特開 2024-166015 超音波探査方法及び超音波探査システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024166015

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】超音波探査方法及び超音波探査システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/48 20060101AFI20241121BHJP

   G01N 29/11 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

G01N29/48

G01N29/11

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023137372

(22)【出願日】2023-08-25

(31)【優先権主張番号】P 2023082072

(32)【優先日】2023-05-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和５年７月１７日－２０日に、Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ開催のＢＥＩ－２０２３にて発表（同ＢＥＩ－２０２３で発表された論文の予稿集配布は令和５年７月１日）

(71)【出願人】

【識別番号】304020177

【氏名又は名称】国立大学法人山口大学

(71)【出願人】

【識別番号】594179177

【氏名又は名称】株式会社エッチアンドビーシステム

(71)【出願人】

【識別番号】595059377

【氏名又は名称】株式会社日本ピーエス

(74)【代理人】

【識別番号】110003476

【氏名又は名称】弁理士法人瑛彩知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉武 勇

(72)【発明者】

【氏名】▲はま▼岡 弘二

(72)【発明者】

【氏名】原 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】木下 尚宜

(72)【発明者】

【氏名】福島 邦治

(72)【発明者】

【氏名】天谷 公彦

(72)【発明者】

【氏名】角田 貴也

(72)【発明者】

【氏名】山田 浩司

(72)【発明者】

【氏名】迫 美乃

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA10

2G047BA03

2G047BC03

2G047GG20

2G047GG28

2G047GG33

2G047GG38

(57)【要約】

【課題】従来の技術に比べて判断制度を向上させた超音波探査方法を提供する。
【解決手段】この超音波探査方法は、被検体内に超音波を放射する過程と、前記被検体内で反射する前記超音波の反射波を捕捉する過程と、該捕捉した反射波の振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程と、を含む。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波探査方法であって、
被検体内に探査部位で超音波を放射する過程と、
前記被検体内で反射する該超音波の反射波を探査用反射波として捕捉する過程と、
該捕捉した探査用反射波の振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程と、を含む超音波探査方法。

【請求項2】

前記捕捉した探査用反射波の振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程は、
前記捕捉した探査用反射波の時系列データから累積振幅値を求める過程と、
該累積振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程と、を含む、請求項１に記載の超音波探査方法。

【請求項3】

前記被検体内に基準部位で超音波を放射する過程と、
前記被検体内で伝播する該超音波帯域相当の弾性波を基準用弾性波として捕捉する過程と、
該捕捉した基準用弾性波の時系列データから累積振幅値を求める過程と、をさらに含み、
前記累積振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程において、前記探査用反射波に係る累積振幅値と前記基準用弾性波に係る累積振幅値とを比較して前記被検体の内部状態を判断することを含む、請求項２に記載の超音波探査方法。

【請求項4】

前記累積振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程は、
前記探査用反射波に係る累積振幅値及び前記基準用弾性波に係る累積振幅値からそれぞれの平均振幅値を算出し、これら平均振幅値を比較して前記被検体の内部状態を判断することを含む、請求項３に記載の超音波探査方法。

【請求項5】

前記累積振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程において、
前記探査用反射波に係る累積振幅値又は平均振幅値と前記基準用弾性波に係る累積振幅値又は平均振幅値との差分が所定の基準値よりも低い場合に、グラウトが充填されていると判断する、請求項３又は４に記載の超音波探査方法。

【請求項6】

前記被検体がコンクリート構造物であり、前記探査部位が、該コンクリート構造物に埋め込まれたシースを探査する位置に該当する、請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波探査方法。

【請求項7】

前記探査部位における超音波の放射開始から、前記シースの裏側部分で反射した反射波が捕らえられるまでの期間において、前記捕捉した探査用反射波の時系列データを積分し、前記累積振幅値を求める、請求項６に記載の超音波探査方法。

【請求項8】

超音波探査システムであって、
被検体内へ超音波を放射する発信子と、
前記被検体内で反射した前記超音波の反射波を捕捉する受信子と、
前記発信子から前記超音波を発生し、前記受信子から前記反射波の信号を入力するように構成された超音波装置と、
該超音波装置から前記反射波のデータを取得するコンピュータと、を含み、
前記コンピュータは、前記被検体の内部状態を判断するために前記反射波のデータから振幅値を算出するように構成される、超音波探査システム。

【請求項9】

前記コンピュータは、
前記超音波装置から前記反射波の時系列データを取得し、
該時系列データから累積振幅値を算出するように構成される、請求項８に記載の超音波探査システム。

