JP2009002778A - Device of measuring ultrasonic output - Google Patents

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淳一 ▲高▼林
Junichi Takabayashi
Tsuneo Deguchi
常夫 出口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device of measuring ultrasonic output capable of accurately measuring the distribution of the ultrasonic output. <P>SOLUTION: The device of measuring the ultrasonic output accurately measures the distribution of the ultrasonic output by using the device of measuring the ultrasonic output characterized by arranging a plurality of crystal oscillators receiving ultrasonic waves on a board. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水晶振動子をセンサとして備えた超音波出力測定装置に関し、特に、水晶振動子をセンサとして備えた超音波出力測定装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic output measuring device provided with a crystal resonator as a sensor, and more particularly to an ultrasonic output measuring device provided with a crystal resonator as a sensor.

機器から照射される超音波の出力状態を測定することは、超音波装置の性能を把握し、装置特性を調整する上で欠かすことのできない重要な技術である。超音波を測定する方法で一般的に良く知られて用いられているのは、天秤法やハイドロフォンを用いた測定法である。   Measuring the output state of the ultrasonic wave emitted from the device is an important technique indispensable for grasping the performance of the ultrasonic device and adjusting the device characteristics. In general, well-known and used methods for measuring ultrasonic waves are a balance method and a measurement method using a hydrophone.

天秤法による測定は、超音波出力強度を重量変化として測定する方法である。本法は比較的簡便に超音波出力を測定できるメリットがあるが、測定する超音波は空間平均された形でしか把握できないというデメリットがあった。従って、超音波トランスデューサから照射された超音波の照射面内での圧力分布を測定することができない。さらに重量変化による測定であるため、数mg以上に感度を上げることが困難であり、超音波出力が低いほど精度が悪くなる問題があった。   The balance measurement is a method of measuring the ultrasonic output intensity as a change in weight. This method has a merit that the ultrasonic output can be measured relatively easily, but has a demerit that the ultrasonic wave to be measured can be grasped only in a spatially averaged form. Therefore, the pressure distribution in the irradiation surface of the ultrasonic wave irradiated from the ultrasonic transducer cannot be measured. Furthermore, since the measurement is based on a change in weight, it is difficult to increase the sensitivity to several mg or more, and there is a problem that the accuracy is worsened as the ultrasonic output is lower.

一方で、ハイドロフォンによる測定は、非常に高感度であり、照射面に複数のハイドロフォンを配置、または照射面内を二次元に走査させることで面内の圧力分布を測定することが可能である。しかしながら、ハイドロフォンは非常に高価であるために照射面に複数個配置するには、莫大な費用が必要となる。またハイドロフォンを走査させて測定する場合は、測定密度を上げると測定時間が長くなる問題がある。例えば、25mm四方を1mmの間隔で測定する場合、約2時間もの測定時間が必要である。さらに高周波帯域の超音波は空気中を伝播しにくいため、水中での測定が一般的になり、ハイドロフォンを水中で長時間使用することは、ハイドロフォンの劣化促進につながる。   On the other hand, measurement with hydrophone is very sensitive, and it is possible to measure the pressure distribution in the surface by arranging multiple hydrophones on the irradiated surface or scanning the irradiated surface in two dimensions. is there. However, since hydrophones are very expensive, enormous costs are required to arrange a plurality of hydrophones on the irradiation surface. Further, when the measurement is performed by scanning the hydrophone, there is a problem that the measurement time becomes long if the measurement density is increased. For example, when measuring 25 mm square at 1 mm intervals, a measurement time of about 2 hours is required. Furthermore, since ultrasonic waves in a high frequency band are difficult to propagate in the air, measurement in water is common, and using a hydrophone in water for a long time leads to accelerated degradation of the hydrophone.

上述の理由から、超音波トランスデューサの性能評価は、ハイドロフォン測定は設計開発段階または抜き取り検査で行われ、全数検査を実施する場合は、天秤法による簡易測定が行われているのが現状であり、天秤法では、高品質で信頼性の高いトランスデューサの提供は困難であった。   For the above-mentioned reasons, the performance evaluation of ultrasonic transducers is performed by hydrophone measurement at the design development stage or sampling inspection, and when 100% inspection is performed, simple measurement by the balance method is currently performed. In the balance method, it has been difficult to provide a high-quality and reliable transducer.

精度の高い計測が、容易かつ短時間で実施できれば、これまでコスト的に不可能であった全数検査が、精度高く実施可能となり、また、定期検査も可能となるため、高品質で信頼性の高いトランスデューサが提供できる。   If high-accuracy measurement can be performed easily and in a short time, 100% inspection, which was previously impossible in terms of cost, can be performed with high accuracy, and periodic inspections can also be performed. A high transducer can be provided.

特開2006−29823号公報では、水晶式圧力センサについて述べられている。これは水晶振動子を用いた圧力センサであり、特にセンサとしての高精度化に関する提案である。本発明の課題である超音波の出力特性の簡便な測定を解決するものではない。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-29823 describes a quartz pressure sensor. This is a pressure sensor using a quartz resonator, and is a proposal regarding high accuracy as a sensor. It does not solve the simple measurement of the output characteristics of the ultrasonic wave, which is the subject of the present invention.

特開平8−94429号公報では、簡易に超音波の二次元分布を測定するための気泡を封入するシートが提案されているが、この方法ではシート内部の気泡が一定に拡散していないと精度良い分布の測定ができず、また、均一に気泡を拡散できたとして超音波が照射された場所が特定できても、超音波強度の定量評価には不充分である。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-94429 proposes a sheet that encloses bubbles for easily measuring the two-dimensional distribution of ultrasonic waves. However, in this method, if the bubbles inside the sheet are not uniformly diffused, accuracy is increased. Even if it is not possible to measure a good distribution and the location where the ultrasonic wave is irradiated can be identified as being able to diffuse the bubbles uniformly, it is not sufficient for quantitative evaluation of the ultrasonic intensity.

特開平8−105869号公報では、超音波の二次元分布を評価する標準試料が提案されているが、この方法は試料の欠損部から反射信号を得ることで、トランスデューサの性能を測る方法である。そのため、超音波強度を定量的に測定するものではない。更にハイドロフォン法と同じく二次元走査を行う必要があり、測定時間が長くなる。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-105869 proposes a standard sample for evaluating a two-dimensional distribution of ultrasonic waves. This method is a method for measuring the performance of a transducer by obtaining a reflected signal from a defective portion of the sample. . Therefore, it does not measure the ultrasonic intensity quantitatively. Furthermore, it is necessary to perform two-dimensional scanning as in the hydrophone method, and the measurement time becomes long.

特開2006−122762号公報では、強力超音波を照射して、非照射物から放射される赤外線エネルギーから音場を非接触で測定する手法が提案されているが、強力な超音波を照射できない設計の超音波トランスデューサについては評価することが不可能である。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-122762 proposes a technique for irradiating a strong ultrasonic wave and measuring a sound field in a non-contact manner from infrared energy emitted from a non-irradiated object. It is impossible to evaluate the designed ultrasonic transducer.

特開2006−29823号公報JP 2006-29823 A 特開平8−94429号公報JP-A-8-94429 特開平8−105869号公報JP-A-8-105869 特開2006−122762号公報JP 2006-122762 A

本発明は、高品質で信頼性の高いトランスデューサの提供、またトランスデューサ劣化傾向のより正確な把握を可能とするため、二次元又は三次元の超音波の分布を精度よく測定できる超音波出力測定装置又は超音波出力測定方法を提供することを目的とする。   The present invention provides an ultrasonic output measuring device capable of accurately measuring the distribution of two-dimensional or three-dimensional ultrasonic waves in order to provide a high-quality and highly reliable transducer and to more accurately grasp the tendency of transducer deterioration. Alternatively, an object is to provide an ultrasonic output measurement method.

