(57)【要約】【課題】液体または固体のバルク物質を収容する（密封または非密封）容器を試験するように特に適合された超音波検査装置を提供する。【解決手段】この装置は、全体として手持ちピストルの形状をなし、トランスデューサの前側接触面が容器の前壁に位置決めされる。この装置から送信された超音波パルスは、調査中の容器の後壁から反射する。受信したエコーパルスをデジタル波形に変換する。この波形を、温度、パルスの移動距離および移動時間に関して解析して、この液体その他の物質の特徴を確認し、それによって容器内の物質を特定する。
2005536726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯操作可能な超音波検査装置であって、特に、所定量の物質を収容する収容チャンバと、この収容チャンバを少なくとも部分的に画定する前壁および後壁とを有する容器の検査に適した超音波検査装置において、
ａ）ハウジング部と、
ｂ）前記ハウジング部に取り付けられ、送信超音波パルスを送信するとともに、反射超音波パルスを受信して、この反射超音波パルスの反射波形を表すアナログ信号を提供するように構成された検知部とを備え、
ｃ）前記検知部がトランスデューサ・アセンブリを備え、前記トランスデューサ・アセンブリが、トランスデューサ設置部と、少なくとも、高周波数帯域および低周波数帯域においてそれぞれパルスをより良好に送信し得るように構成された第１高周波トランスデューサおよび第２低周波トランスデューサとを有し、前記検知部が、前記トランスデューサのいずれかを前記設置部に取り付けて超音波パルスを送信し得るように構成され、当該検査装置はさらに、
ｄ）前記検知部用の電気パルスを生成するとともに、前記検知部から前記アナログ信号を受信し、このアナログ信号を、前記反射超音波パルスの前記反射波形を表すデジタル信号に変換するように構成された回路部と、
ｅ）前記容器の前記チャンバ内の前記所定量の物質の温度を測定して、温度出力を提供する温度センサと、
ｆ）前記容器の前記チャンバ内を移動する前記送信パルスおよび反射パルスにより、前記パルスの速度情報を求め、これを前記容器内の物質および／または物体の識別および／または所在特定に結び付けることができるように、前記デジタル信号および前記温度出力を受信し、これらデータと、前記送信パルスおよび反射パルスの移動距離および移動時間とを相互に関連付けるように構成されたコンピュータとを備えることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記ハウジングが、前端および後端を有しかつ水平に延びる上部ハウジング部を備え、前記検知部が、前記上部ハウジング部の前方部分に配置され、前記回路部が、前記上部ハウジング部の後方部分に配置され、
前記ハウジングがさらに、前記上部ハウジング部に連結される上端と、下端とを有するハンドグリップ部を備え、当該装置がさらに、前記ハンドグリップ部を握る利用者によって操作可能になるように、前記ハンドグリップ部に設けられたトリガ部を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ハンドグリップ部の上端は、前記上部ハウジング部の後端よりも前方であって前記上部ハウジング部の前端よりも後方の位置に配置され、前記ハンドグリップ部は、前記上部ハウジング部の前後に亘って延びる長手方向位置合わせ軸から下向きかつ後向きに適度に傾いて、前記上部ハウジング部から下向きに延びる長手方向の位置合わせ軸を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記水平に延びる上部ハウジング部は、前記コンピュータを配置可能な取付台として構成された上面部を有し、この上面部に配置した前記コンピュータの上部グラフィック・インターフェースが、前記ハウジングの前記ハンドグリップ部を握っている操作者によって容易に観察可能となっていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
コンピュータを支持する前記取付台は、前記上部ハウジング部の上部後方表面部分上に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記装置用の電源部を有し、この電源部が、前記ハウジングの前記ハンドグリップ部の下端部分に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記電源部はバッテリ駆動であり、前記ハンドグリップ部に脱着可能に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記温度センサは、前記検知部の前端部に配置されるとともに、前記設置部に配置された前記トランスデューサに近接する状態で設けられており、
前記トランスデューサの接触表面が検査すべき容器に接触するように前記トランスデューサを配置した際に、前記温度センサも検査中の容器に隣接するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記トランスデューサの各々は、対応するトランスデューサ・ユニットのそれぞれ一部であり、
各トランスデューサ・ユニットは、対応するトランスデューサが配置される保持ケースと、前記トランスデューサが前記設置部にある状態で前記トランスデューサを前記回路部に動作可能に接続し得る電気接続部とを備えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１および第２のトランスデューサ用の各トランスデューサ・ユニットは、前記設置部に着脱可能に取り付けられ、
対応するトランスデューサ・ユニットの一部である各トランスデューサは、ユニットごと、前記検知部から取り外され、前記検知部に再配置されるようになっていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記検知部は、前記設置部にある前記トランスデューサ・ユニットの後側部分と係合するように設けられたトランスデューサ・ユニット係合部を備え、
前記係合部は圧縮ばねを有し、この圧縮ばねが、前記トランスデューサ・ユニットにならうように係合して、前記トランスデューサ・ユニットを前方係合位置に付勢するようになっていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１および第２のトランスデューサ用の各トランスデューサ・ユニットは、前記設置部に着脱可能に取り付けられ、
それぞれが対応するトランスデューサ・ユニットの一部である各トランスデューサは、ユニットごと、前記検知部から取り外され、前記検知部に再配置されるようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも２つの温度センサを有し、それら２つの温度センサはそれぞれ、前記トランスデューサ・ユニットのうち対応する１つのトランスデューサ・ユニットの一構成要素であり、対応するトランスデューサの前方の前側接触面のところに位置するように配置されて、当該検査装置によって検査中の容器に近接し得るようになっていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記トランスデューサはそれぞれ、検査中の容器の表面に隣接して位置するように配置された前側接触面と、前記前側接触面を覆う合成ゴムおよび／またはゴムの材料からなる前側接触層とを備え、前記合成ゴムおよび／またはゴムの材料が、検査中の前記容器の表面にならうことができるように適度にへこむようになっていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項１５】
前記前側接触層は、音響インピーダンスが４ｇｍ・ｃｍ-2・ｓｅｃ-1×１０5以下であり、長手方向の音速が約０．０５〜０．０７５インチ／マイクロ秒の範囲であり、密度が約０．９〜３．０ｇｍ・ｃｍ-3の範囲であることを特徴とする請求項１４に記載の検査装置。
【請求項１６】
前記音響インピーダンスは２．５ｇｍ・ｃｍ-2・ｓｅｃ-1×１０5以下であり、前記長手方向の音速は約０．０６〜０．０６５インチ／マイクロ秒の範囲であり、密度は約１．２〜１．５ｇｍ・ｃｍ-3の範囲であることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記前側接触層は、ソリッドウォータ、ブチルゴム、ポリウレタン、ウレタン、ＲＴＶ、シリコーンゴム、Ｅｃｏｔｈａｎｅ（登録商標）、Ｐｅｌｌａｔｈａｎｅ（登録商標）、およびこれらの組合せの少なくとも１つからなる材料で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記前側接触層用の前記材料はネオプレンを含むことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記前側接触層は、音響インピーダンスが４ｇｍ・ｃｍ-2・ｓｅｃ-1×１０5以下であり、長手方向の音速が約０．０５〜０．０７５インチ／マイクロ秒の範囲であり、密度が約０．９〜３．０ｇｍ・ｃｍ-3の範囲であり、前記前側接触層が、ソリッドウォータ、ブチルゴム、ポリウレタン、ウレタン、ＲＴＶ、シリコーンゴム、Ｅｃｏｔｈａｎｅ（登録商標）、Ｐｅｌｌａｔｈａｎｅ（登録商標）、およびこれらの組合せの少なくとも１つからなる材料で構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の検査装置。
【請求項２０】
前記前側接触層と、対応するトランスデューサの前記接触面との間に液体接着剤を塗布して、接着層に前記前側接触層を押し付け、かつ前記接着層および前記前側接触層を低圧気体環境に曝して前記接着層を脱気させることにより、前記前側接触層が、対応するトランスデューサの前記接触面に結合されていることを特徴とする請求項１４に記載の検査装置。
【請求項２１】
前記液体接着剤は、少なくとも部分的にウレタンを含むことを特徴とする請求項１９に記載の検査装置。
【請求項２２】
前記回路部は、高周波パルス発生回路部および低周波パルス発生回路部を有するパルス発生部を備え、
前記高周波および低周波のパルス発生回路部はそれぞれ、前記高周波トランスデューサまたは前記低周波トランスデューサのいずれが前記トランスデューサ設置部にあるかに応じて、高周波トリガ信号または低周波トリガ信号に応答して、高周波パルスまたは低周波パルスを生成するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項２３】
前記高周波パルス発生回路部が、前記高周波トリガ信号を受け取るように構成されており、前記高周波トリガ信号が駆動回路に送られ、前記駆動回路が高電圧スイッチにゲート信号を送信し、前記高電圧スイッチが高電圧パルスを出力し、前記高電圧パルスが前記高周波トランスデューサに送られるようになっていることを特徴とする請求項１７に記載の検査装置。
【請求項２４】
前記高周波パルスは方形波パルスであることを特徴とする請求項２２に記載の検査装置。
【請求項２５】
前記低周波パルスは、多重サイクルの正弦波バーストを含むことを特徴とする請求項２２に記載の検査装置。
【請求項２６】
前記回路部は、前記検知部から前記アナログ信号を受信するように構成された受信回路部を備え、前記受信回路部は、前記受信信号の振幅を調整するための入力に応答する可変利得増幅器を備えることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項２７】
前記受信回路部は、前記受信信号の電圧を許容可能レベルに制限する電圧リミッタと、前記受信パルスの高周波部分だけを通過させるハイパスフィルタとをさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載の検査装置。
【請求項２８】
前記可変利得増幅器は、前記回路部の制御下にあり、さらに前記コンピュータ部を介しての入力により、当該検査装置の利用者の制御下にもあることを特徴とする請求項２６に記載の検査装置。
【請求項２９】
前記回路部は信号処理・制御部を備え、この信号処理・制御部は、前記アナログ信号を受信してデジタル信号に変換するとともに、反射超音波パルスの受信波形を表す前記デジタル信号から十分に多くの数のサンプルを選択した後、それらサンプルを前記コンピュータに送信するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３０】
前記信号処理・制御部は、前記回路部のパルス発生部にイネーブル信号を送信して前記低周波および高周波パルスの発生を開始させる機能をさらに備えることを特徴とする請求項２９に記載の検査装置。
【請求項３１】
前記トランスデューサに送信される電気パルスの、遅延時間、デジタル化速度、周波数、パルス幅およびこれらの組合せの少なくとも１つを制御するように機能する信号処理・制御部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３２】
前記信号処理・制御部はマイクロプロセッサをさらに備え、このマイクロプロセッサは、前記コンピュータ部に動作可能に接続され、操作者により入力可能な前記コンピュータからの命令によって、遅延時間、デジタル化速度、バースト周波数、または電気パルス幅およびこれらの組合せを制御するようになっていることを特徴とする請求項３１に記載の検査装置。
【請求項３３】
信号処理・制御部は、請求項３２に記載の制御機能を実行するために、前記信号処理・制御部の波形アナログ−デジタル・コンバータと動作可能に接続されたゲートアレイ・コンポーネントをさらに備えることを特徴とする請求項３２に記載の検査装置。
【請求項３４】
温度センサからアナログ温度出力を受信して、前記アナログ温度信号をデジタル温度信号に変換する回路を有する信号処理・制御部が設けられ、前記温度センサが、検査中の容器内の物質の温度を検知するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３５】
前記信号処理・制御部は前記コンピュータを使用する操作者からの問合わせに応答し、それによって前記信号処理・制御部から温度測定値が確認され、また、前記コンピュータが、前記信号処理・制御部から前記コンピュータへの入力温度測定値を周期的に要求して受信するように構成されていることを特徴とする請求項３４に記載の検査装置。
【請求項３６】
前記回路部は、前記コンピュータ部を使用する操作者にアクセス可能になるように、前記コンピュータ部と前記信号処理・制御部のマイクロコントローラの双方に動作可能に接続されたＲＡＭコンポーネントを備え、それによって、前記操作者が、前記マイクロコントローラを操作して、診断その他の目的の情報を得ることができるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３７】
当該検査装置の動作において、起動、エラーおよび／または電源の視覚的な指標を与える表示部があることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３８】
前記回路部は、電源が遮断されたときの情報を保持する記憶コンポーネントをさらに備え、これによって、操作者が当該検査装置の操作を開始するときに、当該検査装置のシャットダウン時と同じ操作パラメータが失われずに残るようになっていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３９】
前記記憶コンポーネントは、ＥＰＲＯＭチップ・コンポーネントを含むことを特徴とする請求項３８に記載の検査装置。
【請求項４０】
前記回路部が、前記アナログ信号を受信して、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するように構成され、前記コンピュータが、前記デジタル信号の振幅の平均値を計算し、前記平均値から前記波形の基線を設定し、前記基線から、さらなる計算を行うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項４１】
当該装置は、受信波形を表しかつ反射超音波パルスを表す信号から十分に多くの数のサンプルを選択した後、前記サンプルを前記コンピュータに送信するように構成され、
前記コンピュータは、予め選択した割合の前記サンプルの振幅が振幅レベル未満になるように、この振幅レベルを割り出すとともに、さらなる計算のために、所定割合の前記サンプルの振幅をノイズレベルの振幅として使用するように構成されていることを特徴とする請求項４０に記載の検査装置。
【請求項４２】
前記コンピュータが、信号振幅の閾値レベルを選択するように構成され、前記閾値レベルが、前記ノイズレベルの振幅よりも大きい所定の振幅であり、前記閾値レベルによって前記波形のピークが識別されることを特徴とする請求項４１に記載の検査装置。
【請求項４３】
前記コンピュータは、前記波形のピークを選択して、前記閾値レベルよりも大きい波形ピーク部分間の移動経路の時間間隔を求めるように構成され、最初に、前記波形中に示される第１後壁エコーと第２後壁エコーの時間間隔を割り出すようになっていることを特徴とする請求項４２に記載の検査装置。
【請求項４４】
第２後壁エコーを識別できない状況が生じた場合、前記コンピュータは、前記波形中の前記第１後壁エコーの立ち上がり部分の位置を特定して、前記波形の前方リングダウン部分と前記波形の前記第１後壁エコーの前記立ち上がりの時間間隔を求めるように構成されていることを特徴とする請求項４３に記載の検査装置。
【請求項４５】
前記コンピュータは、後壁界面以外の反射界面の存在を表す、前記波形中の偽のエコーを識別するために、前記波形のピーク部分の振幅を求めて、遅く到達する波形よりも振幅が小さくて早く到達するピーク波形部分を確認するようになっていることを特徴とする請求項４２に記載の検査装置。
【請求項４６】
前記コンピュータは、前記第１後壁エコーと第２後壁エコーの時間間隔を確認する手段として、前記第１後壁エコーと第２後壁エコーを相関させる相関技法を利用するようになっていることを特徴とする請求項４３に記載の検査装置。
【請求項４７】
前記コンピュータは、波形ピーク間の時間間隔を特定するための受信波形の閾値レベルと、前記温度センサからの温度入力と、移動時間入力とを確定し、前記時間間隔と移動距離入力を相互に関連付けることにより、温度調整された超音波パルス速度を確定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項４８】
前記コンピュータは、物質と、その物質を通過する温度調整された対応する超音波速度のデータベースを有し、前記超音波パルスの前記温度調整された速度と関連付けて、前記超音波パルスが通過した前記物質を特定するように構成されていることを特徴とする請求項４７に記載の検査装置。
