JPH02226065A - 超音波測定装置 - 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］ この発明は、超音波探傷装置、超音波詮断装置等の超音
波を用いた相開処理方式を採用する超音波非破壊検査装
置に関するものである。

特に、正弦波形を有する相補系列を採用した送信信号に
より超音波探触子を駆動し、この超音波探触子で受波し
た反射エコーと上記送信信号とで相関処理を行うので、
Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）が良く、送信信号のエネルギ
ー損失が少なく、がっ、し〉・ジサイドローブのレベル
を低くすることができる超音波非破壊検査装置に関する
ものである。

［従来の技＠］ 超音波を用いた非破壊検査装置においては、インパルス
方式が多用されている。インパルス方式を採用した従来
例の構成を第１７図を参照しながら説明する。

第１７図は、例えばｒｆｆｆ波深傷法１日本学術振興会
製鋼第１９委員会編、昭和５２年１２月２０日　日刊工
業新聞社刊第１１４頁〜第１４０頁、第１７３頁〜第１
７４頁に示された従来の超音波非破壊検査装置を示すブ
ロック図である。

第１７図において、従来の超音波非破壊検査装置は、パ
ルス発振回ｌ（１）と、このパルス発振＠路（１）に接
続された超音波探触子（２）と、この超音波探触子（２
）に接続された受信回路（３）と、この受信回路（３）
に接続されたＣＲＴ等の表示器（４）とから構成されて
いる。

なお、超音波探触子（２）は、鋼材等の試験体Ｓに接触
している。

つぎに、上述した従来例の動作を第１８図（ａ）、（１
１）及び（ｅ）を参照しながら説明する。

第１８図（ａ）〜（ｃ）は、従来の超音波非破壊検査装
置の動作を示す波形図である。

パルス発振回路（１）は、第１８図（ａ）で示すような
、振動継続時間が短いパルスを発振する。

超音波探触子〈２）は、上記パルスにより駆動されて短
いパルス幅の超音波を試験体Ｓ内に送波する。そして、
試験体Ｓ内で反射された反射エコーを受波し、受信回路
（３）に伝達する。

受信回路（３）は、反射エコーを増幅して表示器（４）
に伝達する。

表示器（４）は、増幅された反射エコーを表示する。第
１８図（ｂ）で示すように、反射エコーが時間【＝ｔ、
の位置に表れている。

この時間【。は、試験体Ｓ内の反射体まで、超音波が往
復するのにかがった時間であるので、その時間ｔ０を測
定することにより反射体の位置が算出できる。

しかしながら、上述した従来例では、第１８図（ｃ）で
示すように、Ｓ／Ｎ比の悪い環境のもとでは、反射エコ
ーのレベルが小さく、反射エコーに重畳する本音レベル
が大きいときには、反射体の位置を正確な精度で検査す
ることができないという問題点があった。

上述した問題点の解決策は、超音波探触子（２）を駆動
するパルスの振幅を大きくすればよいが、パルス発振回
路（１）を構成する素子の制限や超音波探触子（２）の
耐電力の制限などの理由によりパルスの振幅には上限が
あるので、完全な解決策とはならない。

上述した従来例に対し、Ｓ／Ｎ比の悪い環境のもとでも
、試験体Ｓ内の反射体の位置を正確な積度で検査するこ
とができる相関処理を用いた方法がある。この相間処理
を用いた方法のうち、レンジサイドローブに優れた符号
系列として、相補系列を採用する方法がある。

ここで、相補系列を採用した相関処理を用いる方法の原
理を第１９図（ｍ）、（ｂ）及び（ｃ）を参照しながら
説明する。

第１９図（ａ）〜（ｅ）は１例えば「符号理論１宮川他
著昭和５４年６月２９日昭晃堂刊第４７４頁〜第４９２
頁に示された相補系列を採用した相関９Ｊ！！埋の原理
を示す説明図である。

相補系列は、２値からなる有［長の第１の系列と、２値
からなる有限長で第１の系列と相補の関係にある第２の
系列とからなるものである。

相補の関係とは、第１の系列の自己相関関数と、第２の
系列の自己相関関数とを比較すると、主ローブどうしと
、サイドローブどうしとも同一形状を有しているが５位
相については、主ローブどうしはｐｍであり、サイドロ
ーブどうしは逆相の関係にあることをいう。

したがって、第１の系列の自己相関関数と、第２の系列
の自己相関関数との和をとれば、主ローブどうしは強め
合い、サイドローブどぅしは相殺されて零になる。

長さが４の相補系列は、例えば、第１の系列旺及び第２
の系列トを、 旺＝（ａｏ、ａ＋＋ａ２．ａ３＞＝（＋、士、＋、−）
ｂ　＝　（ｂｅ、ｂｌ　＋ｂｔ、ｂｉ）＝　（＋　、＋
　、−、＋　＞。

ト表される。２つの系列の成分ａｉ、ｂｊ（ｊ　＝　０
．！　、２．３）は、上記のように正負の符号を割り当
てる場合もあるし、正符号に対応して＋１、負符号に対
応して−１を割り当てる場合もある。

そこで、第１の系列の自己相関関数をρａ（ｋ）と表わ
す、第１９図（１１）で示すように、ρａ（ｋ）は、第
１の系列［に対して、その両側に零が連なっている無限
長系列として、すなわち、 （Ｌ＝　（−，０，０，Ｏ，ａ、、ａｔ、ａｔ、ａｓ、
Ｏ，Ｏ，Ｏ，＝１として取り扱い、 ρａ（ｋ）＝　Σａｊ＋ｋａｊ　　［ノー　　−ａ：ｉ
　〜ｏｏ　］・・・　式■ で定義する。ただし、ａｊとしては＋１、−１を割り当
てている。

同様に、第２の系列の自己相ｒＩＲ関数をρｂ（ｋ＞と
表わす、ρｂ（ｋ）も無限長系列として取り扱い、ｂｊ
としては＋１、−１を割り当て、 ρｂ（ｋ）＝Σｂｊ＋　ｋ　ｂｊ　　［Ｊ＝−ω〜の］
式■ で定義する。

