JPH05113429A - 超音波探傷装置 - Google Patents

超音波探傷装置

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JPH05113429A
JPH05113429A JP3301308A JP30130891A JPH05113429A JP H05113429 A JPH05113429 A JP H05113429A JP 3301308 A JP3301308 A JP 3301308A JP 30130891 A JP30130891 A JP 30130891A JP H05113429 A JPH05113429 A JP H05113429A
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ultrasonic
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Shoji Yamaguchi
祥司 山口
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検体に対する1回の超音波走査で、被検体
の異なる深さの超音波情報を採取することができる超音
波探傷装置を提供すること。 【構成】 スキャナコントローラ13から探触子4の相
対移動毎に出力されるパルスで、パルス発生器14から
所定時間間隔で所定数のパルスが出力され各パルスによ
り探触子4が励振され被検体1に超音波を放射しレシー
バ6でそれらの反射信号が受信される。一方、パルス発
生器14の各パルスは遅延器16に入力され、それぞれ
所定時間遅延され、サンプルホールド回路8とA/D変
換器9に入力され前者で反射信号に対する各ゲートが構
成され、後者で各ゲート内反射信号の最大値のA/D変
換がなされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被検体に超音波を放射
し、その反射信号に基づいて当該被検体の内部の欠陥を
検出し、又は当該被検体の物性を測定する超音波探傷装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】超音波探傷装置は被検体を破壊すること
なくその内部の検査を行うことができるので、多くの分
野で用いられている。このような超音波探傷装置を図4
により説明する。図5は従来の超音波探傷装置のブロッ
ク図である。図で、1は被検体、2は被検体1を入れる
水槽、3は水槽2内の水を示す。4は水3を介して被検
体1と対向する超音波探触子(以下単に探触子という)
である。探触子4は、圧電素子および音響レンズより成
り、圧電素子にパルス電圧が印加されると超音波を発生
し、この超音波を音響レンズで収束させて被検体に投射
し、被検体から当該圧電素子に反射してきた超音波をこ
れに応じた電気信号(反射信号)に変換する機能を有す
る。
【0003】5は信号発振器であり、探触子4に印加す
るパルスを発生する。6は探触子4からの反射信号を受
信するレシーバであり、当該反射信号を増幅、検波す
る。7は信号発振器5からのパルスを探触子4に印加す
るとともに探触子4からの反射信号をレシーバ6に入力
するサーキュレータである。8はサンプルホールド回路
であり、信号発振器5からパルスが出力されてから所定
時間経過後の所定期間(ゲート)内におけるレシーバ6
からの反射信号の強度の最大値をサンプルホールドす
る。なお、上記ゲートは良く知られているように被検体
1の表面からの深さに対応する。9はサンプルホールド
された信号をディジタル値に変換するA/D変換器、1
0はA/D変換器9で変換された信号を処理してモニタ
11に表示するとともに、その他の種々の制御を行うコ
ンピュータである。12は被検体1と探触子4との相対
位置を変化させるスキャナであり、通常は水槽2を載置
するXYテーブルおよび探触子4を上下方向(Z軸方
向)に移動させる駆動装置で構成されている。13はコ
ンピュータ10の指令によりスキャナ12を駆動制御す
るスキャナコントローラである。
【0004】このような超音波探傷装置の動作を図6に
示すタイムチャートを参照しながら説明する。図6に示
すように、信号発振器5は所定時間間隔でパルスを発生
し、このパルスは探触子4の圧電素子に発振パルスとな
って印加される。これにより圧電素子は励振されて超音
