JPH0658751A - Ultrasonic signal processor and ultrasonic thickness meter - Google Patents
Ultrasonic signal processor and ultrasonic thickness meterInfo
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- JPH0658751A JPH0658751A JP4318801A JP31880192A JPH0658751A JP H0658751 A JPH0658751 A JP H0658751A JP 4318801 A JP4318801 A JP 4318801A JP 31880192 A JP31880192 A JP 31880192A JP H0658751 A JPH0658751 A JP H0658751A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は被検体に超音波パルスを
送波し、被検体からのエコーを検出し、電気信号に変換
されたエコー信号に基づいて、被検体に対する各種の検
査を行うための超音波信号処理装置、及びこの超音波信
号処理装置が組込まれた超音波厚み計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention sends an ultrasonic pulse to a subject, detects an echo from the subject, and performs various tests on the subject based on the echo signal converted into an electrical signal. The present invention relates to an ultrasonic signal processing device, and an ultrasonic thickness gauge incorporating the ultrasonic signal processing device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】超音波厚み計は例えば図７に示すように
構成されている。超音波送受信部１から一定周期Ｔ0 で
もって鉄鋼材料等の被検体２に直接または水等の遅延材
を介して取付けられた探触子３へパルス信号を送出す
る。探触子３は受信したパルス信号を、超音波パルス４
に変換して被検体２へ印加する。入射面２ａを介して被
検体２内へ入力された超音波パルス４は被検体２の底面
２ｂで反射して再度探触子３で受波される。また、一部
の超音波４は入射面２ａで再度被検体２内方向へ反射さ
れ、再度底面２ｂで再度反射され、探触子３へ入射す
る。2. Description of the Related Art An ultrasonic thickness gauge is constructed, for example, as shown in FIG. A pulse signal is transmitted from the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 1 to the probe 3 attached to the subject 2 such as a steel material at a constant cycle T 0 directly or via a delay material such as water. The probe 3 converts the received pulse signal into ultrasonic pulse 4
And is applied to the subject 2. The ultrasonic pulse 4 input into the subject 2 via the incident surface 2 a is reflected by the bottom surface 2 b of the subject 2 and is received by the probe 3 again. In addition, a part of the ultrasonic waves 4 is reflected again toward the inside of the subject 2 by the incident surface 2 a, again reflected by the bottom surface 2 b, and incident on the probe 3.
【０００３】探触子３は底面２ｂ及び入射面２ａで反射
された各エコーを電気信号に変換して超音波送受信部１
へ送信する。超音波送受信部１はその電気信号を増幅し
てエコー信号ｂとし出力する。したがって、エコー信号
ｂには、図８に示すように、１回目の底面２ｂのエコー
４ａ，次に入射面４ａのエコー４ｂ，さらに２回目の底
面２ｂのエコー４ｃ，…等の多数のエコーが一定の時間
間隔Ｔで含まれる。したがって、この時間間隔Ｔを計測
することによって、被検体２の厚みＤが、被検体２内の
音速Ｃを用いて(1) 式で算出される Ｄ＝Ｔ・Ｃ／２ (1) The probe 3 converts the respective echoes reflected by the bottom surface 2b and the incident surface 2a into electric signals, and the ultrasonic wave transmitting / receiving section 1
Send to. The ultrasonic transmission / reception unit 1 amplifies the electric signal and outputs it as an echo signal b. Therefore, as shown in FIG. 8, a large number of echoes such as the echo 4a on the bottom surface 2b at the first time, the echo 4b on the incident surface 4a, the echo 4c on the bottom surface 2b at the second time, ... It is included at a constant time interval T. Therefore, by measuring this time interval T, the thickness D of the subject 2 is calculated by the equation (1) using the sound velocity C in the subject 2 D = T · C / 2 (1)
【０００４】具体的には、図７及び図８に示すように、
超音波送受信部１から出力されるエコー信号ｂを全波整
流器５で全波整流して、包絡線検波器６で全波整流波形
を包絡線検波する。次のゲート回路６で必要な２つのエ
コー４ａ，４ｂを抽出する。抽出された２つのエコーは
次の比較回路８で一定のしきい値ＥSHと比較されて、エ
コー信号は２値化される。時間計測回路９は比較回路８
の出力信号の各立上り時刻相互間の時間間隔Ｔを計測す
る。そして、厚み算出回路１０は計測された時間間隔Ｔ
及び予め測定されている音速Ｃを用いて被検体２の厚み
Ｄを算出する。Specifically, as shown in FIGS. 7 and 8,
The full-wave rectifier 5 full-wave rectifies the echo signal b output from the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 1, and the envelope detector 6 envelope-detects the full-wave rectified waveform. The next gate circuit 6 extracts the required two echoes 4a and 4b. The two extracted echoes are compared with a constant threshold value E SH in the next comparison circuit 8, and the echo signal is binarized. The time measurement circuit 9 is the comparison circuit 8
The time interval T between the respective rising times of the output signal is measured. The thickness calculation circuit 10 then measures the measured time interval T
Also, the thickness D of the subject 2 is calculated using the sound velocity C measured in advance.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示す超音波厚み計においてもまだ解消すべき次のような
課題があった。However, the ultrasonic thickness gauge shown in FIG. 7 still has the following problems to be solved.
【０００６】すなわち、図８のタイムチャートでも理解
できるように、被検体２の厚みＤを正確に算出するに
は、エコー４ａ，４ｂ相互間の時間間隔Ｔを正確に計測
する必要がある。超音波送受信部１から出力されるエコ
ー信号ｂに含まれるエコー４ａ，４ｂ，４ｃは例えば数
ＭHz〜十数ＭHzの高周波信号であるので、立上り部分は
雑音に埋もれてしまう。その結果、正確に立上り時刻が
検出できない。That is, as can be understood from the time chart of FIG. 8, in order to accurately calculate the thickness D of the subject 2, it is necessary to accurately measure the time interval T between the echoes 4a and 4b. The echoes 4a, 4b, 4c included in the echo signal b output from the ultrasonic wave transmission / reception unit 1 are high-frequency signals of, for example, several MHz to several tens of MHz, so the rising portion is buried in noise. As a result, the rising time cannot be detected accurately.
【０００７】したがって、一般的には、エコー信号ｂに
対して包絡線検波を行い、エコー波形の立上り時刻では
なくて、立上り時刻から一定時間経過したと考えられる
波形位置を該当エコーの発生時刻と見なす。そして、該
当波形位置を特定するためにしきい値電ＥSHを用いてエ
コー波形を２値化している。Therefore, in general, envelope detection is performed on the echo signal b, and not the rising time of the echo waveform but the waveform position which is considered to have passed a certain time from the rising time is defined as the occurrence time of the echo. Take a look. Then, the echo waveform is binarized by using the threshold voltage E SH in order to specify the corresponding waveform position.
【０００８】しかし、各エコーの波形及び高さは時間経
過と共に変化する。また、底面２ｂのエコー４ｂ，４ｃ
又は入射面２ａのエコー４ａ等のエコー種類によっても
異なる。したがって、一律に同一しきい値電圧ＥSHで２
値化した場合には、各エコーの波形の同一位置を特定で
きない。したがって、正確に時間間隔Ｔが測定できな
い。However, the waveform and height of each echo change with time. Also, echoes 4b and 4c on the bottom surface 2b
Alternatively, it depends on the type of echo such as the echo 4a on the incident surface 2a. Therefore, the same threshold voltage E SH is 2
When digitized, the same position in the waveform of each echo cannot be specified. Therefore, the time interval T cannot be measured accurately.
【０００９】例えば、製鉄所における鋼管の検査ライン
に組込まれるオンライン計測用の超音波厚み計において
は、鋼管または接触子を回転させながら鋼管を軸方向に
走行させて検査を実施するために、鋼管の偏心が起こる
と、エコーの波形が時間経過に伴って変化する。このた
め、各エコー波形の検出位置が異なるので、厚みＤの測
定誤差が大きくなる。例えば５ＭHzの周波数の超音波パ
ルスを用いると、１波長（約１mm）程度の誤差は簡単に
生じてしまう。For example, in an ultrasonic thickness gauge for on-line measurement incorporated in a steel pipe inspection line in a steel mill, the steel pipe or the contactor is rotated to run the steel pipe in the axial direction to perform the inspection. When the eccentricity occurs, the waveform of the echo changes with time. Therefore, the detection position of each echo waveform is different, and the measurement error of the thickness D becomes large. For example, when an ultrasonic pulse having a frequency of 5 MHz is used, an error of about 1 wavelength (about 1 mm) easily occurs.
