JP2984390B2 - 超音波発生方法 - Google Patents
超音波発生方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波探傷試験装置や
超音波洗浄器、等に適用されるレーザ光線による超音波
変換方法を用いた超音波の発生装置及び方法に関する。
超音波洗浄器、等に適用されるレーザ光線による超音波
変換方法を用いた超音波の発生装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波発信器は圧電効果を有する
セラミックスや高分子材に電気パルスを加えて、それら
によって生ずる材料の変形（歪）を利用し、超音波を発
生させていた。
セラミックスや高分子材に電気パルスを加えて、それら
によって生ずる材料の変形（歪）を利用し、超音波を発
生させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図７、図８、図９に従
来の方式の基本構成を示すが、この構成では圧電振動子
１２から発振される超音波１４は、圧電材料の物性値や
形状などにより、電気的パルスを発生するパルサー１１
から、図８に示すようなパルス波状の駆動信号Ｃを光導
波路１３を経路して印加しても、出射される超音波は図
９に示すように共振、減衰形状Ｄとなってしまう。これ
は、上記のように、圧電振動１２（圧電素子）のＱ値な
どにより決まるものである。図９に示すように超音波形
Ｄが、振動的であることは、超音波探傷で欠陥の位置が
圧電素子から近い位置にあった場合、発射波の減衰振動
波の中に反射エコー波が埋もれてしまうので反射波を精
度よく検出できないなどの問題が時々発生する。本出願
はこのような問題を解決すべく減衰振動をすることなく
印加パルスが１パルスであれば、発生する超音波も１パ
ルス（１周期）のパルス波となる様な構成とするもので
ある。
来の方式の基本構成を示すが、この構成では圧電振動子
１２から発振される超音波１４は、圧電材料の物性値や
形状などにより、電気的パルスを発生するパルサー１１
から、図８に示すようなパルス波状の駆動信号Ｃを光導
波路１３を経路して印加しても、出射される超音波は図
９に示すように共振、減衰形状Ｄとなってしまう。これ
は、上記のように、圧電振動１２（圧電素子）のＱ値な
どにより決まるものである。図９に示すように超音波形
Ｄが、振動的であることは、超音波探傷で欠陥の位置が
圧電素子から近い位置にあった場合、発射波の減衰振動
波の中に反射エコー波が埋もれてしまうので反射波を精
度よく検出できないなどの問題が時々発生する。本出願
はこのような問題を解決すべく減衰振動をすることなく
印加パルスが１パルスであれば、発生する超音波も１パ
ルス（１周期）のパルス波となる様な構成とするもので
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような事
情に鑑みて提案されたもので、パルスレーザからパルス
光を照射させ、発射したレーザ光を１端が金属板で閉じ
た筒状であって筒状内部にガスを封入してなるターゲッ
ト内で集光するように照射せしめて、該筒状ターゲット
の内部でガス成分が熱膨張により圧力変動を生じて金属
板を振動せしめることにより超音波を発生させることを
特徴とする超音波発生方法を提供するものである。
情に鑑みて提案されたもので、パルスレーザからパルス
光を照射させ、発射したレーザ光を１端が金属板で閉じ
た筒状であって筒状内部にガスを封入してなるターゲッ
ト内で集光するように照射せしめて、該筒状ターゲット
の内部でガス成分が熱膨張により圧力変動を生じて金属
板を振動せしめることにより超音波を発生させることを
特徴とする超音波発生方法を提供するものである。
【０００５】
【作用】本発明は、このような構成であるので、パルス
レーザから発射したレーザ光をターゲットに照射せしめ
ると、１端が金属板で閉じた筒状筺体のターゲット内部
に封入したガス成分がレーザ光線の集光により発生した
熱で熱膨張し、筒状内部が圧力変動を生ずる。この圧力
変動がターゲットの金属板を振動させて、超音波が発生
する。
レーザから発射したレーザ光をターゲットに照射せしめ
ると、１端が金属板で閉じた筒状筺体のターゲット内部
に封入したガス成分がレーザ光線の集光により発生した
熱で熱膨張し、筒状内部が圧力変動を生ずる。この圧力
変動がターゲットの金属板を振動させて、超音波が発生
する。
【０００６】
【実施例】以下図１をもとに、本発明の実施例に係る超
音波発生装置について説明する。１はパルスレーザであ
り、例えばＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザやエキシマレー
ザなどである。パルスは、１０ｎｓのオーダのものでエ
ネルギーは、１００ｍＪ程度から１Ｊ程度のものでよ
い。２は、レーザの稼働電源部であり、外部からのトリ
ガ信号ＴをうけてパルスＳを発射する。パルスレーザ１
