JP2011196877A - Ultrasonic measuring method, and ultrasonic measuring instrument - Google Patents

Ultrasonic measuring method, and ultrasonic measuring instrument Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an echo signal having a high S/N ratio reduced in reverberation noise.SOLUTION: The ultrasonic measuring instrument is equipped with: a measuring signal acquiring portion 3 for transmitting ultrasonic waves with respect to a specimen from an ultrasonic probe 2 and acquiring the echo signal-containing measuring signal from the specimen by the ultrasonic probe 2; a noise signal acquiring portion 9a for acquiring the reference noise signal corresponding to the reverberation noise signal caused by the ultrasonic waves generated by the ultrasonic probe 2; a noise generating portion 4 for comparing a portion of the measuring signal with a part of the reference noise signal, determining the modulation parameter of the reference noise signal for forming the reverberation noise signal in the measuring signal in the receiving state of the measuring signal by the ultrasonic probe 2, and generating the adaptation reference noise signal corresponding to the reference noise signal in the measurement signal, by using the determined modulation parameter and a noise removing part 5 for removing the adaptation reference noise signal from the measurement signal.

Description

本発明は、超音波を用いて被検体の欠陥または構造等を計測する超音波計測方法および超音波計測装置に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic measurement method and an ultrasonic measurement apparatus for measuring a defect or a structure of a subject using ultrasonic waves.

従来から、超音波を用いて被検体の欠陥または構造等を非破壊計測する超音波計測方法が提案されている。この超音波計測方法では、一般に、鋼管または鋼板等の被検体に超音波探触子(超音波プローブ)を接触させた状態で被検体に対して超音波を送信し、被検体からのエコー信号を受信することによって、被検体の傷等の欠陥または被検体の肉厚等の構造を計測する。この被検体からのエコー信号には、ノイズが含まれるため、高いS/N比をもつエコー信号を得られることができず、精度の高い超音波計測を行うことができない場合があった。   Conventionally, there has been proposed an ultrasonic measurement method for nondestructively measuring a defect or a structure of an object using ultrasonic waves. In this ultrasonic measurement method, in general, an ultrasonic probe (ultrasonic probe) is in contact with an object such as a steel pipe or a steel plate, and ultrasonic waves are transmitted to the object, and an echo signal from the object is transmitted. Is received, a defect such as a scratch on the subject or a structure such as the thickness of the subject is measured. Since the echo signal from the subject includes noise, an echo signal having a high S / N ratio cannot be obtained, and ultrasonic measurement with high accuracy may not be performed in some cases.

このため、特許文献1では、同一条件による超音波の送受信を被検体に対して複数回行い、被検体から得られた複数の各信号を、送信タイミングに同期させて加算する処理を行うようにしている。この場合、エコー信号は、送信タイミングに対して常に一定時間遅れたタイミングで取得されるため、ノイズが時間的にランダムである場合、高いS/N比をもつことになる。   For this reason, in Patent Document 1, transmission / reception of ultrasonic waves under the same conditions is performed a plurality of times on the subject, and a process of adding a plurality of signals obtained from the subject in synchronization with the transmission timing is performed. ing. In this case, since the echo signal is always acquired at a timing delayed by a certain time with respect to the transmission timing, when the noise is temporally random, it has a high S / N ratio.

また、特許文献2には、予測されるエコー信号を参照信号として用意し、その参照信号と計測信号との相関演算を行うようにしている。この場合、参照信号と高い相関をもつ実際のエコー信号が強調され、参照信号との相関が低いノイズが低減されるため、高いS/N比をもつエコー信号を得ることができる。   In Patent Document 2, a predicted echo signal is prepared as a reference signal, and a correlation calculation between the reference signal and the measurement signal is performed. In this case, since an actual echo signal having a high correlation with the reference signal is emphasized and noise having a low correlation with the reference signal is reduced, an echo signal having a high S / N ratio can be obtained.

さらに、特許文献3では、エコー信号とノイズの周波数分布との違いを利用し、ノイズに多く含まれ、かつエコー信号には、あまり含まれない周波数帯域をカットするようにしている。この結果、エコー信号からノイズが有効に除去され、高いS/N比をもつエコー信号を得ることができる。   Further, in Patent Document 3, the difference between the echo signal and the frequency distribution of noise is used to cut a frequency band that is included in a large amount of noise and not included in the echo signal. As a result, noise is effectively removed from the echo signal, and an echo signal having a high S / N ratio can be obtained.

特開平7−294498号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-294498 特開2005−221321号公報JP-A-2005-221321 特開2004−333260号公報JP 2004-333260 A

ところで、特許文献1に記載されたものは、同期加算によってノイズを低減する方法であり、電気ノイズなどの時間的にランダムに現れるノイズの低減には有効であるが、超音波プローブから被検体に送信した超音波の残響である残響ノイズは、被検体からのエコー信号と同期するノイズであるため、同期加算処理を行っても低減することができず、高いS/N比をもつエコー信号を得ることは困難である。   By the way, what is described in Patent Document 1 is a method of reducing noise by synchronous addition, which is effective in reducing noise that appears randomly in time, such as electrical noise, but from an ultrasonic probe to a subject. The reverberation noise, which is the reverberation of the transmitted ultrasonic wave, is a noise that is synchronized with the echo signal from the subject. Therefore, it cannot be reduced even if the synchronous addition process is performed, and an echo signal having a high S / N ratio cannot be reduced. It is difficult to get.

また、特許文献2に記載されたものは、マッチドフィルタを用いてノイズを低減する方法であり、超音波を送信した被検体から得られるエコー信号の信号波形を予測して、このエコー信号と同等の参照信号を予め用意する必要があるとともに、後方散乱波計測等、得られるエコー信号の予測が難しい被検体に対しては適用が困難である。しかも、残響ノイズは、参照信号との相関が大きいため、特許文献1と同様に、残響ノイズが低減されたエコー信号を得ることは困難である。   In addition, what is described in Patent Document 2 is a method of reducing noise using a matched filter, and predicts a signal waveform of an echo signal obtained from a subject that has transmitted ultrasonic waves, and is equivalent to this echo signal. This reference signal is required to be prepared in advance, and is difficult to apply to a subject for which it is difficult to predict an echo signal to be obtained, such as backscattered wave measurement. In addition, since reverberation noise has a large correlation with the reference signal, it is difficult to obtain an echo signal with reduced reverberation noise, as in Patent Document 1.

さらに、特許文献3に記載されたものは、周波数フィルタを用いてノイズを低減する方法であり、超音波を送信した被検体から得られるエコー信号の周波数帯域を予測して、フィルタリング処理のフィルタ特性を予め設定しなければならず、この周波数帯域の予測が困難な場合、特許文献2と同様に、たとえば、後方散乱波計測等には適用が困難である。しかも、残響ノイズの周波数帯域はエコー信号の周波数帯域に重なってしまうため、残響ノイズが低減されたエコー信号を得ることは困難である。   Further, what is described in Patent Document 3 is a method of reducing noise using a frequency filter, and predicts a frequency band of an echo signal obtained from a subject that has transmitted ultrasonic waves, and performs filter characteristics of filtering processing. If it is difficult to predict this frequency band, it is difficult to apply to, for example, backscattered wave measurement as in Patent Document 2. Moreover, since the frequency band of the reverberation noise overlaps the frequency band of the echo signal, it is difficult to obtain an echo signal with reduced reverberation noise.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、残響ノイズが低減されたS/N比の高いエコー信号を得ることができる超音波計測方法および超音波計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic measurement method and an ultrasonic measurement apparatus capable of obtaining an echo signal having a high S / N ratio with reduced reverberation noise. To do.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる超音波計測方法は、超音波プローブから被検体に対して超音波を送信し、前記超音波プローブが該被検体からのエコー信号を含む計測信号を取得する計測信号取得ステップと、前記超音波プローブが生成する超音波に起因する残響ノイズ信号に対応した参照ノイズ信号を取得するノイズ信号取得ステップと、前記計測信号の一部と前記参照ノイズ信号の一部とを比較し、前記超音波プローブによる前記計測信号の受信状態での該計測信号内の残響ノイズ信号を生成するための、前記参照ノイズ信号の変調パラメータを決定し、該決定した変調パラメータを用いて該計測信号内の残響ノイズ信号に対応する適応参照ノイズ信号を生成するノイズ生成ステップと、前記計測信号から前記適応参照ノイズ信号を除去するノイズ除去ステップと、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, an ultrasonic measurement method according to the present invention transmits ultrasonic waves from an ultrasonic probe to a subject, and the ultrasonic probe echoes from the subject. A measurement signal acquisition step for acquiring a measurement signal including a signal, a noise signal acquisition step for acquiring a reference noise signal corresponding to a reverberation noise signal caused by an ultrasonic wave generated by the ultrasonic probe, and a part of the measurement signal And a part of the reference noise signal to determine a modulation parameter of the reference noise signal for generating a reverberation noise signal in the measurement signal in a reception state of the measurement signal by the ultrasonic probe. A noise generating step for generating an adaptive reference noise signal corresponding to a reverberation noise signal in the measurement signal using the determined modulation parameter; and from the measurement signal A noise removal step of removing the serial adaptive reference noise signal, characterized in that it comprises a.

