KR0138741B1

KR0138741B1 - 초음파검사시스템의 신호집속방법 및 장치

Info

Publication number: KR0138741B1
Application number: KR1019920024365A
Authority: KR
Inventors: 이승우; 서정철; 이후정
Original assignee: 이민화; 주식회사메디슨
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 1998-04-28
Also published as: KR940013461A

Abstract

본 발명은 검사하고자 하는 대상체의 소정 반사위치에서 반사되는 초음파신호를 수신하고, 이 수신된 초음파신호를 전기적 신호로 변환하는 다수의 변환소자를 구비한 초음파검사장치에서, 각 변환소자를 통해 수신된 신호를 집속하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 일정한 길이에 대한 전체 변환소자 갯수의 중·감에 따라, 또는 각 변환소자의 위치와 상기 대상체의 반사위치간의 거리의 원·근에 따라, 각 그룹이 가변적인 갯수의 변환소자를 포함하도록 다수의 변환소자를 그룹화하고, 각 그룹의 변환소자에서 출력되는 신호에 대해 각 그룹별로 동일한 시간지연을 수행한 다음, 각 그룹의 지연신호를 가산하여 소정의 집속신호를 얻으므로써, 검사시 출력되는 화상의 해상도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 신호의 집속부를 하드웨어적으로 보다 간단하게 구현할 수 있다.

Description

초음파검사시스템의 신호집속방법 및 장치

제1도는 일반적인 초음파검사시스템을 개략적으로 나타내는 블록도.

제2도는 반사신호와 변환소자 간의 관계를 나타내는 개념도.

제3도는 종래의 신호집속장치의 일예를 나타내는 블록도.

제4도는 본 발명에 의한 신호집속장치의 일실시예를 나타내는 블록도.

제5도는 본 발명에 의한 신호집속장치의 다른 일실시예를 나타내는 블록도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 격자형변환기ADD : 가산기

DLY : 지연기

본 발명은 초음파검사장치에서 대상체로부터 반사되어 수신되는 신호를 집속하는 방식에 관한 것으로, 특히 탐촉자에 구비된 변환소자의 수가 상대적으로 많은 초음파검사장치에서도 상기 수신된 신호의 집속을 보다 간단하게 구현하기 위한 신호집속방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 초음파검사장치는 검사하고자 하는 대상체에 초음파신호를 발사하고, 그 결과 대상체의 불연속면에서 반사되어 되돌아오는 초음파신호를 수신한 다음, 그 수신된 초음파신호를 전기적신호로 변환하여 소정의 영상장치에 출력함으로써 대상체의 내부 상태를 검사한다. 이러한 초음파검사장치는 의료진단용, 비파괴검사 및 수중탐색 등에 널리 사용되고 있다. 초음파검사장치의 기능을 향상시키는 중요한 용인의 하나는 화면의 해상도이며, 이 해상도를 개선시키기 위한 개발이 꾸준히 진행되고 있다.

제1도는 일반적인 초음파검사장치의 구성을 대략적으로 나타내는 블록도이다. 펄스발생기(11)에서 발생되는 펄스신호가 스위치(12)를 통해 탐촉자의 격자형변환기(10)로 인가되면, 격자형변환기(10)는 전기적인 펄스신호를 초음파신호로 변환하여 대상체(13)로 발사한다. 그러면, 초음파신호를 전파매질 중 대상체(13)의 불연속면에서 반사되고, 그 반사신호는 격자형변환기(10)로 입사된다. 이때, 대상체(13)에 다수의 불연속 경계면이 존재하는 경우, 각 경계면에서 초음파신호가 순차적으로 반사되어 격자형변환기(10)로 입사된다. 격자형변환기(10)는 다수의 변환소자로 이루어지는데, 입사되는 초음파신호는 변환소자의 물질을 자극하게 되고, 이에 따라 그 초음파신호의 강도에 비례하는 전계가 발생됨으로써 전기적신호로 변환된다. 이 전기적신호는 다시 스위치(12)를 거쳐 증폭기(14)에서 소정크기로 증폭된 다음, 신호처리기(11)에서 영상신호로 처리되어 음극선관(16)으로 전송된다.