すなわち、本発明は、以下である。
(1)測定対象である超音波の出力を測定する装置であり、超音波を受信する手段が複数個の水晶振動子であることを特徴とする超音波出力測定装置。
(2)複数個の該水晶振動子が一つの平面である基盤に保持され、該基盤は、測定対象の超音波が照射される超音波照射面に対して平行に配置されていることを特徴とする、(1)に記載の超音波出力測定装置。
(3)該水晶振動子を保持する基盤を備え、該水晶振動子が、超音波照射面と超音波照射面の垂直方向の三次元からなる三次元パターンで配置されていることを特徴とする、(1)に記載の超音波出力測定装置。
(4)複数個の該水晶振動子が、一つの平面である該基盤に保持され、該基盤は、測定対象の超音波が照射される超音波照射面に対して、斜めに配置されていることを特徴とする(3)に記載の超音波出力測定装置。
(5)複数の該基盤を備え、少なくとも一つの平面である該基盤が、測定対象の超音波が照射される超音波照射面に対して平行に配置されていることを特徴とする、(3)に記載の超音波出力測定装置。
(6)複数個の該基盤が、超音波照射面の垂直方向に対して、螺旋階段状で配置されていることを特徴とする、(5)に記載の超音波出力測定装置。
(7)該基盤に接続し、かつ超音波照射面の垂直方向を回転軸として該基盤を回転させる回転機構を備えた、(4)〜(6)のいずれかに記載の超音波出力測定装置。
(8)2つの該基盤を備え、一方の平面である該基盤が測定対象の超音波が照射される超音波照射面に対して平行に配置され、該基盤を底面として、もう一方の該基盤が筒状に形成されていることを特徴とする、(3)に記載の超音波出力測定装置。
(9)該水晶振動子が、該基盤に規則的に配列されていることを特徴とする、(2)〜(8)のいずれかに記載の超音波出力測定装置。
(10)圧力測定範囲及び/又は感度が異なる二種類以上の該水晶振動子を、該基盤の超音波受信面の単位面積あたりに同数かつ交互に配列されていることを特徴とする、(2)〜(9)に記載の超音波出力測定装置。
(11)該基盤の超音波受信面を底面及び/又は側面とする測定室を設けた、(2)〜(10)のいずれかに記載の超音波出力測定装置。
(12)該測定室の内部に水が保有されていることを特徴とする、(11)に記載の超音波出力測定装置。
That is, the present invention is as follows.
(1) An ultrasonic output measuring apparatus, which is an apparatus for measuring the output of an ultrasonic wave to be measured, and the means for receiving the ultrasonic wave is a plurality of crystal resonators.
(2) A plurality of the quartz vibrators are held by a base that is a single plane, and the base is arranged in parallel to an ultrasonic wave irradiation surface on which an ultrasonic wave to be measured is irradiated. The ultrasonic output measuring device according to (1).
(3) It is provided with a base for holding the crystal resonator, and the crystal resonator is arranged in a three-dimensional pattern including three dimensions in the vertical direction of the ultrasonic irradiation surface and the ultrasonic irradiation surface. The ultrasonic output measuring device according to (1).
(4) A plurality of the crystal resonators are held on the base that is one plane, and the base is disposed obliquely with respect to the ultrasonic irradiation surface on which the ultrasonic wave to be measured is irradiated. (3) The ultrasonic output measuring device according to (3).
(5) The apparatus includes a plurality of the substrates, and the substrate, which is at least one plane, is arranged in parallel to an ultrasonic wave irradiation surface on which an ultrasonic wave to be measured is irradiated. ) Ultrasonic output measuring device.
(6) The ultrasonic output measuring device according to (5), wherein the plurality of bases are arranged in a spiral step shape with respect to a direction perpendicular to the ultrasonic irradiation surface.
(7) The ultrasonic output measuring device according to any one of (4) to (6), further comprising a rotation mechanism that is connected to the base and rotates the base around the vertical direction of the ultrasonic irradiation surface as a rotation axis. .
(8) The two bases are provided, and the base which is one plane is arranged in parallel to the ultrasonic irradiation surface to which the ultrasonic wave to be measured is irradiated, and the base is used as the bottom, and the other base is used. Is formed in a cylindrical shape, the ultrasonic output measuring device according to (3).
(9) The ultrasonic output measuring device according to any one of (2) to (8), wherein the crystal resonators are regularly arranged on the substrate.
(10) Two or more types of the quartz vibrators having different pressure measurement ranges and / or sensitivities are arranged in the same number and alternately per unit area of the base ultrasonic receiving surface. The ultrasonic output measuring device according to any of (9) to (9).
(11) The ultrasonic output measuring device according to any one of (2) to (10), wherein a measurement chamber having the bottom ultrasonic wave receiving surface as a bottom surface and / or a side surface is provided.
(12) The ultrasonic output measuring device according to (11), wherein water is held inside the measuring chamber.

本発明の実現によって、超音波照射面内の超音波強度を、精度良く、効率的に、かつ簡便に測定することが可能となる。これにより、製造後等のトランスデューサ品質をより精度よく揃えることが可能となり、高品質で信頼性の高いトランスデューサの提供が実現できる。また使用過程のトランスデューサの劣化傾向についても、より正確な把握が可能となるため、より良い品質の製品提供、並びに最適な使用が可能となる。   By realizing the present invention, the ultrasonic intensity within the ultrasonic irradiation surface can be measured accurately, efficiently and simply. As a result, it is possible to align the transducer quality after production and the like more accurately, and it is possible to provide a high-quality and highly reliable transducer. In addition, since the deterioration tendency of the transducer in the process of use can be grasped more accurately, it is possible to provide a better quality product and to use it optimally.

本発明における超音波出力装置の超音波出力測定面は、複数個の水晶振動子を基盤に設けることで構成される。水晶振動子を複数個設けることによって、測定対象のトランスデューサの各水晶振動子に対応する箇所ごとに超音波出力強度の度合いが測定できる。   The ultrasonic output measurement surface of the ultrasonic output device according to the present invention is configured by providing a plurality of crystal resonators on a base. By providing a plurality of crystal resonators, it is possible to measure the degree of ultrasonic output intensity at each location corresponding to each crystal resonator of the transducer to be measured.

一般的に水晶振動子は、水晶板の両面に交流電圧を印加することで規則正しく振動する素子として知られている。この振動を利用して、電子回路での発振子などに用いられることが多く、時計、無線通信、コンピュータなど、現代のエレクトロニクスには欠かせない部品となっている。一方で水晶振動子の特性を利用して、電極に加わった質量を検出する事も知られている。具体的にはその質量に応じて振動数が変化し、ngのオーダーの質量変化を検知できる技術であり、バイオセンシングなどで使われている。その他、気体の圧力を測定することも可能である。本発明では、超音波出力を測定するセンサとして、水晶振動子を用いることにより、超音波出力をngオーダーで測定することができ、高精度に測定することが可能となる。なお、水晶振動子の代わりに、超音波出力を測定できる圧電素子、例えば圧電セラミックスや圧電高分子材料を本発明の形態に使用して、超音波出力を測定することも可能である。   In general, a crystal resonator is known as an element that regularly vibrates by applying an alternating voltage to both surfaces of a crystal plate. This vibration is often used for an oscillator in an electronic circuit, and is an indispensable part for modern electronics such as a watch, wireless communication, and computer. On the other hand, it is also known that the mass applied to the electrode is detected by utilizing the characteristics of the crystal resonator. Specifically, it is a technology that can detect a change in mass on the order of ng, with the frequency changing according to its mass, and is used in biosensing and the like. In addition, the gas pressure can be measured. In the present invention, by using a crystal resonator as a sensor for measuring the ultrasonic output, the ultrasonic output can be measured in the ng order, and can be measured with high accuracy. In addition, it is also possible to measure an ultrasonic output by using a piezoelectric element capable of measuring an ultrasonic output, such as a piezoelectric ceramic or a piezoelectric polymer material, in the form of the present invention, instead of the quartz resonator.