また、本発明にかかる超音波計測方法は、上記の発明において、前記ノイズ生成ステップは、前記エコー信号を含む計測信号に含まれる、前記被検体からの反射超音波及び散乱超音波を受信する前の時間領域の一部または全部、あるいは後の時間領域の一部または全部、あるいは前および後の時間領域の一部または全部の計測信号と前記参照ノイズ信号と比較して、前記適応参照ノイズ信号を生成することを特徴とする。   In the ultrasonic measurement method according to the present invention as set forth in the invention described above, the noise generation step may be performed before the reflected ultrasonic wave and the scattered ultrasonic wave from the subject included in the measurement signal including the echo signal are received. The adaptive reference noise signal in comparison with the reference noise signal and a part or all of the time domain, or a part or all of the subsequent time domain, or a part or all of the previous and subsequent time domains. Is generated.

また、本発明にかかる超音波計測方法は、上記の発明において、前記ノイズ信号取得ステップは、前記超音波プローブから超音波の送受信を行うことによって前記参照ノイズ信号を取得することを特徴とする。   In the ultrasonic measurement method according to the present invention as set forth in the invention described above, the noise signal acquisition step acquires the reference noise signal by transmitting and receiving ultrasonic waves from the ultrasonic probe.

また、本発明にかかる超音波計測方法は、上記の発明において、前記ノイズ信号取得ステップは、前記被検体からの反射超音波および/または散乱超音波が観測されないように前記超音波プローブを配置して前記参照ノイズ信号を取得することを特徴とする。   In the ultrasonic measurement method according to the present invention, in the above invention, in the noise signal acquisition step, the ultrasonic probe is arranged so that reflected ultrasonic waves and / or scattered ultrasonic waves from the subject are not observed. And obtaining the reference noise signal.

また、本発明にかかる超音波計測方法は、上記の発明において、前記ノイズ信号取得ステップは、被検体内部に欠陥のない被検体に超音波が送信されるように前記超音波プローブを配置して前記参照ノイズ信号を取得することを特徴とする。   Further, in the ultrasonic measurement method according to the present invention, in the above invention, the noise signal acquisition step includes arranging the ultrasonic probe so that the ultrasonic wave is transmitted to a subject having no defect inside the subject. The reference noise signal is acquired.

また、本発明にかかる超音波計測方法は、上記の発明において、前記ノイズ信号取得ステップは、前記超音波プローブを前記被検体に対して相対的に移動させながら計測し、前記被検体の複数の位置での計測結果を平均処理することによって前記参照ノイズ信号を取得することを特徴とする。   Further, in the ultrasonic measurement method according to the present invention, in the above invention, the noise signal acquisition step performs measurement while moving the ultrasonic probe relative to the subject, and The reference noise signal is obtained by averaging the measurement results at the positions.

また、本発明にかかる超音波計測方法は、上記の発明において、前記被検体からのエコー信号は、前記被検体内部の欠陥からの反射である後方散乱波であることを特徴とする。   In the ultrasonic measurement method according to the present invention as set forth in the invention described above, the echo signal from the subject is a backscattered wave that is a reflection from a defect inside the subject.

また、本発明にかかる超音波計測装置は、超音波プローブから被検体に対して超音波を送信し、前記超音波プローブが該被検体から反射したエコー信号を含む計測信号を取得する計測信号取得部と、前記超音波プローブが生成する超音波に起因する残響ノイズ信号に対応した参照ノイズ信号を取得するノイズ信号取得部と、前記計測信号の一部と前記参照ノイズ信号の一部とを比較し、前記超音波プローブによる前記計測信号の受信状態での該計測信号内の残響ノイズ信号を生成するための、前記参照ノイズ信号の変調パラメータを決定し、該決定した変調パラメータを用いて該計測信号内の残響ノイズ信号に対応する適応参照ノイズ信号を生成するノイズ生成部と、前記計測信号から前記適応参照ノイズ信号を除去するノイズ除去部と、を備えたことを特徴とする。   In addition, the ultrasonic measurement apparatus according to the present invention transmits an ultrasonic wave from an ultrasonic probe to a subject, and acquires a measurement signal including an echo signal reflected from the subject by the ultrasonic probe. A noise signal acquisition unit that acquires a reference noise signal corresponding to a reverberation noise signal caused by an ultrasonic wave generated by the ultrasonic probe, and a part of the measurement signal and a part of the reference noise signal Then, a modulation parameter of the reference noise signal for generating a reverberation noise signal in the measurement signal in a reception state of the measurement signal by the ultrasonic probe is determined, and the measurement is performed using the determined modulation parameter. A noise generation unit that generates an adaptive reference noise signal corresponding to a reverberation noise signal in the signal, and a noise removal unit that removes the adaptive reference noise signal from the measurement signal. And said that there were pictures.

また、本発明にかかる超音波計測装置は、上記の発明において、前記ノイズ生成部は、前記エコー信号に含まれる、前記被検体からの反射超音波及び散乱超音波を含む計測信号を受信する前の時間領域の一部または全部、あるいは後の時間領域の一部または全部、あるいは前および後の時間領域の一部または全部の計測信号と前記参照ノイズ信号と比較して、前記適応参照ノイズ信号を生成することを特徴とする。   In the ultrasonic measurement apparatus according to the present invention, in the above invention, the noise generation unit may receive a measurement signal including reflected ultrasonic waves and scattered ultrasonic waves from the subject included in the echo signal. The adaptive reference noise signal in comparison with the reference noise signal and a part or all of the time domain, or a part or all of the subsequent time domain, or a part or all of the previous and subsequent time domains. Is generated.

本発明によれば、超音波プローブから被検体に対して超音波を送信し、前記超音波プローブが該被検体からのエコー信号を含む計測信号を受信するとともに、前記超音波プローブが生成する超音波に起因する残響ノイズ信号に対応した参照ノイズ信号を取得し、前記計測信号の一部と前記参照ノイズ信号の一部とを比較し、前記超音波プローブによる前記計測信号の受信状態での該計測信号内の残響ノイズ信号を生成するための、前記参照ノイズ信号の変調パラメータを決定し、該決定した変調パラメータを用いて該計測信号内の残響ノイズ信号に対応する適応参照ノイズ信号を生成し、前記計測信号から前記適応参照ノイズ信号を除去するようにしているので、残響ノイズが低減されたS/N比の高いエコー信号を得ることができ、この結果、従来、超音波計測が困難であった微小欠陥や微小構造などの計測が可能になる。   According to the present invention, an ultrasonic wave is transmitted from an ultrasonic probe to a subject, the ultrasonic probe receives a measurement signal including an echo signal from the subject, and an ultrasonic wave generated by the ultrasonic probe is generated. A reference noise signal corresponding to a reverberation noise signal caused by a sound wave is obtained, a part of the measurement signal is compared with a part of the reference noise signal, and the measurement signal is received in the reception state of the measurement signal by the ultrasonic probe. A modulation parameter of the reference noise signal for generating a reverberation noise signal in the measurement signal is determined, and an adaptive reference noise signal corresponding to the reverberation noise signal in the measurement signal is generated using the determined modulation parameter. Since the adaptive reference noise signal is removed from the measurement signal, an echo signal having a high S / N ratio with reduced reverberation noise can be obtained. Thus, it is possible to measure a minute defect or a minute structure, which has conventionally been difficult to perform ultrasonic measurement.

