JPH0156395B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、防波提など水中構造物としての捨
石マウンド面を超音波パルス反射法を用いて検測
する超音波施工面検測装置に関し、複数個の送受
波用振動子をクロス状に配列し、対象物に超音波
ビームの焦点がくるように振動子をそれぞれ凹面
に取付けた、いわゆる凹面配置クロスアレイ型送
受波方式を用いて水平方向の分解能を向上させ、
この送受波器を二次元的に機械的走査をすること
によつて三次元立体反射データを取得し、受波系
に画像処理回路を有して画像の忠実性を向上さ
せ、CRTに三方向断層像及び三次元映像を表示
し、かつＸ−Ｙプロツタなど二次元記録装置を接
続することによつて捨石平担度をデイジタルで記
録しうる機能を有し、大水深海域において捨石均
し面平担度を精度よく検測する超音波施工面検測
装置に関するものである。

最近の港湾は、船舶のけい留、停泊施設の大型
化、安全性に追求、環境条件向上などにより、沖
合防波提の建設など大水深海域に水中構造物を建
造するようになつてきた。

従来、防波提等の建設における水中構造物の施
工精度の確認はすべて潜水夫にたよつているのが
現状である。潜水業務はその特殊性から「高気圧
障害防止規則」などにより安全衛生管理上、作業
内容が限定管理されている。そのため港湾の大水
深化に伴つて、潜水夫による作業内容および作業
量が大きな制約を受けることから、これら施工面
の検測は、質的、量的にも困難となる。そこで、
港湾工事の効率性、経済性および構造物の安全性
を図る上で、潜水夫にかわる超音波検測を中心と
した新しい技術開発の方向をめざす必要があつ
た。

本発明は、こうした港湾工事や海洋工事従事者
の強い要望にこたえるために発明されたものであ
る。

第１図は、この発明の構成を示す電気回路系統
図であつて、１は線状に配列した振動子群で構成
された対象物に焦点を結ぶように凹面配置された
電気信号を超音波信号に変換する送波器、２は送
波器１に高周波トーンバースト波電圧を供給する
高周波発振器、３は捨石などの検測対象物から反
射してきた超音波パルスを電気信号に変換する受
波器であり、送波器１と交差するように取り付け
られており、対象物に焦点に結ぶように送波器１
と同様、受波用振動子群を凹面に配置している。
また、送波器１の入力と受波器３の出力には遅延
回路４が設けられ、高周波発振器２の出力信号と
受波器３の出力信号の位相をシフトして焦点を１
点で結ぶようにしている。

遅延回路４を通つた受波器３からの信号は受波
器群和差接続切換器５に入力される。これは、対
象物の角、縁など、超音波の波長に比べて小さい
曲率半径をもつた尖鋭な部分を強調して記録した
い場合に使用するものであり、水平方向分解能に
影響を及ぼす超音波ビームを狭くする手段として
受波器３からの出力を２つに分け、その和及び差
をとる和差方式による受信波の狭ビーム化を利用
しており、この和及び差を切替えるものである。
切替器５から得られた受信波信号の和或いは差の
信号は微弱な電気信号であるから増幅器６によつ
て増幅し、検波器７で検波したあと、超音波の距
離の増大に伴なう拡散減衰を補償するために
STC（Sensitivity Time Control）回路８に供給
する。

以上の増幅器６〜STC回路８までで信号処理
された受信アナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器９によ
りデジタル信号に変換されて演算処理器１０に供
給される。演算処理器１０には対象物の角や縁を
強調するために前記和差接続切替器５による受波
レベルの和及び差を計算する回路、及び対象物の
受波レベルと基準面の受波レベルとの比を計算し
て対象物のレベルを強調するための計算回路が含
まれている。この演算処理器１０によつて得られ
た情報は、デイジタルメモリ（RAM）１３に記
憶される。

一方、１１はＸ―Ｙ位置検出器であり、送波器
１及び受波器３の水平面ての位置を検出し、制御
回路１２に入力する。制御回路１２では発振器２
の発振制御や増幅器６の増幅度の調整、Ｘ―Ｙ位
置検出器１１や演算処理器１０からのXYZアド
レスや対応する受波レベルのデータなどをメモリ
１３に対して書込み、読み出しの制御を行なつて
いる。メモリ１３から読み出された信号はＤ／Ａ
変換器１４によつてアナログ信号に変換され、そ
の出力はCRT装置１５に表示したり、Ｘ―Ｙプ
ロツタ１６に記録したりして対象物の位置や状態
を表示する。

