JPH0684960B2 - Ultrasonic transmitting / receiving method and device - Google Patents

Ultrasonic transmitting / receiving method and device

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JPH0684960B2
JPH0684960B2 JP60172032A JP17203285A JPH0684960B2 JP H0684960 B2 JPH0684960 B2 JP H0684960B2 JP 60172032 A JP60172032 A JP 60172032A JP 17203285 A JP17203285 A JP 17203285A JP H0684960 B2 JPH0684960 B2 JP H0684960B2
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transmitting
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array probe
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超音波ビームを走査し、例えば、鋼材を探傷
するための超音波送受信方法及び装置に係り、特にアレ
イ探触子を使用し簡単な構成で超音波ビームを走査する
電子走査式超音波送受信方法及び装置に関するものであ
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic wave transmitting / receiving method and apparatus for scanning an ultrasonic beam to detect flaws in, for example, a steel material. The present invention relates to an electronic scanning ultrasonic wave transmitting / receiving method and apparatus for scanning an ultrasonic beam with various configurations.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

アレイ探触子を用いた電子走査型超音波探傷装置として
は、各アレイエレメントを励振し、超音波を送受信する
タイミング制御により超音波を重ね合わせ、被検体内で
超音波ビームを偏向,集束させる方法が知られている。
なお、この種の例としては、「電子走査型超音波探傷技
術および装置」,日本機械学会誌第87巻第793号第23頁
〜28頁、特開昭56-111426号等がある。
An electronic scanning ultrasonic flaw detector using an array probe excites each array element, superimposes the ultrasonic waves by timing control of transmitting and receiving ultrasonic waves, and deflects and focuses the ultrasonic beam within the subject. The method is known.
Examples of this type include "Electron scanning ultrasonic flaw detection technology and apparatus", Journal of Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 87, No. 793, pp. 23-28, JP-A-56-111426.

その電子走査型超音波探傷方法による装置構成の一例を
第16図に示す。演算回路を用いた超音波ビーム制御回路
101で、遅延回路102内の各アレイ素子の遅延時間を設定
した後、この遅延回路102を介して、超音波送信回路103
からのパルス電圧を、アレイ探触子106に印加する。こ
れより、各アレイ素子から出た超音波が干渉して波面が
形成され、被検体108内の所定方向に超音波が発信され
る。この際、遅延回路102に設定した遅延時間に従い超
音波がθ方向に偏向される。
FIG. 16 shows an example of an apparatus configuration by the electronic scanning ultrasonic flaw detection method. Ultrasonic beam control circuit using arithmetic circuit
After the delay time of each array element in the delay circuit 102 is set at 101, the ultrasonic transmission circuit 103 is set through this delay circuit 102.
The pulse voltage from is applied to the array probe 106. As a result, the ultrasonic waves emitted from each array element interfere with each other to form a wavefront, and the ultrasonic waves are transmitted in a predetermined direction inside the subject 108. At this time, the ultrasonic waves are deflected in the θ direction according to the delay time set in the delay circuit 102.

被検体108の超音波反射体(表面110,底面111,欠陥109)
から反射された超音波は、アレイ探触子106で受信さ
れ、遅延回路102を介して、超音波受信回路104に送られ
る。この超音波受信信号は超音波受信回路104で検波整
流された後に表示回路105に送られる。表示回路105に
は、超音波ビームの位置信号が超音波ビーム制御回路10
1から別途送られている。これらの信号に基づき、CRT10
7上には表面像112,底面像113,欠陥像114が表示される。
Ultrasonic reflector of subject 108 (front surface 110, bottom surface 111, defect 109)
The ultrasonic wave reflected from is received by the array probe 106 and is sent to the ultrasonic wave receiving circuit 104 via the delay circuit 102. This ultrasonic reception signal is sent to the display circuit 105 after being detected and rectified by the ultrasonic reception circuit 104. The position signal of the ultrasonic beam is displayed on the display circuit 105 by the ultrasonic beam control circuit 10
It is sent separately from 1. Based on these signals, the CRT10
A surface image 112, a bottom image 113, and a defect image 114 are displayed on the screen 7.

