JPH06148148A - Ultrasonic attenuation measuring method, and material characteristic evaluating method - Google Patents
Ultrasonic attenuation measuring method, and material characteristic evaluating methodInfo
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- JPH06148148A JPH06148148A JP92303893A JP30389392A JPH06148148A JP H06148148 A JPH06148148 A JP H06148148A JP 92303893 A JP92303893 A JP 92303893A JP 30389392 A JP30389392 A JP 30389392A JP H06148148 A JPH06148148 A JP H06148148A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、非接触、非破壊で金属
系薄板の超音波減衰を測定する方法に関し、種々の周波
数に対して、金属材料、導電性材料などの金属系薄板の
超音波減衰をオンラインで測定する方法、および超音波
減衰より金属系薄板の平均結晶粒径、およびそれに依存
する材料特性をオンラインで測定する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-contact, non-destructive method for measuring ultrasonic attenuation of a metal-based thin plate, which is capable of measuring a metal-based thin plate such as a metal material or a conductive material at various frequencies. The present invention relates to a method for online measurement of sound wave attenuation and a method for online measurement of the average crystal grain size of a metal-based thin plate and its dependent material properties by ultrasonic wave attenuation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】まず、従来の超音波減衰測定技術を述べ
る。最初に、圧電型超音波トランスデューサーを用いた
パルスエコー法について述べる。金属薄板の板厚方向に
超音波を伝播させ、金属薄板の上下面間で多重反射する
超音波パルスエコーの振幅減衰測定とパルスエコーの時
間間隔測定により音速あるいは板厚を既知として金属薄
板の超音波減衰を測定する方法がある。音速を既知とし
て超音波往復時間測定から板厚ｄを求める。超音波パル
スの振幅は、ｅｘｐ（−２αｄ）で減衰するから減衰係
数αを測定できる。あるいは板厚ｄを既知として減衰係
数αを求める。この例として特開昭６０−３５２５３号
公報がある。この方法では、板厚が薄い場合、高周波超
音波を使用しないならば多重エコーの時間間隔が密にな
り測定精度が低下する。また、この方法では、水、油等
の液体の音響結合媒質が必要であり、金属薄板表面を汚
す問題がある。このように、圧電式超音波トランスデュ
ーサーを用い超音波パルスエコー法によりオンラインに
て超音波減衰測定することは問題がある。この他に縦波
を使用できるが、横波は液体を伝播しないので横波を使
用できない。したがって、オンライン測定には不適であ
る。また、超音波減衰は周波数に大きく依存するので、
この文献で用いているパルスエコー法では、周波数の関
数として超音波減衰α（ｆ）を得るためにフーリエ解析
が必要で、複雑で誤差の大きいものとなる欠点がある。2. Description of the Related Art First, a conventional ultrasonic attenuation measurement technique will be described. First, the pulse echo method using a piezoelectric ultrasonic transducer will be described. Ultrasonic waves propagate in the thickness direction of a thin metal plate, and ultrasonic wave echoes are reflected multiple times between the upper and lower surfaces of the thin metal plate. There is a method of measuring acoustic attenuation. The plate thickness d is obtained from the ultrasonic round-trip time measurement with the sound velocity known. Since the amplitude of the ultrasonic pulse is attenuated by exp (-2αd), the attenuation coefficient α can be measured. Alternatively, the plate thickness d is known and the damping coefficient α is obtained. An example of this is JP-A-60-35253. In this method, when the plate thickness is thin, the time intervals of multiple echoes become close and the measurement accuracy decreases unless high frequency ultrasonic waves are used. In addition, this method requires a liquid acoustic coupling medium such as water or oil, which causes a problem of soiling the surface of the thin metal plate. As described above, there is a problem in performing the ultrasonic attenuation measurement online by the ultrasonic pulse echo method using the piezoelectric ultrasonic transducer. In addition to this, longitudinal waves can be used, but transverse waves cannot be used because they do not propagate in liquid. Therefore, it is not suitable for online measurement. Also, because ultrasonic attenuation depends greatly on frequency,
The pulse echo method used in this document has the drawback of requiring Fourier analysis in order to obtain ultrasonic attenuation α (f) as a function of frequency, which is complicated and has a large error.
【０００３】２番目に、電磁超音波トランスデューサー
による板厚方向に伝播する超音波を使ったパルスエコー
法について述べる。この方法では、音響結合媒質を使用
しない利点がある。しかし、感度が圧電式超音波トラン
スデューサーと比較して感度が３桁程度低く、リフトオ
フ数mmで測定することは容易でない。この他に板厚が薄
い場合は、多重エコーの時間間隔が密になり時間測定精
度が低下するので測定精度が悪くなる。したがって、オ
ンラインで測定する場合問題である。Second, the pulse echo method using ultrasonic waves propagating in the plate thickness direction by an electromagnetic ultrasonic transducer will be described. This method has the advantage that no acoustic coupling medium is used. However, the sensitivity is lower than that of the piezoelectric ultrasonic transducer by about three orders of magnitude, and it is not easy to measure with a lift-off several mm. In addition to this, when the plate thickness is thin, the time intervals of multiple echoes become close and the time measurement accuracy decreases, so the measurement accuracy deteriorates. Therefore, it is a problem when measuring online.
【０００４】このように、圧電型トランスデューサーも
しくは電磁超音波トランスデューサーによる板厚方向に
伝播する超音波を使い、時間領域の測定データを使うパ
ルスエコー法ではオンライン、非接触にて超音波減衰を
測定することは実用上問題がある。As described above, the ultrasonic wave propagating in the plate thickness direction by the piezoelectric transducer or the electromagnetic ultrasonic transducer is used, and in the pulse echo method using the measurement data in the time domain, ultrasonic attenuation is performed online and in a non-contact manner. Measuring is problematic in practice.
【０００５】次に、超音波減衰と周波数あるいは超音波
の波長、ならびに結晶粒径とのよく知られた事項を示
す。例えば、N.Mercier （Ultrasonics International
1985 Conf. Proc., p. 64 ）は金属中の結晶粒径を求め
るために、超音波減衰は塑性ヒステリシスとレイリー散
乱に依存すると仮定した。すなわち、超音波減衰は塑性
ヒステリシスの項Ａｆと、レイリー散乱の項Ｂｆ4 の
和、Ａｆ＋Ｂｆ4 に従うという前提で求めた。平均結晶
粒径Ｄ、音速ｖ、周波数ｆとすれば、Ｄは超音波波長ｖ
／ｆに比べて十分小さい場合は、係数Ｂは平均結晶体積
または平均結晶粒径の３乗に比例する。超音波減衰と平
均結晶粒径は、Ｄが超音波波長に比して大きいかほぼ同
程度であれば、超音波減衰は平均結晶粒径ならびに周波
数の依存性が別の関係式を適用する。例えば、S.Serabi
an （Brit. J. of Nondestr. Test., vo 22, p.69,
1980 ）にこの関係式は記載されている。Next, the well-known matters of ultrasonic attenuation and frequency or wavelength of ultrasonic waves, and crystal grain size will be shown. For example, N. Mercier (Ultrasonics International
1985 Conf. Proc., P. 64) assumed that ultrasonic attenuation depends on plastic hysteresis and Rayleigh scattering in order to determine the grain size in metals. That is, the ultrasonic attenuation was obtained on the premise that it follows the sum of the plastic hysteresis term Af and the Rayleigh scattering term Bf 4 , which is Af + Bf 4 . If the average crystal grain size D, sound velocity v, and frequency f
When it is sufficiently smaller than / f, the coefficient B is proportional to the cube of the average crystal volume or the average crystal grain size. As for the ultrasonic attenuation and the average crystal grain size, if D is greater than or substantially the same as D as compared with the ultrasonic wavelength, the ultrasonic attenuation applies another relational expression with respect to the average crystal grain size and the frequency dependency. For example, S. Serabi
an (Brit. J. of Nondestr. Test., vo 22, p.69,
1980) describes this relational expression.
