WO2019008956A1 - ２振動子探触子、測定検出システム、および測定検出方法 - Google Patents

２振動子探触子、測定検出システム、および測定検出方法 Download PDF

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WO2019008956A1
WO2019008956A1 PCT/JP2018/020791 JP2018020791W WO2019008956A1 WO 2019008956 A1 WO2019008956 A1 WO 2019008956A1 JP 2018020791 W JP2018020791 W JP 2018020791W WO 2019008956 A1 WO2019008956 A1 WO 2019008956A1
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WO
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transducer
measurement
probe
measurement object
front layer
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PCT/JP2018/020791
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正志 吉田
貴志 篠原
善夫 梅本
順次 齊藤
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東京電力ホールディングス株式会社
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    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes

Definitions

  • the present invention relates to a two-transducer probe having two transducers, a measurement detection system, and a measurement detection method.
  • the two-transducer probe performs, for example, ultrasonic measurement for measuring a thickness of a measurement object or detecting a flaw.
  • the flaws in the measurement object are cracks and the like inherent in the measurement object.
  • transmission and reception of ultrasonic waves are performed by different vibrators, and an ultrasonic echo generated by causing an ultrasonic wave generated by a transmission-side vibrator to be incident on a measurement object and reflected at an interface of the measurement object Is received by the receiving transducer.
  • the interface of the object to be measured is the bottom of the object to be measured in the case of thickness measurement, and in the case of flaw detection, it is the location where the flaw of the object is present.
  • the thickness of the object to be measured is calculated by multiplying the reception time of the ultrasonic echo received by the receiving transducer by the sound velocity of the material in the object to be measured.
  • a conventional probe is mainly housed in a cylindrical case.
  • patent document 1 although it is a single transducer probe, by forming the ultrasonic probe in a flexible sheet shape, it is easy to be in close contact with the object (measured object)
  • the proposed technology has been proposed.
  • the two-transducer probe is formed into a sheet, even if a physical partition plate is provided between two transducers, the ultrasonic wave is transmitted from the transmission side to the reception side through the upper or lower side of the partition plate. It will propagate. For this reason, there is a problem that noise is large and the accuracy of thickness measurement and flaw detection is significantly reduced.
  • Patent Document 1 The technique described in Patent Document 1 is merely that the one-transducer probe is formed in a flexible sheet, and when the two-transducer probe is formed in the sheet, There is no disclosure of the point that ultrasonic waves propagate from the transmitter to the receiver.
  • the present invention reduces the propagation of ultrasonic waves between two transducers while keeping the surface of the object under measurement, and measures the thickness of the object and detects flaws with high accuracy. It is intended to provide a two-transducer probe that can be performed, a measurement detection system, and a measurement detection method.
  • a typical configuration of a two-oscillator probe according to the present invention is a two-oscillator probe having two oscillators, and is in the form of a sheet having flexibility as a whole. It is characterized in that an air gap is provided between the two transducers.
  • the two-transducer probe is formed in a sheet shape having flexibility as a whole.
  • the two transducers are not physical partition plates but are separated by an air gap, the overall flexibility of the two transducer probe is not impaired. For this reason, when performing thickness measurement or flaw detection of the measurement object using ultrasonic waves, the two-transducer probe is along the surface of the measurement object even if the measurement object has a curved surface such as piping. You can In addition, since the two-transducer probe only needs to have flexibility as a whole along the surface of the object to be measured, if the vibrating element is small, the element itself does not have to be flexible.
  • the two transducers are separated by an air gap, an ultrasonic wave generated by one transducer (transmission side transducer) propagates inside the two transducer probe and the other It is possible to reduce the reception by the transducer (the receiving transducer). Therefore, the receiving transducer can accurately detect the ultrasonic echo reflected at the interface of the object to be measured. From these facts, it is possible to provide a sheet-like two-oscillator probe capable of performing thickness measurement and flaw detection of the measurement object with high accuracy while keeping the surface of the measurement object along.
  • a sound absorbing material may be attached to the back of the two transducers described above to connect the backs together.
  • ultrasonic waves generated by the transmission side transducer may be propagated from the back surface of the transmission side transducer to the reception side transducer.
  • the accuracy of thickness measurement and flaw detection of the object to be measured is reduced.
  • oscillators is connected with the sound absorbing material.
  • the ultrasonic waves propagating from the first transducer to the second transducer can be absorbed while keeping the positional relationship between the first transducer and the second transducer constant. Therefore, thickness measurement and flaw detection of a measurement object can be performed with high accuracy.
  • the sound absorbing material a material having both sound absorbing property and flexibility is preferable, and for example, a porous material such as cork, silicone sponge, sponge rubber and the like may be used.
  • a flexible front layer may be attached to the front of the two transducers.
  • the contact surface with the surface of the object to be measured does not have flexibility, so a liquid such as water, oil or glycerin is used as the contact medium so that no air layer is generated at the contact surface. It is necessary to apply to the surface of the object to be measured. Therefore, in the above configuration, a flexible front layer is attached to the front surfaces of the two vibrators. Since the front layer has flexibility, it can be deformed following the asperities on the surface of the object to be in contact with the asperities on the surface, thereby eliminating the need for a contact medium.
  • the term "flexibility” refers to a property which is softer than the flexibility and has adhesiveness to follow the unevenness of the surface of the object to be measured. Therefore, an air layer is not formed between the surface of the object to be measured and the front layer, and the propagation of ultrasonic waves is not impeded, so that thickness measurement and flaw detection of the object to be measured can be performed with high accuracy.
  • the flexible front layer is not as fluid conventionally as a liquid such as water, oil, glycerin, or gel applied to the surface of the object as a couplant. Therefore, when the front layer is attached to the front surface of the two transducers, the front layer can maintain the gap without filling the gap separating the two transducers unlike liquid or gel. Further, unlike the liquid or gel, the front layer does not need to be applied to the surface of the object to be measured or wiped off after the measurement, and has good durability because it does not evaporate or run off even when measured over a long period of time.
  • a typical configuration of the measurement and detection system according to the present invention has two vibrators and is formed as a flexible sheet as a whole, and an air gap is provided between the two vibrators.
  • the two-transducer probe described above measures the thickness of a measured object or detects a flaw using a two-transducer probe in which a flexible front layer is attached to the front of two transducers.
  • the two transducers include a first transducer that transmits and receives ultrasonic waves and a second transducer that receives ultrasonic waves, and the first transducer has a front surface
  • the ultrasonic wave is incident on the measurement object through the layer, and the first ultrasonic echo reflected at the first interface between the front layer and the measurement object is received, and the second transducer is incident on the measurement object from the first transducer.
  • the second ultrasonic echo reflected at the second interface of the measurement object is received, and the signal processing unit Of finished counting at the reception time of the second ultrasonic echoes starts counting from the receiving time based on a value obtained by counting, preferably performed thickness measurement or flaw detection test.
