JPH0328757A - 高ダンピング探触子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コンクリート構造物の版厚、内部空隙、かぶ
り厚さ、ひび割れ深さあるいは圧縮強度等を超音波法に
より測定する場合に使用する高ダンピング探触子に関す
るものである。

［従来の技術コ 従来、コンクリートの圧縮強度の推定、均一性の評価等
を行う場合には超音波を用いた非破壊試験が行われてい
る。このような超音波を用いた試験は、第６図（ａ）に
示すように、超音波パルスの送信を行う送信用探触子８
１を試験体であるコンクＵ　−　｝　８　３の一面に、
受信を行う受信用探触子８２の２つの探触子をコンクリ
ート８３の他面にそれぞれ当接して、一定周波数の超音
波をコンクリート８３の内部に放射し、その透過波をオ
ン口スコープ（図示せず）」二に受信波形として表示し
、当該受信波の伝播時間から試験体であるコンクリート
８３の内部における超音波の音速を算出し、予め作成さ
れたキヤリプレーションカーブからコンクリート８３の
圧縮強度を推定したり、またはコンクリーｌ・８３の材
質の均一性を評価していた。

また、コンクリート構造物の内部空隙の測定は、第６図
（ｂ）に示すように、送信用探触子８１および受信用探
触子８２の二つの探触子を試験体であるコンクリート８
３の同じ面側に当接し、送信用探触子８１で一定周波数
の超音波をコンクリー１・８３の内部に放射し、コンク
リート８３の内部からの反射波を受信用探触子８２で受
信し、当該受信波形をオシロスコープ（図示せず）で観
測することで内部空隙８４の有無あるいは位置を測定す
ることができる。また、内部空隙の測定は、第６図（Ｃ
）に示すように、送信および受信を行う一つの探触子８
５を用いても行うことができる。

以上のような超音波試験を行う際には、従来、第７図に
示すような構成の探触子（超音波センサ）が使用されて
いた。第７図において、金属ケース９０の開口部には前
面板９１が固着されており、該前面板９１には振動子９
２が固着されている。

プラグ９３は図示しない超音波試験装置と接続されてお
り、該超音波試験装置から供給された電気パルスは振動
子９２に供給され、超音波パルスに変換されて送信され
るようになされている。

［発明が解決しようとする課題コ しかしながら、第７図に示すような従来の探触子におい
ては、電気パルスが印加されたときに第８図に示すよう
に送信波が長時間に渡って振動する現象があり、このた
めに種々の問題を生じていた。

例えば、第７図の構成の従来の探触子を用いて第６図（
ｃ）に示すような一探触子法によってコンクリートの内
部空隙を検出しようとすると、内部空隙からの反射波と
、送信波が重なりあって内部空隙からの反射波を明瞭に
判別することが不可能になり、従って一探触子法による
内部空隙の検出は全く不可能であった。このような現象
は内部空隙の検出のみならず、版厚の測定、かぶり深さ
の測定、ひび割れ深さの測定においても同様である。

また、従来の探触子で得られる受信波からは、音速のみ
が測定可能で、受信波の周波数、透過パルスあるいは反
射パルスの振幅等の有用な超音波情報は測定が非常に困
難であり、従って圧縮強度の推定はもとより、内部空隙
の検出等も音速の変化のみで行なわざるを１９ないため
に、測定粘度は極めて悪いものであった。

これらのことから、コンクリートの超音波試験は鋼溶接
部の超音波試験等に比較して実用化が遅れているのが実
状である。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、音速の
みならず、受信波の周波数および受信波の振幡等の超音
波試験に有用な超音波情報が得られると共に、コンクリ
ート等の構造物の超音波試験の精度を向上させることが
できる高ダンピング探触子を提供することを目的とする
ものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の高ダンピング探
触子は、振動子に低周波ダンパー材が装着されているこ
とを特徴とする。

［作用および発明の効果］ 本発明においては、超音波振動子の不要な低周波振動を
ダンパー材で吸収するようにしたので、送信波が長時間
に渡って振動することがなく、送信波形と受信波形とを
明確に識別することができる。従って、第６図（Ｃ）に
示すような一つの探触子を用いた反射法という簡便な測
定方法によっても内部空隙の検出を行うことができる。

