JPH03289562A - Method and apparatus for measuring velocity distribution of surface wave - Google Patents

Method and apparatus for measuring velocity distribution of surface wave

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JPH03289562A
JPH03289562A JP2091818A JP9181890A JPH03289562A JP H03289562 A JPH03289562 A JP H03289562A JP 2091818 A JP2091818 A JP 2091818A JP 9181890 A JP9181890 A JP 9181890A JP H03289562 A JPH03289562 A JP H03289562A
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bulk
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Abstract

PURPOSE:To widen the range capable of measuring the speed of a surface wave of a sample by controlling the emitting angle of the bulk wave converted from a leakage Lumb wave by the control of the frequency of an applied AC signal. CONSTITUTION:One surface of a piezoelectric substrate 28 comes into contact with absorbing bodies 40, 42 and the other surface thereof has a transmitting screen electrode 30 and receiving screen electrodes 32, 34 formed thereto. A radio frequency pulse signal 108 for driving the electrode 30 is applied to the electrode 30 of a leakage Lamb wave element 26 from a radio frequency pulse generator 44. Those electrodes 30, 32, 34 are arranged to the substrate 28 along the longitudinal direction thereof and the bulk wave converted from the Lamb wave generated from the electrode 30 is emitted to a sample. At this time, the bulk waves emitted from the first and second regions of a transmission route are received by the electrodes 32, 34 and the change quantity of the second region to the velocity of the surface wave of the first region is calculated on the basis of the phase difference between both bulk waves. Whereupon, since the emitting angle of the bulk wave to the sample can be controlled on the basis of the signal 108, the corresponding surface wave is excited in the sample and the range capable of measuring the velocity of the surface wave can be widened.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、試料の表面波速度の分布を測定する方法およ
び装置に関し、特に、試料を伝搬する表面波速度の変化
から該試料の表面波速度の分布を測定する方法および装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a method and apparatus for measuring the surface wave velocity distribution of a sample, and in particular to a method and apparatus for measuring the surface wave velocity distribution of a sample from changes in the surface wave velocity propagating through the sample. The present invention relates to a method and apparatus for measuring velocity distribution.

(従来の技術) 試料の表面波速度を測定する方法として、いくつかの測
定方法が提供されている。圧電材料などの試料の表面波
速度測定方法として、前記試料に送波用すだれ状電極お
よび受波用すだれ状電極をそれぞれ蒸着し、前記送波用
すだれ状電極で前記試料に表面波を励振させ、前記受波
用すだれ状電極で前記表面波を受波し、前記表面波が前
記送波用すだれ状電極から前記受波用すだれ状電極に到
達するまでの表面波伝搬時間を計測し、該表面波伝搬時
間から表面波速度を測定するものがある。
(Prior Art) Several measurement methods are provided as methods for measuring the surface wave velocity of a sample. As a method for measuring the surface wave velocity of a sample such as a piezoelectric material, a wave transmitting interdigital electrode and a wave receiving interdigital electrode are respectively deposited on the sample, and the wave transmitting interdigital electrode excites surface waves in the sample. , the surface wave is received by the wave-receiving interdigital electrode, the surface wave propagation time is measured until the surface wave reaches the wave-receiving interdigital electrode from the wave-transmitting interdigital electrode; There is a method that measures the surface wave velocity from the surface wave propagation time.

また、前記表面波伝搬時間に代えて、表面波の位相差を
計測し、該位相差から表面波速度を測定するものがある
Furthermore, there is a method in which the phase difference of the surface waves is measured instead of the surface wave propagation time, and the surface wave velocity is measured from the phase difference.

これに対し、非圧電材料などの試料の表面波速度測定方
法として、前記試料にくさび形振動子を接触させ、該く
さび形振動子で前記試料に表面波を励振させ、該表面波
の伝搬時間または位相差を計測することにより表面波速
度を求めるしのがある。
On the other hand, as a method for measuring the surface wave velocity of a sample such as a non-piezoelectric material, a wedge-shaped vibrator is brought into contact with the sample, a surface wave is excited in the sample by the wedge-shaped vibrator, and the propagation time of the surface wave is Alternatively, the surface wave velocity can be determined by measuring the phase difference.

(発明が解決しようとする課題) しかし、圧電材料の表面波速度測定方法では、試料に表
面波を励振させるための送波用すだれ状電極および前記
表面波を受波するための受波用すだれ状電極を試料に蒸
着するから、各すだれ状電極の蒸着作業によって手間が
掛かり、測定作業に余分な時間が掛かる。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in the method for measuring the surface wave velocity of a piezoelectric material, a wave-transmitting interdigital electrode for exciting surface waves in a sample and a wave-receiving interdigital electrode for receiving the surface waves. Since the interdigital electrodes are vapor-deposited onto the sample, the process of vapor-depositing each interdigital electrode is labor-intensive and adds extra time to the measurement process.

また、非圧電材料の表面波速度測定方法では、くさび形
振動子を用いていることにより、くさび形振動子のくさ
び角はくさび形振動子からの波が非圧電材料の表面波に
変換される効率を決定するから、非圧電材料の材質など
に応じてくさび形振動子のくさび角を選択する必要があ
り、所定のくさび角を有するくさび形振動子を選択しま
たは準備する作業に余分な時間が掛かる。
In addition, in the surface wave velocity measurement method for non-piezoelectric materials, by using a wedge-shaped oscillator, the wedge angle of the wedge-shaped oscillator converts the waves from the wedge-shaped oscillator into surface waves of the non-piezoelectric material. To determine the efficiency, it is necessary to select the wedge angle of the wedge-shaped vibrator according to the material of the non-piezoelectric material, etc., and it takes extra time to select or prepare a wedge-shaped vibrator with a predetermined wedge angle. It takes.

測定作業に掛かる余分な時間を削減するために、V(f
)曲線法が提案されている。V(f)曲線法は、液体中
に試料を置き、一方の面が前記液体の液面に接触してい
る圧電基板と該圧電基板に表面波を励振させる表面波用
すだれ状電極とを有する漏洩表面波発生器をその駆動周
波数を変化させながら駆動させ、前記漏洩表面波発生器
でそれに生じる漏洩表面波から変換される液体中バルク
波を前記試料に向けて放射することによって前記試料に
表面波を励振させ、前記液体との界面に配置されている
第1の受波手段で前記試料の表面波伝搬経路に位置する
第1の部位から液体中に放射される第1のバルク波を受
波し、前記液体との界面に配置されている第2の受波手
段で前記試料の表面波伝搬経路に位置する第2の部位か
ら液体中に放射される第2のバルク波を受波し、前記第
1の受波手段で受波されるバルク波と前記第2の受波手
段で受波されるバルク波との位相差の変化の周期から表
面波速度を求める。
In order to reduce the extra time required for measurement work, V(f
) curve method has been proposed. The V(f) curve method involves placing a sample in a liquid, and having a piezoelectric substrate whose one surface is in contact with the surface of the liquid, and a surface wave interdigital electrode that excites surface waves in the piezoelectric substrate. A leaky surface wave generator is driven while changing its driving frequency, and a bulk wave in the liquid converted from the leaky surface wave generated in the leaky surface wave generator is radiated toward the sample, thereby generating a surface wave on the sample. A wave is excited, and a first wave receiving means disposed at the interface with the liquid receives a first bulk wave emitted into the liquid from a first part located on a surface wave propagation path of the sample. a second bulk wave emitted into the liquid from a second portion located in the surface wave propagation path of the sample with a second wave receiving means disposed at the interface with the liquid; , the surface wave velocity is determined from the period of change in the phase difference between the bulk wave received by the first wave receiving means and the bulk wave received by the second wave receiving means.

しかし、上述のV(f)曲線法では、前記漏洩表面波発
生器に生じる漏洩表面波から変換される液体中バルク波
によって表面波を前記試料に励振させることにより、前
記液体中バルク波が前記試料に入射する角度は前記液体
中バルク波の伝搬速度と前記試料の表面波速度との比に
よって決定されるレイリー臨界角の近傍の角度に一致す
るから、前記試料の材質などの特性によって決定される
表面波速度は前記液体中バルク波の前記試料への入射角
に制約を与え、表面波速度の測定可能な試料の範囲が極
めて狭い範囲に限定される。
However, in the V(f) curve method described above, by exciting the surface wave in the sample by the bulk wave in the liquid converted from the leaky surface wave generated in the leaky surface wave generator, the bulk wave in the liquid is Since the angle of incidence on the sample corresponds to an angle near the Rayleigh critical angle determined by the ratio of the propagation velocity of the bulk wave in the liquid to the surface wave velocity of the sample, it is determined by the characteristics such as the material of the sample. The surface wave velocity imposes restrictions on the angle of incidence of the bulk wave in the liquid onto the sample, and the range of the sample in which the surface wave velocity can be measured is limited to an extremely narrow range.

