JPS6049313B2 - デジタル方式超音波ホログラフィ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば原子炉配管等の物体中に存在する傷の
形状及び位置をデジタル超音波ホログラムを用いて認識
するホログラフイ装置に関するものである。

従来の超音波ホログラフイ装置では、探触子よりサイン
モードの超音波パルス（発信波）を物体に照射し、物体
からの反射波あるいは透過波（以下単に物体波という）
を受信し、この受信波を、発信波と一定位相差の参照波
と干渉させて得た干渉波の振幅を輝度変調することによ
り物体の超音波ホログラムを作成し、物体中の傷情報を
得ている。

上記装置では、受信波および参照波として電気信号を用
い、発信波と参照波の位相差を電気回路で制御すること
、及び干渉波振幅を上記電気信号の掛算で得ることが特
徴である。従来の装置においては、受信波と参照波とを
干渉させるため、受信波のパルス幅を数μ秒から数１０
μ秒必要とし、近接した複数の物体が存在する場合には
、各物体からの反射波を時間的に弁別しにくくなること
、探触子からサイン波モードの超一音波パルスを発信さ
せるため、発信器および電力増幅器が大形化するので、
装置の機動性が低下すること、さらに使用する超音波周
波数により得られるホログラムの干渉縞の間隔が限定さ
れる等の欠点があつた。

本発明の目的は、使用される超音波周波数に制約されず
に干渉縞間隔を変化させることのできるホログラフイ装
置を提供することにある。

本発明の他の目的は、近接する複数傷からの各反射波を
時間的に弁別しやすいホログラフイ装置丁を提供するこ
とにある。

本発明のさらに他の目的は、参照波と物体波の相互位相
が簡単に制御できるホログラフイ装置を提供することに
ある。

本発明のさらに他の目的は、電力消費が少なくかつ小型
軽量のホログラフイ装置を提供することにある。

本発明の装置の原理について、従来の超音波ホログラフ
イの原理と比較して説明する。

周波数ＮＭ圧の探触子を用い、第１図に示すような物体
５からの反射波を観測する場合を想定する。

図中１は探触子を示し、走査線２に沿つて速度■で走査
する。探触子１が走査線２上の原点Ｘ＝０およびＸ＝Ｘ
１に存在する時、探触子１より発信した超音波ビーム３
は物体５上の点Ａ。およびＡ１に入射し、反射されて再
び探触子１に入射する。この時の探触子１と点Ａ。およ
びＡ１間の距離をそれぞれ、ＲＯ，ｒｌとし、媒質中の
音速をＶａとｌする。参照波４は探触子１に角度θｒで
入射するものとする。従来の超音波ホログラフイにおい
ては、超音波パルスの発信時刻を時間原点とすると、発
信波φはつぎのように表わせる。

φ＝ＩＯｅｉωｔ （１
）ここでＬは強度、ωは超音波の角周波数すなわちω＝
２πＮ（１／秒）である。

また物体からの反射波あるいは透過波φｄは発信から受
信までの時間遅れがあるので、つぎのように書ける。

φｄ：Ｉｄｅｉ（ｊ）（ｔ−Ｔｄ）
（２）ここでＩｄは強度、Ｔｄは時間遅れである。

時間遅れωは、発信から受信までの超音波の伝播距離ｒ
と伝播した媒質中の音速Ｖａで決まり、つぎの関係が成
りたつ。 伝＝ｒ／Ｖａ（３） したがつて、第２式はつぎのように示すことができる。

φｄ＝Ｉｄｅｌ（ωｔ−Ｋｒ）
（２Ｙここでｋ＝２πＮ／Ｖａである。探触子に入射
する参照波φｒは第１図の場合つぎのように表わされる
。

φｒェ１ｒｅｉ（ωｔ＋ＫＸｓｉｎＯｒ）
（４）探触子１には、物体からの反射波と参照波
が同時に入射することになり、結果的に探触子では反射
波φｄと参照波φｒとが干渉してできる干渉波を受信す
ることになる。

干渉波φｃはつぎのようになる。φｃ＝φｄ・φｒ＊＋
φｄ＊・φｒ ＝Ｉｄ●ＩｒｃＯｓ（ｋ（ｒ＋Ｘｓｉｎｅｒ）） （
５）ただし＊印は複素共役を表わす。

第５式に示されるように、干渉波は、時間的に振動せず
定在波になることがわかる。

そして、その振幅は、超音波の伝播距離と探触子位置お
よび参照波の入射角できまる。探触子を走査し、走査線
上て干渉波振幅が正の、ゝ値になる条件はつぎのように
なる。

（ｎ：整数） すなわち正の干渉波振幅を輝度信号にすれば、各走査位
置毎に、第６式の条件を満たす場所がくり返し存在する
ことになり、干渉縞として表示される。

これが物体の超音波ホログラムとなる。従来の超音波ホ
ログラフイ探傷装置ては、探触子て物体波のみを受信し
、この物体波を電気信号に変換して得た波と電気的参照
波とを電気的に干渉させる。この時の電気的参照波は、
探触子を発振させるサイン波モードの電気信号をフェー
ズシフタ回路を用い、位相をすらすことによつて作り出
される。位相の制御は、第４式に示す如く、探触子位置
Ｘに比例してシフトする。一方、本発明における第１の
ホログラフイ装置の原理は、第１図て参照波入射角０ｒ
を００とした場合の超音波ホログラフイ（ガボア形ホロ
グラフイと呼ばれる。

）に対応する。すなわち、周波数ＮＭ千、デューティレ
シオ５０％、出力が０−１パターンのクロックパルスを
参照波として用い、クロックパルスの立ち上りに同期さ
せ探触子から超音波パルスを発信させる。あるいは、超
音波パルス発信時に同期させ、前記クロックパルスを発
生させる。超音波の伝播距離がｒであれば、物体波は、
発信後ｒ ／Ｖａ秒後に受信される。

