(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下であり、ピークパワーが１０ｋＷ以上でありかつ緩和振動が抑制されたパルス光を生成して、このパルス光を構造物の表面に照射する第１の工程と、
前記パルス光が照射された領域の前記構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する第２の工程と、
検出された前記振動の波形を基に前記構造物の内部構造に関する情報を生成する第３の工程とを備え、
前記パルス光は、励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と、前記励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とにより生成されるレーザー光であり、
前記予備放電回路および前記高速放電回路は、非磁性体で形成された筐体または防振構造を有する筐体に収容されていることを特徴とする構造物の非破壊検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の構造物の非破壊検査方法において、
前記第１の工程において、前記パルス光の緩和振動を前記ピークパワーの５０％以下に抑制することを特徴とする構造物の非破壊検査方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の構造物の非破壊検査方法において、
前記第１の工程において、前記構造物の表面に非接触で前記パルス光を照射し、
前記第２の工程において、前記構造物の表面に非接触で前記振動を検出することを特徴とする構造物の非破壊検査方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載の構造物の非破壊検査方法において、
前記第３の工程において、検出された振動波形をフーリエ変換して前記振動の共振周波数を求め、前記構造物の内部にできた間隙の面積および前記構造物の厚みの少なくとも一方を前記振動の共振周波数から推定することを特徴とする構造物の非破壊検査方法。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載の構造物の非破壊検査方法において、
前記第１の工程において、前記パルス光の照射位置を走査することを特徴とする構造物の非破壊検査方法。
【請求項６】
パルス光を構造物の表面上に照射する光源と、
前記パルス光が照射された領域の前記構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する振動検出手段と、
この振動検出手段の出力側に接続されかつ前記振動検出手段で検出された前記振動の波形を基に前記構造物の内部構造に関する情報を生成する演算処理手段とを備え、
前記光源は、前記パルス光の緩和振動を抑制する緩和振動抑制手段を有し、
前記パルス光のパルス幅は、１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下であり、
前記パルス光のピークパワーは、１０ｋＷ以上であり、
さらに、前記光源は、
励起ランプからの光によりレーザー媒質を励起してレーザー出力を得るノーマル発振固体レーザーのレーザー発振器と、
前記励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と、前記励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とを具備する電源部とを有し、
前記高速放電回路のケースおよび前記電源部の筐体の少なくとも一方は、非磁性体で形成されていることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
【請求項７】
パルス光を構造物の表面上に照射する光源と、
前記パルス光が照射された領域の前記構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する振動検出手段と、
この振動検出手段の出力側に接続されかつ前記振動検出手段で検出された前記振動の波形を基に前記構造物の内部構造に関する情報を生成する演算処理手段とを備え、
前記光源は、前記パルス光の緩和振動を抑制する緩和振動抑制手段を有し、
前記パルス光のパルス幅は、１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下であり、
前記パルス光のピークパワーは、１０ｋＷ以上であり、
さらに、前記光源は、
励起ランプからの光によりレーザー媒質を励起してレーザー出力を得るノーマル発振固体レーザーのレーザー発振器と、
前記励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と、前記励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とを具備する電源部と、
前記レーザー媒質および前記励起ランプを冷却する冷却部とを有し、
前記電源部および前記冷却部の筐体は、防振構造を有していることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
【請求項８】
請求項６または７記載の構造物の非破壊検査装置において、
前記光源の緩和振動抑制手段は、前記パルス光の緩和振動を前記パルス光のピークパワーの５０％以下に抑制する手段であることを特徴とする構造物の非破壊検査方法。
【請求項９】
請求項６〜８いずれか１項記載の構造物の非破壊検査装置において、
前記光源は、前記構造物の表面に非接触で前記パルス光を照射する手段であり、
前記振動検出手段は、前記構造物の表面に非接触で前記振動を検出する手段であることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
【請求項１０】
請求項６〜９いずれか１項記載の構造物の非破壊検査装置において、
前記光源が有する前記緩和振動抑制手段は、前記高速放電回路からのパルス電流の立ち上がりを緩やかにする手段であることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
【請求項１１】
請求項６〜９いずれか１項記載の構造物の非破壊検査装置において、
前記光源は、前記パルス光の広がり角を１０ｍｒａｄ以下に制限する広がり角制御手段を有することを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
【請求項１２】
請求項６〜９いずれか１項記載の構造物の非破壊検査装置において、
前記光源の出力側に配置されかつ前記パルス光の照射位置を走査する走査手段を備えることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の構造物の非破壊検査装置において、
