JP6861969B2 - Elastic wave transmission / reception probe, measuring device and measuring method using this - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリートの物性及び欠陥について非破壊試験をする測定技術に係り、特に弾性波を利用した非破壊試験に用いる弾性波送受信プローブ、これを用いた測定装置及び測定方法に関する。 The present invention relates to a measurement technique for performing a non-destructive test on the physical properties and defects of concrete, and particularly relates to an elastic wave transmission / reception probe used for a non-destructive test using elastic waves, a measuring device and a measuring method using the same.
コンクリートに関する物性及び欠陥については、種々の試験方法で試験又は点検されている。コンクリートの物性及び欠陥評価における評価指標としての弾性波伝播特性(伝播速度、振幅及び周波数スペクトル)の特徴とその役割を明確にする必要がある。このコンクリートの物性に関してはセメントの凝結硬化性状が評価対象となる。コンクリートの欠陥に関しては、曲げ・ひび割れ深さ及び注入材の充填度、疲労によるコンクリート内部のひび割れ、鉄筋腐食に伴う鉄筋コンクリート界面の状況、PCグラウト(プレストレスコンクリート注入材)の充填度等が評価対象となる。 Physical properties and defects related to concrete are tested or inspected by various test methods. It is necessary to clarify the characteristics and role of elastic wave propagation characteristics (propagation velocity, amplitude and frequency spectrum) as evaluation indexes in concrete physical properties and defect evaluation. Regarding the physical properties of this concrete, the coagulation hardening property of cement is the subject of evaluation. Regarding concrete defects, bending / crack depth and filling degree of injection material, cracks inside concrete due to fatigue, reinforced concrete interface condition due to reinforcing bar corrosion, filling degree of PC grout (prestressed concrete injection material), etc. are evaluated. It becomes.
セメントの凝結硬化性状、曲げ、ひび割れ、深さについて種々の非破壊試験方法がある。更に、注入材の充填度、疲労によるコンクリート内部のひび割れ、鉄筋腐食に伴う鉄筋コンクリート界面の状況について種々の非破壊試験方法がある。例えば、弾性波を利用した非破壊試験には、衝撃弾性波法、超音波法等がある。その他に、打音によりコンクリート中に弾性波を発生させ、この弾性波がコンクリート表面から空気中に放射されたものを測定する打音法がある。この打音法はコンクリートのひび割れ及び剥離、内部空隙範囲の検出に利用されている。更に、コンクリートのひび割れに伴って発生し伝搬する弾性波を検出し、コンクリート表面にAE変換子(センサ)を設置して検出するアコースティック・エミッション(AE Acoustic Emission)法がある。このAE法はコンクリートのひび割れの発生・進展位置の検出に利用されている。 There are various non-destructive testing methods for cement hardening properties, bending, cracking and depth. Further, there are various non-destructive test methods for the filling degree of the injection material, cracks inside the concrete due to fatigue, and the state of the reinforced concrete interface due to the corrosion of the reinforcing bar. For example, non-destructive tests using elastic waves include impact elastic wave methods, ultrasonic methods, and the like. In addition, there is a tapping sound method in which elastic waves are generated in concrete by tapping sound and the elastic waves radiated from the concrete surface into the air are measured. This tapping method is used to detect cracks and peeling of concrete and the range of internal voids. Further, there is an acoustic emission method that detects elastic waves generated and propagated due to cracks in concrete by installing an AE converter (sensor) on the concrete surface. This AE method is used to detect the occurrence / extension position of cracks in concrete.
衝撃弾性波法は、入力装置としてハンマ、鋼球等が用いられる。この入力装置は主に人の作業により駆動される。受信装置は加速度センサ、AEセンサ等が用いられる。この試験方法の弾性波は、波長が長く、エネルギーが大きいという性質がある。この試験方法は、再現性のある弾性波を入力することが困難であるが、実構造物での実績が多い。 In the impact elastic wave method, a hammer, a steel ball, or the like is used as an input device. This input device is mainly driven by human work. An acceleration sensor, an AE sensor, or the like is used as the receiving device. The elastic wave of this test method has the property of having a long wavelength and a large amount of energy. Although it is difficult to input reproducible elastic waves in this test method, there are many achievements in actual structures.
一方、超音波法は、入力装置として探触子、AEセンサ等が用いられる。この入力装置は電圧の制御で駆動される。受信装置は探触子、AEセンサ等が用いられる。この試験方法の弾性波は、波長が短く、エネルギーが小さいという性質がある。この試験方法は、再現性のある弾性波を入力することが可能であるが、実構造物での実績が少ない。 On the other hand, in the ultrasonic method, a probe, an AE sensor, or the like is used as an input device. This input device is driven by voltage control. A probe, an AE sensor, or the like is used as the receiving device. The elastic wave of this test method has the properties of short wavelength and low energy. This test method can input reproducible elastic waves, but there are few achievements in actual structures.
衝撃弾性波法によるコンクリートの物性及び欠陥についての非破壊試験に関する技術として、例えば特許文献1の特開2000−131290公報「コンクリートの非破壊検査装置」のように、外力を加えられたコンクリートから発生する振動を振動信号として検出する信号検出手段と、上記振動信号を複数の所定の周波数帯域毎の時系列信号に変換する変換手段と、上記時系列信号の最大値を上記周波数帯域毎に抽出する抽出手段と、上記各最大値をあらかじめ設定された上記周波数帯域毎の振動基準値と比較する比較手段とを備えたコンクリートの非破壊検査装置が提案されている。
As a technique for non-destructive testing of the physical properties and defects of concrete by the impact elastic wave method, for example, as in
このように衝撃弾性波法は、測定が容易であり、入力する弾性波の波長が長く、エネルギーが大きいため減衰しにくく、コンクリートの実構造物での計測においてよく利用されている。しかし、弾性波の入力にハンマや鋼球を使用するため、打撃する人によりその打撃力が均一になりにくく、測定誤差が生じやすいという問題を有していた。 As described above, the impact elastic wave method is easy to measure, has a long wavelength of input elastic wave, and has a large energy, so that it is difficult to be attenuated, and is often used for measurement in a concrete actual structure. However, since a hammer or a steel ball is used for inputting elastic waves, there is a problem that the striking force is difficult to be uniform depending on the striking person, and a measurement error is likely to occur.
また、衝撃弾性波法は、コンクリート構造物の表面が打撃により塑性変形、場合によっては表面の一部が破壊することがあった。そのため、打撃による入力波形や得られる弾性波の指標にばらつきが生じやすいという問題を有していた。 Further, in the impact elastic wave method, the surface of the concrete structure may be plastically deformed by impact, and in some cases, a part of the surface may be destroyed. Therefore, there is a problem that the input waveform due to the impact and the index of the obtained elastic wave tend to vary.
本発明の発明者は、磁性体に巻き付けた導線に電流を流すことで大きな歪みを生じさせることが可能な磁歪に着目した。更に水の非圧縮性流体としての特性に着目した。そこで、磁歪現象を活用して水を発信プローブ(発信子)として駆動させ、かつ水をコンクリート構造物とのカップリング(接合、接触)にも併用することで、コンクリート構造物の中へ弾性波を入力させることができると考えた。同様に受信プローブ(受信子)にもこの水の非圧縮性流体としての特性を利用できると考えた。この技術をコンクリート構造物等の検査対象物に接触する探針、即ちプローブ(probe)に応用できると考えた。 The inventor of the present invention has focused on magnetostriction, which can cause large distortion by passing an electric current through a conducting wire wound around a magnetic material. Furthermore, we focused on the characteristics of water as an incompressible fluid. Therefore, by utilizing the magnetostrictive phenomenon to drive water as a transmitter probe (transmitter) and also using water for coupling (joining, contacting) with a concrete structure, elastic waves are introduced into the concrete structure. I thought I could have them enter. Similarly, it was considered that the characteristics of this water as an incompressible fluid could be utilized for the receiving probe (receiver). We thought that this technology could be applied to a probe, that is, a probe, which comes into contact with an inspection object such as a concrete structure.
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、水の非圧縮性流体としての特性を利用し、かつ衝撃弾性波法と超音波法の特長を利用した弾性波の発信プローブ、受信プローブを用いることで、再現性のある弾性波特性から、コンクリートの実構造物における内部欠陥や品質の評価への適用が可能であり、精度の高い評価結果が得られる弾性波送受信プローブ、これを用いた測定装置及び測定方法を提供することにある。 The present invention has been devised to solve such a problem. That is, an object of the present invention is reproducibility by using elastic wave transmitting and receiving probes that utilize the characteristics of water as an incompressible fluid and that utilize the features of impact elastic wave method and ultrasonic method. An elastic wave transmission / reception probe that can be applied to the evaluation of internal defects and quality in actual concrete structures and can obtain highly accurate evaluation results due to its elastic wave characteristics, measuring devices and measuring methods using this. Is to provide.
