專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲波探傷裝置的信號(hào)處理方法及信號(hào)處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將超聲波脈沖發(fā)射到被檢測(cè)體上，通過(guò)解析從被檢測(cè)體上檢測(cè)到的回波信號(hào)，檢測(cè)被檢測(cè)體上存在的缺陷用的超聲波探測(cè)裝置，尤其涉及將檢出的高頻回波信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)后，能降低該數(shù)字信號(hào)噪聲的信號(hào)處理方法及信號(hào)處理裝置。
超聲波探傷裝置的結(jié)構(gòu)如圖25所示。超聲波信號(hào)收發(fā)器1以一定的周期T0將脈沖信號(hào)發(fā)送到直接放置在或者通過(guò)水等耦合物質(zhì)放置在鋼鐵材料等被檢測(cè)體2上的探頭3。如圖26所示，探頭3將接收到的脈沖信號(hào)變換成超聲波脈沖a后施加到被檢測(cè)體2上。進(jìn)入被檢測(cè)體2內(nèi)的超聲波脈沖a在被檢測(cè)體2的底面2a上經(jīng)過(guò)反射后又被探頭3接收。探頭3將反射波變換成電信號(hào)，然后發(fā)送至超聲波收發(fā)器1。超聲波收發(fā)器1將該電信號(hào)放大后作為回波信號(hào)b發(fā)送給信號(hào)處理裝置4。
回波信號(hào)b中包含與底面2a的反射波相對(duì)應(yīng)的底面(B)回波5a和由缺陷引起的缺陷(F)回波5b。另外，超聲波脈沖a的頻率f由安裝在探頭3內(nèi)的超聲波振子的厚度等決定。探傷所使的超聲波脈沖a的頻率f為數(shù)MHz～十幾MHz。因此，回波信號(hào)b中包含的底面回波5a或缺陷回波5b的信號(hào)波形的頻率范圍很寬，約為0Hz～十幾MHz。
信號(hào)處理裝置4對(duì)于從超聲波信號(hào)收發(fā)器1接收到的回波信號(hào)b進(jìn)行各種信號(hào)處理，并將信號(hào)處理結(jié)果及缺陷的有無(wú)顯示在顯示器6上。這時(shí)，為了對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理，并顯示回波信號(hào)，與上述脈沖信號(hào)同步的觸發(fā)脈沖信號(hào)c從超聲波信號(hào)收發(fā)器1輸送到信號(hào)處理裝置4。
在這種結(jié)構(gòu)的缺陷探傷裝置的結(jié)構(gòu)中，在來(lái)自超聲波信號(hào)收發(fā)器1輸出的回波信號(hào)b中，除了上述底面回波5a及缺陷回波5b以外，還包含很多噪聲。如果該回波信號(hào)b中包含的噪聲較大，則會(huì)對(duì)探傷結(jié)果的可靠性有很不利的影響。此類(lèi)噪聲大部分屬于電噪聲和材料噪聲兩種。
電噪聲包括由混入探頭3或超聲波信號(hào)收發(fā)器1及連接電纜等中的電磁波引起的外部噪聲，以及安裝在超聲波信號(hào)收發(fā)器1內(nèi)的放大器等產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲等。
另一方面，在被檢測(cè)體2內(nèi)傳播的超聲波在材料的晶粒界面處產(chǎn)生散射。該散射的超聲波被探頭3接收。上述接收到的散射超聲波作為散射回波包含在從探頭3輸出的回波信號(hào)b中。這種散射回波就是上述材料噪聲。
降低回波信號(hào)b中包含的這些噪聲對(duì)于進(jìn)行高精度超聲波探傷來(lái)說(shuō)是極其重要的。
以往，為了降低該回波信號(hào)b中含有的噪聲成分，使用了模擬濾波器。例如使用能夠?yàn)V除含有寬頻成分的電噪聲、僅只使超聲回波的頻率成分通過(guò)的BPF(帶通濾波器)。另一方面，對(duì)于材料噪聲來(lái)說(shuō)，則利用缺陷回波5b的頻率分布比散射回波的頻率分布低的性質(zhì)，而使用LPF(低通濾波器)或BPF。這樣，通過(guò)使用模擬濾波器就能將回波信號(hào)b中所含的噪聲成分降低到一定電平以下。
從所周知，缺陷回波的頻率分布通常隨被檢測(cè)體2的超聲波衰減特性而變化。因此，對(duì)于由散射回波等所代表的材料噪聲來(lái)說(shuō)，在使用BPF的情況下，最好根據(jù)被檢測(cè)體2而使用最適合的特性的濾波器?？墒牵M濾波器的通頻特性不能簡(jiǎn)單地變更，因此就必須準(zhǔn)備多個(gè)具有與每種被檢測(cè)體2的材質(zhì)的超聲波衰減特性相適應(yīng)的通頻特性的濾波器。這樣，如果要根據(jù)被檢測(cè)體2的材料特性而分別使用不同的濾波器，從操作方面和經(jīng)濟(jì)方面考慮，實(shí)際上都是困難的。
為了消除這種不便，提倡使用數(shù)字信號(hào)處理方法。即，對(duì)從超聲波信號(hào)收發(fā)器1輸出的回波信號(hào)b進(jìn)行A/D變換。而且用數(shù)字濾波器將變換成數(shù)字信號(hào)后的回波信號(hào)中的噪聲成分加以濾除。
例如，F(xiàn)IR(有限脈沖應(yīng)答)數(shù)字濾波器就能自由變更通過(guò)特性，所以通過(guò)設(shè)定與被檢測(cè)體2的材質(zhì)相對(duì)應(yīng)的通頻特性，就能對(duì)回波信號(hào)b進(jìn)行最佳的噪聲降低處理。
現(xiàn)在試算一下采用這種方法時(shí)的信號(hào)處理運(yùn)算速度。例如對(duì)1024點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行128次FIR數(shù)字濾波處理時(shí)，必須進(jìn)行128×1024次積和運(yùn)算。假設(shè)進(jìn)行1次積和運(yùn)算需要5次命令步，則總共需要(128×1024×5)次命令步。因此，假設(shè)使用例如40MIPS(百萬(wàn)條命令/秒)的一般的微機(jī)進(jìn)行上述運(yùn)算處理，需要128×1024×5/(40×106)＝約16ms的時(shí)間。實(shí)際上該時(shí)間中加進(jìn)了數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器和CPU(中央處理機(jī))之間傳輸?shù)臅r(shí)間，因此還必須要有更多的富余時(shí)間。
另外，在煉鋼廠等工廠中進(jìn)行在線探傷時(shí)，例如對(duì)鋼板等移動(dòng)著的被檢測(cè)體2進(jìn)行探傷。這時(shí)，由于被檢測(cè)體2上的探傷部位就是超聲波脈沖a的入射部位，所以當(dāng)超聲波脈沖a的重復(fù)周期T0長(zhǎng)時(shí)，就不能對(duì)被檢測(cè)體2進(jìn)行全面探傷。因此，超聲波脈沖a的重復(fù)周期T0通常取為1ms以?xún)?nèi)。為了對(duì)回波信號(hào)b進(jìn)行上述的數(shù)字信號(hào)處理，就必須在超聲波脈沖a的重復(fù)周期T0即1ms以?xún)?nèi)結(jié)束信號(hào)處理運(yùn)算。
其次，為了在回波信號(hào)為上述的數(shù)MHz～十幾MHz的高頻波段進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，必須對(duì)該高頻回波信號(hào)b直接進(jìn)行A/D變換，回波信號(hào)b的頻率分布寬達(dá)0Hz～十幾MHz，因此根據(jù)采樣定理，至少要用20MHz以上的采樣頻率fs進(jìn)行A/D變換。另外還必須對(duì)用該高采樣頻率fs依次作成的各采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。
為了滿(mǎn)足以上說(shuō)明的信號(hào)處理的兩個(gè)條件，必須使用具有1000MIPS大小運(yùn)算速度的高速微機(jī)。這樣的系統(tǒng)價(jià)格非常貴，因此將其組裝到實(shí)際的超聲波探傷裝置中是不切合實(shí)際的。
因此就要考慮使用能夠?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行連續(xù)處理運(yùn)算的運(yùn)算元件。這時(shí)，運(yùn)算元件以抽樣頻率相等的時(shí)間周期性地輸入輸出數(shù)字信號(hào)，連續(xù)地進(jìn)行信號(hào)運(yùn)算處理，因此超聲波脈沖a的重復(fù)周期T0不比運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)。
但是，目前還不能實(shí)現(xiàn)以采樣頻率fs＝20MHz以上的速度工作的數(shù)字濾波器運(yùn)算元件。
因此，在超聲波脈沖a的重復(fù)周期T0必須在1ms以下的條件下工作的在線超聲波探傷裝置中，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理是困難的。
通常，超聲波探傷時(shí)產(chǎn)生由上述被檢測(cè)體材料的晶粒邊界上的反射引起的林狀回波。另外，如圖19所示，從被檢測(cè)體表面反射的表面回波(S回波)脈沖寬度變寬。在這種林狀回波或表面回流附近產(chǎn)生的回波不是由缺陷引起的回波，而稱(chēng)為偽回波。
作為降低該偽回波的方法，提倡將寬頻帶的超聲波脈沖發(fā)射到被檢測(cè)體上，利用頻率濾波器從檢出的回波信號(hào)中除去偽回波(特開(kāi)平2-186261號(hào)公報(bào))。這種除去偽回波的方法是利用缺陷回波的頻率比林狀回波的頻率低的性質(zhì)。
但隨著被檢測(cè)體的材料的不同，有時(shí)林狀回波頻率與缺陷回波頻率之間沒(méi)有明顯差別，因此利用上述的含有數(shù)字濾波器的頻率判別方法，有時(shí)不能除去林狀回波。另外，表面回波附近的偽回波的頻率與缺陷回波的頻率基本上相等，因此與林狀回波的情況一樣，不能用頻率濾波器濾除。就是說(shuō)沒(méi)有能夠除去該疑似回波的有效方法。
本發(fā)明的第1個(gè)目的是提供這樣一種超聲波探傷裝置的信號(hào)處理方法及信號(hào)處理裝置，即能夠在將超聲波脈沖的重復(fù)周期維持在較短的條件下，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，且能降低噪聲。
本發(fā)明的第2個(gè)目的是除上述目的之外，提供一種還能有效地除去偽回波、且能可靠地降低微小噪聲及突發(fā)噪聲、且能進(jìn)一步提高缺陷檢測(cè)精度的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置。
為了達(dá)到第1個(gè)目的，在本發(fā)明中采用規(guī)定的抽樣頻率，將從接收來(lái)自被檢測(cè)體的反射波的超聲波信號(hào)收發(fā)器輸出的高頻回波信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，規(guī)定在超聲波脈沖的重復(fù)周期內(nèi)的測(cè)定期間，采用與抽樣頻率相等的寫(xiě)入頻率按順序存儲(chǔ)變換成數(shù)字信號(hào)后的回波信號(hào)的測(cè)定期間內(nèi)的各抽樣數(shù)據(jù)，采用比寫(xiě)入頻率低的讀出頻率按順序讀出該存儲(chǔ)的各抽樣數(shù)據(jù)，用數(shù)字濾波器對(duì)該依次讀出的回波信號(hào)進(jìn)行頻率鑒別處理，根據(jù)該頻率鑒別處理后的回波信號(hào)判斷缺陷的有無(wú)。
