JP4056224B2 - Nondestructive inspection method and nondestructive inspection device - Google Patents

Nondestructive inspection method and nondestructive inspection device Download PDF

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物の壁面に使われているタイルの剥離や建築物のコンクリートの欠陥を非破壊で検出する非破壊検査方法及び非破壊検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、建築物の壁面などに使用されているタイルが経時変化などによって剥離落下する危険を事前に検知する方法が切望されており、それを実現するものとして、例えば特開平07−209262号公報や特開2000−131290号公報で開示されているものがある。
【0003】
特開平07−209262号公報では、被検査対象をハンマで打撃し、そのときの打撃音をディジタル信号に変換してコンピュータで解析する方法が開示されている。
【0004】
更に詳しくは、被検査対象物をハンマ等の打撃手段で打撃し、そのときに得られる反射音からクレストファクタを算出し、このクレストファクタが第1の所定値以上のときには被検査対象物は健全と判断し、クレストファクタが第1の所定値未満のときには反射音から期待周波数を算出し、この期待周波数と健全な被検査対象物における期待周波数との偏差が第2の所定値より小さいときには被検査対象物は健全なものと判断し、前記偏差が第2の所定値以上のときには被検査対象物は不良であると判断する。
【0005】
特開2000−131290号公報では、打撃音を複数のバンドパスフィルタを用いて周波数を分析する方法が開示されている。
【0006】
更に詳しくは、被検査対象物にハンマにて外力を加えて打音を発生させた際の外力を加振力センサで検出し、その結果と外力基準値との比率を求める一方、被検査対象物で発生した打音をマイクロフォンにて検出し、その結果をバンドパスフィルタで各周波数毎の時系列信号に分離し、更に整流してピークホールドにて各周波数帯域における瞬間的な最大値を抽出する。その最大値を先に算出した比率を基に補正し、比較器において予め設定された振動基準値と比較して所定の関係から外れたとき比較結果信号を出し、警報器は比較結果信号の数が、例えば3個以上の場合、警報する。複数の周波数帯域毎の時系列信号の最大値を抽出して比較する。
【0007】
一方、ハンマで打撃する代わりに、加振器を使用して被検査対象物を打撃するようにしたものがある。例えば、特開昭59−94062号公報で開示されたものでは、発振器にて発生させた交番電流にて加振器を駆動して、被検査対象物を打撃するようにしている。この公報で開示された装置では、加振器によって被検査対象物に連続的に変化する周波数の振動を与え、感振器によってその固有振動数における共振点を測定する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の非破壊検査方法にあっては、次のような問題があった。すなわち、検査者がハンマーなどでタイル面を叩き、そのときの打音の違いを判定する官能検査が主であるが、この方式では検査者の個人差やスキルによって定量的な判定が難しく、また精度や再現性の面でも不完全であった。
【0009】
また、この判定を機械的電気的に処理しようという試みが幾つかあるが、いずれも装置が大型化したり、高価な測定器を必要とした。例えば特開平07−209262号公報で開示された方法では、被検査対象のタイルをハンマで打撃するのと、その打撃音をコンピュータで処理するための装置及びコンピュータが必要である。また、特開2000−131290号公報で開示された方法では、周波数を分析するため、複数のバンドパスフィルタを用意するため構造が複雑になる。また、ハンマによる打撃音をマイクロフォンで集音するため他にノイズとなる騒音源があると正確な測定ができない。
【0010】
また、特開昭59−94062号公報で開示された方法では、被検査対象物を加振させて、そのときの共振周波数のみを測定することから、数多くの基礎データを測定しておかなければ、より正確な判定が困難であり、またそのために人件費等の余分な出費を必要とする。
【0011】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、構造が簡単で精度の良い測定ができる非破壊検査方法及び非破壊検査装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決する為の手段】
本発明の非破壊検査方法は、所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を発生させて、この正弦波信号を機械的振動に変換してタイル又はコンクリートに印加する一方、前記機械的振動を印加した点から離間した点で前記タイル又はコンクリートで発生する機械的振動を検出し、該検出した機械的振動を電気信号に変換して前記正弦波信号と乗算し、これにより得られる電気信号のレベルを前記正弦波信号を繰り返し発生する毎に少しずつ増加させた閾値の値と比較して前記タイルの剥離又は前記コンクリートの欠陥の程度を判定することを特徴とする。
【0013】
この方法によれば、加振用信号として所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を使用することと、この正弦波信号同様に所定の範囲で周波数が経時的に変化する受信信号とを乗算し、これにより得られる電気信号のレベルを所定の閾値と比較してタイルの剥離又はコンクリートの欠陥の有無を判定することから、タイル又はコンクリートの欠陥検出処理が簡単になり、またタイル又はコンクリートに対する精度の高い測定が可能となる。特に、閾値の値を変えることで、タイル又はコンクリートの劣化の程度を判定する ことができる。
0014
本発明の非破壊検査装置は、所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を繰り返し発生する加振用信号発生手段と、前記加振用信号発生手段で発生された正弦波信号を機械的振動に変換してタイル又はコンクリートに印加する機械的振動印加手段と、前記機械的振動を印加した点から離間した点で前記タイル又はコンクリートで発生する機械的振動を検出し、検出した値に応じた電気信号を出力する機械的振動検出手段と、前記加振用信号発生手段で発生された正弦波信号と前記機械的振動検出手段にて検出された検出信号とを乗算してその結果を出力する信号乗算手段と、前記加振用信号発生手段が正弦波を繰り返し発生する毎に閾値の値を変える閾値切替手段と、前記信号乗算手段の出力値と前記閾値切替手段により変えた閾値とを比較して前記タイルの剥離又は前記コンクリートの欠陥の程度を判定する比較・判定手段と、前記比較・判定手段が前記タイルの剥離又は前記コンクリートの欠陥有りと判定した場合に警報を出力する報知手段する比較手段と、を具備することを特徴とする。
