JPH11142378A - Method and apparatus for measuring electromagnetic ultrasonic wave - Google Patents

Method and apparatus for measuring electromagnetic ultrasonic wave

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JPH11142378A
JPH11142378A JP9311859A JP31185997A JPH11142378A JP H11142378 A JPH11142378 A JP H11142378A JP 9311859 A JP9311859 A JP 9311859A JP 31185997 A JP31185997 A JP 31185997A JP H11142378 A JPH11142378 A JP H11142378A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus whereby a high time-resolving power and a high S/N ratio are obtained in measuring electromagnetic ultrasonic waves. SOLUTION: There are provided an external magnetizer 3 applying a magnetic field to a body 1 to be measured and a transmitting-receiving sensor coil 2, an operating means 4 for operating a chirp signal changed in frequency and amplitude within a predetermined pulse width as numerical data, memory means 6, 5 for storing the chirp signal as a transmission signal, a reference signal respectively, a D/A converter 7 for converting an output of the memory means 6 to an analog signal, a power amplifier 8 for power amplifying an output of the D/A converter 7 and impressing to the sensor coil 2, a receiving amplifier 9 for amplifying a signal received by the sensor coil 2, an A/D converter 10 for converting an output of the amplifier 9 to a digital signal, and a correlating device 11 for operating a correlation of outputs of the A/D converter 10 and memory means 5.

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、ローレンツ力また
は磁歪を用いて被検体に電磁気的に超音波を発生させ、
この超音波を検出して被検体の計測を行う電磁超音波計
測方法および装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to electromagnetically generating ultrasonic waves on a subject using Lorentz force or magnetostriction,
The present invention relates to an electromagnetic ultrasonic measurement method and apparatus for detecting an ultrasonic wave and measuring a subject.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば金属の板や管等の被検体に、非接
触で超音波の発生や検出を行う方法の一つとして、電磁
超音波法が知られている。この技術は、導電性の被検体
に外部から磁場をかけておき、被検体に近接させたセン
サコイルに電流を流すことにより被検体中に渦電流を生
じせしめ、その渦電流と磁場とで発生するローレンツ力
を用いて被検体中に超音波を発生するものであり、検出
についても同様の原理である。
2. Description of the Related Art An electromagnetic ultrasonic method is known as one of methods for generating and detecting ultrasonic waves in a non-contact manner with a subject such as a metal plate or a tube. In this technology, a magnetic field is applied to a conductive object from the outside, and an electric current is caused to flow through a sensor coil close to the object to generate an eddy current in the object, which is generated by the eddy current and the magnetic field Ultrasonic waves are generated in the subject using the Lorentz force, and the same principle applies to detection.

【0003】また、被検体が強磁性体の場合は、外部磁
場をもってバイアス磁界をかけておき、被検体に近接さ
せたセンサコイルから発生した磁界によりバイアス磁界
を変化させ、これにより磁歪を変化させて被検体中に超
音波を発生する原理もある。このような電磁超音波法
は、外部磁場とセンサコイルとの位置関係次第で様々な
モードの超音波が発生・検出でき、かつ非接触であると
いう大きなメリットがあるものの、現在一般的に用いら
れている圧電振動子による超音波発生検出法に比較し
て、電気機械変換効率が非常に低いため感度・SN比が
悪いという問題がある。
When the subject is a ferromagnetic material, a bias magnetic field is applied with an external magnetic field, and the bias magnetic field is changed by a magnetic field generated from a sensor coil close to the subject, thereby changing the magnetostriction. There is also a principle of generating ultrasonic waves in a subject. Although such an electromagnetic ultrasonic method has a great advantage that it can generate and detect various modes of ultrasonic waves depending on the positional relationship between the external magnetic field and the sensor coil and is non-contact, it is currently generally used. As compared with the conventional ultrasonic generation detection method using a piezoelectric vibrator, there is a problem that the sensitivity and the SN ratio are poor because the electromechanical conversion efficiency is very low.

【0004】このため従来から電磁超音波法の感度を改
善する工夫が種々試みられてきた。例えば、被検体中の
磁束密度が大きくなるように、非導電性磁性材の保護板
(特開昭56−132558号公報)や磁性材のセンサ
コイル(特開昭57−84350号公報)を使うことに
よりセンサそのものの感度を改善する方法、センサコイ
ルと被検体間に金属箔を挟んで(特開平2−96607
号公報、特開平5−288733号公報)電気ノイズを
低減する方法、2つの受信センサコイルを差動接続で用
いて(特開昭53−143388号公報、特開昭57−
84352号公報)ノイズを低減する方法などである。
For this reason, various attempts have conventionally been made to improve the sensitivity of the electromagnetic ultrasonic method. For example, a protective plate made of a non-conductive magnetic material (JP-A-56-132558) or a sensor coil made of a magnetic material (JP-A-57-84350) is used to increase the magnetic flux density in the subject. To improve the sensitivity of the sensor itself by interposing a metal foil between the sensor coil and the subject (Japanese Patent Laid-Open No. 2-96607).
JP-A-5-288733) A method for reducing electric noise using two receiving sensor coils in a differential connection (JP-A-53-143388, JP-A-57-1987).
84352) a method of reducing noise.

【0005】これらの工夫にさらに加えてSN比を高く
する方法として、信号処理的方法が提案されている。例
えば送信信号を高電圧化する方法として、トリガ式スパ
ークギャップによる方法(特開昭53−89486号公
報)、2方向性サイラトロンによる方法(特開昭58−
180947号公報)、倍電圧パルサーによる方法(非
破壊検査誌Vol.34,No.11,pp.808−
814)など、パルス状の送信信号の振幅を増やす方法
がある。しかしながら、上記の送信信号を高電圧にする
方法には次のような問題点がある。すなわち、電圧の尖
頭値が10kV程度では、センサコイルや接続線の途中
でスパーク・ショートしたり、他の機器のノイズ源とな
ってしまう。センサコイルには感度を増すためには巻数
が多い方が望ましいが、耐圧を増すためには太くかつ被
覆した線を用いる必要があってあまり巻数が増やせな
い。また、高電圧を発生させるため、送信信号のパルス
繰り返し周波数を数100Hz程度までしか高くでき
ず、高速に移動する被検体に適用できない。
In addition to these measures, a signal processing method has been proposed as a method of increasing the SN ratio. For example, as a method of increasing the voltage of a transmission signal, a method using a trigger type spark gap (Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-89486) and a method using a two-way thyratron (Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 180947), a method using a voltage doubler pulsar (Non-destructive inspection magazine Vol. 34, No. 11, pp. 808-).
814), etc., there is a method of increasing the amplitude of the pulse-shaped transmission signal. However, the above-mentioned method of making the transmission signal a high voltage has the following problems. That is, if the peak value of the voltage is about 10 kV, a spark short-circuit occurs in the middle of the sensor coil or the connection line, or a noise source of another device. It is desirable that the sensor coil has a large number of turns in order to increase the sensitivity, but it is necessary to use a thick and covered wire in order to increase the withstand voltage, so that the number of turns cannot be increased much. Further, since a high voltage is generated, the pulse repetition frequency of the transmission signal can be increased only up to about several hundred Hz, and cannot be applied to a subject moving at high speed.

