(57)【要約】  超音波検査システムによって実行される方法には、チャープ帯域幅を掃引する超音波パルスを多層構造に送ること、及び多層構造の層から多層構造に送られるパルスの一連の時間重複反射を含む超音波エネルギーを受け取ることが含まれる。この方法には、超音波エネルギーの周波数領域処理を実行して、多層構造の個々の層をそれぞれ示す周波数共振ピークを生成することと、超音波エネルギーの時間領域処理を実行して、時間重複反射をそれぞれの時間分離された反射時間ピークに圧縮することも含まれる。この方法にはまた、周波数領域のプロットに周波数共振ピークを表示し、時間領域のプロットに反射時間ピークを表示することも含まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャープ帯域幅を掃引する超音波パルスを多層構造に送るステップと、
前記多層構造の層から前記多層構造に送られた前記パルスの一連の時間重複反射を含む超音波エネルギーを、多層構造から受け取るステップと、
前記一連の時間重複反射を含む前記超音波エネルギーに周波数領域処理を実行して、前記多層構造の別々の層をそれぞれ示す周波数共振ピークを生成するステップと、
前記超音波エネルギーに時間領域処理を実行して、前記時間重複反射をそれぞれの時間分離された反射時間ピークに圧縮するステップと、
周波数領域のプロットに前記周波数共振ピークを表示するステップと、
時間領域のプロットに前記反射時間ピークを表示するステップと、
を具備する方法。
【請求項２】
前記時間領域処理には、前記多層構造に送られる前記パルスのチャープ周波数特性に適合したフィルタ応答を使用して、前記一連の時間重複反射をフィルタリングするステップが含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記周波数領域処理を実行するステップには、前記超音波エネルギーに１つ以上のフーリエ変換を実行して、前記周波数共振ピークを含む１つ以上の対応する周波数スペクトルを生成するステップが含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記周波数領域処理を実行するステップには、
前記超音波エネルギーに対して第１のフーリエ変換を実行して、第１の周波数スペクトルを生成するステップと、
前記第１の周波数スペクトルに対して第２のフーリエ変換を実行して、前記周波数共振ピークを含む第２の周波数スペクトルを生成するステップと、
がさらに含まれることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記超音波エネルギーに対して前記周波数領域処理を実行することにより、前記周波数領域のプロット上に個々の層は分離して表示されないが、前記時間領域処理の結果は、前記時間領域のプロットに前記個々の層が分離して表示されるような時間分離された反射時間パルスになるように、同じ周波数共振を有する前記多層構造の個々の層に対応するそれぞれの周波数共振ピークは、組み合わされた周波数共振ピークで重なることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記周波数領域のプロット上に前記周波数共振ピークを、そして、前記時間領域のプロット上に前記反射時間ピークを、１つ以上のディスプレイに同時に表示するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記チャープ帯域幅を掃引するパルスを生成するステップをさらに具備し、
前記送るステップには、生成された前記パルスに応答して超音波トランスデューサを介して前記多層構造に前記超音波パルスを送るステップが含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
チャープ帯域幅を掃引する超音波パルスを多層構造に送る超音波送信機と、
前記多層構造の層から前記多層構造に送られた前記パルスの一連の時間重複反射を含む超音波エネルギーを、前記多層構造から受け取る超音波受信トランスデューサと、
前記超音波エネルギーに対して周波数領域処理を実行して、前記多層構造の個々の層をそれぞれ示す周波数共振ピークを生成する周波数領域分析器と、
前記超音波エネルギーに対して時間領域処理を実行して、前記時間重複反射をそれぞれの時間分離された反射時間ピークに圧縮する時間領域分析器と、
周波数領域プロットに前記周波数共振ピークを表示し、時間領域のプロットに前記反射時間ピークを表示する１つ以上のディスプレイと、
を具備する装置。
【請求項９】
前記時間領域分析器は、前記多層構造に送られる前記パルスのチャープ周波数特性に適合するフィルタ応答を使用して、前記一連の時間重複反射をフィルタリングすることにより前記時間領域処理を実行するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記周波数領域分析器は、前記超音波エネルギーに対して１つ以上のフーリエ変換を実行して前記周波数共振ピークを含む１つ以上の対応する周波数スペクトルを生成することにより前記周波数領域処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記周波数領域分析器は、さらに、
前記超音波エネルギーに対して第１のフーリエ変換を実行して第１の周波数スペクトルを生成し、
前記第１の周波数スペクトルに対して第２のフーリエ変換を実行して、前記周波数共振ピークを含む第２の周波数スペクトルを生成する、
ことにより、前記周波数領域処理を実行するよう構成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記周波数領域分析器は、前記超音波エネルギーに対して前記周波数領域処理を実行し、前記周波数領域プロット上に個々の層は分離して表示されないが、前記時間領域処理の結果は、前記時間領域のプロットに前記個々の層が分離して表示されるような時間分離された反射時間パルスとなるように、同じ周波数共振を有する前記多層構造の前記個々の層に対応するそれぞれの周波数共振ピークは、組み合わされた周波数共振ピークで重なるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記周波数領域プロット上に前記周波数共振ピークを、そして、前記時間領域のプロット上に前記反射時間ピークを、１つ以上のディスプレイに同時に表示するステップを具備することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記超音波送信機は前記チャープ帯域幅を掃引するパルスを生成するよう構成され、前記装置は、生成された前記パルスに応答して前記超音波パルスを前記多層構造に送る超音波トランスデューサをさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体であって、超音波送信機と超音波受信システムを含むよう構成された超音波検査システムのプロセッサに実行させたとき、プロセッサに、
チャープ帯域幅を掃引する超音波パルスを多層構造に送らせること、
前記多層構造の層から前記多層構造に送られた前記パルスの一連の時間重複反射を含む超音波エネルギーを、前記多層構造から受け取ること、
前記超音波エネルギーに対して周波数領域処理を実行して、前記多層構造の個々の層をそれぞれ示す周波数共振ピークを生成すること、
前記超音波エネルギーに対して時間領域処理を実行して、前記時間重複反射をそれぞれの時間分離された反射時間ピークに圧縮すること、
