JP2507383B2

JP2507383B2 - 超音波探傷用受信装置

Info

Publication number: JP2507383B2
Application number: JP62024817A
Authority: JP
Inventors: 祐治一ノ瀬; 文信高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPS63193060A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は超音波探傷装置の受信超音波信号を増幅する
超音波探傷用受信装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の超音波探傷装置において、受信超音波信号の強
度は弱くて良好な受信強度をうるために、超音波受信回
路で受信信号を増幅する必要があつた。この超音波探傷
時の受信回路の最適な増幅率は送信超音波の強度と受信
接触子の特性と被検体の特性と欠陥の超音波反射特性な
どによつて異なる。従来の超音波探傷においては、この
ような受信超音波信号のレベルを最適にするために、検
査員が探傷に先き立ち増幅器の利得を調整していた。

また従来一般の映像信号などの連続波の受信信号の強
度に応じて受信機の利得を自動制御し、常に一定レベル
の信号出力をうるAGC回路については、たとえば「テレ
ビジヨン画像工学ハンドブツク」テレビジヨン学会編、
オーム社発行（昭和55年）第983頁から第984頁において
論じられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、超音波探傷において検査員が受信
超音波信号のレベルを最適にすべく探傷に先き立ち増幅
器の利得を調整していた。また一般の受信機のAGC回路
においては受信信号を増幅する利得を自動的に決定して
いるが、その受信信号はテレビの映像信号のような時間
的に連続した信号を対象としている。

これに対して受信超音波信号は信号の発生時刻および
強度が不定なパルス状の信号であつて、上記AGC回路の
対象とする連続的な信号ではない。このため従来のAGC
回路を受信超音波信号の増幅器に適用すれば、受信信号
が存在しない期間にはAGC回路は利得が低いと判断して
利得を増加させる結果、受信信号が入力されたときには
最適な利得で増幅されない恐れがあつて、適用できない
問題があつた。

本発明の目的はパルス状の受信超音波信号を最適レベ
ルに増幅する利得を自動的に決定することにより検査員
の利得調整作業を省くことのできる超音波探傷用受信装
置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、超音波を用いて被検体中の欠陥を検出す
る超音波探傷装置において、受信超音波信号を所定期間
のみ通過させる時間ゲート回路と、該時間ゲート回路の
出力信号を増幅する可変増幅器と、該可変増幅器の出力
信号の振幅が所定しきい値を越えた信号のピーク値を検
出するピーク値検出回路と、該ピーク値検出回路で検出
されたピーク値により利得を決定して上記可変増幅器に
して指令する利得決定回路とからなる超音波探傷用受信
装置により達成される。

〔作用〕

上記超音波探傷用受信装置では、受信超音波信号のう
ち時間ゲート回路を通して欠陥からの反射波の部分を出
力したのち可変増幅器により増幅して出力するととも
に、その出力信号の振幅が所定しきい値を越えたノイズ
を含まない信号のピーク値をピーク値検出回路により検
出し、そのピーク値を用いて利得決定回路により上記可
変増幅器の最適利得を決定して指令することにより、常
に良好なレベルの欠陥からの反射波の受信信号がえられ
る。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図ないし第11図により説
明する。

第１図は本発明による超音波探傷用受信装置の一実施
例を示すブロツク図である。第１図において、１は超音
波を用いて被検体中の欠陥を検出する超音波探傷装置の
受信用探触子でえられた受信超音波信号Ａをあらかじめ
決定された一定の利得で増幅する前段増幅器である。２
は受信超音波信号Ａの欠陥の反射波信号を他の信号から
分離して出力すべく外部から設定された時間ゲート信号
が入力された特定の期間のみ前段増幅器１の出力信号を
通過させるスイツチ素子からなる時間ゲート回路であ
る。３は時間ゲート回路２の出力信号Ｂを外部からの指
令により変えることのできる利得で増幅する可変増幅器
である。４は可変増幅器３の超音波探傷用信号処理装置
への出力信号Ｃを入力して時間ゲート信号が入力された
期間に最初にあらかじめ外部から設定されたしきい値を
越えた出力信号Ｃのピーク値を検出するピーク値検出回
路である。５はピーク値検出回路４で検出されたピーク
値により可変増幅器３に指令する利得を決定する利得決
定回路である。なお以下各図面を通じて同一符号または
記号は同一または相当部分を示すものとする。