はパルスＳに応じてレーザパルスＲを発射する。３は、
入射光学系で、次の光導波路４に、効率的にレーザパル
スＲの光を入射したり、出射光を一部モニタするための
ミラー３１などが配置されたモニター装置３２に結合し
て波形をモニターできるようにしている。光導波路４
は、パルスレーザ１と超音波を発生させたい場所が遠く
に離れることが一般的であるのでこのような場合に用い
られる。光導波路４としては、近赤外波長までのレーザ
であれば、光ファイバーが有効である。光ファイバーの
場合、瞬時の入射パワーが高いため、損傷する恐れのあ
る時は太いコア径のものや、束にしたバンドル形のファ
イバーを用いる。ＣＯ２レーザのように、遠赤外（１
０．６μｍ）の波長を通す光ファイバーがない場合に
は、光導波路３は、リレーレンズすなわち、レンズを順
次並べたガイドとしても良い。この場合光導波路４は、
固定的なものとなる。６は出射光学系であり、光導波路
４から出射されたレーザ光を集光し、ターゲット７１の
適切な照射をする様組まれたレンズ群である。７は筒状
筐体であり、６の光学系の鏡筒となると共に、先端の閉
じられた端面の部分がレーザが照射されるターゲット７
１となる。図２、図３は、レーザ光が超音波８に変換さ
れる部分を示す。レーザ光は、７１のターゲット面に照
射される。ターゲット７１は薄い金属であり、レーザビ
ームはほぼその中心位置Ａに照射される。レーザ光がタ
ーゲット７１に当ると、レーザビームのエネルギーが熱
として７１の表面層で変換される。７１の表面では急激
な熱膨張により、内部に熱応力が発生する。熱応力で生
じた歪は縦波として進行してゆき、これが発生した超音
波８となる。又、図３に示すようにレーザエネルギーが
高いと、ターゲット７１の表面が一部蒸発する。この蒸
気が表面から、吹き上げる時の力Ｆの反力９がターゲッ
ト７１に加わる。レーザパルスの立下り部では、ターゲ
ット７１に対する入熱が急激になくなるので、今度は内
部で熱収縮が生じる。ターゲット７１の内部を伝わった
縦波は、外表面から外へ出て発生した超音波８となる。
但し、筒形筐体７ないしターゲット７１の外部が、図２
に示すように水７２につかったりしていないと、音響イ
ンピーダンスの関係で超音波８は、外部へ出ていかな
い。又、ターゲット７１の厚みについては、パルス巾と
の関係で、内部での反射波が生じないような厚みにして
おくとより精度のよいものになる。以上のような過程で
図４に示すレーザパルス（ａ）に対して（ｂ）のような
シャープな一波の超音波を生成することができる。な
お、ターゲット７１へのレーザ照射は図２のようにター
ゲット７１の表面に焦点Ａを結ばせ、点音源を作っても
よいし、図３又は図５に示すように焦点をＡ点からずら
して、ターゲット７１表面には円形でビームを照射して
もよい。又、図６に示すように筒形筐体７の筒の内部で
焦点Ｂを結ばせると、図５に示す例と同じようにターゲ
ット７１の正面で円形でビームを照射することができ
る。この場合、筒の中にレーザ波長に吸収帯を有するガ
スを注入し、筒型筐体７を密封することによりＢ点近傍
では、ガス成分が急激に熱膨張して内圧が上がり、ター
ゲット７１を筒型筐体７の側面より薄くしておけば、タ
ーゲット７１がダイヤフラムとなり、この面の振動によ
り超音波を発生させることもできる。
音波発生装置について説明する。１はパルスレーザであ
り、例えばＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザやエキシマレー
ザなどである。パルスは、１０ｎｓのオーダのものでエ
ネルギーは、１００ｍＪ程度から１Ｊ程度のものでよ
い。２は、レーザの稼働電源部であり、外部からのトリ
ガ信号ＴをうけてパルスＳを発射する。パルスレーザ１
はパルスＳに応じてレーザパルスＲを発射する。３は、
入射光学系で、次の光導波路４に、効率的にレーザパル
スＲの光を入射したり、出射光を一部モニタするための
ミラー３１などが配置されたモニター装置３２に結合し
て波形をモニターできるようにしている。光導波路４
は、パルスレーザ１と超音波を発生させたい場所が遠く
に離れることが一般的であるのでこのような場合に用い
られる。光導波路４としては、近赤外波長までのレーザ
であれば、光ファイバーが有効である。光ファイバーの
場合、瞬時の入射パワーが高いため、損傷する恐れのあ
る時は太いコア径のものや、束にしたバンドル形のファ
イバーを用いる。ＣＯ２レーザのように、遠赤外（１
０．６μｍ）の波長を通す光ファイバーがない場合に
は、光導波路３は、リレーレンズすなわち、レンズを順
次並べたガイドとしても良い。この場合光導波路４は、
固定的なものとなる。６は出射光学系であり、光導波路
４から出射されたレーザ光を集光し、ターゲット７１の
適切な照射をする様組まれたレンズ群である。７は筒状
筐体であり、６の光学系の鏡筒となると共に、先端の閉
じられた端面の部分がレーザが照射されるターゲット７
１となる。図２、図３は、レーザ光が超音波８に変換さ