  • the front layer attached to the front of the two vibrators has flexibility, so when it is pressed against the surface of the measurement object when measuring the thickness of the measurement object or detecting flaws, the thickness is changed according to the applied pressure. Change. That is, the reception time of the first ultrasonic echo depends on the thickness of the front layer which changes in accordance with the pressure. Therefore, in the above configuration, the counting is started from the reception time of the first ultrasonic echo depending on the thickness of the front layer, and the counting is ended at the reception time of the second ultrasonic echo. For this reason, the value obtained by counting is the time during which the ultrasonic wave propagates in the measurement object (time for the first and second interfaces of the measurement object to reciprocate), and is pressed against the surface of the measurement object.
  • the first interface is the interface between the front layer and the measurement object, that is, the surface of the measurement object.
  • the second interface is the bottom of the object to be measured or a location where a defect of the object to be measured is present. Therefore, half of the value obtained by counting the sound velocity of the material in the measurement object is the distance from the first interface to the bottom surface of the measurement object, that is, the thickness of the measurement object, or It is the distance from the first interface to the place where the flaw exists. Note that obtaining the distance from the first interface of the measurement object to the location where the flaw exists is equivalent to detecting the flaw. Therefore, even when the thickness of the front layer is changed by being pressed against the surface of the object to be measured, thickness measurement or flaw detection of the object to be measured can be performed with high accuracy.
  • the typical composition of the measurement detection method concerning the present invention measures the thickness of a measuring object using a 2-vibrator probe which has the 1st vibrator and the 2nd vibrator, or a crack.
  • Measuring a detection method comprising: pressing a flexible front layer attached to the front surface of each of the two transducers against the surface of the measurement object; and measuring the measurement object from the first transducer through the front layer Ultrasonic waves are incident on the first layer, and the first ultrasonic echo reflected by the first interface between the front layer and the measurement object is received by the first transducer, and the first The second transducer receives the second ultrasonic echo reflected by the second interface, and the counting is started from the reception time of the first ultrasonic echo, and the counting is ended at the reception time of the second ultrasonic echo, and the counting is performed. Based on the values obtained in Or characterized in that it comprises a step of performing flaw detection.
  • the front layer has flexibility, when it is pressed against the surface of the measurement object when performing thickness measurement or flaw detection of the measurement object, the thickness changes in accordance with the applied pressure. That is, the reception time of the first ultrasonic echo depends on the thickness of the front layer which changes in accordance with the pressure. Therefore, in the above method, the counting is started from the reception time of the first ultrasonic echo, and the counting is ended at the reception time of the second ultrasonic echo. For this reason, the value obtained by counting is the time during which the ultrasonic wave has propagated in the measurement object, and does not depend on the thickness of the front layer. Therefore, even if the thickness of the front layer is changed by being pressed against the surface of the measurement object, the thickness measurement or flaw detection of the measurement object can be performed with high accuracy by using the value obtained by counting. be able to.
  • a transducer probe, a measurement detection system, and a measurement detection method can be provided.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a two-transducer probe (hereinafter referred to as a probe 100) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are diagrams showing the upper surface and the side surface of the probe 100, respectively.
  • FIG. 1 (c) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (a). However, in FIG. 1 (a), the backing material 102 shown in FIG. 1 (b) and FIG. 1 (c) is omitted.
  • the probe 100 measures the thickness of the object to be measured 104 by ultrasonic waves in order to detect the thickness reduction of the object to be measured 104 (see FIG. 3B) such as, for example, piping.
  • the probe 100 is formed in a sheet shape having flexibility as a whole, and as shown in FIG. 1A, has a first vibrator 106 and a second vibrator 108 which are two vibrators. . Further, an air gap 110 is provided between the first vibrator 106 and the second vibrator 108, and the two vibrators are separated by the air gap 110.
  • the first vibrator 106 is a vibrator on the transmission side, and the + side electrode 114 a drawn out from the coaxial cable 112 a is connected, and the ⁇ side electrode 116 a is electrically connected through the electrode 118.
  • the second vibrator 108 is a vibrator on the receiving side, and the + side electrode 114 b drawn out from the coaxial cable 112 b is connected, and the ⁇ side electrode 116 b is electrically connected via the electrode 118.
  • the front layer 122 is attached to the front surface 120a of the first vibrator 106 and the front surface 120b of the second vibrator 108, respectively.
  • the front surfaces 120 a and 120 b are surfaces facing the object to be measured 104.
  • the front layer 122 is pressed against the surface of the measurement object 104 when measuring the thickness of the measurement object 104.
  • the front layer 122 has flexibility, and when pressed against the surface of the measurement object 104, follows the unevenness of the surface of the measurement object 104 and deforms and adheres to the unevenness of the surface.
  • the term “flexibility” refers to a property that is softer than the flexibility and has adhesion that follows the irregularities of the surface of the object to be measured 104. Therefore, an air layer is not formed between the surface of the measurement object 104 and the front layer 122, and the propagation of the ultrasonic wave is not impeded.
  • the attachment of the front layer 122 eliminates the need for a couplant such as water, oil, glycerin, or gel conventionally applied to the surface of the measurement object 104.
  • the front layer 122 is not fluid. Therefore, in the probe 100, even in the state where the front layer 122 is attached, the air gap 110 can be maintained without filling the air gap 110 separating the first vibrator 106 and the second vibrator 108, and can be maintained.
  • the front layer 122 does not need to be applied to the surface of the object to be measured 104 and wipe it off after the measurement, and does not evaporate or run off even when measured over a long period of time. Good.
  • a backing material 102 for connecting the back surfaces 124a and 124b is attached to the back surface 124a of the first vibrator 106 and the back surface 124b of the second vibrator.
  • the back surfaces 124 a and 124 b are surfaces not facing the object to be measured 104 (surfaces on the opposite side to the object to be measured 104).
  • the backing material 102 is formed of a sound absorbing material.
  • the sound absorbing material a material having both sound absorbing property and flexibility is preferable, and in this case, a porous material such as cork, silicone sponge, sponge rubber and the like is used.
  • FIG. 2 is a view showing a cross section of a probe 200 of a comparative example.
  • the cross section of the probe 200 in the drawing is shown in correspondence with the AA cross section of the probe 100 shown in FIG. 1 (c).
  • the probe 200 is formed in a sheet shape, and a partition plate 206 is provided between the transducer 202 on the transmission side and the transducer 204 on the reception side. Also, the two transducers 202 and 204 are covered by the mold resin 208 as illustrated.
  • the physical partition plate 206 is provided between the two transducers 202 and 204, the flexibility is impaired even if the probe 200 is formed in a sheet shape. For this reason, as shown to FIG. 3B, when the measuring object 104 is piping etc. which have a curved surface, it becomes difficult to make the probe 200 along the surface of the measuring object 104. As shown in FIG. Therefore, in the probe 200, an air layer is likely to be formed between the probe 200 and the surface of the measurement object 104, the propagation of ultrasonic waves is hindered, and the measurement accuracy of the thickness of the measurement object 104 is lowered.
  • the probe 200 has provided the physical partition plate 206 between the two vibrator
  • FIG. 3 is a view showing a use state of the probe 100 of FIG.