そこで、受信時刻においてクロックパルスの出力レベル
がＯか１かを検出する。例えば出力レベルが１であれば
、次式を満足していることになる。２ｎ／２Ｎ＜−ｒ
／Ｖａく（２１１＋１）／２Ｎ（７）たたしｎは整数で
ある。

ここで、ｋ＝ｑｌであるから第７式は と書き直せる。

第（７）゛式は、第６式において０ｒ＝０きとした場合
と同様な条件式になる。つまり受信パルス（電気的物体
波）とクロックパルス（電気的参照波）の時間コインシ
デンスを測定し、そのコインシデンス信号を輝度信号と
すれば、従来のガボア形超音波ホログラフイと同様に干
渉縞として表示でき、物体の超音波ホログラムを得るこ
とができる。つぎに、本発明の第２のホログラフイ装置
の原理について述べる。

本原理は、参照波を傾けた場合の従来の超音波ホログラ
フイに対応するものである。

たとえば、周波数ＮＭ千、デューティレシオ５０％出力
レベルが０−１パターンのクロックパルスを用いて、探
触子の位置がｘのときは、クロックパルスの立ち上り時
刻より、ＸｓｉｎＯｒ／Ｖａ秒後に超音波パルスを発信
する。

超音波の伝播距離がｒであれば物体波は、発信後ｒ ／
Ｖａ秒後に受信される。そこで受信時刻においてクロッ
クパルスの出力レベルが０か１かを検出する。たとえば
、出力レベルが１であれば、つぎの条件が成りたつ。た
だしｎは整数である。

したがつて第８式はつぎのように書き直せる。

２ｒ１７ｒくｋ（ｒ＋ＸｓｉｎＯｒ）く（２ｎ＋１）？
ｒ（８Ｙ第（８）゛式は、第６式と同じような条件式と
なる。

つまり、クロックパルスに対して超音波パルスの発信タ
イミングを制御し、受信パルスとクロックパルスとのコ
インシデンス信号を用いることにより、参照波を傾けた
従来の超音波ホログラフイと同様の干渉縞を表示でき、
物体の超音波ホログラムが得られる。以上が第２のホロ
グラフイ装置の原理である。上記第２の原理において、
クロックパルスの立ち上りから超音波パルスの発信タイ
ミングを遅延させるかわりに、超音波パルス発信時より
クロックパルスの発生を制御しても同様の結果を得る。

すなわち、探触子位置Ｘのときは、超音波パルス発信後
、（ＣＮ−ＸｓｊｎＯｒ）／Ｖａ秒よりクロックパルス
を発生させる。ここでＣは任意の整数とする。このよう
にして、受信パルスとクロックパルスの時間コインシデ
ンス測定を行えば、第７および第（７）゛式が成りたつ
ことになり、物体の超音波ホログラムを得ることができ
る。以上が第３のホログラフイ装置の原理である。つぎ
に、本発明の第４のホログラフイ装置の原理について述
べる。

まず超音波パルス発信時刻から受信パルスの受信時刻ま
での時間ｔを測定する。

測定時間ｔに、探触子位置Ｘに依存した値ＸｓｉｎＯｒ
／Ｖａを加え、周波数Ｎを乗する。この値の端数が１／
２以下のとき輝度信号を発生させる。このときの条件式
はつぎのようになる。ここでｎは整数である。

第（９）式において、ｔ＝ｒ／Ｖａ．．ｋ＝２（ＲＮ／
Ｖａであるから、第（９）式はつぎのようになる。

上記の如く第（９Ｙ式は、第（８Ｙ式と一致する。すな
わち、上述の輝度信号を用いても、参照波を傾けた従来
の超音波ホログラフイと同様の干渉縞を表示でき物体の
超音波ホログラムを得ることができる。実施例 以下、物体中の傷認識を例として本発明を説明する。

第２図は、実施例１の全体構成を示すブロック図である
。

本実施例は、本発明を超音波の送受信をひとつの探触子
で行うパルスエコー方式に適用した例である。

第２図に示す通り、探触子１は、走査装置１１により、
Ｘ−Ｙ平面上の走査径路２に沿つて走査される。

走査制御装置１０は、走査装置１１の駆動制御信号とし
てのＸドライブパルス、Ｙドライブパルスを出力し、か
つ、探触子の位置を示すＸ．座標信号およびＹ座標信号
をそれぞれ出力する。また、走査制御装置１０は、リセ
ット信号をツインクロツクパルス発生器１３に与えてい
る。ツインクロツクパルス発生器１３では、ＮＮＭＨｚ
のクロックパルスと、そのクロツクパル・スを１／ｎ分
周したＮＭ比ク咄ンクパルスを出力する。

制御装置１０およびツインクロツクパルス発生器１３に
接続されている発信制御器１４では、周期Ｋ秒経過毎に
ＮＭ圧クロックパルス立上り時刻からＮＮＭＨｚのクロ
ックパルスの整数倍の周期だけの時間を遅延させたトリ
ガパルスを出力する。スパイクパルス発生器１５では、
発振制御器１４からのトリガパルスに同期して、スパイ
クパルスを発生する。

アイソレータ１６は、発生器１５からの高電圧スパイク
パルスを探触子１に供給すると共に、探触子１で受信し
た被探傷物体６の表面、裏面および傷７の反射波信号を
増幅器１７にフ供給する。増幅器１７では、探触子１か
らの反射波信号を増幅し、波形整形器１８に供給する。