下面說(shuō)明如此結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的工作原理。
如上所述，為了進(jìn)行在線探傷，超聲波脈沖a的重復(fù)周期T0在數(shù)ms以下。而且在從超聲波信號(hào)收發(fā)器輸出的高頻回波信號(hào)b中，實(shí)際上判斷缺陷所必要的測(cè)定期間TM是從超聲波脈沖a發(fā)送時(shí)刻起到底回波入射為止的時(shí)間，最高為數(shù)10μs，比上述超聲波脈沖a的重復(fù)周期T0短許多(TM＜＜T0)。
而且，該測(cè)定期間TM內(nèi)的回波信號(hào)b以較高的抽樣頻率fs進(jìn)行A/D變換，變成數(shù)字信號(hào)。構(gòu)成變?yōu)樵摂?shù)字的回波信號(hào)的各抽樣數(shù)據(jù)中在上述測(cè)定期間TM內(nèi)輸入的各抽樣數(shù)據(jù)，采用與上述抽樣頻率fs相同的寫(xiě)入頻率fw存儲(chǔ)到例如由FIFO(先進(jìn)先出)型寄存器構(gòu)成的存儲(chǔ)器中。而且，存儲(chǔ)到該存儲(chǔ)器中的各抽樣數(shù)據(jù)采用比寫(xiě)入頻率fw低的頻率、即用下一個(gè)數(shù)字濾波器能充分地進(jìn)行數(shù)字處理的讀出頻率fR按順序讀出。
讀出的數(shù)字回波信號(hào)在下一個(gè)數(shù)字濾波器中，以最有效地使噪聲衰減的頻率特性進(jìn)行頻率鑒別處理。于是，通過(guò)該數(shù)字濾波器的數(shù)字回波信號(hào)中含有的噪聲成分大幅度地降低。然后再根據(jù)噪聲成分降低后的回波信號(hào)，判斷缺陷的有無(wú)。
這時(shí)，F(xiàn)IFO型寄存器等存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的回波信號(hào)的抽樣數(shù)據(jù)數(shù)NM是在測(cè)定期間內(nèi)存在的數(shù)據(jù)數(shù)，因此全部讀出存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的NM個(gè)抽樣數(shù)據(jù)所需的時(shí)間TR由(1)式確定TR＝TM(fS/fR) ……(1)而且將該讀出時(shí)間TR和上述測(cè)定期間TM相加后的時(shí)間如果比上述超聲波脈沖的重復(fù)周期T0短，則在下一個(gè)周期T0開(kāi)始的時(shí)刻，前一次的抽樣數(shù)據(jù)就不會(huì)殘留在FIFO型寄存器中。
因此，數(shù)字濾波器用比原先的抽樣頻率fs慢的讀出頻率fR對(duì)按順序輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理即可。另外，在一個(gè)超聲波脈沖a的重復(fù)周期T0內(nèi)進(jìn)行運(yùn)算處理所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)NM，與回波信號(hào)b中的在重復(fù)周期T0全部期間存在的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)相比較，前者非常少，因此在上述重復(fù)周期T0內(nèi)能充分地進(jìn)行處理。
就是說(shuō)，作為數(shù)字濾波器，不需要專(zhuān)門(mén)使用能夠進(jìn)行高速處理的高性能的數(shù)字濾波器。
為了達(dá)到本發(fā)明的第2個(gè)目的，在本發(fā)明中，除了具有上述結(jié)構(gòu)的信號(hào)處理裝置中的數(shù)字濾波器以外，還使用同步加法平均濾波器。另外，用同步加法平均電路代替數(shù)字濾波器。
由于使用同步加法平均濾波器，所以能在各超聲波脈沖a的每個(gè)重復(fù)周期中使用回波信號(hào)平均化，更能提高降低噪聲的效率。這時(shí)，與數(shù)字濾波器一樣，也不需特別使用能進(jìn)行高速處理的高性能的濾波器。
代替數(shù)字濾波器使用的同步加法平均電路與上述的同步加法平均濾波器一樣，具有使各測(cè)定期間TM內(nèi)的被數(shù)字化的回波信號(hào)平均化的功能。由于各回波信號(hào)中含有噪聲成分各自的位相是隨機(jī)的，所以通過(guò)對(duì)多數(shù)回波信號(hào)進(jìn)行加法平均，借以使各噪聲成分能夠互相抵消，使噪聲成分在總體上有所下降，從而使回波信號(hào)中含有的缺陷回波的S/N上升。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的裝有信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是表示該實(shí)施例裝置中安裝的數(shù)字濾波器的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖3是該實(shí)施例裝置的工作時(shí)間圖。
圖4A是輸入到該實(shí)施例裝置中的FIFO型寄存器的回波信號(hào)的波形圖。
圖4B是從該實(shí)施例裝置中的FIFO型寄存器輸出的回波信號(hào)的波形圖。
圖5是本發(fā)明的另一實(shí)施例中的安裝了信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。
圖6是另一實(shí)施例中的安裝了信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。
圖7是另一實(shí)施例中的安裝了信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。
圖8是另一實(shí)施例中的安裝了信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。
圖9是該實(shí)施例裝置的工作時(shí)間圖。
圖10是另一實(shí)施例中的安裝了信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。
圖11是該實(shí)施例裝置的工作時(shí)間圖。
圖12是另一實(shí)施例中的安裝了信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。
圖13是該實(shí)施例裝置的工作時(shí)間圖。
圖14是另一實(shí)施例中的安裝了信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。
圖15是該實(shí)施例裝置中的同步加法平均電路簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。
圖16是表示該實(shí)施例裝置的效果的回波信號(hào)波形圖。
圖17是表示該實(shí)施例裝置的效果的平均次數(shù)Na與S/N之間的關(guān)系圖。
圖18是另一實(shí)施例中的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的主要部分的模式圖。
圖19是含有一般的反射回波、缺陷回波和偽回波的回波信號(hào)波形圖。
圖20是表示該實(shí)施例裝置工作原理的回波信號(hào)波形圖。
圖21是該實(shí)施例裝置中偽回波被降低后的回波信號(hào)的波形圖。
圖22是另一實(shí)施例的信號(hào)處理裝置的主要部分的框圖。
圖23是另一實(shí)施例中的安裝了信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。
圖24是說(shuō)明該實(shí)施例裝置的效果用的時(shí)間圖。
圖25是一般的超聲波探傷裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)模式圖。
圖26是該超聲波探傷裝置工作時(shí)間圖。
下面利用


本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖1是安裝了實(shí)施例的信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的總體框圖。與圖25所示的超聲波探傷裝置相同的部分標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)。因此重復(fù)部分的詳細(xì)說(shuō)明從略。
時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路10輸出例到頻率fS＝25MHz的時(shí)鐘信號(hào)d。從時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路10輸出的時(shí)鐘信號(hào)d送給超聲波信號(hào)收發(fā)器1。另外，該時(shí)鐘信號(hào)d還被送給A/D變換器11、FIFO型寄存器12、延遲電路13、寫(xiě)入時(shí)間計(jì)時(shí)器14、讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器15、以及分頻器16。
超聲波信號(hào)收發(fā)器1將輸入的時(shí)鐘信號(hào)d分頻后，每隔一定周期T0將脈沖信號(hào)送給直接放置在、或通過(guò)水等延遲材料放置在被檢測(cè)體2上的探頭3。探頭3將接收到的脈沖信號(hào)變換成超聲波脈沖a，并加到被檢測(cè)體2上。加到被檢檢測(cè)體2內(nèi)的超聲波脈沖a在被檢測(cè)體2的底面2a上經(jīng)過(guò)反射后再次被探頭3接收。探頭3將反射波變換成電信號(hào)后輸送給超聲波信號(hào)收發(fā)器1。超聲波信號(hào)收發(fā)器1將接收到的電信號(hào)放大，并作為回波信號(hào)b發(fā)送給A/D變換器11。
A/D變換器11將時(shí)鐘信號(hào)d的頻率作為抽樣頻率fS使用，而將輸入的回波信號(hào)b變換成(例如)幾位的數(shù)字信號(hào)。變換成數(shù)字信號(hào)的回波信號(hào)b1被加到FIFO型寄存器12的數(shù)據(jù)輸入端子D1上。
另一方面，超聲波信號(hào)收發(fā)器1與將脈沖信號(hào)發(fā)送給探頭3的時(shí)間同步而將觸發(fā)脈沖信號(hào)C送給延遲電路13。延遲電路13由一種計(jì)時(shí)器構(gòu)成，當(dāng)其接收到觸發(fā)脈沖信號(hào)C后，利用時(shí)鐘信號(hào)d開(kāi)始進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的延遲時(shí)間TD的計(jì)時(shí)，延遲時(shí)間TD的計(jì)時(shí)一旦結(jié)束，便將起動(dòng)信號(hào)e送給寫(xiě)入時(shí)間計(jì)數(shù)器14。
