WO2002040959A1 - Dispositif et procede de mesure et de diagnostic acoustiques au moyen d'une force electromagnetique pulsee - Google Patents

Dispositif et procede de mesure et de diagnostic acoustiques au moyen d'une force electromagnetique pulsee Download PDF

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Mitsuo Hashimoto
Masanori Takanabe
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Definitions

  • the present invention relates to an acoustic diagnostic / measurement device using pulsed electromagnetic force and a diagnostic / measurement method for a structure composed of a conductor and a non-conductive material covering the conductor, and for example, relates to corrosion and adhesion of reinforcing steel in reinforced concrete, Diagnosis or measurement of the position of reinforcing bars, diameter of reinforcing bars, presence / absence of reinforcing bars, locations of tears, and locations of water pipes buried in the soil, and fixing of conductors fixed with fasteners
  • the present invention relates to a condition diagnosis method. Background art
  • the location of the rebar and the diameter of the rebar are used for the purpose of strength evaluation, service life evaluation, or determination of construction procedures.
  • an X-ray imaging method in which a structure is sandwiched between an X-ray generator and a film, an ultrasonic generator is applied to a concrete surface, and the reflected ultrasonic waves are applied
  • Ultrasound diagnostic method to detect and judge, percussion method to judge the surface by hitting the surface with a hammer, etc.
  • infrared imaging method to irradiate infrared to the surface
  • microwave method to irradiate microwave from the surface
  • the ultrasonic survey method irradiates ultrasonic waves from the surface of reinforced concrete and searches for the position of the reinforcing bars from the ultrasonic waves reflected from the reinforcing bars.However, the interior of the concrete contains gravel and is discontinuous due to bubbles and the like. Because the layers are dense, ultrasonic waves are attenuated and scattered, making analysis very difficult.
  • the infrared imaging method and the microphone mouth wave method can measure only the relatively surface of a structure because infrared and microphone mouth waves are rapidly attenuated by concrete.
  • an acoustic diagnostic method in which sound generated by elastic energy released when a structure is deformed or destroyed is detected and analyzed to diagnose the degree of corrosion of the structure.
  • a method is known in which an AE (acoustic emission) sensor is attached to a structure and the AE is measured for a long time, and the sound (AE) generated suddenly or accidentally due to corrosion destruction is known.
  • AE acoustic emission
  • this method requires continuous observation for a long time or requires an excessive load, and is not always suitable for diagnosing structural corrosion.
  • structures consisting of tensioned conductors and non-conductors that cover the conductors, such as prestressed concrete, that is, bridges using this method, concrete utility poles, and concrete sleepers, have elasticity. Reinforcing bars in tension to increase their strength are embedded in concrete, and may break after prolonged use.
  • Conductor pipes buried in non-conductors for example, in civil engineering works and building works where it is necessary to drive piles into the soil, water pipes and gas pipes buried in the soil are required. Need to know the location. Conventionally buried using metal detectors, ultrasonic detectors, etc. Although the position is measured, these devices are complex, require a high degree of expertise in handling, there is no easy and reliable way to know the location of the buried site, and there is no time to dig and check it. Such a method was often adopted.
  • a bolt nut is used in the case of a structure in which a conductor is fixed to a conductor with fasteners.
  • a structure such as a road bridge constructed by fixing an iron plate and an iron plate with a bolt nut
  • a bolt nut is used in the case of a structure in which a conductor is fixed to a conductor with fasteners. It is necessary to regularly inspect the tightening condition of the kit to ensure safety.
  • the bolts and nuts are huge, and the tightening force is so large that the operator can perform a diagnosis manually using a torque wrench or the like. Did not. For this reason, conventionally, large-scale dedicated machines for inspection were required, and inspection had to be carried out with the bridge closed.
  • the present invention reliably and non-destructively determines the degree of corrosion, adhesion, fogging depth, and diameter of a conductor of a structure including a conductor and a non-conductor that covers the conductor.
  • Diagnosis / measurement equipment for example, non-destructive diagnosis / measurement of the degree of corrosion of reinforcing steel in reinforcing concrete, adhesion between reinforcing steel and concrete, and concrete overhang depth of concrete in concrete / measurement
  • the primary purpose is to provide a device capable of performing such operations.
  • a second object is to provide a device for reliably measuring.
  • the degree of corrosion, adhesion, and position of the conductor of a structure consisting of a conductor and a non-conductor that covers the conductor can be determined or diagnosed based on the minute vibration distribution over the entire surface and the manner of propagation of the vibration. It is a third object of the present invention to provide a device capable of non-destructively measuring, for example, the degree of corrosion of reinforcing steel in reinforced concrete, the adhesion between the reinforcing steel and the concrete, and the position of the reinforcing steel at a high level. .
  • a fourth object of the present invention is to provide a method for diagnosing and measuring the degree of corrosion of reinforcing steel and the adhesive strength between the reinforcing steel and the concrete.
  • a fifth object is to provide a method that can be measured.
  • a method for reliably and non-destructively measuring the position of a conductor in a structure composed of a conductor and a non-conductor covering a conductor, for example, in a non-destructive manner, such as the degree of corrosion of reinforcing steel in reinforced concrete It is a sixth object of the present invention to provide a method capable of highly diagnosing and measuring the adhesive force between concrete and concrete, and the position of a reinforcing bar from the minute vibration distribution and the vibration propagation mode over the entire surface.
  • a method for measuring the diameter or cover depth of a conductor of a structure composed of a conductor and a non-conductor covering a conductor for example, a method of measuring the diameter or cover depth of a reinforcing bar of reinforced concrete.
  • the seventh purpose is to provide.
  • a method to reliably and non-destructively diagnose and measure the position of a conductor buried in a non-conductor such as a method to diagnose and measure the burial position of water pipes and gas pipes buried in soil.
  • the ninth purpose is to provide.
  • a tenth objective is to provide a method for measuring the presence or absence or the position of the used bridge, concrete utility pole or concrete sleeper. Disclosure of the invention
  • the acoustic diagnostic / measuring device based on pulsed electromagnetic force is mounted on a surface of a structure comprising a conductor and a non-conductor covering the conductor. It has a coil, a power supply unit that supplies a current pulse to the coil, an acoustic transducer attached to the surface of the structure or a conductor exposed from the non-conductor, and a measurement unit that measures the output waveform of the acoustic transducer. It is characterized by diagnosing or measuring the corrosion of conductors, adhesion, fogging depth and diameter.
  • the structure to be measured is reinforced concrete
  • the rebar Since the rebar is directly excited by the field pulse, sound is generated from the position of the rebar as a sound source, and this sound propagates to the surface of the structure.
  • the acoustic waveform propagating on the surface of the structure changes according to the degree of corrosion and the adhesion of the reinforcing bar, and the degree of corrosion and the strength of the adhesion can be diagnosed and measured from the analysis of the acoustic waveform.
  • the amplitude of the acoustic waveform changes according to the reinforcing bar diameter and the covering depth, so if the reinforcing bar depth is known, the reinforcing bar diameter is known, and if the reinforcing bar diameter is known, the covering depth is diagnosed. Can be measured.
  • the acoustic waveform is extremely large compared to a conventional device that measures the sound wave from an ultrasonic source by reflecting it off the rebar, and is extremely reliable compared to the conventional percussion method. It is non-destructive and can reliably diagnose and measure the degree of corrosion, adhesion, fogging depth, and diameter of rebar.
  • the acoustic diagnostic / measurement device using pulsed electromagnetic force comprises a coil attached to a surface of a structure including a conductor and a non-conductor covering the conductor, and supplying a current pulse to the coil.
  • Power supply unit a plurality of acoustic transducers to be installed at different positions on the surface of the structure, and a measuring unit that measures the sound propagation delay time from the output of the acoustic transducer.
  • the feature is to measure.
  • the acoustic diagnostic / measurement device using pulsed electromagnetic force of the present invention includes a coil attached to a surface of a structure made of a conductor and a non-conductive material covering the conductor, and applying a current pulse to the coil. It has a power supply unit to supply and a displacement detector that measures the vibration of the surface of the structure as optical displacement, and diagnoses and measures the position of the conductor and the corrosion and adhesion of the conductor. .
  • the rebar since the rebar is directly excited by the magnetic field pulse, sound is generated with the rebar position as a sound source, and the sound propagates to the surface of the structure. If a laser interferometer is used as the displacement detector, it is possible to measure the minute vibration distribution and vibration propagation pattern on the entire surface, and to obtain more sophisticated information without destruction.
  • the acoustic transducer according to claims 1 to 3 is preferably an acoustic emission sensor, an acceleration sensor, or an acoustic emission sensor that converts an acoustic signal into an electric signal. May be a microphone.
  • the displacement detector according to claim 3 irradiates a coherent laser beam to the surface of the structure, and detects a phase difference caused by the vibration of the reflected light on the surface of the structure as an interference fringe. It may be a laser-interferometer.
  • the coils described in claims 1 to 3 are composed of a single coil or a plurality of coils, and a combination of a plurality of coils is formed by aligning and closely contacting the axes of the plurality of coils.
  • the power supply unit described in claims 1 to 3 includes a power storage capacitor connected in series to each of the plurality of coils, and a plurality of series circuits including the coil and the capacitor via a common switch. It consists of a power supply connected in parallel, and turns on a common switch to apply a current pulse to the coil to generate a magnetic field pulse.
  • the inductance of each coil can be reduced, and the capacitance of each storage capacitor can be reduced.
  • the time constant of the current pulse flowing through each individual coil can be reduced. Since the magnetic field pulses generated by the individual coils are superimposed, a magnetic field pulse having a high peak value and a narrow pulse width can be generated. Since a magnetic field pulse with a high peak value and a narrow pulse width can be generated, the rebar can be strongly excited, and non-destructive diagnosis and measurement can be performed reliably.
  • the measuring section for measuring the output waveform described in claim 1 measures and displays a time domain waveform of the output waveform, and extracts features related to corrosion and adhesion from the time domain waveform.
  • diagnosis and measurement relating to corrosion and adhesion can be instantaneously performed from a waveform in the time domain or a waveform in the frequency domain.
  • the feature of extracting and displaying from the time domain waveform is the pattern of the time domain waveform.
  • the waveform, crest factor, or crest factor is displayed.
  • Information related to corrosion and adhesion is displayed by comparing the corrugation factor or crest factor with a predetermined threshold value, and displays information about good and bad corrosion and adhesion. It is characterized by doing.
  • the waveform ratio and crest factor change easily depending on corrosion and adhesion, making it easy to diagnose. Also, the thresholds of the waveform rate and crest factor are set, and good / bad information is displayed depending on whether the measured waveform rate or crest factor is below the threshold value.
  • the feature extracted and displayed from the waveform in the time domain is the severity extracted from the shape of the envelope of the waveform in the time domain.
  • the feature is to display the information of good and bad about corrosion and adhesion. .
  • the feature extracted and displayed from the time-domain waveform is a normalized waveform obtained by dividing each value of the time-domain waveform by an effective value, or a waveform obtained by raising the normalized waveform to a power.
  • the characteristics of the normalized waveform in which each value of the time domain waveform is divided by the effective value, become clear. Exponentiation further clarifies and enables highly sensitive diagnosis and measurement. It is also characterized in that the severity is extracted from the envelope shape of the normalized waveform, the severity is compared with a predetermined threshold value, and information on good and bad corrosion and adhesion is displayed. Since the severity is determined from the normalized waveform, anyone can reliably diagnose and measure with even higher sensitivity.
  • the feature extracted from the waveform in the frequency domain and displayed is the waveform pattern in the frequency domain.Information on corrosion and adhesion is displayed by comparing the waveform pattern with a predetermined pattern and examining the corrosion and adhesion. It is characterized by displaying good and bad information. Rebar vibration caused by pulsed electromagnetic force changes the degree of freedom of vibration depending on the corrosion and adhesion of the reinforcement, so the degree of corrosion and adhesion is very sensitively reflected in the frequency spectrum. You. Since good and bad information is displayed in comparison with the predetermined frequency pattern, anyone can surely diagnose and measure without the need for experience.
  • the feature extracted and displayed from the frequency domain waveform is a normalized waveform formed by dividing each value of the frequency domain waveform by the effective value, or a waveform obtained by raising the normalized waveform to a power.
  • To display information on adhesion extract the severity from the envelope of the normalized waveform, compare the severity with a predetermined threshold, and display good or bad information on corrosion and adhesion. It is characterized by.
  • the waveform in the frequency domain reflects the degree of corrosion and adhesion very sensitively, and the normalized waveform formed by dividing each value of the waveform in the frequency domain by the effective value further emphasizes the characteristics of the waveform. Corrosion with high sensitivity 'Diagnosis of adhesion' can be evaluated. If the severity is obtained from the normalized waveform, diagnosis and evaluation can be performed with high sensitivity and high reliability. Also, by setting the severity L and the value, and displaying the good or bad information depending on whether the measured severity is below or above the threshold, anyone can reliably diagnose and measure without the need for experience etc. . Further, the displacement detector according to claim 3 irradiates a coherent laser beam to the surface of the structure, and detects a phase difference caused by the vibration of the reflected light on the surface of the structure as an interference fringe. It is a laser-interferometer.
  • the measuring method comprises mounting a coil on a surface of a structure including a conductor and a non-conductor covering the conductor.
  • a current pulse is applied to the coil to generate a magnetic field pulse, the magnetic field pulse induces an eddy current in the conductor, and the interaction between the eddy current and the magnetic field pulse excites the conductor to generate sound.
  • the acoustic signal is converted to an electrical signal by an acoustic transducer attached to the surface of the structure or a conductor exposed from the non-conductor, and the waveform of the electrical signal is measured to diagnose corrosion or adhesion of the conductor. It is characterized by measuring.
  • the reinforcement is directly excited by a magnetic field pulse, so that sound is generated from the position of the reinforcement, and this sound is generated on the surface of the structure.
  • the acoustic waveform propagating on the surface of the structure changes according to the degree of corrosion and the adhesion of the reinforcing bar, and the degree of corrosion and the strength of the adhesion can be diagnosed and measured from the analysis of the acoustic waveform.
  • the measurement method is as follows: a coil is attached to the surface of a structure consisting of a conductor and a non-conductor covering the conductor, and a current pulse is applied to the coil.
  • a magnetic field pulse is generated by applying the magnetic field pulse, an eddy current is induced in the conductor by the magnetic field pulse, and the conductor is excited by an interaction force between the eddy current and the magnetic field pulse to generate sound, and the acoustic signal is transmitted to the structure.
  • a plurality of acoustic transducers attached to different locations on the surface of the device convert it into electrical signals, measure the sound propagation delay time from these electrical signals, and measure the position of the conductor from these propagation delay times.
  • the reinforcing bar is directly excited by the magnetic field pulse, sound is generated with the position of the reinforcing bar as a sound source, and the sound propagates to the surface of the structure. Since the propagation delay time of this sound is measured at multiple locations on the surface, the position of the rebar can be accurately determined without destruction.
  • the coil is mounted on a surface of a structure including a conductor and a non-conductor covering the conductor.
  • a current pulse is applied to the coil to generate a magnetic field pulse, the magnetic field pulse induces an eddy current in the conductor, and the interaction between the eddy current and the magnetic field pulse excites the conductor to generate sound.
  • the present invention is characterized in that the surface vibration of a structure caused by sound is detected as an optical displacement, and the position of a conductor and the state of the structure are diagnosed.
  • the reinforcing bar is directly excited by the magnetic field pulse, sound is generated with the position of the reinforcing bar as a sound source, and the sound propagates to the surface of the structure.
  • a laser-interferometer is used for the displacement detector, it is possible to measure the minute vibration distribution and the vibration propagation mode on the entire surface, and it is possible to perform advanced diagnosis nondestructively and reliably.
  • an acoustic diagnosis using a pulsed electromagnetic force is a method for measuring a sound by attaching a coil to a surface of a non-conductor covering the conductor and applying a current pulse to the coil.
  • a magnetic field pulse is generated, an eddy current is induced in the conductor by the magnetic field pulse, and the conductor is excited by an interaction force between the eddy current and the magnetic field pulse to generate sound.
  • the acoustic signal is converted into an electric signal by an acoustic transducer attached to the surface of the structure, and the waveform of the electric signal is measured to measure the diameter of the conductor or the fogging depth.
  • the amplitude of the acoustic waveform changes according to the rebar diameter and the cover depth, so if the rebar depth is known, the rebar diameter is known, and if the rebar diameter is known, the cover depth is known. Saga can be diagnosed and measured.
  • the measurement method comprises disposing a coil directly above a joint portion of a plurality of conductors joined to each other via a fastener. Then, a current pulse is applied to the coil to generate a magnetic field pulse, the magnetic field pulse induces an eddy current in the conductor facing the coil, and the conductor is excited by the interaction force between the eddy current and the magnetic field pulse.
  • the sound signal is converted into an electric signal by an acoustic transducer attached to the conductor facing the coil and an acoustic transducer attached to another conductor connected to the coil.
  • Diagnose and measure the tightening of the fastener by comparing the waveform of the electrical signal from the acoustic transducer attached to the conductor facing the side with the waveform of the electrical signal from the acoustic transducer attached to the other conductor. It is characterized by the following.
