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公開番号2024166095
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2024071897
出願日2024-04-25
発明の名称レーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法及び装置
出願人山東科技大学
代理人個人
主分類G01M 99/00 20110101AFI20241121BHJP(測定;試験)
要約【解決手段】レーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法及び装置を開示する。該方法は、対応するサイズに基づいて建物の壁に塗られた断熱層の表面に等間隔な測定グリッドを模して分割するステップと、分割された各測定グリッドに基づいて、断熱層の裏面を異なる面積サイズの未粘着領域に分割し、断熱層の異なる空洞コンポーネントを真似するステップと、レーザードップラー非破壊振動計を用いて異なる空洞コンポーネントに対してマトリックス式点測定を行い、異なる空洞コンポーネントの振動特性を検出し、異なる空洞コンポーネントの中の空洞の位置決めと空洞の大きさを検出して判定するステップと、を含む。
【効果】レーザードップラー振動測定システムは重量が軽く、携帯に便利で、測定精度が高く、空間分解能が高く、動的応答が速く、非接触測定などの利点があり、複雑な環境における振動測定に適する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
対応するサイズに基づいて建物の壁に塗られた断熱層の表面に等間隔な測定グリッドを模して分割するステップ１と、
分割された各測定グリッドに基づいて、断熱層の裏面を異なる面積サイズの未粘着領域に分割し、断熱層の異なる空洞コンポーネントを真似するステップ２と、
レーザードップラー非破壊振動計（１）を用いて異なる空洞コンポーネントに対してマトリックス式点測定を行い、異なる空洞コンポーネントの振動特性を検出するステップ３と、
収集システムを通じてコンピュータ上でデータを収集し、検出データを整理、分析し、異なる空洞コンポーネントの中の空洞の位置決めと空洞の大きさを判定するステップ４と、
を含むことを特徴とするレーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
ステップ１において、等間隔な測定グリッドを模して分割するのは、必要に応じてΔｘ，Δｙを取って測定グリッドを分割することを含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法。
【請求項３】
ステップ２において、異なる空洞コンポーネントには、異常なしのコンポーネント及び複数の空洞ができたコンポーネントが含まれることを特徴とする請求項１に記載のレーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法。
【請求項４】
ステップ３において、レーザードップラー非破壊振動計（１）を用いて異なる空洞コンポーネントに対してマトリックス式点測定を行う際には、さらに、
レーザードップラー非破壊振動計（１）の光学遮断板を回転させて、ヘリウムネオンレーザービームを検出サンプルにアライメントし、信号強度指示バーに基づいてフォーカスリングを調整してピントを合わせ、速度レンジとローパスフィルタレンジを選択し、光電検出器に高周波搬送波信号が発生し、検出対象に照射すると同時に、反射光を収集し、レーザドップラー効果に基づく周波数シフト信号を復調することにより、検出対象の振動速度量が得られることを含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法。
【請求項５】
ステップ３において、異なる空洞コンポーネントに対してマトリックス式点測定を行うのは、さらに、
異なる空洞コンポーネントの空洞の大きさを変え、マトリックス式点を打ち、分割された異なる測定グリッド中の各グリッドを測定し、振動時刻歴波形を収集することを含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法。
【請求項６】
振動時刻歴波形を収集するのは、振動時刻歴波形を高速フーリエ変換して対応する振動スペクトル波形を得ることであり、具体的には、
任意の外界励起力Ｆ（ｔ）は周期Ｔが無限大となる外界励起力であり、隣接周波数の間隔Δω＝２π／Ｔは無限小量であり、周波数は区間（－∞，∞）上で連続型分布に近づき、当Δω→０の場合、離散型変数ω
ｎ
が連続変換の周波数変数ωに変換し、スペクトル関数の式は以下によって表れ、
TIFF
2024166095000007.tif
23
168
式中において、Ｆ（ｔ）は外界励起力であり、Φ（ω）は外界励起力Ｆ（ｔ）の連続スペクトル関数であり、ωは角周波数変数であり、ｔは時間変数であり、ｉは複素関数の中の虚数単位であり、ｅ
ｉωｔ
はネイピア数ｅを底とする指数関数であり、
上下限における周期Ｔを無限大にし、外界励起力Ｆ（ｔ）のフーリエ変換式は以下によって表れ、
TIFF
2024166095000008.tif
23
168
式中において、Φ（ω）は外界励起力Ｆ（ｔ）の連続スペクトル関数であり
フーリエ変換式をＶｉｂＳｏｆｔソフトウェアに埋め込み、ＶｉｂＳｏｆｔソフトウェアによるデータ分析処理を行い、異なる空洞コンポーネントの振動基本周波数を５０Ｈｚに制御し、異なる空洞コンポーネントの１次、２次、３次周波数を記録することを特徴とする請求項５に記載のレーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法。
【請求項７】
ＶｉｂＳｏｆｔソフトウェアによるデータ分析処理を行うのは、異常なしのコンポーネント、複数の空洞ができたコンポーネントによる測定された１次、２次、３次周波数を介して、空洞の大きさがＥＰＳ板全体の振動周波数に与える影響を分析し、さらに断熱層の空洞の位置と空洞面積の大きさを分析することを含むこと特徴とする請求項６に記載のレーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法。
【請求項８】
