JPH068728B2 - 超音波の伝搬距離の測定方法 - Google Patents
超音波の伝搬距離の測定方法Info
- Publication number
- JPH068728B2 JPH068728B2 JP62250581A JP25058187A JPH068728B2 JP H068728 B2 JPH068728 B2 JP H068728B2 JP 62250581 A JP62250581 A JP 62250581A JP 25058187 A JP25058187 A JP 25058187A JP H068728 B2 JPH068728 B2 JP H068728B2
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- Japan
- Prior art keywords
- propagation distance
- frequency
- subject
- probe
- wave
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波の伝搬距離を測定する方法に係わり、
特にコンクリート、アスファルト、セラミックス等の減
衰度の高い非金属材料に対して好適な伝搬距離の測定方
法に関する。
特にコンクリート、アスファルト、セラミックス等の減
衰度の高い非金属材料に対して好適な伝搬距離の測定方
法に関する。
［従来の技術］ 超音波の伝搬距離の測定は、音速が既知の被検体の伝搬
時間を測定し、音速と伝搬時間の積から伝搬距離を求め
る二探触子による透過法で被検体の厚さ測定などに利用
されるが、超音波の伝搬距離の測定対象が被検体の平面
上の二点間や前記厚さの場合等は、超音波を利用して測
定するよりもむしろスケール等の測定具を使用した方が
精密に測定することが可能である。しかし被検体内部を
しかも欠陥等を屈折して伝搬するような場合の超音波の
伝搬距離は、前記スケール等では全く測定することがで
きず、非破壊的に測定するにはやはり前記の音速と伝搬
時間とにより測定する方法が一般的な方法であった。
時間を測定し、音速と伝搬時間の積から伝搬距離を求め
る二探触子による透過法で被検体の厚さ測定などに利用
されるが、超音波の伝搬距離の測定対象が被検体の平面
上の二点間や前記厚さの場合等は、超音波を利用して測
定するよりもむしろスケール等の測定具を使用した方が
精密に測定することが可能である。しかし被検体内部を
しかも欠陥等を屈折して伝搬するような場合の超音波の
伝搬距離は、前記スケール等では全く測定することがで
きず、非破壊的に測定するにはやはり前記の音速と伝搬
時間とにより測定する方法が一般的な方法であった。
他方、ＣＲＴ上に出現する欠陥エコーの位置が超音波の
伝搬距離に比例することから、ＣＲＴ上でビーム路程を
読みとることにより伝搬距離が計算され、欠陥の位置が
判定される方法がある。しかしこのような方法は、前記
音速と伝搬時間とにより伝搬距離を測定し被検体の厚さ
を測定する例の方法とともに、鋼材等の減衰度の低い材
質を対象とし数ＭHzの比較的高い周波数を使用した場合
に使用されるもので、コンクリート等の非金属材料の場
合には、減衰度が鋼材等に比べて格段に大きく、必然的
に使用する周波数が20k Hz〜300k Hzの低い周波数を使
用せざるを得なくなり、送信パルス幅が広くしたがって
受信波の立ち上がり位置も不明確となり、上記鋼材等で
使用可能な方法でも使用することはできない。また従来
伝搬距離の測定上必要であった伝搬時間もかなりばらつ
き実用的に問題があった。
伝搬距離に比例することから、ＣＲＴ上でビーム路程を
読みとることにより伝搬距離が計算され、欠陥の位置が
判定される方法がある。しかしこのような方法は、前記
音速と伝搬時間とにより伝搬距離を測定し被検体の厚さ
を測定する例の方法とともに、鋼材等の減衰度の低い材
質を対象とし数ＭHzの比較的高い周波数を使用した場合
に使用されるもので、コンクリート等の非金属材料の場
合には、減衰度が鋼材等に比べて格段に大きく、必然的
に使用する周波数が20k Hz〜300k Hzの低い周波数を使
用せざるを得なくなり、送信パルス幅が広くしたがって
受信波の立ち上がり位置も不明確となり、上記鋼材等で
使用可能な方法でも使用することはできない。また従来
伝搬距離の測定上必要であった伝搬時間もかなりばらつ
き実用的に問題があった。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記の問題点に鑑み、特にコンクリートやア
スファルト等の減衰度の高い非金属材料に対して精度よ
