される。第二鉄筋反射波ピーク時刻取得部409は、インパルス応答データを構成する、高周波信号の周波数毎の時間波形において、鉄筋208の反射波の到達時刻を抽出する。
The Doppler modulation component data group 407 is a set of I component data and Q component data when the switch 108 is on.
The Doppler modulation component data group 407 is input to the radar waveform acquisition unit 403. The radar waveform acquisition unit 403 performs an inverse Fourier transform on the Doppler modulation component data group 407 and outputs impulse response data (radar waveform).
The impulse response data is input to the second reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit 408. The second reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit 408 extracts the reflected waveform corresponding to the arrival time of the reflected wave of the reinforcing bar 208 in the time waveform for each frequency of the high frequency signal constituting the impulse response data, and the amplitude value of the peak. Is extracted.
Further, the impulse response data is input to the second reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit 409. The second reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit 409 extracts the arrival time of the reflected wave of the reinforcing bar 208 from the time waveform for each frequency of the high frequency signal constituting the impulse response data.

第一鉄筋反射波ピーク振幅取得部405から得られる無変調成分ピーク振幅値と、第二鉄筋反射波ピーク振幅取得部408から得られるドップラ成分ピーク振幅値は、振動振幅取得部410に入力される。振動振幅取得部410は、ドップラ成分ピーク振幅値から無変調成分ピーク振幅値を減算し、2πを乗じて、更に柱102の電磁波の伝搬速度で除算することによって、ピーク振幅を出力する。
第一鉄筋反射波ピーク時刻取得部406から得られる無変調成分ピーク到達時刻と、第二鉄筋反射波ピーク時刻取得部409から得られるドップラ成分ピーク到達時刻は、遅延時間差得部411に入力される。遅延時間差得部411は、ドップラ成分ピーク到達時刻から無変調成分ピーク到達時刻の差を演算して、ピーク遅延時間差を出力する。
The unmodulated component peak amplitude value obtained from the first reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit 405 and the Doppler component peak amplitude value obtained from the second reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit 408 are input to the vibration amplitude acquisition unit 410. .. The vibration amplitude acquisition unit 410 outputs the peak amplitude by subtracting the unmodulated component peak amplitude value from the Doppler component peak amplitude value, multiplying by 2π, and further dividing by the propagation velocity of the electromagnetic wave of the column 102.
The unmodulated component peak arrival time obtained from the first reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit 406 and the Doppler component peak arrival time obtained from the second reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit 409 are input to the delay time difference acquisition unit 411. .. The delay time difference acquisition unit 411 calculates the difference between the unmodulated component peak arrival times from the Doppler component peak arrival time, and outputs the peak delay time difference.

鉄筋208の腐食の測定は、柱102を走査することで、柱102全体に実施する。もし、柱102の内部に腐食が著しい箇所が存在すると、ピーク振幅とピーク遅延差分値に、他の箇所とは異なる値が得られる。また、予め腐食のない健全な柱102を別途測定して、そのピーク振幅とピーク遅延差分値をサンプル値として保存しておき、測定対象となる柱102を走査すれば、健全な柱102を基準とする、測定対象となる柱102の腐食の度合いと、その腐食が著しい箇所が、高精度で検出できる。 Corrosion measurement of the reinforcing bar 208 is performed on the entire column 102 by scanning the column 102. If there is a portion where corrosion is significant inside the column 102, the peak amplitude and the peak delay difference value are different from those of the other portions. Further, if a healthy pillar 102 without corrosion is separately measured in advance, the peak amplitude and the peak delay difference value are stored as sample values, and the pillar 102 to be measured is scanned, the healthy pillar 102 is used as a reference. The degree of corrosion of the pillar 102 to be measured and the location where the corrosion is remarkable can be detected with high accuracy.

[原理]
図5Aは、健全な鉄筋コンクリートの柱102に、本発明の実施形態に係る加振レーダ装置101の励磁コイル103と送信用ボウタイスロットアンテナ104aと受信用ボウタイスロットアンテナ104bを配置した状態を示す、概略断面図である。
図5Bは、鉄筋208の腐食が進行した鉄筋コンクリートの柱102に、本発明の実施形態に係る加振レーダ装置101の励磁コイル103と送信用ボウタイスロットアンテナ104aと受信用ボウタイスロットアンテナ104bを配置した状態を示す、概略断面図である。
[principle]
FIG. 5A shows a state in which the exciting coil 103 of the excitation radar device 101 according to the embodiment of the present invention, the transmitting bow tie slot antenna 104a, and the receiving bow tie slot antenna 104b are arranged on a sound reinforced concrete pillar 102. It is a sectional view.
In FIG. 5B, the exciting coil 103 of the excitation radar device 101 according to the embodiment of the present invention, the transmission bow tie slot antenna 104a, and the reception bow tie slot antenna 104b are arranged on the reinforced concrete column 102 in which the corrosion of the reinforcing bar 208 has progressed. It is a schematic cross-sectional view which shows the state.

