JPH0684961B2 - 超音波送受信方法および装置 - Google Patents
超音波送受信方法および装置Info
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- JPH0684961B2 JPH0684961B2 JP60184604A JP18460485A JPH0684961B2 JP H0684961 B2 JPH0684961 B2 JP H0684961B2 JP 60184604 A JP60184604 A JP 60184604A JP 18460485 A JP18460485 A JP 18460485A JP H0684961 B2 JPH0684961 B2 JP H0684961B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、アレイ探触子を用いた超音波送受信方法およ
び装置に係り、特に、材料内部の欠陥を短時間で検出す
るのに好適な超音波送受信方法および装置に関する。
び装置に係り、特に、材料内部の欠陥を短時間で検出す
るのに好適な超音波送受信方法および装置に関する。
従来の電子走査方式超音波送受信方法では、アレイ探触
子を構成する超音波送受信素子毎に超音波の発信，受信
を遅延制御し、所定方向に超音波ビームを発信し、また
特定方向からの反射波のみに対して受信感度を高める遅
延制御を採用していた。ここに用いる遅延回路は１個当
り30万円と高価であり、各素子毎に遅延回路を設ける
と、装置自体が高額になつてしまう。
子を構成する超音波送受信素子毎に超音波の発信，受信
を遅延制御し、所定方向に超音波ビームを発信し、また
特定方向からの反射波のみに対して受信感度を高める遅
延制御を採用していた。ここに用いる遅延回路は１個当
り30万円と高価であり、各素子毎に遅延回路を設ける
と、装置自体が高額になつてしまう。
そこで発明者等は、遅延回路を用いず、送受信素子を所
定間隔で選択し送受信して、所定方向に超音波ビームを
形成させ、また、特定方向からの超音波ビームに受信感
度を高める方法を提案した。この方法はそれなりの成果
を上げたが、所定方向の超音波ビームが形成されると同
時に、アレイ探触子に対して垂直方向に伝播する不要な
超音波ビームも生じる問題があつた。
定間隔で選択し送受信して、所定方向に超音波ビームを
形成させ、また、特定方向からの超音波ビームに受信感
度を高める方法を提案した。この方法はそれなりの成果
を上げたが、所定方向の超音波ビームが形成されると同
時に、アレイ探触子に対して垂直方向に伝播する不要な
超音波ビームも生じる問題があつた。
垂直方向に伝播する不要な超音波ビームの強度を低下さ
せるとともに、垂直方向から伝播する反射波に対して受
信感度を低減させることができれば、超音波探傷の所望
方向での感度が高くなり、正確な測定結果が得られるは
ずである。アレイ探触子を用いて、被検体の断面像およ
び平面像を映像化する際の空間分離能を向上させるた
め、超音波ビーム幅を狭くする方式は、例えば特開昭50
-08388号公報に示されている。
せるとともに、垂直方向から伝播する反射波に対して受
信感度を低減させることができれば、超音波探傷の所望
方向での感度が高くなり、正確な測定結果が得られるは
ずである。アレイ探触子を用いて、被検体の断面像およ
び平面像を映像化する際の空間分離能を向上させるた
め、超音波ビーム幅を狭くする方式は、例えば特開昭50
-08388号公報に示されている。
しかし、この方式は垂直探傷において、被検体の断面像
および平面像を映像化する際の空間分解能を向上させる
ものであり、斜め方向のビームをできるだけ大きくし、
垂直方向のビームをむしろ抑制したい本発明には、その
ままでは応用できない。
および平面像を映像化する際の空間分解能を向上させる
ものであり、斜め方向のビームをできるだけ大きくし、
垂直方向のビームをむしろ抑制したい本発明には、その
ままでは応用できない。
本発明の目的は、超音波送受信に従来の遅延制御を用い
ず、所定方向に超音波ビームを発信させ所定方向から伝
播する反射波に対してのみ受信感度を高めるとともに、
アレイ探触子に対して垂直方向の不要な超音波ビームの
発生および受信を防止する超音波送受信方法および装置
を提供することである。
ず、所定方向に超音波ビームを発信させ所定方向から伝
播する反射波に対してのみ受信感度を高めるとともに、
アレイ探触子に対して垂直方向の不要な超音波ビームの
発生および受信を防止する超音波送受信方法および装置
を提供することである。
アレイ探触子を構成する超音波送受信素子で、間隔ｄ毎
に素子を選択し、同時に超音波を発信させると、各素子
から発生した超音波が干渉し、角度θ方向の超音波ビー
ムが形成される。ここで、間隔d,角度θ，超音波波長λ
の間には、次式の関係が成立する。
に素子を選択し、同時に超音波を発信させると、各素子
から発生した超音波が干渉し、角度θ方向の超音波ビー
ムが形成される。ここで、間隔d,角度θ，超音波波長λ
の間には、次式の関係が成立する。
λ/d＝sinθ …（１） 第１式に示す通り、素子を選択する間隔ｄを変えれば、
超音波ビームの伝播方向を変更できる。しかし、同時に
アレイ探触子に対して垂直方向にも強い超音波ビームが
