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図面 (19)

目的

超音波エコーグラフ画像を用いて、実用に適した音響検査方法を提供する。

構成

音響ビームを少なくとも1つのトランスデューサから媒体内に出射拡散させ、媒体によって反射され、アレイ内の多くのトランスデューサによって受信されたエコー信号摘出される。時間ゲートは、媒体の特定ゾーンからのエコーを選択するのに用いられる。エコーは、格納され、時間反転され、再放射される。新たに媒体によって反射された信号は格納され、時間反転操作が繰り返される。計測時間ゲートいっぱいに亙るランク2n+1(nはでない正の整数。)の最後の時間反転の後、信号の最大値近くを通過する波面の特徴が、好ましくは、最大値の時間分布の形態で決定される。その特徴は、往々にして多項式により近似することができる。装置は、この方法を実施するために開示されている。

概要

背景

「音響」の語句は、可聴周波数範囲の制限なしに広く解釈されるものとする。この発明は、種々の分野に適用可能であり、特に、以下の場合に適用される。すなわち、金属、合成材料およびセラミックのような任意形状の種々の材料における傷、亀裂、分裂および結晶構造不均一性の検知および探知、海中における固体物体または水本体の底部の沈殿物の探索、地中の不均一性の探知、ロボットにより把持されるべき物体の探知等である。

媒体非破壊音響検査方法、つまり、(a)少なくとも1つのトランスデューサから媒体内に高発散音波出射され、(b)媒体によって反射され、あるアレイにおける複数のトランスデューサによって受け取られた信号が摘出され、(c)前記媒体の特定のゾーンからのエコーを選択するために時間ウインドウまたはゲートが使用され、そのエコーが格納され、(d)信号が時間反転されて再放射され、(e)前記媒体によって新たに反射された信号が格納され、時間反転操作が繰り返される方法が、そこに配されるべき反射性ターゲットを突き止めることができることは、すでに知られている(EP-A-0 383 650)。

概要

超音波エコーグラフ画像を用いて、実用に適した音響検査方法を提供する。

音響ビームを少なくとも1つのトランスデューサから媒体内に出射拡散させ、媒体によって反射され、アレイ内の多くのトランスデューサによって受信されたエコー信号が摘出される。時間ゲートは、媒体の特定ゾーンからのエコーを選択するのに用いられる。エコーは、格納され、時間反転され、再放射される。新たに媒体によって反射された信号は格納され、時間反転操作が繰り返される。計測時間ゲートいっぱいに亙るランク2n+1(nはでない正の整数。)の最後の時間反転の後、信号の最大値近くを通過する波面の特徴が、好ましくは、最大値の時間分布の形態で決定される。その特徴は、往々にして多項式により近似することができる。装置は、この方法を実施するために開示されている。

目的

本発明は、超音波エコーグラフ画像で、ターゲットの反射を検知し、それらの位置を突き止め、付加的には、音響エネルギをターゲットに集中させることにより、従前の方法よりも実用に適した方法を提供することを目的の1つとしている。

この発明のより詳細な(排他的でない)目的は、上述した時間反転技術に関連する種々の問題を解決することである。現在まで、時間反転は、存在するターゲットへの伝搬エネルギの最適な集中が得られるように自動焦点を生じさせるためのみのものであると考えられていた。言い換えると、その方法は、ターゲットの位置に最大音響圧力を生成するために使用されていた。しかしながら、多くの適用例において、一旦ターゲットが存在すると確認された場合には、その三次元的な位置検出が必要である(または、少なくとも望ましい。)。特に、エコーグラフ型画像を形成することによりそれ以前に検知されたターゲットを特徴付けることは、往々にして望まれる。

効果

実績

技術文献被引用数
10件
牽制数
4件

この技術が所属する分野

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請求項1

媒体を音響的に検査し、環境において反射性ターゲットを音響的に突き止める方法であって、(a)検出されるべきターゲットを含むであろう媒体の少なくとも1つのゾーンに、少なくとも1つのトランスデューサから照射するステップと、(b)幾何学的アレイ交点分布される複数の電気音響トランスデューサの各々によって送られた前記媒体からのエコーを表す信号を検出し、該信号をデジタル形式で格納するステップと、(c)設定された時間ウインドウ内に起こり、前記媒体の特定ゾーンから発生する前記エコー信号を選択し、デジタル形式で格納するステップと、(d)エコー信号が選択されたときにその分布を返し、それらを前記複数の電気音響トランスデューサから再伝搬させるステップと、(e)ステップ(d)の結果反射された信号を格納し、時間反転と再伝搬とを繰り返すステップと、(f)nをでない正の整数として、2n+1回の時間反転後に信号の最大値近似する波面の幾何学的特徴を決定するステップとを具備している方法。

