(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材料に音響接続された超音波探触子と、
前記超音波探触子を励振して前記被検査材料に超音波を送信する超音波送信手段と、
前記被検査材料に送信される超音波の送信周波数を、予め設定された測定周波数範囲で所定の刻みで変化させる前記超音波送信手段と、
所定の刻みで変化させた前記送信周波数ごとに、前記被検査材料内に伝搬した超音波のエコー高さを検出するエコー高さ検出手段と、
前記エコー高さ検出手段で検出された所定の刻みごとの前記送信周波数に対応した前記エコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を算出するエコー高さ積分手段と、
前記エコー高さ積分値に基づいて、前記被検査材料の劣化、損傷を評価する劣化損傷評価手段と、
を備えたことを特徴とする超音波による劣化損傷評価システム。
【請求項２】
前記超音波探触子の受信信号を、前記送信周波数を包括する所定の周波数帯域の信号に限定する帯域フィルタと、
前記帯域フィルタを通過した超音波のエコー高さを検出する前記エコー高さ検出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波による劣化損傷評価システム。
【請求項３】
前記被検査材料に劣化、損傷がない健全部の前記エコー高さ積分値と、前記被検査材料が劣化、損傷した劣化損傷部の前記エコー高さ積分値と、に基づいて予め導出された前記エコー高さ積分値の変化を特定する積分値変化曲線を記憶する積分値変化曲線記憶手段と、
前記被検査材料で測定されたエコー高さ積分値と、前記積分値変化曲線とに基づいて、前記被検査材料の劣化、損傷を評価する前記劣化損傷評価手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波による劣化損傷評価システム。
【請求項４】
被検査材料に音響接続された超音波探触子を励振して前記被検査材料に超音波を送信する超音波送信手段と、
前記被検査材料に送信される超音波の送信周波数を、予め設定された測定周波数範囲で所定の刻みで変化させる前記超音波送信手段と、
所定の刻みで変化させた前記送信周波数ごとに、前記被検査材料内に伝搬した超音波のエコー高さを検出するエコー高さ検出手段と、
前記エコー高さ検出手段で検出された所定の刻みごとの前記送信周波数に対応した前記エコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を算出するエコー高さ積分手段と、
前記エコー高さ積分値に基づいて、前記被検査材料の劣化、損傷を評価する劣化損傷評価手段と、
を備えたことを特徴とする超音波による劣化損傷評価装置。
【請求項５】
被検査材料に音響接続された超音波探触子を励振して前記被検査材料に超音波を送信すると共に、前記被検査材料に送信される超音波の送信周波数を、予め設定された測定周波数範囲で所定の刻みで変化させる超音波送信工程と、
所定の刻みで変化させた前記送信周波数ごとに、前記被検査材料内に伝搬した超音波のエコー高さを検出するエコー高さ検出工程と、
前記エコー高さ検出工程において検出された所定の刻みごとの前記送信周波数に対応した前記エコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を算出するエコー高さ積分工程と、
前記エコー高さ積分値に基づいて、前記被検査材料の劣化、損傷を評価する劣化損傷評価工程と、
を実行することを特徴とする超音波による劣化損傷評価方法。
【請求項６】
コンピュータを、
被検査材料に音響接続された超音波探触子を励振して前記被検査材料に超音波を送信すると共に、前記被検査材料に送信される超音波の送信周波数を、予め設定された測定周波数範囲で所定の刻みで変化させる超音波送信手段、
所定の刻みで変化させた前記送信周波数ごとに、前記被検査材料内に伝搬した超音波のエコー高さを検出するエコー高さ検出手段、
前記エコー高さ検出工程において検出された所定の刻みごとの前記送信周波数に対応した前記エコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を算出するエコー高さ積分手段、
前記エコー高さ積分値に基づいて、前記被検査材料の劣化、損傷を評価する劣化損傷評価手段、
として機能させることを特徴とする超音波による劣化損傷評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波により被検査材料の劣化や損傷を評価する劣化損傷評価システム、劣化損傷評価装置、劣化損傷評価方法および超音波による劣化損傷評価プログラムに関し、特に、被検査材料の底面で反射した超音波の強さ（エコー高さ）に基づいて被検査材料の劣化や損傷を評価する劣化損傷評価システム、劣化損傷評価装置、劣化損傷評価方法および超音波による劣化損傷評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波による被検査材料の劣化や損傷の検出する方法としては、従来、音速測定と、エコー高さ測定が知られている。
