JP2009156694A - Measurement method and device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of heightening accuracy of ultrasonic sensor measurement. <P>SOLUTION: The first acquisition part 52 acquires as a reference signal 206, a pulsed chirp signal to be transmitted from a transmission sensor 14. The second acquisition part 54 acquires as a reception signal 204, the pulsed chirp signal received by a reception sensor 18 via a measuring object 16 installed between the transmission sensor 14 and the reception sensor 18 after being transmitted from the transmission sensor 14. A measuring part 56 measures a distance of the measuring object 16 from the transmission sensor 14 to the reception sensor 18 based on a difference between a peak position of the pulsed chirp signal acquired by the first acquisition part 52 and a peak position of the pulsed chirp signal acquired by the second acquisition part 54. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、計測技術に関し、特に測定物の距離を測定する計測方法および装置に関する。   The present invention relates to a measurement technique, and more particularly to a measurement method and apparatus for measuring a distance of a measurement object.

近年、自動化が進んだ工業製品に代表される様々な分野で超音波センサが用いられている。例を挙げれば、ガラス等の透明体検出、ポンプ等の監視診断装置、超音波距離計、AE(Acoustic Emission)エネルギーの検出によるバイト・ドリルの損傷事前検知と、その応用は活発であり、適用範囲も広い(例えば、非特許文献1、2参照)。このように、AEを含めた広義での超音波センサ計測技術は今後の発展と適用範囲のさらなる拡大が期待されている。中でも、構造物等に対する厚さ計測は、製造時や保守検査時ともに極めて重要な項目である(例えば、非特許文献1参照)。また、高度経済成長期に建設された多くの構造物に対する寿命予測や保守検査の必要性が高まってきており、厚さ計測技術は今後ますますその重要性を増してくるものと考えられる(例えば、非特許文献3参照)。   In recent years, ultrasonic sensors have been used in various fields represented by industrial products that have been automated. For example, the detection of transparent objects such as glass, monitoring and diagnosis equipment such as pumps, ultrasonic distance meters, pre-detection of damage to bite drills by detecting AE (Acoustic Emission) energy, and its applications are active, The range is also wide (for example, refer nonpatent literatures 1 and 2). As described above, the ultrasonic sensor measurement technology in a broad sense including AE is expected to be further developed and further expanded in application range. In particular, thickness measurement for structures and the like is an extremely important item both during manufacturing and during maintenance inspection (see, for example, Non-Patent Document 1). In addition, the need for life prediction and maintenance inspection for many structures constructed during the period of high economic growth is increasing, and thickness measurement technology is expected to become increasingly important in the future (for example, Non-Patent Document 3).

そのような中にあって、現在、超音波センサを用いた厚さ計測は、矩形パルス波を送信しそのエコーを受信するとともに、送受信信号間での伝播遅延時間を測定するというような原理に基づいた計測方式(以後、一般方式と称する)が主流として用いられている(例えば、非特許文献4、5参照)。しかしながら、一般方式においては、計測に使用するための送受信信号から得る情報量が少ないことに起因して、雑音の影響による誤差や閾値設定等の問題から高い計測精度が得られないことが指摘されている(例えば、非特許文献1、5参照)。一方、周波数の異なる2つのバースト波を送信し、これに対応する2つの受信信号の位相検出に基づいた超音波距離計測法が一部で提案され、その有効性が報告されている例えば、非特許文献5参照)。   Under such circumstances, thickness measurement using an ultrasonic sensor is currently based on the principle of transmitting a rectangular pulse wave and receiving its echo and measuring the propagation delay time between transmitted and received signals. A measurement method based on this (hereinafter referred to as a general method) is used as a mainstream (see, for example, Non-Patent Documents 4 and 5). However, it is pointed out that in general methods, high measurement accuracy cannot be obtained due to errors such as noise and threshold setting due to the small amount of information obtained from transmission / reception signals used for measurement. (For example, see Non-Patent Documents 1 and 5). On the other hand, the ultrasonic distance measurement method based on the phase detection of the two received signals corresponding to the two transmitted burst waves with different frequencies has been proposed and its effectiveness has been reported. (See Patent Document 5).

ところで、精密計測レーダ技術の分野に視点を向けると、レーダ計測における目標距離計測の精度向上を目的にチャープパルス方式が広く用いられてきている(例えば、非特許文献6参照)。このチャープパルス方式とはチャープ波、すなわち周波数掃引波として特徴を持たせたパルス信号を送受信し、送受信信号それぞれに対してパルス圧縮処理を適用することによって計測分解能を向上させるものである(例えば、非特許文献6参照)。さらには、時間領域MUSIC法を適用することで距離計測精度をさらに向上させようとする試みも一部において、実機レベルでの検討が行われている(例えば、非特許文献7参照)。   By the way, when focusing on the field of precision measurement radar technology, the chirp pulse method has been widely used for the purpose of improving the accuracy of target distance measurement in radar measurement (for example, see Non-Patent Document 6). The chirp pulse method is a method of transmitting and receiving a chirp wave, that is, a pulse signal characterized as a frequency sweep wave, and improving measurement resolution by applying a pulse compression process to each of the transmitted and received signals (for example, Non-patent document 6). Furthermore, some attempts to further improve the distance measurement accuracy by applying the time domain MUSIC method have been studied at the actual machine level (see, for example, Non-Patent Document 7).

谷腰欣司、超音波とその使い方、日刊工業新聞社、92-102、1995Koji Tanikoshi, Ultrasound and its usage, Nikkan Kogyo Shimbun, 92-102, 1995 尾崎健司、渡部幸夫、兼本 茂、日隈幸治、荒川勝廣、山田益久、海水ポンプ監視診断装置の実機適用研究、日本機械学会第3回評価・診断に関するシンポジウム講演論文集、68-70、2004Kenji Ozaki, Yukio Watanabe, Shigeru Kanemoto, Koji Hinokawa, Katsumi Arakawa, Masuhisa Yamada, Research on practical application of seawater pump monitoring and diagnostic equipment, Proc. 島川正憲、超音波工学―理論と実際―、工業調査会、1-6、12-19、1975Shimakawa Masanori, Ultrasonic Engineering -Theory and Practice-, Industrial Research Committee, 1-6, 12-19, 1975 JIS Z 2355、超音波パルス反射法による厚さ測定方法JIS Z 2355, thickness measurement method by ultrasonic pulse reflection method 木村友則、和高修三、三須幸一郎、永塚勉、田治米徹、小池光裕、2周波数位相検出による高分解能超音波距離計測法、日本音響学会誌、52、3、179-185、1996Tomonori Kimura, Shuzo Wakako, Koichiro Misu, Tsutomu Nagatsuka, Yone Toru Taji, Mitsuhiro Koike, High-resolution ultrasonic distance measurement method using two-frequency phase detection, Journal of the Acoustical Society of Japan, 52, 3, 179-185, 1996 吉田孝、改訂レーダ技術、電子情報通信学会、19、274-279、1996Takashi Yoshida, Revised radar technology, IEICE, 19, 274-279, 1996 Michio UNEDA, Hirokazu HOKAZONO: DOA Estimation Characteristics of the MUSIC Algorithm for the Actual Extended Targets of the Tracking Radar, Proceedings of IEEE RadarConference 2002, CD-ROM, (2002)Michio UNEDA, Hirokazu HOKAZONO: DOA Estimation Characteristics of the MUSIC Algorithm for the Actual Extended Targets of the Tracking Radar, Proceedings of IEEE RadarConference 2002, CD-ROM, (2002)

