JP2560787B2 - 超音波探傷方式 - Google Patents
超音波探傷方式Info
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- JP2560787B2 JP2560787B2 JP63159704A JP15970488A JP2560787B2 JP 2560787 B2 JP2560787 B2 JP 2560787B2 JP 63159704 A JP63159704 A JP 63159704A JP 15970488 A JP15970488 A JP 15970488A JP 2560787 B2 JP2560787 B2 JP 2560787B2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超音波を用いて被検材内の欠陥を検出す
る超音波探傷方式に係わり、特に欠陥の位置検出におけ
る距離分解能の向上に関するものである。
る超音波探傷方式に係わり、特に欠陥の位置検出におけ
る距離分解能の向上に関するものである。
［従来の技術］ 従来のこの種の超音波探傷方式は、振動継続時間の短
い超音波パルスを被検材内に照射し、欠陥で反射し戻っ
てくる反射エコーを受信して欠陥の有無や欠陥の位置を
検出するという，いわゆるパルスエコー法を用いたもの
である。
い超音波パルスを被検材内に照射し、欠陥で反射し戻っ
てくる反射エコーを受信して欠陥の有無や欠陥の位置を
検出するという，いわゆるパルスエコー法を用いたもの
である。
例えば第３図は、丹羽 登著「超音波計測」，昭和57
年３月25日発行，発行所昭晃堂,p67から引用した従来の
この種の超音波探傷方式を示す図である。第３図（ａ）
において、１は被検材であり、２は被検材１内の欠陥で
ある。３は電気信号と超音波との変換を行う探触子、４
はパルス送信器、５は受信器、６は指示装置である。第
３図（ｂ）は指示装置６のCRT上に表示されるエコー信
号の様子を示す図であり、記号Ｔを付して示している信
号は送信パルス、記号Ｆを付した信号は欠陥２からの反
射エコー、記号Ｂを付した信号は被検材１の底面からの
反射エコーである。これらの信号は全て受信器５で包絡
線を検出して表示された信号である。
年３月25日発行，発行所昭晃堂,p67から引用した従来の
この種の超音波探傷方式を示す図である。第３図（ａ）
において、１は被検材であり、２は被検材１内の欠陥で
ある。３は電気信号と超音波との変換を行う探触子、４
はパルス送信器、５は受信器、６は指示装置である。第
３図（ｂ）は指示装置６のCRT上に表示されるエコー信
号の様子を示す図であり、記号Ｔを付して示している信
号は送信パルス、記号Ｆを付した信号は欠陥２からの反
射エコー、記号Ｂを付した信号は被検材１の底面からの
反射エコーである。これらの信号は全て受信器５で包絡
線を検出して表示された信号である。
従来のこの種の超音波探傷方式では、パルスを送信し
てから欠陥２よりの反射エコーが受信されるまでの時間
を計測することにより、欠陥２の位置を検出していた。
従って、送信パルスの振動継続時間を短くしなければ、
例えば、欠陥２からの反射エコーＦと被検材１の底面か
らの反射エコーＢとが重なり合って分離できない。
てから欠陥２よりの反射エコーが受信されるまでの時間
を計測することにより、欠陥２の位置を検出していた。
従って、送信パルスの振動継続時間を短くしなければ、
例えば、欠陥２からの反射エコーＦと被検材１の底面か
らの反射エコーＢとが重なり合って分離できない。
しかし、送信パルスの振動継続時間を短くしようとし
ても、探触子３が有限な周波数帯域しかもっていないの
で、それには限界がある。一般に、振動継続時間は短く
できても数サイクル以上である。例えば、中心周波数が
2MHzの探触子３を用い、送信パルスの振動継続時間が２
サイクルとすると、振動継続時間は（２サイクル）×
（1/2MHz）＝１μｓとなる。この振動継続時間は、距離
に換算すると、被検材１内における超音波の伝播速度ｖ