  • the strength of the vibration of the conductor facing the coil transmitted to other conductors changes according to the degree of tightening, so that the degree of tightening can be diagnosed and measured.
  • the fastener is a bolt and a nut, it can be suitably applied.
  • the measuring method comprises: arranging a coil on a surface of a non-conductor covering a conductor, and applying a current pulse to the coil.
  • a magnetic field pulse is generated, an eddy current is induced in a conductor by the magnetic field pulse, and a conductor is excited by an interaction force between the eddy current and the magnetic field pulse to generate sound, and the conductor is exposed from the non-conductor.
  • the conductor is most strongly excited when the conductor is closest to the coil, so that the position of the conductor can be diagnosed and measured.
  • the present invention can be suitably applied to a water pipe or a gas pipe in which the conductor is buried in the soil.
  • the measurement method comprises disposing a coil on a surface of a structure including a conductor and a non-conductor covering the conductor. A current pulse is applied to the coil to generate a magnetic field pulse, an eddy current is induced in the conductor by the magnetic field pulse, and the interaction between the eddy current and the magnetic field pulse excites the conductor to generate sound.
  • the sound signal is converted to an electric signal by an acoustic transducer attached to the conductor exposed from the non-conductor, and the presence or absence of a rupture of the conductor is diagnosed based on the strength of the electric signal.
  • the method is characterized in that the position of the coil is changed, the change in the electric signal due to the change in the position is measured, and the position of the rupture of the conductor is measured. According to this method, since the acoustic signal propagating through the reinforcing bar is attenuated by the fracture, the presence or absence of the fracture can be determined.In addition, the fracture is determined from the change in the attenuation by measuring the position of the coil on the surface of the structure. The position of is known.
  • the structure can be suitably applied to a prestressed concrete structure, that is, a bridge, a concrete utility pole or a concrete sleeper using this method.
  • a reinforced concrete structure such as a tunnel, a bridge, a building, a retaining wall, a dam, a civil engineering building, etc.
  • not only the position of the internal reinforcing bar but also the adhesive force of the reinforcing bar, Corrosion of reinforcing bars, separation of concrete, cracks, etc. can be detected, so that it is possible to prevent damage to reinforced concrete structures and separation of concrete pieces. Since it is also possible to accurately estimate the remaining life of reinforced concrete structures, the maintenance and management of reinforced concrete structures can be performed reliably.
  • cover depth and diameter of the reinforcing bar can be measured.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a sound diagnosis / measurement device and a diagnosis / measurement method using a pulsed electromagnetic force according to the present invention described in claim 1, and FIG. Fig. 1 (b) shows the measurement when the transducer is mounted on a concrete surface and the acoustic transducer is mounted on an exposed reinforcing bar.
  • FIG. 2 is a diagram showing the shape of a test reinforced concrete used in Example 1 and a measurement system, wherein (a) is a plan view and (b) is a side view.
  • Fig. 3 shows the acoustic waveforms of the normal test block and the crack test block.
  • A shows the acoustic waveform of the normal block
  • (b) shows the acoustic waveform of the crack block.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an acoustic diagnosis / measurement device using pulsed electromagnetic force of the present invention described in claim 2.
  • FIG. 5 is a diagram showing the surface shape of the reinforced concrete used in the present example and a method for producing the reinforced concrete.
  • (A) is a diagram showing the surface shape of reinforced concrete
  • (b) is an outer frame for producing reinforced concrete
  • (c) is a diagram showing the appearance of reinforced concrete.
  • FIG. 6 is a diagram showing a measurement result of a sound propagation delay time due to a difference in a distance from a sound source in a reinforced concrete.
  • Fig. 7 shows the sound speed in concrete measured from various distances from the sound source and the propagation delay time.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a coil and a power supply unit, where (a) shows a conventional configuration example and (b) shows a configuration of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a current pulse waveform by the coil and the power supply unit of the present invention, and an example of measurement of an acoustic signal generated by the current pulse waveform.
  • FIG. 9 (a) shows a conventional configuration, and FIG. Is shown.
  • Fig. 10 shows the waveforms output from the acoustic transducers of test blocks (A), (B), and (C) as time-domain waveforms by the main measurement unit, and (a), (b), (c) FIG.
  • FIG. 11 shows the output waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) measured by attaching the acoustic transducer directly to the reinforcing bar, and the main measurement unit uses the output waveforms in the time domain as (a) , (B) and (c).
  • FIG. 12 is a diagram comparing the waveform ratio SF and the crest factor CF of the test blocks (A), (B), and (C).
  • FIG. 13 is a diagram showing the respective envelopes (a) and reciprocal logarithmic envelopes (b) of the test blocks (A), (B) and (C).
  • FIG. 14 is a diagram showing the time domain waveform (a), the normalized waveform (b), and the squared waveform of the normalized waveform (c) of the test block (A).
  • FIG. 15 is a diagram showing a cubic waveform (a) of the normalized waveform and a quartic waveform (b) of the normalized waveform of the test block (A).
  • FIG. 16 is a diagram showing the time domain waveform (a), the normalized waveform (b), and the squared waveform of the normalized waveform (c) of the test block (B).
  • FIG. 17 is a diagram showing a cubed waveform (a) of the normalized waveform of the test block (B) and a quartic waveform (b) of the normalized waveform.
  • FIG. 18 is a diagram showing a time-domain waveform (a), a normalized waveform (b), and a squared waveform (c) of the normalized waveform of the test block (C).
  • FIG. 19 is a diagram showing a cubic waveform (a) of the normalized waveform of the test block (C) and a quartic waveform (b) of the normalized waveform.
  • FIG. 20 is a diagram showing waveforms in the frequency domain obtained from the waveforms in the time domain of test blocks (A), (B), and (C) obtained in the third embodiment, where (a) shows the test block. (A), (b) shows the frequency domain waveform of the tested block (B), and (c) shows the frequency domain waveform of the test block (C).
  • FIG. 21 is a diagram showing waveforms in the frequency domain obtained from the time domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) obtained in the fourth embodiment, where (a) is a test block.
  • FIGS. 22A and 22B are diagrams showing a method for measuring the reinforcing bar diameter or the fogging depth of the present invention, and a measurement example, wherein FIG. 22A is a diagram showing a measurement method, and FIG. 22B is a diagram showing a measurement result.
  • FIG. 23 is a diagram showing a method of diagnosing and measuring the tightening of the fastener according to the present invention.
  • FIG. 23 (a) shows a method in which the conductor 21 and the conductor 22 are connected to each other with a bolt 22 and a nut 23.
  • FIG. 2 is a side view of the state where the cable is fastened and fixed through the, and
  • FIG. Fig. 24 shows the measurement results when the bolts and nuts were firmly tightened.
  • FIG. 25 is a diagram showing the measurement results when the bolts and nuts are loosened, and (a) and (b) show the acoustic transducer 1 attached to the conductor 21 on the side facing the coil. 4C shows the output waveform, and (c) and (d) show the output waveforms of the acoustic transducer 14L on the conductor 22 side fixed to the conductor 21 with bolts and nuts.
  • FIG. 26 is a view showing a method for measuring the position of a conductor embedded in a non-conductor according to the present invention, wherein (a) shows a conductor embedded in a non-conductive soil 31.
  • the acoustic transducer 14 is attached to the exposed part 3 3 of the water pipe 3 2, and the coil 12 is placed on the surface 34 of the soil 31 from a side view.
  • FIG. FIG. Fig. 27 is a diagram showing the results of measuring the position of a water pipe embedded in the soil, (a) when the coil is directly above the water pipe, and (b) when the coil is on the surface of the soil.
  • (C) shows the waveform of the acoustic signal at a distance of 180 mm from the position directly above the water pipe on the soil surface when it was 60 mm away from the position directly above the water pipe.
  • FIG. 28 is a diagram showing a method for diagnosing the presence or absence of a break in a conductor embedded in a non-conductor and measuring the position of the break according to the present invention.
  • a structure composed of a conductor and a non-conductor covering the conductor is a reinforced concrete composed of a reinforcing bar and a concrete.
  • This device can diagnose or measure corrosion, adhesion, cover depth, and diameter of rebar.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a sound diagnosis / measurement device and a diagnosis / measurement method using pulsed electromagnetic force according to the present invention described in claim 1;
  • FIG. Fig. 1 (b) shows the measurement when the acoustic transducer is mounted on the exposed reinforcing steel while the acoustic transducer is mounted on the concrete surface.
  • the acoustic diagnostic / measuring device 10 using pulsed electromagnetic force is composed of a coil 12 composed of electric wires attached to the surface of a reinforced concrete block 11, which is a test object structure, and a coil 1 Power supply unit 13 for applying a current pulse to 2; acoustic transducer 14 attached to the surface of reinforced concrete block 11; measuring unit 15 connected to acoustic transducer 14 by signal cable 17 Is composed of ⁇
  • the coil 12 is constituted by, for example, four coils obtained by winding a 1.6 mm conducting wire around a 50 ⁇ 30 mm rectangular frame for 7 turns, with their axes aligned and in close contact with each other.
  • the coil 12 is attached to the surface of the reinforced concrete block 11 which is the specimen.
  • the power supply section 13 applies a current pulse to the coil 12 via the power cable 16.
  • the power supply section 13 is not limited to the above configuration, and can generate a desired drive pulse in accordance with the size of the reinforced concrete block 11, the position and the thickness of the reinforcing bar 11a, and the like. It is configured to be able to.
  • the acoustic transducer 14 is a well-known acoustic transducer, detects a weak vibration, converts it into an electric signal, and inputs the electric signal to the measuring unit 15 via the signal cable 17.
  • the measuring unit 15 has a known configuration, for example, which is commercially available as an acoustic analyzer, and amplifies a detection signal from the acoustic converter 14 by an amplifier or the like, and removes unnecessary signals by a filter or the like. After that, acoustic analysis is performed. Note that the measuring unit 15 is not limited to this, and if it is sufficient to measure only the waveform of the detection signal from the acoustic converter 14, an oscilloscope, for example, may be used.
  • the acoustic diagnostic apparatus 10 using pulsed electromagnetic force of the present invention is configured as described above. When a current pulse is applied to the coil 12, a magnetic field pulse is generated in the direction of the inside of the reinforced concrete 11.
  • the reinforcing bar 11a which is a conductor.
  • the rebar 11a is excited by the interaction force between the magnetic field caused by the eddy current and the magnetic field of the magnetic field pulse.
  • the conductor 11a is a magnetic material, the force accompanying the magnetic energy is also added to the excitation force and strengthened.
  • the measurement unit 15 analyzes the waveform of the electric signal to determine the degree of corrosion of the reinforcing bar 11a or the crack of the concrete 11b. For example, if the reinforcing bar 11a is corroded, the sound from the reinforcing bar 11a as a sound source is absorbed and attenuated by the corroded portion, and the waveform observed by the measuring unit 15 has a small intensity.
  • the waveform observed by the measuring unit 15 similarly has a low intensity. Also, if cracks are present in the concrete, the sound will be attenuated, and the waveform observed by the measuring unit 15 will have low intensity. Thus, the degree of damage to the reinforced concrete 11 can be measured by comparing the intensity of the acoustic waveform.
  • the acoustic transducer 14 can be attached to the exposed part of the reinforcing bar to directly observe the vibration of the reinforcing bar, and diagnose and measure the corrosion and adhesion of the reinforcing bar. .
  • Example 1 will be described.
  • Example 1 shows an example of measurement by an acoustic diagnosis / measurement device using pulsed electromagnetic force according to the present invention described in claim 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing the shape of a test reinforced concrete used in Example 1 and a measurement system, wherein (a) is a plan view and (b) is a side view.
  • the test reinforced concrete 11 is composed of a square 200 x 150 x 100 mm concrete 11b and a distance from the upper surface of the concrete 11b, i.e., covering. It consists of a 13 mm diameter reinforcing bar 11a buried at a depth d of 3 O mm and a distance of 57 mm from the lower surface.
  • the coil 12 is disposed on the surface of the reinforced concrete 11 directly above the reinforcing bar 11a.
  • the acoustic transducers 14a and 14b are arranged symmetrically with respect to the reinforcing bar 11a on the surface of the reinforced concrete 11 ⁇
  • a test reinforced concrete (normal test block) having no cracks in the concrete 11b and a test reinforced concrete (crack reaching the reinforcing bar 11a in the concrete 11b) were used.
  • a crack test block was produced, and excitation was performed under the same conditions, and the sound waveforms observed by the sound transducers 14a and 14b were compared.
  • the coil 12 has a winding diameter of 30 x 70 mm and a resistance of 0.2 ⁇ with a winding diameter of 25 turns of a 1.0 mm wire, and has a current peak value of 100 A and a pulse width of 1.
  • a 5ms current pulse was applied to excite the reinforcing bar 11a.
  • Fig. 3 shows the sound waveforms of the normal test block and the crack test block.
  • Fig. 3 (a) shows the sound waveform of the normal block
  • Fig. 3 (b) shows the sound waveform of the crack block.
  • CH I and CH 2 are output waveforms of the acoustic transducers 14a and 14b, respectively
  • CH 3 is a current pulse waveform.
  • the horizontal axis is the time axis displayed at 0.5 ms / diV
  • the vertical axis is the voltage axis showing the intensity of the acoustic waveform of CH 1 and CH 2.
  • CH 1 and CH 2 are displayed with the zero point shifted. are doing.
  • the presence or absence of cracks in the concrete can be diagnosed.
  • an embodiment of the acoustic diagnosis / measurement device using pulse electromagnetic force and the acoustic diagnosis / measurement method using pulse electromagnetic force according to the present invention described in claim 2 will be described. According to this device, the position of the reinforcing bar in the reinforcing bar concrete can be measured.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a configuration and a measuring method of an acoustic diagnostic / measuring device using pulsed electromagnetic force according to the present invention described in claim 2.
  • the acoustic position locating device 20 is composed of a coil 12 composed of electric wires attached to the surface of the reinforced concrete block 11, and a power supply unit 13 for applying a current pulse to the coil 12.
  • a power supply unit 13 for applying a current pulse to the coil 12.
  • multiple acoustic transducers 14 (14a, 14b, 14c) attached to the surface of the reinforced concrete 11 and the acoustic transducer ⁇ consists of a measuring section 15 (not shown because it is equivalent to Fig. 1) and a measurement section 15 connected by a signal cable 17 (not shown because it is equivalent to Fig. 1).
  • a plurality of acoustic transducers 14 are arranged around the coil 12, and a current pulse is applied to the coil 12 to excite the reinforcing bar 11 a to generate sound using the reinforcing bar 11 a as a sound source.
  • This sound is converted into an electric signal by each sound transducer 14, and the electric signal reaches each sound transducer 14 from the sound source by measuring each electric signal by the measuring unit 15. The time, that is, the propagation delay time is measured.
  • the distance between each acoustic transducer 14 and the sound source is calculated using the propagation velocity V and the delay time t]:
  • the distance between the converter 14 and the reinforcing bar 11a can be obtained. From these distances, the position of the sound source, that is, the location of the reinforcing bar 11a can be determined. For example, as shown in FIG. 4, if the reinforcing bar 11a is rod-shaped, based on the delay times ta, tb, and tc of the acoustic transducers 14a, 14b, and 14c, respectively.
  • a plurality of acoustic transducers 14 are arranged on the surface of concrete 11 to generate a single acoustic signal, and the propagation delay time at each acoustic transducer 14 is measured simultaneously.
  • a configuration may be used in which one acoustic transducer 14 is moved on the surface of the concrete 11 and an acoustic signal is generated at each moving position to individually measure the propagation delay time.
  • Example 2 shows an example of measurement by an acoustic diagnosis / measurement device using pulsed electromagnetic force according to the present invention described in claim 2.
  • FIG. 5 is a diagram showing the surface shape of the reinforced concrete used in the present example and a method for producing the reinforced concrete.
  • (A) is a diagram showing the surface shape of reinforced concrete
  • (b) is an outer frame for making reinforced concrete
  • (c) is a view showing the appearance of the reinforced concrete.
  • the reinforced concrete used in this example was prepared by pouring the concrete into an outer frame, which is often made of elastic vinyl sheets except for the center of the reinforcing bar 11a. Therefore, in this reinforced concrete, only the center of the reinforcing bar 11a is in contact with the concrete 11b, and the other part of the reinforcing bar 11a is not in contact with the concrete 11b. For this reason, the excited sound is transmitted to the concrete only from the central part of the reinforcing bar 11a, and the sound source can be regarded as a point sound source.
  • the center of reinforced concrete 11 The longitudinal direction was set to the x-axis and y-axis, respectively.
  • the coil was placed at the origin, and the acoustic transducer was placed at various coordinates (X, y), and the sound propagation delay time was measured.
  • the excitation coil, acoustic transducer, and current pulse are the same as in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a measurement result of a sound propagation delay time due to a difference in a distance from a sound source in a reinforced concrete.
  • CH 1 and CH denote the acoustic waveforms when the acoustic transducer is placed at the coordinates ( ⁇ 1, 0) and (3, 2) shown in FIG. This is the waveform of the current pulse.
