JPS59131161A - 構造体監視方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、欠陥の形成または成長に対して「構造体」を
監視する方法に関し、例えば構造体中に音響パルスを伝
播させそれを１または複数の受信点にて監視することに
より欠陥の位置決め及びその成長の度合を監視するごと
き監視方法に関する。

（背景技術） 本明細書中で使用する述語「構造体」は、管状構造また
は非管状構造の金属工作物、あるいは例えば疲れ負荷の
もとで亀裂するごとく使用中に劣化する智岩機械、橋、
圧力容器、構成部品または物体のごときその他の荷重支
持構造物の全てのものを意味するように使用される。ま
た述語「音響パルスｊは、例えば通常は２０ｋＨｚ以−
ヒの超音波領域内の内部周波数を有し、場合によっては
可聴領域内の周波数をとる実用的目的のための誘導弾性
波をカバーするように使用される。述語「音響」は同様
に広帯域の周波数（数千〜数百万１−１２）の意味にお
いて使用される。各構造体の木質的な特徴は、例えば溶
接または接合のように監視のために使用される入力点と
受信点との間が音響的に連続的であることである。

構造体中の欠陥を検出するために使用される従来の技術
には発生音響分析法（ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎａｎａｌｙｓ＋ｉｓ、）、振動分析法及び超音波深
傷法がある０発生音響分析法は変形、亀裂、磨耗等の結
果として欠陥領域自身から発生される中立歪波の検出に
基づく技術である。振動分析法は付与された振動または
人工的に誘起した振動を使用する。

構造体中の振動は、主な構造的変化が該振動により生じ
る共鳴の周波数及び振幅の変化を介して検出されるごと
く周波数成分に対して分析される。

これらの共鳴は構造体全体としての振動を含んでいる。

超音波深傷法では、構造体の微小領域（例えば幅０．２
層以下）が１〜１０　ＭＨ２で動作するトランスデユー
サを使用して短い（例えば１〜１５周期）、方向性を持
った超音波パルスにより走査される。トランスデユーサ
はかなり制動され、この技術は構造体中の欠陥による超
音波パルスの吸収、直接反射または回折に基づく、戻っ
てくるパルスの立上がり端は送信トランスデユーサまた
は別のトランスデユーサにより検出される。超音波パル
スの送受信間の遅延は、構造体の幾何形状に一対する欠
陥の位置と使用される超音波トランスデユーサの位置決
めとに依存する。トランスデユーサはできるように一般
に検査される構造体の表面を横切って移動す、る、超音
波深傷法は本質的にはトランスデユーサのかなりの移動
を必要とする短距離範囲（例えば金属で１ｍ以内）の技
術である。

これらの技術はいくつかの不都合を有している。

歪波の顕著な発生音響検出はいくつかの物質に対しては
非常に困難であり、トランスデユーサ間の間隔が感知す
べきソースから通常２〜３霞以内に制限され、データの
解釈及びソース位置が問題となりがちである。振動分析
法では、はとんどの重要な情報は通常構造体のより高い
オーバートーン（１−音）と関連しており、監視すべき
構造体の体積が大きくかつ感度良く監視しなければなら
ない場合には前記オーバートーンは励起困難であり、ま
た検出困難となる。超音波検査は局所的領域を調べるた
めの非常に短距離範囲（２００■■以下）の技術であり
、通常、方向性を有する細いビームにより構造体をかな
り走査させることを必要とする。

（発明の課題） 本発明の目的は、構造体中の欠陥の形成または成長の遠
隔検出のための感度の良い技術を提供することにあり、
該技術は不規則な構造体にも使用できまた３（１ｍ以上
の範囲でも使用できる十分な能力を有するものである。

欠陥の位置決めも本発明の見地内にある。

本発明による構造体監視方法は、（ａ）構造体に固着さ
れるトランスデユーサより前記構造体を介して音響エネ
ルギのバーストを送信させるステップと、（ｂ）前記構
造体に固着される１又は複数個の別のトランスデユーサ
において前記バーストから得られる受信波を検出するス
テップと、（ｃ）別の受信波を検出するために前記トラ
ンスデユーサの組合わせを木質的に変えないで前記ステ
ップ（ａ）及び（ｂ）を繰返して所定の時間後に前記構
造体中の変化を監視し；前記別の受信波を対応基準受信
波と比較し；かつ前記受信波が前記基準受信波と異なっ
ているか否かを各比較毎に決定して、その相違を前記音
響エネルギが伝播する全音響径路中の欠陥の形成もしく
は成長として指示するステップを具備している。

