本發(fā)明的實(shí)施方式涉及超聲波探傷系統(tǒng)、超聲波探傷方法及航空器結(jié)構(gòu)體。

背景技術(shù)：

目前，作為非破壞地檢查航空器等的結(jié)構(gòu)部件的方法，超聲波探傷法是公知的。作為具體例，已提出了通過使用朝向探傷區(qū)域振蕩超聲波的促動(dòng)器和用于接收在探傷區(qū)域反射的超聲波反射波的光纖布拉格光柵(FBG：Fiber Bragg Grating)傳感器，能夠測(cè)定粘接部位或接合部位的剝離或剝落等損傷的長(zhǎng)度的損傷長(zhǎng)測(cè)定系統(tǒng)(例如參照專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：(日本)特開2011－185921號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：(日本)特開2014－194379號(hào)公報(bào)

現(xiàn)有超聲波探傷法雖然能夠測(cè)定探傷范圍中的損傷的長(zhǎng)度或大小，但只能進(jìn)行粘接部等的局部的探傷范圍的檢查。即，只能進(jìn)行處于距促動(dòng)器及傳感器短距離處的損傷。具體地說，需要以最大為300mm以下的間隔的方式配置促動(dòng)器和傳感器。因此，為了進(jìn)行大型的航空器零件等的探傷檢查而必需高密度地配置非常多的促動(dòng)器及傳感器，這是不現(xiàn)實(shí)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

于是，本發(fā)明的目的在于，能夠以更寬的范圍為對(duì)象，非破壞地檢測(cè)被檢查對(duì)象的損傷。

用于解決課題的技術(shù)方案

本發(fā)明實(shí)施方式的超聲波探傷系統(tǒng)具備至少一個(gè)超聲波振子、至少一個(gè)超聲波傳感器及損傷檢測(cè)部，將至少一個(gè)超聲波振子和至少一個(gè)超聲波傳感器配置于分離開比300mm更長(zhǎng)的距離的位置。超聲波振子朝向檢查區(qū)域發(fā)送超聲波。超聲波傳感器檢測(cè)通過所述檢查區(qū)域的所述超聲波。損傷檢測(cè)部基于與由所述超聲波傳感器檢測(cè)的所述超聲波對(duì)應(yīng)的波形和作為基準(zhǔn)的波形之間的變化量，檢測(cè)所述檢查區(qū)域中有無損傷。

優(yōu)選地，所述損傷檢測(cè)部可以通過對(duì)與由所述超聲波傳感器檢測(cè)的所述超聲波對(duì)應(yīng)的波形的傅里葉變換或小波變換而取得與單一或多個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)的波形，并且基于與所取得的所述單一或多個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)的波形和對(duì)應(yīng)的單一或多個(gè)頻帶中的作為基準(zhǔn)的波形之間的變化量，檢測(cè)所述檢查區(qū)域中有無損傷。

優(yōu)選地，所述損傷檢測(cè)部可以基于作為基準(zhǔn)的波形和通過對(duì)于與由所述超聲波傳感器檢測(cè)的所述超聲波對(duì)應(yīng)的波形執(zhí)行加法平均化處理及求得移動(dòng)平均所產(chǎn)生的降噪處理而得的波形之間的變化量，檢測(cè)所述檢查區(qū)域中有無損傷。

優(yōu)選地，超聲波探傷系統(tǒng)可以包括：從不同的位置朝向檢查區(qū)域發(fā)送超聲波的多個(gè)超聲波振子；以及檢測(cè)通過了所述檢查區(qū)域的、來自所述多個(gè)超聲波振子的各超聲波的至少一個(gè)超聲波傳感器，其中，所述損傷檢測(cè)部可以基于與由所述超聲波傳感器檢測(cè)的所述各超聲波對(duì)應(yīng)的波形和作為各自的基準(zhǔn)的波形之間的各變化量，檢測(cè)所述檢查區(qū)域中有無損傷以及存在范圍中的至少一項(xiàng)。

優(yōu)選地，所述超聲波振子可以被構(gòu)成為發(fā)送頻率為50kHz以上150kHz以下的超聲波。

優(yōu)選地，所述超聲波振子可以被構(gòu)成為發(fā)送蘭姆波作為所述超聲波。

優(yōu)選地，所述超聲波振子可以被構(gòu)成為發(fā)送扇狀前進(jìn)的有指向性的超聲波。

優(yōu)選地，作為所述超聲波傳感器，可以使用光纖傳感器。

優(yōu)選地，可以設(shè)有光過濾器，所述光過濾器將從所述光纖傳感器作為光的波長(zhǎng)的振動(dòng)輸出的超聲波檢測(cè)信號(hào)，轉(zhuǎn)換為按照振幅更大的光強(qiáng)度振動(dòng)的超聲波檢測(cè)信號(hào)。

另外，本發(fā)明實(shí)施方式的航空器結(jié)構(gòu)體安裝有所述超聲波探傷系統(tǒng)。

優(yōu)選地，具有在板狀的零件上設(shè)置多個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)，在鄰接的至少兩個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物之間配置有至少一對(duì)超聲波振子及超聲波傳感器。

另外，本發(fā)明實(shí)施方式的超聲波探傷方法，具有：由至少一個(gè)超聲波振子朝向檢查區(qū)域發(fā)送超聲波的步驟；用配置在自所述超聲波振子離開比300mm更長(zhǎng)的距離的位置的至少一個(gè)超聲波傳感器檢測(cè)通過所述檢查區(qū)域的所述超聲波的步驟；以及基于與由所述超聲波傳感器檢測(cè)的所述超聲波對(duì)應(yīng)的波形、和作為基準(zhǔn)的波形之間的變化量，檢測(cè)所述檢查區(qū)域中有無損傷的步驟。

另外，本發(fā)明實(shí)施方式的超聲波探傷方法，具有：由至少一個(gè)超聲波振子朝向檢查區(qū)域發(fā)送超聲波的步驟；用至少一個(gè)超聲波傳感器檢測(cè)通過所述檢查區(qū)域的所述超聲波的步驟；基于與由所述超聲波傳感器檢測(cè)的所述超聲波對(duì)應(yīng)的波形和作為基準(zhǔn)的波形之間的變化量，檢測(cè)所述檢查區(qū)域中有無損傷的步驟；在所述檢查區(qū)域被檢測(cè)到損傷的情況下，設(shè)定包含被檢測(cè)到的所述損傷、且比所述檢查區(qū)域窄的新的檢查區(qū)域并進(jìn)行所述損傷的非破壞檢查的步驟。

優(yōu)選地，可以基于來自所述新的檢查區(qū)域的超聲波的反射波進(jìn)行檢測(cè)所述損傷的位置的檢查，來作為對(duì)所述新的檢查區(qū)域的所述損傷的非破壞檢查。

優(yōu)選地，可以在具有在板狀的零件上設(shè)有至少一個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)的檢查對(duì)象品上配置多個(gè)超聲波振子及多個(gè)超聲波傳感器，在至少一個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物的兩側(cè)分別配置至少一對(duì)超聲波振子及超聲波傳感器。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的超聲波探傷系統(tǒng)的構(gòu)成圖；

圖2是圖1所示的超聲波探傷系統(tǒng)的位置A－A的剖面圖；

圖3是表示圖1所示的損傷檢測(cè)部的詳細(xì)構(gòu)成例的功能塊圖；

圖4是對(duì)通過圖3所示的光過濾器將光信號(hào)的振幅放大的原理進(jìn)行說明的圖；

圖5是在圖1所示的損傷檢測(cè)部示出作為比較對(duì)象的超聲波信號(hào)的波形的一例的圖；

圖6是表示圖1所示的控制系統(tǒng)的詳細(xì)構(gòu)成例的圖；

圖7是表示利用圖1所示的超聲波探傷系統(tǒng)進(jìn)行被檢查對(duì)象的檢查區(qū)域中的探傷檢查時(shí)的流程的一例的流程圖。

符號(hào)說明

1 超聲波探傷系統(tǒng)

2 超聲波振子

3 超聲波傳感器

3A FBG傳感器

4 損傷檢測(cè)部

5 控制系統(tǒng)