이러한, 초음파검사장치에서 탐촉자의 격자형변환기는 다수의 변환소자가 어레이(array)로 연결되어 있는데, 이것은 검사결과 출력되는 화면의 해상도를 증가시키기 위해서이다. 대상체에서 반사되어 격자형변환기로 입사되는 초음파신호는 각 변환소자의 위치에 따라 그 변환소자에 도달하는 시간이 각각 다르다. 즉, 중앙에서 멀리 위치할 수록 도달시간은 증가하게 된다. 이와 같이 서로 다른 도달시간을 갖고 입사되는 초음파 신호는 각 변환소자에서 전기적신호로 변환된다. 그러면, 각 변환소자에서 출력되는 전기적신호를 집속하기 위해서는 전술한 도달시간의 차이만큼을 각각 지연시켜 보상해주어야 한다.

제2도는 전술한 도달시간의 차이를 보상하는 지연시간을 계산하기 위한 개념도이다. 대상체에서 반사되어 수신되는 초음파신호의 도달시간은 격자형변환기의 각 변환소자의 위치에 따라 각각 다르다. 즉, 깊이 X에서 반사된 초음파신호가 N+1개의 벼환소자로 이루어진 격자형변환기로 입사되는 경우, N/2번째의 변환소자 보다 0번째의 변환소자에 더 빨리 도달하게 된다. 이러한 도달시간의 차이를 고려하여 모든 변환소자에 대해 각각 소정의 지연시간을 인가하여 보상해 줌으로써 실질적인 도달시간이 같아지도록 집속한다. 각 변환소자의 위치에 따라 보상되는 지연시간(TD)은 다음 식과 같다.

TD=[{X²+(n·d)²}^1/2-X]/V.................................................................... (1)

여기서, TD는 지연시간,

X는 반사위치의 깊이,

n은 변환소자의 위치,

d는 변환소자의 간격,

V는 초음파의 속도이다.

식(1)에서 알 수 있는 바와 같이, 각 변환소자에 대한 지연시간은 대상체에서 반사되는 깊이(X)와, 변환소자의 위치(n)에 의해 변화된다.

제3도는 종래의 수신 신호 집속장치의 일예를 나타낸다. 제3도의 장치에서, 격자형변환기(10)는 64개의 변환소자로 구성되며, 각 변환소자에서 전기적신호로 변환되어 출력되는 수신신호를 64개의 지연기(DLY₁~DLY₆₄)로 각각 공급된다. 그러면, 각 지연기는 입력되는 신호를 전술한 식(1)에 따른 소정의 지연시간 만큼씩 지연하여 출력한다. 각 지연기에서 출력되는 지연신호는 가산기(ADD)에서 가산되어 집속신호로서 출력된다. 이와 같이, 각 변환소자의 출력단에 소정의 지연시간값을 갖는 지연소자들을 각각 결합하여 각 변환소자의 출력신호를 지연함으로써, 대상체에서 반사된 초음파신호가 각 변환소자에 도달하는 시간적인 오차를 보상하여 준다.

그러나, 종래의 초음파검사시스템의 신호집속방식은 모든 변환소자 마다 출력단에 지연소자를 결합함으로써, 신호집속부가 하드웨어적으로 복잡해지고 집적도에 한계가 있었다. 특히, 초음파검사시스템의 용도에 따라 대상체의 근접영역을 검사하는 시스템 등에서와 같이 탐촉자와 변환소자의 수를 증가하는 경우, 모든 변환소자 마다 결합되는 지연소자로 인해 집속부의 복잡성이 한층 더 심각해지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 초음파검사시스템에서 수신된 신호를 집속함에 있어서, 탐촉자에 구비된 다수의 변환소자에서 변환소자의 위치에 따라 소정 갯수의 변환소자의 출력신호의 시간지연값을 동일하게 함과 아울러 변환소자의 전체 갯수에 따라 동일한 시간지연값을 갖는 변환소자의 수를 가변시킴으로써, 수신된 신호의 집속을 보다 간단하게 실행하기 위한 신호집속방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전술한 초음파검사시스템의 신호집속방법을 실행하기 위해 하드웨어적으로 구현한 신호집속장치를 제공함에 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 대상체의 소정 반사위치에서 반사되는 초음파신호를 수신하고, 이 수신된 초음파신호를 전기적신호로 변환하는 다수의 변환소자를 구비한 초음파검사시스템에서, 상기 다수의 변환소자에서 각각 출력되는 신호를 집속하기 위한 방법에 있어서, 일정 길이의 탐촉자에 대해 상기 변환소자의 갯수가 증가 또는 감소하는가를 판별하는 변환소자 갯수검사단계와, 각 변환소자의 위치가 대상체의 반사위치와 근접한 거리인가 또는 먼거리인가를 판별하는 변환소자 위치검사단계와, 다수의 변환소자를 상기 변환소자 갯수검사단계의 결과에 따라 가변되는 갯수의 그룹들로 구분하는 제1그룹화단계와, 다수의 변환소자를 상기 변환소자 위치검사단계의 결과에 따라 가변되는 갯수의 그룹들로 구분하는 제2그룹화단계와, 제1그룹화단계 및 제2그룹화단계에 의해 구분되는 각 그룹에 대해 해당 그룹의 변환소자의 출력신호를 소정 기간동안 동일하게 지연하는 단계와, 이 지연단계에서 지연된 신호를 가산하는 단계를 포함하는 초음파검사시스템의 신호집속방법에 의하여 달성된다.