【請求項10】

前記コンピュータは、さらに、前記算出した累積振幅値の平均振幅値を算出するように構成される、請求項９に記載の超音波探査システム。

【請求項11】

前記発信子と前記受信子とは、互いに接近又は接触させて前記被検体の所定の部位に配置される、請求項８～１０のいずれか１項に記載の超音波探査システム。

【請求項12】

コンピュータに、請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波探査方法の各過程を実行させる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波探査に関する。具体的には、例えば、コンクリート構造物内のグラウト充填状態の非破壊検査に適した超音波探査の方法とシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

高速道路や鉄道の橋梁などのコンクリート構造物は、予め応力を付与したプレストレストコンクリート（ＰＣ）構造物とされ、緊張したＰＣ鋼材を内部に通してある。ＰＣ鋼材は、コンクリートに埋設したシースを通して設置され、このシース内が、ＰＣ鋼材の密着と腐食防止のためにグラウト（セメントミルク）で充填される。

【0003】

シース内のグラウト充填状態が不十分であると、後年、ＰＣ鋼材に腐食・破断などの影響が出る可能性があるので、施工後にグラウト充填状態の検査を行う必要がある。グラウト充填状態の検査には非破壊検査を用いるのが好ましく、例えば特許文献１に開示されているような超音波探査方法が使用される。この超音波探査方法は、広帯域超音波法（ＷＵＴ：Wide-range Ultrasonic Testing）と呼ばれる方法で、図１に示すように、解析ソフトをインストールしてあるコンピュータ１と、超音波装置２と、超音波を発信する発信子（発信探触子）３と、反射波を受信する受信子（受信探触子）４と、を用いて、発信子３及び受信子４を被検体であるコンクリート構造物の表面に接触させて実施される。超音波装置２により発生された超音波が発信子３からコンクリート構造物内に放射され、コンクリート構造物内を弾性波として伝播する。そして、伝播中にシースで反射した反射波が受信子４で受信され、超音波装置２へ入力される。受信された反射波のデータが超音波装置２からコンピュータ１へ送られ、解析ソフトを実行するコンピュータ１において解析が行われる。

【0004】

図２に、この方法における探査工程に関して説明する図を示す。発信子３と受信子４（図中、受信子は×を付けて示す）は、コンクリート構造物の内部を通っているシースをなぞるように、コンクリート構造物の表面に当てられる。このとき、発信子３と受信子４とは、特許文献１の示唆によると、両探触子の間隔α（両探触子の中心と中心の間隔）をシースかぶりの２倍長程度（スターラップ間隔を基に決定）、具体的には３７５ｍｍ以上、好適には５００ｍｍ、に設定して配置される。この間隔αは、例えば図２（Ａ）に示すように、板状の間隔設定具５を発信子３と受信子４との間に組み入れることで設定される。また、シースをなぞるように発信子３及び受信子４を当てる構造物表面上の位置については、事前に、ポータブルの電磁波レーダ装置などを用いてコンクリート構造物の内部を走査することで、シースの通っている場所を探り当てておくことができるし、この事前走査で、なるべく鉄筋がかぶっていない場所を選んでおくことができる。

【0005】

探査工程では、間隔設定具５により例えば５００ｍｍの間隔αを設定してシースに対応する位置に発信子３と受信子４とを押し当て、図２（Ｂ）に示すように、構造物表面において位置Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ・・・の順に少しずつ位置をずらしながら、各位置で超音波発信／反射波受信／波形データ取得を繰り返していく。得られた波形データは、コンピュータ１でフーリエ変換などの周波数変換を経て周波数解析され、そのピーク周波数から各位置のグラウトの充填状態が判断される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１－２２７０７２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述の従来技術では、時系列で得られる反射波の生データをフーリエ変換して周波数解析し、ピーク周波数に基づいて充填状態を判断する。この判断は、グラウト充填が良好であれば周波数が低くなり、グラウト充填が不十分であると周波数が高くなる、というピーク周波数の特性に注目して実施される。しかし、実際の探査工程で得られた周波数データにおいて、ピーク周波数が１つだけはっきりと検出されれば判断が確実であるが、ピーク周波数が２つ以上検出されるグレーゾーン（判定困難）の発生が無視できない頻度で発生することがある。このグレーゾーンの発生を改善できる手法が望まれる。

【0008】

また、従来技術では、探触子間隔が上述のように広く、また、発信子及び受信子をずらしながら４点測定しているため、判定の結果は比較的広範囲の平均的なものとなる。したがって、例えば、シース内グラウトの充填と未充填の境界を判別することは困難である。これを解決すべく、ピンポイントでグラウトの充填状況の判定ができる手法が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は、上記課題を解決する構成や方法を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、被検体の内部を探査する超音波探査方法に関する。この超音波探査方法は、
被検体内に探査部位で超音波を放射する過程と、
被検体内で反射する該超音波の反射波を探査用反射波として捕捉する過程と、
捕捉した探査用反射波の振幅値に基づいて被検体の内部状態を判断する過程と、を含むことを特徴とする。

