JPH0228824B2 - - Google Patents

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JPH0228824B2
JPH0228824B2 JP56058349A JP5834981A JPH0228824B2 JP H0228824 B2 JPH0228824 B2 JP H0228824B2 JP 56058349 A JP56058349 A JP 56058349A JP 5834981 A JP5834981 A JP 5834981A JP H0228824 B2 JPH0228824 B2 JP H0228824B2
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JP
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coil
pulse
signal
transmitting
transmitted
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JP56058349A
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Robinson Toomasu
Oruson Uirii
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SUTSUDOSUBITSUKU ENERUGITEKUNITSUKU AB
Original Assignee
SUTSUDOSUBITSUKU ENERUGITEKUNITSUKU AB
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Publication date
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Publication of JPS5726744A publication Critical patent/JPS5726744A/ja
Publication of JPH0228824B2 publication Critical patent/JPH0228824B2/ja
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2412Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電磁的超音波の送信および受信の装置
と方法に関するものである。
電磁的超音波試験は試験材料に直接に接触して
送信機を配置できないような材料の試験に特別な
利点を有する。1つの非常に重要な適用は加熱状
態にある鋼鉄のワークピースや製品における欠陥
の指摘である。試験材料の温度がキユリー温度を
超えると、信号の信号/雑音レベルは実質的に降
下し、その結果受信信号を明確に検知するのが困
難となる。
電磁的超音波試験の原理は、高周波パルスが発
振器からほとんどの場合正弦波形で送信機の電磁
石による磁界中に位置する送信機コイルへ送信さ
れると電磁石が能動化されることにある。送信機
コイル内の電流は対応する変動電流を試験材料表
面内に誘導する。導体内に存在する磁場Bおよび
同時に導体(即ち試験材料)内に流れる電流Iに
より、いわゆるローレンツ力Fが導体上に発現
し、Fは次式で表わされる。
F=I×B ここでIの次元はA/m2でありBの次元は
Teslaである。
この場合この力は高周波で振動し、それにより
弾性超音波が試験材料内に導かれる。
超音波が受信機に到来すると、フアラデーの誘
導法則に従つて対応する電気信号が受信機コイル
内に生じる。受信機コイルは受信機の電磁石によ
る磁界中に位置している。
理想的な装置においては受信機が受信する信号
全体は超音波に由来し、前記超音波は試験材料内
を伝播しまた反射されたものである。
送信機および受信機の磁石に作用する発振され
た超音波による磁石における振動は受信の混信を
生じ、この混信は低い信号/雑音比を考えればか
なりのレベルを有する。
それ故、実際の装置では受信信号は材料内で反
射された信号のほかに、混信にも由来し、送信機
および受信機の磁石における振動はかなりの混信
源となつている。
本発明はこの問題を送信器および受信器の磁石
における振動の影響を除去することにより解決す
る。
従つて、本発明は電磁的超音波試験における信
号/雑音比の実質的な改善を意味する。
本発明は電磁的に発振されかつ受信される超音
波パルスの送信および受信方法に関するものであ
り、特に導電性材料の非破壊試験において特にキ
ユリー温度以上の鋼鉄に関するものである。本発