図1は、本発明の実施の形態1にかかる超音波計測装置の構成を模式的に示したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the ultrasonic measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図2は、超音波計測装置による超音波計測処理手順を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an ultrasonic measurement processing procedure by the ultrasonic measurement apparatus. 図3は、超音波の送受信によって計測される被検体の計測信号の一例を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing an example of a measurement signal of a subject measured by transmission / reception of ultrasonic waves. 図4は、超音波の参照ノイズ信号の一例を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of an ultrasonic reference noise signal. 図5は、適応参照ノイズ信号の一例を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of the adaptive reference noise signal. 図6は、計測信号から適応参照ノイズ信号を除去して得られるエコー信号を示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram showing an echo signal obtained by removing the adaptive reference noise signal from the measurement signal. 図7は、超音波の送受信によって被検体の計測信号を取得する状態を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a state in which a measurement signal of a subject is acquired by transmitting and receiving ultrasonic waves. 図8は、被検体を配置しないで参照ノイズ信号を取得する状態を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a state in which a reference noise signal is acquired without arranging a subject. 図9は、欠陥部のない基準被検体を用いて参照ノイズ信号を取得する状態を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a state in which a reference noise signal is acquired using a reference object having no defect. 図10は、本発明の実施の形態2による超音波計測の状態を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a state of ultrasonic measurement according to the second embodiment of the present invention. 図11は、実施例による計測信号の一例を示す波形図である。FIG. 11 is a waveform diagram illustrating an example of a measurement signal according to the embodiment. 図12は、実施例による参照ノイズ信号の一例を示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram illustrating an example of a reference noise signal according to the embodiment. 図13は、実施例による、計測信号から適応参照ノイズ信号を除去したエコー信号の一例を示す波形図である。FIG. 13 is a waveform diagram illustrating an example of an echo signal obtained by removing the adaptive reference noise signal from the measurement signal according to the embodiment.

以下、図面を参照して、本発明にかかる超音波計測方法および超音波計測装置の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態により、本発明が限定されるものではない。   Embodiments of an ultrasonic measurement method and an ultrasonic measurement apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる超音波計測装置の構成を模式的に示したブロック図である。図1に示すように、この超音波計測装置10は、被検体の欠陥または構造を非破壊計測するための超音波を送信し、この送信した超音波に起因する超音波信号(計測信号)を受信する計測信号取得部1と、この計測信号に含まれる残響ノイズに近似する適応参照ノイズ信号を生成するノイズ生成部4と、計測信号から適応参照ノイズ信号を除去するノイズ除去部5とを有する。また、超音波計測装置10は、各種情報を入力する入力部6と、被検体の計測データ等を記憶する記憶部7と、被検体の計測結果等を表示する表示部8と、超音波計測装置10の各構成部を制御する制御部9とを有する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the ultrasonic measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the ultrasonic measurement apparatus 10 transmits ultrasonic waves for nondestructive measurement of a defect or a structure of a subject, and transmits an ultrasonic signal (measurement signal) resulting from the transmitted ultrasonic waves. A measurement signal acquisition unit 1 to receive, a noise generation unit 4 that generates an adaptive reference noise signal that approximates reverberation noise included in the measurement signal, and a noise removal unit 5 that removes the adaptive reference noise signal from the measurement signal. . The ultrasonic measurement apparatus 10 includes an input unit 6 for inputting various information, a storage unit 7 for storing measurement data of the subject, a display unit 8 for displaying measurement results of the subject, and ultrasonic measurement. And a control unit 9 that controls each component of the device 10.

計測信号取得部1は、送受信部3から送信された電気信号の超音波信号を、超音波プローブ2から、外部に超音波を送信し、この超音波プローブ2で受信した超音波を電気信号の超音波信号である計測信号として送受信部3に出力する。超音波プローブ2は、圧電振動子等を用いて実現され、送受信部3からのパルス信号の印加によって超音波を外部に送信し、外部からの超音波を受波して電気信号に変換する。送受信部3は、超音波プローブ2の共振周波数またはその近傍の周波数のパルス信号を超音波プローブ2に印加することによって超音波プローブ2から超音波を外部に出力する。   The measurement signal acquisition unit 1 transmits the ultrasonic signal of the electric signal transmitted from the transmission / reception unit 3 to the outside from the ultrasonic probe 2 and converts the ultrasonic wave received by the ultrasonic probe 2 into the electric signal. It outputs to the transmission / reception part 3 as a measurement signal which is an ultrasonic signal. The ultrasonic probe 2 is realized by using a piezoelectric vibrator or the like, transmits an ultrasonic wave to the outside by applying a pulse signal from the transmission / reception unit 3, receives the ultrasonic wave from the outside, and converts it into an electric signal. The transmitter / receiver 3 outputs an ultrasonic wave from the ultrasonic probe 2 to the outside by applying a pulse signal having a resonance frequency of the ultrasonic probe 2 or a frequency in the vicinity thereof to the ultrasonic probe 2.

ノイズ生成部4は、受信した計測信号に含まれ被検体に送信した超音波に同期する残響ノイズに近似する適応参照ノイズ信号を生成する。この適応参照ノイズ信号は、少なくともエコー信号を受信する時間領域での残響ノイズに近似する信号であり、制御部9内のノイズ信号取得部9aが別途取得した参照ノイズ信号と、計測信号におけるエコー信号を受信しない時間領域の信号とを用いて求められる。   The noise generation unit 4 generates an adaptive reference noise signal that approximates reverberation noise that is included in the received measurement signal and that is synchronized with the ultrasonic wave transmitted to the subject. This adaptive reference noise signal is a signal that approximates reverberation noise at least in the time domain in which an echo signal is received. The reference noise signal separately acquired by the noise signal acquisition unit 9a in the control unit 9 and the echo signal in the measurement signal It is calculated | required using the signal of the time domain which does not receive.

ノイズ除去部5は、計測信号取得部1が取得した計測信号から、ノイズ生成部4が生成した適応参照ノイズ信号を減算することによって、計測信号内の残響ノイズをほとんど除去し、高いS/N比をもつエコー信号を出力する。なお、ノイズ除去部5は、計測信号内に含まれる残響ノイズ以外のノイズを除去するために同期加算処理などの信号処理を施してノイズ除去を行うことが好ましい。   The noise removal unit 5 subtracts the adaptive reference noise signal generated by the noise generation unit 4 from the measurement signal acquired by the measurement signal acquisition unit 1 to remove almost all reverberation noise in the measurement signal, resulting in a high S / N. An echo signal having a ratio is output. In addition, it is preferable that the noise removal part 5 performs signal processing, such as a synchronous addition process, in order to remove noises other than the reverberation noise contained in a measurement signal, and performs noise removal.

入力部6は、電源スイッチおよび入力キー等の入力デバイスを用いて実現される。また、入力部6は、操作者による入力操作に対応して、制御部9に対して各種指示情報を入力する。例えば、入力部6は、被検体の計測開始または計測終了等の指示情報、被検体の計測データの表示または記憶を指示する指示情報等を制御部9に入力する。   The input unit 6 is realized using an input device such as a power switch and an input key. The input unit 6 inputs various instruction information to the control unit 9 in response to an input operation by the operator. For example, the input unit 6 inputs instruction information such as measurement start or measurement end of the subject, instruction information for instructing display or storage of measurement data of the subject, and the like to the control unit 9.

