JPH0472558A - Sound wave measuring device - Google Patents

Sound wave measuring device

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Publication number
JPH0472558A
JPH0472558A JP2185877A JP18587790A JPH0472558A JP H0472558 A JPH0472558 A JP H0472558A JP 2185877 A JP2185877 A JP 2185877A JP 18587790 A JP18587790 A JP 18587790A JP H0472558 A JPH0472558 A JP H0472558A
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JP
Japan
Prior art keywords
probe
sample
curve
ultrasonic probe
wave
Prior art date
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Pending
Application number
JP2185877A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuo Hayakawa
泰夫 早川
Toshio Nonaka
野中 寿夫
Takayuki Shimodaira
貴之 下平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0472558A publication Critical patent/JPH0472558A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To directly measure the sound wave of a couplant interposed between a probe and a sample by exciting an ultrasonic probe to transmit ultrasonic wave, and then receiving this signal while shifting the ultrasonic probe, and calculating the peak frequency of the high frequency signal. CONSTITUTION:A peak frequency fmax corresponds to the cycle DELTAZo of the high frequency components Vh(z) of a V(z) curve indicating the (z) position of a probe 4 and fmax = 1/DELTAZo, so DELTAZo is calculated from fmax; i.e. each time the probe 4 moves lambda/2 in the direction of Z-axis, the V(z) curve is periodically fluctuated by the influence of the interference between direct reflected wave from a sample 6 and reflected wave from the lens boundary surface of the probe 4, so DELTAZo = lambda/2. The sound velocity of ultrasonic wave within a couplant 5 is calculated from a relational expression C = 2.DELTAZo.F since a general relational expression is C = lambda.F(F is the frequency of the ultrasonic wave).

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は、超音波顕微鏡の探触子と試料との間に介在さ
れるカップラントと呼ばれる液体の音速を測定する音速
測定装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention relates to a sound velocity measuring device for measuring the sound velocity of a liquid called a coupler which is interposed between a probe of an ultrasonic microscope and a sample.

B、従来の技術 従来から、超音波顕微鏡によりV (z)曲線を求めて
試料の音速が測定されている。第2図はV(z)曲線を
計測する超音波顕微鏡の概略構成を示す図であり、以下
、本図により超音波顕微鏡による試料の観察動作を説明
する。。
B. Prior Art Conventionally, the sound velocity of a sample has been measured by obtaining a V (z) curve using an ultrasonic microscope. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic microscope for measuring the V(z) curve. Hereinafter, the operation of observing a sample using the ultrasonic microscope will be explained with reference to this diagram. .

試料台10上に置かれた試料6にカップラントと呼ばれ
る媒体(例えば水)5を滴下し、超音波探触子(送受信
型)4を接触させる。送信器1からバースト状の電気信
号をサーキュレータ3を介して探触子4に印加する。探
触子4は電気信号を超音波信号に変換し、探触子4の端
部に設けられたレンズで集束してカップラント5を介し
て試料6に超音波信号を入射する。試料6の表面層で反
射・散乱する超音波信号は同じレンズに入射して探触子
4により電気信号に変換された後、サーキュレータ3を
介して受信器2に送信される。受信器2に送信された電
気信号は適当に増幅され、ピーク検出器7に送信される
A medium (for example, water) 5 called a coupler is dropped onto a sample 6 placed on a sample stage 10, and an ultrasonic probe (transmission/reception type) 4 is brought into contact with the sample. A burst electrical signal is applied from a transmitter 1 to a probe 4 via a circulator 3. The probe 4 converts the electrical signal into an ultrasonic signal, focuses the ultrasonic signal with a lens provided at the end of the probe 4, and makes the ultrasonic signal enter the sample 6 via the coupler 5. The ultrasonic signals reflected and scattered by the surface layer of the sample 6 enter the same lens, are converted into electrical signals by the probe 4, and are then transmitted to the receiver 2 via the circulator 3. The electrical signal sent to the receiver 2 is suitably amplified and sent to the peak detector 7.

この際、第7図に示す試料表面からのレンズ中心近傍の
直接反射波14と弾性表面波15とが干渉して、第8図
に示すような両者の位相差により干渉波に大きな振幅変
化が起こる。この干渉波が電気信号に変換されて、サー
キュレータ3を介して受信器2に送信される。
At this time, the directly reflected wave 14 near the center of the lens from the sample surface shown in FIG. 7 interferes with the surface acoustic wave 15, and the phase difference between the two causes a large amplitude change in the interference wave as shown in FIG. happen. This interference wave is converted into an electrical signal and transmitted to the receiver 2 via the circulator 3.

