JP3022108B2 - 超音波送受信装置 - Google Patents
超音波送受信装置Info
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- JP3022108B2 JP3022108B2 JP5313510A JP31351093A JP3022108B2 JP 3022108 B2 JP3022108 B2 JP 3022108B2 JP 5313510 A JP5313510 A JP 5313510A JP 31351093 A JP31351093 A JP 31351093A JP 3022108 B2 JP3022108 B2 JP 3022108B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パルス幅内において周
波数が変化する送信パルス信号（ＦＭ信号）を超音波探
触子で超音波パルスに変換して被検体へ入射し、同じく
超音波探触子で被検体を透過又は反射した超音波パルス
を受波してエコー信号に変換し、このエコー信号波形と
参照信号波形との相互相関演算を行うことによってパル
ス圧縮して表示器に表示出力する超音波送受信装置に関
する。
波数が変化する送信パルス信号（ＦＭ信号）を超音波探
触子で超音波パルスに変換して被検体へ入射し、同じく
超音波探触子で被検体を透過又は反射した超音波パルス
を受波してエコー信号に変換し、このエコー信号波形と
参照信号波形との相互相関演算を行うことによってパル
ス圧縮して表示器に表示出力する超音波送受信装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、超音波を用いた探傷装置又は厚
さ測定装置は図１１に示すように構成されている。同期
発生部１から一定のパルス周期Ｔ0 を有する同期信号ａ
が送信部２へ送出される。送信部２はパルス周期Ｔ0 を
有する同期信号ａに同期して所定パルス幅ＴW を有する
送信パルス信号ｂを次の超音波探触子３へ送信する。超
音波探触子３は送信パルス信号ｂに同期して超音波パル
スｃを被検体４へ入射する。また、超音波探触子３は被
検体４からの反射波（エコー）を受波して、この反射波
を電気信号のエコー信号ｄ0 へ変換して受信部５へ送出
する。受信部５は受信したエコー信号ｄ0 を増幅して表
示部６へ表示する。
さ測定装置は図１１に示すように構成されている。同期
発生部１から一定のパルス周期Ｔ0 を有する同期信号ａ
が送信部２へ送出される。送信部２はパルス周期Ｔ0 を
有する同期信号ａに同期して所定パルス幅ＴW を有する
送信パルス信号ｂを次の超音波探触子３へ送信する。超
音波探触子３は送信パルス信号ｂに同期して超音波パル
スｃを被検体４へ入射する。また、超音波探触子３は被
検体４からの反射波（エコー）を受波して、この反射波
を電気信号のエコー信号ｄ0 へ変換して受信部５へ送出
する。受信部５は受信したエコー信号ｄ0 を増幅して表
示部６へ表示する。
【０００３】このような構成の探傷装置又は厚さ測定装
置においては、送信部２から一定パルス周期Ｔ0 で出力
される送信パルス信号ｂの波形は予め定められた固定の
バルス波形である。一般に、パルス波は波形が鋭く、か
つパルス幅ＴW が狭いために時間軸分解能が優れてい
る。
置においては、送信部２から一定パルス周期Ｔ0 で出力
される送信パルス信号ｂの波形は予め定められた固定の
バルス波形である。一般に、パルス波は波形が鋭く、か
つパルス幅ＴW が狭いために時間軸分解能が優れてい
る。
【０００４】一方、被検体３が粒子の粗い材質で形成さ
れていた場合は、探傷精度を向上させるために、エコー
信号ｄ0 に含まれる林状エコーと呼ばれるノイズを除去
する必要がある。この林状エコーを低減させる方法とし
て被検体３の材質に最適な送信周波数Ｆを選択する方法
が実用化されている。
れていた場合は、探傷精度を向上させるために、エコー
信号ｄ0 に含まれる林状エコーと呼ばれるノイズを除去
する必要がある。この林状エコーを低減させる方法とし
て被検体３の材質に最適な送信周波数Ｆを選択する方法
が実用化されている。
【０００５】しかし、図１１に示す装置においては、超
音波パルスｃの周波数特性は超音波探触子３の振動子特
性に依存しているため、超音波パルスｃの周波数Ｆを最
適値に調整するのは困難である。
音波パルスｃの周波数特性は超音波探触子３の振動子特
性に依存しているため、超音波パルスｃの周波数Ｆを最
適値に調整するのは困難である。
【０００６】また、被検体３が高減衰材料で形成されて
いた場合は、材料毎に超音波パルスｃに対する伝播特性
が異なるので、上述した図１１に示す装置においては、
経験豊かな技術者が、材料自体や試験片で探傷器の特性
を調整しながら測定を行う必要がある。この調整作業は
多大の労力と時間が必要であり、実際問題としてほぼ実
施不可能である。
いた場合は、材料毎に超音波パルスｃに対する伝播特性
が異なるので、上述した図１１に示す装置においては、
経験豊かな技術者が、材料自体や試験片で探傷器の特性
を調整しながら測定を行う必要がある。この調整作業は
多大の労力と時間が必要であり、実際問題としてほぼ実
施不可能である。
【０００７】このように図１１に示す装置では送信パル
ス信号における周波数Ｆを制御することによりノイズを
簡単に低減する方法を適用できないという問題があっ
た。このような不都合を解決する装置として図１２に示
すような超音波探傷装置が提唱されている（特公平３−
４３５８６号公報）。この超音波探傷装置においては、
図１１の装置における同期発生部１と送信部２との間に
波数可変回路７及び周波数可変回路８が介挿されてい
る。そして、波数可変回路７は同期信号ａの一つのパル
ス周期Ｔ0 に含まれるパルス数（波数）を波数設定部９
の指示する値に設定する。また、周波数可変回路８は同
期信号ａ自体のパルス周期Ｔ0 を周波数設定部１０の指
示する値に設定する。
ス信号における周波数Ｆを制御することによりノイズを
簡単に低減する方法を適用できないという問題があっ
た。このような不都合を解決する装置として図１２に示
すような超音波探傷装置が提唱されている（特公平３−
４３５８６号公報）。この超音波探傷装置においては、
図１１の装置における同期発生部１と送信部２との間に
波数可変回路７及び周波数可変回路８が介挿されてい
る。そして、波数可変回路７は同期信号ａの一つのパル
ス周期Ｔ0 に含まれるパルス数（波数）を波数設定部９
の指示する値に設定する。また、周波数可変回路８は同
期信号ａ自体のパルス周期Ｔ0 を周波数設定部１０の指
示する値に設定する。
【０００８】したがって、図１２の超音波探傷装置にお
いては、送信周波数と送信波数を可変できるため超音波
探触子３を交換せずに送信波の周波数制御が可能となっ
た。しかし図１２の超音波探傷装置にて作られる送信波
においては、パルス送信間隔に比べパルス幅ＴW が長
く、得られるエコー信号を解析する場合における時間軸
分解能が悪くなるという問題があった。
いては、送信周波数と送信波数を可変できるため超音波
探触子３を交換せずに送信波の周波数制御が可能となっ
た。しかし図１２の超音波探傷装置にて作られる送信波
においては、パルス送信間隔に比べパルス幅ＴW が長
く、得られるエコー信号を解析する場合における時間軸
分解能が悪くなるという問題があった。
【０００９】さらに、このような課題を解消するため
に、レーダーの分野でよく知られているパルス圧縮技術
（Radar handbook,Skolnik, et.al,,McGraw-Hill Inc,,
1970）がある。パルス圧縮技術とは、周知のように、位
相を符号化した波形又は周波数を変調させた波形（ＦＭ
信号）を送信波として採用し、受信波形と送信波形との
間の相互相関演算（パルス圧縮）することにより、受信