【００１０】また、前述したように、超音波送受信部１
から出力されるエコー信号ｂには、前記底面２ｂのエコ
ー４ａ，４ｃおよび入射面２ｂのエコー４ｂに他に多く
の雑音が含まれる。このエコー信号ｂに含まれる雑音が
大きいと、測定結果の信頼性が大きく損なわれる。As described above, the ultrasonic wave transmitter / receiver 1
The echo signal b output from the above includes a lot of noise in addition to the echoes 4a and 4c on the bottom surface 2b and the echo 4b on the incident surface 2b. If the noise included in the echo signal b is large, the reliability of the measurement result is greatly impaired.
【００１１】従来、このエコー信号ｂに含まれる雑音成
分を低減するためにアナログフィルタを用いていた。例
えば、広い周波数成分を持った電気性雑音に対しては超
音波エコーの周波数成分を通過させるＢＰＦ（バンドパ
ス・フィルタ）を用いる。このように、アナログフィル
タを用いることによって、エコー信号ｂに含まれる雑音
成分を一定レベル以下に低減できる。Conventionally, an analog filter is used to reduce the noise component contained in the echo signal b. For example, a BPF (band-pass filter) that passes the frequency component of the ultrasonic echo is used for electrical noise having a wide frequency component. Thus, by using the analog filter, the noise component contained in the echo signal b can be reduced to a certain level or less.
【００１２】一般に、エコーの周波数分布は被検体２の
超音波減衰特性によって変化することが知られている。
したがって、散乱エコー等で代表される材料性雑音に対
してＢＰＦを用いる場合、被検体２に応じて最適な特性
のフィルタを用いることが望ましい。しかし、アナログ
フィルタの通過周波数特性は簡単に変更できないので、
被検体２の材質毎にその材質の超音波減衰特性に対応し
た通過周波数特性を有した多数のフィルタを準備してお
く必要がある。このように、被検体２の材料特性に応じ
てフィルタを使い分けることは、操作性や経済性を考慮
すると、実際問題として困難である。It is generally known that the frequency distribution of the echo changes depending on the ultrasonic attenuation characteristic of the subject 2.
Therefore, when the BPF is used for material noise represented by scattered echoes, it is desirable to use a filter having optimum characteristics according to the subject 2. However, since the pass frequency characteristic of the analog filter cannot be easily changed,
For each material of the subject 2, it is necessary to prepare a large number of filters having pass frequency characteristics corresponding to the ultrasonic attenuation characteristics of the material. As described above, it is practically difficult to properly use the filter depending on the material characteristics of the object 2 in consideration of operability and economy.
【００１３】このような不都合を解消するためにデジタ
ル信号処理手法が提唱されている。すなわち、超音波送
受信部１から出力されるエコー信号ｂをＡ／Ｄ変換す
る。そして、デジタル信号に変換されたエコー信号に対
してデジタルフィルタを用いて、雑音成分を除去する。In order to eliminate such inconvenience, a digital signal processing method has been proposed. That is, the echo signal b output from the ultrasonic transmission / reception unit 1 is A / D converted. Then, a noise component is removed from the echo signal converted into the digital signal by using a digital filter.
【００１４】前述したアナログフィルタの場合は様々な
通過特性を有した多数のフィルタを用意しなければなら
ないが、例えばＦＩＲ（有限インパルス応答）デジタル
フィルタは通過特性を自由に変更できるので、被検体２
の材質に応じた通過周波数特性を設定することによっ
て、エコー信号ｂに対して最適な雑音低減処理を施すこ
とが可能である。In the case of the above-mentioned analog filter, a large number of filters having various pass characteristics must be prepared. For example, an FIR (finite impulse response) digital filter can change the pass characteristic freely, so that the subject 2
By setting the pass-frequency characteristic according to the material of the, it is possible to perform the optimum noise reduction process on the echo signal b.
【００１５】この場合、エコー信号ａを数ＭHz〜十数Ｍ
HZの高周波の階段でデジタル信号処理するためには、こ
の高周波のエコー信号ｂを直接Ａ／Ｄ変換する必要があ
る。エコー信号ｂは０Hz〜十数ＭHZの広い周波数分布を
有しているので、サンプリング定理から少なくとも２０
ＭHZ以上のサンプリング周波数ｆS でＡ／Ｄ変換する必
要がある。さらに、この高いサンプリング周波数ｆS で
順次作成される各サンプリングデータに対して演算処理
を行う必要がある。In this case, the echo signal a of several MHz to several tens of M
In order to perform digital signal processing in the high frequency step of HZ, it is necessary to directly A / D convert this high frequency echo signal b. Since the echo signal b has a wide frequency distribution of 0 Hz to tens of MHZ, at least 20 according to the sampling theorem.
It is necessary to perform A / D conversion at a sampling frequency f S of MHZ or higher. Further, it is necessary to perform arithmetic processing on each sampling data sequentially created at this high sampling frequency f S.
【００１６】このようなデジタル信号処理の条件を満た
すためには、1000ＭＩＰＳ程度の演算速度を持つ高速な
コンピュータが必要である。そのようなシステムは非常
に高額であるので、実際の超音波厚み計に組込むことは
実際的でない。In order to satisfy the conditions of such digital signal processing, a high speed computer having an operation speed of about 1000 MIPS is required. Such a system is so expensive that it is not practical to integrate it into a real ultrasonic thickness gauge.
【００１７】なお、超音波厚み計のみならず、鋼板等の
移動している被検体２に対するオンライン探傷を実施す
る場合に、欠陥位置を正確に把握する場合においても上
述した問題が生じる。In addition to the ultrasonic thickness gauge, the above-mentioned problems occur not only when the defect position is accurately grasped when performing online flaw detection on a moving object 2 such as a steel plate.
【００１８】本発明はこのような事情に鑑みてなされて
ものであり、超音波送受信部から出力されるエコー信号
をＡ／Ｄ変換して、ＦＩＦＯ型レジスタでもってサンプ
リング速度を低下させた状態で参照波形との相互相関を
取ることによって、エコーの発生タイミングを正確に検
出でき、被検体に対する各種の検査精度を向上できる超
音波信号処理装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and the A / D conversion is performed on the echo signal output from the ultrasonic wave transmitting / receiving unit and the sampling speed is reduced by the FIFO register. An object of the present invention is to provide an ultrasonic signal processing apparatus which can accurately detect the timing of echo generation and improve the accuracy of various inspections on a subject by taking cross-correlation with a reference waveform.
【００１９】さらに、この装置を組込むことによって、
エコー相互間の時間間隔の計測精度が向上でき、結果と
して厚みの測定精度を大幅に向上できる超音波厚み計を
提供することを目的とする。Further, by incorporating this device,
An object of the present invention is to provide an ultrasonic thickness gauge that can improve the measurement accuracy of the time interval between echoes, and as a result can significantly improve the measurement accuracy of thickness.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明の超音波信号処理装置は、被検体に超音波パル
スを送波しエコーを受波してエコー信号として出力する
超音波送受信部と、超音波送受信部から出力されるエコ
ー信号を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段から出力され
るエコー信号の各サンプリングデータをサンプリング周
波数と同一周波数の書込周波数で順次記憶し、記憶した
各サンプリングデータを書込周波数より低い読出周波数
で順次出力するＦＩＦＯ型レジスタと、サンプリング周
波数でデジタル化された参照エコー信号の参照波形を記
憶する参照波形レジスタと、ＦＩＦＯ型レジスタから順
次出力されるエコー信号の波形と参照波形レジスタに記
憶された参照波形との間の相関波形を算出するデジタル
相関演算回路と、デジタル相関演算回路から出力される
相関波形を含むエコー信号をアナログ信号に変換するＤ
／Ａ変換手段とを備えたものである。In order to solve the above problems, an ultrasonic signal processing apparatus according to the present invention is an ultrasonic wave transmitting / receiving apparatus for transmitting an ultrasonic pulse to a subject, receiving an echo and outputting it as an echo signal. Section, an A / D conversion unit that converts an echo signal output from the ultrasonic transmission / reception unit into a digital signal at a predetermined sampling frequency, and each sampling data of the echo signal output from the A / D conversion unit as a sampling frequency. A FIFO type register that sequentially stores at the write frequency of the same frequency and sequentially outputs each stored sampling data at a read frequency lower than the write frequency, and a reference waveform that stores a reference waveform of a reference echo signal digitized at the sampling frequency. Waveform register, waveform of echo signal sequentially output from FIFO type register and reference waveform stored in reference waveform register D converting a digital correlation arithmetic circuit for calculating a correlation waveform between the echo signal including the correlation waveform output from the digital correlation computing circuit into an analog signal
/ A conversion means.