図5Bに示すように、鉄筋208の腐食が進行すると、鉄筋208の周囲には赤錆501(酸化第二鉄)等が発生する。すると、コンクリートと鉄筋208との間に赤錆が生じたことで、コンクリートが膨張してひび割れC502が発生する。すると、健全な鉄筋コンクリートと比べて鉄筋208の振動振幅が増大する(振幅V503からV504へ)。また、鉄筋208の周囲の動弾性率が低下するため、ドップラ効果に変化が生じる。
このように、励磁コイル103で鉄筋208を低周波にて加振して、その振動変位をGHz帯のレーダ波を用いて計測することで、鉄筋208の周囲の動弾性率の変化を測定する。
As shown in FIG. 5B, as the corrosion of the reinforcing bar 208 progresses, red rust 501 (ferric oxide) and the like are generated around the reinforcing bar 208. Then, red rust is generated between the concrete and the reinforcing bar 208, so that the concrete expands and cracks C502 are generated. Then, the vibration amplitude of the reinforcing bar 208 is increased as compared with the sound reinforced concrete (from the amplitude V503 to V504). In addition, since the dynamic elastic modulus around the reinforcing bar 208 decreases, the Doppler effect changes.
In this way, the exciting coil 103 vibrates the reinforcing bar 208 at a low frequency, and the vibration displacement is measured using the radar wave in the GHz band to measure the change in the dynamic modulus around the reinforcing bar 208. ..

本発明の実施形態に係る加振レーダ装置101は、GHz帯の単一周波数の電波の反射応答計測を基礎とし、その周波数を広帯域に挿引しながら、従来のレーダ装置のようなパルス加振ではなく、連続波により鉄筋208の加振を行い、その振動にともなう反射電波のドップラ応答を計測することを特徴としている。
図2にて説明したように、GHz帯の送信周波数に数10Hzの加振周波数を変調するため、基準周波数発生器201は高周波数安定度を必要とする。
The vibration radar device 101 according to the embodiment of the present invention is based on the reflection response measurement of a single frequency radio wave in the GHz band, and while inserting the frequency into a wide band, pulse vibration like a conventional radar device. Instead, the reinforcing bar 208 is vibrated by a continuous wave, and the Doppler response of the reflected radio wave accompanying the vibration is measured.
As described with reference to FIG. 2, the reference frequency generator 201 requires high frequency stability in order to modulate the excitation frequency of several tens of Hz to the transmission frequency in the GHz band.

周波数設定部203によって設定された高周波の単一周波数が、高周波発生部202において生成される。スイッチ108がオフのときには、ダウンコンバート回路110をそのまま通過した高周波信号は、送信用ボウタイスロットアンテナ104aから電波として送信され、鉄筋208に反射した後、受信用ボウタイスロットアンテナ104bで受信される。その後、直交検波器209により直交検波され、アンテナ間の電波伝搬に伴う複素振幅応答として、不揮発性ストレージ214に保存される。さらに、高周波発生部202において周波数をステップ状に変化させることにより、広帯域にわたる複素伝達関数を取得することが可能となる。 A single high frequency frequency set by the frequency setting unit 203 is generated in the high frequency generating unit 202. When the switch 108 is off, the high-frequency signal that has passed through the down-conversion circuit 110 as it is is transmitted as a radio wave from the transmission bowtie slot antenna 104a, reflected on the reinforcing bar 208, and then received by the reception bowtie slot antenna 104b. After that, it is orthogonally detected by the orthogonal detector 209 and stored in the non-volatile storage 214 as a complex amplitude response accompanying radio wave propagation between the antennas. Further, by changing the frequency stepwise in the high frequency generating unit 202, it is possible to acquire a complex transfer function over a wide band.

