JPH0117320B2 - - Google Patents
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- JPH0117320B2 JPH0117320B2 JP10477781A JP10477781A JPH0117320B2 JP H0117320 B2 JPH0117320 B2 JP H0117320B2 JP 10477781 A JP10477781 A JP 10477781A JP 10477781 A JP10477781 A JP 10477781A JP H0117320 B2 JPH0117320 B2 JP H0117320B2
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/28—Details, e.g. general constructional or apparatus details providing acoustic coupling, e.g. water
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、広い広帯域特性が得られる超音波探
触子の改良に関する。
触子の改良に関する。
超音波による音響媒質(物体)の測定技術は、
金属探傷や医療診断等の分野で盛んに利用されて
いる。
金属探傷や医療診断等の分野で盛んに利用されて
いる。
このような超音波測定技術では、超音波探触子
から超音波パルスを発射し、音響媒質からの反射
パルスの受信によるパルスエコー法が広く用いら
れている。
から超音波パルスを発射し、音響媒質からの反射
パルスの受信によるパルスエコー法が広く用いら
れている。
パルスエコー法では、一般に1/4波長音響整合
方式によつて広帯域化を図るものである。
方式によつて広帯域化を図るものである。
即ち、第1図の従来の超音波探触子断面図に示
す様に、ダンパー材1上に設けられる圧電振動子
2と、超音波を放射しようとする音響媒質4との
間に、1/4波長の音響整合層3を介在させるもの
である。音響整合層3は圧電振動子2に取付けら
れ且つその厚みは前述の如く音響整合層中の超音
波の波長の1/4に定められる。
す様に、ダンパー材1上に設けられる圧電振動子
2と、超音波を放射しようとする音響媒質4との
間に、1/4波長の音響整合層3を介在させるもの
である。音響整合層3は圧電振動子2に取付けら
れ且つその厚みは前述の如く音響整合層中の超音
波の波長の1/4に定められる。
しかし、この方法では、圧電振動子2の音響イ
ンピーダンスZ0と音響媒質4の音響インピーダン
スZMの値によつて、1/4波長音響整合層3の音響
インピーダンスZ01の選択範囲が限られてしまい、
このため一層の整合層で得られる帯域幅に制限が
あり広帯域が得られない。
ンピーダンスZ0と音響媒質4の音響インピーダン
スZMの値によつて、1/4波長音響整合層3の音響
インピーダンスZ01の選択範囲が限られてしまい、
このため一層の整合層で得られる帯域幅に制限が
あり広帯域が得られない。
このため、更に広帯域が必要な場合には、音響
整合層を2層、3層等と多層の整合層を必要と
し、製造を難しくするものであつた。
整合層を2層、3層等と多層の整合層を必要と
し、製造を難しくするものであつた。
更に、金属探傷の場合の様に、音響媒質4の音
響インピーダンスZMが、圧電振動子2の音響イ
ンピーダンスZ0よりも大きい場合、即ちZM>Z0
の場合、1/4波長音響整合理論に従えば、音響整
合層3の音響インピーダンスZ01は次の関係を持
つ。
響インピーダンスZMが、圧電振動子2の音響イ
ンピーダンスZ0よりも大きい場合、即ちZM>Z0
の場合、1/4波長音響整合理論に従えば、音響整
合層3の音響インピーダンスZ01は次の関係を持
つ。
即ち、圧電振動子2と音響整合層3との間のイ
ンピーダンスの関係は、Z01>Z0であり、又音響
整合層3と音響媒質4との間のインピーダンスの
関係は、ZM>Z01とするものである。
ンピーダンスの関係は、Z01>Z0であり、又音響
整合層3と音響媒質4との間のインピーダンスの
関係は、ZM>Z01とするものである。
このようなインピーダンス関係にあることか
ら、圧電振動子2側から見た2つの境界面におけ
る反射率γ1,γ2はいずれも負になつてしまう。
ら、圧電振動子2側から見た2つの境界面におけ
る反射率γ1,γ2はいずれも負になつてしまう。
即ち、γ1=(Z0−Z01)/(Z0+Z01)
であるが、Z0<Z01であるので、γ1<0となる。
又、γ2=(Z01−Zn)/(Z01+Zn)
であるがZ01<Znであるので、γ2<0となる。
一般に、反射率が正である方が好ましく、反射
率が負であると位相反転等が生じ悪影響をもたら
す。
率が負であると位相反転等が生じ悪影響をもたら
す。
このため、金属探傷等の音響媒質4の音響イン
ピーダンスが圧電振動子2の音響インピーダンス
より大きい場合には、1/4波長整合理論を導入し
ても広帯域化が図れないという問題があつた。
ピーダンスが圧電振動子2の音響インピーダンス
より大きい場合には、1/4波長整合理論を導入し
ても広帯域化が図れないという問題があつた。
本発明の目的は、容易に広帯域化が可能で、し
かも簡単な構成で達成しうる超音波探触子の提供
にある。
かも簡単な構成で達成しうる超音波探触子の提供
