JP3320849B2 - 超音波画像化装置 - Google Patents
超音波画像化装置Info
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Description
内検査装置に係り、特に原子炉容器内のナトリウム中に
配置した超音波トランスデューサからの超音波走査によ
り、不透明なナトリウム中に設置された炉内構造物の目
視監視を行う超音波画像化装置に関する。
8の斜視図に示すように超音波トランスデューサ集合体
1は複数の超音波トランスデューサ111 〜1NM を、同一
平面上に等間隔Xでマトリックス状に配列して構成され
ている。先ず一つの超音波トランスデューサ111 から広
い指向角の超音波を発信し、残りの超音波トランスデュ
ーサ112 〜1NM で画像化対象物2から反射されたエコー
の超音波を受信する。
サ111 〜1NM にて順次行うことにより、超音波信号を発
受信した各超音波トランスデューサ111 〜1NM の位置に
従って図示しない計算機により開口合成処理し、同じく
図示しない画面表示装置において3次元超音波画像の再
生をしている。
9の断面図に示すように金属ケース3内に圧電振動子4
を内蔵し、超音波を授受するためのケーブル5を電極6
を介して接続している。また、超音波に広い指向角を持
たせるために、音響レンズ7に対して、接合層8を介し
て圧電振動子4を接合して構成している。
置では、図8で示すように超音波エコー経路9による反
射点(黒丸)が一定の間隔Y(超音波トランスデューサ
の相互間隔Xの1/2、Y=X/2)で、規則的にスポ
ット状で発生するため、表示される再生画像が斑点状と
なり画像の解像度が低かった。この改善のためには超音
波トランスデューサ111 〜1NM の設置数を増加し、相互
の間隔Xを短縮して配置密度をさらに向上すれば良い
が、限られた設置場所では当然限度があり、また経済的
にも極めて劣るという支障があった。
スデューサ111 の前面に音響レンズ7を設けているた
め、図9に示すように音響レンズ7と圧電振動子4の間
で超音波信号10の反射の繰返し(リンギング)が生じ
て、超音波の減衰特性が悪化して再生画像の解像度が低
下するという課題があった。
ンスデューサの構成と複数の超音波トランスデューサの
配置を種々に変えることにより、超音波再生画像の解像
度を向上した超音波画像化装置を提供することにある。
に本発明に係る超音波画像化装置は、構造物を超音波に
より画像化して監視する超音波画像化装置において、構
造物に対向する関係に規則的な間隔で複数並設されると
ともに、構造物と垂直な方向にそれぞれ所定の高さに位
置決めされた複数の超音波トランスデューサを備え、該
複数の超音波トランスデューサは、複数の発信用トラン
スデューサと、前記複数の発信用超音波トランスデュー
サの各々から独立な時系列信号を同時に発生させる発信
回路と、前記複数の発信用超音波トランスデューサから
発信された独立な時系列信号が混在した超音波エコー信
号を受信する複数の受信用トランスデューサと、前記複
数の受信用トランスデューサで検出した独立な時系列信
号が混在した超音波エコー信号を前記発信用トランスデ
ューサの各々に印加した独立な時系列信号と共に相関処
理して再度分離する時間相関処理回路とを備え、これに
よって3次元超音波画像を得ることを特徴とする。
時系列信号を同時に発生させる発信回路により複数の発
信用トランスデューサから、異なる時系列信号を同時に
発信させると共に、受信用超音波トランスデューサで受
信した超音波エコー信号と異なる時系列信号を時間相関
処理回路で時間相関処理して、複数の計測結果を同時に
得て信号処理を行う併行化により、画像処理が高速化さ
れる。
説明する。なお、上述した従来技術と同じ構成部分には
同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、本発明
に係る実施例は第5実施例のみであり、その他の実施例
は本発明の技術内容を説明する上での前提技術となるも
のである。第1実施例は、図1の縦断面図に示すように
複数の超音波トランスデューサ111〜1NMからなる
超音波トランスデューサ集合体11が、各超音波トラン