前記パルス光は、直線偏光であり、
前記走査手段は、音響光学的変調器であることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型構造物の内部構造を非破壊で検査する非破壊検査方法およびその装置に関し、特に、構造物に非接触で検査可能な非破壊検査方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交通機関、発電施設、居住用建築など、高度な信頼性が要求される大型構造物において、経年劣化や施工不良による事故が頻発している。その原因は、非破壊検査が行われていれば容易に発見できたと思われる構造物表面の剥離や構造物内部の亀裂であることが多い。そこで大型構造物の剥離や亀裂の検査を定期的に行うことが望まれるが、大面積の迅速な自動検査を可能にする簡便な検査法は開発されていない。
【０００３】
これまで大型構造物の剥離や亀裂の検査には、ハンマーで表面を打撃し、その振動応答を耳または計器で計測する打音検査が主に用いられている。しかし、打音検査は人手に頼らなければならないため、この方法では大面積の迅速な自動検査は困難である。また、超音波探傷法やＸ線透過法についても自動化が検討されているが、センサを構造物に近接させる必要があるため、凹凸の多い表面での自動化は困難である。一方、電磁波を用いる検査法は、非接触計測が可能であるが、それでもセンサを構造物から数ｃｍ以上は離せない。また、数ｃｍ以上の厚さの空洞などには感度があるが、それより薄い剥離や亀裂には適用できない。
【０００４】
このような状況のもと、大型構造物の剥離や亀裂の検査にレーザー超音波法を利用しようという提案がなされている。図１９は、従来から行われているレーザー超音波法により物体内部の欠陥を検出するための検査装置の一構成例を示すブロック図である。このレーザー超音波法では、まず、レーザー光源１１１で生成したパルスレーザー光１１１ａを物体１０１の表面に照射する。レーザー光１１１ａが照射された領域では急激な熱膨張によって振動が励起され、この振動に基づく超音波１０４ａが発生する。この超音波１０４ａを非接触のレーザー干渉計１１３で検出して、このレーザー干渉計１１３の出力信号１１３ａを演算処理装置１１４で演算処理することにより、物体１０１内部の微小欠陥１０３を計測する。
【０００５】
ただし、このレーザー超音波法は、精密機械部品の品質検査などの精密検査を目的として開発された技術である。したがって、金属、複合材料、ファインセラミックスなどの検査対象の厚さ（１ｃｍ程度）や微小欠陥（０．０１〜１ｍｍ程度）１０３に対して高感度であることが望まれる。このため、図２０に示すような半値幅（パルス幅）が１〜１００ｎｓ（ナノ秒）の短パルスのレーザー光１１１ａを用いて、熱弾性モードで１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの超音波１０４ａが発生するようにしている。また、レーザー光源１１１には、上記の半値幅をもつレーザー光１１１ａを出力できるＱスイッチ方式の固体レーザー発振器が用いられている。
【０００６】
このレーザー超音波法を用いれば、構造物内部の欠陥を遠隔から自動計測することも可能である。しかし、上述したように超音波１０４ａの周波数が１０ＭＨｚ〜１ＧＨｚと高いため、大型の金属部材、コンクリートおよび耐火煉瓦などでは超音波１０４ａの減衰が大きく、超音波１０４ａの検出感度が低い。この感度低下を防ぐには低い周波数の超音波を用いる必要があり、最適な超音波周波数は１〜１００ｋＨｚである。従来からあるレーザー超音波法でも、この周波数帯での振動を計測することも可能ではあるが、振動励起効率が低いため、やはり計測感度は低い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来は大型構造物の健全性を遠隔から高感度で計測できる自動化が容易な非破壊検査法が開発されていなかった。
本発明はこのような状況下でなされたものであり、その目的は大型構造物の健全性を遠隔計測できる自動化の容易な非破壊検査法を実現することにある。
また、他の目的は、大型構造物の健全性を高感度で計測できる非破壊検査法を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による構造物の非破壊検査方法は、パルス幅が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下であり、ピークパワーが１０ｋＷ以上でありかつ緩和振動が抑制されたパルス光を生成して、このパルス光を構造物の表面に照射する第１の工程と、パルス光が照射された領域の構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する第２の工程と、検出された振動の波形を基に構造物の内部構造に関する情報を生成する第３の工程とを備え、パルス光は、励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と、励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とにより生成されるレーザー光であり、予備放電回路および高速放電回路は、非磁性体で形成された筐体または防振構造を有する筐体に収容されていることによって特徴づけられる。パルス光の照射により熱弾性モードで励起される振動の最高周波数は、照射されたパルス光のパルス幅の逆数にほぼ比例する。したがって、パルス幅が１０〜１００μｓ（マイクロ秒）のパルス光を照射することにより、最高周波数１０〜１００ＫＨｚ程度の振動を効率的に励起できる。この周波数帯の振動は大型の金属部材などでの減衰が小さいので、高感度で検出できる。また、予備放電回路および高速放電回路を上述した筐体に収容することにより、高速放電に伴って電磁力が発生しても、筐体は振動しない。
【０００９】
また、本発明は、第１の工程において、パルス光の緩和振動をピークパワーの５０％以下に抑制するようにしてもよい。
また、本発明は、第１の工程において、構造物の表面に非接触でパルス光を照射し、第２の工程において、構造物の表面に非接触で振動を検出するようにしてもよい。
また、本発明は、第３の工程において、検出された振動波形をフーリエ変換して振動の共振周波数を求め、構造物の内部にできた間隙の面積および構造物の厚みの少なくとも一方を振動の共振周波数から推定する。
また、本発明は、第１の工程において、パルス光の照射位置を走査する。これにより、構造物の広範囲にわたる振動分布を計測できる。
【００１０】
