JP2019128323A - 超音波伝達時間測定用治具、超音波伝達時間測定方法、超音波速度算出方法、及び超音波速度算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面法においてコンクリート等を含む対象物を伝搬する超音波の表面波を測定する際に、測定方法に用いる探触子を精度良く対象物の表面に設置する。【解決手段】本発明に係る超音波伝達時間測定用治具１は、対象物を伝搬する超音波の伝達時間の測定に用いられる超音波伝達時間測定用治具１であって、発信用及び受信用の一対の探触子２０をそれぞれ支持する一対の探触子ホルダー１１と、一対の探触子ホルダー１１の移動を制限する移動切替部１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波伝達時間測定用治具、超音波伝達時間測定方法、超音波速度算出方法、及び超音波速度算出装置に関する。

セメントコンクリートやレジンコンクリート等のコンクリートを伝搬する超音波の速度を用いて、コンクリートの強度を推定する方法が提案されている。例えば、非特許文献１に記載の超音波速度の測定方法では、超音波発信用探触子と超音波受信用探触子とをコンクリート面に設置し、発信用探触子から発生させた弾性波が受信用探触子まで伝搬した距離を、伝達した時間で除することによって算出を行う。超音波のコンクリート中の伝達速度は、低いもので２０００ｍ／ｓ以下から高いもので４０００ｍ／ｓを超える場合があるが、数百ｍ／ｓの超音波速度が変化すると、推定するコンクリートの強度が大きく変化するため、正確な速度の算出が必要不可欠になる。

非特許文献２に記載の超音波速度の測定方法は、コンクリートの同一面に発信用及び受信用の一対の探触子を設置する表面法と、異なる面に探触子を設置する対称法や斜角法とを含む。建物の外壁やトンネルや地中のマンホールのような構造物を調査する場合は、作業スペースや探触子を設置できる壁面が限られるため、１平米以内程度の限られた同一面へ発信用及び受信用の一対の探触子を設置する表面法が主な測定方法となる。表面法には、発信用探触子から出力された超音波がコンクリートの表面を伝搬し、同一表面に設置した受信用探触子に入力される表面波を測定する方法と、コンクリートの内部で反射した反射波を測定する方法とが含まれる。厚みが不明なコンクリート構造物の場合は、表面波を測定する方法に限定される。表面波は、１ｍに満たない探触子間を高速で伝搬する。したがって、正確な超音波速度の算出には、発信用及び受信用の探触子間距離をミリ単位で測定することが重要になる。

荒木志帆，吉田秀典，中川裕之，難波美枝：各種劣化要因が超音波法における波形に及ぼす影響に関する数値解析的検討，構造工学論文集，Ｖｏｌ．６０Ａ，２０１４． 明石外世樹：コンクリートの非破壊試験に関する研究，土木学会論文集，第３９０号，Ｖ−８，１９８８．

しかしながら、コンクリート表面を伝搬する超音波の伝搬距離を、設置した探触子間隔から正確に測定することは難しい。探触子は、内部に振動子が設置されていて、その振動子を用いて超音波の発信と受信とを行っている。探触子の設置面の形状が円形であれば、円形の振動子であり、四角形であれば四角形の振動子を用いている。対称法では、発信用探触子と受信用探触子の設置面を同一直線上で向い合せて、コンクリートを挟み込むように測定するため、発信用と受信用の探触子の設置面間の距離が超音波の伝達距離と等しくなる。一方、表面法による表面波の観測は、探触子の設置面が同一平面上にあるため、超音波は探触子の設置面の水平方向に発信され、水平方向から受信される。探触子の設置面の大きさは様々あるが、コンクリートの表面は様々な大きさの骨材や空隙や凹凸があるため、設置面が小さい点ではなく一定以上の面積を有する探触子を用いる必要がある。しかし、一定以上の面をコンクリート面に設置した場合、超音波を発信した発信点と受信した受信点を探触子の設置面上に目視で定めることは困難となる。このことから、探触子の設置位置から超音波が伝搬した距離を正確に測定することは難しいという課題がある。

また、超音波の測定においては、探触子を動かさずにコンクリート面に固定しておく方法が必要となる。測定時は、超音波のコンクリートへの伝達を良くするために、探触子の設置面にグリースなどの粘性剤を塗布して、探触子がコンクリートの表面と密着するように設置を行うが、このグリースには粘性があるため、発信用探触子と受信用探触子を同じ位置から動かすことなく固定することが難しい。特に、壁や天井のコンクリート面を測定する場合は、真横や真上に探触子を設置するため、既定の探触子間隔を維持し続けることは困難となる。

