JPH05332758A - コンクリート構造物の厚さ測定方法 - Google Patents

コンクリート構造物の厚さ測定方法

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JPH05332758A
JPH05332758A JP15728792A JP15728792A JPH05332758A JP H05332758 A JPH05332758 A JP H05332758A JP 15728792 A JP15728792 A JP 15728792A JP 15728792 A JP15728792 A JP 15728792A JP H05332758 A JPH05332758 A JP H05332758A
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哲夫 山口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 正確にコンクリート構造物の厚さを測定でき
るコンクリート構造物の厚さ測定方法を提供すること。 【構成】 被測定物のコンクリート体の片面に超音波振
動子の送波器及び受波器を設置し、発振周期を可変して
送波器に電気信号を加え、その電気信号により送波器か
らコンクリート体内に超音波を送波し、コンクリートの
対面に反射する反射波を受波器により受波し、受波した
受波信号をスペクトル解析器によりフーリエ解析して周
波数スペクトルに変換し、各送波周期において得られた
周波数スペクトルのデータを全て加算し平均化して処理
して行う、コンクリート構造物の厚さ測定方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンクリート構造物の
厚さを超音波を利用して測定を行うコンクリート構造物
の厚さ測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】トンネル、原子力発電所、石油やLPG
地下備蓄タンク等の様な大型のコンクリート構造物の場
合、それらのコンクリートの片面からコンクリートの厚
さを測定し、検証を行うことは保守面や工法面から非常
に重要である。このように一方の面からコンクリートの
厚みを測定する方法として、従来超音波を用いるパルス
反射法が存在する。この方法はコンクリートの一方の表
面に超音波振動子の送波器と受波器とを一定の間隔をお
いて設置する。そして送波器からコンクリートに超音波
を送波し、この超音波はコンクリート内を透過してコン
クリートの不連続部分で反射するので、コンクリートの
対向面まで到達した後に反射して来る。この反射波を受
波器で捕らえ、反射波の到達時間を測定し、コンクリー
トの厚さを測定するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】前記の従来のコンク
リート構造物の厚さ測定技術には、次のような問題点が
ある。測定するコンクリートは粗骨材とモルタルの複合
材であることや、測定に使用可能な超音波は周波数が低
くコンクリート内での指向性が悪いことなどのため、測
定される受信波は送波器からの直接波、近くからの回折
波、戻り波、反射波が主であり、求める対面からの反射
波はこれらの受信波の中に小さな振幅として混在してお
り、その検出は容易でない。このため、従来の測定方法
を用いた測定装置では、誤った測定値を算出する場合な
どがあり、正確にコンクリート構造物の厚さを測定する
ことができない。
【0004】
【本発明の目的】本発明は以上の問題を解決するために
成されたもので、その目的は、正確にコンクリート構造
物の厚さを測定できるコンクリート構造物の厚さ測定方
法を提供することにある。
【0005】
【問題点を解決するための手段】すなわち本発明は、被
測定物のコンクリート体の片面に超音波振動子の送波器
及び受波器を設置し、発振周期を可変して送波器に電気
信号を加え、その電気信号により送波器からコンクリー
ト体内に超音波を送波し、コンクリートの対面に反射す
る反射波を受波器により受波し、受波した受波信号をス
ペクトル解析器によりフーリエ解析して周波数スペクト
ルに変換し、各送波周期において得られた周波数スペク
トルのデータを全て加算し平均化して処理して行う、コ
ンクリート構造物の厚さ測定方法である。
【0006】
【実施例1】以下図面を参照しながら本発明について説
明する。 <イ>測定装置の構成 本発明に係る測定装置を図1に示す。測定装置は、コン
クリート体1の片面に送波器2及び受波器3を配置し、
送波器2には発振器4が接続され、受波器3には増幅器
5及びスペクトル解析器6が接続されている。以下各部
について詳述する。
【0007】<ロ>送波部 送波部は送波器2と発振器4により構成される。送波器