請求項2

請求項1の方法において、ステップ(f)が、前記波面および前記最大値に近似する球面の特徴を決定することを特徴とする方法。

請求項3

媒体を音響的に検査して該媒体内の反射性ターゲットを突き止める装置であって、トランスデューサアレイを構成する複数の送受信トランスデューサと、該トランスデューサに接続され、媒体への最初の音響エネルギ伝搬後、前記トランスデューサを通してエコー信号を受信し、その信号を格納し、格納された信号を時間反転後に再放射するシーケンス奇数番めの繰り返しのときに連続的に繰り返すように取り決められた回路手段とを具備し、該回路手段が、エコー信号の最大値に合致しかつ波面を表す幾何学的表面の特徴を計算するように取り決められている装置。

請求項4

請求項16の装置において、回路手段が、アレイ内の各トランスデューサに、サンプラを有するプロセスチャンネルと、アナログ−デジタルコンバータと、LIFOメモリと、デジタルアナログコンバータと、増幅および深さ補償手段とを具備し、該回路手段が、前記チャンネル内の前記複数のLIFOメモリのそれぞれに読み書きアクセスを行い、その値および前記幾何学的表面に一致するように格納されたサンプルの時間分布を調整するように取り決められた計算手段を有している装置。

技術分野

0001

この発明は、周囲の媒体とは異なる音響インピーダンスを有するターゲットを突き止めるための音響検査方法および装置に関するものである。

背景技術

0002

「音響」の語句は、可聴周波数範囲の制限なしに広く解釈されるものとする。この発明は、種々の分野に適用可能であり、特に、以下の場合に適用される。すなわち、金属、合成材料およびセラミックのような任意形状の種々の材料における傷、亀裂、分裂および結晶構造不均一性の検知および探知、海中における固体物体または水本体の底部の沈殿物の探索、地中の不均一性の探知、ロボットにより把持されるべき物体の探知等である。

0003

媒体の非破壊音響検査方法、つまり、(a)少なくとも1つのトランスデューサから媒体内に高発散音波出射され、(b)媒体によって反射され、あるアレイにおける複数のトランスデューサによって受け取られた信号が摘出され、(c)前記媒体の特定のゾーンからのエコーを選択するために時間ウインドウまたはゲートが使用され、そのエコーが格納され、(d)信号が時間反転されて再放射され、(e)前記媒体によって新たに反射された信号が格納され、時間反転操作が繰り返される方法が、そこに配されるべき反射性ターゲットを突き止めることができることは、すでに知られている(EP-A-0 383 650)。

発明が解決しようとする課題

0004

媒体内の最大の反射物によって、あるいは、広範な反射ターゲットのもっとも高い反射点によって反射された信号は、アレイにおける各トランスデューサに対応した各受信経路において最大値を有する1セットの形態に構成されており、相互作用が少なければ十分に抽出することができる。

0005

上記方法の特定の実施において、最大信号の時間分布は、以降の使用のために蓄積される。他の実施において、信号の時間的広がりは、対となる信号間の相互相関によって決定される。しかしながら、このような方法によっても、多大な計算量が必要である。そして、どの方法によっても、媒体内における1(または複数)のターゲットの位置に関する即座に理解し得る表示を直接得ることはできなかった。

0006

本発明は、超音波エコーグラフ画像で、ターゲットの反射を検知し、それらの位置を突き止め、付加的には、音響エネルギをターゲットに集中させることにより、従前の方法よりも実用に適した方法を提供することを目的の1つとしている。

