JPH02293661A - 低周波用の斜角探触子 - Google Patents
低周波用の斜角探触子Info
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- JPH02293661A JPH02293661A JP11423689A JP11423689A JPH02293661A JP H02293661 A JPH02293661 A JP H02293661A JP 11423689 A JP11423689 A JP 11423689A JP 11423689 A JP11423689 A JP 11423689A JP H02293661 A JPH02293661 A JP H02293661A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、低周波数用の斜角探触子に係わり、特に、コ
ンクリート．木材等の多孔性の材質の被検体を探傷する
のに好適な斜角探触子に関する。
ンクリート．木材等の多孔性の材質の被検体を探傷する
のに好適な斜角探触子に関する。
金属等のように緻密な内部組織を有する被検体の超音波
深傷は、探触子から発振された超音波パルスを被検体に
伝搬し、途中欠陥等の不連続部に遭遇したとき、該不連
続部から得られる反射エコーの音圧および伝搬時間等を
計測することにより欠陥の大きさ，位置等を求めていた
。この金属等の超音波深傷は、使用される深傷周波数が
通常ＩＭＨｚ以上の周波数であり、コンクリート木材等
の多孔性の材質、いわゆる性状がポーラスな被検体に対
しては主に次のような理由により適用することが不可能
であった。すなわち、 （ａｌ 超音波パルスが被検体内を伝殿中に多数の組
織境界において散乱．減衰し、殆んど反射波を得ること
ができない。
深傷は、探触子から発振された超音波パルスを被検体に
伝搬し、途中欠陥等の不連続部に遭遇したとき、該不連
続部から得られる反射エコーの音圧および伝搬時間等を
計測することにより欠陥の大きさ，位置等を求めていた
。この金属等の超音波深傷は、使用される深傷周波数が
通常ＩＭＨｚ以上の周波数であり、コンクリート木材等
の多孔性の材質、いわゆる性状がポーラスな被検体に対
しては主に次のような理由により適用することが不可能
であった。すなわち、 （ａｌ 超音波パルスが被検体内を伝殿中に多数の組
織境界において散乱．減衰し、殆んど反射波を得ること
ができない。
山）被検体内を伝搬する超音波パルスの速度は、金属を
伝搬する場合のように一定ではなく、被検体の成分，配
合等により大きく変化する。
伝搬する場合のように一定ではなく、被検体の成分，配
合等により大きく変化する。
（Ｃｌ 指向性の鋭い狭いビームを作り出すための高
周波パルスは、金属のような材質ではエネルギーの集中
した超音波ビームの状態で通過するが、ボーラスな被検
体を通過する場合は、極度に減衰させられ指向性の鈍い
ビームとしてしか使用することができない． これらの理由からボーラスな被検体の超音波深傷におい
ては、少しでも該被検体の深傷情報となる信号が得られ
るように、できるだけ被検体内伝搬中における散乱，減
衰の少ない低い深傷周波数、例えば金属深傷におけるＩ
ＭＨｚよりかなり低い５０Ｋｌｌｚ程度の低周波数が
一般に使用されている。
周波パルスは、金属のような材質ではエネルギーの集中
した超音波ビームの状態で通過するが、ボーラスな被検
体を通過する場合は、極度に減衰させられ指向性の鈍い
ビームとしてしか使用することができない． これらの理由からボーラスな被検体の超音波深傷におい
ては、少しでも該被検体の深傷情報となる信号が得られ
るように、できるだけ被検体内伝搬中における散乱，減
衰の少ない低い深傷周波数、例えば金属深傷におけるＩ
ＭＨｚよりかなり低い５０Ｋｌｌｚ程度の低周波数が
一般に使用されている。
しかし、従来の前記コンクリート等の超音波深傷におい
ては、縦波を使用する垂直探触子が金属等の深傷と同様
の方法で使用されているにすぎなかった． 〔発明が解決しようとする課題〕 上記低周波の縦波使用の垂直探触子を使用した場合、被
検体に入射された超音波は、波長が大きいために被検体
内伝搬中の散乱，減衰は減少するものの、その反面、指
向性が悪くほぼ無指向的に広がり、同時に音速が受信位
置により太き《変化する現象を呈する．この現象は、コ
ンクリートを被検体とする以下説明する実験で確かめら
れている．実験に供した被検体は、半径２５０ｆｌの半
円形（０）で厚さが２５０＋ｎ、呼び強度２２５，水セ
メント比５５％，細骨材率４６．５％のコンクリート製
のブロックで、表面をモルタル仕上げしたものである．
また、探触子は、被検体の平面側の円の中心部に送信用
の縦波垂直探触子を載置し、被検体の円周面に前記送信
用の縦波垂直探触子と相対させて受信用の縦波垂直探触
子を接触させ、受信用の縦波垂直探触子を円周に沿って
移動させて指向性および音速を２探触子法で測定するよ
うにしたもので、送・受信用とも振動子はジルコンチタ
