JPH0120366B2 - - Google Patents

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JPH0120366B2
JPH0120366B2 JP53118087A JP11808778A JPH0120366B2 JP H0120366 B2 JPH0120366 B2 JP H0120366B2 JP 53118087 A JP53118087 A JP 53118087A JP 11808778 A JP11808778 A JP 11808778A JP H0120366 B2 JPH0120366 B2 JP H0120366B2
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wave signal
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Esu Heiman Josefu
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NASHONARU EERONOOTEIKUSU ENDO SUPEESU ADOMINISUTOREESHON
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NASHONARU EERONOOTEIKUSU ENDO SUPEESU ADOMINISUTOREESHON
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    • G01N29/34Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/341Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics
    • G01N29/345Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics continuous waves
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波、特に、液体、気体および固
体内における音響特性及びその変化の測定装置に
関する。
従来からの超音波測定装置としては、一般に、
パルス反響装置と、連続波(CW)装置との二つ
がある。パルス反響装置の欠点は、音波が単色的
でなくコヒーレンシイもない上に、測定に際し広
い帯域巾とデユーテイサイクル(衝撃係数)効果
を要求され、非常に急速な立ち上り時間の電子装
置と、高いピーク電力とを通常必要とし、計器が
複雑、高価になることにある。
CW装置の主な欠点は、測定の解析を複雑にす
る〓クロストーク″(電気的漏洩)にある。クロ
ストークを低減するためには、送信変換器から受
信変換器を分離するような配慮をせねばならな
い。この問題の解決には、高い音響的結合性を有
し乍らも高い電気的絶縁性を有する複雑な変換器
を必要とする。しかも、これは部分的な解決にし
かならない上に、この複雑な変換器は、高価とな
るにも係らず電気的に脆弱である。
「科学計器の展望」(The Review of
Scientific Instruments;第40巻、第7号、915〜
920頁、1969年7月)に発表されたJ.G.ミラーと、
D.I.ボレフとによる「〓サンプル型連続波″超音
波技術とスペクトロメータ」に開示されたサンプ
ル型連続波(SCW)装置は、CW源をゲートで遮
断して所望の音響減衰度となるサンプルを待つよ
うになつている。これは、クロストークのない
CW超音波測定装置に近づくが、デユーテイサイ
クルに限界を有する欠点を備えている。即ち、全
サイクルの時間に対する信号の時間の比が小さく
なつている。
以上に鑑み、本発明の主目的は、欠陥を伴わず
にクロストークのない超音波測定装置を提供する
ことにある。
図示の本発明の一実施例によると、第1図の符
号11は、当初、例えば、5×106Hzのラジオ周
波数を発生するバラクタ同調型等の電圧制御オシ
レータ(VCO)を示す。VCOの出力は、例えば
70db以上のオン、オフゲイン比を有するゲート
増巾器12で大きく増巾される。増巾器12の出
力は低インピーダンスとなるようにバツフア13
で緩衝された後、電気的ラジオ周波数信号をボル
ト15等の試験体へ与える音波に変換する変換器
14に供給される。試験体としてはボルト15が
第1図に示されているが、本発明は、液体、気
体、プラズマまたは固体の任意のサンプルに作用
可能なものである。VCO11は、1KHzオシレー
タ16で周波数変調(FM)されており、オシレ
ータ16の方形波出力は、バンドパス増巾器17
で正弦波に変換された後、加算増巾器18を介し
てVCO11に加えられている。
10KHzオシレータ19からの出力は、バツフア
20を介して増巾器12に与えられるが、この出
力は、短い時間、例えば、10マイクロ秒間、オシ
レータ19の各サイクルにおいてゲート増巾器1
2をオフにするように働く。増巾器12がゲート
をオフとされている時間中に、サンプル15内の
音響エネルギの幾らかは、変換器14で電気信号
に戻され、ミキサ21を通過する。また、オシレ
ータ19からの出力は、ゲート増巾器12がゲー
トをオフにしているときにのみ、インバータ22
を介してミキサ21に加えられる。ミキサ21を
通過する信号は、検出増巾器23で検出されて増
巾された後、サンプルホールド回路24に加えら
れる。また、オシレータ19の出力は、ゲート増
巾器12がゲートをオフにされた後の過度時間
中、信号をサンプルしないように、遅延論理回路
25を介して該回路に加えられる。サンプルホー
ルド回路24でサンプルされた各信号は、次の信
号がサンプルされるまで保持される。サンプルホ
ールド回路24の出力は、バンドパス増巾器26
を介して直流電圧の正弦波を生じる。この信号
