JP5195076B2 - Ultrasonic measuring device and ultrasonic measuring method - Google Patents
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Description
本発明は超音波を被検査対象に対して送信し、被検査対象を透過、または被検査対象にて反射した信号をS/N(信号対ノイズ比)良く得る超音波計測装置及び超音波計測方法に関する。 The present invention transmits an ultrasonic wave to an object to be inspected, and obtains a signal transmitted through the object to be inspected or reflected by the object to be inspected with a good S / N (signal-to-noise ratio) and ultrasonic measurement Regarding the method.
鉄鋼製品(棒、板、管など)内部の欠陥検出や、肉厚の測定には超音波計測法が使われている。これら超音波計測法では、飛来電気ノイズや音響結合に水を用いた際の材料に付着した水や局部水浸部内の気泡からのエコーなどによるS/Nの低下がボトルネックとなってくる。 Ultrasonic measurement is used to detect defects inside steel products (bars, plates, pipes, etc.) and to measure wall thickness. In these ultrasonic measurement methods, a drop in S / N due to flying electric noise, water adhering to a material when water is used for acoustic coupling, or echoes from bubbles in a local water immersion part becomes a bottleneck.
信号線のシールドアース強化や、水カップリングの安定化といった対策は不可欠ではあるが、さらに信号処理によってノイズを低減することを狙い、同期加算平均処理が広く使われている。 Although measures such as strengthening the shield ground of the signal line and stabilizing the water coupling are indispensable, synchronous addition averaging is widely used to further reduce noise by signal processing.
同期加算平均処理は、超音波が繰り返し送受信されることを利用する。繰り返し受信する信号では、同じ反射体からの反射エコー信号あるいは伝播経路が同じ被検体の透過信号では信号の位相は揃っているが、ノイズ成分の位相は揃っていない。
そこで、取得した信号を加算平均すると、位相が揃わないノイズはキャンセルされて、同じ反射体からの反射エコーおよび被検体を透過した透過信号のみが残ることになり、S/Nが改善されることになる。パルス的に混入するノイズに対しては加算平均回数Nに対して20log(1/N)dBだけS/Nが改善され、粒径散乱などに対するノイズに対しては20log(1/√N)dBのS/N改善が見込まれることが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
Therefore, when the acquired signals are averaged, the noise whose phase is not aligned is canceled, and only the reflected echo from the same reflector and the transmitted signal that has passed through the subject remain, and the S / N is improved. become. For noise mixed in pulses, the S / N is improved by 20 log (1 / N) dB with respect to the average number N of additions, and for log noise, 20 log (1 / √N) dB. It is known that the S / N improvement is expected (see, for example,
しかしながら、超音波信号を取得する際に用いる同期信号がジッターによって変動している場合、あるいは超音波の反射源が移動している場合に同期加算平均処理を行うと、被検体からの反射エコーや被検体の透過波の信号が小さくなってしまいS/Nが低下、または反射エコーや被検体の透過波の信号そのものが相殺されて消失してしまう。 However, if the synchronous signal used when acquiring the ultrasonic signal fluctuates due to jitter, or if the ultrasonic reflection source is moving, if the synchronous addition averaging process is performed, the reflected echo from the subject The transmitted wave signal of the subject is reduced and the S / N is reduced, or the reflected echo and the transmitted wave signal of the subject are canceled and disappear.
たとえば、図7に示すように、周方向に鋼管を回転して、あるいは超音波プローブを周方向にスキャンしながら、鋼管母材にある欠陥を反射法により探傷するケースが前述の一例として挙げられる。超音波ビーム内で欠陥が移動することで、それぞれの欠陥反射エコーの伝播経路は変化することになる。欠陥エコーを取得する毎に疵からの反射信号の位相がずれることになり、このまま同期加算平均を行っても本来の同期加算の効果であるS/N改善の効果を得ることができず、S/Nが低下してしまう。 For example, as shown in FIG. 7, a case in which a defect in a steel pipe base material is detected by a reflection method while rotating a steel pipe in the circumferential direction or scanning an ultrasonic probe in the circumferential direction is given as an example. . As the defect moves in the ultrasonic beam, the propagation path of each defect reflection echo changes. Each time a defect echo is acquired, the phase of the reflected signal from the heel shifts, and even if the synchronous addition averaging is performed as it is, the S / N improvement effect that is the effect of the original synchronous addition cannot be obtained. / N will decrease.
