JPH07167844A - Ultrasonic wave transmitting and receiving device - Google Patents

Ultrasonic wave transmitting and receiving device

Info

Publication number
JPH07167844A
JPH07167844A JP5313510A JP31351093A JPH07167844A JP H07167844 A JPH07167844 A JP H07167844A JP 5313510 A JP5313510 A JP 5313510A JP 31351093 A JP31351093 A JP 31351093A JP H07167844 A JPH07167844 A JP H07167844A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
waveform
pulse
pulse signal
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP5313510A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3022108B2 (en
Inventor
Daijiro Yuasa
大二郎 湯浅
Akio Nagamune
章生 長棟
Yukimichi Iizuka
幸理 飯塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
Priority to JP5313510A priority Critical patent/JP3022108B2/en
Publication of JPH07167844A publication Critical patent/JPH07167844A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3022108B2 publication Critical patent/JP3022108B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

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

Abstract

PURPOSE:To obtain a high S/N ratio and a high resolution by a method wherein a wave parameter of a transmitting pulse signal to be applied to an ultrasonic contact probe can be designated from outside and a signal having a waveform corresponding to the designated parameter is used as a reference pulse signal for the pulse-compressing. CONSTITUTION:An operator inputs a waveform parameter of a transmission pulse signal corresponding to a material and a shape of an analyte 27 to a parameter memory 37 from an operation section 36a to store each element therein. An FM signal-forming section 21 a makes a waveform of the transmission pulse signal based on those parameters. A reference waveform-forming section 24a makes a reference waveform corresponding to each parameter and an echo signal. A reference waveform output section 24b receives a synchronizing signal and outputs the reference waveform to an FIR filter 35 in synchronism with a clock signal. The filter 35 executes the product and sum calculations of the reference waveform and the echo signal from an A/D convertor 34 to obtain a mutual relationship waveform between both of the waveforms and outputs it as an echo signal applied with the pulse compression.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、パルス幅内において周
波数が変化する送信パルス信号(FM信号)を超音波探
触子で超音波パルスに変換して被検体へ入射し、同じく
超音波探触子で被検体を透過又は反射した超音波パルス
を受波してエコー信号に変換し、このエコー信号波形と
参照信号波形との相互相関演算を行うことによってパル
ス圧縮して表示器に表示出力する超音波送受信装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention converts a transmission pulse signal (FM signal) whose frequency changes within a pulse width into an ultrasonic pulse by an ultrasonic probe, and makes the ultrasonic pulse incident on a subject. The ultrasonic pulse transmitted or reflected by the subject with the tentacle is received and converted into an echo signal, and the cross-correlation calculation between this echo signal waveform and the reference signal waveform is performed to compress the pulse and output it to the display. The present invention relates to an ultrasonic transmitting / receiving device.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、超音波を用いた探傷装置又は厚
さ測定装置は図11に示すように構成されている。同期
発生部1から一定のパルス周期T0 を有する同期信号a
が送信部2へ送出される。送信部2はパルス周期T0
有する同期信号aに同期して所定パルス幅TW を有する
送信パルス信号bを次の超音波探触子3へ送信する。超
音波探触子3は送信パルス信号bに同期して超音波パル
スcを被検体4へ入射する。また、超音波探触子3は被
検体4からの反射波(エコー)を受波して、この反射波
を電気信号のエコー信号d0 へ変換して受信部5へ送出
する。受信部5は受信したエコー信号d0 を増幅して表
示部6へ表示する。
2. Description of the Related Art Generally, an ultrasonic flaw detector or thickness measuring apparatus is constructed as shown in FIG. The sync signal a from the sync generator 1 has a constant pulse period T 0.
Is transmitted to the transmission unit 2. The transmitter 2 transmits a transmission pulse signal b having a predetermined pulse width T W to the next ultrasonic probe 3 in synchronization with a synchronization signal a having a pulse period T 0 . The ultrasonic probe 3 makes an ultrasonic pulse c incident on the subject 4 in synchronization with the transmission pulse signal b. The ultrasonic probe 3 receives a reflected wave (echo) from the subject 4, converts the reflected wave into an echo signal d 0 of an electric signal, and sends it to the receiving unit 5. The receiving unit 5 amplifies the received echo signal d 0 and displays it on the display unit 6.

【0003】このような構成の探傷装置又は厚さ測定装
置においては、送信部2から一定パルス周期T0 で出力
される送信パルス信号bの波形は予め定められた固定の
バルス波形である。一般に、パルス波は波形が鋭く、か
つパルス幅TW が狭いために時間軸分解能が優れてい
る。
In the flaw detector or the thickness measuring device having such a structure, the waveform of the transmission pulse signal b output from the transmitting section 2 at the constant pulse period T 0 is a fixed pulse waveform which is predetermined. In general, a pulse wave has a sharp waveform and a narrow pulse width T W , and therefore has excellent time-axis resolution.

【0004】一方、被検体3が粒子の粗い材質で形成さ
れていた場合は、探傷精度を向上させるために、エコー
信号d0 に含まれる林状エコーと呼ばれるノイズを除去
する必要がある。この林状エコーを低減させる方法とし
て被検体3の材質に最適な送信周波数Fを選択する方法
が実用化されている。
On the other hand, when the object 3 is made of a material having coarse particles, it is necessary to remove the noise called forest echo contained in the echo signal d 0 in order to improve the flaw detection accuracy. As a method of reducing this forest-like echo, a method of selecting an optimum transmission frequency F for the material of the subject 3 has been put into practical use.

【0005】しかし、図11に示す装置においては、超
音波パルスcの周波数特性は超音波探触子3の振動子特
性に依存しているため、超音波パルスcの周波数Fを最
適値に調整するのは困難である。
However, in the apparatus shown in FIG. 11, since the frequency characteristic of the ultrasonic pulse c depends on the oscillator characteristic of the ultrasonic probe 3, the frequency F of the ultrasonic pulse c is adjusted to the optimum value. Is difficult to do.

【0006】また、被検体3が高減衰材料で形成されて
いた場合は、材料毎に超音波パルスcに対する伝播特性
が異なるので、上述した図11に示す装置においては、
経験豊かな技術者が、材料自体や試験片で探傷器の特性
を調整しながら測定を行う必要がある。この調整作業は
多大の労力と時間が必要であり、実際問題としてほぼ実
施不可能である。
Further, when the subject 3 is made of a high attenuation material, the propagation characteristics for the ultrasonic pulse c are different for each material. Therefore, in the device shown in FIG.
Experienced technicians need to make measurements while adjusting the properties of the flaw detector with the material itself and the test piece. This adjustment work requires a lot of labor and time, and is practically impossible to carry out in practice.

【0007】このように図11に示す装置では送信パル
ス信号における周波数Fを制御することによりノイズを
簡単に低減する方法を適用できないという問題があっ
た。このような不都合を解決する装置として図12に示
すような超音波探傷装置が提唱されている(特公平3−
43586号公報)。この超音波探傷装置においては、
図11の装置における同期発生部1と送信部2との間に
波数可変回路7及び周波数可変回路8が介挿されてい
る。そして、波数可変回路7は同期信号aの一つのパル
ス周期T0 に含まれるパルス数(波数)を波数設定部9
の指示する値に設定する。また、周波数可変回路8は同
期信号a自体のパルス周期T0 を周波数設定部10の指
示する値に設定する。
As described above, the device shown in FIG. 11 has a problem that the method for easily reducing noise by controlling the frequency F in the transmission pulse signal cannot be applied. An ultrasonic flaw detector as shown in FIG. 12 has been proposed as a device for solving such inconvenience (Japanese Patent Publication No.
43586). In this ultrasonic flaw detector,
A wave number variable circuit 7 and a frequency variable circuit 8 are inserted between the synchronization generation unit 1 and the transmission unit 2 in the device of FIG. Then, the wave number changing circuit 7 sets the pulse number (wave number) included in one pulse period T 0 of the synchronization signal a to the wave number setting unit 9
Set to the value indicated by. Further, the frequency variable circuit 8 sets the pulse period T 0 of the synchronization signal a itself to a value instructed by the frequency setting unit 10.

【0008】したがって、図12の超音波探傷装置にお
いては、送信周波数と送信波数を可変できるため超音波
探触子3を交換せずに送信波の周波数制御が可能となっ
た。しかし図12の超音波探傷装置にて作られる送信波
においては、パルス送信間隔に比べパルス幅TW が長
く、得られるエコー信号を解析する場合における時間軸
分解能が悪くなるという問題があった。
Therefore, in the ultrasonic flaw detector of FIG. 12, since the transmission frequency and the number of transmission waves can be varied, the frequency of the transmission wave can be controlled without replacing the ultrasonic probe 3. However, in the transmission wave generated by the ultrasonic flaw detector of FIG. 12, the pulse width T W is longer than the pulse transmission interval, and there is a problem that the time axis resolution becomes poor when the obtained echo signal is analyzed.

