JPH0526856A - 超音波信号検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小反射信号を高速で取り込み、ディジタル
処理で欠陥等の検出を行いたい。 【構成】 本発明は、規定のゲートパルス内の超音波信
号を、全並列比較方式でＡＤ変換するフラッシュＡＤ変
換器と、該ＡＤ変換した超音波データを格納するバッフ
ァメモリと、該バッファメモリ内の超音波データを処理
して対象物の特徴を検出する処理手段と、より成る。 【効果】 フラッシュＡＤ変換器は、全並列比較方式で
反射信号のＡＤ変換を行うため高速取り組みが可能であ
り、且つ変換ビット数の増加も可能なため、微小反射信
号のＡＤ変換を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対象物からの超音波信
号を高速取り込み処理を行う超音波信号検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の超音波信号検出装置を示
す図である。この検出装置は、送信器１、サーキュレー
タ２、超音波探触子３、受信器４、媒体（水）５、検査
対象物６、ピーク検出器７、ＡＤ変換器８、コンピュー
タ９、ディスプレイ１０、制御器１１、Ｚ軸ステージ１
２、支持部材１３より成る。送信器１で超音波励起電圧
が発生し、サーキュレータ２を介して探触子３の電極
（図示せず）に印加され、探触子３からは、超音波が発
生し、媒体５を介して対象物６へ放射される。ここで、
探触子３とは、圧電変換素子と電極と音響レンズとを一
体化したものである。対象物６からは、その反射波が得
られる。反射波は、欠陥部分からのものや表面からのも
の等種々、計測目的に従って特定される。Ｚ軸ステージ
１２は、制御器１１の指令を受けて探触子３をＺ軸（上
下）方向に移動させる。このＺ軸移動の目的は、焦点変
更やＶ（ｚ）曲線を得るためである。

【０００３】反射波は、探触子３の圧電変換素子で電気
信号に変換され、サーキュレータ２を介して受信器４に
行き、増幅される。ピーク検出器７では、予め規定した
時間幅に含まれる反射信号のみを取り込む。この時間幅
とは検出したい反射波信号を選ぶ時間幅であり、通常ゲ
ートパルス幅と呼ばれるものである。反射波信号は、図
４（ａ）に示すように、振幅幅が時間と共に減少する繰
り返し信号である。繰り返しは、欠陥位置（深さ）を反
映する例、多重反射波を反映する例等、種々の原因によ
る。図４（ａ）の波形中、後続するピーク値Ｐ₂、Ｐ₃、
…等ではなく最大振幅値Ｐ₁が、欠陥検出のために必要
となる波形である例は多い。この場合のピーク値Ｐ₁の
検出を行うのが、ピーク検出器７である。

【０００４】ＡＤ変換器８は、逐次比較形であり、ピー
ク検出器７の検出ピーク値をＡＤ変換する。コンピュー
タ９は、ピークデータを取り込み、欠陥判定用データ処
理を行う。ディスプレイ１０は、この処理結果やピーク
データ等の表示を行い、観察者に知らせる。

【０００５】ピーク検出器７の具体例を図５に示す。ピ
ーク検出器７は、トランスＴ、ダイオードＤ、コンデン
サＣ、抵抗Ｒ、ピークホールド回路Ｐ／Ｈより成る。入
力してくる受信反射信号はトランスＴを介して交流分の
みとなり、ダイオードＤで正極成分のみを通す整流が行
われる。コンデンサＣと抵抗Ｒとより成る充放電回路に
より、図４（ｂ）の如き、正極成分中のピークからピー
クをつなぐ一種の平滑化した信号（包絡線検波したのこ
ぎり波信号）が得られる。尚、図４（ｂ）の波形は、極
端な例であり、実際は図４（ｃ）の如き、もっと滑らか
に平滑化した信号となる。

【０００６】ピークホールド回路Ｐ／Ｈは、ピークホー
ルド信号Ｃのタイミングで図４（ｂ）又は、図４（ｃ）
のその時点の波形値をピークホールドする。このピーク
ホールドの様子を図４（ｄ）に示す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来例は、超音波信号
の周波数が大きくなると、超音波信号の取り込みを失敗
することがある。ピーク検出器７の応答が遅く、ＡＤ変
換器８での変換速度が遅いためである。また、ピーク値
Ｐ₁が微小の場合、ピーク検出器での検波能力の限界の
ため、この微小ピーク値の検出に失敗することがある。