【００２１】また、本発明の超音波厚み計においては、
超音波を送受信する超音波送受信部から出力される各エ
コーを含むエコー信号を所定のサンプリング周波数でデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変
換手段から出力されるエコー信号の各サンプリングデー
タをサンプリング周波数と同一周波数の書込周波数で順
次記憶し、この記憶した各サンプリングデータを書込周
波数より低い読出周波数で順次出力するＦＩＦＯ型レジ
スタと、サンプリング周波数でデジタル化された参照エ
コーの参照波形を記憶する参照波形レジスタと、ＦＩＦ
Ｏ型レジスタから順次出力されるエコー信号の各エコー
の波形と参照波形レジスタに記憶された各参照波形との
間の各相関波形を算出するデジタル相関演算回路と、デ
ジタル相関演算回路から出力される各相関波形を含むエ
コー信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、
Ｄ／Ａ変換手段から出力されたエコー信号に含まれる相
関波形相互間の時間差から被検体の厚みを算出する厚み
算出手段とが備えられている。Further, in the ultrasonic thickness gauge of the present invention,
A / D conversion means for converting an echo signal including each echo output from an ultrasonic transmission / reception unit that transmits and receives ultrasonic waves into a digital signal at a predetermined sampling frequency, and an echo signal output from the A / D conversion means. A FIFO register that sequentially stores each sampling data at a writing frequency that is the same as the sampling frequency, and sequentially outputs each of the stored sampling data at a reading frequency that is lower than the writing frequency, and a reference echo digitized at the sampling frequency. Reference waveform register for storing the reference waveform of
Output from the digital correlation calculation circuit for calculating each correlation waveform between the waveform of each echo of the echo signal sequentially output from the O-type register and each reference waveform stored in the reference waveform register. D / A conversion means for converting an echo signal including each correlation waveform into an analog signal,
There is provided a thickness calculation means for calculating the thickness of the subject from the time difference between the correlation waveforms included in the echo signal output from the D / A conversion means.
【００２２】また、本発明の他の発明においては、厚み
算出手段を、Ｄ／Ａ変換手段から出力されたエコー信号
を整流する整流器と、整流器の出力信号を包絡線検波す
る包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号を微分する
微分回路と、微分回路の出力信号の各相関波形に対応す
る各零クロス点を検出する零クロス点検出回路と、零ク
ロス点検出回路にて検出された各零クロス点相互間の時
間差を計測する時間計測回路と、この時間計測回路にて
測定された時間差及び被検体内の音速から厚みを算出す
る厚み算出回路とで構成している。In another invention of the present invention, the thickness calculating means includes a rectifier for rectifying the echo signal output from the D / A converting means, and an envelope detector for performing envelope detection of the output signal of the rectifier. , A differential circuit that differentiates the output signal of the envelope detector, a zero-cross point detection circuit that detects each zero-cross point corresponding to each correlation waveform of the output signal of the differential circuit, and a zero-cross point detection circuit The time measuring circuit measures the time difference between the respective zero cross points, and the thickness calculating circuit calculates the thickness from the time difference measured by the time measuring circuit and the sound velocity in the subject.
【００２３】[0023]
【作用】このように構成された超音波信号処理装置及び
超音波厚み計の動作原理を説明する。The operation principle of the ultrasonic signal processing device and the ultrasonic thickness gauge configured as described above will be described.
【００２４】例えば数ＭHz〜十数ＭHzの周波数成分を有
するエコーを含むエコー信号は、この高い周波数成分を
有する波形を十分分析できる高い例えば２０ＭHZ以上の
サンプリング周波数ｆS でＡ／Ｄ変換されて、デジタル
のエコー信号となる。このデジタルのエコー信号はサン
プリング周波数ｆS に等しい書込周波数でＦＩＦＯ型レ
ジスタに書込まれ、サンプリング周波数ｆS より低い読
出周波数ｆR で読出される。したがって、ＦＩＦＯ型レ
ジスタから出力されるデジタルのエコー信号のサンプリ
ング速度は低下する。For example, an echo signal including an echo having a frequency component of several MHz to several tens of MHz is A / D converted at a high sampling frequency f S of , for example, 20 MHz or more, which can sufficiently analyze a waveform having this high frequency component, It becomes a digital echo signal. Echo signal of this digital is written into the FIFO register equal write frequency to the sampling frequency f S, is read at a sampling frequency f lower than the S read frequency f R. Therefore, the sampling speed of the digital echo signal output from the FIFO register decreases.
【００２５】一方、参照波形レジスタ内には、基準とな
る参照エコー信号のデジタル化された参照波形が記憶さ
れている。そして、デジタル相関演算回路でＦＩＦＯ型
レジスタから出力されたデジタルのエコー信号の波形と
参照波形レジスタに記憶された参照波形との間の相関波
形が算出される。On the other hand, in the reference waveform register, the digitized reference waveform of the reference reference echo signal is stored. Then, the correlation waveform between the waveform of the digital echo signal output from the FIFO type register and the reference waveform stored in the reference waveform register is calculated by the digital correlation calculation circuit.
【００２６】デジタル相関演算回路は、エコー信号に含
まれる前記高周波のエコー波形と参照波形との相関関波
形を算出する。具体的には、相関関波形においては、両
方の波形が位相及び振幅で一致した位置で振幅が正の最
大値となり、両者の振幅が一致しているが位相が１／２
波長（１８０°）ずれた位置で振幅が負の最大値とな
る。そして、両者の振幅の差が大きくなるに伴い、ま
た、位相差が９０°または２７０°に近づくに伴い、相
関関波形の振幅値が減少する。The digital correlation calculation circuit calculates a correlation waveform between the high frequency echo waveform contained in the echo signal and the reference waveform. Specifically, in the correlation waveform, the amplitude has a positive maximum value at a position where both waveforms match in phase and amplitude, and both amplitudes match but the phase is 1/2.
The amplitude has a negative maximum value at the position shifted by the wavelength (180 °). The amplitude value of the correlation waveform decreases as the difference between the two amplitudes increases, and as the phase difference approaches 90 ° or 270 °.
【００２７】したがって、エコー信号のエコー波形のう
ちの参照波形に最も近似する位置はエコー波形のほぼ中
心位置である。波形の立上り近傍位置や立下り近傍位置
における参照波形に対する近似度は小さくなる。その結
果、デジタル相関演算回路から出力されるデジタルのエ
コー信号に含まれるエコーの包絡線波形は、波形の中心
位置が最も振幅が大きい山型波形となる。Therefore, of the echo waveforms of the echo signal, the position most approximate to the reference waveform is the substantially central position of the echo waveform. The degree of approximation to the reference waveform becomes smaller at the rising edge position and the falling edge position of the waveform. As a result, the envelope waveform of the echo included in the digital echo signal output from the digital correlation calculation circuit becomes a mountain-shaped waveform with the largest amplitude at the center position of the waveform.
【００２８】この山型包絡線波形を有する相関波形を含
むエコー信号を再度Ｄ／Ａ変換すると、このアナログの
エコー信号における各エコーに対応する相関波形の最大
振幅位置が、エコー波形の中心位置であると特定でき
る。すわわち、振幅値の大きい、波形の中心位置でもっ
て波形位置を特定しているので、従来のＳ／Ｎが小さい
立上り，立下り位置で波形位置を特定する場合に比較し
て、格段に波形位置測定精度が向上する。When the echo signal containing the correlation waveform having the mountain-shaped envelope waveform is D / A-converted again, the maximum amplitude position of the correlation waveform corresponding to each echo in the analog echo signal becomes the center position of the echo waveform. Can be specified. That is, since the waveform position is specified by the center position of the waveform with a large amplitude value, compared to the conventional case where the waveform position is specified at the rising and falling positions with a small S / N, it is remarkably different. The accuracy of waveform position measurement is improved.
【００２９】このように、エコー信号に含まれる各エコ
ーの中心位置を正確に特定できる。したがって、エコー
信号における各エコーの発生時間位置が正確に求まるの
で、被検体内における該当エコーの発生位置、すなわ
ち、底面位置や欠陥位置や異材料の接合位置等を正確に
特定できる。In this way, the center position of each echo included in the echo signal can be accurately specified. Therefore, since the generation time position of each echo in the echo signal is accurately obtained, the generation position of the corresponding echo in the subject, that is, the bottom surface position, the defect position, the bonding position of the dissimilar materials, etc. can be accurately specified.
