JPH06337263A

JPH06337263A - 超音波探傷方法

Info

Publication number: JPH06337263A
Application number: JP5127395A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Hyodo; 繁俊兵藤; Izumi Sato; 泉佐藤; Koji Saito; 興二斉藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Tokimec Inc
Current assignee: Nippon Steel Corp; Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】横波超音波を用いて厚肉鋼管などの被検材の内
部の疵（欠陥）を外部から検査する超音波探傷方法に関
し、被検材に斜めに入射する超音波のサイドローブによ
り発生する多重エコーによるノイズ信号を大幅に低減し
て、疵からの反射エコー信号をＳ／Ｎ比良く得て、疵の
検査をする方法を実現する。【構成】広帯域探触子３は、疵からの反射エコーの振幅
が最大となる探傷周波数ｆ₁と、多重エコーの振幅が大
きく得られる探傷周波数ｆ₂（＞ｆ₁）とで、同期信号の
一周期毎に交互に励振される。これにより得られる受信
信号は、広帯域受信器１５を通して検波器１６で検波さ
れ、アナログスイッチ１７，１８でそれぞれの探傷周波
数の期間の検波信号が取り出され、遅延器１９で同時化
された後、差動増幅器２２から疵からのエコー信号が明
瞭に識別されて取り出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波探傷方法に係
り、特に、横波超音波を用いて被検材の内部の疵（欠
陥）を外部から検査する超音波探傷方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属などの被検材の内部に探触子から超
音波を入射し、被検材の内部からの反射エコーを探触子
を介して受信して、被検材の内部などにある疵（欠陥）
を、被検材を破壊することなく検査する超音波探傷方法
が、従来より知られている。この超音波探傷方法のう
ち、平板突き合わせ溶接の溶接部の疵や、金属管の外表
面または内外表面に生じた亀裂欠陥を検査する場合にお
いては、探触子から超音波を被検材表面に対して斜めに
入射する斜角探傷が行われる。

【０００３】ここで、被検材が固体とすると、探触子か
らの入射超音波が縦波だけであっても、被検材内部の屈
折波には、縦波と横波とが存在する。これらの屈折波
は、入射波に対して、図６に示す関係にあるものとする
と、次式のスネルの法則が成立する。

【０００４】

【数１】

【０００５】ただし、上式中、ｖ_iは図６の媒質Ｉにお
ける超音波、すなわち、縦波の音速、ｖ_Sは媒質ＩＩに
おける横波の音速、ｖ_Lは媒質IIにおける縦波の音速、
θ_iは入射波の入射角、θ_Sは媒質IIにおける横波の屈折
角、θ_Lは媒質IIにおける縦波の屈折角である。

【０００６】通常の超音波探傷においては、媒質Ｉは、
斜角探触子のアクリルガラス、または、水（鋼管の探傷
時）、媒質IIは被検材である。

【０００７】上記の如く、探触子から超音波を入射角θ
_iで入射すると、図７に示すように、被検材６１の管壁
の内表面６２ａ、外表面６２ｂで反射されて、符号６３
で示す経路で伝搬する。内外表面に疵（欠陥）がある
と、そこで反射して、エコーが探触子６０に戻ってく
る。

【０００８】しかし、被検材６１内に縦波と横波とが混
在すると、両者は、伝搬経路および音速のいずれもが異
なるので、探触子６０が受信するエコーの反射波が区別
できず、よって、疵の位置を特定できない。そのため、
被検材６１内に超音波を斜めに入射する斜角探傷では、
入射角θ_iを臨界角より大きくして、被検材６１内では
横波しか存在しないようにするのが通常である。