第１９ｅＪ（ａ）及び（ｂ）から解るように、自己相関
関数ρａ（ｋ）及びρｂ（ｋ）は、主ロープどうしと、
サイドローブどうしとは形状が同一で、位相が主ローブ
どうしは同相で、サイドローブどうしは逆相である。ゆ
えに、自己相関関数ρａ（ｋ）及びρｂ（ｋ）の和をと
ると、第１９図（ｃ）で示すように、サイドローブのレ
ベルが零となる。

なお、上述したサイドローブは、相関処理を用いた超音
波非破壊検査の分野に適用する場合には、レンジサイド
ローブと呼ばれる。

さて、相補系列の相関処理を用いた他の従来例の構成を
第２０図を参照しながら説明する。

第２０図は、例えばｆ　Ｔ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　Ｕ　ｌｔｒａ
ｓｏｎｉｃｇＳ　ｙｖｐｏｓｉｕｍ　Ｐ　ｒｏｅｅｅｄ
ｉｎｇＪ１９８１　Ｐ　８８８〜８９１に示された他の
従来の超音波非破壊検査装置を示すブロック図である。

第２０図において、他の従来の超音波非破壊検査装置は
、信号源（１＾）と、信号源（１＾）に接続されたデジ
タル遅延線（１１）と、信号源（１人）及びデジタル遅
延線（１１）に接続されたバイポーラ変換ｎ　（１２）
と、このバイポーラ変換器〈１２）に接続されたトラン
スミッタ（］３）と、同じく信号源（１Δ）及びデジタ
ル遅延線（１１）に接続されたバイポーラ変換Ｈ（１４
）と、トランスミッタ（１３）、バイポーラ変換器（１
４）及び超音波探触子（２）に接続されたアナログ相関
器（５）と、このアナログ相関器（５）に接続された表
示器（４）とから構成されている。

なお、超音波探触子（２）は、水中にしんちゅうのター
ゲットＳが配置された水槽に設置されている。また、ア
ナログ相関器（５）は、超音波探触子（２）及びバイポ
ーラ変換器（１４）に接続された掛は算器（５ａ）と、
この掛は算器（５ａ）に接続された積分器（５ｂ）とか
ら構成されている。さらに、信号源（ｌ＾）とデジタル
遅延線（１１）との閏、信号源（１＾）とバイポーラ変
換器（１２）及び（１４）との間、デジタル遅延線（１
１）とバイポーラ変換器（１２）及び（１４）との間に
はＡＮＤゲート等の論理回路が挿入されている。

つぎに、上述した他の従来例の動作を第２１図（ａ）及
び（ｂ）並びに第２２図を参照しながら説明する。

第２１図（ａ）及び（ｂ）は他の従来例の送信信号を示
す波形図、第２２図は他の従来例の送信信号及び超音波
探触子の周波数特性を示す特性図である。

第２１図（ａ）及び（ｂ）で示す送信信号Ｓａ＜Ｌ＞及
び５ｂ（Ｌ）が、信号源（１＾）、デジタル遅延線（１
１）、バイポーラ変換器（１２）及びトランスミッタ（
１３）により、超音波探触子（２）に伝達される。

送信信号Ｓ　ａ（Ｌ）は相補系列をなす第１の系列［と
じて（＋、＋、＋、−）が用いられ、送信信号５ｂ（ｔ
）は第２の系列として（＋、＋、−、＋）が用いられて
いる。符号十には正の振幅を有する矩形波を対応させ、
符号−には絶対値が同一の負の振幅を有する矩形波を対
応させて、符号の表れる順序にしたがって、上述した矩
形波が時間軸上に配列されている。

超音波探触子（２）は、上記送信信号５ｔ（ｔ）により
駆動されて、超音波を水中に送波する。そして。

ターゲットＳで反射された反射エコー’：１ａ（Ｌ）を
受波し、アナログ相関器（５）の掛は算器（５ａ）に伝
達する。

一方、上記送信信号５ａｌｔ）と同じ信号が、信号源（
１＾）、デジタル遅延線（１１）及びバイポーラ変換器
（１４）により、掛は算器（５ａ）に伝達される。

アナログ相関器（５）では、反射エコータａ（ｔ）と送
信信号５ａ（Ｌ）との相関演算を実行する。すなわち、
相関演算の結果をρａ（ｔ）とする、つぎのように表さ
れる。

ρａ（Ｌ）　＝　ｌ　’ａ　ｍ（Ｌ’　）Ｓ　ａ（Ｌ’
　−ｔ）ｄｔ’［ｆ１！分範囲ニーω〜Ｏｏ］　　・・
・　式■同様に、次の時間フェーズにおいて、超音波探
触子（２）は上記送信信号５ｂ（ｔ）により駆動され、
アナログ相関器（５）は、反射エコータｂＱ）と送信信
号Ｓ　ｂ（ｔ）との相関演算を実行する。すなわち、相
関演算の結果をρｂ（ｔ）とする、つぎのように表され
る。

ρ　ｂ（Ｌ）＝　　Ｓ　　タ　ｂ（ｔ’　）ｓ　ｂ（ｔ
’　　−ｔ）ｄｔ’［ｆｆｆ分範囲ニーω〜ｏｏ］　　
・・・　式■アナログ相関器（５）は、その後、式■及
び■の相間演算の結果を加算して表示器（４）に伝達し
、ρａ（ｔ）＋ρｂ（ｔ） が表示される。

ところで、一般に、超音波探触子（２）は、第２２図で
示すような、周波数応答特性（実線）を有している。一
方、第２１図（ａ）及び（ｂ）で示した送信信号５ａ（
Ｌ）及び５ｂｃｔ＞は、第２２図で示すような周波数特
性（点線）を有している。すなわち、送信信号Ｓ　ａ（
Ｌ）及びｓ　ｂ（ｔ）は低周波領域にかなりのエネルギ
ーをもっているのに対し、超音波探触子（２）は低周波
領域では応答しない。

