JPS63247608A - コンクリ−トの厚さ及び内在ひび割れ位置の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はコンクリートの厚さ及び内在ひび割れ位置の測
定方法に関するものである。

〈従来の技術〉 石油やＬＰＧ地下備蓄タンク、トンネル、原子力発電所
等のような大型のコンクリート構造物の場合、コンクリ
ートの一方の面からコンクリートの厚さまたは内在ひび
割れ位置を測定し、検証する必要性は、保安面や工法面
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及び内在ひ
び割れの位置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。

この方法は第４図に示すように、コンクリート１の一方
の表面に、超音波振動子の送波器２と受波Ｂ３とを一定
の間隔をおいて設置する。

送波器２からはコンクリートｌに超音波を送波し、この
超音波はコンクリート１内を透過して不連続部で反射す
るので、コンクリート１の対向面または内在ひび割れま
で到達した後に反射する。

この反射波Ａを受波器３で捕らえ、反射波Ａの到達時間
を測定し、コンクリート１の厚さ及び内在ひび割れの位
置を測定するものである。

く本発明が解決しようとする問題点〉 上記の測定方法の場合、送波器２から送られる超音波は
、コンクリート１内を透過して反射する反射波Ａと、コ
ンクリート１の表面を直接受波器３に伝播する表面波Ｂ
とに分かれる。

そのためこの表面波Ｂと反射波Ａが重なってしまい、反
射波Ａを正確に捕らえることが困難になる。

しかもコンクリート１は、それ自体波長が出にくい物質
であるため、測定誤差が±５０％にも及ぶことがあり、
正確なコンクリート１の厚さ及び内在ひび割れの位置を
測定することができない。

く本発明の目的〉 本発明は上記のような問題点を解決するためになされた
もので、コンクリートの一方の面から、容易にかつ正確
にコンクリートの厚さ及び内在ひび割れの位置を測定す
ることができる、コンクリートの厚さ及び内在ひび割れ
位置の測定方法を提ｆ共することを目的とする。

く本発明の構成〉 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説
明する。

くイ〉本発明の測定原理 一つの振動体に周期的な外力が加わる場合、外力の周期
が振動体の固有振動の周期に近付くに従って、振動体の
振幅が急激に増加して共振波が発生する。

本発明はこの共振を利用するものであり、１辰動体をコ
ンクリートとして、外力には超音波を使用するものであ
る。

コンクリートはその厚さによって、共振波が発生する固
有撮動数が異なる。

そこで、測定対象物のコンクリートに周波数を変えて超
音波を送波する。

するとある周波数において、そのコンクリートの有する
固有撮動数お超音波の周波数とがほぼ一致して共撮状態
となる。

そのため、前述したように共振状態となったとき、超音
波の周波数の振幅が急激に増加して共振波が発生する。

従って、その共振波を受波して、その共振波が発生した
ときの周波数を検知することによって、コンクリートの
固有撮動数が分かり、後述する計算方法によってコンク
リートの厚さを算出することができる。

く口〉コンクリートの厚さの測定方法 本実施例では２０ｃｍの厚みを有するコンクリート１を
測定対象物とした場合について説明する。

まず、測定対象物のコンクリート１の一方の表面に、超
音波振動子の送波器２と受波器３を間隔をおいて設置す
る。

（１）第１次測定 第１次測定においては、まず大まかな共振周波数を探し
だす。

可変発撮機２１から電気振動の周波数を変えなから送波
器２を励損し、送波器２からコンクリート１の対向面に
向けて、電気振動によって形成された超音波のパルスを
送波する。

そしてコンクリート１の固有振動数と超音波の周波数と
がほぼ一致して、共振状態となったときの超音波の周波
数を探しだす。

本実施例では表面波の影響から逃れるために、例えば動
感電気信号に正弦波ではなく、矩形波を用い、この矩形
波によって形成されたパルスを、周波数を変えながらコ
ンクリート１に繰り返し送波する。

コンクリート１内を透過して、対向面で反射した反射波
Ａは、受波器３により受波され、増幅器３１で増幅され
た後に、スペクトル解析器３２の画面上に表示される。

周波数を変えながら超音波のパルスを送波していくうち
に、コンクリート１が共振状態に近くなると、振動の振
幅が急激に増加して共振波が発生する。

このときの共振周波数を捕らえて、スペクトル解析器３
２の画面上に表示すると、第２図に示すようにある周波
数から急に多数のスペクトルのピークが表れる。

実験の結果、この一群のスペクトルの中の最低の周波数
が、コンクリート１の厚みによる共振周波数に最も近い
ものであることが分かった。

第２図は１．５ＫＨｚの超音波を送波した場合であり、
最低の周波数のスペクトルＣは１０ＫＨｚ付近に表れた
。

最低の周波数のスペクトルＡが画面上に最も明確に表れ
るのは、実験の結果から、共振周波数の約１０％〜３０
％の周波数の場合であることが分かった。

従って、測定対象物のコンクリート１の厚さの見当がつ
く場合には、後述するコンクリートｌの厚さの算出方法
から共振周波数を概算して、その周波数の１０％〜３０
％の周波数をコンクリート１に送波することによって、
作業を迅速に行うことができる。