波形整形器１８では、増幅器１７からの増幅信号を検波
し、一定電圧以上の検波信号をデジタル７パルス化し、
受信パルスとして出力する。

コインシデンス検出器１９では波形整形器１８からの複
数個の受信パルスのうち、受信制御器１４によるトリガ
パルス発生後、一定時間範囲内に出力される傷７の反射
波による受信パルスのみをノ抽出する。さらに、その受
信パルスの立ち上り時刻におけるＮＨｚクロックパルス
の出力レベルを次期検出時刻まで保持させたコインシデ
ンス信号をディスプレイ装置１２に出力する。ディスプ
レイ装置１２では、走査制御装置１０からのＸ及びＹ座
標信号を偏向信号として用いるとともに、コインシデン
ス信号を輝度信号に用いて、傷７のホログラムを表示す
る。

第２図中、太わくで示した機器について、とくに回路構
成、動作原理を説明する。

太わくで示した機器以外の機器については、前述した従
来の超音波ホログラフイ探傷装置の機器と共通である。
第３図にツインクロツクパルス発生器１３の回路の１例
を示す。図中素子１０１は２４ＭＨＺ水晶発振器、素子
１０２はコンパレータ、素子１０３はインバータ、素子
１０４はＪ−Ｋフリップフロップ、素子１８０はシンク
ロナス４ビットカウンタ、素子１１８はＮＡＮＤゲート
、素子１７０は０Ｒゲート、素子１０６はスイッチ、素
子１０７は１２Ｖツェナダイオード、素子１０８から１
１２までは抵抗を示す。第２図及び第３図中で、Ａ，Ｂ
，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇで示した信号のタイムチャートを
第４図に示す。第４図のＡは、水晶発振器１０１の出力
信号であり、２４ＭＨｚ．．ｓｉｎモードである。

点線で示す電圧レベルΔＶは、コンパレータ１０２のス
レツシユホールドレベルである。Ｃはコンパレータ１０
２の出力信号であり、信号ＡがレベルΔ■を超えた時だ
け、＋５Ｖになる。Ｄは、走査制御装置１０から出力さ
れるリセット信号である。リセット信号Ｄが５■からＯ
■に立下つた時に、Ｊ−Ｋフリップフロップ１０４のカ
ウント数がクリアされる。信号Ｅは、信号Ｃを１／２分
周するＪ−Ｋフリップフロップ１０４の出力信号であり
、デユテイ比５０％周波数１２Ｍ圧のクロックパルスと
なる。信号Ｆは、シンクロナス４ビットカウンタ１８０
のＣＡＲＲＹ信号と２４Ｍ丁クロックパルスＣとのＮＡ
ＮＤ信号である。

第３図に示したスイッチ１０６のスイッチ状態では、信
号Ｃのパルス数が４個毎に信号Ｆで示す負論理パルスが
でる。信号Ｆを、Ｊ−Ｋフリップフロップ１０４で１／
２分周することにより、信号Ｇで示すデユテイ比５０％
、周波数１２／ＮＭ圧（第３図の場合Ｎ＝４）のクロッ
クパルスが出力される。

第５図は、第２゜図に示された発振制御器１４の回路の
１例を示す。

図中、素子１１５はモノスティブルマルチパイプレータ
、素子１１６はインバータ、素子１１７はＮＯＲゲート
、素子１１８はＮ．ＡＮＤゲート、素子１１９は８ビッ
トパラレルアウトシリアルシフトレジスタ、素子１２０
はデータセレクタ、素子１３２はＡＮＤゲートを示す。
また素子１２１は、可変抵抗、素子１２２は抵抗、素子
１２３，１２４はコンデンサ、素子１１２は０Ｎ−ＯＦ
Ｆスイッチを示す。第５図中で、Ｇ，Ｅ，Ｄ，Ｈ，Ｉ，
Ｊ，Ｋで示した信号のタイムチャートを第６図に示す。

第６図において信号Ｇ，Ｅはそれぞれ、ＮＭＩ（ｚクロ
ックパルスおよびＮＮＭＨｚクロックパルス（第５，６
図の例ではｎ＝４、Ｎ＝３）であり、ともに、第２図に
示されたツインクロツクパルス発生器１３からの出力信
号である。信号Ｄ，Ｈ９Ｉは走査制御装置１０（第２図
）からの出力信号であり、それぞれリセットパルス、Ｙ
ドライブパルスおよびＸドライブパルスを示す。信号Ｊ
は、くり返し周期パルスを示し、パルスの立上りは、Ｎ
Ｍ圧ク罎ンクパルス（信号Ｇ）の立上りに同期する。

くり返し周期Ｔは、第５図に示す可変抵抗１２１の抵抗
値により制御される。パルス幅Ｗは、抵抗１２２、コン
デンサ１２４により定められた値となる。信号Ｋは、０
Ｎ−ＯＦＦスイッチ１１２、スイッチ１０６が第５図に
示すスイッチ状態にあるときのトリガパルスを示す。

すなわち、リセットパルス（信号Ｄ）またはＹドライブ
パルス（信号Ｈ）出力後のＸドライブパルス（信号１）
の数が２個ふえるごとに、くり返し周期パルス（信号Ｊ
）を１２Ｍ１Ｉｚクロックパルス１個分だけずらしたト
リガパルス（信号Ｋ）ができる。ただし、トリガパルス
のくり返し周期パルスからの時間遅れは、最大１２ＭＨ
Ｚクロックパルス７個分の時間であり、７個分シフトし
た後では、再びトリガパルスとくり返し周期パルスが一
致し、順次上記のシフトをくり返す。ただし、スイッチ
１１２が０ＦＦ状態であれば、くり返し周期パルスと同
期してトリガパルスが出力される。第７図は、第２図に
示された波形整形器１８の回路の１例を示す。

図中、素子１３０はオペアンプ、素子１３１はバッファ
アンプ、素子１３２はＡＮＤゲート、素子１３３はリト
リガプルマルチバイブレータ、素子１３５から１４１ま
でおよび１４４は抵抗、但し素子１３９は可変抵抗、素
子１４２はコンデンサ、素子１４３はダイオード、素子
１４５はツェナーダイオードを示す。第７図中で、Ｌ，
Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑで示した信号のタイムチャートを第
８図に示す。第８図の信号Ｌは、増幅器１７（第２図）
からの増幅信号である。

