JPH0342765B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、壁厚測定のために別々の電気音響
変換器によつて超音波パルスを発生して受信する
ようになつていて、試験片中の超音波パルスの走
行時間にそれぞれ比例した持続時間を持つた方形
波信号（一次方形波信号）を発生するためのゲー
ト論理回路、この方形波信号をパルス発生器の計
数パルスと結合するためのAND回路、及びこの
AND回路の後ろに接続されたパルス計数器を備
えている。超音波パルスによる壁厚測定の際の音
響走行路誤差を補正するための回路装置に関す
る。

従来の技術 壁厚測定のために二つの電気音響変換器をプロ
ーブ（いわゆる送受信プローブ）に並べて配置す
ることは、例えばドイツ国特許第1698115号及び
同第1912310号から知られている。一方の変換器
（送信変換器）が試験片中に超音波パルスを発生
し且つ同時に方形波信号の形成を開始させる。他
方の変換器（受信変換器）が試験片の後壁で反射
した超音波パルスを受信して方形波信号を終了さ
せる。方形波信号の持続時間はそれゆえ試験片中
の超音波パルスの走行時間に一致する。試験片中
での音速ｃを用いて試験片中の音響走行路ｓは方
形波信号の測定された持続時間ｔから求めること
ができる。すなわち、ｓ＝ｃ・ｔである。後壁で
の超音波パルスの反射のために決定されるべき壁
厚ｄはｄ＝1/2ｓである。

方形波信号の持続時間は計数パルスを用いて求
められる。この目的のために、AND回路に計数
パルスと方形波信号とが供給され、そして方形波
信号の持続時間中にアンドゲートの出力に存在す
る計数パルスが計数器において計数される。

発明が解決しようとする問題点 この既知の壁厚測定法には、変換器の幾何学的
配置のために、変換器間隔に対して非常に大きい
とはいえない壁厚の場合には、試験片を通る音響
走行路が壁厚の２倍よりもかなり大きいという欠
点がある。注意するべきことであるが、超音波信
号を受信する受信変換器は、送信変換器から試験
片表面に垂直でない方向に放射された音響ビーム
だけを受信することができる。その音響ビームは
試験片表面に対する垂線に対して角αを呈するこ
とになり、この角度は幾何学的考察からα＝
tan^-1g／2dであることがわかる、これにより音響
走行路は壁厚の２倍よりも大きい、ｓ＝2d／
cosαが成立する。

試験片中におけるのと同じ音速を有し且つ既知
の厚さを持つた試験試料を用いて壁厚測定装置を
調整することによつてこの音響走行路誤差を補正
することは既知である。

この場合の欠点は、別の壁厚測定範囲に又は別
の試験片材料にかわる際にはその都度新たに測定
装置を調整しなければならないことである。

壁厚測定範囲が変わる毎に測定装置の調整（校
正）を行わなくても、音響走行路誤差を補正する
ことができる回路装置を提供するという課題がこ
の発明の基礎になつている。

問題点を解決するための手段 この課題は特許請求の範囲第１項の特徴記載部
分の諸特徴により本発明に従つて解決される。

特許請求の範囲の従属項は本発明の特に有利な
実施態様を与えるものである。

この発明の詳細事項及びその他の利点は実施例
に従つて第１図乃至第４図を用いて説明される。

実施例 第１図は電気音響送信変換器２及び電気音響受
信変換器３を備えたプローブ１を示している。プ
ローブ１は試験片４上にあつてこれに音響的に結
合されている。明瞭に示すために且つ又この発明
の思想にとつて重要ではないので、電気音響変換
器１又は２と試験片４との間の前走区間は図示さ
れていない。５及び６で音響ビーム限界が線図的
に示されている。線７で送信変換器２から受信変
換器３までの主音響ビームが表示されている。こ
の線７は、以下の考察においては音響走行路ｓに
対応するものとする。変換器２及び３の中心距離
はｇで、又試験片４の測定されるべき壁厚はｄで
表示されている。

第１図から、音響走行路ｓ＝2d／cosαである
ことがわかる。角αはα＝tan^-1g／2dによつて与
えられ、従つて一定の変換器間隔ｇの場合には壁
厚ｄによつて決まる。変換器間隔ｇに対して非常
に大きい壁厚ｄの場合には、角αは非常に小さく
なり、従つてcosα１であるのでｄｓ／２と
なる。それゆえ音響走行路の半分が比較的正確に
試験片４の実際の壁厚ｄに対応する。

