JPS61201156A - 走査型超音波探傷装置のセクタ回路 - 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】 ａ、産業上の利用分野 本発明は走査型超音波探傷装置のセクタ回路に関する。

ｂ、従来の技術 第５図は従来技術による走査型超音波探傷装置のセクタ
回路のブロックダイアグラムであり、第６図は走査型超
音波探傷器の超音波トランスデュ−サから送信される超
音波の進行方向および波面を示す概念図である。

制御回路１ａからの制御信号によりディレー素子２ａ（
２□ａ・・・２ｎａ）の遅延時間が選択され、各パルサ
ー３ａ（３，ａ・・・３ｎａ）は基準信号に対してディ
レー素子（２，８・・・２ｎａ）によって定まる遅延時
間だけ遅延した送信信号を超音波トランスデユーサ４ａ
（４，ａ・・・４ｎａ）におくる。このとき、超音波ト
ランスデユーサ４＋ａ・・・４ｎａから被検体の中に送
信される超音波の位相が超音波トランスデユーサの配列
の端部からの距離に比例して変化するように、遅延素子
の遅延時間が設定される。この結果、第６図に図示する
ように、被検体の中を進行する超音波は超音波トランス
デユーサの法線に対して着定角度θ傾斜した方向に伝播
する。

上記超音波は被検体の中の欠陥等により反射され、反射
された超音波は上記超音波トランスデユーサ群により検
出され電気信号群に変換される。

上記超音波トランスデユーサからの電気信号はプリアン
プ群５ａで増幅され、それぞれの出力はそれぞれの遅延
時間が対応するディレー素子２．・・・２ｎａの遅延時
間に等しいディレー素子６ａ　（６、ａ・・・６　ｎａ
）を経て加算増幅回の遅延時間は制御回路１ａからの制
御信号により選択される。

上記ディレー素子６．ａ・・・６ｎａによって位相が調
整されているので、上記加算増幅回路７ａの出力は超音
波トランスデユーサ列に垂直な面に対して角度θだけ傾
斜した方向から見た欠陥の映像信号となっている。上記
映像信号はアナログ／デジタル変換回路８ａにおいてデ
ジタル信号に変換されたのち記憶回路９ａで記憶される
。上記記憶回路は上記制御部１ａにより制御され、同様
に上記制御部に制御されるＣＲＴ等の周辺機器１０ａに
映像信号を送る。この際記憶回路９ａには外部の座標変
換回路からのコントロール信号により座標変換された形
でデジタル信号が記憶される。上記座標変換回路は記憶
回路へデジタル信号を読みこむときのアドレス信号を角
度θに応じて変える回路であり、上記制御部にコントロ
ールされる。上記記憶回路にはＡ／Ｄ変換部が接続され
、制御部のコントロール信号により映像信号を出力し、
例えば上記ＣＲＴはこの映像信号にもとすき上記欠陥を
Ｂスフ−１画像として表示する。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 走査型超音波探傷器においては、送信・受信回路のディ
レー素子による遅延時間を切り換えることにより超音波
の進行方向θを変えることができ、従来技術によるとき
は固定ディレー素子群を制御信号で切り換えることによ
り遅延時間を切り換える。この結果つぎの問題点が生じ
る。

ｌ）セクター角（超音波トランスデユーサ列の法線に対
して超音波進行方向のなす角度）が３０’の場合には、
最大遅延時間が１μ３近くになり、鮮明な画像を得るた
めにはディレー素子の値を正確に選定しなければならず
回路設計が難しい。

１））逆にセクター角が微小であるとき、遅延時間を１
ｏｎｓのオーダーで制御しなければならない。

ｉｉｉ　）ディレー素子のラインおよび制御部の回路が
複雑である。

ｉｖ）同時に駆動する超音波トランスデユーサの数が多
くなると、特に受信回路のディレー回路の負担が大きい
。

本発明は送信回路と受信回路またはその一方の回路の遅
延時間をディレー素子を用いずに設定することができる
走査型超音波探傷装置のセクタ回路を提供することを目
的とする。

