JP3338597B2 - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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- ultrasonic
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- ultrasonic wave
- damper
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検体の探傷など
を目的とする超音波検査に使用される超音波探触子に関
する。
を目的とする超音波検査に使用される超音波探触子に関
する。
【０００２】
【従来の技術】非破壊検査の一方法として超音波検査方
法が知られている。この検査方法では、被検体に向けて
送出した超音波パルスの反射波を受信して、この受信信
号を処理することにより被検体内部の状態を観察する。
このような超音波パルスの送出および受信には、例えば
圧電素子、ダンパおよび音響レンズを備える超音波探触
子が用いられ、圧電素子に電圧パルスを印加することに
より超音波パルスを送出するとともに、圧電素子の後方
に取付けられたダンパにより圧電素子の不要な振動を軽
減するようにしている。被検体に向けて送出された超音
波パルスは音響レンズにより焦点に向けて集束され、焦
点での反射波が再び圧電素子で捉えられて電気信号に変
換される。
法が知られている。この検査方法では、被検体に向けて
送出した超音波パルスの反射波を受信して、この受信信
号を処理することにより被検体内部の状態を観察する。
このような超音波パルスの送出および受信には、例えば
圧電素子、ダンパおよび音響レンズを備える超音波探触
子が用いられ、圧電素子に電圧パルスを印加することに
より超音波パルスを送出するとともに、圧電素子の後方
に取付けられたダンパにより圧電素子の不要な振動を軽
減するようにしている。被検体に向けて送出された超音
波パルスは音響レンズにより焦点に向けて集束され、焦
点での反射波が再び圧電素子で捉えられて電気信号に変
換される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】圧電素子に電圧パルス
を印加すると、圧電素子の不要な振動を抑制するための
ダンパにも超音波パルスが加えられるため、ダンパ中を
超音波パルスが伝播しダンパの後端で反射される。反射
された超音波パルスは再び圧電素子に戻りノイズとして
受信されてしまうため、被検体内部を検査するためには
被検体からの反射波の信号とノイズとを選別する必要が
ある。しかし、従来の探触子を使用した場合には、被検
体からの反射波の信号とノイズとが同時刻に受信されて
しまい、両者が分離できなくなることがある。
を印加すると、圧電素子の不要な振動を抑制するための
ダンパにも超音波パルスが加えられるため、ダンパ中を
超音波パルスが伝播しダンパの後端で反射される。反射
された超音波パルスは再び圧電素子に戻りノイズとして
受信されてしまうため、被検体内部を検査するためには
被検体からの反射波の信号とノイズとを選別する必要が
ある。しかし、従来の探触子を使用した場合には、被検
体からの反射波の信号とノイズとが同時刻に受信されて
しまい、両者が分離できなくなることがある。
【０００４】本発明の目的は、ダンパからの反射波と被
検体からの反射波とを確実に分離することができる超音
波探触子を提供することにある。
検体からの反射波とを確実に分離することができる超音
波探触子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
〜図４に対応づけて説明すると、請求項１に記載の発明
は、焦点１１に向けて超音波を送出するとともに焦点１
１からの反射波を受信する振動子１と、振動子１に取付
けられたダンパ３とを備え、被検体２０よりも音速の小
さな超音波伝搬媒質を介して被検体２０に超音波を送出
