JPS5888656A - 表面波監視装置 - 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】 一般的に言って本発明は重大なまた成長しつつある欠陥
を示す応力波を放出している構造物を監視しどこにその
ような欠陥があるかを検査している人達にその欠陥を知
らせるために長期間に構造物の中で発生する欠陥を測定
する目的で構造物の中の応力から発生される音響放射を
監視することに関する。より詳細には、本発明は構造物
の中で破損の徴候を呈するような成長しつつある欠陥を
示す表面応力波を連続的に監視しそのような破損に至る
はるか以前にそのような状態を矯正するために橋梁等の
構造物における表面応力波を監視するための撲状台に取
り付けられた音響放射検出器に関する。

周知のことではあるが橋梁あるいはビルディングのよう
な大きな構造物においては非常に多くの（６） ノイズが連続的に発生される。構造物の中で成長してい
る欠陥によって放出される表面波を監視する際の測定す
なわち監視プロセスは無関係なノイズを着目するノイズ
と一緒に拾わないものでなければならない。したがって
、何か問題が起った時にその問題を検出し２表示するよ
うな聴視を行うために、無関係なノイズを削除して着目
するノイズを拾うような音響放射検出器を配置すること
が重要になってくる。この技術は受動的な技術であるか
ら着１］する放射を分離するためには注意を用しこの観
点から音響放射検出に関する本発明がなされノこ〇 大規模で複雑な構造物の上に、放射源を探知するために
広い間隔で少数のトランスジューサを設置しただけでは
不用７．Ｃノイズを区別することは困難である。したか
つて、着目する範囲外の発生源からの応力波を除外Ｉ−
着（」する範囲内に集中するような方策か構しられなけ
ればならない。例えば橋梁構造物の場合、主要な橋げた
の下部フランジの」−にあるスラグ式つき合わせ溶接部
が着目する（７） 領域として選ばれそこに応力波を検出し連続的に監視す
るためのトランスジューサが設置される。

橋梁構造物の中で伝達される大部分の音響放射エネルギ
は、例えば溶接構造の橋梁を測定する場合には、構造物
の表面を走る波として伝達される。

音響放射トランスジューサは通常表面に対して垂直な質
点運動に関してのみ感応する。したがって構造物とトラ
ンスジューサの間に適当な（束状体を置くことによって
トランス／ユーザの表面波に対する感度を増すことが可
能でありそうすることによって着目する波が検出器に導
かれる。本発明で行うのはトランスジューサ検出器を設
置するための方策である。束状体は表面波に対する感度
を増すことに加えてトランスジューサの感度が定方向に
感応するようにする。したがって、接合面の１端に設置
されたトランスジユーザは接合面に沿って発生する応力
波に対してのみ感応するようになる。また本発明によれ
は束状体の材料および発生させる周波数を適正に選択す
ることによって、単ｌのトランスジューサがその線上で
発生されてい（８） ない表面波を全く受は入れることなくその線に沿って俯
視することおよび伝播された波動に対して正確に感応す
ることが可能になる。

したがって本発明によれば、１〃ｎ−祝されるべき基礎
制表面に束状体を取りつけるために使用される月料の種
類に依存するが束状体の頂面がその下部保合面に対して
約・１・０．４．１°　から４．４．．２５°　の間の
角度範囲を有する（装状体上に検出器を取り付けること
によって構造物すなわち橋梁の中の溶接面の線に沿った
表面波を検出するための装置が提供される。例えば、接
着式で取り伺けた場合にはその角度が約４・４．２５°
　であるのに対して摺動式で取り付けた場合には約４．
０．４．、１°　が好ましい。束状体の取り付けが各種
のプラスチックのような種々の材料で形成可能であるこ
とは本発明の範囲内であるが、本発明によれば監視され
るべき基礎材が鋼鉄である場合には鋼鉄と似かよった密
度を有する真鍮を用いるのが好ましい。

