JP2972229B2 - 距離測定装置 - Google Patents
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- G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、音響信号を用いた距離測定装置に係り、特
に構造物の非破壊検査装置にに付設して、被検物位置標
定等長い距離の測定に好適な装置に関する。
に構造物の非破壊検査装置にに付設して、被検物位置標
定等長い距離の測定に好適な装置に関する。
［従来の技術］ 被検個所（溶接欠損など）は保温材等で被包されて目
視できない場合、大型容器の非破壊検査における位置標
定は、従来は、特開昭51−95888号公報に記載のような
装置を用いていた。
視できない場合、大型容器の非破壊検査における位置標
定は、従来は、特開昭51−95888号公報に記載のような
装置を用いていた。
第12図は容器検査装置の配置略示図を示す。例えば圧
力容器１の表面上に検査装置２をセットし、位置検出手
段としての送信子３から、例えば350KHzの周波数をもつ
音響信号５を圧力容器壁面から材料中へ送信する。この
音響信号５は、容器材料中の伝播速度で容器中を伝播
し、その結果、音響信号は、距離に応じた時刻に、圧力
容器に固定した受信子４で受信される。
力容器１の表面上に検査装置２をセットし、位置検出手
段としての送信子３から、例えば350KHzの周波数をもつ
音響信号５を圧力容器壁面から材料中へ送信する。この
音響信号５は、容器材料中の伝播速度で容器中を伝播
し、その結果、音響信号は、距離に応じた時刻に、圧力
容器に固定した受信子４で受信される。
［発明が解決しようとする課題］ 音響信号を用いて標点間距離を測定する場合には、一
般に、送信子と受信子とは同一の周波数のものを使用す
る。また、送信の周波数が高いほど、伝播距離に対する
減衰割合が大きく、音響信号は遠方まで到達しない。し
かし、逆に伝播距離の測定精度は、周波数が高いほど良
い。
般に、送信子と受信子とは同一の周波数のものを使用す
る。また、送信の周波数が高いほど、伝播距離に対する
減衰割合が大きく、音響信号は遠方まで到達しない。し
かし、逆に伝播距離の測定精度は、周波数が高いほど良
い。
上記の従来技術では、音響信号を遠方まで到達させる
ために低い周波数（350kHz）を使用している。そのた
め、伝播去類の測定精度が良くない。
ために低い周波数（350kHz）を使用している。そのた
め、伝播去類の測定精度が良くない。
したがって、本発明の目的は、測定距離に関わらず音
響信号の伝播距離を精度良く測定できる距離測定装置を
提供することにある。
響信号の伝播距離を精度良く測定できる距離測定装置を
提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る距離測定装
置の構成は、送信子と、該送信子から送信した音響信号
を受信する受信子とを備えた距離測定装置において、前
記受信子として共振周波数が互いに異なる複数の受信子
を設け、前記受信子と前記送信子との間の距離を前記複
数の受信子のうちの一つから出力された信号を用いて演
算する手段を設けたものである。
置の構成は、送信子と、該送信子から送信した音響信号
を受信する受信子とを備えた距離測定装置において、前
記受信子として共振周波数が互いに異なる複数の受信子
を設け、前記受信子と前記送信子との間の距離を前記複
数の受信子のうちの一つから出力された信号を用いて演
算する手段を設けたものである。
上記の手段によれば、送信子から発信された音響信号
は、複数の受信子のうち、測定距離に対応して共振周波
数の違いにより高感度を示す受信子に受けさせ、その高
感度を示す受信子から出力された信号に基づいて距離を
演算する手段で距離を演算する作用が得られる。
は、複数の受信子のうち、測定距離に対応して共振周波
数の違いにより高感度を示す受信子に受けさせ、その高
感度を示す受信子から出力された信号に基づいて距離を
演算する手段で距離を演算する作用が得られる。
［実施例］ 本発明の実施例に採用されている原理は次のとおりで
ある。
ある。
以下、送信した音響信号の強度及び周波数と伝播距離
との関係について詳細に説明する。第13図は周波数の分
布曲線である。送信の音響信号の周波数は、伝播距離の
計測等に用いるパルス波の場合、第13図に示すように、
ある周波数を中心（以下、中心周波数Ａと呼ぶ）に任意
の拡がりをもつ。この送信の音響信号の周波数分布をｇ
（ｆ）とする。一方、音響信号の高度は、伝播するにし
たがって、散乱等のために減衰する。単位伝播距離あた
りの減衰割合（以下、減衰率と呼ぶ）は、周波数が高い
ほど大きい。第14図は周波数−受信強度−伝播距離の関
係曲線である。したがって、音響信号の強度は、高周波
ほどそして遠距離ほど小さくなる。この関係を表わした
のが第14図である。この伝播距離に対する各周波数の減
衰分布をｈ（f,l）とする。
との関係について詳細に説明する。第13図は周波数の分
布曲線である。送信の音響信号の周波数は、伝播距離の
計測等に用いるパルス波の場合、第13図に示すように、
ある周波数を中心（以下、中心周波数Ａと呼ぶ）に任意
の拡がりをもつ。この送信の音響信号の周波数分布をｇ
（ｆ）とする。一方、音響信号の高度は、伝播するにし
たがって、散乱等のために減衰する。単位伝播距離あた
りの減衰割合（以下、減衰率と呼ぶ）は、周波数が高い
ほど大きい。第14図は周波数−受信強度−伝播距離の関
係曲線である。したがって、音響信号の強度は、高周波
ほどそして遠距離ほど小さくなる。この関係を表わした
のが第14図である。この伝播距離に対する各周波数の減
衰分布をｈ（f,l）とする。
中心周波数Ａをもつ周波数分布ｇ（ｆ）の音響信号を
送信した場合、距離ｌにおける周波数分布Ｆ（f,l）は