  • the probe 100 is formed into a flexible sheet as a whole. Therefore, as shown in FIG. 3A, the probe 100 can be easily bent by the finger 126 of the worker, and can maintain a sheet-like state when it is bent.
  • the probe 100 when measuring the thickness of the object to be measured 104 using ultrasonic waves, even if the object to be measured 104 has a curved surface like a pipe as shown in FIG. 3B. , Along the surface of the object to be measured 104. Therefore, in the probe 100, an air layer is less likely to be formed between the probe 100 and the surface of the measurement object 104, and the propagation of ultrasonic waves is not impeded.
  • the probe 100 since the probe 100 is in the form of a sheet, it can be easily installed on the surface of the object to be measured 104 using the magnet 128 as shown in FIG. 3 (b).
  • the probe 100 may be attached with a double-sided tape, or may be attached with a tape from the outside of the probe 100.
  • the space between the first vibrator 106 and the second vibrator 108 is different from the partition plate 206 (see FIG. 2) shown in the comparative example. It is separated by an air gap 110. For this reason, in the probe 100, the ultrasound generated by the first transducer 106 propagates through the inside of the probe 100 without losing the overall flexibility, and the second transducer 108 It can also be reduced.
  • the back surface 124a of the first transducer 106 and the back surface 124b of the second transducer 108 are connected by the backing material 102 made of a sound absorbing material. Therefore, the ultrasonic wave propagating from the first vibrator 106 to the second vibrator 108 can be absorbed while keeping the positional relationship between the first vibrator 106 and the second vibrator 108 constant.
  • the propagation of the ultrasonic wave between the two transducers can be reduced while being along the surface of the measurement object 104. Therefore, by using the probe 100, the thickness of the object to be measured 104 can be measured with high accuracy.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of a measurement detection system 130 using the probe 100 of FIG.
  • the measurement detection system 130 includes a probe 100, a pulse generator 132, and a signal processing unit 134, as illustrated.
  • the pulse generator 132 is electrically connected to the first vibrator 106 via the coaxial cable 112 a and applies a pulse current to the first vibrator 106.
  • the signal processing unit 134 is electrically connected to the first vibrator 106 and the second vibrator 108 via the coaxial cables 112 a and 112 b and processes various signals.
  • the signal processing unit 134 includes a first amplifier 136 and a first detection unit 138 connected to the first vibrator 106, a second amplifier 140 and a second detection unit 142 connected to the second vibrator 108, and The detection unit 138 and the calculation unit 144 connected to the second detection unit 142 are included.
  • FIG. 5 is a view showing a change in thickness according to the pressure applied to the front layer 122 of the probe 100 of FIG.
  • the left side of FIGS. 5A and 5B shows the state of the front layer 122 when the pressure applied to the front layer 122 attached to the front surface 120 a of the first vibrator 106 is Pa and Pb, respectively. ing.
  • the pressure Pb is larger than the pressure Pa.
  • the right sides of FIGS. 5A and 5B respectively show the waveforms of the signals acquired by the first amplifier 136 via the coaxial cable 112a when the applied pressure is Pa and Pb.
  • the front layer 122 Since the front layer 122 has flexibility, when it is pressed against the surface 146 of the measurement object 104 when measuring the thickness of the measurement object 104, the thickness changes according to the pressure.
  • the surface 146 of the object to be measured 104 is the first interface between the front layer 122 and the object to be measured 104.
  • the front layer 122 has a thickness of La in the state of receiving the pressure Pa shown in FIG.
  • a pulse current is applied to the first vibrator 106 in this state, the first vibrator 106 generates an ultrasonic wave.
  • the first amplifier 136 first acquires a transmission pulse T accompanying the generation of ultrasonic waves.
  • the ultrasonic wave generated by the first transducer 106 is incident on the front layer 122 from the front surface 120 a of the first transducer 106, and is reflected by the surface 146 of the measurement object 104 to become a first ultrasonic echo S. Then, the first transducer 106 receives the first ultrasonic echo S. That is, the first transducer 106 not only transmits an ultrasonic wave as a transducer on the transmission side, but also receives the first ultrasonic echo S.
  • the first transducer 106 is deformed by the reached ultrasonic wave and its resistance changes.
  • the first amplifier 136 receives a change in the resistance of the first transducer 106, acquires a signal indicating the first ultrasonic echo S of FIG. 5A, and amplifies the signal.
  • the time ta taken from the acquisition of the transmission pulse T by the first amplifier 136 to the acquisition of the signal indicating the first ultrasonic echo S depends on the thickness La of the front layer 122. That is, time ta is the time during which the ultrasonic wave has propagated in the front layer 122, and is the time for reciprocating the front surface 120a of the first transducer 106 and the surface 146 of the object to be measured 104. Therefore, the thickness La of the front layer 122 is a value obtained by multiplying the time ta by the sound velocity of the material of the front layer 122 to halve it.
  • the front layer 122 has a thickness Lb as shown in FIG. 5B and is smaller than a thickness La shown in FIG. 5A. Therefore, when the first transducer 106 generates an ultrasonic wave in this state, the time tb taken from the acquisition of the transmission pulse T by the first amplifier 136 to the acquisition of the signal indicating the first ultrasonic echo S is As shown in FIG. 5 (b), it is smaller than time ta. Further, when calculating the thickness Lb of the front layer 122, the time tb may be multiplied by the sound velocity of the material of the front layer 122 to halve it.
  • the measurement and detection system 130 adopts a measurement and detection method that does not depend on the thickness of the front layer 122 that is pressed against the surface 146 of the measurement object 104 and changes.
  • the thickness is measured by the measurement detection system 130 and the measurement detection method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the process of the measurement detection system 130 of FIG.
  • FIG. 7 is an operation sequence diagram of the signal processing unit 134 of the measurement and detection system 130 of FIG. A, B, C, D, and E of FIG. 7 are diagrams for respectively explaining the functions of the first amplifier 136, the first detection unit 138, the second amplifier 140, the second detection unit 142, and the calculation unit 144.
  • the probe 100 is installed on the measurement object 104 using the magnet 128 shown in FIG. 3B (step S100).
  • the first vibrator 106 and the second vibrator 108 are separated by the air gap 110, and the probe 100 is formed in a sheet shape having flexibility as a whole. Therefore, in step S100, even if the measurement object 104 has a curved surface, the probe 100 can be made to follow the surface 146 (see FIG. 5) of the measurement object 104.
  • the pulse generator 132 applies a pulse current to the first vibrator 106
  • the first vibrator 106 transmits an ultrasonic wave (step S102).
  • the first amplifier 136 acquires a transmission pulse T shown in FIG. 7A.
  • the first transducer 106 receives the first ultrasonic echo S in which the ultrasonic wave incident on the front layer 122 is reflected by the surface 146 of the measurement object 104 (step S104).
  • the first transducer 106 is deformed and the resistance is changed.
  • the first amplifier 136 receives a change in the resistance of the first transducer 106, acquires a signal indicating the first ultrasonic echo S, and amplifies the signal.
