JP3299655B2 - 多層構造体の検査のための超音波探傷装置及びその超音波探傷方法 - Google Patents
多層構造体の検査のための超音波探傷装置及びその超音波探傷方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超音波を利用した多層構
造体の検査方法及び装置の超音波送受信技術に利用され
るものに係り、音響インピーダンスが大きく異なる媒質
に囲まれた層、例えばギャップなどの波の伝播が困難な
層を経由した先にある傷などの欠陥を検出する検査技術
において、ギャップを通過できる最適な超音波周波数を
選定し、ギャップの先にある欠陥を検出するのに好適な
超音波探傷技術に関する。
造体の検査方法及び装置の超音波送受信技術に利用され
るものに係り、音響インピーダンスが大きく異なる媒質
に囲まれた層、例えばギャップなどの波の伝播が困難な
層を経由した先にある傷などの欠陥を検出する検査技術
において、ギャップを通過できる最適な超音波周波数を
選定し、ギャップの先にある欠陥を検出するのに好適な
超音波探傷技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の鋼材等を超音波により検査する検
査装置では、超音波を発振するセンサを直接あるいは超
音波を任意の入射角度で入射するためのシューを介して
検査対象物に超音波を送信する。
査装置では、超音波を発振するセンサを直接あるいは超
音波を任意の入射角度で入射するためのシューを介して
検査対象物に超音波を送信する。
【0003】ところが、材質が異なった媒質を超音波が
伝播する場合、両者の境界面では超音波の反射が起こ
り、特に材質が大きく異なる場合、例えば鋼材と空気と
の境界面の場合には、超音波は両者の境界面でほとんど
反射される。すなわち、一旦鋼材内に入射した超音波
は、鋼材内に閉じこめられ、鋼材より外に出ることはほ
とんどない。
伝播する場合、両者の境界面では超音波の反射が起こ
り、特に材質が大きく異なる場合、例えば鋼材と空気と
の境界面の場合には、超音波は両者の境界面でほとんど
反射される。すなわち、一旦鋼材内に入射した超音波
は、鋼材内に閉じこめられ、鋼材より外に出ることはほ
とんどない。
【0004】したがって、ギャップなどの超音波の伝播
が困難な層が存在すると、超音波のギャップでの透過率
は非常に小さいため、欠陥まで到達する超音波強度が小
さく、従来の超音波検査装置では、ギャップの先にある
欠陥の検査はできない。
が困難な層が存在すると、超音波のギャップでの透過率
は非常に小さいため、欠陥まで到達する超音波強度が小
さく、従来の超音波検査装置では、ギャップの先にある
欠陥の検査はできない。
【0005】これに対して、ギャップなどの超音波の伝
播が困難な層を隔てて存在する傷などの欠陥を検出する
検査装置としては、特開平4−344458号公報や特開平6−
201658号公報に記載のように、特徴的なスペクトルを含
むパルス波を用いて欠陥を検査する検査装置がある。
播が困難な層を隔てて存在する傷などの欠陥を検出する
検査装置としては、特開平4−344458号公報や特開平6−
201658号公報に記載のように、特徴的なスペクトルを含
むパルス波を用いて欠陥を検査する検査装置がある。
【0006】この装置を使用する検査部位の概略とセン
サの配置を図3,図4により説明する。
サの配置を図3,図4により説明する。
【0007】図4において、ギャップGにヘリウム等の
不活性ガスを充填し、図5に示すパルス波をセンサ40
より送信する。
不活性ガスを充填し、図5に示すパルス波をセンサ40
より送信する。
【0008】送信した超音波Gはギャップを通過し、そ
の後に欠陥23で反射した超音波は再びギャップを経由
してセンサ40で受信する。
の後に欠陥23で反射した超音波は再びギャップを経由
してセンサ40で受信する。
【0009】ギャップGを通過するには条件があり、そ
の条件に一致した周波数成分のみがギャップGを通過で
きる。
の条件に一致した周波数成分のみがギャップGを通過で
きる。
【0010】図5に示すパルス波のスペクトル分布は、
図6に示すようになっている。
図6に示すようになっている。
【0011】このため、図6に示すスペクトルのうち特
定な周波数成分の超音波140だけがギャップGを通過
し、欠陥23まで到達できる。
定な周波数成分の超音波140だけがギャップGを通過
し、欠陥23まで到達できる。
【0012】欠陥23まで到達した特定の周波数成分を
もつ超音波140によって、欠陥の有無を検出するとい
うものである。
もつ超音波140によって、欠陥の有無を検出するとい
うものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、ギ
ャップなどの超音波の伝播が困難な層の間隔が未知であ
る場合、超音波がギャップを通過したかどうかは確認で
きないという問題がある。
ャップなどの超音波の伝播が困難な層の間隔が未知であ
る場合、超音波がギャップを通過したかどうかは確認で
きないという問題がある。
【0014】またギャップの間隔が一定ではない場合、
ギャップを通過して欠陥まで到達できる超音波の周波数
は、検査位置ごとに異なることになり、超音波のエネル
ギーが効率良くギャップを通過しないという問題があ
る。
ギャップを通過して欠陥まで到達できる超音波の周波数
は、検査位置ごとに異なることになり、超音波のエネル
ギーが効率良くギャップを通過しないという問題があ
る。
【0015】本発明の目的は、ギャップなどの層を中間
層に有する多層構造体の欠陥の検査に使用する超音波の
超音波エネルギーを中間層を越えて深層部へ効率良く送
受信する方法および装置を提供することである。
層に有する多層構造体の欠陥の検査に使用する超音波の
超音波エネルギーを中間層を越えて深層部へ効率良く送
受信する方法および装置を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第1手段は、隣接層と音響インピーダンスが異なる媒
質が中間層に存在する前記中間層を含んで三層以上の多
層構造体に対して音響的に接続される超音波の送信手段
と、前記中間層よりも前記送信手段側に存在する第1の
層の前記中間層に接する境界面の表面エコーを受信する
位置で前記多層構造体に対して音響的に接続される超音
波の第1の受信手段と、前記中間層を挾んで前記送信手
段側から遠方の方に存在する第2の層内からのエコーを
受信する位置で前記多層構造体に対して音響的に接続さ
れる超音波の第2の受信手段と、前記送信手段に印加す
るパルス状正弦波を出力する関数発生器と、前記関数発
生器の出力するパルス状正弦波の正弦波周波数を変化さ
せる周波数制御手段と、前記表面エコーの超音波の受信
手段の出力に基づく信号の強度を検出する強度検出手段
と、第2の層内からのエコーを受信する超音波の第2の
受信手段の出力に基づく信号を記録又は表示する手段
と、を備えた多層構造体の検査のための超音波探傷装置
である。同じく第2手段は、隣接層と音響インピーダン
スが異なる媒質が中間層に存在する前記中間層を含んで
三層以上の多層構造体に対して超音波を斜めに送信する
ように配置された第1のセンサと、前記第1のセンサに
印加するパルス状正弦波を出力する関数発生器と、前記
関数発生器の出力を増幅する電力増幅器と、前記関数発
生器の出力するパルス状正弦波の正弦波周波数を変化さ
せる周波数制御手段と、前記中間層よりも前記第1セン
サ側に存在する第1の層の前記中間層に接する境界面の
表面エコーを受信するように配置された第2のセンサ
と、前記第2のセンサが受信した表面エコーの信号を増
幅する第1の増幅器と、前記第1の増幅器の出力に基づ
く信号の強度を検出する強度検出手段と、前記中間層を
挾んで前記第1のセンサから遠方の方に存在する第2の
層内からのエコーを受信するように配置された第3のセ
ンサと、第3のセンサが受信したエコーの信号を増幅す
る第2の増幅器と、第2の増幅器の出力に基づく信号を
記録又は表示する手段と、を備えた多層構造体の検査の
ための超音波探傷装置である。同じく第3手段は、隣接
層と音響インピーダンスが異なる媒質が中間層に存在す
る前記中間層を含んで三層以上の多層構造体に対して超
音波を斜めに送信して前記中間層を挾んで前記送信の元
側から遠方の方に存在する第2の層内からのエコーを受
信するように配置された第1のセンサと、前記第1のセ
ンサに印加するパルス状正弦波を出力する関数発生器
と、前記関数発生器の出力を増幅する電力増幅器と、前
記関数発生器の出力するパルス状正弦波の正弦波周波数
を変化させる周波数制御手段と、前記第1のセンサが受
信したエコーの信号を増幅する第2の増幅器と、前記第
1のセンサに対して前記電力増幅器と前記第2の増幅器
とを切替えて接続する切替手段と、前記中間層よりも前
記第1センサ側に存在する第1の層の前記中間層に接す
る境界面の表面エコーを受信するように配置された第2
のセンサと、前記第2のセンサが受信した表面エコーの
信号を増幅する第1の増幅器と、前記第1の増幅器から
の出力に基づく信号の強度を検出する強度検出手段と、
第2の増幅器の出力に基づく信号を記録又は表示する手
段と、を備えた多層構造体の検査のための超音波探傷装
置である。同じく第4手段は、隣接層と音響インピーダ
ンスが異なる媒質が中間層に存在する前記中間層を含ん
で三層以上の多層構造体に対して超音波を前記層の厚み
方向に垂直に送信して前記中間層よりも前記送信の元側
に存在する第1の層の前記中間層に接する境界面の表面
エコーと前記中間層を挾んで前記送信の元側から遠方の
方に存在する第2の層内からのエコーを受信するように
配置された第1のセンサと、前記第1のセンサに印加す
るパルス状正弦波を出力する関数発生器と、前記関数発
生器の出力を増幅する電力増幅器と、前記関数発生器の
出力するパルス状正弦波の正弦波周波数を変化させる周
波数制御手段と、前記第1のセンサが受信した表面エコ
ーの信号を増幅する第1の増幅器と、前記第1の増幅器
の出力に基づく信号の強度を検出する強度検出手段と、
前記第1のセンサが受信した表面エコー以外のエコーの
信号を増幅する第2の増幅器と、前記第1のセンサに対
して前記電力増幅器と前記第1の増幅器と前記第2の増
幅器との接続を切替える切替手段と、第2の増幅器の出
力に基づく信号を記録又は表示する手段と、を備えた多
層構造体の検査のための超音波探傷装置である。同じく
第5手段は、第2手段から第4手段までのいずれか一手
段において、全センサが同一のシューに組み込まれてい
ることを特徴とする多層構造体の検査のための超音波探
傷装置である。同じく第6手段は、第1手段から第4手
段までのいずれか一手段において、媒質が液体であるこ
とを特徴とする多層構造体の検査のための超音波探傷装
置である。同じく第7手段は、第1手段から第4手段ま
でのいずれか一手段において、媒質が水であることを特
徴とする多層構造体の検査のための超音波探傷装置であ
る。同じく第8手段は、第1手段から第4手段までのい
ずれか一手段において、強度検出手段の最低強度検出時
の正弦波周波数を判定する判定手段と、前記判定手段か
らの判定結果を受けて前記検出時の正弦波周波数に関数
発生器の出力周波数を合わせる制御手段とを備えたこと
を特徴とする多層構造体の検査のための超音波探傷装置
である。同じく第9手段は、第1の層と第2の層とで前
記両層とは音響インピーダンスが異なる中間層を挾んだ
多層構造体に前記第1の層から超音波の周波数を変えな
がら送信して前記第1の層と前記中間層との境界面から
の表面エコーを前記周波数を変えるたびに受信して、前
記表面エコーの受信強度を検出し、その受信強度の検出
結果が最低レベルになった状況での前記周波数による超
音波を多層構造体に送信した際の前記第2の層内からの
エコーを検査結果として受信し、前記検査結果を記録又
は表示する多層構造体の検査のための超音波探傷方法で
ある。
の第1手段は、隣接層と音響インピーダンスが異なる媒
質が中間層に存在する前記中間層を含んで三層以上の多
