构造物评价系统、构造物评价装置及构造物评价方法与流程

本发明的实施方式涉及构造物评价系统、构造物评价装置及构造物评价方法。

背景技术：

在对桥梁的混凝土石板施加了源自交通等的负荷时，由于石板内的龟裂的发展和摩擦等产生ae(acousticemission：声频发射)。通过在石板表面设置ae传感器，能够检测ae。ae是随着材料的疲劳龟裂的发展而产生的弹性波。另外，通过设置多个ae传感器，能够根据传感器间的ae到达时刻之差，标定弹性波的发信源(以下称为“ae发信源”)的位置。

通常，在桥梁的混凝土石板中，水平裂纹这样的石板内部的损伤很难在以往的无损检查中检测出来，然而能够根据通过ae传感器取得的数据的分析，推测内部的损伤。但是，在桥梁等设置ae传感器，得到推测损伤所需要的充足数据需要较长的时间。因此，不能高效地进行混凝土内部的评价。另外，这种问题不限于桥梁的混凝土石板，是随着龟裂的发生或者发展而产生弹性波的所有构造物共同存在的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004－125721号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

本发明要解决的问题是，提供能够高效地进行构造物的评价的构造物评价系统、构造物评价装置及构造物评价方法。

用于解决问题的手段

实施方式的构造物评价系统具有多个ae传感器、信号处理部、位置标定部、以及评价部。ae传感器检测从构造物产生的弹性波。信号处理部对通过所述ae传感器检测出的所述弹性波进行信号处理，由此输出包括有关所述弹性波的信息的ae信号。位置标定部使用源自对所述构造物的冲击的ae信号，导出表示在所述构造物产生的所述弹性波的发信源的分布的发信源分布。评价部根据基于所述发信源分布而得到的所述弹性波的发信源的密度，评价所述构造物的规定区域的劣化状态。

附图说明

图1是表示实施方式的构造物评价系统100的系统结构的图。

图2是表示源自降雨的弹性波的传播状态的图。

图3是表示某个测定期间中的弹性波产生数的推移的图。

图4是表示使用规定的期间内的ae信号导出的发信源分布的一例的图。

图5是表示构造物评价装置20的评价处理的流程的流程图。

图6是表示构造物评价系统100的处理的流程的序列图。

图7是表示构造物评价系统100的处理的流程的序列图。

具体实施方式

下面，参照附图说明实施方式的构造物评价系统、构造物评价装置及构造物评价方法。

图1是表示实施方式的构造物评价系统100的系统结构的图。构造物评价系统100用于构造物的健全性的评价中。另外，在本实施方式中，作为构造物的一例，以桥梁为例进行说明，但构造物不需要限定于桥梁。例如，只要是随着龟裂的发生或者发展、或者外在冲击(例如雨、人工雨等)而产生弹性波的构造物，则可以是任何形式的构造物。另外，桥梁不限于架设在河川和溪谷等上的构造物，也包括设于地面上方的各种构造物(例如高速道路的高架桥)等。

构造物评价系统100具有多个ae传感器10-1～10-n(n为2以上的整数)、信号处理部11及构造物评价装置20。信号处理部11及构造物评价装置20能够以有线或者无线方式进行通信连接。另外，在下面的说明中，在不对ae传感器10-1～10-n进行区分的情况下，记述为ae传感器10。

ae传感器10设置于构造物中。例如，ae传感器10设置在桥梁的混凝土石板30上。ae传感器10具有压电元件，检测构造物产生的弹性波(ae波)，将所检测的弹性波转换为电压信号(ae源信号)。ae传感器10对ae源信号进行放大、频率限制等处理，并输出给信号处理部11。

信号处理部11将通过ae传感器10进行了处理的ae源信号作为输入。信号处理部11对所输入的ae源信号进行必要的噪声去除、参数抽取等信号处理，由此抽取包含有关弹性波的信息的ae特征量。

有关弹性波的信息例如是指ae源信号的振幅、能量、上升时间、持续时间、频率、过零点计数数值等信息。信号处理部11将基于所抽取的ae特征量的信息作为ae信号，输出给构造物评价装置20。在信号处理部11输出的ae信号中包含传感器id、ae检测时刻、ae源信号振幅、能量、上升时间及频率等信息。

