(57)【要約】細長い非軸対称物体を検査する装置で、前記細長い物体の外面に結合するよう動作可能な複数の波励振器を有する少なくとも１つの励振器アレイと、前記複数の波励振器を励振する駆動信号を生成するよう動作可能なドライバ・ユニットとを備え、被誘導音波モードが励起されるよう、前記アレイの個々の波励振器に向かう各駆動信号が、前記アレイにある他の波励振器への駆動信号に対して重み付けされ、さらに、被誘導音波モードが励起されるよう、前記アレイに複数の波励振器を有する受信ユニットと、反射した被誘導音波を受信できる複数の波受信器を有する受信ユニットと、受信した波を解析し、前記細長い非軸対称物体の状態を評価するよう動作可能な解析ユニットとを備える装置について説明する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い非軸対称物体を検査する装置で、
前記細長い物体の外面に結合するよう動作可能な複数の波励振器を有する少なくとも１つの励振器アレイと、
前記複数の波励振器を励振する駆動信号を生成するよう動作可能なドライバ・ユニットとを備え、被誘導音波モードが励起されるよう、前記アレイの個々の波励振器に向かう各駆動信号が、前記アレイにある他の波励振器への駆動信号に対して重み付けされ、さらに、
反射した被誘導音波を受信できる複数の波受信器を有する受信ユニットと、
受信した波を解析し、前記細長い非軸対称物体の状態を評価するよう動作可能な解析ユニットとを備える装置。
【請求項２】
前記細長い物体に沿って相互に対して所定の距離に配置された少なくとも２つの励振器アレイを備え、前記波励振器アレイが、望ましくない被誘導波モードの伝播を抑制するため協働するよう動作可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記励振器アレイの少なくとも１つがパルス・エコー・モードで動作可能であり、これにより前記波励振器が、１つの被誘導波モードを励起し、反射した波の所定モードを受信する波受信器としても働く、請求項１から２いずれか１項に記載の装置。
【請求項４】
前記解析ユニットが、各波受信器からの受信信号の重み付け合計を実行して、前記特定の受信モードの振幅を示す信号を獲得するよう動作可能である、請求項１から３いずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記励振モードが、前記細長い物体の対称面に対して対称であり、前記特定の受信波モードが、前記励振モードのモード変換から生じた非対称モードである、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
受信した対称モード波も前記解析ユニットで解析する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
各励振モードが前記細長い非軸対称物体の異なる領域を評価するよう、前記少なくとも１つの波励振器アレイが、複数の被誘導波モードを順次励振する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの波励振器アレイが、前記細長い物体の対称面に対して対称である１つの被誘導音波モードを励振するよう動作可能であり、前記解析ユニットが、受信波において非対称モードと対称モードの少なくとも１つを検出することにより、前記細長い物体の欠陥を識別するよう動作可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記解析ユニットが、反射波において１つの非対称モードを検出することにより、前記細長い物体の欠陥を識別するよう動作可能である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの波励振器アレイが、締め付け機構によって前記細長い物体の前記外面に固定される、請求項１から９いずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの波励振器アレイが、結合機構によって前記細長い物体の前記外面に永久的に固定される、請求項１から１０いずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの波励振器アレイが、運動中の列車に装着した複数の電磁超音波変換器のうち１つと前記細長い物体に固定された複数の電磁音響変換器とを備える、請求項１から１１いずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記波励振器が、面に電圧が加わると、分極して変形する圧電要素を備える変換器である、請求項１から１２いずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記細長い物体が鉄道レールである、請求項１から１３いずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数の励振器が順次駆動される、請求項１から１４いずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記解析ユニットが、合成開口処理を使用して受信波を解析する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記波励振器が結合する前記外面が、前記細長い物体の横手方向断面を囲む、請求項１から１６いずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
細長い非軸対称物質を検査する方法で、
前記細長い物体に結合された複数の波励振器をドライバ信号で駆動するステップを含み、被誘導音波モードが励起されるよう、個々の波励振器への各ドライバ信号を、他の波励振器への駆動信号に対して重み付けし、さらに、
反射した被誘導音波を受信するステップと、
前記細長い物体の状態を評価するため、前記受信波を解析するステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は概ね、例えば鉄道軌道のレールなどの細長い非軸対称物体に、ひび、疲労、溶接部の弱点または他の構造的変形などの検査に関する。
【０００２】
レールの状態の定期的検査は、鉄道網の安全性を保証するために絶対必要である。該当するレールは距離が長く、鉄道運営の中断を回避する必要があるので、レールの検査は実施が困難である。レール検査のために知られている技術には、超音波検査がある。変換器などの波励起要素をレールの特定区間に配置し、これを使用してバルク波を生成し、これは長手方向になるか、またはレールを通して移動するよう導波させることができる。このバルク波を使用して、変換器位置にすぐ隣接したレール部分を検査する。この技術は、一度に試験できるレールの長さは、非常に短く、試験プロセス中試験中のレール区間は、電車を通すことができないという欠点を有する。検査は、１つまたは複数の超音波変換器をカートまたは特殊な検査用電車に装着することにより、レールに沿ってこれをスライドして実施することができる。
【０００３】
図１は、鉄道レールの断面を概略的に示す。レールは、湾曲した上隅２０を有する頭部１０。頭部から、頭部および自体を支持する広い爪先区間４０へと下方向に延在する茎状ウェブ３０を備える。レールは、爪先４０の両側でクリップ５０により枕木６０に固定される。レールは、ウェブ３０の中心を通って対称の垂直面を有するが、非軸対称である。
【０００４】
レールの幾何学的形状により、構造の全領域を検査することは困難であり、特に従来の超音波技術では、領域４０を検査することが困難である。クリップ５０が、この区域への変換器のアクセスを制限するからである。頭部領域の側部も、隅２０の湾曲のために検査が困難である。つまり変換器は頭部のこの領域と面一になる可能性が低い。レールの隣接する区間を結合する「テルミット」溶接の検査は、標準的な超音波試験機器を使用すると困難である。これらの溶接部が、例えば１から５ＭＨｚなど、通常使用される超音波周波数で強く減衰する鋳造品だからである。
【０００５】
国際特許出願第Ａ９６／１２９５１号から、パイプの欠陥を試験するには、これらのパイプに沿って伝播する被誘導音波を使用することが知られている。パイプの軸対称の性質により、軸対称励起を加えることによって特定の被誘導波モードを制御し、これによって発生する相互に密接に関連した多数の被誘導波モードという複雑な状況に対処することができる。この解決法が非軸対称系では働かない。
【０００６】
本発明は、細長い非軸対称物体を検査する装置で、
前記細長い物体の外面に結合するよう動作可能な複数の波励振器を有する少なくとも１つの励振器アレイと、
前記複数の波励振器を励振する駆動信号を生成するよう動作可能なドライバ・ユニットとを備え、被誘導音波モードが励起されるよう、前記アレイの個々の波励振器に向かう各駆動信号が、前記アレイにある他の波励振器への駆動信号に対して重み付けされ、さらに、
反射した被誘導音波を受信できる複数の波受信器を有する受信ユニットと、
受信した波を解析し、前記細長い非軸対称物体の状態を評価するよう動作可能な解析ユニットとを備える装置を提供する。
【０００７】
本発明は、細長い物体の表面に結合した複数の波励振器に対して重み付けした適切な駆動信号を使用することにより、細長い非軸対称物体に被誘導波検査を使用することができる技術を提供する。事前に実施した細長い物体の被誘導波モードの解析は、異なるモードについて、物体の表面の異なる点における相対変位に関する情報をもたらす。このように計算されたモード特定の変位に適合する適切な重み付けを採用することにより、選択した被誘導波モードを励振し、細長い物体の検査に使用することができる。
【０００８】
望ましくない被誘導波モードの抑制を補助したり、逆方向への伝播を抑制したりすることによって性能を改善するため、本発明の好ましい実施形態は、複数のアレイ状の波励振器を使用して、励振されたモードを追加的に制御する。
【０００９】
別個の励振器および受信器を設けてもよいことが理解される。しかし、励振器アレイをパルス・エコー・モードで操作し、それによって励振器が受信器としても働くと、効率および単純さの点で有利な利得が獲得される。
【００１０】
反射信号を解析する能力は、各受信器からの信号を、特定の反射被誘導波モードに適した個々の重み付け係数で積算し、その反射被誘導波モードの信号強度を判断する技術を使用することにより改善される。
【００１１】
細長い物体の欠陥または全体的状態に関する情報は、多様な被誘導波モードから取り出すことができるが、励振モードは細長い物体に対して対称のモードであり、特定の受信波モードは、所定の非対称モードまたは励振モードに対応するモードであることが好ましい。受信した対称モードと受信した非対称モードの両方を解析することが好ましい。
【００１２】
細長い物体の非軸対称という性質は、軸対称パイプと比較すると困難さを招くが、特定の励振被誘導波モードが細長い非軸対称物体の特定区域に集中する可能性を与え、その特定区域に関する情報をさらに明白にすることもできる。一例として、異なる励振被誘導波モードを使用して、鉄道レールの頭部、ウェブおよび爪先に集中させることができる。
【００１３】
励振器は、色々な方法で細長い物体に固定することができるが、好ましい実施形態では、締め付け機構で励振器アレイを細長い物体に固定する。このような締め付け機構は、一時的または永久的に細長い物体に固定することができる。さらなる好ましい実施形態では、変換器をレールに接着する。
【００１４】
圧電変換器を使用して励振器を形成すると、特に都合がよい。
【００１５】
本発明の技術を使用して、橋や建物の構造部材など、多様な細長い非軸対称物体を検査することができるが、本発明は、鉄道レールの試験に特に有効性を有する。
【００１６】
複数の励振器を同時に駆動してもよいが、好ましい実施形態は異なる励振器を順次駆動する。この場合、合成開口処理技術（それぞれ合成送信および合成受信）を使用して、受信波を解析してもよい。
【００１７】
別の態様から見ると、本発明は、細長い非軸対称物質を検査する方法で、
前記細長い物体に結合された複数の波励振器をドライバ信号で駆動するステップを含み、被誘導音波モードが励起されるよう、個々の波励振器への各ドライバ信号を、他の波励振器への駆動信号に対して重み付けし、さらに、
反射した被誘導音波を受信するステップと、
前記細長い物体の状態を評価するため、前記受信波を解析するステップとを含む方法を提供する。
【００１８】
次に、細長い非軸対称物体を検査する装置の実施形態について、添付図面に関して、例示によってのみ説明する。
【００１９】
所与の周波数でレール中を伝播できる被誘導波モードは、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｎｄ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ、Ｖｏｌ．１８５、ｐｐ５３１−５４３のＬ． Ｇａｖｒｉｃによる「Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｐａｇａｔｉｖｅ ｗａｖｅｓ ｉｎ ｆｒｅｅ ｒａｉｌ ｕｓｉｎｇ ａ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」で説明されたものと同様の技術を使用して識別される。これは、有限要素法に基づくが、レールの断面しかモデル化されない。
【００２０】
図２は、上述した技術を用いて獲得されたレールの位相速度分散曲線を示す。この分散曲線を使用して、所与の周波数でレール中を伝播する被誘導波モードを識別することができる。図２から、所与の周波数で存在する様々なモードは、通常、異なる伝播速度を有することが分かる。図３から図６は、約１７ｋＨｚの周波数で伝播する被誘導波に対応するレールのモード形状の例である。このモード形状は代表的サンプルであり、指定された周波数で伝播するのはこのモード形状だけではない。図３から図６はそれぞれ、レールの２次元有限要素メッシュ・モデルを示す。ｘ軸は垂直で、レールのウェブに平行に延び、ｙ軸は水平で、爪先に平行に延び、ｘ軸はレールの長さに平行に延びる。各ケースで、特定の伝播モードに対応する変形ウェブが、波が励起されていない非変形メッシュと一緒に描かれている。
【００２１】
図３は、頭部の動作が優勢であるモードのレール変位を示す。図３Ａは、ｙ軸とｚ軸との間で直接見たメッシュの図を示す。ｚ軸に沿った頭部の変位１００は、このモードに特有である。ウェブの上部分も、頭部の同じ方向でｚ軸に沿って多少変位する。図３Ｂはｙ軸に沿った図で、垂直に対する変位を示す。ウェブの下部分は、頭部に対して反対方向で、垂直から少々変位している。図３Ｃはｚ軸に沿った図であり、これは中央および両端で上方向に変形するウェブの多少の変位があることを示す。図３Ｃは、頭部モードが、ウェブの中心を通ってｘ軸に平行に延びる対称軸に対して対称であることも示す。
【００２２】
図４は、爪先の動作が優勢であるモードのレール変位を示す。図４Ａは、ｙ軸とｚ軸との間で見たメッシュの図を示す。爪先の変位は、このモードに特有である。ｙ軸に沿った爪先の端部は両方とも、プラスのｘ方向に変位する。変位は、ほぼ完全に爪先領域に限定される。図４Ｂはｘ軸に沿った図であり、垂直に対する爪先の両端の変位を示す。爪先の対抗する端部は、ｚ軸に沿って反対方向に変位し、したがって変位していない爪先に対応する長方形の細片が捻れる。図４Ｃはｚ軸に沿った図であり、これは、爪先の両端に向かって徐々に増加する上方向のｘ変位を、さらに明瞭に示す。図４Ｃは、この爪先モードが、ウェブの中心を通ってｘ軸に平行に延びる対称軸に対して対称であることも示す。
【００２３】
図５は、ウェブの動作が優勢であるモードのレール変位を示す。図５Ａは、ｙ軸とｚ軸のちょうど間で見たメッシュの図を示す。ｚ軸に沿ったウェブの大きい変位は、このモードに特有である。爪先も、このモードで少々の変位を経験する。図５Ｂはｙ軸に沿った図であり、ｘ軸に対する端ウェブの大きい変位を示す。変位は、ウェブの中心で最大値を有し、ウェブの両端に向かって徐々に減少する。頭部は、ウェブの変位とは反対方向に少々変位する。図５Ｃはｚ軸に沿った図であり、これは、爪先の変位をさらに明瞭に示す。図５Ｃは、このウェブモードが、ウェブの中心を通ってｘ軸に平行に延びる対称軸に対して対称であることも示す。
【００２４】
図６は、ウェブの中心を通ってｘ軸に平行に延びる対称軸に対して逆対称であるモードのレール変位を示す。図６Ａは、ｙ軸とｚ軸との間で直接見たメッシュの図を示す。ウェブは、ｘ−ｙ面で大きく湾曲して、頭部はｚ方向に変位し、したがってｙ軸に沿った頭部の両端は、ｚ軸に沿って反対方向に変位する。図６Ｂはｙ軸に沿った図であり、ｘ軸に沿ったウェブの捻れを示す。図６Ｃはｚ軸に沿った図であり、これは、頭部およびウェブの優勢な変位を、爪先の小さい変位とともに、さらに明瞭に示す。
【００２５】
励起できるモードは、レールの長さに沿ってウェブの中心を通り垂直に延びるレールの対称面に対して対称または逆対称である。図３のような対称の波が、これも対称面に対して対称である溶接部などの特異部分に入射すると、レール中で励起されるどのモードも、図６に示すモードのような逆対称モードにモード変換される可能性が低い。しかし、ひび割れなどのレール内の欠陥は、対称である可能性が非常に低く、したがって対称モードがひび割れで反射すると、通常は、少なくとも部分的に、対称の出射波と同じ周波数を有する逆対称モードにモード変換される。この場合、反射した信号は、対称モードと逆対称モードとの両方を含む。反射波の特性を解析すると、典型的にほぼ対称で、したがってモード変換を誘発しない良好な溶接部からのモード変換を誘発する構造的欠陥の存在を区別する方法を提供する。この実施形態では、波励振器アレイによって対称モードのみが励起される。あるいは、非対称特異部で対称モードにモード変換するだけの逆対称モードのみを励起することができる。励起モードが対称か逆対称かに関係なく、受信器は、反射された波の対称モードと非対称モードとの両方を検出できなければならない。励起されたモードを反射する欠陥が対称である場合は、励起波のモード・タイプのみが通常は受信される。したがって、逆対称のモード変換波が存在しない場合、それは反射体が対称である可能性が高いことを示す。
【００２６】
図７は、レールの表面の１４ヵ所に展開した本発明の第１実施形態による変換器アレイを有するレール７０の断面図を示す。この実施形態では、合計１４個の変換器をレールの一断面の周囲に配置し、したがって６個がレールの頭部に、４個がウェブに、４個が爪先に配置される。必要な変換器の数は、抑制すべき望ましくないモードの数、および励起すべきモード形状の複雑さとともに増加する。変換器はレールに接合することができるが、代替締め付け構成について後述する。
【００２７】
代替実施形態では、変換器をレールの長さに沿った線形アレイ状に配置する。
【００２８】
各変換器は、面に電圧を加えると分極して変形する圧電要素（電磁超音波変換器（ＥＭＡＴ）を使用してもよく、変換器をレールに締め付けるのではなく、移動中の列車に装着する実施形態では、これが好ましい）から形成される。したがって、各変換器が波励振器として作用することができる。各変換器に加える電圧を、レール表面の対応する点において必要な変形量に応じて、別個に調節することができる。各変換器は、レールに沿った波の電波による変形を電気信号に変換することにより、波受信器としても作用することができる。変換器アレイには、各変換器に異なる駆動電圧を供給することができる駆動機構を設ける。駆動機構は、多チャネル信号発生器、および各出力チャネルを別個に調節することができるパワー増幅器で構成される。パワー増幅器からの出力を使用して、波励振器として働く高インピーダンス圧電変換器に励起信号を供給する。励起の全体的パターンが所望のモード形状に対応するよう、アレイにある各変換器への入力電圧を、アレイの他の変換器に対して重み付けする。特定のモードの励起に必要な重み付けは、前述したＧａｖｒｉｃの方法と同様の方法を用いて計算する。
【００２９】
ＥＭＡＴは、溶接部の欠陥を検出するために計画的箇所でレールに永久的に取り付けてもよい。
【００３０】
変換器アレイを使用して、幾つかのモードを順次起動することができる。これを使用して、所与のモードによって優先的に変位するレールの特定部分に発生する欠陥を特定して狙うことができる。例えば、図３に示すモードは大部分が頭部に限定され、図４に示すモードは大部分が爪先に限定されて、図５に示すモードは大部分がウェブに限定され、したがってこれらのモードを使用して、レールの頭部、爪先およびウェブの欠陥を個々に識別することができる。
【００３１】
図８は、１つの波励振器によって誘導され、１つの波受信器によって検出される被誘導波信号に対応する振幅と時間のミリ秒単位の線形プロットである。信号は、望ましくない励起モードに対応する２つの大きい振幅振動、およびレール端部からの反射に対応する、これより小さい振幅の信号を備える。小さい方の振幅信号は所望のモードに対応する。
【００３２】
図９は、重み付けした駆動信号にて変換器アレイを使用して誘導し、パルス・エコー・モードの動作および合成開口技術を使用して検出した被誘導波信号に対応する振幅と時間のミリ秒単位の線形プロットである。送信と受信に同じ重み付けを使用した。この場合、レール端部から反射した所望のモードの振幅は、望ましくないモードによる外乱よりはるかに大きい。
【００３３】
１つの変換器ではなく変換器アレイを使用することの利点が、所望のモードより振幅が大きいスプリアス・モードを特徴とする図８の信号を、スプリアス・モードが所望のモードの振幅と比較して小さい振幅を有する図９の信号と比較することによって実証されている。変換器アレイを使用すると、欠陥および溶接部などの特徴が識別しやすくなる。
【００３４】
図１０は、本発明の実施形態による変換器アレイを示す。この場合は、締め付け機構を使用して、変換器をレールの区間にしっかり取り付ける。この実施形態の締め付け機構は、その長さに沿って半分近くで相互に旋回自在に取り付けた２本のアームを備える。旋回軸を越えると、アームは交差し、ねじおよび回転可能な柄を備えるねじ機構に取り付けられる。クランプは開位置および閉位置を有する。クランプは、旋回したアームが相互に引っ張られるようねじ機構の柄を回転することにより係合させる。クランプは、変換器が動作可能な状態で図示の位置にてレール表面に係合するよう閉じる。多くの代替締め付け機構が可能であり、変換器をレールに永久的に取り付けることも可能である。
【００３５】
列車がまだレール上を走行している間に試験システムを配置する場合、レール頭部の上面に変換器を配置することは可能でない。この場合、変換器アレイへの入力の重み付けによるモード制御がさらに困難になるが、レール頭部の上面に力を加える変換器を使用せずに、望ましくないモードを抑制することは、なお可能である。波励振器アレイは、レール表面全体に分散する点に力を加える必要がない。
【００３６】
各独立の駆動周波数を有する１本の変換器アレイを使用して獲得可能なモード制御は、（図１１に示すように）レールの長さに沿って所定の距離だけ隔置された２つ以上の波励振器アレイを使用することによって改善することができる。望ましくない励起の抑制と、所望の対称モードの振幅増加との両方に、複数の励振器アレイを使用することができる。複数のアレイを使用して、レールに沿った一方向に特定の被誘導音波を励起することができる。変換器を動作可能な状態でレール頭部の上面に係合させることができない場合は、複数のアレイを使用することが、特に適切である。
【００３７】
所与の周波数で伝播する代替モードの波長は、通常は異なるので、特定のモードを強化し、他のモードは抑制するよう、少なくとも２つの励振器アレイを介してレールに力を加えることが可能である。例えば、望ましいモードの波長がλで、望ましくないモードの波長が２λであるとする。２つの励振器アレイをレールの長さに沿って距離λだけ離して配置し、両方のアレイに同一の励振信号を加えると、励起が、望ましいモードの同位相の点で効果的に与えられ、しかして望ましくないモードの反対位相の点で効果的に加えられる。望ましいモードは強調され、望ましくないモードは低下される。望ましいモードと望ましくないモードの波長が、単に相互の倍数ではない状況では、望ましいモードの強化および望ましくないモードの抑制は、個々の励振器アレイで励起信号の位相を適切に調節することによって達成することができる。レール中を伝播する被誘導波モードの選択性は、励振器アレイをモード選択および伝播方向選択に必要な最小数より多く使用することにより、改善することができる。
【００３８】
波励振器アレイは、各アレイが励振器と反射波の受信器との両方として作用するよう、パルス・エコー・モードで動作することができる。アレイの変換器は、受信器として作用する場合、各変換器が検出したレール表面の機械的変位を電気信号に変換する。各変換器で検出した変位から生じる電気信号は、所定セットの重み付けに従って別個に増幅することができる。増幅重み付けのセットを適切に調節し、結果の電気信号を合計することにより、該当する伝播モードの振幅に比例する信号を獲得することができる。受信器の重み付けを調節して、送信および反射モードに、または逆対称モード変換済み反射に比例する信号を獲得することができる代替実施形態では、各変換器で検出された変位を、同じ量で増幅し、結果の信号を重み付けした合計を、コンピュータ・ソフトウェアで実行する。この試験は、各送信モードと受信モードの組合せにつき操返される。逆対称反射波の存在を検出する第１試験、および最初に送信されたモードの反射を検出する第２試験は、通常、溶接部または欠陥などのレールの特異部の幾何学的形状を示すために実行する。上述した変換器変位の重み付け合計を実行することによって獲得可能な純粋な被誘導波モードの受信は、欠陥検出技術の有効性にとって、純粋被誘導波モードの選択的励起と同様に重要である。
