JP2824488B2

JP2824488B2 - 超音波パルス反射法によるコンクリート構造物の版厚の測定方法

Info

Publication number: JP2824488B2
Application number: JP14986389A
Authority: JP
Inventors: 貢倉持; 實今井
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1989-06-13
Filing date: 1989-06-13
Publication date: 1998-11-11
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JPH0313810A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、超音波を用いてコンクリート構造物あるい
は土木構造物等の版厚を測定する方法に関するものであ
る。

［従来の技術］建築、土木の分野において、コンクリート構造物ある
いは土木構造物等の構造診断、あるいはこれらの構造物
の施行管理、品質管理のために、超音波を用いて非破壊
的にコンクリート等の版厚を測定することが行われてお
り、その測定方法としては、通常、版厚を測定すようと
する構造物の一方の面上に送信用探触子および受信用探
触子の二つの探触子を配置する反射法が採用されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来のコンクリート構造物の版厚測定
方法あるいは探触子には次のような問題がある。

即ち、被検体の版厚を測定するためには明瞭な受信波
を得る必要があるが、従来の超音波探傷器および探触子
を用いたのでは被検体中の超音波の伝播特性は必ずしも
良好でないので明瞭な受信波を得ることが難しく、従っ
て、測定が困難であり、また、測定できたとしても、そ
の測定精度は悪いものであった。

また、版厚を算出するためには当該被検体中における
基準音速値が必要であり、従って、版厚の測定に先立っ
て当該被検体中の基準音速の測定が行われるが、当該基
準音速の測定を行うに際して、送信用探触子と受信用探
触子の二つの探触子を適性に配置することが困難である
という問題もあった。つまり、基準音速の測定は、通
常、二つの垂直探触子を用いて透過法で行われるから、
送信用の垂直探触子と受信用の垂直探触子を被検体の表
裏の面にはそれぞれ配置しなければならず、従って受信
用探触子およびその操作を行うオペレータを配置できる
だけのスペースが確保できない場合には測定そのものが
不可能となる。

また、透過法による基準音速の測定および反射法によ
る版厚の測定が行えるためには、被検体には必ず開口部
が必要となるが、しかし、版厚測定を必要とする被検体
は開口部を有しないものが多く、基準音速の測定が不可
能となる場合が多いものであった。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、被検
体の版厚を簡単、且つ高測定精度に測定できる超音波パ
ルス反射法によるコンクリート構造物の版厚の測定方法
を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するために、本発明の超音波パルス
反射法によるコンクリート構造物の版厚の測定方法は、
超音波の送受信を行う縦波垂直探触子であって、ダンパ
ー材が装着され、且つ送信周波数が可変となされた縦波
垂直探触子を被検体コンクリートの表面に当接し、前記
縦波垂直探触子から縦波超音波を被検体コンクリート中
に送信し、前記縦波垂直探触子で受信した超音波情報に
基づいて前記被検体コンクリート中の縦波超音波の伝播
時間を得、当該伝播時間と、前記被検体コンクリート中
の縦波超音波の基準音速とに基づいて前記被検体コンク
リートの版厚を得ることを特徴とする。

［作用および発明の効果］本発明においては、従来の単パルス励振方式に代え
て、送信周波数を可変できるようにしたので、コンクリ
ート等の被検体の材質に適合した超音波の送受信が可能
となり、これによりコンクリート中の伝播特性を向上で
き、その結果、約500mmまでの版厚の測定が可能であ
る。また、従来のコンクリート用の低周波探触子はダン
パー材は装着されていないものであったが、本発明では
ダンパー材が装着された、いわゆる高ダンピング低周波
探触子を使用するので、所要の信号を明確に識別するこ
とができるものである。

更に、本発明においては、版厚の測定を、従来の垂直
二探触子法に代えて、一つの縦波垂直探触子を使用し、
反射法により行うようにしたので、従来生じていた探触
子の配置に関する問題等は生じることがなく、従って測
定手法を単純化することができるので、容易に効率よく
版厚を測定することができるものである。