この状態で、探触子4と試料6との間の距離を、CPU
9からの命令により制御器13から制御信号(パルス)
を送出することで2軸移動装W11により一定方向に変
化させ、ピーク検出器7から得られるピーク値を測定す
ると、前述した直接反射波と弾性表面波との位相変化に
よりピーク値が変化する。そこで、このピーク値をA/
D変換器8を介してCPU9により取り込み、これをデ
イスプレィ12上に表示すると、第9図に示すような曲
線が得られる。これをV (z)曲線と呼び、縦軸はピ
ーク値■、横軸は探触子4と試料6との間の距離2であ
る。なお、Zの値は、探触子4のレンズの焦点位置から
試料6に向かう方向を負とし、通常は負の値のみ測定す
る。このV(z)曲線は試料6の弾性表面波の音速に依
存する形状を有しており、従って、測定対象たる試料6
のV(z)曲線を求めることで試料6の弾性表面波の音
速を測定することができる。具体的には、により試料6
の弾性表面波の音速Crが求められる。ここで、Cwは
カップラント5の音速、Fは超音波の周波数、Δ2はV
 (z)曲線の周期(第9図参照)である。従って、こ
れらCw、FおよびΔ2の正確な値を用いることが、C
rの精度を向上させることになる。ここでCwの値は、
測定時におけるカップラント5の温度を測定し、第10
図に示すようなカップラント5の温度−音速特性図から
求められ、これにより上式からCrを算出する。
In this state, the distance between the probe 4 and the sample 6 is determined by the CPU.
Control signal (pulse) from controller 13 according to command from 9
When the peak value obtained from the peak detector 7 is measured by transmitting the wave in a fixed direction by the two-axis moving device W11, the peak value changes due to the phase change between the directly reflected wave and the surface acoustic wave described above. Therefore, this peak value is A/
When the CPU 9 takes in the data through the D converter 8 and displays it on the display 12, a curve as shown in FIG. 9 is obtained. This is called a V (z) curve, where the vertical axis is the peak value ■, and the horizontal axis is the distance 2 between the probe 4 and the sample 6. Note that the value of Z is negative in the direction from the focal position of the lens of the probe 4 toward the sample 6, and normally only negative values are measured. This V(z) curve has a shape that depends on the sound velocity of the surface acoustic wave of sample 6, and therefore, the shape of sample 6, which is the measurement target,
The sound velocity of the surface acoustic wave of the sample 6 can be measured by finding the V(z) curve. Specifically, sample 6
The sound velocity Cr of the surface acoustic wave is determined. Here, Cw is the sound speed of the coupler 5, F is the frequency of the ultrasonic wave, and Δ2 is V
(z) is the period of the curve (see Figure 9). Therefore, using accurate values of Cw, F and Δ2
This will improve the accuracy of r. Here, the value of Cw is
Measure the temperature of the couplant 5 at the time of measurement, and
It is determined from the temperature-sound velocity characteristic diagram of the coupler 5 as shown in the figure, and Cr is calculated from the above equation.

C0発明が解決しようとする課題 従来、カップラント5の温度は、たとえば微小な熱電対
をカップラント5に配し、実際にカップラント5の温度
を測定することで得ていた。しかしながら、微小な熱電
対とはいえ、現実に試料6の音速Crに寄与している部
分の温度を測定できる保障はなく、特に、使用する周波
数によっては探触子4と試料6との間の距離が極めて短
くなり、熱電対をカップラント5に設置できない場合も
ある。また、使用するカップラントの組成と第10図の
較正グラフを作成するもととなるカップラントの組成と
が等しいとは限らない。
C0 Problems to be Solved by the Invention Conventionally, the temperature of the coupler 5 has been obtained by, for example, disposing a minute thermocouple on the coupler 5 and actually measuring the temperature of the coupler 5. However, although it is a minute thermocouple, there is no guarantee that it will be able to measure the temperature of the part that actually contributes to the sound velocity Cr of the sample 6. In particular, depending on the frequency used, the temperature of the part between the probe 4 and the sample 6 may be measured. In some cases, the distance becomes extremely short and it is not possible to install a thermocouple on the coupler 5. Furthermore, the composition of the coupler used is not necessarily the same as the composition of the coupler from which the calibration graph of FIG. 10 is created.

本発明の目的は、探触子と試料との間に介在するカンプ
ラントの音速を直接測定し得る音速測定装置を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to provide a sound speed measuring device that can directly measure the sound speed of a campplant interposed between a probe and a sample.