一方、加振低周波信号源106は鉄筋208の振動周波数となる50Hz程度の単一周波数を生成する。加振低周波信号源106から出力される低周波信号は、スイッチ108を介してダウンコンバート回路110に供給される。すると、高周波発生部202から出力される高周波信号を低周波信号の周波数分だけ周波数遷移させる。
分周器111によって周波数が半分にされた低周波信号をAFパワーアンプ112にて増幅し、励磁コイル103に電流を印加すると、磁気引力により鉄筋208は正弦振動される。鉄筋208は正弦波状の交番磁界の正負のピーク両方において鉄筋208をひきつけるため、コイルに加えた周波数の2倍で振動する。鉄筋208が振動することにより、送信アンテナからの高周波信号はドップラ効果により、FM変調を受ける。これにより、振動周波数の整数倍の周波数においてスペクトルが表れるが、電磁波の波長に対して、鉄筋208の振動振幅は1/100以下程度であるため、1次の正負のドップラ周波数成分のみが支配的となる。したがって、鉄筋208にて反射された反射波は、高周波の送信周波数に加え、送信周波数±加振周波数の周波数成分を有する。
On the other hand, the vibrating low frequency signal source 106 generates a single frequency of about 50 Hz, which is the vibration frequency of the reinforcing bar 208. The low-frequency signal output from the excited low-frequency signal source 106 is supplied to the down-conversion circuit 110 via the switch 108. Then, the high-frequency signal output from the high-frequency generation unit 202 is frequency-transitioned by the frequency of the low-frequency signal.
When the low frequency signal whose frequency is halved by the frequency divider 111 is amplified by the AF power amplifier 112 and a current is applied to the exciting coil 103, the reinforcing bar 208 is oscillated by magnetic attraction. Since the reinforcing bar 208 attracts the reinforcing bar 208 at both the positive and negative peaks of the sinusoidal alternating magnetic field, it vibrates at twice the frequency applied to the coil. As the reinforcing bar 208 vibrates, the high frequency signal from the transmitting antenna undergoes FM modulation due to the Doppler effect. As a result, the spectrum appears at a frequency that is an integral multiple of the vibration frequency, but since the vibration amplitude of the reinforcing bar 208 is about 1/100 or less with respect to the wavelength of the electromagnetic wave, only the first-order positive and negative Doppler frequency components dominate. It becomes. Therefore, the reflected wave reflected by the reinforcing bar 208 has a frequency component of the transmission frequency ± the excitation frequency in addition to the high frequency transmission frequency.

ドップラ成分計測時は、送信周波数をあらかじめ鉄筋208の振動周波数分だけ周波数遷移させているため、ドップラ成分は元の高周波の送信周波数と同一になり、直交検波器209により検波される。したがって、直交検波器209内の第一LPF210及び第二LPF211のカットオフ周波数を振動周波数に比べ十分狭めておけば、直交検波器209から出力されるI,Q信号は無変調成分の影響を受けず、ドップラ効果を受けた信号成分のみの周波数応答が計測されることとなる。 At the time of measuring the Doppler component, since the transmission frequency is shifted in advance by the vibration frequency of the reinforcing bar 208, the Doppler component becomes the same as the original high frequency transmission frequency and is detected by the orthogonal detector 209. Therefore, if the cutoff frequencies of the first LPF210 and the second LPF211 in the orthogonal detector 209 are sufficiently narrowed compared to the vibration frequency, the I and Q signals output from the orthogonal detector 209 are affected by the unmodulated component. Instead, the frequency response of only the signal component affected by the Doppler effect will be measured.

また、スイッチ108をオン・オフ制御することで得られる、無変調及びドップラ成分の伝達関数は、図3に示すデータ解析装置401において、それぞれ逆フーリエ変換によりレーダ波形に変換される。ドップラ成分は理論的に無変調成分に低周波の振動周波数成分を乗じた伝達関数と等価である。そこで、無変調成分を微分処理部404によって微分し、その後、両者の時間波形の鉄筋反射波成分を取り出し、第一鉄筋反射波ピーク振幅取得部405及び第一鉄筋反射波ピーク時刻取得部406によってピーク波形の振幅と到達時刻が計測される。 Further, the transfer functions of the unmodulated and Doppler components obtained by controlling the switch 108 on and off are converted into radar waveforms by inverse Fourier transform in the data analysis apparatus 401 shown in FIG. The Doppler component is theoretically equivalent to the transfer function obtained by multiplying the unmodulated component by the low frequency vibration frequency component. Therefore, the unmodulated component is differentiated by the differentiation processing unit 404, and then the reinforcing bar reflected wave component of both time waveforms is taken out, and the first reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit 405 and the first reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit 406 are used. The amplitude and arrival time of the peak waveform are measured.

鉄筋208の振動振幅は、無変調成分とドップラ成分のピーク振幅の比に媒質に依存する定数項を用いて、振動振幅が推定される。また、遅延時間差は、遅延時間差取得部411において無変調成分とドップラ成分の鉄筋反射部のピーク時刻の差から到達時間差として推定することができる。 The vibration amplitude of the reinforcing bar 208 is estimated by using a constant term that depends on the medium to the ratio of the peak amplitude of the unmodulated component and the Doppler component. Further, the delay time difference can be estimated as the arrival time difference in the delay time difference acquisition unit 411 from the difference in the peak time of the reinforcing bar reflection portion of the non-modulation component and the Doppler component.