2は発振器4からの電気信号を超音波に変換してコンク
リート体1内に超音波を送波する部位である。発振器4
は、パルス信号の発生装置であり、そのパルス周期を可
変できるように構成されている。
【0008】<ハ>受波部 受波部は受波器3、増幅器5及びスペクトル解析器6を
順次接続して構成される。受波器3は前記送波器2が送
波した超音波を受波し、電気信号に変換する部位であ
る。増幅器5は前記受波器3から得た受信信号を増幅す
るものである。スペクトル解析器6は、増幅器5から得
た受信信号波形をフーリエ解析して不連続な周波数スペ
クトル信号として測定するものである。また、スペクト
ル解析器6は一定周期で得られる周波数スペクトル信号
に対し順次加算し平均化する機能を有する。
【0009】
【作用】本発明に係るコンクリート体1の厚さ測定方法
の測定原理について説明する。 <イ>測定原理 送波周期を可変して送波器2により超音波パルスをコン
クリート内に送波し、受波器3により対面に反射した反
射波を受波する。そして、厚さの反射波を他の不要な波
と分離するために、受波した反射波の受信信号をスペク
トル解析器6によりフリーエ解析し、超音波の反射波の
到達時間の代わりに反射波の到達時間の逆数である周波
数としてを測定する。その周波数をf、コンクリート体
1の厚さをd、音速をcとすると、 2d/c=1/f の式で厚さdを求めることができる。
【0010】次にコンクリート体1の厚さ測定方法につ
いて説明する。 <ロ>コンクリート体1の厚さ測定方法 (1)測定装置の設置 図1の様にコンクリート体1の片面に送波器2と受波器
3を隣接して配置する。 送波器2に発振器4を接続す
る。受波器3には増幅器5とスペクトル解析器6を接続
する。 (2)測定手順 測定は、コンクリート体1の厚さの基本周波数と高調波
の周波数を誤認しないように長い送波周期における厚さ
測定と、正確な値をするための短い送波周期(反射波の
到達時間に相当する周期)による測定とを二段階に分け
て行う。被測定物の大体の厚さが分かるときは、短い送
波周期による測定だけでも良い。 以下測定手順を詳述
する。発振器4を作動させ、所定範囲内で発振周期を可
変してパルス信号を送波器2に加える。そのパルス応じ
て、送波器2はコンクリート体1内に超音波を送波す
る。送波した超音波を受波器3で受波する。そして、受
波した信号を増幅器5で増幅する。増幅した受波信号を
図2に示す。その受波信号は、送波器2からの直接波や
近傍からの回折波などが主であり、その中に求めるべき
反射波が混在する形で得られる。次にその受波信号をス
ペクトル解析器6で周波数スペクトルに分離してメモリ
ーする。そして、次々に受波する受波信号の周波数スペ
クトルをスペクトル解析器6で加算し平均化して信号処
理を行う。そして、図3の様に周波数スペクトルのデー
タが得られる。得られたデータ中ピーク値を示す周波数
スペクトルがコンクリート体1の厚さを示すものであ
り、その周波数からコンクリート体1の厚さを算出すれ
ば、コンクリートの厚さを測定することができる。ま
た、裏面の形状を知りたい場合は、測定点をずらして、
上記測定を必要回数行い作図することにより、実施する
ことができる。
【0011】<ハ>超音波の送波周期を可変し順次得ら
れるデータを加算し平均化する理由 受波信号の周波数スペクトルは、反射波の到達時間と超
音波の送波周期とが一致した場合、すなわち共振した場
合、最大の値を示す。求めるべき対面からの反射波以外
の反射波(例えばコンクリート体1内に混入する異物や
ひび割れ等による反射波)でも、ある送波周期で共振す
るとその周波数スペクトルが受波信号の最大値となって
しまう。また、受波した信号が多重反射して到達したも
のである場合も考えられる。このため、送波周期を変え
て全てのデータを加算し平均化して処理することによ
り、ある送波周数だけで共振する周波数スペクトルと求
めるべき対面からの反射波による周波数スペクトルとを
識別でき、対面からの反射波を正確に測定することがで
きる。
【0012】
【実施例2】本実施例は、実施例1のようにスペクトル
解析器6でデータの加算及び平均化をせず、各周波数ス
ペクトルの最大値をメモリーしてゆく、いわゆるピーク
ホールド信号処理を行うものである。コンクリート体1
の厚さに相当する周波数スペクトルが最も高いレベルの
値を示すので、ピークホールド信号処理でもコンクリー
ト体1の厚さに相当する周波数スペクトルを測定でき、
その周波数からコンクリート体1の厚さを算出して、コ
ンクリート体1の厚さの測定を行うことができる。
【0013】
【測定例1】寸法厚さ約200×奥行580×幅880
mmのコンクリート供試体を用い、その表面で奥行方向
の中央、幅方向は端部より250mm(他の端部より3
30mm)の位置に送波器2及び受波器3を設置して、
