JP6034259B2 - 検査方法および検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、検査方法および検査装置に関し、特に、超音波ガイド波を用いた非破壊検査方法および非破壊検査装置に関するものである。

従来より、構造物中に超音波を発信して反射波を受信することにより、各種構造物の傷、欠陥、減肉等を検出したり、特定構造物を探索したりする超音波探傷法が知られている。この超音波探傷法に用いられる超音波ガイド波は、媒質中を球面波状に伝播する超音波バルク波よりも距離による波の減衰が小さいため、長距離の検査に有利であるので、例えばパルスエコー法を利用したパイプ等の検査など、各種検査技術に用いられるようになっている（例えば、非特許文献１参照。）。

亀山俊平、その他、ガイド波探傷システム、（社）日本非破壊検査協会、非破壊検査、第５２巻、第１２号、６７２−６７８頁、平成１５年１２月１日発行 Brian Pavlakovic, Mike Lowe, David Alleyne, and Peter Cawley、"Disperse: a general purpose program for creating dispersion curves"、Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation、edited by D. O. Thompson and D. E. Chimenti、Plenum Press、New York、Vol. 16, pp. 185-192、1997

超音波ガイド波は、空気中に設置された構造物に対しては波動のエネルギーがその構造物中にほぼ完全に閉じ込められるため、距離減衰が小さく長距離伝播させることができるので、長距離／広範囲の検査に用いることができる。

しかしながら、超音波ガイド波は、構造物が固体中に埋設されていると密度の差が小さいため一般に振動エネルギーが周囲の媒質に漏洩することにより減衰が大きくなるので、検査の精度が低下してしまっていた。

例えば、地中等に埋設され構造物等に対しては波動エネルギーがその構造物周囲の土中に漏洩するため、空気中よりも構造物中での減衰が大きくなってしまう。このため、検査可能な距離が短くなってしまう。また、検査可能な距離内であっても相対的に信号強度が低下するため、ＳＮ比の悪化により検査の感度、精度が低下してしまう。

そこで、本発明は、超音波ガイド波の減衰を抑制することにより、検査の感度、精度を向上させることができる検査方法および検査装置を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る検査方法は、超音波ガイド波の周波数と、長尺の構造物の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータと、媒質中に埋設された構造物の長手方向に超音波ガイド波を伝搬させたときの減衰率との定量的関係を、予め超音波ガイド波のモードごとに用意するステップと、検査対象となる、媒質中に埋設された長尺の構造物の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータの値と予め用意された上記定量的関係とに基づいて検査に用いる超音波ガイド波のモードおよび周波数を決定するステップと、決定されたモードおよび周波数の超音波ガイド波を用いて検査対象となる構造物の検査を行うステップとを有することを特徴とするものである。

上記検査方法において、構造物は、地中に埋設された円筒形のパイプまたは円柱形の中実ロッドであり、パラメータは、円筒または円柱の半径であり、上記定量的関係は、超音波ガイド波の周波数と半径との積と、減衰率と半径との積との関係であるようにしてもよい。

上記検査方法において、上記定量的関係は、構造物の材質別に予め用意されるようにしてもよい。

また、上記検査方法において、構造物は、地中に埋設されたスチール製の円柱形中実ロッド構造物であり、超音波ガイド波のモードは、Ｌ（０，１）またはＬ（０，２）モードであり、超音波ガイド波の周波数は、Ｌ（０，１）モードの場合は、超音波ガイド波の周波数と円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が１ｋＨｚ・ｍ以下の範囲から選択され、Ｌ（０，２）モードの場合は、超音波ガイド波の周波数と円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が２〜３ｋＨｚ・ｍの範囲から選択されるようにしてもよい。

また、上記検査方法において、構造物は、地中に埋設されたアルミニウム製の円柱形中実ロッド構造物であり、超音波ガイド波のモードは、Ｌ（０，１）またはＬ（０，２）モードであり、超音波ガイド波の周波数は、Ｌ（０，１）モードの場合は、超音波ガイド波の周波数と円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が１ｋＨｚ・ｍ以下の範囲から選択され、Ｌ（０，２）モードの場合は、超音波ガイド波の周波数と円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が２．０〜２．５ｋＨｚ・ｍの範囲から選択されるようにしてもよい。