図6は、本発明の概念図を示す。
今、原点にある送信アンテナ601から、計測対象に向けセンシング波として単一周波数 fの電波を照射し、点(x,z)にある反射体602から反射された反射波を同一のアンテナで受信するものとする。同時に計測対象を十分低い単一周波数fで振動させると、加振対象は一様に振動し、反射体602のz方向変位u(t)は一般に式(1)のように表される。
FIG. 6 shows a conceptual diagram of the present invention.
Now, the transmitting antenna 601 at the origin irradiates a radio wave of a single frequency f as a sensing wave toward the measurement target, and the reflected wave reflected from the reflector 602 at the point (x, z) is received by the same antenna. It shall be. At the same time, when the measurement target is vibrated at a sufficiently low single frequency fv , the vibration target vibrates uniformly, and the z-direction displacement u (t) of the reflector 602 is generally expressed by Eq. (1).

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[実験]
上述の実施形態に係る加振レーダ装置101を検証すべく、実験を行った。
ネットワークアナライザ105は単一周波数fを出力し、同一周波数の入力信号を直交検波して、入出力ポート間の複素応答を測定し、周波数fを掃引した。これにより、伝達関数を計測することができる。また、ダウンコンバート回路110にはイメージキャンセリングミキサ(ICM)を用いた。本システムでは1〜13GHzを周波数掃引することで、301点の周波数応答を得た。また、検波器のカットオフ周波数に相当するIF帯域幅は10Hzとした。送受信アンテナにはキャビティバックボウタイスロットアンテナを用いた。また、コイルの印加周波数は25Hzとし、振動周波数は50Hzとした。
[Experiment]
An experiment was conducted to verify the vibration radar device 101 according to the above-described embodiment.
The network analyzer 105 outputs a single frequency f, orthogonally detects input signals of the same frequency, measures a complex response between input / output ports, and sweeps the frequency f. This makes it possible to measure the transfer function. An image canceling mixer (ICM) was used for the down-conversion circuit 110. In this system, a frequency response of 301 points was obtained by sweeping the frequency from 1 to 13 GHz. The IF bandwidth corresponding to the cutoff frequency of the detector was set to 10 Hz. A cavity back bowtie slot antenna was used as the transmitting and receiving antenna. The applied frequency of the coil was 25 Hz, and the vibration frequency was 50 Hz.

鉄筋208を加振するための励磁コイル103は直径1mmのエナメル線を使用し、コの字型の100層積層鋼板コアに500巻している。励磁コイル103のインピーダンスは抵抗成分2.4Ω、インダクタンス成分200mHであり、周波数25Hzではそれぞれ30Ωであった。加振用アンプにはD級アンプ(DCP2000、株式会社サウンドハウス)を用いた。コイルには400Vの電圧をかけ、20Appの電流を印加した。受信信号は5回の同期加算を行った。本計測システムを用いて空中において直径5mmの針金を振動させ、その針金の40mm上方より振動変位を計測した。その結果、提案手法とレーザ変位計で得られた振動変位はよく一致しており、本計測によって推定した変位は十分な精度を有している。 The exciting coil 103 for exciting the reinforcing bar 208 uses an enamel wire having a diameter of 1 mm, and is wound around a U-shaped 100-layer laminated steel plate core by 500 times. The impedance of the exciting coil 103 was a resistance component of 2.4 Ω and an inductance component of 200 mH, and each was 30 Ω at a frequency of 25 Hz. A class D amplifier (DCP2000, Sound House Inc.) was used as the vibration amplifier. A voltage of 400 V was applied to the coil, and a current of 20 App was applied. The received signal was synchronously added five times. Using this measurement system, a wire having a diameter of 5 mm was vibrated in the air, and the vibration displacement was measured from 40 mm above the wire. As a result, the proposed method and the vibration displacement obtained by the laser displacement meter are in good agreement, and the displacement estimated by this measurement has sufficient accuracy.

図7は、作製した鉄筋コンクリート供試体と励磁コイル103の様子を示す図である。
使用した鉄筋208は直径16mmであり、鉄筋かぶりD701は1cmである。励磁コイル103は、図7に示すようにコンクリート上に鉄筋208と平行に配置した。また、励磁コイル103のコの字型のコア103aが形成する空洞部分には、図7に示すように送信用ボウタイスロットアンテナ104a及び受信用ボウタイスロットアンテナ104bを配置し、励磁コイル103の下に存在する鉄筋208の振動の変位計測を行った。なお、アンテナの給電点の間隔を4cmとした。
FIG. 7 is a diagram showing a state of the produced reinforced concrete specimen and the exciting coil 103.
The reinforcing bar 208 used has a diameter of 16 mm, and the reinforcing bar cover D701 has a diameter of 1 cm. The exciting coil 103 was arranged on the concrete in parallel with the reinforcing bar 208 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 7, a transmission bowtie slot antenna 104a and a reception bowtie slot antenna 104b are arranged in the hollow portion formed by the U-shaped core 103a of the excitation coil 103, and under the excitation coil 103. The displacement of the vibration of the existing reinforcing bar 208 was measured. The distance between the feeding points of the antenna was set to 4 cm.

