JPH0467132B2 - - Google Patents

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JPH0467132B2
JPH0467132B2 JP58044072A JP4407283A JPH0467132B2 JP H0467132 B2 JPH0467132 B2 JP H0467132B2 JP 58044072 A JP58044072 A JP 58044072A JP 4407283 A JP4407283 A JP 4407283A JP H0467132 B2 JPH0467132 B2 JP H0467132B2
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JP
Japan
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wave
amplitude
reflected wave
synthesizer
frequency
Prior art date
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Application number
JP58044072A
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Japanese (ja)
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JPS59170731A (en
Inventor
Izumi Tomeno
Tomokazu Domon
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPH0467132B2 publication Critical patent/JPH0467132B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H5/00Measuring propagation velocity of ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. of pressure waves

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は超音波を用いた自動音速測定装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an automatic speed of sound measuring device using ultrasonic waves.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

従来、電子部品材料等を通過する音速を求める
には、超音波を試料に注入し、そのとき試料底面
からの反射波を検知して音速を求める方法が知ら
れている。そして、とくに精度よく音速を求める
音速測定位置として超音波の干渉を利用した超音
波位相比較法によるものがある。かかる装置は、
一定のパルス幅を有するバースト信号により、試
料の一端に直接又はバツフアーロードを介して張
り付けた超音波振動子を励振してバースト状の超
音波(入射波)を発信させ、この入射波を試料の
底面で反射させて超音波振動子で受信する。そし
て、バースト信号のパルス幅を適宜広げることに
より試料底面から得られる複数の反射波を次々に
重ね合わせて干渉をおこし、試料に含まられるバ
ースト信号の搬送波の波数を決めることにより試
料の音速を求める。詳述すれば、反射波が多重に
重ね合わされた部分の振幅は、搬送波の周波数と
ともに変動し、試料中の波数が整数倍(n−1、
n)になると振幅を最小値をとり、これに対応す
るバースト信号の搬送波の周波数をo-1oとす
ると、試料の音速υは試料の厚みをlとして、 υ=2l(oo-1) ……(1) であらわされる。
BACKGROUND ART Conventionally, in order to determine the speed of sound passing through electronic component materials, etc., a method is known in which ultrasonic waves are injected into a sample and the reflected waves from the bottom of the sample are detected to determine the speed of sound. In particular, there is a method based on an ultrasonic phase comparison method that utilizes ultrasonic interference as a sound speed measurement position for determining the sound speed with high accuracy. Such a device is
A burst signal with a constant pulse width excites an ultrasonic transducer attached directly to one end of the sample or via a buffer load to emit a burst-shaped ultrasonic wave (incident wave), and this incident wave is transmitted to the sample. The waves are reflected off the bottom surface and received by an ultrasonic transducer. Then, by appropriately widening the pulse width of the burst signal, multiple reflected waves obtained from the bottom of the sample are superimposed one after another to cause interference, and the sound velocity of the sample is determined by determining the wave number of the carrier wave of the burst signal contained in the sample. . Specifically, the amplitude of the portion where reflected waves are multiplexed varies with the frequency of the carrier wave, and the wave number in the sample is an integral multiple (n-1,
n), the amplitude takes its minimum value, and the frequencies of the carrier waves of the corresponding burst signals are o-1 and o.The sound velocity of the sample, υ, is given by the thickness of the sample, υ=2l( oo- 1 )...It is expressed as (1).

従来の音速測定装置は、オシロスコープ上に描
かれた合成波を目視することにより、その合成波
の重なり部分の振幅を読みとり、振幅が最小とな
るときの周波数を求めて音速υを計算する構造で
あるため、目視による誤差が生じる。
Conventional sound speed measurement devices have a structure that reads the amplitude of the overlapping part of the combined waves by visually observing the combined waves drawn on an oscilloscope, and calculates the sound speed υ by finding the frequency at which the amplitude is minimum. Therefore, an error occurs due to visual inspection.

そこで本発明者らは、先に自動音速測定装置を
提案した。
Therefore, the present inventors previously proposed an automatic speed of sound measuring device.