【0009】さらに、このような課題を解消するため
に、レーダーの分野でよく知られているパルス圧縮技術
(Radar handbook,Skolnik, et.al,,McGraw-Hill Inc,,
1970)がある。パルス圧縮技術とは、周知のように、位
相を符号化した波形又は周波数を変調させた波形(FM
信号)を送信波として採用し、受信波形と送信波形との
間の相互相関演算(パルス圧縮)することにより、受信
波のパルス時間幅を短くすると同時に、受信信号の伝播
途中に加わった雑音を低減する技術である。
Further, in order to solve such a problem, pulse compression technology (Radar handbook, Skolnik, et.al ,, McGraw-Hill Inc,
1970). As is well known, the pulse compression technique is a waveform obtained by encoding a phase or a waveform obtained by modulating a frequency (FM).
Signal) is used as the transmitted wave, and the cross-correlation calculation (pulse compression) between the received waveform and the transmitted waveform is performed to shorten the pulse time width of the received wave and at the same time eliminate the noise added during the propagation of the received signal. It is a technology to reduce.

【0010】図13を用いて一般的なFM信号波形の特
徴を説明する。図13(b)又は図13(d)に示す送
信パルス信号b1 ,b2 は、図13(a)に示すよう
に、パルス幅TW 内において周波数Fが変化する。そし
て、送信パルス信号b1 の振幅Aはパルス幅TW 内にお
いて一定である。周波数Fの時間tに対する周波数変化
率dF/dtが一定(線形)の場合と、変化(非線形)
する場合とがある。また、FM信号には図13(c)に
示すように、周波数Fが変化するとともに、パルス幅T
W 内において振幅Aも変化する場合と、振幅一定の場合
とがある。なお、図13(b)に示す周波数変化率dF
/dtが一定(線形)で振幅Aが一定であるFM信号
(送信パルス信号b1 )を特にチャープ信号と言う。
The features of a general FM signal waveform will be described with reference to FIG. As for the transmission pulse signals b 1 and b 2 shown in FIG. 13B or 13D , the frequency F changes within the pulse width T W as shown in FIG. 13A. The amplitude A of the transmission pulse signal b 1 is constant within the pulse width T W. Frequency change rate dF / dt with respect to time t of frequency F is constant (linear) and changes (non-linear)
In some cases Further, as shown in FIG. 13C, the FM signal changes in frequency F and has a pulse width T.
There are cases where the amplitude A also changes within W and cases where the amplitude is constant. The frequency change rate dF shown in FIG.
An FM signal (transmission pulse signal b 1 ) whose / dt is constant (linear) and whose amplitude A is constant is particularly called a chirp signal.

【0011】ここで、FM信号の周波数変化率dF/d
tを、図13(a)の細線特性で示すように、パルス幅
W 内において非線形走査し、かつ図13(c)の細線
特性で示すように、振幅Aをパルス幅TW 内において変
化させることにより、このFM信号の自己相関関数波形
に生じるサイドローブを低減できることが知られている
(特開平5−273335号公報)。
Here, the frequency change rate of the FM signal dF / d
As shown by the thin line characteristic of FIG. 13A, t is nonlinearly scanned within the pulse width T W , and the amplitude A is changed within the pulse width T W as shown by the thin line characteristic of FIG. 13C. By doing so, it is known that the side lobe generated in the autocorrelation function waveform of the FM signal can be reduced (Japanese Patent Laid-Open No. 5-273335).

【0012】また、前述したチャープ信号を送信パルス
信号としてパルス圧縮処理を行う技術を適用したパルス
圧縮装置が提唱されている(特開昭63−233369
号公報)。
Further, there has been proposed a pulse compression device to which a technique for performing pulse compression processing using the above-mentioned chirp signal as a transmission pulse signal is applied (Japanese Patent Laid-Open No. 63-233369).
Issue).

【0013】この提唱されたパルス圧縮装置において
は、図14に示すように、チャープ信号設定部11で作
成された図13(b)に示す波形を有するチャープ信号
からな送信パルス信号b1 はチャープ信号送信部12よ
り超音波探触子13へ送信される。超音波探触子13は
送信パルス信号b1 に応答して超音波パルスを例えば人
体等の被検体14へ送波し、反射波を受波する。受波さ
れた反射波はエコー信号に変換されて直交検波部15へ
入力される。エコー信号は直交検波部15により複素信
号に変換され、周波数帯域の低域変換を行い、次の相関
部16へ入力される。
In this proposed pulse compression apparatus, as shown in FIG. 14, the transmission pulse signal b 1 formed from the chirp signal having the waveform shown in FIG. The signal is transmitted from the signal transmitter 12 to the ultrasonic probe 13. The ultrasonic probe 13 transmits an ultrasonic pulse to a subject 14 such as a human body in response to the transmission pulse signal b 1 and receives a reflected wave. The reflected wave received is converted into an echo signal and input to the quadrature detection unit 15. The echo signal is converted into a complex signal by the quadrature detection unit 15, low-frequency conversion is performed on the frequency band, and the result is input to the next correlation unit 16.

【0014】一方、参照波設定部17は、チャープ信号
設定部11で作成された送信パルス信号b1 を用いて参
照波信号を作成して、参照波発信部18を介して前記相
関部16へ送出する。相関部16は、エコー信号と参照
波信号との相関演算を行うことによって、エコー信号を
パルス圧縮する。パルス圧縮されたエコー信号は直交変
調部でもって時差時間信号に変換されて、表示部20に
表示される。
On the other hand, the reference wave setting unit 17 creates a reference wave signal using the transmission pulse signal b 1 created by the chirp signal setting unit 11, and sends it to the correlation unit 16 via the reference wave transmitting unit 18. Send out. The correlator 16 pulse-compresses the echo signal by performing a correlation calculation between the echo signal and the reference wave signal. The pulse-compressed echo signal is converted into a time difference time signal by the quadrature modulator and displayed on the display unit 20.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図14
に示すパルス圧縮手法を通常の超音波非破壊検査に適用
するためにはまだ解消すべき次のような課題があった。
すなわち、超音波非破壊検査における検査対象は様々な
材料特性を持つ。例えば、検査対象がたとえ金属であっ
たとしても、その金属の材質によって、超音波の伝播特
性が大きく異なる。また、林状エコーが発生しやすい粒
子の粗い材質と林状エコーが発生しにくい粒子の細かい
材質とがある。さらに、被検体の厚さdも種々に変化す
る。
However, as shown in FIG.
In order to apply the pulse compression method shown in (1) to ordinary ultrasonic nondestructive inspection, there were still the following problems to be solved.
That is, the inspection target in the ultrasonic nondestructive inspection has various material characteristics. For example, even if the object to be inspected is a metal, the propagation characteristics of ultrasonic waves differ greatly depending on the material of the metal. Further, there are a coarse particle material in which the forest echo is likely to occur and a fine particle material in which the forest echo is unlikely to occur. Furthermore, the thickness d of the subject also changes variously.

【0016】したがって、このように被検体の材質や寸
法形状が異なる場合は、被検体14に入射させる超音波
パルスの周波数F,パルス幅TW 、パルス周期T0 ,F
M信号における周波数変化率dF/dt,振幅A等の物
理的特性を測定対象の被検体に対応して最適な値に設定
する必要がある。
Therefore, when the material and size of the subject are different as described above, the frequency F, the pulse width T W , and the pulse period T 0 , F of the ultrasonic pulse to be incident on the subject 14 are measured.
It is necessary to set the physical characteristics such as the frequency change rate dF / dt and the amplitude A of the M signal to the optimum values corresponding to the object to be measured.

【0017】しかし、図14に示すパルス圧縮装置にお
ける検査対処は人体(生体)等に限定されている。した
がって、チャープ信号送信部12から超音波探触子13
へ送出される送信パルス信号b1 の物理特性は1種類に
固定されていると見なされる。したがって、このパルス
圧縮装置は種々な材質や形状を有した一般の超音波非破
壊検査手法には採用できない。
However, the inspection measures in the pulse compression apparatus shown in FIG. 14 are limited to the human body (living body) and the like. Therefore, from the chirp signal transmission unit 12 to the ultrasonic probe 13
It is considered that the physical characteristics of the transmission pulse signal b 1 sent to are fixed to one type. Therefore, this pulse compression device cannot be used in a general ultrasonic nondestructive inspection method having various materials and shapes.