  • the horizontal axis is the time axis represented by 0.1 lmsZdiv, the vertical axis is the voltage axis indicating the intensity of the acoustic waveform of CH1 and CH2, and CH1 and CH2 are displayed with the zero point shifted.
  • the distance from the sound source can be detected as the propagation delay time.
  • Fig. 7 shows the sound speed in concrete measured from various distances from the sound source and the propagation delay time.
  • the distance from the sound source indicates the distance between each coordinate point in FIG. 6 (a) and the sound source.
  • the measurement of the propagation delay time is equivalent to the method described in FIG.
  • the distance to the sound source can be determined from the propagation delay time described in FIG. 6 and the sound velocity described in FIG. If the number of measurement points is increased and the distance from each measurement point to the sound source is found, and the position in reinforced concrete that satisfies all of these distances is found, the location of the reinforcing bar is obtained.
  • the acoustic diagnosis / measurement device of the present invention has a surface displacement detector installed in place of the acoustic transducer 14 and reads the vibration of the surface of the test object structure 11 instead of the sound.
  • the configuration is the same as that of the acoustic diagnostic apparatus 10.
  • any type of detector can be used as long as it can measure a minute displacement, but in particular, a coherent laser beam is applied to the structure 11 If a laser-interferometer that irradiates the entire surface and detects the phase difference of the reflected light accompanying the vibration of the surface of the test object structure 11 as interference fringes is used, more precise and advanced diagnosis can be performed.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a coil and a power supply unit.
  • FIG. 8 (a) shows an example of a conventional configuration
  • FIG. 8 (b) shows a configuration of the present invention.
  • the conventional configuration as shown in Fig. 2 (a), consists of a single coil, charges the capacitor C with the AC voltage V from the commercial power supply AC, and transfers the charge of the charged capacitor C to the power source.
  • a switch SW which is a CAL switch or a semiconductor switch is turned on, a current pulse is applied to the coil 12.
  • the coil and the power supply of the present invention are divided into a plurality of coils 12 having a small inductance, and each coil is a magnetic field generated by each coil. The coils are aligned and closely contacted so that they are superimposed.
  • Capacitors C are connected in series to each coil, and four series circuits consisting of coils 12 and C are connected to a common power supply V. Furthermore, they are connected in parallel via a common switch SW, which is a mechanical switch or a semiconductor switch.
  • the inductance of each series circuit is small, and the capacitance of each capacitance c is also small, so that the time constant of the current pulse when SW is set to 0 N can be reduced. Since the generated magnetic field pulse is superimposed, a magnetic field pulse having a short pulse width and a large peak value can be obtained.
  • FIG. 9 is a diagram showing a current pulse waveform by the coil and the power supply unit of the present invention and an example of measurement of an acoustic signal generated thereby.
  • FIG. 9 (a) shows a conventional configuration of the ninth embodiment.
  • FIG. 2B shows the configuration according to the present invention.
  • the measurement of the acoustic signal was carried out by the acoustic diagnostic apparatus using pulse electromagnetic force of the present invention. Reinforced concrete with a cover depth d of 3 O mm. Reinforcing bar 13 D (deformed bar 13 mm) used.
  • the current pulse width is much smaller and the power is larger according to the configuration of the coil and the power supply unit of the present invention as compared with the conventional configuration.
  • the received waveform of the AE (acoustic emission) sensor that is, the output waveform of the acoustic converter
  • the received waveform of the AE (acoustic emission) sensor is far greater according to the configuration of the coil and the power supply unit of the present invention than in the conventional configuration. It turns out that it becomes large.
  • a magnetic field pulse having a narrow pulse width and a large peak value can be generated, and as a result, the reinforcing bar can be strongly excited.
  • the measurement unit of the present invention samples the output waveform of the acoustic converter, A / D converts the sampled value, stores the AZD-converted digital data in a memory, and converts the digital data into a predetermined data via the CPU.
  • a predetermined operation is performed according to a program having a signal processing procedure, and the result is stored in a memory or displayed via a display device.
  • a predetermined signal processing procedure program is a program for displaying a time domain waveform of an output waveform, and calculating and displaying a frequency domain waveform composed of a Fourier transform spectrum of the output waveform based on the time domain waveform of the output waveform.
  • AZD converter As the above sampling device, AZD converter, memory, CPU, and display device, commercially available general-purpose devices can be used. With this configuration, it is possible to measure and display the waveform in the time domain, and to display information on corrosion and adhesion. In addition, features related to corrosion and adhesion are extracted and displayed from the waveform in the time domain, or the waveform in the frequency domain consisting of the Fourier transform spectrum of the output waveform is calculated and displayed, and the waveform in the frequency domain is displayed. Features related to corrosion and adhesion can be extracted and displayed, and information about corrosion and adhesion can be displayed. Next, a third embodiment will be described.
  • Example 3 shows that the feature relating to corrosion and adhesion can be extracted from the waveform in the time domain.
  • test blocks were 13D (deformed bar 13 m0) and had a cover depth d of 30 mm. 200 mm X 150 mm.
  • a coil 12 and an acoustic transducer 14 were mounted on the surface of the above test block, and a current pulse having a peak current value of 200 A and a pulse width of 350 ⁇ s was applied to the coil 12 to excite the reinforcing bar. .
  • Fig. 10 (a), (b) and (c) show the output waveforms of the sound transducers of each test block (A), (B) and (C) as time domain waveforms by the main measurement unit FIG.
  • normal reinforced concrete (A) shows a waveform close to a triangular shape with a symmetry axis and a vertex in the time axis direction.
  • the cracked test block (B) has a waveform similar to a square shape with a symmetry axis and a vertex in the time axis direction.
  • the test block (C) which has no adhesion between the reinforcing steel and concrete, shows almost no output waveform.
  • Example 4 as shown in Fig. 1 (b), even when an acoustic transducer (AE sensor) was attached to a reinforcing bar exposed from reinforced concrete, the waveform in the time domain could be used to determine the corrosion and adhesion. This indicates that features can be extracted.
  • AE sensor acoustic transducer
  • FIG. 11 (a), (b) and (c) show the actual measurement of the output waveform measured by attaching an acoustic transducer directly to the reinforcing bar of each test block (A), (B) and (C).
  • FIG. 5 is a diagram displayed as a waveform in a time domain by a unit.
  • the cracked test block (B) shows a waveform close to a triangular shape with a symmetry axis and a vertex in the time axis direction.
  • the test block (C) which has no adhesive force between the reinforcing bar and the concrete, shows a waveform close to a triangular shape having a symmetric axis and a vertex in the time axis direction, but shows a long tail in the time axis direction. This is because there is no adhesive force between the reinforcing bar and the concrete, that is, since there is a gap between the reinforcing bar and the concrete, the damping force of the reinforcing bar is small and the vibration continues for a long time.
  • the waveform in the time domain is displayed by the measurement unit of the apparatus of the present invention, even if the acoustic transducer is directly attached to the reinforcing bar, the difference in the adhesive force of the reinforcing bar appears in the waveform shape.
  • X be the data value of each time-domain waveform, and let N be the total number of data.
  • the average value X is defined by the following equation.
  • the effective value X is defined by the following equation,
  • the peak value X p is defined by the following equation,
  • the waveform ratio SF is defined by the following equation.
  • the waveform factor SF and the crest factor are calculated. CF is obtained and compared.
  • FIG. 12 is a diagram comparing the test patterns (A), (B), and (C) with respect to the waveform factor SF and the crest factor CF.
  • the waveform factor SF and the crest factor CF are clearly different depending on the test block, that is, depending on the adhesion of the reinforcing bar.
  • the measuring section calculates the waveform ratio SF and the crest factor CF to be measured by the predetermined signal processing procedure program, and for example, sets the threshold of the waveform ratio in FIG. , Or set the crest factor threshold to 5.50, determine whether the waveform rate or crest factor of the measured object is less than or greater than these thresholds, and pass or fail information indicate.
  • the measurement unit extracts features related to corrosion and adhesion due to the severity extracted from the shape of the envelope of the waveform in the time domain, and displays information.
  • the probability P (y ; ) is defined by the following equation.
  • an envelope is obtained from the time domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) obtained in the third embodiment, and the severity is compared.
  • FIG. 13 is a diagram showing test envelopes (A), (B) and (C) of respective envelopes (a) and reciprocal logarithmic envelopes (b).
  • the reciprocal logarithmic envelope is an envelope obtained by taking the logarithm of the reciprocal of the probability P (Y i).
  • the envelopes of test blocks (B) and (C) deviate considerably from the envelope of test block (A).
  • the envelopes of the test blocks (B) and (C) are the envelopes after a certain period of use, the envelopes can be compared.
  • the reciprocal logarithmic envelope also shows a clear difference from the initial state, and this difference is added up on the time axis. Diagnose.
  • the measuring unit calculates the envelope, the reciprocal logarithmic envelope, and the severity of the object to be measured by the predetermined signal processing procedure program, and compares the calculated envelope with the predetermined threshold of the severity. Judge whether the value is below or above the threshold, and display information on good or bad.
  • each value of the time domain waveform by this measurement unit is calculated as the effective value of the time domain waveform Extraction of characteristics related to corrosion / adhesion and display of information based on the normalized waveform divided by or the power of the normalized waveform will be explained.
  • the normalized waveform is a waveform obtained by dividing the data value X i of the time-domain waveform by the effective value x rm shown in equation (2).
  • the normalized waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) are obtained from the time domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) measured in the third embodiment.
  • the power waveform of the standardized waveform is calculated and compared.
  • FIG. 14 is a diagram showing a time domain waveform (a), a normalized waveform (b), and a squared waveform of the normalized waveform (c) of the test block (A).
  • FIG. 15 is a diagram showing a cubic waveform (a) of the normalized waveform of the test block (A) and a quartic waveform (b) of the normalized waveform.
  • FIG. 16 is a diagram showing a time domain waveform (a), a normalized waveform (b), and a squared waveform of the normalized waveform (c) of the test block (B).
  • FIG. 17 is a diagram showing a cubic waveform (a) of the normalized waveform and a quartic waveform (b) of the normalized waveform of the test block (B).
  • FIG. 18 is a diagram showing a time domain waveform (a), a normalized waveform (b), and a squared waveform (c) of the normalized waveform of the test block (C).
  • FIG. 19 is a diagram showing a cubic waveform (a) of the normalized waveform and a quartic waveform (b) of the normalized waveform of the test block (C).
  • the normalized waveform and the power waveform of the normalized waveform differ from the time domain waveform by the test blocks (A), (), and (C). 'It can be seen that there is a large difference depending on the degree of adhesive force, and that the difference is particularly large for higher-order power-law waveforms.
  • the degree of corrosion and adhesion can be diagnosed with high sensitivity.
  • the measurement unit calculates the normalized waveform and the power waveform of the normalized waveform from the time domain waveform by the predetermined signal processing procedure program, extracts the characteristic, and compares the characteristic with the threshold. To determine whether it is below or above the threshold and display good or bad information. Show.
  • the waveform in the frequency domain is obtained by performing a Fourier transform on the waveform in the time domain by the signal processing procedure program of this measurement unit.
  • the time-domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) obtained in the third and fourth embodiments are Fourier-transformed to obtain a frequency-domain waveform.
  • FIG. 20 is a diagram showing waveforms in the frequency domain obtained from the waveforms in the time domain of test blocks (A), (B), and (C) obtained in the third embodiment.
  • test block (A) which is a normal reinforcing bar
  • frequency components exist randomly and almost continuously in the frequency range from 20 kHz to 80 kHz.
  • test block (B) which is a cracked reinforcing bar, specific frequency components appear at specific intervals.
  • test block (C) which is a reinforcing bar that has lost its adhesive force, although not as noticeable as in the case of the test block (B), specific frequency components appear at specific intervals. In addition, the frequency component around 150 kHz increases.
  • test block (A) test block (B)
  • the difference in B) is extremely remarkable. Even when it is difficult to distinguish the difference from the time domain waveform, the difference can be clearly identified by using the frequency domain waveform.
  • FIG. 21 shows the waveform in the frequency domain obtained from the time domain waveforms of the test blocks (A), (B), and (C) measured by attaching the acoustic transducer directly to the reinforcing bar, obtained in Example 4.
  • (A) shows the test block (A)
  • (b) shows the test block (B)
  • (c) shows the test block (C) in the frequency domain.
  • the measurement unit calculates the waveform in the frequency domain from the waveform in the time domain according to the predetermined signal processing procedure program, compares it with the reference pattern, calculates the degree of coincidence, and calculates the degree of coincidence. Compare with the threshold to determine whether it is below or above the threshold and display good or bad information.
  • the measurement unit obtains a normalized waveform or a power waveform of the normalized waveform from the frequency domain waveform by the same means as described in the sixth and seventh embodiments, and obtains the normalized waveform or the normalized waveform.
  • the power of the waveform it is possible to extract features related to corrosion and adhesion with extremely high sensitivity.
  • the severity is calculated from the normalized waveform or the power waveform of the normalized waveform, and compared with a predetermined threshold of the severity, it is determined whether the severity of the object to be measured is below or below the threshold. Judgment can be made based on sensitivity, and information on good or bad can be displayed.
  • FIG. 22 is a diagram showing a method for measuring the reinforcing bar diameter or the fogging depth, and a measurement example according to the present invention, wherein (a) is a diagram showing a measurement method, and (b) is a diagram showing a measurement result. .
  • a coil 12 is installed directly above the reinforcing bar 11a of the reinforced concrete 11, an acoustic transducer 14 is mounted on the surface of the reinforced concrete 11, and a magnetic field pulse is applied from the coil 12. Then, the reinforcing bar 11a is excited, the acoustic signal using the reinforcing bar 11a as a sound source is converted into an electric signal by the acoustic converter 14, and the peak value of the peak value of the acoustic signal is measured by the measuring unit 15.
  • ⁇ Measure characteristic values such as peak values.
  • the reinforcing bar diameter corresponding to the measured characteristic value and cover depth is obtained using the correspondence relationship between the reinforcing bar diameter, the cover depth and the special value prepared in advance. If the cover depth d is unknown, measure the cover depth d by the method described in claim 2. If the rebar diameter is known and the cover depth d is not known, the characteristics measured using the measured feature values and the correspondence between the prepared bar diameter, cover depth and special values are used. ⁇ ⁇ ⁇ Calculate the cover depth d corresponding to the value and the reinforcing bar diameter.
  • the vertical axis in (b) is the special value. In this example, the peak-to-peak value of the peak value was used.
  • the horizontal axis is the cover depth d.
  • rebars with different diameters 10 d, 13 d, 16 d, 19 d, 25 d deformed rebars 1 Omm0, 13 mm ⁇ , 16 mm ⁇ . The dependence of the feature value of 25 mm ⁇ ) on the fogging depth d was measured.
  • the characteristic value depends on both the reinforcing bar diameter and the cover depth d. Therefore, the cover depth d or the reinforcing bar diameter can be measured based on the correspondence relationship prepared in advance.
  • FIG. 23 is a diagram showing a method of diagnosing and measuring the tightening condition of the fastener according to the present invention.
  • FIG. 23 (a) shows that the conductor 21 and the conductor 22 are connected to each other by a bolt 23 and a nut 2.
  • FIG. 4 is a side view of a state in which it is fastened and fixed via 4, and FIG.
  • the coil 12 is arranged just above the port 22 of the conductor 21, and the acoustic transducers 14 R and 14 L are attached to the surfaces of the conductor 21 and the conductor 22, respectively.
  • Example 9 shows that the tightening condition of the fastener can be diagnosed and measured by the method of diagnosing and measuring the tightening condition of the fastener according to the present invention.
  • the current pulse applied to the coil has a peak value of 200 OA -, The pulse width is 350 ⁇ s.
  • Fig. 24 shows the measurement results when the port nut was tightly tightened.
  • (A) and (b) show the acoustic transducer attached to the conductor 21 on the side facing the coil.
  • 14C shows the output waveform of the acoustic transducer 14 L on the conductor 22 side fixed to the conductor 21 with bolts and nuts, and FIGS. (A) and (c) were measured by passing through a BP (bandpass filter: pass band 20 kHz to 500 kHz)) and cutting frequency components below 20 kHz.
  • (B) and (d) are output waveforms of all frequency components up to 500 kHz.
  • the output waveform of the acoustic transducer 14 R is equivalent to the output waveform of the acoustic transducer 14 R.
  • FIG. 25 shows the measurement results when the port nut is in a loosened state.
  • FIGS. 25 (a) and (b) show the acoustic transducer 1 attached to the conductor 21 on the side facing the coil. 4C shows the output waveform of R, and (c) and (d) show the output waveforms of the acoustic transducer 14L on the conductor 22 side fixed to the conductor 21 with bolts and nuts.
  • Note that (a) and (c) are the outputs measured by passing through the BP (bandpass, filter 1: pass band 20 kHz to 500 kHz) and cutting the frequency components below 20 kHz.
  • (B) and (d) are output waveforms of all frequency components up to 500 kHz.
  • the output waveform of the acoustic converter 14 L has a smaller amplitude than the output waveform of the acoustic converter 14 R.
  • the use of the method of the present invention enables diagnosis and measurement of the tightness of the fastener.
  • This method can also be used to detect cracks in honeycomb structures used for bridges, etc., and to judge the quality of welding at welded portions.
