JPH08201569A

JPH08201569A - 超音波検査装置

Info

Publication number: JPH08201569A
Application number: JP7013626A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nagai; 敏長井; Mamoru Izumi; 守泉; Takehiko Suzuki; 健彦鈴木; Tsutomu Shioyama; 勉塩山; Tomiyoshi Yukinori; 富美行則; Hiroichi Karasawa; 博一唐沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】遠方の対象物の画像化を可能にし、高分解能画
像を得ること。【構成】超音波を発受信する圧電振動子２の形状を凸面
形とし、この凸面形圧電振動子２ａの曲率中心を仮想的
な超音波発信位置、つまり仮想音源11とする。凸面形圧
電振動子２ａの中央部を同心円状に切り欠き２ｄ分離
し、この分離した圧電振動子２ｃの中心を超音波受信位
置11ｂとして、超音波発信時には凸面形圧電振動子２ａ
の全体の大きな開口を用い、超音波受信時には分離した
圧電振動子２ｃの小さな開口を用いる超音波センサ部と
する。この超音波センサ部により仮想超音波受信位置と
超音波発信から受信までの時間を用いて超音波反射源位
置を画像化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば高速増殖炉の原
子炉容器内の液体金属ナトリウム中において超音波トラ
ンスデュサーを不透明なナトリウム中で走査することに
より、炉内の構造物を可視化して検査を行う超音波検査
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６を参照しながら従来の超音波検査装
置について説明する。図６において、符号１で示すセン
サ部は検査ロボットの表面に取り付けられ例えば液体金
属ナトリウム（以下、液体金属と記す）に浸されてい
る。センサ部１の表面に平面的に多数配置された圧電振
動子２にはコントローラ３からの発信指令に基づき超音
波発信部４からの高電圧パルスが発信切り替え回路５を
介し印加され、選択された圧電振動子２の表面から液体
金属ナトリウム中に超音波が発信される。

【０００３】発信された超音波は、液体金属中に浸漬し
た対象物６により反射するので、この反射超音波を受信
切り替え回路７で選択された圧電振動子２で受信し、超
音波受信部８で信号の増幅とアナログデジタル変換を行
い、信号処理装置９に入力する。

【０００４】信号処理装置９では超音波の発信位置と受
信位置および対象物で反射してきた超音波の受信号の伝
播時間を用いて開口合成処理を行う。すなわち、超音波
の発信位置と受信位置を焦点とする前記伝播時間に対応
する距離一定の楕円面上に対象物６の超音波反射源があ
るから、異なる発信位置および受信位置での楕円面の交
差する位置が反射源位置となり、多くの発信位置と受信
位置の組み合わせでの楕円面の重ね合わせを３次元画像
メモリ上で行うことにより対象物６の画像を再構成し、
表示装置10に表示する。

【０００５】このように開口合成信号処理法を用いた超
音波検査装置では、超音波ビームを扇形に広げて発信
し、多方向からの反射超音波を検出しないと十分な解像
度の画像が得られないため、超音波センサ部１の圧電振
動子２には小さな開口のものが用いられ、その中心を発
信位置および受信位置として見かけ上の点音源位置とみ
なしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発信お
よび受信位置の精度は良くなるものの、圧電振動子２の
開口が小さいため、放射される超音波のエネルギーが弱
く、超音波の距離減衰のために遠方の対象物からの反射
超音波を検出できない欠点がある。

【０００７】また、この欠点を補うために図７（ａ）に
示すように、比較的大きな開口の凸面型圧電振動子２ａ
を用い、その凸面の曲率中心を仮想の点音源11として超
音波ビームの広がり12を大きくすると共に放射エネルギ
ーを高める方法が知られている。なお、図７（ａ）中、
符号６’は対象物の反射点、13は超音波経路、14は反射
波面を示している。

【０００８】しかしながら、超音波受信時には圧電振動
子２ａの開口が大きいため対象物の反射点６’の位置と
凸面形圧電振動子２ａ面の任意の点との距離は一定とは
ならず超音波の波長に比べ大きな距離差Δｌがつくた
め、超音波受信号波形は乱れ超音波伝播時間の測定に誤
差が含まれるという課題がある。

【０００９】また、図７（ｂ）に示すように、比較的大
きな開口の凹面形圧電振動子２ｂを用い、その凹面形圧
電振動子２ｂの曲率中心である焦点を仮想の点音源11と
して超音波ビームの広がり12を大きくすると共に放射エ
ネルギーを高める装置であっても、凸面形圧電振動子２
ａの場合と同様に超音波受信時には凹面形圧電振動子２
ｂ面と対象物の反射点６’の位置との距離差Δｌが大き
いため、超音波受信号波形は乱れ超音波伝播時間の測定
に誤差が含まれるという課題がある。