前述した束状体の角度に加えて、本発明の第２の特徴は
束状体の頂面に取り伺けられる検出器の（９） 長さを包含する。本発明によれば検出器の長さは監視さ
れる応力波の周波数とは逆に変化させる。

例えば、監視される周波数が１００　ＫＨｚで、束状体
の基礎材への取り付は方法が摺動式である場合には検出
器の長さは約５　（Ｌ９６　ｍｍであるが同じ周波数に
おいてもしその取り付は方法が接着式であれば検出器の
長さは７７−５８ｍｍになる。また周波数が’Ｊ、ＭＨ
ｚの場合に摺動式取り付けの場合には検出器の長さは約
５−１０＋測で接着式取り付けの場合には約７．７５咽
となる。

監視する基礎材にたいする束状体の取り付けにあたって
は種々の材料が用いられろ。摺動式取り付けの場合には
ゲル、グリセリン、シリコングリースあるいはすべての
通常の石油系ゼリー状物質を含む多数の拐料を使用でき
る。しかしながらエコーラボラトリーズ（ｇｃｈｏ　Ｌ
ａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ　。

Ｌｏｕｉｓｔｏｗｎ、　Ｐｅｎｎ５ｙｌｖａｎｉａ）製
の超音波接合剤であるウルトラゲルｎ　（ｌＪＬＴＲＡ
Ｇｌ’：Ｌ　ＩＩ）を使用するのが好ましい。反対にも
し接着式取り付けの場合にはシアンアクリル系圧力感応
性接着剤又は（１０） 室温硬化性化合物を含む神々の圧力感応性接着剤を使用
することができろ。ここにｔ、５いて接着イＡ旧は岐接
着物底面ど監視さ、ｌする基礎（」の頂面の間において
可能な限り薄い形状をイｊすることが重要であるのでシ
アノアクリル系圧力感Ｍ−、１件接１’ｆ剤が好ましい
。代表的な商品としては戸りスターコーポレーンヨンの
７・イゾール部（Ｉｌｙｓｏｉ　Ｉ）ｅｖｉｓｉｏｎ。

１）ｅｘｔｅｒ　　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、、　　Ｊ
’ｉｔｔｓｂｕｒｇ　　、　　Ｃａ１ｉｆｏｔｎｉａ）
製の一スーパードロップ”８　Ｃ５ＵＰＥＩ〆ｌ＞ｕｏ
ｐ　３　）あるいはイーストマン・コタソクネ＋：　（
１’ｒ’ａ　ｓ　ｔｍａ、ｎＫｏｄａｋ　Ｃｏ？７１ｐ
ａ、ｎ４１　、　Ｒｏ　ｃｈａ　ｓ　ｉ　ｅｒ　、　Ｎ
ｅｗ　Ｙａｒｋ）製のイーストマン９１０　（Ｈ’ａｓ
　ｔｒｎ、ａｎ　Ｏ’、１．０　）が、Ｉ））ろ。

本発明の第８の観点はトランスンー１−サ検出器を（契
状体頂面の−にの特定な位置に取りイマ］げることにあ
る。すなわち検出器の油力；Ｌｊ＃’＋は頂面の対Ｉ′
ｆ１．／Ｊ・ら頂面と直交して延反する線上に配置され
なければならない。すなわち、監視されろ音波は監視さ
れる基礎材と喫状体の底面の間で屈折する。屈折Ｉ〜た
音波はその２つの物体の中で音波の速度で決定される入
射角を有ｌ〜前述ｉ〜た延反すイ）線は七発（］］） 明による音波の前方縁を示す。そのような取り付けによ
って溶接面における斤響放射によって発生される波形は
トランスジュー−リ−によってもたらされる信号の中で
正確に再現されろ。