0007

この発明のより詳細な(排他的でない)目的は、上述した時間反転技術に関連する種々の問題を解決することである。現在まで、時間反転は、存在するターゲットへの伝搬エネルギの最適な集中が得られるように自動焦点を生じさせるためのみのものであると考えられていた。言い換えると、その方法は、ターゲットの位置に最大音響圧力を生成するために使用されていた。しかしながら、多くの適用例において、一旦ターゲットが存在すると確認された場合には、その三次元的な位置検出が必要である(または、少なくとも望ましい。)。特に、エコーグラフ型画像を形成することによりそれ以前に検知されたターゲットを特徴付けることは、往々にして望まれる。

0008

このことは、受信に際して、自動焦点が必要であることを示している。それに加えて、上記方法は有利な結果を与えるが、反面、繰り返し回数を増加しようとする場合に制限がある。すなわち、エコーグラフ信号は、時間反転シーケンスが繰り返されるごとに長くなって軸解の損失の原因となり、延いては、ある条件で画質の低下をもたらすことになる。

0009

この発明は、時間ウインドウを選択することにより選ばれたゾーン内に1つの反射ターゲットが存在するときに、奇数の時間反転が各経路にエコーグラフ信号を起こす。エコーグラフ信号は、時間対称で、ターゲットにおける反射による波面位置に、または、別言すれば、上記音響波面の表面にぴったり一致した最大値を有する。

0010

その結果、多分、波面が存在するとの実証後および計測時間ウインドウの全深さに亙るオーダまたはランク2n+1(ここでnは、0でない正の整数)の最後の時間反転後に、前記信号の最大値に近接して通過する波面の特徴が決定される。都合の良いことに、最大値の時間分布の構成においては、その特徴は、多項法則により近似される。

0011

波面を再生するための各トランスデューサの伝送時間遅れは、そこから推論できる。ターゲットを突き止めるために、信号を時間遅れだけずらして加算することも可能である。

0012

好適な実施例として、受信における各経路またはチャンネル、すなわち、受信用の各トランスデューサにはデジタルメモリが使用される。そして、各トランスデューサにおける最大信号の到着の瞬間は、エコー信号サンプルが格納されているメモリ内の連続するアドレスの内容を走査することにより決定される。

0013

時間遅れの関係は、信号の伝搬による新たな照明波面を再照射するために使用される。全ての信号は、最後に照射された信号に一致する最初の最大値をもって、その最大値の分布のための関係の補完により各トランスデューサについて定義された各瞬間においては、同形で、全経路を通して十分に短い持続時間を有している。

0014

一旦ターゲットが突き止められると、特にターゲットを破壊しようとするときに、ターゲットの最も高い反射点に収束する強烈な超音波ビームを合成することが可能となる。得られた時間遅れの関係は、時間ウインドウの全持続時間に亙って適当な遅れを付与することにより一致するまで時間シフトがなされた後に、受信信号を積算するために使用されてもよい。これにより、最適波面を合成し、続いて伝搬および/または受信集中を行うことが可能となる。

0015

<反射可能ターゲットの捜査>上述したように、一般的に、最大値の竿謡的な位置は決定され、放射および/または受信信号は、ターゲットからの波面の存在が、初めに実際に、計測および時間反転が実施された時間ウインドウ内に発見されたときだけ、時間シフトがなされる。一般的には、時間反転が、検査において媒体の一部に一致するように選択されることは興味深い。

0016

ウインドウは、先天的なものとして、例えば、ターゲットが以前にエコーグラフまたはX線手段により突き止められときに認識される。ウインドウもまた、選択されたターゲットに一致する飛行時間の大まかな評価により決定される。時間ウインドウの位置およびサイズは、ターゲットにおいて反射しあるいは回折した信号がウインドウ内に確実に含まれるように選択される。このことは、例えば、かなりの厚さの材料内における欠陥を発見したときに、検査下における深さを複数のウインドウに再分することおよび複数回の時間反転を繰り返した後に各ウインドウ内に大きなエコーが存在するかどうかをチェックすることを可能としている。こうすることにより、各繰り返しの後に、ウインドウにおける信号の全持続時間に亙って各経路を経由した受信信号を非干渉的に積算すること、および、結果信号がウインドウ内において局部的な最大値を有するかどうかを実証することが可能となる。各経路における最大値を捜査する手順は、したがって、結果エコー信号と予め決められたしきい値との比較から好ましい結果を得ることに対して下位に置かれる。

