JPH10339624A - Ultrasonic wave thickness meter - Google Patents

Ultrasonic wave thickness meter

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Publication number
JPH10339624A
JPH10339624A JP15262597A JP15262597A JPH10339624A JP H10339624 A JPH10339624 A JP H10339624A JP 15262597 A JP15262597 A JP 15262597A JP 15262597 A JP15262597 A JP 15262597A JP H10339624 A JPH10339624 A JP H10339624A
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JP
Japan
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time
ultrasonic wave
thickness
measurement
reflected
Prior art date
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Pending
Application number
JP15262597A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Onuki
勝弘 大貫
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AMUSU KK
Original Assignee
AMUSU KK
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Publication date
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Publication of JPH10339624A publication Critical patent/JPH10339624A/en
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  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure thickness with precision in short time. SOLUTION: For a thickness of a steel plate 11, such reciprocation time as ultrasonic wave is reflected in a plurality of times between a front surface 11a and a rear surface 11b is measured with a timing counter circuit 17, and reciprocation frequency is counted with a reciprocation counter circuit 19, and a calculation circuit 18 calculates based on time, frequency, and sound speed. Since a measured time is longer than the amount equal to one reciprocation, even if a frequency of clock signal from a clock circuit 16 is not so high, a measurement error can be smaller easily for higher precision. Since high precision measurement can be done with a single application of ultrasonic wave, a high precision measurement in a short time is allowed compared to where a measurement is done at a single reciprocation after ultrasonic wave is applied and the next measurement is done after a reflection echo from repetition is fully attenuated, which is repeated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属板などの測定
対象の厚さを計測する超音波厚さ計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic thickness gauge for measuring the thickness of a measuring object such as a metal plate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、たとえば石油タンクの底板な
どの厚さを計測するために、超音波が用いられている。
超音波を用いれば、金属板などの一方表面側のみから、
非破壊的に厚さを計測することができるので、石油タン
クの底板などの厚さが腐食によって薄くなっているか否
かを、他の方法よりも比較的容易に計測することができ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, ultrasonic waves have been used to measure the thickness of, for example, a bottom plate of an oil tank.
If ultrasonic waves are used, only from one surface side such as a metal plate,
Since the thickness can be measured non-destructively, it can be relatively easily measured whether or not the thickness of the bottom plate of the oil tank or the like is reduced by corrosion, as compared with other methods.

【0003】図3は、超音波を利用する厚さ計測の原理
的な構成を示す。鋼板1の表面1aには、振動子2が装
着される。振動子2は、トランスジューサであり、超音
波発振器3から与えられる電気的な高周波出力を鋼板1
中の機械的振動に変換する。変換された機械的振動は、
超音波として鋼板1中を伝搬し、裏面1bで反射して表
面1aまで戻る。この反射波は、振動子2によって裏面
エコーとして電気的に検出され、入力回路4に入力され
る。
FIG. 3 shows a basic configuration of thickness measurement using ultrasonic waves. A vibrator 2 is mounted on the surface 1 a of the steel plate 1. The vibrator 2 is a transducer, and outputs electric high frequency output from the ultrasonic oscillator 3 to the steel plate 1.
Converts to mechanical vibrations inside. The converted mechanical vibration is
The ultrasonic wave propagates through the steel sheet 1, is reflected on the back surface 1b, and returns to the front surface 1a. This reflected wave is electrically detected as a back echo by the vibrator 2 and input to the input circuit 4.

【0004】図4に示すように、超音波発振器3から時
刻t0にパルス状の高周波出力を振動子2に与えれば、
時刻t1には、裏面エコーも入力回路4に、パルス状に
入力される。ゲート回路5は、時刻t0から時刻t1ま
での間、クロック回路6が発生する一定周期wのクロッ
ク信号をカウンタ回路7に与える。カウンタ回路7の計
数値nは、超音波が鋼板1の表面1aと裏面1bとの間
を1回往復する時間n×wに対応する。演算回路8は、
カウンタ回路7の計数値に対応する時間n×wと、鋼板
1中の音速cとから、鋼板1の表面1aと裏面1bとの
間の厚さdを、次の第1式のように算出する。
As shown in FIG. 4, when a pulsed high-frequency output is applied to the vibrator 2 at time t0 from the ultrasonic oscillator 3,
At time t1, the back side echo is also input to the input circuit 4 in a pulse shape. The gate circuit 5 supplies a clock signal of a constant period w generated by the clock circuit 6 to the counter circuit 7 from time t0 to time t1. The count value n of the counter circuit 7 corresponds to a time nxw in which the ultrasonic wave makes one round trip between the front surface 1a and the back surface 1b of the steel plate 1. The arithmetic circuit 8
From the time n × w corresponding to the count value of the counter circuit 7 and the sound velocity c in the steel plate 1, the thickness d between the front surface 1a and the back surface 1b of the steel plate 1 is calculated as in the following first formula. I do.