したがって、上述した他の従来例は、送信エネルギーの
大半を超音波探触子（２）により捨てており２効率が悪
いという問題点があった。

上述した相関処理を用いる他の従来例は、Ｓ／Ｎ比を改
善しているが、上述したように効率が悪いとかなりのレ
ベルの雑音が残り、高精度で試験体Ｓを検査するには、
結局、送信信号の振幅を大きくする必要が生じるという
問題点があった。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したような従来の超音波非破壊検査装置では、Ｓ／
Ｎ比の悪い環境のもとでは２反射エコーのレベルが小さ
く、反射エコーに重畳する雑音レベルが大きいときには
、反射体の位置と正確な精度で検査することができない
という問題点があった。

また、上述したような他の従来の超音波非破壊検査装置
では、送信エネルギーの大半を超音波探触子により捨て
ており、効率が悪く十分なＳ／Ｎ比が得られないという
問題点があった。

この発明は、上述した問題点を解決するためになされた
もので、Ｓ／Ｎ比の悪い環境のもとでも反射体の位置を
正確な精度で検査することができ、かつ、送信エネルギ
ーの利用効率を高くすることができる超音波非破壊検査
装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超音波非破壊検査装置は、以下に述べる
ような手段を備えたものである。

（ｉ）、正弦波形を有する第１の送信信号と、正弦波形
を有し上記第１の送信信号と相補の関係にある第２の送
信信号とを発生する送信信号発生器。

（ｉｉ＞、上記第１の送信信号により超音波を試験体に
送波して第１の反射エコーを受波し、かつ上記第２の送
信信号により超音波を上記試験体に送波して第２の反射
エコーを受波する超音波探触子。

（ｉｉｉ）、上記第１の送信信号と第１の反射エコーと
で第１の相関演算を行い、かつ上記第２の送信信号と第
２の反射エコーとで第２の相関演算を行う相関器。

（ｉｖ＞、上記第１の相関演算の結果と時間フェーズの
異なる上記第２の相関演算の結果とを加算する加算器。

［作用１ この発明においては、送信信号発生器によって、正弦波
形を有する第１の送信信号と、正弦波形を有し上記第１
の送信信号と相補の関係にある第２の送信信号とが発生
される。

また、超音波探触子によって、上記第１の送ｆ８信号に
より超音波が試験体に送波されて第１の反射エコーが受
波され、かつ上記第２の送信信号により超音波が上記試
験体に送波されて第２の反射エコーが受波・される。

さらに、相関器によって、上記第１の送信信号と第１の
反射エコーとで第１の相関演算が行なわれ、かつ上記第
２の送信信号と第２の反射エコーとで第２の相関演算が
行なわれる。

そして、加算器によって、上記第１の相関演算の結果と
、時間フェーズの異なる上記第２の相関演算の結果とが
加算される。

［実施例１ この発明の第１実施例の構成を第１図を参照しながら説
明する。

第１図は、この発明の第１実施例を示すプロッり図であ
り、超音波探触子（２）及び表示器（４）は第１７［］
で示した上記従来装置のものと全く同一である。

第１図において、この発明の第１実施例は、上述した従
来装置のものと全く同一のものと、送信信号発生器（Ｉ
Ｂ）と、この送信信号発生器（ＩＤ）及び超音波探触子
（２）に接続された相関器（５＾）と、この相関器（５
＾）に接続されメモリを含む加算器（６）とから構成さ
れている。

なお、超音波探触子（２）は送信信号発生器（ＩＢ）に
接続され、表示器（４）は加Ｗ器（６）に接続されてい
る。

つぎに、上述した第１実施例の動作を第２図、第３図、
第４図及び第５図を参照しながら説明する。

第２図（ａ）及び（ｂ）はこの発明の第１実施例の送信
信号を示す波形図、第３図（ａ）及び（ｂ）はこの発明
の第１実施例の相関演算の結果を示す波形図、第４図は
この発明の第１実施例の相関演算の加算結果を示す波形
図、第５図はこの発明の第１実施例の送信信号及び超音
波探触子の周波数特性を示す特性図である。

送信信号発生器（ＩＢ）は、送信信号Ｓａ”　（ｔ）及
びＳｂ’　（ｔ）を発生し、超音波探触子（２）に伝達
する。

第２図（ａ）及び（ｂ）で示すように、送信信号Ｓａ”
　（ｔ）は、相補系列をなす第１の系列［として（＋、
＋、＋、−）を採用し、送信信号Ｓｂ’（ｔ）は第２の
系列として（＋、＋−、−、→−）を採用している７符
号十には５ｉｎ２ｒ　ｆ、ｔ（０≦ｔ≦Ｔ）を割り当て
、符号−には−５ｉｎ：’ｒ　ｆｏｔ（０≦ｔ≦′Ｉ゛
）を割り当てて、符号の表れる順序にしたがって５−４
一連した正弦波が時間軸上に配列されている。ただし、
（は時間変数、Ｔは固定時間、ｒ、は固定周波数である
。

超音波探触子く２）は、上記送信信号Ｓａ”　（Ｌ）に
より駆動されて、超音波を試験体Ｓに送波する。

そして、試験体Ｓの反射体で反射された反射エコータａ
”　（ｔ）を受波し、相関器（５＾）に伝達する。

一方、上記送信信号Ｓａ”　（ｔ）と同じ信号が、相関
器（５＾）に伝達される。

相関器（５＾）では、反射エコーｇａ！　（ｔ）と送信
１８号Ｓａ”　（Ｌ）との相関演算を実行する。すなわ
ち、相関演算の結果をρｔ’　（ｔ）とする、つぎのよ
うに表される。

ρ　ａ”　　（ｔ）＝　　Ｓ　　°１　ａｍ　　←Ｌ’
　）Ｓ　ａ’　　（Ｌ’　　−ｔ）ｄｔ［積分範囲ニー
ω〜ａ：ｌ］、・・・　式■同様に、次の時間フェーズ
において、超音波探触子（２）は上記送信信号Ｓｂ”　
（Ｌ）により駆動され、相関器（５＾）は、反射エコー
Ｆｂ”　（ｔ）と送信信号ｓｂ”　ｍとの相関演算を実
行する。すなわち、相関演算の結果をｐｂ”　ｍとする
、つぎのように表される。