【0018】さらに、相関部16は遅延線等が組込まれ
たアナログ回路で構成されているので、相関演算を行う
ための他方の入力信号である参照波信号を簡単に変更で
きない、よって、送信パルス信号b1 の周波数特性等の
物理的特性を簡単に変更できない。
Further, since the correlator 16 is composed of an analog circuit having a delay line incorporated therein, the reference wave signal which is the other input signal for performing the correlation calculation cannot be easily changed. Physical characteristics such as frequency characteristics of the signal b 1 cannot be easily changed.

【0019】さらに、図14に示すパルス圧縮装置にお
いては、超音波探触子13に印加されるチャープ信号波
形は、図13(b)に示すようにパルス幅TW 一杯に同
一振幅Aを有する矩形波であるので、パルス圧縮された
エコー信号に大きなサイドローブが発生する。すなわ
ち、音響インピーダンスが大きな被検体に超音波を入射
させる場合において、超音波非破壊検査に特有な音響イ
ンピーダンス差により表面反射波と被検体内部での反射
波とのダイナミックレンジが大きくなり表面反射波のサ
イドローブが問題になる。
Further, in the pulse compression apparatus shown in FIG. 14, the waveform of the chirp signal applied to the ultrasonic probe 13 has the same amplitude A for the full pulse width T W as shown in FIG. 13B. Since it is a rectangular wave, a large side lobe is generated in the pulse-compressed echo signal. That is, when an ultrasonic wave is incident on a subject with a large acoustic impedance, the dynamic range between the surface reflected wave and the reflected wave inside the subject is increased due to the acoustic impedance difference peculiar to ultrasonic nondestructive inspection. Side lobe is a problem.

【0020】さらに、図14に示すパルス圧縮装置を一
般の非破壊検査に用いると、検査対象が、S/Nの悪い
材料の場合には、遅延線と乗算器を用いた相関装置(直
交検波器)であるため、周波数帯域の制約があり、材料
評価などの広範囲な周波数帯域が最適帯域を選択する必
要とする試験に適用できない。
Further, when the pulse compression apparatus shown in FIG. 14 is used for general nondestructive inspection, when the inspection target is a material having a poor S / N, a correlation device (quadrature detection) using a delay line and a multiplier is used. However, it is not applicable to tests that require selection of the optimum band in a wide frequency band such as material evaluation.

【0021】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、たとえ被検体の材質が種々に変化したとし
ても、優れたパルス圧縮機能を維持したままで、常に高
いSN比,高い分解能が得られる超音波送受信装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if the material of the subject is variously changed, the excellent pulse compression function is maintained and the high SN ratio and high resolution are always maintained. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic wave transmitting / receiving device that can obtain the above.

【0022】[0022]

【問題点を解決するための手段】以上課題を解決するた
めに本発明は、パルス幅内において周波数が変化する波
形を有する送信パルス信号を被検体に対向する超音波探
触子に印加し、この超音波探触子から出力されるエコー
信号を参照パルス信号を用いてパルス圧縮して表示出力
する超音波送受信装置において、超音波探触子に印加す
る送信パルス信号におけるパルス幅,周波数変化率,振
幅変化率等の波形パラメータを外部から指定可能とし、
パルス圧縮するための参照パルス信号を指定された波形
パラメータに対応した波形を有する参照パルス信号とし
ている。
In order to solve the above problems, the present invention applies a transmission pulse signal having a waveform whose frequency changes within a pulse width to an ultrasonic probe facing a subject, In an ultrasonic transmitter / receiver for pulse-compressing an echo signal output from this ultrasonic probe using a reference pulse signal and outputting it, a pulse width and a frequency change rate in a transmission pulse signal applied to the ultrasonic probe , Waveform parameters such as amplitude change rate can be specified externally,
The reference pulse signal for pulse compression is a reference pulse signal having a waveform corresponding to a designated waveform parameter.

【0023】また、請求項2における超音波送受信装置
においては、パルス信号のパルス幅,周波数変化率,振
幅変化率等の波形パラメータを指定するパラメータ指定
手段と、パラメータ指定手段にて指定された波形パラメ
ータに基づいて、パルス幅内において周波数が変化する
送信パルス信号波形を作成する送信パルス信号波形作成
手段と、作成された送信パルス信号波形を記憶する信号
波形記憶手段と、信号波形記憶手段に記憶された送信パ
ルス信号波形を順次読出してD/A変換したのち送信パ
ルス信号として被検体に対向する超音波探触子に印加す
るパルス信号送信手段と、パラメータ指定手段にて指定
された波形パラメータに基づいて参照パルス信号波形を
作成する参照パルス信号波形作成手段と、超音波探触子
から出力されたエコー信号を受信してA/D変換するエ
コー信号受信手段と、A/D変換されたエコー信号の信
号波形と作成された参照パルス信号波形との積和演算を
行うことによってエコー信号をパルス圧縮するデジタル
フィルタと、デジタルフィルタでパルス圧縮された後の
エコー信号を表示出力する表示手段とを備えたものであ
る。
Further, in the ultrasonic transmitting / receiving device according to the present invention, the parameter designating means for designating waveform parameters such as pulse width, frequency change rate, amplitude change rate of the pulse signal and the waveform designated by the parameter designating means. Transmission pulse signal waveform creating means for creating a transmission pulse signal waveform whose frequency changes within the pulse width based on parameters, signal waveform storage means for storing the created transmission pulse signal waveform, and storage in the signal waveform storage means The transmitted pulse signal waveforms are sequentially read out, D / A converted, and then applied as a transmitted pulse signal to the ultrasonic probe facing the subject. A reference pulse signal waveform generating means for generating a reference pulse signal waveform based on the Pulse compression of the echo signal by performing the sum-of-products operation of the echo signal receiving means for receiving the signal and A / D converting it, and the signal waveform of the A / D converted echo signal and the created reference pulse signal waveform. And a display means for displaying and outputting the echo signal after being pulse-compressed by the digital filter.

【0024】さらに、請求項3の発明のおいては、デジ
タルフィタとしてFIR(finiteimpuls responce )フ
ィルタを用いている。さらに、請求項4の発明のおいて
は、参照パルス信号を送信パルス信号波形とエコー信号
波形より作成している。
Further, in the invention of claim 3, an FIR (finite impulse response) filter is used as the digital filter. Further, in the invention of claim 4, the reference pulse signal is created from the transmission pulse signal waveform and the echo signal waveform.

【0025】[0025]

【作用】このように構成された超音波送受信装置におい
ては、超音波探触子に送出する送信パルス信号として、
パルス幅において周波数が変化するFM信号が採用され
ている。さらにそのFM信号の周波数変化率、振幅等の
波形パラメータをパルス幅内(FM信号内)で任意に変
更可能にしている。また、パルス圧縮に使用する参照パ
ルス信号もFM信号の波形パラメータ又はエコー信号波
形の変化に応じて任意に変更可能である。したがって、
良好なパルス圧縮が行われる。
In the ultrasonic transmitter / receiver configured as described above, as the transmission pulse signal to be sent to the ultrasonic probe,
An FM signal whose frequency changes in the pulse width is used. Further, the waveform parameters such as the frequency change rate and the amplitude of the FM signal can be arbitrarily changed within the pulse width (within the FM signal). The reference pulse signal used for pulse compression can also be arbitrarily changed according to the change of the waveform parameter of the FM signal or the echo signal waveform. Therefore,
Good pulse compression is achieved.

【0026】さらに、送信パルス信号波形,参照パルス
信号波形をコンピュータを用いてデジタル的に作成し、
かつパルス圧縮部もテジタルフィルタを採用しているの
で、被検体の材質や寸法等の物理的特性に最もマッチす
る波形を有する送信パルス信号を作成して、超音波探触
子へ送信できる。したがって、林状エコーやサイドロー
ブを効果的に低減できる。
Further, a transmission pulse signal waveform and a reference pulse signal waveform are digitally created using a computer,
In addition, since the pulse compression unit also employs a digital filter, it is possible to create a transmission pulse signal having a waveform that best matches physical characteristics such as the material and size of the subject and transmit it to the ultrasonic probe. Therefore, forest echo and side lobes can be effectively reduced.

