JP2011047763A - 超音波診断装置 - Google Patents
超音波診断装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011047763A JP2011047763A JP2009195661A JP2009195661A JP2011047763A JP 2011047763 A JP2011047763 A JP 2011047763A JP 2009195661 A JP2009195661 A JP 2009195661A JP 2009195661 A JP2009195661 A JP 2009195661A JP 2011047763 A JP2011047763 A JP 2011047763A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wave
- ultrasonic diagnostic
- probe
- diagnostic apparatus
- chirp
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/348—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
- G01N29/449—Statistical methods not provided for in G01N29/4409, e.g. averaging, smoothing and interpolation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/042—Wave modes
- G01N2291/0422—Shear waves, transverse waves, horizontally polarised waves
Abstract
【課題】ノイズが低減された信号を得ることができ、被検体内の欠陥の数や位置を正確に診断することができる超音波診断装置を提供すること、および被検体内に存在する欠陥を広範囲にわたって診断することができる超音波診断装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、被検体内の欠陥を検出する超音波診断装置に関する。超音波診断装置は、チャープ波を生成する信号発生部3と、チャープ波に対して圧縮処理を行いチャープ波圧縮信号を出力する圧縮処理部5と、チャープ波圧縮信号に基づいてSH波を生成して被検体内に伝搬させる探触子11と、を含む。
【選択図】図1
【解決手段】本発明は、被検体内の欠陥を検出する超音波診断装置に関する。超音波診断装置は、チャープ波を生成する信号発生部3と、チャープ波に対して圧縮処理を行いチャープ波圧縮信号を出力する圧縮処理部5と、チャープ波圧縮信号に基づいてSH波を生成して被検体内に伝搬させる探触子11と、を含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、被検体内の欠陥を検出する超音波診断装置に関する。
一般に、超音波を用いた超音波探傷装置または超音波厚み測定装置等の超音波診断装置は、図23に示すように構成されているものが多い。この超音波診断装置では、同期信号発生部101から一定のパルス周期を有する同期信号が送信部102へ送信される。送信部102はパルス周期を有する同期信号に同期して所定パルス幅を有する送信パルス信号aを探触子103へ送信する。探触子103は送信パルス信号aに同期した超音波を被検体104へ発射する。また、探触子103は被検体104から反射した超音波(エコー)を受信し、受信したエコーを電気信号のエコー信号bに変換して受信部105へ送信する。受信部105は受信したエコー信号を増幅する。表示部106は増幅されたエコー信号cを表示する。
上記超音波診断装置において、送信部102から送信される送信パルス信号aは、短パルス、あるいは、バースト信号等の狭帯域の信号であり、被検体104の材質によっては送信パルス信号aのパルス幅や出力強度の調整を行う必要がある。また探触子103から発射される超音波の周波数特性は、探触子103の振動子特性に依存しているため、被検体104の材質に応じて超音波の周波数を調整することは、多大な労力と時間が必要である。
この問題を解決する装置として、同期信号発生部101と送信部102との間に波数可変回路および周波数可変回路が設けられた超音波診断装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の超音波診断装置は、送信周波数と送信波数とが可変であるため、超音波の周波数の調整が容易である。しかしながら、特許文献1に記載の超音波診断装置において送信される超音波は、パルス送信間隔に比べてパルス幅が長くなるため、時間軸における分解能は悪くなる。