急速に減衰する単一の入力により発生する受信波の鋭い
立上がり端にのみ係わる、既に確立された超音波探傷法
とは逆に１本発明の技術は受信波の有意な持続期間内に
入手できる情報を使用する。受信波は観測され、写真も
しくはグラフィック・八−ドコピー、オシロスコープ、
ＶＤＵ７’イスプレイを含む適当な手段により、あるい
はディジタル化されたデータ記憶装置により（手動また
は自動で）記録される。同様に、波形の比較及びその解
釈は、適当な技巧により手動または自動で実行される。

適当な技巧とは、サイクルバイサイクルの振幅比較、自
動またはクロス修正技術等を含む、視覚的評価に対して
は種々の技術、例えば比較される２つの波の間の違いの
表示または適当な速度の視覚的繰返しによる交互の表示
のごとき技術が差異を際立たせるために使用できる。

本発明によれば、構造体を監視し、あらゆる欠陥、特に
亀裂の成長または溶接の破壊を検出し、位置決めするこ
とが可能となる。このような欠陥は構造体中の受容でき
ない部位に発生する６本発明は、海岸から離れた施設の
ごとき劣悪な環境中の複雑な構造の長期間に亘る監視に
好適であり、この場合、当該技術は、損傷の検出を可能
とすると共にダイパーによる調査のための指針を与え、
更に、要求されるダイパーによる調査の量を大幅に減少
させる。この技術が使用できる他の場合は、例えば精製
所、化学プラントのパイプ及び地上のパイプラインを監
視する場合である。

本発明を適用した一例では、数個のトランスデユーサが
岸から離れた石油基地のごとき大きな金属構造体の表面
に常設される０時々１例えば１ケ月に１度、電子制御装
置が全てのトランスデユーサと結合され、種々のトラン
スデユーサにおいて受信される音響波と前回の監視期間
に記憶された対応波とを比較することにより構造体の監
視が行なわれる。各受信波と前月（受信された対応波と
の間の差異は統計的に重要であり、これはトランスデユ
ーサと構造体との結合が変化しないとすれば該構造体中
の変化を示している。

本発明の原理は次の通りである。

第１のトランスデユーサ（構造体に常設されているのが
好ましい）は再現性の高い、通常は無方０ 向性の音響パルスまたはバーストを構造体中に送信する
。パルスの再現性は隣接のトランスデユーサにより該パ
ルスを検出してチェックされる。該パルスは構造体中で
複雑な一連の反射、屈折、回折または干渉を受け、もと
のパルスから得られる波は受信トランスデユーサで検出
される。この受信波は時間的に遅れて発生し、多重反射
等のため送ったパルスよりも全持続時間がかなり長い、
受信トランスデユーサも構造体に常設されているのが好
ましい。受信トランスデユーサは一般に送信トランスデ
ユーサとは別のものであるが、幾何形状によっては、送
信、受信の両方に同じトランスデユーサを使用すること
ができる。受信した波の分析をすると、パルスの送信と
欠陥が原因となる受信波形における初めの変化との間の
時間遅延が、構造体上及び／又は構造体内の２つのトラ
ンスデユーサ間の最も短い音響径路長と媒体中を通る音
速とに依存することが示された。同じパルスが送信され
かつ受信トランスデユーサの結合が実行的に不変のまま
であるならば、スタートから波列に沿ったかなり長い期
間延びる受信波形のパターンは、一般に長時間に亘る全
ての繰返しに対して変化しないことが判明した。更に、
構造中の欠陥の展開または成長は、受信波の全部または
一部のパターンの変化の割合により検出可能である。受
信波は、欠陥のある最も近い点を介するトランスデユー
サ間の、構造体上及び／又は構造体内の最小音響経路長
に対応する時間点以後影響がある。

有用な超音波技術におけるこの技術の別の利点は、印加
されるパルスのパワーが、構造体の大きさに応じて０．
１〜数百ワツトの範囲内で済むことであり、このことに
より構造体の大きい領域を監視することが可能となる０
例えばトランスデユーサ間の距離は３０薦以上にするこ
とができる。

