JPH0351687Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、金属材料などの厚さや水中距離の測
定に使用可能な超音波寸法測定装置に関するもの
である。

従来の技術 現在、様々な超音波寸法測定装置が様々な分野
で使用されている。例えば、綱管や綱板などの厚
さの測定及び検査に、例えば、第３図に示すよう
な超音波寸法測定装置が使用されている。すなわ
ち、図示の超音波寸法則定装置は、被測定物１０
に対して位置付けられる探触子１２を有してい
る。一般に、その被測定物１０と探触子１２との
間は、図示していないが、測定媒体で満たされて
いる。その探触子１２は、同期パルス信号発生器
１４かた同期パルスを受けて適当な時間間隔で高
電圧パルスを発生する出力回路１６の出力に接続
され、高電圧パルスにより超音波パルスを被測定
物１０に向けて発するようになされている。

探触子１２からの超音波パルスは、被測定物１
０の表面１０Ａで反射し、また、その底面１０Ｂ
でも反射し、その底面１０Ｂで反射した反射波の
一部は表面１０Ａを通過し一部は表面１０Ａで反
射し再び底面１０Ｂで反射する。従つて、探触子
１２は、それら反射波をうけて、第４図ａに示す
ような、送信パルスＴ、表面反射パルスＳ、第１
底面反射パルスＢ１、第２底面反射パルスＢ２、
…などの受信信号を増幅器１８に出力する。

増幅器１８の出力は、測定ゲートパルス発生器
２０に入力され、その測定ゲートパルス発生器２
０は、第４図ｂに示すように、被測定物の表面反
射波Ｓと第１底面反射波Ｂ１との間の時間幅を持
つ測定ゲートパルスＰを発生する。その測定ゲー
トパルスＰは、時間／電圧変換回路２２に入力さ
れて、第４図Ｃに示すように測定ゲートパルスＰ
の幅に電圧Ｖが比例する電圧信号に変換される。
この時間／電圧変換回路２２は、一般に、測定ゲ
ートパルスのパルス幅の時間の間閉成するゲート
スイツチと、該ゲートスイツチを介して電定電流
源によつて充電されるコンデンサを有する積分回
路と、その積分回路の出力端子電圧を増幅する電
圧増幅器とから基本的に構成される。

その時間／電圧変換回路２２の電圧出力は、
Ａ／Ｄ変換器２４に入力され、そのＡ／Ｄ変換器
２４は、その電圧信号をデジタル信号に変換し、
その出力を受けるデジタル表示器２６は、肉厚測
定値をデジタル表示する。

以上の超音波寸法則定装置を使用しての超音波
肉厚測定において、測定ゲートパルスＰの幅は、
超音波が被測定物の厚さ方向に往復するに要する
時間に対応する。従つて、上記超音波寸法測定装
置は、その時間から被測定物の肉厚を求め測定し
ているものである。しかし、音波は、被測定物の
材料によりその速度が異なる。そのため、時間／
電圧変換回路２２の電圧増幅器の増幅率を調整し
て、測定ゲートパルス幅を電圧信号に変換する割
合を音速に基づいて較正している。

考案が解決しようとする問題点 以上のような超音波寸法測定装置において、測
定可能範囲は、時間／電圧変換回路２２の積分回
路の時定数により決定され、また、Ａ／Ｄ変換器
２４の出力のビツト数により測定範囲及び測定値
の分解能が決定される。

例えば、被測定物の材料での音速が6000m／ｓ
であり、上記積分回路の時定数が１／10000秒で
あれば、往復で60cmの距離すなわち厚さ30cmまで
測定可能である。また、Ａ／Ｄ変換器２４の出力
が１２ビツトの場合、十進数に換算すれば、4095
デジツトの分解能を現実できる。それ故、被測定
物の測定値の必要分解能を１／100mmとしたとき
は、測定範囲は40.95mmとなり、１／10mmの場合
409.5mmとなる。しかし、被測定物が200mmの厚さ
があり一方１／100mmの分解能を必要な場合、
Ａ／Ｄ変換器の出力を15ビツト以上とする必要が
ある。

しかしながら、想定範囲と必要分解能に応じて
Ａ／Ｄ変換器を変換することは大変である。ま
た、予め出力のビツト数の多いＡ／Ｄ変換器を組
み込むことは、常に広い測定範囲と高い分解能が
要求されるものではないので、超音波寸法測定装
置の価格を徒に増大するだけである。そして、こ
の問題は、超音波寸法測定装置を被測定物の厚さ
を測定する場合だけでなく、被測定物との距離を
測定するなどのほかの場合にも同様に生じる。