【請求項４９】
前記コンピュータはユーザ入力インターフェースを備え、これにより、振幅、バースト周波数、パルス幅、デジタル化速度、およびこれらの組合せの少なくとも１つが利用者によって制御され得るようになっていることを特徴とする請求項４８に記載の検査装置。
【請求項５０】
前記コンピュータは、前記波形を前記利用者に対して視覚的に表示するグラフィック・ディスプレイを備えることを特徴とする請求項４９に記載の検査装置。
【請求項５１】
前記コンピュータは、閾値レベル、ノイズレベル、波形の解析および／または試験に関連する波形部分の位置、並びにこれらの組合せの少なくとも１つを含む前記受信波形のパラメータをさらに表示可能となっていることを特徴とする請求項５０に記載の検査装置。
【請求項５２】
前記コンピュータは、前記波形を利用者に対して視覚的に表示するグラフィック・ディスプレイを備えることを特徴とする請求項４７に記載の検査装置。
【請求項５３】
前記コンピュータは、閾値レベル、ノイズレベル、波形の解析および／または試験に関連する波形部分の位置、並びにこれらの組合せの少なくとも１つを含む前記受信波形のパラメータをさらに表示可能となっていることを特徴とする請求項５２に記載の検査装置。
【請求項５４】
前記コンピュータはユーザ入力インターフェースを備え、これにより、振幅、バースト周波数、パルス幅、デジタル化速度、およびこれらの組合せの少なくとも１つが利用者によって制御され得るようになっていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項５５】
プロセスライン内の容器の検査に特に適した超音波検査装置であって、前記容器として、所定量の物質を収容する収容チャンバと、この収容チャンバを少なくとも部分的に画定する前壁および後壁とを有する容器を検査する超音波検査装置において、
ａ）ハウジング部と、
ｂ）前記ハウジング部に取り付けられ、送信超音波パルスを送信するとともに、反射超音波パルスを受信して、この反射超音波パルスの反射波形を表すアナログ信号を提供するように構成された検知部とを備え、
ｃ）前記検知部がトランスデューサ・アセンブリを備え、前記トランスデューサ・アセンブリが、トランスデューサ設置部と、少なくとも、高周波数帯域および低周波数帯域においてそれぞれパルスをより良好に送信し得るように構成された第１高周波トランスデューサおよび第２低周波トランスデューサとを有し、前記検知部が、前記トランスデューサのいずれかを前記設置部に取り付けて超音波パルスを送信し得るように構成され、当該検査装置はさらに、
ｄ）前記検知部用の電気パルスを生成するとともに、前記検知部から前記アナログ信号を受信し、このアナログ信号を、前記反射超音波パルスの前記反射波形を表すデジタル信号に変換するように構成された回路部と、
ｅ）前記容器の前記チャンバ内の前記所定量の物質の温度を測定して、温度出力を提供する温度センサと、
ｆ）前記容器の前記チャンバ内を移動する前記送信パルスおよび反射パルスにより、前記パルスの速度情報を求め、これを前記容器内の物質および／または物体の識別および／または所在特定に結び付けることができるように、前記デジタル信号および前記温度出力を受信し、これらデータと、前記送信パルスおよび反射パルスの移動距離および移動時間とを相互に関連付けるように構成されたコンピュータとを備えることを特徴とする検査装置。
【請求項５６】
所定量の物質を収容する収容チャンバと、この収容チャンバを少なくとも部分的に画定する前壁および後壁とを有する容器を検査する方法であって、
ａ）超音波検査装置として、
１）ハウジング部と、
２）前記ハウジング部に取り付けられ、少なくとも１つのトランスデューサを備える検知部と、
３）回路部と、
４）温度センサと、
５）コンピュータと
を備えた超音波検査装置を準備する工程と、
ｂ）超音波パルスを後壁受信位置に向けて送信する際の前壁送信位置を選択する工程と、
ｃ）前記前壁送信位置から前記後壁受信位置までの移動距離を求め、前記移動距離に関する情報を前記コンピュータに入力する工程と、
ｄ）前記トランスデューサの前側接触部分が前記容器上の前記送信位置のところにくるように、前記検査装置を配置するとともに、前記後壁受信位置に向かって超音波パルスを前記容器内に送信して、前記後壁から反射エコー・パルスを受信する工程と、
ｅ）前記受信エコー・パルスからアナログ信号を形成し、前記アナログ信号を前記回路部に送信して、前記アナログ信号をデジタル波形に変換し、前記デジタル波形を前記コンピュータに送信する工程と、
ｆ）前記温度センサを使用して、前記容器内の前記物質の温度を測定し、前記温度に関する情報を前記コンピュータに転送する工程と、
ｇ）前記コンピュータにより、前記超音波パルスの移動距離と、前記パルスの移動時間と、前記収容されている物質の温度とを相互に関連付けて、前記超音波パルスの温度補正された速度値を求め、前記速度値を、前記容器内に存在し得る様々な物質に関する情報に相関させ、それによって、前記容器の内容物に関する情報を形成し、かつ／または前記容器内の物体の存在を確認する工程とを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波検査に関し、より詳細には、超音波を利用した非侵入・非侵襲音響検査用の装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、米国エネルギー省と締結した契約第ＤＥ−ＡＣ０６７６ＲＬＯ１８３０号を受け、政府援助によって行われた。政府は、本発明の一定の権利を有する。
【０００３】
多くの業界では、容器（container）の内容物を確認することが望ましいか、または必要であり、それらの応用例は国内外に存在する。国内の応用例は極めて多く、例えば、法執行、軍事、ボーダーコントロール、輸送・出荷などがそうである。国際社会では、国境検査、訓練および条約協定の活動が際立った応用例である。他の応用例には、不法な薬物の製造および密輸を防ぎ、租税および関税を徴収し、在庫を効果的に維持し、条約の遵守を検証しかつ確実にするための活動が含まれる。さらに、所与の産業におけるニーズは、広範かつ複雑に多様化している。例えば、食品加工から化学製品の在庫管理に至る各産業において、材料の品質および加工管理は、製品の性能および安全性の高い基準を実現するための中核をなすものである。
【０００４】
国内外の境界線を越えて輸送されるものを含めて、国内外ともに大量の容器が出荷されるので、容器を非侵入的に取り調べるための比較的高速かつ効果的な方法が特に求められている。望ましくは、この取調べは、容器内の物質（例えば、液体、固体、バルク物質など）を特定するだけでなく、容器内に入っていないはずの物体の存在を確認することができるように実施し得るべきである。例えば、密輸品を含む梱包物が、液体の容器内に隠蔽されて、すなわち沈められて、あるいはその他の方法でバルク物質中に隠されて国境を越えて密輸されることがある。
【０００５】
超音波には、ある種の利点がある。その１つは、液体を含めて、Ｘ線検査法では検査し得ないことが多い密な物質を容易に貫通し得るということである。したがって、超音波は、医療業務および工業的な品質管理などの多様な業界で、物質内の欠陥の検出および液体の充填レベルの判定などの応用例に適用されている。
【０００６】
そうではあるが、多様な容器の非侵入・非侵襲の試験や調査を行う超音波システムを提供することが長い間求められていた。ここで求められている試験は、簡便、迅速、かつ確実に行うことができ、全体的な検査プロセスが扱いやすいものである。現在のシステムは、コストおよび時間がかかる直接サンプリング並びに試験所での解析に大きく依存している。目的、使いやすさ、コスト、サイズおよび柔軟性の観点から、本発明の実施形態は独特なものである。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、様々なタイプの（密封、非密封）容器並びにその容器内の物質の非破壊／非侵襲での検査、取調べおよび調査を行うのに適した超音波装置である。本明細書において「容器」という用語は、出荷や輸送、或いは一時的な保管のために、対象となる物質を収容する容器その他の入れ物を意味する。容器には、例えば、密封されていない開放型のドラム缶や容器；閉鎖型・密封型のドラム缶や容器；自動車その他の車両内に隠されたパネル式コンパートメントなどの野外用容器；輸送用の車両や船舶内の貨物倉；バルク物質を出荷、収容或いは輸送するための容器；チューブ、パイプおよび通風路などのフロー構造およびシステム；プロセス監視用のステーションおよびシステムなどが含まれる。さらには、タンカー、出荷コンテナ、貨物専用コンテナ（すなわち、コメックス・ボックス（comex boxes））、野外貨物倉その他の商品輸送コンパートメントなど、出荷・輸送業界で使用する多様な容器も含まれる。より広い意味では、容器は、空洞その他のチャンバが存在し得るバルク物質自体を含み得ることも当業者には明らかであろう。例えば、容器は、中空チャンバを有する金属インゴットやタール用の樽など、外見上は無害な商品品目の範囲を含み得る。あるいは、容器は、密輸品を収容する密封梱包物が隠蔽されている、バルクソリッドまたは液体を収容する５５ガロン（２０９リットル）のドラム缶を含み得る。
【０００８】
本明細書で示すように、容器は、単一区画および複数区画の収納用の入れ物も含み得る。例えば、簡単な容器は、入れ物、収納用のうつわ、容器内のチャンバ、或いはバルク物質（例えば、５５ガロン（２０９リットル）のドラム缶、車両内に隠されたコンパートメント、バルク物質内の密輸品の梱包物など）を部分的に画定するために、少なくとも前壁および後壁を含み得る。より複雑な容器は、物質を輸送または出荷するのに使用する様々なプロセスやフローシステムあるいはパイプを含み得る。
【０００９】
本発明の一実施形態は、うつわ、入れ物、および様々なフローシステムなど、各種容器の非侵入／非侵襲での取調べまたは調査を行うための検査装置である。本発明は、容器内の物質のタイプを確認し得るだけでなく、密封された容器の空洞内に隠された梱包物を非侵入で検出することができる。この装置は、手動モードおよび自動モードの両方で構成かつ動作させることができる。
【００１０】
手動モードでは、本発明は、サイズ、深さ、物理的な制約、アクセスしやすさの問題、商業用の積荷であること、物理的な障害物、寸法が均一でないこと、または他の制約のために取調べまたはアクセスを容易に行うことができないような、容器、入れ物、チャンバ或いはシステムを調査するのに適している。容器を手作業で取り調べる際の場所の決定や最良の目標の選択は、対象となる利用者の判断による。
【００１１】
自動化構成では、本発明は、様々なプロセスおよびフローシステムで使用する容器内の内容物の、オンラインまたはリアルタイムでの監視、取調べ、或いは調査を行うための検査装置として使用し得る。例えば、この検査装置は、パイプの外側に取り付けることもできるし、あるいは、フロー・コンテインメント・システム（flow containment system）を取り囲むスプール片（spool piece）の一部として含めることもでき、それによって、パイプやフローシステムを流れる物質の物理的な特性の検査、監視、或いは試験をリアルタイムで行うことができる。この検査装置は、監視や制御用途など、他の関連するリアルタイムのプロセスや制御システムで使用することもできる。
【００１２】
上記のことから、様々な用途で使用されるように適合させることができる本発明の特徴や構成要素が、本発明のより広い範囲に含まれることが理解されよう。
【００１３】
本発明の好ましい一実施形態では、この検査装置は、ハウジング部、検知部、回路部、温度センサおよびコンピュータを備える。
【００１４】
検知部は、ハウジング部に取り付けられ、１つ（または複数）の送信超音波パルスを送信し、１つ（または複数）の反射超音波パルスを受信し、この反射超音波パルスの１つ（または複数）の反射波形を表す１つ（または複数）のアナログ信号を提供するように構成される。この検知部はさらに、トランスデューサを配置する場所（トランスデューサ設置部）が設けられたトランスデューサ・アセンブリを備える。
【００１５】
回路部は、検知部用の１つ（または複数）の電気パルスを生成し、検知部からアナログ信号を受信し、このアナログ信号を、反射超音波パルスの１つ（または複数）の波形を表す１つ（または複数）のデジタル信号に変換するように構成される。
【００１６】
温度センサは、容器のチャンバ内のある量の物質の温度を確認し、温度出力を提供するように構成される。この温度出力は通常、アナログ信号であり、その後デジタル信号に変換されることになる。
【００１７】
コンピュータは、容器のチャンバ内を移動する送信パルスおよび反射パルスにより、パルスの速度情報を求めて、これを容器内の物質および／または物体の特定に結び付けることができるように、前記デジタル信号および前記温度出力を受信し、これらを、送信パルスの移動距離および移動時間と相互に関連付けるように構成される。
【００１８】
ここで開示する実施形態では、トランスデューサ・アセンブリは、少なくとも２つのトランスデューサ、すなわち、高周波数帯域において１つ（または複数）のパルスをより良好に送信し得る第１高周波トランスデューサと、低周波数帯域において１つ（または複数）のパルスをより良好に送信し得る第２低周波トランスデューサを備える。さらに、検知部は、トランスデューサ・アセンブリの設置部に一方のトランスデューサを取り付けて、１つ（または複数）の超音波パルスを送信し得るように構成される。
【００１９】
ハウジング部の好ましい形状は、全体としてピストル形状をなすものである。ハウジング部は、水平方向に延びて前端および後端を有する上部ハウジング部を備える。検知部は、この上部ハウジング部の前方端部に配置され、回路部は、上部ハウジング部の後方部分に配置される。このハウジング部はさらに、上部ハウジング部に連結される上端と、下端とを有するハンドグリップ部を備える。ハンドグリップ部には、このハンドグリップ部を握る利用者によって操作可能になるように、トリガ部が設けられている。好ましい形態では、ハンドグリップ部の上端は、上部ハウジング部の後端より前方に位置し、かつ上部ハウジング部の前端より後方に位置する。このハンドグリップ部は、上部ハウジング部の前後に亘って延びる長手方向軸から下向きかつ後向きに適度に傾いて、上部ハウジング部から下向きに延びる長手方向の位置合わせ軸を有する。
【００２０】
好ましい形態では、この水平に延びる上部ハウジング部は、コンピュータを配置可能な取付台として構成された上面部を有する。望ましくは、このコンピュータは、ハウジングのハンドグリップ部を握っている操作者が容易に観察可能な上部グラフィック・インターフェースを有する。コンピュータを支持する取付台は、上部ハウジング部の上部後方表面部分に沿って位置する。
【００２１】
また、電源部は、ハウジングのハンドグリップ部の下端部分に連結される。好ましくは、この電源部は、ハンドグリップ部に脱着可能に取り付けられる。この電源部は、手動の適用例ではバッテリ駆動とし、リアルタイム・プロセスの監視および制御などの応用例で使用する場合には電気駆動とし得る。本明細書中に示すこの発明は、意図する適用例の他のシステムやプロセス用の構成要素と一体化可能に構成し得ることが当業者には理解されよう。
【００２２】
温度センサは、設置部に配設されたトランスデューサに接近させるために、検知部の前方端部に配置することが望ましい。このような構成によれば、トランスデューサの接触表面が検査対象の容器に接触するようにトランスデューサを配置した際に、温度センサも容器に隣接させることができる。
【００２３】
各トランスデューサは、対応するトランスデューサ・ユニットの一部であり、各トランスデューサ・ユニットは、対応するトランスデューサが配置される保持ケースと、トランスデューサが前記設置部にある状態でトランスデューサを回路部に動作可能に接続し得る電気接続部とを備える。各トランスデューサ・ユニットは、前記設置部に着脱可能に取り付けられている。対応するトランスデューサ・ユニットの一部である各トランスデューサは、ユニットごと、検知部から取り外され、検知部に再配置されるようになっている。
【００２４】
この検知部は、前記設置部にあるトランスデューサ・ユニットの後側部分と係合するように設けられたトランスデューサ・ユニット係合部を備える。この係合部は圧縮ばねを有し、この圧縮ばねは、トランスデューサ・ユニットにならうように係合して、このトランスデューサ・ユニットを前方係合位置に付勢する。また、少なくとも２つの温度センサが設けられ、これら２つの温度センサはそれぞれ、トランスデューサ・ユニットのうち対応する１つのトランスデューサ・ユニットの一構成要素であり、対応するトランスデューサの前方の前側接触基部のところに位置するように配置されて、検査装置によって検査中の容器に近接し得るようになっている。各トランスデューサは、検査中の容器の表面に隣接して位置するように配置された前側接触面と、前記前側接触面を覆う合成ゴムおよび／または他の材料からなる前側接触層とを備える。前記合成ゴムおよび／または他の材料は、検査中の容器の表面にならうことができるように適度に押されてへこむ。この前側接触層は、対応するトランスデューサの接触表面に、液体接着剤によって結合される。この接着剤は、対応するトランスデューサの接触表面と前側接触層の間に塗布される。また、（低圧環境に曝して）接着層を脱気させ結合させるために、前側接触層が接着層に押し付けられる。好ましい形態では、この液体接着層は、少なくとも部分的にウレタンを含む。
【００２５】
回路部は、パルス発生部を備える。このパルス発生部は、高周波トリガ信号を受け取るように構成された高周波パルス発生回路部と、低周波トリガ信号を受け取るように構成された低周波パルス発生回路部とを有する。高周波パルス発生回路部は、高周波信号を受け取るように構成され、この高周波信号は駆動回路に送られ、この駆動回路は高電圧スイッチにゲート信号（gate signal）を送信し、この高電圧スイッチは高電圧バースト（burst）を出力し、この高電圧バーストは高周波トランスデューサに送られる。好ましい形態では、高周波パルスは方形波パルスであり、低周波パルスは正弦波トーン・バースト（sinusoidal tone burst）または多重サイクル・トーン・バースト正弦波（multi-cycle tone burst sine wave）を含む。
【００２６】
