JPH06510598A - 可聴出力を用いる超音波検査方法および装置 - 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】 可聴出力を用いる超音波検査方法および装置発所Ω光野 この発明は一般に、可聴信号出力を有するパルス・エコー超音波検査装置および 方法に関する。

兄皿Ωｌ景 超音波信号が通過する、生体組織の特性を表わす、可聴信号を生じる超音波組織 特性指摘装置は、米国特許第４．９２２．９１７号−ドーリ（Ｄｏｒｙ）に示さ れるように公知である。超音波トランスデユーサがらのパルスエコー信号は、に 沿ってからのエコー信号は、ディジタル信号形式に変換され、かつディジタル信 号はメモリに書き込まれる。上記メモリの８セグメントまたはゾーンの任意の１ つが、可聴周波信号内に反射されたスペクトルの超音波周波数を転置するために 、低速クロック速度で読み出すこともできる。メモリから読み出された可聴周波 信号は、アナログ信号形式に変換され、同一信号を聴くため電気音響トランスデ ユーサに供給される。可聴信号に変換された１／８のセグメントに相当する、画 像表示の走査線の１７８のセグメントは、高輝度で表示され、可聴信号がここか ら得られる走査線のセグメントの表示を操作員に提供する。このような装置の欠 点は、可聴情報の全走査線を聴くためには、操作員が８セグメント全体を通して 切替えねばならないことである。さらに、画像表示の観察、または切替設定の知 識は、上記可聴信号セグメントが得られる組織内の深度に関する情報を操作員に 提供することが必要とされる。

可聴周波信号の立体音的信号形式への変換は、米国特許第４，５９４，７３１号 −リューコビッ（Ｌｅｗｋｏｗｉｃｚ）に示されている。そこには、心音の検出 のための接触微音トランスデユーサを含む電子聴診器が示されている。上記心音 信号は周波数逓倍され、かっこの周波数逓倍された信号は、第１および第２の振 幅変調器、または可変時間利得増幅器に供給される。心臓周期中に一方の増幅器 の利得は上方に傾斜するが、他方の増幅器の利得は下方に傾斜し、これにより心 拍は聴取者の右から、その聴取者の左へ進行するように現われ、これにより心臓 周期中に特殊音が発生している時に検出するのを容易にしている。リューコビツ の立体音移動効果により、奥行知覚に何の助けも与えられない。

兄所公摘盟五よ堕■的 この発明の一目的は、物体内部の不連続部からの、超音波工矛ルギ一のパルスの 反射に依存する可聴出力を有する、改良された超音波検査方法および装置の提供 にあり、これは従来形超音波検査装置の前記欠点および不利を回避するものであ る。

この発明の一目的は、異なるエコー信号の起点の相対的深度を、操作員が一層良 好に識別できることによる、上記形式の改良された超音波検査方法および装置の 提供にある。

この発明の一目的は、検査物体の前面と後壁からの反射の識別を操作員が容易に できる、上記形式の改良された超音波検査方法および装置の提供にある。

本発明によると、検査する物体は、超音波パルストランスデユーサを用いてパル ス音波発生される。上記検査物体内部距離の範囲を通じて反射されたエコー信号 は、上記トランスデユーサで、超音波周波電気信号に変換され、次にこの信号は 、第１クロツク速度でメモリ内へこれらを書き込むことによるにつれて、可聴周 波信号に変換され、そして可聴周波信号範囲に変換のため、事実上低速クロック 速度でメモリから読み出される。可聴周波信号は、可変利得増幅器のような、第 １および第２時間可変利得装置に供給され、その中の一方の利得は増加するが、 他方の利得は減少する。増幅器出力は一定間隔離れた電気音響トランスデユーサ に供給され、立体音的空間効果を与える。上記立体音トランスデユーサからの可 聴信号の知覚位置は、エコー信号が受信される物体内部の深度に依存している。

もしもメモリからの読取りが、過度に低い可聴周波信号になるならば、立体音的 信号形式に変換するのに先立って、より高い可聴周波数に変換することもできる ０例えば、上記変換は低い可聴周波信号を検出する包絡線を含み、かつ例えば、 ２０００Ｈｚの高い可聴周波数の搬送周波数信号を変−するため、検出した信号 の包絡線を用いることもある。この変調された搬送周波数信号は、次に上記様式 の立体音信号形式に変換されることもある。上記装置は可聴距離目盛信号発生用 の可聴信号発生器を含むこともあり、この目盛信号は、エコー信号から得られた 可聴周波信号と組み合わされ、操作員に独特の可聴距離目盛信号を提供する。

超音波帰路信号の可聴提示は、上記帰路信号の八−走査表示またはＢ−走査表示 と共に用いられることもあり、この場合上記表示には、移動カーソルにより提供 される深度情報が、可聴帰路信号の到来時間と正比例関係になるように、可聴信 号と同期する移動カーソルを設けることもできる。

本発明は、他の目的、それらの特徴および利点と共に、添付図面に関連してそれ らの若干の実施例の下記詳細な説明の考察から、一層十分に理解されよう、上記 図面は説明の目的だけのものであり、本発明はその中に開示された特定実施例に 限定されるものでないことが理解されよう。

区回ｑ旦熊笠説皿 添付図面において、各図の同一部品には同様の参照文字を付す：図１９本発明を 具体化する超音波検査装置を示すブロック図であり；図２．可聴信号出力と同期 する移動カーソルを用いるＡ−走査表示を示し、；図３．この発明の装置により 作られる可聴周波信号を示し；図４．操作員の頭の中において、図３の可聴周波 信号の知覚した空間位置を示い 図５．この発明を具体化する超音波検査装置の改良形式を示すブロック図であり ： 図６．可可聴量出力と同期する、移動カーソルを用いる超音波Ｂ−走査画像表示 を示し；そして 図７Ａおよび７Ｂ、相接して生じる帰路信号の分離を容易にするため、異なる距 離ゲート設定を用いる可聴周波信号を示す。

