JPH08201349A

JPH08201349A - 超音波探傷方法

Info

Publication number: JPH08201349A
Application number: JP7007154A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Okuno; 隆一奥野
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-01-20
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】パルス圧縮技術を用いた超音波探傷方法にお
いて、被検体の超音波減衰周波数特性を補償し、メイン
ローブに近接するサイドローブ及び周辺部のサイドロー
ブを低減し、受信エコーのＳＮ比の向上と欠陥の測定分
解能の向上が実現できるもの。【構成】被検体５に対して探触子４を介してＦＭ信号
送信部３から所定パルス幅のチャープ波による超音波を
送信し、その受信信号に対して参照波設定部７からの参
照信号を用いてパルス圧縮処理部６がパルス圧縮処理を
施した信号により被検体５の探傷を行う超音波探傷方法
において、あらかじめ被検体５の超音波減衰周波数特性
から、送信パルスの振幅に対する前記パルス圧縮を施し
た信号の各周波数成分毎の振幅減衰率を求め、前記求め
た各周波数成分毎の振幅減衰率を補うように前記送信パ
ルス信号もしくは参照信号のいずか一方の信号または両
方の信号の各周波数成分毎の振幅設定を行うもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は超音波を用いて材料の
内外部を非破壊で検査したり、または材料の厚さを測定
する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の一般的な超音波探傷装置
の機能構成図である。図１０において、２１は各回路に
必要な同期信号を発生し出力する同期部、２２は同期部
２１からの出力信号をもとに送信電気信号を発生する送
信部、２３は送信部２２からの送信電気信号をもとに超
音波を発生し被検体２４の内部に超音波を入射させると
共に、被検体内部からのエコーを受信し電気信号に変換
する探触子、２５は探触子２３からの電気信号を増幅さ
せる受信部、２６は受信部２５からの出力信号を表示す
る表示部である。

【０００３】超音波を用いて材料の内外部の検査を行う
場合、一般には図１０に示すような装置が使用されてい
る。上記のように構成された装置では、一般に送信信号
波形としてパルス波が用いられていて、パルス波は波形
が鋭く、パルスの時間軸方向の幅が短いため時間軸分解
能が優れている。しかし、粒子の粗い材料等を探傷する
場合には、材料の粒子の境界からの反射エコー（林状エ
コーと呼ぶ）が発生し、それがノイズとなり材料内部の
欠陥からの反射エコーに混入するため、受信信号の信号
対雑音比（ＳＮ比）が悪化し探傷が困難になる場合が生
じる。

【０００４】この林状エコーを低減する方法として、材
料内部に入射する超音波の周波数または波形を選択し、
受信信号のＳＮ比が最適になるように調節する方法が知
られているが、送信信号にパルス波を用いる場合は、送
受信する超音波の周波数や波形は探触子の特性に依存す
る。即ち探触子が送受信の際に行う電気信号と音響信号
との間の相互変換における周波数対振幅特性（一般に振
幅スペクトルという）に依存する。

【０００５】図１１は、パルス幅が無限小のパルス波形
（同図の（ａ））と、その振幅スペクトル（同図の
（ｂ））を示す図であり、図１２はパルス波励振による
探触子の受信波形（同図の（ａ））と、その振幅スペク
トル（同図の（ｂ））を示す図である。電気信号として
の送信パルス波は、例えば図１１の（ａ）におけるパル
ス波形のパルス幅が狭くなるほど広い周波数帯域の振幅
スペクトルになるように、種々の周波数成分（同図の
（ｂ））をもつ波形であり、一方探触子の振幅スペクト
ルは、例えば図１２の（ｂ）に示すように、電気信号と
音響信号との相互変換における変換効率に相当する周波
数対振幅特性を有するので、パルス波により探触子を励
振して超音波を送受信する際の超音波の周波数及び波形
は、探触子の種類によりそれぞれ異なることになる。従
ってこのような場合には、超音波探傷を行う者が、勘と
経験から複数種類の探触子のうちから適合するものを選
択し、超音波の周波数としての波形を最適に制御して使
用しなければならない問題があった。

