JPH05288730A

JPH05288730A - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JPH05288730A
Application number: JP4119739A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sugawara; 一宏菅原
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1993-11-02

Abstract

(57)【要約】【目的】インパルス励起の場合での、傾きのある被検
材の超音波計測にあって、傾きがあっても、受信エコー
の振幅値及び位相を精度よく検出したい。【構成】インパルス励起による超音波の送受信を行う
超音波探触子と、超音波受信信号と参照信号との乗算を
行う乗算器と、乗算器出力中の周波数差分の信号を取り
出すフィルタと、該フィルタ出力に、時間ゲートを与え
てピーク値を検出するピーク検出器と、を備えると共
に、上記受信信号と参照信号とのいずれか一方の位相を
強制的に変更させる手段と、位相変更によって得られる
検出ピーク値中の最大値を求める手段と、該最大値を受
信信号の振幅値として出力し、この最大値を得た時の位
相を受信信号の位相値として出力する手段と、を備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波探傷装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】位相差の検出を行う超音波探傷装置が存
在する。この装置は、互いに９０゜位相を異にする参照
信号Ａ、Ｂを用意しておき、これと超音波受信信号Ｒと
を乗算（Ａ×Ｒ、Ｂ×Ｒ）する。この乗算によってＡ×
ＲではＡとＲとの周波数の和成分と差成分とが現れ、同
様にＢ×ＲでもＢとＲとの周波数の和成分と差成分とが
現れる。そして和成分は周波数が高いために除去し、周
波数の低い差成分をフィルタ（ＬＰＦ）を介して取り出
す。フィルタから得られる差成分を持つ２つの信号の、
振幅値のアークタンジェントを求めることにより位相変
化を得、且つ二乗和の平方根を求めることにより振幅値
を得る。

【０００３】通常、位相差の検出を行う超音波探傷装置
では、送信波としてバースト波を使用する。このバース
ト波を使用した場合、図２に示すように傾いた被検材を
Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃の３点で探触子１による超音波計測を行
うと、被検材の傾きのために超音波エコーの位相が、Ｐ
₁とＰ₂とＰ₃とで互いに異なったものとなる。

【０００４】図３には、参照信号を１００ＭＨｚ、バー
スト波送信信号を１００ＭＨｚとした場合の波形図を示
す。フィルタ出力とは、差成分を持つ信号を取り出す前
述のローパスフィルタの出力のことである。この図か
ら、傾きの異なるＰ₁、Ｐ₂、Ｐ₃の３点でのフィルタ出
力は異なることがわかる。そこで、ゲート幅Ｇなる時間
ゲートを与え、このゲート幅Ｇ内に存在する、それぞれ
のフィルタ出力をエコー信号として取り出し、それぞれ
のエコー信号のピーク値を得る。以上の動作を、参照信
号の位相を９０゜変更して行うことにより、位相と振幅
を得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、超音波の送信
にバースト波を用いているため、受信エコーの波数が多
くなり、深度分解能（即ち、深さ方向の識別能力）が悪
くなる。

【０００６】深度分解能を向上させるためには、バース
ト波ではなく、インパルス波を送信波として利用すると
よい。図２の如き傾きのある被検材の計測のために、イ
ンパルス波を利用した波形を図４に示す。図４におい
て、受信エコーの周波数を１００ＭＨｚとしている。フ
ィルタ出力をみるに、Ｐ₃に対しては負となっている。
そこで、ピーク検出を行うと、Ｐ₃ではピーク値が０と
なり、正常な位相と振幅の測定が不可能となってしま
う。

【０００７】本発明の目的は、深度分解能を向上すると
共に、位相差及び振幅値を精度よく検出可能にする超音
波探傷装置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、インパルス励
起による超音波の送受信を行う超音波探触子と、超音波
受信信号と参照信号との乗算を行う乗算器と、乗算器出
力中の周波数差分の信号を取り出すフィルタと、該フィ
ルタ出力に、時間ゲートを与えてピーク値を検出するピ
ーク検出器と、を備えると共に、上記受信信号と参照信
号とのいずれか一方の位相を強制的に変更させる手段
と、位相変更によって得られる検出ピーク値中の最大値
を求める手段と、該最大値を受信信号の振幅値として出
力し、この最大値を得た時の位相を受信信号の位相値と
して出力する手段と、を備える（請求項１）。

【０００９】更に本発明は、上記変更させる手段での受
信信号の位相の強制的変更は、超音波の送信タイミング
の強制的変更又は受信信号の遅延時間の強制的変更によ
って行わしめた（請求項２）。更に本発明は、位相の変
更範囲は、０゜〜３６０゜の間とした（請求項３）。