周波数領域プロットに前記周波数共振ピークを表示させること、
時間領域プロットに前記反射時間ピークを表示させること、
を実行させるための命令を格納する非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１６】
前記プロセッサに前記時間領域処理を実行させる命令には、前記プロセッサに、前記多層構造に送られる前記パルスのチャープ周波数特性に適合するフィルタ応答を使用して、前記一連の時間重複反射をフィルタリングさせる命令が含まれることを特徴とする請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１７】
前記プロセッサに前記周波数領域処理を実行させる命令には、前記プロセッサに、前記超音波エネルギーに対して１つ以上のフーリエ変換を実行して前記周波数共振ピークを含む１つ以上の対応する周波数スペクトルを生成させる命令が含まれることを特徴とする請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１８】
前記プロセッサに前記周波数領域処理を実行させる命令には、前記プロセッサに、
前記超音波エネルギーに対して第１のフーリエ変換を実行して第１の周波数スペクトルを生成させ、
前記第１の周波数スペクトルに対して第２のフーリエ変換を実行して、前記周波数共振ピークを含む第２の周波数スペクトルを生成させる、
命令がさらに含まれることを特徴とする請求項１７に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項１９】
前記超音波エネルギーに対して前記プロセッサに前記周波数領域処理を実行させる命令により、前記周波数領域プロット上に個々の層は分離して表示されないが、前記時間領域処理の結果は、前記時間領域のプロットに前記個々の層が分離して表示されるような時間分離された反射時間パルスとなるように、同じ周波数共振を有する前記多層構造の前記個々の層に対応するそれぞれの周波数共振ピークは、組み合わされた周波数共振ピークで重なることを特徴とする請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体。
【請求項２０】
前記プロセッサに、前記周波数共振ピークと前記反射時間ピークとの表示を実行させる命令には、前記プロセッサに、前記周波数領域のプロット上に前記周波数共振ピークを、そして、前記時間領域のプロット上に前記反射時間ピークを、同時に表示させる命令が含まれることを特徴とする請求項１５に記載の非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超音波検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波スペクトロスコピーは、超音波エネルギーを使用して、試験材料の欠陥及び／又は材料特性を検査する。超音波検査システムには、試験材料に超音波エネルギーを供給し、この試験材料から超音波エネルギーを検出するための超音波トランスデューサが含まれる。超音波検査システムは、超音波スペクトロスコピー技法を使用して検出された超音波エネルギーを分析し、欠陥と材料特性を明らかにする。試験材料のさまざまな特性及び種々のトランスデューサの動作特性に適合した、広範囲の超音波周波数、周波数帯域幅、及び振幅にわたって試験材料に超音波エネルギーを供給できることが望ましい。しかし、従来の超音波検査システムは、比較的狭い範囲の超音波周波数、周波数帯域幅、及び振幅のみで動作し、これらの狭い範囲外では周波数と振幅の両方で正常に機能しないことになる。その結果、従来の超音波検査システムでは、使用できるトランスデューサのタイプと検査できる試験材料の種類が制限されている。
【０００３】
単層構造又は多層構造の形態の試験材料に対して超音波スペクトロスコピー技法を実施して、１つの層又は複数の層の組成、欠陥又は損傷、又は多層構造の隣接層間の結合不良又は分離を特定し／特徴付けを行うことができる。１つの超音波スペクトロスコピー技法では、検出された超音波エネルギーの材料共振を含む周波数応答を決定する。別の技法では、検出された超音波エネルギーの時間パルスを識別する。理想的には、周波数共振は互いに異なり、パルスは互いに異なる。ただし、実際には、多層構造内のさまざまな層又は単層構造内の重大な欠陥からの／これらに起因する時間的に重複する超音波エネルギーの反射や反響が含まれるため、検出された超音波エネルギーは複合的になる。これにより、検出された超音波エネルギーに減殺的な及び増加的な干渉が生じ、時間的に区別できる反射の検出が非常に困難になる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】例示的な超音波検査システムのブロック図である。
【０００５】
【図２】超音波検査システムの超音波送信機の例示的なパルス発生器のブロック図である。
【０００６】
【図３】超音波送信機によって生成される例示的な増幅されたチャープパルスの振幅対時間のプロットである。
【０００７】
【図４】チャープパルスの例示的な周波数スペクトルを示す。
【０００８】
【図５】超音波送信機によって生成された別々の増幅されたチャープパルスについてそれぞれの例示的な周波数スペクトルを示す。
【０００９】
【図６】超音波検査システムの超音波受信機の例示的な信号プロセッサのブロック図である。
【００１０】
【図７Ａ】単一のグラファイトエポキシ層用の信号プロセッサの周波数領域／スペクトルプロセッサによって生成された例示的な第１の周波数スペクトルを示す。
【００１１】
【図７Ｂ】第１の周波数スペクトルに基づいて単一のグラファイトエポキシ層についてスペクトルプロセッサによって生成された例示的な第２の周波数スペクトル（すなわち、共振間隔スペクトル）を示す。
【００１２】
【図８Ａ】単一のシリコンゴム層の例示的な第１の周波数スペクトルを示す。
【００１３】
【図８Ｂ】図８Ａの第１の周波数スペクトルに基づく、単一のシリコンゴム層の例示的な共振間隔スペクトルを示す。
【００１４】
【図９Ａ】図７Ａの層とは異なる厚さの単一のグラファイトエポキシ層の例示的な第１の周波数スペクトルを示す。
【００１５】
【図９Ｂ】図９Ａの第１の周波数スペクトルに基づく、異なる厚さの単一のグラファイトエポキシ層の例示的な共振間隔スペクトルを示す。
【００１６】
【図１０Ａ】図７Ａ、図８Ａ、及び図９Ａで検査された単一層を接着させた例示的な多層試験材料の図である。
【００１７】
【図１０Ｂ】多層試験材料の例示的な第１の周波数スペクトルを示す。
【００１８】
【図１０Ｃ】図１０Ｂの第１の周波数スペクトルに基づく、多層試験材料の例示的な共振間隔スペクトルを示す。
【００１９】
【図１１】信号プロセッサの時間領域プロセッサにおける例示的な整合フィルタの図である。
【００２０】
【図１２】超音波送信機によって試験材料に送られる例示的なチャープパルスのプロットである。
【００２１】
【図１３】超音波受信機によって試験材料から受信された（図１２からの、送られてきたチャープパルスの）例示的な第１のチャープパルスの反射のプロットである。
【００２２】
【図１４】超音波受信機によって試験材料から受信された（図１２からの、送られてきたチャープパルスの）例示的な第２のチャープパルスの反射のプロットである。
【００２３】
【図１５】例示的な、第１のチャープパルス及び第２のチャープパルスの組み合わされた応答のプロットである。
【００２４】
【図１６】図１５の組み合わされた応答に基づいて時間領域プロセッサによって生成された例示的なパルス圧縮結果のプロットである。