这里，ae源信号的振幅例如是指弹性波中最大振幅的值。能量例如是指在各个时刻对振幅的平方值进行时间积分而得的值。另外，能量的定义不限于上述例子，例如也可以是使用波形的包络线而近似的值。

上升时间例如是指弹性波从零值起到超过预先设定的规定值而上升的时间t1。持续时间例如是指从弹性波的上升开始到振幅小于预先设定的值的时间。频率是指弹性波的频率。过零点计数数值例如是指弹性波横穿通过零值的基准线的次数。

构造物评价装置20具有通过总线连接的cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)和存储器和辅助存储装置等，执行评价程序。通过执行评价程序，构造物评价装置20作为具有位置标定部201、评价部202、显示部203的装置发挥作用。另外，也可以使用asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)、pld(programmablelogicdevice：可编程逻辑器件)、fpga(fieldprogrammablegatearray：现场可编程门阵列)等硬件实现构造物评价装置20的各个功能的一部分或者全部。此外，评价程序也可以记录在计算机可读的记录介质中。

计算机可读的记录介质例如有软盘、光磁盘、rom、cd-rom等可移动介质、内置于计算机系统中的硬盘等存储装置。另外，评价程序也可以通过电气通信线路进行发送接收。

位置标定部201将从信号处理部11输出的ae信号作为输入。并且，位置标定部201预先将有关构造物中的ae传感器10的设置位置的信息(以下称为“传感器位置信息”)、与传感器id相对应地进行保存。有关设置位置的信息例如是指纬度及经度、或者构造物与特定位置的水平方向及垂直方向的距离等。位置标定部201根据所输入的ae信号中包含的传感器id、ae检测时刻等信息、和预先保存的传感器位置信息，进行ae发信源的位置标定。例如，位置标定部201使用源自对构造物的冲击的多个ae信号，进行各个ae发信源的位置标定。这里，对构造物的冲击是指因无数的微小物体的冲突而产生的冲击。无数的微小物体是指雨滴、冰雹、米雪等由于气象现象产生的物体。并且，位置标定部201使用位置标定结果导出发信源分布。发信源分布表示在构造物产生的ae发信源所示出的分布。位置标定部201将所导出的发信源分布输出给评价部202。

评价部202将从位置标定部201输出的发信源分布作为输入。评价部202根据所输入的发信源分布评价构造物的健全性。具体地讲，评价部202根据发信源分布，将ae发信源的密度小于第一阈值的区域评价为产生了构造物的劣化的区域。评价部202使在显示部203显示评价结果。第一阈值可以预先设定，也可以适当设定。

显示部203是液晶显示器、有机el(electroluminescence：电致)显示器等图像显示装置。显示部203按照评价部202的控制显示评价结果。显示部203也可以是将图像显示装置与构造物评价装置20连接用的接口。在这种情况下，显示部203生成用于显示评价结果的影像信号，向与自身连接的图像显示装置输出影像信号。

图2是表示源自降雨的弹性波的传播状态的图。如图2所示，在雨滴31冲击路面32时，从冲击的位置产生弹性波33。弹性波33在石板内部传播，也传播到下面。保持足以到达在下面设置的ae传感器10的振幅的弹性波33被ae传感器10检测到。位置标定部201对因雨而产生的弹性波33，与源自损伤的弹性波33的情况一样进行位置标定，由此能够确定雨滴31的大致的冲突位置。这样，通过微小物体的冲突而产生的冲击是施加给与设置ae传感器10的面相对的面(在图2中指路面32)的冲击。

然而，在较大的水平龟裂34进入到石板内部的情况下，因冲突路面32的雨滴31而产生的弹性波33被龟裂遮挡，并在龟裂中迂回而衰减。因此，保持充足振幅的弹性波33不易到达位于龟裂正下方的ae传感器10。因此，当位置标定部201在具有较大的水平龟裂34的石板下面进行ae发信源的位置标定的情况下，被标定的ae发信源减少。降雨的雨滴31对路面32的冲突相对于整个区域是以随机且均等的频次产生的。因此，在没有较大损伤的石板的下面检测出弹性波33，在进行ae发信源的位置标定时，在整个区域中均匀地标定ae发信源。另一方面，当在石板内部具有较大损伤的情况下，假定损伤部位正下方的ae发信源的密度减小。本实施方式的构造物评价装置20根据这样的假定评价构造物的健全性。