これによってまた着目する基礎材（（対してス」パード
ロップ８の可能な限り薄い層で接着された真鍮製の倶状
体を用いることによって商業規模の実操作ておいて十分
にまた経済的に魅力のある状態で満足すべき結果が得ら
れる。底部係合面に関する（契状体の頂面の角度は４．
４．．２５°で、僕状体頂面上に取り付けられるトラン
ス／ユーザ検出器素子の長さＯ土１．９−０５　ｒｒｖ
ｎである。僕状体の幅は検出器の両側端に適当な余裕を
提供するように選択されるが、この鴨合には８１．７５
ｍｍの幅を任意に選択した。投状体の拐質は前述（−だ
如く鋼鉄と似かよった密度を有しかつ鋼鉄の中のせん新
液の速度に近い漏洩波の速度を維持させる効果を有する
真鍮を選定した。

詳細は後述するが検出器はその前方縁が喫状体によって
屈折された音波の前方縁を示す線をさえ（１２） ぎるように喫状体の頂面−１−、に配ｊｉｆｆされる。

本発明の他の特徴は）・ランスジユーザ検出器の極性を
利用することにある。すなわちせん新型の極性の検出器
を２分割ｔ〜てそれぞれ半分部分とし一力の半分部分を
他力に関して１．８０　’回転させることによって提供
される示差型検出器である。前述したようにすることに
よって両方の半分部分の検出器が供状体の−にに１４ｙ
り付けられたとぎに、各々の部分の検出器で拾われだせ
ん新液に対する応答は同じ大きさでその方向がＩｌ″に
反対になる。このような手順によって示差型検出器を用
いて２つの検出器からの出力が加算される。Ｉ−かしな
がらとの増幅器は両方の１．４１１の導線に共通に起こ
るとのような電気的な干渉も減勢する。したがってこの
ような受信装置は着目する溶接面に沿って進行するすべ
ての伝播せん新液の非常に正確な出力を提供する効果を
有する。

杵 同−の１号が同一の部分を示す図面を参照しながら説明
を加えると、第１図は２つの構造用鋼鉄梁■４および１
６を接合している溶接面１８に隣（］］］ 接して取り伺けられている僕状体■０を示している。佼
状体１０は角３０がおよそ４０．４．１’　と４４１Ｌ
２５°の範囲にあるように形成されるがこの例ではその
角３０ば４．４．２５°でキ）る。喫状体１０の下側面
と基材１４・および１６の間の接合は前述したようにス
ー、パードロップ８　（ＳＵＰＥＲＤＲ−ＯＦ２）によ
って接着的に接合されており（契状体１０の材質は真鍮
である。喫状体１０の角７０は９０°でありしたがって
角４０が４５．７５°であることは理解されよう。

検出素器２０は、その前方縁２２が喫状体１０の頂面５
２を直角に横ぎる線２４に近接するように、喫状体１０
の頂面５２の上に取り付けられる。

前述したように、検出器２０の長さ２６は探知されるべ
き周波数とは逆の変化をするっ 例えば、周波数が５００ないし６００　ＫＩＩｚ　の間
にあるときは、検出器２０の長さ２６は１９．０５露に
なる。他の周波数に対する代表的な長さは表１に記す。

しかしながらこれらの例はここで一般的に公表しまた当
業者を対象として述べる本発明（１４） の広汎な公開範囲を制限ずく）性格のものではないとい
う認識に基づいて記載されていることは理解されなげれ
ばならない。

表　　　１ １．０（ｌ　Ｊ（Ｆｌｚ　　５０．９　ｆｉ＋ｎｍ７７
．５３ｍｍ５（１０ＫＦＩＺ　　ｉ　（１，Ｉ　Ｄａｎ
　　１５．５　］、ｒｕｎ］−Ｍ／ｌｚ　　５．１　ｆ
ｌ＋ｍｎ　　７．７５ｍｍ表１かられかる如（、検出器
の１、ζさばおのおのの周波数レベルにおいて摺動式ｊ
Ｉ！１！り伺は法よりも接着式取旧法の力が長（なって
いる。これは摺動式取り伺は法に較べて接着式取りイ・
ｊげ法の力が屈折波の波陵が長（なるためである３、こ
の工ψ山は完全には理解されていないが理論トはより堅
固に固定される接着式取り付は法はより良好な屈折波を
生み出すということが言えイ）。