信号Ｍは、信号Ｌの正の部分のみをオペアンプ１３０に
より増幅し極性を逆転した信号である。信号Ｎは、同様
に信号Ｌの負の部分のみをオペアンプ１３０により増幅
し極性を逆転した信号である。信号０は、信号Ｍと信号
Ｎの差動増幅信号てある。

点線で示した電圧ΔＶ２レベルはコンパレータ１０２の
スレツシユホルドレベルＲである。信号Ｐは、コンパレ
ータ１０２の出力で信号０のうち、スレツシユホルドレ
ベルを越えた時だけ＋５■になる。信号Ｑは、波形整形
器１８の出力信号で、信号Ｐをリトリガプルマルチバイ
ブレータ１３３に入力することにより得られる。この結
果信号Ｌの如き反射波パルスを信号Ｑの如き受信パルス
に波形整形できる。第９図は、第２図に示されたコイン
シデンス検出器１９の回路の１例である。

図中、素子１０５は、４ビットアップダウンカウンタ、
素子１５０はエッジトリガフリップフロップ、素子１５
１，１５２は可変抵抗、素子１５３は抵抗、１５４，１
５５，１５６はそれぞれコンデンサを示す。第９図で、
Ｋ，Ｑ，Ｓ，Ｔ，Ｕ，Ｇ，Ｖ，Ｄ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｈ
，Ｈ″で示した各信号のタイムチャートは、第１０図お
よび第１１図に示す。信号Ｋは、発振制御器１４（第２
図）から出力されるトリガパルスである。信号Ｑは、波
形整形器１８（第２図）からの受信パルスである。信号
Ｇはツインクロツクパルス発生器１３（第２図）からの
ＮＭＨｚクロックパルス（ここでは３ＭＨｚとする。）
である。信号Ｄ、信号Ｈは、走査制御装置１０（第２図
）から出力されるリセットパルスおよびＹドライブパル
スである。信号Ｓはゲートパルスで、２個のモノステイ
ブルマルチパイプレータ１１５によりつくり出される。

ゲートパルス（信号Ｓ）はトリガパルス（信号Ｋ）立土
りからτｄ秒後に立ち上り、その幅はτｗ秒である。π
ｄは可変抵抗１５１とコンデンサ１５４との時定数によ
り定められ、τｗは、可変抵抗１５２とコンデンサ１５
５との時定数で定められる。信号Ｔは、信号Ｑと信号Ｓ
（７）ＮＡＮＤ信号である。

すなわち、ゲートパルス（信号Ｓ）は、超音波パルス発
振後、一定時間範囲内に受信される受信パルスを抽出す
るための信号である。信号Ｔは、４ビットアップダウン
カウンタ１０５に入力され、ゲートパルス発生時間内の
受信パ．ルスのうちＪ番目のパルスのみをＢＯＲＲＯＷ
（信号Ｕ）として出力する。

（第９図で示すスイッチ１０６のスイッチング状態であ
ればＪ＝２）エッジトリガフリップフロップ１５０では
、信号Ｕの立下り時刻のＮＭ比クロックパルス（信号．
Ｇ）の出力レベルを読み取り、次のトリガパルス立上り
時刻まで読み取りレベルの反転レベルを保持した信号Ｖ
（コインシデンスパルス）をつくる。信号Ｗは、ゲート
パルス（信号Ｓ）の立下りに同期したパルスで、モノス
テイブルマルチパイプレータ１１５でつくり、そのパル
ス幅は抵抗１５３、コンデンサ１５６で定められる。信
号ｘは、信号Ｄ（リセットパルス）と、信号Ｗ及び信号
ＶのＮＡＮＤ信号とのＡＮＤ信号である。信号ＸをＪ−
Ｋフリップフロップ１０４のクリア信号にすることによ
り、信号Ｖから信号Ｙをつくりだす。信号Ｈ″は、リセ
ットパルス出力後のＹドライブパルス（信号Ｈ）をカウ
ントするＪ−Ｋフリップフロップ１０４の負論理出力信
号である。

信号Ｈ″と信号ＹとのＡＮＤをとることにより信号Ｚを
得て、この信号をコインシデンス信号として出力する。
すわち、信号Ｈ″がレベル゜゜１゛のときは、探触子が
ｘ軸上で順方向に走査されていることに対応するので、
順方向走査時のコインシデンス信号のみを出力すること
になる。

このようにすれば走査装置１１の機械的遊びによつて生
じるディスプレイ装置１２上の画像のずれを少なくでき
る。次に、第２図に示した実施例１の動作内容について
説明する。走査制御装置１０では、走査装置１１のＸ方
向およびＹ方向駆動用モータを動かすためのＸおよびＹ
ドライブパルスを出力し、走査装置１１に取りつけた探
触子１を走査径路２に沿つて走査させる。

また走査制御装置１１からは、走査開始前に各回路のカ
ウンタを予めクリアするためのリセットパルス、探触子
１のＸおよびＹ軸上の位置を電圧で示すｘおよびＹ座標
信号を出力する。ッインクロツクパルス発生器１３では
、ＮＮＨｚのクロックパルスと、そのクロックパルスを
１／ｎ分周したＮＨｚクロックパルス（デューティ比５
０％）を出力する。