ｐｂ”　（ｔ）＝　Ｓ　’ｌａｂ”　（ｔ’Ｌｓｂ”　
（ｔ’−ｔ）ｄｔ［積分範囲ニー■〜ｏｏｌ　　・・・
　式■加算器く６）は、その壕、式■及び■の相関演算
の結果を加算して表示器（４）に伝達し、ρａ’（ｔ）
十ρｂ”　（ｔ） が表示される。なお、加算器（６）は、ｐｂ”　（ｔ）
が求まるまでρｍ’　（Ｌ）をメモリに記憶している。

ここで、上述したこの発明の第１実施例の動作原理につ
いて説明する。

第１の系列［と第２の系列ｌ、とが相補の関係にあれば
、送信信号Ｓｍ”　（Ｌ）とＳｂ’（ｔ）とが相補の関
係にあり、両者を加算すればレンジサイドローブのレベ
ルが原理的には零になる。

送信信号Ｓａ’　（Ｌ）及びＳｂ”　（ｌのそれぞれの
自己相関関数をρ、１　（τ）及びｐｂ”　（τ）で表
わすと、自己相関間数ρａ！（τ）及びρｂ’　（τ）
は、つぎのように定義される。

ρｍ”　（τ）＝　Ｓ　Ｓａ”　（ｔ）Ｓａ”　（ｔ　
−τ）ｄｔ［積分範囲ニーω〜ａ）］　　・・・　式■
ρｂ’　（τ’）＝　Ｋ　Ｓｂ”　（Ｌ）Ｓｂ”　（を
−τ）ｄＬ［積分範囲ニー■〜ω１　・・　式■ 第３図（ａ）及び（ｂ）で示すように、自己相関間数ρ
ａ′″（τ）及びｐｂ”　（τ）を比較すると、形状は
主ローブどうし及びサイドローブどうし同一であり、位
相は主ローブどうしが同相、サイドローブどうしが逆相
の関係にある。したがって、自己相関間数ρ、Ｘ　（τ
）とｐｂ”　（τ）とを加算すると、第４図で示すよう
に、サイドローブのレベルは零となる。

つまり、第１の系列［と第２の系列トとが相補閏係にあ
れば、送信信号Ｓａ”　（ｔ）とＳｂ”　（ｔ）とは同
一の関係がある。

第２図（ａ）及び（ｂ）において、５ｉｎ２πｒｏｔと
一５ｉｎ２πｆａｔとの配列間隔Ｔ゛がＴより大きい場
合が示されているが、上述した関係は配列間隔Ｔ′がＴ
に等しい場合にも成り立つ、また、５ｉｎ２πｒｏｔ及
び−５ｉｎ：’ｒ　ｆａＬのサイクル数３（＝ｆ＠Ｔ）
の場合が示されているが、上述した関係はサイクル数に
関係なく成り立つ。

上述した関係を超音波を用いた非破壊検査に適用した場
合について考えてみる。

送信信号Ｓａ”　（Ｌ）により超音波探触子〈２）を駆
動したとき、試験体Ｓ内の反射体まで、超音波が往復す
るのに要する時間をｔｏとすると、反射エコーは、近似
的にＳａ”（ｔ−Ｌ。）と表される。この反射エコーＳ
ａ”　（ｔ　　ｔｏ）と、送信信号Ｓａ”　（ｔ）の相
関をとると、 ５５ａ’　（Ｌ　　ｔｏ）Ｓａ”　（を−τ）ｄｔ＝　
ｐ　ａ”　＜ｒ　　ｔｏ）［積分範囲；−ω〜ω１　　
　・・・　式■が得られる。

同様に、つぎの時間フェーズで、送信信号ｓｂ”　（Ｈ
により超音波探触子（２）を駆動したとき、反射エコー
は、近似的にｓｂ”　（ｔ−ｔｏ）と表される。

この反射エコーｓｂ”　（ｔ−ｔｏ）と、送信信号Ｓｂ
”（Ｌ）の相関をとると、 Ｓ　３１１”　（ｔ−ｔｏ）ｓｂ”　（ｔ−τ）ｄｔ＝
ρｂ”　（τ−１，）［Ｍ分節［！ｉニーω〜ωＪ　　
　・・・　式［相］が得られる。

上述した相関演算の結果を加算すると、ｐ　ａ”　（τ
Ｌｏ）＋　ｐ　ｂ”　（ｒ　　ｔＪが得られる。この加
算結果は、第４図で示した波形を、時間軸に沿って【。

だけ平行移動した波形に等しい、つまり、τ”ｔｏで主
ローブをもち、レンジサイドローブのレベルは零である
。したがって、主ローブの表れる時間位置から反射体の
位置を知ることができる。

この発明の第１実施例の効果について説明する。

送信信号Ｓ　ａ”　、（ｔ）及びｓｂ”　（ｔ）の周波
数ｆ、を超音波探触子（２）の中心周波数の近傍に設定
すれば、送信信号Ｓａ”　（ｔ）及びｓｂ”　（ｔ）と
、超音波探触子（２）の周波数応答特性は、第５図で示
すような関係になる。送信信号Ｓａ”（Ｌ）及びＳｂ”
　（ｔ）ハ・低周波領域にはほとんどエネルギーを有し
ていない。

そのエネルギーの大半は、超音波探触子（２）を通過す
ることが解る。したがって、他の従来例に比べて送信エ
ネルギーの利用効率が高い。

つぎに、この発明の第１実施例のレンジサイドローブの
レベルやＳ／Ｎ比の改善効果をみるために、正弦波を有
する他の送信信号を用いて、つぎに述べる粂件の下での
動作を第６図、第７図、第８図及び第９図を参照しなが
ら説明する。

