JP7429385B2 - Internal defect detection method - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリート構造物などの構造物の内部に存在する空洞、クラック、ジャンカ、層間剥離等の内部欠陥を非破壊で検査する内部欠陥の探査方法に関する。 The present invention relates to an internal defect detection method for nondestructively inspecting internal defects such as cavities, cracks, junkers, and delaminations existing inside a structure such as a concrete structure.
従来より、ポストテンション方式によるプレストレストコンクリートとして、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースに鋼線や鋼棒等のPC鋼材を挿通するとともに、前記PC鋼材に張力を導入した後、シース内のPC鋼材との空隙部にグラウトを注入することにより、プレストレスを導入したPC構造物が知られている。 Conventionally, as prestressed concrete using the post-tension method, after the concrete has hardened, a prestressed steel material such as a steel wire or steel rod is inserted into a sheath that has been buried in advance, and tension is introduced into the prestressed steel material. A PC structure is known in which prestress is introduced by injecting grout into the gap between the sheath and the PC steel material.
前記グラウトは、PC鋼材の腐食防止や部材コンクリートとPC鋼材との一体化を図ることなどを目的として、シース内のPC鋼材との空隙部に充填するものである。したがって、グラウトの充填不足によりシース内に空洞が生じた場合には、水や塩化物の浸入によってPC鋼材の腐食や破断などが生じ、PC構造物が著しく変状し、構造物の安全性を確保することができなくなるおそれがある。 The grout is used to fill the gap between the prestressing steel and the sheath in order to prevent corrosion of the prestressed steel and to integrate the concrete member and the prestressed steel. Therefore, if a cavity is created in the sheath due to insufficient filling of grout, the PC steel material will corrode or break due to the infiltration of water and chlorides, causing significant deformation of the PC structure and jeopardizing the safety of the structure. There is a risk that it will not be possible to secure the required amount.
出願人は、先の出願において、衝撃弾性波法に用いる打撃装置(下記特許文献1)及び内部欠陥の探査方法(下記特許文献2)を提案し、上述のシース内の空洞などのコンクリートの内部欠陥を非破壊で探査する方法の開発を行ってきた。
In a previous application, the applicant proposed a striking device for use in the impact elastic wave method (
特に、下記特許文献2において、構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振し、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出し、弾性波の入力時から前記瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得た後、前記時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復距離から内部欠陥の位置を推定する方法を確立した。
In particular, in
しかしながら、上記特許文献2記載の方法において、実際の測定では、ノイズや処理解析上の誤差などから、再現性、精度の点で課題があった。
However, in the method described in
そこで本発明の主たる課題は、内部欠陥をより精度良く検出できるようにした内部欠陥の探査方法を提供することにある。 Therefore, the main object of the present invention is to provide an internal defect detection method that allows internal defects to be detected with higher accuracy.
上記課題を解決するために請求項1に係る本発明として、構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振して内部欠陥を探査する方法であって、
弾性波の入力点から等距離の位置に複数の測定点を配置し、各測定点で測定された受振波をそれぞれヒルベルト変換して振幅情報と位相情報に分離し、受振波同士の振幅差分波形及び位相差分波形を得た上で、前記振幅差分波形と位相差分波形の両方又はいずれか一方から内部欠陥の位置を推定することを特徴とする内部欠陥の探査方法が提供される。
In order to solve the above problems, the present invention according to
Multiple measurement points are placed equidistant from the elastic wave input point, and the received waves measured at each measurement point are separated into amplitude information and phase information by Hilbert transform, and the amplitude difference waveform between the received waves is calculated. and a phase difference waveform, and then estimating the position of the internal defect from both or either of the amplitude difference waveform and the phase difference waveform .
上記請求項1記載の発明では、平面上での内部欠陥の位置を推定する方法について規定している。具体的には、各測定点で測定された受振波をそれぞれヒルベルト変換して振幅情報と位相情報に分離し、受振波同士の振幅差分波形及び位相差分波形を得た上で、前記振幅差分波形と位相差分波形の両方又はいずれか一方から、平面上での内部欠陥の位置を推定している。
The invention according to
請求項2に係る本発明として、弾性波の入力点から等距離の対称位置にそれぞれ測定点を配置する請求項1記載の内部欠陥の探査方法が提供される。 As a second aspect of the present invention, there is provided an internal defect detection method according to the first aspect, wherein measurement points are arranged at symmetrical positions equidistant from the input point of the elastic wave.
上記請求項2記載の発明では、入力点と測定点を直線上に配置している。すなわち、弾性波の入力点に対して点対称の位置にそれぞれ測定点を配置し、この対となる測定点で測定された受振波同士の前記振幅差分波形と位相差分波形の両方又はいずれか一方を求めることにより、内部欠陥の位置を推定している。
In the invention according to
請求項3に係る本発明として、平面視で弾性波の入力点を中心とする円上に複数の測定点を配置する請求項1記載の内部欠陥の探査方法が提供される。 As a third aspect of the present invention, there is provided an internal defect exploration method according to the first aspect, in which a plurality of measurement points are arranged on a circle centered on the input point of the elastic wave in plan view.
上記請求項3記載の発明では、平面視で弾性波の入力点を中心とする円上に複数の測定点を配置している。これにより、3次元的に内部欠陥の位置が検出できるようになる。 In the third aspect of the invention, the plurality of measurement points are arranged on a circle centered on the input point of the elastic wave when viewed in plan. This makes it possible to three-dimensionally detect the position of the internal defect.
請求項4に係る本発明として、入力点と測定点との相対的位置関係を維持しながら、構造物の表面を順次移動させて複数点を測定したときの前記振幅差分波形と位相差分波形の両方又はいずれか一方の振幅変化の状態から、平面上での内部欠陥の位置を推定する請求項1~3いずれかに記載の内部欠陥の探査方法が提供される。
As the present invention according to
上記請求項4記載の発明では、入力点と測定点との相対的位置関係を維持しながら、構造物の表面を順次移動させて複数点を測定することによって、前記振幅差分波形と位相差分波形の両方又はいずれか一方の振幅変化が、弾性波の入力点が内部欠陥の直上にある場合をゼロとして、対称となる測定位置では、前記振幅差分波形と位相差分波形の両方又はいずれか一方の正負が逆転する。したがって、前記振幅差分波形と位相差分波形の両方又はいずれか一方の振幅変化の状態から、平面上での内部欠陥の位置が推定できるようになる。
In the invention according to
請求項5に係る本発明として、各測定点で測定された受振波同士の遅れ時間を検出し、その遅れ時間から、各測定点と入力点との間の距離補正を行う請求項1~4いずれかに記載の内部欠陥の探査方法が提供される。 As the present invention according to claim 5 , the delay time between the received waves measured at each measurement point is detected, and the distance between each measurement point and the input point is corrected from the delay time . A method for detecting an internal defect according to any of the above is provided.