明は送信機内に第1のコイルおよび磁心によつて
第1の磁場を生成し、第1の磁場内に位置する送
信コイルに高周波の送信パルスを供給する段階、
第2のコイルおよび磁心によつて受信機内に第2
の磁場を生成し、第2の磁場内に位置する受信機
コイルによつて前記送信パルスに由来する信号を
受信する段階を包含するものであつて、前記第1
および第2のコイル内の電流が同じであるかまた
は異なる方向を有する間に第1の送信パルスが送
信され、その後受信信号はそのためのメモリに記
憶されること、その後前記第1のコイルまたは前
記第2のコイルにおける電流が第1の送信パルス
が送信および受信時とは逆になつている間に第2
の送信パルスが送信および受信されること、最後
に受信された信号と前記記憶された信号の間の差
が形成され、その後その差が実質的に混信なしに
受信される信号を構成することを特徴とする。
本発明はまた特許請求の範囲第6項に記載され
ているような種類および特徴を有する装置にも関
連する。
本発明は以下に添付図面を参照しつつ記述さ
れ、添付図面は例として1つの実施例を示してい
る。
第1図には本発明を用いた装置が示されてい
る。送信機磁石1および受信機磁石2は両方共巻
線を伴う鉄心を有し、互いに一定の間隔をおいて
設けられる。送信機および受信機の磁石1,2は
比較的強い磁場を生成する能力がある。前記磁石
1,2における作用は第1のパルス発振器3によ
り生じる。パルス発振器3は送信および受信にお
いて磁石1,2の巻線に電流を供給することがで
きる。
送信機および受信機の磁石の極に隣接して送信
機コイル4および受信機コイル5が各々配置され
る。送信機磁石1の磁場が好ましくは最大強度の
期間中に送信機コイル4をとおして所定長さの短
いパルスを送信する為に第2のパルス発振器6が
設けられている。
このようにして導電性試験材料内に生成された
超音波パルスは試験材料内で反射されて受信機コ
イル5により受信される。受信機コイル5は上に
送信機磁石について述べたことに対応して受信機
磁石2の磁界が強い間に発振された超音波パルス
を受信する。
制御および時間回路7は、まず導線19を介し
て第1のパルスを第1のパルス発振器3に電気パ
ルス信号として送り出す。この第1のパルス発振
器3がそのパルスを受信すると、送信機磁石1と
受信機磁石2の巻線に電気信号パルスを送出す
る。さらに、この送信機磁石1と受信機磁石2に
よつて強い磁界が形成された状態で制御および時
間回路7が第2のパルス発振器6に導線13を介
して電気パルス信号を送出し、これによりこの第
2のパルス発振器6からは導線14,15により
送信機コイル4に所要パルスが送出されて、送信
機コイル4から超音波のパルス信号が送信され
る。
上述の構成部分、即ち第1および第2のパルス
発振器3および6と共に時間回路7は適当な公知
の型でよい。
送信された超音波を受信する機能原理は以下の
如くである。即ち試験材料内で反射された超音波
および受信機磁石2により与えられる磁場が受信
機コイル内に起電力(emf)(e)、即ち増幅して示
すことのできる信号を生じる。
送信機コイル4から受信され、検査対象物体内
を伝播した後にそのエコー信号として受信機コイ
ル5で受信された受信信号には2つの信号成分が
含まれており、その一つは検査対象物中を伝播し
た実際の超音波から起因する成分と、送信機磁石
1と受信機磁石2の振動に起因する成分である。
送信機磁石1の巻線電流方向が反転された場合、
この2つの信号成分が受ける影響は異なり、この
内、送信機磁石1の巻線電流が所定の第1の電流
方向である間に送信されて受信された第1のパル
スの受信信号は(1)式で表現される。
送信機磁石の最初の極性をPとすると、受信機
信号は次のように表わされる。
ep=epp+elp (1) 送信機磁石の極性が反転した時それをmとする
と受信機信号は次のように表わされる。
en=epn+eln (2) しかし epp=−epn=ep (3) ここで、各式中で用いられた記号は以下のよう
に定義される; ep=送信機磁石1の巻線の所定の第1の電流方向
における受信信号の起電力、 epp=送信機磁石1の巻線の所定の第1の電流方
向における試験片内の超音波に起因する信号部
分の起電力、 elp=送信機磁石1の巻線の所定の第1の電流方
向における磁石の振動に起因する信号成分の起
電力、 及び、 en=送信機磁石1の巻線の反転した第2の電流方
向における受信信号の起電力、 epn=送信機磁石1の巻線の反転した第2の電流
方向における試験片内の超音波に起因する信号
成分の起電力、 eln=送信機磁石1の巻線の反転した第2の電流
方向における磁石の振動に起因する信号成分の
起電力。
なぜなら試験材料内の超音波を生成する力も反
転されるからである。
送信機磁石における高周波振動は送信機磁石の
