JPS61204523A - 弾性波伝播時間測定装置 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、弾性波が物体中を伝播する時間を測定する測
定装置に関するものである。さらに詳しくは、弾性波の
伝播速度が物体の種類や状態により異なることを利用し
て、生体中の骨が折れているかどうかを調べたり、土中
の埋設物やコンクリート中の鉄筋などの損傷とか変質の
状態を調べたり、物体の存在そのものを調べたりするた
めの弾性波伝播時間測定装置に関するものである。

「従来の技術」 ある物体中に埋没している目的の物体の弾性波伝播時間
を計測して、埋没している物体の状態を知るような場合
、例えば生体（１）中の骨（２）が折れているかどうか
を調べる場合には、従来は、第４図に示すような装置が
用いられていた。すなわち骨折個所Ｘを含む生体（１）
の表面の一定距離をおいたＡ、８２点に、送信用電気音
響変換器（３）と受信用電気音響変換器（４）を設置す
る。そして。

電気パルス発振器（５）からの電気パルスを発生させ、
その信号でカウンタ（７）をスタートさせ、クロック信
号発振器（８）がらのクロックのカウントを開始し同時
に送信用電気音響変換器（３）がら超音波パルスを発信
する。この超音波信号は、生体（１）を伝播し、骨（２
）に至り（Ｃ）点がら骨（２）の内部を通り、再び（Ｄ
）点から生体（１）へ出て、Ｂ点の受信用電気音響変換
器（４）に至る。この受信用電気音響変換器（４）で受
信された信号は、増幅器（６）で増幅され、かつ波形整
形されてカウンタ（７）へ送られ、カウンタ（７）をリ
セットする。そのため、カウンタ（７）では、送信用電
気音響変換器（３）の送信時から受信用電気音響変換器
（４）の受信時までの時間が計測される。つぎに、生体
（１）を通過したＡ点から０点までと、Ｄ点からＢ点ま
での時間を除去するため、第４図とは別の装置等で生体
（１）の伝播定数と骨（２）までの深さを計測したり、
０点やＤ点での反射波の到達時間を計測したりしてカウ
ンタ（７）の値を補正し、表示器（９）で表示する。こ
のようにした表示された値が本来の骨（２）の弾性波伝
播時間より大である場合には、骨折していると判定され
る。

「発明が解決しようとする問題点」 以上のように従来の方法では、測定時間の中に、目的物
質である骨（２）の伝播時間の他に、（Ａ）点と（Ｃ）
点間、（Ｄ）点と（Ｂ）点間の生体（１）の伝播時間も
含んでいるので、これを除かなければならない、そのた
め、別個の装置や回路を用いて不必要な生体（１）の伝
播定数とか、骨（２）までのそれぞれの深さ、反射時間
などを計測しなければならず、その操作が煩雑で、しか
も誤差の発生する原因にもなっていた。

ｒ問題点を解決するための手段」 本発明は以上のような問題点を解決するためになされた
もので、異質物体中に埋没している１的の物体の弾性波
伝播時間を測定する装置において。

目的の物体の測定すべき点に近い異質物体の表面の２点
に、電気パルスを送信し、かつ受信することのできる電
気音響変換器をそれぞれ設置し、この電気音響変換器に
、自らの送信波に基づく目的物体からの反射波と、他の
電気音響変換器からの到達波の時間を計測するカウンタ
を結合し、このカウンタに、それぞれのカウンタの時間
データから目的の物体の弾性波伝播時間を演算する演算
回路を結合してなるものである。

「作用」 ２つの電気音響変換器に同時に電気パルス信号を印加し
、一方の電気音響変換器が信号を発射してから反射信号
の到達までの時間を２Ｔ１、他方の電気音響変換器から
の信号の到達までの時間をＴとする。他方の電気音響変
換器で測定した値も同様に、２Ｔ、、Ｔとする。これら
のデーノに基づきそれぞれのカウンタでは、　Ｔ−２Ｔ
　ｔ　＝Ｔ　ａ、Ｔ−２Ｔ２＝Ｔ４が計測される。また
、目的の物体中の伝播時間をＴｏとすると、Ｔ　＝　Ｔ
　ｏ　＋　Ｔ　を十Ｔ２であるから、 Ｔｏ　＝’ｌ’−’ｒ　、　−Ｔ２ ＝’ｒ　（（Ｔ−２Ｔ　ｚ）＋（Ｔ　　２Ｔ２））＝＋
（Ｔ　ａ　＋　Ｔ　４　） となる。したがって、演算回路によって２つのカウンタ
の値の平均をとれば目的の物体の伝播時間が得られる。