が5000m/sのとき、１μｓ×5000m/s＝5mmに対応する。
つまり、欠陥２が被検材１の底面から5mm/2＝2.5mm以上
離れていなければ、両エコーを分離できない。なお、こ
こで２で割っているのは、超音波伝播経路が往復である
ことによる。
ても、探触子３が有限な周波数帯域しかもっていないの
で、それには限界がある。一般に、振動継続時間は短く
できても数サイクル以上である。例えば、中心周波数が
2MHzの探触子３を用い、送信パルスの振動継続時間が２
サイクルとすると、振動継続時間は（２サイクル）×
（1/2MHz）＝１μｓとなる。この振動継続時間は、距離
に換算すると、被検材１内における超音波の伝播速度ｖ
が5000m/sのとき、１μｓ×5000m/s＝5mmに対応する。
つまり、欠陥２が被検材１の底面から5mm/2＝2.5mm以上
離れていなければ、両エコーを分離できない。なお、こ
こで２で割っているのは、超音波伝播経路が往復である
ことによる。
［発明が解決しようとする課題］ すなわち、従来のいわゆるパルスエコー法を用いた超
音波探傷方式では、送信パルスの振動継続時間を短くし
ようとしても限界があるので、距離分解能が悪いという
問題点があった。
音波探傷方式では、送信パルスの振動継続時間を短くし
ようとしても限界があるので、距離分解能が悪いという
問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、距離分解能の優れた超音波探傷方式を提供
することを目的とする。
れたもので、距離分解能の優れた超音波探傷方式を提供
することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る超音波探傷方式は、連続的な送信信号
を探触子に送出するとともにその周波数の可変走査が可
能な周波数可変送信手段と、探触子で受信された信号を
２乗する演算手段と、２乗して得られた信号の直流成分
を検出する直流成分検出手段と、検出した信号を走査周
波数の関数として記憶する記憶手段と、記憶した信号の
周期を周波数走査範囲の周波数合成処理により検出する
周期検出手段とを備え、検出された周期より被検材内の
欠陥の位置を検出するようにしたものである。
を探触子に送出するとともにその周波数の可変走査が可
能な周波数可変送信手段と、探触子で受信された信号を
２乗する演算手段と、２乗して得られた信号の直流成分
を検出する直流成分検出手段と、検出した信号を走査周
波数の関数として記憶する記憶手段と、記憶した信号の
周期を周波数走査範囲の周波数合成処理により検出する
周期検出手段とを備え、検出された周期より被検材内の
欠陥の位置を検出するようにしたものである。
［作用］ この発明においては、連続波あるいはほとんど連続波
とみなして良い程度に長い振動継続時間を有するパルス
を送受信し、送信信号の周波数を逐次走査して得られる
受信信号を２乗し、２乗して得られた信号の直流成分を
検出して走査周波数の関数として記憶する。周波数の走
査範囲にわたって取り込まれたこの信号に周波数合成処
理を施すことにより、その周期を検出することができ、
この周期より被検材内の欠陥の位置を検出できるので、
従来のパルスエコー法のような限界がなくなり、距離分
解能が向上する。
とみなして良い程度に長い振動継続時間を有するパルス
を送受信し、送信信号の周波数を逐次走査して得られる
受信信号を２乗し、２乗して得られた信号の直流成分を
検出して走査周波数の関数として記憶する。周波数の走
査範囲にわたって取り込まれたこの信号に周波数合成処
理を施すことにより、その周期を検出することができ、
この周期より被検材内の欠陥の位置を検出できるので、
従来のパルスエコー法のような限界がなくなり、距離分
解能が向上する。
［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図はこの発明による超音波探傷方式の一実施例を
示す構成図である。図において、１は被検材、２は欠