回路部は、検知部からアナログ信号を受信するように構成された受信回路部を備える。この受信回路部は、受信信号の電圧を許容可能レベルに制限する電圧リミッタをさらに備える。受信回路部は、受信信号を中間レベルに昇圧する前置増幅器も含み、これにより、信号対雑音比を大きく劣化させずに受信信号をさらに処理することができる。さらに、受信回路部は、受信信号パルスの比較的高い周波数の部分を通過させるハイパスフィルタを備える。この受信回路部は、低レベル信号の振幅を調整する可変利得増幅器（variable gain amplifier）も備える。この可変利得増幅器は、この回路部の制御下にあるが、コンピュータを介しての入力により、この検査装置の利用者の制御下にもある。この受信回路部はさらに、ノイズ指数が最小の状態で、信号感度および入力の線形性を動的に制御し得る後置利得増幅器（post-gain amplifier）を備える。
【００２７】
この回路部はさらに信号処理・制御部を備え、この信号処理・制御部は、アナログ信号を受信してデジタル信号に変換するとともに、反射超音波パルスの受信波形を表すデジタル信号から十分に多くの数のサンプルを選択した後、それらサンプルをコンピュータに送信するようになっている。この信号処理・制御部は、パルス発生部を介してイネーブル信号を送信して、低周波および高周波パルスの発生を開始させる機能をさらに備える。
【００２８】
この信号処理・制御部の別の機能は、トランスデューサに送信される電気パルスの、遅延時間、デジタル化速度、周波数、パルス幅、バースト周波数（burst frequency）、およびこれらの組合せを制御することである。
【００２９】
この信号処理・制御部はさらにマイクロプロセッサを備える。マイクロプロセッサは、コンピュータ部に動作可能に接続され、遅延時間、デジタル化速度、周波数、パルス幅、バースト周波数、電気パルスおよびこれらの組合せを制御する。これらの項目は、コンピュータからの命令によって制御することができ、各命令は操作者が入力し得る。
【００３０】
この信号処理・制御部はさらにプログラム可能なゲートアレイ・コンポーネント（gate array component）を備える。このゲートアレイ・コンポーネントは、上述した制御の他に波形または信号の制御機能を有し、波形アナログ−デジタル・コンバータと動作可能に接続されている。
【００３１】
この信号処理・制御部の別の機能は、温度センサからアナログ温度出力を受信し、この温度出力をデジタル信号としてコンピュータ部に送信することである。さらに、この信号処理・制御部は、コンピュータからの問合わせに応答するようになっており、そのため、このコンピュータを使用する操作者は、信号処理・制御部から様々な温度測定値を確認することができる。このコンピュータは、信号処理・制御部から受信した温度測定値を周期的に入力するようにも構成される。この信号処理・制御部は、このコンピュータを使用する操作者から問合わせに応答して、信号処理・制御部からの温度測定値を確認する。このコンピュータは、信号処理・制御部からコンピュータへの入力温度測定値を周期的に要求して受信するようにも構成される。
【００３２】
回路部はさらに、コンピュータ部を使用する操作者にアクセス可能になるように、コンピュータ部と回路部のマイクロコントローラの双方に動作可能に接続されたＲＡＭコンポーネントを備える。このＲＡＭコンポーネントは、この検査装置の回路部内の適切な場所と、データおよび情報をやり取りするための固有のアドレスラインおよびデータラインを備える。そのため、このＲＡＭ回路により、この装置の操作者は、容器の取調べの結果得られた診断データや追加のデータ解析情報を含めて、有用な操作情報を取得し、それらを一時的に記憶することができる。例えば、操作者は、物質特定結果や、聴覚的かつ視覚的な指標（例えば、充填レベル情報、密輸品の検出、隠れたコンパートメントの検出、容器またはバルクソリッド内の異常）などを記憶させることができ、これによって、検査中の貨物または品物の状態に関して迅速な判定を行うことができる。
【００３３】
回路部はさらに、コンピュータ部に動作可能に接続されたＦＩＦＯコンポーネントを備える。このＦＩＦＯコンポーネントは、コンピュータ部を使用する操作者にアクセス可能になるように、回路部のマイクロコントローラにも動作可能に接続される。このＦＩＦＯコンポーネントは、検査装置により受信されてデジタル化された超音波波形データを記憶する。このＦＩＦＯコンポーネントは、この検査装置の回路部内の適切な場所とデータおよび情報をやり取りするためのデータラインを備える。例えば、このＦＩＦＯは、物質の特定に関係する波形データを記憶することができ、それによって、操作者は、検査中の貨物容器または品物の内部で発見された物質を判定し得る。このＦＩＦＯコンポーネントから取り出された波形データは、コンピュータに送信されて、さらなる解析あるいは判定が行われる。
【００３４】
この検査装置はさらに、検査装置の起動（activation）、検査装置への電源供給、コンポーネントの断線、バッテリの低下、検査装置の操作中に生じるエラーのうち少なくとも１つを視覚的に示し、或いは聴覚的に促すためのディスプレイ部を備える。
【００３５】
さらに、回路部は、回路部のマイクロコントローラに動作可能に接続された記憶コンポーネントを備え、例えば、電力が失われるか、あるいは装置への供給が遮断されたときに、構成・設定情報を保持することが可能となっている。そのため、操作者が検査装置の操作を開始するときに、シャットダウン時と同じ操作パラメータが失われずに残っていることになる。好ましい形態では、この記憶コンポーネントは、ＥＥＰＲＯＭ記憶コンポーネントを含む。
【００３６】
回路部は、アナログ信号を受信して、これをデジタル信号に変換し、コンピュータは、デジタル信号の振幅の平均値を計算して、基線波形を設定するように構成されている。この基線波形は、ゼロ点または基準点であり、これから、さらなる波形または振幅の計算を行うことができる。回路部はさらに、十分な数のサンプルがコンピュータに送信され得るように構成される。次いで、コンピュータは、ノイズレベルの振幅を特定して設定する。この振幅は閾値振幅であり、予め選択した割合の入来サンプルの振幅がこの閾値振幅未満になるように決められ、それらの信号は有意でないとみなされる。
【００３７】
コンピュータはさらに、信号振幅の閾値レベルを選択するように構成される。この閾値レベルは、ノイズレベルの振幅よりも大きい所定の振幅であり、それによって、１つ（または複数）の個々の波形のピークが識別される。この閾値振幅は、さらなる振幅計算の基礎となり得る基準としても用いられる。例えば、入力信号がこの振幅閾値よりも大きく、かつノイズ閾値よりも大きい場合、コンピュータは、そのエコー・パルスを物質判定計算の中で使用する。
【００３８】
コンピュータは、波形のピークを選択して、閾値レベルよりも大きい波形のピーク部分についての時間間隔および移動経路（例えば、飛行時間データ）を確認するようにも構成される。例えば、１つ（または複数）の波形中に示される第１後壁エコーと第２後壁エコーの時間間隔である。第２後壁エコーを識別できない状況が生じた場合、コンピュータは、波形中の第１後壁エコーの立ち上がり（leading edge）位置を特定して、この波形の前方リングダウン（ringdown）部分とこの波形の第１後壁エコーの立ち上がり部分の時間間隔を求めるように構成される。
【００３９】
さらに、コンピュータは、波形の振幅ピーク部分を確認し、遅く到達する波形よりも振幅が小さくて早く到達するピーク波形部分を確認し、それによって、後壁界面以外の反射界面の存在を表す波形中の偽エコーを識別するように構成される。
【００４０】
波形中の第１後壁エコー部分と第２後壁エコー部分を比較する際に、コンピュータは、第１後壁エコーと第２後壁エコーの時間間隔を確認する手段として、第１後壁エコーと第２後壁エコーを相関させる相関技法を利用するように構成される。
【００４１】
コンピュータは、波形ピーク間の時間間隔を特定するための受信波形の閾値レベル、温度センサからの温度入力、並びに前記時間間隔に対応する移動時間入力および移動距離入力を設定して、温度調整された超音波パルス速度を確定するようにも構成される。
【００４２】
コンピュータは、物質の一覧表、それら物質に関連する（音速、減衰などの）超音波特性値、並びにそれらと同じ物質に対応する温度調整後の超音波速度値を含むデータベースを有し、超音波パルスの温度調整された速度値に関連付けて、この超音波パルスが通過した物質を特定するようになっている。
【００４３】
コンピュータはユーザ入力インターフェースを備え、振幅、バースト周波数、パルス幅、デジタル化速度、およびこれらの組合せの少なくとも１つが利用者によって制御し得るようになっている。望ましくは、このコンピュータは、波形を利用者に対して物理的に表示するグラフィック・ディスプレイをさらに備える。また、このコンピュータは、閾値レベル、ノイズレベル、波形の解析および／または試験に関連する波形部分の位置、並びにこれらの組合せの少なくとも１つを含む受信波形のパラメータをさらに表示可能となっている。
【００４４】
本発明の方法では、上述した超音波検査装置が用いられる。この方法では、先ず、超音波パルスを後壁受信位置に向けて送信する位置となる前壁送信位置が選択される。次いで、この前壁から後壁受信位置までの移動距離が求められ、この移動距離に関係する情報が、遠隔的にまたは手作業で、あるいは送信によってコンピュータに入力される。前記検査装置は、トランスデューサの前側接触部分が容器上の送信位置のところに配置されて、超音波パルスが後壁受信位置に向かって容器内に送信され、反射パルスが後壁から受信されるように配置される。
【００４５】
そして、受信したエコーパルスからアナログ信号が形成され、回路ボード部に送信され、そこで、このアナログ信号がデジタル波形に変換され、コンピュータに送信される。
【００４６】
また、温度センサにより容器内の物質の温度が測定され、この温度に関する情報がコンピュータに転送または送信される。
【００４７】
その後、コンピュータにより、超音波パルスの移動距離と、パルスの移動時間と、収容されている物質の温度とが相互に関連付けられて、超音波パルスの温度補正された速度値が求められる。この速度値は、容器内に存在し得る様々な物質に関する情報と相互に関連付けられ、これによって、容器の内容物に関する情報が形成され、容器内の物体の存在が確認される。
【００４８】
本発明の他の特徴は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
本発明は、このシステムの主要構成要素の説明を概略的に行い、次いで、それらの動作をより一般的に説明することによって、より良く理解されよう。その後で、本発明の様々な構成要素および方法をより詳細に説明する。
【００５０】
ａ）はじめに
本発明の装置１０は、２つの主要構成要素、すなわち、検査アセンブリ１２およびホストコンピュータ１４を備えるとみなすことができる。検査アセンブリ１２の現時点で好ましい構成は、便宜上、手持ちガンすなわちピストルの形態をとるので、検査アセンブリ１２を一般に、「ガンアセンブリ」１２または「ガン」１２と呼ぶ。また、本発明の携帯モード或いは手動モードの適用例では、コンピュータ１４の好ましい形態は、現時点でＰＤＡ（携帯情報端末）である。システムの監視や制御などの自動モードの適用例では、コンピュータ１４は、デスクトップまたはラップトップ構成のものとすることもできる。このように、「検査アセンブリ」１２および「コンピュータ」１４という用語は、１つの特定の構成または品目のタイプに限定されるものではない。さらに、本発明のより広い範囲内では、これらの用語は、対象とする目的または適用例に対して、これらの構成要素の主要機能を実施し得る他の構成を包含することを意図している。
【００５１】
先ず、図１および図２を参照する。図１は、ガンアセンブリ１２の主要構成要素の分解図であり、図２は、動作状態に組み立てたガンアセンブリ１２の等角図である。
【００５２】
ガンアセンブリ１２は、ハウジング部１６、検知部１８、回路部２０（以下、「回路ボード部」２０と呼ぶ）、電源２２およびトリガ・アセンブリ２３を備える。これらの構成要素（１８〜２３）は、ガン・ハウジング１６に（あるいはその内部に）取り付けられる。
【００５３】
ガン・ハウジング１６は、全体として、概ね細長い円筒形状を有する上部ハウジング部２４とハンドル部２６とを備える。ハンドル部２６は、ガンアセンブリ１２が全体としてピストルの形状を有するように上部ハウジング部２４に連結される。そのため、上部ハウジング部２４が水平に位置合わせされた状態で、ハンドル部２６の上端部分が上部ハウジング部２４の中央部に連結される。このハンドル部は、下向きかつ後向きに適度に傾いて上部ハウジング部２４から下向きに延びる。本明細書では、ハンドル部２６をしばしば、「ピストルグリップ」または「ハンドグリップ」と称する。検査ガンアセンブリ１２は、扱いやすいように、軽量で釣り合いがよくとれている。ピストルグリップ２６の下端には取付け構造部２８があり、それによって電源２２がガンアセンブリ１２に取り付けられる。電源２２は、電気的に、またはバッテリで電力を供給し得る。本発明が手動モードで用いられるように構成される場合、電源２２は１２ボルトのバッテリとすることが好ましい。
【００５４】
様々なコンポーネントの向きおよび相対的な位置を説明するために、上部ハウジング部２４が、水平に位置合わせされるとみなし、かつ水平位置合わせ軸を有し、上部ハウジング部２４の前端が位置合わせ軸の一端にあり、上部ハウジング部２４の後端が位置合わせ軸の他端にあるようにガンアセンブリ１２が配置されるとみなす。そのため、「前の」、「後の」、「上の」、「下の」、「横の」という用語、またはこれらに対応する他の用語は、ガンアセンブリ１２が、そのハウジング部分を水平に位置合わせした状態で配置されると仮定した場合の「水平」という用語を基準にする。当然のことながら、様々な動作モードでは、ガンアセンブリ１２は、「水平に位置合わせされる」以外の異なる姿勢をとり得ることが理解されよう。
【００５５】
また、「前壁」という用語は、この検査装置が、容器内に超音波パルスを送信するために最初に位置決めまたは配置される壁の部分、パネルその他の表面位置を意味すると解釈し、「後壁」という用語は、前壁から飛来した超音波パルスが前壁に向かって反射する位置に存在する第２の壁の部分、パネルまたは表面であると解釈するものとする。そのため、「前壁」および「後壁」は、慣習上容器の「前または後」とみなし得る容器上の位置を必ずしも意味しないものとする。
【００５６】
ハウジング部１６は、垂直に位置合わせされ長手方向に延びる中心面に沿って分離される２つの部分３０および３２から構成されていることが理解されよう。上部ハウジング部２４は、前方ハウジング部分３４および後方ハウジング部分３６を有するとみなし得る。検知部１８は、前方ハウジング部分３４内に配置され、回路ボード部２０は、後方ハウジング部分３６内に配置される。
【００５７】
本発明の装置１０は、密封した容器或いは密封していない容器、フローシステムおよびプロセス制御システム、出荷用コンテナ、貨物倉、およびバルク物質のキャリアなどや、それらの内部に収容される物質など、様々な容器を非侵襲かつ非侵入で検査するのに使用されるように特に適合される。本発明の１つの実用的な応用例は、液体が充填された容器を試験することである。そのため、以下の説明の大部分では、この装置が液体充填容器を検査する際に使用されるという想定で、本発明の動作を説明する。液体充填容器としては、比較的小型の容器（例えば、５５ガロン（２０９リットル）のドラム缶やさらに小型の容器）や、液体物質を収容する大型タンク構造などの比較的大型の容器などがある。大型タンク構造は、例えば、タンクトレーラやタンクローラ上で搬送されるものであり、この構造は、直径８フィート（２．４ｍ）または９フィート（２．７ｍ）になることがある。より広い範囲では、本発明は、液体物質の容器の検査または調査だけに限定されるものではなく、例えば、バルクソリッド（bulk solid）の形態の商品やバルクソリッドが充填された容器など、非液体物質の容器の検査または取調べに使用し得ることが当業者には理解されよう。
【００５８】
次に、本発明の方法を簡潔に説明する。先ず、使用者は、検査すべき容器に対してガンアセンブリ１２を位置決めすることによって、容器の検査を開始する。この位置決めは、検査中の容器の表面に、検知部１８のトランスデューサ４０の前側端部表面３８を当てることによって行う。トリガ・アセンブリ２３のトリガを強く握ることにより、検査装置を作動状態にして、超音波パルスを容器の壁から容器の収容チャンバ内に送信する。（以下の文章では、「パルス」という用語は、単一のパルスの他、一連のパルスからなる「バースト」や、正弦波の一部分などを含むと解釈すべきである。）
【００５９】
ガンアセンブリ１２内のトランスデューサ４０の前面３８から放出される超音波パルスは、検査中の容器内の物質を貫通して伝播する。この超音波パルスが容器の遠い方の壁に達すると、音響エコーとして反射し送信位置に戻る。この音響エコーはトランスデューサ４０に達し、トランスデューサ４０は、この音響エコーを受信し、この音響エコーをアナログ電気信号に変換する。次いで、このアナログ信号は、さらなる処理を行うために回路ボード部２０に送信されて、デジタル信号に変換される。その後、このデジタル信号は、回路ボード部２０からコンピュータ（例えば、ＰＤＡ、ラップトップ、デスクトップその他のコンピュータ）１４に送信され、そこで、様々な処理が実施される。コンピュータ１４の主な機能は、デジタル波形から得られた情報を、コンピュータ１４のデータベース内に保持される様々な基準データと比較して、受信波形の情報が、容器内に存在すると想定される特定の物質に対応する基準波形の情報と一致するかどうかを確かめることである。
【００６０】
この好ましい実施形態では、コンピュータ１４は、パルスの送信からエコーの受信までの時間差（「デルタ時間」とも呼ぶ）を解析し、この時間差を、超音波パルスの移動距離と超音波パルスが移動する物質の温度とに関連付ける。本発明のより広い範囲では、振幅、位相シフト、周波数、波形の各態様間の関係、またはこれらの組合せなどを含めて、波形の他の特徴を解析し、基準波形と比較する。波形の態様とは、所与の波形の固有なフィンガープリント（fingerprint）を表すものである。
【００６１】