しかし、この種の例では、超音波送受信のタイミング制
御に遅延回路を利用し、信号遅延量を切替えてタイミン
グ制御しているため、遅延回路がアレイエレメントの数
だけ必要であり、その結線も複雑でかつ膨大なものとな
つてしまう。この遅延回路には、通常コイルを使用する
が、製作上高度の技術が必要であり、高価(約30万円/
個)なものである。したがつて、超音波送受信装置の小
型化が困難であり、コストが高いという問題があつた。
However, in this type of example, since a delay circuit is used for the timing control of ultrasonic transmission / reception and the timing is controlled by switching the signal delay amount, the delay circuit is required for the number of array elements, and the wiring is complicated. It is also huge. A coil is usually used for this delay circuit, but it requires high-level manufacturing technology and is expensive (about 300,000 yen /
Individual). Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the ultrasonic transmitting / receiving device and the cost is high.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、大きなスペースを占める上に高価な遅
延回路を用いずにビームの方法を設定でき、被検体内の
欠陥等を実時間で表示可能な電子走査型超音波送受信方
法及び装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an electronic scanning ultrasonic transmission / reception method and apparatus capable of setting a beam method without using an expensive delay circuit in addition to occupying a large space and capable of displaying defects in a subject in real time. Is to provide.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明は、上記目的を達成するために、複数の超音波電
気変換素子を配列したアレイ探触子から設定すべきビー
ム方向に応じた間隔でいくつかの変換素子を選択し、選
択した変換素子から超音波を同時に送信し、隣合って選
択した変換素子から送信された球面波のうちで一波長ず
つずれた波面同士の干渉により所定方向に超音波ビーム
を伝播させ、その反射波を受信することを特徴とする超
音波送受信方法を提案するものである。
In order to achieve the above object, the present invention selects some conversion elements at intervals according to a beam direction to be set from an array probe in which a plurality of ultrasonic electric conversion elements are arranged, and selects the selected conversion element. To transmit ultrasonic waves simultaneously, propagate the ultrasonic beam in a predetermined direction by interference between wavefronts that are shifted by one wavelength among spherical waves transmitted from adjacently selected conversion elements, and receive the reflected wave An ultrasonic transmission / reception method characterized by the above is proposed.

本発明は、また、上記目的を達成するために、被検体に
接触する複数の超音波電気変換素子からなるアレイ探触
子と、これら探触子に印加すべき連続波を出力する連続
波発信器と、探触子と連続波発信器との間に配置され送
信と受信とを切替る送受信切替えスイッチと、送受信切
替えスイッチとアレイ探触子との間に配置され、設定す
べきビーム方向に応じた間隔でアレイ探触子からいくつ
かの変換素子を選択し、選択した変換素子から同時に超
音波を被検体に送信させ、隣合って選択した変換素子か
ら送信された球面波のうちで一波長ずつずれた波面同士
の干渉により所定方向に超音波ビームを伝播させる送受
信パターン切替えスイッチと、送受信切替えスイッチと
送受信パターン切替えスイッチとの間から受信信号を取
込み加算する加算回路と、加算された信号を検波増幅す
る増幅回路と、その結果を表示する表示部と、上記各部
の作動を制御するスイッチ制御回路とからなる超音波送
受信装置を提案するものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention also provides an array probe composed of a plurality of ultrasonic electric conversion elements that come into contact with a subject, and a continuous wave transmission that outputs a continuous wave to be applied to these probes. And a transmission / reception changeover switch arranged between the probe and the continuous wave oscillator to switch between transmission and reception, and arranged between the transmission / reception changeover switch and the array probe to set the beam direction to be set. Several transducers are selected from the array probe at appropriate intervals, ultrasonic waves are simultaneously transmitted to the subject from the transducers selected, and one of the spherical waves transmitted from the transducers selected adjacently is selected. Addition that captures and adds received signals from between the transmission / reception changeover switch and the transmission / reception changeover switch, and the transmission / reception changeover switch that propagates the ultrasonic beam in the specified direction due to the interference of wavefronts that are shifted by wavelength A road, an amplifier circuit for detecting amplifying summed signal, and a display unit for displaying the results, is to propose an ultrasonic transmitting and receiving apparatus comprising a switch control circuit that controls operation of the respective units.

次に、本発明の超音波送受信方法の原理について説明す
る。
Next, the principle of the ultrasonic transmission / reception method of the present invention will be described.

第2図は、本発明で利用するローブの発生原理、第3図
はその超音波ビームの音圧分布を示すものである。第2
図に示すように、アレイ探触子9の各エレメントを同時
に発信させた場合(発信素子は図中黒塗りで示す)、各
エレメントから球面波が発信される。この球面波が前方
で干渉し、波面を形成する。発信超音波が0°方向へ干
渉帯を形成したものをメインローブと呼ぶ。この他にθ
方向でも超音波の干渉帯が形成される。これをサイドロ
ーブと呼ぶ。これは、隣合って選択されたエレメント間
で一波長ずれた球面波が干渉し、θ方向にも波面を形成
するため発生する。サイドローブの発生角θは、図の斜
線で示した三角形から次式(1)で求められる。
FIG. 2 shows the principle of lobe generation used in the present invention, and FIG. 3 shows the sound pressure distribution of the ultrasonic beam. Second
As shown in the figure, when each element of the array probe 9 is simultaneously emitted (the transmitting element is shown in black in the figure), a spherical wave is emitted from each element. These spherical waves interfere with each other in the front to form a wavefront. What the transmitted ultrasonic wave forms an interference band in the 0 ° direction is called a main lobe. Besides this, θ
An ultrasonic interference band is also formed in the direction. This is called a side lobe. This occurs because spherical waves with one wavelength shift interfere with each other between adjacently selected elements and form a wavefront also in the θ direction. The side-lobe generation angle θ is obtained by the following equation (1) from the triangle indicated by the diagonal lines in the figure.

ここで、dは隣接エレメントの間隔、λは波長である。 Here, d is the distance between adjacent elements, and λ is the wavelength.