鉄筋208の腐食と振動変位の関係を評価するため、電食実験によって健全な鉄筋208の供試体、及び21時間と42時間の通電により鉄筋208を腐食させた計3体の供試体を用いて実験を行った。
図8Aは、健全な供試体において得られた無変調信号波形及び、加振ドップラ信号波形を示すグラフである。なお、無変調信号波形(無変調成分)の振幅は、加振ドップラ信号波形(ドップラ成分)の振幅とスケールを合わせるために、実測値の1/500としている。図8Aより、両者ともに0.4ns付近に鉄筋208からの反射波が確認できる。送受信アンテナ間隔が4cmであることから、送信アンテナ−鉄筋−受信アンテナ間の伝搬距離は幾何学的に約4.5cmとなり、かぶり1cmからの鉄筋の到達時刻が約0.4nsであることから、コンクリート内の電磁波伝搬速度は約11250000m/sが得られる。無変調波形を微分し、得られた電磁波伝搬速度から(7)式により振動変位が得られ、腐食していなくとも鉄筋208は約5.5μm程度の振動変位となった。
図8Bは、21時間の電食を行った供試体において得られた無変調信号波形及び、加振ドップラ信号波形を示すグラフである。
図8Aと比較すると、電食による水分の影響により直流成分、加振ドップラ成分ともに振幅は低下しているが、同様に振動変位を求めると、振動振幅は約7μmと増加した 。
In order to evaluate the relationship between the corrosion of the reinforcing bar 208 and the vibration displacement, a sound specimen of the reinforcing bar 208 was used in an electrolytic corrosion experiment, and a total of three specimens in which the reinforcing bar 208 was corroded by energization for 21 hours and 42 hours were used. An experiment was conducted.
FIG. 8A is a graph showing an unmodulated signal waveform and a vibrating Doppler signal waveform obtained in a sound specimen. The amplitude of the unmodulated signal waveform (unmodulated component) is set to 1/500 of the measured value in order to match the scale with the amplitude of the vibrating Doppler signal waveform (Doppler component). From FIG. 8A, the reflected wave from the reinforcing bar 208 can be confirmed in the vicinity of 0.4 ns in both cases. Since the distance between the transmitting and receiving antennas is 4 cm, the propagation distance between the transmitting antenna, the reinforcing bar, and the receiving antenna is geometrically about 4.5 cm, and the arrival time of the reinforcing bar from the cover 1 cm is about 0.4 ns. The electromagnetic wave propagation velocity in the concrete is about 11250,000 m / s. The unmodulated waveform was differentiated, and the vibration displacement was obtained from the obtained electromagnetic wave propagation velocity by the equation (7), and the reinforcing bar 208 had a vibration displacement of about 5.5 μm even if it was not corroded.
FIG. 8B is a graph showing the unmodulated signal waveform and the vibrating Doppler signal waveform obtained in the specimen subjected to electrolytic corrosion for 21 hours.
Compared with FIG. 8A, the amplitudes of both the DC component and the vibrating Doppler component decreased due to the influence of moisture due to electrolytic corrosion, but when the vibration displacement was obtained in the same manner, the vibration amplitude increased to about 7 μm.

図9Aは、図8Aに示す、健全な供試体において得られた無変調信号波形及び、加振ドップラ信号波形の一部拡大図である。
図9Bは、図8Bに示す、21時間の電食を行った供試体において得られた無変調信号波形及び、加振ドップラ信号波形の一部拡大図である。
図9A及び図9Bを見ると、0.4nsec近辺において、21時間の電食を行った供試体では、無変調成分のピーク(P901、P903)に対する加振ドップラ成分のピーク(P902、P904)の位置が僅かに遅れていることが確認できる。
FIG. 9A is a partially enlarged view of the unmodulated signal waveform and the vibration Doppler signal waveform obtained in the sound specimen shown in FIG. 8A.
FIG. 9B is a partially enlarged view of the unmodulated signal waveform and the vibrating Doppler signal waveform obtained in the specimen subjected to the electrolytic corrosion for 21 hours shown in FIG. 8B.
Looking at FIGS. 9A and 9B, in the specimen subjected to electrolytic corrosion for 21 hours at around 0.4 nsec, the peak of the vibrating Doppler component (P902, P904) with respect to the peak of the unmodulated component (P901, P903) It can be confirmed that the position is slightly delayed.