0015
この構成によれば、加振用信号として所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を使用することと、この正弦波信号同様に所定の範囲で周波数が経時的に変化する受信信号とを乗算し、これにより得られる電気信号のレベルを所定の閾値と比較してタイルの剥離又はコンクリートの欠陥の有無を判定することから、タイルの剥離又はコンクリートの欠陥検出処理が簡単になり、装置の簡略化が可能となるとともに、タイル又はコンクリートに対する精度の高い測定が可能となる。特に、閾値の値を変えることで、タイルの剥離又はコンクリートの欠陥の程度を判定することができる。
0016
本発明の非破壊検査装置は、上記非破壊検査装置において、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替手段を具備し、前記加振用信号発生手段は、前記周波数範囲切替手段にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させることを特徴とする。
0017
この構成によれば、正弦波信号を変化させる周波数範囲を任意に変更できるので、タイル又はコンクリートの構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、これによってタイル又はコンクリートに対するより精度の高い測定が可能となる。
0018
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施の形態に係る非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。この図において、本実施の形態に係る非破壊検査装置は、正弦波発振器1と、第1、第2の増幅器2、3と、アナログ掛け算器4と、加振用圧電スピーカ5と、受信用圧電スピーカ6と、ローパスフィルタ7と、比較器8と、警報出力部9と、スピーカ10とを備えて構成される。
0019
正弦波発振器1は、周波数が所定の周波数範囲(例えば1kHzから20kHz)で連続的に変化する正弦波信号を繰り返し発生する。第1の増幅器2は、正弦波発振器1からの正弦波信号を、加振用圧電スピーカ5を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Vrとして出力する。第2の増幅器3は、受信用圧電スピーカ6からの正弦波信号をアナログ掛け算器4で使用できるレベルまで増幅し、受信信号Viとして出力する。アナログ掛け算器4は、第1の増幅器2からの加振用信号Vrと第2の増幅器3からの受信信号Viとを掛け算して出力する。
0020
加振用圧電スピーカ5は、第1の増幅器2からの加振用信号Vrを機械的振動に変換して被検査タイル11に印加する。受信用圧電スピーカ6は、圧電素子を用いたものであり、機械的信号を電気信号に変換して出力する。加振用圧電スピーカ5と受信用圧電スピーカ6は被検査タイル11上で離間配置される。ローパスフィルタ7は、アナログ掛け算器4からの出力信号から以下で説明するcos(2ωt+α+β)分を除去した信号(電圧Vo)を出力する。
0021
比較器8は、ローパスフィルタ7からの出力電圧Voと所定の閾値(基準電圧Vref)とを比較する。この場合、比較器8は、出力電圧Voが閾値を超える場合にその出力がHレベルになる。警報出力部9は、比較器8の出力を監視し、Hレベルになったことを検出した場合に、スピーカ10から警報音を鳴らすための音声信号を出力する。
0022
このような構成において、正弦波発振器1にて発生した正弦波信号は、第1の増幅器2にて増幅されて加振用信号Vrとして加振用圧電スピーカ5へ出力されて、被検査タイル11に機械的振動が印加される。また、加振用信号Vrはアナログ掛け算器4へも出力される。被検査タイル11に機械的振動が印加されると、その振動が受信用圧電スピーカ6にて受信されて、そのときの振動の大きさに応じたレベルの信号が第2の増幅器3へ出力される。そして、第2の増幅器3で増幅されて受信信号Viが得られ、この受信信号Viと第1の増幅器2からの加振用信号Vrとがアナログ掛け算器4にて乗算される。そして、アナログ掛け算器4の出力がローパスフィルタ7にてcos(2ωt+α+β)成分が除去されて出力電圧Voが得られる。
0023
ローパスフィルタ7からの出力電圧Voは、比較器8で所定の閾値と比較されて、閾値を超える場合に、警報出力部9より警報発生用の音声信号が出力されてスピーカ19より警報音が出力される。
0024
ここで、ローパスフィルタ7からの出力電圧Voは、加振用信号Vrの周波数変化に対する受信信号Viの振幅と位相を反映した信号になる。故に、この出力電圧Voは被検査タイル11の簡易な周波数特性を表していることになる。正常なタイルと剥離したタイルとでは周波数特性が大きく異なるので、簡単に剥離タイルを見分けることができる。
0025
上記作動原理を、数式を用いて表すと以下のようになる。
Vr=sin(ωt+α)
Vi=sin(ωt+β)
但し、ωtは周波数、αとβは位相のずれとする。
Vr×Vi=sin(ωt+α)×sin(ωt+β)
=1/2[cos(β−α)−cos(2ωt+α+β)]…(1)
0026
式(1)のcos(β−α)の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに受信信号Viの振幅成分も含まれる。また、cos(2ωt+α+β)の部分は、元の加振用信号Vrと受信信号Viの2倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、受信信号Viの振幅(大きさ)であるので、式(1)のcos(β−α)のみでよい。したがって、ローパスフィルタ7を通過させてcos(2ωt+α+β)の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Voには周波数特性が電圧の形で現れる。
0027
ここで、図2は正常なタイルと剥離部分のあるタイルの出力電圧Voの波形を示す図である。この場合、(a)が正常なタイルにおける出力電圧波形であり、(b)が剥離部分のあるタイルにおける出力電圧波形である。正常なタイルは全面が建築物と接触しているため、加振したエネルギーが吸収されて受信側へはあまり戻って来ないが、剥離した部分のあるタイルは一部分しか建築物と接触していないため、剥離部分は加振したエネルギーが吸収されず、タイル自身の振動の周波数特性を観測することができる。したがって、出力電圧Voに現れる周波数特性の違いを観測することでタイルの剥離を判定することが可能となる。