【0010】

この超音波探査方法の一態様を例示すると、
上記捕捉した探査用反射波の振幅値に基づいて被検体の内部状態を判断する過程は、
捕捉した探査用反射波の時系列データから累積振幅値を求める過程と、
累積振幅値に基づいて被検体の内部状態を判断する過程と、を含む。

【0011】

この超音波探査方法の一態様を例示すると、
被検体内に基準部位で超音波を放射する過程と、
被検体内で伝播する該超音波帯域相当の弾性波を基準用弾性波として捕捉する過程と、
捕捉した基準用弾性波の時系列データから累積振幅値を求める過程と、をさらに含み、
上記累積振幅値に基づいて被検体の内部状態を判断する過程において、探査用反射波に係る累積振幅値と基準用弾性波に係る累積振幅値とを比較して被検体の内部状態を判断することを含む。
なお、探査用反射波には、基準用弾性波に含まれている成分と同様の成分が含まれ得る。

【0012】

この超音波探査方法の一態様を例示すると、
上記累積振幅値に基づいて被検体の内部状態を判断する過程は、探査用反射波に係る累積振幅値及び基準用弾性波に係る累積振幅値からそれぞれの平均振幅値を算出し、これら平均振幅値を比較して被検体の内部状態を判断することを含む。

【0013】

本願は、被検体の内部を探査する超音波探査システムも開示する。この超音波探査システムは、
被検体内へ超音波を放射する発信子と、
被検体内で反射した該超音波の反射波を捕捉する受信子と、
発信子から超音波を発生し、受信子から反射波の信号を入力するように構成された超音波装置と、
超音波装置から反射波のデータを取得するコンピュータと、を含み、
コンピュータは、被検体の内部状態を判断するために反射波のデータから振幅値を算出するように構成される、ことを特徴とする。

【0014】

この超音波探査システムの一態様を例示すると、
コンピュータは、
超音波装置から反射波の時系列データを取得し、
時系列データから累積振幅値を算出するように構成される。

【0015】

この超音波探査システムの一態様を例示すると、
コンピュータは、さらに、算出した累積振幅値の平均振幅値を算出するように構成される。

【0016】

この超音波探査システムの一態様を例示すると、
発信子と受信子とは、互いに接近又は接触させて被検体の所定の部位に配置される。

【0017】

本願は、さらに、コンピュータにより実行されるプログラムも開示する。このプログラムは、コンピュータにおいて実行されることにより、該コンピュータに、上記超音波探査方法の各過程を実行させる。

【発明の効果】

【0018】

上記提案に係る方法及びシステムによれば、反射波のデータから得られる振幅値に基づいて被検体の内部状態を判断するようにしたことにより、周波数に基づく従来技術にあるグレーゾーンを排除することができ、判断精度が向上する。そして、特にシースを埋設したＰＣ桁において、ピンポイントでグラウトの充填状況の判定ができるようになり、充填と未充填の境界を判別できることとなる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】超音波探査システムの一例を示した図である。

【図2】従来技術に係る超音波探査方法を説明するための図である。

【図3】コンクリート内を伝播する弾性波の指向性を調べる実験装置を説明するための図である。

【図4】図３の実験装置を使用して得られた実験結果を説明するための図である。

【図5】本発明の超音波探査方法に係る探査工程の一実施例を説明する図である。

【図6】超音波の放射から反射波の受信に関し説明するための図である。

【図7】反射波の時系列データを例示する図である。

【図8】反射波の時系列データからの振幅値積分を説明するための図である。

【図9】発信子と受信子との間の探触子間隔について説明する図である。

【図10】探触子間隔と平均振幅値との関係を示す実験結果を説明する図である。

【図11】平均振幅値による内部状態判断の検証実験の結果を説明する図である。

【図12】平均振幅値による内部状態判断の別の検証実験の結果を説明する図である。

【図13】探査部位に係る平均振幅値と基準部位に係る平均振幅値との差分で平均振幅値の変化を示す図である。

【図14】図１２の実験をより細分化して行った結果の平均振幅値の変化について、図１３同様の平均振幅値の差分で示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を実施する形態に関し、具体的な実施例を例示して説明する。

