JPH0781991B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents

超音波探傷装置

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JPH0781991B2
JPH0781991B2 JP62031545A JP3154587A JPH0781991B2 JP H0781991 B2 JPH0781991 B2 JP H0781991B2 JP 62031545 A JP62031545 A JP 62031545A JP 3154587 A JP3154587 A JP 3154587A JP H0781991 B2 JPH0781991 B2 JP H0781991B2
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和則 古賀
文信 高橋
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の超音波送受信素子からなるアレイ探触
子を用いて超音波を送受信して探傷する装置に係り、特
に材料内部で横方向に近接した欠陥の位置を正確に測定
するために好適な超音波探傷装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の空間走査式超音波探傷における超音波送受信方法
及び装置は、例えば特願昭60−184604号に記載のよう
に、アレイ探触子から所定間隔の素子を選択して送信電
圧を印加するとともに、それら選択された素子の中間に
位置する素子には、前記送信電圧とはπだけ異なる位相
の発信電圧を印加して、各素子から同時に超音波を発生
させ、特定方法にのみ超音波ビームを形成させるととも
に、反射波の受信では選択された素子群からの受信信号
を加算させることにより特定方向からの反射波のみ高感
度で受信できるようになつている。本方法及び装置にお
いては、所定の間隔で素子を選択して超音波を送信させ
るため、全素子を用いて超音波を送信させる従来の電子
走査式探傷法に比べて被検体内に送信された超音波ビー
ムの幅が拡がつてしまうという問題があつた。このた
め、被検体内で横方向に近接して複数個の欠陥を検出す
る際、これらの欠陥を弁別できなくなる。したがつて、
本方式では従来の電子走査式探傷法に比べ、方位分解能
が悪くなるという問題があつた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、被検体内に送信された超音波ビームの
横方向の幅については配慮がされておらず、欠陥を検出
する際の方位分解能が悪くなるという問題があつた。
本発明の目的は、上記従来技術における探傷において、
探触子から見て横方向の方位分解能を高くすることの出
来る装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の基本的原理について、次に略述する。すなわち
上記目的は、アレイ探触子において送信する素子群から
送信された超音波ビームの音圧分布と受信する素子群の
感度分布をシフトするように超音波を送受信して、被検
体内に送信された超音波ビームの横方向幅を狭くするこ
とで達成することができる。
上記の原理に基づいて本発明を実用面に適用するための
具体的な構成として、本発明の探傷装置は、複数の超音
波送受信素子からなるアレイ探触子を所定間隔おきに選
択した素子群でなる第1グループと該第1グループの各
素子間の中間に位置する素子群でなる第2グループとに
分け、送信信号を第1グループの素子群に印加すると同
時に該送信信号に対し位相をπずらした送信信号を第2
グループの素子群に印加する構成の超音波探傷装置にお
いて、各素子から送信した超音波ビームの音圧分布に対
して受信感度分布が重なり且つずれる位置の受信素子群
を選択して受信する送受信切替・演算手段を設けたもの
である。
〔作用〕
上述の構成によれば、送信時の送受信素子グループと、
受信時の送受信素子グループとを切替使用することが出
来る。而して、上述の如く、交互にグループ分けした2
グループの送受信素子を切替使用すると、後述する実施
例において明らかにされるごとく、超音波ビームの横方
向の幅を狭くすることが出来る。このため、探傷の方位
分解能が向上する。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を説明する前に先立つて、その背
景及び原理について説明する。第8図は空間走査方式超
音波探傷法の原理を示す図である。アレイ探触子3にお
いて所定間隔dで選択した各超音波送受信素子から同時
に超音波を送信すると各超音波が干渉し、垂直方向に伝
播するメインローブ36、斜め方向(角度θ)に伝播する
サイドローブ35が発生する。
サイドローブ35の発生角θはdを素子間隔、λを波長と
すると次式(1)で表わされる。
空間走査方式では、超音波ビームの偏向走査に前記のサ
イドローブ35を利用する。このため、探傷の際不必要な
メインローブ36を低下させることが必要となる。以下、
その手法について記述する。アレイ探触子3において所
定間隔dで選択した各超音波送受信素子302,304,306
(以下、第1の素子群と呼ぶ)には送信電圧25を印加し
て超音波を発生させる。この第1の素子群の中間に位置
する各素子301,303,305(以下第2の素子群と呼ぶ)に
