JP6861969B2 - Elastic wave transmission / reception probe, measuring device and measuring method using this - Google Patents

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 Patent Document 1, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-131290 "Non-destructive inspection device for concrete", it is generated from concrete to which an external force is applied. A signal detection means for detecting the vibration to be generated as a vibration signal, a conversion means for converting the vibration signal into a time-series signal for each of a plurality of predetermined frequency bands, and an extraction of the maximum value of the time-series signal for each frequency band. A non-destructive inspection device for concrete having an extraction means and a comparison means for comparing each of the maximum values with a preset vibration reference value for each frequency band has been proposed.

特開２０００−１３１２９０公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-131290

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を用いた測定装置を示す正面図である。It is a front view which shows the measuring apparatus which used the elastic wave transmission / reception probe of this invention. 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。It is a rear view which shows the measuring apparatus using the elastic wave transmission / reception probe of this invention. 本発明の弾性波送受信プローブを示す一部切り欠いた側面図である。It is a partially cutaway side view which shows the elastic wave transmission / reception probe of this invention. 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。Examples of the water chamber are shown, where FIG. 3A is a plan sectional view and FIG. 3B is a side sectional view. 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。An embodiment of the magnetostrictive sensor is shown, where (a) is a plan view and (b) is a side view. 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。It is a side sectional view which shows the state which filled the water chamber with water. 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。It is a schematic block diagram which shows the state which drives the elastic wave transmission / reception probe of this invention. 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。It is a graph which shows the vibration waveform which converted the current waveform monitored at the time of measurement and the time history waveform received by an acceleration sensor into acceleration, (a) is a current waveform, and (b) is a vibration waveform of a magnetic strain sensor. 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。It is a graph which shows the falling and rising time vicinity (wave head) of each waveform shown in FIG. 8, (a) is a current waveform, and (b) is a vibration waveform of a magnetostrictive sensor. 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。It is a graph which shows an example of the frequency spectrum calculated by performing the fast Fourier transform (FFT) with respect to the acceleration waveform. 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。It is a schematic perspective view which shows the outline of the concrete specimen for measuring the elastic wave propagation velocity. 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。It is a graph which shows the waveform which converted the time history waveform received by the accelerometer attached to the concrete surface at the time of measurement in the concrete part of an unfilled specimen into acceleration, (a) is a current waveform, (b) is an acceleration sensor. It is a vibration waveform of. 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の数式を適用して得られたＡＩＣkの時間変動も示している。FIG. 5 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 formula of Equation 1 is also shown. 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。It is a graph which shows the average value of 10 times of the elastic wave propagation velocity obtained in the filled specimen and the unfilled specimen, respectively. 充填供試体及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。It is a graph which shows the average value of 10 times of the elastic wave propagation velocity obtained on the sheath of the filled specimen and the unfilled specimen, respectively.

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 / reception probe 1 of the present invention includes a magnetostrictive sensor 4 including a ferromagnetic core 2 that functions as an oscillator, a receiving sensor 3 that makes the ferromagnetic core 2 function as a receiver, and the ferromagnetic core. Transmission / reception provided with a water chamber 7 composed of a bottomed cylinder-shaped liquid filling cylinder portion 5 having a part of 2 protruding from the bottom and a cup portion 6 formed on the opening side of the liquid filling cylinder portion 5. It is a probe. The water chamber 7 is used in a state where the cup portion 6 is watertightly applied to the inspection object m and the liquid filling cylinder portion 5 is filled with a liquid such as water.

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 device 8 using the elastic wave transmission / reception probe 1 of the present invention has an suction mechanism, a position adjustment mechanism 14, and a pulse for fixing the elastic wave transmission / reception probe 1 to the surface of a concrete structure which is a test object m. It is a device provided with a current generator 22 and the like.

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, suction pads 10 are attached to two places above the main body 9 supporting the water chamber 7 and one place below. A water chamber 7 that functions as a transmission / reception probe 1 is arranged at the center position of the suction pads 10 arranged at these three locations. This is to make it easier for the cup portion 6 of the water chamber 7 to come into contact with the surface of the inspection object m with an even pressure. The number of suction pads 10 constituting the suction mechanism is not limited to three.

