(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める加算平均手段と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000038
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示する表示装置と、被探知体におけるたて波音速をＶｐ、よこ波音速をＶｓ、Ｖｓ／Ｖｐをｒとしたときに、任意に変化させることが可能な振動数ｆの自然数倍の振動数及び振動数ｒｆの自然数倍の振動数を示すカーソル群を前記スペクトルＦ（ｆ）の表示画面に発生させるカーソル群発生手段と、を有することを特徴とする超音波探知装置。
【請求項２】
分析周波数の上限まで単調に増加し最大値が１である第１のスペクトル用フィルタ及び分析周波数の上限まで単調に減少し最大値が１である第２のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記スペクトルＦ（ｆ）に乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を前記表示装置に表示させるスペクトル用フィルタ手段を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探知装置。
【請求項３】
任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記スペクトル用フィルタによる乗算の結果得られた関数に乗じる時系列フィルタ手段を有することを特徴とする請求項２に記載の超音波探知装置。
【請求項４】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める加算平均手段と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000039
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示する表示装置と、分析周波数の上限まで単調に増加し最大値が１である第１のスペクトル用フィルタ及び分析周波数の上限まで単調に減少し最大値が１である第２のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ振動数の分布を示すスペクトルに乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める第１のスペクトル用フィルタ手段と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記第１のスペクトル用フィルタ手段による乗算の結果得られた関数に乗じる時系列フィルタ手段と、を有することを特徴とする超音波探知装置。
【請求項５】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める加算平均手段と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000040
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示する表示装置と、被検知体のｎ次共振振動数をｆｎとしたときに、
0003626987.tif 000041
で表される第３のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記スペクトルＦ（ｆ）に乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める第２のスペクトル用フィルタ手段と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記第２のスペクトル用フィルタ手段による乗算の結果得られた関数に乗じる時系列フィルタ手段と、を有することを特徴とする超音波探知装置。
【請求項６】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める加算平均手段と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000042
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示する表示装置と、被検知体の１次共振振動数をｆ１としたときに、
0003626987.tif 000043
で表される第４のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記スペクトルＦ（ｆ）に乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める第３のスペクトル用フィルタ手段と、分析周波数の上限まで単調に増加し最大値が１である第１のスペクトル用フィルタ及び分析周波数の上限まで単調に減少し最大値が１である第２のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記第３のスペクトル用フィルタ手段による乗算の結果得られた関数に乗じる第１のスペクトル用フィルタ手段と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記第１のスペクトル用フィルタ手段による乗算の結果得られた関数に乗じる時系列フィルタ手段と、を有することを特徴とする超音波探知装置。
【請求項７】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める加算平均手段と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000044
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示する表示装置と、被検知体のｎ次共振振動数をｆｎとしたときに、
0003626987.tif 000045
で表される第４のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記スペクトルＦ（ｆ）に乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める第３のスペクトル用フィルタ手段と、前記第３のスペクトル用フィルタ手段による乗算の結果得られた関数から振動数が０Ｈｚの成分を除去するハイパスフィルタ手段と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記ハイパスフィルタ手段による除去の結果得られた関数に乗じる時系列フィルタ手段と、を有することを特徴とする超音波探知装置。
【請求項８】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める加算平均手段と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000046
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示する表示装置と、任意の振動数をｈ１としたときに、
0003626987.tif 000047
で表される第３のスペクトル用フィルタ及び
0003626987.tif 000048
で表される第４のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記スペクトルＦ（ｆ）に乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める第５のスペクトル用フィルタ手段と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記第５のスペクトル用フィルタ手段による乗算の結果得られた関数に乗じる時系列フィルタ手段と、を有することを特徴とする超音波探知装置。
【請求項９】
前記時系列フィルタ手段は、前記時系列フィルタを乗じた結果得られた関数の累乗を求めることができることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の超音波探知装置。
【請求項１０】
前記超音波の強度の時間に関する関数を、前記スペクトル用フィルタを前記スペクトルＦ（ｆ）乗じることにより得られたスペクトルに、分析周波数の上限まで単調に増加し最大値が１である第１のスペクトル用フィルタ及び分析周波数の上限まで単調に減少し最大値が１である第２のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数に置換する第１の置換手段を有することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の超音波探知装置。
【請求項１１】
前記超音波の強度の時間に関する関数を、前記スペクトル用フィルタを前記スペクトルＦ（ｆ）乗じることにより得られたスペクトルに、被検知体の１次共振振動数をｆ１としたときに、
0003626987.tif 000049
（ｋは２以上の整数）で表される第４のスペクトル用フィルタを１又は２回だけ乗じ、更に振動数が０Ｈｚの成分を除去するハイパスフィルタをかけてその結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数に置換する第２の置換手段を有することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の超音波探知装置。
【請求項１２】
前記超音波の強度の時間に関する関数を、前記スペクトル用フィルタを前記スペクトルＦ（ｆ）乗じることにより得られたスペクトルに、被検知体の１次共振振動数をｆ１としたときに、