欠陥からの深さを知ることができれば、幾何学的に位相のズレ量を計算し、計算されたズレ量で位相をそろえて同期加算平均処理を行うことも考えられるが、このケースの場合、欠陥エコーの伝播時間から推定できる深さ位置は複数あるので困難である。 If the depth from the defect can be known, it is possible to calculate the amount of phase shift geometrically, align the phase with the calculated amount of shift, and perform synchronous addition averaging processing, but in this case, Since there are a plurality of depth positions that can be estimated from the propagation time of the defect echo, it is difficult.
本発明は、上記のような課題を解決するもので、被検体のビーム路程の変化や、超音波信号を取得する際のジッターによる伝播時間のズレが生じた場合であっても、S/N良く超音波を計測する超音波計測装置及び超音波計測方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems. Even when a change in the beam path of the subject or a deviation in propagation time due to jitter when acquiring an ultrasonic signal occurs, the S / N It is an object of the present invention to provide an ultrasonic measurement apparatus and an ultrasonic measurement method that measure ultrasonic waves well.
上記課題を解決するための本発明は、被検体に超音波パルスを繰り返し送信し前記被検体から反射又は前記被検体を透過した超音波を受信する超音波送受信部から出力される受信信号を受信毎に処理する超音波計測装置において、前記受信信号の基準信号に対する反射波または透過波の伝播時間の時間差を求める時間差抽出部と、前記時間差に基づいて前記受信信号の反射波または透過波の位相が前記基準信号の反射波または透過波の位相に一致するように前記受信信号の位相を補正する位相補正部と、位相が補正された前記受信信号を過去所定数同期加算した加算信号を生成する加算信号生成部と、生成された前記加算信号を記憶するメモリ部と、を備え、前記基準信号は、前記メモリ部に記憶された加算信号である超音波計測装置である。 The present invention for solving the above problems, receives a reception signal outputted from the ultrasonic transmitting and receiving unit for receiving ultrasonic waves transmitted through the reflective or the subject from the subject repeatedly transmits ultrasonic pulses to a subject In the ultrasonic measurement apparatus that processes each time, a time difference extraction unit that obtains a time difference of a propagation time of a reflected wave or a transmitted wave with respect to a reference signal of the received signal, and a phase of the reflected wave or the transmitted wave of the received signal based on the time difference A phase correction unit that corrects the phase of the received signal so as to match the phase of the reflected wave or transmitted wave of the reference signal, and an addition signal obtained by synchronously adding the received signal whose phase has been corrected in the past a predetermined number includes a sum signal generating unit that includes a memory unit for storing the generated the addition signal, wherein the reference signal is an ultrasonic measuring apparatus which is a sum signal stored in the memory unit
また本発明は上記記載の発明である超音波計測装置において、前記時間差は、前記受信信号の最大値と前記基準信号の最大値の時間の差、あるいは、前記受信信号の最小値と前記基準信号の最小値の時間の差である。 In the ultrasonic measurement apparatus according to the invention described above, the time difference may be a time difference between a maximum value of the reception signal and a maximum value of the reference signal, or a minimum value of the reception signal and the reference signal. Is the time difference of the minimum value of.
また本発明は上記記載の発明である超音波計測装置において、前記時間差は、前記受信信号と前記基準信号との相互相関演算から求める。 In the ultrasonic measuring apparatus according to the present invention as described above, the time difference is obtained from a cross-correlation calculation between the received signal and the reference signal.
