JPH03135707A - ピーク検出形超音波厚さ計 - 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、パルス反射形超音波厚さ計に関するものであ
り、特に受信増幅器（以下単に「受信器」と称す）の出
力における底面エコーまたは裏面エコーの検出用回路の
改良に関する。

（従来技術〕 従来のパルス反射形超音波厚さ計においては、受信増幅
器出力の受渡エコー信号は電圧比較器に入力され、次に
、この電圧比較器のもう一方の入力端子に人力された予
め定められた一定の直流電圧である被比較電圧（以下「
基準電圧」と称す）と比較され、受渡エコー信号の電圧
が基準電圧を越えたときに検出パルスが電圧比較器より
出力される。ここで時間計測カウンターは、被測定材の
厚さが零のときにタイミングを合わせたゼロ（ＺＥＲＯ
）点からスタートしているため、上述の検出パルスで時
間計測カウンターの値をホールドしてこの値に被測定材
中の音速値を乗じる演算をすることにより被測定材の厚
さ値が得られる。このように、従来のパルス反射形超音
波厚さ計においでは、予め定められた固定値の直流電圧
（基準電圧）と受渡エコー信号の電圧とを比較すること
により測定材の厚さ値の計測検出ポイントを決定してい
た。

第１図は、このような従来のパルス反射形超音波厚さ計
の一例の構成を示している。また第２図は、この第１図
に示した従来装置の受信器の入力波形を示す図である。

これら第１図及び第２図を参照しながらこの従来装置の
動作を説明すると、まず、同期信号発生器ｌの制御する
パルス送信器２によって同期的に発生された電気パルス
Ｐ（第２図（λ））は探触子３により超音波パルスに変
換される。該超音波パルスは、マシン油などの接触媒質
のＦｉｔ（図示せず）を介して被測定材４（厚さをＴと
する）の上面５から被測定材４に入射し、その底面（ま
たは裏面）７から反射して探触子３に戻る。そしてこの
探触子３において電気パルスたる底面エコーパルスＡ（
第２図（λ））に変換される。この底面エコーパルスＡ
は、電気パルスＰの発生した後、超音波パルスが被測定
材４を通って探触子３との間を往復するま・での時間ｔ
ａを経過して発生する。明らかなように、実質的にこの
時間ｔａは、厚さ相当時間、即ち超音波パルスが被測定
材３の厚さＴを往復するのに要する時間である。底面エ
コーパルスへの電圧は受信器８で増幅されて出力される
が、増幅された底面エコーパルスＡの電圧は自動利得制
御（ＡＧＣ）回路９で直流電圧に変換されて受信器８に
帰還される。ＡＧＣ回路９とともに帰還増幅器として動
作する受信器８の出力電圧が電圧比較器１０へ入力され
る。

また電圧比較器ｌＯは、基準電圧発生器１１により発生
された基準電圧Ｅをも入力しており、底面エコーパルス
Ａの電圧が基準電圧Ｅを越えれば検出パルスＤ（ｉ２図
（ｂ））をデーターホールド回路１５に出力する。デー
ターホールド回路１５は検出パルスＤを入力するとカウ
ンター１３の時間計数値ｔユをホールドし更に演算回路
１６に出力する。

一方、同期信号発生器ｌがパルス送信器２に電気パルス
Ｐを発生させる制御信号を出力してから上記のようにそ
の電気パルスＰの変供され柑超音波パルスが被測定材４
の上面５まで到達する時間が経過したときに、厚さ計測
のＺＥＲＯ位置に対応するＺＥＲＯ点パルスがＺＥＲＯ
発生器１２から出力されてカウンターを１３をリセット
する。

このカウンター１３は、基準クロック発生器１４で発生
された単位時間パルスを計数しているので、上記のよう
に検出パルスＤでホールドされたデーターは被測定材４
の厚さＴに相当した時間（計数値）ｔｉを与えることと
なる。

次に演算回路１６は、データーホールド回路１５から入
力したこの時′間計数値ｔλと、音速演算手段１７で設
定されそこから入力した被測定材４中の音速値と、を乗
する演算を行い、さらにその演算結果を被測定材４の厚
さＴの測定値としてデジタル（又はアナログ）表示器１
８に出力する。

そして表示器１８は入力した測定値を最終的に厚さＴと
して表示する。

ところで、第１図の装置で、被測定材４中にＦＲＰ（グ
ラスファイバー強化プラスチック）等の樹脂加工品など
が異種材料Ｆ！６（ここでは二つの暦が有るものとする
）として含まれ・ている場合及び被測定材４の組織が例
えば鋳鉄におけるように粗い粒子からなる場合の受信器
８に入力された波形を、それぞれ第２図（ｃ）及び（ｅ
）に示す。

