JPH08201356A

JPH08201356A - 固体材料の音速測定方法および超音波探触子

Info

Publication number: JPH08201356A
Application number: JP7009045A
Authority: JP
Inventors: Masashi Oda; 将史小田; Masahiro Koike; 正浩小池; Fuminobu Takahashi; 文信高橋; Atsushi Watanabe; 敦志渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】プラントなどで使用される実用構造材料の溶
接部残留応力、集合組織、劣化などによる局所的な音速
変化を精度良く捉える。【構成】超音波を送信用探触子１ａ，１ｂよりパルス
状に発生させ、伝播方向が等しく伝播距離の異なる少な
くとも２つ以上の超音波信号を受信用探触子２で受信す
る。伝播する表面波パルスの繰り返し周期を変化させた
ときの超音波の干渉信号の強度変化から前記超音波のす
べてが干渉し、干渉強度が最大となる超音波パルスの繰
り返し周期と、超音波の伝播距離差より超音波音速を求
める。これにより、固体材料の局所的な音速の変化を高
精度に求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体材料表面の組織や応
力，劣化，表面処理層の厚み等を非破壊評価する固体材
料表面の音速測定方法及びその装置に係り、特に、音速
変化を高精度に評価するのに好適な測定方法及びその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体材料表面を音波を使って測定する場
合、図２９に示す様に、送信用表面波探触子１からパル
ス状の表面波を被検体８に伝播させて受信用表面波探触
子２で受信し、その伝播距離と伝播時間から音速を求め
るのが一般的である。また、特開平２―８０９２４号公
報記載の従来技術では、ある一点から入射し表面を伝播
する表面波を異なる２点で検出し、各点での検出周波数
の干渉周波数と２点間の距離とから、表面波の伝播速度
を測定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】固体表面上の表面波の
音速を測定する場合、伝播距離分の平均値として測定す
るのが一般的である。固定材料表面を高精度に測定する
には、表面各所の局所的な音速変化を測定する必要があ
る。そこで、音波の伝播距離を短くすると、伝播時間や
伝播距離が共に小さくなるため、測定精度が低下し音速
の評価精度が低下してしまうという問題がある。しか
し、精度を確保するために伝播距離を長くすると、音速
の変化が平均化されて小さくなり、音速の変化を検知す
ることが困難となるとともに音速の変化が起きている部
分の特定も困難となるといった問題がある。

【０００４】また、特開平２−８０９２４号公報記載の
従来方法では、被検体上を表面波が伝播する間に、モー
ド変換による漏洩波が常に発生しているため、表面波の
減衰が大きく、微小な領域での測定しかできないという
問題がある。実用構造材を被検体として測定する場合、
表面が平滑でない場合が多く、微小な領域での表面波伝
播距離の精度が十分得られず、高精度の音速測定が困難
である。

【０００５】本発明の目的は、プラントなどで使用され
る実用構造材料の溶接部残留応力，集合組織，劣化等に
よる局所的な音速変化を精度良く捉えることのできる固
体材料の音速測定方法と超音波探触子及び超音波の送
信，受信回路を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、超音波を送
信用探触子よりパルス状に発生させ、伝播方向が等しく
伝播距離の異なる少なくとも２つ以上の超音波信号を被
検体へ送受信し、伝播する表面波パルスの繰り返し周期
を変化させたときの超音波の干渉信号の強度変化から前
記超音波のすべてが干渉し、干渉強度が最大となる超音
波パルスの繰り返し周期と、超音波の伝播距離差より超
音波音速を求めることで、達成される（請求項１の発
明）。

【０００７】上記目的はまた、超音波を送信用探触子よ
りパルス状に発生させ、伝播方向が等しく伝播距離の異
なる少なくとも２つ以上の超音波の信号を被検体へ送受
信し、伝播する超音波パルスの繰り返し周期を変化させ
ながら各超音波信号波形相互の相関をとり、相関が最大
または最小となる繰り返し周期と超音波伝播距離差より
被検体の超音波音速を求めることで、達成される（請求
項２の発明）。

【０００８】上記目的はまた、複数の超音波発生手段よ
り伝播方向が等しく伝播距離のそれぞれ異なる超音波を
パルス状に発生させて被検体上を伝播させたのち、受信
用探触子により受信し、１つ以上の超音波発生手段は他
の超音波発生手段に対して超音波パルスを発生させるタ
イミングを遅延させる手段を持ち、この超音波パルス発
生タイミング遅延手段により受信用探触子で各超音波発
生手段から送信された超音波が干渉するよう変化させ
て、パルス発生タイミングの遅延量と、伝播距離差から
被検体の超音波音速を求めることで、達成される（請求
項３の発明）。

【０００９】上記目的はまた、超音波発生手段より伝播
方向が等しく伝播距離のそれぞれ異なる超音波をパルス
状に発生させて被検体上を伝播させたのち、それぞれの
超音波を複数の受信用探触子により受信し、１つ以上の
受信用探触子は他の受信用探触子に対して受信した超音
波パルスを遅延させる手段を持ち、この超音波パルス遅
延手段により受信用探触子で超音波発生手段から送信さ
れた超音波が干渉するよう変化させて、パルスの遅延量
と、伝播距離差から被検体の超音波音速を求めること
で、達成される（請求項４の発明）。

【００１０】上記目的はまた、複数の表面波発生手段よ
り、伝播方向が等しく伝播距離がそれぞれ異なり、一定
の周期を持つパルス状の表面波を発生させて被検体上を
伝播させ、表面波発生手段もしくは受信用探触子間の伝
播距離差を変化させて受信用探触子における受信強度の
変化から送信された表面波が干渉する伝播距離差を決定
し、この伝播距離差を表面波のパルス周期で除すことに
より被検体の表面波音速を求めることで、達成される
（請求項５の発明）。

【００１１】上記目的はまた、伝播方向が等しくそれぞ
れ伝播距離の異なる３つ以上の連続波の超音波を送受信
し、伝播する超音波の周波数を変化させたときの干渉信
号の強度変化の周期Δfと超音波の伝播距離の差Δｌよ
りv＝Δf・Δlの関係を用いて超音波音速を求めること
で、達成される（請求項６の発明）。

【００１２】上記目的はまた、複数の表面波発生手段よ
り、伝播方向が等しく伝播距離がそれぞれ異なり、一定
の周波数を持つ表面波の連続波を発生させて被検体上を
伝播させ、送信用探触子間の伝播距離差を変化させて受
信用探触子における受信強度の変化から、送信された表
面波が干渉する伝播距離差の周期を決定し、この伝播距
離差の周期と表面波周波数の積より被検体の表面波音速
を求めることで、達成される（請求項７の発明）。