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 suction pad 10 is made of a flexible synthetic resin material such as that made of silicone rubber. The configuration (adsorption mechanism) in which the elastic wave transmission / reception probe 1 is applied to the object m to be inspected is such that if the cup portion 6 of the water chamber 7 can be applied to the surface of the object m to be inspected with an even pressure, an adsorption pad as shown in the illustrated example. It is not limited to 10, and other configurations can be used. For example, a structure that presses the main body 9 from the rear can be used.

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 hole 11 is formed at the center of each suction pad 10 constituting the suction mechanism, a tube 12 is connected to the hole 11, and suction is performed from the tube 12 by a suction device (not shown). There is. Therefore, the suction pad 10 made of a flexible material such as silicone rubber can be easily sucked onto the inspection object m.

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）。 Handles 13 that serve as handles when the measuring device 8 using the elastic wave transmission / reception probe 1 is applied to the inspection object m are attached to the main body 9 at two places (rear view of FIG. 2). reference).

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 main body 9 is provided with a position adjusting mechanism 14. In the position adjusting mechanism 14 of the illustrated example, the adjuster 15 made of two flexible materials such as silicone rubber so as to be adjacent to the cup portion 6 of the water chamber 7 connects the water chamber 7 and the magnetostrictive sensor 4. It is attached to the rotating plate 16a together with a substantially box-shaped holder 16 that accommodates and supports it. The rotating plate 16a is rotatably attached to the rotating table 16b. The turntable 16b is attached to the main body 9.

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 lever 17 is attached to the rotating plate 16a so as to project in the direction opposite to the cup portion 6. With this position adjusting mechanism 14, the entire holder 16 that accommodates and supports the water chamber 7 and the magnetostrictive sensor 4 can be adjusted so as to evenly contact the surface of the inspection object m.
The position adjusting mechanism 14 in the illustrated example has a configuration for adjusting an angle in the horizontal direction (xy-axis direction). A configuration that adjusts the angle in the vertical direction (bounce angle / elevation angle) may be added to this. The position can be adjusted more precisely.

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 / reception probe 1 is such that the water chamber 7 (cup portion 6) can be brought into contact with the surface of the inspection object m in a stable state, the shape of the main body portion 9 and the arrangement state of the suction pad 10. Is not limited to the shape and arrangement shown in the figure. Similarly, the configuration of the position adjusting mechanism 14 is not limited to the illustrated example.

＜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 water chamber 7 is formed on 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 portion, and an inspection object m formed in the liquid-filled cylinder portion 5. It is composed of a cup portion 6 that is applied in a watertight manner. The water chamber 7 is housed in a box-shaped holder 16 together with the magnetostrictive sensor 4.

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 cylinder portion 5 of the illustrated example has a ferromagnetic core 2 penetrating and fixed to a ring-shaped bottom plate 18 at one end, and has a cup-shaped cup portion 6 at the opening at the other end. The bottom plate 18 and the cup portion 6 are connected by a member having a flexible structure such as a bellows 19. A seal packing 20 is attached to the cup portion 6. This is to make the space formed from the inspection object m and the liquid filling cylinder portion 5 watertight when the liquid is filled. If the cup portion 6 can swing, it is not limited to the bellows 19.

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 cup portion 6 to swing with respect to the magnetostrictive sensor 4. Even when the surface of the object to be inspected m is inclined to some extent, the cup portion 6 can be applied to the surface at an appropriate angle.
Further, the bellows 19 can be expanded and contracted freely, and the distance between the surface of the inspection object m and the tip of the magnetostrictive sensor 4 (ferromagnetic core 2) can be adjusted.

