JPH0426709B2 - - Google Patents
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- JPH0426709B2 JPH0426709B2 JP61187025A JP18702586A JPH0426709B2 JP H0426709 B2 JPH0426709 B2 JP H0426709B2 JP 61187025 A JP61187025 A JP 61187025A JP 18702586 A JP18702586 A JP 18702586A JP H0426709 B2 JPH0426709 B2 JP H0426709B2
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Description
〔利用分野〕
本発明は、非破壊超音波試験に関し、特定する
と、超音波エコーパルスの位相の変化を感知する
ことにより材料中の傷の寸法、深さ、配向および
位置を検知するための新規かつ有用な装置および
方法に関する。 〔従来の技術〕 従来の超音波試験は、傷検出およびサイジング
のためのＡ，ＢおよびＣ走査を行なうため、機械
的および電気的装置を介して結合される時間、振
幅および空間情報を提供する。もつとも一般的に
使用される技術は、時間−振幅すなわちＡ走査超
音波試験である。これらの技術は、すべて、持続
波またはパルス励起のいずれかと時間基準信号を
利用する。これらの技術の制約は、信号振幅、時
間分離または空間分離によつてのみ弁別が可能と
なることである。これらのパラメータは、傷の寸
法、深さ、配向および位置を独立的に限定するに
は不十分である。 粗粒状材料においては、粒子境界で後方散乱さ
れた超音波エネルギは、パルスエコーが受信され
つつある間中連続の信号を提供する。これらの後
方散乱された信号は、全体的にエコーをあいまい
にすることがあり得る。証拠によると、欠陥が存
在して超音波エネルギを反射すると、顕著なパル
スが雑音より上に現われくとも、欠陥の存在を指
示するために複合エコーの位相を使用できること
が示されている。雑音一般に「グラス（grass）」
と称される。思わしくないことに、超音波を発生
し受信するのに使用されるトランスジユーサが全
表面上を走査されると、振幅は、単一または多く
とも数個のピークに達して後減衰する。これに比
して、位相は、トランスジユーサの移動とともに
一方向に連続的に変化し、その変化はトランスジ
ユーサがもつとも近い接近点にあるとき停止し、
そして逆転する。単一の位相測定では得られる表
示が一次的で十分でない。必要とされるものは、
トランスジユーサ位置に関する位相の変化を感知
する装置である。これはまた、粗粒界反射のみで
得られるランダム位相変化の差、および傷のよう
な反射体で得られる特有なパターンを指示しなけ
ればならない。 Vasileに対する米国特許第4253337号は、超音
波材料の位相測定と位相シフトあるいは位相測定
または位相シフトを利用する超音波試験方法を開
示している。Vasileの特許は、対象の欠陥または
不連性を評価する方法を開示している。それゆ
え、この特許は、超音波の対象物中への伝送、お
よび不連続部分中を伝搬後の波の検出を利用す
る。不連続部分の深さも、検出された波の位相お
よび振幅の変化に関して考慮され、これらが不連
続部分不存在の際に伝搬する波の値に比較され
る。しかしながら、Vasileの特許は、トランスジ
ユーサ位置に関するエコーパルスの位相の変化を
検出せず、また異位相の直交位相の基準信号を利
用する２つの位相検出器を利用しない。加えて、
追つて説明される本発明で使用されるような回転
ベクトル表示装置は利用されない。 O′Brienの米国特許第4003244号は、捜索信号
およびエコー信号が等しい大きさであるように増
幅され、かつ互に同相であるように位相シフトさ
れるように増幅される超音波パルスエコー厚さ装
置を開示している。このようにして、全システム
の精度は増大される。このように、この特許は、
信号の位相を取に扱つているが、トランスジユー
サ位置に関するエコーパルスの位相の変化を教示