ン酸鉛磁器で、直径２５ｆｉ．共振周波数５０ ＫＨｚ
である．指向性は受信用の縦波垂直探触子が半円周面の
中央位置（角度Ｏ度）にある場合のエコー高さを基準と
して円周上の各位置におけるエコー高さの低下状況を測
定して行ったが、測定結果は前記角度θ度の位置と該位
置から９０度円周に沿って移動した方向の位置とのエコ
ー高さの差が２ｄＢ〜４ｄＢ程度しがなく、超音波の無
指向的な広がりが裏付けられた。
ては、縦波を使用する垂直探触子が金属等の深傷と同様
の方法で使用されているにすぎなかった． 〔発明が解決しようとする課題〕 上記低周波の縦波使用の垂直探触子を使用した場合、被
検体に入射された超音波は、波長が大きいために被検体
内伝搬中の散乱，減衰は減少するものの、その反面、指
向性が悪くほぼ無指向的に広がり、同時に音速が受信位
置により太き《変化する現象を呈する．この現象は、コ
ンクリートを被検体とする以下説明する実験で確かめら
れている．実験に供した被検体は、半径２５０ｆｌの半
円形（０）で厚さが２５０＋ｎ、呼び強度２２５，水セ
メント比５５％，細骨材率４６．５％のコンクリート製
のブロックで、表面をモルタル仕上げしたものである．
また、探触子は、被検体の平面側の円の中心部に送信用
の縦波垂直探触子を載置し、被検体の円周面に前記送信
用の縦波垂直探触子と相対させて受信用の縦波垂直探触
子を接触させ、受信用の縦波垂直探触子を円周に沿って
移動させて指向性および音速を２探触子法で測定するよ
うにしたもので、送・受信用とも振動子はジルコンチタ
ン酸鉛磁器で、直径２５ｆｉ．共振周波数５０ ＫＨｚ
である．指向性は受信用の縦波垂直探触子が半円周面の
中央位置（角度Ｏ度）にある場合のエコー高さを基準と
して円周上の各位置におけるエコー高さの低下状況を測
定して行ったが、測定結果は前記角度θ度の位置と該位
置から９０度円周に沿って移動した方向の位置とのエコ
ー高さの差が２ｄＢ〜４ｄＢ程度しがなく、超音波の無
指向的な広がりが裏付けられた。
また、この測定値は、計算式で求めた指向定数の値とほ
ぼ一致していることも確められている．つぎに音速は、
前記角度０度近傍で約４．０００ ｒｓ八程度であるの
に対して、咳角度０度と８０度〜８５度の角度をなす位
置では急激に低下し、８５度の位置では１６００ ｒｅ
／ｓ〜１８００ ｍ八に低下する。この音速の低下原因
は、被検体内に入射された縦波が無指向的に広がったも
のの、９０度方向では自由表面があるため縦波がそのま
ま単独で存在し得す、表面波にモード変喚して伝搬した
ものと推定することができる． 上記実験結果から分かるように、縦波垂直探触子では指
向性および音速とも前述の高周波の深傷周波数の場合の
測定不能理由が殆んど解消されず、従って実用に足りる
測定結果を得ることができない問題点を有していた． 本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、コンクリート
や木材等のボーラスな性状を有する被検体を実用に供し
得る精度に探傷することができる低周波用の斜角探触子
を提供することを目的とする。
ぼ一致していることも確められている．つぎに音速は、
前記角度０度近傍で約４．０００ ｒｓ八程度であるの
に対して、咳角度０度と８０度〜８５度の角度をなす位
置では急激に低下し、８５度の位置では１６００ ｒｅ
／ｓ〜１８００ ｍ八に低下する。この音速の低下原因
は、被検体内に入射された縦波が無指向的に広がったも
のの、９０度方向では自由表面があるため縦波がそのま
ま単独で存在し得す、表面波にモード変喚して伝搬した
ものと推定することができる． 上記実験結果から分かるように、縦波垂直探触子では指
向性および音速とも前述の高周波の深傷周波数の場合の
測定不能理由が殆んど解消されず、従って実用に足りる
測定結果を得ることができない問題点を有していた． 本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、コンクリート
や木材等のボーラスな性状を有する被検体を実用に供し
得る精度に探傷することができる低周波用の斜角探触子
を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の低周波用の斜角探触
子は、コンクリートや木材等の多孔性の被検体の深傷面
に対して、傾いた角度で進行する超音波を入射させる斜
角探触子において、該斜角探触子の振動子の発信周波数
を・、１０ ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの共振周波数に形成
する構成にしたものである． そして、さらに同様の目的でコンクリートや木材等の多
孔性の被検体の深傷面に対して、傾いた角度で進行する
超音波を入射させる斜角探触子において、該斜角探触子
の振動子の発振周波数を、１０ ＫＨｚ〜１００ ＫＨ
ｚの共振周波数に形成し、該探触子のくさびを前記被検
体の横波音速とほぼ等しい縦波音速を有する媒質で形成