上記請求項5記載の発明では、実際の測定における誤差の要因としていくつか考えられるが、その中でも比較的大きな要因と思われる測定位置の距離補正について規定している。具体的には、各測定点で測定された受振波同士の遅れ時間を検出し、その遅れ時間から、各測定点と入力点との間の距離補正を行う。前記遅れ時間の検出方法としては、受振波の最初の振幅に着目し、その振幅が最大値の1/2となる時刻を検知する方法、受振波の立ち上がり時刻を検知する方法、対となる測定点の受振波同士の相互相関から遅れ時間を検知する方法などが挙げられる。 In the invention as set forth in claim 5 , there are several possible causes of errors in actual measurements, but distance correction of the measurement position, which is considered to be a relatively large factor among them, is defined. Specifically, the delay time between the received waves measured at each measurement point is detected, and the distance between each measurement point and the input point is corrected based on the delay time. The delay time detection methods include a method that focuses on the first amplitude of the received wave and detects the time when the amplitude becomes 1/2 of the maximum value, a method that detects the rise time of the received wave, and a paired measurement. Examples include a method of detecting delay time from cross-correlation between received waves at a point.
請求項6に係る本発明として、各測定点で測定された受振波をそれぞれヒルベルト変換して位相を算出するとともに、前記位相の単位時間当たりの変化量である位相差を算出し、弾性波の入力時からそれぞれの測定点間の前記位相差に変化が生じるまでの時間を得た後、前記時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復距離から内部欠陥の位置を推定する請求項1~5いずれかに記載の内部欠陥の探査方法が提供される。
As the present invention according to claim 6 , the received waves measured at each measurement point are each subjected to Hilbert transform to calculate the phase, and the phase difference which is the amount of change in the phase per unit time is calculated, and the elastic wave is calculated. After obtaining the time from the time of input until a change occurs in the phase difference between each measurement point, the internal defect is calculated from the round trip distance to the internal defect obtained by multiplying the time by the propagation speed of the elastic wave inside the structure. There is provided an internal defect exploration method according to any one of
上記請求項6記載の発明では、内部欠陥の深さを推定する方法について規定している。内部欠陥の深さは、各測定点にそれぞれ、弾性波の入力時から内部欠陥での反射波が到達するまでの時間を基にして推定することができる。内部欠陥からの反射波が到達した時刻を特定するため、受振波の位相の単位時間当たりの変化量である位相差を算出している。そして、弾性波の入力時から反射波の到達時までの時間に、構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復距離から、測定点配置の幾何学的位置関係を考慮して内部欠陥の深さを求めることができる。 The invention according to claim 6 defines a method for estimating the depth of an internal defect. The depth of the internal defect can be estimated based on the time from the input of the elastic wave to the arrival of the reflected wave at the internal defect at each measurement point. In order to specify the time when the reflected wave from the internal defect arrives, the phase difference, which is the amount of change in the phase of the received wave per unit time, is calculated. Then, the geometric positional relationship of the measurement point arrangement is calculated from the round trip distance to the internal defect obtained by multiplying the time from the input of the elastic wave to the arrival of the reflected wave by the propagation speed of the elastic wave inside the structure. The depth of internal defects can be determined by taking this into account.
請求項7に係る本発明として、前記構造物は、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースにPC鋼材を挿通するとともに、前記PC鋼材に張力を導入した後、前記シース内の前記PC鋼材との空隙部にグラウトを注入してなるポストテンション方式によるPC構造物であり、
前記グラウトの充填状態を確認するのに前記探査方法が用いられている請求項1~6いずれかに記載の内部欠陥の探査方法が提供される。
As the present invention according to claim 7 , in the structure, after the concrete has hardened, a prestressing steel material is inserted into a sheath buried in advance, and after tension is introduced into the prestressing steel material, the inside of the sheath is A post-tensioned PC structure formed by injecting grout into the gap between the PC steel material,
There is provided an internal defect exploration method according to any one of
上記請求項7記載の発明では、ポストテンション方式によるPC構造物において、グラウトの充填状態を確認するのに本探査方法を用いるのが特に好適であることを示している。 The seventh aspect of the invention indicates that the present inspection method is particularly suitable for checking the filling state of grout in a post-tensioned PC structure.
以上詳説のとおり本発明によれば、内部欠陥をより精度良く検出できるようになる。 As described in detail above, according to the present invention, internal defects can be detected with higher accuracy.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
本発明に係る内部欠陥Dの探査方法は、図1に示されるように、構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振して内部欠陥Dを探査する方法である。詳細には、図1に示されるように、弾性波の入力点Fから等距離の位置に複数の測定点P1、P2を配置し、それぞれの測定点P1、P2で測定された受振波同士の差分波形を求めることにより、構造物の表面を伝搬する表面波の影響を除去した状態で内部欠陥の位置を推定することを特徴としている。 As shown in FIG. 1, the method for searching for internal defects D according to the present invention is a method for detecting internal defects D by receiving surface vibrations when an elastic wave is input to the surface of a structure. In detail, as shown in Fig. 1, a plurality of measurement points P1 and P2 are arranged at positions equidistant from the elastic wave input point F, and the received waves measured at each measurement point P1 and P2 are different from each other. It is characterized by estimating the position of internal defects while removing the influence of surface waves propagating on the surface of the structure by determining the differential waveform.
〔第1形態例〕
第1形態例に係る探査方法では、図1に示されるように、弾性波の入力点Fから等距離の対称位置にそれぞれ測定点P1、P2を配置し、この対となる測定点P1、P2で測定された受振波同士の差分波形を求めることにより、構造物の表面を伝搬する表面波の影響を除去した状態で内部欠陥の位置を推定している。
[First form example]
In the exploration method according to the first embodiment, as shown in FIG. By determining the difference waveform between the received waves measured by the method, the position of the internal defect is estimated while removing the influence of the surface waves propagating on the surface of the structure.
本探査方法では、構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振して内部欠陥Dを探査する方法において、構造物の表面を伝搬する表面波の影響を除去するため、弾性波の入力点Fから等距離の対称位置にそれぞれ測定点P1、P2を配置する。この配置によって、対となる測定点P1、P2での表面波成分は、同位相、同振幅となり、両者の受振波の差分波形をとることにより、表面波成分は除去され(相殺され)、内部欠陥Dからの反射波のみの影響が残るようになる。対となる測定点P1、P2で測定された受振波に現れる内部欠陥Dからの反射波は、内部欠陥Dが測定点P1、P2に対して対称中心となる位置にない場合、弾性波を入力してから到達するまでの時間にずれが生じるため、受振波同士の差分波形にその影響が現れる。このように、対となる測定点P1、P2で測定された受振波同士の差分波形を求めて表面波の影響を除去することにより、差分波形に内部欠陥Dでの反射波の影響が明確に現れるため、内部欠陥Dの位置をより精度良く推定できるようになる。 In this exploration method, in order to eliminate the influence of surface waves propagating on the surface of a structure, in the method of detecting the internal defect D by receiving surface vibrations when an elastic wave is input to the surface of the structure, elastic Measurement points P1 and P2 are placed at symmetrical positions equidistant from the wave input point F, respectively. Due to this arrangement, the surface wave components at the pair of measurement points P1 and P2 have the same phase and the same amplitude, and by taking the difference waveform of the received waves of both, the surface wave components are removed (cancelled) and the internal Only the reflected wave from the defect D remains. The reflected wave from the internal defect D that appears in the received waves measured at the paired measurement points P1 and P2 is an elastic wave input when the internal defect D is not at the center of symmetry with respect to the measurement points P1 and P2. Since there is a time lag between when the received waves arrive and when they arrive, this effect appears on the difference waveform between the received waves. In this way, by finding the difference waveform between the received waves measured at the paired measurement points P1 and P2 and removing the influence of the surface waves, the influence of the reflected wave from the internal defect D can be clearly seen in the difference waveform. Therefore, the position of the internal defect D can be estimated with higher accuracy.
