JP2581929B2 - コンクリ−トの厚さ及び内在ひび割れ深度の測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、コンクリートの厚さ及び内在ひび割れ深度
の測定装置に関するものである。

＜従来の技術＞ 石油やLPG地下備蓄タンク、トンネル、原子力発電
所、高速道路等のような大型のコンクリート構造物の場
合、コンクリートの一方の面からコンクリートの厚さ又
は内在ひび割れ位置を測定し、検証する必要性は保安面
や工法面から非常に重要である。

このように一方の面からコンクリートの厚さ及び内在
ひび割れの深度を測定する方法として、従来、超音波を
用いるパルス反射法が存在する。

この方法は第５図に示すように、コンクリート６の一
方の表面に、超音波振動子の送波器２と受波器３とを一
定の間隔をおいて設置する。

送波器２からはコンクリート６に超音波を送波し、こ
の超音波はコンクリート６内を透過して不連続部で反射
するので、コンクリート６の対向面または内在ひび割れ
まで到達した後に反射する。

この反射波Ａを受波器３で捕らえ、反射波Ａの到達時
間を測定し、コンクリート６の厚さ及び内在ひび割れの
深度を測定するものである。

＜本発明が解決しようとする問題点＞ 上記の測定方法の場合、送波器２から送られる超音波
は、コンクリート６内を透過して反射する反射波Ａと、
コンクリート６の表面を直接受波器３に伝播する表面波
Ｂに分かれる。

そのためこの表面波Ｂと反射波Ａが重なってしまい、
反射波Ａを正確に捕らえることが困難になる。

しかもコンクリート６は、内部に骨材が点在する不均
質物質であるため、測定誤差が±50％にも及ぶことがあ
り、正確なコンクリート６の厚さ及び内在ひび割れの深
度を測定することができない。

＜本発明の目的＞ 本発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、コンクリートの一方の面から、容易にかつ
正確にコンクリートの厚さ及び内在ひび割れの深度を測
定することのできる、コンクリートの厚さ及び内在ひび
割れの深度の測定装置を提供することを目的とする。

＜本発明の構成＞ 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について
説明する。

＜イ＞本発明の測定装置（第１図） （１）可変発振器 可変発振器１は後述する送波器２から超音波のパルス
をコンクリート６に送るための電気振動の発振器であ
る。

本実施例では、前述したようなコンクリート６の表面
に発生する表面波の影響を逃れるため、単純な電気パル
ス、または送波器２から超音波パルスを発生するような
正弦波でない電気信号、例えば矩形波や鋸波などを使用
する。

可変発振器１は手動または自動的に、矩形波などによ
って形成された超音波パルスの周波数を変化させること
ができる。

尚、この可変発振器１を、後述するスペクトル解析器
５の演算用クロック波から出力させるなど、スペクトル
解析器５に内蔵してもよい。

また、後述する超音波音速測定装置に内蔵させてもよ
い。

（２）送波器 送波器２は、可変発振器１と接続した超音波振動子で
ある。

この送波器２は可変発振器１から送られてくる矩形波
はどの電気信号によって励振し、コンクリート６の対向
面に向けて超音波のパルスを送波するものである。

（３）受波器 受波器３は、後述する増幅器４と接続した超音波振動
子である。

この受波器３は、送波器２から送波した超音波パルス
がコンクリート６を透過して対向面で反射した反射波を
受波するためのものである。

（４）増幅器 増幅器４は、受波器３と後述するスペクトル解析器５
との間に介在し、受波器３で受波された反射波を正確に
スペクトル解析器５によって読み取る為に、反射波を増
幅するためのものである。

（５）スペクトル解析器 スペクトル解析器５は、増幅器４によって増幅された
反射波を、CRT面にスペクトルとして表示するものであ
る。

（６）算出手段 算出手段は、前記スペクトル解析器５により周波数解
析して得られたスペクトル群の中で、最も周波数の低い
スペクトルの周波数を検出し、その周波数からコンクリ
ートの厚さ又は内在ひび割れ深度を算出するものであ
る。

算出手段としては、例えばコンピュータが利用でき
る。

スペクトル解析器５よりGP−1Bでスペクトル図を算出
手段であるコンピュータに読出し、スペクトルのピーク
を探しだすソフトで最も周波数の低いスペクトルを計測
する。