前記ステップ（ａ）は異なった形を有する一連の音響エ
ネルギのバーストを送信することを含み、かつ前記ステ
ップ（ｂ）は各バーストより得られる受信波を検出する
ことを含むのが好ましい０例えば、前記一連のバースト
の各バーストは形状、持１ 続時間及び内部周波数のうちの１つ以−ヒにおいて相違
する。

異なった形の一連のバーストを用いる利点は、ある欠陥
が生じせしめる変化はある受信波形において別の受信波
形より容易に検出可能となることである。

前記音響エネルギのバーストまたは前記一連の音響エネ
ルギのバーストの各バーストは２０〜２００回繰返され
、当該方法がノイズの影響を最小化するために前記受信
波を統計的に解析することを更に含むことが好ましい。

このような統計的解析は、最初の基準受信波を設定する
際及び別の受信波を検出するときの両方において実行す
るのが都合が良い、このことにより、ノイズによって生
じる過大な値を拒絶できると共に波形の通常の統計的変
動を定めることができ、かつ以下に説明するように欠陥
の位置を検出することを試みたときに最初の変化が発生
する時点の検出をより精度良いものとすることができる
。

３ ２ 伝播される各パルスは１通常５０ｋ）１２〜ＩＭＩ−１
２の間に典型的に存する一定内部周波数となる。当該技
術は上記範囲以外で使用しても良いが、その場合、感度
が低下し、かつ／あるいはアプローチに対する変更が必
要となるという問題点に遭遇しやすくなる。約５０ｋｌ
−１２以下では、本方法の空間的識別性がかなり劣化し
、欠陥が小さいものであるときにはその位置決めまたは
検出が困難となる。約ＩＭＨｚ以上では、超音波は媒体
のためかなり減衰し、使用されるトランスデユーサ間の
最大距離がより短くなる。パルスの内部周波数は１５０
〜５００ｋＨｚの範囲内にあるのが便利である。前記バ
ーストは約２００８２までの繰返し速度で繰返されるの
が好ましく、また前記ステップ（ａ）は顕著に減衰する
前記各受信波の時間よりも長い時間間隔で前記バースト
を伝播することを含んでいるのが便利である。これは、
受信波はバースト間においてその最大共通振幅の１ｚ以
下に減衰させるので有利である。各人力パルスの振動の
数は小さい構造体に対しては１〜１０の間とし、構造体
の質量及び４ 大きさに依存する環境並びに使用される入力パワーに適
合させるためには数百あるいは千以上とすることができ
る。

受信された波の後側の周期は音響径路の変化に非常に敏
感となるので、前記ステップ（Ｃ）の比較ステップおい
ては各受信波の初めの３００周期を使用するのが好まし
い。

本発明の方法は、前記別の受ｉ波を前記対応基準受信波
とそれぞれ比較することによりそれらが初めに相違しは
じめる前記受信波に沿った位置を決定し：監視された欠
陥を介する前記ｌ又は複数個のトランスデユーサまでの
対応音響径路の長さを決定し：少なくとも２つのそのよ
うな長さから監視された前記欠陥の位置を決定すること
を含むのが好ましい。

欠陥の発生または成長が受信波に変化を生じさせ、かつ
波列に沿った最初の変化が識別される場合、送信される
パルスのスタートと最初の変化との間の時間間隔は欠陥
がありそうな位置の軌跡を計算するのに使用できる。こ
の近似的な欠陥　ｈ 位置は、適当に設けられた３つの入カドランスデューサ
及び受信トランスデユーサごとに、同じ欠陥の発生また
は成長に対する上記軌跡より計算される。

ある場合には、受信波に沿った最初の変化を検出するこ
とが不可能となり、最初に検出される変化は欠陥を介し
て音響バーストが伝播する最も短い径路により形成され
たものではなくなる。この場合、計算された軌跡は、そ
の内側に欠陥の発生または成長が存する境界を示す０通
常、最初の変化が検出されなかったという事実は３つの
軌跡の好転における“不確定さの三角形”の広さより明
らかになる。このため、上述したように、より良好な位
置決め精度が得られ、かつ変化が小さいときには受信波
に沿った最初の変化を検出する機会が誘起されるごとき
、形状が変化する一連の入力バーストを使用することが
好ましい。

欠陥の成長またはサイズを監視するために便利な方法に
おいて本発明の方法は、連続的な前記別の受信波と前記
基準受信波との間の相違をそ　６ れらが相違しはじめる点において監視することを含む。