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。なお、本発明は図示の実施例に限定されるものではない。
図1は、本発明による超音波出力測定装置の二次元配列パターンについて、測定面から見た一例である。超音波出力測定装置1には直径2mm(本発明はこの数値に限定されない。)のセンシング部分を持つ水晶振動子センサ2を二次元に一定間隔で基盤3に配列している。この水晶振動子センサ2が超音波を受信する。水晶振動子センサを配列する基盤面積の大きさ、水晶振動子センサの配列密度、又は水晶振動子センサの大きさは、測定する超音波又は評価するトランスデューサの特性によって任意に選んでよい。基盤面積が広いほど、広い面積に照射する超音波の出力が測定できる。水晶振動子センサの配列密度が高いほど、より精密に超音波トランスデューサの性能や劣化を評価できる。また配列密度を上げるためには、水晶振動子センサを小さくする必要がある。本実施例では水晶振動子センサ2の中心間隔を3mmとし、全体で15mm四方に配列した。その他にも、2〜3mm四方、30mm四方、15cm四方、30cm四方など、測定時の便宜を考慮して、水晶振動子の配列を設計すればよい。水晶振動子センサの基盤に対する角度を等しく配列させることにより、特定の方向から伝播する超音波を均等に検出する構造としている。水晶振動子センサの数は、複数であって、測定対象のトランスデューサによって、適当な数を配置させれば良い。例えば3個以上が挙げられる。
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings. The present invention is not limited to the illustrated embodiment.
FIG. 1 is an example of a two-dimensional array pattern of an ultrasonic output measuring device according to the present invention as viewed from a measurement surface. In the ultrasonic output measuring apparatus 1, quartz vibrator sensors 2 having a sensing portion having a diameter of 2 mm (the present invention is not limited to this numerical value) are arranged on the base 3 in two dimensions at regular intervals. This crystal sensor 2 receives ultrasonic waves. The size of the substrate area on which the crystal resonator sensors are arranged, the arrangement density of the crystal resonator sensors, or the size of the crystal resonator sensors may be arbitrarily selected depending on the characteristics of the ultrasonic wave to be measured or the transducer to be evaluated. As the base area is larger, the output of the ultrasonic wave radiated to a larger area can be measured. The higher the arrangement density of the quartz vibrator sensors, the more accurately the performance and deterioration of the ultrasonic transducer can be evaluated. In order to increase the arrangement density, it is necessary to make the crystal resonator sensor small. In this embodiment, the center distance of the crystal resonator sensor 2 is 3 mm, and the crystal resonator sensor 2 is arranged in a 15 mm square as a whole. In addition, the arrangement of crystal resonators may be designed in consideration of convenience during measurement, such as 2-3 mm square, 30 mm square, 15 cm square, and 30 cm square. By arranging the angles with respect to the base of the crystal resonator sensor to be equal, ultrasonic waves propagating from a specific direction are detected evenly. There may be a plurality of quartz vibrator sensors, and an appropriate number may be arranged depending on the transducer to be measured. For example, three or more.

水晶振動子センサの配列例としては、基盤上に規則的に配列させる方法、例えば図1に示すように、同一平面の基盤に二次元パターンとして縦横に規則正しく配列させる方法がある。二次元配列パターンとは、超音波照射面に対して平行な一平面に水晶振動子センサを複数個配列した形態である。本発明における超音波照射面とは、測定対象であるトランスデューサが発信する超音波が照射する面をいい、トランスデューサの超音波発信面と平行な面、あるいは超音波発信方向と垂直な面をいう。二次元配列パターンとしては、正方形の配列例として、図1に示すように、基盤3の超音波受信面に直交する縦横同数の複数の直線を想定し、その交点に、水晶振動子センサ2を配置させるパターンが挙げられる。その他に、長方形や斜交座標パターン、円形、扇形の配列例などが挙げられる。長方形の配列例は、正方形の基盤と同様に、基盤の超音波受信面に、複数の水晶振動子センサを、直交する縦横異なる数の複数の直線を想定し、その交点に配置させるパターンが挙げられる(図2(a))。斜交座標パターンとしては、基盤の超音波受信面に、複数の水晶振動子センサを、非直角で交わる縦横複数の直線を想定し、その交点に配置させるパターンが挙げられる(図2(b))。円形の配列例としては、基盤の中心から同心円上に複数の水晶振動子を等間隔に配置させるパターンが挙げられる(図2(c))。扇形の配列例としては、円形の配列パターンから扇形に切り取った配列例が挙げられる(図2(d))。すなわち、扇形の2つの半径が交わる点を中心とする円弧上に複数の水晶振動子を等間隔に配置させるパターンである。後述の基盤を走査する場合は、正方形や長方形の配列では縦横の走査、扇形では頂点部を中心に回転走査するのが、特定平面における超音波強度分布を測定するのには効率的である。   As an example of the arrangement of the quartz vibrator sensors, there is a method of regularly arranging on a substrate, for example, a method of arranging regularly and vertically as a two-dimensional pattern on a substrate on the same plane as shown in FIG. The two-dimensional arrangement pattern is a form in which a plurality of crystal resonator sensors are arranged on a plane parallel to the ultrasonic irradiation surface. The ultrasonic irradiation surface in the present invention refers to a surface irradiated with ultrasonic waves transmitted from a transducer as a measurement target, and refers to a surface parallel to the ultrasonic transmission surface of the transducer or a surface perpendicular to the ultrasonic transmission direction. As a two-dimensional array pattern, as an example of a square array, as shown in FIG. 1, a plurality of straight and vertical lines that are orthogonal to the ultrasonic wave receiving surface of the substrate 3 are assumed, and a crystal resonator sensor 2 is placed at the intersection. The pattern to arrange is mentioned. Other examples include rectangular, oblique coordinate patterns, circular, and fan-shaped arrangements. The rectangular array example is a pattern in which a plurality of crystal resonator sensors are arranged at the intersections assuming a plurality of orthogonally different vertical and horizontal lines on the ultrasonic reception surface of the base, as in the case of a square base. (FIG. 2A). As an oblique coordinate pattern, a pattern in which a plurality of crystal resonator sensors are arranged at intersections on a base ultrasonic receiving surface assuming a plurality of vertical and horizontal straight lines that intersect at non-right angles (FIG. 2B). ). As an example of the circular arrangement, there is a pattern in which a plurality of crystal resonators are arranged at equal intervals on a concentric circle from the center of the base (FIG. 2C). As an example of a fan-shaped arrangement, an arrangement example in which a circular arrangement pattern is cut out in a fan shape can be given (FIG. 2D). In other words, this is a pattern in which a plurality of crystal resonators are arranged at equal intervals on an arc centered at a point where two radii of a sector shape intersect. When scanning a substrate described later, it is efficient to measure the ultrasonic intensity distribution in a specific plane by scanning in the vertical and horizontal directions in the case of a square or rectangular array, and rotating in the sector shape around the apex.

図3は、図1の超音波出力測定装置を横から見た図である。それぞれの水晶振動子センサ2には交流電圧を印加する発振回路4が接続されており、水晶振動子センサ2に交流電圧が印加される。超音波は気体中だけでなく、水中で利用される場合も多い。そのため、水中での超音波測定を考慮し、図3の超音波出力測定装置1では、水晶振動子センサ2、基盤3、及び発振回路4を、水晶振動子センサ2の超音波受信面は剥き出しにして、カバー5で覆っている。カバー5は内部に水が浸入しないように防水加工されていることが好ましい。発振回路4の駆動電源は、電源供給ケーブル6を通して供給される。また、水晶振動子センサ2の振動は信号ケーブル7を通して伝達され、検出手段8と接続することができる。但し、信号ケーブル7は配列する水晶振動子センサ2の振動周波数を得るため、配列する水晶振動子センサ2と同数の信号線を有したケーブルを用いる必要がある。   FIG. 3 is a side view of the ultrasonic power measuring apparatus of FIG. Each crystal oscillator sensor 2 is connected to an oscillation circuit 4 that applies an AC voltage, and an AC voltage is applied to the crystal oscillator sensor 2. Ultrasonic waves are often used not only in gases but also in water. Therefore, in consideration of ultrasonic measurement in water, the ultrasonic output measuring device 1 in FIG. 3 exposes the crystal resonator sensor 2, the base 3, and the oscillation circuit 4 from the ultrasonic receiving surface of the crystal resonator sensor 2. And covered with a cover 5. The cover 5 is preferably waterproofed so that water does not enter inside. Driving power for the oscillation circuit 4 is supplied through a power supply cable 6. The vibration of the crystal resonator sensor 2 is transmitted through the signal cable 7 and can be connected to the detecting means 8. However, the signal cable 7 needs to use a cable having the same number of signal lines as the arranged crystal resonator sensors 2 in order to obtain the vibration frequency of the arranged crystal resonator sensors 2.