【００１０】このように開口合成処理による超音波画像
化において、高分解能な画像を得るためには超音波ビー
ムをできるだけ広げると共に超音波発信および受信位置
並びに超音波伝播時間の精度が重要であり、そのために
は圧電振動子の開口を小さくしなければならないが、そ
の場合、超音波放射エネルギーが弱くなり遠方の対象物
を測定できない課題がある。

【００１１】一方、大きな開口の圧電振動子で放射エネ
ルギーを高めた超音波ビームを広げると、超音波受信号
波形が乱れ超音波伝播時間の測定精度が悪くなり高分解
能な画像が得られないという相反する二つの課題があ
る。

【００１２】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、超音波放射エネルギーを高めて遠方の対象
物の画像化を可能にすると共に、高分解能な画像が得ら
れる超音波検査装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、例えば液体金
属冷却高速増殖炉の原子炉容器内の液体金属中の構造物
を可視化する超音波検査装置において、遠方の対象物で
あっても高分解能な画像化を可能にするために以下の手
段を備えている。

【００１４】第１の発明では超音波を発受信する圧電振
動子の形状を凸面形としてその凸面形圧電振動子の中央
部の一部を同心円状に分離して構成した超音波センサ部
を備えている。そして、超音波発信時には圧電振動子全
体の大きな開口を使用し、超音波受信時には圧電振動子
の中央部の小さな開口を使用することにより、凸面形圧
電振動子の曲率中心を超音波発信位置とし圧電振動子中
央部の開口中心を超音波受信位置とした超音波受信号波
形からの対象物の画像化を行うようにした。

【００１５】第２の発明では超音波を発受信する圧電振
動子の形状を凹面形とし、その凹面形圧電振動子の曲率
中心である焦点位置にその焦点の径と同等の孔径を有す
る遮音板を設けて構成した超音波センサ部を備えてい
る。そして、大きな開口での超音波発受信を行い、前記
焦点位置を超音波の発信位置および受信位置とした超音
波受信号波形から対象物の画像化を行うようにした。

【００１６】第３の発明では多数の微小な圧電振動子を
同一平面上に規則的に配置したアレイ型の超音波センサ
部と、それぞれの圧電振動子の発信タイミングを制御し
て超音波ビームを合成するフェーズドアレイ方式の超音
波発信部を備えている。そして、超音波発信時はアレイ
センサの後方の仮想焦点を発信源とした球面波を発信さ
せ、超音波の受信はそれぞれの圧電振動子で行い、前記
仮想焦点を超音波発信位置とし、それぞれの圧電振動子
の開口中心を超音波受信位置とした超音波受信号波形か
ら対象物の画像化を行うようにした。

【００１７】第４の発明では多数の微小な圧電振動子を
同一平面上に規則的に配置したアレイ型の超音波センサ
部と、それぞれの圧電振動子の発信タイミングを制御し
て超音波ビームを合成するフェーズドアレイ方式の超音
波発信部を備えている。そして、超音波発信時は可視化
したい領域内に収束した超音波ビームを合成して行い、
超音波の受信はそれぞれの圧電振動子で行い、前記超音
波ビームの中心軸とアレイセンサ面との交点を超音波発
信位置とし、それぞれの圧電振動子の開口中心を超音波
受信位置とした超音波受信号波形から対象物の画像化を
行なうようにした。

【００１８】第５の発明では多数の微小な圧電振動子を
同一平面上に規則的に配置したアレイ型の超音波センサ
部と、それぞれの圧電振動子の発信タイミングを制御し
て超音波ビームを合成するフェーズドアレイ方式の超音
波発信部であって、かつ、複数のランダム・バースト波
を合成した波形での超音波発信が可能な構成としてい
る。そして、超音波発信時は複数の方向に同時に超音波
ビームを合成して行い、超音波の受信時はそれぞれの圧
電振動子で受信した波形を超音波発信に用いたそれぞれ
のランダム・バースト波との相関演算処理手段によっ
て、超音波発信方向毎に分離検出した受信号波形から対
象物の画像化を行うようにした。

【００１９】第６の発明では液体金属中の構造物の内部
をも可視化するために、多数の微小な圧電振動子を同一
平面上に規則的に配置したアレイ型の超音波センサ部
と、それぞれの圧電振動子の発受信タイミングを制御し
て超音波ビームを合成するフェーズドアレイ方式の超音
波発受信部であって、かつ、複数のランダム・バースト
波を合成した波形での超音波発信が可能な構成としてい
る。