記憶部7は、ハードディスク等の記憶メディアを用いて実現され、制御部9によって指示された被検体の計測データ等の各種情報を記憶する。   The storage unit 7 is realized using a storage medium such as a hard disk, and stores various types of information such as measurement data of the subject instructed by the control unit 9.

表示部8は、液晶ディスプレイ等の表示デバイスを用いて実現され、制御部9によって表示指示された各種情報を表示する。具体的には、表示部8は、超音波計測による被検体の計測データ(例えば、微小傷等の欠陥情報、肉厚等の構造情報等)を表示する。また、表示部8は、計測対象の被検体から得られたエコー信号の波形情報等を表示してもよい。   The display unit 8 is realized by using a display device such as a liquid crystal display, and displays various information instructed to be displayed by the control unit 9. Specifically, the display unit 8 displays measurement data of the subject by ultrasonic measurement (for example, defect information such as minute flaws and structure information such as thickness). The display unit 8 may display waveform information of an echo signal obtained from the subject to be measured.

制御部9は、参照ノイズ信号を取得するノイズ信号取得部9aを有するとともに、上述した超音波計測装置10の各構成部を制御する。具体的には、制御部9は、処理プログラム等を記憶したメモリおよび処理プログラムを実行するCPU等を用いて実現される。制御部9は、入力部6によって入力された指示情報に基づいて、上述した計測信号取得部1、ノイズ生成部4、ノイズ除去部5、記憶部7、および表示部8の各動作タイミング等を制御する。   The control unit 9 includes a noise signal acquisition unit 9a that acquires a reference noise signal, and controls each component of the ultrasonic measurement device 10 described above. Specifically, the control unit 9 is realized using a memory that stores a processing program and the like and a CPU that executes the processing program. Based on the instruction information input by the input unit 6, the control unit 9 determines the operation timings of the measurement signal acquisition unit 1, the noise generation unit 4, the noise removal unit 5, the storage unit 7, and the display unit 8 described above. Control.

ここで、図2に示したフローチャートを参照して、超音波計測装置10による超音波計測処理手順について説明する。図2において、まず、制御部9は、被検体に対する超音波計測指示入力があったか否かを判断する(ステップS101)。   Here, an ultrasonic measurement processing procedure by the ultrasonic measurement apparatus 10 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In FIG. 2, first, the control unit 9 determines whether or not an ultrasonic measurement instruction is input to the subject (step S101).

制御部9は、超音波計測指示入力があった場合(ステップS101,Yes)のみ、超音波プローブ2を用いた超音波計測を開始する。すなわち、制御部9は、計測信号取得部1を制御して、被検体に対して超音波を照射し、この被検体からの超音波信号を含む計測信号を取得するとともに、制御部9内のノイズ信号取得部9aは、記憶部7に予め格納され、あるいは直前に計測された参照ノイズ信号を取得する(ステップS102)。   The control unit 9 starts ultrasonic measurement using the ultrasonic probe 2 only when an ultrasonic measurement instruction is input (step S101, Yes). That is, the control unit 9 controls the measurement signal acquisition unit 1 to irradiate the subject with ultrasonic waves, acquires a measurement signal including the ultrasonic signal from the subject, The noise signal acquisition unit 9a acquires a reference noise signal stored in advance in the storage unit 7 or measured immediately before (step S102).

その後、ノイズ生成部4は、エコー信号が含まれない時間領域の計測信号内の残響ノイズである計測信号と参照ノイズ信号とをもとに、少なくともエコー信号が含まれる時間領域内の残響ノイズの振幅、位相に近似する信号である適応参照ノイズ信号を生成する(ステップS103)。   After that, the noise generation unit 4 generates at least the reverberation noise in the time domain including the echo signal based on the measurement signal that is the reverberation noise in the measurement signal in the time domain that does not include the echo signal and the reference noise signal. An adaptive reference noise signal that is a signal approximating the amplitude and phase is generated (step S103).

その後、ノイズ除去部5は、計測信号から、ノイズ生成部4が生成した適応参照ノイズ信号を減算し、計測信号内の残響ノイズをほぼ除去する(ステップS104)。   Thereafter, the noise removing unit 5 subtracts the adaptive reference noise signal generated by the noise generating unit 4 from the measurement signal, and substantially removes reverberation noise in the measurement signal (step S104).

その後、この残響ノイズがほぼ除去されたエコー信号を用いた計測処理を行う(ステップS105)。たとえば、被検体内に存在する欠陥の形状および大きさ等の欠陥情報、肉厚および内部形状等の構造情報を取得する処理を行う。その後、終了指示がない場合(ステップS106,No)、ステップS101に移行して上述した処理を繰り返し、終了指示があった場合(ステップS106,Yes)、本処理を終了する。   Thereafter, measurement processing using the echo signal from which the reverberation noise is substantially removed is performed (step S105). For example, processing is performed to acquire defect information such as the shape and size of a defect present in the subject, and structural information such as thickness and internal shape. Thereafter, when there is no end instruction (No at Step S106), the process proceeds to Step S101 and the above-described process is repeated. When there is an end instruction (Step S106, Yes), this process ends.

ここで、さらに具体的な信号波形を参照して、上述した残響ノイズ除去処理について説明する。図3は、計測信号取得部1が取得した計測信号y(t)を示している。この計測信号y(t)は、任意の時間t1から時間t4までの期間に取得した信号であり、この計測信号y(t)の時間tから時間tの間の時間領域Δtに被検体からのエコー信号s(t)が含まれる。 Here, the reverberation noise removal processing described above will be described with reference to more specific signal waveforms. FIG. 3 shows the measurement signal y (t) acquired by the measurement signal acquisition unit 1. The measurement signal y (t) is a signal acquired during a period from an arbitrary time t 1 to a time t 4 , and a time region Δt b between the time t 2 and the time t 3 of the measurement signal y (t). Includes an echo signal s (t) from the subject.

すなわち、計測信号y(t)は、エコー信号s(t)と、残響ノイズn(t)とを重ね合わせた信号であり、次式(1)で表される。なお、計測信号y(t)には、残響ノイズn(t)以外のノイズ信号が含まれるが、同期加算処理などの信号処理によって除去することができるため、このノイズ信号は含めていない。
y(t)=s(t)+n(t) (t1≦t≦t4) …(1)
That is, the measurement signal y (t) is a signal obtained by superimposing the echo signal s (t) and the reverberation noise n (t), and is represented by the following equation (1). Note that the measurement signal y (t) includes a noise signal other than the reverberation noise n (t), but this noise signal is not included because it can be removed by signal processing such as synchronous addition processing.
y (t) = s (t) + n (t) (t 1 ≦ t ≦ t 4 ) (1)

ところで、時間t1から時間t2までの時間領域△taおよび時間t3から時間t4までの時間領域△tcには、エコー信号s(t)が含まれていないため、計測信号y(t)は、次式(2)で表される。
y(t)=s(t)+n(t) (t≦t≦t
y(t)=n(t) (t≦t≦t,t≦t≦t
…(2)
Incidentally, since the echo signal s (t) is not included in the time region Δt a from the time t 1 to the time t 2 and the time region Δt c from the time t 3 to the time t 4 , the measurement signal y (T) is expressed by the following equation (2).
y (t) = s (t) + n (t) (t 2 ≦ t ≦ t 3 )
y (t) = n (t) (t 1 ≦ t ≦ t 2 , t 3 ≦ t ≦ t 4 )
... (2)

ここで、残響ノイズn(t)は、超音波の残響という現象、すなわち、超音波プローブ2の内外における音響的残響、送受信部3におけるインピーダンスミスマッチによる電気的残響等に基づいている。一方、振幅または位相等の残響ノイズn(t)の特性は、温度等の環境によって変化する。このため、残響ノイズn(t)は、経時的に再現性を有するが、完全には一定にはならず、経時的に相似した信号となる。   Here, the reverberation noise n (t) is based on a phenomenon of ultrasonic reverberation, that is, acoustic reverberation inside and outside the ultrasonic probe 2, electrical reverberation due to impedance mismatch in the transmission / reception unit 3, and the like. On the other hand, the characteristics of the reverberation noise n (t) such as amplitude or phase change depending on the environment such as temperature. For this reason, the reverberation noise n (t) has reproducibility over time, but is not completely constant and becomes a similar signal over time.