0003626987.tif 000050
（ｋは２以上の整数）で表される第３のスペクトル用フィルタを１又は２回だけ乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数に置換する第３の置換手段を有することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の超音波探知装置。
【請求項１３】
前記第１の置換手段は、前記少なくとも１のスペクトル用フィルタを乗じた後にバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタからなる群から選択された少なくとも１のフィルタを更に乗じることを特徴とする請求項１０に記載の超音波探知装置。
【請求項１４】
前記第２の置換手段は、前記ハイパスフィルタをかけた後にバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタからなる群から選択された少なくとも１のフィルタを更に乗じることを特徴とする請求項１１に記載の超音波探知装置。
【請求項１５】
前記第３の置換手段は、前記第３のスペクトル用フィルタを乗じた後にバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタからなる群から選択された少なくとも１のフィルタを更に乗じることを特徴とする請求項１２に記載の超音波探知装置。
【請求項１６】
前記第１のスペクトル用フィルタ手段は、前記第１のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、前記分析周波数の上限をｆＭＡＸとし、
0003626987.tif 000051
をΔｔとし、そのスペクトルに対応する関数をＰ（ｔ）としたとき、
0003626987.tif 000052
・・・・・・
0003626987.tif 000053
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数としてＰｎ１（ｔ）を前記表示装置に表示させ、前記第２のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、
0003626987.tif 000054
・・・・・・
0003626987.tif 000055
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数としてＰｎ２（ｔ）を前記表示装置に表示させることを特徴とする請求項２、４又は６に記載の超音波探知装置。
【請求項１７】
前記第２のスペクトル用フィルタ手段は、前記第３のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、
0003626987.tif 000056
又は
0003626987.tif 000057
をΔｔとし、そのスペクトルに対応する関数をＰ（ｔ）としたとき、
0003626987.tif 000058
・・・・・・
0003626987.tif 000059
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数としてＰｎ３（ｔ）を前記表示装置に表示させることを特徴とする請求項５又は８に記載の超音波探知装置。
【請求項１８】
前記第３のスペクトル用フィルタ手段は、前記第４のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、
0003626987.tif 000060
又は
0003626987.tif 000061
をΔｔとし、そのスペクトルに対応する関数をＰ（ｔ）としたとき、
0003626987.tif 000062
・・・・・・
0003626987.tif 000063
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数としてＰｎ４（ｔ）を前記表示装置に表示させることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の超音波探知装置。
【請求項１９】
前記第２の置換手段は、前記第４のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、
0003626987.tif 000064
をΔｔとし、そのスペクトルに対応する関数をＰ（ｔ）としたとき、
0003626987.tif 000065
・・・・・・
0003626987.tif 000066
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数とすることを特徴とする請求項１１に記載の超音波探知装置。
【請求項２０】
前記第３の置換手段は、前記第３のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、
0003626987.tif 000067
をΔｔとし、そのスペクトルに対応する関数をＰ（ｔ）としたとき、
0003626987.tif 000068
・・・・・・
0003626987.tif 000069
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数とすることを特徴とする請求項１２に記載の超音波探知装置。
【請求項２１】
被探知体は複数の層が積層されて構成された構造物であることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の超音波探知装置。
【請求項２２】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める工程と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000070
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示装置に表示させる工程と、被探知体におけるたて波音速をＶｐ、よこ波音速をＶｓ、Ｖｓ／Ｖｐをｒとしたときに、任意に変化させることが可能な振動数ｆの自然数倍の振動数及び振動数ｒｆの自然数倍の振動数を示すカーソル群を前記スペクトルＦ（ｆ）の表示画面に発生させる工程と、前記振動数ｆを変化させてその自然数倍の振動数が前記スペクトルＦ（ｆ）のピーク又は立ち上がりに一致する振動数を求める工程と、を有することを特徴とする超音波探知方法。
【請求項２３】
分析周波数の上限まで単調に増加し最大値が１である第１のスペクトル用フィルタ及び分析周波数の上限まで単調に減少し最大値が１である第２のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記スペクトルＦ（ｆ）に乗じる工程と、その乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を前記表示装置に表示させる工程と、を有することを特徴とする請求項２２に記載の超音波探知方法。
【請求項２４】
任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記スペクトル用フィルタによる乗算の結果得られた関数に乗じる工程を有することを特徴とする請求項２３に記載の超音波探知方法。
【請求項２５】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める工程と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000071
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示装置に表示させる工程と、分析周波数の上限まで単調に増加し最大値が１である第１のスペクトル用フィルタ及び分析周波数の上限まで単調に減少し最大値が１である第２のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ振動数の分布を示すスペクトルに乗じる工程と、その乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める工程と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記乗算の結果得られた関数に乗じる工程と、その結果得られた関数を前記表示装置に表示させる工程と、を有することを特徴とする超音波探知方法。
【請求項２６】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める工程と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000072
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示装置に表示させる工程と、被検知体のｎ次共振振動数をｆｎとしたときに、
0003626987.tif 000073
で表される第３のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記スペクトルＦ（ｆ）に乗じる工程と、その乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める工程と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記乗算の結果得られた関数に乗じる工程と、その結果得られた関数を前記表示装置に表示させる工程と、を有することを特徴とする超音波探知方法。
【請求項２７】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める工程と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000074