【００２０】そして、第１のランダム・バースト波のフ
ェーズドアレイ制御は液体金属の音速に基づいて行い、
得られた受信号波形と前記第１のランダム・バースト波
との相関演算処理手段によって液体金属中の構造物から
の反射信号を選択的に検出し、その反射信号を用いて位
置と形状を画像化し、さらに第２のランダム・バースト
波のフェーズドアレイ制御は画像化して得られた前記小
僧物の位置と形状および音速に基づいて行う。得られた
受信号波形と第２のランダム・バースト波との相関演算
処理手段によって構造物内部からの反射信号を選択的に
検出し、その反射信号を用いて構造物の内部を画像化
し、この２つの画像を合成して表示するようにしたもの
である。

【００２１】

【作用】第１の発明では、超音波センサ部の圧電振動子
の形状を凸面形としてその圧電振動子の中央部の一部を
同心円状に分離した構造である。したがって、超音波発
信時は圧電振動子全体の大きな開口を用いることができ
るため、超音波ビームを広げた状態で超音波の放射エネ
ルギーを高めることができ、検出感度が向上する。ま
た、そのときの超音波発信位置は仮想的に凸面圧電振動
子の曲率中心とすることができる。

【００２２】一方、超音波受信時は圧電振動子中央の小
さな開口を用いるためその受信振動子面の任意の位置と
対象物の反射源位置との距離差は僅かとなり受信号波形
の乱れがなく、また超音波受信位置はその圧電振動子の
開口の中心と見なせることから高精度な発受信位置精度
および超音波伝播時間測定精度が得られる。

【００２３】第２の発明では、超音波センサ部の圧電振
動子の形状を凹面形としてその圧電振動子の曲率中心で
ある焦点位置に焦点の径と同等の穴径を有する遮音板を
設けた構造としている。これにより、超音波発信時は圧
電振動子全体の大きな開口を用いるため、ビームを広げ
た状態で超音波放射エネルギーを高めることができ、検
出感度が向上する。また、発信位置は仮想的に凹面形圧
電振動子の曲率中心とすることができる。

【００２４】一方、超音波受信位置に遮音板を設けてい
るために、その遮音板の孔を通過する経路の超音波のみ
凹面形圧電振動子面に到達するから曲率中心とすること
ができ、高精度な発受信位置精度および伝播時間測定精
度が得られる。

【００２５】第３の発明では多数の微小な圧電振動子を
同一平面上に規則的に配置したアレイ型の超音波センサ
部と、それぞれの圧電振動子の発信タイミングを制御し
て超音波ビームを合成するフェーズドアレイ方式の超音
波発信部を備えている。

【００２６】これにより、超音波発信時はアレイセンサ
の後方の仮想焦点を発信源とした球面波を発信させるよ
うにフェーズドアレイ制御を行い前記第１の発明の凸面
型圧電振動子の超音波送信と同じ作用を行わせるもので
広げた超音波ビームの合成と共に放射エネルギーを高め
ることが可能である。

【００２７】超音波の受信はそれぞれの圧電振動子で行
うがその圧電振動子の開口は十分小さいのでその開口中
心を超音波受信位置とすることができ、高精度な発受信
位置精度および伝播時間測定精度が得られる。

【００２８】第４の発明では多数の微小な圧電振動子を
同一平面上に規則的に配置したアレイ型の超音波センサ
部と、それぞれの圧電振動子の発信タイミングを制御し
て超音波ビームを合成するフェーズドアレイ方式の超音
波発信部を備えている。

【００２９】これにより、超音波発信時は可視化したい
領域内に収束した超音波ビームを合成するようにフェー
ズドアレイ制御を行い、より超音波放射エネルギーを高
めるようにしたものである。この時の超音波収束は超音
波軸方向に十分長い領域とすると、その領域では、前記
超音波ビームの中心軸とアレイセンサ面との交点を超音
波発信位置として見なすことができる。

【００３０】また、受信位置はそれぞれの圧電振動子の
開口が十分小さいのでその開口中心を超音波受信位置と
することができ、高精度な発受信位置精度および伝播時
間測定精度が得られる。

【００３１】第５の発明では多数の微小な圧電振動子を
同一平面上に規則的に配置したアレイ型の超音波センサ
部と、それぞれの圧電振動子の発信タイミングを制御し
て超音波ビームを合成するフェーズドアレイ方式の超音
波発信部を有し、かつ、複数のランダム・バースト波を
合成した波形での超音波発信が可能な構成となってい
る。

【００３２】超音波発信時は複数の方向に１対１で独立
したランダム・バースト波を用意しておき、この独立し
たランダム・バースト波の発信タイミングを超音波ビー
ム方向ごとにフェーズドアレイ制御し合成した波形でそ
れぞれの圧電振動子を駆動する。これにより、複数の方
向に同時に超音波ビームを合成して放射できる。

