(57)【要約】【課題】簡単かつ安価であって強力で再現性のある加振を行う、非破壊検査方法を提供する。【解決手段】検査対象物である人工構造物１を火薬４により加振し、検査対象物を伝搬する弾性波を検出する。火薬による加振は、火薬４の検査対象物の目標点５に投擲具３により投擲することによりなされる。検査対象物である人工構造物１を、火薬の爆発による弾性波が伝搬するのでその弾性波をセンサ６により検出し、その検出信号を分析装置７で分析する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物である人工構造物を火薬により加振し、前記検査対象物を伝搬する弾性波を検出する、非破壊検査方法。
【請求項２】
前記火薬の前記検査対象物への投擲により、前記検査対象物を加振する、請求項１に記載の非破壊検査方法。
【請求項３】
前記火薬を前記検査対象物の表面近くに設置し、該火薬に衝撃を加えることで爆発させて、その衝撃音を検査対象物に伝達することにより、前記検査対象物を加振する、請求項１に記載の非破壊検査方法。
【請求項４】
前記火薬を前記検査対象物の表面に配置し、該火薬に衝撃を加えることで爆発させることにより、前記検査対象物の表面を直接加振する、請求項１に記載の非破壊検査方法。
【請求項５】
前記火薬を前記検査対象物の表面に設置し、その背後又は周辺に金属ブロックその他の構造物を配置し、前記構造物に衝撃を加えることにより、前記火薬に衝撃を加える、請求項１に記載の非破壊検査方法。
【請求項６】
中間介在物を挟んで前記検査対象物と対峙する位置に前記火薬を設置し、該火薬に衝撃を加えることで爆発させ、その爆発による衝撃力を前記中間介在物に伝達して、前記検査対象物を加振する、請求項１に記載の非破壊検査方法。
【請求項７】
前記検査対象物の内部に前記火薬を配置し、該火薬に衝撃を加えて爆発させることで、前記検査対象物を内部から加振する、請求項１に記載の非破壊検査方法。
【請求項８】
前記火薬の爆発により生じる加振のパルス幅が１０ナノ秒〜５０ミリ秒である、請求項１乃至7の何れかに記載の非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工構造物の非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁やトンネルなどの土木建造物、建物、機械構造物、プラントなどの健全性を診断するために、各種の非破壊検査が行われている。弾性波を利用する非破壊検査においては、検査対象物に対して弾性波を入力することで、検査対象物に弾性波が伝搬する。弾性波が検査対象物の表面や内部を伝搬する際に、その弾性波が検査対象物の表面や内部の状態を反映する。よって、伝搬した弾性波を検出して分析することにより、検査対象物の表面や内部の状態が分かる。
【０００３】
弾性波を利用する非破壊検査としては、例えば、超音波による診断、打音による診断などがある。
【０００４】
超音波による診断では、検査対象物上に圧電素子を設置した上でその圧電素子から弾性波である超音波を発生させ、その反射波を同一の圧電素子が受信するか、又は、２つの圧電素子を離れた位置に設置した上で一方の圧電素子から弾性波である超音波を発生させ、伝搬した波を他方の圧電素子で受信する。これにより、構造物などの内部や表面付近の欠陥を検知する。
【０００５】
打音による診断では、検査員が検査対象物をハンマーで叩くことにより検査対象物を加振し、この構造物が振動することにより発生する音を検査員の耳で聴いたり、所定の検査装置で分析をしたりすることにより、検査対象物の健全性を判断する。そのほか、検査対象物に対して圧電素子を設置しておき、その検査対象物をハンマーで加振して、伝搬した波を圧電素子で検知する手法、EMAT（Electro Magnetic Acoustic Transducer）などの電磁気的な加振を行って振動計測を用いる方法などがある（例えば、特許文献１）。
【０００６】
このように、弾性波を利用する非破壊検査では、検査対象物を加振し、弾性波を発生させてこの弾性波を検出している。加振の代表的な方法としては、圧電素子を用いる方法、ハンマーや剛球を用いる方法、電磁気的な方法などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ０２／４０９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