次に、鉄筋208に沿って励磁コイル103とボウタイスロットアンテナ104の位置関係を保ったまま、10cm区間を1cm毎に移動させて、振動変位の空間分布を計測した。この計測を、腐食していない鉄筋208供試体、21時間の電食を行った鉄筋208供試体、42時間の電食を行った鉄筋208供試体に対してそれぞれ実施し、その振動変位の平均値と標準偏差を算出した。
図10Aは、振動変位の空間平均、標準偏差をエラーバーで示した結果を示すグラフである。縦軸は鉄筋208の振動変位(μm)、横軸は電食時間(h)を表している。
図10Aに示すように、電食時間(h)が増加するにつれ、鉄筋208の振動変位(μm)の平均値が増加する傾向がみられた。
Next, the spatial distribution of the vibration displacement was measured by moving the 10 cm section every 1 cm while maintaining the positional relationship between the exciting coil 103 and the bow tie slot antenna 104 along the reinforcing bar 208. This measurement was performed on the uncorroded reinforcing bar 208 specimen, the reinforcing bar 208 specimen subjected to 21 hours of electrolytic corrosion, and the reinforcing bar 208 specimen subjected to 42 hours of electrolytic corrosion, respectively, and the average of the vibration displacements thereof was performed. The values and standard deviations were calculated.
FIG. 10A is a graph showing the results of showing the spatial average and standard deviation of the vibration displacement with error bars. The vertical axis represents the vibration displacement (μm) of the reinforcing bar 208, and the horizontal axis represents the electrolytic corrosion time (h).
As shown in FIG. 10A, the average value of the vibration displacement (μm) of the reinforcing bar 208 tended to increase as the electrolytic corrosion time (h) increased.

図10Bは、無変調成分に対するドップラ波形のピークの遅延時間の平均値と標準偏差をエラーバーで示すグラフである。縦軸は遅延時間差(psec)、横軸は電食時間(h)を示す。
図10Bに示すように、電食時間(h)が増加するにしたがって、ドップラ成分のピークが遅れていく様子がわかる。10psecの遅延時間は、電波の伝搬速度から約1mmの伝搬パスの変化と等価である。このことから、鉄筋208の腐食による断面欠損により反射位置が後退し、無変調成分に比べ、ドップラ成分の鉄筋反射波は遅れて到達してきたと考えられる。
FIG. 10B is a graph showing the average value and standard deviation of the peak delay time of the Doppler waveform with respect to the unmodulated component by error bars. The vertical axis shows the delay time difference (psec), and the horizontal axis shows the electrolytic corrosion time (h).
As shown in FIG. 10B, it can be seen that the peak of the Doppler component is delayed as the electrolytic corrosion time (h) increases. The delay time of 10 psec is equivalent to a change in the propagation path of about 1 mm from the propagation speed of the radio wave. From this, it is considered that the reflected position recedes due to the cross-sectional defect due to the corrosion of the reinforcing bar 208, and the reinforcing bar reflected wave of the Doppler component arrives later than the unmodulated component.

なお、上述の実施形態に係る加振レーダ装置101では、解析用の媒体としてGHz帯のレーダ波を用いたが、0.1〜1.0MHz帯の超音波を解析用の媒体として利用することも、原理的には可能である。この場合、アンテナの代わりに超音波トランスデューサを用いることとなる。その他の回路や機能ブロックは基本的に上述の実施形態と同様のものが利用できる。 In the vibration radar device 101 according to the above-described embodiment, a radar wave in the GHz band is used as a medium for analysis, but ultrasonic waves in the 0.1 to 1.0 MHz band are used as a medium for analysis. However, it is possible in principle. In this case, an ultrasonic transducer will be used instead of the antenna. As other circuits and functional blocks, basically the same as those in the above-described embodiment can be used.

