JP2013044617A - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直流成分を含む信号から直流成分を除去する信号処理装置、信号処理方法において、ハイパスフィルタを用いないで直流成分を除去すること。
【解決手段】渦電流探傷プローブ１１の検出電圧を同期検波器１３により検波する。ローパスフィルタ１４により抽出した探傷信号は、２分して、一方の探傷信号は、差分処理装置２３へ直接供給し、他方の探傷信号は、遅延装置２２を介して差分処理装置２３へ供給する。差分処理装置２３は、両探傷信号の差を取り、差探傷信号ＦＳ３をキズ評価装置１６へ供給する。差探傷信号ＦＳ３は、直流成分が除去されている。
【選択図】図１

Description

本願発明は、直流成分を含む信号から直流成分を除去する信号処理装置及び信号処理方法に関する。

従来渦電流探傷等の電磁気探傷装置、レーザ光等の光を用いた光学探傷装置等の探傷装置は、電磁気検出装置、光学検出装置等の検出装置（センサ）の出力電圧（或いは電流）から探傷信号（キズ信号）を抽出してキズの有無を判別している。その際探傷信号に直流成分が含まれているときは、直流成分を除去する信号処理を行っている。
探傷信号等の抽出信号から直流成分を除去する信号処理は、探傷装置に限らず、光デイスクの検出装置、カメラ等の撮像装置の振れ検出装置、生体の呼吸計測装置の検出装置、自動工作機械の工具の位置検出装置等においても、検出装置（センサ）の検出信号や計測信号に対して信号処理が行われている。
ここで図５により従来の渦電流探傷装置の探傷信号（キズ信号）の抽出方法について、その概要を説明する（特許文献１に類似の装置が記載されている）。

渦電流探傷プローブ１１の出力電圧は、増幅器１２により増幅し、ローパスフィルタ（図示せず）により所定の周波数域の信号を濾波して同期検波器１３へ供給する。同期検波器１３は、参照信号ＣＳにより検波してローパスフィルタ１４へ供給する。ローパスフィルタ１４は、同期検波器１３の出力から探傷信号が含まれている周波数域の信号を濾波して探傷信号を抽出し、ハイパスフィルタ１５へ供給する。ハイパスフィルタ１５は、探傷信号に含まれている直流成分を除去し、直流成分が含まれていない探傷信号をキズ評価装置１６へ供給する。
なお探傷信号に直流成分が含まれていると、探傷信号を増幅するとき増幅度を大きくできないし、また直流成分が、電源電圧や温度の変化によりドリフトすると、キズ有無の判定に用いる閾値の設定が難しくなるため、直流成分を除去する必要がある。

特開平２０１０−２２３７１９号公報

従来の渦電流探傷装置は、ハイパスフィルタにより直流成分を除去しているが、ハイパスフィルタの特性上、直流成分のみを除去することは難しく、探傷信号の内立ち上りの遅い信号成分も除去或いは抑制されてしまう。そのため、深さが徐々に深くなるキズが渦電流探傷プローブの走査方向に平行に進展している場合、そのキズの探傷信号は、振幅が極端に小さくなり、検出が困難になる。
図６、図７は、キズの深さがキズの長手方向に徐々に深くなるキズを探傷して取得した探傷信号の波形を示す。図６は、渦電流探傷プローブの走査方向と直交する方向に進展するキズの探傷信号の波形を、図７は、渦電流探傷プローブの走査方向と平行する方向に進展するキズの探傷信号の波形を示す。

