(57)【要約】【課題】コンクリ−ト構造物の内部欠陥検出などに利用される固体内部の振動検査装置において、光学的な振動検出系に直接入射する加振音波が与える悪影響あるいは、加振音波が周囲環境に与える騒音妨害を低減し、非接触音響検査法の欠陥検出性能向上あるいは、適用分野の拡大を図る必要がある。【解決手段】本発明は、強力超音波により形成される音響放射圧により、対象位置のみに低周波加振力を形成することにより、加振音波が光学検出系に与える悪影響を低減する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を対象物に送波する送波構成、前記送波構成の近傍に配置する、前記対象物の運動状況を光学的に計測する光学計測構成、および、光学計測結果を処理し検査結果を出力する処理構成を有する装置において、前記超音波が充分な音響放射圧を形成する強度であり、前記音響放射圧が低い周波数成分を有するように前記超音波の振幅を時間的に変化させるように構成されることを特徴とする、非接触音響検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の送波構成が、収束性超音波を送波する構成であることを特徴とする、非接触音響検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の送波構成が、有限時間長の超音波信号を送波し、光学計測結果の特定時間部分を選択して使用する構成であることを特徴とする、非接触音響検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の送波構成が、時間とともに音響放射圧の周波数が変化するように構成され、前記周波数の変化に対応した受信信号の周波数成分のみを抽出する周波数選択手段を有する構成であることを特徴とする、非接触音響検査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波の周波数が、可聴周波数以上の高周波であることを特徴とする非接触音響検査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の送波構成が、多数の小型超音波送波器を凹面状に配置した構成であることを特徴とする非接触音響検査装置。
【請求項７】
請求項１に記載の送波構成が、多数の小型超音波送波器を平面状に配置し、同心円状に共通接続した構成であることを特徴とする非接触音響検査装置。
【請求項８】
請求項１に記載の送波構成及び光学計測構成において、光学計測構成が、前記送波構成の中心軸に沿って計測するように構成されることを特徴とする非接触音響検査装置。。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリ−ト構造物の内部欠陥検出などに利用される固体内部の振動検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンクリ−ト構造物の劣化が問題になっており、その内部の診断が必要とされている。従来、コンクリ−ト内部の診断手法として、超音波を利用する方法が種々提案されてきた。
【０００３】
特許文献１には、エア−シリンダを使用したハンマでコンクリ−ト製品を軽打し、この時発生する音波の音圧レベルを騒音計で検出して良品か欠陥品かを判別する方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、コンクリ−ト構造物の内部に、鋼球を所定の高さから被検査対象物の表面に落下させることによって超音波を入射し、伝搬する超音波をこの構造物の表面に接触させた加速度計を用いて受信し、この受信した超音波の周波数スペクトルを分析することによってコンクリ−ト構造物内部における空洞発生の有無を検査する方法が開示されている。
【０００５】
しかし、これらの方法によると、検査対象物に接触して計測する必要がある。
【０００６】
一方、接近する必要の無い非接触検査法として、特許文献３による、超音波を使用する方法がある。
【０００７】
この方法は、遠方から、超音波により検査対象物を加振し、加振された欠陥部の振動を、遠方において、光学的に検出する検査手法である。
【０００８】
しかし、この特許文献３による超音波加振においては、加振するために使用する超音波の周波数が、欠陥部の共振周波数よりも高いため、周波数帯域の異なる対象物の振動を励起することは困難となる。