く測定することができる超音波の伝搬距離の測定方法を
提供することを目的とする。
スファルト等の減衰度の高い非金属材料に対して精度よ
く測定することができる超音波の伝搬距離の測定方法を
提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明の超音波の伝搬距離の測
定方法は、被検体上に間隔を設けて送信用および受信用
の探触子を当接し、送信用の探触子より前記被検体に低
周波数の超音波を入射し被検体に表面波を発生させ、こ
の被検体表面を伝搬した前記表面波に基づく超音波信号
を前記受信用の探触子に受信させ、この受信した信号の
パワースペクトラムが最大となる周波数を周波数分析器
により求め、このパワースペクトラムが最大となる周波
数に基づき超音波の伝搬距離を測定することを特徴とす
る。
定方法は、被検体上に間隔を設けて送信用および受信用
の探触子を当接し、送信用の探触子より前記被検体に低
周波数の超音波を入射し被検体に表面波を発生させ、こ
の被検体表面を伝搬した前記表面波に基づく超音波信号
を前記受信用の探触子に受信させ、この受信した信号の
パワースペクトラムが最大となる周波数を周波数分析器
により求め、このパワースペクトラムが最大となる周波
数に基づき超音波の伝搬距離を測定することを特徴とす
る。
［作用］ 上記構成中に示す周波数分析器を介して表示した受信信
号のパワースペクトラムが最大となる周波数（以下中心
周波数という）は、測定対象とする被検体の減衰度が大
きいために超音波の伝搬距離の変化量に応じて明瞭に変
化する。例えば被検体上に当接した送信用および受信用
の探触子間に超音波を伝搬させ、被検体表面を伝搬する
表面伝搬波の周波数分析器を介して表示した中心周波数
についてみると、前記探触子間距離すなわち表面伝搬波
の伝搬距離が増加するに伴い中心周波数の出現帯域が低
周波数側へ移動して表示される。この現象は被検体の大
きい減衰度のために伝搬距離の増加につれて高周波成分
が減衰し中心周波数が比例的に低くなるために、あたか
も中心周波数が低周波数側へ移動しているように見える
ことによる。上記伝搬距離が減少する場合は、増加する
場合と反対に中心周波数の出現帯域は高い側へ移動する
ように表示される。
号のパワースペクトラムが最大となる周波数（以下中心
周波数という）は、測定対象とする被検体の減衰度が大
きいために超音波の伝搬距離の変化量に応じて明瞭に変
化する。例えば被検体上に当接した送信用および受信用
の探触子間に超音波を伝搬させ、被検体表面を伝搬する
表面伝搬波の周波数分析器を介して表示した中心周波数
についてみると、前記探触子間距離すなわち表面伝搬波
の伝搬距離が増加するに伴い中心周波数の出現帯域が低
周波数側へ移動して表示される。この現象は被検体の大
きい減衰度のために伝搬距離の増加につれて高周波成分
が減衰し中心周波数が比例的に低くなるために、あたか
も中心周波数が低周波数側へ移動しているように見える
ことによる。上記伝搬距離が減少する場合は、増加する
場合と反対に中心周波数の出現帯域は高い側へ移動する
ように表示される。
本発明は上記中心周波数の出現帯域の変化量を評価指標
とし、伝搬距離との相関関係を利用して伝搬距離を測定
するものである。
とし、伝搬距離との相関関係を利用して伝搬距離を測定
するものである。
［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面により説明する。第１図は
本発明による超音波の伝搬距離の測定方法を適用した一
実施例を示す図である。図において、１はコンクリート
ブロックの表面1aに開口したき裂４を有する被検体で、
縦×横×長さの寸法が200×200×800（単位mm）の鉄筋
の入っていない直方体で、呼び強度は210kg／cm2であ
る。またコンクリートの配合は表１の通りである。
本発明による超音波の伝搬距離の測定方法を適用した一
実施例を示す図である。図において、１はコンクリート
ブロックの表面1aに開口したき裂４を有する被検体で、
縦×横×長さの寸法が200×200×800（単位mm）の鉄筋
の入っていない直方体で、呼び強度は210kg／cm2であ
る。またコンクリートの配合は表１の通りである。
前記き裂４の幅Ｗは０．２mmで、コンクリートブロック
作成時ポリエチレンシートを挿入し24時間後に取り除い
て形成したものである。き裂深さｄは０mmから100mmま
で20mmピッチに変えたものとなっている。
作成時ポリエチレンシートを挿入し24時間後に取り除い
て形成したものである。き裂深さｄは０mmから100mmま
で20mmピッチに変えたものとなっている。