第２図は第１図の各点の信号波形を例示するタイミン
グチヤートである。つぎに第１図の全体構成の動作を第
２図により説明する。まず第２図の受信超音波信号Ａの
信号波形に示すように超音波探傷における発信超音波
（送信超音波）は単発の超音波である。これに対し受信
用探触子でえられる被検体中の欠陥からの反射波および
底面からの反射波（多重エコー）は数周期の信号波形を
示す。本発明はこの反射波特性を利用する。受信超音波
信号Ａは前段増幅器１により一定の利得で増幅されたの
ち時間ゲート回路２に入力される。時間ゲート回路２を
開く時間ゲート信号は装置の使用者により外部からその
信号開始時間および信号期間が設定される。第２図の時
間ゲート信号の信号波形では信号レベル“H"の期間が時
間ゲート信号の入力された期間を示す。この時間ゲート
信号は受信超音波信号Ａの欠陥の反射波とその他の発信
超音波および底面の反射波を分離するために使用される
もので、時間ゲート回路２により時間ゲート信号が入力
されている特定の期間のみ受信超音波信号Ａを通過させ
て可変増幅器３に欠陥の反射波のみを含む出力信号Ｂを
入力する。つぎの可変増幅器３とピーク値検出回路４と
利得決定回路５は可変増幅器３の出力信号Ｃの振幅によ
り可変増幅器３の利得を決定するフイードバツクループ
を形成している。まず可変増幅器３の現在の利得で増幅
された出力信号Ｃは超音波探傷用信号処理装置へ出力さ
れるとともにピーク値検出回路４に入力される。すると
ピーク値検出回路４は時間ゲート信号が入力された期間
のみ動作し、可変増幅器３の出力信号Ｃの振幅と外部か
ら装置の使用者により設定されたしきい値とを比較す
る。そしてしきい値より大きな振幅の出力信号Ｃが入力
した時点でそのピーク値の検出動作に入り、第２図の出
力信号Ｃの信号波形に示すようにその最初のピーク値Ｐ
のみを検出して、続いてピーク値Ｐよりも大きな信号波
形が入力しても検出することなく、最初のピーク値Ｐを
検出時点で利得決定回路５へ転送する。ここで利得決定
回路５は可変増幅器３に出力している現在の利得（指
令）と上記ピーク値Ｐとにより可変増幅器３で増幅され
る出力信号Ｃが最大となるべく新たな利得を計算して可
変増幅器３に出力する。たとえば現在の利得をG₁、ピー
ク値をＰ、可変増幅器３の最大出力値をP_maxとして、新
たな利得Ｇを次式により算出して出力する。

Ｇ＝G₁×（P_max/P） …（１）こうして第２図の利得決定回路５の出力すなわち可変
増幅器３の利得の信号波形に示すように可変増幅器３の
利得が現在の利得G₁から新たな利得Ｇに変化し、これに
より第２図の出力信号Ｃの信号波形に示すように出力信
号Ｃの最初のピーク値Ｐが検出された時点から以降に続
いて入力される信号波形は新たな利得Ｇで最適レベル
（最大レベル）に増幅されて出力する。本実施例によれ
ば、１回の超音波送信により、受信超音波信号Ａから欠
陥による反射波を分離したのち、その最初にしきい値を
超えた信号波形のピーク値Ｐを検出することにより、増
幅器の最適な利得を決定して続く信号波形を最適レベル
に増幅することができ、この出力を超音波探傷用信号処
理装置に送出する。

つぎに第３図は第１図の可変増幅器３の一実施例を示
す回路図である。第３図において、OP1,OP2は演算増幅
器、R_f1，R_f2，R₁₁〜R_n1，R₁₂〜R_m2は抵抗、S₁₁〜S_n1，
S₁₂〜S_m2はスイツチである。この構成で、利得決定回路
５で決定した利得（指令）に対応してスイツチS₁₁〜S_n1
およびスイツチS₁₂〜S_m2を開閉することにより可変増幅
器３の利得を変えることができる。たとえば利得（指
令）によりスイツチS₁₁，S₁₂が閉でその他のスイツチが
全て開となつた場合の演算増幅器OP1,OP2の全体の利得
Ｇは次式により与えられる。