【０００９】
また、接近する必要の無い非接触検査法として、発明者らによる非特許文献１による方法も知られている。
【００１０】
この方法は、遠方から音波により非検査対象物を加振し、印加された対象物の振動を、遠方から、光学的に検出する検査手法もある。
【００１１】
しかし、この非特許文献１方法においては、加振用の強力な音波が、光学検出系へ直接入射し、妨害振動として対象物の振動検出を阻害するため、非接触音響検査法の欠陥部検出能力が大幅に低下することとなる。
【００１２】
また、この非特許文献１方法においては、加振用の強力な可聴周波数音波が、周囲環境へ拡散し、甚大な騒音被害を与えることとなる。
【００１３】
一方、１次音波として高い周波数の超音波を送波した場合に、音波伝搬媒体の非線形性により形成される、低い周波数の２次音波の基本特性については非特許文献２に開示されている。
【００１４】
また、収束音波を１次音波とする場合に形成される、この２次音波の音場分布特性も非特許文献３に開示されている。
【００１５】
しかし、このような、超音波を送波し、形成される２次音波を利用する非接触音響検査法は知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平７−２００９７号公報
【特許文献２】特開２０００−２６９２号公報
【特許文献３】特開平８−２４８００６号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】「SLDVとLRADを用いた非破壊検査のための非接触音響映像法に関する研究」, 日本音響学会2012年春季研究発表会講演論文集  1-5-7, March 2012
【非特許文献２】「Parametric Acoustic Array」, JASA, pp.535-537, April 1963
【非特許文献３】「収束超音波の第２高調波成分への回折の影響」, 日本超音波医学会  基礎技術研究会資料, 98-3, pp.9-16,Dec.1998
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従って、本発明の目的は、光学検出系へ直接入射する加振音波による種々の悪影響を除去し、非接触音響検査法における、欠陥部検出性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、限局した空間に強力な超音波音場を形成し、当該強力超音波音場により対象位置近傍のみに形成される音響放射力により対称物を加振し、励起された対象物の振動を、遠方から光学的に検出する検査手法である。
【発明の効果】
【００２０】
このような、対象位置近傍のみに形成される音響放射力により対称物を加振する構成によると、光学検出系へ直接入射する直達波の強度が低下し、光学検出系に与える加振音波による悪影響が解消される
【００２１】
また、本発明における、超音波の音場特性から、限局された部位に対する局所検査も可能とする。
【００２２】
本発明によると、超音波による照射領域の限局により、周囲環境への騒音妨害が軽減される。
【００２３】
さらに、残響時間は周波数の２乗にて短くなることから、超音波を使用すると、トンネル内における検査等の、閉空間における作業環境の改善にも有効である。
【００２４】
また、細い指向性幅内のみを加振することから、従来方式において問題となる、加振超音波の特定入射角における、加振不能現象は発生しないこととなる。
【００２５】
同様に、細い指向性幅内のみを加振することから、従来方式において問題となる、床面反射成分との干渉による、加振不能現象は発生しないこととなる。
【００２６】
さらに、強力超音波により形成される音響放射力は、超音波のエネルギー密度により与えられることから、音響放射力の周波数特性は、直流成分まで形成可能である。
【００２７】
また、強力超音波により形成される音響放射力は、超音波音場の領域内のみに形成されることから、低周波数の音響放射力を狭い領域に限局させ形成することが可能となり、狭領域の低周波加振に特に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】非接触音響検査法における、従来例を示す説明図
【図２】非接触音響検査法における、従来例の動作を示す説明図
【図３】本発明による全体構成。（実施例１）