第２図は第１図の送受波器部分の構成である凹
面配置クロスアレイ型送受波器の原理図を示して
いる。図において４は遅延回路、１７は本体、１
は電気信号を超音波信号に変換する送波器、３は
対象物から反射してきた超音波信号を電気信号に
変換する受波器であり、それぞれ複数個の送波及
び受波振動子群が凹面型に１列あるいは複数例に
配置されており、また、図のように送波器１と受
波器３とが交差するようにクロス状に取付けられ
た構造となつている。また、１８は海底、１９は
送波器１による海底１８における分解面積、２０
は受波器３による海底における分解面積である。
そして、送波器１における分解面積１９と受波器
３による分解面積２０の重累した分解面積２１
が、この送受波器の分解面積となり、分解面積が
非常に小さくなり水平分解能が向上することがわ
かる。また、上述のように対象物を高分解能で探
査するため、対象物に焦点を結ぶよう送受波器と
もに凹面状に送受波用振動子を配列している。

なお、図中波線部は、一例として検測すべき海
底までの深度が深くなつた場合に、遅延回路４に
よつて電気的に送波器の入力信号や受波期の出力
信号の位相をシフトし焦点位置を新しい海底位置
に合わせて、検測深度が変わつても常に高精度に
検測することができることを示している。

つぎに、室内及び現地実験によつて、この装置
の有効性が実証されたので、その概要を述べる。

クロスアレイ型の高分解能を実証するために、
500及び200KHz送受波器ユニツトを２組組み合わ
せて、送受波器ユニツトを平行に並べて全体の送
受波面を正方形とした多素子方式、各送受波器ユ
ニツトをクロス上に配置したクロス方式の２方式
の送受波器を用いて、1m角の小型水槽に1/10縮
尺対象物モデルとして、長方形コンクリートブロ
ツク（30×30×50mm）を用いて検測実験を行つ
た。実験は水平分解能、斜入射反射レベルの測定
である。実験の結果、多素子、クロス式の水平分
解能を比較すると分解幅の狭いクロス式の方が水
平分解能がよいことがわかつた。また、ブロツク
表面の受波レベルと水底の受波レベルとの比をと
ると対象物のレベルが顕著となり水平分解能が向
上することもわかつた。更に、２個の受波器素子
の和出力と差出力との比をとるデータ処理をする
と、対象物が斜めになつている場合、対象物の角
や縁からの受波レベルが顕著となることがわかつ
た。

以上のモデル実験の結果をふまえ、直径5m、
高さ10mの大型実験水槽において、対象物に実物
大の模型（38×39×50cmコンクリートブロツク
製）を用いた室内実験を行つた。使用した送受波
器は、上記モデル実験で使用した送受波器８ユニ
ツトをそれぞれ組合せて、多素子、クロスアレイ
型、凹面配置クロスアレイ型の３種類である。実
験の結果、凹面配置クロスアレイ型の送受波器が
水平分解能がよいことがわかつた。また、対象物
の受波レベルと水底の受波レベルの比をとるデー
タ処理すると、対象物の受波レベルが強調され、
分解能向上に有効であることがわかつた。なお、
クロスアレイ型送受波器の実用性を実証するため
に捨石投入海域で現地実験を行つた。使用した送
受波器は、クロスアレイ型、多素子型、及び従来
方式の円板型送受波器である。実験の結果、クロ
スアレイ型の反射特性及び分解能がよいことがわ
かつた。

以上、室内実験でも現地実験でも凹面配置クロ
スアレイ型が捨石など施工面検測には有効である
ことがわかつた。

第３図は、この発明の装置を用いて捨石均し面
の平担度を検測する際の実施例を示した図であつ
てａ図は測量船にこの装置を搭載して、航走しな
がら捨石マウンドの荒均し面を検測する場合を示
している。ｂ図は捨石マウンドの本均し面を高精
度で検測するため、送受波器を捨石マウンド面に
設置した架台に取付けて検測する場合を示してい
る。ａ図において、２２は測量船であり、その水
中下の側面にこの発明の装置の送受波器２３が取
付けられており、そこから送出された超音波ビー
ム２４が海底２６にある対象２５を検測する。ま
た、ｂ図においては、支援船２７の甲板にこの装
置の本体１７が取付けられ、海底２６にある対象
物２５の上方には架台２９が海底２６に設置され
ている。架台２９にはＸ−Ｙ平面を移動可能なよ
うに送受波器２３が取付けられており、本体１７
とは電源や送受波信号伝送用のケーブル２８によ
つて接続されている。

