JPH0676998B2 - パルス反射法による超音波の往復時間精密測定法 - Google Patents
パルス反射法による超音波の往復時間精密測定法Info
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- JPH0676998B2 JPH0676998B2 JP63100789A JP10078988A JPH0676998B2 JP H0676998 B2 JPH0676998 B2 JP H0676998B2 JP 63100789 A JP63100789 A JP 63100789A JP 10078988 A JP10078988 A JP 10078988A JP H0676998 B2 JPH0676998 B2 JP H0676998B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体中における音速の精密測定法に関するも
のである。
のである。
構造物の金属材料の溶接部等に実際の使用状態において
作用する外部応力や溶接残留応力、熱応力等の内部応力
を測定する方法の一つとして、超音波による非破壊応力
測定法が知られている。この測定法の原理は次のとおり
である。
作用する外部応力や溶接残留応力、熱応力等の内部応力
を測定する方法の一つとして、超音波による非破壊応力
測定法が知られている。この測定法の原理は次のとおり
である。
第２図に示すように、材料（１）に主応力σ１σ２が作
用しているとき、この材料（１）中での２つの主応力σ
１及びσ２方向に偏向した２つの横波の伝播速度をそれ
ぞれV1及びV2とすると、次の関係式が成り立つ。
用しているとき、この材料（１）中での２つの主応力σ
１及びσ２方向に偏向した２つの横波の伝播速度をそれ
ぞれV1及びV2とすると、次の関係式が成り立つ。
ここで、αは材料の組織音響異方性（σ１−σ２＝０の
状態の（１）式の左辺の値）、CAは材料（１）の音弾性
定数である。２つの横波が反対面で反射して戻る迄の時
間をそれぞれT1及びT2とすれば、上式は次のように変形
できる。
状態の（１）式の左辺の値）、CAは材料（１）の音弾性
定数である。２つの横波が反対面で反射して戻る迄の時
間をそれぞれT1及びT2とすれば、上式は次のように変形
できる。
（２）式より、α及びCAを予め測定しておけば、超音波
の往復時間T1及びT2を測定することにより、主応力の差
σ１−σ２を求めることができる。
の往復時間T1及びT2を測定することにより、主応力の差
σ１−σ２を求めることができる。
一方、材料中の縦波の伝播速度をVLとすると縦波と横波
の伝播速度の間に次の関係がある。
の伝播速度の間に次の関係がある。
ここで、RO及びCRは材料における定数である （３）式を前と同様に変形すると、 ここでTLは縦波の往復時間である。定数RO及びCRの値を
前以て測定しておけば、TL、T1、T2の測定値から式
（２）及び式（４）より、σ１及びσ２を分離して求め
ることができる。
前以て測定しておけば、TL、T1、T2の測定値から式
（２）及び式（４）より、σ１及びσ２を分離して求め
ることができる。
上記の原理により、材料に作用する主応力σ１及びσ２
の値を正確に求めるためには、非常に小さい伝播時間差
T1−T2の値を正確に決定する必要があり、従ってT1及び
T2の値を極めて正確に測定する必要がある。
の値を正確に求めるためには、非常に小さい伝播時間差
T1−T2の値を正確に決定する必要があり、従ってT1及び
T2の値を極めて正確に測定する必要がある。
従来の縦波、横波の超音波の固体中の伝播時間を求める
方法は、第３図に示すように、被測定物（２）の表面
（３）に圧電素子よりなる振動子兼検知子（４）を音響
結合剤（12）を介して強く接触させ、振動子兼検知子
（４）に高周波パルス電圧を印加して、超音波を発生さ
せ、その超音波が被測定物（２）の裏面（５）で反射し
て帰ってくる波を振動子兼検知子（４）で電圧に変換し
て検出し、その超音波の往復に要する時間を測定する方
法が知られている。
方法は、第３図に示すように、被測定物（２）の表面
（３）に圧電素子よりなる振動子兼検知子（４）を音響
結合剤（12）を介して強く接触させ、振動子兼検知子
（４）に高周波パルス電圧を印加して、超音波を発生さ
せ、その超音波が被測定物（２）の裏面（５）で反射し
て帰ってくる波を振動子兼検知子（４）で電圧に変換し