【図４】超音波送波器音場特性の概略図。（実施例１）
【図５】凹面超音波送波器による方位方向音場特性の一例を示した説明図。（実施例１）
【図６】凹面超音波送波器による距離方向音圧分布の一例を示した説明図。（実施例１）
【図７】単一ＰＣＷにより加振する構成の波形及び周波数スペクトルの説明図。（実施例１）
【図８】単一ＰＣＷにより加振する構成の対象物欠陥振動検出原理の説明図。（実施例１）
【図９】単一ＰＣＷにより加振する構成における各部信号形状の説明図。（実施例１）
【図１０】有限長ＰＣＷにより加振する構成の波形及び周波数スペクトルの説明図。（実施例２）
【図１１】有限長ＰＣＷにより加振する構成の対象物欠陥振動検出原理の説明図。（実施例２）
【図１２】異周波の有限長ＰＣＷ波形を使用する構成の欠陥振動検出原理の説明図。（実施例２）
【図１３】連続ＰＣＷにより加振する構成の波形及び周波数スペクトルの説明図。（実施例３）
【図１４】連続ＰＣＷにより加振する構成の対象物欠陥振動検出原理の説明図。（実施例３）
【図１５】搬送波抑圧両側波帯信号により加振する構成における波形の説明図。（実施例４）
【図１６】凹面形状により超音波を収束させる超音波加振凹面音源の説明図。（実施例５）
【図１７】時間差により超音波を収束させる超音波加振凹面音源の説明図。（実施例５）
【図１８】超音波音源の後方に光学検出系を配置する構成の説明図。（実施例６）
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施形態は、限局した空間に強力な超音波音場を形成し、当該強力超音波により、対象位置近傍のみに形成される音響放射力により、対称物を加振することを最も主要な特徴とする。
【００３０】
図１は、従来例による非接触音響検査法における問題点を示す説明図であり、このような従来例においては、制御部８により制御される加振低周波音源１からの加振低周波音波２により、対象物３を加振し、レーザードップラー計測法等により構成される光学検出系５から放射される計測用光線２５により、欠陥部４の振動状況を計測し、処理部７により欠陥６の有無を判定し判定結果９として出力する。
【００３１】
ここで、加振低周波音源１による加振低周波音波２の一部である直達音波成分１０は不要妨害信号として光学検出系５に入射し、対象物反射音波１１は環境への騒音妨害となる。
【００３２】
特に、加振低周波音源１と光学検出系５とは実用上接近して配置されることから、直達音波成分１０は光学検出系５を強力に振動させ、目的とする対象物信号の検出感度を大幅に低下させる。
【００３３】
また、周囲構造物２０による周囲構造物反射音波２１も、不要妨害信号として光学検出系５に入射し、対象物信号の検出感度を低下させることとなる。
【００３４】
図２は、従来例における、非接触音響検査法の動作を示す説明図であり、時間間隔Ｔ０にて繰り返す加振低周波音波ｓ０は、時間長Ｔ１の短パルスであ、欠陥部４の共振周波数近傍の低周波数成分を主体とする。
【００３５】
図２の加振低周波音波ｓ０による加振により、欠陥部４は振動し、この振動が光学検出系５により検出され、図２における振動状況信号ｓ１となる。
【００３６】
この振動状況信号ｓ１は、直達音波成分１０による不要信号ｓ１Ａと、位置Ｌ２に存在する欠陥部４の振動であり、計測対象となる目的信号成分ｓ１Ｂ、および、位置Ｌ３に存在する周囲構造物２０からの周囲構造物反射音波２２による、不要信号成分ｓ１Ｃとにより構成される。
【００３７】
直達音波成分１０による不要信号ｓ１Ａは、音速をｃとして、既知の距離Ｌ１に対する音波伝搬時刻Ｌ１/ｃに出現し、加振低周波音源１の近傍であることから強大な成分となる。
【００３８】
一方、位置Ｌ２に存在する欠陥部からの目的信号成分ｓ１Ｂは、距離Ｌ２に対する片道の音波伝搬時間に対応する時刻Ｌ２/ｃに出現し、遠方であることから不要信号ｓ１Ａの後方に出現する。
【００３９】
また、位置Ｌ３に存在する周囲構造物２０からの、周囲構造物反射音波２１は、距離Ｌ３に対する往復の音波伝搬時間から、時刻２Ｌ３/ｃにｓ１Ｃとして強力に出現する。
【００４０】
従って、周囲構造物２０による不要成分ｓ１Ｃは、周囲構造物２０の存在する距離Ｌ３の状況により、図２のｓ１に示されるように、目的信号成分ｓ１Ｂに重畳して出現してしまう。
【００４１】
従来構成においては、目的信号の出現時刻Ｌ２/ｃ近辺に開始し、時間幅が概略Ｔ３にて終了する選択信号ｓ２により、不要信号ｓ１Ａを抑圧する。
