JPS63134949A - 超音波計測装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、被検体内に超音波を送受波し、被検体内の伝
搬特性が受信超音波の特性を変化させることを利用して
被検体の超音波特性を計測する超音波計測装置に関する
ものである。

従来の技術 被検体内の情報を超音波を用いて得る方式の例としては
非破壊超音波断層装置がある。非破壊超音波断層装置は
構造物内に超音波を送波し、構造物内からの反射波より
構造物内の情報を得るパルス反射法が一つの方式として
注目されている。パルス反射法は構造物内の音響インピ
ーダンス差のある種々界面、例えば構造物内の不均一部
分、あるいは不完全な溶接部分等からの反射エコー強度
、すなわち振幅値と超音波の伝搬時間とから構造物内の
情報を２次元的に集め表示することで断層像を得るもの
である。しかし近年、おもに構造物内の欠陥等の形状判
断を行う超音波断層装置に対し、構造物内の形状のみな
らず構造物を構成する素材の質の情報も得たいという要
望も高まっている。

このような構造物中の素材の質に関する情報は例えば素
材内での超音波の伝搬特性、あるいは散乱特性等を計測
することにより可能となる。この超音波伝搬特性や超音
波散乱特性をパルス反射法で調べる場合には、後で説明
するように、一方の特性のみを単独で測定することは難
しい。この超音波伝搬特性、特に超音波減衰特性と超音
波散乱特性との関係については例えばジャーナル　オプ
スタティスティ力ル　フィジックス：　Ｊｏｕｎａｌ　
ｏｆＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏ
ｌ、３６　Ｎｏｓ、５／６．　７７９〜７８６頁、　　
１９８４に記載されているように互いに密接な関係を有
する。一方で、この超音波伝搬特性と超音波散乱特性を
別々に得ることができれば素材の質、特に金属等におけ
る多結晶化部分、あるいは焼結体内の欠陥部分等の質の
定量的な把握が可能になる。以下、第４図を参照して従
来の超音波伝搬特性測定法について説明する。

第４図において、１は被検体、２は被検体１に対して超
音波の送受信を行う超音波変換器、３は被検体ｌと超音
波変換器２との音響的結合を行う結合媒体、４は結合媒
体３を収納する容器、５は超音波変換器２を駆動するパ
ルス駆動器、６は超音波変換器２の受信信号を増幅する
プリアンプ、７はプリアンプ６の出力を検波する検波器
、８は検波器７の出力を記憶し断層像を構成する走査変
換部、９は走査変換部８の出力を表示する表示部、１０
はプリアンプ６の出力に対し、周波数分析等の解析を行
う信号解析部であり、信号解析部１０の出力は走査変換
部８へ入力され、表示部９に表示される。

以上のような構成において、以下その動作について説明
する。

まずパルス駆動器５により駆動パルスが送出され、超音
波変換器２に加えられ、超音波変換器２は超音波パルス
を発生する。発生した超音波パルスは結合媒体３を伝搬
し、被検体ｌへ到達する。