れる部分を示す。レーザ光は、７１のターゲット面に照
射される。ターゲット７１は薄い金属であり、レーザビ
ームはほぼその中心位置Ａに照射される。レーザ光がタ
ーゲット７１に当ると、レーザビームのエネルギーが熱
として７１の表面層で変換される。７１の表面では急激
な熱膨張により、内部に熱応力が発生する。熱応力で生
じた歪は縦波として進行してゆき、これが発生した超音
波８となる。又、図３に示すようにレーザエネルギーが
高いと、ターゲット７１の表面が一部蒸発する。この蒸
気が表面から、吹き上げる時の力Ｆの反力９がターゲッ
ト７１に加わる。レーザパルスの立下り部では、ターゲ
ット７１に対する入熱が急激になくなるので、今度は内
部で熱収縮が生じる。ターゲット７１の内部を伝わった
縦波は、外表面から外へ出て発生した超音波８となる。
但し、筒形筐体７ないしターゲット７１の外部が、図２
に示すように水７２につかったりしていないと、音響イ
ンピーダンスの関係で超音波８は、外部へ出ていかな
い。又、ターゲット７１の厚みについては、パルス巾と
の関係で、内部での反射波が生じないような厚みにして
おくとより精度のよいものになる。以上のような過程で
図４に示すレーザパルス（ａ）に対して（ｂ）のような
シャープな一波の超音波を生成することができる。な
お、ターゲット７１へのレーザ照射は図２のようにター
ゲット７１の表面に焦点Ａを結ばせ、点音源を作っても
よいし、図３又は図５に示すように焦点をＡ点からずら
して、ターゲット７１表面には円形でビームを照射して
もよい。又、図６に示すように筒形筐体７の筒の内部で
焦点Ｂを結ばせると、図５に示す例と同じようにターゲ
ット７１の正面で円形でビームを照射することができ
る。この場合、筒の中にレーザ波長に吸収帯を有するガ
スを注入し、筒型筐体７を密封することによりＢ点近傍
では、ガス成分が急激に熱膨張して内圧が上がり、ター
ゲット７１を筒型筐体７の側面より薄くしておけば、タ
ーゲット７１がダイヤフラムとなり、この面の振動によ
り超音波を発生させることもできる。
【０００７】以上説明の本実施例によれば、トリガ信号
によるレーザ駆動電源部からのパルスＳにより、パルス
レーザ１がレーザパルスＲを発射し、このレーザ光が筒
形筐体に入り、ターゲット71に照射される。ターゲット
71がレーザ光のパルスに対応したシャープな超音波を発
射するため、従来のような共振、減衰波形の超音波と異
なり、欠陥の位置が超音波発振器の接触部から近い点に
あった場合においても発射波に減衰振動がなくなり、反
射エコーがこれら振動波形に埋もれることがなくなり精
度よく反射波を検出することができるものである。又、
従来の超音波発振装置と異なり、光を使用するため振動
子を小型にすることができ、又電気的ノイズの影響もな
いので高精度の測定に寄与するものである。又、図１、
図２及び図６に示す各実施例のものは、いずれもターゲ
ット７が筒状筐体なのでターゲットの可搬性がよく、タ
ーゲットを被検査対象に容易にあてがうことができると
共に、図２に示すように水中での使用も可能である。
によるレーザ駆動電源部からのパルスＳにより、パルス
レーザ１がレーザパルスＲを発射し、このレーザ光が筒
形筐体に入り、ターゲット71に照射される。ターゲット
71がレーザ光のパルスに対応したシャープな超音波を発
射するため、従来のような共振、減衰波形の超音波と異
なり、欠陥の位置が超音波発振器の接触部から近い点に
あった場合においても発射波に減衰振動がなくなり、反
射エコーがこれら振動波形に埋もれることがなくなり精
度よく反射波を検出することができるものである。又、
従来の超音波発振装置と異なり、光を使用するため振動
子を小型にすることができ、又電気的ノイズの影響もな
いので高精度の測定に寄与するものである。又、図１、
図２及び図６に示す各実施例のものは、いずれもターゲ
ット７が筒状筐体なのでターゲットの可搬性がよく、タ
ーゲットを被検査対象に容易にあてがうことができると
共に、図２に示すように水中での使用も可能である。
【０００８】
【発明の効果】以上説明の本発明の超音波発生方法によ
ればレーザ光線をターゲットに照射することにより、レ
ーザパルスに対応したシャープな超音波を発射すること
ができるため、従来のような共振、減衰波形の超音波と
異なり、欠陥の位置が超音波発振器の接触部から近い点
にあった場合においても発射波に減衰振動がなくなり、
その結果反射エコーがそれら振動波形に埋もれることが
なくなり精度よく反射波を検出することができるもので
ある。又、従来の超音波発振装置と異なり、光を使用す
るため振動子を小型にすることができ、又、電気的ノイ
ズの影響もないので高精度の測定に寄与するものであ
る。又、本発明による超音波発生方法は、ターゲット内
にガスを封入しているので、ガスが分子運動で移動し常
に状態が更新され、レーザ照射による劣化がほとんど発
生しないとともに、ターゲットが筒状筐体なのでターゲ
