JPH0211866B2 - - Google Patents

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JPH0211866B2
JPH0211866B2 JP56182709A JP18270981A JPH0211866B2 JP H0211866 B2 JPH0211866 B2 JP H0211866B2 JP 56182709 A JP56182709 A JP 56182709A JP 18270981 A JP18270981 A JP 18270981A JP H0211866 B2 JPH0211866 B2 JP H0211866B2
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JP
Japan
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ultrasonic
focused
cathode ray
ray tube
wave
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Noritoshi Nakabachi
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/10Amplitude; Power
    • G01H3/12Amplitude; Power by electric means
    • G01H3/125Amplitude; Power by electric means for representing acoustic field distribution
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating 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
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/024Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves

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  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、観察すべき対象物を通過する超音波
の変化を干渉法により検出する超音波非破壊検査
装置に関するものである。
従来、液体や気体の音速を精密に測定する方法
として、干渉の原理を利用する超音波検査法がよ
く用いられている。この干渉を生じさせる方法と
しては、超音波の周波数を変化させる方法と、超
音波の伝搬路長を変化させる方法がある。
第1図は、超音波の伝搬路長を変化させる超音
波非破壊検査装置(著者、菊池喜充、奥山大太
郎、日本音響学会講演論文集、昭和42年2月、第
181頁参照)のブロツク図を示したもので、1は
高周波発振器、2はパルス変調器、3は送受波
器、4は減衰器、5は混合器、6は検波器(整流
器)、7は陰極線管であり、送受波器3は試料液
体8を入れた容器9の底部に装着され、また容器
9の底部に排出口10が設けられ、容器9の側面
に試料液体8の高さを測定する読取顕微鏡11が
設けられている。
このように構成した従来の超音波非破壊検査装
置において、発振周波数の高周波発振器1から
発生する連続電気信号をパルス変調器2で高周波
パルス信号に変調し、これを超音波トランスジユ
ーサである送受波器3に印加することにより、被
測定物である試料液体8の中にパルス超音波を発
生させる。このパルス超音波は送受波器3に対向
して平行に設けられた反射面、即ち試料液体8の
液面8′によつて反射され、再び送受波器3に戻
り、電気的パルス信号に変換され、高周波発振器
1から発生する連続電気信号の一部が減衰器4等
で適当な信号強度に調整された参照信号と混合器
5で混合され、検波器6で検波され、陰極線管7
に表示される。この時、高周波発振器1の発振周
波数を一定に保つたままで、超音波の伝搬路
長、即ち2Lを変化させると、この伝搬路長が半
波長変わるごとに、陰極線管7上に表示される反
射パルス信号の振幅が極大値と極小値が交互に繰
り返し表示される。この従来例では、伝搬路長を
変化させるために、液体試料8を入れた容器9の
底に設けた排出口10から試料液体8を徐々に排
出して、試料液面8′を次第に低くする。この変
化量を読取顕微鏡11で読みながら、前述の反射
パルス波の振幅に極大あるいは極小を与える伝搬
路長の変化を精密に測定すれば、周波数が既知
であるので、試料液体中の音速が求められる。
第2図は、他の従来例の超音波非破壊検査装置
のブロツク図を示したもので、第1図と同一符号
の部分は同一のものを示しているが、この従来例
では、パルス変調器2に送波器12が接続され、
混合器5に受波器13が接続され、送波器12と
受波器13の間の距離Lで与えられる伝搬路長を
変化させ、移動させた受波器13の下面の位置を
読み取り顕微鏡10で読み取ることにより、前述
の従来例と同じ原理で、液体中を伝搬する超音波
の音速を測定することができる。なお、この従来
例では、液体中に放射する超音波は連続波でもよ
く、必ずしもパルス超音波である必要はない。
以上説明した従来例では、送受波器3と試料液
体面8′の間または送波器12と受波器13の間
の距離L、即ち音波の伝搬路長の変化は僅かであ
り、それを精密に変化させて読み取ることは極め