していない。O′Brienの特許はまた、本発明の他
の特徴を利用していない。 〔発明の概要〕 本発明は、材料中の傷の寸法、深さ、配向およ
び位置を検出する装置および方法に関する。本発
明は、後方散乱の影響を受ける粗粒状材料でさえ
利用できる。 本発明に依れば、トランスジユーサ位置に関す
るエコーパルスの位相の変化が感知される。２つ
の位相検出器が使用され、一方が同相の基準信号
を利用し、他方が直交基準信号を利用する。これ
らの２つの位相検出器は、陰極線管上に回転ベク
トル表示の生成を可能にする。このように、不連
続性を検出し、材料中における不連続部分の深さ
および位置を決定するために、位相変化のパター
ンを監視できる。不連続性は、別個の欠陥の場合
もあり、意図された材変動の場合もあり得るが、
これらは弾性波速度に影響を与えるものである。 本発明は、より一般的な概念の特定の応用であ
る。 原パルスの位相に関するエコーの位相は、下記
の関係により与えられる。 φ＝2KR−σ ここに、φ＝検出された位相の大きさ Ｋ＝（2π／パルスの波長） Ｒ＝トランスジユーサから反射体（きず）まで
の距離 σ＝反射中の位相シフト（低インピーダンスか
らの反射においてπ） かくして、位相はＲの単調関数である。 本発明は、同信号および直交（90゜異位相）の
基準信号を利用する２つの位相検出器の使用によ
りベクトルスココープ上に得られる特有の位相シ
フトパターンの組合せを利用する。２つの位相検
出器の使用は、ベクトルスココープの陰極線管上
に回転ベクトル表示を生成するのに必要である。 本発明に依ば、欠陥の存在を指示するためにラ
ンダム位相変化以外の位相変化のパターンが使用
される。 位相検出信号、励起周波数および反射体位置間
の関係を決定するための代わりの技術も可能であ
る。検出位相、励起周波数および反射体位置間の
独特な関係が、標準試験ブロツクからの適当な較
正により設定できる。 周波数、位相および距離間の関係は下記のごと
く書くことができる。 この関係は、サイクルチエーンルールとして知
られており、検出される位相がトランスジユーサ
および反射体間の周波数および距離の関数である
結果である。 φ＝Ｆ（ｆ，Ｒ） ここでｆ周波数、Ｒは距離である。 フアクタ
と、超音波エコーパルスの位相の変化を感知する
ことにより材料中の傷の寸法、深さ、配向および
位置を検知するための新規かつ有用な装置および
方法に関する。 〔従来の技術〕 従来の超音波試験は、傷検出およびサイジング
のためのＡ，ＢおよびＣ走査を行なうため、機械
的および電気的装置を介して結合される時間、振
幅および空間情報を提供する。もつとも一般的に
使用される技術は、時間−振幅すなわちＡ走査超
音波試験である。これらの技術は、すべて、持続
波またはパルス励起のいずれかと時間基準信号を
利用する。これらの技術の制約は、信号振幅、時
間分離または空間分離によつてのみ弁別が可能と
なることである。これらのパラメータは、傷の寸
法、深さ、配向および位置を独立的に限定するに
は不十分である。 粗粒状材料においては、粒子境界で後方散乱さ
れた超音波エネルギは、パルスエコーが受信され
つつある間中連続の信号を提供する。これらの後
方散乱された信号は、全体的にエコーをあいまい
にすることがあり得る。証拠によると、欠陥が存
在して超音波エネルギを反射すると、顕著なパル
スが雑音より上に現われくとも、欠陥の存在を指
示するために複合エコーの位相を使用できること
が示されている。雑音一般に「グラス（grass）」
と称される。思わしくないことに、超音波を発生
し受信するのに使用されるトランスジユーサが全
表面上を走査されると、振幅は、単一または多く
とも数個のピークに達して後減衰する。これに比
して、位相は、トランスジユーサの移動とともに
一方向に連続的に変化し、その変化はトランスジ
ユーサがもつとも近い接近点にあるとき停止し、
そして逆転する。単一の位相測定では得られる表
示が一次的で十分でない。必要とされるものは、
トランスジユーサ位置に関する位相の変化を感知
する装置である。これはまた、粗粒界反射のみで
得られるランダム位相変化の差、および傷のよう
な反射体で得られる特有なパターンを指示しなけ