本発明の弾性波送受信プローブは、検査対象物(m)に弾性波を入力し、該検査対象物(m)において伝播した弾性波を受信して非破壊試験をする際に用いる弾性波送受信プローブ(1)であって、
発振子として機能させる導線(21)が巻回された強磁性体コア(2)と、該強磁性体コア(2)を受振子として機能させる受信センサ(3)とから成る磁歪センサ(4)と、
前記磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)の一部を底部から突出させた、一部がベローズ(19)から成る有底筒形状の液体充填筒部(5)と、該液体充填筒部(5)に形成された、検査対象物(m)に水密状に当てるカップ部(6)とから成り、該カップ部(6)が首振り可能、かつ伸縮自在に形成されたウォーターチャンバー(7)と、を備え、
前記ウォーターチャンバー(7)のカップ部(6)を検査対象物(m)の表面に当て、この検査対象物(m)と前記液体充填筒部(5)から形成された空間に液体を充填し、該液体充填筒部(5)内に液体を充填した状態で前記磁歪センサ(4)を駆動し、発生させた弾性波を、この充填した液体を発信プローブとして該検査対象物(m)内に入力し、
検査対象物(m)の表面に当てた前記液体充填筒部(5)内の液体を受信プローブとして、該検査対象物(m)で伝播した弾性波を前記受信センサ(3)で受信するように構成した、ことを特徴とする。
The elastic wave transmission / reception probe of the present invention is an elastic wave transmission / reception probe used when an elastic wave is input to an inspection object (m) and the elastic wave propagated in the inspection object (m) is received to perform a non-destructive test. (1)
A magnetostriction sensor (4) composed of a ferromagnetic core (2) around which a conducting wire (21) that functions as an oscillator is wound, and a receiving sensor (3) that causes the ferromagnetic core (2) to function as a receiver. When,
A bottomed tubular liquid-filled cylinder (5) having a part of the ferromagnetic core (2) of the magnetostrictive sensor (4) protruding from the bottom and partly made of a bellows (19), and the liquid filling. formed in a tubular portion (5), Ri consists cup portion directing the watertight shape (6) to the test object (m), the cup portion (6) is swingably and elastically formed water With a chamber (7)
The cup portion (6) of the water chamber (7) is applied to the surface of the inspection object (m), and the space formed from the inspection object (m) and the liquid filling cylinder portion (5) is filled with a liquid. The magnetostrictive sensor (4) is driven in a state where the liquid is filled in the liquid filling cylinder portion (5), and the generated elastic wave is used as a transmitting probe in the inspection object (m) using the filled liquid as a transmitting probe. Enter in
The liquid in the liquid filling cylinder (5) applied to the surface of the inspection object (m) is used as a receiving probe, and the elastic wave propagated by the inspection object (m) is received by the receiving sensor (3). It is characterized by being configured in.
前記ウォーターチャンバー(7)は、前記カップ部(6)に液体を注入する注入口(6a)と、液体を排出する排出口(6b)をそれぞれ具備したものである。 The water chamber (7) is provided with an injection port (6a) for injecting a liquid into the cup portion (6) and a discharge port (6b) for discharging the liquid.
本発明の弾性波送受信プローブを用いた測定装置は、検査対象物(m)について、弾性波を利用して非破壊試験をする弾性波送受信プローブを用いた測定装置であって、
発振子として機能させる導線(21)が巻回された強磁性体コア(2)と、該強磁性体コア(2)を受振子として機能させる受信センサ(3)とから成る磁歪センサ(4)と、
前記磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)の一部を底部から突出させた有底筒形状の液体充填筒部(5)と、該液体充填筒部(5)に形成された、検査対象物(m)に水密状に当てるカップ部(6)とから成るウォーターチャンバー(7)と、
前記磁歪センサ(4)と前記ウォーターチャンバー(7)とを収容する有底筒形状のホルダー(16)と、
前記ウォーターチャンバー(7)のカップ部(6)を検査対象物(m)に当てる吸着機構と、
検査対象物(m)の表面に接する2個の調節子(15)が、前記ウォーターチャンバー(7)のカップ部(6)を支持する前記ホルダー(16)と共に可動し、該ウォーターチャンバー(7)が検査対象物(m)の表面に接する角度を可変する位置調節機構(14)と、
前記磁歪センサ(4)を駆動する電流発生装置(22)と、を備え、
前記ウォーターチャンバー(7)のカップ部(6)を、前記吸着機構を用いて検査対象物(m)の表面に当て、この検査対象物(m)と液体充填筒部(5)から形成された空間に液体を充填し、前記液体充填筒部(5)内に液体を充填した状態で前記磁歪センサ(4)を、前記電流発生装置(22)で駆動し、発生させた弾性波を、この充填した液体を発信プローブとして該検査対象物(m)内に入力し、
検査対象物(m)の表面に当てた前記液体充填筒部(5)内の液体を受信プローブとして、該検査対象物(m)で伝播した弾性波を前記受信センサ(3)で受信するように構成した、ことを特徴とする。
The measuring device using the elastic wave transmitting / receiving probe of the present invention is a measuring device using an elastic wave transmitting / receiving probe that performs a non-destructive test on an object (m) to be inspected by using elastic waves.
A magnetostriction sensor (4) composed of a ferromagnetic core (2) around which a conducting wire (21) that functions as an oscillator is wound, and a receiving sensor (3) that causes the ferromagnetic core (2) to function as a receiver. When,
A bottomed cylinder-shaped liquid-filled cylinder portion (5) in which a part of the ferromagnetic core (2) of the magnetostrictive sensor (4) is projected from the bottom, and a liquid-filled cylinder portion (5) formed in the liquid-filled cylinder portion (5). A water chamber (7) including a cup portion (6) that is watertightly applied to the inspection object (m), and a water chamber (7).
A bottomed tubular holder (16) for accommodating the magnetostrictive sensor (4) and the water chamber (7), and
An adsorption mechanism that abuts the cup portion (6) of the water chamber (7) against the inspection object (m), and
Two regulators (15) in contact with the surface of the object to be inspected (m) move together with the holder (16) supporting the cup portion (6) of the water chamber (7), and the water chamber (7) A position adjustment mechanism (14) that changes the angle of contact with the surface of the inspection object (m), and
A current generator (22) for driving the magnetostrictive sensor (4) is provided.
The cup portion (6) of the water chamber (7) was applied to the surface of the inspection object (m) using the adsorption mechanism, and was formed from the inspection object (m) and the liquid filling cylinder portion (5). The space is filled with a liquid, and the magnetostrictive sensor (4) is driven by the current generator (22) in a state where the liquid is filled in the liquid filling cylinder (5), and the generated elastic wave is generated. The filled liquid is input into the inspection object (m) as a transmission probe, and the filled liquid is input into the inspection object (m).
The liquid in the liquid filling cylinder (5) applied to the surface of the inspection object (m) is used as a receiving probe, and the elastic wave propagated by the inspection object (m) is received by the receiving sensor (3). It is characterized by being configured in.
前記吸着機構は、前記ウォーターチャンバー(7)のカップ部(6)の周囲に複数の吸着パッド(10)が取り付けられたものである。 The suction mechanism is such that a plurality of suction pads (10) are attached around the cup portion (6) of the water chamber (7).
本発明のプローブを用いた測定方法(衝撃弾性波法)は、検査対象物(m)について、弾性波を利用して非破壊試験をする弾性波送受信プローブ(1)を用いた測定方法であって、
検査対象物(m)の表面に、磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)の一部を底部から突出させた、一部がベローズ(19)から成る有底筒形状の液体充填筒部(5)と、該液体充填筒部(5)に形成された、検査対象物(m)に水密状に当てるカップ部(6)とから成り、該カップ部(6)が首振り可能、かつ伸縮自在に形成されたウォーターチャンバー(7)を当て、
検査対象物(m)と前記液体充填筒部(5)から形成された空間に液体を充填した状態で、前記磁歪センサ(4)を駆動し、発生させた弾性波を、この充填した液体を発信プローブとして該検査対象物(m)内に入力し、
検査対象物(m)の表面に当てた前記液体充填筒部(5)内の液体を受信プローブとして、該検査対象物(m)で伝播した弾性波を、前記磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)を受振子として機能させる受信センサ(3)で受信し、
受信した弾性波について、反射エコー、弾性波の周波数、位相それぞれを分析し、検査対象物(m)内部の欠陥、背面空洞の有無、その欠陥の位置までの距離を測定する、ことを特徴とする。
前記弾性波の周波数は、20KHz以下で超音波域より低い周波数域を使用する。
The measurement method using the probe of the present invention (impact elastic wave method) is a measurement method using an elastic wave transmission / reception probe (1) that performs a non-destructive test on an inspection object (m) using elastic waves. hand,
A bottomed cylinder-shaped liquid filling cylinder made of bellows (19), in which a part of the ferromagnetic core (2) of the magnetostrictive sensor (4) is projected from the bottom on the surface of the inspection object (m). part (5), which is formed in the liquid filling tube section (5), Ri consists cup portion directing the watertight shape (6) to the test object (m), the cup portion (6) swingably , And a water chamber (7) formed to be stretchable is applied.