【００３３】一方、超音波の受信時はそれぞれの圧電振
動子で受信した波形を超音波発信に用いたそれぞれのラ
ンダム・バースト波との相関演算処理手段によって、超
音波発信方向毎に分離検出が可能である。これはランダ
ム・バースト波相互には相関がなく、個々のランダム・
バースト波自身による超音波反射波形にのみ相関がある
ためであり、その結果、超音波の伝播時間に対応した遅
れ時間に相関パルス波形が得られることから、高精度な
伝播時間測定が可能になる。

【００３４】第６の発明では多数の微小な圧電振動子を
同一平面上に規則的に配置したアレイ型の超音波センサ
部と、それぞれの圧電振動子の発受信タイミングを制御
して超音波ビームを合成するフェーズドアレイ方式の超
音波発受信部を有し、かつ、複数のランダム・バースト
波を合成した波形での超音波発信が可能な構成としてい
る。

【００３５】これにより第１のランダム・バースト波の
フェーズドアレイ制御を液体金属の音速に基づいて行
い、得られた受信号波形と前記第１のランダム・バース
ト波との相関演算手段によって液体金属中の構造物から
の反射信号を選択的に検出可能になる。

【００３６】そして、その反射信号を用いて位置と形状
を画像化し、さらに第２のランダム・バースト波のフェ
ーズドアレイ制御を、画像化して得られた前記構造物の
位置と形状および音速に基づいて行ない、得られた受信
号波形と第２のランダム・バースト波との相関演算処理
手段によって構造物内部からの反射信号を選択的に検出
される。

【００３７】その反射信号を用いて構造物の内部を画像
化すると共に、前記対象物の位置と形状の画像と合成し
て表示するようにしたものである。これにより、液体金
属中および構造物内部のいずれも最適な超音波ビームで
走査するため液体金属中の構造物の内部まで高精度な画
像で表示可能にしている。

【００３８】

【実施例】図１により本発明に係る超音波検査装置の第
１の実施例を説明する。なお、本実施例においては図６
に示した部分と同一部分には同一符号を付して重複する
部分の説明は省略し、本実施例の要部のみ説明する。

【００３９】図１において、超音波センサ部は、超音波
を送受信する圧電振動子２の形状を大径凸面形圧電振動
子２ａとして、その凸面形圧電振動子２ａの中央部の中
心の一部を円形に切り欠き２ｄ、その切り欠き２ｄを同
心円状に分離し、その分離した小径の凸面形圧電振動子
２ｃを受信部として構成している。

【００４０】超音波発信時は発信切り替え回路５をＯＮ
にすると共に、受信切り替え回路７をＯＦＦにすること
で超音波発信部４の高電圧パルスにより大径凸面形圧電
振動子２ａおよび分離した小径凸面形圧電振動子２ｃを
同時に駆動して大きな開口とし、超音波放射エネルギー
を高めている。なお、図１中符号６’は対象物の反射点
を示し、８は超音波受信部、13はビーム経路、14は反射
波面をそれぞれ示している。

【００４１】このとき凸面形圧電振動子２ａの曲率中心
を仮想点音源11とした超音波ビームの広がり12が得ら
れ、この仮想点音源11を超音波発信位置とすることがで
きる。一方、超音波受信時では前記発信切り替え回路５
をＯＦＦにすると共に受信切り替え回路７をＯＮにする
ことで、大径凸面形圧電振動子２の中心部分を分離した
小径凸面形圧電振動子２ｃを受信用振動子として選択す
る。

【００４２】この選択された小径凸面形圧電振動子の開
口は十分に小さいもので点と見なせることから超音波の
凸面形圧電振動子の受信位置11ｂを圧電振動子中央部の
開口中心位置とすることができ、超音波ビームの広がり
が大きくて放射エネルギーの強い超音波の発信と共に、
発受信位置の精度および超音波伝播時間の測定精度を向
上できる。

【００４３】この結果、図６に示した従来の超音波検査
装置において本実施例の超音波センサ部およびそれに係
わる受信と受信の切り替え回路に置き換えることで、遠
方の対象物であっても高分解能な画像化が実現できる。

【００４４】つぎに、図２により本発明に係る超音波検
査装置の第２の実施例を説明する。なお、図２は本実施
例の要部のみを示しており、従来例と同一の部分は省略
している。

【００４５】図２において、超音波センサ部は超音波を
送受信する圧電振動子２の形状を凹面に形成し、凹面形
圧電振動子２ｂとして、その凹面形圧電振動子２ｂの曲
率中心である焦点位置にその焦点の径と同等の孔径を有
する遮音板15を設け、この遮音板15を支持棒16により取
り付けた構造となっている。