層構造体に対して音響的に接続される超音波の送信手段
と、前記中間層よりも前記送信手段側に存在する第1の
層の前記中間層に接する境界面の表面エコーを受信する
位置で前記多層構造体に対して音響的に接続される超音
波の第1の受信手段と、前記中間層を挾んで前記送信手
段側から遠方の方に存在する第2の層内からのエコーを
受信する位置で前記多層構造体に対して音響的に接続さ
れる超音波の第2の受信手段と、前記送信手段に印加す
るパルス状正弦波を出力する関数発生器と、前記関数発
生器の出力するパルス状正弦波の正弦波周波数を変化さ
せる周波数制御手段と、前記表面エコーの超音波の受信
手段の出力に基づく信号の強度を検出する強度検出手段
と、第2の層内からのエコーを受信する超音波の第2の
受信手段の出力に基づく信号を記録又は表示する手段
と、を備えた多層構造体の検査のための超音波探傷装置
である。同じく第2手段は、隣接層と音響インピーダン
スが異なる媒質が中間層に存在する前記中間層を含んで
三層以上の多層構造体に対して超音波を斜めに送信する
ように配置された第1のセンサと、前記第1のセンサに
印加するパルス状正弦波を出力する関数発生器と、前記
関数発生器の出力を増幅する電力増幅器と、前記関数発
生器の出力するパルス状正弦波の正弦波周波数を変化さ
せる周波数制御手段と、前記中間層よりも前記第1セン
サ側に存在する第1の層の前記中間層に接する境界面の
表面エコーを受信するように配置された第2のセンサ
と、前記第2のセンサが受信した表面エコーの信号を増
幅する第1の増幅器と、前記第1の増幅器の出力に基づ
く信号の強度を検出する強度検出手段と、前記中間層を
挾んで前記第1のセンサから遠方の方に存在する第2の
層内からのエコーを受信するように配置された第3のセ
ンサと、第3のセンサが受信したエコーの信号を増幅す
る第2の増幅器と、第2の増幅器の出力に基づく信号を
記録又は表示する手段と、を備えた多層構造体の検査の
ための超音波探傷装置である。同じく第3手段は、隣接
層と音響インピーダンスが異なる媒質が中間層に存在す
る前記中間層を含んで三層以上の多層構造体に対して超
音波を斜めに送信して前記中間層を挾んで前記送信の元
側から遠方の方に存在する第2の層内からのエコーを受
信するように配置された第1のセンサと、前記第1のセ
ンサに印加するパルス状正弦波を出力する関数発生器
と、前記関数発生器の出力を増幅する電力増幅器と、前
記関数発生器の出力するパルス状正弦波の正弦波周波数
を変化させる周波数制御手段と、前記第1のセンサが受
信したエコーの信号を増幅する第2の増幅器と、前記第
1のセンサに対して前記電力増幅器と前記第2の増幅器
とを切替えて接続する切替手段と、前記中間層よりも前
記第1センサ側に存在する第1の層の前記中間層に接す
る境界面の表面エコーを受信するように配置された第2
のセンサと、前記第2のセンサが受信した表面エコーの
信号を増幅する第1の増幅器と、前記第1の増幅器から
の出力に基づく信号の強度を検出する強度検出手段と、
第2の増幅器の出力に基づく信号を記録又は表示する手
段と、を備えた多層構造体の検査のための超音波探傷装
置である。同じく第4手段は、隣接層と音響インピーダ
ンスが異なる媒質が中間層に存在する前記中間層を含ん
で三層以上の多層構造体に対して超音波を前記層の厚み
方向に垂直に送信して前記中間層よりも前記送信の元側
に存在する第1の層の前記中間層に接する境界面の表面
エコーと前記中間層を挾んで前記送信の元側から遠方の
方に存在する第2の層内からのエコーを受信するように
配置された第1のセンサと、前記第1のセンサに印加す
るパルス状正弦波を出力する関数発生器と、前記関数発
生器の出力を増幅する電力増幅器と、前記関数発生器の
出力するパルス状正弦波の正弦波周波数を変化させる周
波数制御手段と、前記第1のセンサが受信した表面エコ
ーの信号を増幅する第1の増幅器と、前記第1の増幅器
の出力に基づく信号の強度を検出する強度検出手段と、
前記第1のセンサが受信した表面エコー以外のエコーの
信号を増幅する第2の増幅器と、前記第1のセンサに対
して前記電力増幅器と前記第1の増幅器と前記第2の増
幅器との接続を切替える切替手段と、第2の増幅器の出
力に基づく信号を記録又は表示する手段と、を備えた多
層構造体の検査のための超音波探傷装置である。同じく
第5手段は、第2手段から第4手段までのいずれか一手
段において、全センサが同一のシューに組み込まれてい
ることを特徴とする多層構造体の検査のための超音波探
傷装置である。同じく第6手段は、第1手段から第4手
段までのいずれか一手段において、媒質が液体であるこ
とを特徴とする多層構造体の検査のための超音波探傷装
置である。同じく第7手段は、第1手段から第4手段ま
でのいずれか一手段において、媒質が水であることを特
徴とする多層構造体の検査のための超音波探傷装置であ
る。同じく第8手段は、第1手段から第4手段までのい
ずれか一手段において、強度検出手段の最低強度検出時
の正弦波周波数を判定する判定手段と、前記判定手段か
らの判定結果を受けて前記検出時の正弦波周波数に関数
発生器の出力周波数を合わせる制御手段とを備えたこと
を特徴とする多層構造体の検査のための超音波探傷装置
である。同じく第9手段は、第1の層と第2の層とで前
記両層とは音響インピーダンスが異なる中間層を挾んだ
多層構造体に前記第1の層から超音波の周波数を変えな
がら送信して前記第1の層と前記中間層との境界面から
の表面エコーを前記周波数を変えるたびに受信して、前
記表面エコーの受信強度を検出し、その受信強度の検出
結果が最低レベルになった状況での前記周波数による超
音波を多層構造体に送信した際の前記第2の層内からの
エコーを検査結果として受信し、前記検査結果を記録又
は表示する多層構造体の検査のための超音波探傷方法で
ある。
【0017】
【作用】第1手段によれば、周波数制御手段で関数発生
器から出力する正弦波周波数を決め、第1の層から多層
構造体内に送信手段でその正弦波周波数を有する超音波
を送信し、その超音波は第1の層と中間層との境界面で
反射して表面エコーと成って第1の受信手段に戻り、そ
の表面エコーの受信強度が強度検出手段で検出できる。
この事を超音波の周波数を周波数制御手段で変えて繰返
し実施し、強度検出器が最低強度を検出したときの前記
周波数を用いて超音波を前記多層構造体に送信した際の
第2の層内からのエコーを第2の受信手段で受信して前
記第2の層内の検査信号として受信し、記憶乃至は表示
する作用が得られる。
器から出力する正弦波周波数を決め、第1の層から多層
構造体内に送信手段でその正弦波周波数を有する超音波
を送信し、その超音波は第1の層と中間層との境界面で
反射して表面エコーと成って第1の受信手段に戻り、そ
の表面エコーの受信強度が強度検出手段で検出できる。
この事を超音波の周波数を周波数制御手段で変えて繰返
し実施し、強度検出器が最低強度を検出したときの前記
周波数を用いて超音波を前記多層構造体に送信した際の
第2の層内からのエコーを第2の受信手段で受信して前
記第2の層内の検査信号として受信し、記憶乃至は表示
する作用が得られる。
【0018】第2手段によれば、関数発生器からの出力
は電力増幅器で増幅された上で第1のセンサに加えら
れ、第1の層から多層構造体内に第1のセンサから超音
波が送信され、超音波は第1の層と中間層との境界面で
反射して表面エコーと成って第2のセンサに戻って検出
されて第2の増幅器で増幅され、その表面エコーの受信
強度が強度検出手段で検出できる。この事を関数発生器
からの正弦波周波数を周波数制御手段で変化させながら
繰返し実施し、強度検出手段が低強度を検出したときの
前記周波数を用いて超音波を前記多層構造体に送信した
際の第2の層内からのエコーを第3のセンサに戻って検
出されて検出信号が第2の増幅器に受信されて前記第2
の層内の検査信号として受信でき、検査信号は記憶乃至
は表示される作用が得られる。
は電力増幅器で増幅された上で第1のセンサに加えら
れ、第1の層から多層構造体内に第1のセンサから超音
波が送信され、超音波は第1の層と中間層との境界面で
反射して表面エコーと成って第2のセンサに戻って検出
されて第2の増幅器で増幅され、その表面エコーの受信
強度が強度検出手段で検出できる。この事を関数発生器
からの正弦波周波数を周波数制御手段で変化させながら
繰返し実施し、強度検出手段が低強度を検出したときの
前記周波数を用いて超音波を前記多層構造体に送信した
際の第2の層内からのエコーを第3のセンサに戻って検
出されて検出信号が第2の増幅器に受信されて前記第2
の層内の検査信号として受信でき、検査信号は記憶乃至
は表示される作用が得られる。
【0019】第3手段によれば、第1のセンサと電力増
幅器とを切替手段で接続して、関数発生器からの出力は
電力増幅器で増幅された上で第1のセンサに加えられ、
第1の層から多層構造体内に第1のセンサから超音波が
送信され、超音波は第1の層と中間層との境界面で反射
して表面エコーと成って第2のセンサに戻って検出され
て第2の増幅器で増幅され、その表面エコーの受信強度
が強度検出手段で検出できる。この事を関数発生器から
の正弦波周波数を周波数制御手段で変えて繰返し実施
し、強度検出手段が低強度を検出したときの前記周波数
を用いて超音波を前記多層構造体に送信した際の第2の
層内からのエコーが第1のセンサに戻って検出され、第
1のセンサを切替手段により第2の増幅器と接続してお
くことにより、第1のセンサに戻ってきたエコーに基づ
く信号が第2の増幅器に受信されて前記第2の層内の検
査信号として受信でき、検査信号が記憶乃至は表示され
る作用が得られる。
幅器とを切替手段で接続して、関数発生器からの出力は
電力増幅器で増幅された上で第1のセンサに加えられ、
第1の層から多層構造体内に第1のセンサから超音波が
送信され、超音波は第1の層と中間層との境界面で反射
して表面エコーと成って第2のセンサに戻って検出され
て第2の増幅器で増幅され、その表面エコーの受信強度
が強度検出手段で検出できる。この事を関数発生器から
の正弦波周波数を周波数制御手段で変えて繰返し実施
し、強度検出手段が低強度を検出したときの前記周波数
を用いて超音波を前記多層構造体に送信した際の第2の
層内からのエコーが第1のセンサに戻って検出され、第
1のセンサを切替手段により第2の増幅器と接続してお
くことにより、第1のセンサに戻ってきたエコーに基づ
く信号が第2の増幅器に受信されて前記第2の層内の検
査信号として受信でき、検査信号が記憶乃至は表示され
る作用が得られる。
【0020】第4手段によれば、第1のセンサと電力増
幅器とを切替手段で接続して、関数発生器からの出力は
電力増幅器で増幅された上で第1のセンサに加えられ、
第1の層から多層構造体内に第1のセンサで前記多層構
造体の積層面と垂直に超音波が送信され、送信後に第1
のセンサを第2の増幅器に切替手段で接続しておく。送
信された超音波は、超音波周波数が中間層に入射しにく
い状況では、第1の層と中間層との境界面で反射して前
記垂直方向に表面エコーと成って第1のセンサに戻って
検出されて第2の増幅器で増幅され、その表面エコーの
受信強度が強度検出手段で検出できる。この事を関数発
生器からの正弦波周波数を周波数制御手段で変えて繰返
し実施し、発信された超音波の周波数が中間層に入射さ
れて第2の層内に入りやすくなる状況に変化すると、前
記境界面からの表面エコーは強度が低下してその変化が
強度検出手段で検出できる。前記強度検出手段が最低強
度を検出したら、切替手段で第1のセンサと第1の増幅
器とを接続して、低強度を示した時の周波数の超音波を
前記多層構造体に送信した際の第2の層内からのエコー
を第1のセンサに戻し入れて、第1のセンサに戻ってき
たエコーに基づく信号が第2の増幅器で増幅されて前記
第2の層内の検査信号として受信でき、検査信号が記憶
乃至は表示される作用が得られる。
幅器とを切替手段で接続して、関数発生器からの出力は
電力増幅器で増幅された上で第1のセンサに加えられ、
第1の層から多層構造体内に第1のセンサで前記多層構