【０００６】前記複数の探触子のうちから最適のものの
選択を要するという問題を解決するものとして、例えば
特公平３−４３５８６号公報に示された超音波探傷装置
が提案されている。図１３は上記文献に示された従来の
超音波探傷装置のブロック図である。図１３において、
２１〜２６は図１０に示したものと同様なものである。
２７は周波数設定部２８からの制御信号に従い、同期部
２１からの出力信号に同期して発生する周波数を可変と
する周波数可変回路、２８は周波数可変回路２７への制
御信号を出力する周波数設定部、２９は波数設定部３０
からの制御信号に従い、周波数可変回路２７の出力信号
の波数を可変とする波数可変回路、３０は波数可変回路
２９への制御信号を出力する波数設定部である。上記の
ような構成を有する装置では、被検材の探傷に最適な送
信周波数と送信波数を可変設定することにより、送信波
の振幅スペクトル、つまり送信波に含まれる周波数範囲
をコントロールできるため、探触子の選択交換が不要と
なる。

【０００７】しかし図１３の超音波探傷装置により励振
される送信波形は一般にバースト波と呼ばれているもの
で、複数の波を送信するため、その送信時間はパルス波
よりも長時間となる。図１４は一般の超音波送信波形で
あるバースト波とパルス波との比較を示す図であり、同
図の（ａ）バースト波を使用した場合には、送信エネル
ギーが大きいので十分な受信信号が得られる反面、同図
の（ｂ）パルス波よりも時間軸方向の幅が長くなるため
時間軸分解能が悪くなるという問題がある。

【０００８】送信パルス幅を広くしたまま時間軸分解能
を向上させる技術として、レーダーの分野で知られてい
るパルス圧縮という技術がある（Ｒａｄａｒｈａｎｄ
ｂｏｏｋ，Ｓｋｏｌｎｉｋｅｔ．，ＭｃＧｒａｗ−Ｈ
ｉｌｌＩｎｃ．，１９７０参照）。図１５は直線状周
波数変調パルス圧縮レーダの説明図であり、同図の
（ａ）は、時刻ｔ₁からｔ₂までの送信時間Ｔ（送信パ
ルス幅に等しい）内で周波数をｆ₁からｆ₂まで直線状
に周波数変調（ＦＭ）を行うことを示し、（ｂ）はこの
ように直線状に周波数変調された波（これをチャープ波
という）の波形を示している。パルス圧縮レーダの一例
としては、図１５の（ｂ）のような周波数変調波を送信
波として送信し、その受信波形と送信に用いた波形との
相互相関演算処理を行うことにより、受信波の時間軸方
向のパルス幅を圧縮し振幅の鋭い波形を得るのと共に、
受信信号のＳＮ比を向上させている。図１５の（ｃ）は
相互相関演算処理後の信号波形を示している。

【０００９】パルス圧縮技術を超音波の分野に適用した
文献としては、例えば特開昭６３−２３３３６９号公報
に示された超音波診断用パルス圧縮装置がある。この装
置においては、超音波エコー信号をパルス圧縮するの
に、直交検波手段を介した複素数信号と基準波信号との
相互相関処理を行っている。一般に、２つの関数ｆ
₁(t) とｆ₂(t) の相関演算を行った結果としての相関
関数ｓ（τ）は次の（１）式のように定義される。

【００１０】

【数１】

【００１１】前記（１）式はｆ₁(t) ，ｆ₂(t) がそれ
ぞれ連続関数の場合の相関演算式であり、最近はアナロ
グ形式の受信信号をＡ／Ｄ変換器を介してデジタル形式
の離散化信号（サンプリングされた不連続の信号）とし
て処理する場合が多いので、この場合の相関演算式を次
の（２）式に示す。なお（２）式のＮはサンプルの総数
である。

【００１２】

【数２】

【００１３】前記（２）式の演算は、一般に複数の遅延
器と乗算器とを有するＦＩＲ（有限インパルス応答）デ
ジタルフィルタにより実現できる。図１６はＦＩＲデジ
タルフィルタの構成例を示す図であり、＋印は加算器、
×印は乗算器、Ｚ^-1は遅延器であり、各遅延器は入力信
号に対して送信の繰返し周期に相当する時間の遅延を行
い出力する。図１７は図１６の動作を説明するための波
形図である。

