JPS61107181A - 物体探査装置及び探査方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、音波や電波等の波動を用いた物体探査方法お
よび装置に係わシ、特に、探査物体の有無及び大きさの
判定及び、不要反射波の除去に好適な探査方法および装
置に関する。

〔発明の背景〕

従来、物体の探査方法として、電波や音波を放射し、物
体からの反射波の検出に、１探交物体の有無を判定し、
放射から反射波検出までの時間によ）物体の位置を求め
る方法があシ、地中埋設物の探査や、物質中の探傷に適
用されて来た。

電波を用いた従来の地中埋設物探査装置の梼成を第４図
に示す。発振器１で高周波を発振させ、アンテナ６から
電波を地中に向けて放射する。地表面８下の埋設物７か
らの反射波を再びアンテナ６で受け、受信信号を増幅器
３全通して表示装置５に送る。一方、制御装置４では、
発振器１からの送信と反射波の受信の時間差及び、電波
伝搬速度から、埋設物の深さを算出し、表示装置５上で
の表示点を決める。

また、埋設物の水平方向位置は、電波放射及び反射波検
出のためアンテナ６を水平方向く移動させ、反射波強度
及び反射波検出までの時間の水平方間分布を求めて、反
射波強度が最大、反射波検出時間が最小になる点から推
定する。

アンテナ６から放射された電波は、地表面８で一部が反
射され、残シが地中に伝搬する。地表面８で反射された
電波は、一部がアンテナ６により反射され十分減衰する
まで地表面８とアンテナ６間で反射をくり返す。アンテ
ナと地表面間の距離をｈ（ｍ）、電波の伝搬速度をｖ（
ｍ／ｓ）とすると、地表面反射に起因する信号は、放射
から２　ｈ　／　ｖ秒たった時から、十分減衰するまで
受信される。従って、電波の放射から反射波受信までの
時間のみから判断すると、地表面８からの反射を、埋設
物７からの反射波と誤認する可能性があった。

また、電波の地表面８での反射率は、およそ０、３以上
である。一方、地表面８ｔ−透過し、地中を伝搬する電
波は、土の導電性によシ大幅に減衰する。地表面８よシ
深さ１〜２ｍ程度に埋設物７がある場合、埋設物７から
の反射波強度は、地表面８で〈シ返し反射された波の強
度よシ小さくなる。受信信号は、埋設物７からの反射波
と地表面反射波の重ね合わせであるから、従来の装置で
は、埋設物７の有無、大きさ、および、その深さの判定
を誤る可能性があった。

一方、従来、探査物体の位ｔＩｆｔ−高稍反で判別する
信号処理法として、開口合成法が使用されている。これ
は、電波放射から反射波受信までの時間から、アンテナ
６と反射体の距離を求め、アンテナ８の移動に伴う反射
体までの距離の変化に基づき、反射体の位置を判定する
方法である。しかし、上述のように地表面８０反射波と
埋設物７からの反射波が分離できない場合には、埋設物
７の位置判別が困難である。さらに、従来の開口合成法
では、信号処理よ）前に埋設物Ｚからの反射信号を認識
でｐ５ない。従って、地表面８からの反射波のみが受信
されている時間、あるいは、反射波がない時間について
も、開口合成処理する必要があり、多くの処理時間を要
した。

上記の埋設管探査装置の問題は、従来の超音波探傷装置
にも見られる。第２図に、従来の超音波探傷装置の構成
を示す。発振器１から送信されたパルスが、探触子９で
超音波となり被検体１１の中を伝搬する。傷等１２から
の反射波は探触子９で受信され、放射から受信までの時
間により傷等１２の反射体の位置を判定する。探触子端
部では、伝搬媒質が変化するため、超音波の反射が生じ
る。

これは、前述の埋設管探知装置に関する、地表面での電
波の反射に相当する。従って、被検体表面近くの傷等か
らの反射波は、探触子内部でくシ返し反射した超音波と
重なυ合い、傷等１２からの反射波として区別すること
が困難であった。さらに、超音波探傷についての開口合
成信号処理についても、前述の埋設管探知装置と同様の
問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
で、探査物体からの反射波と不要反射波の重なり合った
受信信号の中から、探査物体からの反射波信号を抽出し
、かつ、探査物体の位置大きさを高精度で得るのに好適
な探査方法、及び、探査装設を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕

本発明は、媒質内に存在する探査目標に対して前記媒質
上方から放射した波動を当て、その結果得られた反射波
動を受信して受信信号を得、前記受信信号を前記受信信
号の処理装置に入力し、前記処理装置による処理結果を
表示器に表示する装置において、前記受信信号と同じ周
波数の信号を発生する発振器と、前記発振器の出力信号
を入力として前記出力信号の移相ｔ−ｉｔ整する移相器
と、前記移相器の出力信号と前記受信信号とを各入力と
して各入力を積算する積算器と、前記積算器の出力信号
を入力とする低域ろ波器と、前記低域ろ波器の出力信号
を入力とする前記処理装置とから成る媒質内の物体探査
装置を有し、この装置構成において、前記受信信号と同
じ周波数の基準波と前記受信信号の積を演算して位相差
を抽出し、前記基準波の位相を前記媒質表面からの反射
波動に基づく受信信号成分が消える位相差に調整するこ
とを特徴とした媒質内の物体探査方法を実行し、前記処
理装置に入力すべき信号情報成分忙不要な表面反射波等
のノイズを含ませないようにして、確実な探査結果を得
られるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の各実施例を説明するが、この説明に前だ
って、本発明の原理的な観点を以下に述べる。