以上のような理由から、コンクリートを伝搬する超音波の速度を表面法により測定する技術が要求されている反面、これまでの技術では実現困難である。

このような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、表面法においてコンクリート等を含む対象物を伝搬する超音波の表面波を測定する際に、探触子の設置面の発信点と受信点の正確な位置がわからなくても超音波速度を求めることができる超音波伝達時間測定方法、超音波速度算出方法、及び超音波速度算出装置と、超音波伝達時間測定方法に用いる探触子を精度良く対象物の表面に設置することができる超音波伝達時間測定用治具と、を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る超音波伝達時間測定用治具は、対象物を伝搬する超音波の伝達時間の測定に用いられる超音波伝達時間測定用治具であって、発信用及び受信用の一対の探触子をそれぞれ支持する一対の探触子ホルダーと、前記一対の探触子ホルダーの移動を制限する移動切替部と、を備える。

本発明の一実施形態に係る超音波伝達時間測定方法は、上記の超音波伝達時間測定用治具を用いて前記対象物を伝搬する超音波の伝達時間を測定する超音波伝達時間測定方法であって、発信用及び受信用の前記一対の探触子を前記一対の探触子ホルダーにそれぞれ支持するステップと、前記一対の探触子ホルダーの移動を前記移動切替部により制限するステップと、前記一対の探触子ホルダーの間隔に対応する距離を伝搬する超音波の伝達時間を測定するステップと、を含む。

本発明の一実施形態に係る超音波速度算出方法は、超音波速度算出装置により対象物を伝搬する超音波の速度を算出する超音波速度算出方法であって、上記の超音波伝達時間測定用治具を用いて発信用及び受信用の前記一対の探触子ホルダーの間隔ごとに測定された超音波の伝達時間を取得するステップと、取得された前記伝達時間を前記間隔に対応する距離ごとに平均化するステップと、前記距離及び平均化された前記伝達時間に基づいて回帰直線を取得し、該回帰直線の傾きに基づいて超音波速度を算出するステップと、前記回帰直線に基づいて決定係数を算出し、算出された前記超音波速度の妥当性を前記決定係数に基づいて評価するステップと、を含む。

本発明の一実施形態に係る超音波速度算出装置は、対象物を伝搬する超音波の速度を算出する超音波速度算出装置であって、上記の超音波伝達時間測定用治具を用いて発信用及び受信用の前記一対の探触子ホルダーの間隔ごとに測定された超音波の伝達時間を取得する取得部と、取得された前記伝達時間を前記間隔に対応する距離ごとに平均化する平均化部と、前記距離及び平均化された前記伝達時間に基づいて回帰直線を取得し、該回帰直線の傾きに基づいて超音波速度を算出する算出部と、前記回帰直線に基づいて決定係数を算出し、算出された前記超音波速度の妥当性を前記決定係数に基づいて評価する評価部と、を備える。

本発明によれば、表面法においてコンクリート等を含む対象物を伝搬する超音波の表面波を測定する際に、探触子の設置面の発信点と受信点の正確な位置がわからなくても超音波速度を求めることができ、測定方法に用いる探触子を精度良く対象物の表面に設置することができる。

一実施形態に係る超音波伝達時間測定用治具を正面から模式的に示した外観斜視図である。 図１の超音波伝達時間測定用治具を背面から模式的に示した外観斜視図である。 探触子ホルダーを模式的に示した外観斜視図である。 図３の探触子ホルダーの底面図である。 探触子ホルダーに探触子がはめ込まれた後の様子を模式的に示した外観斜視図である。 発信用及び受信用の一対の探触子が装着された超音波伝達時間測定用治具及び超音波伝達時間測定装置の上面図である。 一実施形態に係る超音波伝達時間測定方法のフローを示すフローチャートである。 一実施形態に係る超音波速度算出装置の構成を示すブロック図である。 Ｌ_１＝４０ｍｍ及びｎ＝１のときの測定データを示す模式図である。 超音波速度の測定結果を示す模式図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。以下の説明中の前後、左右、及び上下の方向は、図中の矢印の方向を基準としている。各矢印の方向は、図１乃至図６において異なる図面同士で互いに整合している。