【0027】また、受信信号に対応するエコー信号波形
と送信信号に対応する任意の参照信号波形との間の相関
演算を行ってエコー信号の圧縮処理を行うデジタルフィ
ルタとしてFIR(finite impuls responce)を採用す
ることによって、相関演算を高速で実施でき、例えばこ
の超音波送受信装置を実際の製品検査ラインにオンライ
ンで組込むことが可能となる。
Further, an FIR (finite impuls response) is used as a digital filter for performing a correlation calculation between an echo signal waveform corresponding to a received signal and an arbitrary reference signal waveform corresponding to a transmitted signal to compress the echo signal. By adopting this, the correlation calculation can be performed at high speed, and for example, this ultrasonic transmitter / receiver can be incorporated online in an actual product inspection line.

【0028】[0028]

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。図1は実施例の超音波送受信装置の概略構成を示す
ブロック図である。FM信号作成部21はパラメータ設
定部22から設定された波形パラメータに基づいてFM
信号を作成してFM信号送信部23へ送出する。FM信
号送信部23は同期発生部25からの同期信号に同期し
てFM信号を送信パルス信号として超音波探触子26へ
送信する。超音波探触子26は内部に超音波振動子を収
納しており、入力したFM信号に対応する超音波パルス
を被検体27へ入射する。また、超音波探触子26は入
射した超音波パルスの反射波を受波して、電気信号に変
換してエコー信号として次のパルス圧縮部28及び参照
信号作成部24へ送出する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the ultrasonic transmitting / receiving apparatus of the embodiment. The FM signal generation unit 21 uses the waveform parameters set by the parameter setting unit 22 to perform FM
A signal is created and sent to the FM signal transmitter 23. The FM signal transmission unit 23 transmits the FM signal as a transmission pulse signal to the ultrasonic probe 26 in synchronization with the synchronization signal from the synchronization generation unit 25. The ultrasonic probe 26 has an ultrasonic transducer housed therein, and makes an ultrasonic pulse corresponding to the input FM signal incident on the subject 27. Further, the ultrasonic probe 26 receives the reflected wave of the incident ultrasonic pulse, converts it into an electric signal, and outputs it as an echo signal to the next pulse compression unit 28 and reference signal generation unit 24.

【0029】一方、参照信号作成部24はFM信号の波
形パラメータ又は超音波探触子26からのエコー信号に
対応した任意の参照信号を作成してパルス圧縮部28へ
送出する。パルス圧縮部28はエコー信号と参照信号と
の間の相関処理を行うことによってエコー信号をパルス
圧縮して例えばCRT等で構成された表示部29へ送出
する。表示部29はパルス圧縮されたエコー信号を表示
する。
On the other hand, the reference signal creating section 24 creates an arbitrary reference signal corresponding to the waveform parameter of the FM signal or the echo signal from the ultrasonic probe 26 and sends it to the pulse compressing section 28. The pulse compression unit 28 performs a correlation process between the echo signal and the reference signal to pulse-compress the echo signal and send it to the display unit 29 configured by, for example, a CRT. The display unit 29 displays the pulse-compressed echo signal.

【0030】図2は図1に示す超音波送受信装置の具体
的回路図である。なお、図1におけるFM信号作成部2
1,パラメータ設定部22,参照信号作成部24,FM
信号送信部23は、パーソナルコンピュータ30におけ
るソフト手法で実現している。
FIG. 2 is a specific circuit diagram of the ultrasonic wave transmitting / receiving apparatus shown in FIG. The FM signal generation unit 2 in FIG.
1, parameter setting unit 22, reference signal creation unit 24, FM
The signal transmission unit 23 is realized by a software method in the personal computer 30.

【0031】図2において、パーソナルコンピュータ3
0から出力されたデジタルの送信パルス信号b3 はD/
A変換器31でアナログの送信パルス信号b4 に変換さ
れて増幅器32で増幅された後、超音波探触子26へ送
出される。超音波探触子26から出力されたエコー信号
1 は増幅器33で増幅された後、A/D変換器34で
デジタルのエコー信号d2 に変換されてパルス圧縮部と
してのFIRフィルタ35とパーソナルコンピータ30
内の参照信号作成部24へ入力される。
In FIG. 2, the personal computer 3
The digital transmission pulse signal b 3 output from 0 is D /
After being converted into an analog transmission pulse signal b 4 by the A converter 31 and amplified by the amplifier 32, it is sent to the ultrasonic probe 26. The echo signal d 1 output from the ultrasonic probe 26 is amplified by the amplifier 33, then converted into a digital echo signal d 2 by the A / D converter 34, and the FIR filter 35 as a pulse compression unit and a personal computer. Computer 30
It is input to the reference signal creating unit 24 in the inside.

【0032】FIRフィルタ35は、パーソナルコンピ
ュータ30から出力されたデジタルの参照パルス信号波
形eとA/D変換器34から入力されたデジタルのエコ
ー信号d2 の信号波形との間における各デジタル値どう
しの積和演算処理を行って両方の波形どうしの相互相関
波形を演算して、この相互相関波形をパルス圧縮された
デジタルのエコー信号d3 として出力する。CRT表示
器29aはこのパルス圧縮されたエコー信号d3 を表示
する。
The FIR filter 35 makes the digital values between the digital reference pulse signal waveform e output from the personal computer 30 and the digital echo signal d 2 input from the A / D converter 34 different from each other. Is performed to calculate a cross-correlation waveform between the two waveforms, and the cross-correlation waveform is output as a pulse-compressed digital echo signal d 3 . CRT display 29a displays the echo signal d 3 which is the pulse compression.

【0033】図3は前記パーソナルコンピュータ30の
各機能を示す機能ブロック図である。このパーソナルコ
ンピュータ30内には、操作部36a,パラメータメモ
リ37,FM波形作成部21a,参照信号作成部24
a,FM波形メモリ38a,参照波形メモリ38b,F
M信号送信部23,参照波形出力部24b,同期発生部
25,時計回路39の機能が収納されている。
FIG. 3 is a functional block diagram showing each function of the personal computer 30. In the personal computer 30, the operation unit 36a, the parameter memory 37, the FM waveform creation unit 21a, the reference signal creation unit 24.
a, FM waveform memory 38a, reference waveform memory 38b, F
The functions of the M signal transmission unit 23, the reference waveform output unit 24b, the synchronization generation unit 25, and the clock circuit 39 are stored.

【0034】例えばCRT表示器とキーボード等からな
るパラメータ設定部22に対応する操作部36aから、
操作者が被検体27の材質や形状に応じて、図5に示す
送信パルス信号b3 の波形を特定する複数の波形パラメ
ータが入力されて、次のパラメータメモリ37へ入力さ
れる。
From the operation section 36a corresponding to the parameter setting section 22 including, for example, a CRT display and a keyboard,
The operator inputs a plurality of waveform parameters that specify the waveform of the transmission pulse signal b 3 shown in FIG. 5 according to the material and shape of the subject 27, and inputs them to the next parameter memory 37.

【0035】パラメータメモリ37内には、図5に示す
送信パルス信号b3 における周波数範囲BW の下端周波
数F1 と上端周波数F2 を記憶する領域37a、振幅A
(振幅が変換する場合は最大振幅A2 )を記憶する領域
37b、送信パルス周期T0を記憶する領域37c、送
信パルス幅TW を記憶する領域37d,周波数変化率d
F/dtを記憶する領域37e、振幅変化率dA/dt
(振幅一定の場合=0)を記憶する領域37fが形成さ
れている。
In the parameter memory 37, an area 37a for storing the lower end frequency F 1 and the upper end frequency F 2 of the frequency range B W in the transmission pulse signal b 3 shown in FIG.
Area 37b for storing (maximum amplitude A 2 when amplitude is converted), area 37c for storing transmission pulse period T 0 , area 37d for storing transmission pulse width T W , frequency change rate d
Area 37e for storing F / dt, amplitude change rate dA / dt
An area 37f for storing (when the amplitude is constant = 0) is formed.

【0036】なお、前述した領域37e,37fに記憶
されている周波数変化率dF/dt及び振幅変化率dA
/dtは、図5(b),(c)に示したように、一定値
(定数)である場合と、前述した図13(b),(c)
に示すように、時間経過に伴って変化する場合も含まれ
る。すなわち、周波数変化率dF/dt及び振幅変化率
dA/dtは時間tの関数f(t) で示される場合も含
む。
The frequency change rate dF / dt and the amplitude change rate dA stored in the above-mentioned areas 37e and 37f.
/ Dt is a constant value (constant) as shown in FIGS. 5 (b) and 5 (c), and FIG. 13 (b) and (c) described above.
As shown in, the case where it changes with the passage of time is also included. That is, the frequency change rate dF / dt and the amplitude change rate dA / dt include a case where the function f (t) of the time t is shown.

