DE102008005871B4

DE102008005871B4 - Ultraschall-Messwertgeber

Info

Publication number: DE102008005871B4
Application number: DE102008005871A
Authority: DE
Inventors: Akira Onodera; Yasunori Aoyama
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2028-01-25
Also published as: DE102008005871A1; JP2008185478A; US7930940B2; JP4047366B1; US20080282805A1

Abstract

Ultraschall-Messwertgeber für ein Ultraschallinspektionsgerät (10),
das eine Ultraschallwelle (S5) auf eine zu untersuchende Probe (12), die in Wasser (W) getaucht ist, durch das Wasser (W) projiziert, eine von der Probe (12) reflektierte Welle empfängt und einen Defekt in der Probe (12) auf der Grundlage einer Wellenform eines Echosignals (S3) der reflektierten Welle erfasst, mit:
einem Messwertgeberhauptteil (2) mit einem Oszillator (24), der die Ultraschallwelle (S5) gemäß einem Treiberpuls (S2) emittiert,
die reflektierte Welle von der Probe (12) empfängt, und
die reflektierte Welle als das Echosignal (S3) ausgibt;
einem Sendersubstrat (51),
das zum Erzeugen des Treiberpulses (S2) vorgesehen ist,
das Energie zum Emittieren der Ultraschallwelle (S5) an den Oszillator (24) in den Messwertgeberhauptteil (2) liefert;
einem Empfängersubstrat (52),
das zum Verstärken des von dem Oszillator (24) in dem Messwertgeberhauptteil (2) empfangenen Echosignals (S3) vorgesehen ist;
einem Gehäuse (4),
das als...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Messwertgeber. Genauer, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Messwertgeber, der eine Vorrichtung ist, die als eine Quelle zum Projizieren einer Ultraschallwelle auf eine Probe, die zu untersuchen ist, funktioniert, und als eine Quelle zum Empfangen einer Welle, die von der Probe reflektiert ist, funktioniert.
Ein Ultraschallinspektionsgerät ist bekannt als ein Gerät, das eine Ultraschallwelle auf eine zu untersuchende Probe durch Wasser projiziert, die in das Wasser eingetaucht ist, und eine von der Probe reflektierte Welle empfängt und einen Defekt wie einen Abbruch oder einen Fehler in der Probe erfasst auf der Grundlage einer Wellenform eines Echosignals der reflektierten Welle (siehe z. B. japanische Gebrauchsmusteranmeldung JP 06-80169 U sowie Offenlegungsschriften US 2007/0 000 329 A1 und DE 2 415 040 A ).
12 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Ultraschallinspektionsgerätes. Wie in 12 gezeigt ist, weist das Ultraschallinspektionsgerät 100 ein Wasserbad 11, das mit Wasser W gefüllt ist,
eine zu untersuchende Probe 12, die in das Wasserbad 11 einzutauchen vorgesehen ist, einen Ultraschall-Messwertgeber 50, der als eine Quelle zum Projizieren einer Ultraschallwelle auf die zu untersuchende Probe 12 dient und als eine Quelle zum Empfangen einer reflektierten Welle von der Probe 12 dient, eine Sender/Empfängerschaltung 16, die einen Treiberpuls an den Ultraschall-Messwertgeber 50 sendet und ein empfangenes Echosignal verstärkt, ein elektrisches Verbindungskabel 17 zum elektrischen Verbinden des Ultraschall-Messwertgebers 50 und der Sender/Empfängerschaltung 16, eine Abtastvorrichtung 13 zum Bewegen des Ultraschall-Messwertgebers 50 in horizontaler und vertikaler Richtung, eine Leistungsquelle 14 zum Liefern von Leistung zu den entsprechenden Teilen und eine Bestimmungsvorrichtung 15 zum Bestimmen des Vorhandenseins des Defektes in der Probe 12 auf der Grundlage der Wellenform des Echosignals, das von der Sender/Empfängerschaltung 16 ausgegeben ist, auf.
Die von dem Ultraschall-Messwertgeber 50 projizierte Ultraschallwelle weist eine hohe Frequenzkomponente von ungefähr 100 MHz bis ungefähr 200 MHz auf. Weiter ist das elektrische Signal, das von dem Ultraschall-Messwertgeber 50 ausgegeben ist, nachdem die reflektierte Welle empfangen ist, ein Signal mit einer sehr niedrigen Spannung von ungefähr einigen mV.