ｄ０問題点を解決するための手段 上記目的は、超音波トランスデユーサ列と、上記超音波
トランスデユーサ列の各超音波トランスデユーサを駆動
する駆動回路列と、上記各超音波トランスデユーサの送
信立ち上がりの時点を超音波トランスデユーサの配列の
順に遅延させる遅延時間設定回路と、上記遅延時間設定
回路を制御する制御回路と、上記超音波トランスデユー
サによって受信された反射超音波の信号を増幅する増幅
回路から成る増幅回路列と、上記増幅回路の出力をアナ
ログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と
、上記Ａ／Ｄ変換回路の出力を保持する記憶回路と、上
記制御回路からの制御信号によって超音波トランスデユ
ーサの配列の順に遅延して読みだされた上記記憶回路の
出力信号をデジタル信号からアナログ信号に変換するＤ
／Ａ変換回路と、上記超音波トランスデユーサ列の各超
音波トランスデユーサの出力に対応する各Ｄ／Ａ変換回
路の出力を入力とする加算回路と１、上記加算回路の出
力信号を表示装置に送るインターフェース回路を備える
走査型超音波探傷装置のセクタ回路によって解決された
。

ｅ０作用 制御回路からクロックパルスが遅延時間設定回路に送ら
れ、一定数のクロックパルス毎に駆動回路列の各駆動回
路をその配列の順に順次駆動させる駆動信号を遅延時間
設定回路が駆動回路列に送る。

この際超音波トランスデユーサ列に含まれる超音波トラ
ンス、デューサの数Ｎと一連の駆動信号によって駆動さ
れる超音波トランスデユーサの数ｎは必ずしも一致させ
る必要はない、Ｎ＞ｎとし、一連の駆動信号によって互
いに隣接する超音波トランスデユーサの組を駆動し、一
連の駆動信号毎に駆動される超音波トランスデユーサの
組を移動することにより、超音波送信源の位置を空間的
に移動することができる。

各超音波トランスデユーサの超音波送信開始の時点は上
記駆動信号によって定まり、その配列の順に遅延するの
で、各超音波トランスデユーサから送信される超音波の
位相も隣接する超音波トランスデユーサ毎に順次遅れる
。したがって一連の駆動信号によって生成される超音波
の波面は超音波トランスデユーサ列に対して角度θだけ
傾斜する。すなわち超音波トランスデユーサ列の法線に
対して角度θだけ傾斜した方向に進行する。

上記進行方向を有する超音波は被検体の中を進行し、被
検体中に欠陥などが存在すると散乱され散乱波が発生す
る。上記散乱波は超音波トランスデユーサ列によって受
信され電気信号に変換され、各超音波トランスデユーサ
毎に設けられた増幅回路で増幅される。増幅回路の出力
は、後段のアナログ／デジタル変換回路においてデジタ
ル信号に変換され、その後段の記憶回路に保持される。

記憶回路の保持内容は、制御回路からの読み出し信号に
よって読み出され、デジタル／アナログ変換回路におい
てデジタル信号からアナログ信号に変換される。この際
、各超音波トランスデユーサに対応する信号の読み出し
時点を制御することにより、記憶回路に人力された時点
に対する記憶回路から出力される時点の遅延時間を変化
させることができる。各超音波トランスデユーサに対応
する遅延時間を、送信回路の遅延時間設定回路において
各超音波トランスデユーサに対して設定された遅延時間
に一致させ、デジタル／アナログ変換回路の各超音波ト
ランスデユーサに対応するデジタル信号の和を加算回路
において計算することにより、超音波を送信した超音波
トランスデユーサから超音波トランスデユーサ列の法線
に対して角度θだけ傾斜した方向に存在する欠陥の映像
信号が得られる。

一連の駆動信号毎に駆動される超音波トランスデユーサ
の組を空間的に移動し又は上記角度θを変化させること
により、被検体の中の欠陥像をインターフェース回路を
介して例えばＣＲＴなどの表示装置に表示することがで
きる。

ｆ、実施例 第１図は本発明に係る走査型超音波探傷装置のセクタ回
路の好ましい実施例のブロックダイアグラム、第２図は
本発明に係る走査型超音波探傷装置のセクタ回路の超音
波トランスデユーサの配列と一連の駆動信号で発生する
超音波を示す概念的断面図である。

制御回路１からクロックパルスが遅延時間設定回路２に
送られ、一定数のクロックパルス毎に各駆動回路をその
配列の順に順次駆動させる駆動信号を遅延時間設定回路
２が駆動回路列３に送る。

遅延時間設定回路２は、例えばクロックパルスを入力信
号とするシリアルＩＮパラレルＯＵＴシフトレジスタに
よって実現することができる。

超音波トランスデユーサ列４の各超音波トランスデユー
サ（１・・・Ｎ）の超音波送信開始の時点は上記駆動信
号によって定まり、その配列の順に遅延するので、各超
音波トランスデユーサから送信される超音波の位相も順
次遅れる。したがって一連の駆動信号によって生成され
る超音波の波面は超音波トランスデユーサ列に対して角
度θだけ傾斜する。すなわち超音波トランスデユーサ列
の法線に対して角度θだけ傾斜した方向に進行する。な
お上記角度θは遅延時間によって定まり、遅延時間は制
御回路１のクロックパルスの周期などの調整によって変
えることができる。