結合媒体３には超音波吸収の少い材料、例えば水が用い
られる。容器４は水等の結合媒体３の流失を防止する。

被検体１は鋳造体で構成される構造物の一部であり、不
均質な多結晶部分が含まれるものとする。被検体１に到
達した超音波パルスの一部は被検体１へ透過し、被検体
１の中を伝搬しながらその音響的な質の変化に対応して
次々に散乱され、その一部は伝搬径路すなわち音響走査
線上を逆行して超音波変換器２に戻シ、受信信号に変換
される。この伝搬や散乱の過程で超音波パルスは被検体
Ｉの音響的な質の影響、すなわち超音波伝搬特性や超音
波散乱特性の影響を受ける。受信信号はプリアンプ４で
増幅され、その出力は検波器７で検波され、検波器７の
出力は走査変換部８で記憶、走査変換され、走査変換部
８の出力は標準ＴＶモニタ等で構成される表示部９に表
示される。プリアンプ４の出力は、一方、信号解析部１
０において周波数分析等の信号解析がなされ、伝搬特性
あるいは散乱特性が計算される。伝搬特性の中の減衰特
性については以下のような計算により求められる。まず
被検体１内の特定の深さＲ１に対応する受信信号ｈ　（
几ｌ）と深さＲ２に対応する受信信号ｈ　　（Ｒ２）を
抜取る。抜取る信号の長さを被検体１内で例えば５ｍｍ
とする。抜取る信号の長さをＩｍｍとした場合に対応す
るゲート幅を１８式とすると、 Ｔ＝２・ｂ今　　　　　　　　　　　　　−・・−・−
（＋）但し、■；音速　Ｋｍ／ｓｅｅ 従って、ゲート幅を決定するためには音速Ｖの値が既知
でなければならない。音速Ｖの値はそれぞれの材質に対
応して予めデータを用意しておく必要がある。次に、受
信信号ｈ（Ｒ１）とｈ　　（Ｒ２）に対してフーリエ変
換等の周波数分析を行う。

ｈ　（几１）のフーリエ変換を）（１（ωル　ｈ　（几
２）のフーリエ変換をＩ］２（ω）、ωを角周波数とす
ると、Ｈ１（ω）、Ｒ２（ω）は次式で表わすことがで
きる。

１−１１（ω）＝Ｔ（Ｇｌ　Ｇ　１（ω）・Ｓ　１　（
ω）　　　　　−−（２）１１２（ω）−Ｔ（ω）・　
Ｇ２（ω）・　８２（ω）　　　　　　・・１直３）但
し、Ｔ（ω）は超音波変換器２が送受信する超音波パル
スの周波数特性、Ｇｌ（ω）は超音波変換器２と被検体
の深さ几ｌの間を往復する際に超音波が受ける伝搬特性
、ｓｉ（ω）は深さｎｌにおける超音波の最乱特性であ
る。この式から明らかなように受信信号には超音波伝搬
特性と超音波散乱特性が積の形で含まれており、それぞ
れを別々の形で得ることは困難である。しかし、仮に散
乱特性Ｓ１（ω）と８２（ω）が等しいとすれば（２）
、　（３）式の比を求めることにより、被検体の深さＲ
１と深さＲ２の間の伝搬特性Ｇ２１（ω）が得られる。

Ｇ２１（ω）＝Ｇ２（ω）／Ｇｌ（ω）＝Ｈ２（ωｌ／
Ｈ１（ω）　　　　　　　・・・・・・（４）伝搬特性
０２１の絶対値は超音波減衰特性に対応する。このよう
にして被検体１内の任意の深さの領域における超音波の
伝搬特性を得ることができる。

従って、被検体１の表面と深さＲ１の間における伝搬特
性Ｃ）１（ω）も得ることが可能であり、（２）式を用
いれば散乱特性８１（ω）を得ることも可能である。

しかし、被検体ｌが不均質な散乱体で構成されている場
合には超音波散乱特性は部位により大幅に異なり、上記
したように８１（ω）と８２（ω）を等しいと仮定する
ことはできない。このため、この超音波散乱特性が被検
部位に対応してランダムに変化することを逆に利用する
ことが従来性われてきた。

すなわち、超音波変換器２が被検体１に対して超音波を
送受信する位置を所定の範囲内で被検体１の表面に平行
な方向に移動し、多数の部位に於て得られた受信信号に
ついてそれぞれ周波数分析を行い、得られた多数の周波
数分析結果を平均処理することにより、ランダムに変化
する散乱特性のみを相殺する。このようにして平均化さ
れたフーリエ変換！１１（ω）、０２（ω）に対しては
（４）式を適用することが可能となり伝搬特性を得るこ
とが可能になる。