Bei solch einem Gerät ist die Länge des elektrischen Verbindungskabels 17 zum elektrischen Verbinden des Ultraschall-Messwertgebers 50 und der Sender/Empfängerschaltung einige zehn cm als kürzestes, und im Fall eines langen Kabels ist es einige Meter. Wenn das elektrische Verbindungskabel 17 so lang ist, gibt es einen Fall, wenn ein Treiberpuls von der Sender/Empfängerschaltung 16 zu dem Ultraschall-Messwertgeber 50 gesendet wird, in dem der Treiberpuls abgeschwächt und geschwächt wird. Ähnlich, wenn ein Echosignal von dem Ultraschall-Messwertgeber 50 zu der Sender/Empfängerschaltung 16 gesendet wird, gibt es einen Fall, in dem die Hochfrequenzkomponente des Echosignals abgeschwächt und geschwächt wird. Als Resultat tritt ein Problem auf, dass die Untersuchungsgenauigkeit verschlechtert wird. Kürzlich ist die Miniaturisierung von elektronischen Teilen vorangeschritten, und wenn solche elektronischen Teile als die Proben 12, die zu untersuchen sind, verwendet werden, ist es wichtig, sehr feine Defekte erfassen zu können. Daher ist es richtig, Hochfrequenzwellenkomponenten mit einer hohen Auflösung ohne Schwächung zu senden und zu empfangen.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschall-Messwertgeber vorzusehen, der in einem Ultraschallinspektionsgerät enthalten ist, der einen Defekt mit einer hervorragenden Untersuchungsgenauigkeit erfassen kann selbst für eine kleine Probe, die zu untersuchen ist.
Zum Erzielen dieser Aufgabe ist ein Ultraschall-Messwertgeber nach Anspruch 1 vorgesehen.
Der Ultraschall-Messwertgeber ist in einem Ultraschallinspektionsgerät eingebaut und wird dafür benutzt. Das Gerät projiziert eine Ultraschallwelle auf eine zu untersuchende Probe, die in Wasser getaucht ist, durch das Wasser. Es empfängt eine reflektiere Welle von der Probe und erfasst einen Defekt wie einen Abbruch oder einen Fehler in der Probe auf der Grundlage einer Wellenform eines Echosignals der reflektierten Welle. Der Ultraschall-Messwertgeber weist ein Messwertgeberhauptteil mit einem Oszillator auf, der die Ultraschallwelle gemäß eines Treiberpulses emittiert, die reflektierte Welle von der Probe empfängt und die reflektierte Welle als das Echosignal ausgibt. Ein Transmittersubstrat ist zum Erzeugen des Treiberpulses vorgesehen, der Energie zum Emittieren der Ultraschallwelle zu dem Oszillator in dem Messwertgeberhauptteil liefert. Ein Empfängersubstrat ist vorgesehen zum Verstärken des Echosignals, das von dem Messwertgeberhauptteil empfangen wird. Ein Gehäuse ist als eine zylindrische Form gebildet zum Aufnehmen einer Sender/Empfängerschaltungssubstratanordnung (Anordnung von Schaltungssubstraten zum Senden und Empfangen von Wellensignalen), die durch elektrisches Verbinden des Sendersubstrates und des Empfängersubstrates gebildet ist in einer Form, in der sie einander gegenüber sind, und in einem Zustand, in dem sie frei sind, angebracht und abgenommen zu werden. Ein Verbindungsmittel verbindet elektrisch den Oszillator in dem Messwertgeberhauptteil und ein Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel, das auf dem Sendersubstrat vorgesehen ist und als ein Ausgangsanschluss zum Ausgeben des Treiberpulses an den Oszillator als auch als ein Eingangsanschluss zum Eingeben des Echosignals, das von dem Oszillator ausgegeben ist, dient. Bei diesem Ultraschall-Messwertgeber wird das Verbindungsmittel auf eine Länge von 100/fmax [cm] oder weniger gesetzt, wenn die maximale Betriebsfrequenz in der von dem Oszillator emittierten Ultraschallwelle als fmax [MHz] bezeichnet wird.
Bei dem oben beschriebenen Ultraschall-Messwertgeber können das Messwertgeberhauptteil und die Substratanordnung der Sender/Empfängerschaltung miteinander integriert werden. Weiterhin können das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel und der Oszillator elektrisch über eine Lötverbindung verbunden werden. Alternativ können das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel und der Oszillator elektrisch über einen Leitungsdraht verbunden werden. Weiterhin können das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel und der Oszillator elektrisch über einen Verbinder verbunden werden, der frei zu Verbinden und Trennen ist. Dieser Verbinder kann selbst in einem Fall verwendet werden, in dem das oben beschriebene Lötmittel oder der oben beschriebene Leitungsdraht benutzt werden. Weiter können das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel und der Oszillator über ein angepasstes Schaltungssubstrat elektrisch verbunden werden. Da weiterhin das Sendersubstrat und das Empfängersubstrat in einem Gehäuse in einer relativ geschlossenen Bedingung vorgesehen sind, kann zum Verhindern, dass das Empfängersubstrat Rauschen aufnimmt, ein Abschirmmittel für elektromagnetische Wellen zwischen dem Sendersubstrat und dem Empfängersubstrat vorgesehen werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der Oszillator, der in dem Messwertgeberhauptteil vorgesehen ist, und das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel auf der Substratanordnung und der Sender/Empfängerschaltung elektrisch miteinander durch das Verbindungsmittel verbunden. Dieses Verbindungsmittel ist mit einer Länge von 100/fmax [cm] oder weniger gebildet, wenn die maximale Betriebsfrequenz der von dem Oszillator emittierten Ultraschallwelle als fmax [MHz] bezeichnet wird.