本発明の目的は、表面波速度の測定可能な試料の範囲を
広くすることができ、測定作業に余分な時間が掛からな
い表面波速度分布測定方法および装置を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a surface wave velocity distribution measuring method and apparatus that can widen the range of samples whose surface wave velocities can be measured and that do not require extra time for measurement work.

(課題を解決するための手段) 本発明の表面波速度分布測定方法は、試料の表面に液体
の層を形成し、一方の面が前記液面に接触している圧を
基板および該圧電基板の他方の面に形成され、該圧電基
板にラム液を励振させる送波用すだれ状電極を有する送
波手段と第1の受波手段と第2の受波手段とを順次前記
送波手段の圧電基板に励振されるラム波の進行方向に沿
って配列し、前記送波手段でそれに生じる漏洩ラム波か
ら変換されるバルク波を前記液体中に前記試料に向けて
放射することによって前記試料に表面波を励振させ、前
記試料の表面波伝搬経路に位置する第1の部位から前記
液体中に放射される第1の再放射バルク波を前記第1の
受波手段で受波し、前記試料の表面波伝搬経路に位置す
る第2の部位から前記液体中に放射される第2の再放射
バルク波を前記第2の受波手段で受波し、前記第1の受
波手段で受波される第1の再放射バルク波と前記第2の
受波手段で受波される第2の再放射バルク波との位相差
から前記第1の部位の表面波速度に対する前記第2の部
位の表面波速度の変化量を求める。
(Means for Solving the Problems) The surface wave velocity distribution measuring method of the present invention forms a liquid layer on the surface of a sample, and applies pressure to a substrate and the piezoelectric substrate with one surface in contact with the liquid surface. A wave transmitting means having a wave transmitting interdigital electrode formed on the other surface of the piezoelectric substrate to excite the rum liquid, a first wave receiving means, and a second wave receiving means are sequentially connected to the wave transmitting means. The Lamb waves excited in the piezoelectric substrate are arranged along the traveling direction, and the bulk waves converted from the leaky Lamb waves generated therein by the wave transmitting means are radiated into the liquid toward the sample. Exciting a surface wave and receiving a first re-radiated bulk wave emitted into the liquid from a first part located on a surface wave propagation path of the sample with the first wave receiving means, A second re-radiated bulk wave radiated into the liquid from a second site located on a surface wave propagation path is received by the second wave receiving means, and is received by the first wave receiving means. The phase difference between the first re-radiated bulk wave received by the second wave receiving means and the second re-radiated bulk wave received by the second wave receiving means determines the surface wave velocity of the second portion relative to the surface wave velocity of the first portion. Find the amount of change in surface wave velocity.

本発明の表面波速度分布測定装置は、試料の表面に形成
されている液体の層と、一方の面が前記液体の液面に接
触している圧電基板および該圧電基板の他方の面に形成
され、該圧電基板にラム波を励振させる送波用すだれ状
電極を有する送波手段と、該送波手段の圧電基板に励振
されるラム波の進行方向に沿って該送波手段と間隔をお
いて配列され、前記逆波手段の漏洩ラム波から変換され
るバルク波によって表面波が前記試料に励振されるとき
に該試料の表面波伝搬経路の第1の部位から前記液体中
に放射される第1の再放射バルク波を受波し、該受波す
る第1の再放射バルク波に対応する第1の受波信号を出
力する第1の受波手段と、前記ラム波の進行方向に沿っ
て前記送波手段および前記第1の受波手段のそれぞれと
間隔をおきかつ該第1の受波手段に隣り合う位置に配列
され、前記表面波が前記試料に励振されるときに該試料
の表面波伝搬経路の第2の部位から前記液体中に放射さ
れる第2の再放射バルク波を受波し、該受波する第2の
再放射バルク波に対応する第2の受波信号を出力する第
2の受波手段と、前記第1の受波手段からの第1の受波
信号および前記第2の受波手段からの第2の受波信号が
与えられ、前記第1の受波信号と前記第2の受波信号と
の位相差を検出し、該位相差に対応する位相差信号を出
力する位相差検出手段と、該位相差検出手段からの位相
差信号が与えられ、該位相差信号に基づき表面波速度の
変化量を算出し、該表面波速度の変化量に対応する速度
信号を出力する演算手段とを備える。
The surface wave velocity distribution measuring device of the present invention includes a liquid layer formed on the surface of a sample, a piezoelectric substrate whose one surface is in contact with the surface of the liquid, and a layer formed on the other surface of the piezoelectric substrate. a wave transmitting means having a wave transmitting interdigital electrode that excites Lamb waves in the piezoelectric substrate; and an interval between the wave transmitting means and the wave transmitting means along the traveling direction of the Lamb waves excited in the piezoelectric substrate of the wave transmitting means. radiated into the liquid from a first portion of a surface wave propagation path of the sample when a surface wave is excited in the sample by a bulk wave converted from a leaky Lamb wave of the reverse wave means. a first wave receiving means for receiving a first re-radiated bulk wave and outputting a first received signal corresponding to the received first re-radiated bulk wave; and a traveling direction of the Lamb wave. are arranged at a position spaced apart from each of the wave transmitting means and the first wave receiving means and adjacent to the first wave receiving means along the surface wave, and when the surface wave is excited in the sample. receiving a second re-radiated bulk wave emitted into the liquid from a second portion of the surface wave propagation path of the sample, and a second receiving wave corresponding to the received second re-radiated bulk wave; a second receiving means for outputting a signal; a first receiving signal from the first receiving means and a second receiving signal from the second receiving means; a phase difference detection means for detecting a phase difference between the received signal and the second received signal and outputting a phase difference signal corresponding to the phase difference; and calculation means for calculating the amount of change in surface wave velocity based on the phase difference signal and outputting a speed signal corresponding to the amount of change in surface wave velocity.

前記送波手段は前記第1および第2の受波手段を一体的
に含む漏洩ラム波素子からなり、該漏洩ラム波素子は、
前記圧電基板と、前記送波用すだれ状$極と、前記圧電
基板の他方の面に形成され、該圧電基板と共働して前記
第1の受波手段を規定する第1の受波用すだれ状電極と
、前記圧電基板の他方の面に形成され、該圧電基板と共
働して前記第2の受波手段を規定する第2の受波用すだ
れ状電極と、前記圧電基板の一方の面に形成され、前記
送波用すだれ状電極と前記第1の受波用すだれ状電極と
の間に配置されている第1の吸収体と、前記圧電基板の
一方の面に形成され、前記第1の受波用すだれ状電極と
前記第2の受波用すだれ状電極との間に配置されている
第2の吸収体と、前記圧電基板の他方の面に形成され、
前記第1の吸収体に対向する第3の吸収体と、前記圧電
基板の他方の面に形成され、前記第2の吸収体に対向す
る第4の吸収体とを有することが好ましい。
The wave transmitting means includes a leaky Lamb wave element that integrally includes the first and second wave receiving means, and the leaky Lamb wave element includes:
the piezoelectric substrate, the wave transmitting interdigital pole, and a first wave receiving device formed on the other surface of the piezoelectric substrate and working together with the piezoelectric substrate to define the first wave receiving means. a second wave-receiving interdigital electrode formed on the other surface of the piezoelectric substrate and working together with the piezoelectric substrate to define the second wave-receiving means; and one of the piezoelectric substrates. a first absorber formed on a surface of the piezoelectric substrate and disposed between the wave transmitting interdigital electrode and the first wave receiving interdigital electrode, and a first absorber formed on one surface of the piezoelectric substrate; a second absorber disposed between the first wave-receiving interdigital electrode and the second wave-receiving interdigital electrode; and a second absorber formed on the other surface of the piezoelectric substrate;
It is preferable to have a third absorber facing the first absorber and a fourth absorber formed on the other surface of the piezoelectric substrate and facing the second absorber.

前記送波手段を前記第1および第2の受波手段とともに
前記試料に対して相対移動させる走査手段を備えること
が好ましい。
It is preferable to include a scanning means for moving the wave transmitting means relative to the sample together with the first and second wave receiving means.

前記液体を収容l−1該液体中に前記試料を保持してい
る槽を備えることが好ましい。
It is preferable to include a tank containing the liquid and holding the sample in the liquid.

