JPH021546A - 超音波探傷装置 - 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〕 この発明は、超音波を用いて試料の欠陥を検出、評価す
る超音波探傷装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の超音波探傷装置として、例えば特公昭６３−６０
１３号公報には、周波数による減衰特性の違いにより、
観察対象である試料中の欠陥の弁別を可能とし、鮮明な
断層像を得るために、送信信号として広帯域の超音波信
号を送信し、受信側で複数の特定の中心周波数と帯域幅
とを有するフィルタで受信信号の周波数帯域を弁別し、
これら各フィルタの出力を色分けして表示するようにし
たものが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来の超音波探傷装置にあって
は、受信側において複数の特定の中心周波数と帯域幅と
を有するフィルタが必要となるため、構成が複雑になる
と共に高価になるという問題がある。また、フィルタは
有限個しか設けることができないため、探触子の帯域内
における任意の周波数帯域を弁別することが困難であり
、したがって観察対象に応じた最適な中心周波数および
帯域幅を有する信号処理が困難であるという問題がある
。

この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされた
もので、簡単かつ安価な構成で、探触子の帯域内で任意
の周波数帯域を弁別できるよう、したがって試料に対し
て最適な中心周波数および帯域制限を有する信号処理が
できるよう適切に構成した超音波探傷装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明では第１図に反射形
の基本構成を示すように、制御回路１から送信回路２に
パルス信号ａを供給して送信回路２から送信信号すを出
力させ、これを方向性結合器３を経て探触子４に供給し
て、該探触子４から試料５に超音波を投射する。試料５
での超音波の反射波は探触子４で受波して電気信号に変
換し、方向性結合器３を経て増幅器６で増幅する。増幅
器６の出力信号Ｃはゲート７に供給し、ここで制御回路
１からのゲート信号ｄにより試料反射信号のみを取り出
し、このゲート７の出力信号ｅを分散型ディレィライン
８に供給する。分散型ディレィライン８の出力信号ｆは
ゲート９に供給し、ここで制御回路１からのゲート信号
ｇ、ｊにより所要の信号成分を取り出し、その出力信号
り、ｋを検波回路１０に供給して検波する。検波回路１
０の出力信号ｉ、ｌは表示回路１１に供給し、制御回路
１の制御の下に表示装置１２に供給して表示する。なお
、制御回路ｌは設定部１３で設定された条件に従って各
部の動作を制御するようにする。

〔作　用〕

第１図に示す超音波探傷装置の動作を、第２図に示すタ
イミングチャートを参照しながら説明する。設定部１３
から制御回路ｌにスタート信号が供給されると、それに
同期して制御回路ｌから送信回路２にパルス信号ａが供
給され、これによりパルス信号ａの立上りに同期して送
信回路２から送信信号すが出力される。この送信信号す
は方向性結合器３を介して探触子４に供給され、ここで
電気音響変換されて試料５に超音波が投射される。

試料５で反射された超音波は探触子４で受波され、ここ
で電気音響変換され、電気信号として方向性結合器３を
介して増幅器６に入力されて増幅される。ここで、増幅
器６の出力信号Ｃには、試料５の情報を含む信号Ｃ３の
他に、方向性結合器３のアイソレーションが有限なため
にこれを通り抜ける送信回路２からの送信リーク信号ｃ
ｌや探触子内部での反射信号Ｃ２，Ｃ，等の試料５の情
報を含まない信号が含まれる。この増幅器６の出力信号
Ｃはゲート７に供給され、ここで制御回路１がらのゲー
ト信号ｄにより試料５の情報を含む信号ｃ３のみが取り
出され、出力信号ｅとして分散型ディレィライン８に供
給される。なお、ゲート信号ｄのタイミングおよびパル
ス幅は設定部１３において設定される。

分散型ディレィライン８は、例えばパルス圧縮レーダに
おいて用いられているもので、入力信号の周波数により
デイレイ時間τが異なるものである。この分散型ディレ
ィライン８における入力信号周波数ｆ、とデイレイ時間
τとの間には、一般に以下の関係がある。

ｒ　＝　ｔ　ｏ　＋Ｃ＋　’　ｆ４　　（ｆｕ＞ｆｉ＞
ｆＬ）ここで、τ。およびＣ１は定数、九およびｆＬは
使用する分散型ディレィラインの上限周波数および下限
周波数を示す。

第３図は分散型ディレィライン８の一例の特性を示すも
ので、上式のＣＩをＣ，＜Ｏとしたものである。したが
って、この場合には分散型ディレィライン８からは、信
号ｅにおける周波数スペクトルで高い周娘数成分が先に
出力され、時間が後になるほど低い周波数成分が出力さ
れることになる。

