JP3297348B2

JP3297348B2 - 超音波プローブ

Info

Publication number: JP3297348B2
Application number: JP13674197A
Authority: JP
Inventors: 正義中井; 祥一藤原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JPH10332654A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱交換器伝熱管のよ
うな管体等の超音波探傷検査に利用して好適なマルチ形
の超音波プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷検査は、鉄鋼構造物等の非破
壊検査の主要な手法の１つとして広く利用されている。
特に近年、パイプ等の細管に対しては、複数の超音波探
触子を円形に並べて配設し、これら円形に並べた超音波
探触子群に対峙させて円錐音響ミラーを配設し、超音波
探触子から送信した超音波を、この円錐音響ミラーによ
り反射させて放射することにより、超音波ビームを放射
状に広げるようにしたマルチ形超音波プローブが用いら
れるようになった。

【０００３】図４に従来のマルチ形超音波プローブの構
成例を断面図で示す。この例は探触子（超音波振動子）
からの超音波ビームを、被探傷体中に斜めに入射させて
探傷を行う斜角探傷方式による超音波プローブであり、
図において、６は管状の被探傷体（以下、管状体と呼
ぶ）であり、マルチ形超音波プローブはこの管状体６中
に挿入されて使用される。マルチ形超音波プローブは図
４に示すように、支持軸１１を有し、この支持軸１１の
先端側および後端側近傍に管状体６の内部で自己の位置
を保つためにスタビライザー５Ａ，５Ｂをそれぞれ設け
て構成してある。このスタビライザー５Ａ，５Ｂは支持
軸１１の周囲に配設され、当該支持軸１１を中心にその
軸心を中心とした放射方向に広がるように作用して管状
体６の内壁面に接することにより、支持軸１１を管状体
６内の軸心に保持する役割を果たす。

【０００４】支持軸１１の中間にはこの支持軸１１の軸
心を中心とする所定の円周上に、複数の探触子（超音波
振動子）８ａ〜８ｐを等間隔に配設してなる探触子群
（超音波振動子群）８Ａ，８Ｂがそれぞれ設けられてい
る。また、探触子群８Ａおよび８Ｂの各探触子（超音波
振動子）８ａ〜８ｐはそれぞれ管状体６に対する支持軸
１１の挿入方向に対して送受信面を向けてあり、また、
支持軸１１には探触子群８Ａおよび８Ｂにそれぞれ対向
するように、円錐台形状（テーパ状）でその側周面が音
響反射面ＲＦとなる図６の如き形状の円錐音響ミラー７
Ａ，７Ｂが所定間隔を存して配されている。円錐音響ミ
ラー７Ａ，７Ｂの中心軸線は支持軸１１の中心軸線と一
致させてある。

【０００５】探触子群８Ａおよび８ＢのＣ‐Ｃ，Ｄ‐Ｄ
断面を図４の（ａ），（ｂ）に示す。図は探触子（超音
波振動子）が８個構成の例であり、この場合、Ｃ‐Ｃ、
Ｄ‐Ｄ断面図に示すようにそれぞれ探触子を８個ずつ、
支持軸１１と同心円となる円軌跡上に、等間隔で配置さ
れている。

【０００６】探触子群（超音波振動子群）８Ａと探触子
群８Ｂはそれぞれ自己の探触子が相手群の探触子と配置
位置が異なるように、探触子の配置角度をずらして互い
の中間位置角度を埋めるような位置関係にしてあり、超
音波振動子群８Ａでは偶数チャネルである第２チャネル
（２ｃｈ）から第１６チャネル（１６ｃｈ）を、そし
て、探触子群８Ｂでは奇数チャネルである第１チャネル
（１ｃｈ）から第１５チャネル（１５ｃｈ）を担当チャ
ネルとしている。これにより、探触子群８Ａおよび８Ｂ
で第１チャネル（１ｃｈ）から第１６チャネル（１６ｃ
ｈ）の１６チャネル分の超音波探傷信号を得ることがで
きる。

【０００７】各探触子８ａ〜８ｐはケーブルにより支持
軸１１に沿って外部へと引き出され、外部からの超音波
送受信操作を行うことができる。このような構成のマル
チ形超音波プローブは、管状体６の探傷を行う場合、少
なくとも管状体６内に音波伝搬媒体である例えば水を充
填した状態で、挿入する。スタビライザー５Ａ，５Ｂに
より支持軸１１はその位置を管軸に一致されるように規
正されながら案内される。