【００４６】超音波発信時は超音波発信部からの高電圧
パルスにより凹面形圧電振動子２ｂ全体の大きな開口で
の超音波の発信を行い曲率中心位置に焦点を結ばせる。
この結果、その焦点を仮想的な点音源11とした超音波ビ
ームの広がり12が得られると共に強い放射エネルギーも
得られる。このとき、遮音板15の孔径を焦点の径と同等
にして同軸に設けているため、超音波ビームに影響を与
えないようになっている。

【００４７】一方、超音波受信時では対象物６からの反
射超音波の波面は遮音板15の孔径よりも大きいが、凹面
形圧電振動子２ｂで受信できるのはその遮音板15の孔を
通過する波面だけである。すなわち、超音波の発信波面
および受信波面は必ず凹面形圧電振動子２ｂの曲率中心
を通ることになり、その曲率中心を仮想的な超音波送受
信位置とすることができる。

【００４８】従って、本実施例の遮音板15を有する凹面
形圧電振動子２ｂによる超音波の発受信を行えば、強い
放射エネルギーでビーム広がりの大きい超音波の発生と
共に超音波発受信の位置精度および画像解像度を向上す
ることができる。この結果、図６に示した従来の超音波
検査装置において本実施例の超音波センサ部に置き換え
ることで、遠方の対象物であっても高分解能な画像化が
実現できる。

【００４９】つぎに図３（ａ），（ｂ）により本発明に
係る超音波検査装置の第３の実施例を説明する。

【００５０】図３（ａ）において、多数の微小圧電振動
子２ｅを同一平面上に原則的に配置したアレイ型超音波
センサ部１と、微小圧電振動子２ｅと１対１で対応して
超音波発信部４を介して発信位相遅延部17が接続されて
いる。発信位相遅延部17はコントローラ３に接続し、ま
たコントローラ３は超音波受信部８、信号処理装置９お
よび表示装置10に出力するように接続している。

【００５１】コントローラ３の指令により設定された位
相遅延部17の超音波発信タイミングに基づいた高電圧パ
ルスを超音波発信部４からアレイ型に配列したそれぞれ
の圧電振動子２ｅに印加する。

【００５２】しかして、発生した超音波波面の干渉を利
用して超音波ビームの合成を制御するフェーズドアレイ
方式の超音波発信により、図３（ｂ）に示すフェーズド
アレイ型センサ部の圧電振動子２ｅの後面に仮想的音源
11、つまり仮想的な超音波焦点を設定し、あたかもその
焦点位置を点音源とした発信球面波18を合成することに
より超音波放射エネルギーが強くてビームの広がりの大
きい超音波を発生させる。

【００５３】この第２の実施例によれば、第１の実施例
の凸面形圧電振動子２ａを用いた超音波の発生と同じ作
用がアレイ型センサ部１の微小圧電振動子２ｅで実現で
きることになる。

【００５４】また、超音波受信時では対象物６からの反
射超音波は反射源位置を中心とした発信球面波18で戻っ
てくるので、アレイ型センサ部１の微小圧電振動子２ｅ
でそれぞれ受信可能である。受信信号は超音波受信部８
に内蔵されている信号増幅器および高速アナログ・デジ
タル（Ａ／Ｄ）変換器とによってデジタル化された受信
号波形データを信号処理装置９に入力される。なお、図
３（ｂ）中符号12はビームの広がり、13は対象物の反射
点６’からの超音波経路、14は反射波面をそれぞれ示し
ている。

【００５５】これらの超音波発信から受信までの一連の
動作をコントローラ３の制御のもとで、発信位置を変え
て繰り返し行い多数の組み合わせの超音波波形データを
収録し、信号処理装置９で超音波発信位置および受信位
置と受信号波形データを用いて開口合成処理により対象
物の画像化を行い表示装置10に表示する。

【００５６】この場合、超音波発信位置は前記仮想焦点
位置を、受信位置はアレイ型センサ部１の微小圧電振動
子２ｅの開口が十分に小さいのでその開口の中心を受信
位置と見なせるので、超音波発受信位置精度および伝播
時間測定精度が向上し、その結果、遠方の対象物であっ
ても高分解能な画像化を得ることができる。

【００５７】つぎに図３および図４により本発明に係る
超音波検査装置の第４の実施例を説明する。

【００５８】この第４の実施例においては、図３に示し
たコントローラ３は発信位相遅延部17に対して図４に示
したように可視化したい可視化領域19内に集束した超音
波ビームの広がり12を合成するように集束点の超音波ビ
ーム収束位置ｆに基づいたセンサ部１のフェーズドアレ
イ型に配列した微小圧電振動子２ｅそれぞれの発信位相
遅延量20を設定してフェーズドアレイ制御を行う。な
お、図４中符号６は対象物、13は超音波経路、14は反射
波面、22は発受信位置、ｆは超音波ビーム収束位置を示
している。