スデューサ111〜1NMを平面上においては等間隔
で、画像化対象物2に対する基準距離を不均等に配置し
て、超音波の反射点が周期性を持たない構成としてい
る。
た超音波トランスデューサ111 〜125 の相互距離は、い
ずれも間隔Xの等間隔としている。しかしながら画像化
対象物2との垂直な方向の距離(画像化対象物との距離
を変更する方向)は、例えば超音波トランスデューサ11
1 は距離L1 、この隣の超音波トランスデューサ121は
距離L2 、さらに隣の超音波トランスデューサ131 は距
離L3 で、この距離はL1 <L2 >L3 >L1 のよう
に、特に隣接の超音波トランスデューサと互いに異なる
寸法に配設した構成としている。
各超音波トランスデューサ111 〜1NM の画像化対象物2
に対する距離が不均等であり、特に隣接した超音波トラ
ンスデューサにおいて相違しているため、画像化対象物
2の同一面においても、超音波エコー経路9で示すよう
に、各超音波トランスデューサ111 〜1NM による反射点
が不均等になる。これにより、反射点が規則的でスポッ
ト状に重なることなく、画像は均一で斑点状とならない
ために解像度は向上する。
に、超音波トランスデューサ集合体12は、複数の超音波
トランスデューサ111 〜1NM を画像化対象物2に対する
基準距離を均等にすると共に、相互間は平面上において
不均等に配列することにより超音波の反射点が周期性を
持たない構成としている。
111 ,121 ,131 ,141 の平面上における相互間隔
X1 ,X2 ,X3 をX1 <X2 >X3 <X1 と不均等に
して配設する(超音波トランスデューサ151 ,161 ,17
1 も同様に)と共に、超音波トランスデューサ111 〜17
1 の画像化対象物2に対する基準距離Lは同一にして構
成する。
デューサ111 〜1NM の画像化対象物2に対して同一平面
上で相互間は不均等な状態で配置されていることから、
図2で示すように超音波トランスデューサ111 〜171 に
入力される超音波エコー経路9は、画像化対象物2から
の反射点が重ならずに均一になるため解像度が向上す
る。
に、超音波トランスデューサ集合体13が、複数の超音波
トランスデューサ111 〜1NM を焦点距離が変更可能なパ
ラボラ状に配設して構成としたもので、各超音波トラン
スデューサ111 〜1NM から発信する超音波エネルギーを
パラボラの焦点14に集中させて、画像化対象物2が遠距
離でも良好な解像度が得られるようにしたものである。
で、各超音波トランスデューサ111〜171 は相互間を間
隔Xの等間隔で、パラボラ状の曲面に配置して構成され
ている。なお、パラボラの焦点距離Zは各超音波トラン
スデューサ111 〜171 の夫々の指向角度、あるいは取付
位置を規則的に変化させる図示しない調節装置により変
更できるように構成する。
デューサ111 〜171 から発信された超音波は、図示しな
い調節装置により図3の超音波エコーの広がり15に示す
ように、パラボラの焦点距離Zを調節することにより、
容易に画像化対象物2の所定位置に集中させることがで
きるので、画像化対象物2との距離が遠くても高い解像
度を得ることができる。
超音波トランスデューサ集合体16が複数の超音波トラン
スデューサ111 〜1NM を等間隔のマトリックス状に配設
すると共に、この超音波トランスデューサ111 〜1NM を
さらに機械的に走査可能に構成したもので、反射点数を
増加させて、より解像が高く良いスムースズな画像を得
ることができる。
デューサ111 〜133 は、同一平面上に互いに均一の間隔
Xで配置されている。また、各超音波トランスデューサ
111〜133 と画像化対象物2との基準距離も同一として
いる。さらに、この超音波トランスデューサ集合体16
は、図示しない走査装置により間隔Xの1/2だけ移動
可能に構成されている。
超音波トランスデューサ集合体16が基準位置にあるとき
は、各超音波トランスデューサ111 〜133 からの発信に
よる超音波の反射は、画像化対象物2上に黒丸で示す反
射点17で、この反射点17は各超音波トランスデューサ11
1 〜133 相互間の間隔Xの1/2で、間隔Yの位置に得