被検体１の表面1aにはき裂４を挟んで送信用の探触子２
と受信用の探触子３が対向して配置されている。き裂４
と探触子２との距離はＬ1、探触子３との距離はＬ2であ
る。使用した探触子２，３は横波斜角探触子（型式0.1
Ｚ24×35Ａ45−ＳＨ）で、コンクリートの横波の音速が
3000m/sの時に入射角45度で横波（ＳＨ波）を入射で
き、かつ受信パルスの立ち上がりを鋭くするためにポリ
ミイド樹脂のくさびを取り付けたものとなっている。測
定に当たって探触子２，３の配置をＬ1＝20mm，Ｌ2＝40
mmとし、被検体１内への超音波の入射をし易くするため
に前記くさびの下に接触媒質としてゴム製の薄板を貼着
している。また探触子２，３の押し付け力は920g/cm2と
した。なおパルサは低周波探傷器を使用した。
と受信用の探触子３が対向して配置されている。き裂４
と探触子２との距離はＬ1、探触子３との距離はＬ2であ
る。使用した探触子２，３は横波斜角探触子（型式0.1
Ｚ24×35Ａ45−ＳＨ）で、コンクリートの横波の音速が
3000m/sの時に入射角45度で横波（ＳＨ波）を入射で
き、かつ受信パルスの立ち上がりを鋭くするためにポリ
ミイド樹脂のくさびを取り付けたものとなっている。測
定に当たって探触子２，３の配置をＬ1＝20mm，Ｌ2＝40
mmとし、被検体１内への超音波の入射をし易くするため
に前記くさびの下に接触媒質としてゴム製の薄板を貼着
している。また探触子２，３の押し付け力は920g/cm2と
した。なおパルサは低周波探傷器を使用した。
き裂先端4aを介して受信された受信波を周波数分析器に
導き、き裂深さｄを０mmから100mmまで20mmピッチに増
しその増加に伴う周波数分布を測定した結果を第２図
(a)〜(f)に示す。代表例として図の(a)はき裂４のない
健全部の場合のもので中心周波数は100k Hzである。同
図(c)はき裂深さｄ＝40mmの場合で中心周波数は97k H
z、同図(f)はき裂深さｄ＝100mmの場合で中心周波数は8
0kHzである。第２図の結果を纒めたものを第３図に示
す。図の横軸はき裂深さｄ（mm）、縦軸は中心周波数ｆ
（k Hz）を示す。図中〇印が測定値で、一点鎖線で示す
直線は測定値を最小二乗法により求めた回帰線である。
回帰式は次式 ｆ＝0.200714ｄ＋99.9524 ……(1) となり、両者間は直線の回帰となる。この場合の相関係
数γは−0.9836となり良好な相関関係を示している。
導き、き裂深さｄを０mmから100mmまで20mmピッチに増
しその増加に伴う周波数分布を測定した結果を第２図
(a)〜(f)に示す。代表例として図の(a)はき裂４のない
健全部の場合のもので中心周波数は100k Hzである。同
図(c)はき裂深さｄ＝40mmの場合で中心周波数は97k H
z、同図(f)はき裂深さｄ＝100mmの場合で中心周波数は8
0kHzである。第２図の結果を纒めたものを第３図に示
す。図の横軸はき裂深さｄ（mm）、縦軸は中心周波数ｆ
（k Hz）を示す。図中〇印が測定値で、一点鎖線で示す
直線は測定値を最小二乗法により求めた回帰線である。
回帰式は次式 ｆ＝0.200714ｄ＋99.9524 ……(1) となり、両者間は直線の回帰となる。この場合の相関係
数γは−0.9836となり良好な相関関係を示している。
上記相関関係は、被検体１がコンクリートであり鋼材等
に比べ減衰度が大きいため、超音波の伝搬距離がき裂深
さｄの増加分だけ延びるにつれて高周波成分が減衰し、
中心周波数ｆが低くなりあたかも低周波数側へ変位して
いるような現象となる。この関係をさらに検証するため
に、上記き裂を有する被検体１の測定の場合と同じ測定
条件でき裂のない健全面について伝搬距離と中心周波数
との関係を測定した。測定結果を第４図および第５図に
示す。第４図(a)〜(h)は、探触子間距離Ｌすなわち表面
伝搬波の伝搬距離を50，100，200，300，400，500，60
0，700mmとした場合の受信波の周波数分布を示すもの
で、伝搬距離の増加に伴い中心周波数ｆの低下している
ことが判る。第５図は第４図の結果および追加測定した
ものをグラフ化したもので、横軸は探触子間距離Ｌ（m
m），縦軸は中心周波数ｆ（k Hz）を示す。図中〇印が
測定値で、一点鎖線で示す直線は測定値を最小二乗法に
より求めた回帰線である。回帰式は次式 ｆ＝0.03406Ｌ＋98.857 ……(2) となり、この場合の相関係数γは−0.922となる。図か
ら判るように多少のばらつきはあるものの伝搬距離の増
加に伴い中心周波数ｆの出現帯域であたかも低い側へ移
動しているように見え、両者間に相関関係のあることを
明瞭に示している。