【0006】上記の問題を解決する方法として、被検体
中で超音波が共振することを利用した電磁超音波共鳴
(非破壊検査誌Vol.43,No.12,pp.76
4−770)による方法がある。しかしながらこの方法
では、被検体に垂直に入射せしめた超音波の多重反射波
の位相が揃って(コヒーレントとなり)共鳴するよう
に、その共鳴周波数でかつパルス幅が長いバースト波を
送信信号に用いるため、反射エコーを個別に分離するこ
とができず、複数の反射源を持つ被検体や平行面を持た
ない被検体へ適用することができない。
As a method of solving the above problem, electromagnetic ultrasonic resonance utilizing the resonance of ultrasonic waves in a subject (Non-destructive inspection magazine Vol. 43, No. 12, pp. 76).
4-770). However, in this method, a burst wave having a resonance frequency and a long pulse width is used as a transmission signal so that the multiple reflected waves of the ultrasonic wave perpendicularly incident on the subject resonate with the same phase (become coherent). However, the reflected echo cannot be separated individually and cannot be applied to an object having a plurality of reflection sources or an object having no parallel plane.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、電磁超
音波法における送信信号の高電圧化はセンサコイルの耐
圧の問題があり、一方、パルス幅の長いバースト波によ
って共鳴させる方法は複数の反射源を持つ被検体や平行
面を持たない被検体へ適用することができないという問
題があった。この両者の中間として、あまりパルス幅の
長くないバースト波を用いたり、センサコイルを共振回
路にする方法が考えられるが、パルス状の送信信号に比
較して、受信エコーの時間分解能が大幅に劣化するた
め、その適用対象は自ずと限られてしまう。このため、
現在においても、電磁超音波法の工業現場における実用
化は数例に留まっている。本発明は、このような状況に
鑑みて行われたものであり、電磁超音波計測において高
い時間分解能でかつ高いSN比を得ることができる計測
方法および装置を提供することを目的とする。
As described above, increasing the voltage of a transmission signal in the electromagnetic ultrasonic method has a problem of a withstand voltage of a sensor coil. On the other hand, there are a plurality of methods for resonating with a burst wave having a long pulse width. There is a problem that the method cannot be applied to a subject having a reflection source or a subject having no parallel surface. As a middle point between these two methods, it is conceivable to use a burst wave with a pulse width that is not too long or to use a sensor coil as a resonance circuit, but the time resolution of the received echo is significantly degraded compared to a pulsed transmission signal. Therefore, the application target is naturally limited. For this reason,
At present, there are only a few examples of the practical application of the electromagnetic ultrasonic method in industrial sites. The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a measurement method and apparatus capable of obtaining a high time resolution and a high SN ratio in electromagnetic ultrasonic measurement.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
電磁超音波計測装置は、ローレンツ力または磁歪を用い
て被検体に電磁気的に超音波を発生させ、この超音波を
検出して被検体の計測を行う電磁超音波計測方法におい
て、所定パルス幅内で周波数および振幅を変化させたチ
ャープ信号を送信用センサコイルを介して前記被検体に
送信し、この被検体より受信用センサコイルを介して得
られた受信信号と、前記送信信号と同一または類似の波
形の参照信号との相関演算を行い、この相関演算後の受
信信号を用いて前記被検体の計測を行うようにしたもの
である。
An electromagnetic ultrasonic measuring apparatus according to a first aspect of the present invention electromagnetically generates ultrasonic waves in a subject using Lorentz force or magnetostriction, and detects the ultrasonic waves. In an electromagnetic ultrasonic measurement method for measuring a subject, a chirp signal having a frequency and an amplitude changed within a predetermined pulse width is transmitted to the subject via a transmitting sensor coil, and the receiving sensor coil is transmitted from the subject. And a correlation operation between a reception signal obtained through the above-described method and a reference signal having the same or similar waveform as the transmission signal, and the measurement of the subject is performed using the reception signal after the correlation operation. It is.

【0009】本発明の請求項5に係る電磁超音波計測装
置は、ローレンツ力または磁歪を用いて被検体に電磁気
的に超音波を発生させ、この超音波を検出して被検体の
計測を行う電磁超音波計測装置において、前記被検体に
磁場をかける外部磁化器、並びに送信用センサコイルお
よびこの送信用センサコイルと兼用または別個の受信用
センサコイルと、所定パルス幅内で周波数および振幅を
変化させたチャープ信号を数値データとして算出するチ
ャープ信号算出手段と、前記チャープ信号算出手段の算
出したチャープ信号を、送信信号、参照信号としてそれ
ぞれ記憶する送信信号記憶手段および参照信号記憶手段
と、前記送信信号記憶手段に記憶された送信信号を読出
しアナログ信号に変換するD/A変換手段と、前記D/
A変換手段の出力するアナログ信号を電力増幅して前記
送信用センサコイルに印加する電力増幅手段と、前記受
信用センサコイルが得た受信信号を増幅する受信増幅手
段と、前記受信増幅手段の増幅した受信信号を数値デー
タに変換するA/D変換手段と、前記A/D変換手段の
出力する数値データと、前記参照信号記憶手段から読出
した参照信号との相関演算を行う相関演算手段とを備え
たものである。
An electromagnetic ultrasonic measuring apparatus according to a fifth aspect of the present invention electromagnetically generates ultrasonic waves in a subject using Lorentz force or magnetostriction, and measures the subject by detecting the ultrasonic waves. In the electromagnetic ultrasonic measurement device, an external magnetizer for applying a magnetic field to the subject, a sensor coil for transmission and a sensor coil for reception which is also used as or separate from the sensor coil for transmission, and changes frequency and amplitude within a predetermined pulse width A chirp signal calculating means for calculating the chirp signal as numerical data, a transmission signal storing means and a reference signal storing means for storing the chirp signal calculated by the chirp signal calculating means as a transmission signal and a reference signal, respectively, D / A conversion means for reading the transmission signal stored in the signal storage means and converting it into an analog signal;
Power amplifying means for power amplifying an analog signal output from the A converting means and applying the amplified signal to the transmitting sensor coil, receiving amplifying means for amplifying a received signal obtained by the receiving sensor coil, and amplification of the receiving amplifying means A / D conversion means for converting the received signal into numerical data, and correlation calculation means for performing a correlation operation between the numerical data output from the A / D conversion means and the reference signal read from the reference signal storage means. It is provided.

【0010】上記請求項1,5に係る電磁超音波計測方
法、装置によって、比較的に低い送信電圧でも大きな平
均電力を送信し、強い超音波を発生させ、高感度の計測
を行うことができる。また受信信号は参照信号と相関演
算を行うので、相関演算後の圧縮エコー信号を高い時間
分解能でかつ高いSN比とすることができる。さらに上
記効果のほかに、従来は実用できなかった電磁超音波が
本来持っている広帯域性を発揮した計測が可能となり、
種々の計測用途に適用できる。
According to the method and apparatus for measuring electromagnetic ultrasonic waves according to the first and fifth aspects, it is possible to transmit high average power even at a relatively low transmission voltage, generate strong ultrasonic waves, and perform high-sensitivity measurement. . In addition, since the received signal performs a correlation operation with the reference signal, the compressed echo signal after the correlation operation can have a high time resolution and a high SN ratio. Furthermore, in addition to the above effects, it is possible to perform measurements that demonstrate the inherent broadband characteristics of electromagnetic ultrasonic waves that could not be used conventionally,
It can be applied to various measurement applications.

【0011】本発明の請求項2に係る電磁超音波計測方
法は、前記請求項1に係る方法において、前記被検体に
送信するチャープ信号が所定の周波数特性を持つよう
に、その振幅および位相を変化させるものである。ま
た、本発明の請求項3に係る電磁超音波計測方法は、前
記請求項1に係る方法において、前記受信信号と相関演
算を行う参照信号が所定の周波数特性を持つように、そ
の振幅および位相を変化させるものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the electromagnetic ultrasonic measurement method according to the first aspect, wherein the amplitude and phase of the chirp signal transmitted to the subject have a predetermined frequency characteristic. To change it. According to a third aspect of the present invention, there is provided the electromagnetic ultrasonic measurement method according to the first aspect, wherein a reference signal for performing a correlation operation with the received signal has a predetermined frequency characteristic so as to have a predetermined frequency characteristic. Is to change.

【0012】本発明の請求項6に係る電磁超音波計測装
置は、前記請求項5に係る装置において、前記チャープ
信号算出手段の算出したチャープ信号に対して、所定の
周波数特性を持つようにその振幅および位相を変化させ
る変調を行い、この変調処理後の信号を前記送信信号記
憶手段に供給する変調手段を付加したものである。ま
た、本発明の請求項7に係る電磁超音波計測装置は、前
記請求項5に係る装置において、前記チャープ信号算出
手段の算出したチャープ信号に対して、所定の周波数特
性を持つようにその振幅および位相を変化させる変調を
行い、この変調処理後の信号を前記参照信号記憶手段に
供給する変調手段を付加したものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the electromagnetic ultrasonic measuring apparatus according to the fifth aspect, wherein the chirp signal calculated by the chirp signal calculating means has a predetermined frequency characteristic. Modulation means for performing modulation for changing amplitude and phase and supplying a signal after the modulation processing to the transmission signal storage means is added. According to a seventh aspect of the present invention, in the electromagnetic ultrasonic measurement apparatus according to the fifth aspect, the chirp signal calculated by the chirp signal calculation means has an amplitude so as to have a predetermined frequency characteristic. And a modulation means for performing modulation for changing the phase and supplying the signal after the modulation processing to the reference signal storage means.

【0013】上記請求項2,3,6,7に係る電磁超音
波計測方法、装置によって、センサコイルや接続ケーブ
ルによって受信信号の周波数特性に影響を受ける場合に
も、相関処理後の周波数特性が所望の特性となり、その
結果サイドローブの少ない時間分解能に優れたエコー信
号を得ることができる。
According to the method and apparatus for measuring electromagnetic ultrasonic waves according to the second, third, sixth, and seventh aspects, even when the frequency characteristics of the received signal are affected by the sensor coil or the connection cable, the frequency characteristics after the correlation processing are changed. Desired characteristics are obtained, and as a result, an echo signal with few side lobes and excellent in time resolution can be obtained.