【００３０】また、本発明の超音波厚み計においては、
上述した超音波信号処理装置を用いることによって、エ
コー信号に含まれる被検体の入射面と底面とにおける各
エコー波形の各中心位置がそれそれぞれ特定されるの
で、各エコーに対応する相関波形相互間の時間差から被
検体の厚みが算出される。Further, in the ultrasonic thickness gauge of the present invention,
By using the above-mentioned ultrasonic signal processing device, since the respective center positions of the respective echo waveforms on the incident surface and the bottom surface of the subject included in the echo signal are respectively specified, the correlation waveforms corresponding to the respective echoes The thickness of the subject is calculated from the time difference of.
【００３１】なお、エコー信号に含まれる山型形状を有
する各相関波形の最大値は、該当エコー信号を全波整流
し、包絡線検波を行い、さらに微分を実施すると、中心
位置でエコー信号は０レベルラインを横切るので、零ク
ロス点を検出することによって簡単にかつ精度よく求ま
る。The maximum value of each correlation waveform having a mountain shape included in the echo signal is obtained by full-wave rectifying the corresponding echo signal, performing envelope detection, and further differentiating the echo signal at the center position. Since it crosses the 0 level line, it can be easily and accurately obtained by detecting the zero crossing point.
【００３２】[0032]
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００３３】第１図は実施例の超音波信号処理装置が組
込まれた超音波厚み計を示すブロック図である。図７に
示す従来の超音波厚み計と同一部分には同一符号が付し
てある。したがって、重複する部分の詳細説明は省略さ
れている。FIG. 1 is a block diagram showing an ultrasonic thickness gauge in which the ultrasonic signal processing device of the embodiment is incorporated. The same parts as those of the conventional ultrasonic thickness gauge shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals. Therefore, detailed description of the overlapping portions is omitted.
【００３４】クロック信号発生回路１１は、例えば、周
波数ｆS ＝２５ＭHZのクロック信号ｄを出力する。クロ
ック信号発生回路１１から出力されたクロック信号ｄは
超音波送受信部１へ印加される。また、このクロック信
号ｄは遅延回路１２，書込時間カウンタ１３，Ａ／Ｄ変
換器１４，分周器１５へも送出される。さらに、ＡＮＤ
ゲート１６を介してＦＩＦＯ型レジスタ１７の書込クロ
ック端子へ印加される。The clock signal generation circuit 11 outputs a clock signal d having a frequency f S = 25 MHz, for example. The clock signal d output from the clock signal generation circuit 11 is applied to the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 1. The clock signal d is also sent to the delay circuit 12, the write time counter 13, the A / D converter 14, and the frequency divider 15. Furthermore, AND
It is applied to the write clock terminal of the FIFO type register 17 through the gate 16.
【００３５】超音波送受信部１は入力されたクロック信
号ｄを分周して一定周期Ｔ0 毎にパルス信号を、被検体
２に直接または水等の遅延材を介して取付けられた探触
子３へ送出する。探触子３は受信したパルス信号を、超
音波パルス４に変換して被検体２へ印加する。入射面２
ａを介して被検体２内へ入力された超音波パルス４は被
検体２の底面２ｂで反射して再度探触子３で受波され
る。また、一部の超音波４は入射面２ａで再度被検体２
内方向へ反射され、再度底面２ｂで反射され、探触子３
へ入射する。The ultrasonic wave transmitting / receiving section 1 divides the input clock signal d and outputs a pulse signal at a constant cycle T 0 to the subject 2 directly or via a delay material such as water. Send to 3. The probe 3 converts the received pulse signal into an ultrasonic pulse 4 and applies it to the subject 2. Incident surface 2
The ultrasonic pulse 4 input into the subject 2 via a is reflected by the bottom surface 2b of the subject 2 and received again by the probe 3. In addition, some of the ultrasonic waves 4 are again incident on the incident surface 2a by the subject 2 again.
The probe 3 is reflected inward and again on the bottom surface 2b.
Incident on.
【００３６】探触子３は底面２ｂ及び入射面２ａで反射
された各エコーを電気信号に変換して超音波送受信部１
へ送信する。超音波送受信部１はその電気信号を増幅し
てエコー信号ｂとしＡ／Ｄ変換器１４へ送出する。した
がって、エコー信号ｂには、図４のタイムチャートに示
すように、１回目の底面２ｂのエコー４ａ，次に入射面
４ａのエコー４ｂ，さらに２回目の底面２ｂのエコー４
ｃ，…等の多数のエコーが一定の時間間隔で含まれる。The probe 3 converts the respective echoes reflected by the bottom surface 2b and the incident surface 2a into electric signals, and the ultrasonic wave transmitting / receiving section 1
Send to. The ultrasonic wave transmitting / receiving unit 1 amplifies the electric signal and outputs it as an echo signal b to the A / D converter 14. Therefore, as shown in the time chart of FIG. 4, the echo signal b includes an echo 4a on the bottom surface 2b for the first time, an echo 4b on the incident surface 4a, and an echo 4 on the bottom surface 2b for the second time.
A large number of echoes such as c, ... Are included at regular time intervals.
【００３７】Ａ／Ｄ変換器１４はクロック信号ｄの周波
数をサンプリング周波数ｆS として用いて、入力された
エコー信号ｂを例えばｎビットのデジタル信号に変換す
る。デジタル信号に変換されたエコー信号ｂ1 は次のＦ
ＩＦＯ型レジスタ１７のデータ入力端子へ印加される。The A / D converter 14 uses the frequency of the clock signal d as the sampling frequency f S to convert the input echo signal b into an n-bit digital signal, for example. The echo signal b 1 converted into a digital signal is the next F
It is applied to the data input terminal of the IFO type register 17.
【００３８】一方、超音波送受信部１はパルス信号を探
触子３へ送出するタイミングに同期してトリガ信号ｃを
遅延回路１２へ送出する。遅延回路１２は、一種のカウ
ンタで構成されており、トリガ信号ｃが入力するとクロ
ック信号ｄを用いて予め時間設定回路１８にて設定され
ている遅延時間ＴD の計時を開始し、遅延時間ＴD の計
時が終了すると起動信号ｅを書込時間カウンタ１４へ送
出する。On the other hand, the ultrasonic wave transmitting / receiving section 1 sends the trigger signal c to the delay circuit 12 in synchronization with the timing of sending the pulse signal to the probe 3. The delay circuit 12 is composed of a kind of counter. When the trigger signal c is input, the delay circuit 12 starts counting the delay time T D set in advance by the time setting circuit 18 using the clock signal d, and the delay time T When the timing of D is completed, the activation signal e is sent to the writing time counter 14.
【００３９】なお、この遅延時間ＴD は、探触子３と被
検体２との間に水やその他の遅延材が介挿された場合
に、エコー信号ｂの測定開始時間を遅らせるために設け
ている。書込時間カウンタ１３は起動信号ｅが入力され
ると、図４に示すように、予め時間設定回路１８にて設
定されている書込時間（測定期間）ＴM だけハイ（Ｈ）
レベルを維持する書込許可信号ｇを次のＡＮＤゲート１
６へ送出する。その結果、ＦＩＦＯ型レジスタ１７は、
測定期間（書込時間）ＴM だけＡ／Ｄ変換器１４から出
力されたデジタルのエコー信号ｂ1 の各サンプルデータ
をサンプリング周波数ｆS と同一の書込周波数で順番に
取り込んで記憶する。The delay time T D is provided in order to delay the measurement start time of the echo signal b when water or another delay material is inserted between the probe 3 and the subject 2. ing. When the activation signal e is input to the writing time counter 13, as shown in FIG. 4, the writing time counter 13 is high (H) for the writing time (measurement period) T M set in advance by the time setting circuit 18.
The write enable signal g for maintaining the level is transferred to the next AND gate 1
Send to 6. As a result, the FIFO type register 17 is
Each sample data of the digital echo signal b 1 output from the A / D converter 14 is sequentially captured and stored at the same writing frequency as the sampling frequency f S for the measurement period (writing time) T M.
【００４０】一方、分周器１６は入力したクロック信号
ｄの周波数ｆS （＝２５ＭHz）を１／５に分周して分周
クロック信号ｄ1 （周波数ｆR ＝５ＭHz) として、読出
時間カウンタ１９，テジタル信号処理部２０，Ｄ／Ａ変
換器２１の各クロック端子へ印加する。さらに、分周ク
ロック信号ｄ1 はＡＮＤゲート２２を介してＦＩＦＯ型
レジスタ１７の読出ロック端子へ印加される。On the other hand, the frequency divider 16 divides the frequency f S (= 25 MHz) of the input clock signal d into ⅕ to generate a divided clock signal d 1 (frequency f R = 5 MHz), which is a read time counter. 19, digital signal processor 20, and D / A converter 21 are applied to respective clock terminals. Further, the divided clock signal d 1 is applied to the read lock terminal of the FIFO type register 17 via the AND gate 22.
