JP6024413B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、試験体で反射された超音波を観測することで試験体内の傷を検出する測定装置に関する。

一般的に、超音波探傷装置は、試験体に超音波を照射し、反射された超音波を超音波探触子で受信し、この反射波を解析することで試験体内の傷を検出する。超音波の照射と反射波の受信および解析とを行う検出処理は１回だけ行われるとは限らず、同じ照射位置で検出処理が繰り返される場合も、照射位置を変えて繰り返される場合もある。
このとき、超音波探傷装置は、傷からの反射波（傷エコー）だけでなく、試験体の表面および底面からの反射波（表面エコー、底面エコー）や試験体の内部で多重的に反射した残響エコー等のいわゆる不要エコーも受信するため、傷エコーが不要エコーに埋もれてしまい、測定装置が傷エコーを抽出できない場合がある。

この問題を回避する方法の一つとして、前回の検出処理の後に残響エコーのレベルが低減するまで待ってから次の検出処理を行う方法があるが、時間が掛かり傷エコーの測定効率が悪くなる。
二つめの方法として、搬送波を符号変調するものとし、検出処理ごとに符号系列を変化させる方法がある。所定の検出処理において、符号変調に用いた符号系列や符号復調された変調信号そのものを復調用レプリカとし、このレプリカによって受信信号を復調することで、当該検出処理に対応した復調信号のみを取り出すことができる。これにより、繰り返される検出処理の間隔を狭めても、別の検出処理で生じた残響エコー等から傷エコーを抽出することができ、一つめの方法の問題を解消することができる。また、符号系列により符号変調および復調を行うことでパルス圧縮処理を実現でき、受信ＳＮＲ（信号対雑音比）を向上させることもできる。

なお、符号変調された信号を復調した場合、復調後の自己相関波形には、時間軸上でピーク位置の前後に広がるレンジサイドローブが発生する。特許文献１には、レンジサイドローブを抑制する方法が開示されている。

特公平７−８５０７７

しかし、上述の通り受信信号には傷エコーと不要エコーとが混在しており、一般的に、不要エコーの受信強度の方が、傷エコー等の測定対象である所望エコーよりも大きく、それに伴い、復調後の不要エコーの自己相関レンジサイドローブも復調後の所望エコーより大きくなるため、復調信号から所望エコーを抽出することが難しい。
また、複数の符号系列を使用する場合、復調信号には、自己相関レンジサイドローブに加え、所定の符号系列とその他の符号系列との間の相互相関成分も発生し、この相互相関成分も所望エコーのピークよりも大きいために、所望エコーの抽出が困難になる。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、送信信号を符号変調して超音波を照射する場合、不要エコーの自己相関レンジサイドローブが発生しても、所望エコーを適切に抽出する測定装置を得ることを目的とする。

本発明に係る測定装置は、送信信号を符号系列で変調することで変調信号を生成する符号変調部、変調信号に基づき超音波を発生させるための電気信号を生成する送信部、試験体からの反射波に対応する電気信号に基づき受信信号を生成する受信部、受信信号が所定の飽和閾値を超える場合は受信信号を飽和閾値に変更することで飽和処理信号を生成する飽和処理部、飽和処理信号を符号復調することで復調信号を生成する符号復調部、所定の検出閾値を用いて復調信号から所望エコーを検出する探傷処理部、を備える。

本発明によれば、超音波により試験体を測定する際に送信信号を符号変調して超音波を照射する場合、不要エコーの自己相関レンジサイドローブが発生しても、所望エコーを抽出する測定装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１で用いる符号変調部が変調処理に用いる一例であるＯＯＫ方式を説明する図である。 本発明の実施の形態１における飽和処理部による飽和処理を説明する図である。 本発明の実施の形態１における符号復調部による復調処理を説明する図である。 本発明の実施の形態２における測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３における測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３における飽和閾値変更処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３における別の飽和閾値変更処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３における飽和閾値選択処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４における測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５における測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５における別の測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５における別の測定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５における別の測定装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
［全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１における測定装置２の構成を示すブロック図である。図１に記載の測定装置２は、信号生成部３、符号変調部４、送信部５、受信部６、飽和処理部７、符号復調部８および探傷処理部９を備える。測定装置２の各構成の詳細は後述する。
また、図１において、超音波探触子１０が測定装置２の送信部５および受信部６に接続している。この超音波探触子１０は、送信部５から受信した電気信号を音響信号（すなわち超音波）に変換する振動子（図示せず）を内部に備えた探触子がアレー状に配置されたものであり、振動子により生成された超音波が超音波探触子１０から照射される。また、この振動子は受信した超音波を電気信号に変換し、変換された電気信号が受信部６に出力される。

また、ここでは鉄鋼材の角材である角ビレットを試験体の一例とし、図１において、測定装置２に加え、角ビレット１の断面を記載する。図１において、点線１ａは試験体１の表面１Ａに照射されて反射する超音波の軌跡を示し、点線１ｂは試験体１の内部の傷１Ｂに到達して反射する超音波の軌跡を示し、点線１ｃは試験体１の底面１Ｃに到達して反射する超音波の軌跡を示す。