発明が解決しようとする問題点 しかし、以上のような構成では被検体１内の超音波の散
乱特性が、その測定部位をずらした場合、完全にランダ
ムに変化する、すなわち各測定部位の間で全く相関がな
いということが前提となる。

しかしながらこの前提が、被検体内に存在する明確な音
響的境界を有する界面により成立たなくなるという問題
があった。

本発明は従来技術の以上のような問題を解決するもので
、任意の超音波の散乱特性を有する被検体に対して正確
に超音波の吸収特性を計測することを目的とするもので
ある。

問題点を解決するための手段 本発明は周波数の異なる２つの超音波パルス、すなわち
第１の超音波パルスと第２の超音波パルス（第１の超音
波パルスよりも中心周波数が高い）を用いた４組の超音
波パルス、すなわち第２の超音球パルス、第１の超音波
パルスの粒子速度零近傍かつ粒子加速度方向一定部分に
第２の超音波パルスを重畳したもの（位相状態Ｃと記す
）、第１の超音波パルスの粒子速度ピーク部分に第２の
超音波パルスを重畳したもの（位相状態りと記す）、第
１の超音波パルスを作成し、これらを被検体に送波し、
第１の超音波パルスの高調波成分も除去した差データに
対して周波数分析を行い、振幅変化量、位相変化量を求
め、これらの値から異なる深さ間の超音波の減衰、ある
いは散乱特性を求め、表示部に表示することにより上記
目的を達成するものである。

作用 本発明は上記構成により、第１の超音波パルスの伝搬の
非線形性による高調波成分を除去可能な状態で、異なる
位相状態で重畳された第２の超音波パルスと第１の超音
波パルスの伝搬の非線形性による振幅変化量と位相変化
量を求め、異なる深さ間におけるこれらの量の変化であ
る差分振幅変化量、差分位相変化量から超音波の減衰、
あるいは散乱特性を求め表示するものである。

実施例 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例における超音波計測装置を示
す機能ブロック図である。第１図（ａ）において、１２
は低周波帯の第１の超音波パルスを送出する第１の超音
波変換器、１３は第１の超音波パルスより周波数の高い
第２の超音波パルスを送出する第２の超音波変換器、１
４は被検体１１と超音波変換器１２．１３とを音響的に
結合する結合媒体、１５は結合媒体１４を収納する容器
、１６は第１の超音波変換器１２及び第２の超音波変換
器１３を位相制御駆動する制御駆動部である。制御駆動
部１６の内部のより詳細な機能ブロック図は第１図（ｂ
）に示される。

第１図（ｂｌにおいて１６１は第１の超音波変換器１２
を駆動するパルス駆動器、１６２は第２の超音波変換器
１３を駆動するパルス駆動器、１６３はパルス駆動器１
６１及び１６２の相呉のパルス発生タイミング差を制御
する位相制御部である。パルス駆動器１６１及び１６２
と位相制御部１６３により制御駆動部１６を構成する。

第１図（ａ）にもどり１７はシステムのクロックを発生
する信号源、１８は第２の超音波変換器１３からの受信
信号を増幅するプリアンプ、１９はプリアンプ１８の出
力信号を増幅する可変利得のアンプ、２０はアンプ１９
の出力信号をデジタルデータに変えるＡ／Ｄ変換器、２
１はＡ／Ｄ変換器２０の出力データを記憶する第１のバ
ッファメモリ、２２はＡ／Ｄ変換器２０の出力データを
記憶する第２のバッファメモリ、２３はバッファメモリ
２２と２１に記憶されているデータに対して差演算を行
う加算器、２４は加算器２３の出力である差データを記
憶するメモリ、２５はメモリ２４に記憶されている差デ
ータのデータ列に対して伝達関数計算を行う伝達関数演
算部、２６は伝達関数演算部２５の第１の出力である振
幅データＡと第２の出力である位相データＰに対して振
幅変化量と位相変化量を検出する変化量検出部である。