以下、本発明の概要ｔ−原理的な観点から述べる。

本発明では、まず、受信信号と、別に設けた基準波信号
との積を求める。角周波数をω、時間を１１位相差をφ
、φ′として、受信信号をＡｓ１ａ（ωｔ＋φ）、基準
波信号ｔ−３１１１（ωｔ＋φ′）とすると、両者の積
は、 流成分に、角周波数が２ωの交流成分が重畳した信号で
ある。この信号を、ローパスフィルターに通し、ＡＣＯ
Ｓ　（φ−φ′）の直流レベルを得る。

送信ｔＬを放射した後、最初に受信されるのが、埋設物
探知装置での地表反射波や、超音波探傷装置での探触子
端部からの反射波で、これらの不要反射波の位相φは、
アンテナや探触子を移動しでも変化しない。そこで、基
準波の位相φ′を適切に選び、φ−φ／　＝ｉとするこ
とにより、いずれのアンテナ位置、探触子位置において
も不要反射波の出力ｔ−Ｏとすることができる。

一方、探査物体からの受信１３号については、位相φは
、アンテナや探触子の移動と共に変化する。

位相φの変化を、埋設物探査装置１３ｔ−例として、第
３図により、説明する。埋設物７の深さｔ”　ｄｓ埋設
物７とアンテナ６の水平方向距離ｔ−ｘｓ使用する電波
の波長をλとすると、位相φは、次のように表わせる。

φ＝４πＶコ目１１７／λ　　　・・・・・・・・・α
）ローパスフィルターの出力は、 となるから、Ｘの変化に応じて直流出力レベルも変化す
る。従って、アンテナ６の位置の変化に伴う位相φの変
化、あるいは、ローパスフィルターの直流出力変化を検
知すれば、埋設物７からの反射波信号と判定できる。

アンテナ６と埋設物７の水平距離Ｘの変化に対する位相
φの変化率、及び、占−パスフィルター出力Ｐの変化率
は、次のようになる。

ｄ　φ　　　４　π　　　　　Ｘ ｄｚ　　　２　９　　　　・・・・・・・・・・・・（
２）・・・・・・・・・・・・（３） ｄφ／　ｄ　ｘ　、あるいは、ｄ　ｐ　／　ｄ　ｘいず
れを検知しても良いが、（２）式、（３）式から分るよ
うＫ　ｘ　＝離Ｘに対する地表面反射波の位相変化率は
、Ｏでちゃ、地表面反射波を分離するため１ｄφ／ｄｘ
ｌ、及びｌｄＰ／ｄＸｌが０以上の適当なしきいレベル
をこえた時のみ、位相変化を検出したと判定する。

以上によシ、地表面等からの不要反射波を除去し、かつ
、埋設物等の探査物体からの反射波を検出できる。

この様に検出した探査物体からの反射波信号に対しての
み、開口合成処理すれば、不要反射波や反射波のない受
信信号に対しても開口合成処理するのに比べ短時間で、
かつ、高精度で探査物の位置大きさを得ることができる
。

発明の実施例をよシ具体的に説明すると次の通シである
。

第１図は、本発明の基本的な構成を示す図である。１０
０は、被探査物１１０が存在する媒質である。例えば、
超音波探傷の場合、１００は配管材料や圧力容器材料で
あり、１１０は材料中の欠陥になる。また、水中の物体
を見つける場合は、１００が海水や淡水、１１０が潜水
艦等の被探査物標になる。１１０がガス管や水道管など
の場合は、１００が埋設媒質であるアスファルトや土砂
になる。被探査物１１０の探査のため、送受器１２０ｔ
−設け、パルス発振器１３０からの信号を送受切り換え
器１４０ｔ−介して送受器１２０に送る。送受器１２０
は、超音波探傷の場合、超音波送受器、を波による探査
ではアンテナが使用される。１５０は送受切シ換え器１
４０の出力を受ける増幅器、１６０は増幅器１５０の出
力を受ける位相抽出器である。１７０は、位相抽出器１
６０の出力を受ける処理装置であり、１８０は処理装置
１７０の処理結果を受けて表示する表示器である。処理
装置１７０には、送受器１２００位ｆを求める位置検出
器１９０の信号も入力しである。

以上の説明でわかるように、従来例と異なる特徴点は位
相抽出器１６０と処理装ｆ１７０との追設である。これ
らの点を重点的に説明してゆきたい。

パルス発振器１３０から発信されたパルスは送受切シ換
え器１４００送信方向へのスイッチング動作によシ送受
器１２０へ加えられて、この送受器１２０から媒質１０
０へ向けて放射され、その結果として送受器１２０へ向
けて反射波が戻って来る。この反射波を送受器１２０が
受けて電気的な受信信号とし、この受信信号は送受切り
換え器１４０の受信方向へのスイッチング動作により増
幅器１５０へ送られる。増幅器１５０による処理信号は
位相抽出器１６０へ入力される。

