JPS6050471A - 超音波施工面検測装置 - Google Patents

超音波施工面検測装置

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JPS6050471A
JPS6050471A JP15800983A JP15800983A JPS6050471A JP S6050471 A JPS6050471 A JP S6050471A JP 15800983 A JP15800983 A JP 15800983A JP 15800983 A JP15800983 A JP 15800983A JP S6050471 A JPS6050471 A JP S6050471A
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Sumitaka Kihara
木原 純孝
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UNYUSHO KOWAN GIJUTSU KENKYUSHO
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UNYUSHO KOWAN GIJUTSU KENKYUSHO
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or 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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、防波堤など水中構造物としての捨石マウン
ド面を超音波パルス反射法を用いて検測する超音波施工
面検測装置に関し、複数個の送受波用振動子をクロス状
に配列し、一対象物に超音波ビームの焦点がくるように
振動子をそれぞれ凹面に取付けた、いわゆる凹面配置ク
ロスアレイ型送受波方式を用いて水平方向の分解能を向
上させ、この送受波器を二次元的に(幾械的走査をづる
ことによって三次元立体反則データを取i’J L/、
受波系に画像処理回路を有して画像の忠実性を向上させ
、C,RTに三方向断層像及び三次元映像を表示し、か
つX−Yプロッタなど二次元記録装置を接続することに
よって捨石平坦度をディジタルで記録しうる機能を有し
、大水深海域において捨石均し面平坦度を精度Jζく検
測Jる超音波施工面検測装置に関するものである。
最近の港湾は、船舶のけい留、停泊施設の大型化、安全
性の追求、環境条件向上などにより、沖合防波堤の建設
など大水深海域に水中’IJ造物を建造するようになっ
てぎた。
従来、防波堤等の建設における水中構造物の族コニ精度
の確認はすべて潜水夫にたよっているのが現状である。
潜水業務はその特殊性から「高気圧障害防止規則」など
により安全衛生慎理上、作業内容が限定?、A 3ff
jされている。そのため港湾の大水深化に伴って、潜水
夫による作業内容および作業mが大きな制約を受けるこ
とから、これら施工面の検測は、質的、足面にも困難と
なる。そこで、港湾工事の効率性、経済性および構造物
の安全性を図る上で、潜水夫にかわる超音波検測を中心
とした新しい技術開発の方向をめざず必要があった。
本発明は、こうした港湾工事i’J tri洋工事従事
者の強い要望にこたえるために発明されたものである。
負′!1図は、この発明の構成を示づ一電気回路系統図
であって、1は線状に配列した振動子群で構成された対
象物に焦点を結ぶように凹面配回された電気信号を超音
波信号に変換づる送波器、2は送波器1に高周波1・−
ンバースト波電圧を1ハf8づ゛る高周波発振器、3は
捨石なとの検測対9物から反射してきた超音波パルスを
電気信号に変換する受波器であり、送波器1と交差する
ように取り付()られており、対象物に焦点を結ぶよう
に送波器1と同様、受渡用振動子群を凹面に配置してい
る。
また、送波器1の入力と受渡器3の出力には遅延回路4
が設けられ、高置?1M発振器2の出力信号と受波器3
の出ツノ仇居の位相をシフ1〜して焦点を1点で結ぶよ
うにしている。
遅延回路4を通った受渡器3からの信号は受波蓋群和差
接続切換器5に入力される。これは、対象物の角、縁な
ど、超音波の波長に比べて小さい曲率半径をもった尖鋭
な部分を強調して記録したい場合に使用するものであり
、水平方向分解能に影響を及ぼす超音波ビームを狭くす
る手段として受波器3からの出ツノを2つに分【ブ、そ
の和及び差をとる和差方式による受信波の狭ビーム化を
利用しており、この和及び差を切替えるものである。切
替器5かeIffられた受信波信号の和或いは差の信号