該延遲時(shí)間TD是當(dāng)在探頭3和被檢測(cè)體2之間充入水或其它耦合物質(zhì)時(shí)，為了使測(cè)定回波信號(hào)b的開(kāi)始時(shí)間延遲而設(shè)定的。在實(shí)施例裝置中，使探頭3和被檢測(cè)體2之間的距離在水中為100mm，則為了收到來(lái)自被檢測(cè)體2的反射波，設(shè)定TD＝2×100mm/1480m/s＝135μs式中超聲波在水中的速度為1480m/s。
寫(xiě)入時(shí)間計(jì)時(shí)器14一旦輸入起動(dòng)信號(hào)e后，如圖3所示，便將寫(xiě)入許可信號(hào)g送給FIFO型寄存器12的寫(xiě)入控制端子。而且，當(dāng)預(yù)定的測(cè)定期間TM結(jié)束后，寫(xiě)入時(shí)間計(jì)時(shí)器14便撤銷(xiāo)上述寫(xiě)入許可信號(hào)g。另外，寫(xiě)入許可信號(hào)g又被送給讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器15。
讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器15與上述寫(xiě)入許可信號(hào)g的下降時(shí)間同步，并將讀出許可信號(hào)h送給FIFO型寄存器12的讀出控制端子。而且，當(dāng)預(yù)定的讀出期間TR結(jié)束后，撤銷(xiāo)上述讀出許可信號(hào)h。讀出許可信號(hào)h還被送給同步加法平均濾波器17。在本實(shí)施例中，讀出期間TR的設(shè)定值取測(cè)定期間TM的5倍。在測(cè)定期間TM內(nèi)含有NM(＝1024)個(gè)抽樣數(shù)據(jù)。
另一方面，分頻器16將輸入的時(shí)鐘信號(hào)d的頻率fS(＝25MHz)除以5(N＝5)作為分頻時(shí)鐘信號(hào)d1(頻率fR＝5MHz)，并將其施加到FIFO型寄存器12、數(shù)字濾波器18、以及同步加法平均濾波器17上。
FIFO型寄存器12將寫(xiě)入許可信號(hào)g在H電平期間(測(cè)定期間TM)輸入到數(shù)據(jù)輸入端子D1的n位各抽樣數(shù)據(jù)，以與時(shí)鐘信號(hào)d的頻率(抽樣頻率)相等的寫(xiě)入頻率fw按順序儲(chǔ)存。在該實(shí)施例中，總共寫(xiě)入1024個(gè)抽樣數(shù)據(jù)。而且將讀出許可信號(hào)h在H電平期間(讀出期間TR)存儲(chǔ)的各抽樣數(shù)據(jù)，以與分頻時(shí)鐘信號(hào)d1的頻率相等的讀出頻率fR按順序從數(shù)據(jù)輸出端子D2輸出。以讀出頻率fR按順序讀出的數(shù)據(jù)的回波信號(hào)b2輸入到數(shù)字濾波器18中。
數(shù)據(jù)濾波器18由如圖2所示的以分頻時(shí)鐘信號(hào)d1的頻率(fR＝5MHz)動(dòng)作的128次FIR數(shù)字濾波器構(gòu)成。即，該FIR數(shù)字濾波器由128個(gè)乘法器18a、128個(gè)加法器18b和128個(gè)延遲器18c構(gòu)成。C1～C128是系數(shù)。各延遲器18c延遲與分頻時(shí)鐘信號(hào)d1的周期T1相當(dāng)?shù)?00ns。而且，該FIR數(shù)字濾波器對(duì)依次輸入的總計(jì)1024個(gè)輸入數(shù)據(jù)X(KT1)進(jìn)行如式(2)所示的積和運(yùn)算，得到輸出數(shù)據(jù)Y(KT1)Y(kT1)=Σi=1128Ci·X(kT1-iT1)---(2)]]>式中K＝-∞～∞該式(2)所示的頻率鑒別處理運(yùn)算當(dāng)然是在上述周期T1(＝200ns)內(nèi)進(jìn)行的。
由數(shù)字濾波器18進(jìn)行(2)式所示的頻率鑒別處理運(yùn)算的數(shù)字回波信號(hào)b3輸入到同步加法平均濾波器17中。
同步加法平均濾波器17來(lái)自數(shù)字濾波器18依次輸出的、按(2)式所示構(gòu)成的回波信號(hào)b3的1024個(gè)數(shù)據(jù)，算出每個(gè)超聲波脈沖a的重復(fù)周期T0的平均值。具體地說(shuō)，同步加法平均濾波器17與來(lái)自讀出時(shí)間計(jì)數(shù)器15的讀出許可信號(hào)h的上升同步，算出下一個(gè)周期內(nèi)從數(shù)字濾波器18輸出的同一時(shí)間位置的過(guò)去預(yù)定的規(guī)定次數(shù)的各數(shù)據(jù)的加法運(yùn)算平均值，并以此作為新的平均化的回波信號(hào)b4輸送給缺陷判斷器19。
在缺陷判斷器19中，輸入的平均化回波信號(hào)b4由D/A變換器19a變換成模擬回波信號(hào)b5?；夭ㄐ盘?hào)b5由比較器19b將其與預(yù)定的閾值Vs進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)有超過(guò)該閾值Vs的回波，則將缺陷信號(hào)K發(fā)送給顯示器20。另外，模擬回波信號(hào)b5也被送給顯示器20。顯示器20顯示回波信號(hào)b5及缺陷的有無(wú)信息。
下面利用圖3所示的時(shí)間圖說(shuō)明如此構(gòu)成的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的工作原理。
觸發(fā)脈沖信號(hào)C與超聲波脈沖a的發(fā)送同步輸出。而且回波信號(hào)b從超聲波信號(hào)收發(fā)器1輸出?；亓餍盘?hào)b由A/D變換器11變換成數(shù)字回波信號(hào)b1。從觸發(fā)脈沖信號(hào)C輸出之時(shí)算起，經(jīng)過(guò)由水等耦合物質(zhì)引起的延遲時(shí)間TD之后，寫(xiě)入許可信號(hào)g上升，從A/D變換器11輸出的數(shù)字回波信號(hào)b1的1024個(gè)抽樣數(shù)據(jù)被寫(xiě)入FI-FO型寄存器12中。為了寫(xiě)入該1024(＝NM)個(gè)抽樣數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間、即測(cè)定期間TM，由于這是以與A/D變換器11的25MHz的抽樣頻率fs相同的頻率寫(xiě)入的，所以寫(xiě)入1個(gè)數(shù)據(jù)應(yīng)為40ns，全部數(shù)據(jù)需時(shí)40.96μs。
當(dāng)寫(xiě)入結(jié)束后，讀出許可信號(hào)h上升，依次讀出存儲(chǔ)在FIFO型寄存器12中的1024個(gè)抽樣數(shù)據(jù)。因?yàn)檫@是5MHz的讀出頻率fR讀出的，所以讀出所需時(shí)間是寫(xiě)入所需時(shí)間的5倍。因此，讀出時(shí)間TR為40.49×5＝203μs。例如，在圖4A所示的回波信號(hào)波形的情況下，讀出時(shí)，如圖4B所示，時(shí)間軸被放大5倍。
其次，考慮數(shù)字濾波器18的運(yùn)算時(shí)間。由于在分頻器16中時(shí)鐘信號(hào)d1的頻率fR是原先的抽樣頻率fs的1/5，即5MHz，所以抽樣數(shù)據(jù)的讀出時(shí)間間隔為200ns，在超聲波脈沖a的1個(gè)重復(fù)周期T0內(nèi)，對(duì)回波信號(hào)b2的運(yùn)算時(shí)間為1024×200ns＝204.8μs。
其次，考慮同步加法平均濾波器17的運(yùn)算時(shí)間。該同步加法平均濾波器17從數(shù)字濾波器18作為輸出信號(hào)而輸出有效數(shù)字信號(hào)開(kāi)始的128×200ns＝25.6μs后開(kāi)始運(yùn)算。而且，由于從數(shù)字濾波器18輸出的數(shù)據(jù)的輸出間隔為200ns，所以運(yùn)算時(shí)間為204.8μs。
另外，缺陷判斷器19由模擬電路構(gòu)成，所以判斷所需要的時(shí)間幾乎可以忽略不計(jì)。
這樣，在聯(lián)機(jī)探傷處理所需要的超聲波脈沖a的重復(fù)周期T0為0.5ms以?xún)?nèi)，能夠充分對(duì)于和1個(gè)超聲波a輸出相對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)b進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。因此，不需要特別使用運(yùn)算處理速度高的高性能微機(jī)，所以通過(guò)采用數(shù)字信號(hào)處理，超聲波探傷裝置的整體造價(jià)不會(huì)大幅度上升。
另外，由于對(duì)含有電噪聲或材料噪聲多的高頻回波信號(hào)b容易進(jìn)行數(shù)字濾波處理運(yùn)算或同步加法平均濾波處理運(yùn)算，所以通過(guò)設(shè)定最適合于材料種類(lèi)或測(cè)定條件的濾波條件，便能有效濾除回波信號(hào)中所含的噪聲成分，能大幅度地提高超聲波探傷裝置的缺陷檢測(cè)精度。
圖5是本發(fā)明的另一實(shí)施例的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。與圖1中的實(shí)施例相同的部分標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)。所以重復(fù)部分的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在本實(shí)施例中，由分頻器16按1/5分成的時(shí)鐘信號(hào)d1輸入到讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器15a的時(shí)鐘端子上。在這樣的讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器15a中，也按圖3所示進(jìn)行計(jì)數(shù)，算出讀出時(shí)間TR，所以能獲得與圖1中的實(shí)施例大致相同的效果。
圖6是本發(fā)明的另一實(shí)施例的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。與圖1中的實(shí)施例相同的部分標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)。所以重復(fù)部分的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在該實(shí)施例中，來(lái)自寫(xiě)入時(shí)間計(jì)時(shí)器14輸出的寫(xiě)入許可信號(hào)g送給FIFO型寄存器12，所以無(wú)需輸入到讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器15c。而且，從超聲波信號(hào)收發(fā)器1輸出的觸發(fā)脈沖信號(hào)C輸入到讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器15c中。該讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器15c接收到輸入觸發(fā)脈沖信號(hào)C之后，開(kāi)始按圖3所示的延遲時(shí)間TR和測(cè)定時(shí)間TM相加后的等待時(shí)間(TR+TM)進(jìn)行計(jì)時(shí)，在該等待時(shí)間(TR+TM)的計(jì)時(shí)結(jié)束的時(shí)刻，將讀出許可信號(hào)h設(shè)定為H電平。而且當(dāng)讀出時(shí)間TR的計(jì)時(shí)一旦結(jié)束之后，便將該H電平的讀出許可信號(hào)h撤銷(xiāo)，恢復(fù)到L電平。
