トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験




【発明の名称】 超音波計測装置
【発明者】 【氏名】千星 淳

【氏名】落合 誠

【氏名】兼本 茂
【要約】 【課題】計測対象の位置および形状を圧力波によって非接触で精度よく測定すると共に、同時に圧力波の発生位置および圧力波の伝播する空間の温度分布をも非接触で精度よく測定する。

【解決手段】計測対象の表面１の既知の複数位置に圧力波発生装置２で圧力波５を発生させ、該各発生位置から伝播される各圧力波５を未知の位置に設置して移動可能にされた圧力波検出装置６によって個別に検出する。また、各圧力波５の伝播時間を伝播時間測定装置７，８を用いて測定した後、各伝播時間に基づいて、演算装置９によって圧力波検出装置６の設定位置を算出し、これによって未知であった圧力波検出装置６の設定位置ならびに移動位置を測定する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 計測対象の既知の複数位置に圧力波を発生させる圧力波発生装置と、前記各圧力波の発生位置に対向する未知の位置に設置して移動可能にされ、該各発生位置から伝播される各圧力波を個別に検出する圧力波検出装置と、前記検出される各圧力波の伝播時間をそれぞれに測定する伝播時間測定装置と、前記測定される各伝播時間によって前記圧力波検出装置の設置位置ならびに移動位置を算出する演算装置とを備えることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項２】 計測対象の未知の位置に圧力波を発生させる圧力波発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向する既知の複数位置に各別に設置されて、該発生位置から伝播される圧力波を個々に検出する各圧力波検出装置と、前記各別に検出される圧力波の伝播時間をそれぞれに測定する伝播時間測定装置と、前記測定される各伝播時間によって前記圧力波の発生位置を算出する演算装置とを備えることを特徴とする超音波計測装置。
【請求項３】 計測対象の既知の位置に圧力波を発生させる圧力波発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向する既知の位置に設置されて、該発生位置から伝播される圧力波を検出する圧力波検出装置と、前記検出される圧力波の伝播時間を測定する伝播時間測定装置と、前記測定される伝播時間によって前記圧力波の発生位置と圧力波検出装置間での圧力波の伝播速度を算出する演算装置とを備え、前記圧力波の伝播速度を複数箇所対応の相当分算出し、該算出されるそれぞれの各圧力波の伝播速度により、ＣＴ法を用いて伝播空間中の温度分布を計測できるようにしたことを特徴とする超音波計測装置。
【請求項４】 計測対象の既知の位置に圧力波を発生させる圧力波発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向する既知の位置に設置されて、該発生位置から伝播される圧力波を検出する圧力波検出装置と、前記検出される圧力波の伝播時間を測定する伝播時間測定装置と、前記測定される伝播時間によって前記圧力波の発生位置と圧力波検出装置間の距離を算出する演算装置とを備え、前記圧力波の発生位置と圧力波検出装置間の距離を複数箇所対応の相当分算出し、該算出されるそれぞれの各距離によって、圧力波の発生位置対応部分の表面形状を計測できるようにしたことを特徴とする超音波計測装置。
【請求項５】 前記圧力波発生装置として、レーザー光を照射して照射位置に圧力波を発生させるレーザー光発生装置を用い、或いは前記圧力波検出装置として、前記圧力波を検出して電圧信号に変換する圧電トランスデューサーを用いることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の超音波計測装置。
【請求項６】 前記圧力波検出装置として、少なくとも４個以上の各圧力波検出装置を設け、該各圧力波検出装置で検出される圧力波のうちで、検出レベルの高い少なくとも３つの検出信号を前記演算装置による各圧力波の発生位置の測定演算に用いることを特徴とする請求項２に記載の超音波計測装置。