0028
このように、本実施の形態の非破壊検査装置によれば、被検査タイル11の加振に、周波数が連続的に変化する正弦波の加振用信号Vrを使用したので、簡単な処理で且つ高精度で正常タイルと剥離タイルを識別することができる。また、加振用信号Vrと受信信号Viとを乗算することで加振用信号Vrと無関係なノイズ成分を受信信号Viから取り除くことができ、簡単な信号処理で高精度な測定ができる。さらに、処理が簡単であることから、装置の簡略化が可能になる。特に、使用する増幅器やアナログ掛け算器などは現在市販されている安価な半導体で容易に実現可能であるので、安価に製造できる。また、数多くの基礎データを測定しておく必要もないので、人件費等の節約も可能である。
0029
図3は、本発明の第2実施の形態に係る非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。なお、この図において、図1と共通する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。本実施の形態に係る非破壊検査装置は、第1実施の形態の非破壊検査装置の警報出力部9とスピーカ10に替わってマイクロコンピュータ(以下、マイコン)12と表示器13を備えている。
0030
マイコン12は、正弦波発信器1から正弦波信号が繰り返し発生される毎に、比較器8に与える閾値即ち基準電圧Vrefを順次、値を少しずつ増加させて出力電圧Voのピーク値を検出する。そして、ピーク値の検出後、そのピーク値に対する被検査タイル11の剥離の程度を表示器13に表示する。例えば、剥離の程度を全く無しの「0」から完全剥離の「10」に分けて、表示器13にその数値を表示するか、あるいは表示器13を10個の発光ダイオードで構成して、剥離の程度に応じた個数だけ発光ダイオードを発光させるようにする。
0031
マイコン12を使用して閾値Vrefを変えることでピーク値を検出する方式は、バンドパスフィルタで各周波数毎の時系列信号に分離し、更に整流してピークホールドにて各周波数帯域における瞬間的な最大値を抽出する方式と比べて、コストを大幅に低く抑えることができる。なお、第1実施の形態と同様に、不良と推定できる閾値を決めておいて、その閾値を超える場合には、警報を出力するようにしてもよい。
0032
ここで、図4は、実際に製造した非破壊検査装置での測定結果の一例を示す図であり、(a)は正常なタイルにおける出力電圧波形図、(b)は剥離部分のあるタイルにおける出力電圧波形図である。正常なタイルでは、ピーク値は略±2(V)以内に収まっているが、剥離タイルでは、±8(V)まで大きくなっている。
0033
また、図5は、閾値を4(V)に設定して、10個のタイルを測定した結果の一例を示す図であり、(a)は正常なタイルにおけるピーク電圧分布図、(b)は剥離部分のあるタイルにおけるピーク電圧分布図である。
0034
また、図6は、6個のタイルを測定して各ピーク値をグラフにした一例を示す図であり、(a)は接着強度と+側のピーク電圧との関係を示すグラフ、(b)は接着強度と−側のピーク電圧との関係を示すグラフである。このグラフをとることによってタイルの接着強度を非破壊で求めることができる。
0035
なお、上記の第1、第2実施の形態では、単一の周波数範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替器(図示略)を設けて、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにしてもよい。この場合、正弦波発振器1は、周波数範囲切替器にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させる機能を有することになる。このように、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすることで、被検査タイル11の構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、これによって、より精度の高い測定が可能となる。
【0036】
また、上記した第1、第2実施の形態では、剥離タイルの検出について述べたが、本発明はコンクリートの欠陥についても検出できることは勿論である。
0037
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、タイル又はコンクリート加振用信号として所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を使用することと、この正弦波信号と同様に所定の範囲で周波数が経時的に変化する受信信号とを乗算し、これにより得られる電気信号のレベルを所定の閾値と比較してタイルの剥離又はコンクリートの欠陥の有無を判定することからタイルの剥離又はコンクリートの欠陥の検査に適した構造が簡単で精度の良い測定ができる非破壊検査方法及び装置を提供できる。特に、閾値の値を変えて比較することにより、タイルの剥離又はコンクリートの欠陥の程度を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施の形態に係る非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1の非破壊検査装置での測定結果の一例を示す図で、(a)は正常なタイルにおける出力電圧波形図、(b)は剥離部分のあるタイルにおける出力電圧波形図である。
【図3】 本発明の第2実施の形態に係る非破壊検査装置の構成を示すブロック図である。
【図4】 図3の非破壊検査装置での測定結果の一例を示す図で、(a)は正常なタイルにおける出力電圧波形図、(b)は剥離部分のあるタイルにおける出力電圧波形図である。
【図5】 図3の非破壊検査装置での測定結果の一例を示す図で、(a)は正常なタイルにおけるピーク電圧分布図、(b)は剥離部分のあるタイルにおけるピーク電圧分布図である。
【図6】 図3の非破壊検査装置での測定結果の一例を示す図で、(a)は複数のタイルそれぞれの接着強度とピーク電圧特性(+側)との関係を示すグラフ、(b)は複数のタイルそれぞれの接着強度とピーク電圧特性(−側)との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 正弦波発振器
2 第1の増幅器
3 第2の増幅器
4 アナログ掛け算器
5 加振用圧電スピーカ