また、本発明による構造物の非破壊検査装置は、パルス光を構造物の表面上に照射する光源と、パルス光が照射された領域の構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段の出力側に接続されかつ振動検出手段で検出された振動の波形を基に構造物の内部構造に関する情報を生成する演算処理手段とを備え、光源は、パルス光の緩和振動を抑制する緩和振動抑制手段を有し、パルス光のパルス幅は、１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下であり、パルス光のピークパワーは、１０ｋＷ以上であり、さらに、光源は、励起ランプからの光によりレーザー媒質を励起してレーザー出力を得るノーマル発振固体レーザーのレーザー発振器と、励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とを具備する電源部とを有し、高速放電回路のケースおよび電源部の筐体の少なくとも一方は、非磁性体で形成されていることによって特徴づけられる。予備放電回路により励起ランプを常時放電状態にしておくことで、高速放電回路からのパルス電流が励起ランプで放電されるときの放電インピーダンスの変化を小さくできる。また、高速放電回路のケースおよび電源部の筐体の少なくとも一方を非磁性体で形成することにより、高速放電に伴って電磁力が発生しても、ケースおよび筐体は振動しない。
【００１１】
また、本発明による構造物の非破壊検査装置は、パルス光を構造物の表面上に照射する光源と、パルス光が照射された領域の構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段の出力側に接続されかつ振動検出手段で検出された振動の波形を基に構造物の内部構造に関する情報を生成する演算処理手段とを備え、光源は、パルス光の緩和振動を抑制する緩和振動抑制手段を有し、パルス光のパルス幅は、１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下であり、パルス光のピークパワーは、１０ｋＷ以上であり、さらに、光源は、励起ランプからの光によりレーザー媒質を励起してレーザー出力を得るノーマル発振固体レーザーのレーザー発振器と、励起ランプに常時所定の直流電流を供給する予備放電回路と励起ランプにパルス電流を供給する高速放電回路とを具備する電源部と、レーザー媒質および励起ランプを冷却する冷却部を有し、電源部および冷却部の筐体は、防振構造を有していることによって特徴づけられる。
【００１２】
ここで、光源の緩和振動抑制手段は、パルス光の緩和振動をパルス光のピークパワーの５０％以下に抑制する手段としてもよい。また、緩和振動抑制手段は、高速放電回路からのパルス電流の立ち上がりを緩やかにする手段であってもよい。
また、光源は、構造物の表面に非接触でパルス光を照射する手段であり、振動検出手段は、構造物の表面に非接触で振動を検出する手段であってもよい。
【００１３】
また、上記構造物の非破壊検査装置において、光源は、パルス光の広がり角を１０ｍｒａｄ以下に制限する広がり角制御手段を有していてもよい。これによりパルス光の指向性が高くなる。
また、上記構造物の非破壊検査装置は、光源の出力側に配置されかつパルス光の照射位置を走査する走査手段を備えていてもよい。
パルス光が直線偏光である場合、走査手段を音響光学的変調器で構成してもよい。音響光学的変調器を用いることにより、高速に走査可能となる。なお、パルス幅が１０〜１００μｓの長パルスのパルス光は、Ｑスイッチ方式によるレーザー光よりもピークパワーが小さいので、音響光学的変調器の表面にアブレーションによる損傷は起きにくい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による構造物の非破壊検査装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。この図では検査対象の構造物としてトンネル１が例示されている。また、このトンネル１の内部には、トンネル１の表面（壁面）２に対してほぼ平行な亀裂（間隙）３が形成されているものとする。
非破壊検査装置１０は、レーザー光源１１と、音響光学的変調器（走査手段）１２と、振動検出器１３と、計算機１４と、表示装置１５とから構成されている。
【００１５】
レーザー光源１１は、長パルスのレーザー光１１ａを出力するノーマル発振固体レーザーのレーザー発振器である。レーザー光１１ａは、半値幅（以下、パルス幅ということがある）が１０μｓ以上，１００μｓ以下であり、ピークパワーが１０ｋＷ以上である。また、レーザー光１１ａの緩和振動は、そのレーザー光１１ａのピークパワーの５０％以下に抑制されている。
音響光学的変調器１２は、レーザー光源１１の出力側に配置されており、またトンネル１の表面２から１ｍ程度離間して配置されている。この音響光学的変調器１２は、レーザー光１１ａを偏向することによりトンネル表面２における照射位置を走査する走査手段として機能する。
【００１６】
振動検出器１３もまた、トンネル１の表面２から１ｍ程度離間して配置されている。音響光学的変調器１２からのレーザー光１２ａが照射された領域では振動が励起され、この振動と同じ波形を有する超音波４ａが発生する。振動検出器１３は、前記振動を直接検出するか、または前記超音波４ａを受信することにより前記振動を検出するものである。この振動検出器１３としては、レーザー干渉計または超音波検出用のマイクロフォンを利用できる。
【００１７】
計算機１４は、振動検出器１３の出力側に接続されており、振動検出器１３で検出された振動の波形データ１３ａを周波数解析して、トンネル１の内部構造に関する情報を生成する演算処理手段としての機能を有している。また、この計算機１４は、レーザー光源１１、音響光学的変調器１２、振動検出器１３および表示装置１５のそれぞれの動作を制御する制御手段としての機能も兼ね備えている。特に、レーザー光源１１および音響光学的変調器１２に制御信号１４ｓおよび１４ｔをそれぞれ出力して、レーザー光源１１および音響光学的変調器１２の動作を同期させている。
表示装置１５は、振動検出器１３および計算機１４の両方の出力側に接続されており、振動検出器１３および計算機１４のそれぞれから出力されたデータ１３ａ，１４ａを表示するものである。
【００１８】
次に、パルスレーザー光１２ａの照射により熱弾性モードで超音波４ａが発生する原理を説明する。
図２は、超音波４ａの発生原理の説明図であり、図１に示したトンネル１の断面が模式的に示されている。ここでは、表面２と亀裂３との間の板状部分４の厚さは十分薄いものとする。
【００１９】
図２（Ａ）はレーザー光１２ａが照射される前の状態を示している。表面２にレーザー光１２ａが照射されると、レーザー光１２ａの光エネルギー吸収によって表面２および板状部分４の温度が上昇して、図２（Ｂ）に示すように板状部分４が急激に熱膨張する。この状態でレーザー光１２ａの照射が停止すると、板状部分４は冷却されて急激に収縮する。このとき板状部分４は図２（Ｃ）に示すように過度に収縮する。その後、板状部分４は復元力によって図２（Ｄ）に示すように再び膨張に転ずる。以後、これを繰り返しながら、振動は徐々に収束してゆく。このようにして板状部分４の曲げ振動が励起される。また、板状部分４に相当する部材の形状により、他に厚み振動、ねじり振動など様々な振動モードが励起される。このようにして励起された振動に伴って、超音波４ａが発生する。