波のパルス時間幅を短くすると同時に、受信信号の伝播
途中に加わった雑音を低減する技術である。
に、レーダーの分野でよく知られているパルス圧縮技術
（Radar handbook,Skolnik, et.al,,McGraw-Hill Inc,,
1970）がある。パルス圧縮技術とは、周知のように、位
相を符号化した波形又は周波数を変調させた波形（ＦＭ
信号）を送信波として採用し、受信波形と送信波形との
間の相互相関演算（パルス圧縮）することにより、受信
波のパルス時間幅を短くすると同時に、受信信号の伝播
途中に加わった雑音を低減する技術である。
【００１０】図１３を用いて一般的なＦＭ信号波形の特
徴を説明する。図１３（ｂ）又は図１３（ｄ）に示す送
信パルス信号ｂ1 ，ｂ2 は、図１３（ａ）に示すよう
に、パルス幅ＴW 内において周波数Ｆが変化する。そし
て、送信パルス信号ｂ1 の振幅Ａはパルス幅ＴW 内にお
いて一定である。周波数Ｆの時間ｔに対する周波数変化
率ｄＦ／ｄｔが一定（線形）の場合と、変化（非線形）
する場合とがある。また、ＦＭ信号には図１３（ｃ）に
示すように、周波数Ｆが変化するとともに、パルス幅Ｔ
W 内において振幅Ａも変化する場合と、振幅一定の場合
とがある。なお、図１３（ｂ）に示す周波数変化率ｄＦ
／ｄｔが一定（線形）で振幅Ａが一定であるＦＭ信号
（送信パルス信号ｂ1 ）を特にチャープ信号と言う。
徴を説明する。図１３（ｂ）又は図１３（ｄ）に示す送
信パルス信号ｂ1 ，ｂ2 は、図１３（ａ）に示すよう
に、パルス幅ＴW 内において周波数Ｆが変化する。そし
て、送信パルス信号ｂ1 の振幅Ａはパルス幅ＴW 内にお
いて一定である。周波数Ｆの時間ｔに対する周波数変化
率ｄＦ／ｄｔが一定（線形）の場合と、変化（非線形）
する場合とがある。また、ＦＭ信号には図１３（ｃ）に
示すように、周波数Ｆが変化するとともに、パルス幅Ｔ
W 内において振幅Ａも変化する場合と、振幅一定の場合
とがある。なお、図１３（ｂ）に示す周波数変化率ｄＦ
／ｄｔが一定（線形）で振幅Ａが一定であるＦＭ信号
（送信パルス信号ｂ1 ）を特にチャープ信号と言う。
【００１１】ここで、ＦＭ信号の周波数変化率ｄＦ／ｄ
ｔを、図１３（ａ）の細線特性で示すように、パルス幅
ＴW 内において非線形走査し、かつ図１３（ｃ）の細線
特性で示すように、振幅Ａをパルス幅ＴW 内において変
化させることにより、このＦＭ信号の自己相関関数波形
に生じるサイドローブを低減できることが知られている
（特開平５−２７３３３５号公報）。
ｔを、図１３（ａ）の細線特性で示すように、パルス幅
ＴW 内において非線形走査し、かつ図１３（ｃ）の細線
特性で示すように、振幅Ａをパルス幅ＴW 内において変
化させることにより、このＦＭ信号の自己相関関数波形
に生じるサイドローブを低減できることが知られている
（特開平５−２７３３３５号公報）。
【００１２】また、前述したチャープ信号を送信パルス
信号としてパルス圧縮処理を行う技術を適用したパルス
圧縮装置が提唱されている（特開昭６３−２３３３６９
号公報）。
信号としてパルス圧縮処理を行う技術を適用したパルス
圧縮装置が提唱されている（特開昭６３−２３３３６９
号公報）。
【００１３】この提唱されたパルス圧縮装置において
は、図１４に示すように、チャープ信号設定部１１で作
成された図１３（ｂ）に示す波形を有するチャープ信号
からな送信パルス信号ｂ1 はチャープ信号送信部１２よ
り超音波探触子１３へ送信される。超音波探触子１３は
送信パルス信号ｂ1 に応答して超音波パルスを例えば人
体等の被検体１４へ送波し、反射波を受波する。受波さ
れた反射波はエコー信号に変換されて直交検波部１５へ
入力される。エコー信号は直交検波部１５により複素信
号に変換され、周波数帯域の低域変換を行い、次の相関
部１６へ入力される。
は、図１４に示すように、チャープ信号設定部１１で作
成された図１３（ｂ）に示す波形を有するチャープ信号
からな送信パルス信号ｂ1 はチャープ信号送信部１２よ
り超音波探触子１３へ送信される。超音波探触子１３は
送信パルス信号ｂ1 に応答して超音波パルスを例えば人
体等の被検体１４へ送波し、反射波を受波する。受波さ
れた反射波はエコー信号に変換されて直交検波部１５へ
入力される。エコー信号は直交検波部１５により複素信
号に変換され、周波数帯域の低域変換を行い、次の相関
部１６へ入力される。
【００１４】一方、参照波設定部１７は、チャープ信号
設定部１１で作成された送信パルス信号ｂ1 を用いて参
照波信号を作成して、参照波発信部１８を介して前記相
関部１６へ送出する。相関部１６は、エコー信号と参照
波信号との相関演算を行うことによって、エコー信号を
パルス圧縮する。パルス圧縮されたエコー信号は直交変
調部でもって時差時間信号に変換されて、表示部２０に
表示される。
設定部１１で作成された送信パルス信号ｂ1 を用いて参
照波信号を作成して、参照波発信部１８を介して前記相
関部１６へ送出する。相関部１６は、エコー信号と参照
波信号との相関演算を行うことによって、エコー信号を
パルス圧縮する。パルス圧縮されたエコー信号は直交変
調部でもって時差時間信号に変換されて、表示部２０に
表示される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１４
に示すパルス圧縮手法を通常の超音波非破壊検査に適用
するためにはまだ解消すべき次のような課題があった。
すなわち、超音波非破壊検査における検査対象は様々な
材料特性を持つ。例えば、検査対象がたとえ金属であっ
たとしても、その金属の材質によって、超音波の伝播特
性が大きく異なる。また、林状エコーが発生しやすい粒
子の粗い材質と林状エコーが発生しにくい粒子の細かい
材質とがある。さらに、被検体の厚さｄも種々に変化す
る。
に示すパルス圧縮手法を通常の超音波非破壊検査に適用
するためにはまだ解消すべき次のような課題があった。
すなわち、超音波非破壊検査における検査対象は様々な
材料特性を持つ。例えば、検査対象がたとえ金属であっ
たとしても、その金属の材質によって、超音波の伝播特
性が大きく異なる。また、林状エコーが発生しやすい粒
子の粗い材質と林状エコーが発生しにくい粒子の細かい
材質とがある。さらに、被検体の厚さｄも種々に変化す
る。
【００１６】したがって、このように被検体の材質や寸
法形状が異なる場合は、被検体１４に入射させる超音波
パルスの周波数Ｆ，パルス幅ＴW 、パルス周期Ｔ0 ，Ｆ
Ｍ信号における周波数変化率ｄＦ／ｄｔ，振幅Ａ等の物
理的特性を測定対象の被検体に対応して最適な値に設定
する必要がある。
法形状が異なる場合は、被検体１４に入射させる超音波
パルスの周波数Ｆ，パルス幅ＴW 、パルス周期Ｔ0 ，Ｆ
Ｍ信号における周波数変化率ｄＦ／ｄｔ，振幅Ａ等の物
理的特性を測定対象の被検体に対応して最適な値に設定
する必要がある。
【００１７】しかし、図１４に示すパルス圧縮装置にお
ける検査対処は人体（生体）等に限定されている。した
がって、チャープ信号送信部１２から超音波探触子１３
へ送出される送信パルス信号ｂ1 の物理特性は１種類に
固定されていると見なされる。したがって、このパルス
圧縮装置は種々な材質や形状を有した一般の超音波非破
壊検査手法には採用できない。
ける検査対処は人体（生体）等に限定されている。した
がって、チャープ信号送信部１２から超音波探触子１３
へ送出される送信パルス信号ｂ1 の物理特性は１種類に
固定されていると見なされる。したがって、このパルス
圧縮装置は種々な材質や形状を有した一般の超音波非破
壊検査手法には採用できない。
【００１８】さらに、相関部１６は遅延線等が組込まれ
たアナログ回路で構成されているので、相関演算を行う
ための他方の入力信号である参照波信号を簡単に変更で
きない、よって、送信パルス信号ｂ1 の周波数特性等の