変化量検出部２６の内部のより詳細な機能ブロック図は
第１図（Ｃ１に示される。第１図（Ｃ）において２６１
．　２６２は伝達関数演算部２５の振幅データＡを記憶
するメモリ、２６３．　２６４は伝達関数演算部２６の
位相データＰを記憶するメモリ、２６５はメモリ２６１
，２６２に記憶されたデータに対して振幅変化量の分析
を行う振幅変化分析部、２６６はメモリ２６３．　２６
４に記憶されたデータに対して位相変化量の分析を行う
位相変化分析部である。振幅変化分析部２６５の出力デ
ータΔＡはメモリ２６７で記憶され、位相変化分析部２
６６の出力データΔＩ）はメモリ２６８で記憶される。

メモＩＪ　２６１　、　２６２゜２６３、　２６４．　
２６７、　２６８．振幅変化分析部２６５゜位相変化分
析部２６６で変化量検出部２６を構成する。

第１図ｔａ）にもどり、２７は変化量検出部の出力デー
タ△Ａ及びΔＰを入力として超音波特性を求・める特性
演算部、２８は特性演算部２７の出力を記憶、走査変換
する走査変換部、２９は走査変換部２８の出力を表示す
る表示部、３０はプリアンプ１８の出力信号を信号処理
する信号処理部、信号処理部３０の出力は走査変換部２
８において記憶変換され断層像を構成する。３１はシス
テム全体の制御を行う主制御部である。

以上のような構成において、以下その動作を説明する。

まず、第２の超音波変換器１３が出力する第２の超音波
パルスの例を第２図（ａｌに、第１の超音波変換器１２
が出力する第１の超音波パルス出力の例を第２図（ｂ）
に、位相状態Ｃで重畳された超音波変換器１２と超音波
変換器１３の超音波パルス出力の例を第２図（Ｃ）に、
位相状態りで重畳された超音波変換器１２と超音波変換
器１３の超音波パルス出力の例を第２図（ｄ）にそれぞ
れ示す。第１の超音波パルスの中心周波数は、例えば０
．５ＭＨｚ１第２の超音波パルスの中心周波数は、例え
ば７．５ＭＨｚとし、その中心周波数は大幅に異なる値
が選ばれている。位相状態Ｃでは第２の超音波パルスの
波形の重心は第１の超音波パルスの粒子速度が零近傍、
かつその値が負から正へ変化する、すなわち粒子加速度
が正のタイミングで重畳されている。位相状態りでは第
２の超音波パルスの波形重心は第１の超音波パルスの粒
子速度がピーク値を示すタイミングで重畳されている。

第１の超音波パルスと第２の超音波パルスの波形に関し
ては、第１の超音波パルスの波長をＡ、第２の超音波パ
ルスのパルス長をｔとしたとき、 ２・【〈　Δ とすることが望ましい。この関係により第２の超音波パ
ルスの伝達関数の振幅変化量や位相変化量の分析を容易
にできる。

次に、第２の超音波パルス、及び位相状態ＣとＤで重畳
された超音波パルスが被検体１１内を伝搬する様子を詳
しく説明する。通常の超音波検査装置で用いられる程度
のピーク超音波出力レベルの場合でも伝搬の非線形現象
により超音波が歪むことが知られている。この伝搬の非
線形現象の発生の機構は流体の場合と固体の場合では差
があるが歪を生じるという結果のみに注目すれば同様に
取扱うことも可能であるので、ここでは説明が容易な流
体中における超音波の伝搬について説明する。

流体中における超音波の伝搬の非線形現象は、超音波の
伝搬速度が波形の山と谷の部分で異なることにより説明
できる。この関係は次式で表される。

Ｂ Ｃ＝Ｃ，±（１十−（−））　−ｕ　＝Ｏｍ±Δｏ　　
　　　　−−（５）２　人 ここでＢ／Ａは伝搬媒体の非線形パラメータであり、流
体の種類により異なるが、例えば水では６程度の値であ
る。Ｃ０は無限−小振幅超音波の位相速度、Ｕは粒子速
度である。粒子速度Ｕは超音波パ＋７−ＩＷｚ−の場合
、水中で１２ａｎ　／　ｓｅｃ、△Ｃは５０／ｓｅｅと
なる。この伝搬の非線形現象が超音波の波形に与える影
響を第３図に示す。第３図（ａ）は第１の超音波パルス
が伝搬の非線形現象により歪む様子を、第３図（ｂ）及
び（Ｃ１は第１の超音波パルスの伝搬の非線形現象によ
り重畳された第２の超音波パルスの周波数特性が変化す
る様子を示す。第３図（ｂ）では位相状態Ｃで重畳され
た第２の超音波パルスの中心周波数が伝搬に伴い高周波
側ヘシフトし、第３図ｆｃ）では位相状態りで重畳され
た第２の超音波パルスの位相が伝搬に伴いシフトする様
子を示す。第２の超音波パルスに対して、第１の超音波
パルスが重畳されている場合と、重畳されていない場合
とにおける第２の超音波パルスの位相差、すなわち位相
変化量ΔＰは次式で表せる。

△Ｅ＝２・ΔＸ・ω・（−−−）　　　　　・・・・・
・（６）Ｃ０Ｃ・＋ΔＣ 水中における位相速度Ｃ・を１５００ｍ／ｓｅｃ、伝搬
距離△ｘを５ｍｍ、角周波数ωを２　ｔｔ　ｘ　７．５
Ｘ　１０’ｒａｄ／’式とすると△Ｐは０．１０ｒａｄ
（＝　６．Ｏｄｅｇ）となり、十分精度良く検出するこ
とが可能である。このような超音波の波形歪を固体中で
も生じさせることができる。

第２図に示す各超音波パルス波形が、（ｂ）第１の超音
波パルス、（Ｃ１位相状態Ｃ１（ｄ）位相状態Ｄ、（ａ
）第２の超音波パルスの順番を１サイクルとして被検体
４０に送出され、その受信信号が処理される過程を次に
示す。まず超音波変換器１３の送信を停止した状態では
、超音波変換器１２から発生した第１の超音波パルスは
結合媒体１４を透過し、被検体１１に到達、入射する。

第１の超音波パルスは結合媒体１４、被検体１１の中を
伝搬しながら非線形効果により歪を蓄積し、高調波成分
を増大させる。同時〆 に被検体１１の音響的質の変化に対応して次々に散乱さ
れその一部は超音波変換器１３に到達し、高調波成分の
中の一部の帯域成分は受信信号に変換される。この受信
信号ＰＳは後で差データを求めるときに使用される。受
信信号はプリアンプ１８で８／Ｎ良く増幅された後、可
変利得のアンプ１９で所定の振幅に増幅される。アンプ
１９の出力はＡ／Ｄ変換器２０においてデジタルデータ
に変換され、受信信号ＥＳに対応するデータは第１のバ
ッファメモリ２１に記憶される。Ａ／Ｄ変換器２０のサ
ンプルタイミングは制御駆動部１６に対して精密に同期
し、そのサンプル速度は数十ＭＨｚ　、分解能は１０ビ
ット程度以上あり入力信号の位相を正確に保存できる必
要がある。

次に、位相状態Ｃで第１の超音波パルスと第２の超音波
パルスが被検体１１に送出される。位相状態Ｃで重畳さ
れながら伝搬する様子は次のように近似できる。伝搬径
路は微小区間の集まりとみなせ、その微小な各区間にお
いて、重畳された超音波パルスは非線形現象にもとづく
伝搬歪を生じ、第２の超音波パルスの中心周波数は高周
波側へ変化する。この変化量は、注目している区間にお
ける粒子速度Ｕと伝搬媒質の非線形パラメータＢ／Ａの
両方に依存する。このようにして第２の超音波パルスは
その中心周波数が高周波側に変化することにより過剰な
減衰を受ける。この過剰な減衰は伝搬媒質の減衰定数に
も依存する値である。以上のように、微小な各区間にお
いて非線形伝搬歪と減衰による歪を繰返しつつ位相状態
Ｃを保持しながら超音波パルスは次々に散乱されながら
伝搬する。散乱され、伝搬径路を逆行する間は超音波パ
ルスはその振幅が非常に小さいため、非線形効果は無視
できる。位相状態Ｃにおける受信信号をＯ８とする。

次に、位相状態りで第１の超音波パルス第２の超音波パ
ルスが被検体１１に送出される。位相状態りで伝搬する
場合には、第２の超音波パルスは非線形効果にもとづく
伝搬歪としては、位相変化のみを受けると近似できる。

散乱され、伝播径路を逆行する超音波パルスはその振幅
が非常に小さいため非線形効果が無視できる。位相状態
りにおける受信信号をＤＳとする。

次に、１サイクルの最後に、超音波変換器１２を停止し
、第２の超音波パルスのみを被検体１１に送出する。第
２の超音波パルスにより得られる受信信号をＳＳとする
。以上が１サイクル中において被検体１１に送出される
超音波パルスである。受信信号ａＳ％ＤＳ及びＳＳに対
応するデータは第２のバックアメモリ２２に記憶される
。メモリ２１．２２に記憶されたデータのうち最初の３
つの受信信号ＰＳ、Ｏ８，ＤＳについては加算器２３に
おいて差データＣＤ、ＤＤが次式のように計算され、メ
モリ２４に記憶される。

差データＣＤ、ＤＤは重畳された超音波パルスの非線形
伝播歪の中のプローブ波にかかわる部分と考えることが
できる。

次に、伝達関数演算部２５はバッファメモリ２２メモリ
２４のデータを抜取り、周波数分析等の演算を行う。演
算は、具体的には、スペクトル振幅計算、位相角計算で
あり、７一リエ積分、ＤＦＴ　（離散フーリエ変換）等
の計算アルゴリズムの実行により得られる。振幅スペク
トル、位相角は次のように計算される。まず、第２の超
音波のみを送出した場合に得られたデータＤＳに関し、
被検体１１内の特定の深さＲ１に対応するデータ列をバ
ッファメモリ２２から抜取り、周波数分析を行い、フー
リエ変換Ｈ１（ω）を得る。同様にして深さ几２に対応
するデータ列をバッファメモリ２２から抜取り、フーリ
エ変換１（２（ω）を得る。抜取るデータの長さは、被
検体１１内で例えば５ｍｍ、時間に換算して６５μ式程
度である。

振幅スペクトルＡｌ（ω）はフーリエ変換Ｈ１（ω）の
絶対値として、位相角ＰＩ（ω）はフーリエ変換Ｈ１（
ω）の位相角として次式で得られる。

Ａｌ（ω）＝ｌＨ１（ω）１　　　　　　　　　　・・
・・・・（８）Ｐ　ｌ　（ωｌ＝ａｒｇ、　（１４１（
ω））　　　　　　　　　　−−（９）このようにして
得られた振幅スペクトルＡｌ（ω）、位相角ＰＩ（ω）
は被検体１１の中の散乱体の散乱の周波数特性の影響を
受け、これらのデータをそのまま用いだのでは被検体１
１が有する超音波の減衰特性等を正確に得ることは困難
である。次の処理のため深さＲ１に対応する振幅スペク
トルＡｌ（ω）と深さＲ２に対応する振幅スペクトルＡ
２（ω）はメモリ２６１で、深さＲ１に対応する位相角
と深さＲ２に対応する位相角Ｐ２（ω）はメモリ２６３
で記憶される。

位相状態Ｃで得られた受信信号の差データＣＤの深さＲ
１に対応する振幅スペクトルＡＯＩ（ω）と深さＲ・２
に対応する振幅スペクトルＡＯ２（ω）はメモリ２６２
で記憶され、位相状態りで得られた受信信号の差データ
ＤＤの深さ几１に対応する位相角ＰＤＩ（ω）と深さＲ
２に対応する位相角ＰＤ２（ω）はメモリ２６４で記憶
される。

次に、超音波変換器１２を停止した場合に得られた位相
角と位相状態りで得られた位相角の差、すなわち位相変
化量ΔＰ。

△Ｐ　１　（ωｌ＝　Ｐ　Ｄ　１　（ω）　−Ｐ　１　
（ω）　　　　　　−−ＱＯΔＰ　２（ω）＝　Ｐ　Ｄ
　２（ω）　−Ｐ　２（ω）　　　　　　−−（１１）
及び深さＲ２と深さｒｔｌにおける位相変化の差、すな
わち差分位相変化量△φ、 Δφ＝△Ｐ２（ω）−ΔＰｌ（ω）　　　　　　・旧・
・（２）がメモリ２６３．　２６４．　２６８と位相変
化分析部２６６を用いて計算される。差分位相変化量Δ
φはメモリ２６８に記憶される。

次に、超音波変換器１２を停止した場合に得られた振幅
スペクトルと位相状態Ｃで得られた振幅スペクトルの変
化、すなわち振幅変化量ΔＡ、△Ａｌ（ω）＝ＡＯ１（
ω）／Ａｌ（ω）　　　　　・・川・（至）ΔＡ２（ω
）＝ＡＣ２（ω）／Ａ２（ω）　　　　　・旧・・ＣＩ
４及び深さＲ１と深さ几２における振幅変化量ΔＡの変
化、すなわち差分振幅変化量Δα、△α＝ΔＡ２（ω）
／ΔＡｌ（ω）　　　　　　・・・・・・（ト）がメモ
リ２６１．　２６２．　２６７と振幅変化分析部２６５
を用いて計算される。差分振幅変化量はメモリ２６７に
記憶される。この振幅変化量ΔＡｌ（ω）は、位相状態
Ｃにおける伝搬特性Ｇ′１（ω）を用いて、ΔＡｌｆω
）＝ｌＧ’ｌ（ω）／Ｇｌ（ω）１　　　　・・・・・
・ＱｔＩと表すことができる。Ｇ１式では（２）式にお
ける超音波の散乱特性８１（ω）が消去されている。

一方、差分振幅変化量△αは、α５．　ａｎ式を用いて
、深さＲ１と深さ１％　２の間で、超音波が受ける減衰
Ｇ２１（ω）と、位相状態Ｃにおける減衰Ｇ’２１（ω
）を用いて次式で表わせる。

Ｇ′２（ω）／（１２（ω）　　　Ｇ’２１（ω）　　
　　　、、、　、、、αηＧｌ（ωｌ／Ｇｌ（ω）　　
Ｇ２１ｆω）この差分振幅変化量Δαは、深さＲ１と深
さ几２の間における超音波の減衰、及び第１の超音波パ
ルスの粒子速度Ｕと伝搬媒質の非線形・くラメータＢ／
Ａにより決まる量である。粒子速度Ｕと非線形パラメー
タＩ３／Ａの積は差分位相変化量Δφにより表わせる。

したがって差分振幅変化量△αは超音波の減衰Ｇと差分
位相変化量Δダから決定することができる。この関係を
利用して、逆に、差分振幅変化量△αと差分位相変化量
△φから超音波の減衰Ｇを決定することができる。特性
演算部２７ではメモリ２６７に記憶された差分振幅変化
量△αと、メモリ２６８に記憶された差分位相変化量Δ
φの値から超音波の減衰の値Ｇを決定する。超音波減衰
Ｇの値が求まれば（２）式を用いて超音波の散乱特性Ｓ
を求めることが可能になる。特性演算部２７で得られた
減衰、あるいは散乱特性は走査変換部２８で記憶され表
示部２９に表示される。走査変換部２８へは、プリアン
プ１８の出力に対し、対数増幅、包絡線検波等を行う信
号処理部３０の出力が接続され、断層像を形成すること
もできる。以上のような制御駆動部１６の状態の制御、
メモリの書込み、あるいは読出しの指示、種々演算の実
行等は主制御部３１で制御される。