式(1)からわかるように隣接エレメントの間隔を変更
すれば、サイドローブの偏向角θを変えることができ
る。本発明はサイドローブを利用し、アレイ探触子9の
発信エレメントの間隔を変えて超音波ビームを走査する
ものである。
As can be seen from the equation (1), the deflection angle θ of the side lobe can be changed by changing the interval between the adjacent elements. The present invention utilizes side lobes to scan the ultrasonic beam by changing the distance between the transmitting elements of the array probe 9.

第3図は、第2図に示すようにアレイ探触子を発信させ
たときの超音波ビームの拡がりを示したものである。ア
レイ探触子9の真下方向に超音波の音圧が極大となる0
次の干渉波のメインローブ14が存在する。また、±θ方
向にも超音波の音圧が極大となる±1次の干渉波のサイ
ドローブ15が存在する。一般的にサイドローブの音圧は
メインローブの音圧よりも低い。
FIG. 3 shows the spread of the ultrasonic beam when the array probe is transmitted as shown in FIG. The sound pressure of ultrasonic waves is maximized in the direction directly below the array probe 9
There is a main lobe 14 of the next interference wave. In addition, sideways 15 of ± first-order interference waves in which the sound pressure of ultrasonic waves is maximized also exist in the ± θ directions. Generally, the sound pressure of the side lobe is lower than that of the main lobe.

次にアレイ探触子を用いたときの超音波の発信方法につ
いて説明する。第4図は従来の超音波の発信方法、第5
図は本発明の超音波の発信方法を示す。従来は、第4図
に示すようにアレイ探触子に高電圧のスパイクパルスを
印加していた。そうすると、各々のアレイエレメントか
らは2〜3波長継続した超音波信号が発信される。この
ため、2,3個以上離れたエレメント間同士の超音波の干
渉は起こらなくなる。サイドローブの音圧が低くなるの
で、従来はメインローブの利用しか考えられていなかつ
た。
Next, a method of transmitting ultrasonic waves when using the array probe will be described. FIG. 4 is a conventional ultrasonic wave transmitting method, and FIG.
The figure shows an ultrasonic wave transmission method of the present invention. Conventionally, a high-voltage spike pulse was applied to the array probe as shown in FIG. Then, from each array element, an ultrasonic wave signal having a continuous wavelength of 2 to 3 is transmitted. Therefore, ultrasonic waves do not interfere with each other between elements separated by a few elements. Since the sound pressure of the side lobe becomes low, conventionally only the use of the main lobe has been considered.

これに対し、本発明では、第5図に示すように、所定の
波面λがn個継続したサイン波を発信する。しかも発信
波の継続時間aにおける波長の数nをアレイエレメント
の数と同じにする。このようにすれば、アレイ探触子の
各エレメントから出る超音波が全て干渉し、サイドロー
ブの音圧を高くすることができる。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 5, a sine wave in which a predetermined number of wavefronts λ continues is transmitted. Moreover, the number n of wavelengths in the duration a of the transmitted wave is made equal to the number of array elements. With this configuration, all the ultrasonic waves emitted from each element of the array probe interfere with each other, and the sound pressure of the side lobe can be increased.

第6図は、パルス波およびサイン波で発信したときの発
信超音波の音圧分布の実験結果である。実験条件は、発
信エレメントの間隔8mm、エレメントの幅2mm、波長2.62
mmである。この結果から明らかなように、サイドローブ
の音圧は、本発明のサイン波で発信したときのほうが従
来のパルス波発信のときより高く、その音圧はパルス波
発信のときの約2倍の大きさとなる。以上説明した如
く、本発明では、サイン波で超音波を発信するための高
い音圧の超音波ビームが得られる。
FIG. 6 is an experimental result of the sound pressure distribution of the transmitted ultrasonic wave when the pulse wave and the sine wave are transmitted. The experimental conditions are: spacing between transmitting elements 8 mm, element width 2 mm, wavelength 2.62.
mm. As is clear from this result, the sound pressure of the side lobe is higher when the sine wave of the present invention is emitted than when the conventional pulse wave is emitted, and the sound pressure is about twice as high as when the pulse wave is emitted. It becomes the size. As described above, according to the present invention, an ultrasonic beam with high sound pressure for transmitting ultrasonic waves with a sine wave can be obtained.

〔発明の実施例〕Example of Invention

次に、本発明の実施例を説明する。第1図は、本発明に
よる超音波送受信装置の一実施例の構成を示すブロツク
図である。図において、連続波発信器2からは、連続波
信号P1〜P8が、アイソレータ8、送受信切替えスイツチ
16、送受信パターン切替えスイツチ17を介して、アレイ
探触子9に印加される。一方、アレイ探触子9で受信さ
れた超音波信号u1〜u8は、送受信パターン切替えスイツ
チ17を介して、加算回路4に入力される。加算回路4で
は超音波受信信号u1〜u8を加算する。加算された超音波
受信号uは増幅回路で検波整流され、さらに増幅されて
検波信号Uとなり、表示回路6に入力される。
Next, examples of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of an ultrasonic transmitting / receiving apparatus according to the present invention. In the figure, continuous wave signals P 1 to P 8 are transmitted from the continuous wave oscillator 2 to the isolator 8 and the transmission / reception switching switch.
16, applied to the array probe 9 via the transmission / reception pattern switching switch 17. On the other hand, the ultrasonic signals u 1 to u 8 received by the array probe 9 are input to the adder circuit 4 via the transmission / reception pattern switching switch 17. The adder circuit 4 adds the ultrasonic wave reception signals u 1 to u 8 . The added ultrasonic wave reception signal u is detected and rectified by the amplifier circuit and further amplified to become the detected signal U, which is input to the display circuit 6.