以上のような、超音波センサ計測について、高精度化が要求される。特に、チャープバースト波の送受信による計測技術を超音波センサ計測に適用することが要求される。本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波センサ計測を高精度化させる技術を提供することにある。   High accuracy is required for ultrasonic sensor measurement as described above. In particular, it is required to apply a measurement technique based on transmission and reception of chirp burst waves to ultrasonic sensor measurement. This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the technique which raises the precision of ultrasonic sensor measurement.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の計測装置は、送信センサから送信すべきパルス状のチャープ信号を取得する第1取得部と、送信センサから送信された後、送信センサと受信センサとの間に設置された測定物を経由して、受信センサにおいて受信されたパルス状のチャープ信号を取得する第2取得部と、第1取得部において取得したパルス状のチャープ信号のピーク位置と、第2取得部において取得したパルス状のチャープ信号のピーク位置との差異をもとに、送信センサから受信センサへ至る測定物の距離を測定する測定部と、を備える。   In order to solve the above problems, a measurement device according to an aspect of the present invention includes a first acquisition unit that acquires a pulsed chirp signal to be transmitted from a transmission sensor, a transmission sensor, and a reception unit that are transmitted from the transmission sensor. A second acquisition unit that acquires a pulsed chirp signal received by the reception sensor via a measurement object installed between the sensor and a peak position of the pulsed chirp signal acquired by the first acquisition unit; And a measurement unit that measures the distance of the measurement object from the transmission sensor to the reception sensor based on the difference from the peak position of the pulsed chirp signal acquired by the second acquisition unit.

この態様によると、送信センサと受信センサとの間に測定物を設置するように、送信センサと受信センサとを別々に設置し、パルス状のチャープ信号を送信センサから受信センサへ送信するので、測定物の厚さを高精度に測定できる。   According to this aspect, the transmission sensor and the reception sensor are separately installed so that the measurement object is installed between the transmission sensor and the reception sensor, and the pulsed chirp signal is transmitted from the transmission sensor to the reception sensor. The thickness of the measurement object can be measured with high accuracy.

第1取得部において取得したパルス状のチャープ信号には、振幅変調がなされていてもよい。この場合、パルス状のチャープ信号に振幅変調がなされているので、波形の立ち上がりと立ち下がりを安定させることができる。   The pulse-shaped chirp signal acquired by the first acquisition unit may be amplitude-modulated. In this case, since the amplitude modulation is performed on the pulsed chirp signal, the rising and falling of the waveform can be stabilized.

本発明の別の態様は、計測方法である。この方法は、送信センサから送信すべきパルス状のチャープ信号を取得するステップと、送信センサから送信された後、送信センサと受信センサとの間に設置された測定物を経由して、受信センサにおいて受信されたパルス状のチャープ信号を取得するステップと、取得したふたつのパルス状のチャープ信号のピーク位置間の差異をもとに、送信センサから受信センサへ至る測定物の距離を測定するステップと、を備える。   Another aspect of the present invention is a measurement method. This method includes a step of obtaining a pulsed chirp signal to be transmitted from a transmission sensor, and a transmission sensor after being transmitted from the transmission sensor and passing through a measurement object installed between the transmission sensor and the reception sensor. A step of acquiring the pulsed chirp signal received in step, and a step of measuring the distance of the measured object from the transmitting sensor to the receiving sensor based on the difference between the peak positions of the two acquired pulsed chirp signals. And comprising.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a conversion of the expression of the present invention between a method, an apparatus, a system, a recording medium, a computer program, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

1. 実験検討及びパルス圧縮処理の概要
1.1 実験概要
図1は、実施例に係る厚さ計測実験系100の構成を示す。厚さ計測実験系100は、PC10、信号発生器12、送信用センサ14、測定物16、受信用センサ18、デジタルオシロスコープ20を含む。また、厚さ計測実験系100は、信号として、変調信号200、送信信号202、受信信号204、参照信号206を含む。すなわち、2つのAEセンサを用いて、一方のセンサである送信用センサ14から超音波の送信を行い、もう一方のセンサである受信用センサ18により受信するという方法である。
1. 1. Outline of Experiment and Pulse Compression Process 1.1 Outline of Experiment FIG. 1 shows a configuration of a thickness measurement experiment system 100 according to the embodiment. The thickness measurement experimental system 100 includes a PC 10, a signal generator 12, a transmission sensor 14, a measurement object 16, a reception sensor 18, and a digital oscilloscope 20. The thickness measurement experimental system 100 includes a modulation signal 200, a transmission signal 202, a reception signal 204, and a reference signal 206 as signals. That is, this is a method in which two AE sensors are used to transmit ultrasonic waves from the transmission sensor 14 which is one of the sensors, and the reception sensor 18 which is the other sensor receives the ultrasonic waves.

送信用センサ14あるいは受信用センサ18と測定物16間、あるいは送信用センサ14と受信用センサ18とを直接接触させる際におけるセンサ間には、表面粗さの影響による空気の介在を防ぐ目的でワセリンを塗布した。なお、本実施例において用いた測定物16の表面粗さRzは約2.1mmであり、超音波計測における規格で定められたものとなっている。また、超音波を送信する際は、PC10にインストールされた専用ソフトウェアによって、チャープバースト波形あるいは矩形パルス波形を変調信号200として実験条件に合わせて作成し、信号発生器12を送信用センサ14に接続して行った。   For the purpose of preventing the presence of air due to the influence of the surface roughness between the transmission sensor 14 or the reception sensor 18 and the measurement object 16 or between the sensors when the transmission sensor 14 and the reception sensor 18 are in direct contact with each other. Vaseline was applied. Note that the surface roughness Rz of the measurement object 16 used in this example is about 2.1 mm, which is determined by the standard for ultrasonic measurement. Further, when transmitting ultrasonic waves, a chirp burst waveform or a rectangular pulse waveform is created as a modulation signal 200 according to experimental conditions by dedicated software installed in the PC 10, and the signal generator 12 is connected to the transmission sensor 14. I went there.

このとき、信号発生器12からの出力を分岐し、一方を送信信号202として送信用センサ14に接続するとともに、もう一方を参照信号206としてデジタルオシロスコープ20に入力した。そして、測定物16を挟んで対向させた受信用センサ18で信号を受信し、その受信信号204も同一のデジタルオシロスコープ20に入力することによって、参照信号206との比較を行った。測定物16は本実施例において特に断りがない限り全て同一のものとし、直径300mm、厚さ10mmのSS400鋼製円板を用いた。   At this time, the output from the signal generator 12 was branched, one was connected to the transmission sensor 14 as the transmission signal 202, and the other was input to the digital oscilloscope 20 as the reference signal 206. Then, a signal was received by the receiving sensor 18 opposed across the measurement object 16, and the received signal 204 was also input to the same digital oscilloscope 20, thereby comparing with the reference signal 206. Unless otherwise specified in this embodiment, the measured objects 16 were all the same, and SS400 steel disks having a diameter of 300 mm and a thickness of 10 mm were used.