0017

さらに、2つの連続する繰り返しにおいてウインドウ内に受けられる信号の比較により、他の手順が構成される。この手順は、密にかつランダムに分布する多少の不均一性により構成される拡散媒体内における欠陥の存在を捜査するときに特に有効である。チタン合金、合成材料、そして粒状鋼は、そのような媒体例を構成する。反射的ターゲットからの信号がアレイのトランスデューサによって摘出された場合には、その空間構造は第1のショットから次のショットまでの間に変化することはない。それに対して、2つの連続するショットの間に摘出された信号に相互関係がない場合には、その信号は、時間反転捜査によって相互に分割されるべき媒体内に緊密に混合された拡散体から生じている。

0018

相互関係の程度またはエコー信号間2つの連続する繰り返しから結果付けられる共通性の程度の計測は、トランスデューサのそれぞれに対して2つの連続したショットの相互相関係数の積算により得ることができる。オーダーkのトランスデューサにより繰り返しpの間に信号が時間ウインドウに受けられた場合には、Ekp(t)と書かれる。そして信号が繰り返しp+1の間に受けられた場合には、EkP+1(t)と書かれ、2つのショット間の全相関関数c(τ)は、次のように書かれる。

0019

0020

ここで、Tは時間ウインドウの幅を示している。相関係数は、c(τ)の最大値に等しい。この最大値が1に近付くとき、反射ターゲットを含むウインドウが終結する。また、この値が、実験条件関数として選択される設定されたしきい値、例えば0.5よりも低いときは、観測下の媒体は優勢なターゲットを含まない拡散媒体であると推論されることになる。

0021

トランスデューサがインタフェースによって媒体から切り離されるときには、時間ウインドウ(連続するショット内で同一または相違)は、インタフェース自体および後部インタフェースからエコーを除去するように選択される。

0022

探査および表示>上記操作は、ターゲットが存在するかどうかを探そうとする場合に考慮される。それは、ターゲットを探索し続け、あるいは、そこに画像を形成する。画像を供給することによりターゲットを特徴付けることが望まれるときには、波面の最大値の相対的な時間位置を決定することにより、波面を発生するターゲット周囲のゾーンの画像を提供するエコーグラフ法が実施される。多くの方法がこれを実施するために採用される。

0023

特に、非常に短い持続時間の励起に一致する照明波面を発生させることにより、エコーグラフ画像の第1線(その線はターゲットの中心に配される)の画像が構成される。例えば、遅延を補間する継続時間だけトランスデューサにエネルギを付与することにより、音響期間の約1/2の持続時間の励起に一致する照明波面を発生させる。ある瞬間τに信号を受けたトランスデューサは、瞬間T0−τにエネルギを付与される。ここでT0は、一定値である。この後に、全ての受信信号は、供給された時間遅れだけシフトされた後に、積算される。

0024

他のアプローチとしては、画像の第1線周囲の領域走査を実施することが考えられる。これを実施するために、前に確立された遅延関係は、「位相アレイ」技術により超音波ビームを小角度Θだけ偏向させたものに一致する他の遅延関係との積算によって調整される。そして、新たな遅延関係を伝搬および受信に使用することにより、また、新たに受信した信号を積算することにより、エコーグラフ画像が、ターゲット軸(ターゲットの中心に指向される直線)に対して角度Θをなす方向に収束するように得られる。異なる角度に一致する遅延を適用することにより、領域走査による1つの画像が得られることになる。

0025

さらに他の調整では、各経路を経由する同等の短いパルスの伝搬に代えて、放射される信号は、各々、前の繰り返しにおける受信信号の時間反転であり、最大値に集中される比較的短い時間周期(数周期)を占める。側方集中は、したがって、単なる波面の放射によって得られるよりも良好であるが、軸方向の解は減少する。

0026

この調整は、側方集中を改良するので、特に、不均一性の高い媒体内に再集中する必要があるときに有用である。その結果、波面の代えた「波量」の再放射により、1点における最適再集中が得られることになる。