式（１）となる。
送信した場合、距離ｌにおける周波数分布Ｆ（f,l）は
式（１）となる。
Ｆ（f,l）＝ｇ（ｆ）・ｈ（f,l） ……（１） このＦ（f,l）を第15図に示した。この第15図から、
伝播距離ｌにより、Ｆ（f,l）が最大となる周波数fmが
異なることがわかる。したがって、このＦ（f,l）の最
大周波数fmを共振周波数とする受信子で、音響信号を受
信すれば、受信強度が最大となる。このことは、逆に言
えば、伝播距離により、受信子の共振周波数を変えるこ
とにより、最大の強度で音響信号を受信することができ
ることを意味する。
伝播距離ｌにより、Ｆ（f,l）が最大となる周波数fmが
異なることがわかる。したがって、このＦ（f,l）の最
大周波数fmを共振周波数とする受信子で、音響信号を受
信すれば、受信強度が最大となる。このことは、逆に言
えば、伝播距離により、受信子の共振周波数を変えるこ
とにより、最大の強度で音響信号を受信することができ
ることを意味する。
受信子の周波数分布をｋ（ｆ）とすると、距離ｌにお
ける受信波の周波数分布Ｒ（f,l）は、式（２）とな
る。
ける受信波の周波数分布Ｒ（f,l）は、式（２）とな
る。
Ｒ(f,l)＝Ｆ(f,l)ｋ(ｆ)＝ｇ(ｆ)・ｈ(f,l)・ｋ(ｆ) ……（２） 以上の関係を、自走式検査装置の位置検出を例にとり
具体的に説明する。
具体的に説明する。
自走式検査装置２に備えた送信子３から試料１内へ音
響信号を送信し、受信子４で受信した時の、送信波と受
信波との関係を第16図に示す。第16図は、走行距離測定
の模式図である。伝播距離すなわち送信子と受信子との
間の距離ｌは、送信から受信波の立上りまでの時間Ｔと
音響信号の試料内の伝播速度ｖとの積より求める。
響信号を送信し、受信子４で受信した時の、送信波と受
信波との関係を第16図に示す。第16図は、走行距離測定
の模式図である。伝播距離すなわち送信子と受信子との
間の距離ｌは、送信から受信波の立上りまでの時間Ｔと
音響信号の試料内の伝播速度ｖとの積より求める。
ｌ＝Ｔ・ｖ ……（３） ここで、送信の音響信号の周波数がAHzで受信子の共
振周波数がＡおよびＢ（Hz（Ａ＞Ｂ）の２種類の場合の
受信波形を第17図に示す。
振周波数がＡおよびＢ（Hz（Ａ＞Ｂ）の２種類の場合の
受信波形を第17図に示す。
まず、受信強度についてみると、距離l1においてはAH
zの受信子のほうがBHzの受信子より高い。しかし、高い
周波数のほうが減衰率が大きいため、長い距離l2では逆
にBHzの受信子の受信強度のほうが、AHzの受信子より高
い。
zの受信子のほうがBHzの受信子より高い。しかし、高い
周波数のほうが減衰率が大きいため、長い距離l2では逆
にBHzの受信子の受信強度のほうが、AHzの受信子より高
い。
次に伝播時間についてみてみる。上述のように受信波
の立上りまでの時間が伝搬距離に対応する。しかし、ノ
イズ等のため、受信波の立上りを自動的に検出するのは
困難である。そこで、実際にはノイズを除去するため設
定したしきい値を横切るまでの時間を伝播時間としてい
る。この場合、第17図に示した様に、受信波の立上りか
らしきい値を横切るまでの時間Δｔが伝播時間の誤差と
なる。第17図より、距離l1ではAHzの受信子のほうがBHz
の受信子より受信強度が高く、立上りがはやいため、こ
の時間差Δｔは小さい。しかし、長い距離l2では、受信
強度が逆転し、BHzの受信子の時間差Δｔのほうが、AHz
の受信子より小さくなる。
の立上りまでの時間が伝搬距離に対応する。しかし、ノ
イズ等のため、受信波の立上りを自動的に検出するのは
困難である。そこで、実際にはノイズを除去するため設
定したしきい値を横切るまでの時間を伝播時間としてい
る。この場合、第17図に示した様に、受信波の立上りか
らしきい値を横切るまでの時間Δｔが伝播時間の誤差と
なる。第17図より、距離l1ではAHzの受信子のほうがBHz
の受信子より受信強度が高く、立上りがはやいため、こ
の時間差Δｔは小さい。しかし、長い距離l2では、受信
強度が逆転し、BHzの受信子の時間差Δｔのほうが、AHz
の受信子より小さくなる。
上記の伝播距離ｌと受信強度Ｐ及び時間差Δｔとの関
係を、模式的に第18図（ａ），（ｂ）に示した。第18図
（ａ），（ｂ）では送信の周波数がAHzで、受信にA,B,C
Hz（Ａ＞Ｂ＞Ｃ）の３種類の受信子を用いたものであ
る。この第18（ａ），（ｂ）から、距離lAまではAHz,lA
〜lB間ではBHz、そしてlB以上ではCHzの共振周波数を持
つ受信子を使用したほうが、受信高度も高く、時間差Δ
ｔも小さく、測定誤差も小さい。この関係を、実験で検
討した結果が第19図（ａ），（ｂ）である。送信の音響
信号として、5MHzの表面波を用い、受信子として共振周
波数1,2.25,5MHzの３種、距離として0,100,200,400,600
mmの５種類について測定した結果である。第19図
（ａ），（ｂ）の実験結果は、第18図（ａ），（ｂ）の
模式図とよく一致している。ここでは、受信子が３種類
のため、離散的結果となったが、多数用いれば連続的と
なる。逆に受信子の設置場所が限られている時は、A,BH
z,A,CHz,B,CHz等の２種類の受信子を使用してもよい。
係を、模式的に第18図（ａ），（ｂ）に示した。第18図
（ａ），（ｂ）では送信の周波数がAHzで、受信にA,B,C
Hz（Ａ＞Ｂ＞Ｃ）の３種類の受信子を用いたものであ
る。この第18（ａ），（ｂ）から、距離lAまではAHz,lA
〜lB間ではBHz、そしてlB以上ではCHzの共振周波数を持
つ受信子を使用したほうが、受信高度も高く、時間差Δ
ｔも小さく、測定誤差も小さい。この関係を、実験で検
討した結果が第19図（ａ），（ｂ）である。送信の音響
信号として、5MHzの表面波を用い、受信子として共振周
波数1,2.25,5MHzの３種、距離として0,100,200,400,600
