JPS63503163A - 超音波探傷器 - 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】

超音波探傷器 発明の分野 本発明は超音波による材料の検査および分析に関するものであり、とくに、超音 波探傷器に関するものである。 背景技術 音響パルス発生器へ接続された同期信号発生器と、この同期信号発生器へ直列に 接続された映像検波器と、この映像検波器へ直列に接続された映像増幅器とを備 え、音響パルス発生器の出力端子が圧電結晶素子へ結合され、その圧電結晶素子 の出力端子が無線周波パルス増幅器を介して記録器へ結合される、超音波検出器 が知られている（ニー・ケー・ガービッチ（Ａ、に、Ｇｕｒｖｉｅｈ）、アイ・ エヌ・エルモロフ（１，Ｎ、Ｅｒｍｏｌｏｖ）、ウルトラズブコボイ・コントロ ール・スバルニ・シュボブ（ＵｌｔｒａｚｖｕｋｏｖｏｉＫｏｎｔｒｏｌ　５ｖ ａｒｎｎｙｋｈ　５ｈｖｏｖ）、テクニカ・パブリ（Ｔｅｋｈｎ−１ｋａ　Ｐｕ ｂｌｌ、）　、キエフ（Ｋｌｅｖ）　、１９７２．４２４ページ）。 この超音波検出器の圧電素子は超音波信号の送波器および受波器として機能する 。 加工物部の音響試験は障害発見器を長手方向および横方向へ機械的に動かすこと により行われる。試験結果は記録される。 試験の速さは、障害発見器の機械的な動く速さと、この障害発見器と検査される 加工物の表面との信頼できる音響接触を維持する必要とにより制限される。これ は公知の超音波探傷器の効率に影響を及ぼす。また、この超音波探傷器において は、音響接触のどのような欠陥も試験結果の信頼度に大きな悪影響を及ぼす。 圧電素子を有する送波チャネルと、圧電素子を有する受波チャネルと、圧電素子 と無線周波パルス増幅器の入力端子の間に挿入された圧電素子スイッチングユニ ットと、このスイッチングユニットに結合された制御器とを備えた超音波探傷器 が知られている。それらのユニットは、圧電素子を無線周波パルス増幅器の入力 端子へ接続するように、圧電素子群を切換える。これにより超音波ビームを圧電 トランスデユーサに沿って走査できる。このユニットはマルチバイブレータと電 子スイッチを用いて構成できる（ＰＲ，Ｂ、２２４３４３５）。 この超音波探傷器は、走査が圧電トランスデユーサに沿ってのみ可能であって、 垂直な平面内では行えず、したがって超音波試験の効率が影響を受けることが欠 点である。 また、超音波探傷器にはスイッチングおよび制御のためにただ１つの、構造的に 複雑な装置が設けられているから、超音波探傷器の信頼度および試験結果の信頼 度が影響を受ける。 電気信号送信チャネルと電気信号受信チャネルを有する超音波探傷器も知られて いる。送信チャネルは同期パルス発生器を有し、その同期パルス発生器の出力端 子が音響パルス発生器へ接続され、その音響パルス発生器が送波圧電素子へ接続 される。 受波チャネルは互いに直列接続された受波圧電素子と、無線周波パルス増幅器と 、映像検波器と、映像増幅器と、記録器とを有する。この回路は制御電圧発生器 へ接続され、かつ受波圧電素子へ結合される。 同期パスル発生器は水平走査発生器へ接続され、この水平走査発生器は分周器へ 結合され、この分周器の出力端子は垂直走査発生器へ結合される。 受渡圧電素子は超音波の波長より短いか、その波長に等しい距離だけ隔てられる 。 加工物の音波試験はこの従来の探傷器により細い走査ビームによって行われる。 この音波試験は、受波圧電素子の超音波振動の位相を変えることにより行われる 。反射されたエコー信号が受信され、加工物の品質を評価するために用いられる 。この超音波探傷器は走査平面内の障害パラメータを試験期間中に連続して記録 できる。 この超音波探傷器は、欠陥が存在しない場合でも試験結果が記録されるために効 率が低いことが欠点である。 このことは、この超音波探傷器の効率が記録速度に依存することを意味する。