JP3188847U

JP3188847U - 探触子及び測長装置

Info

Publication number: JP3188847U
Application number: JP2013006447U
Authority: JP
Inventors: 久仁彦新美; 嘉之関口
Original assignee: NSKENSA CO.,LTD
Current assignee: NSKENSA CO.,LTD
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2023-11-12

Abstract

【課題】一部が地中に埋設されたガードレールの支柱等の地中埋設物の長さをそのままの状態で、正確、かつ、容易に測定することができる探触子及び測長装置を提供する。【解決手段】一部が地中に埋設されたガードレールの支柱等の地中埋設物（支柱１０１）の地上露出部の外周面に接触媒質を介して密着されＳＨ波を発信する超音波発信子と、超音波発信子より発信され地中埋設物内を伝搬して戻ったＳＨ波を受信する超音波受信子２とを備える。超音波受信子２により受信されたＳＨ波のパターンを解析手段４により解析し、この解析結果に基づいて地中埋設物の長さが判別できるようにする。超音波発信子の発信面は、地中埋設物の長手方向に沿う方向の長さが、該地中埋設物の長手方向に直交する方向の長さよりも長くされてなる。【選択図】図１

Description

本考案は、例えば、一部が地中に埋設されたガードレールの支柱等の地中埋設物の長さを測定する探触子及び測長装置に関するものである。

ガードレールやガードパイプを支持する支柱のように、一部が地中に埋設された地中埋設物は、経年劣化により腐食することがあり、定期的な検査を行う必要がある。しかしながら、こうした地中埋設物を地中から引き抜いてそれぞれ測定することは極めて煩雑であり、事実上は困難であることから、上記地中埋設物の長さを、下端側が地中に埋設された状態のままで測定することが望まれる。

従来、特許文献１に記載されているように、上端側が地上に露出した地中埋設物の外面に探触子を接触させ、ＳＨ波（超音波）を該地中埋設物に送信するとともに、該地中埋設物から反射したＳＨ波を該探触子により受信することにより、その長さを測定する測長装置が提案されている。この探触子は、筺体内に超音波発信子（振動子）が内蔵され、地中埋設物の表面に当てられる部位には、クサビと称する部材が配置されている。このクサビは、超音波発信子から発信される超音波を屈折させるものである。また、上記超音波発信子の縦横の寸法は、５ｍｍ×５ｍｍ又は１０ｍｍ×１０ｍｍ（非特許文献１参照）、或いは、３ｍｍ×３ｍｍ又は５ｍｍ×５ｍｍ（非特許文献参照）であり、何れも正方形でとされている（縦横の長さが等しくなっている）。また、ＳＨ波の周波数は、２ＭＨｚ，５ＭＨｚ等となっている。

実用新案登録第３１２３３８０号公報

ジャパンプローブ株式会社のカタログ「ＰＲＯＢＥＶｅｒ．９」の４頁から５頁株式会社検査技術研究所のウェブサイト商品情報斜角探触子（http://www.probe-kgk.com/goods3/index.html）

ところで、上述した従来の測長装置によっては、ガードレールの支柱等の地中埋設物の長さを正確に測定することが困難である。すなわち、上記従来の測定装置では、上記発信子が正方形であるため、反射指向性が相当高く、より広範の反射波（ノイズ）を大きく拾ってしまい、また、地中埋設物の端面における反射波（端面エコー）が低く、該ノイズと反射波との明確な識別・検出が困難である。また、ＳＨ波の周波数が低いことによっても、正確な測定が困難な状態となっている。

そこで、本考案は、上述した従来の探触子及び測長装置が有する課題を解決するために提案されたものであって、一部が地中に埋設されたガードレールの支柱等の地中埋設物の長さをそのままの状態で、正確、かつ、容易に測定することができる探触子及び測長装置を提供することを目的とするものである。

本考案は、上記目的を達成するために提案されたものであって、第１の考案（請求項１記載の考案）に係る探触子は、以下の構成を有するものである。

〔構成１〕
一部が地中に埋設されたガードレールの支柱等の地中埋設物の地上露出部の外周面に接触媒質を介して密着されＳＨ波を発信する超音波発信子及びこの超音波発信子より発信され上記地中埋設物内を伝搬して戻ったＳＨ波を受信する超音波受信子を有する探触子であって、超音波発信子の発信面は、上記地中埋設物の長手方向に沿う方向の長さが、該地中埋設物の長手方向に直交する方向の長さよりも長くされてなることを特徴とするものである。