본 발명의 다른 목적은 대상체의 소정 반사위치에서 반사되는 초음파신호를 수신하고, 이 수신된 초음파 신호를 전기적 신호로 변환하는 다수의 변환소자를 구비한 초음파검사장치에서, 상기 다수의 변환소자에서 각각 출력되는 신호를 집속하기 위한 장치에 있어서, 일정한 길이에 대한 전체 변환소자 갯수의 증·감에 따라, 또는 각 변환소자의 위치와 대상체이 반사위치간의 거리의 원·근에 따라, 각 그룹이 가변적인 갯수의 변환소자를 포함하도록 상기 다수의 변환소자를 그룹화하는 격자형변환기와, 격자형변환기의 각 그룹의 변환소자에서 출력되는 신호를 각각 공급받아 각 그룹별로 동일한 시간지연을 행하기 위한 다수의 지연기와, 다수의 지연기에서 출력되는 신호를 각각 공급받아 가산하여 집속신호를 출력하는 가산기를 포함하는 신호 집속장치에 의하여 달성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 바명의 바람직한 실시예를 상술한다.

제4도는 본 발명에 의한 초음파검사시스템의 신호집속장치의 일실시예를 나타내는 블록도이다. 제4도의 장치는 제3도의 장치와 마찬가지로 다수의변환소자로 이루어지는 격자형변환기(10)와, 다수의 지연기(DLY₁~DLY_K)와, 각 지연기의 출력신호를 가산하는 가산기(ADD)로 이루어진다. 격자형변환기(10)의 각 변환소자에서 전기적신호로 변환되는 수신신호는 변환소자의 위치에 따라 소정 갯수의 변환소자의 출력신호가 동일한 지연기로 입력된다. 즉, 제4도에 도시된 바와 같이, 격자형변환기(10)의 변환소자들 중 대상체에서의 반사위치와 최단거리에 위치한 변환소자(32) 및 이 변환소자(32)와 좌·우로 인접한 변환소자들(30,31,33,34)의 출력신호는 가장 큰 시간지연값을 갖는 지연기(DLY₁)로 공급된다. 이와 같이 대상체의 반사위치와 가장 근접한 거리에 위치한 4개의 변환소자(30~34)에 해당하는 제1그룹(G1)의 변환소자의 출력신호는 동일하게 지연보상된다. 또한, 제1그룹 다음으로 대상체의 반사위치와 근접한 거리에 위치하는 제2그룹(G2)의 변환소자(27,28,29) 및 제3그룹(G3)의 변환소자(35,36,37)는 마찬가지로 각각 동일한 시간지연값을 갖는 지연소자(DLY_1-1,DLY₁₊₁)로 각각 공급된다. 물론, 각 그룹에서 변환소자의 수가 5개 또는 3개 등으로 한정되는 것은 아니며, 각 그룹의 변환소자의 수는 임의의 정할 수 있다. 이와 같이, 대상체의 반사위치와 근접한 거리일수록 더 많은 갯수의 변환소자의 출력신호가 동일하게 시간지연되고, 대상체의 반사위치와 먼 거리에 위치할수록 적은 갯수의 변환소자의 출력신호가 동일하게 지연되거나 또는 각각의 변환소자의 출력신호가 소정값으로 지연된다. 따라서, 격자형변환기(10)의 변환소자의 수가 동일한 경우, 제4도의 장치에 구비되는 지연소자들(DLY₁~DLY_K)의 갯수는 제3도의 장치에 구비된 지연소자들(DLY₁~DLY₆₄)의 갯수보다 적게 되며(k64), 이에 따라 집속부의 복잡성이 감소된다.