The space formed from the inspection object (m) and the liquid filling cylinder (5) is filled with the liquid, and the magnetostrictive sensor (4) is driven to generate an elastic wave in the filled liquid. Input in the inspection target (m) as a transmission probe,
The liquid in the liquid filling cylinder (5) applied to the surface of the inspection object (m) is used as a receiving probe, and the elastic wave propagated by the inspection object (m) is used as a ferromagnetic wave of the magnetostriction sensor (4). Received by the receiving sensor (3) that makes the body core (2) function as a receiver,
The feature is that the received elastic wave is analyzed for each of the reflected echo , the frequency and the phase of the elastic wave, and the defect inside the inspection object (m), the presence or absence of the back cavity, and the distance to the position of the defect are measured. To do.
The frequency of the elastic wave is 20 KHz or less, which is lower than the ultrasonic range.
本発明のプローブを用いた測定方法(超音波法)は、検査対象物(m)について、弾性波を利用して非破壊試験をする弾性波送受信プローブ(1)を用いた測定方法であって、
検査対象物(m)の表面に、磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)の一部を底部から突出させた、一部がベローズ(19)から成る有底筒形状の液体充填筒部(5)と、該液体充填筒部(5)に形成された、検査対象物(m)に水密状に当てるカップ部(6)とから成り、該カップ部(6)が首振り可能、かつ伸縮自在に形成されたウォーターチャンバー(7)を当て、
検査対象物(m)と前記液体充填筒部(5)から形成された空間に液体を充填した状態で、前記磁歪センサ(4)を駆動し、発生させた弾性波を、この充填した液体を発信プローブとして該検査対象物(m)内に入力し、
検査対象物(m)の表面に当てた前記液体充填筒部(5)内の液体を受信プローブとして、該検査対象物(m)で伝播した弾性波を、前記磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)を受振子として機能させる受信センサ(3)で受信し、
受信した弾性波について、その到達時間、波形、周波数、位相それぞれの変化を測定位置で読み取り、欠陥を検出する、ことを特徴とする。
前記弾性波の周波数は20KHz以上の超音波域を使用する。
The measurement method (ultrasonic method) using the probe of the present invention is a measurement method using an elastic wave transmission / reception probe (1) for performing a non-destructive test on an inspection object (m) using elastic waves. ,
A bottomed cylinder-shaped liquid filling cylinder made of bellows (19), in which a part of the ferromagnetic core (2) of the magnetostrictive sensor (4) is projected from the bottom on the surface of the inspection object (m). part (5), which is formed in the liquid filling tube section (5), Ri consists cup portion directing the watertight shape (6) to the test object (m), the cup portion (6) swingably , And a water chamber (7) formed to be stretchable is applied.
The space formed from the inspection object (m) and the liquid filling cylinder (5) is filled with the liquid, and the magnetostrictive sensor (4) is driven to generate an elastic wave in the filled liquid. Input in the inspection target (m) as a transmission probe,
The liquid in the liquid filling cylinder (5) applied to the surface of the inspection object (m) is used as a receiving probe, and the elastic wave propagated by the inspection object (m) is used as a ferromagnetic wave of the magnetostriction sensor (4). Received by the receiving sensor (3) that makes the body core (2) function as a receiver,
The received acoustic wave, the arrival time, the read waveform, frequency, and phase of each change in the measurement position, to detect the defect, and wherein the.
The frequency of the elastic wave uses an ultrasonic region of 20 KHz or higher.
上記構成の弾性波送受信プローブ(1)と、これを用いた測定装置(5)では、ウォーターチャンバー(7)のカップ部(6)をコンクリート構造物等の検査対象物(m)の表面に当て、発生させた弾性波をこのカップ部(6)から検査対象物(m)内に入力することができる。非破壊検査の際に重要な検査手段となる弾性波を検査対象物(m)と液体充填筒部(5)から形成された空間に充填された液体を「送信プローブ」として検査対象物(m)内に入力し、また液体充填筒部(5)内の液体を「受信プローブ」して受信する。この弾性波送受信プローブ(1)は水の非圧縮性流体としての特性を利用しているので、弾性波は、検査対象物(m)の表面から直進で伝播する。そこで、弾性波は入力、受信しやすいので、弾性波の指標にばらつきがなく、正確な測定が可能となる。検査対象物(m)の表面に、ある程度の凹凸があってもそれに影響されない。 In the elastic wave transmission / reception probe (1) having the above configuration and the measuring device (5) using the probe, the cup portion (6) of the water chamber (7) is applied to the surface of the inspection object (m) such as a concrete structure. , The generated elastic wave can be input into the inspection object (m) from the cup portion (6). The elastic wave, which is an important inspection means in non-destructive inspection, is used as the inspection target (m), and the liquid filled in the space formed from the liquid filling cylinder (5) is used as the "transmission probe" for the inspection target (m). ), And the liquid in the liquid filling cylinder (5) is received by the "reception probe". Since this elastic wave transmission / reception probe (1) utilizes the characteristics of water as an incompressible fluid, the elastic wave propagates straight from the surface of the inspection object (m). Therefore, since elastic waves are easy to input and receive, there is no variation in the index of elastic waves, and accurate measurement is possible. Even if the surface of the inspection object (m) has some unevenness, it is not affected by it.
また、従来のように人がハンマや鋼球を使用して打撃するものと比較して、打撃力が均一になり、ばらつきのない安定した弾性波を発生させることができる。コンクリート構造物等の検査対象物(m)の表面に接する箇所が、検査対象物(m)と液体充填筒部(5)から形成された空間に充填された液体であるため、ハンマや鋼球のように打撃による塑性変形、表面の一部が破壊するといった不具合が発生しない。 Further, as compared with the conventional case where a person hits with a hammer or a steel ball, the hitting force becomes uniform, and a stable elastic wave without variation can be generated. Since the part in contact with the surface of the inspection object (m) such as a concrete structure is the liquid filled in the space formed by the inspection object (m) and the liquid filling cylinder (5), a hammer or a steel ball There is no problem such as plastic deformation due to impact and partial destruction of the surface.
上記構成の弾性波送受信プローブを用いた測定方法(衝撃弾性波法)では、衝撃波エネルギーの減衰が少ないため、遠くまで弾性波を伝搬させることができる。この弾性波は超音波より周波数が低いため、厚いコンクリートの探査、大規模なコンクリート構造物の試験、点検が可能である。 In the measurement method using the elastic wave transmission / reception probe having the above configuration (shock elastic wave method), since the shock wave energy is less attenuated, the elastic wave can be propagated to a long distance. Since this elastic wave has a lower frequency than ultrasonic waves, it is possible to explore thick concrete, test and inspect large-scale concrete structures.
上記構成の弾性波送受信プローブを用いた測定方法(超音波法)では、コンクリート内部のひび割れの測定に適している。この測定方法は、コンクリート構造物の測定の形状・寸法にあまり制約がない。 The measurement method (ultrasonic method) using the elastic wave transmission / reception probe having the above configuration is suitable for measuring cracks inside concrete. This measuring method does not have much restrictions on the shape and dimensions of the measurement of concrete structures.