図１は、一実施形態に係る超音波伝達時間測定用治具１を正面から模式的に示した外観斜視図である。図２は図１の超音波伝達時間測定用治具１を背面から模式的に示した外観斜視図である。以下では、図１及び図２を参照しながら、超音波伝達時間測定方法に用いる超音波伝達時間測定用治具１の構造について主に説明する。

超音波伝達時間測定用治具１は、対象物を伝搬する超音波の速度の測定に用いられる。対象物は、セメントコンクリート及びレジンコンクリート等を含む。超音波伝達時間測定用治具１は、左右対称に配置されている一対の探触子ホルダー１１を有する。一対の探触子ホルダー１１は、後述する発信用及び受信用の一対の探触子をそれぞれ支持する。

超音波伝達時間測定用治具１は、一対の探触子ホルダー１１を前後左右方向から囲繞するフレーム１２を有する。フレーム１２は、正面側に位置する正面フレーム１２ａと、背面側に位置する背面フレーム１２ｂと、左右両側に位置する一対の側面フレーム１２ｃと、を有する。一対の探触子ホルダー１１は、フレーム１２により挟持される。より具体的には、正面の正面フレーム１２ａと背面の背面フレーム１２ｂとが、一対の探触子ホルダー１１を前後方向に沿って挟み込み、それらの左右両側面で側面フレーム１２ｃにねじ止めされている。このとき、探触子ホルダー１１は、一対の側面フレーム１２ｃの方向、すなわち左右方向に移動することが可能である。

超音波伝達時間測定用治具１は、正面フレーム１２ａ及び背面フレーム１２ｂにねじ止めされている把持部１３を有する。把持部１３は、正面において正面フレーム１２ａとねじ止めされている正面基体１３ａと、背面において背面フレーム１２ｂとねじ止めされている背面基体１３ｂと、を有する。把持部１３は、その上部において正面基体１３ａと背面基体１３ｂとを連接するグリップ１３ｃを有する。グリップ１３ｃは、超音波伝達時間測定用治具１の上端部において一方向、例えば前後方向に延在する。グリップ１３ｃは、使用者が片手で把持可能な持ち手の役割を果たす。

超音波伝達時間測定用治具１は、例えば把持部１３の正面基体１３ａに形成されている移動切替部１４を有する。移動切替部１４は、一対の探触子ホルダー１１の移動と固定とを切り替える。すなわち、移動切替部１４は、必要に応じて一対の探触子ホルダー１１の左右方向の移動を制限する。移動切替部１４は、正面基体１３ａの上面から突設される移動切替バー１４ａと、移動切替バー１４ａを上面方向に上げることによって正面フレーム１２ａの後面から背面方向、すなわち後方に突出する固定ボタン１４ｂと、を有する。

超音波伝達時間測定用治具１は、一対の探触子ホルダー１１それぞれと連接し、一対の探触子ホルダー１１それぞれの位置を調整する調整バー１５を有する。移動切替バー１４ａが上がることによって突出した固定ボタン１４ｂが調整バー１５を固定することによって、一対の探触子ホルダー１１の位置が固定される。すなわち、移動切替部１４は、調整バー１５と係合することで一対の探触子ホルダー１１の移動を制限する。

グリップ１３ｃの太さは、片手で握れる太さである。グリップ１３ｃの長さは、使用者がグリップ１３ｃを片手で握った際に、移動切替バー１４ａを親指で押し込める程度の長さである。使用者が移動切替バー１４ａを下面方向に押し込むことによって、一対の探触子ホルダー１１の位置が調整できるようになる。そのため、使用者は、片手で超音波伝達時間測定用治具１を持って、片手で探触子ホルダー１１をスライドすることができるので、一対の探触子の間隔を片手で調整できる。探触子ホルダー１１の位置が決まった後は、使用者が移動切替バー１４ａを上面方向に上げることによって、探触子ホルダー１１の位置が固定される。移動切替バー１４ａによる探触子ホルダー１１の移動固定切替操作は、これに限定されない。移動固定切替操作は、任意の操作を含んでもよい。例えば、使用者は、移動切替バー１４ａを押し込むことによって探触子ホルダー１１を固定し、移動切替バー１４ａを上げることによって探触子ホルダー１１の位置を調整してもよい。