この際超音波トランスデユーサ列４に含まれる超音波ト
ランスデユーサの数Ｎと一連の駆動信号によって駆動さ
れる超音波トランスデユーサの数ｎは必ずしも一致させ
る必要はない。Ｎ＞ｎとし、一連の駆動信号によって互
いに隣接する超音波トランスデユーサの組を駆動し、一
連の駆動信号毎に駆動される超音波トランスデユーサの
組を移動することにより、超音波送信源の位置を空間的
に移動することができる。

上記進行方向を有する超音波は被検体の中を進行し、被
検体中に欠陥などが存在すると散乱され散乱波が発生す
る。上記散乱波は上記超音波トランスデエーサ列４によ
って受信され電気信号に変換され、各超音波トランスデ
ユーサ毎に設けられた増幅回路から成る増幅回路列５で
増幅される。

上記両幅回路５の出力は、後段のアナログ／デジタル変
換回路６においてデジタル信号に変換され、その後段の
記憶回路７に保持される。上記記憶回路７の保持内容は
、上記制御回路１からの読み出し信号によって読み出さ
れデジタル／アナログ変換回路８においてデジタルから
アナログ信号に変換される。この際、各超音波トランス
デユーサに対応する信号の読み出しを制御することによ
り、記憶回路７に入力された時から記憶回路から出力さ
れる時までの時間を変えることができる、すなわち遅延
時間可変遅延回路とすることができる。

各超音波トランスデユーサに対応する遅延時間を、送信
回路の遅延時間設定回路２において各超音波トランスデ
ユーサに対して設定された遅延時間に一致させ、デジタ
ル／アナログ変換回路８の各超音波トランスデユーサに
対応するデジタル信号の和を加算回路９において計算す
ることにより、超音波を送信した超音波トランスデユー
サ群から超音波トランスデユーサ列の法線に対して角度
θだけ傾斜した方向に存在する欠陥の映像信号が得られ
る。

上記映像信号に基づいて、ＢスコープまたはＣスコープ
として欠陥の画像が得られる。

例えばＢスコープ画像は、上記インターフェース回路１
０を、Ａ／Ｄ変換回路記憶回路、Ｄ／Ａ変換回路、座標
変換回路（いずれも図示せず）で構成し、座標変換する
ことにより得られる。上記映像信号を上記Ａ／Ｄ変換回
路によってデジタル信号に変換し、このデジタル信号を
上記回路に記憶させる。制御回路ｌによって角度θに応
じてコントロールされている上記座標変換回路からのア
ドレス指定コントロール信号により指定される上記記憶
回路の位置に、超音波トランスデユーサ列の始めから終
りまでの１フレ一ム分の信号が記憶される。記憶回路の
出力は、制御回路１のコントロール信号により制御され
たＤ／Ａ変換回路を経て、例えばＣＲＴなどの表示装置
１）に送られ超音波トランスデユーサ列に垂直方向の映
像信号（Ｂスコープ）として出力される。なお角度θを
変化させることも可能である。

またプローブを移動することにより超音波の進行方向を
着定角度θに保ちながら超音波を被検体の中で平行移動
させ、そのとき得られる映像信号を他のインターフェー
ス回路１０を介してＣＲ７回路に送り、被検体の中の欠
陥をＣスコープとして表示装置１）に表示することもで
きる。

第２図においてはＮ個の超音波トランスデユーサからな
る超音波トランスデユーサ列の中の第５から第１２まで
の超音波トランスデユーサ（ｎ＝８）が一連の駆動信号
によって駆動され、超音波トランスデユーサ列の法線に
対して角度θの方向に超音波が進行する状態である。次
の一連の駆動信号により第６から第１３の超音波トラン
スデユーサを駆動することにより、超音波送信源が空間
的に平行移動される。なお、アナログ／デジタル変換回
路６の制御、記憶回路７のアドレス、アクティブ／イナ
クティブ制御、デジタル／アナログ変換回路８の制御、
加算回路９の制御、インクフェース回路１０（Ａ／Ｄ変
換回路、記憶回路、Ｄ／Ａ変換回路、座標変換回路）お
よび表示回路１）の制御はマイクロプロセンサーなどを
用いて公知の技術で実現することができる。