［送信処理］
次に、測定装置２による送信処理について説明する。
測定装置２を構成する信号生成部３は、正弦波やパルス波などの搬送波を送信信号として生成し、符号変調部４は、信号生成部３から取得した送信信号に対して符号系列の情報を付加するなどの符号変調を行って変調信号を生成する。
また、送信部５は、変調信号を符号変調部４から取得して、振動子を振動させて超音波を発生させるための電気信号を生成して超音波探触子１０に出力する。
電気信号を受信した超音波探触子１０は、この電気信号に基づき超音波を発生して角ビレット１に照射する。

特に、符号変調部４は、受信部６が生成する受信信号（変調信号）が飽和した場合にも符号系列の情報が保持される符号変調方式を使用して送信信号の変調を行う。
この符号変調方式の一例として、搬送波の有無を２値情報に対応させ、この２値情報を搬送波に付加するＯＯＫ（Ｏｎ−Ｏｆｆ−Ｋｅｙｉｎｇ）方式が挙げられる。
図２はＯＯＫ方式を説明する図であり、搬送波を符号長４のＯＯＫで変調する様子を示したものである。
図２（ａ）はパルス内ＯＯＫ変調を示し、搬送波が一定値を示す信号や単一のパルスであって、当該信号またはパルスの有無を示す情報を搬送波に付加して符号変調を行う場合を示す。図２（ｂ）はパルス間ＯＯＫ変調を示し、搬送波が一定間隔で送信されるパルス列であって、当該パルスの有無を示す情報を搬送波に付加して符号変調を行う場合を示す。図２（ａ）および図２（ｂ）のいずれの場合も実施の形態１に適用することができる。
なお、ここではパルスを用いて説明したが、これに限られず、例えば正弦波もＯＯＫ方式で使用される搬送波に適用される。

上述のＯＯＫ方式では搬送波の有無を示す情報で搬送波を変調するが、信号またはパルス等の異なる２状態（正負や位相が１８０度異なる状態など）に−１と１の２値を対応させた情報を搬送波に付加する方式を符号変調に用いても良い。

また、この実施の形態１で使用する符号変調方式の別の例として、時間軸上においてパルスの位置を変化させた情報を搬送波に付加して変調するＰＰＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）方式もある。

［受信処理］
次に、測定装置２による受信処理について説明する。
角ビレット１に照射された超音波パルスは、角ビレット１の表面１Ａ、探査対象である傷１Ｂ、または底面１Ｃ等の音響的不連続部で反射され、超音波探触子１０で受信される。この反射波は、超音波探触子１０内の振動子により電気信号に変換され、変換された電気信号が受信部６に入力される。
受信部６は、超音波探触子１０から入力された電気信号を、前処理として増幅やアナログ−デジタル変換などを行ってデジタル受信信号を生成する。

飽和処理部７は、受信部６から取得した受信信号に対して、任意に設定された飽和閾値ｔｈｒを用いて飽和処理を行って飽和処理信号を生成する。
図３は飽和処理部７による飽和処理を説明する図であり、図３（ａ）は飽和処理前の受信部６から取得した受信信号ｘ（ｔ）と飽和閾値ｔｈｒとを示し、図３（ｂ）は飽和処理後の飽和処理信号ｘ_ｃｕｔ（ｔ）を示す。
なお、ここでは、ＯＯＫ方式を用い、搬送波が符号長４のＯＯＫで変調された変調信号を受信した場合を例として説明する。また、飽和処理の説明の簡便化のために、受信信号ｘ（ｔ）中に所望エコーと不要エコーとが１種類ずつ含まれているものとして説明する。図３において、所望エコーを点線で示し、不要エコーを実線で示し、飽和閾値ｔｈｒを一点鎖線で示す。

飽和処理部７は、受信信号ｘ（ｔ）について、時間サンプルごとに、予め記憶しているか処理中に算出した飽和閾値ｔｈｒと比較し、各受信信号ｘ（ｔ）が飽和閾値ｔｈｒを超える場合には当該受信信号ｘ（ｔ）をｔｈｒに変更し、各受信信号ｘ（ｔ）が飽和閾値ｔｈｒを超えなければ値を変更せずにそのままにすることで、受信信号ｘ（ｔ）から飽和処理信号ｘ_ｃｕｔ（ｔ）を生成する。
つまり、ｔｈｒが絶対値の場合、各受信信号ｘ（ｔ）は、＋ｔｈｒより大きい場合には＋ｔｈｒに変更され、−ｔｈｒより小さい場合には−ｔｈｒに変更され、−ｔｈｒ以上であって＋ｔｈｒ以下である場合には値が変更されないことになる。なお、図３では受信信号ｘ（ｔ）と飽和閾値＋ｔｈｒとの比較について記載している。
このような飽和処理により、図３（ｂ）に示すように、飽和閾値ｔｈｒ以下の飽和処理信号ｘ_ｃｕｔ（ｔ）が生成される。

飽和閾値ｔｈｒは、復調後の所望エコーのピークの最小値（想定値）が、復調後の不要エコーの自己相関レンジサイドローブの最大値よりも大きくなるように設定される。
具体的には、符号変調で用いられる符号系列の復調後のメインローブのピークと最大レンジサイドローブの比ＳＬＬ（最大レンジサイドローブ／メインローブピーク）を用い、このＳＬＬと復調前の所望エコーの最低強度ｘ_ｍｉｎ（想定値）とを用いた式（１）を満たすように飽和閾値ｔｈｒを決定すれば良い。