  • the first detection unit 138 detects a signal indicating the amplified first ultrasonic echo S, and transmits the reception time TS at which this signal is detected to the calculation unit 144.
  • the calculation unit 144 acquires the reception time TS as shown in E of FIG. 7.
  • the ultrasonic wave incident on the measurement object 104 from the first transducer 106 is reflected by the surface 146 of the measurement object 104 and becomes not only the first ultrasonic echo S but also propagates in the measurement object 104 and is measured By reflecting on the bottom surface 148 (see FIG. 5) which is the second interface of the object 104, the second ultrasonic echo B is obtained.
  • the second transducer 108 which is a transducer on the receiving side, receives the second ultrasound echo B (step S106).
  • the second transducer 108 is deformed and the resistance is changed.
  • the second amplifier 140 receives a change in the resistance of the second transducer 108, acquires a signal indicating the second ultrasonic echo B, and amplifies the signal.
  • the second detection unit 142 detects a signal indicating the amplified second ultrasound echo B, and transmits the reception time TB at which this signal is detected to the calculation unit 144. Thereby, the calculation unit 144 acquires the reception time TB as shown in E of FIG. 7.
  • the calculation unit 144 starts counting from the reception time TS of the first ultrasonic echo S, and ends counting at the reception time TB of the second ultrasonic echo B (step S108).
  • the value obtained by this count is time tc shown in E of FIG.
  • the calculation unit 144 measures the thickness of the measurement object 104 based on the time tc (step S110).
  • the time tc is a time during which the ultrasonic wave propagates in the measurement object 104, that is, a time for which the surface 146 and the bottom surface 148 of the measurement object 104 reciprocate, and does not depend on the thickness of the front layer 122. Therefore, the calculation unit 144 can calculate the thickness of the measurement object 104 by halving the value obtained by multiplying the time of the time tc by the sound velocity of the material in the measurement object 104 in step S110.
  • the thickness of the measurement object 104 when the thickness of the measurement object 104 is measured, it is pressed against the surface 146 of the measurement object 104 and the front layer 122 Even when the thickness changes, the thickness of the object to be measured 104 can be measured with high accuracy.
  • the front layer 122 needs to be made thin in order to distinguish the first ultrasonic echo S from the transmission pulse while being made thin so that the ultrasonic wave generated by the first transducer 106 is not attenuated. That is, the thickness of the front layer 122 is selected in consideration of such conditions. Then, by applying the front layer 122 having the selected thickness to the probe 100, the above-described measurement detection system 130 and the measurement detection method can be realized.
  • the present invention is not limited thereto, and flaws such as cracks inherent in the measurement object 104 may be detected. It is also good.
  • the ultrasonic waves propagated in the object of measurement 104 are reflected at the second interface of the object of measurement 104, that is, where the flaws of the object of measurement 104 exist, to form a second ultrasonic echo B.
  • the time tc shown in E of FIG. 7 obtained by the calculation unit 144 in the above step S108 is the time during which the ultrasonic wave propagates in the measurement object 104, ie, when the flaw of the measurement object 104 is detected. It is time to reciprocate between the surface 146 which is the first interface and the portion where the flaw is present which is the second interface.