られる。
超音波トランスデューサ集合体16、すなわち複数の超音
波トランスデューサ111 〜133 を、相互の間隔Xの1/
4(Y/2)の距離だけ、超音波トランスデューサの配
置に沿って順次(X/4,0)、(0,X/4)、(X
/4,X/4)の3点の走査を行う。これにより、超音
波による画像化対象物2上の反射位置が、黒丸の反射点
17の他に白丸の反射点18が加えられて、多数の反射点1
7,18が得られるために、きめ細かな画像が得られるこ
とから、解像度を大幅に向上させることができる。
超音波トランスデューサ集合体19は、複数の発信用超音
波トランスデューサ211 〜2NM と、複数の受信用超音波
トランスデューサ311 〜3NM を、例えば水平方向で交互
に配列し、各発信用超音波トランスデューサ211 〜2NM
には、夫々独立な時系列信号を同時に発生させる発信回
路である時系列並列発信回路20を、また各受信用超音波
トランスデューサ311〜3NM には、受信した超音波信号
を異なる時系列信号で時間相関処理する時間相関処理回
路21を接続した構成で、複数の計測結果を同時に得て信
号処理を行い、画像処理を併行実施して画像化が高速化
する。
した同一垂直面上において、発信用超音波トランスデュ
ーサ211 〜2NM の一部である各発信用超音波トランスデ
ューサ211 〜214 が均等間隔で配置されおり、独立した
時系列信号(振幅または位相で変調された信号)を与え
て、各発信用超音波トランスデューサ211 〜214 より超
音波信号を連続発信させる時系列並列発信回路20が接続
してある。
1 〜324 は、均等間隔で配置された受信用超音波トラン
スデューサ311 〜3NM の一部で、画像化対象物2から反
射された夫々の超音波エコー信号を受信すると共に、こ
れらの信号の時間相関処理を行う時間相関処理回路21と
接続して構成されている。
音波トランスデューサ211 〜214 は、時系列並列発信回
路20からの独立した振幅または位相で変調された時系列
信号による超音波信号を連続発信する。時系列信号によ
り発信された夫々の超音波エコー信号は、画像化対象物
2で反射され、超音波エコー経路9で示すように各受信
用超音波トランスデューサ311 〜324 で同時に受信され
て、時間相関処理回路21に伝送される。
324 で同時に受信された超音波エコー信号は、前記発信
用超音波トランスデューサ211 〜214 から同時に発信さ
れた信号が混在しており、時間相関処理回路21におい
て、時系列並列発信回路20から与えられる独立した複数
の時系列信号との間で時間相関処理を行なって、各発信
用超音波トランスデューサ211 〜214 に対応した超音波
エコー信号に再分解される。従って、この再分解された
超音波エコー信号を用いて開口合成による画像化を行う
ことにより効率の良い画像化データの収集を高速で行う
ことができる。
超音波トランスデューサの機能向上に係り、超音波トラ
ンスデューサの圧電振動子を凸型状に形成すると共に、
この前面に通過超音波の波長に比べて充分短い、波長の
1/10以下の厚さの金属あるいはセラミックによる保護
層を形成して構成する。
トランスデューサ 111aは、金属ケース3内に超音波に
広い指向角を持たせるために凸型状に加工した凸型圧電
振動子22を配置し、超音波を授受するためのケーブル5
が電極6を介して接続されている。
拡散させるためにチタン酸鉛系またはニオブ酸リチウム
等で凸型に形成した圧電振動子で、その前面に設けた保
護層である前面板23はチタン、ステンレスまたは銅等の
金属、あるいは窒化珪素やアルミナ等を用いて、通過す
る超音波の波長の1/10以下程度の厚さとする。
電振動子22に接合することにより、凸型圧電振動子22で
発生した超音波信号10が効率良く発信されることから、
リンギングの少ない良好な特性が得られて解像度が向上
する。
に、超音波トランスデューサ 111bは、凸型圧電振動子
22の表面に形成する保護層であるコーティング層24が、
通過する超音波の波長の1/10以下程度の厚さで、ニッ
ケル、チタン、ステンレスまたは銅等の金属をメッキ、
蒸着またはスパッタリング等を行うか、あるいは窒化珪