て検出し、その超音波の往復に要する時間を測定する方
法が知られている。
振動子兼検知子（４）から被測定物（２）に入力された
超音波は、第３図に示すように、被測定物（２）の裏面
（５）で反射した波の一部は振動子兼検知子（４）に入
るが、残りは被測定物（２）の表面（３）で再び反射し
て、裏面（５）で再び反射され、被測定物（２）内で反
射を繰り返す。そして表面（３）で反射するたびに一部
が振動子兼検知子（４）に入り、第４図に示すように、
第１反射波（６）、第２反射波（７）、第３反射波
（８）……のように順次減衰する波が検出される。
超音波は、第３図に示すように、被測定物（２）の裏面
（５）で反射した波の一部は振動子兼検知子（４）に入
るが、残りは被測定物（２）の表面（３）で再び反射し
て、裏面（５）で再び反射され、被測定物（２）内で反
射を繰り返す。そして表面（３）で反射するたびに一部
が振動子兼検知子（４）に入り、第４図に示すように、
第１反射波（６）、第２反射波（７）、第３反射波
（８）……のように順次減衰する波が検出される。
超音波の往復時間を正確に測定するためには、この第１
反射波（６）と第２反射波（７）の同じ波形位置の到達
時間の差を測定するのがよい。
反射波（６）と第２反射波（７）の同じ波形位置の到達
時間の差を測定するのがよい。
上記パルス反射法によれば、振動子兼検知子（４）と被
測定物表面（３）の状態により、第１反射波（６）と第
２反射波（７）の到達の時間間隔の測定値が変動し、測
定値が再現性に乏しい。また振動子兼検知子（４）と被
測定物表面（３）の間にある薄い音響結合剤（12）の膜
の粘度や膜厚が変化するため、測定値の安定性が乏し
く、再現性が悪くなり、必要な測定精度をうることはで
きない。
測定物表面（３）の状態により、第１反射波（６）と第
２反射波（７）の到達の時間間隔の測定値が変動し、測
定値が再現性に乏しい。また振動子兼検知子（４）と被
測定物表面（３）の間にある薄い音響結合剤（12）の膜
の粘度や膜厚が変化するため、測定値の安定性が乏し
く、再現性が悪くなり、必要な測定精度をうることはで
きない。
例えば、板厚20mmの鋼材の場合、主応力σ１及びσ２の
方向の横波の伝播時間T1とT2の差はσ１とσ２の差が10
0kgf/cm2のときでも約0.01％にすぎないから、（２）式
におけるT2−T1の値を２桁の精度で求めるためには、第
１反射波（６）と第２反射波（７）の到達時間の間隔を
５桁の精度で求める必要があり、10-10秒以上の分解能
を必要とする。
方向の横波の伝播時間T1とT2の差はσ１とσ２の差が10
0kgf/cm2のときでも約0.01％にすぎないから、（２）式
におけるT2−T1の値を２桁の精度で求めるためには、第
１反射波（６）と第２反射波（７）の到達時間の間隔を
５桁の精度で求める必要があり、10-10秒以上の分解能
を必要とする。
上記従来の測定法では、これだけの測定精度を達成する
ことは到底不可能である。
ことは到底不可能である。
従って本発明は、パルス反射法により超音波の往復時間
を高精度で測定しうる測定法を提供することを目的とす
る。
を高精度で測定しうる測定法を提供することを目的とす
る。
上記目的を達成すべく、本発明者らは鋭意研究を重ねた
結果、上記従来の測定法における測定誤差の原因は次に
あることを見いだした。
結果、上記従来の測定法における測定誤差の原因は次に
あることを見いだした。
上記パルス反射法によれば、第５図に示すように、第１
反射波（６）が被測定物（２）の表面（３）に到達した
とき、その波の一部は振動子兼検知子（４）の内部へ透
過し、振動子兼検知子（４）の背面（９）で反射して、
再び被測定物（２）の中に進入し、表面（３）で反射さ
れた主反射波（10）と合流する。振動子兼検知子（４）
の厚みｄは超音波の波長の２分の１に等しいから、振動
子兼検知子（４）の背面（９）で反射した反射波（11）
は、表面（３）で反射した主反射波（10）より約１波長
遅れて合流する。
反射波（６）が被測定物（２）の表面（３）に到達した
とき、その波の一部は振動子兼検知子（４）の内部へ透
過し、振動子兼検知子（４）の背面（９）で反射して、
再び被測定物（２）の中に進入し、表面（３）で反射さ
れた主反射波（10）と合流する。振動子兼検知子（４）
の厚みｄは超音波の波長の２分の１に等しいから、振動
子兼検知子（４）の背面（９）で反射した反射波（11）
は、表面（３）で反射した主反射波（10）より約１波長