【００２５】
【図１７】別の例示的な多層試験材料の図である。
【００２６】
【図１８Ａ】多層試験材料の層が互いに完全に接着している場合の図１７の多層試験材料の例示的な第１の周波数スペクトルを示す。
【００２７】
【図１８Ｂ】図１８Ａの第１の周波数スペクトルに基づく、図１７の多層試験材料の例示的な共振間隔スペクトルを示す。
【００２８】
【図１８Ｃ】完全に接着している多層試験材料について、図１８Ａ及び図１８Ｂの周波数スペクトルに対応する時間領域プロセッサによって生成された圧縮パルスの例示的な時間領域プロットである。
【００２９】
【図１９Ａ】多層試験材料の層の第１のペアが剥離されている場合の図１７の多層試験材料の例示的な第１の周波数スペクトルを示す。
【００３０】
【図１９Ｂ】図１９Ａの第１の周波数スペクトルに基づく、図１７の多層試験材料例示的な共振間隔スペクトルを示す。
【００３１】
【図１９Ｃ】多層試験材料の層の第１のペアが剥離されている場合の、図１９Ａ及び図１９Ｂの周波数スペクトルに対応する時間領域プロセッサによって生成された圧縮パルスの例示的な時間領域プロットである。
【００３２】
【図２０Ａ】多層試験材料の層の第２のペアが剥離されている場合の、図１７の多層試験材料の例示的な第１の周波数スペクトルを示す。
【００３３】
【図２０Ｂ】図２０Ａの第１の周波数スペクトルに基づく、図１７の多層試験材料の例示的な共振間隔スペクトルを示す。
【００３４】
【図２０Ｃ】多層試験材料の層の第２のペアが剥離されている場合の、図２０Ａ及び図２０Ｂの周波数スペクトルに対応する時間領域プロセッサによって生成された圧縮パルスの例示的な時間領域プロットである。
【００３５】
【図２１】超音波検査システムによって実行される例示的な方法のフローチャートである。
【００３６】
【図２２】超音波検査システムによって実行される別の例示的な方法のフローチャートである。
【００３７】
【図２３】周波数スペクトル、共振間隔スペクトル、及びパルス圧縮時間応答のプロットが同時に表示される例示的なコンピュータディスプレイの図である。
【００３８】
【図２４】超音波検査システムの例示的なコントローラのブロック図である。
【発明の概要】
【００３９】
超音波検査システムによって実行される方法には、チャープ帯域幅を掃引する超音波パルスを多層構造に送るステップと、前記多層構造の層から前記多層構造に送られた一連の時間重複反射を含む超音波エネルギーを、多層構造から受け取るステップとが含まれる。この方法にはさらに、超音波エネルギーに周波数領域処理を実行して、多層構造の別々の層をそれぞれ示す周波数共振ピークを生成するステップと、超音波エネルギーに時間領域処理を実行して、時間重複反射をそれぞれの時間分離された反射の時間ピークに圧縮するステップも含まれる。この方法にはさらに、周波数領域のプロットに周波数共振ピークを表示し、時間領域のプロットに反射時間ピークを表示するステップも含まれる。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１を参照すると、超音波送信機と超音波受信機の両方に結合された試験材料１０６の超音波（スペクトロスコピー）検査を実行するために共に動作する検査超音波送信機（ＴＸ）１０２及び音波受信機（ＲＸ）１０４を含む、超音波スペクトロスコピー検査システム１００（単に「超音波検査システム１００」と呼ばれる）のブロック図が示されている。一般に、試験材料１０６は、モノリシック金属片のような単層構造、又は、２つ以上の層を有する多層構造、例えば、隣接する層がそれぞれに接着され、組成が層ごとに異なる場合もある、サンドイッチ構造のような２つ以上の層を有する多層構造とすることができる。超音波検査システム１００は、図２４に関連して以下でより詳細に説明するように、システム全体の制御を行い、送信機１０２及び受信機１０４に関連する様々な機能を実行するために、送信機１０２及び受信機１０４に結合されたコントローラ１０５も含むことができる。
【００４１】
図１は、送信機１０２の送信トランスデューサ１２６及び受信機１０４の受信トランスデューサ１３０が試験材料１０６に結合された２つの構成を示す。「透過」構成では、送信トランスデューサ１２６は、送信側から反対側の受信側へと試験材料を完全に通過する超音波送信を受信トランスデューサ１３０が受信するように、試験材料１０６の側に配置され、受信トランスデューサ１３０は、試験材料１０６の反対側に配置される。この配置は、時間領域評価なしで受信超音波チャープパルスに基づいて試験材料１０６の周波数応答を評価するように、そもそも受信機１０４が設計される場合に特に適している。「片面反射」構成では、送信トランスデューサ１２６と受信トランスデューサ１３０は、受信トランスデューサ１３０が透過したものではなく反射した超音波チャープパルスを受信するように、試験材料１０６の同じ側に配置される。この配置により、反射した超音波チャープパルスを周波数ドメインと時間ドメインの両方で評価することができ、受信した時間ドメイン信号の個々のピークは、多層構造内の個々の層の応答、層間の状態、又は単一層内の欠陥の存在を示す場合がある。ここで説明するＲＦ増幅方式は、送信トランスデューサ及び受信トランスデューサの透過送信構成と、送信トランスデューサ及び受信トランスデューサが試験材料の同じ側に配置される片面配置構成の両方に適している。
【００４２】
いずれの配置でも、送信機１０２は超音波チャープパルスを試験材料１０６に送り、受信機１０４は試験材料の様々な欠陥及び／又は特性を示す試験材料からの超音波エネルギーを検出する。受信機１０４は、検出された超音波エネルギーに信号処理（超音波分析と呼ばれる）を実行して、様々な欠陥及び／又は特性について、視覚的表示を含む表示を生成する。トランスデューサの配置と受信機の能力に応じて、以下にさらに詳しく説明するように、材料共振、共振間隔、反射時間パルスを含む、周波数応答が表示に含まれるが、これらに限定されるわけではない。表示される欠陥及び特性には、試験材料１０６の層の数、層が「剥離」されているかどうか、層の厚さ、多孔性、及び層の組成が含まれるが、これらに限定されない。「剥離」という用語は、層間の接着に欠陥があることを意味する。
【００４３】
送信機１０２には、パルス発生器制御コマンド１１４に応答してチャープパルス１１２を生成するパルス発生器１１０、利得制御信号１２２に応答してチャープパルスを増幅して増幅されたチャープパルス１２４を生成する無線周波数（ＲＦ）電力増幅器１２０、及び、増幅されたチャープパルスに応答して試験材料に超音波チャープパルスを送るよう試験材料１０６に結合された超音波送信トランスデューサ（ＴＴ）１２６が含まれる。パルス発生器１１０は、例えば、チャープパルスのパルス幅に等しい時間、開始周波数から停止周波数まで、ある範囲の周波数又は「掃引周波数範囲」（「チャープ帯域幅」とも呼ばれる）をスイープする正弦波電圧波形としてチャープパルス１１２を生成する。開始周波数と停止周波数はチャープ帯域幅の周波数位置を定め、開始周波数と停止周波数の差はチャープ帯域幅を定める。
【００４４】
パルス発生器１１０は、パルス発生器制御コマンド１１４に応答して、チャープ帯域幅全体にわたるチャープパルス１１２の開始周波数、停止周波数、パルス幅、及び振幅を含むチャープパルスパラメータを独立に調整する。したがって、チャープ帯域幅は、最も狭いチャープ帯域幅から最も広いチャープ帯域幅までのチャープ帯域幅の全範囲にわたって調整でき、チャープ帯域幅の周波数位置は、最低周波数位置から最高周波数位置までの、チャープ帯域幅の周波数位置の全範囲にわたって調整することができる。１つの例では、パルス発生器１１０は、（ｉ）狭い帯域幅から広い帯域幅（例えば、最大２０ＭＨｚ）までのチャープ帯域幅、（ｉｉ）チャープ帯域幅の周波数位置（例えば、最大４０ＭＨｚ）、及び（iii）±０．０５ボルトから±２．０ボルトの振幅を変化させることができる。他の範囲のチャープパルスパラメータも可能となる。通常、パルス発生器１１０は、検査分析のための十分な超音波エネルギーを確保するために、パルス幅を約４０μｓ（マイクロ秒）以上に調整する。動作中、パルス発生器１１０は、対象となる試験材料１０６の欠陥及び／又は材料特性を検査するのに適するように、前述のチャープパルスパラメータを調整する。
【００４５】
１つの実施形態では、パルス発生器１１０は、シングルエンド電圧としてチャープパルス１１２をＲＦ電力増幅器１２０に提供し、この場合、ＲＦ電力増幅器には、シングルエンド電圧を受信するシングルエンド入力が含まれる。別の実施形態では、パルス発生器１１０は、差動電圧としてチャープパルス１１２をＲＦ電力増幅器１２０に提供し、この場合、ＲＦ電力増幅器は、差動電圧を受け取るための差動入力を含む。ＲＦ電力増幅器１２０は、利得制御信号１２２によって設定された利得に従ってＲＦ電力増幅器の入力にて受信したチャープパルス１１２を増幅して、ＲＦ電力増幅器の出力にて増幅されたチャープパルス１２４を生成し、送信トランスデューサ１２６に増幅されたチャープパルスを提供する。ＲＦ電力増幅器１２０は、増幅されたチャープパルス１２４を、ＲＦ電力増幅器の出力に結合された送信トランスデューサ１２６の駆動入力に提供する。増幅されたチャープパルス１２４に応じて、送信トランスデューサ１２６は、超音波チャープパルスを試験材料１０６に送る。送信トランスデューサ１２６は、一般的には、ＲＦ電力増幅器１２０の出力に対する容量性負荷を表し、容量性負荷の静電容量は、異なるタイプのトランスデューサに応じて実質的に変化させることができる。ＲＦ電力増幅器１２０の利点は、増幅されたチャープパルス１２４の周波数スペクトルへの電力増幅器利得を感知できるほど低下させることなく、広範囲の周波数にわたって広範囲にキャパシタンス（容量性負荷）を駆動する能力があることである。
【００４６】
ＲＦ電力増幅器１２０は、広い動作周波数範囲を提供するように構成された、例えばクラスＡ、クラスＢ、クラスＣ等の任意のクラスのＲＦ電力増幅器とすることができる。広い動作周波数範囲は、ＲＦ電力増幅器１２０が実体のあるＲＦ利得を提供する周波数範囲を表す。非限定的な例として、ＲＦ電力増幅器１２０への入力電圧は、数ミリボルト又は数十ミリボルト（例えば、８０ミリボルト）程度とすることができ、ＲＦ電力増幅器１２０の出力は、数十ボルト（例えば４０ｄＢ）とすることができ、数十デシベルの利得（例えば４０ｄＢ）を有する。動作周波数範囲は、パルス発生器１１０によって生成される最も広いチャープ帯域幅よりも広い。さらに、最も広いチャープ帯域幅が動作周波数範囲のどこかに配置されている場合、ＲＦ電力増幅器１２０の利得は、最も広いチャープ帯域幅にわたってほぼ平坦である（すなわち、利得はほぼ平坦な周波数応答を有する）。ＲＦ電力増幅器１２０の例示的な動作周波数範囲は、１００ｋＨｚから４０ＭＨｚである。
【００４７】
図２を参照すると、１つの実施形態によるパルス発生器１１０のブロック図が記載されている。図２の例では、パルス発生器１１０には、デジタル波形発生器２０４、及びデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２０６が含まれる。デジタル波形発生器２０４は、周波数掃引波形の周波数対時間掃引特性及び振幅対時間／周波数特性をも含む、パルス発生器制御コマンド１１４に応答してデジタル化された周波数掃引波形２１０を生成する。周波数対時間掃引特性は、任意の所望の周波数対時間特性に従うことができ、例えば、掃引周波数は線形関数又は双曲線関数に従って増加／減少させることもできる。ＤＡＣ２０６は、デジタル化された波形２１０を連続時間チャープパルス波形１１２に変換する。デジタル波形発生器２０４は、現在知られている又は今後開発される任意のデジタル波形発生器技術に基づいて実施することができる。
【００４８】
図３を参照すると、増幅されたチャープパルス１２４に応答する送信トランスデューサ１２６によって試験材料１０６に送られる理想的なチャープパルス３００の振幅対時間のプロットが示されている。チャープパルス３００は、パルス幅３０２を有し、その幅で、波形３０４は、チャープパルスの開始時の開始周波数Ｆ１からチャープパルスの終了時の停止周波数Ｆ２まで掃引周波数範囲（すなわちチャープ帯域幅）全体にわたって掃引する。理想化されたチャープパルス３００の振幅は、チャープ帯域幅全体にわたって比較的平坦又は一定である。実際には、送信トランスデューサ１２６及び受信トランスデューサ１３０の周波数応答によって引き起こされる歪みを明らかにするために、トランスデューサを向かい合わせて配置し、受信信号を処理することにより、基準応答波形を取得することができる。理想的なチャープパルス３００は、トランスデューサの歪みを補償するために、基本的にこの基準波形で観測される歪みの逆数により、送信端で調整することができる（例えば、振幅変調で）。このようにして、トランスデューサによって引き起こされる歪みがあったとしても、動作帯域幅全体にわたって比較的平坦な周波数応答を得ることができる。
【００４９】
図４を参照すると、チャープパルス３００の理想的な周波数スペクトル４００が示されている。同様に、受信機でこの周波数応答を実現するには、トランスデューサを向かい合わせて（介在物なし）パルスを送信することで得られる基準波形から決定されるトランスデューサからの歪みを考慮して、送信パルスを修正しなければならない。図４の例では、開始周波数Ｆ１は約１ＭＨｚであり、停止周波数Ｆ２は約６ＭＨｚである。図３に示すように、チャープパルス波形は周波数掃引により増減し、図４の１ＭＨｚから６ＭＨｚの範囲よりもわずかに広い帯域幅となる。周波数スペクトル４００は、向い合せたトランスデューサでの応答から生じる基準波形を使用し、送信波形を修正することでトランスデューサの歪みを相殺するような、上述の補償の結果として比較的平坦となる。
【００５０】
上述のように、パルス発生器１１０は、制御コマンド１１４に応答して、異なるチャープ帯域幅及び周波数位置（すなわち、異なった開始周波数と停止周波数のペア）を備えたチャープパルス１１２を生成することができる。１つの例として、図５は、信号発生器１１０によって生成された異なるチャープパルス（１１２）から生じる、送信トランスデューサ１２６によって送られる異なる（正規化された）チャープパルスの異なる周波数スペクトルを示す。周波数スペクトルには、第１の開始及び停止周波数５０２Ｂ、５０２Ｃ（例えば、５０ｋＨｚ、５００ｋＨｚ）に位置する第１のチャープ帯域幅５０２Ａ（例えば、４５０ｋＨｚ）を有する第１の周波数スペクトル５０２、第２の開始及び停止周波数５０６Ｂ、５０６Ｃ（例えば、１ＭＨｚ、７ＭＨｚ）に位置する第２のチャープ５０６Ａ（例えば、６ＭＨｚ）を有する第２の周波数スペクトル５０６、及び、第３の開始及び停止周波数５１０Ｂ、５１０Ｃ（例えば、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ）に位置する第３のチャープ帯域幅５１０Ａ（例えば、２０ＭＨｚ）を有する第３の周波数スペクトル５１０が含まれる。周波数スペクトル５０２〜５１０はすべて、ＲＦ電力増幅器１２０の広い動作帯域幅５２０内に収まり、したがって、チャープ帯域幅５０２Ａ、５０６Ａ、及び５１０Ａのそれぞれにおいて、ＲＦ電力増幅器の比較的高く比較的平坦な利得が得られる。
【００５１】
パルス発生器１１０は、チャープパルス１１２の振幅、例えばピークツーピーク電圧を制御して、ＲＦ電力増幅器１２０のオーバードライブを回避する。ＲＦ電力増幅器１２０がオーバードライブされると、ＲＦ電力増幅器は、増幅されたチャープパルス１２４の振幅をクリップ（例えば、正弦波クリッピング）する。したがって、パルス発生器１１０は、振幅がＲＦ電力増幅器１２０をオーバードライブする振幅（「制限振幅」と呼ばれる）のすぐ下に留まるようにチャープパルス１１２を生成する。一般的には、限界振幅は周波数に依存し、例えば、ＲＦ電力増幅器１２０の動作周波数範囲全体にわたって周波数とともに増加する。したがって、パルス発生器１１０は、周波数の限界振幅に追従するために、例えば、周波数の限界振幅の増加に対応して周波数のチャープパルス１１２の振幅を増加させるために、チャープパルス１１２の振幅を制御することができる。ＲＦ電力増幅器１２０の動作周波数範囲にわたる限界振幅の変化は経験的に決定してもよく、チャープパルス１１２の振幅は、制御コマンド１１４に基づいて経験的に決定した限界振幅よりちょっと低く調整してもよい。１つの例では、チャープパルス１１２のピークツーピーク電圧は、約±８０ボルトとなる増幅されたチャープパルス１２４の比較的一定のピークツーピーク電圧を生成するために、動作周波数範囲の下限から動作周波数範囲の上限までにおいて、±０．０５ボルトから±１．０ボルトの範囲になるように制御することができる。
【００５２】
さらに、基準波形から決定されたトランスデューサの歪みを補正するために、チャープ帯域幅全体にわたって送信トランスデューサ１２６によって試験材料１０６に送られた超音波エネルギーの振幅を修正するために、前述のように、パルス発生器１１０はチャープパルス１１２の振幅を制御する。平坦な周波数スペクトルを有するチャープパルスを試験材料１０６に送ることが好ましいが、ＲＦ電力増幅器１２０、送信トランスデューサ１２６、及び受信トランスデューサ１３０を組み合わせた周波数応答は、所定のチャープ帯域幅全体にわたって変化させることができる。したがって、パルス発生器１１０は、チャープ帯域幅全体にわたってチャープパルス１１２の振幅を変化させて、このように組み合わせた周波数応答がチャープ帯域幅全体にわたって変化する状態を補正／キャンセルして、トランスデューサ１２６は、補正された状態の又は「正規化した」平坦な周波数スペクトルを有するチャープパルスを試験材料１０６に送る。例えば、パルス発生器１１０は、介在する試験材料なしで向かい合わせて配置された送信トランスデューサ及び受信トランスデューサによる試験送信の結果として得られる受信機における基準波形で観測される周波数歪みの逆信号を基本的に適用する方法でチャープ帯域幅全体にわたってチャープパルス１１２の振幅を増減する。この補正は、受信機で（チャープパルスの）正規化した／平坦な周波数スペクトルを提供する。本質的に、基準波形の使用により、チャープ帯域幅全体にわたるＲＦ電力増幅器１２０、送信トランスデューサ１２６、及び受信トランスデューサ１３０を組み合わせた周波数応答を特徴付け／測定することが可能になる。通常の動作中、パルス発生器１１０が試験材料１０６を検査するためにチャープパルス１１２を生成するとき、パルス発生器は、特徴付けされ／測定された、組み合わせた周波数応答に基づいて（すなわち、補正するために）チャープ帯域幅全体にわたってチャープパルス１１２の振幅を制御（増加／減少）する。
【００５３】
再び図１を参照して、周波数領域と時間領域の両方のプロセスの組み合わせに特に重点を置いて受信機１０４を説明する。しかしながら、上述の送信機１０２及び増幅スキームは、説明された受信機１０４のすべての特徴を使用しない超音波システムでの動作に適していることが理解されよう。受信機１０４には、試験材料１０６に結合された超音波受信トランスデューサ１３０、受信増幅器１３２、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１３４、信号プロセッサ１３６（「超音波音分析器１３６」とも呼ばれる）、及びコンピュータディスプレイなどの出力装置１３８が含まれる。送信トランスデューサ１２６が超音波チャープパルスを試験材料１０６に送ると、受信トランスデューサ１３０は、送られた超音波チャープパルスと試験材料との間の相互作用から生じる超音波信号１４０（超音波エネルギー１４０とも呼ばれる）を試験材料から検出し、そして、検出された超音波信号を受信増幅器１３２に提供する。
【００５４】
受信増幅器１３２は、超音波信号１４０を増幅して増幅された超音波信号１４２を生成し、増幅された超音波信号をＡＤＣ１３４に提供する。ＡＤＣ１３４は、増幅された超音波信号１４２をデジタル化し、デジタル化された超音波信号１４４（超音波信号１４０を表す）を生成し、デジタル化された超音波信号を信号プロセッサ１３６に提供する。信号プロセッサ１３６は、デジタル化された超音波信号１４４（デジタル化された超音波エネルギー１４４とも呼ばれる）を処理して処理結果１４６を生成し、処理結果を保存し、例えば表示のために出力装置１３８に処理結果を提供する。処理結果１４６は、欠陥の視覚的表示又は説明及び試験材料１０６に関与する様々な特性を提供する。
【００５５】
図６を参照すると、１つの実施形態による信号プロセッサ１３６のブロック図が示されている。信号プロセッサ１３６は、周波数領域／スペクトルプロセッサ６０２を含み、デジタル化された超音波信号１４４に対して周波数領域処理又はスペクトル処理を実行し、表示用のスペクトル処理結果６０６（結果１４６に含まれる）を生成する。信号プロセッサ１３６には、デジタル化された超音波信号１４４に対して時間領域処理を実行し、表示のために時間領域処理結果６０８（結果１４６にも含まれる）を生成する時間領域プロセッサ６０４も含まれる。周波数領域プロセッサ６０２及び時間領域プロセッサ６０４は、デジタル化された超音波信号１４４を並行して処理し、したがって（ｉ）同じ超音波信号でそれぞれのスペクトル処理及び時間領域処理を同時に実行し、（ｉｉ）それぞれの結果６０６、６０８を出力装置１３８へ同時に配信することができる。他の実施形態では、プロセッサ６０２及び６０４は、それぞれの処理を順次実行することができる。
【００５６】
スペクトルプロセッサ６０２は、デジタル化された超音波信号１４４に対してフーリエ変換、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行して、超音波信号の周波数スペクトルを生成する。周波数スペクトルは、試験材料１０６及び試験材料の１つ又は複数の層に送られるチャープパルスの相互作用によって生成される周波数共振を示す。周波数共振は、１つ以上の層のさまざまな特性を示す。１つの実施形態では、スペクトルプロセッサ６０２は、（ｉ）デジタル化された超音波信号１４４に対して第１のＦＦＴを実行して第１の周波数スペクトルを生成し、（ｉｉ）第１の周波数スペクトルに対して第２のＦＦＴを実行して第２の周波数スペクトルを「共振間隔スペクトル」として生成する。第２のスペクトルは、最初の周波数スペクトルの周波数共振での周波数間隔を示しているため、「共振間隔スペクトル」と呼ばれる。第１の周波数スペクトル及び第２の周波数スペクトルの両方がスペクトル処理結果６０６に含まれ、出力装置１３８に表示することができる。
【００５７】
図７Ａには、送信トランスデューサ１２６及び受信トランスデューサ１３０に結合された厚さ０．１８インチの単一のグラファイトエポキシ層に送信機１０２が超音波チャープパルスを送るときに、スペクトルプロセッサ６０２（上述のように）によって生成される例示的な第１の周波数スペクトルが示されている。チャープパルスのチャープ帯域幅は６ＭＨｚで、周波数は０．５ＭＨｚから６．５ＭＨｚまでの間にある。第１の周波数スペクトルは、グラファイトエポキシ層を示す基本（共振）周波数の複数の周波数高調波を顕著に示している。
【００５８】
図７Ｂを参照すると、図７Ａからの第１の周波数スペクトルのＦＦＴとして、スペクトルプロセッサ６０２によって生成される例示的な第２の周波数スペクトルが示されている。第２の周波数スペクトルは、グラファイトエポキシ層（「レイヤー１」と呼ばれる）の０．３３ＭＨｚの基本（共振）周波数を顕著に示している。
【００５９】
図８Ａを参照すると、送信機１０２が図７及び図８に関連して使用される同じチャープパルスを、他の層間の接着剤又は接着層として使用され得る単一のシリコンゴム層に送るとき、スペクトルプロセッサ６０２によって生成される例示的な第１の周波数スペクトルが示されている。最初の周波数スペクトルは、シリコンゴム層を示す基本（共振）周波数の複数の周波数高調波を顕著に示している。
【００６０】
図８Ｂを参照すると、図８Ｂからの第１の周波数スペクトルのＦＦＴとして、スペクトルプロセッサ６０２によって生成された例示的な第２の周波数スペクトルが示されている。第２の周波数スペクトルは、シリコンゴム層（「レイヤー２」と呼ばれる）の０．６４ＭＨｚの基本（共振）周波数を顕著に示している。
【００６１】
図９Ａを参照すると、送信機１０２が図７Ａ及び図８Ａに関連して使用される同じチャープパルスを、厚さ０．１４インチの単一のグラファイトエポキシ層に送るときに、スペクトルプロセッサ６０２によって生成される例示的な第１の周波数スペクトルが示されている。第１の周波数スペクトルは、グラファイトエポキシ層を示す基本（共振）周波数の複数の周波数高調波を顕著に示している。
【００６２】
図９Ｂを参照すると、図９Ｂからの第１の周波数スペクトルのＦＦＴとして、スペクトルプロセッサ６０２によって生成される例示的な第２の周波数スペクトルが示されている。第２の周波数スペクトルは、グラファイトエポキシ層（「レイヤー３」と呼ばれる）の０．４２ＭＨｚの基本（共振）周波数を顕著に示している。
【００６３】
図１０Ａを参照すると、試験材料の上面に結合された送信トランスデューサ１２６と、上面と反対側となる試験材料の底面に結合された受信トランスデューサ１３０とを有する試験材料１００２が示されている。試験材料１００２は、シリコンゴム層を介して接着されたレイヤー１（厚さ０．１８インチのグラファイトエポキシ層）、レイヤー２（シリコンゴム層）、及びレイヤー３（厚さ０．１４インチのグラファイトエポキシ層）を含む多層構造である。レイヤーのレイヤー１、レイヤー２、及びレイヤー３は、それぞれ（図７Ａ及び図７Ｂ）、（図８Ａ及び図８Ｂ）、及び（図９Ａ及び図９Ｂ）に関連して上述したものと同じである。
【００６４】
図１０Ｂを参照すると、送信機１０２が図７Ａ、図８Ａ、及び図９Ａに関連して使用されるチャープパルスを試験材料１００２に送るときにスペクトルプロセッサ６０２によって生成される例示的な第１の周波数スペクトルが示される。第１の周波数スペクトルは、３つのレイヤーのそれぞれを示す周波数高調波の組み合わせを示す。
【００６５】
図１０Ｃには、図１０Ｂの第１の周波数スペクトルのＦＦＴとして、スペクトルプロセッサ６０２によって生成された例示的な第２の周波数スペクトルが示される。第２の周波数スペクトルは、３つのレイヤーすべての基本周波数を顕著に示し、３つのレイヤーを識別することができる。
【００６６】
上述のように、時間領域プロセッサ６０４は、デジタル化された超音波信号１４４（超音波信号１４０を表す）に対して時間領域処理を実行する。超音波信号１４０／１４４には、試験材料の１つ以上の層から試験材料１０６に送られたチャープパルスの反射が含まれる。反射は、「反射チャープパルス」又は「チャープパルス反射」と呼ばれる場合がある。層が比較的薄いため、チャープパルス反射は、パルス幅（たとえば２００μｓ）よりもはるかに短い、層間の反射時間（例えば、５μｓ又は１０μｓ）となる。これにより、チャープパルス反射の実質的な時間重複が生じる。重複するチャープパルス反射は、増加的に及び減殺的に互いに干渉する傾向がある。その結果、超音波信号１４０／１４４には、一連の時間重複（及び干渉）チャープパルス反射が含まれる。時間的に重複するチャープパルス反射は、有限時間で終息する。時間的に重複するチャープパルス反射が持続する有限時間は、試験材料１０６の「完全多層応答」と呼ばれる。完全多層応答は、インパルスによって駆動されるシステムのインパルス応答に類似し、インパルスは、試験材料１０６（システムを表す）に送られるチャープパルスである。
【００６７】
時間領域プロセッサ６０４は、完全多層応答の一連の時間重複チャープパルス反射に対して時間領域処理を実行して、各反射をそれぞれの圧縮パルス（「反射時間ピーク」とも呼ばれる）に圧縮し、結果として生じる圧縮パルスは、時間的に互いに間隔を隔てており、時間的に重複していない。このようにして、時間分離された圧縮パルスはそれぞれ、試験材料１０６の明確な反射又は層界面を示す。１つの実施形態では、時間領域プロセッサ６０４は、超音波信号１４０／１４４に含まれる一連の時間重複チャープパルス反射をフィルタリングするための整合フィルタを含む。整合フィルタは、チャープパルスの掃引周波数特性、つまりパルス発生器１１０によって生成された掃引波形の時間対周波数特性に適合する。
【００６８】
図１１を参照すると、時間領域プロセッサ６０２に含まれる整合フィルタ１１０２が図示されている。整合フィルタ１１０２は、超音波信号１４０／１４４のチャープパルス１１０４（例えば、試験材料の層の１つから試験材料１０６に送られるチャープパルスの反射の可能性がある）を受け取る。整合フィルタ１１０２は、チャープパルス１１０４（例えば、反射）をフィルタリング／圧縮して、受け取ったチャープパルスのパルス幅よりも実質的に短いパルス幅を有する圧縮パルス１１０６（例えば、「反射時間ピーク」として）を生成する。時間領域プロセッサ６０２によって実行される動作及びその出力については、さらに、図１２〜図１６に関連して説明する。
【００６９】
図１２を参照すると、開始時刻を０マイクロ秒（μｓ）として送信機１０２によって試験材料１０６に送られる例示的なチャープパルスのプロットが示されている。チャープパルスのパルス幅は約１８５μｓである。
【００７０】
図１３を参照すると、５μｓの時間遅れで受信機１０２によって受け取られた、試験材料１０６から送られたチャープパルスの最初の反射（すなわち、「応答１」と呼ばれる第１のチャープパルス反射）のプロットが示されている。第１のチャープパルス反射は、送られたチャープパルスの試験材料１０６の第１の層からの反射の可能性がある。
【００７１】
図１４を参照すると、１０μｓの時間遅れで受信機１０２によって受け取られた、試験材料１０６から送られたチャープパルスの第２の反射（すなわち、「応答２」と呼ばれる第２のチャープパルス反射）のプロットが示されている。第２のチャープパルス反射は、送られたチャープパルスの試験材料１０６の第２の層からの反射の可能性がある。第１のチャープパルス反射及び第２のチャープパルス反射は、それらのそれぞれのパルス幅の大部分にわたって時間的に重複し、一緒になって、図１５に示される組み合わされた応答を形成する。
【００７２】
図１５を参照すると、試験材料１０６から受け取った組み合わされた応答（「組み合わされた応答１及び組み合わされた応答２」と呼ばれる）のプロットが示されている。組み合わされた応答は、応答１と応答２との間の増加的干渉と減殺的干渉の両方を示す。
【００７３】
時間領域プロセッサ６０２は、図１６に示されるように、組み合わされた応答にパルス圧縮を実行して、パルス圧縮結果を生成する。図１６は、パルス圧縮結果の時間領域プロットであり、これには、（ｉ）第１のチャープパルス反射応答１を表す第１の圧縮パルス１６０２（すなわち、第１の反射時間ピーク１６０２）、及び（ｉｉ）第２のチャープパルス反射応答２を表す第２の圧縮パルス１６０４（すなわち、第２の反射時間ピーク１６０４）が含まれる。導き出されたそれぞれの反射とは異なり、圧縮パルス１６０２と１６０４は時間的に重複していないため、つまり互いに間隔があるため、区別される。したがって、個々の圧縮パルス１６０２、１６０４は、試験材料１０６のそれぞれの個々の層を明確に示している。
【００７４】
図１７を参照すると、試験材料の同じ（上部）面に結合された送信トランスデューサ１２６及び受信トランスデューサ１３０を有する多層試験材料１７０２が図示されている。多層試験材料１７０２には、厚さ０．３９インチ（０．９９ｃｍ）のカーボンフェノール層（レイヤー１）、シリコンゴム層（レイヤー２）、及び厚さ０．４８インチ（１．２２ｃｍ）の互いに接着されたルーサイト層（レイヤー３）が含まれる。図１７に示す配置では、送信機１０２は、チャープパルスを多層試験材料１７０２に送る。 送られたチャープパルスは、約１８５μｓのパルス幅、約１９００ｋＨｚのチャープ帯域幅を持ち、約３００ｋＨｚから２２００ｋＨｚまでの周波数範囲にある。
【００７５】
図１８Ａ〜図１８Ｃは、図１７に関連して説明したように、送られたチャープパルスに応答して受信機１０４によって生成された、試験材料１７０２の検査結果を示す。
【００７６】
図１８Ａを参照すると、（上述のように）スペクトルプロセッサ６０２によって生成された例示的な第１の周波数スペクトルが示されている。
【００７７】
図１８Ｂを参照すると、図１８Ａからの第１の周波数スペクトルのＦＦＴとして、スペクトルプロセッサ６０２によって生成された例示的な第２の周波数スペクトルが示されている。第２の周波数スペクトルは、ルーサイト層（レイヤー３）とカーボンフェノール層（レイヤー１）の共振周波数を顕著に示しているが、シリコンゴム層（レイヤー２）は示していない。共振周波数が高すぎるため、この周波数範囲に複数のピークがない。
【００７８】
図１８Ｃを参照すると、時間領域プロセッサ６０４によって生成された例示的な時間領域プロットが示されている。この時間領域プロットには、カーボンフェノール層（レイヤー１）からの反射に対応する圧縮パルス、シリコンゴム層（レイヤー２）からの反射に対応する圧縮パルス、及びルーサイト層（レイヤー３）からの反射に対応する圧縮パルスが含まれている。これらの圧縮パルスは時間的に重複してはいない。したがって、各圧縮パルスは、レイヤー１〜３の中の対応するレイヤーを示している。シリコンゴム層のレイヤー２が図１８Ｂの第２の周波数スペクトルから欠落しているが、このレイヤーは、図１８Ｃの時間領域プロット上の圧縮パルスによって明確に示されている。したがって、同じ受信超音波信号にスペクトル処理と時間領域処理（反射チャープパルスのパルス圧縮を行う）を同時に実行し、それぞれの処理結果を１つ以上のディスプレイに同時に表示する利点は、技術を組み合わせることにより、試験材料の欠陥及び／又は特性の全体像を提供することである。例えば、超音波エネルギーの周波数領域処理により、同じ周波数共振を有する多層構造の個々の層に対応するそれぞれの周波数共振ピークが、周波数領域プロットでは、個々の層が別々に表示されないで、組み合わされた周波数共振ピークで重なり合うが、時間領域処理では、時間領域プロットに個々の層を個別に示す時間分離された反射時間パルスとなり、周波数領域処理と時間領域処理の両方の結果を表示することで、試験材料の全体像の比較が可能になる。
【００７９】
図１９Ａ〜図１９Ｃは、図１７に関連して説明したように、送られたチャープパルスに応答して受信機１０４によって生成された試験材料１７０２の検査結果を示し、これはシリコンゴム層（レイヤー２）とルーサイト層（レイヤー３）が接着されていない場合である。
【００８０】
図１９Ａを参照すると、スペクトルプロセッサ６０２によって生成される例示的な第１の周波数スペクトルが示されている。図１９Ａにおいて、図１８Ａ（接着されている場合）からの第１の周波数スペクトルは比較しやすいように、点線で示されている。
【００８１】
図１９Ｂを参照すると、図１９Ａからの第１の周波数スペクトルのＦＦＴとして、スペクトルプロセッサ６０２によって生成される例示的な第２の周波数スペクトルが示されている。第２の周波数スペクトルは、カーボンフェノール層（レイヤー１）の共振周波数を顕著に示しているが、接着されていない層なのでルーサイト層（レイヤー３）の共振周波数は示していない。図１９Ｂにおいて、図１８Ｂ（接着されている場合）からの第２の周波数スペクトルは比較しやすいように、点線で示されている。
【００８２】
図１９Ｃを参照すると、時間領域プロセッサ６０４によって生成された例示的な時間領域プロットが示されている。 時間領域プロットには、カーボンフェノール層（レイヤー１）からの反射に対応する圧縮パルス（振幅ピーク）と、シリコンゴム層（レイヤー２）からの反射に対応する圧縮パルスが含まれるが、ゴムとルーサイト層とは接着されていないため、ルーサイト層（レイヤー３）に対応する圧縮パルスは含まれない。
【００８３】
図２０Ａ〜図２０Ｃは、図１７に関連して説明したように、送られたチャープパルスに応答して受信機１０４によって生成された試験材料１７０２の検査結果を示すが、カーボンフェノール層（レイヤー１）とシリコンゴム層（レイヤー２）が接着されていない場合は示されていない。図２０Ａには、図１８Ａ（接着された場合）からの第１の周波数スペクトルが比較しやすいように点線で示されている。
【００８４】
図２０Ａを参照すると、スペクトルプロセッサ６０２によって生成される例示的な第１の周波数スペクトルが示されている。
【００８５】
図２０Ｂを参照すると、図２０Ａからの第１の周波数スペクトルのＦＦＴとして、スペクトルプロセッサ６０２によって生成された例示的な第２の周波数スペクトルが示されている。第２の周波数スペクトルは、カーボンフェノール層（レイヤー１）の共振周波数を顕著に示してるが、接着されていない層であるため、ルーサイト層（レイヤー３）の共振周波数は示していない。
【００８６】
図２０Ｃを参照すると、時間領域プロセッサ６０４によって生成された例示的な時間領域プロットが示されている。時間領域プロットには、カーボンフェノール層（レイヤー１）からの第１のチャープパルス反射に対応する第１の圧縮パルス、カーボンフェノール層（レイヤー１）からの第２のチャープパルス反射に対応する第２の圧縮パルスが含まれるが、接着されていない層であるため、ルーサイト層（レイヤー３）又はシリコンゴム層（レイヤー２）に対応する圧縮パルスは含まれない。
【００８７】
図２１を参照すると、超音波検査システム１００によって実行される例示的な方法２１００のフローチャートが示されている。方法２１００には、上述の様々な動作が含まれる。
【００８８】
２１０５にて、パルス発生器１１０は、チャープ帯域幅を有するチャープパルス１１２を生成する。パルス発生器１１０は、調整後のチャープ帯域幅及びチャープ帯域幅の周波数位置が試験材料１０６の欠陥又は材料特性の検査に適するように、チャープ帯域幅を最低チャープ帯域幅と最高チャープ帯域幅との間で調整することができ、また、チャープ帯域幅の周波数位置を調整することができる。