Der Grund wird erläutert, warum die obere Grenze der Länge des Verbindungsmittels auf 100/fmax [cm] gesetzt ist, wie oben beschrieben wurde. Da die Impedanz des Verbindungsmittels größer wird, wenn die Betriebsfrequenz der Ultraschallwelle höher wird, muss zum Verhindern des Abschwächens des Signals die obere Grenzlänge des Verbindungsmittels eine Länge umgekehrt proportional zu der maximalen Betriebsfrequenz sein. Der Grund, warum 100/fmax [cm] geeignet ist, beruht auf tatsächlich bestimmten Daten (6) der Frequenzeigenschaft bei der später beschriebenen Ausführungsform. Bei der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, wenn die maximale Betriebsfrequenz relativ hoch ist, z. B. 200 MHz, die obere Grenze der Länge des Verbindungsmittels auf 100/200 = 0,5 cm zu setzen. Wenn dagegen die maximale Betriebsfrequenz relativ niedrig ist, z. B. 50 MHz, kann die obere Grenze der Länge des Verbindungsmittels auf 100/50 = 4 cm gesetzt werden.
Da die Länge des Verbindungsmittels an der oberen Grenze gesetzt wird, die geeignet gemäß der maximalen Betriebsfrequenz entschieden wird, oder auf einem kleineren Wert, tritt, wenn der Treiberpuls von dem Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel zu dem Messwertgeberhauptteil gesendet wird, selten ein Fall auf, in dem der Treiberpuls abgeschwächt oder geschwächt wird. Wenn ähnlich das Echosignal von dem Messwertgeberhauptteil zu dem Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel gesendet wird, tritt sehr selten ein Fall auf, in dem die Hochfrequenzkomponente des Echosignals geschwächt oder abgeschwächt wird. Selbst in einem Fall, in dem die zu untersuchende Probe klein ist, kann folglich die Defektuntersuchung mit einer hervorragenden Untersuchungsgenauigkeit ausgeführt werden.
Bei dem Ultraschall-Messwertgeber kann daher selbst bei einer zu untersuchenden kleinen Probe ein Defekt in der Probe mit einer hervorragenden Untersuchungsgenauigkeit erfasst werden.
Ausführungsformen des Ultraschall-Messwertgebers werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die als Beispiel gegeben werden und nicht die vorliegende Erfindung beschränken sollen.
1 ist eine schematische auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Ultraschall-Messwertgebers.
2 ist eine Schnittansicht eines Teiles eines Ultraschall-Messwertgebers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein schematisches Bild, das ein Beispiel eines Ultraschallinspektionsgerätes zeigt, das einen Ultraschall-Messwertgeber enthält.
4 ist ein Blockschaltbild, das eine Funktion eines Ultraschallinspektionsgerätes zeigt, das einen Ultraschall-Messwertgeber enthält.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das Ausgabezeitpunkte eines Triggersignals, eines Treiberpulses und eines Echosignals zeigt.
6 ist ein Diagramm, das einen Vergleich in Frequenzeigenschaften zwischen einem Fall zeigt, in dem ein Ultraschall-Messwertgeber gemäß der Ausführungsform der Erfindung benutzt wird, und einen Fall, in dem ein herkömmlicher Ultraschall-Messwertgeber benutzt wird.
7 ist eine Schnittansicht eines Teils eines Ultraschall-Messwertgebers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Schnittansicht eines Teils eines Ultraschall-Messwertgebers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Schnittansicht eines Teiles eines Ultraschall-Messwertgebers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Schnittansicht eines Teils eines Ultraschall-Messwertgebers gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Ultraschall-Messwertgebers gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein schematisches Bild, das ein Beispiel eines herkömmlichen Ultraschallinspektionsgerätes zeigt.
1 zeigt eine schematische Struktur eines Ultraschall-Messwertgebers, und 2 zeigt einen Hauptteil eines Ultraschall-Messwertgebers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Ultraschall-Messwertgeber 1 ein Messwertgeberhauptteil 2 und ein Signalsender/Empfängerteil 3 (Teil zum Senden und Empfangen von Signalen) auf.
Wie in 2 gezeigt ist, weist das Messwertgeberhauptteil 2 eine Anode 21, ein Seitenwandteil 22, ein Isolierteil 23, einen Oszillator 24 und eine Kathode 25 auf. Das Messwertgeberhauptteil 2 ist mit dem Signalsender/Empfängerteil 3 in einen Zustand integriert, in dem der Oszillator 24 an einer Position gegenüber der Position des Signalsender/Empfängerteils 3 angeordnet ist.
