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従来困難だったコンクリート内部の3D可視化に成功~周波数自動可変型超音波技術で老朽化インフラ点検に革新~

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2026-01-28 東北大学

東北大学大学院工学研究科の研究グループは、コンクリート内部の欠陥を3次元で可視化できる新しい超音波計測技術を開発しました。コンクリートは超音波の減衰が大きく、従来の超音波フェーズドアレイ装置では内部欠陥の検出が困難でした。本研究では、圧電探触子による送信とレーザ受信を組み合わせた独自の3次元超音波映像法PLUSを発展させ、検査対象に応じて最適な周波数を自動選択する広帯域送受信機構を導入した「周波数自動可変型PLUS」を開発しました。これにより、多様なコンクリート内部欠陥を高精度に3次元映像化することに成功しました。本技術は、トンネルや橋梁、高速道路など老朽化が進むインフラの非破壊検査を高度化し、安全性と信頼性の向上に大きく貢献することが期待されます。本成果は応用物理学分野の国際誌 Applied Physics Letters に掲載されました。

従来困難だったコンクリート内部の3D可視化に成功~周波数自動可変型超音波技術で老朽化インフラ点検に革新~
図1.老朽化コンクリートインフラ(トンネル、橋梁、高速道路など)で問題となる内部欠陥(剥離)を本研究で開発した3次元超音波映像法PLUS(左)で映像化した結果(右)

<関連情報>

高減衰材料用の自動周波数適応型3D超音波フェーズドアレイイメージングシステム
Auto-frequency-adaptive 3D ultrasonic phased-array imaging system for highly attenuative materials

Yuto Fujikawa;Yoshikazu Ohara;Timothy J. Ulrich
Applied Physics Letters  Published:January 27 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0291949

In this paper, we propose an auto-frequency-adaptive three-dimensional (3D) ultrasonic phased-array system for visualizing internal defects in concrete. Given the high attenuation and diversity of aging concrete structures, we use a piezoelectric and laser ultrasonic system combining broadband ultrasonic transmission (up to several hundred kHz) with two-dimensional scanning reception using a laser Doppler vibrometer (LDV). This system, originally developed for imaging less attenuative metallic samples, is adapted here for highly attenuative materials like concrete. During the propagation of ultrasonic waves in highly attenuative materials, such as concrete, the high-frequency components of a broadband incident wave are preferably attenuated. As a result, the frequency components of the surviving wave change depending on the attenuation of materials. Although the remaining frequency changes depending on concrete structures, the LDV with a broad reception bandwidth can receive such waves regardless of the degree of attenuation. This enables the automatic frequency adaptation in 3D imaging. After confirming the broadband transmission, we demonstrate the 3D imaging capabilities for different attenuative materials (i.e., mortar with delamination and carbon fiber-reinforced concrete with a slit). The proposed method would be useful for improving the maintenance management of aging concrete structures with unknown ultrasonic attenuation.

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