生じてしまう。同様に、間隔ｄで選択した素子の受信信
号を加算（各素子を導通にして一括で受信する）する
と、角度θ方向からの反射波だけでなく、垂直方向から
の反射波に対しても高い受信感度を示してしまい、受信
信号を形成する反射体がアレイ探触子に対してθ方向に
存在するのか垂直方向に存在するのか特定できなくな
る。常に生じる垂直方向の超音波ビームを消去し、受信
においては垂直方向からの反射波に対して受信感度を大
幅に低減させるのが、本発明の方法および装置である。
超音波ビームの伝播方向を変更できる。しかし、同時に
アレイ探触子に対して垂直方向にも強い超音波ビームが
生じてしまう。同様に、間隔ｄで選択した素子の受信信
号を加算（各素子を導通にして一括で受信する）する
と、角度θ方向からの反射波だけでなく、垂直方向から
の反射波に対しても高い受信感度を示してしまい、受信
信号を形成する反射体がアレイ探触子に対してθ方向に
存在するのか垂直方向に存在するのか特定できなくな
る。常に生じる垂直方向の超音波ビームを消去し、受信
においては垂直方向からの反射波に対して受信感度を大
幅に低減させるのが、本発明の方法および装置である。
本発明においては、アレイ探触子を構成する超音波送受
信素子を間隔ｄで選択し、選択した第１素子群に発信電
圧を印加し超音波を発信させる。同様に間隔ｄで選択し
た素子の中間に位置する第２素子群には、第１素子群に
印加した発信電圧の逆位相の電圧を印加して超音波を発
信させる。第１素子群と第２素子群からそれぞれ発信さ
れた超音波は、角度θ方向では強めあい、垂直方向では
互いに弱めあい、結果として角度θ方向にのみ超音波ビ
ームが伝播する。受信に際しても、間隔ｄで選択した第
１素子群の受信信号と第１素子群の中間に位置する第２
素子群の受信信号とを減算あるいは第２素子群の受信信
号を逆位相にシフトさせて第１素子群の受信信号に加算
する。この結果、角度θ方向の反射波信号に強めあい、
垂直方向からの反射波信号は弱めあう。このようにし
て、角度θ方向にのみ超音波ビームを発信させ、角度θ
方向の反射波にのみ受信感度を高めるのが本発明の原理
である。
信素子を間隔ｄで選択し、選択した第１素子群に発信電
圧を印加し超音波を発信させる。同様に間隔ｄで選択し
た素子の中間に位置する第２素子群には、第１素子群に
印加した発信電圧の逆位相の電圧を印加して超音波を発
信させる。第１素子群と第２素子群からそれぞれ発信さ
れた超音波は、角度θ方向では強めあい、垂直方向では
互いに弱めあい、結果として角度θ方向にのみ超音波ビ
ームが伝播する。受信に際しても、間隔ｄで選択した第
１素子群の受信信号と第１素子群の中間に位置する第２
素子群の受信信号とを減算あるいは第２素子群の受信信
号を逆位相にシフトさせて第１素子群の受信信号に加算
する。この結果、角度θ方向の反射波信号に強めあい、
垂直方向からの反射波信号は弱めあう。このようにし
て、角度θ方向にのみ超音波ビームを発信させ、角度θ
方向の反射波にのみ受信感度を高めるのが本発明の原理
である。
以下、実験および数値解析の結果を用いて、本発明の原
理をさらに詳しく説明する。
理をさらに詳しく説明する。
第14図に示すように１次元アレイ探触子１において間隔
ｄ毎に斜線で示す送受信素子２を選択し、これら素子に
発信電圧３を印加する。この時、アレイ探触子から発生
する超音波の角度方向の強度分布を第15図の測定系で測
定すると、第16図の結果を得る。第15図において、４は
アレイ探触子１を中心に設置した半円形鋼材、５はアレ
イ探触子１から発生した超音波を受信する受信用探触子
で、15は超音波測定装置である。超音波測定装置15は受
信した超音波の振幅を測定分析する。第16図の点線６は
実測した振幅の角度分布、実線７は数値解析で得られた
振幅の角度分布である。第16図でわかるように、実測値
６と数値解析結果７はよく一致しており、角度θ方向の
超音波ビームが形成されるとともに、垂直（θ＝０°）
方向の超音波ビームも形成されている。
ｄ毎に斜線で示す送受信素子２を選択し、これら素子に
発信電圧３を印加する。この時、アレイ探触子から発生
する超音波の角度方向の強度分布を第15図の測定系で測
定すると、第16図の結果を得る。第15図において、４は
アレイ探触子１を中心に設置した半円形鋼材、５はアレ
イ探触子１から発生した超音波を受信する受信用探触子
で、15は超音波測定装置である。超音波測定装置15は受
信した超音波の振幅を測定分析する。第16図の点線６は
実測した振幅の角度分布、実線７は数値解析で得られた
振幅の角度分布である。第16図でわかるように、実測値
６と数値解析結果７はよく一致しており、角度θ方向の
超音波ビームが形成されるとともに、垂直（θ＝０°）
方向の超音波ビームも形成されている。
そこで、第17図に示すように、間隔ｄで選択した斜線部
の送受信素子２には、発信電圧３を印加し、斜線部以外
の送受信素子2Aには、発信電圧３と逆位相の電圧3Aを印
加して超音波を発信させる。第15図の測定系を用いて超
音波振幅の角度分布を測定すると、第18図のようにな
る。図中、点線６が実測値、実線７が数値解析結果であ
る。この場合、垂直方向（θ＝０°）に超音波振幅が大
幅に低下し、逆にθ方向の超音波振幅が、第16図に比べ
て強くなることがわかる。