位相抽出器１６０の構成と、その各部の信号波形を第５
図、第６図に基づいて説明する。

増幅器１５０から位釉抽出器１６０に入力される増幅器
１５０の出力波形は、第６図に示す増幅器１５０の出力
波形に示す様に、得られる反射波は表面反射と探査物１
１０からの反射が混在するものとなる。位相抽出器１６
０は、発振器１３０のトリガ出力に同期している。発振
器１３０のトリガ出力を受け、正弦波発振器１６０１は
あらかじめ設定した時間、または、波数だけ正弦波を発
生する。正弦波発振器１６０１の発振周波数は、送受器
１２０に送った周波数と同一とする。１６０２は移相器
である。移相器１６０２は、正弦波発振器１６０１の出
力の位相をずらす働き金し、この移相量は第６図ではφ
′である。１６０３は、掛算素子であって、移相器１６
０２と増幅器１５０の出力の掛算処理をする。掛算結果
、波形には、使用している周波数の２倍の成分が出るが
、これを使用周波数以下を通過させる低域フィルター１
６０４を通すと、第６図中の低域フィルター１６０４の
出力波形が得られる。この掛算処理とフィルターリング
の関係を式を用いて説明する。今、増幅器１５０の出力
を、 ｖ（ｔ）＝ΣＡ　ａ　ｓｕ　（ωｔ＋φ、）　　　　・
−・・・・・（４）ａ＠Ｉ Ａ、；振幅 ω：２πｆ ｆ；使用周波数 ｔ；時間 φ、；反射信号検出までの時間遅れに対応する位相 で記述する。（４）式の意味は、Ｎヶの反射波形が、１
３０のトリガがあってから各々時間遅れをもって発生す
ることを示している。移相器１６０２の波形は、下式と
なろう ｆ３（ｔ）：５ｉｎ（ωｔ＋φ′　）　　　　　・・・
・・・・べ５）よって積は、 ｖ（ｔ）・　Ｓ（リ −ｃｏｓ（２ωｔ＋φ、＋φ’　）　）−（６）である
。前述のように使用周波数ｆ以下の低域フィルターを適
用するが、この結果、（６ン式の２ω成分である第２項
を除去できる。よって、ｖ　（ｔ）・５（ｔ） 、４ａ″ｌ となる。もし、（７）式で、 Ｊ＝１．２．・・・・・・ になる様にφ′金制御すると、ｎ番目の反射波形に対し
、その成分を消すことができる。つまり、（８）式のよ
うにφ′を定めると、（７）式でｃｏｓ　（φ、−φ′
　）＝Ｏ・・・・・・・・・（９）となるからである。

このような位相制御を表面反射波の部分に施こすと、第
６図中の低域フィルター１６０４の出力波形のように１
表面反射を消去できることになる。この位相制御をする
のが、゛第５図の検波器１００５、サンプリング装置１
６０６と移相器１６０２で構成されるフィードバックル
ープである。検波器１６０５は、増幅器１５０の出力信
号を検波する動作をする。検波器１６０５は、増幅器１
５０の出力ではなく、掛算素子１６０３の出力を検波し
ても同一の効果がある。第６図中の検波器１６０５の出
力波形は、反射信号がある部分を示している。本発明で
は、表面反射を消去するように位相フィードバック制御
するため、第６図の検波器１６０５の出力に設定レベル
ＴＬｔ−設け、ＴＬを検波器１６０５の出力が越えたと
き、サンプリング装置１６０６は低域フィルター１６０
４の出力値をサンプリングする。この値がＯであれば、
移相器１６０２の移相量は０である。サンプリング装置
１６０６の出力の大きさに従って移相器１６０２の移相
量が定まるため、これらのフィードバックによって必然
的に（８）式の条件が満される様にφ′を定めることが
できる。これより、表面反射を消して、探査物からの反
射信号を抽出することができる。

この出力は、処理装置１７０に送られ映像化処理される
。

次に、本発明の他の基本部分である処理装置１７０につ
いて詳しく説明する。処理装置１７０の主要部分は、マ
イクロコンピュータであり、その動作はソフトウェアに
従がう。処理装ｋ１７０の構成を第７図に示す。１７０
１，１７０２は、Ａ７Ｄ変換器であって、各々、検波器
１６０５の出力、低域フィルター１６０４を変換する。

１７０３は、ディジタル信号のバッファ素子であり、送
受器１２０の位置情報を位置検出器１９０内のエンコー
ダでディジタル化した信号を受信する。つま！！１１　
、Ａ／Ｄ変換器１７０１では、反射信号の検波信号を、
Ａ／Ｄ変換器１７０２では反射信号と正弦波の積の低域
フィルターリングした出力を、Ａ／Ｄ変換器１７０３で
は送受器１２０の位置信号を入力することになる。１７
０４は、ＣＰＵであシ、プログラムメモリ１７０５のプ
ログラムに従って動作する。１７０６は波形メモリであ
って、Ａ／Ｄ変換器１７０１、および、１７０２の出力
を一時記憶する。波形メモリ１７０６のメモリ内容をＣ
ＰＵ１７０４でソフトウェア処理し、画像メモＩＪ１？
０７に転送する。画像メモＪＪ１７０７の内容が表示器
１８０で画像として表示ちれる構成である。

