空気超音波診断装置
【目的】 空気中を伝搬する超音波を用いて、非接触で材料表面性状、内部欠陥、異常部を検出・評価する空気超音波診断装置を提供する。
【解決手段】 複数の超音波送受信圧電素子２３により構成される空気超音波アレイ探触子２、複数の超音波信号発生装置３、走査機構４、複数の超音波受信増幅装置５、複数の高速Ａ／Ｄ変換ボード６、複数のデジタル波形記憶部７、波形処理部１０を内蔵するパーソナルコンピュータ８を用い、超音波信号発生装置３で発生させた電気信号を空気超音波アレイ探触子２により空気を介して被測定物３０に入射し、被測定物３０の表面、内部あるいは裏面で散乱された超音波信号を空気超音波アレイ探触子２により受信し、その信号を超音波受信増幅装置５で増幅し、デジタル波形記憶部７に同期加算してあるいは加算せずに収録し、パーソナルコンピュータ８を用いて材料特性の空間分布あるいは内部欠陥を画像化する。
【解決手段】 複数の超音波送受信圧電素子２３により構成される空気超音波アレイ探触子２、複数の超音波信号発生装置３、走査機構４、複数の超音波受信増幅装置５、複数の高速Ａ／Ｄ変換ボード６、複数のデジタル波形記憶部７、波形処理部１０を内蔵するパーソナルコンピュータ８を用い、超音波信号発生装置３で発生させた電気信号を空気超音波アレイ探触子２により空気を介して被測定物３０に入射し、被測定物３０の表面、内部あるいは裏面で散乱された超音波信号を空気超音波アレイ探触子２により受信し、その信号を超音波受信増幅装置５で増幅し、デジタル波形記憶部７に同期加算してあるいは加算せずに収録し、パーソナルコンピュータ８を用いて材料特性の空間分布あるいは内部欠陥を画像化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
空気中を伝搬する超音波を用いて、非接触で被測定対象物表面性状、内部の材料特性分布及び内部欠陥を非破壊的に画像化する診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気中を伝搬する超音波を用いて被測定物表面からの反射波を測定することにより、例えば、特開平０９−３３１５９９号公報及び特開平０９−０５３９２５号公報に開示される技術によって、液面高さの測定、移動物体の位置の検出を行う技術が実用化されている。
【特許文献１】特開平０９−３３１５９９号公報
【特許文献２】特開平０９−０５３９２５号公報
【０００３】
空気から金属、プラスチック、あるいは人体内部の欠陥あるいは異常部からの超音波往復透過率は１／１００００程度と極めて低いところ、２個の空気超音波探触子の間に被測定物を配置する透過法、あるいは板状物体の片面に送信及び受信空気超音波探触子を配置するいわゆるピッチキャッチ法により、板状物体の内部あるいは裏面に存在する欠陥を検出する技術は存在するが、空気超音波反射法を用いてそれら内部に存在する欠陥あるいは異常部を検出する技術は存在しなかった。
【０００４】
即ち、上記した透過法は、被測定物の一方の側からの測定が不可能であり、被測定物の一方の側から超音波を送受信する測定配置では、被測定物表面での反射波信号に比べて、裏面あるいは内部欠陥からの反射あるいは散乱波信号は極めて微弱であるので、増幅率を８０乃至１２０ｄＢという高い増幅率を必要とするという欠点がある。また、ピッチキャッチ法では、送信及び受信探触子の寸法を小型化することが困難であり、装置の小型化ができないという問題点を有する。
【０００５】
空気中において非接触で超音波を送受する他の方法として、例えば、特開２００７−２７１５５５号公報に示されるように、電磁超音波探触子を用いる方法が存在するが、適用対象が導電材料に限定され、しかも被測定物と探触子との間の距離を１ｍｍ程度以下にする必要がある。
【０００６】
また、特開２００６−２００９７０号公報に示されるように、空気中において強力レーザービームを被測定物の表面に照射し熱弾性による膨張収縮にあるいは表面層の気化に伴う応力により超音波を励起し、レーザー干渉計で表面超音波変位を検出する方法が存在するが、超音波ビームの指向性制御が困難であると共に低感度であり、また強力レーザーに対する防御が必要であり、さらに高価格等の問題点を有するため適用範囲が限定されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、工業材料内の材料特性及び欠陥、食品中の異質物、人体中の異常組織などを、空気伝搬超音波を用いて非接触で検出・評価することのできる空気超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明が採用した解決手段は、複数の超音波送受信圧電素子により構成される空気超音波アレイ探触子と、該空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに電気信号を送る複数の超音波信号発生装置と、前記空気超音波アレイ探触子を被測定物に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構と、前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに対応して設けられて受信した信号を増幅する複数の超音波受信増幅装置、該複数の超音波受信増幅装置に対応して設けられる複数の高速Ａ／Ｄ変換ボードと、該複数の高速Ａ／Ｄ変換ボードに対応して設けられる複数のデジタル波形記憶部と、パーソナルコンピュータ内に内蔵された送信時間差設定部及び波形処理部並びに画像表示部と、を備え、前記パーソナルコンピュータからの指令に基づいて前記複数の超音波信号発生装置で発生させた電気信号により、前記空気超音波アレイ探触子の対応する前記超音波送受信電圧素子を励起し空気を介して超音波を被測定物に入射し、該被測定物の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を前記空気超音波アレイ探触子の対応する前記超音波送受信電圧素子により受信し、その受信した超音波信号を前記複数の超音波受信増幅装置でそれぞれ増幅した後、前記高速Ａ／Ｄ変換ボードでデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を前記複数のデジタル波形記録部に同期加算してあるいは加算せずに収録し、その収録されたデジタル波形を用いて前記パーソナルコンピュータの波形処理部及び画像表示部によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化することを特徴とする。
【０００９】
前記空気超音波アレイ探触子を励起し空気を介して入射する入射超音波は、広帯域パルス波、一定周波数のバースト波、チャ−プ波、あるいは任意関数発生器で作成した任意波形、のいずれかであることを特徴とする。被測定物の材質、表面性状に応じて、入射超音波を広帯域パルス波、一定周波数のバースト波、チャ−プ波、あるいは任意関数発生器で作成した任意波形の中から選択することにより、受信信号のＳＮ比を高めることができる。