造体の積層面と垂直に超音波が送信され、送信後に第1
のセンサを第2の増幅器に切替手段で接続しておく。送
信された超音波は、超音波周波数が中間層に入射しにく
い状況では、第1の層と中間層との境界面で反射して前
記垂直方向に表面エコーと成って第1のセンサに戻って
検出されて第2の増幅器で増幅され、その表面エコーの
受信強度が強度検出手段で検出できる。この事を関数発
生器からの正弦波周波数を周波数制御手段で変えて繰返
し実施し、発信された超音波の周波数が中間層に入射さ
れて第2の層内に入りやすくなる状況に変化すると、前
記境界面からの表面エコーは強度が低下してその変化が
強度検出手段で検出できる。前記強度検出手段が最低強
度を検出したら、切替手段で第1のセンサと第1の増幅
器とを接続して、低強度を示した時の周波数の超音波を
前記多層構造体に送信した際の第2の層内からのエコー
を第1のセンサに戻し入れて、第1のセンサに戻ってき
たエコーに基づく信号が第2の増幅器で増幅されて前記
第2の層内の検査信号として受信でき、検査信号が記憶
乃至は表示される作用が得られる。
【0021】
【0022】第5手段によれば、第2手段又は第3手段
又は第4手段による作用に加えて、全センサが同一のシ
ュー内に存在するから、全センサが1個であろうがそれ
以上の個数に成ろうが同時に扱うことが出来るという作
用が得られる。
又は第4手段による作用に加えて、全センサが同一のシ
ュー内に存在するから、全センサが1個であろうがそれ
以上の個数に成ろうが同時に扱うことが出来るという作
用が得られる。
【0023】第6手段によれば、第1手段から第4手段
までのいずれか一手段による作用に加えて、超音波の液
体に対する透過率は気体の場合よりも高いから、発信超
音波とエコーの中間層での効率良い通過作用が得られ
る。
までのいずれか一手段による作用に加えて、超音波の液
体に対する透過率は気体の場合よりも高いから、発信超
音波とエコーの中間層での効率良い通過作用が得られ
る。
【0024】第7手段によれば、第1手段から第4手段
までのいずれか一手段による作用に加えて、媒質に水を
用いて発信超音波とエコーの中間層での効率良い通過作
用が得られる。
までのいずれか一手段による作用に加えて、媒質に水を
用いて発信超音波とエコーの中間層での効率良い通過作
用が得られる。
【0025】第8手段によれば、第1手段から第4手段
までのいずれか一手段による作用に加えて、強度検出手
段で把握した各周波数での強度から低レベルの強度を示
す周波数を判定手段で判定し、その判定した周波数を出
力するように制御手段が関数発生器を制御し、自動的に
効率の良い使用超音波の周波数を設定できる作用が得ら
れる。
までのいずれか一手段による作用に加えて、強度検出手
段で把握した各周波数での強度から低レベルの強度を示
す周波数を判定手段で判定し、その判定した周波数を出
力するように制御手段が関数発生器を制御し、自動的に
効率の良い使用超音波の周波数を設定できる作用が得ら
れる。
【0026】第9手段によれば、第1の層から多層構造
体内に送信手段で送信した超音波は第1の層と中間層と
の境界面で反射して表面エコーと成って受信され、その
表面エコーの受信強度が強度検出手段で検出できる。こ
の事を関数発生器からの出力周波数を周波数制御手段で
変えて繰返し実施し、強度検出手段が最低強度を検出し
たとき、即ち前記境界面から中間層に超音波が透過して
前記境界面からの表面エコーの強度が低下したとき、そ
のときの前記周波数を用いて超音波を前記多層構造体に
送信した際に第2の層内からのエコーを前記第2の層内
の検査信号として受信できる作用が得られる。
体内に送信手段で送信した超音波は第1の層と中間層と
の境界面で反射して表面エコーと成って受信され、その
表面エコーの受信強度が強度検出手段で検出できる。こ
の事を関数発生器からの出力周波数を周波数制御手段で
変えて繰返し実施し、強度検出手段が最低強度を検出し
たとき、即ち前記境界面から中間層に超音波が透過して
前記境界面からの表面エコーの強度が低下したとき、そ
のときの前記周波数を用いて超音波を前記多層構造体に
送信した際に第2の層内からのエコーを前記第2の層内
の検査信号として受信できる作用が得られる。
【0027】
【実施例】図7は、本発明の実施例の原理につきその作
用を説明する図である。
用を説明する図である。
【0028】図7では、2つの鋼材にギャップがある場
合の概略図を示し、超音波探傷装置に用いられる超音波
は媒質1より伝播し、ギャップ内の媒質2を経由して媒
質3に伝播する場合を想定する。
合の概略図を示し、超音波探傷装置に用いられる超音波
は媒質1より伝播し、ギャップ内の媒質2を経由して媒
質3に伝播する場合を想定する。
【0029】その超音波は媒質1と媒質2との境界面で
反射し、さらに、媒質2と媒質3との境界面でも反射を
する。
反射し、さらに、媒質2と媒質3との境界面でも反射を
する。
【0030】ところが、ギャップの大きさが波長の1/
4の場合には、媒質2と媒質3との境界面を透過した超
音波とギャップを往復した超音波との位相は、逆相にな
るので、媒質3を伝播する際に両者の超音波は打消しあ
う。
4の場合には、媒質2と媒質3との境界面を透過した超
音波とギャップを往復した超音波との位相は、逆相にな
るので、媒質3を伝播する際に両者の超音波は打消しあ
う。
【0031】しかし、ギャップの大きさが波長の1/2
の場合には、媒質2と媒質3との境界面を透過した超音
波とギャップを往復した超音波との位相は同相になるの
で、媒質3を伝播する際に両者の超音波は強めあうこと
になる。
の場合には、媒質2と媒質3との境界面を透過した超音
波とギャップを往復した超音波との位相は同相になるの
で、媒質3を伝播する際に両者の超音波は強めあうこと
になる。
【0032】このことを式によって以下に説明する。
【0033】媒質1から媒質2へと超音波が伝播する場
合、媒質1と媒質2との境界面での透過率を、数1に示
す。
合、媒質1と媒質2との境界面での透過率を、数1に示
す。
【0034】
【数1】 Tij=2Zi/(Zi+Zj) …(数1) Tij:媒質iと媒質jとの境界面での透過率 Zi:音響インピーダンス(=ρi×Vi) ρi:媒質iの密度 Vi:媒質iの音速 ここで、Zは超音波が伝播する媒質の音響インピーダン
スで、媒質中の密度と音速の積になる。
スで、媒質中の密度と音速の積になる。
【0035】また、媒質1を経由し媒質2から媒質3へ
伝播する場合には、媒質1と媒質2との境界面と媒質2
と媒質3との境界面の2つの境界面で多重反射をするこ
とになる。
伝播する場合には、媒質1と媒質2との境界面と媒質2
と媒質3との境界面の2つの境界面で多重反射をするこ
とになる。
【0036】このとき、2つの境界面の間隔をLとする
と、2つの境界面を考慮した媒質1から媒質3への合成
した透過率は、数2に示すことができる。
と、2つの境界面を考慮した媒質1から媒質3への合成
した透過率は、数2に示すことができる。
【0037】
【数2】
【0038】数2より、超音波の波長を最適に設定する
と、合成した透過率を1にすることができる。
と、合成した透過率を1にすることができる。
【0039】すなわち、2つの境界面間のギャップ内の
超音波の伝播距離の2倍が媒質2を伝播する波の波長の
整数倍になればよいことがわかる。
超音波の伝播距離の2倍が媒質2を伝播する波の波長の
整数倍になればよいことがわかる。
【0040】この時の超音波の周波数は、数3により求
めることができる。
めることができる。
【0041】
【数3】 f=(n+1)ν/2L …(数3) f:ギャップを通過する周波数 ν:ギャップ内に充填してある媒質中を伝播する波の音
速 L:ギャップ内を伝播する伝播距離 n:整数 すなわち、超音波が伝播するギャップの伝播距離に応じ
て、超音波の周波数を変化させ、常に、ギャップ内の超
音波の伝播距離の2倍が媒質2を伝播する超音波の波長
の整数倍に調整することにより、超音波はギャップなど
の伝播が困難な層を効率良く通過することができる。
速 L:ギャップ内を伝播する伝播距離 n:整数 すなわち、超音波が伝播するギャップの伝播距離に応じ
て、超音波の周波数を変化させ、常に、ギャップ内の超
音波の伝播距離の2倍が媒質2を伝播する超音波の波長
の整数倍に調整することにより、超音波はギャップなど
の伝播が困難な層を効率良く通過することができる。
【0042】従って、ギャップなどの伝播が困難な層を
通過できれば、ギャップの先にある欠陥を検出できるこ
とになる。
通過できれば、ギャップの先にある欠陥を検出できるこ
とになる。
【0043】このため、探傷に使用する超音波の周波数
と通過困難な層を通過できる条件とを一致させることに
より、超音波のエネルギーを効率良く欠陥の検査に使用
することができる。
と通過困難な層を通過できる条件とを一致させることに
より、超音波のエネルギーを効率良く欠陥の検査に使用
することができる。
【0044】以下、本発明の各実施例をより具体的に図
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【0045】図1,図2に本発明の第1実施例を示す。
【0046】ここで図1は、本発明の第1実施例の装置
のブロック図である。また、図2は図1のX矢視図であ
る。
のブロック図である。また、図2は図1のX矢視図であ
る。
【0047】超音波探傷を行う検査対象の多層構造体
は、一例として図3,図4に示した沸騰水型原子炉の圧
力容器下部のCRDハウジング22及びスタブ管21を
選んだ。
は、一例として図3,図4に示した沸騰水型原子炉の圧
力容器下部のCRDハウジング22及びスタブ管21を
選んだ。
【0048】CRDハウジング22とスタブ管21の間
には幅0.1mm 程度の空気に満たされたギャップGが隣
接するスタブ管21やCRDハウジング22に比べて音
響インピーダンスが格段に異なる状態で存在する。
には幅0.1mm 程度の空気に満たされたギャップGが隣
接するスタブ管21やCRDハウジング22に比べて音
響インピーダンスが格段に異なる状態で存在する。
【0049】第1の実施例では、図1,図2のようにC
RDハウジング22に経路Aで超音波をギャップGに対
して斜めに入射する第1のセンサ11と、パルス状正弦
波とタイミング信号Sを出力する関数発生器3と、パル
ス状正弦波を増幅し第1のセンサ11に入力する電力増
幅器6と、経路Bに沿って反射されるCRDハウジング
22の底面エコーが受信できる位置に配置された第2の
センサ12と、第2のセンサ12の受信信号を増幅する
増幅器7と、スタブ管21の底面にある周方向欠陥23
から経路Cに沿って反射される欠陥エコーが受信できる
位置、つまり第1のセンサ11の周方向に配置された第
3のセンサ13と、第3のセンサ13の受信信号を増幅
する増幅器7aと、A/D変換器51,51aとメモリ
52,52aから構成される記録装置50と、関数発生
器3と記録装置50をGPIBケーブル10を介して制
御するコンピュータ2と、記録媒体5とを備えて構成さ
れる。第1のセンサ11と電力増幅器6,第2のセンサ
12と増幅器7,第3のセンサ13と増幅器7a,電力
増幅器6と関数発生器3,関数発生器3と記録装置5
0,増幅器7,7aと記録装置50はそれぞれ同軸ケー
ブル9で接続されている。
RDハウジング22に経路Aで超音波をギャップGに対
して斜めに入射する第1のセンサ11と、パルス状正弦
波とタイミング信号Sを出力する関数発生器3と、パル
ス状正弦波を増幅し第1のセンサ11に入力する電力増
幅器6と、経路Bに沿って反射されるCRDハウジング
22の底面エコーが受信できる位置に配置された第2の
センサ12と、第2のセンサ12の受信信号を増幅する
増幅器7と、スタブ管21の底面にある周方向欠陥23
から経路Cに沿って反射される欠陥エコーが受信できる
位置、つまり第1のセンサ11の周方向に配置された第
3のセンサ13と、第3のセンサ13の受信信号を増幅
する増幅器7aと、A/D変換器51,51aとメモリ
52,52aから構成される記録装置50と、関数発生