前記音速測定は、材料の厚さ方向に超音波を伝搬させて、底面からのエコーを調べてその時間を測定して、厚さから音速を測定する。そして、経年変化に応じて、同様にして音速を測定し、音速の変化を調べることで、劣化や損傷を検出する。
【０００３】
前記エコー高さ測定は、材料に探触子を接触させて超音波を伝搬させ、材料の底面エコーの第１回目と第２回目を測定してその比を求める。両者の比は使用する探触子の周波数に依存し、経年変化に伴って変化していく。また、検査する周波数を変える場合には、探触子を替えて測定する。なお、エコーのスペクトルを調べるものもあるが、超音波の送信周波数は一定で行っている。
このほかにも、超音波を使用して探傷する技術として、下記の特許文献１〜３記載の技術が従来公知である。
【０００４】
特許文献１（特開平８−１２２３０８号公報）には、周波数が５ＭＨｚの探触子を使用し、周波数変調を１ＭＨｚ〜９ＭＨｚとして、探触子のインパルス応答を測定し、インパルス応答から振幅スペクトル（周波数対振幅特性）を測定することで、探傷を行う技術が記載されている。このとき、探触子の振幅スペクトルに基づいて生じる波形劣化を補う補正分を、送信するチャープ波に付加した送信波形を生成することで、受信信号における探触子によるスペクトルの狭化を補い、スペクトルの広帯域化を計っている。
【０００５】
特許文献２（特開平６−２８１６３０号公報）には、検査体に超音波を伝搬させる際に、送信用の振動子と受信用の振動子とに分け、両者が同じ共振周波数（５ＭＨｚ）を有し、発振器により５ＭＨｚの信号出力が送信用の振動子に供給され、受信用の振動子で受信することで探傷を行っている。
特許文献３（特開２００６−３０８５６６号公報）には、アレイ型の超音波センサから発信した超音波の欠陥によるエコーにより検査対象の内部を探傷した探傷画像を取得し、探傷画像の領域が重なり合うように超音波センサを走査して、探傷画像を重ねる(加算または平均化する)ことで、高分解能な探傷画像を得る技術が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１２２３０８号公報
【特許文献２】特開平６−２８１６３０号公報
【特許文献３】特開２００６−３０８５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
(従来技術の問題点)
前記音速測定では、時間計測をするための検査体の両面は、完璧な平滑平行でなければならないので、現実的には実施困難であるという問題がある。
前記エコー高さ測定では、第１回と第２回の底面エコーの検知を行い、第１回目と第２回目のエコーの比を算出することで、劣化等の判別を行うため、第１回目と第２回目の底面エコーの検知は欠かせない。このとき、減衰の大きい材料や、面に凹凸のあるものでは第２回以降のエコーが検出できない場合も多々ある。したがって、音速測定および底面エコー高さ測定では、劣化損傷は推定したとしても精度良く評価することが困難である。
また、エコーのスペクトル分析を扱う場合、扱う波形の切り方等でパターンが変わってしまうこと、および、送信周波数が固定のため、広範囲な周波数帯域が得られないので、損傷評価の精度が悪いという問題がある。
【０００８】
本発明は、被検査材料の劣化損傷を精度良く評価することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記技術的課題を解決するために、請求項１記載の発明の超音波による劣化損傷評価システムは、
被検査材料に音響接続された超音波探触子と、
前記超音波探触子を励振して前記被検査材料に超音波を送信する超音波送信手段と、
前記被検査材料に送信される超音波の送信周波数を、予め設定された測定周波数範囲で所定の刻みで変化させる前記超音波送信手段と、
所定の刻みで変化させた前記送信周波数ごとに、前記被検査材料内に伝搬した超音波のエコー高さを検出するエコー高さ検出手段と、
前記エコー高さ検出手段で検出された所定の刻みごとの前記送信周波数に対応した前記エコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を算出するエコー高さ積分手段と、
前記エコー高さ積分値に基づいて、前記被検査材料の劣化、損傷を評価する劣化損傷評価手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波による劣化損傷評価システムにおいて、
前記超音波探触子の受信信号を、前記送信周波数を包括する所定の周波数帯域の信号に限定する帯域フィルタと、
前記帯域フィルタを通過した超音波のエコー高さを検出する前記エコー高さ検出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の超音波による劣化損傷評価システムにおいて、