【請求項７】 前記各圧力波検出装置には、指向性の高い装置構成をそれぞれに用い、該各高指向性の圧力波検出装置によって高レベルの各圧力波信号を検出し、該高レベルの各圧力波信号を前記演算装置による各圧力波位置の測定演算に用いることを特徴とする請求項２に記載の超音波計測装置。
【請求項８】 前記伝播時間測定装置は、測定した各伝播時間によって対応する各圧力波の検出レベルおよび／または位置データを補正する機能を有することを特徴とする請求項２に記載の超音波計測装置。
【請求項９】 前記伝播時間測定装置は、前記圧力波検出装置の指向性に対応して前記圧力波の検出信号を補正する機能を有することを特徴とする請求項２に記載の超音波計測装置。
【請求項１０】 前記演算装置の出力側には、該演算装置によって測定された各圧力波検出装置の位置、および各圧力波の検出レベルをリアルタイムで表示する表示装置を設けたことを特徴とする請求項２に記載の超音波計測装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、計測対象の表面に対する超音波の送波、および該表面から反射される圧力波の圧力波検出装置による受波を利用して、計測対象の位置および形状、圧力波検出装置の位置、ないしは圧力波の伝播空間の温度分布を計測するための超音波計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、この種の計測対象として距離の検出手段には、超音波距離計やレーザー距離計（レーザーレンジファインダー）などが用いられている。
【０００３】まず、前者の超音波距離計による距離の検出ついて説明する。この超音波距離計は、超音波の送受波を利用するもので、超音波発振器から計測対象に対して超音波を照射（送波）すると共に、該計測対象からの反射圧力波を超音波検出器によって検出（受波）することにより、計測対象までの超音波の往復に要した経過時間、つまり、伝播時間（ＴＯＦ：Time of Flight）を基準にとり、計測対象までの距離を計測するようにしている。
【０００４】具体的には、例えば、図７に示すように、発振器／検出器を兼ねたトランスデューサーを用いるのが一般的である。
【０００５】すなわち、図７を参照して、トランスデューサー６からは、まず、トリガー信号により、計測対象に向けて超音波信号１３ａを放射する。該超音波信号１３ａは、計測対象の表面１で反射され、この反射波信号１３ｂがトランスデューサー６によって検出される。ついで、該検出信号は、Ａ／Ｄ変換器７、信号処理装置８を経た後、ディジタル計算機１０により、その放射から検出までの伝播時間が演算され、該伝播時間を基にして表面１、ひいては所要の計測対象までの距離が測定されるのである。
【０００６】図８には、上記トリガー信号と反射波信号（受波信号）１３ｂとの関係の一例を示す。ここで、計測対象の表面１に対する超音波の伝播時間は、該図８におけるトリガー信号の立ち上りと受波信号の立ち上がりとの間の経過時間ｔTOF に相当する。従って、計測対象の表面１とトランスデューサー６間に介在される伝播媒質、例えば、この場合には、空間中での超音波の伝播速度ｖをあらかじめ確認しておくことにより、この計測対象の表面１とトランスデューサー６間の距離Ｌは、２Ｌ＝ｖ×ｔTOFであるから、Ｌ＝ｖ×ｔTOF ／２として求めることができる。
【０００７】また、後者のレーザー距離計による距離の検出ついては、上記超音波に代えてレーザー光を送受信することでＴＯＦを求め、これによって計測対象までの距離を測定するものである。
【０００８】一方、計測対象の表面形状を計測する装置としては、レーザーのスリット光を該計測対象の表面に照射して反射光を複眼のＣＣＤカメラに入射させ、その視差から３次元形状を計測するものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記した従来の超音波距離計の場合には、超音波を発振させるためのインピーダンスなどの関係から、比較的低周波の超音波を用いなければならず、この結果、検出器で検出される反射波信号の立ち上がりがゆるやかであって、その立ち上がり点を正確に捉えることが困難である。一方、放射される超音波の広がりもまた大きく、複雑な表面形状を有する計測対象にあっては、同様に正確な距離を求めることができない。