【００１４】図１６のデジタルフィルタにおいては、デ
ジタル信号に離散化された受信波形ｘ（τ）と相関演算
を行うための参照波形は、ある一定のサンプリング周波
数でサンプリングされ（離散化され）、この例では各離
散化データ値は、１２８個のｃ₀〜ｃ₁₂₇として、それ
ぞれ×印の乗算器の一方に入力される。一方入力端から
各送信周期毎に入力される離散化受信データｘ（τ）
は、各乗算器の他方の入力に直接供給され、前記参照デ
ータｃ₀〜ｃ₁₂₇とそれぞれ個別に乗算され、ｃ₁₂₇と
の乗算結果を除く各乗算結果はそれぞれ１２７個の遅延
器と加算器とが交互に直列接続された該当加算器の入力
の一方に供給される。そして、ｃ₁₂₇との乗算結果のみ
が前記交互に直列接続された先頭の遅延器に直接供給さ
れ、この遅延器の後段に直列接続される加算器の入力の
他方にはｃ₁₂ ₆との乗算結果が供給されている。そして
前記直列結合の最後の加算器の出力が相関演算出力とな
る。以上の演算結果を（３）式に示す。

【００１５】

【数３】

【００１６】この（３）式は、（２）式と等価である。
また順次得られる出力データｙ（τ）は、図１７のよう
に時間τ〜τ＋１２７で区切られる受信波形と参照波形
との畳み込み演算、つまり２つの波形の類似度であるこ
とが分かる。

【００１７】図１８，１９は方形窓により切出したチャ
ープ波のパルス圧縮処理の説明図である。上記のような
従来のパルス圧縮技術を用いた超音波探傷方法では、例
えば図１８の（ａ）に示すような、所定の送信時間幅
（この例では５μｓ）において、信号振幅が均一で、所
定の周波数遷移（この例では１〜９ＭＨｚ）のみを行っ
た周波数変調（ＦＭ）信号を、送信波として使用すると
共に、受信波と相関演算を行うための参照波としても使
用しているが、この場合送信波と参照波の相互相関演算
によるパルス圧縮後の波形は、同図の（ｂ）に示すよう
にメインローブの両側に多くのサイドローブが現れる。
そしてこのサイドローブは一種のノイズとなりＳＮ比を
悪化させる。このサイドローブの発生原因は、図１８の
（ｃ）に示すように送信波形の振幅スペクトルを調べる
と、この振幅スペクトルの山状平坦部に多くのリプルが
存在することによるものである。

【００１８】しかしながら、送信波形は探触子にて超音
波に変換されて被検体内に送波され、被検体中から受波
される超音波エコー信号は再び探触子で電気信号に変換
するため、受信信号は探触子の周波数帯域による影響を
受けている。図１９の（ａ）はこの受信信号の波形例を
示し、同図の（ｂ）はこの受信信号の振幅スペクトル例
を示している。この探触子による影響は送信波形中のリ
プルの低減につながる（Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｂａ
ｎｄｗｉｄｔｈｏｆｃｈｉｒｐｓｉｇｎａｌｓ
ｉｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓ，Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，１９９３，ＶＯＬ．３１
Ｎｏ．６参照）。そしてサイドローブの発生原因は
参照波形のスペクトラム中に含まれるリプルに起因する
ため、送信波形と参照波形との直接のパルス圧縮による
ものよりは、探触子を介して行なうパルス圧縮後のサイ
ドローブレベルは低減される。

【００１９】ここで送信波形に対する受信波形は、超音
波の送受信の過程により、以下に示す影響を受ける。（１）探触子の周波数帯域上記のように探触子を介して行なうパルス圧縮後のサイ
ドローブは低減される。（２）被検体中の超音波減衰量の影響被検体中を透過する超音波の減衰量は、超音波の波長が
結晶粒径に比べて大きい場合にはレイリー散乱が成り立
ち、下記の（４）式に示す理論式α（ｆ）が成り立つ。 α（ｆ）＝ｓ×Ｄ³×ｆ⁴＋ｃ×ｆ …（４）ここで、Ｄは結晶粒径、ｆは超音波の周波数、ｓは散乱
係数、ｃは吸収係数である。（４）式における第１項は
結晶粒界による散乱減衰を、第２項は被検体中でのエネ
ルギー吸収を表している。

【００２０】図２０は超音波の散乱減衰の概略図であ
り、超音波の散乱減衰とは、図２０に示すように、超音
波が結晶粒界で散乱されて減衰するものである。また超
音波の吸収は磁歪による損失が主である。ここで上記
（１）及び（２）により、受信波形は探触子の周波数特
性と被検体中における（４）式の如き周波数特性を有す
るフィルタ機能により影響を受けるる。