ここでパルスＭは被測定材４中における他の不要なエコ
ーである。上記のように従来装置においては基準電圧Ｅ
が固定されているので、被測定材４の底面からのエコー
（底面エコー）Ａを検出する前に、上記第２図（ｃ）の
場合は第２図（ｄ）に示すように被測定材の構成材料で
ある二つの異種材料Ｎ６からのエコーＬ、及びＬ’、ま
た上２第２図（ｅ）の場合は第２図（ｆ）に示すように
被測定材４の組織の粒子からのエコーを検出してしまい
、厚さを測定するための底面エコーＡと区別出来ず安定
した正確な厚さ測定が行えない。

［発明が解決すべき課題〕 上記のように予め定められた（固定）値の直流電圧（基
準電圧）と受波エコー信号の電圧とを比較することによ
り測定材の厚さ値の計測検出ポイントを決める従来のパ
ルス反射形超音波厚さ計でぼ、複合材料、鋳鉄、表面を
被覆した材料等の厚さを測定する場合、底面エコーより
前に、上記の異種材料層などの言わば超音波的不連続点
から生ずる反射波（エコー）が検出されるため、底面エ
コーを利用する計測が出来なかった。このような欠点を
解消するために、超音波伝播路の長さ方向における減衰
を補正する距離感度補償を行うことや、被測定材に入射
させる超音波の周波数を下げてその被測定材の材料組織
の透過度を上げることが従来より行われてきた。

しかし、この方法には、 （１）比較器の基準電圧が固定された直流電圧のため、
被測定物が変わったときには基準電圧や受信器の増幅度
を変えねばならず不便であること、及び （ＩＩ）被測定物の各個体間における材料や組成の違い
、超音波センサーと被測定材の表面との接触状態の違い
のため、受波エコーのレベルが変化して安定な測定がで
きないこと、などの開運が有った。

［課題を解決するための手段Ｊ 上記のような従来技術の問題点を解決するために、少な
くとも底面エコー以外の不要なエコーの振幅が底面エコ
ーより小さいという条件を前提として、本発明は、受信
出力の受渡エコー群の中で最高の高さのエコーを検出す
ることにより底面エコーを検出し被測定材の厚さを測定
する超音波厚さ計を提供する。

〔作用〕

このように本発明に従うピーク検出形超音波厚さ計は、
被測定材からのエコーのピークを検出して受波エコーレ
ベルの如何に拘わらず底面エコーがその他の′厚さ測定
に不要なエコーより高い場合に底面エコーを安定して検
出し確実に厚さを測定する。また、超音波不連続点から
のエコーの方が底面エコーよりも高さが高い場合には、
被測定材を、材料内部に組織の剥離、ラミネーション等
を有する欠陥材料として認識する。

（実施例〕 第３図は、本発明の好適な一実施例を示すブロック図で
あり、第４図は、第３図の回路の幾つかの点においてピ
ーク検出時に現れる波形を示した図である。

第３図に示した本発明の実施例の装置は、第１図の従来
装置における基準電圧発生器１１を積分回路１９に置き
換えた以外はｉｆ図と実質上同じ構成を有する。従って
、第３図において第１図の従来装置の構成要素と同−又
は対応する構成要素には同じ参照数字を付しである。

次に第４図を参照すると、第４図（２Ｌ）は、第２図（
ａ）と同様に、まず電気パルスＰが発生し、さらにそれ
を変換した超音波パルスが被測定材４の中を往復して探
触子３に戻って来てまた変換され、底面エコーパルスＡ
が発生する様子を示している。また第４図（ｂ）は、送
信パルス以外の被測定材からのエコーのみを積分回路１
９に入力させるために第３図の装置中に設けられたセレ
クトゲート発生回路（第３図には図示せず）によって、
送信パルス幅の終了後にセレクトゲートをオン（ｏｎ）
状態とする様子を示している。このセレクトゲートによ
り選別抽出された波形を第４図（ｃ）に示す。積分回路
１９により底面エコーパルスＡは積分されて第４図（ｄ
）に示す波形となり、電圧比較器１０に基準電圧として
入力される。第４図（ｅ）は、電圧比較器１０に対する
受信器８の出力信号の波形を実線で、積分回路１９の出
力の積分波形を破線で示したものである。この第４図（
ｅ）において斜線で示した部分では、基準電圧である積
分波形電圧のレベルより受信器８の出力信号の電圧レベ
ルの方が高くなっている。このため電圧比較器ＩＯの出
力信号の波形は第４図（ｆ）に示すようなものになる。