【００１０】また、レーザー距離計においては、そのレーザー光自体が光速度であるので、特に計測対象の表面に対して近距離で適用する場合、そのＴＯＦが非常に短くて時間管理が極めて困難である。
【００１１】さらに、ＣＣＤカメラの視差によって計測対象の３次元形状を計測する装置では、照明光による影響が大きく、その使用環境に厳しい条件が必要になるものであった。
【００１２】従って、本発明の目的とするところは、計測対象としての任意の物体の位置および形状を圧力波によって非接触で精度よく測定できるようにし、また、同時に圧力波の発生位置および圧力波の伝播する空間の温度分布をも非接触で精度よく測定できるようにした超音波計測装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の超音波計測装置は、計測対象の既知の複数位置に圧力波を発生させる圧力波発生装置と、前記各圧力波の発生位置に対向する未知の位置に設置して移動可能にされ、該各発生位置から伝播される各圧力波を個別に検出する圧力波検出装置と、前記検出される各圧力波の伝播時間をそれぞれに測定する伝播時間測定装置と、前記測定される各伝播時間によって前記圧力波検出装置の設置位置ならびに移動位置を算出する演算装置とを備えることを特徴としている。
【００１４】本請求項１の超音波計測装置では、圧力波発生装置を用いて、計測対象の既知の複数位置に圧力波を発生させ、該各発生位置から伝播される各圧力波が未知の位置に設置して移動可能にされた圧力波検出装置で個別に検出される。また、これらの各圧力波の伝播時間は、伝播時間測定装置によってそれぞれに測定され、かつ演算装置では、各伝播時間に基づいて圧力波検出装置の設定位置ならびに移動位置が算出される。
【００１５】本発明の請求項２に記載の超音波計測装置は、計測対象の未知の位置に圧力波を発生させる圧力波発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向する既知の複数位置に各別に設置されて、該発生位置から伝播される圧力波を個々に検出する各圧力波検出装置と、前記各別に検出される圧力波の伝播時間をそれぞれに測定する伝播時間測定装置と、前記測定される各伝播時間によって前記圧力波の発生位置を算出する演算装置とを備えることを特徴としている。
【００１６】本請求項２の超音波計測装置では、圧力波発生装置を用いて、計測対象の未知の位置に圧力波を発生させ、該発生位置から伝播される各圧力波が既知の複数位置に各別に設置した圧力波検出装置で各別に検出される。また、これらの各圧力波の伝播時間は、伝播時間測定装置によってそれぞれに測定され、かつ演算装置では、各伝播時間に基づいて圧力波の発生位置が算出される。
【００１７】本発明の請求項３に記載の超音波計測装置は、計測対象の既知の位置に圧力波を発生させる圧力波発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向する既知の位置に設置されて、該発生位置から伝播される圧力波を検出する圧力波検出装置と、前記検出される圧力波の伝播時間を測定する伝播時間測定装置と、前記測定される伝播時間によって前記圧力波の発生位置と圧力波検出装置間での圧力波の伝播速度を算出する演算装置とを備え、前記圧力波の伝播速度を複数箇所対応の相当分算出し、該算出されるそれぞれの各圧力波の伝播速度により、ＣＴ法を用いて伝播空間中の温度分布を計測できるようにしたことを特徴としている。
【００１８】本請求項３の超音波計測装置では、圧力波発生装置を用いて、計測対象の既知の位置に圧力波を発生させ、該発生位置から伝播される圧力波が既知の位置に設置した圧力波検出装置で検出される。また、この圧力波の伝播時間は、伝播時間測定装置によって複数箇所対応の相当分測定され、かつ演算装置においては、各伝播時間に基づいて圧力波の発生位置と圧力波検出装置間での各圧力波の伝播速度が算出されると共に、これらの各圧力波の伝播速度から、ＣＴ法を用いて伝播空間中の温度分布が計測される。