圧電素子による方法では、加振力、振動数、振動モード、振動パルスの数などを容易にかつ正確に制御することができるだけでなく、検査対象物からの弾性波も受信することができる。しかしながら、加振力が弱く、システムが複雑かつ高コストである。
【０００９】
ハンマーや剛球を用いる方法では、比較的容易に大きな加振力を発生させることはできるが、加振力、加振時間、加振方向などの制御が難しく、加振の再現性が悪い。また、加振により衝撃を加えるパルス幅が長く、高い周波数の弾性波を発生させることが困難である。
【００１０】
電磁的な手法としてのEMATなどの電磁気的な加振を行って振動計測を用いる方法では、検査対象物が金属などに限定され、また圧電素子と同様、加振力が弱く、システムが複雑かつ高コストである。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、簡単かつ安価であって強力で再現性のある加振を行う、非破壊検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では次のような手段を採用する。
［１］  検査対象物である人工構造物を火薬により加振し、前記検査対象物を伝搬する弾性波を検出する、非破壊検査方法。
［２］  前記火薬の前記検査対象物への投擲により、前記検査対象物を加振する、前記［１］に記載の非破壊検査方法。
［３］  前記火薬を前記検査対象物の表面近くに設置し、該火薬に衝撃を加えることで爆発させて、その衝撃音を検査対象物に伝達することにより、前記検査対象物を加振する、前記［１］に記載の非破壊検査方法。
［４］  前記火薬を前記検査対象物の表面に配置し、該火薬に衝撃を加えることで爆発させることにより、前記検査対象物の表面を直接加振する、前記［１］に記載の非破壊検査方法。
［５］  前記火薬を前記検査対象物の表面に設置し、その背後又は周辺に金属ブロックその他の構造物を配置し、前記構造物に衝撃を加えることにより、前記火薬に衝撃を加える、前記［１］に記載の非破壊検査方法。
［６］  中間介在物を挟んで前記検査対象物と対峙する位置に前記火薬を設置し、該火薬に衝撃を加えることで爆発させ、その爆発による衝撃力を前記中間介在物に伝達して、前記検査対象物を加振する、前記［１］に記載の非破壊検査方法。
[７]  前記検査対象物の内部に前記火薬を配置し、該火薬に衝撃を加えて爆発させることで、前記検査対象物を内部から加振する、前記[１]に記載の非破壊検査方法。
［８］  前記火薬の爆発により生じる加振のパルス幅が１０ナノ秒〜５０ミリ秒である、前記［１］乃至［７］の何れかに記載の非破壊検査方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、火薬を用いて検査対象物を直接又は間接的に加振するので、簡単かつ安価であり、しかも加振力を大きくすることができ、再現性のある非破壊検査を行える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る非破壊検査方法を説明するための模式図である。
【図２】図１とは異なる非破壊検査方法を説明するための模式図である。
【図３】図１及び図２とは異なる非破壊検査方法を説明するための模式図である。
【図４】加振装置の一例を模式的に示す図である。
【図５】図１乃至図３とは異なる非破壊検査方法を説明するための模式図である。
【図６】図１乃至図３及び図５とは異なる非破壊検査方法を説明するための模式図である。
【図７】火薬を利用してコンクリート構造物の弾性波速度を計測するための装置を模式的に示す図である。
【図８】人工構造物の片面を加振部で加振し、計測部を用いて対向面で弾性波を計測する態様を示す図である。
【図９】（ａ）は実施例及び比較例で使用した試験対象物としてのコンクリートブロックの両側面と平面との組み合わせを示す図であり、（ｂ）は実施例としての衝撃入力点と圧電素子の位置関係を示す正面図であり、（ｃ）は比較例としての衝撃入力点と圧電素子の位置関係を示す正面図である。
【図１０】（ａ）は実施例の結果を示し、（ｂ）は比較例の結果を示す図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は図１０（ａ），（ｂ）の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【００１６】
〔基本的な実施形態〕
本発明の実施形態に係る非破壊検査方法では、次のステップを踏んで検査が行われる。
第１ステップ：検査対象物である人工構造物を火薬により加振する。これにより、検査対象物に弾性波を入力して伝搬させる。