本発明の弾性波送受信プローブは、送信プローブ、受信プローブとして機能するウォーターチャンバーを備えた送受信プローブであり、弾性波を利用して非破壊試験をする装置である。 The elastic wave transmission / reception probe of the present invention is a transmission / reception probe provided with a water chamber that functions as a transmission probe and a reception probe, and is a device that performs a non-destructive test using elastic waves.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
<弾性波送受信プローブを用いた測定装置の構成>
図1は本発明の弾性波送受信プローブを用いた測定装置を示す正面図である。図2は本発明の弾性波送受信プローブを用いた測定装置を示す背面図である。
本発明の弾性波送受信プローブ1は、発振子として機能する強磁性体コア2と、この強磁性体コア2を受振子として機能させる受信センサ3とから成る磁歪センサ4と、この強磁性体コア2の一部を底部から突出させた有底筒形状の液体充填筒部5と、液体充填筒部5の開口側に形成されたカップ部6とから構成されたウォーターチャンバー7とを備えた送受信プローブである。ウォーターチャンバー7は、カップ部6を検査対象物mに水密にして当て、この液体充填筒部5内に水などの液体を充填した状態で使用する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Structure of measuring device using elastic wave transmission / reception probe>
FIG. 1 is a front view showing a measuring device using the elastic wave transmission / reception probe of the present invention. FIG. 2 is a rear view showing a measuring device using the elastic wave transmission / reception probe of the present invention.
The elastic wave transmission /
発明の弾性波送受信プローブ1を用いた測定装置8は、この弾性波送受信プローブ1に、これを試験対象物mであるコンクリート構造物の表面に固定するための吸着機構、位置調節機構14、パルス電流発生装置22等を備えた装置である。
The measuring
図示例の吸着機構は、ウォーターチャンバー7を支持する本体部9の上方に2か所、下方に1か所それぞれに吸着パッド10が取り付けられたものである。これらの3か所に配置された吸着パッド10の中央位置に、送受信プローブ1として機能するウォーターチャンバー7が配置されている。ウォーターチャンバー7のカップ部6が検査対象物mの表面に均等な圧力で接し易くするためである。なお、吸着機構を構成する吸着パッド10は3個に限定されない。
In the suction mechanism of the illustrated example,
それぞれの吸着パッド10は、例えばシリコーンゴム製のような柔軟な合成樹脂素材で構成されている。弾性波送受信プローブ1を検査対象物mに当てる構成(吸着機構)は、ウォーターチャンバー7のカップ部6を検査対象物mの表面に均等な圧力で当てることができれば、図示例のような吸着パッド10に限定されずその他の構成のものを用いることができる。例えば、本体部9を後方から押圧する構造のものを用いることができる。
Each
吸着機構を構成する各吸着パッド10には、その中心位置に穴11が開けられ、この穴11にチューブ12を連結し、このチューブ12から吸引装置(図示せず)により吸引するようになっている。そこで、シリコーンゴム製等の柔軟な素材で構成されている吸着パッド10は検査対象物mに容易に吸着させることができる。
A
この本体部9には、この弾性波送受信プローブ1を用いた測定装置8を、検査対象物mに当てる際に持ち手となるハンドル13が2か所に取り付けられている(図2の背面図参照)。
更に、本体部9には位置調節機構14が設けられている。図示例の位置調節機構14は、ウォーターチャンバー7のカップ部6に隣接するように2個のシリコーンゴム製等の柔軟な素材で構成された調節子15が、ウォーターチャンバー7と磁歪センサ4とを収容支持する略箱状のホルダー16と共に、回転板16aに取り付けられている。この回転板16aが回転台16bに回動自在に取り付けられている。この回転台16bは本体部9に取り付けられている。
Further, the
回転板16aには、操作レバー17がカップ部6と反対方向に突出するように取り付けられている。この位置調節機構14により、ウォーターチャンバー7と磁歪センサ4とを収容支持するホルダー16全体が、検査対象物mの表面に均等に接するように調節することができる。
なお、図示例の位置調節機構14は水平方向(xy軸方向)の角度を調節する構成である。これに上下方向(伏角・仰角)への角度を調節する構成を加えて良い。より精緻に位置調節が可能になる。
The operating
The
弾性波送受信プローブ1の構成は、ウォーターチャンバー7(カップ部6)を安定した状態で検査対象物mの表面に当てることができる構造であれば、本体部9の形状、吸着パッド10の配置状態は、図示する形状、配置に限定されない。同様に位置調節機構14の構成も図示例に限定されない。
The structure of the elastic wave transmission /
<ウォーターチャンバーの構成>
図3は本発明の弾性波送受信プローブ部分を断面にした状態を示す測定装置の側面図である。図4はウォーターチャンバーの実施例を示し、(a)は平断面図、(b)は側断面図である。
ウォーターチャンバー7は、磁歪センサ4の強磁性体コア2の一部を底部から突出させた有底筒形状の液体充填筒部5と、液体充填筒部5に形成された、検査対象物mに水密状に当てるカップ部6とから成るものである。ウォーターチャンバー7は、磁歪センサ4と共に箱型のホルダー16に収容されている。
<Structure of water chamber>
FIG. 3 is a side view of a measuring device showing a state in which the elastic wave transmission / reception probe portion of the present invention is cross-sectional. 4A and 4B show an example of a water chamber, where FIG. 4A is a plan sectional view and FIG. 4B is a side sectional view.
The
図示例の液体充填筒部5は、一端にリング状の底板18に強磁性体コア2が貫通固定され、他端の開口にカップ形状のカップ部6を有する。この底板18とカップ部6はベローズ19のようなフレキシブルな構成の部材で連結されている。カップ部6にはシールパッキン20が取り付けられている。検査対象物mと液体充填筒部5から形成された空間に液体を充填したときに水密にするためである。なお、カップ部6が首振り可能であればベローズ19に限定されない。
The liquid-filled
カップ部6は、このベローズ19により磁歪センサ4に対して首振り可能になる。検査対象物mの表面がある程度の傾斜した状態でも適正な角度でカップ部6をその表面に当てることができる。
また、ベローズ19は伸縮が自在になり、検査対象物m表面と磁歪センサ4(強磁性体コア2)先端との間隔を調整することができる。
The bellows 19 allows the
Further, the
<磁歪センサの構成>
図5は磁歪センサの実施例を示し、(a)は平面図、(b)は側面図である。
ウォーターチャンバー7の液体充填筒部5内の液体を駆動させる磁歪センサ4は、発振子として機能させる導線21が巻回された強磁性体コア2と、強磁性体コア2を受振子として機能させる受信センサ3とから構成されている。図示例の強磁性体コア2は、細長い略コの字型のエレメントを複数枚に積層したものである。各エレメントの間はポリイミド樹脂等の絶縁材により絶縁処理している。積層したエレメント即ち強磁性体コア2の各脚部2aには、それぞれ導線21を巻回してある。
<Morcostriction sensor configuration>
5A and 5B show an embodiment of a magnetostrictive sensor, where FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a side view.
The
例えば、磁歪センサ4は、厚さ0.35mmのエレメントを51枚積層し、各エレメントの間は絶縁材より絶縁処理する。積層したエレメント(強磁性体コア2)の脚部2aには、直径1mmの導線21を片脚あたり15回巻回したものを用いた。但し、これらの数値は一例であってこれに限定されないことは勿論である。
For example, in the
<ウォーターチャンバー内における水の充填>
図6はウォーターチャンバー内に水を充填した状態を示す側断面図である。水はグレー部分で表示している。
ウォーターチャンバー7のカップ部6には、液体を注入する注入口6aと、液体を排出する排出口6bをそれぞれ具備している。この注入口6aから水などの液体を注入し、検査対象物mと液体充填筒部5から形成された空間に液体が常時充填されるようにする。なお、余分な液体は排出口6bから排出することで、水圧によりカップ部6(シールパッキン20)と検査対象物mとの接触面から液体が漏れないになっている。このときは内部の液体に気泡が入らないようにする。
なお、一旦検査対象物mと液体充填筒部5から形成された空間に液体を注入した後は、サイホンの原理を利用して、常にこの空間内に液体が充填されるように構成することもできる。
<Filling water in the water chamber>
FIG. 6 is a side sectional view showing a state in which the water chamber is filled with water. Water is shown in gray.