陥、３は探触込、６は指示装置であり、これらは従来の
ものと同様なものである。７は周波数可変送信器であ
り、連続波あるいは連続波とみなしてさしつかえないほ
どの振動継続時間を有するパルスを探触子３に送信で
き、かつ周波数を走査して可変できるものである。８は
信号処理装置であり、探触子３で受信された信号を２乗
する演算手段8aと、２乗して得られた信号の直流成分を
検出する直流成分検出手段8bと、検出した信号を走査周
波数の関数として記憶する記憶手段8cと、記憶した信号
の周期を周波数走査範囲の周波数合成処理により検出す
る周期検出手段8dとを有するもので、パーソナルコンピ
ュータ等で実現できる。
示す構成図である。図において、１は被検材、２は欠
陥、３は探触込、６は指示装置であり、これらは従来の
ものと同様なものである。７は周波数可変送信器であ
り、連続波あるいは連続波とみなしてさしつかえないほ
どの振動継続時間を有するパルスを探触子３に送信で
き、かつ周波数を走査して可変できるものである。８は
信号処理装置であり、探触子３で受信された信号を２乗
する演算手段8aと、２乗して得られた信号の直流成分を
検出する直流成分検出手段8bと、検出した信号を走査周
波数の関数として記憶する記憶手段8cと、記憶した信号
の周期を周波数走査範囲の周波数合成処理により検出す
る周期検出手段8dとを有するもので、パーソナルコンピ
ュータ等で実現できる。
以下、本方式による信号処理を詳細に述べる。
送信信号をcos（ωｔ＋θ）とする。ここで、ωは角
周波数,tは時間，θは固定位相角である。一方、欠陥２
における超音波の反射率をａで，被検材１の底面におけ
る超音波の反射率をＡで表わし、被検材１の厚さをＬと
し，被検材１底面と欠陥２との間の距離をｌとする。ま
た、超音波の伝播速度をｖとし、Ｔ＝L/v,τ＝l/vとお
く。
周波数,tは時間，θは固定位相角である。一方、欠陥２
における超音波の反射率をａで，被検材１の底面におけ
る超音波の反射率をＡで表わし、被検材１の厚さをＬと
し，被検材１底面と欠陥２との間の距離をｌとする。ま
た、超音波の伝播速度をｖとし、Ｔ＝L/v,τ＝l/vとお
く。
さて、探触子３から送信された信号は、欠陥２及び被
検材１底面で反射され、それぞれ時間２（Ｔ−τ）,2T
だけ遅れて探触子３で受信される。従って、受信信号を
Ｓ（ｔ）とすると、 Ｓ（ｔ）＝a cos｛ω［ｔ−２（Ｔ−τ）］＋θ｝ ＋Acos｛ω（ｔ−2T）＋θ） と表わされる。このＳ（ｔ）を２乗する。三角関数の積
を和に変換する公式を利用して、２乗した後の信号を整
理すると、 S2（ｔ）＝［A2/2＋a2/2＋Aa cos（２ωτ）］ ＋［A2cos（２ωｔ−４ωＴ＋２θ）/2 ＋a2cos（２ωｔ−４ωＴ＋４ωτ＋２θ）/2 ＋Aa cos（２ωｔ−４ωＴ＋２ωτ＋２θ）］ となる。この式において、［］で括った第１項目は時間
的に変化しない直流成分であり、第２項目は角周波数２
ωで変化する交流成分である。この２乗した信号を、角
周波数２ω成分をカットし，直流成分を通過させる低域
通過フィルタに通すと、［］で括った第１項目の直流成
分が取り出される。これをｒで表わす。つまり、 ｒ＝A2/2＋a2/2＋Aa cos（２ωτ） このｒを送信周波数とともに記憶する。以上の処理を周
波数可変送信器７の送信周波数を逐次走査しながら信号
処理装置８で繰返し行う。すなわち、ｒはωの関数とし
て記憶されることになる。
検材１底面で反射され、それぞれ時間２（Ｔ−τ）,2T
だけ遅れて探触子３で受信される。従って、受信信号を
Ｓ（ｔ）とすると、 Ｓ（ｔ）＝a cos｛ω［ｔ−２（Ｔ−τ）］＋θ｝ ＋Acos｛ω（ｔ−2T）＋θ） と表わされる。このＳ（ｔ）を２乗する。三角関数の積
を和に変換する公式を利用して、２乗した後の信号を整
理すると、 S2（ｔ）＝［A2/2＋a2/2＋Aa cos（２ωτ）］ ＋［A2cos（２ωｔ−４ωＴ＋２θ）/2 ＋a2cos（２ωｔ−４ωＴ＋４ωτ＋２θ）/2 ＋Aa cos（２ωｔ−４ωＴ＋２ωτ＋２θ）］ となる。この式において、［］で括った第１項目は時間