【0005】 d = n×w×c/2 …(1)D = n × w × c / 2 (1)

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図3に示すような鋼板
1中の音速は、縦波について5000〜6000m/s
ec程度であることが知られている。計算の便宜のた
め、c=5000m/secとし、d=1mmとする。
図4に示すようなデジタル方式の計測では、クロック信
号について1デジット分の計数誤差が不可避であるの
で、計測精度1%を得るためには、時刻t0からt1ま
での時間に、100回以上クロック信号を計数する必要
がある。したがって、n=100となり、第1式から、
w=0.04μsecが得られる。このクロック信号の
周波数は、25MHzであり、CMOSなどの一般的な
半導体集積回路の動作可能な上限に近い。さらに計測精
度を高めて、たとえば0.1%にしたいときには、クロ
ック信号の周波数を250MHzにしなければならず、
計測装置が高価になる。低いクロック信号周波数で精度
を高めるためには、測定回数を多くして、統計的に誤差
を小さくしなければならないので、厚さ計測に時間がか
かるようになる。
The sound velocity in the steel sheet 1 as shown in FIG. 3 is 5,000 to 6,000 m / s for longitudinal waves.
ec is known. For convenience of calculation, c = 5000 m / sec and d = 1 mm.
In the digital measurement as shown in FIG. 4, a counting error of one digit is unavoidable for the clock signal. The signal needs to be counted. Therefore, n = 100, and from the first equation,
w = 0.04 μsec is obtained. The frequency of this clock signal is 25 MHz, which is close to the operable upper limit of a general semiconductor integrated circuit such as a CMOS. To further increase the measurement accuracy, for example, to 0.1%, the frequency of the clock signal must be 250 MHz.
The measuring device becomes expensive. In order to increase the accuracy at a low clock signal frequency, the number of measurements must be increased and the error must be statistically reduced, so that the thickness measurement takes time.

【0007】本発明の目的は、短時間で高精度に厚さを
計測することができる超音波厚さ計を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide an ultrasonic thickness gauge capable of measuring a thickness with high accuracy in a short time.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、超音波を測定
対象の一方表面から加え、他方表面から反射して戻る超
音波が検出されるまでに要する時間と、測定対象中の音
速とに基づいて、測定対象の厚さを計測する超音波厚さ
計において、超音波を一方表面から加えた後、他方表面
から反射して戻る反射波を検出する検出手段と、検出手
段によって検出される超音波が、一方表面と他方表面と
の間で繰返し反射して、往復する回数を計数する計数手
段と、超音波を一方表面から加えた後で、他方表面との
間で複数回往復した反射波が検出手段によって検出され
るまでに要する時間を計時する計時手段と、計時手段に
よって計時される時間と、計数手段が計数する往復回数
とに基づいて、測定対象の厚さを算出する演算手段とを
含むことを特徴とする超音波厚さ計である。
According to the present invention, the time required for ultrasonic waves to be applied from one surface of an object to be measured and the ultrasonic waves reflected and returned from the other surface to be detected, and the sound speed in the object to be measured are reduced. In the ultrasonic thickness gage for measuring the thickness of the object to be measured, the ultrasonic wave is applied from one surface, and then the reflected wave is reflected by the other surface. The ultrasonic wave is repeatedly reflected between one surface and the other surface, and a counting means for counting the number of reciprocations, and the reflection which is repeated a plurality of times between the other surface after the ultrasonic wave is applied from one surface. Time measuring means for measuring the time required until a wave is detected by the detecting means, and calculating means for calculating the thickness of the object to be measured based on the time measured by the time measuring means and the number of reciprocations counted by the counting means. And including That is an ultrasonic thickness gauge.