の送受信素子２には、発信電圧３を印加し、斜線部以外
の送受信素子2Aには、発信電圧３と逆位相の電圧3Aを印
加して超音波を発信させる。第15図の測定系を用いて超
音波振幅の角度分布を測定すると、第18図のようにな
る。図中、点線６が実測値、実線７が数値解析結果であ
る。この場合、垂直方向（θ＝０°）に超音波振幅が大
幅に低下し、逆にθ方向の超音波振幅が、第16図に比べ
て強くなることがわかる。
受信の場合は超音波発信と同様、間隔ｄで選択した送受
素子群２（第14図中斜線部）の受信信号に対して、送受
信素子群2Aの受信信号は、θ方向の反射波では逆位相に
なるため、一方の受信信号を逆位相シフトして加算し、
または位相を変えずに減算すると、θ方向の反射波では
受信信号の強度が高まる。
素子群２（第14図中斜線部）の受信信号に対して、送受
信素子群2Aの受信信号は、θ方向の反射波では逆位相に
なるため、一方の受信信号を逆位相シフトして加算し、
または位相を変えずに減算すると、θ方向の反射波では
受信信号の強度が高まる。
選択した素子の間隔ｄによつて発生する超音波ビームの
伝播角度θがどうなるかを測定した結果を第19図に示
す。実線８は、第１式から求められた曲線であり、白丸
で示す実測値は、実線８の理論曲線によく一致する。こ
のように、選択する素子間隔ｄを変えると、任意の角度
θ方向に伝播する超音波ビームを発生させ、θ方向の反
射波を選択的に受信できる。
伝播角度θがどうなるかを測定した結果を第19図に示
す。実線８は、第１式から求められた曲線であり、白丸
で示す実測値は、実線８の理論曲線によく一致する。こ
のように、選択する素子間隔ｄを変えると、任意の角度
θ方向に伝播する超音波ビームを発生させ、θ方向の反
射波を選択的に受信できる。
次に、便宜上、超音波の発信と受信とに分けて、本発明
の実施例を詳細に説明する。
の実施例を詳細に説明する。
第１図は、角度θ方向に超音波ビーム10を発生させる方
法を示した図である。アレイ探触子１を構成する間隔ｄ
の素子２の群（斜線部）には発信電圧３を印加し、白ヌ
キの素子2Aの群には、発信電圧３を反転した電圧信号3A
を印加する。この発信電圧によつて各素子から発信され
た超音波が干渉し、試験体９内で角度θ方向に超音波ビ
ーム10が伝播する。ここで、印加電圧３と3Aが互いに位
相が180°ずれていなくともよいが、位相が180°ずれて
いない場合には、垂直方向（θ＝０°）に発生する超音
波ビームの振幅は零にならない。
法を示した図である。アレイ探触子１を構成する間隔ｄ
の素子２の群（斜線部）には発信電圧３を印加し、白ヌ
キの素子2Aの群には、発信電圧３を反転した電圧信号3A
を印加する。この発信電圧によつて各素子から発信され
た超音波が干渉し、試験体９内で角度θ方向に超音波ビ
ーム10が伝播する。ここで、印加電圧３と3Aが互いに位
相が180°ずれていなくともよいが、位相が180°ずれて
いない場合には、垂直方向（θ＝０°）に発生する超音
波ビームの振幅は零にならない。
第２図は、印加電圧を一種類にして垂直方向の超音波ビ
ームの発生を防止する方法を示した図である。間隔ｄで
選択した素子２の群に対しては下端電極12を接地し、上
端電極11に印加電圧３を印加する。一方、素子2Aの群に
対しては上端電極11を接地し下端電極12に印加電圧3Aを
印加する。こうすると、素子２と素子2Aからはそれぞれ
位相が、180°異なる超音波が発生し、第１図と同様、
試験体９内で角度θ方向に超音波ビームが伝播する。
ームの発生を防止する方法を示した図である。間隔ｄで
選択した素子２の群に対しては下端電極12を接地し、上
端電極11に印加電圧３を印加する。一方、素子2Aの群に
対しては上端電極11を接地し下端電極12に印加電圧3Aを
印加する。こうすると、素子２と素子2Aからはそれぞれ
位相が、180°異なる超音波が発生し、第１図と同様、
試験体９内で角度θ方向に超音波ビームが伝播する。
第３図は、選択する素子間隔ｄを変えて超音波ビームの
伝播方向θを変える方法を示した図である。2k個の送受
信素子２の上端電極11にそれぞれ端子Slが接続されてお
り、下端電極12を接地してある場合を想定する。素子間
隔がΔｄのとき、印加電圧３に接続し、印加電圧3Aを印
加する端子Nkはそれぞれ端子Slの偶数番目に接続する。
このときの選択素子間隔は２Δｄであるから、第１式に
より、次式の関係で角度θ，方向超音波ビーム10が発生
する。
伝播方向θを変える方法を示した図である。2k個の送受
信素子２の上端電極11にそれぞれ端子Slが接続されてお
り、下端電極12を接地してある場合を想定する。素子間
隔がΔｄのとき、印加電圧３に接続し、印加電圧3Aを印
加する端子Nkはそれぞれ端子Slの偶数番目に接続する。
このときの選択素子間隔は２Δｄであるから、第１式に
より、次式の関係で角度θ，方向超音波ビーム10が発生
する。
θ１＝sin-1（λ/2Δｄ） …（２） ここでλは超音波波長である。
次に、端子Slのうち、ｌは値が次式で表わされる番号ｌ
に端子Pkを接続する。
に端子Pkを接続する。
ｌ＝4n＋１ …（３） ただしｎは０を含む正の整数である。
一方、端子Slのうちｌの値が第４式で与えられる番号ｌ
に端子Nkを接続する。
に端子Nkを接続する。