なお、２つの電気音響変換器に一定時間をおいて別々に
電気パルスを与え、２回に分けてＴ３およびＴ４を計測
すれば、カウンタは１個だけで済む。

「実施例」 本発明の実施例を第１図以下の図面により説明する。

（２）は測定しようとする目的の物質、（１）はこの目
的の物質（２）を覆っている異質物質である。前記目的
の物質（２）の測定すべき２点（Ｃ）（Ｄ）に最“　も
近い異質物質（１）の表面（Ａ）、（Ｂ）点には送受信
共用の電気音響変換器（１０）　（１１）が設置される
。

これらの電気音響変換器（１０）　（１１）はそれぞれ
切換回路（１２）の共通接点（１３）　（１４）に結合
され、切換接点（１５）　（１６）はそれぞれ測定用電
気パルス発振器（１７）に結合されている。他方の切換
接点（１８）　（１９）はそれぞれ増幅器（２０）　（
２１）　、カウンタ（２２）　（２３）を介して演算回
路（２４）に結合され、さらにこの演算回路（２４）は
表示器（２５）に結合されている。前記カウンタ（２２
）　（２３）にはまた、クロック信号発振器（２６）が
結合されている。前記演算回路（２４）は加算器（２７
）と２分割器（２８）で構成されている。

つぎに本発明による装置の作用を説明する。まず、切換
回路（１２）の連動する可動片（２９）　（３０）を一
方の切換接点（１５）　（１６）側に接続し電気パルス
発振器（１７）からの電気パルスを電気音響変換器（１
０）　（１１）に同時に印加する。印加し終れば直ちに
他方の接点（１ｇ）　（１９）側に接続する。すると電
気音響変換器（１０）（１１）からは第２図のｔ、ｏ時
に弾性パルス波がそれぞれ同時に目的の物質（２）に向
って発射される。まず一方の電気音響変換器（１０）だ
けを考えると、目的の物質（２）の（Ｃ）点に達し、こ
の（Ｃ）点で一部を反射し、この（Ｃ）点での反射波は
電気音響変換器（１０）で受信され、第２図のし２時に
電気パルスを発生する。弾性パルス波の他の一部は（Ｃ
）点で目的物質（２）の内部を伝播する。この内部を伝
播したパルス波は（Ｄ）点を通り、第２図の七３時に他
方の電気音響変換器（１１）で受信される。

他方の電気音響変換器（１１）でも同様に、七〇時に発
射されたパルス波が（Ｄ）点で反射されて反射波をし１
時に受信し、また、一方の電気音響変換器（１０）から
の到達パルス波をｔ、３時に受信する。受信した信号は
、切換回路（Ｉ２）の接点（１１３）　（１９）を通り
増幅器（２０）（２１）で増幅され、かつ波形整形され
てそれぞれカウンタ（２２）　（２３）へ送られる。カ
ウンタ（２２）　（２３）には、クロック信号発振器（
２６）からクロック信号が入力しし。からｔ４までと、
し２がらし４までの時間に対応したクロック信号を計数
する。

この計数されたクロック信号を演算回路（２４）の加算
器（２７）、　２分割器（２８）へ送る。

ここで、（Ａ）点から（Ｃ）点までの弾性波の伝播に要
する時間をＴｔ、（Ｂ）点から（Ｄ）点までをＩ２、ま
た、目的物質（２）の内部の伝播時間をＴ。

とする、また、一方（１０）から他方（１１）への伝播
時間と、逆に他方（１１）から一方（１０）への伝播時
間とは同じ時間Ｔである。Ｔは次式で示される。

Ｔ　”　Ｔ　ｔ　＋　Ｔ　ｏ　＋　Ｔ’　２また、一方
の電気音響変換器（１０）で得られる反射波と他方から
の到達波との時間間隔をＩ３．同様に他方の電気音響変
換器（１１）での時間間隔をＩ４とすると、 Ｔ　３　＝Ｔ　−２Ｔ　１　＝　−Ｔ　１　＋　Ｔ　ｏ
　＋　Ｔ　２’ｒ４＝’ｒ−２’ｒ２＝’ｒｔ＋’ｒｏ
　　Ｔｔとなる。これを加算器（２７）で加算し、さら
に２分割器（２８）で２分割して両者の平均をとればＴ
３十Ｔ４ −　＝　Ｔ。