また本発明は、被検体に超音波パルスを繰り返し送信し前記被検体から反射又は前記被検体を透過した超音波を受信する超音波送受信部から出力される受信信号を受信毎に処理する超音波計測方法において、前記受信信号の基準信号に対する反射波または透過波の伝播時間の時間差を求める時間差抽出ステップと、前記時間差に基づいて前記受信信号の反射波または透過波の位相が前記基準信号の反射波または透過波の位相に一致するように前記受信信号の位相を補正する位相補正ステップと、位相が補正された前記受信信号を過去所定数同期加算した加算信号を生成する加算信号生成ステップと、生成された前記加算信号を記憶するメモリステップと、を備え、前記基準信号は、前記メモリステップで記憶された加算信号である超音波計測方法である。 Further, the present invention provides an ultrasonic wave for processing a reception signal output from an ultrasonic transmission / reception unit that repeatedly transmits an ultrasonic pulse to a subject and receives an ultrasonic wave reflected from the subject or transmitted through the subject for each reception. In the measurement method, a time difference extraction step for obtaining a time difference in propagation time of the reflected wave or transmitted wave with respect to the reference signal of the received signal, and a phase of the reflected wave or transmitted wave of the received signal based on the time difference reflects the reference signal. A phase correction step for correcting the phase of the reception signal so as to match the phase of the wave or transmitted wave, and an addition signal generation step for generating an addition signal obtained by synchronously adding the reception signal whose phase is corrected in the past a predetermined number of times , comprising a memory storing the generated the sum signal, wherein the reference signal is an ultrasonic measurement is stored addition signal in said memory step It is the law.
本発明によれば、被検体のビーム路程の変化や、超音波信号を取得する際のジッターによる伝播時間のズレが生じた場合であっても、S/N良く超音波を計測する超音波計測装置及び超音波計測方法を提供することができる。 According to the present invention, even when there is a change in the beam path of a subject or a deviation in propagation time due to jitter when acquiring an ultrasonic signal, ultrasonic measurement that measures ultrasonic waves with good S / N. An apparatus and an ultrasonic measurement method can be provided.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る超音波計測装置の構成を示す図である。
超音波計測装置は、位相時間補正部1、加算器2、メモリMa3、減算器4、メモリMb5、除算器6、情報処理装置7、出力装置8及び記録装置9を備えている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The ultrasonic measurement device includes a phase
位相時間補正部1は、入力される超音波信号(例えば、A/D変換処理された後のデジタル信号)と基準となる信号との間で反射エコーの伝播時間の時間差を抽出し、その時間差がなくなる様に、即ち、基準となる信号の反射エコーの位相タイミングに入力信号の反射エコーの位相タイミングを一致させる様に、入力される超音波信号の時間(位相)を補正する。加算器2は、補正された超音波信号をメモリMb5の信号に加算し、同期加算した同期加算超音波信号を生成する。メモリMa3は、補正された超音波信号を個別に記憶する。減算器4は、加算器2で生成された同期加算超音波信号から過去に加算するために入力された超音波信号のうち最先の超音波信号を減算する。
The phase
メモリMb5は、加算器2で生成された同期加算超音波信号を記憶する。除算器6は、同期加算超音波信号を同期加算した超音波信号の数k(累積数)で除算して平均化する。情報処理装置7は、平均化された同期加算超音波信号を用いて被検査対象の材質特性評価(欠陥有無や形状、内部組織の状態評価など)を行って出力装置8に出力する。記録装置9は、情報処理結果を記録する。
The memory Mb5 stores the synchronous addition ultrasonic signal generated by the
なお、本明細書では反射波を例として説明するが、透過波であっても同様に処理可能であることはいうまでも無い。 In the present specification, a reflected wave will be described as an example, but it goes without saying that a transmitted wave can be similarly processed.
続いて、超音波計測装置の動作について説明する。
超音波送受信手段(不図示)によって繰り返し、送信され、受信された超音波信号はA/D変換部(不図示)によってデジタル値に変換される。以下の説明では超音波信号はデジタル信号として取り扱う。なお、超音波送受信手段は圧電型振動子を用いた方法でも良いし、電磁超音波法や、レーザー超音波法、または電磁超音波法とレーザー超音波法を組み合わせた方法など、その手段は超音波を送信し受信する方法であればどの方法でもかまわない。
Subsequently, the operation of the ultrasonic measurement apparatus will be described.
An ultrasonic signal that is repeatedly transmitted and received by an ultrasonic transmission / reception means (not shown) is converted into a digital value by an A / D converter (not shown). In the following description, the ultrasonic signal is treated as a digital signal. Note that the ultrasonic transmission / reception means may be a method using a piezoelectric vibrator, an electromagnetic ultrasonic method, a laser ultrasonic method, or a method combining the electromagnetic ultrasonic method and the laser ultrasonic method. Any method that transmits and receives sound waves may be used.