【０００８】そして、各探触子（超音波振動子）８ａ〜
８ｐに送信パルス（送信信号）を送ることにより、各探
触子（超音波振動子）８ａ〜８ｐは励振されて各探触子
により超音波送信ビーム２に変換され、対応する円錐音
響ミラー７Ａ，７Ｂに向けて送出される。超音波送信ビ
ーム２は管状体６内の水中を通り、円錐音響ミラー７
Ａ，７Ｂに到達すると当該円錐音響ミラー７Ａ，７Ｂの
円錐面によりビームが広げられ、管状体６の内壁面に向
けて反射されて当該管状体６に入り、探傷用ビーム３と
なって伝播する。そして、この探傷用ビーム３の経路上
にある管状体６内の欠陥（“キズ”や“す”等）４を検
知する。

【０００９】すなわち、欠陥４に探傷用ビーム３がぶつ
かることにより、生じた反射波（超音波エコー；以下、
欠陥エコーと呼ぶ）は送信時の伝播経路を逆に辿り、探
傷信号として探触子（超音波振動子）に戻る。そして、
この探触子により欠陥エコー信号レベル対応の電気信号
に変換され、取り出される。

【００１０】図５は上記送信から欠陥エコー受信に至る
状態を、各チャネル別にＡスコープ波形として表示した
例である。送信信号９を与えると、これにより超音波送
信ビーム２が発生して探傷用ビーム３として管状体６内
を伝播し、欠陥４にぶつかることにより、生じた欠陥エ
コー１０が探触子（超音波振動子）に戻り、信号として
捉えられて欠陥部分を検出することになるが、送信信号
９の送信から欠陥エコー１０が現れるまでの時間が欠陥
位置に対応する距離に比例する。

【００１１】図４の構成の場合、１６個の探触子（超音
波振動子）８ａ〜８ｐは被探傷体６の管軸を中心とする
所定の円周上に等間隔で配置されており、探触子（各超
音波振動子）８ａ〜８ｐの位置より、上記円周の放射方
向に沿って超音波ビームを送受することができる。

【００１２】従って、管状の上記被探傷体６に対してそ
の内側より、放射方向各位置における探傷を同時に１６
ケ所できることになる。そして、このような超音波ビー
ムの送受信を行いながら、マルチ形超音波プローブを移
動させて行くことで管状体６の各位置の探傷を行うこと
ができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スタビライ
ザーがあるものの、管状体６の歪みや内径のばらつき等
により、探触子（超音波振動子）の配列中心と管状体６
の軸心とがずれることもあり、このような場合、送信さ
れて円錐音響ミラーにより反射された超音波ビームの、
当該円錐音響ミラー反射点から管状体内壁までの水中伝
播距離（以下、水距離と呼ぶ）が変わることになる。

【００１４】そしてこの場合、上記従来のマルチ形超音
波プローブでは管状体に超音波が入射した点がわからな
いために、水距離の変動量や水距離が変動した場合の欠
陥位置座標を特定することができないと云う問題があっ
た。

【００１５】また、超音波エコーをディジタル処理する
場合、送信超音波信号がデータ収集のトリガ信号となる
ため、送信波から水距離も含めてデータを収集すること
になる。特にビームを広げるために円錐音響ミラーを用
いると、直接、探触子から被探傷体である管状体に向け
て超音波ビームを送受する構造に比べて、必然的に水距
離が長くなり、その間、サンプリングを繰り返さねばな
らないから、サンプリング数に制限がある場合で、管状
体の肉厚が薄い場合では管状体のデータの採取ピッチが
粗くなり、分解能が落ちて欠陥検出精度が悪くなると云
う欠点があった。

【００１６】また、水距離も含めてデータを採取するた
め、データ量が膨大となると云う欠点があった。すなわ
ち、従来のマルチ形超音波プローブは、図４（ｂ），
（ｃ）のＣ‐Ｃ断面及びＤ‐Ｄ断面図の如く、例えば各
々８個の探触子８ａから８ｐが相互を補間するように、
配置されている。探触子から発生した超音波ビームは円
錐音響ミラーに当たり、このミラー表面で反射された
後、被探傷体の内周面に斜め方向から入射する。

【００１７】つまり、探触子から送り出された超音波ビ
ームは、支持軸１１と平行な方向に進んで円錐音響ミラ
ー７Ａ若しくは７Ｂに当たり、ここで反射されることに
より、被探傷体に対して斜めにビームが入射され、欠陥
があった場合にはここで反射される結果、図５（ｂ）に
示すように、欠陥４からの反射エコーが欠陥エコー１０
として得られることになる。また、欠陥が検出されなか
ったチャネルは、例えば、図５（ａ），（ｃ）に示した
１ｃｈ及び１６ｃｈの波形のように、欠陥エコーについ
ては表れることがない。被探傷体には内部に伝播させ易
いように、超音波ビームは斜めに入射させる関係で、そ
の壁面からの反射波は弱く、しかも、分散されるため
に、当該壁面からの表面反射エコーは得にくい。