また、受信波形を送信波形と明確に区別して捕らえるこ
とができるので、受信波の周波数、および受信波の振幅
等の超音波情報を得ることが可能となる。

更に、振動子に低周波ダンパー材を装着することにより
、探触子の有する周波数特性を広帯域とすることができ
、その結果、送信周波数が可変の超音波試験装置に適合
する性能を具備させることができるものである。

［実施例コ 以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る高ダンピング探触子の１実施例の
構成を示す図であり、図中、１は金属ケース、２は前面
板、３は振動子、４は低周波ダンパー材、５はプラグを
示す。

第１図に示す本発明に係る高ダンピング探触子は、振動
子３の裏面側に低周波ダンパー材４が装着されている点
で、第７図に示す従来の探触子と異なっている。低周波
ダンパー材４としては、適当な樹脂で形成することがで
きるが、所定の圧カの下でタングステンの粉末を樹脂で
固めたものを使用するとよい。樹脂のみでも振動子３の
振動を制止する働きはあるが、タングステン粉末を混ぜ
ることにより、制振効果がより向上し、特に、超音波の
低周波成分の制振に対しては顕著な効果が確認されてい
る。しかし、振動子３の不要な振動を抑制できるもので
あればどのような祠質のものでも使用することができる
ことは当業者に明らかである。また、低周波ダンパー材
４を振動子３に装着するのでなく、金属ケース１内に充
填してもよいものである。

以上のような構或であるので、振動子３の不要な低周波
振動は低周波ダンパー材４により吸収されるので、第８
図に示すように振動が長時間に渡って継続することはな
い。従って、送信波と受信波とを明確に識別することが
でき、コンクリ−１・内部での音速ばかりでなく、受信
周波数や受信波の振幅等の超音波情報を得ることができ
る。

次に、第１図に示す高ダンピング探触子を使用したコン
クリート構造物等の超音波試験について説明する。

まず、コンクリートの弾性係数を求める際に必要となる
横波音速の測定方法について、第２図を参照して説明す
る。

超音波試験に使用される超音波には、縦波と横波があり
、特に、圧縮強度の重要なファクターである弾性係数等
を求める場合には横波の音速の情報が不可欠である。従
って、圧縮強度を求める場合には横波探触子を用いるの
であるが、第２図（ｅ）に示すように、横波探触子１８
は振動子の径方向のすべり振動成分と共に、振動子の厚
み方向の振動成分が発生するので、すべり変形により横
波成分が、厚み変形により縦波成分が同時に発生するこ
とになる。このためオンロスコープ上に表示される受信
波形は例えば第２図（ｆ）に示すように横波反射波成分
１６と縦波反射波成分１７が干渉した波形となり、横波
だけの伝播時間を読み取ること、および横波だけの波形
解析を行うことが困難となっている。なお、第２図（ｆ
）において横軸は時間を示す。

しかし、縦波と横波とでは周波数戚分が異なるので、当
該横波音速測定方法ではこの性質を利用し、受信用探触
子の出力である時系列の信号を周波数領域に変換し、横
波成分のみを得ようとするのである。

第２図（ａ）はそのための構成の１例を示すものであっ
て、図中、１１は受信用探触子、１２はＦＦＴ（高速フ
ーリエ変換器）等のフーリエ変換手段、１３は信号処理
手段、１４はＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換器）等の逆
フーリエ変換手段、１５はオシロスコープ等の表示手段
を示す。受信用探触子１１および図示しない送信用探触
子としては、第１図に示す構成の探触子が用いられる。

第２図（ａ）の構戚において、受信用探触子１１で検出
される信号中には、縦波戚分と横波戚分が含まれている
ことは上述したところである。従って、受信用探触子１
ｔで検出した信号をそのままオン口スコープに表示する
と例えば第２図（ｆ）に示すように横波成分ｌ６と縦波
成分１７とが干渉した波形となる。そこで、時系列で得
られる受信用探触子１１の出力をフーリエ変換手段ｌ２
によりフーリエ変換して周波数領域に変換する。第２図
（ｆ）に示す時系列の信号をフーリエ変換手段１２によ
り周波数領域に変換すると、その出力は第２図（ｂ）に
示すように、低周波側に横波成分１９が得られ、高周彼
側に縦波成分２０が得られる。

