JP2017187289A - Nondestructive inspection device for steel material and nondestructive inspection method for steel material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼材の非破壊検査装置及び鋼材の非破壊検査方法に関する。 The present invention relates to a nondestructive inspection device for steel and a nondestructive inspection method for steel.
数十年前の日本における高度経済成長期に築造された社会インフラの多くは、その設計寿命に近づいている。例えば、橋梁については、１９７０年代に竣工されたものの多くが、その設計寿命である５０年に近づきつつある。また、これまで、鋼製と比較して長寿命であると考えられてきた鉄筋コンクリート（以下、「ＲＣ」ともいう）構造であっても、その劣化の問題が顕在化してきた。例えば、鉄筋の腐食膨張による表面コンクリートの落下のリスクは、既に現実のものとなっている。従って、そのような社会インフラの構造又は材質の劣化を早期に把握し、対策を取ることは、現代社会において急務の課題であるといえる。 Many social infrastructures built during the period of high economic growth in Japan decades ago are approaching their design life. For example, many bridges completed in the 1970s are approaching the design life of 50 years. Further, even in the case of a reinforced concrete (hereinafter also referred to as “RC”) structure, which has been considered to have a long life compared to steel, the problem of deterioration has become apparent. For example, the risk of falling surface concrete due to corrosion expansion of rebars is already a reality. Therefore, it can be said that it is an urgent task in modern society to quickly grasp such social infrastructure structure or material deterioration and take countermeasures.
一つの具体例として、ＲＣ構造を取り上げる。メンテナンスフリーとまで言われてきたＲＣ構造ではあるが、コンクリート内部の鉄筋は、たとえ外観上、コンクリートにクラック及び剥離などが見られない状態であっても、塩害等の腐食によって劣化が生じ得る。また、腐食に限らず、何らかの原因による応力集中等によって鉄筋が損傷を受ける場合も考えられる。しかしながら、従来のコンクリート内部に配置された鋼材の腐食等の評価は、クラック、剥離、すり減り、又は侵食の存在など、コンクリートの外観における変化という、いわば間接的な調査に頼らざるを得なかった。そのため、外観の変化が視認されない、視認し難い、又は現れない状態であっても、非破壊であるとともに確度の高い検査装置又は検査方法を早急に実現することが、産業界のみならず、社会全体として強く求められている。 As one specific example, an RC structure is taken up. Although it is an RC structure that has been said to be maintenance-free, the reinforcing bars inside the concrete can be deteriorated due to corrosion such as salt damage even if the concrete is not cracked or peeled off. Further, not only corrosion but also a case where the reinforcing bar is damaged due to stress concentration due to some cause. However, the conventional evaluation of the corrosion of the steel material disposed inside the concrete had to rely on an indirect investigation of changes in the appearance of the concrete such as cracks, delamination, abrasion, or the presence of erosion. For this reason, it is not only in the industrial world but also in society to quickly realize a non-destructive and highly accurate inspection device or inspection method even when the appearance change is not visually recognized, difficult to visually recognize, or does not appear. There is a strong demand for the whole.
なお、特許文献１、及び非特許文献１及び２においては、一般的な磁性体に関する測定方法及び装置が開示されている。しかしながら、コンクリートに代表されるマトリクスの内部に配置された鋼材のように、被測定対象（鋼材）が、それとは異質な固形材料（マトリクス）の中に埋め込まれている状況において、その被測定対象のみを確度高く測定する測定装置及びその測定方法の開示ないし示唆はされていない。
Note that
言うまでもなく、社会インフラの保全と整備には、極めて膨大な予算と時間を必要とする。従って、限られた予算と時間の中で各種インフラの維持及び補修を行っていくためには、クラック又は剥離などが確認された後に補修措置を講じる事後的な保全では間に合わないため、予防的な保全及び補修を行うことが望ましい。 Needless to say, the maintenance and maintenance of social infrastructure requires an enormous amount of budget and time. Therefore, in order to maintain and repair various infrastructures within a limited budget and time, it will not be possible to carry out repairs after the confirmation of cracks or debonding. It is desirable to perform maintenance and repair.