スイツチ制御回路3は、例えばマイクロプロセツサであ
り、送受信切替えスイツチ16、送受信パターン切替えス
イツチ17のスイツチのオン,オフを制御するためのコン
トロール信号C1,C2を出力する。また、送受信パターン
切替えスイツチ17のオン,オフ状態により、サイドロー
ブの偏向角θ、使用しているアレイエレメントの位置信
号Lを表示回路6に出力する。表示回路6では、検波信
号U,位置信号Lにより、CRT7上に被検体10内の断面像
(表面像71,底面像72,欠陥像73)を得る処理を行う。同
期回路1は、連続波発信器2,増幅回路5,表示回路6,スイ
ツチ制御回路3に同期信号Tを与え、各回路の同期をと
つている。アイソレータ8は、超音波受信信号u1〜u
8が、送受信切替えスイツチ16,送受信パターン切替えス
イツチ17のオンにより加算回路4に入力される前に、加
算されるのを防ぐものである 本発明の探傷方法について説明する。ここでは簡単のた
めアレイエレメントの数を8個とした。送受信切替えス
イツチ16のスイツチ161〜164をオンとし、超音波を送信
するアレイ探触子9のエレメントを91〜94とする。次に
θ方向にサイドローブが発生するように発信エレメント
の間隔を送受信パターン切替えスイツチ171〜174により
選択する。また、アレイエレメント95〜98でもθ方向に
サイドローブが発生するように受信エレメントの間隔を
送受信パターン切替えスイツチ175〜178により選択す
る。その後、超音波受信信号P1〜P4をアレイエレメント
91〜94に印加し、θ方向にサイドローブを発生させる。
一方、アレイエレメント95〜98ではθ方向にサイドロー
ブを発生する受信パターンで超音波を受信し、受信信号
u5〜u8を得る。このようにサイドローブを使用して超音
波ビームを送受信する。
The switch control circuit 3 is, for example, a microprocessor, and outputs control signals C 1 and C 2 for controlling on / off of the switches of the transmission / reception switching switch 16 and the transmission / reception pattern switching switch 17. Further, depending on the ON / OFF state of the transmission / reception pattern switching switch 17, the deflection angle θ of the side lobe and the position signal L of the array element in use are output to the display circuit 6. The display circuit 6 performs a process of obtaining a cross-sectional image (surface image 71, bottom image 72, defect image 73) inside the subject 10 on the CRT 7 based on the detection signal U and the position signal L. The synchronizing circuit 1 applies a synchronizing signal T to the continuous wave oscillator 2, the amplifying circuit 5, the display circuit 6, and the switch control circuit 3 to synchronize each circuit. The isolator 8 receives the ultrasonic reception signals u 1 to u.
A description will be given of the flaw detection method of the present invention in which 8 is prevented from being added before being input to the adder circuit 4 by turning on the transmission / reception switching switch 16 and the transmission / reception pattern switching switch 17. For simplicity, the number of array elements is eight here. The switches 161-164 of the transmission / reception switching switch 16 are turned on, and the elements of the array probe 9 for transmitting ultrasonic waves are 91-94. Next, the intervals of the transmitting elements are selected by the transmission / reception pattern switching switches 171 to 174 so that side lobes are generated in the θ direction. Also, in the array elements 95 to 98, the intervals between the receiving elements are selected by the transmission / reception pattern switching switches 175 to 178 so that side lobes are generated in the θ direction. After that, the ultrasonic reception signals P 1 to P 4 are transmitted to the array element.
It is applied to 91 to 94 to generate side lobes in the θ direction.
On the other hand, the array elements 95 to 98 receive ultrasonic waves with a reception pattern that generates side lobes in the θ direction, and
Get u 5 to u 8 . In this way, side lobes are used to transmit and receive ultrasonic beams.

一般的になされているように、アレイエレメントを送受
信に兼用してもよいことは勿論である。
Of course, as is generally done, the array element may be used for both transmission and reception.