遅れて合流する。
このようにして主反射波（10）と他の反射波（11）が重
合した雑音を含む波が被測定物（２）の裏面（５）で再
び反射して、第２反射波（７）として戻ってくるため、
第２反射波（７）は第１反射波（６）と若干波形が変化
している。しかも第１反射波（６）のうち、振動子兼検
知子（４）に透過する超音波のエネルギーの割合は、振
動子兼検知子（４）と被測定物表面（３）の状態及び音
響結合剤（12）の粘度や膜厚により大きく変化する。従
って、第２反射波（７）の波形は、この振動子兼検知子
（４）の接触状態により変化し、完全には安定化せず、
また仮令安定化しても、振動子兼検知子（４）の裏面
（５）からの反射波（11）の影響は避けられない。第２
反射波（７）には必ず、背面（９）からの反射波（11）
の成分が重畳して、第１反射波（６）とは波形が変化し
て歪んでいるため、第１反射波（６）と第２反射波
（７）は決して正確に同一波形にならず、第１反射波
（６）と第２反射波（７）において、正確に同じ位相の
点を求めることは極めて困難である。
合した雑音を含む波が被測定物（２）の裏面（５）で再
び反射して、第２反射波（７）として戻ってくるため、
第２反射波（７）は第１反射波（６）と若干波形が変化
している。しかも第１反射波（６）のうち、振動子兼検
知子（４）に透過する超音波のエネルギーの割合は、振
動子兼検知子（４）と被測定物表面（３）の状態及び音
響結合剤（12）の粘度や膜厚により大きく変化する。従
って、第２反射波（７）の波形は、この振動子兼検知子
（４）の接触状態により変化し、完全には安定化せず、
また仮令安定化しても、振動子兼検知子（４）の裏面
（５）からの反射波（11）の影響は避けられない。第２
反射波（７）には必ず、背面（９）からの反射波（11）
の成分が重畳して、第１反射波（６）とは波形が変化し
て歪んでいるため、第１反射波（６）と第２反射波
（７）は決して正確に同一波形にならず、第１反射波
（６）と第２反射波（７）において、正確に同じ位相の
点を求めることは極めて困難である。
このため、第１反射波（６）と第２反射波（７）の到達
時間の差を正確に測定しようとしても、背面（９）から
の反射波（11）に起因する誤差の混入を避けることは不
可能であり、上記従来法では、超音波の伝播時間の測定
精度に限界がある。
時間の差を正確に測定しようとしても、背面（９）から
の反射波（11）に起因する誤差の混入を避けることは不
可能であり、上記従来法では、超音波の伝播時間の測定
精度に限界がある。
この振動子兼検知子（４）の背面（９）からの反射波
（11）の影響を排除するためには、被測定物（２）の表
面（３）と振動子兼検知子（４）の間に、超音波の１〜
２波長の厚みを有し、被測定物（２）よりも音響インピ
ーダンス（密度×伝播速度）の小さい材質よりなる薄板
を介在させることにより、振動子兼検知子（４）の背面
（９）からの反射波（11）を２波長以上遅らせて反射波
（10）に合流させることができ、これにより第２反射波
（７）の波頭の約２波長の間の波形には、背面（９）か
らの反射波（11）の影響を排除し、第１反射波（６）と
第２反射波（７）の時間間隔を高精度で測定しうること
を見いだし、本発明を完成するに至った。
（11）の影響を排除するためには、被測定物（２）の表
面（３）と振動子兼検知子（４）の間に、超音波の１〜
２波長の厚みを有し、被測定物（２）よりも音響インピ
ーダンス（密度×伝播速度）の小さい材質よりなる薄板
を介在させることにより、振動子兼検知子（４）の背面
（９）からの反射波（11）を２波長以上遅らせて反射波
（10）に合流させることができ、これにより第２反射波
（７）の波頭の約２波長の間の波形には、背面（９）か
らの反射波（11）の影響を排除し、第１反射波（６）と
第２反射波（７）の時間間隔を高精度で測定しうること
を見いだし、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は２測定物表面に接触した圧電素子よりな
る振動子から超音波パルスを発射して、被測定物の裏面
で反射して戻ってくる超音波を、被測定物表面に装着し
た圧電素子よりなる検知子により電気信号に変換して、
被測定物中の超音波の伝播時間を測定するパルス反射法
において、該振動子及び該検知子と被測定物表面の間に
被測定物よりも音響インピーダンスが小なる材質よりな
り、厚みが超音波の波長の１〜４倍の薄板よりなる遅延