従って、低域濾波器等の適当なフィルタからなる信号処
理手段１３により第２図（Ｃ）に示すように、低周波側
の横波成分１９のみを取り出し、逆フーリエ変換手段ｌ
４で周波数領域の信号を時系列の信号に戻して表示手段
１５に入力すれば、第２図（ｄ）に示すように横波成分
１６のみの信号波形を得ることができる。なお、第２図
（ｂ）および同図（Ｃ）の横軸は周波数である。

なお、以上の説明において、時系列信号を周波数領域に
変換する手段、およびその逆変換手段はフーリエ変換に
限らず同様の機能を有し、高速に動作するものであれば
使用することができる。また、上記実施例では横波成分
を抽出する例を説明したが、縦波を抽出する必要がある
のであれば信号処理手段１３として高域濾波器を使用す
ればよいものである。更に、上記実施例ではコンクリー
トの試験を例にとったが、材木、ＦＲＰ等の非破壊検査
にも適用できるものであることは明かであろう。

以上説明した実施例によれば、本発明の高ダンピング探
触子を用いることにより、送信波と受信波とを明確に識
別できるのに加え、受信用探触子で検出された信号を縦
波成分と横波成分とに分離できるので横波の伝播時間を
高い精度で読み取ることができるものである。

次に、第３図を参照して、一探触子法によるコンクリー
ト試験体の厚みおよび内部空隙の測定方法について説明
する。

従来、コンクリートの厚み測定および内部空隙の検出を
行うには、第６図（ｂ）に示す二つの探触子を用いる、
いわゆる二探触子法が採用されているが、次のような問
題があった。つまり、従来の超音波測定装置や探触子に
おいては、使用される超音波の周波数成分は当該装置の
性能によって一義的に決定されてしまうために、コンク
リートの材質によっては超音波パルスが散乱あるいは減
衰してしまって測定を行えない場合があった。また、上
述したように、従来の探触子には本発明に係る高ダンピ
ング探触子のように低周波ダンパー材を用いる等の特別
なことは行われていないために、第８図に小すように送
信波が長時間に渡って振動するという現象があり、測定
精度は悪いものであ−ＩＩ った。また、二探触子法では二つの探触子をとのように
配置するかが面倒であるという問題もあった。

そこで、このコンクリートの内部空隙の測定方法では、
本発明に係る高ダンピング探触子を用い、第６図（Ｃ）
に示す一探触子法により行う。

その１実施例の構或を箪３図（ａ）に示す。第３図（ａ
）において、２１は可変周波数発信手段であり、コンク
リートの祠質に応した周波数の超音波パルスを探触子２
２から発信できるようにするために設けられているもの
である。このことにより従来生じていたコンクリートス
ラブ内での超音波パルスの散乱、減衰を防止することが
できる。探触子２２から発信された超音波パルス２４は
図示しないコンクリートスラブの底面および内部空隙で
反射し、該反射波２５は探触子２２で検出されて、オシ
ロスコープ等の表示手段２３で波形として表示される。

−探触子法の場合、反射波と送信波が重なり合う問題が
あることは前に述べたところであるが、１２ これは従来の探触子は送信波の振動時間が長いためであ
り、本実施例においては、探触子２２として本発明に係
る高ダンピング探触子を使用することに加え、送信波２
４を例えば第３図（ｂ）に示すような変調パルスとする
ことにより、送信波のパルス幅を短くしている。つまり
、探触子２２を高ダンピングの低周波●縦波探触子とす
ることによりパルス幅を従来の１／１００程度にするこ
とができ、また送信波を第８図に示すような減衰振動型
パルスではなく変調パルスとすることで高調波成分を低
減し、一つの中心周波数成分を持つ広帯域な超音波を送
信することができるので、これらの結果送信パルス幅を
短くてき、従って送信波と反射波が重なり合うことを防
止できるのである。