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示装置に表示させる工程と、被検知体の１次共振振動数をｆ１としたときに、
0003626987.tif 000075
で表される第４のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記スペクトルＦ（ｆ）に乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める工程と、分析周波数の上限まで単調に増加し最大値が１である第１のスペクトル用フィルタ及び分析周波数の上限まで単調に減少し最大値が１である第２のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記超音波の強度の時間に関する関数に乗じる工程と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを最後の乗算の結果得られた関数に乗じる工程と、その結果得られた関数を前記表示装置に表示させる工程と、を有することを特徴とする超音波探知方法。
【請求項２８】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める工程と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000076
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示装置に表示させる工程と、被検知体のｎ次共振振動数をｆｎとしたときに、
0003626987.tif 000077
で表される第４のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記スペクトルＦ（ｆ）に乗じる工程と、その乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める工程と、前記乗算の結果得られた関数から振動数が０Ｈｚの成分を除去する工程と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記ハイパスフィルタ手段による除去の結果得られた関数に乗じる工程と、その結果得られた関数を前記表示装置に表示させる工程と、を有することを特徴とする超音波探知方法。
【請求項２９】
超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める工程と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000078
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示装置に表示させる工程と、任意の振動数をｈ１としたときに、
0003626987.tif 000079
で表される第３のスペクトル用フィルタ及び
0003626987.tif 000080
で表される第４のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ前記スペクトルＦ（ｆ）に乗じる工程と、その乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める工程と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記乗算の結果得られた関数に乗じる工程と、その結果得られた関数を前記表示装置に表示させる工程と、を有することを特徴とする超音波探知方法。
【請求項３０】
前記時系列フィルタを乗じる工程の後に、前記時系列フィルタを乗じた結果得られた関数の累乗を求める工程を有することを特徴とする請求項２４乃至２９のいずれか１項に記載の超音波探知方法。
【請求項３１】
前記超音波の強度の時間に関する関数を、前記スペクトル用フィルタを前記スペクトルＦ（ｆ）乗じることにより得られたスペクトルに、分析周波数の上限まで単調に増加し最大値が１である第１のスペクトル用フィルタ及び分析周波数の上限まで単調に減少し最大値が１である第２のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数に置換する工程を有することを特徴とする請求項２６乃至２９のいずれか１項に記載の超音波探知方法。
【請求項３２】
前記超音波の強度の時間に関する関数を、前記スペクトル用フィルタを前記スペクトルＦ（ｆ）乗じることにより得られたスペクトルに、被検知体の１次共振振動数をｆ１としたときに、
0003626987.tif 000081
（ｋは２以上の整数）で表される第４のスペクトル用フィルタを１又は２回だけ乗じ、更に振動数が０Ｈｚの成分を除去するハイパスフィルタをかけてその結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数に置換する工程を有することを特徴とする請求項２７乃至３０のいずれか１項に記載の超音波探知方法。
【請求項３３】
前記超音波の強度の時間に関する関数を、前記スペクトル用フィルタを前記スペクトルＦ（ｆ）乗じることにより得られたスペクトルに、被検知体の１次共振振動数をｆ１としたときに、
0003626987.tif 000082
（ｋは２以上の整数）で表される第３のスペクトル用フィルタを１又は２回だけ乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数に置換する工程を有することを特徴とする請求項２６乃至２９のいずれか１項に記載の超音波探知方法。
【請求項３４】
前記超音波の強度の時間に関する関数を置換する工程は、前記少なくとも１のスペクトル用フィルタを乗じた後にバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタからなる群から選択された少なくとも１のフィルタを更に乗じる工程を有することを特徴とする請求項３１に記載の超音波探知方法。
【請求項３５】
前記超音波の強度の時間に関する関数を置換する工程は、前記ハイパスフィルタをかけた後にバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタからなる群から選択された少なくとも１のフィルタを更に乗じる工程を有することを特徴とする請求項３２に記載の超音波探知方法。
【請求項３６】
前記超音波の強度の時間に関する関数を置換する工程は、前記第３のスペクトル用フィルタを乗じた後にバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタからなる群から選択された少なくとも１のフィルタを更に乗じる工程を有することを特徴とする請求項３３に記載の超音波探知方法。
【請求項３７】
前記第１のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、前記分析周波数の上限をｆＭＡＸとし、
0003626987.tif 000083
をΔｔとし、そのスペクトルに対応する関数をＰ（ｔ）としたとき、
0003626987.tif 000084
・・・・・・
0003626987.tif 000085
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数としてＰｎ１（ｔ）を前記表示装置に表示させ、前記第２のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、
0003626987.tif 000086
・・・・・・
0003626987.tif 000087
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数としてＰｎ２（ｔ）を前記表示装置に表示させることを特徴とする請求項２３、２５又は２７に記載の超音波探知方法。
【請求項３８】
前記第３のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、
0003626987.tif 000088
又は
0003626987.tif 000089
をΔｔとし、そのスペクトルに対応する関数をＰ（ｔ）としたとき、
0003626987.tif 000090
・・・・・・
0003626987.tif 000091
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数としてＰｎ３（ｔ）を前記表示装置に表示させることを特徴とする請求項２６又は２９に記載の超音波探知方法。
【請求項３９】
前記第４のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、
0003626987.tif 000092
又は
0003626987.tif 000093
をΔｔとし、そのスペクトルに対応する関数をＰ（ｔ）としたとき、
0003626987.tif 000094
・・・・・・
0003626987.tif 000095
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数としてＰｎ４（ｔ）を前記表示装置に表示させることを特徴とする請求項２７乃至２９のいずれか１項に記載の超音波探知方法。
【請求項４０】
前記第４のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、
0003626987.tif 000096
をΔｔとし、そのスペクトルに対応する関数をＰ（ｔ）としたとき、
0003626987.tif 000097
・・・・・・
0003626987.tif 000098