【0014】本発明の請求項4に係る電磁超音波計測方
法は、前記請求項1に係る方法において、前記被検体に
送信するチャープ信号が第1の所定周波数特性を持つよ
うにその振幅および位相を変化させるとともに、前記受
信信号と相関演算を行う参照信号が第2の所定周波数特
性を持つようにその振幅および位相を変化させるもので
ある。また、本発明の請求項8に係る電磁超音波計測装
置は、前記請求項5に係る装置において、前記チャープ
信号算出手段の算出したチャープ信号に対して、第1の
所定周波数特性を持つようにその振幅および位相を変化
させる変調を行い、この変調処理後の信号を前記送信信
号記憶手段に供給する第1の変調手段と、前記チャープ
信号に対して、第2の所定周波数特性を持つようにその
振幅および位相を変化させる変調を行い、この変調処理
後の信号を前記参照信号記憶手段に供給する第2の変調
手段とを付加したものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the electromagnetic ultrasonic measuring method according to the first aspect, the amplitude and phase of the chirp signal transmitted to the subject are set so as to have a first predetermined frequency characteristic. And the amplitude and phase of the reference signal for performing the correlation operation with the received signal are changed so as to have the second predetermined frequency characteristic. An electromagnetic ultrasonic measuring apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the apparatus according to the fifth aspect, wherein the chirp signal calculated by the chirp signal calculating means has a first predetermined frequency characteristic. A first modulation means for performing modulation for changing the amplitude and phase thereof and supplying a signal after the modulation processing to the transmission signal storage means, and a second predetermined frequency characteristic for the chirp signal. Modulation for changing the amplitude and phase is performed, and second modulation means for supplying the signal after the modulation processing to the reference signal storage means is added.

【0015】上記請求項4,8に係る電磁超音波計測方
法、装置によって、被検体が変ったり、センサコイルや
接続ケーブルを交換した際に受信信号の周波数特性が変
化した場合にも、送信信号または参照信号のいずれか一
方の周波数特性を変えることにより、容易にサイドロー
ブの少ない時間分解能に優れたエコー信号を得ることが
できる。
According to the method and the apparatus for measuring electromagnetic ultrasonic waves according to the fourth and eighth aspects, even if the subject changes or the frequency characteristic of the reception signal changes when the sensor coil or the connection cable is replaced, the transmission signal can be changed. Alternatively, by changing either one of the frequency characteristics of the reference signal, an echo signal having few side lobes and excellent in time resolution can be easily obtained.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】実施形態1 図1は本発明の実施形態1に係る電磁超音波計測装置の
構成図である。図1においては、被検体1に対してセン
サコイル2を近接させており、外部磁化器3から被検体
1に磁界をかけてローレンツ力により電磁超音波を発生
・検出するようにしている。ここで、被検体1は強磁性
体である炭素鋼、センサコイル2は、送受信兼用で、円
形に巻かれその長径は20mm、巻数は20ターンとし
た。また外部磁化器3には10×10×20mmの永久
磁石2個を用い、図1に示すような配置とした。
Embodiment 1 FIG. 1 is a configuration diagram of an electromagnetic ultrasonic measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the sensor coil 2 is brought close to the subject 1, and a magnetic field is applied to the subject 1 from the external magnetizer 3 to generate and detect electromagnetic ultrasonic waves by Lorentz force. Here, the subject 1 was a ferromagnetic carbon steel, and the sensor coil 2 was used for both transmission and reception, and was wound in a circular shape, its major axis was 20 mm, and the number of turns was 20 turns. Further, two permanent magnets of 10 × 10 × 20 mm were used for the external magnetizer 3 and arranged as shown in FIG.

【0017】まず本発明において、送信パルス信号は所
定のパルス幅内で周波数を掃引変化させると共にその振
幅を変化させるチャープ(Chirp)信号を用いる。
このチャープ信号s(i) は、図1のチャープ信号演算手
段4によって次の式(1)に基づいて発生される。但し
ここでfC は中心周波数、Bは周波数掃引帯域幅、Tは
パルス幅、fS はサンプリング周波数である。またこの
例で、チャープ信号演算手段4は汎用のコンピュータを
用いた。なお図1のセンサコイル2は、送受信兼用であ
るが、これを送信用センサコイルと受信用センサコイル
に分けて設けるようにしてもよい。
First, in the present invention, as a transmission pulse signal, a chirp signal that sweeps a frequency within a predetermined pulse width and changes its amplitude is used.
The chirp signal s (i) is generated by the chirp signal calculation means 4 of FIG. 1 based on the following equation (1). Here, f C is the center frequency, B is the frequency sweep bandwidth, T is the pulse width, and f S is the sampling frequency. In this example, a general-purpose computer was used as the chirp signal calculating means 4. Although the sensor coil 2 in FIG. 1 is used for both transmission and reception, it may be provided separately for the transmission sensor coil and the reception sensor coil.

【0018】[0018]

【数1】 (Equation 1)

【0019】この例におけるチャープ信号は、中心周波
数5MHz、周波数掃引帯域幅10MHz、パルス幅
5.12μsとし、サンプリング周波数25MHzで離
散化して求めたので、データ点数は128点である。チ
ャープ信号演算手段4によって発生された上記のチャー
プ信号は、シリアル伝送によって、それぞれRAMによ
って構成される参照信号記憶手段5と送信信号記憶手段
6に記憶される。
The chirp signal in this example has a center frequency of 5 MHz, a frequency sweep bandwidth of 10 MHz, a pulse width of 5.12 μs, and is discretized at a sampling frequency of 25 MHz, so that the number of data points is 128. The chirp signal generated by the chirp signal calculation means 4 is stored in the reference signal storage means 5 and the transmission signal storage means 6 each constituted by a RAM by serial transmission.

【0020】送信信号記憶手段6に格納されたチャープ
信号は、同期信号発生手段12により発生される同期信
号に同期して128点分の読み出しが開始され、D/A
変換器7で所定のサンプリング周波数でアナログ信号に
変換され、電力増幅器8で高電圧に増幅される。そして
電力増幅器8の出力信号はセンサコイル2に印加され、
超音波に変換されて被検体1中に発信される。この例に
おいて、同期信号発生手段12により発生される同期信
号は1kHzの周期とし、D/A変換器7によるチャー
プ信号のサンプリング周波数は25MHzとした。また
電力増幅器8は帯域幅0.1〜20MHz、50Ω負荷
においてピーク間電圧1000Vppの出力のものを用い
た。
The chirp signal stored in the transmission signal storage means 6 is read out for 128 points in synchronization with the synchronizing signal generated by the synchronizing signal generating means 12, and D / A
The signal is converted into an analog signal at a predetermined sampling frequency by a converter 7 and amplified to a high voltage by a power amplifier 8. The output signal of the power amplifier 8 is applied to the sensor coil 2,
It is converted into an ultrasonic wave and transmitted into the subject 1. In this example, the synchronizing signal generated by the synchronizing signal generating means 12 has a cycle of 1 kHz, and the sampling frequency of the chirp signal by the D / A converter 7 is 25 MHz. The power amplifier 8 used had a bandwidth of 0.1 to 20 MHz and an output of a peak-to-peak voltage of 1000 Vpp under a load of 50Ω.

【0021】センサコイル2が検出した受信信号は、受
信用増幅器9によってA/D変換に必要な電圧まで増幅
され、A/D変換器10において、同期信号発生手段1
2の発生する同期信号に同期した所定のサンプリング周
波数によってデジタル信号に変換される。このデジタル
信号に離散化された受信信号は、相関器11にて参照信
号記憶手段5に格納されている参照信号との相関が演算
され、この相関演算結果が出力される。この例におい
て、受信用増幅器9は帯域幅0.1〜20MHz、増幅
度70dBとし、図示されていない増幅度調整器により
計測に用いたエコーが適正なレベルになるように調整し
た。A/D変換器10のサンプリング周波数は前記の2
5MHzとし、同期信号発生手段12による同期信号に
同期してサンプリングを開始するようにした。また相関
器11にはFIR(Finite ImpulseRe
sponse、有限インパルス応答)フィルタを用い
た。
The reception signal detected by the sensor coil 2 is amplified by a reception amplifier 9 to a voltage required for A / D conversion.
2 is converted into a digital signal by a predetermined sampling frequency synchronized with the generated synchronization signal. The correlation of the received signal discretized into the digital signal with the reference signal stored in the reference signal storage means 5 is calculated by the correlator 11, and the result of the correlation calculation is output. In this example, the receiving amplifier 9 was set to have a bandwidth of 0.1 to 20 MHz and an amplification of 70 dB, and adjusted the echo used for measurement to an appropriate level by an amplification adjuster (not shown). The sampling frequency of the A / D converter 10 is 2
The sampling rate is set to 5 MHz, and sampling is started in synchronization with the synchronization signal from the synchronization signal generation means 12. The correlator 11 has an FIR (Finite Impulse Re).
A sponse (finite impulse response) filter was used.