6 受信用圧電スピーカ
7 ローパスフィルタ
8 比較器
9 警報出力部
10 スピーカ
11 被検査タイル
12 マイコン
13 表示器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nondestructive inspection method and a nondestructive inspection device for nondestructively detecting peeling of tiles used on a wall surface of a building or a defect of concrete in a building.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there has been a strong demand for a method for detecting in advance the danger that a tile used for a wall of a building will be peeled and dropped due to changes over time. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-209262 and There are some which are indicated by JP, 2000-131290, A.
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-209262 discloses a method in which an object to be inspected is hit with a hammer, and the hitting sound at that time is converted into a digital signal and analyzed by a computer.
[0004]
More specifically, the object to be inspected is hit with a hammer or other hitting means, the crest factor is calculated from the reflected sound obtained at that time, and the object to be inspected is healthy when the crest factor is equal to or greater than a first predetermined value When the crest factor is less than the first predetermined value, the expected frequency is calculated from the reflected sound. When the deviation between the expected frequency and the expected frequency of the sound object to be inspected is smaller than the second predetermined value, the target frequency is calculated. The inspection object is determined to be healthy, and when the deviation is greater than or equal to a second predetermined value, it is determined that the inspection object is defective.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-131290 discloses a method of analyzing the frequency of impact sound using a plurality of bandpass filters.
[0006]
More specifically, the external force when an external force is applied to the object to be inspected with a hammer to generate a hitting sound is detected by an excitation force sensor, and the ratio between the result and the external force reference value is obtained while the object to be inspected is detected. The sound generated by an object is detected by a microphone, and the result is separated into time-series signals for each frequency by a bandpass filter, and further rectified to extract the instantaneous maximum value in each frequency band by peak hold. To do. The maximum value is corrected based on the ratio calculated earlier, and compared with the vibration reference value set in advance in the comparator, when the result is out of the predetermined relationship, a comparison result signal is issued, and the alarm device counts the number of comparison result signals. However, for example, when there are three or more, an alarm is given. The maximum value of the time series signal for each of a plurality of frequency bands is extracted and compared.