スタビライザーを密着介在せしめるとともに、入射した
超音波が被測定物の裏面で１回反射して表面に戻ってき
た第１反射波と、この第１反射波が該表面で更に反射
し、次に該裏面で反射して再び該表面に戻ってきた第２
反射波との２つの反射波の間の到達時間間隔を測定する
ことを特徴とするパルス反射法による超音波の往復時間
精密測定法を要旨とする。
る振動子から超音波パルスを発射して、被測定物の裏面
で反射して戻ってくる超音波を、被測定物表面に装着し
た圧電素子よりなる検知子により電気信号に変換して、
被測定物中の超音波の伝播時間を測定するパルス反射法
において、該振動子及び該検知子と被測定物表面の間に
被測定物よりも音響インピーダンスが小なる材質よりな
り、厚みが超音波の波長の１〜４倍の薄板よりなる遅延
スタビライザーを密着介在せしめるとともに、入射した
超音波が被測定物の裏面で１回反射して表面に戻ってき
た第１反射波と、この第１反射波が該表面で更に反射
し、次に該裏面で反射して再び該表面に戻ってきた第２
反射波との２つの反射波の間の到達時間間隔を測定する
ことを特徴とするパルス反射法による超音波の往復時間
精密測定法を要旨とする。
次に本発明の内容を図面により詳細に説明する。第１図
は本発明の測定法を示す断面図である。
は本発明の測定法を示す断面図である。
被測定物（２）と圧電素子よりなる振動子兼検知子
（４）の間に被測定物（２）より音響インピーダンスの
小さい材質の薄板よりなる遅延スタビライザー（13）を
挟んで、振動子兼検知子（４）を音響結合剤（12）を介
して被測定物（２）の表面（３）に押し付ける。振動子
兼検知子（４）と遅延スタビライザー（13）は接着剤等
により一体に接合しておくのがよい。
（４）の間に被測定物（２）より音響インピーダンスの
小さい材質の薄板よりなる遅延スタビライザー（13）を
挟んで、振動子兼検知子（４）を音響結合剤（12）を介
して被測定物（２）の表面（３）に押し付ける。振動子
兼検知子（４）と遅延スタビライザー（13）は接着剤等
により一体に接合しておくのがよい。
振動子兼検知子（４）は水晶、チタン酸バリウム、ジル
コン酸チタン酸鉛、等の公知の圧電効果の大きい材料の
圧電素子よりなり、パルス電圧を印加することにより、
パルス状の超音波を発生する振動子として作用し、同時
に同一圧電素子が超音波を受けて、これを電圧波形に変
換する検知子として働く。同一圧電素子を振動子兼検知
子として用いるかわりに、振動子用圧電素子と検知子用
圧電素子を別々に設けてもよい。
コン酸チタン酸鉛、等の公知の圧電効果の大きい材料の
圧電素子よりなり、パルス電圧を印加することにより、
パルス状の超音波を発生する振動子として作用し、同時
に同一圧電素子が超音波を受けて、これを電圧波形に変
換する検知子として働く。同一圧電素子を振動子兼検知
子として用いるかわりに、振動子用圧電素子と検知子用
圧電素子を別々に設けてもよい。
遅延スタビライザー（13）の厚みＤは超音波の波長λの
１〜４倍が好ましく、１〜２倍が更に好ましい。この厚
みが波長λより薄いと、第１反射波（６）のうち、遅延
スタビライザー（13）内に透過して、遅延スタビライザ
ー（13）と振動子兼検知子（４）の界面（14）で反射し
た波の遅れが小さく、第２反射波（７）の波頭部分にま
で影響を与え、第２反射波（７）の到達時間の測定精度
を低下させる。
１〜４倍が好ましく、１〜２倍が更に好ましい。この厚
みが波長λより薄いと、第１反射波（６）のうち、遅延
スタビライザー（13）内に透過して、遅延スタビライザ
ー（13）と振動子兼検知子（４）の界面（14）で反射し
た波の遅れが小さく、第２反射波（７）の波頭部分にま
で影響を与え、第２反射波（７）の到達時間の測定精度
を低下させる。
第１反射波（６）の一部分は被測定物（２）から遅延ス
タビライザー（13）内に透過し、界面（14）で反射する
が、その反射波（15）の一部は更に遅延スタビライザー
（13）内で多重反射を繰返す。この多重反射波は反射の
度に減衰するので、第２反射波（７）が到達するまでに
充分減衰すれば、この多重反射波が第２反射波（７）の
波形に影響を与えることはない。しかし遅延スタビライ
ザー（13）の厚みＤが大き過ぎると、第２反射波（７）
が到達するまでの時間内における遅延スタビライザー
（13）内での多重反射波の反射回数が少なくなり、従っ
て充分な減衰率が得られないため、多重反射波の振幅が