符号復調部８は、符号変調で用いた符号系列や符号変調された変調信号そのものをレプリカとして、飽和処理部７から取得した飽和処理信号とレプリカとの相関を取ることで飽和処理信号の復調処理を行い、復調信号を生成する。
図４は符号復調部８による飽和処理信号の復調処理を説明する図であり、図４（ａ）は、従来の測定装置の復調処理を説明するもので、受信信号ｘ_{ｐｒｉｏｒ}（ｔ）をレプリカｒ（ｔ）で復調して復調信号ｃ_{ｐｒｉｏｒ}（τ）を生成した場合を示し、図４（ｂ）は、符号復調部８が飽和処理信号ｘ_ｃｕｔ（ｔ）をレプリカｒ（ｔ）で復調して復調信号ｃ（τ）を生成した場合を示す。図３同様、所望エコーを点線で示し、不要エコーを実線で示す。

図４（ａ）において、従来の測定装置の場合には、受信信号ｘ_{ｐｒｉｏｒ}（ｔ）内で所望エコーと不要エコーとが混在しており、不要エコーの方が所望エコーよりも大きい。そのため、復調後の復調信号ｃ_{ｐｒｉｏｒ}（τ）において、所望エコーのピークが不要エコーの自己相関レンジサイドローブよりも小さくなり、所望エコーが不要エコーに埋もれている。
これに対し、本発明に関する図４（ｂ）においては、飽和処理信号ｘ_ｃｕｔ（ｔ）は、飽和処理部７による飽和処理の結果、飽和閾値ｔｈｒかまたはそれより小さい値になっているため、復調信号ｃ（τ）については、所望エコーのピークが不要エコーのレンジサイドローブよりも大きくなる。

また、符号変調部４は、受信部６が生成する受信信号（変調信号）が飽和した場合にも符号系列の情報が保持される符号変調方式を使用して送信信号を変調している。従って、飽和処理部７の飽和処理によって受信信号ｘ（ｔ）の値の大きな部分が飽和閾値ｔｈｒでカットされてｔｈｒに変更された場合でも、受信信号ｘ（ｔ）の強度は低減されるが、時間軸上での信号の有無は変化しないので、飽和処理後も符合系列の情報が保持され、符号復調後の波形の形状が変化しない。

探傷処理部９は、符号復調部８から取得した復調信号を解析して、傷エコーの検出や傷の深さの計測等の探傷処理を行う。
傷エコー等の所望エコーの検出は、復調信号を所望エコー検出用の検出閾値ｔｈｒ_ｄｅｔと比較し、検出閾値よりも大きな復調信号を所望エコーと判断するものであり、検出閾値ｔｈｒ_ｄｅｔは、復調信号ｃ（τ）中の所望エコーピークより小さく、かつ復調信号ｃ（τ）中の不要エコーの自己相関レンジサイドローブより大きくなるように設定される。具体的には、式（２）を満たすように設定される。

式（２）において、Ｇ_ｐｃは符号変調で使用する符号系列によるパルス圧縮利得であり、符号系列から算出できるものである。

探傷処理部９は、上述のように検出閾値ｔｈｒ_ｄｅｔを用いることで、不要エコーの自己相関レンジサイロドーブを所望エコーとして誤検出することなく、適切な所望エコーを検出することができる。また、検出した所望エコーのピークの時間軸上の位置から、角ビレット１内の傷１Ｂの深さも算出することができる。

上述の通り、実施の形態１によれば、受信信号ｘ（ｔ）について飽和閾値ｔｈｒを用いた飽和処理を施すため、復調後の不要エコーの自己相関波形のレンジサイドローブを低減させ、所望エコーを容易に検出することができる。
また、受信信号が飽和した場合での符号系列の情報が保持される符号変調方式を用いて変調を行うため、飽和処理により受信信号の強度が低減するだけで、符号系列の情報が維持されたまま復調され、所望エコーを容易に検出することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では１つの符号系列を用いて符号変調した場合について説明したが、実施の形態２では、複数の符号系列を使用した測定装置について説明する。
図５は実施の形態２における測定装置２−２の構成を示すブロック図である。実施の形態１における測定装置２と同様の構成については同一の符号を付し、以降、実施の形態１と同様の構成および処理については説明を省略し、主に実施の形態１と異なる構成および処理について説明する。

測定装置２−２は、Ｎ種類の異なる符号系列（符号番号ｎ＝１、２、３、・・・Ｎ）、さらにそれぞれの符号系列に対応した飽和閾値、復調のためのレプリカ、および検出閾値ｔｈｒ_ｄｅｔを使用する。
符号変調部４−２は、符号系列ごとに送信信号を符号変調して変調信号を生成し、送信部５は、変調信号ごとに電気信号を生成して超音波探触子１０に出力する。

飽和処理部７−２は、それぞれの符号系列に対応する飽和閾値ごとに、受信部６から取得した受信信号に対して飽和処理を行って飽和処理信号を生成する。つまり、飽和処理部７−２は、Ｎ種類の符号系列に対応した複数の飽和処理信号を生成することになる。
符号系列ｎに対応する飽和閾値ｔｈｒ_ｎは、下記の式（３）および（４）を満たすように設定される。