基盤3は、水晶振動子センサ2を固定し、各測定面の土台となる。基盤3は、金属、非金属を問わず、水晶振動子センサ2を固定できる材料であれば良い。基盤の変形によって、水晶振動子センサ2の配列位置が変更すると正確な測定が妨げられる可能性があるため、基盤には変形しにくい材質や加工を施すことが好ましい。また、基盤は、後述する多様な形態を実現するために、加工が容易な材料が好ましく、例としてプラスティックやアルミなどが挙げられる。さらに、基盤3の超音波受信面を、超音波を吸収する素材、例えばゴムやスポンジなどで構成すれば、超音波の不要な反射を防ぐことができる。   The base 3 fixes the crystal resonator sensor 2 and serves as a base for each measurement surface. The substrate 3 may be any material that can fix the crystal resonator sensor 2 regardless of metal or non-metal. If the arrangement position of the crystal resonator sensor 2 is changed due to the deformation of the base, there is a possibility that accurate measurement may be hindered. Therefore, it is preferable that the base is made of a material or processing that is difficult to be deformed. The substrate is preferably made of a material that can be easily processed in order to realize various forms to be described later, and examples thereof include plastic and aluminum. Furthermore, if the ultrasonic wave receiving surface of the substrate 3 is made of a material that absorbs ultrasonic waves, such as rubber or sponge, unnecessary reflection of ultrasonic waves can be prevented.

内部の発振回路4は電子回路で容易に構築できる。発振回路4は水晶振動子センサ2の共振周波数の交流電圧を印加する回路であればよい。そのため、すべて同じ共振周波数の水晶振動子センサ2を用いる場合は、発振回路4は1つ用いればよい(図4)。図4の実施形態のように、発振回路4を1つにすれば電子回路の構造が簡易化できる。   The internal oscillation circuit 4 can be easily constructed with an electronic circuit. The oscillation circuit 4 may be a circuit that applies an AC voltage having a resonance frequency of the crystal resonator sensor 2. Therefore, in the case where the quartz resonator sensors 2 having the same resonance frequency are used, only one oscillation circuit 4 may be used (FIG. 4). If the single oscillation circuit 4 is used as in the embodiment of FIG. 4, the structure of the electronic circuit can be simplified.

しかしながら、水晶振動子センサ2の共振周波数が異なる複数種類の水晶振動子センサ2を用いる場合は、少なくとも使用する共振周波数の種類と同数の発振回路4が必要となる。水晶振動子センサ2には検出できる圧力範囲又は感度があり、共振周波数やセンサの加工方法などに影響される。圧力範囲は圧力の強さの範囲であり、感度は圧力の測定オーダー(測定の精細さ)を示す。検出できる圧力範囲又は感度が異なる複数種類の水晶振動子センサ2を設けることにより様々な超音波出力範囲、つまり圧力範囲又は感度に対応可能となる。例として図11に2種類の水晶振動子センサ2,23を用いた形態を示す。水晶振動子センサ2の他に、圧力に対する受信特性の異なる水晶振動子センサ23を用いることで、測定できる超音波出力範囲又は感度を広くすることを可能としている。このとき、基盤3に対する水晶振動子センサの配置は、図11に示すように2種類の水晶振動子センサが、基盤3上の単位面積あたりに同数かつ同様の配置で交互に組み込まれることが好ましい。この形態により、2種類の水晶振動子センサのいずれかで圧力分布を測定した場合でも、同様の超音波強度分布特性を得ることができる。更に、受信感度の異なる2種類の水晶振動子センサを用いることにより、1種類のセンサを用いるよりも高感度に広い範囲の圧力を測定することが可能である。   However, when a plurality of types of crystal resonator sensors 2 having different resonance frequencies of the crystal resonator sensor 2 are used, at least as many oscillation circuits 4 as the types of resonance frequencies to be used are required. The quartz resonator sensor 2 has a detectable pressure range or sensitivity, and is affected by the resonance frequency, the processing method of the sensor, and the like. The pressure range is a range of pressure intensity, and the sensitivity indicates a pressure measurement order (measurement fineness). By providing a plurality of types of crystal resonator sensors 2 having different pressure ranges or sensitivities that can be detected, various ultrasonic output ranges, that is, pressure ranges or sensitivities can be handled. As an example, FIG. 11 shows a form using two types of crystal resonator sensors 2 and 23. In addition to the quartz crystal sensor 2, it is possible to widen the measurable ultrasonic output range or sensitivity by using the quartz crystal sensor 23 having different reception characteristics with respect to pressure. At this time, as for the arrangement of the crystal resonator sensors with respect to the substrate 3, it is preferable that two types of crystal resonator sensors are alternately incorporated in the same number and the same arrangement per unit area on the substrate 3, as shown in FIG. . With this configuration, the same ultrasonic intensity distribution characteristic can be obtained even when the pressure distribution is measured with one of two types of quartz vibrator sensors. Furthermore, by using two types of quartz vibrator sensors having different reception sensitivities, it is possible to measure a wide range of pressures with higher sensitivity than using one type of sensor.

カバー5は金属、非金属を問わず、内部の発振回路4への浸水を防ぐ機構が好ましい。金属を用いる場合は、軽く、加工が容易なアルミに水中測定に耐える防錆コーティング処理を行うことが好ましい。非金属を用いる場合は、ゴムやプラスティック等の加工が容易なものが好ましい。電源供給ケーブル6や信号ケーブル7等のケーブル類が回路部分から外へ出る部分は浸水の可能性が高くなるため、二重防水機構やOリングなどを用いた浸水を防ぐシーリングが必要である。電源供給ケーブル6は外部電源を利用することができる他、充電可能な内部電源(図示せず)を用いる場合は充電池を用いることもできる。信号ケーブル7はオシロスコープや周波数カウンタ等の測定機器に接続する他、マイコンと周辺電子回路を用いて製作することができる検出手段8に接続する。信号ケーブル7を通してオシロスコープ、周波数カウンタ、又は検出手段8によって周波数解析を行うことで周波数変化を検出することができ、それぞれの水晶振動子センサ2が受信した超音波による圧力を検出することができる。   The cover 5 is preferably a mechanism that prevents water from entering the internal oscillation circuit 4 regardless of whether it is a metal or a non-metal. In the case of using a metal, it is preferable to carry out a rust-proof coating treatment that is resistant to underwater measurement on aluminum that is light and easy to process. In the case of using a nonmetal, a material such as rubber or plastic that can be easily processed is preferable. The portion where cables such as the power supply cable 6 and the signal cable 7 go out from the circuit portion has a high possibility of being flooded. Therefore, sealing that prevents flooding using a double waterproof mechanism or an O-ring is necessary. The power supply cable 6 can use an external power supply, and can also use a rechargeable battery when a rechargeable internal power supply (not shown) is used. The signal cable 7 is connected not only to a measuring instrument such as an oscilloscope and a frequency counter, but also to a detecting means 8 that can be manufactured using a microcomputer and a peripheral electronic circuit. A frequency change can be detected by performing a frequency analysis with the oscilloscope, the frequency counter, or the detection means 8 through the signal cable 7, and the pressure due to the ultrasonic wave received by each crystal resonator sensor 2 can be detected.

水晶振動子を発振させた状態の超音波測定装置1の測定面に対して、超音波トランスデューサから超音波を照射することで、超音波出力を測定することができる。図5に信号ケーブル7を通して水晶振動子センサ2から得た信号例を示す。この信号は配列された水晶振動子センサ2の一つから得た信号である。信号の時間幅9から周波数を算出することができる。この周波数は、水晶振動子センサ2の共振周波数である。この時間幅9は、超音波の圧力が水晶振動子に加わることで変化する。時間幅の変化により、算出される周波数も変化する。周波数の比較、もしくは単位時間の波数をカウントすることにより水晶振動子に加わった圧力の大きさを算出することができる。   The ultrasonic output can be measured by irradiating the ultrasonic wave from the ultrasonic transducer onto the measurement surface of the ultrasonic measurement apparatus 1 in a state where the crystal resonator is oscillated. FIG. 5 shows a signal example obtained from the crystal resonator sensor 2 through the signal cable 7. This signal is a signal obtained from one of the arranged crystal resonator sensors 2. The frequency can be calculated from the time width 9 of the signal. This frequency is the resonance frequency of the crystal resonator sensor 2. This time width 9 changes when an ultrasonic pressure is applied to the crystal resonator. The calculated frequency also changes due to the change in the time width. The magnitude of the pressure applied to the crystal resonator can be calculated by comparing the frequencies or counting the wave number of unit time.