[0007]
On the other hand, there is one in which an object to be inspected is hit using a vibrator instead of hitting with a hammer. For example, in the one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-94062, an object to be inspected is hit by driving an exciter with an alternating current generated by an oscillator. In the apparatus disclosed in this publication, a vibration having a continuously changing frequency is applied to an object to be inspected by a vibration exciter, and a resonance point at the natural frequency is measured by a vibration sensor.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional nondestructive inspection method has the following problems. In other words, an inspector hits the tile surface with a hammer or the like, and the sensory test is mainly used to determine the difference in the hitting sound at that time, but this method makes quantitative determination difficult due to individual differences and skills of the inspector. It was incomplete in terms of accuracy and reproducibility.
[0009]
In addition, there are some attempts to mechanically and electrically process this determination, but all of them require a large-sized apparatus or an expensive measuring instrument. For example, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-209262 requires a device and a computer for hitting a tile to be inspected with a hammer and for processing the hitting sound with a computer. Further, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-131290, the structure is complicated because a plurality of bandpass filters are prepared in order to analyze the frequency. In addition, since the hammering sound is collected by a microphone, accurate measurement cannot be performed if there are other noise sources.
[0010]
In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-94062, the object to be inspected is vibrated and only the resonance frequency at that time is measured. Therefore, it is difficult to make a more accurate determination, and this requires extra expenses such as labor costs.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a nondestructive inspection method and a nondestructive inspection apparatus capable of measuring with a simple structure and high accuracy.
[0012]
[Means for solving the problems]
The nondestructive inspection method of the present invention generates a sine wave signal whose frequency changes with time in a predetermined range, converts the sine wave signal into mechanical vibration, and applies it to tile or concrete, while the machine Obtained by detecting mechanical vibration generated in the tile or concrete at a point separated from the point where the mechanical vibration is applied, converting the detected mechanical vibration into an electric signal, and multiplying it with the sine wave signal. The level of the electric signal is compared with a threshold value which is gradually increased every time the sine wave signal is repeatedly generated, and the degree of peeling of the tile or the defect of the concrete is determined.
[0013]
According to this method, a sine wave signal whose frequency changes over time within a predetermined range is used as the excitation signal, and reception in which the frequency changes over time within a predetermined range similarly to this sine wave signal. Multiplying the signal and comparing the resulting electrical signal level with a predetermined threshold to determine the presence of tile flaking or concrete defects, simplifying the tile or concrete defect detection process, and Highly accurate measurement is possible for tiles or concrete . In particular, the degree of deterioration of the tile or concrete can be determined by changing the threshold value .
[ 0014 ]
The nondestructive inspection apparatus of the present invention includes an excitation signal generating means for repeatedly generating a sine wave signal whose frequency changes with time within a predetermined range, and a sine wave signal generated by the excitation signal generating means. a mechanical vibration applying means for applying a tile or concrete is converted into mechanical vibration by detecting the mechanical vibration generated by the tile or concrete at a point remote from the point of applying the mechanical vibration, the detected value A mechanical vibration detecting means for outputting an electrical signal according to the frequency, and a result obtained by multiplying the sine wave signal generated by the excitation signal generating means by the detection signal detected by the mechanical vibration detecting means. a signal multiplying means for outputting, the pressure and the threshold switching means mutabilis signal generating means changes the threshold value of each repeatedly generates a sine wave, the output value with a threshold value changed by said threshold switching means of said signal multiplier means And comparing and determining means for determining the extent of defects of the release or the concrete of the tile by comparing, notification of outputting an alarm when the comparison and determination means determines that there is a defect of peeling or the concrete of the tile And means for comparing.
[ 0015 ]
According to this configuration, a sine wave signal whose frequency changes over time in a predetermined range is used as the excitation signal, and reception in which the frequency changes over time in the predetermined range as with this sine wave signal. Multiply the signal and compare the resulting electrical signal level with a predetermined threshold to determine the presence or absence of tile flaking or concrete defects, simplifying the tile flaking or concrete defect detection process. In addition to simplifying the device, it is possible to perform highly accurate measurements on tiles or concrete . In particular, by changing the threshold value, the degree of tile peeling or concrete defects can be determined.
[ 0016 ]
The nondestructive inspection apparatus of the present invention comprises a frequency range switching means for switching a frequency range in the nondestructive inspection apparatus, and the excitation signal generating means has a frequency in a range switched by the frequency range switching means. A sine wave signal is repeatedly generated in the band.
[ 0017 ]
According to this configuration, since the frequency range for changing the sine wave signal can be arbitrarily changed, the optimum frequency range for measurement can be selected according to physical characteristics such as the structure or material of the tile or concrete , This allows for more accurate measurements on tiles or concrete .
[ 0018 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the nondestructive inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. In this figure, the nondestructive inspection apparatus according to the present embodiment includes a sine wave oscillator 1, first and second amplifiers 2, 3, an analog multiplier 4, a vibrating piezoelectric speaker 5, and a receiving device. A piezoelectric speaker 6, a low-pass filter 7, a comparator 8, an alarm output unit 9, and a speaker 10 are configured.