また、第２の考案（請求項２記載の考案）に係る測長装置は、以下の構成を有するものである。

〔構成２〕
一部が地中に埋設されたガードレールの支柱等の地中埋設物の地上露出部の外周面に接触媒質を介して密着されＳＨ波を発信する超音波発信子及びこの超音波発信子より発信され上記地中埋設物内を伝搬して戻ったＳＨ波を受信する超音波受信子を有する（上記構成１を有する）探触子と、超音波発信子及び超音波受信子の受発信を制御する制御手段と、超音波受信子により受信されたＳＨ波のパターンを解析しこの解析結果に基づいて上記地中埋設物の長さが判別できるようにする解析手段とを備え、超音波発信子の発信面は、該地中埋設物の長手方向に沿う方向の長さが、該地中埋設物の長手方向に直交する方向の長さよりも長くされてなることを特徴とするものである。

また、第３の考案（請求項３記載の考案）に係る測長装置は、以下の構成を有するものである。

〔構成３〕
構成２を有する測長装置において、前記超音波発信子が発信するＳＨ波は、７５０ＫＨｚ乃至１０００ＫＨｚであることを特徴とするものである。

上記第１の考案（請求項１記載の考案）に係る探触子及び上記第２の考案（請求項２記載の考案）に係る測長装置においては、上記構成１を有することにより、超音波発信子の発信面は、地中埋設物の長手方向に沿う方向の長さが、該地中埋設物の長手方向に直交する方向の長さよりも長くなっている（超音波の放射方向に長さを有してなる）ので、ノイズが少なくなり、また、上記地中埋設物の端面における反射波（端面エコー）が高くなって、この反射波の検出が容易となり、地中埋設物の長さを測定することが可能となる。

上記第３の考案（請求項３記載の考案）に係る測長装置においては、上記構成３を有することにより、超音波発信子が発信するＳＨ波は、７５０ＫＨｚ乃至１０００ＫＨｚであるので、地中埋設物の端面における反射波（端面エコー）の検出を確実に行うことができ、この結果地中埋設物の長さを測定することが可能となる。

すなわち、本考案は、一部が地中に埋設された地中埋設物の長さを地中に埋設されたままの状態で、正確、かつ、容易に測定することができる探触子及び測長装置を提供することができるものである。

本考案に係る測長装置の構成を示すブロック図である。本考案に係る探触子の構成を示す側面図である。本考案に係る探触子の動作を示す側面図及び平面図である。本考案に係る測長装置の動作を示すフローチャートである。本考案に係る測長装置により受信されたＳＨ波のパターンの解析結果を示す波形図である。本考案に係る測長装置により受信されたＳＨ波のパターンの解析結果を示すグラフである。本考案に係る測長装置により受信されたＳＨ波のパターンを示す波形図である。

以下、本考案に係る測長装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

この実施の形態は、本考案を、ガードレールを構成する支柱の長さを測定する側長装置に適用したものである。図１は、本考案に係る測長装置の構成を示すブロック図である。そして、本考案に係る測長装置は、図１に示すように、ＳＨ波を発信する超音波発信子（振動子）を有する探触子１を備えている。この探触子１は、一部が地中に埋設されたガードレールの支柱（地中埋設物）１０１の地上露出部の外周面に図示しない接触媒質を介して密着される。この探触子１が発信するＳＨ波は、７５０ＫＨｚ乃至１０００ＫＨｚである。ここでＳＨ波とは、試験体表面を水平にこするような外力を加えることによって発生する一種の横波をいう。

また、探触子１は、ＳＨ波を受信する超音波受信子２を有している。この超音波受信子２は、超音波発信子より発信され支柱１０１内を伝搬して戻ったＳＨ波を受信する。この超音波受信子２と超音波発信子とは、同一の素子（発信子）である。また、この支柱測長装置は、超音波発信子及び超音波受信子２の受発信を制御する制御手段となる制御装置３を有している。この制御装置３は、超音波発信子を駆動する送信部と、超音波受信子２により受信された信号を増幅する受信増幅部とからなる。さらに、この測長装置は、超音波受信子２により受信されたＳＨ波のパターンを解析し、この解析結果に基づいて支柱１０１の長さが判別できるようにする解析手段４を有している。この解析手段４においては、制御装置３の受信増幅部から送られた信号は、Ａ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換されて、波形メモリーに送られ、記憶される。波形メモリーに記憶された信号は、データ処理部に送られ、波形処理をなされる。このデータ処理部は、バンドパスフィルタを有している。データ処理部により波形処理をなされた信号は、液晶表示器によって表示される。データ処理部は、条件設定部より入力された条件に従って、波形処理を行う。