제5도는 본 발명에 의한 초음파검사시스템의 신호집속장치의 다른 실시예를 나타낸다. 제5도의 장치는 격자형변환기(10)를 구성하는 변환소자의 수가 128개인 경우로서, 제4도의 장치에서와 동일한 길이의 탐촉자에서 변환소자의 수가 증가된 경우이다. 이와 같이 변환소자의 수가 증가하여 변환소자의 배열이 조밀한 탐촉자는 대상체의 근접한 영역을 검사하는데 사용된다.

제5도에서, 격자형변환기(10)의 변한소자들(1~128)중 대상체의 반사위치와 가장 근접한 거리에 위치한 제1그룹(G1)의 10개의 변환소자(60~69)의 출력신호를 동일한 지연기(DLY₁)로 공급한다. 이때, 이 지연기(DLY₁)는 다수의 지연기(DLY₁~DLY₁)중 가장 큰 시간지연값을 갖는 지연기이다. 제1그룹(G1)과 좌우로 인접한 제2그룹(G2) 및 제3그룹(G3) 각각의 8개 변환소자(52~59)(70~77)는 각각 동일한 지연기(DLY_j-1, DLY_j+1)로 공급된다. 이와 같이, 대상체의 반사위치와 근접한 거리에 위치할수록 더 많은 갯수의 변환소자의 출력신호를 동일하게 지연하며, 격자형변환기(10)의 가장자리에 위치하는 변환소자의 출력신호는 각각 소정값만큼 시간지연한다. 물론, 제5도의 경우에도 제1그룹, 제2그룹 및 제3그룹 등 각 그룹의 변환소자의 갯수는 10개, 8개 등으로 국한되지 않고 임의로 설정할 수 있다. 다수의 지연기(DLY₁~DLY₁)에서 출력되는 지연신호는 가산기(ADD)에서 가산되어 집속신호로서 출력된다. 이와 같이, 변환소자의 수가 증가하여 그 배열이 조밀해지는 경우, 동일한 지연기로 출력신호를 공급하는 변환소자의 수를 증가함으로써, 지연소자의 갯수를 보다 적게 유지할 수 있으며, 이에 따라 집속부의 구성을 보다 간단히 구현할 수 있다.

제4도 및 제5도의 장치에서, 대상체의 반사위치와 근접한 거리에 위치할수록 더 많은 갯수의 변환소자의 출력신호에 대해 동일한 시간지연을 행하는 것은, 대상체의 반사위치에서 반사된 신호가 각 변환소자에 수신됨에 있어서, 각 변환소자에 반사신호가 도달하는 시간적인 오차가 있는데, 이 도달시간오차는 대상체의 반사위치와 먼거리에 위치한 변환소자들 보다 근접한 거리에 위치한 변환소자들 간에 훨씬 적기 때문이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 초음파검사시스템의 신호집속방식은 일정 길이의 탐촉자에게 변환소자의 수가 많을수록 동일한 시간지연이 적용되는 변환소자의 수를 증가하며, 또한 대상체의 반사위치와 근접한 거리에 위치할수록 동일한 시간지연이 적용되는 변환소자의 수를 증가함으로써, 각 변환소자의 출력신호를 소정 시간만큼씩 지연하기 위한 지연기의 수를 감소할 수 있으며, 이에 따라 집속부의 복잡성을 감소하고 집적도를 높일 수 있다.

