JPH02216007A

JPH02216007A - 超音波トランスジューサ

Info

Publication number: JPH02216007A
Application number: JP1036066A
Authority: JP
Inventors: Michio Sato; 道雄佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-02-17
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1990-08-28

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、超音波計測装置に使用する超音波トランスジ
ューサに関する。

（従来の技術）原子力発電プラント等の配管の健全性を確認するため超
音波計測が行われている。超音波計測では、超音波トラ
ンスジューサが使用される。超音波計測に使用さ、れる
超音波トランスジューサには超音波探傷用トランスジュ
ーサ、超音波板厚計測用トランスジューサ等様々な種類
のトランスジュサが使用されている。とくに、超音波板
厚計測用トランスジューサとしては第５図に示したよう
なものが使用されている。

第５図は従来の超音波板厚計測用トランスジュサＡの構
造を示したものである（参考文献：Ｎ１ｎｔｈ　Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　
Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ、
Ａｐｒｉ１１９８８）。第５図において、超音波の送受
信を行う圧電体１は、ケース２に収納されている。−圧
電体１は、電極３ａおよび電極３ｂに挾まれている。電
極３ａの上方には充填材４があり、圧電体１および電極
３ａ、　３ｂを固定している。電極３ａおよび電極３ｂ
にはリード線５ａ、　５ｂが取付けられており、ケース
１の外に導かれている。

第６図は第５図に示した超音波トランスジュサＡの使用
法を示したものである。超音波トランスジューサＡはリ
ード線５ａ、　５ｂによって高周波パルス電源６と接続
されると同時に超音波受信器７にも接続されている。超
音波受信器７の出力はオシロス、コープ８等の波形表示
装置に接続されている。超音波トランスシュ〜すＡは検
査する配管９等の表面に水・機械油・グリス等のカッブ
ラント１０を介して対向させる。リード線５ａ、　５ｂ
に高周波パルス電圧を印加すると、圧電体１は共振し第
７図の１３ａの超音波が発生する。この超音波がカッブ
ラント１０を経由して、検査する配管９の内部に伝搬し
、配管の内面１１で反射して再び、配管表面１２に伝搬
してくる。この反射超音波の一部は１配管の表面１２で
反射して配管の内面１１に伝搬し配管の内面１１で反射
して再び配管の表面１２に伝搬してくるため、第７図の
ようにオシロスコープ８に表示された反射の受信波形１
３ｂ〜１３ｅは繰り返しのパルス波形となる。このパル
スの時間間隔は、超音波が配管内部を伝搬する時間であ
り、パルスの時間間隔Ｔを計測することにより、配管の
板厚を計測することができる。ここで、配管の板厚ｔは
っぎのように求まる。

ｔ＝ｖＸＴ／２・・・・・・・・（１）ここで、ｖ　（
ｍ／５ｅｅ）は配管材料の音速度である。

第８図は、オシロスコープ８に表示された波形１３ｂを
拡大して表示したものである。ひとつの超音波パルスは
このように多くの多重反射波から構成される。

つぎに第９図に基づき超音波トランスシュ″−サの動作
を説明する。圧電体１にリード線５ａ、　５ｂを介して
、高周波パルス電源６から、高周波パルスを印加すると
、圧電体１内に超音波が発生する。