因此，讀出時(shí)間計(jì)數(shù)器15c計(jì)數(shù)圖3所示的讀出時(shí)間TR，所以能獲得與圖1中的實(shí)施例大致相同的效果。
圖7是本發(fā)明的另一實(shí)施例的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。與圖1中的實(shí)施例相同的部分標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)。所以重復(fù)部分的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在該實(shí)施例中，通過(guò)外部時(shí)間設(shè)定器21，可以任意地設(shè)定變更延遲電路13d計(jì)數(shù)的延遲時(shí)間TD、寫(xiě)入時(shí)間計(jì)時(shí)器14d計(jì)數(shù)的測(cè)定時(shí)間TM及讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器15d計(jì)數(shù)的讀出時(shí)間TR。
超聲波探傷裝置探測(cè)的被檢測(cè)體2的種類(lèi)是多種多樣的。因此，隨著被檢測(cè)體2的形狀的不同，有時(shí)需要特別指定準(zhǔn)備探傷的范圍，以便探測(cè)距離表面淺的部分、可距離表面深的部分等。另外，被檢測(cè)體2的厚度的變化也很大。這樣，在變更探傷范圍、擴(kuò)大或縮小探傷范圍時(shí)，以及在測(cè)定期間TM的范圍內(nèi)移動(dòng)回波信號(hào)b的位置的同時(shí)，就必須延長(zhǎng)或縮短測(cè)定期間TM。在這種情況下，就利用時(shí)間設(shè)定器21設(shè)定延遲時(shí)間TD、測(cè)定期間TM及讀出時(shí)間TR的最佳值。因此，能大幅地?cái)U(kuò)大裝設(shè)了該信號(hào)處理裝置的超聲波探傷裝置的適用范圍。
圖8是本發(fā)明的另一實(shí)施例的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。與圖7中的實(shí)施例相同的部分標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)。因此重復(fù)部分的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在該實(shí)施例中，沿著從超聲波信號(hào)收發(fā)器1輸出的回波信號(hào)b的通路，設(shè)有A/D變換器11、第1FIFO型寄存器12a、數(shù)字濾波器18、第2FIFO型寄存器12b、D/A變換器22、以及外部的缺陷判斷器23。
具有從時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路10輸出的抽樣頻率fs的時(shí)鐘信號(hào)d通過(guò)AND選通電路14e，被施加到第1FIFO型寄存器12a的寫(xiě)入時(shí)鐘端子上，同時(shí)通過(guò)AND選通電路24a，施加到第2FIFO型寄存器12b的讀出時(shí)鐘端子上。另外，時(shí)鐘信號(hào)d還被施加到D/A變換器22的時(shí)鐘端子上。
另外，具有從分頻器16輸出的頻率fR(＝fs/5)的分頻時(shí)鐘信號(hào)d1，通過(guò)AND選通電路15b，被施加到第1FIFO型寄存器12a的讀出時(shí)鐘端子上及第2FIFO型寄存器12b的寫(xiě)入時(shí)鐘端子上，同時(shí)施加到數(shù)字濾波器18的時(shí)鐘端子上。
從延遲電路13輸出的起動(dòng)信號(hào)e施加到寫(xiě)入時(shí)間計(jì)時(shí)器14d及處理時(shí)間計(jì)時(shí)器15a上。如圖9中的時(shí)間圖所示，寫(xiě)入時(shí)間計(jì)時(shí)器14d只在測(cè)定期間(A/D變換時(shí)間)TM將H電平的寫(xiě)入許可信號(hào)g加到AND選通電路14e上。結(jié)果，第1FIFO型寄存器12a只在測(cè)定期間(A/D變換時(shí)間)，利用與抽樣頻率fs相同的寫(xiě)入頻率，按順序讀取并存入從A/D變換器11輸出的數(shù)據(jù)中的各回波信號(hào)b1的各抽樣數(shù)據(jù)。
處理時(shí)間計(jì)時(shí)器15a只在由時(shí)間設(shè)定器21設(shè)定的讀出時(shí)間(信號(hào)處理時(shí)間)TR，將H電平的讀出許可信號(hào)h施加到AND選通電路15b上。其結(jié)果，第1FIFO型寄存器12a只在讀出時(shí)間(信號(hào)處理時(shí)間)TR，以抽樣頻率fs的1/5的讀出頻率fR，按順序讀出存儲(chǔ)的各數(shù)據(jù)，并作為數(shù)字回波信號(hào)b2發(fā)送給數(shù)字濾波器18。
數(shù)字濾波器18對(duì)以與讀出頻率fR相對(duì)應(yīng)的速度依次輸入的回波信號(hào)b2，實(shí)時(shí)地進(jìn)行上述的頻率鑒別處理，并將濾除噪聲成分后的回波信號(hào)b3發(fā)送給第2FIFO型寄存器12b。
從處理時(shí)間計(jì)時(shí)器15a輸出的對(duì)第1FIFO型寄存器12a的讀出許可信號(hào)h，除了被施加到AND選通電路15b之外，還被施加到第2FIFO型寄存器12b的讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器24上。讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器24從對(duì)該第1FIFO型寄存器12a的讀出許可信號(hào)h從H電平下降至L電平之時(shí)起算，只在由時(shí)間設(shè)定器21設(shè)定的讀出時(shí)間(測(cè)定時(shí)間)TM，將變成H電平的讀出信號(hào)m施加到AND選通電路24a上。
因此，如圖9所示，第2FIFO型寄存器12b與第1FIFO型寄存器12a的回波信號(hào)b2的讀出開(kāi)始時(shí)刻同步，以與第1FIFO型寄存器12a的讀出頻率fR相等的寫(xiě)入頻率，按順序讀取并存入來(lái)自數(shù)字濾波器18輸出的回波信號(hào)b3的各數(shù)據(jù)。而且，當(dāng)信號(hào)處理時(shí)間(讀出時(shí)間)TR結(jié)束、回漢信號(hào)b3的全部數(shù)據(jù)被存入之后，第2FIFO型寄存器12b以等于原抽樣頻率fs的5倍的讀出頻率，讀出該存儲(chǔ)的各數(shù)據(jù)，并作為回波信號(hào)b6被施加到下一個(gè)D/A變換器22上。
D/A變換器22以抽樣頻率fs讀取回波信號(hào)b6的各數(shù)據(jù)，并將其變換成模擬回波信號(hào)b7，發(fā)送至外部的缺陷判斷器23。
圖9是圖8所示的實(shí)施例裝置的動(dòng)作時(shí)間圖。如圖所示，延遲電路13d與觸發(fā)脈沖信號(hào)C同步計(jì)數(shù)延遲時(shí)間TD，此后，寫(xiě)入時(shí)間(測(cè)定期間)TM及信號(hào)處理時(shí)間(讀出時(shí)間)TR的計(jì)時(shí)開(kāi)始。信號(hào)處理時(shí)間(讀出時(shí)間)TR結(jié)束后，對(duì)第2FIFO型寄存器12b的讀出時(shí)間TM開(kāi)始計(jì)時(shí)。
如果采用這種結(jié)構(gòu)的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，則在數(shù)字濾波器18中，只在對(duì)輸入回波信號(hào)進(jìn)行頻率鑒別處理期間，才將回波信號(hào)的時(shí)間軸從25MHz放大到5MHz的5倍。而且，在數(shù)字濾波器18中的頻率鑒別處理結(jié)束之后，恢復(fù)原來(lái)的時(shí)間軸，變換成模擬回波信號(hào)b7。
對(duì)模擬回波信號(hào)b7的缺陷判斷處理，即使回波信號(hào)中的缺陷事件(例如)為25MHz左右的高頻信號(hào)，也能充分地進(jìn)行缺陷判斷處理。因此，通過(guò)將該模擬回波信號(hào)b7施加到一般的超聲波探傷器上，就能簡(jiǎn)單地對(duì)被檢測(cè)體2進(jìn)行探傷。
這時(shí)，回波信號(hào)b7的噪聲成分受到數(shù)字濾波器18的大幅度抑制，所以用一般的超聲波探傷器也能以較高的精度檢測(cè)出缺陷。
圖10是本發(fā)明的另一實(shí)施例的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。與圖8中的實(shí)施例相同的部分標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)。因此，重復(fù)部分的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在該實(shí)施例中，采用這樣一種濾波器作為數(shù)字濾漢器18a，即一旦將從第1FIFO型寄存器12a輸出的回波信號(hào)b2的全部數(shù)據(jù)存到內(nèi)部之后，利用該全部數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率鑒別處理，處理結(jié)束后，將該處理結(jié)果作為數(shù)字回波信號(hào)b6輸出。
因此，時(shí)間設(shè)定器21a除了用于設(shè)定延遲時(shí)間TD、寫(xiě)入時(shí)間(測(cè)定期間)TM、讀出時(shí)間TR以外，還用來(lái)設(shè)定數(shù)字濾波器18a中的頻率鑒別處理所必要的數(shù)據(jù)處理時(shí)間TP。
讀出時(shí)間計(jì)時(shí)器15a將對(duì)第1FIFO型寄存器12a的讀出許可信號(hào)h施加到AND選通電路15b上，同時(shí)施加到數(shù)據(jù)處理時(shí)間計(jì)時(shí)器26上。如圖11中的時(shí)間圖所示，數(shù)據(jù)處理時(shí)間計(jì)時(shí)器26與讀出許可信號(hào)h的下降同步，開(kāi)始進(jìn)行由時(shí)間設(shè)定器21a設(shè)定的數(shù)據(jù)處理時(shí)間TP的計(jì)時(shí)，并輸出H電平的數(shù)據(jù)處理時(shí)間信號(hào)O。
當(dāng)數(shù)據(jù)處理時(shí)間TP結(jié)束后，數(shù)據(jù)處理時(shí)間信號(hào)O下降到L電平，下一個(gè)寫(xiě)入時(shí)間計(jì)時(shí)器26a只在相當(dāng)于上述讀出時(shí)間TR的時(shí)間，才將繼續(xù)為H電平的寫(xiě)入許可信號(hào)n施加到AND選通電路26b上，同時(shí)還加到第2FIFO型寄存器12b的讀出時(shí)間計(jì)數(shù)器24上。
