JP5430151B2 - ダイナミックレンジの広いアナログ−ディジタル変換システムを使用した超音波故障検出システム - Google Patents
ダイナミックレンジの広いアナログ−ディジタル変換システムを使用した超音波故障検出システム Download PDFInfo
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Description
(a) 画面上の信号の最大垂直変位が基線のオフセットの量によって小さくなり、そのために傷エコーを検出する機器の感度が鈍くなるため、ダイナミックレンジが狭くなる原因になるか、あるいは、
(b) 振幅が十分に大きい場合、1つまたは複数の利得増幅段が飽和し、そのためにエコー信号の検出が完全に妨害される原因になるかのいずれかである。
として計算され、次に、出力136OUTとして使用される。
出力145=2指数x仮数=24ビット整数
チャネルA利得*32≒チャネルB利得 [図7]
チャネルB利得*32≒チャネルC利得 [図7]
チャネルA=2FFF、-5Vの入力を示す
チャネルB=2FFF、-0.15Vの入力を示す
チャネルC=2FFF、-0.005Vの入力を示す
(入力A)*比率+(入力B) *(1-比率)=出力
6d 背面壁エコーゲート
6e 理想TVG曲線
6f、6h 利得
6g 瞬時勾配(利得変化率)
6m 利得が変化するための時間間隔
7a 整定時間
7c HPFによる送信パルスの後縁の改善を示す近似点線
10 超音波送受信ユニット
10a 電気パルス信号(超音波パルス)
10b 電気エコー信号(傷エコー)
10ab ゼロ基線
10at 送信パルスの後縁
11 増幅信号(エコー信号、超音波エコーパルス)
11a 底部表面エコー(背面壁エコー)
11b 傷エコー
12 プローブまたは変換器
12a トリガパルス
13 信号ケーブル
13a、19a、19b 変換器の出力(入力信号)
14 ターゲット物体
14a ターゲット物体の底部表面(背面表面、背面壁)
14c ターゲット物体の前面表面
16 信号処理デバイス
18 ディスプレイユニット(波形ディスプレイ)
20、22、94 利得較正器
24、26、29、46、67、92、114a スイッチ
28、30、90、122、204 増幅器
31 スイッチ29の出力
32、34、36 減衰器
40、42、44、86 可変利得増幅器(VGA)
48 母線
50、52、54、56、58、60、62、64 高域通過フィルタ
66 スイッチング回路網
70、72、74、76、78、80、82、84 低域通過フィルタ
100 100MHz10ビットアナログ-ディジタル(A/D)変換器
102 実時間サンプルデータ制御および記憶回路
104 測定ゲート検出および補償回路
106、140 書替え可能ゲートアレイ(FPGA)
110 ディジタル信号プロセッサおよび制御
110、112、122 前置増幅器(緩衝増幅器)
111a、111b、113 クランプ回路
112a、122a、126a、128a 直流信号
116、118、120 周波数応答トリムおよびフィルタブロック(フィルタ、周波数応答トリムおよびフィルタ回路)
116a、118a、120a 周波数応答調整制御信号
126、128、130 差動増幅器ドライバ
131 100MHz発振器ブロック
132、134、136 A/D変換器
132OUT、134OUT、136OUT 3チャネルA/D変換器回路の出力
135 ディジタル多重化回路
137 チャネル選択論理回路
139 指数発生器回路
141 RAM
142 制御および記憶ブロック
143 浮動小数点変換回路(浮動小数点変換器)
145 本発明の最終出力
145a 符号付き整数信号
146 時間変化利得
146 基線捕獲ブロック
147 マルチプレクサ
147a マルチプレクサを通過した信号
148 基線修正ブロック
149 マルチプレクサを制御する信号
150 レジスタ
152 測定ゲート検出および複合A-走査圧縮回路
160 DSP
200 入力
201、205、207、211 利得チャネル(前置増幅器)
202、206、208、212 利得制御掛算器
203、223、224 加算器
209 信号A/D変換器
210 収集論理ブロック
213 モニタ信号(D_Monitor信号)
214 モニタ信号(C_Monitor信号)
215、216 モニタ信号
217、218、219 出力利得制御信号
220 出力利得制御信号(利得D)
225、226 利得読値A/D変換器
227 AGC回路(自動利得制御回路)
801、802、803、1102、1108 絶対値比較器
804、805、806、807 基線修正システム(BLCS)
809、812、815 ORゲート
1111 混合器
A チャネル(最小利得チャネル)
B チャネル(中間利得チャネル)