【0037】FM信号作成部21aは、パラメータメモ
リ37の各領域37a〜37fに記憶されている各波形
パラメータに基づいて図5に示すデジタルのFM信号波
形からなる送信パルス信号波形を作成する。作成された
送信パルス信号波形(FM信号波形)はFM波形メモリ
38aへ一旦格納される。
The FM signal creating section 21a creates a transmission pulse signal waveform consisting of the digital FM signal waveform shown in FIG. 5 based on the waveform parameters stored in the areas 37a to 37f of the parameter memory 37. The created transmission pulse signal waveform (FM signal waveform) is temporarily stored in the FM waveform memory 38a.

【0038】参照信号作成部24aは、パラメータメモ
リ37の各領域37a〜37fに記憶されている各波形
パラメータ又はエコー信号d2 に対応した任意の参照波
形を作成する。作成された参照波形は参照波形メモリ3
8bへ一旦格納される。
The reference signal generator 24a generates an arbitrary reference waveform corresponding to each waveform parameter or echo signal d 2 stored in each area 37a to 37f of the parameter memory 37. The created reference waveform is the reference waveform memory 3
It is temporarily stored in 8b.

【0039】また、同期発生部25はパラメータメモリ
37の領域37cのパルス周期T0に基づいて時計回路
39のクロック信号ckを用いて、パルス周期T0 の同
期信号gをFM信号送信部23及び参照波形出力部24
aへ送出する。
Further, the synchronization generator 25 uses the clock signal ck of the clock circuit 39 based on the pulse period T 0 of the area 37c of the parameter memory 37 to output the synchronization signal g of the pulse period T 0 to the FM signal transmitter 23 and the FM signal transmitter 23. Reference waveform output unit 24
Send to a.

【0040】FM信号送信部23は、同期信号gを受領
すると、時計回路39のクロック信号ckに同期してF
M波形メモリ38aに記憶されている送信パルス信号波
形(FM信号波形)を読出して、次のD/A変換器32
へ送出する。時計回路39からFM信号送信部23へ入
力されるクロック信号ckの周波数は、送信パルス信号
3 の例えば1〜20MHz程度の周波数(F1 ,F2
に比較して十分高い値である。
When the FM signal transmitter 23 receives the synchronization signal g, the FM signal transmitter 23 synchronizes with the clock signal ck of the clock circuit 39 and outputs the F signal.
The transmission pulse signal waveform (FM signal waveform) stored in the M waveform memory 38a is read out and the next D / A converter 32 is read.
Send to. The frequency of the clock signal ck input from the clock circuit 39 to the FM signal transmitting unit 23 is, for example, about 1 to 20 MHz of the transmission pulse signal b 3 (F 1 , F 2 ).
It is a sufficiently high value compared to.

【0041】また、参照波形出力部24aは、同期信号
gを受領すると、時計回路39のクロック信号ckに同
期して参照波形メモリ38bに記憶されている参照波形
を読出して、参照波形eとして次のFIRフィルタ35
へ送出する。
Further, when the reference waveform output section 24a receives the synchronization signal g, it reads the reference waveform stored in the reference waveform memory 38b in synchronization with the clock signal ck of the clock circuit 39, and outputs it as the reference waveform e. FIR filter 35
Send to.

【0042】デジタルフィルタとしてのFIRフィルタ
35は、例えば図4に示すように、クロック信号ckの
周波数(fR )で動作する、128個の乗算器35a
と,128個の加算器35bと、128個の遅延器35
cとで構成されている。
The FIR filter 35 as a digital filter is, for example, as shown in FIG. 4, 128 multipliers 35a operating at the frequency (f R ) of the clock signal ck.
, 128 adders 35b, and 128 delay devices 35
It is composed of c and.

【0043】そして、参照波形出力部24aからクロッ
ク信号ckに同期して出力される参照波形eの各データ
値C1 〜C128 が前記各乗算器35aに入力される。一
方、入力端子35dには、クロック信号ckに同期して
A/D変換器34から出力されるデジタルのエコー信号
2 の各データ値xが入力される。
The data values C 1 to C 128 of the reference waveform e output from the reference waveform output section 24a in synchronization with the clock signal ck are input to the multipliers 35a. On the other hand, each data value x of the digital echo signal d 2 output from the A / D converter 34 in synchronization with the clock signal ck is input to the input terminal 35d.

【0044】また、各遅延器35cは、クロック信号c
kの周期Tに相当する時間の遅延を行う。したがって、
このFIRフィルタ35は、入力端子35dに順次入力
されるエコー信号d2 の各データx(kT1 )及び参照
波形eの各データCi に対して次式で示される積和演算
を実施して、出力データy(kT1 )を得る。
Further, each delay device 35c has a clock signal c
A delay corresponding to the period T of k is performed. Therefore,
The FIR filter 35 carries out a product-sum operation represented by the following equation for each data x (kT 1 ) of the echo signal d 2 and each data C i of the reference waveform e sequentially input to the input terminal 35d. , Output data y (kT 1 ) is obtained.

【0045】[0045]

【数1】 [Equation 1]

【0046】この積和演算は変数Cと変数xとの相互相
関演算を実施していることに外ならない。また、エコー
信号d2 の波形及び参照波形はFM信号波形を有するの
で、出力端子35eから出力される出力データy(kT
1 )は、入力したエコー信号d2 をパルス圧縮したエコ
ー信号d3 となる。
This product-sum operation is nothing but the execution of the cross-correlation operation between the variable C and the variable x. Further, since the waveform of the echo signal d 2 and the reference waveform have FM signal waveforms, the output data y (kT
1 ) becomes an echo signal d 3 obtained by pulse-compressing the input echo signal d 2 .

【0047】したがって、このパルス圧縮されたエコー
信号d3 がCRT表示器29aに表示される。ここで、
パルス圧縮に用いられる参照波形として送信パルス信号
波形とエコー信号波形を用いる場合の一例を説明する。
Therefore, the pulse-compressed echo signal d 3 is displayed on the CRT display 29a. here,
An example of using a transmission pulse signal waveform and an echo signal waveform as reference waveforms used for pulse compression will be described.

【0048】送信パルス信号hのフーリエ変換をH、超
音波探触子26と被検体27との送受信系でのインパル
ス応答rのフーリエ変換をRとしたとき、参照波として
次式を用いる。
When the Fourier transform of the transmission pulse signal h is H and the Fourier transform of the impulse response r in the transmission / reception system between the ultrasonic probe 26 and the subject 27 is R, the following equation is used as the reference wave.

【0049】F-1(H′/R) 但し、 F-1:フーリエ逆変換 H′:フーリエ変換Hの位相共役 そして、この式を参照波形として用いることによりパル
ス圧縮は次式で示すことができる。
F −1 (H ′ / R) where F −1 : inverse Fourier transform H ′: phase conjugation of Fourier transform H. Then, by using this equation as a reference waveform, pulse compression can be expressed by the following equation. it can.

【0050】 H・R・F[F-1(H′/R)]=H・R・(H′/R)=H・H′ このように、超音波計測に特有な探触子と被検体の影響
を除外した送信パルス信号の自己相関波形のみが得られ
ることが理解できる。
H · R · F [F −1 (H ′ / R)] = H · R · (H ′ / R) = H · H ′ As described above, the probe and the object specific to ultrasonic measurement are used. It can be understood that only the autocorrelation waveform of the transmission pulse signal excluding the influence of the sample can be obtained.

【0051】このように構成された超音波送受信装置に
おいては、操作者は被検体27の材質,寸法等に応じ
て、該当被検体27に印加する最適の超音波パルスの波
形を操作部36aから周波数(F1 ,F2 )、振幅A
1 ,パルス周期T0 ,送信パルス幅TW ,周波数変化率
dF/dt,振幅変化率dA/dt等の各波形パラメー
タを指定することによって得ることが可能である。
In the ultrasonic transmitter / receiver configured as described above, the operator uses the operation unit 36a to determine the optimum waveform of the ultrasonic pulse to be applied to the subject 27 in accordance with the material and size of the subject 27. Frequency (F 1 , F 2 ) and amplitude A
1 , the pulse period T 0 , the transmission pulse width T W , the frequency change rate dF / dt, the amplitude change rate dA / dt, and other waveform parameters can be specified.