mmの５種類について測定した結果である。第19図
（ａ），（ｂ）の実験結果は、第18図（ａ），（ｂ）の
模式図とよく一致している。ここでは、受信子が３種類
のため、離散的結果となったが、多数用いれば連続的と
なる。逆に受信子の設置場所が限られている時は、A,BH
z,A,CHz,B,CHz等の２種類の受信子を使用してもよい。
このような原理を用いた各実施例を以下に説明する。
第１図は、本発明に係る第１実施例の構成図である。
第１図の構成は、３は、送信子、４は、受信子（群）、
５は、音響信号、６は、送信器、７は、受信子切換器、
８は、受信器、９は、検波器、10は、受信波の有無測定
回路、11は、しきい値設定回路、12は、伝播距離測定回
路、13は、伝播距離メモリ、14は、比較器、15は、中心
周波数算出回路、16は、送信信号の周波数分布メモリ、
17は、距離による周波数の減衰メモリ、18は、表示器で
ある。
第１図の構成は、３は、送信子、４は、受信子（群）、
５は、音響信号、６は、送信器、７は、受信子切換器、
８は、受信器、９は、検波器、10は、受信波の有無測定
回路、11は、しきい値設定回路、12は、伝播距離測定回
路、13は、伝播距離メモリ、14は、比較器、15は、中心
周波数算出回路、16は、送信信号の周波数分布メモリ、
17は、距離による周波数の減衰メモリ、18は、表示器で
ある。
つぎに、動作について第１〜２図を用いて説明する。
あらかじめ、送信の音響信号の周波数分布ｇ（）と
距離による周波数の減衰分布ｈ（,l）を実験等で求
め、それらのデータを送信信号の周波数分布メモリ16、
距離による周波数の減衰分布メモリ17に格納しておく。
はじめに、切換器７により受信器８と受信子群４のうち
受信子ｉと接続する。又、伝播距離メモリ13のメモリ内
容を零にする。第２図は、信号波形説明図である。次に
送信器６からの送信信号ア（第２図ア）により送信子３
から音響信号５（第２図イ）を送信する。伝播した音響
信号を受信子ｉで受信し、受信器８を経由して検波器９
へ送られる（第２図ウ）。検波器９でＲ−Ｆ信号を検波
した受信波（第２図エ）は、受信波の有無判定回路10
で、あらかじめノイズ除去のためにしきい値設定回路11
で設定したしきい値（第２図オ）以上の信号があるか判
定される。音響信号の間隔の間にしきい値以上の信号が
受信できない場合には、切換器７を介して受信子iiに切
換える。受信子iiでの信号の流れは、切換器７から受信
波の有無判定回路10までは、受信子ｉの場合と同じであ
る。しきい値以上の受信波が得られるまで切換器７で受
信子をiii,iv…と順次切換えていく。たとえば、受信子
iiでの受信波がしきい値以上の場合には、受信波が伝播
距離測定回路12に送られ、伝播時間から伝播距離l1を測
定する。この伝播距離l1は、伝播距離メモリ13に格納さ
れる。同時に、比較器14に送られ、伝播距離メモリ13に
格納されていた前の伝播距離l0（この場合は初期値l0＝
０となっている）と比較する。l1とl0が等しくない場合
には、伝播距離l1を中心周波数算出回路15に送り、伝播
距離l1に対応する値をメモリ16,17から読み出し、式
（１）に基づいて中心周波数ｍを求める。次に、この
中心周波数ｍを共振周波数とする受信子Ｉに切換え
る。受信子Ｉでは、しきい値以上の受信波が受信できる
はずであり、切換器７から比較器14までの信号の流れ
は、受信子iiの場合と同じである。伝播距離測定回路12
で求めた受信子Ｉでの伝播距離をl2とすると、比較器14
では、このl2とメモリ13に格納されている受信子iiでの
伝播距離l1とを比較する。もし、l1とl2が等しければ、
この伝播距離l2を表示器18へ送り、表示する。しかし、
l1とl2が等しくない場合には、中心周波数算出回路15に
l2を送り、l2に対応する中心周波数ｍを求める。この
中心周波数ｍに対応する受信子に切換え、送信を開始
する。以後の手順は受信子Ｉの場合と同じであり、比較
器14で、今求めた伝播距離とメモリ13の格納されている
前の伝播距離が等しくなるまで繰り返される。
距離による周波数の減衰分布ｈ（,l）を実験等で求
め、それらのデータを送信信号の周波数分布メモリ16、
距離による周波数の減衰分布メモリ17に格納しておく。
はじめに、切換器７により受信器８と受信子群４のうち
受信子ｉと接続する。又、伝播距離メモリ13のメモリ内
容を零にする。第２図は、信号波形説明図である。次に
送信器６からの送信信号ア（第２図ア）により送信子３
から音響信号５（第２図イ）を送信する。伝播した音響
信号を受信子ｉで受信し、受信器８を経由して検波器９
へ送られる（第２図ウ）。検波器９でＲ−Ｆ信号を検波
した受信波（第２図エ）は、受信波の有無判定回路10
で、あらかじめノイズ除去のためにしきい値設定回路11
で設定したしきい値（第２図オ）以上の信号があるか判
定される。音響信号の間隔の間にしきい値以上の信号が
受信できない場合には、切換器７を介して受信子iiに切
換える。受信子iiでの信号の流れは、切換器７から受信
波の有無判定回路10までは、受信子ｉの場合と同じであ
る。しきい値以上の受信波が得られるまで切換器７で受
信子をiii,iv…と順次切換えていく。たとえば、受信子
iiでの受信波がしきい値以上の場合には、受信波が伝播
距離測定回路12に送られ、伝播時間から伝播距離l1を測
定する。この伝播距離l1は、伝播距離メモリ13に格納さ
れる。同時に、比較器14に送られ、伝播距離メモリ13に
格納されていた前の伝播距離l0（この場合は初期値l0＝
０となっている）と比較する。l1とl0が等しくない場合
には、伝播距離l1を中心周波数算出回路15に送り、伝播
距離l1に対応する値をメモリ16,17から読み出し、式
（１）に基づいて中心周波数ｍを求める。次に、この
中心周波数ｍを共振周波数とする受信子Ｉに切換え