1.2 パルス圧縮処理の概要
超音波を用いた厚さ計測においてはパルス幅を狭めることによって、計測分解能を向上させることが可能であると考えられる。しかしながら、パルス幅を狭めることはパルスエネルギーを減少させることになり、その結果、信号が受信用センサ18にまで伝搬されないことがあると推測される。このことから、比較的長いパルス状チャープバースト波形を送受信し、そこで得られる送受信信号に対して、それぞれパルス圧縮処理に基づく信号増幅処理を行うことが効果的であると考えられる。すなわち、広いパルス幅で送受信を行い、得られた信号を圧縮することで等価的にパルス幅が狭まり、計測分解能の向上を図ることができると言える。
1.2 Outline of pulse compression process In thickness measurement using ultrasonic waves, it is considered possible to improve measurement resolution by narrowing the pulse width. However, it is assumed that reducing the pulse width will reduce the pulse energy and as a result, the signal may not be propagated to the receiving sensor 18. Therefore, it is considered effective to transmit / receive a relatively long pulsed chirp burst waveform and to perform signal amplification processing based on the pulse compression processing on the transmission / reception signals obtained there. That is, it can be said that by performing transmission / reception with a wide pulse width and compressing the obtained signal, the pulse width is equivalently narrowed and the measurement resolution can be improved.

ここで、パルス圧縮処理の理論概要を簡単に述べると次のようになる。いま、チャープバースト波形におけるベース信号がsinφ(t)で与えられると仮定する。また、最小周波数がfmin[Hz]、チャープゲインがk[rad/s2]、パルス幅はT(t=0〜T)[s]であると仮定し、チャープ波形は超音波が発振している間、送信周波数を一次関数的に変化(リニアアップチャープ)させているものとする。このとき、チャープバースト波形における位相変化を与えるφ(t)[rad]を

Figure 2009156694
と仮定すると、周波数帯域幅をB[Hz]とすれば、リニアアップチャープにおけるゲインkは
Figure 2009156694
として与えられる。 Here, the theoretical outline of the pulse compression processing is briefly described as follows. Assume that the base signal in the chirp burst waveform is given by sinφ (t). Also, assuming that the minimum frequency is f min [Hz], the chirp gain is k [rad / s 2 ], and the pulse width is T (t = 0 to T) [s], the chirp waveform is generated by ultrasonic waves. In the meantime, it is assumed that the transmission frequency is changed in a linear function (linear up chirp). At this time, φ (t) [rad] giving the phase change in the chirp burst waveform is
Figure 2009156694
Assuming that the frequency bandwidth is B [Hz], the gain k in linear up chirp is
Figure 2009156694
As given.

このことから、最大周波数をfmax[Hz](すなわち、帯域幅B =fmax - fmin)とすると、チャープバースト波における位相変調φ(t)は

Figure 2009156694
となる。したがって、ベース信号sinφ(t)に対して、チャープバースト波の送受信によって得られる受信信号204をR(t)とすれば、これらの相関演算から得られる係数P(t)は、サンプリング数をNsmpとすると
Figure 2009156694
として与えられる。このことから、パルス圧縮処理は式(4)で与えられるデジタル信号処理であると言える。すなわち、式(4)はベース信号と送受信信号の相関が高いほど、大きな値が得られることを示すものである。 From this, assuming that the maximum frequency is f max [Hz] (that is, bandwidth B = f max −f min ), the phase modulation φ (t) in the chirp burst wave is
Figure 2009156694
It becomes. Therefore, if the received signal 204 obtained by transmitting and receiving the chirped burst wave with respect to the base signal sinφ (t) is R (t), the coefficient P (t) obtained from these correlation operations has the number of samplings N smp
Figure 2009156694
As given. From this, it can be said that the pulse compression processing is digital signal processing given by Equation (4). That is, Equation (4) indicates that a larger value is obtained as the correlation between the base signal and the transmission / reception signal is higher.

AEセンサは発振する周波数によって通過振幅及び位相特性が変化する。すなわち、送信するチャープバースト波形がsinφ(t)であり、各信号の通過振幅比をA(f)、通過位相差をj(f)[rad]としたとき、センサの特性を考慮した受信信号204は、

Figure 2009156694
として与えられるものと考える。なお、Ampは送信信号202の振幅である。また、位相差j(f)は、伝搬遅延時間τ(f)[s]をラジアンで表したものであり、
Figure 2009156694
として与えられる。 In the AE sensor, the passing amplitude and the phase characteristic change depending on the oscillation frequency. In other words, when the chirp burst waveform to be transmitted is sinφ (t), the passing amplitude ratio of each signal is A (f), and the passing phase difference is j (f) [rad], the received signal considering the characteristics of the sensor 204 is
Figure 2009156694
As given. Amp is the amplitude of the transmission signal 202. The phase difference j (f) is the propagation delay time τ (f) [s] expressed in radians,
Figure 2009156694
As given.

1.3 厚さ計測の原理と方法
ここでは超音波センサ計測における厚さ計測の原理と方法について簡単に述べる。測定物16の伝播音速をV[m/s]、送受信センサ間で得られる信号の時間差をΔt[s]とすると、測定物16の厚さL[m]は

Figure 2009156694
として求めることができる。ここで、縦弾性係数をE[Pa]、密度をρ[kg/m3]とすると、測定物16の伝播音速V[m/s]は
Figure 2009156694
として与えられる。本実施例においては、既述のとおりSS400鋼製円板を測定物16に用いたことから、E = 206GPa、ρ= 7.86×103kg/m3として、式(8)から測定物16の伝播音速Vを5120m/sとして求め、厚さ計測を行った。 1.3 Principle and method of thickness measurement This section briefly describes the principle and method of thickness measurement in ultrasonic sensor measurement. When the propagation sound velocity of the measurement object 16 is V [m / s] and the time difference between signals obtained between the transmitting and receiving sensors is Δt [s], the thickness L [m] of the measurement object 16 is
Figure 2009156694
Can be obtained as Here, when the longitudinal elastic modulus is E [Pa] and the density is ρ [kg / m 3 ], the propagation sound velocity V [m / s] of the measurement object 16 is
Figure 2009156694
As given. In this example, since the SS400 steel disk was used for the measurement object 16 as described above, E = 206 GPa, ρ = 7.86 × 103 kg / m 3 , and the propagation sound velocity of the measurement object 16 from the equation (8). V was determined as 5120 m / s, and the thickness was measured.