図1、図3及び図4に示した超音波測定装置は一度に複数点の圧力変化を測定する方法であり、配列した水晶振動子センサ2から、一度に複数個の、図5に示す時間幅9を得ることができる。この時間幅9は超音波を受信することにより、受信後時間幅22になる。このとき時間幅の変化量を直接検出する、もしくは周波数情報や波数情報に変換処置を行って検出することで、それぞれの水晶振動子センサ2が検出した受信超音波の強度を測定することができる。この情報から強度分布が得られ、またそれぞれの測定値を元に、時間平均またはそのピークや、空間平均またはそのピークを求めることができる。超音波機器の出力の表示形態には、超音波の強度分布の他に、時間平均またはそのピークと空間平均またはそのピークを組み合わせた表示形式があり、超音波の分布と強度を得ることで、上記平均もしくはピークから示されるパターンすべての形式(つまり空間ピークと時間ピーク、空間ピークと時間平均、空間平均と時間ピーク、空間平均と時間平均の4パターン)で測定結果を表示することが可能となる。   The ultrasonic measurement apparatus shown in FIGS. 1, 3 and 4 is a method for measuring pressure changes at a plurality of points at a time, and a plurality of times shown in FIG. A width 9 can be obtained. This time width 9 becomes a time width 22 after reception by receiving ultrasonic waves. At this time, the intensity of the received ultrasonic waves detected by the respective quartz vibrator sensors 2 can be measured by directly detecting the amount of change in the time width, or by performing conversion processing to frequency information and wave number information. . An intensity distribution is obtained from this information, and a time average or a peak thereof, or a spatial average or a peak thereof can be obtained based on each measured value. In addition to the ultrasonic intensity distribution, there is a display format that combines the time average or its peak and the spatial average or its peak in the display form of the output of the ultrasonic equipment. By obtaining the ultrasonic distribution and intensity, It is possible to display measurement results in the form of all the patterns shown from the above average or peak (that is, four patterns of spatial peak and time peak, spatial peak and time average, spatial average and time peak, spatial average and time average) Become.

超音波の測定面積が基盤3の面積より小さければ、一度に強度とその分布を測定することができる。測定面積が基盤面積より大きい場合は、超音波測定装置1を手動で平行移動又は回転させる他に、超音波測定装置1にモータ等による平行移動機構や回転機構(共に図示せず)を接続し、平行に走査、もしくは回転することで測定が可能となる。この場合も、一定面積を同時に測定できるため、従来のハイドロフォンを用いるよりも、短時間での測定が可能となる。照射された超音波の伝搬距離による分布の変化を把握するためには、トランスデューサと超音波測定装置1の基盤3との距離を変化させれば良い。   If the ultrasonic measurement area is smaller than the area of the base 3, the intensity and its distribution can be measured at once. If the measurement area is larger than the base area, in addition to manually translating or rotating the ultrasonic measurement device 1, a parallel movement mechanism or a rotation mechanism (both not shown) such as a motor is connected to the ultrasonic measurement device 1. Measurement can be performed by scanning or rotating in parallel. Also in this case, since a certain area can be measured at the same time, the measurement can be performed in a shorter time than using a conventional hydrophone. In order to grasp the change in the distribution due to the propagation distance of the irradiated ultrasonic wave, the distance between the transducer and the base 3 of the ultrasonic measurement device 1 may be changed.

二次元パターン以外の配列方法として、三次元パターンがある。三次元パターンとは、超音波照射面と超音波照射面の垂直方向からなる三次元のパターン、具体的には、超音波照射面に対して平行な一平面のみでなく、垂直な奥行き方向の距離(つまり超音波の伝搬距離)が異なる位置にも水晶振動子センサを配列した形態である。水晶振動子を三次元パターンに配列させるには、測定対象の超音波照射方向に対して、一つあるいは複数の基盤を適当な位置に配置させる方法が挙げられる。水晶振動子の基盤上の配置方法は、上述の二次元パターン配列で説明したように、複数の水晶振動子を規則的に配列させる方法、例えば正方形、長方形、斜交座標パターン、円形、扇形等の配列例が好ましい。   As an arrangement method other than the two-dimensional pattern, there is a three-dimensional pattern. The three-dimensional pattern is a three-dimensional pattern composed of the ultrasonic irradiation surface and the vertical direction of the ultrasonic irradiation surface, specifically, not only one plane parallel to the ultrasonic irradiation surface but also a vertical depth direction. This is a form in which the quartz vibrator sensors are arranged at positions where the distances (that is, ultrasonic propagation distances) are different. In order to arrange the crystal resonators in a three-dimensional pattern, there is a method in which one or a plurality of substrates are arranged at appropriate positions with respect to the ultrasonic irradiation direction of the measurement target. As described in the above-described two-dimensional pattern arrangement, the arrangement method of the quartz oscillator is a method of regularly arranging a plurality of quartz oscillators, for example, square, rectangle, oblique coordinate pattern, circle, fan, etc. The arrangement example is preferable.

図9及び図10に一例として螺旋階段状に水晶振動子センサを配列した形態を示す。この形態では、中心軸28に接続された回転機構(図示せず)により、回転させ、回転の都度、超音波を測定することによって、伝搬距離に応じた超音波出力(奥行き方向の特性)を効率的に測定することができる。また、この形態を用いる場合、基盤の面積を小さくし、段数を増やすことにより、一度により多くの距離条件での超音波強度分布を得ることができる。また、各段の距離を調節することにより、意図する超音波伝搬距離における超音波の強度分布を選択的、効率的に検出することができる。   FIG. 9 and FIG. 10 show an example in which crystal resonator sensors are arranged in a spiral staircase shape as an example. In this embodiment, the rotation mechanism (not shown) connected to the central shaft 28 is rotated, and ultrasonic waves are measured each time the rotation is performed, so that an ultrasonic output (characteristic in the depth direction) corresponding to the propagation distance is obtained. It can be measured efficiently. In addition, when this form is used, the ultrasonic intensity distribution under more distance conditions can be obtained once by reducing the area of the base and increasing the number of steps. Further, by adjusting the distance of each step, the intensity distribution of the ultrasonic wave at the intended ultrasonic wave propagation distance can be detected selectively and efficiently.

この他にも図1に示した二次元パターン配列を用いて三次元パターンの特性を持たせることもできる。実現する一つの手法として、超音波測定装置1を垂直方向(超音波の伝搬距離が変化する方向)へ手動または平行移動機構を付属させ、超音波の伝搬距離を変化させることで実現することができる。その他には、超音波照射方向に対して垂直ではなく、斜めに傾けて回転軸28に接続し、回転軸28を回転機構で回転させて測定を行うことで実現できる(図15及び図16)。このとき、水晶振動子センサ2の向きを超音波が照射される方向に調整することで、測定する超音波出力を効率的に測定することができる。この形態では、水晶振動子センサ2の配列を基盤3を斜面とする高さ方向(超音波の伝搬距離が変化する方向)での間隔を狭くする、もしくは、基盤3の傾ける角度を急に(つまり回転軸28に対して平行に近づける)することで、より正確な測定が可能となる。この他に長方形や円形、扇形などでも、傾けて配置や回転機構による回転、または平行移動機構による平行移動を用いることにより、二次元パターンを利用して三次元パターンの特性を持たせることが可能である(図示せず)。   In addition, the two-dimensional pattern array shown in FIG. 1 can be used to give a three-dimensional pattern characteristic. As one method to realize, the ultrasonic measuring apparatus 1 can be realized by attaching a manual or parallel movement mechanism in the vertical direction (direction in which the ultrasonic propagation distance changes) and changing the ultrasonic propagation distance. it can. In addition, it is not perpendicular to the ultrasonic irradiation direction, but is inclined and connected to the rotary shaft 28, and measurement is performed by rotating the rotary shaft 28 with a rotating mechanism (FIGS. 15 and 16). . At this time, the ultrasonic output to be measured can be efficiently measured by adjusting the direction of the crystal resonator sensor 2 to the direction in which the ultrasonic wave is irradiated. In this embodiment, the interval in the height direction (the direction in which the ultrasonic wave propagation distance changes) with the base plate 3 as the slope of the array of the crystal resonator sensors 2 is narrowed, or the angle at which the base plate 3 is tilted is abrupt ( In other words, by making it closer to the rotation axis 28), more accurate measurement is possible. In addition, rectangles, circles, sectors, etc. can be tilted, rotated by a rotation mechanism, or translated by a translation mechanism, and given the characteristics of a three-dimensional pattern using a two-dimensional pattern. (Not shown).