に比べ減衰度が大きいため、超音波の伝搬距離がき裂深
さｄの増加分だけ延びるにつれて高周波成分が減衰し、
中心周波数ｆが低くなりあたかも低周波数側へ変位して
いるような現象となる。この関係をさらに検証するため
に、上記き裂を有する被検体１の測定の場合と同じ測定
条件でき裂のない健全面について伝搬距離と中心周波数
との関係を測定した。測定結果を第４図および第５図に
示す。第４図(a)〜(h)は、探触子間距離Ｌすなわち表面
伝搬波の伝搬距離を50，100，200，300，400，500，60
0，700mmとした場合の受信波の周波数分布を示すもの
で、伝搬距離の増加に伴い中心周波数ｆの低下している
ことが判る。第５図は第４図の結果および追加測定した
ものをグラフ化したもので、横軸は探触子間距離Ｌ（m
m），縦軸は中心周波数ｆ（k Hz）を示す。図中〇印が
測定値で、一点鎖線で示す直線は測定値を最小二乗法に
より求めた回帰線である。回帰式は次式 ｆ＝0.03406Ｌ＋98.857 ……(2) となり、この場合の相関係数γは−0.922となる。図か
ら判るように多少のばらつきはあるものの伝搬距離の増
加に伴い中心周波数ｆの出現帯域であたかも低い側へ移
動しているように見え、両者間に相関関係のあることを
明瞭に示している。
つぎに本発明の測定方法による測定精度を第６図により
説明する。図は前記第２図および第３図により説明した
コンクリートブロックに設けたき裂深さｄと中心周波数
ｆとの関係の回帰式(1)で計算した値を縦軸とし、実際
のき裂深さdr(mm)を横軸として示したものである。図中
〇印が回帰式(1)で計算した値の推定き裂深さdu(mm)
で、実線はdr＝duを示す線である。この結果誤差の平均
値＝1.083mm，誤差の標準偏差σ＝6.244mmで良好な精
度を示していることが判る。
説明する。図は前記第２図および第３図により説明した
コンクリートブロックに設けたき裂深さｄと中心周波数
ｆとの関係の回帰式(1)で計算した値を縦軸とし、実際
のき裂深さdr(mm)を横軸として示したものである。図中
〇印が回帰式(1)で計算した値の推定き裂深さdu(mm)
で、実線はdr＝duを示す線である。この結果誤差の平均
値＝1.083mm，誤差の標準偏差σ＝6.244mmで良好な精
度を示していることが判る。
上記の如く本発明の測定方法は、周波数分析器を介した
中心周波数の出現帯域の変化量と伝搬距離との相関関係
を利用して伝搬距離を測定するものであるから、使用す
る超音波のモードはいずれのモードでもよく、また被検
体を伝搬した超音波の受信波が得られれば測定すること
ができるから、伝搬時間を利用する場合のように受信波
の立ち上がり位置を問題にすることもなく測定すること
が可能である。具体的な測定に際しては、各種の測定対
象物について前記第３図に示すような回帰線または回帰
式を作成し、それとの対比により測定値を得ることにな
るが、測定が精度よく簡単にできることから例えば曲面
の二点間の距離やコンクリート構造物の壁厚、アスファ
ルト舗装の厚さ等の測定も可能である。
中心周波数の出現帯域の変化量と伝搬距離との相関関係
を利用して伝搬距離を測定するものであるから、使用す
る超音波のモードはいずれのモードでもよく、また被検
体を伝搬した超音波の受信波が得られれば測定すること
ができるから、伝搬時間を利用する場合のように受信波
の立ち上がり位置を問題にすることもなく測定すること
が可能である。具体的な測定に際しては、各種の測定対
象物について前記第３図に示すような回帰線または回帰
式を作成し、それとの対比により測定値を得ることにな
るが、測定が精度よく簡単にできることから例えば曲面
の二点間の距離やコンクリート構造物の壁厚、アスファ
ルト舗装の厚さ等の測定も可能である。
［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明は、被検体を伝搬した超音波
の受信信号を、周波数分析器を介して表示した中心周波
数の出現帯域の変化量を評価指標とし、伝搬距離との相
関関係を利用して伝搬距離を測定するようにしたから、
特にコンクリートやアスファルト等の減衰度の高い非金
属材料に対して、超音波の伝搬距離を容易に精度よく測
定することができる顕著な効果を有する。
の受信信号を、周波数分析器を介して表示した中心周波
数の出現帯域の変化量を評価指標とし、伝搬距離との相
関関係を利用して伝搬距離を測定するようにしたから、
特にコンクリートやアスファルト等の減衰度の高い非金
属材料に対して、超音波の伝搬距離を容易に精度よく測
定することができる顕著な効果を有する。
図面はいずれも本発明の実施例に係わる説明図で、第１