【００２１】図２１，２２は受信信号への外乱の影響を
説明する図である。いま図２１のように、周波数をｆと
し、ω＝２πｆをパラメータにもつ送信波形の関数Ｈ
（ω）は、探触子の送受信において、探触子の周波数帯
域を有する同一パラメータωによるフィルタ関数Ｚ
（ω）を通過し、被検体の透過に際しては、被検体の減
衰特性を有する同一パラメータωによるフィルタ関数Ｇ
（ω）を通過して、受信波形Ｊ（ω）となる。従って受
信波形Ｊ（ω）は下記の（５）式のように３つの関数の
積で表すことができる。Ｊ（ω）＝Ｈ（ω）×Ｚ（ω）×Ｇ（ω） …（５）

【００２２】また受信信号Ｊ（ω）と参照信号Ｓ（ω）
のパルス圧縮処理は２つの信号の相関をとることと等価
であるから、相関関数Ｐ（ω）は周波数領域に関する限
り２つの関数の積で表すことができ、下記の（６）式の
様に表すことができる。Ｐ（ω）＝Ｊ（ω）×Ｓ（ω） …（６）ここで、理想的な相関関数Ｒ（ω）を考えると、下記の
（７）式の様に送信信号Ｈ（ω）と参照信号Ｓ（ω）と
の相関である。Ｒ（ω）＝Ｈ（ω）×Ｓ（ω） …（７）なお（５）式に示す影響因子Ｚ（ω）及びＧ（ω）は、
パルス圧縮効果を減ずる方向に作用する。

【００２３】即ち図２２に示すように、探触子の伝達関
数Ｚ（ω）により、超音波の送受信における送信波形の
周波数遷移幅Ｂ及びそれに見合うパルス幅Ｔは減少し、
また被検体内部を透過する段階では、前記の周波数遷移
幅Ｂ及びパルス幅Ｔは更に減少する。よって、パルス圧
縮後の相関関数Ｐ（ω）は理想的な関数Ｒ（ω）と比較
して、パルス圧縮比の低下、メインローブのパルス幅の
拡大という現象を来す。この結果、次のような解決すべ
き課題があった。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような超音波によるパルス圧縮を用いた探傷方法では、
下記のような問題点があった。（１）被検体の超音波減衰量Ｇ（ω）が大きな材料（例
えば、鋳鉄及びオーステナイト系ステンレス鋼等）の探
傷においては、パルス圧縮比の低下によるＳＮ比の低
下、メインローブのパルス幅の拡大に伴う距離分解能の
低下により、探傷精度が低下する。（２）前記（１）に示す被検体の厚さ測定において、Ｓ
Ｎ比及びパルス幅拡大により、測定精度が低下する。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
超音波探傷方法は、被検体に対して探触子を介して所定
パルス幅のチャープ波による超音波の送受信を行い、そ
の受信信号に対して参照信号を用いてパルス圧縮処理を
施した信号によって被検体の探傷を行う超音波探傷方法
において、あらかじめ被検体の超音波減衰周波数特性か
ら、送信パルスの振幅に対する前記パルス圧縮を施した
信号の各周波数成分毎の振幅減衰率を求め、前記求めた
各周波数成分毎の振幅減衰率を補うように前記送信パル
ス信号もしくは参照信号のいずれか一方の信号または両
方の信号の各周波数成分毎の振幅設定を行うものであ
る。

【００２６】本発明の請求項２に係る超音波探傷方法
は、被検体に対して探触子を介して所定パルス幅のチャ
ープ波による超音波の送受信を行い、その受信信号に対
して参照信号を用いてパルス圧縮処理を施した信号によ
って被検体の探傷を行う超音波探傷方法において、あら
かじめ被検体の超音波減衰周波数特性から、送信パルス
の振幅に対する前記パルス圧縮を施した信号の各周波数
成分毎の振幅変化を、送信パルス信号の周波数遷移内の
減衰率の最小値に対する各周波数成分毎の減衰率増加係
数として求め、前記求めた各周波数成分毎の減衰率増加
係数と等しい値になるように前記送信パルス信号もしは
く参照信号のいずれか一方の信号または両方の信号の各
周波数成分毎の振幅増加係数を設定するものである。