しかしながら、上述のとおり、クラック及び剥離などが無い状態で、鉄に代表される鋼材の腐食又は損傷を、非破壊であって、且ついわば直接的に、測定ないし評価する手段の存在は皆無であった。 However, as described above, there is no means to measure or evaluate the corrosion or damage of steel materials represented by iron in a non-destructive manner, that is, directly, without cracks and peeling. It was.
本願発明者の一部は、特許文献１並びに非特許文献１及び２に示すように、既に音響誘起電磁信号（「音響誘起電磁波」ともいう）を利用した非破壊の測定方法を創出した。しかしながら、その音響誘起電磁信号を利用した測定装置又はその方法を、そのままＲＣ構造の鋼材に採用したとしても、確度の高い測定を実現することが困難であることが分かった。
As shown in
例えば、コンクリートなどのマトリクス内部に配置された鋼材という特殊な被測定対象に対しては、その特殊な被測定対象の置かれた状況、材質等の違いを考慮する必要がある。そこで、本願発明者が鋭意研究と分析を行い、試行錯誤を重ねた結果、被測定対象が異質の固形材料の中に埋め込まれている状況を考慮したある特徴的な工夫及び方法を見出した。その結果、マトリクスの存在によって生じ得る種々のノイズと測定対象信号とを時間的に分離し、非破壊であって確度の高い検査装置又は検査方法を実現し得ることが分かった。本願発明者らが得た前述の知見は、例えば、ＲＣ構造の劣化過程において、外観には現れないが、マトリクス内部の鋼材の腐食が進行しつつある「進展期」と呼ばれる時期の鋼材の直接的な測定を、非破壊に実現し得ることにつながる。本発明は、上述の視点に基づいて創出された。 For example, for a special object to be measured such as a steel material arranged inside a matrix such as concrete, it is necessary to consider the difference in the situation, material, etc. of the special object to be measured. Therefore, the present inventor conducted intensive research and analysis, and, as a result of repeated trial and error, found a characteristic device and method that considered the situation in which the object to be measured was embedded in a different solid material. As a result, it has been found that various noises that can be caused by the presence of the matrix and the signal to be measured are temporally separated, and a nondestructive and highly accurate inspection apparatus or inspection method can be realized. The above-mentioned knowledge obtained by the inventors of the present application, for example, does not appear in the appearance in the deterioration process of the RC structure, but is directly applied to the steel material at a time called “advanced phase” in which corrosion of the steel material inside the matrix is progressing. Measurement can be realized nondestructively. The present invention was created based on the above viewpoint.
本発明の１つの鋼材の非破壊検査装置は、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートの群から選択される少なくとも１種のマトリクスの内部に設けられた鋼材に、音波パルスを照射する音波発生部と、その音波パルスの照射時に、前述マトリクスとその音波発生部との間に挟まれる位置に設けられる音波媒体と、その音波パルスによって前述の鋼材から発生する電磁信号（「電磁波」ともいう。以下、同じ）を受信する受信部と、を備えている。加えて、この非破壊検査装置は、前述音波発生部からの前述音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズ（「電磁波ノイズ」ともいう。以下、同じ）の持続時間（ｔ１）と、その音波発生部から前述鋼材までの距離をその音波パルスが伝搬する時間（ｔ２）と、前述音波媒体と前述マトリクスとの界面からその音波発生部までの距離（Ｌ１）と、その音波媒体内の音速（Ｖ１）と、の関係が、次の式（１）を満たす。
この非破壊検査装置によれば、上述の音波発生部からの音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズの持続時間（ｔ１）と、その音波発生部から被測定対象である鋼材までの距離をその音波パルスが伝搬する時間（ｔ２）と、上述の音波媒体と上述のマトリクスとの界面からその音波発生部までの距離（Ｌ１）と、その音波媒体内の音速（Ｖ１）との関係が、上述の式（１）の関係を満たすように工夫されている。その結果、上述のマトリクスの内部に配置された鋼材のように、被測定対象（鋼材）が、それとは異質な固形材料（マトリクス）の中に埋め込まれている状況であってもその鋼材から発生する電磁信号（測定対象信号）を確度高く測定することができる。なお、本願における「電磁ノイズ」という用語は、本願発明者の一部が既に特許権を取得している、特許第４９１９９６７号において開示されている「電磁波ノイズ」を測定対象信号（本願における「電磁信号」）とより明確に区別するために採用した、技術用語である。 According to this nondestructive inspection apparatus, the duration of the electromagnetic noise generated when the sound wave pulse is generated from the sound wave generating unit (t 1 ) and the distance from the sound wave generating unit to the steel material to be measured The relationship between the time (t 2 ) during which the pulse propagates, the distance (L 1 ) from the interface between the sound wave medium and the matrix to the sound wave generating part, and the sound velocity (V 1 ) in the sound wave medium The device is devised so as to satisfy the relationship of the above formula (1). As a result, even if the object to be measured (steel material) is embedded in a solid material (matrix) that is different from that of the steel material arranged inside the matrix described above, it is generated from the steel material. The electromagnetic signal (measurement target signal) to be measured can be measured with high accuracy. Note that the term “electromagnetic noise” in the present application refers to the “electromagnetic noise” disclosed in Japanese Patent No. 4919967, which has already been patented by some of the inventors of the present application, and the “electromagnetic noise” in the present application. "Technical term" used to more clearly distinguish it from "signal").