【0052】次に、具体的な測定結果を参照しながら本
願装置の特徴を説明する。図6(a),(b)は、同一
の被検体27を用いて、それぞれ公称振動周波数F0
2MHzである振動子が組込まれた超音波探触子(探触子
A)と、公称振動周波数F0 が5MHzである振動子が組
込まれた超音波探触子(探触子B)とを用いて、水浸法
による超音波探傷試験を実施した場合におけるパルス圧
縮後の各エコー信号d3 の信号波形図である。なお、送
信パルス信号としてはFM信号波形を用い、その中心周
波数F0 は2MHz及び5MHzに設定している。なお、図
中Sは表面エコー、Fは欠陥部での反射エコーである。
Next, the features of the device of the present application will be described with reference to specific measurement results. FIGS. 6A and 6B show an ultrasonic probe (probe A) in which transducers each having a nominal vibration frequency F 0 of 2 MHz are incorporated using the same subject 27 and a nominal probe. Each echo signal after pulse compression when an ultrasonic flaw detection test by a water immersion method is carried out using an ultrasonic probe (probe B) incorporating a transducer having a vibration frequency F 0 of 5 MHz it is a signal waveform diagram of d 3. An FM signal waveform is used as the transmission pulse signal, and its center frequency F 0 is set to 2 MHz and 5 MHz. In the figure, S is a surface echo, and F is a reflection echo at the defective portion.

【0053】図6(a)に示すエコー信号d3 のS/N
は図6(b)に示すエコー信号d3のS/Nより高いこ
とが理解できる。したがって、被検体27の材質に応じ
て簡単に最適な送信中心周波数F0 を選択することが可
能となった。
The S / N of the echo signal d 3 shown in FIG.
It can be seen that is higher than the S / N of the echo signal d 3 shown in FIG. Therefore, it becomes possible to easily select the optimum transmission center frequency F 0 according to the material of the subject 27.

【0054】なお、図14に示す従来装置においては、
周波数Fを変更する場合には、パルス圧縮装置全体を交
換する必要があった。次に、周波数帯域BW ,送信パル
ス幅TW 及び振幅Aを変更した場合における効果を図7
(a),(b)を用いて説明する。
In the conventional device shown in FIG. 14,
When changing the frequency F, it was necessary to replace the entire pulse compression device. Next, the effect obtained when the frequency band B W , the transmission pulse width T W, and the amplitude A are changed is shown in FIG.
A description will be given using (a) and (b).

【0055】一般に、超音波計測では超音波探触子26
により送信パルス信号の周波数帯域BW が制限されると
いう問題がある。このため超音波探触子26の周波数帯
域に合わない周波数成分を持つ送信パルス信号は超音波
探触子26において帯域制限を受ける。その結果、送信
パワーをロスしたり、受信波形の崩れによりパルス圧縮
波形のサイドローブが大きくなったり、パルス幅が長く
なったりする。したがって送信パルス信号(FM信号)
の周波数帯域BW を超音波探触子26の周波数帯域に合
わせる必要がある。
Generally, in ultrasonic measurement, the ultrasonic probe 26 is used.
Therefore, there is a problem that the frequency band B W of the transmission pulse signal is limited. Therefore, the transmission pulse signal having a frequency component that does not match the frequency band of the ultrasonic probe 26 is band-limited in the ultrasonic probe 26. As a result, the transmission power is lost, the side lobe of the pulse compression waveform becomes large due to the collapse of the reception waveform, and the pulse width becomes long. Therefore, transmit pulse signal (FM signal)
It is necessary to match the frequency band B W of the ultrasonic probe 26 with the frequency band of the ultrasonic probe 26.

【0056】図7(a)、(b)は前述した2種類の超
音波探触子26に対するFM信号波の周波数帯域を制御
した例である。図7(a)で示すFM信号波においては
周波数Fを2〜8MHzの範囲で非線形に変化させ、送
信パルス幅TW =5μsで振幅Aを変化させた条件にお
ける受信パワーであり、図7(b)は周波数Fを0〜
3.5MHzの範囲で線形に変化させ、送信パルス幅T
W =3μsで振幅Aを変化させた条件における受信パワ
ーを示す。
FIGS. 7A and 7B are examples in which the frequency bands of FM signal waves for the above-mentioned two types of ultrasonic probes 26 are controlled. In the FM signal wave shown in FIG. 7A, it is the reception power under the condition that the frequency F is changed nonlinearly in the range of 2 to 8 MHz and the amplitude A is changed with the transmission pulse width T W = 5 μs. b) the frequency F is 0 to
The transmission pulse width T is changed linearly in the range of 3.5 MHz.
The received power is shown under the condition that the amplitude A is changed at W = 3 μs.

【0057】図7(a),(b)において実線は超音波
探触子26、破線は送信パルス信号(FM信号)の各周
波数スペクトルを示す。図7から理解できるように送信
パルス信号(FM信号)の周波数Fを非線形に変化させ
たり、振幅Aを送信パルス幅TW 内で変化させることに
より、超音波探触子26の周波数帯域に合わせた送信パ
ルス信号(FM信号)を送信することが可能になり、超
音波探触子26による送信パルス信号(FM信号)の周
波数成分損失を最小限に抑制できる。
In FIGS. 7A and 7B, the solid line shows the ultrasonic probe 26, and the broken line shows the frequency spectrum of the transmission pulse signal (FM signal). As can be understood from FIG. 7, the frequency F of the transmission pulse signal (FM signal) is changed non-linearly, or the amplitude A is changed within the transmission pulse width T W to match the frequency band of the ultrasonic probe 26. The transmission pulse signal (FM signal) can be transmitted, and the frequency component loss of the transmission pulse signal (FM signal) by the ultrasonic probe 26 can be suppressed to the minimum.

【0058】次に被検体27の板厚dに応じて、送信パ
ルス信号(FM信号)の送信パルス幅TW を最適値に選
択する例を図8を用いて説明する。図8(a)(b)
(c)は板厚dがそれぞれ異なる被検体27としての鋼
板のエコー信号をパルス圧縮処理したのちの波形であ
る。鋼板の板厚dは図8(a)が3mm、(b)が6m
m、(c)が9mmである。測定に用いた超音波探触子
26の公称周波数F0 は10MHzである。送信パルス
信号(FM信号)の周波数変化範囲(F1 〜F2 )は2
〜18MHzであり、周波数変化率dF/dtは一定であ
り、振幅変化率dA/dtを変化させている。すなわ
ち、線形で周波数変化させたものである。パルス幅TW
はそれぞれ異なり(a)が0.5μs、(b)が1.0
μs、(c)が1.5μsである。図9(a)、
(b)、(c)においてTは発信パルス、Sは表面反射
エコー、B1は底面反射エコーである。アンプゲインは
すべて同一条件で測定している。
Next, an example in which the transmission pulse width T W of the transmission pulse signal (FM signal) is selected as the optimum value according to the plate thickness d of the subject 27 will be described with reference to FIG. 8 (a) (b)
(C) is a waveform after the pulse compression processing of the echo signal of the steel plate as the subject 27 having different plate thicknesses d. The plate thickness d of the steel plate is 3 mm in FIG. 8 (a) and 6 m in (b).
m and (c) are 9 mm. The ultrasonic probe 26 used for the measurement has a nominal frequency F 0 of 10 MHz. The frequency change range (F 1 to F 2 ) of the transmission pulse signal (FM signal) is 2
.About.18 MHz, the frequency change rate dF / dt is constant, and the amplitude change rate dA / dt is changed. That is, the frequency is changed linearly. Pulse width T W
Are different for (a) 0.5 μs and (b) 1.0
μs, (c) is 1.5 μs. FIG. 9 (a),
In (b) and (c), T is a transmission pulse, S is a surface reflection echo, and B1 is a bottom reflection echo. All amplifier gains are measured under the same conditions.

【0059】直接接触法ではTパルス(発信パルス)と
Sエコーが重なるためSおよびB1エコーより信号強度
が大きいTパルス部が不感帯となる問題がある。一方、
パルス圧縮された後のエコー信号波形のS/Nは送信パ
ルス信号(FM信号)のパルス幅TW の平方根に比例す
る。
In the direct contact method, since the T pulse (transmitted pulse) and the S echo overlap, there is a problem that the T pulse portion having a larger signal strength than the S and B1 echoes becomes a dead zone. on the other hand,
The S / N of the echo signal waveform after pulse compression is proportional to the square root of the pulse width T W of the transmission pulse signal (FM signal).