次に、第３図（ａ）の構成によるコンクリートの内部空
隙の測定方法を述べる。

先ず、第６図（Ｃ）に示すと同様に、試験体であるコン
クリートスラブの表面に探触子２２を配置して超音波パ
ルスをコンクリート中に放射し、コンクリートスラブの
底面および内部空隙からの反射波を探触子２２で受信す
る。この際、可変周波数発信手段２１により発信周波数
をＩＯＯｋＨｚ程度から５００ｋＨｚ程度まで連続的に
変化させて反射波のエコーの高さが最も高くなる周波数
を選択する。このときの受信波形の例を第３図（Ｃ）に
示す。第３図（Ｃ）においてＡで示すものは送信波の受
信波であり、Ｂで示すものは底面または内部空隙による
反射波である。図から送信波と反射波は重なり合ってい
ないことが分かる。いま、超音波パルスを送信してから
反射波Ｂの立ち上がりまでの時間をＴとし、予め求めら
れている当該周波数の超音波のコンクリート内での基準
速度をＶとすると、反射源である底面または内部空隙の
コンクリ−１・スラブ表面からの位置Ｄは、Ｄ−ｖＸＴ
で求めることができる。

なお、以上の説明において、超音波パルスの周波数の可
変範囲は測定の対象となっている物体の性質に応じて適
宜変えることができるものであり、また、当該測定方法
は、コンクリ−１・スラブの厚みおよび内部空隙の位置
のｆｉｔｌ＋定に限らず、木材、ＦＰＲ等の非破壊検査
にも適用できるものであることは当業者に明らかである
。

以上の説明から明らかなように、当該測定方法によれば
、■超音波パルスの発信周波数を可変としたので、試験
体の性質に応じた最適な周波数の超音波パルスを用いて
測定を行うことができる、■探触子として高ダンピング
の低周波●縦波探触子を用い、更に送信波を変調パルス
としたので、送信波の振動時間を短くでき、送信波と反
射波を明確に分離することができる、等の優れた効果を
得ることができ、これらの相乗効果として測定精度を向
上させることができるものである。

次に、第４図を参照して、コンクリートの圧縮強度の推
定方法について説明する。

建築、土木の分野において、通常のコンクリートおよび
高強度コンクリートの施工品質管理のために、あるいは
既存コンクリート構造物の健全度、即ち劣化状態を診断
するために、超音波を用いて非破壊的にコンクリートの
圧縮強度を測定することが行われており、その測定方法
としては、通常１５− 音速法と称されている超音波伝播速度法、あるいは、音
速法とシュミットハンマー法とを併用した併用法等が知
られているが、しかしながら、■従来の超音波深傷装置
では単パルス励振方式が採用されることが多いが、単パ
ルス励振方式ではコンクリート中を効率よく伝播する超
音波を発生させることが困難であり、従って、受信して
得られた超音波データが不確実なものであることが多い
、■探触子を自由振動型とした場合には、得られる受信
波からは音速のみが測定可能であり、受信周波数や透過
パルス振幅等の有益な超音波データは測定が困難である
、■従来、コンクリートの圧縮強度は、縦波の伝播速度
を測定し、当該測定値から推定しているが、推定精度は
±１　０　０　ｋｇ／　Ｃｍ　２程度であり、到底満足
できるものではない、■併用法は、その手法が複雑であ
ると共に、コンクリート圧縮強度を推定する方程式も確
立されたものとは言えない、等の問題があった。

そこで、当該コンクリートの圧縮強度の推定方法では、
探触子として本発明に係る高ダンピング１６ 探触子を用い、第４図に示す構成により行うものである
。

第４図（ａ）は当該超音波を用いたコンクリート圧縮強
度の測定方法を説明する図であり、図中、３１は測定の
対象となっているコンクリート、３２は送信器としての
探触子、３３は受信機としての探触子、３４、３５は接
触媒質、３６はオシロスコープ、３７は制御装置、３８
は出力装置を示す。

第４図（ａ）に示す構成は、コンクリート３１の圧縮強
度を推定するために使用する超音波情報をパルス透過法
により求める場合の構成例であり、圧縮強度を測定しよ
うとするコンクリート３１の両側には、それぞれ、適当
な材質からなる接触媒質３４、３５を介して探触子３２
、３３が対向する位置に配置されている。なお、探触子
３２および３３としては、第１図に示す構成の高ダンピ
ング探触子が使用される。また、コンクリート３１の厚
さＤは予めノギス等により、例えば、０．１闘単位で測
定されており、その値Ｄは制御装置３７に入力されてい
る。更に、接触媒質３４および３５の材質は同じもので
ある。