零になる前に第２反射波（７）が被測定物（２）から遅
延スタビライザー（13）に到達し、第２反射波（７）の
波形が変形して、正確な音速測定が困難となる。
タビライザー（13）内に透過し、界面（14）で反射する
が、その反射波（15）の一部は更に遅延スタビライザー
（13）内で多重反射を繰返す。この多重反射波は反射の
度に減衰するので、第２反射波（７）が到達するまでに
充分減衰すれば、この多重反射波が第２反射波（７）の
波形に影響を与えることはない。しかし遅延スタビライ
ザー（13）の厚みＤが大き過ぎると、第２反射波（７）
が到達するまでの時間内における遅延スタビライザー
（13）内での多重反射波の反射回数が少なくなり、従っ
て充分な減衰率が得られないため、多重反射波の振幅が
零になる前に第２反射波（７）が被測定物（２）から遅
延スタビライザー（13）に到達し、第２反射波（７）の
波形が変形して、正確な音速測定が困難となる。
この理由から遅延スタビライザー（13）の厚みＤは超音
波の波長λの４倍以下が好ましい。
波の波長λの４倍以下が好ましい。
遅延スタビライザー（13）の材質は被測定物（２）より
も音響インピーダンスの小さいものが必要であり、被測
定物（２）のそれの４分の１以下に選ぶのが好ましい。
被測定物（２）と遅延スタビライザー（13）の音響イン
ピーダンスの差を大きくすることにより、被測定物
（２）の表面（３）での音圧反射率を高め、界面（14）
からの反射波（15）の影響を少なくすることができる。
も音響インピーダンスの小さいものが必要であり、被測
定物（２）のそれの４分の１以下に選ぶのが好ましい。
被測定物（２）と遅延スタビライザー（13）の音響イン
ピーダンスの差を大きくすることにより、被測定物
（２）の表面（３）での音圧反射率を高め、界面（14）
からの反射波（15）の影響を少なくすることができる。
遅延スタビライザー（13）の材質の例としては、合成樹
脂、例えばポリメチルメタクリレート樹脂等のアクリル
系合成樹脂、が好ましく用いられる。
脂、例えばポリメチルメタクリレート樹脂等のアクリル
系合成樹脂、が好ましく用いられる。
遅延スタビライザー（13）と被測定物（２）の表面
（３）の間には、松やに等の音響結合剤（12）を薄く介
在させると遅延スタビライザー（13）と表面（３）の接
触状態を安定化することができる。
（３）の間には、松やに等の音響結合剤（12）を薄く介
在させると遅延スタビライザー（13）と表面（３）の接
触状態を安定化することができる。
第１図に示すような装置を用いて高精度で超音波の伝播
時間を測定するには、周期的に超音波パルスを発生さ
せ、極めて多数回の測定を自動的に繰り返し、その平均
値を求めるのがよい。
時間を測定するには、周期的に超音波パルスを発生さ
せ、極めて多数回の測定を自動的に繰り返し、その平均
値を求めるのがよい。
本発明のパルス反射法による超音波の往復時間精密測定
法によれば、第６図に示すように、振動子兼検知子
（４）がら発射された超音波は被測定物（２）の裏面
（５）で反射して第１反射波（６）として戻ってくる。
第１反射波（６）の大部分は被測定物（２）の表面
（３）で反射し、一部は遅延スタビライザー（13）の中
へ透過する。遅延スタビライザー（13）の中へ透過した
波の一部は遅延スタビライザー（13）と振動子兼検知子
（４）の界面（14）で反射して被測定物（２）に入る。
遅延スタビライザー（13）の中へ透過した波の残りは更
に振動子兼検知子（４）の中へ透過し、振動子兼検知子
（４）の背面（９）で反射して、遅延スタビライザー
（13）を経て被測定物（２）に入る。更に第１反射波
（６）のうち遅延スタビライザー（13）又は振動子兼検
知子（４）の内部で複数回反射を繰り返した後、被測定
物（２）に入る波もある。これらの反射波が重ね合わさ
れて、被測定物（２）の裏面（５）で反射して、第２反
射波（７）となって戻ってくる。
法によれば、第６図に示すように、振動子兼検知子
（４）がら発射された超音波は被測定物（２）の裏面
（５）で反射して第１反射波（６）として戻ってくる。
第１反射波（６）の大部分は被測定物（２）の表面
（３）で反射し、一部は遅延スタビライザー（13）の中
へ透過する。遅延スタビライザー（13）の中へ透過した
波の一部は遅延スタビライザー（13）と振動子兼検知子
（４）の界面（14）で反射して被測定物（２）に入る。
遅延スタビライザー（13）の中へ透過した波の残りは更