图3是表示某个测定期间中的弹性波发生数的推移的图。在图3中，横轴表示测定期间中的时刻(hour)，纵轴表示击打数。击打数是弹性波的检测数。击打数表示例如每30分钟的弹性波的检测数。在图3中，测定期间0小时～120小时的击打数是平常时的弹性波的检测数。在测定期间120小时～140小时的击打数中，存在与平常时(测定期间0小时～120小时)的弹性波的产生数相比观测到非常多的弹性波35的期间(图3的标号35)。在该时间观测到伴随强风的降雨。在骤然暴雨等强降雨时，在这样短时间内产生大量的弹性波。ae传感器10是非常高敏感度的压电传感器，因而也检测出由于非起因于石板的损伤的原因而产生的弹性波，如降雨对构造物的冲击等。因此，对于使用了ae传感器10的损伤检测而言，降雨等有时成为噪声源。

与此相对，构造物评价装置20中的位置标定部201使用如图3所示的包括检测出大量的弹性波的时刻(以下称为“对象时刻”)的规定期间内的ae信号，作为源自对构造物的冲击的多个ae信号，导出发信源分布。关于是否检测出大量的弹性波的判定，是根据在某个时刻检测出的弹性波是否为第二阈值以上进行的。当在某个时刻检测出的弹性波的数值为第二阈值以上的情况下，判定为检测出大量的弹性波。另一方面，当在某个时刻检测出的弹性波的数值小于第二阈值的情况下，判定未检测出大量的弹性波。另外，第二阈值可以预先设定，也可以适当设定。此外，规定期间可以是以对象时刻为基准时前后的规定时间(例如前后5分钟)，如果包含对象时刻则也可以是对象时刻之前的期间，还可以是对象时刻之后的期间。

图4是表示使用规定的期间内的ae信号导出的发信源分布的一例的图。在图4中，横轴和纵轴表示成为评价对象的构造物与特定位置的水平方向的长度(mm)和垂直方向的长度(mm)。在图4中示出了如下的结果，使用在图3所示的降雨中的约10分钟(例如，包括在测定期间120小时～130小时的期间中观测到非常多的弹性波35的时刻(标号35)的约10分钟)的ae信号，标定ae发信源的结果。图中的标记+表示ae传感器10的设置位置。在ae发信源分布于评价对象的构造物的整个区域中时，在中央的区域36几乎标定不到ae发信源。评价部202将这样ae发信源的密度小于第一阈值的区域(图4中的区域36)评价为产生了构造物的劣化的区域。另外，作为评价部202的评价对象的区域可以是任何区域。例如，评价部202可以对由4个ae传感器10包围的每个区域进行评价，也可以对由4个以上的ae传感器10包围的每个区域进行评价，也可以对由3个ae传感器10包围的每个区域进行评价，还可以对被指定范围的每个区域进行评价。

图5是表示构造物评价装置20的评价处理的流程的流程图。另外，在图5中是在弹性波的检测数达到第二阈值以上的情况下执行。并且，假设在未图示的缓存器中蓄积了从信号处理部11输出的ae信号。

位置标定部201从未图示的缓存器取得规定期间内的ae信号(步骤s101)。即，位置标定部201从未图示的缓存器取得包括对象时刻的规定期间内的ae信号。位置标定部201使用所取得的多个ae信号进行各个ae发信源的位置标定(步骤s102)。然后，位置标定部201根据位置标定的结果导出发信源分布(步骤s103)。

位置标定部201将所生成的发信源分布输出给评价部202。评价部202使用从位置标定部201输出的发信源分布，判定是否存在ae发信源的密度小于第一阈值的区域(步骤s104)。当存在ae发信源的密度小于第一阈值的区域的情况下(步骤s104：是)，评价部202将小于第一阈值的区域评价为产生了构造物的劣化的区域(步骤s105)。