発皿■詳担久説皿 まず図１について説明すると、図示装置内で超音波パルス信号を送信および受信 するために用いられるトランスデユーサ１ｏを含む、超音波検査装置が示される 。トランスデユーサ１ｏは、音響結合装置１１を介して調査中の物体１２に結合 され、かつ物体１２内に集束される超音圧縮波の発生用の平面非集束トランスデ ユーサまたは曲面集束トランスデユーサを含むこともできる。集束トランスデユ ーサの代わりに、音響レンズ、曲面音響ミラー、またはその他同種のもの等、他 の音響集束装置も用いられる。また電子集束装置が、音響集束装置の代わりに、 またはこれに付加して用いることもできる。必ずしもとは限らないが、通常パル ス送信とパルス受信の再動作が用いられる間に集束する。

下記説明から明らかとなるように、この発明の装置は、広範囲の物体、または標 本の検査に用いることもできる０例えば、生体軟組織と同様に、金属、セラミッ ク、プラスチックまたはその他同種の固体物品の検査に用いることもできる。

さらに装置は、エコー信号の八−走査表示またはＢ−走査表示用視覚表示装置と 共に用いることもできる。説明目的のため、図１および５に示される装置は、エ コー信号の表示用視覚表示装置を含む。

図１の装置は、そのオン・オフ制御用の時限および制御ユニット１６からの再帰 時限パルスを供給されるパルサ１４を含む、パルサをオンにすることにより、そ のパルス付勢および物体１２のパルス音波発生用のトランスデユーサＩＯに供給 される、高周波エネルギーパルスが発生される。

物体１２からトランスデユーサ１０により受信されるエコー信号は、上記トラン スデユーサで電気信号に変換され、この電気信号は増幅器ＩＢで増幅される。

増幅された帰路信号は、時間可変利得増幅器２０に供給され、その利得は距離ゲ ート−利得関数発生器２２からの出力に従って時間に伴い変動される。増幅器２ ０の利得は、物体１２内における吸音により生じた、信号の損失をオフセントす るため、距離に比例して増加される。距離ゲート−利得関数発生器２２は、時限 および制御ユニット１６の制御下にある。可聴信号形式への変換および視覚表示 のための、エコー信号の一部は上記距離ゲートにより選択される。操作員に制御 される、ａ度制御２４およびスパン制御２６はそれぞれ、時間可変利得増幅器２ ０により帰路信号が処理される、深度およびスパンを設定するのに用いられる。

上記複数の制御は上記記載様式で移動カーソル発生器２８の制御にも用いられる 増幅器２０からの増幅された帰路信号は、アナログ−ディジタル変換器３ｏによ り、ディジタル信号形式に変換される。もしも帰路信号の視見表示が与えられる と、超音波電気信号はその表示用データを形成するために処理され、その表示は 距離の次元を含む９図１の装置において、上記処理は、包絡線検波器３２による ものとして、アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器３０を検出することを含む 。検波器３２からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器３０からの高周波信号出力の包絡 線に比例している。上記検波器出力は、その表示に備えて信号を処理するため、 ディジタル表示処理装置３４へ供給される。上記移動カーソル発生器２８の出力 は、またディジタル表示処理装置３４に供給される。

移動カーソルを使用するＡ〜走査表示に対して、Ａ−走査および移動カーソルデ ータは、ディジタル表示処理装置３４により、アナログ信号形式に変換のため、 ディジタル−アナログ変換器３６に供給される。ディジタル−アナログ（Ｄ／Ａ ）変換器３６からの八−走査および移動カーソル信号は、陰極線管のような視覚 表示装置３８に供給される。Ａ−走査表示に対して、上記Ａ−走査信号が陰極線 管（ＣＲＴ）表示３日の垂直偏向板に供給され、そして傾斜信号が水平偏向板に 供給される。移動カーソル信号が走査の輝度調節のため制御格子に供給される、 移動カーソルを用いるＡ−走査表示は図２に示される。Ａ−走査表示は、パルサ １４から直接受信した信号３８Ａ、およびそれぞれ物体１２の前面、物体内のき す、および物体の後壁からのエコー信号３８Ｂ、３８Ｃおよび３８Ｄを含む。

可聴深度依存立体音信号と同期する移動カーソル４０も図２に示される。カーツ 　。

ル４０の移動については、立体音可聴信号の発生に関する下記詳細説明に詳しく 記載されている。

図１に見られるように、Ａ／Ｄ変換器３０からのディジタル化した超音波周波エ コー信号は、回線４２を経て超音波−可聴周波変換装置５ｏへ供給される。変換 装置５０は走査線平均回路４４を含み、ここで種々の帰路信号が、ディジタル化 と増幅雑音を最小にするため時間的に一致して平均される。上記平均回路４４か らの走査線は、高速書込みクロック４８を用いてメモリ４６内に書き込まれる。

メモリ４６は従来形設計の読出し／書込みランダムアクセスメモリを簡単に含む こともできる。走査線平均ならびにメモリ内への書込みおよびメモリからの読出 しは、マイクロコンピュータの使用により行なうこともできる。

メモリ４６内の上記走査線信号は、低速クロック５２の制御下の低速クロック速 度で、メモリ４６から読み出すことにより、可聴周波信号に変換される０例えば 、走査線がメモリ内に書き込まれる速度の１／１０，０００の速度で、メモリか ら読み出されることにより、５ＭＨｚの超音波周波信号が５００Ｈｚ可聴周波信 号に変換される。同様に、５ＭＨｚ超音波周波信号がメモリ内に書き込まれる速 度の１／１００，０００の速度で読み出されることにより、５０Ｈｚ可聴周波信 号がメモリ出力に作られる。メモリ内に書き込む高速クロック速度は、Ａ／Ｄ変 換器３０の動作速度に直接依存し、順次少なくともナイキスト比率で動作しなけ ればならない、下記に説明するように、低速クロック作動速度は、主としてメモ リから走査線を読み出す時間の所要量を基礎にして選択される。

