JPS5965273A - 物体の位置表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物体の位置表示装置に関し、評言すれば、物
体の存在および／または位置を決定するための超音波装
置に関するものである。該装置は度量衡学においてかつ
とくに、例えば検査中の原子炉の燃料集合体ロッドのよ
うな、種々の物体の位置制御に使用される。

それ自体公知の方法において、超音波プローブは、超音
波変換器（トランスデユーサ）、電気的パルス発生器か
らなる前記変換器用供給回路および受信する超音波エコ
ーに応答して変換器によって供給される信号を処理する
回路とからなり、前記エコーは超音波ビームの通路上に
存する種々の障害物から到来する。

このようなプローブによって物体の位置、例えばシリン
ダの軸線を決定することができる。このだめには前記軸
線に対して垂直の方向にプローブを動かしかつ変換器に
よって供給される信号の振幅をプロットすることのみが
必要である。この振幅はプローブがシリンダに面しない
ときまずゼロでありそして超音波ビームがシリンダに衝
突し始めるとき増大する。それはその場合に変換器がシ
リンダ軸線に面するとき最大を通過しかつ次いで減少し
そして最後に再びゼロになる。最大を通る通過は物体の
軸線の位置を示す。

装置は決定された物体の位置を調整するだめのシステム
に（またはプローブの位置に依存する前記位置を作るル
ープに）含まれることができる。

このためには、プローブによって供給される信号を最大
にするために、物体の位置に作用するだめの手段と連係
することだけが必要である。

かかる位置制御は、例えば原子炉の燃料集合体ロッドの
検査中に生ずる問題でるる。これらのロッドは該ロッド
が観察窓の前方を通過する間中該観察窓に関連して制御
された位置になければならない。超音波プローブはその
場合に窓と一体であシそしてロッドはこれが窓に関連し
て正確に中心金せられるような方法において変位される
。

上記位置表示装置の欠点は物体の位置に作られるような
補正方向に関連して不明確になるということである。し
たがって、物体の変位を制御するのに使用される信号は
誤差曲線であり、そのため信号の変化は常に最大値に関
して同一徴候を有する。言い換えれば、信号を表示する
関数は均一である。検知された振幅を最大にするために
物体を動かす必要がある方向に関しての情報は可能でな
い０ 本発明は、大きさに関してだけでなく徴候（サイン）に
関しても、基準値に関連する変化を定義するととを可能
ならしめる不均一の特徴の信号を供給する意味において
、上記欠点を除去する位置表示装置に関する。本発明は
また認識されるべき物体への本装置の適合の結果として
、一定の外観を有する物体の存在を検知することを可能
ならしめる。

本発明によれば、これらの目的は、少なくとも２個の変
換器からなる超音波プローブ。使用によって、該変換器
によって供給される信号のサンプリングによってかつサ
ンプルされた信号間の差信号の形成によって達成される
。

評言すれば、本発明は、超音波プローブと、該プローブ
用供給回路と、前記プローブによって供給された信号を
処理する回路とからなり、前記プローブを焦点上に焦点
合せされる超音波ビームを各々放出する少なくとも２個
の超音波変換器により構成し、前記２個の変換器の２つ
の焦点は相対的に１方向に変位されそして前記処理回路
は前記２個の変換器によって供給される信号をサンプリ
ングしかつ該サンプル値を保持する回路および前記２個
の変換器に対する保持されサンプルされた信号間の差信
号を形成することができる回路を含むことを特徴とする
物体の位置表示装置に関するものである。

差信号は物体の位置を示しかつその形状によって、物体
の存在を検知することを可能ならしめる。

好しくは、本発明による装置は、また、前記方向への物
体に関連するプローブの位置を変更するための手段から
なる。

以下、本発明を非限定的な実施例に関連してかつ添付図
面を参照して詳Ｉ田に説ＩＪ’ｌする。

第１図に示すごとく、本発明による装置は、２つの超音
波変換器ｒ工、Ｔ２によって構成され、各々焦点ＴＦ工
およびＴＦ２に焦点合せされる超晋波ビームを放出し、
２つの焦点が相対的に方向Ｘに配置されるプローブ１０
と、 前記２つの変換器用供給回路２０と、 前記２つの変換器によって供給される信号用増幅器を含
みかつ２つのサンプルおよび保持回路を組み込みそして
２つの信号Ａ工およびＡ２を供給する回路２２と、 Ａ□−Ａ２に等しい差信号を形成することができる回路
２４とからなっている。