6 光源

7 光循環(huán)器

8 光過濾器

9 光電轉(zhuǎn)換器

10 A/D轉(zhuǎn)換器

11 信號(hào)處理電路

11A 加法平均化處理部

11B 過濾處理部

11C 移動(dòng)平均化處理部

11D 波形解析部

11E 包絡(luò)線檢波處理

11F 波形比較部

12 顯示裝置

13 存儲(chǔ)裝置

W 檢查對(duì)象品

W1 板狀的零件

W2 長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物

R 檢查區(qū)域

U 超聲波

具體實(shí)施方式

參照附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的超聲波探傷系統(tǒng)、超聲波探傷方法及航空器結(jié)構(gòu)體進(jìn)行說明。

(構(gòu)成及功能)

圖1是本發(fā)明實(shí)施方式的超聲波探傷系統(tǒng)的構(gòu)成圖，圖2是圖1所示的超聲波探傷系統(tǒng)的位置A－A的剖面圖。

超聲波探傷系統(tǒng)1是利用透過檢查對(duì)象品W的檢查區(qū)域R的超聲波U，非破壞地檢測(cè)在檢查區(qū)域R是否有損傷的系統(tǒng)。為此，超聲波探傷系統(tǒng)1具有朝向檢查區(qū)域R發(fā)送超聲波U的至少一個(gè)超聲波振子2、檢測(cè)通過檢查區(qū)域R的超聲波U的至少一個(gè)超聲波傳感器3、損傷檢測(cè)部4及控制系統(tǒng)5。

特別是，在檢查對(duì)象品W為航空器結(jié)構(gòu)體那樣的大型的零件的情況下，檢查區(qū)域R的尺寸也成為寬范圍。于是，可以將至少一個(gè)超聲波振子2和至少一個(gè)超聲波傳感器3配置于分離開比300mm更長(zhǎng)的距離的位置。由此，能夠做到具有比300mm更長(zhǎng)的寬度的檢查區(qū)域R的非破壞檢查。特別是，如果如后述設(shè)定適當(dāng)?shù)臈l件，也能夠?qū)⒅辽僖粋€(gè)超聲波振子2和至少一個(gè)超聲波傳感器3配置于分離開1000mm以上的位置。在該情況下，能夠做到具有1000mm以上的寬度的檢查區(qū)域R的非破壞檢查。

從將檢查區(qū)域R二維擴(kuò)大的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選設(shè)置從不同的位置朝向檢查區(qū)域R發(fā)送超聲波U的多個(gè)超聲波振子2。該情況下，通過了檢查區(qū)域R的、來自多個(gè)超聲波振子2的各超聲波U，會(huì)被至少一個(gè)超聲波傳感器3檢測(cè)到，但從將檢查區(qū)域R二維擴(kuò)大的觀點(diǎn)來看，有效的是，對(duì)于超聲波傳感器3也設(shè)置多個(gè)。

即，只要可以在不同的位置配置超聲波振子2并發(fā)送超聲波U，就能夠?qū)z查區(qū)域R向超聲波振子2的排列方向擴(kuò)大。另一方面，只要可以在不同的位置配置多個(gè)超聲波傳感器3并接收超聲波U，就能夠?qū)z查區(qū)域R向超聲波傳感器3的排列方向擴(kuò)大。因此，通過配置多個(gè)超聲波振子2及多個(gè)超聲波傳感器3，能夠?qū)⒏鼘挿秶膮^(qū)域設(shè)定為檢查區(qū)域R。特別是，只要在多個(gè)位置配置由超聲波振子2及超聲波傳感器3構(gòu)成的檢查單元，就可以通過從多個(gè)檢查單元相互收發(fā)超聲波U而診斷檢查區(qū)域R中有無損傷。

另外，通過根據(jù)檢查對(duì)象品W的結(jié)構(gòu)在適當(dāng)?shù)奈恢门渲贸暡ㄕ褡?及超聲波傳感器3，就可以進(jìn)行有效的檢查。作為具體例，如果是檢查對(duì)象品W具有在板狀的零件W1上設(shè)有至少一個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的結(jié)構(gòu)的情況，優(yōu)選配置多個(gè)超聲波振子2及多個(gè)超聲波傳感器3，在至少一個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的兩側(cè)分別配置至少一對(duì)超聲波振子2及超聲波傳感器3。

該情況下，在長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2中，由于超聲波U進(jìn)行反射，從而超聲波U衰減，即使這樣，也可以高精度且可靠地檢測(cè)被長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2隔開的兩側(cè)的區(qū)域中有無損傷。換句話說，即使是具有足夠的強(qiáng)度的超聲波U不能透過長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的情況，也能夠檢測(cè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的兩側(cè)的區(qū)域中有無損傷。特別是在板狀的零件W1上設(shè)有大量長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的情況下，透過所有長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的超聲波U的強(qiáng)度衰減，則存在難以利用充分的信噪比(SNR：Signal－to－noise ratio)檢測(cè)超聲波U的情況。因此，在板狀的零件W1上設(shè)有大量長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的情況下，有效的是，在各長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的兩側(cè)分別配置至少一對(duì)超聲波振子2及超聲波傳感器3。

但是，將在大概1m見方的板狀的零件W1上設(shè)有三個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的檢查對(duì)象品W作為對(duì)象進(jìn)行超聲波U的收發(fā)，結(jié)果確認(rèn)，只要以使超聲波U的檢測(cè)靈敏度良好的方式?jīng)Q定適當(dāng)?shù)臈l件，就可以利用超聲波傳感器3以充分的SNR檢測(cè)通過三個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的超聲波U。因此，在板狀的零件W1上設(shè)有四個(gè)以上的長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的情況下，以在適當(dāng)?shù)奈恢门渲眠m當(dāng)?shù)臄?shù)量的超聲波振子2及超聲波傳感器3，并且用單一或多個(gè)超聲波傳感器3檢測(cè)透過三個(gè)以下的長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的超聲波U的方式構(gòu)成，從避免不必要的信號(hào)處理的觀點(diǎn)來看，認(rèn)為是適宜的。

進(jìn)而確認(rèn)，若在鄰接的兩個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2之間配置至少一對(duì)超聲波振子2及超聲波傳感器3并從超聲波振子2發(fā)送超聲波U，那么超聲波U一邊向鄰接的兩個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2反射一邊朝向超聲波傳感器3進(jìn)行傳播，因此可減小超聲波U的衰減量。因此，將具有在板狀的零件W1上設(shè)有多個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的結(jié)構(gòu)的檢查對(duì)象品W作為對(duì)象收發(fā)超聲波U的情況下，在鄰接的至少兩個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2之間配置至少一對(duì)超聲波振子2及超聲波傳感器3，從高精度地檢測(cè)損傷的觀點(diǎn)來看是有效的。

在圖示的例中，在具有在板狀的零件W1上設(shè)有三個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的結(jié)構(gòu)的檢查對(duì)象品W上，配置有八個(gè)超聲波振子2及八個(gè)超聲波傳感器3。而且，在各長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的兩側(cè)分別逆向配置有兩組超聲波振子2及超聲波傳感器3。換言之，在被各長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2隔開的區(qū)域分別逆向配置有兩組超聲波振子2及超聲波傳感器3。因此，在被各長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2隔開的區(qū)域，可以雙方向發(fā)送超聲波U。并且，如上所述，如果是三個(gè)左右的長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2，可以以充分的SNR檢測(cè)透過長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的超聲波U，因此能夠向檢查區(qū)域R發(fā)送超聲波U使其形成網(wǎng)絡(luò)。因此，能夠分別高精度地檢測(cè)由長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2隔開的板狀的零件W1的四個(gè)區(qū)域中有無損傷。

作為具有這種結(jié)構(gòu)的檢查對(duì)象品W的例子，可舉出在外板(面板)(也稱為表皮)上安裝有橫梁(支撐梁)、小骨(肋)及縱梁(stringer)中的至少一個(gè)的航空器結(jié)構(gòu)體。因此，能夠以米級(jí)的大型的航空器結(jié)構(gòu)體為對(duì)象進(jìn)行利用超聲波U的非破壞檢查。