は微弱な電気信号であるから増幅器6によって増幅し、
検波器7で検波したあと、超音波の距離の増大に伴なう
拡散減衰を補償するために5TC(SensiNvit
y ”rime Control)回路8に供給する。
以上の増幅器6〜STC回路8までで信号処理された受
信アナログ信号は、A/D変換器9によりディジタル信
号に変換されて演算処理器10に供給される。演紳処理
器10には対象物の角や縁を強調するために前記和差接
続切替−5による受波レベルの和及び差を計算する回路
、及び対象物の受波レベルと基準面の受波レベルとの比
を計算して対象物のレベルを強調するための計算回路が
含J、れている。この演算処理器10によって得られた
情報は、ディジタルメモリ(RAM>13に記憶される
一方、11はX−Y位置検出器であり、送波器1及び受
波器3の水平面での位置を検出し、制御回路12に入力
づ−る。制御回路12では発振器2の発振制御や増幅器
6の増幅度の調整、X−Y位置検出器11や演算処理器
10からのXYZアドレスや対応する受波レベルのデー
タなどをメモリ13に対しての込み、読み出しの制御を
行なっている。メモリ13から読み出された信号はD7
/△変換器14によってアナログ信号に変換され、その
出力はCRT装置15に表示したり、X−Yブロック1
6に記録したりして対象物の位置や状態を表示する。
第2図は第1図の送受波器部分の構成である凹面配置ク
ロスアレイ型送受波器の原理図を示している。図におい
て、17は本体、1は電気信号を超音波信号に変換する
送波器、3は対象物から反射してきた超音波信号を電気
信号に変換する受波器であり、それぞれ複数個の送波及
び受波振動子群が凹面型に1列あるいは複数列に配置さ
れており、また、図のように送波器1と受波器3とが交
差するようにクロス状に取i=Jけられた構造となって
いる。また、18は海底、19は送波器1による海底1
8における分解面積、20は受渡器3による海底にお(
プる分解面積である。そして、送波器1における分解面
積19と受波器3による分解面積20の重累した分解面
積21が、この送受波器の分解面積となり、分解面積が
非常に小さくなり水平分解能が向上することがわかる。
また、上述のように対象物を高分解能で探査するため、
対象物に焦点を結ぶよう送受波器ともに凹面状に送受波
用振動子を配列している。
つぎに、室内及び現地実験によって、この装置の有効性
が実証されたので、その慨要を述べる。
クロスアレイ型の品分カフ能を実証するために、500
及び200 K Hz送受波器ユニツ1へを2 tfl
絹み合わぜて、送受波器ユニットを91行に並べて全体
の送受波面をj[方形とした多素子方式、各送受波器ユ
ニットをクロス上に配置したクロス方式の2方式の送受
波器を用いて、1111角の小型水槽に1 、、/ 1
0縮尺対象物モデルとして、長方形コンクリートブロッ
ク(30X30X50mm>を用いて検測実験を行った
。実験は水平分’A’l fiヒ、斜入剣反躬レベルの
測定である。実験の結果、多素子、クロス式の水平分解
能を比較づると分解幅の狭いクロス式の方が水平分解能
がよいことがわかった。
また、ブロック表面の受波レベルと水底の受波レベルと
の比をとると対象物のレベルが顕著となり水平分解能が
向上することもわかった。更に、2個の受波器素子の印
出ツクと差出力との比をとるデータ処理をすると、対象
物が斜めになっている場合、対象物の角や縁からの受波
レベルが顕著となることがわかった。
以上のモデル実験の結果をふまえ、直径5m。
高さ10口)の大型実験水槽において、対象物に実物大
の模型(38x39x50cmコンクリートブロック製
)を用いた室内実験を行った。使用した送受波器は、上
記モデル実験で使用した送受波器8ユニツトをそれぞれ
組合せて、多素子、クロスアレイ型、凹面配置クロスア
レイ型の3秤類である。実験の結果、凹面配置クロスア
レイ型の送受波器が水平分解能がよいことがわかった。
また、対象物の受波レベルと水底の受渡レベルの比をと
るデータ処理をすると、対象物の受波レベルが強調され
、分解能向上に有効であることがわかった。
なお、クロスアレイ型送受波器の実用性を実証するため
に捨石投入海域で現地実験を行った。使用した送受波器
は、クロスアレイ型、多素子型、及び従来方式の円板型
送受波器である。実験の結果、クロスアレイ型の方が反
射特性及び分解能がよいことがわかった。
以上、室内実験でも現地実験でも凹面配置り[1スアレ
イ型が捨石など施工面検測には有効であ七ンことがわか
った。
第3図は、この発明の装置を用いて捨石均し1,1の平
坦度を検測する際の実施例を示した図であ二で、(a 
)図は測量船にこの装置を搭載して、11走しながら捨