【００１３】上記目的はまた、請求項１〜７のいずれか
に記載の発明において、被検体上に表面波伝播方向の表
面波入射位置の異なる複数の表面波発生手段を使用して
被検体に伝播させ、伝播経路上に設けた表面波反射体に
よって表面波を反射させて伝播方向を反転させるか、ま
たは一つの表面波入射位置を持つ表面波発生手段を使用
して被検体に伝播させ、表面波伝播方向に凹凸のある表
面波反射体により伝播方向を反転させることにより、被
検体上の表面波伝播距離が異なる複数の波を送受信し、
表面波発生手段を受信用表面波探触子としても利用する
ことで、達成される（請求項８の発明）。

【００１４】上記目的はまた、請求項１〜３のいずれか
又は請求項６に記載の表面波音速測定方法に使用する表
面波探触子において、表面波の送信用または受信用の探
触子は１つの探触子内に被検体上の伝播距離が異なる複
数の表面波送波部分または受波部分を持つことで、達成
される（請求項９の発明）。

【００１５】上記目的はまた、請求項１または請求項６
に記載の表面波音速測定方法に使用する表面波探触子で
あって、１つの超音波発生手段から発生させたバルク波
を複数形成した被検体との接触面で表面波に変換し、該
接触面から発生した表面波は、それぞれ伝播距離が異な
るようにすることで、達成される（請求項１０の発
明）。

【００１６】上記目的はまた、超音波送信回路であっ
て、トリガ信号発生手段とパルス発生手段とパルス信号
を超音波に変換し、被検体上の超音波伝播方向が等し
く、超音波送信方向について異なる位置に超音波を発生
させる複数の超音波発生手段からなり、トリガ信号発生
手段で発生したトリガ信号はパルス発生手段に伝えら
れ、パルス幅一定のパルスが発生して各超音波発生手段
に同時に伝えられ、トリガ信号発生手段は信号の発生周
期をパルス幅以上の周期で可変とすることで、達成され
る（請求項１１の発明）。

【００１７】上記目的はまた、超音波送信回路であっ
て、トリガ信号発生手段とパルス発生手段とパルス遅延
手段とパルス信号を超音波に変換し、被検体上の超音波
伝播方向が等しく、超音波送信方向について異なる位置
に超音波を発生させる複数の超音波発生手段からなり、
トリガ信号発生手段より発生したトリガ信号がパルス発
生手段に伝えられて、一定のパルス幅を持つパルスが発
生して複数の超音波発生手段へ伝えられ、パルス発生手
段と少なくとも一つの超音波発生手段との間に電気信号
遅延手段を設け、トリガ信号の繰り返し周期は少なくと
もパルス幅より長い一定の値であり、電気信号遅延手段
は遅延時間を可変とすることで、達成される（請求項１
２の発明）。

【００１８】上記目的はまた、超音波受信回路であっ
て、複数の超音波−電気信号変換手段と、電気信号遅延
手段と信号波形記録手段からなり、少なくとも一つの超
音波−電気信号変換手段は電気信号遅延手段を介して信
号波形記録手段に接続されており、電気信号遅延手段は
遅延時間を可変とすることで、達成される（請求項１３
の発明）。

【００１９】

【作用】請求項１の発明においては、被検体での超音波
伝播距離がl（エル）異なる複数の超音波発生手段から
周期Tgのパルス状の超音波を同時に送信し、受信用探触
子に最初に到達する送信波から順に、送信波Ａ、送信波
Ｂとしたとき、送信波ＡのNパルス目の波と送信波Ｂの
(N-1)パルス目の波が完全に重なる条件は、超音波の被
検体での音速をvとすると、次の数１で表される。従っ
て、lが精度良く求められていれば、Tgを変化させなが
ら送信波Ａと送信波Ｂとの干渉強度を測定し、干渉強度
が最大となる送信波Ａと送信波Ｂとが完全に重なった時
のTgiあるいは干渉強度が極小となるTgi±f/2（fは超音
波の周波数）を求めることにより、数１を用いて被検体
上の超音波音速vを評価できる。

【００２０】

【数１】

【００２１】尚、送信波１パルスが２波以上の波を含む
とき、干渉強度が極大となるパルス周期は、送信波Ａと
送信波Ｂは完全に重なる点の直前と直後にも存在する。
しかし、送信波のパルス幅や周波数にかかわらず、送信
波Ａと送信波Ｂの完全に重なる点以外で干渉強度極大と
なる点は、常に送信波Ａと送信波Ｂが完全に重なる点の
直前と直後に同数存在するので、分離可能である。

【００２２】請求項２の発明においては、請求項１の発
明における送信波Ａと送信波Ｂの完全に重なる超音波パ
ルス周期Tgiを求めるため、請求項１の発明とは異な
り、それぞれの送信波の間のTgに関する相互相関をと
り、相互相関が最大となるパルス周期をTgiとする。こ
うして求めたTgiより、請求項１の発明と同様に数１を
用いて被検体の超音波音速vを評価できる。

【００２３】請求項３の発明においては、被検体での超
音波伝播距離がl（エル）異なる複数の送信用探触子か
ら周期Tgで固定されたパルス状の超音波を同時に送信
し、受信用探触子に最初に到達する送信波から順に、送
信波Ａ、送信波Ｂとしたとき、被検体での超音波音速を
vとすると、送信波Ａは送信波Ｂに対してl/vだけ進んで
いる。送信波Ａを発生させる探触子に送られるパルスの
タイミングを遅延させて行くと、まず遅延時間がl/vと
等しくなったところで、送信波Ａと送信波Ｂが完全に同
位相となり、合成したときの干渉強度や、各波の相互相
関が最大となり、その後はTg毎に送信波Ａと送信波Ｂを
合成したときの干渉強度や、各波の相互相関が最大とな
る。従って被検体の超音波音速vは次の数２で求められ
る。