前記被検査材料に劣化、損傷がない健全部の前記エコー高さ積分値と、前記被検査材料が劣化、損傷した劣化損傷部の前記エコー高さ積分値と、に基づいて予め導出された前記エコー高さ積分値の変化を特定する積分値変化曲線を記憶する積分値変化曲線記憶手段と、
前記被検査材料で測定されたエコー高さ積分値と、前記積分値変化曲線とに基づいて、前記被検査材料の劣化、損傷を評価する前記劣化損傷評価手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記技術的課題を解決するために、請求項４記載の発明の超音波による劣化損傷評価装置は、
被検査材料に音響接続された超音波探触子を励振して前記被検査材料に超音波を送信する超音波送信手段と、
前記被検査材料に送信される超音波の送信周波数を、予め設定された測定周波数範囲で所定の刻みで変化させる前記超音波送信手段と、
所定の刻みで変化させた前記送信周波数ごとに、前記被検査材料内に伝搬した超音波のエコー高さを検出するエコー高さ検出手段と、
前記エコー高さ検出手段で検出された所定の刻みごとの前記送信周波数に対応した前記エコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を算出するエコー高さ積分手段と、
前記エコー高さ積分値に基づいて、前記被検査材料の劣化、損傷を評価する劣化損傷評価手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記技術的課題を解決するために、請求項５記載の発明の超音波による劣化損傷評価方法は、
被検査材料に音響接続された超音波探触子を励振して前記被検査材料に超音波を送信すると共に、前記被検査材料に送信される超音波の送信周波数を、予め設定された測定周波数範囲で所定の刻みで変化させる超音波送信工程と、
所定の刻みで変化させた前記送信周波数ごとに、前記被検査材料内に伝搬した超音波のエコー高さを検出するエコー高さ検出工程と、
前記エコー高さ検出工程において検出された所定の刻みごとの前記送信周波数に対応した前記エコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を算出するエコー高さ積分工程と、
前記エコー高さ積分値に基づいて、前記被検査材料の劣化、損傷を評価する劣化損傷評価工程と、
を実行することを特徴とする。
【００１４】
前記技術的課題を解決するために、請求項６記載の発明の超音波による劣化損傷評価プログラムは、
コンピュータを、
被検査材料に音響接続された超音波探触子を励振して前記被検査材料に超音波を送信すると共に、前記被検査材料に送信される超音波の送信周波数を、予め設定された測定周波数範囲で所定の刻みで変化させる超音波送信手段、
所定の刻みで変化させた前記送信周波数ごとに、前記被検査材料内に伝搬した超音波のエコー高さを検出するエコー高さ検出手段、
前記エコー高さ検出工程において検出された所定の刻みごとの前記送信周波数に対応した前記エコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を算出するエコー高さ積分手段、
前記エコー高さ積分値に基づいて、前記被検査材料の劣化、損傷を評価する劣化損傷評価手段、
として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明の劣化損傷評価システムによれば、所定の刻みごとの送信周波数に対応したエコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を使用するため、所定の刻みごとの多数の周波数成分が含まれるため、評価する際の誤差が小さくなり、劣化損傷評価の精度を高めることができる。また、各周波数成分におけるエコー高さから評価ができ、エコー高さの比を測定する必要がないため、従来技術のように２回底面エコーを測定する必要が無く、測定を簡易に行うことができる。
請求項２に記載の発明によれば、帯域フィルタにより、ノイズを除去でき、各周波数成分におけるエコー高さを精度良く測定することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、積分値変化曲線が予め導出されているので、エコー高さ積分値と積分値変化曲線とに基づいて、評価を行うことができる。
請求項４に記載の発明の劣化損傷評価装置によれば、所定の刻みごとの送信周波数に対応したエコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を使用するため、所定の刻みごとの多数の周波数成分が含まれるため、評価する際の誤差が小さくなり、劣化損傷評価の精度を高めることができる。また、各周波数成分におけるエコー高さから評価ができ、エコー高さの比を測定する必要がないため、従来技術のように２回底面エコーを測定する必要が無く、測定を簡易に行うことができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明の劣化損傷評価方法によれば、所定の刻みごとの送信周波数に対応したエコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を使用するため、所定の刻みごとの多数の周波数成分が含まれるため、評価する際の誤差が小さくなり、劣化損傷評価の精度を高めることができる。また、各周波数成分におけるエコー高さから評価ができ、エコー高さの比を測定する必要がないため、従来技術のように２回底面エコーを測定する必要が無く、測定を簡易に行うことができる。