石マウンドの荒均し面を検測する場合を示している。(
b)図は捨石マウンドの本均し而を高N度で検測するた
め、送受波器を捨石マウンド面にiQ置した架台に取付
けて検測する場合を示している。(a)図において、2
2は測量船であり、その水中下の側面にこの発明の装置
23が取付(プられており、そこから送出された超音波
ご−ム24が海底26にある対象25を検測する。
また、(b)図においては、支援船27の甲板にこの装
置の水体17が取付【ノられ、)Iη底26にある対象
物25の上方には架台29が海底26に設置され−(い
る。架台29にはX−Y平面を移動可能なように送受波
器23が取付けられてJ3す、本体17とは電源や送受
波信号伝送用のケーブル28によって接続されている。
第4図は、この発明の装置にCRT 亡X −Yプロッ
タを接続して対象物を表示、記録する場合の実施例を示
し、(a )図は水平面(X −、Y )を表示、記録
する場合であり、任意の深度(Z)における断層の水平
(X−Y)断面が表示記録できる。
図において、X−Y面は所定司法のメツシュ30に分割
されて、基準面の高さをM準として、Z力面(深度)の
凹凸をカラーによる色分(プや濃淡による識別により表
示記録でき、−目でその平坦度がわかるようになってい
る。(b)図は断面図(X−Z、Y−Z)を表示記録す
る場合で、任意の位置(Y軸又はX軸)の断面図(X−
Z、Y−7)が表示記録でき、設計断面31と、検測断
面32とを同時に表示記録できる。(C)図は、XYZ
の三次元データをコンピュータで処理して二次元画像と
して表示記録する場合であって、33は三次元表示記録
された捨石マウンドの画像によリ、−目で施工状況がわ
かり、施工管理が容易となる。
以上β1明したように、本発明の波釘を使用すれば、従
来高水圧の影響で潜水夫の水中施工が困難であった大水
深港湾工事15海洋土木工事等において潜水夫にかわっ
て測ωの自動化、省力化が図られ、能率的かつ安全な施
工が容易となる。
なお、本装置は防波堤等基礎どしての捨石マウンドの平
坦度や形状副側のみならず、;清密な検測ヤ)三次元画
像を1、ミ示記録がでさること力日ら、海底掘削跡や水
中構逍物形状計測等、i/Ij(′4、港湾、河川、湖
沼等の水中土木工事にβ5ける施工管理シス−jムとし
て利用覆ることができる。
【図面の簡単な説明】
図面(よこの発明の実施例を示し、第1図はこの発明の
電気回路系統図、第2図(ユ凹面配置りロスアレイ型送
受波器の原理図、第3図はこの発明の装置を作業船に装
置して施工面検測作業をづる1月合の実施例図、第4図
はこの発明の装置にCII TやX−Yプロッタを接続
して施工面の画像を表示記録する場合の実施例図を示し
たものである。 1 送波器 2 高周波光(g器 3 受波器 4 遅延回路 5 受波蓋群和差接続切替器 6 増幅器 7 検波器 8 STC回路 9 Δ/D変換器 10 演算処理器 11 X−Y位置検出器 12 制御回路 13 ディジタルメモリ14 D/A
変換器 15 CRT装置 16 X−Yブロック17 本体 
18.26 海底 23 送受波器 24 超音波ビーム 25 対象物 27 支12j船 28 ケーブル 29 架台 30 メッシコ 31 設計断面

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 超音波を送波する複数個の送波振動子群を凹面型に配列
    した送波手段と、送波手段からの超音波を受波づ−る複
    数個の受渡振動子を前記送波振動子群と交差しかつ1点
    で焦点を結ぶように凹面型に配列した送受波方式と、受
    波手段からの出力を2つに分けその和及び差をとり両者
    の比を演算する手段及び検測対象物と海底との各受波レ
    ベルの比を演算する手段どを含む演樟処理手段と、演算
    手段から出力される情報を記憶する記憶手段と、記憶手
    段に横築されている情報を読み出し前記検測対象物の状
    態を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする、超
    音波施工面検測装置。
JP15800983A 1983-08-31 1983-08-31 超音波施工面検測装置 Granted JPS6050471A (ja)

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JPH0156395B2 JPH0156395B2 (ja) 1989-11-29

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