この分散型ディレィライン８の出力信号ｆはゲート９に
供給され、制御回路１からのゲート信号ｇ。

ｊにより所要の周波数成分の信号り、ｋが取り出される
。ここで、分散型ディレィライン８の出力信号ｆにおけ
る時間軸と周波数軸とは比例関係にある。したがって、
制御回路１からゲート９に供給するゲート信号のタイミ
ングおよびパルス幅を変えることにより、探触子４の帯
域内においてそれぞれ中心周波数および帯域を任意に限
定することができる。このようにして分散型ディレィラ
イン８とゲート９とにより帯域制頗が行われ、ゲート９
の出力り、　　ｋが検波回路１０に供給されて検波され
、その検波信号ｔ、ｌが表示回路１１を介して制御回路
ｌの制御のもとに表示装置１２に輝度信号として供給さ
れて表示される。

〔実施例〕

第４図はこの発明の第１実施例を示すブロック図、第５
図はその各部の動作を示すタイミングチャートである。

この実施例では設定部２０で設定された条件に従って制
御回路２１により各部の動作を制御するもので、試料２
２は試料台２３上に設けた水槽２４の底部に水２５に浸
漬して載置する。試料台２３は制御回路２１により試料
台駆動装置２６を介して２次元走査し、その走査に同期
して制御回路２１から送信回路２７に送信トリガ信号Ｓ
１を供給するようにする。送信回路２７においては、制
御回路２１からの送信トリガ信号Ｓ１により、広帯域の
周波数成分が含まれるように幅の狭い高圧パルス信号Ｓ
２を発生させ、これを方向性結合器２８を介して整合回
路２９に供給し、ここでインピーダンス変換して探触子
３０において電気信号から超音波信号に変換して試料２
２に収束して投射する。なお、探触子３０は試料２２と
対向して、その音響レンズ部を水２５に浸漬して配置す
る。

試料２２に投射された超音波の反射波は探触子３０で受
波して電気信号に変換し、整合回路２９、方向性結合器
２８および入力保護回路３１を経て増幅器３２に供給し
て増幅する。この増幅器３２の出力信号Ｓ３は、制御回
路２１により減衰量が制御される可変減衰器３３および
分配器３４を経てモニタ３５およびゲート３６に分配し
、モニタ３５において出力信号Ｓ３を表示すると共に、
ゲート３６において制御回路２１からのゲート信号Ｓ４
により試料２２の情報を含む信号を取り出すようにする
。なお、ゲート信号Ｓ４はモニタ３５にも供給して表示
させ、これによりモニタ３５を観察しながら、増幅器３
２の出力信号Ｓ３のうち、所望の信号がゲート３６を通
過するように設定部２０により制御回路２１を介してゲ
ート信号Ｓ４のタイミングおよびパルス幅を制御し得る
ようにする。

ゲート３６において取り出された所望の信号は増幅器３
７で増幅し、そのパルス状の出力信号Ｓ５を第３図に示
した減衰特性を有する分散型ディレィライン３８に供給
してチャープ波状信号Ｓ６に変換する。

なお、増幅器３７は分散型ディレィライン３８における
信号の減衰を補償する作用を成す。分散型ディレィライ
ン３８からのチャープ波状信号Ｓ６は補正回路３９に供
給し、ここで制御回路２１の制御のもとに探触子３０と
試料２２との間の水２５中での超音波の減衰を補正する
と共に、測定系の信号に対する影響を補正する。

補正回路３９の出力は増幅器４０で増幅し、その出力信
号Ｓ７を分配器４１によりモニタ４２およびゲート４３
〜４５に４分配して、モニタ４２においてチャープ波状
信号Ｓ７を表示させると共に、ゲート４３〜４５におい
て制御回路２１からのゲート信号Ｓ８〜ＳＩＯによりチ
ャープ波状信号Ｓ７からそれぞれ特定の時間区間の信号
を抽出する。なお、ゲート信号Ｓ８〜ＳｔＯはモニタ４
２にも供給して表示させ、これによりゲート信号Ｓ８〜
Ｓ１０がそれぞれチャープ波状信号Ｓ７のどの時間区間
の信号を抽出しているかを観察し得るようにする。また
、これらゲート信号Ｓ８〜ＳＩＯのタイミングおよびパ
ルス幅は設定部２０により制御回路２１を介して制御し
得るようにする。ここで、チャープ波状信号Ｓ７は試料
２２の情報を含み、その時間軸は第３図に示したように
周波数軸に対応している。また、ゲート信号Ｓ８〜ＳＩ
Ｏは送信トリガ信号Ｓ１に同期しており、この送信トリ
ガ信号Ｓ１の立上りから各ゲート信号８８〜Ｓ１０の立
上りまでの時間は、設定部２０において送信トリガ信号
Ｓ１の周期内において任意に独立に変えることができる
と共に、°パルス幅も独立に変えられる。したがって、
これら各ゲート信号８８〜Ｓ１０によりチャープ波状信
号Ｓ７の帯域制限を行なうことができる。