また、図24に示すように、被検体107の内部に亀裂や空洞等の欠陥108、109が存在している場合、超音波診断装置により検出できるエコーには、被検体107の表面から反射したエコー(Sエコー110)と、被検体107内部の欠陥108、109から反射したエコー(Fエコー111、112)と、被検体107の底面から反射したエコー(Bエコー113)とがある。ここで、Sエコー110は、Fエコー111、112に比べて極端に振幅が大きく、ある一定の時間幅においてほぼ飽和状態となる。被検体107の表面から上記時間幅に超音波が伝搬する距離に相当する深さまでを表面不感帯といい、この表面不感帯の領域に存在する欠陥の検出は困難である。一般に一振動子型探触子により被検体である鋼板内の欠陥を検出する場合、3mm程度の不感帯が存在するといわれている。特に鋼板が薄い場合、Sエコー110は鋼板表面近くに存在する欠陥を見えにくくして、Bエコー113は鋼板底面近くに存在する欠陥を見えにくくする。
ところで、超音波は被検体の底面と表面で反射を繰り返して伝播する。探触子により検出される超音波(エコー)には、図25に示すように、欠陥からの直接反射波と、モード変換しない間接反射波114と、モード変換した間接反射波115とがある。表示部には、上記受信波形が表示されるため、欠陥の正確な数、欠陥の正確な位置が計測しにくい。その上、モード変換を起こした間接反射波115の信号強度が強い場合がある。被検体の底面、欠陥に超音波が当たると、超音波はモード変換を起こしやすく、モード変換を起こした超音波は、ノイズとして観測される場合がある。
また、鋼板等の被検体上に障害物がある場合、表面波や、ガイド波は比較的障害物の影響を受けやすく、障害物の下部にある鋼板には伝わらず、反射してしまうために、表面波や、ガイド波を用いて鋼板内の欠陥を見ることが難しい。
従来の超音波診断装置は、図26に示すように探触子の近くにある溶接箇所の傷、亀裂、空洞、錆等の欠陥を見る目的で使用され、被検体全体を見るには膨大な測定ポイントが必要なため使用されていない。
また、従来の探触子は、感度が多少低いセラミックを使用した振動子と、高周波の周波数に対して減衰が大きいアクリルからなる楔とを備えているため、被検体全体を測定するには不向きである。
本発明は上記の事情をもとに考え出されたものであって、ノイズが低減された信号を得ることができ、被検体内の欠陥の数や位置を正確に診断することができる超音波診断装置を提供すること、および被検体内に存在する欠陥を広範囲にわたって診断することができる超音波診断装置を提供することを課題とする。
本発明に係る超音波診断装置は、被検体内の欠陥を検出する超音波診断装置であって、チャープ波を生成する信号発生部と、前記チャープ波に対して圧縮処理を行いチャープ波圧縮信号を出力する圧縮処理部と、前記チャープ波圧縮信号に基づいてSH波を生成して前記被検体内に伝搬させる探触子と、を含む。
前記探触子は、前記被検体内の欠陥により反射された前記SH波を受信するように構成することができる。
本発明に係る超音波診断装置は、前記探触子とは別に、前記被検体内の欠陥により反射された前記SH波を受信する受信用の探触子をさらに含むように構成することができる。
本発明に係る超音波診断装置は、前記探触子により受信した前記SH波に対してノイズ処理を行うノイズ処理部と、前記ノイズ処理が行われた前記SH波と参照波形との相互相関をとる相互相関処理部と、前記相互相関処理後の前記SH波を表示する表示部と、をさらに含むことが好ましい。
前記ノイズ処理部は、前記探触子により受信した前記SH波を加算平均する加算平均回路を含むことが好ましい。
前記探触子は、コンポジット材からなる振動子と、ポリスチレンからなる楔と、を含むことが好ましい。
本発明に係る超音波診断装置は、被検体内の欠陥を検出する超音波診断装置であって、チャープ波を生成する信号発生部と、前記チャープ波に対して圧縮処理を行いチャープ波圧縮信号を出力する圧縮処理部と、前記チャープ波圧縮信号に基づいてSH波およびSV波を生成して前記被検体内に交互に伝搬させる二振動子探触子と、を含む。
前記二振動子探触子は、前記被検体内の欠陥により反射された前記SH波および前記SV波を受信するように構成することができる。
本発明に係る超音波診断装置は、前記二振動子探触子とは別に、前記被検体内の欠陥により反射された前記SH波および前記SV波を受信する受信用の二振動子探触子をさらに含むように構成することができる。
本発明に係る超音波診断装置は、前記二振動子探触子により受信した前記SH波および前記SV波に対してノイズ処理を行うノイズ処理部と、前記ノイズ処理が行われた前記SH波および前記SV波と参照波形との相互相関をとる相互相関処理部と、前記相互相関処理後の前記SH波および前記SV波を同時に表示する表示部と、をさらに含むことが好ましい。
前記ノイズ処理部は、前記二振動子探触子により受信した前記SH波および前記SV波をそれぞれ加算平均する加算平均回路を含むことが好ましい。
本発明に係る超音波診断装置は、コンクリート内の欠陥を検出する超音波診断装置であって、チャープ波を生成する信号発生部と、前記チャープ波に対して圧縮処理を行いチャープ波圧縮信号を出力する圧縮処理部と、前記チャープ波圧縮信号に基づいてP波を生成して前記コンクリート内に伝搬させるP波振動子と、を含む。
本発明によれば、チャープ波圧縮信号を使用しているため、ノイズが低減された信号を得ることができる。また、本発明に係る超音波診断装置は、チャープ波圧縮信号に基づいてSH波を生成して、SH波を被検体内に伝搬させる探触子を含んでいるため、被検体内に存在する欠陥を広範囲にわたって診断することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。