発信制御器１４では、リセットパルスあるいはＹドライ
ブパルス出力後のＸドライブパルスのカウント数１に従
つて１定周期毎にＮＨｚクロックパルスの立上り時から
ｍ番目（本実施例ではｍ＝０〜７）のＮＮ圧クロックパ
ルスの立上りに同期したトリガパルスを出力する。スパ
イクパルス発生器１５では、トリガパルスに同期して高
電圧のスパイクパルスを出力する。スパイクパルスはア
イソレータ１６を介して探触子１に印加され、探触子か
ら超音波を発信する。発信した超音波は試料６に入射し
、試料表面、底面あるいは欠陥７等で反射され、再び探
触子１に入射する。探触子１で受信した反射波は、電気
信号に変換され、アイソレータ１６を介して増幅器１７
に反射波信号として入力する。増幅器１７では、入力し
た反射波信号を増幅し増幅信号として波形整形器１８に
出力する。波形整形器１８では、増幅信号を検波して検
波信号をつくりさらに、設定したスレツシユホルドレベ
ル以上の検波信号につきデジタルパルス化した受信パル
スを出力する。コインシデンス検出器１９では、トリガ
パルス出力後一定時間範囲内に入力した受信パルスのみ
を抽出し、抽出した受信パルスの立上り時のＮＨｚクロ
ックパルスの出力レベルを保持したコインシデンス信号
を出力する。ただし、トリガパルス出力後一定時間範囲
内に受信パルスがない場合はコインシデンス信号の出力
レベルはＯになり、また、探触子１がＸ軸上を逆方向に
走査されている楊合にも、コインシデンス信号の出力レ
ベルがＯになる。（順方向走査時にレベル０になるよう
にも設定できる。）Ｘ軸上を逆方向に走査しているのは
、リセットパルス出力後のＹドライブパルスのカウント
数が奇数であることから判定する。上記コインシデンス
信号を輝度信号とし、ＸおよびＹ座標信号を偏向信号と
して用いることにより、ディスプレイ装置１２のディス
プレイ上−にホログラムを表示する。第１２図は、本発
明の実施例２の全体構成を示すブロック図である。

第１２図において、実施例１（第２図）と異なる構成は
太わくて示されている。実施例１ではＮＭルクロツクパ
ルスの立上り時刻から超音波パルスの発振タイミングを
遅延させるが、実施例２では、逆に超音波パルスの発信
時刻からＮＭ土クロックパルスを遅延させて発生させて
いる。

また、実施例２では、超音波パルスの発信が、クロック
パルス発生器２０からのクロックパルスと非同期である
ことが特徴である。超音波パルス発信から、反射波信号
の整形、コインシデンス信号によるホログラム表示にい
たる信号処理は、実施例１と全く同じであるのて説明を
省略する。以下機器２０，２１，２２の回路構成および
動作内容を説明する。クロックパルス発生器２０は、２
ｎＮＭＨｚのクロックパルスを発生する。

例えば、ｎ＝４、Ｎ＝３とする。この場合の回路構成は
、第３図の点線で囲まれた部分と同じで、２４Ｍルクロ
ツクパルスを出力する。トリガパルス発生器２１は、ク
ロックパルス発生器２０の出力に無関係にトリガパルス
を発生する。

トリガパルス発生器２１の回路構成の１例を第１３図に
示す。

第１３図において素子１６０，１６１は抵抗、素子１６
２，１６３はコンデンサである。Ｄ，Ｎで示した信号の
タイムチャートを第１４図に示す。信号Ｄは、走査制御
装置１０（第１２図）から出力されるリセットパルスで
ある。

信号Ｋ″は、トリガパルス発生器２１の出力信号である
トリガパルスを示す。トリガパルスは、パルス幅ＴＡ秒
で、リセットパルス（信号Ｄ）立上り後τａ秒後に出力
され、順次τα秒間隔で発生される。ＴＡは抵抗１６１
、コンデンサ１６３の時定数で定められる。またγαは
抵抗１６０、コンデンサ１６２の時定数で決まる。第１
５図は、第１２図に示された分周制御器２２の回路構成
の１例を示したものである。

第１５図において、素子１０６，１０６″はスイッチで
ある。

図中の信号Ａ″はクロックパルス発生器２０からの２４
Ｍ圧クロックパルスである。信号Ｋ″はトリガパルス発
生器２１からのトリガパルスである。信号Ｄ，Ｈ，Ｉは
それぞれリセットパルス、Ｙドライブパルス、Ｘドライ
ブパルスであり、いづれも走査制御装置１０（第１２図
）からの信号である。信号Ｇ″は３ＭＨｚクロックパル
ス分周制御器２２の出力信号である。各信号のタイムチ
ャートを第１６図に示す。

信号Ｇ″の出力レベルについて説明する。信号Ｋ″（ト
リガパルス）立ち上り時刻では、信号゛Ｇ″の出力レベ
ルは“゜１゛の状態にある。その立ち上り時刻から、２
４ＭＨｚクロックパルスであるＡ゛パルスが（４＋ｊ）
個発生された後に信号Ｇ″の出力レベルは″０″になる
。以後Ａ″パルス４個毎に信号Ｇ゛の出力レベルが変わ
るので周波．数は３Ｍ圧になる。ここでｊはリセットパ
ルス（信号Ｄ″）またはＹドライブパルス（信号Ｈ）発
生後のＸドライブパルス（信号１）の発生数１できまる
。スイッチ１０６２が、第１５図に示されたスイッチン
グ状態のとき、ｊは、ｉを２で除しノた数を越えない最
大の整数値をとる。ただし、１は８進数としてカウント
するので、ｉの値はＯから７まで順次かわり、それにつ
れてｊの値は０から３までくり返すことになる。このよ
うに、探触子１の走査径路２上の移動にともなつて、ト
リガパルス（信号ＫＯに対し３ＭＨｚクロックパルス（
信号Ｇ″）の発生タイミングを制御する。また、第１５
図の０Ｎ−ＯＦＦスイッチ１１２を０ＦＦ状態にするこ
とにより、トリガパルス（信号Ｋ″）と同期した３ＭＨ
ｚクロックパルス（信号Ｇ″）を発生させることもでき
る。第１７図は、本発明の実施例の全体構成を示すブロ
ック図である。