る。受信子Ｉでは、しきい値以上の受信波が受信できる
はずであり、切換器７から比較器14までの信号の流れ
は、受信子iiの場合と同じである。伝播距離測定回路12
で求めた受信子Ｉでの伝播距離をl2とすると、比較器14
では、このl2とメモリ13に格納されている受信子iiでの
伝播距離l1とを比較する。もし、l1とl2が等しければ、
この伝播距離l2を表示器18へ送り、表示する。しかし、
l1とl2が等しくない場合には、中心周波数算出回路15に
l2を送り、l2に対応する中心周波数ｍを求める。この
中心周波数ｍに対応する受信子に切換え、送信を開始
する。以後の手順は受信子Ｉの場合と同じであり、比較
器14で、今求めた伝播距離とメモリ13の格納されている
前の伝播距離が等しくなるまで繰り返される。
第２図は、上記第１実施例の各段階における信号波形
の模式図、第３図は、動作の流れ図である。
の模式図、第３図は、動作の流れ図である。
第１図の実施例では、受信子を変更するか伝播距離を
表示して終了するかは、伝播距離を比較することで実施
していた。しかし、中心周波数算出回路15と切換器７と
の間に比較器を入れて中心周波数を比較することで、上
記判定を実施しても、同じ結果となる。
表示して終了するかは、伝播距離を比較することで実施
していた。しかし、中心周波数算出回路15と切換器７と
の間に比較器を入れて中心周波数を比較することで、上
記判定を実施しても、同じ結果となる。
つぎに、第２実施例を、第４図を用いて説明する。第
４図の構成は、19は、受信強度検出回路、20は、受信強
度メモリ、21は、受信波形メモリ、22は、最大受信強度
検出回路、23は、AND素子であり、３〜18は、第１図と
同一の表示なので省略する。つぎに、動作について説明
する。すでに述べたように、受信強度が最大となる周波
数で受信したときが、測定誤差もほぼ最小となる。そこ
で、受信強度が最大となる周波数で伝播距離を測定する
のが第４図の装置である。切換器７により受信器８と受
信子群４のうち受信子ｉと接続する。まず、送信器６か
らの送信信号により、送信子３から音響信号５を試料中
へ送信し、受信子ｉで受信する。受信信号は、受信器８
を経て検波器９にて検波され、受信高度検出回路19と受
信波形メモリ21に送られる。受信波形メモリ21では、受
信波形と受信子番号ｉを記憶し、記憶を終えると信号を
AND素子23に送る。受信高度検出回路19では、ノイズ除
去のためあらかじめ、しきい値設定回路11で設定したし
きい値以上の信号のなかで、ピーク値を受信強度Piとし
て検出する。この受信強度Piと、その時の受信子番号ｉ
を受信強度メモリ20に記憶し、記憶を終えたら信号をAN
D素子23に送る。
４図の構成は、19は、受信強度検出回路、20は、受信強
度メモリ、21は、受信波形メモリ、22は、最大受信強度
検出回路、23は、AND素子であり、３〜18は、第１図と
同一の表示なので省略する。つぎに、動作について説明
する。すでに述べたように、受信強度が最大となる周波
数で受信したときが、測定誤差もほぼ最小となる。そこ
で、受信強度が最大となる周波数で伝播距離を測定する
のが第４図の装置である。切換器７により受信器８と受
信子群４のうち受信子ｉと接続する。まず、送信器６か
らの送信信号により、送信子３から音響信号５を試料中
へ送信し、受信子ｉで受信する。受信信号は、受信器８
を経て検波器９にて検波され、受信高度検出回路19と受
信波形メモリ21に送られる。受信波形メモリ21では、受
信波形と受信子番号ｉを記憶し、記憶を終えると信号を
AND素子23に送る。受信高度検出回路19では、ノイズ除
去のためあらかじめ、しきい値設定回路11で設定したし
きい値以上の信号のなかで、ピーク値を受信強度Piとし
て検出する。この受信強度Piと、その時の受信子番号ｉ
を受信強度メモリ20に記憶し、記憶を終えたら信号をAN
D素子23に送る。
受信強度メモリ20および受信波形メモリ21に記憶を終
了したら、AND素子から信号を出力し、切換器７により
受信子iiに切換え、上述の受信子ｉの場合と同様にして
受信強度Piiを求め、受信強度メモリ20に受信子番号ii
と受信強度Piiを記憶する。その後、受信子を順次切換
えて、すべての受信子について、上記操作を実施する。
すべての受信子での受信強度と受信子番号を受信強度メ
モリ20に記憶したら、最大受信強度検出回路22で最大受
信強度を検出し、その時の受信子Ｉを決定する。その受
信子Ｉに対応する受信波形を受信波形メモリ21から読み
出し、伝播距離測定回路12に送る。伝播距離測定回路12
では、伝播距離を測定し、その結果を表示器18へ送り表
示する。
了したら、AND素子から信号を出力し、切換器７により
受信子iiに切換え、上述の受信子ｉの場合と同様にして
受信強度Piiを求め、受信強度メモリ20に受信子番号ii
と受信強度Piiを記憶する。その後、受信子を順次切換
えて、すべての受信子について、上記操作を実施する。
すべての受信子での受信強度と受信子番号を受信強度メ
モリ20に記憶したら、最大受信強度検出回路22で最大受
信強度を検出し、その時の受信子Ｉを決定する。その受
信子Ｉに対応する受信波形を受信波形メモリ21から読み
出し、伝播距離測定回路12に送る。伝播距離測定回路12
では、伝播距離を測定し、その結果を表示器18へ送り表
示する。
第５図は、上記第２実施例の流れ図である。
第４図の第２実施例では、第１図の第１実施例と異な
り、送信の音響信号の周波数分布ｇ（）、伝播距離に
よる周波数の減衰分布ｈ（,l）をあらかじめ実験等で
求め、メモリに格納しておく必要がないため、装置の簡
易化という利点がある。
り、送信の音響信号の周波数分布ｇ（）、伝播距離に
よる周波数の減衰分布ｈ（,l）をあらかじめ実験等で
求め、メモリに格納しておく必要がないため、装置の簡
易化という利点がある。