ればならない。 Vasileに対する米国特許第4253337号は、超音
波材料の位相測定と位相シフトあるいは位相測定
または位相シフトを利用する超音波試験方法を開
示している。Vasileの特許は、対象の欠陥または
不連性を評価する方法を開示している。それゆ
え、この特許は、超音波の対象物中への伝送、お
よび不連続部分中を伝搬後の波の検出を利用す
る。不連続部分の深さも、検出された波の位相お
よび振幅の変化に関して考慮され、これらが不連
続部分不存在の際に伝搬する波の値に比較され
る。しかしながら、Vasileの特許は、トランスジ
ユーサ位置に関するエコーパルスの位相の変化を
検出せず、また異位相の直交位相の基準信号を利
用する２つの位相検出器を利用しない。加えて、
追つて説明される本発明で使用されるような回転
ベクトル表示装置は利用されない。 O′Brienの米国特許第4003244号は、捜索信号
およびエコー信号が等しい大きさであるように増
幅され、かつ互に同相であるように位相シフトさ
れるように増幅される超音波パルスエコー厚さ装
置を開示している。このようにして、全システム
の精度は増大される。このように、この特許は、
信号の位相を取に扱つているが、トランスジユー
サ位置に関するエコーパルスの位相の変化を教示
していない。O′Brienの特許はまた、本発明の他
の特徴を利用していない。 〔発明の概要〕 本発明は、材料中の傷の寸法、深さ、配向およ
び位置を検出する装置および方法に関する。本発
明は、後方散乱の影響を受ける粗粒状材料でさえ
利用できる。 本発明に依れば、トランスジユーサ位置に関す
るエコーパルスの位相の変化が感知される。２つ
の位相検出器が使用され、一方が同相の基準信号
を利用し、他方が直交基準信号を利用する。これ
らの２つの位相検出器は、陰極線管上に回転ベク
トル表示の生成を可能にする。このように、不連
続性を検出し、材料中における不連続部分の深さ
および位置を決定するために、位相変化のパター
ンを監視できる。不連続性は、別個の欠陥の場合
もあり、意図された材変動の場合もあり得るが、
これらは弾性波速度に影響を与えるものである。 本発明は、より一般的な概念の特定の応用であ
る。 原パルスの位相に関するエコーの位相は、下記
の関係により与えられる。 φ＝2KR−σ ここに、φ＝検出された位相の大きさ Ｋ＝（2π／パルスの波長） Ｒ＝トランスジユーサから反射体（きず）まで
の距離 σ＝反射中の位相シフト（低インピーダンスか
らの反射においてπ） かくして、位相はＲの単調関数である。 本発明は、同信号および直交（90゜異位相）の
基準信号を利用する２つの位相検出器の使用によ
りベクトルスココープ上に得られる特有の位相シ
フトパターンの組合せを利用する。２つの位相検
出器の使用は、ベクトルスココープの陰極線管上
に回転ベクトル表示を生成するのに必要である。 本発明に依ば、欠陥の存在を指示するためにラ
ンダム位相変化以外の位相変化のパターンが使用
される。 位相検出信号、励起周波数および反射体位置間
の関係を決定するための代わりの技術も可能であ
る。検出位相、励起周波数および反射体位置間の
独特な関係が、標準試験ブロツクからの適当な較
正により設定できる。 周波数、位相および距離間の関係は下記のごと
く書くことができる。 この関係は、サイクルチエーンルールとして知
られており、検出される位相がトランスジユーサ
および反射体間の周波数および距離の関数である
結果である。 φ＝Ｆ（ｆ，Ｒ） ここでｆ周波数、Ｒは距離である。 フアクタ
したがつて、本発明の目的は、超音波により材
料ないし物質を試験する方法および装置であつ
て、超音波範囲の選択された周波数にて発振器信
号を発生する発振器と、該発振器に接続され、超
音波信号を材料に供給し、エコー信号を材料から
受信するトランスジユーサと、該トランスジユー
サおよび発振器に接続され、エコー信号を同相の
発振器信号と混合して第１の表示生成信号を発生
し、かつ同相信号から90゜位相の異なる直交発振
器信号と混合して第２の表示生成信号を発生する
位相検出混合手段と、該位相検出混合手段に接続
され、第１および第２表示生成信号から、材料に