本探査方法の概要について更に説明すると、図1に示されるように、弾性波の入力点Fから等距離の対称位置にそれぞれ測定点P1、P2を配置し、入力点Fに弾性波を入力したときの測定点P1、P2における受振波を測定する。構造物に内部欠陥Dがない場合、図2に示されるように、各測定点P1、P2では表面波のみが観測されるため、測定点P1で測定された受振波と、測定点P2で測定された受振波とはほぼ同じ波形となる。 To further explain the outline of this exploration method, as shown in Figure 1, measurement points P1 and P2 were placed at symmetrical positions equidistant from the elastic wave input point F, and elastic waves were input to the input point F. Then, the received waves at measurement points P1 and P2 are measured. If there is no internal defect D in the structure, only surface waves are observed at each measurement point P1 and P2, as shown in Figure 2, so the received wave measured at measurement point P1 and the received wave measured at measurement point P2 are The waveform is almost the same as the received wave.
次に、図3に示されるように構造物に内部欠陥Dがある場合の受振波について説明する。図3は、入力点と測定点との相対的位置関係を維持しながら、構造物の表面を順次移動させて複数点を測定したときの構成例である。この構成例では、内部欠陥Dより左側の領域において、入力点Fにおける受振波を測定点P1、P2で測定し、内部欠陥Dより右側の領域において、入力点F’における受振波を測定点P1’、P2’で測定している。各測定点で測定される受振波は、図4に示されるように、表面波に内部欠陥Dからの反射波が重なった波形となる。この反射波による影響は、内部欠陥Dに近い側の測定点(入力点Fでは測定点P2、入力点F’では測定点P1’)で測定された受振波の方が大きくなる。したがって、入力点と測定点との相対的位置関係を維持しながら、構造物の表面を順次移動させて複数点を測定することにより、内部欠陥Dの前後で測定した波形の傾向に変化が生じ、その変化した位置に内部欠陥Dが存在することが推定できる。仮に、入力点が内部欠陥Dの直上に位置する場合には、表面波と内部欠陥Dからの反射波がほぼ同じ条件で重なるため、ほぼ同等の受振波が得られる。 Next, received waves when the structure has an internal defect D as shown in FIG. 3 will be described. FIG. 3 shows a configuration example in which the surface of a structure is sequentially moved to measure multiple points while maintaining the relative positional relationship between the input point and the measurement point. In this configuration example, in the area to the left of internal defect D, the received wave at input point F is measured at measurement points P1 and P2, and in the area to the right of internal defect D, the received wave at input point F' is measured at measurement point P1. ', P2'. The received wave measured at each measurement point has a waveform in which a reflected wave from the internal defect D is superimposed on a surface wave, as shown in FIG. The influence of this reflected wave is greater on the received waves measured at measurement points closer to the internal defect D (measurement point P2 at input point F, measurement point P1' at input point F'). Therefore, by sequentially moving the surface of the structure and measuring multiple points while maintaining the relative positional relationship between the input point and the measurement point, the tendency of the waveform measured before and after the internal defect D changes. , it can be estimated that the internal defect D exists at the changed position. If the input point is located directly above the internal defect D, the surface wave and the reflected wave from the internal defect D overlap under approximately the same conditions, so that approximately the same received wave can be obtained.
したがって、弾性波の入力点Fから等距離の対称位置にそれぞれ測定点P1、P2を配置し、この対となる測定点P1、P2で測定された受振波同士の差分波形を求めることにより、構造物の表面を伝搬する表面波の影響を除去した状態とすることができ、差分波形に内部欠陥Dからの反射波による影響が明確に現れ、内部欠陥Dの位置がより精度良く推定できるようになる。また、構造物の表面を順次移動させて複数点を測定して、受振波の振幅変化の状態を観測することにより、内部欠陥Dの平面上の位置が推定できるようになる。 Therefore, by arranging measurement points P1 and P2 at symmetrical positions equidistant from the elastic wave input point F, and finding the difference waveform between the received waves measured at the pair of measurement points P1 and P2, it is possible to The influence of the surface waves propagating on the surface of the object can be removed, and the influence of the reflected waves from the internal defect D can clearly appear in the difference waveform, so that the position of the internal defect D can be estimated with higher accuracy. Become. Further, by sequentially moving the surface of the structure and measuring at a plurality of points and observing the state of change in the amplitude of the received wave, the position of the internal defect D on the plane can be estimated.
以下、本探査方法の原理について詳細に説明すると、
入力する弾性波の生成は、構造物を打撃するインパルス加振によるものでもよいし、一定の定常振幅部分を有するトーンバースト加振によるものでもよい。弾性波の生成においては、特開2017-133936号公報に開示された衝撃弾性波法に用いる打撃装置を用いるのが特に好ましい。この打撃装置1は、図5に示されるように、全長に亘り一定の断面積で製作された所定長さの鋼棒であって、検査対象物に衝突させる先端面2aは球冠状を成し、上端面2bは平面状を成しているプランジャー2と、前記プランジャー2の上端面2bに衝突させる所定径の鋼球3とからなる。
The principle of this exploration method will be explained in detail below.
The input elastic waves may be generated by impulse excitation that strikes a structure, or by tone burst excitation having a constant steady amplitude portion. In generating elastic waves, it is particularly preferable to use a striking device used in the impact elastic wave method disclosed in JP-A-2017-133936. As shown in FIG. 5, this
前記打撃装置1では、鋼球によって検査対象物を直接的に打撃するのではなく、所定径の鋼球3によって上記構造条件のプランジャー2(1次元棒)を介して、検査対象物に対して弾性波を与えるようにしている。このような間接打撃とすることによって、打撃力は鋼球3がプランジャー上端面2bに衝突することによって発生し、検査対象物に接触しているプランジャー2の先端面2aを介して検査対象物に伝達される。これらは弾性係数の安定した材料(鋼)であることから、鋼球3とプランジャー2との接触時間は常に一定となり、安定して一定の周波数の波動を与えることが可能となる。
In the
また、規定の長さを持つプランジャー2では、鋼棒の長さと共振する特定の周波数が発生することがわかっているため(弾性波の多重反射理論)、打撃による周波数とプランジャー2の共振周波数とをある程度の範囲内で一致させることによって、プランジャー内に、プランジャー長に応じた共振周波数の弾性波が生成されることになり、これを検査対象物に対して伝達させることができる。
In addition, since it is known that
従って、順次、検査対象点を移動させながら、同一径、同一質量の鋼球3で同一材料のプランジャー2を打撃した場合、一定の周波数の弾性波を安定的に検査対象物に対して与えることが可能となる。
Therefore, when the
本実施形態例における測定点は、弾性波の入力点Fに対して対称な2点、或いは前記入力点Fに対してそれぞれ対称な偶数複数点とされている。対となる測定点は、前記入力点Fに対して点対称な位置に配置されたものを組として、1組以上配置されている。図1では1組で配置されているが、更に、入力点F及び測定点P1、P2を結ぶ直線の延長線上に1組又は複数組配置してもよいし、この直線に対して任意の角度差を有する直線方向に延びる直線上に1組又は複数組を配してもよい。方向の異なる複数の直線上にそれぞれ対となる測定点を配置して、複数組の測定点で測定することにより、3次元的な内部欠陥Dの位置の検出が可能となり、より高精度に内部欠陥Dの位置が推定できるようになる。 The measurement points in this embodiment are two points symmetrical with respect to the input point F of the elastic wave, or an even number of points symmetrical with respect to the input point F. One or more pairs of measurement points are arranged, each pair being arranged at a point symmetrical position with respect to the input point F. Although they are arranged in one set in FIG. 1, they may be arranged in one or more sets on the extension of the straight line connecting the input point F and the measurement points P1 and P2, or at any angle with respect to this straight line. One or more sets may be arranged on a straight line extending in a linear direction having a difference. By arranging pairs of measurement points on a plurality of straight lines with different directions and measuring at multiple sets of measurement points, it is possible to detect the position of the internal defect D three-dimensionally, and detect internal defects with higher accuracy. The position of defect D can now be estimated.