器3と記録装置50をGPIBケーブル10を介して制
御するコンピュータ2と、記録媒体5とを備えて構成さ
れる。第1のセンサ11と電力増幅器6,第2のセンサ
12と増幅器7,第3のセンサ13と増幅器7a,電力
増幅器6と関数発生器3,関数発生器3と記録装置5
0,増幅器7,7aと記録装置50はそれぞれ同軸ケー
ブル9で接続されている。
【0050】また、関数発生器3とコンピュータ2,記
録装置50とコンピュータ2はGPIBケーブル10で接続
されている。
録装置50とコンピュータ2はGPIBケーブル10で接続
されている。
【0051】関数発生器3としてパルス状正弦波を出力
することができる機種、例えばTektronix社のAWG2040を
用いる。
することができる機種、例えばTektronix社のAWG2040を
用いる。
【0052】コンピュータはGPIBインターフェース
があるものを用いる。
があるものを用いる。
【0053】図8,図9には、関数発生器3が出力する
出力信号Tとタイミング信号S,増幅器7,7aの出力
信号g(t),h(t)を時系列的に示し、第1のセン
サに印加するパルス状正弦波15と、第2のセンサ12
が受信するCRDハウジングの底面エコー16,16a
と、第3のセンサが受信する周方向欠陥23から反射さ
れる欠陥エコー17が示されている。
出力信号Tとタイミング信号S,増幅器7,7aの出力
信号g(t),h(t)を時系列的に示し、第1のセン
サに印加するパルス状正弦波15と、第2のセンサ12
が受信するCRDハウジングの底面エコー16,16a
と、第3のセンサが受信する周方向欠陥23から反射さ
れる欠陥エコー17が示されている。
【0054】図10にはコンピュータ2で関数発生器3
と記録装置50をどのように制御し、どのような計算を
行ったかを示す制御アルゴリズムを示す。
と記録装置50をどのように制御し、どのような計算を
行ったかを示す制御アルゴリズムを示す。
【0055】以下に検査手順を示す。
【0056】まず、第1,第2,第3のセンサから構成
される探触子1AをCRDハウジング22の内面に配置
する。
される探触子1AをCRDハウジング22の内面に配置
する。
【0057】制御プログラム内の変数fs(最初に与え
る周波数),fe(最後に与える周波数),Δf(変化
周波数の一単位),SUM(任意の値)の値をプログラ
ム内、あるいはキーボードなどの外部入力装置で設定す
る。
る周波数),fe(最後に与える周波数),Δf(変化
周波数の一単位),SUM(任意の値)の値をプログラ
ム内、あるいはキーボードなどの外部入力装置で設定す
る。
【0058】関数発生器3はコンピュータ2からGPI
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fsのパルス状正弦波15とタイミングパルス18を同
時に出力し、記録装置50はタイミングパルス18の立
上がりを検出すると信号g(t),h(t)をA/D変
換器51,51aでA/D変換して、内蔵メモリ52,
52aに記録する。
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fsのパルス状正弦波15とタイミングパルス18を同
時に出力し、記録装置50はタイミングパルス18の立
上がりを検出すると信号g(t),h(t)をA/D変
換器51,51aでA/D変換して、内蔵メモリ52,
52aに記録する。
【0059】パルス状正弦波15を電力増幅器6で増幅
したのち第1のセンサ11に印加し、CRDハウジング
22に超音波を経路Aに沿って入射する。
したのち第1のセンサ11に印加し、CRDハウジング
22に超音波を経路Aに沿って入射する。
【0060】CRDハウジング22の底面エコー16を
第2のセンサ12で受信する。
第2のセンサ12で受信する。
【0061】受信した底面エコー16を増幅器7で増幅
する。
する。
【0062】増幅した底面エコー16を記録装置50に
入力する。
入力する。
【0063】記録装置50は底面エコー16をA/D変
換器51でA/D変換し、内蔵メモリ52に記憶する。
換器51でA/D変換し、内蔵メモリ52に記憶する。
【0064】コンピュータ2は内蔵メモリ52に記憶さ
れたn個のデータg(tj)(j=1,2,…,n)を
コンピュータ2の内蔵メモリに転送する。
れたn個のデータg(tj)(j=1,2,…,n)を
コンピュータ2の内蔵メモリに転送する。
【0065】コンピュータ2でデータg(tj)(j=
1,2,…,n)の絶対値を加算する。
1,2,…,n)の絶対値を加算する。
【0066】加算した値がSUMより小さい場合は、加
算した値をSUMに代入し、その時の正弦波周波数をf
min に代入する。
算した値をSUMに代入し、その時の正弦波周波数をf
min に代入する。
【0067】再度、関数発生器3はコンピュータ2から
GPIBケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波
周波数fs+Δfのパルス状正弦波15とタイミングパ
ルスSを同時に出力し、同様な信号処理及び計算を行
う。
GPIBケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波
周波数fs+Δfのパルス状正弦波15とタイミングパ
ルスSを同時に出力し、同様な信号処理及び計算を行
う。
【0068】このように正弦波周波数をfs,fs+Δ
f,fs+2Δf,…,feと増加させていくことによ
って、データg(tj)(j=1,2,…,n)の絶対
値の加算値が最小となるときの周波数fmin が求まる。
f,fs+2Δf,…,feと増加させていくことによ
って、データg(tj)(j=1,2,…,n)の絶対
値の加算値が最小となるときの周波数fmin が求まる。
【0069】加算値が最小となる時、図8の底面エコー
16は図9の底面エコー16aのように変化する。つま
り、ここで求まったfmin は超音波がギャップを通過す
るときの周波数である。
16は図9の底面エコー16aのように変化する。つま
り、ここで求まったfmin は超音波がギャップを通過す
るときの周波数である。
【0070】関数発生器3はコンピュータ2からGPI
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fmin のパルス状正弦波15aとタイミングパルス18
を出力する。
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fmin のパルス状正弦波15aとタイミングパルス18
を出力する。
【0071】このパルス状正弦波15aはギャップを通
過することができ、欠陥エコー17は第3のセンサ13
で受信され、図9のように信号h(t)に欠陥エコー1
7が現われる。
過することができ、欠陥エコー17は第3のセンサ13
で受信され、図9のように信号h(t)に欠陥エコー1
7が現われる。
【0072】コンピュータ2は内蔵メモリ52aに記憶
されたn個のデータh(tj)(j=1,2,…,n)
をコンピュータ2の内蔵メモリに転送する。
されたn個のデータh(tj)(j=1,2,…,n)
をコンピュータ2の内蔵メモリに転送する。
【0073】コンピュータ2はデータh(tj)(j=
1,2,…,n)をフロッピディスクなどの記録媒体5
に記録する。
1,2,…,n)をフロッピディスクなどの記録媒体5
に記録する。
【0074】このデータh(tj)(j=1,2,…,
n)から欠陥エコー17を識別する。
n)から欠陥エコー17を識別する。
【0075】上記制御アルゴリズムでは、超音波がギャ
ップを通過する周波数fmin を、g(tj)(j=1,
2,…,n)の絶対値の加算値を比較することで求めて
いる。底面エコー16が16aのように変化すると超音
波がギャップを通過している証拠であるから、底面エコ
ーの極値をカウントする、あるいは底面エコーのパター
ン認識をするなどの方法でfmin を求める方法が他に考
えられる。
ップを通過する周波数fmin を、g(tj)(j=1,
2,…,n)の絶対値の加算値を比較することで求めて
いる。底面エコー16が16aのように変化すると超音
波がギャップを通過している証拠であるから、底面エコ
ーの極値をカウントする、あるいは底面エコーのパター
ン認識をするなどの方法でfmin を求める方法が他に考
えられる。
【0076】図11,図12に示した発明は、軸方向欠
陥検出を実現するための第2実施例である。
陥検出を実現するための第2実施例である。
【0077】ここで、図11は第2実施例の装置のブロ
ック図であり、図12は図11のX矢視図である。
ック図であり、図12は図11のX矢視図である。
【0078】第1実施例と異なる点は探触子であり、第
2実施例のT,S,g(t),h(t)の波形及び制御アル
ゴリズムは、図8,図9及び図10と同じである。
2実施例のT,S,g(t),h(t)の波形及び制御アル
ゴリズムは、図8,図9及び図10と同じである。
【0079】第2実施例では、図1,図2の第1実施例
における第3のセンサ13をスタブ管21の外面の軸方
向欠陥24の反射エコーを受信できる位置、つまり第1
のセンサ11の軸方向の位置に配置する。
における第3のセンサ13をスタブ管21の外面の軸方
向欠陥24の反射エコーを受信できる位置、つまり第1
のセンサ11の軸方向の位置に配置する。
【0080】このように3つのセンサ11,12,13
が配置された探触子1Bを用いることにより、スタブ管
21外面の軸方向欠陥24を検出することができる。
が配置された探触子1Bを用いることにより、スタブ管
21外面の軸方向欠陥24を検出することができる。
【0081】図13,図14に示した発明は、センサの
個数を2個にしてあらゆる深さの周方向欠陥の検出を実
現する第3実施例である。ここで、図13は第3実施例
の装置のブロック図であり、図14は図13のX矢視図
である。
個数を2個にしてあらゆる深さの周方向欠陥の検出を実
現する第3実施例である。ここで、図13は第3実施例
の装置のブロック図であり、図14は図13のX矢視図
である。
【0082】第1実施例と異なる点は探触子及び装置構
成であり、第3実施例のT,S,g(t),h(t)の
波形及び制御アルゴリズムは、図8,図9及び図10と
同じである。
成であり、第3実施例のT,S,g(t),h(t)の
波形及び制御アルゴリズムは、図8,図9及び図10と
同じである。
【0083】第3の実施例では、図13,図14のよう
にCRDハウジング22の軸方向に平行な経路Aで超音
波をギャップGに対して斜めに入射し、スタブ管21の
外面に存在する周方向欠陥23からの反射エコーを受信
する第1のセンサ11と、パルス状正弦波とタイミング
信号Sを出力する関数発生器3と、パルス状正弦波を増
幅し第1のセンサ11に入力する電力増幅器6と、経路
Bに沿って反射されるCRDハウジング22の底面エコ
ーが受信できる位置に配置された第2のセンサ12と、
第2のセンサ12の受信信号を増幅する増幅器7と、第
1のセンサ11の受信信号を増幅する増幅器7aと、A
/D変換器51,51aとメモリ52,52aから構成
される記録装置50と、タイミング信号Sを反転させる
インバータ19と、第1のセンサ11と電力増幅器6,
増幅器7aの接続を切替えるスイッチ8,8aと、関数
発生器3と記録装置50をGPIBケーブル10を介し
て制御するコンピュータ2と、記録媒体5とを備えて構
成される。
にCRDハウジング22の軸方向に平行な経路Aで超音
波をギャップGに対して斜めに入射し、スタブ管21の
外面に存在する周方向欠陥23からの反射エコーを受信
する第1のセンサ11と、パルス状正弦波とタイミング
信号Sを出力する関数発生器3と、パルス状正弦波を増
幅し第1のセンサ11に入力する電力増幅器6と、経路
Bに沿って反射されるCRDハウジング22の底面エコ
ーが受信できる位置に配置された第2のセンサ12と、
第2のセンサ12の受信信号を増幅する増幅器7と、第
