JPH06323896A - 超音波音速測定法及び装置 - Google Patents
超音波音速測定法及び装置Info
- Publication number
- JPH06323896A JPH06323896A JP5111389A JP11138993A JPH06323896A JP H06323896 A JPH06323896 A JP H06323896A JP 5111389 A JP5111389 A JP 5111389A JP 11138993 A JP11138993 A JP 11138993A JP H06323896 A JPH06323896 A JP H06323896A
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- JP
- Japan
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- sound velocity
- time difference
- impulse response
- probe
- waveform
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- Pending
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】被検体５中に超音波を送受信して得られる多重
反射エコー中の二つのパルス波形を波形記録装置４０に
取り込む。この取り込んだ二つのパルス波形に対応する
インパルス応答をインパルス応答計算装置３５で計算す
る。インパルス応答補正装置５０を用い、取り込んだ二
つのパルス波形とそれに対応するインパルス応答の逆積
和演算を行う。変換後、相互相関計算装置６０で二つの
パルス波形の時間的ずれを算出し、伝搬時間差計算装置
８０で波形読み込み時にかけたゲートの時間差も含め、
最終的伝搬時間差を算出する。 【効果】被検材中の超音波伝搬時間差決定を高精度化で
きる。
反射エコー中の二つのパルス波形を波形記録装置４０に
取り込む。この取り込んだ二つのパルス波形に対応する
インパルス応答をインパルス応答計算装置３５で計算す
る。インパルス応答補正装置５０を用い、取り込んだ二
つのパルス波形とそれに対応するインパルス応答の逆積
和演算を行う。変換後、相互相関計算装置６０で二つの
パルス波形の時間的ずれを算出し、伝搬時間差計算装置
８０で波形読み込み時にかけたゲートの時間差も含め、
最終的伝搬時間差を算出する。 【効果】被検材中の超音波伝搬時間差決定を高精度化で
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高精度超音波音速測定装
置に関する。
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波多重反射エコー中の任意の二つの
パルス波形の伝搬時間差を求める方法として、非破壊検
査第３７巻第３号（昭和６３年３月）Ｐ２５３に記載さ
れているパルスエコーオーバーラップ法がある。これは
図２に示すように、探触子１０により被検体５へ超音波
を送受し、得られる同図（ａ）のような多重反射エコー
から伝搬時間差を求めるものである。時間差を測るべき
目的の二つのパルス波形を時間遅延して、ＣＲＴディス
プレイ上に表示させ、二つのパルス波形が目視により重
なり合うよう遅延時間を調整し、観測している二つのパ
ルス波形が一致したことが確認されたときの遅延時間の
差を伝搬時間とする。この作業を機械的に行う場合、目
的の二つのパルス波形の相互相関関数を計算し、相関関
数がピークを示す遅れ時間を伝搬時間差としている。
パルス波形の伝搬時間差を求める方法として、非破壊検
査第３７巻第３号（昭和６３年３月）Ｐ２５３に記載さ
れているパルスエコーオーバーラップ法がある。これは
図２に示すように、探触子１０により被検体５へ超音波
を送受し、得られる同図（ａ）のような多重反射エコー
から伝搬時間差を求めるものである。時間差を測るべき
目的の二つのパルス波形を時間遅延して、ＣＲＴディス
プレイ上に表示させ、二つのパルス波形が目視により重