  • FIG. 26 is a diagram showing a method for measuring the position of a conductor embedded in a non-conductor according to the present invention, wherein (a) shows a conductor embedded in soil 31 which is a non-conductor. Attach the acoustic transducer 14 to the exposed part 3 3 of the water pipe 3 2 (B) is a view as viewed from directly above when placed on the surface 34.
  • FIG. 26 is a diagram showing a method for measuring the position of a conductor embedded in a non-conductor according to the present invention, wherein (a) shows a conductor embedded in soil 31 which is a non-conductor. Attach the acoustic transducer 14 to the exposed part 3 3 of the water pipe 3 2 (B) is a view as viewed from directly above when placed on the surface 34.
  • Example 10 shows that the position of a conductor embedded in a non-conductor can be measured by the method for measuring the position of a conductor embedded in a non-conductor according to the present invention. .
  • Fig. 27 is a diagram showing the results of measuring the position of a water pipe embedded in the soil, (a) when the coil is directly above the water pipe, and (b) when the coil is on the surface of the soil.
  • C shows the waveform of the acoustic signal when 60 mm away from the position directly above the water pipe and 18 O mm away from the position directly above the water pipe on the soil surface.
  • the acoustic signal intensity is highest when the coil is directly above, and decreases as the position of the coil moves away from directly above.
  • the position of the coil is changed and the position where the acoustic signal is maximized is found, there is a pipe just below it.
  • FIG. 28 is a diagram showing a method for diagnosing the presence or absence of a break in a conductor embedded in a non-conductor and measuring the position of the break according to the present invention.
  • Prestress '' Acoustic transducer 14 is attached to exposed part 4 3 of reinforcing bar 4 2 embedded in long reinforced concrete 4 1 which is concrete, and coil 1 2 is mounted on the surface of long reinforced concrete 4 1.
  • Attach apply a magnetic field pulse from coil 12 to induce eddy current on the surface of the rebar, Excite the reinforcing bar 4 2 more.
  • the sound generated when the reinforcing bar 42 is excited is transmitted through the reinforcing bar 42, and is detected by the acoustic transducer 14 attached to the exposed portion 43 of the reinforcing bar 42. If the reinforcing bar 42 is torn at the middle 44, the strength of the detected acoustic signal is small, and it can be diagnosed whether or not there is a tear. Further, if the measurement is performed while changing the position of the coil 12 on the surface of the long reinforcing bar 41, the disconnection position 44 can be measured from the position where the presence or absence of the acoustic signal is generated.
  • the conductor in a structure including a conductor and a non-conductor covering the conductor, the conductor can be directly and strongly excited by the pulsed electromagnetic force. Exciting the reinforced concrete reinforcement, it is possible to obtain an extremely loud acoustic signal that reflects the corrosion and adhesion of the reinforcement. Regardless of the thickness of concrete and the degree of deterioration, it can be diagnosed and measured reliably without crushing.
  • the measurement of the depth and diameter of the covering of the reinforcing bar is also easy and reliable.

Description

明 細 書 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 技術分野
この発明は、 導電体とこの導電体を覆う非導電物質とがら成る構造物のパルス 電磁力による音響診断 ·測定装置、 及びそれらの診断 ·測定方法に関し、 例えば 鉄筋コンクリート中の鉄筋の腐食、 付着力、 鉄筋の位置、 鉄筋の径、 鉄筋の断列 の有無、 断裂の位置、 及び土中に埋もれた水道管の位置を診断または測定する方 法に関し、 さらには締め具で固定された導電体の固定具合の診断方法に関する。 背景技術
トンネル， 橋梁， 建物， 擁壁， ダム， 土木建築等の鉄筋コンクリート構造物に おいては、 強度評価、 寿命評価、 あるいは工事手順の決定と言った目的のために 、 鉄筋の所在位置、 鉄筋の径、 鉄筋の腐食の程度、 鉄筋の付着力を非破壊で知る 必要がある。 このため従来より、 鉄筋コンクリートの鉄筋の所在位置、 腐食状態
、 付着力等を判断するために、 例えば、 X線発生器とフィルム間に構造物をはさ んで撮影する X線撮影法、 コンクリ一ト表面に超音波発生器を当ててその反射超 音波を検出して判断する超音波診断法、 ハンマ一等により表面を叩いてその反響 音から判断する打診法、 表面に赤外線を照射する赤外線映像法、 マイクロ波を表 面から照射するマイクロ波法等、 種々の方法が用いられている。
しかしながら、 このような従来の鉄筋コンクリートの鉄筋の位置探査、 腐食診 断法においては、 例えば X線撮影法では、 構造物を X線発生器とフィルムの間に 挟む必要があり、 構造物の形状、 大きさ、 場所等種々の制約があり、 トンネル、 ダム等ではほとんど使用できず、 又、 人体に対する重大な危険性も考慮する必要 があり、 簡便に使用することは困難である。
また、 打診法による鉄筋の位置探査は、 習熟するのにかなりの経験が必要であ り、 さらに、 勘に頼るために信頼性が低い。 また、 腐食診断においても、 鉄筋の 腐食がかなり進行して空洞ができるく らいにならないと判り難い等、 習熟するの にかなりの経験が必要であり、 さらに、 勘に頼るために信頼性が低く、 確認する ためには結局、 部分的にも剝離して確認しなければならないという問題がある。 超音波探査法は、 超音波を鉄筋コンクリートの表面から照射し、 鉄筋から反射 される超音波から鉄筋位置を探査するものであるが、 コンクリー卜の内部は砂利 が含まれ、 又気泡等により不連続層が密集した状態であるので、 超音波が減衰、 散乱されてしまい、 解析は非常に困難である。
さらに、 赤外線映像法及びマイク口波法は、 赤外線、 マイク口波がコンクリ一 トにより急激に減衰するので、 構造物の比較的表面しか測定できない。
また、 腐食の診断方法としては、 構造物が変形または破壊する際に解放される 弾性エネルギーにより発生する音響を検出し、 分析して構造物の腐食の程度を診 断する音響診断法が知られている。 例えば、 構造物に A E (アコ一スティ ックェ ミッション） センサ一を取り付けて長時間、 A Eを測定し、 腐食破壊により突発 的、 偶発的に生ずる音響 （A E ) を観測する方法が知られているが、 この方法は 長時間連続して観測しなければならなかったり、 又は必要以上の荷重を加えるこ とが必要であり、 構造物の腐食の診断には必ずしも適さない。
このように、 従来は、 非破壊で鉄筋コンクリート中の鉄筋の腐食の程度や鉄筋 とコンクリー卜の付着力、 コンクリー卜中の鉄筋の位置ゃ径を診断または測定で きる確実な方法が無く、 そのため、 強度予測、 寿命予測に狂いが生じ、 思わぬ災 害を引き起こしていた。
また、 張力を加えた導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物、 例えば プレストレス ' コンクリート、 すなわちこの方式を用いた橋梁、 コンクリート製 の電柱や、 コンクリート製の枕木は、 その弾性力を高めるために張力を加えた状 態の鉄筋がコンクリート中に埋め込まれており、 長期の使用によってこの鉄筋が 断裂することがある。 しかしながら従来は、 断裂の有無を非破壊で診断 ·測定す る方法が無く、 定期的に新しいものに取り替えたり、 または思わぬ災害につなが つている場合があった。
また、 非導電体中に埋設された導電体の管、 例えば、 土中に杭等を打ち込むこ とが必要な土木工事や建築工事においては、 土中に埋設されている水道管やガス 管の位置を知る必要がある。 従来は金属探知器や超音波探知機等を使用して埋設 位置を測定しているが、 これらの装置は複雑であり、 かつ取り扱いに高度の専門 知識を必要とし、 埋設位置を手軽に、 かつ確実に知る方法がなく、 掘り返して確 認すると言った手間のかかる方法が採用される場合が多かった。
また、 導電体と導電体を締め具で固定してなる構造物、 例えば鉄板と鉄板をボ ルト ·ナツ 卜で固定して構築される道路の橋等の構造物の場合には、 ボルト ·ナ ッ 卜による締め具合を定期的に検査し安全を確保する必要がある。 しかしながら 橋のような大きな構造物の場合には、 ボルト ·ナツ 卜が巨大であり、 また締め付 け力が巨大であるため作業者が手作業でトルクレンチ等を使用して診断すること ができなかった。 このため従来は検査のための大型の専用機械を必要とし、 また 橋を通行止めにして検査をしなければならなかつた。
本発明は上記の課題に鑑み、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物 の導電体の腐食の程度、 付着力、 導電体のかぶり深さ、 及び径を非破壊で確実に 診断または測定する装置、 例えば、 非破壊で鉄筋コンクリ一ト中の鉄筋の腐食の 程度や鉄筋とコンクリ一卜の付着力、 コンクリート中の鉄筋のコンクリ一卜かぶ り深さゃ径を診断 ·測定できる装置を提供することを第 1の目的とする。
また、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の非導電体中 の位置を非破壊で確実に測定する装置、 例えば、 鉄筋コンクリート中の鉄筋の位 置を非破壊で確実に測定する装置を提供することを第 2の目的とする。
また、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の腐食の程度 、 付着力、 及び位置を、 表面全体の微小な振動分布、 振動の伝搬態様から高度な 診断または測定ができる装置、 例えば、 非破壊で鉄筋コンクリート中の鉄筋の腐 食の程度、 鉄筋とコンク リー トの付着力、 鉄筋の位置を高度に診断 ·測定できる 装置を提供することを第 3の目的とする。
また、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の腐食の程度 、 付着力を非破壊で確実に診断または測定する方法、 例えば、 非破壊で鉄筋コン クリ一ト中の鉄筋の腐食の程度や鉄筋とコンクリ一卜の付着力を診断 ·測定でき る方法を提供することを第 4の目的とする。
また、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の位置を非破 壌で確実に測定する方法、 例えば、 非破壊で鉄筋コンクリート中の鉄筋の位置を 測定できる方法を提供することを第 5の目的とする。
また、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の位置を非破 壊で確実に高度に測定する方法、 例えば、 非破壊で鉄筋コンクリート中の鉄筋の 腐食の程度、 鉄筋とコンクリートの付着力、 及び鉄筋の位置を表面全体の微小な 振動分布、 振動の伝搬態様から高度に診断 ·測定できる方法を提供することを第 6の目的とする。
また、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の径、 または かぶり深さを測定する方法、 例えば、 鉄筋コンクリートの鉄筋の径、 またはかぶ り深さを測定する方法を提供することを第 7の目的とする。
また、 締め具を介して結合された導電体の締め具による締め具合を診断または 測定する方法、 例えば、 ボルト ·ナツ 卜で締め付けられた鉄板の締め付け具合を 診断 ·測定する方法を提供することを第 8の目的とする。
また、 非導電体中に埋設された導電体の位置を非破壊で確実に診断 ·測定する 方法、 例えば、 土中に埋設された水道管やガス管の埋設位置を診断 ·測定する方 法を提供することを第 9の目的とする。
また、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の導電体の断裂の有無 または位置を非破壊で確実に診断 ·測定する方法、 例えば、 プレストレス · コン クリート、 すなわちこの方式を用いた橋梁、 コンクリ一ト製の電柱やコンクリ一 ト製の枕木の断裂の有無または位置を測定する方法を提供することを第 1 0の目 的とする。 発明の開示
上記目的を達成するために本発明の請求の範囲第 1項に記載のパルス電磁力に よる音響診断 ·測定装置は、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の 表面に取り付けるコイルと、 コイルに電流パルスを供給する電源部と、 構造物の 表面、 または非導電体から露出した導電体に取り付ける音響変換器と、 音響変換 器の出力波形を計測する計測部とを有し、 導電体の腐食 '付着力、 かぶり深さ及 び径を診断または測定することを特徴とする。
この装置によれば、 例えば、 被測定構造物が鉄筋コンクリートの場合には、 磁 場パルスにより直接鉄筋を励振するから鉄筋位置を音源とする音響が発生し、 こ の音響が構造物の表面に伝搬する。 この際、 鉄筋の腐食の程度、 付着力に応じて 、 構造物の表面に伝搬する音響波形が変化し、 音響波形の解析から腐食の程度、 付着力の強弱が診断 ·測定できる。 また、 音響波形の振幅は、 鉄筋径及びかぶり 深さにも応じて変化するので、 鉄筋の深さがわかっていれば鉄筋の径が、 鉄筋の 径がわかっていればかぶり深さが診断 ·測定できる。
磁場パルスによって直接鉄筋を励振するから、 従来の超音波源からの音波を鉄 筋に反射させて測定する装置に比べれば、 極めて音響波形が大きく、 また、 従来 の打診法に比べれば極めて信頼性が高く、 非破壊で確実に鉄筋の腐食の程度、 付 着力、 かぶり深さ、 及び径が診断 ·測定できる。
請求の範囲第 項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 ·測定装置は 、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面に取り付けるコイルと 、 コイルに電流パルスを供給する電源部と、 構造物の表面の異なった位置に取り 付ける複数の音響変換器と、 音響変換器の出力から音響の伝搬遅延時間を計測す る計測部とを有し、 導電体の位置を測定することを特徵とする。
この装置によれば、 磁場パルスにより鉄筋を直接励振するから鉄筋位置を音源 とする音響が発生し、 この音響が構造物の表面に伝搬する。 この音響の伝搬遅延 時間を表面の複数個所で測定するから、 鉄筋の位置が非破壊で正確にわかる。 請求の範囲第 3項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 ·測定装置は 、 導電体と導電体を覆う非導電物質とから成る構造物の表面に取り付けるコイル と、 コイルに電流パルスを供給する電源部と、 構造物の表面の振動を光学的変位 として測定する変位検出器とを有し、 導電体の位置、 及び導電体の腐食 ·付着力 を診断 ·測定することを特徴とする。
この装置によれば、 磁場パルスにより鉄筋を直接励振するから鉄筋位置を音源 とする音響が発生し、 音響が構造物の表面に伝搬する。 変位検出器にレーザー干 渉計を使用すれば、 表面全体の微小な振動分布、 振動の伝搬態様を測定でき、 さ らに高度な情報が非破壊で確実に得られる。
また、 請求の範囲第 1〜 3項に記載の音響変換器は、 好ましくは、 音響信号を 電気信号に変換するアコ一スティックエミ ッションセンサー、 加速度センサー又 はマイクロホンであってよい。
また、 請求の範囲第 3項に記載の変位検出器は、 コヒ一レントなレーザ一光を 構造物の表面に照射し、 反射光の構造物表面の振動に伴う位相差を干渉縞として 検出するレーザ一干渉計であってもよい。
また、 請求の範囲第 1〜3項に記載のコイルは単数のコイル、 または複数のコ ィルから成り、 複数のコイルからなる塲合は、 複数のコイルの軸を揃えかつ密着 して構成され、 請求の範囲第 1〜 3項に記載の電源部は、 複数のコイルのそれぞ れに直列に接続した蓄電用コンデンサと、 コイルとコンデンサからなる複数の直 列回路を共通のスィツチを介して並列に接続した電源とから成り、 共通のスィッ チを O Nにしてコイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させることを特 徵とする。
複数のコイルからなる場合には、 複数のコイルに分割しているので個々のコィ ルのィンダク夕ンスを小さく、 また個々の蓄電用コンデンサの容量を小さくでき るので、 共通のスィツチを O Nしたときの個々のコイルに流れる電流パルスの時 定数を小さくできる。 個々のコイルの発生する磁場パルスは重畳されるので、 波 高値が高く、 かつパルス幅の狭い磁場パルスを発生できる。 波高値が高くパルス 幅の狭い磁場パルスを発生できるので、 鉄筋を強く励振でき、 非破壊で確実に診 断，測定できる。
さらにまた、 コイルに静磁場を発生する磁石を付加すれば好ましい。
この構成によれば、 鉄筋を励振する力がさらに強くなるから、 構造物の表面か らより深い位置にある鉄筋の診断 ·測定が可能になる。
また、 請求の範囲第 1項に記載の出力波形を計測する計測部は、 出力波形の時 間領域の波形を計測して表示し、 時間領域の波形から腐食 ·付着力に関する特徴 を抽出して表示し、 または、 出力波形のフーリエ変換スぺク トルからなる周波数 領域の波形を演算して表示し、 周波数領域の波形から腐食 ·付着力に関する特徴 を抽出して表示し、 腐食 ·付着力に関する情報を表示することを特徵とする。 この計測部によれば、 時間領域の波形、 または周波数領域の波形から、 瞬時に 、 腐食 ·付着力に関する診断 ·測定をすることができる。
さらに、 時間領域の波形から抽出して表示する特徵は、 時間領域の波形のパタ ーン、 波形率、 または波高率であり、 腐食 ·付着力に関する情報の表示は、 波形 率または波高率を所定のしきい値と比較し、 腐食 ·付着力に関する良 ·不良の情 報を表示することを特徴とする。
波形率、 波高率は腐食、 付着力に応じて敏感に変化するので診断しやすい。 ま た、 波形率、 波高率のしきい値を設定し、 測定した波形率、 波高率がしきい値未 満か以上かによつて良 ·不良の情報を表示するので、 経験等を必要とせずに誰で も確実に診断 ·測定できる。
また、 時間領域の波形から抽出し表示する特徴は、 時間領域の波形の包絡線の 形状から抽出する過酷度であり、 腐食 ·付着力に関する情報の表示は、 過酷度を 所定のしきい値と比較し、 腐食 ·付着力に関する良 ·不良の情報を表示すること を特徵とする。 .