図６、図７において、横軸は、渦電流探傷プローブの走査時間（ｓ）を、縦軸は、探傷信号の振幅（Ｖ）を表し、図６（ａ）、図７（ａ）は、直流成分（約４．３Ｖ）を含む探傷信号の波形を、図６（ｂ）、図７（ｂ）は、ハイパスフィルタにより直流成分を除去した探傷信号の波形を示す。
まず図６（ｂ）の波形についてみると、直流成分は、除去されており、探傷信号の振幅の最大値は，図６（ａ）とほぼ同じになる。したがって走査方向と直交する方向のキズの探傷信号は、ハイパスフィルタにより直流成分を除去しても、探傷信号が抑制されることはない。
次に図７（ｂ）の波形についてみると、直流成分は、除去されているが、探傷信号も抑制されてしまい探傷信号の振幅の最大値は、図７（ａ）の探傷信号に対して極端に小さくなってしまう。したがって図７（ｂ）の場合には、ハイパスフィルタにより探傷信号に含まれる直流成分を除去すると、探傷信号の検出が困難になる。

図７（ｂ）において、探傷信号の振幅が小さくなる原因は、キズの形状にある。即ちキズが走査方向と平行する方向に進展し、深さが徐々に深くなる場合には、探傷信号に低い周波数成分が含まれているから、その低い周波成分がハイパスフィルタにより除去或いは抑制されてしまうためである。
そこで本願発明は、ハイパスフィルタを用いることなく、探傷信号に含まれている直流成分を除去できる信号処理装置と信号処理方法を提供することを目的とする。

本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の信号処理装置は、直流成分を含む信号を抽出する信号抽出装置、遅延装置、差分処理装置を備え、差分処理装置は、信号抽出装置から直接供給される信号と遅延装置を介して供給される信号との差を取って直流成分を除去することを特徴とする。
請求項２に記載の信号処理装置は、請求項１に記載の信号処理装置において、前記直流成分を含む信号は、渦電流探傷信号であることを特徴とする。
請求項３に記載の信号処理装置は、請求項２に記載の信号処理装置において、前記信号抽出装置は、同期検波器とローパスフィルタであることを特徴とする。
請求項４に記載の信号処理方法は、直流成分を含む信号を抽出し、その抽出した信号とその抽出した信号の遅延信号との差を取って直流成分を除去することを特徴とする。
請求項５に記載の信号処理方法は、請求項４に記載の信号処理方法において、直流成分を含む信号は、渦電流探傷信号であることを特徴とする。
請求項６に記載の信号処理方法は、請求項５に記載の信号処理方法において、前記渦電流探傷信号は、同期検波器とローパスフィルタにより抽出することを特徴とする。

本願発明の信号処理装置は、直流成分を含む信号とその信号の遅延信号との差を取ることにより、直流成分を除去することができる。その際その信号の交流成分は、除去或いは抑制されることがない。したがって本願発明の信号処理装置は、直流成分を含む信号に周波数の低い交流成分が含まれている場合にも、その周波数の低い交流成分を除去或いは抑制することなく、直流成分を除去することができる。
渦電流探傷装置の探傷信号には、キズの形状により非常に低い周波数成分が含まれている場合があり、その低い周波数成分もキズ有無の判別に欠かせない場合があるが、本願発明の信号処理装置は、低い周波数成分を除去或いは抑制することなく直流成分を除去できるから、従来検出が困難であったキズも検出することができる。
直流成分を含む信号から直流成分を除去するとき、従来のようにハイパスフィルタを用いる場合には、ハイパスフィルタは、シャープな減衰特性を有するものが必要になるが、そのような特性のハイパスフィルタは実現が困難である。一方本願発明は、遅延装置と差分処理装置を用いるだけで直流成分を除去することができるから、直流成分を除去する信号処理装置が簡単になる。

図１は、本願発明の実施例に係る渦電流探傷装置の構成を示す。 図２は、探傷時の渦電流探傷プローブの走査方向とキズの形状を説明する図である。 図３は、本願発明の実施例に係る渦電流探傷装置を用いて検出した探傷信号の波形を示す。 図４は、本願発明の実施例に係る渦電流探傷装置を用いて検出した探傷信号の波形を示す。 図５は、従来の渦電流探傷装置の構成を示す。 図６は、従来の渦電流探傷装置を用いて検出した探傷信号の波形を示す。 図７は、従来の渦電流探傷装置を用いて検出した探傷信号の波形を示す。