第２ステップ：人工構造物を伝搬している弾性波を検出する。検出に際しては、例えば、検査員の耳による音の聞き分け、検出器による音の採取を含み、検査員の経験や各種解析プログラムにより、採取した弾性波や音を分析する。
【００１７】
検査対象物である人工構造物は、土木構造物、建築物、機械構造物、プラントその関連施設類などが含まれる。より詳細には、土木構造物には、高速道路、道路法面、コンクリートや石組などの擁壁、鉄道線路及びその基礎等、鉄橋、コンクリート製などの橋梁、トンネル（トンネルの覆工コンクリートなど）、道路等に設置されるポール類、電柱類、地下空間構造物、ダム、防波堤、埠頭、港湾設備、海底構造物、ロックボルト、アンカーボルトなどが含まれ、またこれらを構成する部品類も含まれる。建築物（建物ともいう）には、ビル、マンション、タワー、ドームなどが含まれ、これらを構成する部品類も含まれる。機械構造物には、鉄道台車、回転機、自動車、船舶、鉄道車両、重機類、航空機、ロケットなどが含まれ、またこれら機械装置類の部品も含まれる。プラントその関連施設類には、圧力容器、ボイラ、浮遊方式の調査・掘削・処理プラント、タービン、内燃機関、電気モータ、回転機器、反応器、パイプ類、熱交換器、プール類、隔壁、格納容器、風車、水車、プラント建屋、移送用パイプラインなどが含まれ、またこれらを構成する部品類も含まれる。
【００１８】
第１ステップにおける火薬の利用に関する着眼点を説明する。火薬とは、燃料成分と酸化剤成分とが含まれたものであり、熱源、衝撃などにより発火するもので、反応速度が速く、かつ反応熱が大きな化学反応を発生する。従って、爆発的な力が発生する。そのため、火薬は、鉄砲や土木工事などに利用され、エアバッグの加圧、競技会のスタータピストルなどにも利用されている。運動会のスタータピストルでは、火薬量は０．０１ｇ程度に過ぎないが、反応速度が音速を超えることから大きな衝撃音を発生させている。
【００１９】
本発明者らは、０．０１ｇ以下の運動会のスタータピストル用雷管を用いてコンクリート構造物を加振した。重量がそれぞれ２５０ｇ，１．１ｋｇのハンマーの打撃面に雷管を接着テープで固定し、この打撃面をコンクリート構造物の表面部分に接触させ、ハンマーの背面を別のハンマーで叩いた。これにより、コンクリート表面とハンマーの打撃面で火薬を爆発させた。また、火薬を爆発させた近傍、及び約１０ｍの距離を挟んだコンクリート構造物の対向面に圧電素子を密着させ、その振動状態を観察した。比較のため、火薬により加振した部分を、２５０ｇ及び１.１ｋｇのハンマーでそれぞれ打撃したときの打撃面及び対向面の振動状態も同一の圧電素子により測定した。
【００２０】
火薬による加振は、ハンマーによる加振と比較し、次のことが明らかとなった。
１）火薬による加振の振動振幅が、ハンマーによる加振のそれと同程度又はそれよりも大きい。
２）火薬による加振の振動周期が、ハンマーによる加振のそれと比べ、顕著に短い。
３）火薬による加振の振動の減衰時定数が、ハンマーによる加振のそれと比べて短い。
４）火薬による加振の振動が、ハンマーによる加振のそれと比べて、再現性が高い。
５）コンクリート面を火薬により加振する際、火薬を装着するハンマーの重量を大きくすると、そのハンマーの重量が小さい場合と比べて、コンクリート面の振動の振幅が大きい傾向にある。
６）対向面の圧電素子の振動データを観察すると、火薬を利用した方がハンマーによる加振と比べ、波形の乱れ、特に波形の立ち上がり部分の乱れが少ない。
７）目視ではあるが、試験体であるコンクリート表面で火薬を爆発させた箇所に損傷が発生しない。
【００２１】
運動会用の雷管を使用した予備試験の結果から、少量の火薬による加振はハンマー加振に比べ、強力、短周期、減衰特性が良好な加振ができ、さらに加振の再現性が高い。また、火薬は安価であり、かつ実用上充分に安全であり、検査対象物の表面を破損することもない。すなわち、火薬は弾性波を利用する非破壊装置において、簡単・安価に質の良い加振を行なう手段となる。
【００２２】
弾性波を使用する非破壊検査では、分解能は利用する弾性波の波長が目安となる。すなわち、短い波長の弾性波を利用すると細かい欠陥を発見することができるが、長い波長の弾性波を利用すると細かい欠陥を発見することはできない。従って、非破壊検査において、細かい欠陥を検知しようとする場合、想定される欠陥寸法より短い波長の弾性波を利用するのが一般的である。しかしながら、ハンマー加振や剛球加振においては、短いパルス幅で加振することができないので、細かい欠陥を発見する場合には適用することができない。これに対し、本発明の実施形態のように火薬の爆発を利用すれば、短いパルス幅により加振するので短い波長の弾性波を発生させることができ、結果として細かい欠陥を検知することができる。