The
After the liquid is once injected into the space formed by the inspection object m and the liquid
本発明の弾性波送受信プローブ1は、磁歪現象を活用したものであり、 水を発信子として駆動かつ検査対象物mであるコンクリート構造物に当てる(カップリング)に利用して、コンクリート構造物(検査対象物m)中へ弾性波を入力する。カップ部6内の水の非圧縮性流体としての特性を利用したものであれば、ウォーターチャンバー7の形状は、検査対象物mと液体充填筒部5から形成された空間に液体(水)が充填され、液体(水)の非圧縮性流体としての特性を利用した構成と磁歪現象を生成する機構を有するものであれば、図示した形状に限定されない。
また、検査対象物mと液体充填筒部5から形成された空間に充填する液体には水を利用したが、非圧縮性流体としての特性を有するものであれば、この水以外のものでも利用できる。
The elastic wave transmission /
In addition, water was used as the liquid to be filled in the space formed from the inspection object m and the liquid
本発明の弾性波送受信プローブ1には、コンクリート構造物等の検査対象物mに接する個所が液体(水)であるため、この検査対象物mの表面に凹凸があっても、その凹凸に影響されずに正確な測定ができる。また、送信プローブが液体(水)であるため、従来の打音ハンマ等による検査対象物mを破損、ひび割れといった不具合も生じない。
同様に、検査対象物mからの弾性波について、ウォーターチャンバー7の液体(水)を受信プローブとして受信センサ3で受信する。
In the elastic wave transmission /
Similarly, regarding the elastic wave from the inspection object m, the liquid (water) in the
<弾性波送受信プローブの衝撃弾性波法としての利用方法の動作説明>
図7は本発明の弾性波送受信プローブを駆動させる状態を示す概略構成図である。
本発明の弾性波送受信プローブ1を衝撃弾性波法の測定に利用する方法について説明する。
先ず、検査対象物mの表面に、ウォーターチャンバー7のカップ部6を検査対象物mの表面に当てる。
この検査対象物mと液体充填筒部5から形成された空間に液体を充填する。
液体充填筒部5内に液体を充填した状態で、パルス電流等の電流発生装置22を用いて磁歪センサ4の強磁性体コア2に巻き付けた導線21に、所定電圧の電流を流す。これにより強磁性体コア2が磁化され、この磁化する過程において、強磁性体コア2の結晶は磁化方向に歪む(磁歪現)。強磁性体コア2が歪むことにより、磁歪センサ4が駆動し、弾性波が発生する。
この弾性波が非圧縮性流体の水を発信子として駆動させ、コンクリート構造物(検査対象物m)の表面に衝撃を与える。これによりコンクリート構造物中へ弾性波が入力される。
<Operation explanation of how to use elastic wave transmission / reception probe as impact elastic wave method>
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a state in which the elastic wave transmission / reception probe of the present invention is driven.
A method of using the elastic wave transmission /
First, the
The space formed from the inspection object m and the liquid
With the liquid-filled
This elastic wave drives the incompressible fluid water as a transmitter and gives an impact to the surface of the concrete structure (inspection object m). As a result, elastic waves are input into the concrete structure.
検査対象物mで伝播した弾性波は、検査対象物mの表面に当てた液体充填筒部5内の液体を受信プローブとして、受信センサ3で受信する。受信した弾性波について、反射エコーや波の周波数、位相などを分析し、内部の欠陥、背面空洞の有無、欠陥の位置までの距離を測定する。弾性波の周波数は、20KHz以下で超音波域より低い周波数域を使用する。
The elastic wave propagated in the inspection object m is received by the receiving
本発明の弾性波送受信プローブ1を用いた衝撃弾性波法では、衝撃波エネルギーの減衰が少ないため、遠くまで弾性波を伝搬させることができる。この弾性波は超音波より周波数が低いため、厚いコンクリートの探査、大規模なコンクリート構造物の試験、点検が可能である。
In the shock elastic wave method using the elastic wave transmission /
<弾性波送受信プローブを超音波法としての利用方法>
本発明の弾性波送受信プローブ1を超音波法の測定に利用する方法について説明する。
先ず、検査対象物mの表面に、ウォーターチャンバー7のカップ部6を検査対象物mの表面に当てる。
この検査対象物mと液体充填筒部5から形成された空間に液体を充填する。
液体充填筒部5内に液体を充填した状態で、この状態で、パルス電流等の電流発生装置22を用いて磁歪センサ4の強磁性体コア2に巻き付けた導線21に、所定電圧の電流を流す。これにより強磁性体コア2が磁化され、この磁化する過程において、強磁性体コア2の結晶は磁化方向に歪む(磁歪現)。強磁性体コア2が歪むことにより、磁歪センサ4が駆動し、弾性波が発生する。
この弾性波が非圧縮性流体の水を発信子として駆動させ、コンクリート構造物(検査対象物m)の表面に衝撃を与える。これによりコンクリート構造物中へ弾性波が入力される。
<How to use elastic wave transmission / reception probe as ultrasonic method>
A method of using the elastic wave transmission /
First, the
The space formed from the inspection object m and the liquid
With the
This elastic wave drives the incompressible fluid water as a transmitter and gives an impact to the surface of the concrete structure (inspection object m). As a result, elastic waves are input into the concrete structure.
検査対象物mで伝播した弾性波は、検査対象物mの表面に当てた液体充填筒部5内の液体を受信プローブとして、受信センサ3で受信する。この受信した弾性波について、その到達時間、波形、周波数、位相などの変化を測定位置で読み取り、欠陥を検出する。弾性波の周波数は20KHz以上の超音波域を使用する。
The elastic wave propagated in the inspection object m is received by the receiving
弾性波送受信プローブ1を用いた超音波法では、コンクリート内部のひび割れの測定に適している。この測定方法(超音波法)は、コンクリート構造物の測定の形状・寸法にあまり制約がない。
The ultrasonic method using the elastic wave transmission /
<弾性波伝搬速度の測定試験>
次に、本発明の弾性波送受信プローブ1の弾性波に関する物性の1つである弾性波伝搬速度について測定した結果を示す。
パルス電流発生装置22により磁歪センサ4の導線21に、印加電圧が150V、パルス幅が5μsの電流を流して動作させた。ピーク値(絶対値):15Aの電流を流し、強磁性体コア2の表面に貼付けた加速度センサ(図示せず)により、磁歪現象により生じる振動の計測を行った。加速度センサは、図示していないが、例えばシアノアクリレートを主成分とした接着剤により強磁性体コア2の表面に貼付けている。使用した加速度センサの周波数応答(±3dB)は、0.2〜20000Hzである。加速度センサで受信した信号は、サンプリング時間間隔0.05μs、サンプリング数200000個でデジタル化した後、波形収集装置に電圧の時刻歴応答波形として記録した。測定ごとのばらつきを把握するため、測定回数は10回に設定した。
<Measurement test of elastic wave propagation velocity>
Next, the results of measuring the elastic wave propagation velocity, which is one of the physical characteristics of the elastic wave transmission /
The pulse
<弾性波伝搬速度の測定結果>
図8は測定時にモニタリングした電流波形と加速度センサで受信した時刻歴波形を加速度に変換した振動波形を示すグラフであり、(a)は電流波形、(b)は磁歪センサの振動波形である。
ここで、図8(b)に示す加速度波形、すなわち磁歪センサ4の振動波形に着目する。先ず、縦軸の最大加速度は、約80Gと極めて大きい値になっていることが確認できる。一方、横軸の時間は、長時間(約1500μs)に渡って磁歪センサ4の振動が継続していることがわかる。
<Measurement result of elastic wave propagation velocity>
FIG. 8 is a graph showing a current waveform monitored at the time of measurement and a vibration waveform obtained by converting a time history waveform received by an acceleration sensor into an acceleration. FIG. 8A is a current waveform, and FIG. 8B is a vibration waveform of a magnetic strain sensor.
Here, attention is paid to the acceleration waveform shown in FIG. 8B, that is, the vibration waveform of the
図8(a)に示すように、導線21に電流を流すと、強磁性体コア2が磁化方向に歪む。この現象が磁歪であり、これは瞬間的な現象である。磁歪現象が終了した後、磁化方向へ歪んだ強磁性体コア2には、元の状態に戻ろうとする復元力が働く。最大加速度約80Gで振動している強磁性体コア2が元の状態に戻るまでには、慣性力の作用により、当然多くの時間が必要となる。そのため、加速度波形の振動継続時間が長くなった。
As shown in FIG. 8A, when a current is passed through the
図9は図8に示す各波形の立ち下がり、立ち上がり時刻付近(波頭部)を示すグラフであり、(a)は電流波形、(b)は磁歪センサの振動波形である。
続いて、導線21に電流を流し始めた時刻、磁歪現象により磁歪センサ4が振動を開始する時刻及び両者の時刻の差(タイムラグ)の確認をした。図示するように、電流波形の立ち下がり時刻から数μs経過した後に磁歪センサ4が振動していることが確認できる。このタイムラグを算出するため、電流波形の立ち下がり及び磁歪センサ4の振動波形の立ち上がり時刻を所定の方法で求めた。
9A and 9B are graphs showing the fall and rise times (wave heads) of each waveform shown in FIG. 8, where FIG. 9A is a current waveform and FIG. 9B is a vibration waveform of a magnetostrictive sensor.