【００５９】この場合、超音波集束はビーム軸方向に十
分長い領域とすると、その領域では、前記超音波ビーム
12の中心軸の超音波ビーム中心21とアレイ型センサ部の
微小圧電振動子２ｅ面との交点の発信位置22が超音波発
信位置として見なすことができる。

【００６０】一方、超音波の受信はそれぞれのアレイ型
センサ部の微小圧電振動子２ｅで行い、その発信位置22
での受信号波形データを収録し、図３に示した信号処理
装置９で開口合成処理を行う。この場合、可視化領域19
全体について行うのではなく発信超音波ビームの広がり
12の範囲で制限を設け、開口合成処理時間の短縮を図
る。これら一連の動作を超音波ビームの発信位置22およ
び方向を変える毎に行い、可視化領域19全体を画像化す
る。

【００６１】この実施例によれば集束した超音波ビーム
を用いるため非常に大きな放射エネルギーが得られ、遠
方の対象物の検出能力が改善される。また、発信超音波
ビームが狭いので開口合成処理の効果は小さくなるが、
発信超音波位置の変更だけでなく超音波ビーム方向も変
更して行うようにしているのでトータルでは良好な開口
合成の効果が得られている。

【００６２】図３および図５を参照しながら本発明に係
る超音波検査装置の第５の実施例を説明する。この第５
の実施例は第３の実施例の構成における超音波パルス発
信に代え、ランダム・バースト波での超音波発信でしか
も複数のランダム・バースト波を合成した波形での超音
波発信が可能なように図３で示した超音波発信部４およ
び発信位相遅延部17を以下のように構成する。

【００６３】図３に示した発信位相遅延部17の遅延回路
はあらかじめメモリに書き込まれた波形データを高速に
読みだしデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換して超音波
発信部４を入力する。超音波発信部４は電力増幅器で構
成し入力された波形を電力増幅し、アレイ型センサ部の
微小圧電振動子２ｅを駆動する。このとき遅延回路、Ｄ
／Ａ変換器、電力増幅器は微小圧電振動子２ｅに１対１
で対応させている。

【００６４】発信位相遅延部17の遅延量の設定は波形デ
ータのメモリへの書き込み位置をずらすことで行い、複
数波形の合成も合成した波形データをメモリに書き込む
方法で行うようにする。信号処理装置９は超音波受信部
８からの受信号波形と発信に用いたバースト波形との相
関演算処理を行った結果を用いて開口合成するようにし
ている。

【００６５】このような構成において、超音波の発信は
複数の方向あるいは位置に１対１で対応した独立したラ
ンダム・バースト波をあらかじめ用意しておき、図５に
示すように超音波ビームの位置方向毎に必要な位相遅延
時間量20ａを求める。

【００６６】そして、対応するアレイ型センサ部の微小
圧電振動子２ｅの発信遅延設定部17内のメモリに前記位
相遅延時間量20ａに相当するだけずらして先に用意した
ランダム・バースト波形を書き込む。この操作をビーム
合成に必要な微小圧電振動子２ｅに対応する遅延回路の
メモリすべてについて行う。

【００６７】次に特別な超音波ビームの位置方向の位相
遅延時間量20ｂを求め、前記と同様の操作を行うがラン
ダム・バースト波形の書き込みはすでに書き込まれてい
る波形データとの加算による書き込みとなる。

【００６８】これらの操作を超音波ビーム方向位置毎に
繰り返し行い、この設定条件で微小圧電振動子２ｅを駆
動することにより複数の位置および方向に同時に超音波
ビームを合成して放射できる。

【００６９】すなわち、複数の独立したランダム・バー
スト波を合成した波形で超音波を発信した場合、同一の
ランダム・バースト波の成分の波面が同位相で揃う方向
位置で超音波ビームが形成され、そのほかの位置では位
相が揃わないため超音波ビームは形成されないものであ
る。

【００７０】一方、超音波の受信では複数の超音波ビー
ムによる対象物からの反射波それぞれが微小圧電振動子
２ｅで受信されるが、合成した超音波ビームの波形はそ
れぞれ独立したランダム波形であるから、発信に用いた
ランダム・バースト波との相関演算手段によって超音波
発信方向毎に分離検出が可能である。これはランダム・
バースト波相互には相関がなくランダム・バースト波自
身による反射波形にしか相関を持たないためである。

【００７１】この結果、超音波発信位置方向毎の超音波
伝播時間に対応した遅れ時間に相関パルスが得られるこ
とから、高精度な伝播時間の測定を可能にし、開口合成
処理による対象物の画像化の分解能が向上する。また、
多方向に同時に超音波ビームを発信できるのでデータ収
録時間が改善される。