物理的特性を簡単に変更できない。
たアナログ回路で構成されているので、相関演算を行う
ための他方の入力信号である参照波信号を簡単に変更で
きない、よって、送信パルス信号ｂ1 の周波数特性等の
物理的特性を簡単に変更できない。
【００１９】さらに、図１４に示すパルス圧縮装置にお
いては、超音波探触子１３に印加されるチャープ信号波
形は、図１３（ｂ）に示すようにパルス幅ＴW 一杯に同
一振幅Ａを有する矩形波であるので、パルス圧縮された
エコー信号に大きなサイドローブが発生する。すなわ
ち、音響インピーダンスが大きな被検体に超音波を入射
させる場合において、超音波非破壊検査に特有な音響イ
ンピーダンス差により表面反射波と被検体内部での反射
波とのダイナミックレンジが大きくなり表面反射波のサ
イドローブが問題になる。
いては、超音波探触子１３に印加されるチャープ信号波
形は、図１３（ｂ）に示すようにパルス幅ＴW 一杯に同
一振幅Ａを有する矩形波であるので、パルス圧縮された
エコー信号に大きなサイドローブが発生する。すなわ
ち、音響インピーダンスが大きな被検体に超音波を入射
させる場合において、超音波非破壊検査に特有な音響イ
ンピーダンス差により表面反射波と被検体内部での反射
波とのダイナミックレンジが大きくなり表面反射波のサ
イドローブが問題になる。
【００２０】さらに、図１４に示すパルス圧縮装置を一
般の非破壊検査に用いると、検査対象が、Ｓ／Ｎの悪い
材料の場合には、遅延線と乗算器を用いた相関装置（直
交検波器）であるため、周波数帯域の制約があり、材料
評価などの広範囲な周波数帯域が最適帯域を選択する必
要とする試験に適用できない。
般の非破壊検査に用いると、検査対象が、Ｓ／Ｎの悪い
材料の場合には、遅延線と乗算器を用いた相関装置（直
交検波器）であるため、周波数帯域の制約があり、材料
評価などの広範囲な周波数帯域が最適帯域を選択する必
要とする試験に適用できない。
【００２１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、たとえ被検体の材質が種々に変化したとし
ても、優れたパルス圧縮機能を維持したままで、常に高
いＳＮ比，高い分解能が得られる超音波送受信装置を提
供することを目的とする。
ものであり、たとえ被検体の材質が種々に変化したとし
ても、優れたパルス圧縮機能を維持したままで、常に高
いＳＮ比，高い分解能が得られる超音波送受信装置を提
供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明は、パルス幅内において周波数が変化する波形
を有する送信パルス信号を被検体に対向する超音波探触
子に印加し、この超音波探触子から出力されるエコー信
号を参照パルス信号を用いてパルス圧縮して表示出力す
る超音波送受信装置において、超音波探触子に印加する
送信パルス信号におけるパルス幅，周波数変化率，振幅
変化率等の波形パラメータを外部から指定可能とし、パ
ルス圧縮するための参照パルス信号を前記指定された波
形パラメータに対応した波形を有する参照パルス信号と
し、かつ、被検体における計測対象位置の距離に応じて
送信パルス信号のパルス幅を設定している。
に本発明は、パルス幅内において周波数が変化する波形
を有する送信パルス信号を被検体に対向する超音波探触
子に印加し、この超音波探触子から出力されるエコー信
号を参照パルス信号を用いてパルス圧縮して表示出力す
る超音波送受信装置において、超音波探触子に印加する
送信パルス信号におけるパルス幅，周波数変化率，振幅
変化率等の波形パラメータを外部から指定可能とし、パ
ルス圧縮するための参照パルス信号を前記指定された波
形パラメータに対応した波形を有する参照パルス信号と
し、かつ、被検体における計測対象位置の距離に応じて
送信パルス信号のパルス幅を設定している。
【００２３】また、別の発明においては、パルス幅内に
おいて周波数が変化する波形を有する送信パルス信号を
被検体に対向する超音波探触子に印加し、この超音波探
触子から出力されるエコー信号を参照パルス信号を用い
てパルス圧縮して表示出力する超音波送受信装置におい
て、超音波探触子に印加する送信パルス信号におけるパ
ルス幅，周波数変化率，振幅変化率等の波形パラメータ
を外部から指定可能とし、パルス圧縮するための参照パ
ルス信号を指定された波形パラメータに対応した波形を
有する参照パルス信号とし、かつ、送信パルス信号の周
波数帯域を超音波探触子の周波数帯域にほぼ等しく設定
している。
おいて周波数が変化する波形を有する送信パルス信号を
被検体に対向する超音波探触子に印加し、この超音波探
触子から出力されるエコー信号を参照パルス信号を用い
てパルス圧縮して表示出力する超音波送受信装置におい
て、超音波探触子に印加する送信パルス信号におけるパ
ルス幅，周波数変化率，振幅変化率等の波形パラメータ
を外部から指定可能とし、パルス圧縮するための参照パ
ルス信号を指定された波形パラメータに対応した波形を
有する参照パルス信号とし、かつ、送信パルス信号の周
波数帯域を超音波探触子の周波数帯域にほぼ等しく設定
している。
【００２４】また、別の発明は、上述した発明の超音波
受信装置において、被検体における計測対象位置の距離
に応じて送信パルス信号のパルス幅を設定し、さらに、
送信パルス信号の周波数帯域を超音波探触子の周波数帯
域にほぼ等しく設定したものである。
受信装置において、被検体における計測対象位置の距離
に応じて送信パルス信号のパルス幅を設定し、さらに、
送信パルス信号の周波数帯域を超音波探触子の周波数帯
域にほぼ等しく設定したものである。
【００２５】
【作用】このように構成された超音波送受信装置におい
ては、超音波探触子に送出する送信パルス信号として、
パルス幅において周波数が変化するＦＭ信号が採用され
ている。さらにそのＦＭ信号の周波数変化率、振幅等の
波形パラメータをパルス幅内（ＦＭ信号内）で任意に変
更可能にしている。また、パルス圧縮に使用する参照パ
ルス信号もＦＭ信号の波形パラメータ又はエコー信号波
形の変化に応じて任意に変更可能である。したがって、
良好なパルス圧縮が行われる。さらに、被検体における
計測対象位置の距離に応じて送信パルス信号のパルス幅
を設定している。すなわち、計測対象位置の距離が大き
くなればなるほど送信パルス信号のパルス幅が広くな
る。 例えば、探傷の際、浅い欠陥はＳＮ比が良いのでパ
ルス幅を短くして、欠陥エコーが発信パルスや表面反射
エコーに起因する不感帯に隠れないようにできる。逆
に、深い欠陥はＳＮが低いが、不感帯が広くてもかまわ
ないのでパルス幅を長くする。このように設定すること
により、たとえ検査対象位置の深さが変化しても常に最
良のＳＮ比を維持できる。さらに、送信パルス信号の周
波数帯域を超音波探触子の周波数帯域にほぼ等しく設定
している。 すなわち、パルス信号の周波数帯域が狭いと
パルス圧縮後の圧縮パルスのパルス幅が長くなって時間
分解能が劣化する。一方、超音波探触子の周波数帯域に
比較してパルス信号の周波数帯域が広いと、送信パワー
をロスする。パルス信号の周波数帯域を超音波探触子の
周波数帯域と同じかわずかに広く設定することで、パワ
ーのロスがなく、時間分解能の高い圧縮パルスが得られ
る。
ては、超音波探触子に送出する送信パルス信号として、
パルス幅において周波数が変化するＦＭ信号が採用され
ている。さらにそのＦＭ信号の周波数変化率、振幅等の
波形パラメータをパルス幅内（ＦＭ信号内）で任意に変
更可能にしている。また、パルス圧縮に使用する参照パ
ルス信号もＦＭ信号の波形パラメータ又はエコー信号波
形の変化に応じて任意に変更可能である。したがって、
良好なパルス圧縮が行われる。さらに、被検体における
計測対象位置の距離に応じて送信パルス信号のパルス幅
を設定している。すなわち、計測対象位置の距離が大き
くなればなるほど送信パルス信号のパルス幅が広くな