ｌ＝4n＋３ …（４） この結果、選択素子間隔は４Δｄになり、角度θ２方向
に超音波ビーム10Aが発生する。ここでθ２は次式で与
えられる。
に超音波ビーム10Aが発生する。ここでθ２は次式で与
えられる。
θ２＝sin-1（λ/4Δｄ） …（５） このように素子の選択間隔を変えることにより、発生す
る超音波ビームの伝播角度θを変えることができる。
る超音波ビームの伝播角度θを変えることができる。
第４図は、所定位置に超音波ビーム10を集束させる方向
を示した図である。試験体９で深さfy,x座標上でfxに集
束する超音波ビーム10を発生させるときは、素子２のｘ
座標が、第６式を満足する場合、 印加電圧３を印加し、第６式を満足しないｘ座標にある
素子2Aには、印加電圧3Aを印加する。
を示した図である。試験体９で深さfy,x座標上でfxに集
束する超音波ビーム10を発生させるときは、素子２のｘ
座標が、第６式を満足する場合、 印加電圧３を印加し、第６式を満足しないｘ座標にある
素子2Aには、印加電圧3Aを印加する。
なお、素子２の下端電極を接地して、上端電極に印加電
圧３を印加しても、第４図の場合と同様（fx，fy）の位
置に集束する超音波ビーム10を発生させることができ
る。
圧３を印加しても、第４図の場合と同様（fx，fy）の位
置に集束する超音波ビーム10を発生させることができ
る。
第５図は、リング状送受信素子30を用いて、超音波ビー
ム10の集点距離fyを変える方法を示した図である。深さ
fyに超音波ビーム10を集束させるときには、第７式が成
立する半径ｒのリング素子21には印加電圧３を印加す
る。
ム10の集点距離fyを変える方法を示した図である。深さ
fyに超音波ビーム10を集束させるときには、第７式が成
立する半径ｒのリング素子21には印加電圧３を印加す
る。
一方、第７式が成立しないリング素子30Aには、印加電
圧3Aを印加する。
圧3Aを印加する。
リング素子30の下端電極を接地し、上端電極に印加電圧
を印加し、一方、リング素子30Aの上端電極を接地し、
下端電極に印加電圧３を印加しても、第５図と同様、深
さfyに超音波ビーム10を集束させることができる。
を印加し、一方、リング素子30Aの上端電極を接地し、
下端電極に印加電圧３を印加しても、第５図と同様、深
さfyに超音波ビーム10を集束させることができる。
第６図は、角度θ方向から伝播する反射波を感度を高く
受信する方法を示した図である。選択間隔ｄの素子２群
の受信信号（角度θから伝播する超音波ビーム10に対す
る）と素子2A群の受信信号を減算器20を用いて減算して
出力信号21を得る。このとき、角度θ，間隔d,波長λの
間に第１式が成立していると、素子2A群の受信信号が素
子２群の受信信号に対してちようど位相が反転している
ので、減算により、素子群２および2Aのおのおのが受信
した電圧信号の２倍の振幅の電圧が得られる。
受信する方法を示した図である。選択間隔ｄの素子２群
の受信信号（角度θから伝播する超音波ビーム10に対す
る）と素子2A群の受信信号を減算器20を用いて減算して
出力信号21を得る。このとき、角度θ，間隔d,波長λの
間に第１式が成立していると、素子2A群の受信信号が素
子２群の受信信号に対してちようど位相が反転している
ので、減算により、素子群２および2Aのおのおのが受信
した電圧信号の２倍の振幅の電圧が得られる。
第７図は、第６図と同様の効果を得る方法を示した図で
ある。間隔ｄの素子２群の受信信号と、素子2Aの受信信
号を反転増幅器22で位相を反転した信号を同時に受信す
ると、第６図と同様、角度θ方向の反射波のみに対して
受信感度が高くなる。
ある。間隔ｄの素子２群の受信信号と、素子2Aの受信信
号を反転増幅器22で位相を反転した信号を同時に受信す
ると、第６図と同様、角度θ方向の反射波のみに対して
受信感度が高くなる。
第８図は、間隔ｄの素子２群の下端電極と素子2A群の上
端電極とを接地し、素子２群の上端電極と素子2A群の下
端電極とを接合して反射波の受信信号を得る方法であ
る。この方法は、第6,7図と同様に、角度θ方向の反射
波のみに感度が高くなる。
端電極とを接地し、素子２群の上端電極と素子2A群の下
端電極とを接合して反射波の受信信号を得る方法であ
る。この方法は、第6,7図と同様に、角度θ方向の反射
波のみに感度が高くなる。
第6,7,8図に示す方法において、選択する素子２および2
Aの間隔ｄを変えてそれぞれ素子を選ぶことにより、受
信感度が高まる反射波の伝播角度θを第１式に従つて選
択できる。
Aの間隔ｄを変えてそれぞれ素子を選ぶことにより、受
信感度が高まる反射波の伝播角度θを第１式に従つて選
択できる。
第９図は、深さfy,x軸上fxの位置から反射される超音波
のみ感度を高く受信する方法を示した図である。第６式
を満足するｘ座標にある素子２群の受信信号と第６式を
満足しないｘ座標にある素子2A群の受信信号とを減算器
20で減算し、出力信号21を得るものである。
のみ感度を高く受信する方法を示した図である。第６式
を満足するｘ座標にある素子２群の受信信号と第６式を
満足しないｘ座標にある素子2A群の受信信号とを減算器
20で減算し、出力信号21を得るものである。
なお、第７図に示すように、素子２群の受信信号と素子
2A群の受信信号を反転増幅器22を用いて位相を反転した