なり合うよう遅延時間を調整し、観測している二つのパ
ルス波形が一致したことが確認されたときの遅延時間の
差を伝搬時間とする。この作業を機械的に行う場合、目
的の二つのパルス波形の相互相関関数を計算し、相関関
数がピークを示す遅れ時間を伝搬時間差としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】有限の大きさをもつ超
音波探触子を用い超音波を送受波した場合、近距離音場
の影響を受けて受波波形が歪む。そのため多重反射エコ
ーを受信した場合、各エコーでは波形が異なる。従っ
て、多重反射エコー中の任意の二つのエコーの相互相関
で、伝搬時間を測定した場合、近距離音場による波形歪
分が誤差要因になる。本発明の目的は、この近距離音場
による波形歪による誤差を補正し、高精度で音速を求め
る方法及び装置を提供することにある。
音波探触子を用い超音波を送受波した場合、近距離音場
の影響を受けて受波波形が歪む。そのため多重反射エコ
ーを受信した場合、各エコーでは波形が異なる。従っ
て、多重反射エコー中の任意の二つのエコーの相互相関
で、伝搬時間を測定した場合、近距離音場による波形歪
分が誤差要因になる。本発明の目的は、この近距離音場
による波形歪による誤差を補正し、高精度で音速を求め
る方法及び装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では探触子の形状
や被検体の厚さ等のデータをもとに、予め音速測定に用
いる探触子の振動面インパルス加速度応答（以下インパ
ルス応答）を求めておき、実際に受波された観測波形と
の間で逆積和演算を行うことにより、有限の探触子幾何
形状に依存する影響を取り除く。
や被検体の厚さ等のデータをもとに、予め音速測定に用
いる探触子の振動面インパルス加速度応答（以下インパ
ルス応答）を求めておき、実際に受波された観測波形と
の間で逆積和演算を行うことにより、有限の探触子幾何
形状に依存する影響を取り除く。
【０００５】
【作用】通常、図２に示すような方法で、多重反射エコ
ーを受信した場合、探触子の大きさが有限であることに
より、受波波形に歪が生じる。これは、同一次数のエコ
ーに於いても、異なる距離を伝搬した波の重ね合わせに
なっているからである。この伝搬距離が一定でないこと
による受波波形歪は、送受波する探触子の位置が近いほ
ど大きくなり、近距離音場では顕著に現れる。
ーを受信した場合、探触子の大きさが有限であることに
より、受波波形に歪が生じる。これは、同一次数のエコ
ーに於いても、異なる距離を伝搬した波の重ね合わせに
なっているからである。この伝搬距離が一定でないこと
による受波波形歪は、送受波する探触子の位置が近いほ
ど大きくなり、近距離音場では顕著に現れる。
【０００６】この近距離音場による波形歪は、音速測定
に用いられる探触子の振動面インパルス加速度応答を逆
積和演算すれば、取り除くことができる。このようにイ
ンパルス応答を用いて受波波形を補正すれば、測定位置
が近距離音場にあるかどうかを問わず、振動子端面での
振動波形を再現できる。従って、多重エコー中の複数の
エコーの時間差で音速を求める際に、歪んだ波形どうし
ではなく、振動子の振動波形という同一の波形どうしに
対し相互相関演算を施せるようになり、時間差測定精度
を向上できる。
に用いられる探触子の振動面インパルス加速度応答を逆
積和演算すれば、取り除くことができる。このようにイ
ンパルス応答を用いて受波波形を補正すれば、測定位置
が近距離音場にあるかどうかを問わず、振動子端面での
振動波形を再現できる。従って、多重エコー中の複数の
エコーの時間差で音速を求める際に、歪んだ波形どうし
ではなく、振動子の振動波形という同一の波形どうしに
対し相互相関演算を施せるようになり、時間差測定精度
を向上できる。
【０００７】
【実施例】以下、図を用いて実施例を説明する。図１は
測定装置のブロック図、図２は信号波形である。超音波
送受信装置２０より超音波探触子１０を駆動する。超音
波は被検体５中で高重反射し、図２（ａ）のような信号
が受信される。この信号に、ゲート信号発生器３０を用
いて二種類のゲート（図２（ｂ),（ｃ))をかける。ＡＮ