【００８９】
２１１０にて、ＲＦ電力増幅器１２０は、チャープパルス１１２を増幅して、増幅されたチャープパルス１２４を生成する。ＲＦ電力増幅器１２０は、最高チャープ帯域幅より大きい動作周波数範囲を有し、最高チャープ帯域幅の周波数位置が動作周波数範囲内にあれば、最高チャープ帯域幅全体にわたって比較的平坦な利得を有する。
【００９０】
２１１５にて、送信トランスデューサ１２６は、増幅されたパルスに応答する超音波パルスを生成し、超音波パルスを試験材料１０６に送る。
【００９１】
２１２０にて、超音波受信機１０４は、試験材料に送られた超音波パルスから生じる、試験材料からの超音波信号（１４０／１４４）を受け取り、受け取った超音波信号を処理して、試験材料の欠陥又は試験材料の特性を示す分析結果１４６を生成する。
【００９２】
図２２を参照すると、超音波検査システム１００によって実行される別の例示的な方法２２００のフローチャートが示されている。方法２２００には、上述の様々な動作が含まれる。
【００９３】
２２０５にて、超音波送信機１０２は、多層構造に、例えば試験材料１０６にチャープ帯域幅を掃引する超音波パルスを送る。
【００９４】
２２１０にて、超音波受信機１０４は、多層構造の層から２２０５にて多層構造に送られたパルスの一連の時間重複反射を含む超音波エネルギー１４０／１４４を多層構造から受け取る。上述のように、一連の時間的に重複する反射は、試験材料１０６の完全多層応答を表すことができる。
【００９５】
２２１５にて、スペクトルプロセッサ６０２は、一連の時間重複反射を含む受信した超音波エネルギー（１４０／１４４）に対して周波数領域処理を実行して、それぞれ多層構造の個々の層を示す周波数共振ピークを生成する。
【００９６】
２２２０にて、時間領域プロセッサ６０４は、受信した超音波エネルギー（１４０／１４４）に対して時間領域処理を実行して、一連の時間重複反射をそれぞれの時間分離された圧縮振幅ピーク／反射時間ピークに圧縮する。１つの実施形態では、スペクトルプロセッサ６０２及び時間領域プロセッサ６０４は、それぞれの処理結果を同時に生成するために、一連の時間重複反射を含む（同じ）超音波エネルギー（１４０／１４４）に対してそれぞれの処理を同時に実行する。
【００９７】
２２２５にて、出力装置１３８、例えばコンピュータディスプレイは、周波数領域プロット上に周波数共振ピークを表示し、時間領域プロット上に反射時間ピークを表示する。周波数領域のプロットと時間領域のプロットは、１つ以上のコンピュータディスプレイに同時に表示できる。
【００９８】
図２３を参照すると、上述のように信号プロセッサ１３６によって生成された周波数スペクトル２３０５、共振スペーシングスペクトル２３１０、及びパルス圧縮時間応答２３１５のプロットが同時に表示されているコンピュータディスプレイ２３００（例えば、出力装置１３８）が示されている。
【００９９】
図２４を参照すると、１つの実施形態による、超音波検査システム１００のコントローラ１０５の例示的なブロック図が示されている。コントローラ１０５は、検査システムの全体的な制御をおこなうことができ、上述の送信機１０２及び超音波受信機１０４のコンポーネントを組み込むこともできる。コントローラ１０５及び図１には多くの構成が可能であり、図２４はその一例である。コントローラ１０５には、プロセッサ２４４４及びメモリ２４４８が含まれる。
【０１００】
プロセッサ２４４４には、例えば、メモリ２４４８に格納されたそれぞれのソフトウェア命令を実行するようにそれぞれ構成されたマイクロコントローラ及び／又はマイクロプロセッサの集合を含めることができる。プロセッサ２４４４は、パルス発生器制御コマンド１１４、利得制御信号１２２、及び分析結果１４６を生成することができる。プロセッサ２４４４は、デジタル化し受信した超音波信号１４４をＡＤＣ１３４から受信することもできる。メモリ２４４８の一部（及びその中の命令）は、プロセッサ２４４４に統合することもできる。
【０１０１】
メモリ２４４８には、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体デバイス、光学記憶媒体デバイス、フラッシュメモリデバイス、電気的、光学的、又は他の物理的／有形（例えば、非一時的）メモリストレージデバイスを含めることができる。したがって、一般に、メモリ２４４８は、コンピュータ実行可能命令を具備するソフトウェアでエンコードされた、１つ以上のコンピュータ読み取り可能記憶媒体（たとえば、メモリデバイス）を具備することができ、（プロセッサ２４４４によって）ソフトウェアが実行されると、本明細書に記載した動作を行うことが可能である。例えば、メモリ２４４８は、制御ロジック２４５０が超音波検査システム１００、及び、パルス発生器１１０及び信号分析器１３６に関連して本明細書に記載した動作、の全体的な制御を行う制御ロジック２４５０のための命令を格納又はエンコードする。例えば、制御ロジック２４５０には、ＦＤＰの機能を実装する周波数領域プロセッサ（ＦＤＰ）ロジック２４５２、ＴＤＰの機能を実装する時間領域プロセッサ（ＴＤＰ）ロジック２４５６、及び上述のパルス発生器の機能を実装するパルスジェネレータ（ＰＧ）ロジック２４５８を含めることができる。
【０１０２】
加えて、メモリ２４４８は、ロジック２４５０〜２４５８によって使用及び生成されるデータ２４８０を格納し、データには以下が含まれるが、これらに限定されない。すなわち、送信トランスデューサ１２６によって送られたチャープパルスの振幅を正規化するために使用される正規化情報、パルス発生器１１０で使用されるチャープパルスパラメータ（例えば、チャープ帯域幅、振幅、周波数位置、及び周波数掃引特性）、ＡＤＣ１３４からのデジタル化された超音波受信信号１４４のサンプル、及び分析結果が含まれる。
【０１０３】
超音波検査システム１００は、多くの様々な用途で使用することができ、多層材料を検査し、ボンドライン分析、腐食／欠陥検出、及び他の材料特性評価を行うことができる。用途には、例えばヘリコプター／ブレードボンドラインのような金属／コンポジットボンドライン検査、例えばヘリコプターブレード／一般的なブレードボンドラインのようなコンポジット／ハニカムボンドライン検査、老朽化した航空機、航空機生産の品質管理、腐食検出、多孔性又は内部欠陥分析が含まれる。
【０１０４】
要約すれば、１つの形態で方法が提供される。
【０１０５】
要約すれば、別の形態で装置が提供される。
【０１０６】
要約すれば、また別の形態で非一時的なプロセッサ読み取り可能媒体が提供される。プロセッサ読み取り可能媒体は、プロセッサによって実行されたとき、本明細書で説明した方法をプロセッサに実行させる命令を格納する。
【０１０７】
上記説明は、例示のみを意図する。本明細書に記載の技術的思想の範囲から逸脱することなく、特許請求の範囲及び特許請求の均等の範囲内で、様々な修正及び構造上の変更を行うことができる。
【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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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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