損傷的有無可以基于透過檢查區(qū)域R的超聲波U的波形的變化進(jìn)行判定。即，若在超聲波U的傳播路徑上存在損傷，超聲波U的波形就會(huì)產(chǎn)生變化。因此，可以利用在超聲波U的傳播路徑上不存在損傷的情況中的超聲波U的波形和在超聲波U的傳播路徑上存在損傷的情況中的超聲波U的波形相互不同的情況，判定檢查區(qū)域R中有無損傷。更具體地說，在與超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U對(duì)應(yīng)的波形的、自作為基準(zhǔn)的波形的變化量大的情況下，可以判定為在超聲波U的傳播路徑上存在損傷。

因此，重要的是，即使是超聲波振子2和超聲波傳感器3之間的距離較長(zhǎng)的情況，也能夠以充分的精度檢測(cè)超聲波U的波形的變化。試驗(yàn)的結(jié)果確認(rèn)以下情況，若向存在損傷的檢查區(qū)域R發(fā)送頻帶為50kHz以上500kHz以下的超聲波U，則通過損傷部分的超聲波U的波形變化到可觀測(cè)到的程度。特別是還確認(rèn)，若向存在損傷的檢查區(qū)域R發(fā)送頻帶為50kHz以上150kHz以下的超聲波U，則超聲波U的衰減較少，能夠以實(shí)用上的SNR和精度檢測(cè)出通過損傷部分的超聲波U的波形變化。認(rèn)為該結(jié)果是共通的，而與傳播超聲波U的材質(zhì)為金屬或復(fù)合材料無關(guān)。

因此，優(yōu)選從各超聲波振子2發(fā)送頻率為50kHz以上500kHz以下的超聲波U。特別是從進(jìn)一步高精度地檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選的是從各超聲波振子2發(fā)送頻率為50kHz以上150kHz以下的超聲波U。

另外，在用共同的超聲波傳感器3接收從多個(gè)超聲波振子2發(fā)送的超聲波U的情況或相反地用多個(gè)超聲波傳感器3接收從單一的超聲波振子2發(fā)送的超聲波U的情況下，重要的是，超聲波U一邊充分地?cái)U(kuò)展一邊在檢查對(duì)象品W中進(jìn)行傳送。另一方面，若超聲波U是沒有指向性的球面波，則來自無意圖的方向的超聲波的反射波或雜音有可能被超聲波傳感器3接收。因此，從維持SNR及精度、且用超聲波傳感器3可接收從不對(duì)向的超聲波振子2發(fā)送的超聲波U的觀點(diǎn)來看，重要的是發(fā)送具有適當(dāng)程度的指向性的超聲波U。

另外，從提高由超聲波傳感器3接收的超聲波U的SNR及精度的觀點(diǎn)來看，有效的是使用蘭姆(Lamb)波。即，優(yōu)選從各超聲波振子2作為超聲波U發(fā)送蘭姆波。蘭姆波是在超聲波U的波長(zhǎng)的一半以下的薄板中沿面內(nèi)方向傳播的波，且是對(duì)稱模式和非對(duì)稱模式混雜的波。

作為用于發(fā)送超聲波U的超聲波振子2，可以使用鋯鈦酸鉛(PZT：lead zirconate titanate)等壓電元件。另一方面，作為用于檢測(cè)超聲波U的超聲波傳感器3，可以使用壓電元件等的超聲波振子或光纖傳感器等傳感器。

在使用超聲波振子作為超聲波傳感器3的情況下，在超聲波振子中，超聲波信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。另一方面，在使用光纖傳感器作為超聲波傳感器3的情況下，在光纖傳感器中，超聲波信號(hào)被轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。具體地說，當(dāng)由于超聲波U產(chǎn)生的振動(dòng)使光纖傳感器產(chǎn)生微小的變形時(shí)，光纖傳感器的光學(xué)特性根據(jù)變形量而變化。其結(jié)果是，能夠從光纖傳感器輸出具有與超聲波信號(hào)的振幅相應(yīng)的振幅的光信號(hào)。

但是，若使用超聲波振子作為超聲波傳感器3，則在發(fā)送具有自共振頻率大幅移位的頻率的超聲波U的情況下，有可能不能以充分的靈敏度接收超聲波U。相對(duì)于此，光纖傳感器是對(duì)于靈敏度沒有頻率依存性的超聲波傳感器3。因此，如果使用光纖傳感器作為超聲波傳感器3，則與使用超聲波振子作為超聲波傳感器3的情況相比，能夠以高靈敏度檢測(cè)更寬帶域的超聲波U。

另外，光纖傳感器具有接收指向性。因此，如果使用光纖傳感器作為超聲波傳感器3，則可以避免自不必要的方向傳播的超聲波U的檢測(cè)，從而可以有選擇地檢測(cè)必要的超聲波信號(hào)。

因此，最佳條件是使用光纖傳感器作為超聲波傳感器3。在具有接收指向性的光纖傳感器被用作超聲波傳感器3的情況下，需要以自超聲波振子2發(fā)送的超聲波U的傳播區(qū)域和可通過光纖傳感器檢測(cè)超聲波U的區(qū)域重疊的方式配置超聲波振子2及光纖傳感器。

作為光纖傳感器的例子，舉出FBG傳感器或相移FBG(PS－FBG：Phase－shifted FBG)傳感器。PS－FBG是在折射率的周期性的變動(dòng)中導(dǎo)入了局部的相移的FBG。

如以上所述，只要從多個(gè)方向向檢查區(qū)域R發(fā)送扇狀前進(jìn)的有指向性的蘭姆波即頻率為50kHz以上150kHz以下的蘭姆波，并用多個(gè)光纖傳感器檢測(cè)經(jīng)過檢查區(qū)域R的蘭姆波，就能夠進(jìn)行非常寬范圍的探傷檢查。

如果超聲波傳感器3為超聲波振子，則在超聲波傳感器3中被檢測(cè)的超聲波U被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，如果超聲波傳感器3為光纖傳感器，則在超聲波傳感器3中被檢測(cè)的超聲波U被轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，向損傷檢測(cè)部4輸出。以后，以超聲波傳感器3是光纖傳感器的情況為例進(jìn)行說明。

損傷檢測(cè)部4是用于基于與超聲波傳感器3檢測(cè)到的超聲波U對(duì)應(yīng)的波形和作為基準(zhǔn)的波形之間的變化量，檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷的構(gòu)成要素。在損傷檢測(cè)部4，也可以設(shè)置各種信號(hào)處理功能，以便即使是像超聲波振子2及超聲波傳感器3被配置于分離開超過300mm的位置的情況那樣，檢查區(qū)域R較寬的情況，也能夠以充分的精度捕捉超聲波U的波形的變化。特別是只要對(duì)于由超聲波傳感器3檢測(cè)到的超聲波U執(zhí)行適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理，即使是超聲波振子2及超聲波傳感器3被配置于分離開1000mm以上的位置的情況，也可以使其處于能夠捕捉超聲波U的波形的變化的范疇。

圖3是表示圖1所示的損傷檢測(cè)部4的詳細(xì)構(gòu)成例的功能塊圖。

損傷檢測(cè)部4可以使用光源6、光循環(huán)器7、光過濾器8、光電轉(zhuǎn)換器9、A/D(模擬-數(shù)字)轉(zhuǎn)換器10、信號(hào)處理電路11、顯示裝置12及存儲(chǔ)裝置13構(gòu)成。信號(hào)處理電路11通過執(zhí)行程序而作為加法平均化(平均)處理部11A、過濾處理部11B、移動(dòng)平均化處理部11C、傅里葉變換(FT：Fourier transform)部11D、包絡(luò)線檢波處理部11E及波形比較部11F發(fā)揮作用。由信號(hào)處理電路11執(zhí)行的程序可以保存于存儲(chǔ)裝置13以在信號(hào)處理電路11執(zhí)行程序時(shí)讀入，也可以將程序存儲(chǔ)于信號(hào)處理電路11本身。