[ 0019 ]
The sine wave oscillator 1 repeatedly generates a sine wave signal whose frequency continuously changes in a predetermined frequency range (for example, 1 kHz to 20 kHz). The first amplifier 2 amplifies the sine wave signal from the sine wave oscillator 1 to a level at which the excitation piezoelectric speaker 5 can be driven and outputs it as the excitation signal Vr. The second amplifier 3 amplifies the sine wave signal from the reception piezoelectric speaker 6 to a level that can be used by the analog multiplier 4 and outputs the amplified signal as a reception signal Vi. The analog multiplier 4 multiplies the excitation signal Vr from the first amplifier 2 and the reception signal Vi from the second amplifier 3 and outputs the result.
[ 0020 ]
The excitation piezoelectric speaker 5 converts the excitation signal Vr from the first amplifier 2 into mechanical vibration and applies it to the tile 11 to be inspected . The receiving piezoelectric speaker 6 uses a piezoelectric element, converts a mechanical signal into an electric signal, and outputs it. The vibrating piezoelectric speaker 5 and the receiving piezoelectric speaker 6 are spaced apart from each other on the tile 11 to be inspected. The low-pass filter 7 outputs a signal (voltage Vo) obtained by removing cos (2ωt + α + β) described below from the output signal from the analog multiplier 4.
[ 0021 ]
The comparator 8 compares the output voltage Vo from the low-pass filter 7 with a predetermined threshold value (reference voltage Vref). In this case, the output of the comparator 8 becomes H level when the output voltage Vo exceeds the threshold value. The alarm output unit 9 monitors the output of the comparator 8 and outputs an audio signal for sounding an alarm sound from the speaker 10 when it is detected that the level has become H level.
[ 0022 ]
In such a configuration, the sine wave signal generated by the sine wave oscillator 1 is amplified by the first amplifier 2 and output to the oscillating piezoelectric speaker 5 as the oscillating signal Vr. Mechanical vibration is applied to the. The excitation signal Vr is also output to the analog multiplier 4. When mechanical vibration is applied to the tile 11 to be inspected, the vibration is received by the receiving piezoelectric speaker 6, and a signal having a level corresponding to the magnitude of the vibration at that time is output to the second amplifier 3. The Then, it is amplified by the second amplifier 3 to obtain a reception signal Vi, and this reception signal Vi and the excitation signal Vr from the first amplifier 2 are multiplied by the analog multiplier 4. Then, the cos (2ωt + α + β) component is removed from the output of the analog multiplier 4 by the low-pass filter 7 to obtain the output voltage Vo.
[ 0023 ]
The output voltage Vo from the low-pass filter 7 is compared with a predetermined threshold value by the comparator 8, and when the threshold voltage is exceeded, an alarm signal is output from the alarm output unit 9 and an alarm sound is output from the speaker 19. Is done.
[ 0024 ]
Here, the output voltage Vo from the low-pass filter 7 is a signal reflecting the amplitude and phase of the reception signal Vi with respect to the frequency change of the excitation signal Vr. Therefore, this output voltage Vo represents a simple frequency characteristic of the tile 11 to be inspected. Since the frequency characteristics of the normal tile and the peeled tile are greatly different, it is possible to easily distinguish the peeled tile.
[ 0025 ]
The above operation principle is expressed as follows using mathematical formulas.
Vr = sin (ωt + α)
Vi = sin (ωt + β)
Where ωt is the frequency and α and β are the phase shifts.
Vr × Vi = sin (ωt + α) × sin (ωt + β)
= 1/2 [cos (β−α) −cos (2ωt + α + β)] (1)
[ 0026 ]
The cos (β−α) portion of the expression (1) is a direct current component that changes in accordance with the phase difference, and includes the amplitude component of the reception signal Vi. The portion of cos (2ωt + α + β) is a signal having a frequency twice that of the original excitation signal Vr and the reception signal Vi. Since the required frequency characteristic information is the amplitude (magnitude) of the received signal Vi, only cos (β−α) in the equation (1) is sufficient. Therefore, the component of cos (2ωt + α + β) may be removed by passing through the low-pass filter 7. In this way, frequency characteristics appear in the form of voltage in the output voltage Vo.
[ 0027 ]
Here, FIG. 2 is a diagram showing a waveform of the output voltage Vo of a normal tile and a tile having a peeling portion. In this case, (a) is an output voltage waveform in a normal tile, and (b) is an output voltage waveform in a tile having a peeled portion. Normal tiles are in full contact with the building, so the excited energy is absorbed and does not return to the receiver side very much, but only a part of the tiles with peeled parts are in contact with the building. Therefore, the peeled portion does not absorb the excited energy, and the frequency characteristics of the vibration of the tile itself can be observed. Therefore, it is possible to determine the separation of tiles by observing the difference in frequency characteristics appearing in the output voltage Vo.
