2018 Fiscal Year Annual Research Report
材料・構造物内部の水分量分布の定量的非破壊計測に関する研究
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16H04395
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
廣瀬 壮一 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (00156712)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古川 陽 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (60724614)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超音波ガイド波 / 層構造弾性体 / 分散特性 / 非破壊評価 / 電磁波レーダ / 比誘電率 / カルマンフィルタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は，超音波を用いた水分量の計測と電磁波レーダを用いた水分量の計測の両者において本実験を実施した．
超音波を用いた計測手法に関しては，平成29年度に超音波ガイド波の位相速度の分散特性から滞水状態の分別と滞水層厚の推定手法を開発し，試験体を用いて手法の適用性を検討した．平成30年度は，鋼板上に部分滞水したモデル試験体を用いた詳細な室内実験を実施することによって，鋼板上面の滞水層厚の推定精度を検討した．その結果，超音波ガイド波の位相速度の分散特性を用いれば滞水層の厚さを誤差0.5mm以内で推定できることを確認した．また，ガイド波の位相速度を2種類の異なる値に設定して実験を行うことによって，鋼板接着の健全部と剥離・空隙部(滞水無，部分滞水，満水)の4つの状態を完全に分別できることを確認した．
一方，電磁波を用いた水分量計測では，平成29年度に開発した反射電磁波の計測による水分計測に関するアルゴリズムを改良した．アルゴリズムの基本は，アンセンテッドカルマンフィルタを用いた推定手法であるが，推定対象とする状態量ベクトルである比誘電率分布をウェーブレット変換することにより，状態量にスパース性を持たせ，ソフト閾値作用素を適用させる改良を施した．これによって数値シミュレーションでは推定精度の向上を確認することができた．その後，電磁波レーダを用いたベントナイトおよびコンクリート材料を対象とする室内実験を実施したが，反射電磁波の振幅が微弱であるため，改良したアルゴリズムによる手法を適用しても十分な精度を持つ結果が得られないことがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は，超音波および電磁波を用いた材料・構造物内部の水分量分布を計測する手法を開発することを目的としているが，平成30年度は，それぞれの手法のアルゴリズムの改良を行ったうえで，本実験を実施して提案手法の適用性を検証した．
超音波法については，鋼板を接着補強したコンクリートについて様々なモデル試験体を用いた詳細な室内実験を実施することによって，鋼板上面の滞水層厚の推定ならびに鋼板接着の状態の分別に成功しており，研究は当初の予定通り順調に進んでいるといえる．
一方，電磁波レーダを用いた水分量推定においては，状態量ベクトルにスパース性を持たせた新たなアンセンテッドカルマンフィルタを用いた推定手法を提案し，数値シミュレーションによってその有効性を確認した．しかし，ベントナイトおよびコンクリート材料を用いた実験においては十分な振幅をもつ反射波を測定できなかったため，実験による推定手法の適用性の確認まで至っていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
超音波法については，当初の計画通り順調に研究が進んでいる．今後は実際に使用された後に撤去された床版および実橋に提案手法を適用してその有効性を確認する．一方，電磁波法については，新たな提案手法を室内実験において試行したが，計測方法に課題があり，十分な振幅を有する反射電磁波が計測できないことがわかった．今後，大きな試験体を用いること，および，使用する電磁波レーダの周波数を低くすること，などの工夫をして再度計測を実施する予定である．
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