(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被探知物体の表面から探知方向側へ斜め方向に発信した超音波の反射波を受信して、被探知物体内部の状態を探知する超音波探知方法であって、
前記被探知物体に対して、発信された超音波の反射波を受信して探知する第１の探知位置と、この第１の探知位置から探知方向の遠近側に所定量移動して第１の探知位置と同様に探知する第２の探知位置とを評定し、各位置での超音波の出力毎に得られる受信波を加算して平均値を取出す加算平均波Ｇ1(t)，Ｇ2(t)を演算し、これら加算平均波Ｇ1(t)，Ｇ2(t)のそれぞれから所定の周波数を中心に狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を作成し、これら狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の波形形状の比較で被探知物体内部の形態を探知する
超音波探知方法。
【請求項２】
前記狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を減算処理して探知波を演算し、該探知波の波形形状で被探知物体内部の形態を探知する
請求項１に記載の超音波探知方法。
【請求項３】
前記探知波に大きな振幅の波形が起生しているとき、該波形の起生時刻ｔl を算出し、該起生時刻ｔl および被探知物体の超音波伝播速度cＶpに基づいて形態変化の位置を演算する
請求項２に記載の超音波探知方法。
【請求項４】
前記狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の最初に起生した大きな振幅波の起生時刻ｔ0 を演算すると共に、この起生時刻ｔ0 以降に起生する前記狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)上の１番目ないし複数番目のいずれかの波山または波谷の時刻ｔw で、前記２つの狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の一方の波を時間軸の前後にずらせて波形を合致させたときの補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)を作成し、これら補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)の波形形状の比較で被探知物体内部の形態を探知する
請求項１に記載の超音波探知方法。
【請求項５】
前記補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)を減算処理して探知波を演算し、該探知波の波形形状で被探知物体内部の形態を探知する
請求項４に記載の超音波探知方法。
【請求項６】
前記波山または波谷の時刻ｔw における狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の絶対値Ｗ1，Ｗ2をそれぞれ演算し、これら絶対値Ｗ1，Ｗ2の商で前記補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)の一方を他方に対して両波が対応する波となるように修正し、一方の修正補正波Ｗ2/Ｗ1・Ｈ1(t) と他方の補正波Ｈ2(t)あるいはＷ1/Ｗ2・Ｈ2(t) とＨ1(t)を減算処理して探知波を演算し、該探知波の波形形状で被探知物体内部の形態を探知する
請求項４に記載の超音波探知方法。
【請求項７】
前記被探知物体の厚みｄ、該物体の超音波伝播速度cＶp，探触子の径、係数に基づいて、探触子から探知方向に対して横方向に伝播する障害波の強度が小さくなる第１の周波数ｆ0と、共振障害周波数ｆdとを演算し、前記狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を作成する所定の周波数を前記第１の周波数ｆ0より低い周波数に選定し、さらに、上記共振周波数ｆdを取除いて狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を作成する
請求項１〜６のうちの１つの請求項に記載の超音波探知方法。
【請求項８】
超音波を発信し、その反射波を受信する探触子を備えた超音波発生手段と、
被探知物体に対して超音波発生手段の探触子の指向方向を被探知物体の表面から斜め方向に向かわせ、かつその方向側を探知方向側にさせるように超音波発生手段の探触子を保持する斜角保持手段と、
前記被探知物体に対して、探触子から発信された超音波の反射波を受信して探知する第１の探知位置と、この第１の探知位置から探知方向の遠近側に所定量移動して第１の探知位置と同様に探知する第２の探知位置とを評定し、各位置での超音波の出力毎に得られる受信波を加算して平均値を取出す加算平均波Ｇ1(t)，Ｇ2(t)を演算し、これら加算平均波Ｇ1(t)，Ｇ2(t)のそれぞれから所定の周波数を中心に狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を作成し、これら狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t) の波形形状の比較で被探知物体内部の形態を探知する演算手段とを備えた
超音波探知装置。
【請求項９】
前記演算手段で演算された狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を減算処理して探知波を演算し、該探知波の波形形状で被探知物体内部の形態を探知する演算手段を備えた
請求項８に記載の超音波探知装置。
【請求項１０】
前記演算手段で演算された探知波に大きな振幅の波形が起生しているとき、該波形の起生時刻ｔl を算出し、該起生時刻ｔl および被探知物体の超音波伝播速度cＶpに基づいて形態変化の位置を演算する演算手段を備えた
請求項９に記載の超音波探知装置。
【請求項１１】