【０００６】最後に、電磁超音波法において、今までの
既知事項でしかも超音波減衰に関連している事項を整理
するとともに、その問題点を示す。まず、電磁超音波法
では、超音波減衰は２つの成分が存在する。すなわち、
材料固有の超音波減衰と、電磁超音波法において静
磁場と超音波の相互作用による電磁力に起因する超音波
減衰である。これは、J. G. Miller, W. D. Smith,D.I.
Bolef and R.K. Sundfors, Phys.Rev.B, vol.3, p.154
7, 1971に記載されている。また、電磁力に起因する超
音波減衰があるので誤差が生じる問題がある。Finally, in the electromagnetic ultrasonic method, the matters which have been known so far and which are related to the ultrasonic attenuation are sorted out and the problems thereof are shown. First, in the electromagnetic ultrasonic method, ultrasonic attenuation has two components. That is,
They are the ultrasonic attenuation inherent to the material and the ultrasonic attenuation caused by the electromagnetic force due to the interaction between the static magnetic field and the ultrasonic waves in the electromagnetic ultrasonic method. This is JG Miller, WD Smith, DI
Bolef and RK Sundfors, Phys.Rev.B, vol.3, p.154
7, 1971. Further, there is a problem that an error occurs because there is ultrasonic attenuation due to electromagnetic force.
【０００７】次に、金属系薄板に対して共振電磁超音波
法が用いられた例を示す。この方法は、例えば、冷延鋼
板のヤング率および塑性歪比を求めるために用いられた
（例えば、K.Kawashima,J.Acoust.Soc.Am.,87,p.681,19
90参照）。次数１次の共振を起こす周波数は、同じ薄板
のパルスエコー法に必要な周波数よりもはるかに低い。
ここで、電磁超音波は一般に周波数の増大とともに急速
に小さくなるので、電磁超音波ではパルスエコー法より
共振法が有利である。Next, an example in which the resonance electromagnetic ultrasonic method is used for a metal thin plate will be shown. This method was used, for example, to determine the Young's modulus and the plastic strain ratio of a cold rolled steel sheet (for example, K. Kawashima, J. Acoust. Soc. Am., 87, p.681, 19).
90). The frequency that causes first-order resonance is much lower than the frequency required for the pulse echo method of the same thin plate.
Here, since electromagnetic ultrasonic waves generally decrease rapidly with increasing frequency, the resonance method is more advantageous than the pulse echo method for electromagnetic ultrasonic waves.
【０００８】図１は、共振電磁超音波法におけるトラン
スデューサーと金属系薄板の配置を示す。電磁超音波ト
ランスデューサーは発受信コイル１と金属系薄板２に静
磁場を与える永久磁石または電磁石３から構成される。
発受信コイル１は、バースト波状、あるいは正弦波状の
電流で励振され、該金属系薄板２中に渦電流を生じさせ
る。渦電流は、静磁場と相互作用して、励振する電流と
同じ周波数の超音波を該金属系薄板２中に生じさせる。
これらは、該金属系薄板の板厚方向に伝播する横または
縦方向に偏波した波で、該金属系薄板上面４、下面５の
間で多重反射する。該金属系薄板上面近傍の超音波の動
きは該金属系薄板中に正弦波状の電流を生じ、さらにそ
れによる磁場は、発受信コイル１に正弦波状の電圧を生
じる。これをアンプで増幅しマイクロコンピュータに入
力し記録する。FIG. 1 shows the arrangement of a transducer and a metal-based thin plate in the resonance electromagnetic ultrasonic method. The electromagnetic ultrasonic transducer is composed of a transmitting / receiving coil 1 and a permanent magnet or an electromagnet 3 which gives a static magnetic field to the metal thin plate 2.
The transmitter / receiver coil 1 is excited by a burst-wave or sine-wave current to generate an eddy current in the metal thin plate 2. The eddy current interacts with the static magnetic field to generate an ultrasonic wave having the same frequency as the exciting current in the metal-based thin plate 2.
These are waves that are horizontally or vertically polarized and propagate in the thickness direction of the metal thin plate, and are multiply reflected between the upper surface 4 and the lower surface 5 of the metal thin plate. The movement of ultrasonic waves near the upper surface of the metal-based thin plate produces a sinusoidal current in the metal-based thin plate, and the magnetic field generated thereby produces a sinusoidal voltage in the transmitter / receiver coil 1. This is amplified by an amplifier and input to a microcomputer for recording.
【０００９】正弦波状の励振電流は、正弦波状、または
バースト波状である。低い周波数ｆ1 から高い周波数ｆ
2 まで周波数掃引され、出力電圧を周波数の関数として
測定し、超音波の厚み共振スペクトラムを測定する。周
波数がｖ／（２ｄ）の整数倍であれば、共振ピーク値出
力電圧は周波数の関数として測定される。ここで、ｖは
音速であり、ｄは薄板の板厚である。このようにして、
共振電磁超音波により音速が既知なら板厚を、あるいは
板厚が既知なら共振ピークの間隔と板厚とから音速を求
めるのことができる。The sinusoidal excitation current is sinusoidal or bursty. Low frequency f 1 to high frequency f
The frequency is swept up to 2 and the output voltage is measured as a function of frequency to measure the ultrasonic thickness resonance spectrum. If the frequency is an integral multiple of v / (2d), the resonant peak value output voltage is measured as a function of frequency. Here, v is the speed of sound and d is the thickness of the thin plate. In this way
If the sound velocity is known by the resonance electromagnetic ultrasonic wave, the plate thickness can be obtained, or if the plate thickness is known, the sound velocity can be obtained from the interval between resonance peaks and the plate thickness.
【００１０】しかしながら、共振電磁超音波法は、金属
系薄板中の超音波減衰の測定には用いられたことがなか
った。その理由として、次のようなことが挙げられる。
第一に、一般的には、共振ピーク値出力電圧は１／αi
に比例し、さらにコイルのインピーダンス、リフトオフ
等の非常に多くのパラメータが影響するので、共振ピー
ク値出力電圧から超音波減衰を得る信頼性のある方法と
は言えない。第二に、通常用いられるバースト波の持続
時間△ｔが短すぎる場合、すなわち出力電圧の半値幅△
ｆが１／△ｔと同程度になり、超音波減衰そのものによ
る半値幅より大きくなり正確な減衰のデータが得られな
い。However, the resonance electromagnetic ultrasonic method has never been used to measure the ultrasonic attenuation in a metallic thin plate. The reasons are as follows.
