JP2999108B2

JP2999108B2 - 超音波探傷信号の波形ピーク連続検出方法及び検出装置

Info

Publication number: JP2999108B2
Application number: JP5288128A
Authority: JP
Inventors: 宏治榎並; 五輪男竹内
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-11-17
Filing date: 1993-11-17
Publication date: 2000-01-17
Anticipated expiration: 2015-01-17
Also published as: JPH07140123A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラント等の非破壊検
査に用いられる超音波探傷信号の波形ピーク連続検出方
法及び検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラント等の非破壊検査に用いられる従
来の超音波探傷信号の信号処理装置は、図３に示すよう
に構成されている。図３において、１は超音波探傷器
で、一定の周期でトリガ信号を発生し、超音波センサ２
に出力すると共に出力端子４より出力する。超音波セン
サ２は、上記トリガ信号により超音波信号を被検査体に
出力し、欠陥等からの反射信号を検出して超音波探傷器
１に入力する。超音波探傷器１は、上記超音波センサ２
からの検出信号を受信し、その受信信号を出力端子３よ
り出力する。

【０００３】上記超音波探傷器１の出力端子４より出力
されるトリガ信号は、時間計測用のカウンタ５のクリア
端子ＣＬＲに入力される。このカウンタ５は、上記超音
波探傷器１からのトリガ信号によってカウント値を
“０”にクリアすると共に、内部クロック６をカウント
し、カウント値をゲート信号発生器７へ出力する。この
ゲート信号発生器７は、カウンタ５のカウント値を基
に、予め設定されたゲート開始時間から同じく予め設定
されたゲート幅の間、ゲート信号を発生させ、出力ライ
ン７ａから設定１のゲート信号を出力すると共に、出力
ライン７ｂから設定２のゲート信号を出力する。

【０００４】一方、超音波探傷器１の出力端子３より出
力される超音波センサ２からの受信信号は、アンプ８で
増幅された後、第１ピークホールド回路９及び第２ピー
クホールド回路１０へ送られる。第１ピークホールド回
路９は、ゲート信号発生器７から設定１のゲート信号が
与えられている間の受信波形のピーク値を保持し、第２
ピークホールド回路１０は、ゲート信号発生器７から設
定２のゲート信号が与えられている間の受信波形のピー
ク値を保持する。このピークホールド回路９，１０によ
りホールドされたピーク値は、それぞれＡ／Ｄ変換器１
１，１２でデジタル信号に変換された後、出力ポート１
３を介して外部機器へ出力される。なお、複数の受信波
形のピーク値を求める場合は、複数のピークホールド回
路を並列に配置し、各々にゲート信号を与えて処理を行
なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにゲート信
号発生器７が内部クロック６により、カウンタ５の値を
基準としてゲート信号を発生させる場合には、事前に、
波形のピークを求めようとする信号波形の現れる時間
を、おおよそ判っていなければならない。

【０００６】このことは、超音波センサ２の移動や被検
査対象の板厚等によって、信号波形が大きく変化する場
合、ゲート信号の設定値を探傷受信信号毎に設定し直す
必要があることを意味し、事前に探傷受信信号を充分に
調べておく必要がある。

【０００７】これに対し、ゲート（波形のピークを求め
る時間）の範囲設定を余分に大きく取ると、その時間の
間に目的とする信号波形以外の信号も含まれてしまい、
目的の信号波形の正確なピーク値が得られないという問
題を生じる。

【０００８】又、別の用途として、ある時間の間に超音
波センサ２から出力される有意信号、つまり欠陥からの
反射信号が生じているかを検出し、その信号のピーク値
を求めようとする場合には、有意信号波形が生じる時間
が特定できないため、ゲートの範囲設定を大きくする必
要がある。しかし、ゲートの範囲設定を大きくすると、
複数の有意信号が発生している場合、それらの分離は不
可能であり、その区分の有意信号波形の中のどれかのピ
ークしか得られない。

【０００９】従って、上記従来の装置では、事前にピー
ク値を求める波形の現れるおおよその時間が分かってい
なければならず、又、同一ゲート内に複数ピークがあっ
ても、１つのピークしか処理できないという問題があっ
た。