【0021】

まず始めに、超音波を用いた探査工程に関し、コンクリート内を伝播する弾性波の指向性について説明する。この指向性を確かめるための検証実験では、まず、高さ４００ｍｍで断面半径２００ｍｍの半円柱形にしたモルタル製の供試体を準備した。供試体は、粗骨材による弾性波減衰の影響を低減するため、プレミックス材による水セメント比（Ｗ／Ｃ）３６．０％のモルタルを使用した。図３（Ａ）に示すように、半円柱供試体の平坦側面の中央部に超音波を放射する探触子である発信子（図中、「●」に「発」を付して示す）を固定し、弾性波を受信する受信探触子である受信子（図中、「■」で示す）を半円側面において円周方向に一列に並べて設定する。発信子から伝播する弾性波を各受信子で捕捉することで、一定の伝播距離（２００ｍｍ）における弾性波の指向性を確認することができる。ただし、広帯域超音波法に用いられる大径（例えば直径７６ｍｍ）の受信子を、半円側面の曲面に直接配置することは難しいことから、図３（Ｂ）に示すように、レーザードップラー振動計（Laser Doppler Velocimeter：ＬＤＶ）を受信子の代替として用い、半円側面の円周方向に位置をずらしながら測定を行い、このＬＤＶによる受信信号をオシロスコープに取り込んで解析した。本実験では、半円側面に対してＬＤＶの照射が垂直且つ一定距離となるように半円柱供試体を回転台座に設置し、指向角θを５°間隔として半円柱供試体を回転させながら、ＬＤＶから周波数帯域０．１～３００ｋＨｚのレーザーを照射し、指向角θ＝－５０°～＋５０°の範囲に伝播する弾性波を観測した。この観測では、データ数を１２００点、サンプリング周波数を１０ＭＨｚ、平均化回数１０２４回とするオシロスコープを用い、超音波装置から発信子への発信電圧印加時にトリガ信号を取り出すことで超音波発信と同期させている。同じ実験を、同形状にしたコンクリート製の半円柱供試体でも行った。これらの供試体を使用して得られたＬＤＶによる受信波の最大電圧値を図４に示す。

【0022】

モルタル製供試体の場合、指向角θ＝０°で電圧値が約１．９Ｖと最大値を示し、指向角θが０°から増減するにつれて急峻な勾配で電圧値は低下した。この結果は、発信子から放射されコンクリート中を伝播する弾性波が、直進的に強く伝播する指向性を有することを裏付けるものである。また、コンクリート製供試体の場合、電圧値は、指向角θが－１０°から１５°の範囲でおおよそ０．４Ｖであり、最大電圧値がモルタル製供試体の最大電圧値の２５％程度である。これは粗骨材が影響して弾性波が散乱、減衰したことが原因である。指向角θが－３０°から２５°の範囲より外側の電圧値はほぼ一定である一方、－３０°から２５°の範囲内では電圧値が上がっており、指向角θの－３０°から３０°の中にほぼ収まっていることから、モルタル製供試体の結果と合わせて、弾性波の直進性を裏付けるものと推察される。

【0023】

上記実験結果を踏まえ、図１に示す超音波探査システムの例における発信子３と受信子４の被検体表面上における配置を設定する。実験により検証された弾性波の指向性を考えれば、発信子３と受信子４とはできるだけ近接させた（直進に近くした）方が、より強く明確に反射波の波形を捕らえられるということが分かる。すなわち、図５（Ａ）に示すように、発信子３と受信子４とは、互いに接触させて探触子間隔αを最小にし、探査部位であるシース上の被検体表面に配置するのが適している。図５（Ｂ）に示す例のように、被検体であるコンクリート構造物の表面において、シース上の探査部位に発信子３と受信子４とを互い接触させて配置し、探査用の反射波を取得する。さらに、比較対象としてデータを取得する、シースの無い所の基準部位でも発信子３と受信子４とを互い接触させて配置し、コンクリート構造物内を伝播する基準用の弾性波を取得する。

【0024】

橋梁のＰＣ桁など、シースが埋め込まれているコンクリート構造物を被検体とし、内部状態としてそのシースのグラウト充填状態を判断するために本発明の超音波探査方法を利用する例では、判断に必要な反射波の時系列データの抽出期間として、図６に示すように、発信子３から伝播する弾性波がシース裏面で反射した反射波が受信子４で捕捉されるまでの時間ｔを選定すべきである。すなわち、発信子３から伝播する弾性波がＰＣ桁内部で反射して受信子４に捕捉される過程において、ＰＣ桁の端面からの反射波が含まれていないようにして確実にシースからの反射波を捕捉する、ということが好ましい。この時間ｔは、次の式１を用いて算出する。式中、Ｖは弾性波縦波伝播速度、αは探触子間隔、Ｃｄはかぶり厚（構造物表面からシース表面までの距離）、φはシースの直径である。なお、弾性波縦波伝播速度Ｖは、例えば、コンクリート構造物中の鉄筋及びシース配置箇所を避けながらコンクリート構造物の両側面に発信子３と受信子４を正対設置し、弾性波が伝播する時間と部材厚さから求めることができる。
［式１］

【0025】

図７に、超音波探査システムにより得られた反射波の時系列データの一例を示す。横軸が超音波放射開始からの時間、縦軸が振幅値（本例の場合は電圧値）である。この時系列データにおいて、式１により算出した時間ｔまでの振幅値を積分する。図８に、当該時系列データから一部波形を抜き出して示し、振幅値の積分につき説明する。