自光源6出射的激光經(jīng)由光循環(huán)器7向作為光纖傳感器的一例的FBG傳感器3A入射。被FBG傳感器3A反射的反射光，經(jīng)由光循環(huán)器7向光過濾器8入射。透過光過濾器8的反射光被輸出至光電轉(zhuǎn)換器9。

當(dāng)超聲波U向FBG傳感器3A傳播時(shí)，由于FBG傳感器3A產(chǎn)生微小的變形，所以FBG傳感器3A的光反射特性根據(jù)變形量而變化。因此，在FBG傳感器3A中反射的反射光的波長(zhǎng)分布，對(duì)應(yīng)超聲波U的振幅而變化。由此，超聲波U的強(qiáng)度的振動(dòng)被轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的波長(zhǎng)的振動(dòng)。在FBG傳感器3A中獲得的光信號(hào)，通過光過濾器8后輸出至光電轉(zhuǎn)換器9。

光過濾器8可以根據(jù)需要而設(shè)置。光過濾器8是限制光信號(hào)的波長(zhǎng)帶域的光學(xué)元件。作為被用作光過濾器8的光學(xué)元件的例子，舉出陣列波導(dǎo)光柵(AWG：Arrayed Waveguide Grating)、FBG或者PS－FBG。

圖4是說明通過圖3所示的光過濾器8將光信號(hào)的振幅放大的原理的圖。

在圖4中，橫軸表示光的波長(zhǎng)，縱軸表示FBG傳感器3A中的光的反射率及被用作光過濾器8的AWG的光的透過率。另外，在圖4中，實(shí)線表示FBG傳感器3A中的光的反射率，虛線表示AWG中的光的透過率。

自FBG傳感器3A輸出的光信號(hào)的波長(zhǎng)譜，成為與由圖4的實(shí)線例示的FBG傳感器3A中的光的反射率對(duì)應(yīng)的譜。而且，如上述自FBG傳感器3A輸出的光信號(hào)，成為像由圖4的實(shí)線例示的那樣的波長(zhǎng)譜的波長(zhǎng)進(jìn)行振動(dòng)的光信號(hào)。

另一方面，AWG的光透過特性被調(diào)整為由圖4的虛線例示的那樣的特性。即，以自FBG傳感器3A輸出的光信號(hào)的波長(zhǎng)譜和AWG的光透過率部分地重疊的方式，決定FBG傳感器3A的光反射率及AWG的光透過率。

這樣一來，透過AWG的光信號(hào)的強(qiáng)度根據(jù)向AWG入射的光信號(hào)的波長(zhǎng)而變化。其結(jié)果是，能夠?qū)⒉ㄩL(zhǎng)振動(dòng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度振動(dòng)的光信號(hào)。AWG的光透過率如圖4所例示的那樣，被設(shè)定為在FBG傳感器3A中的光反射率的峰的兩側(cè)出現(xiàn)兩個(gè)峰。因此，AWG的透過光成為具有波長(zhǎng)不同的兩個(gè)成分的光。另外，處于一個(gè)成分的強(qiáng)度越大，另一個(gè)成分的強(qiáng)度越小的關(guān)系。因此，如果將AWG的透過光中所包含的兩個(gè)成分的差量作為自AWG輸出的光信號(hào)，就能夠獲得強(qiáng)度振動(dòng)、其振幅被放大的光信號(hào)。

再者，也可以將FBG或者PS－FBG用作光過濾器8。在該情況下，只要使FBG傳感器3A的光反射率和FBG或者PS－FBG的光透過率重疊即可。特別是PS－FBG使光透過率及光反射率出現(xiàn)非常尖的峰。因此，只要將PS－FBG用作光過濾器8，就能夠?qū)⒐庑盘?hào)的振幅進(jìn)一步放大。

另外，在圖3所示的例子中，將來自FBG傳感器3A的反射光作為光信號(hào)，但也可以將FBG傳感器3A的透過光作為光信號(hào)。另一方面，關(guān)于光過濾器8，不僅可以將透過光作為輸出信號(hào)，也可以將反射光作為輸出信號(hào)。因此，以自光過濾器8輸出的光信號(hào)的振幅被放大的方式，來決定FBG傳感器3A及光過濾器8的光學(xué)特性。

這樣，若在FBG傳感器3A的輸出目的地設(shè)置光過濾器8，就能夠?qū)⒉ㄩL(zhǎng)對(duì)應(yīng)超聲波U的強(qiáng)度的振動(dòng)而變化的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)超聲波U的強(qiáng)度的振動(dòng)而變化的光信號(hào)。并且，相比光信號(hào)的波長(zhǎng)的變化量，能夠增大光強(qiáng)度的變化量。換句話說，能夠?qū)⒐庑盘?hào)的振動(dòng)的變化量實(shí)質(zhì)性地放大。其結(jié)果是，可以以極其高靈敏度地檢測(cè)光信號(hào)。

因此，從更高靈敏度地檢測(cè)超聲波U的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選在FBG傳感器3A的輸出目的地設(shè)置光過濾器8，該過濾器8將自FBG傳感器3A作為光的波長(zhǎng)的振動(dòng)輸出的超聲波檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為按照振幅更大的光強(qiáng)度的振動(dòng)的超聲波檢測(cè)信號(hào)。

光電轉(zhuǎn)換器9將自FBG傳感器3A通過光過濾器8輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬的電信號(hào)。在光電轉(zhuǎn)換器9中所生成的模擬的電信號(hào)，在A/D轉(zhuǎn)換器10中被轉(zhuǎn)換為數(shù)字的電信號(hào)后，輸出至信號(hào)處理電路11。

加法平均化處理部11A具有執(zhí)行被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的超聲波信號(hào)的加法平均化處理的功能。因此，在執(zhí)行加法平均化處理的情況下，被執(zhí)行必要次數(shù)的超聲波U的發(fā)送及檢測(cè)。而且，經(jīng)過多次所檢測(cè)的超聲波信號(hào)被加在一起。由此，能夠降低與超聲波信號(hào)重疊的隨機(jī)的噪音。

再者，也可以對(duì)A/D轉(zhuǎn)換前的模擬的超聲波信號(hào)執(zhí)行加法平均化處理。在該情況下，用于執(zhí)行加法平均化處理的模擬信號(hào)的處理電路作為加法平均化處理部11A被設(shè)置在A/D轉(zhuǎn)換器10的前段。

過濾處理部11B具有對(duì)超聲波信號(hào)實(shí)施使用LPF(低通濾波器，Low Pass Filter)或HPF(高通濾波器，High Pass Filter)等進(jìn)行的過濾處理的功能。通過該過濾處理能夠去除與特定的頻帶重疊的噪音。

移動(dòng)平均化處理部11C具有執(zhí)行超聲波信號(hào)的移動(dòng)平均化處理的功能。移動(dòng)平均化處理是將作為對(duì)象的數(shù)據(jù)的最近的n個(gè)數(shù)據(jù)的平均值設(shè)定為作為對(duì)象的數(shù)據(jù)的值的處理。不帶有加權(quán)地求得平均值的移動(dòng)平均處理，稱為簡(jiǎn)單移動(dòng)平均(SMA：Simple Moving Average)處理。若對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單移動(dòng)平均處理等移動(dòng)平均處理，則能夠進(jìn)行超聲波信號(hào)的波形的平滑化。因此，能夠降低與超聲波信號(hào)重疊的周期性的噪音。

若減小作為移動(dòng)平均化處理的參數(shù)的數(shù)據(jù)數(shù)n的值，則可減少超聲波信號(hào)的清晰度的劣化，而降噪效果減少。相反，若增大數(shù)據(jù)數(shù)n的值，則超聲波信號(hào)的清晰度減少，而降噪效果提高。

因此，可以通過試驗(yàn)等經(jīng)驗(yàn)性地決定適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)n的值?；蛘撸部梢栽谶M(jìn)行移動(dòng)平均化處理時(shí)，用手工操作對(duì)數(shù)據(jù)數(shù)n的值進(jìn)行可變?cè)O(shè)定。在該情況下，也可以在顯示裝置12顯示用于作為UI(用戶接口，user interface)可變?cè)O(shè)定數(shù)據(jù)數(shù)n的值的滾動(dòng)條。由此，可以更高靈敏度地捕捉超聲波信號(hào)的波形的變化。