請求項６に記載の発明の劣化損傷評価プログラムによれば、所定の刻みごとの送信周波数に対応したエコー高さを前記測定周波数範囲で積分したエコー高さ積分値を使用するため、所定の刻みごとの多数の周波数成分が含まれるため、評価する際の誤差が小さくなり、劣化損傷評価の精度を高めることができる。また、各周波数成分におけるエコー高さから評価ができ、エコー高さの比を測定する必要がないため、従来技術のように２回底面エコーを測定する必要が無く、測定を簡易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例である実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明の実施例１の超音波による劣化損傷評価システムの説明図である。
図１において、本発明の実施例１の超音波による劣化損傷評価システムＳ０は、劣化損傷評価装置の一例としての情報処理装置ＰＣを有する。実施例１の情報処理装置ＰＣは、いわゆるノート型のパーソナルコンピュータにより構成されている。前記情報処理装置ＰＣは、本体Ｈ１と、ディスプレイ（情報表示部）Ｈ２と、入力装置の一例としてのキーボードＨ３およびマウスＨ４を有する。
前記情報処理装置ＰＣは、信号線１を介して、探触子２に接続されている。前記探触子２は、吸音材３と、吸音材３の先端部に配置された第１の電極４と、前記第１の電極４の先端側に配置されたエレメント５と、前記エレメント５の先端側に配置された第２の電極６とを有する。前記第１の電極４および第２の電極６との間には、前記信号線１を通じてエレメント５を励振して、被検査材料の検査を行うための超音波を発振するための電気信号が供給可能に構成されており、前記電極４、６およびエレメントにより、実施例１の振動子（４〜６）が構成されている。なお、前記振動子４〜６には、図示しない信号線が接続されており、被検査材料から反射した超音波（エコー）を計測可能に構成されている。また、前記電極６の表面は、保護用のコーティングが施されている。なお、このような垂直探傷型の超音波探触子２は、例えば、前記特許文献１〜３に記載されているように従来公知であり、種々のものを採用可能である。
【００２０】
前記探触子２は、コンクリート材１１の表面に保護用に貼付された被検査材料の一例としてのＦＲＰライニング１２表面に接触した状態で配置される。この状態では、前記探触子２とＦＲＰライニング１２とは音響接続される。なお、図１に示す一具体例としてのＦＲＰライニングには、経年劣化による劣化損傷部１２ａが発生しており、その他の部分は劣化が無い健全部１２ｂとなっている。なお、実施例１では、前記ＦＲＰライニング１２は、界面１２ｃを有する二層のＦＲＰ（繊維強化プラスチック、Fiber  Reinforced  Plastics）で構成されている。
【００２１】
（制御部の説明）
図２は本発明の実施例１の劣化損傷評価システムの制御部のブロック線図である。
図２において、前記情報処理装置ＰＣは、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行う入出力インタフェース、必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、前記ＲＯＭに記憶されたプログラムに応じた処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ならびにクロック発振器等を有するコンピュータにより構成されており、前記ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
【００２２】
（前記情報処理装置ＰＣに接続された信号入力要素）
前記情報処理装置ＰＣの本体Ｈ１は、キーボードＨ３やマウスＨ４等の入力装置、その他の信号入力要素からの信号が入力され、探触子２で検出されたエコーの検出信号が帯域フィルタ１６を介して入力されている。
キーボードＨ３やマウスＨ４等の入力装置は、ユーザの入力に応じた信号を本体Ｈ１に出力している。
前記探触子２は、被検査材料から反射したエコーを検出して、その検出信号を出力している。
【００２３】
（情報処理装置ＰＣの本体Ｈ１に接続された制御要素）
前記本体Ｈ１には、探触子２や帯域フィルタ１６、ディスプレイＨ２、その他の制御要素に接続されており、それらの作動制御信号を出力している。
前記探触子２は、情報処理装置ＰＣからの制御信号に応じて、振動子（４〜６）を励振して、検査用の超音波を発振する。