変換器メモリ４６からのディジタル可聴周波信号は、アナログ信号形式に変換の ため、ディジタル−アナログ変換器５４に供給される。Ｄ／Ａ変換器５４からの アナログ可聴信号出力はスイフチ５６に供給される０図示のスイッチ位置におい て、可聴周波信号が、第１および第２の可変利得増幅器５日および６０に供給さ れ、その増幅器の利得は、利得制御信号６２および６４により、その利得制御入 力において制御される。制御信号６２および６４は、アナログ可聴周波信号がメ モリ４６から読み出される期間にわたって、相互に対して逆に変動する。事実上 傾斜利得制御信号が用いられることもでき、これにより増幅器５Ｂからの出力は 着実に増加されるが、可聴周波信号が増幅器に供給されるにつれ、増幅器６０の 出力は着実に減小する。増幅器出力は、例えば−組のイヤホン６６の一定間隔離 れて配置された電気・音響トランスデユーサ６６Ｌおよび６６Ｈに供給されるこ の新規な装置に関して、エコー信号は操作員の頭部内で空間的に分離されている ものとして知覚される。もしも、深度制御とスパン制御が、物体の前部および後 部の両方のインタフェースからのエコーを含むようにセットされると、その時に は前部からのエコーは一方のイヤホンで聴かれるが、後部からのエコーは他方の イヤホンで聴かれよう。上記物体内で不連続部からの帰路信号は、それらの間に 物理的に一定間隔離れて表われよう、この装置に関して、反射された超音波パル スの進行距離に依存した立体音的空間効果が提供され、これは操作員に深度の検 出およびエコー信号の間隔の両方を提供する。

必要に応して、１個または複数の距離目盛を、操作員に対する可聴提示に含ます こともできる。このためには、可聴距離目盛発生器７２が設けられ、Ｄ／Ａ変換 器５４からの可聴周波信号と一緒に、可変利得増幅器５８および６０に供給され る、可聴周波信号出力を有する。可聴距離目盛発生器７２は、Ｄ／Ａ変換器５４ からの可聴帰路信号から容易に識別できる可聴信号出力を提供する０手動制御装 置７６を用いる可変目盛時限制御ユニット７４は、その動作の時限を制御する可 聴距離目盛発生器７２に接続される。視覚指示計７８のような指示装置は、低速 クロック５２の動作に関して、制御ユニット出力の時限の指示を操作員に提供し 、これにより可聴距離目盛が生じる深度の物差しを操作員に与える。明らかに、 物体１２内の超音波信号速度および音響結合装置１１を通る音響経路長は、目盛 時限制ｉ１ユニット７４の目盛定めにおいて考慮に入れなければならない０例え ば、選択された深度設定を指示する合成音声を、イヤホン６６に供給することも できる。

図３について説明すると、Ｄ／Ａ変換器５４からの可聴周波信号と共に可変距離 目盛発生器７２からの可聴距離目盛信号６８Ｍが示される０図解のため、Ｄ／Ａ 変換器５４からの可聴周波信号６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃおよび６８Ｄが示され、 ここで信号６８Ａは時間ＴＯにおいてパルサ１４の動作により作られ、そして信 号６８Ｂ、６８Ｃおよび６８Ｄはそれぞれ時間ＴＩ、Ｔ２およびＴ４において、 物体１２の前面、物体１２内のきす、および物体１２の後壁からのエコー信号に 応答して作られる。さらに時間Ｔ３において、可聴距離目盛発生器７２からの目 盛信号６８Ｍが、きすからの帰路信号６８Ｃと物体の後壁からの帰路信号６８Ｄ との中間に位置されているのが示される。ここで図示されていないが、可聴距離 目盛発生器７２からの可聴距離目盛信号に対応する、表示装置３８において距離 目盛信号の視覚表示用装置を含むこともできることは、注意すべきであろう。

本装置の一適用は、厚さ監視装置またはゲージとしての使用を含み、この場合ユ ニット７４の操作員による制御下で、目盛６８Ｍは物体１２の所要厚さにおいて セットすることもできる０図３に示されるように、可聴目盛信号６８Ｍは、物体 １２の後壁からの帰路信号６８Ｄの前に発生する。もしも目盛信号６８Ｍが、物 体１２の所要厚さにおいて発生するように設定されると、物体後壁からの帰路信 号６８Ｄに先立つその発生は、上記物体の厚さが目盛信号６８Ｍにより識別され るものを超えることを示す、同様にもしも目盛信号６８Ｍが、帰路信号６８Ｄの 後に発生すると、物体１２がその位置において薄すぎることがわかる。明らかに 、帰路信号６８Ｄと目盛信号６８Ｍが時間的に一致すれば、物体が所要の厚さに あることがわかる。

可聴距離目盛信号６８Ｍは、また帰路信号６８Ｃにより識別されるきずの深さの 指示を与えるのに用いられることもできる。手動制御装置７６の使用により、帰 路信号６８Ｃと時間的に一致させるため距離目盛信号６８Ｍを移動することによ り、上記きずの深度の物差しは、可変目盛時限制御ユニ・ノド７４の視覚指示計 ７８に指示される。

図４について説明すると、操作員７０の頭の中に、それぞれ可聴周波信号６８Ａ 、６８Ｂ、６８Ｃ，６８Ｍおよび６８Ｄ（図３）の知覚した位置６８Ａ’、６８ Ｂ’　、６８Ｃ’　、６８Ｍ’および６８Ｄ’　（図４）が示される０図３に示 され、土に説明したように、信号６８Ａは時間ＴＯにおいて、パルサ１４の動作 により作られ、信号６８Ｂ、６８Ｃおよび６８Ｄはそれぞれ、時間ＴＩ、Ｔ２お よびＴ４において受信される、物体１２の前面、物体１２内のきす、および物体 １２の後壁からのエコー信号に応答して作られ、そして距離目盛信号発生器７２ からの目盛信号６８Ｍは、時間Ｔ３においてきず信号６８Ｃと後壁信号６８Ｄと の間に作られる０時間ＴＯにおいて、増幅器６０の利得は最大であるが、増幅器 ６２の利得は最小である。従って可聴周波信号６８Ａは、操作員７０の左耳を通 って聴かれるが、右耳には聴かれず、そして操作員の頭の中でこの信号は、操作 員の左方へ点６８Ａ′に空間的に置かれているように知覚される。可変利得増幅 器５８および６０のための図示された傾斜利得制御信号に関して、エコー信号６ ８Ｂ、６８Ｃおよび６８Ｄは、それぞれ操作員の頭の中の点６８Ａ′の右へ連続 的に一定間隔配置されるように、点６８Ｂ’、６８Ｃ’および６８Ｄ′に在るよ うに知覚され、そして目盛信号６８Ｍは図４に示されるように、点６８０′と６ ８Ｄ′との間の点６８Ｍ′に物理的に配置されたように知覚される。この新規な 装置のために、上記操作員は、たとえ信号が事実上同一振幅であろうとも、物体 １２の前面および後壁からの帰路信号間の識別が聞きとれる程度に可能である。