【０００８】本発明の目的は、これらの問題点を解消し
てなる超音波信号検出装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、規定のゲート
パルス内の超音波信号を、全並列比較方式でＡＤ変換す
るフラッシュＡＤ変換器と、該ＡＤ変換した超音波デー
タを格納するバッファメモリと、該バッファメモリ内の
超音波データを処理して対象物の特徴を検出する処理手
段と、より成る。

【００１０】

【作用】本発明によれば、ピーク検出器を排し、且つフ
ラッシュＡＤ変換器を使用してデータ化しているため、
微小反射信号の検出及び高速超音波信号の反射波の取り
込みが可能になる。更に、バッファに格納させて、波形
処理は、マイコン等の処理手段によって簡単に実現でき
る。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の検出装置の実施例である。本
実施例で新しい構成は、ピーク検出器７を排し、且つ逐
次比較形のＡＤ変換器８の代わりに、全並列比較形のフ
ラッシュＡＤ変換器７８を設けた点にある。従って、受
信器４でのゲートパルス内で得た反射信号は、直接にＡ
Ｄ変換器７８に入力し、全並列比較によって一気にＡＤ
変換される。コンピュータ９内にはバッファメモリを有
し、このＡＤ変換した反射波データが次々に格納され
る。コンピュータ９のＣＰＵは、バッファメモリ内の反
射波データのピーク検出処理を行い、欠陥部位の位置判
定、欠陥の形状判定等の処理を行う。尚、ゲートパルス
とは反射信号の中の必要な波形のみを取り込むための時
間幅決定用であり、このゲートパルスは、受信器４内で
与えるのではなく、ＡＤ変換器７８の中のゲート回路を
設けて、このゲート回路の開時間をゲートパルスで与え
て反射信号を通すようにしてもよい。

【００１２】図２には、３ビット出力用の全並列比較形
のフラッシュＡＤ変換器の実施例を示す。このＡＤ変換
器は直列抵抗網２０、比較器２１、デコーダ２２より成
る。直列抵抗網２０は基準電圧Ｖｒｅｆを分圧する抵抗
網であり、９個の直列抵抗（Ｒ／２、Ｒ、Ｒ、…、Ｒ、
Ｒ／２）を有して、基準電圧Ｖｒｅｆを２ⁿ（但し、ｎ
は変換ビット数であり、本実施例ではｎ＝３である。以
下も同じ）通りに分圧する。分圧は、（１／１６）Ｖｒ
ｅｆ、（３／１６）Ｖｒｅｆ、…、（１３／１６）Ｖｒ
ｅｆ（１５／１６）Ｖｒｅｆの８通りである。比較器２
１は、２ⁿ＋１個の比較器Ｃ₁〜Ｃ₈より成り、各分圧出
力とアナログ入力電圧Ｖｉｎとの大小比較を行い、アナ
ログ入力電圧Ｖｉｎが大の時、“１”出力し、Ｖｉｎが
小のとき“０”を出力する。デコーダ２２は７個のゲー
トＤ₁〜Ｄ₇及び３個のオアゲートＥ₁、Ｅ₂、Ｅ₃より成
る。７個のゲートＤ₁〜Ｄ₇は、相隣合う比較器Ｃ₁〜Ｃ₈
の２出力を入力とする排他論理和である。例えば、入力
電圧Ｖｉｎが（５／１６）Ｖｒｅｆ≦Ｖｉｎ＜（７／１
６）Ｖｒｅｆの時には比較器Ｃ₆、Ｃ₇、Ｃ₈の出力が
“１”となり、比較器Ｃ₁〜Ｃ₅の出力は“０”である。
従って、ゲートＤ₁〜Ｄ₇の中で排他論理和の性格からゲ
ートＤ₅のみの出力が“１”となり、他のゲートＤ₁〜Ｄ
₄、Ｄ₆、Ｄ₇の出力はすべて“０”となる。このよう
に、アナログ入力電圧Ｖｉｎに対しての比較器の中で、
Ｖｉｎで“１”となる最上位の比較器Ｃ₆と、“０”と
なる最下位の比較器Ｃ₄との２出力を入力とするゲート
Ｄ₅のみが“１”を発生する。以上のことは、すべての
Ｖｉｎに対して適用され、ゲートＤ₁〜Ｄ₇は、それぞれ
対応するＶｉｎの時に“１”を出力する。