【００１０】

【作用】本発明によれば、受信信号と参照信号とのいず
れか一方の位相を変化させながら、ピーク値を検出し、
その最大値及びその時の位相を、受信信号の振幅値及び
位相値として出力する。（請求項１）。これによって、
被検体に傾きがあっても、その傾きに応じた受信エコー
を正しく検出できる。

【００１１】更に本発明によれば、受信信号の位相の２
つの変更例及び位相の変更範囲について特定し、具体的
な位相変更を実現する（請求項２、３）。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の超音波探傷装置の実施例で
ある。本実施例は以下の構成から成る。探触子１…超音波振動子を持ち、インパルス励起で１０
０ＭＨｚの超音波を放射し、そのエコーの検出を行う。送信器２…探触子１から１００ＭＨｚの超音波の放射を
行わせるべく、インパルス信号を発生する。受信器３…探触子１で得た超音波エコー信号を受信し、
増幅する。参照信号発生器４…１００ＭＨｚの正弦波信号を参照信
号として発生する。分周器５…参照信号を分周して低周波の信号を得る。こ
の信号は、送信器２へ送られ、インパルス信号を出力す
るタイミングとなる。

【００１３】可変遅延線６…参照信号の位相を、０゜か
ら３６０゜まで変化させるための遅延線である。乗算器７…受信器３の受信出力Ｒと可変遅延線出力との
乗算を行う。ローパスフィルタ８…乗算器７から得る周波数和成分を
除去し、周波数差成分の信号を取り出すフィルタであ
る。ゲート９…ゲート幅Ｇを与えて、このゲート幅Ｇ内に存
在するフィルタ出力を取り出す回路である。ピーク検出器１０…ゲート９で得たゲート幅Ｇ内に存在
するフィルタ出力中のピーク値を検出する。ＡＤ変換器１１…検出したピーク値をＡＤ変換する。コンピュータ１２…可変遅延線６の０゜〜３６０゜の遅
延制御及び各ピーク値からの最大値の検出並びに受信エ
コーの振幅値及び位相値の算出を行う。

【００１４】以上の構成での本実施例の特徴部分は、可
変遅延線６による、参照信号の位相の可変制御及びこの
可変制御により得たピーク値の算出並びに最大値の検出
とにある。

【００１５】コンピュータ１２は、可変遅延線６の遅延
制御機能を持つ。この遅延とは、参照信号の位相を変更
させることであり、０゜〜３６０゜の位相区間分遅延制
御を行う。位相変更は規定ピッチ位相Δθ単位で行う。
即ち、０゜→Δθ→２Δθ→３Δθ→……→３６０゜の
如く位相を次々に更新（設定）し、各位相毎にインパル
ス励起による超音波計測を行い、ピーク値を検出する。
ピーク値は０゜〜３６０゜の区間における更新（設定）
位相毎に得られ、コンピュータ１２は、この複数のピー
ク値から最大のピーク値を検出する。併せて、最大のピ
ーク値を得た時の可変遅延線６の位相をも求める。最大
のピーク値（最大値）は、受信エコーの本来の振幅値Ａ
ｍ、その時の位相は受信エコーの本来の位相値Φであ
る。

【００１６】以上の操作を図２の例でみるに、各点
Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃毎に実施する。かくして、各点Ｐ₁、
Ｐ₂、Ｐ₃における本来の振幅値Ａｍ₁、Ａｍ₂、Ａｍ₃及
び位相値Φ₁、Φ₂、Φ₃がそれぞれ求まる。

【００１７】次に、インパルス励起による超音波励起に
よる超音波計測、及びピーク値検出の動作を説明する。
先ず、コンピュータ１２は、可変遅延線６の遅延量が、
位相ｉΔθ（但し、ｉ＝０、１、２、……の任意の１
つ）となるように制御する。この状態のもとで、参照信
号発生器４よりの１００ＭＨｚの正弦波信号は分周器５
で低周波の送信波のタイミングとなり、送信器２に出力
される。探触子１は送信器２のインパルス信号により１
００ＭＨｚの超音波を発生し被検体からのエコーを再び
電気信号に換え受信器３に送る。更に、参照信号発生器
５からの参照信号は、参照波本来の目的のために、可変
遅延線６を通り乗算器７に送られる。尚、参照信号と正
弦波信号とは同一である。乗算器７では、参照信号と、
受信器３からの中心周波数１００ＭＨｚの受信信号を乗
算し、２つの信号の和周波数成分と差周波数成分を出力
する。これをローパスフィルタ８を用いて低周波である
差周波数成分のみを抽出し、ゲート回路９で必要な時間
部分のみを取り出し、ピーク検出器１０でピーク値を得
る。ＡＤ変換器１１でピーク値をデータ化し、コンピュ
ータ１２に送る。コンピュータ１２は、このピーク値を
メモリ（図示せず）に格納する。

