JP4694879B2 - Structure inspection device - Google Patents
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Description
この発明は、コンクリート構造物の内部劣化を非破壊で検査する構造物検査装置に関するものである。 The present invention relates to a structure inspection apparatus for nondestructively inspecting internal deterioration of a concrete structure.
コンクリート構造物の内部劣化を非破壊で検査する従来の非破壊検査法としては、連続加振法および振動測定法を含む反発法があり、診断しようとする被検査体にハンマなどによって打撃を加えて加振すると共に、この加振部分から離れた位置にピックアップを設置し、加振部分からピックアップに到達する音響特性を、ピックアップによって検出し、その検出信号を分析することにより、被検査体の劣化を検出する(例えば、特許文献1参照)。 Conventional nondestructive inspection methods for nondestructive inspection of internal deterioration of concrete structures include repulsion methods including continuous vibration method and vibration measurement method, and the object to be diagnosed is hit with a hammer etc. In addition, the pickup is installed at a position away from the excitation portion, the acoustic characteristics reaching the pickup from the excitation portion are detected by the pickup, and the detection signal is analyzed to thereby detect the object to be inspected. Deterioration is detected (see, for example, Patent Document 1).
また、被測定物の健全性診断を行う従来の別例による検査装置では、コンクリート系構造物の表面に衝撃を与える打撃ハンマと、この打撃ハンマの打撃部に設けられた加速度センサと、この加速度センサと信号伝送可能に接続された解析装置とからなり、コンクリート系構造物の表面を打撃ハンマで打撃し、この衝撃信号を打撃ハンマに設けた加速度センサで採取し、測定された時刻歴加速度信号を解析装置に取り込む。そして、時刻歴加速度信号を時間積分することにより打撃ハンマの打撃初速度を算出する。また、打撃により構造物表面に発生した時刻歴打撃力Fは、ハンマ質量と計測された加速度とを乗算して求め、この時刻歴打撃力を上記ハンマの打撃初速度で除算した値を、接触インピーダンスと称し、この得られた接触インピーダンスから、被測定物の健全性診断を行う(例えば、特許文献2参照)。 Further, in another conventional inspection apparatus for diagnosing the soundness of an object to be measured, a hammer for impacting the surface of a concrete structure, an acceleration sensor provided at a hammering portion of the hammer, and the acceleration It consists of a sensor and an analysis device connected so that signal transmission is possible. The surface of a concrete structure is struck with a hammer and the impact signal is collected by an acceleration sensor provided on the hammer and measured time history acceleration signal. Into the analyzer. Then, the initial hitting speed of the hitting hammer is calculated by integrating the time history acceleration signal with respect to time. Also, the time history striking force F generated on the surface of the structure by striking is obtained by multiplying the hammer mass by the measured acceleration, and the value obtained by dividing this time history striking force by the hammer's initial striking velocity This is referred to as impedance, and the soundness of the object to be measured is diagnosed from the obtained contact impedance (see, for example, Patent Document 2).
上記のような従来の非破壊検査で、被検査体に打撃を加えて加振し、この加振部分からピックアップに到達する音響特性を検出するものでは、打撃機構とその加振応答を受信する検出機構が別々のモジュールで構成されており、打撃点と検出点が離間している。このため、打撃点を中心とした円周上の点で被検査体の加振応答を取得する、即ち、一方向に伝達される部分的応答のみ取得する結果となり、打撃点直下の的確な応答を得ることができない。被検査体表層部に存在するクラック等の変状を打撃点と検出点とが挟む場合、加振応答の受信および計測が不能となることもある。このように、被検査体の劣化を信頼性よく検出することは困難であった。 In the conventional non-destructive inspection as described above, the object to be inspected is struck and vibrated, and the acoustic characteristic reaching the pickup from this oscillating portion is detected, and the striking mechanism and its vibration response are received. The detection mechanism is composed of separate modules, and the strike point and the detection point are separated from each other. For this reason, the vibration response of the object to be inspected is obtained at a point on the circumference centered on the impact point, that is, only a partial response transmitted in one direction is obtained, and an accurate response just below the impact point is obtained. Can't get. When the hit point and the detection point sandwich a deformation such as a crack existing in the surface layer portion of the object to be inspected, it may be impossible to receive and measure the vibration response. Thus, it has been difficult to reliably detect deterioration of the object to be inspected.