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数とすることを特徴とする請求項３２に記載の超音波探知方法。
【請求項４１】
前記第３のスペクトル用フィルタをスペクトルに乗じる場合に、
0003626987.tif 000099
をΔｔとし、そのスペクトルに対応する関数をＰ（ｔ）としたとき、
0003626987.tif 000100
・・・・・・
0003626987.tif 000101
を演算することにより、前記超音波の強度の時間に関する関数とすることを特徴とする請求項３３に記載の超音波探知方法。
【請求項４２】
超音波を発信する発信探触子及び超音波を受信する探触子からなる群から選択された少なくとも１の探触子の位置を移動させながら前記超音波を受信することを特徴とする請求項２２乃至４１のいずれか１項に記載の超音波探知方法。
【請求項４３】
被探知体は複数の層が積層されて構成された構造物であることを特徴とする請求項２２乃至４２のいずれか１項に記載の超音波探知方法。
【請求項４４】
前記スペクトル用フィルタを乗じる回数を、同じ大きさの被検知体に対してそれ以前に行った探知の際に設定した回数と同じものとすることを特徴とする請求項２５乃至２９のいずれか１項に記載の超音波探知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モルタル等の充填物の充填の程度を検知するのに好適な超音波探知装置及びそれを使用した超音波探知方法に関し、特に、探知精度の向上を図った超音波探知装置及びそれを使用した超音波探知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、コンクリート構造物の耐震補強方法の１つとして、橋梁の柱及びトンネルの内壁等を鉄皮又はコンクリート製のかた板等で巻き、これと既設コンクリ−トとの間にモルタル又はコンクリ−トを抽入する方法がある。この方法で重要なことは、モルタル等が完全に充填されることである。現状では、鉄皮等の表面をハンマー等で打撃し、その打撃音の変化を工事作業員が確認することで、完全に充填されているか否かの判断がされている。
【０００３】
しかしながら、このような方法では、工事作業員の判断における個人差があるため、正確な充填確認が行われるとはいえない。また、モルタル等の充填度、即ち充填の疎密の判断は打音検査ではほとんど不可能である。
【０００４】
そこで、帯域が広い超音波をモルタル等の被探知体に入力し、その近傍で超音波を得ることにより、充填度等を検知する方法が検討されている。この方法では、超音波を任意の周期で連続して発振し、発振波毎に得る受信波から加算平均波を求めている。この従来の超音波探知方法では、探触子の走査方法、被探知体の音速、使用探触子の直径、探触子が１個であるか２個であるか、及び探知距離の組み合わせに応じて、探知妨害波の強度が最も小さく、かつ探知目標物を経由した波が最も大きく励起する超音波の周波数がある。そして、このような周波数を最適周波数と名付け、これを理論的に特定可能な新たなる探知法が巨視的探知理論として認知され始めている。前記最適周波数を中心にして、前記加算平均波から探知目的に応じて、狭帯域又は広帯域成分波を抽出すれば、探知目標物からの反射波又は回折迂回波を特定できるわけである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、探知目標物によっては、上述のような従来の探知方法のみでは、探知することができないか、できたとしても極めて困難になる場合がある。例えば、極めて薄い鉄皮の厚さ並びにこの下に存在する空隙及びモルタルの厚さを同時に測定する際に、上述のような不具合が生じる。また、積層材境界の剥離の有無の探知の際にも、上述のような不具合が生じる。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、コンクリート等の内部探知を高精度に行うことができる超音波探知装置及びそれを使用した超音波探知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る超音波探知装置は、超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める加算平均手段と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000002
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示する表示装置と、分析周波数の上限まで単調に増加し最大値が１である第１のスペクトル用フィルタ及び分析周波数の上限まで単調に減少し最大値が１である第２のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ振動数の分布を示すスペクトルに乗じてその乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める第１のスペクトル用フィルタ手段と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記第１のスペクトル用フィルタ手段による乗算の結果得られた関数に乗じる時系列フィルタ手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る超音波探知方法は、超音波を受信する毎にそれまでに受信した超音波との加算平均を求める工程と、前記加算平均の時間に関する関数を
0003626987.tif 000003
と表現したときのスペクトルＦ（ｆ）を表示装置に表示させる工程と、分析周波数の上限まで単調に増加し最大値が１である第１のスペクトル用フィルタ及び分析周波数の上限まで単調に減少し最大値が１である第２のスペクトル用フィルタからなる群から選択された少なくとも１のスペクトル用フィルタを１又は２以上回だけ振動数の分布を示すスペクトルに乗じる工程と、その乗算結果に対応する超音波の強度の時間に関する関数を求める工程と、任意の時刻ｔＴで最大値１．０をとる時系列フィルタを前記乗算の結果得られた関数に乗じる工程と、その結果得られた関数を前記表示装置に表示させる工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、超音波の共振を利用して被検知体の厚さ及び充填物の充填の程度等が検知される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例に係る超音波探知方法について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
【００１１】
先ず、本発明の第１の実施例として鉄皮の厚さを測定する方法について説明する。なお、第１の実施例によれば、鉄皮だけでなくセメント版等のかた板等の厚さも測定することができる。
【００１２】
図１は本発明の第１の実施例における測定対象を示す断面図である。この測定対象においては、コンクリート構造物１の周囲に厚さが２４ｍｍの鉄皮２が巻かれ、コンクリート構造物１と鉄皮２との間に９７ｍｍの厚さでモルタル層３が形成されている。このモルタル層３は鉄皮２とコンクリート構造物１との間の空隙を埋めると共に、これらの密着性を確保するために設けられている。
【００１３】
本実施例においては、直径が４０ｍｍの振動子を備えた発信探触子４及び受信探触子５を、互いの探触子の中心の間隔を６０ｍｍとして配置する。従って、振動子の直径（４０ｍｍ）は鉄皮２の厚さ（２４ｍｍ）よりも大きいものとなっている。また、発信探触子４は、０Ｈｚ付近から１ＭＨｚまでの極めて広い帯域の超音波を出力できるものである。
【００１４】
このような発信探触子４から超音波を鉄皮２に入力した場合、図１に示すように、鉄皮２内部で反射しながら受信探触子５まで到達する反射波（たて波及びよこ波）１０１、鉄皮２の表面を伝達子ながら受信探触子５まで到達する表面波１０２及び１０３、並びにモルタル層３とコンクリート構造物１との境界から反射して受信探触子５まで到達する反射波１０４等が発生する。
【００１５】
但し、図示する超音波以外にも種々の超音波が存在し、その量は発信探触子４の面積に比例する。また、表面波１０１の伝達及び散乱による減衰は極めて少ない。従って、鉄皮２内部を伝達する反射波１０１は、鉄皮２の厚さ（ｄ１）に相当する振動数（ｆ１、２ｆ１、３ｆ１、・・・、ｎｆ１（ｎは自然数））で共振現象を生じる。そして、鉄皮２内部を伝達するたて波の音速Ｖｐをとすると、下記数式１で１次共振振動数を定義できる。
【００１６】
【数１】
0003626987.tif 000004
【００１６】
また、このような１次共振振動数ｆ１、２次共振振動数２ｆ１、３次共振振動数３ｆ１、・・・等においてピーク又は立ち上がりが存在するスペクトルが得られる。そこで、本実施例では、振動数ｆを０Ｈｚから上昇させながら、反射波１０１のたて波成分のスペクトルにおいて、ｆ、２ｆ、３ｆ、・・・、ｎｆで表される各振動数にカーソルを合わせ、それらのカーソル位置にスペクトルのピーク又は立ち上がりがあるか否かを、例えば探触子４及び５を移動させながら複数の超音波を受信し、その加算平均を求めることにより、検証する。そして、スペクトルのピーク又は立ち上がり（起生）とカーソル位置とが一致したときの振動数ｆを１次共振振動数ｆ１と決定する。
【００１７】
図２はｆ＝１２２ｋＨｚとしたときの反射波１０１のたて波成分のスペクトルを示す図である。図２中のカーソルＣ２−１乃至Ｃ２−１０は、夫々ｆ＝１２２ｋＨｚとしたときにｆ、２ｆ、３ｆ、・・・１０ｆで表される振動数を示している。図２においては、カーソルＣ２−８乃至Ｃ２−１０では、スペクトルがほとんど存在しないが、カーソルＣ２−１乃至Ｃ２−７において、スペクトルのピーク又は立ち上がりとカーソル位置とが一致している。従って、たて波成分の１次共振振動数ｆ１を１２２ｋＨｚと決定することができる。この結果、音速Ｖｐが５９００（ｍ／秒）の場合、上記数式１より鉄皮２の厚さは、下記数式２のようにして２４．２（ｍｍ）と求められる。これは、実際の値（２４ｍｍ）とほぼ一致している。
