(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を用いて物体の厚さ又はその他の寸法上の特性を測定する方法であって、
予め定められた波形特性を有する超音波を発生させることと、
前記超音波を、同時に、前記物体に少なくとも二つの異なる方向から伝播させ、基準物体にも伝播させることと、
前記物体及び前記基準物体からの伝播波のエコーを表す反射応答波の各々を探知することと、
前記基準物体からの反射応答波を前記物体からの反射応答波の各々と結合させ、結合された反射応答波の各々の波形をアナログ信号からディジタル信号に変換し、前記変換された波形の各々のディジタル量を個別に記憶することと、
前記結合された応答反射波の各々が前記物体の第一の寸法上の特性を表わす第一の値を導出するために処理されるべきか否かを決定するために１組の閾値基準を用いて前記結合された反射応答波の各々を評価することと、
前記結合された応答波形の各々の少なくとも二つのディジタル量の間の値を線形補間技術を用いて決定し、前記線形補間技術により得られた値を有限インパルス応答技術を用いて修正することにより、前記結合された応答波形の各々を個別に復元し、個別に復元された波形の各々から前記超音波の正確な飛行時間を決定して前記物体の前記第一の値を決定することと、
前記個別の復元された波形から得られた各第一の値を数学的に結合し前記各値の凾数として前記物体の第二の寸法上の特性を表す第二の値を得ることと、
前記第一及び第二の値の各々と、それぞれの値について予め決められた組の限界値と比較して前記第一及び第二の値が前記限界値の範囲内に入るかどうかを決定することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
超音波を用いて物体の厚さ又はその他の寸法上の特性を測定するための装置であって、
予め定められた波形特性を有する電気パルスを発生する手段と、
前記パルスを超音波に変換し、該超音波を前記物体に少なくとも二つの異なる方向から同時に伝播し、前記超音波のそれぞれについての前記物体からの反射応答波を探知する伝達手段と、
各応答波の波形を記憶するための手段にして、各々の前記応答波の波形をアナログ信号からディジタル信号に変換するための第一及び第二の変換手段と、前記変換された波形の各々のディジタル量を記憶する記憶手段とを含む手段と、
前記応答波の波形の各々を個別に復元し、前記復元された波形の各々から前記物体の第一の寸法上の特性を表わす第一の値を決定する処理手段
とを含み、
前記処理手段が、前記変換された波形の一方を処理するための第一の処理チャンネルと、前記変換された波形を処理するための別の第二の処理チャンネルとを含み、
前記処理チャンネルの各々には、データ入力として、対応する変換手段の一方にて変換された前記ディジタル量が与えられるとともに、前記応答波形の各々を該応答波形に対して予め定められた閾値基準とリアルタイムで比較して前記変換された応答波形が前記処理手段により処理されるべきか否かを決定するゲート手段と、該ゲート手段からの出力が供給されるプロセッサとが設けられ、前記ゲート手段からの前記出力が前記変換された波形を復元して飛行時間を測定するために用いられるデータの前記記憶手段に於ける場所を前記プロセッサへ与え、前記プロセッサの各々は、前記変換された波形データの各々の少なくとも二つのディジタル量の間の値を線形補間技術を用いて決定し、前記線形補間技術により得られた値を有限インパルス応答技術を用いて修正することにより、前記結合された応答波形の各々を個別に復元し、前記波形を復元し、正確な飛行時間を決定し、該飛行時間に基づいて前記第一の値が決定され、
更に、前記処理手段が、前記個別に復元された波形から得られた前記第一の値を数学的に結合して前記物体の第二の寸法上の特性を表す第二の値を生成するための手段と、前記第一及び第二の値の各々を、それらの各々についての予め決められた限界値と比較して、前記第一及び第二の値が前記限界値内に入るかどうかを決める手段とを含み、
更に、前記処理手段が、第三のプロセッサを含み、該第三のプロセッサへは、前記第一及び第二の値の各々を含む前記処理チャンネルのプロセッサの各々の作動の結果が供給されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、非破壊的試験に関し、更に詳細には、物体の厚さ又はその他の寸法に関わる特性を非常に高度の解像度にて検査するための超音波の使用に係る。
【０００２】
【従来の技術】
物体の厚さ、管状物体の内外径、偏心率等の寸法上の特徴又は特性の非破壊試験はこの分野では良く知られている。非破壊試験の一つの方法に於いては、超音波が使用される。