(作用) 前記送波手段を駆動するとき、該送波手段の送波用すだ
れ状電極に周波数Fを有する交流信号を印加し、該送波
手段の圧電基板の各面に周波数Fのラム波を励振させる
。前記圧電基板の一方の面が前記液面に接触しているこ
とにより、前記ラム波は前記圧電基板を伝搬しながら該
ラム波の一部は前記液体中を伝搬するバルク波に変換さ
れる。
(Operation) When driving the wave transmitting means, an AC signal having a frequency F is applied to the wave transmitting interdigital electrode of the wave transmitting means, and a Lamb wave of a frequency F is applied to each surface of the piezoelectric substrate of the wave transmitting means. excite. Since one surface of the piezoelectric substrate is in contact with the liquid surface, the Lamb waves propagate through the piezoelectric substrate, and a portion of the Lamb waves are converted into bulk waves propagating in the liquid.

前記バルク波に変換される前記ラム波は漏洩ラム波と呼
ばれている。
The Lamb wave that is converted into the bulk wave is called a leaky Lamb wave.

前記バルク波の放射角度θ0、該バルク波の速度V、お
よび前記漏洩ラム波の速度VLは次の(1)式で示す関
係を満足し、 また、前記漏洩ラム波の速度■、は該漏洩ラム波の波数
にと前記圧@基板の厚さdとの積の関係で示され、前記
漏洩ラム波には、それぞれが箕なる速度分散特性を有す
る複数のモードが存在するから、前記交流信号の周波数
Fを変化させることによって前記バルク波の放射角度θ
、を制御することができる。
The radiation angle θ0 of the bulk wave, the velocity V of the bulk wave, and the velocity VL of the leaky Lamb wave satisfy the relationship shown by the following equation (1), and the velocity Θ of the leaky Lamb wave is expressed by the leakage Lamb wave. It is expressed by the product of the wave number of the Lamb wave and the pressure@substrate thickness d, and since the leaky Lamb wave has a plurality of modes, each having a different velocity dispersion characteristic, the alternating current signal By changing the frequency F of the bulk wave, the radiation angle θ
, can be controlled.

前記バルク波が前記試料に入射するとき、該バルク波に
よって表面波が前記試料に励振されることにより、前記
バルク波の前記試料への入射角度は前記バルク波の液体
中の伝搬速度と前記試料の表面波速度との比によって決
定されるレイリー臨界角に一致するから、前記試料の材
質などの特性によって決定される表面波速度に応じて変
化する前記レイリー臨界角と前記入射角度とを前記バル
ク波の放射角度θ、の制御によって一致させることがで
きる。
When the bulk wave is incident on the sample, a surface wave is excited in the sample by the bulk wave, so that the angle of incidence of the bulk wave on the sample is determined by the propagation velocity of the bulk wave in the liquid and the sample. Since the Rayleigh critical angle is determined by the ratio of the surface wave velocity to the surface wave velocity of This can be achieved by controlling the wave radiation angle θ.

前記漏洩ラム波素子は前記送波手段、前記第1および第
2の受波手段をそれぞれ一体的に含むことにより、前記
送波手段、前記第1および第2の受波手段の位置関係が
予め決められているから、前記試料に対する前記送波手
段、前記第1および第2の受波手段の位置決めを容易に
することができる。
The leaky Lamb wave element integrally includes the wave transmitting means and the first and second wave receiving means, so that the positional relationship between the wave transmitting means and the first and second wave receiving means is determined in advance. Since the wave length is determined, it is possible to easily position the wave transmitting means and the first and second wave receiving means with respect to the sample.

前記走査手段を備えることにより、前記試料と、前記送
波手段2.前記第1および第2の受波手段との相対移動
が前記走査手段で行われるから、前記試料の測定部位を
容易に変更することができる。
By providing the scanning means, the sample and the wave transmitting means 2. Since the scanning means moves relative to the first and second wave receiving means, the measurement site of the sample can be easily changed.

前記槽の液体中に試料を保持することにより、前記試料
と前記圧電基板との間に形成されている前記液体の層が
外乱などの影響を受は難いから、外乱などに起因する前
記液体の移動を未然に防止することができる。
By holding the sample in the liquid in the tank, the layer of liquid formed between the sample and the piezoelectric substrate is hardly affected by disturbances, so that the liquid layer formed between the sample and the piezoelectric substrate is not easily affected by disturbances. Movement can be prevented.

(実施例) 第1図は本発明の表面波速度分布測定装置の一実施例を
示すブロック図、第2図は第1図の表面波速度分布測定
装置の表面波速度分布の測定原理を示す図、第3図は第
1図の表面波速度分布測定装置に用いられている漏洩ラ
ム波素子を示す平面図、第4図は第3図のA−A線に沿
って得られた断面図である。
(Example) Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the surface wave velocity distribution measuring device of the present invention, and Fig. 2 shows the principle of measuring the surface wave velocity distribution of the surface wave velocity distribution measuring device of Fig. 1. Figure 3 is a plan view showing the leaky Lamb wave element used in the surface wave velocity distribution measuring device shown in Figure 1, and Figure 4 is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 3. It is.

表面波速度分布測定装置10は、第1図に示すように、
水12を収容し、該水12中に試料14を保持する槽1
6を備える。槽16は上方に開口する角槽からなる。槽
16は固定台18の滑動面20に沿って移動する移動台
22に置かれている。
The surface wave velocity distribution measuring device 10, as shown in FIG.
A tank 1 containing water 12 and holding a sample 14 in the water 12
6. The tank 16 consists of a square tank that opens upward. The tank 16 is placed on a movable table 22 that moves along a sliding surface 20 of a fixed table 18.

移動台22には、それを移動させる駆動部(図示せず)
が設けられている。前記駆動部は走査制御部24から出
力される制御信号に基づき移動台22を移動させる。走
査制御部24は前記駆動部および移動台22と互いに共
働して走査手段を構成する。
The moving table 22 includes a drive unit (not shown) for moving it.
is provided. The driving section moves the movable table 22 based on a control signal output from the scanning control section 24. The scanning control section 24 cooperates with the driving section and the moving table 22 to form scanning means.

走査制御部24から第1の制御信号100が前記駆動部
に与えられるとき、前記駆動部は移動台22を滑動面2
0に沿ってそれに規定されるX軸方向に所定の移動量分
移動させる。第2の制御信号102が前記駆動部に与え
られるとき、前記駆動部は移動台22を滑動面20に沿
って前記X軸方向と直交するY軸方向に所定の移動量分
移動させるう第3の制御信号104が前記駆動部に与え
られるとき、前記駆動部は移動台22を鉛直方向の軸線
の周りに角度的に所定の角度分回転させる。
When the first control signal 100 is given to the drive unit from the scanning control unit 24, the drive unit moves the movable table 22 to the sliding surface 2.
0 in the X-axis direction defined therein by a predetermined amount of movement. When the second control signal 102 is given to the drive section, the drive section moves the movable table 22 along the sliding surface 20 by a predetermined movement amount in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction. When the control signal 104 is given to the drive unit, the drive unit rotates the movable table 22 by a predetermined angle around the vertical axis.

また、走査制御部24が第1、第2および第3の制御信
号100,102,104の内のいずれか1つを出力す
るとき、該出力される制御信号が示す移動方向および移
動量に対応する走査位置信号106が走査制御部24か
ら出力される。
Furthermore, when the scan control unit 24 outputs any one of the first, second, and third control signals 100, 102, and 104, it corresponds to the movement direction and movement amount indicated by the output control signal. A scanning position signal 106 is output from the scanning control section 24.

梢16内には、漏洩ラム波素子26が配置されている。A leaky Lamb wave element 26 is arranged within the treetop 16 .

漏洩ラム波素子26は、第3図および第4図に示すよう
に、一方の面が水口に接触している圧電基板28を有す
る。圧電基板28は長方形の形状を有するNEPEC−
6(商品名、東北金属製)からなる。
The leaky Lamb wave element 26, as shown in FIGS. 3 and 4, has a piezoelectric substrate 28 with one surface in contact with the water port. The piezoelectric substrate 28 has a rectangular shape.
6 (product name, manufactured by Tohoku Metals).

圧電基板28の他方の面には、送波用すだれ状1@極3
o、第1の受波用すだれ状電極32および第2の受波用
すだれ状電極34が形成されている。
On the other side of the piezoelectric substrate 28, a wave transmitting interdigital 1@pole 3 is provided.
o, a first wave-receiving interdigital electrode 32 and a second wave-receiving interdigital electrode 34 are formed.