超音波計測装置の初期状態(あるいはリセットされた状態)ではメモリMa3、メモリMb5にはデータは記憶されていない。あるいは、計測が開始される直前にメモリ内のデータは消去される。そのため、最初に送られてきた超音波信号b1は、位相時間補正部1では処理されずそのままメモリMa3に記憶される。
In the initial state (or reset state) of the ultrasonic measurement apparatus, no data is stored in the memory Ma3 and the memory Mb5. Alternatively, the data in the memory is erased immediately before the measurement is started. Therefore, the ultrasonic signal b1 transmitted first is not processed by the phase
メモリMa3は、超音波信号を複数(d個)記憶することが可能な記憶手段である。ここで、同期加算する超音波信号の数をk(予め設定されている)とすると、メモリMa3には、少なくともk+1個の信号を格納できる記憶領域が備わっている。即ち、信号記憶数d≧k+1である。また、このメモリMa3は、アドレスを指定して超音波信号を記録し、または読み出しを行なうことができるようになされている。以下、アドレスはW(1)、W(2)・・・W(k+1)・・・W(d)と表記する。
なお、このメモリMa3では、記憶領域はサイクリックに使用される。例えば、最終アドレスW(d)に超音波信号を格納した場合、次の超音波信号は、アドレスW(1)に格納される。
The memory Ma3 is a storage unit that can store a plurality (d) of ultrasonic signals. Here, if the number of ultrasonic signals to be synchronously added is k (preset), the memory Ma3 has a storage area that can store at least k + 1 signals. That is, the signal storage number d ≧ k + 1. The memory Ma3 can record an ultrasonic signal by designating an address or read it out. Hereinafter, the addresses are expressed as W (1), W (2)... W (k + 1)... W (d).
In the memory Ma3, the storage area is used cyclically. For example, when an ultrasonic signal is stored at the final address W (d), the next ultrasonic signal is stored at the address W (1).
また、位相時間補正部1を通過した超音波信号b1は、上述のメモリMa3への書込み動作に並行して加算器2に入力される。ここで、メモリMb5には超音波信号は記憶されていないため、超音波信号b1は、加算器2において処理されず減算器4に送られる。しかし、メモリMa3、メモリMb5にはデータは記憶されていないため、超音波信号b1は、減算器4においても処理されず、メモリMb5に入力される。
メモリMb5は入力される超音波信号b1を記憶する。本実施の形態では、このメモリMb5に記憶された超音波信号が以降の信号処理において基準の信号とする例で以下説明する。
The ultrasonic signal b1 that has passed through the phase
The memory Mb5 stores the inputted ultrasonic signal b1. In the present embodiment, an example in which the ultrasonic signal stored in the memory Mb5 is used as a reference signal in the subsequent signal processing will be described below.
続いて、2番目に送られてくる超音波信号b2の動作について説明する。
2番目に送られてくる信号b2は、メモリMb5に記憶されている基準信号である累積信号(=信号b1)との間で反射エコーの伝播時間の差を求め、信号b2の反射エコーと基準信号b1の反射エコーのタイミングを一致させるいための補正量θが算出される。そして、信号b2の時間軸を補正量θだけシフトした新たな信号を求める。
Next, the operation of the ultrasonic signal b2 sent second will be described.
The second signal b2 is sent to the accumulated signal (= signal b1) which is the reference signal stored in the memory Mb5 to obtain the difference in propagation time of the reflected echo, and the reflected echo of the signal b2 and the reference signal A correction amount θ for calculating the timing of the reflected echo of the signal b1 is calculated. Then, a new signal obtained by shifting the time axis of the signal b2 by the correction amount θ is obtained.
図2は、位相時間補正部1において信号を補正する手順を示すフロー図である。
ステップS01において、メモリMb5に記憶されている基準信号である累積信号を読み込む。ステップS02において、その累積信号が最大となるときの伝播時間t1を求める。そして、ステップS03において、入力される超音波信号を読み込み、その信号の最大値が所定値以上かどうかを調べる。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for correcting a signal in the phase
In step S01, an accumulated signal that is a reference signal stored in the memory Mb5 is read. In step S02, a propagation time t1 when the accumulated signal becomes maximum is obtained. In step S03, the input ultrasonic signal is read, and it is checked whether the maximum value of the signal is equal to or greater than a predetermined value.