【００１９】本発明の請求項４に記載の超音波計測装置は、計測対象の既知の位置に圧力波を発生させる圧力波発生装置と、前記圧力波の発生位置に対向する既知の位置に設置されて、該発生位置から伝播される圧力波を検出する圧力波検出装置と、前記検出される圧力波の伝播時間を測定する伝播時間測定装置と、前記測定される伝播時間によって前記圧力波の発生位置と圧力波検出装置間の距離を算出する演算装置とを備え、前記圧力波の発生位置と圧力波検出装置間の距離を複数箇所対応の相当分算出し、該算出されるそれぞれの各距離によって、圧力波の発生位置対応部分の表面形状を計測できるようにしたことを特徴としている。
【００２０】本請求項４の超音波計測装置では、圧力波発生装置を用いて、計測対象の既知の位置に圧力波を発生させ、該発生位置から伝播される圧力波が既知の位置に設置した圧力波検出装置で検出される。また、この圧力波の伝播時間は、伝播時間測定装置によって複数箇所対応の相当分測定され、かつ演算装置においては、各伝播時間に基づいて圧力波の発生位置と圧力波検出装置間の各距離が算出されると共に、これらの算出される各距離によって、圧力波の発生位置に対応する部分の表面形状が計測される。
【００２１】本発明の請求項５に記載の超音波計測装置は、請求項１ないし４の何れか１項の超音波計測装置において、前記圧力波発生装置として、レーザー光を照射して照射位置に圧力波を発生させるレーザー光発生装置を用い、また、前記圧力波検出装置として、前記圧力波を検出して電圧信号に変換する圧電トランスデューサーを用いることを特徴としている。
【００２２】本請求項５の超音波計測装置では、圧力波発生装置にレーザー光発生装置を用いることで、指向性に優れたレーザー光によって圧力波の発生位置ないしは複数の各圧力波の発生位置が特定もしくはほぼ特定される。
【００２３】本発明の請求項６に記載の超音波計測装置は、請求項２の超音波計測装置において、前記圧力波検出装置として、少なくとも４個以上の各圧力波検出装置を設け、該各圧力波検出装置で検出される圧力波のうちで、検出レベルの高い少なくとも３つの検出信号を前記演算装置による各圧力波の発生位置の測定演算に用いることを特徴としている。
【００２４】本請求項６の超音波計測装置では、圧力波検出装置として、少なくとも４個以上の各圧力波検出装置を設け、検出される圧力波のうちで、検出レベルの高い少なくとも３つの検出信号を演算装置による各圧力波の発生位置の測定に用いることで、測定精度の向上がなされる。
【００２５】本発明の請求項７に記載の超音波計測装置は、請求項２の超音波計測装置において、前記各圧力波検出装置には、指向性の高い装置構成をそれぞれに用い、該各高指向性の圧力波検出装置によって高レベルの各圧力波信号を検出し、該高レベルの各圧力波信号を前記演算装置による各圧力波位置の測定演算に用いることを特徴としている。
【００２６】本請求項７の超音波計測装置では、各圧力波検出装置として、それぞれに高指向性の圧力波検出装置を用いることで、高レベルの各圧力波信号が検出され、これによって各圧力波の発生位置の測定精度が向上される。
【００２７】本発明の請求項８に記載の超音波計測装置は、請求項２の超音波計測装置において、前記伝播時間測定装置は、測定した各伝播時間によって対応する各圧力波の検出レベルおよび／または位置データを補正する機能を有することを特徴としている。
【００２８】本請求項８の超音波計測装置では、伝播時間測定装置によって測定される各圧力波の各伝播時間により、対応する各圧力波の検出レベルおよび／または位置データを補正することで、圧力波の発生位置の同定が正確になされる。
【００２９】本発明の請求項９に記載の超音波計測装置は、請求項２の超音波計測装置において、前記伝播時間測定装置は、前記圧力波検出装置の指向性に対応して前記圧力波の検出信号を補正する機能を有することを特徴としている。
【００３０】本請求項９の超音波計測装置では、伝播時間測定装置が圧力波検出装置の指向性に対応して圧力波の検出信号を補正することで、圧力波の発生位置の同定が正確になされる。
【００３１】本発明の請求項１０に記載の超音波計測装置は、請求項２の超音波計測装置において、前記演算装置の出力側には、該演算装置によって測定された各圧力波検出装置の位置、および各圧力波の検出レベルをリアルタイムで表示する表示装置を設けたことを特徴としている。
【００３２】本請求項１０の超音波計測装置では、演算装置の出力側に設けた表示装置により、該演算装置によって測定された各圧力波検出装置の位置、および各圧力波の検出レベルがリアルタイムで表示される。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波計測装置の各別例による実施の形態につき、図１ないし図６を参照して詳細に説明する。なお、これらの実施形態例の各図において上記従来例の各図と同一符号は該当部分を示している。