また、上記検査方法において、構造物は、地中に埋設されたスチール製の円柱形中実ロッド構造物であり、超音波ガイド波のモードは、Ｔ（０，２）モードであり、超音波ガイド波の周波数は、超音波ガイド波の周波数と円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が４〜８ｋＨｚ・ｍの範囲から選択されるようにしてもよい。

また、上記検査方法において、構造物は、地中に埋設されたスチール製の円柱形中実ロッド構造物であり、超音波ガイド波のモードは、Ｆ（１，ｍ）モードであり、超音波ガイド波の周波数は、第１のモードの場合は、超音波ガイドの周波数と円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が１．０〜１．２ｋＨｚ・ｍの範囲から選択され、第２のモードの場合は、超音波ガイドの周波数と円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が１．７〜２．１ｋＨｚ・ｍの範囲から選択され、第３のモードの場合は、超音波ガイドの周波数と円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が３．１〜３．５ｋＨｚ・ｍの範囲から選択されるようにしてもよい。

本発明に係る検査装置は、超音波ガイド波の周波数と、長尺の構造物の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータと、媒質中に埋設された構造物の長手方向に超音波ガイド波を伝搬させたときの減衰率との定量的関係を、予め超音波ガイド波のモードごとに記憶した記憶部と、検査対象となる、媒質中に埋設された長尺の構造物の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータの値と予め用意された上記定量的関係とに基づいて検査に用いる超音波ガイド波のモードおよび周波数を決定する決定部と、決定されたモードおよび周波数の超音波ガイド波を用いて検査対象となる構造物の検査を行う検査部とを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、超音波ガイド波の周波数と、長尺の構造物の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータと、媒質中に埋設された構造物の長手方向に超音波ガイド波を伝搬させたときの減衰率との定量的関係を、予め超音波ガイド波のモードごとに記憶し、検査対象となる、媒質中に埋設された長尺の構造物の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータの値と予め用意された上記定量的関係とに基づいて検査に用いる超音波ガイド波のモードおよび周波数を決定することにより、減衰が小さい超音波ガイド波を用いることが可能となるので、結果として、検査の感度、精度を向上させることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る検査方法に用いる検査装置とこの検査装置の検査対象となる構造物の状態を説明するための図である。 図２は、図１の検査装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る検査方法を示すフローチャートである。 図４は、スチールからなる長尺部材にＬモードの超音波ガイド波を伝播させたときのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図５は、アルミニウムからなる長尺部材にＬモードの超音波ガイド波を伝播させたときのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図６は、スチールからなる長尺部材にＴモードの超音波ガイド波を伝播させたときのシミュレーション結果の一例を示す図である。 図７は、スチールからなる長尺部材にＦモードの超音波ガイド波を伝播させたときのシミュレーション結果の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る検査方法ついて詳細に説明する。

＜検査装置の構成＞
図１に示すように、本実施の形態に係る検査方法に用いる検査装置１は、地中に埋設された半径ｒの円筒形または円柱形の長尺の構造物１０について、減肉や探傷など構造物１０の状態を検査するものである。このような検査装置１は、図２に示すように、入力部１１と、記憶部１２と、決定部１３と、送受信部１４と、検査部１５と、出力部１６とを備えている。

入力部１１は、外部から入力される検査装置１の検査に用いるための各種情報を受け付ける。この各種情報には、検査対象となる構造物１０の材質や半径、構造物１０を伝播させる超音波ガイドのモードに関する情報が含まれる。入力された各種情報は、決定部１３に出力される。

記憶部１２は、検査装置１による検査に用いるための各種情報を予め記憶する。この各種情報には、超音波ガイド波の周波数と、長尺の構造物１０の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータと、地中に埋設された構造物１０の長手方向に超音波ガイド波を伝搬させたときの減衰率との関係が含まれている。本実施の形態において、この関係は、超音波ガイド波の周波数と円筒形の構造物１０の半径との積と、減衰率と構造物１０の半径との積との関係からなる。

決定部１３は、入力部１１から入力された情報と、記憶部１２に記憶された関係とに基づいて決定される、送受信部１４から送信させる超音波ガイド波の周波数を受け付ける。この周波数の決定方法の詳細については後述する。決定された周波数は送受信部１４に出力される。

送受信部１４は、図１に示すように、測定対象となる構造物１０の任意の位置に固定される探触子１４１と、この探触子１４１を駆動するとともに探触子１４１によって検出された信号を検査部１５に出力する送受信回路１４２とを有する。