なお、上記支柱１０１が埋設されている状態としては、鉛直に立設されている場合に限られず、斜めに埋設されている場合や、支柱１０１の一部が曲げられている場合であってもよい。

また、図２は、本考案に係る探触子の構成を示す側面図である。上記探触子１の超音波発信子５の発信面６は、図２に示すように、支柱１０１の長手方向に沿う方向の長さが、支柱１０１の長手方向に直交する方向の長さよりも長くなっている。発信面６の縦横の長さは、例えば、２０ｍｍ×４０ｍｍである。また、この探触子１は、ＳＨ波を送受信できるように、ＰＺＴの横波用発信子５が組み込まれており、アクリル樹脂を素材とするクサビを透過して、スネルの法則により、支柱１０１中に約９０度の屈折角で伝搬するよう入射角が設定されている。このようなＳＨ波は、支柱１０１を垂直に振動させる成分が少ない上、表面直下を伝搬するので、支柱１０１の表面が塗装膜や耐火被覆等で覆われていても、それらに超音波エネルギーが吸収されず、ＳＶ波に比べて遠方まで伝搬させることができるという利点がある。

また、図３は、本考案に係る探触子１の動作を示す側面図及び平面図である。本考案に係る探触子１においては、図３に示すように、超音波発信子５の発信面６が、支柱１０１の長手方向に沿う方向の長さが、支柱１０１の長手方向に直交する方向の長さよりも長くなっているので、該支柱１の長さ方向への指向性が高まり、その結果、支柱１０１の端面からの反射波（端面エコー）が高くなって、この反射波の検出が容易となり、上記支柱１の長さを確実に測定することができるようになっている。

また、上記探触子１は、支柱１０１の露出面に、所定の粘度、例えば、１０００〜１３００パスカル・秒の範囲に設定した水ガラスや合成樹脂等からなる接触媒質を介して密着され、これによって効率的にＳＨ波の受発信を行うことができるようにされている。接触媒質としては、所定粘度に設定した水ガラスや合成樹脂等を用いることが好ましい。その粘度の調整に際しては必要に応じて、アルミナやシリカ等の酸化物や、黒鉛、カーボン等の粉末を添加したり水分量を調節したりすること等により行うことができる。この粘度が１０００パスカル・秒より小さくなると、金属構造物の露出面との密着性が低下する上にＳＨ波の伝達効率が極端に低下するので好ましくない。逆にその粘度が１３００パスカル・秒を超えると、露出面や受信子及び発信子との密着性が悪くなりばらつきの少ない安定したデータを得るのが困難となるので好ましくない。

なお、上記ＳＨ波は横波の一種であり、液体中では剪断波は伝搬できないため、ＳＨ波を安定して伝搬するには所定粘度の接触媒質を用いなければならない。従来のＳＨ波測定法では、発信子−接触媒質−検査対象との経路を全てＳＨ波で伝搬させるために、粘性の高い接触媒質を使用することが必要であった。この場合、接触媒質の層が十分に薄くならなければ安定したエコー高さが得られず、従来のＳＨ波探触子では、探触子のサイズを大きくした場合、エコーが安定せず、信頼性の高いデータを得るのには測定に長時間を要していた。

そこで、本考案に係る探触子１では、接触媒質の粘度を適正化して用いることによって、そのサイズが大きい探触子でも短時間で効率的に測定を行うことが可能となっている。これによって、塗膜等で覆われた支柱１０１の表面の塗膜等を剥離して測定面を形成し、測定面から、地中に埋設された支柱１０１の先端部（下端）に向けて表面ＳＨ波を発信し、受信した反射波を実験値と比較して、埋設部分の長さを測定することなどが可能になる。また、表面ＳＨ波の発信は、支柱１０１の全周に亘って所定ピッチ毎に行うことができ、地中にその一部が埋設された支柱１０１をそのままの状態でその埋設長さを的確に把握でき、経年劣化等を受けた支柱１０１であってもその埋設先端部までの長さを効率よく調査できる。

また、図４は、本考案に係る支柱測長装置の動作を示すフローチャートである。本考案に係る支柱測長装置は、図４に示すように、まず、探触子１を、一部が埋設されたガードレールの支柱１０１の地上露出部の外周面に接触媒質を介して密着させる。次に、送信部によりパルス電圧を発生させ、探触子１からＳＨ波を発信させる。次に、探触子１より発信され支柱１０１内を伝搬して戻ったＳＨ波を、超音波受信子２により受信する。次に、超音波受信子２により受信されたＳＨ波のパターンを解析する。すなわち、受信された信号を受信増幅部により増幅し、Ａ／Ｄ変換し、波形メモリーにより記憶する。そして、波形のデータ処理を行い、液晶表示器により表示する。この解析結果に基づいて、支柱１０１の長さが判別できる。ここで、端面エコーの検出ができない場合には、バンドパスフィルタを用いて波形処理を行い、再度検出を試みる。