【００３４】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態を適用した超音波計測装置の概要を示す構成説明図である。
【００３５】この図１に示す第１の実施形態において、超音波計測装置は、計測対象の表面１の各特定部分（既知の複数の圧力波発生位置）にレーザー光４を照射して圧力波を発生させるレーザー光発生装置（圧力波発生装置）２、および該レーザー光発生装置２からのレーザー光４の照射位置を制御する照射位置制御装置３と、計測対象の表面１の各特定部分に対して相応の距離だけ離間した未知の位置で矢印方向へ移動可能に設置され、レーザー光４の照射によって該各特定部分毎に発生したそれぞれの各圧力波５を検出し、かつ該検出信号を電圧に変換して出力する圧電トランスデューサー（圧力波検出装置）６と、各圧力波５の伝播時間を測定するための伝播時間測定装置としての、該検出信号電圧をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７、および該ディジタル信号を処理する信号処理装置８と、該処理された信号に基づいて計測対象の表面１までの距離を演算するディジタル計算機（演算装置）１０とで構成されている。
【００３６】上記第１の実施形態による装置構成では、計測対象の表面１の各特定部分にレーザー光発生装置２からレーザー光４を照射することにより、該各照射部分に局所的なエネルギーが加えられてプラズマが生成され、かつ該プラズマ振動によって対応する各圧力波５が発生する。本第１の実施形態においては、照射位置制御装置３の制御により、それぞれの各トリガー信号に基づき、表面１の３個所に時間差をおいてレーザー光４を照射する。
【００３７】これらの時間差をおいて発生した各圧力波５は、それぞれに圧電トランスデューサー６が受波して検出され、個々に対応する各電圧信号に変換される。また、該各電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器７に入力されてディジタル信号に変換される。信号処理装置８には、各レーザー光４の照射時刻（各トリガー信号）と、これに対応する各ディジタル信号とが入力される。
【００３８】ここで、信号処理装置８に入力される各信号の態様を図２に示す。この図２において、レーザー光４をｉ番目に照射した時刻をｔri、ｉ番目の圧力波５を受波した時刻をｔaiとする。また、レーザー光４の伝播速度は、光速に及び圧力波５の伝播速度に比較して極めて速いことから、この場合は、レーザー光４を照射した時刻ｔr を圧力波５の発生した時刻とする。
【００３９】従って、圧力波５の伝播時間９（ｔri：ｉ＝１〜３）は、ｔai−ｔriによって求められる。さらに、この値をディジタル計算機１０に入力することにより、該ディジタル計算機１０では、このときの媒質中を伝播する圧力波４の速度ｖp から、その伝播距離（Ｌti：ｉ＝１〜３）を、Ｌti＝ｖp ×ｔtiによって求めることができる。そして、各圧力波５の発生位置を（ａi ．ｂi ．ｃi ：ｉ＝１〜３）とし、かつ圧電トランスデューサー６の位置を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、伝播距離との関係式は、Ｌti＝｛（ｘ−ａi ）2 ＋（ｙ−ｂi ）2 ＋（ｚ−ｃi ）2 ｝1/2のようになる。
【００４０】すなわち、このようにして計測対象の表面１の３個所に時間差でレーザー光４を照射し、該当する表面の３点に圧力波５を発生させることで、上記関係式がそれぞれに得られ、これをディジタル計算機１０で解くことにより、各圧力波５の発生位置、ひいては矢印方向へ移動可能な圧電トランスデューサー６の設定位置ならびに移動位置を容易に同定できるのである。
【００４１】（第２の実施形態）図３は本発明の第２の実施形態を適用した超音波計測装置の概要を示す構成説明図である。