【００２７】

【作用】前記の（５）式に関して、探触子の周波数の伝
達関数Ｚ（ω）及び材料の超音波減衰関数Ｇ（ω）の影
響を受けた受信信号Ｊ（ω）と参照信号Ｓ（ω）との相
関処理によって得られる処理後の波形Ｐ（ω）は、超音
波の送受信前の送信信号Ｈ（ω）と参照信号Ｓ（ω）に
おける理想的な相関処理によって得られる処理後の波形
Ｒ（ω）に比較し、メインローブの圧縮比（ＳＮ比）及
びメインローブのパルス幅に関して劣る。そこで、探触
子の伝達関数Ｚ（ω）及び材料の伝達関数Ｇ（ω）の影
響を除去するために、送信信号Ｈ（ω）に以下のような
処理を施すとよい。（１）探触子の伝達関数Ｚ（ω）による影響の除去Ｈ₁（ω）＝Ｈ（ω）／Ｚ（ω）（２）材料の超音波減衰による影響の除去Ｈ₂（ω）＝Ｈ（ω）／Ｇ（ω）

【００２８】上記（１），（２）に示すＨ₁（ω）とＨ
₂（ω）の積を新しい送信信号Ｈ₃（ω）として用いる
ことにより相関処理を行うと（７）式の様になる。Ｊ（ω）＝［Ｈ（ω）／｛Ｚ（ω）×Ｇ（ω）｝］×Ｚ（ω）×Ｇ（ω）＝Ｈ₁（ω）×Ｈ₂（ω）×Ｚ（ω）×Ｇ（ω）Ｐ（ω）＝Ｊ（ω）×Ｓ（ω）＝Ｈ（ω）×Ｓ（ω） …（７）なお前記（１）の探触子の伝達関数Ｚ（ω）の影響除去
法に関しては別出願とし、本願は前記（２）の材料の超
音波減衰による影響除去法に関するものとした。

【００２９】図９は被検材の超音波減衰の補償方法の説
明図である。材料の超音波減衰の周波数特性は一般的
に、図９の（ｂ）に示すように周波数が高くなるに従っ
て減衰量は増加するため、透過率は図９の（ａ）に示す
ように、右下がりの曲線となる。従って、従来のように
送信信号の各周波数における振幅を一定にすると、材料
透過後の受信信号の各周波数における振幅は、図９の
（ｃ）に示すように高い周波数ほど減少してしまう。

【００３０】そこで、材料の超音波減衰量による影響を
除去するためには、図９の（ｄ）に示すように、送信信
号の各周波数における振幅を、周波数が高くなるほど振
幅を大きくする、即ち右上がりの曲線とするのがよい。
また、材料の超音波減衰量は、検査する材料により異な
るため、検査前に送信信号の周波数遷移範囲における被
検体の伝達関数Ｇ（ω）を求め、この伝達関数による伝
達処理後の各周波数における変化状態を補うように送信
信号Ｈ（ω）もしくは参照信号のいずれか一方または両
方の信号の振幅重み付けとすることが必要である。以上
のような送信信号もしくは参照信号のいずれか一方また
は両方の信号の振幅重み付けをする事により、被検体の
超音波減衰の影響を除去することができる。

【００３１】

【実施例】図１は本発明に係る超音波探傷装置の一例を
示す機能構成図である。図１において、１は各回路に必
要な同期信号を発生し出力する同期部、２は所定波形の
周波数変調信号（この例ではチャープ信号波）を設定す
るＦＭ信号設定部、３はＦＭ信号設定部２で設定された
ＦＭ信号に基づき送信するＦＭ信号を発生し探触子４へ
供給するＦＭ信号送信部、４はＦＭ信号送信部３からの
送信信号をもとに超音波を発生し被検体５の内部に超音
波を入射させると共に、被検体内部らかのエコーを電気
信号に変換する探触子、５は探傷を行う被検体、６はパ
ルス圧縮部、７は参照波設定部、８は表示部である。

【００３２】図１の装置においては、同期部１から所定
の繰返し同期毎に出力される同期信号に基づき、所定周
期毎にＦＭ信号設定部２で設定されたＦＭ信号がＦＭ信
号送信部３から送信される。探触子４は送信されてきた
ＦＭ信号をもとに超音波を発生し被検体５に超音波を入
射させると共に、被検体内外部に存在する音響インピー
ダンスの不均一部からの超音波反射エコーを捉えて電気
信号に変換して出力する。探触子４からの受信信号は、
同期部１からの出力信号に基づき、パルス圧縮部６にお
いて参照波設定部７で設定された参照波との相関演算に
よりパルス圧縮がなされ、その結果が表示部８に表示さ
れる。