第３実施例を、第６図を用いて説明する。
第６図において、24は、回路切換器であり、その他の
符号は、第1,4図の表示と同一である。
符号は、第1,4図の表示と同一である。
第６図の第３実施例では、第４図の第２実施例におけ
る装置から、受信波形メモリ21およびAND素子23を削除
したものである。
る装置から、受信波形メモリ21およびAND素子23を削除
したものである。
まず、切換器24により検波器９と受信強度検出回路19
とを接続する。次に、切換器７により受信子群４の各受
信子を順次切換えて、各素子での受信強度を求め、受信
子番号と受信強度を受信強度メモリ20に記憶する。全受
信子について受信強度メモリ20に記憶し終えたら、最大
受信強度検出回路22で受信強度が最大となる受信子番号
Ｉを求める。ここまでは、第４図の実施例と同じであ
る。この後、第６図の実施例では、切換器24により検波
器９と伝播距離測定回路12とを接続する。Ｉ番目の受信
子を用いて、再び音響信号を受信し、受信信号を伝播距
離測定回路12に送信する、断播距離測定回路12では伝播
距離を測定し、表示器18へ送り、表示する。
とを接続する。次に、切換器７により受信子群４の各受
信子を順次切換えて、各素子での受信強度を求め、受信
子番号と受信強度を受信強度メモリ20に記憶する。全受
信子について受信強度メモリ20に記憶し終えたら、最大
受信強度検出回路22で受信強度が最大となる受信子番号
Ｉを求める。ここまでは、第４図の実施例と同じであ
る。この後、第６図の実施例では、切換器24により検波
器９と伝播距離測定回路12とを接続する。Ｉ番目の受信
子を用いて、再び音響信号を受信し、受信信号を伝播距
離測定回路12に送信する、断播距離測定回路12では伝播
距離を測定し、表示器18へ送り、表示する。
第７図は、上記第３実施例の流れ図である。
以上の第１〜３実施例は、伝播距離すなわち、送信子
と受信子間の距離がわからない場合の例である。しか
し、例えば原子炉圧力容器の溶接線の検査に用いる自走
式検査置の位置を標定する場合には、自走式検査装置の
スタート位置がわかっており、また、数種類の共振周波
数の受信子を用いる。第８図（ａ）は、この関係を示し
たもので、A,B,C ３個の受信子４を用い、スタート時
の伝播距離はl0である。第８図（ｂ），（ｃ）に示した
ように、あらかじめ、受信子A,B,Cについて伝播距離ｌ
に対する受信強度Ｐ及び時間差Δｔとの関係を調べ、
lA,lBを求めておく。伝播距離l0からスタート後、伝播
距離ｌがlAまでは受信子A,lA,lBの間では受信子B,lB以
上では受信子Ｃを用いることとする。これを具体化した
実施例を第９図に示す。
と受信子間の距離がわからない場合の例である。しか
し、例えば原子炉圧力容器の溶接線の検査に用いる自走
式検査置の位置を標定する場合には、自走式検査装置の
スタート位置がわかっており、また、数種類の共振周波
数の受信子を用いる。第８図（ａ）は、この関係を示し
たもので、A,B,C ３個の受信子４を用い、スタート時
の伝播距離はl0である。第８図（ｂ），（ｃ）に示した
ように、あらかじめ、受信子A,B,Cについて伝播距離ｌ
に対する受信強度Ｐ及び時間差Δｔとの関係を調べ、
lA,lBを求めておく。伝播距離l0からスタート後、伝播
距離ｌがlAまでは受信子A,lA,lBの間では受信子B,lB以
上では受信子Ｃを用いることとする。これを具体化した
実施例を第９図に示す。
第４実施例を第９図を用いて説明する。第９図の構成
は、25は、比較器、26は、lA,lBのメモリであり、その
他の符号は、第1,4,6図の表示と同一である。第４実施
例の動作について説明する。
は、25は、比較器、26は、lA,lBのメモリであり、その
他の符号は、第1,4,6図の表示と同一である。第４実施
例の動作について説明する。
まず、切換器７により受信子Ａと受信器８とを接続す
る。送信器６からの送信信号により、送信子３から音響
信号を試料内へ送信し、受信子Ａで受信する。受信信号
は切換器７、受信器８を経て、検波器９へ送られる。検
波後、伝播距離測定回路12で伝播距離ｌが測定される。
伝播距離ｌは、表示器18へ送られ表示されると同時に、
比較器25へ送られる。比較器25では、現在の伝播距離ｌ
をあらかじめメモリ26に格納しておいたlB,lCの値と比
較し、第８図（ｂ），（ｃ）で説明したように、次の条
件で受信子を選択する。
る。送信器６からの送信信号により、送信子３から音響
信号を試料内へ送信し、受信子Ａで受信する。受信信号
は切換器７、受信器８を経て、検波器９へ送られる。検
波後、伝播距離測定回路12で伝播距離ｌが測定される。
伝播距離ｌは、表示器18へ送られ表示されると同時に、
比較器25へ送られる。比較器25では、現在の伝播距離ｌ
をあらかじめメモリ26に格納しておいたlB,lCの値と比
較し、第８図（ｂ），（ｃ）で説明したように、次の条
件で受信子を選択する。
ｌ＜lA:受信子Ａ lA≦ｌ＜lB:受信子Ｂ lB≦l:受信子Ｃ 切換器７により、受信子Ａを比較器25で選択した受信
子へ切換えて再び送信し、伝播距離ｌを測定する。
子へ切換えて再び送信し、伝播距離ｌを測定する。
第９図の実施例の流れ図を第10図に示す。
第９図の実施例では、検査装置が移動しながらでも伝
播距離を測定できる利点がある。
播距離を測定できる利点がある。
ここまでの実施例で示した受信子群は、全ての受信子
が常に試料面に接触したものである。第11図は、第５実
施例の構成略示図である。第11図において、27は、回転
ドラム、28は、エアシリンダ、29は、圧縮機、30は切換
器、31は、回転装置、４は、受信子、１は、試料（被検
体）である。第11図は、受信子ｉが試料１に接続し受信
している状態を示す。以下、動作について説明する。ま
ず、入力信号Ｓにより、受信子iiが選択されたとする