First, in general, the resonance peak value output voltage is 1 / α i
In addition, it is not a reliable method to obtain ultrasonic attenuation from the resonance peak value output voltage, because a large number of parameters such as coil impedance, lift-off, etc. are affected. Secondly, when the duration Δt of the normally used burst wave is too short, that is, the full width at half maximum of the output voltage Δ
Since f becomes approximately the same as 1 / Δt, which is larger than the full width at half maximum due to ultrasonic attenuation itself, accurate attenuation data cannot be obtained.
【００１１】ここでは、パルスエコー法の問題点、超音
波減衰と周波数ならびに結晶粒径の既知の関係、電磁超
音波法における電磁場による超音波減衰成分の存在を示
す既知文献、共振電磁超音波法における今までの既知
例、共振ピーク値電圧を超音波減衰測定に使う場合の問
題点などを示した。Here, there are problems of the pulse echo method, known relationships between ultrasonic attenuation and frequency and crystal grain size, known literatures showing existence of ultrasonic attenuation component due to electromagnetic field in electromagnetic ultrasonic method, resonance electromagnetic ultrasonic method. In the previous examples, the problems of using resonance peak value voltage for ultrasonic attenuation measurement are shown.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属系薄板
の超音波減衰を非破壊、非接触かつ迅速にオンライン測
定するために、電磁超音波法にて静磁場による超音波減
衰を除去した材料固有の超音波減衰を測定し、既知の超
音波減衰と平均結晶粒径の関係から平均結晶粒径を求
め、さらにこの平均結晶粒径から材質特性を評価するこ
とが課題である。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention eliminates ultrasonic attenuation due to a static magnetic field by an electromagnetic ultrasonic method in order to perform nondestructive, non-contact and rapid online measurement of ultrasonic attenuation of a metal-based thin plate. The problem is to measure the ultrasonic attenuation characteristic of the material, obtain the average crystal grain size from the relationship between the known ultrasonic attenuation and the average crystal grain size, and further evaluate the material properties from the average crystal grain size.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、板厚方向に伝播する超音波を発生ならびに検出し、
さらに厚み共振超音波スペクトラムを測定する。これを
測定するために電磁超音波トランスデューサーを用いた
共振電磁超音波法を使う。静磁場中に配置した発受信コ
イルに一定時間持続するバースト波の高周波電流を流し
金属系薄板中に超音波を発生させ、次に、該薄板中の超
音波減衰を、同じコイルか、検出専用コイルで検出させ
る方式を使い、その電流の周波数を掃引させることによ
って共振ピーク半値幅を測定する。２つ以上の異なる磁
束密度で２つ以上の厚み共振の半値幅を求め、この２つ
の半値幅と音速とから、共振周波数における超音波減衰
を求める。電磁超音波測定法において、共振周波数にお
ける全超音波減衰から電磁力に起因する超音波減衰を除
去し、材料固有の超音波減衰を求める方法であり、電磁
力に起因する超音波減衰を無視できる場合は、あるひと
つの磁束密度で厚み共振の半値幅を求め、この半値幅と
音速とから、材料固有の超音波減衰を求める。さらに、
材料固有の超音波減衰を基にして、金属薄板の平均結晶
粒径、ならびにそれらに依存する材料特性を判定する方
法である。In order to solve the above-mentioned problems, ultrasonic waves propagating in the plate thickness direction are generated and detected,
Further, the thickness resonance ultrasonic spectrum is measured. To measure this, the resonance electromagnetic ultrasonic method using an electromagnetic ultrasonic transducer is used. A high-frequency current of a burst wave that lasts for a certain period of time is applied to a transmitter / receiver coil placed in a static magnetic field to generate ultrasonic waves in a metal-based thin plate, and then ultrasonic attenuation in the thin plate is detected by the same coil or for detection only. The resonance peak half-width is measured by sweeping the frequency of the current using the method of detecting with a coil. The half-value widths of two or more thickness resonances are calculated with two or more different magnetic flux densities, and the ultrasonic attenuation at the resonance frequency is calculated from the two half-value widths and the speed of sound. In the electromagnetic ultrasonic measurement method, the ultrasonic attenuation caused by the electromagnetic force is removed from the total ultrasonic attenuation at the resonance frequency, and the ultrasonic attenuation inherent to the material is obtained. The ultrasonic attenuation caused by the electromagnetic force can be ignored. In this case, the half-value width of the thickness resonance is obtained with a certain magnetic flux density, and the ultrasonic attenuation peculiar to the material is obtained from the half-value width and the sound velocity. further,
This is a method for determining the average crystal grain size of a thin metal plate and the material properties depending on them, based on the ultrasonic attenuation inherent in the material.
【００１４】[0014]
【作用】共振電磁超音波法を用いて、バースト波または
正弦波を、低い周波数ｆ1 から高い周波数ｆ2 までコイ
ルに流す電流の周波数を変化させ、厚み共振スペクトラ
ムを測定する。The resonance electromagnetic ultrasonic method is used to measure the thickness resonance spectrum by changing the frequency of the current flowing through the coil from the low frequency f 1 to the high frequency f 2 of the burst wave or the sine wave.
【００１５】本発明のポイントは材料固有の超音波減衰
を精度良く求める方法を提供することにある。出力電圧
Ｖout と発受信コイルに流す電流の周波数ｆと共振周波
数ｆr との差、すなわちδｆ＝ｆ−ｆr を知ることで実
現できる。The point of the present invention is to provide a method for accurately determining the ultrasonic attenuation characteristic of a material. The difference between the frequency f and the resonance frequency f r of the current flowing through the output voltage V out and place and receive coils, i.e. can be achieved by knowing the delta] f = f-f r.
【００１６】[0016]
【数１】 ここで、ｖは音速であり、αは全超音波減衰である。こ
の式では、超音波の振動を生じる体積力が板厚方向に分
布していることを考慮している。この式はマックスウエ
ルの電磁波方程式と弾性波方程式を連立させて解くこと
によって得られる。ここで、板厚ｄは、超音波の減衰距
離１／αに比して小さいと仮定している。また、電磁超
音波において発生する電磁波の波長は、材料中の超音波
の波長、または電磁気的な浸透深さに比して十分大きい
としてある。これらの条件は、通常の金属系薄板の測定
においては満足されている。さらに、δｆ＝ｆ−ｆr は
共振半値幅△ｆ（ＦＷＨＭ）に比して大きくない、すな
わち、δｆ≦５△ｆとしている。[Equation 1] Where v is the speed of sound and α is the total ultrasonic attenuation. This equation takes into consideration that the volume force that causes ultrasonic vibration is distributed in the plate thickness direction. This equation is obtained by solving Maxwell's electromagnetic wave equation and elastic wave equation simultaneously. Here, it is assumed that the plate thickness d is smaller than the attenuation distance 1 / α of the ultrasonic waves. The wavelength of the electromagnetic wave generated in the electromagnetic ultrasonic wave is sufficiently larger than the wavelength of the ultrasonic wave in the material or the electromagnetic penetration depth. These conditions are satisfied in the measurement of ordinary metal thin plates. Furthermore, δf = f-f r is not greater than the resonance half-width △ f (FWHM), i.e., the δf ≦ 5 △ f.