前記異常なしのコンポーネントの各単位グリッドはＡ
０
（ｉ，ｊ）であり、ｉは横軸、ｊは縦軸、異なる作業モードにおける断熱層の単位グリッドをそれぞれＡ
１
（ｉ、ｊ）、Ａ
２
（ｉ、ｊ）、Ａ
３
（ｉ、ｊ）に設定し、異常なしのコンポーネントＡ
０
（ｉ、ｊ）でそれぞれ作業モードにおける断熱層の単位グリッドＡ
ｎ
（ｉ，ｊ）を減算し、以下の式によって表れ、
TIFF
2024166095000009.tif
13
137
異常なしのコンポーネントと異なる空洞サイズにおける各測定単位グリッドの１次振動周波数との差を分析することによって空洞の位置を決定すること特徴とする請求項７に記載のレーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法。
【請求項９】
請求項１～８のいずれか一項に記載のレーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法を実行するレーザードップラー振動計を用いた外壁断熱層の空洞検出装置であって、該装置は、
異なる空洞コンポーネントに対してマトリックス式点測定を行い、異なる空洞コンポーネントの固有振動特性を比較、分析を行い、異なる空洞コンポーネントにおける空洞の位置決め及び空洞の大きさを検出して判定するためのレーザードップラー非破壊振動計（１）を含むことを特徴とするレーザードップラー振動計を用いた外壁断熱層の空洞検出装置。
【請求項１０】
前記レーザードップラー非破壊振動計（１）は組立プラットフォームに取り付られ、前記レーザードップラー非破壊振動計（１）には、デジタルオーディオケーブル（３）を介してそれぞれＶｉｂ２０データ収集装置（２）とＡＣアダプタ（６）がそれぞれ接続され、前記ＡＣアダプタ（６）にはリチウム電池電源がさらに接続されていることを特徴とする請求項９に記載のレーザードップラー振動計を用いた外壁断熱層の空洞検出装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動力学、損傷力学及びレーザー検出技術分野に関し、特にレーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法及び装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
都市化の進展に伴い、現在の既存建築物では、ほとんどの部屋には外壁外断熱工法を使っているが、ただし、建築の外壁外断熱層は異なる地域の気候環境、工事条件、材料品質などの要素を受けて、断熱層に異なる程度の空洞、裂開、浸水、脱落などの問題が発生し、建築などの構造が設計時の断熱効果に達しず、深刻な場合は大面積の断熱材の脱落をもたらし、人員の死傷及び経済的損失を招く。そのため、断熱材の定期的な健康監視は環境保全産業の高度な重視を引き起こしている。
【０００３】
上記分析により、従来技術に存在する問題及び欠陥は以下の通り、従来技術における手動検出誤差が大きく、効率が遅く、高所作業は危険であり、また従来技術の赤外線熱イメージング測定は検出環境と気候の影響を受けやすく、しかも断熱材の空洞を正確に識別することが難しい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
関連技術に存在する問題を解決するために、本発明の開示された実施例は、レーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法及び装置を提供する。具体的にはレーザードップラー振動測定システムに基づく外壁断熱層空洞の非破壊検出技術に関する。
【０００５】
前記技術的案は以下の通り、レーザードップラー振動測定に基づく外壁断熱層の空洞検出方法は、以下のステップを含み、
対応するサイズに基づいて建物の壁に塗られた断熱層の表面に等間隔な測定グリッドを模して分割するステップ１と、
分割された各測定グリッドに基づいて、断熱層の裏面を異なる面積サイズの未粘着領域に分割し、断熱層の異なる空洞コンポーネントを真似するステップ２と、
レーザードップラー非破壊振動計を用いて異なる空洞コンポーネントに対してマトリックス式点測定を行い、異なる空洞コンポーネントの振動特性を検出するステップ３と、
収集システムを通じてコンピュータ上でデータを収集し、検出データを整理、分析し、異なる空洞コンポーネントの中の空洞の位置決めと空洞の大きさを判定するステップ４。
【０００６】
ステップ１において、等間隔な測定グリッドを模して分割するのは、必要に応じてΔｘ，Δｙを取って測定グリッドを分割することを含む。
【０００７】
ステップ２において、異なる空洞コンポーネントには、異常なしのコンポーネント及び複数の空洞ができたコンポーネントが含まれる。
【０００８】
ステップ３において、レーザードップラー非破壊振動計を用いて異なる空洞コンポーネントに対してマトリックス式点測定を行う際には、さらに、
レーザードップラー非破壊振動計の光学遮断板を回転させて、ヘリウムネオンレーザービームを検出サンプルにアライメントし、信号強度指示バーに基づいてフォーカスリングを調整してピントを合わせ、速度レンジとローパスフィルタレンジを選択し、光電検出器に高周波搬送波信号が発生し、検出対象に照射すると同時に、反射光を収集し、レーザドップラー効果に基づく周波数シフト信号を復調することにより、検出対象の振動速度量が得られる。
【０００９】
ステップ３において、異なる空洞コンポーネントに対してマトリックス式点測定を行うのは、さらに、
異なる空洞コンポーネントの空洞の大きさを変え、マトリックス式点を打ち、分割された異なる測定グリッド中の各グリッドを測定し、振動時刻歴波形を収集することを含む。
【００１０】
一つの実施例において、振動時刻歴波形を収集するのは、振動時刻歴波形を高速フーリエ変換して対応する振動スペクトル波形を得ることであり、具体的には、
任意の外界励起力Ｆ（ｔ）は周期Ｔが無限大となる外界励起力であり、隣接周波数の間隔Δω＝２π／Ｔは無限小量であり、周波数は区間（－∞，∞）上で連続型分布に近づき、当Δω→０の場合、離散型変数ω
ｎ
が連続変換の周波数変数ωに変換し、スペクトル関数の式は以下によって表れ、
（【００１１】以降は省略されています）

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