00課題を解決するための手段 第1図のクレーム対応図により本発明を説明すると、請
求項1の発明は、第1図(a)に示すように超音波探触
子101と、この超音波探触子101を試料の表面に垂
直な方向に移動させる移動手段102と、超音波探触子
101に超音波を発生させる送信手段103と、超音波
探触子101からの信号を受信する受信手段104と、
移動手段102により超音波探触子101を移動させな
がら受信手段104で信号を受信することで得られるV
 (z)曲線の高周波成分を抽出する抽出手段105と
、この抽出手段105で得られた高周波信号のピーク周
波数を求めるピーク周波数算出手段106と、このピー
ク周波数に基づいてカップラントの音速を求める音速算
出手段107とから構成される。
00 Means for Solving the Problems The present invention will be explained with reference to the claim correspondence diagram in FIG. A moving unit 102 that moves the probe 101 in a direction perpendicular to the surface of the sample, a transmitting unit 103 that causes the ultrasonic probe 101 to generate ultrasonic waves, and a receiver that receives signals from the ultrasonic probe 101. Means 104;
V obtained by receiving a signal with the receiving means 104 while moving the ultrasound probe 101 with the moving means 102
(z) extraction means 105 for extracting high frequency components of the curve; peak frequency calculation means 106 for calculating the peak frequency of the high frequency signal obtained by this extraction means 105; It is composed of calculation means 107.

また、請求項2の発明は、第1図(b)に示すように上
記超音波探触子101と、移動手段102と、送信手段
103と、受信手段104と、移動手段102により前
記超音波探触子101を移動させながら受信手段104
で信号を受信することで得られるV (z)曲線の周波
数分析を行う周波数分析手段201と、この周波数分析
の結果を用いて、入力された仮のピーク周波数の近傍に
おいて真のピーク周波数を決定するピーク周波数決定手
段202と、この真のピーク周波数からカップラントの
音速を求める音速算出手段203とから構成される。
Further, the invention of claim 2 provides the ultrasonic probe 101, the moving means 102, the transmitting means 103, the receiving means 104, and the moving means 102, as shown in FIG. 1(b). While moving the probe 101, the receiving means 104
A frequency analysis means 201 performs frequency analysis of the V (z) curve obtained by receiving a signal at and a sound speed calculation means 203 that calculates the sound speed of the coupler from this true peak frequency.

81作用 前述したV (z)曲線には、試料からの直接反射波の
みならず、探触子のレンズ面とカップラントとの境界面
からの反射波も影響し、これら反射波と試料からの弾性
表面波との干渉がV (z)曲線として現れる。今、超
音波の波長をλとし、探触子をZ軸方向にλ/2移動さ
せれば、試料からの直接反射波と探触子のレンズ境界面
からの反射波との間にはλの位相差が生じる。一方、弾
性表面波の変化は、2の変化に対してそれほど敏感では
なく、V (z)曲線における高周波成分は、試料から
の直接反射波と探触子のレンズ境界面からの反射波との
干渉に起因するものと考えることができる。そこで、こ
のV (z)曲線の高周波成分を抽出手段105により
抽出し、あるいはV (z)曲線そのものを周波数分析
手段201により周波数分析し、これらのピーク周波数
をピーク周波数算出手段106またはピーク周波数決定
手段202により求める。このピーク周波数が干渉波の
周期の逆数であることから、ピーク周波数に基づいてV
 (z)曲線の周期ΔZoが求められ、よって。
81 Effect The V (z) curve mentioned above is affected not only by the direct reflected wave from the sample but also by the reflected wave from the interface between the probe lens surface and the coupler, and the difference between these reflected waves and the sample Interference with surface acoustic waves appears as a V(z) curve. Now, if the wavelength of the ultrasonic wave is λ and the probe is moved by λ/2 in the Z-axis direction, there will be λ between the direct reflected wave from the sample and the reflected wave from the probe lens interface. A phase difference of . On the other hand, changes in surface acoustic waves are not so sensitive to changes in This can be considered to be caused by interference. Therefore, the high frequency components of this V (z) curve are extracted by the extraction means 105, or the V (z) curve itself is frequency analyzed by the frequency analysis means 201, and these peak frequencies are calculated by the peak frequency calculation means 106 or the peak frequency determination means. It is determined by means 202. Since this peak frequency is the reciprocal of the period of the interference wave, V
(z) The period ΔZo of the curve is determined, therefore.

後述の(1)式よりカップラントの音速を求めることが
できる。
The sound velocity of the coupler can be determined from equation (1), which will be described later.

F、実施例 以下1図面を参照して、本発明の実施例について詳細に
説明する。
F. Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to one drawing.

本発明に係る音速測定装置の全体構成は、前述した第2
図の超音波顕微鏡とその構成がほぼ同一であり、従って
、同一の構成要素については同一の符号を付して第2図
により説明する。
The overall configuration of the sound speed measuring device according to the present invention is based on the second
The configuration is almost the same as that of the ultrasonic microscope shown in the figure, and therefore, the same components are given the same reference numerals and will be explained with reference to FIG.