第６図（ａ）及び（ｂ）はこの発明の第１実施例の他の
送信信号を示す波形図、第７図（ａ）及び（ｂ）はこの
発明の第１実施例の他の反射エコーを示す波形図、第８
図（轟）及び（ｂ）はこの発明の第１実施例の他の相関
演算の結果を示す波形図、第９図はこの発明の第１実施
例の他の相関演算の加算結果を示す波形図である。

超音波探触子（２）には、周波数５ＭＨｚ、比帯域６０
％以上を有する、いわゆる広帯域探触子と呼ばれるもの
を用い、試験体Ｓとして鋼材を用いた。

相補系列は、下記に示す長さが８の系列を用いた。

（Ｌ　＝　（＋　、＋　、＋　、　−、十、＋　、　−
、＋　）ト＝（＋、−、＋、＋、＋−，−，−−＞また
、これらの相補系列［、ｂにそれぞれ対応する送信信号
Ｓｓ”責ｔ）及びＳｂ”（ｔ）は、第６図（ａ）及ヒ（
ｂ）テ示す信号を用イタ、　ｔｏ−５Ｍ　Ｈｚ、ＬＴ−
１，５、単位波形間の間隔Ｔ゛はＴに等しく設定した。

まず、送信信号Ｓａ“（Ｌ）によって超音波探触子（２
）を駆動すると、第７図（ａ）で示すような、反射エコ
ー９ａ”（ｔ）が測定された。同様に、送信信号ｓｂ“
（１）によって、第７図（ｂ）で示すような、反射エコ
ーｉ”（ｔ）が測定された。

反射エコーｓａ”ｃｔ＞及び’Ｉｂ”（Ｌ）＜７３波Ｊ
ＦＩ　カ送Ｍ信号Ｓａ”（ｔ）及びＳｂ”（Ｌ）の波形
と異なっている理由は、超音波探触子（２）の帯域幅が
有限であるので、超音波探触子（２）のフィルタ作用が
働いたことによるものである、このフィルタ作用は、送
信信号Ｓａ”（Ｌ）及びＳＰ”　＜ｔ＞が超音波探触子
く２）の送波及び受波時の２回通過するので、２重に働
く。

送信信号Ｓａ”（Ｌ）と５反射エコー０ａ１責ｔ）との
間の相関演算を行うと、第８図（ａ）で示すような結果
が測定された。同様に、送信信号Ｓｂ”（ｔ）と、反射
エコー’Ｉｂ”（ｔ）との間の相関演算を行うと、第８
図（ｂ）で示すような結果が測定された。

そして、」ユ述した２つの演算結果を加算すると、第９
図で示すような、加算結果が測定された。レンジサイド
ローブのレベルも含めたＳ／Ｎ比は、約−３２ｄＢであ
り、相当に低い結果が得られた。

さらに５比較のために、上述した送信信号Ｓ　ａ　”″
（１）及びＳｂ”（ｔ）と同一波形の信号により駆動し
た場合の、第１７図で示したインパルス方式を採用した
従来例の動作を第１Ｏ図を参照しながら説明する。

第１０図（ａ）及び（ｂ）は、従来の超音波非破壊検査
装置の動作を示す波形図である。

なお、超音波探触子（２）及び試験体Ｓは、−に述した
他の送信信号を用いた第１実施例の場合と同一である。

第１０図（ａ）で示すような信号により、超音波探触子
（２）を駆動した。この信号は、波形及び振幅ピーク値
が送信信号Ｓａ”（ｔ）及びＳｂ”（ｔ）と同一である
。

そして、第１０図（ｂ）で示すような、反射エコーが測
定された。この反射エコーには、雑音が重畳しており、
Ｓ／Ｎ比が約２５ｄＢＩ、か得られていない。

したがって、この発明の第１実施例は、ト述したように
、第９図及び第１０図（ａ）で示す結果を比較するとＳ
／Ｎ比が約７ｄＢ改善され、かつ第５図で示すように送
信エネルギーの利用効率も高くすることができるという
効果を奏する。

この発明の第２実施例の構成を第１１図を参ｊｊｉｊし
ながら説明する。

第１１図は、この発明の第２実施例を示すブロック図で
あり、送信信号発生器（ＩＢ）、超音波探触子（２）、
相関器（５＾）、加算器（６）及び表示器〈４）は上記
第１実施例のものと全く同一である。

第１１図において、この発明の第２実施例は、上述した
第１実施例のものと全く同一のものと５送信信号発生器
（ＩＢ）に入力側が接続され、かつ相関器（５＾）に出
力側が接続された参照信号発生器（７）とから構成され
ている。

つぎに、上述した第２実施例の動作を第１２図及び第１
３図を参照しながら説明する。

第１２ＵＡ（ａ）及び（ｂ）、並びに第１３図は、この
発明の第２実施例の動作を示す波形図である。

なお５実施条件は、上述した第１実施例の場合と同一で
ある。

最初に、送信信号発生器（ＩＢ）は、送信信号Ｓａ”＜
１＞及びｓｂ”ｍを発生し、超音波探触子（２）を駆動
する。これらの送信信号Ｓａ“（１）及びＳｂ”（０は
、上述した第１実施例と同一である。

超音波探触子（２）は、送信信号Ｓａ”（Ｌ）及びＳｂ
“ｍにより駆動されて、超音波を試験体Ｓに送波し、そ
の反射エコー９ａ“（１）及び’ｔａｂ”（ｔ）を受波
して相関器（５＾）に伝達する。

一方、参照信号発生器（７）は、送信信号Ｓａ”＜１）
及びＳｂ”（Ｌ）に基づいて参照信号Ａａ（Ｌ）及びｈ
　ｂ（ｔ）を発生し、相関器（５＾）に伝達する。

これらの参照信号ｈ　ａ（ｔ）及びｈ　ｂ（ｔ）は、送
信信号Ｓａ”（ｔ）及びＳｂ”（１）が、送波・受渡時
のフィルタ特性を有する超音波探触子く２）を通過した
ときに得られる信号である。すなわち、超音波を送波、
受波するときに超音波探触子（２）が有するフィルタ特
性（インパルス応答特性）をｕ＋（ｔ＞及び１Ｌ２（Ｌ
）で表わすと、つぎの式で表される。