は、送信電圧25とは位相がπだけ異なる送信電圧26を印
加して超音波を発生させる。このようにすると第1の素
子群と第2の素子群とからそれぞれ送信された超音波が
垂直方向では互いに弱めあい、角度θ方向では互いに強
めあう。結果としてメインローブ36は打消され、サイド
ローブ35は強調される。これにより、空間走査方式でθ
方向に超音波ビームを送受信することができる。第9図
は、本方式による超音波伝播方向の超音波ビームの音圧
分布37を示す。これによると、θ方向にのみ超音波ビー
ムを送受信できることがわかる。第10図は探触子からみ
て横方向の超音波ビームの音圧分布(横軸は角度θ)を
示す。これは、欠陥検出の際の方位分解能と対応する。
これによると、空間走査方式の超音波ビームの音圧分布
38は、従来の電子走査式の超音波ビームの音圧分布39よ
りも広がつている。すなわち、空間走査方式における欠
陥検出の際の方位分解能は従来の電子走査方式のそれよ
り悪くなつてしまう。そこで、この問題を解決するため
に本発明を創作したものである。以下に本発明の原理に
ついて説明する。第11図は本発明の一手法を示す図であ
る。アレイ探触子3においてTで示す素子群を使用して
θ方向に超音波ビームを発生させる。このときの音圧分
布41は図のようになる。反射波の受信においては図のよ
うな感度分布42になるように使用素子群の位置をシフト
してRで示す素子群を用いてθ方向の超音波ビームを受
信する。このようにすると超音波ビームを送受信したと
きの音圧分布は送信の音圧分布41と受信の感度分布42の
乗算の形となり、図のように幅の狭い送受信分布43にな
る。第12図は計算機シミユレーシヨンで求めた上記手法
による横方向(角度方向)の超音波ビームの音圧分布を
示す。これによると、送受信位置をシフトしたときの音
圧分布45の方が、送受信位置が同じときの音圧分布44に
比べて狭くなることがわかる。また第13図も本発明の一
手法を示す図である。アレイ探触子3においてTで示す
素子群でθ方向に超音波ビームを発生させる。この場
合、送信された超音波ビームの音圧分布46は図のように
なる。受信の際にはθ′方向の超音波ビームを受信する
ような感度分布42になるようにRで示す素子群を選択し
て超音波を受信する。このようにすると、幅の狭い送受
信の音圧分布43が形成される。第14図は計算機シミユレ
ーシヨンで求めた第13図に示す手法による横方向(角度
方向)の超音波ビームの音圧分布を示す。これによる
と、送受信角を変えたときの音圧分布47の方が送受信角
が同じときの音圧分布46よりも狭くなることが解る。以
上、述べたように超音波を送受信するアレイ素子の位置
をシフトする手法や送信と受信とで超音波を送受信する
角度を変える手法により、送受信時の超音波ビームの幅
を狭くして方位分解能を向上させることができる。
以下、本発明の実施例を説明する。第1図は、本発明の
1実施例の装置構成を示すブロツク図である。送信回路
1は送信切替スイツチ2を介してアレイ探触子3へ正弦
波状の送信電圧Pを印加して超音波を発生させる。演算
回路7は送信する超音波ビームの入射角によつてアレイ
探触子3の送受信素子群の位置を演算し、この演算デー
タC1〜C2nをスイツチ制御回路6へ出力する。該スイツ
チ制御回路6ではこの信号C1〜C2nに基づいて送信切替
スイツチ2及び受信切替スイツチ5へそれぞれ送信切替
制御信号T1〜Tn、受信切替制御信号R1〜Rnを出力する。
送信切替スイツチ2及び受信切替スイツチ5はこの制御
信号に基づいてアレイ探触子3の送受信素子群を切替え
る。送信切替スイツチ2では正弦波状の送信電圧P1〜Pn
とこの電圧Pとπだけ位相が異なる送信電圧P1′〜Pn
の2種の送信電圧を、素子群の電極を切替えることによ
りアレイ探触子3へ出力する。一方、受信切替スイツチ
5では送信電圧の位相に従い、受信信号U1〜Unをシフト
して加算回路8へ出力する。該加算回路8は受信信号U1
〜Unを加算して合成信号Uを増幅回路9へ出力する。信
号処理回路10では前記の合成信号Uを用いて欠陥の位置
を測定し表示用信号Dを出力する。表示回路11ではこの
信号に基づいて探傷結果を表示する。第2図は第1図に
示す本発明の実施例の装置のタイムチヤートである。送
信切替スイツチ2は送信切替制御信号T1〜T2によつて送
信素子群を切替えて、送信電圧Pから正位相の送信電圧
P1〜Pn(以下、正位相の電圧と呼ぶ)及びこの電圧とは
πだけ位相が異なる送信電圧P1′〜Pn′(以下、逆位相
の電圧と呼ぶ)をアレイ探触子に出力する。正位相の電
圧P1〜Pn及び逆位相の電圧P1′〜Pn′を送信した素子群
で受信した超音波信号はU1〜Un、U1′〜Un′のような信
号になる。受信切替スイツチ5では受信した超音波信号
の位相に従い、U1′〜Un′の信号は位相をπだけシフト
し加算回路8で加算して合成信号uとなる。第3図は送
信及び受信切替スイツチ2,5を制御するためのスイツチ
制御回路6の回路構成を示す図である。演算回路7で演
算した送受信素子群の位置データC1〜Cn,Cn+1〜C2nをシ
フトレジスタ61へ出力する。シフトレジスタ61では、こ
の位置データC1〜C2nをシフトする素子の数にしたがい
所定のビツト数だけシフトする。このデータをメモリ62
に記憶する。メモリ62は、送信及び受信切替スイツチ2,
5に送受信制御データT1〜Tn,R1〜Rnを出力する。このよ