  • the operation unit 144 halves the value obtained by multiplying the speed of material in the measurement object 104 by the time tc in the above step S110 to halve the distance from the surface 146 of the measurement object 104 to the location where the flaw exists. As a result, flaws can be detected.
  • the thickness of the front layer 122 is pressed against the surface 146 of the measurement object 104 when detecting a flaw of the measurement object 104. Even when there is a change, it is possible to detect the flaw of the measurement object 104 with high accuracy.
  • the measurement detection system 130 not only detects flaws but also repeats the processing of steps S102 to S110 while shifting the position where the probe 100 is placed on the measurement object 104, so that the flaws of the measurement object 104 can not be detected. It is also possible to detect the existing range (for example, the length and shape of the crack).
  • the present invention can be used as a two-transducer probe having two transducers, a measurement detection system, and a measurement detection method.

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Abstract

【課題】測定物の表面に沿わせつつ、２つの振動子の間で超音波が伝搬することを低減して測定物の肉厚測定やきず検出を高い精度で行うことができる２振動子探触子、測定検出システム、および測定検出方法を提供する。 【解決手段】本発明にかかる探触子１００は、第１振動子１０６と第２振動子１０８とを有する２振動子探触子であって、全体として可撓性を有するシート状に形成されていて、第１振動子と第２振動子との間には空隙１１０が設けられていることを特徴とする。

Description

２振動子探触子、測定検出システム、および測定検出方法
　本発明は、２つの振動子を有する２振動子探触子、測定検出システム、および測定検出方法に関する。
　２振動子探触子は、例えば測定物の肉厚測定やきず検出のために超音波測定を行う。なお測定物のきずとは、測定物に内在するき裂等である。２振動子探触子では、超音波の発信と受信とを異なる振動子で行っていて、発信側振動子が発生した超音波を測定物に入射させ、測定物の界面で反射した超音波エコーを受信側振動子で受信している。測定物の界面とは、肉厚測定を行う場合には測定物の底面であり、きず検出を行う場合には測定物のきずが存在する箇所となる。なお測定物の肉厚は、受信側振動子で受信された超音波エコーの受信時間に、測定物内での材料音速を乗じることで算出される。
　このため、２振動子探触子では、発信側振動子で発生した超音波が２振動子探触子の内部を伝搬して受信側振動子で受信されてしまうと、測定物の界面で反射した超音波エコーの検出精度が低くなる。この対策として、２つの振動子の間に隔壁板を設けることで、超音波が２振動子探触子の内部を伝搬して受信側振動子で受信されることを低減した製品が市販されている。
　一方、従来の探触子は円筒状の筐体に収納された構成が主であった。これに対して特許文献１には、１振動子探触子であるが、超音波探触子を可撓性のあるシート状に形成することで、被検体（測定物）に密着させやすいようにした技術が提案されている。
実用新案登録３１９１２５３号
　しかし、２振動子探触子をシート状に形成した場合、２つの振動子の間に物理的な隔壁板を設けても、隔壁板の上側または下側を通じて発信側から受信側に超音波が伝搬してしまう。このためノイズが大きく、肉厚測定やきず検出の精度が著しく低下してしまうという問題がある。
　また、２つの振動子の間に物理的な隔壁板を設けると、２振動子探触子をシート状に形成したとしても可撓性が損なわれてしまう。このため、測定物が配管のような曲面を有する場合、シート状の２振動子探触子を測定物の表面に沿わせることが困難となる。その結果、２振動子探触子と測定物の表面との間に空気層が形成され易くなり、超音波の伝搬が妨げられ、測定物の肉厚測定やきず検出の精度が低くなる。
　なお、特許文献１に記載の技術は、単に、１振動子探触子を可撓性のあるシート状に形成したものに過ぎず、２振動子探触子をシート状に形成した場合に、発信側から受信側に超音波が伝搬してしまう点についての知見は開示されていない。
　本発明は、このような課題に鑑み、測定物の表面に沿わせつつ、２つの振動子の間で超音波が伝搬することを低減して測定物の肉厚測定やきず検出を高い精度で行うことができる２振動子探触子、測定検出システム、および測定検出方法を提供することを目的としている。
　上記課題を解決するために、本発明にかかる２振動子探触子の代表的な構成は、２つの振動子を有する２振動子探触子であって、全体として可撓性を有するシート状に形成されていて、２つの振動子の間には空隙が設けられていることを特徴とする。
　上記構成では、２振動子探触子が全体として可撓性を有するシート状に形成されている。また、２つの振動子の間は物理的な隔壁板ではなく、空隙により隔てられているため、２振動子探触子の全体の可撓性を損なうこともない。このため、超音波を用いて測定物の肉厚測定やきず検出を行う場合、測定物が配管のような曲面を有する形状であっても、２振動子探触子を測定物の表面に沿わせることができる。なお２振動子探触子は、測定物の表面に沿わせる程度に全体として可撓性を有すればよいため、振動素子が小さければ、素子自体が可撓性を有する必要はない。
　さらに上記構成では、２つの振動子の間が空隙によって隔てられているため、一方の振動子（発信側振動子）で発生した超音波が２振動子探触子の内部を伝搬して他方の振動子（受信側振動子）で受信されることを低減できる。よって、受信側振動子は、測定物の界面で反射した超音波エコーを精度よく検出できる。これらのことから、測定物の表面に沿わせつつ、測定物の肉厚測定やきず検出を高い精度で行うことができるシート状の２振動子探触子を提供することができる。
　上記の２つの振動子の背面には、背面同士を連結する吸音性材料が取付けられているとよい。ここで、発信側振動子で発生した超音波が、発信側振動子の背面から受信側振動子に伝搬される場合があり得る。このような場合、測定物の肉厚測定やきず検出の精度が低くなる。そこで上記構成では、２つの振動子の背面を吸音性材料で連結している。このため、第１振動子と第２振動子の位置関係を一定に保ちつつも、第１振動子から第２振動子に伝搬する超音波は吸収することができる。よって、測定物の肉厚測定やきず検出を高い精度で行うことができる。なお吸音性材料としては、吸音性と可撓性を兼ね備えた材料が好ましく、例としてコルク、シリコンスポンジ、スポンジゴムなどの多孔質材料などを用いてよい。