ところで、厚さ計測に用いる時間差Δtの値は、本実施例で検討するパルス圧縮方式と一般方式で求め方は当然ながら異なる。パルス圧縮方式においては、取得したチャープバースト波の送受信信号それぞれにパルス圧縮処理を行い、送信信号202及び受信信号204のそれぞれから得られるパルス圧縮波形のピーク位置の時間差分値をΔtとして用いる。一般方式においては、パルス幅が10msとなる矩形パルス波を送信し、送信信号202及び受信信号204の立ち上がり点の時間差分値をΔtとして用いる。なお、本実施例において、一般方式で得られる信号の立ち上がり点は、計測用に用いたデジタルオシロスコープ20に標準偏差値で0.003mVとなる雑音が含まれていることを考慮し、受信信号204としての出力電圧波形に対して0.08mVの閾値を設定して、立ち上がり点を判断した。   By the way, the method of obtaining the value of the time difference Δt used for thickness measurement is naturally different between the pulse compression method studied in this embodiment and the general method. In the pulse compression method, pulse compression processing is performed on each acquired transmission / reception signal of the chirp burst wave, and the time difference value of the peak position of the pulse compression waveform obtained from each of the transmission signal 202 and the reception signal 204 is used as Δt. In the general method, a rectangular pulse wave having a pulse width of 10 ms is transmitted, and a time difference value between rising points of the transmission signal 202 and the reception signal 204 is used as Δt. In this embodiment, the rising point of the signal obtained by the general method is the received signal 204 in consideration that the digital oscilloscope 20 used for measurement includes noise with a standard deviation value of 0.003 mV. A rising threshold was determined by setting a threshold of 0.08 mV for the output voltage waveform.

2. AEセンサを用いた基礎検討
本実施例の計測及び信号処理において、このセンサ特性を考慮するため、またチャープバースト波に使用する周波数帯域を決定する目的で、センサの通過振幅及び位相特性の調査実験を行った。図2は、厚さ計測実験系100における送信用センサ14および受信用センサ18の特性を確認するための実験条件を示す。本実施例で用いるAEセンサの仕様として発振周波数帯域が70kHzから200kHzと定められているため、この範囲内において実験を行った。このとき、センサ間には測定物16を介さず、センサ同士を直接接触させて連続正弦波(CW)の送受信を行い、得られる送受信信号を比較することによって通過振幅比、並びに遅延時間を求めた。
2. Basic study using AE sensor In order to consider the sensor characteristics in the measurement and signal processing of this embodiment and to determine the frequency band to be used for the chirp burst wave, the experiment to investigate the passing amplitude and phase characteristics of the sensor Went. FIG. 2 shows experimental conditions for confirming the characteristics of the transmission sensor 14 and the reception sensor 18 in the thickness measurement experimental system 100. Since the oscillation frequency band is defined as 70 kHz to 200 kHz as the specification of the AE sensor used in this embodiment, the experiment was performed within this range. At this time, without passing through the measurement object 16 between the sensors, the sensors are brought into direct contact with each other to transmit / receive a continuous sine wave (CW), and the obtained transmission / reception signals are compared to obtain a passing amplitude ratio and a delay time. It was.

図3(a)−(b)は、厚さ計測実験系100における送信用センサ14および受信用センサ18の特性確認実験の結果を示す。図3(a)は通過振幅比を、図3(b)は遅延時間を表している。この結果より、周波数変化による通過振幅、及び遅延時間の特性を知ることができた。このことから、これらのセンサ特性に基づいてパルス圧縮処理に用いるためのベース理論信号を作成することとし、式(4)で与えられる相関処理に適用するものとした。また、図3(a)−(c)の結果から、周波数が160kHzから180kHzの帯域において振幅比、遅延時間ともに急激な変化の少ない安定した値となっていることがわかる。チャープ波を送受信する際は、センサ特性が安定した周波数帯域を選択することによって、安定した波形を送受信できると考えられる。一方、帯域幅が大きいほど計測分解能が向上することが知られているため、できる限り帯域幅を大きく取るとよい。これらのことから、帯域幅を160kHzから180kHzに設定して実験を行うことが望ましいと判断し、以後の実験に供するものとした。   FIGS. 3A and 3B show the result of the characteristic confirmation experiment of the transmission sensor 14 and the reception sensor 18 in the thickness measurement experimental system 100. FIG. 3A shows the pass amplitude ratio, and FIG. 3B shows the delay time. From this result, it was possible to know the characteristics of the passage amplitude and the delay time due to the frequency change. Therefore, a base theoretical signal for use in pulse compression processing is created based on these sensor characteristics and applied to the correlation processing given by equation (4). Further, from the results of FIGS. 3A to 3C, it is understood that the amplitude ratio and the delay time are stable values with little sudden change in the frequency band of 160 kHz to 180 kHz. When transmitting and receiving a chirp wave, it is considered that a stable waveform can be transmitted and received by selecting a frequency band in which sensor characteristics are stable. On the other hand, it is known that the measurement resolution improves as the bandwidth increases, so it is preferable to increase the bandwidth as much as possible. Based on these facts, it was determined that it was desirable to conduct the experiment with the bandwidth set from 160 kHz to 180 kHz, and this was used for the subsequent experiments.

本実施例において、チャープバースト波を送受信したときにおける実験波形と理論波形の相関関係を確認するため、波形形状の確認実験を行った。図4は、厚さ計測実験系100におけるチャープバースト波形の形状確認実験の条件を示す。送受信するチャープバースト波形の中心周波数fcenterを170kHzと一定にし、帯域幅を変更させて実験を行い、それぞれについて理論波形との比較を行った。なお、使用しているAEセンサは、信号の急な発振や停止ができないという特徴を有している。そこで、波形の立ち上がりと立ち下がりを安定させるため、送信波形S(t)を

Figure 2009156694
として与えられる振幅変調を加えたものを用いることとした。 In this example, a waveform shape confirmation experiment was performed in order to confirm the correlation between the experimental waveform and the theoretical waveform when a chirp burst wave was transmitted and received. FIG. 4 shows the conditions of the chirp burst waveform shape confirmation experiment in the thickness measurement experimental system 100. The center frequency f center of the chirp burst waveform to be transmitted and received was kept constant at 170 kHz, the bandwidth was changed, and the experiment was performed, and each was compared with the theoretical waveform. Note that the AE sensor used has a feature that it cannot oscillate or stop a signal suddenly. Therefore, to stabilize the rise and fall of the waveform, the transmission waveform S (t) is
Figure 2009156694
As a result, a signal to which amplitude modulation given as follows is added is used.