【００３３】図２は図１の装置の具体的なハードウェア
構成の一例を示す図である。図２において、１１はパー
ソナルコンピュータであり、図１の同期部１、ＦＭ信号
設定部２、ＦＭ信号送信部３及び参照波設定部７の各機
能動作をすべて行うものである。１２はＤ／Ａ変換器、
１３は送信用のアンプ、１４は探触子、１５は受信用の
アンプ、１６はＡ／Ｄ変換器、１７はＦＩＲフィルタで
あり、図１のパルス圧縮部６の具体的なハードウェアで
ある。ＦＩＲフィルタ１７としては、例えば図１６の構
成によるものでよい。１８はオッシロスコープ、１９は
被検体である。

【００３４】図２においては、パーソナルコンピュータ
１１で作成されたＦＭ波形は、Ｄ／Ａ変換器１２により
アナログ信号に変換され、送信用アンプ１３によ所要の
送信電力にまで増幅され、探触子１４から超音波として
被検体１９内に送信される。探触子１４に受信された信
号は受信用アンプ１５で信号増幅され、Ａ／Ｄ変換器６
で逐次デジタル信号に変換される。そして、この受信デ
ジタル信号は、ＦＩＲフィルタ１７により、パーソナル
コンピュータ１１が作成し出力する参照波と相関演算さ
れ、パルス圧縮処理が行われる。このパルス圧縮後の波
形がオッシロスコープ１８に表示される。

【００３５】ここでパーソナルコンピュータ１１を使用
した理由は、プログラムの変更により、送信波の波形及
び参照波の波形を任意の形状に設定することが可能であ
り、この送信波及び参照波の波形変更を行い、被検体の
超音波減衰による影響の除去を確認できるからである。
以下送信波及び参照波の波形を種々変更し、探傷を行っ
た場合の効果を比較してみる。

【００３６】探傷例１．探傷例１は、被検体の材質をＳ
Ｓ４００、厚さを２５ｍｍとして、これに直接接触して
探傷を行った例であり、図３，４がこの探傷例１におけ
る各種波形の説明図、図５がこの探傷データの説明図で
ある。この探傷例１において使用する探触子１４の公称
周波数は５ＭＨｚの直接接触型である。ここで、この被
検体の超音波減衰量の周波数特性を求めてみると、図３
の（ａ）のような特性を得ることができた。なお超音波
減衰量の周波数特性を求めるに当たっては、本出願人が
先に出願した特開平５−３３３００３号公報の被検体の
超音波減衰量測定方法及び装置に示す測定方法を用い
た。

【００３７】このような被検体の探傷を被検体の超音波
減衰量による影響を考慮せずに、図３の（ｂ），（ｃ）
に示す送信波形及び参照波形を用いると図３の（ｄ）に
示すような底面反射エコーを得る。そこで本発明におい
ては、図３の（ａ）に示す超音波減衰量の影響を補償す
るように、図４の（ａ），（ｂ）に示す送信波形及び参
照波形を用い、その結果図４の（ｃ）に示すような底面
反射エコーを得た。

【００３８】ここで、前記の補償に対する効果を評価す
るために、図５の（ａ）に示すようにメインローブの振
幅とサイドローブの振幅の比Ａ_M／Ａ_Sを図３の（ｄ）
と図４の（ｃ）とから測定し、その結果を図５の（ｂ）
に示す。なお図の黒丸は補償前の値、白丸は補償後の値
を示しており、振幅比が６．２５［ｄＢ］から６．７４
［ｄＢ］に改善されていることが分かる。探傷時におけ
る効果としては、メインローブ対サイドローブの振幅比
の向上により、大きな欠陥（例：底面）の近傍に存在す
る小さな欠陥を検査する場合、サイドローブがノイズな
のか欠陥エコーであるのかの判断を要するので、少なく
ともサイドローブの低減は、ノイズと欠陥エコーとの分
別を容易にするといえる。また図５の（ｃ）に示す様に
メインローブのパルス幅が若干狭化されているため欠陥
の測定距離分解能が向上されていることが分かる。

【００３９】探傷例２．探傷例２は、被検体の材質をＳ
ＵＳ３０４、厚さを２５ｍｍとして、これを水中にて探
傷した例であり、図６，７，８がこの探傷例２における
各種波形の説明図である。この探傷例２において使用す
る探触子は、公称周波数５ＭＨｚの水浸型である。ここ
で被検体の超音波減衰量は、前記探傷例１で用いた方法
と同じ方法を用いて周波数特性を求めてみると図６の
（ａ）に示すような結果となった。そして従来の送信波
形及び参照波形である図６の（ｂ），（ｃ）に示すよう
な振幅一定の波形を用いた場合には、図６の（ｄ）に示
すように底面エコーの周辺部に細かなサイドローブが発
生し、これがノイズとなりＳＮ比を悪化させ、欠陥と誤
認識してしまう恐れがある。