る。 例えば、探傷の際、浅い欠陥はＳＮ比が良いのでパ
ルス幅を短くして、欠陥エコーが発信パルスや表面反射
エコーに起因する不感帯に隠れないようにできる。逆
に、深い欠陥はＳＮが低いが、不感帯が広くてもかまわ
ないのでパルス幅を長くする。このように設定すること
により、たとえ検査対象位置の深さが変化しても常に最
良のＳＮ比を維持できる。さらに、送信パルス信号の周
波数帯域を超音波探触子の周波数帯域にほぼ等しく設定
している。 すなわち、パルス信号の周波数帯域が狭いと
パルス圧縮後の圧縮パルスのパルス幅が長くなって時間
分解能が劣化する。一方、超音波探触子の周波数帯域に
比較してパルス信号の周波数帯域が広いと、送信パワー
をロスする。パルス信号の周波数帯域を超音波探触子の
周波数帯域と同じかわずかに広く設定することで、パワ
ーのロスがなく、時間分解能の高い圧縮パルスが得られ
る。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。図１は実施例の超音波送受信装置の概略構成を示す
ブロック図である。ＦＭ信号作成部２１はパラメータ設
定部２２から設定された波形パラメータに基づいてＦＭ
信号を作成してＦＭ信号送信部２３へ送出する。ＦＭ信
号送信部２３は同期発生部２５からの同期信号に同期し
てＦＭ信号を送信パルス信号として超音波探触子２６へ
送信する。超音波探触子２６は内部に超音波振動子を収
納しており、入力したＦＭ信号に対応する超音波パルス
を被検体２７へ入射する。また、超音波探触子２６は入
射した超音波パルスの反射波を受波して、電気信号に変
換してエコー信号として次のパルス圧縮部２８及び参照
信号作成部２４へ送出する。
る。図１は実施例の超音波送受信装置の概略構成を示す
ブロック図である。ＦＭ信号作成部２１はパラメータ設
定部２２から設定された波形パラメータに基づいてＦＭ
信号を作成してＦＭ信号送信部２３へ送出する。ＦＭ信
号送信部２３は同期発生部２５からの同期信号に同期し
てＦＭ信号を送信パルス信号として超音波探触子２６へ
送信する。超音波探触子２６は内部に超音波振動子を収
納しており、入力したＦＭ信号に対応する超音波パルス
を被検体２７へ入射する。また、超音波探触子２６は入
射した超音波パルスの反射波を受波して、電気信号に変
換してエコー信号として次のパルス圧縮部２８及び参照
信号作成部２４へ送出する。
【００２９】一方、参照信号作成部２４はＦＭ信号の波
形パラメータ又は超音波探触子２６からのエコー信号に
対応した任意の参照信号を作成してパルス圧縮部２８へ
送出する。パルス圧縮部２８はエコー信号と参照信号と
の間の相関処理を行うことによってエコー信号をパルス
圧縮して例えばＣＲＴ等で構成された表示部２９へ送出
する。表示部２９はパルス圧縮されたエコー信号を表示
する。
形パラメータ又は超音波探触子２６からのエコー信号に
対応した任意の参照信号を作成してパルス圧縮部２８へ
送出する。パルス圧縮部２８はエコー信号と参照信号と
の間の相関処理を行うことによってエコー信号をパルス
圧縮して例えばＣＲＴ等で構成された表示部２９へ送出
する。表示部２９はパルス圧縮されたエコー信号を表示
する。
【００３０】図２は図１に示す超音波送受信装置の具体
的回路図である。なお、図１におけるＦＭ信号作成部２
１，パラメータ設定部２２，参照信号作成部２４，ＦＭ
信号送信部２３は、パーソナルコンピュータ３０におけ
るソフト手法で実現している。
的回路図である。なお、図１におけるＦＭ信号作成部２
１，パラメータ設定部２２，参照信号作成部２４，ＦＭ
信号送信部２３は、パーソナルコンピュータ３０におけ
るソフト手法で実現している。
【００３１】図２において、パーソナルコンピュータ３
０から出力されたデジタルの送信パルス信号ｂ3 はＤ／
Ａ変換器３１でアナログの送信パルス信号ｂ4 に変換さ
れて増幅器３２で増幅された後、超音波探触子２６へ送
出される。超音波探触子２６から出力されたエコー信号
ｄ1 は増幅器３３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３４で
デジタルのエコー信号ｄ2 に変換されてパルス圧縮部と
してのＦＩＲフィルタ３５とパーソナルコンピータ３０
内の参照信号作成部２４へ入力される。
０から出力されたデジタルの送信パルス信号ｂ3 はＤ／
Ａ変換器３１でアナログの送信パルス信号ｂ4 に変換さ
れて増幅器３２で増幅された後、超音波探触子２６へ送
出される。超音波探触子２６から出力されたエコー信号
ｄ1 は増幅器３３で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３４で
デジタルのエコー信号ｄ2 に変換されてパルス圧縮部と
してのＦＩＲフィルタ３５とパーソナルコンピータ３０
内の参照信号作成部２４へ入力される。
【００３２】ＦＩＲフィルタ３５は、パーソナルコンピ
ュータ３０から出力されたデジタルの参照パルス信号波
形ｅとＡ／Ｄ変換器３４から入力されたデジタルのエコ
ー信号ｄ2 の信号波形との間における各デジタル値どう
しの積和演算処理を行って両方の波形どうしの相互相関
波形を演算して、この相互相関波形をパルス圧縮された
デジタルのエコー信号ｄ3 として出力する。ＣＲＴ表示
器２９ａはこのパルス圧縮されたエコー信号ｄ3 を表示
する。
ュータ３０から出力されたデジタルの参照パルス信号波
形ｅとＡ／Ｄ変換器３４から入力されたデジタルのエコ
ー信号ｄ2 の信号波形との間における各デジタル値どう
しの積和演算処理を行って両方の波形どうしの相互相関
波形を演算して、この相互相関波形をパルス圧縮された
デジタルのエコー信号ｄ3 として出力する。ＣＲＴ表示
器２９ａはこのパルス圧縮されたエコー信号ｄ3 を表示
する。
【００３３】図３は前記パーソナルコンピュータ３０の
各機能を示す機能ブロック図である。このパーソナルコ
ンピュータ３０内には、操作部３６ａ，パラメータメモ
リ３７，ＦＭ波形作成部２１ａ，参照信号作成部２４
ａ，ＦＭ波形メモリ３８ａ，参照波形メモリ３８ｂ，Ｆ
Ｍ信号送信部２３，参照波形出力部２４ｂ，同期発生部
２５，時計回路３９の機能が収納されている。
各機能を示す機能ブロック図である。このパーソナルコ
ンピュータ３０内には、操作部３６ａ，パラメータメモ
リ３７，ＦＭ波形作成部２１ａ，参照信号作成部２４
ａ，ＦＭ波形メモリ３８ａ，参照波形メモリ３８ｂ，Ｆ
Ｍ信号送信部２３，参照波形出力部２４ｂ，同期発生部
２５，時計回路３９の機能が収納されている。
【００３４】例えばＣＲＴ表示器とキーボード等からな
るパラメータ設定部２２に対応する操作部３６ａから、
操作者が被検体２７の材質や形状に応じて、図５に示す
送信パルス信号ｂ3 の波形を特定する複数の波形パラメ
ータが入力されて、次のパラメータメモリ３７へ入力さ
れる。
るパラメータ設定部２２に対応する操作部３６ａから、
操作者が被検体２７の材質や形状に応じて、図５に示す
送信パルス信号ｂ3 の波形を特定する複数の波形パラメ
ータが入力されて、次のパラメータメモリ３７へ入力さ
れる。
【００３５】パラメータメモリ３７内には、図５に示す
送信パルス信号ｂ3 における周波数範囲ＢW の下端周波
数Ｆ1 と上端周波数Ｆ2 を記憶する領域３７ａ、振幅Ａ
（振幅が変換する場合は最大振幅Ａ2 ）を記憶する領域
３７ｂ、送信パルス周期Ｔ0を記憶する領域３７ｃ、送
信パルス幅ＴW を記憶する領域３７ｄ，周波数変化率ｄ
Ｆ／ｄｔを記憶する領域３７ｅ、振幅変化率ｄＡ／ｄｔ
（振幅一定の場合＝０）を記憶する領域３７ｆが形成さ
れている。
送信パルス信号ｂ3 における周波数範囲ＢW の下端周波
数Ｆ1 と上端周波数Ｆ2 を記憶する領域３７ａ、振幅Ａ
（振幅が変換する場合は最大振幅Ａ2 ）を記憶する領域
３７ｂ、送信パルス周期Ｔ0を記憶する領域３７ｃ、送