信号とを一括（出力信号21として得る方法、また、素子
２群の下端電極12と素子2A群の上端電極11とを接地し素
子２群の上端電極11と素子2A群の下端電極12とを接続し
て出力信号21を得る方法も、深さfy,x座標fxの位置から
反射する超音波10に対してのみ受信感度を高くすること
ができる。
2A群の受信信号を反転増幅器22を用いて位相を反転した
信号とを一括（出力信号21として得る方法、また、素子
２群の下端電極12と素子2A群の上端電極11とを接地し素
子２群の上端電極11と素子2A群の下端電極12とを接続し
て出力信号21を得る方法も、深さfy,x座標fxの位置から
反射する超音波10に対してのみ受信感度を高くすること
ができる。
第10図は、リング状素子30を用いて、深さfyから反射さ
れる超音波10に対してのみ感度を高くして受信する方法
を示した図である。半径ｒが深さfyに対して第７式が成
立するリング状素子30群の受信信号と第７式が成立しな
いリング状素子20A群の受信信号とを減算器20を用いて
減算し出力信号21を得る。この場合、深さfyから反射さ
れる超音波10に対してのみ受信感度が高くなる。
れる超音波10に対してのみ感度を高くして受信する方法
を示した図である。半径ｒが深さfyに対して第７式が成
立するリング状素子30群の受信信号と第７式が成立しな
いリング状素子20A群の受信信号とを減算器20を用いて
減算し出力信号21を得る。この場合、深さfyから反射さ
れる超音波10に対してのみ受信感度が高くなる。
リング状素子30群の受信信号とリング状素子30A群の受
信信号とを位相反転させて一括受信する方法、また、リ
ング状素子30群の下端電極と素子30A群の上端電極とを
接地し素子30群の上端と素子30A群の下端電極とを接続
して出力信号21を得る方法とも、第10図の方法と同じ効
果がある。
信信号とを位相反転させて一括受信する方法、また、リ
ング状素子30群の下端電極と素子30A群の上端電極とを
接地し素子30群の上端と素子30A群の下端電極とを接続
して出力信号21を得る方法とも、第10図の方法と同じ効
果がある。
以上、超音波ビームの発信方法と受信方法とに分けて述
べたが、実際は、送受信モード切換えスイツチにより、
同一アレイ探触子を送受信に切り換えて使用することが
できる。この送受切換えの方法は、既に確立された技術
を用いてもよい。
べたが、実際は、送受信モード切換えスイツチにより、
同一アレイ探触子を送受信に切り換えて使用することが
できる。この送受切換えの方法は、既に確立された技術
を用いてもよい。
次に、上記方法を用いて、欠陥を検出する方法について
説明する。第11図に、第２図の送信方法と第８図の受信
方法とを組合わせて深さｙにある欠陥40を探傷する方法
を示す。図中、端子41,42は、それぞれ素子２の上端電
極11および下端電極12の端子である。印加電圧３を印加
する端子群43をＡ領域の端子41,42に接続し出力信号21
を得る端子群44を領域Ｂの端子41,42に接続すると、θ
方向に発生する超音波10の伝播方向でしかもその反射波
10Aがθ方向になる欠陥40が存在するときのみ、高い振
幅の出力信号21が得られる。すなわち、出力信号21を、
印加電圧３の印加時を時間原点とし時間軸上で出力信号
21をモニタしていれば所定振幅以上の出力信号21を得た
とき、結果40があると判定できる。端子群43および44を
素子１個分ずつ接続をシフトして探傷すれば、図中ｘ方
向に探傷位置を走査可能である。
説明する。第11図に、第２図の送信方法と第８図の受信
方法とを組合わせて深さｙにある欠陥40を探傷する方法
を示す。図中、端子41,42は、それぞれ素子２の上端電
極11および下端電極12の端子である。印加電圧３を印加
する端子群43をＡ領域の端子41,42に接続し出力信号21
を得る端子群44を領域Ｂの端子41,42に接続すると、θ
方向に発生する超音波10の伝播方向でしかもその反射波
10Aがθ方向になる欠陥40が存在するときのみ、高い振
幅の出力信号21が得られる。すなわち、出力信号21を、
印加電圧３の印加時を時間原点とし時間軸上で出力信号
21をモニタしていれば所定振幅以上の出力信号21を得た
とき、結果40があると判定できる。端子群43および44を
素子１個分ずつ接続をシフトして探傷すれば、図中ｘ方
向に探傷位置を走査可能である。
同様に、第２〜５図に示す発信方法と第６〜10図に示す
受信方法とを組合わせると、特定位置にある欠陥から反
射波を強力に受信し探傷できることになる。
受信方法とを組合わせると、特定位置にある欠陥から反
射波を強力に受信し探傷できることになる。
第12図に、本発明の超音波探傷装置の構成を示す。発信
器50は、一定周期で、所定周波数の印加電圧３をスイツ
チ制御器51を介してアレイ探触子１の素子２に印加す
る。また、印加電圧３出力と同期して時間欠点となるト
リガ信号55を波形表示器54に出力する。スイツチ制御器
51は所定の素子２に対して印加電圧３を印加させ、また
所定の素子２からの受信信号を出力信号21として増幅器
52に与える。増幅器52は所望の増幅率で出力信号21を増
幅し、検波器53に出力する。検波器53では増幅された出
力信号21を検波し、波形表度器54に出力する。波形表示