既に述べたように、別の受信波と基準波との間の差異の
大きさは欠陥の変化の程度を示す。

本質的に、欠陥の小さい成長は受信波の小さな変化を生
じさせ、大きい成長は受信波のより大きい変化を生じさ
せる。

受信波の所定の半周期における欠陥の形成または成長の
影響は、正、負または零の振幅変化を生じさせる。また
欠陥が進行するときには、変化を受ける半周期は正、負
または零の変化を順次受ける。そして個々の周期毎に、
任意のスタート点に対する変化は一般に振動的となり、
該スタート点は全振動領域のいたるところにとることが
できる０例えば符号を無視した絶対値の変化が受信波の
一連の半周期に亘って合計されたならば、その合計は最
初は欠陥の成長に伴なって増加する。

そして受信波のいくつかの半周期の変化の真の増加がそ
れらの変化の方向の反転の結果減少するので、ある程、
度の欠陥の成長の後に前記変化の合計の変化速度が減少
する。更に、変化の反転及び増７ 加がはＣ平衡となるある限界に達する。この限界におい
て、欠陥の成長の量を監視することは不可能となる。

従って本発明の方法は、監視された相違がいつ閾値に近
づくかあるいは達するかを決定し；それに基づいて前記
基準受信波を新しい基準波となる最も最近の受信波と置
換し、次いで連続的な前記別の受信波と該新しい基準波
との間の相違を決定することを含んでいるのが便利であ
る。

この方法によれば、受信波の全体的変化は、変化の反転
及び増加がはＣ平衡となる前記閾値を超えることはない
、この変化は現在の基準に対して小さく保たれ、常に正
確な監視が行なえるようになる。

ある好ましい例では、チェックトランスデユーサを入カ
ドランスデューサの近傍に設け、これらのトランスデユ
ーサは同一のハウジング内に設けられる。

本発明の方法は、中央制御ユニットを用いた自動制御に
対して特に好適である。

８ 従って、要約すれば数個の常設されたトランスデユーサ
を用いた構造体中の欠陥監視の典型的手順は次のように
なる。トランスデユーサは、送信トランスデユーサを作
動させかつ受信トランスデユーサからの波を記憶する役
割をする中央制御ユニットに電気的に結合される。中央
制御ユニット内の電子記憶装置または大量記憶装置は、
数ケ月または数年前の検査時の状況に対応する波形を記
憶する。中央制御ユニットは、構造体を介する入力パル
スの一連の送信を実行し、受信波形を記憶、解析し、か
つ最初のまたは次続の受信波形の統計的変動のデータを
記憶するようにプログラムされている。監視される欠陥
を介するトランスデユーサまでの最も短い音響経路長は
中央制御ユニットにより演鐸され、中央制御ユニットは
プログラムされた構造体の幾何に関する情報及びトラン
スデユーサの位置を使用して、欠陥の位置を決定する。

中央制御ユニットは各受信波形を詳細に分析し、かつ予
しめ記憶された波との統計的相関をとることができるの
が好ましい、そしてこの相９ 関は、先ず欠陥が形成もしくは成長したか否かを決定す
るのに使用され、もし肯定的であれば欠陥の位置が決定
され、その成長の程度が決定される。

（発明の構成及び作用） 本発明の原理を第１Ａ図及び第１Ｂ図に示す。

第１Ａ図は入カドランスデューサ２と受信トランスデユ
ーサ３が設けられた構造体ｌの一部を示す。短いバース
ト、例えば５周期の超音波エネルギが入カドランスデュ
ーサ２から構造体１中に伝えられる。バーストの内部周
波数は例えば４００に！−ｈである。バーストエネルギ
は構造体１中へ伝播された後、受信トランスデユーサ３
により受取られ、第１Ｂ図（ｉ）に示すものと同様な波
形が得られる。超音波バーストが多くの異なった径路を
介して伝播し受信トランスデユーサ３に達するという事
実により、受信された波形の周期の数は入力バーストの
周期の数より大きくなる。第１Ａ図は、最も短い径路４
とより長い径路５の２つの音響径路を示している。

０ 亀裂６のごとき欠陥が構造体１中に生じ、本発明の方法
が繰返されると、受信トランスデユーサ３で得られる波
形は、初めはトランスデユーサ２と３間の最も短い径路
４に対応するので第１８図（ｉ）に示すように元々得ら
れる波形と同じとなる。しかし径路５中の亀裂６の存在
により、径路５に沿って伝わるエネルギが変化し、一旦
径路５に沿って伝達されるエネルギが受信トランスデユ
ーサ３に到達すると受信波形が変化する。この変化は第
１Ｂ図のオシロ波形を比較すれば分かり、第１Ｂ図（ｉ
ｉ）の矢印４１で示される。