ステップS03でNoの場合、即ち入力される超音波信号の最大値が所定値よりも小さい場合は、補正量θの算出処理は行わない。これは最大値が所定値以下のときは、反射エコー(傷信号)を含んでいないため、同期加算処理が不要と判断するためである。そこでステップS04において、入力される超音波信号をそのまま新たな超音波信号とし、ステップS07においてその新たな超音波信号を位相時間補正部1から出力する。
In the case of No in step S03, that is, when the maximum value of the input ultrasonic signal is smaller than the predetermined value, the correction amount θ is not calculated. This is because when the maximum value is less than or equal to the predetermined value, no reflection echo (scratch signal) is included, so that it is determined that the synchronous addition processing is unnecessary. In step S04, the input ultrasonic signal is directly used as a new ultrasonic signal, and the new ultrasonic signal is output from the phase
ステップS03でYesの場合、即ち超音波信号の最大値が所定値以上の場合は、補正量θの算出処理を実行する。そこで、ステップS05において、超音波信号が最大となるときの伝播時間t2を求める。
図3は、累積信号と超音波信号の最大値を与える伝播時間を示す図である。時間差はt2−t1であるので、補正量θ=t1−t2として求めることができる。
ステップS06において、超音波信号の最大値を与える伝播時間がt1となるように補正量θ分時間軸をシフトして新たな超音波信号を生成し、ステップS07においてこの新たな超音波信号を位相時間補正部1から出力する。なお、シフトしたことにより伝播時間が負となるデータは削除され、以降の処理では使用されない。
If Yes in step S03, that is, if the maximum value of the ultrasonic signal is greater than or equal to a predetermined value, the correction amount θ is calculated. Therefore, in step S05, the propagation time t2 when the ultrasonic signal is maximized is obtained.
FIG. 3 is a diagram showing the propagation time for giving the maximum value of the accumulated signal and the ultrasonic signal. Since the time difference is t2−t1, it can be obtained as a correction amount θ = t1−t2.
In step S06, a new ultrasonic signal is generated by shifting the time axis by the correction amount θ minutes so that the propagation time giving the maximum value of the ultrasonic signal becomes t1, and in step S07, the new ultrasonic signal is phase-converted. Output from the
このようにして位相補正された新たな超音波信号は、メモリMa3のアドレスW(2)(2番目のアドレス)に格納される。また、この動作と並行して新たな超音波信号は加算器2に送られて、メモリMb5に記憶されている累積信号(=b1)に同期加算される。このとき、両信号は同じ時間で最大となっているため、この同期加算によりさらに最大値は強調される。
The new ultrasonic signal whose phase has been corrected in this way is stored at address W (2) (second address) of the memory Ma3. In parallel with this operation, a new ultrasonic signal is sent to the
減算器4において、同期加算された信号から、メモリMa3のアドレスW(2−k)に格納されている超音波信号が減算される。但し、kが2以上の場合は、メモリMa3には過去の超音波信号は記録されていない。このため減算は行われず、同期加算された信号は、減算器4を通過してメモリMb5に格納される。そして、このメモリMb5に記憶される同期加算された超音波信号が以降の信号処理において基準の信号となる。 In the subtracter 4, the ultrasonic signal stored at the address W (2-k) of the memory Ma3 is subtracted from the synchronously added signal. However, when k is 2 or more, the past ultrasonic signal is not recorded in the memory Ma3. Therefore, no subtraction is performed, and the synchronously added signal passes through the subtracter 4 and is stored in the memory Mb5. The synchronously added ultrasonic signal stored in the memory Mb5 becomes a reference signal in the subsequent signal processing.
以下、この動作をリセットがされるまで、継続して繰り返す。
次にn番目に送られてくる超音波信号bnを処理する動作について説明する。
n番目に送られてくる信号bnは、メモリMbに記憶されている過去k個の超音波信号の累積信号との間で反射エコーの伝播時間の補正量θが算出される。そして、信号bnの時間軸を補正量θだけシフトした新たな超音波信号を求める。
Thereafter, this operation is continuously repeated until the operation is reset.