探触子１４１は、例えば超音波の送受信を行う圧電素子のアレイによって実現することができる。この探触子１４１は、例えば土中に埋設された金属棒の地表に露出した部分などに取り付けられて、送受信回路１４２からの指示に基づいて、構造物１０に固定された位置から構造物１０の延在方向に伝播する超音波ガイド波の波束を送信し、この超音波ガイド波が構造物１０の端部などで反射したエコーを受信する。

送受信回路１４２は、決定部１３による選択結果に基づいて、任意の波形を発生させる波形発生器と、この波形に基づいて探触子１４１の圧電素子を駆動する電力増幅回路と、探触子１４１により受信した弾性波の信号を増幅する受信増幅器とを有する。
本実施の形態において、波形発生器は、決定部１３による選択結果で特定される周波数の超音波ガイド波の波形を発生させる。すると、電力増幅回路は、その波形に基づいて探触子１４１の圧電素子を駆動させる。この結果、探触子１４１が取り付けられた構造物１０には、決定部１３による選択結果で特定される周波数の超音波ガイド波が伝播することとなる。

検査部１５は、探触子１４１が受信した信号に対して構造物１０の検査内容に応じた信号処理を行うことにより、構造物１０の状態を検査する。

出力部１６は、検査部１５による検査結果をモニタ等に出力する。

＜検査方法＞
次に、図３を参照して、本実施の形態に係る検査方法について説明する。

まず、ユーザは、予め、超音波ガイド波の周波数と円筒形の構造物１０の半径との積と、減衰率と構造物１０の半径との積との関係を用意する（ステップＳ１）。

超音波ガイド波は、地中に埋設された長尺の構造物１０を伝播する際、この伝播に伴って構造物１０表面を振動させるため、構造物１０の周囲の媒質中に弾性波が放射され、この周囲に放射される弾性波によるエネルギー損失により振幅が伝播に従って次第に減少してゆく。この減衰の周波数依存性は、一般的に入手可能なシミュレーションソフトウェア（例えば、非特許文献２参照。）で演算することができる。このような演算の結果、得られた関係の例を図４〜図６に示す。なお、図４は、土中に埋設したスチール製の円柱形中実ロッド構造物に、波が管軸に対して対称に変位するLongitudialモード（以下、「Ｌモード」と言う。）の超音波ガイド波を伝播させたときの単位長さ当たりの減衰率と半径の積（縦軸）と周波数と半径の積（横軸）との関係を示している。図５は、土中に埋設したアルミ製の円柱形中実ロッド構造物にＬモードの超音波ガイド波を伝播させたときの単位長さ当たりの減衰率と半径の積（縦軸）と周波数と半径の積（横軸）との関係を示している。図６は、土中に埋設したスチール製の円柱形中実ロッド構造物に、波が円周方向に捻れて変位するTorsionalモード（以下、「Ｔモード」と言う。）の超音波ガイド波を伝播させたときの単位長さ当たりの減衰率と半径の積（縦軸）と周波数と半径の積（横軸）との関係を示している。図７は、土中に埋設したスチール製の円柱形中実ロッド構造物に、波が管軸に対して非対称に変位するFlexuralモード（以下、「Ｆモード」と言う。）の超音波ガイド波を伝播させたときの単位長さ当たりの減衰率と半径の積（縦軸）と周波数と半径の積（横軸）との関係を示している。
ここで、縦軸は、各超音波ガイド波の減衰率［ｄｂ／ｍ］と長尺部材１０の半径の積［ｄｂ・ｍ／ｍ］、横軸は、各超音波ガイド波の周波数と長尺部材１０の半径の積［ｋＨｚ・ｍ］を示している。また、図４，図６，図７に示す関係の演算には、土とスチールの密度等について表１に示す物性値を用いている。同様に、図５に示す関係の演算には、土とアルミニウムの密度等について表２に示す物性値を用いている。