（装状体１０の幅３４・は（棒状体］（）の拍面５２に
対してその幅方向に適当１５「余裕をもたせろようなも
のであればどのような幅でもよい。例えば検出器の長さ
がｌ　Ｏ，０５ｒｔｖｎに対しく装状体１ｏの幅は３　
］、７５　ｍｍに１ろことができる。残ったｆ１ムの・
Ｊ゛法すなわら検出器２０の２８お夕よひ８２また楔状
体１０の高さ３６によび長さ８８は膜性業者の都合およ
び監視される領域の特殊性によって適宜選択することが
できる。楔状体の幅は探知される音の指向性に影響をカ
え例えば幅の広い１装状体は、Ｊ二り無指向性の音波を
許容する。

検出器の幅８２は最適な探知のために入射表面波と同じ
広さになるように顆けれる。すなわち、音響放射の場合
にはその音源は通常点源であり結果として起る表面波は
実際（（は球状波面を有する。

音の発生源から１−分に遠ざかると波形は平面に近くな
る。したが−って検出器の幅が十分に大きければ波面を
可能な限り大きくとらえることができる。

しかしながら球状の波面を傍受するためにその幅を任意
に可能な限り大きくすることはできるが一方では適ＩＷ
な大きさに作られた容器の中で適合するような検出器の
寸法が選定されることは理解されねばならない。

検出器２０の、高さ２８は共鳴周波数を決定する。

一般的には外部ノイズによる障害が少ないがなり高い領
域に選択される。しかじながｒ）この点に関し、本発明
に関して重要な因子は特に、楔状体１０の角３（１，検
出器２０の陵さ２（ｉＸ僕状体１０の頂面５２に沿・つ
て線２＝１゜を横切る検出器２０の前面縁２２の位置お
よびせん新液検出器が、前述した如（、電気的干渉から
信号の本質的な部分を選り分ける示差型検出性１７１ナ
イＩｊｈえているという事実を強調しなければならない
。

つぎに第３図を参照Ｉ゛ると１４月Ｒ体８０の前面に設
けられた室の中に取りｆｑけられている検出器８８およ
び９０の他の実施態様が示されている。

この実施例においては検出器は半分に分割され互いに１
８０°回転された二連の検出器８８７世よび８９を形成
している。導線！□）６および９８は２分割された検出
器８８よｄよび≦〕０を感知した信号を再現するだめの
回路へソケット１００を通じて接続している端子９２お
よび≦）１．にそれぞれ順に接続している。当業者には
明らかだろうが、この場（１７） 合端子９２および９４は史に他の用途のために感知した
信号を増幅するための示差型増幅器（図示せず）に接続
される。示差型増幅器は２分割された二連の検出器から
受けた２つの信号を加えまた共通の電気的干渉を減する
。串８４．は防護ギヤラフ０８６にＪ二って閉じられる
。

トランスジユーザが検出器２（）によって作り出された
信号を受けその信号を読み取り可能なデータとするため
に導線５８および６０によって通常の回路へ接続可能な
ごとは理解されるであろう。

