JPH0130104B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、コンクリート構造物や土壌或いは
地下埋設物などの非金属物を対象として、衝撃弾
性波を利用することにより、その厚さの測定や内
部異物の検出を非破壊法で行うことができる非金
属物検査方法に関する。

従来、上記非金属物を対象としたこの種の検査
方法としては被検物をハンマー等で直接打撃する
ことにより発生した衝撃弾性波を、マイクロフオ
ン又は可動線輪型受信器により捕捉してその挙動
を解析することにより検査するものがあつた。

しかしながらこのような従来の衝撃弾性波を利
用した非金属物検査法にあつては、利用する弾性
波の周波数は1KHz以下であるため下記の様な欠
点不都合がある。

(1) 波長が長く従つて例えば小さな異物などは反
射せずに素通りしてしまうために反射法では捕
捉できない。

(2) 波動発振時刻の設定が変動して不安定にな
る。

(3) 音声その他の外部音が外乱となり正確な判断
を妨げられる。

他方、より周波数の高い領域の波動を利用する
ものとしては、圧電素子を振動子とする超音波パ
ルス利用の検査法があるが、この場合の圧電素子
には厚み圧電素子が用いられていた。従つて周波
数依存度が大きく、数10KHz以下では急激に感度
が低下してしまい常用周波数は数10KHz〜数
100KHzの範囲に限られてしまう。更にまた所要
の指向性を得るには格別大型の素子にする必要が
あるなどの理由から、土壌やコンクリートのよう
に構成分子が粗く、材質密度の不均一な非金属物
に対しては、 (1) 反射法が可能な音場形成が困難であり、かつ (2) 電気エネルギー−機械振動の変換効率が３％
程度と極めて低い などの問題点があつた。

要するに、従来は上記の如き非金属物の反射法
による診断に最も適当とされる1KHz〜50KHzの
範囲の弾性波の利用は空白状態になつており、こ
の為、土木分野に於ける非破壊検査が著しく立遅
れ、経済的にも大きな損失をまねいていた。

この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、 (1) 適当な衝撃板を介して機械的衝撃を加えるこ
とにより被測定物に衝撃弾性波を伝播させる。

(2) 前記衝撃板に接合した数ＭHz以上の固有振動
を有する厚み圧電素子と周波数同調回路及び波
形整形回路を有する電気回路とによつて前記衝
撃弾性波をパルス信号に変換するとともに、上
記電気回路に接続した記憶表示装置にトリガパ
ルスを印加してスタートさせる。

(3) 一方、被測定物内を伝播した前記衝撃弾性波
のうち数ＫHz以上の特定周波数成分のみをタワ
ミ形圧電素子を用いた受信器で撰択的に取り出
して前記記憶表示装置に送り、前記衝撃弾性波
が被測定物中を伝播し反射又は透過してくる時
間を測定することにより被測定物の厚さ、内部
構造を検査する衝撃弾性波による非金属物検査
方法を提供することにより上記問題点を解決す
ることを目的としている。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第４図はこの発明の一実施例を示
す図である。

まず、第１図に示す衝撃弾性波発生時点受信装
置１の構成を説明すると、２は例えば鉄板の如き
硬質板からなる衝撃板、３はその衝撃板２を打撃
するためのハンマーである。

なお、これはハンマーと限らず小鉄球であつて
もよく、或いは又鉄片をスプリングの弾力を利用
して急激に射出するようにしたものなども考えら
れる。

４は前記衝撃板２の表面に接着やビス止めなど
の手段で接合した厚み圧電素子であつて数ＭHzの
固有振動を有するものである。５はこの圧電素子
４を収納するケースでビス６，６によつて前記衝
撃板２の表面に固定して取りつけてある。

７はこのケース５の上面に挿通して設けたコネ
クターで、前記厚み圧電素子４の端子（図示せ
ず）に固着した電気配線８がこのコネクターを介
して、別に設けた第一電気回路９に接続してあ
る。前記第一電気回路９は前記厚み圧電素子４に
感応した振動を立上り急峻なパルス信号に選別し
て変換するためのもので、数ＫHz以上の高次周波
数のみを抽出する周波数同調回路１０と、この周
波数同調回路で抽出した高次周波数を更に選別し
て特定の単一周波数のみとし、それによつてノイ
ズによる誤作を防止するための単一周波数同調回
路１１と前記選別した特定の単一周波数の波動を
先鋭なパルス信号に変換する波形整形回路１２
と、前記パルス信号を出力する出力端子１３とを
直列に接続して構成してある。

１４は前記出力端子に接続した記憶表示装置
で、記憶要素としてのタイムカウンターに表示要
素としてのオシロスコープを組合せたものであ
る。

第２図に示すものは、上述の衝撃弾性波発生時
点受信装置１より発信して被検物内を伝播する弾
性波のうち反射したものを受信する反射波受信装
置１５である。

１６は数ＫHz以上の周波数に感応するタワミ形
圧電素子で、ケース１７内に収納してケース底部
に接着などの手段で接合してある。１８は前記ケ
ース１７の頂部に挿通して設けたコネクター、１
９は電気配線で前記タワミ形圧電素子１６と単一
周波数選別増幅回路２０をコネクター１８を介し
て連係している。