再者，也可以對(duì)于與超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)的波形實(shí)施移動(dòng)平均化處理以外的平滑化處理。

只要作為噪音去除處理執(zhí)行這樣的加法平均化處理、過濾處理及平滑化處理中的至少之一項(xiàng)，就能夠提高SNR。特別是可確認(rèn)，只要對(duì)被作為光過濾器8的AWG放大的超聲波信號(hào)執(zhí)行至少加法平均化處理及移動(dòng)平均化處理，即使超聲波振子2及超聲波傳感器3配置于分離開1000mm以上的位置的情況，也能夠以充分的SNR檢測(cè)蘭姆波的振幅的變動(dòng)。

波形解析部11D具有通過進(jìn)行超聲波信號(hào)的傅里葉變換或小波變換等頻率解析處理而取得與多個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形的功能。只要取得與多個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形，就能夠?qū)⒏?jiǎn)單的波形作為對(duì)象來檢測(cè)波形的變化。另外，能夠?qū)⑻囟ǖ念l帶作為對(duì)象，檢測(cè)波形的變化。因此，能夠進(jìn)一步提高損傷的有無的檢測(cè)靈敏度。

包絡(luò)線檢波處理部11E具有執(zhí)行超聲波信號(hào)的包絡(luò)線檢波處理的功能。只要進(jìn)行包絡(luò)線檢波就能夠提高波形的解析精度。

以上的各種信號(hào)處理可以根據(jù)所要求的損傷的檢測(cè)靈敏度任意地選擇、執(zhí)行。另外，各種信號(hào)處理的順序可以在原理上的且實(shí)用上的范圍任意決定。作為典型的一例，可以按照加法平均化處理、過濾處理、移動(dòng)平均化處理、傅里葉變換或小波變換等頻率解析處理、包絡(luò)線檢波處理的順序執(zhí)行信號(hào)處理。

波形比較部11F具有通過將作為在檢查區(qū)域R不存在損傷的情況中的波形事先取得的成為基準(zhǔn)的波形、和與超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U對(duì)應(yīng)的波形進(jìn)行比較，而判定檢查區(qū)域R是否存在損傷的功能。再者，也可以是波形比較部11F使作為基準(zhǔn)的波形和與超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U對(duì)應(yīng)的波形分別顯示于顯示裝置12，用戶用肉眼判定檢查區(qū)域R是否存在損傷。

在對(duì)與超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)執(zhí)行上述的信號(hào)處理的情況下，從高精度地檢測(cè)存在損傷的情況中的波形的變化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選對(duì)于在檢查區(qū)域R不存在損傷的情況中的超聲波信號(hào)的基準(zhǔn)波形也實(shí)施同樣的信號(hào)處理。

圖5是在圖1所示的損傷檢測(cè)部4表示作為比較對(duì)象的超聲波信號(hào)的波形的一例的圖。

在圖5(A)、(B)中，各縱軸表示由超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波信號(hào)的相對(duì)振幅(相對(duì)強(qiáng)度)，各橫軸表示超聲波U自發(fā)送定時(shí)起的經(jīng)過時(shí)間。圖5(A)表示超聲波信號(hào)的波形，該超聲波信號(hào)包含將沒有損傷的檢查區(qū)域R作為對(duì)象并且通過超聲波傳感器3檢測(cè)出的超聲波U，圖5(B)表示超聲波信號(hào)的波形，該超聲波信號(hào)包含將存在損傷的檢查區(qū)域R作為對(duì)象并且利用超聲波傳感器3檢測(cè)出的超聲波U。在圖5(A)、(B)中，實(shí)線表示進(jìn)行加法平均化處理及移動(dòng)平均化處理而獲得的超聲波信號(hào)，單點(diǎn)劃線表示進(jìn)行加法平均化處理及移動(dòng)平均化處理而獲得的超聲波信號(hào)的通過包絡(luò)線檢波而得到的超聲波信號(hào)的包絡(luò)線。再者，在進(jìn)行其他信號(hào)處理的情況下，可獲得對(duì)應(yīng)各自的信號(hào)處理的波形。

如圖5(A)、(B)所示，透過檢查區(qū)域R的超聲波U的波形根據(jù)檢查區(qū)域R中有無損傷而變化。于是，可以將處于沒有損傷的狀態(tài)的檢查區(qū)域R作為對(duì)象，事先取得超聲波信號(hào)的波形。與沒有損傷的檢查區(qū)域R對(duì)應(yīng)的超聲波的波形，可以作為基準(zhǔn)波形存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置13。

這樣一來，基于產(chǎn)生了損傷的情況中的超聲波信號(hào)的波形自基準(zhǔn)波形的變化，即可檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷。產(chǎn)生了損傷的情況中的超聲波信號(hào)的波形自基準(zhǔn)波形的變化的程度，可以用相互相關(guān)系數(shù)或平方誤差等指標(biāo)來表示。關(guān)于波形的比較，以包絡(luò)線為對(duì)象進(jìn)行的比較是在精度上實(shí)用的。

但是，超聲波信號(hào)中與超聲波U對(duì)應(yīng)的部分有時(shí)也成為超聲波信號(hào)的一部分。于是，也可以基于超聲波振子2和超聲波傳感器3之間的距離、超聲波U的發(fā)送定時(shí)及音速，特定與超聲波U對(duì)應(yīng)的部分的時(shí)間范圍，抽出特定的部分進(jìn)行波形的比較。這種比較對(duì)于各種信號(hào)處理也一樣。即，也可以抽出超聲波信號(hào)中與被接收的超聲波U對(duì)應(yīng)的部分，對(duì)抽出的部分進(jìn)行加法平均化處理等信號(hào)處理。

一旦求得表示產(chǎn)生了損傷的情況中的超聲波信號(hào)的波形自基準(zhǔn)波形的變化量的指標(biāo)，就能夠通過針對(duì)指標(biāo)的閾值處理自動(dòng)地判定損傷的有無。具體地說，在波形的變化量為閾值以上的情況或超過閾值的情況下，可以判定為檢查區(qū)域R存在損傷。因此，通過在波形比較部11F設(shè)置這種運(yùn)算功能，能夠在波形比較部11F自動(dòng)地檢測(cè)檢查區(qū)域R存在的損傷。

在從配置在不同的位置的多個(gè)超聲波振子2依次發(fā)送超聲波U的情況下，多個(gè)超聲波U被單一超聲波傳感器3或多個(gè)超聲波傳感器3依次接收。在該情況下，對(duì)多個(gè)超聲波信號(hào)依次執(zhí)行信號(hào)處理。然后，基于與超聲波傳感器3檢測(cè)的各超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)的波形和作為基準(zhǔn)的波形之間的變化量，來檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷。

在超聲波U的傳播路徑不同的情況下，通常，超聲波信號(hào)的波形也產(chǎn)生變化。因此，在將與從多個(gè)位置發(fā)送的超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)的波形分別與基準(zhǔn)波形比較的情況下，從精度提高的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選在每個(gè)發(fā)送超聲波U的位置也求得基準(zhǔn)波形。換句話說，優(yōu)選的是，基于與超聲波傳感器3檢測(cè)的各超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)的波形、和各自的作為基準(zhǔn)的波形之間的各變化量，檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷。

在波形比較部11F中被比較的超聲波信號(hào)的波形，成為對(duì)應(yīng)所適用的信號(hào)處理的波形。例如，如果是通過針對(duì)與超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)的波形的傅里葉解析，取得與單一或多個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)的波形的情況，則基于與所取得的單一或多個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)的波形、和對(duì)應(yīng)的單一或多個(gè)頻帶中的成為基準(zhǔn)的波形之間的各變化量，檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷。另外，如果是對(duì)與超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)的波形執(zhí)行加法平均化處理及求得移動(dòng)平均所產(chǎn)生的降噪處理的情況，則基于通過加法平均化處理及求得移動(dòng)平均所產(chǎn)生的降噪處理而得的波形、和通過加法平均化處理及求得移動(dòng)平均所產(chǎn)生的降噪處理而得到的作為基準(zhǔn)的波形之間的變化量，檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷。