なお、上述の式（１）における、左辺（２×Ｌ１）／Ｖ１は、音波発生部からの音波パルスが、上述の音波媒体と上述のマトリクスとの界面に反射して音波発生部まで戻るまでの時間を意味する。式（１）の左辺と中辺との関係は、この反射（「界面エコー」ともいう）が音波発生部まで戻ることによって新たに発生する電磁ノイズを避けることを意味する。また、式（１）の中辺と右辺との関係は、音波発生部からの前述の音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズの持続時間（ｔ１）を避けることを意味する。従って、この非破壊検査装置によれば、上述のいずれのノイズも避けることができ、鋼材からの電磁信号を確度高く取得し得る。 Note that in the above equation (1), the left side (2 × L 1 ) / V 1 indicates that the sound wave pulse from the sound wave generation unit is reflected by the interface between the sound wave medium and the matrix and reaches the sound wave generation unit. It means time to return. The relationship between the left side and the middle side in Equation (1) means that electromagnetic noise newly generated by the reflection (also referred to as “interface echo”) returning to the sound wave generation unit is avoided. Further, the relationship between the middle side and the right side of Equation (1) means that the duration (t 1 ) of electromagnetic noise generated when the above-described sound wave pulse is generated from the sound wave generation unit is avoided. Therefore, according to this nondestructive inspection apparatus, any of the above-described noises can be avoided, and an electromagnetic signal from a steel material can be obtained with high accuracy.
また、本発明の１つの鋼材の非破壊検査方法は、音波発生部から、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートの群から選択される少なくとも１種のマトリクスの内部に設けられた鋼材に、そのマトリクスとその音波発生部との間に挟まれる位置に音波媒体を設けた状態で、音波パルスを照射する音波発生工程と、その音波パルスによって前述の鋼材から発生する電磁信号を受信する受信工程と、を含む。加えて、この非破壊検査方法は、 前述の音波発生部からの前述の音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズの持続時間（ｔ１）と、その音波発生部から前述の鋼材までの距離をその音波パルスが伝搬する時間（ｔ２）と、前述の音波媒体と前述のマトリクスとの界面からその音波発生部までの距離（Ｌ１）と、その音波媒体内の音速（Ｖ１）と、の関係が、次の式（１）を満たす。
この非破壊検査方法によれば、上述の音波発生部からの音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズの持続時間（ｔ１）と、その音波発生部から上述の鋼材までの距離をその音波パルスが伝搬する時間（ｔ２）と、その音波媒体と上述のマトリクスとの界面からその音波発生部までの距離（Ｌ１）と、その音波媒体内の音速（Ｖ１）と、の関係が、上述の式（１）を満たすように工夫されている。その結果、上述のマトリクスの内部に配置された鋼材のように、被測定対象（鋼材）が、それとは異質な固形材料（マトリクス）の中に埋め込まれている状況であっても、電磁ノイズからの影響を避けた状態で、その鋼材から発生する電磁信号（測定対象信号）を確度高く測定することができる。 According to this nondestructive inspection method, the sound wave pulse propagates the duration (t 1 ) of electromagnetic noise generated when the sound wave pulse is generated from the sound wave generating unit and the distance from the sound wave generating unit to the steel material. The relationship between the time (t 2 ) to be performed, the distance (L 1 ) from the interface between the sound wave medium and the matrix to the sound wave generator, and the sound velocity (V 1 ) in the sound wave medium is as described above. It is devised to satisfy the formula (1). As a result, even if the object to be measured (steel material) is embedded in a solid material (matrix) that is different from the object to be measured, such as the steel material arranged inside the matrix, the electromagnetic noise The electromagnetic signal (measurement target signal) generated from the steel material can be measured with high accuracy while avoiding the influence of the above.