【００４２】この図３に示す第２の実施形態において、超音波計測装置は、計測対象としての金属壁面１１と、該金属壁面１１の特定部分にレーザー光４を照射して圧力波を発生させるレーザー光発生装置２と、既知の各位置にそれぞれ設置され、レーザー光４の照射によって金属壁面１１の特定部分に発生した圧力波５を該当位置でそれぞれに検出し、かつ電圧信号に変換して出力する複数、この場合、３個の圧電トランスデューサー６と、以下、第１の実施形態の場合と同様に、各圧力波５の伝播時間を測定するために設けられるところの、検出電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７、および該ディジタル信号を処理する信号処理装置８と、該処理されたディジタル信号に基づいて計測対象の金属壁面１１までの距離を算出するディジタル計算機１０とで構成されている。
【００４３】この場合、先に述べた第１の実施形態による構成が、複数の既知の位置で発生する圧力波を未知の位置に単独に設けた圧電トランスデューサーで検出し、未知である該圧電トランスデューサーの位置を演算によって同定するための装置であるのに対して、本第２の実施形態による構成では、未知の圧力波の発生位置を既知の位置に設けた複数の圧電トランスデューサーで検出し、未知である圧力波の発生位置を演算によって同定するための装置である。
【００４４】すなわち、上記第２の実施形態による装置構成では、計測対象の金属表面１１の特定部分にレーザー光４を照射した場合、該特定部分で発生する圧力波５を各別位置に配置させた３個の圧電トランスデューサー６によって検出し、それぞれの各圧電トランスデューサー６から個々に変換された各電圧信号を出力する。これらの検出された各電圧信号は、上記の場合と同様に、Ａ／Ｄ変換器７によってそれぞれにディジタル信号に変換されると共に、信号処理装置８に入力されて各圧力波５の伝播時間を求める。その後、該信号処理装置８内に設けた遅延回路を用いることで、得られた各伝播時間を順次にディジタル計算機１０へ入力して演算する。
【００４５】ここでも、信号処理装置８に入力される各信号の態様を図４に示す。この図４においても明らかなように、本第２の実施形態においては、上記第１の実施形態の場合と同様に、それぞれの各信号の伝播時間９から、対応する伝播距離、ひいては金属表面１１上の圧力波５の発生位置と各圧電トランスデューサー６の設置位置との間の距離が分かる。また、既知の位置に設置した各圧電トランスデューサー６の位置を（ａi ．ｂi ．ｃi ：ｉ＝１〜３）とし、かつ圧力波５の発生位置を（ｘ，ｙ，ｚ）とするときは、上記第１の実施形態の場合と同様な関係式が得られて、ここでは、圧力波５の発生位置を容易に同定できるのである。
【００４６】この場合、圧電トランスデューサー６として、少なくとも４個以上の圧電トランスデューサー６を設け、これらの各圧電トランスデューサー６で検出されるそれぞれの各圧力波のうちで、比較的検出レベルの高い少なくとも３つの検出信号をディジタル計算機１０へ入力して各圧力波の発生位置の測定に用いるときは、該測定結果の精度を一層高めることができる。
【００４７】（第３の実施形態）図５は本発明の第３の実施形態を適用した超音波計測装置の概要を示す構成説明図である。
【００４８】この図５に示す第３の実施形態において、超音波計測装置は、計測対象の表面１の各特定部分にレーザー光４を照射して圧力波を発生させるレーザー光発生装置２、および該レーザー光発生装置２からのレーザー光４の照射位置を各別に制御する照射位置制御装置３と、レーザー光４の照射によって計測対象の表面１の各特定部分にそれぞれに発生させた各圧力波５を検出し、かつ電圧信号に変換して出力するための、この場合、２個の圧電トランスデューサー６と、以下、第１および第２の各実施形態の場合と同様に、各圧力波５の伝播時間を測定するために設けられるところの、検出電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７、および該ディジタル信号を処理する信号処理装置８と、該処理されたディジタル信号に基づいて計測対象の表面１までの距離を算出するディジタル計算機１０とで構成されている。
【００４９】すなわち、本第３の実施形態による装置の構成は、上記第１の実施形態の場合の装置構成とほぼ同様であるが、各圧力波５を受信するそれぞれの圧電トランスデューサー６の設置位置が既知である点で異なっている。
