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公開番号2024038547
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-21
出願番号2022142622
出願日2022-09-08
発明の名称測定装置および測定方法
出願人三菱電機株式会社,菱電湘南エレクトロニクス株式会社
代理人弁理士法人山王内外特許事務所
主分類G01B 17/00 20060101AFI20240313BHJP(測定;試験)
要約【課題】発振周波数の次数が不明である場合においても、測定対象物を精度よく測定できるようにする。
【解決手段】測定装置は、電気信号を受けて駆動し、当該電気信号に基づく超音波を測定対象物に伝搬させる送信部と、前記測定対象物において伝搬された超音波を受けて、当該超音波を電気信号に変換して出力する受信部と、与えられた電気信号を時間的に遅らせて出力できる遅延器と、与えられた電気信号を増幅して出力する増幅器と、前記送信部、前記測定対象物、前記受信部、および、前記増幅器から構成される第1のループにより発振した状態における第1発振周波数と、前記送信部、前記測定対象物、前記受信部、前記遅延器、および、前記増幅器から構成される第2のループにより発振した状態における第2発振周波数と、をそれぞれ算出し、前記第1発振周波数、前記第2発振周波数、および、前記測定対象物の音速を用いて、前記測定対象物の寸法を算出する信号処理部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電気信号を受けて駆動し、当該電気信号に基づく超音波を測定対象物に伝搬させる送信部と、
前記測定対象物において伝搬された超音波を受けて、当該超音波を電気信号に変換して出力する受信部と、
与えられた電気信号を時間的に遅らせて出力できる遅延器と、
与えられた電気信号を増幅して出力する増幅器と、
前記送信部、前記測定対象物、前記受信部、および、前記増幅器から構成される第１のループにより発振した状態における第１発振周波数と、前記送信部、前記測定対象物、前記受信部、前記遅延器、および、前記増幅器から構成される第２のループにより発振した状態における第２発振周波数と、をそれぞれ算出し、前記第１発振周波数、前記第２発振周波数、および、前記測定対象物の音速を用いて、前記測定対象物の寸法を算出する信号処理部と、
を備えた測定装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
複数個の前記遅延器を備え、
前記信号処理部は、
それぞれ異なる遅延時間になるように前記遅延器を含んで構成される複数の前記第２のループごとに前記第２発振周波数を算出し、前記第１発振周波数、複数の前記第２発振周波数、および、前記測定対象物の音速を用いて前記測定対象物の寸法を算出する、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記第１のループおよび前記第２のループの中から１つのループを構成するように切り替える切り替え部を備えた、
請求項１または請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、さらに、前記切り替え部に対して切り替え指令を出力し、
前記切り替え部は、前記信号処理部からの切り替え指令を受けて、前記第１のループおよび前記第２のループの中から１つのループを構成するように切り替える、
請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記遅延器は、フィルタ回路である、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項６】
電気信号を受けて駆動し、当該電気信号に基づく超音波を測定対象物に伝搬させる送信部と、
前記測定対象物において伝搬された超音波を受けて、当該超音波を電気信号に変換して出力する受信部と、
与えられた電気信号を時間的に遅らせて出力できる遅延器であって、与えられた電気信号を遅らせる時間である遅延時間を変更可能な前記遅延器と、
与えられた電気信号を増幅して出力する増幅器と、
前記送信部、前記測定対象物、前記受信部、前記遅延器、および、前記増幅器から構成されるループにより発振した状態における発振周波数を、前記遅延器により変更された遅延時間ごとに算出し、当該遅延時間ごとの発振周波数である複数の発振周波数、および、前記測定対象物の音速を用いて、前記測定対象物の寸法を算出する信号処理部と、
を備えた測定装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、さらに、前記遅延器に対して遅延時間指令を出力し、
