JPH0194281A - 超音波受信波の立ち上がり位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波受信波（ＲＦ倍信号の立ち上がり位置
の測定装置に関する。

［従来の技術］ 被検体を伝搬した超音波の伝搬時間の測定は、被検体の
音速を測定するのに重要であり、音速の測定は被検体の
厚さ、材質、欠陥の位置および性状等を測定または判定
する場合等に必要なものである。このため伝搬時間を正
確に測定することは被検体の前記測定または判定等がそ
れだけ精度よく行われることになり好ましいことである
。

ところで伝搬時間を正確に測定するためには、被検体を
伝搬し受信用探触子に受信された受信波の立ち上がり位
置をどこに決めるかが重要であり、被検体の前記測定精
度を左右する。従来の受信波の立ち上がり位置の決定は
、ある一定の検出レベルすなわちしきい値を設定し、そ
のレベルを超えた最初の信号の位置を立ち上がり位置と
する絶対感度によっていた。しかしこの方法による場合
は、超音波探傷器の利得が通常大きくして使用されるこ
とから不必要な雑音的エコーを生じ、立ち上がり部分が
不明確となって読み取りが困難になる場合が多い。また
同じ材質の被検体でも測定する位置や材料特性の違いに
よりエコーの減衰度が異なり、前記設定した検出レベル
を超えるべきものが超えない場合が発生し、立ち上がり
位置にばらつきを生じ不正確になる。特に低周波数の超
音波の場合、例えば被検体がコンクリートブロックで５
０ｋＨｚの周波数で厚さ等を測定する場合には、コンク
リートブロックの横波音速を約３２３０ｍ／ｓｅｅとす
ると、１波長の誤差のみで測定値が約６５ｍｍ増加また
は減少することになり、立ち上がり位置が不明確な場合
は、通常、数波長の誤差があるから側底精度のよい測定
は望めない問題があった。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明は上記の問題点に鑑み、超音波受信波の立ち上が
り位置を明確に特定することができる測定装置を提供す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明の超音波受信波の立ち上
がり位置測定装置は、送信用探触子に高周波の電気パル
スを発振させるパルサーと、前記送信探触子より被検体
に入射して伝搬させた超音波パルスを受信する受信用探
触子と、前記電気パルスを起点として前記受信信号に掃
引トリガをかけるトリガ発振器と、送信用探触子が発生
した超音波パルスの最大振幅の電圧とこのパルスの立ち
上がり位置の振幅の電圧との比を求め、受信信号の電圧
が受信信号の最大振幅の電圧に前記の比を乗じた値を超
えた時点までの前記掃引トリガの起点よりの時間を演算
するＣＰＵを備えた構成にしたことを特徴とする。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図は超音波受信波の立ち上がり位置測定装置の一例
を示すブロック図である。図において、１は送信用の探
触子、２は受信用の探触子で、被検体３上に対向させて
配置されている。探触子１はパルサ４に接続されており
、パルサ４はトリガ発振器５からの繰り返しトリガによ
り探触子１に高周波の電気パルスを一定の時間間隔で発
振する。

６はバンドパスフィルタで、探触子１の被検体３への入
射波を受信した探触子２の出力パルスを濾波して最大振
幅の周波数帯域でかつノイズの少ない位置の信号を取り
出すようになっている。７はバンドパスフィルタの出力
信号を増幅する増幅器、８は増幅器７により増幅された
信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、９はＡ／Ｄ変換器
８の出力信号を入力し該入力信号にトリガ発振器５によ
り前記電気パルスを起点として掃引トリガをかけデジタ
ル波形を表示するデジタルオシロスコープ、１０はＣＰ
Ｕで、送信探触子１より発生した超音波パルスの最大振
幅の電圧とそのパルスの立ち上がり位置の電圧との差を
求め、デジタルオシロスコープ９に表示される波形の最
大振幅の位置より前記電圧差に減衰する位置、例えば２
０ｄ　Ｂ減衰する位置および該位置までの前記掃引トリ
ガの起点からの時間とを演算する。１１はＣＰＵｌ０で
演算された時間を表示する表示部である。

上記構成の測定装置における測定手順は下記のようにな
る。

■　パルサー４より高周波の電気パルスを一定間隔の時
間にて発生させる。

■　上記■の電気パルスを起点として掃引トリガをかけ
る。

■　電気パルスを送信探触子１に導き、探触子１にて電
気パルスを超音波パルスに変換する。

■　超音波パルスは被検体３中を伝搬し、受信探触子２
に到達する。

■　受信探触子２にて超音波パルスを電気パルスに変換
する。

■　電気パルスをバンドパスフィルタ６にかけ最大の周
波数分布となりかつノイズの少なくなる位置を見つけそ
の時の信号を取り出す。

■　■で取り出した信号を増幅器７で増幅する。

■　■の信号をデジタル値に変換する。

■　デジタル信号をオシロにて観察する。

［相］　送信探触子１より発生した超音波パルスの最大
振幅の電圧とそのパルスの立ち上がり位置との電圧差を
求め、■の波形をＣＰＵにて最大振幅より前記電圧差に
等しい低い位置を求め波の立ち上がりとする。