Die Anode 21 ist aus Messing hergestellt und in einer Säulenform gebildet. Der Seitenwandteil 22 ist aus nichtrostendem Stahl hergestellt und in einer schematischen zylindrischen Form gebildet mit einem Durchmesser, in den die Anode 21 eingeführt werden kann. Das Isolationsteil 23 ist aus Polybutylenterephthalat (PBT) hergestellt und so vorgesehen, dass es den Raum zwischen der äußeren Umfangsoberfläche der Anode 21 und der inneren Umfangsoberfläche des Seitenwandteiles 22 füllt. Der Oszillator 24 ist aus Polyvinylidenfluorid/Trifluorethylen (PVDF/TrFE) hergestellt und in einer Filmform mit einer Dicke von ungefähr 3 μm bis ungefähr 60 μm gebildet, so dass er auf einer Endoberfläche der Anode 21 positioniert ist.
Die Kathode 25 ist aus Gold hergestellt und in einer Filmform mit einer Dicke von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr 0,2 μm gebildet, so dass sie die Oberfläche des Oszillators 24 bedeckt. Eine Kupferfolie 26 ist in einer Filmform um die äußere Umfangsoberfläche des Isolationsteils 23 vorgesehen, und diese Kupferfolie 26 ist leitend mit der Kathode 25 verbunden. Durch Einfügen des Isolationsteiles 23 zwischen der Kupferfolie 26 und der Anode 21 ist ein Kondensator mit einem Dielektrikum gebildet, das aus dem Isolationsteil 23 hergestellt ist. Ein Isolationsband 27 ist zum Isolieren zwischen die Kupferfolie 26 und dem Seitenwandteil 22 eingefügt.
In 1 weist das Signalsender/Empfängerteil 3, ein Gehäuse 4 und eine Substratanordnung 5 einer Sender/Empfängerschaltung auf. Das Gehäuse 4 ist aus nichtrostendem Stahl hergestellt und in eine schematische zylindrische Form gebildet. Das Gehäuse 4 weist ein Gehäusehauptteil 41 und eine Gehäuseabdeckung 42 auf. Die Gehäuseabdeckung 42 ist an dem Gehäusehauptteil 41 über eine Schraube 43 angebracht, so dass sie frei ist, angebracht und abgenommen zu werden. An der Endoberfläche des Gehäuses 4 gegenüber der Seite, die mit dem Messwertgeberhauptteil 2 versehen ist, sind ein Kabel für eine Leistungsquelle 6 zum Liefern das Antriebsleistung für die Substratanordnung der Sender/Empfängerschaltung und ein Kabel mit einem Verbinder 7 zum Herausführen eines RF-(Referenz)Signals S4 von der Substratanordnung 5 der Sender/Empfängerschaltung nach außen angebracht. Die Schaltungsplattenanordnung 5 des Sendeempfangsgerätes weist ein Sendersubstrat 51 und ein Empfängersubstrat 52 auf. Diese zwei Substrate 51 und 52 sind an dem Gehäusehauptteil 41 durch ein Anbringungsteil wie eine Stütze befestigt, so dass sie einander in dem Gehäuse 4 gegenüber sind.
Das Sendersubstrat 51 ist ein Substrat einer Schaltung, die zum Erzeugen eines Treiberpulses S2 strukturiert ist. Der Treiberpuls S2 liefert eine Energie an den Oszillator 24 zum Emittieren einer Ultraschallwelle S5 in dem Messwertgeberhauptteil 2. Genauer, dieses Sendersubstrat 51 ist so aufgebaut, dass der Treiberpuls S2 mit einer konstanten Periode durch Entladen der elektrischen Ladung ausgegeben wird, die in dem Kondensator gespeichert ist, zu einem Zeitpunkt, der durch ein Triggersignal S1 bestimmt ist. Der Wert dieser konstanten Periode wird aus dem Bereich von 100 μs bis 5 ms gewählt, wie in 5 gezeigt ist. Der Oszillator 24 emittiert die Ultraschallwelle S5 durch den Treiberpuls S2 mit der konstanten Periode, die durch die Entladung von dem Kondensator erzeugt wird. Die Frequenzkomponente der Ultraschallwelle S5, die von dem Oszillator 24 emittiert wird, kann durch die Dicke des Oszillators 24 usw. bestimmt werden.
Das Empfängersubstrat 52 ist ein Substrat einer Schaltung, die zum Verstärken des Echosignals S3 strukturiert ist, das von dem Oszillator 24 in dem Messwertgeberhauptteil 2 empfangen wird. Genauer, es weist eine geeignete Verstärkerschaltung wie ein Operationsverstärker auf. Das Sendersubstrat 51 und das Empfängersubstrat 52 sind elektrisch miteinander durch einen Verbinder 58 in einem Zustand verbunden, dass sie frei sind, angebracht und abgenommen zu werden.
Wie in 2 gezeigt ist, weist das Sendersubstrat 51 Signaleingangs/Ausgangsanschlüsse 51a und 51b auf. Die Signaleingangs/Ausgangsanschlüsse 51a und 51b dienen als ein Ausgangsanschluss zum Ausgeben des Treiberpulses S2 zu dem Messwertgeberhauptteil 2 und ein Eingangsanschluss zum Eingeben des Echosignals S3, das von dem Messwertgeberhauptteil 2 ausgegeben wird.