供給される超音波信号と、材料中のきずまたは境
界の存および深さを決定するのに使用できるエコ
ー信号との間の位相シフトの程度を表わす可視像
を生成する表示手段とを利用または具備する方法
および装置を提供することである。 本発明の他の目的は、設計が簡単で、構造が頑
丈で、製造が経済的である超音波装置を提供する
ことである。 〔実施例の説明〕 以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例
について説明する。 図面を参照すると、第１図に示される本発明の
装置は、ゲート増幅器２に周波数ｆの連続信号を
出力する発振器１０を備えており、該ゲート増幅
器は、送信−受信（TR）スイツテ３を介して試
験材料に結合されたトランスジユーサ１に増幅さ
れたパルスを送出する。試験材料中の反射体から
のエコーは、トランスジユーサ１により検出され
TRスイツチ３を介して受信増幅器４に送られ
る。増幅されたエコーは、次いで、２つの位相検
出器５および６の各々に送られる。周波数ｆの同
相および直交の基準信号は、位相スプリツタ７か
ら誘導され、各々、２つの位相検出器５および６
の一方に送られる。位相検出器の出力は、追加の
増幅がなされた後、陰極線管８を直交方向に偏向
するのに使用される。 トランスジユーサが試験材料上を移動すると
き、反射体（例えば傷または境界）がないと、ラ
ンダムパターンがCRT８上に表示される。しか
しながら、トランスジユーサが反射体上を通過す
ると、ら旋パターンが表示される。表示の中心の
回りの回転は、位相の変動を表わし、スクリーン
の中心からのら旋の距離は、エコーの振幅を指示
する。 さらに詳述すると、発振器１０はゲート増幅器
２と位相スプリツタ７に信号を送出する。ゲート
増幅器２は、超音波信号バーストパルスを生成す
るトランスジユーサ１に送受切替えTRスイツチ
３を介して無周波数帯の電圧パルスを送信する。
超音波信号バーストパルスは試験材料内を伝搬
し、もし材料内に不連続性部分が存在すれば、そ
のパルスの一部はトランスジユーサ１に反射し、
TRスイツチ３を介して受信増幅器４に送信され
る。トランスジユーサ１が移動する時、ゲート増
幅器２、TRスイツチ３およびトランスジユーサ
１による位相の変化は結局は一定であるから、エ
コー信号の位相変動は、トランスジユーサ１かり
不連続性部分までの往復距離の変化のみに起因す
る。 受信増幅器４からの信号は、位相スプリツタ７
から一定の位相と振幅を有する同相および直交の
基準信号を受信する同相位相検出器５と直交位相
検出器６に送出される。各位相検出器は、受信増
幅器４の出力信号の振幅に比例しかつ、受信増幅
器４の出力信号と基準信号（同相あるいは直交で
ある）との間の位相角の差の余弦に比例した出力
信号をそれぞれ生成する。 基準信号の位相に関して０〜180度位相が変化
するので、位相検出器の出力信号は−Ａ〜＋Ａの
間で変化する。（ここでＡは受信増幅器４の出力
信号に比例した値である）。 トランスジユーサ１は不連続性部分上を走査す
ると、不連続性部分から弱いエコーが得られる点
に到達する。受信増幅器の出力信号は、その振幅
が小さくなるが、往復距離と、波長と、およびゲ
ート増幅器２とTRスイツチ３およびトランスジ
ユーサ１での一定の位相シフトと、さらには不連
続性部分から反射する間の位相シフトとに依存す
る位相を有する。 トランスジユーサ１が不連続性部分に最も近接
する点移動しそして通過するとき、位相は遅れ、
停止し、それから進み、結果として、陰極線管表
示装置８上の輝点が時計回りに（位相が遅れると
き）動き、そして停止し、それから反時計回りに
（位相角が進むとき）動く。同時に、振幅はある
最大振幅に達すまで増加し、それから減少する。
この振幅はCRT画面の軌跡から中心までの距離
として表示される。 位相が反転する位置と最大振幅が生ずるトラン
スジユーサ１の位置は異なつていることがあるこ
とに注意されたい。一般に、最珍振幅および位相
変化率ゼロに対する位置はビーム角度と不連続性
部分の配向に依存する。 第２図は、欠陥位相を決定するのに有用な代わ
りの機器を示している。繰返し速度制御装置１４