的に変化しない直流成分であり、第２項目は角周波数２
ωで変化する交流成分である。この２乗した信号を、角
周波数２ω成分をカットし，直流成分を通過させる低域
通過フィルタに通すと、［］で括った第１項目の直流成
分が取り出される。これをｒで表わす。つまり、 ｒ＝A2/2＋a2/2＋Aa cos（２ωτ） このｒを送信周波数とともに記憶する。以上の処理を周
波数可変送信器７の送信周波数を逐次走査しながら信号
処理装置８で繰返し行う。すなわち、ｒはωの関数とし
て記憶されることになる。
次に信号処理装置８で以下の処理を行う。上記により
記憶された信号ｒを縦軸にとり，角周波数ωを横軸にと
って描いてみると、これは、第２図（ａ）に示すよう
に、ωとともに変化しない直流成分［A2/2＋a2/2］と、
ωとともに変化する交流成分Aa cos（２ωτ）との和に
なっている。交流成分の周期は、２ωτ＝２πとおいて
ωを求めることにより、ω＝π／τとなる。従って、ｒ
の周期を求めることによりτを求めることができる。つ
まり、超音波の伝播速度ｖと以上のようにして求めたτ
とから、被検材１底面と欠陥２との間の距離ｌをｌ＝ｖ
τから求められる。
記憶された信号ｒを縦軸にとり，角周波数ωを横軸にと
って描いてみると、これは、第２図（ａ）に示すよう
に、ωとともに変化しない直流成分［A2/2＋a2/2］と、
ωとともに変化する交流成分Aa cos（２ωτ）との和に
なっている。交流成分の周期は、２ωτ＝２πとおいて
ωを求めることにより、ω＝π／τとなる。従って、ｒ
の周期を求めることによりτを求めることができる。つ
まり、超音波の伝播速度ｖと以上のようにして求めたτ
とから、被検材１底面と欠陥２との間の距離ｌをｌ＝ｖ
τから求められる。
ｒの周期を検出するには、例えば、次のようなスペク
トル解析を行えばよい。先ず、ｒから直流成分［A2/2＋
a2/2］を引きさる。つまり、次の処理を行う。
トル解析を行えばよい。先ず、ｒから直流成分［A2/2＋
a2/2］を引きさる。つまり、次の処理を行う。
ｒ′＝ｒ−（A2/2＋a2/2） ＝Aa cos（２ωτ） このようにして得られたｒ′をスペクトル解析する。
角周波数の走査範囲を０〜Ωとする。負の周波数は実際
にはあり得ないが、解析の都合上,r′（−ω）＝ｒ′
（ω）として負の周波数範囲におけるｒ′を与える。そ
の後、ｒ′をフーリエ変換する。つまり、次式 の演算をｐを変化させながら行う。これは周波数合成処
理を行っていることに対応する。上式の右辺の定積分を
行うと、 が得られる。これを図示すると、第２図（ｂ）に示すも
のとなる。Ｈ（ｐ）の絶対値|H（ｐ）｜の相対値，つま
り|H（ｐ）|/（AaΩ）を図示している。第２図（ｂ）か
ら、|H（ｐ）｜が最大となるｐの値を読み取ればこれは
２τに等しいから、読み取ったｐの値からτを求めるこ
とができることがわかる。
角周波数の走査範囲を０〜Ωとする。負の周波数は実際
にはあり得ないが、解析の都合上,r′（−ω）＝ｒ′
（ω）として負の周波数範囲におけるｒ′を与える。そ
の後、ｒ′をフーリエ変換する。つまり、次式 の演算をｐを変化させながら行う。これは周波数合成処
理を行っていることに対応する。上式の右辺の定積分を
行うと、 が得られる。これを図示すると、第２図（ｂ）に示すも
のとなる。Ｈ（ｐ）の絶対値|H（ｐ）｜の相対値，つま
り|H（ｐ）|/（AaΩ）を図示している。第２図（ｂ）か
ら、|H（ｐ）｜が最大となるｐの値を読み取ればこれは
２τに等しいから、読み取ったｐの値からτを求めるこ
とができることがわかる。
以上は、説明を簡単にするため、探触子３の送受信感
度の周波数特性が周波数に依らず一定であるとして信号
処理手順を示したが、探触子３の周波数特性を無視でき
ない場合には、送受信総合感度の周波数特性を予め測定
しておき、これを用いて受信信号Ｓ（ｔ）のレベルを補
正すればよい。つまり、探触子３の送受信総合感度の周
波数特性をＴ（ω）とすれば、Ｓ（ｔ）の代わりにＳ