試験片４の壁厚ｄが変換器間隔ｇの大きさの程
度である場合には、cosα＜１を考慮しなければ
ならないので、前述の考察はもはや通用しない。
指示された測定値は実際の壁厚ｄよりも大きい。
それゆえ測定値は１／cosαに対応する関数で補
正されなければならない。この補正は第２図に示
された本発明に従う回路を用いて行われる。

第２図において８でパルス送信器が表示されて
おり、これはプローブ１の送信変換器２に接続さ
れると共に、第１増幅器９を経てゲート論理回路
１１の第１入力に接続されている。プローブ１の
受信変換器３は第２増幅器１０を通してゲート論
理回路１１の第２入力に接続されている。ゲート
論理回路１１は通常フリツプフロツプ回路であ
る。

ゲート論理回路１１の出力は本発明により低域
フイルタ１２に接続されており、これの出力は比
較器１３の第１入力１３ａに接続されている。比
較器の第２入力１３ｂには加減直流電圧源１７が
接続されている。比較器１３の出力１３ｃは
ANDゲート１４の第１入力に接続されており、
これの第２入力にはパルス発生器１５が接続され
ている。ANDゲート１４の後ろにはデイジタル
計数器１６が接続されている。

次に第３図ａ乃至第３図ｇに従つて、本発明に
よる第２図の回路の動作を詳細に説明する。

パルス送信器８は所定の間隔で電気的送信パル
スを発生し、このパルスは送信変換器２に達し且
つ又第１増幅器９を経てゲート論理回路１１の第
１入力に達する。送信変換器２はその送信パルス
を超音波パルスに変換し、そしてこの超音波パル
スは試験片４に入り、これの後壁で反射され、受
信変換器３で受信されて電気的受信パルスに変換
される。この受信パルスは第２増幅器１０を経て
ゲート論理回路１１の第２入力に達する。

第３図ａにおいて９１はゲート論理回路１１の
第１入力に存在する送信パルスを示し、このパル
スは試験片への超音波信号の入力時点を表示して
おり、又１０１はゲート論理回路１１の第２入力
に存在する受信パルスを示している。それでゲー
ト論理回路１１の出力には第３図ｂに示されたよ
うに電圧振幅１１０を持つた一次方形波信号１１
１が現われるが、これの信号持続時間Ｔ１１１は
パルス９１と１０１の時間的間隔に等しい（すな
わちＴ１１１＝t1−t0）。従つて、方形波信号の
持続時間Ｔ１１１は超音波パルスの試験片中の走
行時間に等しい。試験片中での音速が既知の場合
には、この走行時間から音響経路が決定される。

一次方形波信号１１１は本発明により低域フイ
ルタ１２（第２図）に供給される。この低域フイ
ルタにより一次方形波信号の急峻な縁部は指数関
数的な経過をたどる（第３図ｃの曲線１２１参
照）。この指数関数的経過はフイルタの段数、す
なわちフイルタ素子の数及び低域フイルタ１２の
選択された時定数によつて決まる。

非常に長い一次方形波信号１１１の場合には、
すなわちcosα１のときには、低域フイルタ１
２の出力電圧１２１は第３図ｃに示されたように
最大値１１０に達する。低域通過の際には後縁１
２１ｂは前縁１２１ａとは逆にならなければなら
ない。比較器１３の二次方形波信号１３１は、そ
れの比較電圧１３０が一次方形波信号１１１の電
圧振幅１１０の丁度半分の大きさになつているも
のであつて、実際一次方形波信号１１１の立上り
縁部に対して時間△t1＝t2−t0だけ遅延してい
る。しかし、後縁１２１ｂも又第３図ｃから知ら
れるように等しい遅延△t1＝△t2＝t3−t1を呈す
るので、両方の方形波信号１１１及び１３１は等
しい持続時間（すなわちＴ１３１＝Ｔ１１１）を
有する。

