JPH06300548A - 電磁超音波発受信装置 - Google Patents

電磁超音波発受信装置

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JPH06300548A
JPH06300548A JP5089924A JP8992493A JPH06300548A JP H06300548 A JPH06300548 A JP H06300548A JP 5089924 A JP5089924 A JP 5089924A JP 8992493 A JP8992493 A JP 8992493A JP H06300548 A JPH06300548 A JP H06300548A
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JP
Japan
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electromagnetic ultrasonic
ultrasonic wave
coil
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receiving
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Withdrawn
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JP5089924A
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English (en)
Inventor
Takao Tawaraguchi
隆雄 俵口
Toshio Akagi
俊夫 赤木
Katsuhiro Kawashima
捷宏 川島
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】高周波の電磁超音波を発受信する電磁超音波発
受信装置を提供する。 【構成】電磁超音波発受信装置において、2探法の電磁
超音波トランスデューサー4の発信コイル1と受信コイ
ル2とが重ねて被測定材5の近傍で、かつその表面と平
行に配置されている。電磁超音波発受信装置は、電磁超
音波発信部9と、広帯域RFアンプ11を有する電磁超
音波受信部14と、電磁超音波発信部9と電磁超音波受
信部14を制御しかつ信号処理する計算機15を備えて
いる。 【効果】非接触にて金属薄板・薄膜などを高周波電磁超
音波により非破壊評価できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属薄板、金属薄膜ある
いは金属の母材にコーテイングされた薄膜などの被測定
材に非接触状態で高周波の電磁超音波を発信、受信させ
て、音速測定、厚さ測定、異方性評価、接合不良評価、
および超音波減衰評価などの非破壊評価を行う装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】圧電式超音波トランスデューサーを用い
た超音波探傷装置あるいは超音波計測装置においては、
発信用超音波トランスデューサーと受信用超音波トラン
スデューサーが同一トランスデューサーである1探法や
発信用超音波トランスデューサーと受信用超音波トラン
スデューサーが別個に備えてある2探法が使われてい
る。1探法、2探法いずれの場合でも、100MHz以
上の高周波超音波でも発信および受信に使用されてい
る。その超音波の発信および受信の回路構成の例として
文献(IEEE Trans.Ultrasonic
s,Ferroelectrics,and Freq
uency Control.Vol.38,NO.
1,p48,Jan.1991)がある。この文献では
1探法の例であるが2探法でも同様である。しかし、こ
のような圧電式超音波トランスデューサーを用いた場
合、音響結合媒質が必要であるという欠点がある。
【0003】一方、電磁超音波において、20MHz以
上の超音波の発信および受信を行う電磁超音波発受信装
置あるいは電磁超音波トランスデューサーを記述した文
献、または特許は見あたらない。なぜなら、電磁超音波
においては発受信効率が圧電式の超音波のそれと比較し
て3桁程度低いこと、および一般的な発受信回路技術が
確立していないためである。
【0004】20MHz以下の電磁超音波トランスデュ
ーサーによる超音波発信、受信の例として、文献(K.
Kawashima,JASA,Vol.87,Fe
b.1990,p681−690)、あるいは特許平3
ー63142号公報開示の方法がある。これらに記載し
てある方式について図2に従って説明する。1つの偏平
な発受信コイル16を超音波発信および受信に用いてい
る。渦電流を被測定材5の内部に発生するコイルとして
用い、この渦電流と、磁石3により被測定材5の内部に
生ずる磁界との相互作用から超音波を発信させ、逆の過
程により該コイル16で超音波を受信している。発振器
8は計算機15で制御され、ゲート7aで必要なバース
ト幅の信号にして、広帯域RFパワーアンプ6を経て、
発受信コイル16に高電圧が印加される。この方式で
は、発信を行う電磁超音波発信部9の電子回路と受信を
行う電磁超音波受信部14の電子回路の広帯域バッファ
ーアンプ17とが直流的につながっている。電磁超音波
の発信の場合、発受信コイル16に大電力を供給しよう
とすると受信部の電子回路にも大電力が供給されるので
受信部の電子回路を保護するためにリミッター10を付
加している。受信の場合、発受信コイル16に生じる微
小電圧を受信部に送信するが、リミッター内の抵抗によ
る電圧降下の影響をなくすために入力インピーダンスが