【００１０】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、受信信号波形の現れる時間が予め判らなくても、信
号波形の現れた時間及び信号波形のピーク値を求めるこ
とが出来ると共に、連続して信号波形が得られる場合で
も、各々の信号波形について現れた時間及び信号波形の
ピーク値を同時に求めることができる超音波探傷信号の
波形ピーク連続検出方法及び検出装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、超音波探傷信
号の波形をある基準レベルで２値化し、同基準レベル以
上の信号波形が別の直前に発生している基準レベル以上
の信号波形が発生してから一定時間内に発生する場合の
一連の信号波形の集合における最初の波形が発生する時
間を計測し、かつ上記一連の信号波形の２値化前の波形
のピーク値の内最大のものを計測するという２種類の計
測を連続して行なうことを特徴とする。

【００１２】また、本発明は、超音波探傷信号の波形を
ある基準レベルで２値化する手段と、同手段で得た各基
準レベル以上の波形に一定時間幅のパルス波形を重畳し
ゲート信号として出力する手段と、上記ゲート信号の立
上がりを検出しラッチ信号を発生するラッチ信号発生器
と、上記ゲート信号の立下がりをカウントするスイッチ
切換用カウンタと、時間計測手段と、上記スイッチ切換
用カウンタと連動し上記ラッチ信号発生器からのラッチ
信号を発生した順にラッチ回路に振り分けるスイッチ
と、上記ラッチ信号を得て上記時間計測手段から上記ゲ
ート信号の立上がりの時間を記録する複数のラッチ回路
と、上記スイッチ切換用カウンタと連動し上記ゲート信
号発生器からのゲート信号と２値化前の超音波探傷信号
をピークホールド回路に振り分ける２種類のスイッチ
と、上記ゲート信号と２値化前の超音波探傷信号を得て
ゲート信号発生中に発生した２値化前の超音波探傷信号
の波形ピーク値を保持する複数のピークホールド回路を
有してなることを特徴とする。

【００１３】

【作用】超音波センサにより得られた超音波探傷信号
は、比較器へ送られて基準レベルと比較されて２値信号
に変換され、ゲート信号発生器へ送られる。このゲート
信号発生器は、上記２値信号の各立上がりに同期して一
定時間幅のパルス信号を発生し、重畳してゲート信号と
してラッチ信号発生器及びスイッチ切換用カウンタへ出
力する。ラッチ信号発生器は、上記ゲート信号の立上が
りを検出してラッチ信号を発生する。また、スイッチ切
換用カウンタは、ゲート信号の立下がりをカウントして
スイッチ切換信号を発生する。そして、スイッチは、ス
イッチ切換用カウンタと連動し、ラッチ信号発生器から
のラッチ信号を発生した順にラッチ回路に振り分ける。
複数のラッチ回路は、上記ラッチ信号を得て時間計測手
段により計測されたゲート信号の立上がりの時間を記録
する。また、２種類のスイッチは、上記スイッチ切換用
カウンタと連動し上記ゲート信号発生器からのゲート信
号と２値化前の超音波探傷信号を複数のピークホールド
回路に振り分ける。各ピークホールド回路は、上記ゲー
ト信号と２値化前の超音波探傷信号を得てゲート信号発
生中に発生した２値化前の超音波探傷信号の波形ピーク
値を保持する。上記各ラッチ回路にラッチされた計測時
間及び各ピークホールド回路に保持された値は、順次選
択されて外部機器へ送られる。

【００１４】上記のように超音波探傷信号を用いて、信
号波形の連続性を判別し、信号波形の分離識別ができる
ため、事前に信号波形の現れる時間を調べる必要がな
く、個々の信号波形について、複数のピークホールド回
路とラッチ回路を切換えていくことによって、現れる時
間、波形のピーク値を同時に測定することができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る超音波探傷信
号の信号処理装置の構成図である。超音波探傷器１は、
一定の周期でトリガ信号を発生し、超音波センサ２に出
力すると共に出力端子４より出力する。超音波センサ２
は、上記トリガ信号により超音波信号を被検査体に出力
し、欠陥等からの反射信号を検出して超音波探傷器１に
入力する。超音波探傷器１は、上記超音波センサ２から
の検出信号を受信し、その受信信号、即ち超音波探傷信
号を出力端子３より出力する。