【００２４】

【数２】

【００２５】請求項４の発明においては、１つの送信用
探触子から周期Tgで固定されたパルス状の超音波を送信
し、被検体での超音波伝播距離がl（エル）異なる複数
の受信用探触子で受信する。送信用探触子に最も近い受
信用探触子から探触子Ａ、探触子Ｂとし、それぞれの探
触子で受け取る超音波を送信波Ａ、送信波Ｂとしたと
き、被検体での超音波音速をvとすると、送信波Ａは送
信波Ｂに対してl/vだけ進んでいる。探触子Ａの受け取
ったパルスのタイミングを遅延させて行くと、まず遅延
時間がl/vと等しくなったところで、送信波Ａと送信波
Ｂが完全同位相となり、二つの波を合成したときの干渉
強度や、各波の相互相関が最大となり、その後はTg毎に
送信波Ａと送信波Ｂを合成したときの干渉強度や各波の
相互相関が最大となる。従って被検体の超音波音速vは
先に示した数２で求められる。

【００２６】請求項５の発明においては、被検体上での
伝播方向が等しく表面波伝播距離の異なる複数の送信用
探触子あるいは受信用探触子の伝播距離差l（エル）を
可変とし、送信用探触子から一定の周期Tgで送信された
表面波が、被検体の表面波音速をvとしたとき、次の数
３に示す条件を満たすl（エル）で干渉し、受信強度あ
るいは相互相関が最大となることから、l（エル）に対
する受信用探触子での受信強度や相互相関をとり、その
値が最大となるl（エル）の周期ΔlからΔlをＴgで除す
ことにより被検体の表面波音速を求める。

【００２７】

【数３】

【００２８】請求項６の発明においては、伝播方向が等
しく伝播距離がl（エル）1，l2，…，ln異なり、等しい
周波数fを持つN個の表面波が、被検体の表面波音速をv
とすると数４を満たすとき干渉強度最大となることを利
用し、表面波の周波数を変えながら受信用探触子におけ
る表面波の受信強度変化を測定して、受信強度最大の周
波数変化の周期Δfを決定し、数４を変形した数５を用
いて被検体の表面波音速を評価する。尚、Δfは受信強
度が最低となる周波数変化の周期からも得られる。

【００２９】

【数４】

【００３０】

【数５】

【００３１】請求項７の発明においては、被検体上での
伝播方向が等しく表面波伝播距離の異なる、複数の送信
用探触子あるいは受信用探触子の伝播距離差l（エル）
を可変とし、送信用探触子から一定の周波数fで送信さ
れた連続波の表面波が、被検体の表面波音速をvとした
とき、数６に示す条件を満たすl（エル）で干渉し、受
信強度あるいは相互相関が最大となることから、l（エ
ル）に対して受信用探触子での受信強度や相互相関をと
り、その値が最大となるl（エル）の周期Δlより数７を
用いて被検体の表面波音速を求める。

【００３２】

【数６】

【００３３】

【数７】

【００３４】請求項８の発明においては、被検体上の表
面波伝播経路上におかれた、空気に比べて十分音響イン
ピーダンスの大きな材質からなる反射体により表面波を
反射させ、伝播方向を反転させる。反転した表面波はそ
の表面波を送信した送信用表面波探触子により受信さ
れ、送信用表面波探触子が複数存在する場合はそれぞれ
の探触子で受信した受信波形の相互相関やそれぞれの受
信信号を合成することにより干渉波が得られ、送信用表
面波探触子が単数の場合は干渉波が得られる。これらの
相互相関や干渉波の強度と表面波伝播距離差から請求項
１〜請求項７のいずれかの発明を用いて被検体の表面波
音速を求める。本発明では、被検体の表面波音速測定領
域を表面波が二回通ることになるのでより狭い領域の表
面波音速を評価できる。

【００３５】また、表面波の反射は被検体中で音響イン
ピーダンスの大きく異なる部分でも起こるので、ステン
レス母材と溶接金属、セラミックスやガラスと金属など
異種材料の接合部分など音響インピーダンスの異なる被
検体では、表面波反射体を特に設けなくても表面波を反
射させた測定が可能である。

【００３６】請求項９の発明においては、複数の表面波
発生手段または受信手段を、表面波が被検体上の表面波
伝播方向の異なる位置で発生あるいは受信されるよう固
定・一体化し、請求項１〜請求項４のいずれかの発明ま
たは請求項６の発明における被検体上の表面波伝播距離
が異なる表面波を送信もしくは受信する探触子とする。
表面波発生手段の固定により表面波伝播距離差の精度を
向上するとともに、コンパクトな探触子とする。

【００３７】請求項１０の発明においては、電気信号−
超音波変換手段により発生させた縦波超音波を、縦波音
速が被検体の表面波音速より遅い材料からなるウエッジ
を介して、表面波を発生する臨界角で被検体に入射さ
せ、モード変換により表面波を発生させる表面波探触子
において、ウエッジと被検体との接面を表面波伝播方向
の位置が異なる複数の面で構成する。これらの接面は縦
波超音波発生手段から発生した縦波超音波の被検体への
投影面中に設定する。この構造により、一つの超音波発
生手段で伝播距離の異なる表面波を発生させる。逆に、
この表面波探触子を受信用探触子として用いると、前記
の各接面から被検体上の表面波伝播距離が異なる表面波
がモード変換により縦波に変換されてウエッジを伝播
し、前記の電気信号−超音波変換手段により電気信号に
変換される。

【００３８】尚、本発明の探触子では、前記接面の位置
によってウエッジ内での伝播距離が異なるため、被検体
上での表面波発生タイミングがずれるが、予めウエッジ
内の音速Vwと伝播距離差lwがわかっていれば、表面波発
生タイミングのずれがｌｗ／Ｖｗであるので補正可能で
ある。

【００３９】請求項１１の発明においては、トリガ信号
発生手段から送られたトリガ信号により一定のパルス幅
を持つ電気信号パルスが励起され、これが複数の表面波
発生手段へ送られて被検体表面に表面波パルスを発生す
る。表面波発生手段は、それぞれ被検体の表面波伝播方
向について位置の異なる表面波を送信し、トリガ信号の
発生周期も可変であるため、それぞれの表面波発生手段
から発生した表面波を受信可能な探触子と組み合わせる
ことにより、伝播方向が等しく伝播距離の異なる少なく
とも２つ以上の表面波の信号を表面波パルスの繰り返し
周期を変えながら送信可能となる。

【００４０】請求項１２の発明においては、トリガ信号
発生手段から送られた一定周期のトリガ信号により一定
のパルス幅を持つ電気信号パルスが励起され、これが複
数の表面波発生手段へ送られて被検体表面に表面波パル
スを発生する。パルス発生手段と少なくとも一つの表面
波発生手段との間には電気信号遅延手段が設けられてお
り、この電気信号遅延手段により前記の１つの表面波発
生手段からの表面波パルスの発生タイミングを遅らせる
ことができる。