本実施例では、CPU9の指令に基づき、送信器1が2
種類のバースト状の電気信号を送出できるように構成さ
れている。これら2種類のバースト波は、一方はそのI
t@(継続時間)が長くされることで、試料6からの直
接反射波と探触子4のレンズ境界面からの反射波とが干
渉できるようになっており、他方はその幅が短くされる
ことで、試料6からの直接反射波と探触子4のレンズ境
界面からの反射波とが干渉しにくくなっている。これら
各バースト波の幅は、レンズ材の物性値や探触子4の共
振中心周波数等に依存する値であり、各装置毎に適宜選
択、決定される。
In this embodiment, the transmitter 1 has two
It is configured to be able to send out various types of burst-like electrical signals. These two types of burst waves are
By lengthening t@ (duration time), the direct reflected wave from the sample 6 and the reflected wave from the lens boundary surface of the probe 4 can interfere with each other, and the width of the other one is shortened. This makes it difficult for the directly reflected wave from the sample 6 and the reflected wave from the lens boundary surface of the probe 4 to interfere with each other. The width of each of these burst waves is a value that depends on the physical property values of the lens material, the resonance center frequency of the probe 4, etc., and is appropriately selected and determined for each device.

また、CPU9にはメモリが付設されており、後述する
V (z)曲線の一時記憶やプログラムの格納等に用い
られる。
Further, the CPU 9 is equipped with a memory, which is used for temporarily storing the V (z) curve, storing programs, etc., which will be described later.

次に、第3図に示すフローチャートおよび第4図を参照
して、本実施例の装置による音速測定の手順について説
明する。
Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 3 and FIG. 4, a procedure for measuring the speed of sound using the apparatus of this embodiment will be described.

(イ)第1のV (z)曲線測定 プログラムが開始されるとCPU9は送信器1に対して
短い幅のバースト波を送出するように指令し、これに基
づいて送信器1は短い幅のバースト波状の電気信号を発
信する(ステップS1)。
(a) When the first V (z) curve measurement program is started, the CPU 9 instructs the transmitter 1 to transmit a short burst wave, and based on this, the transmitter 1 transmits a short burst wave. A burst wave-like electrical signal is transmitted (step S1).

そのバースト波状電気信号は、サーキュレータ3を介し
て探触子4へと送信され、ここで超音波信号に変換され
、カップラント5を介して試料6へと送信される。試料
6の表面層で反射、散乱された超音波信号、および探触
子4のレンズ境界面で反射された信号は同じ探触子4で
受信され、電気信号に変換された後、サーキュレータ3
を介して受信器2へと送信される(ステップS2)。受
信器2に送信された信号は、ピーク検出器7、A/D変
換器8を介してCPU9のメモリ内に2位置と対で格納
される(ステップS3)、この測定を、2が所定距離と
なるまで繰り返しくステップS4)、第1のV (z)
曲線を得る。この第1のV(z)曲線は、送信信号たる
バースト波の幅が短いために、試料6表面からの直接反
射波と探触子4のレンズ境界面からの反射波とは干渉せ
ず、第4図(a)に示すような高周波成分のない曲線で
ある。
The burst wave electrical signal is transmitted via the circulator 3 to the probe 4, where it is converted into an ultrasonic signal and transmitted via the coupler 5 to the sample 6. The ultrasonic signals reflected and scattered by the surface layer of the sample 6 and the signals reflected by the lens interface of the probe 4 are received by the same probe 4 and converted into electrical signals, and then sent to the circulator 3.
is transmitted to receiver 2 via (step S2). The signal transmitted to the receiver 2 is stored in the memory of the CPU 9 in pairs with 2 positions via the peak detector 7 and the A/D converter 8 (step S3). Step S4) is repeated until the first V (z)
get a curve. In this first V(z) curve, since the width of the burst wave that is the transmitted signal is short, the direct reflected wave from the surface of the sample 6 and the reflected wave from the lens interface of the probe 4 do not interfere with each other. This is a curve without high frequency components as shown in FIG. 4(a).