図5は、厚さ計測実験系100におけるチャープバースト波形の形状確認実験の結果を示す。ここでは、一例として帯域幅が20kHzとなる、160kHz〜180kHzの場合における波形形状確認の実験結果を示す。なお、図5には理論波形、並びに受信波形をともに実線で示している。図5の結果から、理論波形と受信波形はほぼ重なっていることがわかる。図6は、受信波形と理論波形との相関関係を示す。つまり、それぞれの帯域幅において理論波形と受信波形の相関値を算出した結果を図6に示す。すなわち、図6は中心周波数fcenterを図5と同様170kHzと一定にし、帯域幅のみを変更させた結果を示している。この結果から、全体的に高い相関が得られていること、また帯域幅を広く取るほど相関値が低下していることがわかる。帯域幅が広いほど相関が低下した原因としては、センサの特性が影響していると考えられる。使用したAEセンサは発信周波数に対して通過振幅及び位相特性が変化することがわかっている。すなわち、本実施例においてはチャープ波を用いているため、使用した周波数帯域幅が広いほどセンサ特性の影響を強く受けたものと推察される。したがって、この結果を考慮し、以後はチャープバースト波のうち最も相関値の高い結果が得られた帯域幅20kHzにおいて検討を行うこととする。 FIG. 5 shows the result of the chirp burst waveform shape confirmation experiment in the thickness measurement experimental system 100. Here, as an example, an experimental result of the waveform shape confirmation in the case of 160 kHz to 180 kHz where the bandwidth is 20 kHz is shown. In FIG. 5, the theoretical waveform and the received waveform are both shown by solid lines. From the result of FIG. 5, it can be seen that the theoretical waveform and the received waveform are almost overlapped. FIG. 6 shows the correlation between the received waveform and the theoretical waveform. That is, FIG. 6 shows the result of calculating the correlation value between the theoretical waveform and the received waveform in each bandwidth. That is, FIG. 6 shows the result of changing only the bandwidth while keeping the center frequency f center constant at 170 kHz as in FIG. From this result, it can be seen that high correlation is obtained as a whole, and that the correlation value decreases as the bandwidth increases. The reason why the correlation decreases as the bandwidth increases is considered to be due to the sensor characteristics. It has been found that the used AE sensor changes its pass amplitude and phase characteristics with respect to the transmission frequency. That is, since a chirp wave is used in the present embodiment, it is assumed that the wider the frequency bandwidth used, the stronger the influence of the sensor characteristics. Therefore, in consideration of this result, the following investigation will be conducted with a bandwidth of 20 kHz at which the highest correlation value is obtained among the chirp burst waves.

3. AEセンサを用いた板厚計測実験
3.1 実験方法
前章までの検討によって受信信号204が理論波形に対して高い相関を持った波形となっていることが確認された。したがって、本章では測定物16に対する厚さ計測実験を、パルス圧縮方式と一般方式の双方で行った。このとき、より正確な比較検討を行うため、まずは両方式でサンプリング周期を統一して実験を行った。図7は、厚さ計測実験系100における測定物16の厚さ計測の実験条件を示す。なお、厚さ計測は式(7)に基づいて行い、伝播音速は式(8)を用いて算出した値を用いた。
3. Thickness measurement experiment using AE sensor 3.1 Experimental method It was confirmed by the examination up to the previous chapter that the received signal 204 has a waveform having a high correlation with the theoretical waveform. Therefore, in this chapter, the thickness measurement experiment on the measurement object 16 was performed by both the pulse compression method and the general method. At this time, in order to conduct a more accurate comparative study, first, the experiment was performed with the sampling period unified by both methods. FIG. 7 shows experimental conditions for measuring the thickness of the measurement object 16 in the thickness measurement experimental system 100. In addition, thickness measurement was performed based on Formula (7), and the value calculated using Formula (8) was used for the propagation sound speed.

図8(a)−(c)は、厚さ計測実験系100において、チャープバースト波を送受信した信号に対してパルス圧縮処理を行った結果の一例を示す。図8(a)は送信信号202のパルス圧縮処理の結果、図8(b)は受信信号204のパルス圧縮処理の結果である。また、図8(c)はパルス圧縮処理の理論結果である。なお、これらの図においては最大値を1とする正規化を行っている。このように、パルス圧縮処理を行うことによって、送受信信号ともにパルス圧縮処理の特徴である凸形状となる波形が得られているとともに、ピーク値があることがわかる。また、送受信信号ともに理論結果に近いパルス圧縮結果が得られていることから、実験においては正確に処理を行うことができていると考えられる。そして、厚さ計測において必要となる式(7)におけるΔtは、既述のとおり、送受信信号それぞれのパルス圧縮結果におけるピーク時間差として求めた。   FIGS. 8A to 8C show an example of a result obtained by performing pulse compression processing on a signal obtained by transmitting and receiving a chirp burst wave in the thickness measurement experimental system 100. FIG. FIG. 8A shows the result of pulse compression processing of the transmission signal 202, and FIG. 8B shows the result of pulse compression processing of the reception signal 204. FIG. 8C shows a theoretical result of the pulse compression process. In these figures, normalization is performed with a maximum value of 1. Thus, by performing the pulse compression process, it can be seen that a waveform having a convex shape, which is a feature of the pulse compression process, is obtained for both transmission and reception signals, and there is a peak value. Further, since the pulse compression result close to the theoretical result is obtained for both the transmission and reception signals, it is considered that the processing can be performed accurately in the experiment. And as described above, Δt required in the thickness measurement is obtained as a peak time difference in the pulse compression result of each transmission / reception signal.

次に、一般方式の厚さ計測方法について述べる。図7の条件において実験を行い、取得した受信信号204に対して隣接平均処理を適用した。なお、隣接平均処理とは、全データに対し対象データの前後合わせてn個分のデータの平均をとるスムーシング処理のことを意味する。このとき隣接平均の範囲nに関して、本実施例では図7に示すように30としており、これはサンプリング周期25nsのとき750nsに相当し、1.25nsのとき37.5nsに相当するものである。   Next, a general thickness measuring method will be described. An experiment was performed under the conditions of FIG. 7, and adjacent averaging processing was applied to the acquired received signal 204. The adjacent average process means a smoothing process that averages n pieces of data in total before and after the target data for all data. In this example, the adjacent average range n is 30 as shown in FIG. 7, which corresponds to 750 ns when the sampling period is 25 ns and 37.5 ns when the frequency is 1.25 ns.

3.2 実験結果
3.2.1 計測値分布に関する検討
図9(a)−(c)は、厚さ計測実験系100における計測結果を示す。ここでは、厚さ計測をそれぞれの条件で繰り返し50回行った際に得られた計測結果の分布を示している。なお、図9(a)−(c)におけるヒストグラムの階級幅はスタージェスの公式を参考にして求めていることを付記する。図9(a)はパルス圧縮方式における結果の分布、図9(b)はパルス圧縮方式とサンプリング周期を統一(25ns)した場合における一般方式での分布である。また、図9(c)はサンプリング周期を1.25nsと非常に小さくした場合の一般方式の結果である。なお、いずれの結果においても、平均値と標準偏差から得られる確率密度関数を実線で示している。図9(a)、(b)を比較すると、一般方式の分布はデータが広い範囲で散在しているのに対し、パルス圧縮方式の結果はデータが集中している。
3.2 Experimental Results 3.2.1 Study on Measurement Value Distribution FIGS. 9A to 9C show measurement results in the thickness measurement experimental system 100. FIG. Here, the distribution of measurement results obtained when the thickness measurement is repeated 50 times under each condition is shown. It should be noted that the class width of the histogram in FIGS. 9A to 9C is obtained with reference to the Sturges formula. 9A shows the distribution of results in the pulse compression method, and FIG. 9B shows the distribution in the general method when the pulse compression method and the sampling period are unified (25 ns). FIG. 9 (c) shows the result of the general method when the sampling period is very small as 1.25 ns. In any result, the probability density function obtained from the average value and the standard deviation is shown by a solid line. Comparing FIGS. 9A and 9B, the distribution of the general method is scattered over a wide range of data, whereas the result of the pulse compression method is concentrated in data.