次に処理装置１７０の画像メモＩ）１７０７の処理内容
を第８図、第９図のフローチャートによって説明する。

処理内容は、ふたつに大別できる。第１は、Ａ／Ｄ変換
器１７０１．１７０２に得た波形を波形メモｌＪ１？０
６に収録する部分でア）、第２は波形メモ’Ｊ　１７０
６の内容を処理演算して画像メモ１Ｊ１７０７に書き込
む部分である。前者の処理内容を第８図に、後者の処理
内容を第９図に示す。第８図を説明する。プログラムを
スタートすると、設定時間の経過を待って（８００１）
　　、送受器１２０の移動量のデータをバッファ素子１
７０３から読み込む（８００２）。さらに、波形データ
ｋＡ／Ｄ変換器１７０１．１７０２から読み込む（８０
０３）。この段設で、移動量、波形データをメモリ１７
０６にストアする（８００４）。データの採取時間、ま
たは、採取回数等の終了条件を満した時、データの採取
処理は終了する（８００５）。この段階において、波形
メモＩＪ１７０６には送受器１２０の各位置くおける波
形データ、つまり、反射信号の検波波形と、位相制御し
た反射信号の波形とが記憶される。これらのデータが下
記のメモリに収録されているとする。

送受器１２０の位置データ、　　ＰＯ（ｔ、ｋ）検波信
号データ　　　　　；　　ＤＥ（ｔ、ｋ）位相制御後の
反射波データ；　　ＲＦ（ｔ、ｋ）ここで、ＰＯ，ＤＥ
、几Ｆは２次元状のメモリを示し、ｔは、０からＬまで
の値をとり、こｎが採取する波形の数を決める。また、
ｋは０からＫまでの値をとり、ひとつの波形ｅ（Ｋ＋１
）点でＡ／Ｄ変換してサンプリングしたもののに番目の
値を示す。

次に、上記の波形メモり１７０６に収録されているデー
タ、ＰＯ（ｔ、ｋ）、ＤＥＣｌ、ｋｌ。

ＲＦ（／、、ｋ）を処理する内容について、第９図の処
理７０−チャートを用いて説明する。プログラムをスタ
ートさせると、画像メモリ１７０７をクリアする。画像
メ％す１７０７は、ＫＸＬの２次元状メモリである。さ
らに、ｔ＝０．に＝ｏとする。

これらの処理が第９図のブロック９００１である。

ＤＥ（ｔ、ｋ）、つまシ、反射信号の検波波形があらか
じめ設定した値を越えているかどうかを判別する（９０
０２）。設定値ｔ−Ｌ）Ｅ　（ｔ、　ｋ）の値が越えて
いる場合は、現象的に言って反射波が存在していること
を意味する。反射波がある場合、ブロック９００３によ
ってＧＲ，ｔ−演算する。ＧＲは、で求める。６０式の
分母は、送受器１２０がｔから（ｔ＋１１までの間に移
動した距離を示す量である。また、００式の分子は、反
射波と位相制御した正弦数の積を低域フィルターリング
した出力、つまシ、Ａ／Ｄ変換器１７０２で得た信号が
、ｔρ島ら（ｔ＋１）までに変化する量である。６０式
の結果が、設定値の範囲に入っているか判定する（９０
０４）。

ＧＲが設定範囲ＧＣある場合、この時点のｔ、ｋに対応
する画像メモ’）１７０７のメモリＧ（／、、ｋ）にＤ
Ｅ（ｔ、ｋ）の値を格納する（９００５）。ブロック９
００２で、ＤＥ（ｔ、ｋ）が設定値以下と判定された場
合、および、ブロック９００４でＧＲが設定値以上の場
合は、メモ１Ｊ１７０７には何も書きこます、ｋ＝に＋
１に更新する（９００６）。ｋが（Ｋ−１）になること
を判定して（９００７）、Ｌを増加させる（９００８）
。ｔがＬ−１まで以上の処理を続ける。以上の処理の結
果、画像メモ１７１７０７にデータが蓄積される部分は
、ＤＥのうち反射波信号が存在して、かつ、ＧＲの値が
設定範囲に存在する部分である。以下、この様な処理を
被探査物の映像化ができることを示す。第１０図は、送
受器１２０が被探査物１１０の真上から横方向にずれた
場合の、反射波形の関係を示す図である。

媒質内の伝播速度は通常一定であるので、送受器１２０
の各位置における被探査物１１０からの反射波は、各位
置Ａ、Ｂ、Ｃから被探査物１１０までの距離に比例する
。このため、Ａ、Ｂ、Ｃと送受器１２０を動かして行く
と、第１０図の波形のように、被探査物１１００反射波
は後の方に移動して行く。被探査物１１０の検出時刻を
距離に換算して図示すると第１０図の破線になる。破線
の方程式は、被探査物１１０を頂点とする双曲線になる
。つまシ、被探査物１１０が深さｄにあるとし、送受器
１２０が被探査物１１０の頂点から横方向にＸだけ離れ
たとすると、その位置での見かけ深さｙは、下式で求ま
る。