1のセンサ11の受信信号を増幅する増幅器7aと、A
/D変換器51,51aとメモリ52,52aから構成
される記録装置50と、タイミング信号Sを反転させる
インバータ19と、第1のセンサ11と電力増幅器6,
増幅器7aの接続を切替えるスイッチ8,8aと、関数
発生器3と記録装置50をGPIBケーブル10を介し
て制御するコンピュータ2と、記録媒体5とを備えて構
成される。
【0084】第1のセンサ11とスイッチ8,8a,ス
イッチ8と電力増幅器6,スイッチ8aと増幅器7a,
第2のセンサ12と増幅器7,電力増幅器6と関数発生
器3,関数発生器3と記録装置50,関数発生器3とス
イッチ8,関数発生器3とインバータ19,インバータ
19とスイッチ8a,増幅器7,7aと記録装置50は
それぞれ同軸ケーブル9で接続されている。
イッチ8と電力増幅器6,スイッチ8aと増幅器7a,
第2のセンサ12と増幅器7,電力増幅器6と関数発生
器3,関数発生器3と記録装置50,関数発生器3とス
イッチ8,関数発生器3とインバータ19,インバータ
19とスイッチ8a,増幅器7,7aと記録装置50は
それぞれ同軸ケーブル9で接続されている。
【0085】また、関数発生器3とコンピュータ2,記
録装置50とコンピュータ2はGPIBケーブル10で接続
されている。
録装置50とコンピュータ2はGPIBケーブル10で接続
されている。
【0086】第3の実施例では、タイミングパルス18
のパルス幅をパルス状正弦波15のパルス幅以上に設定
する。スイッチ8,8aはタイミング信号S,Sがハイ
のときON状態になる。
のパルス幅をパルス状正弦波15のパルス幅以上に設定
する。スイッチ8,8aはタイミング信号S,Sがハイ
のときON状態になる。
【0087】このように、インバータ及びスイッチを用
い、タイミング信号Sを上記のように調整することによ
って、関数発生器がパルス状正弦波を出力しているとき
には第1のセンサ11は電力増幅器と接続され、それ以
外は増幅器7aと接続される。
い、タイミング信号Sを上記のように調整することによ
って、関数発生器がパルス状正弦波を出力しているとき
には第1のセンサ11は電力増幅器と接続され、それ以
外は増幅器7aと接続される。
【0088】上記のような装置構成にすることにより、
2個のセンサから構成される探触子1Cであらゆる深さ
の周方向欠陥の検出可能である。
2個のセンサから構成される探触子1Cであらゆる深さ
の周方向欠陥の検出可能である。
【0089】図15,図16に示した発明は、センサの
個数を2個にしてあらゆる深さの軸方向欠陥の検出を実
現する第4実施例である。ここで、図15は第4実施例
の装置のブロック図であり、図16は図15のX矢視図
である。
個数を2個にしてあらゆる深さの軸方向欠陥の検出を実
現する第4実施例である。ここで、図15は第4実施例
の装置のブロック図であり、図16は図15のX矢視図
である。
【0090】第4実施例のT,S,g(t),h(t)
の波形及び制御アルゴリズムは、図8,図9及び図10
と同じである。
の波形及び制御アルゴリズムは、図8,図9及び図10
と同じである。
【0091】第4実施例では、図15,図16のように
第1のセンサ11は軸方向に垂直な経路AでCRDハウ
ジング22に超音波を入射し、スタブ管21の外面に存
在する軸方向欠陥24からの反射エコーを受信できる位
置に配置され、第2のセンサ12は第1のセンサ11の
周方向に配置されている。
第1のセンサ11は軸方向に垂直な経路AでCRDハウ
ジング22に超音波を入射し、スタブ管21の外面に存
在する軸方向欠陥24からの反射エコーを受信できる位
置に配置され、第2のセンサ12は第1のセンサ11の
周方向に配置されている。
【0092】このように2つのセンサ11,12が配置
された探触子1Dを用いることにより、スタブ管21外
面の軸方向欠陥24を検出することができる。
された探触子1Dを用いることにより、スタブ管21外
面の軸方向欠陥24を検出することができる。
【0093】他は第3実施例と同じである。
【0094】図17,図18に示した発明は、センサの
個数を1個にし、超音波をCRDハウジング22の壁面
に対して垂直に入射する第5実施例である。
個数を1個にし、超音波をCRDハウジング22の壁面
に対して垂直に入射する第5実施例である。
【0095】ここで、図17は第5実施例の装置のブロ
ック図であり、図18は図17のX矢視図である。
ック図であり、図18は図17のX矢視図である。
【0096】第5実施例では、図17,図18のように
CRDハウジング22の壁面に垂直な経路Dで超音波を
入射する第1のセンサ11と、パルス状正弦波とタイミ
ング信号Sを出力する関数発生器3と、パルス状正弦波
を増幅し第1のセンサ11に入力する電力増幅器6と、
第1のセンサ11の受信信号を増幅する増幅器7と、A
/D変換器51とメモリ52から構成される記録装置5
0と、タイミング信号Sを反転させるインバータ19
と、第1のセンサ11と電力増幅器6,増幅器7の接続
を切替えるスイッチ8,8aと、関数発生器3と記録装
置50をGPIBケーブル10を介して制御するコンピ
ュータ2と、記録媒体5とを備えて構成される。
CRDハウジング22の壁面に垂直な経路Dで超音波を
入射する第1のセンサ11と、パルス状正弦波とタイミ
ング信号Sを出力する関数発生器3と、パルス状正弦波
を増幅し第1のセンサ11に入力する電力増幅器6と、
第1のセンサ11の受信信号を増幅する増幅器7と、A
/D変換器51とメモリ52から構成される記録装置5
0と、タイミング信号Sを反転させるインバータ19
と、第1のセンサ11と電力増幅器6,増幅器7の接続
を切替えるスイッチ8,8aと、関数発生器3と記録装
置50をGPIBケーブル10を介して制御するコンピ
ュータ2と、記録媒体5とを備えて構成される。
【0097】第1のセンサ11とスイッチ8,8a,ス
イッチ8と電力増幅器6,スイッチ8aと増幅器7,電
力増幅器6と関数発生器3,増幅器7と記録装置50,
関数発生器3と記録装置50,関数発生器3とインバー
タ19,関数発生器3とスイッチ8,インバータ19と
スイッチ8aはそれぞれ同軸ケーブル9で接続されてい
る。
イッチ8と電力増幅器6,スイッチ8aと増幅器7,電
力増幅器6と関数発生器3,増幅器7と記録装置50,
関数発生器3と記録装置50,関数発生器3とインバー
タ19,関数発生器3とスイッチ8,インバータ19と
スイッチ8aはそれぞれ同軸ケーブル9で接続されてい
る。
【0098】また、関数発生器3とコンピュータ2,記
録装置50とコンピュータ2はGPIBケーブル10で接続
されている。
録装置50とコンピュータ2はGPIBケーブル10で接続
されている。
【0099】図19,図20には、関数発生器3が出力
する出力信号Tとタイミング信号S,増幅器7の出力信
号g(t)を時系列的に示し、第1のセンサに印加する
パルス状正弦波15と、第1のセンサ11が受信するC
RDハウジングの底面エコー16,16aと、欠陥23
から反射される欠陥エコー17が示されている。
する出力信号Tとタイミング信号S,増幅器7の出力信
号g(t)を時系列的に示し、第1のセンサに印加する
パルス状正弦波15と、第1のセンサ11が受信するC
RDハウジングの底面エコー16,16aと、欠陥23
から反射される欠陥エコー17が示されている。
【0100】図21にはコンピュータ2で関数発生器3
と記録装置50をどのように制御し、どのような計算を
行ったかを示す制御アルゴリズムを示す。
と記録装置50をどのように制御し、どのような計算を
行ったかを示す制御アルゴリズムを示す。
【0101】以下に検査手順を示す。
【0102】まず、第1のセンサ11から構成される探
触子1EをCRDハウジング22の内面に配置する。
触子1EをCRDハウジング22の内面に配置する。
【0103】制御プログラム内の変数m,fs,fe,
Δf,SUMの値をプログラム内、あるいはキーボード
などの外部入力装置で設定する。
Δf,SUMの値をプログラム内、あるいはキーボード
などの外部入力装置で設定する。
【0104】関数発生器3はコンピュータ2からGPI
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fsのパルス状正弦波15とタイミングパルス18を同
時に出力し、記録装置50はタイミングパルス18の立
上がりを検出すると信号g(t)をA/D変換器51で
A/D変換して、内蔵メモリ52に記録する。
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fsのパルス状正弦波15とタイミングパルス18を同
時に出力し、記録装置50はタイミングパルス18の立
上がりを検出すると信号g(t)をA/D変換器51で
A/D変換して、内蔵メモリ52に記録する。
【0105】パルス状正弦波15を電力増幅器6で増幅
したのち第1のセンサ11に印加し、CRDハウジング
22に超音波を経路Dに沿って入射する。
したのち第1のセンサ11に印加し、CRDハウジング
22に超音波を経路Dに沿って入射する。
【0106】CRDハウジング22の底面エコー16を
第1のセンサ11で受信する。
第1のセンサ11で受信する。
【0107】受信した底面エコー16を増幅器7で増幅
する。
する。
【0108】増幅した底面エコー16を記録装置50に
入力する。
入力する。
【0109】記録装置50は底面エコー16をA/D変
換器51でA/D変換し、内蔵メモリ52に記憶する。
換器51でA/D変換し、内蔵メモリ52に記憶する。
【0110】コンピュータ2は内蔵メモリ52に記憶さ
れたn個のデータg(tj)(j=1,2,…,n)を
コンピュータ2の内蔵メモリに転送する。
れたn個のデータg(tj)(j=1,2,…,n)を
コンピュータ2の内蔵メモリに転送する。
【0111】コンピュータ2でデータg(tj)(j=
1,2,…,m)の絶対値を加算する。
1,2,…,m)の絶対値を加算する。
【0112】ただし、データg(tj)(j=1,2,
…,m)は底面エコー16以後の波形データは含まな
い。
…,m)は底面エコー16以後の波形データは含まな
い。
【0113】加算した値がSUMより小さい場合は、加
算した値をSUMに代入し、その時の正弦波周波数をf
min に代入する。
算した値をSUMに代入し、その時の正弦波周波数をf
min に代入する。
【0114】再度、関数発生器3はコンピュータ2から
GPIBケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波
周波数fs+Δfのパルス状正弦波15とタイミングパ
ルスSを同時に出力し、同様な信号処理及び計算を行
う。
GPIBケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波
周波数fs+Δfのパルス状正弦波15とタイミングパ
ルスSを同時に出力し、同様な信号処理及び計算を行
う。
【0115】このように正弦波周波数をfs,fs+Δ
f,fs+2Δf,…,feと増加させていくことによ
って、データg(tj)(j=1,2,…,m)の絶対
値の加算値が最小となるときの周波数fmin が求まる。
f,fs+2Δf,…,feと増加させていくことによ
って、データg(tj)(j=1,2,…,m)の絶対
値の加算値が最小となるときの周波数fmin が求まる。
【0116】加算値が最小となる時、図19の底面エコ
ー16は図20の底面エコー16aのように変化する。
ー16は図20の底面エコー16aのように変化する。
【0117】つまり、ここで求まったfmin は超音波が
ギャップを通過するときの周波数である。
ギャップを通過するときの周波数である。
【0118】関数発生器3はコンピュータ2からGPI
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fmin のパルス状正弦波15aとタイミングパルス18
を出力する。