Ｄゲートで切り出された、二つのパルス波形（ｂm，
ｂn）を波形記録装置４０に取り込む。ここでｂi は、
第ｉ次の底面反射エコーを示す。得られた二つのパルス
波形（図２（ｅ)，(ｆ))をｒ1(ｔ），ｒ2(ｔ）とする。
これらの受信信号から、ｂm，ｂnの位置でのインパルス
応答計算装置３５で算出したインパルス応答ｈ1(ｔ），
ｈ2(ｔ）をデコンボリューションするため、それぞれの
スペクトルをとる。Ｆ［・］はフーリエ変換を、大文字
の信号は対応する小文字の時間領域波形のスペクトルを
表す。
測定装置のブロック図、図２は信号波形である。超音波
送受信装置２０より超音波探触子１０を駆動する。超音
波は被検体５中で高重反射し、図２（ａ）のような信号
が受信される。この信号に、ゲート信号発生器３０を用
いて二種類のゲート（図２（ｂ),（ｃ))をかける。ＡＮ
Ｄゲートで切り出された、二つのパルス波形（ｂm，
ｂn）を波形記録装置４０に取り込む。ここでｂi は、
第ｉ次の底面反射エコーを示す。得られた二つのパルス
波形（図２（ｅ)，(ｆ))をｒ1(ｔ），ｒ2(ｔ）とする。
これらの受信信号から、ｂm，ｂnの位置でのインパルス
応答計算装置３５で算出したインパルス応答ｈ1(ｔ），
ｈ2(ｔ）をデコンボリューションするため、それぞれの
スペクトルをとる。Ｆ［・］はフーリエ変換を、大文字
の信号は対応する小文字の時間領域波形のスペクトルを
表す。
【０００８】
【数１】 Ｒ1(ω)＝Ｆ［ｒ1(ｔ)］ …（数１）
【０００９】
【数２】 Ｒ2(ω)＝Ｆ［ｒ2(ｔ)］ …（数２）
【００１０】
【数３】 Ｈ1(ω)＝Ｆ［ｈ1(ｔ)］ …（数３）
【００１１】
【数４】 Ｈ2(ω)＝Ｆ［ｈ2(ｔ)］ …（数４） 尚、インパルス応答ｈ1(ｔ），ｈ2(ｔ）の求め方は、探
触子振動面の振幅及び位相が一定と仮定した場合、日本
音響学会誌３０巻２号(１９７４）ｐｐ.７６−８１のＲ
ＩＮＧ関数を用いると高速に計算できる。実際の探触子
振動面の振動状況に即したインパルス応答を求めたい場
合には、ホログラム等の手法で、探触子振動面の振幅及
び位相分布を求めたうえで、インパルス応答を計算す
る。
触子振動面の振幅及び位相が一定と仮定した場合、日本
音響学会誌３０巻２号(１９７４）ｐｐ.７６−８１のＲ
ＩＮＧ関数を用いると高速に計算できる。実際の探触子
振動面の振動状況に即したインパルス応答を求めたい場
合には、ホログラム等の手法で、探触子振動面の振幅及
び位相分布を求めたうえで、インパルス応答を計算す
る。
【００１２】受波したままの波形ｒ1(ｔ），ｒ2(ｔ）か
ら、インパルス応答補正装置５０を用い振動子の振動波
形を変換したものが、ｒ1e(ｔ），ｒ2e(ｔ）である。な
おこの変換には、超音波信号の被検体端面での反射にと
もなう位相変化補正のための関数Ｔ1(ω)，Ｔ2(ω)も用
いる。このＴ1(ω)，Ｔ2(ω)は、遠距離音場での反射の
場合、全周波数にわたり一定の位相回転を与える回転因
子的関数であるが、近距離音場での反射に於いては、個
々の音線の入射角に依存した反射指向性を含んだ関数に
なる。ここで、Ｆ-1［・］は逆フーリエ変換を示す。
ら、インパルス応答補正装置５０を用い振動子の振動波
形を変換したものが、ｒ1e(ｔ），ｒ2e(ｔ）である。な
おこの変換には、超音波信号の被検体端面での反射にと
もなう位相変化補正のための関数Ｔ1(ω)，Ｔ2(ω)も用
いる。このＴ1(ω)，Ｔ2(ω)は、遠距離音場での反射の
場合、全周波数にわたり一定の位相回転を与える回転因
子的関数であるが、近距離音場での反射に於いては、個
々の音線の入射角に依存した反射指向性を含んだ関数に
なる。ここで、Ｆ-1［・］は逆フーリエ変換を示す。
【００１３】
【数５】
【００１４】
【数６】
【００１５】ｒ1e(ｔ），ｒ2e(ｔ）は、送波時の振動子
の振動波形を示すので図２（ｋ），（ｌ）のように同型
で時間的位置のみが異なる波形になる。これらｒ
1e(ｔ），ｒ2e(ｔ)の波形、或いはそれらのスペクトル
のいずれかまたは両方が、波形記憶装置５５に記憶され
る。次にｒ1e(ｔ），ｒ2e(ｔ）波形の時間的ずれ量を算
出するためにこれらの相関演算を相互相関演算装置６０