本実施形態では、加振レーダ装置101とデータ解析装置401を開示した。
RC建造物の柱102に励磁コイル103を接触させ、低周波で柱102内部の鉄筋208を振動させる。この鉄筋208に、レーダ波を照射して、その反射波を受信する。そして、直交検波で得た複素成分データを解析することで、ドップラ成分と無変調成分とのピーク振幅とピーク時刻遅れを観察する。以上より、完全に非破壊の鉄筋コンクリートの腐食状態の測定が実現できる。
In this embodiment, the vibration radar device 101 and the data analysis device 401 are disclosed.
The exciting coil 103 is brought into contact with the column 102 of the RC building, and the reinforcing bar 208 inside the column 102 is vibrated at a low frequency. The reinforcing bar 208 is irradiated with a radar wave and the reflected wave is received. Then, by analyzing the complex component data obtained by orthogonal detection, the peak amplitude and peak time delay of the Doppler component and the unmodulated component are observed. From the above, it is possible to measure the corrosive state of completely non-destructive reinforced concrete.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の揮発性或は不揮発性のストレージ、または、ICカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and other modifications and applications are provided as long as they do not deviate from the gist of the present invention described in the claims. including.
For example, the above-described embodiment describes in detail and concretely the configurations of the apparatus and the system in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and further, it is possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
In addition, each of the above configurations, functions, processing units, and the like may be realized by hardware, for example, by designing a part or all of them with an integrated circuit. In addition, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software for the processor to interpret and execute a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files that realize each function is stored in memory, hard disk, volatile or non-volatile storage such as SSD (Solid State Drive), or recording medium such as IC card and optical disk. be able to.
In addition, control lines and information lines are shown as necessary for explanation, and not all control lines and information lines are shown in the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected.

101…加振レーダ装置、102…柱、103…励磁コイル、103a…コア、104…ボウタイスロットアンテナ、104a…送信用ボウタイスロットアンテナ、104b…受信用ボウタイスロットアンテナ、105…ネットワークアナライザ、106…加振低周波信号源、107…パソコン、108…スイッチ、109…RFパワーアンプ、110…ダウンコンバート回路、111…分周器、112…AFパワーアンプ、201…基準周波数発生器、202…高周波発生部、203…周波数設定部、204…直交分配器、205…第一乗算器、206…第二乗算器、207…合成器、208…鉄筋、209…直交検波器、210…第一LPF、211…第二LPF、212…第一A/D変換器、213…第二A/D変換器、214…不揮発性ストレージ、215…90°位相偏移器、301…筐体、302…ケーブル、401…データ解析装置、402…無変調成分データ群、403…レーダ波形取得部、404…微分処理部、405…第一鉄筋反射波ピーク振幅取得部、406…第一鉄筋反射波ピーク時刻取得部、407…ドップラ変調成分データ群、408…第二鉄筋反射波ピーク振幅取得部、409…第二鉄筋反射波ピーク時刻取得部、410…振動振幅取得部、411…遅延時間差得部、501…赤錆、601…送信アンテナ、602…反射体
101 ... Excitation radar device, 102 ... Pillar, 103 ... Excitation coil, 103a ... Core, 104 ... Bowtie slot antenna, 104a ... Transmission bowtie slot antenna, 104b ... Reception bowtie slot antenna, 105 ... Network analyzer, 106 ... Amplitude low frequency signal source, 107 ... personal computer, 108 ... switch, 109 ... RF power amplifier, 110 ... down conversion circuit, 111 ... frequency divider, 112 ... AF power amplifier, 201 ... reference frequency generator, 202 ... high frequency generator , 203 ... Frequency setting unit, 204 ... Orthogonal distributor, 205 ... First multiplier, 206 ... Second multiplier, 207 ... Synthesizer, 208 ... Reinforcing bar, 209 ... Orthogonal detector, 210 ... First LPF, 211 ... Second LPF, 212 ... First A / D converter, 213 ... Second A / D converter, 214 ... Non-volatile storage, 215 ... 90 ° phase shifter, 301 ... Housing, 302 ... Cable, 401 ... Data analyzer, 402 ... Unmodulated component data group, 403 ... Radar waveform acquisition unit, 404 ... Differential processing unit, 405 ... First reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit, 406 ... First reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit, 407 ... Doppler modulation component data group, 408 ... Second reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit, 409 ... Second reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit, 410 ... Vibration amplitude acquisition unit, 411 ... Delay time difference acquisition unit, 501 ... Red rust, 601 ... transmit antenna, 602 ... reflector

Claims (2)