図6に検出機能内蔵型超音波測定装置10を示す。本形態例では水晶振動子の周波数を検出する検出手段8、検出した周波数を記録する記録手段11、検出した周波数を表示する表示部12、及び検出手段8、記録手段11、表示部12を制御するコントローラ13を内蔵することにより、測定者は電源供給ケーブル6を用いて電力を装置に供給するだけで測定が可能となる。記録手段11は半導体メモリを使うことで構築できる。測定した結果は信号ケーブル7を接続することで任意に取り出すことが可能である。また、信号ケーブル7の代わりにフラッシュメモリ等の外部に取り外し可能なメディアを用いることもできる(図示せず)。表示部は検出結果を示し、LCDを用いることで数値的な表示以外に、簡単な分布図を示すこともできる。また、記録手段11に予め対象トランスデューサの超音波の強度分布や平均値、またはピーク値等を記録させ、コントローラ13に、受信した超音波の信号を記録手段11に記録された信号と判別を行うプログラムを内蔵することにより、装置の内部で一定範囲、例えば10%の誤差範囲内に該当するか否かで、トランスデューサの特性を判別することも可能である。   FIG. 6 shows an ultrasonic measurement apparatus 10 with a built-in detection function. In this embodiment, the detection unit 8 for detecting the frequency of the crystal resonator, the recording unit 11 for recording the detected frequency, the display unit 12 for displaying the detected frequency, the detection unit 8, the recording unit 11, and the display unit 12 are controlled. By incorporating the controller 13 that performs the measurement, the measurer can perform measurement simply by supplying power to the apparatus using the power supply cable 6. The recording means 11 can be constructed by using a semiconductor memory. The measurement result can be taken out arbitrarily by connecting the signal cable 7. Further, a removable medium such as a flash memory can be used instead of the signal cable 7 (not shown). The display unit shows the detection result, and a simple distribution chart can be shown in addition to the numerical display by using the LCD. Further, the recording means 11 records in advance the ultrasonic intensity distribution, average value, peak value or the like of the target transducer, and the controller 13 discriminates the received ultrasonic signal from the signal recorded in the recording means 11. By incorporating the program, it is also possible to determine the characteristics of the transducer depending on whether or not it falls within a certain range, for example, an error range of 10% within the apparatus.

図7にワイヤレス通信型超音波測定装置15を示す。ワイヤレス通信端子14を用いることにより、ケーブル無しによるデータ取得も実現できる。但し、検出手段8にもワイヤレス通信端子14を接続する必要がある。図7では電源供給ケーブル6を用いているが、内蔵電源を用いた形態であれば、充電時のみに電源供給ケーブル6を用いたり、完全にワイヤレスにしたりすることもできる(図示せず)。   FIG. 7 shows a wireless communication type ultrasonic measurement apparatus 15. By using the wireless communication terminal 14, data acquisition without a cable can also be realized. However, it is necessary to connect the wireless communication terminal 14 also to the detection means 8. In FIG. 7, the power supply cable 6 is used. However, if the built-in power supply is used, the power supply cable 6 can be used only during charging or can be completely wireless (not shown).

図12に筒状に水晶振動子センサ2を配列した形態を示す。この形態では基盤3以外の側面基盤24にも水晶振動子センサ2を設置している。これにより、側面でも超音波出力を検出することができる。超音波は100kHz以上の周波数を用いると指向性を有し、500kHz以上になると直進する。図13に超音波が照射されたときのメインローブ26とサイドローブ27の可視化イメージを示す。超音波トランスデューサの正面に出る最も強い部分はメインローブと呼ばれ、一般的に使われている領域である。また、メインローブの外側にはサイドローブを呼ばれる出力の弱い超音波がある。サイドローブは超音波探傷装置や医療用画像診断装置ではノイズ成分として処理されている。医療用超音波治療器ではメインローブを治療に用いている。つまり、サイドローブの出現が少ないトランスデューサを用いることで精度の高い計測や効率的な治療が可能となるため、トランスデューサにおけるこの特性を正確に把握することが重要である。また、図14のような基盤3と側面基盤24に水晶振動子センサ2を配置させた筒を扇型に切り出した形態にセンサを配列し、測定時は回転軸28を中心に回転機構を用いて回転させることにより、図12の形態と同じ測定を行うことができる。この形態を用いた場合は、水晶振動子センサ2が少ない数で実現可能となる。   FIG. 12 shows a form in which the quartz crystal resonator sensors 2 are arranged in a cylindrical shape. In this embodiment, the crystal resonator sensor 2 is also installed on the side substrate 24 other than the substrate 3. Thereby, the ultrasonic output can be detected also on the side surface. The ultrasonic wave has directivity when a frequency of 100 kHz or higher is used, and goes straight when the frequency exceeds 500 kHz. FIG. 13 shows a visualization image of the main lobe 26 and the side lobe 27 when the ultrasonic wave is irradiated. The strongest part that appears in front of the ultrasonic transducer is called a main lobe and is a commonly used area. Further, there is a weak output ultrasonic wave called a side lobe outside the main lobe. Side lobes are processed as noise components in ultrasonic flaw detectors and medical diagnostic imaging apparatuses. In medical ultrasonic therapy equipment, the main lobe is used for treatment. In other words, accurate measurement and efficient treatment are possible by using a transducer with few appearance of side lobes, so it is important to accurately grasp this characteristic of the transducer. Further, the sensors are arranged in a fan-shaped configuration in which the crystal resonator sensor 2 is arranged on the base 3 and the side base 24 as shown in FIG. 14, and a rotating mechanism is used around the rotary shaft 28 for measurement. The same measurement as in the embodiment of FIG. 12 can be performed. When this configuration is used, the number of crystal resonator sensors 2 can be reduced.

図8に示す測定室一体型超音波測定装置16を用いることで、トランスデューサ使用現場にて、製品の状態を調べることが可能である。本実施例で示す測定室一体型超音波測定装置16は、超音波を受信する水晶振動子センサ2、水晶振動子センサ2を配列している基盤3、発振回路4、検出回路8、記録手段11、表示部12、電源供給手段17、コントローラ13、これらを覆うカバー5、測定室18、超音波吸収体19、トランスデューサ固定手段20、及び超音波伝播物質21で構成される。測定室一体型超音波測定装置16は、測定対象のトランスデューサをトランスデューサ固定手段21に固定し、トランスデューサから照射された超音波を水晶振動子センサ2で受信する。受信した信号は検出回路8で検出し、記録手段11に記録される。その結果は表示部12に示される。また、記録手段11に予め対象トランスデューサの超音波の強度分布や平均値、またはピーク値等を記録させ、コントローラ13に記録された信号との判別を行うプログラムを内蔵することにより、装置の内部で、受信した超音波の信号と記録した信号との差が一定範囲、例えば10%の誤差範囲内に該当するか否かで、トランスデューサの特性を判別することも可能である。   By using the measurement chamber integrated ultrasonic measurement device 16 shown in FIG. 8, it is possible to check the state of the product at the site where the transducer is used. The measurement chamber integrated ultrasonic measurement apparatus 16 shown in the present embodiment includes a crystal resonator sensor 2 that receives ultrasonic waves, a substrate 3 on which the crystal resonator sensors 2 are arranged, an oscillation circuit 4, a detection circuit 8, and a recording means. 11, a display unit 12, a power supply unit 17, a controller 13, a cover 5 covering them, a measurement chamber 18, an ultrasonic absorber 19, a transducer fixing unit 20, and an ultrasonic propagation material 21. The measurement chamber-integrated ultrasonic measurement device 16 fixes the transducer to be measured to the transducer fixing means 21, and receives the ultrasonic wave irradiated from the transducer by the crystal resonator sensor 2. The received signal is detected by the detection circuit 8 and recorded in the recording means 11. The result is shown on the display unit 12. In addition, by recording the ultrasonic intensity distribution, average value, peak value, etc. of the target transducer in advance in the recording means 11 and incorporating a program for discriminating from the signal recorded in the controller 13, the inside of the apparatus. It is also possible to determine the characteristics of the transducer based on whether or not the difference between the received ultrasonic signal and the recorded signal falls within a certain range, for example, an error range of 10%.

