JPH0794982A - バースト波発生装置及び超音波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波探傷映像装置に用いて好適なバースト
発振器の出力補正回路に関し、バースト発振器の最終段
出力の周波数特性の平均化を目的とする。 【構成】 正弦波の連続発振回路の出力をＡＧＣ回路に
入力して周波数特性平坦化を行い、ＡＧＣ回路の出力を
可変減衰器に入力して最終出力が目標値になるように減
衰し、可変減衰器の出力をパルス変調回路に入力してパ
ルス信号ｃに従ってバースト波に変換出力し、このバー
スト波をパルス電力増幅回路に入力して所望の最終出力
迄増幅すると共に、最終出力の一部を前記パルス信号ｃ
によってサンプリングし、出力レベル検出回路に入力し
て一旦ホールド後、最終出力ピーク値を直流の検出レベ
ル信号に変換し、その出力を補正回路に入力して前記可
変減衰器の信号減衰分を補正した帰還信号として前記Ａ
ＧＣ回路にフィードバックし、後段回路の周波数特性差
を打ち消す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バースト発生装置及び
超音波装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年固体表面近傍や内部の欠陥、不均一
性の検出に超音波探傷器が多用されるようになった。こ
れは、超音波の伝搬速度が小さく、同じ周波数では電磁
波より短波長のため直進性が強く、また固体や液体中で
は減衰が小さいという性質を生かした超音波の利用法で
ある。超音波探傷器又は超音波顕微鏡では、探触子と呼
ばれる表面電極を被測定物に密着させ、電極から鋭い指
向性と短いパルス性を有する信号超音波を送信し、反射
波を受信して内部の不均一性に関する情報を得る。

【０００３】探触子は圧電トランスデューサであり、従
って信号波は送信側電源からパルス状またはバースト状
の電圧を印加することによって電極で誘起される圧力波
である。同様に、反射波は電極でパルス状又はバースト
状電気信号に変換される。パルス状又はバースト状の信
号電圧は、探傷器の同期部から発せられる同期信号、即
ちパルス変調信号によってトリガされてパルス状又波バ
ースト状に発振する。このパルス変調信号は、又掃引信
号としてディスプレイ電極のＸ軸に印加され、Ｙ軸方向
の信号電圧と共に情報を２次元表示する。

【０００４】バースト状電圧は、圧電トランスデューサ
の変換効率の高いパルス周波数で断続しながら、パルス
自体は被測定物の深さ方向の減衰定数の異なる様々な周
波数の正弦波から成り、深さ方向に高い解像度を有す
る。探傷は、反射波の波形だけでなく強度も重要な因子
になるので、バースト送信波を構成する各周波数成分は
一様な出力強度を有している必要がある。

【０００５】従来のバースト波発生装置を図２に示す。
図において、１は正弦波発振回路であり、図示しない周
波数設定手段により設定された周波数を有する連続正弦
波を発振する。２′は、ＡＧＣ回路、３は可変減衰器、
４はパルス変調回路、５はパルス電力増幅回路である。

【０００６】正弦波発振回路１で発生した正弦波強度
は、一般に設定された周波数毎に異なるので、その出力
がＡＧＣ回路２′に入力すると、予めＡＧＣ回路２′に
与えられている一定のレベル設定信号ａの設定値に制御
され、その結果ＡＧＣ回路２′の出力は、全ての周波数
の正弦波に対して、一定値を有する。即ち、周波数特性
が平坦化される。

【０００７】ＡＧＣ回路２′の出力は、可変減衰器３に
入力すると、予め調整された出力レベル設定信号ｂの設
定値に減衰される。出力レベルの設定値は、ＡＧＣ回路
２′の出力値と後段の諸回路の利得、損失を加味した上
で、最終的に必要とされるバースト発振器出力にあわせ
て設定される。出力レベル設定信号ｂは、可変減衰器３
がディジタル方式ならばディジタル信号で、又連続可変
方式ならばアナログ（直流電圧）信号で与えられる。

【０００８】出力調整された可変減衰器３の出力は、パ
ルス変調回路４に入力され、その内部でパルス変調信号
ｃによってバースト波を発生する。即ち、パルス変調信
号ｃの印加時間だけ各周波数の正弦波が出力され、パル
ス的に発振する状態となる。

【０００９】バースト波はパルス電力増幅回路５に入力
されて、必要な出力レベルまで増幅され、最終出力ｄと
して前記超音波探傷器の電極に印加される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】高周波信号出力のレベ
ル検出を行い、出力を設定値に制御するには、連続波の
状態で行うことが技術的に容易である。従って、前記し
たように、従来は正弦波発振回路１の出力をＡＧＣ回路
２′で補正して周波数特性を平坦にしていた。

【００１１】しかし、バースト発振器の最終出力ｄを得
るまでに、前記したようにＡＧＣ回路２′の後段に可変
減衰器３、パルス変調回路４、電力増幅回路５が設けら
れており、各々が異なる周波数特性を示す。従って、Ａ
ＧＣ回路２′の周波数特性を調整しても最終出力段階で
は周波数特性が変化するため、探触子電極駆動用バース
ト信号としては問題が残る。例えば、ＡＧＣ回路２′後
段の前記各回路において周波数特性の最大値と最小値の
差が１ｄＢずつあるとすれば、最終出力段階では周波数
特性に３ｄＢの差が生ずる。これは電力換算で２倍の差
に相当する。