第7図により、選択したアレイエレメントの数による超
音波の送受信感度の違いを補正する実施例について説明
する。スイツチ制御回路3は、スイツチ切替え回路31と
感度補正回路32とからなる。スイツチ切替え回路3は、
送受信切替えスイツチ16と送受信パターン切替えスイツ
チ17に切替え制御信号C1,C2を送り、超音波の送受信パ
ターンを制御する。また、選択した送受信アレイエレメ
ントの数に依存したエレメント選択信号Sを感度補正回
路32に出力する。感度補正回路32では、エレメント選択
信号Sから超音波発信電圧の振幅を制御するための振幅
制御信号Aを作り、連続波発信器2に出力する。連続波
発信器2は、サイン波発振器22,波高値制御回路23,トリ
ガー信号発生器21,アナログスイツチ24,パワーアンプ25
から構成される。サイン波発振器22では超音波発信の基
本となるサイン波S1を発生する。波高値制御回路23で
は、振幅制御信号Aに従い、サイン波S1の波高値を変え
て信号S2とする。このサイン波信号S2は、トリガー信号
Kによりアナログスイツチ24で波形がチヨツプされ、信
号S3となる。チヨツプ信号S3をパワーアンプ25で増幅
し、超音波発信信号Pを得る。
An embodiment for correcting a difference in ultrasonic wave transmission / reception sensitivity depending on the number of selected array elements will be described with reference to FIG. The switch control circuit 3 includes a switch switching circuit 31 and a sensitivity correction circuit 32. The switch switching circuit 3 is
Switching control signals C 1 and C 2 are sent to the transmission / reception switching switch 16 and the transmission / reception pattern switching switch 17 to control the ultrasonic transmission / reception pattern. Further, it outputs to the sensitivity correction circuit 32 an element selection signal S depending on the number of selected transmission / reception array elements. The sensitivity correction circuit 32 produces an amplitude control signal A for controlling the amplitude of the ultrasonic wave oscillation voltage from the element selection signal S and outputs it to the continuous wave oscillator 2. The continuous wave oscillator 2 includes a sine wave oscillator 22, a peak value control circuit 23, a trigger signal generator 21, an analog switch 24, and a power amplifier 25.
Composed of. The sine wave oscillator 22 generates a sine wave S 1 which is the basis of ultrasonic wave transmission. In the crest value control circuit 23, the crest value of the sine wave S 1 is changed according to the amplitude control signal A to obtain the signal S 2 . The waveform of this sine wave signal S 2 is checked by the analog switch 24 by the trigger signal K and becomes a signal S 3 . The check signal S 3 is amplified by the power amplifier 25 to obtain the ultrasonic wave transmission signal P.

第8図のタイムチヤートにより、第7図回路の動作を説
明する。S1は基本のサイン波信号である。これを選択し
たアレイエレメントの数により波高値制御回路23でその
波高値を調整して信号S2となる。信号Kはサイン波を切
り出すための信号である。信号Kが1の状態のときだけ
アナログスイツチ24で信号S2を切り出してチヨツプ信号
S3を作りだす。このチツプ信号S3をパワーアンプ25で増
幅し発信信号Pとなる。このように、送受信するエレメ
ントの数に従い、超音波発信信号の波高値を変え(例え
ばエレメントの数が少ないときは発信信号の波高値を高
くし)て、送受信感度の違いを補正し、探傷できる。エ
レメントの数が少ないときに特に有効である。
The operation of the circuit of FIG. 7 will be described with reference to the time chart of FIG. S 1 is the basic sine wave signal. The peak value control circuit 23 adjusts the peak value according to the number of selected array elements, and becomes the signal S 2 . The signal K is a signal for cutting out a sine wave. Only when the signal K is 1, the analog switch 24 cuts out the signal S 2 and outputs the check signal.
Create S 3 . This chip signal S 3 is amplified by the power amplifier 25 and becomes a transmission signal P. In this way, the peak value of the ultrasonic wave transmission signal is changed according to the number of elements to be transmitted / received (for example, when the number of elements is small, the peak value of the transmission signal is increased) to correct the difference in transmission / reception sensitivity and detect flaws. . This is especially effective when the number of elements is small.

第9図を参照して、本発明による超音波送受信方法を具
体的に説明する。1番目からi番目のアレイエレメント
を用いて被検体10内に超音波を発信し、θ方向にサイド
ローブ15を発生させる。一方、i+1番目からj番目の
アレイエレメントを用いてθ方向にサイドローブ15を発
生する受信パターンで超音波を受信する。次に2番目か
らi+1番目のアレイエレメントを用いて超音波を発信
し、i+2番目からj+1番目のアレイエレメントを用
いて超音波を受信する。送受信するアレイエレメントを
1個ずつずらしながら、このような動作を順次、m番目
のエレメントまで行う。こうして被検体10内にθ方向の
超音波ビームを矢印方向に走査する。以上の動作が終了
した後、サイドローブ15の偏方角θを変え、前記動作を
繰返す。このようにすれば、被検体10にあらゆる角度で
超音波ビームを入射させ、被検体10内を検査できる。
The ultrasonic wave transmitting / receiving method according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. Ultrasonic waves are transmitted into the subject 10 using the first to i-th array elements to generate side lobes 15 in the θ direction. On the other hand, ultrasonic waves are received in a reception pattern that generates side lobes 15 in the θ direction using the i + 1th to jth array elements. Next, ultrasonic waves are transmitted using the 2nd to i + 1th array elements, and ultrasonic waves are received using the i + 2nd to j + 1th array elements. Such an operation is sequentially performed up to the m-th element while shifting the transmitting and receiving array elements one by one. In this way, the subject 10 is scanned with the ultrasonic beam in the θ direction in the arrow direction. After the above operation is completed, the deviation angle θ of the side lobe 15 is changed, and the above operation is repeated. With this configuration, the inside of the subject 10 can be inspected by making the ultrasonic beam incident on the subject 10 at any angle.