因此，如圖11中的時(shí)間圖所示，第2FIFO型寄存器12b在數(shù)字濾波器18a中的數(shù)據(jù)處理時(shí)間TP結(jié)束的時(shí)刻，以抽樣頻率fs的1/5的頻率fR寫(xiě)入從該數(shù)字濾波器18a輸出的回波信號(hào)b3的各數(shù)據(jù)。而且，在全部數(shù)據(jù)的寫(xiě)入處理結(jié)束的時(shí)刻，用原來(lái)的抽樣頻率fs的速度依次讀出數(shù)據(jù)，并將其作為回波信號(hào)b6施加到下一個(gè)D/A變換器22上。
即使采用這種結(jié)構(gòu)的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，也能獲得與圖8所示的實(shí)施例大致相同的效果，這是因?yàn)樵跀?shù)字濾波器18a中，通過(guò)使用第2FIFO型寄存器12b，能使進(jìn)行過(guò)頻率鑒別處理的回波信號(hào)b3復(fù)原為具有原時(shí)間軸的回波信號(hào)b6。
另外，在該實(shí)施例中，通過(guò)變更時(shí)間設(shè)定器21a的數(shù)據(jù)處理時(shí)間TP，可以任意變更數(shù)字濾波器18a中的頻率鑒別處理內(nèi)容。
圖12是本發(fā)明的另一實(shí)施例的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。與圖8中的實(shí)施例相同的部分標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)。因此，重復(fù)部分的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在該實(shí)施例中，A/D變換器11、第1FIFO型寄存器12a、第1數(shù)字濾波器18、第2FIFO型寄存器12b、以及D/A變換器22被插入如圖8所示的超聲波信號(hào)收發(fā)器1輸出的回波信號(hào)通道中，并在由此構(gòu)成的信號(hào)存儲(chǔ)處理電路中，與其中的第1FIFO型寄存器12a、第1數(shù)字濾波器18及第2FIFO型寄存器12b對(duì)應(yīng)，并聯(lián)著由第3FIFO型寄存器12aa、第2數(shù)字濾波器18b及第4FIFO型寄存器12bb構(gòu)成的另一套信號(hào)存儲(chǔ)處理電路。
而且，在時(shí)間設(shè)定器21b中，相對(duì)于上一級(jí)信號(hào)存儲(chǔ)處理電路中的第1、第2FIFO型寄存器12a、12b所對(duì)應(yīng)的延遲時(shí)間TD、寫(xiě)入時(shí)間(測(cè)定時(shí)間)TM及讀出時(shí)間(處理時(shí)間)TR而言，可以單獨(dú)在下一級(jí)的信號(hào)存儲(chǔ)處理電路中設(shè)定與第1、第2FIFO型寄存器12aa、12bb所對(duì)應(yīng)的延遲時(shí)間TDD、寫(xiě)入時(shí)間(測(cè)定時(shí)間)TMM和讀出時(shí)間(處理時(shí)間)TRR。
因此，如圖13中的時(shí)間圖所示，通過(guò)將下一級(jí)的信號(hào)存儲(chǔ)處理電路的延遲時(shí)間TDD設(shè)定為大于上一級(jí)的信號(hào)存儲(chǔ)處理電路的延遲時(shí)間TD和寫(xiě)入時(shí)間(測(cè)定時(shí)間)TM相加后的時(shí)間(TD+TM)，則能分別通過(guò)數(shù)字濾波器18、18b單獨(dú)取出回波信號(hào)b中彼此不同的時(shí)間位置處的多個(gè)缺陷回波5a、5b，然后進(jìn)行頻率鑒別處理。而且，能用D/A變換器22將經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理的各回波信號(hào)b6、b66進(jìn)行合成處理，從而得到原來(lái)的一個(gè)模擬回波信號(hào)b7。
利用這種結(jié)構(gòu)，不僅能獲得與圖8中的實(shí)施例大致相同的效果，而且能分別用一臺(tái)A/D變換器11及一臺(tái)D/A變換器22，解析出多個(gè)缺陷回波5a、5b。
另外，還能根據(jù)各缺陷的大小和種類(lèi)，針對(duì)與回波信號(hào)b上的各缺陷回波5a、5b相對(duì)應(yīng)的測(cè)定時(shí)間(寫(xiě)入時(shí)間)TM、TMM設(shè)定最佳的時(shí)間幅度。
圖14是本發(fā)明的另一實(shí)施例的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)圖。與圖8中的實(shí)施例相同的部分標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)。因此，重復(fù)部分的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在該實(shí)施例中，將圖8所示實(shí)施例裝置中的數(shù)字濾波器18置換為同步加法平均電路27。該同步加法平均電路27具有這樣的功能，即經(jīng)過(guò)若干周期(Na次)使從第1FIFO型寄存器12a輸出超聲波脈沖a的每一輸出周期T0輸出的數(shù)字回波信號(hào)b2經(jīng)過(guò)平均化處理。而且，當(dāng)有Na個(gè)回波信號(hào)b2經(jīng)過(guò)平均化處理后，即將數(shù)字回流信號(hào)b8輸入到下一個(gè)第2FIFO型寄存器12b中。
同步加法平均電路27利用來(lái)自分頻器16輸出的頻率^的分頻時(shí)鐘信號(hào)d1對(duì)回波信號(hào)b2進(jìn)行加法平均處理。
圖15是同步加法平均電路27的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。用來(lái)與來(lái)自第1FIFO型寄存器12a的分頻時(shí)鐘信號(hào)d1的頻率fR相同的讀出頻率fR依次讀出的構(gòu)成回波信號(hào)b2的NM(＝1024)個(gè)8位(n＝8)結(jié)構(gòu)的各數(shù)據(jù)被寫(xiě)入第1信號(hào)存儲(chǔ)器28中，同時(shí)輸入用于進(jìn)行數(shù)字加法處理的加法器29中。
如圖15所示，第1信號(hào)存儲(chǔ)器28形成存儲(chǔ)回波信號(hào)b2的256個(gè)區(qū)段28a。因此，在各個(gè)區(qū)域28a有NM(＝1024)個(gè)地址，各8位數(shù)據(jù)可以分別存儲(chǔ)在各地址中。與該第1信號(hào)存儲(chǔ)器28相對(duì)應(yīng)的、構(gòu)成上述回波信號(hào)b2的各數(shù)據(jù)的寫(xiě)入地址WA1由第1寫(xiě)入地址計(jì)數(shù)器30a指定。另外，讀出該第1信號(hào)存儲(chǔ)器28中存儲(chǔ)的回波信號(hào)b2時(shí)的讀出地址RA1由第1讀出地址計(jì)數(shù)器30b指定。各計(jì)數(shù)器30a、30b由上述分頻時(shí)鐘信號(hào)d1驅(qū)動(dòng)。
另外，第1讀出地址計(jì)數(shù)器30b的讀出地址RA1這樣進(jìn)行初始設(shè)定，即相對(duì)于第1寫(xiě)入地址計(jì)數(shù)器30a的寫(xiě)入地址WA1而言，其值要較區(qū)段28a的平均次數(shù)小Na倍。
RA1＝WA1-NM·Na＝WA1-1024·Na……(3)這就是說(shuō)，輸入的各回波信號(hào)b2中的各個(gè)數(shù)據(jù)要順次存入與分頻時(shí)鐘信號(hào)d1同步增加的寫(xiě)入地址WA1的各指定地址中。與此同時(shí)，要將在Na次以前存入該第1信號(hào)存儲(chǔ)器28中的回波信號(hào)b2的同一波形位置處的各個(gè)數(shù)據(jù)與該寫(xiě)入操作同步讀出。
當(dāng)寫(xiě)入地址WA1及讀出地址RA1達(dá)到第1信號(hào)存儲(chǔ)器28的最后地址之后，再重新回到開(kāi)頭的地址。
從該第1信號(hào)存儲(chǔ)器28讀出的Na次前的回波信號(hào)b2中的各數(shù)據(jù)被輸入到進(jìn)行數(shù)字減法處理的減法器31中。
第2信號(hào)存儲(chǔ)器32共有NM(＝1024)個(gè)地址，用來(lái)儲(chǔ)存經(jīng)過(guò)加法運(yùn)算構(gòu)成的1個(gè)回波信號(hào)b，即加法回波信號(hào)b88，在各地址中可以?xún)?chǔ)存16位的各個(gè)數(shù)據(jù)。來(lái)自上述減法器31輸出的加法回波信號(hào)中的各數(shù)據(jù)依次寫(xiě)入該第2信號(hào)存儲(chǔ)器32中。另外，從該第2信號(hào)存儲(chǔ)器32讀出的加法回波信號(hào)b88輸入到上述加法器29中。
來(lái)自減法器31的加法回波信號(hào)中的各數(shù)據(jù)的寫(xiě)入地址WA2由第2寫(xiě)入地址計(jì)數(shù)器33a指定。發(fā)送到加法器29的加法回波信號(hào)b88中的各個(gè)數(shù)據(jù)的讀出地址RA2由第2讀出地址計(jì)數(shù)器33b指定。各計(jì)數(shù)器33a、33b由分頻時(shí)鐘信號(hào)d1驅(qū)動(dòng)。上述四個(gè)各地址計(jì)數(shù)器30a、30b、33a、33b與分頻時(shí)鐘信號(hào)d1同步進(jìn)行初始設(shè)定，以便指定回波信號(hào)的波形信號(hào)上的同一位置，即指定各區(qū)域28a及第1信號(hào)存儲(chǔ)器32內(nèi)的1～1024中的同一地址。
加法器29對(duì)構(gòu)成從第2信號(hào)存儲(chǔ)器32讀出的加法回波信號(hào)b88的16位結(jié)構(gòu)的各數(shù)據(jù)和構(gòu)成輸入的回波信號(hào)b2的8位結(jié)構(gòu)的各數(shù)據(jù)進(jìn)行加法運(yùn)算，并將各個(gè)由16位結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)構(gòu)成的加法回波信號(hào)送給減法器31。
減法器31從由加法器29輸入的加法回波信號(hào)的16位結(jié)構(gòu)的各數(shù)據(jù)中減去從第1信號(hào)存儲(chǔ)器28讀出的回波信號(hào)的8位結(jié)構(gòu)的各數(shù)據(jù)。而且，將減得的由16位結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)構(gòu)成的加法回波信號(hào)輸送給第2信號(hào)存儲(chǔ)器32，同時(shí)送給除法器34。
除法器34由(例如)移位器構(gòu)成，將加法回波信號(hào)除以平均次數(shù)Na，作為平均化的回波信號(hào)d8，輸送給圖14中的第2FIFO型寄存器12b。
下面說(shuō)明這種結(jié)構(gòu)的同步加法平均電路27的工作原理。
開(kāi)始時(shí)，全部回波信號(hào)b2都處于不輸入的初始狀態(tài)，第1信號(hào)存儲(chǔ)器28的各個(gè)區(qū)段28a及第2信號(hào)存儲(chǔ)器32中都未曾儲(chǔ)存全部回流信號(hào)的各個(gè)數(shù)據(jù)。
而且，第1次的回波信號(hào)b2從第1FIFO型寄存器12a輸入后，存儲(chǔ)在第1信號(hào)存儲(chǔ)器28的開(kāi)頭的區(qū)段28a。同時(shí)存儲(chǔ)在第2信號(hào)存儲(chǔ)器32中。由于最初在第2信號(hào)存儲(chǔ)器32及第1信號(hào)存儲(chǔ)器28的讀出地址RA1指定的區(qū)段28a中的各地址中未曾存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù)，所以輸入的回波信號(hào)b2通過(guò)加法器29及減法器31后存入第2信號(hào)存儲(chǔ)器32中。
第2次回波信號(hào)b2經(jīng)過(guò)輸入之后，加法器29對(duì)此次的回波信號(hào)和前次(第1次)的回波信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，形成加法回波信號(hào)。但當(dāng)平均次數(shù)Na＞2時(shí)，另外，由于第1信號(hào)存儲(chǔ)器28的讀出地址RA1指定的區(qū)段28a的各地址中也沒(méi)任何儲(chǔ)存，所以加法回波信號(hào)通過(guò)減法器31后存入第2信號(hào)存儲(chǔ)器32中。
這樣，在平均次數(shù)Na個(gè)回波信號(hào)b2輸入之前，回波信號(hào)在第2信號(hào)存儲(chǔ)器32中依次相加。而且，在平均次數(shù)Na以上的回波信號(hào)b2輸入之后，從新輸入的回波信號(hào)b2中讀出Na個(gè)之前輸入的回波信號(hào)，并將其輸至減法器31。
這就是說(shuō)，第2信號(hào)存儲(chǔ)器32中儲(chǔ)存的加法回波信號(hào)b88在新的回波信號(hào)b2輸入之后，與該新的回波信號(hào)b2進(jìn)行加法運(yùn)算，而與Na個(gè)之前的回波信號(hào)b2進(jìn)行減法運(yùn)算。因此，在第2信號(hào)存儲(chǔ)器32中經(jīng)常存儲(chǔ)著最新的Na個(gè)回波信號(hào)相加后的加法回波信號(hào)b88。
因此，以除法器34輸出將最新的Na個(gè)回波信號(hào)經(jīng)過(guò)平均化處理后的回波信號(hào)b8。
在這種結(jié)構(gòu)的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置中，如上所述，由于各回波信號(hào)b2中所含的各個(gè)噪聲成分的位相是隨機(jī)的，所以經(jīng)過(guò)對(duì)多數(shù)回波信號(hào)進(jìn)行加法平均處理之后，各個(gè)噪聲成分互相抵消，噪聲成分從總體上得以降低，從而使回波信號(hào)中所含的缺陷回波的S/N上升。
另外，由于能對(duì)回波信號(hào)的兩側(cè)振幅波形的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步平均處理，因此與用包絡(luò)線對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行檢波后再對(duì)一側(cè)振幅信號(hào)波形進(jìn)行同步平均處理的方法相比較，具有較大的降低噪聲的效果。
另外，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第1寫(xiě)入地址計(jì)數(shù)器30a及第1讀出地址30b的計(jì)數(shù)值WA1與RA1之間的關(guān)系，能簡(jiǎn)單地變更平均次數(shù)Na。
通過(guò)對(duì)多數(shù)回波信號(hào)進(jìn)行平均化處理，能抑制突發(fā)性的大噪聲。即，由于超聲波脈沖a在1秒內(nèi)入射次數(shù)在1000次以上，所以在肉眼觀察的限度內(nèi)，即使輸入(例如)超過(guò)閾值的突發(fā)性的大噪聲，人們也是無(wú)法識(shí)別的。
但在在線探傷裝置中，由于對(duì)每個(gè)超聲波脈沖a都對(duì)回波信號(hào)b的信號(hào)電平與閾值進(jìn)行比較，判斷有無(wú)缺陷。因此，即使是有突發(fā)性的噪聲，也能判斷出有缺陷存在的情況。
因此，通過(guò)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行平均化處理，除了能降低上述的通常的噪聲以外，還能將超過(guò)該閾值的突發(fā)性噪聲的電平降低到1/Na，從而能以防患于未然，避免將突發(fā)性噪聲誤判為缺陷的現(xiàn)象。
圖16是將平均次數(shù)Na設(shè)定為4時(shí)對(duì)輸入到同步加法平均電路27之前的各回波信號(hào)波形和利用同步加法平均電路27進(jìn)行平均化處理之后的回波信號(hào)波形進(jìn)行比較的實(shí)測(cè)圖，如圖所示，在經(jīng)過(guò)平均化處理的回波信號(hào)中的缺陷回波(F回波)的S/N有大幅度提高，這是可以理解的。
上述具有良好的降低噪聲功能的同步加法平均電路27能夠適用于圖1所示的實(shí)施例裝置。
即，可將圖1中的實(shí)施例裝置中的數(shù)字濾波器18置換成上述同步加法平均電路27，同時(shí)可將同步加法平均濾波器17省略不用。
由此可見(jiàn)，即使僅只將數(shù)字濾波器18置換成同步加法平均電路27，也能大幅度降低從FIFO型寄存器12輸出的回波信號(hào)中含有的噪聲成分。
圖18是本發(fā)明的另一實(shí)施例的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置主要部分的模式圖。另外，在超聲波信號(hào)收發(fā)器1以后相當(dāng)于回波信號(hào)的信號(hào)處理器的部分則與圖14所示的實(shí)施例相同。
在該實(shí)施例中，被檢測(cè)體2a(例如)在制造廠中的檢驗(yàn)流水線上，用輸送輥35a、35b、36a、36b沿一定方向以速度V輸送。而且通過(guò)充水37的支持機(jī)構(gòu)38，將探頭3以非接觸方式放置在受檢物體2a上。
在該實(shí)施例中，調(diào)整超聲波脈沖a對(duì)被檢測(cè)體2a的入射周期T0和被檢測(cè)體2a的移動(dòng)速度V，使各超聲波脈沖a沿被檢測(cè)體2a的運(yùn)行方向入射到(例如)間隔為1mm的各個(gè)不同的位置上。由各超聲波脈沖a得到的各回波信號(hào)b2，利用同步加法平均電路27進(jìn)行平均化處理。
在這種結(jié)構(gòu)的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置中，依次輸入到同步加法平均電路27的Na個(gè)各回波信號(hào)d2形成分別相差1mm的位置處的回波信號(hào)。如圖19所示，有各在回波信號(hào)b中含有許多由反射回波(S回波)的擴(kuò)展或林狀回波引起的偽回波。
如果使超聲波脈沖與被檢測(cè)體2a的相對(duì)入射位置發(fā)生微小變化，則該各個(gè)偽回流，包括位相在內(nèi)，將發(fā)生很大變化。因此，通過(guò)對(duì)多數(shù)回波信號(hào)進(jìn)行加法平均處理，便能降低回波信號(hào)中含有的偽回波。
圖21是表示將圖19所示的回波信號(hào)的入射位置移動(dòng)一個(gè)微小的距離所得到的使各回波信號(hào)平均化后的回波信號(hào)的圖。如圖所示，各表面回波(S回波)或缺陷回波(F回波)附近的偽回波被大幅度降低，這是可以理解的。
圖20表示當(dāng)被檢測(cè)體2a的移動(dòng)速度為2.5m/s、超聲波脈沖a的入射周期T0為1ms(頻率f0＝1KHz)，平均次數(shù)Na設(shè)定為4時(shí)，輸入同步加法平均電路27的4個(gè)位置P1、P2、P3、P4的各回波信號(hào)b2與來(lái)自同步加法平均電路27輸出的、經(jīng)過(guò)平均化處理后的1個(gè)回波信號(hào)b8之間的關(guān)系。在缺陷回波附近存在的林狀回波(偽回波)的電平大幅度降低是可以理解的。
圖22是本發(fā)明的另一實(shí)施例的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的主要部分的模式圖。
在該實(shí)施例中，7個(gè)探頭3a沿同一方向排列，彼此相距例如1mm的微小間隔。一般將以這種方式排列的多個(gè)探頭稱(chēng)為陣列探頭。從各專(zhuān)用的信號(hào)發(fā)送器39輸出的脈沖信號(hào)被施加到各個(gè)探頭3a上。而且從7個(gè)探頭3a輸出的各個(gè)回波信號(hào)分別由專(zhuān)用的信號(hào)接收器40接收。
在各信號(hào)發(fā)送器39及各信號(hào)接收器40上分別連接著各自的4臺(tái)多路轉(zhuǎn)換器41、42。而且各多路轉(zhuǎn)換器41、42利用從觸發(fā)脈沖電路45輸入(例如)周期為1ms的觸發(fā)脈沖信號(hào)C1的多路轉(zhuǎn)換器控制器43進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制。從各個(gè)多路轉(zhuǎn)換器42輸出的回波信號(hào)由放大器46合成放大。經(jīng)過(guò)放大器46放大的回波信號(hào)b輸入到圖14中的A/D變換器11中。在A/D變換器11以后相應(yīng)的回波信號(hào)信號(hào)處理器與圖14所示的信號(hào)處理器相同。
多路轉(zhuǎn)換器控制器43對(duì)各多路轉(zhuǎn)換器41、42進(jìn)行如下的轉(zhuǎn)換控制。從觸發(fā)脈沖電路45輸出第1個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)C1后，第1個(gè)多路轉(zhuǎn)換器41選擇第1個(gè)信號(hào)發(fā)送器39，第2個(gè)多路轉(zhuǎn)換器41選擇第2個(gè)信號(hào)發(fā)送器39，第3、第4個(gè)多路轉(zhuǎn)換器41分別選擇第3，第4個(gè)信號(hào)發(fā)送器39。另外，第1～第4個(gè)多路轉(zhuǎn)換器42分別選擇第1～第4個(gè)信號(hào)接收部40。
其結(jié)果，第1～第4個(gè)探頭3a被驅(qū)動(dòng)，從第1～第4個(gè)探頭3a輸出的各回波信號(hào)通過(guò)第1～第4個(gè)信號(hào)接收器40被第1～第4個(gè)多路轉(zhuǎn)換器42接收。從第1～第4個(gè)多路轉(zhuǎn)換器42輸出的4個(gè)回波信號(hào)由放大器46合成放大后，作為新的4個(gè)回波信號(hào)發(fā)送給A/D變換器11。
由觸發(fā)脈沖電路45輸出第2個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)C1之后，第1～第4個(gè)多路轉(zhuǎn)換器41分別選擇第2～第5個(gè)信號(hào)發(fā)送器39，第1～第4個(gè)多路轉(zhuǎn)換器42分別選擇第2～第5個(gè)信號(hào)接收器40。其結(jié)果，與第2觸發(fā)脈沖信號(hào)C1同步，由放大器46向第2～第5個(gè)探頭3a輸出回波信號(hào)b。
同樣，由觸發(fā)脈沖電路45輸出第3個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)C1之后，第1～第4個(gè)多路轉(zhuǎn)換器41分別選擇第3～第6個(gè)信號(hào)發(fā)送器39，第1第4個(gè)多路轉(zhuǎn)換器42分別選擇第3～第6個(gè)信號(hào)接收器40。結(jié)果，與第3個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)C1同步，由放大器46向第3～第6個(gè)探頭3a輸出回波信號(hào)b。
另外，由觸發(fā)脈沖電路45輸出第4個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)C1之后，從放大器46向第4～第7個(gè)探頭3a輸出回波信號(hào)b。
由觸發(fā)脈沖電路45輸出第5個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)C1之后，從放大器46向第1～第4個(gè)探頭3a輸出回波信號(hào)b。
即，觸發(fā)脈沖信號(hào)C1經(jīng)過(guò)輸出4次后，探頭3a的組合按順序變化，輸出4種回波信號(hào)b。
這4種回波信號(hào)b實(shí)際上與圖18所示的使被檢測(cè)體2a按1mm的間距斷續(xù)移動(dòng)的結(jié)果相同，具有能使超聲波脈沖a的入射位置移動(dòng)的效果。因此，通過(guò)將同步加法平均電路27中的平均次數(shù)設(shè)定為4，在不移動(dòng)被檢測(cè)體2的條件下，實(shí)際上就能降低回波信號(hào)中所含偽回波。
另外，由各觸發(fā)脈沖信號(hào)C1選擇的探頭3a的各種組合方式并不限于上述的“1～4”、“2～5”、“3～6”、“4～7”的組合。例如，使用9個(gè)探頭3a時(shí)，也可以按奇數(shù)號(hào)或偶數(shù)號(hào)進(jìn)行選擇，即“1357”、“2468”、“3579”。
圖23是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)框圖。與圖14中的實(shí)施例相同的部分標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)。因此，重復(fù)部分的詳細(xì)說(shuō)明從略。
在該實(shí)施例中，從時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路10輸出的時(shí)鐘信號(hào)d由分頻器47分成1/n1。分頻后的時(shí)鐘信號(hào)用單穩(wěn)態(tài)電路48(1個(gè)短多諧振蕩器MU)將脈寬修整為窄觸發(fā)脈沖信號(hào)C。觸發(fā)脈沖信號(hào)C被施加到延遲電路13d及超聲波信號(hào)收發(fā)器1。由時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路10、分頻器47及單穩(wěn)態(tài)電路48構(gòu)成觸發(fā)脈沖發(fā)生裝置。
通常入射到被檢測(cè)體2上的超聲波脈沖a的頻率范圍非常寬，在10MHz以上，所以為了滿(mǎn)足A/D變換器11中的抽樣定理，用時(shí)鐘信號(hào)d的頻率表示的抽樣頻率fs必須為25MHz左右，另一方面，為了抑制A/D變換器11的制造費(fèi)用，最好使用稍低一些的頻率。
但若只用25MHz的時(shí)鐘信號(hào)d驅(qū)動(dòng)，則如圖24所示，加在A/D變換器11上的時(shí)鐘信號(hào)d和從超聲波信號(hào)收發(fā)器1輸出的觸發(fā)脈沖信號(hào)C不同步，所以A/D變換器11中的抽樣時(shí)間最大變化為40ns。如果24所示，在同步加法平均電路27中，該變動(dòng)量(顫動(dòng))意味著在各回波信號(hào)b2的各數(shù)據(jù)的采取位置上(抽樣位置)產(chǎn)生最大為40ns的偏差。
例如，倘若頻率為10MHz的超聲波脈沖a，1個(gè)周期為100ns，所以上述的變動(dòng)誤差40ns幾乎相當(dāng)于該周期的半波長(zhǎng)。因此，對(duì)Na個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)b2進(jìn)行加法平均后，也會(huì)出現(xiàn)噪聲成分不能很好地抵消的情況，很可能不能保證最好的S/N。
而且，如圖23所示，從一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路10向A/D變換器11輸出抽樣用的時(shí)鐘信號(hào)d，同時(shí)，將同一時(shí)鐘信號(hào)d分頻，作為觸發(fā)脈沖信號(hào)C施加到超聲波信號(hào)收發(fā)器1及延遲電路13d中。超聲波信號(hào)收發(fā)器1與該觸發(fā)脈沖信號(hào)C同步，將脈沖信號(hào)發(fā)送給探頭3。
因此，例如即使對(duì)A/D變換器11的抽樣頻率fR低，也能大幅度抑制顫動(dòng)的發(fā)生量，即便用較低的制造費(fèi)，也能進(jìn)一步提高回波信號(hào)的S/N。
另外，本發(fā)明不限于上述的各實(shí)施例。在各實(shí)施例裝置中，使用FIFO型寄存器作為儲(chǔ)存經(jīng)過(guò)A/D變換的回波信號(hào)的各抽樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置。但也可以使用單獨(dú)設(shè)置寫(xiě)入端子和讀出端子的雙端口RMA，以代替FIFO型寄存器。
權(quán)利要求
1.一種超聲波探傷裝置的信號(hào)處理方法，它是以一定周期將超聲波脈沖發(fā)送到被檢測(cè)體上，再根據(jù)從接收反射波的超聲波信號(hào)收發(fā)器輸出的高頻回波信號(hào)，檢測(cè)上述被檢測(cè)體中存在的缺陷，該超聲波探傷裝置的信號(hào)處理方法的特征為以規(guī)定的抽樣頻率將上述回波信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)；指定上述一定周期內(nèi)的檢測(cè)期間；以與上述抽樣頻率相等的寫(xiě)入頻率，按順序存儲(chǔ)變換成數(shù)字信號(hào)后的回波信號(hào)中的上述檢測(cè)期間內(nèi)的各抽樣數(shù)據(jù)；采用比上述寫(xiě)入頻率低的讀出頻率依次讀出該存儲(chǔ)的各抽樣數(shù)據(jù)；利用數(shù)字濾波器對(duì)該依次讀出的回波信號(hào)進(jìn)行頻率鑒別處理；根據(jù)該頻率鑒別處理后的回波信號(hào)判斷缺陷的有無(wú)。
2.一種超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，它以一定的周期將超聲波脈沖發(fā)送到被檢測(cè)體上，根據(jù)從接收反射波的超聲波信號(hào)收發(fā)器輸出的高頻回波信號(hào)，檢測(cè)上述被檢測(cè)體內(nèi)存在的缺陷，該超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的特征為設(shè)有用規(guī)定的抽樣頻率將上述回波信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的A/D變換裝置；指定上述一定周期內(nèi)的測(cè)定期間的測(cè)定期間指定裝置；以與上述抽樣頻率相等的寫(xiě)入頻率依次存儲(chǔ)變換成數(shù)字信號(hào)后的回波信號(hào)在上述測(cè)定期間內(nèi)的各抽樣數(shù)據(jù)、并用比上述寫(xiě)入頻率低的讀出頻率依次輸出該存儲(chǔ)的各抽樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置；對(duì)從該存儲(chǔ)裝置依次輸出的回波信號(hào)進(jìn)行頻率鑒別處理的數(shù)字濾波器；以及根據(jù)該頻率鑒別處理過(guò)的回波信號(hào)判斷缺陷的有無(wú)的缺陷判斷裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波探傷裝置，其特征為上述測(cè)定期間指定裝置由從上述一定周期的開(kāi)始時(shí)刻開(kāi)始進(jìn)行規(guī)定的延遲時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)的延遲電路；以及在該延遲電路中的延遲時(shí)間的計(jì)時(shí)結(jié)束后，只在上述測(cè)定期間將寫(xiě)入許可信號(hào)送給上述存儲(chǔ)裝置的寫(xiě)入時(shí)間計(jì)數(shù)器構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波探傷裝置，其特征為上述測(cè)定期間指定裝置由從上述一定周期的開(kāi)始時(shí)刻開(kāi)始進(jìn)行規(guī)定的延遲時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)的延遲電路；在該延遲電路中的延遲時(shí)間的計(jì)時(shí)結(jié)束后，只在上述測(cè)定期間將寫(xiě)入許可信號(hào)送給上述存儲(chǔ)裝置的寫(xiě)入時(shí)間計(jì)時(shí)器；以及對(duì)上述延遲電路及寫(xiě)入時(shí)間計(jì)時(shí)器設(shè)定延遲時(shí)間及測(cè)定期間的時(shí)間設(shè)定器構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為上述存儲(chǔ)裝置是FIFO型寄存器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為在上述數(shù)字濾波器和上述缺陷判斷裝置之間設(shè)有同步加法平均濾波器，用來(lái)對(duì)每經(jīng)過(guò)上述的一定周期從上述數(shù)字濾波器輸出的回波信號(hào)進(jìn)行多個(gè)周期內(nèi)的平均化處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為上述缺陷判斷裝置由將來(lái)自上述同步加法平均濾波器輸出的平均化回波信號(hào)變換成模擬信號(hào)的D/A變換裝置；以及當(dāng)從該D/A變換裝置輸出的平均化回波信號(hào)的最大信號(hào)電平超過(guò)規(guī)定的閾值時(shí)，輸出缺限信號(hào)的比較裝置構(gòu)成。
8.一種超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，以一定的周期將超聲波脈沖發(fā)送到被檢測(cè)體上，根據(jù)從接收反射波的超聲波信號(hào)收發(fā)器輸出的高頻回波信號(hào)，檢測(cè)被檢測(cè)體中存在的缺陷，該超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的特征為設(shè)有以規(guī)定的抽樣頻率將上述回波信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的A/D變換裝置；用于指定上述一定周期內(nèi)的測(cè)定期間的測(cè)定期間指定裝置；以與上述抽樣頻率相等的寫(xiě)入頻率依次儲(chǔ)存變換成上述數(shù)字信號(hào)后的回波信號(hào)在上述測(cè)定期間內(nèi)的各抽樣數(shù)據(jù)、并以比上述寫(xiě)入頻率低的讀出頻率依次輸出該存儲(chǔ)的各抽樣數(shù)據(jù)的第1存儲(chǔ)裝置；對(duì)從該第1存儲(chǔ)裝置依次輸出的回波信號(hào)進(jìn)行頻率鑒別處理的數(shù)字濾波器；依次存儲(chǔ)來(lái)自該數(shù)字濾波器輸出的回波信號(hào)的各數(shù)據(jù)，并以與上述抽樣頻率相同頻率的讀出頻率依次輸出所存儲(chǔ)的各數(shù)據(jù)的第2存儲(chǔ)裝置；以及將從該第2存儲(chǔ)裝置依次輸出的回波信號(hào)變換成模擬信號(hào)的D/A變換裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為上述數(shù)字濾波器一旦將從上述第1存儲(chǔ)器輸出的回波信號(hào)的全部數(shù)據(jù)存入內(nèi)部后，將該全部數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率鑒別處理，處理結(jié)束后，將該處理結(jié)果作為數(shù)字回波信號(hào)輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為設(shè)有根據(jù)采用上述D/A變換裝置變換成模擬信號(hào)后的回波信號(hào)判斷有無(wú)缺陷的缺陷判斷裝置。
11.一種超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，以一定的周期將超聲波脈沖發(fā)送到被檢測(cè)體上，根據(jù)來(lái)自接收反射波的超聲波信號(hào)收發(fā)部輸出的高頻回波信號(hào)，檢測(cè)被檢測(cè)體內(nèi)存在的缺陷，該超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的特征為設(shè)有采用規(guī)定的抽樣頻率將上述回波信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的A/D變換裝置；用來(lái)指定在上述一定周期內(nèi)的互不相同的第1、第2測(cè)定期間的測(cè)定期間指定裝置；采用與上述抽樣頻率相等的寫(xiě)入頻率依次存儲(chǔ)變換成上述數(shù)字信號(hào)的回波信號(hào)在上述第1測(cè)定期間內(nèi)的各抽樣數(shù)據(jù)，并以比上述寫(xiě)入頻率低的讀出頻率依次輸出該存儲(chǔ)的各抽樣數(shù)據(jù)的第1存儲(chǔ)裝置；對(duì)來(lái)自該第1存儲(chǔ)裝置依次輸出的回波信號(hào)進(jìn)行頻率鑒別處理的第1數(shù)字濾波器；依次存儲(chǔ)來(lái)自第1數(shù)字濾波器輸出的回波信號(hào)的各數(shù)據(jù)，并以與上述抽樣頻率相同頻率的讀出頻率依次輸出該存儲(chǔ)的各數(shù)據(jù)的第2存儲(chǔ)裝置；采用與上述抽樣頻率相等的寫(xiě)入頻率依次存儲(chǔ)變換成上述數(shù)字信號(hào)的回波信號(hào)在上述第2測(cè)定期間內(nèi)的各抽樣數(shù)據(jù)，并以比上述寫(xiě)入頻率低的讀出頻率依次輸出該存儲(chǔ)的各抽樣數(shù)據(jù)的第3存儲(chǔ)裝置；對(duì)來(lái)自該第3存儲(chǔ)裝置依次輸出的回波信號(hào)進(jìn)行頻率鑒別處理的第2數(shù)字濾波器；依次存儲(chǔ)從該第2數(shù)字濾波器輸出的回波信號(hào)的各數(shù)據(jù)，并以與上述抽樣頻率相同頻率的讀出頻率依次輸出該存儲(chǔ)的各數(shù)據(jù)的第4存儲(chǔ)裝置；以及將來(lái)自上述第2、第4存儲(chǔ)裝置輸出的各回波信號(hào)合成后變換成一個(gè)模擬信號(hào)的D/A變換裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為設(shè)有根據(jù)采用上述D/A變換裝置變換成模擬信號(hào)的回波信號(hào)，判斷有無(wú)缺陷的缺陷判斷裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為上述第1、第2、第3及第4存儲(chǔ)裝置是FIFO型寄存器。
14.超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置以一定的周期將超聲波脈沖發(fā)送到被檢測(cè)體上，根據(jù)從接收反射波的超聲波信號(hào)收發(fā)器輸出的高頻回波信號(hào)，檢測(cè)被檢測(cè)體內(nèi)存在的缺陷，該超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的特征為備有用規(guī)定的抽樣頻率將上述回波信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的A/D變換裝置，用來(lái)指定上述一定周期內(nèi)的測(cè)定期間的測(cè)定期間指定裝置；采用與上述抽樣頻率相等的寫(xiě)入頻率依次存儲(chǔ)變換成上述數(shù)字信號(hào)的回波信號(hào)在上述測(cè)定期間內(nèi)的各抽樣數(shù)據(jù)，并以比上述寫(xiě)入頻率低的讀出頻率依次輸出該存儲(chǔ)的各抽樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置；對(duì)每經(jīng)過(guò)一定周期從該存儲(chǔ)裝置輸出的回波信號(hào)進(jìn)行多個(gè)周期內(nèi)的平均化處理的同步加法平均電路；以及根據(jù)來(lái)自該同步加法平均電路輸出的回波信號(hào)，判斷有無(wú)缺陷的缺陷判斷裝置。
15.一種超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，以一定的周期將超聲波脈沖發(fā)送到被檢測(cè)體上，根據(jù)來(lái)自接收反射波的超聲波信號(hào)收發(fā)器輸出的高頻回波信號(hào)，檢測(cè)被檢測(cè)體中存在的缺陷，該超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置的特征為設(shè)有采用規(guī)定的抽樣頻率將上述回波信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的A/D變換裝置；用來(lái)指定上述一定周期內(nèi)的測(cè)定期間的測(cè)定期間指定裝置；采用與上述抽樣頻率相等的寫(xiě)入頻率依次存儲(chǔ)變換成上述數(shù)字信號(hào)的回波信號(hào)在上述測(cè)定期間內(nèi)的各抽樣數(shù)據(jù)，并以比上述寫(xiě)入頻率低的讀出頻率依次輸出該存儲(chǔ)的各抽樣數(shù)據(jù)的第1存儲(chǔ)裝置；對(duì)于經(jīng)過(guò)上述一定周期將來(lái)自該第1存儲(chǔ)裝置各次輸出的回波信號(hào)進(jìn)行多個(gè)周期內(nèi)的平均化處理的同步加法平均電路；依次存儲(chǔ)來(lái)自該同步加法平均電路輸出的回波信號(hào)的各數(shù)據(jù)，并以與上述抽樣頻率相同頻率的讀出頻率依次輸出該存儲(chǔ)的各數(shù)據(jù)的第2存儲(chǔ)裝置；以及將從該第2存儲(chǔ)裝置依次輸出的回波信號(hào)變換成模擬信號(hào)的D/A變換裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為設(shè)有根據(jù)經(jīng)過(guò)上述D/A變換裝置變換成模擬信號(hào)的回波信號(hào)判斷有無(wú)缺陷的缺陷判斷裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為上述第1、第2存儲(chǔ)裝置是FIFO型寄存器。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為上述同步加法平均電路由以下部分構(gòu)成，即經(jīng)常存儲(chǔ)規(guī)定個(gè)數(shù)的最新的從上述存儲(chǔ)裝置依次輸出的回波信號(hào)的第1信號(hào)存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)加法運(yùn)算后的一個(gè)加法回波信號(hào)的第2信號(hào)存儲(chǔ)器；從上述第1信號(hào)存儲(chǔ)器中的最新回波信號(hào)中按規(guī)定個(gè)數(shù)讀出先寫(xiě)入的回波信號(hào)的信號(hào)讀出裝置；對(duì)于來(lái)自上述FIFO型寄存器依次輸出的回波信號(hào)和從上述第2信號(hào)存儲(chǔ)器讀出的加法回波信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算的加法器；從來(lái)自該加法器輸出的加法回波信號(hào)中減去來(lái)自上述信號(hào)讀出裝置讀出的1個(gè)回波信號(hào)的減法器；將來(lái)自該減法器輸出的加法回波信號(hào)作為新的加法回波信號(hào)寫(xiě)入上述第2信號(hào)存儲(chǔ)器中的加法回波信號(hào)更新裝置；以及對(duì)來(lái)自上述減法器輸出的加法回波信號(hào)進(jìn)行除法運(yùn)算而得到平均化的回波信號(hào)的除法器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為設(shè)有使上述超聲波脈沖對(duì)上述被檢測(cè)體的入射位置作相對(duì)移動(dòng)的相對(duì)移動(dòng)裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超聲波探傷裝置的信號(hào)處理裝置，其特征為設(shè)有觸發(fā)脈沖信號(hào)發(fā)生裝置，它與上述A/D變換裝置的抽樣時(shí)間同步、而且將其周期比抽樣周期長(zhǎng)的觸發(fā)脈沖信號(hào)施加到上述超聲波信號(hào)收發(fā)器。
全文摘要
根據(jù)來(lái)自被檢測(cè)體(2)的回波信號(hào)(b)，檢測(cè)被檢測(cè)體(2)中存在的缺陷的超聲波探傷裝置，只在超聲波脈沖(a)的重復(fù)周期(T
文檔編號(hào)G01N29/46GK1112374SQ94190492
公開(kāi)日1995年11月22日 申請(qǐng)日期1994年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月7日
發(fā)明者飯冢幸理, 堀籠秀和, 村山章, 中沢晉 申請(qǐng)人:日本鋼管株式會(huì)社