【００１９】
【数２】
0003626987.tif 000005
【００１８】
図３はｆ＝６５．５ｋＨｚとしたときの反射波１０１のよこ波成分のスペクトルを示す図である。図３中のカーソルＣ３−１乃至Ｃ３−１８は、夫々ｆ＝６５．５ｋＨｚとしたときにｆ、２ｆ、３ｆ、・・・１８ｆで表される振動数を示している。図３においては、カーソルＣ３−２の位置が幅が広いスペクトルの立ち上がりと一致し、カーソルＣ３−３乃至Ｃ３−７の位置が微弱なスペクトルピークと一致している。従って、よこ波成分の１次共振振動数ｆ１を６５．５ｋＨｚと決定することができる。
【００１９】
一般によこ波の音速をＶｓはたて波の音速Ｖｐに比例し、Ｖｓ＝ｒ×Ｖｐと表すことができる。そして、鉄材では一般にｒの値は０．５３３程度である。従って、本実施例におけるよこ波の音速Ｖｓは３１４４（ｍ／秒）となる。
【００２０】
そして、上記数式１より鉄皮２の厚さは、下記数式３のようにして２４．０（ｍｍ）と求められる。これは、実際の値（２４ｍｍ）と一致している。
【００２３】
【数３】
0003626987.tif 000006
【００２１】
また、上述の結果では、たて波成分とよこ波成分とで１次共振振動数を比較すると、よこ波成分の１次共振振動数はたて波成分のそれの０．５３７倍となっており、ｒの値とほぼ一致しているといえる。
【００２２】
従って、１次共振振動数ｆ１を特定するために、たて波成分用のカーソルＣ２−１等及びよこ波用のカーソルＣ３−１等のカーソルを同時にあてはめれば、図２及び図３のカーソルが現れたスペクトルが得られる。
【００２３】
具体的には、たて波に対して、振動数ｆ、２ｆ、３ｆ、・・・のカーソルを設け、よこ波に対して、振動数ｒｆ、２ｒｆ、３ｒｆ、・・・のカーソルを設けて、振動数ｆを表すカーソルを０Ｈｚから徐々に高周波方向に移動させ、他のカーソルもこれに付随するように移動させれば、たて波及びよこ波の全てのカーソルが、スペクトルピーク又は幅広いスペクトルの立ち上がり位置と一致する位置を特定できる。そして、このときの振動数ｆを読み取れば、鉄皮２の厚さを正確に測定することができる。
【００２４】
なお、図２及び図３に示すスペクトルの中には、走査面で探触子間を伝達する波（妨害波）の成分も多量に含まれている。この妨害波の勢力は受信波の受信時刻が早い位置ほど大きなものとなっている。このため、図２及び図２３で共振振動数の位置を特定しにくいこともある。このような場合には、タイムゲインコントロール（Ｔ．Ｇ．Ｃ．）とよばれる方法で、特定の関数（時系列フィルタ）を受信波（時系列波）に乗ずることにより、妨害波の成分を相対的に小さくすることが可能である。図４は図３に示すスペクトルに対し後述の図２６に示すＴ．Ｇ．Ｃ．でｔＴ＝９６μ秒としたときに得られるスペクトルを示す図である。図４によれば、より一層共振振動数におけるスペクトルピークの林立が明確となっている。
【００２５】
なお、ｔＴの値は、本願発明者が多くの計測実験を行った結果、鉄皮２等の被検知体の厚さの５至１０倍の路程を被検知体における音速で除算して得られた時間を考慮すればよい。
【００２６】
次に、本発明の実施例２として鉄皮２とモルタル層３との間に存在する空隙の有無を探知する方法について説明する。
【００２７】
上述のように、反射波１０１の減衰はモルタル層３内を伝達する波等に比して極端に小さい。このため、入力超音波が図５（ａ）に示すようなパルス波であっても、その周期Ｔが下記数式４で表されるような場合には、反射波１０１は図５（ｂ）に示すような波形を示す。つまり、共振現象で大きく励起し、その波数も大きく増大する。
【００３１】
【数４】
0003626987.tif 000007
【００２８】
また、表面波１０２及び１０３等も、鉄皮２を伝達する重複反射波１０１が鉄皮２の上面に達する毎に起生することため、大きく励起する。図５（ｂ）は表面波１０２を示し、図５（ｃ）は表面波１０３を示す。この結果、鉄皮２を伝達する波として、図５（ｂ）乃至図５（ｄ）に示す波を合成した合成波が受信探触子５で受信されることとなる。図５（ｅ）に示すように、この合成波は、その振幅が大きく、長時間継続する。一方、鉄皮２の下面からモルタル層３に進入する反射波１０４は、モルタル層３の底部で反射され、鉄皮２の下面に到達し、その一部が鉄皮２の内部へ進入して受信探触子５で受信されることになる。しかし、この反射波１０４はモルタル層３内での散乱及び減衰によって、その強度が微弱となる。この結果、前述の合成波の中に埋もれてしまい、その判別が困難である。
【００２９】
第２の実施例は、このような場合に、モルタル層３の充填の有無及びその厚さを測定することができる方法である。
【００３０】
図６は本発明の第２の実施例における測定対象を示す断面図である。図７は第２の実施例における探触子の移動領域を示す模式図である。図１に示す測定対象と同様に、コンクリート構造物１の周囲に厚さが２４ｍｍの鉄皮２が巻かれ、コンクリート構造物１と鉄皮２との間に９７ｍｍの厚さでモルタル層３が形成されている。また、例えば２００ｍｍ間隔で、測定領域Ｒ１乃至Ｒ５が設けられている。測定領域Ｒ１乃至Ｒ５は、図７に示すように、例えば１辺の長さが２００ｍｍの正方形の領域であるが、点、線分、長方形又は楕円の領域であってもよい。更に、測定領域Ｒ２及びＲ４において、鉄皮２とモルタル層３との間に、平面視で１辺の長さが２００ｍｍの空隙６が形成されている。このような空隙６は、例えばモルタル層３を打設してから数ケ月経過することにより形成され、この空隙６が存在する領域において、鉄皮２とモルタル層３とが剥離しているか、又はその密着度が大きく低下している。
【００３１】
そして、本実施例においては、２探触子計測を行う。具体的には、各測定領域内で、発信探触子４と受信探触子５との間隔を一定に保ちながら、図７に示すように、発信探触子４及び受信探触子５を移動させる。そして、その間に１０００回の受信波を受信探触子５から収録し、これの加算平均波Ｇ（ｔ）を求める。発信探触子４は、０Ｈｚ付近から１ＭＨｚまでの極めて広い帯域の超音波を出力できるものである。また、各探触子の外径は６０ｍｍである。
【００３２】
図８は各測定領域で得られた加算平均波を示す図である。前述のように、鉄皮２の厚さに依存する共振現象によって鉄皮２内を伝達する合成波が大きく励起しているため、各測定領域における波形に大きな相違は存在せず、空隙５の存在の検知及びモルタル層３の厚さの測定は不可能のようにみえる。
【００３３】
そこで、本実施例では、図８に示す受信波に対し以下のような処理を行う。先ず、図８に示す各加算平均波Ｇ（ｔ）を下記数式５に示す関数として表現する。但し、ｊは測定領域の番号、ωは２πｆにより表される角振動数、ｆは振動数である。
【００３８】
【数５】
0003626987.tif 000008
【００３４】
そして、測定領域毎に、このように表現された加算平均波Ｇ（ｔ）のフーリエスペクトルＦｊ（ｆ）に関数（スペクトル用フィルタ）Ａ１（ｆ）及びＡ２（ｆ）を、夫々４回、１０回乗じることにより、下記数式６で表される関数ｇｊ（ｆ）を得る。
【００４０】
【数６】
0003626987.tif 000009
【００３５】
図９は関数Ａ１（ｆ）及びＡ２（ｆ）を示す図である。関数Ａ１（ｆ）及びＡ２（ｆ）は、夫々最大値を１．０とする正弦関数、余弦関数である。但し、ｆの値は０以上ｆＭＡＸ以下であり、夫々下記数式７、８のように表される。なお、数式６における関数Ａ１（ｆ）及びＡ２（ｆ）では、ｆＭＡＸを２５００ｋＨｚとしている。ｆＭＡＸが大きいほど、分析精度が向上する。本実施例では、５ＭＨｚのデータ収録、即ち０．２μ秒ごとに超音波を受信しているので、ｆＭＡＸを５ＭＨｚの半分の値としている。
【００４２】
【数７】
0003626987.tif 000010
【００４３】
【数８】
0003626987.tif 000011
【００３６】
このような処理により、図２に示す広帯域スペクトルより帯域を若干狭めかつ低周波成分を低減し、高周波成分を徐々に増幅し、１００乃至８００ｋＨｚの帯域で示したスペクトルを得ることができる。測定領域Ｒ１において、このようにして得られたスペクトルを図１０に示す。測定領域Ｒ２乃至Ｒ５においても、同様のスペクトルを得ることができる。また、このようなスペクトルに対応する時系列波を測定領域毎に並べて図１１に示す。
【００３７】
図１１に示すように、空隙６が存在する測定領域Ｒ２及びＲ４において、成分波の振幅が小さくなっている。これは、先ず、重複反射を原因として、鉄皮２の下側からモルタル層３に連続して超音波パルスが入力され、この連続パルス波がモルタル層３の底部で反射を繰り返し、この反射波等が鉄皮２内を再度重複反射しながら受信探触子５で受信されるのに対し、測定領域Ｒ２及びＲ４ではこのような波の起生は存在しないからである。また、鉄皮２内を伝達する重複反射波１０１は、図１に示すように、角度θで伝達するが、角度θが大きくなると複数の重複反射波１０１が受信された後、それ以降の重複反射波１０１が受信探触子５で受信し得なくなるからでもある。
【００３８】
なお、図１１では、測定領域Ｒ５には空隙６が存在しないにも拘わらず、測定領域Ｒ５における波の振幅は小さい。この原因としては、例えば、探触子の超音波発信面又は受信面と鉄皮との間に充分な超音波伝達媒質がないこと、鉄皮表面に微小な凸凹があること、鉄皮とモルタル層との蜜着度が小さいか、又は剥離の程度が大きいことが挙げられる。このような場合には、測定領域Ｒ２、Ｒ４及びＲ５において、鉄皮２の下に空隙６が存在するという誤った判断をする虞がある。