【００２３】
本発明の実施形態では、１つの火薬が爆発することで一つの衝撃力が検査対象物に与えられ、その結果、加振の波は１パルスである。その継続時間は火薬の種類や寸法により調整可能であるが、数十ナノ秒程度の短いパルス幅にすることが可能である。パルス幅が数十ナノ秒の加振は、一般には検査対象物の固有周期に比べ充分に短い時間であるので、火薬による加振に対する検査対象物の応答はインパルス応答として考えることができる。すなわち、火薬による加振は、周波数が充分に高い振動周波数から低い振動周波数までの全ての振動成分を持つので、計測された振動データを例えばフーリエ解析を行うことにより、対象とする周波数に対する検査対象物の振動応答を把握することが可能になる。
【００２４】
ここで、本発明の実施形態は、人工構造物を加振するために火薬を使用しており、人工構造物を破壊するために火薬を使用しているわけではない。本実施形態でいう「非破壊検査」は、試験対象物を破壊することなく又は試験対象物の本質的部分を破壊することなく、検査対象物の健全性を調べることを意味する。すなわち、試験対象物である人工構造物においては表面のさびや酸化した部分などを取り除くこともあるので、その本質的部分を壊すことなく、試験対象物の健全性を調べることを含む。
【００２５】
[火薬の検査対象物への投擲による加振]
図１は、本発明の実施形態に係る人工構造物の非破壊検査方法を模式的に示す。人工構造物１としてのトンネルの内側から、検査員２が投擲具３により火薬４を目標点５に向けて投擲し、これにより、人工構造物１を加振する。投擲具３としては、ゴムパチンコ、エアガン、ボーガン、アーチェリーなどが挙げられる。
【００２６】
人工構造物１はトンネル側壁以外にも、ビルディングなどの建築物などの壁面でも良い。つまり、検査員の手が容易に届かない場所について検査する場合には、足場を組んだり、屋上からゴンドラをつり下げたり、ロッククライミング技術等により作業者が検査対象の壁面に接近して検査を行ったりする必要がある。しかし、ゴムパチンコ、圧縮空気等により少量の火薬を検査対象物に投擲することにより、安価かつ安全な打音検査が可能になる。
【００２７】
ここで使用される火薬は、「かんしゃく玉」のように、適度の大きさと爆発力を調整されたものでも、又は短い矢の構造の先端に少量の火薬を装着したものでも良い。加振された場所の特定は、目視、カメラによる確認、記録、又は複数個所にマイクを設置し、その到達時間から三角測量の原理で加振位置を計算してもよい。
【００２８】
検査対象物が火薬により加振された結果としての音は、検査員が耳で判定する方法、集音マイク等で収集し、周波数分析、減衰特性等から健全性を判定する方法等、どのような方法でも良い。なお、耳で健全性を判定する場合、爆発音により耳の特性が一時的に変化する可能性がある。このため、検査員は防音マフラーを使用し、打音はマイクで集音し、最初の火薬の爆発の音を電子的な方法で除去したり又は減衰させたりすることにより、打音のみを検査員に伝わる方法を用いても良い。図１に示す例では、センサ６を人工構造物１の表面に取り付けておき、人工構造物を伝搬した弾性波を受信して、コンピュータ等の分析装置７に取り込んで、解析をする。
【００２９】
図１に示す形態において、例えば人工構造物１であるトンネルの内壁、道路脇の壁面構造等の表面で作業者が接近可能な場所に、センサ６として圧電素子等の弾性波計測部品を設置し、人が接近できない場所に火薬を投擲し、人工構造物１を加振する。加振により発生した弾性波はセンサ６により計測され、目視やカメラなどで加振場所は特定することができるので、必要により人工構造物１の図面を参照し、加振場所から計測点までの距離を定める。これにより、弾性波の速度を測定することができる。
【００３０】
非破壊検査の作業現場では、加振場所を明示的に表示したい場合には、レーザポインターで加振場所を表示し、この場所に火薬を投擲すれば良い。一方、加振の時刻は火薬の爆発に伴う発光を光センサにより計測することにより求めても良い。なお、必要に応じて加振に利用する火薬に発光力の強い成分を加えても良い。
【００３１】
なお、トンネル内や屋外で利用する場合は、水や雨により火薬が爆発不能になることを防止する必要がある。したがって、必要に応じて火薬に防水処理を施すことが必要である。防水処理はワックスによる防水、密閉フィルムによる防止、その他どのような方法でも良い。