ットの可搬性がよく、ターゲットを被検査対象に容易に
あてがうことができる。
ればレーザ光線をターゲットに照射することにより、レ
ーザパルスに対応したシャープな超音波を発射すること
ができるため、従来のような共振、減衰波形の超音波と
異なり、欠陥の位置が超音波発振器の接触部から近い点
にあった場合においても発射波に減衰振動がなくなり、
その結果反射エコーがそれら振動波形に埋もれることが
なくなり精度よく反射波を検出することができるもので
ある。又、従来の超音波発振装置と異なり、光を使用す
るため振動子を小型にすることができ、又、電気的ノイ
ズの影響もないので高精度の測定に寄与するものであ
る。又、本発明による超音波発生方法は、ターゲット内
にガスを封入しているので、ガスが分子運動で移動し常
に状態が更新され、レーザ照射による劣化がほとんど発
生しないとともに、ターゲットが筒状筐体なのでターゲ
ットの可搬性がよく、ターゲットを被検査対象に容易に
あてがうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る超音波発生装置及び方法
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例でレーザを超音波に変換する部
分の概念図である。
分の概念図である。
【図３】本発明の実施例で同じくレーザを超音波に変換
する部分の他の概念図である。
する部分の他の概念図である。
【図４】本実施例での、（ａ）はレーザ光パルス、
（ｂ）は発信超音波パルスの波形図である。
（ｂ）は発信超音波パルスの波形図である。
【図５】本発明の実施例でのレーザ光の集光状態を示す
他の概念図である。
他の概念図である。
【図６】本発明の他の実施例で筒内にガスを用いる場合
の概念図である。
の概念図である。
【図７】従来の超音波発生装置の構成を示す図である。
【図８】従来のパルサの波形図である。
【図９】従来の発生した超音波の波形図である。
１ パルスレーザ ３ 入射光学系 ４ 光導波路 ６ 出射光学系 ７ 筒形筺体 ７１ ターゲット
フロントページの続き (72)発明者 岩本 収市 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (56)参考文献 特開 昭53−65718（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−71147（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−276961（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28
Claims (1)
- 【請求項１】 パルスレーザからパルス光を発射させ、
発射したレーザ光を１端が金属板で閉じた筒状であって
筒状内部にガスを封入してなるターゲット内で集光する
ように照射せしめて、該筒状ターゲットの内部でガス成
分が熱膨張により圧力変動を生じて金属板を振動せしめ
ることにより超音波を発生させることを特徴とする超音
波発生方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3035770A JP2984390B2 (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 超音波発生方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3035770A JP2984390B2 (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 超音波発生方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04274753A JPH04274753A (ja) | 1992-09-30 |
| JP2984390B2 true JP2984390B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=12451108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3035770A Expired - Fee Related JP2984390B2 (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | 超音波発生方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2984390B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008249557A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超音波検査装置 |