この超音波は、圧電体１の上面と圧電体１の下面（配管
と対向する面）に伝搬する２つの超音波１４ａ　、　１
４ｂに分解される。圧電体１の下面（配管と対向する面
）に伝搬する超音波１４ｂはカッブラントｌＯを経由し
て、配管に伝搬し検査に有効となる超音波であるが、圧
電体１の工面に伝搬する超音波は、−変圧電体１の上面
で反射して再び圧電体１中を伝搬してから圧電体１の下
面（配管と対向する面）からカッブラント１０を経由し
て、配管中に伝搬する。このため、第７図に示した送信
パルス波形１３ａ高周波パルスを圧電体１に印加しても
、実際に配管中に送信される超音波パルスは第８図に示
したような多くのパルスが続く波形となる。以上は超音
波の送信時の動作であるが、超音波の受信時でも同様で
ある。第１０図において、配管表面１２より超音波パル
ス１５が、超音波トランスジューサＡ内に入射すると、
超音波パルス１５が圧電体１中を伝搬し、圧電体１の上
面に到達すると、ここで超音波パルスが反射し圧電体１
の下、面（配管と対向する面）に向かって伝搬する。圧
電体１の下面（配管と対向する面）では一部の超音波パ
ルスは配管表面１２に伝搬するが、残りは再び反射し圧
電体１の上面に向かって伝搬する。この、ことが何度も
繰、り返されるため超音波受信時の超音波パルスは第８
図に示したような、多くのパルスが続く波形となる。

（発明が解決しようとする課題）上記のように構成された超音波トランスジュサＡは、圧
電体内部の多重反射により、ひとつの超音波パルスが長
くなるため、厚みの薄い配管を検査する場合には、配管
の内面からの反射超音波パルスが重なり合い、精度のよ
い検査をすることが困難であった。

本発明は簡単な構成で、短い超音波パルスを得ることが
可能な超音波トランスジューサを提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明においては、超音波
の送受信を行う圧電体の上部と下部に密着させた電極と
、該圧電体および該電極を固定する充填材と、これら圧
電体と電極および充填材を内包するケースとより構成さ
れた超音波トランスジューサにおいて、上面が凹凸状を
した音響伝搬媒質を前記圧電体の上部電極の上面に密着
させたことを特徴とする超音波トランスジューサを提供
する。

（作　用）このように構成された、超音波トランスジューサにおい
て、上面に凹凸面を施した音響伝搬媒質中（以降バッキ
ング材とよぶ。）に不要超音波を誘導し、凹凸面におい
て不要超音波を乱反射させることにより圧電体内の多重
反射を除去し超音波パルスのパルス幅を短くする。

（実施例）第１図は本発明の実施例を示す。超音波の送受信を行う
圧電体１は、ケース２に収納されている。

圧電体１は、電極３ａおよび電極３ｂに挟まれている。

電極３ａの上方には、セラミックスあるいは金属材料か
らなるバッキング材１６かある。バッキング材１Ｂの上
方には、充填材４かあり、圧電体１および電極３ａ、３
ｂを固定している。

前記バッキング材１６の上面で電極３ａに対向しない面
には乱反射層１７と呼ばれる凹凸加工を施しである。電
極３ａおよび電極３ｂには、リード線５ａ、　５ｂが取
付けられており、ケース２の外に導かれている。第１図
の本発明の超音波トランスジューサＢを使用する方法は
、従来の超音波トランスシュ超音波受信器７に接続する
。超音波トランジューサＢは、水・機械油・グリス等の
カッブラント１０を介して、配管等の表面に接触させる
。このようにした後、高周波パルス電源６から、高周波
電圧を印加すると、超音波トランスジューサＢは超音波
を発生し、この超音波がカッブラント１０を介して、配
管中を伝搬し、配管内の超音波の多重反射を起こし、第
７図に示したような超音波のパルス波形がオシロスコー
プ８に表示され、このパルス波形の時間間隔を測定する
ことにより従来技術で示した（１）式により、配管の板
厚が計測される。