超音波帰路信号の立体音的提示は、帰路信号の視覚表示を含まない装置内に利用 することもできることが明らかとなったであろう、それは、例えば特に現場使用 の非破壊検査における視覚提示を全部交換するものとして用いることもできる、 例えば、原子炉内管路の検査員は、帰路信号を聴きながら、手中のトランスデユ ーサと走査されている管とを見張っていることができる。聴きとれる程になった 超音波エコーの到来時間内に深度が変換されるばかりでなく、エコーもまた立体 音的効果のために空間的に分離されるように知覚される。この装置に関しては、 操作員が、ワークピース上のトランスデユーサの配置と視覚表示装置との間に、 視覚的注意を分ける必要がない。結果として検査は一層迅速に進行されよう。

超音波帰路信号の可聴提示が、帰路信号のＡ−走査表示またはＢ−走査表示と共 に用いられる時には、図示の装置において、上記表示には、時限−制御ユニット １６の制御下で移動カーソル発生器２８により与えられる移動カーソルを設ける こともできる。説明のためＡ−走査表示が図２に示され、再び図面を参照する。

図示された八−走査に対して、移動カーソル発生器２８は、陰極線管３８の制御 格子に印加する制御信号を発生し、移動カーソルを与えるため表示の一部の輝度 を周期的に増す。

この目的に対し、メモリ４６に記憶された走査線情報を、例えば３秒の期間にわ たり読み出すために、低速クロック５２がある速度で動作すると仮定する。ここ でもしも情報が、例えば０．５秒の極めて短期間に読み出されるならば、操作員 は隣接エコーを聴きとれる程に分解するのが困難であろう、そしてもしも例えば １０秒の極めて長期間に読み出されるならば、操作員はそのような長い時間にわ たり聴きとれる程の信号に集中することの困難さを持つこともあることは注意さ れよう。これに限定されないけれども、２ないし４秒のオーダの可聴期間が、あ る動作条件下で満足なものとして決定された。もしも走査線が３秒の期間にわた りメモリから続み出され、かつ装置が、例えば３ＫＨｚのパルス繰返し周波数で 動作すれば、上記３秒の読出し期間に表示情報の９，０００走査線が作られる、 Ａ−走査追跡に沿うカーソルの移動は、メモリ４６からの可聴周波信号出力で同 期され、従って操作員には、視覚表示におけるカーソル移動に同期する超音波帰 路信号の可聴提示が与えられる。

十分理解されているように音速は異なる材料中でそれぞれ異なる。生体の軟組織 内で音速はｌ、５ｍｍ／μｓｅｃのオーダにあり、そして鋼内で音速は４．５ｍ ｍ／μｓｅｃのオーダである。もしも、例えば２２５ｍｍの範囲、またはスノ々 ンにまたがる軟組織が画像にしまたは検査されるとき、往復期間は次のとおりで ある。

（２２５ｍｍｘ２）／（１，５ｍｍ／μ５ｅｃ）＝３００μｓｅｃ　（１）従っ て、情報の各走査線は３００ｕｓｅｃの期間にわたって変換器５０内に書き込ま れる。３秒間の可聴提示を与えるためには、走査線情報は変換器５０から書き込 まれる速度の１／１０，０００で読み出されねばならない、動作周波数５ＭＨｚ と仮定し、合成可聴周波信号は ５ＭＨｚ／１０，０ＯＯ＝５００Ｈｚ　（２）に等しくなる。上記５００Ｈｚ可 聴周波信号は、はとんどの操作員にとって十分に聴きとれる信号の範囲内にある 。

ここで、４５ｍｍの範囲にわたる鋼を検査するものと仮定する。この場合、往復 期間は、次式のようになる。

（４５ｍｍｘ２）／　（４，５ｍｍ／μ５ｅｃ）＝２０μｓｅｃ　（３）情報の 各走査線は２０μｓｅｃ期間にわたって変換器５０内に書き込まれる。

情報の走査線の３秒間可聴提示を与えるためには、情報はそれが書き込まれる速 度の１／１５０，０００で変換器５０から読み出されねばならない、また、５Ｍ Ｈｚの動作周波数と仮定し、合成可聴信号は、５ＭＨｚ／１５０，０００＝３３ ．３Ｈｚ　（４）に等しくなる。

十分理解されているように、このような低周波音は、音が極めて大きくない限り 一多（の人に容易には検出されない。

必要があれ幀あるいは要求されれば、変換器５０からの可聴周波信号は、可聴用 波音に変換する以前に周波数を増加することもできる０例えば、その上に周波数 を増すために周波数逓倍器を用いることもできる。別法として、可聴低周波信号 は包絡線検波することもでき、そして検波した信号は高周波の搬送信号を変調す る。このような装置は図１に示される。ここで、破線位置に示されるスイッチ５ ６に関して、Ｄ／Ａ変換器５４からの可聴周波信号は、包絡線検波器８０に供給 される。検波器８０からの信号は、振幅変調器８２に供給され、また信号源８４ からの搬送周波信号もここに供給される。Ｄ／Ａ変換器５４からの可聴周波信号 よりも大きい搬送周波数が用いられる０例えば容易に聴きとれる１００ＯＨ２搬 送波周波数を用いることもできる。変調器８２からの変調された搬送周波数出力 は、上記記載の様式で立体音的信号の作成のため、スイッチ５６を介して増幅器 ５８および６０に供給される。