にある。
本発明の他の目的は、金属探傷等において広帯
域化を可能とする超音波探触子の提供にある。
域化を可能とする超音波探触子の提供にある。
本発明の別の目的は、広帯域特性の形状を簡単
な構成で種々変化しうる超音波探触子の提供にあ
る。
な構成で種々変化しうる超音波探触子の提供にあ
る。
以下、本発明を図面に従い詳細に説明する。
第2図は本発明の一実施例断面図を示し、第3
図は本発明による送受波利得対周波数特性図であ
る。
図は本発明による送受波利得対周波数特性図であ
る。
図中、1はダンパー、2は圧電セラミツクス、
例えばPZT等、からなる圧電振動子でダンパー
1上に接着等により取付けられる。4は測定され
るべき音響媒質で、6は音響整合層で、本発明で
は1/6波長以下の厚みdを有する。5は充填層で、
圧電振動子2及び音響整合層6より音響インピー
ダンスが低く構成されており、広帯域特性の変化
のために設けられる。7は水、油、グリセリン等
の音響カツプリング材である。
例えばPZT等、からなる圧電振動子でダンパー
1上に接着等により取付けられる。4は測定され
るべき音響媒質で、6は音響整合層で、本発明で
は1/6波長以下の厚みdを有する。5は充填層で、
圧電振動子2及び音響整合層6より音響インピー
ダンスが低く構成されており、広帯域特性の変化
のために設けられる。7は水、油、グリセリン等
の音響カツプリング材である。
以下、本発明の作用効果について説明する。
例えば、音響媒質4が水、圧電振動子2が
PZTの場合には各々の音響インピーダンスはほ
ぼ次の如くなる。
PZTの場合には各々の音響インピーダンスはほ
ぼ次の如くなる。
Z0=33.5×106Kg/m2S
ZM=1.5×106Kg/m2S
この時、1/4波長の音響整合層3を一層とし、
音響インピーダンスZ01が4×106Kg/m2S乃至5
×106Kg/m2Sよりも大となると、探触子にかか
る送信電圧Viと受信時探触子の開放出力電圧V0
との間の送受波利得、即ち20log(V0/Ji)(dB)、
は周波数に対し、第3図の記号aの如く双峰特性
を呈する。更に音響インピーダンスZ01が大とな
ると、双峰特性の山と谷の差は更に大きくなる。
音響インピーダンスZ01が4×106Kg/m2S乃至5
×106Kg/m2Sよりも大となると、探触子にかか
る送信電圧Viと受信時探触子の開放出力電圧V0
との間の送受波利得、即ち20log(V0/Ji)(dB)、
は周波数に対し、第3図の記号aの如く双峰特性
を呈する。更に音響インピーダンスZ01が大とな
ると、双峰特性の山と谷の差は更に大きくなる。
この山と谷の比を許容される一定の値に決めれ
ば、帯域が一意的に定まる。
ば、帯域が一意的に定まる。
即ち、従来の1/4波長整合理論では、広帯域化
に限界があることを示している。
に限界があることを示している。
一方、本発明の如く、音響整合層6の厚みdを
1/4波長よりも小さくしていくと、第3図の記号
b,Cの如く山と谷の差が小さくなるとともに、
帯域も広がることがわかつた。
1/4波長よりも小さくしていくと、第3図の記号
b,Cの如く山と谷の差が小さくなるとともに、
帯域も広がることがわかつた。
即ち、以下の様な構造の探触子で、音響整合層
6の厚みdを種々変化せしめて実験を行つた。
6の厚みdを種々変化せしめて実験を行つた。
圧電振動子2:PZT
(Z0≒33.5×106Kg/m2S) 音響整合層6:鋼(Z01≒45×106Kg/m2S) 厚み20μm ダンパー1:音響インピーダンスZB ≒10×106Kg/m2S 尚、充填層5は設けず、音響整合層6はエポキ
シ樹脂で圧電振動子2に接着した。
(Z0≒33.5×106Kg/m2S) 音響整合層6:鋼(Z01≒45×106Kg/m2S) 厚み20μm ダンパー1:音響インピーダンスZB ≒10×106Kg/m2S 尚、充填層5は設けず、音響整合層6はエポキ
シ樹脂で圧電振動子2に接着した。
係る構造探触子を音響媒質4としての鋼に対し
約30μmのマシーン油の音響カツプリング材7を
介し接触させ、超音波を放射した。この時音響整
合層6の厚みdを1/4波長(従来の構成)、1/
6波長、1/10波長とした時の送受波利得を各々
測定した。
約30μmのマシーン油の音響カツプリング材7を
介し接触させ、超音波を放射した。この時音響整
合層6の厚みdを1/4波長(従来の構成)、1/
6波長、1/10波長とした時の送受波利得を各々
測定した。
その結果第3図に示すように、1/4波長の場合
は曲線a、1/6波長の場合には曲線b、1/10波長
の場合には曲線cが得られた。
は曲線a、1/6波長の場合には曲線b、1/10波長
の場合には曲線cが得られた。
即ち、1/6波長の場合(曲線b)は1/4波長の場
合(曲線a)に比し、山谷の差が半分近く減少
し、且つ帯域は倍となつていることがわかる。
又、1/10波長の場合(曲線c)は山谷の差が殆ん
どなく、しかも帯域も曲線aの2.5倍と広がつて
いることがわかる。
合(曲線a)に比し、山谷の差が半分近く減少
し、且つ帯域は倍となつていることがわかる。
又、1/10波長の場合(曲線c)は山谷の差が殆ん
どなく、しかも帯域も曲線aの2.5倍と広がつて
いることがわかる。
これは、音響媒質4を水、人体等に変えても同
様の特性を示すことを確認した。
様の特性を示すことを確認した。