また、衝撃信号を打撃ハンマに設けた加速度センサで採取する従来の検査装置では、センサが打撃ハンマ側に設置されているため、打撃により構造物表面に発生する振動などの構造物自身の応答信号を採取するものではない。このため、健全性診断の基準に用いている接触インピーダンスを求めて診断する解析処理が複雑となるという問題点があった。また、コンクリート構造物内部におけるクラック、ジャンカ等の変状や空洞の発生を検出できても、その表層からの発生位置を検出することは困難であった。 Moreover, in the conventional inspection device that collects the impact signal with the acceleration sensor provided on the hammer, the sensor is installed on the hammer side, so the response signal of the structure itself such as vibration generated on the structure surface by the hammer It is not something to collect. For this reason, there has been a problem that the analysis processing for obtaining and diagnosing the contact impedance used as the standard for soundness diagnosis is complicated. Moreover, even if the deformation of cracks, jumpers, etc. and the generation of cavities inside the concrete structure can be detected, it is difficult to detect the generation position from the surface layer.
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、被検査体であるコンクリート構造物に打撃を加えて加振し、その応答振動を信頼性よく的確に検出して、打撃点直下の構造物の信頼性の高い内部情報を短時間で容易に取得できる構造物検査装置を得ることを目的とする。 The present invention was made to solve the above-described problems. The concrete structure, which is an object to be inspected, is struck and vibrated, and its response vibration is detected accurately and accurately. Then, it aims at obtaining the structure inspection apparatus which can acquire easily the reliable internal information of the structure just under a striking point in a short time.
この発明に係る構造物検査装置は、コンクリート構造物の表面に該表面に対しほぼ垂直な方向(以下、軸方向と称す)に打撃を加えるハンマと、該ハンマにより上記コンクリート構造物表面に励起される振動を上記ハンマの打撃点周囲から均等に収集し伝達する振動伝達手段と、上記ハンマの軸方向上層で上記振動伝達手段に設けられて該振動伝達手段により伝達された振動を検出する振動センサとを備える。そして、上記振動センサにて検出した振動により上記ハンマによる打撃点直下の上記コンクリート構造物の劣化を検査するものである。 A structure inspection device according to the present invention is excited on a surface of a concrete structure by a hammer that strikes the surface of the concrete structure in a direction substantially perpendicular to the surface (hereinafter referred to as an axial direction), and the hammer. Vibration transmission means for evenly collecting and transmitting vibrations from around the hammer hit point of the hammer, and a vibration sensor provided on the vibration transmission means in the upper axial direction of the hammer for detecting the vibration transmitted by the vibration transmission means With. Then, the deterioration of the concrete structure immediately below the hitting point by the hammer is inspected by the vibration detected by the vibration sensor.