送波用すだれ状電極30、第1および第2の受波用すだ
れ状電@32.34は電極対数が5である正規形すだれ
状電極からなり、その電極周期長はp、、であり、その
電極間距離はd。である。送波用すだれ状電極30、第
1および第2の受波用すだれ状電極32.34は圧電基
板28の長手方向に沿って順次間隔をおいて配列されて
いる。
The wave transmitting interdigital electrode 30 and the first and second wave receiving interdigital electrodes @32.34 are composed of regular interdigital electrodes with 5 electrode pairs, and the electrode period length is p, The distance between the electrodes is d. It is. The wave transmitting interdigital electrode 30 and the first and second wave receiving interdigital electrodes 32 and 34 are arranged at intervals along the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 28.

圧電基板28の他方の面には、第1および第2の量収体
36.38が形成されている。第1の吸収体36は送波
用すだれ状電極30と第1の受波用ずだれ状電極32と
の間に配置され、第2の吸収体38は第1の受波用すだ
れ状電極32と第2の受波用すだれ状電極34との間に
配置されている。これに対し、圧電基板28の一方の面
には、第1の吸収体36に対向する第3の吸収体40お
よび第2の吸収体38に対向する第4の吸収体42が形
成されている。
On the other side of the piezoelectric substrate 28, first and second volume receiving bodies 36, 38 are formed. The first absorber 36 is disposed between the wave transmitting interdigital electrode 30 and the first wave receiving interdigital electrode 32, and the second absorber 38 is disposed between the first wave receiving interdigital electrode 32. and the second wave-receiving interdigital electrode 34. On the other hand, a third absorber 40 facing the first absorber 36 and a fourth absorber 42 facing the second absorber 38 are formed on one surface of the piezoelectric substrate 28. .

漏洩ラム波素子26の送波用すだれ状電極30には、そ
れを駆動するための無線周波パルス信号(以下、rRF
信号」と称する。)108が無線周波パルス発生器44
から印加される。無線周波パルス発生器44はRF信号
108の発振を開始すると同時に発振開始を指示する動
作信号110を出力し、RF信号108の発振を停止す
ると同時に発振停止を指示する動作信号110を出力す
る。
The transmission interdigital electrode 30 of the leaky Lamb wave element 26 receives a radio frequency pulse signal (rRF
It is called "signal". ) 108 is the radio frequency pulse generator 44
Applied from The radio frequency pulse generator 44 outputs an operation signal 110 instructing to start oscillation at the same time as starting the oscillation of the RF signal 108, and outputs an operation signal 110 instructing to stop the oscillation at the same time as stopping the oscillation of the RF signal 108.

漏洩ラム波素子26を駆動するとき、無線周波パルス発
生器44からのRF信号108が送波用すだれ状電極3
0に印加される。圧電基板28には、ラム波が励振され
、該ラム波の進行方向は圧電基板28の長手方向に一致
する。前記ラム波の内の第1の受波用すだれ状電′!f
132に向うラム波は第1および第3の吸収体36.4
0に吸収されることにより、該ラム波は第1および第2
の受波用すだれ状電極32.34に入射されないから、
第1および第2の受波用すだれ状電&32,34の出力
が前記ラム波に干渉されることを防止する。
When driving the leaky Lamb wave element 26, the RF signal 108 from the radio frequency pulse generator 44 is transmitted to the transducer interdigital electrode 3.
Applied to 0. Lamb waves are excited in the piezoelectric substrate 28, and the traveling direction of the Lamb waves coincides with the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 28. The first wave-receiving interdigital wave of the Lamb waves! f
The Lamb wave toward 132 is absorbed by the first and third absorbers 36.4
0, the Lamb wave is absorbed into the first and second
Since the waves are not incident on the receiving interdigital electrodes 32 and 34,
The outputs of the first and second wave-receiving blinds &32, 34 are prevented from being interfered with by the Lamb wave.

前記ラム波は、第2図に示すように、圧電基板28を伝
搬しながら該ラム波の一部は水12中を伝搬するバルク
波46に変換される。バルク波46に変換される前記ラ
ム波は漏洩ラム波と呼ばれる。
As shown in FIG. 2, while the Lamb waves propagate through the piezoelectric substrate 28, a portion of the Lamb waves are converted into bulk waves 46 that propagate in the water 12. The Lamb waves that are converted into bulk waves 46 are called leaky Lamb waves.

前記漏洩ラム波の速度をV +、とし、バルク波46の
速度を■、とすると、バルク波46の圧電基板28の一
方の面の法線に対する放射角度θ。は次の(1)式 を満足する。また、前記漏洩ラム波の速度■、はファー
ネル(farnelN)の手法を改良した数値解析法で
求められ、該漏洩ラム波の波数にと圧電基板28の厚さ
dとの積の関数で示される。
Assuming that the velocity of the leaky Lamb wave is V + and the velocity of the bulk wave 46 is -, then the radiation angle θ of the bulk wave 46 with respect to the normal to one surface of the piezoelectric substrate 28 is. satisfies the following equation (1). In addition, the velocity (1) of the leaky Lamb wave is determined by a numerical analysis method that is an improved version of Farnel's method, and is expressed as a function of the product of the wave number of the leaky Lamb wave and the thickness d of the piezoelectric substrate 28. .

前記漏洩ラム波には、第5図に示すように、多数のモー
ドが存在する。第5図は漏洩ラム波の速度分散特性を示
す図である。第5図から明らかなように、前記漏洩ラム
波の速度は各モード毎に異なる。なお、図中のA、、、
、2.、は反対称モードを、S o、 1.x、 sは
対称モードを示し、それぞれの添字はモード次数を示す
。これに対し5図中の○印はすだれ状電極の電極周期長
βが380μmであるときの漏洩ラム波の各モードにお
ける速度の実験値を示し、・印はすだれ状電極の@極周
期長ρが210μmであるときの漏洩ラム波の各モード
における速度の実験値を示す、第5図および(1)式か
ら明らかなように、送波用すだれ状電極30へ印加され
るRF信号108の周波数を変えることによって所定の
モードの漏洩ラム波が得られることがわかる。その結果
、RF信号108の周波数を制御することによってバル
ク波46の放射角度θ、を制御することができる。
As shown in FIG. 5, the leaky Lamb wave has many modes. FIG. 5 is a diagram showing the velocity dispersion characteristics of leaky Lamb waves. As is clear from FIG. 5, the velocity of the leaky Lamb wave differs for each mode. In addition, A in the figure...
, 2. , denotes the antisymmetric mode, S o, 1. x, s indicate the symmetric mode, and each subscript indicates the mode order. On the other hand, the ○ marks in Figure 5 indicate the experimental values of the velocity in each mode of the leaky Lamb wave when the electrode period length β of the interdigital electrode is 380 μm, and the ・ mark indicates the @polar period length ρ of the interdigital electrode. As is clear from FIG. 5 and equation (1), which show the experimental values of the velocity in each mode of the leaky Lamb wave when It can be seen that a leaky Lamb wave of a predetermined mode can be obtained by changing . As a result, by controlling the frequency of the RF signal 108, the radiation angle θ of the bulk wave 46 can be controlled.

前記漏洩ラム波が前記バルク波に変換される割合を示す
実効変換効率は、第6図に示すように、各モード毎に異
なる。第6図は第3図の漏洩ラム波発生器に励振される
漏洩ラム波が水中バルク波に変換される割合である実効
変換効率を示す図である。
As shown in FIG. 6, the effective conversion efficiency, which indicates the rate at which the leaky Lamb wave is converted into the bulk wave, differs for each mode. FIG. 6 is a diagram showing the effective conversion efficiency, which is the rate at which the leaky Lamb waves excited by the leaky Lamb wave generator of FIG. 3 are converted into underwater bulk waves.

バルク波46は、第2図に示すように、圧電基板28の
送波用すだれ状電極30が形成されている面に対向する
面から試料14に向けて放射される。バルク波46の放
射角度θ、は、バルク波46の試料14への入射角度θ
0がバルク波46の速度V、と試料14の表面波速度と
の比によって決定されるレイリー臨界角に一致するよう
に、RF信号108の周波数によって制御されている。
As shown in FIG. 2, the bulk wave 46 is radiated toward the sample 14 from the surface of the piezoelectric substrate 28 that is opposite to the surface on which the wave transmitting interdigital electrode 30 is formed. The radiation angle θ of the bulk wave 46 is the incident angle θ of the bulk wave 46 on the sample 14.
0 corresponds to the Rayleigh critical angle determined by the ratio of the velocity V of the bulk wave 46 and the surface wave velocity of the sample 14 by the frequency of the RF signal 108.