測定室一体型超音波測定装置16で、カバー5は空気中を伝搬する超音波の使用に限定する場合、防水加工は必要なく、使用者が内部の電子回路への接触を防止するためのカバーとして、ゴムやプラスティックなどで覆っても良い。基盤3は金属、非金属を問わず、水晶振動子センサ2を固定できる材料であれば良い。前述と同様、基盤3は加工が容易なプラスティックやアルミが好ましい。発振回路4、検出回路8、コントローラ13はマイコン及び周辺回路で構成することができる。記録手段11は半導体メモリを用いることで容易に実現できる。表示部はLCD等を用いることで数値的、あるいは視覚的に測定結果を表示できる。電源供給手段17はバッテリーを用いることで実現できる。充電可能な材料を用いれば、低コスト化を図ることができる。その他、外部電源を用いる形態も挙げられる(図示せず)。測定室18は、測定室の外部の条件により、測定室の内部で測定する超音波に影響を及ぼさないよう、トランスデューサを接続する箇所以外は密閉することが好ましい。測定室18の材質は、金属を用いる場合は、軽くて、加工が比較的容易なアルミ、ステンレス等を用いることが好ましい。非金属を用いる場合は、プラスティック等を用いてもよい。超音波吸収体19は超音波の測定時に、側面で反射された信号を水晶振動子が受信しないように、側面に照射された超音波を吸収するために測定室18の側面に設置されている。超音波吸収体19は超音波を吸収しやすいゴムやスポンジ等を用いるのが好ましい。また、前述のサイドローブを測定する場合には、超音波吸収体19の代わりに測定室18の側面を、水晶振動子センサ2を配列した側面基盤24で構成しても良い。トランスデューサ固定手段20は測定室18の上面に設けられ、測定対象であるトランスデューサを固定する。トランスデューサが固定される箇所以外はトランスデューサ固定手段20により、密閉された状態が作られる。このため、トランスデューサ固定手段20は測定対象の大きさによって対応可能なように取替え、もしくは大きさが可変できることが好ましい。取り替えるのであれば、軽くて加工が容易な素材を用いることが好ましく、アルミ、ステンレス、プラスティック等が挙げられる。固定の大きさを変えるのであれば伸縮可能なゴム、もしくはスライド機構等が挙げられる。スライド機構を採用する場合は、前述の軽くて加工が容易な素材を用いることが好ましい。また、測定室18の内部に存在する超音波伝播物質21は水中用の超音波を測定する場合には水を、より好ましくは脱気水を用い、空気用超音波の測定をする場合は空気を伝播物質とするので、そのまま空気中で用いればよい。   In the measurement chamber-integrated ultrasonic measurement device 16, when the cover 5 is limited to the use of ultrasonic waves propagating in the air, waterproofing is not necessary, and the cover for preventing the user from touching the internal electronic circuit. As such, it may be covered with rubber or plastic. The substrate 3 may be any material that can fix the crystal resonator sensor 2 regardless of metal or non-metal. As described above, the substrate 3 is preferably made of plastic or aluminum that can be easily processed. The oscillation circuit 4, the detection circuit 8, and the controller 13 can be composed of a microcomputer and peripheral circuits. The recording means 11 can be easily realized by using a semiconductor memory. The display unit can display the measurement result numerically or visually by using an LCD or the like. The power supply means 17 can be realized by using a battery. If a chargeable material is used, the cost can be reduced. In addition, the form using an external power supply is also mentioned (not shown). The measurement chamber 18 is preferably hermetically sealed except for the portion where the transducer is connected so as not to affect the ultrasonic waves measured inside the measurement chamber due to conditions outside the measurement chamber. The measurement chamber 18 is preferably made of aluminum, stainless steel, or the like that is light and relatively easy to process when using metal. When non-metal is used, plastic or the like may be used. The ultrasonic absorber 19 is installed on the side surface of the measurement chamber 18 in order to absorb the ultrasonic wave irradiated on the side surface so that the quartz crystal resonator does not receive the signal reflected on the side surface when measuring the ultrasonic wave. . The ultrasonic absorber 19 is preferably made of rubber or sponge that easily absorbs ultrasonic waves. When measuring the above-described side lobe, the side surface of the measurement chamber 18 may be constituted by the side surface base 24 on which the crystal resonator sensors 2 are arranged instead of the ultrasonic absorber 19. The transducer fixing means 20 is provided on the upper surface of the measurement chamber 18 and fixes the transducer to be measured. Except for the place where the transducer is fixed, the transducer fixing means 20 creates a sealed state. For this reason, it is preferable that the transducer fixing means 20 be replaced or variable in size so as to be able to cope with the size of the measurement target. If it is to be replaced, it is preferable to use a material that is light and easy to process, such as aluminum, stainless steel, and plastic. If the size of the fixing is changed, elastic rubber or a sliding mechanism can be used. When the slide mechanism is employed, it is preferable to use the light and easy-to-process material described above. The ultrasonic wave propagation material 21 present in the measurement chamber 18 uses water when measuring ultrasonic waves for water, more preferably degassed water, and air when measuring ultrasonic waves for air. Can be used as it is in the air.

トランスデューサの故障が発生した場合、トランスデューサの性能を確認するためにメーカなどに送り、性能確認作業を依頼する必要がある。それにはコストが掛かる他、流通などの時間がかかる。本発明による測定室一体型超音波測定装置を用いることにより、使用現場等の、従来であれば性能確認試験が実行できない場所でも性能確認が容易に可能となり、時間の大幅な短縮が可能となる。また、トランスデューサの故障は外観からは予想できないことが多く、トランスデューサを使用して初めて異常に気づく場合がある。そのため、異常を検出する機能がついていない装置を用いてトランスデューサを使用している場合は、使用中のトランスデューサの異常に気がつかない場合がある。本装置の測定時間は非常に短時間であることから、トランスデューサ使用毎に測定を行うことも容易であり、常にトランスデューサの性能を確認した上での装置使用に貢献することができるため、信頼度の高い試験、治療を提供することが可能となる。   When a transducer failure occurs, it is necessary to send it to a manufacturer or the like to confirm the performance of the transducer and to request performance confirmation work. In addition to cost, it takes time for distribution. By using the measurement room integrated ultrasonic measurement apparatus according to the present invention, performance confirmation can be easily performed even in a place where a performance confirmation test cannot be performed conventionally, such as a use site, and the time can be greatly shortened. . Moreover, failure of a transducer is often unpredictable from the appearance, and an abnormality may be noticed only when the transducer is used. Therefore, when a transducer is used using a device that does not have a function for detecting an abnormality, the abnormality of the transducer being used may not be noticed. Since the measurement time of this device is very short, it is easy to perform measurement every time the transducer is used, and it is possible to contribute to the use of the device after confirming the performance of the transducer at all times. It is possible to provide a high test and treatment.

本発明の測定装置又は測定方法は、トランスデューサから照射される超音波の特性、すなわち、超音波の照射面積、伝搬距離による変化、広がり、強度分布等を簡便に精度良く測定することができる。この装置又は方法を使用することにより、高品質で信頼性の高いトランスデューサが提供できるので、工業検査用のトランスデューサについては、より信頼性の高いデータを取得が可能となり、医療用トランスデューサについては、より最適な治療や診断、更には安全性の高い治療や診断が可能となる。   The measuring apparatus or measuring method of the present invention can easily and accurately measure the characteristics of ultrasonic waves emitted from a transducer, that is, changes, spreads, intensity distributions, and the like due to the ultrasonic irradiation area and propagation distance. By using this apparatus or method, it is possible to provide a high-quality and highly reliable transducer. Therefore, more reliable data can be obtained for a transducer for industrial inspection, and more for a medical transducer. Optimal treatment and diagnosis, as well as highly safe treatment and diagnosis are possible.