この発明による構造物検査装置では、ハンマによりコンクリート構造物表面に励起される振動をハンマの打撃点周囲から均等に収集し伝達する振動伝達手段と、上記ハンマの軸方向上層で上記振動伝達手段に設けられた振動センサとを備えるため、打撃点直下の構造物自身の応答振動を的確に収集して検出でき、打撃点直下の構造物の信頼性の高い内部情報を得ることができ、高精度な構造物検査が短時間で容易に行える。 In the structure inspection apparatus according to the present invention, vibration transmitting means for uniformly collecting and transmitting vibration excited on the surface of the concrete structure by the hammer from around the hammer hit point, and the vibration transmitting means in the upper axial direction of the hammer. to provide a vibration sensor provided, the response vibration of the structure itself just below the striking point can be detected by accurately collect, it is possible to obtain high internal information reliable structures immediately below the striking point, precision Can be easily inspected in a short time.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1による構造物検査装置の概略構成を示したブロック図である。図1に示すように、コンクリート構造物1を検査する構造物検査装置2は、構造物1を打撃するハンマ3、および該ハンマ3を初期の始動位置に引き戻す引き戻しバネ4を収納した振動伝達手段としての円筒状のハンマハウジング5と、該ハンマハウジング5の周りに配置され、ハンマハウジング5内のハンマ3を構造物1に対して加速スライドさせるコイル6と、ハンマ3の打撃により構造物表面(被計測面1a)に励起されるコンクリート構造物1の振動を検出する振動センサ7とを備える。また、コイル6を駆動するための電源装置8、打撃起動スイッチ9およびハンマ3の打撃条件を設定・制御する打撃制御装置10を備える。さらに、振動センサ7からの検出信号を受信して必要に応じて加工する受信装置11および該受信信号に基づいた検査結果を表示する表示装置12を備える。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a structure inspection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, a
構造物検査装置2は、ハンマ3が被計測面1aに対し垂直方向に打撃を加えるように設置され、このとき、被計測面1aに対面する円筒状のハンマハウジング5のリング状の下面は、被計測面1aに確実に接触されるものとする。振動センサ7は、ハンマ3およびハンマハウジング5の軸方向上層でハンマハウジング5に設置され、ハンマハウジング5にて伝達された振動をハンマハウジング5上で検出する。なお、ハンマ3を構成する材料は磁性体とする。
The
次に、コンクリート構造物1を検査する際の構造物検査装置2の動作について説明する。
検査員により打撃起動スイッチ9がオンされると、電源装置8から電力が供給され、打撃制御装置10により、一回または一定の周期で複数回、ハンマハウジング5周囲に配設されたコイル6に駆動電圧が印加される。駆動電圧がコイル6に印加されるとコイル6には電流が流れ、ハンマハウジング5内部に磁界が発生する。発生した磁界の磁力により、磁性体で構成されたハンマ3はハンマハウジング5内を被計測面1aに向かう軸方向に加速スライドし、被計測面1aを打撃する。打撃制御装置10では、駆動電圧を印加する時間タイミングを制御し、ハンマ通過位置を検出するセンサ(図示せず)等の信号入力で駆動電圧を遮断する。これにより、ハンマ3は効果的に被計測面1aを打撃し、その後ハンマ3に接続された引き戻しバネ4により引き戻され初期の位置へ戻る。
Next, the operation of the
When the
ハンマ3の打撃によりコンクリート構造物1は弾性振動し、被計測面1aに励起される弾性振動は、ハンマ3の打撃点周囲に接触するハンマハウジング5のリング状の下面から円筒状の側面を介して伝達される。この伝達された振動を、ハンマハウジング5上で振動センサ7が検出する。振動センサ7による検出信号は、受信装置11に送信され受信装置11でフィルタリングを実施し、数KHz以下の設定周波数帯域での応答レベルに応じた検査結果を表示装置12にLED等の色別で表示する。なお、被計測面1aに励起されてハンマハウジング5上で検出される弾性振動の内、数KHz以下の低周波数帯域の弾性振動が異常の診断に有用であり、トンネルや道路床版等のコンクリート構造物の内部変状や、コンクリート健全性診断などの構造物検査が可能になる。
The concrete structure 1 is elastically vibrated by hitting the
この実施の形態では、円筒状のハンマハウジング5を信号伝達手段に用いると共に、振動センサ7を軸方向上層でハンマハウジング5上に設置した。このように円筒状のハンマハウジング5と振動センサ7とを軸方向に並べて縦型配置したことにより、被計測面1aに励起される弾性振動をハンマ3の打撃点周囲から均等に収集して振動センサ7設置位置まで伝達し、振動センサ7はハンマハウジング5上で振動を検出する。このため、打撃点直下の構造物自身の応答振動を、周方向で偏ることなく均等で的確に収集して検出でき、打撃点直下の構造物の信頼性の高い内部情報を得ることができる。
また、ハンマハウジング5を円筒状にしてリング状の下面を被計測面1aに確実に接触させるため、打撃点直下の構造物自身の応答振動を、周方向で偏ることなく均等に収集して側面を介して上層の振動センサ7設置位置まで伝達することが容易で確実に実現できる。
In this embodiment, the
In addition, in order to make the hammer housing 5 cylindrical and ensure that the ring-shaped lower surface is in contact with the surface to be measured 1a, the response vibration of the structure itself immediately below the striking point is collected evenly without being biased in the circumferential direction. It is easy and surely possible to transmit the
なお、上記実施の形態では信号伝達手段として円筒状のハンマハウジング5を用いたが、被計測面1aに励起される弾性振動をハンマ3の打撃点周囲から周方向で偏ることなく均等に収集して軸方向上層の振動センサ7設置位置まで伝達できるものであればよく、ハンマハウジング5の形状を変えても良いし、信号伝達手段をハンマ3を収納するハンマハウジングと別構成にしてもよい。
In the above embodiment, the
実施の形態2.