コンピュータ１４は、受信波形（およびその特徴）と、様々な物質に対応する基準情報データベースとの間で正しく一致するものを探す。一致するものが見つかった場合、該当する情報を表示または他の方法で使用者に伝えて、適切な処置をとることができる。例えば、国境検査の応用例で、検査官による音響エコーの解析により、容器または検知された内容物について不適切な何かが存在する可能性があることが示される場合、検査官はその容器を押収することができる。あるいは、一致するものが生じない（すなわち、検査／取調べにより陰性と判明した）場合、検査官は、容器が検査に合格したと認めることができる。本発明のより広い範囲では、このデータベースによる突合わせプロセスは、フローシステム（例えば、パイプ、配管、通気部など）またはプロセス制御ステーションにおける物質のオンライン若しくはリアルタイム監視による検査や、或いは密封した容器の内部または外部にあるバルクリキッド（bulk liquids）や固体の形態の商品の検査に、同じように良好に適用される。
【００６２】
上述したように、物質中の音速は温度の関数として変化することになるので、温度を考慮に入れなければならない。例えば、水中の音速は温度が高くなると増加し、ガソリン中の音速は温度が高くなると減少し得る。
【００６３】
さらに、ある種の適用例では、容器内の比較的大型のバルク物質内に隠蔽された問題の物体が存在し得る。例えば、密輸品の梱包物が、バルクリキッドまたは乾燥した固体の商品などの内部に隠されて置かれていることがある。この例では、超音波パルスは、バルク含有物質内の物体の界面に到達する。この物体はバルク物質と異なるので、物体と物質の界面で音響エコーが生じることになる。この初期音響エコーは、容器の遠い方の壁からの第１の主音響エコーがトランスデューサ４０に到達する時間よりも前に、トランスデューサ４０に到達することになり、それによって、この問題の物体を確認し特定することができる。
【００６４】
次に、この装置の様々なコンポーネントおよび本発明の方法のより具体的な説明を示す。
【００６５】
ｂ）検知部１８
第１低周波トランスデューサ４０および第２高周波トランスデューサ４０の２つのトランスデューサ４０をガンアセンブリ１２と組み合わせて使用する。低周波トランスデューサ４０は２００ｋＨｚで動作し、高周波トランスデューサ４０は１ＭＨｚで動作する。一般に、低周波超音波パルスは、高周波超音波パルスよりも遠くに伝播し得る。したがって、他の減衰要因を考慮に入れなければならない場合を除いて、低周波トランスデューサ４０は通常、比較的大型の容器（すなわち、トレーラ上の８フィート（２．４ｍ）×９フィート（２．７ｍ）の径のタンク）の取調べまたは調査に使用され、高周波トランスデューサ４０は、比較的小型の容器（すなわち、バルクリキッドを収容する５５ガロン（２０９リットル）のドラム缶）に使用される。上記で選択した特定の周波数は、全体として最良の有利な選択であることがわかっているが、明らかに、２つ以上のトランスデューサを選択して、様々な調査適用例に対処することができるはずである。例えば、周波数の選択は、試験する容器の寸法、容器内の物質のタイプ、温度その他の周囲環境条件、物質のレオロジー的かつ音響学的な特性を含めていくつかの要因、並びに他の要因によって決まるが、上記の要因の例に限定されるものではない。そのため、選択する周波数は、必要性または適用例に応じて変化し得る。
【００６６】
（低周波または高周波の）トランスデューサ４０はそれぞれ、従来より市販されている構造のものを用いることが可能であるが、検査装置に適合するように一部を変える必要がある。例えば、低周波トランスデューサ４０は、市販品の場合、高周波トランスデューサ４０よりもいくらか径が大きい。そのため、低周波トランスデューサ４０のケーシングの、ハウジングの外側の余分な材料の一部を機械加工して落とし、それによって高周波トランスデューサ４０と同じ（あるいはそれとほぼ一致する）外部構造とする。
【００６７】
前述したように、トランスデューサ４０は前端接触表面３８を有し、それを試験または取調べ中の容器の壁に位置決めし押し付ける。トランスデューサ４０は、いくつかの独特な特徴を有する。この実施形態では、例えば、トランスデューサ４０の前端接触表面３８は部分的に、この表面に付着させた独特な乾燥結合膜（dry-coupling membrane）を備える。この膜は、音響ゲル（acoustic gels）その他の結合剤を必要とせずに、容器の表面を貫通して音響送信を結合させる。このように、トランスデューサ４０は、いかなる接触ゲル（「音響ゲル」）も実質的に不要になるように設計される。このゲルは一般に、物質中に音響エネルギーを効率的に送る（カップリングする）ために従来技術で使用されるものである。
【００６８】
次に、図３を参照する。この図は、トランスデューサ４０の前端部分３８を、ガンアセンブリ１２の長手方向中心線に一致する面に沿って切断した断面図である。円形形状のディスクの形態をとる合成ゴムまたはゴムの層４２が設けられ、それによって、トランスデューサ４０の前面４４全体が覆われる。好ましい実施形態では、この層４２はネオプレン（neoprene）層である。層４２は、この実施形態では薄いウレタン層４６である接着層４６によって、トランスデューサ４０の前面４４に結合される。ネオプレン層４２を貼りつける方法は以下の通りである。先ず、ネオプレン層４２の裏面と、トランスデューサ４０の前面４４に液体ウレタンを塗布する。（なお、これら２つの表面の一方だけに先ず、ウレタン層を塗布することが適切な場合もある。）次いで、ネオプレン層４２を、トランスデューサ４０の前面４４の定位置に置き、ウレタン層４６に押し付ける。その後、ネオプレン層４２に圧力プレートを重ね、ネオプレン層４２に押し付ける。クランプ（例えば、Ｃ形クランプ）、または他の何らかの類似の装置によってこのプレートを定位置に保持する。次いで、この圧力プレートをネオプレンの表面３８にクランプした状態のまま、トランスデューサ４０を真空（すなわち、低圧環境）中に約１５〜２０分間置いて、半液体ウレタン層から閉じ込められている空気を逃がす。その後、真空環境からトランスデューサ４０を取り出し、周囲の条件および気圧で２４〜４８時間、あるいは、シールが完全かつ適切に硬化するまで硬化させる。そして、硬化・固化後に、ネオプレン層の下から押し出された余分なウレタンをトランスデューサから切り落とす。
【００６９】
現在の構成で選択されるネオプレン層４２は、高周波トランスデューサでは厚さ約０．０６２５インチ（１．５９ｍｍ）であり、低周波トランスデューサでは厚さ約０．１８７５（４．７６ｍｍ）インチである。
【００７０】
ネオプレン層４２の厚さは、意図する適用例に応じて変えることができる。例えば、薄いほうでは、ネオプレン層４２は、０．０６、０．０５、０．０４インチ（１．５２、１．２７、１．０２ｍｍ）まで、おそらくはさらに０．０３インチ（０．７６ｍｍ）まで薄くし得るはずである。さらに、ネオプレン層４２は、０．８〜０．１６インチ（２０．３〜４．０６ｍｍ）の間を０．０１インチ（０．２５ｍｍ）刻みで厚くした寸法のいずれか１つ、あるいは、厚さ０．１６インチ（４．０６ｍｍ）よりも厚いほうでは、０．０１インチ（０．２５ｍｍ）刻みで０．２、０．３、または０．４インチ（５．０８、７．６２、または１０．２ｍｍ）にも厚くした寸法のいずれか１つとし得るはずである。厚さの選択は、様々な処理条件によって決まることになるが、試験する容器の表面の構造に応じて変化することにもなる。また、接触する容器の表面に凹凸またはリバースカーブ（reverse curves）がある場合、これらの表面構造により良好にならうように厚さを変更し得るはずである。
【００７１】
本発明に適したネオプレンは、低音響インピーダンスおよび以下の特徴を有するべきである。
【００７２】
本発明の好ましい実施形態で使用する市販グレードのネオプレンゴム材料に重要な乾燥結合特性は、１）材料の硬さが４０Ａ  Ｄｕｒａｍｅｔｅｒ（例えば、「軟らかい」）であり、２）音響インピーダンスが２．１ｇｍ・ｃｍ-2・ｓｅｃ-1×１０5、３）長手方向の音速が０．０６３インチ（１．６ｍｍ）／マイクロ秒、４）密度が１．３１ｇｍ・ｃｍ-3であることを含む。
【００７３】
これらのパラメータを変えることができるはずであることは明らかであり、例えば、以下のように変えることができよう。
【００７４】
材料の硬さは、低い方では、４０Ａ（「軟らかい」）等級から、５０Ａ（「中程度」）等級を経て、高い方では７０Ａ（「硬い」）等級までの範囲とし得る。
【００７５】
音響インピーダンスはおそらくは、低い方では、１．０、１．５、または１．８ｇｍ・ｃｍ-2・ｓｅｃ-1×１０5から、高い方では、２．５、３．０、３．５、または４．０ｇｍ・ｃｍ-2・ｓｅｃ-1×１０5の値までの範囲とし得る。
【００７６】
長手方向の音速は、低い方では、０．０５インチ（１．２７ｍｍ）／マイクロ秒から、高い方では、０．０６５、０．０７、０．０７５、０．０８、または０．０８５インチ（１．６５、１．７８、１．９１、２．０３、または２．１６ｍｍ）／マイクロ秒の値までの範囲とし得る。
【００７７】
密度（ｇｍ・ｃｍ-3）は、低い方では、０．９、１．０、１．１、または１．２から、高い方では、１．３５、１．５、２．０、２．５、３．０、または３．５の範囲とし得る。
【００７８】
ネオプレンは、結合膜または結合層の材料４２として極めて満足のいくものであることがわかっているが、層４２には他の材料を使用し得るはずである。このような材料の候補の中には、ソリッドウォータ（solid water）その他の水性静菌性隔離材料（aqueous bacteriostatic standoff material）、例えば、Ａｑｕａｆｌｅｘ（登録商標）（米国ニュージャージー州０７００４  Fairfield所在のParker Laboratories社）、シリコーンゴム、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanizing）シリコーンゴム、ブチルゴム、ウレタン、ポリウレタン、熱可塑性ウレタン、Ｅｃｏｔｈａｎｅ（登録商標）およびＰｅｌｌａｔｈａｎｅ（登録商標）（米国デラウェア州１９８０４  Wilmington所在のOptimer社）などがある。
【００７９】
検知部１８の他のコンポーネントを説明するために、次に図１、図４ａ〜図４ｄ、図５、図６および図７を参照する。トランスデューサ４０は、概ね円筒形の保持ケース４８の前方部分に配置される。この実施形態ではサーミスタ４９である温度センサ４９を、トランスデューサ４０の側壁に隣接して配置し、かつトランスデューサ側壁のスロット内に位置決めし得るはずである。また、ケーブル５２によって電気コネクタ５４に接続されるソケット部材５０をケース４８内に位置決めする。また、保持ケース４８の後端には、環状構造を有し、コネクタ５４と係合する後部保持部材５６が配置される。
【００８０】
トランスデューサ４０、ソケット５０、ケーブル５２、コネクタ５４、保持部材５６、温度センサ４９および保持ケース４８は、１つのユニットとして機能する。このユニットは、上部ハウジング部２４の前方端部３４内に取り付けられる。これらのコンポーネント４０、４８〜４９および５０〜５６は、総称して「トランスデューサ・アセンブリ５８」または「トランスデューサ・ユニット５８」と称する。図４ａに、トランスデューサ・アセンブリ５８を、コンポーネントに分解した図で示す。図４ｂに、トランスデューサ・アセンブリ５８を、トランスデューサ・アセンブリ５８の中心軸を通って延びる長手方向の面に沿って切断した断面で示す。図４ｃに、トランスデューサ・アセンブリ５８を側面図で示し、図４ｄに、トランスデューサ・アセンブリ５８を上面図で示す。
【００８１】
次に、図１、図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図６および図７を参照する。これらの図に、センサ収容アセンブリ６０を示す。センサ収容アセンブリ６０内には、トランスデューサ・アセンブリ・ユニット５８が、ばね荷重により前後の動きが制限された状態で取り付けられ、かつ前方位置に付勢される。このセンサ収容アセンブリ６０は、長手方向水平中心面に沿って互いに分離する２つのパーツ６２ａおよび６２ｂからなるセンサ収容ハウジング６２（図６および図７参照）を備える。センサ収容ハウジング６２は、概ね円筒形の形状を有し、２つの半分のパーツ６２ａおよび６２ｂは、適切な留め具（例えば、ねじ）その他の手段によって互いに固定される。
【００８２】
次に、図５ａ、図５ｂおよび図５ｃを参照する。これらの図には、センサ収容アセンブリ６０の一部を示す。端部取付片６４が、センサ収容ハウジング６２の後側に取り付けられ、電気コネクタ６６の後端が端部取付片６４に取り付けられる。圧縮コイルばね６８が、端部取付片６４にあてがわれるようにセンサ収容ハウジング６０の後方部分に取り付けられ、それによって、トランスデューサ・アセンブリ５８が押し付けられ、前方位置に向かって付勢される。トランスデューサ・アセンブリ５８とセンサ収容ハウジング６２の間に、前後の動きの案内として、またこの前後の動きを制限するために適当なトング−スロット相互接続部（tongue-and-slot interconnection）が設けられる。
【００８３】
トリガ・アセンブリ２３（図１）は、旋回位置７４の周りに旋回可能に取り付けられたトリガ部材７２（またはトリガ７２）、トリガ部材７２を前方に付勢するようにトリガ部材７２の背後に位置決めされたばね部材７６、およびトリガ７２の後方で回路ボード部２０に接続されるトリガスイッチ７７を備える。
【００８４】
さらに図１を参照すると、電源２２が、その上面に適切な取付けコンポーネント７８を有することがわかる。取付けコンポーネント７８は、ピストルグリップ２６の下端の電源取付け部分２８の突合わせコンポーネントにはめ込まれる。例えば、この接続部は、スライド式接続部の形態を取り得るはずである。バッテリ（すなわち、電源）２２をピストルグリップ２６の下端の後方に位置決めし、前方に移動させて、ピストルグリップ２６の下側接続部分とスライド式に係合させる。
【００８５】
図１には、ケーブル（図示省略）によって回路ボード部２０をコンピュータ１４に接続して、コンピュータ１４と情報をやり取りするケーブル接続部７９も示す。本発明の一実施形態では、ケーブル接続部７９は、回路ボード部２０をＰＤＡ１４に接続する。
【００８６】
本発明の別の実施形態では、ケーブル接続部７９は、回路ボード部２０をデスクトップ・コンピュータ１４に接続する。あるいは、回路ボード２０からの出力信号は、無線周波その他の搬送波技術（例えば、赤外線、マイクロ波）によってコンピュータ１４に送信し得るはずである。
【００８７】
図１には、上部ハウジング部２４の前端から前方に延びる三角形状に配置された３つのスタンドオフ（standoff）８２も示す。使用者は、これらを使用して、装置１２を、それに隣接する容器表面に対して適切な向きに位置決めし得る。本出願人が企図している現在の設計には、これらのスタンドオフ８２が組み込まれていない。しかしながら、ある種の適用例では、これらのスタンドオフ８２は、超音波センサと表面の結合を改善するのに、この表面が平坦か平坦でないか、あるいは起伏があるかどうかにかかわらず、有利になり得るはずである。
【００８８】
図１で、ガン・ハウジング１６の上面後方部分は、平坦な表面部分８４（すなわち、台８４）を有することに留意されたい。この表面部分８４は、この平坦な表面すなわち台の上にＰＤＡ１４を配置し、適当な方法（例えば、Ｖｅｌｃｒｏ（登録商標）その他の何らかの留め具または装置）で固定し得るように設けられる。そのため、操作者は、検査装置のガンアセンブリ１２を操作するのと同時に、ＰＤＡ１４の表示パネルを見ることができるはずであり、各種の測定値および情報を表示したり、或いはコマンドをＰＤＡ１４に入力し得るはずである。若しくは、ガンアセンブリ１２を遠隔的に、すなわち、表示コンピュータ１４から離れたところで操作し得るはずであり、それによって、測定値、データおよび情報を読み出し、また、プロセス監視ステーションまたは類似のフローシステム・アプリケーションから、無線周波数、超音波や赤外線の信号その他の信号化手段を介してユーザコマンドを入力し得るはずである。
【００８９】
これらのコンポーネントの組み立て方は、図１の分解図を見れば容易に理解し得ると思われる。
【００９０】
ｃ）回路部（すなわち、回路ボード部）２０
回路ボード部２０は、４つの個々の回路ボード・コンポーネント、すなわち、
ｉ．パルス発生ボード８００
ｉｉ．受信ボード９００
ｉｉｉ．信号処理・制御ボード（以下、「デジタルボード」と呼ぶ）１０００
ｉｖ．通信インターフェースボード（以下、「ＰｉｃｏＷｅｂ（商標）ボード」と呼ぶ）１１００
を備える。
【００９１】
これらをそれぞれ簡潔に説明し、その後で、より詳細な説明を行う。
【００９２】
図８に示すように、パルス発生ボード８００は、ＨＦ（高周波）パルスまたはＬＦ（低周波）パルスのいずれかを、容器の検査を行う検知部１８に伝送する高周波回路部分８２０および低周波回路部分８３０を有する。ガンアセンブリ１２に（高周波または低周波の）いずれのトランスデューサ・アセンブリ５８を配置するかに応じて、デジタルボード１０００を介して、ＨＦ（高周波）回路部８２０またはＬＦ（低周波）回路部８３０のいずれかに同期信号を送信して、適切な回路を準備が整った状態にする。次いで、パルス発生ボード８００が、トランスデューサ４０に信号を送信して、ＨＦ回路８２０またはＬＦ回路８３０における（高周波または低周波）超音波パルスの出力を開始する。サンプル容器を検査するためにＨＦ回路８２０またはＬＦ回路８３０のいずれかで生成された信号は、パルス発生ボード８００上のリレー回路要素８４０によって検知部１８に送られる。そして、この信号は、受信ボード９００に受信された後、さらなる処理を行うために、デジタルボード１０００に送信または伝達される。
【００９３】
トランスデューサ４０が、検査の結果生じた１つまたは複数の音響エコーを受信した後で、受信ボード９００（図９参照）は、（この時点で装置内で使用されているトランスデューサに応じて）高周波または低周波のトランスデューサ４０からの戻りアナログ信号を受信して、この信号を増幅した後、このアナログ信号をデジタルボード１０００（図１０）に送信する。
【００９４】
信号処理・制御ボード１０００（図１０；以下、「デジタルボード」１０００と呼ぶ）は、受信ボード９００からアナログ信号を受信し、このアナログ信号をデジタル信号に変換し、次いで、このデジタル信号をインターフェースボード１１００を介してコンピュータ１４に送信するという主要機能を含めて、いくつかの機能を実施する。デジタルボード１０００は、いくつかの他の機能を有するが、これらは、本明細書で後でより詳細に説明することになる。
【００９５】
インターフェースボード１１００は、デジタルボード１０００とコンピュータ１４の間の通信リンクとして機能し、デジタルボード１０００からの情報を、コンピュータ１４が容易に受信し得るフォーマットで送り出す。インターフェースボード１１００は、コンピュータ１４とデジタルボード１０００の通信リンクとしても働き、それによって、コンピュータ１４とデジタルボード１０００の間で情報のやり取りが行われる。
【００９６】
インターフェースボード１１００は、従来型若しくは市販のタイプのものとし得る。好ましい実施形態では、このインターフェースボードは、現時点ではＰｉｃｏＷｅｂ（商標；以下省略）サーバ用イーサネット通信ボード（米国カリフォルニア州９２０３７−３０４４  La Jolla所在のLightner Engineering社）である。
【００９７】
ここで、これら４枚のボードをより詳細に説明する。
【００９８】
ｉ．パルス発生ボード８００
図８のブロック図を参照する。図８で、パルス発生ボード８００の回路をより詳細に示し説明する。
【００９９】
パルス発生ボード８００への初期入力は、操作者（すなわち利用者）が、トリガ・スイッチ７７を作動させるためにトリガ７２を強く握る動作によりスイッチ・アセンブリ２３が作動されるときに、デジタルボード１０００（図１０）を介してトリガ信号すなわち同期信号として入来する。
【０１００】
図８に示すように、２つのパルス発生部、すなわち、（経路要素８２２〜８２６を備える）高周波パルス発生部８２０および（経路要素８３２〜８３６を備える）低周波パルス発生部８３０が設けられている。その信号は、ガンアセンブリ１２内に高周波または低周波のトランスデューサ４０のいずれを取り付けるかに応じて、高周波「作動」信号８２２または低周波「作動」信号８３２のいずれかになる。この初期信号は、それが高周波信号８２２である場合には、高周波パルス発生部８２０に送られ、そこを通過する。この初期信号は、それが低周波信号８３２である場合には、低周波パルス発生部８３０に送られ、そこを通過する。
【０１０１】
デジタルボード１０００から高周波作動信号８２２を受信すると、それは駆動増幅器回路８２４に送られる。次いで、駆動増幅器８２４は、高周波パルス電源８２６内の高電圧スイッチにゲート信号を送信して、高電圧パルスが出力される。この高電圧パルス出力は、この出力を受信するように設定されたリレー８４０に送られ、次いでこの信号は、検知部１８に送信される。好ましい形態では、高周波パルス発生部８２０から検知部１８に送信される信号は、３８５ボルトの方形波パルスであり、それによって高周波トランスデューサ４０が、サンプル容器の検査を行うための高周波超音波パルスの出力を開始する。この高電圧パルス出力信号は、検知部１８に送信される。戻りエコーは、検知部１８から受信された後、受信ボード９００を介してデジタルボード１０００に送信されてデジタル化が行われる。その後、デジタル化された信号は、ＰｉｃｏＷｅｂインターフェースボード１１００を介してホストコンピュータ１４に通信される。
【０１０２】
低周波作動信号８３２が初期同期信号あるいはトリガ信号として受信されるとき（これは、ガンアセンブリ内に低周波トランスデューサ部が取り付けられるときに生じることになる）、実質的に同じシーケンスが行われる。この構成では、低周波開始信号８３２が、これに対応する増幅器８３４に低周波入力として送られ、次いでその出力が、低周波パルス電源８３６に入り、低周波パルス電源８３６によりバーストパルスが生成される。好ましい実施形態では、このバーストパルスは、それぞれ約６００ボルトの電圧を有する数サイクル〜多数サイクルの正弦波形バーストまたはトーンバースト（tone burst）を含む。リレー８４０は、低周波パルス電源の出力信号を受け取り、この信号を検知部１８に送信する。次いで、このパルス信号は、作動時にガンアセンブリ１２内に取り付けられている低周波トランスデューサ４０を作動させる。高周波パルスの場合と同様に、この低周波信号は、受信ボード９００に送信され、デジタルボード１０００によってデジタル化され、ＰｉｃｏＷｅｂインターフェースボード１１００を介してコンピュータ１４に通信される。
【０１０３】
本発明のより広い範囲では、本発明のこの実施形態に関して本明細書で論じた動作パラメータは、応用例に応じて変わり得ることが当業者には容易に理解されよう。
【０１０４】
例えば、高周波パルス８２２の電圧は、４００、４５０、５００、６００、７００、８００、９００、またはおそらくは１，０００ボルトという高い電圧レベルになることもあり、あるいはおそらくは、３５０、３００、２５０、２００、または１５０ボルト、あるいはそれ以下という低い電圧レベルにもなり得る。同様に、低周波バーストの様々なパラメータも変化し得る。例えば、この低周波バースト８３２の電圧は、低い方では、２００、３００、４００、５００ボルトにも低くなることがあり、あるいは高い方では、７００、８００、９００、１，０００ボルト、またはそれ以上にも高くなり得る。
【０１０５】
ｉｉ．受信回路ボード９００
次に、図９を参照する。図９には、受信ボード９００のブロック図を示す。パルス発生ボード８００からのパルスがトランスデューサ４０に送信されて、検査中の容器を取り調べる低周波または高周波の超音波パルスが生成された後で、１つまたは複数の戻り音響エコーが、トランスデューサ４０によって受信され、アナログ信号に変換される。このアナログ信号は、受信ボード９００によって受信され、アナログ信号としてデジタルボード１０００（図１０）に送られる。このアナログ信号のデジタル化は、デジタルボード１０００上にあるアナログ／デジタル・コンバータ１０２０によって行われる。
【０１０６】
図９では、受信回路ボード９００への入力信号は、検知部１８から受け取り、電圧リミッタ９２０に送られる。電圧リミッタ９２０は、高振幅送信パルスから受信ボード９００を保護するが、（１ボルト未満の）低振幅エコーを通過させることができる。上述したように、戻り信号は、１つまたは複数の音響エコーが戻る結果生じる１つまたは複数の信号成分を含み得る。
【０１０７】
電圧リミッタ９２０を介して受信した戻り信号９１０は前置増幅器９３０に送られ、前置増幅器９３０からの増幅信号出力は、１００ｋＨｚ以上の周波数を通過させるハイパスフィルタ９４０に送られ、そこを通過する。次いで、ハイパスフィルタ９４０からの信号出力は、可変利得増幅器９５０に送られ、その後、後置利得増幅器９６０を介してデジタルボード１０００に至る。
【０１０８】
この受信回路９００内の可変利得増幅器９５０は、デジタルボード１０００の制御下にあり、この検査装置の利用者／操作者は、コマンドを入力して可変利得増幅器９５０を調整することによって受信信号９１０を増幅させることができる。
【０１０９】
後置利得増幅器９６０としては、従来型のものを用いることが可能である。その一実施形態として、２段階式の後置利得増幅器９６０がある。この後置利得増幅器９６０では、第１段で信号強度を２０ｄＢ増加させ、第２段で信号強度をさらに２０ｄＢ増加させる。
【０１１０】
受信ボード９００からの出力は、増幅されたアナログ信号であり、このアナログ信号は、デジタルボード１０００に送られて、アナログ／デジタル・コンバータ１０２０（図１０）によりデジタル信号に変換される。
【０１１１】
ｉｉｉ．デジタルボード１０００
次に、図１０を参照する。図１０には、デジタルボード１０００のブロック図を示す。図１０のブロック図に示す各コンポーネントの全体的な機能を説明し、次いで、デジタルボード１０００の全体的な動作を検討する。
【０１１２】
デジタルボード１０００上では、電力レギュレータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１００５が、電源（例えば、バッテリその他の電源）２２から＋１２ボルトの電力入力を受け取る。この単一入力電源電圧から、電力レギュレータ１００５は、回路部２０内および検査装置１０内の様々な構成要素の要件に基づいて複数の出力電圧を提供する。より具体的には、レギュレータ／コンバータ回路１００５は、＋１２ボルトの電力入力源電圧を、＋１０ボルト出力の第１電圧、＋５ボルト出力の第２および第３の電圧、並びに＋３．３ボルト出力の第４および第５の電圧の５つの電圧出力に変換する。
【０１１３】
第１の場合、レギュレータ１００５は、電源２２から受け取った＋１２ボルトの入力源電圧を、パルス発生ボード８００、受信ボード９００およびデジタルボード上の主要回路を駆動する＋１０ボルト出力に変換する。より具体的には、レギュレータ１００５からの＋１０ボルト出力電圧により、パルス発生ボード８００上に配置されたＨＦパルス発生回路８２０およびＬＦパルス発生回路８３０、並びに受信ボード９００上の各コンポーネントがイネーブルになり、かつそれらに電力が供給される。受信ボード９００上では、デジタルボードインターフェース１０１５を介して、前置増幅器９３０、ハイパスフィルタ９４０、可変利得増幅器９５０、および後置利得増幅器９６０など、個々のコンポーネントにそれぞれ＋１０ボルト出力が供給される。好ましい構成では、レギュレータ１００５からの＋１０ボルト出力により、Ｄ／Ａコンバータ１０５０およびデジタルインターフェース回路（パルス発生／受信ボードインターフェース）１０１５にも電力が供給される。後者のコンポーネントにより、パルス発生ボード８００と、受信ボード９００と、デジタルボード１０００との間でデータおよび情報を転送する極めて重要なインターフェースが提供される。
【０１１４】
コンバータ１００５はさらに、２つの＋５ボルト出力電圧を提供する。第１の＋５ボルト出力（例えば、＋５Ｖ＿ＨＶ）は、パルス発生ボード８００上の高周波パルス発生部８２０に入力として提供され、そこで３８５ボルトの方形波高電圧出力になる。
【０１１５】
より具体的には、この電圧は、デジタルボードインターフェース１０１５を介して、パルス発生ボード８００に供給され、そこで、高周波パルス電源回路８２６に入力される。コンバータ１００５からの第２の＋５ボルト出力（例えば、＋５Ｖ＿ＰＩＣＯ）は、デジタルボード１０００上のＰｉｃｏＷｅｂインターフェース論理回路１０１０に供給される。コンバータ１００５はさらに、２つの＋３．３ボルト出力を提供する。第１の＋３．３ボルト出力（例えば、＋ＶＡ）は、デジタルボード１０００上のＡ／Ｄコンバータ１０２０など、様々なアナログ回路に送達され、それらに電力を供給する。第２の＋３．３ボルト出力（例えば、＋ＶＤ）は、ＦＰＧＡコンポーネント１０２５、マイクロプロセッサ１０３０、ＦＩＦＯコンポーネント１０４０、温度センサ用Ａ／Ｄコンバータ１０４５、ＥＥＰＲＯＭ回路部１０５５およびＲＡＭコンポーネント１０６０など、デジタルボード１０００の他の回路に送達され、それらに電力を供給する。
【０１１６】
デジタルボード１０００はさらに、回路部２０とやり取りする信号や情報を受信し、処理し、かつ送信する主要な機能を果たすマイクロプロセッサ・コンポーネント１０３０（マイクロコントローラ）を備える。マイクロプロセッサ１０３０は、データ取得およびユーザインターフェース機能を制御する。
【０１１７】
マイクロプロセッサ１０３０はさらに、様々な電力入力および信号入力を受け取り、それらを処理する。例えば、マイクロコントローラ１０３０とコンバータ１００５は動作可能に接続される。コンバータ１００５は、マイクロコントローラ１０３０からコンバータ１００５に送信されるイネーブル信号（例えば、ＡＮＡＬＯＧ＿ＯＮ）によってオンオフ制御される。
【０１１８】
デジタルボード１０００のマイクロプロセッサ１０３０は、従来タイプのものとし得る。好ましい実施形態では、マイクロプロセッサ１０３０は、現時点では、Texas Instruments社（米国テキサス州７５２４３−４１３６  ダラス所在）から市販されているＭＳＰ−４３０Ｆ ＯＴＰ／ＥＰＲＯＭチップである。
【０１１９】
他の同等のコンポーネントが、このマイクロプロセッサに必要とされる機能を提供し得ることが当業者には理解されよう。そのため、本明細書で特定のコンポーネントを使用することによって、素子のタイプ、機能、または範囲を制限することを明示的または本質的に意味または示唆するものではない。
【０１２０】
図１０に示すように、マイクロプロセッサ１０３０は、電力レギュレータ１００５、ＦＰＧＡ１０２５、ＦＩＦＯメモリ回路１０４０、ＥＥＰＲＯＭ回路１０５５、ＬＥＤ表示コネクタ１０７５およびテストスイッチコネクタ１０９０など、デジタルボード１０００上の多数のコンポーネントに動作可能に接続され、それらとやり取りを行う。マイクロプロセッサ１０３０は、デジタルボードインターフェース１０１５によって、パルス発生ボード８００および受信ボード９００の様々なコンポーネントとも通信し、それらとやり取りを行う。
【０１２１】
マイクロプロセッサ１０３０はさらに、デジタルボード１０００上にあるＰｉｃｏＷｅｂインターフェース１０１０によって、ＰｉｃｏＷｅｂボードとやり取りを行う。ＰｉｃｏＷｅｂインターフェース１０１０は、ＰｉｃｏＷｅｂインターフェースコネクタ１０８５およびＰｉｃｏＷｅｂパラレルＩ／Ｏコネクタ１１１０を介してＰｉｃｏＷｅｂボードに動作可能に接続される。
【０１２２】
マイクロプロセッサ１０３０は、８本のデータラインと１４本のアドレスラインからなるバス要素を含み、これにより、マイクロプロセッサ１０３０はやり取りを行うことができ、これらのラインは、マイクロプロセッサ１０３０の動作制御下で様々なコンポーネント間でデータおよび情報を伝達する。
【０１２３】
例えば、マイクロプロセッサ１０３０の主要な機能は、Ａ／Ｄコンバータ１０２０から、デジタル変換された信号データを送信することである。さらに、図１０に示すように、マイクロプロセッサ１０３０は、ＥＥＰＲＯＭメモリ回路１０５５、ＦＩＦＯメモリ回路１０４０と信号データの送受信も行う。また、マイクロコントローラ１０３０は、パルス発生ボードコネクタ１０１５を介して、パルス発生ボード８００の高電圧回路８２０にイネーブル信号（例えば、ＨＶ  ＯＮ）を送信して、高電圧をオンにする。
【０１２４】
デジタルボード１０００上のマイクロプロセッサ１０３０は、装置１０に取り付けられたトランスデューサ４０の（ＬＦまたはＨＦのいずれかの）タイプを認識・判定することもできる。
【０１２５】
マイクロプロセッサ１０３０は、パルス発生／受信ボードコネクタ１０１５を介して、装置１０に取り付けられたトランスデューサ４０の（ＬＦまたはＨＦのいずれかの）タイプを示す信号（例えば、ＴＹＰＥ  ＲＬＹ）と、温度用Ａ／Ｄコンバータ１０４５からのデジタル化された温度波形信号とを検出し受信する。マイクロプロセッサ１０３０は、受信ボード８００から受信したセンサタイプに関する入力信号と、デジタルボード１０００上の温度用Ａ／Ｄ回路１０４５からの出力信号を処理する。
【０１２６】
マイクロプロセッサ１０３０（図１０）は、ＦＰＧＡ１０２５にイネーブル信号（例えば、ＦＩＲＥ）を送信する役割も果たす。このイネーブル信号は、この回路を初期化し、かつこの回路との同期を取り、その結果、ＨＦパルス−トリガ／同期信号およびＬＦパルス−トリガ／同期信号が出力され、それぞれパルス発生ボード８００のＨＦ信号チャネル８２０またはＬＦ信号チャネル８３０に送信される。この信号はさらに、ＦＰＧＡ１０２５に、その繰返しサイクルを開始するタイミングを知らせる。
【０１２７】
マイクロプロセッサ１０３０は、シリアル通信回路１０６５を介してデバッグ用コネクタ１０８０と通信するようにも構成される。この回路（例えば、マイクロプロセッサ１０３０からデバッグ用コネクタ１０８０まで）は、マイクロプロセッサ１０３０や装置１０のトラブルシューティングをうまく進めるために、プログラミング中でのみ使用される。
【０１２８】
マイクロプロセッサ１０３０は、デジタルボード１０００上のＬＥＤ表示素子部１０７５ともやり取りを行って、ＬＥＤ表示素子部１０７５に信号（例えば、ＦＩＲＥ、ＥＲＲＯＲなど）を送る。好ましい実施形態では、ＬＥＤ表示素子部１０７５は、先ず検査装置１０に電力が供給されたときに点灯する第１のＬＥＤ、検査装置１０が作動状態になったことを示す信号（例えば、ＦＩＲＥ）を受信したとき、または波形データを取得したときに点灯する第２のＬＥＤ、およびエラー信号（例えば、ＥＲＲＯＲ）が発生したときに点灯する第３のＬＥＤの３つの独立したＬＥＤを備える。
【０１２９】
マイクロプロセッサ１０３０はさらに、操作者がトリガスイッチ１０７０を作動させたときに出力される検査装置１０の検査（例えば、波形）信号データを受信し、処理し、送信する。
【０１３０】
マイクロプロセッサ１０３０の他の重要な機能には、ＦＩＦＯデータ・バッファ回路１０４０、ＥＥＰＲＯＭメモリ回路１０５５、並びにＰｉｃｏＷｅｂインターフェース論理回路１０１０とのやり取り・通信が含まれる。
【０１３１】
デジタルボード１０００の別のコンポーネントであるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）１０２５は、マイクロプロセッサ１０３０に動作可能に接続される。ＦＰＧＡ１０２５は、１）遅延時間、２）デジタル化速度、３）低周波トランスデューサ部５８から放出されるバースト・サイクルの周波数、および４）高周波トランスデューサ部４０の高周波パルス幅を制御するように機能する。さらに、ＦＰＧＡ１０２５には、その機能を実施するためにコードが物理的に組み込まれており、ＦＰＧＡ１０２５は、２つの仮想シリアルポート（通信インターリンク）を介してマイクロプロセッサ１０３０と通信・やり取りを行う。好ましい実施形態では、シリアル通信は、「２線式」すなわち「Ｉ2Ｃ」プロトコルを用いて実施される。この好ましい構成では、第１シリアル・インターリンク（例えば、ＳＤＡ）は、マイクロプロセッサ１０３０からＦＰＧＡ１０２５に、操作者が制御・構成するデータを送信する。第２シリアル・インターリンク（ＦＰＧＡ＿ＳＣＬ）は、この構成データをＦＰＧＡ１０２５に移動させて、装置１０がこれらのパラメータを利用できるようにする。このようにして、それぞれのＨＦパルス発生回路８２０およびＬＦパルス発生回路８３０の動作パラメータ（例えば、パルス幅、パルスの送信タイミングおよび周波数、パルスを送信する頻度、バースト中のパルス数など）を、ＦＰＧＡ１０２５に送信し、ＦＰＧＡ１０２５を介して検査装置１０に通信する。
【０１３２】
ＦＰＧＡ１０２５は、プログラムを書き換えることができ、あるいは、プログラミングを改変して追加の機能を実施し得るという点で独特なものである。ＦＰＧＡ（すなわち、「ゲートアレイ」）１０２５のプログラミングの改変は、４本の追加の通信ライン（例えば、ＴＤＯ＿ＦＰＧＡ、ＴＭＳ＿ＦＰＧＡ、ＴＤＩ＿ＦＰＧＡ、およびＴＣＫ＿ＦＰＧＡ）を備えるＪＴＡＧインターフェース要素（図示省略）を介して行われる。装置１０の正常な動作中には、ＪＴＡＧインターフェースは使用しない。
【０１３３】
ＦＰＧＡコンポーネント１０２５は、パルス発生ボード８００のそれぞれのＨＦ回路部８２０およびＬＦ回路部８３０への入力として、ＬＦトリガ／同期パルスおよびＨＦトリガ／同期パルス（例えば、それぞれＰＵＬＳＥＲ＿ＴＲＩＧ＿ＬＦおよびＰＵＬＳＥＲ＿ＴＲＩＧ＿ＨＦ）の出力を開始する役割を果たす。ＦＰＧＡ１０４０は、パルス発生ボード・インターフェース・コネクタ１０１５に動作可能に接続され（図１０参照）、それによってトリガパルスが、パルス発生制御回路８００の必要とされるサブセクションに到達し得る。
【０１３４】
ＦＰＧＡ１０２５はさらに、ＦＰＧＡ１０２５に２０ＭＨｚの基本周波数を出力する発振器／増幅器（図示省略）を備え、この周波数から、装置１０内で使用される他のすべての周波数が得られる。
【０１３５】
ＦＰＧＡ１０２５からのクロック信号（ＣＬＫ）は、パルス発生ボード８００のＬＦ回路部８２０およびＨＦ回路部８３０にそれぞれ出力されるトリガパルス信号の遅延、間隔、周波数、およびパルス幅に関係する実際のタイミング機能を制御する。ＦＰＧＡ１０２５のクロック信号は、バースト中のパルスの繰返し率および数なども制御する。
【０１３６】
ＦＰＧＡ１０２５からのクロック信号（ＣＬＫ）はさらに、他の重要な回路に対するタイミング機能を制御し、かつそれとの同期をとる。正常な動作中に、例えば、ＦＰＧＡ１０２５からのクロック信号（ＣＬＫ）は、ＦＩＦＯデータ送信部１０４０に送信され、それによって、この回路用の周波数およびタイミングの機能が制御される。ＦＰＧＡ１０２５からのタイミングクロック（ＣＬＫ）信号は、Ａ／Ｄコンバータ１０２０にも送られる。このクロック信号（ＣＬＫ）が「下がる」信号になる（ハイレベルからローレベルになる）たびに、受信アナログ入力（波形）信号が読み取られ、Ａ／Ｄコンバータ１０２０内に送られ、８ビットの結果値にデジタル化される。次いで、このデジタル値は、ＦＩＦＯ回路１０４０内の２つのデータバス要素の１つを介してＦＩＦＯデータバッファ１０４０に送信され書き込まれる。
【０１３７】
好ましい実施形態では、ＦＩＦＯ１０４０は、２つのＯＲゲートを備える。第１ゲートは、装置１０の正常な動作中にＰｉｃｏＷｅｂボード１１００からクロック信号（例えば、ＰＩＣＯ  ＦＩＦＯ  ＲＣＬＫ）を受信し、それを読み取ることができ、また副次的には、マイクロプロセッサ１０３０とＦＩＦＯ１０４０の間の通信経路をテストするときに、マイクロプロセッサ１０３０からクロック信号（例えば、ＦＩＦＯ  ＲＣＬＫ）を読み出し、受信することができる。第２ＯＲゲートは、装置１０の動作中にパルス発生部のタイミングを制御するＦＰＧＡ部１０４０からの通常のクロック信号（ＣＬＫ）を受信する。ＦＰＧＡ１０４０は、このタイミングクロック信号（ＣＬＫ）を、ＦＩＦＯ回路１０４０内に配置された２つのＯＲゲートの第２のゲートを介してＦＩＦＯ１０４０に送信する。第１のＯＲゲートは、マイクロコントローラ１０３０とのトラブルシューティングのやり取りや、動作時のＰｉｃｏＷｅｂボード１１００との通常の通信に制限される。
【０１３８】
ＦＩＦＯデータ送信部１０４０は、「先入れ／先出し」に基づいて動作し、それによってデータを高速に入力し、それよりも遅い速度で、すなわち要求に応じて取り出すことができる。ＦＩＦＯ１０４０への波形信号入力は、図１０に示すようにアナログ／デジタルコンバータ１０２０（Ａ／Ｄコンバータ１０２０）から送られる。ＦＩＦＯデータ部１０４０は、ＲＡＭコンポーネント１０６０で特定のアドレスラインを使用する場合と異なり、特定のアドレスラインを利用しない。ＦＩＦＯ１０４０では、新しいデータビットがそれぞれ到着すると、データポインタを増やす。好ましい動作条件下では、ＦＩＦＯコンポーネント１０４０が一杯になるか、あるいは新しいクロックサイクルが始まると、波形データが取り出され、読み取られ、パラレルデータ・バスラインを介してＰｉｃｏＷｅｂボード１１００に送信される。新しいサイクルが始まると、データ・ロケータ／ポインタもリセットされ、ＦＩＦＯ回路１０４０に新しい波形データが入力され得る。
【０１３９】
好ましい実施形態では、ＦＩＦＯ回路１０４０の２つのバス要素はそれぞれ、８本のデータラインを備える。各ラインは１ビットのデータを送信し、それによって、各クロックサイクルごとに最大１バイトのデータが送信される。ＦＩＦＯ回路１０４０のデジタルデータ・バス部はそれぞれ、マイクロコントローラ１０３０並びにＰｉｃｏＷｅｂインターフェース論理回路１０１０に動作可能に接続される。ＦＩＦＯ１０４０が受信するタイミングクロック（ＣＬＫ）信号がローからハイになると、ＦＩＦＯ１０４０内に記憶された波形データが読み出され、ＦＩＦＯ１０４０からデジタル・バス要素を介して出力され、ＰｉｃｏＷｅｂインターフェース論理回路１０１０を介して送信され、パラレルＩ／Ｏコネクタ１１１０を介して受信され、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００に至る。
【０１４０】
このようにして、波形データがＰｉｃｏＷｅｂボード１１００に送信される。最終的に波形は、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のマイクロコントローラ１１２０およびイーサネット・コントローラ１１３０を介してホストＰＣ１４に送られて、さらなる処理・解析が行われる。
【０１４１】
温度センサ用アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１０４５は、デジタルボード１０００上に配置される。前述したように、サーミスタ４９が、トランスデューサ・アセンブリ（ユニット）５８内に取り付けられる。サーミスタ４９は、温度測定値を表すアナログ信号（例えば、ＴＨＥＲＭＩＳＴＥＲ＿Ｈ）を、デジタルボード１０００上の温度センサ用Ａ／Ｄコンバータ１０４５に送信する。温度センサ用Ａ／Ｄコンバータ１０４５は、このアナログ信号をデジタル信号に変換する。温度センサ用Ａ／Ｄコンバータ１０４５は、マイクロコントローラ１０３０の制御下にある。マイクロコントローラ１０３０は、自動的かつ周期的に温度センサ用Ａ／Ｄコンバータ１０４５に問合わせを行い、ホストコンピュータ１４から受信する各波形要求に応じて、デジタル化された温度測定値をホストコンピュータ１４に送信する。
【０１４２】
操作者は、制御構成を更新するためのユーザコマンドによる波形要求を送信することによって、手動で温度測定値を要求する裁量を有する。
【０１４３】
波形振幅用Ｄ／Ａコンバータ１０５０（図１０）は、適切かつ十分な強度のアナログ信号を、パルス発生／受信ボード・インターフェース・コネクタ１０１５を介して受信ボード９００に送信することを助けるという主要な機能を果たす。波形振幅用Ｄ／Ａコンバータ１０５０（図１０）は、マイクロプロセッサ１０３０に動作可能に接続され、受信ボード９００とやり取りを行って、デジタルボード上の１０ピンのパルス発生／受信コネクタ１０１５（図１０）を介して通信する。Ｄ／Ａコンバータ１０５０は、この同じコネクタ１０１５を介してパルス発生ボード９００ともやり取りを行い、レギュレータ１００５の＋１０ボルト源から電力の供給を受ける。
【０１４４】
好ましい実施形態では、トランスデューサ部５８から受信し、受信ボード９００からデジタルボード１０００に提供される信号が弱いとき、例えば、受信した音響波が、それが長い距離を通過したために大きく減衰されているとき、操作者は任意選択で、より容易に読み取りおよび処理ができるように、大きな信号振幅をマイクロコントローラ１０３０に出力・取り出すように命令する要求を、（例えば、ＰＤＡ、ラップトップ、デスクトップなどの）コンピュータ１４に入力する。
【０１４５】
波形振幅をこのように大きくするために、コンピュータ１４に操作者要求を入力する。マイクロコントローラ１０３０からのコマンドがＤ／Ａコンバータ１０５０に送信されると、Ｄ／Ａコンバータ１０５０は、パルス発生／受信ボード・インターフェース・コネクタ１０１５を介して、受信ボード９００上の可変利得増幅器９５０に要求信号（ＧＡＩＮ＿ＳＥＴ）を送信する。これに応答して、より大きな振幅のアナログ信号が送信され、デジタルボード１０００上のＡ／Ｄコンバータ１０２０に戻る。マイクロコントローラ１０３０はデジタル信号しか提供（または出力）しないので、Ｄ／Ａコンバータ１０５０が、受信ボード９００に適切なアナログ信号を送信する役割を果たす。
【０１４６】
不揮発性メモリＥＥＰＲＯＭ記憶素子１０５５は、検査装置１０についての動作設定その他の設定情報を記憶して、装置１０の作動を停止するとき、あるいは、電力が失われた場合にこのような情報を保持する。ＥＥＰＲＯＭコンポーネント１０５５により、操作者は、装置１０の設定を調整・確定することができ、それを動作中にガン１２内に記憶することができる。ガン１２への電力が失われるか、あるいは遮断された場合、動作パラメータおよび構成情報はＥＥＰＲＯＭ１０５５によって保持されており、そのため、操作者がガンアセンブリ１２に再び電力を供給するときに、予め選択した同じ設定および構成情報が保持されており、それら情報が操作者に利用可能になる。動作パラメータは、操作者がそれらを変更または改変する選択をしない限り、すなわちそのような選択をするまでは保持される。
【０１４７】
デジタル回路部１０００上のＲＡＭコンポーネント１０６０は、装置１０のトラブルシューティングまたはテスト中に一時的なメモリ・バッファおよびデータ交換領域として機能する。ＲＡＭコンポーネント１０６０は、デジタル回路部１０００上に配置されたマイクロコントローラ１０３５およびＦＩＦＯメモリ回路１０４０、並びにホストコンピュータ１４に動作可能に接続される。ＲＡＭコンポーネント１０６０は、動作情報、診断情報、あるいは他のデータ解析情報など、取得される様々なデータストリームを固有に識別し、送信・記憶するための１５本のアドレスラインを備える。ＲＡＭコンポーネントはさらに、マイクロコントローラ１０３５、ＦＩＦＯメモリ回路１０４０、あるいはホストコンピュータ１４とやり取りを行い、それらにデータを送信するための８本のデータラインを備える。操作者によって入力されたユーザコマンドや要求は、コンピュータ１４を介してＲＡＭコンポーネント１０６０とやり取りが行われ、マイクロコントローラ１０３０に至る。さらに、ＲＡＭ中に記憶される波形データがオーバフローすると、それらはＲＡＭコンポーネント１０６０に配置されたデータバスを介してＦＩＦＯ部１０４０に送信される。ＦＩＦＯ回路１０４０がＲＡＭ回路１０６０から受信したデータは、マイクロコントローラ１０３０から受信する要求に従ってホストコンピュータ１４に送信され得る。このようにして、情報がコンピュータのディスプレイを介して操作者に利用可能になる。
【０１４８】
好ましい構成では、（ＦＰＧＡコンポーネント１０２５に用いられるものと同様に）温度センサ用Ａ／Ｄコンバータ１０４５、波形振幅用Ｄ／Ａコンバータ１０５０およびＥＥＰＲＯＭ１０５５はすべて、「Ｉ2Ｃ」プロトコルを使用してマイクロコントローラ１０３０とやり取り・通信を行う。そのため、第１のシリアルデータ（ＳＤＡ）ラインを使用してデータを転送し、第２のシリアルクロック（ＳＣＬ）ラインを使用して、データ転送のタイミングを制御する。各コンポーネントは、固有のＴＣＰ／ＩＰプロトコル・アドレスを有する。マイクロコントローラ１０３０から命令を受け取ると、この命令を正しい回路部に送って適切な制御を実行する。それぞれのクロックサイクルや要求ごとに、これらのコンポーネント内のデータがＳＤＡを介してシリアルにマイクロコントローラ１０３０に転送される。その後、データは、デジタルボード１０００上に配置されたＰｉｃｏＷｅｂインターフェース論理回路１０１０およびＰｉｃｏＷｅｂコネクタ１０８５を介して、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００に送信される。ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００から、データはパッケージ化され、イーサネットを介してコンピュータ１４に送信される。ホストコンピュータ１４とのイーサネット通信経路の細部を、以下に、より詳細に説明する。
【０１４９】
トリガスイッチ回路部１０７０は、ガンアセンブリ１２のガン・ピストルグリップ２６内に取り付けられたスイッチアセンブリ２３に応答する。スイッチアセンブリ２３は、操作者がトリガ７２を強く握り、トリガ７２によりトリガスイッチ７７も作動状態になるときの信号（例えば、ＡＣＴＩＶＡＴＥ＿ＳＷ）によって作動状態になる。スイッチアセンブリ２３が作動状態（アクティブ）になると、信号（例えば、ＴＥＳＴ）がマイクロコントローラ１０３０に送信され、マイクロコントローラ１０３０により、装置１０の動作が開始され、かつその動作がテストされ、それによって装置１０が準備完了モードになる。
【０１５０】
装置１０の全体的な動作に関して、装置１０が使用されていないときには、電源が落ちない限り、マイクロコントローラ１０３０は、低電力動作モードに移行してエネルギーを節約する。要求が低い（low-demand）か、あるいは操作されていない期間中は、マイクロコントローラ１０３０は、装置１０内の他のコンポーネントにも信号を送り、それらを制御して、同様の低電力モードまたはパワーダウンモードにする。
【０１５１】
要求が低い状態では、例えば、マイクロコントローラ１０３０は、信号（例えば、ＡＤ＿ＳＬＥＥＰ）をＡ／Ｄコンバータ１０２０に送信して、それを一時的なスタンバイモードまたはスリープモードにすることができる。
【０１５２】
マイクロコントローラ１０３０は、レギュレータ／コンバータ１００５のそれぞれの電圧出力回路を含めて、他の電源を切るタイミングも制御し得る。例えば、レギュレータ／コンバータ１００５の第１の５ボルト出力回路に信号（５Ｖ＿ＯＮ）を送信して、デジタルボード・インターフェース１０１５をオンオフ制御し、それによって電力を節約し得る。さらに、レギュレータ／コンバータ１００５内の第２の５ボルト出力回路に信号（ＰＩＣＯ＿ＯＮ）を送信して、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００をオンオフ制御し得る。
【０１５３】
図１０に示すように、デジタルボード１０００上のマイクロプロセッサ１０３０はさらに、ＬＥＤ表示部１０７５（図１０）に動作可能に接続される。ＬＥＤ表示部１０７５は、操作者に情報を表示・提供するいくつかのＬＥＤ素子（図示省略）を備える。
【０１５４】
好ましい実施形態では、ＬＥＤ表示部１０７５は、電源用の第１ＬＥＤ、作動状態用の第２ＬＥＤ、およびエラー信号用の第３ＬＥＤを含む。電源用ＬＥＤは、それが点灯するときは、装置１０において電源が利用可能であることを操作者に示す。作動状態用ＬＥＤは、装置１０のトリガアセンブリ７２が押されたときに点灯して、波形データを取得中であることと、装置１０が正常に機能していることを操作者に知らせる。この回路の第３のＬＥＤであるエラー信号用ＬＥＤは、データ取得プロセス中にエラーが生じたときに点灯する。
【０１５５】
要望がある場合には、様々なＬＥＤ表示を色分けして、様々な機能を示すことができる。ＬＥＤ部１０７５には、マルチバイブレータ（図示省略）も含まれる。マルチバイブレータは、極めて高い周波数のパルスを取得し、これらのパルスを、パルス間により長いギャップを有するより長いパルスに変換する。この構成では、ＬＥＤ光パルスの継続時間およびこれらの光パルスの間隔により、利用者は任意選択でＬＥＤ信号表示を「点滅」光モードで観察し得る。
【０１５６】
デジタルボード１０００、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００、およびホストコンピュータ１４は、パラレル通信経路とシリアル通信経路の双方によって互いに通信し、やり取りを行う。
【０１５７】
パラレル経路は、ＰｉｃｏＷｅｂインターフェースを介してＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のパラレルＩ／Ｏコネクタ１１１０に至る、デジタルボード１０００からＰｉｃｏＷｅｂボード１１００までの経路を含む。シリアル経路は、シリアル回路１１４０を備え、ともにＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上に配置されたイーサネット・コントローラ１１３０およびイーサネット・コネクタ１１５０をさらに含む。以下、両方の通信経路をさらに説明する。
【０１５８】
ｄ）インターフェースボード（ＰｉｃｏＷｅｂインターフェースボード）１１００
次に、図面のうち図１１を参照する。図１１の回路ボードは、市販の回路ボードである。あるいは、市販の回路ボードと同じまたは類似のものとし得る。例えば、好ましい実施形態は、Lightner Engineering社（米国カリフォルニア州サンディエゴ所在）のＰｉｃｏＷｅｂインターフェースボードである。
【０１５９】
ＰｉｃｏＷｅｂインターフェースボード１１００の主な機能は、デジタルボード１０００から情報を受信し、ホストコンピュータ１４に正しく通信し得るフォーマットで送り出すことである。ＰｉｃｏＷｅｂインターフェースボード１１００は逆に、コンピュータ１４からの情報、コマンドおよび要求をデジタルボード１０００に引き渡す。
【０１６０】
ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００は、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上に配置された２５ピンの入出力（例えば、Ｉ／Ｏ）パラレルコネクタ１１１０によってデジタルボード１０００に動作可能に接続される。デジタル化された信号または波形のデータは、デジタルボード１０００上のＰｉｃｏＷｅｂインターフェース１０１０を介して送信され、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のＩ／Ｏコネクタ１１１０を介して８ビットのマイクロコントローラ回路１１２０に至る。マイクロコントローラ回路１１２０は、（プロトコル要件、ヘッダ情報、およびパケット・フォーマットなどを含めて）適切なイーサネット（ＴＣＰ／ＩＰまたはＵＤＰ）プロトコルによってデータをパッケージ化・準備して、イーサネット・コントローラ１１３０に転送する。次いで、コントローラ１１３０から、イーサネット・コネクタ１１５０を介してホストコンピュータ１４にデータを転送し、そこで、波形を再構築したり、データをさらに処理したりする。
【０１６１】
ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のマイクロコントローラ１１２０は、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００に対して通信およびプログラミングの中枢として働き、それによってデータを処理し、必要かつ適切な通信プロトコルによってホストコンピュータ１４とデータのやり取りを行う。
【０１６２】