本発明に係る超音波診断装置の送信側は、図1に示すように、CPU1、パラメータ設定部2、デジタル波形発生装置(信号発生部)3、ハミング窓関数処理部4、自己相関関数処理部(圧縮処理部)5、フィルター処理部6、D/A変換回路7A,7B、レベル変換部8、電源装置9、送信部10、探触子11を含んでいる。
デジタル波形発生装置3は、CPU1の管理下におかれ、外部から入力されたパラメータに基づいてパラメータ設定部2で設定されたチャープ波を発生させる。チャープ波は、図2に示すように、t1からt2までの時間Tw内で、周波数がf1からf2までFwだけ直線的に変化するものである。チャープ波は、自己相関関数処理部5で圧縮処理が行われる前に、ハミング窓関数処理部4において重み付けされる。重み付けされたハミング窓付きのチャープ波(図3参照)は、以下の式で表わされる。
ハミング窓関数H(t)は、圧縮処理後のチャープ波のサイドローブを処理するために使用され、以下の式で表わされる。
さらに、このハミング窓付きのチャープ波に対して自己相関関数処理を行うことにより圧縮波形(チャープ波圧縮信号)が得られる。自己相関関数Rxx(τ)は、ある信号x(t)のある区間x(t1)と、ある区間x(t2)とが、どれくらい関係があるかに対しての一つの指標となり、以下の式で表わされる。
式(3)を離散量で考えると、x(i){i=(0,1,2,・・・,N−1)}に対する自己相関関数Rxx(j)は、以下の式で表わされる。
式(4)において、jは,x(i)とx(i+j)とのずれを,標本点の数で表したものであり,標本化間隔Δtとおくと,j・Δtは時間差となる。ただし、データは有限個でありx(N),x(N+1),・・・は存在しないことから、データの個数に合わせて平均をとる(即ちj個分失われるため、NではなくN−jで平均をとる)ようにした場合、自己相関関数は以下の式で表わされる。
本発明に係る超音波診断装置では、式(5)の自己相関関数でハミング窓付きのチャープ波を処理し、目的のチャープ波圧縮信号(図4参照)を得る。
ハミング窓関数処理が行われていないチャープ波を圧縮したチャープ波圧縮信号は、図5(A)に示すようにサイドローブの広がりが大きい。圧縮波形のサイドローブが広がると、ノイズの発生源となる。これに対して、ハミング窓関数処理が行われているチャープ波を圧縮したチャープ波圧縮信号は、図5(B)に示すようにサイドローブの広がりが小さくなっている。また、サイドローブの広がりは、ソフトウェア処理でカットしてもよい。
さらに、チャープ波圧縮信号は、デジタルデータとしてフィルター処理部6においてFIRフィルタリング処理が行われ、波形整形が行われる。これによりノイズの少ないチャープ波圧縮信号を発生させることができる。波形整形が行われたチャープ波圧縮信号は、D/A変換回路7Aにおいて、アナログ信号に変換される。ここでは、チャープ波圧縮信号を正規化された信号として発生させている。
アナログ信号に変換されたチャープ波圧縮信号の電圧レベルを被検体に合わせるために、電源装置9からの電圧は、CPU1からの信号に基づいてレベル変換部8で電圧調整が行われる。なお、CPU1からの信号はデジタル信号であるため、D/A変換回路7Bでアナログ信号に変換された後に、レベル変換部8に送信される。レベル変換部8は、例えばオペアンプからなる。また、チャープ波圧縮信号以外の信号の電圧レベルを調整する場合は、さらにFETを備えてもよい。
電圧調整後の電源装置9からの電圧に基づいて、0〜10Vの範囲で変化するチャープ波圧縮信号を0V〜1000Vまでの範囲で変化するように直線的に調整することによって、被検体のサイズや、形状に影響を受けにくい十分なチャープ波圧縮信号を得ることができる。得られたチャープ波圧縮信号は、送信部10を通して探触子11に送信される。
探触子11は、チャープ波圧縮信号をもとに超音波を生成し、被検体内に超音波を伝搬させる。探触子11として90度SH斜角探触子を使用することで、被検体内、特に鋼板の内部にSH波(Shear Horizontal wave)を伝搬させ、広範囲(90度SH斜角探触子の発射角内)にわたる欠陥を探傷することができる。
探触子11内の振動子には共振周波数が存在するため、広帯域の信号を発射しても、振動子共振周波数付近ではエネルギーが十分あるが、共振周波数を外れると、エネルギーが減少し、効果が期待できない場合がある。
本発明に係る超音波診断装置の受信側は、図6に示すように、CPU12、探触子13、インピーダンスマッチング部14、バンドパスフィルター(BPF)15、D/A変換回路16、プログラマブルアッテネータ(ATT)17、増幅器(AMP)18、A/D変換回路19、デジタルフィルター20、加算平均(同期加算)回路21、相互相関処理部22、表示部23を含んでいる。CPU12は、送信側のCPU1を使用してもよい。
受信側の探触子13は、被検体から反射したSH波(エコー)を受信して、電気信号(エコー信号)に変換する。受信側の探触子13は、送信側の90度SH斜角探触子を使用してもよいし、送信側の90度SH斜角探触子とは別の受信用の90度SH斜角探触子をしてもよい。