この自動音速測定装置を第1図に示す。この装
置は従来の音速測定装置の超音波振動子5とゲー
ト増幅器3とシンセサイザからなる発振回路1の
ゲート増幅器3に接続され、該振動子で受信した
反射波を検知する包絡線検出器8を設け、この包
絡線検出器8に接続され前記反射波の振幅の変化
状態を検出する波高検出器9を設け、この波高検
出器9に接続すると共にシンセサイザ2、ゲート
増幅器2に夫々接続するように該シンセサイザ2
の周波数並びにゲート増幅器3のパルス幅を制御
する発振回路制御器10を設け、この発振回路制
御器10に接続されシンセサイザ2に出力する周
波数変換信号を記憶する記憶回路11を設け、こ
の記憶回路11に接続され記憶回路11の記憶さ
れる所定の周波数変換信号に基づいて試料の音速
を求める音速解析器12を設けた構造を有する。
その特徴とする点は、波高検出器で検出される反
射波の振幅の変化状態が漸減する場合は、その最
後の振幅が最小値をとるような信号を波高検出器
9から発振回路制御器10に送り、前記信号に基
づいて記憶回路11で前記信号に対応する周波数
変換信号を読み出させて音速解析器12で試料の
音速を求め、かつ反射波の振幅が漸減しない場合
は、発振回路制御器10によりシンセサイザ2に
周波数を、ゲート増幅器3にパルス幅を制御する
信号を送つて、前記振幅が漸減するまで繰り返し
操作を行なうことにより音速を求めることにあ
る。
This automatic sound velocity measuring device is shown in FIG. This device is connected to a gate amplifier 3 of an oscillation circuit 1 consisting of an ultrasonic transducer 5, a gate amplifier 3, and a synthesizer of a conventional sound velocity measurement device, and has an envelope detector 8 for detecting reflected waves received by the transducer. A wave height detector 9 is provided, which is connected to the envelope detector 8 and detects the state of change in the amplitude of the reflected wave. The synthesizer 2
An oscillation circuit controller 10 for controlling the frequency of the gate amplifier 3 and the pulse width of the gate amplifier 3 is provided, and a storage circuit 11 connected to the oscillation circuit controller 10 and storing a frequency-converted signal to be output to the synthesizer 2 is provided. The structure includes a sound speed analyzer 12 which is connected to a storage circuit 11 and calculates the sound speed of the sample based on a predetermined frequency conversion signal stored in a storage circuit 11.
The characteristic point is that when the change state of the amplitude of the reflected wave detected by the wave height detector gradually decreases, a signal is sent from the wave height detector 9 to the oscillation circuit controller 10 such that the last amplitude takes the minimum value. Based on the signal, the storage circuit 11 reads out a frequency conversion signal corresponding to the signal, and the sound velocity analyzer 12 determines the sound velocity of the sample. If the amplitude of the reflected wave does not gradually decrease, the oscillation circuit control is performed. The speed of sound is determined by sending signals for controlling the frequency to the synthesizer 2 and the pulse width to the gate amplifier 3 using the device 10, and repeating the operation until the amplitude gradually decreases.

この装置では、振幅が極小値を示す際の周波数
o-1oo+1、…を記憶回路にて記憶し、音速
は次式にて求めている。
This device uses the frequency at which the amplitude reaches its minimum value.
o-1 , o , o+1 ,... are stored in a memory circuit, and the sound speed is calculated using the following formula.