前記演算手段で演算された狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の最初に起生した大きな振幅波の起生時刻ｔ0 を演算すると共に、この起生時刻ｔ0 以降に起生する前記狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)上の１番目ないし複数番目のいずれかの波山または波谷の時刻ｔw で、前記２つの狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の一方の波を時間軸の前後にずらせて波形を合致させたときの補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)を作成し、これら補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)の波形形状の比較で被探知物体内部の形態を探知する演算手段を備えた
請求項８に記載の超音波探知装置。
【請求項１２】
前記演算手段で演算された補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)を減算処理して探知波を演算し、該探知波の波形形状で被探知物体内部の形態を探知する演算手段を備えた
請求項１１に記載の超音波探知装置。
【請求項１３】
前記演算手段で演算された波山または波谷の時刻ｔw における狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の絶対値Ｗ1 ，Ｗ2 をそれぞれ演算し、これら絶対値Ｗ1 ，Ｗ2 の商で前記補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)の一方を他方に対して均等な波となるように修正し、一方の修正補正波Ｗ2/Ｗ1・Ｈ1(t) と他方の補正波Ｈ2(t)あるいはＷ1/Ｗ2・Ｈ2(t) とＨ1(t)を減算処理して探知波を演算し、該探知波の波形形状で被探知物体内部の形態を探知する演算手段を備えた
請求項１１に記載の超音波探知装置。
【請求項１４】
前記被探知物体の厚みｄ、該物体の超音波伝播速度cＶp，探触子の径、係数に基づいて、探触子から探知方向に対して横方向に伝播する障害波の強度が小さくなる第１の周波数ｆ0と、共振障害周波数ｆdとを演算し、前記狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を作成する所定の周波数を前記第１の周波数ｆ0より低い周波数に選定し、さらに、上記共振周波数ｆdを取除いて狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を作成する演算手段を備えた
請求項８〜１３のうちの１つの請求項に記載の超音波探知装置。
【請求項１５】
ｇ．超音波を発信し、その反射波を受信する超音波発生手段を有するコンピュータに読み取られることにより、該コンピュータの演算手段を制御して、上記コンピュータを被探知物体内部の形態を探知する超音波探知装置として機能させるコンピュータプログラムを記録した信号処理記録媒体であって、
ｈ．上記演算手段に、上記被探知物体に対して、上記超音波発生手段により被検知物体の表面から探知方向側へ斜め方向に発信した超音波の反射波を受信して被探知物内部の状態を探知する第１の探知位置と、この第１の探知位置から探知方向の遠近側に所定量移動して第１の探知位置と同様に探知する第２の探知位置とを評定する評定処理と、
ｉ．各位置での超音波の出力毎に得られる受信波を加算して平均値を取出す加算平均波Ｇ1(t)，Ｇ2(t)の演算を行う演算処理と、
ｊ．これら加算平均波Ｇ1(t)，Ｇ2(t)のそれぞれから所定の周波数を中心に狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を作成する作成処理と、
ｋ．これら狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t) の波形形状の比較で被探知物体内部の形態を探知する解析処理とを
実行させるコンピュータプログラムを記録した
ｌ．信号処理記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、超音波を使用して、例えば、鉄筋コンクリート製電柱やよう壁の地中部などの目視し得ない部分での割れの存在とその位置を、地上から探知するの超音波探知方法とその装置および信号処理記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、コンクリート材の内部探知を、超音波を用いて行うとすると、従来、以下の要因で殆どの場合、その内部探知を不可能にした。その要因を示せば、
・コンクリート内にある多量の粗骨材及び気泡の存在により超音波が大きな散乱現象を起こす。
・上記散乱現象により大きな勢力の探知妨害波が生じ、探知目標波がこの妨害波の中に埋もれてしまう。
・経年による被探知体の劣化。
・走査面に存在する無数の大小さまざまなひび割れ。
・被探知体の形状。
・電気的雑音及び大きな勢力の外乱の受信波への混入。
等々である。
【０００３】
一方、近時、上述の要因から生ずる問題点を除去し、コンクリート内部を高精度に探知し得る方法論として巨視的探知理論が確立され、これに基づいた超音波探知装置及び超音方法が出現している。
【０００４】
しかしながら、前記探知装置でも、電柱等の地中部割れ探知を地上部電柱面から探知するのは困難である。この様なテーマにおける探知では、ひび割れからの反射波の強度は微弱であり、前述の２）及び５）に示した理由で極端にその勢力が大きい妨害波の中に、上記反射波が埋もれてしまうからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１の（ａ，ｂ）は、広帯域超音波を発信する発信探触子１１と発信された超音波の反射波を受信する受信探触子１２との一対を斜角治具１３に固定し、鉄筋コンクリート製電柱１４の柱軸に対して並列に配置した事例を示す。