信パルス幅ＴW を記憶する領域３７ｄ，周波数変化率ｄ
Ｆ／ｄｔを記憶する領域３７ｅ、振幅変化率ｄＡ／ｄｔ
（振幅一定の場合＝０）を記憶する領域３７ｆが形成さ
れている。
【００３６】なお、前述した領域３７ｅ，３７ｆに記憶
されている周波数変化率ｄＦ／ｄｔ及び振幅変化率ｄＡ
／ｄｔは、図５（ｂ），（ｃ）に示したように、一定値
（定数）である場合と、前述した図１３（ｂ），（ｃ）
に示すように、時間経過に伴って変化する場合も含まれ
る。すなわち、周波数変化率ｄＦ／ｄｔ及び振幅変化率
ｄＡ／ｄｔは時間ｔの関数ｆ(t) で示される場合も含
む。
されている周波数変化率ｄＦ／ｄｔ及び振幅変化率ｄＡ
／ｄｔは、図５（ｂ），（ｃ）に示したように、一定値
（定数）である場合と、前述した図１３（ｂ），（ｃ）
に示すように、時間経過に伴って変化する場合も含まれ
る。すなわち、周波数変化率ｄＦ／ｄｔ及び振幅変化率
ｄＡ／ｄｔは時間ｔの関数ｆ(t) で示される場合も含
む。
【００３７】ＦＭ信号作成部２１ａは、パラメータメモ
リ３７の各領域３７ａ〜３７ｆに記憶されている各波形
パラメータに基づいて図５に示すデジタルのＦＭ信号波
形からなる送信パルス信号波形を作成する。作成された
送信パルス信号波形（ＦＭ信号波形）はＦＭ波形メモリ
３８ａへ一旦格納される。
リ３７の各領域３７ａ〜３７ｆに記憶されている各波形
パラメータに基づいて図５に示すデジタルのＦＭ信号波
形からなる送信パルス信号波形を作成する。作成された
送信パルス信号波形（ＦＭ信号波形）はＦＭ波形メモリ
３８ａへ一旦格納される。
【００３８】参照信号作成部２４ａは、パラメータメモ
リ３７の各領域３７ａ〜３７ｆに記憶されている各波形
パラメータ又はエコー信号ｄ2 に対応した任意の参照波
形を作成する。作成された参照波形は参照波形メモリ３
８ｂへ一旦格納される。
リ３７の各領域３７ａ〜３７ｆに記憶されている各波形
パラメータ又はエコー信号ｄ2 に対応した任意の参照波
形を作成する。作成された参照波形は参照波形メモリ３
８ｂへ一旦格納される。
【００３９】また、同期発生部２５はパラメータメモリ
３７の領域３７ｃのパルス周期Ｔ0に基づいて時計回路
３９のクロック信号ｃｋを用いて、パルス周期Ｔ0 の同
期信号ｇをＦＭ信号送信部２３及び参照波形出力部２４
ａへ送出する。
３７の領域３７ｃのパルス周期Ｔ0に基づいて時計回路
３９のクロック信号ｃｋを用いて、パルス周期Ｔ0 の同
期信号ｇをＦＭ信号送信部２３及び参照波形出力部２４
ａへ送出する。
【００４０】ＦＭ信号送信部２３は、同期信号ｇを受領
すると、時計回路３９のクロック信号ｃｋに同期してＦ
Ｍ波形メモリ３８ａに記憶されている送信パルス信号波
形（ＦＭ信号波形）を読出して、次のＤ／Ａ変換器３２
へ送出する。時計回路３９からＦＭ信号送信部２３へ入
力されるクロック信号ｃｋの周波数は、送信パルス信号
ｂ3 の例えば１〜２０ＭHz程度の周波数（Ｆ1 ，Ｆ2 ）
に比較して十分高い値である。
すると、時計回路３９のクロック信号ｃｋに同期してＦ
Ｍ波形メモリ３８ａに記憶されている送信パルス信号波
形（ＦＭ信号波形）を読出して、次のＤ／Ａ変換器３２
へ送出する。時計回路３９からＦＭ信号送信部２３へ入
力されるクロック信号ｃｋの周波数は、送信パルス信号
ｂ3 の例えば１〜２０ＭHz程度の周波数（Ｆ1 ，Ｆ2 ）
に比較して十分高い値である。
【００４１】また、参照波形出力部２４ａは、同期信号
ｇを受領すると、時計回路３９のクロック信号ｃｋに同
期して参照波形メモリ３８ｂに記憶されている参照波形
を読出して、参照波形ｅとして次のＦＩＲフィルタ３５
へ送出する。
ｇを受領すると、時計回路３９のクロック信号ｃｋに同
期して参照波形メモリ３８ｂに記憶されている参照波形
を読出して、参照波形ｅとして次のＦＩＲフィルタ３５
へ送出する。
【００４２】デジタルフィルタとしてのＦＩＲフィルタ
３５は、例えば図４に示すように、クロック信号ｃｋの
周波数（ｆR ）で動作する、１２８個の乗算器３５ａ
と，１２８個の加算器３５ｂと、１２８個の遅延器３５
ｃとで構成されている。
３５は、例えば図４に示すように、クロック信号ｃｋの
周波数（ｆR ）で動作する、１２８個の乗算器３５ａ
と，１２８個の加算器３５ｂと、１２８個の遅延器３５
ｃとで構成されている。
【００４３】そして、参照波形出力部２４ａからクロッ
ク信号ｃｋに同期して出力される参照波形ｅの各データ
値Ｃ1 〜Ｃ128 が前記各乗算器３５ａに入力される。一
方、入力端子３５ｄには、クロック信号ｃｋに同期して
Ａ／Ｄ変換器３４から出力されるデジタルのエコー信号
ｄ2 の各データ値ｘが入力される。
ク信号ｃｋに同期して出力される参照波形ｅの各データ
値Ｃ1 〜Ｃ128 が前記各乗算器３５ａに入力される。一
方、入力端子３５ｄには、クロック信号ｃｋに同期して
Ａ／Ｄ変換器３４から出力されるデジタルのエコー信号
ｄ2 の各データ値ｘが入力される。
【００４４】また、各遅延器３５ｃは、クロック信号ｃ
ｋの周期Ｔに相当する時間の遅延を行う。したがって、
このＦＩＲフィルタ３５は、入力端子３５ｄに順次入力
されるエコー信号ｄ2 の各データｘ（ｋＴ1 ）及び参照
波形ｅの各データＣi に対して次式で示される積和演算
を実施して、出力データｙ（ｋＴ1 ）を得る。
ｋの周期Ｔに相当する時間の遅延を行う。したがって、
このＦＩＲフィルタ３５は、入力端子３５ｄに順次入力
されるエコー信号ｄ2 の各データｘ（ｋＴ1 ）及び参照
波形ｅの各データＣi に対して次式で示される積和演算
を実施して、出力データｙ（ｋＴ1 ）を得る。
【００４５】
【数１】
【００４６】この積和演算は変数Ｃと変数ｘとの相互相
関演算を実施していることに外ならない。また、エコー
信号ｄ2 の波形及び参照波形はＦＭ信号波形を有するの
で、出力端子３５ｅから出力される出力データｙ（ｋＴ
1 ）は、入力したエコー信号ｄ2 をパルス圧縮したエコ
ー信号ｄ3 となる。
関演算を実施していることに外ならない。また、エコー
信号ｄ2 の波形及び参照波形はＦＭ信号波形を有するの
で、出力端子３５ｅから出力される出力データｙ（ｋＴ
1 ）は、入力したエコー信号ｄ2 をパルス圧縮したエコ
ー信号ｄ3 となる。
【００４７】したがって、このパルス圧縮されたエコー
信号ｄ3 がＣＲＴ表示器２９ａに表示される。ここで、
パルス圧縮に用いられる参照波形として送信パルス信号
波形とエコー信号波形を用いる場合の一例を説明する。
信号ｄ3 がＣＲＴ表示器２９ａに表示される。ここで、
パルス圧縮に用いられる参照波形として送信パルス信号
波形とエコー信号波形を用いる場合の一例を説明する。
【００４８】送信パルス信号ｈのフーリエ変換をＨ、超
音波探触子２６と被検体２７との送受信系でのインパル
ス応答ｒのフーリエ変換をＲとしたとき、参照波として
次式を用いる。
音波探触子２６と被検体２７との送受信系でのインパル
ス応答ｒのフーリエ変換をＲとしたとき、参照波として
次式を用いる。
【００４９】Ｆ-1（Ｈ′／Ｒ） 但し、 Ｆ-1：フーリエ逆変換 Ｈ′：フーリエ変換Ｈの位相共役 そして、この式を参照波形として用いることによりパル
ス圧縮は次式で示すことができる。
ス圧縮は次式で示すことができる。
【００５０】 Ｈ・Ｒ・Ｆ［Ｆ-1（Ｈ′／Ｒ）］＝Ｈ・Ｒ・（Ｈ′／Ｒ）＝Ｈ・Ｈ′ このように、超音波計測に特有な探触子と被検体の影響
を除外した送信パルス信号の自己相関波形のみが得られ
ることが理解できる。
を除外した送信パルス信号の自己相関波形のみが得られ
ることが理解できる。
【００５１】このように構成された超音波送受信装置に
おいては、操作者は被検体２７の材質，寸法等に応じ
て、該当被検体２７に印加する最適の超音波パルスの波
形を操作部３６ａから周波数（Ｆ1 ，Ｆ2 ）、振幅Ａ
1 ，パルス周期Ｔ0 ，送信パルス幅ＴW ，周波数変化率
ｄＦ／ｄｔ，振幅変化率ｄＡ／ｄｔ等の各波形パラメー