エコー信号は、インピーダンスマッチング部14で50Ωのインピーダンスマッチングが行われる。また、チャープ波圧縮時に設定された周波数範囲、例えばCPU1に外部パラメータを入力することによって設定された周波数範囲においてバンドパスフィルター15により、その周波数以外のノイズが除去される。バンドパスフィルター15の代わりにハイパスフィルター(HPF)やローパスフィルター(LPF)を使用してもよい。
続いて、プログラマブルアッテネータ17を使用し、エコー信号の電圧レベルをD/A変換回路16のサンプリングレート時間Δtに合わせてCPU12からの指令に基づいて調整する。なお、CPU12からの信号は0〜5Vの範囲のデジタル信号であるため、D/A変換回路16でアナログ信号に変換された後に、プログラマブルアッテネータ17に送信される。プログラマブルアッテネータ17は、任意の時間間隔で、かつ任意の電圧レベルに設定可能である(特性は任意、図6の24参照)。また、エコー信号の信号レベルが小さい場合、プログラマブルアッテネータ17は使用しなくてもよい。プログラマブルアッテネータ17は、今までは、被検体表面から反射したエコー信号(Sエコー)が強かったために、表面近くの観測がしにくいという問題を改善している。またプログラマブルアッテネータ17は、増幅度(ゲイン)が大きいために次段の増幅器18が飽和することを防ぐ役目も受け持っている。
増幅器18は、被検体内部の欠陥から反射したエコー信号(Fエコー)を十分なレベルまで増幅するためのもので、特に直線性のよい増幅器が使用される。
A/D変換回路19は、16ビット以上の分解能を有し、サプリングレート200MHz以上の高速A/D変換回路が使用され、エコー信号を正確にデジタル信号に変換する。別段、測定に支障なければ、このA/D変換回路19は12ビット等のA/D変換回路を使用してもよい。
例えば、100MHzでサンプリングできるA/D変換回路を用いて、10MHz付近のエコー信号をA/D変換しサンプリングを行った場合、受信信号の1波形(1サイクル)分に対して、10個のサンプリングデータしか取得できない。200MHzサンプリングA/D変換回路では20個のサンプリングデータが取得でき、精度が2倍になる。またSV波(Shear Vertical wave)、SH波の二振動子斜角探触子を用いた場合に、交互サンプリングをすると、サンプリング数が1/2となってしまう。従って、周波数が高くなるほど、また二振動子斜角探触子による交互サンプリングを行う場合は、サンプリングレートの高いA/D変換回路を使用することが好ましい。
次に、デジタルフィルター20によりノイズの低減を行う。デジタルフィルター20はFIR型フィルター等が使用され、CPUからの指令によりエコー信号に合わせてカット周波数等の設定が可能である。また、別段、測定に支障がなければデジタルフィルター20は使用しなくてもよい。
次に、加算平均回路21によりノイズ低減を行う。加算平均回路21は、同じ測定を何回も繰り返し,その平均を求めることで,ノイズを減少させて信号を検出するもので、加算回数を1回から1000回程度まで任意に設定できる。
加算平均回路21の動作は、以下の式で表わされる。
加算平均回路21の動作は、以下の式で表わされる。
図7に正弦波を使用し、1000回までの同期加算を行った結果を示す。1000回の同期加算において正弦波が鮮明に再現されていることがわかる。
実際には、1回目にサンプリングした受信信号と、2回目にサンプリングした受信信号とを、同一時間軸上で加算し、受信信号の平均をとることでノイズを低減する。従って、例えば100回の同期加算を行う場合には、100回の送信信号を発射して、100回の受信信号をサンプリングした後に、表示部23に1つの受信データが表示される。
同期加算を経て、ノイズが低減されたエコー信号は、相互相関処理部22で参照波形との相互相関処理を行うことにより圧縮される。参照波形は送信時に使用した圧縮波形を使用するが、この参照波形を別に用意してもかまわない。相互相関関数は,2つの信号x(t)とy(t)との類似性を表すのに使用される。また,ある信号波形が,別の信号波形のどの部分に似ているのかを調べることができ、似ている部分があるとすれば両信号波形はどのくらいの時間差(遅れ時間)があるのかを調べることもできる。
信号x(t),y(t)の離散データx(i){i=(0,1,2,・・・,N−1)},y(i){i=(0,1,2,・・・,N−1)}の相互相関関数Rxy(j)の定義式は以下の通りである。
信号x(t),y(t)の離散データx(i){i=(0,1,2,・・・,N−1)},y(i){i=(0,1,2,・・・,N−1)}の相互相関関数Rxy(j)の定義式は以下の通りである。
相互相関処理後のエコー信号は、表示部23に表示される。図8に示すように、従来の処理方法と比較すると、本発明に係るパルス圧縮方法は、ノイズが低減されており、SN比も向上している。
勿論、チャープ波圧縮信号を使用する代わりに、短パルス、バースト信号、スパイク波、ステップ関数波、等の任意波形をデジタル波形発生装置3で発生させて使用することも可能である。これらの信号を使用しても、本発明に係る超音波診断装置の受信側は、バンドパスフィルター15、デジタルフィルター20および、加算平均回路21を備えているため、従来の方式より、遥かにノイズが低減されたエコー信号を得ることできる。
