(57)【要約】      （修正有）【課題】埋没後年数が経過している場合であっても、柱状構造物の根入長をより正確に測定する。【解決手段】根入長測定装置１が超音波ガイド波を送信後、電柱１００の頭頂部で反射して戻ってくる超音波ガイド波を受信するまでの往復の伝播時間を測定し、この伝播時間に伝播速度を乗算して往復の伝播距離を求め、電柱１００の電柱長から片道の伝播距離とセンサ高を減算して根入長を求める。送信用探触子、受信用探触子、電柱１００の頭頂部の順番となるように、送信用探触子と受信用探触子を電柱１００に配置し、送信用探触子で超音波ガイド波を送信した時間と最初に受信用探触子で超音波ガイド波を受信した時間の差から、送信用探触子と受信用探触子の間の超音波ガイド波の伝播時間を測定し、電柱１００における超音波ガイド波の伝播速度を求める。【選択図】図１
2019100892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全長が既知であり、一部が地中に埋設された構造物の根入長を測定する根入長測定方法であって、
前記構造物に超音波ガイド波を伝播させて、所定の測定位置から前記構造物の上端部までの往復の伝播時間を測定するステップと、
前記伝播時間に伝播速度を乗算して往復の伝播距離を求めるステップと、
前記構造物の全長から片道の伝播距離と前記所定の測定位置の地上高を減算して根入長を求めるステップと、
を有することを特徴とする根入長測定方法。
【請求項２】
前記伝播時間を測定するステップは、超音波ガイド波を送信する送信用探触子、前記超音波ガイド波を受信する受信用探触子、前記構造物の上端部の順番となるように前記送信用探触子と前記受信用探触子を前記構造物に配置して前記構造物に超音波ガイド波を伝播させ、
前記送信用探触子が超音波ガイド波を送信してから前記受信用探触子が最初に前記超音波ガイド波を受信するまでの探触子間の伝播時間を測定するステップと、
前記送信用探触子と前記受信用探触子との間の距離と前記探触子間の伝播時間から前記伝播速度を求めるステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の根入長測定方法。
【請求項３】
全長が既知であり、一部が地中に埋設された構造物の根入長を測定する根入長測定装置であって、
前記構造物に超音波ガイド波を送信する送信用探触子と、
前記構造物を伝播する前記超音波ガイド波を受信する受信用探触子と、
所定の測定位置から前記構造物の上端部までの前記超音波ガイド波の往復の伝播時間を測定する伝播時間測定手段と、
前記伝播時間に伝播速度を乗算して往復の伝播距離を求め、前記構造物の全長から片道の伝播距離と前記所定の測定位置の地上高を減算して根入長を求める根入長算出手段と、
を有することを特徴とする根入長測定装置。
【請求項４】
前記送信用探触子、前記受信用探触子、前記構造物の上端部の順番となるように前記送信用探触子と前記受信用探触子を前記構造物に配置し、
前記伝播時間測定手段は、前記送信用探触子が超音波ガイド波を送信してから前記受信用探触子が最初に前記超音波ガイド波を受信するまでの探触子間の伝播時間を測定し、
前記根入長算出手段は、前記送信用探触子と前記受信用探触子との間の距離と前記探触子間の伝播時間から前記伝播速度を求めることを特徴とする請求項３に記載の根入長測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波ガイド波を用いて柱状構造物の根入長を求める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、超音波を用いて防護柵等の根入長を測定する装置が開示されている。この装置は、鋼管製パイプの長さを測定するもので、例えば、ガードレール支柱・防護柵支柱・道路標識柱・ロックボルトのような構造物を新設する際に使用し、構造物の根入長を測定して記録として残す用途に使われる。
【０００３】