【００１６】上記超音波探傷器１の出力端子４より出力
されるトリガ信号は、時間計測用のカウンタ５のクリア
端子ＣＬＲに入力される。このカウンタ５は、上記超音
波探傷器１からのトリガ信号によってカウント値を
“０”にクリアすると共に、内部クロック（基準時間）
６をカウントし、カウント値をラッチ回路２１ａ，２１
ｂ，…を介して第１出力ポート２２へ出力する。また、
この第１出力ポート２２には、外部機器（図示せず）よ
り入力ポート２４を介して切換え信号が与えられる。第
１出力ポート２２は、ラッチ回路２１ａ，２１ｂ，…に
ラッチされたデータを入力ポート２４を介して与えられ
る切換え信号により切換えて外部機器へ出力する。

【００１７】一方、超音波探傷器１の出力端子３より出
力される超音波センサ２からの受信信号は、アンプ８で
増幅された後、アナログスイッチ３５へ送られると共
に、比較器２５の一方の入力端子へ入力される。また、
この比較器２５の他方の入力端子には、所定の電源電圧
Ｖが基準電圧設定器（例えば可変抵抗）２６を介して基
準電圧（基準レベル）Ｖｓとして入力される。比較器２
５は、アンプ８から入力される信号を基準電圧設定器２
６により設定された基準電圧Ｖｓと比較し、アンプ８か
らの信号が基準電圧Ｖｓより高ければ“Ｈ”（ハイ）レ
ベル、基準電圧Ｖｓより低ければ“Ｌ”（ロウ）レベル
の２値信号に変換し、ゲート信号発生器２７へ出力す
る。また、このゲート信号発生器２７には、信号幅設定
器２８により設定された時間幅Ｔｓの信号が与えられ
る。この時間幅Ｔｓは、受信信号のダンピング波形の半
波長以上の一定値に設定される。

【００１８】ゲート信号発生器２７は、比較器２５から
出力される２値信号出力が、信号幅設定値６で設定され
た時間幅Ｔｓによって同一の波形か、連続した別の波形
かを判別し、各信号波形に対するゲート信号を発生し
て、ラッチ信号発生器２９、スイッチ切換用カウンタ３
０、アナログスイッチ３４へ出力する。ラッチ信号発生
器２９は、ゲート信号発生器２７から出力されるゲート
信号の立上がりを検出してラッチ信号を発生し、アナロ
グスイッチ３３へ出力する。

【００１９】また、カウンタ３０には、クリアボタン３
２の操作信号が同期回路３１を介してクリア端子に与え
られる。同期回路３１は、クリアボタン３２が操作され
ると、探傷器１の出力端子４から出力されるトリガ信号
に同期してカウンタ３０の信号を“０”にクリアする。
その後、カウンタ３０は、ゲート信号発生器２７から出
力されるゲート信号の立下がりを検出してカウントし、
そのカウント値をアナログスイッチ３３，３４，３５に
切換え信号として与える。アナログスイッチ３３は、ラ
ッチ信号発生器２９から出力されるラッチ信号をカウン
タ３０のカウント値に応じてラッチ回路２１ａ，２１
ｂ，…へ切換えて出力する。アナログスイッチ３４は、
ゲート信号発生器２７から出力されるゲート信号をカウ
ンタ３０のカウント値に応じてピークホールド回路３６
ａ，３６ｂ，…へ出力する。また、アナログスイッチ３
５は、アンプ８から出力される信号をカウンタ３０のカ
ウント値に応じてピークホールド回路３６ａ，３６ｂ，
…へ出力する。

【００２０】ピークホールド回路３６ａ，３６ｂ，…
は、アナログスイッチ３５により選択的に与えられる受
信信号に対し、アナログスイッチ３４を介して与えられ
るゲート信号の間の波形のピーク値をホールド（保持）
し、アナログスイッチ３７へ出力する。このアナログス
イッチ３７は、外部機器から入力ポート２４を介して与
えられる切換え信号により、ピークホールド回路３６
ａ，３６ｂ，…の出力を選択し、その選択したピーク値
をＡ／Ｄ変換器３８へ出力する。このＡ／Ｄ変換器３８
は、アナログスイッチ３７により選択されたピークホー
ルド回路３６ａ，３６ｂ，…の出力をデジタルデータに
変換し、第２出力ポート２３を介して外部機器へ出力す
る。

【００２１】次に上記実施例の動作を図２に示す各部の
信号波形図を参照して説明する。測定に際しては、クリ
アボタン３２を操作し、その操作信号を同期回路３１に
与えてカウンタ３０をリセット（クリア）する。