なお、本願においては、「マトリクス」とは、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートの群から選択される少なくとも一種類を意味する。また、本願における「鋼材」とは、鉄、鋼、及び鋳鉄の群から選択される少なくとも一種類を意味する。加えて、本願における「鋼」には、ステンレス鋼が含まれる。また、本願における「検査」は、「測定」の意味を含む。 In the present application, “matrix” means at least one selected from the group consisting of cement paste, mortar, and concrete. Moreover, the “steel material” in the present application means at least one selected from the group of iron, steel, and cast iron. In addition, “steel” in the present application includes stainless steel. Further, “inspection” in the present application includes the meaning of “measurement”.
本発明の１つの非破壊検査装置又は１つの非破壊検査方法によれば、マトリクスの内部に配置された鋼材のように、被測定対象（鋼材）が、それとは異質な固形材料（マトリクス）の中に埋め込まれている状況であっても、電磁ノイズからの影響を避けた状態で、その鋼材から発生する電磁信号（測定対象信号）を確度高く測定することができる。 According to one nondestructive inspection apparatus or one nondestructive inspection method of the present invention, the object to be measured (steel material) is a solid material (matrix) that is different from the object to be measured, such as a steel material arranged inside the matrix. Even in a situation where it is embedded, an electromagnetic signal (measurement target signal) generated from the steel material can be measured with high accuracy while avoiding the influence of electromagnetic noise.
本発明の実施形態として、非破壊検査装置及び非破壊検査方法を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしも互いの縮尺を保って記載されるものではない。さらに、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。 As an embodiment of the present invention, a nondestructive inspection device and a nondestructive inspection method will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, common parts are denoted by common reference symbols throughout the drawings unless otherwise specified. In the drawings, elements of the present embodiment are not necessarily described with each other kept to scale. Further, some symbols may be omitted to make each drawing easier to see.
＜第１の実施形態＞
１．非破壊検査装置１００の構成及び非破壊検査方法の例
本実施形態の非破壊検査装置１００及び非破壊検査方法について説明する。図１は、本実施形態の鋼材の非破壊検査装置１００の構成例を示す概要側面図である。なお、本実施形態においては、パルス発生部（例えば、市販のパルス発生器）１２によって所望のパルスが与えられるように構成されている。また、受信部２０によって受信された電磁信号を増幅する増幅回路２２が設けられている。加えて、例えば、パルス発生部１２と市販のオシロスコープ５０とを同期させるために、パルス発生部１２とオシロスコープ５０とは接続されている。また、本実施形態においては、市販のコンピュータ６０を非破壊検査装置１００に接続することによって、音波（照射時間、波形、照射強度、パルスの幅など）の制御、及び受信部２０によって受信される電磁信号の分析と表示が行われる。
<First Embodiment>
1. Configuration of
また、図１において、Ａ（Ａ１及びＡ２）は、音波発生部１０から照射された音波パルスを示し、Ｅは、音波発生部１０から照射された音波パルスが、音波媒体３０とマトリクス８０との界面に反射した反射波を示している。また、図１におけるＳは、音波発生部１０から照射された音波パルスによって鋼材９０から発生する電磁信号（測定対象信号）を示している。さらに、Ａ１は、音波媒体３０内を伝搬する音波パルスを示し、Ａ２は、マトリクス８０内を伝搬する音波パルスを示している。なお、音波媒体３０内を伝搬する音波（Ａ１）の音速はＶ１で表され、マトリクス８０内を伝搬する音波（Ａ２）の音速はＶ２で表される。