ここで、非特許文献１の技術による、防護柵を新設する際の根入長の測定について説明する。超音波センサから超音波（表面ＳＨ波）を防護柵の支柱に送信し、支柱端面で反射した超音波をセンサで受信し、センサから支柱端面までの往復時間から距離を次式に代入して根入長を算出する。
【０００４】
根入長＝伝播速度×伝播時間／２−センサ位置
【０００５】
このような非破壊検査の分野において、超音波は弾性波やガイド波と呼ばれる超音波が使われる。弾性波とは弾性体を伝播する波であり、ガイド波とは有限形状の物体を伝播する弾性波を意味する。特に、非破壊検査分野ではガイド波は平板や棒状材料や境界面を長手方向に伝播する超音波モードの意味として用いられることが多い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“根入れ深さ測定のご提案”、[online]、株式会社スパーク、［平成２９年１０月１０日検索］、インターネット〈 URL：http://www.spark-w2r.com/neire.html〉
【非特許文献２】東康弘、外２名、「電気通信用設備材料の省資源化に向けたＲ＆Ｄの取り組み」、ＮＴＴ技術ジャーナル、日本電信電話株式会社、２０１５年１月、第２７巻、第１号、pp. 19-23
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
構造物を埋設後年数が経過している場合には、地中部の金属部分が腐食していることが多い。地中部に腐食がある場合、腐食部分から信号の反射があり、構造物の地中部の端面に到達する信号は大きく減衰する。従来の方法では、腐食が大きい場合には端面からの反射信号を測定することができず、正しく根入長を測定できないという問題があった。例えば、埋設後にアスファルトの舗装をやり直したり、埋設後に表土が流出したりした際に、構造物の安全性について根入長を測定することによって点検する用途には使用することができなかった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、埋没後年数が経過している場合であっても、柱状構造物の根入長をより正確に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明に係る根入長測定方法は、全長が既知であり、一部が地中に埋設された構造物の根入長を測定する根入長測定方法であって、前記構造物に超音波ガイド波を伝播させて、所定の測定位置から前記構造物の上端部までの往復の伝播時間を測定するステップと、前記伝播時間に伝播速度を乗算して往復の伝播距離を求めるステップと、前記構造物の全長から片道の伝播距離と前記所定の測定位置の地上高を減算して根入長を求めるステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
第２の本発明に係る根入長測定装置は、全長が既知であり、一部が地中に埋設された構造物の根入長を測定する根入長測定装置であって、前記構造物に超音波ガイド波を送信する送信用探触子と、前記構造物を伝播する前記超音波ガイド波を受信する受信用探触子と、所定の測定位置から前記構造物の上端部までの前記超音波ガイド波の往復の伝播時間を測定する伝播時間測定手段と、前記伝播時間に伝播速度を乗算して往復の伝播距離を求め、前記構造物の全長から片道の伝播距離と前記所定の測定位置の地上高を減算して根入長を求める根入長算出手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、埋没後年数が経過している場合であっても、柱状構造物の根入長をより正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の根入長測定装置を含む全体構成図である。
【図２】図２（Ａ）は、根入長測定装置の出力信号の波形であり、図２（Ｂ）は、根入長測定装置が受信する入力信号の波形である。
【図３】電柱に掲示されているタグの例を示す図である。
【図４】超音波ガイド波を特定の方向のみ送受信する根入長測定装置の構成例を示す図である。