タを指定することによって得ることが可能である。
おいては、操作者は被検体２７の材質，寸法等に応じ
て、該当被検体２７に印加する最適の超音波パルスの波
形を操作部３６ａから周波数（Ｆ1 ，Ｆ2 ）、振幅Ａ
1 ，パルス周期Ｔ0 ，送信パルス幅ＴW ，周波数変化率
ｄＦ／ｄｔ，振幅変化率ｄＡ／ｄｔ等の各波形パラメー
タを指定することによって得ることが可能である。
【００５２】次に、具体的な測定結果を参照しながら本
願装置の特徴を説明する。図６（ａ），（ｂ）は、同一
の被検体２７を用いて、それぞれ公称振動周波数Ｆ0 が
２ＭHzである振動子が組込まれた超音波探触子（探触子
Ａ）と、公称振動周波数Ｆ0 が５ＭHzである振動子が組
込まれた超音波探触子（探触子Ｂ）とを用いて、水浸法
による超音波探傷試験を実施した場合におけるパルス圧
縮後の各エコー信号ｄ3 の信号波形図である。なお、送
信パルス信号としてはＦＭ信号波形を用い、その中心周
波数Ｆ0 は２ＭHz及び５ＭHzに設定している。なお、図
中Ｓは表面エコー、Ｆは欠陥部での反射エコーである。
願装置の特徴を説明する。図６（ａ），（ｂ）は、同一
の被検体２７を用いて、それぞれ公称振動周波数Ｆ0 が
２ＭHzである振動子が組込まれた超音波探触子（探触子
Ａ）と、公称振動周波数Ｆ0 が５ＭHzである振動子が組
込まれた超音波探触子（探触子Ｂ）とを用いて、水浸法
による超音波探傷試験を実施した場合におけるパルス圧
縮後の各エコー信号ｄ3 の信号波形図である。なお、送
信パルス信号としてはＦＭ信号波形を用い、その中心周
波数Ｆ0 は２ＭHz及び５ＭHzに設定している。なお、図
中Ｓは表面エコー、Ｆは欠陥部での反射エコーである。
【００５３】図６（ａ）に示すエコー信号ｄ3 のＳ／Ｎ
は図６（ｂ）に示すエコー信号ｄ3のＳ／Ｎより高いこ
とが理解できる。したがって、被検体２７の材質に応じ
て簡単に最適な送信中心周波数Ｆ0 を選択することが可
能となった。
は図６（ｂ）に示すエコー信号ｄ3のＳ／Ｎより高いこ
とが理解できる。したがって、被検体２７の材質に応じ
て簡単に最適な送信中心周波数Ｆ0 を選択することが可
能となった。
【００５４】なお、図１４に示す従来装置においては、
周波数Ｆを変更する場合には、パルス圧縮装置全体を交
換する必要があった。次に、周波数帯域ＢW ，送信パル
ス幅ＴW 及び振幅Ａを変更した場合における効果を図７
（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
周波数Ｆを変更する場合には、パルス圧縮装置全体を交
換する必要があった。次に、周波数帯域ＢW ，送信パル
ス幅ＴW 及び振幅Ａを変更した場合における効果を図７
（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
【００５５】一般に、超音波計測では超音波探触子２６
により送信パルス信号の周波数帯域ＢW が制限されると
いう問題がある。このため超音波探触子２６の周波数帯
域に合わない周波数成分を持つ送信パルス信号は超音波
探触子２６において帯域制限を受ける。その結果、送信
パワーをロスしたり、受信波形の崩れによりパルス圧縮
波形のサイドローブが大きくなったり、パルス幅が長く
なったりする。したがって送信パルス信号（ＦＭ信号）
の周波数帯域ＢW を超音波探触子２６の周波数帯域に合
わせる必要がある。
により送信パルス信号の周波数帯域ＢW が制限されると
いう問題がある。このため超音波探触子２６の周波数帯
域に合わない周波数成分を持つ送信パルス信号は超音波
探触子２６において帯域制限を受ける。その結果、送信
パワーをロスしたり、受信波形の崩れによりパルス圧縮
波形のサイドローブが大きくなったり、パルス幅が長く
なったりする。したがって送信パルス信号（ＦＭ信号）
の周波数帯域ＢW を超音波探触子２６の周波数帯域に合
わせる必要がある。
【００５６】図７（ａ）、（ｂ）は前述した２種類の超
音波探触子２６に対するＦＭ信号波の周波数帯域を制御
した例である。図７（ａ）で示すＦＭ信号波においては
周波数Ｆを２〜８ＭＨｚの範囲で非線形に変化させ、送
信パルス幅ＴW ＝５μｓで振幅Ａを変化させた条件にお
ける受信パワーであり、図７（ｂ）は周波数Ｆを０〜
３．５ＭＨｚの範囲で線形に変化させ、送信パルス幅Ｔ
W ＝３μｓで振幅Ａを変化させた条件における受信パワ
ーを示す。
音波探触子２６に対するＦＭ信号波の周波数帯域を制御
した例である。図７（ａ）で示すＦＭ信号波においては
周波数Ｆを２〜８ＭＨｚの範囲で非線形に変化させ、送
信パルス幅ＴW ＝５μｓで振幅Ａを変化させた条件にお
ける受信パワーであり、図７（ｂ）は周波数Ｆを０〜
３．５ＭＨｚの範囲で線形に変化させ、送信パルス幅Ｔ
W ＝３μｓで振幅Ａを変化させた条件における受信パワ
ーを示す。
【００５７】図７（ａ），（ｂ）において実線は超音波
探触子２６、破線は送信パルス信号（ＦＭ信号）の各周
波数スペクトルを示す。図７から理解できるように送信
パルス信号（ＦＭ信号）の周波数Ｆを非線形に変化させ
たり、振幅Ａを送信パルス幅ＴW 内で変化させることに
より、超音波探触子２６の周波数帯域に合わせた送信パ
ルス信号（ＦＭ信号）を送信することが可能になり、超
音波探触子２６による送信パルス信号（ＦＭ信号）の周
波数成分損失を最小限に抑制できる。
探触子２６、破線は送信パルス信号（ＦＭ信号）の各周
波数スペクトルを示す。図７から理解できるように送信
パルス信号（ＦＭ信号）の周波数Ｆを非線形に変化させ
たり、振幅Ａを送信パルス幅ＴW 内で変化させることに
より、超音波探触子２６の周波数帯域に合わせた送信パ
ルス信号（ＦＭ信号）を送信することが可能になり、超
音波探触子２６による送信パルス信号（ＦＭ信号）の周
波数成分損失を最小限に抑制できる。
【００５８】次に被検体２７の板厚ｄに応じて、送信パ
ルス信号（ＦＭ信号）の送信パルス幅ＴW を最適値に選
択する例を図８を用いて説明する。図８（ａ）（ｂ）
（ｃ）は板厚ｄがそれぞれ異なる被検体２７としての鋼
板のエコー信号をパルス圧縮処理したのちの波形であ
る。鋼板の板厚ｄは図８（ａ）が３ｍｍ、（ｂ）が６ｍ
ｍ、（ｃ）が９ｍｍである。測定に用いた超音波探触子
２６の公称周波数Ｆ0 は１０ＭＨｚである。送信パルス
信号（ＦＭ信号）の周波数変化範囲（Ｆ1 〜Ｆ2 ）は２
〜１８ＭHzであり、周波数変化率ｄＦ／ｄｔは一定であ
り、振幅変化率ｄＡ／ｄｔを変化させている。すなわ
ち、線形で周波数変化させたものである。パルス幅ＴW
はそれぞれ異なり（ａ）が０．５μｓ、（ｂ）が１．０
μｓ、（ｃ）が１．５μｓである。図８（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）においてＴは発信パルス、Ｓは表面反射
エコー、Ｂ１は底面反射エコーである。アンプゲインは
すべて同一条件で測定している。
ルス信号（ＦＭ信号）の送信パルス幅ＴW を最適値に選
択する例を図８を用いて説明する。図８（ａ）（ｂ）
（ｃ）は板厚ｄがそれぞれ異なる被検体２７としての鋼
板のエコー信号をパルス圧縮処理したのちの波形であ
る。鋼板の板厚ｄは図８（ａ）が３ｍｍ、（ｂ）が６ｍ
ｍ、（ｃ）が９ｍｍである。測定に用いた超音波探触子
２６の公称周波数Ｆ0 は１０ＭＨｚである。送信パルス
信号（ＦＭ信号）の周波数変化範囲（Ｆ1 〜Ｆ2 ）は２
〜１８ＭHzであり、周波数変化率ｄＦ／ｄｔは一定であ
り、振幅変化率ｄＡ／ｄｔを変化させている。すなわ
ち、線形で周波数変化させたものである。パルス幅ＴW
はそれぞれ異なり（ａ）が０．５μｓ、（ｂ）が１．０
μｓ、（ｃ）が１．５μｓである。図８（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）においてＴは発信パルス、Ｓは表面反射