In FIG. 1, A (A 1 and A 2 ) denotes a sound wave pulse emitted from the
本実施形態の非破壊検査装置１００は、以下の（１−１）〜（１−３）に示す構成を少なくとも備えている。
（１−１）被測定対象である鋼材９０に向けて、音波パルスを照射する音波発生部１０
（１−２）少なくとも音波パルスの照射時に、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートの群から選択される少なくとも１種のマトリクス８０と音波発生部１０との間に挟まれる位置に設けられる音波媒体３０
（１−３）音波パルスの照射によって鋼材９０から発生する電磁信号を受信する受信部２０
The
(1-1) A
(1-2) A sonic medium 30 provided at a position sandwiched between at least one
(1-3)
また、本実施形態の非破壊検査方法は、以下の（２−１）〜（２−２）に示す工程を少なくとも含む。
（２−１）マトリクス８０の内部に設けられた、被測定対象である鋼材９０に向けて、マトリクス８０と音波発生部１０との間に挟まれる位置に音波媒体３０を設けた状態で、音波パルスを照射する音波発生工程
（２−２）音波発生工程によって照射された音波パルスによって、鋼材９０から発生する電磁信号を受信する受信工程
Moreover, the nondestructive inspection method of this embodiment includes at least the steps shown in the following (2-1) to (2-2).
(2-1) A
なお、上述の非破壊検査方法における音波発生部１０は、音波発生源と言い換えることができる。
In addition, the sound
なお、被測定対象である鋼材９０が、上述のマトリクス８０内に存在している状態であって、仮にクラック、剥離、すり減り、又は侵食等がないためにマトリクス８０によって外部から視認されない状態であっても、鋼材９０の状態を非破壊に測定することができることは、非破壊検査装置１００の長所の一つである。
It should be noted that the
また、本実施形態の被測定対象は、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートの群から選択される少なくとも１種のマトリクスの内部に設けられた鋼材９０である。なお、本実施形態においては、セメントペースト、モルタル、又はコンクリートがそれぞれ含有し得る成分（例えば、水、セメント、骨材、砂（砂利）など）の比率が変動した場合であっても、本実施形態と効果は実質的に損なわれないことも、非破壊検査装置１００の長所の一つである。
The object to be measured of the present embodiment is a
また、本実施形態の非破壊検査装置１００及び非破壊検査方法については、上述の各構成又は各工程に加えて、音波発生部１０からの音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズの持続時間（ｔ１）と、音波発生部１０から鋼材９０までの距離をその音波パルス（図１のＡ１及びＡ２）が伝搬する時間（ｔ２）と、音波媒体３０とマトリクス８０との界面から音波発生部１０までの距離（Ｌ１）と、音波媒体３０内の音波パルス（図１のＡ１）音速（Ｖ１）と、の関係が、次の式（１）を満たすように、音波媒体３０の厚さ（距離，Ｌ１）が設定されている。
Further, regarding the
ここで、本実施形態における、音波発生部１０の例は、振動子（代表的には、超音波振動子）である。また、図１におけるパルス発生部１２の代わりに、ファンクションジェネレータが採用され得る。また、図１における受信部２０の例はコイルであるが、受信部２０は、コイルに限定されない。例えば、コイルの代わりに、電磁波を捕捉するアンテナ又は電磁波に感応するセンサー（例えば、磁気センサー）を採用し得る。また、音波媒体３０は、上記の式（１）を満たす部材であれば限定されない。音波媒体３０の材質が、音波減衰が少なく、かつマトリクス８０の音響インピーダンスと同程度である材質が、好適な一態様である。音響インピーダンスと同程度である材質を採用されていることは、音波（音波パルス）の反射を抑制し得るためである。なお、前述の観点から言えば、音波媒体３０の材質を、マトリクス８０の材質と同種の材質にすることが、好適な一態様である。その他の材質の例は、ガラス、アクリル、その他の樹脂又はプラスチックである。また、マトリクス８０内の音波（音波パルス）の伝搬を容易にするために、比較的低い周波数（例えば、５０Ｈｚ以上１ＭＨｚ以下、より好適には、５０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下）の音波パルスが採用されることが好ましい。
Here, the example of the sound
２．非破壊検査装置１００による検査結果の例
次に、非破壊検査装置１００による検査結果について説明する。図２は、本実施形態の非破壊検査装置１００を用いた鋼材９０の検査結果の一例を示すグラフである。また、図３は、比較例としての、非破壊検査装置１００を用いた鋼材９０の検査結果の一例を示すグラフである。
2. Example of Inspection Result by
なお、図２（本実施形態の結果）と図３（比較例の結果）との違いは、構成部材の観点から言えば、非破壊検査装置１００の音波発生部１０と鋼材との間に介在する円柱型の音波媒体３０の厚さのみである。別の表現を用いれば、その違いは、音波媒体３０内を伝搬する音波パルスの伝搬時間のみである。