と、切換器30では、圧縮機29からエアシリンダ28へ供給
している圧縮空気を一旦止める。これにより、受信子ｉ
のエアシリンダは縮み、受信子ｉは試料１から離れる。
その後、回転装置により、回転ドラム27を回転させて受
信子iiを受信子ｉの位置にセットする。最後に、切換器
30により、空気の流れを受信子iiのエアシリンダに変え
て、圧縮空気を送る。これにより、エアシリンダが伸び
て、受信子iiは試料１へ接触し、音響信号の受信が可能
となる。本実施例は、受信子８個の場合であるが、これ
にかぎるものではない。
が常に試料面に接触したものである。第11図は、第５実
施例の構成略示図である。第11図において、27は、回転
ドラム、28は、エアシリンダ、29は、圧縮機、30は切換
器、31は、回転装置、４は、受信子、１は、試料（被検
体）である。第11図は、受信子ｉが試料１に接続し受信
している状態を示す。以下、動作について説明する。ま
ず、入力信号Ｓにより、受信子iiが選択されたとする
と、切換器30では、圧縮機29からエアシリンダ28へ供給
している圧縮空気を一旦止める。これにより、受信子ｉ
のエアシリンダは縮み、受信子ｉは試料１から離れる。
その後、回転装置により、回転ドラム27を回転させて受
信子iiを受信子ｉの位置にセットする。最後に、切換器
30により、空気の流れを受信子iiのエアシリンダに変え
て、圧縮空気を送る。これにより、エアシリンダが伸び
て、受信子iiは試料１へ接触し、音響信号の受信が可能
となる。本実施例は、受信子８個の場合であるが、これ
にかぎるものではない。
第11図の第５実施例によれば、多数の受信子のうち試
料１と接触しているのは、１個の受信子だけであり、接
触面積が小さくてすむ利点がある。また、受信子の選
択、切換を確実に、容易に実施できる。
料１と接触しているのは、１個の受信子だけであり、接
触面積が小さくてすむ利点がある。また、受信子の選
択、切換を確実に、容易に実施できる。
上記各実施例によれば、送信子に到達する音響信号の
中心周波数を共振周波数とする受信子で常に受信できる
ので、送信に高い周波数の音響信号を用いた場合でも、
遠方において高い受信感度を受信でき、送信子と受信子
間の距離（伝播距離）を精度良く測定できる効果があ
る。例えば、送信に5MHzの表面波を用いた場合、2.25MH
zの受信の方が5MHzの受信子にくらべて、距離600mmにお
いて受信感度は14dB高く、測定精度は50％も向上するこ
とになる。
中心周波数を共振周波数とする受信子で常に受信できる
ので、送信に高い周波数の音響信号を用いた場合でも、
遠方において高い受信感度を受信でき、送信子と受信子
間の距離（伝播距離）を精度良く測定できる効果があ
る。例えば、送信に5MHzの表面波を用いた場合、2.25MH
zの受信の方が5MHzの受信子にくらべて、距離600mmにお
いて受信感度は14dB高く、測定精度は50％も向上するこ
とになる。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、測定距
離に関わらず、測定距離によって変化する到達音響信号
の中心周波数を共振周波数とする受信子で感度良く送信
された音響信号を受信して、音響信号の伝播距離を精度
良く測定できる距離測定装置を提供することができる。
離に関わらず、測定距離によって変化する到達音響信号
の中心周波数を共振周波数とする受信子で感度良く送信
された音響信号を受信して、音響信号の伝播距離を精度
良く測定できる距離測定装置を提供することができる。
第１図は、第１実施例の構成略示図、第２図は、第１図
の信号波形説明図、第３図は、第１図の流れ図、第４図
は、第２実施例の構成略示図、第５図は、同上流れ図、
第６図は、第３実施例の構成略示図、第７図は、同上流
れ図、第８図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第４実施例の
説明図、第９図は、第４実施例の構成略示図、第10図は
同上流れ図、第11図は、第５実施例の模式図、第12図
は、従来例の説明図、第13〜15図は、周波数分布−伝播
距離−受信強度説明図、第16図は、伝播距離測定説明
図、第17図は、受信波形説明図、第18図（ａ）は、受信
強度−伝播距離、同図（ｂ）は、時間差−伝播距離の関
係図、第19図（ａ），（ｂ）は、同上図の実験結果図で
ある。 ＜符号の説明＞ １……圧力容器（試料）、２……検査装置、３……送信
子、４……受信子（群）、５……音響信号、６……送信
器、７……切換器、８……受信器、９……検波器、10…
…受信波の有無判定回路、11……しきい値設定回路、12
……伝播距離測定回路、13……伝播距離メモリ、14……
比較器、15……中心周波数算出回路、16……送信信号の
周波数分布メモリ、17……距離による周波数の減衰分布
メモリ、18……表示器、19……受信強度検出回路、20…
…受信強度メモリ、21……受信波形メモリ、22……最大
受信強度検出回路、25……比較器、26……lA,lBのメモ
リ、27……回転ドラム、28……エアシリンダ、29……圧
縮機、30……切換器、31……回転装置。
の信号波形説明図、第３図は、第１図の流れ図、第４図
は、第２実施例の構成略示図、第５図は、同上流れ図、
第６図は、第３実施例の構成略示図、第７図は、同上流
れ図、第８図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第４実施例の
説明図、第９図は、第４実施例の構成略示図、第10図は
同上流れ図、第11図は、第５実施例の模式図、第12図
は、従来例の説明図、第13〜15図は、周波数分布−伝播
距離−受信強度説明図、第16図は、伝播距離測定説明
図、第17図は、受信波形説明図、第18図（ａ）は、受信
強度−伝播距離、同図（ｂ）は、時間差−伝播距離の関