図４に示す演算範囲、すなわち、減衰率と半径の積が０．００〜１．４０［ｄｂ・ｍ／ｍ］で、周波数と半径の積が０．００〜３．５０［ｋＨｚ・ｍ］の範囲には、半径方向に変位が異なるＬ（０，１）、 Ｌ（０，２） 、Ｌ（０，３）の３のＬモードが存在し、Ｌ（０，１）モードとＬ（０，２）モードに減衰率が極小となる領域が存在している。
Ｌ（０，１）モードの超音波ガイド波については、この演算範囲内では周波数と半径の積が約１［ｋＨｚ・ｍ］以下の領域に減衰率が最小となる領域が存在することが分かる。したがって、この領域と、構造物１０の半径とに基づいて周波数を決定し、この周波数を有するＬ（０，１）モードの超音波ガイド波を用いることにより、この超音波ガイド波の減衰が抑制されるので、結果として、検査の精度を向上させることができる。
また、Ｌ（０，２）モードの超音波ガイド波については、この演算範囲内では周波数と半径の積が約２〜３［ｋＨｚ・ｍ］の領域に減衰率が最小となる領域が存在することが分かる。したがって、この領域と、構造物１０の半径とに基づいて周波数を決定し、この周波数を有するＬ（０，２）モードの超音波ガイド波を用いることにより、この超音波ガイド波の減衰が抑制されるので、結果として、検査の精度を向上させることができる。

図５に示す演算範囲、すなわち、減衰率と半径の積が０．００〜３．５０［ｄｂ・ｍ］で、周波数と半径の積が０．００〜３．００［ｋＨｚ・ｍ］の範囲には、半径方向に変位が異なるＬ（０，１） 、Ｌ（０，２）、 Ｌ（０，３）の３つのＬモードが存在し、Ｌ（０，１）モードとＬ（０，２）モードに減衰率が最小となる領域が存在している。
これらのうち、Ｌ（０，１）モードの超音波ガイド波については、この演算範囲内では周波数と半径の積が約１［ｋＨｚ・ｍ］ 以下の領域に減衰率が最小となる領域が存在することが分かる。したがって、この領域と、構造物１０の半径とに基づいて周波数を決定し、この周波数を有するＬ（０，１）モードの超音波ガイド波を用いることにより、この超音波ガイド波の減衰が抑制されるので、結果として、検査の精度を向上させることができる。
また、Ｌ（０，２）モードの超音波ガイド波については、この演算範囲内では周波数と半径の積が約２〜２．５［ｋＨｚ・ｍ］の領域に減衰率が最小となる領域が存在することが分かる。したがって、この領域と、構造物１０の半径とに基づいて周波数を決定し、この周波数を有するＬ（０，２）モードの超音波ガイド波を用いることにより、この超音波ガイド波の減衰が抑制されるので、結果として、検査の精度を向上させることができる。

図６に示す演算範囲、すなわち、減衰率と半径の積が０．００〜１．００［ｄｂ・ｍ］で、周波数と半径の積が０．０〜８．０［ｋＨｚ・ｍ］の範囲には、半径方向に変位が異なるＴ（０，１）、Ｔ（０，２）、Ｔ（０，３）、Ｔ（０，４）の４つのＴモードが存在し、Ｔ（０，２）モードに減衰率が最小となる領域が存在している。
このＴ（０，２）モードの超音波ガイド波は、周波数と半径の積が約４〜８［ｋＨｚ・ｍ］の領域に減衰率が最小となる領域が存在することが分かる。したがって、この領域と、構造物１０の半径とに基づいて周波数を決定し、この周波数を有するＴ（０，２）モードの超音波ガイド波を用いることにより、この超音波ガイド波の減衰が抑制されるので、結果として、検査の精度を向上させることができる。

図７に示す演算範囲、すなわち、減衰率と半径の積が０．００〜０．８０［ｄｂ・ｍ／ｍ］で、周波数と半径の積が１．００〜３．５０［ｋＨｚ・ｍ］の範囲には、半径方向に変位が異なるＦ（１，ｍ）の４つのＦモードが存在し、第１〜第３のＦモードに減衰率が最小となる領域が存在している。
これらのうち、第１のＦモードの超音波ガイド波については、この演算範囲内では周波数と半径の積が１．０〜１．２［ｋＨｚ・ｍ］の領域に減衰率が最小となる領域が存在することが分かる。したがって、この領域と、構造物１０の半径とに基づいて周波数を決定し、この周波数を有するＦモードの超音波ガイド波を用いることにより、この超音波ガイド波の減衰が抑制されるので、結果として、検査の精度を向上させることができる。
また、第２のＦモードの超音波ガイド波については、この演算範囲内では周波数と半径の積が１．７〜２．１［ｋＨｚ・ｍ］の領域に減衰率が最小となる領域が存在することが分かる。したがって、この領域と、構造物１０の半径とに基づいて周波数を決定し、この周波数を有するＦモードの超音波ガイド波を用いることにより、この超音波ガイド波の減衰が抑制されるので、結果として、検査の精度を向上させることができる。
また、第３のＦモードの超音波ガイド波については、この演算範囲内では周波数と半径の積が３．１〜３．５［ｋＨｚ・ｍ］の領域に減衰率が最小となる領域が存在することが分かる。したがって、この領域と、構造物１０の半径とに基づいて周波数を決定し、この周波数を有するＦモードの超音波ガイド波を用いることにより、この超音波ガイド波の減衰が抑制されるので、結果として、検査の精度を向上させることができる。