このような状態において、まず、探触子３２として、送
信周波数が可変となされた縦波用の高ダンピング探勉子
を使用し、縦波の超音波パルスを送信する。送信する超
音波パルスのパルス幅、変調モードおよび変調乗数は適
宜選択できるが、この実施例においては、パルス幅は５
μＳｅＣ　１　　変調モードおよび変調乗数はｓｉｎ’
　とする。

探触子３２から送信され、接触媒質３４、コンクリート
３　Ｌ　　および接触媒質３５を透過した超音波パルス
は、受信器である探触子３３で受信され、当該受信波は
オシロスコープ３６に表示される。その例を第４図（ｂ
）に示すが、第４図（ｂ）において、３９は送信された
パルスであり、４０は受信された透過パルスである。こ
の状態において、オペレータは、オシロスコープ３６の
透過パルス４０の振幅が最大になるように、探触子３２
および３３の位置、および送信周波数等の調整を行う。

これにより当該コンクリートの材質に適合した超音波を
送信できるので、コンクリート中の伝播特性が最適な状
態で測定を行うことができる。

当該調整を行って、透過パルス４０の振幅が最大になっ
た時点で、オペレータは制御装置３７に指示を与えて、
透過パルス４０の振幅Ｐｈ，、縦波のコンクリート３１
中の伝播時間ＴＬおよび縦波のコンク’Ｊ−１−３１中
の音速Ｖ　Ｌ　Ｎ　　縦波受信周波数Ｒ　ｆ　Ｌ　を求
める処理を行わせる。

透過バルス４０の振幅ＰｈＬは超音波深傷器の減衰器か
ら読み取ることができるし、縦波の伝播時間ＴＬは、超
音波パルスが送信されてから透過パルス４０が立ち上が
るまでの時間から縦波の零補正値ＴＬＩＩを減算するこ
とで求めることができる。

即ち、コンクリート３１の圧縮強度を求めるためには、
超音波パルスがコンク’Ｊ−ト３１中を伝播する時間Ｔ
Ｌが必要であるが、第４図（ｂ）の波形から求められる
伝播時間は、コンクリート３１中の伝播時間ばかりでな
く、接触媒質３４および３５を伝播する時間も含まれて
いるので、全体の伝播時間から接触媒質３４および３５
中の伝播時間１９一 を減算する必要があるのである。従って、第４図（ａ）
に示す測定に先立って、予め接触媒質を伝播する時間、
即ち零補正値を求めて制御装置３７に格納しておく必要
があるが、そのためには第４図（Ｃ）に示すような構成
で行う。即ち、第４図（Ｃ）に示すように、適当な祠質
からなる対比試験片４１の一方の面に、実際に測定に使
用すると同様の材質からなる接触媒質４３を介して、実
際の測定時の圧力で縦波垂直探触子４２を配置し、超音
波を送信する。その結果図示しないオシロスコープには
、第４図（ｄ）に示すように、送信パルス４４および二
つの反射波形Ｂ，，Ｂ２が得られる。なお、このとき縦
波垂直探触子４２の配置される位置および超音波深傷器
の送信周波数は反射波形の振幅が最大になるように調整
されている。

さて、第４図（ｄ）において、ＢＩ　は探触子４２から
送信された超音波パルスが対比試験片４１の他方の面で
１回反射して得られた受信波形であり、Ｂ２は対比試験
片４１で２回反射して得られた受信波形である。即ち、
第４図（ｅ）を参照して説明−２０− すると、ＢＩは、Ｐｅから送信された超音波がＰ２で反
射し、Ｐ３で受信された反射波であり、Ｂ２は、Ｐ２か
らの反射波が対比試験片４１と接触媒質４３の境界であ
るＰ４で再び反射し、Ｐｓ　．Ｐ，と伝播してＰ７で受
信された反射波である。従って、超音波パルスが送信さ
れてから波形Ｂ，が立ち上がるまでの時間をＴ　＋　＋
　　波形Ｂ２が立ち上がるまでの時間をＴ２とすると、
当該超音波が接触媒質４３を往復するのに要する伝播時
間ＴＬＯは下記の（１）式で求められる。これが縦波垂
直探触子の零補正値である。

ＴＬＯ　＝　２　ＴＩ　　７２　　　−　（　１　）こ
のようにして縦波垂直探触子の零補正値ＴＬＯが求めら
れたら、次に同様にして横波垂直探触子の零補正値Ｔｓ
ｅを求め、制御装置３７に格納する。