図２に示すように、超音波伝達時間測定用治具１は、正面フレーム１２ａの上面に形成され、一対の探触子ホルダー１１の間隔を示す目盛り１６を有する。調整バー１５が一定間隔でロックされるようになっているため、使用者は、目盛り１６付近で探触子ホルダー１１の固定位置を微調整する必要はない。使用者は、あらかじめ設計した目盛り１６の位置に合うように探触子ホルダー１１を正確に固定することができる。これにより、使用者が探触子の間隔を数ミリ単位で調整する必要はなく、探触子ホルダー１１が事前に設計した間隔で固定されるため、探触子の間隔の調整作業が効率化される。この目盛り１６は、グリップ１３ｃを中心として、左右対称の位置に振られている。使用者は、対称となる目盛り１６の位置に一対の探触子ホルダー１１をそれぞれ固定することによって、事前に設計した間隔で一対の探触子ホルダー１１を固定することができる。また、調整バー１５は、耐摩耗性が高い金属等により構成することで複数回使用された際でも耐久性を担保できる。

図３は、探触子ホルダー１１を模式的に示した外観斜視図である。図４は、図３の探触子ホルダー１１の底面図である。以下では、図３及び図４を参照しながら、探触子ホルダー１１の構造について主に説明する。

一対の探触子ホルダー１１それぞれは、支持する探触子の回転を制限する弾性体を有する。より具体的には、探触子ホルダー１１は、超音波伝達時間測定用治具１の正面と背面側にねじ止めにより固定されている２枚の板バネ１１ａを有する。２枚の板バネ１１ａは、探触子ホルダー１１に探触子がはめ込まれた後に探触子を固定する。

図５は、探触子ホルダー１１に探触子２０がはめ込まれた後の様子を模式的に示した外観斜視図である。以下では、図５を参照しながら、探触子ホルダー１１に探触子２０がはめ込まれた後の状態について主に説明する。

探触子ホルダー１１に探触子２０がはめ込まれた後、探触子２０が板バネ１１ａによって固定される。そのため、一度はめ込んだ探触子２０の向きは、探触子ホルダー１１のスライドによって一対の探触子２０の中心間隔が変更されても変化しにくい。探触子２０の向きが変化しにくいため、超音波の発信点と受信点との最短距離は探触子ホルダー１１のスライドした移動距離のみに依存する。したがって、探触子２０の向きが変わることによる発信点と受信点との最短距離の変化が抑制される。加えて、発信用及び受信用の一対の探触子２０と超音波伝達時間測定用治具１とが一体型になっているため、グリースによって探触子２０が対象物の設置面に対してすべり、探触子２０の間隔が設置後に変化することが抑制される。ここで、探触子ホルダー１１は、円柱形の探触子２０を支持するとして説明したが、これに限定されない。探触子ホルダー１１は、多角柱の探触子２０を支持してもよい。このとき、探触子ホルダー１１において探触子２０がはめ込まれる孔部は、探触子２０の形状に対応する形状により形成される。板バネ１１ａの個数も探触子２０の形状によって増減可能である。また、探触子ホルダー１１と探触子２０とは、互いにはめ込まれた際に、探触子２０の中心Ｐが探触子ホルダー１１の中心軸Ｃ上に位置するように設計される。

探触子２０の間隔は、正面フレーム１２ａに一定間隔でふられている目盛り１６に探触子ホルダー１１の中心軸Ｃを合わせて探触子ホルダー１１を固定することで、既知の値で定めることができる。したがって、発信用の探触子２０の中心Ｐと受信用の探触子２０の中心Ｐとが正確な間隔で固定できる。目盛り１６の間隔は、設計者によって自由に決められる。探触子２０の間隔の最大値は、超音波伝達時間測定用治具１を片手で持って、対象物の表面に設置できる任意の大きさまで大きくできる。探触子２０の間隔の最小値は、左右対称の一対の探触子ホルダー１１同士が接触するまで小さくできる。

図６は、発信用及び受信用の一対の探触子２０が装着された超音波伝達時間測定用治具１及び超音波伝達時間測定装置２５の上面図である。発信用及び受信用の一対の探触子２０が超音波伝達時間測定用治具１と一体化するため、使用者は、対象物の表面に一対の探触子２０を片手で設置することができる。したがって、発信用及び受信用の一対の探触子２０を別々に固定する必要性がなくなり作業性が向上する。