弾性波の計測手段としては、図1に示されるように、弾性波の入力面と同一面であって、弾性波の入力点Fから所定の距離だけ離隔した位置の測定点にそれぞれ、構造物の応答弾性波を計測する弾性波センサ4が配置されている。この弾性波センサ4は、構造物の表面に接触させた状態で、前記打撃装置1によって構造物に与えた波動の応答弾性波を計測する。この弾性波センサ4としては、例えば、加速度センサ、振動センサなどを使用することができる。前記弾性波センサ4の受信方向は特に問わないが、弾性波の入力方向(測定面に対して上下方向(垂直方向))とするのが好ましい。
As shown in FIG. 1, the elastic wave measuring means is such that structures are placed at measuring points on the same plane as the elastic wave input surface and a predetermined distance apart from the elastic wave input point F. An
前記弾性波センサ4によって計測された振動は、A/D変換器(図示せず)によりアナログ・デジタル変換された後、波形収録装置(図示せず)に入力されるとともに、評価装置(図示せず)に送られる。
The vibrations measured by the
前記波形収録装置は、前記弾性波センサ4によって測定された波動の電気信号を記録するための装置である。この波形収録装置は、電気信号を記憶するためのサーバー、ハードディスク等のストレージ、CD、DVD等の記録媒体、メモリ等で構成されている。波形収録装置は、弾性波センサ4から信号を受信してこれらを時系列的に記憶することができる。
The waveform recording device is a device for recording wave electrical signals measured by the
前記評価装置は、例えばPC(パーソナルコンピューター)やスマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末等の電子機器で構成されている。この評価装置は、波形収録装置内に記憶されている波形を解析する。この評価装置は、記録された波形に対して、例えばヒルベルト変換を施すことにより、位相及びその単位時間当たりの変化量である位相差が算出できるようにしてもよいし、対となる測定点P1、P2の差分波形を求めるようにしてもよい。また、FFT(Fast Fourier Transform)を施すことにより、時間軸の波形データを周波数軸のスペクトラムデータに変換できるようにしてもよい。また、前記評価装置は、位相差の変化の有無を介して、コンクリート等の構造物の内部欠陥の有無の判断ができるようにしてもよいし、弾性波の入力時から位相差に変化が生じるまでの時間を得て、内部欠陥の位置を算出できるようにしてもよい。 The evaluation device is composed of an electronic device such as a PC (personal computer), a smartphone, a tablet terminal, or a wearable terminal. This evaluation device analyzes waveforms stored in the waveform recording device. This evaluation device may be configured to be able to calculate the phase and the phase difference, which is the amount of change per unit time, by applying, for example, Hilbert transform to the recorded waveform. , P2 may be obtained. Further, by applying FFT (Fast Fourier Transform), time-axis waveform data may be converted to frequency-axis spectrum data. Further, the evaluation device may be configured to be able to determine the presence or absence of internal defects in a structure such as concrete based on the presence or absence of a change in phase difference, or a change in phase difference occurs from the time of input of an elastic wave. Alternatively, the position of the internal defect may be calculated by obtaining the time until the end.
この評価装置は、例えば図示しないディスプレイ等からなる表示部を介して各データを表示することができる。また、評価装置は、これら各データをストレージ内に記録し、ユーザによる命令に基づいてこれらデータを表示部に表示し、又は携帯型メモリにこれらデータを書き込むことができる。ユーザは、この携帯型メモリを評価装置から取り出して自由に持ち運びすることが可能となる。更に、評価装置は、これら各データを公衆通信網を介して他の電子機器へ転送することも可能である。 This evaluation device can display each data via a display section consisting of, for example, a display (not shown). Furthermore, the evaluation device can record each of these data in the storage, display these data on the display unit, or write these data in a portable memory based on a command from the user. The user can take out this portable memory from the evaluation device and carry it around freely. Furthermore, the evaluation device can also transfer these data to other electronic devices via a public communication network.
図1に示されるように、前記入力点Fと測定点P1、P2との離隔距離Lは任意であるが、測定精度などの観点から、20~100mm、好ましくは30~70mmとするのがよい。 As shown in FIG. 1, the distance L between the input point F and the measurement points P1 and P2 is arbitrary, but from the viewpoint of measurement accuracy, it is preferably 20 to 100 mm, preferably 30 to 70 mm. .
入力された弾性波は、図6に示されるように、表面波(R波)として対となる測定点P1、P2に伝搬するとともに、縦弾性波(P波)或いは横弾性波(S波)として構造物内部を伝搬する波動となる。内部欠陥(空隙)があると、構造物内部に伝搬した弾性波は、そこで反射し、測定点P1、P2に達し、表面波と重なる。 As shown in FIG. 6, the input elastic waves propagate to the paired measurement points P1 and P2 as surface waves (R waves), and also as longitudinal elastic waves (P waves) or transverse elastic waves (S waves). This becomes a wave that propagates inside the structure. If there is an internal defect (void), the elastic wave propagated inside the structure is reflected there, reaches measurement points P1 and P2, and overlaps with the surface wave.
対となる測定点P1、P2は弾性波の入力点Fから等距離の対称位置に配置されているため、これらの測定点P1、P2ではほぼ同等の表面波が伝搬する。このため、対となる測定点P1、P2で測定された受振波の差分を求めると、表面波成分は相殺されて、内部欠陥Dからの反射波成分のみの影響が残ることとなる。 Since the pair of measurement points P1 and P2 are arranged at symmetrical positions equidistant from the elastic wave input point F, substantially the same surface waves propagate at these measurement points P1 and P2. Therefore, when the difference between the received waves measured at the paired measurement points P1 and P2 is calculated, the surface wave components are canceled out, and only the influence of the reflected wave component from the internal defect D remains.