0027

同様の理由により、上記調整は、エコーグラフ信号のたたみ込み乗算(Convolution product)の実施と伝搬信号の時間反転とを実施することにより、特に、不均一性媒体における受信における集中を改良するためにも有効である。単なる時間シフト操作をこのアプローチに置き換えることにより、単なる遅延線の利用ができなくなり、たたみ込みソフトウェアおよびハードウェアが必要となるが、これにより得られるエコーグラフ信号は、たたみ込み積が全経路に亙って積算されるのでトランスデューサセットから放射されるエネルギ量に対してより強いものとなる。それでも、計算量が多いのは、唯一媒体が高い不均一性を有しているためである。

0028

ここで、適当な遅延関係を有する放射および/または受信信号の時間シフトにより集中線を回転させることが可能である。特に、たたみ込みを実施する前の放射信号を格納するメモリから読み出されるアドレスを変更することにより得られる時間シフトの実施によりデジタルたたみ込み手段が使用されると、このような移動が実施される。

0029

上述したように、軽微な不均一性を有する媒体においては、複雑な計算は一般的に必要でない。このような環境下では、最大値の位置からの波面の集中および合成が可能である。実際に、波面が、例えば最小二乗法のような一定基準に基づく数学最適化手法による単純形状の幾何学的表面を有するものであると仮定することは、往々にして可能である。

0030

媒体が実際に均一であるときには、1点から到来する波面は、球面であると仮定できるので、問題はさらに簡単なものとなる。したがって、波面(最小二乗誤差または偏差のような基準による)への最適な合致に寄与する球に一致する法則により最大値が分布されると仮定することができる。この近似の妥当性は、誤差分散を決定することにより評価することができる。もし、誤差分散が十分に小さければ、検査誤差補正することができる。

0031

このことは、最終段階において、時間シフト分布が、超音波エネルギを最も高い反射ターゲットに集中する目的で、球形と仮定される波面に一致するように再生されたときに特に望ましい。多くの場合、アレイ内の少数のトランスデューサにより供給されるデータから球の特徴を計算によって推定すること、および、アレイの軸から相対的に側方にオフセットしたターゲットにエネルギを集中するための放射に際して、アレイ内の各トランスデューサに加えられる遅延を推定することが可能となる。このように、均一な媒体では、時間反転手段を少数のトランスデューサのみの計測チャンネルとして使用するので、この発明を実施することが可能である。

0032

この発明は、数ある例のうち、後述する特別な具体例によって、理解をより深めることができる。この記述は、図面に沿って言及されている。

0033

この発明は、文献EP−A−O−383650またはそれを参考文献とする米国特許第5092336号に一般的に記載されている装置により実施することができる。したがって、ここでは、その装置について簡潔に説明する。図1図3に示すように、この発明の方法は、媒体18内に配される主ターゲット10に集中される音響圧力場構造を累積的に引き起こす。

0034

第1ステップ(a)の間、突き止められるべきターゲット10を含むゾーンに広範かつ集中されていないビームが浴びせられる(図1)。図1に示すように、このビームは、後述するステップで使用される超音波トランスデューサ1、2、・・・・、i、・・・・、n(例えば、n=64)のマトリクス12の中央のトランスデューサにより供給される。これらのトランスデューサは、1列に示されてはいるが、しばしば、2次元マトリクスに分布される。マトリクスは平面又は凹面である。それは、矩形アレイを構成する。トランスデューサは、図6に示すように、同心円状に分布され、または、交点にトランスデューサのない配列とされてもよい。マトリクス内のいくつかのトランスデューサを同等に使用することができ、または、その全てを、最初の照射に使用することができる。図1に示す例では、中心のトランスデューサは最初の照射の間、回路14によって励起される。収束されていないビームは、このようにして得られ、媒体18内に配置されているターゲット10を照射する。回路14は、1以上のトランスデューサに供給する短パルス発生器である。

0035

ステップ(b)の間、マトリクス12のトランスデューサによって受信されるエコー信号は摘出され、信号の時刻tにおける波形と相対的な位置が回路16によって蓄積される(図2)。例えば、最初のエコー信号は、ステップ(a)において短パルスにより構成された励起電気信号への応答として、図2に示す波形となる。

0036

受信信号を、例えば、オシロスコープテレビモニターで検査することにより、マトリクス12のトランスデューサによって摘出される実質的に全ての反射エネルギを含む持続時間Tの時間ウインドウを選択することができる。回路16は、その時間ウインドウ内に含まれる信号のみを蓄積する。