し、超音波伝搬媒質を介して反射波を受信する超音波探
触子に適用される。そして、超音波伝搬媒質中における
音速Ｖｋおよび振動子１の焦点距離ｆと、ダンパ３の長
さＬと、ダンパ３中における音速Ｖｄとが式「Ｌ／Ｖｄ
＞ｆ／Ｖｋ」を満足するように構成したことにより上述
の目的が達成される。請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の超音波探触子において、振動子１から送出さ
れた超音波を焦点１１に集束させる音響レンズ２を設け
るものである。請求項３に記載の発明は、請求項１に記
載の超音波探触子において、振動子１は複数の素子から
構成され、それぞれの素子の振動の位相を制御すること
により超音波が焦点１１に集束されるようにしたもので
ある。
〜図４に対応づけて説明すると、請求項１に記載の発明
は、焦点１１に向けて超音波を送出するとともに焦点１
１からの反射波を受信する振動子１と、振動子１に取付
けられたダンパ３とを備え、被検体２０よりも音速の小
さな超音波伝搬媒質を介して被検体２０に超音波を送出
し、超音波伝搬媒質を介して反射波を受信する超音波探
触子に適用される。そして、超音波伝搬媒質中における
音速Ｖｋおよび振動子１の焦点距離ｆと、ダンパ３の長
さＬと、ダンパ３中における音速Ｖｄとが式「Ｌ／Ｖｄ
＞ｆ／Ｖｋ」を満足するように構成したことにより上述
の目的が達成される。請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の超音波探触子において、振動子１から送出さ
れた超音波を焦点１１に集束させる音響レンズ２を設け
るものである。請求項３に記載の発明は、請求項１に記
載の超音波探触子において、振動子１は複数の素子から
構成され、それぞれの素子の振動の位相を制御すること
により超音波が焦点１１に集束されるようにしたもので
ある。
【０００６】請求項１に記載の発明では、振動子１から
ダンパ３に送出された超音波の反射波が振動子１により
受信される前に必ず、超音波伝搬媒質を介して振動子１
から被検体２０に送出された超音波の反射波が振動子１
により受信される。
ダンパ３に送出された超音波の反射波が振動子１により
受信される前に必ず、超音波伝搬媒質を介して振動子１
から被検体２０に送出された超音波の反射波が振動子１
により受信される。
【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による超音波探触
子の一実施の形態を示す。本実施の形態の探触子１０
は、超音波パルスを発生する圧電素子１と、図１におい
て圧電素子１の下方に設けられた音響レンズ２と、図１
において圧電素子１の上面に取付けられた鉛製のダンパ
３と、ダンパ３を周囲から支持する円筒状支持部材４
と、ダンパ３の後端を塞ぐキャップ５と、圧電素子１、
音響レンズ２、ダンパ３、支持部材４およびキャップ５
を収納するとともに探触子１０の外形を形成するハウジ
ング６とを備える。キャップ５を通して設けられた信号
線７およびグランド線８は、ダンパ３および圧電素子１
のグランド端子１ａにそれぞれ接続されている。一方ダ
ンパ３は圧電素子１の信号端子（不図示）と接触して設
けられており、またダンパ３は導電性を有するため、圧
電素子１の信号端子は信号線７と電気的に接続された状
態にある。
子の一実施の形態を示す。本実施の形態の探触子１０
は、超音波パルスを発生する圧電素子１と、図１におい
て圧電素子１の下方に設けられた音響レンズ２と、図１
において圧電素子１の上面に取付けられた鉛製のダンパ
３と、ダンパ３を周囲から支持する円筒状支持部材４
と、ダンパ３の後端を塞ぐキャップ５と、圧電素子１、
音響レンズ２、ダンパ３、支持部材４およびキャップ５
を収納するとともに探触子１０の外形を形成するハウジ
ング６とを備える。キャップ５を通して設けられた信号
線７およびグランド線８は、ダンパ３および圧電素子１
のグランド端子１ａにそれぞれ接続されている。一方ダ
ンパ３は圧電素子１の信号端子（不図示）と接触して設