図６に示すように、発信用及び受信用の一対の探触子２０は、超音波伝達時間測定装置２５に接続されている。超音波伝達時間測定装置２５は、超音波の伝達時間を測定できる任意の装置を含む。例えば、超音波伝達時間測定装置２５は、超音波を発生させる超音波発生部と、超音波伝達時間測定装置２５の全体の制御を行う制御部とをその内部に含む。超音波伝達時間測定装置２５は、超音波の伝達時間の測定結果を表示できる表示部と、使用者による操作を受け付ける操作部とをその外面にさらに有してもよい。超音波伝達時間測定装置２５は、例えば、発信用の探触子２０から超音波を発信した時刻を０として、受信用の探触子２０が超音波を受信した時刻を超音波の伝達時間として定める。超音波伝達時間測定装置２５は上記のように各機能部を一体的に有するとして説明したが、その構成はこれに限定されない。超音波伝達時間測定装置２５は、例えば、制御部、表示部、及び操作部として機能するパーソナルコンピュータ等を含む情報処理装置と、超音波発生部として機能する任意の他の装置とを別々に有してもよい。

図７は、一実施形態に係る超音波伝達時間測定方法のフローを示すフローチャートである。図７を参照しながら、一実施形態に係る超音波伝達時間測定用治具１を用いて対象物を伝搬する超音波の速度を測定する手順について主に説明する。以下では、距離Ｌ_ｍは、発信用の探触子２０を支持する探触子ホルダー１１の中心軸Ｃと受信用の探触子２０を支持する探触子ホルダー１１の中心軸Ｃとの距離を示す。すなわち、距離Ｌ_ｍは、一対の探触子ホルダー１１の間隔に対応する。固定回数ｍは、目盛り１６に対する一対の探触子ホルダー１１の固定回数を示す。伝達時間ｔ_ｍ，ｎは、距離Ｌ_ｍで超音波速度の測定を実施した際の超音波の伝達時間を示す。測定回数ｎは、距離Ｌ_ｍのときの超音波速度の測定回数である。

発信用及び受信用の一対の探触子２０を一対の探触子ホルダー１１がそれぞれ支持した状態で、ステップＳ１０１では、固定回数ｍを１とする。すなわち、ステップＳ１０１は、目盛り１６に対する一対の探触子ホルダー１１の固定回数が１回目であることを意味する。

ステップＳ１０２では、一対の探触子ホルダー１１を固定したことがない目盛り１６の位置で固定する。このとき、一対の探触子ホルダー１１の移動を移動切替部１４により制限する。

ステップＳ１０３では、測定回数ｎを１とする。このとき、距離Ｌ_ｍで１回目の測定が開始される。

ステップＳ１０４では、対象物の表面において、一対の探触子２０を設置したことがない箇所で超音波の伝達時間ｔ_ｍ，ｎを測定する。加えて、一対の探触子ホルダー１１の距離Ｌ_ｍを目盛り１６により測定する。

ステップＳ１０５では、規定した回数ｂに測定回数ｎが一致するか否かを判定する。規定した回数ｂに測定回数ｎが一致しない場合、ステップＳ１０６に進む。規定した回数bに測定回数ｎが一致する場合、ステップＳ１０７に進む。回数ｂは、測定回数ｎに対して規定された最大値である。すなわち、超音波速度の測定は、最大でｂ回実施される。規定した回数ｂの測定が完了した際に、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０６では、測定回数ｎに１を加える。すなわち、さらなる測定が実施されるよう、測定回数ｎの値が１だけ増加する。

対象物が例えばコンクリートである場合、コンクリートは骨材やモルタル等の不均一な材質で構成されているため、一対の探触子２０間の距離が同一であっても、探触子２０の設置箇所において伝達時間ｔ_ｍ，ｎにバラツキが生じる。そのため、一対の探触子２０の設置位置を変えた状態で、複数回の測定が必要となる。よって、距離Ｌ_ｍごとに測定がｎ回実施される。例えば、測定回数ｎは３以上の値を含む。すなわち、距離Ｌ_ｍにおいて少なくとも３回、最大でｂ回、測定が実施される。また、同一距離Ｌ_ｍで測定が実施される場合、測定ごとに一対の探触子２０を過去に設置したことがない場所へ設置する。