【0026】

サンプリング間隔をｄｔ（例えば０．１μｓ）とすると、Ａ点から次のＢ点までの１単位の振幅積分値Ｓ_Ａ－Ｂは、式２又は式２’で表される。式中、Ｖ_ＡはＡ点の振幅値、Ｖ_ＢはＢ点の振幅値である。
［式２］

［式２’］

式２の場合、正負が急激に変わる箇所に関し、Ｖ_ＡとＶ_Ｂが打ち消しあい、積分値の影響を小さくすることができる。一方、式２’の場合は、正負が急激に変わる箇所に関し、Ｖ_ＡとＶ_Ｂのそれぞれの絶対値を取ることで積分値の影響を大きめに評価することができる。

【0027】

式２又は式２’により、超音波放射開始から時間ｔの抽出期間における累積振幅値Ｓ_ＡＣＣ（ｍＶ・ｓｅｃ）は、次の式３で求められる。式中、ｄｔは０．１μｓである。Ｓ_{Ｎｊ－Ｎ（ｊ－０．１）}が上記の振幅積分値Ｓ_Ａ－Ｂに相当する。
［式３］

【0028】

累積振幅値Ｓ_ＡＣＣに基づいてグラウト充填状態を判断することも可能であるが、ここに開示する例では、一つの手法として、Ｓ_ＡＶＥ＝Ｓ_ＡＣＣ／ｔの式により、累積振幅値Ｓ_ＡＣＣから平均振幅値Ｓ_ＡＶＥ（ｍＶ）を算出して、グラウト充填状態の判断に使用する。

【0029】

平均振幅値Ｓ_ＡＶＥによりグラウト充填状態を判断するには、図５（Ｂ）に示すように、所定の探査部位としてシース上の探査部位に発信子３及び受信子４を配置し、超音波を放射してその反射波を探査用反射波として捕捉し、この探査用反射波の時系列データを取得すると共に、探査部位とは別の基準部位としてシースの無い基準部位に発信子３及び受信子４を配置し、同じ超音波を放射してコンクリート構造物内を伝播するその弾性波を基準用弾性波として捕捉し、この基準用弾性波の時系列データを取得する。そして、探査用反射波に係る時系列データから上記の計算を行って探査用反射波に係る平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ ＿Ｔ}を求めると共に、基準用弾性波に係る時系列データから上記の計算を行って基準用弾性波に係る平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｎ}を求め、両者を比較してその差分Δ（例えば絶対値とする）からグラウト充填状態を判断する。基準用弾性波に含まれているのと同様の成分が探査用反射波にも含まれ得ることから、差分Δをとることにより、シース反射波以外の成分の影響を低減することができる。なお、平均振幅値Ｓ_ＡＶＥを比較するとしているが、累積振幅値Ｓ_ＡＣＣを比較することでも判断は可能である。

【0030】

ここで、上述した弾性波の指向性に鑑みて、発信子３と受信子４との探触子間隔αの許容範囲を見出すため、探触子間隔αを変更して平均振幅値Ｓ_ＡＶＥを求める比較実験も行った。図９に示すように、発信子３と受信子４との探触子間隔αを、５００ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍ、９７ｍｍとして、それぞれで平均振幅値Ｓ_ＡＶＥを求めた。９７ｍｍの探触子間隔αは、この実験に使用した発信子３及び受信子４を互いに接触させたときの間隔で、探触子間隔αの最小値である。結果を図１０に示す。

【0031】

図１０では、横軸が平均振幅値Ｓ_ＡＶＥ、縦軸が探触子間隔αである。斜線付きグラフが基準部位で得られた平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｎ}、グレーの色付きグラフがグラウト充填シース上の探査部位で得られた平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}、白抜きのグラフがグラウト未充填シース上の探査部位で得られた平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}をそれぞれ示す。図１０から分かるとおり、探触子間隔αが１５０ｍｍ以下であれば、グラウト未充填シースに係る平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}が他に比べて判断に有意な差を示している。そして、探触子間隔αが９７ｍｍ、すなわち、発信子３と受信子４とを互いに接触させた場合に、平均振幅値Ｓ_ＡＶＥに最も差が現れ、グラウトの充填状況を判断するのに十分な情報が得られている。このことから、発信子３と受信子４との探触子間隔αは、互いに接近させて２００ｍｍより小さくし、好ましくは１５０ｍｍ以下とし、好適には両者を接触させて配置する。あるいは、可能であれば、発信子３と受信子４とを一体にした送受信一体型探触子とするのもよい。