Claims

대상체의 소정 반사위치에서 반사되는 초음파신호를 수신하고, 이 수신된 초음파신호를 전기적신호로 변환하는 다수의 변환소자를 구비한 초음파검사시스템에서, 상기 다수의 변환소자에서 각각 출력되는 신호를 집속하기 위한 방법에 있어서, 일정 길이의 탐촉자에 대해 상기 변환소자의 갯수가 증가 또는 감소하는가를 판별하는 변환소자 갯수검사단계; 상기 각 변환소자의 위치가 대상체의 반사위치와 근접한 거리인가 또는 먼거리인가를 판별하는 변환소자 위치검사단계; 상기 다수의 변환소자를 상기 변환소자 갯수검사단계의 결과에 따라 가변되는 갯수의 그룹들로 구분하는 제1그룹화단계; 상기 다수의 변환소자를 상기 변환소자 위치검사단계의 결과에 따라 가변되는 갯수의 그룹들로 구분하는 제2그룹화단계; 상기 제1그룹화단계 및 제2그룹화단계에 의해 구분되는 각 그룹에 대해 해당 그룹의 변환소자의 출력신호를 소정 시간동안 동일하게 지연하는 단계; 및 상기 지연단계에서 지연된 신호를 가산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파검사시스템의 신호집속방법.
제1항에 있어서, 상기 제1그룹화단계는 상기 변환소자갯수검사단계에서 변환소자의 수가 증가하는 경우 상기 각 그룹이 더 많은 갯수의 변환소자를 포함하도록 그룹화하는 것을 특징으로 하는 초음파검사시스템의 신호집속방법.
제1항에 있어서, 상기 제1그룹화단계는 상기 변환소자갯수검사단계에서 변환소자의 수가 감소하는 경우 상기 각 그룹이 더 적은 갯수의 변환소자를 포함하도록 그룹화하는 것을 특징으로 하는 초음파검사시스템의 신호집속방법.
제1항에 있어서, 상기 제2그룹화단계는 상기 변환소자위치검사단계의 검사결과, 대상체의 반사위치와 상대적으로 근접한 거리에 위치한 그룹일수록 더 많은 갯수의 변환소자를 포함하도록 그룹화하는 것을 특징으로 하는 초음파검사시스템의 신호집속방법.
제1항에 있어서, 상기 제2그룹화단계는 상기 변환소자위치검사단계의 검사결과, 대상체의 반사위치와 상대적으로 먼 거리에 위치한 그룹일수록 더 적은 갯수의 변환소자를 포함하도록 그룹화하는 것을 특징으로 하는 초음파검사시스템의 신호집속방법.
대상체의 소정 반사위치에서 반사되는 초음파신호를 수신하고, 이 수신된 초음파신호를 전기적신호로 변환하는 다수의 변환소자를 구비한 초음파검사장치에서, 상기 다수의 변환소자에서 각각 출력되는 신호를 집속하기 위한 장치에 있어서, 상기 다수의 변환소자로 구성되고, 일정한 길이에 대한 전체 변환소자 갯수의 증·감에 따라, 또는 각 변환소자의 위치와 상기 대상체의 반사위치 간의 거리의 원·근에 따라, 각 그룹이 가변적인 갯수의 변환소자를 포함하도록 상기 다수의 변환소자를 그룹화하는 격자형변환기; 상기 격자형변환기의 각 그룹의 변환소자에서 출력되는 신호를 각각 공급받아, 각 그룹별로 동일한 시간지연을 행하기 위한 다수의 지연기; 및 상기 다수의 지연기에서 출력되는 신호를 각각 공급받아 가산하여 집속신호를 출력하는 가산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호집속장치.
제6항에 있어서, 상기 격자형변환기는 상기 일정길이에 대한 전체 변환소자의 수가 증가하는 경우 상기 각 그룹이 더 많은 갯수의 변환소자를 포함하도록 그룹화하는 것을 특징으로 하는 신호집속장치.
제6항에 있어서, 상기 격자형변환기는 상기 일정길이에 대한 전체 변환소자의 수가 감소하는 경우 상기 각 그룹이 더 적은 갯수의 변환소자를 포함하도록 그룹화하는 것을 특징으로 하는 신호집속장치.
제6항에 있어서, 상기 격자형변환기는 상기 대상체의 반사위치와 근접한 거리에 위치한 그룹일수록 더 많은 갯수의 변환소자를 포함하도록 그룹화하는 것을 특징으로 하는 신호집속장치.
제6항에 있어서, 상기 격자형변환기는 상기 대상체의 반사위치와 먼 거리에 위치한 그룹일수록 더 적은 갯수의 변환소자를 포함하도록 그룹화하는 것을 특징으로 하는 신호집속장치.