上述したような関係は、構造物１０の材質毎および超音波ガイドのモード毎に記憶部１２に予め記憶しておくとよい。

関係を用意すると、ユーザは、入力部１１を介して、検査対象となる構造物１０の材質および半径、構造物１０を伝播させる超音波ガイドのモードに関する情報を指定する（ステップＳ２）。

検査対象となる構造物１０の材質および半径、構造物１０を伝播させる超音波ガイドのモードに関する情報を指定すると、ユーザは、指定したそれらの情報と記憶部１２に記憶しておいた関係とに基づいて、構造物１０を伝播させる超音波ガイドの周波数を決定する（ステップＳ３）。
具体的には、まず、指定された構造物１０の材質および構造物１０を伝播させる超音波ガイドのモードに関する情報に基づいて、対応する関係を記憶部１２から抽出する。続いて、この抽出した関係と入力部１１から入力された構造物１０の半径とに基づいて、減衰率が最小となる、超音波ガイド波のモードと周波数を決定する。

例えば、構造物１０の材質がスチール、構造物１０の半径が０．０５［ｍ］、伝播させる超音波ガイド波のモードがＬモードである場合、ユーザは、記憶部１２から、例えば、スチール製の円柱形中実ロッド構造物にＬモードの超音波ガイド波を伝播させたときの単位長さ当たりの減衰率と半径の積と周波数と半径の積との関係を示す図４を抽出する。この図４によると、Ｌ（０，１）モードの超音波ガイド波において、周波数と半径の積が約１［ｋＨｚ・ｍ］以下の領域に減衰率が最小となる領域が存在することがわかる。そこで、ユーザは、減衰率が最小となるＬモードのガイド波は、モードがＬ（０，１）モード、周波数が下式（１）から約２０［ｋＨｚ］以下と決定する。この結果は、決定部１３に受け付けられて、送受信部１４に入力される。
なお、このときの単位長さ当たりの減衰率αは、図４を参照すると、単位長さ当たりの減衰率と半径の積が約０．１［ｄＢ・ｍ／ｍ］であるので、下式（２）から約２［ｄＢ／ｍ］となる。

１≧０．０５×ｆ ・・・（１）
０．１≒０．０５×α ・・・（２）

また、例えば、構造物１０の材質がアルミニウム、構造物１０の半径が０．０５［ｍ］、伝播させる超音波ガイド波のモードがＬモードである場合、ユーザは、例えば、アルミニウム製の円柱形中実ロッドにＬモードの超音波ガイド波を伝播させたときの単位長さ当たりの減衰率と半径の積と周波数と半径の積との関係を示す図５を抽出する。この図５によると、Ｌ（０，１）モードの超音波ガイド波において、周波数と半径の積が約１［ｋＨｚ・ｍ］以下の領域に減衰率が最小となる領域が存在することが分かる。そこで、ユーザは、減衰率が最小となるＬモードの超音波ガイド波は、モードがＬ（０，１）モード、周波数が下式（３）から約２０［ｋＨｚ］以下と決定する。この結果は、決定部１３に受け付けられて、送受信部１４に入力される。
なお、このときの減衰率αは、図５を参照すると、減衰率と半径の積が約０．３５［ｄＢ・ｍ／ｍ］であるので、下式（４）から約７［ｄＢ／ｍ］となる。