【００４１】請求項１３の発明においては、被検体上の
伝播方向が等しく伝播距離の異なる複数の表面波をそれ
ぞれ異なる超音波−電気信号変換手段により電気信号に
変換し、信号波形記録手段で記録する。被検体上での表
面波伝播距離が異なるため、通常それぞれの超音波−電
気信号変換手段からの信号波の位相は異なるが、特定の
超音波−電気信号変換手段からの信号は、電気信号遅延
手段により信号波形記録手段に送るタイミングを変える
ことができるので、信号波形記録手段における信号波の
位相を、前記の超音波−電気信号変換手段より受信のタ
イミングが遅れた他の超音波−電気信号変換手段からの
信号波の位相と合わせることができる。

【００４２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の第１実施例の説明図である。
繰り返し周波数を変化可能なトリガ信号発生手段４によ
り発生したトリガ信号はパルス発生器３に伝えられる。
パルス発生器３で発生した電気信号パルスは、圧電素子
などからなる２つの表面波発生手段１ａ，1bへ同時に伝
えられて縦波超音波が発生する。発生した縦波超音波
は、モード変換により被検体8上に表面波を発生する角
度で、被検体8の表面波音速よりも高い縦波音速を持つ
ウエッジやカップラント（図示しない）を介して被検体
8上に伝えられる。２つの表面波発生手段1a，1bから夫
々発生した縦波超音波は、それぞれ被検体8上の異なる
場所に伝えられてモード変換により表面波に変換され、
それぞれ被検体8上を受信用探触子２の方向へ異なる距
離伝播して双方とも受信用表面波探触子２へ伝えられ
る。

【００４３】表面波発生手段1aから送信された表面波の
被検体8上の伝播距離は、表面波発生手段1bから送信さ
れた表面波の被検体8上の伝播距離よりl（エル）だけ短
くなっている。表面波は、受信用表面波探触子２により
電気信号に変換され、必要に応じて増幅された後に信号
処理手段５に送られる。信号処理手段５では、受信した
信号の強度を記録する。

【００４４】図２に、表面波送受信波形の例を示す。表
面波発生手段1aより発生した送信波Ａと、表面波発生手
段1bより発生した送信波Ｂは、同時に送信されている
が、伝播距離が異なるので、受信用表面波探触子２に入
射するタイミングがずれる。このため、受信波は、送信
波Ａと送信波Ｂの干渉したものとなる。

【００４５】図３に、トリガの繰り返し周期Tgに対して
受信信号の強度をプロットした結果を示す。送信波Ａの
山や谷が送信波Ｂの山や谷と一致した場合に干渉強度は
極大値となる。本実施例の場合は、送信波のパルス幅が
２波長分であったため、例えば干渉強度が極大となるト
リガの繰り返し周期は、送信波Ａと送信波Ｂが完全に重
なる点の直前と直後にも存在する。しかし、送信波のパ
ルス幅や周波数にかかわらず、送信波Ａと送信波Ｂの完
全に重なる点以外で干渉強度極大となる点は、常に送信
波Ａと送信波Ｂが完全に重なる点の直前と直後に同数存
在するので、送信波Ａと送信波Ｂの完全に重なるトリガ
の繰り返し周期を容易に知ることができる。

【００４６】また、前記極大値の直前と直後には極小値
が存在し、極大値を持つ点と極小値を持つ点との間の時
間間隔は表面波の周波数の逆数の1/4であるので、極小
値を持つときのトリガ繰り返し周期からも送信波Ａと送
信波Ｂの完全に重なるトリガの繰り返し周期を求めるこ
とができる。トリガ繰り返し周期を十分に長くとり（被
検体8が金属で、表面波の伝播距離差を10mmとした場合4
μs程度）、次第に周期を短くして行った場合に、最初
に送信波Ａと送信波Ｂが完全に重なる点をT0、以後さら
に周期を短くして行ったときの送信波Ａと送信波Ｂが完
全に重なる点をT1，…，Tnとしていったとき、被検体8
の表面波音速は前記の数１で表わされる。従って、本実
施例において、伝播距離差lが10.00mmとなるよう設定し
たとき、T0は3.333μs、T1は1.667μsとなれば、表面波
音速は3000m/sである。

【００４７】図４は、第１実施例の変形例の説明図であ
る。表面波発生手段1aから送信された表面波の被検体8
上の伝播距離は、表面波発生手段1bから送信された表面
波の被検体8上の伝播距離よりl（エル）だけ短い。図１
と異なるのは、表面波発生手段1bと信号処理装置５との
間に電気信号遅延手段７を設けた点である。トリガ繰り
返し周期Tgは、伝播距離差を被検体８の表面波音速（被
検体が鉄やアルミの場合3000m/s程度）で除した値に比
べて十分に長くとる（被検体が鉄やアルミで、表面波の
伝播距離差を10mmとした場合4μs程度）必要があるが、
トリガパルス発生手段４のトリガ繰り返し周期Tgは可変
である必要はない。

【００４８】電気信号遅延手段７による送信波Ｂの信号
遅延時間tdが０のとき、送信波Ｂの第一波は送信波Ａの
第一波に対して伝播距離差lをその部分の表面波音速で
除したΔt分だけ進んでいる（図５参照）。電気信号遅
延手段７により送信波Ｂを遅延させて行くと、送信波Ａ
と送信波Ｂの受信用探触子２での受信強度は信号遅延時
間に対して図６に示したように変化する。図６中の干渉
強度が極大となる点のうちTs0，Ts1，…，Tsnが、送信
波Ａと送信波Ｂが完全に重なる点であり、表面波音速は
前記の数２により求められる。

【００４９】従って、本実施例においては、伝播距離差
Δlが10.00mm、パルス周期が4.000μsとなるよう設定し
たとき、Ts0は3.333μs、Ts1は7.333μsとなれば、表面
波音速は3000m/sである。

【００５０】一方、送信波Ａの第二波から見ると、送信
波Ｂの第一波はTg-Δt分だけ進んでいるともいえる。従
って、図４において送信用表面波探触子1bと信号処理装
置５との間に設けていた電気信号遅延手段７を、送信用
表面波探触子1aと信号処理装置５との間に設け、この電
気信号遅延手段７により、先程と同様に、送信波Ａを遅
延させながら干渉強度極大となる点を探して送信波Ａと
送信波Ｂが完全に重なる点Ts0，Ts1，…，Tsnを求める
ことができる。表面波音速は、このTs0，Ts1，…，Tsn
と、送信波Ａと送信波Ｂの伝播距離差ｌ（エル）とを用
い、次の数８により求められる。