残響ノイズn(t)は、超音波プローブ2から送信された超音波に起因するため、図4に示すように、この超音波の周波数等に同期する、残響ノイズn(t)の基準となる参照ノイズ信号nref(t)を予め取得しておく。この参照ノイズ信号nref(t)は、超音波プローブ2を用いた計測によって予め求めておいてもよいし、モデル化した波形を用いてもよいし、シミュレーションによって求めておいてもよい。ここで参照ノイズ信号nref(t)を計測で求めるとき、超音波プローブは実計測に用いるプローブと同じものを使うのが望ましい。 Since the reverberation noise n (t) is caused by the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 2, as shown in FIG. 4, the reverberation noise n (t) becomes a reference of the reverberation noise n (t) synchronized with the frequency of the ultrasonic wave. A reference noise signal n ref (t) is acquired in advance. The reference noise signal n ref (t) may be obtained in advance by measurement using the ultrasonic probe 2, a modeled waveform may be used, or may be obtained by simulation. Here, when the reference noise signal n ref (t) is obtained by measurement, it is desirable to use the same ultrasonic probe as that used for actual measurement.

ノイズ生成部4は、参照ノイズ信号nref(t)の時間を計測信号y(t)に対応させておき、計測信号y(t)の時間領域Δt,Δtの計測信号(残響ノイズn(t))と、時間領域Δt,Δtの参照ノイズ信号nref(t)とを比較し、時間領域Δt,Δtの計測信号y(t)が再現できるように、参照ノイズ信号nref(t)の変調パラメータ(振幅変調量A(t)と位相変調量d(t))とを次式(3)によって求める。
y(t)=n(t) (t1≦t≦t2、t3≦t≦t4
=A(t)×nref(t+d(t)) (t1≦t≦t2、t3≦t≦t4) …(3)
The noise generation unit 4 associates the time of the reference noise signal n ref (t) with the measurement signal y (t), and measures the measurement signals (reverberation noise n) in the time regions Δt a and Δt c of the measurement signal y (t). and (t)), the time domain Delta] t a, compared with the Delta] t c of the reference noise signal n ref (t), the time domain Delta] t a, as measured signal y Δt c (t) can be reproduced, the reference noise signal The modulation parameters (amplitude modulation amount A (t) and phase modulation amount d (t)) of n ref (t) are obtained by the following equation (3).
y (t) = n (t) (t 1 ≦ t ≦ t 2 , t 3 ≦ t ≦ t 4 )
= A (t) × n ref (t + d (t)) (t 1 ≦ t ≦ t 2 , t 3 ≦ t ≦ t 4 ) (3)

そして、ノイズ生成部4は、この式(3)によって求められた時間領域Δt,Δtの計測信号y(t)を用いて、次式(4)に示すように、時間領域Δtをさらに補間した適応参照ノイズ信号nref(t)´を算出する(図5参照)。
ref(t)´=A(t)×nref(t+d(t)) (t1≦t≦t)…(4)
Then, the noise generation unit 4 uses the measurement signals y (t) of the time regions Δt a and Δt c obtained by the equation (3) to convert the time region Δt b as shown in the following equation (4). Further, the adaptive reference noise signal n ref (t) ′ interpolated is calculated (see FIG. 5).
n ref (t) ′ = A (t) × n ref (t + d (t)) (t 1 ≦ t ≦ t 4 ) (4)

その後、ノイズ除去部5は、式(1)に示した計測信号y(t)から式(4)に示した適応参照ノイズ信号nref(t)´を減算し(式(5)参照)、図6に示すように、エコー信号s(t)を高いS/N比で出力する。なお、残響ノイズn(t)と適応参照ノイズ信号nref(t)´とは位相と振幅とが近似するため、計測信号y(t)から残響ノイズn(t)が殆ど除去されることになる。
s(t)=y(t)−n(t)
≒y(t)−nref(t)´ (t1≦t≦t4) …(5)
Thereafter, the noise removing unit 5 subtracts the adaptive reference noise signal n ref (t) ′ shown in the formula (4) from the measurement signal y (t) shown in the formula (1) (see the formula (5)). As shown in FIG. 6, the echo signal s (t) is output at a high S / N ratio. Note that, since the phase and amplitude of the reverberation noise n (t) and the adaptive reference noise signal n ref (t) ′ are approximate, the reverberation noise n (t) is almost removed from the measurement signal y (t). Become.
s (t) = y (t) -n (t)
≒ y (t) -n ref ( t) '(t 1 ≦ t ≦ t 4) ... (5)

なお、上述した実施の形態1では、計測信号y(t)の時間領域Δt,Δtの信号(残響ノイズn(t))と、時間領域Δt,Δtの参照ノイズ信号nref(t)とを比較して適応参照ノイズ信号nref(t)´を求めていたが、これに限らず、時間領域Δt,Δtの全てではなく、時間領域Δtあるいは時間領域Δtの一方のみを比較して適応参照ノイズ信号nref(t)´を求めてもよいし、時間領域Δtあるいは時間領域Δtの一部のみを比較して適応参照ノイズ信号nref(t)´を求めてもよい。 In the first embodiment described above, the time domain Delta] t a measurement signal y (t), a signal of Delta] t c (reverberation noise n (t)), the time domain Delta] t a, Delta] t c of the reference noise signal n ref ( It had sought t) and by comparing the adaptive reference noise signal n ref (t) ', not limited thereto, the time domain Delta] t a, rather than all Delta] t c, in the time domain Delta] t a or time domain Delta] t c compared to only one adaptive reference noise signal n ref (t) 'it may also be determined, the adaptive reference compares only a portion of the time domain Delta] t a or time domain Delta] t c noise signal n ref (t)' You may ask for.

(参照ノイズ信号の取得例1)
ここで、計測による参照ノイズ信号nref(t)の具体的な取得処理について説明する。まず、図7に示すように、超音波計測装置10による超音波計測は、鋼材などの被検体15に対して水浸法を用いて行われる。超音波計測装置10は、計測に用いる超音波の参照ノイズ信号nref(t)と、被検体15に対する計測信号y(t)とを取得する。超音波プローブ2は、まず、被検体15との間で、水等の音響接触触媒に接触した状態にされ、その後、この状態で超音波計測が行われる。ここで、超音波プローブ2は、被検体15以外の外部に対しても超音波の送受信を行うため、上述したように、計測信号y(t)内に残響ノイズn(t)が含まれる。
(Reference noise signal acquisition example 1)
Here, a specific acquisition process of the reference noise signal n ref (t) by measurement will be described. First, as shown in FIG. 7, the ultrasonic measurement by the ultrasonic measurement apparatus 10 is performed on a subject 15 such as a steel material by using a water immersion method. The ultrasonic measurement apparatus 10 acquires an ultrasonic reference noise signal n ref (t) used for measurement and a measurement signal y (t) for the subject 15. The ultrasonic probe 2 is first brought into contact with an acoustic contact catalyst such as water between the subject 15 and thereafter ultrasonic measurement is performed in this state. Here, since the ultrasonic probe 2 transmits and receives ultrasonic waves to and from the outside other than the subject 15, as described above, the reverberation noise n (t) is included in the measurement signal y (t).

参照ノイズ信号nref(t)は、表面エコーや欠陥部15aからのエコー(反射超音波および/または散乱超音波)であるエコー信号s(t)がない状態で計測すればよく、この参照ノイズ信号の取得例1では、図8に示すように、被検体15を設けず、エコー信号s(t)のない状態で計測することによって、参照ノイズ信号nref(t)を得るようにしている。 The reference noise signal n ref (t) may be measured in the absence of an echo signal s (t) that is a surface echo or an echo (reflected ultrasonic wave and / or scattered ultrasonic wave) from the defect 15a. In the signal acquisition example 1, as shown in FIG. 8, the reference noise signal n ref (t) is obtained by measuring without the subject 15 and without the echo signal s (t). .