（ｔ）をＴ（ω）で割ったものを用いればよい。
度の周波数特性が周波数に依らず一定であるとして信号
処理手順を示したが、探触子３の周波数特性を無視でき
ない場合には、送受信総合感度の周波数特性を予め測定
しておき、これを用いて受信信号Ｓ（ｔ）のレベルを補
正すればよい。つまり、探触子３の送受信総合感度の周
波数特性をＴ（ω）とすれば、Ｓ（ｔ）の代わりにＳ
（ｔ）をＴ（ω）で割ったものを用いればよい。
さて、この発明に係る超音波探傷方式を従来のパルス
エコー法を用いた探傷方式と比較してみる。第２図
（ａ）を用いて示したように、この発明に係る超音波探
傷方式では、ｒの周期を検出することにより欠陥２の位
置を検出しようとしている。例えば、2MHzまで周波数を
走査した場合を考える。角周波数に直すと、２π×2MHz
＝４π（rad）×106Hzである。第２図（ａ）において、
横軸の角周波数ωが０〜４π（rad）×106Hzの間に、ｒ
の交流成分が１周期入れば周期を読み取れる。１周期は
π／τであるから、π／τ＝４π×106とおくことによ
りτ＝0.25μｓとなる。これは、距離に換算してｌ＝ｖ
×τ＝5000m/s×0.25μｓ＝1.25mmとなる。すなわち、
前記した従来の距離分解能2.5mmの半分である。なお、
いうまでもなく、周波数走査範囲を広くすればする程、
距離分解能や精度が向上すことは明らかである。
エコー法を用いた探傷方式と比較してみる。第２図
（ａ）を用いて示したように、この発明に係る超音波探
傷方式では、ｒの周期を検出することにより欠陥２の位
置を検出しようとしている。例えば、2MHzまで周波数を
走査した場合を考える。角周波数に直すと、２π×2MHz
＝４π（rad）×106Hzである。第２図（ａ）において、
横軸の角周波数ωが０〜４π（rad）×106Hzの間に、ｒ
の交流成分が１周期入れば周期を読み取れる。１周期は
π／τであるから、π／τ＝４π×106とおくことによ
りτ＝0.25μｓとなる。これは、距離に換算してｌ＝ｖ
×τ＝5000m/s×0.25μｓ＝1.25mmとなる。すなわち、
前記した従来の距離分解能2.5mmの半分である。なお、
いうまでもなく、周波数走査範囲を広くすればする程、
距離分解能や精度が向上すことは明らかである。
ところで、以上の説明では、被検材１の底面からの反
射波をいわば参照信号として用いたが、この発明はこれ
に限らず、被検材１のコーナーからの反射波など被検材
１の他の部分からの反射波を参照信号として用いてもよ
い。
射波をいわば参照信号として用いたが、この発明はこれ
に限らず、被検材１のコーナーからの反射波など被検材
１の他の部分からの反射波を参照信号として用いてもよ
い。
［発明の効果］ 以上のように、この発明による超音波探傷方式では、
周波数走査して各周波数における被検材からの受信信号
を信号処理することにより欠陥からのデータを収集し、
収集したデータに周波数合成処理を施すことにより欠陥
の位置を検出するようにしたので、従来に比べ距離分解
能を大幅に向上できる効果がある。
周波数走査して各周波数における被検材からの受信信号
を信号処理することにより欠陥からのデータを収集し、
収集したデータに周波数合成処理を施すことにより欠陥
の位置を検出するようにしたので、従来に比べ距離分解
能を大幅に向上できる効果がある。
第１図はこの発明による超音波探傷方式の一実施例を示
す構成図、第２図（ａ），（ｂ）は実施例の動作を説明
するための図、第３図（ａ），（ｂ）は従来の超音波探
傷方式を示す図である。 １は被検材、２は欠陥、３は探触子、６は指示装置、７
は周波数可変送信器、８は信号処理装置、8aは演算手
段、8bは直流成分検出手段、8cは記憶手段、8dは周期検
出手段。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
す構成図、第２図（ａ），（ｂ）は実施例の動作を説明
するための図、第３図（ａ），（ｂ）は従来の超音波探
傷方式を示す図である。 １は被検材、２は欠陥、３は探触子、６は指示装置、７