波を発生し、その被検体1からの反射波を電気信号に変
換する。この変換された信号が図5に受信信号として示
されている。当該受信信号において、Sは圧電素子に印
加される送信波信号、F1 、F2 は被検体1からの反射
信号である。反射信号F1 は被検体1の表面からある深
さ部分の反射信号、反射信号F2 は当該深さ位置からさ
らに深い位置の反射信号である。
【0005】一方、図6に示すように、サンプルホール
ド回路8には信号発振器5のパルス発生から時間t経過
後に時間間隔Tのゲートが設定されている。図示の例で
は、このゲートは反射信号F1 に対応するゲートであ
り、サンプルホールド回路8は当該ゲート内に入力した
信号の最大値をサンプルホールドレベルとしてホールド
する。超音波探傷はスキャナ12により探触子4と被検
体1との相対位置を順次ずらして実行される。当該スキ
ャナ12の移動毎に図6に示すようなスキャナ分周パル
スがA/D変換器9に出力され、このスキャナ分周パル
スに基づいてA/D変換器9が図6に示すA/Dトリガ
信号期間作動して、そのときサンプルホールド回路8に
ホールドされている値をA/D変換してコンピュータ1
0に出力する。コンピュータ10は入力した値を処理
し、これをモニタ11に表示し、これにより被検体1の
表面からのある深さ位置(反射信号F1 に相当する位
置)の欠陥の有無が判断されることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記超音波探傷器は、
前述のように音響レンズで超音波を焦点に収束する構成
となっている。この焦点位置では超音波ビームは最も微
小な領域となり、存在する種々の音場の影響を受けるこ
とが少なくなるので、通常、探傷に際しては当該焦点位
置での超音波情報を採取する。ところで、上記音響レン
ズには凹レンズが使用されているので収差が存在し、焦
点の深さにはいくらかの余裕が生じる。したがって、被
検体1の表面からある深さ範囲内においては深度の異な
る位置で信頼性のある情報を得ることができる。
【0007】ところで、上記従来の超音波探傷装置で
は、サンプルホールド回路8に1つのゲートが設定され
るのみであるので、被検体1の表面からのある1つの深
度(図6に示す例では反射信号F1 に対応する位置)の
超音波情報しか得ることができない。そして、上記焦点
の深さ範囲内の他の深度の超音波情報を得たい場合に
は、被検体1に対する探触子4による走査終了後、サン
プルホールド回路8に当該他の深度に対応するゲートを
設定し直して再度走査を行う必要がある。しかし、この
ような再度の走査は明らかに時間と手間を要し、探傷効
率を著しく低下させることとなる。
【0008】なお、サンプルホールド回路8に2つのゲ
ートを同時に発生させる手段も考えられる。しかし、上
記焦点の深さ範囲は極めて小さいので、一方のゲートで
採取した信号をA/D変換する時間的余裕はない。例え
ば図6に示す反射信号F1 、F2 に対応してゲートを設
定し、サンプルホールド回路8で反射信号F1 のホール
ド値をホールドしても、微小時間後に次の反射信号F2
のホールドが行われるので、反射信号F1のホールド値
をA/D変換することは不可能である。
【0009】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、1回の走査で複数の深さ位置の超音波情報
を得ることができる超音波探傷装置を提供するにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、超音波探触子から被検体に対して超音波
を投射し、その反射信号に基づいて被検体の検査を行う
超音波探傷装置において、前記超音波探触子の前記被検
体に対する相対移動位置毎に当該超音波探触子を励振さ
せるパルスを所定時間間隔で所定数出力するパルス発生
器と、このパルス発生器からの各パルスに対応してこれ
らパルスをそれぞれ所定時間遅延させる遅延手段と、こ
の遅延手段で遅延された各パルス毎にゲートを構成しこ
れらゲートに応じて前記反射信号をサンプリングするサ
ンプリング手段とを設けたことを特徴とする。
【0011】
【作用】超音波探触子の被検体に対する位置が相対的に
移動せしめられると、パルス発生器は所定の時間間隔で
検査対象深さの数だけパルスを発生させる。これらのパ
ルスは順次超音波探触子に印加され、超音波探触子から