サンプルおよび保持回路は最大のパルス振幅を採ること
ができかつかかる振幅に等しい信号を維持することがで
きればどのような回路でもよい。

回路２２によって供給される信号は（エコー信号の最大
値におけるサンプリングおよび前記値の維持による）階
段状信号である。これらの信号の包絡線は第５図に示さ
れる。エコー信号は、これらがサンプルされた値に保持
されるため、実時間において処理されないことは明らか
である。

本装置は、任意にではあるが、差信号が消去される時間
を検出することができる回路２６を含む本装置は、任意
にではあるが、方向Ｘにプローブ１０を動かすことがで
きるかまたはプローブを固定したままで同一方向に物体
を動かすことができる図示してない手段によって完成さ
れることができる。

好適ではあるが強制ではない配置によれば、２個の変換
器Ｔ□およびＴ２は超音波伝送方向に相対的に配置され
る。言い換えれば、変換器と位置されるべき物体６０と
の間の距離（時々、変換器が結合液中に浸漬されるため
「ウォーター・レベル」と呼ばれる）は同一ではない。

この場合は第２図に示されかつそこで同一物体に対応し
かつ２個の変換器によって供給されるエコーパルスは、
第６図のグラフによって示される方法で時間的にずれて
いる。伝送パルス４０には位置されるべき物体に最も近
い変換器Ｔ□からの第１エコー４１およびそれから最も
遠い変換器Ｔ２からの第２エコー４２が続いている。

この配置は、２つのエコーが時間的に分離されるため、
複数の増幅回路をエコーの一方にかつ次いで他方に交互
に作動する単一回路に再グループ化せしめるという利点
を有する。

もちろん、供給回路も同様に有利に単一回路にグループ
されることができ、それにより変換器はその場合に並列
に励起される。

物体から同一距離において単一増幅回路のみを両方の変
換器とともに使用することもできるが一方両変換器に異
なる時間において２個の変換器を励起する２個の別個回
路によって供給する。

空間的な超音波ビームの相対的配置に関しては、処理さ
れるべき物体の形状の関数として幾つかの２変形が可能
である。第４図の場合においては、筒状物体３０の中央
面５０（言い換えればその軸線）の位置に配置するとい
う問題がある。２つの焦点ＴＦ□およびＴＦ２はその場
合部分的に重なシ合う。

方向Ｘへのグローブの運動中、２個の変換器に対応する
サンプルされた信号は第５図の形状または輪郭を有し、
第５図では振幅が縦軸にかつ変位Ｘが横軸にプロットさ
れる。差信号Ａ□−Ａ２は第６図に示される形状を有す
る。横軸ｘ５０上で、信号Ａ□およびＡ２は等しくかつ
差信号はゼロである。この横軸は物体の軸線に対応する
。

後述する方法において、軸線に対する変化の徴候を決定
せしめることができる第６図の曲肪の不均一または不揃
いの特性を見ることができる。

第５図のグラフは、第６図におけるような時間変ｖｔで
は々く、空間的変数Ｘに対する（サンプルおよび保持回
路によって供給される）サンプルされかつ保持された信
号の包絡線を示す。これはその差が形成される２つのエ
コーに代えて第５図の２つのパルスＡ工およびＡ２が受
信されたエコーの特殊な処理の結果として生ずる２つの
信号であることを意味する。受信されたエコーの差を利
用する処理はすでに公知であるが、本発明による方法に
関してではない。同時のまたは固定のエコーを除去する
ために受信されたエコーを減じるという問題があるが、
一方で関連する物体から到来するエコーを保持するのみ
である。それゆえ差を形成する作動はサンプリングおよ
び保持を実際に除外する実時間において処理される変換
器によって供給されるごとき信号に影響を及ぼす。この
ような処理後に得られる差信号は空間に対してではなく
時間に関して決定される。かがる方法は時間比較を使用
するが、本発明は振幅比較を使用し、使用される変化は
時間ではなくプローブの変位Ｘである。さらに、かかる
方法は時間選択ゲートを使用しないが、それはまた種々
の距離に置かれる障害から到来する複数のエコーが存す
るという理由である。

また留意されるべきことは、変位が明瞭に定義された方
向、すなわち２つの焦点が移動される方向Ｘに生じると
いうことである。この方向に物体を配置することができ
るというのがこの球出であるＯ 本発明による装置は物体位置帰還ループに容易に挿入さ
れることができる。信号Ａ□−Ａ２は物体の位置を補正
するなめに使用し得る誤差信号であることを考慮する必
要があるだけである。この補正は差信号が消去される方
向に生ずる。これは回路２４から出発する破線ループに
よって第１図に示される。