另一方面，当不存在ae发信源的密度小于第一阈值的区域的情况下(步骤s104：否)，评价部202评价为不存在产生了构造物的劣化的区域(步骤s106)。评价部202使显示部203显示评价结果。例如，评价部202对于在发信源分布中产生了劣化的区域，以与其它区域不同的形式显示评价结果。关于与其它区域不同的形式，可以举出对产生劣化的区域附加颜色、用圆圈等包围、以文字来显示产生了劣化的区域等。显示部203按照评价部202的控制显示评价结果。

根据如上所述构成的构造物评价系统100，能够高效地进行构造物的评价。下面，对其效果进行详细说明。

构造物评价装置20使用源自对构造物的冲击的ae信号，导出包括大量的ae发信源的发信源分布。然后，构造物评价装置20根据发信源分布，将ae发信源的密度小于第一阈值的区域评价为产生了构造物的劣化的区域。这样，通过利用在以往成为噪声源的数据，能够高效地进行构造物的评价。

另外，构造物评价装置20使用包括对象时刻的规定期间内的ae信号作为源自对构造物的冲击的ae信号，导出发信源分布。以往进行评价需要数十小时的测定。与此相比，根据构造物评价装置20的方法，通过仅使用包括对象时刻的规定期间内的ae信号，能够大幅缩短所需时间，并且高效地进行评价。

下面，对构造物评价装置20的变形例进行说明。

构造物评价装置20具有的各个功能部也可以是一部分或者全部设于其它框体中。例如，也可以是，构造物评价装置20仅具有评价部202，位置标定部201及显示部203设于其它框体中。在这样构成的情况下，评价部202从其它框体取得发信源分布，使用所取得的发信源分布评价构造物的健全性。并且，评价部202将评价结果输出给设于其它框体的显示部203。

通过这样构成，在导出发信源分布时使用已有的装置，由此能够抑制构造物评价装置20的制造成本。

信号处理部11也可以设于构造物评价装置20。在这样构成的情况下，信号处理部11从ae传感器10直接取得或者通过未图示的中继装置取得由ae传感器10进行了处理的ae源信号。

在图1中，多个ae传感器10-1～10-n与一台信号处理部11连接，但也可以构成为构造物评价系统100具有多台信号处理部11，将各个ae传感器10与各个信号处理部11连接而构成多台传感器单元。

也可以构成为，评价部202使用对象时刻的ae信号作为源自对构造物的冲击的ae信号，导出发信源分布。

另外，评价部202也可以作为输出控制部进行动作。输出控制部控制输出部，并输出评价结果。其中，输出部包含显示部203、通信部及印刷部。在输出部是通信部的情况下，输出控制部控制通信部，将评价结果发送给其它装置。并且，在输出部是印刷部的情况下，输出控制部控制印刷部，并印刷评价结果。另外，构造物评价装置20也可以具有作为输出部的显示部203、通信部及印刷部中的一部分或者全部，并执行上述的动作。

评价部202也可以在显示部203以等高线图显示发信源分布。

另外，引发弹性波的产生数增加的原因不需要限定于上述的例子(气象现象)。例如，通过使用在由于人工行为而产生的冲击中产生的弹性波的发信源，能够控制测定的定时，该人工行为是指药剂的喷洒和散水、使用装置等的多个击打。因此，能够实现高效且良好的诊断。并且，在这样的情况下，由于预先得知弹性波产生的定时，因而能够按照平常使构造物评价系统100停止来产生弹性波的定时，从外部输入通知起动的定时用的触发器，由此实现抑制功耗的运用。

也可以构成为，为了降低测定所需的功耗，例如通常仅起动一部分的ae传感器10，在检测出急剧的弹性波的产生数的增加的情况下，使其它的ae传感器10起动。关于这样构成时的处理，使用图6及图7进行说明。

图6及图7是表示构造物评价系统100的处理的流程的序列图。

另外，在图6及图7中，假设在处理开始时ae传感器10-1在工作中，ae传感器10-2在停止中。停止中并非是装置的所有功能都停止，而表示只有与起动相关的功能在工作中的状态。

ae传感器10-1检测构造物产生的弹性波(ae波)(步骤s201)。ae传感器10-1将所检测出的弹性波转换为电压信号(ae源信号)，对ae源信号实施放大、频率限制等处理，并输出给信号处理部11(步骤s202)。信号处理部11对所输入的ae源信号进行必要的噪声去除、参数抽取等信号处理(步骤s203)。信号处理部11将基于通过进行信号处理而抽取的ae特征量的信息，作为ae信号输出给构造物评价装置20(步骤s204)。反复执行步骤s201～步骤s204的处理。将从信号处理部11输出的ae信号蓄积在未图示的缓存器中。