【００７２】さらに、複数のランダム・バースト波での
超音波の発受信ができるということは、例えば液体金属
中の構造物に対して、液体金属中の音速に基づいたラン
ダム・バースト波のフェーズドアレイ制御により液体金
属中の構造物の位置と形状を画像化して検出する。

【００７３】また、別なランダム・バースト波を用い、
構造物の音速でフェーズドアレイ制御を行い構造物内部
からの反射信号を検出して画像化し、前記液体金属中に
浸漬する構造物の画像と合成して表示することができ
る。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、例えば液体金属冷却高
速増殖炉の原子炉容器内の液体金属中の構造物を可視化
する超音波検査装置において、つぎに述べる効果があ
る。

【００７５】（１）超音波センサ部に凸面形圧電振動子
を用い、その凸面形圧電振動子の中央部の一部を同心円
状に分離し、超音波発信時は圧電振動子全体の大きな開
口を用い、かつ超音波発信位置を凸面形圧電振動子の曲
率中心位置とし、受信時には中央部の小さな開口を用い
ることにより、その開口中心を受信位置としたので、大
きな開口による超音波放射エネルギーの強化、および受
発信位置精度の向上による画像精度の改善とともに遠方
での分解能を改善することができる。

【００７６】（２）超音波センサ部に凹面形の圧電振動
子を用い、その曲率中心である焦点位置に焦点と同等の
孔径を有する遮音板を設けることにより、超音波発受信
経路が必ず凹面の曲率中心に来るようにしたので、発受
信位置精度の向上による画像精度の改善とともに遠方で
の分解能を改善することができる。

【００７７】（３）超音波センサ部にアレイ型圧電振動
子を用いその圧電振動子の後方に仮想点音源を設けるよ
うにフェーズドアレイ制御による超音波発信を行い、超
音波の受信はアレイ振動子それぞれで行うようにしたの
で、超音波発受信位置精度向上による画像精度とともに
遠方での分解能を改善することができる。。

【００７８】（４）超音波センサ部にアレイ型圧電振動
子を用い、フェーズドアレイ制御による集束した超音波
ビームを発信し、より超音波放射エネルギーを強化した
ので超音波画像の高精度化が可能になる。

【００７９】（５）超音波センサ部にアレイ型圧電振動
子を用い、フェーズドアレイ制御による集束した超音波
ビームの合成において、複数のランダム・バースト波に
よる超音波発受信を行い多方向に超音波ビームを同時に
放射するようにしたので、より超音波放射エネルギーが
強化され超音波画像の高精度化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波検査装置の第１の実施例に
おける凸型超音波センサ部を一部ブロック図で示す超音
波ビーム線図。

【図２】本発明に係る超音波検査装置の第２の実施例に
おける凸型超音波センサ部を一部超音波ビーム線で示す
概略断面図。

【図３】（ａ）は本発明に係る超音波検査装置の第３の
実施例におけるアレイ型センサ部とその超音波送受信部
系統を示すブロック図、（ｂ）は（ａ）のセンサ部を説
明するための超音波ビーム図。