(ロ)第2のV (z)曲線測定 探触子4の2位置を元の初期位置に戻してから、CPU
9は送信器1に対して長い幅のバースト波を送出するよ
うに指令し、これに基づいて送信器1は長い幅のバース
ト波を発信する(ステップS5)。バースト波は、前述
と同様の行程を介して探触子4で送信および受信され、
電気信号に変換された後、サーキュレータ3を介して受
信器2へと送信される(ステップS6)。受信器2に送
信された信号は、前述と同様にピーク検出器7、A/D
変換器8を介してCPU9のメモリ内に2位置と対で格
納される(ステップS7)。これを、2が所定距離とな
るまで繰り返しくステップS8)。
(b) After returning the two positions of the second V (z) curve measurement probe 4 to the original initial position, the CPU
9 instructs the transmitter 1 to transmit a burst wave with a long width, and based on this, the transmitter 1 transmits a burst wave with a long width (step S5). The burst wave is transmitted and received by the probe 4 through a process similar to that described above,
After being converted into an electrical signal, it is transmitted to the receiver 2 via the circulator 3 (step S6). The signal transmitted to the receiver 2 is transmitted to the peak detector 7 and the A/D as described above.
The data is stored in pairs in two positions in the memory of the CPU 9 via the converter 8 (step S7). This process is repeated until 2 reaches a predetermined distance (step S8).

第2のV (z)曲線を得る。この第2のV(z)曲線
は、送信信号たるバースト波の幅が長いために、試料6
表面からの直接反射波と探触子4のレンズ境界面からの
反射波との干渉の影響が大きく、第4図(b)に示すよ
うな高周波成分が存在する曲線である。
Obtain a second V(z) curve. This second V(z) curve is different from sample 6 because the width of the burst wave, which is the transmitted signal, is long.
The influence of interference between the direct reflected wave from the surface and the reflected wave from the lens interface of the probe 4 is large, and the curve has high frequency components as shown in FIG. 4(b).

(ハ)高周波成分抽出 次に、CPU9は、第2のV (z)曲線の値から第1
のV(z)曲線の値を減することで、第4図(c)に示
すようなV(7,)曲線の高周波成分Vh (z)を抽
出する(ステップS9)。当然、このような減算を行う
ことなく、第2のV (Z)曲線だけ採取してバイパス
(高域通過)フィルターを通すことでも、同様の結果を
得ることができる。
(c) High frequency component extraction Next, the CPU 9 extracts the first V(z) curve from the second V(z) curve.
By subtracting the value of the V(z) curve, the high frequency component Vh (z) of the V(7,) curve as shown in FIG. 4(c) is extracted (step S9). Naturally, a similar result can be obtained by sampling only the second V (Z) curve and passing it through a bypass (high-pass) filter without performing such subtraction.

(ニ)周波数分析 V (z)曲線の高周波成分Vh (z)にFFT(高
速フーリエ変換)演算を行うことで、この高周波成分の
周波数分析を行う(ステップS]○)。
(d) Frequency analysis By performing an FFT (fast Fourier transform) operation on the high frequency component Vh (z) of the V (z) curve, frequency analysis of this high frequency component is performed (Step S] ○).

この結果、第4図(d)に示すような周波数分析の結果
Fh (f)が得られる。このときの横軸の値fは、1
/ΔZoに対応する。
As a result, a frequency analysis result Fh (f) as shown in FIG. 4(d) is obtained. At this time, the value f on the horizontal axis is 1
/ΔZo.

(ホ)ピーク周波数算出、音速算出 第4図(d)に示すような周波数分析の結果Fh (f
)に対して、そのピーク周波数f waxを求める(ス
テップ511)。ピーク周波数の求め方は任意であり、
何等限定されない。そして、前述のごとくピーク周波数
f a+axはV (z)曲線の高周波成分Vh (z
)の周期ΔZoに対応し、正確には前述の関係からf 
n+ax= 1 /ΔZoであるので、f waxから
逆にΔZoを算出する(ステップ511)。
(e) Peak frequency calculation, sound velocity calculation The result of frequency analysis Fh (f
), its peak frequency f wax is determined (step 511). The peak frequency can be determined in any way,
There are no limitations whatsoever. As mentioned above, the peak frequency f a+ax is the high frequency component Vh (z) of the V (z) curve.
), and more precisely, from the above relationship, f
Since n+ax=1/ΔZo, ΔZo is calculated conversely from f wax (step 511).

既に述べたように、試料6からの直接反射波と探触子4
のレンズ境界面からの反射波との干渉の影響により、探
触子4がZ軸方向にλ/2移動する毎にV(z)曲線は
周期的に変動する。すなわち−ΔZo=λ/2であり、
カップラント5内の超音波の音速は、一般関係式C=λ
・F(Fは超音波の周波数)であるから、 C=2・ΔZo・F       −(1)なる関係式
よりカップラント5の音速を算出することができる(ス
テップ512)。
As already mentioned, the direct reflected wave from the sample 6 and the probe 4
Due to the interference with the reflected wave from the lens boundary surface, the V(z) curve periodically changes every time the probe 4 moves by λ/2 in the Z-axis direction. That is, −ΔZo=λ/2,
The sound speed of the ultrasonic wave in the coupler 5 is expressed by the general relation C=λ
・F (F is the frequency of the ultrasonic wave), so the sound speed of the couplant 5 can be calculated from the relational expression: C=2・ΔZo・F − (1) (step 512).