本願発明は、渦電流探傷信号等の直流成分を含む信号とその信号を遅延した遅延信号との差を取ることにより直流成分を除去する。

図１〜図４により本願発明の実施例に係る渦電流探傷装置を説明する。
図１は、渦電流探傷装置の構成を示す。
図１（ａ）において、符号１１〜１４，１６は、図５と同じであるから、説明は省略する。
ローパスフィルタ１４により取り出した探傷信号は、Ａ／Ｄ変換器２１によりデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器２１の出力は、２分して一方の探傷信号は、差分処理装置２３へ直接供給し、他方の探傷信号は、遅延装置２２を介して差分処理装置２３へ供給する。
ここでＡ／Ｄ変換器２１から差分処理装置２３へ直接供給する探傷信号を「元の探傷信号」と呼び、遅延装置２２を介して差分処理装置２３へ供給する探傷信号を「遅延探傷信号」と呼ぶ。
差分処理装置２３は、元の探傷信号ＦＳ１と遅延探傷信号ＦＳ２の差を取り、両探傷信号の差信号（差探傷信号と呼ぶ）ＦＳ３をキズ評価装置１６へ供給する。キズ評価装置１６は、その差探傷信号ＦＳ３を用いてキズの有無を評価する。

遅延装置２２は、図1（ｂ）のように、メモリ２２１と読取装置２２２からなり、メモリ２２１は、Ａ／Ｄ変換器２１から供給される探傷信号（元の探傷信号ＦＳ１）を記憶し、読取装置２２２は、メモリ２２１に記憶されている探傷信号を所定の時間後に読み取って差分処理装置２５へ供給する。したがって遅延装置２２の遅延時間は、探傷信号がメモリ２２１に入力してから、読取装置２２２が読み取るまでの時間に相当する。
遅延装置２２の遅延時間は、探傷の対象になるキズに起因して発生する探傷信号の立ち上り時間を勘案して設定する。即ち探傷信号の立ち上り時間は、キズの形状等によって異なるから、探傷の対象となるキズの内、信号の立ち上り時間が最も遅いキズによって発生する探傷信号が許容される振幅に達するまでの時間を勘案して設定する。
なお遅延装置２２は、メモリと読取装置を用いずに遅延回路を用いることもできる。またローパスフィルタの出力は、Ａ／Ｄ変換することなく、アナログ信号のままで処理することもできる。

次に図２により、探傷方法について説明する。
図２において、図２（ａ）は、Θ型渦電流探傷プローブＰの走査方向を示し、図２（ｂ）は、被検査体Ｔのキズの形状を示す。
Θ型渦電流探傷プローブＰは、円形の励磁コイルＥＣのコイル軸が被検査体Ｔの検査面と直交し、検出コイルＤＣのコイル軸が被検査体Ｔの検査面と平行するように設置し、検出コイルＤＣのコイル軸と直交する方向Ｘ１が走査方向Ｘ２に対して４５度となるように設置して、Ｘ２方向へ走査する。
被検査体Ｔは、鋼板からなり、機械加工により長さ３０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、深さ２ｍｍのキズＦ１，Ｆ２を形成してある。キズＦ１は、そのキズの長手方向が走査方向Ｘ２と平行になり、キズＦ２は、そのキズの長手方向が走査方向Ｘ２と直交している。またキズＦ１のＹ１方向の断面は、図２（ｂ）のように徐々に深くなり、一番深い部分の深さが２ｍｍである。キズＦ２の形状は、キズＦ１と同じである。