0037

ステップ(c)の間、時間ウインドウTの間に摘出された信号は、最初に時間反転され、そして、全トランスデューサに同等のある増幅ゲインをもって伝搬される(図3)。そのゲインは、1つの条件、すなわち、各トランスデューサに関連する全てのチャンネルまたは経路が受信に際して飽和することのないように、自動的に調整される。

0038

このようにして構成される波面は、自動的に対称的に形成され、その返しにマトリクス12のトランスデューサによって受け取られるエコーは、各トランスデューサから出力される中心の最大値について対称な信号の形態で現われる。もし、時間反転およびエコーの蓄積のプロセスが複数回繰り返されたなら、対称的な信号は各奇数番目のステップにおいて各トランスデューサに対応する検知経路において摘出され、同時に、媒体内に複数のターゲットがある場合には最も大きなターゲットに、または、単一のターゲットの最も反射率の高い部分にエネルギが累積的に集中される。

0039

したがって、最後の奇数番目の繰り返しの間に摘出された信号から、多くの信号の最大値を含む表面として定義される波面42に近接する単一の幾何学的な線又は面40(例えば球面)を決定することができる。波面を幾何学的に簡単な曲線または面により近似することの利点は、表面の中心あるいは焦点の決定およびターゲットの最も反射率の高いゾーンの正確な位置の確認を容易に行うことができることである。このことは、予定されたアプリケーション適合する最終ステップで、この方法を終わらせることを可能とする。

0040

この場合、破壊されるべきターゲットのゾーンの位置に一致する球の中心の確率は、100%に近い。そのような確信に近いものを得るために、一般的には、実証的ステップが必要である。すなわち、幾何学的表面40と最大値位置との間の違いや誤差の分散を決定すること等である。幾何学的表面40は、したがって、分散が予め設定された値を超過する場合には、波面の具象として受入れることはできないと考えられる。

0041

他のアプリケーションは、ターゲットのサイズを評価するために好適である。これにより、ターゲット10の最も反射率の高いゾーンに中心合せされた波面に一致する遅延を蓄積し、側方にオフセットされた点に集中する位相アレイで領域走査のために使用されるタイプの法則にしたがって調整された遅延を有するショットを形成することができる。放射における各遅延の分布により、反転された放射の遅延関係にしたがって全ての受信信号をシフトすることにより、また、全てのチャンネルに亙って加算することにより、受信の信号を集中することが可能である。その結果、角度によって、図10又は図11に示されるように、モードAにおける図15の遅延を基準としたエコーグラフモードB又はCが供給される。

0042

ターゲットのサイズは、最大振幅が少なくともしきい値sを超える距離dを基準として評価される。波面42に良好に一致し多項式で表すことができる幾何学的表面40は、型通りの多項式近似方法、一般的には最小二乗法を利用することにより求められる。

0043

この発明は、図5に示すような構造を有するオーダーiのトランスデューサに関連する各計測経路またはチャンネル20を使用することにより実施される。経路20は、ウインドウタイマー26により設定される時間ウインドウTに亙ってトランスデューサiにより受信された信号のアナログサンプルクロック24の周波数で供給するサンプラ22を具備している。サンプルは、コンバータ28によってデジタル化され、ラストインファーストアウトLIFOに従ってメモリ30に格納される。

0044

タイマー26は、最後のエコー後の予め設定された遅延後に、伝搬されるべき返しの波面を生ずるようにプログラムされている。返しの信号をトランスデューサiに適用するために、経路20は、アンプ34を後方に配するデジタル/アナログコンバータ32を含んでいる。媒体内の減衰補償するために、経路20は、媒体内の減衰の負の指数逆関数を含むプログラマー42により時間の関数として調整された減衰係数を有するアッテネータの前にもアンプ38を具備している。

0045

この装置は、さらに、メモリ30に読み書きのアクセスを行うとともに、各格納されている信号の時間位置を決定するための計算手段36を具備している。計算手段36は、実際の波面の幾何学的近似に正確に一致する最後のショットを生じさせるように、メモリ30から読み出すことにより得られる最大値の時間分布に最適に合致する表面を決定し、付加的に各メモリ30内のサンプルの時間位置およびその値を調整するためのプログラムを搭載している。