素やアルミナ等の材料を溶射する等の方法でコーティン
グして形成する構成で、これによる機能は上記第1例と
同様であるが、保護層である前面板23に比べてコーティ
ング層24は、機械強度に劣るが薄膜の形成が容易な特徴
がある。
の実施態様項としては次のものがある。 (1) チタン酸鉛系またはニオブ酸リチウム等を凸型に形
成した圧電振動子と、この圧電振動子の前面に金属性の
半田または、ろう材により通過する超音波の波長の1/
10以下程度の厚さの窒化珪素やアルミナ等のセラミック
スを接合した超音波トランスデューサを設けたことを特
徴とする超音波画像化装置。
電振動子の前面に直接ニッケル、胴、チタン等の金属を
コーティングした超音波トランスデューサを設けたこと
を特徴とする超音波画像化装置。 (3) 凸型に形成した圧電振動子と、この圧電振動子の前
面に直接、窒化珪素やアルミナ等のセラミックスを溶着
した超音波トランスデューサを設けたことを特徴とする
超音波画像化装置。
目視化する超音波画像化装置において、画像対象物にお
ける超音波の反射点に周期性を持たせず、再生画像が均
一で解像度が向上し、また、遠距離でも良好な解像度が
得られる。さらに、超音波トランスデューサの設置数を
変えずに、反射点の数を大幅に増加して解像度を向上さ
せる。また、超音波トランスデューサ集合体を走査する
ことによりより解像度の良いスムーズな画像を得られ
る。
受信した超音波エコー信号の時間相関処理により、複数
の計測結果の同時処理を行なって、再生画像が高速化さ
れる。
画像化装置の第1実施例の縦断面図。
画像化装置の第2実施例の縦断面図。
画像化装置の第3実施例の縦断面図。
画像化装置の第4実施例の縦断面図。
の縦断面図。
トランスデューサの第6実施例第1例の縦断面図。
トランスデューサの第6実施例第2例の縦断面図。
体、2…画像化対象物、3…金属ケース、4…圧電振動
子、5…ケーブル、6…電極、7…音響レンズ、8…接
合層、9…超音波エコー経路、10…超音波信号、14…焦
点、15…超音波エコーの広がり、17…機械走査無し時の
反射点(黒丸)、18…機械走査により増えた反射点(白
丸)、20…時系列発信回路、21…時間相関処理回路、22
…凸型圧電振動子、23…前面板、24…コーティング層、
111〜171, 11M, 1N1, 1NM, 111a,111b…超音波トランス
デューサ、211〜214, 2NM…発信用超音波トランスデュ
ーサ、324, 3NM…受信用超音波トランスデューサ、L, L
1〜L3…超音波トランスデューサと画像対象物との距
離、X, X1〜X3…超音波トランスデューサの間隔、Y…
反射点間の距離、Z…焦点距離。
Claims (1)
- 【請求項1】構造物を超音波により画像化して監視する
超音波画像化装置において、 構造物に対向する関係に規則的な間隔で複数並設される
とともに、構造物と垂直な方向にそれぞれ所定の高さに
位置決めされた複数の超音波トランスデューサを備え、
該複数の超音波トランスデューサは、 複数の発信用トランスデューサと、 前記複数の発信用超音波トランスデューサの各々から独
立な時系列信号を同時に発生させる発信回路と、前記複数の発信用超音波トランスデューサから発信され
た独立な時系列信号が混在した超音波エコー信号を受信
する複数の受信用トランスデューサと、 前記複数の受信用トランスデューサで検出した独立な時
系列信号が混在した超音波エコー信号を前記発信用トラ
ンスデューサの各々に印加した独立な時系列信号と共に
相関処理して再度分離する時間相関処理回路と、 を備えた ことを特徴とする超音波画像化装置。
Priority Applications (1)
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JP19577193A JP3320849B2 (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 超音波画像化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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