在只設(shè)置有一對(duì)超聲波振子2及超聲波傳感器3的情況下，可以基于超聲波信號(hào)的波形的變化量，判定在連結(jié)超聲波振子2和超聲波傳感器3的直線上的范圍是否存在損傷。

與此相對(duì)，在用至少一個(gè)超聲波傳感器3檢測(cè)來自多個(gè)超聲波振子2的各超聲波U的情況下，可以判定在連結(jié)多個(gè)超聲波振子2和至少一個(gè)超聲波傳感器3的多個(gè)直線上的范圍是否存在損傷。因此，可以特定存在損傷的單一或多個(gè)直線狀的范圍。因此，不僅可以檢測(cè)損傷的有無，而且可以檢測(cè)損傷的存在范圍。

于是，在用至少一個(gè)超聲波傳感器3檢測(cè)來自多個(gè)超聲波振子2的各超聲波U的情況下，波形比較部11F也可以基于與超聲波傳感器3檢測(cè)的各超聲波U對(duì)應(yīng)的波形、和成為各自的基準(zhǔn)的波形之間的各變化量，檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷及存在范圍中的至少一項(xiàng)。

在檢測(cè)了檢查區(qū)域R中有無損傷及存在范圍中的至少一項(xiàng)時(shí)，則可以將檢查區(qū)域R縮小，進(jìn)行再次探傷檢查。例如，如果是只設(shè)置有一對(duì)超聲波振子2及超聲波傳感器3的情況，則可以將超聲波振子2和超聲波傳感器3之間的距離縮短后再進(jìn)行檢查。另一方面，如果是用至少一個(gè)超聲波傳感器3檢測(cè)來自多個(gè)超聲波振子2的各超聲波U的情況，則可以將判定為中間存在損傷的超聲波振子2和超聲波傳感器3之間的距離縮短后再進(jìn)行檢查。換句話說，可以設(shè)定更窄的檢查區(qū)域R進(jìn)行探傷檢查。

在檢查區(qū)域R被發(fā)現(xiàn)損傷的情況下或通過將檢查區(qū)域R反復(fù)縮小進(jìn)行探傷檢查而充分地縮小了損傷的存在范圍的情況下，可以通過能夠檢測(cè)損傷的位置的其他探傷方法進(jìn)行探傷檢查。例如，可以檢測(cè)從檢查區(qū)域R反射的超聲波的反射波的波峰，基于從超聲波的發(fā)送定時(shí)到反射波的波峰的接收定時(shí)的經(jīng)過時(shí)間和音速而檢測(cè)損傷的位置。換句話說，利用透過檢查區(qū)域R的超聲波U，掌握損傷的有無及大致的損傷的位置，在被檢測(cè)到損傷的情況下，可以通過更精密的探傷法進(jìn)行探傷檢查。

因此，在波形比較部11F，也可以設(shè)置基于從檢查區(qū)域R反射的超聲波的反射波的波形而檢測(cè)損傷的位置的功能?；蛘撸部梢栽诓ㄐ伪容^部11F設(shè)置通過其他超聲波探傷法檢測(cè)損傷的位置或者尺寸等的功能。

再者，若向存在損傷的檢查區(qū)域發(fā)送頻帶為50kHz以上150kHz以下的頻率比較低的超聲波，則通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，在損傷部分反射而產(chǎn)生的反射波的振幅增大。特別是，若向存在損傷的檢查區(qū)域發(fā)送頻帶為75kHz以上125kHz以下的超聲波，則可確認(rèn)，SNR良好的超聲波反射波在損傷部分反射。因此，只要向存在損傷的檢查區(qū)域發(fā)送頻帶為75kHz以上125kHz以下的超聲波，就能夠以實(shí)用上的精度檢測(cè)超聲波反射波。

圖6是表示圖1所示的控制系統(tǒng)5的詳細(xì)構(gòu)成例的圖。

控制系統(tǒng)5可以用輸入裝置14、信號(hào)生成部15及放大器(增幅器)16構(gòu)成。信號(hào)生成部15中進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的部分，可以由執(zhí)行程序的處理電路來構(gòu)建。因此，也可以將信號(hào)生成部15的對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理的部分與信號(hào)處理電路11一體化。

信號(hào)生成部15具有按照從輸入裝置14輸入的指示信息生成發(fā)送信號(hào)作為電信號(hào)的功能、和通過放大器16向被選擇的超聲波振子2外加所生成的發(fā)送信號(hào)的功能。再者，也可以向成為發(fā)送信號(hào)的輸出對(duì)象的多個(gè)超聲波振子2，自動(dòng)地依次輸出發(fā)送信號(hào)。在該情況下，為了自動(dòng)地設(shè)定發(fā)送信號(hào)的輸出定時(shí)，也可以在信號(hào)生成部15和信號(hào)處理電路11之間執(zhí)行同步處理。

放大器16是為了從超聲波振子2發(fā)送具有足夠的強(qiáng)度的超聲波U，將外加在超聲波振子2的電壓放大的電路。實(shí)際上確認(rèn)，通過在超聲波振子2外加被放大器16放大后的發(fā)送信號(hào)，則可使用配置于自超聲波振子2分離開1000mm以上的位置的超聲波傳感器3，以充分的SNR接收超聲波U。

具有如以上所述的構(gòu)成的超聲波探傷系統(tǒng)1，除了用于在檢查對(duì)象品W制造時(shí)的檢查用以外，還可以作為零件一直安裝在檢查對(duì)象品W上。該情況下，能夠定期地檢查檢查對(duì)象品W是否產(chǎn)生了損傷。

特別是，在檢查對(duì)象品W是翼結(jié)構(gòu)或殼體等航空器結(jié)構(gòu)體的情況下，可以將超聲波探傷系統(tǒng)1作為零件安裝于航空器結(jié)構(gòu)體。該情況下，在進(jìn)行航空器飛行后的檢查或保養(yǎng)時(shí)，能夠使用超聲波探傷系統(tǒng)1簡(jiǎn)單地檢查航空器結(jié)構(gòu)體中有無損傷。并且，能夠擴(kuò)大超聲波振子2及超聲波傳感器3的間隔，因此，即使是尺寸大的航空器結(jié)構(gòu)體，也能夠減少超聲波振子2及超聲波傳感器3的數(shù)量。其結(jié)果是，不會(huì)招致航空器的重量的極端的增加就能夠?qū)⒊暡ㄌ絺到y(tǒng)1安裝在航空器結(jié)構(gòu)體上。

(動(dòng)作及作用)

接著，對(duì)使用超聲波探傷系統(tǒng)1的檢查對(duì)象品W的超聲波探傷方法進(jìn)行說明。

圖7是表示通過圖1所示的超聲波探傷系統(tǒng)1進(jìn)行被檢查對(duì)象的檢查區(qū)域中的探傷檢查時(shí)的流程的一例的流程圖。

首先，在步驟S1中，朝向不存在損傷的檢查對(duì)象品W的檢查區(qū)域R發(fā)送超聲波U，在能夠接收透過檢查區(qū)域R的超聲波U的位置配置超聲波振子2及超聲波傳感器3。超聲波振子2和超聲波傳感器3之間的距離可以設(shè)定為超過300mm。特別是，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定超聲波U的頻率或特性等條件及超聲波信號(hào)的信號(hào)處理的條件，也可以在分離開1000mm以上的位置配置超聲波振子2和超聲波傳感器3。

在檢查區(qū)域R的尺寸較大的情況下，優(yōu)選以圍繞檢查區(qū)域R的方式配置多個(gè)超聲波振子2及多個(gè)超聲波傳感器3。即，重要的是以使通過檢查區(qū)域R的超聲波U的路徑變得足夠密集的方式，配置多個(gè)超聲波振子2及多個(gè)超聲波傳感器3。另外，從使超聲波U的路徑密集的觀點(diǎn)出發(fā)，將兩組超聲波振子2及超聲波傳感器3相互逆向配置也有效。

