JPH04301760A - 横波超音波による超音波測定方式 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、横波超音波による超
音波測定方式に関し、詳しくは、横波二探触子法により
コンクリートやモルタル等のセメントを用いた構造物（
以下セメント構造物）などの強度試験について低周波超
音波測定を行う場合に適する横波測定方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】建築物の保有耐久力の診断のためにコン
クリート構造体がどの程度の強度を有しているか、特に
経年劣化したコンクリート構造物の強度の判定について
非破壊的で簡便な評価の方法の開発についての要望が建
築業界や資材業界をはじめ各種分野に強くある。現在、
コンクリート強度を判定する場合などに最も直接的な方
法として採用されているのは、コンクリート構造体から
直接コアサンプルを採取してこれに対して強度試験を試
みることである。しかし、これは、構造体に部分的に損
傷を加えることになり、手間と費用の点から好ましい方
法ではない。

【０００３】このような手段を採らずに簡便かつ非破壊
的に行う構造物の現場強度試験方法として、現在シュミ
ットハンマによる反発硬度測定法や超音波パルス速度法
、そしてこれらの併用法などが用いられている。この中
で超音波パルス速度法は、縦波の音速を用いて行うもの
であって、比較的簡便な方法として利用価値が高い。 しかし、現在のところ論理的あるいは実験的な研究の域
にあって、実用的なものになってはいない。コンクリー
ト等の構造物を透過する超音波の周波数は、８ｋＨｚ〜
８００ｋＨｚ程度であり、金属材料の場合と比較して２
桁以上も低い。そのため、超音波の指向性は非常に鈍く
、また、パルスを使用しているためにその論理的な解析
が難しいというのが実用化をはばんでいる。その結果、
超音波を利用するコンクリート構造体の強度評価は、精
度的にみても、また、信頼性から言っても実用の面から
みてほど遠いところにある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、発明者等は、
研究を重ね、その結果として縦波の音速のみならず横波
の音速や減衰率を利用することでより実用的なコンクリ
ート構造体の強度評価方法を見い出した。しかし、低周
波領域で横波発生型超音波プローブを利用してコンクリ
ート構造体の音速や減衰率を測定した場合には横波とと
もに縦波が発生し、これが横波測定での障害となり超音
波測定が難しくなる。この発明は、このような問題点を
解決するものであって、横波の超音波を利用して超音波
測定を行う場合に縦波と横波とが混在した状態でも横波
の先頭位置が容易に検出できる横波超音波による超音波
測定方式を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の横波超音波に
よる超音波測定方式の特徴は、送信プローブが少なくと
もほぼ円形のプローブであって、送信プローブと受信プ
ローブの振動方向が９０度ずれて配置され、受信プロー
ブで受信した信号のうち信号が位相反転している位置を
横波超音波の先頭位置として検出するものである。

【０００６】

【作用】このように、送信プローブをほぼ円形のプロー
ブとし、受信プローブの振動方向を９０度ずらせること
により、横波とともに発生する縦波に対してこれより９
０度位相のずれた横波を受信することができ、これらの
位相の相違で縦波と横波との区別ができる。その結果、
受信信号において位相反転位置を検出すれば、その位置
が横波の先頭位置になる。

【０００７】

【実施例】図１は、この発明の横波超音波による超音波
測定方式を適用した一実施例の測定状態と受信波形の説
明図であり、図２は、測定システム全体の説明図、図３
は、横波発生型円形プローブの振動形態の説明図、図４
は、横波発生型プローブの振動動作についての説明図で
ある。図１の（ａ）に示す送信プローブ１，受信プロー
ブ２は、それぞれ横波発生型の超音波プローブ（円板型
プローブ）であって、例えば、その外径Ｒが４０ｍｍφ
（図３参照）、その厚みＤが２０ｍｍの幅（図３参照）
であり、材質としてはＰＺＴであってポアソン比が０．
３程度の材料である。このような送信プローブ１，受信
プローブ２を用い、図２に示すように送信プローブ１を
試験体６の下側に設け、上側に受信プローブ２を配置し
、送信プローブ１と受信プローブ２とによりコンクリー
ト構造体である試験体６を上下で挟み、透過法によって
この試験体６における横波の減衰率と音速とを測定する
。 なお、７は、低周波超音波計測器であって、ここでは、
１００ｋＨｚの周波数を用いて測定を行う。

【０００８】ここで、送信プローブ１と受信プローブ２
とは、その振動方向が９０度ずれて配置されている。図
１の（ａ）に示す断面図において、送信プローブ１の振
動方向を矢印で示すように、試験体６に対して送信側プ
ローブ１が紙面に平行な上下方向で横振動するのに対し
て符号で示すように受信プローブ２が紙面に垂直方向に
横振動する。この受信プローブ２により変換された電気
信号としての受信波形は、（ｂ），（ｃ）に示すように
、送信側プローブ１の横波振動に応じて同時に発生する
縦波成分３がその伝播速度が速いことから先に受信され
て現れ、その後に伝播速度の遅い横波成分４が現れる。 送信プローブ１と受信プローブ２との振動方向が同じ場
合には、これらが連続して図（ｃ）のような状態の受信
信号となり、どこからが横波の先頭位置か分からない。 しかし、（ａ）に示すように、送信プローブ１の振動方
向に対して受信プローブ２側を９０度ずらせると、（ｂ
）に示すように縦波と横波との接続点において位相反転
部分５が現れ、ここで縦波と横波とが接続されている状
態が分かる。

