JPH0579965A - 圧縮強度自動測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被測定体の圧縮強度が弱く、かつ信号レベルが
低いために生じる読み取り誤差を低減し、正確な内面伝
播時間の測定を可能とする。 【構成】ドラム缶１の上部側面に送振子２と受振子３を
対向して配置する。送振子２には高圧パルス発生器４を
接続し、受振子３には増幅器７，Ａ／Ｄ変換器14，イン
ターフェイス10および計算機11を順次接続している。高
圧パルス発生器４はＡ／Ｄ変換器14に接続している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波による被測定体た
とえばドラム缶内に投入された放射性廃棄物をセメント
等で固めたコンクリート固化体の圧縮強度を自動非破壊
的に測定するための圧縮強度自動測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低レベル放射性廃棄物を 200リッ
トルドラム缶内に投入し、セメント等で固化したコンク
リート固化体の圧縮強度を非破壊分析法によって測定し
ている。

【０００３】超音波によるコンクリート固化体の非破壊
分析法は超音波の伝播速度が一軸圧縮強度と相関関係が
あることを利用し、送振子および受振子を被測定体のド
ラム缶表面に押し付け、伝播速度を測定することにより
行う。伝播速度と一軸圧縮強度の関係は図６に示したよ
うに相関関係があるため、伝播速度を外部から測定する
ことにより一軸圧縮強度の測定が可能である。なお、図
６は 200リットルコンクリート固化体の内部の標本をく
り抜き破壊分析によって求めた圧縮強度と、標本の取得
前にドラム缶外超音波測定の結果、得られたコアとドラ
ム缶外との伝播速度の関係を示している。

【０００４】測定値の代表点としては通常図７に示した
ようにドラム缶１の側面部の同一高さに送振子２と受振
子３とを設置し、測定を行う方式が採られている。図７
は超音波による圧縮強度測定装置の配置関係を概念的に
示しており、図中、符号４は圧着機構を、５は支持杆を
示している。

【０００５】伝播時間の測定には、通常伝播波形をオシ
ロスコープにより観察し、表面波等のノイズ信号を経験
的に判別し、伝播時間を目視で測定している。しかしな
がら、目視測定では時間が要り、かつ放射線被曝等の観
点から好ましくないので、これらの固化体等を対象とし
た自動化装置が開発されている。

【０００６】コンクリート固化体のドラム缶表面からの
自動計測に関しては従来図７に示したようにドラム缶１
の両側面に送振子２と受振子３を圧着させ、伝播時間を
測定することにより伝播速度を求める方式が採られてい
る。伝播速度の測定に関わる信号処置としては図８に示
した信号処理回路が採られている。図８中、符号６は高
圧発生回路、７はゲート回路、８は信号発生回路、９は
増幅器、10はディスクリミネーション回路、11はカウン
タ回路、12はインターフェイス、13は計算機である。

【０００７】即ち、送振子２を高圧パルス発生器により
高電圧で励起すると同時にスタートパルスを発生し、一
定時間遅らせた後、ゲート回路７に入力、開状態とす
る。一方、信号発生回路８によりクロック信号がゲート
回路７に供給されており、カウンタ回路11を起動させ
る。一方、受振子３側ではディスクリミネーション回路
10で一定のトリガレベルを超えたものに対して受振トリ
ガパルスを発生させ、ゲート回路７を閉状態としクロッ
ク信号を停止する。伝播時間はクロック信号の数として
カウンタ回路11に測定される。

【０００８】受振波形はドラム缶１の内部の充填物を透
過するものの他、ドラム缶１の鋼板を伝播する成分の両
者がある。圧縮強度が充分強い場合、即ち、充填物内の
伝播時間とドラム缶１を形成する鋼板の伝播速度（5300
ｍ／sec ）の比が両者の伝播経路の長さの差（直径と円
周の１／２距離の比＝π／２）以上であると、鋼板を伝
播する信号は内面を伝播してくる信号よりも遅いため、
図９に示すように測定上影響をもたらさない。

【０００９】しかしながら、測定対象試料の圧縮強度が
比較的弱い場合、図10に示したように表面波は内面波よ
りも速く伝達する。図10中、ａは圧縮強度が強い場合
を、ｂは圧縮強度が弱い場合を示し、Ｌs は送振子と受
振子間の外周距離、Ｖs は鋼板中の伝播速度（＝5300ｍ
／sec ）である。

【００１０】表面波が内面波に比べて無視し得る場合、
トリガレベルは充分低いことが望ましい。信号レベルが
低い場合、トリガレベルが高く設定されていると、図11
に示すように内面波の信号伝播時間を誤って長く測定し
てしまうことがある。なお、図11はトリガレベルを変え
ることによりドラム缶の表面波の影響を除く方法につい
て示したもので、たて軸は波高を、よこ軸は時間を示し
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面波
が先に伝播し、かつ信号レベルが内面波に比べて無視し
得ない場合、単一の受振子側トリガレベルを低く設定す
るが、固定の場合には測定が不可能になることがある。
この理由はトリガレベルが低く設定されているためで、
先に伝播してくる内面波の信号レベルによりゲートが閉
じられてしまい実際の内面波に比べて伝播時間を短く計
測してしまう。