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fmin のパルス状正弦波15aとタイミングパルス18
を出力する。
【0119】このパルス状正弦波15aはギャップを通
過することができ、欠陥エコー17は第1のセンサ11
で受信され、図20のように信号g(t)に欠陥エコー
17が現われる。
過することができ、欠陥エコー17は第1のセンサ11
で受信され、図20のように信号g(t)に欠陥エコー
17が現われる。
【0120】コンピュータ2は内蔵メモリ52に記憶さ
れたn個のデータg(tj)(j=1,2,…,n)を
コンピュータ2の内蔵メモリに転送する。
れたn個のデータg(tj)(j=1,2,…,n)を
コンピュータ2の内蔵メモリに転送する。
【0121】コンピュータ2はデータg(tj)(j=
1,2,…,n)をフロッピディスクなどの記録媒体5
に記録する。
1,2,…,n)をフロッピディスクなどの記録媒体5
に記録する。
【0122】このデータg(tj)(j=1,2,…,
n)から欠陥エコー17を識別する。
n)から欠陥エコー17を識別する。
【0123】図22,図23に示した発明は、第6実施
例である。
例である。
【0124】ここで、図22は第6実施例の装置のブロ
ック図であり、図23は図22のX矢視図である。
ック図であり、図23は図22のX矢視図である。
【0125】第1実施例と異なる点は装置構成であり、
制御アルゴリズムは第1実施例と同じであり図10に示
した。
制御アルゴリズムは第1実施例と同じであり図10に示
した。
【0126】第6実施例では、第1実施例の増幅器7と
記録装置50の間に検波器60を接続した。
記録装置50の間に検波器60を接続した。
【0127】この検波器を接続することにより、図8,
図9の底面エコー16,16aは図24,図25のよう
に変化する。
図9の底面エコー16,16aは図24,図25のよう
に変化する。
【0128】このように底面エコーを検波することによ
り、SUMの値がパルス状正弦波15の周波数によって
変化しにくくなり、fmin を正確に求めることができ
る。図26,図27に本発明の第7実施例を示す。
り、SUMの値がパルス状正弦波15の周波数によって
変化しにくくなり、fmin を正確に求めることができ
る。図26,図27に本発明の第7実施例を示す。
【0129】ここで、図26は第7実施例の装置のブロ
ック図であり、図27は図26のX矢視図である。
ック図であり、図27は図26のX矢視図である。
【0130】第1実施例と異なる点は装置構成と制御ア
ルゴリズムであり、制御アルゴリズムは図28に示し
た。
ルゴリズムであり、制御アルゴリズムは図28に示し
た。
【0131】第7実施例のT,S,g(t),h(t)
の波形は図10と同じである。
の波形は図10と同じである。
【0132】第7実施例では、CRDハウジング22に
経路Aで超音波をギャップGに対して斜めに入射する第
1のセンサ11と、パルス状正弦波を出力する関数発生
器3と、パルス状正弦波を増幅し第1のセンサ11に入
力する電力増幅器6と、経路Bに沿って反射されるCR
Dハウジング22の底面エコーが受信できる位置に配置
された第2のセンサ12と、第2のセンサ12の受信信
号を増幅する増幅器7と、スタブ管21の底面にある周
方向欠陥23から経路Cに沿って反射されるエコーが受
信できる位置、つまり第1のセンサ11の周方向に配置
された第3のセンサ13と、第3のセンサ13の受信信
号を増幅する増幅器7aと、A/D変換器51とメモリ
52から構成される記録装置50と、電圧Vと増幅器7
の出力波形g(t)を比較してg(t)が電圧Vより大
きい場合にはTTLレベルの電圧を発生するコンパレー
タ55と、コンパレータ55の出力するTTLレベルの
電圧の立上がりまたは立下がりの数をカウントするカウ
ンタ39と、関数発生器3と記録装置50をGPIBケ
ーブル10を介して制御するコンピュータ2と、記録媒
体5とを備えて構成される。
経路Aで超音波をギャップGに対して斜めに入射する第
1のセンサ11と、パルス状正弦波を出力する関数発生
器3と、パルス状正弦波を増幅し第1のセンサ11に入
力する電力増幅器6と、経路Bに沿って反射されるCR
Dハウジング22の底面エコーが受信できる位置に配置
された第2のセンサ12と、第2のセンサ12の受信信
号を増幅する増幅器7と、スタブ管21の底面にある周
方向欠陥23から経路Cに沿って反射されるエコーが受
信できる位置、つまり第1のセンサ11の周方向に配置
された第3のセンサ13と、第3のセンサ13の受信信
号を増幅する増幅器7aと、A/D変換器51とメモリ
52から構成される記録装置50と、電圧Vと増幅器7
の出力波形g(t)を比較してg(t)が電圧Vより大
きい場合にはTTLレベルの電圧を発生するコンパレー
タ55と、コンパレータ55の出力するTTLレベルの
電圧の立上がりまたは立下がりの数をカウントするカウ
ンタ39と、関数発生器3と記録装置50をGPIBケ
ーブル10を介して制御するコンピュータ2と、記録媒
体5とを備えて構成される。
【0133】第1のセンサ11と電力増幅器6,第2の
センサ12と増幅器7,第3のセンサ13と増幅器7
a,電力増幅器6と関数発生器3,増幅器7とコンパレ
ータ55,増幅器7aと記録装置50,コンパレータ5
5とカウンタ39はそれぞれ同軸ケーブル9で接続され
ている。
センサ12と増幅器7,第3のセンサ13と増幅器7
a,電力増幅器6と関数発生器3,増幅器7とコンパレ
ータ55,増幅器7aと記録装置50,コンパレータ5
5とカウンタ39はそれぞれ同軸ケーブル9で接続され
ている。
【0134】また、関数発生器3とコンピューター2,
記録装置50とコンピューター2はGPIBケーブル1
0で接続されている。
記録装置50とコンピューター2はGPIBケーブル1
0で接続されている。
【0135】コンピューター2はGPIBインターフェ
ースがあるものを用いる。
ースがあるものを用いる。
【0136】以下図28により検査手順を説明する。
【0137】まず、第1,第2,第3のセンサから構成
される探触子1AをCRDハウジング22の内面に配置
する。
される探触子1AをCRDハウジング22の内面に配置
する。
【0138】制御プログラム内の変数fs,fe,Δ
f,SUMの値をプログラム内、あるいはキーボードな
どの外部入力装置で設定する。
f,SUMの値をプログラム内、あるいはキーボードな
どの外部入力装置で設定する。
【0139】ただし、本実施例では、パルス状正弦波1
5の正弦波周波数をfsからfeまで掃引したとき、パ
ルス内に3周期以上の正弦波が存在するように、パルス
幅を調整する。
5の正弦波周波数をfsからfeまで掃引したとき、パ
ルス内に3周期以上の正弦波が存在するように、パルス
幅を調整する。
【0140】カウンタ39の値をリセットする。
【0141】カウンタ39の比較電圧Vは底面エコー1
6のピーク値より小さい値に設定する。
6のピーク値より小さい値に設定する。
【0142】関数発生器3はコンピュータ2からGPI
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fsのパルス状正弦波15とタイミングパルス18を同
時に出力し、記録装置50はタイミングパルス18の立
上がりを検出すると信号h(t)をA/D変換器51で
A/D変換して、内蔵メモリ52に記録する。
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fsのパルス状正弦波15とタイミングパルス18を同
時に出力し、記録装置50はタイミングパルス18の立
上がりを検出すると信号h(t)をA/D変換器51で
A/D変換して、内蔵メモリ52に記録する。
【0143】パルス状正弦波15を電力増幅器6で増幅
したのち第1のセンサ11に印加し、CRDハウジング
22に超音波を経路Aに沿って入射する。
したのち第1のセンサ11に印加し、CRDハウジング
22に超音波を経路Aに沿って入射する。
【0144】CRDハウジング22の底面エコー16を
第2のセンサ12で受信する。
第2のセンサ12で受信する。
【0145】受信した底面エコー16を増幅器7で増幅
する。
する。
【0146】コンパレータ55は電圧Vと底面エコー1
6を比較し、底面エコー16が電圧Vより大きい場合に
はTTLレベルの電圧を発生する。
6を比較し、底面エコー16が電圧Vより大きい場合に
はTTLレベルの電圧を発生する。
【0147】カウンタ39はコンパレータが出力するT
TLレベルの電圧の立上がり又は立下がりの数をカウン
トする。
TLレベルの電圧の立上がり又は立下がりの数をカウン
トする。
【0148】カウンタの値をコンピュータ2の内蔵メモ
リに転送する。
リに転送する。
【0149】カウンタの値がSUMより小さい場合は、
カウンタの値をSUMに代入し、その時の正弦波周波数
をfmin に代入する。
カウンタの値をSUMに代入し、その時の正弦波周波数
をfmin に代入する。
【0150】再度、関数発生器3はコンピュータ2から
GPIBケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波
周波数fs+Δfのパルス状正弦波15とタイミング信
号Sを同時に出力し、同様な信号処理及び計算を行う。
GPIBケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波
周波数fs+Δfのパルス状正弦波15とタイミング信
号Sを同時に出力し、同様な信号処理及び計算を行う。
【0151】このように正弦波周波数をfs,fs+Δ
f,fs+2Δf,…,feと増加させていくことによ
って、カウンタの値が最小となるときの周波数fmin が
求まる。
f,fs+2Δf,…,feと増加させていくことによ
って、カウンタの値が最小となるときの周波数fmin が
求まる。
【0152】カウンタ値が最小となる時、図8の底面エ
コー16は図9の底面エコー16aのように変化する。
コー16は図9の底面エコー16aのように変化する。
【0153】つまり、ここで求まったfmin は超音波が
ギャップを通過するときの周波数である。
ギャップを通過するときの周波数である。
【0154】関数発生器3はコンピュータ2からGPI
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fmin のパルス状正弦波15aとタイミングパルス18
を出力する。
Bケーブル10を通して指令を受け取り、正弦波周波数
fmin のパルス状正弦波15aとタイミングパルス18
を出力する。
【0155】このパルス状正弦波15aはギャップを通
過することができ、欠陥エコー17は第3のセンサ13
で受信され、図9のように信号h(t)に欠陥エコー1
7が現われる。
過することができ、欠陥エコー17は第3のセンサ13
で受信され、図9のように信号h(t)に欠陥エコー1
7が現われる。
【0156】コンピュータ2は内蔵メモリ52に記憶さ
れたn個のデータh(tj)(j=1,2,…,n)を
コンピュータ2の内蔵メモリに転送する。
れたn個のデータh(tj)(j=1,2,…,n)を
コンピュータ2の内蔵メモリに転送する。
【0157】コンピュータ2はデータh(tj)(j=
1,2,…,n)をフロッピディスクなどの記録媒体5
に記録する。
1,2,…,n)をフロッピディスクなどの記録媒体5
に記録する。
【0158】このデータh(tj)(j=1,2,…,
n)から欠陥エコー17を識別する。
n)から欠陥エコー17を識別する。
【0159】図29,図30に示した発明は、第8実施
例である。
例である。
【0160】ここで、図29は第8実施例の装置のブロ
ック図であり、図30は図29のX矢視図である。
ック図であり、図30は図29のX矢視図である。
【0161】第7実施例と異なる点は装置構成及び制御
アルゴリズムであり、信号T,S,g(t),h(t)
は図24,図25と同様である。
アルゴリズムであり、信号T,S,g(t),h(t)
