JPH028736A - 衝撃波超音波装置 - 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】 発明は、たとえば大理石、石調耐火れんが、石材、金属
などの高吸収性の材料を１０００’ｃまたはそれ以上の
温度において計測するための小型高感度高出力のこの種
装置に関する。

正確な計測を行なうには超音波装置は高感度であり、か
つ衝撃波が試験片の中を通って伝播することが保証され
るように充分出力の大きいものでなければならない。

しかしながら、従来公知のこの種装置はこの要求特性を
満足せしめるものではなかった。

従来装置は、超音波を発生するふたつの異なった形式に
基いた変換器、すなわち圧電型変換器および電磁型変換
器を使用するものである。

高吸収性の物体を試験するための圧電型変換器は低い周
波数で作動しなければならず、この物体に対して広い接
触面積で結合されねばならない。

この際一般に採用される結合媒体は液体、ゲルまたはゴ
ムである。

高温度の物体に対しては変換器は大きな圧力を以て結合
される必要がある一方、適宜な冷却手段によって高熱か
ら保護されねばならない。このため変換器は必然的に大
型のものとなる。これに加えてこのような変換器の出力
は、たとえば石、大理石またはれんがのような物体に対
しては不充分である。

さらに、たとえば金属のような５００℃以上の温度の物
体に対しては、明かに従来の結合手段は用いることがで
きない。

このため、たとえばセラミック粉末のような耐熱材料の
薄層から成る結合材を用いる装置が開発されて来ている
（米国特許第４，５５９，８２７号明細書参照）。この
ような装置では有効な結合を果すために非常に高い圧力
を加えねばならない。このことは必然的に供試物体の表
面に欠陥を生じさせてしまう。その上、固体同志の接触
ゆえ、定常的かつ反復性あるものでは決してなく、その
ため信号も必然的にランダムに変動する。セラミック粉
末の代わりに溶融金属や溶融塩を用いることができるが
、これらは供試物棒引いては主要プラントにトラブルを
生じさせ、安全性の問題を発生せしめる。

電磁型の変換器では接触の問題はない。しかしながら、
この型式の変換器は、低出力であるため（圧電型変換器
の出力と同じ程度の出力を得るには変換器の大きさがは
るかに大型となる）、また導電性材料にのみ用い得るの
で、その用途が非常に局限されている。

最後に、圧電型変換器電磁型変換器の両方に共通な要因
である寸法は、連続鋳造機で生産される金属（スラブ、
ブルームおよびビレット）のような高温の物体を測定す
ることが必要である時に特に重大なことである。ピンチ
ロール間に延在する領域では、計測を行なうのに提供で
きる表面領域は数センチメートル程度であって、従来型
の変換器では大きすぎて用いることができない。

この結果、高吸収性の材料を試験するのに、上述の欠点
が全くない装置が要求されていたのである。このため非
常に出力が大きく、高感度の衝撃波超音波装置が、たと
えば大理石、石、耐火材、金属のような非常に吸収性の
大きい材料を１０００℃をこえる高温度において測定す
るために考案されたのである。この装置が本発明の目的
物である。

本発明による装置は次の構成部材を包含する。

（１）機械的衡撃波超音波発生器、 （１１）検出用変換器、 （ｉｉｉ）　　超音波発生器と検出用変換器との間の信
号を同期せしめる手段、 （１ｖ）伝送された信号を記録する手段。

測定しようとする物体に対しｌＯｚｚ”以下の接触面積
を以て接触する瞬間衝撃波発生装置を用いることが好適
である。このような発生装置は、たとえばタングステン
カーバイドのような極度に良好な機械的特性を有する非
変形性材料で作ったストライカから成る。このような装
置を用いて高出力信号を非常に小さな容積内で発生する
ことができる。

信号検出のために好適な手段は直径１００ｊｌ＋Ｉまた
はそれ以下の従来型の超音波圧電型変換器である。

高温物体の測定のためには変換器は好適には直径１０ｚ
ａ以下、最も好ましくは直径５０１１以下のものを用い
る。

伝達信号が非常に強大なものであると、たとえ従来型で
あってもこの変換器は接触面積が非常に小さいらのすな
わち小型のものとすることができるので、感度または出
力の損失なくして小型の従来型の変換器を選択すること
が可能である。結合における問題も減少する。これは伝
達信号が強いからである。さらに、発生器および検出器
の特別かつ異なった性質のために、有利な妥協を得るこ
とができる。これによって供試材料について周波数なら
びに振幅が最も好適な信号が得られ、このため非常に正
確な測定が保証されるのである。

これは、発生器がＩｌｚないしＭｌｌｚ帯域の非常に広
い周波数範囲で強いビーム波を送り出し、試験材料があ
たかもフィルタのように機能して、検出器が最も高い周
波数のる波された波を選択するからである。

この結果、本発明装置は常に最大出力最大感度で動作す
る。

信号と同期しこれを記録する手段は当業者が周知の従来
型のものでよい。

図面は本発明による装置の特に好適な実施例を略図的に
例示するものであるが、この実施例は本発明を制限する
ものと考えてはならない。

図面に示されるように、測定しようとする試料１は発生
器Ａと検出器Ｂとの間に置かれる。この機械的衝撃波発
生器は、適宜な電極接続１４をつけた直径１０贋度の非
変形性タングステンカーバイド球４から成る。電極接続
１４は同期システム５にリンク接続され、この同期シス
テム５はオシロスコープ】２に接続されている。