【００２２】超音波センサ２による超音波探傷信号は、
探傷器１により受信信号として得られる。この超音波セ
ンサ２による探傷信号は、アンプ８で増幅されて例えば
図２（ａ）に示す波形信号として出力される。このアン
プ８で増幅された受信信号は、比較器２５へ送られて、
基準電圧設定器２６で設定された基準電圧Ｖｓと比較さ
れ、図２（ｂ）に示すように基準電圧Ｖｓ以上なら
“Ｈ”レベル、基準電圧Ｖｓより低ければ“Ｌ”レベル
の２値信号に変換される。

【００２３】受信信号の信号波形は、理想的には、一つ
のパルス波形のみ、即ち図２（ａ）中のａ1 及びｂ1 の
み）となるが、減衰振動（ダンピング）を生じる場合が
ある。この図２（ａ）の場合、ａ1 〜ａ3 が一つの信号
波形となると見なされる。

【００２４】この比較器２５から出力される２値信号出
力は、ゲート信号発生器２７で、信号幅設定器２８で設
定された時間幅Ｔｓにより同一の波形か、連続した別の
波形かを判別し、各信号波形に対するゲート信号を発生
させる。

【００２５】具体的には、図２（ｃ）に示すように２値
化信号に対し、信号幅設定器２８により設定された時間
Ｔｓの幅のパルスを発生して加算し、つまり、「２値化
信号（“Ｈ”レベル）＋Ｔｓ」の幅のパルス信号を発生
し、図２（ｄ）に示すようにそれらを合成して出力す
る。この場合、Ｔｓの時間幅は、上記したように信号幅
設定器２８において、２値化信号の半波長以上に設定さ
れる。従って、比較器２５から出力される信号の“Ｈ”
レベルと“Ｈ”レベルとの間の時間がＴｓ以下であれ
ば、同一の信号波形のものと見なされる。

【００２６】そして、ラッチ信号発生器２９は、図２
（ｄ），（ｅ）に示すように上記ゲート信号発生器２７
で得られたゲート信号の立上がりを検出し、ラッチ信号
を発生する。

【００２７】また、スイッチ切換え用カウンタ３０は、
図２（ｄ），（ｆ）に示すようにゲート信号発生器２７
で得られたゲート信号の立下がりを検出してカウント値
を更新する。このカウンタ３０の値は、クリアボタン３
２が押された際、同期回路３１により探傷器１から出力
される最初のトリガ信号に同期して“０”にクリアされ
る。

【００２８】そして、受信信号の一つ目の信号波形につ
いては、その信号波形が入ってきている間は、カウンタ
３０の出力はＳＷ１であり、アナログスイッチ３３〜３
５は、それぞれラッチ回路２１ａ、ピークホールド回路
３６ａに接続される。その後上記一つ目の信号波形の終
了時（ゲート信号の立下がり）でカウンタ３０がカウン
トアップされ、次のラッチ回路２１ｂ、ピークホールド
回路３６ｂに接続が切換わっていくこととなる。上記の
ようにして探傷器１から超音波探傷信号が出力される毎
にラッチ回路２１ａ，２１ｂ，…、ピークホールド回路
３６ａ，３６ｂ，…が切換わっていく。

【００２９】一方、時間計測用カウンタ５は、探傷器１
から出力されるトリガ信号によって“０”にクリアさ
れ、その後、内部クロック６をカウントすることよって
計時動作を行なっている。上記ラッチ回路２１ａ，２１
ｂ，…は、アナログスイッチ３３を介して順次与えられ
るラッチ信号により、時間計測用カウンタ５のカウント
値を順次ラッチしていく。従って、ラッチ回路２１ａ，
２１ｂ，…には、各信号波形の立上がりの時間が記録さ
れる。

【００３０】また、ゲート信号発生器２７の出力信号と
アンプ８による増幅後の超音波探傷信号は、それぞれア
ナログスイッチ３４，３５によって切換えられ、信号波
形の入ったピークホールド回路３６ａ，３６ｂ，…へ送
られる。これらのピークホールド回路３６ａ，３６ｂ，
…は、入力された超音波探傷信号についてゲート信号の
間の波形のピーク値をホールドする。

【００３１】以上の様にして、超音波探傷信号から複数
の信号波形の立上がり時間及び信号波形のピーク値が測
定される。測定されたそれぞれの値は、外部機器へ第１
出力ポート２２及び第２出力ポート２３を介して出力す
る。即ち、信号波形の立上がり時間については、外部機
器より入力ポート２４へ切換え信号を与え、ラッチ回路
２１ａ，２１ｂ，…に記録された各波形の立上がり時間
を、順に第１出力ポート２２より外部機器へ出力させ
る。