に振動子兼検知子（４）の中へ透過し、振動子兼検知子
（４）の背面（９）で反射して、遅延スタビライザー
（13）を経て被測定物（２）に入る。更に第１反射波
（６）のうち遅延スタビライザー（13）又は振動子兼検
知子（４）の内部で複数回反射を繰り返した後、被測定
物（２）に入る波もある。これらの反射波が重ね合わさ
れて、被測定物（２）の裏面（５）で反射して、第２反
射波（７）となって戻ってくる。
第１反射波（６）のうちの大部分の被測定物（２）の表
面（３）で反射した主反射波（10）に対し、その他の合
流する反射波の内、最も遅れの小さいのは、遅延スタビ
ライザー（13）と振動子兼検知子（４）の界面（14）で
反射して真直ぐ被測定物（２）に入る反射波（15）であ
るが、遅延スタビライザー（13）の厚みＤが１波長以上
あるから、反射波（15）の主反射波（10）に対する遅れ
は、２波長以上あり、主反射波（10）の波頭の少なくと
も２波長の波形は乱されることがない。従って第２反射
波（７）の波頭と少なくとも２波長までの部分は第１反
射波（６）と同じ波形となるので、同一位相部分の到達
時間を正確に測定することができる。
面（３）で反射した主反射波（10）に対し、その他の合
流する反射波の内、最も遅れの小さいのは、遅延スタビ
ライザー（13）と振動子兼検知子（４）の界面（14）で
反射して真直ぐ被測定物（２）に入る反射波（15）であ
るが、遅延スタビライザー（13）の厚みＤが１波長以上
あるから、反射波（15）の主反射波（10）に対する遅れ
は、２波長以上あり、主反射波（10）の波頭の少なくと
も２波長の波形は乱されることがない。従って第２反射
波（７）の波頭と少なくとも２波長までの部分は第１反
射波（６）と同じ波形となるので、同一位相部分の到達
時間を正確に測定することができる。
本発明の測定法により、多数回自動的に測定を繰り返す
方法として、所謂シングアラウンド法を用いると、極め
て正確な測定が可能である。
方法として、所謂シングアラウンド法を用いると、極め
て正確な測定が可能である。
第７図に示すように、シングアラウンドユニット内の高
周波パルス発生器によって発振された電気的なパルス信
号を、出力端子から振動子兼検知子（４）の圧電素子に
印加し、そこで機械的振動に変換され、被測定物（２）
内に超音波が入射される。被測定物（２）内を伝播した
波は裏面（５）で反射し、再び振動子兼検知子（４）に
戻り、ここで再び機械的信号が電気的信号に変換され、
これがゲートアンプに伝えられる。ゲートアンプでは第
１反射波（６）又は第２反射波（７）の電気信号のみが
選択され、これがシングアラウンドユニットに入力され
る。シングアラウンドユニット内ではこの電気信号を増
幅機で増幅し、トリガー回路で電気信号が到着した時刻
を検出する。そしてその時刻から一定の遅延時間後に次
のパルスを発振する。この動作を多数回、例えば10,000
回カウンターで計数しつつ繰り返し、そのその繰り返し
動作全体に要した時間を計測して、その周期時間を求め
る。
周波パルス発生器によって発振された電気的なパルス信
号を、出力端子から振動子兼検知子（４）の圧電素子に
印加し、そこで機械的振動に変換され、被測定物（２）
内に超音波が入射される。被測定物（２）内を伝播した
波は裏面（５）で反射し、再び振動子兼検知子（４）に
戻り、ここで再び機械的信号が電気的信号に変換され、
これがゲートアンプに伝えられる。ゲートアンプでは第
１反射波（６）又は第２反射波（７）の電気信号のみが
選択され、これがシングアラウンドユニットに入力され
る。シングアラウンドユニット内ではこの電気信号を増
幅機で増幅し、トリガー回路で電気信号が到着した時刻
を検出する。そしてその時刻から一定の遅延時間後に次
のパルスを発振する。この動作を多数回、例えば10,000
回カウンターで計数しつつ繰り返し、そのその繰り返し
動作全体に要した時間を計測して、その周期時間を求め
る。
ゲートアンプで選択する信号として第１反射波（６）及
び第２反射波（７）を選択した場合について、それぞれ
この周期時間を求め、その差から第１反射波（６）と第
２反射波（７）の到達する時間間隔を求める。
び第２反射波（７）を選択した場合について、それぞれ
この周期時間を求め、その差から第１反射波（６）と第
２反射波（７）の到達する時間間隔を求める。
本発明のパルス反射法による超音波の往復時間精密測定
法によれば、次のような諸効果を奏する。