【0060】そこで、表面近くを探傷するときはエコー
の減衰が小さく、不感帯を短くしなければならないため
送信パルス信号(FM信号)の送信パルス幅TW を短く
している。一方、表面から遠くを探傷するときは減衰が
大きく、不感帯を長くできるので前記パルス幅TW を長
くしている。
Therefore, when detecting flaws near the surface, the echo attenuation is small and the dead zone must be shortened, so the transmission pulse width T W of the transmission pulse signal (FM signal) is shortened. On the other hand, when detecting a distance from the surface, the attenuation is large and the dead zone can be lengthened, so the pulse width T W is lengthened.

【0061】なお、図8(a)、(b)、(c)を観察
すると、Tパルスのサイドローブが大きくなっている
が、これはリミッターより飽和したTパルスをパルス圧
縮したためであり、Tパルスのサイドロープまでが不感
帯である。不感帯とB1エコーは重ならずかつB1エコ
ーのSN比はエコー深さによって変っていない。このよ
うに、直接接触法で探傷する場合には探傷深さに応じて
送信パルス信号(FM信号)のパルス幅TW を最適な長
さに設定することが可能となる。
8 (a), 8 (b), and 8 (c), the side lobes of the T pulse are large. This is because the saturated T pulse is pulse-compressed by the limiter. The dead zone is up to the side ropes of the pulse. The dead zone and the B1 echo do not overlap, and the SN ratio of the B1 echo does not change depending on the echo depth. As described above, when the flaw detection is performed by the direct contact method, the pulse width T W of the transmission pulse signal (FM signal) can be set to an optimum length according to the flaw detection depth.

【0062】次に、送信パルス信号(FM信号)の波形
の種類によりパルス圧縮した後における各エコー信号d
3 に生じるサイドローブをシミュレーションした場合の
比較結果を図9及び図10に示す。
Next, each echo signal d after pulse compression according to the type of waveform of the transmission pulse signal (FM signal)
9 and 10 show the comparison results when the side lobe generated in 3 is simulated.

【0063】図9(a)〜(d)に示す各送信パルス信
号(FM信号)における、中心周波数F0 =5MHz、
周波数範囲BW =6MHz、送信パルス幅TW =2μs
である。
The center frequency F 0 = 5 MHz in each transmission pulse signal (FM signal) shown in FIGS. 9A to 9D,
Frequency range B W = 6 MHz, transmission pulse width T W = 2 μs
Is.

【0064】さらに、図9(a)〜(d)の各送信パル
ス信号(FM信号)は次の特徴を有する。 (a)…周波数変化率dF/dt=一定、振幅A=一定
(チャープ波) (b)…(a)の波形を矩形波に変形 (c)…周波数変化率dF/dt=一定、振幅A=変化 (d)…周波数変化率dF/dt=変化、振幅A=変化 そして、図9の(a)〜(d)の各送信パルス信号(F
M信号)の自己相関波形をシミュレーション演算にて求
めると、それそれ図10の各(a)〜(d)のパルス圧
縮された各信号波形となる。
Further, the transmission pulse signals (FM signals) shown in FIGS. 9A to 9D have the following characteristics. (A) ... Frequency change rate dF / dt = constant, amplitude A = constant (chirp wave) (b) ... Waveform of (a) is transformed into rectangular wave (c) ... Frequency change rate dF / dt = constant, amplitude A = Change (d) ... Frequency change rate dF / dt = Change, Amplitude A = Change Then, each transmission pulse signal (F) in (a) to (d) of FIG.
When the autocorrelation waveform of the (M signal) is obtained by a simulation calculation, the respective pulse-compressed signal waveforms of (a) to (d) of FIG. 10 are obtained.

【0065】ここで、図9(c)における振幅変化dA
/dtには一例としてハニング窓関数を用いている。演
算結果によると、図10の自己相関波形(a),
(b),(c),(d)においてメインローブ(波形中
心部の振幅が大きい部分)とサイドローブ(メインロー
ブより外側部分)との間の各S/N(振幅比)は、それ
ぞれ22,22,37.6,37.2dBである。
Here, the amplitude change dA in FIG.
The Hanning window function is used for / dt as an example. According to the calculation result, the autocorrelation waveform (a) of FIG.
In each of (b), (c), and (d), each S / N (amplitude ratio) between the main lobe (the portion where the amplitude of the waveform center is large) and the side lobe (the portion outside the main lobe) is 22. , 22, 37.6, 37.2 dB.

【0066】このように、超音波探触子26に送信する
送信パルス信号(FM信号)における周波数Fや振幅A
の各変化率dF/dt,dA/dt等を適宜調整し、か
つ適宜組合わせることによって、図13(b)に示す周
波数変化率dF/dtが一定であるチャープ信号波形の
みの場合に比較して、パルス圧縮後のエコー信号波形に
おけるサイドローブを圧縮することが可能である。
As described above, the frequency F and the amplitude A in the transmission pulse signal (FM signal) transmitted to the ultrasonic probe 26.
By appropriately adjusting and appropriately combining the respective change rates dF / dt, dA / dt, etc. of FIG. 13, comparison is made with the case of only the chirp signal waveform in which the frequency change rate dF / dt shown in FIG. 13B is constant. Thus, it is possible to compress the side lobes in the echo signal waveform after pulse compression.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波送受
信装置によれば、被検体に対向した超音波探触子に送信
する送信パルス信号の波形を特定する周波数変化率や振
幅変化率及びパルス幅等の波形パラメータを操作者が必
要に応じて、任意に設定変更可能としている。
As described above, according to the ultrasonic transmission / reception apparatus of the present invention, the frequency change rate and the amplitude change rate for specifying the waveform of the transmission pulse signal to be transmitted to the ultrasonic probe facing the subject, The operator can arbitrarily change the waveform parameters such as the pulse width as required.

【0068】したがって、周波数を非線形に変化させた
送信パルス信号(FM信号)波および振幅を変化させた
FM信号波によるパルス圧縮が可能となるため、サイド
ローブが問題となる超音波計測にパルス圧縮の適用が可
能となり、伝送途中で加わったノイズを低減でき、超音
波を用いた測定精度が向上する。
Therefore, it is possible to perform pulse compression by a transmission pulse signal (FM signal) wave whose frequency is changed non-linearly and an FM signal wave whose amplitude is changed, so that pulse compression is applied to ultrasonic measurement in which side lobes are a problem. Can be applied, noise added during transmission can be reduced, and measurement accuracy using ultrasonic waves is improved.

【0069】また被検体材料及び超音波探触子の特性に
合わせて表示を見ながら送信波および参照波の最適条件
を調節できるため操作が容易であり、さらにパラメータ
メモリに各検査対象毎に波形パラメータを記憶保持して
おけば測定対象の段替え時に切換操作により、簡単に最
適試験条件が自動設定される。
Further, the optimum conditions of the transmission wave and the reference wave can be adjusted while observing the display according to the characteristics of the material to be examined and the ultrasonic probe, so that the operation is easy, and the waveform for each inspection object is stored in the parameter memory. If the parameters are stored in memory, the optimum test conditions can be automatically set easily by switching operation when changing the stage of measurement.

【0070】したがって高減衰材評価等、装置の調整が
難しい測定の最適化が容易となる。また、高SN比、高
分解能のエコー信号波形が得られるため、高ノイズ環境
下での計測、微小欠陥検出、厚さ計測等、SN比、分解
能が問題となる超音波計測に適用できる。
Therefore, it becomes easy to optimize the measurement such as the evaluation of the high damping material, which is difficult to adjust the device. Further, since an echo signal waveform having a high SN ratio and a high resolution can be obtained, it can be applied to ultrasonic measurement in which a SN ratio and resolution are problems, such as measurement in a high noise environment, detection of minute defects, and thickness measurement.

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

【図1】 本発明の一実施例に係わる超音波送受信装置
の概略構成を示すブロック図
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic transceiver according to an embodiment of the present invention.

【図2】 同実施例装置のハード構成図FIG. 2 is a hardware configuration diagram of the apparatus of the embodiment.

【図3】 同実施例装置におけるコンピュータの機能ブ
ロック図
FIG. 3 is a functional block diagram of a computer in the apparatus of the embodiment.

【図4】 同実施例装置におけるFIRフィルタの概略
構成図
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an FIR filter in the apparatus of the embodiment.

【図5】 同実施例装置で設定される各波形パラメータ
を示す図
FIG. 5 is a diagram showing waveform parameters set by the apparatus of the embodiment.

【図6】 同実施例装置における異なる公称周波数を有
する超音波探触子を用いた場合におけける各エコー信号
波形図
FIG. 6 is a waveform diagram of each echo signal in the case of using ultrasonic probes having different nominal frequencies in the apparatus of the embodiment.

