JPH0244246A - 超音波探触子装置 - Google Patents

超音波探触子装置

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JPH0244246A
JPH0244246A JP19521688A JP19521688A JPH0244246A JP H0244246 A JPH0244246 A JP H0244246A JP 19521688 A JP19521688 A JP 19521688A JP 19521688 A JP19521688 A JP 19521688A JP H0244246 A JPH0244246 A JP H0244246A
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ultrasonic probe
ultrasonic
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Hirotsugu Tanaka
洋次 田中
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

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

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〕 この発明は例えばパルス反射法を利用し。
水浸法により被検材の垂直探傷を行う超音波探触子vc
llに関するものである。
〔従来の技術〕
第4図は例えば超音波探傷法(昭和49年日刊工業新聞
社発行)に示された従来の超音波探触子装置の図でおる
。図において、(1)は被検材、(2)は音響放射面及
び振動子とも平坦な超音波探触子、(3)は音響結合材
(例えば水)、(4)は被検材(1)内部の欠陥、(5
)は超音波ビームでめす、Sは被検材(1)の表面反射
波、  FVi被検材fi+内部の欠陥反射波、Bは被
検材(1)の底面反射波である。又、第5図は従来の超
音波探触子i置による探傷図形でめる。図において+7
1 Vi被被材材1)を探傷する探傷ケー)、Ttは第
1回目の送信パルス+ T1は第2回目の送信パルス、
Tnは第n回目の送信パルス、 は送信パルスの繰り返
し時間+ 81は送信パルスTlに対する被検材+11
の第1回目の表面反射波で、以下S1 + ”! + 
84 、S! + ””” 8’はそれぞれ第2回目、
第3回目、第4回目、第5回目・・・・・・第n回目の
表面反射波、B1−81は表面反射波S1に対する被検
材filの第I回目の底面反射波で、以下B、−8!・
・・・・・Bn−8,は表面反射波S!に対する被検材
(1)の第2回目・・・・・・第n回目の底面反射波+
  B1−8t −Bn−82+”””Bn−8I B
1 83”””Bn−s、、 Bl  84”−Bn 
 84 、 Bn  8B −・” Bn−8n はそ
れぞれ第n回目の表面反射波SOに対する被検材(1)
の第n回目の底面反射波、Fは第1回目の表面反射波S
1に対する被検材(11の内部の欠陥反射波F′Fi第
2回目の表面反射波S2に対する被検材+11の内部の
欠陥反射波である。図に示すように第1回目の送4にパ
ルスT1において被検材(1)の表面反射波の多重エコ
ー(Ss、Sz、・・・・・・Sn)、及び被検材(1
)内部の欠陥反射波(F。
F’)及びそれぞれの表面反射tfL(Sl、B2.・
・・・・・Sn)  に対する被検材+11の底面反射
波の多重エコー(BI  St+ B2 81. ==
=Ba So)など数多くの反射波が現われる。又、上
記多重エコー(8l−=−8n、 B1−81−・−・
−Bn−8n)が送信パルス(Tll T2 +・・・
・・・Tn)ごとに繰返し時間tの間隔で同じように現
われる。
従来の超音波探触子装置は上記のように構成され、自動
化する場合に送信パルスTを繰り返し送信し、被検材(
11するいは超音波探触子(2)を操作することにより
被検材(11の全面にわたり超音波探傷を行っている。
又、被検材(1)と、超音波探触子(2)との相対的な
移動速度に応じて、送信パルスTの繰り返し時間(が決
定されている。すなわち、被検材(1)の探傷処理能力
を高くする場合には、送信パルスTの繰り返し時間tを
短かくしなげればならないため、第1回目の送信パルス
T1で生じた表面反射波S、からSn、及び底面反射波
B、 −8lからBn−snが完全に消滅しないうちに
第2回目以降の送信パルスT2からTnを送信する必要
が生じその場合には、第1回目の送信パルスll’l、
による表面反射波S1と底面反射波B、 −81との間
に残響エコーとして、第2回目以降の送信パルスT2か