＜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 magnetostrictive sensor 4 that drives the liquid in the liquid filling cylinder portion 5 of the water chamber 7 causes the ferromagnetic core 2 around which the lead wire 21 that functions as an oscillator is wound and the ferromagnetic core 2 to function as a pendulum. It is composed of a receiving sensor 3. The ferromagnetic core 2 in the illustrated example is a stack of a plurality of elongated U-shaped elements. Insulation treatment is performed between each element with an insulating material such as polyimide resin. A lead wire 21 is wound around each leg portion 2a of the laminated element, that is, the ferromagnetic core 2.

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 magnetostrictive sensor 4, 51 elements having a thickness of 0.35 mm are laminated, and each element is insulated from an insulating material. For the leg portion 2a of the laminated element (ferromagnetic core 2), a lead wire 21 having a diameter of 1 mm was wound 15 times per leg. However, it goes without saying that these numerical values are examples and are not limited to these.

＜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 cup portion 6 of the water chamber 7 is provided with an injection port 6a for injecting a liquid and a discharge port 6b for discharging the liquid, respectively. A liquid such as water is injected from the injection port 6a so that the space formed from the inspection object m and the liquid filling cylinder portion 5 is constantly filled with the liquid. By discharging the excess liquid from the discharge port 6b, the liquid does not leak from the contact surface between the cup portion 6 (seal packing 20) and the inspection object m due to water pressure. At this time, prevent air bubbles from entering the liquid inside.
After the liquid is once injected into the space formed by the inspection object m and the liquid filling cylinder portion 5, the space may be always filled with the liquid by using the siphon principle. it can.

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 / reception probe 1 of the present invention utilizes the magnetostrictive phenomenon, and is used for driving water as a transmitter and applying it to a concrete structure which is an inspection object m (coupling) to form a concrete structure (coupling). An elastic wave is input into the inspection object m). If the characteristics of water in the cup portion 6 as an incompressible fluid are utilized, the shape of the water chamber 7 is such that the liquid (water) is contained in the space formed from the inspection object m and the liquid filling cylinder portion 5. The shape is not limited to the illustrated shape as long as it is filled and has a configuration utilizing the characteristics of the liquid (water) as an incompressible fluid and a mechanism for generating a magnetic strain phenomenon.
In addition, water was used as the liquid to be filled in the space formed from the inspection object m and the liquid filling cylinder portion 5, but if it has the characteristics of an incompressible fluid, it can be used other than this water. it can.

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 / reception probe 1 of the present invention, since the portion of the concrete structure or the like in contact with the inspection object m is liquid (water), even if the surface of the inspection object m has irregularities, the irregularities are affected. Accurate measurement is possible without being required. Further, since the transmission probe is a liquid (water), there is no problem such as damage or cracking of the inspection object m due to the conventional hammering hammer or the like.
Similarly, regarding the elastic wave from the inspection object m, the liquid (water) in the water chamber 7 is received by the receiving sensor 3 as a receiving probe.

＜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 / reception probe 1 of the present invention for the measurement of the impact elastic wave method will be described.
First, the cup portion 6 of the water chamber 7 is applied to the surface of the inspection target m against the surface of the inspection target m.
The space formed from the inspection object m and the liquid filling cylinder portion 5 is filled with a liquid.
With the liquid-filled cylinder 5 filled with liquid, a current of a predetermined voltage is passed through the lead wire 21 wound around the ferromagnetic core 2 of the magnetostrictive sensor 4 using a current generator 22 such as a pulse current. As a result, the ferromagnetic core 2 is magnetized, and in the process of this magnetization, the crystal of the ferromagnetic core 2 is distorted in the magnetization direction (magnetostriction). When the ferromagnetic core 2 is distorted, the magnetostrictive sensor 4 is driven and an elastic wave is generated.
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 sensor 3 using the liquid in the liquid filling cylinder portion 5 applied to the surface of the inspection object m as a receiving probe. For the received elastic wave, the reflected echo, the frequency and phase of the wave are analyzed, and the internal defect, the presence or absence of the back cavity, and the distance to the position of the defect are measured. As the frequency of elastic waves, a frequency range of 20 KHz or less, which is lower than the ultrasonic range, is used.