過酷度によれば、 経時変化に基づくので信頼度の高い診断 ·測定ができる。 ま た、 過酷度のしきい値を設定し、 測定した過酷度がしきい値未満か以上かによつ て良 ·不良の情報を表示するので、 経験等を必要とせず誰でも確実に診断 ·測定 できる。
また、 時間領域の波形から抽出し表示する特徼は、 時間領域の波形の各々の値 を実効値で除した規格化波形、 または規格化波形をべき乗した波形であることを 特徵とする。
時間領域の波形の各々の値を実効値で除した規格化波形は、 波形の特徴が明確 になる。 べき乗すればさらに明確になり、 高感度の診断 ·測定が可能になる。 また、 規格化波形の包絡線形状から過酷度を抽出し、 過酷度を所定のしきい値 と比較し、 腐食 ·付着力に関する良 ·不良の情報を表示することを特徵とする。 規格化波形から過酷度を求めるので、 さらに高感度に、 誰でも確実に診断 -測 定できる。
また、 周波数領域の波形から抽出して表示する特徴は、 周波数領域の波形バタ ーンであり、 腐食 '付着力に関する情報の表示は、 波形パターンを所定のパター ンと比較し腐食 ·付着力に関する良 ·不良の情報を表示することを特徵とする。 パルス電磁力による鉄筋振動は、 鉄筋の腐食 ·付着力に応じて振動の自由度が 変化するから、 腐食 ·付着力の程度が極めて敏感に周波数スぺクトルに反映され る。 所定の周波数パターンと比較して良 ·不良の情報を表示するから、 経験等を 必要とせずに誰でも確実に診断，測定できる。
また、 周波数領域の波形から抽出し表示する特徵は、 周波数領域の波形の各々 の値を実効値で除して形成される規格化波形、 または規格化波形をべき乗した波 形であり、 腐食 '付着力に関する情報の表示は、 規格化波形の包絡線形上から過 酷度を抽出し、 過酷度を所定のしきい値と比較し、 腐食 ·付着力に関する良.不 良の情報を表示することを特徴とする。
周波数領域の波形は極めて敏感に腐食の程度や付着力を反映し、 周波数領域の 波形の各々の値を実効値で除して形成される規格化波形はさらに波形の特徴を強 調するから極めて高感度に腐食 '付着力を診断 '評価できる。 また、 規格化波形 から過酷度を求めれば、 高感度かつ高信頼度で診断 ·評価ができる。 また過酷度 のしき L、値を設定し、 測定した過酷度がしきい値未満か以上かによって良 .不良 の情報を表示するので、 経験等を必要とせずに誰でも確実に診断 ·測定できる。 また、 請求の範囲第 3項に記載の変位検出器は、 コヒ一レントなレーザ一光を 構造物の表面に照射し、 反射光の構造物表面の振動に伴う位相差を干渉縞として 検出するレーザ一干渉計であることを特徴とする。
また、 請求の範囲第 1 5項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 .測 定方法は、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面にコイルを取 り付け、 コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 磁場パルスによ つて導電体に渦電流を誘起させ、 渦電流と磁場パルスとの相互作用力により導電 体を励振させて音響を発生させ、 音響信号を構造物の表面、 または非導電体から 露出した導電体に取り付けた音響変換器により電気信号に変換し、 電気信号の波 形を計測して導電体の腐食または付着力を診断 ·測定することを特徴とする。
この方法によれば、 例えば、 被測定構造物が鉄筋コンクリー卜の場合には、 磁 場パルスにより直接鉄筋を励振するから鉄筋位置を音源とする音響が発生し、 こ の音響が構造物の表面に伝搬する。 この際、 鉄筋の腐食の程度、 付着力に応じて 、 構造物の表面に伝搬する音響波形が変化し、 音響波形の解析から腐食の程度、 付着力の強弱が診断 ·測定できる。
磁場パルスによつて直接鉄筋を励振するから、 従来の超音波源からの音波を鉄 筋に反射させて測定する装置に比べれば、 極めて音響波形が大きく、 従って、 非 破壊で確実に鉄筋の腐食の程度、 付着力、 かぶり深さ、 及び径が診断 ·測定でき また、 請求の範囲第 1 6項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 .測 定方法は、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面に、 コイルを 取り付け、 コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 磁場パルスに よって導電体に渦電流を誘起させ、 渦電流と磁場パルスとの相互作用力により導 電体を励振させて音響を発生させ、 音響信号を構造物の表面の異なる個所に取り 付けた複数の音響変換器により電気信号に変換し、 これらの電気信号から音響の 伝搬遅延時間を計測し、 これらの伝搬遅延時間から導電体の位置を測定すること を特徴とする。
この方法によれば、 磁場パルスにより鉄筋を直接励振するから鉄筋位置を音源 とする音響が発生し、 この音響が構造物の表面に伝搬する。 この音響の伝搬遅延 時間を表面の複数個所で測定するから、 鉄筋の位置が非破壊で正確にわかる。 また、 請求の範囲第 1 7項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 ·測 定方法は、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面にコイルを取 り付け、 コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 磁場パルスによ つて導電体に渦電流を誘起させ、 渦電流と磁場パルスとの相互作用力により導電 体を励振させて音響を発生させ、 音響によつて生じる構造物の表面振動を光学的 変位として検出して、 導電体の位置および構造物の状態を診断することを特徴と する。
この方法によれば、 磁場パルスにより鉄筋を直接励振するから鉄筋位置を音源 とする音響が発生し、 この音響が構造物の表面に伝搬する。 変位検出器にレーザ —干渉計を使用すれば、 表面全体の微小な振動分布、 振動の伝搬態様を測定でき 、 さらに高度な診断が非破壊で確実にできる。
また、 請求の範囲第 1 8項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 .測 定方法は、 導電体を覆う非導電体の表面にコイルを取り付け、 コイルに電流パル スを印加して磁場パルスを発生させ、 磁場パルスによつて導電体に渦電流を誘起 させ、 渦電流と磁場パルスとの相互作用力により導電体を励振させて音響を発生 させ、 音響信号を構造物の表面に取り付けた音響変換器により電気信号に変換し 、 電気信号の波形を計測して導電体の径、 またはかぶり深さを測定することを特 徵とする。
この方法によれば、 音響波形の振幅は、 鉄筋径及びかぶり深さに応じて変化す るので、 鉄筋の深さがわかっていれば鉄筋の径が、 鉄筋の径がわかっていればか ぶり深さが診断 ·測定できる。
また、 請求の範囲第 1 9項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 .測 定方法は、 締め具を介して互いに結合された複数の導電体の結合部の直上にコィ ルを配置し、 コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 磁場パルス によってコィルに面する側の導電体に渦電流を誘起させ、 渦電流と磁場パルスと の相互作用力により導電体を励振させて音響を発生させ、 音響信号をコイルに面 する側の導電体に取り付けた音響変換器と、 互いに結合された他の導電体に取り 付けた音響変換器とにより電気信号に変換し、 コイルに面する側の導電体に取り 付けた音響変換器による電気信号の波形と他の導電体に取り付けた音響変換器に よる電気信号の波形とを比較し、 締め具の締め具合を診断 ·測定することを特徴 とする。
この方法によれば、 締め付け具合に応じて、 コイルに面する側の導電体の振動 の他の導電体に伝わる強度が変化するので、 締め付け具合の診断，測定ができる 。 また、 締め具がボルト及びナツ トであれば好適に適用できる。
また、 請求の範囲第 2 1項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 .測 定方法は、 導電体を覆う非導電体の表面にコイルを配置し、 コイルに電流パルス を印加して磁場パルスを発生させ、 磁場パルスによって導電体に渦電流を誘起さ せ、 渦電流と磁場パルスとの相互作用力により導電体を励振させて音響を発生さ せ、 非導電体から露出した導電体に取り付けた音響変換器により音響信号を電気 信号に変換し、 非導電体の表面上のコイルの位置を変化させ、 位置の変化による 電気信号の変化を計測して導電体の位置を測定することを特徴とする。
この方法によれば、 導電体とコィルが最も近接したときに最も強く導電体が励 振されるので、 導電体の位置が診断 ·測定できる。 導電体が土中に埋設された水 道管、 またはガス管であれば好適に適用できる。 また、 請求の範囲第 2 3項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 .測 定方法は、 導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面にコイルを配 置し、 コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 磁場パルスによつ て導電体に渦電流を誘起させ、 渦電流と磁場パルスとの相互作用力により導電体 を励振させて音響を発生させ、 非導電体から露出した導電体に取り付けた音響変 換器により音響信号を電気信号に変換し、 電気信号の強度から導電体の断裂の有 無を診断し、 または構造物の表面上でコイルの位置を変化させ、 位置の変化によ る電気信号の変化を計測して、 導電体の断裂位置を測定することを特徴とする。 この方法によれば、 鉄筋を伝搬する音響信号が断裂によって減衰するから、 断 裂の有無がわかり、 また、 コイルの構造物の表面上の位置を変化させて測定する ことによる減衰の変化から断裂の位置がわかる。 構造物が、 プレストレス · コン クリ一ト、 すなわちこの方式を用いた橋梁、 コンクリート製の電柱やコンクリー 卜製の枕木であれば好適に適用できる。 · このように、 本発明によれば、 例えばトンネル， 橋梁， 建物， 擁壁， ダム， 土 木建築等の鉄筋コンクリート構造物において、 内部の鉄筋の位置のみならず、 鉄 筋の付着力、 微小な鉄筋の腐食、 錡ゃコンクリートの剝離、 亀裂等も検出するこ とができるので、 鉄筋コンクリート構造物の破壊やコンクリート片の剝離等を未 然に防止することが可能になる。 鉄筋コンクリート構造物の余寿命を正確に推定 することも可能になるため鉄筋コンクリ一ト構造物の保全 ·管理を確実に行なう ことができる。
さらに、 鉄筋のかぶり深さゃ径も測定できる。
さらに、 ボルト 'ナツ ト等の締め具合も容易に検査できる。
さらに、 地中に埋もれた水道管やガス管の位置の確認が容易にできる。
さらに、 鉄筋の断列を診断できる。 図面の簡単な説明
本発明は以下の詳細な説明及び本発明の実施例を示す添付図面によって、 より よく理解されるものとなろう。 なお添付図面に示す実施例は本発明を特定するも のではなく、 説明及び理解を容易とするものである。 第 1図は請求の範囲第 1項に記載した本発明のパルス電磁力による音響診断 · 測定装置及び診断 ·測定方法の実施の形態を示した概念図であり、 第 1図 （a) は音響変換器をコンクリート表面に取り付けて測定する場合、 第 1図 （b) は音 響変換器を露出した鉄筋に取り付けて測定する場合を示す。
第 2図は、 実施例 1で用いたテスト用鉄筋コンクリートの形状、 及び測定系を 示す図であり、 （a) は平面図、 （b) は側面図である。
第 3図は、 正常テストブロックとひび割れテストブロックの音響波形を示す図 であり、 （a) は正常ブロックの音響波形、 （b) はひび割れブロックの音響波 形である。
第 4図は請求の範囲第 2項に記載した本発明のパルス電磁力による音響診断 · 測定装置の構成を示す図である。
第 5図は、 本実施例に用いた鉄筋コンクリートの表面形状及び鉄筋コンクリ一 卜の作製方法を示す図である。 （a) は鉄筋コンクリート表面形状、 （b) は鉄 筋コンクリート作製用外枠、 （c) は鉄筋コンクリートの外観を示す図である。 第 6図は、 鉄筋コンクリ一卜における音源からの距離の違いによる音響の伝搬 遅延時間の測定結果を示す図である。
第 7図は、 音源からの種々の距離と伝搬遅延時間の測定からコンクリート中の 音速を測定した図である。
第 8図は、 コイルと電源部の構成を示す図であり、 （a) は従来の構成例を示 し、 （b) は本発明の構成を示す。
第 9図は、 本発明のコイルと電源部による電流パルス波形、 及びそれによつて 発生した音響信号の測定例を示す図であり、 （a) は従来の構成によるもの、 （ b) は本発明の構成によるものを示す。
第 1 0図は、 テストブロック （A) 、 (B) 、 (C) のそれぞれの音響変換器 による出力波形を本計測部により時間領域の波形として、 （a) 、 （b) 、 (c ) にそれぞれ表示した図である。
第 1 1図は、 テストブロック （A) 、 (B) 、 (C) のそれぞれの、 直接鉄筋 に音響変換器を取り付けて測定した出力波形を本計測部で時間領域の波形として 、 （a) 、 （b) 、 (c) にそれぞれ表示した図である。 第 1 2図は、 テストブロック （A) 、 (B) 、 (C) の波形率 S F、 波高率 C Fを比較した図である。
第 1 3図は、 テストブロック （A)、 (B)、 (C) それぞれの包絡線 （a) 、 及び逆数対数包絡線 （b) を示す図である。
第 1 4図は、 テストブロック （A) の時間領域波形 （a) 、 規格化波形 （b) 、 規格化波形の 2乗波形 （c) を示す図である。
第 1 5図は、 テストブロック （A) の規格化波形の 3乗波形 （a) 、 規格化波 形の 4乗波形 （b) を示す図である。
第 1 6図は、 テストブロック （B) の時間領域波形 （a) 、 規格化波形 （b) 、 規格化波形の 2乗波形 （c) を示す図である。
第 1 7図は、 テストプロック （B) の規格化波形の 3乗波形 （a) 、 規格化波 形の 4乗波形 （b) を示す図である。
第 1 8図は、 テストプロック （C) の時間領域波形 （a) 、 規格化波形 （b) 、 規格化波形の 2乗波形 （c) を示す図である。
第 1 9図は、 テストブロック （C) の規格化波形の 3乗波形 (a) 、 規格化波 形の 4乗波形 （b) を示す図である。
第 2 0図は、 実施例 3で求めたテストブロック （A) 、 （B)、 （C) の時間 領域の波形から求めた周波数領域の波形を示す図であり、 （a) はテストブロッ ク （A) の、 （b) はテスドブロック （B) の、 （c) はテストブロック （C) の周波数領域の波形を示す図である。
第 2 1図は、 実施例 4で求めたテストブロック （A) 、 (B)、 (C) の時間 領域の波形から求めた周波数領域の波形を示す図であり、 （a) はテストプロッ ク （A) の、 （b) はテストブロック （B) の、 （c) は、 テストブロック （C ) の周波数領域の波形を示す図である。
第 2 2図は、 本発明の、 鉄筋径、 またはかぶり深さを測定する方法、 及び測定 例を示す図であり、 （a) は測定方法、 （b) は測定結果を示す図である。 第 2 3図は、 本発明の締め具の締め具合を診断 ·測定する方法を示す図であり 、 （a) は、 導電体 2 1と導電体 2 2とをボルト 2 2、 ナッ ト 2 3を介して締め 付け固定した状態を横から見た図であり、 （b) は真上から見た図である。 第 2 4図は、 ボルト ·ナツ 卜が堅く締め付けられていた場合の測定結果を示す 図であり、 （a ) 及び （b ) はコイルに面した側の導電体 2 1に取り付けた音響 変換器 1 4 Rの出力波形を示し、 （c ) 及び （d ) は導電体 2 1にボルト ·ナツ 卜で締め付け固定された導電体 2 2側の音響変換器 1 4 Lの出力波形を示す。 第 2 5図は、 ボルト ·ナツ 卜がゆるんだ状態の場合の測定結果を示す図であり 、 ( a ) 及び （b ) はコイルに面した側の導電体 2 1に取り付けた音響変換器 1 4 Rの出力波形を示し、 （c ) 及び （d ) は導電体 2 1にボルト ·ナッ トで固定 された導電体 2 2側の音響変換器 1 4 Lの出力波形を示す。
第 2 6図は本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の位置を測定する方法を 示す図であり、 （a ) は非導電体である土 3 1に埋められた導電体である水道管 3 2の露出部分 3 3に音響変換器 1 4を取り付け、 コイル 1 2を土 3 1の表面 3 4上に配置した状態を横から見た図であり、 （b ) は真上から見た図である。 第 2 7図は、 土中に埋め込まれた水道管の位置を測定した結果を示す図であり 、 （a ) はコイルが水道管の真上にある場合、 （b ) は土の表面上の水道管の真 上の位置から 6 0 mm離れていた場合、 （ c ) は土の表面上の水道管の真上の位 置から 1 8 0 mm離れていた場合の音響信号波形を示す。