器54は、トリガ信号55の入力時刻を時間原点として時間
をスイープし、検波された出力信号21を表示する。
器50は、一定周期で、所定周波数の印加電圧３をスイツ
チ制御器51を介してアレイ探触子１の素子２に印加す
る。また、印加電圧３出力と同期して時間欠点となるト
リガ信号55を波形表示器54に出力する。スイツチ制御器
51は所定の素子２に対して印加電圧３を印加させ、また
所定の素子２からの受信信号を出力信号21として増幅器
52に与える。増幅器52は所望の増幅率で出力信号21を増
幅し、検波器53に出力する。検波器53では増幅された出
力信号21を検波し、波形表度器54に出力する。波形表示
器54は、トリガ信号55の入力時刻を時間原点として時間
をスイープし、検波された出力信号21を表示する。
第13図にスイツチ制御器51の詳細構成を示す。一点鎖線
51がスイツチ制御器を示している。図において、端子61
は印加電圧３の入力端子、端子64はトリガ信号55の入力
端子、端子62は受信信号21の出力端子である。各端子２
毎にスイツチ制御ブロツク67が設けてある。
51がスイツチ制御器を示している。図において、端子61
は印加電圧３の入力端子、端子64はトリガ信号55の入力
端子、端子62は受信信号21の出力端子である。各端子２
毎にスイツチ制御ブロツク67が設けてある。
まずスイツチ60の動作特性は制御端子ｄが“1"のとき端
子ａとｂが導通となり、端子ｄが“0"のとき端子ａとｃ
が導通になる。カウンタ65は、端子64から入力されるト
リガ信号55を計数する。この計数値に対応する番地から
メモリ66では記憶内容をバツフア63に出力する。バツフ
ア63は３ビツトである。ここではそれぞれビツトをe,f,
gで表わす。
子ａとｂが導通となり、端子ｄが“0"のとき端子ａとｃ
が導通になる。カウンタ65は、端子64から入力されるト
リガ信号55を計数する。この計数値に対応する番地から
メモリ66では記憶内容をバツフア63に出力する。バツフ
ア63は３ビツトである。ここではそれぞれビツトをe,f,
gで表わす。
ｅが“1",fが“1",gが“1"のとき、素子２の上端電極11
に印加電圧３が印加され、下端電極12は接地して、順位
相の超音波が発信される。次に、ｅが“0",fが“1",gが
“1"のときには、素子２から逆位相の超音波が発信され
る。ｅが“1",fが“0",gが“1"のときは、素子２は受信
モードになり、端子62と上端電極11が導通、下端電極12
が接地される。ｅが“0",f“0",gが“1"のときも素子２
は受信モードになり、今度は上端電極11が接地、下端電
極12が端子62と導通状態となる。ｇが“0"のときは、素
子２の上端あるいは下端電極がオープン状態になり、素
子２は発信，受信のいずれのモードにもならない。この
ように制御するスイツチ制御用ブロツク67を各素子に接
続して、スイツチ制御器51を構成する。
に印加電圧３が印加され、下端電極12は接地して、順位
相の超音波が発信される。次に、ｅが“0",fが“1",gが
“1"のときには、素子２から逆位相の超音波が発信され
る。ｅが“1",fが“0",gが“1"のときは、素子２は受信
モードになり、端子62と上端電極11が導通、下端電極12
が接地される。ｅが“0",f“0",gが“1"のときも素子２
は受信モードになり、今度は上端電極11が接地、下端電
極12が端子62と導通状態となる。ｇが“0"のときは、素
子２の上端あるいは下端電極がオープン状態になり、素
子２は発信，受信のいずれのモードにもならない。この
ように制御するスイツチ制御用ブロツク67を各素子に接
続して、スイツチ制御器51を構成する。
この結果、各素子毎の送受信モードおよび不動作を切り
換えでき、第11図に示すような指向性の超音波探傷装置
が得られる。
換えでき、第11図に示すような指向性の超音波探傷装置
が得られる。
本発明によれば、次の効果が得られる。
（１）アレイ探触子から所定間隔の素子を選択し超音波
を送受信することにより、所望角度方向に伝播する超音
波ビームを送信でき、また所望方向からの反射波のみを
高感度受信可能である。
を送受信することにより、所望角度方向に伝播する超音
波ビームを送信でき、また所望方向からの反射波のみを
高感度受信可能である。
（２）このとき、垂直方向の超音波ビームが発生しない
ので、探傷がより正確になる。
ので、探傷がより正確になる。
（３）１個当り約30万円の高価な遅延回路を用いずに電
子走査できるから、従来のフエーズドアレイ方式電子走
査超音波探傷装置に比べて、約３分の１以下のコストに
低減できる。
子走査できるから、従来のフエーズドアレイ方式電子走
査超音波探傷装置に比べて、約３分の１以下のコストに
低減できる。
第１図は本発明の超音波発信方法の一実施例を示す図、
第２図，第３図，第４図，第５図は本発明の超音波発信
方法の他の実施例を示す図、第６図，第７図，第８図，
第９図，第10図は本発明の超音波受信方法の実施例を示
す図、第11図は本発明を応用した超音波欠陥探傷方法を
示す図、第12図は本発明による超音波探傷装置のブロツ
ク図、第13図は第12図装置のスイツチ制御器の詳細を示
すブロツク図、第14図はアレイ探触子から一定間隔で選
択した素子群にのみ電圧を印加する従来方法を示す図、