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 / reception probe 1 of the present invention, the shock wave energy is less attenuated, so that 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.

＜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 / reception probe 1 of the present invention for measurement by the ultrasonic method will be described.
First, the cup portion 6 of the water chamber 7 is applied to the surface of the inspection target m against the surface of the inspection target m.
The space formed from the inspection object m and the liquid filling cylinder portion 5 is filled with a liquid.
With the liquid filling cylinder 5 filled with liquid, in this state, a current of a predetermined voltage is applied to the lead wire 21 wound around the ferromagnetic core 2 of the magnetostrictive sensor 4 using a current generator 22 such as a pulse current. Shed. As a result, the ferromagnetic core 2 is magnetized, and in the process of this magnetization, the crystal of the ferromagnetic core 2 is distorted in the magnetization direction (magnetostriction). When the ferromagnetic core 2 is distorted, the magnetostrictive sensor 4 is driven and an elastic wave is generated.
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 sensor 3 using the liquid in the liquid filling cylinder portion 5 applied to the surface of the inspection object m as a receiving probe. With respect to this received elastic wave, changes in its arrival time, waveform, frequency, phase, etc. are read at the measurement position to detect defects. The frequency of elastic waves uses an ultrasonic range of 20 KHz or higher.

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 / reception probe 1 is suitable for measuring cracks inside concrete. This measurement method (ultrasonic method) does not have much restrictions on the shape and dimensions of measurement of concrete structures.

＜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 / reception probe 1 of the present invention, are shown.
The pulse current generator 22 was operated by passing a current having an applied voltage of 150 V and a pulse width of 5 μs through the wire 21 of the magnetostrictive sensor 4. Peak value (absolute value): A current of 15 A was passed, and an acceleration sensor (not shown) attached to the surface of the ferromagnetic core 2 was used to measure the vibration generated by the magnetostrictive phenomenon. Although not shown, the acceleration sensor is attached to the surface of the ferromagnetic core 2 with, for example, an adhesive containing cyanoacrylate as a main component. The frequency response (± 3 dB) of the accelerometer used is 0.2 to 20000 Hz. The signal received by the accelerometer was digitized at a sampling time interval of 0.05 μs and the number of samplings was 200,000, and then recorded as a voltage time history response waveform in a waveform collector. The number of measurements was set to 10 in order to grasp the variation for each measurement.

＜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 magnetostrictive sensor 4. First, it can be confirmed that the maximum acceleration on the vertical axis is an extremely large value of about 80 G. On the other hand, it can be seen that the vibration of the magnetostrictive sensor 4 continues for a long time (about 1500 μs) for the time on the horizontal axis.

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 conducting wire 21, the ferromagnetic core 2 is distorted in the magnetization direction. This phenomenon is magnetostriction, which is a momentary phenomenon. After the magnetostrictive phenomenon is completed, a restoring force that tries to return to the original state acts on the ferromagnetic core 2 that is distorted in the magnetization direction. It naturally takes a lot of time for the ferromagnetic core 2 vibrating at a maximum acceleration of about 80 G to return to its original state due to the action of inertial force. Therefore, the vibration duration of the acceleration waveform becomes long.

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 lead wire 21, the time when the magnetostrictive sensor 4 started to vibrate due to the magnetostrictive phenomenon, and the difference (time lag) between the two times were confirmed. As shown in the figure, it can be confirmed that the magnetostrictive sensor 4 vibrates after several μs have elapsed from the falling time of the current waveform. In order to calculate this time lag, the falling time of the current waveform and the rising time of the vibration waveform of the magnetostrictive sensor 4 were obtained by a predetermined method.

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 Equation 1.

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 Equation 1 to each of the current waveform and the vibration waveform of the magnetostrictive sensor is shown. It can be seen that the time when the AICk shows the minimum value is the falling time of the current waveform and the rising time of the vibration waveform of the magnetostrictive sensor 4. Table 1 shows the fall time of the current waveform obtained by 10 measurements, the rise time of the vibration waveform of the magnetostrictive sensor 4, and the time lag which is the difference between the two.

