ハンディサーチ NJJ-105 の平均波処理について 2010 年 4 月 株式会社計測技術サービス 1. はじめに平均波処理の処理アルゴリズムの内容と有効性の度合いを現場測定例から示す まず ほぼ同じ鉄筋かぶりの密接鉄筋 壁厚測定時の平均波処理画像について また ダブル筋 千鳥筋の現場測定例へ平均波処理とその他画像処理を施し 処理画像の差について比較検証し 考察を加えた ( 平均波処理画像はその他の各処理画像同様 各処理後の形成画像 反射波形を比較することが重要である ) 2. 平均波処理とは平均波処理のアルゴリズムは図 -1 のとおりである ( すべての縦ラインから平均波を算出し 探査データ ( 原画 ) から平均波を差処理して表示する処理 ) 距離方向 スタート点 t= 0 A n A n ー 1 t= 0 A2 A1 t= 0 f n (t) f n-1 (t) f2(t) f1(t) 平均波 原画 3 原画 3 原画 3 t= 511 (1023) t= 511 (1023) t= 511 (1023) A 1 =f 1 (t) A 2 =f 2 (t) A n-1 =f n-1 (t) A n =f n (t) 但し t= 0~511(1023) 平均波 ( 参照信号 ) ( t ) n Σ 1 ( ) P = { f t n } 平均波処理 =A1 P A2 P A n -P 図 -1 平均波処理説明図 - 1 -
3. 平均波処理について 原画画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -2 原画画像 - マイナス = イコール 原画 - 平均波 平均波 原画 原画波形 図 -2 の断面画像の縦カーソル位置の原画波形 平均波波形 図 -2 の断面画像より求めた平均波波形 平均波処理波形 図 -3 の断面画像の縦カーソル位置の平均波処理後の波形 ( 波形の振幅が全体的に低い ) 平均波処理画像 = 原画波形 - 平均波波形波形 平均波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -3 平均波処理画像 - 2 -
4. 現場測定例 4.1 平均波処理の有効例 固定表面波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -4 の固定表面波処理画像の赤丸内へ横縞が形成されている これは 装置内部固定の表面波ノイズ除去をする 固定表面波処理と反射受信波形に大きく位相のずれがあり 形成された横縞である 図 -4 平均波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -5 の平均波処理画像は 赤丸内の固定表面波処理では処理できなかった横縞を綺麗に除去している ( 平均波処理は同じ深さに 連続する横縞波形を除去する時に有効である ) 図 -5 減算処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -6 の減算処理画像は の位置で減算処理を施した画像である 表面の横縞を綺麗に除去しているが 深さ約 20cm のマーカ 14 の山形画像も消している ( 減算処理をする適切な位置が無い ) 図 -6 * 図 -4,5,6 では 平均波処理を施した図 -5 が一番解析し易い画像になっている 平均波処理は 図 -4 の赤丸内の横縞帯状 ( 深さ 位相 反射レベルがほぼ同じ場合 ) に形成された波形を除去することができる また 減算処理を施す適切な位置が無い場合に有効である - 3 -
4.2 鉄筋ピッチが狭い場合の画像解析例 ( 密接鉄筋 ) 固定表面波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 浅 ) 図 -7 の固定表面波画像では固定表面波処理波形により 浅い部分の表面波 ( 横縞帯状 ) を除去できている 図 -7 平均波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 浅 ) 図 -8 の平均波処理画像では 赤丸内の山形画像が平均波処理により 鉄筋の反射レベルが小さくなり 固定表面波処理画像と比較した場合 山形画像が見えづらくなっている 図 -8 減算処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 浅 ) 図 -9 の減算処理画像は 位置で減算処理を施した画像である 鉄筋反射の弧が減算処理により消されているが 固定表面波画像より鉄筋反射レベルは大きくなり 鉄筋位置の判別もよくわかる ( 減算処理をする振幅波形により異なる ) 図 -9 * 図 -7,8,9 は 同じ測定画像に各処理を施した画像であるが この場合 固定表面波処理画像が有効的な処理と思われる しかし 原則として 測定現場環境と解析者の判断により 各処理画像の有効とする基準は変化する - 4 -