【００３９】
そこで、本実施例では、次のような処理を行うことにより、測定領域５においてもモルタル層３が密に充填されていると判断することができる。具体的には、測定領域Ｒ２及びＲ４における重複反射波１０１が減衰して消滅する時刻以降の時系列波を、適当なＴ．Ｇ．Ｃ．をこれらの時系列波に施すことにより取り出す。
【００４０】
図１２は図１１の時系列波にＴ．Ｇ．Ｃ．を施した結果を示す図である。このＴ．Ｇ．Ｃ．では、図１２に示すように、振動数が０のときの値が０であり、振動数の増加に伴ってその値が１．０になるまで単調に増加し、その後振動数の増加に伴って単調に減少する関数９０１を各時系列波に乗じている。なお、関数９０１の２次導関数は、その値が１．０に達するまでは正であり、１．０に達した後は負である。そして、その値が１．０になる時刻をｔＴとし、この時刻ｔＴを時刻０から徐々に増加させながら、各計測波の波の振幅を視認する。時刻ｔＴが大きくなるに従って、測定領域Ｒ１、Ｒ３及びＲ５において鉄皮２の下面からモルタル層３へ連続的に入力したパルス波によりモルタル層３内に起生した複雑な波のエコーが確認できるようになる。つまり、測定領域Ｒ５でもモルタル層３が充填されていることを確認できる。これは、測定領域Ｒ２及びＲ４における時系列波の中にはモルタル層３内からのエコー等は存在しないのに対し、測定領域Ｒ５における時系列波の中には微弱ではあってもこのエコー等が存在するからである。
【００４１】
これらの処理により、測定領域Ｒ２及びＲ４にのみ空隙６があることが検知される。なお、図１２に示す時系列波は時刻ｔＴを１１４μ秒としたときに得られたものである。
【００４２】
次に、本発明の実施例３として空隙６の探知を更に明解に行う方法について説明する。
【００４３】
先ず、図６に示す測定対象において、鉄皮の厚さ：２４ｍｍ及び鉄材のたて波音速：５９００ｍ／秒が既知であるとして、数式１よりｆ１＝５９００／（２×０．０２４）≒１２２ｋＨｚを求める。次いで、測定領域毎に得られたスペクトルに関数Ａ４（ｆ）、Ａ１（ｆ）及びＡ２（ｆ）を、夫々４０回、６回、２４回乗じる。Ａ１（ｆ）及びＡ２（ｆ）のｆＭＡＸは２５００ｋＨｚとしている。
【００４４】
図１３及び図１４は、夫々関数（スペクトル用フィルタ）Ａ３（ｆ）、Ａ４（ｆ）を示す図である。関数Ａ３（ｆ）及びＡ４（ｆ）は、夫々最大値を１．０とし、ｈ１、２ｈ１、３ｈ１、・・・、ｎｈ１を極値を与える振動数とする正弦関数、余弦関数の絶対値をとった関数であり、夫々下記数式９、１０のように表される。なお、ｈ１の値は、任意に設定することができ、上述の処理では、関数Ａ４（ｆ）のｈ１の値を１次共振振動数と等しい１２２ｋＨｚとしている。
【００５３】
【数９】
0003626987.tif 000012
【００５４】
【数１０】
0003626987.tif 000013
【００４５】
このような処理により、各測定領域において、新たなスペクトルが得られる。図２に示すスペクトルにこのような処理を行うことによって得られたスペクトルを、一例として図１５に示す。また、このような新たなスペクトルに対応する時系列波を測定領域毎に並べて図１６に示す。図１６では、測定領域Ｒ１、Ｒ３及びＲ５の波が大きく励起している。そして、数式４から下記数式１１のように求められる周期Ｔ（８．１９μ秒）毎にこの励起が繰り返されている。周期Ｔは鉄皮２内部の重複反射波１０１が鉄皮２の下面からモルタル層３に入力される際の周期に相当する。
【００５６】
【数１１】
0003626987.tif 000014
【００４６】
また、次のような方法によっても空隙６の有無を検知することができる。例えば、図１５に示すスペクトルを取り出す方法に倣い、ｈ１＝１２２ｋＨｚとして関数Ａ４（ｆ）を図２に示すスペクトルに４０回乗じた後、ｆＭＡＸ＝２５００ｋＨｚとした関数Ａ１（ｆ）及びＡ２（ｆ）を、夫々６回、４回乗ずる。この結果得られた新たなスペクトルを図１７に示す。図１５では埋もれていた更に高周波のスペクトルが増幅され、広帯域スペクトルが取り出されている。このような新たなスペクトルに対応する時系列波を測定領域毎に並べて図１８に示す。図１８では、カーソルＣ１８で示す時刻において、鉄皮２の下面からの１回目の反射波の起生が生じている。そして、全ての測定領域の波で鉄皮２の下面からの重複反射が連続して起生する様子が確認できる。更に、測定領域Ｒ２及びＲ４では、この重複反射が早い時刻で消滅するのに対し、測定領域Ｒ１、Ｒ３及びＲ５では、順次増幅する周期Ｔ＝８．１９μ秒の波の起生が確認できる。
【００４７】
但し、図１８では、測定領域Ｒ５と測定領域Ｒ２及びＲ４とで、波の起生の状況が若干近似している。そこで、図１９に示すように、時刻ｔＴ＝１８２μ秒以降で１．０となるＴ．Ｇ．Ｃをかけることにより、それらの相違が明確になる。
【００４８】
なお、図１６及び図１９に示す時系列波を得る処理は、広帯域スペクトルを用いたものであるが、狭帯域スペクトルを用いても空隙６の有無を検知することができる。図２０は図２に示すスペクトル中のカーソルＣ２−５で示すスペクトルを中心として取り出したスペクトルものを示す図である。カーソルＣ２−５で示す振動数５ｆ１は、５×１２２＝６１０ｋＨｚである。このようなスペクトルは、図２に示すスペクトルにｈ１を６１０ｋＨｚとした関数Ａ３（ｆ）を６０回乗じることにより得ることができる。このようなスペクトルに対応する時系列波を測定領域毎に並べて図２１に示す。図２１では、測定領域Ｒ２及びＲ４においてのみモルタル層３が完全には充填されず、空隙６が存在することを誤ることなく判断することができる。
【００４９】
また、よこ波成分の取り出しによっても空隙６の有無を検知することができる。図３に示すよこ波成分のスペクトルに対し、その３次基本振動数３ｆ１（１９６．５ｋＨｚ）をｈ１とした関数Ａ４（ｆ）を図３のスペクトルに４０回連続して乗じた後、ハイパスフィルタを用いて０Ｈｚ付近のスペクトルを除去することにより得られるスペクトルを図２２に示す。図３におけるカーソルＣ３−３、Ｃ３−６及びＣ３−９に位置するスペクトルのみが明確に現れている。このようなスペクトルに対応する時系列波を測定領域毎に並べて図２３に示す。図２３では、鉄皮２の下面側にモルタル層３が完全に充填されている測定領域Ｒ１、Ｒ３及びＲ５と空隙６が存在する測定領域Ｒ２及びＲ４との間で、波の起生状況に明らかな相違を確認できる。
【００５０】
また、図２２に示すスペクトルからカーソルＣ３−３で示すスペクトルのみを取り出したスペクトルを図２４に示す。カーソルＣ３−３における振動数は、３ｆ１（１９６．５ｋＨｚ）である。この場合の成分波（時系列波）は図２５のようになる。更に、図２５に示す時系列波に時刻７５μ秒以降を１．０とするＴ．Ｇ．Ｃを乗じることにより得られたものを図２６に示す。
【００５１】
このように、よこ波成分の取り出しでも、モルタル層３が完全に充填されているか否かを容易に判断できる。
【００５２】
なお、第２及び第３の実施例では加算平均波Ｇ（ｔ）を数式５のように表現し、関数Ａ１（ｆ）、Ａ２（ｆ）、Ａ３（ｆ）及びＡ４（ｆ）を加算平均波Ｇ（ｔ）のフーリエスペクトルＦ（ｆ）に乗ることにより、下記数式１２乃至１５で表される関数等を得ている。
【００６４】
【数１２】
0003626987.tif 000015
【００６５】
【数１３】
0003626987.tif 000016
【００６６】
【数１４】
0003626987.tif 000017
【００６７】
【数１５】
0003626987.tif 000018
【００６８】
これらの乗算処理を、加算平均波Ｇ（ｔ）等の処理対象関数をＰ（ｔ）として、以下に示すような波形演算に置き換えることもできる。例えば、関数Ａ１（ｆ）については、Δｔ＝（１／２ｆＭＡＸ）とし、下記数式１６で表される波形演算を行い、下記数式１７で表される関数を数式１２で表される関数と等価なものとして使用することができる。
【００６９】
【数１６】
0003626987.tif 000019
・・・・・・
0003626987.tif 000020
【００７０】
【数１７】
0003626987.tif 000021
【００５４】
関数Ａ２（ｆ）については、Δｔ＝（１／２ｆＭＡＸ）とし、下記数式１８で表される波形演算を行い、下記数式１９で表される関数を数式１３で表される関数と等価なものとして使用することができる。
【００７２】
【数１８】
0003626987.tif 000022
・・・・・・
0003626987.tif 000023
【００７３】
【数１９】
0003626987.tif 000024
【００５５】
関数Ａ３（ｆ）については、Δｔ＝（１／２ｈ１）とし、下記数式２０で表される波形演算を行い、下記数式２１で表される関数を数式１４で表される関数と等価なものとして使用することができる。
【００７５】
【数２０】
0003626987.tif 000025
・・・・・・
0003626987.tif 000026
【００７６】
【数２１】
0003626987.tif 000027
【００５６】
関数Ａ４（ｆ）については、Δｔ＝（１／２ｈ１）とし、下記数式２２で表される波形演算を行い、下記数式２３で表される関数を数式１５で表される関数と等価なものとして使用することができる。
【００７８】
【数２２】
0003626987.tif 000028
・・・・・・
0003626987.tif 000029
【００７９】
【数２３】
0003626987.tif 000030
【００５７】
次に、本発明の第４の実施例としてモルタル層３の厚さを測定する方法について説明する。
【００５８】