【００５１】

【数８】

【００５２】次に、本発明の第２実施例を図７を用いて
説明する。先に述べた第１実施例では、送信用表面波探
触子として二つの表面波発生手段を持ち、受信用表面波
探触子により干渉波を受信していたが、これに対し、本
実施例では、図７に示したとおり、これとは逆に、一個
の表面波発生手段を持つ送信用表面波探触子１より送信
された表面波を、伝播距離の異なる２箇所で受信する。
つまり、表面波は、２つの受信用の超音波−電気信号変
換手段2a，2bへ伝播し、電気信号に変換される。変換さ
れた信号は信号処理手段５に送られるが、ここでは、変
換手段2aからの信号である受信波Ａと、変換手段2bから
の信号である受信波Ｂとを合成して干渉させ、干渉強度
の変化から、第１実施例と同様の方法で、受信波Ａと受
信波Ｂが完全に重なるトリガ繰り返し周期を求め、被検
体8の表面波音速を評価する。

【００５３】この第２実施例の第１変形例を説明する。
この変形例が第２実施例と異なるのは、信号処理手段５
において、受信波Ａと受信波Ｂを合成せず、図８に示す
ように、トリガ繰り返し周期を変数としてすべての受信
波について相互相関関数をとり、受信波Ａと受信波Ｂが
完全に重なるトリガ繰り返し周期において、相互相関が
最大となることを利用して、T0やT1…Tnを求めた点にあ
る。この変形例によれば、受信波Ａと受信波Ｂが完全に
重なる点のみで相互相関が最大となるため、干渉強度の
変化を利用した場合と比較して容易にT0やT1…Tnを決定
できる。

【００５４】次に、図９を用いて、本発明の第２実施例
の第２変形例を説明する。図７に示す第１変形例と異な
るのは、変換手段2aと信号処理装置５との間に電気信号
遅延手段７を設けた点である。トリガパルス発生手段４
のトリガパルス発生周期は可変である必要はない。電気
信号遅延手段７による受信波Ａの信号遅延時間が０のと
き、受信波Ａは受信波Ｂに対して伝播距離差l（エル）
をその部分の表面波音速で除したΔt分だけ進んでいる
（図10参照）。電気信号遅延手段７により受信波Ａを遅
延させて行くと、図１１に示す様に、受信波Ａと受信波
Ｂの相互相関は次第に大きくなり、Δt遅延させたとこ
ろで最大となる。従って、信号処理手段５により受信波
Ａの遅延時間に対する相互相関をとってΔtを求め、lを
Δｔで除すことで表面波音速を測定する。

【００５５】図１２は、本発明の第３実施例の説明図で
ある。第１実施例における送信用表面波探触子１や、第
２実施例における受信用表面波探触子２は、複数の超音
波−電気信号変換手段2a、2bを持ち、それぞれ伝播距離
の異なる表面波を送信あるいは受信しているが、表面波
の伝播距離差l（エル）は一定である。本実施例では、
図１２に示したとおり、トリガ信号発生手段４とパルス
発生手段３により一定のトリガ繰り返し周期で表面波を
発生させ、伝播距離差lを変化させながら、受信波の干
渉強度や、図１２と送受信の探触子の役割が逆転してお
り、受信側に超音波−電気信号変換手段を複数持つ場合
は、相互相関を信号処理手段５でとり、伝播距離の異な
る表面波の位相が一致する伝播距離差lをみつける。図
１３に、伝播距離差lに対する干渉強度の変化、図１４
に伝播距離差lに対する相互相関の変化を示す。

【００５６】トリガ信号の発生周期を短くすると、伝播
距離差lの変化に対して、干渉強度、相互相関の変化周
期Δlは短くなり、狭い領域の音速が評価可能となる。
しかし、一般に、伝播距離差lの精度が低くなるため、
表面波音速の評価精度は低くなる。一方、トリガ信号の
発生周期を長くすると、伝播距離差lの変化に対して干
渉強度、相互相関の変化周期Δlは長くなるため、比較
的広い領域の表面波音速を測定することとなり、伝播距
離差lの精度は相対的に高くなるので、表面波音速の評
価精度は高くなる。例えば、トリガの発生周期を.5μs
とし、音速を3000m/sとすると、相互相関が最大となる
周期Δlは1.5mmとなり、表面波音速を0.01％の精度で測
定しようとすると、Δlを0.15μmの精度で測定する必要
があるが、トリガの発生周期を5μsとし、音速を3000m/
sとすると、相互相関が最大となる周期Δlは15mmとな
り、表面波音速を0.01％の精度で測定するため必要なΔ
lの精度は1.5μmで良い。

【００５７】図１５は、本発明の第４実施例の説明図で
ある。先に述べた第１実施例においては、表面波の送受
信にそれぞれ別の表面波探触子を用いているが、本実施
例では、図１５に示したように、送信用表面波探触子１
より発生した表面波の伝播経路上に、空気に対して音響
インピーダンスの高い材料からなる表面波反射体６を設
けて表面波を送信用表面波探触子の方向へ反射させてい
る。図16に示したように、表面波発生手段1aから送信さ
れた超音波は、表面波反射体６があるために、再度、表
面波発生手段1aへ入射し、表面波発生手段1bから送信さ
れた超音波は、再度、表面波発生手段1bへ入射し、電気
信号に変換される。この電気信号は信号処理手段５に送
られて信号の干渉強度や相互相関がとられ、先に説明し
たように干渉強度が最大値や最小値となるトリガ周期と
伝播距離差の関係や、信号の相互相関が最大や最小とな
るトリガ周期と伝播距離差の関係から、次の数９を用い
て表面波音速を求める。

【００５８】

【数９】

【００５９】この第４実施例によれば、表面波が被検体
8の音速測定部分を２回通ることになるため、伝播距離
差の精度を上げることができ、測定位置での音速評価精
度が向上する。また、表面波の反射は被検体8中の音響
インピーダンスが大きく異なる部分でも起こるので、ス
テンレス鋼のように溶着部と母材部で音響インピーダン
スの異なる場合には、溶着部と母材部での界面で表面波
を反射させ、溶接部近傍の表面波音速を測定できる。

【００６０】図１７は、上述した第４実施例の第１変形
例の説明図である。第４実施例（図15）では、送信用表
面波探触子により被検体8上の表面波伝播距離を変えて
いるが、この変形例では、図17に示したように、表面波
反射体6に凹凸をつけることによって表面波伝播距離を
変えている。この場合、表面波発生手段は複数である必
要がなく、通常の表面波探触子で良いので構造が簡単と
なる。