図10は、厚さ計測実験系100における別の計測結果を示す。ここでは、標準偏差の値を比較した結果を示す。図10を見ると、サンプリング周期が同一である場合には、標準偏差の値はパルス圧縮方式の方が明らかに小さいことがわかる。なお、パルス圧縮方式と一般方式での標準偏差の比率は12.5%であった。加えて、一般方式で1.25nsの場合においてはパルス圧縮処理とほぼ同等となる結果を示していることから、一般計測でパルス圧縮処理と同一レベルの計測精度を得ようとする場合にはサンプリング周期を約1/20にまで減少させる必要があることになる。これらのことから、パルス圧縮方式は一般方式に比較して、非常に精密な計測が可能であるものと考えられる。   FIG. 10 shows another measurement result in the thickness measurement experimental system 100. Here, the result of comparing the standard deviation values is shown. As can be seen from FIG. 10, when the sampling period is the same, the value of the standard deviation is clearly smaller in the pulse compression method. Note that the ratio of the standard deviation between the pulse compression method and the general method was 12.5%. In addition, in the case of 1.25 ns in the general method, the result is almost the same as the pulse compression processing, so when trying to obtain the same level of measurement accuracy as the pulse compression processing in general measurement, the sampling period Needs to be reduced to about 1/20. From these facts, it is considered that the pulse compression method is capable of very precise measurement compared to the general method.

さらに、図9及び図10の結果から計測データの平均値を比較すると、パルス圧縮方式の方が真の値に近い結果が得られていることから、正確な計測ができていると考えられる。このように、パルス圧縮方式が一般方式と比較して精密且つ正確な計測ができる理由としては次のように考えられる。すなわち、一般方式が立ち上がり点の一点のみで計測していることに対し、パルス圧縮方式ではパルス信号全体を用いた多点計測であり、計測に用いる情報量が多いためであると考えられる。   Furthermore, when the average values of the measurement data are compared from the results of FIGS. 9 and 10, it can be considered that accurate measurement can be performed because the result of the pulse compression method is closer to the true value. As described above, the reason why the pulse compression method can be measured more accurately and accurately than the general method is considered as follows. That is, it is considered that the general method measures only at one rising point, whereas the pulse compression method uses multi-point measurement using the entire pulse signal, and the amount of information used for measurement is large.

3.2.2 信号対雑音比の影響
超音波センサ計測を行う場合、雑音の影響によって計測精度が低下すると考えられる。そこで、送信信号202の振幅を減少させ、信号対雑音比が低下した状態における板厚計測精度に関する実験検討を行った。図11は、厚さ計測実験系100における送信信号振幅の影響を考察するための実験条件を示す。なお、本検討においては、送信信号振幅の減少に伴う精度の低下度合を明確にするため、一般方式におけるサンプリング周期は図9(c)で示した条件と同一として、パルス圧縮方式の場合よりも1/20と大幅に小さく設定している。
3.2.2 Effect of signal-to-noise ratio When performing ultrasonic sensor measurement, the measurement accuracy is considered to be reduced due to the effect of noise. Therefore, an experimental study was conducted on the plate thickness measurement accuracy in a state where the amplitude of the transmission signal 202 was decreased and the signal-to-noise ratio was lowered. FIG. 11 shows experimental conditions for considering the influence of the transmission signal amplitude in the thickness measurement experimental system 100. In this study, in order to clarify the degree of accuracy reduction accompanying the decrease in transmission signal amplitude, the sampling period in the general method is the same as the condition shown in FIG. 1/20 is set to be significantly smaller.

図12は、厚さ計測実験系100における送信信号振幅を変更した実験結果を示す。これは、送信信号振幅を変更した実験で得られた結果であり、送信信号振幅の変化に対して板厚計測結果の分布における標準偏差の変化を示したものである。なお、図12は送信信号振幅を横軸としているが、受信信号振幅は送信信号振幅の約1/20となっていることを付記する。図12の結果より、一般計測においては送信信号振幅の減少とともに、標準偏差の値が増加していることがわかる。特に送信信号振幅が0.05Vのときに標準偏差の値は特に大きくなっていることがわかる。このことから、一般方式では送信信号振幅の減少とともに計測精度が大きく低下し、送信信号振幅が特に小さい状態においてその影響は顕著に現れると言える。一方、パルス圧縮方式においては、送信信号振幅の減少に対して標準偏差値は若干増加する傾向にあるが、一般方式と比較して精度低下傾向は弱いことがわかる。これらのことから、送信信号振幅が特に小さい状態においては、パルス圧縮方式の有効性を特に顕著に確認することができるということが言える。   FIG. 12 shows the experimental results of changing the transmission signal amplitude in the thickness measurement experimental system 100. This is a result obtained in an experiment in which the transmission signal amplitude is changed, and shows a change in the standard deviation in the distribution of the plate thickness measurement result with respect to a change in the transmission signal amplitude. In FIG. 12, the horizontal axis represents the transmission signal amplitude, but it is added that the reception signal amplitude is about 1/20 of the transmission signal amplitude. From the result of FIG. 12, it can be seen that the value of the standard deviation increases as the transmission signal amplitude decreases in the general measurement. In particular, it can be seen that the value of the standard deviation is particularly large when the transmission signal amplitude is 0.05V. From this, it can be said that in the general method, the measurement accuracy is greatly lowered with the decrease of the transmission signal amplitude, and the influence appears remarkably when the transmission signal amplitude is particularly small. On the other hand, in the pulse compression method, the standard deviation value tends to increase slightly as the transmission signal amplitude decreases, but it can be seen that the tendency to decrease accuracy is weaker than in the general method. From these facts, it can be said that the effectiveness of the pulse compression method can be confirmed particularly remarkably when the transmission signal amplitude is particularly small.

3.2.3 測定物厚さの影響
超音波センサを用いて厚さ計測を行う場合、測定物16が厚くなるほど計測精度は低下すると考えられる。そのため、測定物16を同一の材質として厚さを変更させたときの板厚計測精度に関する実験検討を行った。図13は、厚さ計測実験系100における測定物16の厚さの影響を考察するための実験条件を示す。これは、測定物16の板厚を変更した実験の条件を示す。実験はそれぞれの厚さの測定物16についてパルス圧縮方式と一般方式の双方を行った。
3.2.3 Influence of measured object thickness When measuring thickness using an ultrasonic sensor, it is considered that the measurement accuracy decreases as the measured object 16 becomes thicker. Therefore, an experimental study was conducted on the plate thickness measurement accuracy when the measurement object 16 was made of the same material and the thickness was changed. FIG. 13 shows experimental conditions for considering the influence of the thickness of the measurement object 16 in the thickness measurement experimental system 100. This shows the condition of the experiment in which the thickness of the measurement object 16 is changed. In the experiment, both the pulse compression method and the general method were performed on the measurement objects 16 of each thickness.