即ち、コンピュータに予め一定のレベル値を設定して
おき、得られたスペクトル群を低い周波数の側から読み
取らせていき、初めてそのレベル値を越えるスペクトル
のピークを検知させるようにし、表示させれば良い。

また算出手段は、このようなシステムとしてではな
く、スペクトル解析器５の具備するコンピュータ機能に
含ませて設けても良い。

前述したように、可変発振器１をスペクトル解析器５
に含める場合には、上記のようにＣ点を求める手法まで
スペクトル解析器５に含めると作業上都合が良い。

（７）超音波音速測定装置 コンクリート６の超音波の音速を正確に知るために、
コンクリート６を伝播する超音波の音速測定装置とその
測定システムが必要である。

＜ロ＞コンクリートの厚さ測定方法 本実施例では20cmの厚みを有するコンクリート６を測
定対象物とした場合について説明する。

まず、測定対象物のコンクリート６の一方の表面に、
超音波振動子の送波器２と受波器３を間隔をおいて設置
する。

（１）第１次測定 第１次測定においては、まず大まかなコンクリート６
の厚さを測定する。

可変発振器１から電気振動の周波数を変えながら送波
器２を励振し、送波器２からコンクリート６の対向面に
向けて、電気振動によって形成された超音波のパルスを
繰返し送波する。

本実施例では表面波の影響から逃れるために、例えば
励振電気信号に正弦波ではなく、矩形波を用い、この矩
形波によって形成されたパルスを、周波数を変えながら
コンクリート６に繰返し送波する。

尚、ここで言う繰返し周波数とは、超音波自体の周波
数ではなく、超音波を繰り返し送波する周期のことであ
る。

コンクリート６内を透過して、対向面で反射した反射
波Ａは、受波器３により受波され、増幅器４で増幅され
る。

増幅された受波信号をスペクトル解析器５でスペクト
ル解析すると、第３図に示すように、多数のスペクトル
のピークを得ることができる。

超音波の繰返し周波数を変えることにより、この多数
のスペクトルの信号強度が増減するので、信号強度が大
きい繰返し周波数で測定を行うのが好ましい。

そして実験の結果、一群のスペクトルのピークの中で
最低の周波数に表れるスペクトルが、コンクリート６の
厚みによるスペクトルであることが分かった。

第３図は、1.5kHzで超音波を繰返し送波した場合であ
り、最低の周波数のスペクトルＣは10kHz付近に表れ
た。

最低の周波数のスペクトルＡがスペクトル解析器５の
画面上に最も明確に表れるのは、実験の結果から、コン
クリート６の厚みによるスペクトルの周波数の約10％〜
30％の繰返し周波数で超音波を送波した時であった。

従って、測定対象物のコンクリート６の厚さの見当が
つく場合には、後述するコンクリート６の厚さの算出方
法から最低のスペクトル周波数を概算して、その周波数
の10％〜30％の繰返し周波数でコンクリート６に超音波
を送波することによって、作業を迅速に行うことができ
る。

測定の目的によっては、第１次測定のみで作業を終了
することもある。

（２）第２次測定 第２次測定はコンクリート２の厚さをより正確に測定
する場合に行うものである。

第１次測定で表れたスペクトルＣ付近の周波数（本実
施例では10kHz）で繰返し送波し、可変発振器１を微調
して、スペクトルＣが最大を示す周波数を探しだす。

そして第４図に示すように、スペクトル解析器５の画
面上にスペクトルＣが最大に表示されるのは、超音波の
繰返し周波数と超音波が対向面から戻って来る時間の逆
数に相当する周波数が一致したことを示している。

本実施例の場合の最大スペクトルＣは10.9kHzであ
る。

この送波周波数からコンクリート６の厚さを次のよう
な計算で求めることができる。

（３）コンクリートの厚さの算出 まず前記超音波音速測定装置を用いて、コンクリート
６内を伝播する超音波の速度を求める。

音速は縦波、横波、表面波によって異なるが、本実施
例では縦波を使用するので、縦波の音速を求める。

実験の結果、コンクリート６の音速は約4000m/secで
あった。

スペクトルＣ（最低の周波数に表れるスペクトル）の
周波数は、超音波の縦波が厚み方向に進行し、対向面で
反射して戻って来る時間の逆数に相当する。

スペクトルＣの周波数をＭ、コンクリート６の厚さを
Ｄ、音速をｖ、コンクリート６の厚み分の超音波反射波
の到達時間をｔとすると、以下の数式が成立する。

そしてこれらの数式から次の（１）式が成立する。

この式（１）に本実施例の数値を代入すると、 となる。

このようにして、スペクトルＣの周波数からコンクリ
ート６の厚さを求めることができる。

上記の演算を手で実施してもよく、また音速をインプ
ットして、上述のコンピュータのソフトの一貫として演
算表示してもよい。

また、決められた一定間隔に取り付けた超音波の送波
器２、受波器３から超音波の音速を読み込ませておき、
外から超音波の音速をインプットすることなしに、コン
ピュータに演算表示させることもできる。