／１ａ（ｔ）＝ Ｓ＄Ｓａ”（ｔ’）ｕ＋（Ｌ”−Ｌ’）ｕｚ（Ｌ’−Ｌ
）ｄｔ’ｄＬ’［積分範囲ニーω〜■１　・・・　式■
／！ｂ（ｔ）− （（ｓｂ”（ｔ’）ｕ＋（ｔ’　　ｔ’）ｕ２（ｔ”　
　Ｌ）ｄｔ’ｄＬ’「積分範囲ニーψ〜ω］　・・・　
弐〇なお、実際に用いた参照信号Ａａ（Ｌ）及びＡｂ（
ｔ）は、超音波探触子（２）を送信信号Ｓａ”（ｔ）及
びＳｂ”（Ｌ）により駆動して、試験体Ｓの底面からめ
反射エコーを予め測定した信号である。その理由は、試
験体Ｓの底面からの反射エコーは、送信信号Ｓａ”（ｔ
）及びＳｂ”（Ｌ）による超音波を、フィルタ特性を有
する超音波探触子（２）に、送波及び受波の段階の２回
通過させた信号に等しいことと、底面からの反射エコー
は、高いＳ／Ｎ比で測定できることである。

そして、相関器（５Ａ）は、反射エコー９ｍ”（Ｌ）及
び２ｂ″責ｔ）と、参照信号Ａａ（ｔ）及びｌ１ｂ（Ｌ
）との相関演算を、変数τを変えながら行う、数式で示
すと、つぎのように表される。

ｉ’３ｍ”責ｔ）ｈａ（ｔ　−τ）ａｔ　　［１９分範
囲ニー　ＣＤ　〜ｃｏ　１・・・　式Ｏ ５’３ｂ”（ｔ）ｌ１ｂ（Ｌ　　ｒＭｔ　　［積分範囲
；　−ｏｏ　〜ｃｏ　］・・・　式■ 実際のＯ及び０式における積分範囲は、参照信号ｈａ（
Ｌ）及びｈｂ（ｔ）がほぼ零とみなして差し支えない有
限範囲に打ち切った。すなわち、参照信号ｈａｃｔ）及
びｈ　ｂ（ｔ）が零と・みなせない大きい値を有する時
間幅をＴａ、Ｔｂとすると、積分範囲は、上述した０及
び［株］式において、それぞれ、−Ｔａ／２＋ｒ〜Ｔａ
／２＋ｖ、 Ｔｂ／２＋τ〜Ｔｂ／２＋τ とじた。

第１２図（ａ）及び（う）は、上述した積分範囲におけ
る＠及び［株］式の相関演算の結果を示している。

最後に、加算器（６）は、■及び０式の相関演算の結果
を加算する。すなわち、０式の相関演算の結果を一旦内
部のメモリに記憶しておき、つぎの時間フェーズで０式
の相関演算の結果と記憶しておいた０式の相関演算の結
果を加算する。第１３図は、加算結果を図示している。

ここで、第９図で示すこの発明の第１実施例の相関演算
の結果と比較すると、第１実施例のレンジサイドロープ
のレベルは約−３２ｄＢであるのに対し、この発明の第
２実施例のレンジサイドロープのレベルは第１３図で示
すように約−４８ｄＢであり、レンジサイドローブのレ
ベルが第１実施例に比べて約１６ｄＢ改善されている。

この発明の第２実施例は、上述したような構成を備えて
いるので、Ｓ／Ｎ比の悪い環境のもとでも有効であり、
レンジサイドローブのレベルを非常に小さくすることが
できるという効果を奏する。

なお、上述した第１実施例及び第２実施例においては、
信号を全てデジタル変換し、相関演算や加算処理を計算
機によって行った。

ところで、相関演算を行う手段は種々前えられろ、相関
演算を行う手段の２つの具体例を第１４図及び第１５図
を参照しながら説明する。

７Ｒ１４図は、この発明の相関器の一例を示すブロック
図である。

第１４図において、相関ｈ　（５Ｂ）は、超音波探触子
（２）に接続されたタップ付遅延１（５０）と、参照信
号発生器（７）及びタップ１寸遅延線（５０）に接続さ
れた多数（Ｋａ個）の掛は算器（５１）と、掛は算器（
５１）に接続された加算器（５２）とから構成されてい
る。

この相関器（５Ｂ）は、弐〇かつぎのように変形できる
ことを利用して、相関演算を実現している。

すなわち、０式はつぎのように変形できる。

Ｓ’ａ　ｍ”　（ｔ）　ｈ　ａ（ｔ　−ｒ：　）ｄｔ　
　［ｆｉｔ分範分節−ω〜ω１＝ＳＧｍ”（ｔ＋τ）Ａ
ｔ（Ｌ）ａｔ　　ＩＭ分範囲ニー　（０〜ｃｏ　ｌ＃ｌ
’３ｍ”（Ｌ＋τ）ｈａ（ｔ）ｄｉ　　［積分範囲：０
−Ｔａｌζ２９ｇ”（ｋΔｔ＋ｉｙΔＬ）ＩＬｘ（ｋΔ
ｔ）　　［ｋ　＝ｌ〜Ｋｍｌ・・・　式■ ただし、ｋ、ｌは整数、Δｔはサンプリング間隔、Ｋａ
は定数であり、ｔ＝にΔＬ、ｒ＝ｌΔ（Ｔａ＝ＫａΔｔ
である。

相関器〈５Ｂ）では、Δｔはタップ付遅延線（５０）の
タップ間の遅延時間、Ｋａはタップ総数である。

反射エコータａｆｆｉｌ（１）がタップ付遅延線（５０
）に入力されると、例えば、ｋ番目のタップの出力は、
予めわかっている重み／１ａ（ｋΔＥ）が、掛けＸ器（
５１）により掛は算される。その後、加算器（５２）は
・、全タップの出力を加算し、その結果は上述した０式
また、［株］式はつぎのように変形できる。