図14は、厚さ計測実験系100における測定物16の厚さを変更した実験結果を示す。これは、厚さの変化に対する計測結果の分布における標準偏差の変化を示したものである。図14を見ると、パルス圧縮方式は一般方式と比較してどの厚さにおいても精度が高いことがわかる。このことから、厚さが変化した場合においてもパルス圧縮方式は一般方式と比較して高い計測精度が得られると考えられる。すなわち、パルス圧縮方式においては、いずれの厚さに対しても一般方式より高い精度で計測が可能であると推察される。   FIG. 14 shows experimental results in which the thickness of the measurement object 16 in the thickness measurement experimental system 100 is changed. This shows the change of the standard deviation in the distribution of the measurement result with respect to the change of the thickness. As can be seen from FIG. 14, the pulse compression method is more accurate at any thickness compared to the general method. From this, even when the thickness changes, it is considered that the pulse compression method can obtain higher measurement accuracy than the general method. That is, it is assumed that the pulse compression method can be measured with higher accuracy than the general method for any thickness.

3.2.4 周波数帯域の影響
超音波センサを用いたチャープバースト波による厚さ計測において、使用する周波数帯域幅の変更が計測精度にどのような影響を及ぼすか確認するために、周波数帯域幅を変更させた場合における計測精度の比較検討を行った。図15は、厚さ計測実験系100における帯域幅の影響を考察するための実験条件を示す。図15は、周波数帯域幅を変更させた実験の条件を示したものである。実験においては中心周波数fcenterを170kHzと一定にし、周波数帯域幅のみを変更して実験を行った。
3.2.4 Influence of frequency band In order to confirm how the change of the frequency bandwidth used affects the measurement accuracy in the thickness measurement by chirp burst wave using an ultrasonic sensor, the frequency bandwidth We compared the measurement accuracy when changing. FIG. 15 shows experimental conditions for considering the influence of the bandwidth in the thickness measurement experimental system 100. FIG. 15 shows experimental conditions in which the frequency bandwidth is changed. In the experiment, the center frequency f center was kept constant at 170 kHz, and only the frequency bandwidth was changed.

図16は、厚さ計測実験系100における帯域幅を変更した実験結果を示す。なお、図16における点線は一般方式での結果である。また、図16において帯域幅0kHzの実験はチャープ波ではなく振幅変調のみの正弦波バーストであるためプロットを変更して示している。図16の結果から、周波数帯域幅0kHzのときにおいては標準偏差の値が他の結果よりも大きく、20kHz、40kHz、60kHzのそれぞれについてはほぼ同等の値であることがわかる。この結果から、周波数帯域幅を広げることによって幾分の計測精度向上が得られることが分かる。   FIG. 16 shows the experimental results of changing the bandwidth in the thickness measurement experimental system 100. In addition, the dotted line in FIG. 16 is a result by a general system. In FIG. 16, the experiment with a bandwidth of 0 kHz is a sine wave burst with only amplitude modulation, not a chirp wave, so the plot is changed. From the results of FIG. 16, it can be seen that the standard deviation value is larger than the other results when the frequency bandwidth is 0 kHz, and the values are almost the same for each of 20 kHz, 40 kHz, and 60 kHz. From this result, it can be seen that the measurement accuracy can be improved somewhat by widening the frequency bandwidth.

4. 装置構成
図17は、厚さ計測実験系100の詳細な構成を示す。厚さ計測実験系100は、発振部50、第1取得部52、第2取得部54、測定部56、送信用センサ14、測定物16、受信用センサ18を含む。ここで、発振部50は、図1の信号発生器12に含まれ、第1取得部52、第2取得部54、測定部56は、図1のデジタルオシロスコープ20に含まれる。
4). Device Configuration FIG. 17 shows a detailed configuration of the thickness measurement experimental system 100. The thickness measurement experimental system 100 includes an oscillation unit 50, a first acquisition unit 52, a second acquisition unit 54, a measurement unit 56, a transmission sensor 14, a measurement object 16, and a reception sensor 18. Here, the oscillation unit 50 is included in the signal generator 12 of FIG. 1, and the first acquisition unit 52, the second acquisition unit 54, and the measurement unit 56 are included in the digital oscilloscope 20 of FIG.

発振部50は、振幅変調がなされたパルス状のチャープ信号を出力する。ここで、パルス状のチャープ信号は、前述のチャープバースト波形に相当し、式(9)によって示される。発振部50からのチャープバースト波形は、送信信号202として送信用センサ14へ出力され、参照信号206として第1取得部52へ出力される。第1取得部52は、参照信号206、つまり送信用センサ14から送信すべきチャープバースト波形を取得する。前述のごとく、第1取得部52において受けつけた参照信号206にも、振幅変調がなされている。また、送信用センサ14は、測定物16を介して受信用センサ18へチャープバースト波形を出力する。   The oscillation unit 50 outputs a pulsed chirp signal that has been amplitude-modulated. Here, the pulsed chirp signal corresponds to the above-described chirp burst waveform, and is represented by equation (9). The chirp burst waveform from the oscillation unit 50 is output as the transmission signal 202 to the transmission sensor 14 and is output as the reference signal 206 to the first acquisition unit 52. The first acquisition unit 52 acquires a reference signal 206, that is, a chirp burst waveform to be transmitted from the transmission sensor 14. As described above, the reference signal 206 received by the first acquisition unit 52 is also amplitude-modulated. In addition, the transmission sensor 14 outputs a chirp burst waveform to the reception sensor 18 via the measurement object 16.

受信用センサ18は、送信用センサ14から受けつけたチャープバースト波形を受信信号204として出力する。第2取得部54は、送信用センサ14からの受信信号204を取得する。受信信号204は、送信用センサ14から送信された後、送信用センサ14と受信用センサ18との間に設置された測定物16を経由して、受信用センサ18において受信されたチャープバースト波形といえる。   The reception sensor 18 outputs the chirp burst waveform received from the transmission sensor 14 as a reception signal 204. The second acquisition unit 54 acquires the reception signal 204 from the transmission sensor 14. The reception signal 204 is transmitted from the transmission sensor 14, and then the chirp burst waveform received by the reception sensor 18 via the measurement object 16 installed between the transmission sensor 14 and the reception sensor 18. It can be said.

測定部56は、第1取得部52から、参照信号206を受けつけるとともに、第2取得部54から、受信信号204を受けつける。測定部56は、参照信号206であるチャープバースト波形のピーク位置と、受信信号204であるチャープバースト波形のピーク位置との差異を検出する。つまり、測定部56は、信号の時間差Δtを検出する。測定部56は、式(7)にしたがって、測定物16の厚さLを測定する。ここで、測定物16の厚さは、送信用センサ14から受信用センサ18へ至る測定物16の距離に相当する。   The measurement unit 56 receives the reference signal 206 from the first acquisition unit 52 and the reception signal 204 from the second acquisition unit 54. The measuring unit 56 detects the difference between the peak position of the chirp burst waveform that is the reference signal 206 and the peak position of the chirp burst waveform that is the received signal 204. That is, the measurement unit 56 detects a time difference Δt of signals. The measurement unit 56 measures the thickness L of the measurement object 16 according to the equation (7). Here, the thickness of the measurement object 16 corresponds to the distance of the measurement object 16 from the transmission sensor 14 to the reception sensor 18.

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。   This configuration can be realized in terms of hardware by a CPU, memory, or other LSI of any computer, and in terms of software, it can be realized by a program loaded in the memory, but here it is realized by their cooperation. Draw functional blocks. Accordingly, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various forms by hardware only, software only, or a combination thereof.