【００２０】
レーザー光１２ａの照射により熱弾性モードで励起された振動の最高周波数は、レーザー光１２ａのパルス幅の逆数にほぼ比例する。したがって、パルス幅が１０〜１００μｓの長パルスのレーザー光１２ａを照射することにより、最高周波数１０〜１００ｋＨｚ程度の振動を効率的に励起できる。この周波数帯の振動は、厚さ１０〜１００ｃｍ程度の大型の金属部材、コンクリートおよび耐火煉瓦などでも減衰が小さい。したがって、振動検出器１３により板状部分４の振動を高感度で検出できる。
なお、レーザー光１２ａのパルス幅から換算される周波数を有する弾性波の波長よりも板状部分４の厚さが大きくなると、板状部分４の振動は励起されない。しかし、上述したパルス幅を有するレーザー光１２ａを用いた場合は、周波数が低く波長が長いので、通常の大きさの構造物でも大きさが波長以下となって振動が起こる。
【００２１】
レーザー光による振動の発生は、照射領域の温度上昇によって起こる。このため、深さ方向の温度上昇の分布が重要である。温度分布は熱伝導率κと光の吸収係数γとにより決まるが、これらは物質に強く依存する。特に金属と絶縁体との相違は大きい。
金属では光吸収は物体表面で起こり、物体内部の温度上昇は熱伝導により起こると仮定できる。またレーザービームが十分太く、物体表面方向に一様と仮定し、さらに光吸収パワー密度（レーザー光の単位面積当たりのピークパワー）が時間０＜ｔ＜ｔ０  （ｔ０  はレーザー光のパルス幅）でＩ０  （一定値）、その他で０とする。この時、レーザーの発光終了後（ｔ０  ＜ｔ）における物体内部の温度分布Ｔ（ｘ３，ｔ）は、次式で与えられる。なお、ｘ３  は物体内部における表面からの距離である。
【００２２】
【数１】
0003607569.tif 000002
【００２３】
ここでκは熱伝導率、Ｄ＝κ／（ρＣ）は熱拡散率、ρは密度、Ｃは熱容量である。ただし、レーザーの発光中（０＜ｔ＜ｔ０  ）においては（１）式の第１項のみを採る。
一方、光の透過距離が数１０μｍ以上ある絶縁体では、レーザー光のパルス幅程度の時間での熱拡散距離は相対的に小さいので無視できる。この場合、温度はレーザー光の照射時間に比例して上昇し、物体内部の温度分布Ｔ（ｘ３，ｔ）は次式で与えられる。
【００２４】
【数２】
0003607569.tif 000003
【００２５】
続いて、パルスレーザー光を照射したときの物体表層の温度分布を、従来からあるレーザー超音波法の場合と本発明の場合とで比較する。図３は、（１）式〜（３）式より求められた下記の条件における物体表層の温度分布を示すグラフである。このグラフの横軸は物体表面からの距離ｘ３  ［μｍ］であり、縦軸はレーザー照射による温度上昇Ｔ［Ｋ］である。
【００２６】
まず、従来法による場合を検討するにあたり、パルス幅ｔ０  ＝１０ｎｓの短パルスのレーザー光１１１ａを照射した場合の温度分布を金属と絶縁体の両方で調べる。
物体が金属の場合、熱物性定数は軟鋼を想定して熱伝導率κ＝５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱拡散率Ｄ＝１．３×１０−５ｍ２  ／ｓとする。ただし、光吸収係数γを無限大とする。また、吸収パワー密度Ｉ０  はＱスイッチ方式により発振されたレーザー光を想定して２０ＭＷ／ｃｍ２  （ビーム直径８ｍｍ、吸収エネルギー１００ｍＪに相当）とする。図３の実線ａは、パルス幅ｔ０  の１０倍の時間ｔ＝１００ｎｓが経過したときの温度分布である。温度上昇Ｔは表面で２６４Ｋであるが、４μｍ内部では１０Ｋと小さい。常温（２９３Ｋ）の場合、照射直後の表面温度は融点（１８１０Ｋ）を超えるので、アブレーションが起こる。
【００２７】
物体が絶縁体の場合、熱伝導率κおよび熱拡散率Ｄは金属の場合と同じ値とし、光吸収係数γ＝１×１０４  ［１／ｍ］とする。また、吸収パワー密度Ｉ０  を金属の場合の１０倍の２００ＭＷ／ｃｍ２  とする。図３の点線ｂは、レーザー発光が終了した時間ｔ＝１０ｎｓにおける温度分布である。最表面の温度上昇Ｔは５２Ｋでアブレーションは起こらず、１００μｍ内部でも２０Ｋ以上温度が上昇する。
【００２８】
次に、本発明による場合を検討するにあたり、パルス幅ｔ０  ＝５０μｓの長パルスのレーザー光１１ａを照射した場合の温度分布を金属と絶縁体の両方で調べる。吸収パワー密度Ｉ０  は１ＭＷ／ｃｍ２  とする。
物体が金属の場合、パルス幅ｔ０  の１０倍の時間ｔ＝５００μｓ経過後には、図３の破線ｃで示すように、厚さ１００μｍの表層で温度上昇Ｔが６０Ｋとなった。また、光が透過する絶縁体の場合、光透過と内部での吸収とにより、レーザー発光が終了した時間ｔ＝５０μｓには、図３の一点鎖線ｄで示すように、１００μｍ内部での温度上昇Ｔが５０Ｋとなった。いずれの場合も、表面での温度上昇Ｔは６００Ｋ以下であり、アブレーションは起こらない。
【００２９】
以上からわかるように、長パルスのレーザー光１１ａを用いた場合、金属でも絶縁体でも、比較的厚い表層に適度な温度上昇が起こる。したがって、比較的厚い表層に熱膨張による振動を励起できるので、大型構造物の内部にできた亀裂などの欠陥を検査できることがわかる。
その一方で、レーザー光１１ａはパルス幅ｔ０  が長いので大エネルギーのわりにピークパワーＩ０  が小さく、物体表面でアブレーションが起きない。このため、検査対象の表面にアブレーション損傷が無い完全な非破壊検査を行える。
【００３０】
また、レーザー光１１ａの吸収パワー密度Ｉ０  は１ＭＷ／ｃｍ２  程度であり、図１に示した音響光学的変調器１２の耐光性限度以下である。したがって、音響光学的変調器１２の表面をアブレーション損傷させることなく使用できる。音響光学的変調器１２を用いることにより、レーザー光１１ａの波形を自在に制御できる。特に、音響光学的変調器１２はレーザー光１１ａの偏向を機械的でなく光学的に行うので、高速に走査可能となる。なお、言うまでもなく、走査手段として反射ミラーを用いることもできる。
【００３１】
次に、長パルスのレーザー光１１ａを出力するレーザー光源１１について更に説明する。
図４は、レーザー光源１１の構成図である。レーザー光源１１は、固体レーザーであり、レーザーヘッド部２０と、電源部３０と、レーザー発振制御部５１と、冷却部５２とから構成されている。
さらに、レーザーヘッド部２０はノーマル発振の固体レーザー発振器であり、レーザーロッド２１と、フラッシュランプ２２と、レーザーロッド２１およびフラッシュランプ２２を収容する集光器２３と、光共振器を構成する全反射鏡２４ａおよび出力鏡２４ｂと、集光器２３の一方の鏡面と全反射鏡２４ａとの間に配置されたエキスパンダー（広がり角制御手段）２５と、集光器２３の他方の鏡面と出力鏡２４ｂとの間に配置されたポラライザー２６とを備えている。