【０００６】
この例の場合、斜角治具１３を介して、角度θ1で電柱１４の中心方向に発信されるたて波超音波は、ホイヘンスの原理にのっとり図示する角度θ2で電柱１４のコンクリート内に入力される。
【０００７】
この入力超音波は、電柱１４の表面及びその肉厚に関する裏面で反射を繰り返し地中部の割れ１５に至り、図示する如く、前記と同様の反射の繰り返しで探触子１１，１２の配置方向へ戻ってくる。この様な伝達で以下の問題が生じてくる。
【０００８】
１）前述の反射経路の超音波（探知目標波）は電柱１４のコンクリート材特有の散乱減衰の存在、及び肉厚に関する電柱１４の表面及び裏面での多くの反射の繰り返しに伴う減衰現象で、強度が低下していく。
【０００９】
２）上述の強度低下は、高周波超音波になればなるほど加速度的に増大していく。
【００１０】
３）前述の探触子１１，１２の配置方向へ戻ってくる探知目標波は、図１に示す模式図では、受信探触子１２で受信されていない。これより、発信及び受信探触子１１，１２を配置する位置によって、探知目標波の受信強度が大きく変化することになる（言い換えると、探触子１１，１２の位置を柱軸方向で変化させていけば、探知目標波の強度がより大きくなる探触子１１，１２の位置を選定できることになる）。
【００１１】
４）図１（ａ）に示す如く、角度θ2 で斜め方向に超音波１０１を入力してもコンクリートのように散乱現象の大なる材質の場合、水平方向に発信された比較的勢力の大きい超音波１０２が存在する。この超音波１０２が、探知目標波に比し勢力の大きい妨害波を起生させる。図１（ａ）で、この超音波１０２の電柱１４肉厚内の伝達状況を模似的に示している。いわゆる重複反射である。この様な波は共振現象を起し、その勢力が大きくなる。かつ電柱１４の表面と探触子と治具間の接触媒質の付着状況、電柱表面の状況、探触子押し付け状況等の微妙な変化で大きくその強度が変動する。
【００１２】
前述の１、２、３及び４の問題点に対処しなければ、電柱１４の地中部の割れ１５を初め、電柱１４の張紙防止帯１６（図１（ａ）参照）内の割れ、およびよう壁の地中部の割れ等の探知は不可能である。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、電柱の地中部の割れ、よう壁の地中部の割れ、及び張紙防止帯内の目視し得ない場所に生じた割れなどの探知を高精度に行うことができる超音波探知方法とその装置および信号処理記録媒体の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、被探知物体の表面から探知方向側へ斜め方向に発信した超音波の反射波を受信して、被探知物体内部の状態を探知する超音波探知方法あるいはその装置であって、前記被探知物体に対して、発信された超音波の反射波を受信して探知する第１の探知位置と、この第１の探知位置から探知方向の遠近側に所定量移動して第１の探知位置と同様に探知する第２の探知位置とを評定し、各位置での超音波の出力毎に得られる受信波を加算して平均値を取出す加算平均波Ｇ1(t)，Ｇ2(t)を演算し、これら加算平均波Ｇ1(t)，Ｇ2(t)のそれぞれから所定の周波数を中心に狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を作成し、これら狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の波形形状の比較で被探知物体内部の形態を探知する超音波探知方法あるいはその装置であることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、２つの狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を比較して、両者の波形形状に明らかな差異が判定できるとき、被探知物体内部の形態変化を認識することができる。
【００１６】
好ましい実施形態の１つとして、前記狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を、
Ｇ〜1(t)−Ｇ〜2(t)  または、Ｇ〜2(t)−Ｇ〜1(t)
の減算処理して探知波を演算し、該探知波の波形形状で被探知物体内部の形態を探知することができる。
【００１７】
好ましい実施形態の１つとして、前記探知波に大きな振幅の波形が起生しているとき、該波形の起生時刻ｔl を算出し、該起生時刻ｔl および被探知物体の超音波伝播速度cＶpに基づいて形態変化の位置を演算することができる。
【００１８】
好ましい実施の形態の１つとして、前記狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の最初に起生した大きな振幅波の起生時刻ｔ0 を、被探知物体の肉厚ｄ、その超音波伝播速度cＶpとしたとき、
ｔ0 ＝２ｄ／cＶp
で演算すると共に、この起生時刻ｔ0 以降に起生する前記狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t) 上の１番目ないし複数番目のいずれかの波山または波谷の時刻ｔw で、前記２つの狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の一方の波を時間軸の前後にΔｔ時間だけずらせて波形を合致させたときの補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)を作成し、これら補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)の波形形状の比較で被探知物体内部の形態を探知することができる。
【００１９】
好ましい実施形態の１つとして、前記補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)を、
Ｈ1(t)−Ｈ2(t)  または、Ｈ2(t)−Ｈ1(t)
の減算処理して探知波を演算し、該探知波の波形形状で被探知物体内部の形態を探知することができる。