この情報は２つの伝播路の間〒構造体に変化があること
を単に示すために使用でき、またこの変化を詳細に解析
して、該変化の位置及び／又は変化の程度を決定するこ
とができる。このことを以下詳細に説明する。

構造体中の変化の程度をホす出力を与える方法を実施す
る一例の装置を第２図のブロック図に示す、第２図には
構造体１の一部、入カドランスデューサ２及び受信トラ
ンスデユーサ３，３′、３＃が１ 示されている。実際には、構造体ｌの異なった位置に１
又は複数の入カドランスデューサ２が設けられ、また受
信トランスデユーサ３．３′、３′を入カドランスデュ
ーサとして、入カドランスデューサを受信トランスデユ
ーサとして使用することもできる１本装置の動作は、例
えばプログラムされたコンピュータである主制御部７に
より制御される。第２図には簡単化のため数個の接続し
か示していないが、実際には主制御部７はここで述べる
ほとんどのデータ処理ユニットの動作を制御する。主制
御部７は、送信されるパルスの形を選択するパルス選択
回路８を制御する。既述したように、この選択には、内
部パルス周波数、パルス中の周期の数、及びパルス形状
の選択が含まれる。パルス選択回路８により、信号発生
回路９はトランスデユーサ選択回路ｌＯへ適当なパルス
が出力される。トランスデユーサ選択回路１０は作動す
べき適当な入カドランスデューサ２を選択し、その場合
の一接続が第２図に示されている。

この作動に応じて、入カドランスデューサ２は構２ 全体ｌを介してパルスを伝播し、該パルスは受信トラン
スデユーサ３．３′、３″により受取られる。

各受信トランスデユーサはディジタライザ１１に適当な
信号を出力する。またトランスデユーサ選択回路ｌＯか
らの出力は、ディジタライザ１１に直接供給され、−実
入力トランスデューサ２の近傍に設けられたチェックト
ランスデユーサ１２も信号をディジタライザ１１に出力
する。これらの２つの信号はディジタライザ１１により
ディジタル化された後、記憶部１３にデータＡとして一
時記憶される。受信トランスデユーサ３．３′、３７カ
）らの出力もディジタル化された後、データＢとして一
時記憶部１３に供給される。ディジタルデータＡ（入力
信号及び検査信号）は、各半周期毎のピーク振幅値のタ
イミング（入力パルスのスタートから始まる全てのタイ
ミング）及びリデューサ兼コンバータユニット　１４に
おける各零クロッシングのタイミングに圧縮される。そ
してユニット１４は、圧縮されたデータＡのシーケンス
内の各データ点が（監視される構造体に関して経験によ
り判３ 明した必要な又は実行可能な再現性に基づいて設定され
かつ最初の伝播により記憶部１４内に記憶された最初の
基準データＡとの比較を含む）所定の制限内にあるか否
かを決定する。チェックが満足されればデータＢは受は
入れられ記憶部１５に供給される。この方法を実施した
場合、何週間または何ケ月かたって得られるものはクリ
ティカルな受信波形の変化であるので、入力信号は最初
の基準入力信号とできるだけ同じであることが重要であ
る。主制御部７によりユニッ）　１４がデータＡを受入
れていないことが決定されたときには、アラーム　１６
が作動する。

上記の一連のステップは“ｎ”組のデータＢを得るため
に予じめ設定された“ｎ”回はど繰返される。モして°
ｎ”組のデータＢがパルス選択回路８により決定される
ように他の入力信号に対して得られ、最終的にはこれら
の全ステップが各入力トランスデ、ユーザ２毎に繰返さ
れる。

本装置は第２図の各ブロックにより表わされているが、
ここで述べるデータ処理は適当にプログ４ ラムされたコンピュータにおいて実行されることが理解
される。

最大の感度のために、受信信号の一部における小さな変
化が容易に識別できることが重要である。従って、ここ
で述べるアプロニチ、すなわち受信信号の微小部分の比
較は信号全体の１回の比較より好ましい。