【００４１】読出時間カウンタ１９は、遅延回路１２か
ら起動信号ｅが入力されると、予め時間設定回路１８に
て設定されている読出時間（信号処理時間）ＴR だけハ
イ（Ｈ）レベルを維持する読出許可信号ｈをＡＮＤゲー
ト２２へ送出する。その結果、ＦＩＦＯ型レジスタ１７
は、読出時間（信号処理時間）ＴR だけ記憶した各デー
タをデジタルのエコー信号ｂ2 として、次のデジタル信
号処理部２０へ送出する。When the activation signal e is input from the delay circuit 12, the read time counter 19 maintains the high (H) level for the read time (signal processing time) T R set in advance by the time setting circuit 18. The read permission signal h is output to the AND gate 22. As a result, the FIFO type register 17
Sends each data stored for the read time (signal processing time) T R to the next digital signal processing unit 20 as a digital echo signal b 2 .
【００４２】なお、時間設定回路１８にて設定さる読出
時間（信号処理時間）ＴR と書込時間（測定期間）ＴM
との比（ＴR ／ＴM ）は分周器１５の分周比Ｎd （＝
５）に設定されている。したがって、書込時間ＴM にＦ
ＩＦＯ型レジスタ１７に書込まれた全部のデータは読出
時間ＴR において全て読出される。デジタル信号処理部
２０は例えば図２に示すように、参照波形レジスタ２２
とデジタル相関演算回路２３と雑音除回路２４とで構成
されている。The read time (signal processing time) T R and the write time (measurement period) T M set by the time setting circuit 18 are set.
The ratio (T R / T M ) to the frequency division ratio N d (=
It is set to 5). Therefore, at the write time T M , F
All the data written in the IFO type register 17 are all read at the read time T R. As shown in FIG. 2, for example, the digital signal processing unit 20 includes a reference waveform register 22.
And a digital correlation calculation circuit 23 and a noise elimination circuit 24.
【００４３】参集波形レジスタ２２内にはエコー信号ｂ
に含まれるエコーの基準となる参照波形が記憶される。
具体的には、図３（ａ）に示すように、参照波形２２ａ
をサンプリング周波数ｆS でサンプリンクされたｎビッ
ト構成の各データＣ1 ，Ｃ2，Ｃ3 ，…，ＣN が記憶さ
れている。The echo signal b is stored in the assembly waveform register 22.
A reference waveform serving as a reference of the echo included in is stored.
Specifically, as shown in FIG. 3A, the reference waveform 22a
Each of the n-bit-structured data C 1 , C 2 , C 3, ..., C N which is sampled at the sampling frequency f S is stored.
【００４４】この参照波形２２ａは、実際に被検体２に
対する厚さ測定を実施する前に、超音波４の音速度Ｃを
校正する場合における被検体２の底面２ｂ，入射面２ａ
におけるエコー波形を基準波形として用いている。な
お、雑音除去回路２４は参照波形２２ａを参照波形レジ
スタ２２に書込む際に、異常データ値等を除去する機能
を有する。The reference waveform 22a is the bottom surface 2b and the incident surface 2a of the subject 2 when the sound velocity C of the ultrasonic wave 4 is calibrated before actually measuring the thickness of the subject 2.
The echo waveform in is used as the reference waveform. The noise removal circuit 24 has a function of removing an abnormal data value or the like when writing the reference waveform 22a into the reference waveform register 22.
【００４５】デジタル相関演算回路２３は、図示するよ
うに、分周クロック信号ｄ1 の周波数（ｆR ＝５ＭHz）
で動作するＮ次のＦＩＲデジタルフィルタで構成されて
いる。すなわち、このデジタル相関演算回路２３は、Ｎ
個の乗算器２３ａと，Ｎ個の加算器２３ｂと、Ｎ個の遅
延器２３ｃとで構成されている。The digital correlation calculation circuit 23, as shown in the figure, has the frequency of the divided clock signal d 1 (f R = 5 MHz).
It is composed of an Nth-order FIR digital filter that operates in. That is, the digital correlation calculation circuit 23
The number of multipliers 23a, the number of N adders 23b, and the number of N delay units 23c.
【００４６】各乗算器２３ｓには分周クロック信号ｄ1
に同期して順次入力されるデジタルのエコー信号ｂ2 の
各データが印加される。また、各乗算器２３ｓには前記
参波レジスタ２２に記憶された参照波形２２ａの各デー
タＣ1 〜ＣN が印加される。したがって、各乗算器２３
ａはエコー信号の各データと参照波形２２ａの各データ
とを乗算して各加算器２３ｂへ送出する。また、各遅延
器２３ｃは、分周クロック信号ｄ1 の周期Ｔ1 に相当す
る２００ｎｓの遅延を行う。The divided clock signal d 1 is supplied to each multiplier 23s.
Each data of the digital echo signal b 2 which is sequentially input in synchronism with is applied. Further, the respective data C 1 to C N of the reference waveform 22a stored in the reference wave register 22 are applied to the respective multipliers 23s. Therefore, each multiplier 23
a multiplies each data of the echo signal by each data of the reference waveform 22a and sends it to each adder 23b. Each delay unit 23c delays by 200 ns, which corresponds to the cycle T 1 of the divided clock signal d 1 .
【００４７】各加算器２３ｂは各遅延器２３ｃで一定時
間Ｔ1 ずつ遅延された各乗算器２３ａの各乗算値を加算
する。したがって、最終的には、このデジタル相関演算
回路２３は、順次入力される合計Ｎ個の入力データｘ
（ｋＴ1 ）に対して(2) 式で示される積和演算を実施し
て、出力データｙ（ｋＴ1 ）を得る。Each adder 23b adds each multiplication value of each multiplier 23a delayed by a predetermined time T 1 by each delay device 23c. Therefore, finally, the digital correlation calculation circuit 23 receives a total of N input data x sequentially input.
(KT 1) with respect to (2) to implement a product-sum operation shown by equation to obtain the output data y (kT 1).
【００４８】[0048]
【数１】 なお、この(2) 式に示される処理演算は当然前記周期Ｔ
1 （＝200ns ）内に行われる。[Equation 1] The processing calculation shown in the equation (2) is naturally performed in the cycle T
It is done within 1 (= 200ns).
【００４９】次に、この(2) 式によると、参照波形レジ
スタ２２に記憶されている参照波形２２ａの各データ値
とデジタル相関演算回路２３に入力されるエコー信号ｂ
2 の各データ値が同時に大きいタイミングで、加算器２
３ｂに印加される値が最大となる。したがって、前述し
たように、(2) 式は、入力されたエコー信号ｂ2 の参照
波形に対する相関波形を示す。例えば、図３（ｂ）に示
す参照波形が参照波形レジスタ２２に記憶された状態
で、図３（ｃ）に示すエコー波形を有するエコー信号ｂ
2 が入力すると、図３（ｄ）に示すエコー波形の中心位
置が最も振幅が大きい山型の相関波形を有するエコー信
号ｂ3 が出力される。Next, according to this equation (2), each data value of the reference waveform 22a stored in the reference waveform register 22 and the echo signal b input to the digital correlation calculation circuit 23 are input.
When each data value of 2 is large at the same time, adder 2
The value applied to 3b is maximum. Therefore, as described above, the equation (2) shows the correlation waveform of the input echo signal b 2 with respect to the reference waveform. For example, in the state where the reference waveform shown in FIG. 3B is stored in the reference waveform register 22, the echo signal b having the echo waveform shown in FIG.
When 2 is input, an echo signal b 3 having a peak-shaped correlation waveform with the largest amplitude at the center position of the echo waveform shown in FIG. 3D is output.
【００５０】デジタル信号処理部２０から出力された相
関波形を含むエコー信号ｂ3 は次のＤ／Ａ変換器２１へ
印加される。Ｄ／Ａ変換器２１は、印加されたデジタル
のエコー信号ｂ3 を分周クロック信号ｄ1 の周期Ｔ
1 （＝１／ｆR ）で取込んでアナログのエコー信号ｂ4
に変換する。したがって、このエコー信号ｂ4 は超音波
送受信部１から出力されるエコー信号ｂに比較して時間
軸が５倍に拡大されている。The echo signal b 3 containing the correlation waveform output from the digital signal processing section 20 is applied to the next D / A converter 21. The D / A converter 21 converts the applied digital echo signal b 3 into the cycle T of the divided clock signal d 1 .
Analog echo signal b 4 acquired by capturing 1 (= 1 / f R ).
Convert to. Therefore, the time axis of the echo signal b 4 is magnified five times as compared with the echo signal b output from the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 1.