以上は、発信エレメントの間隔が等しい場合の実施例で
あるが、第10図〜第13図には発信エレメント間隔を不均
等にした場合の実施例について示す。第10図はサイドロ
ーブの音圧が左右違うように発信した例である。また、
第11図はその発信で得られる音圧分布である。第10図に
おいて、P点で超音波が重なり合うようにアレイ探触子
9のエレメントを発信させる。黒塗りの部分が発信エレ
メントである。▲▼=a,▲▼=a+λ,▲
▼=a+2λ,……▲▼=a+nλとなる
ようにエレメントのB1,B2,Bnを選択し発信させる。こ
こでλは波長である。そうすれば、第11図のようにサイ
ドローブ15(a)の音圧がサイドローブ15(b)より大
きくなり、その音圧も高くできる。
The above is the embodiment in which the intervals of the transmitting elements are equal, but FIGS. 10 to 13 show an embodiment in which the intervals of the transmitting elements are made uneven. Fig. 10 shows an example in which the sound pressure of the side lobes is transmitted so that it is left-right. Also,
Figure 11 shows the sound pressure distribution obtained from the transmission. In FIG. 10, the elements of the array probe 9 are transmitted so that ultrasonic waves overlap at point P. The black-painted part is the transmitting element. ▲ 1 ▼ = a, ▲ 2 ▼ = a + λ, ▲
3. Select B 1 , B 2 , and B n of the elements so that ▼ = a + 2λ, ... ▲ n ▼ = a + nλ and transmit. Where λ is the wavelength. Then, as shown in FIG. 11, the sound pressure of the side lobe 15 (a) becomes larger than that of the side lobe 15 (b), and the sound pressure can be increased.

第12図はアレイ探触子9の真下に超音波を集中させるよ
うに発信した例である。また、第13図はその発信で得ら
れる音圧分布である。第12図において、P点で超音波が
重なり合うように、 点(いわゆるフレネルの半波長帯)のエレメントを選択
して超音波を発信させる。そうすれば、第13図のように
超音波ビーム15をアレイ探触子9の真下に収束させるこ
ともできる。
FIG. 12 shows an example in which ultrasonic waves are transmitted so as to be concentrated immediately below the array probe 9. Further, FIG. 13 shows the sound pressure distribution obtained by the transmission. In FIG. 12, so that the ultrasonic waves overlap at point P, An element at a point (so-called Fresnel half-wave band) is selected to emit ultrasonic waves. Then, as shown in FIG. 13, the ultrasonic beam 15 can be focused right under the array probe 9.

これまでは、1次元のアレイ探触子を用いた例であつた
が、次に2次元アレイ探触子を用いたときの実施例につ
いて第14図と第15図により説明する。第14図はM×N個
のエレメントから構成される2次元アレイ探触子9を用
いたときの実施例である。この例では、L個のエレメン
トを1組として探傷する。すなわち、{911〜91L},
{912〜91(L+1)}…………,及び{91(N−(L
+1)〜91N}という組合わせで順次探傷を行い、次の
行の探傷に移り、{921〜92L},{922〜92(L+
1)},……,及び{92(N−(L+1)〜92N}とい
う組合わせて順次探傷を行う。以下同様にして{9M1〜9
ML},{9M2〜9M(L+1)},……,及び{9M(N−
L+1)〜9MN}まで繰り返す。
Up to now, the example using the one-dimensional array probe has been described, but next, an example in which the two-dimensional array probe is used will be described with reference to FIGS. 14 and 15. FIG. 14 shows an embodiment in which a two-dimensional array probe 9 composed of M × N elements is used. In this example, flaw detection is performed with L elements as one set. That is, {911-91L},
{912 to 91 (L + 1)} …………, and {91 (N- (L
+1) to 91N} are sequentially inspected, and the inspection is moved to the next line. {921 to 92L}, {922 to 92 (L +
1)}, ..., and {92 (N- (L + 1) to 92N}) are sequentially combined for flaw detection.
ML}, {9M2 to 9M (L + 1)}, ..., and {9M (N−
Repeat from (L + 1) to 9MN}.