以上のようにして縦波の伝播時間Ｔ，が求められたら、
次に制御装置３７は下記の（２）式により縦波の音速■
，を求める。

Ｖ　Ｌ　＝　Ｄ　／　Ｔ　Ｌ　　　　　　　・・・（２
）縦波受信周波数Ｒ　ｆ　Ｌは、透過パルス４０をシグ
ナルアナライザーに取り込み、その解析結果を談み取る
ことで求めることができる。

このようにして求められた、縦波透過パルス振幅ＰｈＬ
（ｄＢ），　　縦波音速ＶＬ　（ｍ／　ｓ　）および縦
波受信周波数Ｒｉ’Ｌ（ｋＨｚ）は制御装置３７に格納
される。

以上のようにして縦波に関する超音波情報が得られたら
、次に、探触子３２を送信周波数が可変となされた横波
用の高ダンピング探触子に代えて、上述したと同様の手
法により、横波に関する超音波情報、即ち横波透過バル
ス賑幅Ｐｈｓ　（ｄＢ），横波音速Ｖｓ（ｍ／ｓ）およ
び横波受信周波数Ｒｆｓ（ｋＨｚ）を求め、制御装置３
７に格納する。なお、これらの横波の超音波情報を得る
ためには、受信した横波透過パルス波形をシグナルアナ
ライザーに取り込んだ後、高速フーリエ変換器等で周波
数領域に変換し、縦波に施したと同様な処理を行う。

以上のようにして縦波および横波の超音波情報が得られ
たら、制御装置３７は下記の（３）式により当該コンク
リート３１の推定圧縮強度σｕ（ｋｇ　／　ｃｍ２）を
求め、その結果を、ＣＲＴあるいはプリンタ等からなる
出力装置３８に出力する。

σｕ　＝　０．３７Ｖ　Ｌ＋０．５３Ｖｓ　−　０．２
８Ｒ　ｆ　ｔ＋０．０５Ｒ　ｆ　ｓ＋３．２４Ｐ　ｈＬ
Ｏ．ｌＩＰ　ｈｓ−２７２３．３　　　　　　　　　　
　・・・（３）上記の（３）式は本発明者が種々の実験
の結果から導き出したものであるが、　（３）式により
得られた推定圧縮強度の推定精度は、±２５ｋｇ／ＣＩ
１２以内であることが確認されている。

このように、超音波探傷装置を、従来の単／＜ノレス励
振方式に代えて、送信周波数を可変できるようにしたの
で、コンクリートの材質に適合した超音波の送受信が可
能となり、これによりコンクリート中の伝播特性を向上
でき、また、探触子として従来の自由振動型探触子に代
えて高ダンピング探触子、即ち、低周波ダンパーが装着
された低周波探触子を使用するので、所要の欠陥信号等
を容易に識別することができるばかりでなく、被検体中
の伝播速度、受信周波数および透過／＜ノレス振幅２３
一 等の、従来では容易に得ることができなかった超音波情
報を容易に採取することができる。

また、圧縮強度を推定するに付いて、従来は縦波の伝播
速度のみを用いていたが、本発明では、縦波および横波
のそれぞれについて、伝播速度、受信周波数および透過
パルス振幅を得、これら６種類の超音波情報を用いて圧
縮強度を推定するので、推定精度を従来の±１　０　０
　ｋｇ／　ｃｍ２程度から±２　５　ｋｇ／　０１１２
以内と格段に向上させることができるのである。