さらに、ごく簡単な方法としては、スペクトル解析器
５のCRT面に透明な板を取り付け、Ｃ点のピークの周波
数がコンクリート６の音速3500m/s、または4000m/sのと
き、コンクリート６の厚みが何cmかを表示する透明の目
盛り板をセットし、Ｃ値即厚みを直読させる簡便法を採
用することができる。

＜その他の実施例＞ 以上説明したコンクリート６の厚さの測定方法を応用
して、コンクリート６の表面とほぼ平行に内在するひび
割れの位置を測定することができる。

コンクリート６の表面から送波した超音波パルスは、
前述したようにコンクリート６内を透過して不連続部で
反射するため、コンクリート６の表面とほぼ平行に内在
するひび割れが存在する場合には、そのひび割れによっ
て反射することになる。

従って、前記の算出方法によってコンクリート６の表
面からひび割れまでの距離、即ちコンクリート６の内在
ひび割れの深度を求めることができる。

また、送波器２と受波器３とを接近させて、コンクリ
ート６の表面を移動させることによって、ひび割れの発
生している範囲を測定することができる。

即ち、コンクリート６の表面において、送波器２及び
受波器３が内在するひび割れの発生している範囲を外れ
ると、超音波のパルスはコンクリート６の対向面まで達
するため、コンクリート６の表面からひび割れまでの深
度を示すスペクトルが消失する。

このことから、ひび割れ深度を示すスペクトルが表れ
ている範囲がひび割れの発生している範囲であることが
分かり、この範囲を求めることによってひび割れの位置
を測定することができる。

＜本発明の効果＞ 本発明は、以上説明したようになるので、次のような
効果を得ることができる。

＜イ＞受波した信号をスペクトル解析器で解析すること
により、表面波による測定の妨げを回避して、容易にか
つ正確にコンクリートの厚さ及び内在ひび割れ深度を測
定することができる。

従って、石油やLPG地下備蓄タンク、トンネル、原子
力発電所等のような大型のコンクリート構造物の場合で
も、コンクリートの一方の面からコンクリートの厚さ及
び内在ひび割れの深度を正確に測定できるので、保安面
や工法面における向上を図ることができる。

＜ロ＞本発明に使用する発振器は、±10Vまたはそれ以
下の電圧を送波器に入力するだけで測定可能である。

従って、低コストで測定を行うことができる。

＜ハ＞送波した超音波は平面波でないから、コンクリー
トや岩石などからなる円柱体又は球状体の直径を測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明の一実施例の説明図 第２図：第１次測定の説明図 第３図：第１次測定の説明図 第４図：第２次測定の説明図 第５図：従来の測定方法の説明図

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定対象物となるコンクリートの表面から
   その内部へ超音波パルスを送波し、対面または内在する
   ひび割れ部分で反射して戻ってくる反射波を受波し、そ
   の受波信号をスペクトル解析して周波数スペクトルとし
   て表し、そのスペクトルの周波数を基にコンクリートの
   厚さ及び内在ひび割れ深度を測定する装置であって、 コンクリート表面に設置され超音波パルスを送波する送
   波器と、 コンクリート表面に設置され、対面または内在するひび
   割れ部分で反射して戻ってくる反射波を受波する受波器
   と、 その受波器の出力信号をスペクトル解析するスペクトル
   解析器とにより構成し、 スペクトル解析して得られたスペクトル群の中で、最も
   周波数の低いスペクトルの周波数を下記の式に代入し、
   コンクリートの厚さ又は内在ひび割れ深度を算出する算
   出手段を備えたことを特徴とする、 コンクリートの厚さ及び内在ひび割れ深度の測定装置。 M:スペクトルの周波数 v:コンクリート内における超音波の速度 D:コンクリートの厚さ又は内在ひび割れの深度