4.3 壁厚測定の画像例 (RC 構造物の壁圧 175mm の測定 ) 固定表面波画像 ( 比誘電率 :6.5 感度 :+2 浅 ) 壁厚 :175mm 図 -10 の固定表面波処理画像では 深さ 175mm(ε=6.5) のコンクリートと空間の境界位置で波形が左へ振れている 図 -10 平均波処理画像 ( 比誘電率 :6.5 感度 :+2 浅 ) 図 -11 の平均波処理画像では 壁と空間との境界反射波形が全体的に低くなり 色合いも薄くなっている 同じ深さの同一方向の反射レベルを 平均波処理により 小さくしている 結果的にコンクリートと空間の反射波形は判りづらくなった 壁厚測定時の平均波処理は 有効では無い 図 -11 減算処理画像 ( 比誘電率 :6.5 感度 :+2 浅 ) 図 -12 は の位置で減算処理を施した画像である 壁と空間との境界反射波形を差処理している為 深さ 175mm(ε=6.5) の左へ振れる反射レベルが小さくなっている 壁厚測定時の減算処理は 有効では無い 図 -12 *RC 構造物の壁厚測定 ( 測定表面と裏面が水平の場合 ) では 平均波処理と減算処理の処理により コンクリート裏面の反射レベルを小さく ( 振幅値を低く ) してしまう為 あまり有効では無い その他の固定表面波処理画像 原画画像で確認することが必要 - 5 -
4.4 ダブル配筋の測定例 (1) ピッチ :200mm 上側鉄筋かぶり厚さ :30mm, 下側鉄筋かぶり厚さ :130mm の例 固定表面波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -13 は かぶり厚さに対し鉄筋間隔が広い為 上側と下側の鉄筋山形画像が綺麗に分解できている [ かぶり厚さ : 鉄筋中心間距離 ] 上側鉄筋 1:6.66 下側鉄筋 1:1.53 図 -13 平均波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -14 は 平均波処理により上側と下側の鉄筋山形画像が薄くなっているが綺麗に分解できている * 平均波処理により ほぼ同じ深さへ配置されている鉄筋は 色が薄くなり 固定表面波画像では表示されていなかった 鉄筋と鉄筋の間へ横縞が形成される ( この横縞は ほぼ同じ深さへ鉄筋が配置されている場合 平均波処理により形成された波形 ) 図 -14 減算処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -15 は の位置で減算処理を施した画像である 上側と下側鉄筋のピッチが広く 減算処理する位置に鉄筋反射の山形波形が形成されていない為 減算処理後の画像は綺麗表示されている 図 -15-6 -
(2) ピッチ :200mm 上側鉄筋かぶり厚さ :40mm, 下側鉄筋かぶり厚さ :90mm の例 固定表面波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -16 図 -16 は かぶり厚さに対し鉄筋間隔が広い為 上側と下側の鉄筋山形画像が綺麗に分解できている 上側と下側の鉄筋は共に D13 であるから 垂直方向の鉄筋のあき間隔は 約 35mm と推定できる 鉄筋間隔が 200mm と広い為 下側鉄筋の山形画像の幅が広く形成され 上側鉄筋のリンギングとの違いが明確である [ かぶり厚さ : 鉄筋中心間距離 ] 上側鉄筋 1:5 下側鉄筋 1:2.22 平均波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -17 は 平均波処理により上側と下側の鉄筋山形画像が薄くなり 下側鉄筋の山形画像の弧は上側鉄筋のリンギングと間違える可能性がある その他の処理画像との比較が必要 図 -17 減算処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -18 は の位置で減算処理を施した画像である 上側と下側の鉄筋が綺麗に表示されているが 下側鉄筋の山形の弧の幅が固定表面波画像より狭くなっている その他の処理画像との比較が必要 図 -18-7 -