【００２０】
好ましい実施形態の１つとして、前記波山または波谷の時刻ｔw における狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)の絶対値Ｗ1，Ｗ2をそれぞれ演算し、これら絶対値Ｗ1，Ｗ2の商Ｗ1／Ｗ2、またはＷ2／Ｗ1で前記補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)の一方を他方に対して両波が対応する波となるように修正し、一方の修正補正波Ｗ2/Ｗ1・Ｈ1(t)，Ｗ1/Ｗ2・Ｈ2(t)と他方の補正波Ｈ1(t)，Ｈ2(t)を
Ｗ2/Ｗ1・Ｈ1(t)−Ｈ2(t)  または、Ｗ1/Ｗ2・Ｈ2(t)−Ｈ1(t)
の減算処理して探知波を演算し、該探知波の波形形状で被探知物体内部の形態を探知することができる。
【００２１】
好ましい実施形態の１つとして、前記被探知物体の厚みｄ、該物体の超音波伝播速度cＶp，探触子の径φ、係数β、係数（補正値）αに基づいて、探触子から探知方向に対して横方向に伝播する障害波の強度が小さくなる第１の周波数ｆ0と、共振障害周波数ｆdとを
ｆ0 ＝αcＶp／φ    ｆd ＝βcＶp／２ｄ
で演算し、前記狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を作成する所定の周波数を前記第１の周波数ｆ0より低い周波数に選定し、さらに、上記共振周波数ｆdを取除いて狭帯域成分波Ｇ〜1(t)，Ｇ〜2(t)を作成することができる。
【００２２】
好ましい実施形態の１つとして、演算処理する演算手段はパーソナルコンピュータで構成することができ、また、演算処理される信号処理プログラムをコンピュータ読取り可能な、ＣＤ，ＨＤ，ＦＤなどのディスク系やその他の記録媒体に記録することができる。
【００２３】
好ましい実施形態の１つとして、超音波発生手段の超音波を発信する発信探触子と、反射波を受信する受信探触子とは別体であるも、一体共用形であるもよい。また、発信探触子と受信探触子とを別体に形成したとき、これらの探知位置を左右並列に配置するも、また、上下直列に配置するもよい。さらに、位置の評定をするための移動は、両者を同時に、またはいずれか一方を移動させて行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明によれば、各種の妨害波を取除いて探知目標波の強度を大きく得ることができ、被探知物体の内部状態およびその位置の探知を高精度に行うことができる。
【００２５】
【実施例】
この発明の一実施例を以下図面と共に説明する。
【００２６】
図面は、超音波探知方法とその装置を示し、図１は、既に説明したように超音波探知方法の模式図を示している。
【００２７】
図２は、超音波探知装置２０を示し、該超音波探知装置２０はパルス発生器２１、解析装置２２、表示装置２３を備えている。
【００２８】
上述のパルス発生器２１は、広帯域周波数のパルスを発生するパルス発生回路２１ａと、発生されたパルスの間隔を所定の間隔に変更するパルス間隔変更回路２１ｂと、パルス発生回路２１ａで発生されて、パルス間隔変更回路２１ｂで設定されたパルス間隔でパルスを出力するパルス駆動回路２１ｃで形成している。
【００２９】
上述のパルス発生器２１から出力されるパルスの広帯域超音波は発信探触子１１から電柱１４に発信され、その反射波は受信探触子１２で受信され、外付けアンプ２４で増幅処理されて解析装置２２に入力される。
【００３０】
上述の解析装置２２は、信号を増幅するアンプ回路２２ａと、不要な信号を取除くためにローパスフィルタやハイパスフィルタなどのフィルタで形成されるフィルタ回路２２ｂと、Ａ／Ｄコンバータ２２ｃと、複数の受信波を加算して平均値を取出すゲートアレイ２２ｄと、これらの各回路装置の駆動制御と演算処理を実行するＣＰＵ２２ｅと、解析処理および演算処理を実行するために必要なプログラムを格納したハードディスク２２ｆで形成している。
【００３１】
なお、上述のプログラムはＣＤ（コンパクトディスク）２４に記録されていて、該ＣＤ２４からハードディスク２２ｆにインストールして格納している。
【００３２】
また、前述のＣＰＵ２２ｅおよびハードディスク２２ｆは周知のパーソナルコンピュータで構成することができる。
【００３３】
また、表示装置２３は液晶で構成するも、陰極管で構成するもよい。
【００３４】
電柱１４の地中部などのひび割れ１５等を探知する測定図を発信探触子１１と受信探触子１２を用いる２探触子法で図１に示したが、測定はこの配置法に限定されるものではない。図３（ａ，ｂ）に測定で用いられる２っの配置法を示す。また、発信及び受信共用の探触子を用い、図３（ｃ）に示す如き測定を行ってもよい。
【００３５】
図３（ａ，ｂ）の探触子並列配置と直列配置ではコンクリートへの超音波入力方向が図１に示す如くだけ傾いていることより、妨害波である１０２の重複反射による共振波の起生は、並列配置測定に比し、直列配置測定の方が格段に小さい。また図３（ｃ）の１探触子測定では、その機構的、電気的特性からの不感帯が受信波の前方に生ずるが、前記１０２の超音波による妨害波の起生状況は、その強度に差はあるが、図３（ａ，ｂ）の並列配置の場合と同等である。これより、以降図３（ａ）の探触子並列配置測定を用い、実施例として、電柱１４の地中部割れ測定を行うことで本超音波探知装置及び探知方法の詳細を説明する。
【００３６】
図４は、図１に示す電柱割れモデルで外径φ＝３０cm、肉厚ｄ＝４cm、探触子と割れまでの距離ｌが１０cm、探触子径の直径が５５mmとした時の測定結果例である。超音波を５秒間隔で１０００回連続に発信し、連続で受信した受信波を解析装置２２に具備されたゲートアレイ２２ｄで自動的に加算平均した波より５２．５KHz を中心周波数とする図８に示す如きスペクトル形状を示す狭帯域成分波で示している。
【００３７】