超音波を用いた方法は、例えば、物体の厚さを試験したり、該物体内の欠陥を探知するのに用いられる。超音波試験の方法には、超音波波形の発生と、該波形を該物体内に伝播することと、折り返し反射波形又はエコーを探知することと、該エコーの波形を処理してパラメーターの値を決めることとが含まれる。
【０００３】
超音波試験のこれまでの方法は超音波波形の個々の性質を測定することを含んでいた。
これらの方法に於いては、該波形のゼロクロッシングを探知すること、又は、該波形の振幅がある予め決められた閾値を何時越えるかを探知すること、又は、該波形の振幅がピーク又は最大値に何時到達するかを探知することが含まれる。これまでに、さまざまな手法が、超音波を用いて測定するために使用されてきた。このような方法の一つには、既知の正確な周波数を有する安定した自走発振器を用いることが含まれる。該発振器からのパルスは、超音波波形の感知された特性に応答して始動されたり停止されたりする計数回路によって数えられる。その結果の数は、例えば、該超音波信号の飛行時間（TOF）、即ち、該波形が試験物体の中に伝播されその反射エコーが探知されるまでの通過時間、を表わす。この“シングルショット”試験方法は満足のいくものであるが、それでも幾つかの欠点がある。該方法は解像度が約0.001インチ（２．５４×１０-5ｍ）の測定、即ち、飛行時間約8ナノ秒(8x10-9sec.）、までに限られる。該方法では１サンプルのみしか含んでいないために、測定の精度に限界がある。精度は多数のサンプルを採りこれらのサンプルについて相加平均値を出すことによってファクター10まで改良できる。しかし、これには測定に利用できる時間よりも多くの時間を必要とする。
【０００４】
或るアプローチでは一連のアナログ測定が利用されている。ここでは、積分器が、ある与えられた時間ウインドウにわたり電圧を集積する。次いで、該集積電圧値はディジタル電圧計を用いて測定される。その結果は正確な測定ではあるが、アナログ回路内のドリフトの量によって変化を齎らされているものである。別の代わりのアプローチでは、ディジタルとアナログの回路と技術の別の組み合わせが採用されている。一般に、アナログ技術を使用することにより、測定の精度を改良するように直接のディジタル技術のある補間が与えられる。
【０００５】
更に、現行の処理技術に関して、飛行時間は、波形の一定の閾レベル、例えば、該波形がモニターされるスクリーンの最大限の出力の50%に於いて測定するのが普通である。問題は、該波形の振幅における通常の変化が、係る50%の点の位置が、該波形の傾きにおける変化により動いてしまうために生ずる。かかる問題は、飛行時間の計算に影響を及ぼす。飛行時間が該波形のゼロクロッシングを基準にして定められる場合では、その低周波数成分によって引き起こされる該波形の僅かな変化も飛行時間計算の精度に影響を与えるであろう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
また、現存する技術で到達しうる測定精度に拘わらず、それ以上に測定精度を容易に改善することができない実際上の限界も存在する。このことは、非常に細かい測定が要求されたり高い精度が必要とされるところでは非常に重要な関心事となる。例えば、原子炉にはジルコニウム合金管材料が用いられる。該素材は高価であるばかりでなく、該管材料は、10マイクロインチ（10x10-6 in.  ２．５４×１０-7ｍ）のオーダーの精度で測定されなければならない壁の厚さを有する非常に小さな管である。原子炉設備に使用されるジルコニウム管の量に応じて、実質上の費用がかかることとなる。又、この設備の性質上、設置に対する適性を保証するように正確に測定されなければならない。もしこの管の直径が正確に測定することが出来ないとか、その内径、外径及び偏心率が正確に決められなければ、別の点で許容できる管でも無用として拒絶されることになる。この管の物理的特性、即ち、寸法に関わる特性、を正確に決めることのできる正確な測定技術と方法は、該パイプの大量生産中に、該管の廃棄率を減少させるかも知れない。そして、このことにより、適切な管材料がこの設備での使用に受け入れられることを保証するだけでなく、この管材の総括的な製造費用を安く出来るであろう。
【０００７】
最後に、閾値とゼロクロッシングの変化によって引き起こされる指摘された問題点に関して、正確なデータが得られる速度に悪影響を与えることなく、どのような変化をも容易に対処する技術が必要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の幾つかの目的は、ある物体の非破壊的試験についての装置と方法を提供することと；
安全性が最重要である危険な設備に使われる管材料又は類似の材料の物理的特性を精密に測定するように超音波技術を用いる装置と方法を提供することと；
生産ベースで管材料の実質的な長さを試験し、試験される該管材料の物理的性質の迅速で正確な読み取りを与える方法と装置を提供することと；