バルク波46が試料14の部位48に到達するとき、バ
ルク波46の試料14への入射角度θ0がレイリー臨界
角にほぼ一致するから、試料14には漏洩表面波50が
励振される。試料14で鏡面反射されるバルク波46の
一部は吸収体40に吸収され、吸収体40はバルク波4
6の一部が第1および第2の受波用すだれ状電′jf1
32.34で受波されることを防止する。
When the bulk wave 46 reaches the portion 48 of the sample 14, a leaky surface wave 50 is excited in the sample 14 because the incident angle θ0 of the bulk wave 46 on the sample 14 approximately matches the Rayleigh critical angle. A part of the bulk wave 46 that is specularly reflected by the sample 14 is absorbed by the absorber 40, and the absorber 40 absorbs the bulk wave 46.
A part of 6 is the first and second wave receiving interdigital wire 'jf1
32.34 to prevent reception.

試料14の漏洩表面波50は試料14を伝搬しながら、
漏洩表面波50の一部は試料工4の表面波伝搬経路に位
置する部位から水12中に放射される再放射バルク波に
変換される3図示の例によれば、第1の部位52から放
射される再放射バルク波54は第1の受波用すだれ状電
極32で受波され、第2の部位56から放射される再放
射バルク波58は第2の受波用すだれ状電極34で受波
される。第1の受波用ずだれ状電極32と第2の受波用
ずだれ状電極34との間には、第2および第4の吸収体
38.42が配置されていることにより、第1の受波用
すだれ状電極32は再放射バルク波58の影響を受けず
、第2の受波用すだれ状電極34は再放射バルク波54
の影響を受けないから、第1および第2の受波用すだれ
状電極32.34のそれぞれは、対応する再放射バルク
波を確実に受波することができる。
While the leaky surface wave 50 of the sample 14 propagates through the sample 14,
A portion of the leaky surface waves 50 is converted into a re-radiated bulk wave that is radiated into the water 12 from a portion of the sample work 4 located on the surface wave propagation path. The emitted re-radiated bulk wave 54 is received by the first receiving interdigital electrode 32, and the re-radiated bulk wave 58 emitted from the second portion 56 is received by the second receiving interdigital electrode 34. waves are received. The second and fourth absorbers 38 and 42 are disposed between the first wave-receiving wave-shaped electrode 32 and the second wave-receiving wave-shaped electrode 34, so that the first The wave receiving interdigital electrode 32 is not affected by the re-radiated bulk wave 58, and the second wave receiving interdigital electrode 34 is not affected by the re-radiated bulk wave 54.
Therefore, each of the first and second wave-receiving interdigital electrodes 32, 34 can reliably receive the corresponding re-radiated bulk wave.

第1の受波用すだれ状電極32が再放射バルク波54を
受波するとき、再放射バルク波54に対応する第1の受
波信号112が第1の受波用すだれ状電極32から出力
される。第2の受波用すだれ状電極34が再放射バルク
波58を受波するとき、再放射バルク波58に対応する
第2の受波信号114が第2の受波用すだれ状電極34
から出力される。
When the first wave-receiving interdigital electrode 32 receives the re-radiated bulk wave 54, the first wave-receiving signal 112 corresponding to the re-radiated bulk wave 54 is output from the first wave-receiving interdigital electrode 32. be done. When the second wave-receiving interdigital electrode 34 receives the re-radiated bulk wave 58, the second wave-receiving signal 114 corresponding to the re-radiated bulk wave 58 is transmitted to the second wave-receiving interdigital electrode 34.
is output from.

第1の受波信号112および第2の受波信号114は位
相差検出手段60に与えられる。第1の受波信号112
はそれが波形整形回路62で整形された後、移相器64
に与えられる。移相器64は第1の受波信号112をそ
の位相に対して90′″の差がある位相の参照信号11
6に変換し、出力する。
The first received signal 112 and the second received signal 114 are provided to the phase difference detection means 60. First received signal 112
After it is shaped by the waveform shaping circuit 62, it is passed through the phase shifter 64.
given to. The phase shifter 64 converts the first received signal 112 into a reference signal 11 with a phase difference of 90'' from the first received signal 112.
6 and output.

第2の受波信号114はそれが波形整形回路66で整形
された後、位相比較器68に与えられる。
The second received signal 114 is applied to a phase comparator 68 after being shaped by a waveform shaping circuit 66 .

位相比較器68は移相器64から出力される参照信号1
16と第2の受波信号114とに基づき参照信号116
の位相と第2の受波信号114の位相との基準位相差を
検出し、該基準位相差から90°の位相角を差し引いて
いる位相差を算出し、該位相差に対応する電圧値を有す
る位相差信号118を出力する。参照信号116は第1
の受波信号112の位相と90°の差がある位相を有す
ることにより、前記基準位相差の値が大きくなるから、
位相比較器68は前記基準位相差を精度良く比較するこ
とができる。その結果、位相差信号118は第1の受波
信号112の位相と第2の受波信号114の位相との差
に精度良く対応している。
The phase comparator 68 receives the reference signal 1 output from the phase shifter 64.
16 and the second received signal 114.
Detects the reference phase difference between the phase of It outputs a phase difference signal 118 having the following characteristics. The reference signal 116 is the first
By having a phase that is 90° different from the phase of the received signal 112, the value of the reference phase difference increases.
The phase comparator 68 can accurately compare the reference phase difference. As a result, the phase difference signal 118 accurately corresponds to the difference between the phase of the first received signal 112 and the phase of the second received signal 114.

例えば、位相差信号118の電圧値は、第7図に示すよ
うに、第1の受波信号112の位相と第2の受波信号1
14の位相との差に対して直線的に変化する。第7図は
位相差信号の電圧および第1の受波信号の位相と第2の
受波信号の位相との差の関係を示す図である。
For example, as shown in FIG. 7, the voltage value of the phase difference signal 118 is equal to
It changes linearly with respect to the difference from the phase of 14. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the voltage of the phase difference signal and the difference between the phase of the first received signal and the phase of the second received signal.

位相差検出手段60の位相比較器68から出力される位
相差信号118は演算手段70に与えられる。演算手段
70が無線周波パルス発生器44から発振開始を指示す
る動作信号110を受けるとき、演算手段70は位相差
信号118を取り込み、位相差信号118の電圧値に基
づき表面波速度の変化量ΔVを算出する。
The phase difference signal 118 output from the phase comparator 68 of the phase difference detection means 60 is given to the calculation means 70. When the calculation means 70 receives the operation signal 110 instructing the start of oscillation from the radio frequency pulse generator 44, the calculation means 70 takes in the phase difference signal 118, and calculates the amount of change in surface wave velocity ΔV based on the voltage value of the phase difference signal 118. Calculate.

位相差信号118の電圧値が示す位相差をΔφとし、第
1の部位52から第2の部位56までの表面波伝搬方向
に沿う距離をΔρとし、試料14の物性値から決定され
る定数をkとするとき、位相差Δφは次の(2)式、 Δφ=にΔρΔV        ・・・(2)を満足
することにより、速度変化量ΔVが求めろれる。定数に
および距離Δρは演算手段70に予め設定されている。
The phase difference indicated by the voltage value of the phase difference signal 118 is Δφ, the distance from the first part 52 to the second part 56 along the surface wave propagation direction is Δρ, and the constant determined from the physical property values of the sample 14 is When k, the phase difference Δφ satisfies the following equation (2): Δφ= ΔρΔV (2) The speed change amount ΔV can be determined. The constant and the distance Δρ are set in advance in the calculation means 70.

演算手段70が無線周波パルス発生器44から発振の停
止を指示する信号110を受けるとき、演算手段70は
位相差信号118の取り込みを停止するとともに前記速
度変化量Δ■に対応する速度信号120を出力する。
When the calculation means 70 receives the signal 110 instructing to stop oscillation from the radio frequency pulse generator 44, the calculation means 70 stops taking in the phase difference signal 118, and also outputs the speed signal 120 corresponding to the speed change amount Δ■. Output.

演算手段70から出力される速度信号120は走査制御
部24からの走査位置信号106とともに表示手段72
に与えられる0表示手段72は走査位置信号106が示
す移動方向および移動量から予め設定されている基準位
置に対する試料14の測定部位の位置を算出し、該測定
部位の位置と速度信号120が示す速度変化量ΔVを表
示する。
The speed signal 120 output from the calculation means 70 is displayed on the display means 72 together with the scanning position signal 106 from the scan control section 24.
The 0 display means 72 given to the scanning position signal 106 calculates the position of the measurement part of the sample 14 with respect to a preset reference position from the movement direction and movement amount indicated by the scanning position signal 106, and calculates the position of the measurement part and the speed signal 120. Displays the speed change amount ΔV.