また、３本の測定波を並べて示している。図５に示す如くNo. １の測定点下側のみに割れがありNo. ２．No. ３の下側には割れがない場合の測定例の１っであ発信探触子１１より、図６に示す広帯域超音波をコンクリート面より１０１方向へ入力している。３６０KHz スペクトル値を最大とし、これより低周波領域の成分も多量に含む時系列波（図７）となっている。各測定波で太線と細線の２っを示している。太線の波は、図１の測定図で距離ｌの値を１０cmとしたものである細線の波は距離ｌ値を１５cmとしたものである。
【００３８】
図４を見る極り、No. １の測定下側にひび割れがあるとは、何ら判断不可能である。
【００３９】
この理由は、図３（ａ，ｂ）の探触子並列配置、直列配置計測、図３（ｃ）の発信及び受信探触子共用の計測では、以下の共通した問題点が生じているからである。
【００４０】
１）．図１のコンクリート表面を探触子１１，１２間で伝達する１０３の波が割れ探知の妨害波として生ずる。その勢力は非常に大きい。
【００４１】
２）．図１の電柱１４の肉厚で表面と裏面で重複反射する１０２の波は共振現象を生じている。この共振波は勢力の大きい妨害波である。共振波故に、探触子１１，１２の微細な位置の相違、探触子１１，１２及び斜角治具１３と電柱１４表面との間の接触媒質の塗り付けの違い、その押し付けの違いで、前記共振波はその起生の状況が大きく変動する。
【００４２】
３）．受信波に含まれる割れからの反射波の強度等は図９に示す如く、探触子１１，１２の設置位置で大きく変動してくる。図９（ａ）はたて波反射波が受信されず、モード変換で生じたよこ波反射波を、図９（ｂ）ではたて波反射波を受信している様子を示している。以上により、探触子１１，１２の設置位置によっては、割れ１５からのたて波反射が別の位置ではよこ波反射が大きくなると云う物理現象、あるいは割れ１５からの反射波強度が極端に小さくなる等の物理現象が生ずる。
【００４３】
以上、１）〜３）の問題点に対処しなければ、ひび割れ１５からの反射波を取得するのは困難である。
この対処法は以下のごとくになる。
【００４４】
前述の１）に示す妨害波は巨視的探知理論より、探触子１１，１２の径φと、コンクリート音速（伝播速度）cＶpより、［数式１］で算定されるｆ0 値近傍の周波数帯で、その強度が小さくなる。この現象を利用した波形分析を行うべきである。
【００４５】
［数式１］    ｆ0 ＝αcＶp／φ
但し、αは計測実験で確定する補正係数。
【００４６】
前述の２）の問題に対しては、図１の１０２の重復反射波の共振振動数ｆd が電柱１３の肉厚ｄ及びコンクリート音速cＶpを用いて、［数式２］の如く算定される。
【００４７】
［数式２］    ｆd ＝βcＶp／２ｄ
ここで、β＝１および０．５９
０．５９はコンクリートのよこ波とたて波との速度比。
【００４８】
上述の算定の如くなることより、このｆd およびその前後の周波数スペクトルを除いた狭帯域成分波を前記加算平均波から取り出せば、この共振現象による悪影響を回避することが出来る。
前述の３）の問題に対しては、以下の如く対処する。
【００４９】
図９に示す如く、（ａ）なる位置での加算平均波、（ｂ）なる位置での加算平均波に含まれる電柱１４の割れ１５からの反射波の強度は大きく異なってくる。一方、（ａ）なる位置での前記１０２、１０３の妨害波は、（ｂ）なる位置での前記妨害波と、その形状及び強度に大きな変化は生じない。例え前記接触媒質の過多等により、上記形状及び強度に多少の変化が生じたとしても、成分波の取り出しを低周波方向へ掃引していくに従い、前述の変化の量は縮小していく。この状況を模式的に示したものが図１０である。
【００５０】
図１０（ａ）が、図９（ａ）の計測に対応する前記妨害波４０１と、前記ひび割れ１５からの反射波４０３を示したものである。
図１０（ｂ）、が図９（ｂ）の計測に対応する前記妨害波４０２と、前記ひび割れ１５からの反射波４０４を示したものである。
【００５１】
今、４０１と４０３の重畳波をＧ〜1(t) とし、また、４０２と４０４の重畳波をＧ〜2(t) とすれば、前述の妨害波４０１と４０２とが前述の如く、殆どその形状が同一であることより、
Ｇ〜2(t) −Ｇ〜1(t)
の波は図１０の（ｃ）の如くなる。図には示さないが、
Ｇ〜1(t) −Ｇ〜2(t)
としても波の山と谷が逆転するだけである。
【００５２】
図９において、距離ｌ1 とｌ2 の位置の選定が適切であれば、図１０（ｃ）のｔl の値は図９（ｂ）の計測における割れ１５からの反射波起生時刻となる。
上述の適切という意味は、図９（ａ）の計測において、図１０（ａ）の如き４０１と４０３の合成波Ｇ1(t)（すなわち、減衰波）が得られること、及び図９（ｂ）の計測において、図１０（ｂ）の如き４０２と４０４との合成波において波の後方で大きな振幅の波が生ずる探触子位置を探し、この位置で加算平均波Ｇ2(t)を測定することである。
【００５３】
さて、図５に示した計測で、各々の測点で、１０００回の加算平均波として得た、前述の波Ｇ1(t)およびＧ2(t)より５２．５KHz の狭帯域成分波を取り出し比較した図４において、No．１の測点下側からの反射波を見出せなかった理由を前述の問題点と対比させて説明する。
【００５４】
本電柱モデルは、外径３０cmで、肉厚ｄが４０mmである。これより、図１に示す１０２の妨害波のたて波共振振動数ｆd は、伝播速度cＶpを４５００ｍ／ｓｅｃとしたとき、前述した［数式２］  ｆd ＝βcＶp／２ｄにより（β＝１）、
0003599672.tif 000002
また、よこ波の共振振動数ｆd は（β＝０．５９）
0003599672.tif 000003
である。
【００５５】
これより、３３〜５６KHz 及びその前後の帯域での成分波では、前記１０２の共振波が大きく生じ、割れ１５からの反射波がこの共振波の中に埋もれることになる。図４の比較波は５２．５KHz を中心周波数とする狭帯域成分波である。この振動数は前述の共振振動数の極めて近傍にあることより、割れ１５からの反射波の存在を確認できなくなる。
【００５６】