その飛行時間が100ピコ秒(100x10-12 sec.）の精度で測定される超音波を用いて10マイクロインチ（２．５４×１０-7ｍ）のオーダーで測定精度を与える方法と装置を提供することと；
少なくとも10khzの速度で超音波試験を行う方法と装置を提供することと；
超音波波形を発生させて伝播させ、伝播された波形の個々についての折り返し反射波形を受け取って記憶し、次いで該記憶された波形の情報を処理して測定される物理的特性を決め、該測定値が予め決められた試験限度値内に入るかどうかを決める方法と装置を提供することと；
各波形の飛行時間とそのエコーを数学的に復元して、この復元から適切な測定情報を決める方法と装置を提供することと；
一次補間と有限インパルス応答（FIR）技術を利用してこの応答波形のゼロクロッシングを正確に決め、測定される物理的特性に関連する正確な飛行時間値をこの情報を用いて確定する方法と装置を提供することと；
各試験周期の初めに先立って較正され、試験中に試験環境を独立してモニターし、この試験結果の精度を保持するように感知された環境の変化についてのデータを補正する方法と装置を提供することと；
もし許容条件からの外れが検知されるとその指示を与える方法と装置を提供することと；測定された全てのパラメーターのプリントアウトを備えて、試験された管の個々について測定された性質の永久記録を残す方法と装置を提供することと；
別々に処理された個々の波形とその付属エコーについて真ピーク値とゼロクロッシング点とが容易に確かめられ、個々の試験による測定値を決めるのに用いられる正確な閾値比較とゼロクロッシング基準が利用できる方法と装置を提供することと；
使用が容易である方法と装置を提供することと；である。
【０００９】
本発明によると、概して言えば、超音波試験技術を用いて管のような物体の物理的性質、即ち、物体の厚さ又はその他の寸法上の特性を測定する装置が提供されている。予め決められたセットの波形特性を有する超音波波形が先ず発生される。この波形は少なくとも二つの異なる方向から管材料に同時に伝播され、この管材料からのそれぞれの折り返し反射された応答波形が探知される。この波形は別に基準物体に伝播され、折り返し反射波形が探知される。この基準折り返し波形は別の二つの折り返し波形の各々と結合される。この結果の二つの結合された波形は別々に記憶される。多重チャンネルプロセッサーは各結合された応答波形を同時に別々に復元し、各々個別の復元からこの管の物理的特性を表わす値、即ち、寸法上の特性を表す値を決める。これは一次補間とFIR技術を用いて行われ、測定される管の特性に関連した飛行時間値を確立するようにこの応答波形のゼロクロッシング点を正確に確立する。この結果の値は、この復元から得られたそれぞれの値を数学的に結合して更に別の物理的特性をこの処理された波形値の凾数として確立するための区部を有する別のプロセッサーに供給される。このプロセッサーの別の区部は、この物理的特性の値の各々をこれらの値の各々について予め決められたセットの限界値と比較してこれら測定値がその限界値内に入るかどうかを決める。
【００１０】
本発明は、方法として、予め決められたセットの波形特性を有する超音波波形を発生する過程と、この波形を少なくとも二つの異なる方向から管に同時に伝播する過程と、この管からのそれぞれの反射された応答波形又はエコーを探知する過程とを含んでいる。各応答波形は、それぞれの伝播された波形のエコーを表わしている。更に、この波形は基準物体にも伝播され、その結果のエコーは基準応答波形として探知される。この基準応答波形は他の応答波形の各々と別々に結合される。この方法は更に、各結合された応答波形を別々に記憶する過程と、各結合された波形を同時に別々に復元する過程と、各個別の復元からこの管の物理的特性を表わす値を決める過程と、この個別の復元から得られたそれぞれの値を数学的に結合してこの管の別の物理的特性をこれらの別の値の凾数として確かめる過程とを含んでいる。これは部分的には、一次補間とFIR技術を用いて行われ、測定されるこの管の特性に関連した飛行時間値を確立するように、その応答波形のゼロクロッシング点を正確に確立する。最後に、本方法は、物理的特性値の各々をそれぞれの値について予め決められたセットの限界値と比較してこれら測定値がその限界値の範囲内に入るかどうかを決める段階を含んでいる。他の目的と特徴は部分的に明らかであり、部分的に以下に指摘される。
【００１１】
【実施例】
同一の参照符号は全図面を通して同一部品を示す。
図面を参照して、本発明の装置10は、ある物体の非破壊試験に使用され、この物体の正確な物理的特性、即ち、物体の厚さ又はその他の寸法上の特性を測定する。本発明の装置と方法は中空管Tの物理的特性を測定することに関して記述されているが、この装置と方法は、特に生産又は製造設備で、非常に小さな値が非常に正確に測定されることを要求される別の試験への応用にも有効であることがわかるであろう。図1(B)に於いて、例えば、管Tは外径o.d.、厚さtの側壁S、及び内径i.d.を持つように示されている。ある応用例については、この管のo.d.を100x10-6インチ（２．５４×１０-6ｍ）、壁の厚さを10x10-6インチ（２．５４×１０-7ｍ）の精度まで測定することが必要であるか、望ましい。壁の厚さは、この管の側壁に伝播され通過する超音波の波の飛行時間の凾数として決められることは知られている。しかし、このような波の飛行時間は、100x10-12秒のオーダーである。このような情況では、従来の測定技術は管の及落の判定に要求される望ましいレベルの精度を与えない。本発明の装置と方法は、この精度を与えるものである。
【００１２】
管Tは水のような液体媒質Lで満たされた室12を通って引かれながら試験される。この管の一方の端Teは適当な駆動機械装置14に接続され、それによってこの管は望ましい移動速度でこの室を通って引かれる。この管はこの室を通って引かれる際に回転も受ける。制御された方法でこの媒質を通ってこの管を引くことにより、この管についての十分な情報が顕出され、これはi.d、o.d.及び壁の厚さのような情報だけでなく、管の縦軸の周りについての円形性、長円形性又は偏心率に関する情報も得られる。
【００１３】
図1(A)を参照して、装置10は、予め決められたセットのパルス特性を有する電気パルスを周期的に発生するための手段16を含んでいる。パルス発生手段は、例えば、10KHzの周波数で作動する。このパルス発生手段の出力は、増幅器手段１８に供給される。手段16によって発生された各電気パルスは、このパルスを超音波の波形に変換するトランスデューサー手段20に供給される。図1(A)と図1(B)に示したように、トランスデューサー手段20はそれぞれ第一及び第二超音波トランスデューサー20a及び20bを含んでいる。これらのトランスデューサーは室12内に配置され、その液体媒質の中に没入されている。これらトランスデューサーは互いに間隔を開けて置かれ、この管の外側の側壁面から既知の距離を開けて置かれている。好ましくは、これらのトランスデューサーは互いに180゜離れて管の向かい側に位置される。試験の開始に先立って、較正処置が行われ、その間にこれらトランスデューサーの向かい合う面22の間の正確な距離z(図1(B)参照）が決められる。較正は、米国特許第3,554,014号明細書と同第3,848,460号明細書の教示に従って行われる。この較正の一部として得られた距離の情報は、以下に記述するように、使用のため、この装置のメモリー部分に入れられる。更に、各トランスデューサー面22と管の側壁Sの外表面との間の距離xが決められる。この情報も次の処理過程での使用のために保持される。
【００１４】
超音波トランスデューサー20a、20bは同時に管にその向かい合う側から超音波波形Wを伝播させる。周知のように、超音波が物体の外面に衝突すると、折り返し反射波形又は界面エコーE1が引き起こされる。この波形Wは、次いで、管の側壁Sを通って伝播し、不連続な部位に出会う度に次のエコーが引き起こされる。管Tは、指摘したように中空管であり、管を満たしているのは空気だけである。後壁エコーと呼ばれる次のエコーE2、E3は管の側壁を通り側壁の内表面へ伝播する際に続いて起こる。これらのエコーE1-E3は、個々のトランスデューサー20a、20bで超音波の波から電気応答波形に変換される。これら応答波形は処理のためにこれらのトランスデューサーの出力として与えられる。
【００１５】
試験中に起こる情況変化について、これらの試験結果を補正するのは、本発明の重要な特徴の一つである。超音波波形の信号特性は、例えば、トランスデューサー20a、20bが没入している液体媒質内の温度変化によって変化を受ける。即ち、この液体温度が変化すると、超音波の波がこの液体を通って移動する速度は実質的に変化するかも知れない。もし適当な補正がこの装置による信号処理の間に為されないなら、誤りが起こりうる。本装置の補正手段24は、室12内に配置され、この液体媒質の中に没入している超音波トランスデューサー24aを含んでいる。トランスデューサー24aは、固定された基準物体から一定距離wに配置されている。この距離wは距離xより小さい。トランスデューサー20a、20bに供給された電気パルスは、トランスデューサー24aにも供給される。トランスデューサー24aによって物体Bに伝播された超音波波形からの折り返しエコーは、電気折り返しパルスに変換され、二つの試験トランスデューサーからの折り返しパルスと共に本装置へ供給される。次いで、トランスデューサー24aからの信号は、他のトランスデューサーの両方からの折り返し信号の中に組み込まれる。これは図3に示すとおりである。そこに示したように、各トランスデューサー20a、20bについての結合された折り返し応答は、最初の成分としてトランスデューサー24aからの折り返し基準応答を有する。それが最初に現れるのは、前記の如く、トランスデューサー20a、20bの両方が管Tに対して配置されている位置よりも、トランスデューサー24aが基準物体Bに対して配置されている位置が近いからである。次いで現れるのがインターフェイスエコーE1を表わす電気パルスの部分である。これに次ぐのがエコーE2、E3を表わす電気パルスの部分である。パルスの残りは超音波波形の再反射である。この部分は波形のエネルギーが放散されて消滅する。
【００１６】
次に、図2を参照して、装置10は受信手段26を含んでいる。手段26は第一ディジタイザー28aと第二ディジタイザー28bとを含んでいる。結合された折り返しパルスの一方は、これらディジタイザーの一方に入力として供給され、他方の結合された折り返しパルスは、ディジタイザーの他方に入力として供給される。これらの波形はそれぞれの入力線29a、29bを通して供給される。各ディジタイザーは二つの機能を行う。第一に、各ディジタイザーは、このディジタイザーへのアナログ信号入力をディジタル信号に変換するためのアナログディジタル変換器区部30を有する。第二に、このディジタイザーはメモリセクション32を有し、その中に変換された信号の各々がそのメモリー内の特定の番地に記憶される。メモリセクション32は、例えば、ランダムアクセスメモリー(RAM）である。200Mhz発振器34は、各ディジタイザーに刻時パルスを与える。10Khzの信号については、200Mhzの速度での刻時は5ナノ秒（5x10-9sec.）の解像度を与える。従って、近接するメモリー番地に記憶されたデータは、応答波形のカーブ上の5ナノ秒ずつ離れた点を表わす。
【００１７】
装置10は更に、概ね、符号36にて示された処理手段を含んでおり、変換された波形の各々を同時に別々に復元する。この処理手段は、並列チャンネル36a、36bを有する。トランスデューサー20a又は20bの一方から変換された波形は一方のチャンネルで処理され、他方のトランスデューサーから変換された波形は他方のチャンネルで同時に処理される。各チャンネルはゲート38a、38b、ディジタル信号プロセッサー40a、40b、EPROM42a、42b、番地バス44a、44b、データバス46a、46bをそれぞれ含んでいる。発振器34の200Mhzの出力信号はディバイダー48に供給され、ゲート38a、38bの各々へ100Mhzの出力を作り出す。それぞれの制御及びデータバス上の信号の流れは、それぞれの仲裁（arbitration）ユニット50a、50b(それぞれの処理チャンネルに関して一ユニット)によってモニターされる。それぞれのEPROMは、それぞれのデータバス上のディジタイザー、ゲート及びディジタル信号プロセッサの間のデータの流れを、これらの素子の各々にそれぞれのコントロールバスを介して伝達された命令を用いて、制御するようにプログラムされる。処理手段36は、遅延(quiet bus)バスインターフェイス52で遅延バスと連結している。この処理手段への入力とこの処理手段からの出力は、このインターフェイスを経て遅延バスを渡るルートを取る。遅延バスの作動は米国特許第5,287,291号明細書に記述されている。従って、遅延バスの作動はここでは記述しない。
【００１８】
作動において、各結合された波形は入力線29を渡ってディジタイザー28にアナログ入力として供給される際、同時に、対応する処理チャンネルのゲート38に入力として供給される。このゲートは、変換された波形によって表わされたデータが有効なデータであるかどうかを決めるフィルターとして作用する。これは、TOFの初期の入力波形を、予めセットされた閾値と比較することにより為される。図4に示されているように、線29上の応答波形入力は三つの別々のコンパレーターR1-R3の各々に一つの入力として供給される。三つのコンパレーターが使われるのは、反射又はエコーE1-E3が別々に各々についての初期の決定に用いられるからである。基準閾値ユニット100は、これらコンパレーターの各々に第二の入力として用いられる別々の閾値を有する。各閾値は個々のコンパレーターに入力として連続的に供給される固定値である。従って、基準入力REF1はエコーE1がゼロクロッシングを有すべき時点でコンパレーターR1に供給され、基準入力REF2はエコーE2がゼロクロッシングを有すべき時点でコンパレーターR2に供給され、基準入力REF3はエコーE3がゼロクロッシングを有すべき時点でコンパレーターR3に供給される。
【００１９】
各コンパレーターからは、適切な出力がゲートの制御論理102に供給される。この制御論理の作動に於いて、それぞれのコンパレーターから入力を受け取れるのは、閾値が応答波形に現れるべき時点のみである。それ以外の場合には、この制御論理はコンパレーターからの出力を受け取らないか又はそれに反応しない。制御論理102は、ゲートセットアップレジスター104とゲートTOFレジスター106の両方を有している。バス44と46からのデータと番地の情報は、これらのそれぞれのレジスターに供給される。ディジタル化された応答波形のデータの記憶が為されると、ディジタイザー28ａ、ｂは、それぞれの、ゼロクロッシングの各々についてのデータ値とメモリー番地位置の両方をゲート38に与える。次いで、論理ユニット102は、それぞれの、第一、第二、第三メモリー番地位置をデータ収集ディジタル信号プロセッサー40に有効信号又は許容信号と共に供給する。この信号は、変換された応答波形がプロセッサー40によって更に処理されるべきであることをこのプロセッサーに教える。
【００２０】
このディジタル信号プロセッサーは、次いで、各変換された波形を復元し、各々別々の復元波形から管の向かい合った側の側壁の厚さを表わす値を決める。これらの値が図1(B)に示したt1、t2である。望ましい精度を達成するために、このディジタル信号プロセッサーは、特にそれぞれの反射のゼロクロッシングの範囲内に於いては一次補間技術と有限インパルス応答技術の両方を採用して応答波形を復元する。ゲート38内の初期“リアルタイム”処理は、信号プロセッサーにこの復元のための始動位置を与える。同じ処理が、各ゼロクロッシングに関して用いられるので一つの復元処理のみを詳細に記述する。
【００２１】
図5(A)を参照して、ゲート38内の初期処理は、ゼロクロッシングがメモリー位置P10で起こることを示していると仮定しよう。その前のデータポイントはP5で示してあり、前記の如く、これらの点で表わされたデータ間の間隔は5ナノ秒である。実行される試験は精度が要求されるので、実際のゼロクロッシングポイントは1ナノ秒の精度で識別されねばならない。従って、プロセッサー40がその波形復元を始める時、先ずデータポイントＰ10を評価して、それがゼロクロッシングポイントであるかどうかを決める。例示では、データポイントP10の値は+5.である。これはゼロクロッシングポイントを表わしていないので、プロセッサーは次いで、その前のデータポイントについてメモリー番地P5にアクセスしてその値を決める。この例では、この値は-5.である。プロセッサーはそこで、ゼロクロッシングポイントがP5とP10の間の5ナノ秒間内のどこかで起こったことがわかる。ポイントP5も正の値を持っていたとすると、プロセッサー40は、その前のデータポイントへ動いていたであろう。或いは、もしポイントP10が負の値を持っていたとすると、プロセッサーは次のデータポイントに移っていたであろう。
【００２２】
ゼロクロッシングがP5とP10の間の5ナノ秒区間内で起こることが確立されると、プロセッサー40は次に、この二点の間で一次補間を行い、これらの点の間で波形の近似形状を作成する。この線形近似の結果は図5(B)に示してある。図5(B)に示したように、四つの新しいデータポイントP6-P9は、それぞれの値が-3、 -1、 +1、 +3 であるように創られている。そして、この補間処理に基づいて、ゼロクロッシングがポイントP7とP8の間で起こったことが見い出される。これらの創られた点は、1ナノ秒の間隔で置かれているので、ゼロクロッシングポイントは、より精度良く確立されたことになる。
【００２３】
管の直径の測定のためには、この一次補間からの結果は、試験の要求に応ずるような十分な精度を与える。管の壁の厚さの測定は実際、二つの異なるエコーについてのそれぞれのTOFに基づいた差の測定である。10x10-6インチ（２．５４×１０-7ｍ）の望ましい精度にまで壁の厚さを測るには、図5(B)に示したよりも更に正確にゼロクロッシングを測る必要がある。また、一次補間は、ゲート38による初期評価によって確立されたものよりもゼロクロッシングの正確な位置を与えるが、実際の応答波形は湾曲した波形であり、直線でないことがわかっている。オシログラフ又は適当なスケールで記録されたチャートを見ると、この応答波形は実際湾曲した波形であるのが見える。壁の厚さの測定には、ゼロクロッシングは30x10-12秒の精度まで測定される。このレベルの精度を得るには、図5(B)のアップサンプルされた(upsampled)応答波形は有限インパルス応答フィルターを用いて再計算される。これが、図5(C)に示されている如き“アップサンプルされた”高解像度の波形を作り出すディジタルフィルトレーションプロセスである。FIR技術を用いて、この二つのデータポイントP5とP10は(例えば、ランダムノイズについてデータ値を補正するために）再計算される。この技術は更にこれらデータポイントの間でベストフィットを行い、調整された元のデータポイントの間に延びるカーブにこのデータ値を調節する。この処理の一部として、この標本データは追加的なデータポイントを作り出すようにファクター5だけアップサンプルされる。例えば、図5(C)に於いて、FIRプロセスの結果は、ポイントP5のデータ値を-5から-6へ調整し、ポイントP5とP10との間に延びるカーブにポイントP6-P9を適合させる。その結果、折り返し波形のゼロクロッシングはP7で起きるように置き換わって示されている。
【００２４】
応答波形の基準部分に関しては、プロセッサー40は応答波形のこの部分によって表わされたTOFを多数の応答に渡って平均する。例えば、この平均は最近の500-1000の応答に渡って取られる。この処理は、基準物体Bが固定されておりこの物体とトランスデューサー24aとの間の距離が不変であることから可能となる。従って、この応答のTOFに於ける唯一の変化は、媒質を通る波形の速度に変化を齎らす液体媒質内の温度変化によるものである。TOFに於けるいずれかの変化を辿ることによって、この液体の温度も突き止められる。
【００２５】
ここで為された波形処理は“リアルタイム”で為されたものではなく、寧ろ記憶及び検索ベースで為されたことに注目することが重要である。なぜなら、結合された波形の初期評価は、波形の情報が処理手段によって受け取られた際に為されたのであるが、実際のTOFの値はこの波形の復元に基づいて決められたからである。加えて、この復元とそれに続けて記述されている残りの波形処理は全て、この装置の10khzサイクル時内で起こる。従って、データの損失がなく、試験結果はオペレーターに容易に手に入る。
【００２６】
次に、処理手段36は第三の別のディジタル信号プロセッサー54を含み、そこにプロセッサー40a、40bから得られた結果が供給される。プロセッサー40a、40bの各々はその結果をそれぞれの直列のデータバス56a、56bを介してプロセッサー54に供給する。プロセッサー40a、40bは時間ベースで、即ち応答波形の異なる部分についてTOF値を決めながら、応答波形を評価したのに対して、プロセッサー54はこれらの値を用いて管の物理的性質を表わす値を発生させる。プロセッサー54の作動は、EPROM58に記憶されたプログラムによって制御されている。プロセッサー54は先ず計算手段60を含み、管Tのi.d.を決めるようそれぞれの管の厚さの値に対応するTOF値を数学的に結合する。前記の如く、この装置の初期の較正の間に、これらトランスデューサー間の距離zは、各トランスデューサーとこの管の外面との間の距離x同様に確立される。この計算手段は次いで、適切な飛行時間の値からトランスデューサーと管の側壁Sの外面との間の実際の距離を決める。更に、管の向かい合った側の側壁の厚さを表わす値t1、t2が計算によって決められる。各々の場合で、この計算手段は、液体媒質とこの管が作られている材質を通る波形の既知の伝播時間の凾数として時間値を距離値に変換する。基準波形についてのTOF値は、この液体媒質に於ける温度変化に基づく調整を可能にする。この確定した距離値zからそれぞれの値xを引き算することにより、プロセッサー54は管Tのo.d.を計算する。次に、このo.d.値から値t1、t2を引き算することによって管Tのi.d.が計算される。
【００２７】
又、プロセッサー60は、それぞれ管の側壁の厚さ、計算された管の外径及び内径を予め決められたセットの限界値と比較するための手段62を含んでいる。これらの限界値は各々の値について確定されている。この比較に基づいて試験オペレーターに指示を与えることが出来る。例えば、装置10は、複数の状態灯64を各測定されたパラメーターについて一つずつ含んでいてよい。もしある値がその予め規定された限界値の外にあると、この状態灯の色が変化するようにする。或いは、可聴警報が鳴るようにしてもよい。プロセッサー54からの出力は双対(dual)ポートRAM66を通って遅延バスインターフェイス52に供給される。この状態灯に加えて、測定された値は、永久に記録が得られるように帯形記録計68又は類似装置のような記録手段に供給されてもよい。この装置は更にオシログラフ70を含んで波形がディスプレーされるようにできる。記録の目的で、プロセッサー54は駆動ユニット14から入力（図2のTACHO）を与えられ、それによって個々の測定が行われる管の位置が書きとめられる。
【００２８】
前述したように、管Tは室12を通って引かれる際に回転させられる。これにより、この管の連続した厚さ測定は異なる壁の区部を通って為されることになる。連続したo.d.、壁の厚さ、及びi.d.の値を記憶することにより、計算手段60はこの管の長円形度又は偏心率（ecc）を計算できる。この情報も限界値のセットと比較され、その結果は前述したような方法でディスプレーされるか記録される。
【００２９】