第 2 8図は、 本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の断裂の有無の診断、 断裂位置を測定する方法を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面に基づき本発明の実施の形態を詳細に説明する。
最初に請求の範囲第 1項に記載した本発明のパルス電磁力による音響診断 ·測 定装置及び診断 ·測定方法の実施の形態を説明する。
導電体と導電体を覆う非導電体とから成る構造物が、 鉄筋とコンクリ一卜から なる鉄筋コンクリ一卜の場合を例にとって説明する。
この装置によれば、 鉄筋の腐食 '付着力、 かぶり深さ、 及び径を診断または測 定できる。
第 1図は請求の範囲第 1項に記載した本発明のパルス電磁力による音響診断 · 測定装置及び診断 ·測定方法の実施の形態を示した概念図であり、 第 1図 （ a ) は音響変換器をコンクリート表面に取り付けて測定する場合、 第 1図 （b ) は音 響変換器を露出した鉄筋に取り付けて測定する場合を示す。
第 1図 （a ) において、 パルス電磁力による音響診断 ·測定装置 1 0は、 被試 験体構造物である鉄筋コンクリートブロック 1 1の表面に取り付けられる電線で 構成したコイル 1 2と、 このコイル 1 2に電流パルスを印加する電源部 1 3と、 上記鉄筋コンクリートブロック 1 1の表面に取り付けた音響変換器 1 4と、 この 音響変換器 1 4と信号ケ一プル 1 7で接続した計測部 1 5とから構成されている ο
上記コイル 1 2は、 例えば 1 . 6 mmの導線を 5 0 x 3 0 mmの矩形状の枠 に 7ターン卷回したコイル 4個を、 互いに軸を揃えかつ密着して構成されている 。 コイル 1 2は試験体である鉄筋コンクリートプロック 1 1の表面に取り付けら れる。 電源部 1 3はコイル 1 2に電源ケーブル 1 6を介して電流パルスを印加す るようになっている。 尚、 電源部 1 3は上記の構成に限定されることなく、 鉄筋 コンクリートブロック 1 1の大きさや鉄筋 1 1 aの位置、 太さ等に対応して、 所 望の駆動パルスを発生させることができるように構成される。
上記音響変換器 1 4は公知の音響変換器であって、 微弱な振動を検出して電気 信号に変換し、 信号ケーブル 1 7を介して計測部 1 5に入力する。
計測部 1 5は、 例えば音響解析装置として市販されている公知の構成のもので あり、 音響変換器 1 4からの検出信号をアンプリファイア等により増幅すると共 に、 不要な信号をフィルタなどにより除去した後、 音響解析を行なうようになつ ている。 なお、 計測部 1 5は、 これに限らず、 音響変換器 1 4からの検出信号の 波形の計測のみでよい場合には、 例えばォシロスコープ等を使用してもよい。 本発明のパルス電磁力による音響診断装置 1 0は、 上記のように構成されてお り、 コイル 1 2に電流パルスを印加すると鉄筋コンクリート 1 1の内部方向に磁 場パルスが発生し、 この磁場パルスが導電体である鉄筋 1 1 aに渦電流を誘起す る。 この渦電流に伴う磁場と磁場パルスの磁場との相互作用力によって、 鉄筋 1 1 aが励振される。 この場合、 導電体 1 1 aが磁性体であれば、 磁気エネルギー に伴う力も励振力に付加され強化される。
鉄筋 1 1 aが励振されると鉄筋 1 1 aを音源とする音響が発生し、 この音響が 表面に伝わり、 音響変換器 1 4で音響信号が電気信号に変換され、 この電気信号 が信号ケーブル 1 7を介して計測部 1 5に入力される。 計測部 1 5では、 電気信 号の波形を解析して鉄筋 1 1 aの腐食の程度、 あるいはコンクリート 1 1 bのひ び割れを判定する。 例えば、 鉄筋 1 1 aが腐食していれば、 鉄筋 1 1 aを音源と する音響が腐食部分で吸収されて減衰し、 計測部 1 5で観測する波形は強度が小 さくなる。 また、 鉄筋のコンクリートに対する付着力が弱いと、 同様に計測部 1 5で観測する波形は強度が小さくなる。 また、 コンクリート中にひび割れが存在 すると音響が減衰し、 計測部 1 5で観測する波形は強度が小さくなる。 このよう に、 音響波形の強度を比較することにより、 鉄筋コンクリート 1 1の損傷の程度 を測定できる。
また、 第 1図 （b ) に示すように、 鉄筋の露出部分に音響変換器 1 4を取り付 けて、 鉄筋の振動を直接観測しても、 鉄筋の腐食や付着力を診断 ·測定できる。 次に、 実施例 1を示す。
実施例 1は、 請求の範囲第 1項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 •測定装置による測定例を示すものである。
第 2図は、 実施例 1で用いたテスト用鉄筋コンクリートの形状、 及び測定系を 示す図であり、 （a ) は平面図、 （b ) は側面図である。
第 2図に示すように、 テスト用鉄筋コンクリート 1 1は、 方形状の 2 0 0 X 1 5 0 x 1 0 0 mmのコンクリート 1 1 bと、 コンクリート 1 1 bの上面からの距 離すなわち、 かぶり深さ dが 3 O mm、 下面からの距離 5 7 mmの位置に埋設し た径 1 3 mmの鉄筋 1 1 aとからなっている。 コイル 1 2は鉄筋コンクリート 1 1の表面上の鉄筋 1 1 aの真上に配置している。 音響変換器 1 4 a， 1 4 bは、 鉄筋コンクリート 1 1の表面上の鉄筋 1 1 aを挟んで対称な位置に配置している ο
本実施例では、 コンクリート 1 1 b中にひび割れのないテス卜用鉄筋コンクリ —ト （正常テストブロック） と、 コンクリート 1 1 b中に鉄筋 1 1 aに達するひ び割れが存在するテスト用鉄筋コンクリート （ひび割れテストブロック） とを作 製し、 それぞれ同一の条件で励振して、 音響変換器 1 4 a , 1 4 bで観測される 音響波形の比較を行った。 コイル 12は、 線径 1. 0 mmの導線を 2 5ターン巻した巻径 3 0 x 7 0 mm 、 内部抵抗 0. 2 Ωのものを用い、 電流波高値 1 0 0 0 A、 パルス幅 1. 5ms の電流パルスを印加して、 鉄筋 1 1 aを励振した。
第 3図は正常テストプロックとひび割れテストプロックの音響波形を示す図で あり、 （a) は正常ブロックの音響波形、 （b) はひび割れブロックの音響波形 第 3図 （a) 、 （b) において、 CH I, CH 2はそれぞれ音響変換器 1 4 a ， 1 4 bの出力波形であり、 CH 3は電流パルスの波形である。 横軸は 0. 5m s /d i Vで表示した時間軸であり、 縦軸は、 CH 1， CH 2の音響波形の強度 を示す電圧軸であり、 CH 1， CH 2は零点をずらして表示している。
第 3図 （a)、 (b) から明らかなように、 電流パルスで鉄筋 1 1 aを励振し て発生させた音響は、 ひび割れがあると著しく減衰することがわかる。
このようにして、 コンクリ一卜のひび割れの存否を診断することができる。 次に、 請求の範囲第 2項に記載した本発明のパルス電磁力による音響診断 ·測 定装置及びパルス電磁力による音響診断 ·測定方法の実施の形態を説明する。 この装置によれば、 鉄筋コンクリ一ト中の鉄筋の位置を測定できる。
第 4図は請求の範囲第 2項に記載した本発明のパルス電磁力による音響診断 · 測定装置の構成及び測定方法を示す概念図である。
第 4図に示すように、 音響位置探査装置 2 0は、 鉄筋コンクリ一トブロック 1 1の表面に取り付けられる電線で構成したコイル 1 2と、 このコイル 1 2に電流 パルスを印加する電源部 1 3 (第 1図と同等なため図示せず） と、 上記鉄筋コン クリート 1 1の表面に取り付ける複数の音響変換器 1 4 (1 4 a, 1 4 b、 1 4 c) と、 この音響変換器 1 4と信号ケーブル 1 7 (第 1図と同等なため図示せず ) で接続した計測部 1 5 (第 1図と同等なため図示せず） とから構成されている ο
複数の音響変換器 1 4をコイル 1 2の周辺に配設し、 電流パルスをコイル 1 2 に印加して鉄筋 1 1 aを励振し、 鉄筋 1 1 aを音源とする音響を発生させる。 こ の音響を各々の音響変換器 1 4で電気信号に変換し、 この各々の電気信号を計測 部 1 5で測定することにより、 音響が音源から各々の音響変換器 1 4に到達する 時間、 すなわち、 伝搬遅延時間を測定する。
コンクリート 1 1 b中の音波の伝搬速度 Vはほぼ一定であるので、 この伝搬速 度 Vと遅延時間 tを用いて、 各々の音響変換器 1 4と音源との距離]:、 すなわち 各々の音響変換器 1 4と鉄筋 1 1 aとの距離を求めることができる。 これらの距 離から音源位置、 すなわち、 鉄筋 1 1 aの所在位置を求めることができる。 例えば、 第 4図に示すように、 鉄筋 1 1 aが棒状のものであれば、 それぞれ、 音響変換器 1 4 a， 1 4 b及び 1 4 cの遅延時間 t a， t b， t cを基に、 それ ぞれの音源と鉄筋 1 1 aとの距離 r a， r b , r c (= v · t a , v · t b , v • t c ) を求め、 それぞれの音響変換器 1 4の配設位置を中心として半径 r a , r b， r cの球を描き、 これらの球の共通接線を求めれば、 この接線が鉄筋 1 1 aの所在位置となる。
なお、 上記構成では音響変換器 1 4をコンクリート 1 1の表面に複数配設し、 単発の音響信号を発生させて、 それぞれの音響変換器 1 4の位置における伝搬遅 延時間を同時に測定するが、 一個の音響変換器 1 4をコンクリート 1 1の表面上 を移動させると共に、 それぞれの移動位置において音響信号を発生させて伝搬遅 延時間を個々に測定する構成でも良い。
次に実施例 2を示す。
実施例 2は、 請求の範囲第 2項に記載の本発明のパルス電磁力による音響診断 •測定装置による測定例を示すものである。
第 5図は、 本実施例に用いた鉄筋コンクリートの表面形状及び鉄筋コンクリ一 卜の作製方法を示す図である。 （a ) は鉄筋コンクリート表面形状、 （b ) は鉄 筋コンクリート作製用外枠、 （ c ) は作製した鉄筋コンクリートの外観を示す図 である。 第 5図 （b ) に示すように、 本実施例に用いた鉄筋コンクリートは、 鉄 筋 1 1 aの中心を除いて弾性を有するビニールシートで多い、 外枠にコンクリ一 トを流し込んで作製した。 従って、 この鉄筋コンクリ一トは、 鉄筋 1 1 aの中心 のみがコンクリート 1 1 bと接触し、 鉄筋 1 1 aの他の部分はコンクリート 1 1 bに接触していない。 このため、 励振した音響は鉄筋 1 1 aの中心部分のみから コンクリートに伝わるから、 音源は、 点音源と見なせる。
第 5図 （a ) に示すように、 鉄筋コンクリート 1 1の中心を原点とし、 横及び 縦方向をそれぞれ x軸及び y軸とし、 原点にコイルを配置し、 種々の座標 （X, y) 点に音響変換器を配置して音響の伝搬遅延時間を測定した。 励振用のコイル 、 音響変換器、 電流パルスは実施例 1と同等である。
第 6図は、 鉄筋コンクリ一卜における音源からの距離の違いによる音響の伝搬 遅延時間の測定結果を示す図である。
第 6図において、 CH 1， CH はそれぞれ第 5図 （a) に示した座標 （― 1 ， 0) 、 （3， 2) に音響変換器を配置した場合の音響波形を示し、 CH 3は電 流パルスの波形である。 横軸ほ 0. lmsZd i vで表示した時間軸であり、 縦 軸は CH1， CH 2の音響波形の強度を示す電圧軸であり、 CH1， CH2は零 点をずらして表示している。
第 6図から明らかなように、 音源に近い CH 1の音響波形は、 電流パルス波形 の立ち上がりとほぼ同時に立ち上がっているが、 音源に遠い CH 2の音響波形は 、 電流パルス波形の立ち上がりからかなり遅れて立ち上がつている。
このように、 音源からの距離を伝搬遅延時間として検出できる。
第 7図は、 音源からの種々の距離と伝搬遅延時間の測定からコンクリート中の 音速を測定した図である。
第 7図において、 音源からの距離は、 第 6図 （a) の各座標点と音源との距離 を示す。 伝搬遅延時間の測定は、 第 7図で説明した方法と同等である。
第 7図から明らかなように、 コンクリ一ト中での音速はほぼ一定であることが わカヽる。
従って、 第 6図で説明した伝搬遅延時間と第 7図で説明した音速から、 音源ま での距離がわかる。 測定点を増やして、 各測定点から音源までの距離を求め、 こ れらの距離全てを満足する鉄筋コンクリート中の位置を求めれば、 鉄筋の所在位 置となる。
このようにして、 本発明のパルス電磁力による音響位置探査装置によれば、 被 破壊で鉄筋の位置を探査することができる。
次に、 請求の範囲第 3項に記載の本発明の音響診断 ·測定装置を説明する。 本発明の音響診断 ·測定装置は、 音響変換器 14の代わりに表面変位検出器を 設置し、 音響の代わりに、 被試験体構造物 11表面の振動を読み取るものであり 、 音響診断装置 1 0の構成と同様である。
ここで用いる表面変位検出器としては微小変位を測定できる検出器であればど のようなタイプでも使用可能であるが、 特に、 コヒ一レントなレーザ一光を被試 験体構造物 1 1の表面全体に照射し、 被試験体構造物 1 1表面の振動に伴う反射 光の位相差を干渉縞として検出するレーザ一干渉計を使用すれば、 さらに精密且 つ高度な診断ができる。
次に、 本発明の音響診断 ·測定装置に用いるコイル及び電源部の構成を説明す る。
第 8図は、 コイルと電源部の構成を示す図であり、 第 8図 （a ) は従来の構成 例を示し、 第 8図 （b ) は本発明の構成を示す。
従来の構成は第 2図 （a ) に示すように、 単一のコイルから構成され、 商用電 源 A Cからの交流電圧 Vによりコンデンサ Cを充電し、 充電されたコンデンサ C の電荷をメ力二カルスィツチ又は半導体スィツチであるスィツチ S Wをオンする ことにより、 電流パルスとしてコイル 1 2に印加するように構成されている。 本発明のコイルと電源部は第 2図 （b ) に示すように、 コイルは小さなインダ クタンスを有する複数のコイル 1 2に分割されており、 各々のコイルは各々のコ ィルの発生する磁場が重畳するように軸を揃えかつ密着して構成されており、 各 々のコイルにはそれぞれ容量 Cが直列に接続され、 コイル 1 2と容量 Cからなる 4個の直列回路を共通の電源 Vに、 メ力二カルスィツチ又は半導体スィツチであ る共通のスィツチ S Wを介して並列に接続して構成されている。
この構成によれば、 個々の直列回路はコイルのインダクタンスが小さく、 また 個々の容量 cの容量も小さいので S Wを 0 Nしたときの電流パルスの時定数が小 さくでき、 また、 個々のコイルの発生する磁場パルスは重畳されるので、 パルス 幅が短く波高値の大きい磁場パルスが得られる。
第 9図は、 本発明のコイルと電源部による電流パルス波形、 及びそれによつて 発生した音響信号の測定例を示す図であり、 第 9図 （a ) は従来の構成によるも の、 第 9図 （b ) は本発明の構成によるものを示す。 尚、 音響信号の測定は、 本 発明のパルス電磁力による音響診断 '測定装置によって測定した。 また、 かぶり 深さ dが 3 O m m. 鉄筋 1 3 D (異形鉄筋 1 3 mm ） の、 鉄筋コンクリートを 使用した。 第 9図から明らかなように、 本発明のコイルと電源部の構成によれば 、 従来構成と比べて、 遙かに電流パルス幅が狭く、 力、つ大きいことがわかる。 また、 A E (ァコースチックェミ ッション） センサ一の受信波形、 すなわち音 響変換器の出力波形も、 本発明のコイルと電源部の構成によれば、 従来構成と比 ベて、 遙かに大きくなることがわかる。
すなわち、 本発明のコイルと電源部の構成によれば、 パルス幅が狭く波高値が 大きい磁場パルスを生成することができ、 その結果鉄筋を強力に励振することが できる。
次に、 請求の範囲第 1〜 3項に記載の装置に用いる計測部について説明する。 本発明の計測部は、 音響変換器の出力波形をサンプリングして、 サンプリング 値を A/D変換し、 AZ D変換されたディジタルデータをメモリ一に記憶し、 C P Uを介してディジタルデータを所定の信号処理手順を有するプログラムに従い 所定の演算を行い、 結果をメモリに蓄積または表示装置を介して表示する。 所定 の信号処理手順プログラムは、 出力波形の時間領域の波形を表示するプロダラム 、 出力波形の時間領域の波形に基づいて出力波形のフーリエ変換スぺク トルから なる周波数領域の波形を演算し表示するプログラム、 さらには下記に説明する種 々の信号処理プログラムである。 上記のサンプリング装置、 AZD変換器、 メモ リ、 C P U、 表示装置は市販されている汎用のものを用いることができる。 この構成によって、 時間領域の波形を計測して表示し、 腐食 ·付着力に関する 情報を表示することができる。 また、 時間領域の波形から腐食 ·付着力に関する 特徴を抽出して表示し、 または出力波形のフ一リェ変換スぺグトルからなる周波 数領域の波形を演算して表示し、 また周波数領域の波形から腐食 ·付着力に関す る特徴を抽出して表示し、 腐食 ·付着力に関する情報を表示することができる。 次に実施例 3を示す。