Ｓ　’Ｊ　ｌ＋”　（Ｌ）　ｈ　ｂ（Ｌ−τ）ｄＬ［積
分範囲ニー■〜■］ζΣ’Ｉｌｌ“（ｋΔｔ＋ｌΔＬ）
ｌ１ｂ（ｋΔｔ）　　　［ｋ＝ｌ〜Ｋｂ］・・・　式［
株］ ただし、Ｔｂ＝ＫｂΔｔである。

式■の相関演算と、式［相］の相関演算は、時間的に別
のフェーズで行えばよいので、同一の構成で重みをＡｂ
（ｋΔｔ）で置き換えるだけでよい。

また、タップ付遅延線（５０）、掛は算器（５１）及び
加算器（５２）を２系統備えて、それぞれの相関演算を
別々に行っても同様の作用、効果を期待できる。

第１５図は、この発明の相関器の他の例を示すブロック
図である。

第１５図において、相関器（５Ｃ）は、参照信号発生器
（７）に接続されたフーリエ変換器（５３）と、このフ
ーリエ変換器（５３）に接続された補正器（５４）と、
超音波探触子（２）に接続されたフーリエ変換器（５５
）と、このフーリエ変換器（５５）に接続された補正器
（５６）と、補正器（５４）及び（５６）に接続された
掛は算器（５７〉と、この掛は算器（５７）に接続され
た逆フーリエ変換器（５８）とから構成されている。

この相関８　（５Ｃ）は、上述した■及び０式で示す相
関演算が、各々の信号をフーリエ変換したｆ＆掛は算し
、さらに逆フーリエ変換したものに等しいことを利用し
たものである。

つまり、フーリエ変換器（５３）は、参照信号発生器（
７）からの参照信号ｈａｍ及び／１ｂ（ｔ）をフーリエ
変換し、またフーリエ変換器（５５）は、超音波探触子
（２）からの反射エコー’３ａ”（ｔ）及び′ａｂｔ＊
　（Ｌ　）をフーリエ変換する。

補正器（５４）及び（５６）は、フーリエ変換された参
照信号ｈａ（ｔ）及びｈ　ｂ（ｔ）並びに反射エコー３
ａ”（１）及び’ａｂ”（Ｌ）を、試験体Ｓの超音波減
衰率の周波数特性について補正する。これは、上述した
信号を時間軸上から周波数軸トに変換して処理している
ためである。

掛は算器（５７）は、補正された反射エコーＧａ０（１
）と参照信号ｈ　ａ（ｔ）とを掛は算し、また同様に補
正された反射エコーＧｂ”（Ｌ）と参照信号１Ｌｂ（ｔ
）とを掛は算する。

逆フーリエ変換器（５８）は、上述した２つの掛は算し
た結果を逆フーリエ変換する。

この相関器（５Ｃ）は、後述する理由により、レンジサ
イドローブのレベルを零の理想的な状態に近付けること
ができる。

すなわち、補正器（５４）及びり５６）は、超音波探触
子（２）の周波数応答特性、つまりフィルタ特性も補正
することができる０例えば、参照信号Ａａ（１）及びｈ
ｂｍは、■及び０式で示すように、超音波探触子（２）
の時間応答特性ｕ　ｒ　ｍ及びｕｚ（ｔ）に依存して決
まる。そこで、時間応答特性ｕｉ（ｔ）及びｕＺ（ｔ＞
をできるだけデルタ関数に近付くように、周波数軸上で
周波数応答特性について補正すれば、参照信号Ａａ（ｔ
）は送信信号Ｓａ口（Ｌ）に近付き、参照信号Ａｂ（Ｌ
）は送信信号ｓ　ｂ”　（ｔ）４こ近付く。

したがって、レンジサイドローブのレベルを零の理想的
な状態に近付けることができる。

ところで、上述した相関器（５Ｃ）ではフーリエ変ｔｆ
ｉ　！　（５３）によって参照信号Ａａ（ｔ）及びｈ　
ｂ（ｔ）をフーリエ変換していたが、参照信号Ａａ（ｔ
）及びｈｂ（【）を予めフーリエ変換した計算結果を適
当なメモリに記憶しておき、必要なときに掛は算器（５
７）に伝達しても同様の作用、効果を期待できる。

また、上述した相関器（５Ｃ）では２つの補正器（５４
）及び（５Ｂ）を接続したが、掛は算器（５７）の後段
に１つの補正器を接続しても所期の目的を達成し得るこ
とはいうまでもない。

上述した相関器（５Ｂ）及び（５Ｃ）では、反射エコー
と参照信号との相関演算について説明したが、反射エコ
ーと送信信号との相関演算にも用いることができる。こ
の場合は、参照信号に対応する部分を送信信号に置き換
えればよい、また、相関器（５Ｂ）及び（５Ｃ）は、ソ
フトウェアで構成してもよいし、ハードウェアで構成し
てもよい。

なお、各実施例は、つぎに述べる条件のもとでも、上述
したいろいろな効果を奏することが確認できた。

送信信号のサイクル数ｆ、Ｔを０．５〜３．０まで０．
５毎に変えて、さらに各サイクル数ｆ。Ｔに対してｓｉ
ｎ波の配列間隔Ｔ゛をｆｏＴ−ｆｏ’ｒ　＋　２．Ｏｆ
で０．５毎に変えて実施した。

試験体Ｓとして、オーステナイト系ステンレス鋼、チタ
ン合金等の高減衰の金属についても実施した。

さらに、上記第２実施例では参照信号／１ａ（ｔ）及び
／Ｌｂ〈ｔ）として試験体Ｓの底面からの反射エコーの
実測データを用いたが、つぎに述べる計算手法から求め
たデータを用いても同様の動作を期待できる。すなわち
、試験体Ｓ及び超音波探触子（２〉を構成する各部材の
音響的材料定数が解れば、例えば「非破壊検査Ｊ　Ｖｏ
ｌ、　３０、Ｎｏ、１．０、（昭和５６年１０月号）、
ｐ、７６２〜フロアに示された計算手法を用いて超音波
探触子（２）の時間応答特性及びそのフーリエ変換であ
る周波数応答特性を求めることができる。