記憶部１５に記憶されたデータは、入力信号と入力／受
信トランスデユーサ対２．３の第１の組合わせにつきり
デューサ１７により“ｎ”個の受信信号の各々に対して
、データＡに関して前述したごときタイミ１ングに圧縮
される。データＣと称されるこの新しいデータは記憶部
１８に記憶される。データＣ内の°°ｎ”組のデータは
、それらが大体等しく例えば機械的ノイズが数周期でも
って干渉するごとき小さい脱線を許容できることを証明
するために証明回路１８により互魁〉に比較される。“
ｎ”の値は典型的には２０と２００の間であ、る。

証明が満足されない場合、アラーム１０は作動５ しない、しかし、証明が満足され第１のデータの組を基
準としてとった場合、残りの（ｎ−１）　　組のデータ
はベストフィツトセレクタ２．０により設定された最初
のデータと適合する最もよい変調を得るために時間シフ
トされる０次に“ｎ”組の調整されたデータの各々から
の最初のデータ点が、データ拒絶兼平均化ユニット２１
により互いに比較され、予じめ設定した制限値より平均
値に近くないものが拒絶され、残りが平均化される。そ
してこのステップは一連の各データ点ごとに繰返され、
新しいデータ点の組“データＤ”を形成する。この“デ
ータＤ”は本監視の場合の記録波形を定めるものであり
、記憶部２２に記憶される。

そして上記の一連のステップが各組のデータＢ毎に繰返
される。

新しい各組のデータＤは比較器２３により、基準値記憶
部２４に記憶された過去の組のデータＤと比較される。

基準値記憶部２４に記憶されたデータ体、基準値記憶部
２４が更新されているときには、最初の監視試験または
次段の試験からのデ６ −タであって良い、逐次記憶に沿った各データ点毎に、
新しいデータと基準データとの差異が比較器２３により
決定され、記憶部２５に記憶されるデータＥである各タ
イミング及び振幅データを得る。

記憶されたデータＥはスキャナ２６により走査され、最
も最近のデータＤが基準値に対して“典型的な”量以上
相違しているか否か、またどこで相違しているかを決定
する１例えば半周期３５〜４０個に対する典型的な変化
は±ｔＸであり、一方この変化は半周期２．５個以上で
は不規則となる。

次に、スキャナ２Ｂにより決定される変化は、比較器２
７により、記憶部２８に予じめ記憶された典型的な変化
及び不規則な変化と比較される。

典型的な変化又は不規則な変化が予じめ記憶された（ま
たは予じめ設定された）制限外であるとき、インディケ
ータ２９により適当な指示が与えられる。ずれが適当な
指示を形成するのに不十分の場合、欠陥の成長は（もし
それが生じていたとしても）検出されなかったとみなさ
れ、データ７ Ｅの不規則なずれが後の基準値のための記憶部２８に記
憶される。

他の全てのデータＤの組が同様にして処理される。

インディケータ２９により与えられる指示は、変化が検
出されたか否かをオペレータに知らせ、変化が検出され
た場合、新しい欠陥または古い欠陥の成長を示す。

データＥを更に処理して、欠陥の位置の指示を与えるこ
と及び／又は欠陥の大きさもしくは欠陥の成長の指示を
与えることが可能である。

第３図は欠陥の近似的位置を決定する方法を説明するた
めの図である。

第３図には１層Ｘ　２ｓ　Ｘ　ｌｌｖ＋ｍの大きさのス
チール製板３０が示されている。トランスデユーサ３１
．３２．３３がそれぞれスチール製板３０の３つのコー
ナーの近傍に設けられている。ここで述べる試験では、
各トランスデユーサ３１．３２．３３は交互に励起され
て超音波バーストを発生し、トランスデユーサ３３．３
３．３２において受信波形がそれぞれ検出された。この
試験では最初のパルスは４００　ｋＨｚの内部周波数を
有する１０周期のものであった。第４Ａ図はトランスデ
ユーサ３！からの最初の送信に応答したトランスデユー
サ３３における受信波形を示す、第４Ａ図に示すオシロ
波形を写真で記録した。同様にしてトランスデユーサ３
２、３３にすり発生したパルスによる受信波形に対応す
るオシロ波形を記録した。