【００１０】
前記超音波信号発生装置は、複数の圧電素子に適切な時間遅れを与えて独立に励起し、前記被測定物の任意の点に超音波ビームの焦点を結ばせることを特徴とする。複数の圧電素子で構成される空気超音波アレイ探触子及びそれらを適切な時間遅れを与える複数の超音波発生装置と、被測定物の表面あるいは内部からの散乱波信号を空気超音波アレイ探触子で受信するための複数の超音波受信増幅装置とを適切に制御することにより、縦波、モード変換横波及び表面波などの励起が可能である。
【００１１】
前記パーソナルコンピュータは、前記複数のデジタル波形記録部に記憶されたデジタル波形に前記波形処理部で各種デジタル処理を加えることにより、前記画像表示部で前記被測定物の材料特性分布又は内部欠陥分布あるいは輪郭を再構成し画像化することを特徴とする。この画像化により、工業材料内の材料特性及び欠陥、食品中の異質物、人体中の異常組織などを、空気伝搬超音波を用いて非接触で検出・評価するができる。
【００１２】
前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子は、一次元配列させた複数の圧電素子の前面に空気との音響整合層を持つことにより、空気を通して数百ＫＨｚないし数ＭＨｚの超音波を送受信することを可能にすることを特徴とする。素子数が少なく、波長が長く、素子の周波数帯域が狭いと、ホイヘンスの原理によりセンサ中心軸線以外にグレ−ティングローブと呼ばれる超音波音圧の高い部分が発生する場合があるが、音響整合層を持つことにより、グレーティングローブの発生を抑制し、また、空気との音響インピーダンス整合を図ることができる。
【００１３】
複数の超音波送受信圧電素子により構成される空気超音波アレイ探触子と、高速で信号を切り替えるマルチプレクサと、前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに前記マルチプレクサを介して電気信号を送る１個の超音波信号発生装置と、前記空気超音波アレイ探触子を被測定物に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構と、前記複数の超音波送受信圧電素子で受信した信号を前記マルチプレクサを介して増幅する１個の超音波受信増幅装置、該１個の超音波受信増幅装置に対応して設けられる１個の高速Ａ／Ｄ変換ボードと、該１個の高速Ａ／Ｄ変換ボードに対応して設けられる１個のデジタル波形記憶部と、パーソナルコンピュータ内に内蔵された送信時間差設定部及び波形処理部並びに画像表示部と、を備え、前記マルチプレクサを用いて、前記パーソナルコンピュータからの指令に基づいて前記１個の超音波信号発生装置で発生させた電気信号を、前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信電圧素子を順次励起し空気を介して超音波を被測定物に入射し、該被測定物の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を前記空気超音波アレイ探触子の前記超音波送受信電圧素子により順次受信し、その受信した超音波信号を前記１個の超音波受信増幅装置で増幅した後、前記高速Ａ／Ｄ変換ボードでデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を前記１個のデジタル波形記録部に同期加算してあるいは加算せずに収録する過程を繰り返し、その収録されたデジタル波形を用いて前記パーソナルコンピュータの波形処理部及び画像表示部によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化することを特徴とする。簡易的に、複数の超音波信号発生装置、複数の超音波送受信装置、及び複数のＡ／Ｄ変換ボード、複数のデジタル波形記憶部に替えて、高速マルチプレクサ（信号切替スイッチングユニット）と単一の超音波信号発生装置、超音波送受信装置、Ａ／Ｄ変換ボード及びデジタル波形記憶部を用いて、超音波信号を送受信することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、完全に非接触で被測定物から数十ｍｍ離れて超音波を送受信し、表面性状、内部欠陥、内部異常部を非破壊的に画像化する手段が確立された。
【００１５】
また、超音波探触子を接触させることで変形・変質する軟質物体、例えばグリーンセラミックス、食品などに対する超音波評価、欠陥検出が容易に達成できる。
【００１６】
低周波超音波を用いることにより低減衰で長距離超音波を伝搬させることができるので、大型構造物の非破壊検査に適用できる。また非接触で低周波超音波を用いるので、被測定物表面に０．１ｍｍ台の凹凸があってもそのまま超音波の送受信ができる。
【００１７】
走査機構により空気中で空気超音波アレイ探触子を機械的に走査することにより、任意の位置に存在する物体の表面形状及びその内部欠陥を高速で画像化できる。
【００１８】
接触式あるいは水浸超音波法では測定できない、水中音速より遅く空中音速より早い伝搬速度を持つＣＦＲＰ、 プラスチック材料、木材等の表面波あるいはガイド波を励起することができるので、表面層及び表面直下の材料特性を非破壊的に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を用いて内部欠陥を非接触で検出するための最良の形態を実施例に基づき、図面を参照して以下に説明する。
【００２０】
図1は、本発明に関わる空気超音波診断装置を説明する図である。空気超音波診断装置１は、複数の超音波送受信圧電素子２３により構成される空気超音波アレイ探触子２と、空気超音波アレイ探触子２の複数の超音波送受信圧電素子２３のそれぞれに電気信号を送る複数の超音波信号発生装置３と、空気超音波アレイ探触子２を被測定物３０に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構４と、複数の超音波送受信圧電素子２３のそれぞれに対応して設けられて受信した信号を増幅する複数の超音波受信増幅装置５、複数の超音波受信増幅装置５に対応して設けられ且つアナログ信号をデジタル信号に変換する複数の高速Ａ／Ｄ変換ボード６と、複数の高速Ａ／Ｄ変換ボード６に対応して設けられる且つデジタル波形を記憶する複数のデジタル波形記憶部７と、パーソナルコンピュータ８内に内蔵された送信時間差設定部９及び波形処理部１０並びに画像表示部１１と、を備えて構成されている。
【００２１】
空気超音波アレイ探触子２は、図２に示すように、アレイセンサ取付部材２０のセンサ取付面２１に、一次元配列した複数個の圧電性ＰＺＴセラミックス角柱（超音波送受信圧電素子２３）の周りをプラスチックで充填したセンサコンポジット２２を取り付け、そのセンサコンポジット２２の表面に空気との音響インピーダンス整合を図るために音響整合層２４を貼付して構成されている。図示の場合には、例えば、アレイセンサ取付部材２０は、直径１３ｍｍで長さ１４０ｍｍのステンレス製円筒状部材に長さ２４ｍｍのセンサ取付面２１を形成し、該センサ取付面２１に、素子寸法が「２×５ｍｍ」の超音波送受信圧電素子２３をピッチ２．５ｍｍで１０個配列したセンサコンポジット２２を取り付けることにより空気超音波アレイ探触子２が構成されている。なお、アレイセンサ取付部材２０の一端から超音波送受信圧電素子２３に接続される配線２５が外部に引き出されている。
【００２２】
ところで、空気中を伝播させると高周波での減衰が大きいので，数ＭＨｚ以下の超音波（望ましくは、１ＭＨｚ）しか伝搬させられない。このため、周波数０．８ＭＨｚのセンサを使用するとき、鉄鋼中の縦波波長は約８ｍｍであり、人体中で約２ｍｍとなる。図２に示す空気超音波アレイ探触子２においては、人体診断用を想定し、素子幅を２ｍｍとしたものを示した。
【００２３】
また、素子数が少なく、波長が長く、素子の周波数帯域が狭いと、ホイヘンスの原理によりセンサ中心軸線以外にグレ−ティングローブと呼ばれる超音波音圧の高い部分が発生する。グレーティングローブが発生すると本来の欠陥位置以外にも、あたかも欠陥が存在するようなアーチファクト（虚像）が現れ、画像の解釈が困難となる。グレーティングローブの発生を抑制するため、また、空気との音響インピーダンス整合を図るため、素子の前面に貼り付ける音響整合層２４を最適化した。これにより０．８ＭＨｚ送信でも数ｃｍ離して超音波送受信が可能になり、グレーティングローブの発生を抑制することができる。
【００２４】
しかして、上記のように構成される空気超音波診断装置１において、パーソナルコンピュータ８の送信時間差設定部９からの指令に基づいて複数の超音波信号発生装置３で発生させた適切な時間遅れの電気信号により、空気超音波アレイ探触子２の対応する超音波送受信電圧素子２３を独立に励起し空気を介して超音波を走査機構４で設定した被測定物３０の任意の点に超音波ビームの焦点を結ばせるように入射し、該被測定物３０の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を空気超音波アレイ探触子２の対応する超音波送受信電圧素子２３により受信し、その受信した超音波信号を複数の超音波受信増幅装置５でそれぞれ増幅した後、高速Ａ／Ｄ変換ボード６でデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を複数のデジタル波形記録部７に同期加算してあるいは加算せずに収録し、その収録されたデジタル波形を用いてパーソナルコンピュータ８の波形処理部１０で各種デジタル処理を加え、画像表示部１１によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化することができる。
【００２５】
空気超音波アレイ探触子２の全素子２３を用いて超音波を送信し、その後全素子を用いて超音波を受信する方式、あるいは空気超音波アレイ探触子２の一部の素子２３を用いて超音波送信し、残りの素子２３で超音波を受信する方式のいずれかを選択することができる。後者の方式を用いると、モード変換横波及び表面波を用いた超音波測定ができる。素子数が多い空気超音波アレイ探触子２を用いれば、走査機構４による機械的走査を行わずに被測定物の表面形状及び内部欠陥の画像化ができる。
【００２６】
次に、上記した空気超音波診断装置１を用いて病変部に打ち込まれたと仮定した識別クリップの有無の画像化を行った結果を図３及び図４を参照して説明する。図３において、病変部の金属製の識別クリップ３２を支持台３３に置いた状態で、空気超音波アレイ探触子２から超音波を入射した。識別クリップ３２が支持台３３に置かれたとき、図４（Ａ）の受信波形の実線枠内に示すように有意な受信波形が得られ、これをセクタスキャンで画像化すると図４（Ｂ）に示すように長方形枠中央部にクリップ画像３４が表示される。セクタスキャン像は、超音波ビームを垂直下方から左右に２０度振ったときの反射波形を画像化する。長方形枠内のクリップ画像３４の左右に弱い虚像３５（アーチファクト）と機器ノイズ３６が観察されるが、クリップ画像３４のコントラストが有意に強い。一方、図４（Ｃ）、（Ｄ）は、病変部の識別クリップ３２がない場合の結果であり、図４（Ｃ）の時間波形には大振幅の受信波が見られず、その結果、図４（Ｄ）のセクタスキャン像には機器ノイズ３６以外は表示されない。
【００２７】
図１に示す空気超音波診断装置１は、最適測定形態を示すものであるが、その簡易形態として、図５に示す空気超音波診断装置４０であってもよい。図５において、複数の超音波送受信圧電素子４２により構成される空気超音波アレイ探触子４１と、高速で信号を切り替えるマルチプレクサ４３と、空気超音波アレイ探触子４１の複数の超音波送受信圧電素子４２のそれぞれにマルチプレクサ４３を介して電気信号を送る１個の超音波信号発生装置４４と、空気超音波アレイ探触子４１を被測定物３０に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構４５と、複数の超音波送受信圧電素子４２で受信した信号をマルチプレクサ４３を介して増幅する１個の超音波受信増幅装置４６、１個の超音波受信増幅装置４６に対応して設けられる１個の高速Ａ／Ｄ変換ボード４７と、１個の高速Ａ／Ｄ変換ボード４７に対応して設けられる１個のデジタル波形記憶部４８と、パーソナルコンピュータ４９内に内蔵された送信時間差設定部５０及び波形処理部５１並びに画像表示部５２と、を備え、マルチプレクサ４３を用いて、パーソナルコンピュータ４９からの指令に基づいて１個の超音波信号発生装置４４で発生させた電気信号を、空気超音波アレイ探触子４１の複数の超音波送受信電圧素子４２を順次励起し空気を介して超音波を被測定物３０に入射し、被測定物３０の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を空気超音波アレイ探触子４１の超音波送受信電圧素子４２により順次受信し、その受信した超音波信号を１個の超音波受信増幅装置４６で増幅した後、高速Ａ／Ｄ変換ボード４７でデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を１個のデジタル波形記録部４８に同期加算してあるいは加算せずに収録する過程を繰り返し、その収録されたデジタル波形を用いてパーソナルコンピュータ４９の波形処理部５１及び画像表示部５２によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化する。この構成からなる空気超音波診断装置４０は、空間分解能は図1の空気超音波診断装置１より低下するが安価なシステムで被測定物３０の表面形状及び内部欠陥の画像化ができる。この方法は、空気超音波アレイ探触子４１と被測定物３０との間距離が２００ｍｍ以上の場合に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態に係る空気超音波診断装置の全体構成説明図である。
【図２】空気超音波アレイ探触子の概略図を示す側面図である。
【図３】病変部の識別クリップと空気超音波アレイ探触子の位置関係を示す説明図である。
【図４】空気超音波診断装置による病変部識別クリップの画像と受信波形を示す説明図である。
【図５】簡易型の空気超音波診断装置の全体構成説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ 空気超音波診断装置
２ 空気超音波アレイ探触子
３ 超音波信号発生装置
４ 走査機構
５ 超音波受信増幅装置
６ 高速Ａ／Ｄ変換ボード
７ デジタル波形記憶部
８ パーソナルコンピュータ
９ 送信時間差設定部
１０ 波形処理部
１１ 画像表示部
２３ 超音波送受信圧電素子
２４ 音響整合層
３０ 被測定物
４０ 空気超音波診断装置
４１ 空気超音波アレイ探触子
４２ 超音波送受信圧電素子
４３ マルチプレクサ
４４ 超音波信号発生装置
４５ 走査機構
４６ 超音波受信増幅装置
４７ 高速Ａ／Ｄ変換ボード
４８ デジタル波形記憶部
４９ パーソナルコンピュータ
５０ 送信時間差設定部
５１ 波形処理部
５２ 画像表示部
【技術分野】
【０００１】
空気中を伝搬する超音波を用いて、非接触で被測定対象物表面性状、内部の材料特性分布及び内部欠陥を非破壊的に画像化する診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気中を伝搬する超音波を用いて被測定物表面からの反射波を測定することにより、例えば、特開平０９−３３１５９９号公報及び特開平０９−０５３９２５号公報に開示される技術によって、液面高さの測定、移動物体の位置の検出を行う技術が実用化されている。
【特許文献１】特開平０９−３３１５９９号公報
【特許文献２】特開平０９−０５３９２５号公報
【０００３】
空気から金属、プラスチック、あるいは人体内部の欠陥あるいは異常部からの超音波往復透過率は１／１００００程度と極めて低いところ、２個の空気超音波探触子の間に被測定物を配置する透過法、あるいは板状物体の片面に送信及び受信空気超音波探触子を配置するいわゆるピッチキャッチ法により、板状物体の内部あるいは裏面に存在する欠陥を検出する技術は存在するが、空気超音波反射法を用いてそれら内部に存在する欠陥あるいは異常部を検出する技術は存在しなかった。
【０００４】
即ち、上記した透過法は、被測定物の一方の側からの測定が不可能であり、被測定物の一方の側から超音波を送受信する測定配置では、被測定物表面での反射波信号に比べて、裏面あるいは内部欠陥からの反射あるいは散乱波信号は極めて微弱であるので、増幅率を８０乃至１２０ｄＢという高い増幅率を必要とするという欠点がある。また、ピッチキャッチ法では、送信及び受信探触子の寸法を小型化することが困難であり、装置の小型化ができないという問題点を有する。
【０００５】
空気中において非接触で超音波を送受する他の方法として、例えば、特開２００７−２７１５５５号公報に示されるように、電磁超音波探触子を用いる方法が存在するが、適用対象が導電材料に限定され、しかも被測定物と探触子との間の距離を１ｍｍ程度以下にする必要がある。
【０００６】
また、特開２００６−２００９７０号公報に示されるように、空気中において強力レーザービームを被測定物の表面に照射し熱弾性による膨張収縮にあるいは表面層の気化に伴う応力により超音波を励起し、レーザー干渉計で表面超音波変位を検出する方法が存在するが、超音波ビームの指向性制御が困難であると共に低感度であり、また強力レーザーに対する防御が必要であり、さらに高価格等の問題点を有するため適用範囲が限定されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、工業材料内の材料特性及び欠陥、食品中の異質物、人体中の異常組織などを、空気伝搬超音波を用いて非接触で検出・評価することのできる空気超音波診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明が採用した解決手段は、複数の超音波送受信圧電素子により構成される空気超音波アレイ探触子と、該空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに電気信号を送る複数の超音波信号発生装置と、前記空気超音波アレイ探触子を被測定物に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構と、前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに対応して設けられて受信した信号を増幅する複数の超音波受信増幅装置、該複数の超音波受信増幅装置に対応して設けられる複数の高速Ａ／Ｄ変換ボードと、該複数の高速Ａ／Ｄ変換ボードに対応して設けられる複数のデジタル波形記憶部と、パーソナルコンピュータ内に内蔵された送信時間差設定部及び波形処理部並びに画像表示部と、を備え、前記パーソナルコンピュータからの指令に基づいて前記複数の超音波信号発生装置で発生させた電気信号により、前記空気超音波アレイ探触子の対応する前記超音波送受信電圧素子を励起し空気を介して超音波を被測定物に入射し、該被測定物の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を前記空気超音波アレイ探触子の対応する前記超音波送受信電圧素子により受信し、その受信した超音波信号を前記複数の超音波受信増幅装置でそれぞれ増幅した後、前記高速Ａ／Ｄ変換ボードでデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を前記複数のデジタル波形記録部に同期加算してあるいは加算せずに収録し、その収録されたデジタル波形を用いて前記パーソナルコンピュータの波形処理部及び画像表示部によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化することを特徴とする。
【０００９】
前記空気超音波アレイ探触子を励起し空気を介して入射する入射超音波は、広帯域パルス波、一定周波数のバースト波、チャ−プ波、あるいは任意関数発生器で作成した任意波形、のいずれかであることを特徴とする。被測定物の材質、表面性状に応じて、入射超音波を広帯域パルス波、一定周波数のバースト波、チャ−プ波、あるいは任意関数発生器で作成した任意波形の中から選択することにより、受信信号のＳＮ比を高めることができる。
【００１０】
前記超音波信号発生装置は、複数の圧電素子に適切な時間遅れを与えて独立に励起し、前記被測定物の任意の点に超音波ビームの焦点を結ばせることを特徴とする。複数の圧電素子で構成される空気超音波アレイ探触子及びそれらを適切な時間遅れを与える複数の超音波発生装置と、被測定物の表面あるいは内部からの散乱波信号を空気超音波アレイ探触子で受信するための複数の超音波受信増幅装置とを適切に制御することにより、縦波、モード変換横波及び表面波などの励起が可能である。
【００１１】
前記パーソナルコンピュータは、前記複数のデジタル波形記録部に記憶されたデジタル波形に前記波形処理部で各種デジタル処理を加えることにより、前記画像表示部で前記被測定物の材料特性分布又は内部欠陥分布あるいは輪郭を再構成し画像化することを特徴とする。この画像化により、工業材料内の材料特性及び欠陥、食品中の異質物、人体中の異常組織などを、空気伝搬超音波を用いて非接触で検出・評価するができる。
【００１２】
前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子は、一次元配列させた複数の圧電素子の前面に空気との音響整合層を持つことにより、空気を通して数百ＫＨｚないし数ＭＨｚの超音波を送受信することを可能にすることを特徴とする。素子数が少なく、波長が長く、素子の周波数帯域が狭いと、ホイヘンスの原理によりセンサ中心軸線以外にグレ−ティングローブと呼ばれる超音波音圧の高い部分が発生する場合があるが、音響整合層を持つことにより、グレーティングローブの発生を抑制し、また、空気との音響インピーダンス整合を図ることができる。
【００１３】
複数の超音波送受信圧電素子により構成される空気超音波アレイ探触子と、高速で信号を切り替えるマルチプレクサと、前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに前記マルチプレクサを介して電気信号を送る１個の超音波信号発生装置と、前記空気超音波アレイ探触子を被測定物に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構と、前記複数の超音波送受信圧電素子で受信した信号を前記マルチプレクサを介して増幅する１個の超音波受信増幅装置、該１個の超音波受信増幅装置に対応して設けられる１個の高速Ａ／Ｄ変換ボードと、該１個の高速Ａ／Ｄ変換ボードに対応して設けられる１個のデジタル波形記憶部と、パーソナルコンピュータ内に内蔵された送信時間差設定部及び波形処理部並びに画像表示部と、を備え、前記マルチプレクサを用いて、前記パーソナルコンピュータからの指令に基づいて前記１個の超音波信号発生装置で発生させた電気信号を、前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信電圧素子を順次励起し空気を介して超音波を被測定物に入射し、該被測定物の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を前記空気超音波アレイ探触子の前記超音波送受信電圧素子により順次受信し、その受信した超音波信号を前記１個の超音波受信増幅装置で増幅した後、前記高速Ａ／Ｄ変換ボードでデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を前記１個のデジタル波形記録部に同期加算してあるいは加算せずに収録する過程を繰り返し、その収録されたデジタル波形を用いて前記パーソナルコンピュータの波形処理部及び画像表示部によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化することを特徴とする。簡易的に、複数の超音波信号発生装置、複数の超音波送受信装置、及び複数のＡ／Ｄ変換ボード、複数のデジタル波形記憶部に替えて、高速マルチプレクサ（信号切替スイッチングユニット）と単一の超音波信号発生装置、超音波送受信装置、Ａ／Ｄ変換ボード及びデジタル波形記憶部を用いて、超音波信号を送受信することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、完全に非接触で被測定物から数十ｍｍ離れて超音波を送受信し、表面性状、内部欠陥、内部異常部を非破壊的に画像化する手段が確立された。
【００１５】
また、超音波探触子を接触させることで変形・変質する軟質物体、例えばグリーンセラミックス、食品などに対する超音波評価、欠陥検出が容易に達成できる。
【００１６】
低周波超音波を用いることにより低減衰で長距離超音波を伝搬させることができるので、大型構造物の非破壊検査に適用できる。また非接触で低周波超音波を用いるので、被測定物表面に０．１ｍｍ台の凹凸があってもそのまま超音波の送受信ができる。
【００１７】
走査機構により空気中で空気超音波アレイ探触子を機械的に走査することにより、任意の位置に存在する物体の表面形状及びその内部欠陥を高速で画像化できる。
【００１８】
接触式あるいは水浸超音波法では測定できない、水中音速より遅く空中音速より早い伝搬速度を持つＣＦＲＰ、 プラスチック材料、木材等の表面波あるいはガイド波を励起することができるので、表面層及び表面直下の材料特性を非破壊的に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を用いて内部欠陥を非接触で検出するための最良の形態を実施例に基づき、図面を参照して以下に説明する。
【００２０】
図1は、本発明に関わる空気超音波診断装置を説明する図である。空気超音波診断装置１は、複数の超音波送受信圧電素子２３により構成される空気超音波アレイ探触子２と、空気超音波アレイ探触子２の複数の超音波送受信圧電素子２３のそれぞれに電気信号を送る複数の超音波信号発生装置３と、空気超音波アレイ探触子２を被測定物３０に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構４と、複数の超音波送受信圧電素子２３のそれぞれに対応して設けられて受信した信号を増幅する複数の超音波受信増幅装置５、複数の超音波受信増幅装置５に対応して設けられ且つアナログ信号をデジタル信号に変換する複数の高速Ａ／Ｄ変換ボード６と、複数の高速Ａ／Ｄ変換ボード６に対応して設けられる且つデジタル波形を記憶する複数のデジタル波形記憶部７と、パーソナルコンピュータ８内に内蔵された送信時間差設定部９及び波形処理部１０並びに画像表示部１１と、を備えて構成されている。
【００２１】
空気超音波アレイ探触子２は、図２に示すように、アレイセンサ取付部材２０のセンサ取付面２１に、一次元配列した複数個の圧電性ＰＺＴセラミックス角柱（超音波送受信圧電素子２３）の周りをプラスチックで充填したセンサコンポジット２２を取り付け、そのセンサコンポジット２２の表面に空気との音響インピーダンス整合を図るために音響整合層２４を貼付して構成されている。図示の場合には、例えば、アレイセンサ取付部材２０は、直径１３ｍｍで長さ１４０ｍｍのステンレス製円筒状部材に長さ２４ｍｍのセンサ取付面２１を形成し、該センサ取付面２１に、素子寸法が「２×５ｍｍ」の超音波送受信圧電素子２３をピッチ２．５ｍｍで１０個配列したセンサコンポジット２２を取り付けることにより空気超音波アレイ探触子２が構成されている。なお、アレイセンサ取付部材２０の一端から超音波送受信圧電素子２３に接続される配線２５が外部に引き出されている。
【００２２】
ところで、空気中を伝播させると高周波での減衰が大きいので，数ＭＨｚ以下の超音波（望ましくは、１ＭＨｚ）しか伝搬させられない。このため、周波数０．８ＭＨｚのセンサを使用するとき、鉄鋼中の縦波波長は約８ｍｍであり、人体中で約２ｍｍとなる。図２に示す空気超音波アレイ探触子２においては、人体診断用を想定し、素子幅を２ｍｍとしたものを示した。
【００２３】
また、素子数が少なく、波長が長く、素子の周波数帯域が狭いと、ホイヘンスの原理によりセンサ中心軸線以外にグレ−ティングローブと呼ばれる超音波音圧の高い部分が発生する。グレーティングローブが発生すると本来の欠陥位置以外にも、あたかも欠陥が存在するようなアーチファクト（虚像）が現れ、画像の解釈が困難となる。グレーティングローブの発生を抑制するため、また、空気との音響インピーダンス整合を図るため、素子の前面に貼り付ける音響整合層２４を最適化した。これにより０．８ＭＨｚ送信でも数ｃｍ離して超音波送受信が可能になり、グレーティングローブの発生を抑制することができる。
【００２４】
しかして、上記のように構成される空気超音波診断装置１において、パーソナルコンピュータ８の送信時間差設定部９からの指令に基づいて複数の超音波信号発生装置３で発生させた適切な時間遅れの電気信号により、空気超音波アレイ探触子２の対応する超音波送受信電圧素子２３を独立に励起し空気を介して超音波を走査機構４で設定した被測定物３０の任意の点に超音波ビームの焦点を結ばせるように入射し、該被測定物３０の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を空気超音波アレイ探触子２の対応する超音波送受信電圧素子２３により受信し、その受信した超音波信号を複数の超音波受信増幅装置５でそれぞれ増幅した後、高速Ａ／Ｄ変換ボード６でデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を複数のデジタル波形記録部７に同期加算してあるいは加算せずに収録し、その収録されたデジタル波形を用いてパーソナルコンピュータ８の波形処理部１０で各種デジタル処理を加え、画像表示部１１によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化することができる。
【００２５】
空気超音波アレイ探触子２の全素子２３を用いて超音波を送信し、その後全素子を用いて超音波を受信する方式、あるいは空気超音波アレイ探触子２の一部の素子２３を用いて超音波送信し、残りの素子２３で超音波を受信する方式のいずれかを選択することができる。後者の方式を用いると、モード変換横波及び表面波を用いた超音波測定ができる。素子数が多い空気超音波アレイ探触子２を用いれば、走査機構４による機械的走査を行わずに被測定物の表面形状及び内部欠陥の画像化ができる。
【００２６】
次に、上記した空気超音波診断装置１を用いて病変部に打ち込まれたと仮定した識別クリップの有無の画像化を行った結果を図３及び図４を参照して説明する。図３において、病変部の金属製の識別クリップ３２を支持台３３に置いた状態で、空気超音波アレイ探触子２から超音波を入射した。識別クリップ３２が支持台３３に置かれたとき、図４（Ａ）の受信波形の実線枠内に示すように有意な受信波形が得られ、これをセクタスキャンで画像化すると図４（Ｂ）に示すように長方形枠中央部にクリップ画像３４が表示される。セクタスキャン像は、超音波ビームを垂直下方から左右に２０度振ったときの反射波形を画像化する。長方形枠内のクリップ画像３４の左右に弱い虚像３５（アーチファクト）と機器ノイズ３６が観察されるが、クリップ画像３４のコントラストが有意に強い。一方、図４（Ｃ）、（Ｄ）は、病変部の識別クリップ３２がない場合の結果であり、図４（Ｃ）の時間波形には大振幅の受信波が見られず、その結果、図４（Ｄ）のセクタスキャン像には機器ノイズ３６以外は表示されない。
【００２７】
図１に示す空気超音波診断装置１は、最適測定形態を示すものであるが、その簡易形態として、図５に示す空気超音波診断装置４０であってもよい。図５において、複数の超音波送受信圧電素子４２により構成される空気超音波アレイ探触子４１と、高速で信号を切り替えるマルチプレクサ４３と、空気超音波アレイ探触子４１の複数の超音波送受信圧電素子４２のそれぞれにマルチプレクサ４３を介して電気信号を送る１個の超音波信号発生装置４４と、空気超音波アレイ探触子４１を被測定物３０に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構４５と、複数の超音波送受信圧電素子４２で受信した信号をマルチプレクサ４３を介して増幅する１個の超音波受信増幅装置４６、１個の超音波受信増幅装置４６に対応して設けられる１個の高速Ａ／Ｄ変換ボード４７と、１個の高速Ａ／Ｄ変換ボード４７に対応して設けられる１個のデジタル波形記憶部４８と、パーソナルコンピュータ４９内に内蔵された送信時間差設定部５０及び波形処理部５１並びに画像表示部５２と、を備え、マルチプレクサ４３を用いて、パーソナルコンピュータ４９からの指令に基づいて１個の超音波信号発生装置４４で発生させた電気信号を、空気超音波アレイ探触子４１の複数の超音波送受信電圧素子４２を順次励起し空気を介して超音波を被測定物３０に入射し、被測定物３０の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を空気超音波アレイ探触子４１の超音波送受信電圧素子４２により順次受信し、その受信した超音波信号を１個の超音波受信増幅装置４６で増幅した後、高速Ａ／Ｄ変換ボード４７でデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を１個のデジタル波形記録部４８に同期加算してあるいは加算せずに収録する過程を繰り返し、その収録されたデジタル波形を用いてパーソナルコンピュータ４９の波形処理部５１及び画像表示部５２によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化する。この構成からなる空気超音波診断装置４０は、空間分解能は図1の空気超音波診断装置１より低下するが安価なシステムで被測定物３０の表面形状及び内部欠陥の画像化ができる。この方法は、空気超音波アレイ探触子４１と被測定物３０との間距離が２００ｍｍ以上の場合に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態に係る空気超音波診断装置の全体構成説明図である。