Subsequently, the time when the current started to flow through the
まず、両者の波形を自己回帰モデルで表現した。続いて、それぞれに対して、赤池情報量規準(Akaike Information Criteria、 IC)を適用し、この値が最小になった時刻を立ち下がりあるいは立ち上がり時刻とした。なお、任意の点i=kでのAICkは数1の数式により算出できる。
First, both waveforms were represented by an autoregressive model. Subsequently, the Akaike Information Criteria (IC) was applied to each of them, and the time when this value became the minimum was set as the fall or rise time. The AICk at an arbitrary point i = k can be calculated by the mathematical formula of
図示するように、電流波形および磁歪センサの振動波形それぞれに対して数1の数式を適用して得られたAICの時間変動を示す。AICkが最小値を示す時刻が、電流波形の立ち下がりおよび磁歪センサ4の振動波形の立ち上がり時刻になっていることがわかる。表1に、10回の測定で得られた電流波形の立ち下がり時刻、磁歪センサ4の振動波形の立ち上がり時刻及び両者の差分であるタイムラグをそれぞれ示す。
As shown in the figure, the time variation of the AIC obtained by applying the mathematical formula of
この表より、 推定した立ち下がりあるいは立ち下がり時刻のばらつきは極めて小さいことがわかる。そのため、弾性波伝搬速度を算出する際に使用するタイムラグは、10回の測定から算出したタイムラグの平均値21.9μsを採用した。 From this table, it can be seen that the variation in the estimated fall or fall time is extremely small. Therefore, as the time lag used when calculating the elastic wave propagation velocity, an average value of 21.9 μs of the time lag calculated from 10 measurements was adopted.
図10は加速度波形に対して高速フーリエ変換(FFT)を行って算出した周波数スペクトルの一例を示すグラフである。
磁歪センサ4の振動成分の把握を試みた。図示するように、周波数スペクトルは、加速度波形の平均値を算出し、加速度波形の各振幅値からこの平均値を差し引き、直流成分を除去した時刻歴波形に対してFFTを行ったものである。図より、17kHzと18kHzに、単独の鋭いピークが出現していることが確認できる。なお、10回測定した加速度波形から算出した全ての周波数スペクトルにおいて、17kHzおよび18kHzに単独のピークが出現しており、再現性は極めて高かった。これより、磁歪センサ4の振動としては図9に示す周波数特性を有しており、このような特性を有する弾性波をコンクリート中へ入力しているものと推察できる。
FIG. 10 is a graph showing an example of a frequency spectrum calculated by performing a fast Fourier transform (FFT) on an acceleration waveform.
An attempt was made to grasp the vibration component of the
<コンクリートの弾性波伝搬速度の測定>
図11は弾性波伝搬速度を測定するためのコンクリートの供試体の概要を示す概略斜視図である。
弾性波伝搬速度を測定するためのコンクリートの供試体31は、高さ1000mm×幅300mm×奥行き1000mmのコンクリート製のものを2本使用した。各供試体31においても、コンクリート表面(高さ1000mm×奥行き1000mm)から深さ50mmの位置に、外形63mmのスパイラルシース32を1本埋設した。また、いずれのスパイラルシース32の内部にも、呼び径32mmのPC鋼棒33を挿入した。スパイラルシース32に対して、PCグラウトを完全に充填したもの(充填供試体)と充填していないもの(未充填供試体)をそれぞれ作製した。なお、弾性波伝搬速度の測定は、図示するように、いずれの供試体31においても、スパイラルシース32が埋設されていないコンクリートのみの箇所で行った。
<Measurement of elastic wave propagation velocity in concrete>
FIG. 11 is a schematic perspective view showing an outline of a concrete specimen for measuring elastic wave propagation velocity.
As the
<コンクリートの弾性波伝搬速度の測定方法>
測定は、充填供試体31および未充填供試体31のスパイラルシース32が設置されていないコンクリート部分でそれぞれ実施した。本発明の弾性波送受信プローブ1は、図12に示すように、スパイラルシース32のかぶり50mm側のコンクリート表面(高さ1000mm×奥行き1000mm)にエアーコンプレッサーを使用して吸着させた。
<Measurement method of elastic wave propagation velocity of concrete>
The measurement was carried out on the concrete portion of the filled
吸着後、本発明の弾性波送受信プローブ1のウォーターチャンバー7内を、アスピレータにより水の中に含まれる空気を極力少なくした水で満たした。これは、空気が多いとコンクリートへ入力する弾性波のエネルギーが小さくなるためである。その後、強磁性体コア2の表面とコンクリート表面との距離が5mmとなるように、位置調節機構14(xy軸ステージ)により磁歪センサ4の位置を微調整した。
After adsorption, the inside of the
一方、 弾性波の受信側である加速度センサは、本発明の弾性波送受信プローブ1(磁歪センサ4)を設置したコンクリート表面と対向する面(高さ1000mm×奥行き1000mm)に、磁歪センサ4と加速度センサの両センサの中心が一致するように設置した(図示せず)。
On the other hand, the accelerometer, which is the receiving side of the elastic wave, has the
パルス電流発生装置22の設定(電圧、パルス幅、電流)、加速度センサの仕様、波形収集装置の設定(サンプリング時間間隔、サンプリング数など)は、上述した測定と全て同じである。なお、測定ごとのばらつきを把握するため、測定回数は10回に設定した。 The settings of the pulse current generator 22 (voltage, pulse width, current), the specifications of the accelerometer, and the settings of the waveform collector (sampling time interval, number of samples, etc.) are all the same as the above-mentioned measurements. The number of measurements was set to 10 in order to grasp the variation for each measurement.
<コンクリートの弾性波伝搬速度の測定結果>
図12は未充填供試体のコンクリート部分において計測した際のコンクリート表面に貼付けた加速度センサで受信した時刻歴波形を加速度に変換した波形を示すグラフであり、(a)は電流波形、(b)は加速度センサの振動波形である。
図12と図8(b)に示す加速度波形における最大加速度を比較すると、コンクリート表面で受信した最大加速度が、磁歪センサ表面で受信したそれよりも1.5倍程度大きくなった。
<Measurement result of elastic wave propagation velocity of concrete>
FIG. 12 is a graph showing a waveform obtained by converting a time history waveform received by an accelerometer attached to the concrete surface when measured in a concrete portion of an unfilled specimen into an acceleration, in which (a) is a current waveform and (b) is. Is the vibration waveform of the accelerometer.
Comparing the maximum accelerations in the acceleration waveforms shown in FIGS. 12 and 8 (b), the maximum acceleration received on the concrete surface was about 1.5 times larger than that received on the magnetostrictive sensor surface.
図13は図12に示す加速度センサで受信した波形の立ち上がり時刻付近(波頭部)を拡大したものを示すグラフである。数(1)を適用して得られたAICkの時間変動も示し、(a)は電流波形、(b)は加速度センサの受信波形である。
図示するように、AICkが最小値を示す時刻が、加速度センサで受信した波形の立ち上がり時刻に一致していることがわかる。この結果と上述したタイムラグ(導線21に電流を流し始めた時刻と磁歪現象により本発明の弾性波送受信プローブ1(磁歪センサ4)が振動を開始する時刻の差)から、コンクリートの弾性波伝搬速度を算出した。この算出式は数2に示すものである。なお、厳密には、水の弾性波伝搬速度も考慮してコンクリートの弾性波伝搬速度を算出する必要があるが、水が振動する部分の厚さ(磁歪センサ4とコンクリート表面との距離)がいずれの計測でも5mmと一定かつ極めて小さいため、ここではこの影響を無視して計算した。
FIG. 13 is a graph showing an enlarged view of the vicinity of the rising time (wave head) of the waveform received by the acceleration sensor shown in FIG. The time variation of AICk obtained by applying the number (1) is also shown, (a) is a current waveform, and (b) is a received waveform of an acceleration sensor.
As shown in the figure, it can be seen that the time when the AICk shows the minimum value coincides with the rising time of the waveform received by the acceleration sensor. From this result and the above-mentioned time lag (the difference between the time when the current starts to flow through the
図14は充填供試体及び未充填供試体で得られた弾性波伝搬速度の10回の平均値をそれぞれ示すグラフである。
図14に、充填供試体31および未充填供試体31で得られた弾性波伝搬速度の10 回の平均値をそれぞれ示す。また、図中には、各供試体で得られた弾性波伝搬速度の最大値と最小値をエラーバーで併せて示している。図より、両供試体ともにばらつき(ここでは、最大値から最小値を引いたものと定義)は100m/s程度と小さく、平均値の差も約80m/sと小さい。しかも、各供試体31で得られた弾性波伝搬速度の全ての値は、衝撃弾性波法や超音波法などのその他の弾性波法で測定したコンクリートの弾性波伝搬速度と概ね同程度の値であることも確認できる。
このように、本発明の弾性波送受信プローブ1は、 コンクリート中に弾性波を入力できることが裏付けられ、かつ、弾性波伝搬速度の測定も可能であることが明らかとなった。
FIG. 14 is a graph showing the average value of 10 times of elastic wave propagation velocities obtained in the filled specimen and the unfilled specimen, respectively.