【００５１】Ｄ／Ａ変換器２１から出力されたアナログ
のエコー信号ｂ4 は全波整流器２５で全波整流されたの
ち包絡線検波器２６へ入力される。包絡線検波器２６に
て包絡線検波されたエコー信号ｂ6 のエコー波形（相関
波形）は微分回路２７にて微分される。微分回路２７に
て微分されたエコー信号ｂ7 は次の零クロス点検出回路
２８へ入力される。The analog echo signal b 4 output from the D / A converter 21 is full-wave rectified by the full-wave rectifier 25 and then input to the envelope detector 26. The echo waveform (correlation waveform) of the echo signal b 6 whose envelope is detected by the envelope detector 26 is differentiated by the differentiating circuit 27. The echo signal b 7 differentiated by the differentiation circuit 27 is input to the next zero cross point detection circuit 28.
【００５２】零クロス点検出回路２８は、図４のタイム
チャートに示すように、微分されたエコー信号ｂ7 にお
けるエコー波形の（＋）側から（−）側への極性転換に
応動して信号レベルがＨレベルへ立上り、エコー波形の
（−）側から（＋）側への極性転換に応動して信号レベ
ルがＬレベルへ立下がる零クロス検出信号ｉを出力す
る。As shown in the time chart of FIG. 4, the zero-cross point detection circuit 28 responds to the polarity change from the (+) side to the (-) side of the echo waveform in the differentiated echo signal b 7, and outputs the signal. The level rises to the H level, and in response to the polarity change from the (-) side of the echo waveform to the (+) side, the zero-cross detection signal i whose signal level falls to the L level is output.
【００５３】時間計測回路２９は、例えばカウンタ等で
構成されており、零クロス点検出回路２８から出力され
た零クロス検出信号ｉにおけるＨレベル期間の継続時
間、すなわち、各エコー波形の時間間隔Ｔ2 を計測す
る。計測された時間間隔Ｔ2 は次の厚み算出回路３０へ
入力される。厚み算出回路３０は、入力した時間間隔Ｔ
2と，被検体２の材質で定まる予め測定されて超音波４
の音速Ｃと、分周器１５の分周比Ｎd を用いて(3) 式で
被検体２の厚みＤを算出する。 Ｄ＝Ｔ2 ・Ｃ／（２・Ｎd ） …(3) 算出された厚みＤは出力端子３１に接続されている図示
しない表示部に表示される。このように構成された超音
波厚み計の動作を図４に示すタイムチャートを用いて説
明する。The time measuring circuit 29 is composed of, for example, a counter, and the duration of the H level period in the zero cross detection signal i output from the zero cross point detection circuit 28, that is, the time interval T of each echo waveform. Measure 2 . The measured time interval T 2 is input to the next thickness calculation circuit 30. The thickness calculation circuit 30 receives the input time interval T
2 and the ultrasonic wave 4 measured in advance that is determined by the material of the subject 2.
The thickness D of the subject 2 is calculated by the equation (3) using the sound velocity C of S and the frequency division ratio Nd of the frequency divider 15. D = T2.C / (2.Nd) (3) The calculated thickness D is displayed on a display unit (not shown) connected to the output terminal 31. The operation of the ultrasonic thickness gauge thus configured will be described with reference to the time chart shown in FIG.
【００５４】時刻ｔ0 にてトリガ信号ｃに同期して、超
音波パルス４が被検体２内に送波されると、この超音波
パルス４は底面２ｂ，入射面２ａ，底面２ｂ，入射面２
ａ，…と反射を繰り返しなが減衰していく。その結果、
超音波送受信部１から出力されるエコー信号ｂには、各
面２ａ，２ｂにおけるエコー４ａ，４ｂ，４ｃ…が現れ
る。このエコー信号ｂはデジタルのエコー信号ｂ1 に変
換される。When the ultrasonic pulse 4 is transmitted into the subject 2 in synchronization with the trigger signal c at time t 0 , the ultrasonic pulse 4 is transmitted through the bottom surface 2b, the incident surface 2a, the bottom surface 2b, and the incident surface. Two
Reflection is repeated a, ..., But it attenuates. as a result,
Echoes 4a, 4b, 4c ... On the respective surfaces 2a, 2b appear in the echo signal b output from the ultrasonic wave transmitting / receiving unit 1. This echo signal b is converted into a digital echo signal b 1 .
【００５５】時刻ｔ0 から遅延時間ＴD が経過すると、
書込許可信号ｇが測定期間ＴM だけＨレベルとなる。こ
の測定期間ＴM は、１回目の底面２ｂのエコー４ａと１
回目の入射面２ａのエコー４ｂのみが含まれる長さに設
定されている。測定期間ＴMにＦＩＦＯ型レジスタ１７
に書込まれたエコー信号ｂ1 の各データは同時に読出開
始される。なお、読出速度は書込速度の１／５である。When the delay time T D elapses from the time t 0 ,
The write enable signal g becomes H level for the measurement period T M. This measurement period T M is equal to the first echoes 4a on the bottom surface 2b and 1
The length is set to include only the echo 4b on the incident surface 2a for the second time. FIFO type register 17 in the measurement period T M
The respective pieces of data of the echo signal b 1 written in (3) are simultaneously started to be read. The reading speed is ⅕ of the writing speed.
【００５６】測定期間ＴM の５倍の読出時間ＴR をかけ
て読出されたエコー信号ｂ2 の各エコー４ａ，４ｂはデ
ジタル信号処理部２０のデジタル相関演算部２３にて参
照波形２２ａとの相関がとられて、山型の相関波形４ａ
1 ，４ｂ1 となる。これらの各相関波形４ａ1 ，４ｂ1
は全波整流され、包絡線検波され、さらに微分される。
そして、各エコー４ａ．４ｂに対応する各微分波形の零
クロス点が零クロス点検出回路２８で検出されて、零ク
ロス点相互間の時間間隔Ｔ2 計測されて、最終的に被検
体２の厚みＤが算出される。The echoes 4a, 4b of the echo signal b 2 read over the read time T R which is five times the measurement period T M are compared with the reference waveform 22a by the digital correlation calculator 23 of the digital signal processor 20. Correlation is performed, and a mountain-shaped correlation waveform 4a
1 and 4b 1 . These correlation waveforms 4a 1 and 4b 1
Is full-wave rectified, envelope detected, and further differentiated.
Then, each echo 4a. The zero cross point of each differential waveform corresponding to 4b is detected by the zero cross point detection circuit 28, the time interval T 2 between the zero cross points is measured, and the thickness D of the subject 2 is finally calculated. .
【００５７】このように構成された超音波厚み計におい
ては、図５（ａ）に示すように、測定されたエコー信号
ｂに含まれる各エコー４ａ，４ｂは、相関演算処理され
て、中心位置が最大振幅となる山型の相関波形となり、
全波整流され、包絡線検波され、最後に微分処理され
る。したがって、各エコー４ａ．４ｂの中心位置が正確
に求まるので、エコー４ａ，４ｂ相互間の時間間隔Ｔ1
が精度良く計測される。なお、デジタル相関演算を実施
しない場合は、図５（ｂ）に示すように、エコーを全波
整流し、包絡線検波を実施し、微分処理を実施したとし
ても、零クロス点は、信号レベルが小さくかつＳ／Ｎが
悪いエコーの立上が位置と立下り位置との２か所に現
れ、正確にエコー位置を特定できない。In the ultrasonic thickness gauge constructed as described above, as shown in FIG. 5A, the echoes 4a and 4b included in the measured echo signal b are subjected to the correlation calculation processing to obtain the center position. Is a mountain-shaped correlation waveform with maximum amplitude,
Full-wave rectification, envelope detection, and finally differential processing. Therefore, each echo 4a. Since the center position of 4b is accurately obtained, the time interval T 1 between the echoes 4a and 4b is
Is accurately measured. When the digital correlation calculation is not performed, as shown in FIG. 5B, even if the echo is full-wave rectified, the envelope detection is performed, and the differential processing is performed, the zero-cross point is at the signal level. Is small and the S / N is poor, the rising of the echo appears at two positions, the position and the falling position, and the echo position cannot be accurately specified.
【００５８】一方、本発明の手法によれば、エコー波形
の中心位置でエコー４ａ，４ｂの時間位置を検出してい
るので、たとえエコー４ａ，４ｂの立上が部分に雑音等
によりＳ／Ｎが劣化したとしても、正確に時間間隔を測
定できる。On the other hand, according to the method of the present invention, since the time positions of the echoes 4a and 4b are detected at the center position of the echo waveform, even if the rising edges of the echoes 4a and 4b are S / N due to noise or the like. Even if is deteriorated, the time interval can be accurately measured.