もちろん、この場合、超音波プローブ2が送受信する周波数や時間長は、エコー信号s(t)を取得する超音波計測時と同じ条件であることが好ましい。特に、音響接触媒体である水の温度などを超音波計測時と同じ条件とすることが好ましい。   Of course, in this case, it is preferable that the frequency and time length transmitted and received by the ultrasonic probe 2 are the same as those in the ultrasonic measurement for acquiring the echo signal s (t). In particular, the temperature of water as an acoustic contact medium is preferably set to the same conditions as those during ultrasonic measurement.

このようにして得られる参照ノイズ信号nref(t)は、超音波計測直前に超音波計測の一連の処理によって求めてもよいし、同一条件での超音波計測が繰り返し行われる場合には、記憶部7内に予め保持しておくようにしてもよい。 The reference noise signal n ref (t) obtained in this way may be obtained by a series of processing of ultrasonic measurement immediately before ultrasonic measurement, or when ultrasonic measurement under the same conditions is repeatedly performed, You may make it hold | maintain in the memory | storage part 7 previously.

(参照ノイズ信号の取得例2)
つぎに、参照ノイズ信号の取得例2について説明する。この取得例2では、図9に示すように、欠陥部15aのない正常な被検体である基準被検体16を専用の試験片として用い、この基準被検体16に対する超音波計測を行うことによって、参照ノイズ信号nref(t)を求めるようにしている。
(Reference noise signal acquisition example 2)
Next, Reference Noise Signal Acquisition Example 2 will be described. In this acquisition example 2, as shown in FIG. 9, by using a reference specimen 16 that is a normal specimen without a defect 15a as a dedicated test piece, and performing ultrasonic measurement on the reference specimen 16, A reference noise signal n ref (t) is obtained.

この場合、参照ノイズ信号nref(t)には、残響ノイズn(t)とともに表面エコーが含まれるが、この表面エコーは、超音波計測には不必要なノイズである。したがって、表面エコー成分を参照ノイズ信号nref(t)の成分として含めることによって、超音波計測時に、欠陥部15aからの所望のエコー信号s(t)を一層高いS/N比で得ることができる。 In this case, the reference noise signal n ref (t) includes a surface echo together with the reverberation noise n (t), and this surface echo is noise unnecessary for ultrasonic measurement. Therefore, by including the surface echo component as a component of the reference noise signal n ref (t), a desired echo signal s (t) from the defect portion 15a can be obtained with a higher S / N ratio during ultrasonic measurement. it can.

また、この取得例2では、取得例1に比して、一層被検体15に対する実計測に近い条件で行うことができるという利点がある。   Further, in this acquisition example 2, as compared with the acquisition example 1, there is an advantage that it can be performed under conditions closer to actual measurement of the subject 15.

この実施の形態1は、参照ノイズ信号を用いて、被検体からの計測信号に含まれる残響ノイズに対応した適応参照ノイズ信号を生成し、計測信号から適応参照ノイズ信号を除去することによって、高いS/N比をもつエコー信号を得ることができる。この結果、被検体の欠陥情報および構造情報等を一層高精度に非破壊計測することができる。   In the first embodiment, an adaptive reference noise signal corresponding to reverberation noise included in a measurement signal from a subject is generated using a reference noise signal, and the adaptive reference noise signal is removed from the measurement signal. An echo signal having an S / N ratio can be obtained. As a result, the defect information and structure information of the subject can be nondestructively measured with higher accuracy.

(実施の形態2)
この実施の形態2では、参照ノイズ信号の取得を別途行わず、超音波計測内で参照ノイズ信号の取得を含めて欠陥部15aの検出を行うようにしている。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the reference noise signal is not separately acquired, and the defect portion 15a is detected in the ultrasonic measurement including the acquisition of the reference noise signal.

まず、この実施の形態2では、図10に示すように、超音波プローブ2が超音波の送受信を行いつつ、被検体15を超音波プローブ2に対して相対的に移動させ、被検体15から複数の計測信号yi(t)(i=1,2,3,…,N)を実測し、得られた複数の計測信号yi(t)をもとに、被検体15の欠陥部検出に適応する適応参照ノイズ信号を取得している。 First, in the second embodiment, as shown in FIG. 10, while the ultrasound probe 2 performs transmission and reception of ultrasound, the subject 15 is moved relative to the ultrasound probe 2, and the subject 15 is moved away from the subject 15. Measure a plurality of measurement signals y i (t) (i = 1, 2, 3,..., N), and detect a defective portion of the subject 15 based on the obtained plurality of measurement signals y i (t). An adaptive reference noise signal adapted to is acquired.

図10において、欠陥部15aが存在する位置P2が、超音波プローブ2による合計N回の相対的走査(計測)のうちのk回目の位置である場合、計測信号yi(t)は、次式(5)、(6)によって表される。
i(t)=ss,i(t)+ni(t) (i≠k) …(6)
k(t)=ss,k(t)+sd(t)+nk(t) (i=k) …(7)
In FIG. 10, when the position P 2 where the defective portion 15 a exists is the k-th position among the total N times of relative scanning (measurement) by the ultrasonic probe 2, the measurement signal y i (t) is It represents with following Formula (5) and (6).
y i (t) = s s, i (t) + n i (t) (i ≠ k) (6)
y k (t) = s s, k (t) + s d (t) + n k (t) (i = k) (7)

なお、ss,i(t)は、i回目の計測時の表面エコー信号であり、ni(t)は、i回目の計測時の残響ノイズ信号である。また、sd(t)は、k回目の計測時のみに計測される欠陥エコー信号である。 Note that s s, i (t) is a surface echo signal at the i-th measurement, and n i (t) is a reverberation noise signal at the i-th measurement. Further, s d (t) is a defect echo signal measured only at the time of the k-th measurement.

ここで、参照ノイズ信号nref(t)は、取得した合計N回分の計測信号y1(t),…,yi(t),…,yN(t)をもとに、次式(8)に基づいて、近似的に算出される。

Figure 2011196877
Here, the reference noise signal n ref (t) is obtained from the following equation ( N ) based on the acquired measurement signals y 1 (t),..., Y i (t),. Based on 8), it is calculated approximately.
Figure 2011196877

なお、上式(8)において、ss(t)は、合計N回の計測分の表面エコー信号を平均化した平均の表面エコー信号であり、ns(t)は、合計N回の計測分の平均の残響ノイズ信号である。 In the above equation (8), s s (t) is an average surface echo signal obtained by averaging the surface echo signals for a total of N measurements, and n s (t) is a total of N measurements. This is an average reverberation noise signal of minutes.

ノイズ生成部4は、上式(8)に基づいて算出した参照ノイズ信号nref(t)を用いて、i回目の計測信号yi(t)に適応した適応参照ノイズ信号n´ref,i(t)を実施の形態1と同様にして生成する。その後、ノイズ除去部5は、計測信号yi(t)から適応参照ノイズ信号n´ref,i(t)を減算し、次式(9)に示すエコー信号s´(t)を得る。

Figure 2011196877
The noise generation unit 4 uses the reference noise signal n ref (t) calculated based on the above equation (8), and the adaptive reference noise signal n ′ ref, i adapted to the i-th measurement signal y i (t). (T) is generated in the same manner as in the first embodiment. Thereafter, the noise removing unit 5 subtracts the adaptive reference noise signal n ′ ref, i (t) from the measurement signal y i (t) to obtain an echo signal s ′ i (t) represented by the following equation (9).
Figure 2011196877

したがって、被検体15の計測回数の合計N回が3以上(N≧3)である場合、より一般的には、欠陥エコーが同位相で検出されている計測信号が全体の1/3以下である場合、エコー信号s´(t)の絶対値は、次式(10)のようになる。
|s´(t)|<|s´(t)| (i≠k) …(10)
このため、超音波計測装置10は、式(10)に基づいて、被検体15の欠陥エコーの有無を検出することができる。
Therefore, when the total number of measurements N of the subject 15 is 3 or more (N ≧ 3), more generally, the measurement signal in which the defect echo is detected in the same phase is 1/3 or less of the whole. In some cases, the absolute value of the echo signal s ′ i (t) is expressed by the following equation (10).
| S ′ i (t) | <| s ′ k (t) | (i ≠ k) (10)
For this reason, the ultrasonic measurement apparatus 10 can detect the presence or absence of a defect echo in the subject 15 based on the equation (10).