測定を行った。長い送波周期で測定を行い、受波信号を
全てフーリエ解析し、各データを加算し平均化処理して
得られた周波数スペクトルの測定結果を図3に示す。求
める厚さの周波数fに相当する値でスペクトルは最大値
を示し、その周波数fから高域側に向けて、スペクトル
は上昇している。このように、スペクトルが上昇し始め
るあたりで最大値を示す周波数fが求める厚さの周波数
であることを一度認識してしまえば、測定は容易に行え
る。高域側で上昇したスペクトル群は、送波器からの直
接波、近くからの回折波、戻り波または反射波などであ
り、本測定には不要なものである。周波数fの低域側に
も小さなスペクトルのピークが見られるが、それぞれ短
い送波周期で正確な測定を行った結果、幅方向の下隅か
らの反射波、幅方向の側面からの反射波、対角線の反射
波などであった。
【0014】
【測定例2】寸法厚さ約220×奥行2000×幅35
00mmで鉄筋入りであり、底部に厚さ方向に大きな三
本のひび割れのあるコンクリート供試体を用いて測定を
行った。長い送波周期で測定を行い、受波信号を全てフ
ーリエ解析し、各データを加算し平均化処理して得られ
た周波数スペクトルの測定結果を図4に示す。図3と似
たスペクトル波形が得られ、スペクトル全体像を見て、
コンクリート供試体の厚さに相当する周波数fが容易に
測定できた。さらに、短い送波周期で正確に測定したと
ころ、図5に示す様に1本のスペクトルが得られた。こ
のコンクリート供試体は大きいので、図3のように周波
数fの低域側には、多数の小さなスペクトルのピークは
見られず、またひび割れもこの測定の障害にならないこ
とが分かる。
【0015】
【測定例3】寸法厚さ約130×奥行270×幅330
mmで水平方向に鉄筋の入ったコンクリート供試体を用
いて、鉄筋から供試体表面までの距離、すなわち鉄筋の
かぶり厚さの測定を行った。供試体表面の送波器2及び
受波器3を設置位置は、鉄筋の真上に来る様に数mm単
位で移動し、スペクトル波形が最大になる位置に設定す
る。長い送波周期で測定を行い、受波信号を全てフーリ
エ解析し、各データを加算し平均化処理して得られた周
波数スペクトルの測定結果を図6に示す。中央やや低域
側に供試体の厚さを示すスペクトルの高いピークが見ら
れる。測定例1及び2では、供試体の厚さを示すスペク
トルよりも高域側は不要な波形としてきた。しかし、今
回の測定では表面から鉄筋までの距離が必要であり、そ
の距離は当然厚さの寸法より近い位置、すなわち厚さ測
定で不要としたスペクトルの範囲に注目する。鉄筋から
の反射波は図6の様に、ノイズ性の複雑な上下波でな
く、特徴のある幅広のスペクトルを示した。さらに、こ
の後短い送波周期で測定した結果、鉄筋までの距離を8
0mmと求め得た。
【0016】
【発明の効果】本発明は以上説明したようになるから次
のような効果を得ることができる。 <イ> 超音波の送波周期を変え、全てのデータを加算
し平均化して信号処理することにより、ある送波周数だ
けで共振する周波数スペクトルと求めるべき対面からの
反射波の周波数スペクトルとの誤認を防止でき、対面か
らの反射波を正確に測定することができる。したがっ
て、コンクリート構造物の厚さを正確に測定することが
できる。
【0017】<ロ> コンクリート構造物の厚さだけで
なく、コンクリート構造物内に埋設された鉄筋等の構造
物表面からの距離を測定することができる。
【0018】<ハ> 測定点を移動することにより、コ
ンクリート構造物の裏面の形状を計測することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 測定装置の説明図
【図2】 受波器で受波した受波信号の説明図
【図3】 測定例1の測定データの説明図
【図4】 測定例2の測定データの説明図
【図5】 測定例2の測定データの説明図
【図6】 測定例3の測定データの説明図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定物のコンクリート体の片面に超音
    波振動子である送波器及び受波器を設置し、 正弦波ではない電気信号により送波器を励振し、 その励振周期を可変しながら、送波器からコンクリート
    体内に超音波を送波し、 コンクリートの対面に反射す
    る反射波を受波器により受波し、 受波した受波信号をスペクトル解析器によりフーリエ解
    析して周波数スペクトルに変換し、 各励振周期において得られた周波数スペクトルのデータ
    を全て加算し平均化することにより、コンクリートの対
    面からの反射波の周波数スペクトルを測定し、 その周波数からコンクリート体の厚さを算出して行う、
    コンクリート構造物の厚さ測定方法。
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