次に、表面波速度分布測定装置10で試料の表面波速度
分布を測定するときの測定動作について説明する。
Next, a measurement operation when measuring the surface wave velocity distribution of a sample using the surface wave velocity distribution measuring device 10 will be described.

第8図は測定対象の試料の一例を示す斜視図、第9図は
第8図の試料のX軸方向の表面波速度分布の測定結果を
示す図、第10図は第8図の試料のY軸方向の表面波速
度分布の測定結果を示す図、第11図は測定対象の試料
の他の例を示す斜視図、第12図は第11図の試料の表
面波速度分布の測定結果を示す図、第13図は第11図
の試料の表面波速度分布の数値計算の結果を示す図であ
る。
Figure 8 is a perspective view showing an example of the sample to be measured, Figure 9 is a diagram showing the measurement results of the surface wave velocity distribution in the X-axis direction of the sample in Figure 8, and Figure 10 is a diagram showing the measurement results of the surface wave velocity distribution of the sample in Figure 8. A diagram showing the measurement results of the surface wave velocity distribution in the Y-axis direction, Figure 11 is a perspective view showing another example of the sample to be measured, and Figure 12 shows the measurement results of the surface wave velocity distribution of the sample in Figure 11. The figure shown in FIG. 13 is a diagram showing the results of numerical calculation of the surface wave velocity distribution of the sample in FIG. 11.

円板状の圧電セラミック74の表面波速度分布を測定す
るとき、第8図に示すように、圧電セラミック74はそ
の中心部76が槽16の底部に規定されているX軸およ
びY軸が互いに交わる原点0に一致するように槽16の
底部に配置される。
When measuring the surface wave velocity distribution of the disk-shaped piezoelectric ceramic 74, as shown in FIG. They are arranged at the bottom of the tank 16 so as to coincide with the intersection origin 0.

圧電セラミック74は、その厚さ方向(第8図の9印が
示す方向)に伸びる分極軸を有する。圧電セラミック7
4の直径寸法は50cnmである。
The piezoelectric ceramic 74 has a polarization axis extending in its thickness direction (the direction indicated by mark 9 in FIG. 8). piezoelectric ceramic 7
The diameter dimension of No. 4 is 50 cnm.

漏洩ラム波素子26には、電極周期長ρが210μmで
あるすだれ状電極が用いられている。
The leaky Lamb wave element 26 uses interdigital electrodes with an electrode period length ρ of 210 μm.

まず、無線周波パルス発生器44を駆動する。First, the radio frequency pulse generator 44 is driven.

無線周波パルス発生器44は、送波用すだれ状電極30
がS。モードの漏洩ラム波を発生可能な周波数を有する
RF信号108を発振すると同時に発振開始を指示する
動作信号110を出力する。
The radio frequency pulse generator 44 includes a wave transmitting interdigital electrode 30.
is S. It oscillates an RF signal 108 having a frequency capable of generating a mode leaky Lamb wave, and at the same time outputs an operation signal 110 instructing to start oscillation.

RF信号108は送波用すだれ状電極30に印加され、
漏洩ラム波が圧電基板28に励振される。
The RF signal 108 is applied to the transmitting interdigital electrode 30,
A leaky Lamb wave is excited in the piezoelectric substrate 28.

S0モードの漏洩ラム波の速度■oは、第5図に示すよ
うに、約2.5+on/sである。Soモードの漏洩ラ
ム波はバルク波46に変換され、バルク波46は1/イ
リー臨界角に等し、い角度θ。で圧電セラミック74に
入射される。圧電セラミック74には、バルク波46に
よって漏洩表面波50が励振され、該漏洩表面波50の
一部は再放射バルク波54.58に変換される。
The velocity ■o of the leaky Lamb wave in the S0 mode is approximately 2.5+on/s, as shown in FIG. The leaky Lamb wave of the So mode is converted into a bulk wave 46, and the bulk wave 46 has an angle θ equal to 1/Illy critical angle. is incident on the piezoelectric ceramic 74. A leaky surface wave 50 is excited in the piezoelectric ceramic 74 by the bulk wave 46, and a portion of the leaky surface wave 50 is converted into a re-radiated bulk wave 54,58.

再放射バルク波54は第1の受波用ずだれ状電極32で
受波され、再放射バルク波58は第2の受波用すだれ状
電極34で受波される。第1の受波用すだれ状電極32
から出力される第1の受波信号112および第2の受波
用すだれ状電極34から出力される第2の受波信号11
4は位相差検出手段60に与えられ、位相差検出手段6
0は第1の受波信号112の位相と第2の受波信号11
4の位相との差に対応する位相差信号118を出力する
The re-radiated bulk wave 54 is received by the first wave-receiving interdigital electrode 32, and the re-radiated bulk wave 58 is received by the second wave-receiving interdigital electrode 34. First wave receiving interdigital electrode 32
The first received signal 112 output from the second receiving interdigital electrode 34 and the second received signal 11 outputted from the second interdigital receiving interdigital electrode 34.
4 is given to the phase difference detection means 60, and the phase difference detection means 6
0 is the phase of the first received signal 112 and the second received signal 11
A phase difference signal 118 corresponding to the difference from the phase of 4 is output.

演算手段70には、発振開始を指示する動作信号110
が与えられているごとにより、位相差信号118は演算
手段70に取り込まれるから、演算手段70は位相差信
号118の電圧値に基づき部位76における表面波速度
の変化量として予め設定されている基準値からの速度変
化量Δ■を算出する。
The calculation means 70 receives an operation signal 110 that instructs to start oscillation.
Since the phase difference signal 118 is taken into the calculation means 70 each time the phase difference signal 118 is given, the calculation means 70 calculates a preset standard as the amount of change in surface wave velocity at the portion 76 based on the voltage value of the phase difference signal 118. Calculate the speed change amount Δ■ from the value.

次いで、無線周波パルス発生器44はRF信号108の
発振を停止し、発振の停止を指示する動作信号110を
演算手段70に与える。演算手段70は位相差信号11
8の取り込みを停止し、速度変化1八Vに対応する速度
信号120を表示手段72に与えるつ表示手段72は、
速度信号120が示ず速度変化量ΔVを部位76の位置
の座標とと6に表示する。
Next, the radio frequency pulse generator 44 stops oscillating the RF signal 108 and provides an operation signal 110 to the calculation means 70 instructing to stop the oscillation. The calculation means 70 calculates the phase difference signal 11
The display means 72 stops the capture of 8 V and gives the speed signal 120 corresponding to the speed change of 18 V to the display means 72.
The amount of speed change ΔV that the speed signal 120 does not indicate is displayed at the coordinates of the position of the part 76 and 6.

前線周波パルス発生器44がRF信号108の発振を停
止!−た後、移動台22の駆動部は第1の制御信号10
2に基づき移動台22をX軸方向に0.5關移動させる
ことにより、圧電セラミック74の測定部位は部位76
から部位78に移動される。
Front frequency pulse generator 44 stops oscillating RF signal 108! - After that, the driving part of the moving table 22 receives the first control signal 10.
2, by moving the moving table 22 by 0.5 degrees in the
78.

走査動作完了後、漏洩ラム波素子26は駆動され、圧電
セラミック74の部位78でめ速度変化量Δ■が測定さ
れる。その結果、測定動作および走査動作を交互に繰り
返すことによって圧電セラミック74のX軸方向に沿う
表面波速度分布を測定することができる。圧電セラミッ
ク74のX軸方向に沿う表面波速度分布の測定結果は第
9図に示されている。
After the scanning operation is completed, the leaky Lamb wave element 26 is driven, and the amount of velocity change Δ■ is measured at a portion 78 of the piezoelectric ceramic 74. As a result, the surface wave velocity distribution along the X-axis direction of the piezoelectric ceramic 74 can be measured by repeating the measurement operation and the scanning operation alternately. The measurement results of the surface wave velocity distribution along the X-axis direction of the piezoelectric ceramic 74 are shown in FIG.

圧電セラミック74のY軸方向に沿う表面波速度分布は
、第10図に示すように、圧電セラミック74の)′軸
方向への走査動作を行うことにJ:って得られる。なお
、第9図および第10図の縦軸が示す偏差値は原点(部
位76)の測定値を基準とする値である。
The surface wave velocity distribution along the Y-axis direction of the piezoelectric ceramic 74 is obtained by scanning the piezoelectric ceramic 74 in the )'-axis direction, as shown in FIG. Note that the deviation values indicated by the vertical axes in FIGS. 9 and 10 are values based on the measured value at the origin (part 76).