【0032】

この平均振幅値Ｓ_ＡＶＥの比較による内部状態判断の確実性を検証するため、直径７４ｍｍのシースを用いたＰＣ桁において、探触子間隔α＝９７ｍｍにした発信子３及び受信子４を使用して、４箇所の探査を行った。すなわち、埋め込まれたシース上に４箇所の探査部位を決め、各探査部位においてグラウトを充填する前（グラウト未充填シース）とグラウトを充填して硬化した後（グラウト充填シース）の２回、そして、この探査部位近傍の図５（Ｂ）に示すようなシースが通っていない基準部位のそれぞれで、検証を実施した。

【0033】

検証の結果は図１１に示すとおりで、図中のＮｏ．１～Ｎｏ．４が４箇所の検証値である。いずれも、斜線付きグラフが基準部位で得られた平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｎ}、グレーの色付きグラフがグラウト充填シース上の探査部位で得られた平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}、白抜きのグラフがグラウト未充填シース上の探査部位で得られた平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}をそれぞれ示す。同じＰＣ桁内でもコンクリート／鉄筋／シースの状態に左右されて若干の平均振幅値Ｓ_ＡＶＥの差が部位に応じて出ることはある。しかしながら、シース上の探査部位の平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}と基準部位の平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｎ}とを比較して差分Δをみると、グラウト充填シースのＮｏ．１～Ｎｏ．４の平均差分Δが１５６３ｍＶであるのに比べ、グラウト未充填シースのＮｏ．１～Ｎｏ．４の平均差分Δは３４１０ｍＶと、明らかに大きい有意な差が出ている。このことより、指向性の高い弾性波伝播特性を活用した探触子の近接配置による超音波探査方法を利用して、シース上の探査部位とシースの無い基準部位とで平均振幅値の差分Δを調べれば、ＰＣ桁などのコンクリート構造物において内部状態を確実に推定できることがわかる。

【0034】

グラウトの充填不良の判断が確実にできることをさらに検証するため、人為的にグラウト充填不良を作った実験用のＰＣ桁を使用して広帯域超音波法で探査を行った。この実験に用いたＰＣ桁において、緊張ＰＣ鋼材を通したシースは、図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示しているように、ハッシュの塗りつぶしで表すグラウト充填部分以外にはグラウトが充填されていない（斜め上方へ抜けている部分）。当該実験用ＰＣ桁では、桁中央からグラウト注入し、桁端から１０．９０２ｍの位置に排出孔を設けてグラウト充填不良シースを作製した。

【0035】

本実験においても、図１２（Ａ）に示すとおり、シースをなぞる探査部位とシースの無い部分の基準部位とにおいて、上述した実験と同じように探触子間隔α＝９７ｍｍにした発信子３及び受信子４を使用して超音波探査方法を実行した。実験した箇所は、図１２（Ｂ）に１～７の番号で示す７箇所である。なお、シース内のグラウト充填が始まる位置は桁端からおおよそ１１．０ｍ（６番の辺り）であった。

【0036】

シース上の探査部位とシースの無い基準部位とにおける平均振幅値Ｓ_ＡＶＥの変化を図１２（Ｃ）に示す。図１２（Ｃ）のグラフにおいて、横軸は図１２（Ｂ）に示す探査箇所の番号１～７であり、「○」がシース上の探査部位の平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}、「□」が基準部位の平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｎ}である。基準部位に関しては、若干の変化は見られるものの、平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｎ}は一定と見なして良い程度の値で推移している。一方、探査部位のシース上の平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}を見ると、１番～５番のグラウト未充填箇所に関しては平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}に急激な変化は見られないが、５番から６番にかけて、つまりグラウト未充填箇所からグラウト充填箇所にかけては、平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}が６５７ｍＶ下降するという急激な変化を示しており、その後、６番～７番のグラウト充填箇所において平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}は、基準部位の平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｎ}と同等のレベルで推移する。この結果により、シース中のグラウト充填状態に変化があればシース上の探査部位の平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}に変化が現れ、基準部位の平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｎ}と比較することでその急変を追跡することが可能であることが分かる。

【0037】

この平均振幅値Ｓ_ＡＶＥの変化について、さらに、探査部位に係る平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｔ}と基準部位に係る平均振幅値Ｓ_{ＡＶＥ＿Ｎ}との差分Δで図１３にグラフにして示す。図中、横軸が図１２（Ｂ）に示す探査箇所の番号１～７であり、縦軸を平均振幅値Ｓ_ＡＶＥの差分Δにしてある。

【0038】

図１３から明らかなとおり、５番から６番にかけて差分Δが８１０ｍＶ（絶対値）の急落を示しており、その他の番号と比べて明瞭な違いを生じている。この差分Δの有意な変化を見れば、グラウトの未充填－充填の状態を判断できることが明らかである。そこで、さらに細かく検証すべく、実験に用いたＰＣ桁において、図１４（Ａ）に示すように５番～６番の周辺を細分して超音波探査を行ってみた。