ステップＳ１０７では、測定回数ｎが回数ｂに一致する場合に、測定された伝達時間ｔ_ｍ，１〜ｔ_ｍ，ｂのうち、骨材の影響等で数値が大きく外れているものに関して、再測定を実施する。このような再測定を実施しながら、ｂ個の伝達時間ｔ_ｍ，ｎを測定することもできる。

ステップＳ１０８では、規定した回数ａに固定回数ｍが一致するか否かを判定する。規定した回数ａに固定回数ｍが一致しない場合、ステップＳ１０９に進む。規定した回数ａに固定回数ｍが一致する場合、測定を終了する。回数ａは、固定回数ｍに対して規定された最大値である。すなわち、目盛り１６に対する一対の探触子ホルダー１１の固定は、最大でａ回実施される。

ステップＳ１０９では、固定回数ｍに１を加える。すなわち、一対の探触子ホルダー１１が固定されている目盛り１６を変更して、一対の探触子２０間の距離Ｌ_ｍを変更する。例えば、目盛り１６に対する一対の探触子ホルダー１１の固定回数ｍは３以上の値を含む。すなわち、少なくとも３回、最大でａ回、固定が実施される。

図８は、一実施形態に係る超音波速度算出装置３０の構成を示すブロック図である。超音波速度算出装置３０は、測定された伝達時間ｔ_ｍ，ｎを用いて、対象物を伝搬する超音波の速度を算出する。

超音波速度算出装置３０は、取得部３１と、平均化部３２と、算出部３３と、評価部３４と、を有する。取得部３１は、超音波伝達時間測定用治具１を用いて各距離Ｌ_ｍで測定された超音波の伝達時間ｔ_ｍ，ｎを探触子２０又は探触子２０に接続されている装置から取得する。平均化部３２は、取得された伝達時間ｔ_ｍ，ｎを各距離Ｌ_ｍで平均化する。この平均化処理によって、対象物の材質の不均一性によって生じるバラツキが抑制される。算出部３３は、距離Ｌ_ｍ及び平均化された伝達時間ｔ_ｍに基づいて最小二乗法によって回帰直線の算出を行い、算出された回帰直線の傾きαを超音波速度として算出する。算出部３３は、平均化部３２によって計算された各距離Ｌ_ｍにおける超音波の平均伝達時間ｔ_ｍ及び各距離Ｌ_ｍをデータの組（ｔ_ｍ，Ｌ_ｍ）として、以下の式（１）乃至式（３）によって表される１次のモデル関数で回帰直線を求める。モデル関数が１次とできる理由は、超音波速度は、距離と伝達時間の１次モデルで算出することができるためである。

超音波速度算出装置３０は、回帰直線が算出された後、傾きαを超音波速度として定義する。超音波速度算出装置３０は、発信用の探触子２０と受信用の探触子２０との中心間距離からの実際の超音波の発信点と受信点との距離のずれとして切片βを定義する。なぜならば、超音波伝達時間測定用治具１によって、探触子ホルダー１１に一度装着された探触子２０は、回転することなくスライド可能となる。そのため、探触子ホルダー１１をスライドさせて移動した距離が探触子２０の発信点と受信点との間隔の変化と等しくなる。よって、探触子２０の設置面の発信点と受信点の位置が不明であっても、少なくとも探触子ホルダー１１を２つの異なる目盛り１６の位置で固定して測定を実施すれば、探触子ホルダー１１の移動距離と超音波の伝達時間ｔ_ｍ，ｎの差分とから超音波速度を算出することが可能である。

評価部３４は、超音波速度が算出された後、回帰直線の決定係数Ｒ^２を以下の式（４）に従い算出する。

評価部３４は、算出された超音波速度の妥当性を式（４）の決定係数Ｒ^２に基づいて評価する。より具体的には、評価部３４は、算出された決定係数Ｒ^２に一定の閾値を設けて、決定係数Ｒ^２が閾値以上であれば超音波速度が妥当であると判断する。評価部３４は、決定係数Ｒ^２が閾値未満であれば、測定データにバラツキが多いと判断する。これにより、測定データの取り直しを実施することができる。そのため、探触子ホルダー１１を少なくとも３つの異なる目盛り１６の位置で固定し、最小二乗法で算出する方法を用いた。

提案した超音波伝達時間測定用治具１及び超音波伝達時間測定方法と超音波速度算出装置３０とを用いれば、実際の超音波の探触子２０の設置面における発信点と受信点が不明であっても、傾きαを算出することで超音波速度を測定することができる。