C チャネル(最大利得チャネル)
S トリガ信号 To 追加パルス間隔
Claims (8)
- 物体検査システムであって、
試験信号を生成し、かつ、応答エコー信号を受信する送信および受信セクションと、
前記試験信号を超音波信号に変換し、前記超音波信号を試験すべきターゲット物体に印加し、超音波エコー信号を受信し、かつ、前記送信および受信セクションのための前記エコー信号を生成する変換器と、
前記送信および受信セクションに結合された、前記エコー信号を受け取り、かつ、処理するための信号処理回路であって、それぞれ前記エコー信号を異なる度合でスケーリングし、かつ、それぞれのアナログ-ディジタル変換器を個々に有する少なくとも第1、第2および第3の信号処理チャネルを備えた信号処理回路と、
前記エコー信号に直接結合され、第1の前置増幅器および第1のクランピング回路を含んで、前記第1の前置増幅器の飽和を防止する、前記信号処理チャネルの第1の信号処理チャネル、および前記エコー信号に直接結合され、第2の前置増幅器および第2のクランピング回路を含んで、前記信号処理チャネルの第2の信号処理チャネルの第2の前置増幅器の飽和を防止する、前記信号処理チャネルの第2の信号処理チャネルを備え、前記第2の信号処理チャネルのクランピング回路は、少なくとも前記信号処理チャネルの第1の信号処理チャネルの前置増幅器に対する最大入力範囲に等しい前記エコー信号の信号レベルまで、前記エコー信号上で一定の入力インピーダンスを維持するように構成され、
オーバフローすることなく前記エコー信号の最大増幅を提供するアナログ-ディジタル変換器の出力を選択する選択回路と、
前記信号処理回路によって生成される、前記エコー信号を表す走査信号を表示するためのディスプレイと、
前記第1、第2または第3の信号チャネルのうちの少なくとも1つのチャネル内のそれぞれの周波数フィルタと、
前記エコー信号の第3のスケール化出力を提供する第3の前置増幅器と、
前記第1、第2または第3の信号処理チャネルのうちの少なくとも1つのためのそれぞれの周波数トリム回路であって、前記それぞれの周波数トリム回路によってフィルタの周波数応答が互いに整合する周波数トリム回路とを備え、
前記第2の前置増幅器の前記出力が前記第3の前置増幅器への入力として提供され、
前記複数の信号処理チャネルのうちの少なくとも1つにそれぞれの直流オフセット調整回路が存在し、
個々のチャネルがそれぞれの差動増幅器ドライバを備え、
前記第1、第2および第3の前置増幅器の前記出力が、前記第2の出力が前記第1の出力より大きく、かつ、前記第3の出力が前記第2の出力より大きくなるようになされた、物体検査システム。 - 前記第1、第2および第3の前置増幅器からの前記出力を同期させることができる方法で、前記第1、第2および第3の前置増幅器のうちの1つまたは複数からの遅延出力の引出しを実行するアナログ信号遅延モジュールを備え、前記アナログ信号遅延モジュールが、複数のタップを備えた遅延線路であって、所望の遅延を得るためにスイッチによって所望のタップが選択される遅延線路と、
必要に応じて前記信号経路の内外で切換え可能な遅延フィルタ要素と、
ディジタル-アナログ変換器に応答する電圧制御コンポーネントによって制御される調整可能可変要素と
を備えた、請求項1に記載のシステム。 - 前記選択回路の後段に位置している信号位置でディジタル直流オフセット修正を適用する直流オフセット回路を備え、
前記直流オフセット回路が、前記第1、第2および第3のアナログ-ディジタル変換器のうちの少なくとも1つに結合された、修正信号を生成するための基線捕獲回路を備え、かつ、前記第1、第2および第3のアナログ-ディジタル変換器のうちの1つから引き出される出力信号から前記修正信号を控除することができる基線修正器を備えた、請求項1に記載のシステム。 - 前記選択回路を前記アナログ-ディジタル変換器の各々によって提供されるそれぞれのオーバフロー信号に結合する結合器と、
前記複数のアナログ-ディジタル変換器の個々の変換器にそれぞれ結合された複数の絶対値比較器であって、前記絶対値比較器の各々が、そのそれぞれのアナログ-ディジタル変換器の出力と、それぞれの所定の基準とを比較するように構築され、前記選択回路が前記絶対値比較器に応答して、前記アナログ-ディジタル変換器のうちの1つまたは複数が誤った読値に向かう傾向にあるかどうかを予め決定する絶対値比較器と、
前記複数のアナログ-ディジタル変換器のうちの1つまたは複数の個々の変換器に結合されたそれぞれの基線修正システムであって、前記基線修正システムがそれぞれマルチプレクサに結合され、前記マルチプレクサによって選択されたチャネルが処理される基線修正システムと
を備えた、請求項1に記載のシステム。 - 前記選択回路に応答する、前記アナログ-ディジタル変換器の出力を混合し、それにより混合アナログ-ディジタル出力を生成するように動作させることができるチャネル混合器と、