式（３）および（４）において、ＳＬＬ_ｎは、符号系列ｎの復調後のメインローブのピークと最大レンジサイドローブの比であり、Ｇ_ｐｃ、ｎは符号系列ｎによるパルス圧縮利得であり、Ｃ_ｍ、ｎは、符号系列ｍで符号変調された受信信号を符号系列ｎで復調した際の利得を示す。
式（３）は、実施の形態１における式（１）と同様、復調後の所望エコーのピークの最小値（想定値）が、復調後の不要エコーの自己相関レンジサイドローブの最大値よりも大きくなるための条件である。
また、式（４）は、複数の符号系列を用いた符号変調を行う実施の形態２に特有の条件であり、復調後の所望エコーのピークの最小値が、符号変調で用いられた当該符号系列と他の符号系列との相互相関成分の最大値よりも大きくなるための条件である。

符号復調部８−２は、符号系列ごとに、当該符号系列に対応した飽和閾値で飽和処理された飽和処理信号と、当該符号系列に対応したレプリカとの相関を取ることで復調処理を行い、復調信号を生成する。つまり、符号復調部８−２は、Ｎ種類の符号系列に対応した複数の復調信号を生成することになる。
上述の通り、飽和処理部７−２において自己相関レンジサイドローブと相互相関成分とを考慮した飽和処理を行っているため、符号復調部８−２が生成したそれぞれの復調信号については、所望エコーのピークは、不要エコーの自己相関レンジサイドローブや複数の符号系列を使用するために生じる相互相関の成分よりも大きくなる。

探傷処理部９−２は、符号系列ごとに、当該符号系列に対応した復調信号と、当該符号系列に対応した検出閾値とを比較し、検出閾値よりも大きな復調信号を所望エコーと判断するものである。
符号系列ｎに対応する検出閾値ｔｈｒ_{ｄｅｔ、ｎ}は、復調信号ｃ（τ）中の所望エコーピークより小さく、かつ復調信号ｃ（τ）中の不要エコーの自己相関レンジサイドローブより大きく、かつ所定の符号系列と他の符号系列との相互相関成分の最大値より大きくなるように設定され、具体的には、下記の式（５）、（６）および（７）を満たすように設定される。

探傷処理部９−２は、符号系列ごとに、上記式（５）、（６）および（７）に基づき検出閾値ｔｈｒ_{ｄｅｔ、ｎ}を決定することで、不要エコーの自己相関レンジサイロドーブや相互相関成分を所望エコーとして誤検出することなく、所望エコーを検出することができる。

上述の通り、実施の形態２によれば、複数の符号系列と、それぞれの符号系列に対応した飽和閾値、レプリカおよび検出閾値とを用いて探傷処理を行うので、傷エコーの検出精度を高めることができる。

なお、Ｎ種類の符号系列によって符号変調された変調信号は、時間軸上の異なるタイミングで送信されても良いし、同時に送信されても良い。

また、Ｎ種類の異なる符号系列、それぞれの符号系列に対応した飽和閾値ｔｈｒ_ｎ、レプリカ、および検出閾値ｔｈｒ_{ｄｅｔ、ｎ}については、関係する符号変調部４−２、飽和処理部７−２、符号復調部８−２および探傷処理部９−２のそれぞれに記憶させても良いし、記憶領域（図示せず）にまとめて記憶させておき、各処理部が参照するように構成しても良い。また、各処理部が処理を行う際に算出しても良い。

また、上記説明では、測定装置２−２が、Ｎ種類の異なる符号系列と、それぞれの符号系列に対応した飽和閾値ｔｈｒ_ｎ、復調のためのレプリカ、および検出閾値ｔｈｒ_{ｄｅｔ、ｎ}とを備えた場合について説明したが、Ｎ種類の符号系列を用いる場合でも、符号系列ごとに求めた飽和閾値ｔｈｒ_ｎのうち、いくつかが同じ値になる可能性もある。このとき、同じ飽和閾値ｔｈｒ_ｎについては飽和処理をまとめて行って、Ｎ種類の符号系列に対して行う飽和処理がＮ回よりも少なくなっても良いし、同じ飽和閾値ｔｈｒ_ｎがあっても、Ｎ種類の符号系列のそれぞれに対応した飽和処理をＮ回行っても良い。
同様に、符号系列ごとに求めた検出閾値ｔｈｒ_{ｄｅｔ、ｎ}のうち、いくつかが同じ値になる可能性もある。このときも、同じ検出閾値ｔｈｒ_{ｄｅｔ、ｎ}については探傷処理をまとめて行って、Ｎ種類の符号系列に対して行う探傷処理がＮ回よりも少なくなっても良いし、同じ検出閾値ｔｈｒ_{ｄｅｔ、ｎ}があっても、Ｎ種類の符号系列のそれぞれに対応した探傷処理をＮ回行っても良い。
それぞれの符号系列に対応した飽和閾値や検出閾値を用いて飽和処理や探傷処理を行うのであれば、飽和処理や探傷処理の回数に関係なく実施の形態２の適用範囲に含まれる。

実施の形態３．
実施の形態１では、探傷処理部９が、符号復調部８が復調した復調信号に基づき所望エコーを検出する場合について説明したが、実施の形態３では、探傷処理部９の処理結果を飽和処理部７にフィードバックする測定装置について説明する。
図６は実施の形態３における測定装置２−３の構成を示すブロック図である。実施の形態１における測定装置２と同様の構成については同一の符号を付し、以降、実施の形態１と同様の構成および処理については説明を省略し、主に実施の形態１と異なる構成および処理について説明する。