けられており、またダンパ３は導電性を有するため、圧
電素子１の信号端子は信号線７と電気的に接続された状
態にある。
【０００９】グランド線８と信号線７との間に電圧パル
スを印加すると、圧電素子１が振動して超音波パルスが
探触子１０の前方（図１において下向き）に送出され、
送出された超音波パルスは音響レンズ２により焦点１１
に集束する。圧電素子１に取付けられたダンパ３は圧電
素子１の振動エネルギーを熱に変換し、圧電素子１の振
動を速やかに減衰させる。焦点１１で反射された超音波
パルスは再び圧電素子１で受信信号として受信され、グ
ランド線８と信号線７の間に電圧信号を発生させる。一
方、上述の電圧パルスにより圧電素子１が振動すると、
ダンパ３にもその振動が伝播し、振動波は図１において
上向きに進行する。ダンパ３の後端（図１において上
端）３ａで反射された振動波は、一定時間経過後に第１
ノイズとして圧電素子１で受信される。圧電素子１に戻
った振動波が圧電素子１により反射され、もう一度ダン
パ３の内部を往復し圧電素子１に到達した時、第１ノイ
ズよりも減衰した第２ノイズが受信される。
スを印加すると、圧電素子１が振動して超音波パルスが
探触子１０の前方（図１において下向き）に送出され、
送出された超音波パルスは音響レンズ２により焦点１１
に集束する。圧電素子１に取付けられたダンパ３は圧電
素子１の振動エネルギーを熱に変換し、圧電素子１の振
動を速やかに減衰させる。焦点１１で反射された超音波
パルスは再び圧電素子１で受信信号として受信され、グ
ランド線８と信号線７の間に電圧信号を発生させる。一
方、上述の電圧パルスにより圧電素子１が振動すると、
ダンパ３にもその振動が伝播し、振動波は図１において
上向きに進行する。ダンパ３の後端（図１において上
端）３ａで反射された振動波は、一定時間経過後に第１
ノイズとして圧電素子１で受信される。圧電素子１に戻
った振動波が圧電素子１により反射され、もう一度ダン
パ３の内部を往復し圧電素子１に到達した時、第１ノイ
ズよりも減衰した第２ノイズが受信される。
【００１０】図２（ｂ）は本実施の形態の探触子を用い
て超音波検査をする場合の状態を模式的に示す図であ
る。鋼材である被検体２０が水槽３０の水中に沈めら
れ、探触子１０により被検体２０の内部が探傷される。
探触子１０の焦点１１からの反射波を探触子１０が捉え
ることにより焦点１１の部位の情報が得られる。例え
ば、探触子１０を水平面内で走査すれば、被検体２０の
所定の深さにおける内部状態が２次元の映像として観察
できる。
て超音波検査をする場合の状態を模式的に示す図であ
る。鋼材である被検体２０が水槽３０の水中に沈めら
れ、探触子１０により被検体２０の内部が探傷される。
探触子１０の焦点１１からの反射波を探触子１０が捉え
ることにより焦点１１の部位の情報が得られる。例え
ば、探触子１０を水平面内で走査すれば、被検体２０の
所定の深さにおける内部状態が２次元の映像として観察
できる。
【００１１】図３（ａ）は図２（ａ）に示す状態での超
音波探触子１０の受信信号および第１ノイズを示してい
る。図２（ａ）の状態では探触子１０の焦点１１は、被
検体２０の表面上にあり、探触子１０から送出された超
音波は被検体２０の表面で反射される。したがって、圧
電素子１から送出された超音波は焦点１１までの距離を
水中を伝播して往復し、再び圧電素子１で受信される。
送出された超音波が水中を往復する場合において、本実
施の形態の超音波探触子では、図３（ａ）に示すように
受信信号が第１ノイズよりも先に受信される。ここで、
ダンパ３中での音速をＶｄ、水中での音速をＶｋ、水中
での焦点距離をｆ、超音波の送出時をｔ＝０とすると、 受信信号の受信時ｔ1＝２×ｆ／Ｖｋ 第１ノイズの受信時ｔ2＝２×Ｌ／Ｖｄ であり、本実施の形態の探触子１０では、 ｔ1＜ｔ2 であるから、本実施の形態の探触子１０では、 Ｌ＞ｆ×Ｖｄ／Ｖｋ を満足するようにダンパ３の長さＬが決められている。
音波探触子１０の受信信号および第１ノイズを示してい