【００３２】
レーザーロッド２１には、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶、Ｅｒ：ＹＡＧ結晶、Ｎｄ：ガラス結晶、Ｎｄ：ＹＬＦ結晶などの固体レーザー媒質が用いられる。フラッシュランプ２２は、レーザーロッド２１に光を照射して励起させる励起ランプであり、キセノンフラッシュランプなどが用いられる。集光器２３は、フラッシュランプ２２からの光を効率よくレーザーロッド２１上に集光するものである。
【００３３】
エキスパンダー２５は、凸レンズ２５ａと凹レンズ２５ｂとから構成されている。そして、各レンズ２５ａ，２５ｂの屈折率と、各レンズ２５ａ，２５ｂ間の距離を調整することで、レーザーヘッド部２０（すなわち、レーザー光源１１）から出力されるレーザー光１１ａの広がり角を制御できる。ここでは、指向性を高くするため、レーザー光１１ａの広がり角を１０ｍｒａｄ以下に制限する。
ポラライザー２６は、レーザー光１１ａを直線偏光とするための偏光素子である。このポラライザー２６を用いて直線偏光出力を得ることにより、図１に示した音響光学的変調器１２により高効率な変調と偏向が可能となる。なお、この音響光学的変調器１２を用いない場合には、ポラライザー２６は無くてもよい。
【００３４】
電源部３０は、レーザーヘッド部２０のフラッシュランプ２２に放電電流を供給する電源である。レーザー発振制御部５１は、電源部３０に接続されており、この電源部３０がフラッシュランプ２２に放電電流を供給するタイミングを制御するものである。冷却部５２は、レーザーヘッド部２０のレーザーロッド２１、フラッシュランプ２２および集光器２３を冷却（例えば水冷）するものである。
【００３５】
図５は、図４に示した電源部３０の構成を示す回路図である。
フラッシュランプ２２の陽極はダイオード３３および抵抗３２を介してシマー電源３１の＋端子に接続され、陰極はこのシマー電源３１の−端子に接続されている。また、フラッシュランプ２２の陽極はスイッチング素子４０ａを介して放電用コンデンサー３９ａの一端に接続され、陰極はこの放電用コンデンサー３９ａの他端に接続されている。さらに、フラッシュランプ２２の陽極はインダクター４１およびスイッチング素子４０ｂを介して放電用コンデンサー３９ｂの一端に接続され、陰極はこの放電用コンデンサー３９ｂの他端に接続されている。
【００３６】
放電用コンデンサー３９ａ，３９ｂはケース３９ｃに収容されている。スイッチング素子４０ａ，４０ｂのそれぞれのゲートはレーザー発振制御部５１に接続されている。
そして、放電用コンデンサー３９ａ，３９ｂのそれぞれの一端はインダクター３８ａ，３８ｂを介して充電用主電源３７の＋端子に接続され、それぞれの他端はこの充電用主電源３７の−端子に接続されている。
また、電源部３０は、トリガートランス３５を介して電極３６よりフラッシュランプ２２にトリガーパルスを印加するトリガーパルス発生器３４を有している。
【００３７】
シマー電源３１は、フラッシュランプ２２に常時所定の直流電流を供給する予備放電回路を構成する。このシマー電源３１の両端子（＋，−）間の電圧は、充電用主電源３７の両端子（＋，−）間の電圧よりも低く設定してある。
放電用コンデンサー３９ａとスイッチング素子４０ａとにより、フラッシュランプ２２にパルス電流を供給する高速放電回路が構成される。ここで、スイッチング素子４０ａは、通常はアノード電流の通過を阻止するが、ゲートに発光指令信号５１ａが印加されるとアノード電流を通過させる素子である。また、放電用コンデンサー３９ａの容量は、パルス電流の半値幅が１０〜１００μｓとなるように設定される。
【００３８】
放電用コンデンサー３９ｂとスイッチング素子４０ｂとインダクター４１とレーザー発振制御部５１とにより、レーザー光１１ａの緩和振動を抑制する緩和振動抑制手段が構成される。ここで、スイッチング素子４０ｂは、通常はアノード電流の通過を阻止するが、ゲートに発光指令信号５１ｂが印加されるとアノード電流を通過させる素子である。また、レーザー発振制御部５１は、スイッチング素子４０ａ，４０ｂのゲートに、それぞれ発光指令信号５１ａ，５１ｂを所定のタイミングで印加する回路である。
なお、スイッチング素子４０ａ，４０ｂとしては、サイリスター、ゲートターンオフサイリスター、ＩＧＢＴなどを使用できる。
【００３９】
次に、電源部３０の動作を説明する。
まず、シマー電源３１を動作させる。シマー電源３１がフラッシュランプ２２の両極間に印加した電圧が約５００〜１０００Ｖとなった時点で、トリガーパルス発生器３４がトリガーパルスを出力する。トランス３５で増幅された電圧５ｋＶ以上のトリガーパルスが電極３６よりフラッシュランプ２２に印加されると、トリガーパルスの電圧によりフラッシュランプ２２の両極間の絶縁が破れ、シマー電流が放電される。これにより、フラッシュランプ２２の両極間の電圧は約１００〜２００Ｖに低下する。シマー電流は約１００ｍＡの直流電流であり、この後もフラッシュランプ２２の両極間で放電され続ける。
【００４０】
一方、スイッチング素子４０ａ，４０ｂは通常、ゲートに発光指令信号５１ａ，５１ｂが印加されておらず、阻止状態となっている。この状態で、充電用主電源３７は放電用コンデンサー３９ａ，３９ｂのそれぞれを充電する。そして放電用コンデンサー３９ｂに充電された電圧が約３００Ｖ以上となると、レーザー発振制御部５１はスイッチング素子４０ｂのゲートに発光指令信号５１ｂを印加する。これによりスイッチング素子４０ｂは導通状態となり、放電用コンデンサー３９ｂに充電された電圧はインダクター４１およびフラッシュランプ２２に印加される。このとき、インダクター４１の積分作用により、フラッシュランプ２２に供給される電流Ｉｂの立ち上がりは、図６（Ａ）の点線で示すように緩やかになる。上述したようにフラッシュランプ２２の両極間の電圧は約１００〜２００Ｖに低下しているので、この電流Ｉｂはフラッシュランプ２２の両極間で放電される。
【００４１】
続いて、レーザー発振制御部５１はスイッチング素子４０ａのゲートに発光指令信号５１ａを印加する。これによりスイッチング素子４０ａは導通状態となり、放電用コンデンサー３９ａに充電された電圧はフラッシュランプ２２に印加される。これにより、フラッシュランプ２２の両極間で、図６（Ａ）に実線で示すような立ち上がりが急峻なパルス電流Ｉａが放電される。
このときのフラッシュランプ２２の放電電流（シマー電流を除く）Ｉｃは、図６（Ｂ）に示すように電流Ｉａ，Ｉｂを合成したものとなる。この電流Ｉｃは放電用コンデンサー３９ａからのパルス電流Ｉａよりも立ち上がりが緩やかになっている。
【００４２】
フラッシュランプ２２の放電電流の立ち上がりが急峻であるほど、レーザーヘッド部２０から出力されるレーザー光１１ａの緩和振動が大きくなる。そこで、まず立ち上がりが緩やかな電流Ｉｂをフラッシュランプ２２に印加する。このときレーザー光１１ａに発生する緩和振動は小さい。そして、この電流Ｉｂによる緩和振動がおさまった時点で、パルス電流Ｉａをフラッシュランプ２２に印加するようにする。これによりレーザー光１１ａの緩和振動を極めて小さくできる。