【００１２】本発明の目的は、バースト波の最終出力段
階における周波数特性を平坦にするバースト波発生装置
及び超音波装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、周波数設定手
段と、この周波数設定手段によって設定された周波数の
正弦波を発振する正弦波発振器と、この正弦波信号を取
り込み、一定化レベル設定信号に基づき前記正弦波信号
の信号レベルを所定のレベルに制限するＡＧＣ回路と、
このＡＧＣ回路から出力されるＡＧＣ出力信号を前記Ａ
ＧＣ回路に負帰還させる第１のフィードバック手段と、
ＡＧＣ出力信号を取り込み、パルス変調信号によって連
続波をバースト波に変調し、このバースト波信号を出力
するパルス変調回路と、より成ると共に、前記バースト
波信号を取り込み、上記パルス変調信号によってサンプ
ルホールドしてバースト波信号のピーク値を検出し、こ
のピーク値に応じたピーク信号を出力する出力レベル検
出回路と、このピーク信号を上記ＡＧＣ回路に負帰還さ
せる第２のフィードバック手段と、より成るバースト波
発生装置を開示する。

【００１４】更に本発明は、前記ＡＧＣ出力信号を出力
レベル設定信号に基づき信号レベルを減衰し、この減衰
した信号を前記パルス変調回路に出力する減衰器と、前
記ピーク信号を入力し、前記出力レベル設定信号によっ
て減衰された分を補正する補正回路とを備えたことを特
徴とするバースト波発生装置を開示する。

【００１５】

【作用】パルス電力増幅回路で出力されたバースト波信
号に対して、出力レベル検出回路の出力がＡＧＣ回路に
帰還回路する。これによって、出力側が帰還されたこと
により、ＡＧＣ回路は出力側を含めてのＡＧＣをかける
ことになる。更に、減衰回路を設けた場合にあっても補
正回路を出力レベル検出回路とＡＧＣ回路との間に設け
たことにより、出力レベル検出回路がバースト波信号を
直流信号に変換し、補正回路で可変減衰器による出力低
減（出力レベル設定信号への制御）を補う。これによっ
て、帰還信号は事実上可変減衰器、パルス変調回路及び
パルス電力増幅回路の周波数特性のみを補正することに
なる。即ち、ＡＧＣ回路への帰還信号は、ＡＧＣ回路の
出力を予め後段回路における減衰又は増幅分だけ補正し
たものとなり、最終出力は平坦化される。

【００１６】

【実施例】以下本発明を実施例に基づいてより詳しく述
べる。図１は、本発明の実施例によるバースト波発生装
置の構成を示す図である。図において１は正弦波発振回
路、２はＡＧＣ回路、３は可変低減器、４はパルス変調
回路、５はパルス電力増幅回路、６は出力レベル検出回
路、７は補正回路、ａはレベル設定信号、ｂは出力レベ
ル設定信号、ｃはパルス変調回路、ｄは最終出力（バー
スト波）、ｅは直流の検出レベル信号、ｆは帰還信号で
ある。又図の矢印は信号の流れを示している。

【００１７】補正回路を構成している各回路における信
号の状態を説明するために、信号波形を示す図３を用い
て各回路の機能を述べる。

【００１８】図３では簡単のために、正弦波発振を単一
の周波数で示したが、実際には正弦波発振回路１におけ
る連続波は、図示しない周波数設定手段により周波数を
変えることができ、各周波数毎に発振強度が異なってい
る。正弦波発振回路１の出力がＡＧＣ回路２に入力する
と、発振周波数によらず予め定められたレベル設定信号
ａに基づく信号レベルに設定される。ＡＧＣ回路２の平
坦化された出力は可変減衰器３に入力すると、出力レベ
ル設定信号ｂによって減衰される。出力レベル設定は後
段の各回路における損失を考慮して最終段階におけるバ
ースト波出力が必要な大きさをもつように行われる。

【００１９】減衰を受けた可変減衰器３の出力はパルス
変調回路４に入力するとパルス変調信号ｃによってバー
スト波に変換される。図３に示すように、パルス変調信
号ｃは一定の幅をもつパルスであり、このパルスが印加
されている時間だけ正弦波信号が出力されるような働き
をする。

【００２０】パルス変調回路４からのバースト波出力
は、パルス電力増幅回路５に入力して必要な最終出力ｄ
のレベル迄増幅され、バースト発振器外へ出力される。

【００２１】バースト波出力の一部は、パルス変調信号
ｃに同期してサンプリングされ、出力レベル検出回路６
にホールドされる。バースト波出力は非連続波のため、
そのまま検出すると平均値は低い値となり、出力値（ピ
ーク値）を示さない。そこでパルス変調信号ｃの同期抽
出が必要である。出力レベル検出回路６は、最終出力ｄ
のピーク電力レベルを、図示したように直流信号（検出
レベル信号ｅ）に変換して出力し、補正回路７に入力せ
しめる。