図５について説明すると、この発明の変形が示され、Ｂ−走査表示および超音波 −可聴信号変換装置の異なる形式を含む、ここで、集束超音波トランスデユーサ １００は、検査下の物体１０２に、音響結合装置１０１を介して音響結合されて いるのが示される。トランスデユーサ１００は、機械リンク仕掛け１０６を介し て結合された走査アクチュエータ１０４によりセクタ走査される。上記走査機構 は、時限−制御ユニット１０Ｂに接続された出力を有する走査位置情報回路を含 み、上記ユニット１０８は、順次送信、受信および表示走査動作と同期する出力 を出する。時限−制御ユニット１０８に対する他の入力は、深度制御１１０およ びスパン制御１１２を含み、それぞれ上記説明のとおり、エコー信号が処理され るものについて深度およびスパンを決定するのに用いられる。走査線制御装置１ １４は、操作員に提示する可聴周波信号が沿う、走査線の選択のため、および上 記選択された走査線の視覚表示用線カーソルの制御のためにも設けられる。

図１の装置に関すると同様に、パルサ１１６は物体１０２のパルス音波発生のた め、トランスデユーサ１００に高周波エネルギーパルスを周期的に供給する。

帰路信号は、増幅器１１８、および距離ゲート−利得関数発生器１２２の制御下 の時間可変利得増幅器１２０により増幅される。操作員用深度およびスパン制御 装置１１０および１１２は、上記帰路信号が時間可変利得増幅器１２０で処理さ れるについて、深度およびスパンをセントするのに用いられる。

視覚セクタ走査表示のため、上記時間可変利得増幅器１２０の出力は、包絡線検 波器１２４で包絡線検波される。上記包絡線検波器の出力は、表示処理装置１２ ６に供給され、この装置１２６はまた線および移動カーソル発生器１２８からの 入力を含む。上記表示処理装置の出力は、例えば陰極線管からなる視覚表示装置 １３０に供給される。掃引角および距離偏向信号は陰極線管１３０の偏向板に供 給され、そして包絡線検波器出力は、実時間プラン位置表示形式のため、その振 幅に従い陰極線ビームの輝度変調用Ｚ軸線信号として接続される。さらに線およ び移動カーソル信号は、線および移動カーソル発生器１２Ｂから表示装置へ供給 される０図６に示されるように、物体１３２を表示するセクタ走査は、移動カー ソル１３４と移動カーソルの進行に沿い線の表示用線カーソル１３６とが共に表 示装置１３０に与えられる。

再度図５について説明すると、上記図示装置の可聴提示部分は、超音波−可聴周 波信号変換器１３８を含み、この変換器へ時間可変利得増幅器１２０からの出力 が、回線１４０を経て供給される。変換器１３８は、高速書込みクロック１４４ および低速読出しクロック１４６と共に、電荷結合デバイス１４２を含む。超音 波周波帰路信号は、高速クロック１４４の制御下で電荷結合デバイス内に書き込 まれる。記憶のため選択された走査線は、線制御装置１１４により制御され、上 記選択された走査線の位置は、図６の線１３６により示されるように視覚表示さ れる。必要に応して、明らかに種々の走査線からの情報は、図１に示されかつ上 記説明のように、電荷結合デバイス１４２に書き込まれる前に平均することもで きる。

電荷結合デバイス１４２内に包含される超音波走査線情報は、低速クロック１４ ６の制御下の低速クロック速度でそれから読み出されることにより、可聴周波信 号に変換される。上記のとおり、用いられた低クロツタ速度は、事実上可聴信号 の所要持続期間に依存している。百雷すると、上述のとおり操作員はしばしば２ ないし４秒持続期間が満足なものであることを発見している。

変換器１３８からの可聴周波信号は、前記様式により立体音的信号形式に変換さ れる。回路の残余の部分は、図１に示され、そして前記のものと同一にすること ができて、スイッチ５６、第１および第２可変利得増幅器５８および６０、およ び立体音的可聴周波信号を与えるため、増幅器出力が供給されるイヤホン６６を 含む、もしも変換器１３Ｂからの可聴周波信号の周波数が低過ぎると、この周波 数を可変利得増幅器５８および６０に供給する前に、包絡線検波器８０および振 幅変調器８２の使用により増加することもできる６図６に示される移動カーソル １３４の移動は、立体音的音響出力に同期される０例えば、もしも電荷結合デバ イス１４２が３秒間で読み出されるならば、カーソル１３４は同じ３秒の期間で 線１３６の長さを移動する。明らかに、図５の装置は、図１に示されかつ上記形 式の、可聴距離目盛発生器７２および関連目盛時限制′４Ｂユニット７４を含む こともある。

本発明に関して、僅かに異なる深度に置かれ、密接配置されたきすを、聴き取れ る程に分離することができる。図７八において説明すると、時間ＴＯからＴ７ま で延び出る距離ゲート設定と共に、本発明を用いて得られた可聴信号が示される 。図示の可聴信号は、パルサ（図１のパルサ１４、または図５のパルサ１１６） の動作で作られる信号１５０、検査中の物体の前面からの帰路信号により作られ る信号１５２、物体内の１個または複数のきすからの帰路信号により作られる信 号１５４、および上記物体の後壁からの帰路信号により作られる信号１５６を含 む。

図７Ａに示される可聴信号の任意の所要部分は、低速クロック速度でメモリ（４ ６または１４２）から、その部分を読み出すことにより、さらに詳細に調査する こともできる。例えば、可聴信号１５４をさらに詳細に調査するため、図７への たとえば時間Ｔ２とＴ５との間の信号を含むメモリの部分が、低速クロック速度 で読み出されることができる。その結果の可聴信号が図７Ｂに示される。単一帰 路信号のように見える図７Ａの信号１５４が、実際には図７Ｂに見られるように ２個の分離した信号１５４Ａと１５４Ｂとから成っている０図７Ａの時間Ｔ２と Ｔ５との間に位置する帰路信号の上記部分を、図７Ｂに示されるように低速クロ ック速度で読み出すことにより、可聴信号１５４Ａと１５４Ｂとの間の時間間隔 は、それらが操作員により個々に識別可能となる点まで増大されることもできる 。しかし、可聴周波信号は周波数が減小され、そして上記様式において、包絡線 検波器８０、変調器８２および搬送信号発生器８４の使用によるものとして、そ の周波数を増加することが要求されよう。