【００１３】ゲートＥ₁〜Ｅ₃は、３ビットの２進化回路
であり、Ｅ₁からはＭＳＢ（最上位ビット）の１ビッ
ト、Ｅ₃からはＬＳＢの（最下位ビット）の１ビット、
Ｅ₂からは第２ビット位置のビットデータを出力するよ
うに、前段のゲートＤ₁〜Ｄ₇の出力が選択的に入力する
ようになっている。即ち、ゲートＤ₁〜Ｄ₇の全出力がオ
ールゼロの時には、３ビット出力は（０００）となり、
ゲートＤ₇のみの出力が“１”のときには３ビット出力
は（００１）となり、ゲートＤ₆のみの出力が“１”の
時には３ビット出力は（０１０）となる。以下、ゲート
Ｄ₅のみの“１”では（０１１）、…、ゲートＤ₁のみの
“１”では（１１１）となる。

【００１４】以上の図２の実施例でのＡＤ変換例を図６
に示す。図６で、Ｖｉｎは９通りの区分であり、これは
抵抗網２０から得られるものである。ゲートＣ₁〜Ｃ₈、
Ｄ₁〜Ｄ₇、Ｅ₁〜Ｅ₃についてはそれぞれ出力を示してい
る。例えば、前述の例の如く、（５／１６）Ｖｒｅｆ≦
Ｖｉｎ＜（７／１６）Ｖｒｅｆでは、（Ｃ₁、Ｃ₂、
Ｃ₃、Ｃ₄、Ｃ₅、Ｃ₆、Ｃ₇、Ｃ₈）の出力は（０００００
１１１）となり、（Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃、Ｄ₄、Ｄ₅、Ｄ₆、Ｄ
₇）の出力は（００００１００）となり、（Ｅ₁、Ｅ₂、
Ｅ₃）の出力は（０１１）となる３ビット出力となる。
尚、ＶｉｎがＶｉｎ＞（１５／１６）Ｖｒｅｆの場合
は、オーバーフローとして扱っており、従って、この時
の（Ｅ₁、Ｅ₂、Ｅ₃）の出力は（０００）であり、比較
器ｃ₁の出力が“１”の時に、オーバーフローを検出す
ることとした。フラッシュＡＤ変換器にあっては、ゲー
トＤ₁〜Ｄ₇、Ｅ₁〜Ｅ₃の組込み方は単なる理論上の問題
であり、種々の変形があることは当然である。また、比
較器Ｃ₁〜Ｃ₇の出力は１出力例としたが、例えば２入力
Ａ、Ｂに対してＡ≧Ｂの場合のみで出力“１”を発生さ
せたが、Ａ＜Ｂの場合も併せて出力“１”を発生するよ
うにしてこのＡ≧Ｂでの“１”とＡ＜Ｂでの“１”との
両者を利用して比較出力の精度向上をはかることもでき
る。

【００１５】このフラッシュＡＤ変換器によれば、反射
信号Ｖｉｎは、全並列で一瞬のうちに変換されるため、
高速ＡＤ変換を達成できる。更に、逐次形ＡＤ変換器で
はサンプルホールド回路が必要であるのに対して、本実
施例では不要であり、標準化誤差等もなくなり、精度の
よい変換を達成できる。更に、ビット数ｎ＝３の例とし
たが、実際には、ｎ＝８程度を使う。ｎ＝８の場合、２
Ｖのアナログ電圧に対しては、分解能は１／２５６、即
ち０．７８ｍＶとなり、微小電圧の検出精度は極めて高
くなる。従来例では分解能は３０ｍＶ程度とされてお
り、微小電圧の検出精度は格段に飛躍した。尚、ｎ＝８
の場合、図２の回路規模は、２ⁿ（ｎ＝８）に応じて増
大することは云うまでもない。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、微小反射信号の検出が
可能となり、且つ高速な反射信号の検出が可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検出装置の実施例図である。

【図２】本発明のフラッシュＡＤ変換器の実施例図であ
る。

【図３】従来の検出装置を示す図である。

【図４】従来の検出装置でのタイムチャートである。

【図５】従来の検出装置でのピーク検出器を示す図であ
る。

【図６】図２の実施例でのＡＤ変換例を示す図である。

【符号の説明】

３ 探触子 ９ コンピュータ ２０ 直列抵抗網 ２１ 比較器 ２２ デコーダ ７８ フラッシュＡＤ変換器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 規定のゲートパルス内の超音波信号を、
   全並列比較方式でＡＤ変換するフラッシュＡＤ変換器
   と、該ＡＤ変換した超音波データを格納するバッファメ
   モリと、該バッファメモリ内の超音波データを処理して
   対象物の特徴を検出する処理手段と、より成る超音波信
   号検出装置。