[ 0028 ]
As described above, according to the nondestructive inspection apparatus of the present embodiment, the sinusoidal excitation signal Vr whose frequency continuously changes is used for the excitation of the tile 11 to be inspected. In addition, the normal tile and the peeled tile can be distinguished with high accuracy. Further, by multiplying the excitation signal Vr and the reception signal Vi, noise components unrelated to the excitation signal Vr can be removed from the reception signal Vi, and high-precision measurement can be performed with simple signal processing. Furthermore, since the process is simple, the apparatus can be simplified. In particular, amplifiers and analog multipliers to be used can be easily realized with inexpensive semiconductors currently on the market, and can be manufactured at low cost. In addition, since it is not necessary to measure a large amount of basic data, labor costs can be saved.
[ 0029 ]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a nondestructive inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention. In this figure, parts common to those in FIG. The nondestructive inspection apparatus according to the present embodiment includes a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 12 and a display 13 instead of the alarm output unit 9 and the speaker 10 of the nondestructive inspection apparatus of the first embodiment.
[ 0030 ]
Each time a sine wave signal is repeatedly generated from the sine wave transmitter 1, the microcomputer 12 sequentially increases the threshold value, that is, the reference voltage Vref given to the comparator 8, and detects the peak value of the output voltage Vo. . After the peak value is detected, the degree of peeling of the inspection tile 11 with respect to the peak value is displayed on the display 13. For example, the degree of peeling is divided from “0”, which is not at all, to “10”, which is completely peeled off, and the numerical value is displayed on the display unit 13 or the display unit 13 is composed of 10 light emitting diodes. The number of light emitting diodes is made to emit light in accordance with the degree of.
[ 0031 ]
The method of detecting the peak value by changing the threshold value Vref using the microcomputer 12 is to separate the time series signal for each frequency by a band pass filter, and further rectify and instantaneously in each frequency band by peak hold. Compared with the method of extracting the maximum value, the cost can be significantly reduced. As in the first embodiment, a threshold value that can be estimated as defective may be determined, and an alarm may be output when the threshold value is exceeded.
[ 0032 ]
Here, FIG. 4 is a diagram showing an example of a measurement result in an actually manufactured nondestructive inspection apparatus, where (a) is an output voltage waveform diagram in a normal tile, and (b) is in a tile having a peeled portion. It is an output voltage waveform diagram. In the normal tile, the peak value is within approximately ± 2 (V), but in the peeled tile, the peak value is increased to ± 8 (V).
[ 0033 ]
FIG. 5 is a diagram showing an example of the result of measuring 10 tiles with the threshold value set to 4 (V), (a) is a peak voltage distribution diagram in a normal tile, and (b) is a diagram. It is a peak voltage distribution figure in the tile with a peeling part.
[ 0034 ]
FIG. 6 is a diagram showing an example in which six tiles are measured and each peak value is graphed. (A) is a graph showing the relationship between the adhesive strength and the + side peak voltage, and (b). These are graphs showing the relationship between the adhesive strength and the negative peak voltage. By taking this graph, the adhesive strength of the tile can be determined nondestructively.
[ 0035 ]
In the first and second embodiments, a sine wave having a single frequency range is used. However, a sine wave having a plurality of frequency ranges is provided by providing a frequency range switch (not shown) for switching the frequency range. May be selected alternatively. In this case, the sine wave oscillator 1 has a function of repeatedly generating a sine wave signal in the frequency band in the range switched by the frequency range switch. As described above, by selecting a sine wave having a plurality of frequency ranges, the optimum frequency range for measurement is selected in accordance with the physical characteristics such as the structure and material of the tile 11 to be inspected. This allows for more accurate measurements.
[0036]
In the first and second embodiments described above, the detection of the peeling tile has been described, but it is needless to say that the present invention can also detect a defect in concrete.
[ 0037 ]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a sine wave signal whose frequency changes over time within a predetermined range is used as a vibration signal for tiles or concrete , and a predetermined signal is provided in the same manner as the sine wave signal. Multiplying the received signal whose frequency changes over time in the range, and comparing the level of the electric signal obtained thereby with a predetermined threshold value, it is judged whether there is any tile peeling or concrete defect , so tile peeling Alternatively, it is possible to provide a non-destructive inspection method and apparatus capable of performing a measurement with a simple and accurate structure suitable for inspection of defects in concrete . In particular, the degree of peeling of the tile or the defect of the concrete can be determined by changing the threshold value for comparison.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a nondestructive inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams illustrating an example of measurement results obtained by the nondestructive inspection apparatus in FIG. 1, wherein FIG. 2A is an output voltage waveform diagram in a normal tile, and FIG. 2B is an output voltage waveform diagram in a tile having a peeled portion. is there.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a nondestructive inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
4A and 4B are diagrams illustrating an example of a measurement result obtained by the nondestructive inspection apparatus in FIG. 3, in which FIG. 4A is an output voltage waveform diagram in a normal tile, and FIG. 4B is an output voltage waveform diagram in a tile having a peeled portion. is there.