図７は、実施の形態３における測定装置２−３の飽和閾値変更処理を示すフローチャートである。
測定装置２−３は、飽和閾値の初期値を予め設定しておき（ステップＳ３１）、実施の形態１における測定装置２と同様に、飽和処理部７−３による飽和処理、符号処理部８による符号復調処理、および探傷処理部９−３による探傷処理が行われる（ステップＳ３２）。探傷処理部９−３は、取得した所望エコーの飽和の有無を判断し（ステップＳ３３）、所望エコーが飽和していると判断した場合には（ステップＳ３３のＹｅｓ）、
飽和処理部７−３が飽和閾値を変更し（ステップＳ３４）、再度、飽和処理、符号復調処理、および探傷処理により所望エコーが取得され（ステップＳ３２）、探傷処理部９−３が所望エコーの飽和の有無を判断する（ステップＳ３３）。飽和閾値の変更と所望エコーの検出は、所望エコーが飽和していないと判断されるまで（ステップＳ３３のＮｏ）繰り返される。探傷処理部９−３が所望エコーが飽和していないと判断した場合には、このときの飽和閾値を最終的な飽和閾値とするとともに、検出した所望エコーを最終的な所望エコーと決定する（ステップＳ３５）。

ここで、飽和閾値の初期値を小さな値に設定した上で（ステップＳ３１）飽和閾値を段階的に大きくすることで（ステップＳ３４）、飽和していない所望エコーを得ることができる。このとき、ステップＳ３１で設定する飽和閾値の初期値ｔｈｒ’は、少なくとも実施の形態１における飽和閾値ｔｈｒの設定条件と同様の条件を満たす必要があり、式（８）を満たすように設定される。

また、探傷処理部９−３は、検出した所望エコー（ステップＳ３２）が飽和しているか否かの判断（ステップＳ３３）として、符号変調で使用する符号系列によるパルス圧縮利得Ｇ_ｐｃと飽和閾値ｔｈｒ’との積Ｇ_ｐｃ・ｔｈｒ’を用いる。所望エコーの信号強度をＧ_ｐｃ・ｔｈｒ’と比較し、所望エコーの信号強度がＧ_ｐｃ・ｔｈｒ’以上であれば所望エコーが飽和していると判断し、Ｇ_ｐｃ・ｔｈｒ’より小さければ所望エコーが飽和していないと判断する。

探傷処理部９−３が所望エコーが飽和していると判断した場合には、探傷処理部９−３から飽和処理部７−３に対し、所望エコーが飽和していることを示す信号、または飽和閾値の再計算をさせるための信号が出力される。
飽和処理部７−３は、飽和閾値ｔｈｒ’をΔｔｈｒ’だけ増加させて（ステップＳ３３）飽和処理を再度行う。なお、飽和閾値を大きくし過ぎると、飽和処理を行っても受信信号の不要エコー部分の受信強度が低減されずに復調され、復調後の所望エコーが復調後の不要エコーに埋もれたままになってしまうが、式（９）を満たすように増加量Δｔｈｒ’を設定すれば、段階的に増加して所望エコーが検出できるような適切な飽和閾値ｔｈｒ’を得ることができる。

実施の形態１では、飽和閾値を用いて受信信号の飽和処理を行って受信強度を低減させることで、不要エコーの自己相関レンジサイドローブの影響も低減させたが、飽和処理によって受信信号中の所望エコーの受信強度も飽和させてしまい、その結果、復調後の所望エコーが本来の所望エコーの強度と異なってしまう可能性がある。
この実施の形態３では、検出した所望エコーの強度に基づき飽和閾値を変更するため、所望エコーの検出に加えて所望エコーの信号強度の測定も、より正確に行うことができる。

なお、図７に示す飽和閾値変更処理では、飽和閾値ｔｈｒ’の初期値を小さくしておき、所望エコーが飽和している場合には、所望エコーが飽和していない状態になるまで飽和閾値ｔｈｒ’を段階的に大きくするものであった。これとは反対に、飽和閾値ｔｈｒ’の初期値を大きくしておき、飽和閾値ｔｈｒ’を段階的に小さくするようにしても良い。
図８は、実施の形態３における測定装置２−３の別の飽和閾値変更処理を示すフローチャートである。
測定装置２−３は、飽和閾値の初期値を大きな値に予め設定しておき（ステップＳ３１−２）、実施の形態１における測定装置２と同様に、飽和処理部７−３による飽和処理、符号処理部８による符号復調処理、および探傷処理部９−３による探傷処理が行われる（ステップＳ３２）。探傷処理部９−３は、探傷処理の後に所望エコーの検出の有無を判断し（ステップＳ３３−２）、所望エコーが検出されていないと判断した場合には（ステップＳ３３−２のＮｏ）、飽和処理部７−３が飽和閾値を変更して小さくし（ステップＳ３４−２）、再度、飽和処理、符号復調処理および探傷処理を行い（ステップＳ３２）、所望エコーの検出の有無を判断する（ステップＳ３３−２）。飽和閾値の変更と所望エコーを検出するための処理（飽和処理、符号復調処理、および探傷処理）は、所望エコーが検出されていると判断されるまで（ステップＳ３３−２のＹｅｓ）繰り返される。探傷処理部９−３が所望エコーが検出されていると判断した場合には、このときの飽和閾値を最終的な飽和閾値とするとともに、検出した所望エコーを最終的な所望エコーと決定する（ステップＳ３５）。