【０００９】ここで、上記の臨界角は、媒質IIにおける
縦波の屈折角θ_Lが９０°のときの入射角θ_iで、図６の
媒質Ｉを水とすると、常温で媒質Ｉにおける超音波の音
速ｖ_iが約１４５０ｍ／ｓｅｃ、媒質IIが普通鋼で、媒
質IIにおける縦波の音速ｖ_Lが５９５０ｍ／ｓｅｃであ
るものとすると、前記（１）式から、入射角（ここでは
臨界角）θ_iは、約１４．１°（＝ｓｉｎ~¹（１４５０
／５９５０））となる。この時は、媒質IIにおける横波
の屈折角θ_Sは約３２．５°であり、媒質IIには原理的
に横波しか存在しない。

【００１０】また、図７では、１個所の疵しか検出でき
ないため、鋼管を被検材とするときは、鋼管と探触子６
０のどちらか一方を固定し、他方を回転させることによ
り、全周に亘って探傷を行い、かつ、鋼管を軸方向にも
移動することにより、略全長に亘って探傷するようにし
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
超音波探傷方法では、被検材がｔ／Ｄ（ただし、ｔは管
の厚さ、Ｄは管の外径）の大なる（例えば２０％以上）
厚肉鋼管である場合、図８に示すように、厚肉鋼管７０
の外部から超音波を前記臨界角以上の比較的大なる入射
角θ_iで入射すると、超音波は、厚肉鋼管７０の外表面
７０ａから入り、薄肉内面７０ｂは通過するものの、厚
肉内面７０ｃには届かない経路７２で伝搬する。このた
め、内面疵７１を検出することができない。

【００１２】この対策としては、厚肉鋼管７０内におけ
る横波の屈折角θ_Sを小さくすればよい。そして、θ_Sを
小さくするには、入射角θ_iを小さくする必要がある。
しかし、前記したように、厚肉鋼管７０内で横波と縦波
とを混在すると不都合が生じるから、θ_iは、臨界角よ
り小さくすることはできず、限界がある。

【００１３】そこで、上記の入射角θ_iを上記の限界内
において臨界角にできるだけ近い値まで小さくすると、
図９に示す如く、探触子６０から放射される超音波のう
ち、主たる放射方向の超音波成分であるメインローブ８
０ａは、厚肉鋼管７０の厚肉内面７０ｃに届くものの、
探触子６０から斜めに放射される超音波成分であるサイ
ドローブ８０ｂが、厚肉鋼管７０の外表面７０ａに略垂
直に近い角度で入射される。このため、このサイドロー
ブ８０ｂが、厚肉鋼管７０の内外表面７０ａ，７０ｂで
多重反射する。

【００１４】上記のサイドローブ８０ｂのエネルギー
は、メインローブ８０ａのエネルギーに比し、小さい。
しかし、上記の多重反射は、超音波の波長に比べて極め
て大きな大きさを持つ管壁により生じるのに対し、検査
すべき疵は、上記波長に比し、それほど大きくない。そ
のため、超音波探傷装置のＣＲＴ表示画面において、図
１０に示すように、多重反射によるエコー（多重エコ
ー）Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３およびＭ４の振幅が、疵から反射
される本来検査すべきエコーＦの振幅に比し、無視する
ことができないことがある。なお、図１０中、Ｔは送信
波、Ｓは探触子からの超音波サイドローブが管表面に垂
直に近い角度で入射するために発生する表面エコーを示
す。

【００１５】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、被検材に斜めに入射する超音波のサイドローブによ
り発生する多重エコーによる不要信号を大幅に低減し
て、疵からの反射エコー信号をＳ／Ｎ比良く得て、疵の
検査をする超音波探傷方法を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波探傷方法
は、上記の目的を達成するため、二つの探傷周波数を時
分割的に使用して得られたそれぞれの反射エコー信号に
基づいて、多重エコー信号を相殺することにより、上記
の課題を解決したものである。