前記遅延器は、前記信号処理部からの遅延時間指令を受けて、前記遅延時間を変更する、
請求項６に記載の測定装置。
【請求項８】
電気信号を受けて駆動し、当該電気信号に基づく超音波を測定対象物に伝搬させる送信部と、
前記測定対象物において伝搬された超音波を受けて、当該超音波を電気信号に変換して出力する受信部と、
与えられた電気信号を時間的に遅らせて出力できる遅延器と、
与えられた電気信号を増幅して出力する増幅器と、
を用いて前記測定対象物を測定する測定装置による測定方法であって、
前記測定装置が、前記送信部、前記測定対象物、前記受信部、および、前記増幅器から構成される第１のループにより発振した状態における第１発振周波数を算出する第１発振周波数算出ステップと、
前記測定装置が、前記送信部、前記測定対象物、前記受信部、前記遅延器、および、前記増幅器から構成される第２のループにより発振した状態における第２発振周波数を算出する第２発振周波数算出ステップと、
前記測定装置が、前記第１発振周波数、前記第２発振周波数、および、前記測定対象物の音速を用いて、前記測定対象物の寸法を算出する測定値算出ステップと、
を備えた測定方法。
【請求項９】
電気信号を受けて駆動し、当該電気信号に基づく超音波を測定対象物に伝搬させる送信部と、
前記測定対象物において伝搬された超音波を受けて、当該超音波を電気信号に変換して出力する受信部と、
与えられた電気信号を時間的に遅らせて出力する遅延器であって、与えられた電気信号を遅らせる時間である遅延時間を変更可能な前記遅延器と、
与えられた電気信号を増幅して出力する増幅器と、
を用いて前記測定対象物を測定する測定装置による測定方法であって、
前記測定装置が、前記送信部、前記測定対象物、前記受信部、前記遅延器、および、前記増幅器から構成されるループにより発振した状態における発振周波数を、前記遅延器により変更された遅延時間ごとに算出する発振周波数算出ステップと、
前記測定装置が、前記発振周波数算出ステップにおいて遅延時間ごとに算出された発振周波数である複数の発振周波数、および、前記測定対象物の音速を用いて、前記測定対象物の寸法を算出する測定値算出ステップと、
を備えた測定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示技術は、超音波を利用して測定対象物を測定する測定技術に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
超音波を利用した測定技術の中には、特許文献１に記載のように発振周波数を用いる技術がある。
具体的には、特許文献１には、「金属系の磁歪振動子による送波器と、該磁歪振動子に励磁電流を供給する励磁電流供給装置と、測定対象物を伝播する音響弾性波を検出する受波器と、測定目的の周波数帯域の信号を抽出するフィルタと、反射波又は透過波の振幅の大きさに関わらず一定の大きさの振幅となるように自動的に増幅率を制御する自動増幅率制御機能付き増幅器とで正帰還ループを構成し、該正帰還ループの発振周波数信号を受波器から抽出して処理するようにした非破壊検査装置」（要約）が記載されている。この構成により、「信号成分のうち、発振条件を満足する周波数成分が繰り返し正帰還ループを循環し、最終的に発振周波数の正弦波に収斂する」（13）。
【０００３】
この特許文献１には、測定対象物の寸法の測定に関し、測定対象物が「コンクリートからなる８ｍ（＝８０００ｍｍ）の高張力パイル」である場合、「発振周波数は、ｆ１＝（４２５０ｍ／ｓ）／（２×８ｍ）＝２６６Ｈｚ（基本周波数）・・・式（１０１）であり、コンクリートパイル６内での弾性波速度４２５０ｍから逆に、長さ８ｍが計測できる。」こと、が説明されている。また、同様に、測定対象物が「コンクリート」であって当該「コンクリートの床厚を計測」する場合、「厚さ１８０ｍｍの床厚に対応する周波数ｆ＝（３４５６ｍ／ｓ）／（２×０．１８ｍ）×２＝１９．２ｋＨｚ（２次高調波）・・・式（１０２）で発振している。」こと、が説明されている。
【０００４】
特許文献１の非破壊検査装置において、発振周波数から測定対象物の寸法を計算する際、上記した「長さ」は、上記式（１０１）に基づいて、長さ＝（４２５０ｍ／ｓ）／（２×２６６Ｈｚ）×「１」≒８ｍ・・・式（２０１）、のように求めることになる。特許文献１においては発振周波数が基本周波数（次数＝１）である場合を想定しているため、上記式（２０１）においては次数「１」が掛けられている。