記 録は、加工物中に欠陥が存在するか否かには無関係に、試験される領域全体にわ たって連続して行われる。 また、低速の記録器と超音波ビームの高い走査速度の組合わせのために、障害が 見逃されることが避けられず、その結果として試験の信頼度が低くなる。 従来の探傷器における試験の信頼度に影響を及ぼす別の要因は、電気的走査を行 っている間に受波圧電素子と送波圧電素子の感度が変化することである。それら の感度の変化は超音波ビームに垂直な平面上への発射の減少と、圧電素子の容量 結合とに起因するものである。その減少はｃｏｓＯの関数である。ここに０は圧 電素子への垂線に対して超音波ビームが成す角度である（デフエフトスコピア（ Ｄｅｆｅｋｔｏｓｋｏｐｌａ）、Ｎｏ、４．１９７９、モスクワ、ニス・ニー・ ファルケピッチ（Ｓ、Ａ、Ｆａｌｋｅｖｉｃｈ）、イッスレドバニエ・リネイノ イ・レシエトキ・ピエゾビブラトロフ・ニス・エレクトリチェスキム・スカニロ バニエム）　ｐｐ、６０〜６６）。 発明の開示 本発明は、検査される加工物の新しい音響試験モードを用い、かつ反射パルスが 到達した後でのみ欠陥を記録することにより試験の信頼度を高くする超音波探傷 器を提供するものである。 これは、電気信号送信チャネルが、少なくとも１個の送波圧電素子へ接続されて いる音響パルス発生器へ接続されている同期信号発生器を備え、電気信号受信チ ャネルが、超音波の波長より短いか、その波長に等しい距離だけ互いに隔てられ ている少なくとも２個の受波圧電素子と、無線周波パルス増幅器と、映像検波器 と、映像増幅器と、記録器と、同期信号発生器へ接続された水平掃引発生器と、 分周器とを備え、無線周波パルス増幅器と、映像検波器と、映像増幅器と、記録 器とは全て直列接続されるとともに、制御電圧発生器と受波圧電素子へ接続され 、分周器の出力端子は垂直掃引発生器へ接続されるような超音波探傷器において 、電気信号受信チャネルはマルチバイブレータと、第１の電子スイッチと、第２ の電子スイッチと、第３の電子スイッチとを備え、マルチバイブレータの入力端 子は映像増幅器の出力端子へ接続され、第１の電子スイッチの制御入力端子がマ ルチバイブレークの第１の出力端子へ接続され、そのマルチバイブレークの出力 端子が分周器へ接続され、その分周器の入力端子が制御電圧発生器へ接続され、 第２の電子スイッチの制御入力端子がマルチバイブレータの第１の出力端子へ接 続され、第２の電子スイッチの入力端子が送波圧電素子の出力端子へ接続され、 第２の電子スイッチの出力端子は無線周波パルス増幅器の入力端子へ接続され、 第３の電子スイッチの制御入力端子がマルチバイブレータの第２の出力端子へ接 続され、第３の電子スイッチの入力端子が受渡圧電素子の出力端子へ接続され、 第３の電子スイッチの出力端子が無線周波パルス増幅器へ接続される、超音波探 傷器において達成される。 この探傷器は超音波試験の感度を一定にする回路を有し、その回路の入力端子を 映像検波器の出力端子へ接続し、その回路の出力端子を映像増幅器の入力端子へ 接続し、それの制御入力端子を制御電圧発生器の出力端子へ接続するとよい。 ４、

【図面の簡単な説明】

以下、本発明を図面を参照して特定の実施例について説明する。 第１図は本発明の超音波探傷器のブロック図を示し、第２図は本発明の超音波探 傷器の電気信号受信チャネルの回路図を示し、 第３図は本発明の超音波探傷器の送波圧電素子と受波圧電素子の指向性パターン を示す。 発明を実施する最良の形態 この超音波探傷器は超音波放射の走査の原理を基にしているものである。この超 音波探傷器は電気信号を送信および受信するための２つのチャネルを有する。 電気信号受信チャネルは、音響パルス発生器２（第１図）へ接続された同期信号 発生器１を有する。電気信号受信チャネルは少なくとも１つの送波圧電結晶素子 ３も存する。