例えば回路は検出器２０をデータ獲得、修正システムに
接続可能である。すなわちトランスジユーザは、ｌ−ラ
ンスジューサによって感知される事象・振幅・事象の発
生時間・事象の継続時間・事象の到達時間・日時および
温度、荷重等の外的変数の値を含む事象毎のまた各トラ
ンスジユーザ毎の情報を提供するマイクロプロセッサ−
システムに接続可能である。この情報は後で呼び出すた
めに大容量記憶媒体に記憶させるかあるいは史にデータ
処理するためにコンピュータまたはミニコンビュ（１日
） −タヘ転送することができることは周知のところである
。各トランスジューサによって探知された各事象４７７
の完全な特性値を表すこの方法は監視される大きな構造
物の全体的な活動に関して意味のある事象を記録すると
ともに事象の発生時間と事象の特性情報を割り出すこと
ができる。このよりなトランスジユーザを多数マイクロ
プロセッサに供給し常時監視されている構造物あるいは
監視されている重要な部分の状態の全体的な状態図を提
供することが可能である。

ここにおいて不発り１の好ましい実施、態様を記載した
が、本発明はこれらの方法および装置の態様に限定され
るものではな（頭書の特許請求の範囲から逸脱すること
なく変形可能である。例えば予め成形された複数個の佼
状体を比較的小型化された関連する検出器とともに円形
状に積むことによって監視される表面波から全ての方向
の信号を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は吹型形状をなして２つの梁の間の溶接面上に取
り付けられた本発明を示す側面図。 第２図は第１図の設置された俊状体の右側方斜視図。 第８図は周囲から検出器を保護するだめの内部隔室の中
の榛状体の上に取り付けられた分割された示差型、検出
器を含む本発明の他の実施例を示す透視図。 １０・・・喫状支持台、■４１．１６・・・基礎材２０
・・・検出器、２２・・・検出器前方端、２４・・・延
長線、２６・・・検出器長さ、８０・・・頂面と底面の
なす角、５２・・・頂面、特許出願人　　ベクトン・テ
ィツキンソン・アンド・カンノぐニー 代　　理　　人　　弁理士　　　湯　浅　恭　三（外２
名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）監視されるへき基礎材の上に取り付けられる楔状
   支持台と、該（楔状支持台の頂面上に取り刊けられる検
   出器と、該検出器によって発信される信号を変換するた
   め（こ前記検出器に接続される回路装置と、から構成さ
   れ前記楔状支持台の頂面の角度がその基礎材と係合する
   底面から測られる角Ｉｆにおいて約４０．４１°と４４
   ．２５°の間の範囲（こあり、前記検出器の上側前方端
   面が前記楔状支持台の前記頂面の対角から前記頂面に対
   して直角に交差して延長する線上に位置し、さらｌこ前
   記検出器の長さを監視されるべき表面波の周波数の変化
   とは逆に変えることを特徴とする不用音波を自動的ζこ
   濾波すると同時（こ基礎材の中の指向性表面音波を連続
   的に監視するだめの表面波監視装置。、（２、特許請求
   の範囲第１項に記載の装置Ｏこおいて、前記楔状支持台
   が監視される基礎材の上（（摺動式（１） で取り付けられ前記頂面の角度が４０．４１°であるこ
   とを特徴とする表面波監視装置。 （３）特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
   記楔状支持台が監視される基礎材の上０こ接着式で取り
   付けられ前記頂面の角度が４４．２５°であることを特
   徴とする表面波監視装置。 （４）特許請求の範囲第１項（こ記載の装置（こおいて
   、監視される前記基礎材が鋼鉄製であり前記楔状支持台
   が真鍮膜であることを特徴とする表面波監視装置。 （５）特許請求の範囲第４項（こ記載の装置において、
   監視される表面音波の周波数が１００　ＫＨｚから１Ｍ
   Ｈｚの範囲であり前記検出器の長さが約５．１０朋から