エコー、Ｂ１は底面反射エコーである。アンプゲインは
すべて同一条件で測定している。
【００５９】直接接触法ではＴパルス（発信パルス）と
Ｓエコーが重なるためＳおよびＢ１エコーより信号強度
が大きいＴパルス部が不感帯となる問題がある。一方、
パルス圧縮された後のエコー信号波形のＳ／Ｎは送信パ
ルス信号（ＦＭ信号）のパルス幅ＴW の平方根に比例す
る。
Ｓエコーが重なるためＳおよびＢ１エコーより信号強度
が大きいＴパルス部が不感帯となる問題がある。一方、
パルス圧縮された後のエコー信号波形のＳ／Ｎは送信パ
ルス信号（ＦＭ信号）のパルス幅ＴW の平方根に比例す
る。
【００６０】そこで、表面近くを探傷するときはエコー
の減衰が小さく、不感帯を短くしなければならないため
送信パルス信号（ＦＭ信号）の送信パルス幅ＴW を短く
している。一方、表面から遠くを探傷するときは減衰が
大きく、不感帯を長くできるので前記パルス幅ＴW を長
くしている。
の減衰が小さく、不感帯を短くしなければならないため
送信パルス信号（ＦＭ信号）の送信パルス幅ＴW を短く
している。一方、表面から遠くを探傷するときは減衰が
大きく、不感帯を長くできるので前記パルス幅ＴW を長
くしている。
【００６１】なお、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を観察
すると、Ｔパルスのサイドローブが大きくなっている
が、これはリミッターより飽和したＴパルスをパルス圧
縮したためであり、Ｔパルスのサイドロープまでが不感
帯である。不感帯とＢ１エコーは重ならずかつＢ１エコ
ーのＳＮ比はエコー深さによって変っていない。このよ
うに、直接接触法で探傷する場合には探傷深さに応じて
送信パルス信号（ＦＭ信号）のパルス幅ＴW を最適な長
さに設定することが可能となる。
すると、Ｔパルスのサイドローブが大きくなっている
が、これはリミッターより飽和したＴパルスをパルス圧
縮したためであり、Ｔパルスのサイドロープまでが不感
帯である。不感帯とＢ１エコーは重ならずかつＢ１エコ
ーのＳＮ比はエコー深さによって変っていない。このよ
うに、直接接触法で探傷する場合には探傷深さに応じて
送信パルス信号（ＦＭ信号）のパルス幅ＴW を最適な長
さに設定することが可能となる。
【００６２】次に、送信パルス信号（ＦＭ信号）の波形
の種類によりパルス圧縮した後における各エコー信号ｄ
3 に生じるサイドローブをシミュレーションした場合の
比較結果を図９及び図１０に示す。
の種類によりパルス圧縮した後における各エコー信号ｄ
3 に生じるサイドローブをシミュレーションした場合の
比較結果を図９及び図１０に示す。
【００６３】図９（ａ）〜（ｄ）に示す各送信パルス信
号（ＦＭ信号）における、中心周波数Ｆ0 ＝５ＭＨｚ、
周波数範囲ＢW ＝６ＭＨｚ、送信パルス幅ＴW ＝２μｓ
である。
号（ＦＭ信号）における、中心周波数Ｆ0 ＝５ＭＨｚ、
周波数範囲ＢW ＝６ＭＨｚ、送信パルス幅ＴW ＝２μｓ
である。
【００６４】さらに、図９（ａ）〜（ｄ）の各送信パル
ス信号（ＦＭ信号）は次の特徴を有する。 （ａ）…周波数変化率ｄＦ／ｄｔ＝一定、振幅Ａ＝一定
（チャープ波） （ｂ）…（ａ）の波形を矩形波に変形 （ｃ）…周波数変化率ｄＦ／ｄｔ＝一定、振幅Ａ＝変化 （ｄ）…周波数変化率ｄＦ／ｄｔ＝変化、振幅Ａ＝変化 そして、図９の（ａ）〜（ｄ）の各送信パルス信号（Ｆ
Ｍ信号）の自己相関波形をシミュレーション演算にて求
めると、それそれ図１０の各（ａ）〜（ｄ）のパルス圧
縮された各信号波形となる。
ス信号（ＦＭ信号）は次の特徴を有する。 （ａ）…周波数変化率ｄＦ／ｄｔ＝一定、振幅Ａ＝一定
（チャープ波） （ｂ）…（ａ）の波形を矩形波に変形 （ｃ）…周波数変化率ｄＦ／ｄｔ＝一定、振幅Ａ＝変化 （ｄ）…周波数変化率ｄＦ／ｄｔ＝変化、振幅Ａ＝変化 そして、図９の（ａ）〜（ｄ）の各送信パルス信号（Ｆ
Ｍ信号）の自己相関波形をシミュレーション演算にて求
めると、それそれ図１０の各（ａ）〜（ｄ）のパルス圧
縮された各信号波形となる。
【００６５】ここで、図９（ｃ）における振幅変化ｄＡ
／ｄｔには一例としてハニング窓関数を用いている。演
算結果によると、図１０の自己相関波形（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）においてメインローブ（波形中
心部の振幅が大きい部分）とサイドローブ（メインロー
ブより外側部分）との間の各Ｓ／Ｎ（振幅比）は、それ
ぞれ２２，２２，３７．６，３７．２ｄＢである。
／ｄｔには一例としてハニング窓関数を用いている。演
算結果によると、図１０の自己相関波形（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）においてメインローブ（波形中
心部の振幅が大きい部分）とサイドローブ（メインロー
ブより外側部分）との間の各Ｓ／Ｎ（振幅比）は、それ
ぞれ２２，２２，３７．６，３７．２ｄＢである。
【００６６】このように、超音波探触子２６に送信する
送信パルス信号（ＦＭ信号）における周波数Ｆや振幅Ａ
の各変化率ｄＦ／ｄｔ，ｄＡ／ｄｔ等を適宜調整し、か
つ適宜組合わせることによって、図１３（ｂ）に示す周
波数変化率ｄＦ／ｄｔが一定であるチャープ信号波形の
みの場合に比較して、パルス圧縮後のエコー信号波形に
おけるサイドローブを圧縮することが可能である。
送信パルス信号（ＦＭ信号）における周波数Ｆや振幅Ａ
の各変化率ｄＦ／ｄｔ，ｄＡ／ｄｔ等を適宜調整し、か
つ適宜組合わせることによって、図１３（ｂ）に示す周
波数変化率ｄＦ／ｄｔが一定であるチャープ信号波形の
みの場合に比較して、パルス圧縮後のエコー信号波形に
おけるサイドローブを圧縮することが可能である。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波送受
信装置によれば、被検体に対向した超音波探触子に送信
する送信パルス信号の波形を特定する周波数変化率や振
幅変化率及びパルス幅等の波形パラメータを操作者が必
要に応じて、任意に設定変更可能としている。
信装置によれば、被検体に対向した超音波探触子に送信
する送信パルス信号の波形を特定する周波数変化率や振
幅変化率及びパルス幅等の波形パラメータを操作者が必
要に応じて、任意に設定変更可能としている。
【００６８】したがって、周波数を非線形に変化させた
送信パルス信号（ＦＭ信号）波および振幅を変化させた
ＦＭ信号波によるパルス圧縮が可能となるため、サイド
ローブが問題となる超音波計測にパルス圧縮の適用が可
能となり、伝送途中で加わったノイズを低減でき、超音
波を用いた測定精度が向上する。
送信パルス信号（ＦＭ信号）波および振幅を変化させた
ＦＭ信号波によるパルス圧縮が可能となるため、サイド
ローブが問題となる超音波計測にパルス圧縮の適用が可
能となり、伝送途中で加わったノイズを低減でき、超音
波を用いた測定精度が向上する。
【００６９】また被検体材料及び超音波探触子の特性に
合わせて表示を見ながら送信波および参照波の最適条件
を調節できるため操作が容易であり、さらにパラメータ
メモリに各検査対象毎に波形パラメータを記憶保持して
おけば測定対象の段替え時に切換操作により、簡単に最
適試験条件が自動設定される。具体的には、被検体にお
ける計測対象位置の距離に応じて送信パルス信号のパル
ス幅を設定し、さらに、送信パルス信号の周波数帯域を
超音波探触子の周波数帯域にほぼ等しく設定している。
合わせて表示を見ながら送信波および参照波の最適条件
を調節できるため操作が容易であり、さらにパラメータ
メモリに各検査対象毎に波形パラメータを記憶保持して
おけば測定対象の段替え時に切換操作により、簡単に最
適試験条件が自動設定される。具体的には、被検体にお
ける計測対象位置の距離に応じて送信パルス信号のパル
ス幅を設定し、さらに、送信パルス信号の周波数帯域を