第３図は本発明に係るセクタ回路を用いた走査型超音波
探傷器のプローブ１２が被検体１３の中に超音波１４を
送り欠陥１５を探傷するときの概念的断面図である。超
音波トランスデユーサ列の配列方向をＸ軸とし被検体の
表面に対して垂直方向を２軸とするとき、一連の駆動信
号毎に超音波の送信源がＸ方向に移動し、ｘｙ面内の欠
陥１５の画像１６がＢスコープとして例えばＣＲＴ上に
表示される。

またプローブ１２をＸ軸に対して直角方向のｙ軸に沿っ
て移動することにより、欠陥の２次元画像（Ｃスコープ
）を表示することもできる。

第４図はＣＲＴ上に表示された欠陥１５の画像１６の例
である（Ｂスコープ）。

なお超音波トランスデユーサを２次元（例えば第３図の
ｘｙ平面内）に配列することにより、プローブ１２を移
動することな（欠陥の２次元画像をうろこともできる。

ｇ８発明の効果 ｉ）送信回路および受信回路の遅延時間を任意にかつ容
易に調整することができる。

ｉｉ）＆Ｈ音波の進行方向を容易に変えることができる
ので、欠陥検知能力が向上する。

ｉｉｉ　）従来技術によるとき必要とされる遅延線の数
量が大幅に減少し、遅延線の周波数特性は゛遅延量に反
比例するので、この結果周波数特性が向上する。すなわ
ち周波数の高いプローブを使用しても感度の低下が少な
い。

ｉｖ）各超音波トランスデユーサの受信波に対応した信
号が記憶回路に保持されているので、加算回路前段でデ
ジタル処理することが可能である。したがって鮮明な画
像を得るための画像処理、およびその他の画像処理をす
ることができる。すなわちビデオ信号の早い段階でデジ
タル化しているので、信号の質を落とすことなく、高度
な信号処理を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る走査型超音波探傷装置のセクタ回
路の好ましい実施例のブロックダイアグラム、第２図は
本発明に係る走査型超音波探傷装置のセクタ回路の超音
波トランスデユーサの配列および一連の駆動信号で発生
する超音波を示す概念的断面図、第３図は本発明に係る
セクタ回路を用いた走査型超音波探傷装置のプローブ１
２が被検体１３の中に超音波１４を送り欠陥１５を探傷
するときの概念的断面図、第４図はＣＲＴ上に表示され
た欠陥１５の画像の例（Ｂスコープ）、第５図は従来技
術による走査型超音波探傷装置のセクタ回路のブロック
ダイアグラム、第６図は走査型超音波探傷器の超音波ト
ランスデユーサから送信される超音波の進行方向および
波面を示す概念図である。 ■・・・制御回路、　　２・・・遅延時間設定回路、３
・・・駆動回路列、　４・・・超音波トランスデユーサ
列、５・・・増幅回路列、　６・・・Ａ／Ｄ変換回路、
７・・・記憶回路、　　８・・・Ｄ／Ａ変換回路、９・
・・加算回路、　　１０・・・インターフェース回路、
１）・・・表示装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波トランスデューサ列と、上記超音波トラン
   スデューサ列の各超音波トランスデューサを駆動する駆
   動回路列と、上記各超音波トランスデューサの送信立ち
   上がりの時点を超音波トランスデューサの配列の順に遅
   延させる遅延時間設定回路と、上記遅延時間設定回路を
   制御する制御回路と、上記超音波トランスデューサによ
   って受信された反射超音波の信号を増幅する増幅回路か
   ら成る増幅回路列と、上記増幅回路の出力をアナログ信
   号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、上記
   Ａ／Ｄ変換回路の出力を保持する記憶回路と、上記制御
   回路からの制御信号によって超音波トランスデューサの
   配列の順に遅延して読みだされた上記記憶回路の出力信
   号をデジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変
   換回路と、上記超音波トランスデューサ列の各超音波ト
   ランスデューサの出力に対応する各Ｄ／Ａ変換回路の出
   力を入入力とする加算回路と、上記加算回路の出力信号
   を表示装置に送るインターフェース回路を備えることを
   特徴とする走査型超音波探傷装置のセクタ回路。 ２）上記インターフェース回路がＡ／Ｄ変換回路と、上
   記Ａ／Ｄ変換回路の出力を記憶する記憶回路と、上記記
   憶回路内のアドレスを指定する座標変換回路と、上記記
   憶回路の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路
   を備えるＢスコープ表示用インターフェース回路である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の走査
   型超音波探傷装置のセクタ回路。 ３）上記インターフェース回路がＣスコープ表示用イン
   ターフェース回路であることを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載の走査型超音波探傷装置のセクタ回路
   。