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 magnetostrictive sensor 4. As shown in the figure, the frequency spectrum is obtained by calculating the average value of the acceleration waveform, subtracting this average value from each amplitude value of the acceleration waveform, and performing FFT on the time history waveform from which the DC component is removed. From the figure, it can be confirmed that a single sharp peak appears at 17 kHz and 18 kHz. In all the frequency spectra calculated from the acceleration waveforms measured 10 times, single peaks appeared at 17 kHz and 18 kHz, and the reproducibility was extremely high. From this, it can be inferred that the vibration of the magnetostrictive sensor 4 has the frequency characteristics shown in FIG. 9, and that an elastic wave having such characteristics is input into the concrete.

＜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 concrete specimen 31 for measuring the elastic wave propagation velocity, two concrete specimens having a height of 1000 mm, a width of 300 mm, and a depth of 1000 mm were used. In each specimen 31, one spiral sheath 32 having an outer diameter of 63 mm was embedded at a position 50 mm deep from the concrete surface (height 1000 mm × depth 1000 mm). Further, a PC steel rod 33 having a nominal diameter of 32 mm was inserted into each of the spiral sheaths 32. For the spiral sheath 32, one completely filled with PC grout (filled specimen) and one not filled (unfilled specimen) were prepared. As shown in the figure, the measurement of the elastic wave propagation velocity was performed only in the concrete where the spiral sheath 32 was not embedded in any of the specimens 31.

＜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 specimen 31 and the unfilled specimen 31 in which the spiral sheath 32 was not installed. As shown in FIG. 12, the elastic wave transmission / reception probe 1 of the present invention was adsorbed on the concrete surface (height 1000 mm × depth 1000 mm) on the cover 50 mm side of the spiral sheath 32 using an air compressor.

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 water chamber 7 of the elastic wave transmission / reception probe 1 of the present invention was filled with water containing as little air as possible in the water by an ejector. This is because the energy of elastic waves input to concrete decreases when there is a lot of air. After that, the position of the magnetostrictive sensor 4 was finely adjusted by the position adjusting mechanism 14 (xy-axis stage) so that the distance between the surface of the ferromagnetic core 2 and the concrete surface was 5 mm.

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 magnetostriction sensor 4 and the acceleration on the surface (height 1000 mm × depth 1000 mm) facing the concrete surface on which the elastic wave transmission / reception probe 1 (magnetostriction sensor 4) of the present invention is installed. The sensors were installed so that the centers of both sensors were aligned (not shown).

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 lead wire 21 and the time when the elastic wave transmission / reception probe 1 (magnetostriction sensor 4) of the present invention starts vibration due to the magnetostriction phenomenon), the elastic wave propagation velocity of concrete. Was calculated. This calculation formula is shown in Equation 2. Strictly speaking, it is necessary to calculate the elastic wave propagation velocity of concrete in consideration of the elastic wave propagation velocity of water, but the thickness of the part where water vibrates (the distance between the magnetostrictive sensor 4 and the concrete surface) is Since all the measurements were constant and extremely small at 5 mm, this effect was ignored in the calculation here.

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 specimen 31 and the unfilled specimen 31 10 times, respectively. Further, in the figure, the maximum value and the minimum value of the elastic wave propagation velocity obtained in each specimen are also shown by error bars. From the figure, the variation in both specimens (defined here as the maximum value minus the minimum value) is as small as about 100 m / s, and the difference between the average values is also as small as about 80 m / s. Moreover, all the values of the elastic wave propagation velocities obtained in each specimen 31 are almost the same as the elastic wave propagation velocities of concrete measured by other elastic wave methods such as impact elastic wave method and ultrasonic method. It can also be confirmed that.
As described above, it has been clarified that the elastic wave transmission / reception probe 1 of the present invention can input elastic waves into concrete and can also measure the elastic wave propagation velocity.

＜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 specimen 31 and unfilled specimen 31 were used to test the application to the evaluation of the PC grout filling situation.