Ｏ掃引トリガの起点より［相］で求めた位置までの時間
を計算する。

ＯＯの値を表示する。

前記ＣＰＵｌ０で演算された波形の最大振幅より送信超
音波の最大振幅とその立ち上がり位置との電圧差に減衰
する位置および該位置までの掃引トリガの起点からの時
間は、受信波のエコーレベルの高低に関係なく機械的に
演算される。これは送信波の立ち上がり位置と相対的な
位置を求めることになり、該位置を求めることにより該
位置が受信波の立ち上がり位置として自動的に特定され
ることになる。前記相対的な位置しては最大振幅より２
０ｄ　Ｂの電圧差の位置が一例として挙げられる。

そして該位置の特定はエコー波形の１〜２山程度の差の
精度で可能であるから、従来のしきい値を設定して受信
波の立ち上がり位置を決める絶対感度による方法に比べ
て格段に精度が向上する。

上記精度について第２図を参照して説明する。

図は厚さ２００ｍｍのコンクリート板を被検体とし、透
過法で伝搬時間ｔ（単位μＳ）を測定位置数２０につい
て測定した伝搬時間の読み取り精度を示すものである。

使用した探触子は横波垂直探触子（型式０．Ｉ　Ｚ４Ｏ
Ｎ　−Ｓ　Ｈ）で１周波数１．００　ｋ　Ｈｚ　、振動
子の材質はジルコンチタン酸鉛セラミック、振動子直径
Ｄ　＝４０ｍｍである。図の横軸は測定位置Ｎα、縦軸
は伝搬時間ｔを示す。図中○印は前記実施例の測定装置
によるもので、前記使用した探触子の場合、受信波形の
最大振幅の位置とエネルギー比が１／１０になる相対位
置を求める相対感度法ｌこよる測定値、・印は従来のし
きい値を設定して求める絶対感度法によった値である。

図から判るように○印はほぼ５９μｓ〜６５μｓの範囲
に集中しているのに比べ、・印は５２μｓ〜７０μｓの
範囲に拡散されており、誤差の標準偏差σが０印が１．
８７８μｓに対し・印が５．７２６μＳと約３倍以上の
差があり、本発明の装置による測定精度の良いことを立
証している。

本発明に係わる測定装置は、上記減衰度の大きいコンク
リートのような材質の厚さ等の測定のほか、エピタキシ
ャルトランジスタのエピタキシャル層のような薄膜の厚
さを測定する場合等にも、受信波の立ち上がり位置が精
度よく明確に特定することができることから、伝搬時間
を正確に測定することができ、精度の良い測定が可能に
なる。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明は送信用探触子に高周波の電
気パルスを発振させるパルサーと、前記送信探触子より
被検体に入射して伝搬させた超音波パルスを受信する受
信用探触子と、前記電気パルスを起点として前記受信信
号に掃引トリガをかけるトリガ発振器と、送信用探触子
が発生した超音波パルスの最大振幅の電圧とこのパルス
の立ち上がり位置の振幅の電圧との比を求め、受信信号
の電圧が受信信号の最大振幅の電圧に前記の比を乗じた
値を超えた時点までの前記掃引トリガの起点よりの時間
を演算するＣＰＵを備えた構成の超音波受信波の立ち上
がり位置測定装置としたから、該受信波の立ち上がり位
置を明確に特定することができる実用上の効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の詳細な説明図で、第１図は測定装置の一
例を示すブロック図、第２図は伝搬時間の読み取り精度
を示す図である。 特許出願人　　日立建機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、送信用探触子に高周波の電気パルスを発振させるパ
   ルサーと、前記送信探触子より被検体に入射して伝搬さ
   せた超音波パルスを受信する受信用探触子と、前記電気
   パルスを起点として前記受信信号に掃引トリガをかける
   トリガ発振器と、送信用探触子が発生した超音波パルス
   の最大振幅の電圧とこのパルスの立ち上がり位置の振幅
   の電圧との比を求め、受信信号の電圧が受信信号の最大
   振幅の電圧に前記の比を乗じた値を超えた時点までの前
   記掃引トリガの起点よりの時間を演算するＣＰＵを備え
   た超音波受信波の立ち上がり位置測定装置。