另外，理想的是，在對(duì)應(yīng)檢查對(duì)象品W的結(jié)構(gòu)的適當(dāng)?shù)奈恢门渲贸暡ㄕ褡?及超聲波傳感器3。例如，如果是像在面板上設(shè)有縱梁的航空器的翼結(jié)構(gòu)體或殼體那樣，檢查對(duì)象品W具有在板狀的零件W1上設(shè)有至少一個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的結(jié)構(gòu)的情況，則優(yōu)選如圖1及圖2所例示的那樣，在至少一個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的兩側(cè)，分別配置至少一對(duì)超聲波振子2及超聲波傳感器3。這是因?yàn)?，如果像這樣配置超聲波振子2及超聲波傳感器3，即使是透過長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的超聲波U的強(qiáng)度不充分的情況，也可以利用各超聲波傳感器3在被長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2隔開的各區(qū)域中檢測(cè)具有充分的強(qiáng)度的超聲波U。

進(jìn)而，如果是檢查對(duì)象品W具有在板狀的零件W1上設(shè)有多個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2的結(jié)構(gòu)的情況，則優(yōu)選如圖1及圖2所例示的那樣，在鄰接的至少兩個(gè)長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2之間配置至少一對(duì)超聲波振子2及超聲波傳感器3。因?yàn)槿绻襁@樣配置超聲波振子2及超聲波傳感器3，在鄰接的長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)物W2之間，超聲波U一邊反射一邊從超聲波振子2朝向超聲波傳感器3傳播，可減少超聲波U的衰減量。

另外，從以良好的SNR高靈敏度地檢測(cè)超聲波U的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用FBG傳感器3A或PS－FBG傳感器等光纖傳感器作為超聲波傳感器3。于是，在此，對(duì)超聲波傳感器3為FBG傳感器3A的情況進(jìn)行說明。

接著，在步驟S2中，取得與通過沒有損傷的檢查區(qū)域R的超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)的基準(zhǔn)波形。為此，從超聲波振子2朝向沒有損傷的檢查對(duì)象品W的檢查區(qū)域R，發(fā)送頻率為50kHz以上500kHz以下、更優(yōu)選頻率為50kHz以上150kHz以下的超聲波U。另外，從以良好的SNR檢測(cè)在寬的檢查區(qū)域R傳播的超聲波U的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選的條件是，超聲波U為蘭姆波、及扇狀前進(jìn)的有指向性的超聲波U。

另外，在設(shè)置多個(gè)超聲波振子2的情況下，從各超聲波振子2依次發(fā)送超聲波U。而且，通過檢查區(qū)域R的超聲波U由超聲波傳感器3來檢測(cè)。在設(shè)置多個(gè)超聲波傳感器3的情況下，從單一或多個(gè)超聲波振子2發(fā)送的超聲波U，在能夠進(jìn)行檢測(cè)的各超聲波傳感器3中被檢測(cè)到。

在單一或多個(gè)超聲波傳感器3中所檢測(cè)到的超聲波U被輸出至損傷檢測(cè)部4。在損傷檢測(cè)部4，伴隨必要的信號(hào)處理來檢測(cè)與超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)的波形。作為適合先于超聲波信號(hào)的波形的檢測(cè)所執(zhí)行的信號(hào)處理，舉出：將光信號(hào)的波長(zhǎng)的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度的振動(dòng)的光信號(hào)的過濾處理、加法平均化處理、用于降低噪音的過濾處理、移動(dòng)平均化處理、傅里葉變換等的波形解析處理及包絡(luò)線檢波處理。

被檢測(cè)到的超聲波信號(hào)的波形作為基準(zhǔn)波形存儲(chǔ)于損傷檢測(cè)部4的存儲(chǔ)裝置13。因此，在檢測(cè)到波形不同的多個(gè)超聲波信號(hào)的情況下，將其分別作為基準(zhǔn)波形存儲(chǔ)于損傷檢測(cè)部4的存儲(chǔ)裝置13。當(dāng)每個(gè)超聲波U的傳播路徑的基準(zhǔn)波形被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置13時(shí)，可以開始檢查對(duì)象品W的探傷檢查。

例如，如果是進(jìn)行檢查對(duì)象品W的量產(chǎn)時(shí)的探傷檢查的情況，可以將大量檢查對(duì)象品W作為對(duì)象開始依次探傷檢查。另一方面，如果是將超聲波探傷系統(tǒng)1作為零件或臨時(shí)性的配件安裝在檢查對(duì)象品W的情況，可以在定期檢查時(shí)等所希望的時(shí)期開始進(jìn)行探傷檢查。

在進(jìn)行探傷檢查的情況下，在步驟S3中，在和用于取得基準(zhǔn)波形的條件同樣的條件下，由至少一個(gè)超聲波振子2朝向檢查對(duì)象品W的檢查區(qū)域R發(fā)送超聲波U。在多個(gè)超聲波振子2設(shè)置于檢查對(duì)象品W的情況下，從各超聲波振子2依次發(fā)送超聲波U。

這樣一來，在步驟S4中，可以由配置于距超聲波振子2離開比300mm長(zhǎng)的距離的位置的至少一個(gè)超聲波傳感器3，檢測(cè)通過檢查區(qū)域R的超聲波U。在由多個(gè)超聲波振子2從不同的位置朝向檢查區(qū)域R發(fā)送超聲波U的情況下，通過了檢查區(qū)域R的、來自多個(gè)超聲波振子2的各超聲波U，由至少一個(gè)超聲波傳感器3來檢測(cè)。由被用作超聲波傳感器3的FBG傳感器3A檢測(cè)的超聲波U，作為對(duì)應(yīng)超聲波U的強(qiáng)度的振動(dòng)的波長(zhǎng)振動(dòng)的光信號(hào)輸出至損傷檢測(cè)部4。

接著，在步驟S5中，自FBG傳感器3A輸出的光信號(hào)，經(jīng)由光循環(huán)器7向光過濾器8入射。而且，波長(zhǎng)振動(dòng)的光信號(hào)被轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度以更大的振幅振動(dòng)的光信號(hào)。由此，實(shí)質(zhì)上，光信號(hào)被放大。自光過濾器8輸出的光信號(hào)，在光電轉(zhuǎn)換器9中被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在A/D轉(zhuǎn)換器10中被數(shù)字化。被數(shù)字化的電信號(hào)作為超聲波檢測(cè)信號(hào)輸出至信號(hào)處理電路11。

接著，在步驟S6中，由加法平均化處理部11A來執(zhí)行超聲波檢測(cè)信號(hào)的加法平均化處理。接著，在步驟S7中，由過濾處理部11B執(zhí)行使用LPF或HPF的超聲波檢測(cè)信號(hào)的過濾處理。接著，在步驟S8中，作為用于使超聲波檢測(cè)信號(hào)的噪音降低的平滑化處理，由移動(dòng)平均化處理部11C執(zhí)行移動(dòng)平均化處理。接著，在步驟S9中，由波形解析部11D執(zhí)行超聲波檢測(cè)信號(hào)的傅里葉變換處理等波形解析處理。接著，在步驟S10中，由包絡(luò)線檢波處理部11E執(zhí)行超聲波檢測(cè)信號(hào)的包絡(luò)線檢波處理。

通過針對(duì)光信號(hào)及電信號(hào)的這些信號(hào)處理，可以獲得能夠以極其良好的SNR高靈敏度地檢測(cè)自基準(zhǔn)波形的變化的超聲波信號(hào)的波形。再者，也可以根據(jù)探傷檢查所要求的精度，省略局部的信號(hào)處理，或相反地追加其他的信號(hào)處理。另外，也可以在可能的范圍改變信號(hào)處理的順序。特別是作為對(duì)電信號(hào)的信號(hào)處理，從高靈敏度地檢測(cè)波形的變化的觀點(diǎn)出發(fā)，重要的是進(jìn)行傅里葉解析及求得移動(dòng)平均所產(chǎn)生的降噪處理中的至少一項(xiàng)。