図１および５に示される実施例の動作は、上記記載から明白であると信じられる が、ここにその簡単な説明を行なう。図１の装置において、物体１２はパルサ１ ４に接続された超音波トランスデユーサ１０によりパルス音波発生される。トラ ンスデユーサ１０により受信された、上記物体からの帰路信号、またはエコー信 号は、上記トランスデユーサにより電気信号に変換される。エコー信号のＡ−走 査表示は表示装置３８に供給される０図２に示される、エコー信号から得られた 可聴信号と同期する移動カーソル４０が含まれることを除いては、視覚表示用受 信部は従来の設計でもよい０図解すると、帰路信号は、増幅器１８で増幅され、 距離ゲートおよび利得関数発生器２２の制御のもとて時間可変利得増幅器２０に おいて時間利得増幅され、Ａ／Ｄ変換器３０においてディジタル信号形式に変換 され、包絡線検波器３２で検出された後、表示処理装置３４に供給されてＤ／Ａ 変換器３６でアナログ信号に変換後、陰極線管３８における表示に備える。移動 カーソル信号発生器２８は、移動カーソル信号を発生し、図２に示される移動カ ーソル４０の表示のため、表示処理装置３４およびＤ／Ａ変換器３６を経て陰極 線管３８に供給される。

Ｄ／Ａ変換器３０からのディジタル化された超音波帰路信号は、可聴周波信号形 式に変換のため超音波−可聴周波変換器５０に供給される。可聴周波信号形式へ の変換は、従来の周波数変換装置を用いて行なわれる０図１の実施例において、 増幅とディジタル化雑音を最小にするため、種々の走査線が走査線平均装置４４ と時間的に一致して平均化される０合成平均走査線量号は、Ａ／Ｄ変換器３０の 動作の速度に依存する高速で、メモリ４６内に書き込まれる。可聴信号形式への 変換は、低速クロック５２の制御下の事実上低速クロック速度で、メモリ４６か らの読み出しにより提供される０選択された読出し速度は、メモリ４６からの情 報の読出しに要する時間を決定する。数秒の期間読み出すことは、可聴信号期間 を不当に長引かせることなく、−ａに操作員に異なる深度から得たエコー信号を 分解する能力を与える。

変換器５０からの可聴周波信号は、Ｄ／Ａ変換器５４においてアナログ信号形式 に変換される。もしも可聴周波信号の周波数が過度に低くなければ、信号はスイ ッチ５６を経て第１および第２可変利得増幅器５日および６０に直接供給され、 その増幅器の利得は、メモリ４６が読み出される期間中、反比例して変化する、 利得制御信号６２により指示されるように増幅器５８の利得は増加し、一方利得 制御信号６４により指示されるように、増幅器６０の利得は、同時に減小する、 例えばもし物体１２の前面および後壁の両方からの帰路信号が処理されると、前 面からの信号が一方の耳で聴かれ、同時に後壁からの信号は他方の耳で聴かれる 。もしも距離ゲートが、前壁反射の受信直前に動作を開始し、後壁反射の直後に 終了するように調整されると、たとえ前面および後壁エコー信号が事実上同一振 幅であっても、操作員は、本発明により与えられる立体音的空間効果のために、 両信号の識別に困難はない。上記操作員は、イヤホン６６の一定間隔離れた電気 音響トランスデユーサからの可聴信号の相対的大きさにより、物体１０２の前壁 および後壁間の不連続部からのエコー信号の深度の指示が与えられる。移動カー ソル４０の移動は、図２に示され上記可聴信号出力と同期されるので、超音波帰 路信号の可聴提示と同時にカーソルが表示を横切る。

もしも可聴周波信号が、操作員に容易に聴き取れない程低すぎるならば、Ｄ／Ａ 変換器５４から、包絡線検波器８０および振幅変調器８２からなる周波数増加装 置への出力を切換えにより増すこともできる。所要の可聴周波数または周波数（ 複数）における搬送周波数が、搬送波発生器８４から変調器８２に供給される。

例えば搬送波発生器８４は狭帯域雑音信号を発生するのに用いることもできる、 包絡線検波器８０からの信号は、振幅変調器８２における搬送波信号を変調し、 そして上記振幅変調器出力は、前記様式において立体音的信号の発生のため、可 変利得増幅器５８および６０に供給される。この動作に関して、包絡線検波器８ ０の出力は、Ｄ／Ａ変換器５４からの可聴周波信号に含まれた周波数成分の振幅 に依存し、そして上記成分の周波数に直接依存はしない、振幅情報は、包絡線検 波器８０出力内に、従って振幅変調器８２の出力内に保有されるが、周波数情報 は保有されない、振幅変調器８２からの高周波変調搬送信号は、Ｄ／Ａ変換器５ ４からの低周波可聴信号よりも操作員により一層容易に感知される。必要に応じ て、図３に示される独特の可聴距離目盛信号６８Ｍは、可聴距離目盛発生器７２ の動作により可聴提示内に含まれることもできる。

図５の装置において、上記装置はＢ−走査モードで機能する。ここで、高周波エ ネルギーパルスは、トランスデユーサの音響軸線に沿い物体１０２のパルス音波 発生のため、バルサ１１６からトランスデユーサ１００へ供給される。トランス デユーサ１００は、図６に示されるように、表示ユニット１３０において２次元 表示を与えるように、セクタ走査用走査アクチュエータ１０４の制御下で発振さ れる。トランスデユーサ１００により受信されるエコー信号は、増幅器１１８お よび時間可変利得増幅器１２０により増幅される電気信号に変換される。超音波 帰路信号は、包絡線検波器１２４で包絡線検波され、かつ上記検波器出力は表示 処理装置に供給され、陰極線管１３０におけるプラン位置指示形式表示に備える 。線および移動カーソル発生器１２８は、表示処理装置１２６に、包絡線検波器 １２４からの超音波画像情報と組み合わせるため、図６に示される線１３６およ び移動カーソル１３４信号情報を供給する。帰路信号から得られる可聴信号と同 期する移動カーソル１３４の含まれることを除けば、視覚表示用受信部は任意の 適当な従来形式の設計にすることもできる。