【００４２】
この選択信号ｓ２により、不要信号ｓ１Ａを抑圧した結果は信号ｓ３となり、直接信号１０による不要信号ｓ１Ａは抑圧されるが、周囲構造物２０による不要成分ｓ１Ｃは、目的信号成分ｓ１Ｂと重畳する位置であり、選択信号ｓ２の選択時間内であることから分離不可能となる。
【実施例１】
【００４３】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明するが、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００４４】
本発明は、限局した空間に強力な超音波音場を形成し、当該強力超音波により、対象位置近傍のみに形成される音響放射力により対称物を加振し、励振された対象物の振動を、遠方において、光学的に検出する検査手法に関するものであり、図３に示す本発明による全体構成により、本発明の基本動作を説明する。
【００４５】
図３の全体構成において、超音波加振凹面音源１２は、超音波制御部１３により制御され、加振超音波１４を放射する。
【００４６】
この、加振超音波１４が形成する超音波音圧pＨは、媒質の非線形効果により、加振領域１５内に位置する対象物３の表面部分に音響放射圧pLを発生し、この音響放射圧pLにより対象物３を加振する。
【００４７】
この、加振超音波１４による超音波音圧pＨと、加振領域１５に形成される音響放射圧pLとの関係は、ρを媒質（この場合には空気）の密度、ｃを媒質（この場合には空気）中の音速として次式となる。
【００４８】
（数１）
pL＝pＨ２／（ρＣ２）
【００４９】
この関係は２次であり、加振超音波１４による超音波音圧pＨが小さくなると、加振領域１５に形成される音響放射圧pLは急速に減衰し、実質的には消滅する。
【００５０】
実例を示すと、pＨ：３０００Ｐａ（パスカル：ニュートン／ｍ２）においてはpL：１００Ｐａ（１３４ｄＢ−ＳＰＬ）、pＨ：３００ＰａにおいてはpL：１Ｐａ（９４ｄＢ−ＳＰＬ）と低下する、さらに、pＨ：３０ＰａにおいてはpL：０．０１Ｐａ（５４ｄＢ−ＳＰＬ）となり、pＨが３０Ｐａ以下の超音波によると音響放射圧pLによる対象物３の加振は事実上不可能となる。
【００５１】
従って、本発明による音響放射力による加振は、超音波音圧pＨが３０Ｐａ以上の強力超音波を使用することにより、始めて好適に実現される。
【００５２】
本発明においては、音響放射力による加振された欠陥部４の振動状況を、光学検出系５による計測用光線２５により検出し、処理部７により欠陥６の有無を判定し判定結果９として出力する。
【００５３】
図３の実施例において使用する超音波音源は、超音波加振凹面音源１２であり、凹面超音波送波器音場特性は、良く知られたように概略図４ａ）となり、凹面の曲率半径に相当する焦点距離Ｆにおいて収束する。
【００５４】
ここで、超音波の波長をλ、送波器の口径をＤｃとすると、焦点距離Ｆにおける方位方向の音場分布は、回折限界角λ/Ｄｃで決まる方位方向ビーム幅ｄＣ（≒λＦ/ＤＣ）となる。
【００５５】
このように、細い方位方向ビーム幅ｄＣ内のみを加振することから、対象物の局所的な検査が可能となる。
【００５６】
また、このように、細い指向性幅ｄＣ内のみを加振することから、対象物内において加振力の位相が反転することによる、加振超音波１４の入射角における加振不能角度は発生しないこととなる。
【００５７】
このような、凹面超音波送波器による方位方向音場特性の一例を、口径３０ｃｍ、焦点距離１ｍの送波器により波長８ｍｍの超音波を送波する場合につき示すと、図５となり、幅６ｃｍの方位方向ビーム幅ｄＣのみに高い超音波音圧pＨを形成することとなる。
【００５８】
図５において、破線が超音波音圧pＨであり、実線が音響放射圧pLとなる（いずれも最大値に対する相対値）。
【００５９】
また、凹面超音波送波器の焦点近傍に形成される、収束領域の長さWＣは、焦点における方位方向ビーム幅ｄＣによりWＣ≒ｄＣ2/λと与えられ、この収束領域より遠方においては、超音波ビームは急速に拡散し、強度が低下することも知られている。
【００６０】
このように、収束領域より遠方においては、超音波ビームは急速に拡散し、強度が低下することから、収束領域以外の周囲環境に対する、騒音妨害も大幅に軽減される。
【００６１】