接著，在步驟S11中，由波形比較部11F進(jìn)行信號(hào)處理后的超聲波信號(hào)的波形和基準(zhǔn)波形的比較。而且，基于與超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)的波形和作為基準(zhǔn)的波形之間的變化量，檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷。即，在與超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)的波形和作為基準(zhǔn)的波形之間的變化量超過規(guī)定的基準(zhǔn)值的情況或?yàn)橐?guī)定的基準(zhǔn)值以上的情況下，判定為超聲波U的傳播路徑中存在損傷。

在獲得了與從多個(gè)超聲波振子2發(fā)送的超聲波U對(duì)應(yīng)的多個(gè)超聲波信號(hào)的波形的情況下，多個(gè)超聲波信號(hào)的波形與分別對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)波形相比較。因此，能夠判定多個(gè)超聲波U的傳播路徑上各自是否存在損傷。其結(jié)果是，通過嚴(yán)格區(qū)別存在損傷的超聲波U的傳播路徑和不存在損傷的超聲波U的傳播路徑，可以檢測(cè)損傷的存在范圍。

通過對(duì)于由超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U的波形的傅里葉解析而取得與多個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)的波形的情況下，能夠基于與所取得的多個(gè)頻帶對(duì)應(yīng)的波形、和對(duì)應(yīng)的多個(gè)頻帶中的作為基準(zhǔn)的波形之間的各變化量，更高精度地檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷。另外，在通過對(duì)于由超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U的波形的傅里葉解析而取得與特定的頻帶對(duì)應(yīng)的單一的波形的情況下，能夠基于所取得的單一的波形和對(duì)應(yīng)的作為基準(zhǔn)的波形之間的變化量，更高精度地檢測(cè)檢查區(qū)域R中有無損傷。

接著，在步驟S12中，判定在檢查區(qū)域R是否被檢測(cè)到損傷。該判定也可以由用戶進(jìn)行。在檢查區(qū)域R未檢測(cè)到損傷的情況下，可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)期再一次進(jìn)行來自步驟S3的同樣的探傷檢查。例如，只要是對(duì)多個(gè)檢查對(duì)象品W依次進(jìn)行檢查的情況，就能夠以下一個(gè)檢查對(duì)象品W作為對(duì)象再次進(jìn)行探傷檢查。另一方面，只要是將超聲波探傷系統(tǒng)1作為零件或臨時(shí)的配件安裝在檢查對(duì)象品W的情況，就能夠在下一次的定期檢查時(shí)等所希望的時(shí)期再次進(jìn)行探傷檢查。

在檢查區(qū)域R被檢測(cè)到損傷的情況下，在步驟S13中，設(shè)定包含所檢測(cè)到的損傷、且比檢查區(qū)域R窄的新的檢查區(qū)域。以新的檢查區(qū)域?yàn)閷?duì)象的探傷檢查，也可以使用超聲波探傷系統(tǒng)1來實(shí)施，或者也可以使用其他的超聲波探傷系統(tǒng)或超聲波探傷系統(tǒng)以外的探傷系統(tǒng)來實(shí)施。

如使用同一超聲波探傷系統(tǒng)1依次檢查多個(gè)檢查對(duì)象品W的情況那樣，在將超聲波振子2及超聲波傳感器3從檢查對(duì)象品W容易地卸下的情況下，可以通過變更超聲波振子2及超聲波傳感器3的位置而設(shè)定新的檢查區(qū)域。另一方面，在使用其他探傷系統(tǒng)進(jìn)行新的檢查區(qū)域的探傷檢查的情況下，配置必要的傳感器，以便能夠以新的檢查區(qū)域?yàn)閷?duì)象進(jìn)行損傷的傳感。

接著，在步驟S14中，以新的檢查區(qū)域?yàn)閷?duì)象進(jìn)行損傷的非破壞檢查。在使用同一超聲波探傷系統(tǒng)1進(jìn)行以新的檢查區(qū)域?yàn)閷?duì)象的損傷的非破壞檢查的情況下，也可以設(shè)定為基于透過新的檢查區(qū)域的超聲波U的波形的自基準(zhǔn)波形的變化，進(jìn)行檢測(cè)損傷的有無的如上所述的檢查。該情況下，可以通過反復(fù)進(jìn)行超聲波探傷檢查而使檢查區(qū)域逐漸地縮小。

另一方面，還能夠進(jìn)行其他任意的非破壞檢查。例如，在像損傷的檢查區(qū)域?yàn)?00mm以下的情況那樣，損傷的檢查區(qū)域被充分地縮小的情況下，作為對(duì)新的檢查區(qū)域的損傷的非破壞檢查，也可以基于來自新的檢查區(qū)域的超聲波的反射波執(zhí)行檢測(cè)損傷的位置的檢查。即，可以基于超聲波的發(fā)送定時(shí)、在新的檢查區(qū)域反射的反射波的峰的到達(dá)時(shí)刻及音速，檢測(cè)損傷的位置。

如以上所述的超聲波探傷系統(tǒng)1及超聲波探傷方法，從SNR提高及高靈敏度化的觀點(diǎn)出發(fā)，在更有效的條件下向檢查區(qū)域R發(fā)送超聲波U，且對(duì)與超聲波傳感器3檢測(cè)的超聲波U對(duì)應(yīng)的光信號(hào)及電信號(hào)實(shí)施有效的信號(hào)處理，即使是米級(jí)的檢查區(qū)域R也可檢測(cè)探傷的有無。

(效果)

因此，根據(jù)超聲波探傷系統(tǒng)1及超聲波探傷方法，可以使用少量的超聲波傳感器3，將比目前的檢查區(qū)域?qū)挼臋z查區(qū)域R作為對(duì)象高精度地探測(cè)損傷的有無。換言之，在將寬的檢查區(qū)域R作為對(duì)象檢查損傷的有無的情況中，可避免超聲波振子2及超聲波傳感器3的數(shù)量極端地增加。

以往采用的是通過檢測(cè)損傷部位反射的超聲波的反射波而高精度地檢測(cè)損傷的位置或尺寸的方法。但是，為了高精度地檢測(cè)損傷的位置或尺寸，必須檢測(cè)損傷部位反射的超聲波的反射波。該情況下，只能檢測(cè)超聲波的前進(jìn)方向上存在的、且近距離存在的損傷。換句話說，若要高精度地檢測(cè)損傷的位置或尺寸，則難以進(jìn)行寬范圍的損傷的檢測(cè)。

與此相對(duì)，超聲波探傷系統(tǒng)1及超聲波探傷方法，不是高精度地檢測(cè)損傷的位置或尺寸，而是簡(jiǎn)易地檢測(cè)檢查區(qū)域R是否存在損傷。因此，可以進(jìn)行非常寬范圍的探傷檢查。并且，能夠?qū)⑦M(jìn)行用于檢測(cè)損傷的位置或尺寸的精密的檢查限定于在發(fā)現(xiàn)損傷的情況下。其結(jié)果是，不必總是使用用于檢測(cè)損傷的位置或尺寸的復(fù)雜的超聲波探傷系統(tǒng)，就能夠進(jìn)行檢查對(duì)象品W的探傷檢查。因此，能夠減少檢查對(duì)象品W的全部檢查所花費(fèi)的時(shí)間、勞力及成本。

另外，只要作為航空器結(jié)構(gòu)體的零件安裝超聲波探傷系統(tǒng)1，就能夠在航空器的定期檢查時(shí)，容易地診斷安裝了超聲波探傷系統(tǒng)1的航空器結(jié)構(gòu)體是否發(fā)生了損傷。并且，可避免超聲波振子2及超聲波傳感器3的數(shù)量的極端的增加，因此也可避免航空器的重量極端的增加。

以上，對(duì)特定的實(shí)施方式做了記載，但所記載的實(shí)施方式只不過是一例，并不限定發(fā)明的范圍。在此所記載的新的方法及裝置可以用各種各樣的其他樣式進(jìn)行體現(xiàn)。另外，在此所記載的方法及裝置的樣式，在不脫離發(fā)明的要旨的范圍，可以進(jìn)行各種的省略、置換及變更。所附的權(quán)項(xiàng)及其等同物作為被包含于發(fā)明的范圍及要旨的內(nèi)容，包含如此的各種樣式及變形例。