【００１７】すなわち、本発明は、厚さと外径との比が
所定値以上の厚肉鋼管に、探触子から超音波を斜めに入
射することにより、厚肉鋼管内から反射する横波超音波
の反射エコーを受信して厚肉鋼管の疵検査を行う超音波
探傷方法において、上記記探触子として広帯域の送受信
周波数特性を持つ探触子を用い、探触子の送受信周波数
帯域内で、かつ、前記厚肉鋼管内の疵からの反射エコー
の振幅が略最大となる第１の探傷周波数を持つ第１の送
信信号と、探触子の送受信周波数帯域内で、かつ、第１
の探傷周波数と異なる周波数の第２の探傷周波数を持つ
第２の送信信号とにより時分割的に探触子を励振し、第
１の送信信号で励振した直後で第２の送信信号で励振す
る前の期間の探触子の第１の受信信号と、第２の送信信
号で励振した直後で第１の送信信号で励振する前の期間
の探触子の第２の受信信号のうちの一方を遅延して同時
化を行った後、両受信信号を差動増幅して得た信号に基
づいて疵検査する構成としたものである。

【００１８】

【作用】厚さと外径との比が所定値以上の厚肉鋼管に、
探触子から超音波を斜めに入射することにより、厚肉鋼
管内から反射する横波超音波の反射エコーを受信して厚
肉鋼管の疵検査を行う超音波探傷方法においては、探傷
周波数を高くすると疵検出の能力は増大するが、疵から
の反射エコーは、横波超音波のために、超音波の減衰も
それ以上に増大する。従って、この二つの要因の相殺効
果により、疵からの反射エコーの振幅が最大になる探傷
最適周波数が存在する。この探傷最適周波数が、本発明
における前記第１の探傷周波数である。

【００１９】これに対し、探触子からのサイドローブが
厚肉鋼管の外表面に略垂直に近い角度で入射されるため
に生じる多重反射による多重エコーは、主として縦波の
反射エコーであるため、横波に比し媒体内伝搬による減
衰の影響が少なく、探傷周波数を変化させても、多重エ
コーの振幅はさほど変化しない。

【００２０】そこで、本発明は、上記の点に着目し、広
帯域の送受信周波数特性を持つ探触子を、前記第１の探
傷周波数を持つ第１の送信信号と、前記第２の探傷周波
数を持つ第２の送信信号とにより時分割的に励振するこ
とにより、第１の送信信号に基づく超音波により第１の
受信信号を得、第２の送信信号に基づく超音波により第
２の受信信号を得る。ここで、前記第２の受信信号にお
いては、前記第１の信号に比して、疵からの反射エコー
は充分に小さく、一方、管壁からの多重エコーは疵に比
して小さくならないように、第２の探傷周波数を選択す
る。

【００２１】前記第１および第２の受信信号は、時分割
的に得られるから、本発明では、第１および第２の受信
信号の一方を、超音波探傷機の１周期に等しい時間だけ
遅延して同時化を行った後、前記の遅延された一方の信
号と遅延されない他方の信号とを差動増幅する。この差
動増幅信号においては、疵からの反射エコーの振幅波形
が第１の受信信号のそれよりも減少するが、多重エコー
の振幅はそれ以上に減少するから、疵からの反射エコー
の信号部分と、多重エコーの信号部分とを明瞭に識別す
ることができる。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の一実施例について、図面と共
に説明する。

【００２３】図１は本発明方法が適用される超音波探傷
装置の一実施例のブロック図を示す。同図中、超音波探
傷器１は、同軸ケーブル２を介して探触子３に接続され
ている。探触子３は、広帯域の送受信周波数特性を持つ
広帯域探触子で、内部の超音波振動子が超音波探傷器１
からの送信信号で励振されると、超音波を発生して、被
検材内に超音波を入射し、また、被検材からの超音波エ
コーを受信することができる構成とされている。