１≧０．０５×ｆ ・・・（３）
０．３５≒０．０５×α ・・・（４）

また、例えば、構造物１０の材質がスチール、構造物１０の半径が０．０５［ｍ］、伝播させる超音波ガイド波のモードがＴモードである場合、ユーザは、記憶部１２から、例えば、スチール製の円柱形中実ロッドにＴモードの超音波ガイド波を伝播させたときの単位長さ当たりの減衰率と半径の積と周波数と半径の積との関係を示す図６を抽出する。この図６によると、Ｔ（０，２）モードの超音波ガイド波において、周波数と半径の積が約４［ｋＨｚ・ｍ］以上の領域に減衰率が最小となる領域が存在することがわかる。そこで、ユーザは、減衰率が最小となるＴモードの超音波ガイド波は、モードがＴ（０，２）モード、周波数が下式（５）約８０［ｋＨｚ］以上と決定する。この結果は、決定部１３に受け付けられて、送受信部１４に入力される。
なお、このときの減衰率αは、図６を参照すると、単位長さ当たりの減衰率と半径の積が約０．１８［ｄＢ・ｍ／ｍ］であるので、下式（６）から約３．６［ｄＢ／ｍ］となる。

４≧０．０５×ｆ ・・・（５）
０．１８≒０．０５×α ・・・（６）

また、例えば、構造物１０の材質がスチール、構造物１０の半径が０．０５［ｍ］、伝播させる超音波ガイド波のモードがＦモードである場合、ユーザは、記憶部１２から、例えば、スチール製の円柱形中実ロッドにＦモードの超音波ガイド波を伝播させたときの単位長さ当たりの減衰率と半径の積と周波数と半径の積との関係を示す図７を抽出する。この図７によると、Ｆ（１，ｍ）モードの超音波ガイド波において、周波数と半径の積が１．７〜２．１［ｋＨｚ・ｍ］の領域に減衰率が最小となる領域が存在することがわかる。そこで、ユーザは、減衰率が最小となるＦモードの超音波ガイド波は、モードが第２のモード、周波数が下式（７）から約４０［ｋＨｚ］と決定する。この結果は、決定部１３に受け付けられて、送受信部１４に入力される。なお、下式（７）においては、周波数と半径の積の値として２［ｋＨｚ・ｍ］を用いているが、周波数と半径の積が１．７〜２．１［ｋＨｚ・ｍ］の範囲であれば良いので、周波数としては３４〜４２［ｋＨｚ］の範囲の任意の値を用いることができる。
なお、このときの減衰率αは、図７を参照すると、単位長さ当たりの減衰率と半径の積が約０．３［ｄＢ・ｍ／ｍ］であるので、下式（８）から約６［ｄＢ／ｍ］となる。

２≒０．０５×ｆ ・・・（７）
０．３≒０．０５×α ・・・（８）

超音波ガイド波のモードおよび周波数が入力されると、送受信部１４は、そのモードおよび周波数の超音波ガイド波が送信されるよう探触子１４１を駆動するとともに、その超音波ガイド波が構造物１０の端部などで反射したエコー等の信号を探触子１４１により受信する（ステップＳ４）。この受信した信号は、検査部１５に出力される。

検査部１５は、送受信部１４から入力された信号に対して構造物１０の検査内容に応じた信号処理を行うことにより、その構造物１０の状態を検査する（ステップＳ５）。この検査結果は、出力部１６に出力され、この出力部１６により、モニタ等に表示される（ステップＳ６）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、超音波ガイド波の周波数と円筒形の構造物１０の半径との積と、減衰率と構造物１０の半径との積との関係を予め記憶部１２に記憶し、検査対象となる、構造物１０の半径と記憶部１２に記憶された関係とに基づいて検査に用いる超音波ガイド波のモードおよび周波数を決定することにより、減衰が小さい超音波ガイドを用いることが可能となるので、検査可能な距離が長くなったり、検査の感度を向上させたりできるので、結果として、検査の精度を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、構造物１０として円柱形中実ロッドなど、円形の断面形状を有する長尺部材を用いた場合を例に説明したが、構造物１０の断面形状は円形に限定されず、例えば、三角形や四角形などの多角形や、Ｈ字状やＩ字状などの２次元形状など、適宜自由に設定することができる。この場合、各断面形状を表すパラメータの値と、超音波ガイド波の周波数と、媒質中に埋設された構造物の長手方向に超音波ガイド波を伝搬させたときの減衰率との関係を、予め超音波ガイド波のモードごとに用意しておくことにより実現することができる。

また、本実施の形態においては、構造物１０として円柱形の中実ロッドを用い、構造物１０の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータとして半径を用いる場合を例に説明したが、構造物１０として円筒形のパイプを用いる場合には、そのパラメータとして壁の厚さ、内径、および外径のうちの少なくとも１つを用いることができる。