そこで、本考案の目的は、Ａ／Ｄ変換器を交換
せずに、被測定物の厚さや被測定物との距離に関
係なく必要な分解能で測定できる超音波寸法測定
装置を提供せんとするものである。

問題点を解決するための手段 すなわち、本考案によるならば、電気パルスを
受けて超音波に変換して出力する一方受けた超音
波を電気信号に変換する探触子と、該探触子に電
気パルスを出力する送信回路と、基準となる電気
信号から所定の時間遅れでエコーパルスを発生す
るエコーパルス発生回路と、該エコーパルス発生
回路からのエコーパルス及び前記探触子からの受
信電気信号を受けてエコーパルスと被測定反物射
波との時間幅に対応する第１の距離信号を出力す
る受信回路と、前記基準となる電気信号から所定
の時間遅れを設定するように前記エコーパルス発
生回路を制御すると共に、前記受信回路からの第
１の距離信号と前記基準となる電気信号から所定
の時間遅れに対応する距離との和の距離を示す信
号を出力する演算制御装置とを具備していること
を特徴とする超音波寸法測定装置が提供される。

作用 以上のような本発明による超音波寸法測定装置
において、受信回路の出力の分解能を低下させる
ことなく距離を測定する場合、次のように動作す
る。すなわち、上記した所定の時間遅れは、探触
子へ供給する電気パルスを基準となる電気信号と
して決定し、上記エコーパルス発生回路に被測定
物との距離に相当する時間より多少短い時間遅れ
でエコーパルスを発生させる。そのようにする
と、上記したように、受信回路は、被測定物から
の反射波とエコーパルスとの時間差に相当する第
１の距離信号を出力するので、演算制御装置が、
その第１の距離信号の表す距離に、上記した時間
遅れ（探触子へのパルスとエコーパルスとの間に
時間差）に相当する距離を加算することにより、
実際の距離を表す信号を出力する。

なお、被測定物の厚さを測定する場合は、上記
した所定の時間遅れは、被測定物の表面反射波を
基準となる電気信号として決定し、上記エコーパ
ルス発生回路に、被測定物の厚さに相当する時間
より多少短い時間遅れでエコーパルスを発生させ
る一方、受信回路は、被測定物からの第１底面反
射波とエコーパルスとの時間差に相当する第１の
距離信号を出力する。

かくして、基準となる電気信号及びエコーパル
スを発生する時間遅れを変えることにより、必要
な分解能を維持しつつ被測定物の肉厚または距離
に応じて測定可能範囲を自由に拡大できる。

実施例 以下添付図面を参照して本発明による超音波寸
法測定装置の実施例を説明する。

第１図は、本発明による超音波寸法測定装置の
１つの実施例の構成を示すブロツク図である。な
お、第１図の超音波寸法測定装置において、第３
図に示す従来の超音波寸法測定装置の構成要素の
同一または対応する構成要素には、同一の参照番
号を付与してある。

第１図に示す超音波寸法測定装置は、大きく別
けて、探触子１２と、その探触子にパルスを供給
する送信回路４０と、探触子１２からの受信信号
を処理する受信回路４２と、探触子１２の受信信
号にエコーパルスを重畳するエコーパルス発生回
路４４と、そのエコーパルス発生回路４４を制御
すると共に受信回路４２から信号を受けて距離信
号を出力する演算制御装置４６とを具備してい
る。

まず、探触子１２は、被測定物２８に対して位
置付けられ、その探触子１２に適当な時間間隔で
高電圧パルスを供給する送信回路４０は、同期パ
ルス発生器１４と、その同期パルス発生器１４か
らのパルスに基づいて、所定の間隔で探触子１２
に駆動電気パルスを出力する出力回路１６とから
構成されている。

受信回路は４２は、探触子１２に入力が接続さ
れた増幅器１８を有し、その増幅器１８で増幅さ
れた受信信号は測定ゲートパルス発生器２０に出
力される。その測定ゲートパルス発生器２０は、
後述するエコーパルス発生回路４４からのエコー
パルスＥと表面反射パルスＳとの間の時間幅を持
つ測定ゲートパルス△Ｐ（第２図ｄ）を発生する。
その測定ゲートパルス△Ｐは、時間／電圧交換回
路２２に入力されて、第２図ｅに示すように測定
ゲートパルス△Ｐの幅に電圧Ｖが比例する電圧信
号に変換される。この時間／電圧交換回路２２
は、第３図に示す従来の超音波寸法測定装置と同
様に、測定ゲートパルスのパルス幅の時間の間閉
成するゲートスイツチと、該ゲートスイツチを介
して定電流源によつて充電されるコンデンサを有
する積分回路と、その積分回路の出力端子電圧を
増幅する電圧増幅器とから基本的に構成される回
路でよい。