時間可変利得増幅器１２０からの超音波帰路信号は、電荷結合デバイス１４２を 含む超音波−可聴変換器１３８における可聴周波信号形式に変換される。上記帰 路信号は、クロック１４４の制御下で高速クロック速度で電荷結合デバイス内に 書き込まれ、そして低速クロック１４６の制御下で事実上低速クロック速度で、 そこから読み出される。数秒間の間隔で読み出すことにより、電荷結合デバイス １４２に記憶された超音波信号は、アナログ信号形式の可聴周波信号に変換され 、この可聴周波信号は、イヤホン６６における立体音的信号の提示のため、図１ に関連し上記記載様式で処理される。移動カーソル１３４の移動は、電荷結合デ バイス１４２の読み出し期間中に得られた可聴周波信号の発生と同期される。

本発明は、特許法の必須要件に従い詳細に記載した、他の変更および変型はそれ 自体当業者に示唆されよう０例えば、超音波トランスデユーサの並進移動は、平 行な走査線から構成されるＢ−走査表示に用いられることもできる。明らかに、 この発明は音響的に集束するトランスデユーサでなく、電子的に集束および／ま たは走査トランスデユーサ配列を用いることもできる。前記のように、立体音的 可聴出力が図示のように与えられ、帰路信号の視覚表示は必要がない。また可聴 提示と同期する移動カーソル表示が与えられると、可聴提示は立体音的信号形式 である必要がないことは明白であろう０例えば、可変利得増幅器５８および６０ の対の代わりに、スイッチ５６からの可聴信号出力が簡単に増幅され、かつ表示 ユニットにおいて移動カーソルの表示と同期する片耳可聴信号の提示のため、電 気音響トランスデユーサに供給されることもできる。また距離ゲートが任意の適 当な位置に与えられることも明白であろう０例えば、上記装置の可聴提示部分に 対する距離ゲートは、超音波−可聴変換器の書き込み動作の時限によって与えら れることもできる。図１の装置において、Ａ／Ｄ変換器３ｏの動作の時限は、視 覚表示と装置の可聴提示部分との両方に距離ゲートするのに用いることもできる 。また他の動作モードも可能である。例えば距離ゲートは、物体内部から、特に 物体が比較的薄い材料から作られるとき、複数の残響を受信するように調節する こともできる。残響周波数または速度は、物体の厚さに依存し、そして厚さの変 化によって生じる速度の変化は、操作員によって容易に可聴的に検出される。