第15図は2次元アレイ探触子9を用いて超音波を集束さ
せる実施例である。2次元アレイ探触子9を第15図で示
したようなフレネルパターンで発信すると、各エレメン
トから発信された超音波が被検体のP点で全て重なり合
い集束した超音波ビームを実現できる。
FIG. 15 shows an embodiment in which ultrasonic waves are focused by using the two-dimensional array probe 9. When the two-dimensional array probe 9 is transmitted in a Fresnel pattern as shown in FIG. 15, it is possible to realize an ultrasonic beam in which ultrasonic waves emitted from each element are all overlapped and focused at the point P of the subject.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、アレイ探触子の同時励振により生じる
干渉波のサイドローブを積極的に利用し、エレメント間
隔を実効的に変え、サイドローブの偏向角を変化させて
超音波ビームを走査し、被検体を探傷できるので、遅延
回路とその制御用の複雑な演算回路が不良になる。した
がって、電子走査型超音波探傷装置の小型化が可能とな
り、装置のコストも低減できる。
According to the present invention, the side lobes of the interference waves generated by the simultaneous excitation of the array probe are positively used, the element spacing is effectively changed, and the deflection angle of the side lobes is changed to scan the ultrasonic beam. Since the subject can be flaw-detected, the delay circuit and the complicated arithmetic circuit for controlling the delay circuit become defective. Therefore, the electronic scanning ultrasonic flaw detector can be downsized, and the cost of the device can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による超音波送受信装置の一実施例の構
成を示すブロツク図、第2図は本発明で利用するローブ
の発生原理を示す図、第3図は超音波ビームの音圧分布
を示す図、第4図は従来の超音波発信方法を示す図、第
5図は本発明の超音波発信方法を示す図、第6図はパル
ス波およびサイン波で発信したときの発信超音波の音圧
分布を示す図、第7図はアレイエレメント数による感度
差の補正方法を示す図、第8図はそのタイムチヤート、
第9図は本発明による超音波送受信方法を示す図、第10
図は発信エレメント間隔を不均等にした実施例を示す
図、第11図はその音圧分布を示す図、第12図はフレネル
の半波長帯のエレメントを選択して超音波を発信させる
実施例を示す図、第13図はその音圧分布を示す図、第14
図は2次元アレイ探触子を用いる実施例を示す図、第15
図は2次元アレイ探触子を用いて超音波を集束させる実
施例を示す図、第16図は従来の電子走査型超音波送受信
装置の一例を示す図である。 1……同期回路、2……連続波発信器、3……スイツチ
制御回路、4……加算回路、5……増幅回路、6……表
示回路、7……CRT、8……アイソレータ、9……アレ
イ探触子、10……被検体、11……表面、12……底面、13
……欠陥、14……メインローブ、15……サイドローブ、
16……送受信切替えスイツチ、21……トリガー信号発生
器、22……サイン波発振器、23……波高値制御回路、24
……アナログスイツチ、35……パワーアンプ、31……ス
イツチ切替え回路、32……感度補正回路、71……表面
像、72……底面像、73……欠陥像、101……超音波ビー
ム制御回路、102……遅延回路、103……超音波送信回
路、104……超音波受信回路、105……表示回路、106…
…アレイ探触子、107……CRT、108……被検体、109……
欠陥、110……表面、111……底面、112……表面像、113
……底面像、114……欠陥像。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of an ultrasonic transmitting / receiving apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the principle of lobe generation used in the present invention, and FIG. 3 is a sound pressure distribution of an ultrasonic beam. FIG. 4 is a diagram showing a conventional ultrasonic wave transmitting method, FIG. 5 is a diagram showing an ultrasonic wave transmitting method of the present invention, and FIG. 6 is a transmitted ultrasonic wave when transmitting with a pulse wave and a sine wave. FIG. 7 shows the sound pressure distribution, FIG. 7 shows the method of correcting the sensitivity difference by the number of array elements, and FIG. 8 shows its time chart.
FIG. 9 is a diagram showing an ultrasonic wave transmitting / receiving method according to the present invention, and FIG.
The figure shows an example in which the transmission element intervals are made uneven, FIG. 11 shows the sound pressure distribution, and FIG. 12 shows an example of transmitting ultrasonic waves by selecting an element in the Fresnel half-wavelength band. Fig. 13 shows the sound pressure distribution, Fig. 14
The figure shows an embodiment using a two-dimensional array probe, 15th
FIG. 16 is a diagram showing an embodiment in which ultrasonic waves are focused using a two-dimensional array probe, and FIG. 16 is a diagram showing an example of a conventional electronic scanning ultrasonic wave transmitting / receiving device. 1 ... Synchronous circuit, 2 ... Continuous wave oscillator, 3 ... Switch control circuit, 4 ... Adding circuit, 5 ... Amplifying circuit, 6 ... Display circuit, 7 ... CRT, 8 ... Isolator, 9 …… Array probe, 10 …… Subject, 11 …… Surface, 12 …… Bottom, 13
…… Defect, 14 …… Main lobe, 15 …… Side lobe,
16 …… Transmission / reception switching switch, 21 …… Trigger signal generator, 22 …… Sine wave oscillator, 23 …… Crest value control circuit, 24
...... Analog switch, 35 …… Power amplifier, 31 …… Switch switching circuit, 32 …… Sensitivity correction circuit, 71 …… Surface image, 72 …… Bottom image, 73 …… Defect image, 101 …… Ultrasonic beam control Circuit, 102 ... Delay circuit, 103 ... Ultrasonic wave transmitting circuit, 104 ... Ultrasonic wave receiving circuit, 105 ... Display circuit, 106 ...
… Array probe, 107 …… CRT, 108 …… Subject, 109 ……