Next, the operation for processing the nth ultrasonic signal bn will be described.
The correction amount θ of the reflection echo propagation time is calculated between the n-th signal bn and the accumulated signal of the past k ultrasonic signals stored in the memory Mb. Then, a new ultrasonic signal obtained by shifting the time axis of the signal bn by the correction amount θ is obtained.
新たな超音波信号は、メモリMa3のアドレスW(n)(n番目のアドレス)に格納される。メモリMa3のアドレス全てに超音波信号が記憶された場合には、再びメモリMaの先頭アドレスに戻って順次書き込んでいく。 The new ultrasonic signal is stored at an address W (n) (nth address) of the memory Ma3. When the ultrasonic signal is stored in all the addresses of the memory Ma3, it returns to the top address of the memory Ma again and is sequentially written.
また、新たな超音波信号は加算器2に送られて、メモリMb5に記憶されている累積信号に同期加算される。このとき、両信号は同じ時間で最大となっているため、この加算によりさらに最大値は強調される。
The new ultrasonic signal is sent to the
続いて、同期加算された信号は減算器3に入力される。減算器3は送られてきたn番目の信号に対して、n≦kを満たす間は処理は行なわずそのまま通過させる。n>kのときは同期加算された信号からメモリMbに記憶されている信号を減算する処理を行なう。減算に使用される信号は、メモリMaのアドレスW(n−k)に記録されている信号である。即ち、減算器4を通過した信号は、過去最新のk個の超音波信号を同期加算したものとなっている。
Subsequently, the synchronously added signal is input to the
なお、n>dのとき、すなわち、メモリMa3の各アドレスへの信号記憶が一巡し、二順目以降は信号bnに対して減算器はメモリMa3のアドレスW(d−k+c)を読み出して減算処理を行なう。cはc=n mod d(nのdによる剰余)で計算される。
減算器4を通過した信号は、メモリMb5と除算器6に送られる。除算器6は加算平均回数kで信号を除算して平均化する。平均化された信号に基づいて情報処理装置7にてチャート像、Cスコープ像、Bスコープ像などに変換されて、被検査対象の材質評価特性(欠陥有無・形状判定、内部組織評価など)を行い、その結果と共に記録装置9に格納されるとともに、プリンターやディスプレイなどの出力装置8に出力される。
Note that when n> d, that is, the signal storage to each address of the memory Ma3 is completed, and after the second order, the subtracter reads and subtracts the address W (d−k + c) of the memory Ma3 from the signal bn. Perform processing. c is calculated by c = n mod d (remainder of n by d).
The signal that has passed through the subtracter 4 is sent to the memory Mb5 and the
なお、補正量θを信号中の最大値を与える時間(=t1−t2)から求めたが、図3に示す、信号中の最小値を与える時間(=z1−z2)から求めても良い。 Although the correction amount θ is obtained from the time (= t1−t2) for giving the maximum value in the signal, it may be obtained from the time (= z1−z2) for giving the minimum value in the signal shown in FIG.
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態では、補正量θを求める方法が第1の実施の形態と異なっている。従って、第1の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付して、その詳細の説明は省略する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, the method for obtaining the correction amount θ is different from that in the first embodiment. Accordingly, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図4は、位相時間補正部1において信号を補正する手順を示すフロー図である。
ステップS11において、メモリMb5に記憶されている累積信号と加算平均回数kとを読み込む。ステップS12において、累積信号を加算平均回数kで除算した新たな累積信号を生成する。
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for correcting a signal in the phase
In step S11, the accumulated signal stored in the memory Mb5 and the addition average number k are read. In step S12, a new accumulated signal is generated by dividing the accumulated signal by the addition average number k.
次に、ステップS13において、入力される超音波信号を読み込み、その信号の最大値が所定値以上かどうかを調べる。
ステップS13でNoの場合、即ち入力される超音波信号の最大値が所定値よりも小さい場合は、補正量θの算出処理は行わない。そこでステップS14において、入力される超音波信号をそのまま新たな超音波信号とし、ステップS18においてその新たな超音波信号を位相時間補正部1から出力する。
Next, in step S13, the inputted ultrasonic signal is read, and it is checked whether or not the maximum value of the signal is equal to or greater than a predetermined value.