その時間／電圧交換回路２２の電圧出力は、
Ａ／Ｄ変換器２４に入力され、そのＡ／Ｄ変換器
２４は、その電圧信号をデジタル信号に変換し
て、演算制御装置４６に出力する。

また、エコーパルス発生回路４４は、送信回路
４０から探触子１２へのパルスを受けるミキサ３
０を有しており、そのミキサ３０は、その入力パ
ルスを同期回路３２に出力すると共に、エコーパ
ルス発生器３４からのエコーパルスを受けて受信
回路４２へ出力する。同期回路３２は、内部に同
期パルス発生源を有し、入力パルス駆動され同期
パルスをパルス発生器３４に出力し、そのパルス
発生器３４は、同期回路３２からの同期パルスを
カウントして、演算制御装置４６により指示され
るカウント値に達したとき、エコーパルスをミキ
サ３０に出力する。

次に、第２図のタイミングチヤートを参照して
距離測定の場合の動作を説明する。

まず、予想される距離より多少短い距離Lpを
演算制御装置４６に入力する。その演算制御装置
４６は、探触子１２と被測定物２８との間の媒体
での音速から、その多少短い距離Lpに相当する
時間ｔをエコーパルス発生器３４に出力する。

一方、送信回路４０の出力回路１６は、同期パ
ルス発生器１４からの同期パルスに基づいて、一
定の間隔で送信パルスＴを第２図ａに示すように
探触子１２に出力する。その電気パルスＴは、第
２図ｃに示すように受信回路１８に入力されると
共に、エコーパルス発生回路４４のミキサ３０に
も入力され、そのミキサ３０を介して同期回路３
２を入力される。その同期回路３２は、その入力
パルスに応答して同期パルスをエコーパルス発生
器３４に出力する。そして、そのエコーパルス発
生器３４は、入力される同期パルスをカウント
し、そのカウント値が演算制御装置により指示さ
れるカウント値に達したとき、第２図ｂに示すよ
うな時間遅れｔ（距離Lpに対応）でエコーパルス
Ｅをミキサ３０にを介して受信回路４２に出力す
る。

そのように送信パルスＴとエコーパルスＥとを
受ける受信回路４２の増幅器１８は、更に、第２
図ｃに示すように、被測定物２８からの反射波を
受ける探触子１２から表面反射パルスＳなどの受
信信号を受ける。

その増幅器１８の出力は、測定ゲートパルス発
生器２０に入力され、その測定ゲートパルス発生
器２０は、第２図ｄに示すように、エコーパルス
Ｅと被測定物の表面反射波Ｓとの間の時間幅を持
つ測定ゲートパルスΔPを発生する。その測定ゲ
ートパルスΔPは、時間／電圧変換回路２２に入
力されて、第４図ｅに示すように測定ゲートパル
スΔPの幅に電圧Ｖが比例する電圧信号に変換さ
れる。その時間／電圧変換回路２２の電圧出力
は、Ａ／Ｄ変換器２４に入力され、そのＡ／Ｄ変
換器２４は、その電圧信号をデジタル信号に変換
して、測定ゲートパルスΔPの幅が表す距離ΔLを
示すデジタル信号を演算制御装置４６に出力す
る。

その演算制御装置４６は、ΔLを表すそのデジ
タル信号に、上記した距離Lp表すデジタル信号
信号とを加算して（Lp＋ΔL）を表すデジタル信
号を出力する。

次に、具体的事例を想定して、上記した超音波
寸法測定装置の動作を説明する。

今、Ａ／Ｄ変換器２４の出力が１２ビツトであ
り、かつ１／100mmの分解能が要求されており、
一方、被測定物との距離が200mmである予想され
るとする。Ａ／Ｄ変換器２４の出力が１２ビツト
で分解能が１／100mmとすると、Ａ／Ｄ変換器の
出力の最大値は40.95mmである。そこで、探触子
への電気パルスとエコーパルスとの時間遅れが、
被測定物の予想距離200mmより小さく且つ被測定
物との予想距離200mmとＡ／Ｄ変換器の最大値
40.95mmとの差すなわち160mmより大きく距離に対
応する時間に設定する。今180mmに対応する時間
に設定したものとする。