順次超音波が発生する。これら超音波の各反射信号はサ
ンプリング手段に入力される。一方、上記各パルスは遅
延手段によりそれぞれ所定時間遅延され、これら遅延さ
れた各パルスに基づいてゲートが構成され、サンプリン
グ手段は入力された反射信号のうち、各ゲート内の反射
信号を採取し、その最大値をホールドする。パルス発生
器で発生させる各パルスの間隔をA/D変換可能な時間
に選定することにより、超音波探触子の1回の相対移動
毎に各検査対象深さ位置の超音波情報を得ることができ
る。
【0012】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図1は本発明の実施例に係る超音波探傷装置のブ
ロック図である。図で、図5に示す部分と同一又は等価
な部分には同一符号を付して説明を省略する。14はス
キャナコントローラ12からの分周パルスにより所定の
時間間隔で2つのパルスを順次発生するパルス発生器、
15はパルス発生器14からのパルスの入力毎に探触子
4を励振するパルスを出力する信号発振器、16はパル
ス発生器14からの各パルスをそれぞれ異なる時間遅延
させる遅延器である。遅延器16の出力はサンプルホー
ルド回路8およびA/D変換器9に出力される。
【0013】図2は図1に示すパルス発生器14および
遅延器16の具体例を示すブロック図である。図で、1
4aはスキャナコントローラ13の分周パルスの入力毎
に1パルスを出力するパルス発生部、14bはパルス発
生部14aからのパルスを所定時間遅延させる遅延回路
である。パルス発生器14はこれらパルス発生部14a
および遅延回路14bで構成される。16aは電子的ス
イッチング素子、16b、16cはそれぞれ異なる遅延
時間が設定された遅延回路である。スイッチング素子1
6aおよび各遅延回路16b、16cで遅延器16が構
成される。
【0014】次に本実施例の動作を図3に示すタイムチ
ャートを参照しながら説明する。スキャナ12により、
被検体1に対して探触子4が相対的に移動せしめられた
とき、図3に示すようにスキャナコントローラ13から
スキャナ分周パルスが出力され、この分周パルスにより
パルス発生器14から所定時間間隔でパルスP1 および
パルスP2 が順次発生する。即ち、スキャナ分周パルス
はパルス発生器14のパルス発生部14aに入力し、パ
ルス発生部14aからは1つのパルスが出力される。こ
のパルスは直接出力されるパルスP1 および遅延回路1
4bで所定時間遅延されたパルスP2 となる。これらパ
ルスP1 、P2 に応じて信号発振器15からそれぞれパ
ルスが出力され、発振パルスとして探触子4に印加さ
れ、それぞれ超音波を発生せしめる。これら超音波の反
射信号はレシーバ6で受信される。各反射信号(受信信
号)は本実施例の場合、図3に示すように、図6に示す
場合と同じく送信信号S、反射波信号F1 、F2 より成
る。
【0015】一方、遅延器16のスイッチング素子16
aは、最初、図2に示すように一方の遅延回路16bに
切換えられており、パルス発生器14からの最初のパル
スP1 は遅延回路16bに設定された時間(t1 )だけ
遅延されてサンプルホールド回路8およびA/D変換器
9にトリガ信号として出力される。サンプルホールド回
路8はこのパルスを入力して時間間隔TのゲートG1
構成する。これら時間t1 、TおよびゲートG1 が図3
に示されている。時間t1 、ゲートG1 は被検体1のあ
る深さ位置(反射信号F1 に相当する位置)に対応する
ように選定されており、サンプルホールド回路8は当該
深さ位置(ゲートG1 の範囲内)の反射信号F1 の最大
値(サンプルホールドレベル)をホールドする。このホ
ールドされた最大値はトリガされているA/D変換器9
でディジタル値に変換される。
【0016】上記動作において、遅延回路16bにパル
スP1 が入力された後の適宜時間にスイッチング素子1
6aはコンピュータ10の指令により遅延回路16cに
切換えられる。この状態で遅延回路14bから次のパル
スP2 が出力されると、このパルスP2 は遅延回路16
cに入力され、この遅延回路16cは図3に示すように
時間t2 後にサンプルホールド回路8およびA/D変換
器9に対してパルスを出力する。これにより、サンプル
ホールド回路8には被検体1のさらに深い位置に対する
ゲートG2が構成され、パルスP2 による超音波反射信
