| 研究課題/領域番号 |
17K06535
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| 研究機関 | 長崎大学 |
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研究代表者 |
田中 俊幸 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (50202172)
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| 研究分担者 |
森山 敏文 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (20452873)
藤本 孝文 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (40264204)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | フレッシュコンクリート / 成分比推定 / 比誘電率測定 / 電磁波レーダー / 鉄筋探査 / アレイアンテナ |
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| 研究実績の概要 |
4組のマイクロストリップアンテナを利用したフレッシュコンクリートの診断容器を用いて標準配合比のフレッシュコンクリートに対して，比誘電率の時間変化を観測した．実験結果から標準配合比であっても比誘電率が時間的に変化することを確認した．したがって従来の探査方法では測定結果にばらつきがみられたが，この原因の１つは測定開始時間にあることが分かった．実験に慣れるまでは測定値にばらつきが多く，実験に慣れてくるとばらつきが小さくなっていたが，その原因は実験の手順に慣れただけでなく，観測開始時間が一定になったことによる可能性が大きい．従来の実験方法であっても，診断容器にフレッシュコンクリートを入れた時間を比誘電率推定のパラメータの１つに入れる必要があることを付きとめた．今後は標準配合比でないフレッシュコンクリートを改良した測定容器に入れて水分量の推定を行い，水分含有量の精度向上を目指す．
比誘電率分布測定においては，コンクリートに埋め込むダイポールアンテナを固定するために3DCADで設計したスペーサーを3Dプリンターで作成し埋め込んだ．スペーサーを用いた場合と用いない場合で比誘電率分布を比較したところ，スペーサーを使用した方が測定した比誘電率分布のばらつきが少なくなることを明らかにした．また，フレッシュコンクリートの診断容器に直接ダイポールアンテナを挿入し，水分量を推定する実験を行った．自作したダイポールアンテナでは強度が弱く，フレッシュコンクリートから抜く際にダイポールアンテナの羽が曲がることが分かった．これが，ダイポールアンテナを利用したコンクリートの比誘電率分布の測定に悪影響を及ぼしている可能性があるため，今後はダイポールアンテナの強度を増す工夫をする必要がある．コンクリートの比誘電率分布の近似式を用いた高精度の鉄筋探査アルゴリズムは現在検討中である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
生コン配合比検査に関しては4組の4素子マイクロストリップアンテナを利用した水分移動診断システムを設計・試作した．厚さ1mmのアンテナ保護材を用いても，計測結果に大きな影響を与えないことを確認した．また，設計したシステムに対する数値解析によって上下2層の不均質比誘電率分布の値を推定できること，および正面方向に強い電磁波が得られていることを確かめた．さらに8層の比誘電率分布を仮定した場合も数値計算を行い，アンテナの正面方向にある比誘電率の平均値が得られることが分かった．測定実験では測定容器の下半分に合板を入れ，上半分は空気の状態で受信特性を調べた．上下のアンテナともに正面方向への指向性が強く，空気あるいは合板の比誘電率を測定することができた．また，標準配合比をもつ生コンを入れた時の比誘電率の時間変化を観測した．標準配合比であっても，比誘電率は時間変化することがわかった．この課題については当初の予定通り研究は進んでいる．
コンクリートの比誘電率分布の測定では，比誘電率の探査精度を向上させるために，アンテナ間隔を固定するスペーサーを３DCADで設計し，３Dプリンタで作成した．スペーサーを用いることにより，従来よりも比誘電率のばらつきを抑えることができた．ただし，深さ方向に比誘電率が一様に大きくなる分布までは得ることができなかった．この研究に関しては，やや遅れている．
高精度鉄筋探査に関しては，コンクリートの損失の存在がパルス幅の拡張をもたらすことを数値解析で確認した．さらに，パルス幅の拡大は現在使用している高精度鉄筋探査手法に悪影響を及ぼすことを明らかにした．これまでの実測データから鉄筋径を推定した場合に推定精度が向上しなかった理由を突き止めた．この研究に対しては，予定通りの進行である．
したがって，全体的に計画に従って順調に研究成果が得られていると判断する．
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| 今後の研究の推進方策 |
生コン診断に関しては制作した生コン水分移動診断システムを用いて，配合比の異なるフレッシュコンクリートに対して伝搬実験を行い，水分比の推定精度を向上させる．さらに，上下の電磁波伝搬速度あるいは振幅の違いから生コン内の水分割合を推定する関係式を導出する．現在のシステムではアンテナ保護材をねじで止めているため，ねじが邪魔して，フレッシュコンクリートを入れるビニール袋を破ることがあったので，診断容器の改良が必要である．
コンクリートの比誘電率分布測定に関してはアンテナの羽の強度を増す方法を考えなければならない．羽が曲がらないようにするために羽に沿った補強具を３DCADで設計する．あるいは，羽の長さを短くして，相対的に羽を強くすることを考える．また，コンクリート構造物の雨の影響を考えるため，試験体を水没させ，比誘電率の変化を調べることを考えている．
鉄筋探査の高精度化に関しては，多くの試験体の実測値やFDTDシミュレーションを利用して，パルス幅の拡張量について特徴を把握する．さらに探査アルゴリズムにパルス幅の補正を導入し，鉄筋径の推定精度向上を目指す．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
高周波計測に必要なネットワークアナライザが故障した．さらに，アンテナ作成のための基板加工機の部品破損によりアンテナの制作精度が悪くなっていることが分かった．そこで基板加工機を修理に出したが年式が古いため修理は不可能であると回答され，オーバーホールだけを行った．そのため，一部の実験において進行が遅れた．コンクリートの試験体を作成するのに手間取ったため試験体の改良を行うことができなかった．これらのことがH30年度に研究費を使用する必要となった理由である．
繰り越した金額は主に故障したネットワークアナライザの修理および校正に使用する．また，一部破損している基板加工機の代わりを見つける必要がある．アンテナは頻繁に製作と改良を繰り返す必要があるため，基板加工機をレンタルするのは困難である．できる限り中古の基板加工機あるいは安価な基板加工機を探して購入しなければならない．金額は不明のため，H30年度の申請に50万円を超過する備品を申請していないが，基板加工機を中古あるいは新規に購入する場合で50万円を超える場合は，購入機器の変更依頼を申請する予定である．
以上のようにネットワークアナライザの修理と基板加工機の購入を繰り越し金額と今年度の予算を合わせて使用する予定である．
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