＜検査装置による検査方法＞
また、本実施の形態では、ステップＳ１〜ステップＳ３の処理がユーザにより行われる場合について説明したが、それらの処理は検査装置１によって行われるようにしてもよい。この場合について以下に説明する。

まず、予め、超音波ガイド波の周波数と円筒形の構造物１０の半径との積と、減衰率と構造物１０の半径との積との関係を用意し、記憶部１２に記憶しておく（ステップＳ１）。このとき、記憶部１２には、その関係について、図４〜図７に示したようなグラフの形態のみならず、関数の形態で記憶するようにしてもよい。

検査を開始する場合、まず、入力部１１は、ユーザの操作入力に基づいて、検査対象となる構造物１０の材質および半径、構造物１０を伝播させる超音波ガイドのモードに関する情報を受け付ける（ステップＳ２）。この受け付けた情報は、決定部１３に出力される。

入力部１１から検査対象となる構造物１０の材質および半径、構造物１０を伝播させる超音波ガイドのモードに関する情報が入力されると、決定部１３は、それらの情報と記憶部１２に記憶された関係とに基づいて、構造物１０を伝播させる超音波ガイドの周波数を決定する（ステップＳ３）。
具体的には、まず、決定部１３は、入力部１１から入力された構造物１０の材質および構造物１０を伝播させる超音波ガイドのモードに関する情報に基づいて、対応する関係を記憶部１２から抽出する。
続いて、決定部１３は、抽出した関係と入力部１１から入力された構造物１０の半径とに基づいて、減衰率が最小となる、超音波ガイド波のモードと周波数を決定する。この決定は、抽出した関係が図４〜図７に示したようなグラフの形態の場合には、例えば、そのグラフに対して画像処理を行うことにより実現することができる。また、抽出した関係が関数の形態で記憶されている場合には、例えば、その関数から最小値を演算することにとより実現することができる。これらの超音波ガイド波のモードと周波数の決定方法の具体例については、上述した検査方法と同等であるので、その説明を省略する。
このようにして決定した超音波ガイド波のモードと周波数は、送受信部１４に出力される。

超音波ガイド波のモードと周波数が入力されると、送受信部１４は、その周波数の超音波ガイド波が送信されるよう探触子１４１を駆動するとともに、その超音波ガイド波が構造物１０の端部などで反射したエコー等の信号を探触子１４１により受信する（ステップＳ４）。この受信した信号は、検査部１５に出力される。

検査部１５は、送受信部１４から入力された信号に対して構造物１０の検査内容に応じた信号処理を行うことにより、その構造物１０の状態を検査する（ステップＳ５）。この検査結果は、出力部１６に出力され、この出力部１６により、モニタ等に表示される（ステップＳ６）。

このように、記憶部１１に、超音波ガイド波の周波数と円筒形の構造物１０の半径との積と、減衰率と構造物１０の半径との積との関係を予め記憶しておき、決定部１３が、検査対象となる、構造物１０の半径と記憶部１２に記憶された関係とに基づいて検査に用いる超音波ガイド波のモードおよび周波数を決定するようにしても、減衰が小さい超音波ガイドを用いることが可能となるので、検査可能な距離が長くなったり、検査の感度を向上させたりできるので、結果として、検査の精度を向上させることができる。

なお、上述した検査方法を実現する検査装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置と、メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の記憶装置と、キーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、タッチパネル等の外部から情報の入力を検出する入力装置と、外部との情報の送受を行うＩ／Ｆ（Interface）装置と、ＬＣＤ(Ｌiquid Crystal Display)や有機ＥＬ(Electro Ｌuminescence)等の表示装置とを備えたコンピュータから構成されている。すなわち、検査装置１では、そのコンピュータにインストールされたプログラムにより上述したようなハードウェア資源が制御されて、ハードウェア装置とソフトウェアが協働することにより、入力部１１、記憶部１２、決定部１３、送受信部１４、検査部１５および出力部１６が実現されている。

本発明は、超音波ガイド波を送信する各種装置に適用することができる。

１…検査装置、１０…構造物、１１…入力部、１２…記憶部、１３…決定部、１４…送受信部、１５…検査部、１６…出力部、１４１…探触子、１４２…送受信回路。

Claims (8)