前記帯域フィルタ１６は、前記情報処理装置ＰＣからの制御信号に応じて、探触子２の受信信号を限定する周波数帯域を制御する。
ディスプレイＨ２は、情報処理装置ＰＣからの画像情報を表示する。
【００２４】
（情報処理装置ＰＣの機能）
前記情報処理装置ＰＣの本体Ｈ１に組み込まれた劣化損傷評価プログラムＡＰ１は、入力装置Ｈ３，Ｈ４からの入力信号に応じた処理を実行して、各制御要素に制御信号を出力する機能を有している。
前記劣化損傷評価プログラムＡＰ１は次の機能手段（プログラムモジュール）を有している。
【００２５】
図３は実施例１の探触子を励振するために入力される電気信号の一例としての矩形パルスの説明図である。
Ｃ１：超音波送信手段
超音波送信手段Ｃ１は、測定周波数範囲記憶手段Ｃ１ａと、送信周波数制御手段Ｃ１ｂとを有し、前記探触子２へ制御信号を送信して、探触子２を励振して、被検査材料であるＦＲＰライニング１２を検査するための超音波を発振（送信）させる。実施例１の超音波送信手段Ｃ１は、探触子２への制御信号を制御することにより、発振させる超音波の周波数である送信周波数ｆinを変化させる。図３において、実施例１の超音波送信手段Ｃ１により前記探触子２へ入力される制御信号は、矩形パルスが使用され、周期Ｔ＝１／ｆinの矩形パルス、すなわち、幅がＴ／２の矩形パルスが入力される。
【００２６】
Ｃ１ａ：測定周波数範囲記憶手段
測定周波数範囲記憶手段Ｃ１ａは、発振させる超音波の周波数である送信周波数ｆinを変化させる範囲である測定周波数範囲を記憶する。前記測定周波数範囲は、底面エコーが得られる最適の周波数を下限値ｆＬとし、ｆＬの数倍の周波数を上限値ｆＨとすることができ、実施例１の測定周波数範囲記憶手段Ｃ１ａでは、測定周波数範囲として、下限値ｆＬ＝３［ＭＨｚ］と上限値ｆＨ＝８［ＭＨｚ］を記憶する。
Ｃ１ｂ：送信周波数制御手段
送信周波数制御手段Ｃ１ｂは、探触子２から発振させる超音波の送信周波数ｆinを、前記測定周波数範囲ｆＬ〜ｆＨの間で制御する。実施例１の送信周波数制御手段Ｃ１ｂは、ｆＬ〜ｆＨの間で、１ＭＨｚ刻みで送信周波数ｆinを変化させる。
【００２７】
図４は実施例１の帯域フィルタの説明図である。
Ｃ２：フィルタ帯域制御手段
フィルタ帯域制御手段Ｃ２は、前記帯域フィルタ１６へ制御信号を送信して、帯域フィルタ１６を通過させる周波数帯域を制御する。図４において、実施例１では、前記帯域フィルタ１６として、特定の周波数帯域の信号のみを透過させ、それ以外の周波数帯域の信号は減衰させるフィルタ、いわゆるバンドパスフィルタを使用している。そして、周波数帯域の下限ＢＬはＢＬ＝ｆin／２に設定され、周波数帯域の上限ＢＨはＢＨ＝ｆＨ＋Ｃｂに設定されている。ここで、定数Ｃｂは、送信周波数ｆinが上限値ｆＨであってもエコーが測定可能とするために適切な定数である。したがって、実施例１のフィルタ帯域制御手段Ｃ２は、検査が行われる送信周波数ｆinに応じて、周波数帯域ＢＬ〜ＢＨが変化するように前記帯域フィルタ１６へ制御信号を送信している。なお、周波数帯域が変化する帯域フィルタに限定されず、周波数帯域が固定の帯域フィルタを使用することもできる。この場合には、ノイズを除去するために送信周波数ｆinの近傍の周波数帯域のみ通過させれば良く、下限ＢＬは送信周波数ｆinより小さく、上限ＢＨは送信周波数ｆinよりも高く設定すれば良く、例えば、下限ＢＬ＝ｆＬ／２、上限ＢＨ＝ｆＨ＋Ｃｂとする固定の帯域フィルタを使用することもできる。
【００２８】
図５は実施例１のエコー高さの説明図であり、エコー高さの典型的な一例の説明図である。
Ｃ３：エコー高さ検出手段
エコー高さ検出手段Ｃ３は、前記探触子２で検出し、帯域フィルタ１６を通過した特定の周波数のエコーの高さを検出する。図５において、実施例１のエコー高さ検出手段Ｃ３は、検出された超音波の波形の中で、底面エコーの振幅の高さを前記エコー高さＡ（ｆin）として検出する。
Ｃ４：検出エコー高さ記憶手段
検出エコー高さ記憶手段Ｃ４は、エコー高さ検出手段Ｃ３で検出されたエコー高さＡ（ｆin）を、送信周波数ｆinに対応づけて記憶する。
【００２９】
図６は実施例１のエコー高さ積分の説明図であり、健全部のエコー高さ積分の説明図である。
図７は実施例１のエコー高さ積分の説明図であり、劣化損傷部のエコー高さ積分の説明図である。
Ｃ５：エコー高さ積分手段
エコー高さ積分手段Ｃ５は、前記検出エコー高さ記憶手段Ｃ４に記憶されたエコー高さに基づいて、測定周波数範囲ｆＬ〜ｆＨで積分したエコー高さ積分値を算出する。実施例１のエコー高さ積分手段Ｃ５は、エコー高さＡ（ｆin）に対して、以下の式（１）に基づいて、エコー高さ積分値Ｓを算出する。
Ｓ＝Ｃ∫Ａ（ｆin）・ｄｆin  …式（１）
なお、ここでＣは任意の定数である。したがって、図６、図７において、前記式（１）で導出されるのは、図６、図７の網掛けで示した領域の面積に対応する。
【００３０】
Ｃ６：劣化損傷評価手段