また、上記説明では、所望エコーの飽和あるいは検出の有無に応じて、１つの飽和閾値ｔｈｒ’を逐次的に変更する場合を例として説明したが、あらかじめ複数の飽和閾値を用意し、その中から適切な飽和閾値を選択しても良い。
図９は、実施の形態３における測定装置２−３による飽和閾値選択処理を示すフローチャートである。
図９において、測定装置２−３は、複数の飽和閾値を予め設定しておき（ステップＳ３１−３）、それぞれの飽和閾値に関して、飽和処理部７−３による飽和処理、符号復調部８−３による復調処理、探傷処理部９−３による探傷処理を行って所望エコーを検出する（ステップＳ３２−３）。探傷処理部９−３は、複数の所望エコーの中から飽和していないものを抽出し（ステップＳ３７）、飽和していない所望エコーに関係する飽和閾値を最終的な飽和閾値として選択し（ステップＳ３８）、最終的な飽和閾値を用いて、飽和処理、符号復調処理および探傷処理をして得られた所望エコーを最終的な所望エコーとする（ステップＳ３５）。
なお、飽和していない所望エコーが複数ある場合には、複数の飽和閾値から最終的な飽和閾値を任意に選択しても良いが、例えば、飽和閾値の一番小さなものを選択すれば、図７で説明したように飽和閾値を段階的に増加させて飽和閾値を決定した場合や、図８で説明したように飽和閾値を段階的に減少させて飽和閾値を決定した場合と同様の結果を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態２と同様に複数の符号系列を使用し、さらに実施の形態３と同様に探傷処理部の処理結果を飽和処理部にフィードバックする測定装置について説明する。
図１０は、実施の形態４における測定装置２−４の構成を示すブロック図である。実施の形態１−３における測定装置２、２−２、２−３と同様の構成については同一の符号を付し、以降、実施の形態１−３と同様の構成および処理については説明を省略し、主に実施の形態１−３と異なる構成および処理について説明する。

測定装置２−４は、実施の形態２における測定装置２−２と同様、Ｎ種類の異なる符号系列（符号番号ｎ＝１、２、３、・・・Ｎ）を備え、符号変調部４−２が符号系列ごとに送信信号を符号変調して変調信号を生成し、送信部５が変調信号ごとに電気信号を生成して超音波探触子１０に出力する。

また、飽和処理部７−４、符号復調部８−２および探傷処理部９−４も、実施の形態２における飽和処理部７−２、符号復調部８−２および探傷処理部９−２と同様、それぞれの符号系列に対応した所望エコーを検出する。すなわち、飽和処理部７−４は、それぞれの符号系列に対応して飽和処理を行って飽和処理信号を生成し、符号復調部８−２は、符号系列に対応して生成した飽和処理信号と当該符号系列に対応したレプリカとに基づき復調信号を生成し、探傷処理部９−４は、符号系列ごとに生成された復調信号について、当該符号系列に対応する検出閾値を用いて所望エコーを検出する。

さらに実施の形態３における測定装置２−３のように、探傷処理部９−４は、符号系列ごとに検出した所望エコーについて飽和の有無を判断し、所望エコーの飽和の有無に関する情報または飽和閾値の再計算をさせる信号を飽和処理部７−４に出力する。飽和処理部７−４は、探傷処理部９−４からの入力に応じて当該符号系列に対応する飽和閾値を変更する。

ここで、実施の形態３における図７を用いて説明した飽和閾値変更処理を適用する場合は、所定の符号系列に対応する飽和閾値ｔｈｒ’_ｎの初期値を小さい値に設定しておき、当該符号系列に対応して検出した所望エコーが飽和している場合には、当該所望エコーが飽和していない状態になるまで当該飽和閾値ｔｈｒ’_ｎを段階的に大きくすれば良い。符号系列がＮ種類ある場合には、符号系列ごとに上記の処理を行う。
このとき、符号系列ｎに対応する飽和閾値の初期値ｔｈｒ’_ｎは、少なくとも実施の形態２における飽和閾値ｔｈｒ_ｎの設定条件と同様の条件を満たす必要があり、式（１０）および（１１）を満たすように設定される。

また、探傷処理部９−４は、符号系列ごとに検出した所望エコーの飽和の有無の判断について、実施の形態３と同様に、符号系列ｎによるパルス圧縮利得Ｇ_ｐｃ、ｎと、飽和閾値ｔｈｒ’_ｎとを用いる。すなわち、符号系列ｎに対応して検出した所望エコーの信号強度がＧ_ｐｃ、ｎ・ｔｈｒ’_ｎ以上であれば所望エコーが飽和していると判断し、Ｇ_ｐｃ、ｎ・ｔｈｒ’_ｎより小さければ所望エコーが飽和していないと判断する。

また、飽和処理部７−４が、符号系列ｎに対応する飽和閾値ｔｈｒ’_ｎをΔｔｈｒ’_ｎだけ増加させて飽和処理を再度行う場合、実施の形態３と同様に、式（１２）を満たすように増加量Δｔｈｒ’_ｎを設定すれば、飽和閾値ｔｈｒ’_ｎを増加させ過ぎて復調後の所望エコーが復調後の不要エコーに埋もれさせてしまうことを回避でき、段階的に増加して所望エコーが検出できるような適切な飽和閾値飽和閾値ｔｈｒ’_ｎを得ることができる。