【００５９】また、各エコー４ａ，４ｂの全体の大きさ
（信号レベル）が変化したとしても、エコー４ａ，４ｂ
の中心位置は変化しないので、図７に示すしきい値電圧
ＥSHでエコー位置を把握していた従来超音波厚み計に比
較して、厚みＤの測定精度を大幅に向上できる。Even if the overall size (signal level) of each echo 4a, 4b changes, the echo 4a, 4b
Since the center position of No. 1 does not change, the accuracy of measurement of the thickness D can be greatly improved as compared with the conventional ultrasonic thickness meter in which the echo position is grasped by the threshold voltage E SH shown in FIG.
【００６０】さらに、ＦＩＦＯ型レジスタ１７を用いて
デジタルのエコー信号のサンプリング速度を低下させて
デジタル演算処理を実施している。したがって、被検体
１に印加する超音波パルス４の周波数をたとえ数十ＭHz
のような高い周波数を用いたとしても、通常の処理速度
のデジタル演算回路を用いて参照波形に対する相関関係
を正確に演算できる。よって、装置全体の製造費を低減
できる。Further, the FIFO type register 17 is used to reduce the sampling speed of the digital echo signal to perform the digital arithmetic processing. Therefore, even if the frequency of the ultrasonic pulse 4 applied to the subject 1 is several tens of MHz.
Even if such a high frequency is used, it is possible to accurately calculate the correlation with respect to the reference waveform by using a digital arithmetic circuit having a normal processing speed. Therefore, the manufacturing cost of the entire device can be reduced.
【００６１】図６は本発明の他の実施例の超音波厚み計
を示すブロック図である。図１の実施例と同一部分には
同一符号が付してある。したがって、重複する部分の詳
細説明は省略されている。FIG. 6 is a block diagram showing an ultrasonic thickness gauge according to another embodiment of the present invention. The same parts as those in the embodiment of FIG. 1 are designated by the same reference numerals. Therefore, detailed description of the overlapping portions is omitted.
【００６２】この実施例においては、超音波送受信部１
から出力されるエコー信号ｂの信号路に沿って、Ａ／変
換器１４，第１のＦＩＦＯ型レジスタ１７ａ，デジタル
信号処理部２０，第２のＦＩＦＯ型レジスタ１７ｂ，Ｄ
／Ａ変換器２１が介挿されている。Ｄ／Ａ変換器２１以
降厚み算出回路３０ａまでは、図１と同じである。In this embodiment, the ultrasonic wave transmitter / receiver 1
A / converter 14, first FIFO type register 17a, digital signal processing unit 20, second FIFO type register 17b, D along the signal path of the echo signal b output from
The / A converter 21 is inserted. The D / A converter 21 and the subsequent thickness calculation circuits 30a are the same as those in FIG.
【００６３】この実施例においては、第１のＦＩＦＯ型
レジスタ１７ａでエコー信号ｂ1 のサンプリング速度を
１／Ｎd に低下させて、デジタル演算処理を実行する
が、デジタル信号処理部２０から出力されたエコー信号
ｂ3 を第２のＦＩＦＯ型レジスタ１７ｂでもって、元の
サンプリング速度に戻している。そして。元のサンプリ
ング速度のエコー信号ｂ8 をＤ／Ａ変換器２１でアナロ
グのエコー信号ｂ9 へ変換している。In this embodiment, the sampling speed of the echo signal b 1 is reduced to 1 / Nd by the first FIFO type register 17a and the digital arithmetic processing is executed, but the digital signal processing section 20 outputs it. The echo signal b 3 is returned to the original sampling rate by the second FIFO type register 17b. And. The echo signal b 8 at the original sampling speed is converted into an analog echo signal b 9 by the D / A converter 21.
【００６４】具体的には、第１のＦＩＦＯ型レジスタ１
７ａの読出時間カウンタ１９の読出許可信号ｈで、第１
のＦＩＦＯ型レジスタ１７ａを分周クロック信号ｄ1 で
読出開始させると共に、同一の分周クロック信号ｄ1 で
第２のＦＩＦＯ型レジスタ１７ｂにデータの書込を開始
させる。また、第２のＦＩＦＯ型レジスタ１７ｂの読出
時間カウンタ３２は、前記読出時間カウンタ１９の読出
許可信号ｈの終了時刻に立上り、測定時間ＴM だけＨレ
ベルが継続する読出許可信号ｊをＡＮＤゲート３３へ送
出する。第２のＦＩＦＯ型レジスタ１７ｂの読出クロッ
ク端子にはＡＮＤゲート３３を介してクロック信号発生
回路１１からサンプリング周波数ｆS のクロック信号ｄ
が印加されている。Specifically, the first FIFO type register 1
The read enable signal h of the read time counter 19 of 7a
The FIFO type register 17a in the divided clock signals d 1 causes start reading, to start writing of data to the second FIFO type register 17b at the same divided clock signal d 1. The read time counter 32 of the second FIFO register 17b rises at the end time of the read enable signal h of the read time counter 19 and outputs the read enable signal j whose H level continues for the measurement time T M to the AND gate 33. Send to. A clock signal d having a sampling frequency f S from the clock signal generation circuit 11 is supplied to the read clock terminal of the second FIFO type register 17b via the AND gate 33.
Is being applied.
【００６５】したがって、元のエコー信号ｂと同一時間
軸を有するエコー信号ｂ9 が全波整流回路２５へ入力さ
れる。また、厚み算出回路３０ａは、時間計測回路２９
で得られた時間間隔Ｔに対して前述した(1) 式を用いて
被検体２の厚みＤを算出する。 Ｄ＝Ｔ・Ｃ／２ (1) Therefore, the echo signal b 9 having the same time axis as the original echo signal b is input to the full-wave rectifier circuit 25. Further, the thickness calculation circuit 30a includes a time measurement circuit 29a.
The thickness D of the subject 2 is calculated by using the above-described equation (1) with respect to the time interval T obtained in (1). D = T ・ C / 2 (1)
【００６６】このように構成された超音波厚み計におい
ても、デジタル信号処理部２０において各エコーの相関
波形が算出されるので、図１に示した実施例とほぼ同様
の効果を得ることかできる。Also in the ultrasonic thickness gauge constructed as described above, the correlation waveform of each echo is calculated in the digital signal processing section 20, so that it is possible to obtain substantially the same effect as that of the embodiment shown in FIG. .
【００６７】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例の超音波信号処理装置を超音波
厚み計に組込んだ場合を説明したが、例えば通常の超音
波探傷装置に組込む事によって、欠陥の厚み方向の発生
位置をより精度良く検出できる。The present invention is not limited to the above embodiment. The case where the ultrasonic signal processing device according to the embodiment is incorporated in the ultrasonic thickness gauge has been described, but the generation position in the thickness direction of the defect can be detected more accurately by incorporating the ultrasonic signal processing device in an ordinary ultrasonic flaw detector, for example.
【００６８】[0068]
【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波信号
処理装置においては、超音波送受信部から出力されるエ
コー信号をＡ／Ｄ変換して、ＦＩＦＯ型レジスタでもっ
てサンプリング速度を低下させた状態で参照波形との間
の山型形状を有する相互相関波形を求めている。したが
って、エコーの発生タイミングをエコー波形の中心位置
で正確に検出でき、被検体に対する各種の検査精度を向
上できる。As described above, in the ultrasonic signal processing apparatus of the present invention, the echo signal output from the ultrasonic transmitting / receiving unit is A / D converted, and the sampling speed is reduced by the FIFO register. In the state, a cross-correlation waveform having a mountain shape with the reference waveform is obtained. Therefore, the generation timing of the echo can be accurately detected at the center position of the echo waveform, and various inspection accuracy for the subject can be improved.
【００６９】さらに、この超音波信号処理装置を超音波
厚み計に組込むことによって、エコー相互間の時間間隔
の計測精度が向上できる。したがって、この時間間隔に
基づいて算出される被検体の厚みの測定精度を大幅に向
上できる。Further, by incorporating this ultrasonic signal processing device into an ultrasonic thickness gauge, the accuracy of measuring the time interval between echoes can be improved. Therefore, the measurement accuracy of the thickness of the subject calculated based on this time interval can be significantly improved.
【図１】 本発明の一実施例に係わる超音波信号処理装
置が組込まれた超音波厚み計の概略構成を示すブロック
図。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic thickness gauge in which an ultrasonic signal processing device according to an embodiment of the present invention is incorporated.
【図２】 同実施例装置に組込まれたデジタル信号処理
部の概略構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital signal processing unit incorporated in the apparatus of the embodiment.