【図５】図４の根入長測定装置にＦモードのガイド波を適用する構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の根入長測定装置を含む全体構成図である。
【００１５】
本実施形態の根入長測定装置１は、電柱１００などの全長が既知である柱状構造物の地上部に取り付けられる。根入長測定装置１は、超音波ガイド波を送信する送信部、電柱１００の頭頂部で反射して戻ってくる超音波ガイド波を受信する受信部、超音波ガイド波を送信してから受信するまでの往復の伝播時間を測定する測定部、及び測定した伝播時間から伝播距離を求め、電柱１００の全長から片道の伝播距離を減算して根入長を算出する算出部を備える。
【００１６】
図１に示すように、根入長測定装置１から送信された超音波ガイド波は電柱１００のコンクリートや鉄筋中もしくは表面や周囲を伝導し、頭頂部で折り返し、根入長測定装置１で受信される。
【００１７】
図２（Ａ）は、根入長測定装置１から電柱１００の上方向に超音波ガイド波を送信した出力信号の波形であり、図２（Ｂ）は、電柱１００の頭頂部で反射して戻ってくる信号を根入長測定装置１が受信した入力信号の波形である。根入長測定装置１は、超音波ガイド波を送信後、電柱１００の頭頂部で反射して戻ってくる超音波ガイド波を受信するまでの伝播時間を測定する。一般的な電柱には電線や変圧器等の構造物が備わっているが、超音波ガイド波は異なる媒体に伝導しにくい特徴があり、電柱に超音波ガイド波を送信した際には多くのエネルギーが電柱を伝導する。
【００１８】
根入長測定装置１は、電柱１００の頭頂部までの超音波ガイド波の往復の伝播時間を測定し、次式により根入長を求める。
【００１９】
根入長＝電柱長−伝播時間×伝播速度／２−センサ高
【００２０】
電柱長は、図３に示すような、電柱に掲示されているタグより得ることができる。図３の例では、電柱長は１４ｍとなる。
【００２１】
伝播速度は既知の値を用い、電柱の平均的な伝播速度を使用するとよい。例えば、一般的にコンクリートポールと呼ばれる電柱は構成物の多くをコンクリートが占めるため、超音波ガイド波の伝播速度としてコンクリート中の弾性波伝播速度４ｍ／ｍｓｅｃを適用できる。
【００２２】
センサ高は、根入長測定装置１を設置した位置を測定することで得られる。
【００２３】
測定によって、伝播時間は５．７ｍｓｅｃ、センサ高は１０ｃｍの結果が得られたとすると、上記の式より、根入長は２．５ｍであると算出できる。
【００２４】
次に、超音波ガイド波を特定の方向のみ送受信する構成について説明する。
【００２５】
図４は、超音波ガイド波を特定の方向のみ送受信する根入長測定装置の構成例を示す図である。同図に示す根入長測定装置は、非特許文献２に記載の探触子ペアの配置を本発明に適用し、送信波の方向制御及び受信波の指向性制御を行ったものである。
【００２６】
図４の根入長測定装置は、２組の送信用探触子２１Ａ，２１Ｂ、２組の受信用探触子２２Ａ，２２Ｂ、及び電気信号送受信機３を備える。送信用探触子２１Ａ，２１Ｂと受信用探触子２２Ａ，２２Ｂは、固定部２３に固定されている。
【００２７】
電気信号送受信機３は、電気信号を送信用探触子２１Ａ，２１Ｂに送信する。
【００２８】
送信用探触子２１Ａ，２１Ｂは、圧電素子で電気信号を超音波ガイド波に変換し、超音波ガイド波を電柱１００に送信する。２組の送信用探触子２１Ａ，２１Ｂの間隔を調整し、遅延時間及び位相差を制御して、電柱１００の地中部方向への超音波ガイド波をキャンセルする。
【００２９】
受信用探触子２２Ａ，２２Ｂは、電柱１００を伝播し、端部で折り返した超音波ガイド波を圧電素子で受信して電気信号に変換する。２組の受信用探触子２２Ａ，２２Ｂの間隔を調整し、２つの受信信号を一定の遅延時間及び極性で加算することで、電柱１００の上方からの超音波ガイド波のみを受信する。
【００３０】
電気信号送受信機３は、受信用探触子２２Ａ，２２Ｂから電気信号を受信する。電気信号送受信機３から電気信号が送信されてから受信するまでの時間を計測することによって、電柱１００の頭頂部までの超音波ガイド波の往復の伝播時間を測定することができる。