図２７は図２に示すスペクトルにおいて最初に大きく起生しているスペクトルの周波数である１２２ｋＨｚを中心周波数とする狭帯域成分波ｇ（ｔ）を数式５より取り出し、時刻ｔＴを９３．１μ秒とし、それ以降で１．０となるＴ．Ｇ．Ｃ．をかけることにより、得られた時系列波である。なお、狭帯域成分ｇ（ｔ）は、例えばｈ１を１２２ｋＨｚとするＡ３（ｆ）を８回連続して図２に示すスペクトルに乗じた後、２次共振振動数２ｆ１（２４４ｋＨｚ）のスペクトルを除去するために、ｈ１を２×２４４ｋＨｚとするＡ４（ｆ）を２回さらに乗じ、更に０Ｈｚのスペクトル値が０であるハイパスフィルタをかけることにより得られる。図２７に対応するスペクトルとして測定領域Ｒ１におけるスペクトルを図２８に示す。なお、ｈ１を２×２４４ｋＨｚとする関数Ａ４（ｆ）を乗じる回数は１回でもよい。また、ｋ次共振振動数のスペクトルを除去しようとする場合には、ｈ１を２×ｋ×ｆ１とする関数Ａ４（ｆ）を１又は２回乗じればよい。更に、ｋ次共振振動数のスペクトルを除去しようとする場合には、このような関数Ａ４（ｆ）を乗じる替わりに、ｈ１をｋ×ｆ１／２とする関数Ａ３（ｆ）を１又は２回乗じてもよい。
【００５９】
なお、Ｔ．Ｇ．Ｃ．における時刻ｔＴを９３．１μ秒としたのは、充填モルタル層３の厚さの予測値を２００ｍｍ（実値９７ｍｍ）程度としたためである。即ち、モルタル層３における音速は４３００μ／秒であるため、２×２００／４．３≒９３．１μ秒から、時刻ｔＴを９３．１μ秒とした。なお、予測値は任意に設定することができる。
【００６０】
また、中心周波数を１２２ｋＨｚとしたのは、鉄皮２の下面よりモルタル層３に入力される超音波として鉄皮２内で生成される１次共振波、即ち図５（ｂ）において勢力が大きい波であれば、この波のモルタル層３の底部からの反射波をより容易に取り出せるからである。
【００６１】
図２７では、鉄皮２の厚さに依存する１次共振振動数の波のモルタル層３の底部からの反射波の起生がカ−ソルＣ２７で示す時刻（５４．７μ秒）に確認できる。たて波超音波が鉄皮２を伝達する時間は、２４／５．９より８．１４μ秒である。従って、モルタル層３の厚さｄ２として、下記数式２４より１００ｍｍとＵ値が得られる。なお、実値は、前述のように９７ｍｍである。
【００８５】
【数２４】
0003626987.tif 000031
【００６２】
なお、第４の実施例によれば、モルタル層がさらに厚い場合でもその厚さを測定することができる。図２９は図２７においてＴ．Ｇ．Ｃの時刻ｔＴを１３５μ秒とし、更にそのスペクトルを３乗することにより得られるスペクトルｇ３（ｔ）を示す図である。図２９によれば、モルタル層の厚さに関する２度目の重複反射波を確認できる。
【００６３】
図３０は２次共振振動数２ｆ１（２４４ｋＨｚ）を中心周波数とする帯域が比較的広い成分波（時系列波）を示す図であり、図３１はそれに対応する測定領域Ｒ１におけるスペクトルを示す図である。図３１では、２４４ｋＨｚを立ち上がりとする幅が広いスペクトルが現れている。
【００６４】
なお、図２９においてカ−ソルで示す起生時刻に誤差が生じたとしても、図３０に示す時系列波の表示においてカーソルをその近傍の波のピーク等に移動させて一致させれば、モルタル層の厚さを高い精度で特定することができる。
【００６５】
図３０に示す成分波では、起生波が離散的になっている。これは、本計測で用いた探触子の発信超音波が１波という理想的なものだからである。また、鉄皮２の下面からモルタル層３へ入力される超音波は、鉄皮２の厚さに存在する反射波１０１（振動数：１２２ｋＨｚ）である。この周期は下記数式２５より８．１４μ秒（振動数：１２２ｋＨｚ）である。
【００９０】
【数２５】
0003626987.tif 000032
【００６６】
当然、モルタル層３の底部からの反射波もこの周期で連続して発生する。図３０においては、ｔＡ≠ｔＢ、且つｔＢ＝８．１４μ秒となっている。
【００６７】
次に、本発明の第５の実施例としてモルタル層の厚さを測定する他の方法について説明する。
【００６８】
図３２は図２に示すスペクトルにｆＭＡＸを１２５０ｋＨｚとするＡ１（ｆ）を６回、Ａ２（ｆ）を２回乗ずることで高周波成分波を増幅表示した測定領域Ｒ３におけるスペクトルを示す図である。それに対応する成分波ｇ（ｔ）を３乗することにより得られる関数ｇ３（ｔ）を図３３に太線で示す。図３３中の細線は図２に示すスペクトルに対応する成分波Ｇ（ｔ）を示す。太線で示す波の起生時刻をそのピーク位置で読み取り、その差分を計算すると表１となる。
【００６９】
【表１】
0003626987.tif 000033
【００７０】
起生時刻差は、たて波が鉄皮２を伝達する時間に相当するので、下記数式２６より、鉄皮２の厚さｄ１は２４．１と高い精度で算出される。実値は２４ｍｍである。
【００９６】
【数２６】
0003626987.tif 000034
【００７１】
図３２に示すスペクトルｇ３（ｔ）では、反射回数が増すに従い重複反射波の強度が大きくなっている。また、反射回数が少ない波は見かけ上出現していない。図３３におけるピークＰ１より早期に生ずるはずの重複反射は図１における指向角θが大きいものであるが、図３３に示すスペクトルｇ３（ｔ）は、図３２に示すように、６００ｋＨｚ前後を中心周波数とする広帯域の成分波とみなすことができる。このような周波数帯で鉄皮２内を伝達する超音波は、その指向性及び直進性が高いため、鉄皮２の表面から直下に入力された超音波の角度θだけ傾斜した方向における強度は、角度θが大きくなればなるほど極端に小さくなる。即ち、早い時刻で生ずる重複反射は、その起生時刻が早いほどその強度が小さくなる。従って、上述のようなスペクトルｇ３（ｔ）が得られる。
【００７２】
図３２中のカーソルＣ３２−１乃至Ｃ３２−７は、第１の実施例と同様に、鉄皮２の厚さに対するたて波の共振振動数を示す。これらの個々のスペクトルには、鉄皮２の上面及び下面で重複反射する成分波のみならず、この重複反射する波の一部が鉄皮２の下面からモルタル層へ進入し、モルタル層の底面で反射し、鉄皮２の下面から鉄皮２内に再度進入し、受信されたものも含まれている。カーソルＣ３２−１乃至Ｃ３２−７で示すスペクトルの中には、モルタル層の底面からの反射波がより多く含まれたものが存在する。これは、モルタル層の厚さｄ２及びその音速ＭＶｐについて、下記数式２７で示す関係が成り立つからである。但し、ｎは正数であり、Ｍｆ１はモルタル層における１次共振振動数である。
【００９９】
【数２７】
0003626987.tif 000035
【００７３】
つまり、モルタル層３内を伝達する波の共振振動数と偶然一致する振動数を持つスペクトルが、カーソルＣ３２−１乃至Ｃ３２−７で示すスペクトルの中に存在するからである。
【００７４】
第５の実施例では、このような現象を利用する。
【００７５】
図３４及び図３５は、夫々ｈ１をカーソルＣ３２−２、Ｃ３２−３で示す振動数とした関数Ａ３（ｆ）を図２に示すスペクトルに１０回乗じて抽出したスペクトルを示す図である。図３４及び図３５に対応する成分波ｇ（ｔ）を３乗した時系列波ｇ３（ｔ）を太線で表示したものを、夫々図３６、図３７に示す。図３６と図３７では明らかに波の起生状況が異なるが、モルタルの厚さに関する情報をこれ等の波から得ることは困難である。
【００７６】
図３８はｈ１をカーソルＣ３２−５で示す振動数とした関数Ａ３（ｆ）を図２に示すスペクトルに４０回乗じて抽出したスペクトルを示す図である。図３８に対応する成分波ｇ（ｔ）を３乗した時系列波ｇ３（ｔ）を太線で表示したものを図３９に示す。
【００７７】
図３９に示すように、時系列波ｇ３（ｔ）では、カーソルＣ３９で示す時刻（５３．３９μ秒）に大きな振幅の波が起生し、以降８．１８μ秒毎に連続してハーモニックに減衰する波が生じている。これは、モルタル層への超音波の入力パルスが鉄皮の上面及び下面間の重複反射毎に生ずることを原因とする現象である。従って、モルタル層の厚さｄ２は下記数式２８より９７．２ｍｍと高い精度で算出される。実値は９７ｍｍである。
【０１０５】
【数２８】
0003626987.tif 000036
【００７８】
図３９に示す時系列波ｇ３（ｔ）の分析精度を確認するために、波の振幅を１７０倍に増幅し表示したものを図４０に示す。カーソルＣ４０で示す時刻が図３９では埋もれていた鉄皮２の下面からの最初の反射波の起生時刻（８．１８μ秒）である。表１に示す起生時刻差（８．１８μ秒）と完璧に一致している。
【００７９】
図３９に示す時系列波ｇ３（ｔ）は関数Ａ３（ｆ）を用いて図２に示すスペクトルより抽出したものの成分波である。また、第３の実施例で示す図２１の測定領域Ｒ３における成分波も、図３９に示す成分波と同様の手順で得たものである。しかし、図２１と図３９とでは、いずれでもモルタル層の底部からの反射波が起生する様子を確認することはできるが、その起生時刻は、後者のみで特定することができる。図２１に示す成分波と図３９に示す成分波とでは、前者では、関数Ａ３（ｆ）を６０回乗じているのに対し、後者では、４０回乗じている点で相違している。成分波を数式５のように表現する場合、フーリエスペクトルＦ（ｆ）への関数Ａ３（ｆ）の乗算回数の相違で生じる図２１と図３９との間の相異によれば、この乗算回数毎の成分波ｇ（ｔ）の形状を作業者が解析画面で視認することで、関数Ａ３（ｆ）の乗算回数の最適値を特定することができる。これは、関数Ａ１（ｆ）、Ａ２（ｆ）及びＡ４（ｆ）の乗算回数の最適値についても同様である。
【００８０】
更に、図３８に示すようなスペクトルは、関数Ａ１（ｆ）、Ａ２（ｆ）、Ａ３（ｆ）及びＡ４（ｆ）、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタ、並びにバンドパスフィルタを組み合わせることで求めることも可能である。
【００８１】