ｙ＝Ｖ］百］−■　　　　　　・・・・・・・・・・・
・０これよシ、 （Ｙ／ｄ　）”　−（ｘ／ｄ　）”　＝　１　　　　・
・・・・・・・・＠なる双曲線を得る。（９）式の漸近
線は、ｙ＝±Ｘ　　　　　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・（至）であシ、傾き４５″の直線である。（
９）、００式かられかるように、双曲線の傾きは頂点、
つまシ、被探査物１１０付近では０であり、最も大きく
なって±４５°である。被探査物の信号は、上記の様に
、双曲線状の傾きが４５°よシ小嘔い特性を有する。よ
って、あらかじめ傾きに対しである設定値を設けて、そ
の値より小さいものを被探査物からの反射波とすれば、
ノイズの影響を除いて被探査物のみを検知できる。また
、表面反射は変化率Ｇ几がＯＫ近く、下限設定値を設け
て除去できる。

上記の処理・判定をしているのが、第９図のブロック９
００３．９００４である。このように、本発明では、被
探査物の反射信号の特性をよく捕えて処理し、その結果
を画像メモリ１７０７に収納する構成である。画像メモ
リ１７０７の内容は、表示器１８０で表示され、ノイズ
・不要表面反射波のない鮮明な映像を得る。表示器１８
０で表示される像の例を以下に説明する。Ｋ１１図の（
ａ）は、媒質の中に被探査物が存在する状況全説明する
図である。同図の（ｂ）は、前記の処理結果として、画
像メモ’）１７０７内に蓄積されるデータを示し、この
蓄積内容が表示画像と１対１に対応して表示される。

メモリの蓄積内容は、前述のように反射波の強度情報で
ある。このため、メモリ内容を強度変調して表示すると
、反射波強度が強い所は明かるく、また、弱い所は暗く
表示される。さらに、前記の変化率判定処理の効果によ
り、被探査物以外のノイズ・表面波は表示されることは
なく、明瞭な映像を得ることが可能となる。

次に本発明の実施例について、位相抽出器１６０の別な
構成例について説明する。第１２°図は、位相抽出器１
６０の構成を示す図である。本実施例は、土砂の中の探
査物を見つける場合等に用いられるもので、送受器１２
０からはパルス状の電磁波が放出され、又、送受器１゛
２０で反射波が検出される。この場合、使用する周波数
が高いため、第１の実施例のように１反射波信号を直接
掛算処理等のアナログ処理に供することが困難である。

このため、サンプリング装置１６２０を用いて反射波信
号をサンプリングし、周波数を低下させた後、処理をす
る。サンプリング装置１６２０の働きを第１３図を用い
て説明する。第１３図において増幅器１５０の反射波形
は、パルス発振器１３０のトリガ出力に同期した信号で
ある。サンプリング装置１６２０は、パルス発振器１３
０のトリガ出力を受けてから、ΔｔＩ、ΔｌＩ＊１＋・
・・・・・　のように、少しずつ時間を遅らせて、その
時点での増幅器１５０の値をサンプリングする。この様
な操作をすることによって、増幅器１５０の出力波形の
周波数を、低下させることができる。つまり、サンプリ
ング装置１６２０の出力は増幅器１５０の出力波形と相
似で時間軸がのびたものとなる。この波形に対し、第１
の実施例に示した処理をする。すなわち、パルス発振器
１３０のトリガ出力を受けて正弦波発振器１６２１は設
定時間、または、設定波数だけ発振する。正弦波発振器
１６２１の発振周波数は、送受器１２０から放射し、送
受器１２０で受信される周波数と、パルス発振器１３０
のトリガ出力周波等で決まる周波数に設定する。１６２
２は、移相器であって、サンプリング装置１６２１の発
振波形の位相をずらす働きをする。１６２３は掛算素子
であって、移相器１６２２の出力とサンプリング装置１
６２０の出力間の掛算を実行する。１６２４は、低域フ
ィルターである。１６２５は検波器、１６２６はサンプ
リング装置である。サンプリング装置１６２６の値をも
とに、ｌ−相器１６２２の移相量を制御する。各機器１
６２１〜１６２６　の動作は、第１の実施例を示す第６
図の出力波形を有する各機器１６０１〜１６０６の動作
と同じでアシ、その詳細はここでは省略する。本実施例
は、高い周波数の信号を用いた場合でも、サンプリング
装置１６２０で位相フィードバックが可能な周波数帯に
低下させる例である。位相抽出器１６０以降の処理は、
第１の実施例と同じものが使える。

第３の実施例は、処理装置１７０の処理内容を一部変え
るものである。これは、第９図のブロック９００３の処
理を、下式のように変更する。まず、ＰＲｏ　＝ｃｏＳ
−”　ＣＲＦ　（ｔ、　ｋ　）／ＤＥ　Ｃ１，ｋ　）　
］・・・・・・・・・・・・α◆ ＰＲｏ　＝Ｃ０３−’　ＣＲＦ　（ｔ＋１．ｋ）／ＤＥ
　（ｔ＋１．　ｋ　）　〕・・・・・・・・・・・・（
至） を求め、さらに、このＰ　Ｒｏ　、　Ｐ　Ｒｏ　をもと
にを演算する。このＧ几の値が設定値の範囲にあるかを
判定して、映像化するのは第９図の処理内容と同一であ
る。Ｃ４からｃＪＱ式の処理の物理的意味について説明
する。（ロ）、（２）式において、ＲＦＣ４ｋ）は（７
）式の値を有する量であシ、反射波の振幅人。