更に、本発明では、被検体の基準音速の測定は表面走
査法により被検体の片側から行うことができるので、開
口部を有しない被検体においても基準音速の測定、そし
て版厚の測定を行うことができる。

また、本発明に係る測定方法によれば、測定精度は±
10mm以下とすることが可能となり、従来の測定方法に比
較して測定精度を向上させることができるものである。

［実施例］以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る超音波パルス反射法によるコン
クリート構造物の版厚の測定方法を説明する概略図であ
り、図中、１は測定の対象となっている被検体、２は送
信・受信を行う探触子、３は接触媒質、４は制御装置、
５は出力装置、６はオシロスコープを示す。

第１図に示す構成において、被検体１は版厚測定の対
象となっているもので、例えば、コンクリート等であ
る。探触子２は超音波の送信および受信を行う、高ダン
ピングの低周波縦波垂直探触子、即ち、ダンパーが装着
された低周波縦波垂直探触子であり、送信周波数は可変
可能となされている。また、当該探触子２、制御装置
４、出力装置５およびオシロスコープ６により超音波探
傷装置が構成されている。制御装置４は、以下に説明す
る版厚測定のための種々の演算を行うばかりでなく、当
該超音波探傷装置の全体の制御を行うものである。出力
装置５は、CRT等の適当な表示装置あるいはプリンタ等
が構成されている。

第１図に示すように、本発明においては、一つの探触
子２が接触媒質３を介して被検体１の表面に当接され
る。探触子２から送信され、被検体１の他方の面で反射
した縦波垂直超音波は、探触子２で受信され、第２図に
示すようにオシロスコープ６に表示される。第２図にお
いて、７は送信パルスであり、８は受信波形である。こ
の状態でオペレータはオシロスコープ６を観察しなが
ら、反射波の高さが最も高くなるように超音波探傷装置
の送信周波数等の調整を行う。このことにより被検体１
の材質に適合した周波数の超音波を使用し、被検体１中
の伝播特性を向上させることができる。

そして、反射波の高さが最大になった時点で制御装置
は反射波形を取り込んで波形解析を行い、超音波が送信
されてから反射波が立ち上がるまでの時間を求め、当該
時間から予め求められている零補正値を減算して超音波
の被検体中の伝播時間Ｔを算数する。そして、制御装置
４は、伝播時間Ｔ、および、予め求められている被検体
１中の基準音速Ｖとから下記の式により被検体１の版厚
Ｄを求め、出力装置５に出力する。

Ｄ＝Ｖ・T/2 …（１）以上のようにして被検体１の版厚が求められるのであ
るが、次に、零補正値および基準音速の測定に付いて説
明する。

まず、零補正値の意味は次のようである。即ち、被検
体１の版厚を求めるには、上記の（１）式からも明らか
なように被検体１中の超音波の伝播時間を知る必要があ
るが、第２図に示す波形から求められる伝播時間は、被
検体１中の伝播時間ばかりでなく、接触媒質３の中を伝
播する時間も含まれているので、全体の伝播時間から接
触媒質３中の伝播時間を減算する必要がある。これが零
補正値である。従って、第１図に示す測定に先立って、
予め接触媒質を伝播する時間、即ち零補正値を求めて制
御装置４を格納しておく必要があるが、そのためには第
３図に示すような構成で行う。即ち、第３図（ａ）に示
すように、適当な材質からなる対比試験片20の一方の面
に、実際に測定に使用すると同様の材質からなる接触媒
質22を介して、実際の測定時の圧力で縦波垂直探触子21
を配置し、超音波を送信する。その結果図示しないオシ
ロスコープには、第３図（ｂ）に示すように、送信パル
ス23および二つの反射波形B₁,B₂が得られる。なお、こ
のとき縦波垂直探触子21の配置される位置および超音波
探傷器の送信周波数は反射波形の振幅が最大になるよう
に調整されている。