深さ３層■、直径２．５　ｍｍの穴をスチール製板３０
にあけた。そして同じ入力パルスをトランスデユーサ３
１により送信すると、受信された波形は第４Ｂ図に示す
ごときものであった。矢印３４は２つの受信波形間の一
初の差異の発生を示す、この差異は第３図に３６として
示される穴の存在によるものである。トランスデユーサ
３１におけるパルスの開始とトランスデユーサ３２にお
ける２つの受信波形の間の最初の変化との間の時間によ
り、トランスデユーサ対３１．３２のまわりに楕円状軌
跡を描くことが可能となる。この軌跡に沿って欠陥が位
置している。

９ ′ｔ　ｄ 次に、最初に設定したと同様に入力パルスをトランスデ
ユーサ３２．３３にて発生し、楕円状軌跡３８、３９を
描く、理論では３つの楕円３？、　３８．３８は新しい
欠陥または欠陥の成長が発生した点において交わる。実
際にはこれは、第３図に示すように、波形の最初の変化
が正確さを持って検出されない場合には起こらない、し
かし、欠陥の位置また−は欠陥の成長を小さい領域にせ
ばめることが可能である。

第２図の装置は、記憶部２５に記憶されたデータＥに応
じて３つ又はそれ以上の軌跡を決定できるように変更可
能であるのが好ましい。

また欠陥の成長を監視することも可能である。

本質的には、任意のデータＥの大きさの増加が欠陥の大
きさの増加を示す、しかし、前述したように、欠陥の大
きさの増加は、受信信号と基準信号との間の差異が一旦
閾値４０を超えた場合、該差異の周期的変化となる。こ
れを第５図に示す、欠陥の成長における小さい変化は計
量できるが、データＥの値が閾値を超えるように欠陥の
成長があ０ る制限値を超えると、それ以上の欠陥の成長は容易に決
定することはできない。

この問題を解決するために、記憶部２２に記憶されたデ
ータＤの値と記憶部２４に記憶されたもとのデータＤの
値とを比較する代わりに、記憶部２４に記憶されたデー
タを周期的に更新し、新しいデータＤと基準データＤの
差異を闇値４０以下に保ち、この差異を合計してもとの
基準データからの全変化の指示を与えるようにする。こ
のことは第６図に示されており、第６Ａ図は最新に選釈
された基準データＤに対する受信データＤの変化を示す
、矢印４１は基準値記憶部２４により記憶された基準デ
ータが最新に受信されたデータＤにより置換される位置
を示している。第６Ｂ図は、それぞれの新しい基準値に
対する変化をいかにして合計し、欠陥の成長の連続的増
加を示す全体的変化の連続的増加をいかにして与えるか
を示す、欠陥の成長を監視できるように第２図の装置は
適当に変更可能であることが理解される。

実質的に同一な入力波形を使用する重要性の点から、ト
ランスデユーサは構造体に常設しておくのが好ましい０
例えばトランスデユーサは構造体の上に接合または接着
することができる。置換されるトランスデユーサがその
もとの位置より約０．１　ｍｍ以内に位置決めされかつ
そのもとの向きより　１″以内に配向できるならばトラ
ンスデユーサを取除いたとしても、トランスデユーサを
正確に置換え可能であることが判明した。トランスデユ
ーサは磁性ブロックを有し、該ブロック上にトランスデ
ユーサチップが直接設けられていると便利である。

音響エミツシヨン検出に使用されるシールドされたし帝
へい体内の共振ＰＺＴ結晶は適当な送信及び受信トラン
スデユーサを構成する。また増幅器は関連する周波数帯
域に亘って安定なゲインを有する必要があり、例えば同
調増幅器は入力バーストの内部周波数の±１０　％の周
波数シフトに対してｌｚ以内の安定ゲインを持たなけれ
ばならない。

