JPH01232256A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波探触子に係り、特に１例えば水中にあ
る被検体中の一点に超音波の焦点を結ばせるのに好適な
音響レンズを具備した超音波探触子に関するものである
。

［従来の技術］ 従来の焦点形超音波探触子に用いられる音響レンズは、
そのレンズ面が球面のもの、あるいは、例えば特開昭５
９−１７１８５８号公報記載のように放物面のものがあ
った。

これらの音響レンズを用いた場合には、超音波を、単一
の媒質、例えば水中で一点に収束させて焦点を結ばせる
ことができた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、音響レンズ面に球面あるいは放物面を
用いているため、水中では超音波が一点で焦点を結ぶが
、超音波が水中から被検体へ入射する場合、被検体表面
で音波が強く屈折することに起因して、超音波が被検体
内で一点に焦点を結ばなくなり、探傷感度や検出精度が
低下するという問題があった。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、例えば水中など単一媒質中の被検体内
の１点に超音波の焦点を結ばせて超音波エネルギーを集
中させ、欠陥に対する探傷感度を検出精度の優れた超音
波探傷を行いうる超音波探触子を提供することを、その
目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る超音波探触子
の構成は、超音波振動源と音響レンズとからなり、被検
体を超音波探傷する超音波探触子において、上記音響レ
ンズのレンズ面が、超音波の媒質となる当該音響レンズ
、被検体の存在する単一媒質、および被検体のそれぞれ
の超音波伝は音速と、レンズ軸における音響レンズ面、
被検体表面間の距離と、レンズ軸における前記被検体表
面、超音波が焦点を結ぶべき前記被検体内の被探傷位置
間の距離とを定数として、関数式により設定した曲面を
有するものである。

なお付記すると、上記目的は、端的に言えば、被検体表
面での超音波の屈折に起因する収差を考慮した音響レン
ズのレンズ面を設定することにより、達成される。

［作用］ 被検体内に設定した焦点位置（被探傷位置）に、超音波
探触子の全ての超音波が収束する条件を演算によって求
め、同条件を満足する音響レンズ面を用いれば、被検体
内の一点に超音波の焦点を結ばせることの可能な音響レ
ンズを具備した超音波探触子が得られる。

［実施例］ 以下、本発明の各実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る超音波探触子におい
て、超音波が音響レンズを通り被検体内に焦点を結ぶ状
態を示す模式図である。図では超音波振動源、レンズハ
ウジング等の図示を省略しているが、超音波振動源を音
響レンズに隣接ないし一体的に配置して超音波探触子が
構成されることは言うまでもない。

第１図において、１は音響レンズで、この音響レンズ１
は、超音波の縦波が伝ばする音速がＣＬとなる材料を用
いた音響レンズ（以下単に音速ＣＬの音響レンズという
）であり、図は、音速Ｃ５の音響レンズ１をそのレンズ
軸を含む平面で切った場合の断面形状を示している。レ
ンズ面１ａの描く曲線はＸｒ　ｙ軸平面上で、関数ｙ＝
ｆ　（ｘ）で与えられるものとする。ここに、レンズ軸
はＸ軸と−致し、かつ、曲線ｙ＝ｆ　（ｘ）は原点Ｏを
通るものとする。

２は被検体であり、超音波の伝ばする音速はＣ８である
。被検体２の表面２ａと音響レンズ１のレンズ面１ａと
のレンズ軸（Ｘ軸）における距離はＷである。

３は、超音波の伝は経路を示す。

また、音響レンズ１と被検体２との間は単一媒質に係る
音速Ｃ１の水で満たされている。

点Ｐ　（ｘ＋　ｙ）は、曲線ｙ＝ｆ　（ｘ）上の任意の
点である。

Ｆは、超音波が焦点を結ぶべき前記被検体２内の被探傷
位置であり、レンズ軸（Ｘ軸）における被検体２の表面
２ａと被探傷位置Ｆとの距離はＤである。

レンズ面の点Ｐ　（ｘ、　ｆ　（ｘ）　）を通った超音
波が、被検体２の表面２ａからＤの深さにある１点すな
わち被探傷位ｉＦを通るような音響レンズ１のレンズ面
形状を示す関数ｙ＝ｆ　（ｘ）は、音響レンズ１、被検
体２の存在する水、および被検体２のそれぞれの超音波
伝は音速（単に音速という）ＣＬ、Ｃ，、ｃｏと、 レンズ軸における音響レンズ面１ａ、被検体表面２８間
の距離Ｗと、 レンズ軸における被検体表面２ａ、被検体２内の被探傷
位置Ｆ間の距ＨＤとを 定数として、幾何学的考察から次式を満足すればよい。