好ましい実施形態では、マイクロコントローラ１１２０は、少なくとも、８Ｋｂのプログラム用フラッシュメモリ、５１２バイトのＥＥＰＲＯＭメモリ、および５１２バイトのＲＡＭメモリを含むように最適に構成された８ビットのＭＩＰＳ・ＲＩＳＣプロセッサを備える。このマイクロコントローラは、市販の回路ボードである。あるいは、市販の回路ボードと同じまたは類似のものとし得る。例えば、この実施形態では、現在は、８ビットのＡＶＲマイクロコントローラ１１２０が、Lightner Engineering社（米国カリフォルニア州サンディエゴ所在）から入手可能なＰｉｃｏＷｅｂインターフェースボード１１００に組み込まれている。
【０１６３】
好ましい実施形態では、マイクロコントローラ１１２０は、１）ＰｉｃｏＷｅｂインターフェース１０１０およびパラレルＩ／Ｏコネクタ１１１０を介してデジタルボード１０００とデータをやり取りするためのパラレル・データ・ドライバ・シーケンス（parallel data driver sequence）と、２）シリアルインターフェース回路１１４０を介してデジタルボードのマイクロコントローラ１０３０に情報を転送するためのシリアル（例えば、ＲＳ−２３２）ドライバ・シーケンスとをさらに含む。
【０１６４】
すでに示したように、Ｉ／Ｏコネクタ１１１０を介してデータを受信することに加えて、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００のマイクロコントローラ１１２０は、シリアル回路１１４０を介して受信した構成、設定、あるいはコマンド情報も処理して、それを正しいフォーマットでイーサネット・コントローラ１１３０に導入し、それによって、イーサネット・コネクタ１１５０を介してホストコンピュータ１４と通信する。
【０１６５】
すでに開示したように、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００のマイクロコントローラ１１２０は、シリアル・インターフェース回路１１４０に動作可能に接続される。好ましい構成では、このシリアル・インターフェースは、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上に配置され、かつそれに組み込まれたＲＳ−２３２回路１１４０である。シリアル・インターフェース１１４０は、ＰｉｃｏＷｅｂボードとデジタルボード１０００の間の主要通信経路として働き、それによって、ホストコンピュータ１４から、デジタルボード１０００上のマイクロコントローラ１０３０に、制御、構成、あるいは設定の情報を送信する。好ましい実施形態では、正常な動作状態で、先ず、ユーザ・コマンドその他の制御または構成の情報が、（ＴＣＰ／ＩＰプロトコルに基づいて）ホストコンピュータから、イーサネット・コネクタ１１５０（例えば、１０Ｂａｓｅ−Ｔコネクタ１１５０）を介してイーサネット・コントローラ１１３０に送信され、ここで、それらの情報がマイクロコントローラ１１２０（例えば、８ビットＡＶＲマイクロコントローラ１１２０）に対して送受信される。その後、構成情報は、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のシリアル・インターフェース（例えば、ＲＳ−２３２）１１４０を介して、デジタルボード１０００上のマイクロコントローラ１０３０に送信され、ＥＥＰＲＯＭメモリ回路１０５５に書き込まれ、すなわち記憶される。これらを受信した後で、マイクロコントローラ１０３０は、現在の制御構成を、温度用Ａ／Ｄコンバータ１０４５からシリアル・データライン（ＳＤＡ）を介して受信した更新済み温度測定値（またはＥＥＰＲＯＭコンポーネント１０５５および振幅用Ｄ／Ａコンポーネント１０５０からの他の更新情報）とともに、ホストコンピュータ１４にそのまま返す。このように、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００のマイクロコントローラ１１２０は、シリアル回路１１４０を介して受信した構成情報を処理し、それを正しいフォーマットでイーサネット・コントローラ１１３０に導入して、イーサネット・コネクタ１１５０を介してホストコンピュータ１４と通信する。
【０１６６】
この実施形態では、シリアル・インターフェース回路１１４０が、ホストコンピュータ１４から利用者の制御・構成の情報を送信するのに好ましい経路である。ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のシリアル・インターフェース（例えば、ＲＳ−２３２）回路１１４０は、ホストコンピュータ１４からＰｉｃｏＷｅｂボード１１００のマイクロコントローラ１１２０が受信した構成・制御の情報を送信し、それをデジタルボード１０００上のマイクロプロセッサ１０３０に送信する。マイクロコントローラ１０３０は、更新された情報をＰｉｃｏＷｅｂボード１１００のマイクロコントローラ１１２０にそのまま返し、あるいは戻し、その後、マイクロコントローラ１１２０は、この更新情報を送信してホストコンピュータ１４に戻す。このように、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のＲＳ−２３２インターリンク（インターフェース）１１４０により、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００のマイクロコントローラ１１２０は、デジタルボード１０００上のマイクロコントローラ１０３０と通信することができる。
【０１６７】
ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のマイクロコントローラ１１２０（図１１）は、デジタルボード１０００上のＰｉｃｏＷｅｂボード・インターフェース１０１０およびＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のパラレルＩ／Ｏコネクタ１１１０によって、デジタルボード１０００ともやり取りを行う。
【０１６８】
パラレルＩ／Ｏコネクタ１１１０からＰｉｃｏＷｅｂインターフェース回路１０１０は、制御構成データや情報と区別する波形や信号のデータを送信するための主要ルートである。好ましい実施形態では、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００は、前にデジタルボード１０００上のＦＩＦＯ回路１０４０内に記憶あるいはバッファされたデジタル波形（信号）データを受信する。先ず、ＦＩＦＯ１０４０内のデータが、デジタルボード１０００上のＰｉｃｏＷｅｂボード・インターフェース回路１０１０およびＰｉｃｏＷｅｂコネクタ１０８５を介して送信される。次いで、データは、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のパラレルＩ／Ｏコネクタ１１１０を介して導入され、ＡＶＲマイクロコントローラ１１２０がこれを受信して、正しいデータ・パッケージ化を行う。その後、このパッケージ化されたデータは、マイクロコントローラ１１２０からイーサネット・コントローラ１１３０に、さらにイーサネット・コネクタ１１５０を介して送信され、ホストコンピュータ（ＰＤＡ、ラップトップ、デスクトップ、または他のホスト）１４がこのデータを受信してさらなる処理を行う。
【０１６９】
ｅ）ホストコンピュータ１４
本明細書で示すように、検査装置１０は、任意の適切に構成されたホストコンピュータ１４（例えば、ＰＤＡ、ラップトップ、デスクトップなど）とともに使用されるように統合することができる。システムの監視や制御の応用例などの自動化プロセスに適した本発明の一実施形態では、ホストコンピュータ１４は、ラップトップまたはデスクトップの構成とし得る。好ましい実施形態では、コンピュータ１４は現在、ガンアセンブリ１２の上部後方部分８４上に取り付けるか、あるいは、おそらくは利用者／操作者がベルトその他の運搬手段で携帯し得るＰＤＡ（Personal Digital Assistant）である。好ましい構成では、ホストコンピュータ１４（ＰＤＡ）は、装置１０の操作者が、このコンピュータのグラフィック・インターフェースを容易に観察し得るように、また、容易にアクセスできるように配置される。
【０１７０】
先ず、このコンピュータの全体的な機能、コンピュータが生成する波形、実際に検査を行う方法を説明し、かつガンアセンブリ１２の動作が、ホストコンピュータ１４の機能にどのように関係するかを示すことによって、このコンピュータによって実施される機能のより明確な理解が得られると考えられる。その後で、コンピュータ１４の機能の一部が実際にどのように実施されるかをより詳細に説明する。
【０１７１】
前述したように、コンピュータ１４は、いくつかの機能を果たす。主要な機能は、容器内の物質を貫通して移動する超音波パルスの速度を、この容器内の同じ物質の温度に関連させて特定することである。データベースの探索および突合わせを行う前に、実際の速度を求める際に調整を行うことができるように周囲温度を測定する。というのは、様々な物質中で音は、温度の関数として異なって伝播するからである。例えば、いくつかの例では、温度が高くなるに連れて速度が大きくなり、他の例では、温度が上昇すると速度が小さくなる。
【０１７２】
速度は、超音波パルスの飛行時間（すなわち、ある位置から別の位置に移動するのにかかる時間）を求め、この時間をパルスが移動した距離と関連付けることによってホストコンピュータ１４内で求められる。飛行時間と距離がともにわかると、速度を計算することができ、次いで、得られた速度がホストコンピュータ１４に入力される。前述したように、この速度の決定は、先ず、トランスデューサ４０の前側接触面３８が容器の近い方の壁に押し付けられるようにガンアセンブリ１２を配置し、次いで、超音波パルスが容器を貫通して遠い方の壁に到達した後にその音響エコーがトランスデューサ４０に戻るように、トランスデューサから超音波パルスを送信することによって実施される。しばしば、近い方の壁に戻るエコーが反射して再度遠い方の壁に戻ると、第２エコーが生成されることになり、それによって、トランスデューサ４０に戻る第２音響エコーが生じる。
【０１７３】
次に、図１２を参照する。図１２には、コンピュータ１４のグラフィック・ディスプレイ（すなわち、インターフェース）上に表示される典型的な波形を示す。ディスプレイ上に示されるこの波形は、トランスデューサ４０から受信されるアナログ信号から導出される。このアナログ信号は、デジタルボード１０００によってデジタル信号に変換される。デジタル信号はホストコンピュータ１４に受信され、このホストコンピュータ１４のディスプレイ・スクリーン上に波形として示される。
【０１７４】
図１２のちょうど左側の時間ゼロの点（位置）のところで、大きな音響反射パルスを示す第１ピークが始まることが（ディスプレイ上で）わかる。先ず、この反射パルス（または波）は、近い方の壁に接触したトランスデューサ４０から送信され、直ちにトランスデューサ４０に戻る。容器の近い方の壁から戻ってくるこのパルスは、一連の振動を含む。これを図１２に、波形の「トランスデューサ・リングダウン（transducer ring-down）」部分として示す。このリングダウン領域のすぐ右側で、この波形は低振幅の振動を含む。これは主に、バックグラウンド・ノイズや初期波形の受信によって生じる連続振動のためである。
【０１７５】
超音波（音響）パルスが、容器の近い方の壁から遠い方の壁までの経路を移動し終え、近い方の壁に戻ると、ディスプレイに、この音響波形に対応するピークが観察される。これを図１２では、「第１後壁エコー（first back wall echo）」として示す。このピークが示された後で、連続した振動があることに留意されたい。この振動は、左から右に向かう方向に減衰（減少）する。
【０１７６】
次いで、図１２のスクリーンの右側のところに、第２後壁エコーを示す別の後ピークがある。これは、第１音響エコーが前壁から反射して後壁に至り、再度反射して前壁に至る結果生じるものである。
【０１７７】
次に、図１３に注目する。図１３の波形は、リングダウン領域、第１後壁エコーおよび第２後壁エコーがあり、それらに伴って第１後壁エコーと第２後壁エコーの間に示す移行時間（transit time）があるという点で図１２に示すものに類似していることがわかる。ただし図１３には、「偽の後壁エコー（false back wall echo）」として示すものも示されている。これは、例えば、容器内にあるパイプがあること（例えば、おそらくは、タンク車または道路走行用タンクローラの大型タンク内のパイプ）によって生じ得る。あるいは、これは、ある種の隠蔽された物体（例えば、密輸品）から生じることがある。超音波パルスが、検査または試験中の容器内に置かれた異物に達すると、この異物の表面のところに異なる物質界面（音響インピーダンス不整合）が存在するために、この界面に当たる超音波パルスからエコーが生じる。
【０１７８】
上記を踏まえて、１つまたは複数の容器の検査を実施するために検査装置１０の操作者がとるステップを示すことができる。
【０１７９】
例として、検査は、米国への入国港で行われることがあり、ここで、税関検査官が入来積荷の検査を行う。第１ステップは、検査対象の容器内に存在すると申告された内容物または物質を識別することである。この情報はしばしば、積荷目録または積荷に関する類似の書類から得ることができる。大型の容器の場合、内部邪魔板（internal baffles）、溶接線、二重壁タンク、あるいは検査の中心線ポイントよりも充填レベルが低いタンクなど、様々な障害があり得る。これらのいずれかの位置がわかっている場合には、操作者は、これを考慮に入れることができ、超音波パルスの、遠い方の壁に向かう移動経路および戻り移動経路が実質的に邪魔されないようにガンを位置決めまたは配置し得る。
【０１８０】
次のステップは、音響パルスが移動する経路の長さを確認するか、あるいは求めることである。例えば、円筒形または楕円形の容器の場合、移動経路の長さは、直径を確認あるいは測定することによって得ることができる。図１４に、円筒形のドラム缶の測定を行うところを示す。図１５に、電動車両上の大型タンクの直径の測定を示し、かつ検査ポイントも示す。図１６に、２つの平行な側面を有する容器における検査ポイントを示す。
【０１８１】
次のステップで、操作者は、グラフィック・インターフェース（すなわち、スクリーン）を介してコンピュータに適切な入力を行う。図１７ａ〜図１７ｇを参照する。
【０１８２】
図１７ａでは、適切なアイコンをタップすることによってキーパッドにアクセスする。
【０１８３】
図１７ｂでは、英数字キーパッドで容器の直径を入力することができる。
【０１８４】
図１７ｃでは、下向き矢印をクリックして、単位を選択するためのプルダウンメニューにアクセスする。
【０１８５】
図１７ｄでは、適切な単位の種類をタップする（例えば、「インチ（inch）」という単位を選択する）。
【０１８６】
図１７ｅでは、利用者は、「サイズ（Size）」ボタンをタップして、容器のタイプ選択用のプルダウンメニューにアクセスする。
【０１８７】
図１７ｆでは、適切な容器のタイプ選択ボタンをタップする。この例では、これはドラム缶（Oil Drum）である。
【０１８８】
図１７ｇでは、操作者（利用者）はこの時点で、波形を取得する準備ができており、「取得（Acquire）」ボタンをタップする。
【０１８９】
指定値を入力した後、ガンアセンブリ１２のトランスデューサ４０の接触表面４４を検査中の容器に配置し、トリガ７２を強く握って検査装置１２を作動状態にすることによって、実際の検査を行うことができる（図１７ｈ参照）。
【０１９０】
好ましい実施形態では、ホストコンピュータ１４のグラフィック・インターフェースは、ガンアセンブリ１２を容器に接触させている間、操作者が容易にアクセスし、また観察し得るようにすべきである。トリガ７２を押すと、装置１０によって一連の測定値が取り込まれ、すなわち取得され、その間、操作者は波形を見ることができる。この波形は、いくらか弱いか、何らかの別の点で疑わしいことがある。その場合には、操作者は、ガンの位置を調整して、適切な位置合わせを確認し得る。あるいは、操作者は、信号を増幅して、より良好な表示を確保することができる。
【０１９１】
検査ガン１２のトリガ７２を解放すると、数秒以内で、スクリーン上に表示された波形は消え、コンピュータは、しかるべき超音波速度、飛行時間および距離を求める計算を行う。その後、コンピュータ１４は、これら様々なパラメータと、データベース中の最も近い物質との突合わせを行うことによって、検査または取調べ中の物質を特定し、表示またはその他の方法で示す。図１７ｉに示すように、この実施例では、速度の測定値が１．１２と示され、最もよく一致する物質は、温度測定値における速度が１．１０Ｋｍ／秒であるガソリン（Gasoline）であることを示している。
【０１９２】
検査が特に密輸品の検出を対象とする場合、上記手順を少し変えることができる。例えば、検査装置１０は、「物質ＩＤ（Material ID）」または「比較モード」に設定し得る。物質ＩＤモードでは、操作者は、特定の品目を探索し（図１７ｊ参照）、比較モードでは、検査官は、初期測定値を用いて後続の測定値と比較する。比較モードは、アラームと関連づけて用いることができる。図１７ｋを参照して示す例では、容器の内容物に食い違いが発見されたときに、アラーム信号が、聴覚信号、視覚信号またはその両方によって利用者に伝達・提供されるように使用し得る「アラーム設定（Set Alarms）」部がある。
【０１９３】
図１８ａおよび図１８ｂに、密輸品を検出するための様々な検査手法を示す。図１８ａに、検査中の容器を示す。先ず、この容器の底部近くでガンアセンブリを使用する。操作者は、この容器の側面を正確に検査して、この容器全体の体積試験を実施する。容器の上げ底（偽の底）の可能性について点検するために、容器の側面上でできるだけ低く検査ガンを配置する。
【０１９４】
図１８ｂでは、第１位置のところで超音波ビームを送り、かつ、この第１超音波ビームに対して直角またはほぼ直角な線に沿って超音波ビームが送られるように、このドラム缶の外周上９０°〜１２０°離れたところにある第２位置で超音波ビームを送ることによって、容器を検査する。図１８ｂでわかるように、この取調べ手順により、密輸品の存在し得る範囲を広く検出できる可能性が大きくなる。
【０１９５】
上記の考察では、実際の検査動作において、コンピュータ１４と組み合わせて使用するガンアセンブリ１２の実用上の応用例を示している。そのため、本発明の方法のステップだけでなく、本発明の好ましい方法を実施する際にホストコンピュータ１４をどのように使用し得るか（かつ、ホストコンピュータ１４がどのように機能するか）も示されている。