　上記の２つの振動子の前面には、柔軟性を有する前面層が取付けられているとよい。従来の２振動子探触子は、測定物の表面との接触面が柔軟性を有していないため、接触面で空気層が生じないように水、油、グリセリンなどの液体を接触媒質として測定物の表面に塗布する必要がある。そこで上記構成では、２つの振動子の前面に柔軟性を有する前面層を取付けている。前面層は、柔軟性を有するので、測定物の表面の凹凸に追従して変形し表面の凹凸に密着でき、これにより接触媒質が不要となる。なお柔軟性とは、可撓性よりも柔らかくて、測定物の表面の凹凸に追従する密着性を有する性質をいう。よって、測定物の表面と前面層との間に空気層が形成されず、超音波の伝搬が妨げられないため、測定物の肉厚測定やきず検出を高い精度で行うことができる。
　また柔軟性を有する前面層は、従来、接触媒質として測定物の表面に塗布される例えば水、油、グリセリンなどの液体、あるいはジェルと比べると流動性がない。このため、２つの振動子の前面に前面層を取付けた場合、前面層は、液体やジェルと異なり、２つの振動子の間を隔てる空隙を埋めることがなく、空隙を維持することができる。さらに前面層は、液体やジェルと異なり、測定物の表面に塗布したり測定後に拭き取ったりする手間がなく、また、長期間にわたって測定する場合にも蒸発や流失したりしないため耐久性もよい。
　本発明にかかる測定検出システムの代表的な構成は、２つの振動子を有し、全体として可撓性を有するシート状に形成されていて、２つの振動子の間には空隙が設けられていて、２つの振動子の前面には柔軟性を有する前面層が取付けられている２振動子探触子を用いて、上記の２振動子探触子は、測定物の肉厚測定またはきず検出を行う信号処理部に接続されていて、２つの振動子は、超音波を発信および受信する第１振動子と、超音波を受信する第２振動子とを含み、第１振動子は、前面層を介して測定物に超音波を入射し、前面層と測定物との第１界面で反射した第１超音波エコーを受信し、第２振動子は、第１振動子から測定物に入射され、測定物の第２界面で反射した第２超音波エコーを受信し、信号処理部は、第１超音波エコーの受信時間からカウントを開始し第２超音波エコーの受信時間でカウントを終了し、カウントで得られた値に基づいて、測定物の肉厚測定またはきず検出を行うとよい。
　２つの振動子の前面に取付けられた前面層は、柔軟性を有するため、測定物の肉厚測定またはきず検出を行う際に測定物の表面に押し付けられると、その加圧力に応じて厚みが変化する。つまり第１超音波エコーの受信時間は、加圧力に応じて変化する前面層の厚みに依存してしまう。そこで上記構成では、前面層の厚みに依存する第１超音波エコーの受信時間からカウントを開始し第２超音波エコーの受信時間でカウントを終了している。このため、カウントすることで得られた値は、超音波が測定物内を伝搬していた時間（測定物の第１界面と第２界面とを往復する時間）となり、測定物の表面に押し付けられて変化する前面層の厚みに依存していない。ここで第１界面は、前面層と測定物との界面すなわち測定物の表面である。また第２界面は、測定物の底面あるいは測定物のきずが存在する箇所である。よって、カウントすることで得られた値に、測定物内での材料音速を乗じた値の半分が、測定物の第１界面から底面までの距離すなわち測定物の肉厚、または、測定物の第１界面からきずが存在する箇所までの距離となる。なお測定物の第１界面からきずが存在する箇所までの距離が得られることは、きずを検出することと同等である。したがって、測定物の表面に押し付けられて前面層の厚みが変化した場合であっても、測定物の肉厚測定またはきず検出を高い精度で行うことができる。
　上記課題を解決するために、本発明にかかる測定検出方法の代表的な構成は、第１振動子と第２振動子を有する２振動子探触子を用いて測定物の肉厚測定またはきず検出を行う測定検出方法であって、２つの振動子のそれぞれの前面に取付けられた柔軟性を有する前面層を測定物の表面に押し付けるステップと、第１振動子から前面層を介して測定物に超音波を入射し、前面層と測定物との第１界面で反射した第１超音波エコーを第１振動子で受信するステップと、第１振動子から測定物に入射され、測定物の第２界面で反射した第２超音波エコーを第２振動子で受信するステップと、第１超音波エコーの受信時間からカウントを開始し第２超音波エコーの受信時間でカウントを終了し、カウントで得られた値に基づいて、測定物の肉厚測定またはきず検出を行うステップとを含むことを特徴とする。
　ここで前面層は、柔軟性を有するため、測定物の肉厚測定またはきず検出を行う際に測定物の表面に押し付けられると、その加圧力に応じて厚みが変化する。つまり第１超音波エコーの受信時間は、加圧力に応じて変化する前面層の厚みに依存してしまう。そこで上記方法では、第１超音波エコーの受信時間からカウントを開始し第２超音波エコーの受信時間でカウントを終了している。このため、カウントすることで得られた値は、超音波が測定物内を伝搬していた時間となり、前面層の厚みに依存していない。したがって、測定物の表面に押し付けられて前面層の厚みが変化した場合であっても、カウントすることで得られた値を用いることで、測定物の肉厚測定またはきず検出を高い精度で行うことができる。
　本発明によれば、測定物の表面に沿わせつつ、２つの振動子の間で超音波が伝搬することを低減して測定物の肉厚測定やきず検出を高い精度で行うことができる２振動子探触子、測定検出システム、および測定検出方法を提供することができる。
本発明の実施形態における２振動子探触子の概略構成を示す図である。 比較例の２振動子探触子の断面を示す図である。 図１の２振動子探触子の使用状態を示す図である。 図１の２振動子探触子を用いた測定検出システムの機能ブロック図である。 図１の２振動子探触子の前面層の加圧力に応じた厚みの変化を示す図である。 図４の測定検出システムの処理を示すフローチャートである。 図４の測定検出システムの信号処理部の動作シーケンス図である。
１００…２振動子探触子、１０２…背面材、１０４…測定物、１０６…第１振動子、１０８…第２振動子、１１０…空隙、１１２ａ、１１２ｂ…同軸ケーブル、１１４ａ、１１４ｂ…＋側電極、１１６ａ、１１６ｂ…－側電極、１１８…電極、１２０ａ、１２０ｂ…前面、１２２…前面層、１２４ａ、１２４ｂ…背面、１２６…作業者の指、１２８…磁石、１３０…測定検出システム、１３２…パルスジェネレータ、１３４…信号処理部、１３６…第１増幅器、１３８…第１検知部、１４０…第２増幅器、１４２…第２検知部、１４４…演算部、１４６…測定物の表面、１４８…測定物の底面
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
　図１は、本発明の実施形態における２振動子探触子（以下、探触子１００）の概略構成を示す図である。図１（ａ）および図１（ｂ）は、探触子１００の上面および側面をそれぞれ示す図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。ただし、図１（ａ）では、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示す背面材１０２を省略している。
　探触子１００は、例えば配管などの測定物１０４（図３（ｂ）参照）の減肉を検出するために、超音波により測定物１０４の肉厚を測定する。探触子１００は、全体として可撓性を有するシート状に形成されていて、図１（ａ）に示すように、２つの振動子である第１振動子１０６および第２振動子１０８を有する。また、第１振動子１０６と第２振動子１０８の間には空隙１１０が設けられていて、２つの振動子の間が空隙１１０によって隔てられている。
　第１振動子１０６は、発信側の振動子であって、同軸ケーブル１１２ａから引き出された＋側電極１１４ａが接続され、－側電極１１６ａが電極１１８を介して電気的に接続されている。第２振動子１０８は、受信側の振動子であって、同軸ケーブル１１２ｂから引き出された＋側電極１１４ｂが接続され、－側電極１１６ｂが電極１１８を介して電気的に接続されている。
　第１振動子１０６の前面１２０ａ、第２振動子１０８の前面１２０ｂには、図１（ｃ）に示すように、前面層１２２がそれぞれ取付けられている。なお前面１２０ａ、１２０ｂは、測定物１０４に対向する側の面である。前面層１２２は、測定物１０４の肉厚を測定する際に、測定物１０４の表面に押し付けられる。
　前面層１２２は、柔軟性を有していて、測定物１０４の表面に押し付けられると、測定物１０４の表面の凹凸に追従して変形し表面の凹凸に密着する。なお柔軟性とは、可撓性よりも柔らかくて、測定物１０４の表面の凹凸に追従する密着性を有する性質をいう。このため、測定物１０４の表面と前面層１２２との間には空気層が形成されず、超音波の伝搬が妨げられない。