て熟練を要する技術であり、かなりの測定時間を
要していた。また超音波トランスジユーサは平面
波用の送受波器を使用しているので、被測定物の
2次元的な音速分布の計測ができないという欠点
があつた。
本発明は、上記従来例の欠点を解消するため
に、観察すべき対象物に集束超音波を照射するた
めの集束型超音波発生素子と、該集束型超音波発
生素子から照射された前記集束超音波が前記対象
物内部で変化を受けた超音波エネルギーを、前記
集束超音波が照射された前記対象物内の微小部分
において集束して検出する集束型超音波集音素子
と、前記集束型超音波発生素子または前記集束型
超音波集音素子のいずれかを前記集束超音波の伝
播方向で微小に振動させる加振器と、前記集束型
超音波集音素子の出力と高周波発振器からの参照
信号とを混合して垂直軸に入力する陰極線管と、
前記加振器を振動させる信号と前記陰極線管の水
平軸掃引を行なわせる信号を出力する低周波発振
器とからなり、前記陰極線管に表示された波形と
前記集束超音波の周波数及び前記加振器の振幅に
より、前記対象物における超音波の速度を求める
ことを特徴とし、その目的は音速を正確に、かつ
迅速に測定することができる超音波非破壊検査装
置を提供するものである。以下、図面により実施
例を詳細に説明する。
第3図は、本発明の一実施例の超音波非破壊検
査装置のブロツク図を示したもので、14は高周
波発振器、15はパルス変調器、16は容器17
内の被測定液体18の上部に装着された送波器、
19は減衰器、20は混合器、21は容器17の
底部に設けられた受波器、22は陰極線管、23
は低周波発振器、24は送波器16を加振する加
振器、25は陰極線管22に入力する低周波信号
を所定のレベルに減衰する減衰器であり、送波器
16と受波器21は焦点深度の深い集束型超音波
トランスジユーサであり、送波器16及び受波器
21は共焦点になるように配置され、また送受波
器16,21間の距離を精度良く、微小に変化さ
せるために、送波器16に加振器24が連結され
ている。
次に、本実施例の動作を説明する。今、送波器
16は加振器24によりZ方向に変位し、その変
位量ΔZは時間tに対して正弦波的に振動してい
る。即ち、ΔZ=Asinωtである。ここで、Aは基
準位置よりの最大振幅であり、ωは角周波数であ
る。この送波器16の変位置ΔZに同期させて、
Bsinωtで陰極線管22の水平軸掃引をさせる。
一方、高周波発振器14から発生する連続電気信
号をパルス変調器15で高周波パルス信号に変調
し、送波器16に印加すると、試料液体17中に
パルス超音波が発生し、受波器21に伝搬され
る。また高周波発振器14からの参照信号は減衰
器19で受波器21で受信した透過信号と同レベ
ルにされ、混合器20で受波器21からの電気信
号と混合され、この混合波出力は陰極線管22の
垂直軸に入力される。
このようにすると、陰極線管22の表示面に
は、第4図に示したような極大と極小が周期的に
生じる波形が描かれる。ここで、この陰極線管の
水平軸走査の振幅はBであるので、伝搬路長の周
期的な変化は陰極線管22では、B/A倍に拡大
される。従つて、第4図に示した陰極線管22の
面上で、相隣る極小間の距離ΔBを測定すれば、
試料液体中の波長は、ΔB×(A/B)として計
測されることになる。一般に、比B/Aにおける
Aは、従来行なわれているように予め光学的手法
により測定し、所定の値に設定しておくか、ある
いは比B/Aを音速が既知の媒体、例えば水など
によつて予め較正しておくことにより、比B/A
を100程度に設定することは容易である。このよ
うにすることにより、超音波の周波数をFとする
と、試料液体17中の超音波の速度υは、 υ=F×ΔB×(A/B) として求められる。
次に、具体例を説明する。
〔具体例〕
試料液体として水を使用し、超音波の周波数F
を2MHz、加振器の振幅Aを1mm、加振器の振動
の角周波数ωを、ω=2π・50Hz、送受波器の深
度が1mm以上の凹面トランスジユーサを対向さ
せ、共焦点に配置すると、陰極線管の表示面上の
水平軸振幅Bが5cmとなるので、比B/Aは50と
なる。第4図に示したような波形からΔBを測定
すると、ΔBは37.7mmであつた。従つて、音速υ
は、 υ=F×ΔB×(A/B)=2×106×37.7×10-3
×(1/50)=1508(m/sec) となる。
次に、第3図に示した本実施例の超音波非破壊
検査装置において、試料液体17中に、この試料
液体と音速が異なり、厚さが一様な物質26を第
5図に示したように挿入すると、陰極線管22で
表示された混合波の出力に極大または極小を与え
る送波器16と受波器21の間の距離は、試料液
体のみの場合より僅かにシフトする。従つて、こ
の挿入する物質26の厚さをl、音速をυ1とし、
前述の方法で測定した既知の試料液体17の音速
をυ0とすると、シフト量ΔLは、 ΔL=l(1−υ0/υ1) となる。ここで、物質26の厚さが分かつていれ
ば、その音速υ1は、 υ1=υ0/(1−ΔL/l) として計算することができるが、このΔLを精密
に計算することは容易ではない。
従つて、本発明では、物質26を挿入する前
と、挿入したときの干渉波形のシフト量を同じ陰
極線管22の表示面上で比較することにより、こ
のΔLを簡単に測定することができるものである。
即ち、第6図において、送波器16及び受波器2
1としては、集束超音波トランスジユーサを用
い、参照媒体となる音速が既知の試料液体からな
る超音波の伝搬経路を超音波ビームが透過するよ
うに送受波器16,21を設定し(第6図A参