【００４３】
また、電源部３０では、フラッシュランプ２２でシマー電流が常時放電させているが、これによりフラッシュランプ２２でパルス電流Ｉａが放電されるときの放電インピーダンスの変化を小さくできる。これにより、パルス放電の繰り返しが容易に高速化できると共に、発光効率が高まる、フラッシュランプ２２の寿命が延びるといった利点を併せて得られる。
【００４４】
前述したように、大型構造物を非破壊検査するには最高周波数１０〜１００ｋＨｚの振動を励起することが望ましく、そのためにはパルス幅が１０〜１００μｓのレーザー光を照射する必要がある。しかし、従来からあるレーザー超音波法で使用されていたＱスイッチ方式の固体レーザー発振器では、このような長パルスのレーザー光を得られない。
【００４５】
図７は、Ｑスイッチ方式の固体レーザー発振器でＱスイッチを使用せずにノーマル発振させて得られたレーザー光の波形を示す図である。横軸は時間であり、縦軸は光強度である。図７に示したレーザー光の包絡線の半値幅は４０μｓであるが、このレーザー光には緩和振動によるスパイク状のパルスが多数発生している。緩和振動の強度はピークパワーの９０％以上と大きく、また各パルスの半値幅は数ｎｓと極めて短い。このように、従来からレーザー超音波法で使用されていたＱスイッチ方式の固体レーザー発振器を転用したのでは、長パルスのレーザー光を得られない。
【００４６】
図８は、図４および図５に示した構成を有するレーザー光源１１で得られたレーザー光１１ａの波形を示すグラフである。横軸は時間ｔ［μｓ］であり、縦軸は光強度［ａ．ｕ．］である。図８に示したレーザー光１１ａは、半値幅が５０μｓであり、しかも緩和振動の強度がピークパワーの５０％以下に抑制されている。図１に示した非破壊検査装置ではこのようなレーザー光１１ａを使用するので、最高周波数１０〜１００ｋＨｚ程度の低周波振動を効率的に励起できる。
【００４７】
次に、レーザー光源１１の防振構造について説明する。図９は、レーザー光源１１の電源部３０および冷却部５２の外部筐体の側面図である。
レーザー光源１１では、放電用コンデンサー３９ａの高速放電によりフラッシュランプ２２を発光させる。このとき放電用コンデンサー３９ａから強い電磁力が発生する。従来からあるレーザー超音波法で使用されていたレーザー光源１１１ａは床にキャスターなどで設置されており、特別な防振構造を有していなかった。しかし、これではレーザー光源１１１ａが高速放電に伴う電磁力により大きく振動してしまう。この振動は床や空気を介してレーザー干渉計１１３に伝わり、レーザー干渉計１１３の出力信号のノイズとなるという問題があった。
【００４８】
そこで、図１に示した非破壊検査装置のレーザー光源１１では、以下のような防振構造とした。まず、放電用コンデンサー３９ａを収容するケース３９ｃおよび電源部３０の筐体３０ａは従来は鉄などで形成されていたが、このケース３９ｃおよび筐体３０ａを真鍮などの非磁性体で形成した。これにより、高速放電に伴って電磁力が発生しても、ケース３９ｃおよび筐体３０ａは振動しない。
また、図９に示すように、電源部３０の筐体３０ａおよび冷却部５２ａの筐体５２ａを床５５上に配置する際に、防振ゴム５４を介在させている。これにより、筐体３０ａ，５２ａが振動したとしても、その振動は床５５に伝わらない。
レーザー光源１１はこのような防振構造を有しているので、高速放電に伴う電磁力による振動は抑制される。したがって、振動検出器１３で検出された振動波形にのるノイズが小さくなるので、検査精度が高くなる。
【００４９】
次に、図１に示した装置による構造物の非破壊検査に関する実験について説明する。
まず、レーザー光源１１として、図４および図５に示した構成を有する長パルスＹＡＧレーザーのプロトタイプを試作した。このレーザー光源１１は、大容量コンデンサー３９ａの高速放電によるフラッシュランプ発光を用いて、パルス幅５０μｓ、エネルギー２．５Ｊの発振を行うことができた。これと同時に、レーザー光１１ａの広がり角を１０ｍｒａｄ以下に制限できた。
このレーザー光源１１を用いた予備実験で、周波数１〜５０ｋＨｚの振動を効率的に発生させることができ、２１０×１００×３０ｍｍのレンガブロックや１００×１００×５ｍｍのタイルの明瞭な共振スペクトルを非接触で検出できることを初めて確認した。また、レーザー光１１ａはパルス幅が長いので大エネルギーのわりにピークパワーが小さく、部材表面にアブレーション損傷が生じない完全な非破壊検査を行えた。
【００５０】
各実験毎に詳細に説明する。
実験１．従来からあるレーザー超音波法と本発明とのＳ／Ｎ比に関する比較：
試料として２１０×１００×３０ｍｍのレンガブロックを用意した。このレンガブロックの１００×３０ｍｍの面を下にして平面上に置く。このときレンガブロックは平面に接着されておらず、完全剥離の状態となっている。この状態で、レンガブロックの２１０×１００ｍｍの面にパルスレーザー光を照射する。このとき励起された振動に基づく超音波を照射位置から１ｍ遠隔で受信し、周波数分析を行って共振スペクトルを得る。
【００５１】
まず、従来からあるレーザー超音波法で用いられているパルス幅８ｎｓのレーザー光１１１ａを照射した。図１０は、このときのレンガブロックの振動波形を示すグラフであり、図１０（Ａ）にはレーザー干渉計１１３による検出波形が示されており、図１０（Ｂ）にはレーザー干渉計１１３による検出波形をフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示されている。図１０（Ａ），（Ｂ）には、レーザー光１１１ａのエネルギーを１１６ｍＪ，８７．８ｍＪ，５７．５ｍＪ，３５．０ｍＪとしたときの波形、およびバックグラウンドの波形が上から順に示されている。
図１０（Ａ）から分かるように、このときのレンガブロックの振動速度ｖの振幅は０．００５ｍｍ／ｓ以下と小さい。また、図１０（Ｂ）では５ｋＨｚ付近に共振スペクトルが見られるが、この共振スペクトルの振幅が小さく、バックグラウンドノイズに埋没している。
【００５２】
次に、上記レーザー光源１１のプロトタイプによるパルス幅５０μｓのレーザー光１１ａを照射した。図１１は、このときのレンガブロックの振動波形を示すグラフであり、図１１（Ａ）には振動検出器１３による検出波形が示されており、図１１（Ｂ）には振動検出器１３による検出波形を計算機１４でフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示されている。図１１（Ａ），（Ｂ）には、レーザー光１１ａのエネルギーを２．０８Ｊ（ピークパワー４２ｋＷ），１．２５Ｊ（ピークパワー２５ｋＷ）としたときの波形、およびバックグラウンドの波形（図１１（Ｂ）のみ）が上から順に示されている。
【００５３】