5A and 5B are diagrams illustrating an example of measurement results obtained by the nondestructive inspection apparatus of FIG. 3, wherein FIG. 5A is a peak voltage distribution diagram in a normal tile, and FIG. 5B is a peak voltage distribution diagram in a tile having a peeled portion. is there.
6 is a diagram showing an example of measurement results obtained by the nondestructive inspection apparatus of FIG. 3, wherein (a) is a graph showing the relationship between the adhesive strength and the peak voltage characteristics (+ side) of each of a plurality of tiles; ) Is a graph showing the relationship between the adhesive strength of each of the plurality of tiles and the peak voltage characteristic (− side).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sinusoidal oscillator 2 1st amplifier 3 2nd amplifier 4 Analog multiplier 5 Piezoelectric speaker 6 for excitation 6 Piezoelectric speaker 7 for reception Low pass filter 8 Comparator 9 Alarm output part 10 Speaker 11 Tile to be examined 12 Microcomputer 13 Display

Claims (3)

所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を発生させて、この正弦波信号を機械的振動に変換してタイル又はコンクリートに印加する一方、前記機械的振動を印加した点から離間した点で前記タイル又はコンクリートで発生する機械的振動を検出し、該検出した機械的振動を電気信号に変換して前記正弦波信号と乗算し、これにより得られる電気信号のレベルを前記正弦波信号を繰り返し発生する毎に少しずつ増加させた閾値の値と比較して前記タイルの剥離又は前記コンクリートの欠陥の程度を判定することを特徴とする非破壊検査方法。A sine wave signal whose frequency changes over time in a predetermined range is generated, and the sine wave signal is converted into mechanical vibration and applied to the tile or concrete, while being separated from the point where the mechanical vibration is applied. Mechanical vibration generated in the tile or concrete at a point is detected, the detected mechanical vibration is converted into an electric signal and multiplied by the sine wave signal, and the level of the electric signal obtained thereby is determined as the sine wave signal. A non-destructive inspection method, wherein the degree of peeling of the tile or the degree of defect of the concrete is determined by comparing with a threshold value which is increased little by little each time the is repeatedly generated . 所定の範囲で周波数が経時的に変化する正弦波信号を繰り返し発生する加振用信号発生手段と、前記加振用信号発生手段で発生された正弦波信号を機械的振動に変換してタイル又はコンクリートに印加する機械的振動印加手段と、前記機械的振動を印加した点から離間した点で前記タイル又はコンクリートで発生する機械的振動を検出し、該検出した値に応じた電気信号を出力する機械的振動検出手段と、前記加振用信号発生手段で発生された前記正弦波信号と前記機械的振動検出手段で検出された前記電気信号とを乗算してその結果を出力する信号乗算手段と、前記加振用信号発生手段が正弦波信号を繰り返し発生する毎に閾値の値を変える閾値切替手段と、前記信号乗算手段の出力値と前記閾値切替手段により変えた閾値とを比較して前記タイルの剥離又は前記コンクリートの欠陥の程度を判定する比較・判定手段と、前記比較・判定手段が前記タイルの剥離又は前記コンクリートの欠陥有りと判定した場合に警報を出力する報知手段と、を具備することを特徴とする非破壊検査装置。A vibration signal generating means for repeatedly generating a sine wave signal whose frequency changes over time within a predetermined range, and a tile or a sine wave signal generated by the vibration signal generating means by converting it into mechanical vibration Mechanical vibration applying means for applying to the concrete, and mechanical vibration generated in the tile or concrete at a point separated from the point to which the mechanical vibration is applied, and an electric signal corresponding to the detected value is output. Mechanical vibration detecting means; signal multiplying means for multiplying the sine wave signal generated by the excitation signal generating means by the electrical signal detected by the mechanical vibration detecting means and outputting the result; The threshold value switching means that changes the threshold value every time the excitation signal generation means repeatedly generates a sine wave signal, and the output value of the signal multiplication means is compared with the threshold value changed by the threshold value switching means. Comparing / determining means for judging the degree of tile peeling or the concrete defect, and a notifying means for outputting an alarm when the comparing / judging means determines that the tile peeling or the concrete defect exists. A non-destructive inspection device characterized by 周波数範囲を切り替える周波数範囲切替手段を具備し、前記加振用信号発生手段は、前記周波数範囲切替手段にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生することを特徴とする請求項2記載の非破壊検査装置。The frequency range switching means for switching a frequency range is provided, and the excitation signal generating means repeatedly generates a sine wave signal in a frequency band of the range switched by the frequency range switching means. The nondestructive inspection apparatus according to 2.
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