巻線内の電流が反転すると反転する。このことの
みを適用するなら、elp=−elnとなるが、送信機
磁石の極性もまた反転されることを考慮に入れね
ばならない。このことは混信に由来する受信機コ
イルにおけるemfの二重反転を意味する。従つて eln=elp (4) 送信機磁石の異なる極性に関する2つの連続す
る超音波観測を行ない、次に2つの対応する受信
機信号の間の差をとることにより、次のようにな
る。
ep−en=epp+elp−epn−eln (5) 方程式(3)および(4)を用いれば次式を得る。
ep−en=2ep (6) 従つて磁石の振動に由来する受信機信号は差の
中では消えてしまい、その結果試験材料内を伝播
してきた実際の超音波に対応する2倍の信号のみ
が生じる。こうして、送信機磁石1の巻線電流方
向が所定の第1の電流方向の時点での受信信号は
(1)式で表され、これに対して反転した第2の電流
方向の時点での受信信号は(2)式で表現される。さ
らに、(3)、(4)及び(5)式からも明確なように、前述
した送信機磁石1と受信機磁石2の振動に起因す
る信号成分と、試験片内の超音波信号の伝播に起
因する信号成分は異なつた特性を有しており、結
果として(6)式で得られる信号は機械的振動の影響
を受けない倍加された信号強度のエコー信号とな
つている。
送信機磁石の巻線内の異なる電流方向において
受信された2つの信号の差をとる代わりに、受信
機磁石の巻線内の2つの異なる電流方向について
同様にして差をとることにより同じ結果が得られ
る。
上述のことにおいては送信機−受信機振動に由
来する混信に関する関係が扱われた。同じ論証に
より送信機巻線内の異なる電流方向において受信
された2つの信号の間の差もまた受信機磁石にお
ける振動の影響の排除を生じる。同じ好ましい結
果を生じる他の方法として単に受信機磁石の極性
を反転することも可能である。
換言すれば、2つの信号の差は送信機および受
信機の両方の電磁石における振動により生じる混
信を全く含まない信号を生じる。この方法の他の
利点は、全ての十分に感度の高い測定装置に特有
の(熱力学に基づく)避けられない雑音が、差を
求める適当な手順により所望の超音波信号強度に
対して減少されることである。
信号/雑音比は本発明により因子約1.4だけ改
善される。
上述の目的、即ち2つの連続して受信される信
号の差をとるために、公知の型の2つのメモリ
8,9が設けられる。メモリ8,9の各々に記憶
されている2つの信号の差をとるように公知の型
の差動回路10が設けられている。アナライザま
たは視覚的装置11は差動回路10の出力12へ
接続される。
上述の時間回路7が信号を導線13を通じて第
2のパルス発振器6に送信すると、それによりパ
ルス発振器は送信機パルスを導線14,15を経
てコイル4へ送信する。時間回路は前記送信を行
なつた後導線16を経て信号を第1のメモリ8に
送り、受信機コイル5において受信された信号を
記憶させることができる。この信号は高周波で送
信された送信パルスに由来するものである。時間
回路7が次のパルスを導線13を通して第2のパ
ルス発振器6に送信するとそれによりパルス発振
器は第2の送信パルスをコイル4に送信する。時
間回路は前記送信を行なつた後さらに信号導線1
7を経て第2のメモリ9に送信して受信機コイル
5において受信された信号を記憶させることがで
きる。この信号は第2の送信された送信パルスに
由来するものである。
時間回路7はその後信号を導線18を経て差動
回路10に送信し第1のメモリ8および第2のメ
モリ9に各々記憶されている信号の差を形成する
ことができる。
第2図においては第1のパルス発振器3の好ま
しい実施例がより詳細に示されている。
第2図における入力Bは第1のパルス発振器の
導線19の入力に等しい。入力Aは周波数50cps
の商用交流電源に接続される。
変圧器20は入力Aとパルス発振器3の残りの
回路との間に位置する。パルス発振器3はダブル
サイリスタ21および4つのダイオード23乃至
26を伴う整流器ブリツジ22を有する。抵抗2
7およびコンデンサ28を有する減衰回路が設け
られ、ダブルサイリスタ21と並列に接続され
る。
第2図の回路は以下のような機能を有する。そ
れは第3図、第4図、第5図および第6図に関連
して記述される。そのうち第3図はAにかかる電
圧を示し、第4図はBにかかる電圧を示し、第5
図はコイル1の電流強度を示し、第6図はコイル
2の電流強度を示している。
Aにかかる電圧は商用交流電源から得られる電
圧である。時間回路7は上述の信号を導線19、
即ち第4図によればBを経て送信する。それは商
用交流電源の零軸交差よりわずか前、好ましくは
約2ms前に行なわれる。この結果サイリスタ2
1は点弧し、それによりコイル1における電流強
度は第5図に示される曲線に従う。商用交流電源