は周波数可変送信器、８は信号処理装置、8aは演算手
段、8bは直流成分検出手段、8cは記憶手段、8dは周期検
出手段。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】探触子を用いて、超音波を被検材内に送信
し，被検材内からの反射超音波を受信して被検材内の欠
陥を検出する超音波探傷方式において、 連続的な送信信号を探触子に送出するとともにその周波
数の可変走査が可能な周波数可変送信手段と、探触子で
受信された信号を２乗する演算手段と、２乗して得られ
た信号の直流成分を検出する直流成分検出手段と、検出
した信号を走査周波数の関数として記憶する記憶手段
と、記憶した信号の周期を周波数走査範囲の周波数合成
処理により検出する周期検出手段とを備え、検出された
周期より被検材内の欠陥の位置を検出するようにしたこ
とを特徴とする超音波探傷方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63159704A JP2560787B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 超音波探傷方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63159704A JP2560787B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 超音波探傷方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0210153A JPH0210153A (ja) | 1990-01-12 |
| JP2560787B2 true JP2560787B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=15699483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63159704A Expired - Fee Related JP2560787B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 超音波探傷方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560787B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1045718C (zh) * | 1995-11-06 | 1999-10-20 | 西安天诚医药生物工程有限公司 | 青藤碱的医药新用途 |
| US7317862B2 (en) | 2004-04-13 | 2008-01-08 | Nec Corporation | Mechanism for releasing lock between optical transceiver and cage, optical transceiver, communication apparatus and method of releasing lock between optical transceiver and cage |
| WO2012098576A1 (ja) * | 2011-01-19 | 2012-07-26 | パナソニック株式会社 | 有機発光素子の製造方法、有機表示パネル、有機発光装置、機能層の形成方法、インク、基板、有機発光素子、有機表示装置、および、インクジェット装置 |
-
1988
- 1988-06-28 JP JP63159704A patent/JP2560787B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0210153A (ja) | 1990-01-12 |
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