振幅ディジタライザは少なくとも８ビツト、好　１ ましくはｌＯまたは１２ビツトであり、受信振幅の範囲
に亘って正確な識別性を維持しなくてはならない、タイ
ミングに対しても同様、１６ビツト精度が、例えば５Ｍ
Ｈ２のクロックを使用して１〜１０ミリ秒の時間遅延に
対して１マイクロ秒の割合以内で零クロッシング及びピ
ーク瞬時値を同定するために要求される。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図及び第１Ｂ図はそれぞれ本発明の詳細な説明す
るための、入カドランスデューサ及び受信トランスデユ
ーサが設けられた構造体の概略図及び欠陥の形成の前後
の受信波形を表わすオシロ波形図、第２図は本発明によ
る一例の方法を実施するための装置のブロック回路図、
第３図は本発明による方法を説明するための概略的な図
であるとともにどのようにして欠陥が位置決めされるか
を示す図、第４Ａ図及び第４Ｂ図は第３図に示す試験に
おいて得られた受信波形を示すオシロ波形図、第５図は
欠陥の成長中の受信波形の変化の割合を示す図、第６Ａ
図及び第６Ｂ図は欠陥の成長３ ２ の増加にともなう信号の連続的増加変化を得る方法を示
す図である。 ｌ　−一一一構造体、 ２−一一一人カトランスデユーサ、 ３−一一一受信トランスデューサ、 ４．５−一一一音響径路。 ６−−−−欠陥。 特許出願人 ザ　ウェルディング　インスティテユート特許出願代理
人 弁理士　　山木恵− ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　（ａ）構造体（１）に固着されるトランスデユ
   ーサ（２）より前記構造体（１）を介して音響エネルギ
   のバーストを送信させるステップと、 （ｂ）前記構造体（１）に固着される１又は複数個の別
   のトランスデユーサ（３）において前記バーストから得
   られる受信波を検出するステップと。 （Ｃ）別の受信波を検出するために前記トランスデユー
   サ（２，３）の組合わせを木質的に変えないで前記ステ
   ップ（ａ）及び（ｂ）を繰返して所定の時間後に前記構
   造体（１）中の変化を監視し；前記別の受信波を対応基
   準受信波と比較し；かつ前記受信波が前記基準受信波と
   異なっているかを否かを各比較毎に決定して、その相違
   を前記音響エネルギが伝播する全音響径路中の欠陥（８
   ）の形成もしくは成長として指示するステップ、 とを具備することを特徴とする構造体監視方法。 （２）前記ステップ（ａ）が異なった形を有する一連の
   音響エネルギのバーストを送信することを含み、かつ前
   記ステップ（ｂ）が各バーストより得られる前記受信波
   を検出することを含む特許請求の範囲第１項に記載の構
   造体監視方法。 （３）前記一連のバーストの各バーストが形状、持続時
   間及び内部周波数のうちの１つ以上において相違する特
   許請求の範囲第２項に記載の構造体監視方法。 （４）前記音響エネルギのバーストまたは前記一連の音
   響エネルギのバーストのうちの各バーストが２０〜２０
   ０回繰返され、当該方法がノイズの影響を最小化するた
   めに前記受信波を統計的に解析することを更に含む特許
   請求の範囲第１項〜第３項のうちのいずれか一項に記載
   の構造体監視方法。 （５１，）”前記各受信波の最初の３００周期が前記ス
   テップ（０）の比較ステップにおいて使用される特許請
   求の範囲第１項〜第４項のうちのいずれか一項に記載の
   構造体監視方法。 （８）前記ステップ（’ａ）が、顕著に減衰する前記各
   受信波の時間よりも長い時間間隔で前記バーストを送信
   する特許請求の範囲第１項〜第５項のうちのいずれか一
   項に記載の構造体監視方法。 （７）前記別の受信波を前記対応基準受信波とそれぞれ
   比較することによりそれらが初めに相違しはじめる前記
   受信波に沿った位置を決定し；監視された欠陥（６）を
   介する前記ｌ又は複数個のトランスデユーサ（３）まで
   の対応音響径路の長さを決定し：少なくとも２つのその
   ような長さから監視された前記欠陥（６）の位置を決定
   することを含む特許請求の範囲第１項〜第６項のうちの
   いずれか一項に記載の構造体監視方法。 （８）連続する前記別の受信波と前記基準受信波との間
   の相違をそれらが相違しはじめる点において監視するこ
   とを含み、欠陥の成長または大きさを監視する特許請求
   の範囲第１項〜第７項のうちのいずれか一項に記載の構
   造体監視方法。 （８）監視された相違がいつ閾（ａ　（４０）に近づく
   かあるいは達するかを決定し；それに基づいて前記基準
   受信波を新しい基準波となる最も最近の受信波と置換し
   、次いで連続する前記別の受信波と前記新基準波との相
   違を決定することを含む特許請求の範囲第８項に記載の
   構造体監視方法。 （！０）チェック用トランスデユーサ（１２）が入カド
   ランスデューサ（２）の近傍に設けられ、これらのトラ
   ンスデユーサが同一のハウジング内に設けられている特
   許請求の範囲第１項〜第９項のうちのいずれか一項に記
   載の構造体監視方法。