Ｇ＝（R₁₁／R_f1）×（R₁₂／R_f2） …（２）第４図は第１図のピーク値検出回路４の一実施例を示
す回路図である。第４図において、4aはA/Dコンバー
タ、4b〜4dはラツチ回路（サンプルホールド回路）、4e
は発振器、4fはデイジタルコンパレータ、4gはアナログ
コンパレータ、4h,4iはアンド回路、4j,4kはインバー
タ、4lはＤフリツプフロツプである。第５図は第４図の
各点の信号波形を例示するタイミングチヤートである。
つぎに第４図の構成の動作を第５図により説明する。ま
ず可変増幅器３の第５図に示す時間ゲート信号の入力期
間の出力信号ＣはA/Dコンバータ4aにより、発振器4eか
ら出力される第５図に示すクロツクと同期してデイジタ
ル化され、このデイジタルデータが順次にラツチ回路4b
によりラツチされ、ラツチ回路4bのＱ端子から次のラツ
チ回路4cおよびデイジタルコンパレータ4fへ出力され
る。また出力信号Ｃのピーク値は外部から設定されたし
きい値より大きい値のときのみ有効とするため、アナロ
グコンパレータ4gにより出力信号Ｃとしきい値とを比較
し、出力信号Ｃがしきい値より大きい場合にのみピーク
検出動作を行うようにする。そこで第５図のようにアナ
ログコンパレータ4gの出力がＨレベルのときのみアンド
回路4hおよびＤフリツプフロツプ41を介して、ラツチ回
路4bの出力とラツチ回路4cの出力の信号レベルの大小を
比較するデイジタルコンパレータ4fを動作させる。ここ
で第５図の時点t₁でデイジタルコンパレータ4fが動作開
始し、その入力A,Bの値を比較してＡ＞Ｂの場合には
（Ａ＞Ｂ）端子がＨレベルとなるため、アンド回路4iを
介して発振器4eのクロツクが第５図のようにラツチ回路
4cのCK端子に入力される。するとラツチ回路4cは第５図
のようにクロツクが入力されるごとにＤ端子から入力さ
れるデータをラツチしてＱ端子へ出力する。このように
してラツチ回路4cのＤ端子へ入力されるデータは上記に
より出力信号Ｃを発振器4eのクロツクごとにデイジタル
化して更新されるので、デイジタルコンパレータ4fが動
作している間はラツチ回路4cのＱ端子にはその時点での
信号レベルの値が出力される。ついで第５図の時点t₂に
なると、デイジタルコンパレータ4fの入力A,Bの値がＡ
≦Ｂとなるので（Ａ＞Ｂ）端子がＬレベルとなる。この
Ｌレベルの信号を用いてインバータ4jを介し第５図のよ
うに最終段のラツチ回路4dの値を更新し、このＱ端子の
出力を出力信号Ｃのピーク値として利得決定回路５へ出
力する。ここでＤフリツプフロツプ4lは第５図のような
しきい値より大きいレベルの出力信号Ｃが入力されたと
きに、上記による信号波形の最初のピーク値のみを検出
する機能を有する。すなわちデイジタルコンパレータ4f
の（Ａ＞Ｂ）端子のＬレベルの信号をインバータ4kで反
転させてＤフリツプフロツプ4lのCLR（クリア）端子に
入力し、Ｄフリツプフロツプ4lのＱ端子の出力をＬレベ
ルにすることにより、デイジタルコンパレータ4fの動作
を停止させている。なおデイジタルコンパレータ4fの
（Ａ＞Ｂ）端子の信号Ｄは利得決定回路５へ出力され
る。本実施例によれば、出力信号Ｃのしきい値以上の最
初のピーク値を検出することができ、しきい値以下の雑
音で誤動作することが防止できる。

