マイクロ波レーダ法によるコンクリート構造物内部異常の定量的推定を実現する検査技術

利用微波雷达法实现混凝土结构内部异常定量评估的检测技术

基本信息

批准号：
21K04092
负责人：
高山潤也
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は「マイクロ波レーダ法によるコンクリート構造物内部異常の検査技術を確立」し，「劣化を端緒としたコンクリート構造物事故の未然防止」を図る解決手段を構築することにある．マイクロ波レーダ法はコンクリート構造物検査技術のひとつとして浸透しているが，観測情報が十分に活用されず，精度が不十分である．そこで新たな信号処理技術を提案して観測波形中の未活用情報を抽出し，そこへ新しく構築するマイクロ波伝播モデルを組み合わせ，「内部構造の諸性状の高精度定量推定」=「鉄筋・配管の径識別」・「空隙の位置・形状同定」および「金属・樹脂・空隙の弁別」・「錆度評価」を実現する．研究2年目について，既に検討を進めてきた「媒質ごとのマイクロ波の減衰・透過・散乱の挙動」，「アンテナ放射の指向特性」および「周波数特性」を考慮に入れ，「波形包含情報の活用のための技術の高精度化」を試みた．具体的には，「マイクロ波伝播モデルの緻密化に基づく，反射波の伝播時間・位相変化同時推定法の高精度化」を推進した．マイクロ波伝播モデルについては，これまで正反射波成分のみが考慮されてきたが，実観測波形とは整合しなかった．そこで新たに散乱反射成分を積極的に考慮し，伝播モデルの緻密化を図った．ここでは有限差分時間領域(FDTD)法を用いてシミュレーション的に検討を進め，マイクロ波の減衰・透過・散乱特性として電気的特性境界面での挙動に関するモデル化し，さらにマイクロ波伝播モデルに組み込むことで緻密化を図り，実観測波形と整合するモデルが構築できた．さらに，構築したモデルに基づく反射マイクロ波形状を利用して，埋設物からの反射波の伝播時間評価精度を高めるための方法論について検討を進めた．波形形状の相関を評価する方法を提案することで，伝播時間推定精度を従来に比較して2倍程度まで高めることが可能となった．

这项研究的目的是“建立一种使用微波雷达方法检查混凝土结构内部异常的技术”，并创建“防止因老化引起的混凝土结构事故”的解决方案。尽管微波雷达法作为混凝土结构检测技术得到广泛应用，但观测信息没有得到充分利用，精度不足。因此，我们提出了一种新的信号处理技术来提取观测波形中未使用的信息，并将其与新构建的微波传播模型相结合，以实现“内部结构各种属性的高精度定量估计”=“钢筋和“管道直径识别”、“空隙的位置和形状识别”、“金属、树脂和空隙之间的辨别”以及“生锈评估”。在研究的第二年，我们将考虑“每种介质的微波衰减、传输和散射行为”、“天线辐射的方向特性”和“频率特性”，这些特性已经进行了研究，并将尝试提高技术的利用精度。具体来说，我们提倡“基于微波传播模型的细化，提高同时估计反射波的传播时间和相位变化的方法的精度”。迄今为止，微波传播模型仅考虑镜面反射波分量，但这与实际观测到的波形不匹配。因此，我们积极考虑散射和反射分量来完善传播模型。在这里，我们将使用时域有限差分（FDTD）方法进行仿真研究，将电特性界面的行为建模为微波的衰减、传输和散射特性，并进一步将其纳入微波传播模型中。我们能够创建一个与实际观察到的波形相匹配的模型。此外，我们研究了一种方法，通过使用基于构建的模型的反射微波形状来提高估计埋藏物体反射波传播时间的准确性。通过提出一种评估波形形状相关性的方法，可以将传播时间估计的精度提高到传统方法的大约两倍。