【００１８】そして、上記従来のマルチ形超音波プロー
ブでは、被探傷体に対する超音波入射点がわからないの
で、被探傷体の変形あるいはプローブの偏心等により上
記入射点が変動した場合、欠陥の位置が被探傷体内面に
あるのか外面にあるのかの特定ができなかった。

【００１９】すなわち、スタビライザーがあるものの、
管状体６の歪みや内径のばらつき等により、探触子（超
音波振動子）の配列中心と管状体６の軸心とがずれるこ
ともあり、このような場合、送信されて円錐音響ミラー
により反射された超音波ビームの、当該管状体６への入
射点が変わることがあり、この場合、超音波ビームの管
状体６へのビーム路程が変化（ビームの伝播経路長の変
化）することとなって、この場合、被探傷体である管状
体６に対する超音波入射点が、わからなくなる。

【００２０】従って、被探傷体の変形あるいはプローブ
の偏心等により、上記入射点が変動した場合、欠陥の位
置が被探傷体内面にあるのか外面にあるのかの特定がで
きないこととなり、しかも、このような変動は検知でき
ないことから、探傷にあたって位置精度上、問題が多か
った。

【００２１】また、受信した超音波エコー信号をディジ
タル処理によりデータ収集する場合、送信は発生時点か
ら被探傷体の入射点までのデータも含めて採取すること
になる。特に超音波ビームを広げるために円錐音響ミラ
ーを用いて反射させる構造では、反射させない構造（ミ
ラーを用いない構造）に比べて超音波ビームの伝播距離
（ビーム路程）が長くなり、必然的に入射点までの距離
が長くなるため、データ量が非常に多くなる。すなわ
ち、サンプリング間隔が一定ならば、超音波ビームの伝
播距離対応にサンプリング数が増えるため、円錐音響ミ
ラーを用いる構造形式の場合には必然的にデータ量が増
えてしまうという欠点があった。

【００２２】データ量を削減するためには、データ採取
ピッチ（サンプリング間隔）を粗くしてサンプル数を少
なくすることも考えられる。しかし、このようにする
と、真に必要な探傷部分のデータの時間分解能が不足し
てしまうという問題があった。

【００２３】そこで、この発明の目的とするところは、
プローブの被探傷体に対しての位置が変わってもビーム
入射位置が特定できるようにするとともに、また、真に
必要な、超音波が被検体に入射した点からのデータのみ
を採取可能にして、真に必要な探傷部分の領域データ採
取ピッチを粗くすることなく、従って、探傷部分のデー
タの時間分解能を維持しつつ、データ量の低減を図るこ
とができるようにした超音波プローブを提供することに
ある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はつぎのように構成する。すなわち、超音波
を送受する探触子からの超音波ビームを、円錐台形状の
超音波反射面を有する円錐音響ミラーにより反射させて
被探傷体中に斜めに入射させ、探傷を行う斜角探傷方式
による超音波プローブにおいて、主として被探傷体の壁
面からの反射波を得るべく被探傷体壁面に対しての超音
波ビーム反射角度が設定された補助反射面を前記超音波
反射面に形成してなる円錐音響ミラーを備えることを特
徴とする。

【００２５】このような構成の超音波プローブは、超音
波を送受する探触子と、この送受させる超音波を円錐台
形状（テーパ状）の音波反射面を有する円錐音響ミラー
を用いるが、被探傷体に入射した点を示す表面反射エコ
ー検出ビームと、欠陥部分の存在を調べる探傷用ビーム
の両ビームが得られように、円錐音響ミラーにはその円
錐反射面上に第２の円錐面（補助反射面）を設けた構造
とした。

【００２６】本発明は、探触子（超音波振動子）からの
超音波ビームを被探傷体中に斜めに超音波ビームを入射
させて探傷を行う斜角探傷方式による超音波プローブで
あり、探触子からの超音波ビームを円錐反射面で反射さ
せることにより、被探傷体に斜めにこの超音波ビームを
入射させて被探傷体中を伝播させ、この伝播経路を逆に
辿って探触子に戻る欠陥からの反射エコーを上記探触子
により検出して被探傷体の欠陥探傷に供するとともに、
円錐反射面の一部に形成された第２の円錐面（補助反射
面）により被探傷体からの反射エコーを得やすい角度
で、この被探傷体の表面に探触子からの超音波ビームを
反射させ、当該被探傷体の表面からの反射エコーを往路
と同じ経路を辿らせることにより探触子に戻すことで、
被探傷体の表面位置の情報を得ることができるようにし
たものであり、２つの超音波ビームの被探傷体への入射
点と入射路程をほぼ一致させておくことにより、被探傷
体表面からの反射エコーと欠陥からのエコーを被探傷体
の表面から欠陥位置までの距離を反映させたかたちで検
出できるようにした。