1. 超音波ガイド波の周波数と、長尺の構造物の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータと、媒質中に埋設された前記構造物の長手方向に前記超音波ガイド波を伝搬させたときの減衰率との定量的関係を、予め前記超音波ガイド波のモードごとに用意するステップと、
   検査対象となる、前記媒質中に埋設された長尺の構造物の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータの値と予め用意された前記定量的関係とに基づいて検査に用いる超音波ガイド波のモードおよび周波数を決定するステップと、
   決定されたモードおよび周波数の超音波ガイド波を用いて検査対象となる前記構造物の検査を行うステップと
   を有することを特徴とする検査方法。
2. 請求項１に記載された検査方法において、
   前記構造物は、地中に埋設された円筒形のパイプまたは円柱形の中実ロッドであり、
   前記パラメータは、前記円筒または円柱の半径であり、
   前記定量的関係は、前記超音波ガイド波の周波数と前記半径との積と、単位長さ当たりの前記減衰率と前記半径との積との関係である
   ことを特徴とする検査方法。
3. 請求項１または２に記載された検査方法において、
   前記定量的関係は、前記構造物の材質別に予め用意される
   ことを特徴とする検査方法。
4. 請求項２または３に記載された検査方法において、
   前記構造物は、地中に埋設されたスチール製の円柱形中実ロッド構造物であり、
   前記超音波ガイド波のモードは、Ｌ（０，１）またはＬ（０，２）モードであり、
   前記超音波ガイド波の周波数は、Ｌ（０，１）モードの場合は、前記超音波ガイド波の周波数と前記円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が１ｋＨｚ・ｍ以下の範囲から選択され、Ｌ（０，２）モードの場合は、前記超音波ガイド波の周波数と前記円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が２〜３ｋＨｚ・ｍの範囲から選択される
   ことを特徴とする検査方法。
5. 請求項２または３に記載された検査方法において、
   前記構造物は、地中に埋設されたアルミニウム製の円柱形中実ロッド構造物であり、
   前記超音波ガイド波のモードは、Ｌ（０，１）またはＬ（０，２）モードであり、
   前記超音波ガイド波の周波数は、Ｌ（０，１）モードの場合は、前記超音波ガイド波の周波数と前記円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が１ｋＨｚ・ｍ以下の範囲から選択され、Ｌ（０，２）モードの場合は、前記超音波ガイド波の周波数と前記円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が２．０〜２．５ｋＨｚ・ｍの範囲から選択される
   ことを特徴とする検査方法。
6. 請求項２または３に記載された検査方法において、
   前記構造物は、地中に埋設されたスチール製の円柱形中実ロッド構造物であり、
   前記超音波ガイド波のモードは、Ｔ（０，２）モードであり、
   前記超音波ガイド波の周波数は、前記超音波ガイド波の周波数と前記円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が４〜８ｋＨｚ・ｍの範囲から選択される
   ことを特徴とする検査方法。
7. 請求項２または３に記載された検査方法において、
   前記構造物は、地中に埋設されたスチール製の円柱形中実ロッド構造物であり、
   前記超音波ガイド波のモードは、Ｆ（１，ｍ）モードであり、
   前記超音波ガイド波の周波数は、第１のモードの場合は、前記超音波ガイドの周波数と前記円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が１．０〜１．２ｋＨｚ・ｍの範囲から選択され、第２のモードの場合は、前記超音波ガイドの周波数と前記円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が１．７〜２．１ｋＨｚ・ｍの範囲から選択され、第３のモードの場合は、前記超音波ガイドの周波数と前記円柱形中実ロッド構造物の長手方向に垂直な断面の半径との積が３．１〜３．５ｋＨｚ・ｍの範囲から選択される
   ことを特徴とする検査方法。
8. 超音波ガイド波の周波数と、長尺の構造物の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータと、媒質中に埋設された前記構造物の長手方向に前記超音波ガイド波を伝搬させたときの減衰率との定量的関係を、予め前記超音波ガイド波のモードごとに記憶した記憶部と、
   検査対象となる、前記媒質中に埋設された長尺の構造物の長手方向に垂直な断面形状を表すパラメータの値と予め用意された前記定量的関係とに基づいて検査に用いる超音波ガイド波のモードおよび周波数を決定する決定部と、
   決定されたモードおよび周波数の超音波ガイド波を用いて検査対象となる前記構造物の検査を行う検査部と
   を備えることを特徴とする検査装置。

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