上記実施の形態1による構造物検査装置2において、振動センサ7に磁歪素子を用いたものを示す。
図2に示す振動センサ7は、曲げ歪みの作用により透磁率が変化する金属磁歪材を用い、薄板をコア状に成形したセンサコア21を複数枚積層し、その両脚に所定の巻数のコイル22を配置する。
このように構成される振動センサ7は、図中、矢印方向23の歪みを検出して同方向の振動を検出することができる。歪みの作用によるコア21の透磁率の変化に従ってコイル22に起電力が発生する。歪みが大きいほど透磁率の変化は大きくなり、その結果コイル22に発生する電圧も高くなる。すなわちコイル22に発生する電気信号を得ることにより、それに比例する振動を検出する。
In the
The
The
構造物検査装置2において、上記のような磁歪素子を用いた振動センサ7は、歪みを検出する方向23を軸方向と合致させてハンマハウジング5上に縦方向に設置する。これにより、ハンマハウジング5にて伝達される軸方向の振動を軸方向の歪みとして振動センサ7にて直接検出することができ、検出感度が良く、迅速で高精度な振動検出が実現できる。また、この磁歪素子を用いた振動センサ7は、特に10KHz以下の振動を検出感度高く得ることができ、コンクリート構造物の検査を効果的に行える。
In the
実施の形態3.
以下、この発明の実施の形態3について説明する。
上記実施の形態1で示した構造物検査装置2において、図3に示すように、データ解析装置13を受信装置11に接続する。
上記実施の形態1と同様に、ハンマ3の打撃によりコンクリート構造物1は弾性振動し、被計測面1aに励起される弾性振動は、ハンマハウジング5のリング状の下面から円筒状の側面を介して伝達されハンマハウジング5上で振動センサ7が検出する。振動センサ7による検出信号は、受信装置11に送信され受信装置11でフィルタリングを実施して、周波数応答波形がデータ解析装置13に入力される。
The third embodiment of the present invention will be described below.
In the
As in the first embodiment, the concrete structure 1 is elastically vibrated by the
データ解析装置13に入力された周波数応答波形は周波数分析(FFT)処理がなされ、500Hz〜10KHz周波数帯城の振動の最大値検出を行い、その周波数を用いて打撃点である計測点部位の境界面までのコンクリート厚み、例えばトンネル内の覆工巻厚等を演算する。また、データ解析装置13では、特定周波数帯域間の振動の積分演算処理を実施し、その振動レベルの総和を予め設定された基準値を示すテーブルと比較し、その処理結果から打撃点直下の情報、即ち計測点部位の内部変状や、表層からの深さ情報を得て、コンクリート構造物1の劣化を診断する。また、これらの解析結果は、記録することにより検査の際に劣化の経時変化などの情報を得るのに役立ててもよい。
表示装置12は、受信装置11からの情報、およびデータ解析装置13の解析結果の双方を表示可能として、適宜選択して表示させる。
The frequency response waveform input to the
The
この実施の形態では、振動センサ7にて検出された振動の周波数応答波形を周波数分析(FFT)処理を用いて解析するデータ解析装置13および解析結果を表示する表示装置12を備えたため、コンクリート構造物1の劣化に係る情報の解析が速やかにその場で実施でき、検査員に知らせることができる。また、振動センサ7がハンマハウジング5上で振動を直接検出した信頼性の高い検出信号に基づいて解析するため、打撃ハンマに設けた加速度センサで情報を採取する従来の検査装置のような複雑な演算処理を要することなく解析できる。また、計測点部位の内部変状や、表層からの深さ情報を得ることができ、コンクリート構造物の高精度で信頼性の高い検査が実施できる。
In this embodiment, since the
実施の形態4.