図９は、Ｌ_１＝４０ｍｍ及びｎ＝１のときの測定データを示す模式図である。横軸は時間を示す。縦軸は探触子２０の受信強度を示す。図９を参照しながら、上述した方法を用いて実際のコンクリート面を測定した具体的な例における測定データについて説明する。

コンクリートを伝搬する超音波速度の測定を図７に示すフローに従い実施した。このとき、ａ＝３、ｂ＝３とした。探触子２０で受信する超音波のサンプリング速度は、０．２μ秒ごととなっており、８．２μ秒の場所で、超音波の表面波が到達している。表面波は、最も早く一対の探触子２０間を伝達する。したがって、初期のピーク位置が表面波に対応する。初期のピークが現れた後、第２、第３の内部を伝達した超音波が到達している。すべての測定を終了した際の結果を表１に示す。

図１０は、超音波速度の測定結果を示す模式図である。図１０に示すグラフでは、一対の探触子２０の距離４０ｍｍ、１００ｍｍ、及び１６０ｍｍの各々で測定された伝達時間ｔ_ｍ，ｎの平均値がプロットされる。加えて、超音波速度に対応する傾きαと探触子２０の間隔のずれに対応する切片βの値が示される。図８の超音波速度算出装置３０を用いて表１のデータから超音波速度を算出すると、超音波速度は、式（１）乃至式（３）より４２２５．４ｍ／ｓと算出される。決定係数Ｒ^２の値は１を示す。

以上のような一実施形態に係る超音波伝達時間測定用治具１によれば、探触子２０を精度良く対象物の表面に設置することができる。一対の探触子ホルダー１１により発信用及び受信用の一対の探触子２０が安定して支持されるので、一対の探触子２０の設置面上での移動が抑制される。したがって、超音波速度の測定中においてもグリース等の影響により一対の探触子２０が位置ずれを引き起こす可能性は低い。これにより、超音波速度の測定の精度が向上する。加えて、移動切替部１４によって一対の探触子ホルダー１１の移動が制限された状態で目盛り１６の値を読み取ることで、使用者は、一対の探触子ホルダー１１の距離を測定できる。これにより、超音波の発信点と受信点を探触子２０の設置面上で目視により定めることが困難な場合でも、使用者は、一対の探触子２０の距離を正確に測定することができる。したがって、超音波速度の測定の精度がさらに向上する。

超音波伝達時間測定用治具１が探触子２０の回転を制限する弾性体を有することで、探触子ホルダー１１による探触子２０の支持性が向上する。すなわち、一対の探触子ホルダー１１によって一対の探触子２０がそれぞれより安定して支持される。結果、超音波速度の測定中における探触子２０の位置ずれがより強く抑制される。したがって、超音波速度の測定の精度がさらに向上する。

超音波伝達時間測定用治具１が探触子ホルダー１１それぞれの位置を調整する調整バー１５を有することで、探触子ホルダー１１の位置調整が容易となる。使用者は、移動切替部１４と調整バー１５との組み合わせによって容易に一対の探触子ホルダー１１の距離を定めることができる。したがって、超音波速度の測定の作業効率が向上する。

移動切替部１４が調整バー１５と係合することで、一対の探触子ホルダー１１の移動がより強く制限される。したがって、移動が制限されている際の一対の探触子ホルダー１１の距離が安定し、結果、一対の探触子２０の距離も安定する。したがって、超音波速度の測定の精度がさらに向上する。

超音波伝達時間測定用治具１が把持部１３、より具体的にはグリップ１３ｃを有することで、使用者は、超音波伝達時間測定用治具１を片手で把持できる。これにより、一対の探触子２０を効率的に対象物の表面に設置できる。したがって、超音波伝達時間測定用治具１の製品としての利便性が向上する。

一実施形態に係る超音波速度算出装置３０によれば、表面法においてコンクリート等を含む対象物を伝搬する超音波の表面波を測定する際に、探触子２０の設置面の発信点と受信点の正確な位置がわからなくても超音波速度を求めることができる。探触子ホルダー１１の移動距離と超音波の伝達時間ｔ_ｍ，ｎの差分とから超音波速度を算出することができるので、超音波速度の測定が容易となる。

本発明は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。したがって、先の記述は例示的であり、これに限定されない。発明の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含されるとする。