と位相に関係したｊＩｋｃｏｓ　（φ、−φ′　）の積
である。

また、ＤＥ　（ｚ、ｋ）は検波信号の振幅値、つまり、
あるり、ｋＫおけるＡ、の値を示している。

よりて、几Ｆ　（ｚ、　ｋ）／ＤＥ　Ｃ１，ｋ）は、（
７）式において振幅Ａ、が消去されたｃｏｓ　（φ、−
φ′）なる量になっていることが明らかである。αも（
至）式のように１遊金弦演算をすると（φ、−φ′）の
値を得る。つ１シ、ＰＲｏは（ｔ、ｋ）における反射反
言号の位相そのものを示している。また、ＰＲＩは（／
、＋１．ｋ）での位相を示す。これよシ、ＩＰ几ｏ　　
ＰＲｓ　Ｉは、送受器１２０がＣＰ　ＣＬ、　ｋ）−Ｐ
　（ｔ＋１．　ｋ）　］だけ移動した時の、位相の変化
を示している。よって、Ｇ几は単位距離だけ１２０が移
動した時の位相差を示す。百いかえれば、ＧｆＬは、四
式の接線のｌＩａ＠を示しておシ、被探査物からの信号
ではＯｏから４５°の範囲にある。表面反射波は、変化
率が０６付近にあるので、設定値を適切に選ぶと除去さ
れるが、被探査物からの反射信号は除去されず映像化さ
れる。上記のように、本実施例では純粋に反射波の位相
情報に着目して映像化することに特徴がある。

次に、各機器１６０，１７０で得た映像化情報を開口合
成する手法について説明する。開口合成処理の説明上、
最初に被探査物の反射波の性質を明らかに、そのあと、
その性質をもちいた開口合成処理について言及したい。

これらの処理は、処理装置１７０のソフトウェア処理に
なシ、その処理結果を画像メモリに転送表示することに
なる。

第１４図に示すように反射体である探査物標１１０が媒
質内にあシ、これを送受器１２０を走査する場合、各走
査位置での反射波波形は図に示した様になる。送受器１
２０から発信した波は広がって伝播するので、探査物１
１０からの反射波は、送受器１２０の走査位置の広い範
囲で受信できる。

走査位置ｘ、でのアンテナから埋設物の表面までの距離
はＬＩで示す。走査位置Ｘｉにおける電波の受信波形１
４０１を縦軸を電圧、横軸を電波を発信した時刻からの
経過時間で表わすと、探査物１１０からの反射波が立上
る時間ｔ１は、探査物１１０と送受器１２０の距離１ｔ
と次の様な関係にある。

ｔ＋＝２ｔｔ／Ｃ・・・・・・・・・・・・αηここで
、Ｃは波の伝播速度である。

そこで、送受器１２０で受信した反射波の立上少時間１
．から、探査物１１０を映像化する時、送受器１２０か
ら発信した波動が広がることを考慮せず、言い換えれば
、波がｙ軸に平行に伝播すると仮定して探査物１２０の
反射位置の座標（Ｘ＋、ＹＩ）を次式よシ求め、作図す
ると第１５図に示す探査物１１０の映像１５０１を得る
。

７Ｉ＝Ｌｓ ＝Ｃｔ＋／２　　　　　・・・・・・・・・・・・（至
）第（ト）式で求めた反射点の座標（ｘｔ、ｙ＋）で作
図した映像１５０１は、実際の波はひろがって伝播して
いるので、真の反射点にくらべＸおよびｙ方向に拡大さ
れてしまい、探査物１１０の表面とはかなシ異なる映像
になる。

したがって、波動がひろがって伝播することを考慮に入
れて、探査物１１０の形状に即した反射面の映像を表示
する方法について、第１６図に示す模式図で説明する。

まず、Ｘ　　）’平面にて、走査位置ｘ１を中心に半径
Ａｔの円弧１６９０を描く。円弧１６９０は、走査位置
Ｘｉから発信した電波のひろがりに相当した長さである
。受信波の立上シ時刻ｔ、が得られたということは、第
（至）式により、反射位置は、円弧１６９０上に存在す
ることになる。同様にＸＱからＸ、に到る各走査位置に
ついて、それぞれ円弧を描いていけば、第１７図に示す
様な探査物１１０の表面に沿った像１７９０が作図でき
る。しかし、この方法では、探査物１１０の表面に関係
のない余分な円弧が描かれてしまうので、鮮明な映像に
するＫは、次に説明する作図方法を用いる。即ち、走査
位置Ｘｉで反射波が発信後ｔ＋にて受信されたとする。

したがって反射体は、走査位置Ｘｉから半径を鳳　（ｔ
　Ｉ＝　Ｃｔ　Ｉ／　２　）の円弧１６９０上に存在す
ることになる。同様１１Ｃｘ６からＸ、に到る各走査位
置について、それぞれ円弧を描いていけば、第１７図に
示す様な探査物１１０の表面に沿った像が作図できる。