本実施例では、受信パルスとクロックパルスとの時間コ
インシデンス測定を行なつた実施例１および２と異なり
、トリガパルス発生時刻から受信パルスまでの経過時間
を測定し、その時間からホログラム信号（第１７図では
輝度信号として表示）を演算算出することを特徴とする
。

第１７図で示した構成においては、太わくで表示した機
器以外の機器は、実施例１および実施例２の構成を示し
た第２図および第１２図中の同じ番号の機器と同一であ
る。

したがつて、以下太わくで示した機器の動作内容につい
て説明する。発信制御器１４″は、クロックパルス発生
器２０から出力される２４ＭＨＺクロックパルスの立上
りに同期して、一定のくり返し周期でかつ一定のパルス
幅のトリガパルスを発生する。トリガパルスに同期して
スパイクパルスがスパイクパルス発生器１５より出力さ
れ、探触子１より超音波パルスが発信される。発信制御
器１４″の回路構成の１例を示すと第５図の点線で囲ん
だ部分になる。たた七第５図では信号Ｇとして３Ｍ■ク
ロックパルスを入力するが、本実施例では２４Ｍ１［ｚ
クロックパルスを入力することにより、トリガパルス、
（第５図では、くり返し周期パルスＪと表示してある。
）を得る。パルス抽出器２３は、波形整形器１８からの
受信パルスのうち、欠陥７からの反射波でつくられる受
信パルスのみを抽出する。

パルス抽出器２３の回路構成の１例をあけると、第９図
の点線で囲んだ構成となる。パルス抽出器２３の出力信
号は第９図で信号Ｕとして表示した、４ビットアップダ
ウンカウンタ１０５のＢＯＲＲＯＷパルスをインバータ
１０３で反転したパルス信号となる。時間分析器２４は
、トリガパルス発生時から、受信パルス受信時刻までの
２４ＭＨｚクロックパルスをカウントし、そのカウント
数を出力する。カウント数は、探触子１から欠陥７まで
の超音波伝播時間に対応する。時間分析器２４の回路構
成の１例を第１８図に示す。

第１８図において素子１８０はシンクロナス４ビットカ
ウンタで、トリガパルス（信号Ｋ″）入力後の２４ＭＨ
Ｚクロックパルス（信号Ａ″）をカウントする。素子１
８１はヘキサ・Ｄ形フリップフロップで、受信パルス（
信号Ｑ）入力時刻のシンクロナス４ビット・カウンタ１
８０のカウント数を読みノ取りその値を時間信号として
次の受信パルス入力時刻まで保持かつ出力する。

ただし、受信パルスが入力しなかつた場合（欠陥７から
の反射波が得られなかつた場合）には、カウント数が４
０９６になつた時点で出力信号ち〜Ｔｌｌのレベルを全
て゜“０゛にする。時間信号ち〜Ｔｌｌは、時間分析器
２４の出力信号であり、カウント数を２進数であられし
たものである。

各信号のタイムチャートは第１９図に示すとおりである
。

たとえば、トリガパルス（信号Ｋ″）入力から受信パル
ス（信号Ｑ）の立ち上りまで２４ＭＨＺクロックパルス
（信号Ａ″）が５個あれば、信号Ｔ。，ｔｌ，ｔ２の出
力レベルは、それぞれ“１゛、゜゜０゛、“゜１゛とな
り、次の受信パルス入力時まで各々のレベルが保持され
る。第１７図のカウンタ２５は、走査制御装置１０から
のリセットパルス、または、Ｙドライブパルスのいずれ
かが入力後、Ｘドライブパルスの数をカウントしてその
値を２進数であられしたカウント信号と、走査径路２に
おいてＸ軸上を順方向に走査している時にはレベル゛゜
１゛、逆方向に走査している時にはレベル６゜０゛とな
る走査方向信号をそれぞれ出力する。

カウンタ２５の回路構成の１例を第２０図に示す。

図において、素子１８０はシンクロナス４ビットカウン
タ、素子１０４はＪ−Ｋフリップフロップ、素子１０３
はインバータ、素子１１７はＮＡＮＤゲート、素子１１
１は抵抗、素子１０６はスイッチを示す。カウンタ２５
の入力信号１，Ｄ，Ｈは、ともに走査制御装置１０から
のＸドライブパルス、リセットパルス、Ｙドライブパル
スである。

カウンタ２５の出力は、信号Ｋ。，ｋｌ，ｋ２，ｋ３，
Ｈ″である。各信号のタイムチャートは第２１図に示す
。

信号Ｋ。，ｋｌ，ｋ３の出力レベルは、リセットパルス
（信号Ｄ）またはＹドライブパルス（信号Ｈ）出力後の
Ｘドライブパルス（信号１）のパルス数を４ビットバイ
ナリであられしたものであるしたがつて、ｘドライブパ
ルスのパルス数が１哩すごとに信号Ｋ。，ｋｌ，ｋ２，
ｋ３の出力レベルは同じパターンになる。信号Ｈ″の出
力レベルは、リセットパルス出力後゜゜１゛になり、以
下Ｙドライブパルス出力毎にレベルが変換する。