係図、第19図（ａ），（ｂ）は、同上図の実験結果図で
ある。 ＜符号の説明＞ １……圧力容器（試料）、２……検査装置、３……送信
子、４……受信子（群）、５……音響信号、６……送信
器、７……切換器、８……受信器、９……検波器、10…
…受信波の有無判定回路、11……しきい値設定回路、12
……伝播距離測定回路、13……伝播距離メモリ、14……
比較器、15……中心周波数算出回路、16……送信信号の
周波数分布メモリ、17……距離による周波数の減衰分布
メモリ、18……表示器、19……受信強度検出回路、20…
…受信強度メモリ、21……受信波形メモリ、22……最大
受信強度検出回路、25……比較器、26……lA,lBのメモ
リ、27……回転ドラム、28……エアシリンダ、29……圧
縮機、30……切換器、31……回転装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高久 和夫 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 澤 敏之 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−54668（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 17/00 - 17/04
Claims (8)
- 【請求項１】送信子と、送信子から送信された音響信号
を受信する受信子とを備えた距離測定装置において、 １つの前記送信子より送信された音響信号を受信する共
振周波数が互いに異なる複数の受信子を設け、 前記受信子と前記１つの送信子との間の距離を、前記複
数の受信子のうちの一つから出力された信号を用いて演
算する手段を設けたことを特徴とする距離測定装置。 - 【請求項２】送信子から送信された音響信号を受信する
受信子とを備えた距離測定装置において、 １つの前記送信子より送信された音響信号を受信する共
振周波数が互いに異なる複数の受信子を設け、 前記受信子と前記１つの送信子との間の距離を、前記複
数の受信子のうちの一つから出力された信号を用いて演
算する手段を設けたことを特徴とする距離測定装置。 - 【請求項３】送信子と、該送信子から送信した音響信号
を受信する受信子とを備えた距離測定装置において、 前記音響信号をパルス状信号により送信する前記送信子
と、前記受信子として共振周波数が互いに異なる複数の
受信子を設け、 前記受信子と前記送信子との間の距離を前記複数の受信
子のうちの一つから出力された信号を用いて演算する手
段を設けたことを特徴とする距離測定装置。 - 【請求項４】請求項１、２または３記載の距離測定装置
において、 前記受信子と前記送信子との間の距離を演算する手段と
して、 受信子を切換える手段と、伝播距離に応じた音響信号の
ピークの周波数を算出する手段とを設け、 このピークの周波数を共振周波数とする受信子で音響信
号を受信することを特徴とする距離測定装置。 - 【請求項５】請求項１、２または３記載の距離測定装置
において、 前記受信子と前記送信子との間の距離を演算する手段と
して、 受信子を切換える手段と、受信した音響信号の強度を検
出する手段と、検出した各受信子での音響信号の強度の
中から、受信強度が最大となる受信子を検出する手段と
を設けて、 音響信号が最大となる受信子で音響信号を受信すること
を特徴とする距離測定装置。 - 【請求項６】請求項１、２または３記載の距離測定装置
において、 前記受信子と前記送信子との間の距離を演算する手段と
して、 受信子を切換える手段と、予め、距離に応じて受信子を
選定し、それらの受信子を交換する距離を記憶する手段
と、測定した距離と、受信子を交換する距離とを比較す
る手段とを設けて、 距離に応じて音響信号を受信する受信子を切換えること
を特徴とする距離測装置。 - 【請求項７】請求項１、２または３記載の距離測定装置
において、 前記受信子と前記送信子との間の距離を演算する手段と
して、 中心軸の回りに回転可能な回転板の外周部に配設され
た、複数個の受信子中の１個を、被検査体表面に接触で
きる位置に自在に回転移動させることができる回転装置
と、 各受信子と連通したエアシリンダに加える圧力を加減し
て、被検査体表面との接触を調整する圧縮機と、 圧縮機からの負荷力を振分けて、所期の受信子に負荷す
る切換器とからなる受信子切換装置を備えたことを特徴
とする距離測定装置。 - 【請求項８】請求項１ないし７のいずれか一つに記載の
距離測定装置を備えたことを特徴とする自走式検査装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1180210A JP2972229B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | 距離測定装置 |
| US07/551,476 US5122991A (en) | 1989-07-14 | 1990-07-12 | Distance measuring apparatus and method |
| DE4022152A DE4022152A1 (de) | 1989-07-14 | 1990-07-12 | Vorrichtung und verfahren zur entfernungsmessung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1180210A JP2972229B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | 距離測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0346558A JPH0346558A (ja) | 1991-02-27 |