以上説明した手順により、カップラント5の音速を求め
ることができる。従って、本実施例の装置によれば、従
来の音速測定と異なり、カップラント5の音速を直接測
定することができる。その結果、超音波顕微鏡による試
料の弾性表面波の音速測定時に、熱電対を挿入するとい
った手間も不要であると共に、いかなる条件下において
も正確かつ確実にカップラント5の音速を測定できる。
The sound velocity of the coupler 5 can be determined by the procedure described above. Therefore, according to the device of this embodiment, unlike the conventional sound speed measurement, the sound speed of the coupler 5 can be directly measured. As a result, when measuring the sound velocity of a surface acoustic wave of a sample using an ultrasonic microscope, there is no need to insert a thermocouple, and the sound velocity of the coupler 5 can be measured accurately and reliably under any conditions.

特に1本実施例では超音波顕微鏡の装置を流用しており
、しかも、これに付は加えるべき装置も殆ど不要である
から、実際に使用されている超音波顕微鏡への適用も容
易であると共に、コスト的メリットも大きい。
In particular, in this embodiment, the equipment of an ultrasound microscope is used, and there is almost no need for additional equipment, so it is easy to apply to ultrasound microscopes that are actually used. , it also has great cost advantages.

次に、第5図は、本発明の第2実施例である音速測定装
置の処理手順を示す図である。本実施例による装置と第
1実施例の装置は音速測定の手順が異なるだけである。
Next, FIG. 5 is a diagram showing a processing procedure of a sound speed measuring device according to a second embodiment of the present invention. The only difference between the apparatus according to this embodiment and the apparatus according to the first embodiment is the procedure for measuring the speed of sound.

第5図に示すフローチャートおよび第6図を参照して説
明する。
This will be explained with reference to the flowchart shown in FIG. 5 and FIG. 6.

(イ)仮のピーク周波数入力 前述の如く、カップラント5の音速C=2・ΔZO・F
なる関係式が成立し、かつ、前述の較正曲線を用いてお
およそのカップラント5の音速は見積もることができる
。そこで、これを用いて仮のピーク周波数(正確には仮
のV (z)曲線の高周波成分の周期ΔZO′)を予め
計算して仮の周期ΔZo’ として入力しておき、ステ
ップS21で読み込んでCPU9内のメモリ内に格納す
る。
(b) Temporary peak frequency input As mentioned above, the sound speed of the coupler 5 is C=2・ΔZO・F
The following relational expression holds true, and the sound speed of the coupler 5 can be roughly estimated using the above-mentioned calibration curve. Therefore, using this, a temporary peak frequency (more precisely, the period ΔZO' of the high frequency component of the temporary V (z) curve) is calculated in advance, inputted as the temporary period ΔZo', and read in in step S21. It is stored in the memory within the CPU 9.

(ロ) V (Z)曲線の測定 CPU9は送信器1に対して長い幅のバースト波を送出
するように指令し、これに基づいて送信器1は長い幅の
バースト波を発信する(ステップ522)、バースト波
は、サーキュレータ3を介して探触子4へと送信され、
ここで超音波信号に変換され、カップラント5を介して
試料6へと送信される。試料6の表面層で反射、散乱さ
れた超音波信号、および探触子4の境界面で反射された
信号は同じ探触子4で受信され、電気信号に変換された
後、サーキュレータ3を介して受信器2へと送信される
(ステップ523)。受信器2に送信された信号は、ピ
ーク検出器7、A/D変換器8を介してCPU9のメモ
リ内に2位置と対で格納される(ステップ524)。こ
れを、2が所定距離となるまで繰り返しくステップ52
5)、V(z)曲線を得る。このV (z)曲線は、送
信信号たるバースト波の幅が長いために、既に述べたよ
うに試料6表面からの直接反射波と探触子4境界面から
の反射波との干渉の影響が大きく、第6図(a)に示す
ような高周波成分が存在する曲線である。
(b) Measurement of V (Z) curve The CPU 9 instructs the transmitter 1 to transmit a burst wave with a long width, and based on this, the transmitter 1 transmits a burst wave with a long width (step 522 ), the burst wave is transmitted to the probe 4 via the circulator 3,
Here, it is converted into an ultrasonic signal and transmitted to the sample 6 via the coupler 5. The ultrasonic signals reflected and scattered by the surface layer of the sample 6 and the signals reflected by the interface of the probe 4 are received by the same probe 4, converted into electrical signals, and then sent through the circulator 3. and is transmitted to receiver 2 (step 523). The signal transmitted to the receiver 2 is stored in pairs with two positions in the memory of the CPU 9 via the peak detector 7 and the A/D converter 8 (step 524). Step 52 of repeating this until 2 reaches a predetermined distance.
5) Obtain the V(z) curve. This V (z) curve is affected by the interference between the direct reflected wave from the surface of the sample 6 and the reflected wave from the interface of the probe 4, as mentioned above, because the width of the burst wave that is the transmitted signal is long. This is a curve in which there is a large high frequency component as shown in FIG. 6(a).