図１１（Ａ）から分かるように、このときのレンガブロックの振動速度ｖの振幅は０．０３〜０．０５ｍｍ／ｓであり、振動速度ｖの振幅が従来の１０倍程度となっている。また、図１１（Ｂ）では５ｋＨｚ付近に明瞭な共振スペクトルが見られる。この共振スペクトルはレンガブロックが剥離状態となっていることを示すものである。したがって、長パルスのレーザー光１１ａを用いることで、検査対象である構造物の状態を高感度で検出できることが分かる。
【００５４】
図１２は、図１１（Ａ）を基に作成されたレーザー光１１ａのピークパワーＩ０  とレンガブロックの振動速度ｖの振幅との関係を示すグラフである。明瞭な共振スペクトルを得るには、振動検出器１３によって検出された振動速度ｖの振幅は０．０１ｍｍ／ｓ以上であることが望ましい。したがって、検査対象に励起された振動を照射位置から１ｍ遠隔で検出する場合には、ピークパワーＩ０  が１０ｋＷ以上のレーザー光１１ａを用いればよいことが図１２から分かる。このようなレーザー光１１ａを用いることで、遠隔検査を正確に行える。
【００５５】
実験２．剥離の検出：
図１３は、この実験の試料の構造を説明するための断面図である。３００×３００×６０ｍｍのコンクリート板６１の上に、９８×９８×５ｍｍの磁器タイル（内装用タイル  １００角）６２が、１００×１００×３ｍｍの樹脂配合セメント６３によって接着されている。ただし、タイル６２とセメント６３の界面には、３０×３０×０．３ｍｍのナイロンシート６４があらかじめ挟み込まれており、人工剥離が形成されている。ここではナイロンシート６４が挟み込まれている部分を剥離部、ナイロンシート６４が挟み込まれていない部分を健全部と呼ぶ。
【００５６】
まず、健全部のタイル６２表面に、上記レーザー光源１１のプロトタイプによるパルス幅５０μｓのレーザー光１１ａを照射した。図１４は、このときの健全部の振動波形を示すグラフであり、図１４（Ａ）には振動検出器１３による検出波形が示されており、図１４（Ｂ）には振動検出器１３による検出波形を計算機１４でフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示されている。
続いて、剥離部のタイル６２表面に同じくレーザー光１１ａを照射した。図１５は、このときの剥離部の振動波形を示すグラフであり、図１５（Ａ）には振動検出器１３による検出波形が示されており、図１５（Ｂ）には振動検出器１３による検出波形を計算機１４でフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示されている。
【００５７】
図１４（Ｂ）と図１５（Ｂ）とを対比すると、図１５（Ｂ）には１５ｋＨｚ付近に強い共振スペクトルが現れていることが分かる。この共振スペクトルは、剥離と表面との間のタイル部分の熱膨張によって誘起された振動に基づくものである。この共振スペクトルの有無により、剥離の有無を知ることができる。
【００５８】
次に、ナイロンシート３４による人工剥離の大きさが異なる５種類の試料を用意した。表１は、人工剥離の大きさと、人工剥離の面積率Ｒａを示す表である。ここで、人工剥離の面積率Ｒａは、（人工剥離の面積）／（タイル６２の面積）により求められたものである。
【００５９】
【表１】
0003607569.tif 000004
【００６０】
そして、各試料の剥離部のタイル６２表面に、上記レーザー光源１１のプロトタイプによるパルス幅５０μｓのレーザー光１１ａを順次照射した。図１６は、このときの各試料の剥離部の振動波形をフーリエ変換して得られたパワースペクトルを示すグラフである。このグラフには、人工剥離が小さい試料のパワースペクトルが下から順に示されている。このグラフの横軸は周波数ｆ［ｋＨｚ］、縦軸は強度である。ただし、人工剥離の大きさが５０×５０ｍｍ，６９．３×６９．３ｍｍ，８４．９×８４．９ｍｍの各試料のパワースペクトルの強度は、それぞれ１／１００，１／２００，１／４００に圧縮されている。
【００６１】
各パワースペクトルにおいて、矢印を付した共振スペクトルが、剥離と表面との間のタイル部分に誘起された振動に基づくものである。剥離が大きいほど、その剥離に基づく共振周波数が小さくなることが分かる。
図１７は、各試料の人工剥離の面積率Ｒａ［％］と、その人工剥離に基づく共振周波数ｆ［ｋＨｚ］との関係を示すグラフである。このグラフを基に、得られた共振周波数から剥離の面積率を推定できる。
この実験２はタイル６２とコンクリート板６１との間に人工的に剥離を設けた試料を用いた実験であるが、大型構造物の表面にほぼ平行な剥離状の亀裂も同様に検出でき、また共振周波数から亀裂の面積率も推定できる。
【００６２】
実験３．厚さの検出：
３００×３００×６０ｍｍおよび２５０×２５０×５０ｍｍの２個のコンクリート板を用意する。これらのコンクリート板の上に１００×１００×３ｍｍの樹脂配合セメントで９８×９８×５ｍｍの磁器タイル（内装用タイル  １００角）を接着させて、試料（イ），（ロ）を作成した。ただし、いずれの試料（イ），（ロ）においても、タイルとコンクリート板の間に剥離は存在しない。
これらの試料（イ），（ロ）のタイル表面に、上記レーザー光源１１のプロトタイプによるパルス幅５０μｓのレーザー光１１ａを照射した。図１８は、このときの試料（イ），（ロ）の振動波形を示すグラフであり、図１８（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ試料（イ），（ロ）の振動波形が示されており、図１８（Ｃ），（Ｄ）にはそれぞれ試料（イ），（ロ）の振動波形をフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示されている。
【００６３】
図１８（Ｃ）に示されるように、試料（イ）の熱膨張によって誘起された振動の共振周波数は、５．３ｋＨｚおよび６．０ｋＨｚである。また、図１８（Ｄ）に示されるように、試料（ロ）の熱膨張によって誘起された振動の共振周波数は、６．２ｋＨｚおよび７．５ｋＨｚである。この共振周波数の違いは、試料（イ），（ロ）のコンクリート板の厚さの違いによるものである。したがって、得られた共振周波数からコンクリート板の厚さを推定できる。
この技術は大型構造物に対しても応用できる。例えば、同じ方法でトンネルの壁の厚さなどを推定できる。
【００６４】
以上の実験１〜３の実験結果から明らかなように、パルス幅が１０〜１００μｓであり緩和振動が抑制されたレーザー光１１ａを用いることで、大型構造物に対しても、励起された振動を高感度で検出できる。また、レーザー光１１ａのピークパワーＩ０  を１０ｋＷとすることで、照射位置から１ｍ遠隔でも励起された振動を高感度で検出できる。したがって、図１に示した装置により、大型構造物の健全性を遠隔から高感度で非破壊検査できる。しかも、図１に示した装置による非破壊検査は、人手によらず、しかも非接触で行えるので、自動化が容易である。