【0009】本発明に従えば、測定対象の一方表面と他
方表面との間で反射を繰返して複数回往復した後の反射
波を検出手段が検出し、超音波を加えた後からの経過時
間が計時手段によって計時される。反射の繰返しによる
往復回数は、計数手段によって計数され、演算手段は、
計時手段の計時した時間と計数手段の計数した往復回数
と測定対象中の音速とから、複数回の往復で超音波が伝
搬した距離を算出し、1回分の片道伝搬に相当する距離
として、測定対象の厚さを求めることができる。
According to the present invention, the detecting means detects the reflected wave after reciprocating a plurality of times by repeating the reflection between one surface and the other surface of the object to be measured, and the elapsed time from the application of the ultrasonic wave. Is clocked by the clock means. The number of reciprocations due to repetition of reflection is counted by the counting means,
From the time measured by the timer means, the number of reciprocations counted by the counting means, and the speed of sound in the measurement object, calculate the distance that the ultrasonic wave propagated in multiple round trips, and measure it as the distance equivalent to one-way propagation for one time The thickness of the object can be determined.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態と
して、超音波厚さ計10の概略的な電気的構成を示す。
測定対象である鋼板11の表面11aと裏面11bとの
間の厚さを測定するため、トランスジューサを含む振動
子12が表面11aに装着される。振動子12は、超音
波発振器13からパルス状に与えられる高周波出力を、
鋼板11の底面11bに向う機械的な超音波振動に変換
する。振動子12は、パルス状の反射エコーを複数回検
出する。検出された反射エコーは、入力回路14で増幅
され、ゲート回路15に与えられる。ゲート回路15
は、クロック回路16からのクロック信号を、超音波発
振器13からの超音波のパルスが出力される時点を表す
信号に応答して、計時カウンタ回路17に与える。クロ
ック信号は一定の周期を有し、計時カウンタ回路17の
計数動作は、計時動作に相当する。計時カウンタ回路1
7の計時値は、演算回路18に入力される。計時カウン
タ回路17の計時動作は、反射エコーの計数を行う往復
カウンタ回路19によって、所定回数の往復後の反射エ
コーが検出される時点で終了するように制御される。こ
の所定回数は、たとえば予め設定される回数であり、演
算回路18は、この回数と計時カウンタ回路17によっ
て計時される時間と音速とに基づいて、鋼板11の厚さ
を算出する。
FIG. 1 shows a schematic electrical configuration of an ultrasonic thickness gauge 10 as an embodiment of the present invention.
In order to measure the thickness between the front surface 11a and the back surface 11b of the steel plate 11 to be measured, a transducer 12 including a transducer is mounted on the front surface 11a. The vibrator 12 outputs a high-frequency output given in a pulse form from the ultrasonic oscillator 13,
This is converted into mechanical ultrasonic vibration directed to the bottom surface 11b of the steel plate 11. The vibrator 12 detects a pulse-like reflected echo a plurality of times. The detected reflected echo is amplified by the input circuit 14 and provided to the gate circuit 15. Gate circuit 15
Supplies the clock signal from the clock circuit 16 to the time counter circuit 17 in response to a signal indicating the time point at which the ultrasonic pulse is output from the ultrasonic oscillator 13. The clock signal has a fixed cycle, and the counting operation of the clock counter circuit 17 corresponds to a clock operation. Clock counter circuit 1
The clock value of 7 is input to the arithmetic circuit 18. The timekeeping operation of the timekeeping counter circuit 17 is controlled by a reciprocating counter circuit 19 that counts the number of reflected echoes so as to end when the reflected echoes after a predetermined number of round trips are detected. The predetermined number is, for example, a preset number, and the arithmetic circuit 18 calculates the thickness of the steel sheet 11 based on the number, the time measured by the time counter circuit 17 and the sound speed.