【００２７】そのため、被探傷体の偏心や被探傷体に対
する超音波プローブの偏心等が生じても被探傷体の欠陥
位置を精度良く特定することができる他、ディジタル処
理を行うにあたって、上記超音波伝播距離と比較して被
探傷体の肉厚が薄い場合でも被探傷体表面の反射エコー
の出現位置をトリガに、データのサンプリングを行うこ
とで、被探傷体表面位置から欠陥までのデータのみを収
集することができるようになり、細かくサンプリングを
行っても無用なデータの収集をさけることができるの
で、データ数の増大を抑制しつつ、かつ、被探傷体中の
欠陥位置を精度良く検出することが可能になる。すなわ
ち、被探傷体表面の反射エコーをトリガとしてサンプリ
ングを実施することにより、被探傷体表面位置から欠陥
までのデータのみを収集することができることから、超
音波振動子から被探傷体表面位置までの余分なデータを
収集しないで済むのでディジタル処理のためにデータ収
集するにあたっても従来に比べてデータ量を大幅に少な
くできる。

【００２８】特に本発明のように、被探傷体表面で反射
したビームを反射体により強制的に被探傷体表面までに
要したビーム路程と同じ路程になるようにして探触子に
返す構成とすると、そのまま、被探傷体への超音波ビー
ムの入射タイミングとなるので、被探傷体での超音波ビ
ーム入射位置から欠陥位置までの関係を極めて容易に把
握でき、簡単かつ高精度に欠陥位置を知ることができ
る。

【００２９】従って、本発明によれば、欠陥の探傷を精
度良く実施できると共に、データ収集するにあたっても
必要なデータを最小限にすることができ、収集データ量
を少なくできるようになる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明は円錐音響ミラーと多数の
探触子とを使用した超音波プローブ、例えば、マルチ形
超音波プローブにおいて、各探触子（各超音波振動子）
から送信された超音波ビームを被探傷体に反射させる円
錐音響ミラーを、被探傷体壁面検知のための超音波ビー
ム形成用の反射面部分と、被探傷体の欠陥部分検知のた
めの超音波ビーム形成用の反射面部分に分けて反射面を
形成し、両反射面での超音波ビーム路程は、互いにほぼ
等しくなるように反射面の構造を設定し、これによって
被探傷体壁面位置と欠陥からのエコーの位置関係を掴む
ことができるようにし、また、これによって被探傷体部
分のみのデータサンプリングを可能にして、時間分解能
を低下させることなく、データ量の増大を抑制できるよ
うにするもので、以下、本発明の実施例について図面を
参照して説明する。

【００３１】図１は本発明の実施例を示す図面であっ
て、管状体６に本発明のマルチ形超音波プローブが挿入
された状態を示した側断面図である。図において、管状
体６は、本発明のマルチ形超音波探触子によって探傷さ
れる被探傷体である。本発明のマルチ形超音波探触子は
支持軸１１を有し、この支持軸１１の先端側および後端
側近傍に管状体６の内部で自己の位置を保つためにスタ
ビライザー５Ａ，５Ｂをそれぞれ設けてある。

【００３２】このスタビライザー５Ａ，５Ｂは支持軸１
１の周囲に配設され、この支持軸１１を軸に外側に広が
るように作用して管状体６の内壁面に接することによ
り、支持軸１１を管状体６と同軸状に保持する役割を果
たす。

【００３３】支持軸１１の中間には、この支持軸１１の
軸心を中心とする所定の円軌跡上に、複数の探触子（超
音波振動子）８ａ〜８ｐを等間隔に配設してなる探触子
群（超音波振動子群）８０Ａ，８０Ｂがそれぞれ設けら
れている。

【００３４】また、探触子群８０Ａおよび８０Ｂの各探
触子（各超音波振動子）８ａ〜８ｐはそれぞれ管体に対
する支持軸１１の挿入方向に対して送受信面を向けてあ
る。また、支持軸１１には探触子群８０Ａおよび８０Ｂ
にそれぞれ対向するように、円錐形状の音響反射面を持
つ図３（ａ）の如き形状の円錐音響ミラー７０Ａ，７０
Ｂが所定間隔を存して配されている。そして、円錐音響
ミラー７０Ａ，７０Ｂは、それぞれ支持軸１１に同軸で
ある。

【００３５】また、本発明においては、円錐音響ミラー
７０（７０Ａ，７０Ｂ）は、図３に示すように、それぞ
れ補助反射面７１と主反射面７２、そして、スリーブ部
７３とを有している。スリーブ部７３は支持軸１１にこ
の円錐音響ミラー７０（７０Ａ，７０Ｂ）を通すための
のものであり、このスリーブ部７３の一端側に補助反射
面７１が逆テーパ状に形成され、さらにこの補助反射面
７１形成部分に続いて主反射面７２がこれも逆テーパ状
に形成された構成である。円錐音響ミラー７０Ａ，７０
Ｂの反射面は大半が主反射面７２であり、補助反射面７
１は円錐の頂部側に形成してある。

【００３６】このように、表面反射エコーを検出する補
助反射面７１と欠陥を探傷する主反射面７２を同じ円錐
音響ミラー７０（７０Ａ，７０Ｂ）に、重ね餅状に重ね
て形成した。

【００３７】また、円錐音響ミラー７０の補助反射面７
１は主反射面７２によって斜めに入射されるビームの被
探傷体（管状体６）へ入射するビーム路程とほぼ等しく
なるようなビーム路程になるよう、設計されている。つ
まり、図３（ｂ）に示すように、補助反射面７１を介し
て形成される超音波ビーム伝播経路をＲＴ１、主反射面
７２を介して形成される超音波ビーム伝播経路をＲＴ２
とすると、このＲＴ１とＲＴ２は探触子８から被探傷体
（管状体）６への入射点ＰＴまでの路程が互いにほぼ等
しい。なお、入射点ＰＴは両ビーム路程で必ずしも、一
致している必要はない。

【００３８】また、円錐音響ミラー７０（７０Ａ，７０
Ｂ）の補助反射面７１は、表面反射エコー１０のみが得
られるような面積に設計されている。すなわち、垂直の
多重信号の影響がないように設計されている。また、円
錐音響ミラー７０Ａ（７０Ｂ）は、探触子８からの超音
波ビーム２のうち、一部は円錐音響ミラー７０の主反射
面７２に当たり、一部は補助反射面７１に当たることで
それぞれを反射するが、主反射面７２においてはこの超
音波ビーム２を支持軸１１の中心軸線に対して直角では
ない所定の仰角方向に反射し、被探傷体６の内壁面に対
して斜め方向にビームを入射するような反射角度の反射
面に形成されている。また、補助反射面７１は、超音波
ビーム２を支持軸１１の中心軸線に対して直角方向に反
射し、被探傷体６の内壁面に対して直角方向にビームを
入射するような反射角度の反射面に形成されている。そ
して、超音波ビーム２の送信にあたった探触子８に超音
波エコー（超音波反射波）が戻ることにより、当該探触
子８はその超音波エコーを信号レベル対応の電気信号に
変換して、取り出し、測定に供する構成である。

【００３９】探触子群（超音波振動子群）８０Ａおよび
８０ＢのＡ‐Ａ，Ｂ‐Ｂ断面を図１の（ｂ），（ｃ）に
示す。図は探触子（超音波探振動子）が８個構成の例で
あり、この場合、Ａ‐Ａ，Ｂ‐Ｂ断面図に示すように、
所定の円軌跡上に等間隔で８個ずつ探触子（８ｂ，８
ｄ，８ｆ，８ｈ，８ｌ，８ｎ，８ｐの組と８ａ，８ｃ，
８ｅ，８ｇ，８ｉ，８ｋ，８ｍ，８ｏの組）が取り付け
られている。探触子群（超音波振動子群）８０Ａおよび
８０Ｂはそれぞれ探触子の配置角度をずらして従来同
様、互いの中間位置を埋めるような関係にしてあり、探
触子群８０Ａでは偶数チャネルである第２チャネル（２
ｃｈ）から第１６チャネル（１６ｃｈ）を、そして、探
触子群８０Ｂでは奇数チャネルである第１チャネル（１
ｃｈ）から第１５チャネル（１５ｃｈ）を担当チャネル
としている。これにより、探触子群８０Ａおよび８０Ｂ
で第１チャネル（１ｃｈ）から第１６チャネル（１６ｃ
ｈ）の１６チャネル分の超音波探傷信号を得ることがで
きる。なお、探触子８ａは第１チャネル、探触子８ｂは
第２チャネル、探触子８ｃは第３チャネル、…探触子８
ｎは第１４チャネル、探触子８ｏは第１５チャネル、探
触子８ｐは第１６チャネルに相当する。

【００４０】各探触子（各超音波振動子）８ａ〜８ｐは
ケーブルにより支持軸１１に沿って外部へと引き出さ
れ、外部からの超音波送受信操作を行うことができる。
このような構成のマルチ形超音波プローブは、管状体６
の探傷を行う場合、少なくとも右側のスタビライザ５Ｂ
より左側の領域は管状体６に対する超音波伝播媒質（接
触媒質）としての水を充填するなどして、管状体６内に
当該超音波伝播媒質が充満された状態にして挿入する。
すると当該超音波プローブはスタビライザー５Ａ，５Ｂ
により支持軸１１がその位置を管状体６の管軸に一致さ
れるようにして案内されることにより、管状体６内に軸
を一致された状態で挿入されることになる。

【００４１】そして、各探触子（各超音波振動子）８ａ
〜８ｐに送信パルス（送信信号）を送ることにより、各
探触子８ａ〜８ｐは励振されて超音波送信ビーム２を発
生し、これらは各探触子８ａ〜８ｐから、それぞれの対
応する円錐音響ミラー７０Ａ，７０Ｂに向け、かつ支持
軸１１と平行な方向に、送信される。

【００４２】超音波送信ビーム２は管状体６管内の水中
（超音波伝播媒質中）を通り、円錐音響ミラー７０Ａ，
７０Ｂに到達すると当該円錐音響ミラー７０Ａ，７０Ｂ
の補助反射面７１と主反射面７２においてそれぞれ反射
され、これらの円錐面によりビームが広げられ、補助反
射面７１においては支持軸１１の軸線に対して直角方向
に、また、主反射面７２においては支持軸１１の軸線に
対して所定の仰角方向に反射されて管状体６の内壁面に
向かう。

【００４３】そして、当該管状体６に当たり、主反射面
１１での反射ビームは探傷用ビーム３として管状体６内
に伝播し、また、補助反射面７１での反射ビームは管状
体６の内壁面に対して直角に入射して当該壁面で反射さ
れて表面反射エコー２０になり、往路の伝播経路を逆戻
りして元の探触子８（８ａ〜８ｐ）へ向かう。そして、
この探触子８により信号レベル対応の電気信号に変換さ
れ、取り出される。

【００４４】一方、管状体６に入射した探傷用ビーム３
はその進行経路上にある管内の欠陥４を探知する。すな
わち、欠陥４に探傷用ビーム３がぶつかることにより、
生じた反射波である超音波エコーは送信時の経路を逆に
辿り、探傷信号として元の探触子８（８ａ〜８ｐ）に戻
る。そして、この探触子８により信号レベル対応の電気
信号に変換され、取り出される。

【００４５】図２（ａ），（ｂ）、（ｃ）は上記送信か
ら欠陥エコー受信に至る状態を第１チャネル，第２チャ
ネル、第１６チャネルの各チャネル別にＡスコープ波形
として表示した例である。送信信号９を与えると、これ
により各チャネルの探触子からそれぞれ超音波送信ビー
ム２が発生し、一部は主反射面７２で反射され、探傷用
ビーム３として管状体６内を伝播し、また、他の一部は
補助反射面７１により反射されて直角に管状体６の内壁
面に進入する。この直角に管状体６に向かった超音波ビ
ームは管壁面で反射され、これが被探傷体表面反射エコ
ー２０として探触子に戻って検出される。

【００４６】一方、探傷用ビーム３となって管状体６内
に斜めに進入した超音波は、その伝播経路上に欠陥４が
あれば、この欠陥部分により反射され、欠陥エコーとな
って戻る。この欠陥４にぶつかることにより、生じた欠
陥エコーが探触子（超音波振動子）８に戻り、検出され
るとＡスコープ上には欠陥エコー１０としてその信号レ
ベル対応の信号波形が表れることになる。従って、図２
の（ｂ）のように、この欠陥エコー１０が検出されるさ
れることによって欠陥部分を検出することができる。

【００４７】そして、送信から欠陥エコー１０が現れる
までの時間がビーム路程上の欠陥位置に対応する距離に
比例する。本発明の装置では、円錐音響ミラー７０の補
助反射面７１を利用した超音波ビームの経路は、主反射
面７２によって斜めに入射されるビームの被探傷体（管
状体６）への超音波ビーム経路とその路程がほぼ等しく
なるようなビーム路程に設計されている。

【００４８】そのため、被探傷体表面反射エコー２０か
ら、欠陥エコー１０の発生時点までの時間は被探傷体６
の内壁面から欠陥４までの間の距離に比例する。図１の
構成例の場合、１６個の探触子（超音波振動子）８ａ〜
８ｐはそれぞれ８個ずつ被探傷体６の管軸を中心とする
所定の円周上に等間隔で配置されており、各探触子８ａ
〜８ｐの位置より、上記円周の放射方向に沿って超音波
ビームを送受することができる。従って、上記被探傷体
６をその放射方向各位置における探傷が同時に１６ケ所
できることになると共に、各探触子毎に補助反射面７１
を通る超音波伝播経路を持つことにより、被探傷体６の
内表面でのエコーを得ることができ、しかも、各探触子
毎に円錐音響ミラー７０（７０Ａ，７０Ｂ）の主反射面
を通る経路ＲＴ２と補助反射面を通る経路ＲＴ１をほぼ
等しくしたことにより、主反射面７２を通って得られる
被探傷体６の欠陥エコーと前記被探傷体６の内壁面から
のエコーとの位置関係から、欠陥の位置が精度良く測定
できることになる。