【0022】図2は図1の相関器に用いたFIRフィル
タの構成を示す図であり、図の+印は加算器、×印は乗
算器、Z-1は遅延器であり、各遅延器は入力信号に対し
て送信の繰返し周期に相当する時間の遅延を行い出力す
る。図2のFIRフィルタにおいては、デジタル信号に
離散化された受信波形x(τ)と相関演算を行うための
参照波形は、ある一定のサンプリング周波数でサンプリ
ングされ(離散化され)、この例では各離散化データ値
は、128個のC0〜C127 として、それぞれ×印の乗
算器の一方に入力される。一方入力端から各送信周期毎
に入力される離散化受信データx(τ)は、各乗算器の
他方の入力に直接供給され、前記参照データC0 〜C
127 とそれぞれ個別に乗算され、C127との乗算結果を
除く各乗算結果はそれぞれ127個の遅延器と加算器と
が交互に直列接続された該当加算器の入力の一方に供給
される。そして、C127 との乗算結果のみが前記交互に
直列接続された先頭の遅延器に直接供給され、この遅延
器の後段に直列接続される加算器の入力の他方にはC
126 との乗算結果が供給されている。そして前記直列結
合の最後の加算器の出力が相関演算出力となる。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the FIR filter used in the correlator shown in FIG. 1. In FIG. 2, + indicates an adder, X indicates a multiplier, Z- 1 indicates a delay unit, and each delay unit. Delays the input signal by a time corresponding to the repetition period of transmission and outputs the result. In the FIR filter of FIG. 2, a reference waveform for performing a correlation operation with a received waveform x (τ) discretized into a digital signal is sampled (discrete) at a certain fixed sampling frequency. The discretized data values are input as 128 C 0 to C 127 to one of the multipliers indicated by x. On the other hand, the discretized reception data x (τ) input from the input terminal for each transmission cycle is directly supplied to the other input of each multiplier, and the reference data C 0 to C
127 and are respectively multiplied separately, each multiplication results except the multiplication result between C 127 and each 127 delayer and the adder is supplied to one input of the series-connected corresponding adder alternately. Then, only the result of the multiplication with C 127 is directly supplied to the first delay unit connected in series with the alternation, and the other input of the adder connected in series at the subsequent stage of this delay unit has C
The result of multiplication with 126 is supplied. Then, the output of the last adder in the serial combination becomes the correlation operation output.

【0023】図2のFIRフィルタの信号処理を一般式
で示す。いま入力信号をxj (i) 、係数(参照データ)
をc(k) 、出力信号をyj (i)、タップ数をNc 、探傷
信号の繰返しをj、1周期の探傷信号のデータ点数をn
とすると、次の式(2)のたたみ込み演算を行なうこと
になる。
The signal processing of the FIR filter of FIG. 2 is represented by a general formula. Let the input signal be x j (i) and the coefficient (reference data)
Is c (k), the output signal is y j (i), the number of taps is N c , the repetition of the flaw detection signal is j, and the number of data points of the flaw detection signal in one cycle is n.
Then, the convolution operation of the following equation (2) is performed.

【0024】[0024]

【数2】 (Equation 2)

【0025】上記(2)式において参照信号を逆順にす
ると次の式(3)となる。
When the reference signals in the above equation (2) are reversed, the following equation (3) is obtained.

【0026】[0026]

【数3】 (Equation 3)

【0027】この結果、係数に参照信号を逆順にして書
込むことにより、FIRフィルタを用いて相関演算を行
うことができる。この相関の動作は、参照信号と受信信
号をiだけずらしながら相互相関を計算していくもので
ある。
As a result, by writing the reference signal in the coefficient in the reverse order, the correlation operation can be performed using the FIR filter. This correlation operation is to calculate the cross-correlation while shifting the reference signal and the received signal by i.

【0028】図3は図2のFIRフィルタの動作を説明
する波形図である。図3において、時間τ1 の点は式で
i=0の位置に相当する。まず、τ1 の位置で、受信信
号と参照信号との相関演算を0〜Nc −1点のデータ分
だけ行う。ここでNc はFIRフィルタのタップ長であ
り、ここでは128とした。相関の結果は、図中一番下
の信号として出力される。このτ1 の時点では参照信号
と受信信号は類似していないため、出力はほとんど零で
ある。次に、iを一つずつ増やし、図中τ2 ,τ3 ,…
のように順次演算を行っていく。この結果、受信信号中
のエコーと参照信号の位相が一致した点(図中の時間軸
のほぼ中央)で、最大ピークの相関信号が得られる。こ
の結果、受信エコーのパルス幅は圧縮され、参照信号と
相関のない電気的なノイズ信号は大幅に低減される。
FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation of the FIR filter of FIG. In FIG. 3, the point at time τ 1 corresponds to the position of i = 0 in the equation. First, at the position of the tau 1, performs correlation calculation between the received signal and the reference signal by the data amount of 0 to N c -1 points. Here, N c is the tap length of the FIR filter, and is 128 here. The result of the correlation is output as the lowermost signal in the figure. Reference signal and the reception signal at the time of the tau 1 because not similar, the output is almost zero. Next, i is increased one by one, and τ 2 , τ 3 ,.
The calculation is sequentially performed as shown in FIG. As a result, a correlation signal having a maximum peak is obtained at a point where the phase of the echo in the received signal matches the phase of the reference signal (substantially in the center of the time axis in the figure). As a result, the pulse width of the received echo is compressed, and the electrical noise signal uncorrelated with the reference signal is significantly reduced.

【0029】次に本実施形態1による実験例を説明す
る。図1の構成から相関処理後の受信信号を観察するた
め、図中には示していないが、相関器11の後にD/A
変換器を接続して相関演算出力をアナログ信号に変換
し、そのアナログ信号をオシロスコープで観察した。ま
た、従来技術としての観察の場合は、受信用増幅器9の
直後の信号で観察した。図4は本実施形態1の実験に用
いた送信信号を示す図であり、同図の(a)は図1の送
信信号記憶手段6でのチャープ波による送信信号を示
し、(b)は比較のために用いた波数6波のバースト波
による送信信号を示している。
Next, an experimental example according to the first embodiment will be described. Although not shown in the figure to observe the received signal after the correlation processing from the configuration of FIG.
A converter was connected to convert the correlation calculation output into an analog signal, and the analog signal was observed with an oscilloscope. In the case of observation as a conventional technique, observation was performed using a signal immediately after the reception amplifier 9. 4A and 4B are diagrams showing transmission signals used in the experiment of the first embodiment. FIG. 4A shows a transmission signal by a chirp wave in the transmission signal storage means 6 of FIG. 1, and FIG. 6 shows a transmission signal by a burst wave having a wave number of 6 used for the above.

【0030】図5は本実施形態1による相関処理を説明
する図である。図5の(a)は、実際の電力増幅器8か
らの送信信号であり、図4の(a)に示した送信信号記
憶手段6からのチャープ波に比較すると、その振幅や位
相が変化していることが分かる。また図5の(b)は相
関処理を行うための参照信号であり、波形は図4の
(a)と同一波形の信号とした。ここで、センサコイル
・ケーブルや材料に周波数特性がない場合を考えると、
相関処理後の圧縮信号は図5の(c)のようになる。同
図から分かるように圧縮されたメインローブの周りにサ
イドローブが大きく発生している。これは、送信信号が
図の(a)のような振幅と位相変化によるためである。
FIG. 5 is a diagram for explaining the correlation processing according to the first embodiment. FIG. 5A shows an actual transmission signal from the power amplifier 8, and its amplitude and phase are changed as compared with the chirp wave from the transmission signal storage means 6 shown in FIG. You can see that there is. FIG. 5B shows a reference signal for performing the correlation process, and the waveform is a signal having the same waveform as FIG. 4A. Here, considering the case where the sensor coil / cable or material has no frequency characteristics,
The compressed signal after the correlation processing is as shown in FIG. As can be seen from the figure, a large side lobe is generated around the compressed main lobe. This is because the transmission signal is caused by amplitude and phase changes as shown in FIG.