【００３２】
この形態によれば、検査員が直接接近できない場所も含めた壁面において弾性波速度を計測することができる。また、弾性波の速度だけでなく、減衰特性を計測することにより、弾性波が伝搬した経路の亀裂や表面の劣化を推定することができる。
【００３３】
[火薬を検査対象物の表面近くに設置して、火薬に衝撃を加えて爆発させ、その衝撃音を検査対象物に伝達することで、検査対象物を加振する方法]
図２は図１とは異なる非破壊検査方法を説明するための模式図である。試験対象物たる人工構造物１の表面近くに火薬４を設置して、火薬４に衝撃を加えて爆発させる。すると、その衝撃音が検査対象物である人工構造物１に伝達されるので、検査対象部を加振することができる。図２では人工構造物１として宅地擁壁を例に挙げており、宅地擁壁から例えば１０ｍｍ離れた空中で火薬を爆発させる。すると、衝撃音が宅地擁壁に伝達されるので、検査対象物を加振することができる。検査対象物を伝搬する弾性波をセンサ６により検出し、分析装置７に取り込んで解析を行う。
【００３４】
ここで、火薬を検査対象物の表面で爆発させるメリットを説明する。火薬は反応速度が非常に速いため、少量の火薬でも大きなパワーが発生する。すなわち、火薬そのものが強力なパワーを持つ点加振源と見なせる。従って、少量の火薬を検査対象物の表面近傍で爆発させることにより、検査対象物に充分な強度の超音波振動を励起することができる。さらに、火薬を点音源と見なせるため、適当な形状、例えば放物面状の反射板を設けることにより、その音響パワーを検査対象物の表面の所定の場所に収束させることができる。その結果、検査対象物に伝搬される超音波パワーが大きくなるだけでなく、検査対象物表面の特定の一点又は特定の線上に、超音波を投入することができる。すると、弾性波伝達の特性について解析が容易になる。また構造物中の特定の経路を通過した超音波特性を測定することが可能となる。
【００３５】
図２に示す形態では、火薬４と目標点５との間に空気が存在する場合を示しているが、火薬４と目標点５との間に、例えば棒状金属片などの中間介在物（図示しない）を配置し、火薬４に衝撃を加えて爆破させ、その爆破による衝撃力を中間介在物に伝達し、中間介在物が検査対象物１の目標点５を加振するようにしてもよい。すなわち、中間介在物を挟んで検査対象物１の目標点５と対峙する位置に火薬４を設置し、火薬４に衝撃を加えて爆発させることにより、中間介在物を経由して検査対象物１の目標点５を振動させる。これにより、検査対象物１の目標点５やその近傍の破損を防ぐことができる。
【００３６】
[火薬を検査対象物の表面に配置し、火薬に衝撃を加えることで爆発させることにより、検査対象物の表面を直接加振する方法]
図３は図１及び図２とは異なる非破壊検査方法を説明するための模式図である。試験対象物である人工構造物１の表面に火薬４を設置して火薬４に衝撃を加えて爆発させる。これにより、検査対象物である人工構造物１を加振することができる。図３では人工構造物１として、宅地擁壁を例に挙げており、宅地擁壁を伝搬する弾性波をセンサ６により検出し、分析装置７に取り込んで解析を行う。ここで、人工構造物１の表面に火薬４を設置した後に、火薬４に衝撃を加えて火薬を爆発させてもよいし、人工構造物１の表面に火薬４を設置すると同時に衝撃を加えて火薬を爆発させてもよい。つまり、人工構造物１の表面に火薬４を投擲したり衝突させたりすることにより火薬を試験対象物の表面に設置することと衝撃を加えることを同時に行ってもよい。
【００３７】
ここで、人工構造物の表面とは、人工構造物のうち外気と接する可能性がある面を意味し、人工的に形成した面だけでなく、人工的に形成した面の表層部分が時の経過により変質したような場合には、その変質部分を砕いた後で形成される表面部分も含む。
【００３８】
このように、火薬を検査対象物の表面に置いて爆発させることで検査対象物を加振する。火薬の爆発方法は、衝撃力、電気火花など各種の方法が用いられる。
【００３９】
この方法では、火薬による発生する衝撃力の一部が加振に利用されるのみである。すなわち、火薬の爆発により発生する力のうち、検査対象面に向かう方向の力の成分の合力は加振に利用されるものの、それ以外の力の成分は加振には利用されない。このため、火薬の周辺及び検査対象とは逆側に反射面を設置することにより、火薬で発生する衝撃力を効率良く利用することができる。また加振される領域を狭く限定することができる。この結果、検査対象物表面の狭い領域に強い加振力を与えることが可能になる。この現象は、実質的には、点震動源として取り扱うことが可能になり、弾性波の伝達経路を明確にかつ容易に解析することができる。