例えば、図３２に示すスペクトルに対し、５２４ｋＨｚ以下のスペクトル値及び７００ｋＨｚ以上のスペクトル値を０とするバンドパスフィルタをかけることにより、カーソルＣ３２−５で示すスペクトルを抽出したものを図４１に示す。このようなスペクトルは、５２４ｋＨｚ以下のスペクトル値を０とするハイパスフィルタ及び７００ｋＨｚ以上のスペクトル値を０とするローパスフィルタを組み合わせて抽出することも可能である。また、図４１に対応する成分波を図４２に示す。図４２中のカーソルＣ４２付近がモルタル層の底部からの反射波の起生時刻である。図３９の関数Ａ３（ｆ）を用いた場合ほど、その時刻を明確に特定することはできないが、モルタル層の概略の厚さを特定することは可能である。なお、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタによりスペクトル値を０とする振動数は作業者が任意に選択することが可能である。
【００８２】
これらの第２乃至第５の実施例においては、関数Ａ１（ｆ）、Ａ２（ｆ）、Ａ３（ｆ）及びＡ４（ｆ）を組み合わせて加算平均波Ｇ（ｔ）等に、夫々ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４回乗じる演算を行い、ｇ（ｔ）等を分析画面にリアルタイムに表示する。このとき、ｎ１乃至ｎ４の値を変化させる経緯の中で、前記リアルタイム表示されるｇ（ｔ）を作業者が視認し、ｎ１乃至ｎ４の値の最適値を特定するものである。
【００８３】
なお、これらの実施例と同種の測定モデルを用いた計測であれば、これらの実施例で用いたｎ１乃至ｎ４の値をそのまま用いることができる。この場合、ｎ１乃至ｎ４の最適値をｇ（ｔ）の分析画面で視認及び特定する必要がなくなる。下記表２に各実施例におけるｎ１乃至ｎ４の特定値を整理して示す。なお、表２中のｆ１は鉄皮２の１次共振振動数であり、ｒはよこ波とたて波との音速の比である。
【００８４】
【表２】
0003626987.tif 000037
【００８５】
例えば、ある被検知体に関する測定結果を得ている場合には、その被検知体と同じサイズで設計されたものに対する他の被検知体について測定するときに、関数を乗じる回数を、既に結果が得られている被検知体についての測定を行うときのものと同一のものすることができる。
【００８６】
図４３は本発明の実施例に使用する超音波探知装置を示すブロック図である。この超音波探知装置には、図４３（ａ）に示すように、発信探触子４に電流を供給する電流供給回路２３が設けられている。また、受信探触子５からの信号を解析する解析装置１１並びにその解析結果としてスペクトル及び時系列波を表示する表示装置１２が設けられている。表示装置１２には、カーソル群も表示される。解析装置１１には、アンプ回路１５、フィルタ回路１６、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１７、ゲートアレイ１８、中央処理装置（ＣＰＵ）１９及びコントロール回路２０が設けられている。ＣＰＵ１９からの命令によりコントロール回路２０がフィルタ回路１６にＴ．Ｇ．Ｃ．並びに関数Ａ１（ｆ）、Ａ２（ｆ）、Ａ３（ｆ）及びＡ４（ｆ）の乗算等を行わせる。
【００８７】
なお、発信探触子４には、基版化したステップ型電圧発生器１３が内蔵されている。ステップ型電圧発生器１３には、図４３（ｂ）に示すように、ステップ電圧駆動回路２１及びステップ電圧発生回路２２が設けられている。また、受信探触子５には、基版化したアンプ回路１４が内蔵されている。
【００８８】
なお、本発明は、上述の実施例に限定されるものではない。例えば、関数Ａ１（ｆ）、Ａ２（ｆ）、Ａ３（ｆ）及びＡ４（ｆ）、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタ並びにローパスフィルタ等を適宜組み合わせることにより、１次共振振動数以外の不要な特定の共振振動数の成分を除去してもよい。この際、数式２０乃至２３で示すような演算を行ってもよい。また、このような処理は、例えばＣＰＵ１９が所定のコンピュータプログラムに基づいて行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上詳述したように、本発明によれば、超音波の共振現象を利用しているので、例えばコンクリート構造物の周囲に鉄皮が巻かれ、それらの間にモルタル層が充填されているような場合に、鉄皮の厚さ、モルタル層の厚さ、及びモルタル層が完全に充填されているか否か等を高い精度で検知することができる。
【００９０】
また、本発明は、鉄皮、モルタル及びコンクリート等の積層材の一部又は全部を、例えばポリエチレン等の樹脂材に置き換えたものに対しても、そのまま適用することができる。即ち、積層された樹脂材の境界部の密着度及びその剥離の探知にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施例における測定対象を示す断面図である。
【図２】ｆ＝１２２ｋＨｚとしたときの反射波１０１のたて波成分のスペクトルを示す図である。
【図３】ｆ＝６５．５ｋＨｚとしたときの反射波１０１のよこ波成分のスペクトルを示す図である。
【図４】図３に示すスペクトルに対し後述の図２６に示すＴ．Ｇ．Ｃ．でｔＴ＝９６μ秒としたときに得られるスペクトルを示す図である。
【図５】（ａ）乃至（ｅ）は発信される超音波と受信される超音波との関係を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施例における測定対象を示す断面図である。
【図７】第２の実施例における探触子の移動領域を示す模式図である。
【図８】各測定領域で得られた加算平均波を示す図である。
【図９】関数Ａ１（ｆ）及びＡ２（ｆ）を示す図である。
【図１０】測定領域Ｒ１におけるスペクトルを示す図である。
【図１１】図１０に対応する時系列波を示す図である。
【図１２】図１１の時系列波にＴ．Ｇ．Ｃ．を施した結果を示す図である。
【００９２】
【図１３】関数Ａ３（ｆ）を示す図である。
【図１４】関数Ａ４（ｆ）を示す図である。
【図１５】関数Ａ４（ｆ）等を使用して得られたスペクトルを示す図である。
【図１６】図１５に対応する時系列波を示す図である。
【図１７】関数Ａ４（ｆ）等を使用して得られたスペクトルを示す図である。
【図１８】図１７に対応する時系列波を示す図である。
【図１９】時刻ｔＴ＝１８２μ秒以降で１．０となるＴ．Ｇ．Ｃを示す図である。
【図２０】図２に示すスペクトル中のカーソルＣ２−５で示すスペクトルを中心として取り出したスペクトルものを示す図である。
【図２１】図２０に対応する時系列波を示す図である。
【図２２】ハイパスフィルタ等を使用して得られたスペクトルを示す図である。
【図２３】図２２に対応する時系列波を示す図である。
【図２４】図２２に示すスペクトルからカーソルＣ３−３で示すスペクトルのみを取り出したスペクトルを示す図である。
【図２５】図２４に対応する時系列波を示す図である。
【図２６】図２５に示す時系列波に時刻７５μ秒以降を１．０とするＴ．Ｇ．Ｃを乗じることにより得られたものを示す図である。
【図２７】図２に示すスペクトルに特定の処理を施すことにより得られる時系列波を示す図である。
【図２８】図２７に対応するスペクトルとして測定領域Ｒ１におけるスペクトルを示す図である。
【図２９】図２７においてＴ．Ｇ．Ｃの時刻ｔＴを１３５μ秒とし、更にそのスペクトルを３乗することにより得られるスペクトルｇ３（ｔ）を示す図である。
【図３０】２次共振振動数２ｆ１（２４４ｋＨｚ）を中心周波数とする帯域が比較的広い成分波を示す図である。
【図３１】図３０に対応するスペクトルとして測定領域Ｒ１におけるスペクトルを示す図である。
【図３２】図２に示すスペクトルに特定の処理を施すことによりえら得られる測定領域Ｒ３におけるスペクトルを示す図である。
【図３３】図３２に対応する時系列波を示す図である。
【図３４】ｈ１をカーソルＣ３２−２で示す振動数とした関数Ａ３（ｆ）を図２に示すスペクトルに１０回乗じて抽出したスペクトルを示す図である。
【図３５】ｈ１をカーソルＣ３２−３で示す振動数とした関数Ａ３（ｆ）を図２に示すスペクトルに１０回乗じて抽出したスペクトルを示す図である。
【図３６】図３４に対応する時系列波を示す図である。
【図３７】図３５に対応する時系列波を示す図である。
【図３８】ｈ１をカーソルＣ３２−５で示す振動数とした関数Ａ３（ｆ）を図２に示すスペクトルに４０回乗じて抽出したスペクトルを示す図である。
【図３９】図３８に対応する時系列波を示す図である。
【図４０】図３９に示す波の振幅を１７０倍に増幅し表示したものを示す図である。
【図４１】図３２に示すスペクトルに対しカーソルＣ３２−５で示すスペクトルを抽出したものを示す図である。
【図４２】図４１に対応する時系列波を示す図である。
【図４３】本発明の実施例に係る超音波探知装置を示すブロック図である。
【図１】
0003626987.tif 000102
【図２】
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【図３】
0003626987.tif 000104
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003626987.tif 000107
【図７】
0003626987.tif 000108
【図８】
0003626987.tif 000109
【図９】
0003626987.tif 000110
【図１０】
0003626987.tif 000111
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003626987.tif 000115
【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】
0003626987.tif 000120
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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