ゲート４３〜４５で抽出した信号はそれぞれ増幅器４６
〜４８で増幅し、それらの出力信号Ｓｌｌ〜Ｓ１３を検
波器４９〜５１でそれぞれ包路線検波して表示制御回路
５２に供給する。ここで、検波器４９〜５１の検波出力
３１４〜Ｓ１６は、それぞれゲート信号Ｓ８〜ＳＩＯに
よって決定される試料２２からの反射信号の異なった周
波数成分の情報を意味するので、これら検波出力Ｓ１４
〜Ｓ１６を表示制御回路５２においてそれぞれＡ／Ｄ変
換して独立のフレームメモリに記憶し、制御回路２１の
制御のものに表示装置５３に表示するようにする。

以上の一画素の情報を得る動作を表示装置５３の一画面
の画素数分繰り返して、各々周波数成分の異なる一画面
の画像情報を対応するフレームメモリに記憶し、これら
３個のフレームメモリをＲ２Ｏ，Ｂに対応させて試料２
２の超音波像を表示装置５３にカラー表示する。

この実施例によれば、モニタ４２に試料２２からの反射
信号の周波数スペクトルを表わすチャープ波状信号Ｓ７
を表示させるようにしたので、このモニタ４２で試料２
２の周波数依存性を連続的に観察することができる。ま
た、３個の周波数成分をゲート信号Ｓ８〜ＳＩＯによっ
て自由に設定できるので、観察する試料２２に応じて最
適の周波数成分を容易に選択することができる。

第６図はこの発明の第２実施例を示すブロック図、第７
図はその各部の動作を示すタイミングチャートである。

この実施例は第１実施例において増幅器３７以降の信号
処理回路の構成が異なるもので、第１実施例と同様の作
用を成すものには同一参照番号を付してその説明を省略
する。すなわち、この実施例ではゲート３６で抽出され
、増幅器３７で増幅された試料２２の情報を含む信号Ｓ
５を分配器５５により増幅器５６〜５８に３分配する。

増幅器５６および５７の出力はマイナスピークホールド
回路５９およびプラスば−クホールド回路６０にそれぞ
れ供給して、マイナスピークホールド回路５９により信
号Ｓ５のマイナスピーク値Ｓ２１を、プラスピークホー
ルド回路６０により信号Ｓ５のプラスピーク値Ｓ２２を
それぞれ検出し、これらマイナスピーク値Ｓ２１および
プラスピーク値Ｓ２２を表示制御回路６１および同期信
号作成回路６２に供給する。同期信号作成回路６２では
、マイナスピーク値Ｓ２１およびプラスピーク値Ｓ２２
のうち先に立上った信号の立上りに同期して同期信号Ｓ
２３を発生させ、これを発振器６３および制御回路２１
に供給して、発振器６３において同期信号Ｓ２３の立上
りに同期して所定の周期のクロック信号Ｓ２４を発生さ
せてサンプリング信号作成回路６４に供給するようにす
る。なお、マスナスピークホールド回路５９およびプラ
スピークホールド回路６０は、制御回路２１からの次の
送信トリガ信号Ｓｌに同期したリセット信号Ｓ２５によ
りリセットする。

一方、増幅器５８の出力は第１実施例と同様に分散型デ
ィレィライン３８および補正回路３９を経て増幅器４０
に供給して増幅するが、この実施例ではこの増幅器４０
からのチャープ波状信号Ｓ２６を検波回路６５に供給し
て包絡線検波し、その出力Ｓ２７をサンプルホールド回
路６６に供給する。

また、制御回路２１においては、同期信号作成回路６２
からの同期信号Ｓ２３に同期して、その立上りから分散
型ディレィライン３８の最小遅延時間τｍｉｎ経過時点
で立上り、最大遅延時間τｍａｘ経過時点で立下る信号
５２８をサンプリング信号作成回路６４に供給し、これ
により信号Ｓ２ＢがＨレベルにある期間の発振器６３か
らのクロック信号Ｓ２４をサンプリング信号Ｓ２９とし
てサンプルホールド回路６６および表示制御回路６１に
供給するようにする。サンプルホールド回路６６では、
サンプリング信号作成回路６４からのサンプリング信号
Ｓ２９により検波回路６５からの検波信号Ｓ２７を順次
サンプリングしてホールドし、その順次のサンプルホー
ルド信号Ｓ３０を表示制御回路６１に供給する。このよ
うに、サンプリング信号Ｓ２９を分散型ディレィライン
３８の最小遅延時間τｍｉｎと最大遅延時間τｍａｘと
の間で発生させて検波出力Ｓ２７をサンプリングするこ
とにより、検波出力Ｓ２７の周波数軸と時間軸との間で
第３図に示したような比例関係を保証することができる
。