このような凹面超音波送波器による軸上音圧分布の一例を、口径３０ｃｍ、焦点距離１ｍの送波器により波長８ｍｍの超音波を送波する場合につき示すと、図６となり、幅約６ｃｍの焦点領域WＣ’のみに高い超音波音圧pＨを形成することとなる。
【００６２】
図６において、破線が超音波音圧pＨであり、実線が音響放射圧pLとなる（いずれも最大値に対する相対値）。
【００６３】
ここで、実際の加振に貢献する音響放射圧pLは、超音波音圧pＨの２乗に比例することから、pLにより評価すると図６の焦点領域WＣとなり、さらに狭い５ｃｍ程度の領域に駆動力が限局されることを示している。
【００６４】
このように、凹面超音波送波器により形成される加振領域１５は、焦点領域WＣの近傍に限局されることから、図３に示す構成において、光学検出系５の近傍における直達超音波成分１６は弱く、直達超音波成分１６による、光学検出系５に対する妨害は軽微であり、処理部７による正確な欠陥判定が可能となる。
【００６５】
また、音響放射圧pLと超音波音圧pＨは共に対象物により反射されるが、図３の２４に示すこれら対象物反射成分は全て、微小領域からの放射であるため球面拡散し、照射対象位置からの距離の２乗に反比例して急速に減衰することから、対象物反射成分の周囲環境への悪影響も軽微となる。
【００６６】
図３に例示する超音波音源を、超音波加振平面音源２３とする構成も可能であり、平面音源音場特性は、良く知られたように概略図４ｂ）となる。
【００６７】
この平面音源２３においても、図４ｂ）に示すように、超音波の波長をλ、送波器の口径をＤＦとして、近距離音場距離ＷＦ≒ＤＦ２/λ以内において、音源口径ＤＦ相当の限局した空間内のみに音圧を形成することが可能となる。
【００６８】
ここで仮に、超音波の波長λを１ｃｍ（超音波周波数３０ｋＨｚ程度）とし、平面音源２３の口径ＤＦを３０ｃｍとすると、近距離音場距離ＷＦ（≒ＤＦ２/λ）は９００ｃｍ（９ｍ）となり、距離９ｍまでに、直径３０ｃｍの円柱状に限局された照射領域を、平面音源２３により形成することが可能となる。
【００６９】
本実施例においては、図３の構成において使用する加振超音波１４の波形を、図７ａ）に示す、最も基本的な波形である単一ＰＣＷ波形ｓＳＡとし、単一ＰＣＷ波形ｓＳＡの周波数スペクトルを図７ｂ）のＳＳＡに示す。
【００７０】
この加振超音波波形ｓＳＡの２乗が、加振領域１５に形成される音響放射圧pLとなることから、音響放射圧pLは、図７ａ）のｓＳＢとなる。
【００７１】
この音響放射圧ｓＳＢは、図７ａ）に示す二つの波形ｓＳＣとｓＳＤとの和により表されることから、音響放射圧ｓＳＢの周波数スペクトルＳＳＢは図７ｃ）となり、加振超音波波形ｓＳＡの中心周波数（ｆ０）２倍の中心周波数（２ｆ０）を有する高周波成分スペクトルＳＳＣと、直流成分をも有する低周波成分スペクトルＳＳＤとを有することとなる。
【００７２】
このように、音響放射圧ｓＳＢの低周波成分スペクトルＳＳＤは、加振超音波波形ｓＳＡの２乗により形成されることから、加振超音波波形ｓＳＡの包絡線形状に類似した波形であり、加振超音波波形ｓＳＡの包絡線形状を選択することにより、低周波成分スペクトルＳＳＤの形状を欠陥部の共振周波数特性に類似させることができる。
【００７３】
ここで、音響放射圧ｓＳＢの周波数スペクトルＳＳＢは図８ａ）に示す通りであり、対象物欠陥の共振スペクトルを図８ｂ）に示すＳＦとすると、図８ａ）における低周波成分スペクトルＳＳＤ中に、ＳＦの周波数成分を含むことから、音響放射圧ｓＳＢによる対象物加振の結果、周波数スペクトルを図８ｃ）のＳＳＲＦとする対象物欠陥の振動が励起されることとなる。
【００７４】
本実施例においては、この周波数スペクトルが図８ｃ）のＳＳＲＦとなる対象物欠陥の振動を、時間波形ｓＳＲＦとして光学的に検出する。
【００７５】
ここで、欠陥振動波形ｓＳＲＦの持続時間長をＴ２とすると、対象物欠陥共振スペクトルＳＦの帯域幅は１／Ｔ２となり、この持続時間長Ｔ２は、発明者らの詳細な検討から、通常のコンクリート内部欠陥においては１０ｍｓ程度であることが判明している。
【００７６】
このように、超音波の音響放射力により加振力を発生する構成おいては、超音波周波数に関係なく低周波加振力が形成されることから、対象欠陥の振動周波数に関係なく超音波周波数を選択可能であり、可聴周波数以上の高周波（１６ｋＨｚ以上）とすることにより、周囲住人に対する騒音妨害の低減も可能となる。
【００７７】