なお、前述の仮の周期ΔZo’入力に際して、このよう
にして得られたV (z)曲線から目視等により直接周
期ΔZo’ を測定し、その値を入力してもよい。
In addition, when inputting the above-mentioned temporary period ΔZo', the period ΔZo' may be directly measured by visual inspection or the like from the V (z) curve obtained in this manner, and the value may be input.

(ハ)周波数分析 V(z)曲線の値にFFT (高速ツー リエ変換)演
算を行うことで、このV (z)曲線の周波数分析を行
う(ステップ826)。この結果、第6図(b)に示す
ような周波数分析の結果F(f)が得られる。このとき
の横軸の値fは、1/ΔZo’に対応している。
(c) Frequency analysis Frequency analysis of the V(z) curve is performed by performing FFT (fast Twolier transform) on the values of the V(z) curve (step 826). As a result, a frequency analysis result F(f) as shown in FIG. 6(b) is obtained. The value f on the horizontal axis at this time corresponds to 1/ΔZo'.

(d)ピーク周波数決定、音速測定 周波数分析の結果F (f)において、予め入力された
仮のピーク周波数f″wax(=1/ΔzO′)付近に
おける周波数分析のピーク値を求め、これを真のピーク
周波数f waxとする(ステップ527)。ピーク値
を求める範囲の決定方法は任意であるが、−例として、
仮のピーク周波数f’o+ax前後における周波数分析
値の谷(第6図(b)のG1、β1参照)を求め、[G
1.β1]の範囲内でピーク値を求めたり、仮のピーク
周波数f’maxにおける周波数分析値から3dB下が
った値を有する周波数(第6図(b)のG2.β2参照
)を求め、[G2.β2コの範囲内でピーク値を求めた
りするような方法が好適に挙げられる。
(d) Peak frequency determination, sound velocity measurement Results of frequency analysis F In (f), find the peak value of the frequency analysis near the tentative peak frequency f″wax (=1/ΔzO′) input in advance, and use this as the true value. The peak frequency is set to f wax (step 527).The range for determining the peak value can be determined in any way, but for example:
Find the valley of the frequency analysis value around the tentative peak frequency f'o+ax (see G1 and β1 in Figure 6(b)), and calculate [G
1. [G2. Preferred methods include determining the peak value within the range of β2.

そして、第1実施例の場合と同様に、fmax=1/Δ
Zo’であるので、fmaxから逆にΔZOを算出しく
ステップ527)、これに基づいて、前述の関係式から
カップラント5の音速を算出することができる(ステッ
プ828)。
Then, as in the case of the first embodiment, fmax=1/Δ
Since Zo', ΔZO is calculated conversely from fmax (step 527), and based on this, the sound velocity of the coupler 5 can be calculated from the above-mentioned relational expression (step 828).

従って1本実施例によっても、第1実施例と同様の作用
効果を得ることができる。
Therefore, this embodiment can also provide the same effects as the first embodiment.

なお1以上の実施例では探触子4のレンズ境界面からの
反射波と試料からの反射情報を干渉させる例で述べたが
、探触子4のレンズ境界面の反射波の代りに参照波とし
て別途入力して干渉させてもよいことは明かである。ま
た本発明の音速測定装置は、その細部が前記実施例に限
定されず、種々の変形例が可能である。
In one or more embodiments, the reflected wave from the lens boundary surface of the probe 4 and the reflected information from the sample were described as interfering with each other, but instead of the reflected wave from the lens boundary surface of the probe 4, the reference wave It is clear that it is also possible to interfere by inputting separately as . Further, the details of the sound velocity measuring device of the present invention are not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications are possible.

G3発明の効果 以上詳細に説明したように、本発明の音速測定装置によ
れば、従来の音速測定と異なり、カンプラントの音速を
直接測定することができ、熱電対を挿入するといった手
間も不要であると共に、いかなる条件下においても正確
かつ確実にカップラントの音速を測定することができる
G3 Effects of the Invention As explained in detail above, the sound speed measuring device of the present invention, unlike conventional sound speed measurements, can directly measure the sound speed of Camplant, and does not require the trouble of inserting a thermocouple. At the same time, it is possible to accurately and reliably measure the sound velocity of the couplant under any conditions.