【００２４】上記の被検材は、例えば、管の厚さをｔ、
管の外径をＤとした時、それらの比ｔ／Ｄが２０％を越
えるような厚肉鋼管４であり、例えば、高温環境下で使
用されるステンレス鋼管または高合金鋼管である。この
被検材には、前記探触子３から、超音波（メインロー
ブ）が臨界角に近い角度で外表面に対して斜めに入射さ
れる。これにより、前記したように、厚肉鋼管４内を横
波超音波が伝搬して、内表面等に生じた亀裂疵で反射さ
れる。また、探触子３からのサイドローブによる多重エ
コーが生じる。上記のサイドローブは、厚肉鋼管４に対
して垂直に近い角度、すなわち、前記臨界角以下の角度
で入射されるため、この多重エコーは、縦波を含む。な
お、上記のｔ／Ｄの値は、厚肉鋼管４の材質により変
る。

【００２５】次に、超音波探傷器１の構成について説明
する。同期信号発振器１１は、超音波探傷器１の各部の
動作を起動する、一定周期の同期信号を発振出力する。
切換信号発生器１２は、上記の同期信号に同期した、第
１の切換信号と第２の切換信号とを発生する。後述する
ように、第１および第２の切換信号は、互いに逆位相の
対称方形波である。これらの第１および第２の切換信号
により、送信周波数を同期信号の１周期毎に、ｆ₁とｆ₂
に交互に切り換えて探傷が行われる。

【００２６】送信発振器１３は、同期信号発振器１１か
らの同期信号と、切換信号発生器１２からの第１および
第２の切換信号とを入力信号として受け、同期信号が入
力された時点から、周波数ｆ₁またはｆ₂の所定サイクル
数のバーストサイン波を発振する。このバーストサイン
波は、第１の切換信号がハイレベルの時、周波数がｆ₁
で、第２の切換信号がハイレベルの時、周波数がｆ₂で
ある。送信器１４は、送信発振器１３からのバーストサ
イン波を受けて、探触子３を励振する大振幅信号に増幅
する。同軸ケーブル２との整合をとる回路も送信器１４
に含まれる。

【００２７】受信器１５は、探触子３により厚肉鋼管４
からの反射エコーを受信し、電気信号に変換されたエコ
ー信号が入力され、これを増幅する回路で、送信周波数
の選択に対応できるように、広帯域の受信周波数特性を
有する。検波器１６は、受信器１５からの受信エコー信
号を包絡線検波する。アナログスイッチ１７は、第１の
切換信号がハイレベルの時に、入力検波信号を出力に伝
達する回路で、第１の切換信号がローレベルの時には、
入力と出力とを遮断する。アナログスイッチ１８は、第
２の切換信号がハイレベルの時に、入力検波信号を出力
に伝達する回路で、第２の切換信号がローレベルの時に
は、入力と出力とを遮断する。

【００２８】遅延器１９は、アナログスイッチ１７の出
力検波信号を同期信号の一周期の期間遅延して、アナロ
グスイッチ１８の出力検波信号との時間合わせを行う
（同時化する）回路で、後述する如く図２の回路構成と
されている。増幅器２０、２１は、それぞれ遅延器１
９、アナログスイッチ１８の各出力信号を、所定の振幅
に増幅する。

【００２９】差動増幅器２２は、これらの増幅器２０お
よび２１からの増幅された検波信号を差動増幅し、これ
らの入力信号の差のレベルに対応したレベルの差動増幅
信号を出力する。掃引信号発生器２３は、前記同期信号
に同期して、第２の切換信号がハイレベルの期間のみ、
差動増幅器２２からの差動増幅信号がＣＲＴ表示器２４
で表示されるような、掃引信号を発生する。ＣＲＴ表示
器２４は、差動増幅信号を表示する陰極線管（ＣＲ
Ｔ）、差動増幅信号を表示に必要な振幅および直流電位
に増幅する水平偏向回路、輝度および焦点調整回路など
から構成される。

【００３０】遅延器１９は、図２に示すような構成とさ
れている。同図に示すように、遅延器１９は、４つの入
力端子３１〜３４と一つの出力端子３５を有する。３１
は前記同期信号発振器１１からの同期信号の入力端子、
３２および３３は前記第１および第２の切換信号の入力
端子、３４はアナログスイッチ１７の出力検波信号の入
力端子である。