4.5 千鳥配筋の測定例 (1) ピッチ :250mm 上側鉄筋かぶり厚さ :40mm, 下側鉄筋かぶり厚さ :100mm 固定表面波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -19 は かぶり厚さに対し鉄筋間隔が広い為 上側と下側の鉄筋山形画像が綺麗に分解できている [ かぶり厚さ : 鉄筋中心間距離 ] 上側鉄筋 1:6.25 下側鉄筋 1:2.5 図 -19 平均波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -20 は 平均波処理により 上側と下側の鉄筋山形画像が薄くなっているが綺麗に分解できている 平均波処理により ほぼ同じ深さへ配置されている鉄筋は 色が薄くなる 図 -20 減算処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -21 は 減算処理をする適切な位置が無い の位置で減算処理を施したが 下側鉄筋の山形形成画像を消している 図 -21-8 -
(2) ピッチ :130mm 上側鉄筋かぶり厚さ :60mm, 下側鉄筋かぶり厚さ :90mm の例 固定表面波処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -22 の固定表面波処理では 上側と下側の鉄筋山形画像が綺麗に分解できているが かぶり厚さと鉄筋間中心距離の比が小さい為 下側鉄筋の山形画像が距離方向へ繋がっている [ かぶり厚さ : 鉄筋中心間距離 ] 上側鉄筋 1:2.16 下側鉄筋 1:1.44 図 -22 平均波処理画像( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -23 減算処理画像( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 -23 の平均波処理画像は 平均波処理により 上側と下側の鉄筋山形画像は薄く 下側鉄筋の山形画像も位置判別が難しい * 平均波処理により ほぼ同じ深さへ配置されている鉄筋は かぶり厚さと鉄筋間中心距離の比の関係が小さくなる程 色も薄くなる (A モードの反射レベルが低くなる ) 画像解析の際 平均波処理画像と固定表面波処理の画像比較をする事が重要 図 -24 は 千鳥配筋であり 鉄筋ピッチが狭い為 減算処理を施す適切な位置が無い 図 -24-9 -
5. 平均波処理による横縞波形形成の要因 各処理画像 ( 比誘電率 :8.0 感度 :Auto 深 ) 図 25 原画画像 図 26 固定表面波処理画像 図 27 平均波処理画像 A 原画波形固定表面波処理波形平均波処理波形 図 28 原画波形固定表面波波形 原画波形固定表面波波形 図 29 図 30 ( 原画波形 )-( 各処理波形 ) 原画波形平均波波形 原画波形平均波波形 平均波処理により 鉄筋と鉄筋の間へ横縞帯状の波形が表示される要因を説明する 図 29 は 図 26 の縦カーソル位置の原画画像より 固定表面波波形を差処理する時の原画波形と固定表面波波形をグラフ化したものである 同様に図 30 は 図 27 の縦カーソル位置の原画波形と差処理する平均波波形をグラフ化したものである それぞれ原画波形から差処理する波形が異なる為 差処理後の画像 原画波形固定表面波処理波形平均波処理波形 に差が表れる 図 28 は 図 25,26,27 の縦カーソル位置 ( 同じ位置 ) の波形であるが 同じ深さ ( 黄色い横線位置 ) での固定表面波処理波形と平均波処理波形に差 ( 位相と振幅値の差 A) が見て取れる この振幅値の差により固定表面波処理画像では表示されないが 平均波処理画像では横縞帯状の波形が形成されてしまう ( 図 27 の赤丸内 ) * 平均波処理は 全測定距離の各深さの ± 振幅値から平均波波形を算出し 全測定距離の原画波形より平均波波形を差処理している為 全体的に画像の色合いが薄くなる - 10 -