この実施の形態2では、被検体の計測信号とは別に参照ノイズ信号を実測する必要がなく、これによって、超音波の参照ノイズ信号を実測する手間および時間を省くことができ、この結果、一層短時間且つ容易に高S/N比のエコー信号を取得することができる。   In the second embodiment, it is not necessary to actually measure the reference noise signal separately from the measurement signal of the subject, thereby saving labor and time for actually measuring the ultrasonic reference noise signal. An echo signal having a high S / N ratio can be acquired in a short time and easily.

また、被検体内部に存在する欠陥部の位置の近傍を走査して計測信号を取得するので、参照ノイズ信号の経時変化および計測位置に応じた変化を低減することができ、これによって、時間または計測位置等の計測環境の要因に追従した参照ノイズ信号を取得することができる。   In addition, since the measurement signal is acquired by scanning the vicinity of the position of the defective portion existing in the subject, it is possible to reduce the time-dependent change of the reference noise signal and the change according to the measurement position. A reference noise signal that follows the factors of the measurement environment such as the measurement position can be acquired.

(実施例)
つぎに、上述した実施の形態1に対応する実施例について説明する。この実施例における超音波プローブ2は、公称周波数を75MHzに設定している。また、超音波プローブ2の振動子直径は3mmであり、超音波プローブ2の焦点距離は10mmである。このような超音波プローブ2を備えた超音波計測装置10を用い、水浸法によって被検体15に超音波を斜角入射し、被検体15の超音波計測を6.0μ秒間行った。
(Example)
Next, an example corresponding to the first embodiment will be described. In the ultrasonic probe 2 in this embodiment, the nominal frequency is set to 75 MHz. The transducer diameter of the ultrasonic probe 2 is 3 mm, and the focal length of the ultrasonic probe 2 is 10 mm. Using the ultrasonic measurement apparatus 10 provided with such an ultrasonic probe 2, ultrasonic waves were obliquely incident on the subject 15 by a water immersion method, and ultrasonic measurement of the subject 15 was performed for 6.0 μsec.

なお、この実施例における超音波計測方法では、被検体15として、厚さ2.6mmの鋼板を用いている。また、この被検体15である鋼板は、水等の音響接触触媒に全没または局部的に水没させた状態にしている。   In the ultrasonic measurement method in this embodiment, a steel plate having a thickness of 2.6 mm is used as the subject 15. In addition, the steel plate that is the subject 15 is fully immersed or locally submerged in an acoustic contact catalyst such as water.

この実施例にかかる超音波計測方法によって、超音波計測装置10は、図11に示すような波形の計測信号y(t)を取得した。詳細には、超音波計測装置10は、時間t=1.1μ秒から時間t=2.0μ秒の間に、この鋼板の表面散乱波を計測した。また、超音波計測装置10は、時間t=2.0μ秒から時間t=3.2μ秒の間に、この鋼板の内部からの後方散乱波を計測した(図11に示す矩形枠内を参照)。   With the ultrasonic measurement method according to this example, the ultrasonic measurement apparatus 10 acquired a measurement signal y (t) having a waveform as shown in FIG. Specifically, the ultrasonic measurement apparatus 10 measured the surface scattered wave of this steel sheet between the time t = 1.1 μsec and the time t = 2.0 μsec. Further, the ultrasonic measurement apparatus 10 measured the backscattered wave from the inside of the steel plate between the time t = 2.0 μsec and the time t = 3.2 μsec (see the inside of the rectangular frame shown in FIG. 11). ).

一方、残響ノイズの基準信号である参照ノイズ信号nref(t)は、上述したように、実際に超音波を送受信することによって予め計測した。この結果、超音波計測装置10は、図12に示すような波形の参照ノイズ信号nref(t)を取得した。 On the other hand, the reference noise signal n ref (t), which is a standard signal of reverberation noise, was measured in advance by actually transmitting and receiving ultrasonic waves as described above. As a result, the ultrasonic measurement apparatus 10 acquired a reference noise signal n ref (t) having a waveform as shown in FIG.

なお、この実施例における超音波計測方法では、超音波計測装置10は、被検体15である鋼板の計測信号y(t)および参照ノイズ信号nref(t)を取得した後、同期加算平均処理を行って、この計測信号y(t)および参照ノイズ信号nref(t)から電気ノイズ等の非残響ノイズ成分を除去した。 In the ultrasonic measurement method in this embodiment, the ultrasonic measurement apparatus 10 acquires the measurement signal y (t) and the reference noise signal n ref (t) of the steel plate that is the subject 15, and then performs synchronous addition averaging processing. Then, non-reverberation noise components such as electrical noise were removed from the measurement signal y (t) and the reference noise signal n ref (t).

その後、超音波計測装置10は、参照ノイズ信号nref(t)をもとに、この鋼板の計測信号y(t)のうち、エコー信号を受信しない時間領域の波形と、参照ノイズ信号nref(t)とを比較し、適応参照ノイズ信号n´ref(t)を生成し、計測信号y(t)から適応参照ノイズ信号n´ref(t)を減算して除去した。この結果は、図13に示すような波形となり、高いS/N比をもつエコー信号s(t)を取得することができた。 Thereafter, the ultrasonic measurement apparatus 10 uses the reference noise signal n ref (t) to generate a time-domain waveform of the measurement signal y (t) of this steel plate that does not receive an echo signal, and the reference noise signal n ref. Compared with (t), an adaptive reference noise signal n ′ ref (t) is generated, and the adaptive reference noise signal n ′ ref (t) is subtracted from the measurement signal y (t) and removed. As a result, a waveform as shown in FIG. 13 was obtained, and an echo signal s (t) having a high S / N ratio could be obtained.

ここで、鋼板の計測信号y(t)の波形(図11参照)とエコー信号s(t)の波形(図13参照)とを比較した場合、鋼板の表面散乱波と後方散乱波とが計測された時間領域(図11,13の矩形枠内の時間領域)では、残響ノイズ除去処理の前後において、ピークおよび振幅等の波形特性が略維持されている。一方、この時間領域以外(図11,13の矩形枠外の時間領域)では、振幅が低減している。このため、被検体15である鋼板の計測時間において、この鋼板からのエコー信号s(t)の信号レベルを維持しつつ、残響ノイズを除去できたことがわかる。   Here, when the waveform of the measurement signal y (t) of the steel plate (see FIG. 11) and the waveform of the echo signal s (t) (see FIG. 13) are compared, the surface scattered wave and the back scattered wave of the steel plate are measured. In the time domain (time domain within the rectangular frame in FIGS. 11 and 13), the waveform characteristics such as peak and amplitude are substantially maintained before and after the reverberation noise removal process. On the other hand, the amplitude is reduced outside this time region (the time region outside the rectangular frame in FIGS. 11 and 13). Therefore, it can be seen that the reverberation noise can be removed while maintaining the signal level of the echo signal s (t) from the steel plate during the measurement time of the steel plate that is the subject 15.

なお、上述した実施の形態では、同期加算平均処理によって被検体の計測信号内の電気ノイズ等の非残響ノイズ成分を除去していたが、これに限らず、同期加算平均処理以外の方法、例えば、マッチドフィルタを用いた方法によって非残響ノイズ成分を除去してもよいし、周波数帯域のフィルタリング処理による方法によって非残響ノイズ成分を除去してもよい。   In the above-described embodiment, non-reverberation noise components such as electrical noise in the measurement signal of the subject are removed by the synchronous addition averaging process. However, the present invention is not limited to this, for example, a method other than the synchronous addition averaging process, for example, The non-reverberation noise component may be removed by a method using a matched filter, or the non-reverberation noise component may be removed by a method using a frequency band filtering process.