本発明が従来の超音波トランスジューサＡと異なる点は
、新たにバッキング材１６と呼ばれる音響伝搬材質を設
けたことにある。

つぎに第２図に基づき本発明の超音波トランスジューサ
Ｂの動作を説明する。

圧電体１にリード線５ａ、　５ｂを介して、高周波パル
ス電源６から、高周波電圧を印加すると、圧電体１は共
振し超音波が発生する。この超音波は、圧電体１の上面
（バッキング材１６のある面）と圧電体１の下面（配管
と対向する面）に伝搬する２つの超音波１８ａ　、１８
ｂに分解される。圧電体１の下面（配管と対向する面）
に伝搬する超音波１８ａはカッブラント１０を経由して
、配管中に伝搬し検査に有効な超音波となる。圧電体１
の上面（バッキング材のある面）に伝搬する超音波１８
ｂは、バッキング月１６があるために、バッキング材１
６中に伝搬することになる。しかも、バッキング材１６
の上面には、凹凸の乱反射層１７が施しであるので、凹
凸面に到達した超音波１８ｂはここで乱反射して散乱し
圧電体１の下面（配管と対向する面）に戻ってくる超音
波の割合は減少する。したがって、圧電体内部で発生す
る超音波パルスの波形は、第３図に示した、高周波パル
スとほぼ同じになり超音波パルスのパルス幅は短くなる
。以上は超音波送信時の動作であるが超音波受信時も同
様である。

すなわち、第４図において、配管表面より超音波パルス
１９が、超音波トランスジューサＢ内に入射すると、超
音波パルス１９が圧電体１中を伝搬し、圧電体１の上面
に到達すると、バッキング材１６があるために、超音波
パルス１９は、圧電体の上面で反射せずバッキング材１
６中に伝搬することになる。

しかも、バッキング材１６の上面には、凹凸か施しであ
るので、凹凸面に到達した超音波はここで乱反射して散
乱し圧電体の下面（配管と対向する面）に戻ってくる超
音波の割合は減少する。このため受信した超音波パルス
１９の波形は第３図に示したように、短い超音波パルス
の波形となる。

〔発明の効果〕

このように本発明の超音波トランスジューサを使用する
と、短い超音波パルスが得られるので薄板の板厚測定が
可能となるので、検査の精度が向上する。さらに、この
ため検査の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の超音波トランスジューサの断面を示
す図。第２図は、送信用超音波パルスのパルスが短くなること
を説明するための図。第３図は、高周波パルスの波形および本発明の超音波ト
ランスジューサにより、受信した超音波パルスの波形。第４図は、受信した超音波パルスのパルスが短くなるこ
とを説明するための図。第５図は、従来の超音波トランスジューサの断面を示す
図。第６図は、従来の超音波トランスジューサおよび本発明
の超音波トランスジューサの使用方法を示した図。第７図は、送信受信した超音波パルスがオシロスコープ
に表示されていることを示す図。第８図は、受信した超音波パルスのひとつを拡大して示
した図。第９図は、従来の超音波トランスジューサの超音波送信
の動作を示した図。第１０図は、従来の超音波トランスジューサの超音波受
信の動作を示した図。Ａ・・・従来の超音波トランスジューサト・・圧電体　
　　　　２・・・ケース３ａ、　３ｂ・・・電極　　　
　４・・・充填材５ａ＋　５ｂ・・・リード線　　６・
・・高周波パルス電源７・・・超音波受信　　　８・・
・オシロスコープ９・・・配管　　　　　　１０・・・
カッブラント１１・・・配管の内面　　　１２・・・配
管の表面１３ａ・・・送信パルス波形１３ｂ〜１３ｄ・・・反射の受信波形１４ａ・・・圧電体の上面に向って伝搬する超音波１４
ｂ・・・圧電体の仏に向って伝搬する超音波１５・・・
配管から伝搬してきた超音波１Ｂ・・・バッキング材（
音響伝搬媒質）１７・・・乱反射層Ｂ・・・本発明の超音波トランスジユーサ１８ａ・・・
圧電体の上面に向って伝搬する超音波１８ｂ・・・圧電
体の下面に向って伝搬する超音波１９・・・配管から伝
搬してき□た超音波代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　　　第子丸　　　健第１図第２図ｌ第図フ第図／／第第図

Claims

【特許請求の範囲】

超音波の送受信を行う圧電体の上部と下部に密着させた
電極と、該圧電体および該電極を固定する充填材と、こ
れら圧電体と電極および充填材を内包するケースとより
構成された超音波トランスジューサにおいて、上面が凹
凸状をした音響伝搬媒質を前記圧電体の上部電極の上面
に密着させたことを特徴とする超音波トランスジューサ
。