また、実施の形態３における図８を用いて説明した飽和閾値変更処理を適用する場合は、所定の符号系列に対応する飽和閾値ｔｈｒ’_ｎの初期値を大きい値に設定しておき、当該符号系列ごとに飽和処理、符号復調処理および探傷処理を行い、所望エコーが検出されていない場合には、所望エコーが検出されるまで当該飽和閾値ｔｈｒ’_ｎを段階的に小さくし、所望エコーが検出されていると判断したときの飽和閾値ｔｈｒ’_ｎを当該符合系列に対応する最終的な飽和閾値とし、このときに検出した所望エコーを最終的な所望エコーとすれば良い。符号系列がＮ種類ある場合には、符号系列ごとに上記の処理を行う。

また、実施の形態３における図９を用いて説明した飽和閾値選択処理を適用する場合は、所定の符号系列に対応する飽和閾値ｔｈｒ’_ｎを予め複数設定しておき、当該符号系列に対応した受信信号について、これら複数の飽和閾値を用いて飽和処理信号を生成するとともに、符号復調部８−２により復調して探傷処理部９−４により所望エコーを検出し、探傷処理部９−４は、当該符号系列に対応した複数の所望エコーの中から飽和していないものを選択し、飽和していない所望エコーに関係する飽和閾値を、当該符号系列に対応する最終的な飽和閾値とすれば良い。

上述の通り、実施の形態４によれば、複数の符号系列と、それぞれの符号系列に対応した飽和閾値、レプリカおよび検出閾値を用いてそれぞれの所望エコーを検出するとともに、符号系列ごとに所望エコーの飽和の有無に応じて飽和閾値を変更するので、所望エコーの検出をより正確に実現することができる。

実施の形態５．
実施の形態１−４では、超音波探触子１０が測定装置２、２−２、２−３、２−４の送信部５および受信部６の両方に接続して、超音波を出力するとともに反射波を受信している場合について説明したが、実施の形態５では、超音波送信用の超音波探触子と超音波受信用の超音波探触子とが個別に接続された場合について説明する。

図１１は実施の形態５における測定装置２−５−１の構成を示すブロック図であり、図１２は実施の形態５における別の測定装置２−５−２の構成を示すブロック図であり、図１３は実施の形態５における別の測定装置２−５−３の構成を示すブロック図である。図１４は実施の形態５における別の測定装置２−５−４の構成を示すブロック図である。
実施の形態１−４における測定装置２、２−２、２−３、２−４と同様の構成については同一の符号を付し、以降、実施の形態１−４と同様の構成および処理については説明を省略し、主に実施の形態１−４と異なる構成および処理について説明する。

図１１、１２、１３、１４に記載の測定装置２−５−１、２−５−２、２−５−３、２−５−４は、いずれも、超音波送信用の超音波探触子１０Ａを送信部５に接続させ、超音波受信器１０Ｂを受信部６に接続させたものである。

いずれの測定装置２−５−１、２−５−２、２−５−３、２−５−４においても、送信部５は、被変調信号に基づき、振動子を振動させて超音波を発生させるための電気信号を生成し、送信用超音波探触子１０Ａに出力する。送信用超音波探触子１０Ａは、受信した電気信号に応じて超音波を送信する。
また、受信用超音波探触子１０Ｂは、角ビレット１からの反射波を受信して超音波を電気信号に変換して受信部６に出力し、受信部６は、超音波探触子１０から入力された電気信号に基づき前処理を行ってデジタル受信信号を生成する。

図１１、１２、１３、１４においては、送信用超音波探触子１０Ａおよび受信用超音波探触子１０Ｂのそれぞれを、角ビレット１の隣り合う２面に配置した場合について記載したが、任意に配置しても良く、例えば、角ビレット１の向かい合う２面に配置したり、角ビレット１の同一の面において距離を離して配置しても良い。

以上のように、実施の形態５によれば、超音波探触子を送信用と受信用とに分離したので、角ビレット１の任意の箇所に配置でき、試験体の形状や反射波の方向を考慮しながら、超音波の送信位置と受信位置とを決定することができる。

ところで、上述の実施の形態１−５では、超音波探触子１０、１０Ａ、１０Ｂとして複数の探触子を並べたアレー探触子を用いて説明したが、探触子の数は限られず、単一の探触子で超音波探触子を構成しても良いし、送信用超音波探触子１０Ａと受信用超音波探触子１０Ｂとで構成する探触子の数を変えても良い。
また、試験体の一例として角ビレット１を用いて説明したが、本発明に係る測定装置の測定対象は角ビレットに限らず、丸棒や平板等、超音波による探傷の対象となるものに対して広く適用が可能である。
また、各図において、超音波探触子１０、１０Ａ、１０Ｂと角ビレット１と間の空間には特に何も配置されていないが、水や油などのインピーダンス整合用の接触媒質があっても良いし、探触子を試験体に接触させても良い。
また、上述では、超音波による試験体の内部の傷を検出する超音波探傷装置について説明したが、超音波診断装置や空中超音波センサなども、反射波の解析により所望エコーを検出する点で同じであり、本発明を適用することで、復調後の不要エコーの自己相関レンジサイドローブの抑圧効果を得ることができ、検出対象を適切に検出することができる。
さらに、上述では、使用する波動が超音波である場合について説明したが、それ以外の波動である電磁波を用いるレーダ等のシステムについても、本発明を適用することができる。