第６図は第１図の利得決定回路５の一実施例を示す回
路図である。第６図において、この利得決定回路５は現
在の利得G₁と新しく入力されるピーク値により最適な利
得Ｇを決定する回路で、5aはＤフリツプフロツプ、5b,5
cはNAND回路、5d,5eは単安定バイブレータ、5fはOR回
路、5gはラツチ回路、5hは利得の値を格納するROMであ
る。このＤフリツプフロツプ5aないしOR回路5fの構成に
より、時間ゲート信号とピーク値検出回路４でピーク値
を検出したさいに発生する信号Ｄとによりラツチ回路5g
へ入力するラツチ信号を生成する。第７図は第６図のピ
ーク値が入力された場合の各点の動作波形を例示するタ
イミングチヤートである。まず第６図の構成の動作を第
７図により説明する。いまラツチ回路5gのＱ端子から第
７図の現在の利得（指令）G₁が可変増幅器３に出力され
るとともに、ROM5hのアドレス端子A₅〜A₁₃に入力され
る。ついで第７図の時間ゲート信号の入力している期間
にピーク値検出回路４で検出されたピーク値がROMのア
ドレス端子A₁〜A₄に入力されると、これとともにピーク
値検出回路４で発生した第７図の信号ＤがＤフリツプフ
ロツプ5aに入力され、これによりＤフリツプフロツプ5a
の端子がＨレベルになる。このＤフリツプフロツプ5a
の端子はROM5hのアドレス端子A₀に接続されており、
この時点でアドレス端子A₀〜A₁₃のアドレスに対応したR
OM5h内のデータがラツチ回路5gに出力される。このとき
OR回路5fからラツチ回路5gへラツチ信号が出力され、上
記データをラツチ回路5gにラツチして出力する。こうし
て現在の利得G₁と新たに入力されたピーク値により次の
利得Ｇを決定して可変増幅器３に出力できる。なおROM5
hに格納するデータはアドレスA₁₃〜A₅が現在の利得G₁で
アドレスA₄〜A₁が新たなピーク値であることから、対応
する利得Ｇをあらかじめ計算しておく。つぎに第８図は
第６図のピーク値が入力されない場合の各点の動作波形
を例示するタイミングチヤートである。ついで第６図の
構成の動作を第８図により説明する。まず上記アドレス
A₀は時間ゲート信号ごとにピーク値が検出されたかどう
かを判別するものであつて、上記第７図のピーク値が存
在する場合にはＨレベルになるが第８図のピーク値が存
在しない場合にはＬレベルとなる。これは超音波探傷時
に時間ゲート信号が入力されている期間に常に受信信号
がえられるとは限らないからで、その原因は欠陥が存在
しないかあるいは前回の利得が大き過ぎる場合による。
このため第８図のようにピーク値が入力されない場合に
は時間ゲート信号の終了時に利得を増加させるようにす
る。すなわちピーク値が検出されずに信号Ｄが入力され
ないときにはＤフリツプフロツプ5aの端子はＬレベル
となる。そこでROM5hに格納するデータはアドレスA₀が
Ｌレベルのアドレスにはピーク値によるアドレスA₁〜A₄
に関係なくアドレスA₅〜A₁₃に対して一定値にしてお
き、時間ゲート信号の終了時のラツチ信号により利得を
出力するようにしている。なおピーク値が検出されない
状態が続くと利得が増加し続けることになるが、利得を
ある一定値以上には上げないように制限して利得の不必
要な増加を防ぐ。