【００１７】また、全超音波減衰αは材料固有の超音波
減衰αi と、電磁力に起因する超音減衰αe の和として
（２）式で表される。 α＝αi ＋αe （２） 電磁力に起因する超音波減衰αe は、磁束密度と磁場の
強さが比例する材料の合、次式で与えられる。 αe ＝βＢ0 2 （３） Ｂ0 は有効静磁束密度であり、βはｆ、ρ、ｖ、σ及び
μの関数である。ここで、ρは金属系薄板の密度、σは
導電率、μは透磁率である。式（１）では、σＢ0 2 ／
（２πｆρ）《１としているが、これは、金属に対して
通常用いる電磁場で、ｆ＞１０kHz で有効である。周波
数の関数として得られる共振半値幅△ｆは、全超音波減
衰αと（４）式の関係がある。 △ｆ＝３1/2 αｖ／π （４）The total ultrasonic attenuation α is expressed by the equation (2) as the sum of the ultrasonic attenuation α i peculiar to the material and the ultrasonic attenuation α e caused by the electromagnetic force. α = α i + α e (2) The ultrasonic attenuation α e caused by the electromagnetic force is given by the following equation in the case of a material whose magnetic flux density and magnetic field strength are proportional. α e = βB 0 2 (3) B 0 is the effective static magnetic flux density, and β is a function of f, ρ, v, σ and μ. Here, ρ is the density of the metal thin plate, σ is the conductivity, and μ is the magnetic permeability. In equation (1), σB 0 2 /
Although (2πfρ) << 1 is set, this is an electromagnetic field normally used for metals and is effective at f> 10 kHz. The resonance half-width Δf obtained as a function of frequency has a relationship with the total ultrasonic attenuation α according to the equation (4). Δf = 3 1/2 αv / π (4)
【００１８】ｖが既知であるとするか、または板厚ｄと
共振ピークの間隔から音速ｖが得られる場合、または板
厚ｄと共振周波数と共振ピークの次数から音速ｖが得ら
れる場合、共振周波数における全超音波減衰αは、
（４）式から求めることができる。材料固有の超音波減
衰αi は、比率が既知の異なる２つの磁束密度で測定す
ることにより求めることができる。If v is known, or if the sound velocity v is obtained from the interval between the plate thickness d and the resonance peak, or if the sound velocity v is obtained from the plate thickness d, the resonance frequency, and the order of the resonance peak, the resonance The total ultrasonic attenuation α at frequency is
It can be obtained from the equation (4). The ultrasonic attenuation α i peculiar to a material can be obtained by measuring with two different magnetic flux densities with known ratios.
【００１９】たとえば、電磁石により発生する静磁場
は、直流電流Ｉに比例するので電磁石を用いると都合が
よい。そして、△ｆを（５）式によりあてはめることに
よりαi を求めることができる。 △ｆ＝３1/2 （αi ＋β1 Ｉ2 ）ｖ／π （５） ここでβ1 は、βと電磁石のパラメータに関係する定数
である。従って、異なる２種の電流値で△ｆを測定すれ
ば、（５）式より材料固有の超音波減衰αi を求めるこ
とができる。For example, since the static magnetic field generated by the electromagnet is proportional to the direct current I, it is convenient to use the electromagnet. Then, by fitting Δf by the equation (5), α i can be obtained. Δf = 3 1/2 (α i + β 1 I 2 ) v / π (5) Here, β 1 is a constant related to β and the parameter of the electromagnet. Therefore, if Δf is measured with two different current values, the ultrasonic attenuation α i peculiar to the material can be obtained from the equation (5).
【００２０】または、（２）式中においてαe が十分小
さくなるよう磁束密度Ｂ0 を選ぶことである。そうする
ためには、被測定材料の材質に応じて個別に決める必要
がある。さらに、（３）式に従わない場合でも、△ｆと
磁束密度Ｂ0 の経験式に基づいて磁束密度Ｂ0 ＝０に外
挿する方法もある。なお、測定誤差を生じないようにす
るためには、コイルに流すバースト波持続時間△ｔは１
／△ｆに比して十分大きい必要がある。Alternatively, the magnetic flux density B 0 is selected so that α e becomes sufficiently small in the equation (2). In order to do so, it is necessary to individually decide according to the material of the material to be measured. Further, even if the equation (3) is not obeyed, there is a method of extrapolating to the magnetic flux density B 0 = 0 based on an empirical equation of Δf and the magnetic flux density B 0 . In order to prevent a measurement error, the burst wave duration Δt flowing in the coil is 1
It must be sufficiently larger than / Δf.
【００２１】[0021]
【実施例】図２は０．５mm厚の金属薄板に対して、静磁
場を発生させる電磁石と発受信を行う偏平なコイルで構
成される電磁超音波トランスデューサーを用いて本発明
の方法により測定した結果を示している。時間幅１msの
バースト波を１MHz 〜５０MHz まで掃引した。５．９MH
z の共振周波数は、板厚方向の次数１次の縦波に対応す
る。この試験に用いた電磁石に流す直流電流Ｉ1 は１０
Ａである。この結果より、半値幅△ｆ1 ＝１２５kHz が
得られる。EXAMPLE FIG. 2 shows the measurement of the thin metal plate of 0.5 mm by the method of the present invention using an electromagnetic ultrasonic transducer composed of an electromagnet for generating a static magnetic field and a flat coil for transmitting and receiving. The result is shown. A burst wave with a time width of 1 ms was swept from 1 MHz to 50 MHz. 5.9 MH
The resonance frequency of z corresponds to a first-order longitudinal wave in the plate thickness direction. The direct current I 1 flowing through the electromagnet used in this test was 10
It is A. From this result, the half width Δf 1 = 125 kHz is obtained.
【００２２】図３は、Ｉ2 を１５Ａとした時の上記同様
の結果を示してある。半値幅△ｆ2＝１７５kHz は、図
２の値より明らかに大きい。これは、超音波減衰に対し
て、電磁場の影響によりより半値幅が大きくなっている
ことによる。ＩとＢ0 が比例するので、（３）式より超
音波減衰αe は図３のものに比べて図２のものは９／４
となる。FIG. 3 shows the same result as above when I 2 is set to 15A. The full width at half maximum Δf 2 = 175 kHz is obviously larger than the value in FIG. This is because the full width at half maximum is larger due to the influence of the electromagnetic field with respect to ultrasonic attenuation. Since I and B 0 are proportional to each other, according to the equation (3), the ultrasonic attenuation α e is 9/4 in FIG. 2 compared with that in FIG.