上記の、そして他のそのような変更および変型は、添付された請求の範囲に限定 された本発明の精神および範囲内にあるものとする。

時間□ ｆ警　扮　ｉｌｌ　害　翰　牛 国際調査報告

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．超音波エネルギーの周期的送信パルスの、物体内不連続部からの反射を用い る超音波検査方法であって： 超音波エネルギーのパルスをビーム軸線に沿い物体内に周期的に送信すること上 記物体内距離の範囲を通じて反射された超音波パルスをトランスデューサ装置に より受信すること、および上記超音波パルスを超音波電気信号に変換すること、 上記範囲の少なくとも一部期間中、受信されるトランスデューサ装置からの超音 波電気信号を、可聴周波信号に変換すること、該可聴周波信号を、それぞれ同時 に増加振幅および減小振幅からなる、第１可聴周波信号および第２可聴周波信号 に変換すること、および該第１および第２可聴周波信号を、反射の深度の可聴指 示のための反射された超音波パルスの進行の距離に依存する、立体音的空間効果 を有する可聴提示を与えるため、第１および第２の一定間隔配置された位置にお いて、可聴信号形式に変換すること、 からなる前記超音波検査方法。
2. ２．超音波電気信号を変換することのステップが、超音波電気信号を第１の速度 でメモリ装置内に書き込むこと、および上記第工の速度よりも低い第２の速度で 、可聴周波信号を作るため、上記メモリ装置からの信号を読み出すこと、 を含む請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．使用した上記メモリ装置が、電荷結合デバイスを含む請求の範囲第２項記載 の方法。
4. ４．使用した上記メモリ装置が、読出し／書込みランダムアクセスメモリを含み 、上記方法が、 超音波電気信号を上記メモリ装置に書き込む前に、超音波電気信号をディジタル 信号形式に変換すること、および 上記メモリ装置から読み出した可聴周波信号をアナログ信号形式に変換すること 、 を含む請求の範囲第２項記載の方法。
5. ５．可聴周波信号を、第１および第２可聴周波信号に変換する前に、上記可聴周 波信号の周波数を増加すること、 を含む請求の範囲第１項記載の方法。
6. ６．上記可聴周波信号の周波数を増加するステップが、上記メモリ装置から読み 出す可聴周波信号を包絡線検波すること、可聴周波範囲内に搬送周波信号を発生 すること、および上記包絡線検波した可聴周波信号により、上記搬送波周波信号 を変調することを含む請求の範囲第５項記載の方法。
7. ７．距離の次元を含む表示をする、その表示用データを作るため、トランスデュ ーサ装置からの超音波電気信号を処理すること、を含む請求の範囲第１項に記載 の方法。
8. ８．上記可聴提示と同期する移動カーソルを表示することを含む請求の範囲第７ 項記載の方法。
9. ９．超音波電気信号および移動カーソルのＡ−走査表示を含む請求の範囲第８項 記載の方法。
10. １０．超音波電気信号および移動カーソルのＢ−走査表示を含む請求の範囲第８ 項記載の方法。
11. １１．トランスデューサ装置からの超音波電気信号を可聴周波信号への変換中、 選択された時間において可聴距離目盛信号を発生すること、および可聴目盛信号 で可聴提示を与えるため、上記可聴距離目盛信号と上記可聴周波信号とを組み合 わせること、 を含む請求の範囲第１項記載の方法。
12. １２．超音波エネルギーの周期的送信パルスの、物体内不連続部からの反射を用 いる超音波検査方法であって： 超音波エネルギーのパルスをビーム軸線に沿い物体内に周期的に送信すること上 記物体内距離の範囲を通じて反射された超音波パルスをトランスデューサ装置に より受信すること、および上記超音波パルスを超音波電気信号に変換すること、 距離の次元を含む表示をする、その表示用データを作るため、超音波電気信号を 処理すること、 超音波電気信号を可聴周波信号に変換すること、超音波電気信号の可聴提示を与 えるため、可聴周波信号を可聴信号形式に変換すること、および 上記処理した超音波電気信号で、上記可聴提示と同期する移動カーソルを表示す ること、 からなる前記超音波検査方法。
13. １３．超音波電気信号を可聴周波信号への変換中、選択された時間において可聴 距離目盛信号を発生すること、および 可聴目盛信号で可聴提示を与えるため、上記可聴距離目盛信号と上記可聴周波信 号とを組み合わせること、 を含む請求の範囲第１２項記載の方法。
14. １４．超音波エネルギーの周期的送信パルスの、物体内不連続部からの反射に応 答する超音波検査装置であって： 超音波トランスデューサ装置、 検査中の物体内に周期的に超音波エネルギーを送信する上記トランスデューサ装 置をパルス付勢するパルス送信装置で、該トランスデューサ装置が、上記物体内 距離の範囲を通じて反射された超音波パルスを受信し、かつ該超音波パルスを超 音波電気信号に変換するようにした上記パルス送信装置、上記範囲の少なくとも 一部を通じて受信されるトランスデューサ装置からの超音波電気信号を、可聴周 波信号に変換する装置、時間と共に可聴周波信号振幅を、同時にそれぞれ増加お よび減小させる第１および第２時間可変装置、および 上記時間可変可聴周波信号を、聴きとれる程に再生する、上記それぞれ第１およ び第２時間可変装置からの出力に応答する、第１および第２電気音響トランスデ ューサ装置で、反射の深度の可聴指示を与えるため、上記反射した超音波パルス の進行の距離に依存する、立体音的空間効果を有する可聴指示を提供するように した、上記第１および第２電子音響トランスデューサ装置、からなる前記超音波 検査装置。
15. １５．上記変換装置が、上記トランスデューサ装置からの超音波電気信号をその 内に、第１の速度で書き込まれるメモリ装置、および上記可聴周波信号の作成の ため、上記第１の速度よりも低い第２の速度で、上記メモリ装置からの信号を読 み出す装置、を含む請求の範囲第１４項記載の超音波検査装置。
16. １６．上記メモリ装置が電荷結合デバイスからなる請求の範囲第１５項記載の超 音波検査装置。
17. １７．上記メモリ装置が読出し／書込みランダムアクセスメモリからなる請求の 範囲第１５項記載の超音波検査装置。
18. １８．上記変換装置からの可聴周波信号の周波数を増加させる装置を含む請求の 範囲第１４項記載の超音波検査装置。
19. １９．上記周波数を増加させる装置が、上記可聴周波信号に応答する包絡線検波 器、 該可聴周波信号よりも大きい周波数の可聴周波搬送信号を有する可聴搬送周波数 発生装置、および 上記包絡線検波出力により、上記搬送信号を振幅変調する装置を含む請求の範囲 第１８項記載の超音波検査装置。
20. ２０．可視表示装置、 反射した信号情報の少なくとも１線の表示用表示信号を与えるため、超音波電気 信号を処理する装置、 移動カーソルの表示用移動カーソル信号を発生する移動カーソル発生装置、およ び 可聴提示と移動カーソルとの同期表示のため、上記変換装置と移動カーソル発生 装置の動作を同調させる装置、 を含む請求の範囲第１４項記載の超音波検査装置。
21. ２１．上記視覚表示装置が、Ａ−走査表示装置からなる請求の範囲第２０項に記 載の超音波検査装置。
22. ２２．上記視覚表示装置が、Ｂ−走査表示装置からなる請求の範囲第２０項に記 載の超音波検査装置。
23. ２３．上記超音波電気信号変換装置の動作中、選択された時間において、可聴距 離目盛信号を発生する信号発生器、および可聴目盛信号で可聴提示を与えるため 、上記可聴距離目盛信号と、上記超音波電気信号変換装置からの可聴周波信号と を組み合わせる装置、を含む請求の範囲第１４項記載の超音波検査装置。
24. ２４．超音波エネルギー周期的送信パルスの、物体内不連続部からの反射に応答 する超音波検査装置であって： 超音波トランスデューサ装置、 物体内に周期的に超音波エネルギーを送信する上記トランスデューサ装置をパル ス付勢する送信装置で、該トランスデューサ装置が、上記物体内距離の範囲を通 じて反射された超音波パルスを受信し、かつ該超音波パルスを超音波電気信号に 変換するようにした上記送信装置、 視覚表示装置、 反射した信号情報の少なくとも１線の上記視覚表示装置において、表示用データ を形成するため、上記範囲を通じて受信した上記トランスデューサ装置からの超 音波電気信号を処理する装置、 上記範囲の少なくとも一部を通じて受信されるトランスデューサ装置からの超音 波電気信号を、可聴周波数信号に変換する装置、その可聴提示を与えるため、上 記変換装置からの可聴周波信号に応答する電気音響トランスデューサ装置、およ び 上記視覚表示装置における表示用移動カーソル信号を発生する移動カーソル信号 発生装置で、そのカーソルの移動が上記電気音響トランスデューサ装置からの可 聴提示と同期されるようにした上記移動カーソル信号発生装置、からなる前記超 音波検査装置。
25. ２５．上記超音波電気信号変換装置の動作中、選択された時間において、可聴距 離目盛信号を発生する信号発生器、および可聴目盛信号で可聴提示を与えるため 、上記可聴距離目盛信号と、上記超音波電気信号変換装置からの可聴周波信号と を組み合わせる装置、を含む請求の範囲第２４項記載の超音波検査装置。