υ=2l・<oo-1> l:試料の厚み <oo-1>:振幅が極小値を示す際の周波数の
間隔の平均値 このように周波数の間隔の平均値をとるため、
できるだけ広い周波数領域での測定を行なえば測
定精度を上げることができる。しかしながら、超
音波振動子は、固有の共振周波数を有しており、
その近傍の周波数領域では、送受信感度にすぐれ
ているが、共振周波数からはずれるに従い、感度
が低下してしまう。従つて、音速測定で使用可能
な周波数領域が限られ、得られる音速の測定誤差
の減少に限界があつた。
υ=2l・< oo-1 > l: Thickness of the sample < oo-1 >: Average value of the frequency interval when the amplitude shows the minimum value In order to take the average value of the frequency interval in this way ,
Measurement accuracy can be improved by performing measurements in as wide a frequency range as possible. However, ultrasonic transducers have a unique resonant frequency,
Transmission and reception sensitivity is excellent in the frequency range in the vicinity, but the sensitivity decreases as the frequency deviates from the resonance frequency. Therefore, the frequency range that can be used in sound speed measurements is limited, and there is a limit to the reduction in sound speed measurement errors that can be obtained.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、
試料の音速を自動的にかつ精度よく測定し得る自
動音速測定装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above points, and
An object of the present invention is to provide an automatic sound speed measurement device that can automatically and accurately measure the sound speed of a sample.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、シンセサイザ及びこのシンセンサイ
ザに接続されるゲート増幅器からなる発振回路
と、前記ゲート増幅器に接続され、試料にバース
ト信号を送出する超音波振動子と、この超音波振
動子に接続され、超音波振動子で受信される反射
波を増幅する反射波増幅器と、この反射波増幅器
に接続され、反射波を検出する包絡線検出器と、
この包絡線検出器に接続され、反射波の振動の変
化状態を検出する波高検出器と、この波高検出器
に接続され、この波高検出器により検出された波
高により前記反射増幅器の増幅率を制御する増幅
率制御器と、前記波高検出器からの出力により、
前記シンセサイザの周波数並びにゲート増幅器の
パルス幅を制御する発振回路制御器と、この発振
回路制御器に接続され、前記シンセサイザに出力
する周波数変換信号を記憶する記憶回路と、この
記憶回路に接続され、該記憶回路に記憶される所
定の周波数変換信号に基づいて試料の音速を求め
る音速解析器とを具備することを特徴とする自動
音速測定装置である。
The present invention provides an oscillation circuit comprising a synthesizer and a gate amplifier connected to the synthesizer, an ultrasonic transducer connected to the gate amplifier and sending a burst signal to a sample, and an ultrasonic transducer connected to the ultrasonic transducer and configured to transmit a burst signal to a sample. a reflected wave amplifier that amplifies the reflected wave received by the acoustic wave transducer; an envelope detector that is connected to the reflected wave amplifier and detects the reflected wave;
A wave height detector is connected to the envelope detector and detects changes in the vibration of the reflected wave; and a wave height detector is connected to the wave height detector and controls the amplification factor of the reflection amplifier based on the wave height detected by the wave height detector. With the output from the amplification factor controller and the wave height detector,
an oscillation circuit controller that controls the frequency of the synthesizer and the pulse width of the gate amplifier; a storage circuit that is connected to the oscillation circuit controller and stores a frequency-converted signal to be output to the synthesizer; This is an automatic sound speed measurement device characterized by comprising a sound speed analyzer that determines the sound speed of a sample based on a predetermined frequency conversion signal stored in the storage circuit.

本発明においては、増幅率制御器を設けたこと
が特徴である。波高検出器で検出される反射波群
のうちの最初の振幅H1が設定値H0より小さい場
合、増幅率制御器により、このH1をH0以上とな
るように反射波増幅器の増幅率を変化させる。
H1≧H0であれば、反射波増幅器の増幅率を変化
させず、例えば増幅率を1として、そのまま次の
動作に移行する。第2図aにこのような増幅率の
制御を行なつた場合の周波数による振幅H1の変
化を示す。振幅H1が設定値H0以上の場合は、反
射波増幅器がない場合と同様であり、H1<H0
場合は、H1はH0に保持される。なお図中実線は
本発明によるH1の変化、破線は反射波増幅器を
設けない場合のH1の変化である。F0は超音波振
動子の共振周波数である。また第2図bに反射波
群中第N番目の反射波の波高値HNの、極小値を
示す周波数FN(第2図a中でH1<H0の範囲)の
近傍での変化を示す。本発明においてはHNの変
化量を大きくとることができるため、HNの極小
値を求める場合の効率、精度共に向上する。なお
図中実線は本発明の場合のHNの変化を示し、増
幅率制御器を設けない場合を点線で示す。
The present invention is characterized by providing an amplification factor controller. If the first amplitude H 1 of the group of reflected waves detected by the wave height detector is smaller than the set value H 0 , the amplification factor of the reflected wave amplifier is adjusted by the amplification factor controller so that this H 1 becomes greater than or equal to H 0 . change.
If H 1 ≧H 0 , the amplification factor of the reflected wave amplifier is not changed, for example, the amplification factor is set to 1, and the process directly proceeds to the next operation. FIG. 2a shows the change in amplitude H1 with frequency when such amplification factor control is performed. When the amplitude H 1 is greater than or equal to the set value H 0 , it is the same as when there is no reflected wave amplifier, and when H 1 <H 0 , H 1 is held at H 0 . Note that the solid line in the figure shows the change in H 1 according to the present invention, and the broken line shows the change in H 1 when no reflected wave amplifier is provided. F 0 is the resonant frequency of the ultrasonic transducer. In addition, Fig. 2b shows the change in the peak value H N of the Nth reflected wave in the group of reflected waves in the vicinity of the minimum frequency F N (range H 1 < H 0 in Fig. 2 a). shows. In the present invention, since the amount of change in H N can be increased, both the efficiency and accuracy when finding the minimum value of H N are improved. Note that the solid line in the figure shows the change in H N in the case of the present invention, and the dotted line shows the case where no amplification factor controller is provided.