このことから、少なくとも音響整合層6の厚み
dを1/6波長以下とすると山谷差の少ない広帯域
特性が得られることが理解されよう。
dを1/6波長以下とすると山谷差の少ない広帯域
特性が得られることが理解されよう。
更に、前述の実験例の如く、音響媒質4が金属
の如く、圧電振動子2の音響インピーダンスより
大きくても、充分音響整合が保たれることもわか
つた。
の如く、圧電振動子2の音響インピーダンスより
大きくても、充分音響整合が保たれることもわか
つた。
又、第2図の如く圧電振動子2と音響整合層6
との間に充填層5を設ける。充填層5の音響イン
ピーダンスを圧電振動子2と音響整合層6のそれ
よりも小さくする。
との間に充填層5を設ける。充填層5の音響イン
ピーダンスを圧電振動子2と音響整合層6のそれ
よりも小さくする。
この充填層5によつて前述の広帯域特性の形状
を変化せしめることが可能で、要求に合わせて所
望の特性を与えることが可能である。
を変化せしめることが可能で、要求に合わせて所
望の特性を与えることが可能である。
以上説明した様に、本発明によれば、音響整合
層6の厚みを1/6波長以下にすることにより、山
谷の差が少なく且つ帯域の広い特性が容易に得ら
れ、探触子の広帯域化が図れるとともに、係る探
触子を容易に製造出来るという工業上極めて有用
な効果を奏する。
層6の厚みを1/6波長以下にすることにより、山
谷の差が少なく且つ帯域の広い特性が容易に得ら
れ、探触子の広帯域化が図れるとともに、係る探
触子を容易に製造出来るという工業上極めて有用
な効果を奏する。
しかも、低音響インピーダンスの充填層を圧電
振動子と音響整合層間に設けることにより、特性
を種々に変更しうるため探触子の設計が容易とな
る。
振動子と音響整合層間に設けることにより、特性
を種々に変更しうるため探触子の設計が容易とな
る。
第1図は従来の超音波探触子断面図、第2図は
本発明の一実施例断面図、第3図は本発明による
特性説明図である。 図中の記号は以下を示す。1…ダンパー材、2
…圧電振動子、3,6…音響整合層、4…音響媒
質、5…充填層、7…音響カツプリング材。
本発明の一実施例断面図、第3図は本発明による
特性説明図である。 図中の記号は以下を示す。1…ダンパー材、2
…圧電振動子、3,6…音響整合層、4…音響媒
質、5…充填層、7…音響カツプリング材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 ダンパー上に設けられる圧電振動子と、該圧
電振動子の音響媒質側に設けられる1/6波長以下
の厚みの音響整合板とを備えることを特徴とする
超音波探触子。 2 ダンパー上に設けられる圧電振動子と、該圧
電振動子の音響媒質側に設けられる1/6波長以下
の厚みの音響整合板と、該圧電振動子と該整合板
間に設けられる該振動子及び整合板よりも音響イ
ンピーダンスの小さい層とを備えることを特徴と
する超音波探触子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10477781A JPS586461A (ja) | 1981-07-04 | 1981-07-04 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10477781A JPS586461A (ja) | 1981-07-04 | 1981-07-04 | 超音波探触子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS586461A JPS586461A (ja) | 1983-01-14 |
JPH0117320B2 true JPH0117320B2 (ja) | 1989-03-29 |
Family
ID=14389902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10477781A Granted JPS586461A (ja) | 1981-07-04 | 1981-07-04 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS586461A (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6030298A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-15 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 超音波送受波器 |
JPS61194999A (ja) * | 1985-02-23 | 1986-08-29 | Terumo Corp | 超音波探触子 |
JP4685129B2 (ja) * | 2008-05-12 | 2011-05-18 | Jfeシビル株式会社 | 非破壊探傷方法とその装置 |
-
1981
- 1981-07-04 JP JP10477781A patent/JPS586461A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS586461A (ja) | 1983-01-14 |
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