【0031】図6は本実施形態1による実験結果の受信
信号を示す図である。この実験では、厚さ8mmの炭素
鋼鋼板からの底面エコーを測定した。また相関処理を行
うための参照信号は、前記のように図4の(a)と同一
波形の信号を用いている。図6の(a)はチャープ波に
よる相関処理後の受信信号であり、エコーの波数は約
1.5波と非常に高い時間分解能が得られ、かつSN比
も良い。一方同図の(b)は比較のためにバースト波を
用いた従来技術による受信信号であり、波数が多い時間
分解能の悪いエコー波形であり、SN比も低い。しかし
本実施形態1によるチャープ波の場合には、送信信号の
ピーク・トウ・ピーク電圧が1000Vpp程度の比較的
低い電圧でも、高い時間分解能でかつ高いSN比が得ら
れた。
FIG. 6 is a diagram showing a received signal as an experimental result according to the first embodiment. In this experiment, the bottom echo from a carbon steel plate having a thickness of 8 mm was measured. As described above, a signal having the same waveform as that of FIG. 4A is used as a reference signal for performing the correlation process. FIG. 6A shows a received signal after the correlation processing using a chirp wave. The wave number of the echo is about 1.5 and a very high time resolution is obtained, and the SN ratio is good. On the other hand, FIG. 7B shows a received signal according to the conventional technique using a burst wave for comparison, which is an echo waveform having a large number of waves and a poor time resolution and a low SN ratio. However, in the case of the chirp wave according to the first embodiment, a high time resolution and a high SN ratio were obtained even when the peak-to-peak voltage of the transmission signal was a relatively low voltage of about 1000 Vpp.

【0032】上記説明のように本実施形態1によれば、
所定パルス幅を持つチャープ信号を送信信号に用いてお
り、このパルス幅が十分に長いので、送信信号のピーク
・トウ・ピーク電圧をあまり高くしなくとも、大きな平
均電力を送信できることになり、その結果強い超音波を
発生させ計測感度を向上させることができる。さらに、
送信信号と同一のチャープ信号を参照信号とし、受信信
号と参照信号との相関演算を行っているので、受信チャ
ープ波のパルス圧縮作用により時間的に長かったエコー
のパルス幅が短く圧縮されると共に、送信信号と相関の
ない電気的ノイズを大幅に低減することができる。この
ため、電磁超音波共鳴や、センサコイルを共振回路にす
るような時間分解能の劣化についての対策の必要がなく
なり、高い時間分解能でかつ高いSN比を得ることがで
きる。またチャープ信号においては周波数だけでなく振
幅も変化させるようにしているので、振幅を変化させな
い場合に比較して、サイドローブの少ない高い時間分解
能の波形が得られる。
According to the first embodiment as described above,
A chirp signal having a predetermined pulse width is used for the transmission signal, and since the pulse width is sufficiently long, a large average power can be transmitted without increasing the peak-to-peak voltage of the transmission signal too much. As a result, strong ultrasonic waves can be generated, and the measurement sensitivity can be improved. further,
Since the same chirp signal as the transmission signal is used as the reference signal, and the correlation operation between the reception signal and the reference signal is performed, the pulse width of the echo which was long in time is shortened by the pulse compression action of the reception chirp wave, and In addition, electrical noise uncorrelated with the transmission signal can be significantly reduced. Therefore, it is not necessary to take measures against electromagnetic ultrasonic resonance or deterioration of time resolution such as using a sensor coil as a resonance circuit, and a high time resolution and a high SN ratio can be obtained. Further, since not only the frequency but also the amplitude of the chirp signal is changed, a waveform having a high time resolution with few side lobes can be obtained as compared with a case where the amplitude is not changed.

【0033】また電磁超音波の場合、一般的な圧電探触
子による超音波計測法と異なり、探触子の機械的共振が
ないため、元々広帯域性を有するものであるが、従来は
感度が低かったため、広帯域パルスの発生は実現し得
ず、またこの特徴も知られていなかった。本実施形態1
の発明は、この電磁超音波が本来持っている広帯域性に
着目し、チャープ波パルス圧縮の信号処理と組み合わせ
ることにより、単に計測感度を高めるのみならず、電磁
超音波本来の広帯域性を引き出すようにしたことに特徴
を有するものである。
Unlike conventional ultrasonic measurement methods using a piezoelectric probe, electromagnetic ultrasonic waves originally have broadband characteristics because there is no mechanical resonance of the probe. Due to the low frequency, the generation of a broadband pulse could not be realized, and this feature was not known. Embodiment 1
The present invention focuses on the inherent broadband property of electromagnetic ultrasonic waves, and combines it with signal processing of chirp wave pulse compression to not only increase measurement sensitivity but also to bring out the original wideband property of electromagnetic ultrasonic waves It is characterized by having

【0034】前記実施形態1における受信信号の相関処
理後の圧縮信号は、確かに高分解能でSN比の高い信号
となるが、図5の(c)に示したようにメインローブの
周りにサイドローブがかなり発生している。そしてこの
サイドローブが低減できれば、さらに効果的な電磁超音
波計測が可能となるので、以下の実施形態2,3,4に
おいて、それぞれのサイドローブ低減法を説明する。
The compressed signal after the correlation processing of the received signal in the first embodiment is certainly a signal having a high resolution and a high SN ratio. However, as shown in FIG. Lobes are occurring considerably. If this side lobe can be reduced, more effective electromagnetic ultrasonic measurement can be performed. Therefore, in the following embodiments 2, 3, and 4, the respective side lobe reduction methods will be described.

【0035】一般に、チャープ波パルス圧縮では、相関
処理後の波形の周波数特性がコサイン関数状になるよう
にするとサイドローブが低くなることが知られている。
そこで本実施形態2,3においては、電磁超音波に用い
る電力増幅器などの周波数特性を考慮することにより、
相関処理後の波形の周波数特性がコサイン関数状になる
ように、実施形態1のチャープ波(図4の(a)を参
照)の振幅および位相を変化させる変調を行い、この変
調処理後の信号を、送信信号として用いるか、または参
照信号として用いるようにしている。また本実施形態4
においては、実施形態1のチャープ波に第1の変調処理
を行った信号を送信信号として用い、かつ前記チャープ
波に第2の変調処理を行った信号を参照信号として用い
るようにしている。以下各実施形態を説明する。
It is generally known that in chirp wave pulse compression, side lobes are reduced when the frequency characteristic of the waveform after the correlation processing is made to have a cosine function.
Therefore, in the second and third embodiments, by considering the frequency characteristics of the power amplifier and the like used for the electromagnetic ultrasonic wave,
Modulation for changing the amplitude and phase of the chirp wave (see FIG. 4A) of the first embodiment is performed so that the frequency characteristic of the waveform after the correlation processing becomes a cosine function, and the signal after the modulation processing is performed. Is used as a transmission signal or as a reference signal. Embodiment 4
In the first embodiment, a signal obtained by performing the first modulation processing on the chirp wave according to the first embodiment is used as a transmission signal, and a signal obtained by performing the second modulation processing on the chirp wave is used as a reference signal. Hereinafter, each embodiment will be described.

【0036】実施形態2 図7は本発明の実施形態2に係る電磁超音波計測装置の
構成図であり、同図は、図1の構成の装置に第1の変調
手段13を追加して設けたものである。また図8は図7
の第1の変調手段13によって変調されたチャープ信号
を示す図であり、図9は本実施形態2による相関処理を
説明する図である。図7の第1の変調手段13によるチ
ャープ信号の変調処理は、図5の(a)の送信信号に対
して変調処理を行った結果が、図9の(a)の送信信号
のようになるように変調を施すものである。図4のチャ
ープ波にこのような変調を行った結果が図8の変調され
たチャープ信号である。
Embodiment 2 FIG. 7 is a diagram showing the configuration of an electromagnetic ultrasonic measuring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 7 shows a device having the configuration shown in FIG. It is a thing. FIG. 8 shows FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a chirp signal modulated by the first modulation means 13 of FIG. 9, and FIG. 9 is a diagram for explaining a correlation process according to the second embodiment. In the modulation processing of the chirp signal by the first modulation means 13 of FIG. 7, the result of performing the modulation processing on the transmission signal of FIG. 5A is as shown in the transmission signal of FIG. The modulation is performed as follows. The result of performing such modulation on the chirp wave of FIG. 4 is the modulated chirp signal of FIG.

【0037】以下上記変調処理を数式により説明する。
図9の(a)送信信号には、次の式(4),(5)を用
いた。但しここで、係数kは0.08〜0.14の値と
した。
Hereinafter, the above-mentioned modulation processing will be described using mathematical expressions.
The following equations (4) and (5) were used for the transmission signal in (a) of FIG. However, here, the coefficient k was a value of 0.08 to 0.14.