コンクリートの内部に存在する鉄筋を加振するための低周波信号を発生する加振低周波信号源と、
前記低周波信号に基づいて前記鉄筋を加振する励磁コイルと、
レーダ波のための高周波信号を発生する高周波発生部と、
前記高周波信号の周波数を設定する周波数設定部と、
前記高周波信号に基づく前記レーダ波を前記鉄筋へ送信する送信アンテナと、
前記鉄筋から反射された前記レーダ波を受信する受信アンテナと、
前記受信アンテナから受信した信号と前記高周波信号が入力されて直交検波を行う直交検波器と
前記加振低周波信号源と前記励磁コイルとの間に設けられるスイッチと
を具備し、
前記直交検波器は、前記スイッチがオフの時の無変調成分信号と、前記スイッチがオンの時のドップラ変調成分信号とを出力する、
加振レーダ装置。
A vibrating low-frequency signal source that generates a low-frequency signal to vibrate the reinforcing bars existing inside the concrete,
An exciting coil that excites the reinforcing bar based on the low frequency signal,
A high-frequency generator that generates high-frequency signals for radar waves,
A frequency setting unit that sets the frequency of the high-frequency signal and
A transmitting antenna that transmits the radar wave based on the high frequency signal to the reinforcing bar, and
A receiving antenna that receives the radar wave reflected from the reinforcing bar, and
A quadrature detector which performs quadrature detection signal received from the receiving antenna and the high frequency signal is input,
A switch provided between the exciting low frequency signal source and the exciting coil
Equipped with
The orthogonal detector outputs an unmodulated component signal when the switch is off and a Doppler modulated component signal when the switch is on.
Vibration radar device.
コンクリートの内部に存在する鉄筋を加振するための低周波信号を発生する加振低周波信号源と、前記低周波信号に基づいて前記鉄筋を加振する励磁コイルと、レーダ波のための高周波信号を発生する高周波発生部と、前記高周波信号の周波数を設定する周波数設定部と、前記高周波信号に基づく前記レーダ波を前記鉄筋へ送信する送信アンテナと、前記鉄筋から反射された前記レーダ波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナから受信した信号と前記高周波信号を入力されて直交検波を行う直交検波器とを具備する加振レーダ装置から出力されたデータを処理するデータ解析装置であって、
前記データ解析装置は、
前記加振レーダ装置が前記励磁コイルで前記鉄筋に加振を行っていない状態で前記直交検波器から取得した無変調成分データ群から最大値の振幅を取得する、第一鉄筋反射波ピーク振幅取得部と、
前記無変調成分データ群から最大値の時刻を取得する、第一鉄筋反射波ピーク時刻取得部と、
前記加振レーダ装置が前記励磁コイルで前記鉄筋に加振を行っている状態で前記直交検波器から取得したドップラ変調成分データ群から最大値の振幅を取得する、第二鉄筋反射波ピーク振幅取得部と、
前記ドップラ変調成分データ群から最大値の時刻を取得する、第二鉄筋反射波ピーク時刻取得部と、
前記第二鉄筋反射波ピーク振幅取得部から得られたドップラ成分ピーク振幅値から前記第一鉄筋反射波ピーク振幅取得部から得られた無変調成分ピーク振幅値を減算し、2πを乗じて、前記鉄筋が埋設されている前記コンクリートにおける電磁波の伝搬速度で除算することでピーク振幅を得る、振動振幅取得部と、
前記第二鉄筋反射波ピーク時刻取得部から得られるドップラ成分ピーク到達時刻から前記第一鉄筋反射波ピーク時刻取得部から得られる無変調成分ピーク到達時刻の差を演算してピーク遅延時間差を出力する、遅延時間差取得部と
を具備する、データ解析装置。
A vibrating low-frequency signal source that generates a low-frequency signal for vibrating the reinforcing bars existing inside the concrete, an exciting coil that vibrates the reinforcing bars based on the low-frequency signal, and a high frequency for radar waves. A high-frequency generating unit that generates a signal, a frequency setting unit that sets the frequency of the high-frequency signal, a transmitting antenna that transmits the radar wave based on the high-frequency signal to the reinforcing bar, and the radar wave reflected from the reinforcing bar. A data analysis device that processes data output from a vibration radar device including a receiving antenna for receiving, a signal received from the receiving antenna, and an orthogonal detector that inputs the high frequency signal and performs orthogonal detection. ,
The data analysis device is
Acquiring the peak amplitude of the reflected wave of the first reinforcing bar, which acquires the maximum amplitude from the unmodulated component data group acquired from the orthogonal detector in a state where the exciting radar device does not vibrate the reinforcing bar with the exciting coil. Department and
The first reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit that acquires the maximum time from the unmodulated component data group, and
Acquisition of the peak amplitude of the reflected wave of the second reinforcing bar, which acquires the maximum amplitude from the Doppler modulation component data group acquired from the orthogonal detector while the excitation radar device is exciting the reinforcing bar with the exciting coil. Department and
A second reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit that acquires the maximum time from the Doppler modulation component data group, and
The unmodulated component peak amplitude value obtained from the first reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit is subtracted from the Doppler component peak amplitude value obtained from the second reinforcing bar reflected wave peak amplitude acquisition unit, and multiplied by 2π. A vibration amplitude acquisition unit that obtains the peak amplitude by dividing by the propagation velocity of electromagnetic waves in the concrete in which the reinforcing bar is embedded, and
The difference in the unmodulated component peak arrival time obtained from the first reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit is calculated from the Doppler component peak arrival time obtained from the second reinforcing bar reflected wave peak time acquisition unit, and the peak delay time difference is output. , A data analysis device including a delay time difference acquisition unit.
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