| JP2972229B2 true JP2972229B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=16079324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1180210A Expired - Fee Related JP2972229B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | 距離測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5122991A (ja) |
| JP (1) | JP2972229B2 (ja) |
| DE (1) | DE4022152A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5763837A (en) * | 1994-10-11 | 1998-06-09 | Davignon; Andre | Automatic biometric data system |
| KR100685178B1 (ko) * | 2005-04-15 | 2007-02-22 | 미승씨엔에스검사주식회사 | 비파괴 검사 장치 |
| JP5430533B2 (ja) * | 2010-10-19 | 2014-03-05 | 株式会社神戸製鋼所 | 表面皮下欠陥検出方法及びその装置 |
| JP7258792B2 (ja) * | 2020-02-05 | 2023-04-17 | 株式会社東芝 | レーザ超音波計測装置およびレーザ超音波計測方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4010636A (en) * | 1975-01-13 | 1977-03-08 | General Electric Company | Vessel examination system |
| US3988922A (en) * | 1975-01-13 | 1976-11-02 | General Electric Company | Vessel examination system |
| US4160386A (en) * | 1977-06-09 | 1979-07-10 | Southwest Research Institute | Ultrasonic inspection system including apparatus and method for tracking and recording the location of an inspection probe |
| US4442713A (en) * | 1982-03-09 | 1984-04-17 | Sri International | Frequency varied ultrasonic imaging array |
| US4446740A (en) * | 1982-03-09 | 1984-05-08 | Sri International | Frequency controlled hybrid ultrasonic imaging arrays |
| JPS60102580A (ja) * | 1983-11-10 | 1985-06-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 走行ユニツト等の位置検出装置 |
| JPS60102581A (ja) * | 1983-11-10 | 1985-06-06 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 走行ユニツト等の位置検出装置 |
| JPS60233579A (ja) * | 1984-05-04 | 1985-11-20 | Shinko Electric Co Ltd | 位置測定方法およびその装置 |
| DE3800800A1 (de) * | 1988-01-14 | 1989-08-03 | Honeywell Regelsysteme Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur abstandsmessung |
| US4914642A (en) * | 1988-01-20 | 1990-04-03 | Ferranti O.R.E., Inc. | Remote sonic location system |
| JPH01291157A (ja) * | 1988-05-17 | 1989-11-22 | Hitachi Ltd | 溶接線追従式走行装置 |
-
1989
- 1989-07-14 JP JP1180210A patent/JP2972229B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-07-12 US US07/551,476 patent/US5122991A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-12 DE DE4022152A patent/DE4022152A1/de active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4022152C2 (ja) | 1993-07-01 |
| DE4022152A1 (de) | 1991-01-24 |
| JPH0346558A (ja) | 1991-02-27 |
| US5122991A (en) | 1992-06-16 |
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