JPH04265856A - セクタ走査型超音波探傷装置 - Google Patents

セクタ走査型超音波探傷装置

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JPH04265856A
JPH04265856A JP3027364A JP2736491A JPH04265856A JP H04265856 A JPH04265856 A JP H04265856A JP 3027364 A JP3027364 A JP 3027364A JP 2736491 A JP2736491 A JP 2736491A JP H04265856 A JPH04265856 A JP H04265856A
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JP
Japan
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refraction angle
refraction
group
signal
ultrasonic
Prior art date
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Pending
Application number
JP3027364A
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English (en)
Inventor
Yoji Yoshida
吉田 洋司
Sumio Kogure
木暮 澄夫
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Hitachi Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Engineering Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04265856A publication Critical patent/JPH04265856A/ja
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、材料の非破壊検査に用
いるセクタ型超音波探傷装置に係り、特に超音波のあら
ゆる屈折角度で一様な探傷性能が得られるセクタ型超音
波探傷装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術において、日本非破壊検査協
会発行の「超音波探傷試験3、1989」133〜13
4頁において論じられているように、電子走査型超音波
探傷装置で位相整合法と呼ばれる手法を用いた装置があ
る。これは図6に示すように超音波を発生する幾つかの
振動子71を平面状に配列させてなるアレイ探触子70
を使用して、端子12に供給されたトリガ信号を、それ
ぞれ設定した遅延時間の異なる一群の遅延素子31を通
過させた後に、それぞれの遅延素子31に接続するパル
ス発生素子51に供給することにより、各振動子を励振
するタイミングをずらせて合成される超音波ビームの伝
搬方向を変えるいわゆるセクタ走査を行う装置である。
【0003】この装置は、■探触子を移動させずに広い
範囲を走査できる、■探触子の移動とセクタ走査を組み
合わせることにより探傷面に対して傾きをもった材料き
ずも能率良く検出できる、等の特徴を有するため近年広
く使用されつつある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、2つ
の音響媒体の境界面を超音波が屈折して通過する際、そ
の屈折角によって通過する超音波の強度が変わる点につ
いて配慮されておらず、このため同じ大きさの複数の反
射源(材料きず)がセクタ走査範囲内にあっても、その
位置によつてはあるものは検出され、他のものは検出さ
れなかったりした。
【0005】図7は、2つの音響媒体の境界面で超音波
が屈折する状況を示しており、第1媒体180と第2媒
体190との境界面185に第1媒体180側から入射
した縦波モードの超音波201は、一部分が縦波203
として、他の部分が横波202、表面波204としてそ
れぞれ異なる角度θ2、θ3、θ4で第2媒体に伝搬す
る。
【0006】通常、セクタ走査の超音波探傷には縦波2
03と横波202が使用されるが、両者はそれぞれ音速
と屈折角が異なるので、その信号を同時検出すると一つ