【0039】

図１４（Ａ）の実験では、４番と５番の間に４．５番、５番と６番の間に５．５番、そして６番と７番の間に６．５番をそれぞれ設け、４番～７番について上記同様に超音波探査した。結果は図１４（Ｂ）に示すとおりで、図中、横軸が図１４（Ａ）に示す探査箇所の番号４．５～７であり、縦軸は平均振幅値Ｓ_ＡＶＥの差分Δである。５．５番と６番との間でやはり顕著な変化が平均振幅値Ｓ_ＡＶＥの差分Δに現れており、グラウトの充填／未充填を判断するのに有意な変化を示している。この結果から、１番～５．５番がグラウト未充填、６番～７番はグラウト充填、と判断することができる。この判定は、実験に使用したＰＣ桁の仕様とほぼ一致した。

【0040】

上記実施例においては、反射波時系列データの時間ｔに係る波形全域の振幅値を積分する（図７）ことを例示した。この時間ｔの期間おける振幅値を積分して累積振幅値Ｓ_ＡＣＣとすることは精度的に適切であるが、他にも、波形にある振幅ピークの振幅値を加算して累積振幅値とすることや、起点から一定の間隔で飛び飛びに振幅値を取得して加算することで累積振幅値とすることも可能である。また、これらから平均振幅値を得ることも当然できる。つまり、どのような取得方式であれ、反射波の振幅値に基づいて被検体の内部状態を判断することが可能である。

【0041】

ここに開示した累積振幅値、特に平均振幅値に基づいた超音波探査方法によりグラウト充填状態の判断を行う工程は、例えば次のようになる。

【0042】

図１に示すように、解析ソフトをインストールしてあるコンピュータ１と、超音波装置２と、超音波を発信する発信子３と、反射波を受信する受信子４と、を用いる。発信子３及び受信子４は、被検体であるコンクリート構造物の表面に、探触子間隔αを２００ｍｍより小さく、好ましくは１５０ｍｍ以下に設定して、あるいは、発信子３と受信子４とを互いに接触させて配置する。配置する位置は、図５などに示すとおり、構造物内のシースをなぞる探査部位と、シースの無い基準部位と、である。シースをなぞるように発信子３及び受信子４を当てる探査部位については、事前に、ポータブルの電磁波レーダ装置などを用いてコンクリート構造物の内部を探査することで、シースの通っている場所を探り当てておくことができるし、この事前探査で、探査部位及び基準部位の両方でなるべく鉄筋がかぶっていない場所を選んでおくことができる。

【0043】

超音波装置２により発生された超音波が発信子３からコンクリート構造物内に放射され、コンクリート構造物内を弾性波として伝播する。そして、探査用反射波及び基準用弾性波が受信子４で受信され、超音波装置２へ入力される。受信された探査用反射波及び基準用弾性波の時系列データが超音波装置２からコンピュータ１へ送られ、解析ソフトを実行するコンピュータ１において、探査用反射波に係る累積振幅値Ｓ_ＡＣＣと基準用弾性波に係る累積振幅値Ｓ_ＡＣＣとが求められ、そしてこれら累積振幅値Ｓ_ＡＣＣからそれぞれの平均振幅値Ｓ_ＡＶＥが算出され、その差分によって解析が行われる。

【0044】

上述した平均振幅値Ｓ_ＡＶＥの差分Δに基づいてグラウトの状態を判断する例の場合、所定の基準値に対し差分Δが低くなるかどうか見ることでも判断可能である。図１３～図１４の例で説明すると、判断の基準値として例えば２５０ｍＶをコンピュータの記憶装置等に記憶しておき、算出された差分Δが基準値２５０ｍＶより低くなる所を見れば、６番、７番が該当するので、６番以降がグラウト充填状態と判断することができる。図の例では平均振幅値Ｓ_ＡＶＥの差分Δで示しているが、累積振幅値Ｓ_ＡＣＣの差分でも判断を行うことができる。

【0045】

また、他にも、上述の実験結果を踏まえると、差分Δが最小値となった箇所を充填と判断するグラウト充填状態の判断も可能である。さらには、隣の探査箇所の差分Δの値からの落差が大きく且つ差分Δが小さい値の箇所をグラウト充填状態の境部分と判断することも可能である。この２段階判断を行う場合、例えば、判断の基準値を少なくとも２つ設定する。図１３の例でより具体的に例示すると、第１の基準値（差分小の判断基準）として２５０ｍＶ、第２の基準値（落差の判断基準）として７００ｍＶを設定する（例えば絶対値として）。図１３において、第１の基準値２５０ｍＶより低い差分Δをもつのが１番、６番、７番である（差分Δの値が小さい）。一方、１番→２番の差分Δの値の落差は４４０ｍＶ－１３０ｍＶ＝３１０ｍＶで第２の基準値７００ｍＶには到達していないが、５番→６番の差分Δの値の落差は７８１ｍＶ＋２９ｍＶ＝８１０ｍＶで第２の基準値７００ｍＶを越えている（落差が大きい）。したがって、５番→６番、もしくは６番を、グラウト充填状態の境部分（この場合は未充填→充填）と判断できる。