Becomes
【００２３】△ｆ1 、△ｆ2 、Ｉ1 とＩ2 から（５）式
に基づき、電流Ｉ、すなわち磁場Ｂ0 がゼロとなる値に
外挿すると、△ｆ0 ＝８５kHz を得る。この値と音速ｖ
の値、ｖ＝５９００ｍ／ｓを（５）式に入れることによ
り、第一の材料固有の超音波減衰αi の値、αi (1) ＝
２６／ｍが得られる。上記試料の平均結晶粒径は、光学
顕微鏡よりＤ1 ＝９０μｍが得られた。By extrapolating from Δf 1 , Δf 2 , I 1 and I 2 to the value at which the current I, that is, the magnetic field B 0 becomes zero based on the equation (5), Δf 0 = 85 kHz is obtained. This value and sound velocity v
The value of the ultrasonic attenuation α i peculiar to the first material is α i (1) =
26 / m is obtained. The average crystal grain size of the above sample was D 1 = 90 μm obtained by an optical microscope.
【００２４】同一形状だが結晶粒径の異なる第二の試料
について同様の測定を行った。得られた値は、５．９MH
z においてαi (2) ＝１５／ｍであった。５．９MHz 以
上の周波数で、両材料に対して得られた超音波減衰αi
のデータを、第一の材料に対してはＡ1 ｆ＋Ｂ1 ｆ4 と
し、材料固有の超音波減衰を周波数の関数として求め図
４に示し、第二の材料に対しＡ2 ｆ＋Ｂ2 ｆ4 とし、材
料固有の超音波減衰を周波数の関数として図５に示す。The same measurement was performed on the second sample having the same shape but different crystal grain size. The obtained value is 5.9 MH
At z, α i (2) = 15 / m. Ultrasonic attenuation α i obtained for both materials at frequencies above 5.9 MHz
The data of is set to A 1 f + B 1 f 4 for the first material, the ultrasonic attenuation specific to the material is obtained as a function of frequency, and is shown in FIG. 4, and is set to A 2 f + B 2 f 4 for the second material. , The material-specific ultrasonic attenuation as a function of frequency is shown in FIG.
【００２５】この場合では、Ａ1 ／Ａ2 がほぼ１．０な
ので、Ｂ2 ／Ｂ1 はほぼ０．２７が得られる。ここで用
いられた２０MHz 以下の周波数では縦波、mm程度の超音
波の波長であり、超音波の波長は平均結晶粒径よりも３
倍以上大きいので、レイリー散乱の法則にほぼ従う。し
たがって、係数Ｂは平均結晶粒径の３乗に比例する。そ
こで、第二の材料の平均結晶粒径は、第一の材料の平均
結晶粒径より、Ｄ2 ／Ｄ1 がほぼ（Ｂ2 ／Ｂ1 ）1/3 と
等しくこれは約０．６４となる関係式と、Ｄ1＝９０μ
ｍよりＤ2 は約５８μｍとなる値が得られる。さらに、
光学顕微鏡による測定値とよい一致を示した。In this case, since A 1 / A 2 is approximately 1.0, B 2 / B 1 is approximately 0.27. At the frequencies below 20 MHz used here, the wavelength of ultrasonic waves is longitudinal waves and mm, and the wavelength of ultrasonic waves is 3 times larger than the average grain size.
Since it is more than twice as large, it almost follows the Rayleigh scattering law. Therefore, the coefficient B is proportional to the cube of the average crystal grain size. Therefore, the average crystal grain size of the second material is D 2 / D 1 approximately equal to (B 2 / B 1 ) 1/3 than the average crystal grain size of the first material, which is about 0.64. And D 1 = 90μ
From m, a value of D 2 of about 58 μm is obtained. further,
It showed good agreement with the value measured by an optical microscope.
【００２６】また、多くの電流値Ｉに対して共振半値幅
△ｆを測定し、（５）式に対してプロットすることによ
り、αi の最適解を最小２乗法により求めることができ
る。さらに、鉄鋼等の金属薄板については、平均結晶粒
径と降伏点応力は強い相関があるので、予め平均結晶粒
径と降伏点応力の関係をオフラインの測定で得ておき、
この関係より本発明の方法でオンラインで測定された材
料固有の超音波減衰から、降伏点応力を求めることがで
きる。さらに、オフラインで被測定材料固有の超音波減
衰と降伏点応力の関係を、平均結晶粒径を介さずに直接
測定して予め求めておき、この関係と、オンラインで測
定された材料固有の超音波減衰から、降伏点応力を求め
ることができる。Further, by measuring the resonance half width Δf for many current values I and plotting it with respect to the equation (5), the optimum solution of α i can be obtained by the least square method. Furthermore, for thin metal plates such as steel, since the average crystal grain size and the yield point stress have a strong correlation, the relationship between the average crystal grain size and the yield point stress is obtained in advance by offline measurement,
From this relationship, the yield point stress can be determined from the ultrasonic attenuation inherent in the material measured online by the method of the present invention. Furthermore, the relationship between the ultrasonic attenuation and the stress at yield point, which is peculiar to the material to be measured, is measured off-line in advance by directly measuring it without using the average crystal grain size. The yield stress can be determined from the sound wave attenuation.
【００２７】なお、本発明方法では、発受信コイルは発
信および受信兼用として説明したが、発信コイル、受信
コイルはそれぞれ発信、受信専用であってもよい。ま
た、共振半値幅の代わりに１／ｅの周波数幅などでも良
い。材料形状として平板状ばかりでなく任意の形状の板
に対して適用できる。２つ以上の異なる磁束密度で測定
する場合、２つ以上の電磁超音波トランスデューサーを
用いて同時に測定することもできる。In the method of the present invention, the transmission / reception coil has been described as both transmitting and receiving, but the transmitting coil and the receiving coil may be dedicated to transmitting and receiving, respectively. Further, a frequency width of 1 / e or the like may be used instead of the resonance half width. The material can be applied not only to a flat plate but also to a plate having an arbitrary shape. When measuring at two or more different magnetic flux densities, it is possible to simultaneously measure using two or more electromagnetic ultrasonic transducers.
【００２８】[0028]
【発明の効果】本発明の共振電磁超音波により、非破
壊、非接触かつ迅速に金属系薄板の材料固有の超音波減
衰をオンラインにて求めることができる。金属多結晶材
料においては、材料固有の超音波減衰により、平均結晶
粒径を求めることができ、さらに平均結晶粒径に依存す
る材料特性である降伏点応力等をオンラインで得ること
ができる。The resonant electromagnetic ultrasonic wave of the present invention enables non-destructive, non-contact, and rapid ultrasonic attenuation specific to the material of a thin metal plate to be online. For metallic polycrystalline materials, the average crystal grain size can be determined by ultrasonic attenuation unique to the material, and the yield point stress, which is a material property that depends on the average crystal grain size, can be obtained online.
【図１】金属薄板の板厚方向に伝播する超音波を共振電
磁超音波法により発生し検出する原理を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a principle of generating and detecting an ultrasonic wave propagating in a plate thickness direction of a thin metal plate by a resonant electromagnetic ultrasonic method.
【図２】０．５mmの金属薄板において１０Ａの直流電流
を流した磁場で測定した共振ピーク値出力電圧で規格化
した超音波スペクトラムを周波数の関数として示す図。FIG. 2 is a diagram showing an ultrasonic spectrum as a function of frequency, which is normalized by a resonance peak value output voltage measured in a magnetic field in which a direct current of 10 A is applied to a 0.5 mm thin metal plate.
【図３】０．５mmの金属薄板において１５Ａの直流電流
を流した磁場で測定した共振ピーク値出力電圧で規格化
した超音波スペクトラムを周波数の関数として示す図。FIG. 3 is a diagram showing an ultrasonic spectrum as a function of frequency, which is normalized by a resonance peak value output voltage measured in a magnetic field in which a direct current of 15 A is applied to a 0.5 mm thin metal plate.
【図４】第一の材料固有の超音波減衰を周波数の関数と
して求めた図（点線は式Ａｆ＋Ｂｆ4 をあてはめたも
の）。FIG. 4 is a diagram in which the ultrasonic attenuation peculiar to the first material is obtained as a function of frequency (dotted lines are obtained by applying the formula Af + Bf 4 ).
【図５】第二の固有材料に対して図４同様に得られた
図。FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 obtained for the second intrinsic material.
１ 発受信コイル ２ 金属系薄板 ３ 磁石 ４ 金属系薄板上面 ５ 金属系薄板下面 1 emitting / receiving coil 2 metal thin plate 3 magnet 4 metal thin plate upper surface 5 metal thin plate lower surface
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【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年１０月１９日[Submission date] October 19, 1993
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項１[Name of item to be corrected] Claim 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００２[Name of item to be corrected] 0002
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００２】[0002]
【従来の技術】まず、従来の超音波減衰測定技術を述べ
る。最初に、圧電型超音波トランスデューサーを用いた
パルスエコー法について述べる。金属薄板の板厚方向に
超音波を伝播させ、金属薄板の上下面間で多重反射する
超音波パルスエコーの振幅減衰測定とパルスエコーの時
間間隔測定により音速あるいは板厚を既知として金属薄
板の超音波減衰を測定する方法がある。音速が既知の場
合には、まず超音波往復時間測定から板厚ｄを求める。
超音波パルスの振幅は、ｅｘｐ（−２αｄ）で減衰する
から減衰係数αを求めることができる。あるいは板厚ｄ
が既知の場合には、前式により直接減衰係数αを求める
ことができる。この例として特開昭６０−３５２５３号
公報がある。この方法では、板厚が薄い場合、多重エコ
ーの時間間隔が密になり測定精度が低下する。また、こ
の方法では、水、油等の液体の音響結合媒質が必要であ
り、金属薄板表面を汚す問題があり、オンライン測定に
は不適である。また、超音波減衰は周波数に大きく依存
するので、この文献で用いているパルスエコー法では、
周波数の関数として超音波減衰α（ｆ）を得るためにフ
ーリエ解析が必要で、複雑で誤差の大きいものとなる欠
点がある。2. Description of the Related Art First, a conventional ultrasonic attenuation measurement technique will be described. First, the pulse echo method using a piezoelectric ultrasonic transducer will be described. Ultrasonic waves propagate in the thickness direction of a thin metal plate, and ultrasonic wave echoes are reflected multiple times between the upper and lower surfaces of the thin metal plate. There is a method of measuring acoustic attenuation. If the speed of sound is known
In this case, first, the plate thickness d is obtained from the ultrasonic round-trip time measurement.
Since the amplitude of the ultrasonic pulse is attenuated by exp (-2αd), the attenuation coefficient α can be obtained. Or plate thickness d
There if known, directly obtained attenuation coefficient α by Equation
be able to. An example of this is JP-A-60-35253. With this method, when the plate thickness is thin , multiple eco
, The time interval becomes close and the measurement accuracy decreases. In addition, this method requires a liquid acoustic coupling medium such as water or oil, which poses a problem of soiling the surface of the thin metal plate, making it difficult for online measurement.
Is not suitable. Also, since the ultrasonic attenuation greatly depends on the frequency, in the pulse echo method used in this document,
Fourier analysis is required to obtain ultrasonic attenuation α (f) as a function of frequency, which has the drawback of being complex and error-prone.
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００３[Name of item to be corrected] 0003
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００３】２番目に、電磁超音波トランスデューサー
による板厚方向に伝播する超音波を使ったパルスエコー
法について述べる。この方法では、音響結合媒質を使用
しない利点がある。しかし、圧電形超音波トランスデュ
ーサーと比較して感度が３桁程度低く、非接触で測定す
ることは容易でない。この他に板厚が薄い場合は、多重
エコーの時間間隔が密になり時間測定精度が低下するの
で測定精度が悪くなる。 Second, the pulse echo method using ultrasonic waves propagating in the plate thickness direction by an electromagnetic ultrasonic transducer will be described. This method has the advantage that no acoustic coupling medium is used. However, the sensitivity is lower than that of the piezoelectric ultrasonic transducer by about three orders of magnitude, and it is not easy to perform non-contact measurement. In addition to this, when the plate thickness is thin, the time intervals of multiple echoes become close and the time measurement accuracy decreases, so the measurement accuracy deteriorates.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００６[Correction target item name] 0006
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００６】最後に、電磁超音波法において、今までの
既知事項でしかも超音波減衰に関連している事項を整理
するとともに、その問題点を示す。まず、電磁超音波法
では、超音波減衰は２つの成分が存在する。すなわち、
材料固有の超音波減衰と、電磁超音波法において静
磁場と超音波の相互作用による電磁力に起因する超音波
減衰である。これは、J. G. Miller, W. D. Smith,D.I.
Bolef and R.K. Sundfors, Phys.Rev.B, vol.3, p.154
7, 1971に記載されている。このの電磁力に起因する
超音波減衰があるので誤差が生じる問題がある。Finally, in the electromagnetic ultrasonic method, the matters which have been known so far and which are related to the ultrasonic attenuation are sorted out and the problems thereof are shown. First, in the electromagnetic ultrasonic method, ultrasonic attenuation has two components. That is,
They are the ultrasonic attenuation inherent to the material and the ultrasonic attenuation caused by the electromagnetic force due to the interaction between the static magnetic field and the ultrasonic waves in the electromagnetic ultrasonic method. This is JG Miller, WD Smith, DI
Bolef and RK Sundfors, Phys.Rev.B, vol.3, p.154
7, 1971. There is a problem that an error occurs because there is ultrasonic attenuation due to this electromagnetic force .