圧電送波素子３の数は電気的走査セクタの寸法により決定されるが 、実際には１０をこえることはない。 電気信号受信チャネルは、超音波の波長より短いか、その波長に等しい距離だけ 隔てられている少なくとも２個の受波圧電素子４を有する。その受波圧電素子の 数は希望の角度分解能と、試験される加工物の厚さとにより決定される。その数 は１００個をこえることはまれである。 最後の圧電素子４の出力端子が電子スイッチ５の入力端子へ接続される。その電 子スイッチ５の出力端子は次のような直列接続されたユニット、すなわち、無線 周波パルス増幅器と、映像検波器７と、映像増幅器８と、記録器９とに接続され る。 映像増幅器８の出力端子がマルチバイブレータ１０の入力端子へ接続され、その マルチバイブレータの１つの出力端子は電子スイッチ５の制御入力端子と電子ス イッチ１１の制御入力端子へ接続され、マルチバイブレータ１０の他の出力端子 は電子スイッチ１２の制御入力端子へ接続される。 受信チャネルは分周器１３を有する。この分周器の入力端子は同期信号発生器１ へ接続され、分周器の第１の出力端子は電子スイッチ１１の入力端子へ接続され 、分周器の第２の出力端子は垂直掃引発生器１４の入力端子へ接続される。電子 スイッチ１１の出力端子は制御電圧発生器１５へ接続され、その制御電圧発生器 の出力端子は受波圧電素子４へ接続される。 記録器９の出力端子は垂直掃引発生器１４と水平掃引発生器１６との出力端子へ 接続される。 電子スイッチ１２の入力端子は音響パルス発生器２の出力端子へ接続され、電子 スイッチ１２の出力端子はスイッチ５の出力端子へ接続される。 水平掃引発生器１６の入力端子が同期信号発生器１の出力端子へ接続される。 映像検波器７の出力端子が超音波試験の感度を一定にする回路１７へ接続される 。この回路１７の制御入力端子が制御電圧発生器１５の出力端子へ接続され、こ の制御電圧発生器の出力端子が映像増幅器１８の入力端子へ接続される。 超音波探傷器のあるユニットの回路図を第２図に示す。 音響パルス発生器２はトランジスタ１８（第２図）を有する。このトランジスタ のベースがコンデンサ１９とダイオード２０へ接続される。音響パルス発生器２ の出力回路は並列接続された抵抗２１とコンデンサ２２を含む。その並列回路は ダイオード２３を介してポテンショメータ２４へ接続される。そのポテンショメ ータ２４の接触アーム２５が阻止コンデンサ２６と誘導コイル２７を介して第１ の送波圧電素子３へ接続される。 可変コンデンサ２８が誘導コイル９と阻止コンデンサ３０を介して受波チャネル の最後の圧電素子４へ並列接続される。この最後の圧電素子４は電界効果トラン ジスタ３１のソースへ接続される。その電界効果トランジスタ３１の制御ゲート と基板の間にダイオード３２が挿入される。その基板は抵抗３３を介して接地さ れる。トランジスタ３１のドレインは抵抗３４と制限ダイオード３５を介して無 線周波パルス増幅器６０入力端子へ接続される。 ｒｆパルス増幅器６の出力段は、エミッタ負荷３７を有するトランジスタ３６で 構成されたエミッタホロワである。ｒｆパルス増幅器６の出力端子は映像検波器 ７の入力端子へ接続される。映像検波器７のトランジスタ３８のエミッタは抵抗 ３９により接地され、そのトランジスタ３８のコレクタは直列接続されている抵 抗４０゜４１を介して電源の正端子へ接続される。 映像検波器７の出力端子は抵抗４２を介して電界効果トランジスタ４３のドレイ ンへ接続され、それの制御ゲートは抵抗４４により接地されるとともに、抵抗４ ５を介して制御電圧発生器１５の出力端子へ接続される。電界効果トランジスタ ４３のドレインは阻止コンデンサ４６を介して映像増幅器４８のトランジスタ４ ８のベースへ接続され、そのベースは抵抗４７により接地される。 映像パルス増幅器８の出力段は抵抗５０により接地されるとともに、記録器９の 入力端子へ接続される。 