Defect, 110 …… Surface, 111 …… Bottom, 112 …… Surface image, 113
…… Bottom image, 114 …… Defect image.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の超音波電気変換素子を配列したアレ
イ探触子から設定すべきビーム方向に応じた間隔でいく
つかの変換素子を選択し、 選択した変換素子から超音波を同時に送信し、 隣合って選択した変換素子から送信された球面波のうち
で一波長ずつずれた波面同士の干渉により所定方向に超
音波ビームを伝播させ、 その反射波を受信する ことを特徴とする超音波送受信方法。
1. A plurality of transducers are selected from an array probe having a plurality of ultrasonic electric transducers arranged at intervals according to a beam direction to be set, and ultrasonic waves are simultaneously transmitted from the selected transducers. , Ultrasonic waves characterized by propagating an ultrasonic beam in a predetermined direction by interference between wavefronts that are shifted by one wavelength among spherical waves transmitted from adjacently selected conversion elements and receiving the reflected wave How to send and receive.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、 選択した変換素子から送信される超音波が、サイン波で
あることを特徴とする超音波送受信方法。
2. The ultrasonic wave transmitting / receiving method according to claim 1, wherein the ultrasonic wave transmitted from the selected conversion element is a sine wave.
【請求項3】特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、 変換素子を等間隔に選択することを特徴とする超音波送
受信方法。
3. An ultrasonic wave transmitting / receiving method according to claim 1 or 2, wherein the conversion elements are selected at equal intervals.
【請求項4】特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、 変換素子を非等間隔に選択することを特徴とする超音波
送受信方法。
4. The ultrasonic transmission / reception method according to claim 1 or 2, wherein the conversion elements are selected at unequal intervals.
【請求項5】特許請求の範囲第4項において、 フレネルの半波長帯の変換素子を選択し、アレイ探触子
の真下にビームを集束させることを特徴とする超音波送
受信方法。
5. The ultrasonic wave transmitting / receiving method according to claim 4, wherein a conversion element in the Fresnel half-wavelength band is selected and the beam is focused right under the array probe.
【請求項6】被検体に接触する複数の超音波電気変換素
子からなるアレイ探触子と、 これら探触子に印加すべき連続波を出力する連続波発信
器と、 探触子と連続波発信器との間に配置され送信と受信とを
切替る送受信切替えスイッチと、 送受信切替えスイッチとアレイ探触子との間に配置さ
れ、設定すべきビーム方向に応じた間隔でアレイ探触子
からいくつかの変換素子を選択し、選択した変換素子か
ら同時に超音波を被検体に送信させ、隣合って選択した
変換素子から送信された球面波のうちで一波長ずつずれ
た波面同士の干渉により所定方向に超音波ビームを伝播
させる送受信パターン切替えスイッチと、 送受信切替えスイッチと送受信パターン切替えスイッチ
との間から受信信号を取込み加算する加算回路と、 加算された信号を検波増幅する増幅回路と、 その結果を表示する表示部と、 上記各部の作動を制御するスイッチ制御回路と からなる超音波送受信装置。
6. An array probe composed of a plurality of ultrasonic electric conversion elements in contact with a subject, a continuous wave oscillator for outputting a continuous wave to be applied to these probes, a probe and a continuous wave. It is placed between the transmitter and the transmitter / receiver selector switch that switches between transmitting and receiving, and between the transmitter / receiver selector switch and the array probe. Several transducers are selected, ultrasonic waves are simultaneously transmitted from the selected transducers to the subject, and due to interference between wavefronts that are shifted by one wavelength among the spherical waves transmitted from the transducers that are selected adjacent to each other. A transmission / reception pattern changeover switch that propagates an ultrasonic beam in a predetermined direction, an adder circuit that takes in and adds received signals from between the transmission / reception changeover switch and the transmission / reception pattern changeover switch, and the added signal is detected. An amplifier circuit for amplifying a display unit for displaying the results, the ultrasonic transmitting and receiving apparatus comprising a switch control circuit that controls operation of the respective units.
【請求項7】特許請求の範囲第6項において、 連続波発信器が波高値制御回路を含み、 スイッチ制御回路が感度補正回路を含み、 選択した変換素子パターンに応じて連続波の出力を変
え、 パターン変更による感度差を補正する ことを特徴とする超音波送受信装置。
7. The continuous wave oscillator according to claim 6, wherein the continuous wave oscillator includes a peak value control circuit, the switch control circuit includes a sensitivity correction circuit, and the continuous wave output is changed according to the selected conversion element pattern. An ultrasonic transmitter / receiver characterized by correcting a sensitivity difference due to pattern change.
【請求項8】特許請求の範囲第6項または第7項におい
て、 アレイ探触子が2次元に配列された変換素子からなる ことを特徴とする超音波送受信装置。
8. The ultrasonic transmitting / receiving apparatus according to claim 6 or 7, wherein the array probe is composed of conversion elements arranged two-dimensionally.
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