第１７図のインタフェース２６は、演算器２７への信号
入力および演算器２７の演算結果を出力する役割を果た
す。

インタフェース２６の動作機能を説明する。たとえば、
カウンタ２５からのカウント信号ＫＯ，ｋｌ，ｋ２，ｋ
３の出力レベルに対応して托進数Ｋ８を作る。

また走査方向信号の出力レベルが゜“１゛またぱ“０゛
に対応してそれぞれ１または０になる数値Ｎ，を作る。
時間分析器２４からの時間信号ち〜Ｔｌｌの出力レベル
に対応した托進数Ｎ，を作る。また、実施例１および２
でのクロックパルスの分周値ｎに対応した托進数ＮＯを
セットする。さらに演算器２７の演算を実行させるため
の数値Ｎｐをセットする。演算を終了させるときにはＮ
ｐをＯにする。インタフェース２６から演算器２７に数
値ＮＯ、ＮｄＮＫＸ．．Ｎ，を転送させるための数値Ｎ
Ｒをセットする。ＮＲの値はトリガパルス発生時刻から
転送時間内だけ１とし、その他の時間てはＯにする。演
算器２７の演算結果は０または１として出力され、イン
タフェース２６ては演算結果に対応してそれぞれ出力レ
ベルが“Ｏ゛または“゜１゛の輝度信号をディスプレイ
装置に出力する。ただし輝度信号の出力レベルは、次の
演算結果が演算器２７から出力されるまで保持される。
以上がインタフェース２６の動作機能の１例である。

つぎに演算器２７の演算内容の１例をフロチャートにて
説明する。

第２２図に演算内容のフロチャートを示す。演算器２７
では、初めにＮｐを読み込み、Ｎｐ：０であることを確
認して以下の演算を実行する。つぎにＮＲを読み込み、
ＮＲ＝１のとき、Ｎｃ．．ｎｄ．．Ｎｔ．．Ｋｘを読み
込む。ＮＲ＝０のときは、ＮＲ＝１になるまでつまり、
トリガパルスがインタフェース２６に入力されるまで待
機する。Ｎｃ．．ｎ６、Ｎ，、ＫＯ読み込み後、Ｎｄが
０か１かを判定する。Ｎｄ＝ｏのときは探触子１が走査
径路２のｘ軸上を逆方向に走査されていることに対応す
るのでＪＣをＯとおき、その値をインタフェース２６に
出力する。Ｎｄ＝１のときは、演算式２００，２０１，
２０２で示した演算を実行する。演算式２０１，２０２
中で〔 〕の表示はガウス記号であり、〔 〕内の数値
を越えない最大の整数を表わす。つぎに数値演算で得た
ΔＮの値により、ΔＮ＝Ｏの場合には、ＪＣ＝０１ΔＮ
＝１のときはＪＣ＝１とし、ＪＣの値をインタフェース
２６に出力する。

出力終了後再びＮｐ読み込みを開始し、前述の演算処理
をくり返す。演算器２７からの出力値ＪＣをもとにして
インタフェース２６から出力される輝度信号は、第２図
に示した実施例１でのコインシデンス信号に対応する。

また第２２図中の演算式２００をＮＫ＝Ｎ−Ｋとして得
られる輝度信号は第１２図に示した実施例２でのコイン
シデンス信号に対応する。第２２図中の演算式２００を
ＮＫ＝Ｎ，とすれば、実施例１および実施例２でトリガ
パルスと分周クロックパルスとを同期させた場合に対応
する。インタフェース２６から出力される輝度信号を用
いディスプレイ装置１２で傷７のホログラムをａ表示す
る。

以上、本発明の装置について３つの実施例をあげて説明
した。

つぎに、従来の超音波ホログラフイ装置て得られる物体
のホログラムと実施例１で示した装置で得た物体のホロ
グラムの実例をあげｉて説明する。探傷物体は、第１図
に示すように、探触子走査面に対し、３．６図傾けて水
中に設置した平板てある。

また、参照波の入射角θｒは、０し（ガボア形ホログラ
フイ）である。従来の超音波ホログラフイ探傷装置では
、共振周波数３ＭＨｚの探触子を用い、周波数３Ｍ十、
パルス幅１５μＳのサイン波モードの超音波パルスを使
用した。

得られたホログラムを第２３図に示す。図中ｘおよびｙ
方向は各々探触子の走査方向に対応する。ホログラムと
して表示されている干渉縞間隔は４．０±０．２Ｔｆ＄
Ｌである。一方、本発明の装置（実施例１）では、共振
周波数１ＭＨｚの探触子を用い、周波数１ＭＩ（ｚ１パ
ルス幅２μＳのスパイク状の超音波パルスを使用し、分
周クロックパルスの周波数を３Ｍ圧とした。得られたホ
ログラムを第２４図に示す。

図中ｘおよびｙ軸は第２３図と同様である。第２４図で
の干渉縞間隔は３．９±０。２？であり、従来装置で得
られるホログラムの干渉縞間隔４．０±０．２Ｔｆ０ｎ
と誤差範囲内で一致する。

以上の結果から、次のことが確認できる。

１ 従来の超音波ホログラフイ装置ではサイン波モード
の超音波パルスを使用することによりホログラムを作成
しいたが、本発明の装置により、スパイク状の超音波パ
ルスによつてホログラム作成が可能となつた。

２本発明の装置ではクロックパルスの周波数が従来の装
置で使用する超音波周波数に対応する。

したがつて、本発明の装置では、使用する超音波の周波
数に関係なく、クロックパルスの周波数を３Ｍ丁にすれ
ば、従来の装置て、共振周波数３ＭＨｚの探触子を用い
る３ＭＨｚの超音波を使用して得られるホログラムと干
渉縞間隔が等しいホログラムが得られる。

たとえば、１ＭＨｚの超音波を用いても、クロックパル
スの周波数を６Ｍルにすれば、従来の装置で６ＭＨｚの
超音波を用いて得られるホログラムと同等のホログラム
を得ることが可能である。まとめ 以上説明した如く、本発明によればつぎに示す効果が生
ずる。

１使用する超音波周波数に無関係に、ホログラ．ム上の
干渉縞間隔を制御できる。

たとえば、実施例１および２の装置では、分周クロック
パルスの周波数を高くすること、実施例３の装置ではＮ
Ｏを小さな値にセットすることにより、干渉縞間隔が狭
い詳細なホログラ・ムを作成できる。