| WO2009022658A1 (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 超音波検査装置、超音波検査方法および原子力プラントの非破壊検査方法 |
| JP2009276152A (ja) * | 2008-05-13 | 2009-11-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超音波検査装置および原子力プラントの非破壊検査方法 |
-
1991
- 1991-03-01 JP JP3035770A patent/JP2984390B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008249557A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超音波検査装置 |
| WO2008126437A1 (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 超音波検査装置 |
| KR101127001B1 (ko) | 2007-03-30 | 2012-07-10 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 초음파 검사 장치 |
| US8276452B2 (en) | 2007-03-30 | 2012-10-02 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Ultrasonic inspection apparatus |
| WO2009022658A1 (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 超音波検査装置、超音波検査方法および原子力プラントの非破壊検査方法 |
| JP2009063558A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-03-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超音波検査装置、超音波検査方法および原子力プラントの非破壊検査方法 |
| EP2175267A1 (en) * | 2007-08-10 | 2010-04-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Ultrasonic detection device, ultrasonic detection method, and atomic power plant nondestructive inspection method |
| CN101849182A (zh) * | 2007-08-10 | 2010-09-29 | 三菱重工业株式会社 | 超声波检查装置、超声波检查方法及原子力设备的非破坏检查方法 |
| KR101167878B1 (ko) * | 2007-08-10 | 2012-07-23 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 초음파 검사 장치, 초음파 검사 방법 및 원자력 플랜트의 비파괴 검사 방법 |
| US8468890B2 (en) | 2007-08-10 | 2013-06-25 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Ultrasonic detection device, ultrasonic detection method, and atomic power plant nondestructive inspection method |
| EP2175267A4 (en) * | 2007-08-10 | 2015-04-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ULTRASONIC DETECTION DEVICE, ULTRASONIC DETECTION METHOD AND NUCLEAR POWER PLANT NON-DESTRUCTIVE INSPECTION METHOD |
| JP2009276152A (ja) * | 2008-05-13 | 2009-11-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超音波検査装置および原子力プラントの非破壊検査方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04274753A (ja) | 1992-09-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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