【００６１】図１８は、第４実施例の第２変形例の説明
図である。図15，図17では、被検体8の表面波伝播経路
上に設けた表面波反射体6により表面波を反射させてい
るが、この変形例では、SUSの溶接金属部分と母材部分
やセラミックスと金属の接合部分など表面波音響インピ
ーダンスの異なる部分で表面波が反射することを利用
し、図18のように、音響インピーダンスの異なる材料の
接合界面60に対して垂直に表面波を入射させて反射させ
ている。このような構成により、表面波反射体6を使用
しなくても同様の測定が可能となり構造がコンパクトに
なる。

【００６２】図19は、本発明の第５実施例の説明図であ
る。本実施例では、被検体8上の表面波伝播方向に、距
離aと距離bをあけて設置された３つの超音波−電気信号
変換手段1a，1b，1cより、同位相で周波数が等しく、被
検体8を表面波として伝播する送信波Ａと送信波Ｂおよ
び送信波Ｃを定在波となるように送信するようにしてい
る。受信用表面波探触子２でこれらすべての送信波が完
全に重なりあい、強度が最大となる条件は、前述した数
４で表される。尚、被検体8の表面波音速をv、距離aと
距離bの最小公倍数をxとする。連続波の場合、干渉周波
数fは数４で表される。従って、被検体8の表面波音速を
3000m/s、距離aを1.5mm距離bを2.5mmとすると干渉周波
数は400kHzの整数倍となる。

【００６３】図２０は、本発明に係る超音波探触子の第
１実施例の説明図である。図１，図１７，図１５で説明
した実施例で使用可能な送信用表面波探触子の例とし
て、図20に示したようなものがある。この探触子は、ア
クリルやポリイミドからなるウエッジ11に、被検体8へ
縦波が表面波発生の臨界角で入射するように２個の圧電
素子10a，10bを取り付けたものある。それぞれの圧電素
子１０ａ，１０ｂから発生した超音波の被検体8への表
面波伝播方向についての入射位置は、ｌ（エル）だけず
れている。このような構成とすることで、被検体8上の
伝播距離がｌ（エル）異なる表面波を送信可能である。
尚、圧電素子10a，10bから被検体8へ縦波超音波をクリ
ーピング波発生の臨界角（縦波臨界角）で入射するよう
にすると、伝播距離差固定のクリーピング波探触子とな
り、SH波を発生させる圧電素子を用い、横波臨界角で入
射するようにすると表面SH波探触子となる。

【００６４】この探触子は、同じ構成で受信用表面波探
触子としても使用可能である。通常の表面波探触子から
の表面波を発生させこの探触子で受信すると、表面波伝
播方向にｌ（エル）だけずれた二つの位置で、モード変
換により表面波が縦波に変換され、ウエッジ11を通って
それぞれの圧電素子10a，10bに入射し、被検体8上の表
面波伝播距離にｌ（エル）だけ差ができる。

【００６５】本実施例において、図21のように、圧電素
子10a，10bの設置位置を高さをそろえて表面波伝播方向
にl（エル）ずらすと、ウエッジ１１内での超音波伝播
距離lwが等しくなるので、モード変換による表面波発生
時の位相がそろう。図22のように、圧電素子10a，10bの
高さをそろえない場合は、圧電素子10a，10bから被検体
8表面へ超音波を入射させるとき、ウエッジ11内での伝
播距離に違いが生じるため、複数の圧電素子に同時にパ
ルスを送っても被検体8上での表面波発生タイミングが
ずれるが、予めウエッジ内の音速Vwと伝播距離差Δlwが
わかっていれば、表面波発生タイミングのずれがΔlw/V
wであるので補正可能である。本実施例の探触子を受信
用として使用した場合も同様の補正が必要となる。

【００６６】図２３は、本発明に係る超音波探触子の第
１実施例の変形例を説明する図である。この変形例に示
す様に、圧電素子の配置の仕方としては、表面波伝播方
向に直列に配置することも可能である。この場合、伝播
距離差分以外のところでは２つの表面波が同一経路をと
るので誤差を小さくできる。

【００６７】図２４は、更に別の第２変形例の説明図で
ある。図20では圧電素子を２個使用した例を示したが、
取り付ける圧電素子は２個以上でも可能である。この表
面波探触子は、図１９で説明した実施例に適用可能であ
る。

【００６８】図２５は、更に別の第３変形例に係る超音
波探触子の説明図である。この変形例に係る表面波探触
子は、１つの圧電素子10aに対して、被検体8に表面波を
伝播させるための複数の送信面あるいは受信面を持つよ
う加工したウエッジ11を持つ。送信面あるいは受信面す
なわち被検体8との接触面9は、圧電素子10aからの超音
波が入射する範囲または受信した超音波を圧電素子に伝
えられる範囲にあり、なるべく小さな面積である必要が
あり、表面波伝播方向に、送受信する超音波の少なくと
も１波長以上の幅を持つ帯状であることが望ましい。
尚、図22で示した実施例と同様に、本変形例でも、各送
信面または受信面と圧電素子の距離がそれぞれ異なるた
め、ウエッジ11内の音速と伝播距離差から表面波発生ま
たは受信のタイミングのずれを補正することが望まし
い。

【００６９】図２６は、超音波探触子の図２０〜図２５
の実施例の更なる変形例であり、ウエッジ11の底面形状
を、被検体8表面の曲面形状にあわせて作成してある。
これにより、曲面での測定も可能となる。

【００７０】前述した本発明実施例に係る音速測定方法
では、送受信の探触子間の間の距離は表面波音速の測定
精度に影響を及ぼさない。従って、図27，図28に示すよ
うに、送信用表面波探触子1と受信用表面波探触子2を伝
播距離を短くし且つ一体化し、コンパクト化をはかるこ
とができる。図27は、表面波が被検体8と空気の界面を
伝播するタイプであり、図28は表面波が被検体8とウエ
ッジ11の界面を伝播するタイプである。特にこの図28に
示したタイプの探触子は、モード変換による漏洩波がウ
エッジ11内に放出されるため、送受表面波探触子間にゴ
ムなど音の減衰率の高い材料からなる音響吸収層12を設
けることにより、ウエッジ内での超音波の多重散乱によ
るS/N比の低下を防ぐことが望ましい。