また、コンクリート探傷を行う場合は、90度SH斜角探触子に変えて、P波振動子を有する探触子を使用し、同様に送信信号としてチャープ波圧縮信号を使用して計測をするのが好ましい。P波(Longitudinal wave)は疎密で、密度変化として被検体内を伝搬するため、コンクリート探傷に適している。
コンクリート探傷には、比較的低い周波数の信号を使用できるが、広帯域の信号を使用する必要性がある。コンクリート内はコンクリートの経年変化により劣化しているため、減衰が著しく、信号は欠陥まで到達しにくい。低い周波数の信号を使用すれば、信号は深いところにまで到達するが、小さな欠陥を見落としやすくなる。本発明に係る超音波診断装置では、チャープ波圧縮信号を使用することで広帯域な信号を作り出すことができるため、伝達深度を上げることが可能である。
次に、図9の二振動子斜角探触子について説明する。二振動子斜角探触子は小さい欠陥の探傷、欠陥までの距離測定等に使用される。SV波用の振動子25と、SH波用の振動子26とをそれぞれ片方ずつに配置し、90度二振動子斜角探触子を形成する。
一般に、SH波は反射によるモード変化を起こしにくいが、被検体内に入りにくいため被検体内の欠陥を診断するのが難しい。一方、SV波は被検体内に入りやすいが、表面の影響を受けやすく、反射によるモード変換が起こるため、広範囲にわたって欠陥を診断するのが難しい。このため90度SH斜角探触子の代わりに、SV波用の振動子25と、SH波用の振動子26とを備えた90度二振動子斜角探触子を用いて、送信波形としてSV波と、SH波とを交互に被検体内に伝搬させることで、欠陥を正確に計測することができる。
また、SV波とSH波とを受信側の90度二振動子斜角探触子で交互に受信し、表示部に同時に表示することにより、欠陥の位置をより明確に診断することができる。
さらに、受信側を2つ設けることによって、いずれか一方の信号のみを発信した場合にも、SV波、SH波を同時に受信することができ、間接反射波によるモード変換の影響や遅れエコー観測を容易にし、欠陥の判定をしやすくすることもできる。
次に、90度SH斜角探触子の実際の設計例について説明する。90度SH斜角探触子から被検体へSH波が伝播するとき、SH波は屈折が生じる。SH波の入射角、反射角および屈折角は、一般的に図10のように表すことができる。
今回製作した90度SH斜角探触子は、材質がコンポジット材(1−3)からなる振動子と、材質がポリスチレンからなる楔とを含む。ポリスチレン内の超音波横波速度は1135m/sで、鋼板(被検体)の超音波横波速度は3245m/sである。このときの入射角gは、g=(arc)sin[{(1135m/s)/(3245m/s)}×sin90°]=20.5°である。この角度でSH波が鋼板に発射された場合にのみ、SH波は鋼板内を平行に進む。入射角gがこの角度となるように製作した90度SH斜角探触子を使用した場合における、探触子の特性、インピーダンスの測定結果、共振・反共振特性のデータを図11、図12、図13に示す。これらの図に示された測定結果から、所望の90度SH斜角探触子が正しく製作できたことが分かる。
90度SH斜角探触子の楔材であるポリスチレンの、各周波数における損失データ(減衰率)を図14に示す。アクリルの減衰率27とポリスチレンの減衰率29とを比較すると、試験周波数による違いはあるものの、周波数1MHzでのポリスチレンの減衰率29は0.09dB/mm、アクリルの減衰率27は0.18dB/mmとなり、ポリスチレンの減衰率29はアクリルの減衰率27の1/2程度と小さく、また0.5MHzでは、ポリスチレンの減衰率29は0.08dB/mmであるのに対して、アクリルの減衰率27は0.22dB/mmと約1/4の減衰率を示した。ポリエーテルイミドの減衰率28はアクリルとポリスチレンとの中間的な値を示した。
振動子の材質について、セラミックとコンポジット材(1−3)との比較を図15に示す。図15は、長さ40mmのポリエーテルイミドを遅延材として0.5MHzのバースト波5波でのテストを行った結果である。コンポジット材(1−3)の振動子はセラミックの振動子よりも14dB〜20dB(5〜10倍)高い感度を示した。また単純に振動子材を比較するため、面積比を考慮して計算するとコンポジット材(1−3)の方が、セラミックより7〜14dB感度が高い結果となった。なお、振動子の材質としてコンポジット材(1−3)を使用したが、他の種類のコンポジット材を使用しても良い。
本発明に係る超音波診断装置を使用して、厚み20mm、巾1500mmの鋼板にテスト的に欠陥を9つ形成して測定をした結果が図16である。欠陥の大きさは直径3mm程度とし、鋼板表面から深さ5mm程度のところに形成した。
図16において、点1は端点より500mm、点2は650mm、点3は700mm、点4は800mm、点5は850m、点6は950mm、点7は1000mm、点8は1100mm、点9は1200mmの位置に形成した欠陥を示している。
実際のノイズが含まれたバースト波形を使用して従来の方法で測定した結果と、パルス圧縮波を使用して本発明に係る方法で測定した結果を図17に示す。
従来の方法では、点3、点6、点9以外の欠陥を確認することができない。これに対してパルス圧縮波を使用した本発明では、すべての欠陥を確認することができる。