する構成にしたものである。
子は、コンクリートや木材等の多孔性の被検体の深傷面
に対して、傾いた角度で進行する超音波を入射させる斜
角探触子において、該斜角探触子の振動子の発信周波数
を・、１０ ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの共振周波数に形成
する構成にしたものである． そして、さらに同様の目的でコンクリートや木材等の多
孔性の被検体の深傷面に対して、傾いた角度で進行する
超音波を入射させる斜角探触子において、該斜角探触子
の振動子の発振周波数を、１０ ＫＨｚ〜１００ ＫＨ
ｚの共振周波数に形成し、該探触子のくさびを前記被検
体の横波音速とほぼ等しい縦波音速を有する媒質で形成
する構成にしたものである。
斜角探触子の振動子を、１０ ＫＨｚ＝１００ ＫＨｚ
の低周波の共振周波数で発振させると、縦波モードの超
音波パルスが放射され、該超音波パルスが前記斜角探触
子のくさびを介して被検体に入射される。
の低周波の共振周波数で発振させると、縦波モードの超
音波パルスが放射され、該超音波パルスが前記斜角探触
子のくさびを介して被検体に入射される。
この場合、被検体に入射する超音波パルスは、被検体表
面に対して一定の角度（例えば４５度）を有しているか
ら、斜角探触子と被検体との音速比による屈折はあるも
のの、前記角度の方向へほぼ直進するものと、モード変
換して斜角探触子を当接している表面（探傷面）を表面
波として伝搬するものと、前記角度の方向以外の被検体
内へ伝搬するものとが発生する。このうち、入射角度の
方向へほぼ直進する超音波パルスおよび表面波は、いず
れもその方向に指向性のピークが出現し、それに伴い該
ピーク位置における音圧も高くなることから、この指向
性および音圧を利用することによりコンクリート等のボ
ーラスな性状を有する被検体の深傷精度を、実用に供し
得る程度に改善することができる。
面に対して一定の角度（例えば４５度）を有しているか
ら、斜角探触子と被検体との音速比による屈折はあるも
のの、前記角度の方向へほぼ直進するものと、モード変
換して斜角探触子を当接している表面（探傷面）を表面
波として伝搬するものと、前記角度の方向以外の被検体
内へ伝搬するものとが発生する。このうち、入射角度の
方向へほぼ直進する超音波パルスおよび表面波は、いず
れもその方向に指向性のピークが出現し、それに伴い該
ピーク位置における音圧も高くなることから、この指向
性および音圧を利用することによりコンクリート等のボ
ーラスな性状を有する被検体の深傷精度を、実用に供し
得る程度に改善することができる。
そして、上記斜角探触子のくさびを、被検体の横波音速
とほぼ等しい縦波音速の媒質で形成することにより、被
検体に入射する超音波は、被検体内でほとんど屈折する
ことなく直進するようになり、前記入射方向における指
向性のピークが一層強く出現し、音圧も高くなってそれ
だけ深傷精度を向上させることが可能になる。
とほぼ等しい縦波音速の媒質で形成することにより、被
検体に入射する超音波は、被検体内でほとんど屈折する
ことなく直進するようになり、前記入射方向における指
向性のピークが一層強く出現し、音圧も高くなってそれ
だけ深傷精度を向上させることが可能になる。
本発明に係わる低周波用の斜角探触子の性能実験として
、送信用の横波（ＳＨ波）斜角探触子（以下送信探触子
という）と、受信用の横波（ＳＨ波）垂直探触子（以下
受信探触子という）とを製作し、この両者を、前記従来
技術において実験に供した半径２５０ ｍの半円形のコ
ンクリート製ブロックと同じブロックに第２図に示すよ
うに相対配置し、２探触子法にて指向性および音速を測
定した例について説明する。第１図に上記送信探触子の
１例を示す。図において、１は被検体で、この場合は第
２図に示すような半径２５０鶴の半円形のコンクリート
製ブロックである。１ａは深傷面で、送信探触子が当接
される平面、２は振動子、３は振動子２を貼設したくさ
びで、くさび３はポリエーテルイミド樹脂で形成され、
被検体ｌの横波音速とほぼ等しい縦波音速を有しており
、被検体１の横波音速が３．ＯＯＯｍ／ｓｅｃの時に該
被検体ｌ内に４５度の屈折角で入射するように製作され
ている．４は吸音材、５は振動子２．くさび３．吸音材
４を内設しているケース、６は接栓、Ｐは振動子２，く
さび３，吸音材４．ケース５．接栓６からなる送信探触
子、Ｒは受信探触子である。７は被検体１に入射された
超音波パルスである。第２図は半円周を１０’ピッチの
測定位置とし、各測定位置に対するゲイン（ｄＢ）をプ
ロットしたものである。測定に当っては送・受信感度を
高めるために、送信探触子Ｐの共振周波数と受信探触子
Ｒの共振周波数をともに１００ＫＨｚにし、速度分散等
のパルスとしての問題点が出ないようにダンピングを弱
めて連続波に近い形で超音波が発生するようにし、また
、振動子寸法を指向性が極力よくなるように送信探触子
Ｐは２４ｆｉＸ３５ｎ、受信探触子Ｒは直径４０龍とし
、金属等の深傷用よりかなり大きくしている。