であり、点Ｐ　（ｘ、　ｆ　（ｘ）　）における法線と
Ｘ軸とがなす角度を表わしている。

ただし、音響レンズ１中の超音波の伝は方向はＸ軸と平
行とした。

（１）式から明かなように、 関数ｙ＝ｆ　（ｘ）は、定数ｃＬ、　ｃ、、　ｃ、、　
ｗ。

およびＤが与えられれば１つに定まり、特定の被検体の
特定の深さに超音波の焦点を結ばせるための音響レンズ
のレンズ面の形状が設定される。

本実施例で示した音響レンズを具備した超音波探触子は
、特定の材料（被検体）の特定の深さにある欠陥等を高
感度、高精度で探傷する専用探触子となる。しかし、音
響レンズを交換式にして種々の音響レンズを用いること
により、任意の材料（被検体）の任意の深さにある欠陥
を高感度、高精度で探傷することが可能である。

上記第１図の実施例では、超音波が音響レンズ１内を伝
ばする場合について述べたが、本発明は、超音波をレン
ズ面で反射させる場合の音響レンズについても適用でき
る。

第２図は、本発明の他の実施例に係る反射式音響レンズ
を用いた超音波探触子において、超音波が被検体内に焦
点を結ぶ状態を示す略示構成図である。図中、第１図と
同符号のものは同等部分を示す。

第２図において、４は、反射式音響レンズ、５は、超音
波振動源側のレンズ端面、６は、被検体２側のレンズ端
面、７は、反射面となるレンズ側面である。８は、超音
波振動源となる振動子、９は高周波電源を示す。

３′は、超音波伝は経路を示し、反射式音響レンズ４の
レンズ軸Ｘに平行に伝ばする超音波は、レンズ側面７で
反射し、実線矢印のようにレンズ端面６に至り、屈折し
て水中を伝ばし、被検体２でさらに屈折して被検体２内
の被探傷位置Ｆで焦点を結ぶ。

このような反射式音響レンズも、第１図の実施例に準じ
て、当該音響レンズ、水、被検体のそれぞれの超音波伝
は音速と、レンズ軸におけるレンズ端面、被検体表面間
の距離と、レンズ軸における被検体表面、被探傷位置間
の距離とを定数として、幾何学的考察から得られる計算
式（省略）により音響レンズの反射面の形状が設定され
るものである。

なお、上記の各実施例では、被検体が水中にある例を説
明したが、本発明は水中の物体の超音波探傷に限らず、
被検体の存在するところが、超音波伝は上の単一媒質に
係る他の流体内でも差支えない。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、例えば水中など単
一媒質中の被検体内の１点に超音波の焦点を結ばせて超
音波エネルギーを集中させ、欠陥に対する探傷感度や検
出精度の優れた超音波探傷を行いうる超音波探触子を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例に係る超音波探触子におい
て、超音波が音響レンズを通り被検体内に焦点を結ぶ状
態を示す模式図、第２図は、本発明の他の実施例に係る
反射式音響レンズを用しまた超音波探触子において、超
音波が被検体内に焦点を結ぶ状態を示す略示構成図であ
る。 １・・・音響レンズ、１ａ・・・音響レンズ面、２・・
・被検体、２ａ・・・被検体表面、３，３′・・・超音
波伝は経路、４・・・反射式音響レンズ、７・・・レン
ズ側面、８・・・振動子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波振動源と音響レンズとからなり、被検体を超
   音波探傷する超音波探触子において、上記音響レンズの
   レンズ面が、 超音波の媒質となる当該音響レンズ、被検体の存在する
   単一媒質、および被検体のそれぞれの超音波伝ぱ音速と
   、 レンズ軸における音響レンズ面、被検体表面間の距離と
   、 レンズ軸における前記被検体表面、超音波が焦点を結ぶ
   べき前記被検体内の被探傷位置間の距離とを 定数として、関数式により設定した曲面を有することを
   特徴とする超音波探触子。