FIG. 14 shows the average value of the elastic wave propagation velocities obtained in the filled
As described above, it has been clarified that the elastic wave transmission /
<PCグラウト充填状況の評価への適用>
次に、上述した充填供試体31及び未充填供試体31を用いてPCグラウト充填状況の評価への適用について試験した。
<Application to evaluation of PC grout filling status>
Next, the above-mentioned filled
<PCグラウト充填状況の評価の測定方法>
測定は、図11に示したように、充填供試体31および未充填供試体31のいずれの場合においても、シース上でそれぞれ計測を行った。本発明の弾性波送受信プローブ1の磁歪センサ4は、シース上のかぶり50mm側のコンクリート表面に設置した。加速度センサは、本発明の弾性波送受信プローブ1(磁歪センサ4)を設置したコンクリート表面と対向する面に、磁歪センサ4と加速度センサの両センサの中心が一致するように設置した。パルス電流発生装置の設定(電圧、パルス幅、電流)、加速度センサの仕様、加速度センサの固定方法、波形収集装置の設定(サンプリング時間間隔、サンプリング数など)は、上述したものと全て同じである。なお、ここでも測定ごとのばらつきを把握することを目的に、測定回数は10回に設定した。
<Measurement method for evaluation of PC grout filling status>
As shown in FIG. 11, the measurement was performed on the sheath in both the filled
<PCグラウト充填状況の評価の測定結果>
図15は充填供試体および未充填供試体のシース上で得られた弾性波伝搬速度の10回の平均値をそれぞれ示すグラフである。
図15に、充填供試体および未充填供試体のシース上で得られた弾性波伝搬速度の10回の平均値をそれぞれ示す。図示するように弾性波伝搬速度は、数1の数式に基づき電流波形の立ち下がりおよび加速度センサで受信した波形の立ち上がり時刻を推定し、それらの結果とタイムラグの値を数2の数式にそれぞれ代入することにより算出した。図中には、各供試体で得られた弾性波伝搬速度の最大値と最小値をエラーバーでそれぞれ示している。
<Measurement result of evaluation of PC grout filling status>
FIG. 15 is a graph showing the average value of 10 elastic wave propagation velocities obtained on the sheaths of the filled specimen and the unfilled specimen, respectively.
FIG. 15 shows the average value of the elastic wave propagation velocities obtained on the sheaths of the filled and unfilled specimens at 10 times, respectively. As shown in the figure, the elastic wave propagation velocity estimates the falling time of the current waveform and the rising time of the waveform received by the accelerometer based on the formula of
図15に示すように、充填供試体31および未 充填供試体31におけるばらつき(最大値から最小値を引いた値)は、それぞれ、約160m/sと約180m/sであった。これらのばらつきは、図14に示すコンクリート部分でのばらつきよりも、若干ではあるが大きくなった。一方、図15に示す充填供試体での弾性波伝搬速度の平均値は、図15の各供試体での平均値よりも小さくなった。これは、弾性波が伝搬する経路内に、シース、PCグラウト、PC鋼棒があることより、弾性波が減衰したことによる影響と推察できる。
As shown in FIG. 15, the variations (value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value) in the filled
続いて、図15に示すように、充填および未充填供試体での平均値を比較すると、未充填供試体31での弾性波伝搬速度が充填供試体でのそれよりも小さくなっていることがわかる。弾性波の伝搬経路内に空洞、すなわちPCグラウト未充填部が存在するため、弾性波が迂回して伝搬した結果、弾性波伝搬速度が小さくなったと考えられる。なお、未充填供試体での弾性波伝搬速度が充填供試体のそれよりも小さくなる傾向は、10回測定したばらつきを考慮しても成立している。
Subsequently, as shown in FIG. 15, when the average values of the filled and unfilled specimens are compared, the elastic wave propagation velocity in the
続いて、充填供試体31および未充填供試体31で得られた弾性波伝搬速度の各平均値に有意な差があるかを把握するため、統計的帰無仮説検定を行った。その結果,2つの母集団の平均値に有意差があることがわかった。これは、充填供試体31での弾性波伝搬速度の平均値と未充填供試体31でのそれは、異なる母集団から取り出されたものであることを意味している。従って、本発明の弾性波送受信プローブ1(磁歪センサ4)で測定した弾性波伝搬速度からPCグラウト充填状況を適確に評価できることが明らかとなった。
Subsequently, a statistical null hypothesis test was performed in order to understand whether there is a significant difference between the mean values of the elastic wave propagation velocities obtained in the filled
なお、本発明は、水の非圧縮性流体としての特性を利用し、衝撃弾性波法と超音波法の特長をそれぞれ有する弾性波の発受信プローブ1として用いることで、再現性のある弾性波特性から、コンクリートの実構造物における内部欠陥や品質の評価への適用が可能であり、精度の高い評価結果が得られれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
It should be noted that the present invention utilizes the characteristics of water as an incompressible fluid and uses it as an elastic wave generation /
本発明は、高速道路、鉄道のトンネル、建造物に限定されず、コンクリートその他の非破壊検査に利用することができる。 The present invention is not limited to highways, railway tunnels, and buildings, and can be used for non-destructive inspection of concrete and the like.
1 弾性波送受信プローブ
2 強磁性体コア
3 受信センサ
4 磁歪センサ
5 液体充填筒部
6 カップ部
6a 注入口
6b 排出口
7 ウォーターチャンバー
10 吸着パッド
14 位置調節機構
15 調節子
21 導線
22 電流発生装置
m 検査対象物
1 Elastic wave transmission /
Claims (8)
発振子として機能させる導線(21)が巻回された強磁性体コア(2)と、該強磁性体コア(2)を受振子として機能させる受信センサ(3)とから成る磁歪センサ(4)と、
前記磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)の一部を底部から突出させた、一部がベローズ(19)から成る有底筒形状の液体充填筒部(5)と、該液体充填筒部(5)に形成された、検査対象物(m)に水密状に当てるカップ部(6)とから成り、該カップ部(6)が首振り可能、かつ伸縮自在に形成されたウォーターチャンバー(7)と、を備え、
前記ウォーターチャンバー(7)のカップ部(6)を検査対象物(m)の表面に当て、この検査対象物(m)と前記液体充填筒部(5)から形成された空間に液体を充填し、該液体充填筒部(5)内に液体を充填した状態で前記磁歪センサ(4)を駆動し、発生させた弾性波を、この充填した液体を発信プローブとして該検査対象物(m)内に入力し、
検査対象物(m)の表面に当てた前記液体充填筒部(5)内の液体を受信プローブとして、該検査対象物(m)で伝播した弾性波を前記受信センサ(3)で受信するように構成した、ことを特徴とする弾性波送受信プローブ。 An elastic wave transmission / reception probe (1) used when an elastic wave is input to an inspection object (m), the elastic wave propagated in the inspection object (m) is received, and a non-destructive test is performed.
A magnetostriction sensor (4) composed of a ferromagnetic core (2) around which a conducting wire (21) that functions as an oscillator is wound, and a receiving sensor (3) that causes the ferromagnetic core (2) to function as a receiver. When,
A bottomed tubular liquid-filled cylinder (5) having a part of the ferromagnetic core (2) of the magnetostrictive sensor (4) protruding from the bottom and partly made of a bellows (19), and the liquid filling. formed in a tubular portion (5), Ri consists cup portion directing the watertight shape (6) to the test object (m), the cup portion (6) is swingably and elastically formed water With a chamber (7)
The cup portion (6) of the water chamber (7) is applied to the surface of the inspection object (m), and the space formed from the inspection object (m) and the liquid filling cylinder portion (5) is filled with a liquid. The magnetostrictive sensor (4) is driven in a state where the liquid is filled in the liquid filling cylinder portion (5), and the generated elastic wave is used as a transmitting probe in the inspection object (m) using the filled liquid as a transmitting probe. Enter in
The receiving sensor (3) receives the elastic wave propagated by the inspection object (m) by using the liquid in the liquid filling cylinder portion (5) applied to the surface of the inspection object (m) as a receiving probe. An elastic wave transmission / reception probe characterized by being configured in.
