探触子ケーブルは、超音波探傷システムや厚さ測定システムに不可欠な部品です、多くのオペレータは、通常、擦り切れて断線していないか、あるいはその他の欠陥がないことを確認しますが、長さに関してはあまり注意をする対象ではありません。
超音波検査の大部分は、長さが約2メートル(6フィート)を超えない範囲の探触子ケーブルが使用して周波数500KHz～20MHzの範囲で実行されます。ただし、高い試験周波数または長いケーブルを使用する場合には、ケーブル長が長くなることの潜在的な影響を認識して必要に応じて調整を行うことが重要となります。

このアプリケーションノートでは、約20MHzの試験周波数で非常に長いケーブルを使用する場合について説明します。非常に高い周波数(50MHz以上)に関係する特殊ケーブルの問題については、オリンパスのウェブサイト上の別の箇所に説明が有ります。「 高周波数超音波探触子の特定時のアプリケーション考慮事項 」を参照してください。

考慮しなければならない要素として、ケーブル反射、ケーブル減衰、ケーブル遅延、ケーブルノイズを拾う、の4つがあります。ケーブル長が長いほど、特に約20メートル(65フィート)より長いケーブルの場合には、すべての要素がその重要性を増します。

Cable Reflection

いずれの超音波システムにおいても、励起パルス(「メインバング」とも呼ばれる)が、装置のパルサーから探触子まで、一般的な同軸ケーブルでは光の速度に近づく速度で移動します。その励起パルスが探触子に到達すると、電気エネルギーの多くが音波に変換されます。ただし、一部の電気エネルギーは反射してパルサーに戻り、パルサーに達すると、そのエネルギーの一部が探触子に向かって反射され戻ります。(ケーブルの各端部で反射するエネルギーの量は主に電気インピーダンスのマッチまたはミスマッチに関係します。)その反射パルスは、再び探触子に達すると、ケーブルでの往復の電気的通過時間に等しい時間間隔で、元のパルスに続く2度目の小さい励起パルスとして動作します。

短いケーブルによる通常の試験セットアップでは、この反射パルスは最初の励起パルスの後で非常に速く到着するため、探触子の性能に重大な影響はありません。ただし、ケーブルを通る電気的通過時間が探触子の共振期間(1/周波数)に近づくと、反射パルスは励起パルスの長さを延長して探触子を再駆動します。この追加のリンギングによって、表面近傍の解像度が限定され、時には大きく影響します。遅延材付き探触子の場合、反射パルスは遅延材境界エコーも再駆動し、ここでも表面近傍の解像度が低下します。非常に長いケーブルの場合は、2番目の励起パルスが、ケーブルの電気的長さに等しい時間間隔だけ分離された、重複する底面エコーとともに観察されます。

一部の用途において、一振動子の探触子から二振動子型探触子に切り替えることにより、ケーブル反射によるマイナスの影響を回避できます。二振動子型は送信機および受信機に別々の振動子を使用し、また二振動子型のセットアップでは通常、ターゲットから最初に到着するエコーだけを見るため、励起パルスとエコーのリンギングの増加は通常、問題になりません(とはいえ、減衰、遅延、およびノイズピックアップの問題は残る可能性があります)。

一部の事例において、装置のダンピングを50オームに設定し、50オームターミネータをケーブルの探触子側に結合することにより、ケーブル反射を減らすことができます。ただし、これによってエコーの形状に望ましくない影響が生じる可能性があります。いずれの場合にも、すべての共通NDT探触子に複雑な電気的インピーダンスプロファイルがあるため、パルサーと電気的インピーダンスと完全にマッチすることは不可能です。

ケーブル減衰

長いケーブルでは電気的抵抗によって信号損失が発生し、それはケーブルが長くなるにつれ増加します。このため、エコー振幅の正確な追跡が重要な探傷セットアップでは、測定器の感度は常に、試験に使用する実際のケーブルで校正してください。ケーブル損失は通常、十分に小さいため、測定器ゲインの単純な調整によって補正可能ですが、極端な事例においては、ケーブルの探触子側でプリアンプを使用することを推奨することがあります。

ケーブル遅延

探触子ケーブルを通過する電気的通過時間は、直接接触型探触子または二振動子型探触子を使用した場合の合計距離または厚さの測定の一部となります。(ただし、繰返しエコー測定モードでの厚さ測定時には問題となりません)。長いケーブルでは、測定時間が大幅に追加されて、ゼロ点補正されなければエラーになる可能性があります。このため、厚さまたは距離の測定が試験片からの最初の底面エコーのタイミングに基づいている設定においては、測定器のゼロ校正は必ず、試験に使用する実際のケーブルで実行してください。これは通常、適正な校正手順に従う限り、単純に解決する問題です。

ケーブルノイズを拾う

上記3つの状態ほど一般的ではありませんが、非常に長いケーブル、高感度、および電気的ノイズが発生する環境(モーターまたは溶接機の至近距離など)が組み合わさっているアプリケーションにおいては、長いケーブルを通る環境RFノイズを拾い問題になる可能性があります。このような場合、ケーブルノイズは潜在的に対象エコーを隠すことがあります。考えられる解決策として、二重シールド同軸ケーブルを使用すること、ケーブルの探触子側へリモートプリアンプを配置すること、ローパスフィルタを使用して高周波数ノイズ成分を除外することなどがあります。

ケーブルの影響 -- 例

以下の一連の波形は、10MHz広帯域の直接接触型探触子を使用して10mm厚の基準となる金属試験片の厚さを測定する単純な探傷器セットアップにおいて、ケーブル長が長くなった場合の影響を示しています。ケーブル長は約1メートル(3フィート)から約60メートル(200フィート)の6パターンです。これらの波形は、長いケーブルの影響の一般化した例を示すためのものです。具体的な結果は探触子周波数および帯域幅の変化により異なります。周波数が高くなれば影響はより顕著になり、周波数が低くなれば影響は少なくなります。

約1メートル(3フィート)ケーブル

約4メートル(12フィート) -- 励起パルスエラーがやや大きく表示され、底面エコーがやや広く、厚さ読み取り値のオフセットは0.08mmです。

約10メートル(30フィート) -- 励起パルスエラーが著しく大きく表示され、底面エコーで追加サイクルが発生し、厚さ読み取り値のオフセットは0.26mmです。

約25メートル(80フィート)、ゲインを6 dB増加してケーブル損失を補正 -- 励起パルスが大きくリングし、ケーブル反射が底面エコーの後に続き、厚さ読み取り値のオフセットは0.68mmです。

約40メートル(125フィート) -- 励起パルスのリンギングが更に増加し、厚さ読み取り値のオフセットは1.09mmです。

約60メートル(200フィート) -- 励起パルスと底面エコーは両方とも倍になり、厚さ読み取り値のオフセットは1.64mmです。