圧電セラミック82は、第11図に示すように、厚さ方
向に直交する分極軸(図中の合印)を有する板材からな
る。圧電セラミック82の分極軸に平行な面に沿って伝
搬する表面波の速度分布を測定するとき、圧電セラミッ
ク82はその中心部位84が横16の底部に規定されて
いる原点0に一致するように、槽16の底部に配置され
る。
As shown in FIG. 11, the piezoelectric ceramic 82 is made of a plate having a polarization axis (marked in the figure) perpendicular to the thickness direction. When measuring the velocity distribution of a surface wave propagating along a plane parallel to the polarization axis of the piezoelectric ceramic 82, the piezoelectric ceramic 82 is arranged so that its central region 84 coincides with the origin 0 defined at the bottom of the horizontal plane 16. , located at the bottom of the tank 16.

漏洩ラム波素子26には、電極周期長pか380J1m
であるすだれ状電極が用いられている。送波用ずだれ状
電極30によって発生される漏洩ラム波のモードはA0
モードである。Aoモードの漏洩ラム波の速度■、は、
第5図に示すように、約1 、8km/sである6 走査は移動台22をZ軸の周りに2°の角度ピッチθで
回転させることによって行われることにより、圧電セラ
ミック82の測定部位は中心部位84とそれからの距離
Δρを半径とする円の周、)。
The leaky Lamb wave element 26 has an electrode period length p of 380 J1 m.
An interdigital electrode is used. The mode of the leaky Lamb wave generated by the transmitting wave electrode 30 is A0.
mode. The velocity of the leaky Lamb wave in Ao mode is,
As shown in FIG. 5, scanning at a speed of approximately 1.8 km/s is performed by rotating the moving stage 22 around the Z-axis at an angular pitch θ of 2 degrees, thereby detecting the measurement portion of the piezoelectric ceramic 82. is the circumference of a circle whose radius is the center region 84 and the distance Δρ from it.

に位置する部位となるから、圧電セラミック82の中心
部位84を中心とするZ軸周りの表面波速度の変化景八
Vが求められる。第12図および第13図から明らかな
ように、測定結果は数値針9の結果にほぼ一致している
ことがわかる。その結果、表面波速度分布測定装置10
を異方性のある圧電セラミック82に適用することがで
きる。
Since the region is located at As is clear from FIGS. 12 and 13, it can be seen that the measurement results almost match those of the numerical needle 9. As a result, the surface wave velocity distribution measuring device 10
can be applied to the anisotropic piezoelectric ceramic 82.

(発明の効果) 本発明の方法によれば、前記漏洩ラム波から変換される
バルク波の放射角度は印加交流信号の周波数の制御によ
って制御されることにより、前記バルク波の放射角度の
制御によって前記バルク波。
(Effects of the Invention) According to the method of the present invention, the radiation angle of the bulk wave converted from the leaky Lamb wave is controlled by controlling the frequency of the applied AC signal, and by controlling the radiation angle of the bulk wave. Said bulk wave.

の試料への入射角度は前記試料の材質などの特性によっ
て決定される表面波速度に応じて変化するレイリー臨界
角に一致されるから、前記試料の特性に対応する表面波
を前記試料に励振させることができ、表面波速度の測定
可能な試料の範囲を大幅に広くすることができる。
Since the angle of incidence on the sample matches the Rayleigh critical angle, which varies according to the surface wave velocity determined by the characteristics of the sample, such as the material, surface waves corresponding to the characteristics of the sample are excited in the sample. This greatly expands the range of samples whose surface wave velocities can be measured.

本発明の装置によれば、前記バルク波の放射角度の制御
によって前記バルク波の試料への入射角度はレイリー臨
界角に一致されるから、前記試料の特性に対応する表面
波を前記試料に励振させることができ、表面波速度の測
定可能な試料の範囲を広くすることができる。
According to the apparatus of the present invention, the angle of incidence of the bulk wave on the sample is made to match the Rayleigh critical angle by controlling the radiation angle of the bulk wave, so that surface waves corresponding to the characteristics of the sample are excited in the sample. This makes it possible to widen the range of samples whose surface wave velocities can be measured.

前記漏洩ラム波素子は前記送波手段、前記第1および第
2の受波手段をそれぞれ一体的に含むことにより、前記
送波手段、前記第1および第2の受波手段の位置関係が
予め訣められているから、前記試料に対する前記送波手
段、前記第1および第2の受波手段の位置決めを容易に
することができる。
The leaky Lamb wave element integrally includes the wave transmitting means and the first and second wave receiving means, so that the positional relationship between the wave transmitting means and the first and second wave receiving means is determined in advance. Since the wave transmitting means and the first and second wave receiving means can be easily positioned with respect to the sample.