【００４０】
図４は、加振装置の一例を模式的に示す図である。
加振装置１０は、ピストル型であり、銃１１の先端部分に火薬４を装填する空間１２を設置し、この火薬４を衝撃又は電気火花により爆発させる。火薬を銃身の前端から挿入する方式としても良い。また、複数の火薬が装填されたカセット等から自動的に火薬が供給される方式を採用しても良い。図では、銃１１の中空内に衝撃印加のためのロッド１３が設けられ、ロッド１３の一端にばね１４が設けられ、ロッド１３の先端に火薬４を設けることができる。引き金１５を引くことにより、ばね１４による力で火薬に衝撃を与えるタイプを示しているが、圧縮空気、電磁駆動など、衝撃力を与える機構はどのような手法を採用してもよい。また、衝撃力ではなく、誘導起電力、ピエゾ素子その他の方式により電気火花を発生させて火薬を爆発させる方法を用いても良い。
【００４１】
図では、爆発により生じた爆風が効率良く検査対象面に照射されること、及び加振の再現性を向上させることを目的に、銃の前面に耐熱性のある交換可能な硬質ゴム１６を取り付けている。しかしながら、このような構造は必須ではない。また、ピストルには加振により発生する弾性波の計測を行なう時に必要となるトリガー信号を発生する装置を取り付けている。トリガー信号を発生させるメカニズムとしては、圧電素子による振動検出が一般的であるが、トリガー信号の発生までの時間遅れが所定値以下であれば、電磁気的な方法その他、どのような方法でも構わない。
【００４２】
[火薬を検査対象物の表面に配置し、中間介在物を経由して火薬に衝撃を加えて、検査対象物の表面を直接加振する方法]
図５は図１乃至３とは異なる非破壊検査方法を説明するための模式図である。試験対象物である人工構造物１の表面に火薬４を設置し、火薬４の設置位置を挟んで検査対象物と対向する位置に、中間介在物８としての金属ブロックその他の構造物を設置し、中間介在物８のうち火薬４を逆向きから中間介在物８にハンマー９などにより衝撃を加える。すると、火薬４に衝撃が加えられ爆発する。これにより、検査対象物を加振することができる。図４では人工構造物１として、宅地擁壁を例に挙げており、宅地擁壁を伝搬する弾性波をセンサ６により検出し、分析装置７に取り込んで解析を行う。
【００４３】
[火薬の設置場所として検査対象物の凹凸面を利用し、検査対象物の内部から加振する方法]
図６は図１乃至３及び図５とは異なる非破壊検査方法を説明するための模式図である。人工構造物１に人為的に設けた孔１ａに火薬４を設置し、火薬４に衝撃を加えて爆発させる。すると、人工構造物１の内部から振動が加えられる。人工構造物１の表面にセンサ６を設置して、センサ６により弾性波を検出し、分析装置７に取り込んで解析を行う。
【００４４】
検査対象物には、人工的に設けたボルト孔などの孔１ａ以外に、コンクリート擁壁の水抜き穴や目地が設けられているので、そのような窪みに火薬を設置することにより、人工構造物１の内部から加振することができる。
【００４５】
前述した各実施形態において、火薬の数は一つである必要はなく、検査対象物への弾性波の入力箇所が並ぶように複数の火薬が配置されてもよい。その際、複数の火薬は同時に爆発してもよく、検査対象物の表面に複数のセンサをライン状に設置すれば、各センサでの検出信号から弾性波の伝搬経路を評価することができる。複数の火薬は時間差を持たせて爆発してもよく、同時に爆発させる場合には、広い範囲を短時間で測定することができ、時間差を持たせて爆発させる場合には、平面波、収束波、指向性を持った弾性波などを発生させることができる。
【００４６】
本発明の実施形態では、検査対象物を伝搬した弾性波を検出して分析を行う。コンクリート強度と弾性波速度との間には或る相関関係が成り立っていることが分かっている。従って、コンクリートの弾性波速度を計測することにより、コンクリート強度を診断することができる。
【００４７】
図７は、火薬を利用してコンクリート構造物の弾性波速度を計測するための装置を模式的に示す図である。弾性波速度計測装置２０は、加振部２１と計測部２２とが一定の距離を保つように棒状の離間部材２３を備えている。棒状の離間部材２３があるので、加振部２１と計測部２２とが常に一定の距離を保ち、距離計測の手間を省くことができ、かつ速度計測のための距離情報の入力を省略することができる。
【００４８】