【００３１】
伝播時間から根入長を求める方法は、図１を用いて説明した方法と同様である。このとき、送信用探触子２１Ａ，２１Ｂと受信用探触子２２Ａ，２２Ｂとの間の距離を考慮して根入長を求めるとよい。
【００３２】
根入長を求める際に、電柱１００における超音波ガイド波の平均的な伝播速度を用いてもよいが、送信用探触子２１Ａと受信用探触子２２Ｂの間（図４のＡ−Ｂ間）における超音波ガイド波の伝播時間を測定し、電柱１００の超音波ガイド波の伝播速度を求めてもよい。
【００３３】
図４の根入長測定装置では、地上から電柱１００の頭頂部に向かって、送信用探触子２１Ａ，２１Ｂ、受信用探触子２２Ａ，２２Ｂ、電柱１００の頭頂部の順番となるように、送信用探触子２１Ａ，２１Ｂと受信用探触子２２Ａ，２２Ｂを電柱１００に配置する。送信用探触子２１Ａから送信された超音波ガイド波は、まず受信用探触子２２Ｂで受信される。そして、超音波ガイド波は、電柱１００の端部で折り返した後、再度受信用探触子２２Ｂで受信される。送信用探触子２１Ａで超音波ガイド波を送信した時間と最初に受信用探触子２２Ｂで超音波ガイド波を受信した時間の差から、送信用探触子２１Ａと受信用探触子２２Ｂの間の超音波ガイド波の伝播時間を測定することができる。送信用探触子２１Ａと受信用探触子２２Ｂの間の距離は既知または容易に測定できるから、電柱１００における超音波ガイド波の伝播速度を求めることができる。一般に、電柱の場合、メーカーやロットの違いにより電柱を構成する石や鉄筋の配分や水分量が異なるため、伝播速度は固体毎に異なるとされる。本方法により固体毎の伝播速度を適用できるので、より正確に根入長を測定することができる。
【００３４】
図４の根入長測定装置は、超音波ガイド波の振動様態の違いによる３個のモードのうち、軸方向に対して対称に振動するＬモードを用いた例である。本発明は、Ｔモード、Ｆモードにも適用することができる。例えば、軸の円周方向にねじれて振動するＴモードであれば、図５に示すように、送信用探触子２１Ａ，２１Ｂ、受信用探触子２２Ａ，２２Ｂのそれぞれを、電柱１００を中心とした軸対称になるように配置するとよい。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、根入長測定装置１が超音波ガイド波を送信後、電柱１００の頭頂部で反射して戻ってくる超音波ガイド波を受信するまでの往復の伝播時間を測定し、この伝播時間に伝播速度を乗算して往復の伝播距離を求め、電柱１００の電柱長から片道の伝播距離とセンサ高を減算して根入長を求めることにより、腐食が進行しにくい空中部分の長さを求めて根入長を測定するので、電柱１００の地中部分に腐食があっても正しく根入長を測定することが可能となる。特に、設置後経年した後に表土流出が発生し、耐久性試験として残った部分の根入長を測定する場合に有効である。
【００３６】
本実施の形態によれば、送信用探触子２１Ａ，２１Ｂ、受信用探触子２２Ａ，２２Ｂ、電柱１００の頭頂部の順番となるように、送信用探触子２１Ａ，２１Ｂと受信用探触子２２Ａ，２２Ｂを電柱１００に配置し、送信用探触子２１Ａで超音波ガイド波を送信した時間と最初に受信用探触子２２Ｂで超音波ガイド波を受信した時間の差から、送信用探触子２１Ａと受信用探触子２２Ｂの間の超音波ガイド波の伝播時間を測定し、電柱１００における超音波ガイド波の伝播速度を求めることにより、固体毎の伝播速度を適用できるので、より正確に根入長を測定することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１…根入長測定装置
２１Ａ，２１Ｂ…送信用探触子
２２Ａ，２２Ｂ…受信用探触子
２３…固定部
３…電気信号送受信機
１００…電柱
【図１】
2019100892.tif 000003
【図２】
2019100892.tif 000004
【図３】
2019100892.tif 000005
【図４】
2019100892.tif 000006
【図５】
2019100892.tif 000007