は、発振器１０にある範囲の周波数をスイープさ
せる傾斜電圧発生器１６の動作を開始させる。繰
返し速度制御装置１４はまた、ゲート１２を開い
て、発振器１０からパーストをパワ増幅器１８
に、ついでトランスジユーサ２０に到達させる。
超音波のパルスが試験材料に送られ、材料からの
エコーがトランスジユーサに戻される。これらの
エコーは、発振器１０から基準信号を受信してい
るミキサ２４に送られる。ミキサからの出力は、
発振器信号に比較されるエコーの相対位相に依存
する。この位相依存信号は、傾斜電圧の関数とし
てマルチチヤンネル表示装置２２上に表示され
る。ミキサ出力はまた、繰返し速度制御装置１４
により制御されるデータゲート２６に送られ、そ
して該ゲートは、その信号をフエーズレート決定
回路２８に出力する。 さらに詳述すると、前述した、式φ＝Ｆ（ｆ，
Ｒ）に示すように、トランスジユーサ２０から放
射される超音波に対する反射された超音波の位相
は、周波数の変化Δf＝Ｃ／2Rに対して2πラデイ
アンだけ変化する。これにより、距離すなわち深
さを与える式、Ｒ＝Ｃ／2Δfが与えられる。 このことは、トランスジユーサ２０から反射体
への往路あるいは復路の距離が周波数f1において
Ｒ＝nλ1／２で与えられると仮定することによつ
て示される。ここで、周波数を増加させた場合、
つまり波長を減少させた場合、Ｒ＝（ｎ＋１）
λ2／２となる。それぞれの往復距離はnλ1＋（ｎ
＋１）λ2となる。式λ1＝Ｃ／f1、式λ2＝Ｃ／f2と
式Δf＝f2−f1から同じ式Ｒ＝Ｃ／2Δfが得られる。 第２図に示されたシステムは位相を2πラデイ
アンだけ変化させるΔfの値を実験的に決定する
手段を提供する。 第２図に示されるように、傾斜電圧発生器１６
は発振器１０の出力周波数を時間に関して線形に
増加せしめる。遅延量とパルス幅が調整可能なゲ
ート出力１２はパワー増幅器１８を介してトラン
スジユーサ２０へ周波数f1のパルスを送出する。
この電気的パルスは超音波パルスに変換される。
超音波パルスは位相検出器へ伝搬し、反射されて
トランスジユーサ２０に戻つて再度電気的パルス
に変換される。このパルスはSin（ω＋φ）で表現
され、ここでφは往復距離2R＝nλ＋φによつて
生じる位相の変化である（もし2R＝nλ1であれば
φはゼロとなる）。電気的パルスがミキサ２４に
到達した時点までに発振器１０の周波数はf2に増
加し波長はλ2に減少する。ここで2R＝（ｎ＋１）
λ2である。 ミキサ２４は出力周波数として２つの基準周波
数f1とf2（ω1／2πとω2／2πに等しい）を有し、ま
た２つの周波数の和と差である周波数を有する。
高次の相互変調成分も生成されるがこれらは希望
する周波数を選択するためのフイルタを使用する
ことによつて無視することができる。データゲー
ト２６への信号はSin（Δωt−φ）によつてあたえ
られ、ここで、Δω＝2π（f2−f1）である。Δωtが
2πラデイアン変化する度に、フエーズルート決
定２８の出力は最大値に達する。パワー増幅器１
８およびフエーズレート決定ユニツト２８への出
力を供給するゲートの相対的遅延を変化させるこ
とによつて、ある数のΔfを得てその平均値を得
ることができる。得られたΔfの平均値を次式に
代入し、 Ｒ＝Ｃ／2Δf 既知の値である音速Ｃによつて、トランスジユー
サ２０と反射体の距離Ｒが得られる。 第２図の実施例は、周波数ｆのスイープおよび
傷に対する深さＲを計算するための上述の式に基
づいて、材料中のきずの深さを決定するのに利用
できる。 以上、本発明の原理の応用を例示するため本発
明の特定の具体例について図示説明したが、本発
明は、このような原理から逸脱することなく他の
方法で実施できることを理解されたい。
料ないし物質を試験する方法および装置であつ
て、超音波範囲の選択された周波数にて発振器信
号を発生する発振器と、該発振器に接続され、超
音波信号を材料に供給し、エコー信号を材料から
受信するトランスジユーサと、該トランスジユー
サおよび発振器に接続され、エコー信号を同相の
発振器信号と混合して第１の表示生成信号を発生
し、かつ同相信号から90゜位相の異なる直交発振
器信号と混合して第２の表示生成信号を発生する