照)、前述の実施例のように陰極線管22の表示
面上に波形をかかせ、この波形をメモリスコープ
などに記録しておき、次に、第6図Bに示したよ
うに送受波器16,21を被測定物26を介在さ
せた伝搬経路に移動させ、同様に同じ陰極線管2
2の表示面上に波形を描かせると、第7図Aに示
したように被測定物質を介在させない伝搬経路に
おける波形において、混合波出力が最小となる
ΔZ=ΔZ1の値を示すx1の点では、第7図Bに示
したように被測定物質を介在させた波形は最小に
ならず、x2の点において最小になる。ここで、送
波器16を受波器21に近ずけると、陰極線管2
2のx(水平)軸上で出力の極大または極小が第
7図の左方に移動するように設定すれば、第7図
Bの極小点x2は、被測定物体26を通過する超音
波の音速が速い場合は、第7図Aの波形の極小点
x1の左側にずれ、遅い場合は、右側にずれる。こ
の差Δx=x1−x2を測定することによつて、ΔLが
求められる。
なお、上記実施例の説明では、加振器24を送
波器16に接続したが、受波器21に接続しても
よいことは云うまでもない。
以上説明したように、本発明によれば、送波器
または受波器を加振器で振動させ、また加振器を
駆動する低周波数の信号で、被測定伝搬経路を通
過した超音波ビームを陰極線管のx(水平)軸方
向に走査することにより、陰極線管の表示面上で
被測定物体の音速の違いを容易に知ることがで
き、測定が非常に簡単になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は、従来の超音波非破壊検査装
置のブロツク図、第3図は、本発明の一実施例の
超音波非破壊検査装置のブロツク図、第4図は、
第3図の陰極線管に表示した超音波の波形図、第
5図は、第3図の送受波器の間に被測定物体を介
在させて測定する状態を示した図、第6図は、本
発明の他の測定方法を示した図、第7図は、第6
図の測定方法により陰極線管に表示した波形を示
した図である。 14……高周波発振器、15……パルス変調
器、16……送波器、17……試料液体、18…
…容器、19……減衰器、20……混合器、21
……受波器、22……陰極線管、23……低周波
発振器、24……加振器、25……減衰器、26
……被測定物体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 観察すべき対象物に集束超音波を照射するた
    めの集束型超音波発生素子と、該集束型超音波発
    生素子から照射された前記集束超音波が前記対象
    物内部で変化を受けた超音波エネルギーを、前記
    集束超音波が照射された前記対象物内の微小部分
    において集束して検出する集束型超音波集音素子
    と、前記集束型超音波発生素子または前記集束型
    超音波集音素子のいずれかを前記集束超音波の伝
    播方向で微小に振動させる加振器と、前記集束型
    超音波集音素子の出力と高周波発振器からの参照
    信号とを混合して垂直軸に入力する陰極線管と、
    前記加振器を振動させる信号と前記陰極線管の水
    平軸掃引を行なわせる信号を出力する低周波発振
    器とからなり、前記陰極線管に表示された波形と
    前記集束超音波の周波数及び前記加振器の振幅に
    より、前記対象物における超音波の速度を求める
    ことを特徴とする超音波非破壊査装置。
JP56182709A 1981-11-13 1981-11-13 超音波非破壊検査装置 Granted JPS5883256A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56182709A JPS5883256A (ja) 1981-11-13 1981-11-13 超音波非破壊検査装置
US06/439,581 US4492117A (en) 1981-11-13 1982-11-05 Ultrasonic nondestructive test apparatus
DE3241815A DE3241815C2 (de) 1981-11-13 1982-11-11 Ultraschall-Prüfvorrichtung

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JP56182709A JPS5883256A (ja) 1981-11-13 1981-11-13 超音波非破壊検査装置

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JPS5883256A JPS5883256A (ja) 1983-05-19
JPH0211866B2 true JPH0211866B2 (ja) 1990-03-16

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56182709A Granted JPS5883256A (ja) 1981-11-13 1981-11-13 超音波非破壊検査装置

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JP (1) JPS5883256A (ja)
DE (1) DE3241815C2 (ja)

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JPS5883256A (ja) 1983-05-19
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