以上の説明から明らかなように本実施例によれば駆動制
御１６の出力の状態を変化させ、被検体からの受信信号
について第１の超音波自身が生じる高調成分を除去した
後、差分位相変化量と差分振幅変化量を求め、これによ
り超音波の減衰、あるいは散乱特性を求めることができ
る。

なお、以上の実施例では、超音波変換器１２．　ｉ３は
説明止具なる場所において説明したが、同心軸上に配置
してもよい。これらの超音波変換器１２゜１３をリニア
、あるいはセクタ等に機械的に走査してもよい。又、超
音波変換器１２．１３を配列振動子で構成しても良い。

更に、受信信号のデータを抜取る位置を自動的に、被検
体の深さ方向、あるいは深さ方向とは直交方向に走差し
、減衰特性分布の断層像等を得ることもできる。

被検体としては、非破壊検査で対象となる種々の固体や
流体から成る構造物にとどまらず種々の生体組織、例え
ば畜肉の状態、あるいは医用の分野、特に肝疾患等超音
波の減衰、散乱とかかわりの深い疾患についてはその進
行度合を定量化するのにも応用が可能である。

又、この測定法は他の音響パラメータ、例えば非線形パ
ラメータを得る場合にも応用が可能である。

発明の効果 以上のように本発明は、第２の超音波・くルスに対し、
第１の超音波パルスを重畳した場合に生じる伝播の非線
形現象を利用し、受信信号から第１の超音波自身が生じ
る高調波成分を除去した後、振幅変化量、及び位相変化
量を異なる被検深さについて求め、異なる深さ間におけ
るこれらの値の変化である差分振幅変化量、及び差分位
相変化量を用いて異なる深さ間における超音波の減衰等
を得るものであり、受信信号が被検体中の散乱体の周波
数特性の影響を受ける場合にも正確に超音波の減衰に関
する情報を得ることができ、その効果は太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本説明の一実施例における超音
波計測装置の機能ブロック図、第２図（ａ）〜（ｄ＋は
本発明の一実施例における超音波変換器の出力波形図、
第３図（ａ）〜（Ｃ）は伝搬の非線形現象により歪みを
生じた超音波パルス波形図、第４図は従来の超音波減衰
特性測定を示す機能ブロック図である。 １２、１３・・・超音波変換部、１６・・・制御駆動部
、２３・・・加算器、２５・・・伝達関数演算部、２６
・・・変化量分析部、２７・・・特性演算部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男ほか１多節　１
１ヱ４ Ｌ　　　　　　　　　　　　−、−一一一一−Ｊ第２図 ７４　３　ｍ □イｉ二Ｓ元ダＮ 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の超音波パルスを送出する第１の超音波変換器と、
   前記第１の超音波パルスより周波数の高い第２の超音波
   パルスを送出する第２の超音波変換器と、前記第１及び
   第２の超音波変換器を位相制御駆動する制御駆動部と、
   前記第１の超音波変換器がオン状態における、第２の超
   音波変換器のオン、オフ各状態に対応する超音波受信信
   号の差データを得る演算手段と、前記差データを用いて
   伝達関数計算を行う伝達関数演算部と、前記伝達関数演
   算部の結果に基づき振幅変化量と位相変化量を検出する
   変化量分析部と、前記振幅変化量及び位相変化量より求
   められた超音波特性を表示する表示部とを具備すること
   を特徴とする超音波計測装置。