【0046】

以上説明した実施の形態には、次に述べる超音波探査方法、超音波探査システム、そして超音波探査方法をコンピュータに実行させるプログラムが含まれている。
［１］超音波探査方法であって、
被検体内に探査部位で超音波を放射する過程と、
前記被検体内で反射する該超音波の反射波を探査用反射波として捕捉する過程と、
該捕捉した探査用反射波の振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程と、を含む超音波探査方法。
［２］上記［１］の超音波探査方法において、
前記捕捉した探査用反射波の振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程は、
前記捕捉した探査用反射波の時系列データから累積振幅値を求める過程と、
該累積振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程と、を含む。
［３］上記［２］の超音波探査方法において、
前記被検体内に基準部位で超音波を放射する過程と、
前記被検体内で伝播する該超音波帯域相当の弾性波を基準用弾性波として捕捉する過程と、
該捕捉した基準用弾性波の時系列データから累積振幅値を求める過程と、をさらに含み、
前記累積振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程において、前記探査用反射波に係る累積振幅値と前記基準用弾性波に係る累積振幅値とを比較して前記被検体の内部状態を判断することを含む。
［４］上記［３］の超音波探査方法において、
前記累積振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程は、
前記探査用反射波に係る累積振幅値及び前記基準用弾性波に係る累積振幅値からそれぞれの平均振幅値を算出し、これら平均振幅値を比較して前記被検体の内部状態を判断することを含む。
［５］上記［３］又は［４］の超音波探査方法において、
前記累積振幅値に基づいて前記被検体の内部状態を判断する過程では、
前記探査用反射波に係る累積振幅値又は平均振幅値と前記基準用弾性波に係る累積振幅値又は平均振幅値との差分が所定の基準値よりも低い場合に、グラウトが充填されていると判断する。
［６］上記［１］～［５］のいずれかの超音波探査方法において、
前記被検体がコンクリート構造物であり、前記探査用部位が、該コンクリート構造物に埋め込まれたシースを探査する位置に該当する。
［７］上記［６］の超音波探査方法において、
前記探査部位における超音波の放射開始から、前記シースの裏側部分で反射した反射波が捕らえられるまでの期間において、前記捕捉した探査用反射波の時系列データを積分し、前記累積振幅値を求める。
［８］超音波探査システムであって、
被検体内へ超音波を放射する発信子（３）と、
前記被検体内で反射した前記超音波の反射波を捕捉する受信子（４）と、
前記発信子から前記超音波を発生し、前記受信子から前記反射波の信号を入力するように構成された超音波装置（２）と、
該超音波装置から前記反射波のデータを取得するコンピュータ（１）と、を含み、
前記コンピュータは、前記反射波のデータから振幅値を算出するように構成される、超音波探査システム。
［９］上記［８］の超音波探査システムにおいて、
前記コンピュータは、
前記超音波装置から前記反射波の時系列データを取得し、
該時系列データから累積振幅値を算出するように構成される。
［１０］上記［９］の超音波探査システムにおいて、
前記コンピュータは、さらに、前記算出した累積振幅値の平均振幅値を算出するように構成される。
［１１］上記［８］～［１０］のいずれかの超音波探査システムにおいて、
前記発信子と前記受信子とは、互いに接近又は接触させて前記被検体の所定の部位に配置される。
［１２］コンピュータに、上記［１］～［７］のいずれかの超音波探査方法の各過程を実行させる、プログラム。

【0047】

上記実施例を例示して説明した実施の形態によれば、ピーク周波数を求めて判断する従来の手法とは異なる手法、すなわち、反射波から得られる振幅値、特に、反射波の時系列データから得られる累積振幅値又はその平均振幅値に基づいて、被検体の内部状態を判断する手法としたことにより、従来技術の課題であったグレーゾーンが解消し、判断精度が向上する。そして、特にシースを埋設したＰＣ桁において、ピンポイントでグラウトの充填状況の判定ができるようになり、充填と未充填の境界を判別できることとなる。

【0048】

以上、本発明に関し、いくつかの実施例を示し説明した。しかし、当該実施例以外にも、以上の説明で理解される本発明の思想に基づいて種々の実施形態を想到し得る。

【符号の説明】

【0049】

１ コンピュータ
２ 超音波装置
３ 発信子（発信探触子）
４ 受信子（受信探触子）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】