なお、図１に示した非破壊検査装置は、トンネルに限らず、交通機関、発電施設、居住用建築などの大型構造物の非破壊検査に広範囲に適用できる。
【００６５】
また、例えば壁の内部が奥行き方向に２層構造となっている場合には、図１に示した装置により、両層の界面の接着が不完全である部分を検出できる。このような部分に長パルスのレーザー光１２ａを照射すると、表層には熱膨張により応力が発生して両層の界面が剥離し、上述したのと同様の原理で照射領域に振動が励起されるからである。これは、柱の内部に鉄筋が埋設されており、柱のコンクリートと鉄筋との接着が不完全である場合も同様である。
また、２層構造を有する大型構造物の表層の厚さが１ｃｍ程度である場合には、両層の界面が完全に密着していても、表層の厚さを正確に計測できる。１Ｊ程度の長パルスレーザー光１２ａを照射して表層の温度が数１０℃程度上昇すると、両層の界面の接着が一時的に弱まり、両層の界面が剥離したときと同様に表層の照射領域が振動するからである。
【００６６】
以上のように図１に示した非破壊検査装置により、大型構造物の内部構造として、構造物の表面とほぼ平行にできた１〜５０ｃｍ程度の亀裂、１０〜１００ｃｍ程度の構造物の厚さ、多層構造を有する構造物あるいは他の部材が埋設された構造物における界面の接着が不完全である部分、１ｃｍ程度の構造物の表層の厚さなどを計測できる。
また、図１に示した非破壊検査装置は、数ｍ以上のコンクリート劣化、亀裂などの有無とその形状を迅速かつ精密に計測できる移動型検査システムにも応用できる。これは現在各方面で問題となっている大型構造物の安全性の飛躍的向上に貢献すると同時に、新しい検査産業の創出にもつながると考えられる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、検査に用いるパルス光のパルス幅を１０〜１００μｓとすると共に、緩和振動をピークパワーの５０％以下に抑制する。これにより大型構造物での減衰が小さい１０〜１００ｋＨｚ程度の振動を効率的に励起できるので、大型構造物の健全性を高感度で計測できる。また、本発明では、検査に用いるパルス光のピークパワーを１０ｋＷ以上とする。これにより、大型構造物の健全性を遠隔計測できる。
また、本発明では、光源をランプ励起のノーマル発振固体レーザー発振器で構成する。また、ランプ励起用の電源部に予備放電回路を設けて、励起ランプを常時放電状態にしておく。これにより、パルス電流が励起ランプで放電されるときの放電インピーダンスの変化を小さくできるので、パルス放電の繰り返しが容易に高速化できると共に、発光効率が高まる、励起ランプの寿命が延びるといった効果を得られる。
【００６８】
また、本発明では、光源の高速放電回路のケース、光源の電源部の筐体を、非磁性体で形成する。また、光源の電源部および冷却部の筐体を、防振構造とする。これにより、高速放電に伴う電磁力による振動は抑制される。したがって、振動検出手段で検出された振動波形にのるノイズが小さくなるので、検査精度が高くなる。
また、本発明では、パルス光の広がり角を１０ｍｒａｄ以下に制限する。これによりパルス光の指向性が高くなるので、所望の領域のみの検査データを取得できる。
また、本発明では、パルス光の照射位置を走査することにより、大面積の検査を容易に行える。ここで、走査手段として音響光学的変調器を用いることにより、高速走査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による構造物の非破壊検査装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】超音波の発生原理の説明図である。
【図３】物体表層の温度分布を示すグラフである。
【図４】レーザー光源の構成図である。
【図５】レーザー光源の電源部の構成を示す回路図である。
【図６】フラッシュランプに供給される電流（シマー電流を除く）を示すグラフである。
【図７】Ｑスイッチ方式の固体レーザー発振器でＱスイッチを使用せずにノーマル発振させて得られたレーザー光の波形を示す図である。
【図８】図４および図５に示した構成を有するレーザー光源１１で得られたレーザー光の波形を示すグラフである。
【図９】レーザー光源の電源部および冷却部の外部筐体の側面図である。
【図１０】パルス幅８ｎｓのレーザー光を照射したときのレンガブロックの振動波形を示すグラフである。
【図１１】パルス幅５０μｓのレーザー光を照射したときのレンガブロックの振動波形を示すグラフである。
【図１２】レーザー光のピークパワーとレンガブロックの振動速度の振幅との関係を示すグラフである。
【図１３】実験２の試料の構造を説明するための断面図である。
【図１４】パルス幅５０μｓのレーザー光を照射したときの健全部の振動波形を示すグラフである。
【図１５】パルス幅５０μｓのレーザー光を照射したときの剥離部の振動波形を示すグラフである。
【図１６】パルス幅５０μｓのレーザー光を照射したときの各試料の剥離部の振動波形に基づくパワースペクトルを示すグラフである。
【図１７】各試料の人工剥離の面積率と、その人工剥離に基づく共振周波数との関係を示すグラフである。
【図１８】パルス幅５０μｓのレーザー光を照射したときの試料（イ），（ロ）の振動波形を示すグラフである。
【図１９】従来から行われているレーザー超音波法により物体内部の欠陥を検出するための検査装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２０】従来から行われているレーザー超音波法で用いられているレーザー光の波形を示す図である。
【符号の説明】
１…トンネル、２…トンネルの表面、３…亀裂、４…板状部分、４ａ…超音波、１０…構造物の非破壊検査装置、１１…レーザー光源、１１ａ，１２ａ…レーザー光、１２…音響光学的変調器、１３…振動検出器、１３ａ，１４ａ…データ、１４…計算機、１４ｓ，１４ｔ…制御信号、１５…表示装置、２０…レーザーヘッド部、２１…レーザーロッド、２２…フラッシュランプ、２３…集光器、２４ａ…全反射鏡、２４ｂ…出力鏡、２５…エキスパンダー、２５ａ…凸レンズ、２５ｂ…凹レンズ、２６…ポラライザー、３０…電源部、３０ａ，５２ａ…筐体、３１…シマー電源、３２…抵抗、３３…ダイオード、３４…トリガーパルス発生器、３５…トランス、３６…電極、３７…充電用主電源、３８ａ，３８ｂ，４１…インダクター、３９ａ，３９ｂ…放電用コンデンサー、３９ｃ…ケース、４０ａ，４０ｂ…スイッチング素子、５１…レーザー発振制御部、５１ａ，５１ｂ…発光指令信号、５２…冷却部、５４…防振ゴム、５５…床、６１…コンクリート板、６２…磁気タイル、６３…樹脂配合セメント、６４…ナイロンシート。
【図１】
0003607569.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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