ここまで記述されてきたのは、原子炉又はその類似施設に用いられる管材料の非破壊試験用の方法と装置である。この方法と装置は超音波の波形を利用してこの管材料の物理的特性を正確に測定する。上述したように、この方法と装置は生産ベースで管材料の長さを試験するのに用いられ、試験中の管材料の物理的性質の迅速で正確な読み取りを与える。この方法と装置は、その飛行時間が100ピコ秒の精度まで測定される超音波パルスを用いて10マイクロインチ（２．５４×１０-7ｍ）の精度まで試験する。これは10khzの速度で為される。本発明に従った試験中に、本装置は超音波の波形を発生させて伝播させ、その後その折り返しエコーを受け取って記憶する。この記憶された波形はその後順次処理され試験中の管の物理的特性を決め、測定値が規定の試験限界値内に入るかどうかを決める。
本方法に従うと、各パルスとそのエコーの飛行時間は数学的に復元され適切な測定情報を決める。本装置は、各試験サイクルの初めに先立って較正される。更に、本装置は、試験中に試験環境を独立にモニターし、試験データは感知された環境の変化について補正される。これは試験結果の精度を保持するために為される。もし許容外条件が感知されると、指示が与えられる。更に、本装置は、測定されたパラメータ全てのプリントアウトを与え、試験された管の各々について測定された性質の永久記録を与える。本装置は使用が容易でユーザーに多様な試験オプションを与える。
【００３０】
最後に、本発明の方法と装置は、広範囲に渡る試験環境に適用できる試験技術を与えている。各試験波形とそれから生ずるエコーを先ず記憶し、次いでその結果を処理することによって、真ピーク値とゼロクロッシングポイントが容易に決められる。これによって、正確な閾値比較とゼロクロッシングの参照が可能となり、従来の試験方法論に起こる試験結果の変動を排除出来る。
【００３１】
上述を考慮して、本発明の幾つかの目的が達成され、他の有利な結果が得られることがわかるであろう。
【００３２】
本発明の範囲を逸脱することなく上述の構造には幾多の変更をなすことが出来るが、上述の記述に含まれ又付随の図面に示した全ての事柄は例であって本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図(A)及び(B)は管の物理的特性を試験するための本発明の試験装置の簡単な表示である。
【図２】  該装置の信号処理部分のブロック線図である。
【図３】  該装置によって処理される際の結合された反射応答波形又はエコーの表示である。
【図４】  初期波形評価を行うための波形信号プロセッサーのゲート部分の表示である。
【図５】  図(A)は該応答波形上の近接するデータポイントを表わし、図(B)は図(A)のデータポイント上で行われた一次補間を示し、図(C)は図(B)のデータ上で限定インパルス応答によって行われた最良曲線適合を示す。
【符号の説明】
B  物体
E1  インターフェイスエコー
E2  インターフェイスエコー
E3  インターフェイスエコー
i.d.  内径
L  液体媒質
o.d.  外径
P1-P10  ポイント
REF1  基準入力
REF2  基準入力
REF3  基準入力
R1  コンパレーター
R2  コンパレーター
R3  コンパレーター
S  側壁
T  中空管
Te  管の一端
t  厚み
x  22とSとの間の距離
z  22の距離
10  本発明の装置
12  室
14  駆動機械装置
16  電気パルス発生手段
18  増幅手段
20  トランスデューサー
20a  第一超音波トランスデューサー
20b  第二超音波トランスデューサー
22  トランスデューサーの向かい合った面
24  補正手段
24a  超音波トランスデューサー
26  受け取り手段
28a  第一ディジタイザー
28b  第二ディジタイザー
29a  入力線
29b  入力線
30  アナログディジタル変換器区部
32  メモリー区部
34  発振器
36  処理手段
36a  チャンネル
36b  チャンネル
38a  ゲート
38b  ゲート
40a  ディジタル信号プロセッサー
40b  ディジタル信号プロセッサー
42a  EPROM
42b  EPROM
44a  番地バス
44b  番地バス
46a  データバス
46b  データバス
48  ディバイダー
50a  仲裁ユニット
50b  仲裁ユニット
52  遅延バスインターフェイス
54  プロセッサー
56a  データバス
56b  データバス
58  EPROM
60  プロセッサー
62  比較手段
64  状態灯
66  双対ポートRAM
68  帯形記録計
70  オシログラフ
100  基準閾ユニット
102  制御論理
104  ゲートセットアップレジスター
106  ゲートTOFレジスター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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