となり、目的物質（２）の伝播時間Ｔ。が得られる。

この伝播時間Ｔｏが表示器（２５）で表示される。

第３図は本発明の他の実施例を示すものである。

この第３図において第１図と同一部分は同一符号とした
。

第１図の実施例においては、２つの電気音響変換器Ｏｏ
）　（１１）へ同時に１個の送信パルスを送り。

１回の計測を終了するようにした。これに対し、第３図
においては２個の送信パルスをある時間をおいて交互に
電気音響変換器（１０）　（１１）に供給することによ
り１回の計測を終了するようにしたものである。すなわ
ち、切換回路（１２）の可動片（２９）　（３０）はと
もに常時他方の接点（１８）　（１９）側に接続されて
いる。そして、第１のパルスを印加するとき、一方の可
動片（２９）だけを一方の接点（１５）側に切換えてパ
ルスを一方の電気音響変換器（１ｏ）にだけ印加し、印
加を終了すれば他方の接点（１８）へ戻す。

（Ｃ）点での反射波は一方の電気音響変換器（１ｏ）で
受信され、増幅器（３１）に入力される。引き続き目的
物質（２）を通過して他方の電気音響変換器（１１）で
受信されるパルスも同じく増幅器（３１）に入力される
。カウンタ（３２）では増幅器（３１）からの第１のパ
ルスで計数を開始し、第２のパルスで計数を停止する。

このときカウンタ（３２）は計数値をリセットすること
なく保持している。つどの第２の送信パルスは切換回路
（１２）の他方の可動片（３０）だけを一方の接点（１
６）側に接続して電気音響変換器（１１）に印加し、印
加を終了すれば他方の接点（１９）へ戻す。他方の電気
音響変換器（１１）で受信された（Ｄ）点からの反射波
および一方の電気音響変換器（１０）で受信された通過
波の信号は増幅器（３１）を経てカウンタ（３２）を再
度起動および停止させる。ここにおいてカウンタ（３２
）には先の計数値と後の計数値との和が計数され、この
値を２分割器（２８）で２分割して表示器（２５）にて
計測時間を表示する。

この第３図の実施例によれば、第１図の実施例よりも測
定時間は少なくとも２倍必要ではあるが、機器構成は簡
単であり経済的である。

以上の説明において電気音響変換器（１０）　（１１）
は送受信兼用型としているが、送信用と受信用に別個の
変換素子を用いこれを近接して設置したり、１個の筐体
に近接して収めて、実用上同一場所における送受信形と
した電気音響変換器を用いることができる。

「発明の効果」 本発明は上述のように構成したので、異質物質中の弾性
波伝播時間を一方からと他方から、同じ物質、同じ場所
、同じ時刻について測定し、この測定値より簡単な演算
で不必要なデータを除き目的の時間が得られる。したが
って測定確度の向上が図れるのみならず、測定操作も簡
便であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による弾性波伝播時間測定装置の第１実
施例を示すブロック図、第２図は出力波形図、第３図は
本発明の他の実施例のブロック図。 第４図は従来のブロック図である。 （１）・・・異質の物質、（２）・・・目的の物質、（
３）　（４）　（１０）（１１）・・・電気音響変換器
、（５）　（１７）・・・電気パルス発振器、（６）　
（２０）　（２１）　（３１）・・・増幅器、（７）　
（２２）　（２３）　（３２）・・・カウンタ、（８）
　（２６）・・・クロック信号発振器、（９）　（２５
）・・・表示器、（１２）・・・切換回路、　（１３）
（１４）・・・共通接点、（１５）　（１６）　（１８
）　（１９）・・・切換接点、（２９）　（３０）・・
・可動片。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）異質物体中に埋没している目的の物体の弾性波伝
   播時間を測定する装置において、目的の物体の測定すべ
   き点に近い異質物体の表面の２点に、電気パルスを送信
   し、かつ受信することのできる電気音響変換器をそれぞ
   れ設置し、この電気音響変換器に、自らの送信波に基づ
   く目的物体からの反射波と、他の電気音響変換器からの
   到達波の時間を計測するカウンタを結合し、このカウン
   タに、それぞれのカウンタの時間データから目的の物体
   の弾性波伝播時間を演算する演算回路を結合してなるこ
   とを特徴とする弾性波伝播時間測定装置。
2. （２）カウンタは、２個の電気音響変換器のデータを同
   時に計数するためにそれぞれの電気音響変換器に１個ず
   つ結合してなる特許請求の範囲第１項記載の弾性波伝播
   時間測定装置。
3. （３）カウンタは、２個の電気音響変換器に１個だけ結
   合し、２個の電気音響変換器のデータをある時間をおい
   て交互に計数するようにした特許請求の範囲第１項記載
   の弾性波伝播時間測定装置。