次に図３、図４により探傷によって取得した探傷信号の波形について説明する。
図３は、図２のキズＦ２を探傷して取得した元の探傷信号、遅延探傷信号及び差探傷信号の波形を示し、図４は、図２のキズＦ１を探傷して取得した元の探傷信号、遅延探傷信号及び差探傷信号の波形を示す。
図３、図４において、横軸は、渦電流探傷プローブＰの走査時間（ｓ）を、縦軸は、探傷信号の振幅（Ｖ）を表している。また図３、図４において、両図（ａ）の実線は元の探傷信号の波形を、破線は遅延探傷信号の波形を示し、両図（ｂ）は、差探傷信号の波形を示す。

遅延装置２２２の遅延時間は、前述したように、探傷の対象となるキズの内、信号の立ち上り時間が最も遅いキズによって発生する探傷信号が許容される振幅に達するまでの時間を勘案して設定するが、本実施例では、キズＦ１の探傷信号（元の探傷信号）の直流成分込みの振幅が４．７Ｖに達するまでの時間０．０８ｓを遅延時間に設定した。
まず図３において、図３（ａ）の元の探傷信号と遅延探傷信号の差を取ると、差探傷信号の波形は、図３（ｂ）のようになり、直流成分が除去されていることが分かる。また差探傷信号は、元の探傷信号の振幅の最大値を保持していることも分かる。

次に図４において、図４（ａ）の元の探傷信号と遅延探傷信号の差を取ると、差探傷信号の波形は、図４（ｂ）のようになり、直流成分が除去されていることが分かる。また差探傷信号は、元の探傷信号の振幅の最大値を保持していることも分かる。
キズが図２のＦ１の場合、従来のようにハイパスフィルタを用いると、探傷信号の振幅は、図７（ｂ）のように非常に小さくなってしまい、キズの検出が困難であったが、本実施例の場合には、図４（ｂ）のようにキズを確実に検出できる。

以上のように本実施例は、同期検波して取得した探傷信号を２分して、所定時間遅延した遅延探傷信号と遅延しない元の探傷信号との差を取って差探傷信号を生成することにより、元の探傷信号の振幅の最大値を保持したまま、直流成分のみを除去することができる。したがってキズ評価装置１６は、差探傷信号を用いてキズの有無を評価することにより、図２のキズＦ１，Ｆ２を確実に検出することができる。

前記実施例は、渦電流探傷装置において、探傷信号の直流成分を除去する例について説明したが、探傷信号に限らず、光デイスクの検出信号、カメラ等の撮像装置の振れ検出信号、生体の呼吸計測装置の検出信号、自動工作機械の工具の位置検出信号等、直流成分を含む検出信号から直流成分を除去する信号処理装置及び信号処理方法に適用できる。

１１ 渦電流探傷プローブ
１２ 増幅器
１３ 同期検波器
１４ ローパスフィルタ
１６ キズ評価装置
２１ Ａ／Ｄ変換器
２２ 遅延装置
２２１ メモリ
２２２ 読取装置
２３ 差分処理装置
Ｆ１，Ｆ２ キズ
Ｐ Θ型渦電流探傷プローブ
Ｔ 被検査体

Claims (6)

1. 直流成分を含む信号を抽出する信号抽出装置、遅延装置、差分処理装置を備え、差分処理装置は、信号抽出装置から直接供給される信号と遅延装置を介して供給される信号との差を取って直流成分を除去することを特徴とする信号処理装置。
2. 請求項１に記載の信号処理装置において、前記直流成分を含む信号は、渦電流探傷信号であることを特徴とする信号処理装置。
3. 請求項２に記載の信号処理装置において、前記信号抽出装置は、同期検波器とローパスフィルタであることを特徴とする信号処理装置。
4. 直流成分を含む信号を抽出し、その抽出した信号とその抽出した信号の遅延信号との差を取って直流成分を除去することを特徴とする信号処理方法。
5. 請求項４に記載の信号処理方法において、直流成分を含む信号は、渦電流探傷信号であることを特徴とする信号処理方法。
6. 請求項５に記載の信号処理方法において、前記渦電流探傷信号は、同期検波器とローパスフィルタにより抽出することを特徴とする信号処理方法。