2020 Fiscal Year Research-status Report
Study on defect detection by spatial spectral entropy (SSE) and healthy part evaluation for noncontact acoustic inspection
| Project/Area Number |
19K04414
|
|---|
| Research Institution | Toin University of Yokohama |
|---|
Principal Investigator |
杉本 和子 桐蔭横浜大学, 工学研究科, 研究員 (60642171)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 恒美 桐蔭横浜大学, 工学研究科, 教授 (80257427)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 非接触音響探査法 / 空間スペクトルエントロピー / Spatial spectral entropy / SSE / 欠陥検出 / 共振周波数 / レーザドップラ振動計 / LRAD |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
以下の研究成果は，国際学会(2)・国内学会(4)のオンライン会議で発表され，論文などに掲載された。
コンクリートなどの複合材料の欠陥検出では，健全部の評価が大切である。測定面内での健全部を適正に評価できれば，それ以外は，欠陥部，或いは計測不良点とみなせる。我々は，コンクリート健全部の評価として，２つの音響学的特徴量である振動エネルギー比とスペクトルエントロピーを用いた健全部の統計評価を行い，健全部の測定点における各音響学的特徴量の分布が正規分布になる傾向を明らかにしてきた。供試体では有意な差が見られるものの，実コンクリート構造物では，その経年劣化や塩害などの環境からの影響で，ひび割れ・剥離などの進展状況が異なり，測定面内での健全部を相対的に測定毎に評価できても，異なる測定条件や異なる経年劣化のコンクリート構造物同士に対して，健全部を評価する統一基準がなかった。そこで，打設１年以内の強度の異なるコンクリートの健全部の評価を行い，大きさや深さの異なる内部欠陥(剥離)を内包するコンクリート供試体の欠陥検出と健全部の評価を行い，実コンクリート構造物(トンネル)の天井部と側壁部との健全部の評価を行った。これらをまとめて，規格化スペクトルエントロピーを導入した。空間スペクトルエントロピー(SSE; Spatial Spectral Entropy)の規格化を行う前段として，スペクトルエントロピーの規格化を行い，実際のコンクリートに適用して，その適正を検証した。SSEの欠陥検出に関しては，地下大空洞内の吹きつけコンクリート壁面での内部欠陥(ひび割れ)の進展状況の検出の解析を行い，大きさや深さの異なる円形剥離欠陥の供試体に対して，SSEを用いた共振周波数の検出と，たわみ振動の理論式を用いた理論的解析を行った。以上のように，健全部の統計評価とともに，SSEの欠陥検出における適用範囲も検討した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
主に，過去に測定した，剥離欠陥や空洞欠陥が内包された(普通の)コンクリート供試体・実コンクリート構造物に対する実験データを使って，空間スペクトルエントロピー(Spatial Spectral Entropy)を適用させて解析した。空間スペクトルエントロピーは，原理的には，スペクトルエントロピーを空間に拡張したものである。従来の欠陥検出では，音響学的特徴量であるスペクトルエントロピーと振動エネルギー比を組み合わせた内部欠陥の検出を行ってきたが，それだけでは検出・判別できない場合や検出精度を上げるために，空間スペクトルエントロピーを導入して，欠陥検出を行う手法について検討した。また，空間スペクトルエントロピーを規格化するために，まずスペクトルエントロピーの規格化を検討し，その成果を学会で発表した。今後は，空間スペクトルエントロピーの規格化へと繋げていきたい。
昨年度は，新型コロナウィルスの感染拡大と緊急事態宣言などの影響で，吹き付けコンクリート供試体の作製が延期となり完成が遅れた。吹き付けコンクリートは，コンクリートを型に流し込んで作製する方法と異なり，多量のコンクリートを用意し，特別な作業機械で，壁面などに吹き付けて施工を行うため，現場の作業合間で作製していただいた。３年目に，作製された吹き付けコンクリート供試体を用いて実験を実施する予定である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
空間スペクトルエントロピー(SSE)は，コンクリートを対象とした内部欠陥の検出において，測定対象面の共振周波数を検出することが可能であることが明らかとなったが，空間スペクトルエントロピーの規格化を行いたいと考えている。その前提として，スペクトルエントロピーの規格化に取り組んできた。コンクリート構造物を測定する際に，異なる場所や測定条件によって，測定データから得られるスペクトルエントロピーの値は，変動する。現状では，絶対値ではなく，測定面内の相対値として表されている。欠陥検出においては，それでも十分であるが，異なる場所や異なる測定条件で得られた結果同士を比較・検討するには，標準の尺度があると便利である。そこで，エントロピー軸の物理的な意味を考慮しながら，もとになるエントロピー量を規格化・標準化することを検討している。今年度は，エントロピー国際学会にオンラインで参加して，規格化スペクトルエントロピーについて発表した。エントロピーには，長い歴史があり，諸説ある。先人の教えにも触れ，さらに勉強して行こうと思っている。そのことが欠陥検出を行う上で，理論的考察の役に立つと考えている。
吹きつけコンクリート供試体の実験を行う予定である。得られた実験データに対して，空間スペクトルエントロピーを適用して，解析や考察を行う予定である。
|
| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの感染拡大による影響で，当該年度に予定された吹き付けコンクリート供試体の作製が延期となり，年度を跨いでの仕上がりとなったため，吹き付けコンクリート供試体の製作及び運搬に係る予算は，３年目に支払われる見込みである。また吹き付けコンクリート供試体を用いた非接触音響探査法による実験を３年目に実施予定で，実験及び解析にかかる人件費・交通費などが必要となる予定である。
国際学会(IEEEius2020, Las Vegas in USA)や国内学会への参加を予定し，参加費・旅費がかかる予定であったが，新型コロナウィルスの感染拡大の影響で，途中からオンライン開催に変更され，講演発表の動画の提出などを含むZoomでの会議が実施された。国際学会の場合は，参加費も割安となっている。これらの未使用額については，英語論文誌への投稿を複数検討しており，今までは費用がかかるので投稿していなかったオープンアクセスへの投稿も視野に検討している。
|
Research Products
(7 results)