無限大であるバッファーアンプを使用する必要がでてく
る。しかし、スルーレートが大きく高周波特性が良好
で、雑音指数が小さいバッファーアンプの入手が容易で
はない。したがって、高周波の電磁超音波の発受信を容
易に実現できなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】金属薄板、金属薄膜あ
るいは金属の母材にコーテイングされた薄膜などの被検
査材に非接触状態で高周波かつ広帯域の電磁超音波を発
信、受信することを可能とする電磁超音波発受信装置を
提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】電磁超音波発信コイルな
らびに発信用電子回路と、電磁超音波受信コイルならび
に受信用電子回路とを分離独立させることにより、受信
用電子回路に高スルーレート特性を有し、広帯域で高周
波特性の良好なるRFアンプを採用できるようにして、
高周波の電磁超音波を発信、受信するものである。
【0007】
【作用】図1に本発明の電磁超音波発受信装置の例を示
す。まず、構成と各部の機能を説明する。電磁超音波ト
ランスデューサー4は発信コイル1と、受信コイル2
と、磁石3から構成されている。被測定材5の表面と平
行に受信コイル2、発信コイル1を該被測定材に近接さ
せ重ねて配置する。受信コイル2と発信コイル1を重ね
て配置しているのは被測定材とのリフトオフを極力小さ
くするためと、電磁超音波の発受信において渦電流と磁
石3による被測定材5の内部の磁界との相互作用を高効
率で発現させるためである。計算機15で発振周波数、
発振周期などを発振器8に制御して、さらにRFスイッ
チである送信ゲート7aにより必要なバースト幅の信号
にしてから広帯域RFパワーアンプ6で大電力にして発
信コイル1に送信する。バースト波の大電力信号を発信
コイル1に印加すると被測定材5の内部に渦電流が発生
する。磁石3によって該被測定材5の内部に生じた3次
元的な磁界と渦電流の相互作用により超音波が発生す
る。該超音波は該被測定材5の厚さ方向に伝播する縦波
および横波である。圧延された焼鈍済みの金属薄板の場
合は異方性により2種の横波が発生する。一方、超音波
の検出は逆の過程により行う。発振器8の周波数を掃引
すると被測定材5の厚みdが被測定材5の厚み方向に伝
播する超音波の波長λの1/2となる周波数周波数f、
すなわちf=(nV)/(2d)、の場合に厚み共振が
発生するのでこの共振周波数で超音波の信号は極めて大
きくなる。ここで、Vは音速、nは整数である。
【0008】受信コイル2で受信する超音波の信号はリ
ミッター10を経て広帯域RFアンプ11で増幅され
る。増幅された信号は受信ゲート7bを経て可変バンド
パスフイルタ12、アンプ13を経て計算機15に入力
される。ここで、受信ゲート7bは送信ゲート7aがオ
フ後、数μm経過してオンとなるように設定する。な
お、リミッター10は送信コイル1と受信コイル2とが
高周波領域で電気的結合しているので広帯域RFアンプ
11を保護するために設けている。
【0009】次に、電磁超音波発信コイル1と電磁超音
波受信コイル2を別個に設ける2探法にすれば、1探法
とは異なる受信用電子回路を構成できることを示し、高
周波の電磁超音波を発信および受信できることを説明す
る。電磁超音波の発信の場合、高電圧が電磁超音波発信
コイル1に印加される。電磁超音波発振コイル1と電磁
超音波受信コイル2とは交流的には結合しているが、結
合効率が低いので電磁超音波受信コイル2には高電圧が
印加されない。絶対値が約1V以上の電圧はリミッター
で制限できる。受信の場合、受信コイルで発生した微小
電圧を直接広帯域RFアンプに入力できる。このように
電磁超音波発振イル1および受信コイル2を別個に設け
ることにより、電磁超音波発信部の電子回路と電磁超音
波受信部の電子回路が、配線上では直流的に接続されな
いので、受信部の電子回路にスルーレートが高く、高周
波特性が良好で、雑音指数が小さいという条件を満たす
RFアンプを採用することができる。したがって、高周
波の電磁超音波の発信、および受信を行うことが可能と
なる。
【0010】なお、発信コイル1と受信コイル2は手巻
きのコイルでもプリント配線コイルでもかまわないし、
発信コイル1と受信コイル2はそれぞれプリント配線コ
イル1枚で構成しそれらを重ねて配置してもかまわない
し、発信コイル1と受信コイル2それぞれを1層とする
2層構造のプリント配線でもかまわないし、1枚のプリ
ント配線コイルで発信コイル1と受信コイル2を同一平
面上に構成してももかまわない。磁石3は、被測定材5
の内部に3次元的な磁界を発生させるものであるので永
久磁石または電磁石どちらでもかまわない。発振器8か
ら発生される信号は正弦波状のバースト波だけでなくパ
ルス状の信号でもかまわない。この場合は可変バンドパ
スフイルタ12は固定バンドパスフイルタとして使用す
れば良い。
【0011】
【実施例】説明図に従って説明する。図1が本発明の電
磁超音波発受信装置の例である。電磁超音波トランスデ
ューサー4は発信コイル1と、受信コイル2と、磁石3
から構成されている。被測定材5に平行に受信コイル
2、発信コイル1の順に該被測定材に近接させ重ねて配
置してある。発信コイル1と、受信コイル2は直径が5
mmで巻数が8の偏平な円形コイルを用いている。ここ
で、電磁超音波発振部の広帯域RFパワーアンプ6と電
磁超音波受信部の他の回路は数100MHzまでの帯域
を有するものを用いている。
【0012】発振器8の周波数を掃引しながら発振周波
数と測定信号の大きさを記録する。特に、周波数f=
(nV)/(2d)の場合に厚み共振が発生するのでこ