【０００９】位相反転部分５が現れるのは、送信プロー
ブ１が円形のプローブであることによるものであって、
図３に示すように、送信プローブ１の振動方向がＸ方向
にあると仮定すると、最初の駆動で矢印Ｘ方向の横振動
が発生し、これが点線で示すような楕円の形態で伸張す
る体積変形が起こるとすると、最初のＸ方向の振動の作
用としてそれに対して９０度ずれた矢印Ｙ方向にもＸ方
向の伸張に応じて収縮し、Ｘ方向の収縮に応じて伸張す
る横振動が発生していると考えられる。この９０度ずれ
たＹ方向の横振動による横波は、Ｘ方向の横方向振動に
より発生する横波に対し、その位相が１８０度ずれる。 そこで、受信プローブ２の配置を送信プローブ１に対し
て９０度ずらせることでこの位相の横波を検出すること
ができる。一方、Ｘ方向の横振動に対応して厚さ方向Ｄ
にはポアソン比に応じた縦方向の変形が生じ、これによ
る縦波が発生する。その振動は、Ｘ方向の横波振動にそ
の位相が対応している。その結果として前記（ｂ）に示
すような位相反転部分５を伴った受信信号波形が受信プ
ローブ２を介して得られる。

【００１０】ここで、横波超音波の伝播時間は、図４の
（ａ）に示すように、まず、送信プローブ１と受信プロ
ーブ２とを直接９０度ずらせた形態で接触させて送信波
からの時間ｔｏ　をスレッシュホールドＶＴＨを越えた
受信信号の位置で検出して測定し、次に、同図（ｂ）に
示すように、送信プローブ１と受信プローブ２とにより
試験体６を挟んで直接９０度ずらせた形態で送信波から
の同様な時間ｔｍ　をスレッシュホールドＶＲ　を越え
た受信信号の位置で検出し、これらの差の時間ｔをｔ＝
ｔｍ　−ｔｏ　により求めることができる。なお、スレ
ッシュホールドＶＲ　は、受信波の立上がり位置の電圧
であって、電圧Ｖｍａｘ　から所定の係数Ｒをかけて求
められる値である。

【００１１】実際の測定に当たって位相反転部分５の位
置の検出は、オシロコープ上で得られる図１の（ｂ）の
受信波形を観察して位相の反転している位置（位相反転
部分５）までの時間ｔを読取ることでもよいが、図４の
（ｂ）に示すように位相反転部分５に対応させてゲート
５ａを設定してスレッシュホールドを設けることで容易
に等価的に位相反転位置を検出を検出でき、ここまでの
時間を求めることで、時間ｔｏ　，時間ｔｍ　を求める
ことがきる。このように送信プローブ１と受信プローブ
２との振動方向を９０度ずらせることで縦波と横波が混
在してもオシロコープ上で明確に横波の先頭位置が判別
でき、横波の先頭位置を検出することができる。

【００１２】以上説明してきたが、実施例における測定
周波数や測定対象は一例であって、この発明は、必ずし
もコンクリート構造体での測定に限定されるものではな
い。また、送信プローブは、横波の振動方向に対して９
０度ずれた位置で横波振動が発生するような形態の円形
であればよく、完全な円形である必要はない。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明にあって
は、送信プローブをほぼ円形のプローブとし、受信プロ
ーブの振動方向を９０度ずらせることにより、横波とと
もに発生する縦波に対してこれより９０度位相のずれた
横波を受信することができ、これらの位相の相違で縦波
と横波との区別ができる。その結果、受信信号において
位相反転位置を検出すれば、その位置が横波の先頭位置
になり、横波発生型プローブを使用した場合に必然的に
発生する縦波に対して特別に発生防止手段を講じなくて
も正確に横波超音波による超音波測定が可能になり、そ
の測定が単にプローブの配置だけで簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　図１は、この発明の横波超音波による超音
波測定方式を適用した一実施例の測定状態と受信波形の
説明図である。

【図２】　　図２はその測定システムの全体的な説明図
である。

【図３】　　図３は横波発生型円形プローブの振動形態
の説明図である。

【図４】　　図４は横波発生型プローブの振動動作につ
いての説明図である。

【符号の説明】

１…送信プローブ、２…受信プローブ、３…縦波成分、
４…横波成分、５…位相反転部分、６…試験体、７…低
周波超音波計測器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　横波発生型超音波の送信プローブによ
   り横波超音波を被検体に対して照射し、この被検体を透
   過した超音波を横波型の受信プローブで受信することに
   より超音波測定を行う超音波測定方式において、前記送
   信プローブは少なくともほぼ円形のプローブであって、
   前記送信プローブと前記受信プローブの振動方向が９０
   度ずれて配置され、前記受信プローブで受信した信号の
   うち信号が位相反転している位置を前記横波超音波の先
   頭位置として検出することを特徴とする横波超音波によ
   る超音波測定方式。
2. 【請求項２】　　信号の位相反転位置は、オシロコープ
   上で表示される透過波の映像により検出することを特徴
   とする請求項１記載の横波超音波による超音波測定方式
   。
3. 【請求項３】　　オシロコープ上で表示される透過波の
   映像により観測される信号の位相反転位置に対応してゲ
   ートを設定して横波超音波の先頭位置を検出することを
   特徴とする請求項２記載の横波超音波による超音波測定
   方式。