劣化損傷評価手段Ｃ６は、積分値変化曲線記憶手段Ｃ６ａと、劣化閾値記憶手段Ｃ６ｂを有し、前記エコー高さ積分値Ｓに基づいて、ＦＲＰライニング１２の劣化、損傷を評価する。実施例１の劣化損傷評価手段Ｃ６は、エコー高さ積分値Ｓと、予め測定されて積分値変化曲線記憶手段Ｃ６ａに記憶された積分値変化曲線Ｄ＝ｆ（Ｓ）とに基づいて、ＦＲＰライニング１２の劣化損傷量Ｄを算出し、劣化損傷量Ｄが劣化閾値Ｄ１以上であるか否かを判別することで評価を行う。
【００３１】
図８は実施例１の積分値変化曲線の説明図である。
Ｃ６ａ：積分値変化曲線記憶手段
積分値変化曲線記憶手段Ｃ６ａは、健全部１２ｂのエコー高さ積分値Ｓと、劣化損傷部１２ａのエコー高さ積分値Ｓとに基づいて予め導出された前記エコー高さ積分値Ｓの変化を特定する積分値変化曲線Ｄ＝ｆ（Ｓ）を記憶する。図８において、前記積分値変化曲線Ｄ＝ｆ（Ｓ）は、実験等により測定された実験結果に基づいて、予め測定され、記憶されている。
Ｃ６ｂ：劣化閾値記憶手段
劣化閾値記憶手段Ｃ６ｂは、被検査対象のＦＲＰライニング１２の劣化を、検査者に告知して、補修や交換を促すか否かを判別するための劣化閾値Ｄ１を記憶する。前記劣化閾値Ｄ１は、被検査材料１２の安全性や使用状況に応じて、任意の数値に設定可能である。
【００３２】
（実施例１のフローチャートの説明）
（劣化損傷評価処理の説明）
図９は本発明の実施例１の劣化損傷評価システムにおける劣化損傷評価処理のフローチャートである。
図９のフローチャートの各ＳＴ（ステップ）の処理は、前記情報処理装置ＰＣの本体Ｈ１のＲＯＭに記憶された劣化損傷評価プログラムＡＰ１に従って行われる。また、この処理は情報処理装置ＰＣの他の各種処理と並行して実行される。
図９に示す劣化損傷評価処理は劣化損傷評価プログラムＡＰ１の起動により開始される。
【００３３】
図９のＳＴ１において、情報処理装置ＰＣの入力装置３、４による入力により、探触子２による被検査材料１２の検査開始の入力がされたか否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ２に進み、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１を繰り返す。
ＳＴ２において、超音波の送信周波数ｆinを測定周波数範囲ｆＬ〜ｆＨの下限値ｆＬに設定する。そして、ＳＴ３に進む。
ＳＴ３において、振動子（４〜６）を振動させて、超音波を被検査材料１２内に伝搬させ、底面からの反射波である底面エコーを測定する。そして、ＳＴ４に進む。
ＳＴ４において、底面エコーの最大振幅をエコー高さの測定値Ａ（ｆin）として検出する。そして、ＳＴ５に進む。
【００３４】
ＳＴ５において、送信周波数ｆinは、測定周波数範囲ｆＬ〜ｆＨの上限値ｆＨであるか否かを判別する。ノー（Ｎ）の場合はＳＴ６に進み、イエス（Ｙ）の場合はＳＴ７に進む。
ＳＴ６において、送信周波数ｆinを、現在の周波数から上限値ｆＨ側に変化させる。すなわち、実施例１では、送信周波数ｆinを１ＭＨｚ高くする。そして、ＳＴ３に進む。
【００３５】
ＳＴ７において、前記式（１）に基づいて、エコー高さ積分値Ｓ＝Ｃ∫Ａ（ｆin）ｄｆinを導出する。実施例１では、Ｓ＝Ｃ・｛Ａ（ｆＬ）＋・・・＋Ａ（ｆＨ）｝で近似して、エコー高さ積分値Ｓを導出する。そして、ＳＴ８に進む。
ＳＴ８において、エコー高さ積分値Ｓと、積分値変化曲線Ｄ＝ｆ（Ｓ）から、劣化損傷量Ｄを演算する。そして、ＳＴ９に進む。
ＳＴ９において、劣化損傷量Ｄと劣化閾値Ｄ１とに基づいて、被検査材料であるＦＲＰライニング１２の劣化の評価を行う。そして、ＳＴ１０に進む。
ＳＴ１０において、劣化損傷量Ｄと、劣化の評価結果を、ディスプレイＨ２に表示する。そして、ＳＴ１に戻る。
【００３６】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の劣化損傷評価システムＳ０では、探触子２から発振された超音波が被検査材料１２中を伝搬して、底面で反射した底面エコーのエコー高さを測定する。そして、発振される超音波の発信周波数ｆinを測定周波数範囲ｆＬ〜ｆＨの間で変化させて、そのときのエコー高さをそれぞれ測定する。このとき、超音波が被検査材料１２中で減衰したり吸収され、送信周波数ｆinが高くなればなるほど減衰等されやすくなって、エコー高さが小さくなる。また、超音波が、経時劣化により材質が変化したり、クリープが発生した劣化損傷部１２ａを通過すると、健全部１２ｂとは減衰率が異なるため、エコー高さが変化する。
【００３７】
測定されたエコー高さは、測定周波数範囲ｆＬ〜ｆＨで積分されて、エコー高さ積分値Ｓが算出される。算出されたエコー高さ積分値Ｓは、予め算出されている積分値変化曲線Ｄ＝ｆ（Ｓ）に基づいて、劣化損傷量Ｄが導出される。そして、導出された劣化損傷量Ｄと、劣化閾値Ｄ１とを比較することで、被検査材料１２の劣化損傷量Ｄが、補修や交換が必要な状態か否かが判別される。
【００３８】
（実験）