第４図は、この発明の装置にCRTやＸ−Ｙプ
ロツタを接続して対象物を表示、記録する場合の
実施例を示し、ａ図は水平面Ｘ−Ｙを表示、記録
する場合であり、任意の深度Ｚにおける断層の水
平Ｘ−Ｙ断面が表示記録できる。図において、Ｘ
−Ｙ面は所定寸法のメツシユ３０に分割されて、
基準面の高さを基準として、Ｚ方向（深度）の凹
凸をカラーによる色分けや濃淡による識別により
表示記録でき、一目でその平坦度がわかるように
なつている。ｂ図は断面図Ｘ−Ｚ、Ｙ−Ｚを表示
記録する場合で、任意の位置（Ｙ軸又はＸ軸）の
断面図Ｘ−Ｚ、Ｙ−Ｚが表示記録でき、設計断面
３１と、検測断面３２とを同時に表示記録でき
る。Ｃ図は、XYZの三次元データをコンピユー
タで処理して三次元画像として表示記録する場合
であつて、３３は三次元表示記録された捨石マウ
ンドの画像により、一目で施工状況がわかり、施
工管理が容易となる。

以上説明したように、本発明の装置を使用すれ
ば、従来高水圧の影響で潜水夫の水中施工が困難
であつた大水深港湾工事が海洋土木工事等におい
て潜水夫にかわつて測量の自動化、省力化が図ら
れ、能率的かつ安全な施工が容易となる。

なお、本装置は防波提等基礎として捨石マウン
ドの平坦度や形状計測のみならず、精密な検測や
三次元画像を表示記録ができることから、海底掘
削跡や水中構造物形状計測等、海洋、港湾、河
川、湖沼等の水中土木工事における施工管理シス
テムとして利用することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示し、第１図はこの
発明の電気回路系統図、第２図は凹面配置クロス
アレイ型送受波器の原理図、第３図はこの発明の
装置を作業船に装備して施工面検測作業をする場
合の実施例図、第４図はこの発明の装置にCRT
やＸ−Ｙプロツタを接続して施工面の画像を表示
記録する場合の実施例図を示したものである。 １……送波器、２……高周波発信器、３……受
波器、４……遅延回路、５……受波器群和差接続
切替器、６……増幅器、７……検波器、８……
STC回路、９……Ａ／Ｄ変換器、１０……演算
処理器、１１……Ｘ−Ｙ位置検出器、１２……制
御回路、１３……デイジタルメモリ、１４……
Ｄ／Ａ変換器、１５……CRT装置、１６……Ｘ
−Ｙプロツタ、１７……本体、１８，２６……海
底、１９……送波器１による海底１８における分
解面積、２０……受波器３による分解面積、２１
……送受波器の分解面積、２２……測量船、２３
……送受波器、２４……超音波ビーム、２５……
対象物、２７……支援船、２８……ケーブル、２
９……架台、３０……メツシユ、３１……設計断
面、３２……検測断面、３３……捨石マウンドの
三次元画像。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波を送波する複数個の送波振動子群を凹
   面型に配列した送波手段と、送波手段からの超音
   波を受波する複数個の受波振動子を前記送波振動
   子群と交差しかつ１点で焦点を結ぶように凹面型
   に配列した受波手段と、それぞれ送受信用振動子
   群に遅延回路を付して電気出力の位相をシフトし
   て対象物に焦点を合わせる機構と、受波手段から
   の出力を２つに分けその和及び差をとり両者の比
   を演算する手段及び検測対象物と海底との各受波
   レベルの比を演算する手段とを含む演算処理手段
   と、演算手段から出力される情報を記憶する記憶
   手段と、記憶手段に構築されている情報を読み出
   し前記検測対象物の状態を表示する表示手段とを
   備えたことを特徴とする、超音波施工面検測装
   置。