図18は、100kHzのバースト波を使用した場合のエコー信号と、100kHzをセンター周波数とした本発明に係るパルス圧縮波を使用した場合のエコー信号とを比較したものである。図18の測定点A、B、CでのSN比は、本発明に係るパルス圧縮波を使用した場合のエコー信号の方が約20dB改善されている。
以上の点から、本発明に係る超音波診断装置は、チャープ波圧縮信号を使用しているため、ノイズが低減された信号を得ることができる。また、本発明に係る超音波診断装置は、チャープ波圧縮信号に基づいてSH波を生成し、そのSH波を被検体内に伝搬させる探触子を含んでいるため、被検体内に存在する欠陥を広範囲にわたって診断することができる。従って、本発明に係る超音波診断装置は、橋梁の診断に特に適している。
図19に示されるようにソフトウェア的な処理により、エコー信号に自己相関関数を加えることによって、さらにノイズ低減をさせることができ、より明確なエコー信号を得ることができる。
また、鋼板およびコンクリート用の診断装置として、フェイズドアレイセンサを使用することにより、計測の方向制御を行ったり、内部を面で捉えたりすることも可能である。
90度SH斜角探触子は、発射角が存在するため、被検体全体を網羅できない場合がある。しかしながら、図20に示すように、90度SH斜角探触子は簡単に移動させることができるため、90度SH斜角探触子の位置を変えた複数回の計測により、被検体全体を計測できる。
本発明に係る超音波診断装置ではSH波を使用しているため、図21に示すように、コンクリート面に接している鋼板(被検体)も検査することが可能である。このため従来のSV波では、コンクリートの影響を受けてしまい正確なエコー信号を観測しにくかった、測定点から離れたところにある錆、亀裂等の欠陥を容易に発見することができる。
また、二振動子探触子を使用して、SH波を出力し、SV波を受信することも有用である。SH波はモード変換がおこりにくく、周囲の影響を受けにくい信号であるが、二振動子探触子を使用することで、間接反射によるモード変換があった場合でも、SV波を受信することができ、正確に欠陥を把握できる。
さらに、欠陥情報を正確に得る方法としては、図22の様に二振動子探触子を欠陥付近で使用し、さらに詳細な情報を計測すればよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
1 CPU
2 パラメータ設定部
3 デジタル波形発生装置(信号発生部)
4 ハミング窓関数処理部
5 自己相関関数処理部(圧縮処理部)
6 フィルター処理部
7A、7B D/A変換回路
8 レベル変換部
9 電源装置
10 送信部
11 探触子
12 CPU
13 探触子
14 インピーダンスマッチング部
15 バンドパスフィルター
16 D/A変換回路
17 プログラマブルアッテネータ
18 増幅器
19 A/D変換回路
20 デジタルフィルター
21 加算平均回路
22 相互相関処理部
23 表示部
101 同期信号発生部
102 送信部
103 探触子
104 被検体
105 受信部
106 表示部
2 パラメータ設定部
3 デジタル波形発生装置(信号発生部)
4 ハミング窓関数処理部
5 自己相関関数処理部(圧縮処理部)
6 フィルター処理部
7A、7B D/A変換回路
8 レベル変換部
9 電源装置
10 送信部
11 探触子
12 CPU
13 探触子
14 インピーダンスマッチング部
15 バンドパスフィルター
16 D/A変換回路
17 プログラマブルアッテネータ
18 増幅器
19 A/D変換回路
20 デジタルフィルター
21 加算平均回路
22 相互相関処理部
23 表示部
101 同期信号発生部
102 送信部
103 探触子
104 被検体
105 受信部
106 表示部
Claims (12)
- 被検体内の欠陥を検出する超音波診断装置であって、
チャープ波を生成する信号発生部と、
前記チャープ波に対して圧縮処理を行いチャープ波圧縮信号を出力する圧縮処理部と、
前記チャープ波圧縮信号に基づいてSH波を生成して前記被検体内に伝搬させる探触子と、
を含む超音波診断装置。 - 前記探触子は、前記被検体内の欠陥により反射された前記SH波を受信する請求項1に記載の超音波診断装置。
- 前記探触子とは別に、前記被検体内の欠陥により反射された前記SH波を受信する受信用の探触子をさらに含む請求項1に記載の超音波診断装置。
- 前記探触子により受信した前記SH波に対してノイズ処理を行うノイズ処理部と、
前記ノイズ処理が行われた前記SH波と参照波形との相互相関をとる相互相関処理部と、
前記相互相関処理後の前記SH波を表示する表示部と、
をさらに含む請求項2または3に記載の超音波診断装置。 - 前記ノイズ処理部は、前記探触子により受信した前記SH波を加算平均する加算平均回路を含む請求項4に記載の超音波診断装置。
- 前記探触子は、コンポジット材からなる振動子と、ポリスチレンからなる楔と、を含む請求項1に記載の超音波診断装置。
- 被検体内の欠陥を検出する超音波診断装置であって、
チャープ波を生成する信号発生部と、
前記チャープ波に対して圧縮処理を行いチャープ波圧縮信号を出力する圧縮処理部と、