実施例 3は、 時間領域の波形から腐食 ·付着力に関する特徴を抽出できること を示すものである。
下記の 3種類の鉄筋コンクリートのテストブロックを作製し比較した。
(A) 正常な鉄筋コンクリート。
( B ) 正常な鉄筋コンクリートを疲労試験器を用いて疲労させ、 鉄筋から発生す るコンクリ一トの亀裂を僅かに生じさせたもの。
(C) (B) のテストプロックをさらに疲労させ、 鉄筋とコンクリ一卜の付着力 をなく したもの。
上記のテストブロックは全て、 1 3 D (異形鉄筋 1 3 m0) 、 かぶり深さ dが 3 0 mm. 2 0 0 X 1 5 0 X 1 0 0 mmのものを使用した。
上記のテストプロックの表面にコイル 1 2と音響変換器 1 4を取付け、 コイル 1 2に波高電流値 2 0 0 0 A、 パルス幅 3 5 0 μ sの電流パルスを印加して鉄筋 を励振した。
第 1 0図 （a) 、 （b) 、 （c) は、 それぞれのテストブロック （A) 、 (B ) 、 (C) の音響変換器による出力波形を本計測部により時間領域の波形として 表示した図である。
図からわかるように、 正常な鉄筋コンクリート （A) においては、 時間軸方向 に対称軸、 及び頂点を有する三角形形状に近い波形を示すことがわかる。
ひび割れを生じたテストブロック （B) は、 時間軸方向に対称軸、 及び頂点を 有する四角形形状に近い波形を示すことがわかる。
鉄筋とコンクリートとの付着力の無いテストブロック （C) は、 ほとんど出力 波形が現れないことがわかる。
このように、 本発明の装置の計測部により時間領域の波形を表示すれば、 鉄筋 の腐食 ·付着力の違いが波形形状に現れることがわかる。
次に実施例 4を示す。
実施例 4は、 第 1図 （b) に示したように、 音響変換器 （AEセンサー） を鉄 筋コンクリートから露出した鉄筋に取り付けた場合にも、 時間領域の波形から腐 食 ·付着力に関する特徵を抽出できることを示すものである。
テストブロックは実施例 3と同じものを使用し、 音響変換器の取付位置以外は 実施例 3と同じ実験条件である。
第 1 1図 （a) 、 (b) 、 ( c) は、 それぞれのテストブロック （A) 、 (B )、 (C) の鉄筋に直接、 音響変換器を取り付けて測定した出力波形を本計測部 で時間領域の波形として表示した図である。
図からわかるように、 正常な鉄筋コンクリート （A) においては、 ほとんど出 力波形が現れないことがわかる。 これは、 鉄筋とコンクリートの付着力が高いの で、 鉄筋が励振されても減衰力が強く働き、 すぐ振動が減衰してしまうことによ o
ひび割れを生じたテストブロック （B ) は、 時間軸方向に対称軸、 及び頂点を 有する三角形形状に近い波形を示すことがわかる。
鉄筋とコンクリ一卜との付着力の無いテストブロック （C ) は、 時間軸方向に 対称軸、 及び頂点を有する三角形形状に近い波形を示すが、 時間軸方向に長く尾 を引くことがわかる。 これは、 鉄筋とコンクリートの付着力がない、 すなわち、 鉄筋とコンクリ一卜の間に空隙ができているために、 鉄筋の振動の減衰力が小さ く、 振動が長く続くことによる。
このように、 本発明の装置の計測部により時間領域の波形を表示すれば、 鉄筋 に直接音響変換器を取り付けても、 鉄筋の付着力の違いが波形形状に現れること 力わ力、る。
次に、 本計測部による、 時間領域の波形の波形率、 波高率による腐食，付着力 に関する特徴の抽出、 及び良 ·不良の情報の表示を説明する。
初めに、 本計測部の信号処理手順プログラムに使用される波形率、 波高率を導 出するための計算式を示す。
時間領域の波形のそれぞれのデータ値を X； とし、 全デ一夕数を Nとする。 平均値 X は次式で定義する。
N
x a v =i≡i _ "
N . 実効値 X は次式で定義する,
Figure imgf000025_0001
ピーク値 X p は次式で定義する,
xn = max. ¾}
p ie N 波形率 S Fは次式で定義する。
SF = - x 波高率 C Fは次式で定義する,
CF = -
^rws 次に実施例 5を示す。
実施例 5は、 実施例 3で測定したテストブロック （A) 、 (B) 、 (C) の時 間領域波形から、 上記式 （1) 〜 （5) に基づいて、 波形率 SF、 波高率 CFを 求め、 比較したものである。
第 12図は、 テストプロック （A)、 (B) 、 （C) の波形率 SF、 波高率 C Fを比較した図である。
図から明らかなように、 波形率 SF、 及び波高率 CFは、 テストプロックによ つて、 すなわち鉄筋の付着力によって、 明確に異なることがわかる。
このようにして、 本計測部は、 所定の信号処理手順プログラムにより、 測定対 象の波形率 SF、 及び波高率 CFを計算し、 例えば第 12図において波形率のし きい値を 1. 5 0、 または波高率のしきい値を 5. 50に設定すれば、 測定対象 物の波形率または波高率がこれらのしきい値と比べて未満か、 以上かを判断し、 良、 不良の情報を表示する。
次に、 本計測部による、 時間領域の波形の包絡線の形状から抽出する過酷度に よる腐食 ·付着力に関する特徵の抽出、 情報の表示を説明する。
初めに、 本計測部の信号処理手順プログラムに使用される過酷度を導出するた めの計算式を示す。
初めに時間領域の波形のデータ値 X i の絶対値をとり、 サンプ.リング時間順に 並べてスムージングした包絡線波形を計算する。 包絡線波形のそれぞれのデー夕 値を y5 とする。
確率 P (y ; ) を次式で定義する。
i=l 対象測定物の初期状態の確率 P (y; ) を Pa (y i ) . 対象測定物の一定時 間使用後の確率 P (y； ) を Pb (y > ) として、 情報量 I F (y ; ) を次式で 疋 する。
Figure imgf000027_0001
過酷度 SFを次式で定義する,
Figure imgf000027_0002
次に実施例 6を示す。
実施例 6は、 実施例 3で求めたテストプロック （A)、 （B) 、 （C) の時間 領域波形から、 包絡線を求め過酷度を比較したものである。
第 13図は、 テストプロック （A) 、 （B) 、 （C) それぞれの包絡線 （a) 、 及び逆数対数包絡線 （b) を示す図である。 尚、 逆数対数包絡線とは、 確率 P (Y i ) の逆数の対数をとつた値による包絡線である。
(a) から明らかなように、 テストブロック （B) 及び （C) の包絡線はテス トブロック （A) の包絡線からかなりずれていることがわかる。 このようにテス 卜ブロック （A) の包絡線を初期状態の包絡線とし、 テストブロック （B)及び (C) の包絡線を一定時間使用後の包絡線とすれば、 包絡線を比較することによ つて、 腐食の発生、 あるいは付着力の減少の発生を診断できる。
(b) から明らかなように、 逆数対数包絡線においても、 初期状態との間に明 瞭な差が現れ、 この差を時間軸上で足し合わせた過酷度によって.も、 腐食 ·付着 力を診断できる。
このようにして、 本計測部は、 所定の信号処理手順プログラムにより、 測定対 象の包絡線、 逆数対数包絡線、 及び過酷度を計算し、 過酷度の所定のしきい値と 比較して、 しきい値未満か、 以上かを判断し、 良、 不良の情報を表示する。 次に、 本計測部による、 時間領域の波形の各々の値を時間領域の波形の実効値 で除した規格化波形、 または規格化波形をべき乗した波形による腐食 ·付着力に 関する特徴の抽出、 情報の表示を説明する。
規格化波形は、 時間領域の波形のデータ値 X i を （2) 式で示した実効値 xrm で除した波形である。
次に実施例 7を示す。
実施例 7は、 実施例 3で測定したテストブロック （A) 、 (B) 、 (C) の時 間領域波形から、 テストブロック （A)、 (B) 、 (C) の規格化波形、 及び規 格化波形のべき乗波形を計算し比較したものである。
第 14図は、 テストブロック （A) の時間領域波形 （a) 、 規格化波形 （b) 、 規格化波形の 2乗波形 （c) を示す図である。
第 15図は、 テストブロック （A) の規格化波形の 3乗波形 （a) 、 規格化波 形の 4乗波形 （b) を示す図である。
第 16図は、 テストブロック （B) の時間領域波形 （a) 、 規格化波形 （b) 、 規格化波形の 2乗波形 （c) を示す図である。
第 17図は、 テストブロック （B) の規格化波形の 3乗波形 （a) 、 規格化波 形の 4乗波形 （b) を示す図である。
第 18図は、 テストブロック （C) の時間領域波形 （a) 、 規格化波形 （b) 、 規格化波形の 2乗波形 （c) を示す図である。
第 19図は、 テストブロック （C) の規格化波形の 3乗波形 （a) 、 規格化波 形の 4乗波形 （b) を示す図である。
第 14〜19図からわかるように、 規格化波形、 及び規格化波形のべき乗波形 は、 時間領域波形に比べて、 テストブロック （A) 、 （Β)·、 (C) による違い 、 すなわち、 腐食 '付着力の程度による違いが大きいことがわかり、 特に高次の べき乗波形は著しく違いが大きいことがわかる。
このように規格化波形、 及び規格化波形のべき乗波形を比較することによって 、 腐食 ·付着力の程度を高感度に診断できる。
このようにして、 本計測部は、 所定の信号処理手順プログラムにより、 時間領 域波形から、 規格化波形、 及び規格化波形のべき乗波形を計算し、 特徵を抽出し 、 しきい値と比較して、 しきい値未満か、 以上かを判断し、 良、 不良の情報を表 示する。
次に、 本計測部による、 周波数領域の波形による腐食 ·付着力に関する特徴の 抽出、 及び良 ·不良の情報の表示を説明する。
周波数領域の波形は、 本計測部の信号処理手順プログラムにより時間領域の波 形をフーリエ変換して求める。
次に実施例 8を示す。
実施例 8は、 実施例 3及び 4で求めたテストブロック （A) 、 （B) 、 (C) の時間領域波形をフーリエ変換して周波数領域の波形を求め、 テストブロック （
A)、 (B)、 (C) の周波数領域の波形を比較するものである。
第 20図は、 実施例 3で求めたテストブロック （A)、 （B) 、 （C) の時間 領域の波形から求めた周波数領域の波形を示す図であり、 （a) はテストブロッ ク （A) の、 （b) はテストブロック （B) の、 （c) はテス卜ブロック （C) の周波数領域の波形を示す図である。
(a) からわかるように、 正常な鉄筋であるテストブロック （A) の場合には 、 20 kHz〜80 kH zまでの周波数領域に、 ランダムに、 かつ、 ほぼ連続的 に周波数成分が存在する。
(b) からわかるように、 ひびの生じた鉄筋であるテストブロック （B) の場 合には、 特定の周波数成分が特定の間隔で現れるようになる。
(c) からわかるように、 付着力を失った鉄筋であるテストブロック （C) の 場合には、 テストブロック （B) の場合程顕著ではないが、 特定の周波数成分が 特定の間隔で現れており、 また、 150 kHz近辺の周波数成分が大きくなつて いる。
(a) と （b) の違い、 すなわち、 テストブロック （A) とテストブロック （
B) の違いは極めて顕著であり、 時間領域の波形からは違いが識別できにくい場 合にも、 周波数領域の波形を使用することで明確に違いを識別できる。
第 21図は、 実施例 4で求めた、 鉄筋に直接音響変換器を取り付けて測定した テストブロック （A) 、 (B) 、 (C) の時間領域の波形から求めた周波数領域 の波形を示す図であり、 （a) はテストブロック （A) の、 （b) はテストプロ ック （B) の、 （c) は、 テストブロック （C) の周波数領域の波形を示す図で あ o
これらの図からわかるように、 鉄筋に直接音響変換器を取り付けた場合にも第
2 0図と同様に、 付着力が小さくなるに従って特定の周波数成分が特定の間隔で 現れる傾向を示すことがわかる。
このようにして、 本計測部は、 所定の信号処理手順プログラムにより、 時間領 域波形から、 周波数領域の波形を計算し、 基準となるパターンと比較し、 一致度 を計算し、 一致度のしきい値と比較して、 しきい値未満か、 以上かを判断し、 良 、 不良の情報を表示する。
また、 本計測部は、 周波数領域の波形から、 上記実施例 6及び 7で説明したと 同等な手段で規格化波形、 または規格化波形のべき乗波形を求め、 この規格化波 形、 または規格化波形のべき乗波形を用いて極めて高感度に腐食 ·付着力に関す る特徴を抽出することができる。 また、 規格化波形、 または規格化波形のべき乗 波形から過酷度を計算し、 過酷度の所定のしきい値と比較し、 測定対象物の過酷 度がしきい値以下か、 未満かを極めて高感度に判断し、 良不良の情報を表示する ことができる。
次に、 請求の範囲第 1 8項に記載の本発明の鉄筋コンクリー卜のかぶり深さ、 または鉄筋径を測定する方法を説明する。
第 2 2図は、 本発明の、 鉄筋径、 または、 かぶり深さを測定する方法、 及び測 定例を示す図であり、 （a ) は測定方法、 （b ) は測定結果を示す図である。
( a ) に示すように、 鉄筋コンクリート 1 1の鉄筋 1 1 aの真上に、 コイル 1 2を取り付け、 鉄筋コンクリート 1 1の表面に音響変換器 1 4を取り付け、 コィ ル 1 2から磁場パルスを印加して、 鉄筋 1 1 aを励振し、 鉄筋 1 1 aを音源とす る音響信号を音響変換器 1 4で電気信号に変換し、 計測部 1 5で音響信号の波高 値のピーク ·ッ一 · ピーク値等の特徵値を測定する。 かぶり深さ dがわかってい る場合には、 予め準備した鉄筋径とかぶり深さと特徵値との対応関係を用い、 測 定した特性値とかぶり深さに対応する鉄筋径を求める。 かぶり深さ dが不明の場 合は、 請求の範囲 2に記載した方法により、 かぶり深さ dを測定しておく。 鉄筋径がわかっており、 かぶり深さ dがわからない場合には、 測定した特徴値 と、 予め準備した鉄筋径とかぶり深さと特徵値との対応関係を用い、 測定した特 徵値と鉄筋径に対応するかぶり深さ dを求める。
(b) の縦軸は、 特徼値であり、 この例では、 波高値のピーク 'ツー · ピーク 値を用いた。 横軸はかぶり深さ dである。 図の挿入図に示すように、 径の異なる 鉄筋 1 0 d、 1 3 d、 1 6 d、 1 9 d、 2 5 d (異形鉄筋 1 Omm0、 1 3mm Φ、 1 6 mm^. 1 9mm0、 2 5 mm^) のそれぞれの特徴値の、 かぶり深さ d依存性を測定した。
図からわかるように、 特徵値は、 鉄筋径とかぶり深さ dの両方に依存すること がわかる。 従って、 予め準備した対応関係を基に、 かぶり深さ d、 または鉄筋径 を測定することができる。
次に、 請求の範囲第 1 9項に記載の本発明の締め具の締め具合を診断 ·測定す る方法を説明する。
第 2 3図は、 本発明の締め具の締め具合を診断 ·測定する方法を示す図であり 、 (a) は、 導電体 2 1と導電体 2 2とをボル卜 2 3、 ナッ ト 2 4を介して締め 付け固定した状態を横から見た図であり、 （b) は真上から見た図である。 導電体 2 1のポルト 2 2の真上にコイル 1 2を配置し、 導電体 2 1及び導電体 2 2それぞれの表面に音響変換器 1 4 R、 1 4 Lを取り付ける。 コイル 1 2で磁 場パルスを印加すれば、 導電体 2 1の表面に渦電流が誘起され、 渦電流の磁場と 磁場パルスの磁場との相互作用力により導電体 2 1が励振される。 ボルト 2 3と ナツ ト 2 4が堅く締め付けられた状態であれば、 導電体 2 1で発生した音響信号 が導電体 2 2によく伝わり、 音響変換器 1 4 Rと音響変換器 1 4 Lの音響信号と は、 ほぼ同等となる。 ボル卜 2 3とナツ 卜 2 4がゆるんだ状態であれば、 導電体 2 1で発生した音響信号は導電体 2 2に伝わりにく く、 音響変換器 1 4 Rと音響 変換器 1 4 Lの音響信号との間には差が生ずる。
このようにして、 締め具の締め具合を診断 ·測定することができる。
次に実施例 9を示す。
実施例 9は、 本発明の締め具の締め具合を診断 ·測定する方法によって、 締め 具の締め具合を診断 ·測定できることを示すものである。
アルミ板 （2 0 0 x 3 0 0 X 3 t) 2枚をステンレス製のボルト ·ナッ ト （M 1 0 X 1 5) 6個で固定した。 コイルに印加した電流パルスは波高値 2 0 0 O A -、 パルス幅 35 0 μ sである。
第 2 4図は、 ポルト ·ナツ トが堅く締め付けられていた場合の測定結果を示す 図であり、 （a) 及び （b) はコイルに面した側の導電体 2 1に取り付けた音響 変換器 1 4 Rの出力波形を示し、 （c) 及び （d) は導電体 2 1にボルト ·ナツ 卜で締め付け固定された導電体 2 2側の音響変換器 1 4 Lの出力波形を示す。 尚、 （a) 及び （c) は B P (バンドパス · フィルタ一：通過帯域 2 0 kH z 〜5 0 0 kHz) ) を通過させ、 2 0 kH z以下の周波数成分をカツ 卜して測定 した出力波形であり、 （b) 及び （d) は 5 0 0 kHzまでの全周波数成分によ る出力波形である。