この差分波形の振幅は、内部欠陥Dからの反射波の影響を反映しているため、測定点P1、P2と内部欠陥Dとの距離によって大きさが異なることが容易に推測される。この原理を利用して、入力点Fと測定点P1、P2との相対的位置関係を維持しながら、構造物の表面を順次移動させて複数点を測定することにより、内部欠陥Dの平面上での位置が推定できるようになる。このようにして複数点を測定するには、構造物の表面を縦横に所定の大きさのメッシュ状に区画し、その交点で順次測定するのが好ましい。メッシュの大きさは適宜設定することができるが、測定点数の増加による作業負担増の抑制、測定精度などの観点から、20~100mm、好ましくは30~70mm程度とするのがよい。 Since the amplitude of this difference waveform reflects the influence of the reflected wave from the internal defect D, it can be easily inferred that the amplitude differs depending on the distance between the measurement points P1, P2 and the internal defect D. Utilizing this principle, by sequentially moving the surface of the structure and measuring multiple points while maintaining the relative positional relationship between the input point F and the measurement points P1 and P2, it is possible to The location can be estimated. In order to measure a plurality of points in this way, it is preferable to divide the surface of the structure vertically and horizontally into a mesh shape of a predetermined size, and sequentially measure at the intersection points. Although the size of the mesh can be set as appropriate, it is preferably about 20 to 100 mm, preferably about 30 to 70 mm, from the viewpoint of suppressing an increase in workload due to an increase in the number of measurement points and improving measurement accuracy.
図7は、内部欠陥Dを有する場合における入力点Fの内部欠陥Dの直上からの平面上の距離と、対となる測定点P1、P2で測定された受振波同士の差分波形の振幅との関係を、理論計算により求めたグラフである。図7において縦軸の差分波形の振幅は絶対値で示されており、内部欠陥の直上からの平面上の距離がゼロを境にいずれか一方の差分波形の振幅はマイナスとなっている。弾性波の入力点Fが内部欠陥の直上に位置する場合、即ち内部欠陥の直上からの平面上の距離がゼロの場合、内部欠陥Dからの反射波が対となる測定点P1、P2にそれぞれ等しく伝わるため、両測定点P1、P2の受振波の差分波形の振幅はゼロとなる。一方、入力点Fが内部欠陥Dの直上位置から離れると、内部欠陥Dの直上位置を中心として対称に差分波形の振幅が増加し、ある程度以上離れると、今度は差分波形の振幅が減少する傾向となる。これによって、入力点Fと測定点P1、P2との相対的位置関係を維持しながら、構造物の表面を順次移動させて複数点を測定したときの差分波形の振幅変化の状態から、平面上での内部欠陥Dの位置を推定することができるようになる。具体的には、測定によって、差分波形の振幅の絶対値が最小となる位置、又は差分波形の振幅の正負が逆転する位置を特定し、その位置を平面上での内部欠陥Dの直上位置と推定できる。 FIG. 7 shows the distance on a plane from the input point F directly above the internal defect D when the internal defect D is present, and the amplitude of the difference waveform between the received waves measured at the paired measurement points P1 and P2. This is a graph obtained by theoretical calculation of the relationship. In FIG. 7, the amplitude of the difference waveform on the vertical axis is shown in absolute value, and the amplitude of one of the difference waveforms becomes negative when the distance on the plane from directly above the internal defect is zero. When the input point F of the elastic wave is located directly above the internal defect, that is, when the distance on the plane from directly above the internal defect is zero, the reflected wave from the internal defect D is transmitted to the paired measurement points P1 and P2, respectively. Since the waves are transmitted equally, the amplitude of the difference waveform between the received waves at both measurement points P1 and P2 becomes zero. On the other hand, when the input point F moves away from the position directly above the internal defect D, the amplitude of the difference waveform increases symmetrically around the position directly above the internal defect D, and when the input point F moves away beyond a certain point, the amplitude of the difference waveform tends to decrease. becomes. As a result, while maintaining the relative positional relationship between input point F and measurement points P1 and P2, it is possible to change the state of the amplitude change of the difference waveform when sequentially moving the surface of the structure and measuring multiple points on the plane. It becomes possible to estimate the position of the internal defect D at . Specifically, the position where the absolute value of the amplitude of the difference waveform is the minimum or the position where the positive/negative of the amplitude of the difference waveform is reversed is determined by measurement, and this position is determined as the position directly above the internal defect D on the plane. It can be estimated.
実際の測定では、対となる測定点P1、P2において、弾性波センサ4の感度の違い、接地条件による結合インピーダンスの違い、測定位置の微小な誤差などによって、理論計算通りにはならないことも多い。このため、これらの誤差を除去し、必要な情報を取り出す信号処理を行うのが好ましい。
In actual measurements, the results often do not match the theoretical calculations at the pair of measurement points P1 and P2 due to differences in sensitivity of the
これらの誤差要因の中でも、比較的大きな影響を与えるのが、測定位置の誤差によるものである。入力点Fと測定点P1、P2との距離に対して、弾性波センサ4の接地面の大きさが大きな比率を占める場合、弾性波センサ4の設置位置の微小な誤差が測定結果に与える影響は大きなものとなる。そこで、以下の手順に従い、この測定位置の距離補正を行うのが好ましい。
Among these error factors, the one that has a relatively large influence is the error in the measurement position. If the size of the ground plane of the
距離補正の手順としては、対となる測定点P1、P2で測定された受振波同士の遅れ時間を検出し、その遅れ時間から、各測定点P1、P2と入力点Fとの間の距離補正を行う。前記遅れ時間の検出方法としては、2つの波形の遅れ時間の補正方法に用いられる公知の方法を制限無く採用できるが、受振波の最初の振幅に着目し、その振幅が最大値の1/2となる時刻を検知する方法で行うのが好ましい。なお、この他に、受振波の立ち上がり時刻を検知する方法、対となる測定点P1、P2の受振波同士の相互相関から遅れ時間を検知する方法などを用いてもよい。 The procedure for distance correction is to detect the delay time between the received waves measured at the paired measurement points P1 and P2, and to correct the distance between each measurement point P1 and P2 and the input point F based on the delay time. I do. As a method for detecting the delay time, any known method used for correcting the delay time between two waveforms can be adopted without limitation. It is preferable to use a method of detecting the time when . In addition, a method of detecting the rise time of the received wave, a method of detecting the delay time from the cross-correlation between the received waves of the pair of measurement points P1 and P2, etc. may be used.