しかし、この方法を単に用いただけでは、埋設物１の表
面に関係のない余分な円弧が描かれてしま、う。鮮明な
映像を得る作図方法を以下に説明する。

第１７図の映像で枠１７９５の中の図を拡大して第１８
（ａ）図に示す。第１８（ａ）図において、円弧゛１６
９０は、探査物１１Ｇの表面に接するが、円弧１６９０
の線分が細いため、探査物１１００表面を鮮明に図形化
できない。すなわち、各円弧１６９０が重なった部分が
、反射体が存在する可能性が高い位置と見なせるので、
第１８（ａ）図の円弧１６９０が重な９合りた位置だけ
を抽出して表示したのが第１８（ｂ）図でるる。点１８
１０は２本の円弧１６９０が交叉した位置である。線が
細い円弧はど、複数の円弧が重なる部分が少なく、点状
の交叉部分が探査＃１１００表面形状とはかけ離れた映
像を形成する。そこで、円弧の線分を太くして映像化す
るとどうなるかを示す。第１８（Ｃ）図に、円弧１６９
０ａを太くして描いた図を示す。枠１７９５で示す部分
で、円弧１６９０ａが重なった回数が多い部分だけを映
像化すると第１８図（ｄ）図のハツチングで示した形状
の様になる。探査物１１０に対して円弧１７９０ａが４
本以上重なった部分を図示したのが映像１８２０である
。円弧の幅を太くすると、円弧が重なる部分は点から面
に広がるが、その映像は探査物１１０の形状を正確に再
現できない。

そこで、円弧の線分を太くして、その重なシ部分で探査
物１１０の形状を正確に再現できる方法を以下に述べる
。

まず、伝播時間ｔｌが得られた場合、走査位置Ｘｌを中
心として、生涯ｔ＋　（ｔｔ　＝Ｃｔｔ／２）の円弧を
描く。ただし、この円弧は、波の波面と考える。伝播時
間ｔ１について測定誤差がΔｔであったとすると、半径
ｔＩから半径ｔ＋＋２Δｔ（Δｔ＝ＣΔｔ／８）までは
、強度１、半径ｔＩ＋２ΔＬからｔ１＋４Δｔまでは強
度−１、また、半径１＋からｔ１＋Δｔおよび半径ｔ　
Ｉ＋３Δｔからｔｔ＋４ΔＬまでは強度１ｊ（ｊは虚数
記号）、半径ｔ１＋ΔｔからＬ　Ｉ＋３Δｔまでは強度
−１ｊの円弧を描く。すなわち、伝播時間ｔ１が得られ
たら、反射体は、走査位置Ｘ１から、半径ＡｔからｔＩ
＋４ΔＬまでの距離で、角度θの範囲内に存在すること
になる。上記の区分した円弧の強度で実数部と虚数部で
表わしたのは、その領域内で反射体の存在を確率分布と
して表わしたことに相当する。以下、映像の表示方法を
詳細に説明する。

第１９図に、Ｘ−ｙ平面を構成する画面を想定する。走
査位置Ｘ１を中心とし、角度θの範囲で、半径ＬＩ、ｔ
＋　＋２Δｔ、ｔｔ＋４Δｔの円弧１９１０．１９２０
．１９３０　を描く。円弧１９１０と１９２０で囲まれ
た斜線部の領域の画素の値は、第１４図で示す反射波の
最大振幅Ｐ＋とする。円弧１９２０と１９３０で囲まれ
た領域の画素の値は、Ｐ＋とする。同様にして、各走査
位置について、円弧に含まれる各画素に、Ｐ＋、　　Ｐ
ｔの値を加算してゆく。この手順と並行して、第２０図
に示す画面（第１９図と同一の画面）での各画素の数値
加算を実施する。即ち、走査位置ｘ、を中心とし、角度
θの範囲で、半径ＬＩ、Ａｔ＋Δｔ。

ｔｔ＋３ΔＬ、ｔｔ　＋４Δｔの円弧１９１０，２０１
０゜２０２０．１９３０を描く。円弧１９１０と２０１
０、また円弧２０２０と１９３０で凹まれた各画素には
−Ｐ＋。

円弧２０１０と２０２０で囲まれた斜線部の各画素には
ＰＩをそれぞれ加算してゆく。

以下、各走査位置について同様の手順をくシ返す。

ｘ、）からＸ、に到る全ての走査位置について、第１９
図、及び第２０図で説明した加算手順を終了すると、第
１９図に示した画素の値Ｐｓ（ｘ、ｙ）と第２０図に示
した画素の値Ｐｓ　　（Ｘ＋　Ｙ　）Ｋついて、次式に
従った積分強度Ｐｗ（ｘ、ｙ）を算出する。