前記複数のアナログ-ディジタル変換器の個々の変換器にそれぞれ結合された複数の絶対値比較器であって、前記絶対値比較器の各々が、そのそれぞれのアナログ-ディジタル変換器の出力と、それぞれの所定の基準とを比較するように構築され、前記選択回路が前記絶対値比較器に応答して、前記アナログ-ディジタル変換器のうちの1つまたは複数が誤った読値に向かう傾向にあるかどうかを予め決定する絶対値比較器と
を備えた、請求項1に記載の物体検査システム。 - 前記アナログ-ディジタル変換器の各々が、それぞれのオーバフロー出力を有し、前記選択回路が、前記それぞれのオーバフロー出力を受け取り、かつ、オーバフローすることなく最大増幅を提供するアナログ-ディジタル変換器の出力を選択するチャネル選択論理回路を備えた、請求項5に記載のシステム。
- 前記複数の信号処理チャネルのうちの少なくとも1つのためのそれぞれの周波数トリム回路であって、前記それぞれの周波数トリム回路によってフィルタの周波数応答が互いに整合する周波数トリム回路と、
それぞれのクロック入力を個々に有する第1および第2のアナログ-ディジタル変換器であって、前記クロック入力が、個々のチャネルの信号経路遅延を補償するために、前記クロック入力の立上りクロック縁と立上りクロック縁の間の位相調整によって互いに同期している、第1および第2のアナログ-ディジタル変換器と、
選択されたアナログ-ディジタル変換器出力の前記出力をスケーリングし、かつ、スケーリングされた前記出力をランダムアクセスメモリに記憶するための指数発生器と、
前記選択回路の後段に位置している信号位置でディジタル直流オフセット修正を適用する直流オフセット回路であって、前記直流オフセット回路が、前記第1または第2のアナログ-ディジタル変換器のうちの少なくとも1つに結合された、修正信号を生成するための基線捕獲回路を備え、かつ、前記第1または第2のアナログ-ディジタル変換器のうちの1つから引き出される出力信号から前記修正信号を控除することができる基線修正器を備えた直流オフセット回路と、
それぞれ前記エコー信号の第1および第2のスケール化出力を提供する第1および第2の前置増幅器を個々に備えた少なくとも第1および第2の信号チャネルであって、前記アナログ信号遅延モジュールが、複数のタップを備えた遅延線路を備え、所望の遅延を得るためにスイッチによって所望のタップが選択される少なくとも第1および第2の信号チャネルと
をさらに備えた、請求項5に記載のシステム。 - 前記複数のアナログ-ディジタル変換器のうちの少なくとも1つの出力を遅延させ、それにより前記選択回路での前記出力の処理に先だって、前記アナログ-ディジタル変換器が高速スルーイング入力信号の前縁に応答することができる遅延回路と、
前記複数のアナログ-ディジタル変換器のうちの少なくとも1つの出力を遅延させ、それにより前記選択回路での前記出力の処理に先だって、前記アナログ-ディジタル変換器が高速スルーイング入力信号の前縁に応答することができる遅延回路であって、前記システムに結合されたクロック周期の倍数である遅延を提供する遅延回路と、
前記複数のアナログ-ディジタル変換器のうちの少なくとも1つの出力を遅延させ、それにより前記選択回路での前記出力の処理に先だって、前記アナログ-ディジタル変換器が高速スルーイング入力信号の前縁に応答することができる遅延回路であって、前記システムに結合されたクロック周期の倍数である遅延を提供し、かつ、前記アナログ-ディジタル変換器のそれぞれのオーバフロー出力をさらに遅延させる遅延回路と、
オーバフローしたアナログ-ディジタル変換器の出力の選択を、前記オーバフローしたアナログ-ディジタル変換器が飽和状態から回復するまでの間、前記選択回路に凍結させる遅延回路と、
前記複数の信号処理チャネルのうちの少なくとも1つのためのそれぞれの周波数トリム回路であって、前記それぞれの周波数トリム回路によって前記チャネルの周波数応答が互いに整合する周波数トリム回路と、
個々のチャネルに結合された前置増幅器と、
個々の前置増幅器に結合された、個々の前置増幅器のそれぞれの入力段の飽和を防止し、それにより信号のひずみが他のチャネルへの入力に影響を及ぼすことを防止する飽和防止回路と、
前記アナログ-ディジタル変換器のフルスケール範囲を調整するために、個々の信号チャネル内の前記アナログ-ディジタル変換器の各々にそれぞれ印加することができる基準電圧回路と、
前記アナログ-ディジタル変換器のフルスケール範囲を調整するために、個々の信号チャネル内の前記アナログ-ディジタル変換器の各々にそれぞれ印加することができる基準電圧回路であって、個々のそれぞれのアナログ-ディジタル変換器に結合されたそれぞれのディジタル-アナログ変換器を備えた基準電圧回路と
を備えた、請求項1に記載のシステム。
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