【0038】[0038]

【数4】 (Equation 4)

【0039】そして第1の変調手段13は、次の式
(6)で表されるフィルタ操作を、チャープ信号演算手
段4から発生された信号s(i) に対して施す。但し、こ
こでS(jω) はチャープ信号発生手段からの信号s(i)
をフーリエ変換したもの、St(jω) は図5の(a)に
相当する変調をかけない場合の電力増幅器8からの出力
信号である。
The first modulating means 13 performs a filtering operation represented by the following equation (6) on the signal s (i) generated from the chirp signal calculating means 4. Here, S (jω) is a signal s (i) from the chirp signal generating means.
Is a Fourier transform, and St (jω) is an output signal from the power amplifier 8 when no modulation corresponding to FIG. 5A is applied.

【0040】[0040]

【数5】 (Equation 5)

【0041】このような演算操作の結果、チャープ信号
演算手段4からの出力信号は変調され、図8に示すよう
な変調を受けた波形の信号が得られ、電力増幅器8から
の信号は式(4)で表される図9の(a)に示すような
送信信号となった。この結果、図9の(a)の送信信号
と、(b)の参照信号との相関処理結果の圧縮信号は
(c)に示すような波形となり、メインローブの周りの
サイドローブは低減され、時間分解能に優れた波形が得
られた。
As a result of such an arithmetic operation, the output signal from the chirp signal arithmetic means 4 is modulated, and a signal having a modulated waveform as shown in FIG. 8 is obtained. The transmission signal shown in FIG. 9A represented by 4) was obtained. As a result, the compressed signal as a result of the correlation processing between the transmission signal of FIG. 9A and the reference signal of FIG. 9B has a waveform as shown in FIG. 9C, the side lobe around the main lobe is reduced, A waveform with excellent time resolution was obtained.

【0042】実施形態3 図10は本発明の実施形態3に係る電磁超音波計測装置
の構成図であり、同図は、図1の構成の装置に第2の変
調手段14を追加して設けたものである。また図11は
理想波形の特性を示す図、図12は図10の第2の変調
手段14の周波数特性を示す図、図13は本実施形態3
による相関処理を説明する図である。本実施形態3にお
いては、送信信号は図5の(a)のままで、参照信号の
振幅と位相を変調することにより、サイドローブを小さ
くするようにしている。
Third Embodiment FIG. 10 is a block diagram of an electromagnetic ultrasonic measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 10, the second modulation means 14 is additionally provided to the apparatus having the configuration of FIG. It is a thing. 11 is a diagram showing characteristics of an ideal waveform, FIG. 12 is a diagram showing frequency characteristics of the second modulating means 14 in FIG. 10, and FIG.
FIG. 6 is a diagram for explaining a correlation process by using. In the third embodiment, the side lobe is reduced by modulating the amplitude and phase of the reference signal while the transmission signal remains as shown in FIG.

【0043】図10の第2の変調手段14の特性は以下
のようにして求めた。まず、参照信号に変調をかけない
場合の相関処理後の信号、例えば図5の(c)に示す信
号を求める。ここではこの信号をsr(t) とする。次
に、このsr(t) が予め設定した理想波形、例えば図1
1の(b)に示す理想の圧縮信号となるようなフィルタ
H(jω) を設計する。
The characteristics of the second modulating means 14 of FIG. 10 were obtained as follows. First, a signal after correlation processing when no modulation is applied to the reference signal, for example, a signal shown in FIG. Here, this signal is sr (t). Next, this sr (t) is a preset ideal waveform, for example, FIG.
A filter H (jω) is designed so as to be an ideal compressed signal shown in FIG.

【0044】フィルタH(jω) は次のように求められ、
その結果として相関に用いるFIRフィルタの係数は次
のように求められる。 (1)まず参照信号を変調をかけない信号とし、相関処
理後の信号sr(t) を得る。 (2)整形後の所望の圧縮波形(例えば図11の(b)
の波形)を得るために、下記式(7)により次の理想波
形を設定する。この理想波形は、理想の周波数特性(例
えば図11の(a)の特性)で表しており、式(7)に
おけるfc は理想波形の周波数帯域の中心周波数、Bは
理想波形の帯域幅である。なおこの帯域幅は相関処理後
の信号のスペクトラムの零点の範囲で設定する。
The filter H (jω) is obtained as follows.
As a result, the coefficients of the FIR filter used for the correlation are obtained as follows. (1) First, a reference signal is not subjected to modulation, and a signal sr (t) after correlation processing is obtained. (2) Desired compressed waveform after shaping (for example, (b) of FIG. 11)
In order to obtain the following ideal waveform, the following ideal waveform is set by the following equation (7). The ideal waveform is expressed in an ideal frequency characteristic (e.g., characteristic of FIG. 11 (a)), the center frequency of the frequency band of f c is the ideal waveform in Equation (7), B is the bandwidth of the ideal waveform is there. Note that this bandwidth is set in the range of the zero point of the spectrum of the signal after the correlation processing.

【0045】[0045]

【数6】 (Equation 6)

【0046】(3)第2の変調手段のフィルタ特性を下
式(8)により、求める。ここで式(8)の分母のSr
(jω) は相関後の信号をフーリエ変換したものである。
(3) The filter characteristic of the second modulating means is obtained by the following equation (8). Where Sr of the denominator of equation (8)
(jω) is the result of Fourier transform of the signal after correlation.

【0047】[0047]

【数7】 (Equation 7)

【0048】このようにして求めた第2の変調手段のフ
ィルタ特性の周波数特性が図12に示される。 (4)相関に用いるFIRフィルタの係数c(t) を下式
(9)により求める。
FIG. 12 shows the frequency characteristics of the filter characteristics of the second modulating means thus obtained. (4) The coefficient c (t) of the FIR filter used for correlation is obtained by the following equation (9).

【0049】[0049]

【数8】 (Equation 8)

【0050】ここでS(jω) はチャープ信号発生手段か
らの信号s(i) をフーリエ変換したものであり、*は複
素共役を示す。また、IFFT[]は逆フーリエ変換を
示す演算子である。
Here, S (jω) is a signal obtained by Fourier-transforming the signal s (i) from the chirp signal generating means, and * indicates a complex conjugate. IFFT [] is an operator indicating an inverse Fourier transform.

【0051】以上の演算の結果求められた参照信号の波
形が図13の(b)に示される。この図13の(b)の
参照信号と、電力増幅器からの出力である同図の(a)
の送信信号との相関結果は、同図の(c)のようにな
り、本実施形態3の方法を用いても、サイドローブの小
さい時間分解能に優れた波形が得られる。
The waveform of the reference signal obtained as a result of the above calculation is shown in FIG. 13A, which is the reference signal of FIG. 13B and the output from the power amplifier.
The result of correlation with the transmission signal is as shown in (c) of the same figure. Even when the method of the third embodiment is used, a waveform having small sidelobes and excellent time resolution can be obtained.

【0052】上記説明のように本実施形態2または3に
おいては、所定の周波数特性を持つ送信信号または参照
信号が得られるように、チャープ信号の振幅および位相
を変化させ、これを送信信号または参照信号として用い
ることを特徴としている。すなわち、チャープ波を用い
たパルス圧縮では、送信信号の周波数特性と参照信号の
周波数特性を掛け合わせた結果の周波数特性によってパ
ルス圧縮後の波形やサイドローブが定まるため、送信信
号や参照信号が所定の周波数特性を持つように定める必
要がある。しかし電磁超音波の場合、送信信号を発生さ
せるための電力増幅器にはセンサコイルなどの耐圧の許
す限り高い電圧のものが望ましいが、使用する周波数帯
域が数MHzと高周波広帯域であるため周波数特性を一
定にすることが困難である。また、発生する電磁超音波
や受信した信号の周波数特性はセンサコイルのインピー
ダンスやケーブルによっても多少の変化がある。また、
材料中の信号減衰も周波数特性を持っている。
As described above, in the second or third embodiment, the amplitude and phase of the chirp signal are changed so that a transmission signal or a reference signal having a predetermined frequency characteristic is obtained, and this is changed to the transmission signal or the reference signal. It is characterized by being used as a signal. That is, in pulse compression using a chirp wave, the waveform and side lobe after pulse compression are determined by the frequency characteristics of the result of multiplying the frequency characteristics of the transmission signal and the frequency characteristics of the reference signal. Needs to be determined so as to have the following frequency characteristics. However, in the case of electromagnetic ultrasonic waves, it is desirable that the power amplifier for generating a transmission signal has a voltage as high as the withstand voltage of a sensor coil or the like permits, but the frequency band used is a few MHz and a high frequency band. It is difficult to make it constant. In addition, the frequency characteristics of the generated electromagnetic ultrasonic waves and the received signals slightly vary depending on the impedance of the sensor coil and the cable. Also,
Signal attenuation in materials also has frequency characteristics.

