JPH0444206B2 - - Google Patents

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
絶対感度によつていた。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つ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ツ
クで50kHzの周波数で厚さ等を測定する場合に
は、コンクリートブロツクの横波音速を約
3230m／sec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
差があるから到底精度のよい測定は望めない問題
があつた。

［発明が解決しようとする問題点］ 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
の一例を示すブロツク図である。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はバンドパスフイルタで、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つている。７は
バンドパスフイ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
デジタル波を表示するデジタルオシロスコープ、
１０はCPUで、送信用探触子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20dB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CPU１０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。

受信用探触子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イルタ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。

送信用探触子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。

掃引トリガを起点よりで求めた位置までの
時間を計算する。

の値を表示する。

前記CPU１０で演算された波形の最大振幅よ
り送信用探触子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20dB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0.1Z40N−SH）で、周波数100kHz、振動子の
材質はジルコンチタン酸鉛セラミツク、振動子直
径Ｄ＝40mmである。図の横軸は測定位置No.、縦軸
は伝搬時間ｔを示す。図中〇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による
測定値、●印は従来のしきい値を設定して求める
絶対感度法によつた値である。図から判るように
〇印はほぼ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が〇印が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、エピタキシヤルトランジスタのエピタキシヤ
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】

図面は本発明の実施例の説明図で、第１図は測
定装置の一例を示すブロツク図、第２図は伝搬時
間の読み取り精度を示す図である。

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
   射して伝搬され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。