【００１２】こうした不都合なケースに対しての判定を
行うため、図12に示すようにドラム缶１の側面に送振子
２と複数の受振子３，３ａを配置した第２の従来例が提
案されている。この第２の従来例はドラム缶１の同一面
の対象位置に設けた受振子３の他に、中心とのなす角度
90°位置にもう一つの受振子３ａを配置し、円周方向の
距離比率（表面波２倍）、直線距離の距離比率（２倍）
の差を利用して測定値の正誤判定を行う圧縮強度測定装
置である。

【００１３】しかしながら、この第２の従来例について
も次に述べる課題がある。即ち、受振子３，３ａの両者
に差があった場合、いずれの値を真とするかについての
判定は不可能である。また、受振子３の他にさらに受振
子３ａを一台設ける必要があり、信号処理回路の構成上
複雑になる。さらに、トリガレベルが一定に固定されて
いるため、被測定体の圧縮強度が弱く、伝播時間が遅
く、しかも内部を伝播してくる信号のレベルが低い場合
にはトリガを行うタイミングの遅れを生ずる。

【００１４】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、被測定体の圧縮強度が弱く、かつ信号レベル
が低いために生じる読み取り誤差を低減し、かつ表面波
による測定妨害を取り除き、正確な内面伝播時間の測定
を可能とする圧縮強度自動測定装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は被測定体の表面
に超音波送振子および受振子を対向して接触配置し、送
振トリガ発生時間と受振トリガ発生時間との差から伝播
信号の伝播速度を求め、予め求められた一軸圧縮強度と
伝播速度間の関係から圧縮強度を求める圧縮強度自動測
定装置において、前記受振子で測定される伝播信号の信
号波形を前記送振子によるトリガ信号をかけたＡ／Ｄ変
換器により直接計算機に取り込み時間と信号レベルとを
デジタル化し、伝播時間とトリガレベルとの関係曲線を
求める信号処理回路、または外部から受振トリガレベル
が可変なディスクリミネーション回路を設け、前記受振
子の伝播信号の受振トリガレベルを数段階に変え、伝播
信号とトリガレベルとの関係曲線を求める信号処理回路
および内面波の伝播速度を弁別する手段を備えたことを
特徴とする。

【００１６】

【作用】信号レベルの低い場合、または表面波が混在し
ている場合には、正しい値を与えないことを防ぐため、
Ａ／Ｄ変換器によるデジタライザにより波形取り込みを
行い、計算機によりトリガレベルを可変とする。これに
より、予め被測定体の性状が悪く、伝播信号が低い場合
で、かつ表面波が無視し得ることが予想される場合には
トリガレベルを低く設定する。また、被測定体の性状が
不明で、表面波が混在することが予想される場合には、
複数のトリガレベルを設定してそれぞれの信号伝播速度
の計算値のトリガレベルによる変化率および表面波が存
在したとして想定される伝播経路から計算される伝播時
間との比較から内部伝播信号および表面波との弁別を行
う。

【００１７】

【実施例】図１から図４を参照しながら本発明に係る圧
縮強度自動測定装置の第１の実施例を説明する。図１に
おいて、被測定体として例えば低レベルの放射性廃棄物
がセメント等で固められたコンクリート固化体が収容さ
れたドラム缶１の上部側面に送振子２と受振子３が対向
して圧着機構（図示せず）を介して配置されている。送
振子２には高圧パルス発生器６が接続されている。

【００１８】受振子３には増幅器９、Ａ／Ｄ変換器14、
インターフェイス12および計算機13が順次接続されてい
る。高圧パルス発生器６はＡ／Ｄ変換器14に接続してお
り、トリガ信号を送信する。送振子２には一定時間毎に
高圧パルス発生器６から高圧パルス信号が印加され、そ
れに伴う励磁により一定周期の超音波が発生する。

【００１９】一方、高圧パルス信号と同時にトリガパル
スが発振する。発生した超音波はドラム缶１の固化体内
面を伝播し、受振子３および増幅器９により電気信号に
変換される。受振子３からの信号は前記トリガパルスを
スタートパルスとしてＡ／Ｄ変換器14により一定時間毎
にデジタル信号に変換され、プロセスメモリに収納され
る。Ａ／Ｄ変換器14の変換ビット数は８ビット以上、変
換スピードは10MC／sec 以上が望ましい。

【００２０】プロセスメモリからの信号はインターフェ
ース12を介して計算機13に取り込まれる。計算機13に
は、図２に示す形式の情報が取り込まれ、複数のトリガ
レベルＤi を設定することによりそれぞれに対応した伝
播時間Ｔi が計算される。