、送信用の横波（ＳＨ波）斜角探触子（以下送信探触子
という）と、受信用の横波（ＳＨ波）垂直探触子（以下
受信探触子という）とを製作し、この両者を、前記従来
技術において実験に供した半径２５０ ｍの半円形のコ
ンクリート製ブロックと同じブロックに第２図に示すよ
うに相対配置し、２探触子法にて指向性および音速を測
定した例について説明する。第１図に上記送信探触子の
１例を示す。図において、１は被検体で、この場合は第
２図に示すような半径２５０鶴の半円形のコンクリート
製ブロックである。１ａは深傷面で、送信探触子が当接
される平面、２は振動子、３は振動子２を貼設したくさ
びで、くさび３はポリエーテルイミド樹脂で形成され、
被検体ｌの横波音速とほぼ等しい縦波音速を有しており
、被検体１の横波音速が３．ＯＯＯｍ／ｓｅｃの時に該
被検体ｌ内に４５度の屈折角で入射するように製作され
ている．４は吸音材、５は振動子２．くさび３．吸音材
４を内設しているケース、６は接栓、Ｐは振動子２，く
さび３，吸音材４．ケース５．接栓６からなる送信探触
子、Ｒは受信探触子である。７は被検体１に入射された
超音波パルスである。第２図は半円周を１０’ピッチの
測定位置とし、各測定位置に対するゲイン（ｄＢ）をプ
ロットしたものである。測定に当っては送・受信感度を
高めるために、送信探触子Ｐの共振周波数と受信探触子
Ｒの共振周波数をともに１００ＫＨｚにし、速度分散等
のパルスとしての問題点が出ないようにダンピングを弱
めて連続波に近い形で超音波が発生するようにし、また
、振動子寸法を指向性が極力よくなるように送信探触子
Ｐは２４ｆｉＸ３５ｎ、受信探触子Ｒは直径４０龍とし
、金属等の深傷用よりかなり大きくしている。
被検体１に一定の角度で入射された超音波パルス７は、
探傷面１ａにて屈折するが、その屈折方向へほぼ直進す
る波（ＳＨ波）と、モード変換して深傷面１ａを伝搬す
る表面波と、被検体１内の他の方向へ拡散伝搬する波と
に分かれる。上記屈折方向へほぼ直進する波と表面波は
、第２図に示すように、いずれもその進行方向に近接す
る角度５０″の位置とほぼ９０”（ほぼ水平）との２方
向に指向性のピークが出現することが実験で確かめられ
、該ピーク位置における音圧が他の測定位置よりかなり
明瞭に高くなる結果が得られた。この指向性の測定結果
は、受信用探触子Ｒに横波斜角探触子を使用せず横波垂
直探触子を使用したために、指向性が送信用の横波斜角
探触子Ｐと受信用の横波垂直探触子Ｒの積の形で表われ
たものと推定することができるが、横波垂直探触子Ｒの
指向性が無指向的であることを考えると、ほぼ横波斜角
探触子Ｐの指向性であると考えられる．上記測定結果か
ら、前記指向性を有する直進方向の波または表面波を利
用することによりコンクリートや木材等のボーラスな性
状の被検体ｌにおけるき裂や内部欠陥等を、再現性を有
する精度で検出しまたは測定することが可能になった。
探傷面１ａにて屈折するが、その屈折方向へほぼ直進す
る波（ＳＨ波）と、モード変換して深傷面１ａを伝搬す
る表面波と、被検体１内の他の方向へ拡散伝搬する波と
に分かれる。上記屈折方向へほぼ直進する波と表面波は
、第２図に示すように、いずれもその進行方向に近接す
る角度５０″の位置とほぼ９０”（ほぼ水平）との２方
向に指向性のピークが出現することが実験で確かめられ
、該ピーク位置における音圧が他の測定位置よりかなり
明瞭に高くなる結果が得られた。この指向性の測定結果
は、受信用探触子Ｒに横波斜角探触子を使用せず横波垂
直探触子を使用したために、指向性が送信用の横波斜角
探触子Ｐと受信用の横波垂直探触子Ｒの積の形で表われ
たものと推定することができるが、横波垂直探触子Ｒの
指向性が無指向的であることを考えると、ほぼ横波斜角
探触子Ｐの指向性であると考えられる．上記測定結果か
ら、前記指向性を有する直進方向の波または表面波を利
用することによりコンクリートや木材等のボーラスな性
状の被検体ｌにおけるき裂や内部欠陥等を、再現性を有
する精度で検出しまたは測定することが可能になった。
本発明は、以上説明したように構成されているので、コ
ンクリートや木材等の多孔質の被検体を実用に供し得る
精度に探傷することができる効果を奏する。
ンクリートや木材等の多孔質の被検体を実用に供し得る
精度に探傷することができる効果を奏する。
第１図は本発明の低周波用の斜角探触子の１例を示す図
、第２図は第１図に示す斜角探触子の指向性の測定結果
を示す図である． ■・・・被検体（コンクリートブロック）、１ａ・・・
探傷面、２・・・振動子、３・・・くさび、５・・・ケ
ース、Ｐ・・・送信用の横波斜角探触子、 垂直探触子。 Ｒ・・・受信用の横波
、第２図は第１図に示す斜角探触子の指向性の測定結果
を示す図である． ■・・・被検体（コンクリートブロック）、１ａ・・・
探傷面、２・・・振動子、３・・・くさび、５・・・ケ
ース、Ｐ・・・送信用の横波斜角探触子、 垂直探触子。 Ｒ・・・受信用の横波