以下、この発明の実施の形態4について説明する。
上記実施の形態3で示した構造物検査装置2において、図4に示すように、ハンマハウジング5を押圧する押圧制御機構14とハンマハウジング5の下面がコンクリート構造物1の被計測面1aに圧接される押圧力を検出するセンサ15とを備える。
上記実施の形態1、3と同様に、ハンマ3の打撃によりコンクリート構造物1に弾性振動を与えるが、このとき、被計測面1aに対面する円筒状のハンマハウジング5のリング状の下面は、被計測面1aに確実に接触される必要がある。この実施の形態では、ハンマハウジング5の下面が被計測面1aに圧接されるように、押圧制御機構14は所定の押圧力でハンマハウジング5を被計測面1aに押圧する。押圧力の制御はセンサ15にて検出される圧力が所定の値となるように制御する。
Embodiment 4 FIG.
The fourth embodiment of the present invention will be described below.
In the
Similar to the first and third embodiments, elastic vibration is applied to the concrete structure 1 by striking the
このように押圧制御機構14によりハンマハウジング5を被計測面1aに押圧した状態で、ハンマ3の打撃によりコンクリート構造物1に弾性振動を与える。これにより、ハンマハウジング5のリング状の下面は、被計測面1aに確実に接触され、被計測面1aに励起される弾性振動は、ハンマハウジング5のリング状の下面から円筒状の側面を介して確実に伝達されて検出される。このため、振動センサ7による振動の検出精度が向上し、検査精度の信頼性が向上する。
In this way, elastic vibration is applied to the concrete structure 1 by hitting the
なお、上記のような押圧制御機構14は、バネ等の圧縮緩衝機構を装着したものや、エアダンパ機構を装着した構造で実現できる。
The
また、押圧制御機構14にトリガ手段を備えて、ハンマハウジング5の下面がコンクリート構造物1の被計測面1aに圧接される押圧力が所定の圧力に達したとき、打撃起動スイッチ9をオンさせてハンマ3が被計測面1aを打撃し、検査を開始させるようにしても良い。これにより、ハンマハウジング5のリング状の下面が被計測面1aに確実に接触した状態で自動的に迅速に検査が開始できる。
Further, the
実施の形態5.
以下、この発明の実施の形態5について説明する。
上記実施の形態1による構造物検査装置2では、コイル6を駆動するための電源装置8、打撃起動スイッチ9およびハンマ3の打撃条件を設定・制御する打撃制御装置10を備えてコイル6に駆動電圧を印加したが、この実施の形態では、図5に示すように、電源装置8から複数種(この場合3種)の電圧レベルを供給できるように設定し、スイッチとして電圧切り替え選択スイッチ16を用いて電圧レベルを選択して起動する。また、打撃制御装置10は各選択された電圧レベルに応じて打撃条件を制御する。
The fifth embodiment of the present invention will be described below.