さらに、上述した実施の形態では、被検体の計測に用いる実際の超音波に基づいてモデル化した波形の参照ノイズ信号を予め準備していたが、これに限らず、数値シミュレーションによってモデル化した波形の参照ノイズ信号を用いてもよいし、適切な論理式に基づいて導出した参照ノイズ信号を用いてもよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, the reference noise signal of the waveform modeled based on the actual ultrasonic wave used for the measurement of the subject is prepared in advance. However, the present invention is not limited to this, and the waveform modeled by the numerical simulation is prepared. The reference noise signal may be used, or a reference noise signal derived based on an appropriate logical expression may be used.

1 計測信号取得部
2 超音波プローブ
3 送受信部
4 ノイズ生成部
5 ノイズ除去部
6 入力部
7 記憶部
8 表示部
9 制御部
9a ノイズ信号取得部
10 超音波計測装置
15 被検体
15a 欠陥部
16 基準被検体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement signal acquisition part 2 Ultrasonic probe 3 Transmission / reception part 4 Noise generation part 5 Noise removal part 6 Input part 7 Memory | storage part 8 Display part 9 Control part 9a Noise signal acquisition part 10 Ultrasonic measurement apparatus 15 Subject 15a Defect part 16 Reference | standard Subject

Claims (9)

超音波プローブから被検体に対して超音波を送信し、前記超音波プローブが該被検体からのエコー信号を含む計測信号を取得する計測信号取得ステップと、
前記超音波プローブが生成する超音波に起因する残響ノイズ信号に対応した参照ノイズ信号を取得するノイズ信号取得ステップと、
前記計測信号の一部と前記参照ノイズ信号の一部とを比較し、前記超音波プローブによる前記計測信号の受信状態での該計測信号内の残響ノイズ信号を生成するための、前記参照ノイズ信号の変調パラメータを決定し、該決定した変調パラメータを用いて該計測信号内の残響ノイズ信号に対応する適応参照ノイズ信号を生成するノイズ生成ステップと、
前記計測信号から前記適応参照ノイズ信号を除去するノイズ除去ステップと、
を含むことを特徴とする超音波計測方法。
An ultrasonic signal is transmitted from an ultrasonic probe to a subject, and the ultrasonic probe acquires a measurement signal including an echo signal from the subject;
A noise signal acquisition step of acquiring a reference noise signal corresponding to a reverberation noise signal caused by an ultrasonic wave generated by the ultrasonic probe;
The reference noise signal for comparing a part of the measurement signal with a part of the reference noise signal and generating a reverberation noise signal in the measurement signal in a reception state of the measurement signal by the ultrasonic probe A noise generation step of generating an adaptive reference noise signal corresponding to a reverberation noise signal in the measurement signal using the determined modulation parameter;
A noise removal step of removing the adaptive reference noise signal from the measurement signal;
An ultrasonic measurement method comprising:
前記ノイズ生成ステップは、前記エコー信号を含む計測信号に含まれる、前記被検体からの反射超音波及び散乱超音波を受信する前の時間領域の一部または全部、あるいは後の時間領域の一部または全部、あるいは前および後の時間領域の一部または全部の計測信号と前記参照ノイズ信号と比較して、前記適応参照ノイズ信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の超音波計測方法。   The noise generation step includes a part or all of a time region before receiving reflected ultrasonic waves and scattered ultrasonic waves from the subject included in a measurement signal including the echo signal, or a part of a subsequent time region. 2. The ultrasonic measurement according to claim 1, wherein the adaptive reference noise signal is generated by comparing the reference noise signal with a measurement signal of a part or all of a time domain before or after or all of the time domain. Method. 前記ノイズ信号取得ステップは、前記超音波プローブから超音波の送受信を行うことによって前記参照ノイズ信号を取得することを特徴とする請求項1または2に記載の超音波計測方法。   The ultrasonic measurement method according to claim 1, wherein the noise signal acquisition step acquires the reference noise signal by transmitting and receiving ultrasonic waves from the ultrasonic probe. 前記ノイズ信号取得ステップは、前記被検体からの反射超音波および/または散乱超音波が観測されないように前記超音波プローブを配置して前記参照ノイズ信号を取得することを特徴とする請求項3に記載の超音波計測方法。   4. The noise signal acquisition step of acquiring the reference noise signal by arranging the ultrasonic probe so that reflected ultrasonic waves and / or scattered ultrasonic waves from the subject are not observed. The described ultrasonic measurement method. 前記ノイズ信号取得ステップは、被検体内部に欠陥のない被検体に超音波が送信されるように前記超音波プローブを配置して前記参照ノイズ信号を取得することを特徴とする請求項3に記載の超音波計測方法。   The said noise signal acquisition step arrange | positions the said ultrasonic probe so that an ultrasonic wave may be transmitted to the test object without a defect inside a test object, The said reference noise signal is acquired. Ultrasonic measurement method. 前記ノイズ信号取得ステップは、前記超音波プローブを前記被検体に対して相対的に移動させながら計測し、前記被検体の複数の位置での計測結果を平均処理することによって前記参照ノイズ信号を取得することを特徴とする請求項3に記載の超音波計測方法。   The noise signal acquisition step performs measurement while moving the ultrasonic probe relative to the subject, and obtains the reference noise signal by averaging the measurement results at a plurality of positions of the subject. The ultrasonic measurement method according to claim 3, wherein: 前記被検体からのエコー信号は、前記被検体内部の欠陥からの反射である後方散乱波であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の超音波計測方法。   The ultrasonic measurement method according to claim 1, wherein the echo signal from the subject is a backscattered wave that is a reflection from a defect inside the subject. 超音波プローブから被検体に対して超音波を送信し、前記超音波プローブが該被検体から反射したエコー信号を含む計測信号を取得する計測信号取得部と、
前記超音波プローブが生成する超音波に起因する残響ノイズ信号に対応した参照ノイズ信号を取得するノイズ信号取得部と、
前記計測信号の一部と前記参照ノイズ信号の一部とを比較し、前記超音波プローブによる前記計測信号の受信状態での該計測信号内の残響ノイズ信号を生成するための、前記参照ノイズ信号の変調パラメータを決定し、該決定した変調パラメータを用いて該計測信号内の残響ノイズ信号に対応する適応参照ノイズ信号を生成するノイズ生成部と、
前記計測信号から前記適応参照ノイズ信号を除去するノイズ除去部と、
を備えたことを特徴とする超音波計測装置。
A measurement signal acquisition unit that transmits ultrasonic waves from the ultrasonic probe to the subject, and acquires a measurement signal including an echo signal reflected from the subject by the ultrasonic probe;
A noise signal acquisition unit for acquiring a reference noise signal corresponding to a reverberation noise signal caused by an ultrasonic wave generated by the ultrasonic probe;
The reference noise signal for comparing a part of the measurement signal with a part of the reference noise signal and generating a reverberation noise signal in the measurement signal in a reception state of the measurement signal by the ultrasonic probe A noise generation unit that generates an adaptive reference noise signal corresponding to a reverberation noise signal in the measurement signal using the determined modulation parameter;
A noise removing unit for removing the adaptive reference noise signal from the measurement signal;
An ultrasonic measurement apparatus comprising:
前記ノイズ生成部は、前記エコー信号に含まれる、前記被検体からの反射超音波及び散乱超音波を含む計測信号を受信する前の時間領域の一部または全部、あるいは後の時間領域の一部または全部、あるいは前および後の時間領域の一部または全部の計測信号と前記参照ノイズ信号と比較して、前記適応参照ノイズ信号を生成することを特徴とする請求項8に記載の超音波計測装置。   The noise generation unit includes a part or all of a time region before receiving a measurement signal including reflected ultrasonic waves and scattered ultrasonic waves from the subject included in the echo signal, or a part of a subsequent time region. The ultrasonic measurement according to claim 8, wherein the adaptive reference noise signal is generated by comparing the reference noise signal with a measurement signal of a part or all of the time domain before or after or the entire time domain. apparatus.
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