また、図５は、本考案に係る支柱測長装置により受信されたＳＨ波のパターンの解析結果を示す波形図である。この支柱測長装置により、受信されたＳＨ波のパターンを解析すると、図５に示すように、端面エコーが検出される。すなわち、この図５の最上段に示す波形図では、上記支柱１０１内を伝搬して戻ったＳＨ波を端面エコーとして明確に検出することができ、極めて正確に支柱１０１の長さを測定することができる状態である一方、中段に示す波形図では、多くのノイズが表れていることから、どの部分が端面エコーであるかを検出することができず支柱１０１の長さを測定することができない状態である。また、最下段に示す波形図では、ノイズが多いものの、バンドパスフィルターを使用した場合には、上記支柱１０１内を伝搬して戻ったＳＨ波を端面エコーとして明確に検出することができ、支柱１０１の長さを測定することができる状態である。

また、図６は、本考案に係る支柱測長装置により受信されたＳＨ波のパターンの解析結果を示すグラフである。ＳＨ波を５００ＫＨｚ乃至７００ＫＨｚとした場合には、図６に示すように、ノイズが多く、検出電圧も低い。また、ＳＨ波が１０００ＫＨｚを超える場合には、端面エコーを検出することができない。したがって、ＳＨ波は、７５０ＫＨｚ乃至１０００ＫＨｚとすることが好ましいことが判明した。なお、測定した支柱１０１は、肉厚が４．５ｍｍ、直径が１１４．３ｍｍ、または、１３９．８ｍｍのものである。

また、図７は、本考案に係る測長装置により受信されたＳＨ波のパターンを示す波形図である。それぞれの波形図の縦軸は、受信波の音圧（％）、横軸は、距離（ｍｍ）である。４つの波形図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ５００ＫＨｚ、７００ＫＨｚ、８００ＫＨｚ、１０００ＫＨｚのＳＨ波を発信する探触子を用いた場合の結果である。５００ＫＨｚ、７００ＫＨｚではノイズが多くなっている（１００％以上に振り切れている）。また、１０００ＫＨｚでも、ノイズが多いものの僅かに測定可能である。８００ＫＨｚでのノイズレベルは、約６０％である。すなわち、８００ＫＨｚに対して、１０００ＫＨｚでは、約１．５倍、５００ＫＨｚ、７００ＫＨｚでは、２倍以上のノイズレベルとなっている。つまり、８００ＫＨｚでは、５００ＫＨｚ、７００ＫＨｚに対して、半分以下のノイズレベルとなっている。

本考案は、一部が地中に埋設されたガードレールの支柱等の地中埋設物の長さを測定する探触子及び測長装置に適用される。

１探触子
２超音波受信子
３制御装置
４解析手段
５超音波発信子
６発信面
１０１支柱

Claims

一部が地中に埋設されたガードレールの支柱等の地中埋設物の地上露出部の外周面に接触媒質を介して密着され、ＳＨ波を発信する超音波発信子及びこの超音波発信子より発信され上記地中埋設物内を伝搬して戻ったＳＨ波を受信する超音波受信子を有する探触子であって、
前記超音波発信子の発信面は、上記地中埋設物の長手方向に沿う方向の長さが、該地中埋設物の長手方向に直交する方向の長さよりも長くされてなることを特徴とする探触子。
一部が地中に埋設されたガードレールの支柱等の地中埋設物の地上露出部の外周面に接触媒質を介して密着され、ＳＨ波を発信する超音波発信子及びこの超音波発信子より発信され上記地中埋設物内を伝搬して戻ったＳＨ波を受信する超音波受信子を有する請求項１記載の探触子と、
上記超音波発信子及び超音波受信子の受発信を制御する制御手段と、
上記超音波受信子により受信されたＳＨ波のパターンを解析し、この解析結果に基づいて上記地中埋設物の長さが判別できるようにする解析手段と
を備え、
上記超音波発信子の発信面は、上記地中埋設物の長手方向に沿う方向の長さが、該地中埋設物の長手方向に直交する方向の長さよりも長くされてなることを特徴とする測長装置。
前記超音波発信子が発信するＳＨ波は、７５０ＫＨｚ乃至１０００ＫＨｚであることを特徴とする請求項２記載の測長装置。