0046

この装置の電気的部分は、図5に示すものと異なる。特に、各経路は、利得制御対数増幅器およびサンプリングした信号を定量化するアナログ−デジタルコンバータを連続して具備するフランス特許第9113629号(米国特許出願第07/971166号)に記載されたような配列を使用することができる。デジタル化された信号は、表示のためにビデオバスに送られることとしてもよい。これは、格納されているデジタルの鋸歯波形の信号への付加を可能とする読み/書きメモリおよび加減算器を具備する格納および深さ補償ユニットにも適用される。経路は対数増幅器の入力部に配される符号検出器をも具備している。

0047

このような環境下において、再放射のための装置の部分は、イクスポーネンシエイション(exponentiation)回路(例えば、読み/書きメモリ)を具備する。得られるデジタル信号は、対数変換のため、符号を有していない。デジタル信号への符号は、例えばメモリ内に符号ビットを含ませることにより与えられる。このビットは、符号検出器によって供給される。メモリは、時間反転されて読み出される。メモリから読み出されるデジタルサンプルおよび符号は、デジタル−アナログコンバータによってアナログ形式に変換され、各信号を発生するトランスデューサに供給する線形アンプに適用される。

0048

上述したように、トランスデューサはマトリクス形の非常に広い領域に分布する。図6に示す例では、マトリクスは、0番から120番前の121のトランスデューサを具備している。

0049

図7および図8は、高反射率の単一のターゲットを含む媒体について121のトランスデューサのマトリクスを使用するこの発明の方法を実施する装置に現われる信号を示している。図7は、中心トランスデューサのみからの照射に応答する32個のトランスデューサからのエコー信号の時間変化を示している。すなわち、上記したステップ(b)(軸から最も離れたトランスデューサ1番について)の間に得られる信号である。これをみると、信号はきわめて非対称であって、その波面に一致する最大値を正確に突き止めることはできないことがわかる。

0050

これに対して、図8に示すように、最初の時間反転後に受信されるエコー信号(ステップ(c))は、第1に、これらの信号がより対称的になり、第2に、明らかな最大値が現われ、そして、すでに良好な近似を得ることが可能であることを明らかに示している。ターゲットへのビームの集中は、その後行われるであろう繰り返しの間もさらに続けられる。エコー信号は、各奇数番目の繰り返しのときに対称的になる。

0051

表示されたターゲットはトランスデューサマトリクスの中心位置に配されていないので、最大値は、斜行列上または信号記録に沿って整列する。図9および図10は、図7および図8と同様であるが、これらは、媒体内に分布する3つのターゲットに対応している。図11は、5回の時間反転後に得られる信号である。

0052

図12および図13は、縦座標軸に沿ってターゲット面で測定された音響圧力を示している。ターゲットは、図9、10、11と同様に分布されており、3つ設けられている。図12は、最初の時間反転後に得られる音響圧力分布を示している。3つのターゲットに一致する3つの最大値は、すでに明瞭に見ることができる。この局在化は、2回目の時間反転後に消滅する。ある奇数番目の繰り返しから次まで、大きなターゲットへの集中の効果は増大し、5番目の時間反転後、球による波面の近似および球の中心に一致する遅延関係を利用した再放射により、図13に示すような音響圧力分布が得られる。

0053

図14および図15の例は、121個のトランスデューサのアレイおよび図9図11の信号を起こしたと同等の観察下における媒体を使用して得られた結果を示している。図11の信号内において、例えば、最も大きな値を有するサンプルのアドレスを決定することにより最大値を探すと、図14に示すように、鎖線の円で囲われたような正道を外れた点を有する分布となる。これらの点を無視すると、図14のサンプルにより代表される波面は、ターゲットの座標を特徴付けるために使用されることができる。そして、座標の理論モデルを使用すると、図15に示すような、球面近似に一致する相対的な配列を有する放射パルスにより波面を合成することが可能となる。

0054

上述したように、受信信号の全持続時間に亙って各経路において受信した信号エンベロープを積算することにより使用されるべき時間ウインドウを求めることができる。それは、非干渉性積算と同等であり、結果として得られる信号が実際に、選択されたウインドウ内に局部的な最大値を有していることを実証することができる。