【０１９６】
次に、ガンアセンブリ１２およびコンピュータ１４内で戻り信号がどのように処理されるかをより詳細に説明する。
【０１９７】
前述したように、トランスデューサ４０が超音波パルスを放出するとすぐに、容器の前壁におけるエコーに起因する戻り波（戻り信号の初めの部分は「トランスデューサ・リングダウン」である）が直ちに発生し、それに続いて１つ（または複数）の音響エコーが生じる。トランスデューサ４０からのアナログ信号は、受信ボード９００によって受信され、次いで、デジタルボード１０００に送信され、そこで、Ａ／Ｄコンバータ１０２０が、このデジタル出力をデジタルボード１０００のＦＩＦＯデータ送信コンポーネント１０４０に送る。ＦＩＦＯ１０４０は、このデジタル化された波形から１６，３８４個のサンプルを抽出し、その後、マイクロコントローラ１０３０が、「デジタルライン（digital line）」または「デジタルフラグ（digital flag）」を立てて、ホストコンピュータ１４に新しい波形を送信する準備が整ったことをＰｉｃｏＷｅｂボード１１００に知らせる。これら１６，３８４個のサンプルは、解析中の戻り波形全体を網羅するのに十分である。
【０１９８】
これらのデジタル化された信号は、デジタルボード１０００のＦＩＦＯデータ・コンポーネント１０４０から、デジタルボード１０００上のＰｉｃｏＷｅｂインターフェース１０１０およびＰｉｃｏＷｅｂインターフェース・コネクタ１０８５、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００上のパラレルＩ／Ｏコネクタ１１１０を経由して、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００に送信される。波形データは、コンピュータ１４が要求するまでＦＩＦＯデータ・バッファ１０４０内に留まる。
【０１９９】
コンピュータ１４は、デジタルボード１０００に、ＦＩＦＯデータ・バッファ１０４０に記憶されたデジタル波形を送信する要求を１秒間に数回送信する。コンピュータ１４は、波形が生成され転送される速さでそれらを受信し処理できないことがある。そのため、コンピュータ１４は、その（ホストコンピュータ１４の）準備が整ったときに、各デジタル波形の要求を出力することによって転送速度を制御する。
【０２００】
このデジタル波形は、ＰｉｃｏＷｅｂボード１１００に送信され、そこで、マイクロコントローラ１１２０内で処理されパッケージ化される。各波形は、１６，３８４個のサンプルからなり、これらのサンプルが１６個のパケットに分割され、これらのパケットに、適切な送信プロトコル（ＵＤＰまたはＴＣＰ／ＩＰ）が添付される。各パケットは、１，０２４個の１バイト・サンプルおよび２バイトのパケット・インデックスを含む。各パケットの前端にはインデックス・カウントが付加され、それによって１６個のパケットが順番に保たれる。次いで、これらのパケットは、マイクロコントローラ１１２０からイーサネット・コントローラ１１３０を介してホストコンピュータ１４に、イーサネット経路に沿って送信される。先ず、ホストコンピュータ１４は、各パケットを検査して、パケットが紛失していないことと、これらのパケットが正しい順序になっていることを確認する。その後、コンピュータ１４は、各パケットから２バイトのインデックス・カウントを取り除き、これらのパケットを再構築して完全な波形にする。次いで、コンピュータ１４は、これらのサンプルの平均振幅を計算し、この平均値を信号基線として用いる。このように導出された基線から、コンピュータ１４は、波形のピークを識別する。
【０２０１】
前述したように、この波形は典型的には、ピーク間にノイズ区間を有する。コンピュータ１４は、１６，３８４個のサンプルすべてのヒストグラムを生成することによってノイズレベル値を導出する。コンピュータ１４は、このヒストグラムから振幅レベルを割り出す。これは、サンプルの７５％がこのレベル未満になるように設定する。この値は、後続の計算で信号ノイズレベルとして用いられる。
【０２０２】
次のステップでは、先ずピークを識別するために、閾値レベルを設定する。この閾値レベルは、ノイズレベルよりも数倍大きい振幅レベルのところに、プログラム可能な状態で置く。好ましい実施形態では、この閾値レベルは、ノイズレベルの５倍のところに設定するが、この値は、発生し得るノイズ量などの様々な要因が補償されるように、操作者がユーザインターフェースを介して調整することができる。この７５％という数値は、リングダウンと波形中の各ピークを合わせたものが全波形面積の２５％よりも大きくならないという仮定に基づいている。
【０２０３】
次のステップは、波形のリングダウン領域内の部分を解析から取り除くことである。これは、以下のように実施される。
【０２０４】
コンピュータ１４は、この波形全体を５０個の区間に分割する。５０個の各区間内の波形の各サンプルを加算し、値を割り当てる。その後で、波形の先頭から、コンピュータは、合計値がこれら加算値の最小値の３倍未満である第１区間を割り出す。これら５０個の区間のうち、この波形の先頭のところにあり、かつこのレベル（すなわち、これら加算値の最小値の３倍）よりも大きい１つまたは複数の区間が、リングダウンのために生じる、すなわちリングダウンに起因する波の部分である。コンピュータは、計算においてそれ以上、波形のこのリングダウン部分を考慮に入れないことになる。以下、さらに計算を示し論じる。
【０２０５】
次のステップは、波形信号の残りの部分にあるピークを探索し識別することである。コンピュータ１４は、波形の初めの部分において、閾値レベルの少なくとも１．５倍（あるいは、波形の後半部分では閾値レベルの１倍）のピークを探す。先ず、リングダウン領域の後で発生する、閾値レベルの１．５倍よりも大きい３つの連続するサンプルを見つけることによって、第１ピークを識別する。これら３つの連続サンプルが識別されると、コンピュータ１４は、このピークの立ち下がり（trailing edge）が閾値レベル未満に下がるところまでこの波形をたどる。次いで、コンピュータ１４は、この特定のピークの下にあるすべてのサンプルを加算する。
【０２０６】
このピークの波形の端部が閾値レベル未満に下がるときに、ピークの終端位置が識別される。コンピュータ１４は、これら受け取ったサンプルのいずれかが再度閾値レベルよりも上に上がる（追加のピークを示す）かどうかを確認するために、継続してこの波形の後続のサンプルに注目する。コンピュータが点検するサンプルの数は、典型的には、リングダウン領域内のサンプル数の０．２倍にほぼ等しい。ピークの終端位置よりも先にあるいくつかのサンプルが、すべて閾値レベル未満であることがわかった場合、コンピュータは、このピーク波が最初に閾値レベル未満に下がり始めた位置に戻り、この点を、この波形のカットオフ・ポイント（cut-off point）の位置として指定することになる。
【０２０７】
次いで、コンピュータは、このピークの下にあるすべてのサンプルの絶対値を加算して、ピーク合計値を導き出す。この同じ導出過程を、この波形内で識別された各ピークごとに行って、偽のピークと、実際に正しい後壁エコーから生じたピークとを区別する。そのため、コンピュータが２つのピークを比較し、第２ピークの面積が、第１ピークの面積の２倍であることがわかった場合、これは、第１ピークが単に、容器内の異物の存在に起因する偽ピークであることを示していることになる。「本物のピーク」の位置が求まると、次いで、コンピュータは飛行時間を計算する。
【０２０８】
図１９ａを参照する。図１９ａには、グラフィック・インターフェースに現れる波形を、この波形上に示す閾値ラインとともに示す。閾値ラインは、操作者が、グラフィック・ユーザインターフェース上に表示される波形を見るときに、操作者が、この波の様々な部分の振幅を閾値レベルとより分かり易く対応させることができるように、操作者にとって好都合なものとして提供される。さらに、図１９ａに示すように、この波形の右側部分に、より低い閾値レベルが示されていることに留意されたい。これは、第２後壁エコーの振幅が一般により低いためである。
【０２０９】
図１９ｂに、図１９ａの場合と本質的に同じ波形を示すが、それに加えて、２本の垂直ターゲット・ラインを示す。一方は、このピークのピーク振幅部分の前側にあり、他方は、このピーク振幅部分の反対側にある。これらの垂直ターゲット・ラインも、操作者にとっての案内として提供される。
【０２１０】
次のステップは、容器の前壁から後壁に移動する超音波の飛行時間を、音響エコーとして前壁に戻る戻り飛行時間を含めて測定することである。第１後壁エコーおよび第２後壁エコーがともに存在する場合、現在の実施形態では、第１後壁エコーと第２後壁エコーの間の経過時間を測定することによって飛行時間が求められる。図１９ｃでは、上に「移行時間」と標示した矢印で経過時間を示す。距離は、コンピュータが、第２ピークを取得し、それを第１ピークに重ねて、それらが互いにどの程度相関するかを調べる相関技法によって測定される。次いで、コンピュータは、これら２つのピークを、これらの２つのピークの実際の間隔が計算されるように配置し得る。
【０２１１】
図１９ｄに示すように、第２後壁エコーが存在しない場合、あるいは、後壁エコーが、十分に低振幅のものであるか、またはその他の点で前壁エコーと相関させることができない場合、時間ゼロ（リングダウン区間の先頭）から第１後壁エコーの前側までを移行時間として測定する。
【０２１２】
第１後壁エコーの到着時刻は、閾値ラインを横切る第１後壁エコー・ピークの第１の波の区間に注目し、次いで、この波を基線まで下にたどって、第１到着エコーの位置を確認することによって識別し得る。あるいは、最大振幅を有する波の区間を割り出し、次いで、この波を基線まで下にたどって、その到着位置を求めることによって、第１到着エコーを確認し得るはずである。
【０２１３】
所与の波形についての飛行時間の測定値を、多数の基準波形に関する基準情報を含む類似のデータベース値と比較する。それぞれの場合に、測定値を取得するのと同じやり方で飛行時間基準波形を確認し、それによって、突合わせが正確に行われ、物質の特定が正確に行われる。
【０２１４】
次に、速度の計算値に温度測定値を組み込む方法に注目する。それぞれの取調べの例で、容器の側面にトランスデューサを位置決めして測定値を取得するとき、温度は流動的であり得る。すなわち、容器の温度は、内部のサンプル物質に関連して上下に変化し得る。例えば、高温環境にあった（すなわち、容器が炎天下にあった）表面に対してトランスデューサを位置決めすることが必要なことがあり、そのため、表面温度測定値が等しくなるには時間がかかることがある。あるいは、周囲温度がおそらくは６０°で安定しているが、容器内部の物質の温度がそれよりも高い状況があり得る。（速度の計算を正しく行うために）容器内部の物質の温度を正確に反映した温度の測定値を得ることが重要なので、操作者が、温度が安定化するまで待ち、その後、最終的に使用可能な測定値を取得することが重要である。
【０２１５】
物質または容器の内部で温度が変化していると、それは検査装置１０のグラフィック・ユーザインターフェースでは黄色のバックグラウンドによって示され、安定な温度は緑色のバックグラウンドで示される。安定であると判定されると、センサによって最終的な温度の測定値が取得され、それを用いて速度テーブルが更新される。この更新は、温度の関数としての速度に関する線形方程式を用いて計算される。
【０２１６】
図１２および図１３を調べてみると、グラフィック・ユーザディスプレイが（右側に）、表示されたピークの大きさと、コンピュータが温度を求めるために使用する温度の値とを示すことに留意されたい。このような情報により、操作者／利用者が、所与の検査に待ち時間その他の調整を組み込むべきかどうかを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１７】
【図１】本発明の装置を示す分解等角図である。
【図２】本発明の検査ガンアセンブリを示す等角図である。
【図３】長手方向中心線に沿って切断した、検査ガンアセンブリのトランスデューサの前方部分を示す断面図である。
【図４ａ】本発明のトランスデューサ・アセンブリを示す分解図である。
【図４ｂ】中心線に沿って切断したトランスデューサ・アセンブリを示す断面図である。
【図４ｃ】トランスデューサ・アセンブリの側面図である。
【図４ｄ】トランスデューサ・アセンブリの上面図である。
【図５ａ】センサ収容アセンブリのいくつかのコンポーネントを示す分解図である。
【図５ｂ】図５ａのコンポーネントの一部を組み立てたものを示す等角図である。
【図５ｃ】図５ａのコンポーネントの一部を組み立てたものを、図５ｂと異なる視点からみたところを示す等角図である。
【図６】センサ部の収容ハウジングを示す等角図である。
【図７】互いに分離した１対の収容ハウジングを示す、図６に類似の等角図である。
【図８】回路ボード部のパルス発生ボードを示すブロック図である。
【図９】回路ボード部の受信ボードのコンポーネントを示すブロック図である。
【図１０】回路ボード部のデジタルボードを示すブロック図である。
【図１１】回路ボード部のＰｉｃｏＷｅｂボードを示すブロック図である。
【図１２】コンピュータのグラフィック・インターフェースを示す図であり、コンピュータ内で形成される典型的な波形を示す。
【図１３】コンピュータのグラフィック・インターフェースを示す図であり、コンピュータ内で形成される典型的な波形を示す。
【図１４】超音波パルスの移動距離を求めるために、円筒形のドラム缶の測定を行うところを示す図である。
【図１５】超音波パルスの移動距離を求めるために、電動車両上の大型タンクを測定するところを示す図である。
【図１６】超音波パルスの移動距離を求めるために、２つの平行な側面を有する容器を測定するところを示す図である。
【図１７ａ】コンピュータのグラフィック・インターフェースを示す図であり、検査動作を行うためにガンアセンブリを準備する際にとるステップを示す。
【図１７ｂ】コンピュータのグラフィック・インターフェースを示す図であり、検査動作を行うためにガンアセンブリを準備する際にとるステップを示す。
【図１７ｃ】コンピュータのグラフィック・インターフェースを示す図であり、検査動作を行うためにガンアセンブリを準備する際にとるステップを示す。
【図１７ｄ】コンピュータのグラフィック・インターフェースを示す図であり、検査動作を行うためにガンアセンブリを準備する際にとるステップを示す。
【図１７ｅ】コンピュータのグラフィック・インターフェースを示す図であり、検査動作を行うためにガンアセンブリを準備する際にとるステップを示す。
【図１７ｆ】コンピュータのグラフィック・インターフェースを示す図であり、検査動作を行うためにガンアセンブリを準備する際にとるステップを示す。
【図１７ｇ】コンピュータのグラフィック・インターフェースを示す図であり、検査動作を行うためにガンアセンブリを準備する際にとるステップを示す。
【図１７ｈ】ドラム缶の検査に使用中のガンアセンブリを示す図である。
【図１７ｉ】検査プロセス中のコンピュータ・インターフェースを示す図である。
【図１７ｊ】検査プロセス中のコンピュータ・インターフェースを示す図である。
【図１７ｋ】検査プロセス中のコンピュータ・インターフェースを示す図である。
【図１８ａ】ドラム缶状の容器を、この容器内に潜在的に存在し得る異物について検査する方法を示す図である。
【図１８ｂ】容器内の異物を検査する別の方法を示す図である。
【図１９ａ】グラフィック・ユーザインターフェース上に現れる典型的な波形を示す図である。
【図１９ｂ】グラフィック・ユーザインターフェース上に現れる典型的な波形を示す図である。
【図１９ｃ】グラフィック・ユーザインターフェース上に現れる典型的な波形を示す図である。
【図１９ｄ】グラフィック・ユーザインターフェース上に現れる典型的な波形を示す図である。
【符号の説明】
【０２１８】
１０  超音波検査装置
１４  コンピュータ
１６  ハウジング
１８  検知部
２０  回路部
４０  トランスデューサ
４９  温度センサ
５８  トランスデューサ・アセンブリ
【図１】
2005536726.tif 000003
【図２】
2005536726.tif 000004
【図３】
2005536726.tif 000005
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2005536726.tif 000008
【図６】
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【図７】
2005536726.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005536726.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
2005536726.tif 000015
【図１３】
2005536726.tif 000016
【図１４】
2005536726.tif 000017
【図１５】
2005536726.tif 000018
【図１６】
2005536726.tif 000019
【図１７ａ】
2005536726.tif 000020
【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１７ｄ】
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【図１７ｅ】
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【図１７ｆ】
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【図１７ｇ】
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【図１７ｈ】
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【図１７ｉ】
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【図１７ｊ】
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【図１７ｋ】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図１９ｄ】
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【国際調査報告】
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