る。図２（ａ）の状態では探触子１０の焦点１１は、被
検体２０の表面上にあり、探触子１０から送出された超
音波は被検体２０の表面で反射される。したがって、圧
電素子１から送出された超音波は焦点１１までの距離を
水中を伝播して往復し、再び圧電素子１で受信される。
送出された超音波が水中を往復する場合において、本実
施の形態の超音波探触子では、図３（ａ）に示すように
受信信号が第１ノイズよりも先に受信される。ここで、
ダンパ３中での音速をＶｄ、水中での音速をＶｋ、水中
での焦点距離をｆ、超音波の送出時をｔ＝０とすると、 受信信号の受信時ｔ1＝２×ｆ／Ｖｋ 第１ノイズの受信時ｔ2＝２×Ｌ／Ｖｄ であり、本実施の形態の探触子１０では、 ｔ1＜ｔ2 であるから、本実施の形態の探触子１０では、 Ｌ＞ｆ×Ｖｄ／Ｖｋ を満足するようにダンパ３の長さＬが決められている。
【００１２】図３（ｂ）は図２（ｂ）の状態での超音波
探触子１０の受信信号および第１ノイズを示している。
図２（ｂ）の状態では、圧電素子１から送出された超音
波は水中を伝播した後、被検体２０に入る。被検体２０
中を伝播する超音波は被検体２０内部の焦点１１で反射
された後、再び被検体２０、水中を伝播して圧電素子１
で受信される。被検体２０を構成する鋼材中の音速は水
中での音速よりも３倍以上大きいので、図３（ｂ）に示
すように受信信号の受信時ｔ1´は水中を超音波が往復
する場合の受信時ｔ1よりも早まり、第１ノイズの受信
時ｔ2との間隔がさらに大きくなる。したがって本実施
の形態の超音波探触子１０では、被検体の検査を行なう
ときに受信信号と第１ノイズが重畳するおそれがない。
探触子１０の受信信号および第１ノイズを示している。
図２（ｂ）の状態では、圧電素子１から送出された超音
波は水中を伝播した後、被検体２０に入る。被検体２０
中を伝播する超音波は被検体２０内部の焦点１１で反射
された後、再び被検体２０、水中を伝播して圧電素子１
で受信される。被検体２０を構成する鋼材中の音速は水
中での音速よりも３倍以上大きいので、図３（ｂ）に示
すように受信信号の受信時ｔ1´は水中を超音波が往復
する場合の受信時ｔ1よりも早まり、第１ノイズの受信
時ｔ2との間隔がさらに大きくなる。したがって本実施
の形態の超音波探触子１０では、被検体の検査を行なう
ときに受信信号と第１ノイズが重畳するおそれがない。
【００１３】図４（ａ）および（ｂ）は従来の超音波探
触子における受信信号およびノイズを示し、図４（ａ）
は図３（ａ）に、図４（ｂ）は図３（ｂ）に、それぞれ
対応している。図４（ａ）は図２（ａ）に示す状態での
従来の超音波探触子４０の受信信号およびノイズを示し
ている。この状態では、圧電素子から送出された超音波
は焦点４１までの距離を水中を伝播して往復し、再び圧
電素子で受信される。送出された超音波が水中を往復す
る場合において、従来の超音波探触子４０では、図４
（ａ）に示すように第１ノイズの受信時ｔ3が受信信号
の受信時ｔ1よりも前になるようにされている。
触子における受信信号およびノイズを示し、図４（ａ）
は図３（ａ）に、図４（ｂ）は図３（ｂ）に、それぞれ
対応している。図４（ａ）は図２（ａ）に示す状態での
従来の超音波探触子４０の受信信号およびノイズを示し
ている。この状態では、圧電素子から送出された超音波
は焦点４１までの距離を水中を伝播して往復し、再び圧
電素子で受信される。送出された超音波が水中を往復す
る場合において、従来の超音波探触子４０では、図４
（ａ）に示すように第１ノイズの受信時ｔ3が受信信号
の受信時ｔ1よりも前になるようにされている。
【００１４】図４（ｂ）は図２（ｂ）の状態での従来の
超音波探触子４０の受信信号およびノイズを示してい
る。上述のように被検体２０中での音速は水中での音速
よりも大きいため、図４（ａ）の場合に比べ受信信号の
到達が早まる。図４（ｂ）に示すように、従来の超音波
探触子４０で被検体２０を検査する場合には、受信信号
の受信時ｔ1´が水中を超音波が往復する場合の受信時
ｔ1（図４（ａ））よりも早まる結果、受信信号が第１