は、可変位相シフタ27を介して位相検出器(フ
エーズデテクタ)28へ加えられる。
オシレータ16の出力は、バツフア29を介し
て位相検出器28に加えられる。可変位相シフタ
27の出力の信号の位相が、バツフア29の出力
の信号の位相に一致すれば、位相検出器28は、
直流電圧を積分する積分器30にスイツチ35を
介して正の直流電圧を加える。2つの信号の位相
が一致しないときは、位相検出器28は、負の直
流電圧を積分器30に加える。従つて、積分器3
0は、常に変化する直流電圧レベルを形成する。
この直流電圧レベルは、凝似連続波(PCW)で
ある。この直流電圧は、加算増巾器18で増巾器
17からの出力に加算された後、VCO11に加
えられる。また、積分器30の出力は、サンプル
としてのボルト15の機械的共振ピークの周波数
シフトを表示するように、ローパスフイルタ31
を通過した後、直流電圧計32で測定される。サ
ンプルホールド回路24の出力は、ボルト15内
の減衰度を表示するため、直流電圧計33で測定
される。機械的共振ピークの周波数シフトは、
VCO11の出力に接続された周波数読取り回路
34を使用して測定可能である。
この装置を作用させる時には、サンプルボルト
15を弛め、該ボルトに歪を与えない状態にして
おいてから運転し、可変位相シフタ27を調整し
て、電圧計33に最大の読みを与えるようにす
る。このようにすれば、VCO11の出力周波数
が、サンプルボルト15の機械的共振ピークの周
波数に等しいようになる。而して、スイツチ35
は、閉じられ、従つて、PCWをボルトの共振点
にロツクする。こうしておいて、サンプルボルト
15を締付けていき、歪が該ボルトに生じるよう
にする。すると、機械的共振ピークの周波数はシ
フトされる。このシフトが、第2図の曲線Aで示
す様な周波数応答曲線の上向きの傾斜上に乗るバ
ンドパス増巾器17の出力正弦波であるとすれ
ば、可変位相シフタ27の出力に発生する正弦波
は、曲線Bで示すようになる。この図から判かる
ように、曲線Bは、曲線Aと同一の位相にある。
従つて、位相検出器28は、正の直流電圧を積分
器30に加え、積分器30は、その出力の直流電
圧を上昇する。VCO11に加えられる直流電圧
のこの上昇は、VCO11の出力の周波数を増大
し、該周波数は、周波数応答曲線のピークの周波
数に接近する。これと異なり、バンドパス増巾器
17の出力の正弦波が、第2図の曲線Cで示す如
く、サンプルボルト15の機械的共振ピークの下
向きの傾斜上で作用しているとき、可変位相シフ
タ27の出力に形成される正弦波は、曲線Dで示
される。曲線Dは、曲線Cに180゜位相が相違して
いることが認められる。従つて、位相検出器17
は、負の直流電圧を積分器30に加え、積分器3
0は、その出力での直流電圧レベルを低減する。
VCO11に加えられる直流電圧のこの低減は、
周波数応答曲線のピークの周波数の方向でVCO
11の出力周波数を低減する。以上の所から、
VCO11の出力は、常に、サンプルボルト15
の機械的共振ピークの周波数にほゞ対応する周波
数となる。電圧計32または周波数読取り回路3
4で測定される周波数のシフトは、ボルト15の
歪を表示することができる。
第1図に示される総ての電気的構成要素は、従
来からのものであつて周知であり、市場で入手可
能である。従つて、これ等の構成要素の詳細は、
本明細書では開示する必要もない。
従来の超音波測定装置に優る本発明の利点は多
くある。本発明の装置は、パルス反響装置の様
に、多くの周波数と位相とを包含する広いバンド
の測定を必要としない。また、本発明の装置は、
大低のCW装置が有するクロストークを有してい
ない。本発明の装置は、上述のSCWの如くデユ
ーテイサイクルの限界がなく、信号をより頻繁に
サンプルでき、SCWよりも大きい信号対ノイズ
(S/N)比を有している。
SCWに優る本発明の利点は、SCWでは、サン
プルの音響応答が送信装置をオンにするごとに零
から形成されねばならないことに主として基づ
く。一方、本発明では、音響応答は、送信装置が
オフになるごとに、CWの均衡よりも僅かに低下
するのみである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の概略構成図、第2
図は本発明の作用を説明する目的の機械的共振応
答曲線の説明図で、図中、11は電圧制御オシレ
ータ、12はゲート増巾器、14は変換器、15
はボルト、18は加算増巾器、23は検出増幅
器、24はサンプルホールド回路、28は位相検
出器、32,33は直流電圧計、34は周波数読
取り回路を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電圧制御発振器の出力を周波数変調する変調
    波信号と; 上記電圧制御発振器の上記周波数変調された出
    力を試験体に与える変換器手段と; 上記電圧制御発振器から上記試験体へ与えられ
    る上記出力を周期的に阻止する手段と; 上記阻止期間中の各々において上記試験体中の
    音響信号を検出し、その検出結果から連続波信号
    を形成する手段と; 上記変調波信号の位相と上記連続波信号の位相
    とを比較し、それらの間に位相差があつたときに
    は負の直流電圧を、それらの間に位相差がなかつ
    たときには正の直流電圧を生成する手段と; 上記変調波信号が上記電圧制御発振器に与えら
    れる前において該変調波信号に上記直流信号を加
    算する手段と; を有し、もつて上記電圧制御発振器の出力周波数
    を上記試験体の機械的共振ピーク周波数に維持す
    ることを特徴とする試験体の音響特性測定装置。
JP11808778A 1977-12-08 1978-09-27 Device for measuring acoustic characteristics Granted JPS5480172A (en)

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