【００７１】図３０は、本発明の音速測定方法の第６実
施例の説明図である。本実施例は、被検体表面近傍の肉
厚方向音速を求めるものである。本実施例においては、
肉厚方向に長さ既知の段差l（エル）を持つ被検体8につ
いて、段差の上段に設けた縦波または横波探触子100a
と、下段に設けた縦波または横波探触子100bから、それ
ぞれ縦波または横波の垂直超音波を同時に肉厚方向へ伝
播させる。このとき、各探触子の伝播経路での音速及び
伝播距離は、段差部分以外では等しいか、少なくとも補
正可能である必要がある。肉厚方向へ伝播した超音波
は、それぞれ被検体8の底面で反射し、同じ探触子で受
信する。このとき、縦波または横波探触子100aでの受信
波は、探触子100bでの受信波に対して段差lと段差部分
の音速ｖzより決まる時間ｔzだけ遅れて受信される。

【００７２】従って、図１で説明した第１実施例と同様
に、縦波または横波探触子100a及び100bより発生させる
超音波の繰り返し周期を変えて干渉信号強度を測定する
か、あるいは第１実施例の変形例と同様に、探触子100a
または100bのどちらかの信号を遅延させながら干渉信号
強度を測定することにより、段差部分での往復伝播時間
ｔzを求め、次の数１０を用いて段差部分での音速Ｖzを
求められる。

【００７３】

【数１０】

【００７４】尚、本実施例では被検体8の一端8aと他端8
bの間で探触子100aおよび100bから肉厚方向に送信され
た超音波がそれぞれ多重反射する。このため、被検体端
部8bでｎ回散乱した後探触子100aで受信された信号は、
段差部分をｎ回往復することになる。従って、被検体端
部8bでｎ回反射後の超音波信号について、それぞれの探
触子100aと100bにおける伝播時間差ｔznを前記の方法で
測定し、この伝播時間差と既知の段差Ｌと被検体8下面
での反射回数を次の数１１に代入することにより、段差
部分の音速ｖzを求めることができる。これにより、段
差lの小さい場合も高い精度で音速を測定できる。

【００７５】

【数１１】

【００７６】本実施例において、段差lが0.5mmであり、
下面での反射回数ｎが「４」のとき、段差での伝播時間
差ｔzが130nsであれば、音速ｖzは3077m/sとなる。

【００７７】図３１は、本発明の第７実施例に係る音速
測定方法の説明図である。本実施例は、窒化処理やショ
ットピーニングなどによる表面処理を行った被検体を対
象とする。このような表面処理によって処理層13の音速
が変化した場合、処理部分80aと未処理部分80bでは、被
検体の肉厚が等しくても、肉厚方向を往復する超音波の
伝播時間が変化する。この伝播時間変化ｔzを先に述べ
た第６実施例同様に、超音波パルスの繰り返し周期やパ
ルスの発生タイミングを変化させながら干渉強度を測定
することで求める。このとき、被検体の母材部の音速Ｖ
と処理層13の平均音速変化dvmが既知であれば、次の数
１２より処理層13の厚みが求められる。

【００７８】

【数１２】

【００７９】また、処理層13の厚みlが既知であり、母
材の音速Ｖが既知であれば、次の数１３より処理層13の
肉厚方向の平均音速変化dvmがもとめられる。鉄などの
金属表面にショットピーニングなどで表面層に残留応力
や組織の変化を加えた場合、処理の度合いによって表面
の音速が変化することから、この平均音速変化dvmは加
工処理の度合いを測る指標としての使用ができる。

【００８０】

【数１３】

【００８１】図３２は、本発明の第８実施例に係る音速
測定方法の説明図である。本実施例は、被検体８の厚み
が厚く、減衰のため第６実施例のように被検体8の底面
からのエコーが得られない場合を対象としており、探触
子100aと100bを送信専用として用い、底面に受信用探触
子を設けている。それぞれの送信用探触子100a、100bか
ら同時に送信された超音波は、段差lと伝播距離差lでの
音速との積で決まる伝播時間差をもって受信用探触子10
0cで受信される。この伝播時間差ｔzを先に述べた実施
例と同様に超音波送信パルスの繰り返し周期やパルスの
発生タイミングをずらしながら干渉強度を測定すること
で求め、次の数１４より、lとｔzを用いて音速を求め
る。

【００８２】

【数１４】

【００８３】尚、送信用に使用した探触子100a，100bを
受信用に、受信用に使用した探触子100cを送信用として
も、同様に段差lでの音速ｖzが得られる。このときは、
パルス発生のタイミングをずらす手段の代わりに、図７
で説明した第２実施例のように、受信信号を遅延させる
手段を用いる。

【００８４】図３３，図３４は、本発明の第９実施例に
係る音速測定方法の説明図である。本実施例は、肉厚方
向に伝播する超音波の音速が肉厚方向位置によって変化
する被検体８を主な対象とする。本実施例では、はじめ
に段差Ｌ1を付け、上記第６実施例に示したような方法
で伝播時間差ｔz1を測定した後、さらにＬ2段差をつけ
て同様に伝播時間差ｔz2を測定する。

【００８５】第６実施例で説明したように、段差Ｌ1部
の音速ｖz1は、数１０よりＬ1の値とｔ1を用いて求めら
れる。一方、伝播時間差ｔ２はＬ1での伝播時間差とＬ2
での伝播時間差を含むので、Ｌ2部の音速ｖz2は次の数
１５よりＬ2とｔz1及びｔz2を用いて求められる。

【００８６】

【数１５】

【００８７】同様に、伝播時間差を測定しながらｎ回段
差をつけていったとき、Ｌnでの音速ｖznは、次の数１
６より、段差Ｌnの値とn-1回目の段差をつけたときの伝
播時間差ｔzn-1およびｎ回目の段差をつけたときの伝播
時間差ｔznを用いて求められる。従ってこれを繰り返せ
ば肉厚方向に伝播する超音波の音速の、肉厚方向の分布
を知ることができる。

【００８８】

【数１６】

【００８９】

【発明の効果】本発明によれば、プラントなどで使用さ
れる実用構造材料の溶接部残留応力、集合組織、劣化な
どによる局所的な音速変化を精度良く捉えることができ
る。また、本発明の探触子によれば、より高精度に、よ
り簡便にかつコンパクトな構成で、固体材料の測定がで
きる。また、本発明の超音波送信回路および受信回路に
よれば、固体材料の音速測定をより高精度にかつ簡便に
実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音速測定方法の第１実施例を示すブロ
ック図である。