発振子として機能させる導線(21)が巻回された強磁性体コア(2)と、該強磁性体コア(2)を受振子として機能させる受信センサ(3)とから成る磁歪センサ(4)と、
前記磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)の一部を底部から突出させた有底筒形状の液体充填筒部(5)と、該液体充填筒部(5)に形成された、検査対象物(m)に水密状に当てるカップ部(6)とから成るウォーターチャンバー(7)と、
前記磁歪センサ(4)と前記ウォーターチャンバー(7)とを収容する有底筒形状のホルダー(16)と、
前記ウォーターチャンバー(7)のカップ部(6)を検査対象物(m)に当てる吸着機構と、
検査対象物(m)の表面に接する2個の調節子(15)が、前記ウォーターチャンバー(7)のカップ部(6)を支持する前記ホルダー(16)と共に可動し、該ウォーターチャンバー(7)が検査対象物(m)の表面に接する角度を可変する位置調節機構(14)と、
前記磁歪センサ(4)を駆動する電流発生装置(22)と、を備え、
前記ウォーターチャンバー(7)のカップ部(6)を、前記吸着機構を用いて検査対象物(m)の表面に当て、この検査対象物(m)と液体充填筒部(5)から形成された空間に液体を充填し、前記液体充填筒部(5)内に液体を充填した状態で前記磁歪センサ(4)を、前記電流発生装置(22)で駆動し、発生させた弾性波を、この充填した液体を発信プローブとして該検査対象物(m)内に入力し、
検査対象物(m)の表面に当てた前記液体充填筒部(5)内の液体を受信プローブとして、該検査対象物(m)で伝播した弾性波を前記受信センサ(3)で受信するように構成した、ことを特徴とする弾性波送受信プローブを用いた測定装置。 A measuring device using an elastic wave transmission / reception probe that performs a non-destructive test on an inspection object (m) using elastic waves.
A magnetostriction sensor (4) composed of a ferromagnetic core (2) around which a conducting wire (21) that functions as an oscillator is wound, and a receiving sensor (3) that causes the ferromagnetic core (2) to function as a receiver. When,
A bottomed cylinder-shaped liquid-filled cylinder portion (5) in which a part of the ferromagnetic core (2) of the magnetostrictive sensor (4) is projected from the bottom, and a liquid-filled cylinder portion (5) formed in the liquid-filled cylinder portion (5). A water chamber (7) including a cup portion (6) that is watertightly applied to the inspection object (m), and a water chamber (7).
A bottomed tubular holder (16) for accommodating the magnetostrictive sensor (4) and the water chamber (7), and
An adsorption mechanism that abuts the cup portion (6) of the water chamber (7) against the inspection object (m), and
Two regulators (15) in contact with the surface of the object to be inspected (m) move together with the holder (16) supporting the cup portion (6) of the water chamber (7), and the water chamber (7) A position adjustment mechanism (14) that changes the angle of contact with the surface of the inspection object (m), and
A current generator (22) for driving the magnetostrictive sensor (4) is provided.
The cup portion (6) of the water chamber (7) was applied to the surface of the inspection object (m) using the adsorption mechanism, and was formed from the inspection object (m) and the liquid filling cylinder portion (5). The space is filled with a liquid, and the magnetostrictive sensor (4) is driven by the current generator (22) in a state where the liquid is filled in the liquid filling cylinder (5), and the generated elastic wave is generated. The filled liquid is input into the inspection object (m) as a transmission probe, and the filled liquid is input into the inspection object (m).
The receiving sensor (3) receives the elastic wave propagated by the inspection object (m) by using the liquid in the liquid filling cylinder portion (5) applied to the surface of the inspection object (m) as a receiving probe. A measuring device using an elastic wave transmission / reception probe, which is characterized in that it is configured in.
検査対象物(m)の表面に、磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)の一部を底部から突出させた、一部がベローズ(19)から成る有底筒形状の液体充填筒部(5)と、該液体充填筒部(5)に形成された、検査対象物(m)に水密状に当てるカップ部(6)とから成り、該カップ部(6)が首振り可能、かつ伸縮自在に形成されたウォーターチャンバー(7)を当て、
検査対象物(m)と前記液体充填筒部(5)から形成された空間に液体を充填した状態で、前記磁歪センサ(4)を駆動し、発生させた弾性波を、この充填した液体を発信プローブとして該検査対象物(m)内に入力し、
検査対象物(m)の表面に当てた前記液体充填筒部(5)内の液体を受信プローブとして、該検査対象物(m)で伝播した弾性波を、前記磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)を受振子として機能させる受信センサ(3)で受信し、
受信した弾性波について、反射エコー、弾性波の周波数、位相それぞれを分析し、検査対象物(m)内部の欠陥、背面空洞の有無、その欠陥の位置までの距離を測定する、ことを特徴とする弾性波送受信プローブを用いた測定方法。 This is a measurement method using an elastic wave transmission / reception probe (1) for performing a non-destructive test on an inspection object (m) using elastic waves.
A bottomed cylinder-shaped liquid filling cylinder made of bellows (19), in which a part of the ferromagnetic core (2) of the magnetostrictive sensor (4) is projected from the bottom on the surface of the inspection object (m). part (5), which is formed in the liquid filling tube section (5), Ri consists cup portion directing the watertight shape (6) to the test object (m), the cup portion (6) swingably , And a water chamber (7) formed so that it can be expanded and contracted.
The space formed from the inspection object (m) and the liquid filling cylinder (5) is filled with the liquid, and the magnetostrictive sensor (4) is driven to generate an elastic wave in the filled liquid. Input in the inspection target (m) as a transmission probe,
The liquid in the liquid filling cylinder (5) applied to the surface of the inspection object (m) is used as a receiving probe, and the elastic wave propagated by the inspection object (m) is used as a ferromagnetic wave of the magnetostriction sensor (4). Received by the receiving sensor (3) that makes the body core (2) function as a receiver,
The feature is that the received elastic wave is analyzed for each of the reflected echo , the frequency and phase of the elastic wave, and the defect inside the inspection object (m), the presence or absence of the back cavity, and the distance to the position of the defect are measured. A measurement method using an elastic wave transmission / reception probe.
検査対象物(m)の表面に、磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)の一部を底部から突出させた、一部がベローズ(19)から成る有底筒形状の液体充填筒部(5)と、該液体充填筒部(5)に形成された、検査対象物(m)に水密状に当てるカップ部(6)とから成り、該カップ部(6)が首振り可能、かつ伸縮自在に形成されたウォーターチャンバー(7)を当て、
検査対象物(m)と前記液体充填筒部(5)から形成された空間に液体を充填した状態で、前記磁歪センサ(4)を駆動し、発生させた弾性波を、この充填した液体を発信プローブとして該検査対象物(m)内に入力し、
検査対象物(m)の表面に当てた前記液体充填筒部(5)内の液体を受信プローブとして、該検査対象物(m)で伝播した弾性波を、前記磁歪センサ(4)の強磁性体コア(2)を受振子として機能させる受信センサ(3)で受信し、
受信した弾性波について、その到達時間、波形、周波数、位相それぞれの変化を測定位置で読み取り、欠陥を検出する、ことを特徴とする弾性波送受信プローブを用いた測定方法。 This is a measurement method using an elastic wave transmission / reception probe (1) for performing a non-destructive test on an inspection object (m) using elastic waves.
A bottomed cylinder-shaped liquid filling cylinder made of bellows (19), in which a part of the ferromagnetic core (2) of the magnetostrictive sensor (4) is projected from the bottom on the surface of the inspection object (m). part (5), which is formed in the liquid filling tube section (5), Ri consists cup portion directing the watertight shape (6) to the test object (m), the cup portion (6) swingably , And a water chamber (7) formed so that it can be expanded and contracted.
The space formed from the inspection object (m) and the liquid filling cylinder (5) is filled with the liquid, and the magnetostrictive sensor (4) is driven to generate an elastic wave in the filled liquid. Input in the inspection target (m) as a transmission probe,
The liquid in the liquid filling cylinder (5) applied to the surface of the inspection object (m) is used as a receiving probe, and the elastic wave propagated by the inspection object (m) is used as a ferromagnetic wave of the magnetostriction sensor (4). Received by the receiving sensor (3) that makes the body core (2) function as a receiver,
A measurement method using an elastic wave transmission / reception probe, characterized in that, for a received elastic wave, changes in arrival time, waveform, frequency, and phase are read at a measurement position to detect defects.
The measuring method using an elastic wave transmission / reception probe according to claim 7, wherein the frequency of the elastic wave uses an ultrasonic region of 20 KHz or more.
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