【００３１】クロック発振器４１は、上記同期信号を受
けて、そのパルス立ち下がりエッジから、Ａ−Ｄ変換器
４８、Ｄ−Ａ変換器５１の変換指令信号の基となるクロ
ックパルスを発振出力する。このクロックパルスの繰り
返し周波数は、受信エコー信号の周波数帯域の上限から
決定される。アドレス用カウンタ４２は、同期信号の立
上りエッジでリセットされ、それからクロック発振器４
１からのクロックパルスのカウントを開始するディジタ
ルカウンタである。このカウンタ４２のカウント値が、
メモリ５２のアドレス信号となる。

【００３２】アドレス上限検出回路４３は、アドレス用
カウンタ４２の出力の全ビットが論理”１”となった時
に、論理”１”のアドレス上限検出信号を出力し、クロ
ック発振器４１の発振動作を停止する。ＡＮＤ回路４４
は、入力端子３２からの第１の切換信号がハイレベルの
時に、前記クロックパルスを通過させて、ディレイライ
ン４５とＡ−Ｄ変換器４８に供給する。Ａ−Ｄ変換器４
８は、ＡＮＤ回路４４からのクロックパルスの立上り時
点での、入力端子３４からの検波信号の振幅値のディジ
タル信号を出力する。

【００３３】ここで、前記アドレス用カウンタ４２のビ
ット数をＮ、クロックパルスの繰り返し周波数をｆ_Cと
すると、上記のＡ−Ｄ変換器４８が入力検波信号をＡ−
Ｄ変換できる時間は、（２N−１）／ｆ_Cである。また、
厚肉鋼管４中を伝搬する超音波の音速をＶとすると、探
傷範囲は、厚肉鋼管４内に超音波が入射され、厚肉鋼管
４内の疵から超音波が反射されて探触子３で受信される
までの、超音波の往復距離の半分であるから、｛（２N−１）／ｆ_C｝Ｖ／２となる。

【００３４】スリーステートバッファ回路４９および５
０は、Ａ−Ｄ変換器４８、Ｄ−Ａ変換器５１のビット数
と同数設けられており、第１および第２の切換信号がハ
イレベルの時、入力信号を出力に伝達し、ローレベルの
時出力ハイインピーダンス状態となる。従って、第１の
切換信号がハイレベルの時には、Ａ−Ｄ変換器４８から
のディジタル信号がスリーステートバッファ回路４９を
通してメモリ５２に入力され、かつ、この期間は、第２
の切換信号がローレベルであるから、スリーステートバ
ッファ回路５０の出力がハイインピーダンスとなり、メ
モリ５２とスリーステートバッファ回路５０が切り離さ
れた状態となる。

【００３５】一方、第１の切換信号がローレベルの時に
は、スリーステートバッファ回路４９の出力がハイイン
ピーダンスとなり、メモリ５２とスリーステートバッフ
ァ回路４９が切り離された状態となるのに対し、この期
間は、第２の切換信号がハイレベルであるから、メモリ
５２から読み出されたディジタル信号が、スリーステー
トバッファ回路５０を通してＤ−Ａ変換器５１に入力さ
れる。スリーステートバッファ回路４９および５０は、
同期信号の一周期毎に交互に、能動状態と出力ハイイン
ピーダンス状態とを繰り返し、かつ、一方が能動状態の
時は、他方が出力ハイインピーダンス状態とされる。

【００３６】ディレイライン４５は、ＡＮＤ回路４４か
らのクロックパルスを、Ａ−Ｄ変換器４８により検波信
号がディジタル信号に変換された後、スリーステートバ
ッファ回路４９を通してメモリ５２に安定に入力される
までに必要な時間だけ遅延して、メモリ５２に書き込み
クロックとして入力させる。ＡＮＤ回路４６は、入力端
子３３からの第２の切換信号がハイレベルの時に、前記
クロック発振器４１からのクロックパルスを通過させて
ディレイライン４７に供給する。

