超声波探伤装置的信号处理方法及信号处理装置制造方法及图纸

一种超声波探伤装置的信号处理方法，它是以一定周期将超声波脉冲发送到被检测体上，再根据从接收反射波的超声波信号收发器输出的高频回波信号，检测上述被检测体中存在的缺陷，该超声波探伤装置的信号处理方法的特征为：以规定的抽样频率将上述回波信号变换成数字信号； 指定上述一定周期内的检测期间； 以与上述抽样频率相等的写入频率，按顺序存储变换成数字信号后的回波信号中的上述检测期间内的各抽样数据； 采用比上述写入频率低的读出频率依次读出该存储的各抽样数据； 利用数字滤波器对该依次读出的回波信号进行频率鉴别处理； 根据该频率鉴别处理后的回波信号判断缺陷的有无。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。另外，在炼钢厂等工厂中进行在线探伤时，例如对钢板等移动着的被检测体2进行探伤。这时，由于被检测体2上的探伤部位就是超声波脉冲a的入射部位，所以当超声波脉冲a的重复周期T0长时，就不能对被检测体2进行全面探伤。因此，超声波脉冲a的重复周期T0通常取为1ms以内。为了对回波信号b进行上述的数字信号处理，就必须在超声波脉冲a的重复周期T0即1ms以内结束信号处理运算。其次，为了在回波信号为上述的数MHz～十几MHz的高频波段进行数字信号处理，必须对该高频回波信号b直接进行A/D变换，回波信号b的频率分布宽达0Hz～十几MHz，因此根据采样定理，至少要用20MHz以上的采样频率fs进行A/D变换。另外还必须对用该高采样频率fs依次作成的各采样数据进行运算处理。为了满足以上说明的信号处理的两个条件，必须使用具有1000MIPS大小运算速度的高速微机。这样的系统价格非常贵，因此将其组装到实际的超声波探伤装置中是不切合实际的。因此就要考虑使用能够对数字信号进行连续处理运算的运算元件。这时，运算元件以抽样频率相等的时间周期性地输入输出数字信号，连续地进行信号运算处理，因此超声波脉冲a的重复周期T0不比运算时间长。但是，目前还不能实现以采样频率fs＝20MHz以上的速度工作的数字滤波器运算元件。因此，在超声波脉冲a的重复周期T0必须在1ms以下的条件下工作的在线超声波探伤装置中，对回波信号进行数字信号处理是困难的。通常，超声波探伤时产生由上述被检测体材料的晶粒边界上的反射引起的林状回波。另外，如图19所示，从被检测体表面反射的表面回波(S回波)脉冲宽度变宽。在这种林状回波或表面回流附近产生的回波不是由缺陷引起的回波，而称为伪回波。作为降低该伪回波的方法，提倡将宽频带的超声波脉冲发射到被检测体上，利用频率滤波器从检出的回波信号中除去伪回波(特开平2-186261号公报)。这种除去伪回波的方法是利用缺陷回波的频率比林状回波的频率低的性质。但随着被检测体的材料的不同，有时林状回波频率与缺陷回波频率之间没有明显差别，因此利用上述的含有数字滤波器的频率判别方法，有时不能除去林状回波。另外，表面回波附近的伪回波的频率与缺陷回波的频率基本上相等，因此与林状回波的情况一样，不能用频率滤波器滤除。就是说没有能够除去该疑似回波的有效方法。本专利技术的第1个目的是提供这样一种超声波探伤装置的信号处理方法及信号处理装置，即能够在将超声波脉冲的重复周期维持在较短的条件下，对回波信号进行数字信号处理，且能降低噪声。本专利技术的第2个目的是除上述目的之外，提供一种还能有效地除去伪回波、且能可靠地降低微小噪声及突发噪声、且能进一步提高缺陷检测精度的超声波探伤装置的信号处理装置。为了达到第1个目的，在本专利技术中采用规定的抽样频率，将从接收来自被检测体的反射波的超声波信号收发器输出的高频回波信号变换成数字信号，规定在超声波脉冲的重复周期内的测定期间，采用与抽样频率相等的写入频率按顺序存储变换成数字信号后的回波信号的测定期间内的各抽样数据，采用比写入频率低的读出频率按顺序读出该存储的各抽样数据，用数字滤波器对该依次读出的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：饭幸理，堀笼秀和，村山章，中晋，
申请(专利权)人：日本钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：