図１０は、実施例１の実験例の実験結果の説明図であり、図１０Ａは実験例１の実験結果のグラフ、図１０Ｂは実験例２の実験結果のグラフ、図１０Ｃは実験例３の実験結果のグラフ、図１０Ｄは実験例４の実験結果のグラフ、図１０Ｅは実験例５の実験結果のグラフ、図１０Ｆは実験例６の実験結果のグラフである。
次に、被検査試料としてのＦＲＰライニング１２の損傷検出を目的とする実験を行った。実験は、実施例１の構成を使用して行った。このとき、探触子２は、ジャパンプローブ（株）製５Ｃ６Ｎ（周波数５ＭＨｚ、振動子径６ｍｍ）を使用し、探触子２は、２００ｇの重りで一定加重をかけて被検査材料１２に押し当てた。
なお、実験では、ＦＲＰライニング１２の一部を硫酸に浸漬して劣化損傷部１２ａを形成し、浸漬されていない非浸漬部により構成された健全部１２ｂと、を有する被検査材料を使用した。そして、各被検査材料において、劣化損傷部１２ａと健全部１２ｂとを複数箇所で測定して、その平均値をグラフにプロットした。
【００３９】
（実験例１）
実験例１では、試料として、マトリクス（母材）にエポキシ樹脂を使用し、構成がチョップドストランドマット（短いガラス繊維を無方向に分散させて作成したマット）と、サーフェサー（表面を保護するためのマット）と、の二層構造のＦＲＰライニングを使用した。ライニング厚さは１５６０μｍで、硫酸への浸漬時間が８０℃で２２０時間とした。このときの、ＦＲＰライニング１２内部への硫黄の浸入深さ、すなわち、劣化損傷量Ｄが、９４０μｍであった。実験結果を図１０Ａに示す。
（実験例２）
実験例２では、試料として、実験例１のマットを使用せずにサーフェサーのみを使用した構造のものを使用した。ライニング厚さは９８０μｍで、硫酸への浸漬時間が８０℃で４００時間とした。このときの、ＦＲＰライニング１２内部への硫黄の浸入深さ、すなわち、劣化損傷量Ｄが、７２０μｍであった。実験結果を図１０Ｂに示す。
【００４０】
（実験例３）
実験例３では、実験例１と同様の構成の試料を使用した。ライニング厚さは１６７０μｍで、硫酸への浸漬時間が８０℃で４００時間とした。このときの、ＦＲＰライニング１２内部への硫黄の浸入深さ、すなわち、劣化損傷量Ｄが、７５０μｍであった。実験結果を図１０Ｃに示す。
（実験例４）
実験例４では、実験例１と同様の構成の試料を使用した。ライニング厚さは１６８０μｍで、硫酸への浸漬時間が８０℃で９３０時間とした。このときの、ＦＲＰライニング１２内部への硫黄の浸入深さ、すなわち、劣化損傷量Ｄが、１６６０μｍであった。実験結果を図１０Ｄに示す。
【００４１】
（実験例５）
実験例５では、実験例１と同様の構成の試料を使用した。ライニング厚さは２２００μｍで、硫酸への浸漬時間が８０℃で２０００時間とした。このときの、ＦＲＰライニング１２内部への硫黄の浸入深さ、すなわち、劣化損傷量Ｄが、２２００μｍであった。実験結果を図１０Ｅに示す。
（実験例６）
実験例６では、実験例２と同様の構成の試料を使用した。ライニング厚さは１２６０μｍで、硫酸への浸漬時間が８０℃で９３０時間とした。このときの、ＦＲＰライニング１２内部への硫黄の浸入深さ、すなわち、劣化損傷量Ｄが、１１３０μｍであった。実験結果を図１０Ｆに示す。
【００４２】
図１１は、実験例１〜６のデータを整理したグラフであり、横軸に浸入深さをとり縦軸にエコー高さ積分値を取ったグラフである。
図１０、図１１において、前記実験例１〜６から、健全部１２ｂに対して、劣化損傷部１２ａのエコー高さが小さくなり、面積であるエコー高さ積分値Ｓは結果として大きくなることが確認された。すなわち、硫黄の浸入によりＦＲＰが劣化した部分におけるエコー高さが、硫黄の浸入がなく劣化していない部分に比べて、低くなっている。このとき、各周波数成分におけるエコー高さの差やスペクトルに基づいて判別しようとすると、実験誤差や不純物、試料の個体差等により判別が困難な場合もある。しかし、エコー高さ積分値Ｓを使用することで、ばらつきが小さくなり、確実且つ精度良く健全部１２ｂと劣化損傷部１２ａとの判別が可能となる。
【００４３】
また、図１１において、エコー高さ積分値Ｓと劣化損傷量（浸入深さ）Ｄとの関係である積分値変化曲線Ｓ＝ｆ-1（Ｄ）（Ｄ＝ｆ（Ｓ）の逆関数）に示すように、浸入深さＤとエコー高さ積分値Ｓとの間には、一定の相関関係が見られる。したがって、予め測定しておいた積分値変化曲線Ｓ＝ｆ-1（Ｄ）と、被検査材料１２から測定されたエコー高さ積分値Ｓとから、被検査材料１２の劣化損傷量Ｄが測定できる。
したがって、実施例１の劣化損傷評価システムＳ０では、底面エコーの高さを計測して、エコー高さの周波数で積分したエコー高さ積分値Ｓを計算することで、劣化損傷量Ｄを計測でき、劣化閾値Ｄ１と比較することで、評価を行うことができ、被検査材料１２の安全性に寄与できる。また、実施例１では、底面エコーの比を使用するのではなく、底面エコーの周波数依存特性のみが観測できれば良く、底面エコーの測定は一度で済ませることができる。