図はコンクリート表面における探触子の設置状況と超音
波の伝搬径路を示す図、第２図はコンクリートブロック
のき裂深さの増加に伴う周波数分布の変化を示す図、第
３図は第２図におけるき裂深さと中心周波数との関係を
纒めた図、第４図はコンクリートブロックのき裂のない
健全面における探触子間距離と中心周波数との関係の変
化を示す図、第５図は第４図における関係をグラフ化し
た図、第６図はコンクリートブロックのき裂深さの測定
精度を示す図である。
図はコンクリート表面における探触子の設置状況と超音
波の伝搬径路を示す図、第２図はコンクリートブロック
のき裂深さの増加に伴う周波数分布の変化を示す図、第
３図は第２図におけるき裂深さと中心周波数との関係を
纒めた図、第４図はコンクリートブロックのき裂のない
健全面における探触子間距離と中心周波数との関係の変
化を示す図、第５図は第４図における関係をグラフ化し
た図、第６図はコンクリートブロックのき裂深さの測定
精度を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】被検体上に間隔を設けて送信用および受信
用の探触子を当接し、送信用の探触子より前記被検体に
低周波数の超音波を入射し被検体に表面波を発生させ、
この被検体表面を伝搬した前記表面波に基づく超音波信
号を前記受信用の探触子に受信させ、この受信した信号
のパワースペクトラムが最大となる周波数を周波数分析
器により求め、このパワースペクトラムが最大となる周
波数に基づき超音波の伝搬距離を測定することを特徴と
する超音波の伝搬距離の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62250581A JPH068728B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 超音波の伝搬距離の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62250581A JPH068728B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 超音波の伝搬距離の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0194205A JPH0194205A (ja) | 1989-04-12 |
| JPH068728B2 true JPH068728B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=17210018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62250581A Expired - Lifetime JPH068728B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 超音波の伝搬距離の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH068728B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02293661A (ja) * | 1989-05-09 | 1990-12-04 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 低周波用の斜角探触子 |
| JPH09506974A (ja) * | 1994-03-15 | 1997-07-08 | エナジー アンド エンヴァイロメンタル テクノロジーズ コーポレイション | 選択した距離から伝搬された超音波を探知する装置およびその方法 |
| JP5050699B2 (ja) * | 2006-07-19 | 2012-10-17 | 東レ株式会社 | 繊維強化プラスチックの成形状況モニタリング方法 |
| CN104019777A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-09-03 | 西安热工研究院有限公司 | 汽轮机叶片表面开口裂纹深度的超声测量方法 |
-
1987
- 1987-10-06 JP JP62250581A patent/JPH068728B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0194205A (ja) | 1989-04-12 |
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