例えば、上述した各構成部の形状、配置、向き及び個数等は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の形状、配置、向き及び個数等は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。

本発明は、上述した超音波速度算出装置３０に実質的に相当する超音波速度算出方法としても実現し得るものである。本発明の範囲には、これらも包含されると理解されたい。

上述した超音波伝達時間測定方法及び超音波速度算出方法の各ステップに含まれる機能等は、論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のステップを１つに組み合わせたり、又は分割したりすることが可能である。

１ 超音波伝達時間測定用治具
１１ 探触子ホルダー
１１ａ 板バネ
１２ フレーム
１２ａ 正面フレーム
１２ｂ 背面フレーム
１２ｃ 側面フレーム
１３ 把持部
１３ａ 正面基体
１３ｂ 背面基体
１３ｃ グリップ
１４ 移動切替部
１４ａ 移動切替バー
１４ｂ 固定ボタン
１５ 調整バー
１６ 目盛り
２０ 探触子
２５ 超音波伝達時間測定装置
３０ 超音波速度算出装置
３１ 取得部
３２ 平均化部
３３ 算出部
３４ 評価部
Ｃ 中心軸
Ｐ 中心

Claims (8)

1. 対象物を伝搬する超音波の伝達時間の測定に用いられる超音波伝達時間測定用治具であって、
   発信用及び受信用の一対の探触子をそれぞれ支持する一対の探触子ホルダーと、
   前記一対の探触子ホルダーの移動を制限する移動切替部と、
   を備える、
   超音波伝達時間測定用治具。
2. 前記一対の探触子ホルダーそれぞれは、支持する前記探触子の回転を制限する弾性体を有する、
   請求項１に記載の超音波伝達時間測定用治具。
3. 前記一対の探触子ホルダーの間隔を示す目盛りと、
   前記一対の探触子ホルダーそれぞれと連接し、前記一対の探触子ホルダーそれぞれの位置を調整する調整バーと、
   をさらに備える、
   請求項１又は２に記載の超音波伝達時間測定用治具。
4. 前記移動切替部は、前記調整バーと係合することで前記一対の探触子ホルダーの移動を制限する、
   請求項３に記載の超音波伝達時間測定用治具。
5. 前記一対の探触子ホルダーを挟持するフレームと、
   前記フレームにねじ止めされている把持部と、
   をさらに備える、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超音波伝達時間測定用治具。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波伝達時間測定用治具を用いて前記対象物を伝搬する超音波の伝達時間を測定する超音波伝達時間測定方法であって、
   発信用及び受信用の前記一対の探触子を前記一対の探触子ホルダーにそれぞれ支持するステップと、
   前記一対の探触子ホルダーの移動を前記移動切替部により制限するステップと、
   前記一対の探触子ホルダーの間隔に対応する距離を伝搬する超音波の伝達時間を測定するステップと、
   を含む、
   超音波伝達時間測定方法。
7. 超音波速度算出装置により対象物を伝搬する超音波の速度を算出する超音波速度算出方法であって、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波伝達時間測定用治具を用いて発信用及び受信用の前記一対の探触子ホルダーの間隔ごとに測定された超音波の伝達時間を取得するステップと、
   取得された前記伝達時間を前記間隔に対応する距離ごとに平均化するステップと、
   前記距離及び平均化された前記伝達時間に基づいて回帰直線を取得し、該回帰直線の傾きに基づいて超音波速度を算出するステップと、
   前記回帰直線に基づいて決定係数を算出し、算出された前記超音波速度の妥当性を前記決定係数に基づいて評価するステップと、
   を含む、
   超音波速度算出方法。
8. 対象物を伝搬する超音波の速度を算出する超音波速度算出装置であって、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波伝達時間測定用治具を用いて発信用及び受信用の前記一対の探触子ホルダーの間隔ごとに測定された超音波の伝達時間を取得する取得部と、
   取得された前記伝達時間を前記間隔に対応する距離ごとに平均化する平均化部と、
   前記距離及び平均化された前記伝達時間に基づいて回帰直線を取得し、該回帰直線の傾きに基づいて超音波速度を算出する算出部と、
   前記回帰直線に基づいて決定係数を算出し、算出された前記超音波速度の妥当性を前記決定係数に基づいて評価する評価部と、
   を備える、
   超音波速度算出装置。

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