【００５０】この第３の実施形態の場合には、各圧力波５の発生位置と、該各圧力波５を検出するそれぞれの圧電トランスデューサー６の設置位置とが既知であること、つまり、両者間の距離が確定されているため、これらの両者間での各圧力波５の伝播時間９を測定して、その平均速度を求めることができる。一方、圧力波５の速度は温度に依存し、かつその伝播空間の温度分布の情報を有しているから、同図５に見られるように、これを多点（この場合、３点）で測定することにより、ＣＴ法を用いて温度の空間分布を容易に求め得るのである。
【００５１】（第４の実施形態）図６は本発明の第４の実施形態を適用した超音波計測装置の概要を示す構成説明図である。
【００５２】この図６に示す第４の実施形態において、超音波計測装置は、計測対象としての金属壁面１１と、該金属壁面１１の特定部分にレーザー光４を照射して圧力波を発生させるレーザー光発生装置２と、既知の各位置にそれぞれ設置され、レーザー光４の照射によって金属壁面１１の特定部分に発生した圧力波５を個別に検出し、かつ電圧に変換してそれぞれに出力する複数、この場合、３個の圧電トランスデューサー６と、ここでも同様に、該個別に検出された各圧力波５の伝播時間と各圧電トランスデューサー６の最大出力値とを測定するための、検出電圧信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７、および該各ディジタル信号を処理する信号処理装置８と、該処理された各ディジタル信号に基づいて圧力波５の発生位置を算出すると共に、この場合にはレーザー光４の強度の補正計算を行うディジタル計算機１０と、演算結果の圧力波５の発生位置と強度とをそれぞれに表示する表示装置１２とで構成されている。
【００５３】ここで、圧力波５の強度は、伝播距離（あるいは伝播時間）に対応して減衰することが知られている。このときの減衰の程度の関数をｆ（ｔp ）とし（ｌ：伝播時間）、ｆ（０）＝１、ｆ（∞）＝０とする。また、ディジタル計算機１０においては、圧電トランスデューサー６の最大出力値と圧力波５の伝播時間を入力して、上記第２の実施形態の場合と同様に伝播距離を求め、さらに、最大出力値Ｐ（ｉ）（ｉ＝１〜３）を減衰の程度の関数ｆ（ｔp ）と伝播時間とから、次の式によってレーザー光４の強度を補正する。
【００５４】Ｐｒ（ｉ）＝Ｐ（ｉ）／ｆ（ｔp ）
また、上記補正方法としては、別に圧電トランスデューサー６の指向性を減衰の程度の関数ｆ（ｔp ）に代えて用いることも可能である。
【００５５】以上の結果から、本第４の実施形態においては、ディジタル計算機１０で求めた圧力波５の発生位置および強度をリアルタイムで表示装置１２に表示させることにより、金属壁面１１の何れの位置にどのような強度で圧力波５が発生したかを容易に監視できるのである。
【００５６】従って、ここでは、本第４の実施形態の場合を含んで上記第２の実施形態においては、各圧電トランスデューサー６として、それぞれに比較的指向性の高い圧電トランスデューサー６を用い、これらの各高指向性の圧電トランスデューサー６によって高レベルの各圧力波５を検出し、該高レベルの各圧力波５の信号をディジタル計算機１０による圧力波の発生位置の演算に用いることによっても、同様に測定結果の精度を一層高めることができる。
【００５７】また、信号処理装置８によって求めた各圧力波５の伝播時間を用い、それぞれに対応の各圧力波５の検出レベルおよび／または位置データの補正をなすようにすることで、圧力波の発生位置の同定を正確に行い得る。
【００５８】さらに、信号処理装置８に関しては、圧電トランスデューサー６の指向性に対応して各圧力波５の検出信号を補正する機能を与えることによっても、圧力波の発生位置の同定に効果的である。
【００５９】
【発明の効果】以上、各実施形態例によって詳述したように、請求項１に記載の超音波計測装置によれば、計測対象の既知の複数位置に圧力波発生装置で圧力波を発生させ、該各発生位置から伝播される各圧力波を未知の位置に設置して移動可能にされた圧力波検出装置によって個別に検出でき、かつ各圧力波の伝播時間を伝播時間測定装置を用いてそれぞれに測定した後、各伝播時間に基づき、演算装置によって圧力波検出装置の設定位置を算出するようにしたので、未知であった圧力波検出装置の設定位置ならびに移動位置を精度よく容易に測定できる。