【手続補正５】[Procedure Amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００７[Correction target item name] 0007
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００７】次に、金属系薄板に対して共振電磁超音波
法が用いられた例を示す。この方法は、例えば、冷延鋼
板のヤング率および塑性歪比を求めるために用いられた
（例えば、K.Kawashima,J.Acoust.Soc.Am.,87,p.681,19
90参照）。次数１次の共振を起こす周波数は、同じ薄板
のパルスエコー法に必要な周波数よりもはるかに低い。
ここで、電磁超音波の感度は一般に周波数の増大ととも
に急速に小さくなるので、電磁超音波ではパルスエコー
法より共振法が有利である。Next, an example in which the resonance electromagnetic ultrasonic method is used for a metal thin plate will be shown. This method was used, for example, to determine the Young's modulus and the plastic strain ratio of a cold rolled steel sheet (for example, K. Kawashima, J. Acoust. Soc. Am., 87, p.681, 19).
90). The frequency that causes first-order resonance is much lower than the frequency required for the pulse echo method of the same thin plate.
Here, since the sensitivity of electromagnetic ultrasonic waves generally decreases rapidly as the frequency increases, the resonance method is more advantageous than the pulse echo method for electromagnetic ultrasonic waves.
【手続補正６】[Procedure correction 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００８[Correction target item name] 0008
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００８】図１は、共振電磁超音波法におけるトラン
スデューサーと金属系薄板の配置を示す。電磁超音波ト
ランスデューサーは発受信コイル１と金属系薄板２に静
磁場を与える永久磁石または電磁石３から構成される。
発受信コイル１は、バースト波状、あるいは正弦波状の
電流で励振され、該金属系薄板２中に渦電流を生じさせ
る。渦電流は、静磁場と相互作用して、励振する電流と
同じ周波数の超音波を該金属系薄板２中に生じさせる。
これらは、該金属系薄板の板厚方向に伝播する横または
縦方向に偏波した波で、該金属系薄板上面４、下面５の
間で多重反射する。該金属系薄板上面近傍の超音波の動
きは該金属系薄板中に正弦波状の電流を生じ、さらにそ
れによる磁場は、発受信コイル１に正弦波状の出力電圧
を生じる。これをアンプで増幅しマイクロコンピュータ
に入力し記録する。FIG. 1 shows the arrangement of a transducer and a metal-based thin plate in the resonance electromagnetic ultrasonic method. The electromagnetic ultrasonic transducer is composed of a transmitting / receiving coil 1 and a permanent magnet or an electromagnet 3 which gives a static magnetic field to the metal thin plate 2.
The transmitter / receiver coil 1 is excited by a burst-wave or sine-wave current to generate an eddy current in the metal thin plate 2. The eddy current interacts with the static magnetic field to generate an ultrasonic wave having the same frequency as the exciting current in the metal-based thin plate 2.
These are waves that are horizontally or vertically polarized and propagate in the thickness direction of the metal thin plate, and are multiply reflected between the upper surface 4 and the lower surface 5 of the metal thin plate. The movement of ultrasonic waves in the vicinity of the upper surface of the metal-based thin plate causes a sinusoidal current in the metal-based thin plate, and the magnetic field generated thereby causes a sinusoidal output voltage in the transmitter / receiver coil 1. This is amplified by an amplifier and input to a microcomputer for recording.
【手続補正７】[Procedure Amendment 7]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１１[Correction target item name] 0011
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１１】ここでは、パルスエコー法の問題点、超音
波減衰と周波数ならびに結晶粒径の既知の関係、電磁超
音波法における電磁場による超音波減衰成分の存在を示
す既知文献、共振電磁超音波法における今までの既知
例、共振ピーク値出力電圧を超音波減衰測定に使う場合
の問題点などを示した。Here, there are problems of the pulse echo method, known relationships between ultrasonic attenuation and frequency and crystal grain size, known literatures showing existence of ultrasonic attenuation component due to electromagnetic field in electromagnetic ultrasonic method, resonance electromagnetic ultrasonic method. In the previous examples, the problems in using the resonance peak value output voltage for ultrasonic attenuation measurement are shown.
【手続補正８】[Procedure Amendment 8]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１３[Correction target item name] 0013
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、板厚方向に伝播する超音波を発生ならびに検出し、
さらに厚み共振超音波スペクトラムを測定する。これを
測定するために電磁超音波トランスデューサーを用いた
共振電磁超音波法を使う。静磁場中に配置した発受信コ
イルに一定時間持続するバースト波の高周波電流を流し
金属系薄板中に超音波を発生させ、次に、該薄板中の超
音波減衰を、同じコイルか、検出専用コイルで検出させ
る方式を使い、その電流の周波数を掃引させることによ
って共振ピーク半値幅を測定する。２つ以上の異なる磁
束密度で厚み共振の半値幅を求め、これらの半値幅と音
速とから、共振周波数における超音波減衰を求める。電
磁超音波測定法において、共振周波数における全超音波
減衰から電磁力に起因する超音波減衰を除去し、材料固
有の超音波減衰を求める方法であり、電磁力に起因する
超音波減衰を無視できる場合は、あるひとつの磁束密度
で厚み共振の半値幅を求め、この半値幅と音速とから、
材料固有の超音波減衰を求める。さらに、材料固有の超
音波減衰を基にして、金属薄板の平均結晶粒径、ならび
にそれらに依存する材料特性を判定する方法である。In order to solve the above-mentioned problems, ultrasonic waves propagating in the plate thickness direction are generated and detected,
Further, the thickness resonance ultrasonic spectrum is measured. To measure this, the resonance electromagnetic ultrasonic method using an electromagnetic ultrasonic transducer is used. A high-frequency current of a burst wave that lasts for a certain period of time is applied to a transmitter / receiver coil placed in a static magnetic field to generate ultrasonic waves in a metal-based thin plate, and then ultrasonic attenuation in the thin plate is detected by the same coil or for detection only. The resonance peak half-width is measured by sweeping the frequency of the current using the method of detecting with a coil. The full width at half maximum of thickness resonance is obtained at two or more different magnetic flux densities, and the ultrasonic attenuation at the resonance frequency is obtained from these full width at half maximum and sound velocity. In the electromagnetic ultrasonic measurement method, the ultrasonic attenuation caused by the electromagnetic force is removed from the total ultrasonic attenuation at the resonance frequency, and the ultrasonic attenuation inherent to the material is obtained. The ultrasonic attenuation caused by the electromagnetic force can be ignored. In that case, the half-value width of thickness resonance is calculated with a certain magnetic flux density, and from this half-value width and the sound velocity,
Determine the material-specific ultrasonic attenuation. Furthermore, it is a method of determining the average crystal grain size of a thin metal plate and the material properties depending on them, based on the ultrasonic attenuation inherent in the material.