Die elektrische Verbindung zwischen einem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51a für das Sendersubstrat 51 und die Anode 21 in dem Messwertgeberhauptteil 2 und die elektrische Verbindung zwischen einem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51b für das Sendersubstrat 51 und einem Teil der Kupferfolie 26, die an einer Seite gegenüber der Kathode 25 positioniert ist, werden durch Lötverbindungen 53a bzw. 53b ausgeführt, von denen jede eine Länge von ungefähr einigen Millimetern (erste Ausführungsform) aufweist.
Bei dem Ultraschall-Messwertgeber 1 ist das Innere des Gehäuses 4 als eine wasserdichte Struktur gebildet, die vollständig Wasser daran hindern kann, in die Substratanordnung 5 der Sender/Empfängerschaltung oder Verbindungsabschnitte einzutreten, indem eine Kunststoffform 8 gebildet ist, nachdem die Substratanordnung 5 der Sender/Empfängerschaltung angebracht ist und die oben beschriebene elektrische Verbindung fertiggestellt ist. Die Kunststoffform wird z. B. durch Injizieren/Laden von Urethanharz, Epoxidharz, Silikonharz, usw. gebildet. Insbesondere weist Silikonharz eine Wasserabstoßung auf, es ist sehr effektiv als wasserdichtes Mittel. Dadurch kann durch Benutzen eines undurchsichtigen Silikonharzes auch erzielt werden, dass die Sicherheit in der Substratanordnung 5 der Sender/Empfängerschaltung erzielt wird.
Der so aufgebaute Ultraschall-Messwertgeber 1 wird ein in 3 gezeigtes Ultraschallinspektionsgerät 10 eingebaut und dafür benutzt. 3 zeigt eine schematische Struktur des Ultraschallinspektionsgerätes, das den Ultraschall-Messwertgeber enthält, 4 zeigt ein Blockschaltbild, das die Funktion des Ultraschallinspektionsgerätes zeigt, das den Ultraschall-Messwertgeber enthält, und 5 zeigt ein Zeitablaufdiagramm, das die Ausgabezeitpunkte eines Triggersignals, eines Treiberpulses und eines Echosignals in dem Ultraschall-Messwertgeber zeigt.
In 3 und 4 weist das Ultraschallinspektionsgerät 10 ein Wasserbad 11, das mit Wasser W gefüllt ist, eine zu untersuchende Probe 12, die so vorgesehen ist, dass sie in das Wasserband 11 zu tauchen ist, den Ultraschall-Messwertgeber 1, eine Abtastvorrichtung 13 zum Bewegen des Ultraschall-Messwertgebers 1 in einer horizontalen und einer vertikalen Richtung, die Leistungsquelle 14 zum Erzeugen eines Triggersignals S1 und Liefern von Gleichstromleistung an die Substratanordnung 5 der Sender/Empfängerschaltung und eine Bestimmungsvorrichtung 15 zum Bestimmen des Vorhandenseins eines Defektes in der Probe 12 auf der Grundlage des RF-Signals S4, das von dem Ultraschallmesswertgeber 1 ausgegeben wird, auf. In der Leistungsquelle 14 erzeugt genauer ein Triggererzeugungsteil 141 ein Triggersignal S1, und ein Gleichstromleistungsquellenteil 142 liefert eine Gleichstromleistung z. B. in einem Bereich von 100–200 V Gleichstrom.
Als nächstes wird der Betrieb des Ultraschallinspektionsgerätes 10 erläutert. Das Triggererzeugungsteil 141 sendet das Triggersignal S1 zu dem Sendersubstrat 51. Das Sendersubstrat 51 erzeugt den Treiberpuls S2 zu einem Zeitpunkt, der durch das Triggersignal S1 entschieden ist, und sendet ihn zu dem Messwertgeberhauptteil 2. Durch diesen Treiberpuls S2 emittiert der Oszillator 24 die Ultraschallwelle S5 mit einer Frequenzkomponente, die durch die elektrische und mechanische Auslegung des Messwertgeberhauptteils 2 entschieden ist. Die Frequenz dieser Ultraschallwelle S5 wird z. B. auf einen Wert in einem Bereich von ungefähr 10 MHz zu ungefähr 200 MHz gesetzt. Bei dieser Ausführungsform wird z. B. 90 MHz als die obere Grenze der Frequenz gesetzt, da das Frequenzband eines benutzten Sensors von 20 MHz bis 80 MHz reicht. Natürlich ist es möglich, die obere Grenze auf einen Wert höher als 200 MHz zu setzen. Wie in 3 gezeigt ist, wird die von dem Oszillator 24 emittierte Ultraschallwelle S5 in Wasser ausgebreitet, und nach einer Zeit t1 erreicht sie die Oberfläche der zu untersuchenden Probe 12. Dann wird die Ultraschallwelle S5 an der Oberfläche der Probe 12 reflektiert und kehrt nach einer Zeit t2 zu dem Oszillator 24 zurück und vibriert den Oszillator 24.
Die Vibrationen des Oszillators 24 werden in ein elektrisches Signal umgewandelt und wird in das Sendersubstrat 51 als ein Echosignal S3 aufgenommen und dann in dem Empfängersubstrat 52 über den Verbinder 58 aufgenommen. In dem Empfängersubstrat 52 wird das Echosignal S3 durch eine eingebaute Verstärkerschaltung verstärkt, und das verstärkte Signal wird zu der Bestimmungsvorrichtung 15 als das RF-Signal S4 gesendet. In der Bestimmungsvorrichtung 15 wird das Vorhandensein eines Defektes in der Probe 12 auf der Grundlage der Wellenform dieses RF-Signals S4 bestimmt. Die Bestimmung des Vorhandenseins des Defektes wird ausgeführt z. B. durch eine Vergleichsbehandlung zwischen einem Mastersignal, das in der Bestimmungsvorrichtung 15 zuvor gespeichert wurde, und dem von dem Empfängersubstrat 52 gesendeten RF-Signal S4. Hier bedeutet das Mastersignal ein RF-Signal, das von einer Probe ohne Defekt erhalten worden ist. Die Abtastvorrichtung 13 bewegt den Ultraschall-Messwertgeber 1 in der horizontalen Richtung, die oben beschriebene Tätigkeit wird wiederholt, und das Vorhandensein des Defektes wird über das gesamte Gebiet der Probe 12 bestimmt.
Bei dem Ultraschall-Messwertgeber 1 gemäß dieser Ausführungsform sind die elektrische Verbindung zwischen dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51a für das Sendersubstrat 51 und der Anode 21 in dem Messwertgeberhauptteil 2 und die elektrische Verbindung zwischen dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51b für das Sendersubstrat 51 und einem Teil der Kupferfolie 26, die an der Seite gegenüber zu der Kathode 25 positioniert ist, durch Lötverbindungen 53a bzw. 53b ausgeführt. Jede der Längen der Lötverbindungen 53a und 53b beträgt ungefähr einige Millimeter. Diese Länge wird auf der Grundlage einer Länge von 100/fmax [cm] gemäß der Erfindung gesetzt. Wenn fmax eine maximale Betriebsfrequenz [MHz] der von dem Oszillator 24 emittierten Ultraschallwelle S5 ist, ist sie bei dieser Ausführungsform 90 MHz. Daher wird die obere Grenze der Länge der Lötverbindung 53a, 53b gleich 100/90 = 1,1 cm. Da die Länge des Verbindungsmittels auf eine Länge der oberen Grenze gesetzt ist, die geeignet gemäß der maximalen Betriebsfrequenz oder weniger bestimmt ist, wird, wenn der Treiberpuls S2 von dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51a, 51b zu dem Messwertgeberhauptteil 2 gesendet wird, der Treiberpuls S2 nicht unterdrückt, dass er geschwächt oder abgeschwächt wird. Ähnlich wird, wenn das Echosignal S3 von dem Messwertgeberhauptteil 2 zu dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51a, 51b gesendet wird, das Echosignal nicht unterdrückt, um es abzuschwächen oder zu schwächen. Als Resultat kann selbst in einem Fall einer kleinen Probe 12, die zu untersuchen ist, eine gewünschte Defektuntersuchung mit einer hervorragenden Untersuchungsgenauigkeit erzielt werden.
Solch hervorragender Effekt gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 6 konkreter gezeigt. 6 zeigt den Vergleich in der Frequenzeigenschaft zwischen einem Fall, in dem der Ultraschall-Messwertgeber gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird, und einem Fall, in dem ein herkömmlicher Ultraschall-Messwertgeber benutzt wird, wie er in 12 gezeigt ist. In 6 zeigt die durchgezogene Linie G1 eine Frequenzeigenschaft des Falles, in dem der Ultraschall-Messwertgeber 1 gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird, und die gestrichelte Linie G2 zeigt eine Frequenzeigenschaft des Falles, in dem der herkömmliche Ultraschall-Messwertgeber 50 benutzt wird. Die durchgezogene Linie G1 ist höher im Gewinn als die gestrichelte Linie G2 in dem Bereich von 90 MHz oder weniger, und dieses stellt einen Vorteil gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Länge des Leitungsdrahtes 17, der für die elektrische Verbindung zwischen dem herkömmlichen Ultraschall-Messwertgeber 50 und der Sender/Empfängerschaltung 16 benutzt wurde, betrug 1 m.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform Lötverbindungen 53a und 53b für die elektrische Verbindung zwischen dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51a für das Sendersubstrat 51 und der Anode 21 in dem Messwertgeberhauptteil 2 und die elektrische Verbindung zwischen dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51b für das Sendersubstrat 51 und einem Teil der Kupferfolie 26, die an der Seite gegenüber der Kathode 25 positioniert ist, verwendet werden, können Leitungsdrähte 54a und 54b jeweils mit einer Länge von 1,1 cm oder weniger anstelle der Lötverbindungen 53a und 53b benutzt werden (zweite Ausführungsform), wie in 7 gezeigt ist. Selbst in diesem Fall kann ein Vorteil ähnlich zu dem in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erwartet werden. Als das elektrische Verbindungsmittel werden anstelle der Lötverbindungen 53a und 53b und der Leitungsdrähte 54a und 54b zum Beispiel Mittel durch Thermokompressionsverbinden, leitende Paste oder Sputtern benutzt.
Weiter kann, wie in 8 gezeigt ist, ein Verbinder 55 an entsprechenden Zwischenpositionen von Lötverbindungen 53a und 53b eingefügt werden (dritte Ausführungsform). Ähnlich kann, wie in 9 gezeigt ist, der Verbinder 56 an entsprechenden Zwischenpositionen von Leitungsdrähten 54a und 54b eingefügt werden (vierte Ausführungsform). In diesen Fällen ist es bevorzugt, dass eine andere Kunststoffform 8', die von der Kunststoffform 8 getrennt werden kann, um den Verbinder 55, 56 an der Seite des Messwertgeberhauptteils 2 gebildet wird.
Weiter kann bei der vorliegenden Erfindung, da das Sendersubstrat 51 und das Empfängersubstrat 52 in dem Gehäuse 4 so vorgesehen sind, dass sie einander gegenüberstehen, das Gehäuse 4 klein gemacht werden. Da weiter das Sendersubstrat 51 und das Empfängersubstrat 52 miteinander durch den Verbinder 58 in einem Zustand verbunden sind, dass sie frei abgenommen und angebracht werden können, ist es durch Benutzen des Verbinders 55 oder 56, wie in der dritten und vierten Ausführungsform gezeigt ist, möglich, das Sendersubstrat 51 und das Empfängersubstrat 52 als entsprechende individuelle Teile zu trennen. Daher kann eine hervorragende Wartungseigenschaft realisiert werden, und eine zusätzliche Funktion kann leicht hinzugefügt werden, insbesondere in einem Technologieentwicklungszustand, wenn notwendig.
Weiter kann, wie in 10 als eine fünfte Ausführungsform gezeigt ist, die elektrische Verbindung zwischen den Signaleingangs/Ausgangsanschlüssen 51a und 51b und dem Oszillator 24 durch ein angepasstes Schaltungssubstrat 57 ausgeführt werden. Indem solch ein angepasstes Schaltungssubstrat 57 benutzt wird, können die elektrischen Signale zwischen den Signaleingangs/Ausgangsanschlüssen 51a, 51b und dem Oszillator 24 gut angepasst werden zum Zeigen der gewünschten Funktion des Ultraschall-Messwertgebers 1.

Da das Sendersubstrat 51 und das Empfängersubstrat 52 in dem Gehäuse 4 in einem relativ engen Zustand vorgesehen sind, kann es eine Gefahr geben, dass das Empfängersubstrat 52 durch die elektromagnetische Welle von dem Sendersubstrat 51 beeinflusst wird und die Beeinflussung ein Rauschen in dem Empfängersubstrat 52 wird. Zum Verhindern solch einer Beeinflussung ist es bevorzugt, dass ein Abschirmungsmittel einer elektromagnetischen Welle zwischen das Sendersubstrat 51 und das Empfängersubstrat 52 eingefügt wird. Konkret, wie in 11 als eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, ist ein Abschirmungsgehäuse 61a bevorzugt zwischen das Sendersubstrat 51 und das Empfängersubstrat 52 eingefügt, und bevorzugter ist ein Abschirmgehäuse 61b an der äußeren Oberflächenseite des Empfängersubstrates 52 vorgesehen, so dass das Empfängersubstrat 52 mit den Abschirmgehäusen 61a und 61b bedeckt werden kann. Jedes dieser Abschirmgehäuse 61a und 61b ist bevorzugt aus einem Abschirmmaterial hergestellt, das durch Bedecken eines Materials auf Eisenbasis mit einer anderen Metallschicht mit einer hohen Oberflächenleitfähigkeit wie eine Plattierungsschicht aus Zinn gebildet ist. Durch die Abschirmgehäuse 61a und 61b, die so aufgebaut sind, können sowohl elektrische Welle als auch magnetische Welle, die eine elektromagnetische Welle bilden, beide abgeschirmt werden. Da die elektromagnetische Welle für das Empfängersubstrat 52 abgeschirmt ist, kann der Signalgewinn verstärkt werden.

Char	Merkmal
G1	erfindungsgemäßer Gewinn
G2	herkömmlicher Gewinn
S1	Triggersignal
S2	Treiberpuls
S3	Echosignal
S4	RF-(Referenz)Signal
S5	Ultraschallwelle
t1	Zeit zum Erreichen der Probe 12
t2	Zeit zum Zurückkehren zum Oszillator 24
W	Wasser
1	Ultraschall-Meßwertgeber
2	Meßwertgeberhauptteil
3	Signalsender/Empfängerteil
4	Gehäuse
5	Substratanordnung der Sender/Empfängerschaltung
6	Leistungsquelle
7	Verbinder
8	Kunststoffform
11	Wasserbad
12	zu untersuchende Probe
13	Abtastvorrichtung
14	Leistungsquelle
15	Bestimmungsvorrichtung
16	Sender/Empfängerschaltung
17	elektrisches Verbindungskabel
21	Anode
22	Seitenwandteil
23	Isolationsteil
24	Oszillator
25	Kathode
26	Kupferfolie
27	Isolationsband
41	Gehäusehauptteil
42	Gehäuseabdeckung
43	Schraube
50	(herkömmlicher) Ultraschall-Meßwertgeber
51	Sendersubstrat
51a	Signaleingangs/Ausgangsanschluß
51b	Signaleingangs/Ausgangsanschluß
52	Empfängersubstrat
53a	Lötverbindung
53b	Lötverbindung
54a	Leitungsdraht
54b	Leitungsdraht
55	Verbinder
56	Verbinder
57	angepaßtes Schaltungssubstrat
58	Verbinder
100	Ultraschallinspektionsgerät
141	Triggererzeugungsteil
142	Gleichstromleistungsquellenteil

Claims

Ultraschall-Messwertgeber für ein Ultraschallinspektionsgerät (10), das eine Ultraschallwelle (S5) auf eine zu untersuchende Probe (12), die in Wasser (W) getaucht ist, durch das Wasser (W) projiziert, eine von der Probe (12) reflektierte Welle empfängt und einen Defekt in der Probe (12) auf der Grundlage einer Wellenform eines Echosignals (S3) der reflektierten Welle erfasst, mit: einem Messwertgeberhauptteil (2) mit einem Oszillator (24), der die Ultraschallwelle (S5) gemäß einem Treiberpuls (S2) emittiert, die reflektierte Welle von der Probe (12) empfängt, und die reflektierte Welle als das Echosignal (S3) ausgibt; einem Sendersubstrat (51), das zum Erzeugen des Treiberpulses (S2) vorgesehen ist, das Energie zum Emittieren der Ultraschallwelle (S5) an den Oszillator (24) in den Messwertgeberhauptteil (2) liefert; einem Empfängersubstrat (52), das zum Verstärken des von dem Oszillator (24) in dem Messwertgeberhauptteil (2) empfangenen Echosignals (S3) vorgesehen ist; einem Gehäuse (4), das als eine zylindrische Form gebildet ist, zum Aufnehmen einer Substratanordnung (5) einer Sender/Empfängerschaltung, wobei die Substratanordnung durch elektrisches Verbinden des Sendersubstrates (51) und des Empfängersubstrates (52) gebildet ist, die in einer Form aneinander zugewandt sind und in einem Zustand sind, in dem sie frei anzubringen und abzunehmen sind; und einem Verbindungsmittel (53a, 53b, 54a, 54b) zum elektrischen Verbinden zwischen einem Eingangs/Ausgangsanschlussmittel (51a, 51b), das auf dem Sendersubstrat (51) vorgesehen ist und als ein Ausgangsanschluss zum Ausgeben des Treiberpulses (S2) an den Oszillator (24) als auch als ein Eingangsanschluss zum Eingeben des Echosignals (S3) dient, das von dem Oszillator (24) ausgegeben ist, und dem Oszillator (24) in dem Messwertgeberhauptteil (2); worin das Verbindungsmittel (53a, 53b, 54a, 54b), wenn die maximale Betriebsfrequenz der von dem Oszillator (24) emittierten Ultraschallwelle (S5) als fmax [MHz] bezeichnet wird, auf eine Länge von 100/fmax [cm] oder weniger gesetzt ist.
Ultraschall-Messwertgeber nach Anspruch 1, bei dem das Messwertgeberhauptteil (2) und die Substratanordnung (5) der Sender/Empfängerschaltung miteinander integriert sind.
Ultraschall-Messwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel (51a, 51b) und der Oszillator (24) über eine Lötverbindung (53a, 53b) elektrisch verbunden sind.
Ultraschall-Messwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel (51a, 51b) und der Oszillator (24) durch einen Leitungsdraht (54a, 54b) elektrisch verbunden sind.
Ultraschall-Messwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel (51a, 51b) und der Oszillator (24) über einen Verbinder (55, 56) elektrisch verbunden sind, der frei zu Verbinden und Trennen ist.
Ultraschall-Messwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel (51a, 51b) und der Oszillator (24) über ein angepasstes Schaltungssubstrat (57) elektrisch verbunden sind.
Ultraschall-Messwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Abschirmmittel (61a) einer elektromagnetischen Welle zwischen dem Sendersubstrat (51) und dem Empfängersubstrat (52) eingefügt ist.