１ 角ビレット、２ 測定装置、３ 信号生成部、４符合変調部、５ 送信部、６ 受信部、７ 飽和処理部、８ 符合復調部、９ 探傷処理部、１０ 超音波探傷子、

Claims (15)

1. 試験体を超音波で検査する測定装置であって、
   送信信号を符号系列で変調することで変調信号を生成する符号変調部、
   前記変調信号に基づき超音波を発生させるための電気信号を生成する送信部、
   前記試験体からの反射波に対応する電気信号に基づき受信信号を生成する受信部、
   前記受信信号が所定の飽和閾値を超える場合は前記受信信号を前記飽和閾値に変更することで飽和処理信号を生成する飽和処理部、
   前記飽和処理信号を符号復調することで復調信号を生成する符号復調部、
   所定の検出閾値を用いて前記復調信号から所望エコーを検出する探傷処理部、
   を備えた測定装置。
2. 複数の符号系列、ならびに前記符号系列のそれぞれに対応する飽和閾値、復調のためのレプリカおよび検出閾値を備え、
   前記符号変調部は、前記送信信号を複数の前記符号系列により符号変調し、
   前記飽和処理部は、前記符号系列ごとに、前記受信信号が前記符号系列に対応する前記飽和閾値を越える場合は前記受信信号を当該飽和閾値に変更することで飽和処理信号を生成し、
   前記符号復調部は、前記符号系列ごとに、前記飽和処理信号を前記符号系列に対応する前記レプリカにより符号復調することで復調信号を生成し、
   前記探傷処理部は、前記符号系列ごとに、前記符号系列に対応する前記検出閾値を用いて前記復調信号から所望エコーを検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記飽和閾値は、復調後の前記所望エコーのピークの最小値が復調後の不要エコーの自己相関レンジサイドローブの最大値よりも大きくなるように設定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
4. 前記飽和閾値のそれぞれは、復調後の前記所望エコーのピークの最小値が復調後の不要エコーの自己相関レンジサイドローブの最大値よりも大きく、かつ当該飽和閾値に対応するレプリカにより符号復調された前記復調信号と他のレプリカとの相互相関成分よりも大きくなるように設定される
   ことを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
5. 前記検出閾値は、復調後の前記所望エコーのピークの最小値より小さく、復調後の不要エコーの自己相関レンジサイドローブの最大値よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１または３のいずれかに記載の測定装置。
6. 前記検出閾値のそれぞれは、復調後の前記所望エコーのピークの最小値より小さく、復調後の不要エコーの自己相関レンジサイドローブの最大値よりも大きく、かつ当該検出閾値に対応するレプリカにより符号復調された前記復調信号と他のレプリカとの相互相関成分よりも大きくなるように設定される
   ことを特徴とする請求項２または４のいずれかに記載の測定装置。
7. 前記探傷処理部が前記所望エコーが飽和しているか否かを判断し、
   前記所望エコーが飽和している場合には、
   前記探傷処理部が前記所望エコーが飽和していないと判断するまで、前記飽和処理部が前記飽和閾値を大きくして前記飽和処理信号を生成し、前記符号復調部が前記復調信号を生成し、前記探傷処理部が前記所望エコーを検出する処理を繰り返す
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の測定装置。
8. 前記探傷処理部が前記所望エコーが検出されているか否かを判断し、
   前記所望エコーが検出されていない場合には、
   前記探傷処理部が前記所望エコーが検出されていると判断するまで、前記飽和処理部が前記飽和閾値を小さくして前記飽和処理信号を生成し、前記符号復調部が前記復調信号を生成し、前記探傷処理部が前記所望エコーを検出する処理を繰り返す
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の測定装置。
9. 前記受信信号に対し、飽和処理信号を生成するために使用する複数の飽和閾値を備え、
   前記飽和処理部は、前記受信信号について前記飽和閾値ごとに飽和処理信号を生成し、
   前記探傷処理部は、前記飽和処理信号ごとに、当該飽和処理信号に基づき生成された復調信号から飽和していない所望エコーを検出する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の測定装置。
10. 前記符号変調部は、前記変調信号が飽和した場合にも符号の情報が保持される符号変調方式を用いて前記送信信号を符号変調する
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の測定装置。
11. 符号の情報が保持される前記符号変調方式はＯＯＫ方式である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
12. 符号の情報が保持される前記符号変調方式は振幅の正負に２値情報を割り当てる方式である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
13. 符号の情報が保持される前記符号変調方式はＰＰＭ方式である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
14. 前記送信部および前記受信部には、前記送信部が生成した前記電気信号を超音波に変換して出力するとともに受信した超音波を電気信号に変換して前記受信部に出力する探触子が接続される
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の測定装置。
15. 前記送信部には、前記送信部が生成した前記電気信号を超音波に変換して出力する探触子が接続され、
    前記受信部には、受信した超音波を電気信号に変換して前記受信部に出力する探触子が接続される
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の測定装置。

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