【図7】 同実施例装置における超音波探触子に対する
入力信号とエコー信号との間の周波数特性比較図
FIG. 7 is a frequency characteristic comparison diagram between an input signal and an echo signal for the ultrasonic probe in the apparatus of the embodiment.

【図8】 同実施例装置における板厚が異なる被検体の
エコー信号波形図
FIG. 8 is an echo signal waveform diagram of subjects having different plate thicknesses in the apparatus of the embodiment.

【図9】 同実施例装置で用いられる複数種類のFM信
号波形図
FIG. 9 is a waveform diagram of a plurality of types of FM signals used in the apparatus of the embodiment.

【図10】 図9の各FM信号波形の自己相関波形図10 is an autocorrelation waveform diagram of each FM signal waveform of FIG.

【図11】 一般的な超音波探傷装置を示すブロック図FIG. 11 is a block diagram showing a general ultrasonic flaw detector.

【図12】 同じく一般的な超音波探傷装置を示すブロ
ック図
FIG. 12 is a block diagram showing a general ultrasonic flaw detector.

【図13】 一般的な送信パルス信号波形を示す図FIG. 13 is a diagram showing a general transmission pulse signal waveform.

【図14】 従来のパルス圧縮装置の概略構成図FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a conventional pulse compression device.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パルス幅内において周波数が変化する波
形を有する送信パルス信号を被検体に対向する超音波探
触子に印加し、この超音波探触子から出力されるエコー
信号を参照パルス信号を用いてパルス圧縮して表示出力
する超音波送受信装置において、 前記超音波探触子に印加する送信パルス信号におけるパ
ルス幅,周波数変化率,振幅変化率等の波形パラメータ
を外部から指定可能とし、前記パルス圧縮するための参
照パルス信号を前記指定された波形パラメータに対応し
た波形を有する参照パルス信号とすることを特徴とする
超音波送受信装置。
1. A transmission pulse signal having a waveform whose frequency changes within a pulse width is applied to an ultrasonic probe facing a subject, and an echo signal output from this ultrasonic probe is used as a reference pulse signal. In an ultrasonic transmission / reception device for pulse-compressing and displaying output using, it is possible to externally specify waveform parameters such as pulse width, frequency change rate, and amplitude change rate in a transmission pulse signal applied to the ultrasonic probe, An ultrasonic transmitting / receiving apparatus, wherein the reference pulse signal for pulse compression is a reference pulse signal having a waveform corresponding to the designated waveform parameter.
【請求項2】 パルス信号のパルス幅,周波数変化率,
振幅変化率等の波形パラメータを指定するパラメータ指
定手段と、 このパラメータ指定手段にて指定された波形パラメータ
に基づいて、パルス幅内において周波数が変化する送信
パルス信号波形を作成する送信パルス信号波形作成手段
と、 この作成された送信パルス信号波形を記憶する信号波形
記憶手段と、 この信号波形記憶手段に記憶された送信パルス信号波形
を順次読出してD/A変換したのち送信パルス信号とし
て被検体に対向する超音波探触子に印加するパルス信号
送信手段と、 前記パラメータ指定手段にて指定された波形パラメータ
に基づいて参照パルス信号波形を作成する参照パルス信
号波形作成手段と、 前記超音波探触子から出力されたエコー信号を受信して
A/D変換するエコー信号受信手段と、 このA/D変換されたエコー信号の信号波形と前記作成
された参照パルス信号波形との積和演算を行うことによ
って前記エコー信号をパルス圧縮するデジタルフィルタ
と、 このデジタルフィルタでパルス圧縮された後のエコー信
号を表示出力する表示手段とを備えたことを特徴とする
超音波送受信装置。
2. A pulse width of a pulse signal, a frequency change rate,
Parameter designating means for designating a waveform parameter such as the rate of change in amplitude, and transmission pulse signal waveform creation for creating a transmission pulse signal waveform whose frequency changes within the pulse width based on the waveform parameter designated by this parameter designating means Means, a signal waveform storage means for storing the created transmission pulse signal waveform, and the transmission pulse signal waveforms stored in the signal waveform storage means are sequentially read and D / A converted, and then transmitted to the subject as a transmission pulse signal. Pulse signal transmitting means for applying to the opposing ultrasonic probe; reference pulse signal waveform creating means for creating a reference pulse signal waveform based on the waveform parameter specified by the parameter specifying means; and the ultrasonic probe Echo signal receiving means for receiving and echo-converting the echo signal output from the child; A digital filter for pulse-compressing the echo signal by performing a product-sum operation of the signal waveform of the co-signal and the created reference pulse signal waveform, and displaying and outputting the echo signal after being pulse-compressed by the digital filter An ultrasonic transmission / reception device comprising a display means.
【請求項3】 前記デジタルフィタはFIRフィルタで
あることを特徴とする請求項2記載の超音波送受信装
置。
3. The ultrasonic transmitting / receiving apparatus according to claim 2, wherein the digital filter is an FIR filter.
【請求項4】 前記参照パルス信号は送信パルス信号波
形とエコー信号波形より作成される波形を用いることを
特徴とする請求項1又は請求項2記載の超音波送受信装
置。
4. The ultrasonic transmitting / receiving apparatus according to claim 1, wherein the reference pulse signal uses a waveform created from a transmission pulse signal waveform and an echo signal waveform.
JP5313510A 1993-12-14 1993-12-14 Ultrasound transceiver Expired - Fee Related JP3022108B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5313510A JP3022108B2 (en) 1993-12-14 1993-12-14 Ultrasound transceiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5313510A JP3022108B2 (en) 1993-12-14 1993-12-14 Ultrasound transceiver

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07167844A true JPH07167844A (en) 1995-07-04
JP3022108B2 JP3022108B2 (en) 2000-03-15

Family

ID=18042186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5313510A Expired - Fee Related JP3022108B2 (en) 1993-12-14 1993-12-14 Ultrasound transceiver

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3022108B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015163853A (en) * 2014-02-28 2015-09-10 三菱重工業株式会社 ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detector
JP2016522414A (en) * 2013-06-12 2016-07-28 アトラス・コプコ・インダストリアル・テクニーク・アクチボラグ Method for ultrasonically measuring fastener elongation performed with a power tool and power tool

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4997636B2 (en) * 2007-06-29 2012-08-08 広島県 Non-destructive diagnostic method for structures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016522414A (en) * 2013-06-12 2016-07-28 アトラス・コプコ・インダストリアル・テクニーク・アクチボラグ Method for ultrasonically measuring fastener elongation performed with a power tool and power tool
JP2015163853A (en) * 2014-02-28 2015-09-10 三菱重工業株式会社 ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detector

Also Published As

Publication number Publication date
JP3022108B2 (en) 2000-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0119844B1 (en) Measuring apparatus utilizing spectrum profile
Saniie et al. Quantitative grain size evaluation using ultrasonic backscattered echoes
Pederson et al. Application of time-delay spectrometry for calibration of ultrasonic transducers
US5010885A (en) Ultrasonic echograph with controllable phase coherence
JPH06504453A (en) Method and apparatus for producing images of breast tissue
JPS6377437A (en) Movable matter examination apparatus by ultrasonic echography
EP0128635A2 (en) Measuring non-linear parameter of acoustic medium
EP0279314B1 (en) Ultrasonic examination apparatus
US20110048134A1 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus
JP3022108B2 (en) Ultrasound transceiver
US4676251A (en) Improved method and device for measuring frequency dependent parameters of objects by means of ultrasound echography
JPS6190004A (en) Method and device for measuring wall thickness by ultrasonicpulse
JP4405821B2 (en) Ultrasonic signal detection method and apparatus
JP3360578B2 (en) Ultrasonic testing of steel plates
JPH08233788A (en) Ultrasonic test equipment and test method
JPH08201349A (en) Ultrasonic flaw detection method
JPH095310A (en) Ultrasonic inspection method
JPH08122308A (en) Ultrasonic flaw-detection method
JP2818615B2 (en) Ultrasonic measuring device
JPH05333003A (en) Method and apparatus for measuring attenuating amount of ultrasonic wave in body to be inspected
JPH0815235A (en) Ultrasonic testing method
JP2001343366A (en) Crystal grain measuring method and device for metal sheet
JPS61751A (en) Ultrasonic medium characteristic measuring apparatus
JP3129142B2 (en) Pulse compression ultrasonic inspection method
RU2769080C1 (en) Method for ultrasonic control of materials and products

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080114

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090114

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090114

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100114

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110114

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120114

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130114

Year of fee payment: 13

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees