[发明专利]超声波探伤装置的信号处理方法及信号处理装置

说明书

本发明涉及将超声波脉冲发射到被检测体上，通过解析从被检测体上检测到的回波信号，检测被检测体上存在的缺陷用的超声波探测装置，尤其涉及将检出的高频回波信号变换成数字信号后，能降低该数字信号噪声的信号处理方法及信号处理装置。

超声波探伤装置的结构如图25所示。超声波信号收发器1以一定的周期T₀将脉冲信号发送到直接放置在或者通过水等耦合物质放置在钢铁材料等被检测体2上的探头3。如图26所示，探头3将接收到的脉冲信号变换成超声波脉冲a后施加到被检测体2上。进入被检测体2内的超声波脉冲a在被检测体2的底面2a上经过反射后又被探头3接收。探头3将反射波变换成电信号，然后发送至超声波收发器1。超声波收发器1将该电信号放大后作为回波信号b发送给信号处理装置4。

回波信号b中包含与底面2a的反射波相对应的底面(B)回波5a和由缺陷引起的缺陷(F)回波5b。另外，超声波脉冲a的频率f由安装在探头3内的超声波振子的厚度等决定。探伤所使的超声波脉冲a的频率f为数MHz～十几MHz。因此，回波信号b中包含的底面回波5a或缺陷回波5b的信号波形的频率范围很宽，约为0Hz～十几MHz。

信号处理装置4对于从超声波信号收发器1接收到的回波信号b进行各种信号处理，并将信号处理结果及缺陷的有无显示在显示器6上。这时，为了对回波信号进行处理，并显示回波信号，与上述脉冲信号同步的触发脉冲信号c从超声波信号收发器1输送到信号处理装置4。

在这种结构的缺陷探伤装置的结构中，在来自超声波信号收发器1输出的回波信号b中，除了上述底面回波5a及缺陷回波5b以外，还包含很多噪声。如果该回波信号b中包含的噪声较大，则会对探伤结果的可靠性有很不利的影响。此类噪声大部分属于电噪声和材料噪声两种。

电噪声包括由混入探头3或超声波信号收发器1及连接电缆等中的电磁波引起的外部噪声，以及安装在超声波信号收发器1内的放大器等产生的内部噪声等。

另一方面，在被检测体2内传播的超声波在材料的晶粒界面处产生散射。该散射的超声波被探头3接收。上述接收到的散射超声波作为散射回波包含在从探头3输出的回波信号b中。这种散射回波就是上述材料噪声。

降低回波信号b中包含的这些噪声对于进行高精度超声波探伤来说是极其重要的。

以往，为了降低该回波信号b中含有的噪声成分，使用了模拟滤波器。例如使用能够滤除含有宽频成分的电噪声、仅只使超声回波的频率成分通过的BPF(带通滤波器)。另一方面，对于材料噪声来说，则利用缺陷回波5b的频率分布比散射回波的频率分布低的性质，而使用LPF(低通滤波器)或BPF。这样，通过使用模拟滤波器就能将回波信号b中所含的噪声成分降低到一定电平以下。

从所周知，缺陷回波的频率分布通常随被检测体2的超声波衰减特性而变化。因此，对于由散射回波等所代表的材料噪声来说，在使用BPF的情况下，最好根据被检测体2而使用最适合的特性的滤波器。可是，模拟滤波器的通频特性不能简单地变更，因此就必须准备多个具有与每种被检测体2的材质的超声波衰减特性相适应的通频特性的滤波器。这样，如果要根据被检测体2的材料特性而分别使用不同的滤波器，从操作方面和经济方面考虑，实际上都是困难的。

为了消除这种不便，提倡使用数字信号处理方法。即，对从超声波信号收发器1输出的回波信号b进行A/D变换。而且用数字滤波器将变换成数字信号后的回波信号中的噪声成分加以滤除。

例如，FIR(有限脉冲应答)数字滤波器就能自由变更通过特性，所以通过设定与被检测体2的材质相对应的通频特性，就能对回波信号b进行最佳的噪声降低处理。

现在试算一下采用这种方法时的信号处理运算速度。例如对1024点的数据进行128次FIR数字滤波处理时，必须进行128×1024次积和运算。假设进行1次积和运算需要5次命令步，则总共需要(128×1024×5)次命令步。因此，假设使用例如40MIPS(百万条命令/秒)的一般的微机进行上述运算处理，需要128×1024×5/(40×10⁶)＝约16ms的时间。实际上该时间中加进了数据在存储器和CPU(中央处理机)之间传输的时间，因此还必须要有更多的富余时间。