【００２２】補正回路７では、バースト波出力が可変減
衰器３で出力レベル設定信号ｂにより減衰していること
を考慮して出力レベル設定信号ｂの分を補正した直流信
号（帰還信号ｆ）を出力し、可変減衰器３の前段のＡＧ
Ｃ回路２にフィードバックする。

【００２３】ＡＧＣ回路２では、帰還された直流信号ｆ
が後段回路の周波数特性を含んでいることを考慮して、
再びレベル設定信号ａと比較して、ある一定値で平衡す
るようなループ制御を行う。

【００２４】図４には、ＡＧＣ回路２の実施例を示す。
ＡＧＣ回路２は可変減衰器２１、増幅器２２（一定ゲイ
ン）、レベル検出器２３、演算器２４より成り、レベル
検出器２３が増幅器２２の出力を検知し、演算器が信号
ａとの差分をとり、この差分出力で可変減衰器２１のゲ
インを制御する。この構成により、レベル検出器の出力
が大であれば、減衰量を大きくするように、小であれば
減衰量を小さくするように働き、ＡＧＣ制御を行う。更
に、演算器２４に帰還信号ｆを加えることでＡＧＣ出力
段から増幅回路５までの周波数特性を補正するようにＡ
ＧＣ制御が働く。

【００２５】本発明の２→３→４→５→６→７→２とい
うフィードバック閉回路の制御作用の結果、最終出力ｄ
は各周波数毎に等しいピーク値をもつバースト波となる
ように周波数特性の平坦化されたものとなる。

【００２６】図１の補正回路で得られたバースト波は、
周波数特性の平坦性に優れているため、超音波探傷器な
どの探触子電極に印加されるバースト波信号として最適
である。即ち、各周波数によって被測定物への深さ方向
の減衰係数が異なるが、各々の周波数が同じ強度で励振
されることによって、深さ方向の探傷を行う反射波の感
度向上に効果がある。

【００２７】以上実施例を用いて本発明を説明したが、
本発明はこれにとどまるものではない。可変減衰器と補
正回路とを設けない回路構成であっても、出力レベル検
出回路の出力そのものがＡＧＣ回路に帰還することで、
ＡＧＣ回路から出力レベル検出回路までの周波数の補正
も可能になる。更に、図１は基本回路の構成例を示した
が、補正回路には、この他に発振周波数帯域選択回路や
波形整形回路などを付加することもできる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、比
較的簡単な回路構成でバースト波出力信号の周波数平坦
化が可能である。それ故、本発明は、超音波探傷映像装
置の高性能化に資することができると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例によるバースト発振器の出力補正回路構
成を示すブロック図である。

【図２】従来例によるバースト発振器の出力回路構成を
示すブロック図である。

【図３】図１に示す出力補正回路の機能を説明するため
の波形図である。

【図４】ＡＧＣ回路の実施例図である。

【符号の説明】

１ 正弦波発振回路 ２、２′ ＡＧＣ回路 ３ 可変減衰器 ４ パルス変調回路 ５ パルス電力増幅回路 ６ 出力レベル検出回路 ７ 補正回路 ａ （一定の）レベル設定信号 ｂ 出力レベル設定信号 ｃ パルス変調信号 ｄ 最終出力 ｅ （直流の）検出レベル信号 ｆ 帰還信号

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数設定手段と、この周波数設定手段
   によって設定された周波数の正弦波を発振する正弦波発
   振器と、 この正弦波信号を取り込み、一定化レベル設定信号に基
   づき前記正弦波信号の信号レベルを所定のレベルに制限
   するＡＧＣ回路と、 このＡＧＣ回路から出力されるＡＧＣ出力信号を前記Ａ
   ＧＣ回路に負帰還させる第１のフィードバック手段と、 ＡＧＣ出力信号を取り込み、パルス変調信号によって連
   続波をバースト波に変調し、このバースト波信号を出力
   するパルス変調回路と、 より成ると共に、 前記バースト波信号を取り込み、上記パルス変調信号に
   よってサンプルホールドしてバースト波信号のピーク値
   を検出し、このピーク値に応じたピーク信号を出力する
   出力レベル検出回路と、 このピーク信号を上記ＡＧＣ回路に負帰還させる第２の
   フィードバック手段と、 より成るバースト波発生装置。
2. 【請求項２】 前記ＡＧＣ出力信号を出力レベル設定信
   号に基づき信号レベルを減衰し、この減衰した信号を前
   記パルス変調回路に出力する減衰器と、前記ピーク信号
   を入力し、前記出力レベル設定信号によって減衰された
   分を補正する補正回路とを備えたことを特徴とする請求
   項１に記載のバースト波発生装置。
3. 【請求項３】 前記バースト波信号を取り込み、電力増
   幅するパルス電力増幅回路を備えたことを特徴とする請
   求項１または２に記載のバースト波発生装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のバース
   ト波発生装置を超音波励起手段として使ってなる超音波
   装置。