加振の発生時刻は、加振部２１に圧電素子を取り付けて振動を計測してもよいし、電気火花で火薬を爆破させるのであれば、電気火花の発生トリガー信号を用いて加振の発生時刻を把握してもよい。このような装置２０では、表面弾性波を計測することができるので、弾性波の速度だけでなく減衰特性からコンクリート表面付近の亀裂や劣化を計測することもできる。
【００４９】
弾性波速度計測装置２０では、計測部２２は１ユニットである必要はなく、複数ユニット備えていてもよく、複数の計測ユニットだけを離隔連結部材で接続しても良く、この場合、計測ユニットを加振部２１と別々に切り離すようにしてもよい。
【００５０】
図８は、人工構造物１の片面１ｂを加振部３１で加振し、計測部３２を用いて対向面１ｃで弾性波を計測する態様を示す図である。この例では、Ｐ波（縦波）及びＳ波（横波）の計測に適した構成となっている。Ｐ波は固体中、液体中及び気体中の双方を伝搬する一方、Ｓ波は液体中及び気体中を伝搬しない。よって、弾性波速度の計測だけでなく、構造物中に液体又は空気の層が存在するか否かの診断目的に利用できる。
【００５１】
人工構造物が長手方向で円柱状のものを想定する。人工構造物の例としては電柱やポールがある。人工構造物の長手方向に沿って加振部と弾性波計測部とを配置する。そして、火薬による加振を行う。火薬部分で発生した弾性波は上下方向に伝搬し、電柱等の下端及び上端で反射される。弾性波が発生した場所から下端及び上端までの距離、及び電柱等の弾性波速度はほぼ解っているので、横軸を時間、縦軸を弾性波強度として表示したグラフ上で、反射波を特定することができる。これに対し、下端部又は上端部からの反射波が到達する以前に反射波が観測される場合は、亀裂等による弾性波の反射と考えられる。また、弾性波の減衰特性から亀裂や減肉の規模等を推定できる。
【００５２】
従来、電柱などは適切な場所をハンマー、圧電素子等で加振し、電柱の上下方向に伝搬する弾性波を発生させ、この弾性波の反射の時刻及び／又は減衰を計測することにより、電柱等の亀裂、減肉等を診断していた。しかし、このハンマー加振では加振の再現性が悪く、ピエゾ素子による加振は衝撃力が弱い。しかしながら、火薬を用いることで、このような問題点が解消され、亀裂や減肉を簡単・安価に再現性が高く計測することができる。
【００５３】
ここで、使用する火薬について説明する。火薬の反応速度は、火薬の種類だけでなく燃焼発生条件にも依存する。例えば、粉状の火薬を大気中で燃焼させる場合、火薬を半密封容器に充填して燃焼させる場合とは燃焼速度が異なる。また、火薬を適切な形状に整形することで燃焼速度を制御することができる。火薬の燃焼のパワーや方向を制御するためには、例えば平面状の爆轟波を作成する爆薬レンズや、球の中心部に向けた爆轟（衝撃力）波を生成する爆縮レンズなどは、燃焼速度の速い火薬と燃焼速度の遅い火薬を組み合わせて作製する。また板状の火薬の片面を密度の大きな金属で覆うことにより、他面に爆轟波を放出させること（一般に、マイゼン・シュレーディン効果と呼ばれている）など、火薬の燃焼速度、燃焼方向、燃焼によるパワー、衝撃力の時間、方向等を制御することは公知技術から可能である。
【００５４】
従って、本発明の実施形態においては、公知の火薬の燃焼制御技術を利用することにより、非破壊検査対象物に対して所定の加振力を印加することができる。ここで、求められる加振力は、対象とする非破壊検査の目的、対象物の素材や大きさ等により定める必要があるが、主要なパラメータは加振のパルス幅と、加振パワーである。通常の非破壊検査では、圧電素子、ハンマー、剛球等で加振するが、この場合の一つの波の幅は２０ｍ秒乃至２０ｎ秒程度である。ＴＮＴ火薬では１５ｎ秒のパルス幅を実現できており、火薬の種類等により通常の非破壊検査における加振力のパルス幅を調整できる。一方、パワーは加振方法により異なるが、火薬のパワーは非破壊検査の通常の加振方法に比較して充分に大きくすることが可能であり、むしろ非破壊検査対象物を破損しない程度に抑制することを考慮すべきである。
【００５５】
そこで、本発明の実施形態では、検査対象物を加振する際には、火薬の燃焼速度、パワー、爆発力の方向などを調整することにより、火薬による爆発力のパルス幅を１０ｎ秒〜５０ｍ秒の範囲とする。
【００５６】
非常に短いパルス幅、かつ単一の加振は、広い範囲の周波数成分を持つので、構造物に対する多くの周波数成分の伝搬特性を測定できる。これは数学的にはインパルス応答として知られている。しかし、従来の加振方法では、短いパルス幅の単一パルスの加振が困難であった。
【００５７】
本発明の実施形態は、弾性波を利用する非破壊試験において、加振源に火薬を用いることを特徴とする。火薬を加振源とすることで、次のような効果が期待される。