の正の半サイクル中にコイル2内を通じて1つの
方向に電流が流れる。商用交流電源の零軸交差の
後、コイル2には商用交流電源の負の半サイクル
中にもダイオード23乃至26により前記正の半
サイクルにおけると同じ方向に電流が流れる。こ
れについては第6図を参照されたい。
ダブルサイリスタ21は従つて印加されるトリ
ガ電圧において両方向に導通する種類のものであ
る。商用交流電源が零軸交差するわずか前でフル
サイクルの後に、時間回路7は負の電圧を入力B
に送信することができる。これについては第4図
を参照されたい。
この手順は第3図乃至第6図に示されているよ
うに等しい時間間隔で繰り返される。
前記第1のコイル1または前記第2のコイル2
の1方または他方における電流の反転は1ms乃
至10ms、好ましくは1msの短い時間内に生じ
させられ、前記第1のコイル1および前記第2の
コイル2により生じる磁場における2つの連続す
る最大値は周波数50cpsの交番電圧の半サイクル、
即ち10msに実質的に対応するようになる。
従つて、記述された装置により送信機磁石のコ
イル1には2つの異なる方向に電流が流れ、一方
受信機磁石のコイル2には同じ時に1つの方向に
電流が流れる。
送信機コイル4を経て送信される送信パルスは
好ましくは送信機および受信機の磁石による磁場
強度のほぼ最大値において送信される。送信パル
スの持続時間は非常に短く、好ましくは10μsであ
る。
第1図で送信機および受信機は別個のユニツト
として示されているが、それらは保護ケーシング
を伴う1つのフレーム上に組み立てることもでき
る。超音速診断上の見地からは送信機と受信機の
間の距離は可能な限り短いことが好都合であろ
う。これらのユニツトが互いに接近すればするほ
ど、電磁石振動により生じる混信は大きくなる。
このことは上述の技術により得られる信号/混信
の振幅比の改善が非常に価置あるものであること
を意味する。
従つて、本方法は簡潔に言えば送信機および受
信機の磁石1,2内の電流が等しいかまたは異な
る方向を有する間に第1の送信パルスが送信さ
れ、また受信された信号は第1のメモリ8に記憶
されることを包含する。その後送信機磁石1また
は受信機磁石2内の電流は反転され、その後第2
の送信パルスが送信された後それにより受信され
た信号は第2のメモリ9に記憶される。
メモリ8,9に記憶された信号はその後差動回
路10において減算され、その結果はアナライザ
回路または視覚的装置に送信される。
本発明は非常に単純な方法および非常に単純な
装置を提供することにより実質的に改善された信
号/雑音比をもたらすことは明らかであり、それ
は試験材料の温度が高い時、とりわけキユリー温
度以上の鋼鉄に対し特に重要である。
本発明はその概念を放棄することなく当業者に
は明らかな多くの方法で修正することができる。
例えばコイル内の電流を反転させる装置は他の公
知のスイツチング素子を用いて設計することがで
きる。さらに、強い磁場の持続時間中に1連の超
音波のパルスを送信機および受信機の磁石から送
信することができ、前記一連のパルスは送信機お
よび受信機の磁石の1つにおいて極性が反転され
た時に反復される。
従つて、本発明は上述の実施例に限定されると
みなされるべきではなく、特許請求の範囲に定め
られるその範囲内で変更することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用した装置の概略的なブロ
ツク図、第2図は送信器および受信機の磁石のた
めのパルス発振器の回路図、第3図および第4図
は電圧波形図、第5図および第6図は電流波形図
である。 符号の説明、1……送信機磁石;2……受信機
磁石;3……第1のパルス発振器;4……送信機
コイル;5……受信機コイル;6……第2のパル
ス発振器;7……制御および時間回路;8……第
1のメモリ;9……第2のメモリ;10……差動
回路;11……アナライザ;20……変圧器;2
1……ダブルサイリスタ;22……整流器ブリツ
ジ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 導電性材料、とりわけキユリー温度以上の鋼
    鉄の非破壊試験に用いるための電磁的に生成され
    て受信される超音波パルスの送受信方法であつ
    て、第1のコイルおよび磁心によつて送信機内に
    第1の磁場を生成し、第1の磁場内に位置する送
    信機コイルに高周波数の送信パルスを供給する段
    階、第2のコイルおよび磁心によつて受信機内に
    第2の磁場を生成し、第2の磁場内に位置する受
    信機コイルによつて前記送信パルスに由来する信
    号を受信する段階からなる前記送受信方法におい
    て、前記第1のコイル1および前記第2のコイル
