(57)【要約】【課題】位相速度を局所的に求めることができる局所位相速度計測装置を提供する。【解決手段】受波子４は、検査対象１の表面上をｘ方向及びｙ方向に走査しながら、観測信号をそれぞれ観測する。観測信号は、平均化処理器５に入力され、その出力は、観測点における波動場の振幅となる。振幅は、時間微分器６に入力され、その出力は、観測点における波動場の振幅の時間微分となる。観測信号の一部が、x方向空間微分器７に入力され、他の部分が、ｙ方向空間微分器８に入力される。このようにして形成された信号は、時空間勾配相関器９に入力され、共分散行列を算出する。共分散行列のうちの一部を位相速度算出器１０に入力し、所定の演算後、位相速度を取得する。また、共分散行列のうちの一部を方位算出器１１に入力し、所定の演算後、波面の進行方向を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波動場の任意の一点及びその近傍における振幅を算出する手段と、
前記振幅の時間微分及び前記振幅の空間微分を算出する手段と、
前記振幅、前記振幅の時間微分、及び前記振幅の空間微分に基づいて共分散行列を求める手段と、
前記共分散行列の因子間での演算に基づいて局所的な位相速度を検出する手段とを具えることを特徴とする局所位相速度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音弾性計測、非破壊検査、医療、騒音源の探査、レーダ、ソナー等の分野で利用され、局所的な位相速度を求める局所位相速度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、位相速度を計測するに際し、例えば、表面ＳＨ波による音弾性応力測定用センサを用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−３１３７３９号公報（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載された手法によれば、位相速度を送受波間での平均的な物理量としてのみ求めていたため、位相速度を局所的に求めることができず、その結果、局所的に存在する欠陥や腐食を検出するのが困難となる。
【０００４】
本発明の目的は、位相速度を局所的に求めることができる局所位相速度計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による局所位相速度計測装置は、
波動場の任意の一点及びその近傍における振幅を算出する手段と、
前記振幅の時間微分及び前記振幅の空間微分を算出する手段と、
前記振幅、前記振幅の時間微分、及び前記振幅の空間微分に基づいて共分散行列を求める手段と、
前記共分散行列の因子間での演算に基づいて局所的な位相速度を検出する手段とを具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、波動場の任意の一点及びその近傍における振幅を算出し、振幅の時間微分及び振幅の空間微分を算出し、振幅、振幅の時間微分、及び振幅の空間微分に基づいて共分散行列を求め、共分散行列の因子間での演算に基づいて局所的な位相速度を検出する、すなわち、位相速度の空間的な分布を検出するので、位相速度を局所的に求めることができる。その結果、局所的に存在しうる欠陥や腐食を容易に検出することができるようになる。
【０００７】
本明細書中、「局所」とは、一点及びその近傍を意味し、「近傍」とは、任意の一点から、波動場を構成する波の波長の１／４より小さい距離にある領域を意味するものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明による局所位相速度計測装置の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一構成要素には同一符号を付す。また、説明を簡単にするために、２次元の波動場に限定する。
図１は、本発明による局所位相速度計測装置の実施の形態を示す図であり、図２は、図１の受波子を詳細に示す図である。本実施の形態では、鋼板のような板状の対象１（以下、「検査対象１」と称する。）を検査するものであり、任意波形発生装置２から送波子３に信号が送られると、送波子３から波動が発生し、検査対象１の表面上に２次元の波動場を発生させる。
【０００９】
受波子４は、検査対象１の表面上をｘ方向及びｙ方向に走査しながら、受波素子４で互いに近接して直交配置された４個の圧電変換素子４ａ〜４ｄから観測信号ｆ１（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ３（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ４（ｘ，ｙ，ｔ）をそれぞれ観測する。なお、ｘ，ｙはそれぞれ観測点の座標を示し、ｔは観測時刻を示す。なお、波動場の任意の一点及びその近傍における振幅を算出するために、受波子４の先端の半径を、波動場を構成する波の波長の１／４より小さくする。
【００１０】
これら４個の観測信号ｆ１（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ３（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ４（ｘ，ｙ，ｔ）は、平均を取るために平均化処理器５に入力され、その出力は、観測点における波動場の振幅ｆ（ｘ，ｙ，ｔ）となる。
【００１１】
振幅ｆ（ｘ，ｙ，ｔ）は、時間微分器６に入力され、その出力は、観測点における波動場の振幅の時間微分ｆｔ（ｘ，ｙ，ｔ）となる。また、４個の観測信号ｆ１（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ３（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ４（ｘ，ｙ，ｔ）のうちのｆ１（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ３（ｘ，ｙ，ｔ）が、x方向空間微分器７に入力され、その出力が観測点における波動場の振幅のｘ方向の空間微分ｆｘ（ｘ，ｙ，ｔ）となる。さらに、４個の観測信号ｆ１（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ３（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ４（ｘ，ｙ，ｔ）のうちのｆ２（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ４（ｘ，ｙ，ｔ）が、ｙ方向空間微分器８に入力され、その出力が観測点における波動場の振幅のｙ方向の空間微分ｆｙ（ｘ，ｙ，ｔ）となる。
【００１２】
このようにして形成された４個の信号ｆ（ｘ，ｙ，ｔ），ｆｔ（ｘ，ｙ，ｔ），ｆｘ（ｘ，ｙ，ｔ），ｆｙ（ｘ，ｙ，ｔ）は、時空間勾配相関器９に入力され、後に説明する共分散行列Φを算出する。共分散行列ΦのうちΦｘｘ，Φｙｙ，Φｘｘを位相速度算出器１０に入力し、所定の演算後、位相速度の絶対値|Ｖ|を取得する。また、共分散行列ΦのうちΦｘｔ，Φｙｔを方位算出器１１に入力し、所定の演算後、波面の進行方向θを取得する。
【００１３】
次に、位相速度及び進行方向の取得について詳細に説明する。
観測点における波動場の振幅は、４個の観測信号ｆ１（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ２（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ３（ｘ，ｙ，ｔ），ｆ４（ｘ，ｙ，ｔ）の平均として、以下のように定義される。
【数１】
2005257519.tif 000003
次いで、同観測点における波動場の時間微分は、振幅の時間微分であり、実際には以下に示すような時間差分で取得される。
【数２】
2005257519.tif 000004
ここで、Δｔは標本化時間間隔である。さらに、ｘ方向の空間微分及び及びｙ方向の空間微分は、以下の空間差分によってそれぞれ取得される。
【数３】
2005257519.tif 000005
【数４】
2005257519.tif 000006
【００１４】
ここで、Δｘ，Δｙは、圧電変換素子４ａ，４ｃ間の距離及び圧電変換素子４ｂ，４ｄ間の距離をそれぞれ示している。これら４個の信号ｆ（ｘ，ｙ，ｔ），ｆｔ（ｘ，ｙ，ｔ），ｆｘ（ｘ，ｙ，ｔ），ｆｙ（ｘ，ｙ，ｔ）から次の積分に基づいて共分散行列Φを取得する。
【数５】
2005257519.tif 000007
【００１５】
ここで、＊は複素共役を示している。このようにして取得された分散行列Φを用いて、図３に示すような波動場の位相速度ｖ及び進行方向θは、以下の式によってそれぞれ取得される。
【数６】
2005257519.tif 000008
【数７】
2005257519.tif 000009
【００１６】
図４は、図１に示す局所位相速度計測装置の計測結果を示す図である。この場合、検査対象１の一辺の長さ及び厚さを５０ｍｍ及び２ｍｍとし、腐食領域を模擬するため、検査対象１の裏面を薄く削っている。
【００１７】
一般に、薄板では、ラム波と呼ばれる波動場が卓越する。ラム波には複数のモードがあるが、そのうちの反対称ゼロ次モードの波は、厚さが小さいところで位相が遅くなるという特徴がある。かかる特徴を利用し、受波子４（図１，２）をｘ軸に沿って走査し、所定の計算を行って位相速度を算出したのが図４である。図４に示すように、裏面がえぐられた部分で位相速度が低下していることが示される。
【００１８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による局所位相速度計測装置の実施の形態を示す図である。
【図２】図１の受波子を詳細に示す図である。
【図３】点状波源と波動場及び観測点の位置関係を示す図である。
【図４】図１に示す局所位相速度計測装置の計測結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  検査対象
２  任意波形発生装置
３  送波子
４  受波子
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  圧電変換素子
５  平均化処理器
６  時間微分器
７  ｘ方向空間微分器
８  ｙ方向空間微分器
９  時空間勾配相関器
１０  位相速度算出器
１１  方位算出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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