【００３７】ディレイライン４７は、ＡＮＤ回路４６か
らのクロックパルスを、アドレス用カウンタ４２の出力
が”１”増加して、新しいアドレスの記憶内容がメモリ
５２から読み出されて、スリーステートバッファ回路５
０を通してＤ−Ａ変換器５１に安定に入力されるまでに
必要な時間だけ遅延して、Ｄ−Ａ変換器５１に変換用ク
ロックとして供給させる。Ｄ−Ａ変換器５１は、この遅
延クロックパルスに基づき、メモリ５２の読み出し出力
データをディジタル・アナログ変換し、そのアナログ信
号を出力端子３５へ出力する。

【００３８】このように、図２の遅延器１９は、探傷周
波数がｆ₁である、第１の切換信号がハイレベルである
期間において、アナログスイッチ１７の出力検波信号
を、高速で連続的にＡ−Ｄ変換器４８でディジタル信号
に変換し、そのディジタル信号を順次メモリ５２に書き
込み、続いて探傷周波数がｆ₂である、第２の切換信号
がハイレベルである期間において、メモリ５２から前記
ディジタル信号を書き込んだ順に読み出して、それを、
高速で、連続的に、Ｄ−Ａ変換器５１でアナログ信号に
変換した後、出力端子３５に出力する。この出力アナロ
グ信号は、入力端子３４と同じ波形で、同期信号の一周
期の期間遅延された信号である。

【００３９】次に、図１の構成の超音波探傷器１の動作
について、図３乃至図５と共に説明する。同期信号発振
器１１から一定周期Ｔ₀の、図３（Ａ）および図４
（Ａ）に示す同期信号ａが出力され、切換信号発生器１
２、送信発振器１３、遅延器１９および掃引信号発生器
２３にそれぞれ供給される。なお、図４は図３のタイム
チャートの時間軸を拡大図示したタイムチャートであ
る。

【００４０】切換信号発生器１２は、同期信号ａの立ち
上がりエッジが入力される毎にレベルが反転し、かつ、
互いに位相が逆極性の、図３（Ｂ）に示す第１の切換信
号ｂと同図（Ｃ）に示す第２の切換信号ｃとを発生す
る。すなわち、これらの切換信号ｂおよびｃは、同期信
号ａを１／２分周した、周期２Ｔ₀の対称方形波であ
る。

【００４１】送信発振器１３は、この第１および第２の
切換信号ｂおよびｃと同期信号ａとを入力信号として受
け、第１の切換信号ｂがハイレベルの期間（同期信号ａ
の１周期の期間Ｔ₀）は、同期信号ａの立ち下がりエッ
ジの入力時点から、図４（Ｂ）に示す如く、周期が１／
ｆ₁のサイン波を、例えば、３サイクル発振出力し、第
２の切換信号ｃがハイレベルの期間（同期信号ａの１周
期の期間Ｔ₀）は、同期信号ａの立ち下がりエッジの入
力時点から、周期が１／ｆ₂のサイン波を、同じく３サ
イクル発振出力する。すなわち、送信発振器１３は、同
期信号ａの１周期毎に、周波数ｆ₁のバーストサイン波
と、周波数ｆ₂のバーストサイン波とを交互に出力す
る。なお、これらのバーストサイン波のサイクル数（波
数）は、厚肉鋼管４の材質寸法形状により実験的に設定
される。

【００４２】ところで、厚肉鋼管４と同一の寸法、同一
または近似の材質で、かつ、既知の疵のある試験片を予
め探傷すると、疵からの反射エコーにより得られるエコ
ー信号の振幅は、図５にIIIで示す如く、探傷周波数ｆ₁
でピークを有する特性を示す。一方、探触子からの超音
波サイドローブが試験片の外表面に略垂直に近い角度で
入射されるために生じる多重反射による多重エコーは、
前記したように、主として縦波の反射エコーであるた
め、横波に比し媒体内伝搬による減衰の影響が少なく、
図５にIVで示す如く、探傷周波数を変化させても多重エ
コーの振幅はさほど変化しない。そこで、本実施例で
は、図５に示すように、多重エコーの振幅が疵からの反
射エコーに比し振幅が大で得られる時の探傷周波数ｆ₂
を選択する。