の共振周波数で超音波の信号は極めて大きくなる。この
ようにして厚みが0.73mmのアルミニウム板に対し
て板厚方向に伝播する超音波のスペクトラムを測定した
結果を図3に示す。横軸が周波数で縦軸が信号強度を示
す。図3は30MHzから100MHzまでの共振ピー
クを測定したデータである。このデータから100MH
zまで超音波を測定できたことがわかる。非常に薄い金
属薄板、あるいは薄膜、例えば100μm以下の被測定
材に対しても電磁超音波を発受信できる。厚さが薄くな
れば超音波の減衰も小さくなるので100MHzまでに
前記の共振条件を満たす周波数が存在すれば、薄い被測
定材でも測定できるわけである。前記共振条件において
n=1とすれば、被測定材の厚さが30μmでは縦波の
1次、横波の2次の共振ピークを測定でき、被測定材の
厚さが15μmでは横波の1次の共振ピークを測定でき
ることがわかる。
【0013】なお、本実施例では板厚が比較的大きいも
のを被測定材としたのは前記共振条件を満たす高次の共
振ピーク間の周波数間隔を密にするためである。多数の
共振ピークが現れているのは、高次の共振および縦波1
種と横波2種計3種の超音波のモードがあるためであ
る。なお、ここで示した発信コイルおよび受信コイルの
サイズは1例である。また、コイルの形状は円形だけで
なく、楕円、正方形または長方形、円形ドーナツ型、楕
円形ドーナツ型、正方形の枠状、あるいは長方形の枠状
でもかまわない。
【0014】
【発明の効果】金属薄板、金属薄膜あるいは金属の母材
にコーテイングされた薄膜などの被検査材に非接触かつ
音響結合媒質不要で高周波の電磁超音波の測定を高S/
Nで行うことができ、音速測定、厚さ測定、異方性評
価、接合不良評価、および超音波減衰評価などの非破壊
評価を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電磁超音波発受信装置の構成例を示す
図面である。
【図2】従来の電磁超音波発受信装置の構成例を示す図
面である。
【図3】高周波電磁超音波測定例を示すグラフである。
【符号の説明】
1 発信コイル 2 受信コイル 3 磁石 4 電磁超音波トランスデューサー 5 被測定材 6 広帯域RFパワーアンプ 7a 送信ゲート 7b 受信ゲート 8 発振器 9 電磁超音波発信部 10 リミッター 11 広帯域RFアンプ 12 可変バンドパスフィルタ 13 アンプ 14 電磁超音波受信部 15 計算機 16 発受信コイル 17 広帯域バッファーアンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2探法の電磁超音波トランスデューサー
    において、発信コイルと受信コイルとを重ねて被測定材
    の近傍に、かつ該被測定材の表面と平行に配置すること
    を特徴とする電磁超音波発受信装置。
  2. 【請求項2】 電磁超音波トランスデューサーと、電磁
    超音波発信部と、電磁超音波受信部と、該電磁超音波発
    信部と該電磁超音波受信部を制御しかつ信号処理する計
    算機を備えた電磁超音波発受信装置において、請求項1
    記載の2探法の電磁超音波トランスデューサーと、該電
    磁超音波受信部に広帯域RFアンプを有することを特徴
    とする電磁超音波発受信装置。
JP5089924A 1993-04-16 1993-04-16 電磁超音波発受信装置 Withdrawn JPH06300548A (ja)

Priority Applications (1)

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JP5089924A JPH06300548A (ja) 1993-04-16 1993-04-16 電磁超音波発受信装置

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JP5089924A JPH06300548A (ja) 1993-04-16 1993-04-16 電磁超音波発受信装置

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JPH06300548A true JPH06300548A (ja) 1994-10-28

Family

ID=13984255

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5089924A Withdrawn JPH06300548A (ja) 1993-04-16 1993-04-16 電磁超音波発受信装置

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JP (1) JPH06300548A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997017307A3 (en) * 1995-11-06 1997-08-21 Aeci Ltd Method for preparing hardened granules from a particulate material

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997017307A3 (en) * 1995-11-06 1997-08-21 Aeci Ltd Method for preparing hardened granules from a particulate material

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Effective date: 20000704