また、同様に、上記した「厚さ」は、上記式（１０２）に基づいて、厚さ=（３４５６ｍ／ｓ）／（２×１９．２ｋＨｚ）×「２」＝０．１８ｍ・・・式（２０２）、のように求めることになる。特許文献１においては発振周波数が２次高調波（次数＝２）である場合を想定しているため、上記式（２０２）においては次数「２」が掛けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開番号ＷＯ００／１３００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、発振周波数の次数は予め特定しておくことが困難である。仮に上記式（２０１）または上記式（２０２）に用いられた次数が実際の発振周波数の次数と異なる場合、算出される測定値の誤差が大きくなってしまう。
そのため、特許文献１の非破壊検査装置においては、測定対象物を精度よく測定できない場合がある、という課題がある。
【０００７】
本開示は、上記課題を解決するもので、発振周波数の次数が不明である場合においても、測定対象物を精度よく測定できるようにする、ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の測定装置は、電気信号を受けて駆動し、当該電気信号に基づく超音波を測定対象物に伝搬させる送信部と、前記測定対象物において伝搬された超音波を受けて、当該超音波を電気信号に変換して出力する受信部と、与えられた電気信号を時間的に遅らせて出力できる遅延器と、与えられた電気信号を増幅して出力する増幅器と、前記送信部、前記測定対象物、前記受信部、および、前記増幅器から構成される第１のループにより発振した状態における第１発振周波数と、前記送信部、前記測定対象物、前記受信部、前記遅延器、および、前記増幅器から構成される第２のループにより発振した状態における第２発振周波数と、をそれぞれ算出し、前記第１発振周波数、前記第２発振周波数、および、前記測定対象物の音速を用いて、前記測定対象物の寸法を算出する信号処理部と、を備えるように構成した。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、発振周波数の次数が不明である場合においても、測定対象物を精度よく測定できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本開示の実施の形態１に係る測定装置の構成例を示す図である。
図２は、測定装置における信号処理部の構成例を示す図である。
図３は、信号処理部における測定値算出部の構成例を示す図である。
図４は、信号処理部の処理の一例を示すフローチャートである。
図５は、図４に示す測定値算出処理の詳細な処理の一例を示すフローチャートである。
図６は、実施の形態１に係る測定装置における第１のループを説明する図である。
図７Ａおよび図７Ｂは、第１のループによる発振周波数を説明する図である。
図８は、実施の形態１に係る測定装置における第２のループを説明する図である。
図９Ａおよび図９Ｂは、第２のループによる発振周波数を説明する図である。
図１０は、２つの異なる発振周波数から測定対象物の寸法を推定する寸法推定チャートである。
図１１は、実験により得られた第１のループの場合の発振スペクトルを示す図である。
図１２は、実験により得られた第２のループの場合の発振スペクトルを示す図である。
図１３は、実験により得られた２つの発振周波数から寸法を推定する方法を説明するチャートである。
図１４は、実施の形態１に係る測定装置の構成の第１変形例である。
図１５は、実施の形態１の第１変形例に係る測定装置における信号処理部の構成例を示す図である。
図１６は、実施の形態１の第１変形例に係る測定装置における信号処理部の処理の一例を示すフローチャートである。
図１７は、実施の形態１に係る測定装置の構成の第２変形例である。
図１８は、実施の形態１に係る測定装置の構成の第３変形例である。
図１９は、実施の形態１の第３変形例に係る測定装置における信号処理部の構成例を示す図である。
図２０は、実施の形態１の第３変形例に係る測定装置における信号処理部の処理の一例を示すフローチャートである。
図２１は、本開示の実施の形態２に係る測定装置の構成例を示す図である。
図２２は、実施の形態２に係る測定装置の構成の変形例を示す図である。
図２３は、実施の形態２の変形例に係る測定装置における信号処理部の構成例を示す図である。
図２４は、実施の形態２の変形例に係る測定装置における信号処理部の処理の一例を示すフローチャートである。
図２５は、本開示に係る測定装置における信号処理部の機能を実現するためのハードウェア構成の第１の例を示す図である。
図２６は、本開示に係る測定装置における信号処理部の機能を実現するためのハードウェア構成の第２の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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