次に、本発明に係る高ダンピング探触子を用いたコンク
リート構造物の版厚の測定方法について、第５図を参照
して説明する。

従来、建築、土木の分野において、コンクリート構造物
あるいは土木構造物等の構造診断、あるいはこれらの構
造物の施工管理、品質管理のために、超音波を用いて非
破壊的にコンクリート等の版厚を測定することが行われ
ており、その測定方法としては、通常、版厚を測定すよ
うとする構造物の一方の面上に送信用探触子および受信
用探触２４− 子の二つの探触子を配置する反射法が採用されているが
、従来の超音波探傷器および探触子を用いたのでは被検
体中の超音波の伝播特性は必ずしも良好でないので明瞭
な受信波を得ることが難しく、従って、測定が困難であ
り、また、測定できたとしても、その測定精度は悪いも
のであり、また、版厚を算出するためには当該被検体中
における基準音速値が必要であり、従って、版厚の測定
に先立って当該被検体中の基準音速の測定が行われるが
、当該基準音速の測定を行うに際して、送信用探触子と
受信用探触子の二つの探触子を適性に配置することが困
難であった。つまり、基準音速の測定は、通常、二つの
垂直探触子を用いて透過法で行われるから、送信用の垂
直探触子と受信用の垂直探触子を被検体の表裏の面にそ
れぞれ配置しなければならないず、従って受信用探触子
およびその操作を行うオペレータを配置できるだけのス
ペースが確保できない場合には測定そのものが不可能と
なるのである。更に、透過法による基準音速の測定およ
び反射法による版厚の測定が行えるためには、被検体に
は必ず開口部が必要となるが、しかし、版厚測定を必要
とする被検体は開口部を有しないものが多く、基準音速
の測定が不可能となる場合が多いものであった。

そこで、当該コンクリートの版厚の測定方法では、本発
明に係る高ダンピング探触子を用い、第５図（ａ）に示
す構成とする。

第５図（ａ）超音波パルス反射法によるコンクリート構
造物の版厚の測定方法を説明する概略図であり、図中、
５１は測定の対象となっている被検体、５２は送信●受
信を行う探触子、５３は接触媒質、５４は制御装置、５
５は出力装置、５６はオン口スコープを示す。

さて、第５図（ａ）に示す構或において、被検体５１は
版厚測定の対象となっているもので、例えば、コンクリ
ート等である。探触子５２は超音波の送信および受信を
行う、高ダンピングの低周波縦波垂直探触子、即ち、第
ｌ図に示す構成の低周波ダンパーが装着された低周波縦
波垂直探触子であり、送信周波数は可変可能となされて
いる。また、当該探触子５２、制御装置５４、出力装置
５５およびオンロスコープ５６により超音波探傷装置が
構成されている。制御装置５４は、以下に説明する版厚
測定のための種々の演算を行うばかりでなく、当該超音
波探傷装置の全体の制御を行うものである。出力装置５
５は、ＣＲＴ等の適当な表示装置あるいはプリンタ等で
構或されている。

第５図（ａ）に示すように、当該測定方法では、一つの
探触子５２が接触媒質５３を介して被検体５１の表面に
当接される。探触子５２から送信され、被検体５１の他
方の面で反射した縦波垂直超音波は、探触子５２で受信
され、第５図（ｂ）に示すようにオシロスコープ５６に
表示される。第５図（ｂ）において、５７は送信波形で
あり、５８は受信波形である。この状態でオペレータは
オシロスコープ５６を観察しながら、反射波の高さが最
も高くなるように超音波深傷装置の送信周波数等の調整
を行う。このことにより被検体５１の材質に適合した周
波数の超音波を使用し、被検体５１中の伝播特性を向上
させることができる。

２７ー そして、反射波の高さが最犬になった時点で制御装置５
４は反射波形を取り込んで波形解析を行い、超音波が送
信されてから反射波が立ち」二がるまでの時間を求め、
当該時間から、予め求められている零補正値を減算して
超音波の被検体５１中の伝播時間Ｔを算出する。そして
、制御装置５４は、伝播時間Ｔ１　　および、予め求め
られている被検体５ｌ中の基準音速Ｖとから下記の（４
）式により被検体５１の版厚Ｄを求め、出力装置５５に
出力する。

Ｄ＝Ｖ−Ｔ／２　　　　　　　　・　（４）以上のよう
にして被検体５１の版厚が求められるのである。なお、
零補正値については第４図（Ｃ）〜（ｅ）で説明したと
同様であるが、基準音速の測定に付いては次のようであ
る。

上記の（４）式から明らかなように、被検体５１の版厚
を求めるには、予め被検体５１中の超音波の基準音速を
知る必要があるが、それは次のようにして測定される。

即ち、第５図（Ｃ）に示すように、送信用探触子５９お
よび受信用探触子６０２８ を被検体５１の促全部に配置し、これら二つの探触子５
９．６０の中心間距離Ｓを所定の値、例えば７０ＩＩｆ
ｆｌに調整する。なお、当該送信用探触子５９，６０と
しては第５図（ａ）に示す測定を行う際に使用する探触
子と同型の、縦波を送信、受信する探触子を使用する。