号のうちの当該位置の反射信号F2 の最大値がホールド
され、この最大値がA/D変換器9によりディジタル値
に変換される。パルスP1 とパルスP2 との時間間隔
(遅延回路14bに設定された遅延時間)は反射信号F
1のA/D変換に充分な時間に設定されている。
【0017】図4は図1に示すパルス発生器14および
遅延器16の他の具体例を示すブロック図である。図
で、図2に示す部分と同一部分には同一符号が付してあ
る。14c、14dはパルス発生器14に設けられたダ
イオードを示す。さきの具体例ではコンピュータ10の
指令により切換えられるスイッチング素子16aが設け
られ、パルス発生器14からの各パルスは当該スイッチ
ング素子16aを介して各遅延回路16b、16cに入
力される構成となっているが、本具体例では、ダイオー
ド14c、14dを設けることにより、パルス発生器1
4からの各パルスを直接各遅延回路16b、16cに入
力する構成となっている。これにより、回路構成はより
簡素化されることとなる。本具体例の動作は、スイッチ
ング素子16aの動作を除き、さきの具体例の動作と同
じである。
【0018】このように、本実施例では、スキャナコン
トローラから探触子の相対移動毎に出力されるパルスを
基準としてパルス発生器で2つのパルスを所定時間間隔
で順次発生させ、これら各パルスにより探触子を励振さ
せて超音波を放射し、それらの反射信号を受信する一
方、前記2つのパルスをそれぞれ遅延器により所定時間
遅延させてサンプルホールド回路に出力し各ゲートを構
成させるとともに、A/D変換器に出力してこれをトリ
ガするようにしたので、被検体に対する1回の超音波走
査で、当該被検体の異なる深さの超音波情報を採取する
ことができる。
【0019】なお、上記実施例の説明では、2つの深さ
の超音波情報を採取する例について説明したが、3つ以
上の深さの情報採取に対しても適用可能であるのは明ら
かである。又、パルス発生器および遅延器の構成は図示
の具体例に限ることはなく、種々の構成のものを用いる
ことができる。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、超音波
探触子の被検体に対する相対移動位置毎にパルス発生器
で複数のパルスを所定時間間隔で順次発生させ、これら
各パルスにより探触子を励振させて超音波を放射し、そ
れらの反射信号を受信する一方、前記2つのパルスをそ
れぞれ遅延手段により所定時間遅延させてサンプリング
手段にそれぞれゲートを構成し、これらゲートに応じて
反射信号をサンプリングするようにしたので、被検体に
対する1回の超音波走査で、当該被検体の異なる深さの
超音波情報を採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る超音波探傷装置のブロッ
ク図である。
【図2】図1に示すパルス発生器と遅延器の具体例を示
すブロック図である。
【図3】図1に示す装置の動作を説明するタイムチャー
トである。
【図4】図1に示すパルス発生器と遅延器の他の具体例
を示すブロック図である。
【図5】従来の超音波探傷装置のブロック図である。
【図6】図4に示す装置の動作を説明するタイムチャー
トである。
【符号の説明】
1 被検体 4 探触子 6 レシーバ 8 サンプルホールド回路 9 A/D変換器 10 コンピュータ 12 スキャナ 13 スキャナコントローラ 14 パルス発生器 15 信号発振器 16 遅延器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波探触子から被検体に対して超音波
    を投射し、その反射信号に基づいて被検体の検査を行う
    超音波探傷装置において、前記超音波探触子の前記被検
    体に対する相対移動位置毎に当該超音波探触子を励振さ
    せるパルスを所定時間間隔で所定数出力するパルス発生
    器と、このパルス発生器からの各パルスに対応してこれ
    らパルスをそれぞれ所定時間遅延させる遅延手段と、こ
    の遅延手段で遅延された各パルス毎にゲートを構成しこ
    れらゲートに応じて前記反射信号をサンプリングするサ
    ンプリング手段とを設けたことを特徴とする超音波探傷
    装置。
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