前記走査手段を備えることにより、前記試料と、前記送
波手段、前記第1および第2の受波手段との相対移動が
前記走査手段で行われるから、前記試料の測定部位を容
易に変更することができる。
By providing the scanning means, the relative movement of the sample, the wave transmitting means, and the first and second wave receiving means is performed by the scanning means, so that the measurement site of the sample can be easily changed. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の表面波速度分布測定装置の一実施例を
示すブロック図、第2図は第1図の表面波速度分布測定
装置の表面波速度分布の測定原理を示す図、第3図は第
1図の表面波速度分布測定装置に用いられている漏洩ラ
ム波素子を示す平面図、第4図は第3図のA−A線に沿
って得られた断面図、第5図は漏洩ラム波の速度分散特
性を示す図、第6図は第3図の漏洩ラム波素子における
漏洩ラム波と液中バルク波変換の割合である実効変換効
率を示す図、第7図は位相差信号の電圧および第1の受
波信号の位相と第2の受波信号の位相との差の関係を示
す図、第8図は測定試料の一例を示す斜視図、第9図は
第8図の試料のX軸方向の表面波速度分布の測定結果を
示す図、第10図は第8図の試料のY軸方向の表面波速
度分布の測定結果を示す図、第11図は測定試料の他の
例を示す斜視図、第12図は第11図の試料の表面波速
度分布の測定結果を示す図、第13図は第11図の試料
の表面波速度分布の数値計算の結果を示す図である。 10・・・表面波速度分布測定装置、12・・・水、1
・4・・・資料、16・・・槽、22・・・移動台(走
査手段)、24・・・走査制御部(走査手段)、26・
・・漏洩ラム波素子、28・・・圧電基板、30・・・
送波用すだれ状電極、32・・・第1の受波用すだれ状
電極、34・・・第2の受波用すだれ状電極、36.3
840.42・・・吸収体、44・・・無線周波パルス
発生器、52・・・第1の部位、56・・・第2の部位
、60・・・位相差検出手段、70・・・演算手段、7
4.82・・・圧電セラミック。 A 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 4 60 =40 −20  0   +20 位相差角度(度) +40 +60 第 図 第8図 な ○ 0.2 0.4 0.6 0.8 0 1.2 4 3 2 −1   0   士1 X軸方向の位置 (mm) 第9図 +2 モ3 3 2 −1   0   −1−I Y軸方向の位置 仲m) +2 +3 第10 yI 30 0 回転角度θ(度) 0 第12 図 回転角度θ(度〉
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the surface wave velocity distribution measuring device of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the principle of measuring surface wave velocity distribution of the surface wave velocity distribution measuring device of FIG. 1, and FIG. The figure is a plan view showing the leaky Lamb wave element used in the surface wave velocity distribution measuring device shown in Fig. 1, Fig. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A in Fig. 3, and Fig. 5 is a diagram showing the velocity dispersion characteristics of leaky Lamb waves, Figure 6 is a diagram showing the effective conversion efficiency, which is the ratio of leaky Lamb wave to liquid bulk wave conversion in the leaky Lamb wave element of Figure 3, and Figure 7 is a diagram showing the velocity dispersion characteristics of leaky Lamb waves. A diagram showing the relationship between the voltage of the phase difference signal and the difference between the phase of the first received signal and the phase of the second received signal, FIG. 8 is a perspective view showing an example of a measurement sample, and FIG. Figure 10 shows the measurement results of the surface wave velocity distribution in the Y-axis direction of the sample in Figure 8. Figure 11 shows the measured sample. Fig. 12 is a diagram showing the measurement results of the surface wave velocity distribution of the sample in Fig. 11, and Fig. 13 shows the results of numerical calculation of the surface wave velocity distribution of the sample in Fig. 11. FIG. 10...Surface wave velocity distribution measuring device, 12...Water, 1
4... Document, 16... Tank, 22... Moving table (scanning means), 24... Scanning control unit (scanning means), 26.
...Leaky Lamb wave element, 28...Piezoelectric substrate, 30...
Wave-transmitting interdigital electrode, 32... First wave-receiving interdigital electrode, 34... Second wave-receiving interdigital electrode, 36.3
840.42... Absorber, 44... Radio frequency pulse generator, 52... First part, 56... Second part, 60... Phase difference detection means, 70... calculation means, 7
4.82...Piezoelectric ceramic. A 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 4 60 =40 -20 0 +20 Phase difference angle (degrees) +40 +60 Figure 8○ 0.2 0.4 0 .6 0.8 0 1.2 4 3 2 -1 0 1 Position in the X-axis direction (mm) Fig. 9 +2 Mo3 3 2 -1 0 -1-I Position in the Y-axis direction Nakam) +2 +3 10th yI 30 0 Rotation angle θ (degrees) 0 Figure 12 Rotation angle θ (degrees)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)試料の表面に液体の層を形成し、一方の面が前記
液面に接触している圧電基板および該圧電基板の他方の
面に形成され、該圧電基板にラム液を励振させる送波用
すだれ状電極を有する送波手段と第1の受波手段と第2
の受波手段とを順次前記送波手段の圧電基板に励振され
るラム波の進行方向に沿つて配列し、前記送波手段でそ
れに生じる漏洩ラム波から変換されるバルク波を前記液
体中に前記試料に向けて放射することによつて前記試料
に表面波を励振させ、前記試料の表面波伝搬経路に位置
する第1の部位から前記液体中に放射される第1の再放
射バルク波を前記第1の受波手段で受波し、前記試料の
表面波伝搬経路に位置する第2の部位から前記液体中に
放射される第2の再放射バルク波を前記第2の受波手段
で受波し、前記第1の受波手段で受波される第1の再放
射バルク波と前記第2の受波手段で受波される第2の再
放射バルク波との位相差から前記第1の部位の表面波速
度に対する前記第2の部位の表面波速度の変化量を求め
る表面波速度分布測定方法。
(1) A layer of liquid is formed on the surface of the sample, and a piezoelectric substrate is formed on the other surface of the piezoelectric substrate and one surface is in contact with the liquid surface, and a layer of liquid is formed on the piezoelectric substrate to excite the ram liquid. A wave transmitting means having a wave interdigital electrode, a first wave receiving means, and a second wave receiving means.
and a wave receiving means of the wave transmitting means are sequentially arranged along the traveling direction of the Lamb wave excited in the piezoelectric substrate of the wave transmitting means, and a bulk wave converted from a leaky Lamb wave generated therein by the wave transmitting means is transmitted into the liquid. A surface wave is excited in the sample by radiating toward the sample, and a first re-radiated bulk wave is radiated into the liquid from a first portion located on a surface wave propagation path of the sample. The second wave receiving means receives a second re-radiated bulk wave that is received by the first wave receiving means and radiated into the liquid from a second portion located on the surface wave propagation path of the sample. From the phase difference between the first re-radiated bulk wave received by the first wave receiving means and the second re-radiated bulk wave received by the second wave receiving means, A surface wave velocity distribution measuring method for determining the amount of change in the surface wave velocity of the second part with respect to the surface wave velocity of the first part.
(2)試料の表面に形成されている液体の層と、一方の
面が前記液体の液面に接触している圧電基板および該圧
電基板の他方の面に形成され、該圧電基板にラム波を励
振させる送波用すだれ状電極を有する送波手段と、該送
波手段の圧電基板に励振されるラム波の進行方向に沿つ
て該送波手段と間隔をおいて配列され、前記送波手段の
漏洩ラム波から変換されるバルク波によって表面波が前
記試料に励振されるときに該試料の表面波伝搬経路の第
1の部位から前記液体中に放射される第1の再放射バル
ク波を受波し、該受波する第1の再放射バルク波に対応
する第1の受波信号を出力する第1の受波手段と、前記
ラム波の進行方向に沿って前記送波手段および前記第1
の受波手段のそれぞれと間隔をおきかつ該第1の受波手
段に隣り合う位置に配列され、前記表面波が前記試料に
励振されるときに該試料の表面波伝搬経路の第2の部位
から前記液体中に放射される第2の再放射バルク波を受
波し、該受波する第2の再放射バルク波に対応する第2
の受波信号を出力する第2の受波手段と、前記第1の受
波手段からの第1の受波信号および前記第2の受波手段
からの第2の受波信号が与えられ、前記第1の受波信号
と前記第2の受波信号との位相差を検出し、該位相差に
対応する位相差信号を出力する位相差検出手段と、該位
相差検出手段からの位相差信号が与えられ、該位相差信
号に基づき表面波速度の変化量を算出し、該表面波速度
の変化量に対応する適度信号を出力する演算手段とを備
える表面波速度分布測定装置。
(2) A layer of liquid formed on the surface of the sample, a piezoelectric substrate whose one surface is in contact with the surface of the liquid, and a Lamb wave formed on the other surface of the piezoelectric substrate. a wave transmitting means having interdigitated electrodes for transmitting waves that excite the wave transmitting means; a first re-radiated bulk wave radiated into the liquid from a first portion of a surface wave propagation path of the sample when a surface wave is excited in the sample by a bulk wave converted from a leaky Lamb wave of the means; a first wave receiving means for receiving a first re-radiated bulk wave and outputting a first received signal corresponding to the received first re-radiated bulk wave; Said first
a second portion of the surface wave propagation path of the sample when the surface wave is excited in the sample; a second re-radiated bulk wave that corresponds to the received second re-radiated bulk wave;
a second receiving means for outputting a received signal; a first receiving signal from the first receiving means and a second receiving signal from the second receiving means; a phase difference detection means for detecting a phase difference between the first received signal and the second received signal and outputting a phase difference signal corresponding to the phase difference; and a phase difference from the phase difference detection means. A surface wave velocity distribution measuring device comprising: a calculation means to which a signal is applied, calculates an amount of change in surface wave velocity based on the phase difference signal, and outputs a moderate signal corresponding to the amount of change in surface wave velocity.
(3)前記送波手段は前記第1および第2の受波手段を
一体的に含む漏洩ラム波素子からなり、該漏洩ラム波素
子は、前記圧電基板と、前記送波用すだれ状電極と、前
記圧電基板の他方の面に形成され、該圧電基板と共働し
て前記第1の受波手段を規定する第1の受波用すだれ状
電極と、前記圧電基板の他方の面に形成され、該圧電基
板と共働して前記第2の受波手段を規定する第2の受波
用すだれ状電極と、前記圧電基板の一方の面に形成され
、前記送波用すだれ状電極と前記第1の受波用すだれ状
電極との間に配置されている第1の吸収体と、前記圧電
基板の一方の面に形成され、前記第1の受波用すだれ状
電極と前記第2の受波用すだれ状電極との間に配置され
ている第2の吸収体と、前記圧電基板の他方の面に形成
され、前記第1の吸収体に対向する第3の吸収体と、前
記圧電基板の他方の面に形成され、前記第2の吸収体に
対向する第4の吸収体とを有する請求項2に記載の表面
波速度分布測定装置。
(3) The wave transmitting means includes a leaky Lamb wave element that integrally includes the first and second wave receiving means, and the leaky Lamb wave element includes the piezoelectric substrate and the wave transmitting interdigital electrode. , a first wave receiving interdigital electrode formed on the other surface of the piezoelectric substrate and working together with the piezoelectric substrate to define the first wave receiving means; and a first wave receiving interdigital electrode formed on the other surface of the piezoelectric substrate. a second wave-receiving interdigital electrode that cooperates with the piezoelectric substrate to define the second wave-receiving means; and a second wave-receiving interdigital electrode formed on one surface of the piezoelectric substrate and defining the wave-transmitting interdigital electrode. a first absorber disposed between the first wave-receiving interdigital electrode; and a first absorber disposed on one surface of the piezoelectric substrate, the first wave-receiving interdigital electrode and the second a second absorber disposed between the wave receiving interdigital electrode; a third absorber formed on the other surface of the piezoelectric substrate and facing the first absorber; The surface wave velocity distribution measuring device according to claim 2, further comprising a fourth absorber formed on the other surface of the piezoelectric substrate and facing the second absorber.
(4)前記送波手段を前記第1および第2の受波手段と
ともに前記試料に対して相対移動させる走査手段を備え
る請求項2または3に記載の表面波速度分布測定装置。
(4) The surface wave velocity distribution measuring device according to claim 2 or 3, further comprising scanning means for moving the wave transmitting means relative to the sample together with the first and second wave receiving means.
(5)前記液体を収容し、該液体中に前記試料を保持す
る槽を備える請求項2、3または4に記載の表面波速度
分布測定装置。
(5) The surface wave velocity distribution measuring device according to claim 2, further comprising a tank containing the liquid and holding the sample in the liquid.
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