タングステンカーバイド球４はピストン６の端部に装架
されており、これはピストン６から電気的に絶縁されて
いる。ピストン６は空気シリンダ７内に収容されており
、空気は池の同期システム９で制御されるソレノイド弁
８を介して導入される。この発生器の直径は５Ｏｘｊで
ある。検出器は遅延ライン１１の端部に設けた従来型の
圧電型変換器１０から成る。この圧電型変換器は冷却回
路２を介して冷却され、オシロスコープ１２に電気的に
接続されている。

機械的もち上げンステム１３に接続したドライカップリ
ング用の載荷ンステム３はまた検出器の一部品をなして
いる。この載荷システムは、たとえばおおよそ５０に９
の重量のスタヂック型またはダイナミック型のものとす
ることができる。

本発明による装置の特性をチエツクするために、この装
置（テス）Ａ）と従来の圧電型変換器（テストＢ）を用
いて比較試験を行なった。

テストＡは３ｊＩｊＩのインプリントを生じ得る衝撃波
発生器と直径２ｘｍの受信面積を何する従来型のＰＺＴ
　５＾セラミツク圧電型変換器から成る検出器とから成
る第１図に例示した装置で行なった。

テストＢは、発生器、検出器ともに直径２５ｗｘの従来
のＰＺＴ　Ｓ＾圧電型変換器を用いた装置で行なった。

これら変換器は５００にｆｉｚの周波数で作動するもの
であった。

これらのテストは１０５０℃の温度にある厚さ２００ｆ
ｆｌｌの合金鋼について行なわれた。実験条件は次のと
おりであった。

テス゛トＡ：（Ｊ（試サンプルの表面に直径３ｘｚのイ
ンプリントを生じさせるに必要な力 に等しい励起力。検出感度：（検出器 上の信号振幅）Ｖ−１０Ｏｎ＋Ｖ テストロ８励起信号：　Ｖ　＝　２００ｍＶ検出感度・
（検出器上の信号振幅） Ｖ　＝　ｌｏｏｍＶ このデータから、所定の検出感度を得るのに本発明によ
る装置の変換器の表面積は従来の超音波ンステムのそれ
に比較して２桁小さくてよいことかわかる。このように
本発明装置の利点は、小型に６拘らず感度および測定精
度か非常に高いことである。

従って本発明装置は、たとえば連続鋳造プラントのピン
チロール間のような非常に狭い空間に配設して高吸収性
の物体の測定を行なうのに用いることができる。

この装置は、物体ことに金属物体内部の液相おコープ、 もち上げシステム、 ・電気接 よびまたは欠陥をコントロールし識別するための測定を
行なうことができる。

また、たとえば石、大理石、耐火物のような高度に吸収
性の被金属物体における密度を異にする欠陥およびまた
は相の位置決定をすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の好適な！実施例の断面図である。 Ａ・・発生器、Ｂ・・検出器、ｌ・・試料、２・・冷却
回路、３・・ドライカップリング、４・・タングステン
カーバイド球、５・・同期システム、６・・ピストン、
７・・空気シリンダ、８・・ソレノイド弁、９・・同期
システム、ｌＯ・・圧電型変換器、１１・・遅延ライン
、１２・・オシロス手続ＷＩＴ正書（審査請求と同時） 平成元年３月７ 日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　機械的衝撃波超音波発生器と、検出用変換器と、前
   記超音波発生器と前記変換器との間の信号を同期せしめ
   る装置と、伝達された信号を記録する装置とを包含する
   、高吸収性材料試験用の小型高感度大出力衝撃波超音波
   装置。 ２　請求項１記載の装置において、前記機械的衝撃波超
   音波発生器が、試験しようとする物体に１０ｍｍ＾２以
   下の面積で接触していることを特徴とする衝撃波超音波
   装置。 ３　請求項１または２に記載の装置において、前記機械
   的衡撃波超音波発生器が非変形性の材料で作ったストラ
   イカから成ることを特徴とする衝撃波超音波装置。 ４　請求項３記載の装置において、前記ストライカがタ
   ングステンカーバイド製であることを特徴とする衝撃波
   超音波装置。 ５　請求項１記載の装置において、前記検出用変換器が
   直径１００ｍｍまたはそれ以下の従来の超音波圧電型変
   換器であることを特徴とする衝撃波超音波装置。 ６　請求項５記載の装置において、前記圧電型変換器の
   直径が７０ｍｍ以下であることを特徴とする衝撃波超音
   波装置。 ７　請求項６記載の装置において、前記圧電型変換器の
   直径が５０ｍｍ以下であることを特徴とする衝撃波超音
   波装置。 ８　オシロスコープ（１２）に接続された同期システム
   （５）への電気接続（１４）を有する直径１０ｍｍの非
   変形性タングステンカーバイド球（４）を包含しこのタ
   ングステンカーバイド球がピストン（６）の端部に電気
   的に絶縁されて装架されこのピストンが空気シリンダ（
   ７）内に収容され、空気は他の同期システム（９）によ
   って制御されるソレノイド弁（８）を介して導入される
   ようにした機械的衝撃波発生器と、冷却回路（２）を介
   して冷却されかつオシロスコープ（１２）に電気的に接
   続された遅延ライン（１１）の端部に設けられた従来型
   の超音波圧電型変換器（１０）で形成された検出器とを
   包含して成る衝撃波超音波装置。 ９　１０００℃をもこえる高温において、大理石、石、
   耐火物および金属物体から選んだ高吸収性材料を試験す
   る、請求項１または８に記載の装置の用途。