このように反射波の増幅率を変化させることに
より、従来に比べ広い周波数領域での音速測定が
可能となり、音速測定の誤差を減少することがで
きる。また、H0<H1以下の場合にのみ反射波を
増幅することにより、広い周波数領域において均
一の誤差を維持することができ、装置さらに測定
精度が向上する。すなわち、従来法では、超音波
振動子の共振周波数近傍での精度は良好である
が、この共振周波数からはなれるに従い、精度が
低下していたため、測定された振幅を極小にする
周波数の中でも、誤差の含み方が変化するため、
全体としての測定誤差が大きくなつてしまつた。
しかしながら本発明においてはH0<H1の時に反
射波の増幅率を上げて精度を向上させるため、広
い周波数領域において均一の誤差を保つことがで
き、全体としてのバラツキも少なくなり、音速測
定の精度が向上する。
By changing the amplification factor of the reflected wave in this way, it becomes possible to measure the sound speed in a wider frequency range than in the past, and it is possible to reduce errors in sound speed measurements. Further, by amplifying the reflected wave only when H 0 <H 1 or less, a uniform error can be maintained in a wide frequency range, and the measurement accuracy of the apparatus is further improved. In other words, in the conventional method, the accuracy is good near the resonant frequency of the ultrasonic transducer, but the accuracy decreases as you move away from this resonant frequency. Since the way in which errors are included changes,
The overall measurement error has increased.
However, in the present invention, when H 0 < H 1 , the amplification factor of the reflected wave is increased to improve accuracy, so it is possible to maintain a uniform error in a wide frequency range, reduce overall variation, and improve the accuracy of sound speed measurements. Improves accuracy.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、広い周波
数領域で音速測定を低い誤差範囲で測定すること
ができるため、試料の音速測定を精度よく、自動
的に測定することができる。
As described above, according to the present invention, the speed of sound can be measured in a wide frequency range with a low error range, so the speed of sound of a sample can be measured accurately and automatically.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明の実施例を第3図に基づいて説明する。
同図中、第1図と同様のものは同一番号を用い
た。図中の1は発振回路であり、安定した周波数
を有する連続波をつくり出すシンセサイザ2と、
このシンセサイザ2に接続され、前記連続波を一
定のパルス幅を有するバースト信号に増幅するゲ
ート増幅器3とから構成されている。前記ゲート
増幅器3には、試料4にバースト信号を送出する
超音波振動子5が接続され、かつ該超音波振動子
5は前記試料4上の超音波バツフア−ロード6上
に接着剤で固定されている。また、前記ゲート振
幅器3及び超音波振動子5には、超音波振動子5
で受信される反射波の波形を描くオシロスコープ
13が接続されている。オシロスコープは波形観
察のために設けたものであり、本発明装置におい
て特に設ける必要はない。
An embodiment of the present invention will be described based on FIG.
In the figure, the same numbers are used for the same parts as in FIG. 1. 1 in the figure is an oscillation circuit, which includes a synthesizer 2 that generates a continuous wave with a stable frequency;
It is comprised of a gate amplifier 3 connected to the synthesizer 2 and amplifying the continuous wave into a burst signal having a constant pulse width. An ultrasonic transducer 5 for sending a burst signal to the sample 4 is connected to the gate amplifier 3, and the ultrasonic transducer 5 is fixed onto the ultrasonic buffer load 6 on the sample 4 with adhesive. ing. Further, the gate amplifier 3 and the ultrasonic transducer 5 include an ultrasonic transducer 5.
An oscilloscope 13 is connected to draw the waveform of the reflected wave received by the oscilloscope 13. The oscilloscope is provided for waveform observation, and is not particularly necessary in the apparatus of the present invention.