この発明の第３実施例を第１６図を参照しながら説明す
る。

第１６図は、この発明の第３実施例を示すプロ・ンク図
であり、超音波探触子（２）以外は上記第２実施例のも
のと全く同一である。

第１６［３ｉ１において、この発明の第３実施例は、上
述した第２実施例のものと全く同一のものと、送信信号
発生器（１Ｂ）に接続された送波用の超音波探触子（２
＾）と、相関器（５＾）に接続された受渡用の超音波探
触子（２Ｂ）とから構成されている。

この第３実施例では、■及び０式のｕｌ（ｔ）は。

超音波探触子（２Δ）の時間応答特性を用い、ＵＸ（ｔ
）は、超音波探触子（２Ｂ）の時間応答特性を用いる。

この発明の第３実施例は、上述した第２実施例と同様の
作用、効果を奏する。

もちろん、送波用の超音波探触子（２＾）と、受渡用の
超音波探触子（２Ｂ）とをこの発明の第１実施例に適用
してもよい。

ところで上記説明では、超音波ｒＪ傷装置に利用する場
合について述べたが、その他の例えば超音波詮所装置等
にも利用できることはいうまでもない。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したとおり、正弦波形を有する第
１の送信信号と、正弦波形を有し上記第１の送信信号と
相補の関係にある第２の送信信号とを発生する送信信号
発生器と、上記第１の送信信号により超音波を試験体に
送波して第１の反射エコーを受波し、かつ上記第２の送
信信号により超音波を上記試験体に送波して第２の反射
エコーを受波する超音波探触子と、上記第１の送信信号
と第１の反射エコーとで第１の相関演算を行い、かつ上
記第２の送信信号と第２の反射エコーとで第２の相関演
算を行う相関器と、上記第１の相関演算の結果と時間フ
ェーズの異なる上記第２の相関演算の結果とを加算する
加算器とを備えたので、Ｓ／Ｎ比の悪い環境のもとでも
反射体の位置を正確な精度で検査することができ、送信
エネルギーの利用効率を高くすることができ、かつ、レ
ンジサイドローブのレベルを小さくすることができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の第１実施例を示すブロック図、第２
図ｂ）及び（ｂ）はこの発明の第１実施例の送信信号を
示す波形図、第３図（ａ）及び（ｂ）はこの発明の第１
実施例の相関演算の結果を示す波形図、第４図はこの発
明の第１実施例の相関演算の加算結果を示す波形図、第
５図はこの発明の第１実施例の送信信号及び超音波探触
子の周波数特性を示す特性図、第６図（ａ）及び（ｂ）
はこの発明の第１実施例の他の送信信号を示す波形図、
第７図（ａ）及び（ｂ）はこの発明の第１実施例の他の
反射エコーを示す波形図、第８図（ａ）及び（１，）は
この発明の第１実施例の他の相間演算の結果を示す波形
図、第９図はこの発明の第１実施例の他の相関演算の加
算結果を示す波形図、第１Ｏ図（ａ）及び（ｂ）は従来
の超音波非破壊検査装置の動作を示す波形図、第１！図
はこの発明の第２実施例を示すブロック図、第１２図（
ａ、）及び（ｂ）はこの発明の第２実施例の相関演算の
結果を示す波形図、第１３図はこの発明の第２実施例の
相関演算の加算結果を示す波形図、第１４図はこの発明
の相関器の一例を示すブロック図５第１５図はこの発明
の相関器の他の例を示すブロック図、第１６図はこの発
明の第３実施例を示すブロック図、第１７図は従来の超
音波非破壊検査装置を示すブロック図、第１８図（ａ）
〜（ｃ）は従来の超音波非破壊検査装置の動作を示す波
形図、第１９図（ａ）〜（ｅ）は相関演算の原理を示す
グラフ図、第２０図は他の従来の超音波非破壊検査装置
を示すブロック図、第２１図（ａ）及び（ｂ）は他の従
来の超音波非破壊検査装置の送信信号を示す波形図、第
２２図は他の従来の超音波非破壊検査装置の送信信号及
び超音波探触子の周波数特性を示す特性図である。 図において、 （１８）　　・・・　送信信号発生器、〈２）・・・　
超音波探触子、 （４）　・・・　表示器、 （５Ａ）　　・・・　相関器、 （６）・・・　加算器。 （７）・・・　参照信号発生器、 （５Ｂ）　　・・・　相関器、 （５０）・・・　タップ付遅延線、 ＜５１）・・・　掛は算器、 ＜５２）　　・・・　加算器、 （５Ｃ）・・・　相関器、 （５３）・・・　フーリエ変換器、 （５４）・・・　補正器、 （５５）・・・　フーリエ変換器、 （５６）　　・・・　補正器、 （５７）　　・・・　掛は算器、 （５８）　　・・・　逆フーリエ変換器、（２＾）、（
２Ｂ）　　・・・　超音波探触子である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 正弦波形を有する第１の送信信号と、正弦波形を有し上
   記第１の送信信号と相補の関係にある第２の送信信号と
   を発生する送信信号発生器、上記第１の送信信号により
   超音波を試験体に送波して第１の反射エコーを受波し、
   かつ上記第２の送信信号により超音波を上記試験体に送
   波して第２の反射エコーを受波する超音波探触子、上記
   第１の送信信号と第１の反射エコーとで第１の相関演算
   を行い、かつ上記第２の送信信号と第２の反射エコーと
   で第２の相関演算を行う相関器、及び上記第１の相関演
   算の結果と時間フェーズの異なる上記第２の相関演算の
   結果とを加算する加算器を備えたことを特徴とする超音
   波非破壊検査装置。