ノイズと重畳する可能性がある。このように受信信号の
受信時ｔ1´と第１ノイズの受信時ｔ3が重なると、両者
の信号が分離できず検査ができなくなる。
超音波探触子４０の受信信号およびノイズを示してい
る。上述のように被検体２０中での音速は水中での音速
よりも大きいため、図４（ａ）の場合に比べ受信信号の
到達が早まる。図４（ｂ）に示すように、従来の超音波
探触子４０で被検体２０を検査する場合には、受信信号
の受信時ｔ1´が水中を超音波が往復する場合の受信時
ｔ1（図４（ａ））よりも早まる結果、受信信号が第１
ノイズと重畳する可能性がある。このように受信信号の
受信時ｔ1´と第１ノイズの受信時ｔ3が重なると、両者
の信号が分離できず検査ができなくなる。
【００１５】以上述べたように、本実施の形態の超音波
探触子では、圧電素子１と焦点１１との間で水中を超音
波が往復するのに要する時間よりも、ダンパ３内部を超
音波が往復するのに要する時間が長くなるようにされて
いる。したがって水を超音波伝搬媒質として用い、水中
よりも音速の大きな被検体の検査をする場合には、被検
体からの受信信号の受信時と、ダンパを往復して受信さ
れるノイズの受信時とが重なるおそれがなく検査が円滑
に行なえる。
探触子では、圧電素子１と焦点１１との間で水中を超音
波が往復するのに要する時間よりも、ダンパ３内部を超
音波が往復するのに要する時間が長くなるようにされて
いる。したがって水を超音波伝搬媒質として用い、水中
よりも音速の大きな被検体の検査をする場合には、被検
体からの受信信号の受信時と、ダンパを往復して受信さ
れるノイズの受信時とが重なるおそれがなく検査が円滑
に行なえる。
【００１６】本実施の形態では、超音波伝搬媒質として
水を用いた場合について説明しているが、本発明による
超音波探触子は他の媒質を用いて検査を行なう場合にも
適用される。他の超音波伝搬媒質を用いた場合でも、媒
質中の音速に比べ被検体中の音速が大きいときには、被
検体からの受信信号とダンパでの反射によるノイズが重
なるおそれがなく、検査が円滑に行なえる。また、本実
施の形態では、超音波を焦点に集束する目的で音響レン
ズを使用しているが、本発明は音響レンズを使用せず複
数の素子を配列して構成されたフェイズドアレイ探触子
にも適用される。フェイズドアレイ探触子では、各素子
をわずかな時間差をもって振動することによって、音響
レンズを用いた場合と同様、所定の焦点に向けて超音波
を集束させることができる。
水を用いた場合について説明しているが、本発明による
超音波探触子は他の媒質を用いて検査を行なう場合にも
適用される。他の超音波伝搬媒質を用いた場合でも、媒
質中の音速に比べ被検体中の音速が大きいときには、被
検体からの受信信号とダンパでの反射によるノイズが重
なるおそれがなく、検査が円滑に行なえる。また、本実
施の形態では、超音波を焦点に集束する目的で音響レン
ズを使用しているが、本発明は音響レンズを使用せず複
数の素子を配列して構成されたフェイズドアレイ探触子
にも適用される。フェイズドアレイ探触子では、各素子
をわずかな時間差をもって振動することによって、音響
レンズを用いた場合と同様、所定の焦点に向けて超音波
を集束させることができる。
【００１７】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、超音波
伝搬媒質中において超音波が振動子と焦点との間を往復
するのに要する時間よりも、超音波がダンパを往復する
のに要する時間のほうが長くなるので、超音波伝搬媒質
を介して被検体に超音波を送出するとともに被検体から
の反射波を捉えて被検体を検査する場合に、被検体から
の反射波とダンパからの反射波が同時に受信されるおそ
れがなく、検査が円滑に行なえる。
伝搬媒質中において超音波が振動子と焦点との間を往復
するのに要する時間よりも、超音波がダンパを往復する
のに要する時間のほうが長くなるので、超音波伝搬媒質
を介して被検体に超音波を送出するとともに被検体から