の反射源から二つの信号が得られることになり、これは
信号の処理と評価を煩雑にする。従って屈折角によって
縦波または横波のいずれか一方を使用する。
【0007】図8は超音波が2つの音響媒体の境界面を
通過する往復通過率を基に、超音波の屈折角に関する強
度分布を示す図である。図中、屈折角が35度以下の範
囲では縦波203の強度が大きく、35度を超える範囲
では横波202の強度が支配的になり、±90度の範囲
で超音波の強度を見ると、その強度は丁度中央に縦波の
山が、その両側に横波の山が形成されるように分布する
。このように超音波の強度が屈折角により大幅に異なる
ため、位置によって材料中の同一の反射源(材料きず)
が同一レベルの信号とはならず、材料きずの検出が不安
定になるという問題があった。
【0008】この問題を解決するためには、図4に示す
ように屈折角により相違する超音波202,203の強
度に係数を掛けて、屈折角に関係なく超音波の強度が曲
線205のように一定になるように補正すればよい。
【0009】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであって、屈折角に対応する超音波の通過率に
よって検出した超音波信号を補正して、屈折角によらず
に一様な材料きずの検出性が得られるセクタ走査型超音
波装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のセクタ走査型超音波探傷装置は、制御回路
からの制御信号によりそれぞれ遅延時間の設定された送
信遅延素子群と、各送信遅延素子からの信号を基にそれ
ぞれ超音波を発生する振動子群からなり、それぞれの超
音波を超音波ビームとしてまとめるアレイ探触子と、ア
レイ探触子から前記遅延時間により決められた屈折角で
発生する超音波ビームが反射源から反射して戻る超音波
を受けた各振動子からの信号をそれぞれ制御信号により
設定された前記遅延時間ずらせる受信遅延素子群と、各
受信遅延素子からの信号を加算する加算回路と、加算回
路から発生する加算信号を超音波ビームの屈折角に対応
し前記遅延時間により決められる増幅率で増幅する屈折
角・振幅補正装置と、屈折角・振幅補正装置の出力信号
を表示する表示装置とから構成されたことを特徴として
いる。
【0011】そして、屈折角・振幅補正装置は、演算増
幅器と、加算回路の出力端子と演算増幅器のプラス入力
端子間に接続された抵抗と、演算増幅器の出力端子とプ
ラス入力端子間に直列接続された帰還抵抗群と、一端が
それぞれ各帰還抵抗間に接続され他端が演算増幅器のプ
ラス入力端子にそれぞれ並列接続され、遅延時間を設定
する制御信号により選択的に切り替えられるアナログス
イッチ群とから構成された負帰還増幅器を用いるのがよ
い。
【0012】あるいは、屈折角・振幅補正装置は、加算
回路からの信号値をデジタルで記憶する記憶部と、超音
波ビームの屈折角に対応する増幅率を記憶するデータ部
と、遅延時間を設定する制御信号によりデータ部から増
幅率を選定し記憶部の信号値を読みだし信号値に増幅率
を掛けて出力する演算部とから構成してもよい。
【0013】
【作用】本発明のセクタ走査型超音波探傷装置において
、各遅延素子は制御回路からの制御信号によりそれぞれ
設定された遅延時間だけずらせて信号を発信し、各遅延
素子につながる各振動子は超音波を発生し、振動子群か
らなるアレイ探触子からは探傷面に対し遅延時間で決ま
る屈折角をもって探傷する媒体に超音波ビームを照射し
、各受信遅延素子は媒体中の反射源から反射して戻る超
音波を受けた各振動子からの信号をそれぞれ制御信号に
より設定された遅延時間だけずらせ、加算回路は各受信
遅延回路からの信号を加算して加算信号を出力し、屈折
角・振幅補正装置は超音波ビームの屈折角に対応し遅延
時間から決められる増幅率でその加算信号を増幅して出
力し、表示装置はその増幅した信号を表示する。
【0014】加算信号の増幅率は図4に示すように、各
屈折角において曲線205で表す一定値に対する縦波の
強度203または横波の強度202の割合とする。
【0015】
【実施例】以下図1〜図5により本発明の実施例を説明
する。
【0016】図1は本発明の一実施例になるセクタ走査
型超音波探傷装置の全体構成図である。図1において、
本実施例のセクタ走査型超音波探傷装置は、その構成要
素の説明は後述するが、制御信号発生器10、送信遅延
回路30、パルス発生器50、アレイ探触子70、受信
遅延回路90、加算増幅機110、屈折角・振幅補正装