うにして送受信切替スイツチにより、送受信素子群の位
置の切替え、及びシフトを行なう。第4図は送信切替ス
イツチ2の詳細回路を示したものである。図において端
子32は信号Piの入力端子である。端子T1,T2からなる2
ビツトの端子33は制御信号の入力端子である。この制御
信号はスイツチ制御回路6のメモリー62から出力され
る。アレイ探触子は構成する素子には、印加電極30,31
があり、各電極は送信切替スイツチ2に結線されてい
る。まずスイツチ21の動作特性は、制御端子dが「1」
のとき端子aとbとが導通となり、端子dが「0」のと
き端子aとcとが導通になる。制御信号の入力端子T1,T
2において、T1が「1」、T2が「1」の場合は電極30に
入力端子32からの信号Piが印加され、電極31が接地され
る。T1が「0」、T2が「1」の場合は電極31に入力端子
32からの信号Piが印加され、電極30が接地される。T1
「0」もしくは「1」、T2が「0」の場合は電極30及び
31のどちらにも信号は入力されない。この送信切替スイ
ツチ2の状態をまとめると第6図のようになる。次に受
信切替スイツチ5の動作について説明する。第5図は受
信切替スイツチ5の詳細回路構成について示した図であ
る。端子35は受信信号U1の入力端子である。端子R1,R2
からなる2ビツトの端子34は制御信号の入力端子であつ
て、この制御信号もスイツチ制御回路6から出力され
る。i番目の素子で受信した信号Uiは破線部で示したス
イツチ回路を介して加算回路8へ入力される。
スイツチ51の動作は送信切替スイツチ2の場合と同様で
ある。制御端子R1,R2において、R1が「1」、R2
「1」の場合は受信信号Uiはそのまま加算回路8へ入力
される。R1が「0」、R2が「1」の場合は受信信号Ui
反転回路52に入力されてその位相が反転され、加算回路
8へ入力される。この受信切替スイツチ5のスイツチの
状態をまとめると第7図のようになる。以上のように、
送信及び受信のアレイ素子群の切替走査を行なうことに
より空間走査方式で方位分解能を向上させることができ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によればアレイ探触子にお
いて送信素子群と受信素子群との関係位置をシフトする
こと及び送信時と受信時とで入射角をかえるように素子
群を選択して超音波を送受信することの、少なくとも何
れか一方により、送信する超音波ビームの横方向の幅を
狭くすることができるので、アレイ探触子を用いて探傷
する際、被検体の横方向に近接した欠陥を弁別するため
の能力すなわち方位分解能を向上させることができ、欠
陥の位置を正確に測定できるという優れた実用的効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第7図は本発明の1実施例を示し、第1図は
全体的構成を示すブロツク図、第2図はタイムチヤー
ト、第3図はスイツチ制御回路のブロツク図、第4図は
送信切替スイツチの説明図、第5図は受信切替スイツチ
の説明図、第6図は送信特性の説明図、第7図は受信特
性の説明図である。 第8図は超音波探傷の原理的説明図、第9図は前記実施
例における音圧の分布を示す図表である。 第10図乃至第14図は前記実施例の効果を説明するための
図表である。 1……送信回路、2……送信切替スイツチ、3……アレ
イ探触子、5……受信切替スイツチ、6……スイツチ制
御回路、7……演算回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−164975(JP,A) 特開 昭62−32356(JP,A) 特開 昭62−44659(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の超音波送受信素子からなるアレイ探
    触子を所定間隔おきに選択した素子群でなる第1グルー
    プと該第1グループの各素子間の中間に位置する素子群
    でなる第2グループとに分け、送信信号を第1グループ
    の素子群に印加すると同時に該送信信号に対し位相をπ
    ずらした送信信号を第2グループの素子群に印加する構
    成の超音波探傷装置において、各素子から送信した超音
    波ビームの音圧分布に対して受信感度分布が重なり且つ
    ずれる位置の受信素子群を選択して受信する送受信切替
    ・演算手段を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、送受信切
    替・演算手段は、受信感度分布方向が送信超音波の音圧
    分布方向に対し異なる角度となる受信素子群を選択する
    ことを特徴とする超音波探傷装置。
JP62031545A 1987-02-16 1987-02-16 超音波探傷装置 Expired - Lifetime JPH0781991B2 (ja)

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JPS63200057A JPS63200057A (ja) 1988-08-18
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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