上述のようにして測定位置の距離補正を行った後、対となる測定点P1、P2で測定された受振波をそれぞれヒルベルト変換して振幅情報と位相情報に分離する。前記ヒルベルト変換は、複素フーリエ変換における正の周波数領域のみを通過させる周波数フィルターを通した後、フーリエ逆変換によって時間軸波形を得て、その振幅と位相を分離、判別できるようにしたものである(下式及び図8参照)。 After correcting the distance of the measurement positions as described above, the received waves measured at the pair of measurement points P1 and P2 are each subjected to Hilbert transformation and separated into amplitude information and phase information. In the Hilbert transform, after passing through a frequency filter that passes only the positive frequency region in the complex Fourier transform, a time axis waveform is obtained by inverse Fourier transform, and its amplitude and phase can be separated and determined. (See the formula below and Figure 8).
x(t)=Acos(ωt)=Acos(θ)
x(t)=xr(t)+i×xi(t)
xr(t)=A(t)cosθ(t)、xi(t)=A(t)sinθ(t)
振幅 A(t)=(xr(t)2+xi(t)2)1/2
位相 θ(t)=tan-1(xi(t)/xr(t))
そして、対となる測定点P1、P2の振幅情報同士の差分波形である振幅差分波形と、位相情報同士の差分波形である位相差分波形を得る。これらの差分波形を得る際は、必ず対となる測定点P1、P2のうち、一方(例えばP1)から他方(P2)を減じるようにする。
x(t)=Acos(ωt)=Acos(θ)
x(t)=xr(t)+i×xi(t)
xr(t)=A(t)cosθ(t), xi(t)=A(t)sinθ(t)
Amplitude A(t)=(xr(t) 2 +xi(t) 2 ) 1/2
Phase θ(t)=tan -1 (xi(t)/xr(t))
Then, an amplitude difference waveform, which is a difference waveform between the amplitude information of the pair of measurement points P1 and P2, and a phase difference waveform, which is a difference waveform between the phase information, are obtained. When obtaining these differential waveforms, one (for example, P1) of the pair of measurement points P1 and P2 is always subtracted from the other (P2).
図9に示されるように、入力点Fと測定点P1、P2との相対的位置関係を維持しながら、構造物の表面を順次移動させて複数の入力点(図示例ではF11~F15)で測定すると、図示例のように、内部欠陥Dの平面上の位置(F13)に対して左右対称となる測定位置の関係を有する場合がある。例えば、図9では、入力点F11とF15とは、内部欠陥Dの直上(F13)に対して左右対称となっており、入力点F11に対する他方側の測定点(F11-P2)と、入力点F15に対する一方側の測定点(F15-P1)とは、同じ測定点となっている。すなわち、差分波形で比較すると、入力点F11の差分波形と、入力点F15の差分波形とは、理論上、正負が反転した波形となる。このようにして、構造物の表面を順次移動させて複数の入力点で測定したとき、正負が反転した波形が得られた入力点間の中央位置が内部欠陥Dの直上位置と推定でき、平面上での内部欠陥Dの位置を推定することが可能になる。また、図7に示されるように、差分波形の振幅がゼロとなる入力点が得られた場合も、その入力点が内部欠陥Dの直上位置と推定することが可能である。 As shown in FIG. 9, while maintaining the relative positional relationship between input point F and measurement points P1 and P2, the surface of the structure is moved sequentially to obtain multiple input points (F11 to F15 in the illustrated example). When measured, as shown in the illustrated example, the measurement position may have a relationship that is bilaterally symmetrical with respect to the position (F13) of the internal defect D on the plane. For example, in FIG. 9, input points F11 and F15 are symmetrical with respect to the area directly above internal defect D (F13), and the measurement point on the other side of input point F11 (F11-P2) and the input point The measurement point on one side of F15 (F15-P1) is the same measurement point. That is, when comparing the difference waveforms, the difference waveform at the input point F11 and the difference waveform at the input point F15 are theoretically waveforms whose polarity is inverted. In this way, when the surface of the structure is sequentially moved and measured at multiple input points, the center position between the input points where a waveform with reversed sign is obtained can be estimated to be the position directly above the internal defect D, and the plane It becomes possible to estimate the position of the internal defect D on the surface. Further, as shown in FIG. 7, even when an input point where the amplitude of the difference waveform becomes zero is obtained, it is possible to estimate that the input point is a position directly above the internal defect D.
このような平面上の内部欠陥Dの位置の推定は、前述の振幅差分波形と位相差分波形のいずれを用いても行うことができ、これら振幅差分波形及び位相差分波形の両方を用いて行ってもよいし、振幅差分波形及び位相差分波形のいずれか一方を用いて行ってもよい。 Estimation of the position of internal defect D on such a plane can be performed using either the amplitude difference waveform or the phase difference waveform described above. Alternatively, either the amplitude difference waveform or the phase difference waveform may be used.
次に、内部欠陥Dの深さを推定する方法について説明する。この内部欠陥Dの深さは、対となる測定点P1、P2にそれぞれ、弾性波の入力時から反射波が到達するまでの時間を基にして推定することができる。具体的には、対となる測定点P1、P2で測定された受振波をそれぞれヒルベルト変換して位相を算出するとともに、前記位相の単位時間当たりの変化量である位相差を算出する。 Next, a method for estimating the depth of the internal defect D will be explained. The depth of this internal defect D can be estimated based on the time from the input of the elastic wave to the arrival of the reflected wave at each of the pair of measurement points P1 and P2. Specifically, the received waves measured at the pair of measurement points P1 and P2 are each subjected to Hilbert transform to calculate the phase, and the phase difference, which is the amount of change in the phase per unit time, is calculated.
ここで、内部欠陥Dがある場合、受振波には所定の時刻において内部欠陥で反射した反射波が加わる(干渉する)ため、計測された振動波形は、振幅及び位相が乱れた波形となり、これをヒルベルト変換した位相は、折り返しの間隔が異なるのこぎり波形を成す。また、位相差は、反射波が構造物の表面に到達した時刻で変化が生じるようになる。 Here, if there is an internal defect D, the reflected wave reflected by the internal defect is added (interferes) to the received wave at a predetermined time, so the measured vibration waveform becomes a waveform with disordered amplitude and phase. The phase obtained by Hilbert transformation of is a sawtooth waveform with different folding intervals. Further, the phase difference begins to change depending on the time when the reflected wave reaches the surface of the structure.
このように、受振波をヒルベルト変換して位相を算出するとともに、前記位相の単位時間当たりの変化量である位相差を算出することにより、表面を伝搬する波と反射波とが相互に干渉して位相差に変化が生じる時刻が得られるので、弾性波の入力時から位相差に変化が生じるまでの時間に、構造物内部における縦弾性波の伝搬速度を乗じることにより、内部欠陥Dまでの往復距離が得られるようになる。更に、この内部欠陥Dまでの往復距離から内部欠陥Dの位置を推定することが可能となる。 In this way, by calculating the phase by subjecting the received wave to Hilbert transformation and calculating the phase difference, which is the amount of change in the phase, it is possible to prevent the waves propagating on the surface and the reflected waves from interfering with each other. Since the time at which the phase difference changes can be obtained by multiplying the time from the input of the elastic wave until the phase difference changes by the propagation speed of the longitudinal elastic wave inside the structure, the time to the internal defect D can be calculated. You will be able to get the round trip distance. Furthermore, the position of the internal defect D can be estimated from the round trip distance to the internal defect D.