【0053】そこで本実施形態2,3では、それらの影
響をなくすように、チャープ信号の振幅および位相を変
化させる変調手段により送信信号または参照信号の振幅
や位相を変化させるようにしている。この結果、相関処
理後に、波数が少なくかつサイドローブの少ない時間分
解能に優れた波形を得ることができる。
Therefore, in the second and third embodiments, the amplitude and the phase of the transmission signal or the reference signal are changed by the modulation means for changing the amplitude and the phase of the chirp signal so as to eliminate the influence. As a result, after the correlation processing, it is possible to obtain a waveform having a small wave number and a small side lobe and excellent in time resolution.

【0054】実施形態4 図14は本発明の実施形態4に係る電磁超音波計測装置
の構成図であり、同図は図1の構成の装置に第1の変調
手段13と第2の変調手段14とを追加して設けたもの
である。理論的には、前記実施形態2又は3における第
1の変調手段13または第2の変調手段14のいずれか
一方の手段によって理想的な変調がなされれば、相関処
理後に所望の圧縮信号が得られることになる。
Fourth Embodiment FIG. 14 is a configuration diagram of an electromagnetic ultrasonic measuring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 14 shows a first modulation unit 13 and a second modulation unit in the device having the configuration of FIG. 14 is additionally provided. Theoretically, if ideal modulation is performed by either the first modulation means 13 or the second modulation means 14 in the second or third embodiment, a desired compressed signal can be obtained after the correlation processing. Will be done.

【0055】しかしながら実際のオンライン計測におい
ては、種々の被検体を計測対象としており、被検体が異
ると被検体内での信号減衰の周波数特性が変化すること
がある。また使用中の劣化や破損により、電力増幅器及
び受信用増幅器からセンサコイルまでの接続ケーブルや
センサコイルを交換すると受信信号の周波数特性が変化
することもある。このような場合に、最初は、例えば第
1の変調手段13によって、ほぼ理想的な変調がなされ
ていたとしても、被検体が変ったり、接続ケーブルやセ
ンサコイルの交換等により、相関処理後の圧縮信号が理
想波形からずれてしまうことがある。
However, in actual online measurement, various subjects are measured, and if the subjects differ, the frequency characteristics of signal attenuation in the subject may change. Further, if the connection cable or the sensor coil from the power amplifier and the receiving amplifier to the sensor coil is replaced due to deterioration or damage during use, the frequency characteristics of the received signal may change. In such a case, initially, even if almost ideal modulation is performed by, for example, the first modulating means 13, the subject after the correlation processing is performed due to a change in the subject or replacement of the connection cable or the sensor coil. The compressed signal may deviate from the ideal waveform.

【0056】このように当初の理想波形からのずれを補
正するのに、第1の変調手段13による変調をそのまま
行いながら、第2の変調手段14によって若干の変調を
加味して、再び理想波形を得るようにすることは比較的
容易である。このように変調手段を2つ有する装置で
は、接続ケーブルやセンサコイルを交換しても、共通に
適用できる大まかな変調を一方の変調手段で行い、その
後の微細な変調を他方の変調手段で行い、両方の変調結
果として理想波形を得ることができる。
In order to correct the deviation from the initial ideal waveform as described above, while the modulation by the first modulation means 13 is performed as it is, a slight modulation is added by the second modulation means 14 and the ideal waveform is re-established. It is relatively easy to get In such a device having two modulation means, even if the connection cable and the sensor coil are exchanged, a rough modulation which can be applied in common is performed by one modulation means, and the subsequent fine modulation is performed by the other modulation means. , An ideal waveform can be obtained as a result of both modulations.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、所定パル
ス幅内で周波数および振幅を変化させたチャープ信号を
送信するので、比較的に低い送信電圧でも大きな平均電
力を送信し、強い超音波を発生させ、高感度の計測を行
うことができる。また受信信号は参照信号と相関演算を
行うので、相関演算後の圧縮エコー信号を高い時間分解
能でかつ高いSN比とすることができる。この結果、セ
ンサの耐圧の問題がなくなり、また他の機器に対するノ
イズ源にならず、かつ高いパルス繰返し周波数が得ら
れ、複数の反射源を持つ被検体や平行面を持たない被検
体にも本発明を適用することができる。また本電磁超音
波計測法は、単に感度を高くするだけでなく、従来は実
用できなかった電磁超音波が本来持っている広帯域性を
発揮できるようになる。この結果、電磁超音波を様々な
計測用途で適用できるようになる。
As described above, according to the present invention, a chirp signal whose frequency and amplitude are changed within a predetermined pulse width is transmitted, so that a large average power is transmitted even at a relatively low transmission voltage and a strong super power is transmitted. Sound waves can be generated, and highly sensitive measurement can be performed. In addition, since the received signal performs a correlation operation with the reference signal, the compressed echo signal after the correlation operation can have a high time resolution and a high SN ratio. As a result, the problem of the withstand voltage of the sensor is eliminated, and a high pulse repetition frequency is obtained without being a noise source for other devices, and the present invention is applicable to an object having a plurality of reflection sources or an object having no parallel surface. The invention can be applied. In addition, the present electromagnetic ultrasonic measurement method can not only increase the sensitivity but also exhibit the wideband characteristic inherent to electromagnetic ultrasonic waves which has not been practically used in the past. As a result, the electromagnetic ultrasonic waves can be applied for various measurement purposes.

【0058】また本発明によれば、所定の周波数特性を
持つ送信信号または参照信号が得られるように、チャー
プ信号の振幅および位相を変化させ、これを送信信号ま
たは参照信号として用いるようにしたので、センサコイ
ルや接続ケーブルによって受信信号の周波数特性に影響
を受ける場合にも、相関処理後の周波数特性が所望の特
性となり、その結果サイドローブの少ない時間分解能に
優れたエコー信号を得ることができる。
Further, according to the present invention, the amplitude and phase of the chirp signal are changed so as to obtain a transmission signal or a reference signal having a predetermined frequency characteristic, and this is used as the transmission signal or the reference signal. Even when the frequency characteristics of the received signal are affected by the sensor coil and the connection cable, the frequency characteristics after the correlation processing become the desired characteristics, and as a result, an echo signal with few sidelobes and excellent in time resolution can be obtained. .

【0059】また本発明によれば、第1の所定周波数特
性を持つ送信信号が得られるようにチャープ信号の振幅
および位相を変化させるとともに、第2の所定周波数特
性を持つ参照信号が得られるように前記チャープ信号の
振幅および位相を変化させるようにしたので、計測対象
とする被検体が変ったり、センサコイルや接続ケーブル
を交換した際に受信信号の周波数特性が変化した場合に
も、送信信号または参照信号のいずれか一方の周波数特
性を変えることにより、容易にサイドローブの少ない時
間分解能に優れたエコー信号を得ることができる。
According to the present invention, the amplitude and phase of the chirp signal are changed so as to obtain a transmission signal having a first predetermined frequency characteristic, and a reference signal having a second predetermined frequency characteristic is obtained. Since the amplitude and phase of the chirp signal are changed, even when the subject to be measured changes, or when the frequency characteristics of the reception signal change when the sensor coil or the connection cable is replaced, the transmission signal can be changed. Alternatively, by changing either one of the frequency characteristics of the reference signal, an echo signal having few side lobes and excellent in time resolution can be easily obtained.

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

【図1】本発明の実施形態1に係る電磁超音波計測装置
の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an electromagnetic ultrasonic measurement device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の相関器に用いたFIRフィルタの構成を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an FIR filter used in the correlator of FIG.

【図3】図2のFIRフィルタの動作を説明する波形図
である。
FIG. 3 is a waveform diagram illustrating an operation of the FIR filter of FIG. 2;

【図4】本実施形態1の実験に用いた送信信号を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing transmission signals used in the experiment of the first embodiment.

【図5】本実施形態1による相関処理を説明する図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a correlation process according to the first embodiment.

【図6】本実施形態1による実験結果の受信信号を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing a reception signal of an experimental result according to the first embodiment.

【図7】本発明の実施形態2に係る電磁超音波計測装置
の構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of an electromagnetic ultrasonic measurement device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】図7の第1の変調手段によって変調されたチャ
ープ信号を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a chirp signal modulated by the first modulation means of FIG. 7;

【図9】本実施形態2による相関処理を説明する図であ
る。
FIG. 9 is a diagram illustrating a correlation process according to the second embodiment.