第７図に示される物体のように、矩形物体の縁部を配置
することが望まれる場合において、２個の変換器はそれ
らの焦点ＴＦ″０．’Ｊ）Ｆ、が正確には位置されるべ
き物体の幅である距離りだけ間隔が置かれる。そこで測
足信号Ａ□およびＡ２は第８図に示される形状を有しか
つ差信号へ〇−Ａ、は第７図に示すごとく、物体の存在
を確認せしめることができる第９図に示されるような形
状を有している。

この信号のゼ０値を通る通過は焦点ＴＦ□が物体の右端
縁にある場合に第７図に示した位置に対応するが、焦点
ＴＦ２はその左端縁に達する。ゼロ通過はプローブが物
体の縁部に合せられるかまたは逆に、物体がプローブの
前方で動くならば、前記物体がこの特別な時点において
プローブに向い合うことを示す。

２つの縁部が平行である必要はなくかつ本発明は例えば
、円、５角形等を認めるために使用されることができる
。

本発明の上記定義において、表現「少なくとも２個の変
換器」は２個以上の変換器Ｔ□、　Ｔ２．　Ｔ３等を有
するプローブを使用できることを意味する。これらすべ
ての変換器によって供給される信号は差信号Ａ、−Ａ２
．　ＡニーＡ３．　Ａ２−　Ａ３等を形成するように対
で組み合わされ、それは物体に対してプローブをセンタ
リングすることにより変換器Ｔ−１Ｔ２．ＴユＴ３．“
Ｉ′２Ｔ３等の対の方向である幾つかの方向に物体の位
置を配置することを可能ならしめる。

本発明において使用される電子手段は、実質上超音波変
換器を励起しかつそれにより供給される信号を増幅する
問題であるために、通′帛の性質からなる。電子手段の
独創力は差信号形成回路の存在に基礎を置いている。こ
の回路は２人力差動増幅器によって構成されることがで
き、変換入力は一方の変換器と連係される増幅器チェー
ンに接続されかつ非変換入力は他方の変換器と連係され
る増幅器チェーンに接続される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置を示す概略図、第２図は２個
の変換器の特殊な配置を示す略図、第６図は第２図の配
置に対応するグラフ、第４図は２つの超音波ビームの焦
点が部分的に賞なる場合を示す略図、 第５図は第４図の場合における２個の変換器からの信号
の振幅変化の外観を示すグラフ、第６図は対応差信号の
形状を示す略図、第７図は２つの焦点が位置されるべき
物体の幅に対応する距離だけ離される場曾を示す略図、
第８図は第７図の場合に得られる２つの信号の形状を示
すグラフ、 第９図は対応差信号の形状を示すグラフである。 図中、符号１０はプローブ、Ｔ工、Ｔ２は変換器、ＴＦ
よ、ＴＦ２は焦点、２０は供給回路、２２はサンプリン
グおよび保持回路、２４は差信号形成回路、６０は物体
、５０は中央面である。 ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）超音波プローブと、該プローブ用供給回路と、前
   記プローブによって供給された信号を処理する回路とか
   らなり、前記プローブを焦点上に焦点合せされる超音波
   ビームを各々放出する少なくとも２個の超音波変換器に
   より構成し、前記２個の変換器の２つの焦点は相対的に
   １方向に変位されそして前記処理回路は前記２個の変換
   器によって供給される信号をサンプリングしかつ該サン
   プル値を保持する回路および前記２個の変換器に対する
   保持されサンプルされた信号間の差信号を形成すること
   ができる回路を含むことを特徴とする物体の位置表示装
   置。 （２）物体の位置決定を許容し、また前記方向における
   物体に対する前記プローブの位置を変更する手段を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の物体の
   位置表示装置。 （８）前記２個の変換器は超音波伝送方向に相対的に変
   位され、前記２個の変換器の供給回路は並列に前記２個
   の変換器を供給する単一回路に結合されそして前記２個
   の変換器の増幅回路は単一増幅回路に結合されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項のいずれ
   かに記載の物体の位置表示装置。 （４）２つの焦点は部分的に重なり合い、前記装置は物
   体の存在およびその中央面の位置表示を可能ならしめる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項に
   記載の物体の位置表示装置。 （５）物体は一定間隔だけ離れた２つの縁部を有し、２
   つの焦点が前記間隔に等しい互いからの距離にあり、前
   記装置はそこで物体の存在およびその位置の決定を許容
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３
   項のいずれかに記載の物体の位置表示装置。