本発明の実施例によれば、超音波センサ計測技術にチャープバースト波を適用できる。また、パルス圧縮方式による厚さ計測結果によって、一般方式による結果と比較して精密な計測を行うことができる。また、送信信号振幅が小さい状況下においても、チャープバースト波を用いた計測においては一般方式に比較して精度低下傾向を抑制することができる。また、チャープバースト波を用いて一般方式の計測と同等の計測精度を得ようとする場合にはサンプリング周期を遅くすることができる。また、サンプリング周期を遅くすることによって、計測機器の低コスト化を可能にできる。   According to the embodiment of the present invention, a chirp burst wave can be applied to the ultrasonic sensor measurement technique. In addition, the thickness measurement result by the pulse compression method can be measured more accurately than the result by the general method. Further, even in a situation where the amplitude of the transmission signal is small, it is possible to suppress a tendency of decreasing accuracy in the measurement using the chirp burst wave as compared with the general method. In addition, when it is intended to obtain measurement accuracy equivalent to that of the general method using chirp burst waves, the sampling period can be delayed. Moreover, the cost of the measuring instrument can be reduced by delaying the sampling cycle.

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such modifications are also within the scope of the present invention. .

実施例に係る厚さ計測実験系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the thickness measurement experiment system which concerns on an Example. 図1の厚さ計測実験系における送信用センサおよび受信用センサの特性を確認するための実験条件を示す図である。It is a figure which shows the experimental conditions for confirming the characteristic of the sensor for transmission in the thickness measurement experiment system of FIG. 1, and the sensor for reception. 図3(a)−(b)は、図1の厚さ計測実験系における送信用センサおよび受信用センサの特性確認実験の結果を示す図である。FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the results of a characteristic confirmation experiment of the transmission sensor and the reception sensor in the thickness measurement experimental system of FIG. 図1の厚さ計測実験系におけるチャープバースト波形の形状確認実験の条件を示す図である。It is a figure which shows the conditions of the shape confirmation experiment of a chirp burst waveform in the thickness measurement experiment system of FIG. 図1の厚さ計測実験系におけるチャープバースト波形の形状確認実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the shape confirmation experiment of the chirp burst waveform in the thickness measurement experiment system of FIG. 図5の受信波形と理論波形との相関関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a correlation between a reception waveform and a theoretical waveform in FIG. 5. 図1の厚さ計測実験系における測定物の厚さ計測の実験条件を示す図である。It is a figure which shows the experimental condition of the thickness measurement of the measured object in the thickness measurement experimental system of FIG. 図8(a)−(c)は、図1の厚さ計測実験系において、チャープバースト波を送受信した信号に対してパルス圧縮処理を行った結果の一例を示す図である。FIGS. 8A to 8C are diagrams illustrating an example of a result of performing pulse compression processing on a signal obtained by transmitting and receiving a chirp burst wave in the thickness measurement experimental system of FIG. 図9(a)−(c)は、図1の厚さ計測実験系における計測結果を示す図である。FIGS. 9A to 9C are diagrams showing measurement results in the thickness measurement experimental system of FIG. 図1の厚さ計測実験系における別の計測結果を示す図である。It is a figure which shows another measurement result in the thickness measurement experiment system of FIG. 図1の厚さ計測実験系における送信信号振幅の影響を考察するための実験条件を示す図である。It is a figure which shows the experimental condition for considering the influence of the transmission signal amplitude in the thickness measurement experimental system of FIG. 図1の厚さ計測実験系における送信信号振幅を変更した実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which changed the transmission signal amplitude in the thickness measurement experimental system of FIG. 図1の厚さ計測実験系における測定物の厚さの影響を考察するための実験条件を示す図である。It is a figure which shows the experimental condition for considering the influence of the thickness of the to-be-measured object in the thickness measurement experiment system of FIG. 図1の厚さ計測実験系における測定物の厚さを変更した実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which changed the thickness of the to-be-measured object in the thickness measurement experiment system of FIG. 図1の厚さ計測実験系における帯域幅の影響を考察するための実験条件を示す図である。It is a figure which shows the experimental condition for considering the influence of the bandwidth in the thickness measurement experimental system of FIG. 図1の厚さ計測実験系における帯域幅を変更した実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which changed the bandwidth in the thickness measurement experiment system of FIG. 図1の厚さ計測実験系の詳細な構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the thickness measurement experiment system of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 PC、 12 信号発生器、 14 送信用センサ、 16 測定物、 18 受信用センサ、 20 デジタルオシロスコープ、 50 発振部、 52 第1取得部、 54 第2取得部、 56 測定部、 100 厚さ計測実験系。   10 PC, 12 signal generator, 14 transmission sensor, 16 measurement object, 18 reception sensor, 20 digital oscilloscope, 50 oscillation unit, 52 first acquisition unit, 54 second acquisition unit, 56 measurement unit, 100 thickness measurement Experimental system.

Claims (3)

送信センサから送信すべきパルス状のチャープ信号を取得する第1取得部と、
前記送信センサから送信された後、前記送信センサと受信センサとの間に設置された測定物を経由して、前記受信センサにおいて受信されたパルス状のチャープ信号を取得する第2取得部と、
前記第1取得部において取得したパルス状のチャープ信号のピーク位置と、前記第2取得部において取得したパルス状のチャープ信号のピーク位置との差異をもとに、前記送信センサから前記受信センサへ至る測定物の距離を測定する測定部と、
を備えることを特徴とする計測装置。
A first acquisition unit that acquires a pulsed chirp signal to be transmitted from the transmission sensor;
A second acquisition unit that acquires a pulsed chirp signal received at the reception sensor via a measurement object installed between the transmission sensor and the reception sensor after being transmitted from the transmission sensor;
Based on the difference between the peak position of the pulsed chirp signal acquired in the first acquisition unit and the peak position of the pulsed chirp signal acquired in the second acquisition unit, from the transmission sensor to the reception sensor A measuring unit that measures the distance of the object to be measured,
A measuring device comprising:
前記第1取得部において取得したパルス状のチャープ信号には、振幅変調がなされていることを特徴とする請求項1に記載の計測装置。   The measurement apparatus according to claim 1, wherein the pulse-shaped chirp signal acquired by the first acquisition unit is amplitude-modulated. 送信センサから送信すべきパルス状のチャープ信号を取得するステップと、
前記送信センサから送信された後、前記送信センサと受信センサとの間に設置された測定物を経由して、前記受信センサにおいて受信されたパルス状のチャープ信号を取得するステップと、
取得したふたつのパルス状のチャープ信号のピーク位置間の差異をもとに、前記送信センサから前記受信センサへ至る測定物の距離を測定するステップと、
を備えることを特徴とする計測方法。
Obtaining a pulsed chirp signal to be transmitted from the transmission sensor;
Obtaining a pulsed chirp signal received at the reception sensor after being transmitted from the transmission sensor via a measurement object installed between the transmission sensor and the reception sensor;
Measuring the distance of the measured object from the transmitting sensor to the receiving sensor based on the difference between the peak positions of the two obtained pulsed chirp signals;
A measurement method comprising:
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