は図24,図25と同様である。
【0162】制御アルゴリズムは図31に示す。
【0163】第8実施例では、第7実施例の増幅器7と
コンパレータ55の間に検波器60を接続した。
コンパレータ55の間に検波器60を接続した。
【0164】この検波器を接続することにより、図8,
図9の底面エコー16,16aは図24,図25のよう
に変化する。
図9の底面エコー16,16aは図24,図25のよう
に変化する。
【0165】このように検波器を用いることにより、カ
ウンタの値がパルス状正弦波15の周波数によって変化
しなくなり、パルス状正弦波15がギャップGを通過し
ないときにはカウンタの値は1で、通過するときにはカ
ウンタの値は2となる。
ウンタの値がパルス状正弦波15の周波数によって変化
しなくなり、パルス状正弦波15がギャップGを通過し
ないときにはカウンタの値は1で、通過するときにはカ
ウンタの値は2となる。
【0166】図31の制御アルゴリズムのように処理す
ることにより、欠陥エコー17が含まれた波形h(t
j)(j=1,2,…,n)を記録媒体5に記録するこ
とができる。
ることにより、欠陥エコー17が含まれた波形h(t
j)(j=1,2,…,n)を記録媒体5に記録するこ
とができる。
【0167】図32に本発明の第9の実施例を示す。
【0168】第9の実施例は、第2または第3の実施例
に、探触子1の走査装置を追加したものである。
に、探触子1の走査装置を追加したものである。
【0169】探触子1の走査装置は、探触子支持部3
0,シャフト31,周方向駆動用エンコーダ付モータ3
2A,軸方向駆動用エンコーダ付モータ32Bから構成
される走査機構33と、D/A変換器38,サーボドラ
イバ37,カウンタ39から構成される走査機構制御部
70を備えて構成される。
0,シャフト31,周方向駆動用エンコーダ付モータ3
2A,軸方向駆動用エンコーダ付モータ32Bから構成
される走査機構33と、D/A変換器38,サーボドラ
イバ37,カウンタ39から構成される走査機構制御部
70を備えて構成される。
【0170】探触子1は探触子支持部30に取り付けら
れている。
れている。
【0171】図33には、コンピュータ2で関数発生器
3,記録装置50,走査機構制御部70をどのように制
御し、どのような計算を行ったかを示す制御アルゴリズ
ムを示す。
3,記録装置50,走査機構制御部70をどのように制
御し、どのような計算を行ったかを示す制御アルゴリズ
ムを示す。
【0172】以下に検査手順を示す。
【0173】コンピュータ2から走査機構制御部70に
指令を送信し、探触子1を検査部位に走査機構33で走
査する。
指令を送信し、探触子1を検査部位に走査機構33で走
査する。
【0174】第1実施例と同じアルゴリズムでh(t
j)を記録媒体5に記録する。
j)を記録媒体5に記録する。
【0175】他の検査部位に探触子1を走査し、同様に
h(tj)を記録媒体5に記録する。
h(tj)を記録媒体5に記録する。
【0176】このように探触子1をCRDハウジング2
2内で走査することにより、スタブ管のあらゆる位置を
検査することが可能である。
2内で走査することにより、スタブ管のあらゆる位置を
検査することが可能である。
【0177】また、走査機構33に管内を走行できるよ
うな機構を取り付けてもよい。探触子1A,1Bを探触
子支持部30に取り付ける場合はスイッチ8は不要にな
る。さらに、探触子1Aと1B,探触子1Cと1Dを組
み合わせて走査機構33に取り付けることでスタブ管の
周軸両方向の欠陥が検出可能になる。
うな機構を取り付けてもよい。探触子1A,1Bを探触
子支持部30に取り付ける場合はスイッチ8は不要にな
る。さらに、探触子1Aと1B,探触子1Cと1Dを組
み合わせて走査機構33に取り付けることでスタブ管の
周軸両方向の欠陥が検出可能になる。
【0178】図34に本発明の第10実施例を示す。
【0179】第10実施例は、第9実施例に、検査部デ
ータ記録部40を追加したものである。
ータ記録部40を追加したものである。
【0180】スタブ管21に発生する欠陥は図34記載
の溶接部25,26付近の熱影響部に発生しやすい。
の溶接部25,26付近の熱影響部に発生しやすい。
【0181】よって、探触子1を溶接部25,26の溶
接線に沿って走査すると効率良くスタブ管21を検査す
ることが可能になる。
接線に沿って走査すると効率良くスタブ管21を検査す
ることが可能になる。
【0182】しかし、溶接部26の形状はスタブ管21
が圧力容器20に配置されている位置で異なっている。
が圧力容器20に配置されている位置で異なっている。
【0183】したがって、圧力容器20に溶接されてい
るすべてのスタブ管21の溶接部26の位置や形状のデ
ータを検査部データ記録部に入力しておき、そのデータ
を元に探触子1を溶接部26の溶接線に沿って走査すれ
ば効率良くすべてのスタブ管21を検査することが可能
になる。
るすべてのスタブ管21の溶接部26の位置や形状のデ
ータを検査部データ記録部に入力しておき、そのデータ
を元に探触子1を溶接部26の溶接線に沿って走査すれ
ば効率良くすべてのスタブ管21を検査することが可能
になる。
【0184】図36に本発明の第11実施例を示す。
【0185】第1〜11実施例はスタブ管21の検査に
関する実施例であるが、探触子1C,1D,1Eを図3
6に示した位置に配置することにより圧力容器20の下
鏡部の欠陥23aを検出することも可能である。
関する実施例であるが、探触子1C,1D,1Eを図3
6に示した位置に配置することにより圧力容器20の下
鏡部の欠陥23aを検出することも可能である。
【0186】この他の構成は第9実施例と同じであるの
で説明は省略する。
で説明は省略する。
【0187】以上の実施例で用いるギャップ内の媒質に
ついて記述する。
ついて記述する。
【0188】図4のギャップG内の媒質は通常空気であ
るが、ギャップ内の媒質が空気,ヘリウム,水の場合の
通過周波数を数3より求め、その一例を表1に示す。
るが、ギャップ内の媒質が空気,ヘリウム,水の場合の
通過周波数を数3より求め、その一例を表1に示す。
【0189】ただし、空気,ヘリウム,水での音速をそ
れぞれ340,1000,1480m/sと仮定した。
れぞれ340,1000,1480m/sと仮定した。
【0190】
【表1】
【0191】また、図37の実験装置を用いて、ギャッ
プ内媒質が空気,ヘリウム,水の場合の通過率を測定し
た結果を表2に示す。
プ内媒質が空気,ヘリウム,水の場合の通過率を測定し
た結果を表2に示す。
【0192】ただし、ギャップ幅は0.11mm とした。
【0193】
【表2】
【0194】表2よりギャップ内媒質が気体の場合、超
音波の通過率が小さく、ギャップを往復する超音波は−
140dB減衰し、ギャップより先にある欠陥あるいは
構造物からの反射エコーは検出困難である。
音波の通過率が小さく、ギャップを往復する超音波は−
140dB減衰し、ギャップより先にある欠陥あるいは
構造物からの反射エコーは検出困難である。
【0195】したがって、ギャップ内媒質は水,アルコ
ール,グリセリン,オイル等の液体、あるいは固体を用
いる必要がある。
ール,グリセリン,オイル等の液体、あるいは固体を用
いる必要がある。
【0196】ギャップ内に液体を封入する場合、ギャッ
プ内の空気を吸引してギャップ内を真空に近い状態にす
れば、容易にギャップ内に液体を充填することが可能で
ある。
プ内の空気を吸引してギャップ内を真空に近い状態にす
れば、容易にギャップ内に液体を充填することが可能で
ある。
【0197】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、音響インピー
ダンスの異なる多層構造体の深層部への超音波の送受信
が効率良く行え、多層構造体の深層部の探傷が確実に成
せるという効果が得られる。
ダンスの異なる多層構造体の深層部への超音波の送受信
が効率良く行え、多層構造体の深層部の探傷が確実に成
せるという効果が得られる。
【0198】請求項2の発明によれば、超音波を複数の
センサで送受信して音響インピーダンスの異なる多層構
造体の深層部への超音波の送受信が効率良く行え、多層
構造体の深層部の探傷が確実に成せるという効果が得ら
れる。
センサで送受信して音響インピーダンスの異なる多層構
造体の深層部への超音波の送受信が効率良く行え、多層
構造体の深層部の探傷が確実に成せるという効果が得ら
れる。
【0199】請求項3の発明によれば、複数の超音波の
センサを切替えて使用することにより、少ないセンサ個
数で音響インピーダンスの異なる多層構造体の深層部へ
の超音波の送受信が効率良く行え、多層構造体の深層部
の探傷が確実に成せるという効果が得られる。
センサを切替えて使用することにより、少ないセンサ個
数で音響インピーダンスの異なる多層構造体の深層部へ
の超音波の送受信が効率良く行え、多層構造体の深層部
の探傷が確実に成せるという効果が得られる。
【0200】請求項4の発明によれば、1個の超音波の
センサで音響インピーダンスの異なる多層構造体の深層
部への超音波の送受信が効率良く行える効果が得られ
る。
センサで音響インピーダンスの異なる多層構造体の深層
部への超音波の送受信が効率良く行える効果が得られ
る。
【0201】
【0202】請求項5の発明によれば、請求項2から請
求項4までのいずれか一項の発明による効果に加えて、
全センサを同時に扱えるから超音波送受信が容易に行え
る効果が得られる。
求項4までのいずれか一項の発明による効果に加えて、
全センサを同時に扱えるから超音波送受信が容易に行え
る効果が得られる。
【0203】請求項6の発明によれば、請求項1から請
求項4までのいずれか一項の発明による効果に加えて、
媒質を超音波の透過率のよい液体にして超音波エネルギ
ーの減衰を極力抑制できる効果が得られる。
求項4までのいずれか一項の発明による効果に加えて、
媒質を超音波の透過率のよい液体にして超音波エネルギ
ーの減衰を極力抑制できる効果が得られる。
【0204】請求項7の発明によれば、請求項6の発明
による効果を水を使用して容易に達成できるという効果
が得られる。
による効果を水を使用して容易に達成できるという効果
が得られる。
【0205】請求項8の発明によれば、請求項1から請
求項4までのいずれか一項の発明による効果に加えて、
音響インピーダンスの異なる多層構造体の深層部への超
音波の送受信が効率良く行える超音波の周波数設定が容
易に成せるという効果が得られる。
求項4までのいずれか一項の発明による効果に加えて、
音響インピーダンスの異なる多層構造体の深層部への超
音波の送受信が効率良く行える超音波の周波数設定が容
易に成せるという効果が得られる。
【0206】請求項9の発明によれば、音響インピーダ
ンスの異なる多層構造体の深層部への超音波の送受信が
効率良く行え、多層構造体の深層部の探傷が確実に成せ
る超音波探傷方法が提供できるという効果が得られる。
ンスの異なる多層構造体の深層部への超音波の送受信が
効率良く行え、多層構造体の深層部の探傷が確実に成せ
る超音波探傷方法が提供できるという効果が得られる。
【図1】本発明の第1実施例を示す超音波探傷装置の全
体構成図である。
体構成図である。
【図2】図1のX矢視図である。
【図3】BWRの炉心断面図である。
【図4】図3のY部の拡大図で、従来技術の検査部位の
概略図である。
概略図である。
【図5】従来技術の検査に使用する超音波波形を示した
図である。
図である。
【図6】従来技術の検査に使用する超音波波形のスペク
トルを示した図である。
トルを示した図である。
【図7】超音波の干渉原理を示す図である。
【図8】超音波がギャップを通過しないときの、第1実
施例の信号T,S,g(t),h(t)の波形図であ
る。
施例の信号T,S,g(t),h(t)の波形図であ
る。
【図9】超音波がギャップを通過したときの、第1実施
例の信号T,S,g(t),h(t)の波形図である。
例の信号T,S,g(t),h(t)の波形図である。