一方、図１１は、同一の加算平均波Ｇ1(t)およびＧ2(t)より極めて低周波の狭帯域成分波をそれぞれＧ〜1(t) およびＧ〜2(t) として取り出したものである。中心周波数を7.3KHzとしている。この周波数帯であれば前記電柱肉厚ｄに依存する共振妨害波は消滅する。
【００５７】
第１の実施例として、後記［数式３］を用いた解析例を示す。
図１１の波の内、太線は図１の探触子１１，１２の端部から割れ１５までの距離ｌを１０cmとしたものであり、細線は単にこの距離ｌを１５cmとしたものである。本電柱は、図５の計測において、No．１の測点の下側にのみ割れ１５があることを前述した。図１１のNo．１に示す波がこの測点での前述のＧ〜1(t) 波（太線）、Ｇ〜2(t) 波（細線）である。No．１に示す前記２っの波のみが、その振幅及び位相が大きく変動し、No．２，No．３に示す前記２っの波は振幅及び位相とも、殆ど変化していない。
【００５８】
前述の図１の１０２の妨害波として非共振波も存在する。図１１のNo．１〜No．３の波で最初に大きな振幅で励起している波が、この１０２の非共振妨害波である。
【００５９】
これにより、図１１で太線Ｇ〜1(t) 波と、細線Ｇ〜2(t) の波より、［数式３］で示す波を作成すれば、前記非共振妨害波が除去され、若しひび割れ１５があれば、ひび割れ１５からの反射波のみが求められる。
【００６０】
［数式３］    Ｇ〜2(t) −Ｇ〜1(t)
図１２で、No．１のＧ〜2(t) −Ｇ〜1(t) 波のみでひび割れ１５からの反射波が確認できる。
【００６１】
前述の図１１、１２を得るための分析で用いたＧ1(t)，Ｇ2(t)波（加算平均波）は、前述の図１０（ａ，ｂ）に示す最適な波ではない。単に、ひび割れ１５から、探触子１１，１２の端部までの距離ｌを、Ｇ〜1(t) 波（太線）で１０cmとし、Ｇ〜2(t) 波（細線）で１５cmとしたものである。図９（ａ，ｂ）の如く、それぞれひび割れ１５からの反射波強度が最も小さく、また最も大きくなる様に、探触子１１，１２の位置を決めたものではない。
【００６２】
以上により、前述の最適なる探触子位置の選定法（位置の評定）について以降に示す。
［１］  Ｇ1(t)波の収録
１）．まず、電柱１４の地中部のグランドライン１７の近くで、図１に示す如く、探触子１１，１２を配置し、試計測を行う。３２回程度の加算平均波1Ｇ1(t) を収録し、２０KHz 付近を中心周波数とする狭帯域成分波1Ｇ〜1(t)を作成し、 超音波探知装置２０の表示装置２３の計測画面上に、図１３に示す如く、1Ｇ〜1(t)波を表示する。
【００６３】
２）．探触子１１，１２の位置を柱軸方向に沿って、下側又は上側へΔｌ＝５mm、または、１０mm程度の間隔で移動する。上記移動が終了し探触子１１，１２の位置を固定した段階で再度試計測を行い、３２回程度の加算平均波2Ｇ1(t) を収録し、前述と同様に２０KHz 付近を中心周波数とする狭帯域成分波2Ｇ〜1(t)を作成し、超音波探知装置２０の表示装置２３の計測画面上に表示されている1Ｇ〜1(t) 波の上に、前述の2Ｇ〜1(t)波をリアルタイムに重ね描きする。
【００６４】
３）．上述した２）の試計測を繰り返して、その都度得られる前述の試計測波iＧ〜1(t)を前述の1Ｇ〜1(t)の上にリアルタイムに重ね描きしていくと、ひび割れ１５がある場合、1Ｇ〜1(t)とiＧ〜1(t)との波の形状が探触子１１，１２の位置の変動に伴い大きく変動する。（なお、添字のi は移動回数）。
【００６５】
その結果、図１４の点線で示すiＧ〜1(t)波が得られる。iＧ〜1(t)の波で、波の後方に大きな振幅の生じない波がある。この時の探触子１１，１２の位置で波を収録する。勿論、1Ｇ1(t) 波は、計測環境からの外乱の除去のために、適切なる加算平均化回数を指定した加算平均波である。
【００６６】
４）．前述の２）の計測を繰り返し、その都度得られる前述の試計測波1Ｇ1(t)の２０KHz 付近を中心周波数とする狭帯域成分波iＧ〜1(t)を、前述の1Ｇ〜1(t)の上に重ね描きしていくと、ひび割れ１５がない場合、1Ｇ〜1(t)とiＧ〜1(t)との形状及び位相は殆ど変化しない。この場合、適当なi で探触子１１，１２の位置を決めてＧ1(t)なる加算平均波を収録すればよい。
［２］  Ｇ2(t)波の収録
１）．前述のごとく収録された加算平均波Ｇ1(t)より、２０KHz を中心周波数とする狭帯域成分波Ｇ〜1(t) を作成し、超音波探知装置２０の表示装置２３の計測画面上に、前述のＧ〜1(t) 波を表示する。図１４の点線波形がこのＧ〜1(t) に相当する。
【００６７】
２）．前述のＧ1(t)波の収録位置は、［１］の３）および４）でのＧ1(t)波の収録で確定している。そしてＧ2(t)波の収録開始時には、前述の確定位置に探触子１１，１２が配置されている。この位置を始点に、柱軸に沿って下側又は上側へΔｌ＝５mm、または、１０mm程度の間隔で探触子位置を移動させ、その都度iＧ〜2(t)波を試計測する。iＧ〜2(t)波は３２回程度の加算平均波である。添字i は探触子１１，１２の移動回数である。この測点でひび割れ１５があれば、この試計測の中で、図１４の実線波形の如きiＧ〜2(t)波の表示を確認できる。
【００６８】
勿論、iＧ〜2(t)波は、前記の如く、２０KHz 付近を中心周波数としてiＧ2(t) 波より取り出した狭帯域成分波である。前述の点線波形Ｇ〜1(t) と実線波形iＧ〜2(t) を超音波探知装置２０の表示装置３４の計測画面上でリアルタイムに表示することで比較し、図１４に示す如く、Ｇ〜1(t) とiＧ2(t) との波の形状が大きく変動する探触子１１，１２の位置を前述の如く探し、この探触子位置でＧ2(t)波を収録する。勿論、Ｇ2(t)波は、計測環境からの外乱の除去のために適切なる加算平均化回数を指定した加算平均波である。
【００６９】
３）．前述の２）に示したＧ2(t)波の収録で、その測点でひび割れ１５が存在しない場合、前述のＧ〜1(t) 波と1Ｇ〜2(t)波との形状及び位相は殆ど変化しない。この場合、適当なi で探触子位置を決め、Ｇ2(t)なる加算平均波を収録すればよい。
【００７０】