If No in step S13, that is, if the maximum value of the input ultrasonic signal is smaller than the predetermined value, the correction amount θ is not calculated. In step S14, the input ultrasonic signal is directly used as a new ultrasonic signal, and in step S18, the new ultrasonic signal is output from the phase
ステップS13でYesの場合、即ち超音波信号の最大値が所定値以上の場合は、補正量θの算出処理を実行する。そこで、ステップS15において、新たな累積信号と入力される超音波信号との相互相関関数を計算する。 If Yes in step S13, that is, if the maximum value of the ultrasonic signal is greater than or equal to a predetermined value, a process for calculating the correction amount θ is executed. Therefore, in step S15, a cross-correlation function between the new accumulated signal and the input ultrasonic signal is calculated.
そして、ステップS16において、相互相関関数の最大値を与える時間τを求める。
図5は、相互相関関数の最大値を与える時間τを例示する図である。
補正量θ=τとして求めることができる。
なお、時間τを求める際に、最大値付近の形状を既知の曲線にあてはめて、その曲線に基づいて最大値を与える時間τを解析的に求めても良い。
In step S16, a time τ that gives the maximum value of the cross-correlation function is obtained.
FIG. 5 is a diagram illustrating time τ for giving the maximum value of the cross-correlation function.
The correction amount θ can be obtained as τ.
When obtaining the time τ, the shape near the maximum value may be applied to a known curve, and the time τ giving the maximum value may be analytically obtained based on the curve.
ステップS17において、超音波信号の最大値を与えるタイミングが累積信号と一致するように時間軸を補正量θ=−τでシフトして新たな超音波信号を生成し、ステップS18においてこの新たな超音波信号を位相時間補正部1から出力する。
In step S17, a new ultrasonic signal is generated by shifting the time axis by the correction amount θ = −τ so that the timing for giving the maximum value of the ultrasonic signal coincides with the accumulated signal. In step S18, this new ultrasonic signal is generated. A sound wave signal is output from the phase
[効果]
図6は、本超音波計測装置を適用して計測した例を示す図である。疵サンプルに対して超音波探触子を移動させつつ測定した波形(左側)と同期加算平均処理した波形(右側)を示している。なお、超音波計測装置は、適宜の時間間隔でリセットを行っている。本装置による測定結果、位相が揃っていないノイズがキャンセルされ、S/Nが改善されていることがわかる。
[effect]
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of measurement performed by applying the ultrasonic measurement apparatus. The waveform (left side) measured while moving the ultrasonic probe with respect to the eyelid sample and the waveform (right side) subjected to synchronous addition averaging processing are shown. Note that the ultrasonic measurement device is reset at appropriate time intervals. As a result of the measurement by this apparatus, it can be seen that noise with out-of-phase is canceled and S / N is improved.
以上の結果より、本超音波計測装置を図7に示すように周方向に鋼管を回転させながら、あるいは超音波プローブを周方向にスキャンしながら、鋼管母材にある疵を探傷するケースに適用することが考えられる。
超音波ビーム内で疵が移動することで、それぞれの欠陥エコーの伝播経路は変化する。その結果、欠陥エコー所得毎に疵からの反射信号の位相がずれることになり、従来のようにこのまま同期加算平均をおこなうとS/Nが低下してしまう。
しかしながら、本発明の実施の形態に係る超音波計測装置によれば、適宜の時間間隔でリセットを行いながら、一測定期間においては位相を同期させて加算処理することによって、移動する被検査対象に対して、S/Nの低下を生じさせることなく同期加算を実行することが可能となる。
From the above results, this ultrasonic measuring device is applied to the case where flaws in the steel pipe base material are detected while rotating the steel pipe in the circumferential direction as shown in FIG. 7 or scanning the ultrasonic probe in the circumferential direction. It is possible to do.
As the eyelid moves in the ultrasonic beam, the propagation path of each defect echo changes. As a result, the phase of the reflected signal from the heel shifts for each defect echo income, and the S / N decreases if the synchronous addition averaging is performed as it is in the past.
However, according to the ultrasonic measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the resetting is performed at an appropriate time interval, and in one measurement period, the phase is synchronized and the addition process is performed, thereby moving the object to be inspected. On the other hand, synchronous addition can be executed without causing a decrease in S / N.