２発信パルスにスパイク状のパルスを用いることができ
る。

したがつて近接複数物体からの反射波を時間的に弁別し
やすくなり、サイン波モードのパルスを用いる従来の超
音波ホログラフイ装置にくらべ時間分解能が向上する。

図面の簡単な説明第１図は、超音波ホログラフイ法によ
る探傷時の探触子および物体の幾何学的配置図を示した
ものである。

第２図は、特許請求範囲第５項に記載した本発明装置に
おける実施例１の装置構成を示したものである。第３図
は、第２図で示したツイノンクロツクパルス発生器１３
の回路の１例を示した図である。第４図は、第３図で示
した回路の信号のタイムチャートを示した図である。第
５図は、第２図で示した発信制御器１４の回路の１例を
示した図である。第６図は、第５図に示した回−路での
信号のタイムチャートを示した図である。第７図は、第
２図で示した波形整形器１８の回路の１例を示した図で
ある。第８図は、第７図で示した回路での信号のタイム
チャートを示した図である。第９図は、第２図で示した
コインシデンス検出器１９の回路の１例を示した図であ
る。第１０図および第１１図は、第９図て示した回路て
の信号のタイムチャートを示した図である。第１２図は
、特許請求の範囲第５項に記載した本発明装置における
実施例２の装置構成を示したものである。第１３図は、
第１２図で示したトリガパルス発生器２１の回路の１例
を示した図てある。第１４図は、第１３図で示した回路
での信号のタイムチャートを示した図である。第１５図
は、第１２図で示した分周制御器２２の回路の１例を示
した図である。第１６図は、第１５図で示した回路での
信号のタイムチャートを示した図である。第１７図は、
特許請求範囲第６項記載の本発明装置における実施例３
の装置構成を示したものである。第１８図は、第１７図
て示した時間分析器２４の回路の１例を示した図てある
。第１９図は、第１８図で示した回路での信号のタイム
チャートを示した図である。第２０図は、第１７図で示
したカウンタ２５の回路の１例を示した図である。第２
１図は、第２０図で示した回路での信号のタイムチャー
トを示した図である。第２２図は、第１７図で示した演
算器２７の演算内容のフローチャートの１例を示した図
である。第２３図は、従来の超音波ホログラフイ装置で
得たホログラムを示す。第２４図は、実施例１で示した
本発明装置で得たホログラムを示す。１・・・・・・探
触子、６・・・・・・被探傷物体、７・・・・・・傷、
１０・・・・・・走査制御装置、１１・・・・・・走査
装置、１２・・ディスプレイ装置、１３・・・・ツイン
クロツクパルス発生器、１４・・・・・発振制御器、１
５・・・・・・スパイクパルス発生器、１６・・・・ア
イソレータ、１７・・・・・・増幅器、１８・・・・波
形整形器、１９・・・・・・コインシデンス検出器、２
０・・・・・・クロックパルス発生器、２１・・・・・
・トリガパルス発生器、２２・・・・・・分周制御器、
２３・・・・・・パルス抽出器、２４・・・・・時間分
析器、２５・・・・カウンタ、２６・・・・・・インタ
フェース、２７・・・・演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定周期の第１クロックパルスを発生するクロック
   パルス発生手段、上記第１クロックパルスと同期して、
   第１クロックパルスの周期よりも長い周期で被検査物体
   に対して超音波パルスを発信する超音波送信手段、およ
   びあらかじめ定めたゲート期間に受信された上記超音波
   パルスの物体波を受信した時点における上記第１のクロ
   ックパルスの出力レベルを検出し、検出された該出力レ
   ベルがあらかじめ定めたレベルにあつたときに一致信号
   を出力する一致検出手段を有し、上記一致信号により被
   検査物体のホログラムを作成することを特徴とするデジ
   タル方式超音波ホログラフイ装置。 ２ 一定周期の第１クロックパルスを発生するクロック
   パルス発生手段、上記第１クロックパルスと同期して、
   第１クロックパルスの周期よりも長い周期で被検査物体
   に対して超音波パルスを発信する超音波送信手段、上記
   超音波送信手段に含まれた超音波パルス発信用探触子を
   所望の位置に駆動する探触子走査手段、超音波パルスの
   発信時刻からその超音波パルスの物体波を受信する時刻
   までの時間ｔ＿ｐを測定する手段、および上記時間ｔ＿
   ｐを上記第１クロックパルスの周期Ｔ＿ｃで除算し、そ
   の剰余σが０≦σ＜Ｔ＿ｃ／２の範囲にあるとき一致信
   号を出力する手段を有し、上記一致信号により被検査物
   体のホログラムを作成することを特徴とするデジタル方
   式超音波ホログラフイ装置。 ３ 一定周期の第１クロックパルスと、第１クロックパ
   ルスのｎ（正の整数）倍の周期を有する第２クロックパ
   ルスを発生するクロックパルス発生手段、上記第１クロ
   ックパルスと同期して、第１クロックパルスの周期より
   も長い周期で被検査物体に対して超音波パルスを発信す
   る超音波送信手段、上記超音波送信手段に含まれた超音
   波パルス発信用探触子を所望の位置に駆動する探触子走
   査手段、上記第１および第２クロックパルスを入力し、
   上記第１クロックパルスより第２クロックパルスの周期
   の整数倍に相当する時間経過後にトリガパルスを発生し
   、かつ上記経過時間を走査原点から探触子走査位置まで
   の距離に比例して変化させる手段、およびあらかじめ定
   めたゲート期間に受信された上記超音波パルスの物体波
   を受信した時点における上記第１クロックパルスの出力
   レベルを検出し、検出された該出力レベルがあらかじめ
   定めたレベルにあつたときに一致信号を出力する手段を
   有し、上記超音波送信手段における上記超音波パルスは
   上記トリガパルスと同期して発信し、上記一致信号によ
   り被検査物体のホログラムを作成するデジタル方式超音
   波ホログラフイ装置。