　このように探触子１００では、前面層１２２を取付けることで、従来、測定物１０４の表面に塗布される接触媒質例えば水、油、グリセリンなどの液体、あるいはジェルが不要となる。また前面層１２２は、液体やジェルと異なり流動性がない。このため、探触子１００では、前面層１２２を取付けた状態であっても、第１振動子１０６と第２振動子１０８との間を隔てる空隙１１０を埋めることがなく、空隙１１０を維持できる。さらに前面層１２２は、液体やジェルと異なり、測定物１０４の表面に塗布したり測定後に拭き取ったりする手間がなく、また、長期間にわたって測定する場合にも蒸発や流失したりしないため耐久性もよい。
　また第１振動子１０６の背面１２４ａ、第２振動子の背面１２４ｂには、図１（ｃ）に示すように、背面１２４ａ、１２４ｂ同士を連結する背面材１０２が取付けられている。なお背面１２４ａ、１２４ｂは、測定物１０４に対向しない面（測定物１０４に対して反対側の面）である。背面材１０２は、吸音性材料から形成されている。吸音性材料としては、吸音性と可撓性を兼ね備えた材料が好ましく、ここではコルク、シリコンスポンジ、スポンジゴムなどの多孔質材料を用いている。
　図２は、比較例の探触子２００の断面を示す図である。なお図中の探触子２００の断面は、図１（ｃ）に示す探触子１００のＡ－Ａ断面に対応させて示している。探触子２００は、シート状に形成されていて、発信側の振動子２０２と受信側の振動子２０４との間に隔壁板２０６が設けられている。また、２つの振動子２０２、２０４は、図示のようにモールド樹脂２０８によって覆われている。
　比較例では、２つの振動子２０２、２０４の間に物理的な隔壁板２０６が設けられているため、探触子２００をシート状に形成したとしても可撓性が損なわれる。このため、図３（ｂ）に示すように測定物１０４が曲面を有する配管などである場合、探触子２００を測定物１０４の表面に沿わせることが困難となる。したがって、探触子２００では、測定物１０４の表面との間に空気層が形成され易くなり、超音波の伝搬が妨げられ、測定物１０４の肉厚の測定精度が低くなる。
　また探触子２００は、２つの振動子２０２、２０４の間に物理的な隔壁板２０６を設けているものの、シート状に形成されている。このため、探触子２００では、隔壁板２０６の上側または下側を通じて発信側の振動子２０２から受信側の振動子２０４に超音波２１０、２１２が伝搬してしまう。よって、探触子２００を用いて測定物１０４の肉厚を測定すると、ノイズが大きく、測定精度が著しく低下してしまう。
　図３は、図１の探触子１００の使用状態を示す図である。探触子１００は、全体として可撓性を有するシート状に形成されている。そのため、探触子１００は、図３（ａ）に示すように作業者の指１２６でも簡単に曲げることが可能であって、曲げられたときにシート状の状態を維持できる。
　このため、探触子１００では、超音波を用いて測定物１０４の肉厚を測定する場合、図３（ｂ）に示すように測定物１０４が配管のような曲面を有する形状であっても、測定物１０４の表面に沿わせることができる。したがって、探触子１００では、測定物１０４の表面との間に空気層が形成され難くなり、超音波の伝搬が妨げられない。
　また探触子１００は、シート状であるため、図３（ｂ）に示すように磁石１２８を用いて測定物１０４の表面に容易に設置可能である。なお探触子１００は、両面テープで貼り付けてもよいし、探触子１００の外側からテープで貼ってもよい。
　また、探触子１００は、図１（ｃ）に示すように第１振動子１０６と第２振動子１０８との間が、比較例で示した隔壁板２０６（図２参照）とは異なり、空隙１１０により隔てられている。このため、探触子１００では、全体の可撓性を損なうこともなく、さらに、第１振動子１０６で発生した超音波が探触子１００の内部を伝搬して、第２振動子１０８で受信されることも低減できる。
　さらに探触子１００では、第１振動子１０６の背面１２４ａと第２振動子１０８の背面１２４ｂとが吸音性材料からなる背面材１０２で連結されている。このため、第１振動子１０６と第２振動子１０８の位置関係を一定に保ちつつも、第１振動子１０６から第２振動子１０８に伝搬する超音波は吸収することができる。
　したがって、探触子１００によれば、測定物１０４の表面に沿わせつつ、２つの振動子の間で超音波が伝搬することを低減できる。このため、探触子１００を用いることで、測定物１０４の肉厚を高い精度で測定できる。
　図４は、図１の探触子１００を用いた測定検出システム１３０の機能ブロック図である。測定検出システム１３０は、図示のように、探触子１００と、パルスジェネレータ１３２と、信号処理部１３４とを備える。パルスジェネレータ１３２は、同軸ケーブル１１２ａを介して第１振動子１０６に電気的に接続されていて、第１振動子１０６にパルス電流を印加する。
　信号処理部１３４は、同軸ケーブル１１２ａ、１１２ｂを介して第１振動子１０６、第２振動子１０８に電気的に接続されていて各種信号を処理する。信号処理部１３４は、第１振動子１０６に接続された第１増幅器１３６および第１検知部１３８と、第２振動子１０８に接続された第２増幅器１４０および第２検知部１４２と、第１検知部１３８および第２検知部１４２に接続された演算部１４４とを有する。
　ここで図５を参照して第１増幅器１３６の機能について説明する。図５は、図１の探触子１００の前面層１２２の加圧力に応じた厚みの変化を示す図である。図５（ａ）、図５（ｂ）の左側は、第１振動子１０６の前面１２０ａに取付けられた前面層１２２への加圧力がＰａ、Ｐｂであるときの前面層１２２の状態をそれぞれ示している。なお加圧力Ｐｂは、加圧力Ｐａよりも大きい。図５（ａ）、図５（ｂ）の右側は、加圧力Ｐａ、Ｐｂであるとき、同軸ケーブル１１２ａを介して第１増幅器１３６が取得した信号の波形をそれぞれ示している。
　前面層１２２は、柔軟性を有するため、測定物１０４の肉厚を測定する際に測定物１０４の表面１４６に押し付けられると、その加圧力に応じて厚みが変化する。なお測定物１０４の表面１４６は、前面層１２２と測定物１０４との第１界面となっている。
　前面層１２２は、図５（ａ）に示す加圧力Ｐａを受けた状態で厚みがＬａとなっている。この状態で第１振動子１０６にパルス電流が印加されると、第１振動子１０６は、超音波を発生する。第１増幅器１３６は、まず、超音波の発生に伴う送信パルスＴを取得する。
　第１振動子１０６で発生した超音波は、第１振動子１０６の前面１２０ａから前面層１２２に入射され、測定物１０４の表面１４６で反射して第１超音波エコーＳとなる。そして第１振動子１０６は、第１超音波エコーＳを受信する。つまり、第１振動子１０６は、発信側の振動子として超音波を発信するだけでなく、第１超音波エコーＳを受信する。
　第１振動子１０６は、到達した超音波で変形して抵抗が変化する。第１増幅器１３６は、第１振動子１０６の抵抗の変化を受けて、図５（ａ）の第１超音波エコーＳを示す信号を取得しこれを増幅する。ここで、第１増幅器１３６が送信パルスＴを取得してから第１超音波エコーＳを示す信号を取得するまでにかかる時間ｔａは、前面層１２２の厚みＬａに依存する。すなわち、時間ｔａは、超音波が前面層１２２内を伝搬していた時間であり、第１振動子１０６の前面１２０ａと測定物１０４の表面１４６とを往復する時間となる。よって、前面層１２２の厚みＬａは、時間ｔａに前面層１２２の材料音速を乗じてこれを半分にした値となる。
　一方、加圧力Ｐａよりも大きい加圧力Ｐｂを受けると、前面層１２２は、図５（ｂ）に示すように、厚さＬｂとなり、図５（ａ）に示す厚さＬａよりも小さくなる。このため、この状態で第１振動子１０６が超音波を発生すると、第１増幅器１３６が送信パルスＴを取得してから第１超音波エコーＳを示す信号を取得するまでにかかる時間ｔｂは、図５（ｂ）に示すように、時間ｔａよりも小さくなる。また前面層１２２の厚みＬｂを算出する場合には、時間ｔｂに前面層１２２の材料音速を乗じてこれを半分にすればよい。
　ただし、測定物１０４の肉厚を測定する際、加圧力に応じて変化する前面層１２２の厚みをその都度算出することは、測定の手間を増やすことに他ならない。そこで測定検出システム１３０では、測定物１０４の表面１４６に押し付けられて変化する前面層１２２の厚みに依存しない測定検出方法を採用した。以下、図６、図７を参照して本実施形態に係る測定検出システム１３０および測定検出方法により肉厚を測定する場合について説明する。