第15図はアレイ探触子から発信される超音波の角度依存
振幅分布を測定する配置を示す図、第16図は第14図例を
第15図の測定系で測定した結果を示す図、第17図は所定
間隔で選択した素子群とその中間に位置する素子群とに
それぞれ逆位相の発振電圧を印加する本発明方法の原理
を示す図、第18図はその特性を示す図、第19図は素子の
選択間隔により超音波の伝播角度が変化することを示す
図である。 １……アレイ探触子、2,2A……超音波受信素子、3,3A…
…印加（発信）電圧、４……半円形鋼材、５……受信探
触子、６……実験値、７……解析値、８……理論曲線、
９……試験体、10,10A……超音波ビーム、11……上端電
極、12……下端電極、15……超音波測定装置、20……減
算器、21……出力信号、22……反転増幅器、30,30A……
リング素子、40……欠陥、41,42……素子、43,44……端
子群、50……発信器、51……スイツチ制御器、52……増
幅器、53……検波器、54……波形表示器、55……トリガ
信号、60……スイツチ、61……入力端子、62……出力端
子、63……バツフア、64……トリガ信号入力端子、65…
…カウンタ、66……メモリ、67……スイツチ制御ブロツ
ク。
第２図，第３図，第４図，第５図は本発明の超音波発信
方法の他の実施例を示す図、第６図，第７図，第８図，
第９図，第10図は本発明の超音波受信方法の実施例を示
す図、第11図は本発明を応用した超音波欠陥探傷方法を
示す図、第12図は本発明による超音波探傷装置のブロツ
ク図、第13図は第12図装置のスイツチ制御器の詳細を示
すブロツク図、第14図はアレイ探触子から一定間隔で選
択した素子群にのみ電圧を印加する従来方法を示す図、
第15図はアレイ探触子から発信される超音波の角度依存
振幅分布を測定する配置を示す図、第16図は第14図例を
第15図の測定系で測定した結果を示す図、第17図は所定
間隔で選択した素子群とその中間に位置する素子群とに
それぞれ逆位相の発振電圧を印加する本発明方法の原理
を示す図、第18図はその特性を示す図、第19図は素子の
選択間隔により超音波の伝播角度が変化することを示す
図である。 １……アレイ探触子、2,2A……超音波受信素子、3,3A…
…印加（発信）電圧、４……半円形鋼材、５……受信探
触子、６……実験値、７……解析値、８……理論曲線、
９……試験体、10,10A……超音波ビーム、11……上端電
極、12……下端電極、15……超音波測定装置、20……減
算器、21……出力信号、22……反転増幅器、30,30A……
リング素子、40……欠陥、41,42……素子、43,44……端
子群、50……発信器、51……スイツチ制御器、52……増
幅器、53……検波器、54……波形表示器、55……トリガ
信号、60……スイツチ、61……入力端子、62……出力端
子、63……バツフア、64……トリガ信号入力端子、65…
…カウンタ、66……メモリ、67……スイツチ制御ブロツ
ク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 正浩 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭50−83088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−78688（ＪＰ，Ａ)
Claims (12)
- 【請求項１】複数の超音波送受信素子からなるアレイ探
触子を用いて超音波を送受信する方法において、アレイ
探触子から所定間隔の素子を選択して発信電圧を印加す
るとともに、それら選択された素子間の素子には前記発
信電圧とは異なる位相の発信電圧を印加して、各素子か
ら同時に超音波を発生させ、斜め方向にのみ超音波ビー
ムを形成させることを特徴とする超音波送受信方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、位相の異
なる電圧が、基本となる発信電圧を反転させた電圧であ
ることを特徴とする超音波送受信方法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、選択され
た素子群とその間の素子群とは接地電極を逆にし、同一
電圧をそれぞれの他極に印加して、逆位相の超音波を発
生させることを特徴とする超音波送受信方法。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか
一項において、選択する素子の間隔を変えて超音波ビー
ムの伝播方向を設定することを特徴とする超音波送受信
方法。 - 【請求項５】特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか
一項において、目標点の試験体内の深さをfyとしｘ座標
をfxとしたときに、素子のｘ座標が を満足する素子には基本となる発信電圧を印加し、満足
しないｘ座標にある素子には位相の異なる発信電圧を印
加して、前記目標点に超音波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。 - 【請求項６】特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか
一項において、リング状送受信素子を用い、目標点の深
さをfyとしリング半径をｒとしたときに、素子の半径ｒ
が を満足する素子には基本となる発信電圧を印加し、満足
しない半径にある素子には位相の異なる発信電圧を印加
して、前記目標点に超音波ビームを集束させることを特
徴とする超音波送受信装置。 - 【請求項７】特許請求の範囲第２項において、選択され
た素子群からの受信信号と選択されなかった素子群から
の受信信号とを減算して受信することを特徴とする超音
波送受信方法。 - 【請求項８】特許請求の範囲第２項において、選択され
なかった素子群からの受信信号を反転し、選択された素
子群からの受信信号と加算して受信することを特徴とす
る超音波送受信方法。 - 【請求項９】特許請求の範囲第３項において、ふたつの
素子群からの受信信号を加算して受信することを特徴と
する超音波送受信方法。 - 【請求項１０】特許請求の範囲第５項において、条件を
満足する素子群の受信信号と満足しない素子群の受信信
号とを減算して受信することを特徴とする超音波送受信
方法。 - 【請求項１１】特許請求の範囲第６項において、条件を
満足する素子群の受信信号と満足しない素子群の受信信
号とを減算して受信することを特徴とする超音波送受信
方法。 - 【請求項１２】複数の超音波送受信素子からなるアレイ
探触子を用いて超音波を送受信する装置において、所定
間隔の素子を選択してそれらを接続すると同時にそれら
選択素子間に配置した素子を接続するスイッチ制御装置
と、互いに接続された二つの素子群に対しそれぞれ異な
る位相の発信電圧を同時に印加する発信器と、二つの素
子群の受信信号の一方を所定位相だけシフトして加算し
受信信号を形成するミキサ装置と、ミキサ装置からの信
号を増幅検波する装置と、この信号波形を時間軸上に表
示する波形表示装置とからなることを特徴とする超音波
送受信装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60184604A JPH0684961B2 (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 超音波送受信方法および装置 |
| US06/891,644 US4736630A (en) | 1985-08-05 | 1986-08-01 | Apparatus and method for sending out and receiving ultrasonic wave signals |
| EP86110747A EP0211427A3 (en) | 1985-08-05 | 1986-08-04 | Apparatus and method for sending out and receiving ultrasonic signals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60184604A JPH0684961B2 (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 超音波送受信方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6244659A JPS6244659A (ja) | 1987-02-26 |
| JPH0684961B2 true JPH0684961B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=16156119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60184604A Expired - Fee Related JPH0684961B2 (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-22 | 超音波送受信方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0684961B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2345155B2 (de) * | 1973-09-07 | 1975-09-25 | Krautkraemer Gmbh, 5000 Koeln | Gruppenweise umgetastete, aus zellenförmig und/oder hierzu senkrechten, streifenförmig angeordneten einzelnen Schwingerelementen bestehendes Ultraschall-Prüfkopfsystem zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung |
-
1985
- 1985-08-22 JP JP60184604A patent/JPH0684961B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6244659A (ja) | 1987-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |