JP2006343725A - Acoustic wave guide device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an acoustic wave guide device capable of controlling the propagation direction of acoustic waves which propagates through gas and liquid, and elastic waves which propagates through a solid body by frequencies. <P>SOLUTION: The acoustic wave guide device is configured so that a material 1, through which an acoustic wave can propagate and a material 2 provided in the material 1, whose acoustic properties are different from those of the material 1 are provided, the material 2 constitutes periodic structure, in which the material 2 is arranged periodically and the shape of the periodic structure has a structure where an incident plane, on which the acoustic waves are made incident and a transmission plane through which the acoustic waves are transmitted, are not parallel, and the periodic structure is a structure for controlling the wave guide of the acoustic waves; and when the acoustic waves are transmitted through the periodic structure, propagation direction of the acoustic wave to be emitted from the transmission plane is changed by the frequencies. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、音響波の導波路装置全般に係るものであり、特に周波数により音響波の伝搬方向を制御する音響導波路装置に関するものである。なお、ここで用いる「音響波」という文言は、気体中や液体中を伝搬する音波や、固体中を伝搬する弾性波などを指すものである。   The present invention relates to an acoustic wave waveguide device in general, and more particularly to an acoustic waveguide device that controls the propagation direction of an acoustic wave by frequency. Note that the term “acoustic wave” used herein refers to a sound wave propagating in a gas or liquid, an elastic wave propagating in a solid, or the like.

従来の電磁波に関する導波路装置について、図12を参照しながら以下に説明する(例えば、非特許文献1参照)。図12は、従来の電磁波に関する導波路装置のシミュレーション結果を示す図である。図12において、(a)及び(b)は、それぞれ、非特許文献1のFig.4及びFig.3に示されているシミュレーション結果である。   A conventional waveguide device relating to electromagnetic waves will be described below with reference to FIG. 12 (for example, see Non-Patent Document 1). FIG. 12 is a diagram illustrating a simulation result of a waveguide device related to a conventional electromagnetic wave. In FIG. 12, (a) and (b) are shown in FIG. 4 and FIG. 3 is a simulation result shown in FIG.

周囲材質とは異なる材質が周期的に配列されている場合、この部分を伝搬して透過する電磁波は、境界面が傾斜していると周波数により伝搬方向が異なることが知られている。非特許文献1は、このような導波路装置について検討したものである。装置構成は簡単であり、電磁波が伝搬する材質とは異なる材質を周期的に配列しただけである。図12中には電磁波が伝搬する材質とは異なる材質が周期的に配列した様子が示されており、丸印が周期的に三角形に配列されている。この部分を、ここでは簡単のため「周期構造」と呼ぶことにする。   It is known that when a material different from the surrounding material is periodically arranged, the propagation direction of the electromagnetic wave propagating through this portion differs depending on the frequency when the boundary surface is inclined. Non-Patent Document 1 examines such a waveguide device. The device configuration is simple, and only a material different from the material through which electromagnetic waves propagate is periodically arranged. FIG. 12 shows a state in which materials different from the material through which electromagnetic waves propagate are periodically arranged, and circles are periodically arranged in a triangle. This portion will be referred to herein as a “periodic structure” for simplicity.

次に、従来の電磁波に関する導波路装置の動作について説明する。図12(a)及び(b)の左側から電磁波が入射され、周期構造中を伝搬し、周期構造の右側斜面へ到達する。その後周期構造の右側斜面を透過して伝搬していくが、伝搬方向が周波数により異なる。図12では、周波数が7.6GHzの場合は(a)の右上方向に、6.8GHzの場合では(b)の右下方向へ伝搬していく様子を示している。このように、周期構造の右側斜面を透過する際に、周波数により伝搬方向が異なる。なお、非特許文献1では、シミュレーションだけでなく、実験も行い、同様の結果が得られたことも示している。   Next, the operation of the conventional waveguide device relating to electromagnetic waves will be described. Electromagnetic waves are incident from the left side of FIGS. 12A and 12B, propagate through the periodic structure, and reach the right slope of the periodic structure. Thereafter, the light propagates through the right slope of the periodic structure, but the propagation direction differs depending on the frequency. FIG. 12 shows a state of propagation in the upper right direction of (a) when the frequency is 7.6 GHz and to the lower right direction of (b) when the frequency is 6.8 GHz. Thus, when passing through the right slope of the periodic structure, the propagation direction varies depending on the frequency. Note that Non-Patent Document 1 shows that not only simulations but also experiments were performed, and similar results were obtained.

S. Sudhakaran, Y. Hai, J. Dupuy and C. G. Parini,"Mesurement Verification of Negative Refraction in Generalised Electromagnetic Periodic Structures," 27th ESA Antenna Workshop, Session 11: Application of Electromagnetic Band Gap Structures and LHMS. Sudhakaran, Y. Hai, J. Dupuy and C. G. Parini, "Mesurement Verification of Negative Refraction in Generalized Electromagnetic Periodic Structures," 27th ESA Antenna Workshop, Session 11: Application of Electromagnetic Band Gap Structures and LHM

以上説明したように、電磁波が周期構造を伝搬し、傾斜している境界面から透過する際に、周波数により伝搬方向が異なるという導波路装置がある。この装置は、周波数により伝搬方向を制御することができるので、種々の応用が考えられる。しかし、気体中や液体中を伝搬する音波や、固体中を伝搬する弾性波については、このような導波路装置は皆無であるという問題点があった。   As described above, there is a waveguide device in which the propagation direction differs depending on the frequency when the electromagnetic wave propagates through the periodic structure and passes through the inclined boundary surface. Since this apparatus can control the propagation direction according to the frequency, various applications can be considered. However, there is a problem that there is no such waveguide device for sound waves propagating in gas or liquid and elastic waves propagating in solid.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、気体中や液体中を伝搬する音波や、固体中を伝搬する弾性波を周波数により伝搬方向を制御することができる音響導波路装置を得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to control the direction of propagation of sound waves propagating in a gas or liquid, or elastic waves propagating in a solid by frequency. An acoustic waveguide device capable of satisfying the requirements is obtained.

この発明に係る音響導波路装置は、音響波が伝搬可能な第1の材質と、前記第1の材質中にあって前記第1の材質とは音響的な性質が異なる第2の材質とを設け、前記第2の材質が、周期的に配列された周期構造を構成し、前記周期構造の形状は、前記音響波が入射する入射面と透過する透過面とが平行でない構造であり、前記周期構造は、前記音響波の導波を制御するものであり、前記音響波が前記周期構造を透過する際に、前記透過面から放射される音響波の伝搬方向が周波数により異なるものである。   The acoustic waveguide device according to the present invention includes a first material capable of propagating an acoustic wave, and a second material that is in the first material and has an acoustic property different from that of the first material. Provided, the second material constitutes a periodically arranged periodic structure, and the shape of the periodic structure is a structure in which an incident surface on which the acoustic wave is incident and a transmitting surface on which the acoustic wave is transmitted are not parallel, The periodic structure controls waveguide of the acoustic wave, and when the acoustic wave passes through the periodic structure, the propagation direction of the acoustic wave radiated from the transmission surface differs depending on the frequency.

この発明に係る音響導波路装置は、気体中や液体中を伝搬する音波や、固体中を伝搬する弾性波を周波数により伝搬方向を制御することができるという効果を奏する。   The acoustic waveguide device according to the present invention has an effect that the direction of propagation of sound waves propagating in gas or liquid and elastic waves propagating in a solid can be controlled by frequency.

実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置について図1から図6までを参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 1 FIG.
An acoustic waveguide device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a diagram showing a configuration of an acoustic waveguide device according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, in each figure, the same code | symbol shows the same or equivalent part.

図1において、この実施の形態1に係る音響導波路装置は、音響波が伝搬可能な媒質1と、媒質1とは音響的に異なる材質の物質(ここでは簡単のため異物質と呼ぶことにする)2とが設けられている。   In FIG. 1, the acoustic waveguide device according to the first embodiment has a medium 1 capable of propagating acoustic waves, and a substance of a material that is acoustically different from the medium 1 (herein referred to as a different substance for simplicity). 2) is provided.

異物質2は、図1に示すように縦方向および横方向に周期的に配列されており、周期構造を成している。異物質2の周期構造は、図1の左側では振動子3に平行であり、図1の右側では振動子3とは平行ではなく、傾斜している。なお、本発明における装置構成としては、媒質1と異物質2の周期構造だけであり、振動子3は含まない。この振動子3は、導波路装置の動作を説明するために設けたものである。   The foreign substance 2 is periodically arranged in the vertical direction and the horizontal direction as shown in FIG. 1 to form a periodic structure. The periodic structure of the foreign substance 2 is parallel to the vibrator 3 on the left side of FIG. 1, and is not parallel to the vibrator 3 on the right side of FIG. The apparatus configuration in the present invention is only the periodic structure of the medium 1 and the foreign substance 2, and does not include the vibrator 3. The vibrator 3 is provided to explain the operation of the waveguide device.

つぎに、この実施の形態1に係る音響導波路装置の動作について図面を参照しながら説明する。図2は、この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置のシミュレーション条件を示す図である。図3は、この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置に使用される中心周波数2MHzの送信信号を示す図である。図4は、この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置を中心周波数2MHzの送信信号で振動子を介して励振した場合の音場シミュレーション結果を示す図である。図5は、この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置に使用される中心周波数3.3MHzの送信信号を示す図である。図6は、この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置を中心周波数3.3MHzの送信信号で振動子を介して励振した場合の音場シミュレーション結果を示す図である。   Next, the operation of the acoustic waveguide device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing simulation conditions for the acoustic waveguide device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a transmission signal having a center frequency of 2 MHz used in the acoustic waveguide device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a sound field simulation result when the acoustic waveguide device according to Embodiment 1 of the present invention is excited through a vibrator with a transmission signal having a center frequency of 2 MHz. FIG. 5 is a diagram showing a transmission signal having a center frequency of 3.3 MHz used in the acoustic waveguide device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a sound field simulation result when the acoustic waveguide device according to Embodiment 1 of the present invention is excited through a vibrator with a transmission signal having a center frequency of 3.3 MHz.

図1において、振動子3により媒質1中に音響波が発生し、媒質1中を伝搬していく。   In FIG. 1, an acoustic wave is generated in the medium 1 by the vibrator 3 and propagates in the medium 1.

振動子3により発生した音響波は、異物質2の周期構造中を伝搬し、周期構造の右側斜面から透過していく。透過した音響波は、再び媒質1中を伝搬していく。この際に、伝搬していく方向が周波数により異なる。図1中では、周波数f1と周波数f2の伝搬方向を矢印で示している。   The acoustic wave generated by the vibrator 3 propagates through the periodic structure of the foreign substance 2 and passes through the right slope of the periodic structure. The transmitted acoustic wave propagates through the medium 1 again. At this time, the propagation direction differs depending on the frequency. In FIG. 1, the propagation directions of the frequency f1 and the frequency f2 are indicated by arrows.

周波数によって伝搬する方向が異なる音響導波路装置について、具体的に説明する。音場を可視化するシミュレーションを行い、固体中を伝搬する弾性波が周波数により伝搬方向が異なる様子を求めた。シミュレーションモデルには2次元のFDTD法を用いた。図2にシミュレーション条件を示す。(a)に示すように、縦10mm,横9.8mmのアクリルに対して直径0.18mmの空気穴をあけ、空気穴を周期的に三角形に配列した導波路装置を仮定した。すなわち、アクリルが媒質1に相当し、空気穴が異物質2に相当し、空気穴の周期的な配列が周期構造に相当する。(b)に示すように、周期構造の配列間隔は、縦方向および横方向に0.24mm間隔とした。また、アクリルの左側に、大きさ3.3mmの振動子3が接着しているものとした。周期構造は、左側が振動子3に対して平行であり、右側が振動子3に対して斜めになっている。   An acoustic waveguide device having different propagation directions depending on the frequency will be specifically described. A simulation was conducted to visualize the sound field and the propagation direction of the elastic wave propagating in the solid was determined depending on the frequency. A two-dimensional FDTD method was used for the simulation model. FIG. 2 shows the simulation conditions. As shown in (a), a waveguide device was assumed in which air holes having a diameter of 0.18 mm were formed in acrylic having a length of 10 mm and a width of 9.8 mm, and the air holes were periodically arranged in a triangle. That is, acrylic corresponds to the medium 1, air holes correspond to the foreign substance 2, and a periodic arrangement of the air holes corresponds to a periodic structure. As shown in (b), the arrangement interval of the periodic structures was 0.24 mm in the vertical and horizontal directions. Further, the vibrator 3 having a size of 3.3 mm is bonded to the left side of the acrylic. In the periodic structure, the left side is parallel to the vibrator 3 and the right side is inclined with respect to the vibrator 3.

図3は、中心周波数2MHzの信号を示したものであり、(a)が周波数スペクトル、(b)が時間応答波形である。   FIG. 3 shows a signal having a center frequency of 2 MHz, where (a) is a frequency spectrum and (b) is a time response waveform.

図3に示す信号を送信信号として用いて振動子3を厚み振動させた場合の音場シミュレーション結果を、図4に示す。図4(a)及び(b)は、振動子3を厚み振動させてから2.5μs及び4.0μs経過の音場スナップショットを示したものである。図4では、縞模様2本の間隔が1波長に相当する。振動子3を厚み振動させたので、アクリル中には弾性波として縦波が伝搬していく。周期構造中を伝搬した弾性波は、2.0μs付近で周期構造の右側斜面から放射され始める。その後の2.5μs、4.0μsの音場シミュレーション結果から、中心周波数2MHzの弾性波が図4中の斜め下方向に伝搬していく様子が分かる。   FIG. 4 shows a sound field simulation result when the vibrator 3 is subjected to thickness vibration using the signal shown in FIG. 3 as a transmission signal. FIGS. 4A and 4B show sound field snapshots of 2.5 μs and 4.0 μs after the vibrator 3 is vibrated in thickness. In FIG. 4, the interval between two striped patterns corresponds to one wavelength. Since the vibrator 3 is vibrated in thickness, a longitudinal wave propagates through the acrylic as an elastic wave. The elastic wave propagating through the periodic structure starts to be emitted from the right slope of the periodic structure in the vicinity of 2.0 μs. From the subsequent sound field simulation results of 2.5 μs and 4.0 μs, it can be seen that an elastic wave having a center frequency of 2 MHz propagates obliquely downward in FIG.

一方、図5は、中心周波数3.3MHzの信号を示したものであり、(a)が周波数スペクトル、(b)が時間応答波形である。   On the other hand, FIG. 5 shows a signal having a center frequency of 3.3 MHz, where (a) is a frequency spectrum and (b) is a time response waveform.

図5に示す信号を送信信号として用いて振動子3を厚み振動させた場合の音場シミュレーション結果を、図6に示す。図4と同様に、図6(a)及び(b)は、振動子3を厚み振動させてから2.5μs及び4.0μs経過の音場スナップショットを示しており、弾性波として縦波が伝搬していく様子を示している。なお、伝搬の様子を分かりやすくするため、弾性波の表示感度は図4より高くしている。図6から分かるように、周期構造中を伝搬した弾性波は、2.5μs付近で周期構造の右側斜面から放射され始める。4.0μsの音場シミュレーション結果から、周期構造を透過した弾性波は、図6中の斜め上側に伝搬していく様子が分かる。なお、中心周波数3.3Mhzの送信信号の場合、モード変換によって発生した横波も空気穴の周期構造から放射される。図6(b)の4.0μsでは、横波が放射される様子を示している。   FIG. 6 shows a sound field simulation result when the vibrator 3 is subjected to thickness vibration using the signal shown in FIG. 5 as a transmission signal. Similar to FIG. 4, FIGS. 6A and 6B show sound field snapshots of 2.5 μs and 4.0 μs after the vibrator 3 is vibrated in thickness, and longitudinal waves are generated as elastic waves. It shows how it propagates. In order to make the state of propagation easier to understand, the display sensitivity of elastic waves is made higher than that in FIG. As can be seen from FIG. 6, the elastic wave propagated through the periodic structure starts to be emitted from the right slope of the periodic structure in the vicinity of 2.5 μs. From the acoustic field simulation result of 4.0 μs, it can be seen that the elastic wave transmitted through the periodic structure propagates obliquely upward in FIG. In the case of a transmission signal having a center frequency of 3.3 Mhz, a transverse wave generated by mode conversion is also emitted from the periodic structure of the air hole. In FIG. 6B, 4.0 μs shows a state in which a transverse wave is radiated.

以上、この実施の形態1で示した音響導波路装置を透過する弾性波は、周波数により伝搬方向が異なる様子を具体的に説明した。すなわち、ここで示した音響導波路装置は、周波数によって伝搬方向を制御できるという効果がある。   As described above, the acoustic waves transmitted through the acoustic waveguide device shown in the first embodiment have been specifically described in the manner in which the propagation direction differs depending on the frequency. That is, the acoustic waveguide device shown here has an effect that the propagation direction can be controlled by the frequency.

また、シミュレーションによる具体的な説明では、異物質2は空気穴としたが、空気穴でなくても良い。水溜まりのような状態になっていても良いし、固体でも良い。要するに、音響的に異なる材質であれば良い。   Further, in the specific description by simulation, the foreign substance 2 is an air hole, but it may not be an air hole. It may be in a state like a puddle or a solid. In short, any material that is acoustically different may be used.

さらに、異物質2の形状は丸でなくても構わない。図1やシミュレーションによる具体的な説明では異物質2の形状を丸として説明したが、楕円でも、四角でも良く、形状を限定するものではない。   Furthermore, the shape of the foreign substance 2 may not be round. In the specific description by FIG. 1 and simulation, the shape of the foreign substance 2 is described as a circle, but it may be an ellipse or a square, and the shape is not limited.

また、ここでは図1に示すように周期構造が2次元的に配列されている場合について説明したが、配列は3次元的であっても構わない。   Although the case where the periodic structures are two-dimensionally arranged as shown in FIG. 1 has been described here, the arrangement may be three-dimensional.

また、シミュレーションによる具体的な説明では音響波が弾性波である場合について説明したが、弾性波でなくても構わない。気体中や液体中を伝搬する音波であっても、同様な構成で同様な効果が得られる。さらに、周波数の高い音波や弾性波、いわゆる超音波においても、同様な構成で同様な効果が得られる。   Moreover, although the case where the acoustic wave is an elastic wave has been described in the specific description by the simulation, the acoustic wave may not be an elastic wave. Even with sound waves propagating in gas or liquid, similar effects can be obtained with the same configuration. Further, the same effect can be obtained with a similar configuration even in a high-frequency sound wave or elastic wave, so-called ultrasonic wave.

これまでは、シミュレーションにより周期構造の動作を説明したが、このシミュレーション結果を確認するために実験を行った。実験は、アクリルに貫通穴を設けた試験体を試作して行った。なお、図2に示したような直径の大きさ0.18mmで配列周期0.24mmの貫通穴をアクリルに設けることは製造技術的に困難であったので、直径の大きさ1mmで配列周期1.5mmの試験体を試作した。図7は、試作した試験体を示す図である。また、図8は、図7の試験体の実験系の構成を示すブロック図である。図8に示すように、実験系20の波形発生器21でキャリア周波数0.39MHzおよび0.84MHzのバースト信号を発生させ、パワーアンプ22で増幅し、送信用探触子23を励振する。試験体(周期構造)1Aを伝搬し透過した超音波は、反対面側に設けられた受信用探触子24で受信される。この受信用探触子24を走査することにより、透過した超音波の伝搬方向を求めるという実験を行った。受信用探触子24で受信された信号は、受信アンプ25で増幅し、ディジタルオシロスコープ26で測定した。また、受信信号はPC(パソコン)27に保存した。   Until now, the operation of the periodic structure was explained by simulation, but an experiment was conducted to confirm the simulation result. The experiment was carried out by making a test specimen having a through hole in acrylic. In addition, since it was difficult in terms of manufacturing technology to provide a through hole with a diameter of 0.18 mm and an array period of 0.24 mm as shown in FIG. 2, an array period of 1 mm with a diameter of 1 mm. A test specimen of 5 mm was made. FIG. 7 is a diagram showing a prototype of the prototype. FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an experimental system of the test body of FIG. As shown in FIG. 8, a burst signal having carrier frequencies of 0.39 MHz and 0.84 MHz is generated by the waveform generator 21 of the experimental system 20, amplified by the power amplifier 22, and the transmission probe 23 is excited. The ultrasonic wave that has propagated through and passed through the test body (periodic structure) 1A is received by the receiving probe 24 provided on the opposite surface side. An experiment was conducted in which the propagation direction of the transmitted ultrasonic wave was obtained by scanning the receiving probe 24. The signal received by the receiving probe 24 was amplified by the receiving amplifier 25 and measured by the digital oscilloscope 26. The received signal was stored in a PC (personal computer) 27.

図9は、図8の実験系による実験結果を示す図である。図9(a)及び(b)は、それぞれ、キャリア周波数0.39MHz及び0.84MHzの実験結果である。図中には、比較のため周期構造のないアクリル試験体を用いた実験結果を併せて示しており、白丸印が周期構造のないアクリル試験体を透過した信号、黒四角印が周期構造を透過した信号の電圧である。図から分かるように、キャリア周波数が0.39MHzの場合は中心より右側の方が受信信号の電圧が高くなっている。これに対し、キャリア周波数が0.84MHzの場合は、中心より左側の方が受信信号の電圧が高くなっている。これは、周期構造を伝搬する超音波が、周波数により伝搬方向が異なるというシミュレーション結果を裏付ける実験データである。   FIG. 9 is a diagram showing an experimental result by the experimental system of FIG. FIGS. 9A and 9B show experimental results with carrier frequencies of 0.39 MHz and 0.84 MHz, respectively. In the figure, the experimental results using an acrylic specimen without a periodic structure are also shown for comparison. Is the signal voltage. As can be seen from the figure, when the carrier frequency is 0.39 MHz, the voltage of the received signal is higher on the right side than the center. On the other hand, when the carrier frequency is 0.84 MHz, the voltage of the received signal is higher on the left side than the center. This is experimental data supporting the simulation result that the propagation direction of the ultrasonic wave propagating through the periodic structure differs depending on the frequency.

なお、実験と同様の条件で2次元弾性波FDTD法によるシミュレーションを行い、受信信号を求めた。図10(a)及び(b)は、2次元弾性波FDTD法によるシミュレーション結果を示す図である。図10と図9を比較すると、両者はほぼ一致している。すなわち、シミュレーションの妥当性が確認できたので、図4及び図6に示したシミュレーション結果も妥当であると考えられる。   Note that a received signal was obtained by performing a simulation by a two-dimensional elastic wave FDTD method under the same conditions as in the experiment. FIGS. 10A and 10B are diagrams showing simulation results by the two-dimensional elastic wave FDTD method. Comparing FIG. 10 and FIG. 9, the two are almost the same. That is, since the validity of the simulation has been confirmed, the simulation results shown in FIGS. 4 and 6 are also considered to be valid.

最後に、周波数によって伝搬方向を制御できる音響導波路装置の具体的な用途の一例を説明する。図11は、超音波探傷試験で使用される斜角探触子のくさびに音響導波路装置を適用した図である。   Finally, an example of a specific application of the acoustic waveguide device that can control the propagation direction according to the frequency will be described. FIG. 11 is a diagram in which an acoustic waveguide device is applied to a wedge of an oblique probe used in an ultrasonic flaw detection test.

図11に示すように、探触子のくさび1Aから周波数f1と周波数f2が異なる方向に伝搬するように、さらに、周波数f2を試験体4に対して垂直に入射するように音響導波路装置を設計すれば、周波数f1を通常の斜角探傷に、周波数f2を垂直探傷に用いることができる。振動子3で受信されるエコーはf1とf2の周波数成分が含まれている信号となるが、探傷器10にフィルタ14を設ければ、識別可能である。なお、探傷器10には、送信部11と、受信部12と、切り替えスイッチ13と、フィルタ14と、表示部15とが設けられている。   As shown in FIG. 11, the acoustic waveguide device is arranged so that the frequency f1 and the frequency f2 are propagated from the probe wedge 1A in different directions and the frequency f2 is perpendicularly incident on the test body 4. If designed, the frequency f1 can be used for normal oblique flaw detection, and the frequency f2 can be used for vertical flaw detection. The echo received by the transducer 3 is a signal containing frequency components of f1 and f2, but can be identified by providing a filter 14 in the flaw detector 10. Note that the flaw detector 10 is provided with a transmission unit 11, a reception unit 12, a changeover switch 13, a filter 14, and a display unit 15.

すなわち、切り替えスイッチ13により周波数f1を通過させ、周波数f2を遮断するようなフィルタ14とすれば、通常の斜角探傷となる。一方、切り替えスイッチ13により周波数f1を遮断し、周波数f2を通過するようなフィルタ14とすれば、通常の垂直探傷となる。このように、フィルタ14に接続された切り替えスイッチ13を操作するだけで、斜角探傷と垂直探傷を兼用できるという効果がある。   That is, if the filter 14 is configured to pass the frequency f1 and cut off the frequency f2 by the changeover switch 13, a normal oblique flaw detection is performed. On the other hand, if the filter 14 is configured such that the frequency f1 is cut off by the changeover switch 13 and the frequency f2 is passed, normal vertical flaw detection is performed. In this way, only by operating the changeover switch 13 connected to the filter 14, there is an effect that the oblique flaw detection and the vertical flaw detection can be combined.

なお、周波数f2を垂直探傷に用いる代わりに、試験体4の厚さltの計測に用いることもできる。試験体4の厚さltは、1.5スキップ以上の斜角探傷ではきずの深さを求めるときに用いる重要なパラメータである。通常は試験体4の厚さltをノギスなどで別途測定してから探傷を行うが、周波数f2を試験体4の厚さltの計測に用いることで、ノギスなどを用いた測定を省略できるという効果がある。   Instead of using the frequency f2 for vertical flaw detection, it can also be used for measuring the thickness lt of the test body 4. The thickness lt of the test body 4 is an important parameter used when obtaining the depth of flaws in oblique flaw detection with 1.5 skip or more. Normally, the thickness lt of the test body 4 is separately measured with a caliper or the like, and then the flaw detection is performed. However, the measurement using the caliper or the like can be omitted by using the frequency f2 for measuring the thickness lt of the test body 4. effective.

さらに、周波数f2をカップリングチェックに用いることもできる。斜角の自動探傷でエコーが受信されない場合、きずが無いのか、それとも探触子と試験体4との接触状況が悪いのか、判別ができない。したがって、斜角探触子にカップリングチェック機能を付け、探触子と試験体4との接触状況を確認する作業が行われている。一方、周波数f2は、探触子と試験体4との接触状態がよければ底面エコーとして受信されるが、接触状態が悪ければエコーは受信されない。すなわち、周波数f2のエコーはカップリングチェックの信号として用いることができる。このように、周波数f2のエコーをカップリングチェックの信号として用いれば、新たにカップリングチェック機能を付ける必要がないので、斜角探触子の構成を簡単にできるという効果がある。   Furthermore, the frequency f2 can be used for the coupling check. When echoes are not received by oblique flaw detection, it is impossible to determine whether there is a flaw or whether the contact state between the probe and the specimen 4 is bad. Therefore, an operation of adding a coupling check function to the oblique angle probe and confirming a contact state between the probe and the test body 4 is performed. On the other hand, the frequency f2 is received as a bottom echo if the contact state between the probe and the specimen 4 is good, but no echo is received if the contact state is bad. That is, the echo of the frequency f2 can be used as a coupling check signal. As described above, if the echo of the frequency f2 is used as a coupling check signal, there is no need to newly add a coupling check function, so that the configuration of the oblique probe can be simplified.

この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the acoustic waveguide apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置のシミュレーション条件を示す図である。It is a figure which shows the simulation conditions of the acoustic waveguide device concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置に使用される中心周波数2MHzの送信信号を示す図である。It is a figure which shows the transmission signal of center frequency 2MHz used for the acoustic waveguide device concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置を中心周波数2MHzの送信信号で振動子を介して励振した場合の音場シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the sound field simulation result at the time of exciting the acoustic waveguide device based on Embodiment 1 of this invention through a vibrator | oscillator with the transmission signal of center frequency 2MHz. この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置に使用される中心周波数3.3MHzの送信信号を示す図である。It is a figure which shows the transmission signal of the center frequency of 3.3 MHz used for the acoustic waveguide device concerning Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置を中心周波数3.3MHzの送信信号で振動子を介して励振した場合の音場シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the sound field simulation result at the time of exciting the acoustic waveguide device based on Embodiment 1 of this invention through the vibrator | oscillator with the transmission signal of center frequency 3.3MHz. 試作した試験体を示す図である。It is a figure which shows the test body made as a trial. 図7の試験体の実験系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the experimental system of the test body of FIG. 図8の実験系による実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result by the experimental system of FIG. 2次元弾性波FDTD法によるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result by the two-dimensional elastic wave FDTD method. この発明の実施の形態1に係る音響導波路装置を超音波探傷試験で使用される斜角探触子のくさびに適用した図である。It is the figure which applied the acoustic waveguide device concerning Embodiment 1 of this invention to the wedge of the oblique probe used in an ultrasonic flaw detection test. 従来の電磁波に関する導波路装置のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the waveguide apparatus regarding the conventional electromagnetic wave.

符号の説明Explanation of symbols

1 媒質、1A くさび、2 異物質、3 振動子、4 試験体、10 探傷器、11 送信部、12 受信部、13 切り替えスイッチ、14 フィルタ、15 表示部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Medium, 1A Wedge, 2 Different substance, 3 Vibrator, 4 Test body, 10 Flaw detector, 11 Transmission part, 12 Reception part, 13 Changeover switch, 14 Filter, 15 Display part.

Claims (6)

音響波が伝搬可能な第1の材質と、
前記第1の材質中にあって前記第1の材質とは音響的な性質が異なる第2の材質とを備え、
前記第2の材質が、周期的に配列された周期構造を構成し、
前記周期構造の形状は、前記音響波が入射する入射面と透過する透過面とが平行でない構造であり、
前記周期構造は、前記音響波の導波を制御するものであり、前記音響波が前記周期構造を透過する際に、前記透過面から放射される音響波の伝搬方向が周波数により異なる
ことを特徴とする音響導波路装置。
A first material capable of propagating acoustic waves;
A second material in the first material and having a different acoustic property from the first material;
The second material constitutes a periodic structure arranged periodically;
The shape of the periodic structure is a structure in which an incident surface on which the acoustic wave is incident and a transmission surface on which the acoustic wave is transmitted are not parallel.
The periodic structure controls waveguide of the acoustic wave, and when the acoustic wave passes through the periodic structure, the propagation direction of the acoustic wave radiated from the transmission surface varies depending on the frequency. An acoustic waveguide device.
前記周期構造は、前記第2の材質が2次元的に配列されている
ことを特徴とする請求項1記載の音響導波路装置。
The acoustic waveguide device according to claim 1, wherein the periodic structure includes the second material arranged two-dimensionally.
前記周期構造は、前記第2の材質が3次元的に配列されている
ことを特徴とする請求項1記載の音響導波路装置。
The acoustic waveguide device according to claim 1, wherein the periodic structure includes the second material arranged three-dimensionally.
前記音響波は、気体中あるいは液体中を伝搬する音波である
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の音響導波路装置。
The acoustic waveguide device according to claim 1, wherein the acoustic wave is a sound wave propagating in a gas or a liquid.
前記音響波は、固体中を伝搬する弾性波である
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の音響導波路装置。
The acoustic waveguide device according to claim 1, wherein the acoustic wave is an elastic wave propagating in a solid.
前記音響波は、超音波である
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の音響導波路装置。
The acoustic waveguide device according to claim 1, wherein the acoustic wave is an ultrasonic wave.
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