さらに超音波振動子5で受信した反射波(合成
波)を検知する包絡線検出器8が、反射波増幅器
7aを介してゲート増幅器3と超音波振動子5に
接続するように設けられている。前記包絡線検出
器8には、前記合成波の振幅の変化状態を検出す
る波高検出器9が接続されている。この波高検出
器9には増幅率制御器7bを介して発振回路制御
器10が接続され、該発振回路制御器10には合
成波の振幅が漸減する場合にその最後の振幅が最
小値となる信号及びその他の振幅に対応する信号
が送られてくる。また、この発振回路制御器10
には、シンセサイザ2、ゲート増幅器3及び該発
振回路制御器10からシンセサイザ2に出力する
周波数変換信号を記憶する記憶回路11が夫々接
続されている。前記発振回路制御器10は前記波
高検出器9から合成波の振幅が漸減してその最後
の振幅が最小値とならない信号が入力された場
合、前記シンセサイザ2に周波数変換信号を、ゲ
ート増幅器3にパルス幅変換信号を送るものであ
る。また、前記発振回路制御器10は前記波高検
出器9から合成波の振幅が漸減してその量の振幅
が最小となる信号が入力された場合、その信号に
対応して予め記憶回路11に記憶されている周波
数変換信号の読み出しを行うものである。前記記
憶回路11には、試料4の音速を測定する音速解
析器12が接続されている。この音速解析器12
は、前記発振回路制御器10より音速解析器12
に読み出される周波数変換信号により読み出すも
のである。また増幅率制御器7bは設定値H0
反射波の第1番目の波高値H1とを比較し、H1
H0ならば反射波増幅器7aにH1≧H0となるよう
に増幅率を変化させる信号を送る。H1≧H0の場
合は増幅率は1に保持される。
Furthermore, an envelope detector 8 for detecting the reflected wave (composite wave) received by the ultrasonic transducer 5 is provided so as to be connected to the gate amplifier 3 and the ultrasonic transducer 5 via the reflected wave amplifier 7a. . A wave height detector 9 is connected to the envelope detector 8 to detect a change in the amplitude of the composite wave. An oscillation circuit controller 10 is connected to this wave height detector 9 via an amplification factor controller 7b, and when the amplitude of the composite wave gradually decreases, the last amplitude becomes the minimum value. A signal corresponding to the signal and other amplitudes are sent. Moreover, this oscillation circuit controller 10
are connected to the synthesizer 2, the gate amplifier 3, and a storage circuit 11 for storing frequency-converted signals output from the oscillation circuit controller 10 to the synthesizer 2, respectively. When the oscillation circuit controller 10 receives a signal from the wave height detector 9 in which the amplitude of the composite wave gradually decreases and the final amplitude does not become the minimum value, the oscillation circuit controller 10 transmits a frequency conversion signal to the synthesizer 2 and a frequency conversion signal to the gate amplifier 3. It sends a pulse width converted signal. Furthermore, when a signal is input from the wave height detector 9 in which the amplitude of the composite wave gradually decreases and the amplitude of the amount becomes the minimum, the oscillation circuit controller 10 stores the signal in advance in the storage circuit 11 corresponding to the signal. This function reads out the frequency-converted signal that has been converted. A sound velocity analyzer 12 for measuring the sound velocity of the sample 4 is connected to the memory circuit 11 . This sound speed analyzer 12
is the speed of sound analyzer 12 from the oscillation circuit controller 10.
It is read out using a frequency converted signal that is read out. Furthermore, the amplification factor controller 7b compares the set value H 0 and the first wave height value H 1 of the reflected wave, and determines that H 1 <
If H 0 , a signal is sent to the reflected wave amplifier 7a to change the amplification factor so that H 1 ≧H 0 . When H 1 ≧H 0 , the amplification factor is kept at 1.

以上のような構成をとる自動音速測定装置にお
ける動作について説明する。まず、発振回路制御
器10より、シンセサイザ2に所定の風波数変換
信号を、ゲート増幅器3に所定のパルス幅の信号
を夫々送る。なお、これらの信号は記憶回路11
に記憶しておく。前記信号により発振回路1から
所定の周波数、パルス幅を有したバースト信号が
発せられる。つづいて、このバースト信号により
超音波振動子5を励振してバースト状の超音波
(入射波)を発信させ、この入射波を超音波バツ
フアーロード6を通つて試料4の底面で反射させ
合成波として超音波振動子5で受信する。次に反
射波増幅器7aで合成波を増幅する。ただしこの
増幅率は増率制御器7bにより制御される。つづ
いて包絡線検出器8で前記合成波を検知し、所定
のパルス幅の包絡線を描くとともに、オシロスコ
ープ18により合成波の波形を観察する。第4図
に振幅と時間の関係を示す。ここで、前記包絡線
が第4図aに示す如く、前記バースト信号のパル
ス幅Wが超音波の試料1往復時間2l/υ(ただし、
lは試料の厚み、υは試料の音速を示す)に対
し、W<2l/υである場合は、発振回路制御器1
0によりゲート増幅器3にW>2l/υとなるよう
なパルス幅の信号を送る。なお、第4図a中のt0
は超音波が超音波バツフアーロード2を往復する
時間を示し、2l/υ毎に表われるN番目の反射波
を第N次反射波と呼び、その波高値をHNとする。
The operation of the automatic speed of sound measuring device configured as described above will be explained. First, the oscillation circuit controller 10 sends a predetermined wind wave number conversion signal to the synthesizer 2 and a signal with a predetermined pulse width to the gate amplifier 3, respectively. Note that these signals are stored in the memory circuit 11.
Remember it. In response to the signal, the oscillation circuit 1 generates a burst signal having a predetermined frequency and pulse width. Next, the ultrasonic transducer 5 is excited by this burst signal to emit a burst-shaped ultrasonic wave (incident wave), and this incident wave is reflected by the bottom surface of the sample 4 through an ultrasonic buffer load 6 and synthesized. The ultrasonic transducer 5 receives the waves as waves. Next, the reflected wave amplifier 7a amplifies the combined wave. However, this amplification factor is controlled by an increase factor controller 7b. Subsequently, the envelope detector 8 detects the composite wave to draw an envelope with a predetermined pulse width, and the oscilloscope 18 observes the waveform of the composite wave. Figure 4 shows the relationship between amplitude and time. Here, as the envelope curve is shown in FIG. 4a, the pulse width W of the burst signal is 2l/υ (however,
(l is the thickness of the sample, υ is the sound velocity of the sample), and if W<2l/υ, the oscillation circuit controller 1
0, a signal with a pulse width such that W>2l/υ is sent to the gate amplifier 3. In addition, t 0 in Figure 4 a
indicates the time for the ultrasonic waves to travel back and forth through the ultrasonic buffer road 2, and the Nth reflected wave that appears every 2l/υ is called the Nth reflected wave, and its peak value is H N.