【図２】空気超音波アレイ探触子の概略図を示す側面図である。
【図３】病変部の識別クリップと空気超音波アレイ探触子の位置関係を示す説明図である。
【図４】空気超音波診断装置による病変部識別クリップの画像と受信波形を示す説明図である。
【図５】簡易型の空気超音波診断装置の全体構成説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ 空気超音波診断装置
２ 空気超音波アレイ探触子
３ 超音波信号発生装置
４ 走査機構
５ 超音波受信増幅装置
６ 高速Ａ／Ｄ変換ボード
７ デジタル波形記憶部
８ パーソナルコンピュータ
９ 送信時間差設定部
１０ 波形処理部
１１ 画像表示部
２３ 超音波送受信圧電素子
２４ 音響整合層
３０ 被測定物
４０ 空気超音波診断装置
４１ 空気超音波アレイ探触子
４２ 超音波送受信圧電素子
４３ マルチプレクサ
４４ 超音波信号発生装置
４５ 走査機構
４６ 超音波受信増幅装置
４７ 高速Ａ／Ｄ変換ボード
４８ デジタル波形記憶部
４９ パーソナルコンピュータ
５０ 送信時間差設定部
５１ 波形処理部
５２ 画像表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波送受信圧電素子により構成される空気超音波アレイ探触子と、該空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに電気信号を送る複数の超音波信号発生装置と、前記空気超音波アレイ探触子を被測定物に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構と、前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに対応して設けられて受信した信号を増幅する複数の超音波受信増幅装置、該複数の超音波受信増幅装置に対応して設けられる複数の高速Ａ／Ｄ変換ボードと、該複数の高速Ａ／Ｄ変換ボードに対応して設けられる複数のデジタル波形記憶部と、パーソナルコンピュータ内に内蔵された送信時間差設定部及び波形処理部並びに画像表示部と、を備え、
前記パーソナルコンピュータからの指令に基づいて前記複数の超音波信号発生装置で発生させた電気信号により、前記空気超音波アレイ探触子の対応する前記超音波送受信電圧素子を励起し空気を介して超音波を被測定物に入射し、該被測定物の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を前記空気超音波アレイ探触子の対応する前記超音波送受信電圧素子により受信し、その受信した超音波信号を前記複数の超音波受信増幅装置でそれぞれ増幅した後、前記高速Ａ／Ｄ変換ボードでデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を前記複数のデジタル波形記録部に同期加算してあるいは加算せずに収録し、その収録されたデジタル波形を用いて前記パーソナルコンピュータの波形処理部及び画像表示部によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化することを特徴とする空気超音波診断装置。
【請求項２】
前記空気超音波アレイ探触子の前記超音波送受信電圧素子を励起し空気を介して入射する超音波は、広帯域パルス波、一定周波数のバースト波、チャ−プ波、あるいは任意関数発生器で作成した任意波形、のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の空気超音波診断装置。
【請求項３】
前記超音波信号発生装置は、前記パーソナルコンピュータの前記送信時間差設定部によって、前記複数の超音波送受信圧電素子に適切な時間遅れを与えて独立に励起し、前記被測定物の任意の点に超音波ビームの焦点を結ばせることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気超音波診断装置。
【請求項４】
前記パーソナルコンピュータは、前記複数のデジタル波形記録部に記憶されたデジタル波形に前記波形処理部で各種デジタル処理を加えることにより、前記画像表示部で前記被測定物の材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を再構成し画像化することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の空気超音波診断装置。
【請求項５】
前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子は、一次元配列させた複数の圧電素子の前面に空気との音響整合層を持つことにより、空気を通して数百ＫＨｚないし数ＭＨｚの超音波を送受信することを可能にすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の空気超音波診断装置。
【請求項６】
複数の超音波送受信圧電素子により構成される空気超音波アレイ探触子と、高速で信号を切り替えるマルチプレクサと、前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに前記マルチプレクサを介して電気信号を送る１個の超音波信号発生装置と、前記空気超音波アレイ探触子を被測定物に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構と、前記複数の超音波送受信圧電素子で受信した信号を前記マルチプレクサを介して増幅する１個の超音波受信増幅装置、該１個の超音波受信増幅装置に対応して設けられる１個の高速Ａ／Ｄ変換ボードと、該１個の高速Ａ／Ｄ変換ボードに対応して設けられる１個のデジタル波形記憶部と、パーソナルコンピュータ内に内蔵された送信時間差設定部及び波形処理部並びに画像表示部と、を備え、
前記マルチプレクサを用いて、前記パーソナルコンピュータからの指令に基づいて前記１個の超音波信号発生装置で発生させた電気信号を、前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信電圧素子を順次励起し空気を介して超音波を被測定物に入射し、該被測定物の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を前記空気超音波アレイ探触子の前記超音波送受信電圧素子により順次受信し、その受信した超音波信号を前記１個の超音波受信増幅装置で増幅した後、前記高速Ａ／Ｄ変換ボードでデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を前記１個のデジタル波形記録部に同期加算してあるいは加算せずに収録する過程を繰り返し、その収録されたデジタル波形を用いて前記パーソナルコンピュータの波形処理部及び画像表示部によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化することを特徴とする空気超音波診断装置。