トランジスタ９のエミッタが阻止コンデンサ５１を介してマルチバイブレータ１ ０のトランジスタ５２のベースへ接続される。そのトランジスタ５２のベースは 抵抗５３を介して接地されるとともに、抵抗５４を介して電源の正端子へ接続さ れる。トランジスタ５２．５５のエミッタは抵抗５６を介して一緒に接地される 。トランジスタ５５のベースは阻止コンデンサ５２を介してトランジスタ５２の コレクタへ接続されるとともに、抵抗５８を介して電源の正端子へ接続される。 トランジスタ５２のコレクタは抵抗５９を介して電源の正端子へ接続される。ト ランジスタ５５のコレクタは抵抗６０を介して正端子へも接続される。 トランジスタ５５のコレクタは電子スイッチ１２の電界効果トランジスタ６１の 絶縁ゲートへ接続される。ダイオード６２が電界効果トランジスタ６１のゲート へ並列に挿入され、かつ抵抗６３により接地される。 電界効果トランジスタ６１のソースがコンデンサ６４を介してポテンショメータ ２４の接触アーム２５へ接続される。トランジスタ５２のコレクタが電界効果ト ランジスタ３１のゲートとスイッチ１１の電界効果トランジスタ６５のゲートへ 接続される。 ダイオード６６が電界効果トランジスタ６５のゲートとドレインへ並列に挿入さ れ、かつ抵抗６７により接地される。電界効果トランジスタ６５のドレインが阻 止コンデンサ６８を介して制御電圧発生器１５のトランジスタ６９のベースへ接 続される。トランジスタ６９のベースと「アース」の間に抵抗７０が挿入される 。トランジスタ６９のコレクタが抵抗７１を介して電源の正端子へ接続されると ともに、コンデンサ７２により接地される。 トランジスタ７３のエミッタが抵抗４により接地されるとともに、受波トランス デユーサ１４の誘導コイル２９へ接続される。 電界効果トランジスタ６５のソースが分周器１３のマイクロ回路７５の出力端子 と、垂直掃引発生器１４の入力端子へ接続される。その垂直掃引発生器の出力端 子は記録器９へ接続される。 ここで開示している超音波探傷器の他のユニットおよび他の回路は通常のように 構成される。 次に、本発明の超音波探傷器の動作を説明する。 発生器１は、音響パルス発生器２の入力端子へ与える一連の同期パルスを発生す る。音響パルスは送波圧電素子３へ供給される。その送波圧電素子３は、検査す べき加工物に向けられる指向性パターン７６（第３図）の広いビームを発生する 。欠陥により反射信号が発生されない時は、圧電素子３は超音波振動の送波器お よび受波器として動作する。加工物中に欠陥が生ずると、反射信号が電子スイッ チ１２を介して無線周波パルス増幅器６の入力端子へ供給され、映像検波器７に より検波されてから映像増幅器８の出力端子からワンショットマルチバイブレー ク１０の入力端子へ供給される。マルチバイブレータ１０の出力信号がスイッチ １２を非導通状態にし、スイッチ５と１１を開く。電子スイッチ１１が導通状態 になると、分周器１３の出力信号が制御電圧発生器１５の入力端子へ供給される 。その制御電圧発生器１５の信号は受波圧電素子４のビーム位置を制御する。 電子スイッチ１２が非導通状態にされると、送波圧電素子３が増幅器６の入力端 子から切離され、受渡圧電素子４が導通状態にされている電子スイッチ５を介し てそれに接続される。この状態においては、送波圧電素子３は超音波振動の送波 器として機能し、受波圧電素子４は超音波振動の受波器として機能する。送波チ ャネル中の圧電素子の数（ｋ）と受波チャネル中の圧電素子の数（ｎ）は次式に 従って選択される。 ここに、φは圧電素子４の受波アレイの指向性パターンの幅、Ｓは圧電素子４の 受波アレイの電気的走査のセクタである。送波圧電素子３のこの数では、圧電素 子３の送波アレイの指向性パターン７６（第３図）の幅は受渡圧電素子４の走査 セクタに等しい。 感度−走化回路１７の電圧伝達比は、走査中の受波圧電素子４のアレイの感度の 逆関数である。