前記単一周波数選別増幅回路２０は前記タワミ
形圧電素子１６から送られる反射波の電気信号を
特定の単一周波数に選別して増幅するための第二
電気回路である。

これによつて抽出された目的の周波数を有する
反射波信号は前記記憶表示装置１４に入力するよ
うに構成してある。

次に作用を説明する。

例えば第３図に示すように土壌Ｓ中に埋設され
たコンクリート構造物２１を被測定物としてその
厚さを測定する場合につき述べると、先ず被測定
物２１の露出面に載置した衝撃弾性波発生時点受
信装置１の衝撃板２をハンマー３で打撃する。す
るとこの機械的衝撃により衝撃板２には高範囲の
周波数を有する衝撃弾性波が同時に発生し衝撃板
２内を伝播するが、このうち数ＭHz以上の高次周
波数成分のみが衝撃弾性波発生時点受信装置１の
厚み圧電素子４によつて電気信号に変換されて、
配線８を経由して電気回路９の周波数同調回路１
０へ、更に単一周波数同調回路１１へ送られ、誤
動作の原因となるノズルを完全に除去した特定の
単一周波数に選別される。

続いて、波形整形回路１２によつて立上り急峻
なパルス信号に変換されて出力端子１３より記憶
表示装置１４へ伝達し、その計時要素の作動をス
タートさせる。

一方、発生した前記衝撃弾性波は衝撃板２より
前記コンクリート構造物２１内に伝播するが、こ
のうち数ＭHz以上の高次周波数成分は急激に減衰
してしまい、比較的低次の周波数成分が深部方向
に進行することになる。そしてコンクリート構造
物２１と土壌Ｓとの境界面２２に到達すると一部
の周波数成分はそのまま土壌内に進行するが、そ
の他は反射する。この反射波２３は反射波受信装
置１５のタワミ形圧電素子１６に捕捉される。

このタワミ形圧電素子１６は基本振動が数ＫHz
で、厚み圧電素子４と異なり径方向に湾曲振動し
数ＫHz〜数10KHzの周波数に敏感に感応できるか
ら、これによつて組織構成が粗い非金属物に対し
最適な周波数帯の波動を選択的に捕捉可能であ
る。このようにして捕捉した反射波の振動は電気
信号に変換されて単一周波数選別増幅回路２０に
送られる。ここで特定の単一周波数の電気信号に
選別増幅した信号は前記記憶表示装置１４に送ら
れて、例えばそのブラウン管のけい光面に第４図
に示すような画像を描くことができる。そこで衝
撃波発生時のパルス信号２４から反射波のパルス
信号２５迄の時間Ｔを時間軸Ｘより読み取れば、
予め測定してある衝撃弾性波のコンクリート内伝
播速度を用いてコンクリート構造物２１の厚さＬ
を知ることができる。

なお、上述の説明は反射法による測定について
のみ述べたが、勿論これに限らず例えば透過法な
どにも利用できる。

以上説明してきたように、この発明によれば、
非金属性の被測定物の内部構造を検査するのに、
衝撃板を介して機械的衝撃を被測定物に加えて
衝撃弾性波を発生させる。前記衝撃板に接合し
た数ＭHz以上の固有振動数を有する厚み圧電素子
と電気回路によつて高次特定周波数成分のみ抽出
してパルス信号に変換し、これを記憶表示装置に
送つて波動発生時点を検出記憶する。一方、前
記衝撃弾性波のうち被測定物に伝播し反射又は透
過した波は、数ＫHz以上の固有振動数を有するタ
ワミ形圧電素子と電気回路によつて特定周波数成
分を抽出して電気信号に変換し、これを前記記憶
表示装置に送つて前記衝撃弾性波の被測定物内通
過時点を検出記憶し、かつ前記両記憶を比較する
ことにより行うようにしたから、 機械的衝撃の与え方即ち衝撃手段、方向、強
さによる影響が少なく、一定の面積から被測定
物の深部方向に指向性が良く安定した大きなエ
ネルギの弾性波を発信でき、 波動発生時点を外部音に影響されることなく
確実に検出でき、 組織構成が金属より粗い非金属物に対し最適
な数ＫHz〜数10KHzの周波数帯の波動を選択的
に捕捉でき、非金属物について正確な検査、測
定が可能となるという画期的な効果が得られ
る。

という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明に係る非金属物非破壊検査システ
ムの一実施例を示すもので、第１図は弾性波発生
時点受信装置の構成図、第２図は弾性波反射波形
受信装置の構成図、第３図は第１図、第２図に示
す装置の使用説明図、第４図は表示装置にオシロ
スコープを用いた場合の表示例を示す図である。 １……衝撃弾性波発生時点受信装置、２……衝
撃板、４……厚み圧電素子、９……第一電気回
路、１６……タワミ形圧電素子、２０……単一周
波数選別増幅回路、２１……被測定体、２２……
境界面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被測定物上に配置した衝撃板に機械的衝撃を
   加えて衝撃弾性波を発生させること、前記衝撃弾
   性波のうち数ＭHz以上の周波数成分を前記衝撃板
   の表面に接合した厚み圧電素子により選別受信す
   ること、この選別受信した波動から特定周波数成
   分を抽出してパルス信号に変換することにより前
   記衝撃弾性波の発生時点を電気的に検出記憶する
   こと、及び前記衝撃弾性波が前記被測定物に伝播
   し反射又は透過する弾性波中の数ＫHz以上の周波
   数成分を前記被測定物の衝撃板を配置した面又は
   これに対向する面に配置したタワミ形圧電素子で
   選別受信すること、この選別受信した波動から特
   定周波数成分を抽出してパルス信号に変換するこ
   とにより被測定物内を伝播し反射又は透過する弾
   性波を電気的に検出記憶すること、かつ前記両記
   憶を比較することによつて前記被測定物の厚み又
   は内部構造を検査することを特徴とする衝撃弾性
   波による非金属物検査方法。