【図10】第1実施例の制御アルゴリズムである。
【図11】本発明の第2実施例による超音波探傷装置の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図12】図11のX矢視図である。
【図13】本発明の第3実施例による超音波探傷装置の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図14】図13のX矢視図である。
【図15】本発明の第4実施例による超音波探傷装置の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図16】図15のX矢視図である。
【図17】本発明の第5実施例による超音波探傷装置の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図18】図17のX矢視図である。
【図19】超音波がギャップを通過しないときの、第5
実施例の信号T,S,g(t)の波形図である。
実施例の信号T,S,g(t)の波形図である。
【図20】超音波がギャップを通過したときの、第5実
施例の信号T,S,g(t)の波形図である。
施例の信号T,S,g(t)の波形図である。
【図21】第5実施例の制御アルゴリズムである。
【図22】本発明の第6実施例による超音波探傷装置の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図23】図22のX矢視図である。
【図24】超音波がギャップを通過しないときの、第6
実施例の信号T,S,g(t),h(t)の波形図であ
る。
実施例の信号T,S,g(t),h(t)の波形図であ
る。
【図25】超音波がギャップを通過したときの、第6実
施例の信号T,S,g(t),h(t)の波形図であ
る。
施例の信号T,S,g(t),h(t)の波形図であ
る。
【図26】本発明の第7実施例による超音波探傷装置の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図27】図26のX矢視図である。
【図28】第7実施例の制御アルゴリズムである。
【図29】本発明の第8実施例による超音波探傷装置の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図30】図29のX矢視図である。
【図31】第8実施例の制御アルゴリズムである。
【図32】本発明の第9実施例による超音波探傷装置の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図33】第9実施例の制御アルゴリズムである。
【図34】本発明の第10実施例による超音波探傷装置
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図35】第10実施例の制御アルゴリズムである。
【図36】本発明の第11実施例による超音波探傷装置
の全体構成図である。
の全体構成図である。
【図37】本発明の実施例のもととなるデータを得た実
験装置の概略図である。
験装置の概略図である。
1…探触子、1A…周方向欠陥検出用探触子(3センサ
型)、1B…軸方向欠陥検出用探触子(3センサ型)、
1C…周方向欠陥検出用探触子(2センサ型)、1D…
軸方向欠陥検出用探触子(2センサ型)、1E…1セン
サ型探触子、2…コンピュータ、3…関数発生器、5…
記録媒体、6…電力増幅器、7,7a…増幅器、9…同
軸ケーブル、10…GPIBケーブル、11…第1のセ
ンサ、12…第2のセンサ、13…第3のセンサ、15
…パルス状正弦波、16,16a…CRDハウジングの底
面エコー、17…欠陥エコー、18…タイミングパル
ス、20…圧力容器、21…スタブ管、22…CRDハ
ウジング、23…周方向欠陥、24…軸方向欠陥、25
a…スタブ管とCRDハウジングとの溶接部、25…圧
力容器とスタブ管との溶接部、50…記録装置、51,
51a…A/D変換器、52,52a…メモリ、A,
B,C…超音波の伝播経路、G…ギャップ、T…送信信
号、S…タイミング信号、g(t),h(t)…受信信
号。
型)、1B…軸方向欠陥検出用探触子(3センサ型)、
1C…周方向欠陥検出用探触子(2センサ型)、1D…
軸方向欠陥検出用探触子(2センサ型)、1E…1セン
サ型探触子、2…コンピュータ、3…関数発生器、5…
記録媒体、6…電力増幅器、7,7a…増幅器、9…同
軸ケーブル、10…GPIBケーブル、11…第1のセ
ンサ、12…第2のセンサ、13…第3のセンサ、15
…パルス状正弦波、16,16a…CRDハウジングの底
面エコー、17…欠陥エコー、18…タイミングパル
ス、20…圧力容器、21…スタブ管、22…CRDハ
ウジング、23…周方向欠陥、24…軸方向欠陥、25
a…スタブ管とCRDハウジングとの溶接部、25…圧
力容器とスタブ管との溶接部、50…記録装置、51,
51a…A/D変換器、52,52a…メモリ、A,
B,C…超音波の伝播経路、G…ギャップ、T…送信信
号、S…タイミング信号、g(t),h(t)…受信信
号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古賀 和則 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社 日立製作所 エネルギー研究 所内 (72)発明者 高橋 文信 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社 日立製作所 エネルギー研究 所内 (72)発明者 阿波村 宣夫 広島県呉市宝町6番9号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (56)参考文献 特開 平4−344458(JP,A) 特開 平6−201658(JP,A) 特開 平6−341823(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 29/00 - 29/28
Claims (9)
- 【請求項1】隣接層と音響インピーダンスが異なる媒質
が中間層に存在する前記中間層を含んで三層以上の多層
構造体に対して音響的に接続される超音波の送信手段
と、 前記中間層よりも前記送信手段側に存在する第1の層の
前記中間層に接する境界面の表面エコーを受信する位置
で前記多層構造体に対して音響的に接続される超音波の
第1の受信手段と、 前記中間層を挾んで前記送信手段側から遠方の方に存在
する第2の層内からのエコーを受信する位置で前記多層
構造体に対して音響的に接続される超音波の第2の受信
手段と、 前記送信手段に印加するパルス状正弦波を出力する関数
発生器と、 前記関数発生器の出力するパルス状正弦波の正弦波周波
数を変化させる周波数制御手段と、 前記表面エコーの超音波の受信手段の出力に基づく信号
の強度を検出する強度検出手段と、 第2の層内からのエコーを受信する超音波の第2の受信
手段の出力に基づく信号を記録又は表示する手段と、 を備えた多層構造体の検査のための超音波探傷装置。 - 【請求項2】隣接層と音響インピーダンスが異なる媒質
が中間層に存在する前記中間層を含んで三層以上の多層
構造体に対して超音波を斜めに送信するように配置され
た第1のセンサと、 前記第1のセンサに印加するパルス状正弦波を出力する
関数発生器と、 前記関数発生器の出力を増幅する電力増幅器と、 前記関数発生器の出力するパルス状正弦波の正弦波周波
数を変化させる周波数制御手段と、 前記中間層よりも前記第1センサ側に存在する第1の層
の前記中間層に接する境界面の表面エコーを受信するよ
うに配置された第2のセンサと、 前記第2のセンサが受信した表面エコーの信号を増幅す
る第1の増幅器と、 前記第1の増幅器の出力に基づく信号の強度を検出する
強度検出手段と、 前記中間層を挾んで前記第1のセンサから遠方の方に存
在する第2の層内からのエコーを受信するように配置さ
れた第3のセンサと、 第3のセンサが受信したエコーの信号を増幅する第2の
増幅器と、 第2の増幅器の出力に基づく信号を記録又は表示する手
段と、 を備えた多層構造体の検査のための超音波探傷装置。 - 【請求項3】隣接層と音響インピーダンスが異なる媒質
が中間層に存在する前記中間層を含んで三層以上の多層
構造体に対して超音波を斜めに送信して前記中間層を挾
んで前記送信の元側から遠方の方に存在する第2の層内
からのエコーを受信するように配置された第1のセンサ
と、 前記第1のセンサに印加するパルス状正弦波を出力する
関数発生器と、 前記関数発生器の出力を増幅する電力増幅器と、 前記関数発生器の出力するパルス状正弦波の正弦波周波
数を変化させる周波数制御手段と、 前記第1のセンサが受信したエコーの信号を増幅する第
2の増幅器と、 前記第1のセンサに対して前記電力増幅器と前記第2の
増幅器とを切替えて接続する切替手段と、 前記中間層よりも前記第1センサ側に存在する第1の層
の前記中間層に接する境界面の表面エコーを受信するよ
うに配置された第2のセンサと、 前記第2のセンサが受信した表面エコーの信号を増幅す
る第1の増幅器と、 前記第1の増幅器からの出力に基づく信号の強度を検出
する強度検出手段と、 第2の増幅器の出力に基づく信号を記録又は表示する手
段と、 を備えた多層構造体の検査のための超音波探傷装置。 - 【請求項4】隣接層と音響インピーダンスが異なる媒質
が中間層に存在する前記中間層を含んで三層以上の多層
構造体に対して超音波を前記層の厚み方向に垂直に送信
して前記中間層よりも前記送信の元側に存在する第1の
層の前記中間層に接する境界面の表面エコーと前記中間
層を挾んで前記送信の元側から遠方の方に存在する第2
の層内からのエコーを受信するように配置された第1の
センサと、 前記第1のセンサに印加するパルス状正弦波を出力する
関数発生器と、 前記関数発生器の出力を増幅する電力増幅器と、 前記関数発生器の出力するパルス状正弦波の正弦波周波
数を変化させる周波数制御手段と、 前記第1のセンサが受信した表面エコーの信号を増幅す
る第1の増幅器と、 前記第1の増幅器の出力に基づく信号の強度を検出する
強度検出手段と、 前記第1のセンサが受信した表面エコー以外のエコーの
信号を増幅する第2の増幅器と、 前記第1のセンサに対して前記電力増幅器と前記第1の
増幅器と前記第2の増幅器との接続を切替える切替手段
と、 第2の増幅器の出力に基づく信号を記録又は表示する手
段と、 を備えた多層構造体の検査のための超音波探傷装置。 - 【請求項5】請求項2から請求項4までのいずれか一項
において、全センサが同一のシューに組み込まれている
ことを特徴とする多層構造体の検査のための超音波探傷
装置。 - 【請求項6】請求項1から請求項4までのいずれか一項
において、媒質が液体であることを特徴とする多層構造
体の検査のための超音波探傷装置。 - 【請求項7】請求項1から請求項4までのいずれか一項
において、媒質が水であることを特徴とする多層構造体
の検査のための超音波探傷装置。 - 【請求項8】請求項1から請求項4までのいずれか一項
において、強度検出手段の最低強度検出時の正弦波周波
数を判定する判定手段と、前記判定手段からの判定結果
を受けて前記検出時の正弦波周波数に関数発生器の出力
周波数を合わせる制御手段とを備えたことを特徴とする
多層構造体の検査のための超音波探傷装置。 - 【請求項9】第1の層と第2の層とで前記両層とは音響
インピーダンスが異なる中間層を挾んだ多層構造体に前
記第1の層から超音波の周波数を変えながら送信して前
記第1の層と前記中間層との境界面からの表面エコーを
前記周波数を変えるたびに受信して、前記表面エコーの
受信強度を検出し、その受信強度の検出結果が最低レベ
ルになった状況での前記周波数による超音波を多層構造
体に送信した際の前記第2の層内からのエコーを検査結
果として受信し、前記検査結果を記録又は表示する多層
構造体の検査のための超音波探傷方法。
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