この感度−走化回路１７は受波チャネルの伝達比を一定にする。 発生器１５の出力制御電圧は回路１７の制御電圧である。 このことは、欠陥が検出されると、この探傷器が別の音響発生モードへ自動的に 切換えられて、広い走査されないビーム７６が放射され、狭い走査ビーム７７が 受渡のために用いられることを意味する。このようにして、反射信号が受けられ た時から始まって欠陥が記録される。 欠陥の二次元映像が記録器９上に得られる。記録器９としては二軸ポテンショメ ータまたは陰極線管とすることができる。反射信号が消滅すると、この超音波探 傷器は以前の動作モードへ自動的に切換えられる。 この欠陥から反射された反射パルスが到達した時だけ記録するようにしたこの装 置は、従来の探傷器と比較してより信頼度の高い超音波試験を行うことを意図す るものである。更に、ここで提案している超音波探傷器は受波チャネルと送波チ ャネルにただ１つの増幅器を用いているのに対して、従来の全ての探傷器は、受 波チャネルと送波チャネルが受渡圧電素子と送波圧電素子の数に等しいならば、 ある数の増幅器を電気的に走査することを基にしている。この特徴は超音波試験 の信頼度にも寄与する。 産業上の利用可能性 本発明は溶接された加工物の超音波探傷と、機械製造工業における金属構造と、 発電設備の構造と、バイブラインの材料の連続性の試験とに使用できる。 国際調査報告 ″　’　”’ＰＣＴ／ＳＯ８６１０００４４

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．電気信号送信チャネルが、少なくとも１個の送波圧電素子（３）へ接続され ている音響パルス発生器（２）へ接続されている同期発生器（１）を備え、電気 信号受信チャネルが、超音波の波長より短いか、その波長に等しい距離だけ互い に隔てられている少なくとも２個の受波圧電素子（４）と、無線周波パルス増幅 器（６）と、映像検波器（７）と、映像増幅器（８）と、記録器（９）と、同期 発生器（１）へ接続された水平掃引発生器（１６）と、分周器（１３）とを備え 、無線周波パルス増幅器（６）と、映像検波器（７）と、映像増幅器（８）と、 記録器（９）とは直列接続されるとともに、制御電圧発生器（１５）と受波圧電 素子（４）へ接続され、分周器（１３）の出力端子は垂直掃引発生器（１４）へ 接続される、超音波探傷器において、電気信号受信チャネルはマルチバイブレー タ（１０）と、第１の電子スイッチ（１１）と、第２の電子スイッチ（１２）と 、第３の電子スイッチ（５）とを備え、マルチバイブレータ（１０）の入力端子 は映像増幅器（８）の出力端子へ接続され、第１の電子スイッチ（１１）の制御 入力端子がマルチバイブレータ（１０）の第１の出力端子へ接続され、そのマル チバイブレータ（１０）の出力端子が分周器（１３）へ接続され、その分周器（ １２）の入力端子が制御電圧発生器（１５）へ接続され、第２の電子スイッチ（ １２）の制御入力端子がマルチバイブレータ（１０）の第１の出力端子へ接続さ れ、第２の電子スイッチ（１２）の入力端子が送波圧電素子（３）の出力端子へ 接続され、第２の電子スイッチ（１２）の出力端子は無線周波パルス増幅器（６ ）の入力端子へ接続され、第３の電子スイッチ（５）の制御入力端子がマルチバ イブレータ（１０）の第２の出力端子へ接続され、第３の電子スイッチ（５）の 入力端子が受波圧電素子（４）の出力端子へ接続され、第３の電子スイッチ（５ ）の出力端子が無線周波パルス増幅器（６）へ接続されることを特徴とする超音 波探傷器。
2. ２．請求の範囲第１項記載の超音波探傷器であって、超音波試験の感度を一定に する回路（１７）を有し、その回路の入力端子は映像検波器（７）の出力端子へ 接続され、その回路の出力端子は映像増幅器（８）の入力端子へ接続され、それ の制御入力端子は制御電圧発生器（１５）の出力端子へ接続されることを特徴と する超音波探傷器。