【手続補正９】[Procedure Amendment 9]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１６[Correction target item name] 0016
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１６】[0016]
【数１】 ここで、ｖは音速であり、αは全超音波減衰である。こ
の式では、超音波の振動を生じる体積力が板厚方向に分
布していることを考慮している。この式はマックスウエ
ルの電磁波方程式と弾性波方程式を連立させて解くこと
によって得られる。ここで、板厚ｄは、超音波の減衰距
離１／αに比して小さいと仮定している。また、電磁超
音波において発生する電磁波の波長は、材料中の超音波
の波長、または電磁気的な浸透深さに比して十分大きい
としてある。これらの条件は、通常の金属系薄板の測定
においては満足されている。さらに、δｆ＝ｆ−ｆr は
共振半値幅△ｆ（ＦＷＨＭ）に比して大きすぎることは
ない、すなわち、δｆ≦５△ｆとしている。[Equation 1] Where v is the speed of sound and α is the total ultrasonic attenuation. This equation takes into consideration that the volume force that causes ultrasonic vibration is distributed in the plate thickness direction. This equation is obtained by solving Maxwell's electromagnetic wave equation and elastic wave equation simultaneously. Here, it is assumed that the plate thickness d is smaller than the attenuation distance 1 / α of the ultrasonic waves. The wavelength of the electromagnetic wave generated in the electromagnetic ultrasonic wave is sufficiently larger than the wavelength of the ultrasonic wave in the material or the electromagnetic penetration depth. These conditions are satisfied in the measurement of ordinary metal thin plates. Furthermore, it δf = f-f r is too large compared to the resonance half-width △ f (FWHM) is
No, that is, δf ≦ 5Δf.
【手続補正１０】[Procedure Amendment 10]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２０[Correction target item name] 0020
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２０】または、（２）式中においてαe が十分小
さくなるよう磁束密度Ｂ0 を選ぶことである。そうする
ためには、磁束密度Ｂ0 を被測定材料の材質に応じて個
別に決める必要がある。さらに、（３）式に従わない場
合でも、△ｆと磁束密度Ｂ0 の経験式に基づいて磁束密
度Ｂ0 ＝０に外挿する方法もある。なお、測定誤差を生
じないようにするためには、コイルに流すバースト波持
続時間△ｔは１／△ｆに比して十分大きい必要がある。Alternatively, the magnetic flux density B 0 is selected so that α e becomes sufficiently small in the equation (2). To do so, it is necessary to individually determine the magnetic flux density B 0 according to the material of the material to be measured. Further, even if the equation (3) is not obeyed, there is a method of extrapolating to the magnetic flux density B 0 = 0 based on an empirical equation of Δf and the magnetic flux density B 0 . In order to prevent a measurement error, the burst wave duration Δt flowing in the coil needs to be sufficiently larger than 1 / Δf.
【手続補正１１】[Procedure Amendment 11]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２５[Name of item to be corrected] 0025
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２５】この場合では、Ａ1 ／Ａ2 がほぼ１．０な
ので、Ｂ2 ／Ｂ1 はほぼ０．２７が得られる。ここで用
いられた２０MHz 以下の周波数では縦波の波長はmm程度
で、平均結晶粒径よりも３倍以上大きいので、レイリー
散乱の法則にほぼ従う。したがって、係数Ｂは平均結晶
粒径の３乗に比例する。そこで、第二の材料の平均結晶
粒径は、第一の材料の平均結晶粒径より、Ｄ2 ／Ｄ1 が
ほぼ（Ｂ2 ／Ｂ1 ）1/ 3 と等しくこれは約０．６４とな
る関係式と、Ｄ1 ＝９０μｍよりＤ2 は約５８μｍとな
る値が得られる。さらに、光学顕微鏡による測定値とよ
い一致を示した。In this case, since A 1 / A 2 is approximately 1.0, B 2 / B 1 is approximately 0.27. The wavelength of the longitudinal wave is about mm at the frequency below 20MHz used here.
Since it is three times larger than the average crystal grain size, it almost follows the Rayleigh scattering law. Therefore, the coefficient B is proportional to the cube of the average crystal grain size. Therefore, the average crystal grain size of the second material, than the average crystal grain size of the first material, and D 2 / D 1 is approximately (B 2 / B 1) 1 /3 equal which about 0.64 From the relational expression and D 1 = 90 μm, the value of D 2 is about 58 μm. Furthermore, it showed a good agreement with the value measured by an optical microscope.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤木 俊夫 神奈川県相模原市淵野辺５−10−１ 新日 本製鐵株式会社エレクトロニクス研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Toshio Akagi 5-10-1, Fuchinobe, Sagamihara-shi, Kanagawa Nippon Steel Corporation Electronics Research Laboratories
Claims (3)
を発生ならびに検出する共振電磁超音波測定法を用い
て、板厚方向に伝播する超音波の厚み共振スペクトラム
を測定する方法において、２つ以上の異なる磁束密度で
２つ以上の厚み共振の半値幅を求め、この２つの半値幅
と音速とから、共振周波数における該金属系薄板固有の
超音波減衰を求めることを特徴とする金属系薄板の超音
波減衰を測定する方法。1. A method for measuring a thickness resonance spectrum of ultrasonic waves propagating in the plate thickness direction using a resonant electromagnetic ultrasonic measurement method for generating and detecting ultrasonic waves propagating in the plate thickness direction of a metal-based thin plate, A metal characterized by obtaining two or more thickness half-widths of thickness resonance at different magnetic flux densities and obtaining the ultrasonic attenuation peculiar to the metal-based thin plate at the resonance frequency from the two half-widths and the speed of sound. A method for measuring the ultrasonic attenuation of thin plates.
を発生ならびに検出する共振電磁超音波測定法を用い
て、板厚方向に伝播する超音波の厚み共振スペクトラム
を測定する方法において、あるひとつの磁束密度で厚み
共振の半値幅を求め、この半値幅と音速とから、共振周
波数における該金属系薄板固有の超音波減衰を求めるこ
とを特徴とする金属系薄板の超音波減衰を測定する方
法。2. A method for measuring a thickness resonance spectrum of ultrasonic waves propagating in the plate thickness direction using a resonance electromagnetic ultrasonic measurement method for generating and detecting ultrasonic waves propagating in the plate thickness direction of a metal-based thin plate, Obtain the half-value width of thickness resonance with a certain magnetic flux density, and measure the ultrasonic attenuation of the metal-based thin plate at the resonance frequency from this half-value width and sound velocity. how to.
共振周波数における金属系薄板固有の超音波減衰を求
め、該超音波減衰から薄板の平均結晶粒径を求め、さら
にそれらに依存する材料特性を評価する方法。3. The method according to claim 1 or 2, wherein the ultrasonic attenuation specific to the metal-based thin plate at each resonance frequency is obtained, the average crystal grain size of the thin plate is obtained from the ultrasonic attenuation, and the material depending on them. How to evaluate a property.
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|---|---|---|---|
| JP92303893A JPH06148148A (en) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Ultrasonic attenuation measuring method, and material characteristic evaluating method |
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| JP92303893A JPH06148148A (en) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Ultrasonic attenuation measuring method, and material characteristic evaluating method |
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| JPH06148148A true JPH06148148A (en) | 1994-05-27 |
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Family Applications (1)
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| JP92303893A Withdrawn JPH06148148A (en) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Ultrasonic attenuation measuring method, and material characteristic evaluating method |
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| JP (1) | JPH06148148A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1992
- 1992-11-13 JP JP92303893A patent/JPH06148148A/en not_active Withdrawn
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