【００６０】また、本発明の請求項２に記載の超音波計測装置によれば、計測対象の未知の位置に圧力波発生装置で圧力波を発生させ、該発生位置から伝播される各圧力波を既知の複数位置に設置した各圧力波検出装置によって個々に検出でき、かつ各圧力波の伝播時間を伝播時間測定装置を用いてそれぞれに測定した後、各伝播時間に基づき、演算装置によって圧力波の発生位置を算出するようにしたので、未知であった圧力波の発生位置を精度よく容易に測定できる。
【００６１】また、本発明の請求項３に記載の超音波計測装置によれば、計測対象の既知の位置に圧力波発生装置で圧力波を発生させ、該発生位置から伝播される圧力波を既知の位置に設置した圧力波検出装置によって検出でき、かつ圧力波の伝播時間を伝播時間測定装置を用いて複数箇所対応の相当分測定した後、各伝播時間に基づき、演算装置によって圧力波の発生位置と圧力波検出装置間での各圧力波の伝播速度を算出できるようにしたので、これらの各圧力波の伝播速度から、ＣＴ法によって伝播空間中における温度分布を容易に計測することができる。
【００６２】また、本発明の請求項４に記載の超音波計測装置によれば、計測対象の既知の位置に圧力波発生装置で圧力波を発生させ、該発生位置から伝播される圧力波を既知の位置に設置した圧力波検出装置によって検出でき、かつ圧力波の伝播時間を伝播時間測定装置を用いて複数箇所対応の相当分測定した後、各伝播時間に基づき、演算装置によって圧力波の発生位置と圧力波検出装置間の各距離を算出できるようにしたので、これらの算出される各距離によって、圧力波の発生位置に対応する部分の表面形状を容易に計測することができる。
【００６３】また、本発明の請求項５に記載の超音波計測装置によれば、請求項１ないし４の何れか１項の超音波計測装置において、圧力波発生装置にレーザー光発生装置を用いるようにしたので、指向性に優れたレーザー光によって圧力波の発生位置ないしは複数の各圧力波の発生位置を特定もしくはほぼ特定することができ、この結果、測定精度の向上を効果的かつ容易に図り得る。
【００６４】また、本発明の請求項６に記載の超音波計測装置によれば、請求項２の超音波計測装置において、圧力波検出装置として、少なくとも４個以上の各圧力波検出装置を設け、該各圧力波検出装置で検出される圧力波のうちで、検出レベルの高い少なくとも３つの検出信号を演算装置による各圧力波の発生位置の測定に用いるようにしたので、ここでも結果的に測定精度の向上を効果的かつ容易に図り得る。
【００６５】また、本発明の請求項７に記載の超音波計測装置によれば、請求項２の超音波計測装置において、各圧力波検出装置として、それぞれに高指向性の圧力波検出装置を用いるようにしたので、高レベルの各圧力波信号を容易に検出することができ、この結果、同様に測定精度の向上を効果的かつ容易に図り得る。
【００６６】また、本発明の請求項８に記載の超音波計測装置によれば、請求項２の超音波計測装置において、伝播時間測定装置によって測定される各圧力波の各伝播時間により、対応する各圧力波の検出レベルおよび／または位置データを補正するようにしたので、この場合は、圧力波の発生位置の同定を一層正確に行い得る。
【００６７】また、本発明の請求項９に記載の超音波計測装置によれば、請求項２の超音波計測装置において、伝播時間測定装置が圧力波検出装置の指向性に対応して圧力波の検出信号を補正するようにしたので、この場合にも、圧力波の発生位置の同定を一層正確に行い得る。
【００６８】さらに、本発明の請求項１０に記載の超音波計測装置によれば、請求項２の超音波計測装置において、演算装置の出力側に設けた表示装置により、該演算装置によって測定された各圧力波検出装置の位置、および各圧力波の検出レベルをリアルタイムで表示するようにしたので、計測対象の何れの位置にどのような強度で圧力波が発生したかを容易に監視できる。
【出願人】 【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
【出願日】 平成１０年１２月３日（１９９８．１２．３）
【代理人】 【識別番号】１０００７７８４９
【弁理士】
【氏名又は名称】須山 佐一
【公開番号】 特開２０００−１７１２３２（Ｐ２０００−１７１２３２Ａ）
【公開日】 平成１２年６月２３日（２０００．６．２３）
【出願番号】 特願平１０−３４４４２６