JPH0194205A - 超音波の伝搬距離の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波の伝搬距離を測定する方法に係わり、
特にコンクリート、アスファルト、セラミックス等の減
衰度の高い非金属材料に対して好適な伝搬距離の測定方
法に関する。

［従来の技術］ 超音波の伝搬距離の測定は、音速が既知の被検体の伝搬
時間を測定し、音速と伝搬時間の積から伝搬距離を求め
る二探触子による透過法で被検体の厚さ測定などに利用
されるが、超音波の伝搬距離の測定対象が被検体の平面
上の二点間や前記厚さの場合等は、超音波を利用して測
定するよりもむしろスケール等の測定具を使用した方が
精密に測定することが可能である。しかし被検体内部を
しかも欠陥等を屈折して伝搬するような場合の超音波の
伝搬距離は、前記スケール等では全く測定することがで
きず、非破壊的に測定するにはやはり前記の音速と伝搬
時間とにより測定する方法が一般的な方法であった。

他方、ＣＲＴ上に出現する欠陥エコーの位置が超音波の
伝搬距離に比例することから、ＣＲＴ上でビーム路程を
読みとることにより伝搬距離が計算され、欠陥の位置が
判定される方法がある。しかしこのような方法は、前記
音速と伝搬時間とにより伝搬距離を測定し被検体の厚さ
を測定する例の方法とともに、鋼材等の減衰度の低い材
質を対象とし数Ｍ　Ｈｚの比較的高い周波数を使用した
場合に使用されるもので、コンクリート等の非金属材料
の場合には、減衰度が鋼材等に比べて格段に大きく、必
然的に使用する周波数が２０ｋＨｚ〜３００に＆の低い
周波数を使用せざるを得なくなり、送信パルス幅が広く
したがって受信波の立ち」二かり位置も不明確となり、
上記鋼材等で使用可能な方法でも使用することはできな
い。また従来伝搬距離の測定上必要であった伝搬時間も
かなりばらつき実用的に問題があった。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明は、上記の問題点に鑑み、特にコンクリートやア
スファルト等の減衰度の高い非金属材料に対して精度よ
く測定することができる超音波の伝搬距離の測定方法を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明の超音波の伝搬距離の測
定方法は、被検体」二に間隔を設けて送信用および受信
用の探触子を当接し、送信用の探触子より被検体に低周
波数の超音波を入射し、被検体を伝搬した前記超音波を
受信用の探触子に受信させ、受信した信号を周波数分析
器を介して表示したパワースペクトラムが最大となる周
波数の出現帯域の変化量を評価指標として超音波の伝搬
距離を測定することを特徴とする。

［作用コ 上記構成中に示す周波数分析器を介して表示した受信信
号のパワースペクトラムが最大となる周波数（以下中心
周波数という）は、測定対象とする被検体の減衰度が大
きいために超音波の伝搬距離の変化量に応じて明瞭に変
化する。例えば被検体」二に当接した送信用および受信
用の探触子間に超音波を送信させ、被検体表面を伝搬す
る表面伝搬波の周波数分析器を介して表示した中心周波
数についてみると、前記探触子間距離すなわち表面伝搬
波の伝搬距離が増加するに伴い中心周波数の出現帯域が
低周波数側へ移動して表示される。この現象は被検体の
大きい減衰度のために伝搬距離の増加につれて高周波成
分が減衰し中心周波数がイ列 比勢的に低くなるために、あたかも中心周波数が低周波
数側へ移動しているように見えることによる。」二記伝
搬距離が減少する場合は、増加する場合と反対に中心周
波数の出現帯域は高い側へ移動するように表示される。

本発明は上記中心周波数の出現帯域の変化量を評価指標
とし、伝搬距離との相関関係を利用して伝搬距離を測定
するものである。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図は本発明による超音波の伝搬距離の測定方法を適
用した一実施例を示す図である。図において、１はコン
クリートブロックの表面１ａに開口したき裂４を有する
被検体で、縦×横×長さの寸法が２００　Ｘ　２００　
Ｘ　８００　（単位ｌＴ［ｎ）の鉄筋の入っていない直
方体で、呼び強度は２１ｏｋｇ／ｄである。またコンク
リートの配合は表１の通りである。

前記き裂４の幅Ｗは０．２■で、コンクリートブロック
作成時ポリエチレンシートを挿入し２４時間後に取り除
いて形成したものである。き裂操さｄはＯｍｍから１０
０■まで２０ｎｗｎピッチに変えたものとなっている。

＝４− 表１ 被検体１の表面１ａにはき裂４を挟んで送信用の探触子
２と受信用の探触子３が対向して配置されている。き裂
４と探触子２との距離はＬｌ、探触子３との距離はり、
である。使用した探触子２゜３は横波斜角探触子（型式
０，１．Ｚ２４Ｘ３５Ａ４５−　ＳＨ）で、コンクリー
トの横波の音速が３０００ｍ／ｓの時に入射角４５度で
横波（ＳＨ波）を入射でき、かつ受信パルスの立ち上が
りを鋭くするためにボリミイド樹脂のくさびを取り付け
たものとなっている。測定に当たって探触子２，３の配
置をＬ１＝２０ｎｗｎ　、　Ｌ　、　＝４０ｗｎとし、
被検体１内への超音波の入射をし易くするために前記く
さびの下に接触媒質としてゴム環の薄板を貼着している
。また探触子２，３の押し付は力は９２０ｇ＃Ｊとした
。なおパルサは低周波探傷器を使用した。