Ｐｗ　（ｘ、　ｙ）−Ｐｓ　　（ｘｓ　ｙ）＋Ｐｓ　　
（ｘ、　ｙ）２・・・・・・・・・・・・αす Ｐｗ　（ｘ、ｙ）が一定の規準値以上になる画素だけ表
示すると第２１図に示す如く、探査物ＨＯの表面に忠実
な映像２１００を得る。上述の７口く、第１９．２０図
で示した手段、第αり式による画素の積分強度の算出に
より、電波のひろがりにかかわらず、探査物１１０の形
状通シの鮮明な映像が得られる。なお第１９．２０図で
説明した手順で各画素への加算値ＰＬ、　　Ｐ＋をそれ
ぞれ＋１゜−１にしても、多少映像２１００の滑らかさ
は損われるが詳細な画像を表示できる。

以上、開口合成処理手法について述べた。上記したよう
に１本処理法は、第１から第３の実施例で得た鮮明な被
探査物の像のみを処理する構成罠なっている。このため
、従来の画面全部のデータを処理する手法に比較して、
大幅に処理時間を短縮できる。

以上に述べた如く、慣出された反射信号に、その周波数
と同一周波数の基準信号を掛は算する。

基準信号の位相を特定の反射信号が消える様に制御でき
るため、表面波等の不要な信号を除去できる。さらに、
検出位相の変化率を求めて探査物のみを映像化する。ま
た、探査物からの反射信号のみを開口合成して探査物の
大きさ等を求める。

よって、不要な反射波・ノイズを除去し、被探査物標の
みの映像を得ることができる。また、その像の開口合成
処理によシ、短時間に探査物の高精度な像を再生できる
。このため、正確かつ高速な物標探査ができる。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、受信信号中の不要信号を
除去して確実な探査結果を得ることができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図、第２図は
従来の超音波探傷装置の構成を示す図でるる。第３図は
本発明の原理説明に関し、探亘装置アンテナと探査物の
位置関係を示す図、第４図は従来の埋設物探査装置の構
成のブロック図、第５図は第１図の要部詳細ブロック図
、第６図は第５図の各部の波形を説明する図である。第
７図は第５図１７０の構成を示す図であシ、第８図、第
９図はその処理ン７トウエアのフローチャートである。 第１０図は探丘物標と送受器の位置関係の差による反射
波形の違いを説明する図である。第１１図は被探査物の
存在状況と得られる画像の例を示す。第１２図は本発明
１６０の別な実施例を示す構成図であシ、第１３図はそ
の波形関係を示す図である。第１４図は探査物からの反
射波形の例を示す図であり、第１５図は映像が得られる
位置関係を示す。第１６図は映像化手法を説明する模式
図でメジ、第１７図は得られる像の例である。 第１８図は像を高精度化する手法の説明図と、得ら柑本
像の例を示す図である。第１９図、第２０・ゝ１ 図は、瞳細な像再生に用いる手法を説明する図、第２１
図は得られる再生像の一例を示す図である。 １００・・・媒質、１１０・・・被探査物、１２ｏ・・
・送受器、１３０・・・パルス発振器、１４０・・・者
受切シ換え器、１５０・・・増幅器、１６０・・・位相
抽出器、１７０・・・処理装置、１８０・・・表示器、
１９０・・・位置検出器、１６０１・・・発振器、１６
０２・・・移相器、１６０３・・・掛算素子、１６０４
・・・低域フィルター、１６０５・・・検波器、１６０
６・・・サンプリング装置、１７０１．１７０２　・Ａ
／Ｄ変換器、１７０３・／＜７７７素子、１７０４・・
・ＣＰＵ、１７０５・・・プログラムメモリ、１７０６
・・・メモリ、１７０７・・・画像メモリ、１６２０・
・・サンプリング装置、１６２１・・・正弦波発振器、
１６２２・・・移相器、１６２３・・・掛算素子、１６
２４・・・低域フィルター、１６２５・・・検波器、１
６２６・・・サンプリング装置、１５０１・・・映像、
１６９ｏ・・・円弧、１６９０ａ・・・円弧、１７９０
・・・映像、１８１０・・・円弧の交点、１８２０・・
・映像、１９１０〜１９３ｏ・・・円弧、２０１０．２
０２０・・・円弧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、媒質内に存在する探査目標に対して前記媒質上方か
   ら放射した波動を当て、その結果得られた反射波動を受
   信して受信信号を得、前記受信信号を前記受信信号の処
   理装置に入力し、前記処理装置による処理結果を表示器
   に表示する装置において、前記受信信号と同じ周波数の
   信号を発生する発振器と、前記発振器の出力信号を入力
   として前記出力信号の移相を調整する移相器と、前記移
   相器の出力信号と前記受信信号とを各入力として各入力
   を積算する積算器と、前記積算器の出力信号を入力とす
   る低域ろ波器と、前記低域ろ波器の出力信号を入力とす
   る前記処理装置とから成る媒質内の物体探査装置。 ２、媒質内に存在する探査目標に対して前記媒質上方か
   ら放射した波動を当て、その結果得られた反射波動を受
   信して受信信号を得、前記受信信号を前記受信信号の処
   理装置に入力し、前記処理装置による処理結果を表示器
   に表示する方法において、前記受信信号と同じ周波数の
   基準波と前記受信信号の積を演算して位相差を抽出し、
   前記基準波の位相を前記媒質表面からの反射波動に基づ
   く受信信号成分が消える位相差に調整することを特徴と
   した媒質内の物体探査方法。