そこで、例えばこの第４図（ｆ）において下向き矢印で
示した、パルスの立ち下がり箇所を上記の時間ｔλの計
測ポイントとして底面エコーのピーク検出をすることが
出来る。この時間ｔａの計測ポイントは、第４ｒｙ：Ｊ
（ｅ）から明らかなように、厳密に言えば底面エコーパ
ルスＡの頂点より時間的に遅れているが、これは積分回
路の時定数の影響によって積分波形の立ち上がりに遅れ
が出ているためであり、入力信号レベルが変化しても一
定の遅れとすることは当業者にとって容易に可能である
。

ここで、受信器８の出力波形が第５図（２Ｌ）に示すよ
うに上記の第２図（ｃ）の波形と同じ場合、即ち被測定
材４内部に二つの異覆材料Ｆ！６がある場合を例として
、従来の超音波厚さ計では精確に厚さが測定できなかっ
た場合においても本発明に従うピーク検出形超音波厚さ
計によれば厚さの精確で安定した測定が可能となること
を説明する。

第５図（ｂ）及び第５図（’ｃ）はそれぞれ第４図（ｂ
）及び第４図（ｃ）の波形図と同様にセレクトゲートと
選別抽出後の波形出力を示している。

積分回路１９への人力波形が第５図（ｃ）に示すもので
あれば、その出力波形、即ち、電圧比較器！０へ入力さ
れる基準電圧信号の波形は、第５図（ｄ）に示されるよ
うになる。茅５図（ε）においては、受信器８から電圧
比較器ｌＯに入力された信号の波形が実線で、基準電圧
信号の波形が破線で示されており、斜線の部分が検出さ
れて、第５図（ｆ）′に示す波形を有するパルス信号が
電圧比較器１０からデーターホールド回路１５に出力さ
れる。カウンターカンらのデーターは電圧比較器１０か
らの出力パルスの立ち下がりでホールドされるから、最
後までホールドされたデーターが最後のパルスのデータ
ー、即ち底面エコーパルスＡのデーターを示し、結局、
被測定材の厚さＴに実質的に相当する時間ｔａが測定可
能である。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例
えばアナログ・デジタル変換器の口路構成要粛であ・る
、電圧比較器出方のパルスをピーク検出信号として利用
することもできる。底面エコー又は裏面エコーの波形の
ピークを検出することにより計数するものであるならば
上記実施例の方式に限定されるものではない。

［発明の効果〕 上記のように、本発明に従うピーク検出形超音波厚さ計
により　　エコーのピークを検出すれば受波エコーレベ
ルの如何に拘わらず底面エコーがその他の厚さ測定に不
要なエコーより高い場合に底面エコーを安定して検出で
き確実に厚さを測定出来る。また、超音波不連続点から
のエコーのｉが底面エコー上りも高さが高い場合には、
その不連続点までを計測し、その厚さが期待値より異る
とき、被測定材を、材料内部の剥離、ラミネーシ第１図
は、従来のパルス反射形超音波厚さ計の構成例を示すブ
ロック線図であり、 第２図は、第１図に示した従来のパルス反射形超音波厚
さ計による測定を説明するための波形図であり、 第３図は、本発明の一実施例たるピーク検出形超音波厚
さ計の構成を示すブロック図であり、第４図は、第３図
に示したピーク検出形超音波厚さ計による測定を説明す
るための波形図であり、第５図は、被測定材中に異種材
料層がある場合に第３図に示したピーク検出形超音波厚
さ計による測定を説明するための波形図である。

尚、これらの図面において同一参照ｐ　号！：　２−又
は相当部分を示す。

また、これらの図面中、参照数字１は同期信号発生器、
２はパルス送信器、３は探触子、４は被測定材、５は被
測定材の上面、６は異種材料層、７は被測定材の底面、
８は受信器、９は自動利得制御回路、１０は電圧比較器
、１１は基準電圧比較器、Ｉ２はＺＥＲＯ発生器、１３
はカウンター１４は基準クロック発生器、１５はデータ
ーホールド回路、１６は演算回路、１７は音速演算手段
、１８は表示器、１９は積分回路を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波により被測定材の厚さを測定するようにしたパル
   ス反射形超音波厚さ計であって、前記被測定材からの反
   射波を受信する受信増幅回路の出力における受波エコー
   信号のうちで最大振幅のエコー信号のピークを検出する
   信号処理回路を備えたことを特徴とする前記パルス反射
   形超音波厚さ計。