   ７７．５３ｍｍの範囲にあることを特徴とする表面波監
   視装置。 （６）特許請求の範囲第２項に記載の装置において、前
   記摺動式取り付けがゲノペグリセリン、シリコングリー
   スおよび石油系のゼリー状物質を含む群から選択された
   物質９こまってなされることを特徴とする表面波監視装
   置。 （２） （７）特許請求の範囲第３項に記載の装置において、前
   記接着式取り月けがンアノアクリル系圧力感応型接着剤
   ζこよってなされていることを特徴とする表面波監視装
   置。 （８）特許請求の範囲第１項（こ記載の装置において、
   前記検出器がせん新型で極性の検出器であって該検出器
   が２分割され該２分割された検出器が互Ｏこ１８０°回
   転した状態で前記（ルク状支持台の上に取り付けられて
   いることを特徴とする表面波監視装置、。 （９）特許請求の範囲第１項に記載の装置ｉｅ、　ｉこ
   おいて、前記楔状支持台の」二に一体となって取りイζ
   １けられその底面が前記楔状支持台の頂面に該当し防護
   蓋を有する隔室の中（こ前記検出器が取すイ（」けら、
   ｔすることを特徴とする表面波監視装置。 （１０）基礎材と係合する底面とのなす角が約／１０．
   ４１゜から４４．２５°の範囲にある頂面を有ずろ検出
   器用楔状支持台を用意する段階と；これ（こよって用意
   されたＡｆＩ記侯記文状支持台視されるべき基礎材の上
   ζこ取り付ける第１の取りｆ＝１けの段階と；前記楔状
   支持台の」−（こ取り付けるために、検出器の長さく３
   ） が監視される音波の周波数とは逆の関係になるような適
   当な長さを持つ検出器を選ぶ選択の段階と：前記選択の
   段階からもたらされる前記検出器をその前線が前記楔状
   支持台の前記頂面の対角から前記頂面に対して直角に延
   長する線に接するように取り付ける第２の取り付けの段
   階と；前記検出器を該検出器から発信される信号を読取
   り可能とする装置に結線する接続の段階と、を含む不要
   音波を自動的に濾波すると同時に基礎材からの指向性表
   面音波を連続的に監視する表面波監視方法。 （２）特許請求の範囲第１０項に記載の方法において、
   前記第１の取り付けの段階が摺動式でなされかつ前記楔
   状支持台は４０．４・１°の角度のものが用いられるこ
   とを特徴とする表面波監視方法。 Ｑ２）　　特許請求の範囲第１０項に記載の方法におい
   て、前記第１の取り付けの段階が接着式でなされかつ前
   記楔状支持台は４Φ、２５°の角度のものが用いられる
   ことを特徴とする表面波監視方法。 Ｃｌ５）特許請求の範囲第１０項に記載の方法において
   、監視される基礎材を鋼鉄製とし、前記供給の（４） 段階において真鍮製の楔状支持台を準備することを特徴
   とする表面波監視方法。 鉤）　特許請求の範囲第１２項に記１１あの方法におい
   て、監視される音波の周波数を１．００　Ｋ／−１ｚ　
   　とし前記選択の段階において？　’／−’ｉｓ　（ｉ
   　ｍｍの長さを持つ検出器を選択することを特徴とする
   表面波監視方法。 （ｌ１５）特許請求の範囲第１１頃に記載の方法におい
   て、監視される音波の彼処を１．００１（Ｈｚ　　とし
   、前記選択の段階において５０．９６　ｍｍの長さを持
   つ検出器を選択することを特徴とずろ表面波監視方法。 （２）特許請求の範囲第１０項に記載の方法において、
   監視される音波の周波数を約１．　ＯＯＫ／Ｉ　ｚ　か
   らＪ、ＭＩ−１ｚ　　の範囲とし前記選択の段階におい
   て５．１０ｍｍから７７．５３　ｍｍの範囲にル〕る陵
   さを持つ検出器を選択することを特徴とする表面波監視
   方法。 α７）特許請求の範囲第１０項に記載の方法において、
   前記選択の段階でぜん新型で極性の検出器を（５） 選択し該検出器を切断して２分割し前記第２の取り付け
   の段階が前記楔状支持台の頂面上で前記２分割された検
   出器を互に１８０°回転させることを含む表面波監視方
   法。