【００４４】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ05）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例において、測定周波数範囲や周波数帯域、ＦＲＰライニングの材料や厚さ、層構造等の具体的な数値や材質等は、例示したものに限定されず、対象とする被検査材料の材質、形状等に応じて、適宜変更可能である。
（Ｈ02）前記実施例において、帯域フィルタは、設けることが望ましいが、省略することも可能である。
【００４５】
（Ｈ03）前記実施例において、積分値変化曲線Ｄと劣化閾値Ｄ１とを使用して、エコー高さ積分値Ｓに基づいて、評価を行ったが、評価方法はこの方法に限定されず、任意の方法とすることが可能である。例えば、閾値以上であるか否かのみを知りたい場合には、劣化閾値Ｄ１に対応するエコー高さ積分値Ｓの閾値Ｓ１を予め導出し、この閾値Ｓ１のみを記憶しておくことで、測定されたエコー高さ積分値Ｓと、閾値Ｓ１とを比較することで評価することも可能である。すなわち、積分値変化曲線Ｄと劣化閾値Ｄ１と記憶せずに評価することも可能である。
（Ｈ04）前記実施例において、ＦＲＰを硫酸に浸漬した場合を例示したが、これに限定されず、ＦＲＰ以外の樹脂や金属の被検査材料や、被検査材料が使用される環境（温度、湿度や腐食性のガスや液体、紫外線に曝される）における劣化損傷の評価にも適用可能である。
【００４６】
図１２は本発明の実施例１の変更例の説明図である。
（Ｈ05）前記実施例において、エコー高さ積分値Ｓを算出する際に、０［ｄＢ］を基準として積分をしたが、これに限定されず、図１２に示すように、健全部１２ｂのエコー高さＡ（ｆin）と、劣化損傷部１２aのエコー高さＡ（ｆin）′との差の領域Ｓｄの面積を積分で算出して、評価に使用することも可能である。すなわち、基準を、健全部１２ｂで観測される曲線とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１の超音波による劣化損傷評価システムの説明図である。
【図２】本発明の実施例１の劣化損傷評価システムの制御部のブロック線図である。
【図３】実施例１の探触子を励振するために入力される電気信号の一例としての矩形パルスの説明図である。
【図４】実施例１の帯域フィルタの説明図である。
【図５】実施例１のエコー高さの説明図であり、エコー高さの典型的な一例の説明図である。
【図６】実施例１のエコー高さ積分の説明図であり、健全部のエコー高さ積分の説明図である。
【図７】実施例１のエコー高さ積分の説明図であり、劣化損傷部のエコー高さ積分の説明図である。
【図８】実施例１の積分値変化曲線の説明図である。
【図９】本発明の実施例１の劣化損傷評価システムにおける劣化損傷評価処理のフローチャートである。
【図１０】実施例１の実験例の実験結果の説明図であり、図１０Ａは実験例１の実験結果のグラフ、図１０Ｂは実験例２の実験結果のグラフ、図１０Ｃは実験例３の実験結果のグラフ、図１０Ｄは実験例４の実験結果のグラフ、図１０Ｅは実験例５の実験結果のグラフ、図１０Ｆは実験例６の実験結果のグラフである。
【図１１】実験例１〜６のデータを整理したグラフであり、横軸に浸入深さをとり縦軸にエコー高さ積分値を取ったグラフである。
【図１２】本発明の実施例１の変更例の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…信号線
２…探触子
３…吸音材
４…第１の電極
４〜６…振動子
５…エレメント
６…第２の電極
１１…コンクリート材
１２ｂ…健全部
１２ａ…劣化損傷部
１２ｃ…界面
１２…被検査材料
１６…帯域フィルタ
ＡＰ１…劣化損傷評価プログラム
ＢＨ…上限
ＢＬ…下限
ＢＬ〜ＢＨ…周波数帯域
Ｃ１…超音波送信手段
Ｃ１ａ…測定周波数範囲記憶手段
Ｃ１ｂ…送信周波数制御手段
Ｃ２…フィルタ帯域制御手段
Ｃ３…エコー高さ検出手段
Ｃ４…検出エコー高さ記憶手段
Ｃ５…エコー高さ積分手段
Ｃ６…劣化損傷評価手段
Ｃ６ａ…積分値変化曲線記憶手段
Ｃ６ｂ…劣化閾値記憶手段
Ｃｂ…定数
Ｄ…積分値変化曲線
Ｄ…劣化損傷量
Ｄ１…劣化閾値
ｆＨ…上限値
ｆin…送信周波数
ｆＬ…下限値
ｆＬ〜ｆＨ…測定周波数範囲
Ｈ１…本体
Ｈ２…ディスプレイ
Ｈ３…キーボード
Ｈ３，Ｈ４…入力装置
Ｈ４…マウス
ＰＣ…情報処理装置
Ｓ…積分値変化曲線
Ｓ０…劣化損傷評価システム
Ｓ１…閾値
Ｓｄ…領域
Ｔ…周期
【図１】
0005142188.tif 000002
【図２】
0005142188.tif 000003
【図３】
0005142188.tif 000004
【図４】
0005142188.tif 000005
【図５】
0005142188.tif 000006
【図６】
0005142188.tif 000007
【図７】
0005142188.tif 000008
【図８】
0005142188.tif 000009
【図９】
0005142188.tif 000010
【図１０】
0005142188.tif 000011
【図１１】
0005142188.tif 000012
【図１２】
0005142188.tif 000013