Note that the difference between FIG. 2 (result of the present embodiment) and FIG. 3 (result of the comparative example) is that between the
より具体的には、図２の場合、図１の音波媒体３０の材質がモルタルであり、その厚さ（距離）Ｌ１は１００ｍｍである。また、マトリクス８０の材質はモルタルであり、マトリクス８０の表面から鋼材９０までの距離（図１のｄ）は４２ｍｍである。一方、図３の場合、図１の音波媒体３０の材質は図２の例と同じであるが、その厚さ（距離）Ｌ１は４０ｍｍである。また、マトリクス８０の材質とマトリクス８０の表面から鋼材９０までの距離（図１のｄ）は、図２の例と同じである。また、いずれの場合も、鋼材９０の材質は、円柱状の鉄（いわゆる、鉄筋）であり、その径は１６ｍｍである。なお、マトリクス８０であるモルタル内の音速は約４０００ｍ／秒であると考えられる。
More specifically, in the case of FIG. 2, a mortar material of acoustic medium 30 in FIG. 1, the thickness (distance) L 1 is 100 mm. The material of the
また、図２及び図３の例においては、マトリクス８０内の音波（音波パルス）の伝搬を容易にするために、比較的低い周波数（５００ｋＨｚ）の音波が採用された。
In the example of FIGS. 2 and 3, a sound wave having a relatively low frequency (500 kHz) is employed in order to facilitate the propagation of the sound wave (sound wave pulse) in the
図２及び図３に示すように、音波媒体３０の厚さ（距離）を変動させるだけでも有意の差が得られることが明らかとなったことは、特筆すべきである。
As shown in FIGS. 2 and 3, it should be noted that a significant difference can be obtained only by changing the thickness (distance) of the
具体的には、まず比較例（図３）の場合、音波発生部１０から照射された音波パルスが音波媒体３０とマトリクス８０との界面に反射して音波発生部１０に戻るまでに、約２０μ秒を要すると考えられる。一方、音波発生部１０から鋼材９０（鉄筋）までの距離は約８２ｍｍであることから、測定対象信号（電磁信号）は、音波パルスが発生してから約２１μ秒後に発生すると考えられる。
Specifically, in the case of the comparative example (FIG. 3), it is about 20 μm until the sound wave pulse irradiated from the
従って、図３（上図）のＹ’の領域において観測される信号が、界面エコーに対応する。また、図３（下図）のＸ’の領域は、界面エコーによって生じる音波発生部１０からの電磁ノイズと鋼材９０からの測定対象信号の両方が含まれていると考えられる。これらの結果から、比較例（図３）では、鋼材９０からの測定対象信号のみを区別して観測することが出来ないことがわかる。なお、電磁ノイズ又は電磁信号は、光速で伝わるため、それらが生じる時刻と受信部で観察される時刻とは、実質的に同時と考えてよい。
Therefore, the signal observed in the region Y ′ in FIG. 3 (upper diagram) corresponds to the interface echo. In addition, it is considered that the region X ′ in FIG. 3 (lower diagram) includes both electromagnetic noise from the
次に、本実施形態の検査結果の例（図２）においては、音波発生部１０から照射された音波パルスが音波媒体３０とマトリクス８０との界面に反射して音波発生部１０に戻るまでに、約５０μ秒を要すると考えられる。一方、音波発生部１０から鋼材９０（鉄筋）までの距離は約１４２ｍｍであることから、測定対象信号（電磁信号）は、音波パルスが発生してから約３６μ秒後に発生すると考えられる。
Next, in the example of the inspection result of the present embodiment (FIG. 2), the sound wave pulse irradiated from the
従って、図２（上図）のＹの領域において観測される信号が、界面エコーに対応する。また、図２（下図）のＸ領域において観測される信号は、明らかにＹの領域とは発生時間が異なることから、鋼材９０において発生した測定対象信号（電磁信号）であることが分かる。これらの結果から、界面エコーによって生じる音波発生部１０からの電磁ノイズと区別して、鋼材９０からの測定対象信号（電磁信号）のみを観察することが可能になった。