また、第1、第2の実施の形態では、基準信号を累積信号としたが、累積信号でなくても予め設定された波形であっても良いし、最初に反射エコーや透過波が検出された信号波形でも良いし、途中で得られた波形であっても良い。 In the first and second embodiments, the reference signal is the accumulated signal, but it may be a preset waveform instead of the accumulated signal, and a reflected echo or transmitted wave is first detected. The signal waveform may be a waveform obtained in the middle.
なお、上述の実施の形態で説明した各機能は、ハードウエアを用いて構成しても良く、また、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現しても良い。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。 Each function described in the above embodiment may be configured using hardware, or may be realized by reading a program describing each function into a computer using software. Each function may be configured by appropriately selecting either software or hardware.
更に、各機能は図示しない記録媒体に格納したプログラムをコンピュータに読み込ませることで実現させることもできる。ここで本実施の形態における記録媒体は、プログラムを記録でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その記録形式は何れの形態であってもよい。 Furthermore, each function can be realized by causing a computer to read a program stored in a recording medium (not shown). Here, as long as the recording medium in the present embodiment can record a program and can be read by a computer, the recording format may be any form.
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.
1…位相時間補正部、2…加算器、3…メモリMa、4…減算器、5…メモリMb、6…除算器、7…情報処理装置、8…出力装置、9…記録装置、t1…時間、t2…時間、τ…時間。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記受信信号の基準信号に対する反射波または透過波の伝播時間の時間差を求める時間差抽出部と、
前記時間差に基づいて前記受信信号の反射波または透過波の位相が前記基準信号の反射波または透過波の位相に一致するように前記受信信号の位相を補正する位相補正部と、
位相が補正された前記受信信号を過去所定数同期加算した加算信号を生成する加算信号生成部と、
生成された前記加算信号を記憶するメモリ部と、を備え、
前記基準信号は、前記メモリ部に記憶された加算信号である
ことを特徴とする超音波計測装置。 In an ultrasonic measurement device that processes a reception signal output from an ultrasonic transmission / reception unit that repeatedly transmits ultrasonic pulses to a subject and receives ultrasonic waves reflected from the subject or transmitted through the subject, for each reception ,
A time difference extraction unit for obtaining a time difference of a propagation time of a reflected wave or a transmitted wave with respect to a reference signal of the received signal;
A phase correction unit that corrects the phase of the received signal so that the phase of the reflected wave or transmitted wave of the received signal matches the phase of the reflected wave or transmitted wave of the reference signal based on the time difference ;
A sum signal generator for generating a sum signal whose phase is obtained by adding a predetermined past number synchronize a corrected received signal,
A memory unit for storing the generated addition signal,
The ultrasonic measurement apparatus , wherein the reference signal is an addition signal stored in the memory unit .
前記受信信号の基準信号に対する反射波または透過波の伝播時間の時間差を求める時間差抽出ステップと、
前記時間差に基づいて前記受信信号の反射波または透過波の位相が前記基準信号の反射波または透過波の位相に一致するように前記受信信号の位相を補正する位相補正ステップと、
位相が補正された前記受信信号を過去所定数同期加算した加算信号を生成する加算信号生成ステップと、
生成された前記加算信号を記憶するメモリステップと、を備え、
前記基準信号は、前記メモリステップで記憶された加算信号である
ことを特徴とする超音波計測方法。 In an ultrasonic measurement method for processing a reception signal output from an ultrasonic transmission / reception unit that repeatedly transmits ultrasonic pulses to a subject and receives ultrasonic waves reflected from the subject or transmitted through the subject, for each reception ,
A time difference extraction step for obtaining a time difference of a propagation time of a reflected wave or a transmitted wave with respect to a reference signal of the received signal;
A phase correction step for correcting the phase of the received signal so that the phase of the reflected wave or transmitted wave of the received signal matches the phase of the reflected wave or transmitted wave of the reference signal based on the time difference;
An addition signal generation step of generating an addition signal obtained by synchronously adding a predetermined number of past received signals whose phases have been corrected; and
A memory step for storing the generated sum signal,
The ultrasonic measurement method , wherein the reference signal is an addition signal stored in the memory step .
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