【００４０】これを解決する１つの方法として、本出願
人が先に出願した特開平５−２７３３３５号公報で示し
た図７の（ａ），（ｂ）のような滑らかな丘状の送信波
形及び参照波形を用いると、底面反射エコーの波形は図
７の（ｃ）に示すように、周辺部のサイドローブを低減
することができる。しかしながら図７の（ｃ）において
は、メインローブの両側のサイドローブは図６の（ｄ）
の場合よりも増加しているので、近接した欠陥の認識が
困難になってしまうという問題点がある。

【００４１】そこで本発明においては、図６の（ａ）に
示す超音波減衰量の補償を送信波形に対して行い、図８
の（ａ），（ｂ）に示すような送信波形及び参照波形を
用いることにより、図８の（ｃ）に示すような底面反射
エコーを得た。図８の（ｃ）において、前記実施例１に
示すようなメインローブの振幅とサイドローブの振幅の
比（Ａ_M／Ａ_S）は１２．０ｄＢであるが図７（ｃ）に
おいては９．５ｄＢであり、３．５ｄＢのサイドローブ
低減が達成されていることが分かる。その結果受信エコ
ーのＳＮ比の向上と欠陥の測定分解能の向上の両方を実
現することができる。

【００４２】なお上記実施例においては、あらかじめ被
検体の超音波減衰周波数特性から、送信パルスの振幅に
対するパルス圧縮処理後の信号の各周波数成分毎の振幅
減衰量を求め、この求めた各周波数成分毎の振幅減衰量
を補うように送信パルス信号の各周波数成分毎の振幅調
整を行う場合の例を説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。例えば送信パルス信号の代りにパル
ス圧縮処理に用いる参照信号によって各周波数成分毎の
振幅補正を行っても、さらに送信パルス信号と参照信号
の両方に分けて各周波数成分毎の振幅調整を行うように
してもよい。即ち送信パルス信号もしくは参照信号のい
ずれか一方の信号または両方の信号の各周波数成分毎の
振幅調整を行うようにすればよい。

【００４３】また被検体の超音波減衰周波数特性から、
送信パルスの振幅に対するパルス圧縮処理後の信号の各
周波数成分毎の振幅減衰量を求める代りに、パルス圧縮
処理後の信号の各周波数成分毎の振幅減衰率を求め、こ
の求めた各周波数成分毎の振幅減衰率を補うように送信
パルス信号もしはく参照信号のいずれか一方の信号また
は両方の信号の各周波数成分毎の振幅調整を行ってもよ
い。

【００４４】また、被検体の超音波減衰周波数特性か
ら、送信パルスの振幅に対するパルス圧縮処理後の信号
の各周波数成分毎の振幅変化を、送信パルス信号の周波
数遷移内の減衰率の最小値に対する各周波数成分毎の減
衰率増加係数として求め、この求めた各周波数成分毎の
減衰率増加係数と等しい値になるように前記送信パルス
信号もしは参照信号のいずか一方の信号または両方の信
号の各周波数成分毎の振幅増加係数を調整するようにし
てもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被検体に
対して探触子を介して所定パルス幅のチャープ波による
超音波の送受信を行い、その受信信号に対して参照信号
を用いてパルス圧縮処理を施した信号によって被検体の
探傷を行う超音波探傷方法において、あらかじめ被検体
の超音波減衰周波数特性から、送信パルスの振幅に対す
る前記パルス圧縮を施した信号の各周波数成分毎の振幅
減衰率を求め、前記求めた各周波数成分毎の振幅減衰率
を補うように前記送信パルス信号もしくは参照信号のい
ずれか一方の信号または両方の信号の各周波数成分毎の
振幅設定を行うようにしたので、メインローブ両側のサ
イドローブ及び周辺部のサイドローブを低減することが
できる。これは、超音波の被検体透過時の減衰による送
信信号に対する受信信号のスペクトラム狭化を補うこと
ができるからであり、鋳鉄やオーステナイト系ステンレ
ス鋼のように超音波の減衰を考慮しなければならない被
検体の検査におけるＳＮ比向上及び分解能の向上に効果
がある。また被検材の超音波減衰が材料の深さ方向の位
置によって異なる場合でも、あらかじめ深さ方向の位置
毎の減衰周波数特性を求めておくことにより、任意の位
置からの反射波エコーに対するパルス圧縮処理の最適化
が可能となる。