【図４】本発明に係る超音波検査装置の第４の実施例に
おけるアレイ型センサを一部概略的に示す超音波ビーム
線図。

【図５】本発明に係る超音波検査装置の第５の実施例に
おけるランダム・バースト波でのフェーズドアレイを示
す超音波ビーム線図。

【図６】従来の超音波検査装置を一部線図的に示すブロ
ック図。

【図７】（ａ）は図６の装置において凸面圧電振動子を
使用した例を示す超音波ビーム線図、（ｂ）は同じく凹
面圧電振動子を使用した例を示す超音波ビーム線図。

【符号の説明】

１…センサ部、２…圧電振動子、２ａ…凸面形圧電振動
子、２ｂ…凹面形圧電振動子、２ｃ…分離した凸面形圧
電振動子、２ｄ…切り欠き、２ｅ…微小圧電振動子、３
…コントローラ、４…超音波発信部、５…発信切り替え
回路、６…対象物、６’…対象物の反射点、７…受信切
り替え回路、８…超音波受信部、９…信号処理装置、10
…表示装置、11…仮想点音源、11ｂ…凸面形圧電振動子
の受信位置、12…ビームの広がり、13…超音波経路、14
…反射波面、15…遮音板、16…支持棒、17…発信位相遅
延部、18…発信球面波、19…可視化領域、20…位相遅延
時間量、21…超音波ビーム中心、22…発受信位置、ｆ…
超音波ビーム収束位置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｓ 7/523 7/526 15/89 Ｇ２１Ｃ 17/08 ＧＤＦ // Ｇ０６Ｔ 1/00 8907−2ＦＧ０１Ｓ 7/52 Ｊ 8907−2Ｆ 15/89 ＢＧ０６Ｆ 15/62 ３８０ (72)発明者塩山勉神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者行則富美神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者唐沢博一神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に超音波を発信し、対象物からの
反射した超音波を受信する圧電振動子が配列されたセン
サ部と、このセンサ部からの超音波を受信する超音波受
信部と、この超音波受信部に接続した信号処理装置と、
この信号処理装置に接続した表示装置と、前記信号処理
装置の入力側に接続したコントローラと、このコントロ
ーラに接続した超音波発信部とを具備した超音波検査装
置において、前記センサ部は前記圧電振動子の形状を凸
面形とし、この凸面形圧電振動子の曲率中心を仮想的な
超音波発信位置とし、かつ、前記凸面形圧電振動子の中
央部を同心円状に切り欠いて分離し、この分離した圧電
振動子の中心を超音波受信位置として、超音波発信時に
は前記凸面形圧電振動子全体の大きな開口を用い、超音
波受信時には前記分離した圧電振動子の小さな開口を用
いるように形成し、前記仮想超音波受信位置と超音波発
信から受信までの時間を用いて超音波反射源位置を画像
化することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】対象物に超音波を発信し、対象物からの
反射した超音波を受信する圧電振動子が配列されたセン
サ部と、このセンサ部からの超音波を受信する超音波受
信部と、この超音波受信部に接続した信号処理装置と、
この信号処理装置に接続した表示装置と、前記信号処理
装置の入力側に接続したコントローラと、このコントロ
ーラに接続した超音波発信部とを具備した超音波検査装
置において、前記センサ部は圧電振動子の形状を凹面形
とし、かつ、前記凹面形圧電振動子の前面にできる焦点
位置にその焦点の径と同等の孔径を有する遮音板を設け
てなり、前記焦点位置を仮想超音波発受信位置とする超
音波センサを有し、前記仮想超音波発受信位置と超音波
発信から受信までの時間を用いて超音波反射源位置を画
像化することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項３】対象物に超音波を発信し、対象物からの
反射した超音波を受信する圧電振動子が配列されたセン
サ部と、このセンサ部からの超音波を受信する超音波受
信部と、この超音波受信部に接続した信号処理装置と、
この信号処理装置に接続した表示装置と、前記信号処理
装置の入力側に接続したコントローラと、このコントロ
ーラに接続した超音波発信部とを具備した超音波検査装
置において、前記センサ部は多数の微小な圧電振動子を
同一平面上に規則的に配列したアレイ型超音波センサか
らなり、超音波発信時には前記圧電振動子の個々の発信
タイミングを制御して超音波ビームを合成するフェーズ
ドアレイ制御により前記圧電振動子後方の仮想焦点を発
信源とした球面波を発信し、超音波受信はそれぞれの圧
電振動子で行い、仮想発信源位置と受信振動子位置およ
び超音波発信から受信までの時間を用いて超音波反射源
位置を画像化することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項４】前記アレイ型超音波センサにより超音波
発信時にはフェーズドアレイ制御により可視化したい領
域内に収束した超音波ビームを合成し、その超音波ビー
ムの中心軸とアレイセンサ面との交点を超音波発信位置
とし、超音波受信はそれぞれの圧電振動子で行い、前記
発信位置と受信振動子位置および超音波発信から受信ま
での時間を用いて前記発信超音波ビームの指向角の範囲
内の超音波反射源位置を画像化する一連の動作を前記発
信超音波ビームの方向と位置を変更しつつ繰り返し行
い、前記可視化領域全体を画像化することを特徴とする
請求項３記載の超音波検査装置。
【請求項５】前記アレイ型超音波センサにより複数の
ランダム・バースト波を合成した波形の超音波発信が可
能で、かつ、それぞれのランダム・バースト波の遅れ時
間を任意に設定可能にした構成とし、フェーズドアレイ
制御により複数の方向に同時に超音波ビームを合成し、
受信時は各アレイエレメントで受信した波形を超音波発
信に用いたそれぞれのランダム・バースト波と相関演算
処理を行い超音波発信方向毎の受信波形を得て、その波
形を用いて開口合成処理を行い超音波反射源の画像化を
行うようにしたことを特徴とする請求項３記載の超音波
検査装置。
【請求項６】前記アレイ型超音波センサを使用し、複
数のランダム・バースト波を用いてフェーズドアレイ制
御を行うにあたり、第１のランダム・バースト波で液体
金属中構造物を画像化してその位置と形状を検出するよ
うに液体金属中音速でフェーズドアレイ制御を行い、第
２のランダム・バースト波で構造物の内部を画像化する
ように前記構造物の位置と形状および音速でフェーズド
アレイ制御を行い、得られた二つの画像を合成して表示
することを特徴とする請求項５記載の超音波検査装置。