前記チャープ波圧縮信号に基づいてSH波およびSV波を生成して前記被検体内に交互に伝搬させる二振動子探触子と、
を含む超音波診断装置。 - 前記二振動子探触子は、前記被検体内の欠陥により反射された前記SH波および前記SV波を受信する請求項7に記載の超音波診断装置。
- 前記二振動子探触子とは別に、前記被検体内の欠陥により反射された前記SH波および前記SV波を受信する受信用の二振動子探触子をさらに含む請求項7に記載の超音波診断装置。
- 前記二振動子探触子により受信した前記SH波および前記SV波に対してノイズ処理を行うノイズ処理部と、
前記ノイズ処理が行われた前記SH波および前記SV波と参照波形との相互相関をとる相互相関処理部と、
前記相互相関処理後の前記SH波および前記SV波を同時に表示する表示部と、
をさらに含む請求項8または9に記載の超音波診断装置。 - 前記ノイズ処理部は、前記二振動子探触子により受信した前記SH波および前記SV波をそれぞれ加算平均する加算平均回路を含む請求項10に記載の超音波診断装置。
- コンクリート内の欠陥を検出する超音波診断装置であって、
チャープ波を生成する信号発生部と、
前記チャープ波に対して圧縮処理を行いチャープ波圧縮信号を出力する圧縮処理部と、
前記チャープ波圧縮信号に基づいてP波を生成して前記コンクリート内に伝搬させるP波振動子と、
を含む超音波診断装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009195661A JP2011047763A (ja) | 2009-08-26 | 2009-08-26 | 超音波診断装置 |
US12/574,236 US20110048134A1 (en) | 2009-08-26 | 2009-10-06 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009195661A JP2011047763A (ja) | 2009-08-26 | 2009-08-26 | 超音波診断装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011047763A true JP2011047763A (ja) | 2011-03-10 |
Family
ID=43622869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009195661A Pending JP2011047763A (ja) | 2009-08-26 | 2009-08-26 | 超音波診断装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20110048134A1 (ja) |
JP (1) | JP2011047763A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013217830A (ja) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Ihi Corp | 超音波探傷方法及び超音波探傷装置 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5692475B2 (ja) * | 2013-01-22 | 2015-04-01 | 新日鐵住金株式会社 | 欠陥位置補正方法 |
KR101700061B1 (ko) * | 2013-02-01 | 2017-01-26 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 결함 검사 방법 및 결함 검사 장치 |
CN103852521B (zh) * | 2014-02-17 | 2016-04-06 | 上海市岩土工程检测中心 | 一种用超声波检测多层介质耦合质量的方法 |
CN110220974B (zh) * | 2019-06-10 | 2020-11-03 | 清华大学 | 适用于铝板缺陷检测的sv超声体波单侧聚焦换能器 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4011747A (en) * | 1975-06-20 | 1977-03-15 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford University | Method and apparatus for acoustic scanning using waves scattered by an acoustic grating |
US4949312A (en) * | 1988-04-20 | 1990-08-14 | Olympus Optical Co., Ltd. | Ultrasonic diagnostic apparatus and pulse compression apparatus for use therein |
US6644122B2 (en) * | 2001-12-21 | 2003-11-11 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Method for ultrasonic monitoring and evaluating of composites |