を用いて行う。ここでは、ｒ1e(ｔ），ｒ2e(ｔ）を相互
相関の公式にそのまま当てはめても、或いは以下のよう
にスペクトル領域で計算しても良い。従って、数５，数
６のように、逆フーリエ変換して、ｒ1e(ｔ），ｒ
2e(ｔ）の時間領域波形を求める必要も必ずしも無い。
の振動波形を示すので図２（ｋ），（ｌ）のように同型
で時間的位置のみが異なる波形になる。これらｒ
1e(ｔ），ｒ2e(ｔ)の波形、或いはそれらのスペクトル
のいずれかまたは両方が、波形記憶装置５５に記憶され
る。次にｒ1e(ｔ），ｒ2e(ｔ）波形の時間的ずれ量を算
出するためにこれらの相関演算を相互相関演算装置６０
を用いて行う。ここでは、ｒ1e(ｔ），ｒ2e(ｔ）を相互
相関の公式にそのまま当てはめても、或いは以下のよう
にスペクトル領域で計算しても良い。従って、数５，数
６のように、逆フーリエ変換して、ｒ1e(ｔ），ｒ
2e(ｔ）の時間領域波形を求める必要も必ずしも無い。
【００１６】
【数７】
【００１７】ここで、Ｃ(τ)はｒ1e(ｔ)とｒ2e(ｔ)の相
互相関演算結果、＊は複素共役を示す。このＣ(τ)を、
ピーク位置検出装置７０に入力し、ｒ1e(ｔ)とｒ2e(ｔ)
の時間的ずれ量τc を求める。これに、波形取り込み時
のゲート時間差(τd2−τd1)を加えた値を伝搬時間差計
算装置８０で算出する。
互相関演算結果、＊は複素共役を示す。このＣ(τ)を、
ピーク位置検出装置７０に入力し、ｒ1e(ｔ)とｒ2e(ｔ)
の時間的ずれ量τc を求める。これに、波形取り込み時
のゲート時間差(τd2−τd1)を加えた値を伝搬時間差計
算装置８０で算出する。
【００１８】
【数８】 τt＝(τd2−τd1)＋τc …（数８） こうして求めたτt がｂmとｂnの最終的な伝搬時間差
で、測定結果は表示装置８５で表示する。
で、測定結果は表示装置８５で表示する。
【００１９】以上の一連の信号処理のフローチャートを
図３に示す。
図３に示す。
【００２０】図４は、実施例２のブロック図である。実
施例１の構成に加えて補正波形吟味装置５２を加えてあ
る。インパルス応答補正装置５０で補正された後の信号
は、超音波探触子の送波時の振動波形なので、時間的ず
れを除いて同型になるはずである。従って補正後の波形
を比較することにより、インパルス応答補正が正しく行
われたかを確認することができる。この比較結果をイン
パルス応答計算装置３５にフィードバックすれば、より
正確にインパルス応答の補正が可能になる。図５は実施
例３のブロック図である。この例は、被検体中を往復し
た超音波多重反射エコーが三つ以上受信できるときに適
用できる。反射エコーが三つ以上ある場合、二つの反射
エコーの組み合わせが複数考えられる。この複数の反射
エコーの組に対してそれぞれ伝搬時間差を測定し、伝搬
距離に対するプロットをとる。回帰計算装置８２で、こ
のプロットの回帰誤差が最小になるようインパルス応答
計算装置３５にフィードバックをかけるものである。
施例１の構成に加えて補正波形吟味装置５２を加えてあ
る。インパルス応答補正装置５０で補正された後の信号
は、超音波探触子の送波時の振動波形なので、時間的ず
れを除いて同型になるはずである。従って補正後の波形
を比較することにより、インパルス応答補正が正しく行
われたかを確認することができる。この比較結果をイン
パルス応答計算装置３５にフィードバックすれば、より
正確にインパルス応答の補正が可能になる。図５は実施
例３のブロック図である。この例は、被検体中を往復し
た超音波多重反射エコーが三つ以上受信できるときに適
用できる。反射エコーが三つ以上ある場合、二つの反射
エコーの組み合わせが複数考えられる。この複数の反射
エコーの組に対してそれぞれ伝搬時間差を測定し、伝搬
距離に対するプロットをとる。回帰計算装置８２で、こ
のプロットの回帰誤差が最小になるようインパルス応答
計算装置３５にフィードバックをかけるものである。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、被検体中の超音波多重
反射エコーの二つのパルス波形の間隔を相互相関演算に
よって求める際に、探触子径が有限であることによる近