さて、第３図（ｂ）において、B₁は探触子21から送信
された超音波が対比試験片20の他方の面で１回反射して
得られた受信波形であり、B₂は対比試験片20で２回反射
して得られた受信波形である。即ち、第３図（ｃ）を参
照して説明すると、B₁は、P₀から送信された超音波がP₂
で反射し、P₃で受信された反射波であり、B₂は、P₂から
の反射波が対比試験片20と接触媒質22の境界であるP₄で
再び反射し、P₅,P₆と伝播してP₇で受信された反射波で
ある。従って、超音波が送信されてから波形B₁が立ち上
がるまでの時間をT₁,波形B₂が立ち上がるまでの時間をT
₂とすると、当該超音波が接触媒質22を往復するのに要
する伝播時間T_L0は下記の（２）式で求められる。これ
が縦波垂直探触子の零補正値である。

T_L0＝2T₁−T₂ …（２）このようにして求められた縦波垂直探触子の零補正値
T_L0は制御装置４に格納される。

また、上記（１）式から明らかなように、被検体１の
版厚を求めるには、予め被検体１中の超音波の基準音速
を知る必要があるが、それは次のようにして測定され
る。即ち、第４図（ａ）に示すように、送信用探触子31
および受信用探触子32を被検体１の健全部に配置し、こ
れら二つの探触子31、32の中心間距離Ｓを所定の値、例
えば70mmに調整する。なお、当該送信用探触子31、32と
しては第１図に示す測定を行う際に使用する探触子と同
型の、縦波を送信、受信する探触子を使用する。

そして、送信用探触子31から送信された縦波超音波は
被検体１中を伝播し、受信用探触子32で受信され、図示
しないオシロスコープには第４図（ｂ）に示すような波
形が表示される。第４図（ｂ）において、33は送信パル
ス、34、35および36は、それぞれ第１受信波、第２受信
波、第３受信波の波形を示す。なお、このとき、超音波
探傷装置の送信周波数は第１受信波の高さが最大になる
ように調整されているものである。

次に、得られた受信波形をシグナルアナライザー（図
示せず）に取り込んで、送信波から第１受信波34の立ち
上がりまでの時間を求め、当該時間から例補正値を減算
して、被検体１中の縦波の伝播時間t₇₀を求め、下記の
式によりＳ＝70mmの場合の縦波音速V₇₀を求める。

V₇₀＝S/t₇₀ …（３）以上の縦波音速の測定を、中心間距離Ｓが80mm、90mm
の場合に付いても同様に行い、得られた縦波音速V₇₀,V
₈₀,V₉₀を用いて下記の式により縦波音速の平均値V_avを
求め、制御装置４に格納する。これが基準音速である。

V_av＝（V₇₀＋V₈₀＋V₉₀）/3 …（４）以上のようにして得られた版厚の測定精度は±10mm以
内であることが確認された。

以上説明したように、本発明の超音波パルス反射法に
よる構造物の版厚の測定方法においては、一つの縦波垂
直探触子を使用して反射法により版厚の測定を行うの
で、測定手段が単純化され、しかも測定精度を向上させ
ることができる。

以上、本発明の１実施例について説明したが、本発明
は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形が
可能であることは当業者に明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波パルス反射法によるコンク
リート構造物の版厚の測定方法の１実施例の構成を示す
図、第２図は第１図のオシロスコープに表示される波形
を示す図、第３図は零補正値を得るための構成例を示す
図、第４図は基準音速の測定を説明するための図であ
る。１……被検体、２……探触子、３……接触媒質、４……
制御装置、５……出力装置、６……オシロスコープ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波の送受信を行う縦波垂直探触子であ
って、ダンパー材が装着され、且つ送信周波数が可変と
なされた縦波垂直探触子を被検体コンクリートの表面に
当接し、前記縦波垂直探触子から縦波超音波を被検体コ
ンクリート中に送信し、前記縦波垂直探触子で受信した
超音波情報に基づいて前記被検体コンクリート中の縦波
超音波の伝播時間を得、当該伝播時間と、前記被検体コ
ンクリート中の縦波超音波の基準音速とに基づいて前記
被検体コンクリートの版厚を得ることを特徴とする超音
波パルス反射法によるコンクリート構造物の版厚の測定
方法。