以上説明したごとく、２０KHz 付近の中心周波数の成分波を用いて、図９（ａ）に示すひび割れ１５からのたて波反射波強度が小さくなる加算平均波Ｇ1(t)を計測する方法と、図９（ｂ）に示すひび割れ１５からのたて波反射波強度が大きくなる加算平均波Ｇ2(t)を計測する方法を示した。
【００７１】
なお、Ｇ1(t)の計測を図９（ｂ）の場合にし、Ｇ2(t)の計測を図９（ａ）の場合にしても、一向に構わない。
【００７２】
ところで、前述のＧ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) の取り出しで、２０KHz 付近の中心周波数を採用した理由を示しておく。日本国内で一般的な電柱１４の肉厚ｄは４０〜５０mm程度である。これより図１の１０２に示す妨害波の共振振動数成分の下限は、前述の［数式２］に基づいて算出すると、
たて波で    ｆd ＝４５００m/sec／２×５０mm＝４５KHz ．
よこ波で    ０．５９ｆd ＝ほぼ２４KHz ．
程度である。これより上述の共振振動数を避けて、２０KHz とした。なお、４５KHz 以上の高周波を中心周波数としなかった理由は、散乱波など他の妨害波による共振現象による悪い環境を避けるためであった。
【００７３】
前述の［１］．［２］よるＧ1(t)およびＧ2(t)の波の取得によるひび割れ測定の方法を第２の実施例として、以降に示す。
【００７４】
図１の計測において、電柱１４の外径３０cm、肉厚ｄ＝５０cm、距離ｌ＝２０cm（ひび割れ１５から探触子１１，１２の斜角治具１３の端部までの距離は１５cm程度である）の場合のひび割れ測定である。
【００７５】
探触子１１，１２間の距離ａは１５０mmである。２０KHz 付近を中心周波数とするＧ〜1(t)と1Ｇ〜2(t) のリアルタイム表示例を図１５に示す。細線波がＧ〜1(t) であり、太線がiＧ〜2(t)である。波形後方で２っの波の形状が大きく変化している。この iの位置でＧ2(t)を収録した。Ｇ1(t)，Ｇ2(t)波共５００回の加算平均波である。
【００７６】
本実施例は前述したリアルタイム計測で、図９（ａ）の如きひび割れ反射経路でＧ1(t)を、図９（ｂ）の如きひび割れ反射経路でＧ2(t)を計測していることより、Ｇ2(t)波に含まれる割れ１５からの反射波強度が大きなものとなっている。これより前述の第１の測定例のように極く低周波でなくとも、高周波成分波でひび割れ１５からの反射波を取出すことが可能である。
【００７７】
当然、高周波成分でひび割れ１５からの反射波を取出せれば、ひび割れ１５と、探触子１１，１２間の距離をより高精度に測定できる。図１６に示すNo．１の２っの波はこの場合の成分波である。９１．６KHz を中心周波数とする狭帯域波である。太線がＧ〜1(t) 波、細線がＧ〜2(t) 波である。No．２の２っの波は割れ１５がない場合の同様の比較波形である。
【００７８】
Ｇ〜1(t) −Ｇ〜2(t)
なる減算を行った結果を図１７に示す。No．１の減算波でカーソル位置ｔ0 より大きな振幅の波の起生が確認できる。この波の起生時刻は70μ秒より、本実施例でのコンクリートの音速cＧp＝４５００m/sec 、及びａ＝１５０mm、探触子径５５mmを用いて、探触子１１，１２とひび割れ１５までの距離ｌ1 を算出すると、    ｌ1 ＝［（７０×４．５／２）２−（（１５０−５５）／２）２］1/2        ＝ほぼ１５０mm
となる。この値は探触子１１，１２の端部とひび割れ１５までの距離の実値１５０mmと一致する。
【００７９】
一方、図１８は、図１の１０２の電柱肉厚ｄに依存する妨害波が共振現象を起す周波数帯でのＧ〜1(t)−Ｇ〜2(t)を示したものである。前述した理由で妨害波が残存し、ひび割れ１５からの反射波の起生とその時刻を確認できない。
【００８０】
前述のＧ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) において、最初に生ずる大きな振幅の波は、図１の１０２の妨害波であった。
【００８１】
前述の［数式１］で示す周波数ｆ0 より低周波で、かつ［数式２］で示す周波数帯以外の周波数を中心周波数とする狭帯域成分波Ｇ〜1(t)およびＧ〜2(t)では、殆どの場合、その波の形、強度は略同一であり、位相ずれも微小である。前述の実施例１及び２は、この様な場合の測定例で、ひび割れ１５からの反射波を、［数式３］を用い、
Ｇ〜1(t) −Ｇ〜2(t)
として求めるものであった。
【００８２】
ところで、図１９に示す如く、電柱１４のコンクリート内には柱軸方向に主筋１９ａが、その円周方向には螺旋状フープ筋１９ｂがそれぞれ配されている。
【００８３】
一方、前述のＧ1(t)，Ｇ2(t)波の収録に当って、探触子１１，１２の移動方向は柱軸方向であった。これより、探触子１１，１２の位置によっては、この螺旋状フープ筋１９ｂからの反射波を受信する場合もあれば、受信しない場合もある。
【００８４】
この波は、前述の１０２の妨害波と重畳して起生する。また、図２０に示す如く、探触子１１，１２の配置の近傍に縦方向のフェアクラック５０１等がある場合、図示する如く、探触子１１，１２の位置によっては、１０２の妨害波がこのフェアクラック５０１で遮断されることもある。
【００８５】
この様な場合、前述のＧ〜1(t)，Ｇ〜2(t)波の最初に生ずる大きな振幅の波１０２及び螺旋フープ筋１９ｂ等から反射波の重畳波は、その形状及び強度に相違が生じ、かつ位相ずれも生じてくる。
【００８６】
この問題に対処するために、
１）．前述のＧ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) において、
電柱１４の肉厚ｄとコンクリート音速cＶpで表される１０２の探知妨害波の最初の起生時刻ｔ0 ＝２ｄ／cＶp以降に生ずるＧ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) の１番目の、及び２番目の、及び３番目の、及び４番目のいずれかの波山及び波谷の時刻ｔw で、Ｇ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) のいずれか一方の波を時間Δｔだけ前後にずらすことで合致させ、Ｇ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) の換わりに、それぞれ時間軸が相互に時間Δｔだけ移動した補正波Ｈ1(t) およびＨ2(t) を求め［数式４］に示す波を作成する。