法によれば、次のような諸効果を奏する。
（１） 測定精度が高く、超音波の伝播時間を10-10秒
以上の分解能で測定できる。
以上の分解能で測定できる。
（２） 被測定物（２）の表面粗さの影響を受けず、容
易に再現性の高い測定が可能である。
易に再現性の高い測定が可能である。
（３） 遅延スタビライザー（13）が保護板の働きをし
て、振動子兼検知子（４）が損傷しにくく、取扱いが容
易となる。
て、振動子兼検知子（４）が損傷しにくく、取扱いが容
易となる。
（４） 被測定物（２）の板厚に応じて遅延スタビライ
ザー（13）の減衰能や板厚を変えれば、数mmから数百mm
の板厚の材料の音速測定が可能である。
ザー（13）の減衰能や板厚を変えれば、数mmから数百mm
の板厚の材料の音速測定が可能である。
（５） 遅延スタビライザー（13）の音響インピーダン
スを被測定物（２）のそれより数分の１以下に選べば、
反射波は振動子兼検知子（４）の影響を殆ど受けず、正
確な音速測定が可能である。
スを被測定物（２）のそれより数分の１以下に選べば、
反射波は振動子兼検知子（４）の影響を殆ど受けず、正
確な音速測定が可能である。
第１図は本発明のパルス反射法による超音波の往復時間
測定法を示す断面図、第２図は超音波による応力測定法
の説明図、第３図は従来のパルス反射法による超音波の
往復時間測定法を示す断面図、第４図は超音波の反射波
形図、第５図は従来の測定法における超音波反射の説明
図、第６図は本発明の測定法における超音波反射の説明
図、第７図はシングアラウンド法による測定回路のブロ
ックダイヤグラムである。 （１）……材料、（２）……被測定物、 （３）……表面、（４）……振動子兼検知子、 （５）……裏面、（６）……第１反射波、 （７）……第２反射波、（８）……第３反射波、 （９）……背面、（10）……主反射波、 （11）……反射波、（12）……音響結合剤、 （13）……遅延スタビライザー、（14）……界面、 （15）……反射波。
測定法を示す断面図、第２図は超音波による応力測定法
の説明図、第３図は従来のパルス反射法による超音波の
往復時間測定法を示す断面図、第４図は超音波の反射波
形図、第５図は従来の測定法における超音波反射の説明
図、第６図は本発明の測定法における超音波反射の説明
図、第７図はシングアラウンド法による測定回路のブロ
ックダイヤグラムである。 （１）……材料、（２）……被測定物、 （３）……表面、（４）……振動子兼検知子、 （５）……裏面、（６）……第１反射波、 （７）……第２反射波、（８）……第３反射波、 （９）……背面、（10）……主反射波、 （11）……反射波、（12）……音響結合剤、 （13）……遅延スタビライザー、（14）……界面、 （15）……反射波。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 哲 大阪府堺市浜寺石津町東４丁６番１号307 (56)参考文献 特開 昭62−82347（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−158055（ＪＰ，Ｕ)
Claims (5)
- 【請求項１】被測定物表面に接触した圧電素子よりなる
振動子から超音波パルスを発射して、被測定物の裏面で
反射して戻ってくる超音波を、被測定物表面に装着した
圧電素子よりなる検知子により電気信号に変換して、被
測定物中の超音波の伝播時間を測定するパルス反射法に
おいて、該振動子及び該検知子と被測定物表面の間に被
測定物よりも音響インピーダンスが小なる材質よりな
り、厚みが超音波の波長の１〜４倍の薄板よりなる遅延
スタビライザーを密着介在せしめるとともに、入射した
超音波が被測定物の裏面で１回反射して表面に戻ってき
た第１反射波と、この第１反射波が該表面で更に反射
し、次に該裏面で反射して再び該表面に戻ってきた第２
反射波との２つの反射波の間の到達時間間隔を測定する
ことを特徴とするパルス反射法による超音波の往復時間
精密測定法。 - 【請求項２】該振動子と検知子が同一の圧電素子により
兼用される特許請求の範囲第１項記載のパルス反射法に
よる超音波の往復時間精密測定法。 - 【請求項３】該遅延スタビライザーの厚みが超音波の波
長の１〜２倍である特許請求の範囲第１項記載のパルス
反射法による超音波の往復時間精密測定法。 - 【請求項４】該遅延スタビライザーの音響インピーダン
スが被測定物のそれの４分の１以下である特許請求の範