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、コンクリートや木材等の多孔性の被検体の探傷面に
対して、傾いた角度で進行する超音波を入射させる斜角
探触子において、該斜角探触子の振動子の発振周波数を
、１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの共振周波数に形成したこ
とを特徴とする低周波用の斜角探触子。 ２、コンクリートや木材等の多孔性の被検体の探傷面に
対して、傾いた角度で進行する超音波を入射させる斜角
探触子において、該斜角探触子の振動子の発振周波数を
、１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの共振周波数に形成し、該
探触子のくさびを前記被検体の横波音速とほぼ等しい縦
波音速を有する媒質で形成したことを特徴とする低周波
用の斜角探触子。 ３、前記くさびの媒質を、ポリエーテルイミド樹脂で形
成した請求項２記載の低周波用の斜角探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11423689A JPH02293661A (ja) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | 低周波用の斜角探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11423689A JPH02293661A (ja) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | 低周波用の斜角探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02293661A true JPH02293661A (ja) | 1990-12-04 |
Family
ID=14632674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11423689A Pending JPH02293661A (ja) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | 低周波用の斜角探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02293661A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002365267A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-18 | Kansai X Sen Kk | 超音波探傷装置 |
| JP2009060603A (ja) * | 2007-08-17 | 2009-03-19 | Ge Inspection Technologies Lp | 音響ダンピングの組成 |
| JP2010019658A (ja) * | 2008-07-10 | 2010-01-28 | Shimizu Corp | 超音波によるコンクリート表面ひび割れの深さ測定装置及び測定方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0194205A (ja) * | 1987-10-06 | 1989-04-12 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 超音波の伝搬距離の測定方法 |
-
1989
- 1989-05-09 JP JP11423689A patent/JPH02293661A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0194205A (ja) * | 1987-10-06 | 1989-04-12 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 超音波の伝搬距離の測定方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002365267A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-18 | Kansai X Sen Kk | 超音波探傷装置 |
| JP2009060603A (ja) * | 2007-08-17 | 2009-03-19 | Ge Inspection Technologies Lp | 音響ダンピングの組成 |
| JP2010019658A (ja) * | 2008-07-10 | 2010-01-28 | Shimizu Corp | 超音波によるコンクリート表面ひび割れの深さ測定装置及び測定方法 |
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