の反射波を捉えて被検体を検査する場合に、被検体から
の反射波とダンパからの反射波が同時に受信されるおそ
れがなく、検査が円滑に行なえる。
【図１】本発明による超音波探触子の一実施の形態を示
す図。
す図。
【図２】図１に示す探触子および従来の探触子を用いて
検査をする場合の状態を示す図であり、（ａ）は被検体
の表面に焦点を合わせた状態を示す図、（ｂ）は被検体
の内部に焦点を合わせた状態を示す図。
検査をする場合の状態を示す図であり、（ａ）は被検体
の表面に焦点を合わせた状態を示す図、（ｂ）は被検体
の内部に焦点を合わせた状態を示す図。
【図３】図１に示す探触子で受信される受信信号および
ノイズを示す図であり、（ａ）は図２（ａ）の状態での
受信信号およびノイズを示す図、（ｂ）は図２（ｂ）の
状態での受信信号およびノイズを示す図。
ノイズを示す図であり、（ａ）は図２（ａ）の状態での
受信信号およびノイズを示す図、（ｂ）は図２（ｂ）の
状態での受信信号およびノイズを示す図。
【図４】従来の探触子で受信される受信信号およびノイ
ズを示す図であり、（ａ）は図２（ａ）の状態での受信
信号およびノイズを示す図、（ｂ）は図２（ｂ）の状態
での受信信号およびノイズを示す図。
ズを示す図であり、（ａ）は図２（ａ）の状態での受信
信号およびノイズを示す図、（ｂ）は図２（ｂ）の状態
での受信信号およびノイズを示す図。
１ 圧電素子 ２ 音響レンズ ３ ダンパ １１ 焦点 ２０ 被検体
Claims (3)
- 【請求項１】 焦点に向けて超音波を送出するとともに
前記焦点からの反射波を受信する振動子と、前記振動子
に取付けられたダンパとを備え、被検体よりも音速の小
さな超音波伝搬媒質を介して前記被検体に前記超音波を
送出し、前記超音波伝搬媒質を介して反射波を受信する
超音波探触子において、前記超音波伝搬媒質中における音速Ｖｋおよび前記振動
子の焦点距離ｆと、前記ダンパの長さＬと、前記ダンパ
中における音速Ｖｄとが式「Ｌ／Ｖｄ＞ｆ／Ｖｋ」を満
足するように構成したことを特徴とする超音波探触子 。 - 【請求項２】 前記振動子から送出された前記超音波を
前記焦点に集束させる音響レンズを備えることを特徴と
する請求項１に記載の超音波探触子。 - 【請求項３】 前記振動子は複数の素子から構成され、
それぞれの素子の振動の位相を制御することにより前記
超音波が前記焦点に集束されることを特徴とする請求項
１に記載の超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29121095A JP3338597B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29121095A JP3338597B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09135497A JPH09135497A (ja) | 1997-05-20 |
| JP3338597B2 true JP3338597B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
ID=17765895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29121095A Expired - Lifetime JP3338597B2 (ja) | 1995-11-09 | 1995-11-09 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3338597B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006126068A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | レーザ溶接継手の検査方法及び検査装置 |
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