第2図aに示したようにH1は共振周波数F0
らはずれるに従い減少する。ここで波高検出器9
によつて増幅率制御器7bが動作し、反射波増幅
器7aに信号が送られ、H1≧H0になるまで反射
波増幅器7aの増幅率が上昇される。H1≧H0
あれば、増幅率制御器7bは動作しない。
As shown in FIG. 2a, H 1 decreases as it deviates from the resonant frequency F 0 . Here, the wave height detector 9
Accordingly, the amplification factor controller 7b operates, a signal is sent to the reflected wave amplifier 7a, and the amplification factor of the reflected wave amplifier 7a is increased until H 1 ≧H 0 . If H 1 ≧H 0 , the amplification factor controller 7b does not operate.

波高検出器9より包絡線が第4図bに示す如く
反射波(合成波)の振幅が漸減しないことを確認
した場合は、発振回路制御器10によりシンセサ
イザ2に前記と異なる周波数変換信号を、包絡線
が第4図cに示す如く振幅が漸減するようになる
まで送り続ける。この場合もH1≧H0となるよう
に増幅率制御器7bが動作する。なお、第4図
b,cにおいて、第N次反射波即ちt0+(χ+1)
×2l/υ時間からt0+χ×2l/υ時間(χ=1,
2,3…N)に表われる合成波の包絡線は、第1
次から第χ次までの反射波の振幅と位相が合成さ
れたものである。特に、第4図cに示す如く振幅
が漸減する場合、N×2l/υ番目の合成波の振幅
の変動幅が最も大きくなり、その振幅が最小とな
る。そして、周波数変換信号により第4図cに示
すような包絡線が描かれると、波高検出器9より
合成波の振幅が最小値となる信号が発振回路制御
器10に送られ、この信号により予め記憶回路1
1で記憶した周波数変換信号が音速解析器12へ
読み出される。しかるに、音速解析器12により
合成波の振幅が最小値となるときの試料の音速が
求められる。
If it is confirmed by the wave height detector 9 that the amplitude of the reflected wave (synthesized wave) does not gradually decrease as shown in the envelope shown in FIG. Continue feeding until the amplitude of the envelope gradually decreases as shown in FIG. 4c. In this case as well, the amplification factor controller 7b operates so that H 1 ≧H 0 . In addition, in Fig. 4 b and c, the Nth reflected wave, that is, t 0 + (χ + 1)
×2l/υ time to t 0 +χ×2l/υ time (χ=1,
The envelope of the composite wave appearing in 2, 3...N) is the first
The amplitude and phase of the reflected waves from the next to the χth order are synthesized. In particular, when the amplitude gradually decreases as shown in FIG. 4c, the range of fluctuation in the amplitude of the N×2l/υ-th composite wave is the largest, and the amplitude thereof is the smallest. Then, when an envelope as shown in FIG. 4c is drawn by the frequency conversion signal, a signal that minimizes the amplitude of the composite wave is sent from the wave height detector 9 to the oscillation circuit controller 10. Memory circuit 1
The frequency converted signal stored in step 1 is read out to the sound speed analyzer 12. However, the sound speed analyzer 12 determines the sound speed of the sample when the amplitude of the composite wave becomes the minimum value.