図からわかるように、 堅く締め付けられていた場合には、 音響変換器 1 4しの 出力波形は音響変換器 1 4 Rの出力波形と同等であることがわかる。
第 2 5図は、 ポルト ·ナツ トがゆるんだ状態の場合の測定結果を示す図であり 、 （a) 及び （b) はコイルに面した側の導電体 2 1に取り付けた音響変換器 1 4 Rの出力波形を示し、 （c) 及び （d) は導電体 2 1にボルト ·ナツ卜で固定 された導電体 2 2側の音響変換器 1 4 Lの出力波形を示す。 尚、 （a) 及び （c ) は B P (バンドパス，フィルタ一：通過帯域 2 0 kH z〜 5 0 0 kHz) を通 過させ、 2 0 kH z以下の周波数成分をカットして測定した出力波形であり、 （ b) 及び （d) は 5 0 0 kH zまでの全周波数成分による出力波形である。
図からわかるように、 ゆるんでいた場合には、 音響変換器 1 4 Lの出力波形は 音響変換器 1 4 Rの出力波形よりも振幅が小さくなることがわかる。
このように、 本発明の方法を用いれば、 締め具のしまり具合を診断 ·測定でき . る
また、 本方法は、 橋梁などに使用されるハニカム構造のひび割れの検出、 溶接 部分の溶接の良否の判定にも同様に使用できる。
次に、 請求の範囲第 2 1項に記載の本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体 の位置を測定する方法を説明する。
第 2 6図は、 本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の位置を測定する方法 を示す図であり、 （a) は、 非導電体である土 3 1に埋められた導電体である水 道管 3 2の露出部分 3 3に音響変換器 1 4を取り付け、 コイル 1 2を土 3 1の表 面 3 4上に配置した状態を横から見た図であり、 （b ) は真上から見た図である o
コイル 1 2で磁場パルスを印加すれば、 水道管 3 2の表面に渦電流が誘起され 、 渦電流の磁場と磁場パルスの磁場との相互作用力により水道管 3 2が励振され る。 水道管 3 2が励振されて発生する音響は水道管 3 2の露出部分 3 3に伝わり 、 音響変換器 1 4で検出される。 音響信号の強度はコイル 1 2が水道管 3 2の真 上に配置されたときに最も大きくなる。 コイル 1 2の配置する位置を変化させて 、 最も音響信号の強度が大きくなる位置を探すことによって、 水道管 3 2の埋設 位置を測定することができる。
次に実施例 1 0を示す。
実施例 1 0は、 本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の位置を測定する方 法によつて、 非導電体中に埋められた導電体の位置を測定できることを示すもの である。
第 2 7図は、 土中に埋め込まれた水道管の位置を測定した結果を示す図であり 、 ( a ) はコイルが水道管の真上にある場合、 （b ) は土の表面上の水道管の真 上の位置から 6 0 m m離れていた場合、 （c ) は土の表面上の水道管の真上の位 置から 1 8 O mm離れていた場合の音響信号波形を示す。
図からわかるように、 コイルが真上にある場合に音響信号強度が最も大きく、 コィルの位置が真上から離れるに従って音響信号強度が小さくなることがわかる 。 このように、 コイルの位置を変化させて、 音響信号が最も大きくなる位置を探 せば、 その真下に配管があることがわかる。
次に、 請求の範囲第 2 3項に記載の本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体 の断裂の有無、 断列位置を測定する方法を説明する。
第 2 8図は、 本発明の非導電体中に埋め込まれた導電体の断裂の有無の診断、 断裂位置を測定する方法を示す図である。
プレストレス ' コンクリートである長尺の鉄筋コンクリート 4 1中に埋め込ま れた鉄筋 4 2の露出部分 4 3に音響変換器 1 4を取り付け、 長尺の鉄筋コンクリ —ト 4 1の表面にコイル 1 2を取り付け、 コイル 1 2から磁場パルスを印加して 鉄筋の表面に渦電流を誘起し、 渦電流による磁場と磁場パルスとの相互作用力に より鉄筋 4 2を励振する。 鉄筋 4 2が励振されて発生する音響は鉄筋 4 2を伝わ り、 鉄筋 4 2の露出部分 4 3に取り付けた音響変換器 1 4で検出される。 鉄筋 4 2が途中 4 4で断裂していれば、 検出される音響信号の強度は小さく、 断裂の有 無を診断できる。 また、 長尺鉄筋 4 1の表面上でコイル 1 2の位置を変化させて 測定すれば、 音響信号の有無を生ずる位置から、 断列位置 4 4を測定できる。
このようにして本発明によれば、 鉄筋の断裂の有無の診断、 断列位置を測定で る。
なお本発明は例示的な実施例について説明したものであり、 本発明の要旨及び 範囲を逸脱することなく、 実施例での種々の変更、 省略、 追加が可能である。 従 つて本発明は実施例に限定されるものではなく、 特許請求の範囲に記載された要 素によつて規定される範囲及びその規定範囲を包含するものとして理解されなけ ればならない。 産業上の利用可能性
上記説明から理解されるように、 本発明によれば、 導電体とこの導電体を覆う 非導電体とからなる構造物において、 導電体をパルス電磁力によって直接、 強力 に励振できるので、 例えば、 鉄筋コンクリートの鉄筋を励振して、 鉄筋の腐食や 付着力を反映した極めて大きな音響信号を得ることができ、 鉄筋の位置、 腐食、 付着力、 錡、 さらには、 コンクリートの剝離、 亀裂等の状態を、 コンクリートの 厚さを問わず、 また劣化の程度を問わず、 非破壌で確実に、 診断 ·測定できる。
したがって、 例えば、 トンネル， 橋梁， 建物， 擁壁,. ダム， 土木建築等の鉄筋 コンクリ一ト構造物の診断 ·測定が極めて容易、 かつ確実になり、 鉄筋コンクリ —'ト構造物の保全 ·管理を確実に行なうことができる。
さらに、 本発明のパルス電磁力による診断，測定方法によれば、 鉄筋のかぶり 深さゃ径の測定、 ボルト ·ナツト等の締具の締め具合の測定、 地中に埋もれた水 道管やガス管の位置の測定、 鉄筋の断列といった診断 ·測定も容易かつ確実にで さる。

Claims

請求の範囲
1 . 導電体と該導電体を覆う非導電体と力、ら成る構造物の表面に取り付けるコィ ルと、 該コイルに電流パルスを供給する電源部と、 上記構造物の表面、 または上 記非導電体から露出した導電体に取り付ける音響変換器と、 該音響変換器の出力 波形を計測する計測部とを有し、 上記導電体の腐食、 付着力、 かぶり深さ及び径 を診断または測定することを特徴とする、 パルス電磁力による音響診断 ·測定装
2 . 導電体と該導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面に取り付けるコィ ルと、 該コイルに電流パルスを供給する電源部と、 上記構造物の表面の異なった 位置に取り付ける複数の音響変換器と、 該音響変換器の出力から音響の伝搬遅延 時間を計測する計測部とを有し、 上記導電体の位置を測定することを特徴とする 、 パルス電磁力による音響診断 ·測定装置。
3 . 導電体と該導電体を覆う非導電物質とから成る構造物の表面に取り付けるコ ィルと、 該コイルに電流パルスを供給する電源部と、 上記構造物の表面の振動を 光学的変位として測定する変位検出器とを有し、 上記導電体の位置、 及び上記導 電体の腐食、 付着力を診断 '測定することを特徴とする、 パルス電磁力による音 響診断 ·測定装置。
4 . 前記コイルは複数のコイルから成り、 該複数のコイルはコイルの軸を揃えか つ密着して構成され、 前記電源部は上記複数のコイルのそれぞれに直列に接続し た蓄電用コンデンサと、 該コイルとコンデンサからなる複数の直列回路を共通の スィツチを介して並列に接続した電源とから成り、 該共通のスィツチを O Nにし て上記コィルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させることを特徵とする 、 請求の範囲第 1〜 3項のいずれかに記載のパルス電磁力による音響診断 ·測定
5 . 前記コイルに静磁場を発生する磁石を付加したことを特徵とする、 請求の範 囲第 1〜3項の何れかに記載のパルス電磁力による音響診断 ·測定装置。
6 . 前記音響変換器は、 音響信号を電気信号に変換するアコ—スティ ックエミッ シヨンセンサー、 加速度センサ一又はマイクロホンであることを特徵とする、 請 求の範囲第 1〜 3項の何れかに記載のパルス電磁力による音響診断 ·測定装置。
7 . 前記出力波形を計測する計測部は、 該出力波形の時間領域の波形を計測して 表示し、 該時間領域の波形から前記腐食、 付着力に関する特徵を抽出して表示し 、 または、 上記出力波形のフーリエ変換スぺク トルからなる周波数領域の波形を 演算して表示し、 該周波数領域の波形から上記腐食、 付着力に関する特徵を抽出 して表示し、 上記腐食、 付着力に関する情報を表示することを特徵とする、 請求 の範囲第 1項に記載のパルス電磁力による音響診断 ·測定装置。
8 . 前記時間領域の波形から抽出して表示する特徵は、 該時間領域の波形のバタ —ン、 波形率、 または波高率であり、 前記腐食 ·付着力に関する情報の表示は、 上記波形率または波高率を所定のしきい値と比較し、 腐食 ·付着力に関する良 · 不良の情報を表示することを特徵とする、 請求の範囲第 7項に記載のパルス電磁 力による音響診断 ·測定装置。
9 . 前記時間領域の波形から抽出し表示する特徵は、 該時間領域の波形の包絡線 の形状から抽出する過酷度であり、 前記腐食 ·付着力に関する情報の表示は、 該 過酷度を所定のしきい値と比較し、 腐食 ·付着力に関する良 ·不良の情報を表示 することを特徵とする、 請求の範囲第 7項に記載のパルス電磁力による音響診断
•測定装置。
1 0 . 前記時間領域の波形から抽出し表示する特徵は、 該時間領域の波形の各々 の値を該実効値で除した規格化波形、 または該規格化波形をべき乗した波形であ ることを特徵とする、 請求の範囲第 7項に記載のパルス電磁力による音響診断 · 測定装置。
1 1 . 前記規格化波形の包絡線形上から過酷度を抽出し、 該過酷度を所定のしき い値と比較し、 腐食 ·付着力に関する良 ·不良の情報を表示することを特徼とす る、 請求の範囲第 1 0項に記載のパルス電磁力による音響診断 ·測定装置。
1 2 . 前記周波数領域の波形から抽出し表示する特徵は、 該周波数領域の波形パ ターンであり、 前記腐食、 付着力に関する情報の表示は、 上記波形パターンを所 定のパターンと比較し、 腐食 ·付着力に関する良 ·不良の情報を表示することを 特徴とする、 請求の範囲第 7項に記載のパルス電磁力による音響診断 ·測定装置
1 3 . 前記周波数領域の波形から抽出し表示する特徴は、 該周波数領域の波形の 各々の値を該実効値で除して形成される規格化波形、 または該規格化波形をべき 乗した波形であり、 前記腐食、 付着力に関する情報の表示は、 上記規格化波形の 包絡線形上から過酷度を抽出し、 該過酷度を所定のしきい値と比較し、 腐食、 付 着力に関する良 ·不良の情報を表示することを特徵とする、 請求の範囲第 7項に 記載のパルス電磁力による音響診断 ·測定装置。
1 4 . 前記変位検出器は、 コヒーレントなレーザ一光を前記構造物の表面に照射 し、 反射光の構造物表面の振動に伴う位相差を干渉縞として検出するレーザー干 渉計であることを特徵とする、 請求の範囲第 3項に記載のパルス電磁力による音 響診断 ·測定装置。
1 5 . 導電体と該導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面にコイルを取り 付け、 該コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 該磁場パルスに よつて上記導電体に渦電流を誘起させ、 該渦電流と上記磁場パルスとの相互作用 力により上記導電体を励振させて音響を発生させ、 該音響信号を上記構造物の表 面、 または上記非導電体から露出した上記導電体に取り付けた音響変換器により 電気信号に変換し、 該電気信号の波形を計測して上記導電体の腐食、 付着力を診 断、 測定することを特徵とする、 パルス電磁力による音響診断 ·測定方法。
1 6 . 導電体と該導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面にコイルを取り 付け、 該コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 該磁場パルスに より上記導電体に渦電流を誘起させ、 該渦電流と上記磁場パルスとの相互作用力 により上記導電体を励振させて音響を発生させ、 該音響信号を上記構造物の表面 の異なる個所に取り付けた複数の音響変換器により電気信号に変換し、 該複数の 電気信号のそれぞれの上言己音響の伝搬遅延時間を計測し、 該複数の伝搬遅延時間 から上記導電体の位置を測定することを特徵とする、 パルス電磁力による音響診 断 ·測定方法。
1 7 . 導電体と該導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面にコイルを取り 付け、 該コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 該磁場パルスに より上記導電体に渦電流を誘起させ、 該渦電流と上記磁場パルスとの相互作用力 により上記導電体を励振させて音響を発生させ、 該音響によって生じる上記構造 物の表面振動を光学的変位として検出して、 上記導電体の位置および構造物の状 態を診断することを特徼とする、 パルス電磁力による音響診断 ·測定方法。
1 8 . 導電体と該導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面にコイルを取り 付け、 該コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 該磁場パルスに よつて上記導電体に渦電流を誘起させ、 該渦電流と上記磁場パルスとの相互作用 力により上記導電体を励振させて音響を発生させ、 該音響信号を上記構造物の表 面に取り付けた音響変換器により電気信号に変換し、 該電気信号の波形を計測し て上記導電体の径、 またはかぶり深さを測定することを特徴とする、 パルス電磁 力による音響診断 ·測定方法。
1 9 . 締め具を介して互いに結合された複数の導電体の結合部の直上にコイルを 配置し、 該コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 該磁場パルス によつて上記コイルに面する側の導電体に渦電流を誘起させ、 該渦電流と上記磁 場パルスとの相互作用力により上記導電体を励振させて音響を発生させ、 該音響 信号を上記コイルに面する側の導電体に取り付けた音響変換器と互いに結合され た該導電体以外の他の導電体に取り付けた音響変換器とにより電気信号に変換し 、 該コイルに面する側の導電体に取り付けた音響変換器による電気信号の波形と 上記他の導電体に取り付けた音響変換器による電気信号の波形とを比較し、 上記 締め具の締め具合を診断 ·測定することを特徵とする、 パルス電磁力による音響 診断 ·測定方法。
2 0 . 前記締め具は、 ボルト及びナツ トであることを特徵とする、 請求の範囲第 1 9項に記載のパルス電磁力による音響診断 ·測定方法。
2 1 . 導電体を覆う非導電体の表面にコイルを配置し、 該コイルに電流パルスを 印加して磁場パルスを発生させ、 該磁場パルスによつて上記導電体に渦電流を誘 起させ、 該渦電流と上記磁場パルスとの相互作用力により上記導電体を励振させ て音響を発生させ、 上記非導電体から露出した上記導電体に取り付けた音響変換 器により該音響信号を電気信号に変換し、 上記非導電体の表面上のコイルの位置 を変化させ、 該位置の変化による上記電気信号の変化を計測して、 上記導電体の 位置を測定することを特徵とする、 パルス電磁力による音響診断 ·測定方法。
2 2 . 前記導電体は土中に埋設された水道管、 またはガス管であり、 前記非導電 体は土であることを特徵とする、 請求の範囲第 2 1項に記載のパルス電磁力によ る音響診断 ·測定方法。
2 3 . 導電体と該導電体を覆う非導電体とから成る構造物の表面にコイルを配置 し、 該コイルに電流パルスを印加して磁場パルスを発生させ、 該磁場パルスによ つて上記導電体に渦電流を誘起させ、 該渦電流と上記磁場パルスとの相互作用力 により上記導電体を励振させて音響を発生させ、 上記非導電体から露出した導電 体に取り付けた音響変換器により上記音響信号を電気信号に変換し、 該電気信号 の強度から上記導電体の断裂の有無を診断し、 または上記構造物の表面上で上記 コィルの位置を変化させ、 該位置の変化による上記電気信号の変化を計測して、 上記導電体の断裂位置を測定することを特徵とする、 パルス電磁力による音響診 断 ·測定方法。
2 4 . 前記構造物は、 プレストレス 'コンクリートであることを特徴とする、 請 求の範囲第 2 3項に記載のパルス電磁力による音響診断 ·測定方法。
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