【００４３】従って、本実施例では、図４に示したよう
に、上記の送信発振器１３は、第１の切換信号ｂがハイ
レベルの期間は上記の周波数ｆ₁のバーストサイン波を
発振出力し、第２の切換信号ｃがハイレベルの期間は上
記の周波数ｆ₂のバーストサイン波を発振出力する。図
１の送信器１４は、この２周波のバーストサイン波が図
４（Ｂ）に示すように時系列的に合成された信号を出力
して、探触子３を同期信号ａの周期Ｔ₀毎に、周波数ｆ₁
またはｆ₂で時分割的に励振する。

【００４４】これにより、探触子３からのエコー信号を
広帯域の受信器１５を通して検波器１６で包絡線検波す
ると、図３（Ｄ）に示すような検波信号ｄが得られる。
この検波信号ｄは第１の切換信号ｂがハイレベルであ
る、探傷周波数がｆ₁の期間の時に得られる検波信号ｄ₁
と、第２の切換信号ｃがハイレベルである、探傷周波数
がｆ₂の期間の時に得られる検波信号ｄ₂との時系列合成
信号である。

【００４５】上記検波信号ｄ₁とｄ₂は、図３（Ｄ）に示
すように、それぞれ送信波による信号部分Ｔと、厚肉鋼
管４表面からの反射エコー信号部分Ｓと、サイドローブ
による多重エコー信号部分Ｍｉ（ここではｉ＝１〜５）
と、疵からの反射エコー信号部分Ｆとよりなる。そのう
ち検波信号ｄ₁は、探傷周波数が前記ｆ₁の時の信号であ
るから、疵からの反射エコー信号部分Ｆの振幅がサイド
ローブによる多重エコー信号部分Ｍ_iの振幅よりも大で
ある。これに対し、検波信号ｄ₂は、探傷周波数が前記
ｆ₂の時の信号であるから、サイドローブによる多重エ
コー信号部分Ｍ１〜Ｍ３の振幅の方が疵からの反射エコ
ー信号部分Ｆの振幅よりも大である。

【００４６】アナログスイッチ１７は、この検波信号ｄ
が入力され、第１の切換信号ｂがハイレベルの期間の入
力検波信号を選択して遅延器１９に出力する。従って、
遅延器１９には、図３（Ｅ）に示すように、検波信号ｄ
₁のみが入力される。もう一方のアナログスイッチ１８
も、この検波信号ｄが入力され、第２の切換信号ｃがハ
イレベルの期間の入力検波信号を選択して増幅器２１に
出力する。従って、増幅器２１には、図３（Ｇ）に示す
ように、検波信号ｄ₂のみが入力される。

【００４７】前記したように、遅延器１９は、入力信号
を同期信号ａの一周期Ｔ₀の期間遅延するから、遅延器
１９は、図３（Ｆ）に示すように、検波信号ｄ₁を期間
Ｔ₀だけ遅延して、伝送期間が検波信号ｄ₂のそれと一致
する検波信号ｄ₃を出力する。

【００４８】差動増幅器２２は、増幅器２０を介して入
力される上記の遅延検波信号ｄ₃と、増幅器２１を介し
て入力される上記の検波信号ｄ₂とを差動増幅し、遅延
検波信号ｄ₃のレベルから検波信号ｄ₂のレベルを差し引
いたレベルの差動増幅信号を生成出力する。従って、こ
の差動増幅信号は、図３（Ｈ）にｈで示す如く、疵から
のエコー信号部分Ｆのレベルが他の信号部分（ノイズ信
号）と明瞭に識別された信号波形となる。