本発明においては、第1番目の反射波の波高値
H1を、一定のレベルまで引きあげたため、広い
周波数範囲で同様の誤差レベルでの音速測定が可
能となる。特に波高値をデジタル量として検出す
る場合、検出する波高値の大小の差が大きいと、
小さい波高値の時、すなわち共振周波数からずれ
ている場合は誤差が大きく、共振周波数近傍の場
合は誤差が小さくなつてしまう。しかしながら本
発明のごとく、ある一定レベルまでH1を引きあ
げ、レベルをあわせることにより、誤差を小さく
均一化することができ、全体としての測定精度が
あがる。
In the present invention, the peak value of the first reflected wave
By raising H 1 to a certain level, it becomes possible to measure the speed of sound with the same error level over a wide frequency range. In particular, when detecting the peak value as a digital quantity, if the difference between the detected peak values is large,
When the peak value is small, that is, when it deviates from the resonant frequency, the error is large, and when it is near the resonant frequency, the error is small. However, as in the present invention, by raising H 1 to a certain level and matching the levels, the errors can be made small and uniform, and the overall measurement accuracy is improved.

この装置を用いて、次のような測定を行なつ
た。超音波バツフアーロード6として長さ200mm、
直径25mmの石英製柱状体を用意し、それぞれの端
面を平坦かつ平行に加工した。次いで、一方の端
部に、その端面の直径が15mmで、円柱側面との角
度が30°となるようにテーパーを形設し、更に、
テーパー部分を含む円柱の外周面に、1mm間隔
で、深さ1mmの環状溝を形設した。超音波振動子
5として直径20mmで20MHzの×カツトの水晶振動
子を夫々用いて、厚み10mm、直径30mmの円柱状の
×カツト水晶(試料)の音速を周波数16〜24MHz
の広い周波数範囲で測定したところ、実測値5720
m/secに対し±5m/sec程度の誤差範囲で自動
測定できることが確認できた。これは反射波増幅
器及び増幅率制御器を設けないものの±10m/
secに比べ、さらに精度をあげることができた。
Using this device, the following measurements were performed. Length 200mm as ultrasonic buffer load 6,
A quartz columnar body with a diameter of 25 mm was prepared, and each end face was machined to be flat and parallel. Next, a taper was formed on one end so that the diameter of the end face was 15 mm and the angle with the side surface of the cylinder was 30°, and further,
Annular grooves with a depth of 1 mm were formed at 1 mm intervals on the outer peripheral surface of the cylinder including the tapered portion. As the ultrasonic transducer 5, a 20 MHz x-cut crystal oscillator with a diameter of 20 mm is used, and the sound speed of a cylindrical x-cut crystal (sample) with a thickness of 10 mm and a diameter of 30 mm is set to a frequency of 16 to 24 MHz.
When measured over a wide frequency range, the actual value was 5720.
It was confirmed that automatic measurement was possible within an error range of about ±5 m/sec. Although this is not equipped with a reflected wave amplifier or amplification factor controller, this is ±10m/
Compared to sec, we were able to improve the accuracy further.

なお、上記実施例では試料の音速測定に際し、
試料と超音波振動子間に超音波バツフアーロード
を用いた場合について述べたが、これに限らず、
超音波振動子を直接試料に張り付けて試料の音速
を測定してもよい。
In addition, in the above example, when measuring the sound velocity of the sample,
Although we have described the case where an ultrasonic buffer load is used between the sample and the ultrasonic transducer, it is not limited to this.
The sound velocity of the sample may be measured by attaching an ultrasonic transducer directly to the sample.

また、上記実施例ではオシロスコープを用いた
が、これは超音波振動子で受信される合成波の波
形を単に確認するためのものであり、オシロスコ
ープを用いなくとも前記実施例と同様の効果を期
待できる。
In addition, although an oscilloscope was used in the above example, this was only for checking the waveform of the composite wave received by the ultrasonic transducer, and it is expected that the same effect as in the above example can be obtained even without using an oscilloscope. can.

また超音波バツフアーロードを用いると、 超音波振動子に直接熱が伝わらないため、広
い温度領域、例えば室温〜950℃程度での音速
測定が可能となる。
Furthermore, when an ultrasonic buffer load is used, heat is not directly transferred to the ultrasonic transducer, making it possible to measure the sound velocity over a wide temperature range, for example, from room temperature to about 950°C.