【0011】図2は、図1の実施形態で測定を行う状態
を示す。時刻t10でパルス状の超音波を与えると、時
刻t11では1回目の反射エコー、時刻t12では2回
目の反射エコー、というように、時刻t1nまででn回
の反射エコーを検出する場合を想定する。この場合は、
次の第2式に従って厚さdを求めることができる。
FIG. 2 shows a state in which measurement is performed in the embodiment of FIG. When a pulsed ultrasonic wave is applied at time t10, it is assumed that n reflected echoes are detected by time t1n, such as the first reflected echo at time t11, the second reflected echo at time t12, and so on. . in this case,
The thickness d can be obtained according to the following second equation.

【0012】[0012]

【数1】 (Equation 1)

【0013】ここで、mは計時カウンタ回路17の計数
値、wはクロック信号の周期、cは測定時点の温度にお
ける測定対象中の音速、nは往復回数である。mの計数
値に1デジット分の誤差が含まれても、第2式の分母に
は往復回数nが存在するので、nが大きければ1デジッ
ト分の誤差の影響を小さくすることができる。したがっ
て、クロック回路16からのクロック信号の周波数をあ
まり高くしないでも、測定精度を高めることができる。
Here, m is the count value of the time counter circuit 17, w is the cycle of the clock signal, c is the speed of sound in the measurement object at the temperature at the time of measurement, and n is the number of reciprocations. Even if the count value of m includes an error of one digit, the denominator of the second formula includes the number of round trips n. Therefore, if n is large, the effect of the error of one digit can be reduced. Therefore, the measurement accuracy can be improved without increasing the frequency of the clock signal from the clock circuit 16 very much.

【0014】また、図4に示すような従来の測定方法で
は、1往復分の時間を計測するために超音波パルス供給
時刻t0や反射エコー検出時刻t1を決定するトリガの
タイミングは、たとえばゲート回路5で入力回路3の出
力が閾値に達する時点として決定される。したがって、
閾値の設定などによる誤差も生じうる。そのような誤差
を減少させるためには、複数回の測定を行い、統計的に
処理して測定精度を高める必要がある。複数回の測定で
は、繰返し反射の影響を避けるため、各回の測定は、充
分に時間をおいて行う必要があるので、測定精度を高め
ようとすれば、かなりの時間がかかり、生産性が低くな
ってしまう。
In the conventional measuring method as shown in FIG. 4, the timing of the trigger for determining the ultrasonic pulse supply time t0 and the reflected echo detection time t1 for measuring one round trip time is, for example, a gate circuit. 5 is determined as the point in time when the output of the input circuit 3 reaches the threshold. Therefore,
An error due to the setting of a threshold may also occur. In order to reduce such errors, it is necessary to perform a plurality of measurements and statistically process them to increase the measurement accuracy. In multiple measurements, each measurement must be performed with sufficient time to avoid the effects of repeated reflections. turn into.

【0015】本実施形態では、1回の超音波印加後に、
複数回の往復での反射エコーを検出するので、トリガの
タイミングの誤差の影響も小さくして、測定精度を高め
ることができる。板厚が薄いときには、短時間で反射エ
コーが戻るので、従来の方法では誤差が大きくなりやす
いけれども、本実施形態では、反射エコーの減衰が小さ
いので、多くの回数の往復を行わせて、容易に高精度の
測定を行うことができる。
In this embodiment, after one ultrasonic application,
Since the reflected echoes are detected in a plurality of round trips, the effect of the trigger timing error can be reduced, and the measurement accuracy can be improved. When the plate thickness is thin, the reflected echo returns in a short time, so that the error tends to be large in the conventional method, but in the present embodiment, the attenuation of the reflected echo is small, so that a large number of reciprocations can be performed, High-precision measurement.

【0016】さらに、1回の超音波印加後に、往復回数
の反射エコーを検出するためには、回数とともに入力回
路14などの利得を上昇させたり、ゲート回路15での
トリガのタイミングを決める閾値のレベルを下げたりす
るようにしてもよい。また、往復回数を予め設定するの
ではなく、反射エコーのレベルが予め定める基準値まで
低下する時点を終了条件とすることなどによって、測定
可能な範囲でできるだけ高精度の測定を行わせることも
できる。
Furthermore, in order to detect the number of reciprocating echoes after one ultrasonic wave application, the gain of the input circuit 14 or the like is increased along with the number of echoes, or the threshold value for determining the trigger timing in the gate circuit 15 is set. The level may be lowered. In addition, instead of setting the number of reciprocations in advance, a time point at which the level of the reflected echo falls to a predetermined reference value is set as an end condition, so that highly accurate measurement can be performed within a measurable range. .