つぎに第９図は第１図のピーク値検出回路４の他の実
施例を示す受信超音波信号Ａの出力信号Ｃとしきい値レ
ベルの関係図である。第９図において、上記実施例では
受信超音波信号Ａを可変増幅器３で増幅した出力信号Ｃ
の数周期の信号波形の最初にしきい値P₁を越えた信号Ｃ
のピーク値を検出することによりその後の信号Ｃを最適
な利得で増幅できるようにしているが、本実施例では出
力信号Ｃのレベルに応じてしきい値レベルをしきい値
P₁，P₂，P₃のように変えることにより、それぞれ異なる
ピーク値を異なる測定時点t₁，t₂，t₃で検出してその後
の信号Ｃを最適な利得で増幅することができる。また第
10図は本発明による超音波探傷用受信装置の他の実施例
を示すブロツク図である。第10図において、６は遅延回
路、７は可変増幅器である。本実施例では欠陥からの受
信超音波信号Ｂの信号波形の全てを一定利得で増幅する
場合の構成にして、時間ゲート回路２を通過した受信超
音波信号Ｂを遅延回路６で遅延したのち、その遅延した
受信超音波信号を可変増幅器７により利得決定回路５で
上記の方法で決定した最適の利得で増幅する。第11図は
第10図の各点の信号波形を例示するタイミングチヤート
である。つぎに第10図の構成の動作を第11図により説明
する。いま受信超音波信号Ａが時間ゲート回路２を通過
した欠陥の受信超音波信号Ｂは可変増幅器３により増幅
され、可変増幅器３の出力信号Ｃはピーク値検出回路４
で最初にしきい値を越えたピーク値を検出され、このピ
ーク値により利得決定回路５で決定した利得で次の周期
からの信号波形が増幅されるが、本実施例により受信超
音波信号Ｂが遅延回路６で遅延された信号は可変増幅器
７により上記利得決定回路５で決定した利得で先頭の周
期の波形から増幅され、受信超音波信号Ｂの信号波形の
全てを一定利得で増幅した出力信号Ｅを出力する。なお
遅延回路６の遅延時間の設定は発信超音波の周波数およ
び受信超音波の周期数からあらかじめ行なう。

このようにして上記実施例によれば、従来の通過の超
音波探傷において受信超音波の増幅器の利得を一度設定
したのち変更しないで探傷していたのに対して、超音波
送信ごとに受信超音波の最適利得を算出できるので探傷
開始時にある期間だけ最適利得を決定する動作を行い、
その後は一定利得で増幅することにすれば探傷時に検査
条件が変化するたびに検査員を行なう利得調整が不要と
なる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の超音波探傷時に検査員が受信
超音波のレベルを最適にするために必要であつた増幅器
の利得の調整作業を不要にして、最適利得を自動的に決
定することができるので探傷作業時間の短縮および利得
設定不良による欠陥の見落し防止が図られ、作業性と精
度が向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波探傷用受信装置の一実施例
を示すブロツク図、第２図は第１図のタイミングチヤー
ト、第３図は第１図の可変増幅器の回路図、第４図は第
１図のピーク値検出回路の回路図、第５図は第４図のタ
イミングチヤート、第６図は第１図の利得決定回路の回
路図、第７図は第６図のピーク値が入力された場合のタ
イミングチヤート、第８図は第６図のピーク値が入力さ
れない場合のタイミングチヤート、第９図は第１図のピ
ーク値検出回路の受信超音信号としきい値レベルの関係
図、第10図は本発明による超音波探傷用受信装置の他の
実施例を示すブロツク図、第11図は第10図のタイミング
チヤートである。１…前段増幅器、２…時間ゲート回路、３…可変増幅
器、４…ピーク値検出回路、５…利得決定回路、６…遅
延回路、７…可変増幅器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を用いて被検体中の欠陥を検出する
超音波探傷装置において、受信超音波信号のうち欠陥か
らの反射波を含む部分を通過させるべく該受信超音波信
号を所定期間のみ通過させる時間ゲート回路と、該時間
ゲート回路の出力信号を外部指令により可変の利得で増
幅して出力する可変増幅器と、該可変増幅器の出力信号
の振幅が所定しきい値を超えた信号のピーク値を検出す
るピーク値検出回路と、該ピーク値検出回路で検出され
たピーク値により利得を決定して上記可変増幅器に外部
指令する利得決定回路とを設けてなる超音波探傷用受信
装置。
【請求項２】上記ピーク値検出回路は、振幅が所定しき
い値を超えた信号の最初のピーク値のみを検出するもの
である特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷用受信装
置。
【請求項３】上記利得決定回路は、上記ピーク値が検出
される以前の利得と上記所定期間中に検出されたピーク
値とから新たな利得を決定すると共に、上記所定期間中
にピーク値が検出されなかった場合にはそれ以前の利得
のみから新たな利得を決定するものである特許請求の範
囲第１項記載の超音波探傷用受信装置。