例を挙げて説明すると、弾性波の入力点F及び対となる測定点P1、P2を図9に示されるように配置した場合において、入力点F11に弾性波を入力したときの受振波を測定点F11-P1及びF11-P2で測定し、入力点F15に弾性波を入力したときの受振波を測定点F15-P1及びF15-P2で測定した。なお、入力点F11における右側の測定点F11-P2と、入力点F15における左側の測定点F15-P1とは同じ位置である。この測定点F11-P2(F15-P1)は、内部欠陥Dのほぼ直上に位置し、入力点F11及びF15は、ほぼ左右対称の位置に配置されている。 To explain with an example, when the elastic wave input point F and the pair of measurement points P1 and P2 are arranged as shown in FIG. 9, the received wave is measured when the elastic wave is input to the input point F11. Measurements were taken at points F11-P1 and F11-P2, and received waves when an elastic wave was input to input point F15 were measured at measurement points F15-P1 and F15-P2. Note that the measurement point F11-P2 on the right side of the input point F11 and the measurement point F15-P1 on the left side of the input point F15 are at the same position. This measurement point F11-P2 (F15-P1) is located almost directly above the internal defect D, and the input points F11 and F15 are arranged at almost symmetrical positions.
このとき、それぞれの測定点で測定された受振波をヒルベルト変換して得た位相から位相差を算出すると、図10に示すようになる。図10に示されるように、入力点F11の場合と入力点F15の場合の両方とも同じように、時間0.035ms付近で、P1とP2の位相差に差異が発生している。この位相差の差異は、入力点F11の場合にはP1側が大きな値となり、入力点F15の場合にはP2側が大きな値となるというように、逆の関係になっている。このことは、トレンドの方向が正負反転していること、内部欠陥Dからの反射波が内部欠陥Dと遠い側の測定点(入力点F11においては測定点F11-P2、入力点F15においては測定点F15-P1)にも到達していることを示しているから、この時間0.035msが、反射波が到達した時間と判断できる。 At this time, if the phase difference is calculated from the phase obtained by Hilbert transformation of the received waves measured at each measurement point, the result will be as shown in FIG. 10. As shown in FIG. 10, in both cases of input point F11 and input point F15, a difference occurs in the phase difference between P1 and P2 around the time of 0.035 ms. This difference in phase difference has a reverse relationship such that in the case of the input point F11, the P1 side has a large value, and in the case of the input point F15, the P2 side has a large value. This means that the direction of the trend is reversed, and that the reflected wave from internal defect D is reflected from the measurement point far from internal defect D (measurement point F11-P2 at input point F11, measurement point F11-P2 at input point F15). Since this shows that the reflected wave has also reached point F15-P1), this time of 0.035 ms can be determined to be the time when the reflected wave arrived.
この時間0.035msに、構造物内部における弾性波の伝搬速度(コンクリートの場合は4000m/s)を乗じることにより、構造物の表面から内部欠陥Dまでの往復距離が得られる。その後、図9に示されるように、構造物の断面図に、内部欠陥Dまでの往復距離と同等の往復距離となる楕円弧状の欠陥位置想定曲線9を描く。各入力点F11、F15について同様に欠陥位置想定曲線9、9を描くと、これらが交差または近接する位置から内部欠陥Dの位置を推定することができる。前記欠陥位置想定曲線9、9は、弾性波の入力点から構造物内部を通って測定点に達するまでの距離が、上述の位相差に変化が生じるまでの時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥Dまでの往復距離となるように引いた、前記弾性波の入力点及び測定点の2点を中心とする楕円弧状の曲線である。各入力点に対する計測結果から得られた内部欠陥Dまでの往復距離は、内部欠陥Dが前記欠陥位置想定曲線9の上に存在していることを表している。従って、複数の入力点で振動計測すること、及び/又は複数の対となる測定点で振動計測することにより、内部欠陥Dの位置がより厳密に推定できるようになる。また、複数の欠陥位置想定曲線9…が交差する範囲から内部欠陥Dの大きさを推定することも可能である。
By multiplying this time of 0.035 ms by the propagation speed of elastic waves inside the structure (4000 m/s in the case of concrete), the round trip distance from the surface of the structure to the internal defect D can be obtained. Thereafter, as shown in FIG. 9, an elliptical arc-shaped defect
本探査方法が対象とする構造物の内部欠陥としては、空洞、クラック、ジャンカ、層間剥離などコンクリート構造物の内部に生じる欠陥を広く対象とすることが可能である。 The internal defects of structures targeted by this exploration method can include a wide range of defects that occur inside concrete structures, such as cavities, cracks, junkers, and delaminations.
特に、前記構造物として、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースにPC鋼材を挿通するとともに、前記PC鋼材に張力を導入した後、前記シース内の前記PC鋼材との空隙部にグラウトを注入してなるポストテンション方式によるPC構造物を対象とした場合において、前記グラウトの充填状態を確認するのに本探査方法を用いるのが好適である。 In particular, in the structure, after the concrete has hardened, a prestressed steel material is inserted into a sheath buried in advance, and after tension is introduced into the prestressed steel material, a gap between the prestressed steel material and the prestressed steel material in the sheath is inserted. When the target is a post-tensioned PC structure in which grout is injected into the grout, it is suitable to use this inspection method to confirm the filling state of the grout.
橋梁や高架橋、建築物等のPC構造物におけるPC鋼材のシース管内にはグラウトが充填されるが、このようなPC鋼材のシース管内においてグラウトの充填不良が生じた場合には、これに起因するPC鋼材の腐食、破断事故が生じる可能性がある。そのため、PC鋼材のシース管内のグラウト充填度を衝撃弾性波法によって調査することは大変重要である。 Grout is filled in the sheath pipes of prestressed steel materials in prestressed concrete structures such as bridges, viaducts, and buildings, but if a grout filling failure occurs in the sheath pipes of such prestressed steel materials, it may be caused by this. Corrosion and breakage of the PC steel may occur. Therefore, it is very important to investigate the degree of grout filling in the sheath pipe of PC steel materials using the impact elastic wave method.
PC構造物の内部欠陥の探査方法に本探査方法を用いることにより、精度良くグラウトの充填不足を確認することができ、未充填部分への再充填などの対策を適切に行うことができるようになる。 By using this detection method to detect internal defects in PC structures, it is possible to accurately confirm insufficient grout filling, and to take appropriate measures such as refilling unfilled areas. Become.
また、本探査方法は、従来の衝撃弾性波法のように、入力された弾性波が対向面で反射し、構造物の厚さ方向に多重反射することを前提とした板状の構造物を対象とする技術ではないため、T桁下フランジなどの板状以外の断面形状からなる構造物や厚さが厚い構造物にも適用できるとともに、内部欠陥が精度良く検出できるようになる。 In addition, unlike the conventional impact elastic wave method, this exploration method is based on the assumption that the input elastic wave is reflected at the opposing surface and undergoes multiple reflections in the thickness direction of the structure. Since this is not a targeted technology, it can be applied to structures with a cross-sectional shape other than a plate shape, such as the lower flange of a T girder, or to thick structures, and internal defects can be detected with high accuracy.
本探査方法による効果をまとめれば以下のようになる。(1)実条件を反映したシンプルな波形処理により恣意性が排除され、内部欠陥をより精度良く検出できるようになる。(2)測定位置を順次移動させて計測し、差分波形の振幅変化の状態を観測することで、再現性及び信頼性が向上できる。(3)振幅に加えて位相の状態も観測することで、より精度及び信頼性が向上できる。(4)対となる測定点を複数組設けることによって、より検出精度が向上できる。 The effects of this exploration method can be summarized as follows. (1) Simple waveform processing that reflects actual conditions eliminates arbitrariness, making it possible to detect internal defects with higher accuracy. (2) Reproducibility and reliability can be improved by sequentially moving the measurement position and observing the amplitude change state of the differential waveform. (3) Accuracy and reliability can be further improved by observing the phase state in addition to the amplitude. (4) Detection accuracy can be further improved by providing multiple pairs of measurement points.