【００１８】次にコンピュータ１２は、（ｉ＋１）Δθ
となるように位相更新をはかり可変遅延線６を制御す
る。この状態のもとで、同様にピーク値を得、メモリに
格納する。

【００１９】かくして、０゜、Δθ、２Δθ、……、３
６０゜の全位相で得たピーク値がメモリに格納される。
コンピュータ１２は、このメモリに格納した全位相での
ピーク値から最大のピーク値（最大値）を検出する。併
せて、この最大のピーク値を得た時の位相を求める。こ
れが、任意の一点（例えばＰ₁）での受信エコーの振幅
値及び位相値となる。

【００２０】このように、コンピュータ１２は可変遅延
線６を制御し参照信号を１周期分変化させ、ＡＤ変換器
出力の最大値及びその最大値を得た可変遅延線６に与え
た遅延時間により、受信信号の振幅値Ａｍ及び位相値Φ
を得る。この位相値の換算は、参照波１周期分変化させ
る制御量が超音波受信信号の１周期分に当たることから
容易に換算できる。以上の実施例における全体処理フロ
ーを図５に示す。動作は述べるまでもなく明らかであろ
う。

【００２１】また、参照信号を１周期分変化させた時
の、ピーク値の変化は上記最大値に向い単調に上昇し、
上記最大値をすぎた後は単調に下降する。このため、コ
ンピュータ１２は、オンライン的にピーク値を追跡し、
上昇から下降に変化したところで参照信号を変化させる
ことを中心し、その変化点でのピーク値を最大値として
求めるようにしてもよい。これによれば、参照信号を１
周期分変化させる必要がなく高速に上記振幅値及び位相
値の検出が可能となる。

【００２２】更に、探触子１を移動させ振幅値及び位相
値の変化を調べる場合、その移動間隔を小さくすればほ
とんどの場合位相変化が少ない。このため、前の場所の
位相値を参考に参照信号を変化させる初期値を決定すれ
ば、小さい参照信号の変化で上記最大値を得ることが可
能であり、より高速に上記振幅値及び位相値の検出が可
能である。

【００２３】本実施例では、最大値をコンピュータ１２
で得るようにしたがコンパレータ等のハードウェアを用
いてアナログ量でピーク検出器からの信号の大きさを比
較して最大値を得るようにしてもよい。

【００２４】また、本実施例では参照信号を制御した
が、これに代わり送信のタイミングまたは受信信号に与
える遅延時間を制御しても同様の結果が得られる。ま
た、本実施例では超音波受信信号と同じ周波数の参照信
号を用いたが異なる周波数の参照信号を用いてもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、インパルス信号による
送信の結果得られる、波数の少ない超音波エコー信号か
ら深度分解能のよい位相差及び振幅値を検出することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例図である。

【図２】被検材に傾斜のある場合の計測例を示す図であ
る。

【図３】従来でのバースト波送信による波形図である。

【図４】従来でのインパルス波送信による波形図であ
る。

【図５】本実施例の全体処理フローを示す図である。

【符号の説明】

１探触子２送信器３受信器４参照信号発生器５分周器６可変遅延線７乗算器８ローパスフィルタ９ゲート回路１０ピーク検出器１１ＡＤ変換器１２コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インパルス励起による超音波の送受信を
行う超音波探触子と、超音波受信信号と参照信号との乗
算を行う乗算器と、乗算器出力中の周波数差分の信号を
取り出すフィルタと、該フィルタ出力に時間ゲートを与
えてピーク値を検出するピーク検出器と、を備えると共
に、上記受信信号と参照信号とのいずれか一方の位相を
強制的に変更させる手段と、位相変更によって得られる
検出ピーク値中の最大値を求める手段と、該最大値を受
信信号の振幅値として出力し、この最大値を得た時の位
相を受信信号の位相値として出力する手段と、を備えて
なる超音波探傷装置。
【請求項２】上記変更させる手段での受信信号の位相
の強制的変更は、超音波の送信タイミングの強制的変更
又は受信信号の遅延時間の強制的変更によって行わしめ
た請求項１の超音波探傷装置。
【請求項３】上記位相の変更範囲は、０゜〜３６０゜
の間とする請求項１又は２の超音波探傷装置。