KR100406097B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2003-11-14 | 주식회사 메디슨 | 가중 쳐프 신호를 이용한 초음파 영상 형성 장치 및 방법 |
KR100406098B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2003-11-14 | 주식회사 메디슨 | 가중된 직교 쳐프 신호를 이용한 동시 다중 송신 집속기반의 초음파 영상 형성 장치 및 방법 |
WO2005098731A2 (en) * | 2004-03-29 | 2005-10-20 | German Peter T | Systems and methods to determine elastic properties of materials |
-
2009
- 2009-08-26 JP JP2009195661A patent/JP2011047763A/ja active Pending
- 2009-10-06 US US12/574,236 patent/US20110048134A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013217830A (ja) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Ihi Corp | 超音波探傷方法及び超音波探傷装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20110048134A1 (en) | 2011-03-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9400264B2 (en) | Ultrasonic test equipment and evaluation method thereof | |
JP4938050B2 (ja) | 超音波診断評価装置 | |
US20120226159A1 (en) | Ultrasonic scanning system and ultrasound image enhancement method | |
Clorennec et al. | Nondestructive evaluation of cylindrical parts using laser ultrasonics | |
JP2012141230A (ja) | 非破壊検査装置 | |
JP2011047763A (ja) | 超音波診断装置 | |
KR101251204B1 (ko) | 초음파 비파괴 검사 장치 및 초음파 비파괴 검사 방법 | |
CA3110818A1 (en) | Continuous wave ultrasound or acoustic non-destructive testing | |
RU108627U1 (ru) | Система ультразвуковой дефектоскопии трубопровода | |
JP4997636B2 (ja) | 構造物の非破壊診断方法 | |
JP4405821B2 (ja) | 超音波信号検出方法及び装置 | |
JP2000241397A (ja) | 表面欠陥検出方法および装置 | |
JPH04323553A (ja) | 超音波共振探傷方法および装置 | |
JPS6321135B2 (ja) | ||
KR100542651B1 (ko) | 비선형 음향반응을 이용한 비파괴 음향 탐사방법 | |
US10620162B2 (en) | Ultrasonic inspection methods and systems | |
JP3036387B2 (ja) | 超音波探傷方法及び装置 | |
JP2001343365A (ja) | 金属薄板の厚み共振スペクトル測定方法及び金属薄板の電磁超音波計測方法 | |
JP2005315622A (ja) | コンクリート構造物の非破壊検査方法及び装置 | |
Battaglini et al. | The use of pulse compression and frequency modulated continuous wave to improve ultrasonic non destructive evaluation of highly-scattering materials | |
JPH07248317A (ja) | 超音波探傷方法 | |
JP4143527B2 (ja) | 薄板超音波探傷装置 | |
RU2272282C1 (ru) | Способ ультразвукового контроля состояния деревянных изделий | |
JPH1151909A (ja) | 超音波探傷方法 | |
RU2614195C2 (ru) | Способы измерения параметров ультразвукового сигнала при наличии помехи |