超音波探触子の周波数帯域にほぼ等しく設定している。
【００７０】したがって高減衰材評価等、装置の調整が
難しい測定の最適化が容易となる。また、高ＳＮ比、高
分解能のエコー信号波形が得られるため、高ノイズ環境
下での計測、微小欠陥検出、厚さ計測等、ＳＮ比、分解
能が問題となる超音波計測に適用できる。
難しい測定の最適化が容易となる。また、高ＳＮ比、高
分解能のエコー信号波形が得られるため、高ノイズ環境
下での計測、微小欠陥検出、厚さ計測等、ＳＮ比、分解
能が問題となる超音波計測に適用できる。
【図１】 本発明の一実施例に係わる超音波送受信装置
の概略構成を示すブロック図
の概略構成を示すブロック図
【図２】 同実施例装置のハード構成図
【図３】 同実施例装置におけるコンピュータの機能ブ
ロック図
ロック図
【図４】 同実施例装置におけるＦＩＲフィルタの概略
構成図
構成図
【図５】 同実施例装置で設定される各波形パラメータ
を示す図
を示す図
【図６】 同実施例装置における異なる公称周波数を有
する超音波探触子を用いた場合におけける各エコー信号
波形図
する超音波探触子を用いた場合におけける各エコー信号
波形図
【図７】 同実施例装置における超音波探触子に対する
入力信号とエコー信号との間の周波数特性比較図
入力信号とエコー信号との間の周波数特性比較図
【図８】 同実施例装置における板厚が異なる被検体の
エコー信号波形図
エコー信号波形図
【図９】 同実施例装置で用いられる複数種類のＦＭ信
号波形図
号波形図
【図１０】 図９の各ＦＭ信号波形の自己相関波形図
【図１１】 一般的な超音波探傷装置を示すブロック図
【図１２】 同じく一般的な超音波探傷装置を示すブロ
ック図
ック図
【図１３】 一般的な送信パルス信号波形を示す図
【図１４】 従来のパルス圧縮装置の概略構成図
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−273335（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−147051（ＪＰ，Ａ) 特公 平３−43586（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28
Claims (3)
- 【請求項１】 パルス幅内において周波数が変化する波
形を有する送信パルス信号を被検体に対向する超音波探
触子に印加し、この超音波探触子から出力されるエコー
信号を参照パルス信号を用いてパルス圧縮して表示出力
する超音波送受信装置において、 前記超音波探触子に印加する送信パルス信号におけるパ
ルス幅，周波数変化率，振幅変化率等の波形パラメータ
を外部から指定可能とし、前記パルス圧縮するための参
照パルス信号を前記指定された波形パラメータに対応し
た波形を有する参照パルス信号とし、かつ、前記被検体
における計測対象位置の距離に応じて前記送信パルス信
号のパルス幅を設定したことを特徴とする超音波送受信
装置。 - 【請求項２】 パルス幅内において周波数が変化する波
形を有する送信パルス信号を被検体に対向する超音波探
触子に印加し、この超音波探触子から出力されるエコー
信号を参照パルス信号を用いてパルス圧縮して表示出力
する超音波送受信装置において、 前記超音波探触子に印加する送信パルス信号におけるパ
ルス幅，周波数変化率，振幅変化率等の波形パラメータ
を外部から指定可能とし、前記パルス圧縮するための参
照パルス信号を前記指定された波形パラメータに対応し
た波形を有する参照パルス信号とし、かつ、前記送信パ
ルス信号の周波数帯域を前記超音波探触子の周波数帯域
にほぼ等しく設定したことを特徴とする超音波送受信装
置。 - 【請求項３】 パルス幅内において周波数が変化する波
形を有する送信パルス信号を被検体に対向する超音波探
触子に印加し、この超音波探触子から出力されるエコー
信号を参照パルス信号を用いてパルス圧縮して表示出力
する超音波送受信装置において、 前記超音波探触子に印加する送信パルス信号におけるパ
ルス幅，周波数変化率，振幅変化率等の波形パラメータ
を外部から指定可能とし、前記パルス圧縮するための参
照パルス信号を前記指定された波形パラメータに対応し
た波形を有する参照パルス信号とし、かつ、前記被検体
における計測対象位置の距離に応じて前記送信パルス信
号のパルス幅を設定し、さらに、前記送信パルス信号の
周波数帯域を前記超音波探触子の周波数帯域にほぼ等し
く設定したことを特徴とする超音波送受信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5313510A JP3022108B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 超音波送受信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5313510A JP3022108B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 超音波送受信装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07167844A JPH07167844A (ja) | 1995-07-04 |
| JP3022108B2 true JP3022108B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=18042186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5313510A Expired - Fee Related JP3022108B2 (ja) | 1993-12-14 | 1993-12-14 | 超音波送受信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3022108B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009004829A1 (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-08 | Hiroshima Prefecture | 構造物の非破壊診断方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3008439B1 (en) * | 2013-06-12 | 2017-08-09 | Atlas Copco Industrial Technique AB | A method of measuring elongation of a fastener with ultrasound, performed by a power tool, and a power tool |
| JP6223864B2 (ja) * | 2014-02-28 | 2017-11-01 | 三菱重工業株式会社 | 超音波探傷方法 |
-
1993
- 1993-12-14 JP JP5313510A patent/JP3022108B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009004829A1 (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-08 | Hiroshima Prefecture | 構造物の非破壊診断方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07167844A (ja) | 1995-07-04 |
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