そして、送信用探触子５９から送信された縦波超音波は
被検体５１中を伝播し、受信用探触子６０で受信され、
図示しないオシロスコープには第５図（ｄ）に示すよう
な波形が表示される。第５図（ｃｌ）において、６１は
送信パルス、６２、６３および６４は、それぞれ第１受
信波、第２受信波、第３受信波の波形を示す。なお、こ
のとき、超音波探傷装置の送信周波数は第１受信波の高
さが最大になるように調整されているものである。

次に、得られた受信波形をシグナルアナライザー（図示
せず）に取り込んで、送信波から第１受信波６２の立ち
上がりまでの時間を求め、当該時ｌから零抽正値を減算
して、被検体５ｌ中の縦波の伝播時間ｔｖｇを求め、下
記の（５）式によりＳ＝７０關の場合の縦波音速Ｖ　ｑ
　Ｑを求める。

Ｖ？Ｑ　　＝　Ｓ　／　ｔ　７９　　　　　　・・・（
５）以上の縦波音速の測定を、中心間距離Ｓが８０ＩＩ
ｈ９０ＩＩＩ１　の場合に付いても同様に行い、得られ
た縦波音速Ｖ　？　ｌｌ＋　Ｖ　ｅ　ｌｌ＋　Ｖ　ｓ　
ｏを用いて下記の（６）式により縦波音速の平均値Ｖ　
ａ　ｖを求め、制御装置５４に格納する。これが基準音
速である。

■、、＝　（Ｖｔｓ　＋Ｖ＠ＩＩ＋ＶｔＩｌ）　／　３
　　−　（６）以上のようにして得られた版厚の４１１
１定精度は±１０ＩＩＩＩ以内であることが確認された
。

以上説明したように、本発明の超音波パルス反射法によ
る構造物の版厚の測定方法においては、以上のように、
本発明の高ダンピング探触子を用いたコンクリートの版
厚の測定方法においては、超音波深傷装置を、従来の単
パルス励振方式に代えて、送信周波数を可変できるよう
にしたので、コンクリート等の被検体の利質に適合した
超音波の送受信が可能となり、これによりコンクリー１
・中の伝描特性を向上でき、その結果、約５　０　０　
−ｍまでの版厚の測定が可能となる。また、従来のコン
クリート用の探触子は低周波ダンパー材は装着されてい
ないものであったが、本発明では低周波ダンパー材が装
着された、高ダンピング探触子を使用するので、所要の
信号を明確に識別することができるものである。更に、
版厚の測定を、従来の垂直二探触子法に代えて、一つの
縦波垂直探触子を使用し、反射法により行うようにした
ので、従来生していた探触子の配置に関する問題等は生
じることがなく、従って測定手法を単純化することがで
きるので、容易に効率よく版厚を測定することができる
ものである。また更に、被検体の基準音速の測定は表面
走査法により被検体の片側から行うので、開口部を有し
ない被検体においても基準音速の測定、そして版厚の測
定を行うことができる。

また、測定精度は±１０ｍｍ以下であり、従来の測定方
法に比較して測定精度を向上させることができるもので
ある。

以上、本発明の高ダンピング探触子を用いた４種の測定
方法を説明したが、従来の探触子には見られない種々の
優れた効果が得られるものであることは明らかであろう
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高ダンピング探触子の１実施例の
構成を示す図、第２図は本発明の高ダンピング探触子を
使用した横波音速の測定方法を説明する図、第３図は本
発明の高ダンピング探触子を使用したコンクリートの内
部空隙の測定方法を説明する図、第４図は本発明の高ダ
ンピング探触子を使用したコンクリートの圧縮強度の推
定方法を説明する図、第５図は本発明の高ダンピング探
触子を使用したコンクリートの版厚の測定方法を説明す
る図、第６図は超音波試験方法を説明する図、第７図は
従来の探触子の構戚を示す図、第８図は従来の探触子の
送信波形の例を示す図である。 ■・・・金属ケース、２・・・前面板、３・・・振動子
、４・・・ダンパー材、５・・・プラグ。 出　　願　　人　清水建設株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動子に低周波ダンパー材が装着されていること
   を特徴とする高ダンピング探触子。