置130、表示装置150および掃引信号発生器170
とから構成されている。なお、従来の標準的なセクタ走
査型超音波探傷装置は本実施例の装置から屈折角・振幅
回路130を除いた構成となっている。
【0017】図2は図1に示すセクタ走査型超音波探傷
装置から表示装置150と掃引信号発生器170を省略
したもので、図2により他の各構成要素の動作を説明す
る。制御信号発生器10が送出するトリガパルス11は
、1〜nチャンネルに設けられたそれぞれの遅延素子3
1に供給される。送信遅延回路30を構成する1〜nチ
ャンネルの遅延素子31は、制御信号発生器10の制御
信号15によって、超音波の屈折角に対応するそれぞれ
の遅延時間に設定され、トリガパルス11にそれぞれの
遅延時間を与えてそれらをパルス発生器50に供給する
【0018】パルス発生器50を構成する1〜nチャン
ネルのパルサ51はそれぞれその遅延時間ごとにパルス
電圧を発生して、アレイ探触子70の各振動子71を励
振する。振動子71で発生した超音波は、探触子70の
超音波ビームとして上記遅延時間の組合せで決まる屈折
角で探傷対象の媒体中を伝搬する。媒体中の反射源(材
料きず)で反射した超音波は再び振動子71のそれぞれ
で電気信号に変換され、それぞれの電気信号は各チャン
ネル毎に受信遅延回路90を経た後、加算増幅器110
で加算され、一つの反射源の信号となる。なお、以上図
2により動作説明した部分は従来のセクタ走査型超音波
探傷装置についても同様で、公知の技術である。
【0019】本実施例のセクタ走査型超音波探傷装置は
上記説明の装置に屈折角・振幅補正装置130を付加し
たものである。この屈折角・振幅補正装置130を説明
する前に、図3により遅延素子31の基本構成を説明し
ておく。遅延素子31はタップ付きの遅延線311のタ
ップを、アナログスイッチ312の接点313を開閉す
ることによって切り替えて遅延時間を調節する。アナロ
グスイッチ312の開閉は、3〜8ビットの制御信号1
5によって行われる。この制御信号15には屈折角に関
する情報が含んでいるので、この制御信号によって直接
に、あるいは必要があれば加工して屈折角・振幅補正装
置130を動作させる。
【0020】屈折角・振幅補正装置130は、図2に示
すように、オペアンプ131と、加算回路110の出力
端子とオペアンプ131のプラス入力端子との間に接続
された抵抗Rと、オペアンプ131の出力端子とプラス
入力端子の間に直列接続された抵抗R1〜Rnの一群か
らなる帰還抵抗133と、抵抗R1〜Rnを分割するよ
うに一端が抵抗間に、他端がオペアンプ131のプラス
入力端子にそれぞれ並列接続されたアナログスイッチs
1〜snの一群からなるスイッチ回路134とから構成
される負帰還増幅器からなる。
【0021】帰還抵抗133は、アナログスイッチs1
〜snにより切り替え選択されることによって帰還量を
変化させ、負帰還増幅器の増幅率を調節することができ
る。すなわち、制御信号発生器10からデータバス10
を介して送られる制御信号15は送信遅延回路30の遅
延素子群31を制御して、超音波ビームの屈折角を決定
するが、また制御信号15はそれに含む屈折角の情報に
従ってアナログスイッチs1〜snを選択して抵抗R1
〜Rnの組合せ、つまり増幅率を決定するので、屈折角
に応じた増幅率が得られる。かくして、図4に示すよう
に、各屈折角において加算回路110からの検出信号(
縦波の強度203または横波の強度202)を曲線20
5のように一定値にすることができる。
【0022】次に本発明の他の実施例を説明する。本実
施例は電子計算機のデータ記憶機能と演算機能を利用し
た屈折角・振幅補正装置を設けたセクタ走査型超音波探
傷装置である。この屈折角・振幅補正装置は、加算回路
110からの信号値をデジタルで記憶する記憶部と、超
音波ビームの屈折角に応じた補正係数(増幅率)を記憶
するデータ部と、演算部とからなり、この演算部は遅延
時間を設定する制御信号によりデータ部から補正係数を
選定し、記憶部の信号値を読みだし信号値に増幅率を掛
けて出力する。図5に演算部の動作フローチャートを示
す。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、セクタ走査型超音波探
傷装置に屈折角・振幅補正装置を設けたので、従来セク
タ走査型超音波探傷装置に不可避的に存在する超音波ビ
ームの屈折角による探傷感度の差を補正でき、装置の探