１)少量の火薬で強力な衝撃力を得ることができる。
２)衝撃力の強度、パルス幅は火薬の種類、量、及び火薬周辺の構造等で調整可能である。
３)この結果、予め指定した強度及びパルス幅の弾性波を再現性よく発生させることができる。
４)衝撃力は１０ｎ秒程度の短時間パルスとすることができ、検査対象の固有周期等に比べ充分短い。
５)上記４)の結果として、火薬で生成させた弾性波はインパルスとして取扱いが可能になり、任意の周波数に対する弾性波伝搬特性を計測できる。
６)火薬の形状を調整することにより、点状又は線状の加振源を作成することができる。
７) 加振は火薬の持つ化学エネルギーにより発生するので、弾性波発生に対して電力等のエネルギー供給が不要である。
８)弾性波発生に必要な構造物の構造、構成が単純で安価になる。
９)火薬自体の価格は安価であり、運転コストが安価になる。
１０）人の接近が困難な場所の加振、非接触加振が容易になる。
【実施例】
【００５８】
図９（ａ）に示すように、検査対象物である人工構造物１として縦５００ｍｍ，横５００ｍｍ，高さ１２０ｍｍのコンクリートブロックを用いて、図９（ｂ）に示すように、或る側面において端面から２００ｍｍの位置を衝撃の入力点５とし、その逆側の端面上で衝撃の入力点５と対向する位置にセンサ６としての圧電素子を設置した。実施例では、衝撃の入力点５に運動会用の雷管を火薬として配置して、ハンマー９で打撃した。比較のために、図９（ｃ）に示すように、火薬を用いないで衝撃の入力点５をハンマー９で打撃した。図９（ｂ）に示すように、記号ＣＨ１で示すトリガー用のセンサ６ａを設置し、記号ＣＨ２で示すセンサ６による波形計測を開始するようにした。
【００５９】
図１０は実施例及び比較例の結果を示し、（ａ）は火薬によりコンクリートブロックに衝撃を加えたときにコンクリートブロックを伝搬した弾性波をセンサ６により測定した波形を示し、（ｂ）は火薬を用いないでハンマー９でコンクリートブロックを打撃したときにコンクリートブロックを伝搬した弾性波をセンサ６により測定した波形を示す。何れも横軸は時間であり、縦軸はセンサ６としての圧電素子の出力電圧であって圧電素子で受信した波形の強度を示す。図１１（ａ），（ｂ）は図１０（ａ），（ｂ）の拡大図であり、０〜２０００（μｓ）までの圧電素子で受信した波形を示す図である。
【００６０】
図１０（ａ）の波形と図１０（ｂ）の波形を比べると、圧電素子の振動データは、火薬を利用した方が、波形の乱れが少なく、波形の立ち上がり部分に関して乱れがすくないことが分かった。目視でコンクリートの衝撃入力ポイントとその近傍を観察したところ、損傷は見られなかった。
【００６１】
図１０（ａ）及び図１１（ａ）は火薬による加振によりコンクリートブロックを伝搬した弾性波を計測した結果であり、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）の比較例の結果と比べると、火薬による加振の振動幅がハンマーによる加振によるそれよりも大きいことが推察される。圧電素子で受信した波形の一つの振幅幅を見ても顕著に短いことが分かるので、火薬による加振の振動周期がハンマーによる加振のそれと比べて顕著に短いことが推察される。図１０（ａ）の波形は図１０（ｂ）の波形と比べ減衰時定数が短いため、その結果、火薬の爆発により加わる振動の減衰時定数が、ハンマーの衝撃により加わる振動のそれと比べて短いことが推察される。繰り返し試験を行った結果、火薬による加振の方がハンマーによる加振よりも再現性が良かった。ハンマーを２５０ｇと１.１ｋｇの２種類を用いたが、ハンマーの重量が大きい方が衝撃力も大きかった。
【００６２】
以上の結果から、火薬による加振を用いた非破壊検査が、ハンマーによる加振を用いた非破壊検査よりも適していることが分かった。
【符号の説明】
【００６３】
１：人工構造物
１ａ：孔
１ｂ：片面
１ｃ：対向面
２：検査員
３：投擲具
４：火薬
５：目標点（衝撃の入力点）
６，６ａ：センサ
７：分析装置
８：中間介在物
９：ハンマー
１０：加振装置
１１：銃
１２：火薬を充填する空間
１３：ロッド
１４：ばね
１５：引き金
１６：硬質ゴム
２０：弾性波速度計測装置
２１，３１：加振部
２２，３２：計測部
２３：離間部材
【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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