【請求項１】
複数の超音波送受信圧電素子により構成される空気超音波アレイ探触子と、該空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに電気信号を送る複数の超音波信号発生装置と、前記空気超音波アレイ探触子を被測定物に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構と、前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに対応して設けられて受信した信号を増幅する複数の超音波受信増幅装置、該複数の超音波受信増幅装置に対応して設けられる複数の高速Ａ／Ｄ変換ボードと、該複数の高速Ａ／Ｄ変換ボードに対応して設けられる複数のデジタル波形記憶部と、パーソナルコンピュータ内に内蔵された送信時間差設定部及び波形処理部並びに画像表示部と、を備え、
前記パーソナルコンピュータからの指令に基づいて前記複数の超音波信号発生装置で発生させた電気信号により、前記空気超音波アレイ探触子の対応する前記超音波送受信電圧素子を励起し空気を介して超音波を被測定物に入射し、該被測定物の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を前記空気超音波アレイ探触子の対応する前記超音波送受信電圧素子により受信し、その受信した超音波信号を前記複数の超音波受信増幅装置でそれぞれ増幅した後、前記高速Ａ／Ｄ変換ボードでデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を前記複数のデジタル波形記録部に同期加算してあるいは加算せずに収録し、その収録されたデジタル波形を用いて前記パーソナルコンピュータの波形処理部及び画像表示部によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化することを特徴とする空気超音波診断装置。
【請求項２】
前記空気超音波アレイ探触子の前記超音波送受信電圧素子を励起し空気を介して入射する超音波は、広帯域パルス波、一定周波数のバースト波、チャ−プ波、あるいは任意関数発生器で作成した任意波形、のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の空気超音波診断装置。
【請求項３】
前記超音波信号発生装置は、前記パーソナルコンピュータの前記送信時間差設定部によって、前記複数の超音波送受信圧電素子に適切な時間遅れを与えて独立に励起し、前記被測定物の任意の点に超音波ビームの焦点を結ばせることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気超音波診断装置。
【請求項４】
前記パーソナルコンピュータは、前記複数のデジタル波形記録部に記憶されたデジタル波形に前記波形処理部で各種デジタル処理を加えることにより、前記画像表示部で前記被測定物の材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を再構成し画像化することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の空気超音波診断装置。
【請求項５】
前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子は、一次元配列させた複数の圧電素子の前面に空気との音響整合層を持つことにより、空気を通して数百ＫＨｚないし数ＭＨｚの超音波を送受信することを可能にすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の空気超音波診断装置。
【請求項６】
複数の超音波送受信圧電素子により構成される空気超音波アレイ探触子と、高速で信号を切り替えるマルチプレクサと、前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信圧電素子のそれぞれに前記マルチプレクサを介して電気信号を送る１個の超音波信号発生装置と、前記空気超音波アレイ探触子を被測定物に対して相対的に移動しながら位置決めを行う超音波アレイ探触子走査機構と、前記複数の超音波送受信圧電素子で受信した信号を前記マルチプレクサを介して増幅する１個の超音波受信増幅装置、該１個の超音波受信増幅装置に対応して設けられる１個の高速Ａ／Ｄ変換ボードと、該１個の高速Ａ／Ｄ変換ボードに対応して設けられる１個のデジタル波形記憶部と、パーソナルコンピュータ内に内蔵された送信時間差設定部及び波形処理部並びに画像表示部と、を備え、
前記マルチプレクサを用いて、前記パーソナルコンピュータからの指令に基づいて前記１個の超音波信号発生装置で発生させた電気信号を、前記空気超音波アレイ探触子の前記複数の超音波送受信電圧素子を順次励起し空気を介して超音波を被測定物に入射し、該被測定物の表面と内部と裏面で散乱された超音波信号を前記空気超音波アレイ探触子の前記超音波送受信電圧素子により順次受信し、その受信した超音波信号を前記１個の超音波受信増幅装置で増幅した後、前記高速Ａ／Ｄ変換ボードでデジタル変換し、そのデジタル変換したデジタル波形を前記１個のデジタル波形記録部に同期加算してあるいは加算せずに収録する過程を繰り返し、その収録されたデジタル波形を用いて前記パーソナルコンピュータの波形処理部及び画像表示部によって材料特性の空間分布又は内部欠陥あるいは対象物輪郭を高速で画像化することを特徴とする空気超音波診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２７６３１９（Ｐ２００９−２７６３１９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３０４１１（Ｐ２００８−１３０４１１）
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（５０４３２７３０６）有限会社超音波材料診断研究所 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（５０４３２７３０６）有限会社超音波材料診断研究所 (12)
【Ｆターム（参考）】
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