    2における電流が等しいかまたは異なる方向を有
    する期間に第1の送信パルスが送信および受信さ
    れ、その後その受信信号がメモリ8に記憶される
    こと、またその後前記第1のコイル1または前記
    第2のコイル2のどちらかにおける電流が第1の
    送信パルスが送信および受信された時に比して反
    転された方向を有する期間に第2の送信パルスが
    送信および受信されること、後の方に受信された
    信号と前記記憶された信号との差が形成され、そ
    の後その差が実質的に混信なしに受信される信号
    を構成することを特徴とする電磁的超音波パルス
    の送受信方法。 2 特許請求の範囲第1項の記載において、前記
    第1のコイル1および前記第2のコイル2の1方
    または他方における電流の反転が1乃至10ms、
    好ましくは1msの短時間内に行なわれ、前記第
    1のコイル1および前記第2のコイル2により生
    じる磁場における2つの連続する振幅の最大値が
    周波数50cpsの交番電圧の半サイクル、即ち10m
    sに実質的に対応することを特徴とする電磁的超
    音波パルスの送受信方法。 3 特許請求の範囲第1項または第2項の記載に
    おいて、前記送信パルスがはつきり定められた長
    さのパルスであつて好ましくは1つのサイクル全
    体から成ること、およびそれが前記磁場の最大強
    度またはその付近において送信されることを特徴
    とする電磁的超音波パルスの送受信方法。 4 特許請求の範囲第1項、第2項または第3項
    の記載において、前記第1の送信パルスおよび前
    記第2の送信パルスが各々一連のはつきり定めら
    れた長さのパルスから成ることを特徴とする電磁
    的超音波パルスの送受信方法。 5 導電性材料、とりわけキユリー温度以上の鋼
    鉄の非破壊試験のための電磁的に生成されて受信
    される超音波パルスを送信および受信する装置で
    あつて、第1コイルと磁心及び該磁心の極に位置
    して高周波の送信パルスが供給され得る送信コイ
    ルを備えると共に磁界を発生させ得る送信機と、
    第2のコイルと磁心及び該磁心の極に位置して超
    音波信号を受信可能な受信コイルを備えると共に
    磁界を発生可能な受信機とを備えた前記送受信装
    置において、4つのダイオード(23−26)を
    含む整流器ブリツジ22を有し、前記第1のコイ
    ル1および前記第2のコイル2の1つがブリツジ
    22の1つの対角線に沿つて接続され、前記第1
    のコイル1および前記第2のコイル2のもう1方
    はブリツジと並列にブリツジの2つの残りのかど
    に接続されると共に回路への電圧を制御するため
    にダブルサイリスタが包含され、当該サイリスタ
    の導通時は交番電圧の回路への印加を可能とし、
    それにより回路に送られた交番電圧が前記第1お
    よび第2のコイルの1つ2に常に同じ方向の電流
    を生じ、また交番電圧の零軸交差の後には前記第
    1および第2のコイルの第2のもの1に反転され
    た電流方向を生じることのできるパルス発振器3
    を有し、および第1の送信パルスのエコーである
    第1の受信信号を記憶するための第1のメモリ8
    を有し、および前記第1の受信信号と第1の送信
    パルスの直後に送信されたパルスに由来する第2
    の受信信号との間の差を形成する電気回路10を
    有することを特徴とする電磁的超音波パルスの送
    受信装置。
JP5834981A 1980-04-18 1981-04-17 Method of and apparatus for transmitting or receiving electromagentic ultrasonic pulses Granted JPS5726744A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8002948A SE438738B (sv) 1980-04-18 1980-04-18 Forfarande och anordning vid sendning och mottagning av elektromagnetiskt ultraljud

Publications (2)

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JPS5726744A JPS5726744A (en) 1982-02-12
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