【００４６】また本発明によれば、あらかじめ被検体の
超音波減衰周波数特性から、送信パルスの振幅に対する
前記パルス圧縮を施した信号の各周波数成分毎の振幅変
化を、送信パルス信号の周波数遷移内の減衰率の最小値
に対する各周波数成分毎の減衰率増加係数として求め、
前記求めた各周波数成分毎の減衰率増加係数と等しい値
になるように前記送信パルス信号もしくは参照信号のい
ずれか一方の信号または両方の信号の各周波数数成分毎
の振幅増加係数を設定するようにしたので、被検体の材
質、厚さ、形状等の変更に対応させて送信パルス信号や
参照信号の各周波数成分毎の振幅調整を行う場合に、パ
ーソナルコンピュータ等が前記各周波数成分毎の振幅増
加係数を用いて送信パルス信号や参照信号の振幅設定を
自動的に行うことができ省力化が計られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波探傷装置の一例を示す機能
構成図である。

【図２】図１の装置の具体的なハードウェア構成の一例
を示す図である。

【図３】本発明の探傷例１における各種波形の説明図で
ある。

【図４】本発明の探傷例１における各種波形の説明図で
ある。

【図５】本発明の探傷例１における探傷データの説明図
である。

【図６】本発明の探傷例２における各種波形の説明図で
ある。

【図７】本発明の探傷例２における各種波形の説明図で
ある。

【図８】本発明の探傷例２における各種波形の説明図で
ある。

【図９】被検材の超音波減衰の補償方法の説明図であ
る。

【図１０】従来の一般的な超音波探傷装置の機能構成図
である。

【図１１】パルス波の波形とその振幅スペクトルを示す
図である。

【図１２】パルス波励振による探触子の受信波形とその
振幅スペクトルを示す図である。

【図１３】従来の文献に示された超音波探傷装置のブロ
ック図である。

【図１４】超音波送信波形であるバースト波とパルス波
との比較を示す図である。

【図１５】直線状周波数変調パルス圧縮レーダの説明図
である。

【図１６】ＦＩＲデジタルフィルタの構成例を示す図で
ある。

【図１７】図１６の動作を説明するための波形図であ
る。

【図１８】方形窓により切出したチャープ波のパルス圧
縮処理の説明図である。

【図１９】方形窓により切出したチャープ波のパルス圧
縮処理の説明図である。

【図２０】超音波の散乱減衰の概略図である。

【図２１】受信信号への外乱の影響を説明する図であ
る。

【図２２】受信信号への外乱の影響を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１同期部２ＦＭ信号設定部３ＦＭ信号送信部４，１４探触子５，１９被検体６パルス圧縮部７参照波設定部８表示部１１パーソナルコンピュータ１２Ｄ／Ａ変換器１３送信用アンプ１５受信用アンプ１６Ａ／Ｄ変換器１７ＦＩＲフィルタ１８オッシロスコープ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に対して探触子を介して所定パル
ス幅のチャープ波による超音波の送受信を行い、その受
信信号に対して参照信号を用いてパルス圧縮処理を施し
た信号によって被検体の探傷を行う超音波探傷方法にお
いて、あらかじめ被検体の超音波減衰周波数特性から、送信パ
ルスの振幅に対する前記パルス圧縮を施した信号の各周
波数成分毎の振幅減衰率を求め、前記求めた各周波数成分毎の振幅減衰率を補うように前
記送信パルス信号もしくは参照信号のいずれか一方の信
号または両方の信号の各周波数成分毎の振幅設定を行う
ことを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】被検体に対して探触子を介して所定パル
ス幅のチャープ波による超音波の送受信を行い、その受
信信号に対して参照信号を用いてパルス圧縮処理を施し
た信号によって被検体の探傷を行う超音波探傷方法にお
いて、あらかじめ被検体の超音波減衰周波数特性から、送信パ
ルスの振幅に対する前記パルス圧縮を施した信号の各周
波数成分毎の振幅変化を、送信パルス信号の周波数遷移
内の減衰率の最小値に対する各周波数成分毎の減衰率増
加係数として求め、前記求めた各周波数成分毎の減衰率増加係数と等しい値
になるように前記送信パルス信号もしくは参照信号のい
ずれか一方の信号または両方の信号の各周波数成分毎の
振幅増加係数を設定することを特徴とする超音波探傷方
法。