以下、本実施例による、加振高周波音波をｓＳＡ（ｓＳＡ１、ｓＳＡ２、ｓＳＡ３−−）とする構成における、各部の信号形状を図９により説明する。
【００７８】
図９の動作において、加振高周波音波ｓＳＡは、時間間隔Ｔ０にて繰り返す、時間長Ｔ１の単一ＰＣＷ高周波信号であり、非線形効果により欠陥部４の共振周波数近傍の低周波成分を形成する。
【００７９】
図９の加振高周波音波ｓＳＡにより対象物を加振し、対象物の振動を光学検出系５により計測することにより、図９に示す対象物の振動状況信号ｓＳＲが得られる。
【００８０】
この、対象物の振動状況信号ｓＳＲには、不要直達超音波成分１６による不要信号ｓＳＲＤと、位置Ｌ２に存在する欠陥部から計測される目的信号成分ｓＳＲＦが含まれる。
【００８１】
一方、位置Ｌ３に存在する周囲構造物２０は、加振超音波の照射領域外となるため、周囲構造物２０からの反射波である周囲構造物反射超音波２１は発生せず、振動状況信号ｓＳＲには含まれないこととなる。
【００８２】
本発明においては、振動状況信号ｓＳＲから、目的信号出現時刻Ｌ２/ｃ近辺に開始し、時間幅が概略Ｔ３（＞Ｔ２）となる選択信号ｓＧにより、目的信号成分選択的に抽出し、選択抽出信号ｓＳＲＧとする。
【００８３】
この選択信号ｓＧにより、直達超音波成分１６による不要信号ｓＳＲＤは抑圧され、さらに、加振超音波の照射領域外のため、周囲構造物反射超音波２１も存在しないことから、選択抽出信号ｓＳＲＧには目的とする対象欠陥による信号成分ｓＳＲＦのみが含まれる事となる。
【００８４】
このように、選択抽出信号ｓＳＲＧには、目的とする対象欠陥による信号成分ｓＳＲＦのみが含まれる事から、本実施例の構成により、不要信号に影響されない高精度の欠陥検出が可能となる。
【実施例２】
【００８５】
ここでは、第２の実施例として、図３の構成における加振超音波１４として、図１０ａ）に示す有限長ＰＣＷ波形を、加振超音波波形ｓＭＡとして使用する構成につき、その動作を説明する。
【００８６】
この加振超音波波形ｓＭＡの２乗が、加振領域１５に形成される音響放射圧pLとなることから、音響放射圧pLは、図１０ａ）のｓＭＢとなる。
【００８７】
この音響放射圧ｓＭＢは、図１０ａ）の波形ｓＭＣとｓＭＤとの和であることから、音響放射圧ｓＭＢの周波数スペクトルＳＭＢは、２倍の中心周波数を有する高周波成分スペクトルと、低周波成分スペクトルＳＭＤとを有することとなる。
【００８８】
ここで、対象物の駆動に寄与する成分は低周波成分スペクトルＳＭＤであり、この低周波成分スペクトルＳＭＤは、図１０ｂ）に示すように、中心周波数が１/Ｔ４であり、帯域幅は１/Ｔ５に制限されている。
【００８９】
ここで、低周波成分スペクトルＳＭＤは、帯域幅が１/Ｔ５に制限されていることから、この帯域内の信号成分については信号の強度が増加している。
【００９０】
このような音響放射圧ｓＭＢにより、図１１ｂ）の共振スペクトルＳＦを有する対象物欠陥を加振すると、低周波成分スペクトルＳＭＤにより対象物は加振され、図１１ｃ）に示す周波数スペクトルＳＭＲＦとして振動し、光学的に検出されることとなる。
【００９１】
ここで、音響放射圧ｓＭＢによる低周波成分スペクトルＳＭＤは図１１ａ）であり、対象物欠陥の共振スペクトルＳＦを、低周波成分スペクトルＳＭＤ中に強く含むことから、音響放射圧ｓＭＢによる対象物加振の結果、周波数スペクトルを図１１ｃ）のＳＭＲＦとする対象物欠陥の振動が強く励起されることとなる。
【００９２】
本実施例においても、図１１ｃ）の、周波数スペクトルがＳＭＲＦとなる対象物欠陥の振動を、時間波形ｓＭＲＦとして光学的に検出する。
【００９３】
ここで、図１１ｂ）の共振スペクトルＳＦの中心周波数は未知であり、低周波成分ＳＭＤの位置と共振スペクトルＳＦの位置とが一致しない場合には、対象物が加振されないことから、対象物の欠陥は検知されない。
【００９４】
このような場合においても、図１２ａ）のｓＭＴＤに示す、中心周波数が順次変化する、有限長ＰＣＷ波形を順次連結して使用することにより、それぞれの送信パルスの周波数スペクトルが、図１２ｂ）に示すＳＭＴＤ２，ＳＭＴＤ３，ＳＮＴＤ４として相互に重畳するため、未知の共振スペクトルＳＦを、図１２ｂ）に示す周波数スペクトルＳＭＴＲＦとして見落とし無く検知可能となる（この図においては、Ｔ５を一定とし、Ｎを自然数とし、Ｔ５＝ＮＴ４  としている）。
【００９５】