【図３】 同デジタル相関演算回路の動作を示す波形
図。FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of the digital correlation calculation circuit.
【図４】 同実施例装置全体の動作を示すタイムチャー
ト。FIG. 4 is a time chart showing the operation of the entire apparatus of the embodiment.
【図５】 同実施例装置の効果を従来装置と比較して説
明するための波形図。FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the effect of the apparatus of the embodiment in comparison with the conventional apparatus.
【図６】 本発明の他の実施例に係わる超音波厚み計の
概略構成を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic thickness gauge according to another embodiment of the present invention.
【図７】 従来の超音波厚み計の概略構成を示すブロッ
ク図。FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional ultrasonic thickness gauge.
【図８】 同従来装置の動作を示すタイムチャート。FIG. 8 is a time chart showing the operation of the conventional device.
【符号の説明】 １…超音波送受信部、２…被検体、３…探触子、１１…
クロック信号発生回路、１２…遅延回路、１３…書込時
間カウンタ、１４…Ａ／Ｄ変換器、１５…分周器、１７
…ＦＩＦＯ型レジスタ、１７ａ…第１のＦＩＦＯ型レジ
スタ、１７ｂ…第２のＦＩＦＯ型レジスタ、１８…時間
設定回路、１９…読出時間カウンタ、２０…デジタル信
号処理部、２１…Ｄ／Ａ変換器、２２…参照波形レジス
タ、２３…デジタル相関演算回路、２５…全波整流器、
２６…包絡線検波器、２７…微分回路、２８…零クロス
点検出回路、２９…時間計測回路、３０，３０ａ…厚み
算出回路。[Explanation of Codes] 1 ... Ultrasonic wave transceiver, 2 ... Subject, 3 ... Probe, 11 ...
Clock signal generation circuit, 12 ... Delay circuit, 13 ... Write time counter, 14 ... A / D converter, 15 ... Frequency divider, 17
... FIFO type register, 17a ... First FIFO type register, 17b ... Second FIFO type register, 18 ... Time setting circuit, 19 ... Read time counter, 20 ... Digital signal processing unit, 21 ... D / A converter, 22 ... Reference waveform register, 23 ... Digital correlation calculation circuit, 25 ... Full wave rectifier,
26 ... Envelope detector, 27 ... Differentiation circuit, 28 ... Zero cross point detection circuit, 29 ... Time measurement circuit, 30, 30a ... Thickness calculation circuit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中沢 晋 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Shin Nakazawa 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Kokan Co., Ltd.
Claims (3)
受波してエコー信号として出力する超音波送受信部と、
この超音波送受信部から出力されるエコー信号を所定の
サンプリング周波数でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変
換手段と、このＡ／Ｄ変換手段から出力されるエコー信
号の各サンプリングデータを前記サンプリング周波数と
同一周波数の書込周波数で順次記憶し、この記憶した各
サンプリングデータを前記書込周波数より低い読出周波
数で順次出力するＦＩＦＯ型レジスタと、前記サンプリ
ング周波数でデジタル化された参照エコー信号の参照波
形を記憶する参照波形レジスタと、前記ＦＩＦＯ型レジ
スタから順次出力されるエコー信号の波形と前記参照波
形レジスタに記憶された参照波形との間の相関波形を算
出するデジタル相関演算回路と、このデジタル相関演算
回路から出力される相関波形を含むエコー信号をアナロ
グ信号に変換するＤ／Ａ変換手段とを備えた超音波信号
処理装置。1. An ultrasonic wave transmitting / receiving unit that transmits an ultrasonic pulse to a subject, receives an echo, and outputs the echo signal as an echo signal.
A / D conversion means for converting the echo signal output from the ultrasonic transmission / reception unit into a digital signal at a predetermined sampling frequency, and each sampling data of the echo signal output from the A / D conversion means with the sampling frequency. A FIFO type register for sequentially storing at a write frequency of the same frequency and sequentially outputting each of the stored sampling data at a read frequency lower than the write frequency, and a reference waveform of a reference echo signal digitized at the sampling frequency. A reference waveform register to be stored, a digital correlation calculation circuit for calculating a correlation waveform between the waveform of an echo signal sequentially output from the FIFO type register and the reference waveform stored in the reference waveform register, and this digital correlation calculation Converts the echo signal containing the correlation waveform output from the circuit into an analog signal / Ultrasound signal processing apparatus and an A converting means.
入射面からの各エコーを受波してエコー相互間の時間差
から前記被検体の厚みを求める超音波厚み計において、 前記超音波を送受信する超音波送受信部から出力される
前記各エコーを含むエコー信号を所定のサンプリング周
波数でデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、この
Ａ／Ｄ変換手段から出力されるエコー信号の各サンプリ
ングデータを前記サンプリング周波数と同一周波数の書
込周波数で順次記憶し、この記憶した各サンプリングデ
ータを前記書込周波数より低い読出周波数で順次出力す
るＦＩＦＯ型レジスタと、前記サンプリング周波数でデ
ジタル化された参照エコーの参照波形を記憶する参照波
形レジスタと、前記ＦＩＦＯ型レジスタから順次出力さ
れるエコー信号の各エコーの波形と前記参照波形レジス
タに記憶された各参照波形との間の各相関波形を算出す
るデジタル相関演算回路と、このデジタル相関演算回路
から出力される各相関波形を含むエコー信号をアナログ
信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、このＤ／Ａ変換手段
から出力されたエコー信号に含まれる相関波形相互間の
時間差から前記被検体の厚みを算出する厚み算出手段と
を備えた超音波厚み計。2. An ultrasonic thickness meter that transmits an ultrasonic pulse to a subject, receives echoes from a bottom surface and an incident surface, and obtains the thickness of the subject from a time difference between the echoes. A / D conversion means for converting an echo signal including each of the echoes output from the ultrasonic wave transmission / reception unit that transmits and receives a digital signal at a predetermined sampling frequency, and an echo signal output from the A / D conversion means. A FIFO type register for sequentially storing sampling data at a writing frequency that is the same as the sampling frequency and sequentially outputting each of the stored sampling data at a reading frequency that is lower than the writing frequency; and a digitized digital signal at the sampling frequency. A reference waveform register that stores a reference waveform of a reference echo; and an echo signal that is sequentially output from the FIFO type register. A digital correlation calculating circuit for calculating each correlation waveform between the echo waveform and each reference waveform stored in the reference waveform register, and an echo signal including each correlation waveform output from the digital correlation calculating circuit is an analog signal. Ultrasonic thickness provided with D / A conversion means for converting to D / A and thickness calculation means for calculating the thickness of the subject from the time difference between the correlation waveforms included in the echo signal output from the D / A conversion means. Total.
段から出力されたエコー信号を整流する整流器と、この
整流器の出力信号を包絡線検波する包絡線検波器と、こ
の包絡線検波器の出力信号を微分する微分回路と、この
微分回路の出力信号の前記各相関波形に対応する各零ク
ロス点を検出する零クロス点検出回路と、この零クロス
点検出回路にて検出された各零クロス点相互間の時間差
を計測する時間計測回路と、この時間計測回路にて測定
された時間差及び前記被検体内の音速から前記厚みを算
出する厚み算出回路とで構成された請求項２記載の超音
波厚み計。3. The thickness calculating means includes a rectifier for rectifying the echo signal output from the D / A converting means, an envelope detector for detecting an envelope signal of the output signal of the rectifier, and the envelope detector. Of the output signal of the differential circuit, a zero-cross point detecting circuit for detecting each zero-cross point corresponding to each of the correlation waveforms of the output signal of the differentiating circuit, and each of the zero-cross point detecting circuits 3. A time measuring circuit for measuring a time difference between zero cross points, and a thickness calculating circuit for calculating the thickness from the time difference measured by the time measuring circuit and the sound velocity in the subject. Ultrasonic thickness gauge.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4318801A JPH0658751A (en) | 1992-06-09 | 1992-11-27 | Ultrasonic signal processor and ultrasonic thickness meter |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14927992 | 1992-06-09 | ||
| JP4-149279 | 1992-06-09 | ||
| JP4318801A JPH0658751A (en) | 1992-06-09 | 1992-11-27 | Ultrasonic signal processor and ultrasonic thickness meter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0658751A true JPH0658751A (en) | 1994-03-04 |
Family
ID=26479220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4318801A Pending JPH0658751A (en) | 1992-06-09 | 1992-11-27 | Ultrasonic signal processor and ultrasonic thickness meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658751A (en) |
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
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-
1992
- 1992-11-27 JP JP4318801A patent/JPH0658751A/en active Pending
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