距離音場での波形歪を除去し、パルス間隔決定を高精度
化できる。
反射エコーの二つのパルス波形の間隔を相互相関演算に
よって求める際に、探触子径が有限であることによる近
距離音場での波形歪を除去し、パルス間隔決定を高精度
化できる。
【図１】実施例１のブロック図。
【図２】実施例１の波形図。
【図３】信号処理の流れを示すフローチャート。
【図４】実施例２のブロック図。
【図５】実施例３のブロック図。
５…被検体、１０…超音波探触子、２０…超音波送受信
装置、２２…ＡＮＤゲート、３０…ゲート信号発生器、
３５…インパルス応答計算装置、４０…波形記録装置、
５０…インパルス応答補正装置、５５…波形記憶装置、
６０…相互相関計算装置、７０…ピーク位置検出装置、
８０…伝搬時間差測定装置、８５…表示装置。
装置、２２…ＡＮＤゲート、３０…ゲート信号発生器、
３５…インパルス応答計算装置、４０…波形記録装置、
５０…インパルス応答補正装置、５５…波形記憶装置、
６０…相互相関計算装置、７０…ピーク位置検出装置、
８０…伝搬時間差測定装置、８５…表示装置。
Claims (2)
- 【請求項１】被検体の音速を測定する際に、被検体中を
一回或いは複数回往復したエコーから伝搬時間を求める
方法に於いて、探触子が有限の大きさを持つことからく
る測定誤差を、探触子振動面の端面インパルス加速度に
対する応答を用いて補正することにより、高精度で音速
を測定することを特徴とする音速測定法。 - 【請求項２】超音波探触子，前記超音波探触子を駆動す
る超音波送受信手段，受信した超音波波形を記憶する手
段，受波波形を処理し音速を計算する手段からなる音速
測定装置に於いて、探触子振動面のインパルス加速度応
答を計算する手段，前記受波波形をインパルス応答を用
いて補正する手段を具備し、高精度で音速を測定するこ
とを特徴とする音速測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5111389A JPH06323896A (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | 超音波音速測定法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5111389A JPH06323896A (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | 超音波音速測定法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06323896A true JPH06323896A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=14559935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5111389A Pending JPH06323896A (ja) | 1993-05-13 | 1993-05-13 | 超音波音速測定法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06323896A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119803643A (zh) * | 2025-01-08 | 2025-04-11 | 华中科技大学 | 一种超声声速测量系统及方法 |
-
1993
- 1993-05-13 JP JP5111389A patent/JPH06323896A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119803643A (zh) * | 2025-01-08 | 2025-04-11 | 华中科技大学 | 一种超声声速测量系统及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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