図１２のように、時間とともに音響放射圧の中心周波数を順次変化させる構成において、選択抽出信号ｓＳＲＧに対して周波数選択手段（濾波器）を使用することにより、着目周波数範囲を音響放射圧の中心周波数変化に対応して変化させる構成が可能である
【００９６】
具体的には、図１２における、時間ＴＭＴＤ２においては、周波数選択手段により、周波数スペクトルＳＭＴＤ２の周波数成分のみを通過させ、時間ＴＭＴＤ３においては、周波数スペクトルＳＭＴＤ３の周波数成分のみを通過させ、同様に、時間ＴＭＴＤ４においては、周波数スペクトルＳＭＴＤ４の周波数成分のみを通過させるように構成する。
【００９７】
このように、着目周波数範囲を音響放射圧の中心周波数変化に対応して変化させるように構成することにより、前後の加振による不要信号の混入を効果的に除去することが可能となり、欠陥の検出精度が向上する。
【実施例３】
【００９８】
ここでは、第３の実施例として、図３の構成における加振超音波１４として、図１３ａ）に示す連続ＰＣＷ波形を、加振超音波波形ｓＩＡとして使用する構成につき、その動作を説明する。
【００９９】
この加振超音波波形ｓＩＡの２乗が、加振領域１５に形成される音響放射圧pLとなることから、音響放射圧pLの波形は、図１３ａ）のｓＩＢとなる。
【０１００】
この波形ｓＩＢは、図１３ａ）のｓＩＣとｓＩＤとの和であることから、音響放射圧pLの波形ｓＩＢの周波数スペクトルＳＩＢは、２倍の中心周波数を有する高周波成分スペクトルと、低周波成分スペクトルＳＩＤとを有することとなる。
【０１０１】
ここで、対象物の駆動に寄与する成分は低周波成分スペクトルＳＩＤであり、低周波成分スペクトルＳＩＤは図１３ｂ）に示すように、周波数１/Ｔ４の線スペクトルとなり、この周波数においては信号強度が最高になる。
【０１０２】
このような波形ｓＩＡの繰り返し周期Ｔ４を変化させることにより、低周波成分ｓＩＤの周波数を変化させ（周波数掃引幅Ｂｓ）、このｓＩＤにより図１４ｂ）の共振スペクトルＳＦを有する対象物欠陥を加振すると、未知のＳＦと一致した周波数のＳＩＤにより対象物欠陥は加振され、最終的には、図１４ｃ）に示す周波数スペクトルＳＩＲＦによる振動信号が得られ、対象物欠陥が光学的に検出されることとなる。
【実施例４】
【０１０３】
第４の実施例として、図３の構成における加振超音波１４として、有限長の２種類の等振幅正弦波により形成される、図１５に示す、搬送波抑圧両側波帯信号（ＤＳＢ−ＳＣ波）ｓＷＡを使用する構成につき説明する。
【０１０４】
この加振超音波波形ｓＷＡの２乗が、加振領域１５に形成される音響放射圧pLとなることから、音響放射圧pLは、図１５のｓＷＢとなる。
【０１０５】
この音響放射圧ｓＷＢは、図１５の高周波成分波形ｓＷＣと低周波成分波形ｓＷＤとに分解され、この低周波成分波形ｓＷＤは、図１０ａ）のｓＭＤに類似した波形であるが、正弦波の形状であることから高調波成分が無く、不要信号の少ない加振を可能とする。
【０１０６】
したがって、この搬送波抑圧両側波帯信号ｓＷＡを使用する構成により、欠陥検出の精度が向上することとなる。
【０１０７】
ここで、周波数変調波（ＦＭ波）において、変調指数（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｉｎｄｅｘ：搬送波周波数偏移量／変調信号周波数）を、零次ベッセル関数の第一零点である２．４０４８３とすると、周波数変調波における搬送波成分が消滅し両側波帯信号のみとなる。
【０１０８】
従って、変調指数をこの２．４０４８３とする周波数変調波により、狭帯域単共振特性の超音波振動子を駆動すると、搬送波抑圧両側波帯信号ｓＷＡによる加振超音波１４が放射されることになる。
【０１０９】
このように、加振超音波１４として使用する加振超音波波形は、種々選択可能であり、本実施例に限られるものではない。
【実施例５】
【０１１０】
ここで、図３の構成における超音波加振凹面音源１２の構成例を図１６および図１７により説明する。
【０１１１】
図１６の構成例においては、多数の微小超音波振動子１７を凹面形状１８に配置し、共通の駆動信号を印加することにより、凹面状波面１９を送出し、焦点位置Fに超音波を収束させることができる。
【０１１２】
また、図１７に示す構成例においては、微小超音波振動子１７を平面上に配置し、同心円上の素子１７を部分配線２６により共通接続する。
【０１１３】