位相検出混合手段と、該位相検出混合手段に接続
され、第１および第２表示生成信号から、材料に
供給される超音波信号と、材料中のきずまたは境
界の存および深さを決定するのに使用できるエコ
ー信号との間の位相シフトの程度を表わす可視像
を生成する表示手段とを利用または具備する方法
および装置を提供することである。 本発明の他の目的は、設計が簡単で、構造が頑
丈で、製造が経済的である超音波装置を提供する
ことである。 〔実施例の説明〕 以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例
について説明する。 図面を参照すると、第１図に示される本発明の
装置は、ゲート増幅器２に周波数ｆの連続信号を
出力する発振器１０を備えており、該ゲート増幅
器は、送信−受信（TR）スイツテ３を介して試
験材料に結合されたトランスジユーサ１に増幅さ
れたパルスを送出する。試験材料中の反射体から
のエコーは、トランスジユーサ１により検出され
TRスイツチ３を介して受信増幅器４に送られ
る。増幅されたエコーは、次いで、２つの位相検
出器５および６の各々に送られる。周波数ｆの同
相および直交の基準信号は、位相スプリツタ７か
ら誘導され、各々、２つの位相検出器５および６
の一方に送られる。位相検出器の出力は、追加の
増幅がなされた後、陰極線管８を直交方向に偏向
するのに使用される。 トランスジユーサが試験材料上を移動すると
き、反射体（例えば傷または境界）がないと、ラ
ンダムパターンがCRT８上に表示される。しか
しながら、トランスジユーサが反射体上を通過す
ると、ら旋パターンが表示される。表示の中心の
回りの回転は、位相の変動を表わし、スクリーン
の中心からのら旋の距離は、エコーの振幅を指示
する。 さらに詳述すると、発振器１０はゲート増幅器
２と位相スプリツタ７に信号を送出する。ゲート
増幅器２は、超音波信号バーストパルスを生成す
るトランスジユーサ１に送受切替えTRスイツチ
３を介して無周波数帯の電圧パルスを送信する。
超音波信号バーストパルスは試験材料内を伝搬
し、もし材料内に不連続性部分が存在すれば、そ
のパルスの一部はトランスジユーサ１に反射し、
TRスイツチ３を介して受信増幅器４に送信され
る。トランスジユーサ１が移動する時、ゲート増
幅器２、TRスイツチ３およびトランスジユーサ
１による位相の変化は結局は一定であるから、エ
コー信号の位相変動は、トランスジユーサ１かり
不連続性部分までの往復距離の変化のみに起因す
る。 受信増幅器４からの信号は、位相スプリツタ７
から一定の位相と振幅を有する同相および直交の
基準信号を受信する同相位相検出器５と直交位相
検出器６に送出される。各位相検出器は、受信増
幅器４の出力信号の振幅に比例しかつ、受信増幅
器４の出力信号と基準信号（同相あるいは直交で
ある）との間の位相角の差の余弦に比例した出力
信号をそれぞれ生成する。 基準信号の位相に関して０〜180度位相が変化
するので、位相検出器の出力信号は−Ａ〜＋Ａの
間で変化する。（ここでＡは受信増幅器４の出力
信号に比例した値である）。 トランスジユーサ１は不連続性部分上を走査す
ると、不連続性部分から弱いエコーが得られる点
に到達する。受信増幅器の出力信号は、その振幅
が小さくなるが、往復距離と、波長と、およびゲ
ート増幅器２とTRスイツチ３およびトランスジ
ユーサ１での一定の位相シフトと、さらには不連
続性部分から反射する間の位相シフトとに依存す
る位相を有する。 トランスジユーサ１が不連続性部分に最も近接
する点移動しそして通過するとき、位相は遅れ、
停止し、それから進み、結果として、陰極線管表
示装置８上の輝点が時計回りに（位相が遅れると
き）動き、そして停止し、それから反時計回りに
（位相角が進むとき）動く。同時に、振幅はある
最大振幅に達すまで増加し、それから減少する。
この振幅はCRT画面の軌跡から中心までの距離
として表示される。 位相が反転する位置と最大振幅が生ずるトラン
スジユーサ１の位置は異なつていることがあるこ
とに注意されたい。一般に、最珍振幅および位相
変化率ゼロに対する位置はビーム角度と不連続性
部分の配向に依存する。 第２図は、欠陥位相を決定するのに有用な代わ