The
上記電源装置8と電圧切換選択スイッチ16とでハンマ3の打撃力を選択する手段を構成し、コンクリート構造物1の劣化を検査するための検査用打撃力と、この検査用打撃力よりも大きな打撃力でコンクリート構造物1の表面を強制的に剥離させるための剥離用打撃力とを選択して設定可能とする。この場合、電圧レベルを3種として、検査用打撃力を得るための電圧レベルと、それよりも大きな電圧レベルを剥離用打撃力を得るために2段階で備える。
The
次に、このように構成される構造物検査装置2の動作について説明する。
検査員により電圧切換選択スイッチ16が検査用打撃力を得るための電圧レベルを選択してオンされると、電源装置8から電力が供給され、打撃制御装置10により制御された駆動電圧がコイル6に印加される。これによりハンマ3はハンマハウジング5内を被計測面1aに向かう軸方向に加速スライドし、検査用打撃力で被計測面1aを打撃し、引き戻しバネ4により引き戻され初期の位置へ戻る。
Next, operation | movement of the
When the
ハンマ3の打撃によりコンクリート構造物1は弾性振動し、被計測面1aに励起される弾性振動は、ハンマハウジング5上で振動センサ7が検出する。振動センサ7による検出信号は、受信装置11に送信され受信装置11でフィルタリングを実施し、数KHz以下の設定周波数帯域での応答レベルに応じた検査結果を表示装置12に表示する。また、上記実施の形態3で示したように、周波数応答波形がデータ解析装置13に入力され、周波数分析(FFT)処理を用いて、解析処理を行いコンクリート構造物1の劣化を診断し、表示装置12に表示する。
The concrete structure 1 is elastically vibrated by the
表示された検査結果および解析結果から、コンクリート構造物1の表層剥離や、コンクリートかぶり部の剥落の可能性が有る場合、検査員は、コンクリート構造物1の表面を強制的に剥離させる強制剥離処理を続いて行う。
検査員により電圧切換選択スイッチ16が剥離用打撃力を得るための電圧レベルを選択してオンされると、電源装置8から電力が供給され、打撃制御装置10により制御された駆動電圧がコイル6に印加される。そしてハンマ3は打撃エネルギーが増大された剥離用打撃力で被計測面1aの該当部位を衝撃打振した後、引き戻しバネ4により引き戻され初期の位置へ戻る。このハンマ3の打撃により、表層コンクリート部をたたき落とす。
If there is a possibility of peeling of the surface of the concrete structure 1 or peeling of the concrete cover from the displayed inspection results and analysis results, the inspector forcibly peels the surface of the concrete structure 1 forcibly. To continue.
When the
剥離用打撃力のための電圧レベルは、複数種有る場合には、表示された検査結果および解析結果に応じて決定する。
また強制剥離処理の場合、ハンマ3による打撃後の振動センサ7で振動検出して検査する通常の処理は必要に応じて行う。
When there are a plurality of types of voltage levels for the peeling striking force, they are determined according to the displayed inspection result and analysis result.
Further, in the case of the forced peeling process, a normal process for detecting and inspecting the vibration with the
この実施の形態では、ハンマ3の打撃力を選択可能として、コンクリート構造物1の劣化を検査するための検査用打撃力と、表面を強制的に剥離させるための剥離用打撃力とを選択できるようにしたため、検査のための構造物検査装置2を用いて強制剥離処理を実施することができ、強制剥離のための特別な装置を必要とすることがなく容易で簡便に強制剥離処理を行える。また、同一装置を用いて、検査と強制剥離処理とを連続して実施できるため、検査箇所に表層剥離や剥落の可能性が有る場合、極めて効率的に対処できる。
In this embodiment, the striking force of the
1 コンクリート構造物、1a 構造物表面(被計測面)、2 構造物検査装置、
3 ハンマ、5 振動伝達手段としてのハンマハウジング、7 振動センサ、
8 電源装置、12 表示装置、13 解析装置、14 押圧制御機構、15 センサ、16 打撃力選択手段としての電圧切換選択スイッチ、21 磁歪材(コア)、
22 コイル。
1 Concrete structure, 1a Structure surface (surface to be measured), 2 Structure inspection device,
3 hammer, 5 hammer housing as vibration transmission means, 7 vibration sensor,
DESCRIPTION OF
22 Coil.
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JP2003083942A (en) * | 2001-06-27 | 2003-03-19 | Taiheiyo Cement Corp | Elastic wave-inputting apparatus, and method for prospecting defect in concrete structure using the same |
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2005
- 2005-04-22 JP JP2005124775A patent/JP4694879B2/en active Active
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