この部分配線２６に、共通駆動信号２８をタップ付き遅延線２７により凹面状の時間差を与えることにより生成した、個別信号２９を印加する。
【０１１４】
この、時間差有する個別信号２９による、部分配線２６の個別駆動により、同様に、凹面状の波面１９を送出し、焦点位置Fに超音波を収束させることができる。
【０１１５】
超音波加振凹面音源１２の構成は、本実施例に述べた構成に限られるものではなく、大型面状素子単体により構成される音源、あるいは、凸面形状とすることにより、比較的広い領域に加振超音波１４を照射する音源など、機能を達成する目的で種々変更可能であることは自明である。
【実施例６】
【０１１６】
ここで、実施例６として、図３の構成における超音波加振凹面音源１２および光学検出系５の構成を図１８とする構成につき説明する。
【０１１７】
ここで、図１８の構成においては、超音波加振凹面音源１２の中央に、計測用光線２５の通過孔３０を形成し、超音波加振凹面音源１２の後方に、光学検出系５を配置する。
【０１１８】
ここで、計測用光線２５を、中心軸３１上に配置すると、計測用光線２５が加振領域１５を必ず通過することとなる。
【０１１９】
このような図１８の構成によると、超音波加振凹面音源１２の中心軸３１上の計測用光線２５により、対象物までの距離も計測が可能であり、この光学的な距離の計測結果に応じて、タップ付き遅延線２７に与える凹面状の時間差を設定することにより、超音波加振凹面音源１２の焦点位置を対象面位置に一致させることが可能となる。
【０１２０】
また、このように、超音波加振凹面音源１２の後方に、光学検出系５を配置することにより、光学検出系５は、凹面状波面１９の妨害振動を受けないこととなり、高精度の計測が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明によると、限局した空間のみに加振超音波１４が形成されることから、光学検出系への妨害信号が低下することにより、計測時間が短縮されると共に、微小欠陥の検出も可能となる。
【０１２２】
同様に、限局した空間のみに加振超音波１４が形成されることから、住宅地等における、住民あるいは周囲環境への放射騒音も低減される。
【０１２３】
また、限局した空間のみに加振超音波１４が形成されることから、従来方式において問題となる、床面反射成分との干渉による、検査不能領域の形成も解消する。
【０１２４】
さらに、狭い面積のみを加振することから、小欠陥に対する局所検査など、限局された部位に対する詳細な検査も可能となる。
【０１２５】
また、狭い面積のみを加振することから、加振超音波を特定角度にて入射させた場合に発生する、加振不能現象は発生しないこととなり、トンネルの天井等の傾斜した対象物における大面積欠陥を、遠方から見落とし無く検出可能とする。
【０１２６】
また、本発明における、音響放射圧による加振の特性から、直流までの超低周波加振が可能となり、共振周波数が低くなる大型剥離欠陥等における、低周波にて振動する欠陥の検出も可能となる。
【０１２７】
本発明における加振超音波１４における最高使用可能周波数は、空中における超音波の伝搬減衰が周波数と共に急速に増大することから制限され、通常は、加振超音波１４における中心周波数ｆ０を５００ｋＨｚ以下とすることが望ましい。
【符号の説明】
【０１２８】
１  加振低周波音源
２  加振低周波音波
３  対象物
４  欠陥部
５  
光学検出系
６  欠陥
７  処理部
８  制御部
９  判定結果
１０  直達音波成分
１１  対象物
反射音波
１２  超音波加振凹面音源
１３  超音波制御部
１４  加振超音波
１５  
加振領域
１６  直達超音波成分
１７  微小超音波振動子
１８  凹面形状
１９  凹面状超音波波面
２０  周囲構造物
２１  周囲構造物反射音波
２２  周囲構造物反射超音波
２３  超音波加振平面音源
２４  対象物反射成分
２５  計測用光線
２６  部分配線
２７  タップ付き遅延線
２８  共通駆動信号
２９  個別信号
３０  通過孔
３１  中心軸
【図１】
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【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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