また、被測定物までの媒体での音速に基づい
て、時間／電圧変換回路２２の電圧増幅器の増幅
率も併せて設定しておく。

この状態において、被測定物２８に対して位置
付けられた探触子１２に、送信回路から、適当な
時間間隔で高電圧パルスが印加され、探触子１２
は、超音波パルスを被測定物２８に向けて発す
る。

その結果、探触子１２は、第２図に示すような
送信パルスＴ、エコーパルスＥ及び反射パルスＳ
を受信し、それらに対応する電気パルスに変換し
て、増幅器１８を介して測定ゲートパルス発生器
２０に出力する。測定ゲートパルス発生器２０
は、第２図ｄに示すように、エコーパルスＥと被
測定物の表面反射パルスＳとの間の時間幅を持つ
測定ゲートパルスΔPを発生し、時間／電圧変換
回路２２に出力する。

今、送信パルスＴと反射パルスＳとの時間差が
距離200.36mmに対応しているとすると、その測定
ゲートパルスΔPは、エコーパルスＥと反射パル
スＳとの時間差のパルス幅20.36mmに相当するパ
ルス幅を有している。従つて、Ａ／Ｄ変換器２４
の１２ビツト出力は、2036を表し、その１２ビツ
ト出力を受ける演算制御装置４６は、2036に、
180mmに対応する1800を加算して、その和20036を
出力する。従つて、200.36mmの測定データが得ら
れる。

なお、上記した超音波寸法測定装置で被測定物
の厚さを測定する場合は、所定の時間遅れｔは、
被測定物の表面反射波を基準にして決定し、上気
エコーパルス発生回路に、被測定物の公称厚さに
相当する時間より多少短い時間遅れでエコーパル
スを発生させる。従つて、ミキサ３０を介して信
号を受ける同期回路３２は、被測定物の表面反射
波に応答して同期パルスをエコーパルス発生器３
４に出力する。従つて、エコーパルスは、第４図
ａのタイムチヤートにおいて表面反射パルスＳと
第１底面反射パルスＢ１との間に出現する。そし
て、受信回路は、被測定物からの第１底面反射波
とエコーパルスとの時間差に相当する第１の距離
信号を出力する。

考案の効果 以上の説明から明らかように、本考案による超
音波寸法測定装置は、基準となる電気信号及びエ
コーパルスを発生する時間遅れを変えることによ
り被測定物との距離や被測定物の厚さに関係な
く、必要な分解能を維持しつつ測定を行うことが
できる。

又、従来技術による超音波寸法測定装置にエコ
ーパルス発生回路を付加し、デジタル表示器を演
算制御装置に置換することにより、本考案による
超音波寸法測定装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案による超音波寸法測定装置の
実施例の構成を示すブロツク図である。第２図
は、第１図の超音波寸法測定装置における信号の
タイムチヤートである。第３図は、従来の超音波
寸法測定装置の実施例の構成を示すブロツク図で
ある。第４図は、第３図の超音波寸法測定装置に
おける信号のタイムチヤートである。 主な参照番号、Ｔ……送信パルス、Ｓ……表面
反射パルス、Ｐ……測定ゲートパルス、Ｅ……エ
コーパルス、１０，２８……被測定物、１２……
探触子、１４……同期パルス発生器、１６……出
力回路、１８……増幅器、２０……測定ゲートパ
ルス発生器、２２……時間／電気変換回路、２４
……Ａ／Ｄ変換器、２６……表示器、３０……ミ
キサ、３２……同期回路、３４……エコーパルス
発生器、４０……送信回路、４２……受信回路、
４４……エコーパルス発生回路、４６……演算制
御装置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電気パルスを受けて超音波に変換して出力する
   一方受けた超音波を電気信号に変換する探触子
   と、該探触子に電気パルスを出力する送信回路
   と、基準となる電気信号から所定の時間遅れでエ
   コーパルスを発生するエコーパルス発生回路と、
   該エコーパルス発生回路からのエコーパルス及び
   前記探触子からの受信電気信号を受けてエコーパ
   ルスと被測定物反射波との時間幅に対応する第１
   の距離信号を出力する受信回路と、前記基準とな
   る電気信号から所定の時間遅れを設定するように
   前記エコーパルス発生回路を制御すると共に、前
   記受信回路からの第１の距離信号と前記基準とな
   る電気信号から所定の時間遅れに対応する距離と
   の和の距離を示す信号を出力する演算制御装置と
   を具備していることを特徴とする超音波寸法測定
   装置。