音響走行路、従つて音響走行時間が非常に短い
場合には、送信パルス及び受信パルスは第３図ｅ
に示されたようにより短い間隔を有している。９
１はやはり送信パルスを表示し、又１０２は短い
音響走行時間に対応する受信パルスを表示してい
る。一次方形波信号はそれに対応して第３図ｆの
曲線１１２に示されるようにより短くなる。この
短い方形波信号１１２のために低域フイルタ１２
の出力電圧は一次方形波信号の後縁の到達時には
完全な電圧振幅１１０にまだ達していない（曲線
１２１参照）。比較器１３の比較電圧１３０には、
比較的長い一次方形波信号の場合の遅延時間△t2
に比べて比較的短い遅延時間△t3＝t5−t4の後に
到達する。比較器の出力における二次方形波信号
１３２の持続時間Ｔ１３２はそれ故一次方形波信
号１１２の持続時間Ｔ１１２よりも短い。

低域フイルタ１２を適当に設計することによつ
て、一次方形波信号に対する二次方形波信号の短
縮量を、音響走行路誤差に影響を与えるパラメー
タ、例えばそれぞれのプローグの変換器間隔に適
合させることができる。

二次方形波信号１３１，１３２はそれ故音響走
行路誤差に応じて補正され、そして既知のように
ANDゲート１４に供給されるが、このゲートは
又同時にパルス発生器１５から所定のパルス繰返
数で計数パルスを受けている。後置の計数器１６
においては二次方形波信号１３１，１３２の持続
時間中に存在する、この計数パルスを計数して壁
厚の値として表示し且つ（又は）更に処理する。

第４図は持続時間が0.15μsを越える一次方形波
用の２次の低域フイルタ１２（２段の低域フイル
タ１２、ａ second−order low−pass filter
12）の設計例を示している。このフイルタは３つ
の抵抗１５０，１５１及び１５２と２つのコンデ
ンサ１５３及び１５４とからなつている。次の設
計値、すなわち抵抗１５０は2.2キロオーム、抵
抗１５１は2.2キロオーム、抵抗１５２は8.8キロ
オーム、コンデンサ１５３は50ピコフアラツド
（pF）、コンデンサ１５４は200ピコフアラツド
（pF）というそれぞれの値により、有効変換器間
隔ｇが２mmである送受信プローブに関する音響走
行路誤差を鋼の試験片について１mmの壁厚から補
正することのできるフイルタが得られる。

変換器２，３と試験片との間に前走区間が使用
されている場合には、種々の長さの前走区間又は
種々の前走時間を補償するために、比較電圧１３
０の高さを、一次方形波信号の高さの半分の値と
は、都合よく異なるようにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は試験片における音響ビームの走行を示
す。第２図は本発明による３回路装置の構成図で
ある。第３図ａから第３図ｇまでは、第２図の回
路装置の種々の位置における電気的信号の時間的
経過を示すパルス波形図である。第４図は低域フ
イルタの設計例を示す。 これらの図面において、１はプローブ、２は送
信変換器、３は受信変換器、４は試験片、７は主
音響ビーム（音響走行路）、ｇは変換器間隔、ｄ
は壁厚、１１はゲート論理回路、１２は低域フイ
ルタ、１３は比較器、１７は加減直流電圧源、１
１１，１１２は一次方形波信号、１３０は比較電
圧、１３１，１３２は二次方形波信号を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 壁厚測定のために別々の電気音響変換器によ
   つて超音波パルスを発生して受信するようになつ
   ていて、被測定片中の超音波パルスの走行時間に
   それぞれ比例した持続時間を持つた方形波信号
   （一次方形波信号）を発生するためのゲート論理
   回路、この方形波信号をパルス発生器の計数パル
   スと結合するためのAND回路、及び該AND回路
   の後ろに接続されたパルス計数器を備えている、
   超音波パルスによる壁厚測定のさいの音響走行路
   誤差を補正するための回路装置において、 ゲート論理回路１１の後ろに低域フイルタ１２
   が接続されていて、これが比較器１３の第１入力
   １３ａに接続されていること、 比較器１３の第２入力１３ｂに比較電圧１３０
   を発生する直流電圧源１７が接続されているこ
   と、及び 低域フイルタ１２の時定数は、比較器１３の出
   力端１３ｃに形成される二次方形波信号１３１，
   １３２の持続時間の、ゲート論理回路１１によつ
   て発生される一次方形波信号１１１，１１２の持
   続時間に対する比が、被測定片４の壁厚ｄの、被
   測定片４中の音響走行路７の長さに対する比に、
   比例するように、選定されていること を特徴とする、前記の超音波パルスによる壁厚測
   定の際の音響走行路誤差を補正するための回路装
   置。 ２ 前記低域フイルタ１２が２次のフイルタであ
   ること を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の回
   路装置。