【図10】本発明の実施形態3に係る電磁超音波計測装
置の構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of an electromagnetic ultrasonic measurement apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

【図11】理想波形の特性を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing characteristics of an ideal waveform.

【図12】図10の第2の変調手段の周波数特性を示す
図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a frequency characteristic of the second modulation unit in FIG. 10;

【図13】本実施形態3による相関処理を説明する図で
ある。
FIG. 13 is a diagram illustrating a correlation process according to the third embodiment.

【図14】本発明の実施形態4に係る電磁超音波計測装
置の構成図である。
FIG. 14 is a configuration diagram of an electromagnetic ultrasonic measurement apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 被検体 2 センサコイル 3 外部磁化器 4 チャープ信号演算手段 5 参照信号記憶手段 6 送信信号記憶手段 7 D/A変換器 8 電力増幅器 9 受信用増幅器 10 A/D変換器 11 相関器 12 同期信号発生手段 13 第1の変調手段 14 第2の変調手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Subject 2 Sensor coil 3 External magnetizer 4 Chirp signal calculation means 5 Reference signal storage means 6 Transmission signal storage means 7 D / A converter 8 Power amplifier 9 Reception amplifier 10 A / D converter 11 Correlator 12 Synchronization signal Generation means 13 First modulation means 14 Second modulation means

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ローレンツ力または磁歪を用いて被検体
に電磁気的に超音波を発生させ、この超音波を検出して
被検体の計測を行う電磁超音波計測方法において、 所定パルス幅内で周波数および振幅を変化させたチャー
プ信号を送信用センサコイルを介して前記被検体に送信
し、この被検体より受信用センサコイルを介して得られ
た受信信号と、前記送信信号と同一または類似の波形の
参照信号との相関演算を行い、この相関演算後の受信信
号を用いて前記被検体の計測を行うようにしたことを特
徴とする電磁超音波計測方法。
1. An electromagnetic ultrasonic measuring method for electromagnetically generating ultrasonic waves on a subject using Lorentz force or magnetostriction and detecting the ultrasonic waves to measure the subject. And a chirp signal of which amplitude has been changed is transmitted to the subject via a sensor coil for transmission, and a reception signal obtained from the subject via a sensor coil for reception and a waveform identical or similar to the transmission signal And a correlation calculation with the reference signal, and measuring the subject using the received signal after the correlation calculation.
【請求項2】 前記被検体に送信するチャープ信号が所
定の周波数特性を持つように、その振幅および位相を変
化させることを特徴とする請求項1記載の電磁超音波計
測方法。
2. The electromagnetic ultrasonic measurement method according to claim 1, wherein an amplitude and a phase of the chirp signal transmitted to the subject are changed so that the chirp signal has a predetermined frequency characteristic.
【請求項3】 前記受信信号と相関演算を行う参照信号
が所定の周波数特性を持つように、その振幅および位相
を変化させることを特徴とする請求項1記載の電磁超音
波計測方法。
3. The electromagnetic ultrasonic measurement method according to claim 1, wherein the amplitude and the phase are changed so that the reference signal for performing the correlation operation with the received signal has a predetermined frequency characteristic.
【請求項4】 前記被検体に送信するチャープ信号が第
1の所定周波数特性を持つようにその振幅および位相を
変化させるとともに、前記受信信号と相関演算を行う参
照信号が第2の所定周波数特性を持つようにその振幅お
よび位相を変化させることを特徴とする請求項1記載の
電磁超音波計測方法。
4. A chirp signal to be transmitted to the subject, the amplitude and phase of which are changed so as to have a first predetermined frequency characteristic, and a reference signal for performing a correlation operation with the received signal is changed to a second predetermined frequency characteristic. 2. The method according to claim 1, wherein the amplitude and the phase are changed so as to have the following.
【請求項5】 ローレンツ力または磁歪を用いて被検体
に電磁気的に超音波を発生させ、この超音波を検出して
被検体の計測を行う電磁超音波計測装置において、 前記被検体に磁場をかける外部磁化器、並びに送信用セ
ンサコイルおよびこの送信用センサコイルと兼用または
別個の受信用センサコイルと、 所定パルス幅内で周波数および振幅を変化させたチャー
プ信号を数値データとして算出するチャープ信号算出手
段と、 前記チャープ信号算出手段の算出したチャープ信号を、
送信信号、参照信号としてそれぞれ記憶する送信信号記
憶手段および参照信号記憶手段と、 前記送信信号記憶手段に記憶された送信信号を読出しア
ナログ信号に変換するD/A変換手段と、 前記D/A変換手段の出力するアナログ信号を電力増幅
して前記送信用センサコイルに印加する電力増幅手段
と、 前記受信用センサコイルが得た受信信号を増幅する受信
増幅手段と、 前記受信増幅手段の増幅した受信信号を数値データに変
換するA/D変換手段と、 前記A/D変換手段の出力する数値データと、前記参照
信号記憶手段から読出した参照信号との相関演算を行う
相関演算手段とを備えたことを特徴とする電磁超音波計
測装置。
5. An electromagnetic ultrasonic measuring apparatus which electromagnetically generates ultrasonic waves on a subject using Lorentz force or magnetostriction and detects the ultrasonic waves to measure the subject, wherein a magnetic field is applied to the subject. An external magnetizer to be applied, a sensor coil for transmission, a sensor coil for reception which is also used as or separate from the sensor coil for transmission, and a chirp signal calculation for calculating a chirp signal having a frequency and an amplitude changed within a predetermined pulse width as numerical data. Means, a chirp signal calculated by the chirp signal calculating means,
Transmission signal storage means and reference signal storage means for respectively storing a transmission signal and a reference signal; D / A conversion means for reading out the transmission signal stored in the transmission signal storage means and converting it into an analog signal; A power amplifying means for amplifying an analog signal output from the means and applying the amplified signal to the transmitting sensor coil; a receiving amplifying means for amplifying a received signal obtained by the receiving sensor coil; and an amplified reception of the receiving amplifying means. A / D conversion means for converting a signal into numerical data, and correlation calculation means for performing a correlation calculation between the numerical data output from the A / D conversion means and the reference signal read from the reference signal storage means. An electromagnetic ultrasonic measurement device, characterized in that:
【請求項6】 前記チャープ信号算出手段の算出したチ
ャープ信号に対して、所定の周波数特性を持つようにそ
の振幅および位相を変化させる変調を行い、この変調処
理後の信号を前記送信信号記憶手段に供給する変調手段
を付加したことを特徴とする請求項5記載の電磁超音波
計測装置。
6. A chirp signal calculated by said chirp signal calculating means is subjected to modulation for changing its amplitude and phase so as to have predetermined frequency characteristics, and the modulated signal is stored in said transmission signal storing means. 6. An electromagnetic ultrasonic measuring apparatus according to claim 5, further comprising a modulating means for supplying a signal to said measuring device.
【請求項7】 前記チャープ信号算出手段の算出したチ
ャープ信号に対して、所定の周波数特性を持つようにそ
の振幅および位相を変化させる変調を行い、この変調処
理後の信号を前記参照信号記憶手段に供給する変調手段
を付加したことを特徴とする請求項5記載の電磁超音波
計測装置。
7. A modulation for changing the amplitude and phase of the chirp signal calculated by the chirp signal calculation means so as to have a predetermined frequency characteristic, and the modulated signal is stored in the reference signal storage means. 6. An electromagnetic ultrasonic measuring apparatus according to claim 5, further comprising a modulating means for supplying a signal to said measuring device.
【請求項8】 前記チャープ信号算出手段の算出したチ
ャープ信号に対して、第1の所定周波数特性を持つよう
にその振幅および位相を変化させる変調を行い、この変
調処理後の信号を前記送信信号記憶手段に供給する第1
の変調手段と、 前記チャープ信号に対して、第2の所定周波数特性を持
つようにその振幅および位相を変化させる変調を行い、
この変調処理後の信号を前記参照信号記憶手段に供給す
る第2の変調手段とを付加したことを特徴とする請求項
5記載の電磁超音波計測装置。
8. A modulation for changing the amplitude and phase of the chirp signal calculated by the chirp signal calculation means so as to have a first predetermined frequency characteristic, and applying the modulation processing to the transmission signal. First to supply to storage means
And modulating the chirp signal to change its amplitude and phase so as to have a second predetermined frequency characteristic,
6. The electromagnetic ultrasonic measurement apparatus according to claim 5, further comprising a second modulation unit that supplies the signal after the modulation processing to the reference signal storage unit.
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