【００８７】
［数式４］    Ｈ1(t)−Ｈ2(t) または、  Ｈ2(t)−Ｈ1(t)
２）．前述のＧ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) において、
前述の探知妨害波の最初の起生時刻ｔ0 ＝２ｄ／cＶp以降に生ずるＧ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) の１番目の、及び２番目の、及び３番目の、及び４番目のいずれかの波山及び波谷の時刻ｔw で、Ｇ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) のいずれか一方の波を時間Δｔだけ前後にずらすことで合致させ、Ｇ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) の換わりに、それぞれ時間軸が相互に時間Δｔだけ移動した補正波Ｈ1(t) およびＨ2(t) を求め、
前述の時刻ｔw におけるＧ〜1(t) ，Ｇ〜2(t) の振幅値の絶対値をそれぞれＷ1 ，Ｗ2 と定義し、［数式５］に示す波を作成する。
【００８８】
［数式５］    Ｗ2 ／Ｗ1 Ｈ1(t)−Ｈ2(t)
または    Ｗ1 ／Ｗ2 Ｈ2(t)−Ｈ1(t)
なお、Ｗ2 ／Ｗ1 Ｈ1(t)、Ｗ1 ／Ｗ2 Ｈ2(t)は、修正補正波と称することができる。
【００８９】
前述の［数式４］及び［数式５］で作成される波を用いれば、前述の螺旋状フープ筋１９ｂからの反射波等がＧ1(t)，Ｇ2(t)波の中に含まれる場合であっても、また探触子１１，１２の配置の近傍にフェアクラック５０１等がある場合でもひび割れ１５からの反射波の起生を特定できる。
【００９０】
実施例３として、実施例２で示した電柱外径３０cm、肉厚ｄ＝５０mm、ひび割れ１５から斜角治具１３の端部までの距離１５cm、発信及び受信探触子１１，１２の間隔ａを１５０mmとした時のひび割れ計測に、前述の［数式４］及び［数式５］を適用する。
【００９１】
図１６は、９１．６KHz を中心周波数とする狭帯域成分波であるＧ〜1(t) とＧ〜2(t) をそれぞれ太線及び細線で示したものであった。No．１の測点で、探触子１１，１２の端部から１５cm下側に割れ１５があり、No．２の測点では割れのない測定であった。図示するカーソル位置ｔw ＝４１．９μ秒で［数式４］を適用した結果を図２１に、［数式５］を適用した結果を図２２に示す。［数式４］及び［数式５］を適用した相方の結果共、No．１の測点での割れ１５からの反射波を明敏に抽出している。
【００９２】
なお、実施例１、２、３で示した各波は、図４、７、１０、１１、１３、１４、１５、１６を除き、実際の波をｆ(t) と表現したとき、ｆ２(t)、あるいはｆ３(t)で表示し、ピーク強張している。
【００９３】
本発明は、電柱、よう壁の地中部及び張紙防止帯の目視し得ぬ位置にあるひび割れの探知のみならず、図２３に示すように、電柱１３のその根入深さｌ3 などの探知に、そのまま適用できる。電柱下側端部からの反射は、割れからの反射と工学的には全く同種のものだからである。
【００９４】
以上は、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上述の実施例の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を備える。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波探知の縦断面および横断面で示す模式図。
【図２】超音波探知装置の構成ブロック図。
【図３】探触子の配置説明図。
【図４】探知波の波形図。
【図５】探知時の探触子の配置を示す横断面の説明図。
【図６】広帯域超音波の波形図。
【図７】時系列波の波形図。
【図８】狭帯域成分波のスペクトル形状を示す波形図。
【図９】反射波の状態を縦断面で示す模式図。
【図１０】成分波取出しを模式的に示した波形図。
【図１１】加算平均波から取出した低周波狭帯域成分波の波形図。
【図１２】数式３で作成される探知波の波形図。
【図１３】波1Ｇ〜1(t)の波形図。
【図１４】波1Ｇ〜1(t)と試計測波iＧ〜1(t)とを重ねた波形図。
【図１５】波Ｇ〜1(t) と1Ｇ〜2(t)とを重ねた波形図。
【図１６】高周波成分の波形図。
【図１７】減算処理を行った波形図。
【図１８】妨害波が共振現象を起す周波数帯で減算処理を行った波形図。
【図１９】鉄筋を備えた電柱の縦断面図。
【図２０】フェアクラックを持つ電柱の横断面図。
【図２１】数式４で作成される探知波の波形図。
【図２２】数式５で作成される探知波の波形図。
【図２３】他の例の電柱の縦断面図。
【符号の説明】
１１…発信探触子
１２…受信探触子
１３…斜角治具
１４…電柱
１５…割れ
２０…超音波探知装置
２１…パルス発生器
２２…解析装置
２２ｆ…ハードディスク
２３…表示装置
２５…ＣＤ
【図１】
0003599672.tif 000004
【図２】
0003599672.tif 000005
【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】
0003599672.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003599672.tif 000016
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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