【００４９】この差動増幅信号ｈは、ＣＲＴ表示器２４
に供給され、ここで表示される。差動増幅信号ｈは、サ
イドローブによる多重エコー信号部分Ｍｉ（ノイズ信
号）などの振幅が大幅に減少した波形であるため、ＣＲ
Ｔ表示器２４は、疵からのエコー信号をＳ／Ｎ比良く表
示することができる。なお、差動増幅器２２は、差動増
幅した信号ｈのうち、所定レベル以上の信号部分のみを
出力する構成としても良い。

【００５０】このように、本実施例によれば、差動増幅
信号において疵からの反射エコーの信号部分と、多重エ
コーの信号部分とを明瞭に識別することができるから、
疵からのエコーを明瞭に識別した探傷ができる。

【００５１】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではない。例えば、受信器１５は、少なくとも周
波数ｆ₁およびｆ₂を共に受信できる広帯域の周波数特性
の回路として説明したが、送信周波数の切り換えに連動
して周波数ｆ₁を中心とする比較的狭帯域の周波数帯域
と、周波数ｆ₂を中心とする比較的狭帯域の周波数帯域
とに切り換える構成としても良い。

【００５２】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、各々異な
る探傷周波数で時分割的に得られた受信信号を、同時化
した後差動増幅することにより、疵からのエコー信号が
サイドローブによる多重エコー信号と明瞭に識別された
信号波形の差動増幅信号を得ることができるため、ｔ／
Ｄが、所定値、例えば、２０％以上のような厚肉鋼管の
内部の疵からのエコーを正確に、かつ、Ｓ／Ｎ比良く明
瞭に検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】遅延器の一実施例の回路図である。

【図３】図１の動作説明用タイムチャートである。

【図４】図１の要部の動作説明用タイムチャートであ
る。

【図５】本発明の一実施例における探傷周波数を説明す
る特性図である。

【図６】超音波の固体入射時の屈折波の説明図である。

【図７】鋼管の探傷方法を説明する図である。

【図８】従来方法の課題を説明する図である。

【図９】従来方法の課題を説明する図である。

【図１０】従来方法における画面上の各種エコーを示す
図である。

【符号の説明】

１…超音波探傷器３…探触子４…厚肉鋼管１１…同期信号発振器１２…切換信号発生器１３…送信発振器１４…送信器１５…受信器１６…検波器１７，１８…アナログスイッチ１９…遅延器２２…差動増幅器２４…ＣＲＴ表示器４１…クロック発振器４２…アドレス用カウンタ４８…Ａ−Ｄ変換器５１…Ｄ−Ａ変換器５２…メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤興二東京都大田区南蒲田２丁目16番46号株式会社トキメック内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さと外径との比が所定値以上の厚肉鋼管
に、探触子から超音波を斜めに入射することにより、該
厚肉鋼管内から反射する横波超音波の反射エコーを受信
して該厚肉鋼管の疵の検査を行う超音波探傷方法におい
て、前記探触子として、広帯域の送受信周波数特性を持つ探
触子を用い、該探触子の送受信周波数帯域内で、かつ、
前記厚肉鋼管内の疵からの反射エコーの振幅が略最大と
なる第１の探傷周波数を持つ第１の送信信号と、該探触
子の送受信周波数帯域内で、かつ、第１の探傷周波数と
異なる周波数の第２の探傷周波数を持つ第２の送信信号
とにより時分割的に該探触子を励振し、該第１の送信信号で励振した直後で該第２の送信信号で
励振する前の期間の該探触子の第１の受信信号と、該第
２の送信信号で励振した直後で該第１の送信信号で励振
する前の期間の該探触子の第２の受信信号のうちの一方
を遅延して、同時化を行った後、両受信信号を差動増幅
して得た信号に基づいて、疵検査することを特徴とする
超音波探傷方法。