〔第2形態例〕
上記第1形態例では、弾性波の入力点Fから等距離の対称位置にそれぞれ測定点P1、P2を配置していたが、弾性波の入力点Fと測定点との距離が等距離であれば、各測定点での表面波成分は同位相、同振幅となり、2つの測定点の差分波形をとることにより、表面波成分が除去(相殺)され、内部欠陥Dからの反射波のみの影響が残るという考えの下、本第2形態例では、図11に示されるように、平面視で弾性波の入力点Fを中心とする円上に複数の、図示例では3つの測定点P1、P2、P3を配置している。そして、それぞれの測定点P1~P3で測定された受振波同士の差分波形を求めることにより、構造物の表面を伝搬する表面波の影響を除去した状態で内部欠陥Dの位置を推定している。このように、平面視で入力点Fを中心とする円上に複数の測定点P1~P3を配置することにより、3次元的に内部欠陥の位置が検出できるようになる。
[Second form example]
In the first embodiment described above, the measurement points P1 and P2 are placed at symmetrical positions equidistant from the elastic wave input point F, but even if the distance between the elastic wave input point F and the measurement point is equidistant, For example, the surface wave components at each measurement point have the same phase and amplitude, and by taking the difference waveform between the two measurement points, the surface wave component is removed (cancelled) and the influence of only the reflected wave from the internal defect D is eliminated. In the second embodiment, as shown in FIG. 11, a plurality of measurement points P1, three in the illustrated example, are placed on a circle centered on the input point F of the elastic wave in plan view. P2 and P3 are arranged. Then, by finding the difference waveform between the received waves measured at each measurement point P1 to P3, the position of the internal defect D is estimated with the influence of the surface waves propagating on the surface of the structure removed. . In this way, by arranging the plurality of measurement points P1 to P3 on a circle centered on the input point F in plan view, the position of the internal defect can be detected three-dimensionally.
以下、更に詳しく説明すると、本第2形態例における測定点は、弾性波の入力点Fを中心とする円上に、円周方向に所定の間隔をあけて、2箇所以上、好ましくは3~10箇所、より好ましくは3~5箇所配置されている。円周方向の配置間隔は任意であるが、ほぼ等間隔に配置するのが好ましい。測定点の数は、偶数でもよいし、奇数でもよい。 To explain in more detail below, the measurement points in the second embodiment are two or more, preferably three or more, at a predetermined interval in the circumferential direction on a circle centered on the elastic wave input point F. They are arranged at 10 locations, more preferably at 3 to 5 locations. Although the arrangement interval in the circumferential direction is arbitrary, it is preferable to arrange the arrangement at approximately equal intervals. The number of measurement points may be an even number or an odd number.
測定点が3つ以上の場合において、それぞれの測定点で測定された受振波同士の差分波形を求める際は、複数の測定点のうち2つの測定点で測定された受振波同士の差分波形を求める。差分波形を求める際は、複数の測定点から抽出可能な全ての組み合わせについて行ってもよいし、複数の測定点のうち、振幅が最大となる測定点と振幅が最小となる測定点についてのみ行ってもよい。 When there are three or more measurement points, when calculating the difference waveform between the received waves measured at each measurement point, calculate the difference waveform between the received waves measured at two of the multiple measurement points. demand. When calculating the difference waveform, you can calculate the difference waveform for all combinations that can be extracted from multiple measurement points, or you can calculate the difference waveform only for the measurement point where the amplitude is the maximum and the measurement point where the amplitude is the minimum among the multiple measurement points. You can.
内部欠陥Dと測定点との距離が小さいほど、内部欠陥Dからの反射波の影響を大きく受け、前記距離が大きいほど、反射波の影響が小さくなる。従って、上記の方法により各測定点の差分波形を求めることにより、複数の測定点のうち、差分波形が最も大きくなる測定点の組み合わせを求めることにより、これら測定点と入力点Fとの相対的位置関係から、入力点Fに対して内部欠陥Dがどの方向に存在するかが3次元的に把握できるようになる。これにより、その方向に対して、弾性波の入力点の密度を高めることにより、より高精度に内部欠陥Dの位置が推定できるようになる。 The smaller the distance between the internal defect D and the measurement point, the greater the effect of the reflected wave from the internal defect D, and the larger the distance, the smaller the effect of the reflected wave. Therefore, by determining the difference waveform of each measurement point using the method described above, and by determining the combination of measurement points with the largest difference waveform among multiple measurement points, the relative relationship between these measurement points and input point F can be calculated. From the positional relationship, it becomes possible to understand three-dimensionally in which direction the internal defect D exists with respect to the input point F. Thereby, by increasing the density of input points of elastic waves in that direction, the position of the internal defect D can be estimated with higher accuracy.
入力点Fと測定点との相対的位置関係を維持しながら、構造物の表面を順次移動させて複数点を測定する場合、入力点Fと測定点との相対的な角度も維持しながら順次移動させるようにする。 When measuring multiple points by sequentially moving the surface of a structure while maintaining the relative positional relationship between the input point F and the measurement point, it is necessary to sequentially move the surface of the structure while maintaining the relative angle between the input point F and the measurement point. Make it move.
1…打撃装置、2…プランジャー、3…鋼球、4…弾性波センサ、9…欠陥位置想定曲線、D…内部欠陥、F…入力点、P1・P2・P3…測定点 1...Blowing device, 2...Plunger, 3...Steel ball, 4...Elastic wave sensor, 9...Defect position assumed curve, D...Internal defect, F...Input point, P1, P2, P3...Measurement point
Claims (7)
弾性波の入力点から等距離の位置に複数の測定点を配置し、各測定点で測定された受振波をそれぞれヒルベルト変換して振幅情報と位相情報に分離し、受振波同士の振幅差分波形及び位相差分波形を得た上で、前記振幅差分波形と位相差分波形の両方又はいずれか一方から内部欠陥の位置を推定することを特徴とする内部欠陥の探査方法。 A method of detecting internal defects by receiving surface vibrations when an elastic wave is input to the surface of a structure,
Multiple measurement points are placed equidistant from the elastic wave input point, and the received waves measured at each measurement point are separated into amplitude information and phase information by Hilbert transform, and the amplitude difference waveform between the received waves is calculated. and a phase difference waveform, and then estimating the position of the internal defect from both or either of the amplitude difference waveform and the phase difference waveform .
前記グラウトの充填状態を確認するのに前記探査方法が用いられている請求項1~6いずれかに記載の内部欠陥の探査方法。 In the structure, after the concrete has hardened, a prestressed steel material is inserted into a sheath buried in advance, tension is introduced into the prestressed steel material, and then grout is inserted into the gap between the prestressed steel material and the prestressed steel material within the sheath. It is a post-tensioned PC structure made by injecting
The internal defect exploration method according to any one of claims 1 to 6 , wherein the exploration method is used to confirm the filling state of the grout.
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