Therefore, the signal observed in the area Y in FIG. 2 (upper figure) corresponds to the interface echo. In addition, the signal observed in the X region of FIG. 2 (lower diagram) clearly has a generation time different from that of the Y region, so that it can be seen that it is a measurement target signal (electromagnetic signal) generated in the
加えて、図２及び図３のいずれの場合であっても、音波媒体３０を設けているために、測定対象信号（電磁信号）Ｘ，Ｘ’は、音波発生部１０からの音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズ、換言すれば、図２及び図３において時間の経過とともに減衰する様子が観察される、いわば「尾を引く」電磁ノイズとは時間的に分離されている。従って、音波発生部１０からの音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズの持続時間（ｔ１）の経過後に、測定対象信号（電磁信号）が観察されるように、音波媒体３０の厚さ（距離）Ｌ１が設定されることが好ましい。
In addition, in any case of FIG. 2 and FIG. 3, since the
また、非破壊検査装置１００の構成のうち、仮に音波媒体３０を省いた構成を採用した場合は、音波パルスの発生から１１μ秒後に鋼材９０からの電磁信号が発生することになるが、図２又は図３から明らかなように、当該時刻において音波発生部１０からの電磁ノイズが持続しているため、測定対象信号（電磁信号）が、音波発生部１０からの音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズの中に埋れてしまうことになる。従って、非破壊検査装置１００が音波媒体３０を備えることは、測定対象信号（電磁信号）を、様々なノイズ成分から、確度高く、時間的に分離することを実現し得ることに貢献する。
In addition, in the configuration of the
ところで、現時点における本発明者らの分析によれば、図２及び図３に示された測定対象信号である電磁信号は、鋼材９０の電磁気的及び／又は力学的特性を反映していると考えられる。これらの情報は、被測定対象である鋼材９０が健全であるか、あるいは劣化又は損傷しているかを示す有力な指標であると考えられる。
By the way, according to the present inventors' analysis at the present time, it is considered that the electromagnetic signal which is the measurement target signal shown in FIGS. 2 and 3 reflects the electromagnetic and / or mechanical characteristics of the
図２及び図３の結果から、本実施形態の非破壊検査装置１００、及び本実施形態の非破壊検査方法によれば、仮に、鋼材９０がマトリクス８０内に埋まっている状態であって、かつ、外部から視認することが出来ない又は困難な状態であっても、いわば直接的に、かつ非破壊に、鋼材９０の状態を検査することが可能であることが明らかとなった。
From the results of FIGS. 2 and 3, according to the
なお、図２及び図３の例においては、マトリクス８０がモルタルであったが、マトリクス８０の例は、モルタルに限定されない。マトリクス８０が、セメントペースト、モルタル、及びコンクリートの群から選択される少なくとも１種であれば、図２の結果と同様の結果を得ることが可能である。
2 and 3, the
＜その他の実施形態＞
図４は、本実施形態における非破壊検査装置１００を用いた非破壊検査方法の別の一例を示している。
<Other embodiments>
FIG. 4 shows another example of a nondestructive inspection method using the
この例においては、被測定対象である、断面が略円形であって柱状の鋼材９０が、図４の紙面に直交する方向に設けられている。また、音波照射面と同一側に受信部２０がある図１の構成とは異なり、図４においては、受信部２０がマトリクス８０の端部側壁近くに配置されている。また、この例のマトリクス８０はコンクリートである。
In this example, a
図４に示す非破壊検査装置１００の各構成の配置が採用された場合であっても、第１の実施形態の非破壊検査方法を採用することによって、上述の図２の結果と同様の結果を得ることができる。従って、非破壊検査装置１００においては、受信部２０が配置される位置は特に限定されない。
Even when the arrangement of each component of the
なお、上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。 The disclosure of each of the above-described embodiments is described for explaining the embodiments, and is not described for limiting the present invention. In addition, modifications within the scope of the present invention including other combinations of the embodiments are also included in the claims.