【００３９】
本発明のさらなる実施形態によると、多くの送信モードと受信モードの組合せを同時に解析することができる。この場合、励振器アレイの各変換器を使用して、レールを励振させ、受信アレイの各要素で結果の反射を受信する。つまり送信は１つの変換器を使用し、受信はアレイの全変換器を使用する。別個の送信変換器と受信変換器を使用する場合、送信は送信器アレイの１つの要素で、受信は受信器アレイの全要素で実行される。パルス・エコーを同じ変換器で使用する場合、受信は、送信器を含む全エレメントで実行される（パルス・エコーなしに１つのアレイを使用して妥当な（ただし多少低下した）性能を獲得することも可能であり、この場合は、送信を１つの要素で、受信をその他全部の要素で実行する）。最初に言及した技術は、超音波でしばしば使用される合成開口技術と類似している。合成開口は、様々な信号を測定し、次々に記録して、その後に組み合わせるプロセスである。合成開口集束は、通常、１つの伝播モードを考慮し、組み合わせた測定値を使用して、空間の特定領域を検査する。本発明の場合は、時間の関数としての変位振幅を、送信および受信変換器の異なる位置で測定し、ソフトウェアの追加プロセスを使用して、特定の送信モードと受信モードの対の挙動を分離する。この実施形態の利点は、１つの試験で複数の対を解析できることである。このプロセスは、所与の試験について大量のデータを処理する必要があることがあるが、要素の組合せを順次個別に駆動するのではなく、同時に駆動することにより、必要な励振数を減少させることが可能である。例えば、送信モードが対称である送信モードと受信モードの組合せしか検査する必要がないことが判っている場合は、対称面に対して対称に配置した励振器アレイの２つの変換器に、励振を同時に加えることができる。合成開口構成では、通常、２セットの処理が必要である。つまり、対称励振モードに対応する受信モードを検出する第１セット、および励振された波をモード変換した非対称モードに対応する受信モードを検出する第２セットである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
レールの横手方向断面略図である。
【図２】
レールの分散曲線を示す。
【図３】
レールの頭部区間の動作が優勢である伝播被誘導波の対称モードを示す。
【図４】
レールの爪先区間の動作が優勢である伝播被誘導波の対称モードを示す。
【図５】
レールのウェブ区間の動作が優勢である伝播被誘導波の対称モードを示す。
【図６】
レールの頭部区間およびウェブ区間両方の動作が優勢である伝播被誘導波も軸対称モードを示す。
【図７】
本発明の第１の実施形態による典型的な変換器アレイを概略的に示す。
【図８】
１つの波励振器を使用してレールに被誘導波を励起した結果として検出される伝播モードの実験結果を示す振幅対時間の線形プロットである。
【図９】
独立した各駆動電圧を有する複数の波励振器を使用してレールの被誘導波を励起した結果として検出される伝播モードの実験結果を示す振幅対時間の線形プロットである。
【図１０】
アレイ状の波励振器を動作可能な状態でレールに取り付けるために使用する、本発明の第２の実施形態による締め付け機構を示す。
【図１１】
レールに沿って隔置された複数の変換器アレイを概略的に示す。
【図２】
2004520587.tif 000003
【図８】
2004520587.tif 000004
【図９】
2004520587.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004520587.tif 000006
2004520587.tif 000007
2004520587.tif 000008
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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