假设位置标定部201检测出弹性波的产生数的急剧增加(步骤s206)。例如，在当前时刻的弹性波的产生数与此前时刻的弹性波的产生数之差超过第三阈值的情况下，位置标定部201检测出弹性波的产生数的急剧增加。第三阈值可以预先设定，也可以适当设定。然后，位置标定部201通知信号处理部11检测出弹性波的产生数的急剧增加(步骤s206)。信号处理部11在从位置标定部201接收到通知时，向停止中的ae传感器10-2发送起动信号(步骤s207)。起动信号是用于指示起动处理的执行的信号。

ae传感器10-2在从信号处理部11接收到起动信号时执行起动处理(步骤s208)。由此，ae传感器10-2从停止中进入工作中。

ae传感器10-1检测出构造物产生的弹性波(ae波)(步骤s209)。ae传感器10-1将检测出的弹性波转换为电压信号(ae源信号)，对ae源信号实施放大、频率限制等处理，并输出给信号处理部11(步骤s210)。信号处理部11对所输入的ae源信号进行必要的噪声去除、参数抽取等信号处理(步骤s211)。信号处理部11将基于通过进行信号处理而抽取的ae特征量的信息，作为ae信号输出给构造物评价装置20(步骤s212)。反复执行步骤s209～步骤s212的处理。将从信号处理部11输出的ae信号蓄积在未图示的缓存器中。

ae传感器10-2检测出构造物产生的弹性波(ae波)(步骤s213)。ae传感器10-2将检测出的弹性波转换为电压信号(ae源信号)，对ae源信号实施放大、频率限制等处理，并输出给信号处理部11(步骤s214)。信号处理部11对所输入的ae源信号进行必要的噪声去除、参数抽取等信号处理(步骤s215)。信号处理部11将基于通过进行信号处理而抽取的ae特征量的信息，作为ae信号输出给构造物评价装置20(步骤s216)。反复执行步骤s213～步骤s216的处理。将从信号处理部11输出的ae信号蓄积在未图示的缓存器中。

位置标定部201从未图示的缓存器取得包括对象时刻的规定期间内的ae信号。位置标定部201使用所取得的ae信号进行各个ae发信源的位置标定(步骤s217)。然后，位置标定部201根据位置标定的结果导出发信源分布(步骤s218)。位置标定部201将所导出的发信源分布输出给评价部202。评价部202使用从位置标定部201输出的发信源分布进行评价(步骤s219)。评价的方法与上述的方法相同，因而省略。评价部202使在显示部203显示评价结果。显示部203按照评价部202的控制显示评价结果(步骤s220)。

通过按照以上这样构成，将始终不需要所有的ae传感器10都工作。因此，能够降低功耗。

另外，也可以构成为，在ae传感器10的一部分或者全部停止时，在通过雨量计、摄像机、传声器等设备检测出微小物体的情况下，使ae传感器10起动。并且，例如也能够进行如下的运用：根据检测地域的附近的雨量、气温、湿度等气象信息，在预测到因对构造物的冲击而引起的事件的发生的时刻，使ae传感器10起动。

根据以上说明的至少一个实施方式，通过具有以下部分而能够高效地进行构造物的评价，即，具有：多个af传感器10，检测从构造物产生的弹性波；信号处理部11，通过对由af传感器10检测的弹性波进行信号处理，输出ae信号；位置标定部201，使用源自对构造物的冲击的ae信号导出发信源分布；评价部202，利用根据发信源分布而得到的ae发信源的密度，评价构造物的规定区域的劣化状态。

以上说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式仅是作为示例而示出的，不能理解为限定本发明的范围。这些实施方式可以通过其他各种方法实现，能够在不脱离发明的主旨的范围下进行各种省略、替换和变更。这些实施方式及其变形与包含在发明的范围和主旨中一样，也包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围中。

标号说明

10(10-1～10-n)ae传感器；11信号处理部；20构造物评价装置；201位置标定部；202评价部；203显示部。