【００４９】しかも、探触子は互いに角度位置が重なら
ないように、ずらしてあることにより、各探傷位置毎
に、つまり、それぞれチャネル位置毎にそのチャネルで
の対象とする被探傷体表面位置の探傷結果をＡスコープ
表示することができる。そして、このような超音波ビー
ム送受信を行いながら、マルチ形超音波探触子を管内移
動させて行くことで被探傷体６の各位置での探傷を行う
ことができる。

【００５０】また、本発明ではディジタル処理を行う場
合に、受信エコーのディジタルデータ化を行って各チャ
ネル別にデータ収集するにあたり、従来、送信信号の時
点からサンプリングを行ってデータ収集していたもの
を、被探傷体表面位置エコー２０が得られるようになっ
たことにより、当該被探傷体表面位置エコー２０の発生
時点からサンプリングを開始してデータ収集することが
できる。

【００５１】このように、被探傷体表面位置エコー２０
をデータ収集のトリガ信号として利用すると、必要な部
分のみの超音波エコーをサンプリングすれば済むように
なり、高分解能を得るために細かくサンプリングして
も、被探傷体以外の部分はサンプリングする必要がなく
なるので、従来方式に比べ、データ量を増やさずに済む
ようになる。そのため、ディジタル処理を行うにあた
り、水距離と比較して被探傷体の肉厚が薄い場合でも被
探傷体中のデータを精度良く検出することが可能とな
る。

【００５２】管体内に挿入して当該管体を探傷するマル
チ超音波プローブは、一対のスタビライザーを設けて管
体内に於ける位置規制を行うようにしたことにより、調
芯性が保たれている。しかし、被探傷体の変形や内径変
化等により、探触子群中における探触子配列中心が被探
傷体の軸心からずれることもあり、このような場合、送
信されて円錐音響ミラーにより反射された超音波ビーム
の当該円錐音響ミラー反射点から被探傷体内壁までの水
中伝播距離である水距離が変わることになる。

【００５３】しかし、被探傷体への超音波ビーム入射位
置特定に使用する表面反射エコー検出する補助反射面７
１と欠陥を探傷する主反射面７２を同じ円錐音響ミラー
７０に形成した構成としたことにより、ビームが被検体
に到達した時点を示す表面反射エコー信号１０、及び欠
陥があった場合の当該欠陥からのエコー１０が正確に得
られる。

【００５４】以上、詳細に説明したが、要するに本発明
は、円錐音響ミラーと探触子とを使用した超音波プロー
ブ、例えば、マルチ形超音波プローブにおいて、各探触
子（各超音波振動子）から送信された超音波ビームを被
探傷体に反射させる円錐音響ミラーを、被探傷体壁面検
知のための超音波ビーム形成用の反射面部分と、被探傷
体の欠陥部分検知のための超音波ビーム形成用の反射面
部分に分けて反射面を形成し、両反面での超音波ビーム
路程は、互いにほぼ等しくなるように反射面の構造を設
定したものであり、これによって被探傷体壁面位置と欠
陥からのエコーの位置関係を掴むことができるように
し、また、これによって被探傷体部分のみのデータサン
プリングを可能にして、時間分解能を低下させることな
く、データ量の増大を抑制できるようにするものであ
る。

【００５５】従って、本発明によれば、被探傷体の表面
反射エコーが常に得られるため、表面反射エコー発生時
点から欠陥エコー発生時点までの間の伝播時間により、
欠陥の内面か外面かの位置評定が可能となる。

【００５６】また、ディジタル処理により、データを収
集する場合、表面反射エコー信号をデータ収集のトリガ
信号として利用できるため、送信波発生時点から表面反
射エコー発生時点までの間の信号を削減することがで
き、データ量を大幅に低減することができるようにな
る。さらに表面反射エコーからの探傷データを得ること
ができ、従来の問題点であったデータ削減のために生じ
る時間分解能不足の問題が解決され、精度良く欠陥部分
の信号を得ることができる。