りの機器を示している。繰返し速度制御装置１４
は、発振器１０にある範囲の周波数をスイープさ
せる傾斜電圧発生器１６の動作を開始させる。繰
返し速度制御装置１４はまた、ゲート１２を開い
て、発振器１０からパーストをパワ増幅器１８
に、ついでトランスジユーサ２０に到達させる。
超音波のパルスが試験材料に送られ、材料からの
エコーがトランスジユーサに戻される。これらの
エコーは、発振器１０から基準信号を受信してい
るミキサ２４に送られる。ミキサからの出力は、
発振器信号に比較されるエコーの相対位相に依存
する。この位相依存信号は、傾斜電圧の関数とし
てマルチチヤンネル表示装置２２上に表示され
る。ミキサ出力はまた、繰返し速度制御装置１４
により制御されるデータゲート２６に送られ、そ
して該ゲートは、その信号をフエーズレート決定
回路２８に出力する。 さらに詳述すると、前述した、式φ＝Ｆ（ｆ，
Ｒ）に示すように、トランスジユーサ２０から放
射される超音波に対する反射された超音波の位相
は、周波数の変化Δf＝Ｃ／2Rに対して2πラデイ
アンだけ変化する。これにより、距離すなわち深
さを与える式、Ｒ＝Ｃ／2Δfが与えられる。 このことは、トランスジユーサ２０から反射体
への往路あるいは復路の距離が周波数f1において
Ｒ＝nλ1／２で与えられると仮定することによつ
て示される。ここで、周波数を増加させた場合、
つまり波長を減少させた場合、Ｒ＝（ｎ＋１）
λ2／２となる。それぞれの往復距離はnλ1＋（ｎ
＋１）λ2となる。式λ1＝Ｃ／f1、式λ2＝Ｃ／f2と
式Δf＝f2−f1から同じ式Ｒ＝Ｃ／2Δfが得られる。 第２図に示されたシステムは位相を2πラデイ
アンだけ変化させるΔfの値を実験的に決定する
手段を提供する。 第２図に示されるように、傾斜電圧発生器１６
は発振器１０の出力周波数を時間に関して線形に
増加せしめる。遅延量とパルス幅が調整可能なゲ
ート出力１２はパワー増幅器１８を介してトラン
スジユーサ２０へ周波数f1のパルスを送出する。
この電気的パルスは超音波パルスに変換される。
超音波パルスは位相検出器へ伝搬し、反射されて
トランスジユーサ２０に戻つて再度電気的パルス
に変換される。このパルスはSin（ω＋φ）で表現
され、ここでφは往復距離2R＝nλ＋φによつて
生じる位相の変化である（もし2R＝nλ1であれば
φはゼロとなる）。電気的パルスがミキサ２４に
到達した時点までに発振器１０の周波数はf2に増
加し波長はλ2に減少する。ここで2R＝（ｎ＋１）
λ2である。 ミキサ２４は出力周波数として２つの基準周波
数f1とf2（ω1／2πとω2／2πに等しい）を有し、ま
た２つの周波数の和と差である周波数を有する。
高次の相互変調成分も生成されるがこれらは希望
する周波数を選択するためのフイルタを使用する
ことによつて無視することができる。データゲー
ト２６への信号はSin（Δωt−φ）によつてあたえ
られ、ここで、Δω＝2π（f2−f1）である。Δωtが
2πラデイアン変化する度に、フエーズルート決
定２８の出力は最大値に達する。パワー増幅器１
８およびフエーズレート決定ユニツト２８への出
力を供給するゲートの相対的遅延を変化させるこ
とによつて、ある数のΔfを得てその平均値を得
ることができる。得られたΔfの平均値を次式に
代入し、 Ｒ＝Ｃ／2Δf 既知の値である音速Ｃによつて、トランスジユー
サ２０と反射体の距離Ｒが得られる。 第２図の実施例は、周波数ｆのスイープおよび
傷に対する深さＲを計算するための上述の式に基
づいて、材料中のきずの深さを決定するのに利用
できる。 以上、本発明の原理の応用を例示するため本発
明の特定の具体例について図示説明したが、本発
明は、このような原理から逸脱することなく他の
方法で実施できることを理解されたい。
第１図は本発明の位相感知超音波装置の１実施
例を示すブロツク図、第２図は本発明の位相感知
超音波装置の他の実施例のブロツク図である。 １：トランスジユーサ、２：ゲート増幅器、
３：TRスイツチ、４：受信増幅器、５：位相検
出器（同相）、６：位相検出器、７：位相スリツ
タ、８：陰極線管表示装置、１０：発振器。
例を示すブロツク図、第２図は本発明の位相感知