超音波測定装置の測定面の正面図である。It is a front view of the measurement surface of an ultrasonic measuring device. 測定面の水晶振動子の2次元パターン配列の他の形態を示した正面図である。It is the front view which showed the other form of the two-dimensional pattern arrangement | sequence of the crystal oscillator of a measurement surface. 図1の超音波測定装置の側面図である。It is a side view of the ultrasonic measuring device of FIG. 1つの発振回路を用いた超音波測定装置の側面図である。It is a side view of an ultrasonic measuring device using one oscillation circuit. 水晶振動子センサより得られる信号例である。It is an example of a signal obtained from a crystal oscillator sensor. 検出機能を内蔵した超音波測定装置の概略図である。It is a schematic diagram of an ultrasonic measuring device incorporating a detection function. ワイヤレス通信端子を備えた超音波測定装置である。An ultrasonic measurement device provided with a wireless communication terminal. 測定室一体型の超音波測定装置である。This is a measurement chamber-integrated ultrasonic measurement device. 超音波測定装置の異なる形態の測定面の正面図である。It is a front view of the measurement surface of a different form of an ultrasonic measuring device. 図9の超音波測定装置の異なる形態の測定面の斜め上方から見た側面図である。It is the side view seen from diagonally upward of the measurement surface of the different form of the ultrasonic measuring device of FIG. 異なる特性の水晶振動子センサを用いた超音波測定装置の測定面の正面図である。It is a front view of the measurement surface of the ultrasonic measuring device using the crystal oscillator sensor of a different characteristic. 超音波測定装置の別の異なる形態の測定面の斜め上方から見た側面図である。It is the side view seen from diagonally upward of the measurement surface of another different form of an ultrasonic measuring device. 超音波トランスデューサから照射される超音波のイメージ図である。It is an image figure of the ultrasonic wave irradiated from an ultrasonic transducer. 超音波測定装置の更に異なる形態の測定面の斜め上方から見た側面図である。It is the side view seen from the slanting upper part of the measurement surface of a further different form of an ultrasonic measuring device. 超音波測定装置のまた更に異なる形態の測定面の概略図である。It is the schematic of the measurement surface of the still another form of an ultrasonic measuring device. 図15の超音波測定装置のまた更に異なる形態の測定面の側面図である。FIG. 16 is a side view of a measurement surface of still another form of the ultrasonic measurement device of FIG. 15.

符号の説明Explanation of symbols

1. 超音波測定装置
2. 水晶振動子センサ
3. 基盤
4. 発振回路
5. カバー
6. 電源供給ケーブル
7. 信号ケーブル
8. 検出手段
9. 時間幅
10. 検出機能内蔵型超音波測定装置
11. 記録手段
12. 表示部
13. コントローラ
14. ワイヤレス通信端子
15. ワイヤレス通信型超音波測定装置
16. 測定室一体型超音波測定装置
17. 電源供給手段
18. 測定室
19. 超音波吸収体
20. トランスデューサ固定手段
21. 超音波伝播物質
22. 受信後時間幅
23. 受信特性の異なる水晶振動子センサ
24. 側面基盤
25. 超音波トランスデューサ
26. メインローブ
27. サイドローブ
28. 回転軸
1. 1. Ultrasonic measuring device 2. Crystal resonator sensor Base 4 4. Oscillator circuit Cover 6. 6. Power supply cable Signal cable8. Detection means 9. Time width 10. 10. Ultrasonic measuring device with built-in detection function Recording means 12. Display unit 13. Controller 14. Wireless communication terminal 15. Wireless communication type ultrasonic measurement device 16. Measurement chamber integrated ultrasonic measurement device 17. Power supply means 18. Measurement chamber 19. Ultrasonic absorber 20. Transducer fixing means 21. Ultrasonic propagation material 22. Time width after reception 23. Crystal sensor with different reception characteristics 24. Side base 25. Ultrasonic transducer 26. Main lobe 27. Side lobe 28. Axis of rotation

Claims (12)

測定対象である超音波の出力を測定する装置であり、超音波を受信する手段が複数個の水晶振動子であることを特徴とする超音波出力測定装置。   An ultrasonic output measuring apparatus, which is an apparatus for measuring an output of an ultrasonic wave to be measured, and wherein means for receiving the ultrasonic wave is a plurality of crystal resonators. 複数個の該水晶振動子が一つの平面である基盤に保持され、該基盤は、測定対象の超音波が照射される超音波照射面に対して平行に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の超音波出力測定装置。   A plurality of the quartz resonators are held on a base that is a single plane, and the base is arranged in parallel to an ultrasonic irradiation surface on which an ultrasonic wave to be measured is irradiated. The ultrasonic output measuring device according to claim 1. 該水晶振動子を保持する基盤を備え、該水晶振動子が、超音波照射面と超音波照射面の垂直方向の三次元からなる三次元パターンで配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の超音波出力測定装置。   The substrate includes a substrate for holding the crystal resonator, and the crystal resonator is arranged in a three-dimensional pattern including three dimensions in a direction perpendicular to the ultrasonic irradiation surface and the ultrasonic irradiation surface. The ultrasonic output measuring apparatus according to 1. 複数個の該水晶振動子が、一つの平面である該基盤に保持され、該基盤は、測定対象の超音波が照射される超音波照射面に対して、斜めに配置されていることを特徴とする請求項3に記載の超音波出力測定装置。   A plurality of the crystal resonators are held on the base that is a single plane, and the base is disposed obliquely with respect to an ultrasonic wave irradiation surface on which an ultrasonic wave to be measured is irradiated. The ultrasonic output measuring device according to claim 3. 複数の該基盤を備え、少なくとも一つの平面である該基盤が、測定対象の超音波が照射される超音波照射面に対して平行に配置されていることを特徴とする、請求項3に記載の超音波出力測定装置。   The said base | substrate which is provided with several this base | substrate and is at least 1 plane is arrange | positioned in parallel with the ultrasonic irradiation surface with which the ultrasonic wave of a measuring object is irradiated, It is characterized by the above-mentioned. Ultrasonic output measuring device. 複数個の該基盤が、超音波照射面の垂直方向に対して、螺旋階段状で配置されていることを特徴とする、請求項5に記載の超音波出力測定装置。   The ultrasonic output measuring device according to claim 5, wherein the plurality of bases are arranged in a spiral step shape with respect to a direction perpendicular to the ultrasonic irradiation surface. 該基盤に接続し、かつ超音波照射面の垂直方向を回転軸として該基盤を回転させる回転機構を備えた、請求項4〜6のいずれかに記載の超音波出力測定装置。   The ultrasonic output measuring device according to any one of claims 4 to 6, further comprising a rotation mechanism that is connected to the base and rotates the base about a direction perpendicular to the ultrasonic irradiation surface as a rotation axis. 2つの該基盤を備え、一方の平面である該基盤が測定対象の超音波が照射される超音波照射面に対して平行に配置され、該基盤を底面として、もう一方の該基盤が筒状に形成されていることを特徴とする、請求項3に記載の超音波出力測定装置。   Two bases are provided, and the base, which is one plane, is arranged in parallel to an ultrasonic wave irradiation surface on which an ultrasonic wave to be measured is irradiated, the base is the bottom, and the other base is cylindrical The ultrasonic output measuring device according to claim 3, wherein the ultrasonic output measuring device is formed as described above. 該水晶振動子が、該基盤に規則的に配列されていることを特徴とする、請求項2〜8のいずれかに記載の超音波出力測定装置。   The ultrasonic output measuring device according to claim 2, wherein the crystal resonators are regularly arranged on the substrate. 圧力測定範囲及び/又は感度が異なる二種類以上の該水晶振動子を、該基盤の超音波受信面の単位面積あたりに同数かつ交互に配列されていることを特徴とする、請求項2〜9に記載の超音波出力測定装置。   The two or more types of the quartz vibrators having different pressure measurement ranges and / or sensitivities are arranged in the same number and alternately per unit area of the ultrasonic wave receiving surface of the base. The ultrasonic output measuring device described in 1. 該基盤の超音波受信面を底面及び/又は側面とする測定室を設けた、請求項2〜10のいずれかに記載の超音波出力測定装置。   The ultrasonic output measuring apparatus according to any one of claims 2 to 10, wherein a measurement chamber having a bottom ultrasonic wave receiving surface and / or a side surface is provided. 該測定室の内部に水が保有されていることを特徴とする、請求項11に記載の超音波出力測定装置。   The ultrasonic output measuring device according to claim 11, wherein water is retained in the measuring chamber.
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