0055

図16は、3次元的な傷を有する塊状ブロックにより構成された調査下における1つのアレイおよび1つの媒体について、1回の時間反転後に異なる経路で受信される信号の積算値Sの変化の様子を示している。信号を干渉的に積算すること、すなわち、時間シフト後にそれらを積算することも可能である。この場合、図17に示すような分布が得られ、これにより、ターゲットの存在がより明瞭に表示されることになる。

0056

最後に、不均一性媒体により返される信号の最適受信集中を得る必要があるときは、エコーグラフ信号の単なる時間シフトを、放射信号の時間反転を構成するエコーグラフ信号44と46とのたたみ込み演算に置き換えることができる(図18)。たたみ込み積は、各たたみ込み回路48の出力信号積算器50において積算されることにより得られる。このような状況下において、各経路を最適化するために適用されるデジタルシステムおよび時間ウインドウΔTを使用することは一般的である。

図面の簡単な説明

0057

図1この発明の方法を実施する3つの連続するステージであって、最初のショットの間に少なくとも1つのトランスデューサに適用される電気信号の形状を示すタイミングダイアグラムを含むものを示す理論的ダイアグラムである。
図2この発明の方法を実施する3つの連続するステージであって、最初のショットによって得られる電気信号の形状を示すタイミングダイアグラムを含むものを示す理論的ダイアグラムである。
図3この発明の方法を実施する3つの連続するステージであって、時間反転後にトランスデューサに適用される電気信号の形状を示すタイミングダイアグラムを含むものを示す理論的ダイアグラムである。
図4球面状波面の考え得る合成を示す図である。
図5この発明の実施例を構成する装置における特定のトランスデューサに関連する計測経路のブロックダイアグラムである。
図6この発明を実施する装置におけるトランスデューサのマトリクス分布例を示す図である。
図7中央のトランスデューサにより放射された単一のパルスによる、検査対象媒体内に配される広範な1つのターゲット(例えば、胆石)における最初の反射に対応して、図6に示すアレイ内の32個のトランスデューサにより供給されるエコー信号を示す波面ダイヤグラムである。
図85回の時間反転の後に、図6のマトリクス分布内の同じ32個のトランスデューサにより受信される信号を示す波面ダイヤグラムである。
図93個の異なる大きさのボール状のターゲットを含む媒体から得られる信号を示す図7と同様の図である。
図103個の異なる大きさのボール状のターゲットを含む媒体から得られる信号を示す図8と同様の図である。
図11各時間ウインドウで、各々5回の時間反転後のエコー信号を示す図10と同様の図である。
図123個のターゲットを含む面において計測され、最初の時間反転後、図6のアレイにトランスデューサが分布された装置に、図9に示す信号の時間反転を放射することにより得られる圧力場を示している。
図133個のターゲットを含む面において計測され、5回の時間反転後(トランスデューサは、「球」状関係に従って活性化される。)、図6のアレイにトランスデューサが分布された装置に、図11に示す信号の時間反転を放射することにより得られる圧力場を示している。
図14図9図11に示す信号を起こす同一媒体について、図11の多くの経路における最大値の時間分布を示す図である。
図15図14の分布に最も近い近似を構成する球面波表面を再構成するために放射される信号の時間分布を示す図である。
図16図3に示すタイプの伝搬信号の返しとして、2つの鋭角な界面と1つの制限された量の傷を有する固体界面からのエコー信号について、多くの経路から受信する信号の非干渉和の時間tに対する変化を示す図である。
図17図3に示すタイプの伝搬信号の返しとして、2つの鋭角な界面と1つの制限された量の傷を有する固体界面からのエコー信号について、多くの経路から受信する信号の干渉和の時間tに対する変化を示す図である。
図18時間反転された放射の後に受信する信号が返しの放射と乗算されかつそれが積算されることにより如何にたたみ込まれるかを示す図である。

--

0058

1、・・・・、i、・・・・、nトランスデューサ
10ターゲット
12マトリクス
14、16回路
18媒体
20チャンネル
22サンプラ
24クロック
26ウインドウタイマー
28コンバータ
30メモリ
32デジタル−アナログコンバータ
34、38アンプ
36 計算手段
40幾何学的表面
42 波面
44、46エコーグラフ信号
48たたみ込み回路
50 積算器

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