超音波装置の他の実施例のブロツク図である。 １：トランスジユーサ、２：ゲート増幅器、
３：TRスイツチ、４：受信増幅器、５：位相検
出器（同相）、６：位相検出器、７：位相スリツ
タ、８：陰極線管表示装置、１０：発振器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超音波範囲の選択された周波数で発振器信号
を発生する発振器と、該発振器に接続され、選択
された周波数にて超音波信号を材料中に伝送し、
材料から戻るエコー信号を受信するためのトラン
スジユーサと、該トランスジユーサおよび前記発
振器に接続され、エコー信号を同相発振器信号と
混合して第１の表示信号を発生し、かつ直交発振
器信号と混合して第２の表示信号を発生する位相
検出器と、該位相検出器に接続され、前記第１お
よび第２の表示信号に依存しかつ前記エコー信号
を発生する材料中の反射構造体の存在および深さ
にしたがつて変化する形態を有する回転ベクトル
表示を生成する表示手段とを備え、該表示手段
が、直交信号を使用して像を発生する陰極線管を
備えており、前記第１および第２の表示信号が前
記直交信号として利用されることを特徴とする超
音波試験装置。 ２ 前記位相検出器が、前記発振器に接続され
て、同相信号および90゜位相の異なる信号を発生
する位相スプリツタと、該位相スプリツタに接続
され、前記の同相信号を受信する第１の位相検出
器と、前記位相スプリツタに接続され、前記の
90゜位相の異なる信号を受信する第２の位相検出
器とを備え、前記第１および第２位相検出器がそ
れぞれ前記第１および第２表示信号を発生し、か
つ前記陰極線管に接続されている特許請求の範囲
第１項記載の超音波試験装置。 ３ 前記発振器に接続され、前記発振器信号を受
信し増幅するゲート増幅器と、該ゲート増幅器と
前記トランスジユーサに接続され、発振器信号を
前記トランスジユーサに交互に供給し、前記トラ
ンスジユーサから戻るエコー信号を受信する送信
−受信スイツチと、該スイツチに接続されエコー
信号を受信し増幅する受信増幅器とを備え、該受
信増幅器が、前記第１および第２の位相検出器に
接続されていて、増幅されたエコー信号を前記第
１および第２の位相検出器に供給する特許請求の
範囲第２項記載の超音波試験装置。 ４ 前記発振器に接続されいて、前記発振器信号
の前記の選択された周波数を選択された範囲の周
波数にわたりスイープする周波数スイープ手段を
備えており、前記第１および第２表示信号が周波
数とともに変わり、前記表示手段により発生され
る前記像の形態が周波数とともに変わり、前記形
態の変動が、前記エコー信号を発生する前記材料
中の反射構造体の深さを決定するのに使用できる
特許請求の範囲第１項記載の超音波試験装置。 ５ 前記周波数スイープ手段が、選択された周波
数をスイープするためのサイクルを反復するため
の繰返し速度制御装置と、該繰返し速度制御装置
に接続され、周波数スイープにしたがつて電圧を
傾斜させる傾斜電圧発生器と、前記発振器に接続
され、前記発振器信号を受信し超音波パルスを発
生するゲート出力装置とを備え、前記傾斜電圧発
生器が、前記発振器に接続されていて、前記発振
器の選択された周波数をスイープし、前記ゲート
出力装置が、パワ増幅器を介して、前記トランス
ジユーサに接続されていて、前記トランスジユー
サに超音波パルスを材料中に伝送させ、材料から
戻るエコー信号パルスを受信させる特許請求の範
囲第４項記載の超音波試験装置。 ６ 前記位相検出器が、前記発振器に接続されて
いて前記発振器信号を受信し、かつトランスジユ
ーサに接続されていて前記エコー信号を受信する
ミキサを備え、該ミキサが前記第１および第２表
示信号の一方を形成し、前記トランスジユーサ
が、前記表示手段に直接接続されていて、前記エ
コー信号に対応する前記第１および第２表示信号
の他方を発生する特許請求の範囲第５項記載の超
音波試験装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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