【００２１】図２は受振子３の出力波形およびトリガレ
ベル伝播時間測定値の関係を示している。図３および図
４にトリガレベルＤi と伝播時間測定値Ｔi の関係を示
すグラフの例を表面波が無視し得る場合および無視し得
ない場合の双方に関して示す。表面波が無視し得る場
合、伝播時間は最初のプラトーの値として求められる。

【００２２】一方、表面波の影響のある場合、ドラム缶
１の缶材を通過する表面波の伝播速度Ｖs が一定（5300
ｍ／sec ）であることから表面伝播経路Ｌs の比で求め
られる伝播速度時間の近傍に図４に示した小さなプラト
ーを生じることとなり、これについては弁別が可能であ
る。さらにディスクリレベルを上げた場合、高い位置に
次の比較的大きなプラトーを生じることになり、伝播時
間は当該プラトーの開始時間として測定される。

【００２３】このように、表面波の有無により正確な伝
播時間は、１番目あるいは２番目のプラトーの開始時間
に相当する伝播時間として求めることができ、こうした
ディスクリ特性の変化率を解析することにより、信号レ
ベルの低い場合、もしくは表面波が混在している場合に
も、適当な表面波の影響の少ない適当なトリガレベルの
設定が可能となる。

【００２４】次に図５を参照して本発明の第２の実施例
を説明する。なお、図５中、図９と同一部分には同一符
号を付して重複する部分の説明は省略する。本実施例で
は図９に示したディスクリミネーション回路10の代わり
に外部の計算機により変更可能な、もしくは内部回路で
変更可能な基準電圧発生器15および比較回路16を設けた
ことにある。本実施例ではトリガレベルが可変なディス
クリミネーション回路を構成し、受振子３の信号は基準
電圧を超えた場合、ゲート回路７に閉信号を発生する。
これにより前記第１の実施例と同様なトリガレベル−伝
播時間計測値の関係曲線を求めることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、受振子側のディスクリ
レベルを変更することによって得られるディスクリレベ
ルと伝播時間の関係曲線から信号の伝播時間を読み取る
もので、信号レベルに応じた自動変更が可能である。そ
のため、被測定体の表面を伝播する表面波との弁別が可
能となり、また信号波の減衰が著しい場合の正確な伝播
時間の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧縮強度自動測定装置の第１の実
施例を示すブロック図。

【図２】図１において受振子の出力波形およびトリガレ
ベル伝播時間との関係を示す曲線図。

【図３】図１においてトリガレベルと伝播時間計測値と
の関係を示す曲線図。

【図４】図１においてトリガレベルとＬs ／Ｕs との関
係を示す曲線図。

【図５】本発明に係る圧縮強度自動測定装置の第２の実
施例を示すブロック図。

【図６】従来の技術を説明するためのコアとドラム缶外
との伝播速度との関係を示す特性図。

【図７】従来の圧縮強度測定装置の第１の例を示す配置
図。

【図８】従来の圧縮強度自動測定装置の信号処理回路を
示すブロック図。

【図９】図８において内面波と表面波との相対関係を示
す概念図。

【図１０】図８において内面波と表面波との圧縮強度の
関係を示す波形図。

【図１１】図８においてトリガレベルによるドラム缶表
面波の除去手段を示す概念図。

【図１２】従来の圧縮強度自動測定装置の第２の例の要
部を示す上面図。

【符号の説明】

１…ドラム缶、２…送振子、３…受振子、４…圧着機
構、５…支持杆、６…高圧パルス発生器、７…ゲート回
路、８…信号発生回路、９…増幅器、10…ディスクリミ
ネーション回路、11…カウンタ回路、12…インターフェ
イス、13…計算機、14…Ａ／Ｄ変換器、15…基準電圧発
生器、16…比較回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定体の表面に超音波送振子および受
   振子を対向して接触配置し、送振トリガ発生時間と受振
   トリガ発生時間との差から伝播信号の伝播速度を求め、
   予め求められた一軸圧縮強度と伝播速度間の関係から圧
   縮強度を求める圧縮強度自動測定装置において、前記受
   振子で測定される伝播信号の信号波形を前記送振子によ
   るトリガ信号をかけたＡ／Ｄ変換器により直接計算機に
   取り込み時間と信号レベルとをデジタル化し、伝播時間
   とトリガレベルとの関係曲線を求める信号処理回路、ま
   たは外部から受振トリガレベルが可変なディスクリミネ
   ーション回路を設け、前記受振子の伝播信号の受振トリ
   ガレベルを数段階に変え、伝播信号とトリガレベルとの
   関係曲線を求める信号処理回路および内面波の伝播速度
   を弁別する手段を備えたことを特徴とする自動圧縮強度
   測定装置。