【0017】[0017]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、測定対象
の一方表面と他方表面との間で複数回往復した後の反射
波を検出する。測定対象の厚さは、超音波を加えてから
検出するまでの時間と往復回数と測定対象中の音速とか
ら算出するので、デジタル計測に伴う計数誤差の影響を
低減し、1回の測定で高精度の計測値を得ることができ
る。
As described above, according to the present invention, the reflected wave after reciprocating a plurality of times between one surface and the other surface of the object to be measured is detected. The thickness of the object to be measured is calculated from the time from application of ultrasonic waves to detection, the number of reciprocations, and the speed of sound in the object to be measured. Highly accurate measurement values can be obtained.

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

【図1】本発明の実施の一形態による超音波厚さ計の概
略的な電気的構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic electrical configuration of an ultrasonic thickness gauge according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施形態による厚さ測定中のタイムチャ
ートである。
FIG. 2 is a time chart during a thickness measurement according to the embodiment of FIG. 1;

【図3】従来の超音波厚さ計の概略的な電気的構成を示
すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic electrical configuration of a conventional ultrasonic thickness gauge.

【図4】図3による厚さ測定中のタイムチャートであ
る。
FIG. 4 is a time chart during the thickness measurement according to FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 超音波厚さ計 11 鋼板 11a 表面 11b 裏面 12 振動子 13 超音波発振器 14 入力回路 15 ゲート回路 16 クロック回路 17 計時カウンタ回路 18 演算回路 19 往復カウンタ回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic thickness gauge 11 Steel plate 11a Front surface 11b Back surface 12 Transducer 13 Ultrasonic oscillator 14 Input circuit 15 Gate circuit 16 Clock circuit 17 Clock counter circuit 18 Arithmetic circuit 19 Reciprocal counter circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波を測定対象の一方表面から加え、
他方表面から反射して戻る超音波が検出されるまでに要
する時間と、測定対象中の音速とに基づいて、測定対象
の厚さを計測する超音波厚さ計において、 超音波を一方表面から加えた後、他方表面から反射して
戻る反射波を検出する検出手段と、 検出手段によって検出される超音波が、一方表面と他方
表面との間で繰返し反射して、往復する回数を計数する
計数手段と、 超音波を一方表面から加えた後で、他方表面との間で複
数回往復した反射波が検出手段によって検出されるまで
に要する時間を計時する計時手段と、 計時手段によって計時される時間と、計数手段が計数す
る往復回数とに基づいて、測定対象の厚さを算出する演
算手段とを含むことを特徴とする超音波厚さ計。
An ultrasonic wave is applied from one surface of an object to be measured,
On the other hand, in an ultrasonic thickness gauge that measures the thickness of the measurement target based on the time required until the ultrasonic wave reflected back from the surface is detected and the speed of sound in the measurement target, the ultrasonic wave is transmitted from one surface. After the addition, a detecting means for detecting a reflected wave reflected from the other surface and returning, and an ultrasonic wave detected by the detecting means is repeatedly reflected between the one surface and the other surface to count the number of reciprocations. Counting means, time-measuring means for measuring the time required for reflected waves having traveled back and forth a plurality of times between the other surface after the ultrasonic wave is applied from one surface, and time-measuring means. An ultrasonic thickness meter comprising: a calculating unit that calculates a thickness of a measurement target based on a time period and a number of reciprocations counted by a counting unit.
JP15262597A 1997-06-10 1997-06-10 Ultrasonic wave thickness meter Pending JPH10339624A (en)

Priority Applications (1)

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JP15262597A JPH10339624A (en) 1997-06-10 1997-06-10 Ultrasonic wave thickness meter

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104266618A (en) * 2014-09-28 2015-01-07 山东中科普锐检测技术有限公司 Ultrasonic thickness meter based on mobile display terminal

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104266618A (en) * 2014-09-28 2015-01-07 山东中科普锐检测技术有限公司 Ultrasonic thickness meter based on mobile display terminal

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