＜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 specimen 31 and the unfilled specimen 31. The magnetostrictive sensor 4 of the elastic wave transmission / reception probe 1 of the present invention was installed on the concrete surface on the 50 mm side of the cover on the sheath. The acceleration sensor was installed on a surface facing the concrete surface on which the elastic wave transmission / reception probe 1 (magnetostriction sensor 4) of the present invention was installed so that the centers of both the magnetostriction sensor 4 and the acceleration sensor coincide with each other. The settings of the pulse current generator (voltage, pulse width, current), the specifications of the accelerometer, the fixing method of the accelerometer, and the settings of the waveform collector (sampling time interval, number of samples, etc.) are all the same as those described above. .. Also here, the number of measurements was set to 10 for the purpose of grasping the variation for each measurement.

＜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 Equation 1, and substitutes the results and the time lag value into the formula of Equation 2, respectively. It was calculated by In the figure, the maximum value and the minimum value of the elastic wave propagation velocity obtained in each specimen are shown by error bars, respectively.

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 specimen 31 and the unfilled specimen 31 were about 160 m / s and about 180 m / s, respectively. These variations were slightly larger than the variations in the concrete portion shown in FIG. On the other hand, the average value of the elastic wave propagation velocity in the filled specimen shown in FIG. 15 was smaller than the average value in each specimen shown in FIG. It can be inferred that this is due to the attenuation of elastic waves because there are sheaths, PC grouts, and PC steel rods in the path through which elastic waves propagate.

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 unfilled specimen 31 is smaller than that in the filled specimen. Understand. Since there is a cavity in the propagation path of the elastic wave, that is, an unfilled portion of the PC grout, it is considered that the elastic wave propagation velocity is reduced as a result of the elastic wave bypassing and propagating. The tendency that the elastic wave propagation velocity in the unfilled specimen is smaller than that in the filled specimen is established even when the variation measured 10 times is taken into consideration.

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 specimen 31 and the unfilled specimen 31. As a result, it was found that there was a significant difference in the mean values of the two populations. This means that the mean value of the elastic wave propagation velocities in the filled specimen 31 and that in the unfilled specimen 31 were taken from different populations. Therefore, it has been clarified that the PC grout filling state can be accurately evaluated from the elastic wave propagation velocity measured by the elastic wave transmission / reception probe 1 (magnetostriction sensor 4) of the present invention.

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 / reception probe 1 having the features of the impact elastic wave method and the ultrasonic method, respectively. From the characteristics, it can be applied to the evaluation of internal defects and quality in the actual structure of concrete, and if a highly accurate evaluation result can be obtained, the present invention is not limited to the above-described embodiment of the invention, and the gist of the present invention. Of course, various changes can be made without departing from the above.

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 / reception probe 2 Ferromagnetic core 3 Receiver sensor 4 Magnetostriction sensor 5 Liquid filling cylinder 6 Cup 6a Injection port 6b Outlet 7 Water chamber 10 Suction pad 14 Position adjustment mechanism 15 Controller 21 Conductor 22 Current generator m Object to be inspected

Claims (8)

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. 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、ことを特徴とする請求項１に記載の弾性波送受信プローブ。 The claim is characterized in that 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. acoustic wave receiving probe according to 1. 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. 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、ことを特徴とする請求項３に記載の弾性波送受信プローブを用いた測定装置。 The elastic wave transmission / reception probe according to claim 3, wherein the suction mechanism includes a plurality of suction pads (10) attached around a cup portion (6) of the water chamber (7). Measuring device using. 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. 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、ことを特徴とする請求項５に記載の弾性波送受信プローブを用いた測定方法。 The measuring method using an elastic wave transmission / reception probe according to claim 5, wherein the frequency of the elastic wave is 20 KHz or less and a frequency range lower than the ultrasonic range is used. 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. 前記弾性波の周波数は２０ＫＨｚ以上の超音波域を使用する、ことを特徴とする請求項７に記載の弾性波送受信プローブを用いた測定方法。
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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