　図６は、図４の測定検出システム１３０の処理を示すフローチャートである。図７は、図４の測定検出システム１３０の信号処理部１３４の動作シーケンス図である。図７のＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥは、第１増幅器１３６、第１検知部１３８、第２増幅器１４０、第２検知部１４２および演算部１４４の機能をそれぞれ説明する図である。
　まず、測定検出システム１３０では、例えば図３（ｂ）に示す磁石１２８を用いて測定物１０４に探触子１００を設置する（ステップＳ１００）。探触子１００は、上記したように、第１振動子１０６と第２振動子１０８との間が空隙１１０により隔てられていて、全体として可撓性を有するシート状に形成されている。このため、ステップＳ１００では、測定物１０４が曲面を有する形状であっても、測定物１０４の表面１４６（図５参照）に探触子１００を沿わせることができる。
　つぎに、パルスジェネレータ１３２が第１振動子１０６にパルス電流を印加すると、第１振動子１０６は、超音波を発信する（ステップＳ１０２）。超音波が発信されると、第１増幅器１３６は、図７のＡに示す送信パルスＴを取得する。
　続いて第１振動子１０６は、前面層１２２に入射された超音波が測定物１０４の表面１４６で反射した第１超音波エコーＳを受信する（ステップＳ１０４）。第１超音波エコーＳを受信すると、第１振動子１０６は変形し抵抗が変化する。第１増幅器１３６は、図７のＡに示すように、第１振動子１０６の抵抗の変化を受けて、第１超音波エコーＳを示す信号を取得しこれを増幅する。
　第１検知部１３８は、図７のＢに示すように、増幅された第１超音波エコーＳを示す信号を検知し、この信号を検知した受信時間ＴＳを演算部１４４に送信する。これにより、演算部１４４は、図７のＥに示すように受信時間ＴＳを取得する。
　また第１振動子１０６から測定物１０４に入射された超音波は、測定物１０４の表面１４６で反射することで第１超音波エコーＳとなるだけでなく、測定物１０４内を伝搬して測定物１０４の第２界面となる底面１４８（図５参照）で反射することで、第２超音波エコーＢとなる。
　この第２超音波エコーＢを受信側の振動子である第２振動子１０８が受信する（ステップＳ１０６）。第２超音波エコーＢを受信すると、第２振動子１０８は変形し抵抗が変化する。第２増幅器１４０は、図７のＣに示すように、第２振動子１０８の抵抗の変化を受けて、第２超音波エコーＢを示す信号を取得しこれを増幅する。
　第２検知部１４２は、図７のＤに示すように、増幅された第２超音波エコーＢを示す信号を検知し、この信号を検知した受信時間ＴＢを演算部１４４に送信する。これにより、演算部１４４は、図７のＥに示すように受信時間ＴＢを取得する。
　つぎに、演算部１４４は、第１超音波エコーＳの受信時間ＴＳからカウントを開始し、第２超音波エコーＢの受信時間ＴＢでカウントを終了する（ステップＳ１０８）。このカウントで得られた値は、図７のＥに示す時間ｔｃとなる。続いて演算部１４４は、時間ｔｃに基づいて測定物１０４の肉厚を測定する（ステップＳ１１０）。時間ｔｃは、超音波が測定物１０４内を伝搬していた時間、すなわち測定物１０４の表面１４６と底面１４８とを往復する時間であって、前面層１２２の厚みに依存していない。そのため、演算部１４４は、ステップＳ１１０において、時間ｔｃに測定物１０４内での材料音速を乗じた値を半分にすることで測定物１０４の肉厚を算出できる。
　したがって、本実施形態の探触子１００を用いた測定検出システム１３０および測定検出方法によれば、測定物１０４の肉厚を測定する際、測定物１０４の表面１４６に押し付けられて前面層１２２の厚みが変化した場合であっても、測定物１０４の肉厚を高い精度で測定できる。
　なお前面層１２２は、第１振動子１０６の発生した超音波が減衰しないように薄くする一方で、第１超音波エコーＳと送信パルスを識別するために厚くする必要がある。つまり、前面層１２２の厚みは、このような条件を考慮して選定されている。そして選定された厚みを有する前面層１２２を探触子１００に適用することで、上記の測定検出システム１３０および測定検出方法が実現可能となる。
　上記実施形態では、測定検出システム１３０および測定検出方法によって測定物１０４の肉厚を測定する場合を例示したが、これに限定されず、測定物１０４に内在するき裂等のきずを検出してもよい。この場合、測定物１０４内を伝搬した超音波は、測定物１０４の第２界面すなわち測定物１０４のきずが存在する箇所で反射することで、第２超音波エコーＢとなる。
　また演算部１４４が上記ステップＳ１０８で得た図７のＥに示す時間ｔｃは、測定物１０４のきずを検出する場合、超音波が測定物１０４内を伝搬していた時間、すなわち測定物１０４の第１界面である表面１４６と第２界面であるきずが存在する箇所とを往復する時間となる。
　このため、演算部１４４は、上記ステップＳ１１０で時間ｔｃに測定物１０４内での材料音速を乗じた値を半分にすることで、測定物１０４の表面１４６からきずが存在する箇所までの距離を算出でき、結果的に、きずを検出することができる。
　したがって、本実施形態の探触子１００を用いた測定検出システム１３０および測定検出方法によれば、測定物１０４のきずを検出する際、測定物１０４の表面１４６に押し付けられて前面層１２２の厚みが変化した場合であっても、測定物１０４のきずを高い精度で検出できる。なお測定検出システム１３０では、単にきずを検出するだけでなく、測定物１０４に探触子１００を設置する位置をずらしながら、ステップＳ１０２～Ｓ１１０の各処理を繰り返すことで、測定物１０４のきずが存在する範囲（例えば、き裂の長さや形状など）も検出できる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　本発明は、２つの振動子を有する２振動子探触子、測定検出システム、および測定検出方法として利用することができる。

Claims (5)

  1. 　２つの振動子を有する２振動子探触子であって、
    　全体として可撓性を有するシート状に形成されていて、
    　前記２つの振動子の間には空隙が設けられていることを特徴とする２振動子探触子。
  2. 　前記２つの振動子の背面には、該背面同士を連結する吸音性材料が取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の２振動子探触子。
  3. 　前記２つの振動子の前面には、柔軟性を有する前面層が取付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の２振動子探触子。
  4. 　２つの振動子を有し、全体として可撓性を有するシート状に形成されていて、前記２つの振動子の間には空隙が設けられていて、前記２つの振動子の前面には柔軟性を有する前面層が取付けられている２振動子探触子を用いて、
    　前記２振動子探触子は、測定物の肉厚測定またはきず検出を行う信号処理部に接続されていて、
    　前記２つの振動子は、超音波を発信および受信する第１振動子と、超音波を受信する第２振動子とを含み、
    　前記第１振動子は、前記前面層を介して前記測定物に超音波を入射し、該前面層と該測定物との第１界面で反射した第１超音波エコーを受信し、
    　前記第２振動子は、前記第１振動子から前記測定物に入射され、該測定物の第２界面で反射した第２超音波エコーを受信し、
    　前記信号処理部は、前記第１超音波エコーの受信時間からカウントを開始し前記第２超音波エコーの受信時間でカウントを終了し、該カウントで得られた値に基づいて、前記測定物の肉厚測定またはきず検出を行うことを特徴とする測定検出システム。
  5. 　第１振動子と第２振動子を有する２振動子探触子を用いて測定物の肉厚測定またはきず検出を行う測定検出方法であって、
    　２つの振動子のそれぞれの前面に取付けられた柔軟性を有する前面層を測定物の表面に押し付けるステップと、
    　第１振動子から前記前面層を介して前記測定物に超音波を入射し、該前面層と該測定物との第１界面で反射した第１超音波エコーを前記第１振動子で受信するステップと、
    　前記第１振動子から前記測定物に入射され、該測定物の第２界面で反射した第２超音波エコーを前記第２振動子で受信するステップと、
    　前記第１超音波エコーの受信時間からカウントを開始し前記第２超音波エコーの受信時間でカウントを終了し、該カウントで得られた値に基づいて、前記測定物の肉厚測定またはきず検出を行うステップとを含むことを特徴とする測定検出方法。
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