測定の目的によっては、第１次測定のみで作業を終了す
ることもある。

（２）第２次測定 第２次測定ではさらに正確な共振周波数を求める。

第１次測定で表れたスペクトルＣ付近の周波数（本実施
例ではｌ０Ｋ）Ｉｚ）を送波し、可変発振器２１を微調
整して、共振波のスペクトルＣが最大を示す周波数を探
しだす。

そして第３図に示すように、スペクトル解析器３２の画
面上に、スペクトルＣが最大に表示された周波数が、コ
ンクリート１と超音波の共振状態の正確な共振周波数で
ある。

本実施例の場合の最大スペクトルＣは、１０．９ＫＨｚ
を表しており、この値が正確な共振周波数である。

この共振周波数からコンクリート１の厚さを次のような
計算で求めることができる。

〈ハ〉コンクリートの厚さの算出方法 まず超音波の測定法で、コンクリート１内を伝播する超
音波の速度を求める。

音速は縦波、横波、表面波によって異なるが、本実施例
では縦波を使用するので、縦波の音速を求める。

実験の結果、コンクリート１の音速は約４０００ｍ／ｓ
ｅＣであった。

コンクリート１の厚み方向の共振周波数は、超音波の縦
波が厚み方向に進行し、対向面で反射して戻って（る時
間の逆数に相当する。

共振周波数をＭｌ　コンクリート１の厚さをＤ（ｃｍ）
音速をｖ　（ｍ　／　ｓ　ｅ　ｃ　）、　コンクリート
１の厚み方向の音波の伝達時間をｔ（μｓ）とすると、
以下の数式が成立する。

そしてこれらの数式から次の（１）式が成り立つことに
なる。

この数式に本実施例の数値を代入すると、このようにし
て、共振周波数からコンクリート１の厚さを求めること
ができる。

従って、実際の測定においては、前述の測定方法によっ
て求めた共振周波数を、数式（１）に代入するだけで容
易にコンクリートｌの厚さ６を算出することができる。

〈その他の実施例〉 以上説明したコンクリート１の厚さの測定方法を応用し
て、コンクリートｌの表面とほぼ平行に内在するひび割
れの位置を測定することができる。

コンクリート１の表面から送波した超音波のパルスは、
前述したようにコンクリート１内を透過して不連続部で
反射するため、コンクリート１の表面とほぼ平行に内在
するひび割れが存在する場合には、そのひび割れによっ
て反射することになる。

従って、ひび割れによって反射したときの共振周波数を
捕らえて、上記の算出方法によってコンクリート１の表
面がらひび割れまでの距離を求めることができる。

また、送波器２と受波器３とを接近させて、コンクリー
ト１の表面を移動させることによって、ひび割れの発生
する範囲を測定することができる。

即ち、コンクリート１の表面において、送波器２及び受
波器３が内在ひび割れの発生する範囲を外れると、超音
波のパルスはコンクリート１の対向面まで達するため、
コンクリート１の表面からひび割れまでの厚さが有する
共振周波数のスペクトルが消失する。

このことから、共振周波数のスペクトルが表れている範
囲がひび割れの発生する範囲であることが分かり、この
範囲を求めることによってひび割れの範囲を測定するこ
とができる。

く本発明の効果〉 本発明は以上説明したようになるので、次のような効果
を期待することができる。

くイ〉コンクリートの厚さ及び内在ひび割れの位置を測
定するための従来のパルス反射法の場合には、送波器か
らコンクリートの表面を直接受波器に伝播する表面波が
発生し、正確なコンクリートの厚さ及び内在ひび割れの
位置を測定することができない。

本発明は、測定対象物のコンクリートの同一面上に超音
波振動子の送波器と受波器を設置し、送波器からコンク
リートの対向面または内在ひび割れに向けて、正弦波で
はなく、例えば矩形波の電気撮動によって形成される超
音波のパルスを、周波数を変えながら繰り返し送波し、
コンクリートの厚さまたは内在ひび割れの位置によって
異なる共振周波数を検知することによって、コンクリー
トの厚さ及び内在ひび割れの位置を測定するものである
。

そのため、従来のように表面波による測定の妨げがなく
、容易にかつ正確にコンクリートの厚さ及び内在ひび割
れの位置を測定することができる。

従って、石油やＬＰＧ地下備蓄タンク、トンネル、原子
力発電所等のような大型のコンクリート構造物の場合で
も、コンクリートの一方の面がらコンクリートの厚み及
び内在ひび割れの位置を正確に測定できるので、保安面
や工法面における向上を図ることができる。

く口〉本発明に使用する発振器は、±ＩＯＶまたはそれ
以下の出力で測定が可能なため、低コストで測定を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明の一実施例の説明図 第２図：第１次測定によってスペクトル解析器の画面上
に表示された共振周波数のスペクトルを示す説明図 第３図：第２次測定によってスペクトル解析器の画面上
に表示された共振周波数のスペクトルを示す説明図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測定対象物のコンクリートの同一面上に超音波振動子の
   送波器と受波器を設置し、 正弦波ではない電気振動によって送波器を励振し、送波
   器からコンクリートの対向面に向けて、電気振動の周波
   数を変えながら超音波のパルスを繰り返し送波し、 コンクリートを共振状態として、 コンクリートの厚さまたは内在ひび割れの位置によって
   異なる周波数を有する共振波を受波器により受波し、 その共振周波数からコンクリートの厚さ及び内在ひび割
   れの位置を測定することを特徴とする、コンクリートの
   厚さ及び内在ひび割れ位置の測定方法