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

第1図はクレーム対応図である。 第2図は本発明に係る音速測定装置として使用可能な超
音波顕微鏡の全体構成を示す概略図、第3図は同実施例
による音速測定の手順を示すフローチャート、第4図は
同実施例による音速測定の手順を説明するための図、第
5図は本発明の第2実施例である音速測定装置による音
速測定の手順を示すフローチャート、第6図は同実施例
による音速測定の手順を説明するための図、第7図は超
音波顕微鏡における反射波と表面波との関係を示す図、
第8図は反射波と表面波との干渉状態を説明するための
図、第9図はV (z)曲線を示す図、第10図はカッ
プラントの較正曲線の一例を示す図である。 107.203:音速算出手段 202:ピーク周波数決定手段 201:周波数分析手段
FIG. 1 is a complaint correspondence diagram. Fig. 2 is a schematic diagram showing the overall configuration of an ultrasonic microscope that can be used as a sound speed measuring device according to the present invention, Fig. 3 is a flowchart showing the procedure for measuring sound speed according to the same embodiment, and Fig. 4 is according to the same embodiment. A diagram for explaining the procedure for measuring the speed of sound, FIG. 5 is a flow chart showing the procedure for measuring the speed of sound by the sound speed measuring device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram for explaining the procedure for measuring the speed of sound according to the same embodiment. Figure 7 is a diagram showing the relationship between reflected waves and surface waves in an ultrasound microscope.
FIG. 8 is a diagram for explaining the interference state between a reflected wave and a surface wave, FIG. 9 is a diagram showing a V (z) curve, and FIG. 10 is a diagram showing an example of a calibration curve of a coupler. 107.203: Sound speed calculation means 202: Peak frequency determination means 201: Frequency analysis means

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)超音波探触子と試料との間に介在されたカップラン
トの音速を測定する装置であって、超音波探触子と、こ
の超音波探触子を試料の表面に垂直な方向に移動させる
移動手段と、前記超音波探触子を励振して超音波を送信
させる送信手段と、前記超音波探触子からの信号を受信
する受信手段と、前記移動手段により前記超音波探触子
を移動させながら前記受信手段で信号を受信することで
得られるV(z)曲線の高周波成分を抽出する抽出手段
と、この抽出手段で得られた高周波信号のピーク周波数
を求めるピーク周波数算出手段と、このピーク周波数に
基づいて前記カップラントの音速を求める音速算出手段
とからなることを特徴とする音速測定装置。 2)超音波探触子と試料との間に介在されたカップラン
トの音速を測定する装置であって、超音波探触子と、こ
の超音波探触子を試料の表面に垂直な方向に移動させる
移動手段と、前記超音波探触子を励振して超音波を送信
させる送信手段と、前記超音波探触子からの信号を受信
する受信手段と、前記移動手段により前記超音波探触子
を移動させながら前記受信手段で信号を受信することで
得られるV(z)曲線の周波数分析を行う周波数分析手
段と、この周波数分析の結果を用いて、入力された仮の
ピーク周波数の近傍において真のピーク周波数を決定す
るピーク周波数決定手段と、この真のピーク周波数に基
づいて前記カップラントの音速を求める音速算出手段と
からなることを特徴とする音速測定装置。
[Claims] 1) A device for measuring the sound velocity of a coupler interposed between an ultrasonic probe and a sample, the device comprising: an ultrasonic probe; a moving means for moving in a direction perpendicular to the surface; a transmitting means for exciting the ultrasonic probe to transmit ultrasonic waves; a receiving means for receiving a signal from the ultrasonic probe; and the moving means. an extraction means for extracting a high frequency component of a V(z) curve obtained by receiving a signal with the receiving means while moving the ultrasonic probe; and a peak frequency of the high frequency signal obtained by this extraction means. A sound speed measuring device comprising: a peak frequency calculation means for calculating the sound speed of the coupler; and a sound speed calculation means for calculating the sound speed of the coupler based on the peak frequency. 2) A device for measuring the sound velocity of a coupler interposed between an ultrasonic probe and a sample, which includes an ultrasonic probe and an ultrasonic probe placed in a direction perpendicular to the surface of the sample. a moving means for moving the ultrasonic probe; a transmitting means for exciting the ultrasonic probe to transmit ultrasonic waves; a receiving means for receiving signals from the ultrasonic probe; frequency analysis means for performing frequency analysis of a V(z) curve obtained by receiving a signal with the receiving means while moving the child; A sound speed measuring device comprising: a peak frequency determining means for determining a true peak frequency; and a sound speed calculating means for determining the sound speed of the coupler based on the true peak frequency.
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