【００３２】また、各波形のピーク値については、同様
に、外部機器より入力ポート２４へ切換え信号を与え、
アナログスイッチ３７によって複数のピークホールド回
路３６ａ，３６ｂ，…の出力を順次切換え、Ａ／Ｄ変換
器３７によってデジタル化し、第２出力ポート２３より
外部機器へ出力させる。

【００３３】次の測定を行なう場合は、測定されたデー
タの読み出し後、クリアボタン３２を操作してその操作
信号を同期回路３１に与えて、カウンタ３０等のリセッ
ト（クリア）する。

【００３４】上記のように探傷器１から出力される超音
波探傷信号を用いて、信号波形の連続性を判別し、信号
波形の分離識別ができるため、事前に信号波形の現れる
時間を調べる必要がなく、個々の信号波形について、複
数のピークホールド回路３６ａ，３６ｂ，…と各信号波
形の立上がりの時間を記録するラッチ回路２１ａ，２１
ｂ，…を切換えていくことにより、現れる時間、波形の
ピーク値を同時に測定することが可能である。

【００３５】また、超音波探傷信号に対する有意信号波
形の検出においても、同様に、連続した信号波形を個別
に識別できるので、各々の有意信号波形の現れる時間，
波形のピーク値を同時に測定することができる。

【００３６】なお、上記実施例では、ラッチ信号発生器
２９から出力されるラッチ信号をアナログスイッチ３３
により切換えてラッチ回路２１ａ，２１ｂ，…へ出力す
るようにしたが、アナログスイッチ３３の代わりにデジ
タルスイッチを用いてもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、超
音波探傷信号の波形の現れる時間が予め判らなくても、
信号波形の現れた時間及び信号波形のピーク値を求める
ことができ、従って、事前にゲートの設定範囲（時間）
を設定する必要がない。また、連続して信号波形が得ら
れる場合でも、各々の信号波形について現れた時間及び
信号波形のピーク値を同時に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る回路構成を示すブロッ
ク図。

【図２】同実施例の動作を説明するための各部の信号波
形図。

【図３】従来装置の回路構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１探傷器２超音波センサ５カウンタ（時間計測用）６内部クロック（基準時間）２１ａ，２１ｂ，… ラッチ回路２２第１出力ポート２３第２出力ポート２４入力ポート２５比較器２６基準電圧設定器２７ゲート信号発生器２８信号幅設定器２９ラッチ信号発生器３０カウンタ（ＳＷ切換用）３１同期回路３２クリア（ＣＬＲ）ボタン３６ａ，３６ｂ，… ピークホールド回路３３〜３５アナログスイッチ３８Ａ／Ｄ変換器

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波探傷信号の波形をある基準レベル
で２値化し、同基準レベル以上の信号波形が別の直前に
発生している基準レベル以上の信号波形が発生してから
一定時間内に発生する場合の一連の信号波形の集合にお
ける最初の波形が発生する時間を計測し、かつ上記一連
の信号波形の２値化前の波形のピーク値の内最大のもの
を計測するという２種類の計測を連続して行なうことを
特徴とする超音波探傷信号の波形ピーク連続検出方法。
【請求項２】超音波探傷信号の波形をある基準レベル
で２値化する手段と、同手段で得た各基準レベル以上の
波形に一定時間幅のパルス波形を重畳しゲート信号とし
て出力する手段と、上記ゲート信号の立上がりを検出し
ラッチ信号を発生するラッチ信号発生器と、上記ゲート
信号の立下がりをカウントするスイッチ切換用カウンタ
と、時間計測手段と、上記スイッチ切換用カウンタと連
動し上記ラッチ信号発生器からのラッチ信号を発生した
順にラッチ回路に振り分けるスイッチと、上記ラッチ信
号を得て上記時間計測手段から上記ゲート信号の立上が
りの時間を記録する複数のラッチ回路と、上記スイッチ
切換用カウンタと連動し上記ゲート信号発生器からのゲ
ート信号と２値化前の超音波探傷信号をピークホールド
回路に振り分ける２種類のスイッチと、上記ゲート信号
と２値化前の超音波探傷信号を得てゲート信号発生中に
発生した２値化前の超音波探傷信号の波形ピーク値を保
持する複数のピークホールド回路とを有してなることを
特徴とする超音波探傷信号の波形ピーク連続検出装置。