表示制御回路６１には、マイナスピークホールド回路５
９およびプラスピークホールド回路６０にそれぞれ対応
するフレームメモリと、サンプリング信号２９の各サン
プリングポイントに対応するフレームメモリとを設け、
マイナスピークホールド回路５９およびプラスピークホ
ールド回路６０にそれぞれ対応するフレームメモリにマ
イナスピーク値Ｓ２１およびプラスピーク値Ｓ２２を格
納すると共に、各サンプリングポイントに対応するフレ
ームメモリにサンプリング信号２９に同期してサンプル
ホールド回路６６からの順次のサンプルホールド信号３
０を対応して格納する。したがって、各フレームメモリ
には試料反射信号中の異なった周波数成分の強度に比例
した値がそれぞれ格納されることになる。このようにし
て表示制御回路６１の複数のフレームメモリに格納され
た超音波の画像データを、制御回路２１の制御のもとに
任意の３個のフレームメモリを選択し、その選択したフ
レームメモリをＲ２Ｏ，Ｂに対応させて表示装置５３に
カラー表示する。

この実施例によれば、試料２２の情報を含むチャープ波
状信号を発振器６３からのクロック信号に基づいて順次
サンプリングするようにしたので、試料反射信号中、の
異なった周波数成分を極めて狭帯域に数多く画像化でき
、したがって試料２２の周波数依存性を極めて細かく観
察できる。

なお、この発明は上述した実施例にのみ限定さるもので
はなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば第
１実施例においては、３個のゲート４３〜４５により試
料反射信号から３個の異なる周波数成分の情報を抽出す
るようにしたが、このようなゲートは１個、２個あるい
は３個以上の複数個とすることもできる。また、第２実
施例においては３画面を選択して表示するようにしたが
、任意の１画面、２画面あるいは４画面以上の複数画面
を表示するようにすることもできる。更に、第１、第２
実施例において、分散型ディレィライン３８は周波数に
対して遅延時間が短くなるダウンチャープ形のものに限
らず、周波数に対して遅延時間が長くなるアップチャー
プ形のものを用いることもできるし、その帯域が探触子
３０に対して狭い場合には、帯域の異なる複数の分散型
ディレィラインを並列に接続して用いることもできる。

また、超音波画像の表示はカラーに限らず、モノクロと
することもできる。更にまた、この発明は反射形に限ら
ず、透過形のものにも有効に通用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば試料からの超音波
の受信波信号を分散型ディレィラインによって周波数成
分に応じて遅延させ、この分散型ディレィラインの出力
から所望の時間区間の信号を抽出して超音波像を形成す
るようにしたので、簡単かつ安価な構成で、探触子の帯
域内で任意の周波数帯域を弁別でき、したがって試料に
対して最適な中心周波数および帯域制限を有する信号処
理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の反射形の基本構成を示すブロック図
、 第２図はその各部の動作を示すタイミングチャート、 第３図は第１図に示す分散型ディレィラインの遅延特性
を示す図、 第４図はこの発明の第１実施例を示すブロック図、 第５図はその各部の動作を示すタイミングチャート、 第６図はこの発明の第２実施例を示すブロック図、 第７図はその各部の動作を示すタイミングチャートであ
る。 ■・・・制御回路　　　　　２・・・送信回路３・・・
方向性結合器　　　４・・・探触子５・・・試料　　　
　　　　６・・・増幅器７・・・ゲート ８・・・分散型ディレィライン ９・・・ゲート１０・・・検波回路 １１・・・表示回路　　　　　１２・・・表示装置１３
・・・設°定部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、試料に広帯域の超音波をパルス状に投射し、該試料
   で反射または透過して得られる超音波の受信波信号に基
   づいて超音波像を形成するようにした超音波探傷装置に
   おいて、前記受信波信号を周波数成分に応じて遅延する
   分散型ディレィラインと、この分散型ディレイランイの
   出力から所望の時間区間の信号を抽出する手段とを具え
   、この抽出手段で抽出した信号に基づいて前記試料の超
   音波像を形成するよう構成したことを特徴とする超音波
   探傷装置。