傷性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のセクタ走査型探傷装置の全
体構成図である。
【図2】図1の部分詳細図である。
【図3】受信遅延回路の構成図である。
【図4】屈折角・振幅補正装置による補正前後の検出信
号の強度を比較する図である。
【図5】本発明の他の実施例の演算部の演算フローチャ
ートである。
【図6】セクタ走査に用いる超音波の発生の原理図であ
る。
【図7】媒体境界面における超音波の屈折を説明する図
である。
【図8】超音波の屈折角に関すると検出信号の強度分布
を示す図である。
【符号の説明】 10  制御信号発生器 30  送信遅延回路 31  送信遅延素子 50  パルス発生器 51  パルサ 70  アレイ探触子 71  振動子 90  受信遅延回路 110  加算増幅器 130  屈折角・振幅補正装置 131  オペアンプ 150  表示装置 200  超音波ビーム R  抵抗 R1〜Rn  帰還抵抗 s1〜sn  アナログスイッチ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  制御回路からの制御信号によりそれぞ
    れ遅延時間の設定された送信遅延素子群と、各送信遅延
    素子からの信号を基にそれぞれ超音波を発生する振動子
    群からなり、それぞれの超音波を超音波ビームとしてま
    とめるアレイ探触子と、アレイ探触子から前記遅延時間
    により決められた屈折角で発生する超音波ビームが反射
    源から反射して戻る超音波を受けた各振動子からの信号
    をそれぞれ制御信号により設定された前記遅延時間ずら
    せる受信遅延素子群と、各受信遅延素子からの信号を加
    算する加算回路と、加算回路から発生する加算信号を超
    音波ビームの屈折角に対応し前記遅延時間により決めら
    れる増幅率で増幅する屈折角・振幅補正装置と、屈折角
    ・振幅補正装置の出力信号を表示する表示装置とから構
    成されたことを特徴とするセクタ走査型超音波探傷装置
  2. 【請求項2】  屈折角・振幅補正装置は、演算増幅器
    と、加算回路の出力端子と演算増幅器のプラス入力端子
    間に接続された抵抗と、演算増幅器の出力端子とプラス
    入力端子間に直列接続された帰還抵抗群と、一端がそれ
    ぞれ各帰還抵抗間に接続され他端が演算増幅器のプラス
    入力端子にそれぞれ並列接続され、遅延時間を設定する
    制御信号により選択的に切り替えられるアナログスイッ
    チ群とから構成された負帰還増幅器からなることを特徴
    とする請求項1記載のセクタ走査型超音波探傷装置。
  3. 【請求項3】  屈折角・振幅補正装置は、加算回路か
    らの信号値をデジタルで記憶する記憶部と、超音波ビー
    ムの屈折角に対応する増幅率を記憶するデータ部と、遅
    延時間を設定する制御信号によりデータ部から増幅率を
    選定し記憶部の信号値を読みだし信号値に増幅率を掛け
    て出力する演算部とから構成されたことを特徴とする請
    求項1記載のセクタ走査型超音波探傷装置。
JP3027364A 1991-02-21 1991-02-21 セクタ走査型超音波探傷装置 Pending JPH04265856A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999034204A1 (fr) * 1997-12-25 1999-07-08 Nkk Corporation Procede et dispositif pour la detection ultrasonore de defaut d'une portion de soudure
JP2007017164A (ja) * 2005-07-05 2007-01-25 Hitachi Ltd 超音波探傷方法及び探傷システム
JP2010276465A (ja) * 2009-05-28 2010-12-09 Hitachi Engineering & Services Co Ltd 超音波探傷装置及び方法
JP2020056687A (ja) * 2018-10-02 2020-04-09 一般財団法人電力中央研究所 フェーズドアレイ超音波法による横波斜角探傷法及び横波・縦波同時斜角探傷法

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