囲第１項記載のパルス反射法による超音波の往復時間精
密測定法。 - 【請求項５】該遅延スタビライザーが合成樹脂板よりな
る特許請求の範囲第４項記載のパルス反射法による超音
波の往復時間精密測定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63100789A JPH0676998B2 (ja) | 1988-04-23 | 1988-04-23 | パルス反射法による超音波の往復時間精密測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63100789A JPH0676998B2 (ja) | 1988-04-23 | 1988-04-23 | パルス反射法による超音波の往復時間精密測定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0271146A JPH0271146A (ja) | 1990-03-09 |
| JPH0676998B2 true JPH0676998B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=14283207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63100789A Expired - Lifetime JPH0676998B2 (ja) | 1988-04-23 | 1988-04-23 | パルス反射法による超音波の往復時間精密測定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676998B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004037436A (ja) * | 2002-07-02 | 2004-02-05 | Sakai Iron Works Co Ltd | 表面ｓｈ波による音弾性応力測定方法及び測定用センサ |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05215728A (ja) * | 1992-02-04 | 1993-08-24 | Choonpa Kogyo Kk | 低温・高温広温度域の固体弾性率および内部摩擦 の測定装置 |
| JP2782025B2 (ja) * | 1992-05-11 | 1998-07-30 | 東芝タンガロイ株式会社 | 機械的変形値の測定装置 |
| DE102013003500B4 (de) * | 2013-02-28 | 2015-05-28 | Areva Gmbh | Verfahren zur Erfassung zeitlich veränderlicher thermomechanischer Spannungen und/oder Spannungsgradienten über die Wanddicke von metallischen Körpern |
| JP7006354B2 (ja) * | 2018-02-16 | 2022-01-24 | 富士電機株式会社 | 計測装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59158055U (ja) * | 1983-04-08 | 1984-10-23 | 三菱重工業株式会社 | 超音波探触子 |
| JPS6282347A (ja) * | 1985-10-07 | 1987-04-15 | Jgc Corp | 水素侵食域の検出装置 |
-
1988
- 1988-04-23 JP JP63100789A patent/JPH0676998B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004037436A (ja) * | 2002-07-02 | 2004-02-05 | Sakai Iron Works Co Ltd | 表面ｓｈ波による音弾性応力測定方法及び測定用センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0271146A (ja) | 1990-03-09 |
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