本発明の非破壊検査装置、及び非破壊検査方法は、現在及び将来の鋼材、特に、マトリクス内に埋まっている鋼材の非破壊検査を活用する各産業ないし事業において極めて有用である。 The nondestructive inspection apparatus and nondestructive inspection method of the present invention are extremely useful in each industry or business that utilizes nondestructive inspection of current and future steel materials, particularly steel materials embedded in a matrix.
１０ 音波発生部
１２ パルス発生部
２０ 受信部
２２ 増幅回路
３０ 音波媒体
５０ オシロスコープ
６０ コンピュータ
８０ マトリクス
９０ 鋼材
１００ 非破壊検査装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記音波パルスの照射時に、前記マトリクスと前記音波発生部との間に挟まれる位置に設けられる音波媒体と、
前記音波パルスによって前記鋼材から発生する電磁信号を受信する受信部と、を備え、
前記音波発生部からの前記音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズの持続時間（ｔ１）と、前記音波発生部から前記鋼材までの距離を前記音波パルスが伝搬する時間（ｔ２）と、前記音波媒体と前記マトリクスとの界面から前記音波発生部までの距離（Ｌ１）と、前記音波媒体内の音速（Ｖ１）と、の関係が、次の式（１）を満たす、
鋼材の非破壊検査装置。
A sound wave medium provided at a position sandwiched between the matrix and the sound wave generator when the sound wave pulse is irradiated;
A receiver for receiving an electromagnetic signal generated from the steel by the sound wave pulse,
The duration (t 1 ) of electromagnetic noise generated when the sound wave pulse is generated from the sound wave generating unit, the time (t 2 ) during which the sound wave pulse propagates the distance from the sound wave generating unit to the steel material, and the sound wave The relationship between the distance (L 1 ) from the interface between the medium and the matrix to the sound wave generator and the sound velocity (V 1 ) in the sound wave medium satisfies the following formula (1):
Non-destructive inspection equipment for steel materials.
請求項１に記載の鋼材の非破壊検査装置。 The steel material nondestructive inspection device according to claim 1, further comprising: a measurement unit that evaluates at least magnetic characteristics of the steel material based on the electromagnetic signal received by the reception unit.
請求項１又は請求項２に記載の鋼材の非破壊検査装置。 The material of the acoustic wave medium is the same kind as the material of the matrix,
The nondestructive inspection apparatus for steel materials according to claim 1 or 2.
前記音波パルスによって前記鋼材から発生する電磁信号を受信する受信工程と、を含み、
前記音波発生部からの前記音波パルスの発生時に生じる電磁ノイズの持続時間（ｔ１）と、前記音波発生部から前記鋼材までの距離を前記音波パルスが伝搬する時間（ｔ２）と、前記音波媒体と前記マトリクスとの界面から前記音波発生部までの距離（Ｌ１）と、前記音波媒体内の音速（Ｖ１）と、の関係が、次の式（１）を満たす、
鋼材の非破壊検査方法。
Receiving an electromagnetic signal generated from the steel material by the sound wave pulse,
The duration (t 1 ) of electromagnetic noise generated when the sound wave pulse is generated from the sound wave generating unit, the time (t 2 ) during which the sound wave pulse propagates the distance from the sound wave generating unit to the steel material, and the sound wave The relationship between the distance (L 1 ) from the interface between the medium and the matrix to the sound wave generator and the sound velocity (V 1 ) in the sound wave medium satisfies the following formula (1):
Non-destructive inspection method for steel.
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