【００５７】なお、本発明は上述した実施例に限定する
ことなく、種々変形して実施可能である。例えば、本発
明はマルチ形の超音波プローブに限らず、探触子が一つ
であっても、斜角探傷（上述の例のように、管状体中に
斜めに超音波ビームを入射させて探傷を行う方式）の超
音波探傷装置における超音波プローブとして管状体の表
面反射エコーの位置を明確に捕らえ、探傷精度を向上さ
せたり、また、データ量を低減する効果を享受できる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被探傷体の表面反射エコーが常に得られるため、被探傷
体の変形があっても、あるいは超音波プローブの偏心が
生じても、表面反射エコー発生時点から欠陥エコー発生
時点までの間の伝播時間により、欠陥の位置評定が可能
となる。また、ディジタル処理により、データを収集す
る場合、表面反射エコー信号をデータ収集のトリガ信号
として利用できるため、送信波発生時点から表面反射エ
コー発生時点までの間の信号を削減することができ、そ
の分、データ量を大幅に低減することができるようにな
る。さらに表面反射エコーからの探傷データを得ること
ができ、従来の問題点であったデータ削減のために生じ
る時間分解能不足の問題が解決され、精度良く欠陥部分
の信号を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を説明するための図であって、
（ａ）は本発明の一実施例に係るマルチ形超音波プロー
ブの構成を説明するため正面断面図、（ｂ）及び（ｃ）
はそのＡ‐Ａ及びＢ‐Ｂ断面図。

【図２】本発明の実施例を説明するための図であって、
（ａ）〜（ｃ）は１ｃｈ、２ｃｈ及び１６ｃｈの受信波
形例（Ａスコープ波形例）を示す図。

【図３】本発明の実施例を説明するための図であって、
（ａ）は図１の構成のマルチ形超音波プローブに使用さ
れる円錐音響ミラーの斜視図、（ｂ）はその反射面と反
射されたビームの路程の例を説明する図。

【図４】従来のマルチ形超音波探触子の構成を説明する
ための図、（ａ）は本発明の一実施例に係るマルチ形超
音波プローブの構成を説明するため正面断面図、（ｂ）
及び（ｃ）はそのＣ‐Ｃ及びＤ‐Ｄ断面図。

【図５】従来例を説明するための図であって、（ａ）〜
（ｃ）は図４における超音波プローブの１ｃｈ、２ｃｈ
及び１６ｃｈの受信波形例（Ａスコープ波形例）を示す
図。

【図６】従来例を説明するための図であって、図４の構
成のマルチ形超音波プローブに使用される円錐音響ミラ
ーの斜視図。

【符号の説明】

２…送信ビーム３…探傷用ビーム４…欠陥５Ａ，５Ｂ…スタビライザー６…管状体（被探傷体）７０，７０Ａ，７０Ｂ…円錐音響ミラー８ａ〜８ｐ…探触子（超音波振動子）９…送信信号１０…欠陥エコー１１…支持軸２０…表面反射エコー７１…円錐音響ミラー７０の補助反射面（表面位置検出
用音響反射面）７２…円錐音響ミラー７０（７０Ａ，７０Ｂ）の主反射
面７３…円錐音響ミラー７０（７０Ａ，７０Ｂ）のスリー
ブ部８０Ａ，８０Ｂ…探触子群（超音波振動子群）

───────────────────────────────────────────────────── 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】超音波を送受する探触子を複数個、円周上
に配置すると共にこれら探触子に対向し、且つ、これら
探触子の配列された円周の軸線にその軸線を合わせて配
置されてこれらの探触子からの超音波ビームを反射させ
る円錐台形状の超音波反射面を有する円錐音響ミラーと
を有し、前記探触子からの超音波ビームをこの円錐音響
ミラーにより反射させて被探傷体中に斜めに入射させ、
探傷を行う斜角探傷方式による超音波プローブであっ
て、前記円錐音響ミラーは、被探傷体の壁面に対して斜め方
向に超音波ビームを入射させる超音波ビーム反射角度の
反射面を有する主反射面と、被探傷体の壁面に対して直
角方向に超音波ビームを入射させる超音波ビーム反射角
度の反射面に形成される補助反射面とからなる超音波反
射面構成とすることを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】超音波を送受する探触子および超音波を反
射させることによりその送受方向を変える円錐音響ミラ
ーとを備える超音波プローブにおいて、探触子から送信された超音波ビームを被探傷体に反射さ
せる円錐音響ミラーを、その反射方向が超音波ビームの
入射方向に対して直角となる被探傷体壁面検知のための
超音波ビーム形成用の反射面部分と、前記被探傷体に対
して超音波ビームを斜めに反射させる被探傷体の欠陥部
分検知のための超音波ビーム形成用の反射面部分に分け
て反射面を形成し、それぞれの反射面を利用した前記被
探傷体壁面に至る超音波ビームの路程は、互いにほぼ等
しくなるように反射面の構造を設定したことを特徴とす
る超音波プローブ。