き翼先端４ａを介して受信された受信波を周波数分析器
に導き、き裂深さｄを０ＬＩｆｆｉ＋から］０Ｏｎｎま
で２０画ピッチに増しその増加に伴う周波数分布を測・
　定した結果を第２図（ａ）〜（ｆ）に示す。代表例と
して図の（ａ）はき裂４のない健全部の場合のもので中
心周波数は１．００　ｋ　Ｈｚである。同図（ｃ）はき
裂深さｄ＝４０［ｌの場合で中心周波数は９７ｋＨｚ、
同図（ｆ）はき裂深さｄ　＝１．０Ｏｎｎ＋の場合で中
心周波数は８０　ｋ　Ｈ７である。第２図の結果を纒め
たものを第３図に示す。図の横軸はき裂深さｄ　　（ｎ
＋ｍ）　、縦軸は中心周波数ｆ（ｋＨｚ）を示す。図中
○印が測定値で、−点鎖線で示す直線は測定値を最小二
乗法により求めた回帰線である。回帰式は次式 ｆ　＝０．２００７１４　ｄ　＋９９．９５２４　　　
　　・・・　・（１）となり、両者間は直線の回帰とな
る。この場合の相関係数γは−０，９８３６となり良好
な相関関係を示している。

上記相関関係は、被検体１がコンクリートであり鋼材等
に比べ減衰度が大きいため、超音波の伝搬距離がき裂深
さｄの増加分だけ延びるにつれて高周波成分が減衰し、
中心周波数ｆが低くなりあたかも低周波数側へ変位して
いるような現象となる。この関係をさらに検証するため
に、上記き裂を有する被検体１の測定の場合と同じ測定
条件でき裂のない健全面について伝搬距離と中心周波数
との関係を測定した。測定結果を第４図および第５図に
示す。第４図（ａ）〜（ｈ）は、探触子間距離りすなわ
ち表面伝搬波の伝搬距離を５０．１００．２ｏｏ。

３００、４００．５００．６００．７００ｍｍとした場
合の受信波の周波数分布を示すもので、伝搬距離の増加
に伴い中心周波数ｆの低下していることが判る。第５図
は第４図の結果および追加測定したものをグラフ化した
もので、横軸は探触子間距離Ｌ（１ｍ＋）。

縦軸は中心周波数ｆ（ｋＪ（ｚ）を示す。図中○印が測
定値で、−点鎖線で示す直線は測定値を最小二乗法によ
り求めた回帰線である。回帰式は次式ｆ　＝０．０３４
０６Ｌ　＋９８．８５７　　　　　　・・・・・（２）
となり、この場合の相関係数γは−０，９２２となる。

図から判るように多少のばらつきはあるものの伝搬距離
の増加に伴い中心周波数ｆの出現帯域があたかも低い側
へ移動しているように見え、両者間に相関関係のあるこ
とを明瞭に示している。

つぎに本発明の測定方法による測定精度を第６図により
説明する。図は前記第２図および第３図により説明した
コンクリ−１−ブロックに設けたき裂深さｄと中心周波
数ｆとの関係の回帰式（１）で計算した値を縦軸とし、
実際のき裂深さｄｒ（ｉｎｍ）を横軸として示したもの
である。図中Ｏ印が回帰式（］）で計算した値の推定き
裂深さｄｕ（ｍ）で、実線はｄｒ＝：ｄｕを示す線であ
る。この結果誤差の平均値Ｘ　＝］、０８３ｎ＋ｎ、誤
差の標準偏差σ＝６．２４４＋ｎで良好な精度を示して
いることが判る。

上記の如く本発明の測定方法は、周波数分析器を介した
中心周波数の出現帯域の変化量と伝搬距離との相関関係
を利用して伝搬距離を測定するものであるから、使用す
る超音波のモードはいずれのモードでもよく、また被検
体を伝搬した超音波の受信波が得られれば測定すること
ができるから、伝搬時間を利用する場合のように受信波
の立ち上がり位置を問題にすることもなく測定すること
が可能である。具体的な測定に際しては、各種の測定対
象物について前記第３図に示すような回帰線または回帰
式を作成し、それとの対比により測定値を得ることにな
るが、測定が精度よく簡単にできることから例えば曲面
の二点間の距離やコンクリート構造物の壁厚、アスファ
ル１〜舗装の厚さ等の測定も可能である。

［発明の効果コ 以上説明した如く、本発明は、被検体を伝搬した超音波
の受信信号を、周波数分析器を介して表示した中心周波
数の出現帯域の変化量を評価指標とし、伝搬距離との相
関関係を利用して伝搬距離を測定するようにしたから、
特にコンクリートやアスファルト等の減衰度の高い非金
属材料に対して、超音波の伝搬距離を容易に精度よく測
定することができる顕著な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例に係わる説明図で、第１
図はコンクリート表面における探触子の設置状況と超音
波の伝搬径路を示す図、第２図はコンクリートブロック
のき裂深さの増加に伴う周波数分布の変化を示す図、第
３図は第２図におけるき裂深さと中心周波数との関係を
纒めた図、第４図はコンクリートブロックのき裂のない
健全面における探触子間距離と中心周波数との関係の変
化を示す図、第５図は第４図における関係をグラフ化し
た図、第６図はコンクリートブロックのき裂深さの測定
精度を示す図である。 特許出願人　　日立建機株式会社 代理人　弁理士　　秋　本　正　実（外１名）第１図 −月一 第５図 謀触）蘭距皺（Ｌ）　ｒｎ□ 第　６図 ＊際のき裂潔さ（ｄｒ）　ｍｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被検体上に間隔を設けて送信用および受信用の探触
   子を当接し、送信用の探触子より被検体に低周波数の超
   音波を入射し、被検体を伝搬した前記超音波を受信用の
   探触子に受信させ、受信した信号を周波数分析器を介し
   て表示したパワースペクトラムが最大となる周波数の出
   現帯域の変化量を評価指標として超音波の伝搬距離を測
   定する方法。