超音波振動子は超音波バツフアーロードに接
着されるため、測定試料に接着した場合に比べ
取扱が容易である。
Since the ultrasonic transducer is bonded to the ultrasonic buffer load, it is easier to handle than when it is bonded to the measurement sample.

等の利点がある。There are advantages such as

また超音波バツフアーロードに用いる場合は、
バツフアーロードの側面からの反射を防止するた
め、周囲に溝を設けることが好ましい。また、試
料との接着部をテーパ状として、接着面積を小さ
くすることにより、熱膨張差による試料破損等の
おこる恐れがない。また本実施例のようにこのテ
ーパ状部分にも溝を設けることが好ましい。
Also, when used for ultrasonic buffer load,
In order to prevent reflection from the side surface of the buffer load, it is preferable to provide a groove around the buffer load. Furthermore, by making the bonded portion with the sample tapered to reduce the bonding area, there is no risk of sample damage due to differences in thermal expansion. Further, it is preferable to provide a groove in this tapered portion as in this embodiment.

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

第1図は本発明者の先に提案した自動音速測定
装置を示すブロツク図、第2図は周波数−波高値
特性曲線図、第3図は本発明の実施例を示すブロ
ツク図、第4図は振幅−時間曲線図。 1……発振回路、2……シンセサイザ、3……
ゲート増幅器、5……超音波振動子、7a……反
射波増幅器、7b……増幅率制御器、8……包絡
線検出器、9……波高検出器、10……発振回路
制御器、11……記憶回路、12……音速解析
器。
Fig. 1 is a block diagram showing an automatic sound speed measurement device previously proposed by the inventor, Fig. 2 is a frequency-peak value characteristic curve, Fig. 3 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and Fig. 4. is an amplitude-time curve diagram. 1...Oscillation circuit, 2...Synthesizer, 3...
Gate amplifier, 5... Ultrasonic transducer, 7a... Reflected wave amplifier, 7b... Amplification factor controller, 8... Envelope detector, 9... Wave height detector, 10... Oscillation circuit controller, 11 ...Memory circuit, 12...Sonic speed analyzer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 シンセサイザ及びこのシンセサイザに接続さ
れるゲート増幅器からなる発振回路と、前記ゲー
ト増幅器に接続され、試料にバースト信号を送出
する超音波振動子と、この超音波振動子に接続さ
れ、超音波振動子で受信される反射波を増幅する
反射波増幅器と、この反射波増幅器に接続され、
反射波を検出する包絡線検出器と、この包絡線検
出器に接続され、反射波の振幅の変化状態を検出
する波高検出器と、この波高検出器に接続され、
この波高検出器により検出される反射波群のうち
の最初の振幅H1が設定値H0より小さい場合に前
記反射波増幅器の増幅率をH1≧H0となるように
制御し、その状態で前記波高検出器で反射波の振
幅の変化状態を検出する増幅率制御器と、前記波
高検出器からの出力により、前記シンセサイザの
周波数並びにゲート増幅器のパルス幅を制御する
発振回路制御器と、この発振回路制御器に接続さ
れ、前記シンセサイザに出力する周波数変換信号
を記憶する記憶回路と、この記憶回路に接続さ
れ、該記憶回路に記憶される所定の周波数変換信
号に基づいて試料の音速を求める音速解析器とを
具備することを特徴とする自動音速測定装置。
1. An oscillation circuit consisting of a synthesizer and a gate amplifier connected to the synthesizer, an ultrasonic transducer connected to the gate amplifier and sending out a burst signal to the sample, and an ultrasonic transducer connected to the ultrasonic transducer. a reflected wave amplifier that amplifies the reflected wave received by the
an envelope detector that detects a reflected wave; a wave height detector that is connected to the envelope detector and detects a state of change in the amplitude of the reflected wave; and a wave height detector that is connected to the wave height detector;
When the first amplitude H 1 of the group of reflected waves detected by this wave height detector is smaller than the set value H 0 , the amplification factor of the reflected wave amplifier is controlled so that H 1 ≧H 0 , and the state an amplification factor controller that detects a changing state of the amplitude of the reflected wave with the wave height detector; and an oscillation circuit controller that controls the frequency of the synthesizer and the pulse width of the gate amplifier based on the output from the wave height detector; A memory circuit connected to the oscillation circuit controller and storing a frequency conversion signal to be output to the synthesizer; An automatic sound speed measuring device characterized by comprising a sound speed analyzer for determining the speed of sound.
JP58044072A 1983-03-18 1983-03-18 Automatic measuring device for sound velocity Granted JPS59170731A (en)

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