らTnによる表面反射波sn及び底面反射波Sn  B
nが現われる。このため。
上記表面反射波8n及び底面反射波5n−Bnt欠陥反
射波Fとして誤って検出することになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のように被検材(1)と撮動子及び音響放射面が平
坦な超音波探触子(2)との間に音響結合材(3)でお
る水しかない超音波探触子装置では被検材(1)表面で
の反射波Sは約95チ反射し、超音波探触子(2)の表
面では約60チ反射するため超音波探触子(2)と被検
材(1)との間を1往復する母に約5〜6dB程度しか
減衰しない。
このため通常要求される欠陥検出能(例えばφ1横穴欠
陥を87N≧20dB)から第1回目の表面反射波51
Vc対する残響エコー8nB、−8nの低下fを求める
と一60dB以下とする必要がめる。すなわち超音波探
触子(2)と被検材(1)との間の距離を10〜12回
往復するまでの時間が経過しないうちに第2回目の送信
パルスT1を発生させると残響エコーとしてSn 、 
Bn  anが疑似エコーFとして現われる間踊が生じ
る。特にこの間趙は、探傷処理速度の速い自動探傷装置
においては致命的な欠点となる。
この発8Aは、かかる問題点を解決するため罠なされた
もので、凸形状の撮動子を有し。
かつ音響放射面が凸形状をした超音波探触子金偏え、さ
らに被検材と超音波探触子との間の音響結合材の部分に
、厚みが均一なアクリル樹脂製のしきり板を超音波ビー
ムの進行方向に対して35°〜55° の角度範囲内で
具備させることにより、残響エコーを防止し送信パルス
の繰り返し時間を短かくすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明による超音波探触子装置は、撮動子と音響放射
面とが凸形状をした超音波探触子金偏え、さらに被検材
と超音波探触子との間の音響結合材の部分に厚みが均一
なアクリル樹脂製のしきり板を超音波ビームの進行方向
に対して35°〜55°の角度範囲内で具備したもので
ある。
〔作 用〕
この発明においては、被検材と超音波探触子との闇の音
響結合材の部分に厚みが均一なアクリル樹脂製のしきり
板を超音波ビームの進行方向に対して35°〜55°の
角度範囲内で具備することと超音波探触子の音響放射面
及び振動子の形状全凸形にすることにより、超音波探触
子と被検材との間を1往復する超音波の総合減衰量全増
加させ、送信パルスの繰り返し時間を短かくすることを
可能とするものである。
〔実施例〕
第1図は、この発明の一実施例を示す図であり、(1)
と(3)〜(51は第4図に示した従来の装置と全く同
一のものである。図において、(6)eまこの発明であ
るアクリル拉何旨製のしきり板。
(8)は凸形振動子、(9)は凸形振動子(8)を有し
かつ音響放射面が凸形状した超音波探触子である。
第2図は、第1図におけるしきυ板(6)付近の拡大図
である。図において、 XIVi Lきり板(6)を透
過する前の超音波ビーム、XzULきり&(6)を透過
後のM晋波ビーム+ X3は超音波ビームX1がしきシ
板(6)表面により反射される超音波ビーム、 Yxは
しきり板(6)内部を通過する横波超音波ビーム、αは
超音波ビームX1のしきり板(6)への入射角、  1
1idLぎシ板(6)内部での屈折角、0はしきり板(
6)と超音波ビーム(5)とのなす角である。
第3図は上記のように構成された超音波探触子装置にお
いて、パルス反射法を利用し水浸法によシ被検材fl)
の垂直探傷を行った場合の探傷図形である。図において
(7)及び図におげろ記号(S+、 82.81 82
・・・・・・ )は第5図に示したものと全く同一のも
のである。
上記のように構成された超音波探触子装置において、被
検材(11と超音波探触子(9)との間の音響結合材(
3)の部分に厚みが均一なアクリル樹脂製のしきり板(
6)を超音波ビーム(5)の進行方向に対してθ=35
°〜55°角度範囲内で具備した場合、超音波探触子(
9)より発生された超音波ビーム(5)はxl * x
l r ”3 + 3’+とに区別することができる。
ここで水の音速C,アクリル樹脂の横波音速C5とする
と、α、β θとの間にill、 +21式か成り立つ
ここで、水の音速: Os 1480 m/s (2L
)’C)アクリル樹脂の横波音速 s 1420m/s とすると+11式は3式となる。
sinα−510β      ・・・・・・・・・・
・・・・・ (31(3)式より超音波ビームはxl−
+yl とほぼ直感的に進むことになる。
次に、しきり板(6)における反射特であるX3のレベ
ルについては、水の廿書インピーダンスk”t+アクリ
ル樹脂の横波の音響インピーダンスkZzとすると(4
)式によシ反射率γが求められる。
ここで、 Opt/iアクリル樹脂(6)中のR1波音
速、ρ!は音響結合材(3)の密度、R2はアクリル樹
脂(6)の留置、γはアクリル樹脂(6)中の縦波屈折
角でるる。
(2)式と(4)式によりx3の反射率rfi#=35
゜〜55°の角度範囲内とすると約10条以下となる。
つま9超音波ビームx1の90%以上が超音波ビームy
lとなって進行していく。又、シサり板(6)は厚みが
均一なことにエリ、超音波ビームy1とxlとの関係も
上記と同一となる。
次に超音波ビームの減衰について記載する。しきり板(
6)内部の超音波ビームy1はアクリル材内の@波によ
り超音波が伝播している。
このため水中を伝播する超音波の減衰とアクリル材内の
横波により伝播する超音波の減衰とを比較すると約15
倍、アクリル材内を伝播する場合の方が減衰が大きくな
る。
上記の説明により被検材(1+と超音波探触子(9)と
の間の音響結合材(3)の部分に厚み均一なアクリル板
を超音波ビーム(5)の進行方向に対して、  a=3
5°〜55°の角度範囲内で具備したしきり板(6)に
より以下のことが可能になる(Z)  超音波ビーム(
5)の進行方向は変化しない0 (II)  Lきり板(6)を−回通過するたびに音圧
レベルを約5〜1OdB程度低下させることが可能とな
る。
また、振動子(81の形状を凸形とし、さらに音響放射
面を凸形にすることにより超音波探触子(9)と被検材
(11との間を1往復するたびに約10 dB音圧レベ
ルを低下させることが可能となる。
上記よりこの発明は第3図に示すように第1回目の送信
パルスT1による被検材(1)の反射波の多重エコーの
数を減少させ、送信パルスTの繰り返し時間tを短かく
することを可能とした。
尚1本実施例はアクリル樹脂製のしきり板の例で示した
が、他のプラスチック、ゴム材料等でも角度の条件は若
干具なるが同様の効果が得られるので本発明の適用はま
ぬがれない。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したとおり、被検材と超音波探触子
との間の音響結合材の部分に厚みが均一なアクリル*脂
製のしきり板を超音波ビームの進行方向に対して35°
〜55°の角度範囲内で具備することと超音波探触子の
音響放射面及び振動子の形状を凸形にすることにより送
信パルスの繰り返し時間′lr:知かくすることを可能
とし、超音改探S装置の自動化において、被検材に対す
る処理時間の短縮及び探傷密度を増加させ、高速度探傷
及び高密度探傷を可能とする効果かめる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す図、第2図は第1図
の部分的拡大図、第3図はこの発明における探傷図形、
第4図は従来の超音波探触子装置を示す図、第5図は従
来の超音波探触子装置における探傷図形である。 図において、 +11Fi被検材、(2)は超音波探触
子(3+t′i音響結合材、(4)は被検材内部の欠陥
、(5)は超音波ビーム、(6)はしきり根、(7)は
探傷ゲート、+81は凸形SwJ子、(9)は音響放射
面を凸形にした超音波探触子でるる。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第 1 図 3: 音g、未ぢ1=ンオ嗜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 超音波探触子と被検材との間に被検材の厚みの約1/4
    以上の距離空間を設け、上記空間部分に水、油等の音響
    結合材を満たした超音波探触子装置において、超音波が
    拡散する凸形状の振動子を有し、かつ音響放射面が凸形
    状をした超音波探触子と、上記超音波探触子と被検材間
    の超音波伝播経路上にアクリル樹脂製の厚みが均一なし
    きり板を超音波ビームの進行方向に対して35°〜55
    °の角度範囲内で具備させた事を特徴とする超音波探触
    子装置。
JP19521688A 1988-08-04 1988-08-04 超音波探触子装置 Expired - Fee Related JPH0675062B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104502463A (zh) * 2014-12-10 2015-04-08 北京工业大学 一种基于超声检测的胶体耦合介质
JP2017049215A (ja) * 2015-09-04 2017-03-09 菱電湘南エレクトロニクス株式会社 超音波探傷装置、探触子及び超音波探傷方法

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