【図２】図１に示す第１実施例における送信波と受信波
強度の時間変化を示す図である。

【図３】図１に示す第１実施例におけるトリガ繰り返し
周期と干渉信号強度の関係を示す図である。

【図４】図１に示す第１実施例の変形例を表すブロック
図である。

【図５】図１に示す第１一実施例の変形例における送信
波と受信波強度の時間変化を示す図である。

【図６】図１に示す第１実施例の変形例の信号における
遅延時間と干渉信号強度の関係を示す図である。

【図７】本発明の音速測定方法の第２実施例を示すブロ
ック図である。

【図８】図７に示す第２実施例の第１変形例におけるト
リガ繰り返し周期と相互相関との関係を示す図である。

【図９】図７に示す第２実施例の第２変形例を示すブロ
ック図である。

【図10】図７に示す第２実施例の第２変形例における受
信波強度の時間変化を示す図である。

【図11】図７に示す第２実施例の第２変形例における遅
延時間と相互相関の関係を示す図である。

【図12】本発明の音速測定方法の第３実施例を示すブロ
ック図である。

【図13】図１２に示す第３実施例における伝播距離差と
干渉信号強度の関係を示す図である。

【図14】図１２に示す第３実施例における伝播距離差と
相互相関の関係を示す図である。

【図15】本発明の音速測定方法の第４実施例を表す斜視
図である。

【図16】図１５に示す第４実施例を示すブロック図であ
る。

【図17】図１５に示す第４実施例の第１変形例を表す斜
視図である。

【図18】図１５に示す第４実施例の第２変形例を表す斜
視図である。

【図19】本発明の音速測定方法の第５実施例を表す斜視
図である。

【図20】本発明の超音波探触子の第１実施例を表す斜視
図である。

【図21】図２０に示す探触子における圧電素子の配置の
一例を表す図である。

【図22】図２０に示す探触子における圧電素子の配置の
他の一例を表す図である。

【図23】図２０に示す探触子の第１変形例を表す斜視図
である。

【図24】図２０に示す探触子の第２変形例を表す斜視図
である。

【図25】図２０に示す探触子の第３変形例を表す斜視図
である。

【図26】図２０〜図２５に示す探触子の別の変形例を示
す図である。

【図27】本発明の別の実施例に係る探触子の斜視図であ
る。

【図28】本発明の更に別の実施例に係る探触子の斜視図
である。

【図29】一般的な超音波探触方法を説明する図である。

【図30】本発明の音速測定方法の第６実施例を説明する
図である。

【図31】本発明の音速測定方法の第７実施例を説明する
図である。

【図32】本発明の音速測定方法の第８実施例を説明する
図である。

【図33】本発明の音速測定方法の第９実施例を説明する
図である。

【図34】本発明の音速測定方法の第９実施例を説明する
図である。

【符号の説明】

１…送信用表面波探触子、1a，1b，1c…表面波発生手
段、２…受信用表面波探触子、2a,2b…超音波−電気信
号変換手段、３…パルス発生器、４…トリガ信号発生手
段、５…信号処理手段、６…表面波反射体、７…電気信
号遅延手段、８…被検体、９…被検体とウエッジの接触
面、10a，10b，10c…圧電素子、11…ウエッジ、12…音
響吸収層、60…接合界面、8a，8b…被検体端部、13…処
理層、80a…表面処理部分、80b…未処理部分、100a，10
0b，100c…縦波または横波垂直探触子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺敦志茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を送信用探触子よりパルス状に発
生させ、伝播方向が等しく伝播距離の異なる少なくとも
２つ以上の超音波信号を被検体へ送受信し、伝播する表
面波パルスの繰り返し周期を変化させたときの超音波の
干渉信号の強度変化から前記超音波のすべてが干渉し、
干渉強度が最大となる超音波パルスの繰り返し周期と、
超音波の伝播距離差より超音波音速を求めたことを特徴
とする固体材料の音速測定方法。
【請求項２】超音波を送信用探触子よりパルス状に発
生させ、伝播方向が等しく伝播距離の異なる少なくとも
２つ以上の超音波の信号を被検体へ送受信し、伝播する
超音波パルスの繰り返し周期を変化させながら各超音波
信号波形相互の相関をとり、相関が最大または最小とな
る繰り返し周期と超音波伝播距離差より被検体の超音波
音速を求めたことを特徴とする固体材料の音速測定方
法。
【請求項３】複数の超音波発生手段より伝播方向が等
しく伝播距離のそれぞれ異なる超音波をパルス状に発生
させて被検体上を伝播させたのち、受信用探触子により
受信し、１つ以上の超音波発生手段は他の超音波発生手
段に対して超音波パルスを発生させるタイミングを遅延
させる手段を持ち、この超音波パルス発生タイミング遅
延手段により受信用探触子で各超音波発生手段から送信
された超音波が干渉するよう変化させて、パルス発生タ
イミングの遅延量と、伝播距離差から被検体の超音波音
速を求めたことを特徴とする固体材料の音速測定方法。
【請求項４】超音波発生手段より伝播方向が等しく伝
播距離のそれぞれ異なる超音波をパルス状に発生させて
被検体上を伝播させたのち、それぞれの超音波を複数の
受信用探触子により受信し、１つ以上の受信用探触子は
他の受信用探触子に対して受信した超音波パルスを遅延
させる手段を持ち、この超音波パルス遅延手段により受
信用探触子で超音波発生手段から送信された超音波が干
渉するよう変化させて、パルスの遅延量と、伝播距離差
から被検体の超音波音速を求めたことを特徴とする固体
材料の音速測定方法。
【請求項５】複数の表面波発生手段より、伝播方向が
等しく伝播距離がそれぞれ異なり、一定の周期を持つパ
ルス状の表面波を発生させて被検体上を伝播させ、表面
波発生手段もしくは受信用探触子間の伝播距離差を変化
させて受信用探触子における受信強度の変化から送信さ
れた表面波が干渉する伝播距離差を決定し、この伝播距
離差を表面波のパルス周期で除すことにより被検体の表
面波音速を求めたことを特徴とする固体材料の音速測定
方法。
【請求項６】伝播方向が等しくそれぞれ伝播距離の異
なる３つ以上の連続波の超音波を送受信し、伝播する超
音波の周波数を変化させたときの干渉信号の強度変化の
周期Δfと超音波の伝播距離の差Δｌよりv＝Δf・Δlの
関係を用いて超音波音速を求めたことを特徴とする固体
材料の音速測定方法。
【請求項７】複数の表面波発生手段より、伝播方向が
等しく伝播距離がそれぞれ異なり、一定の周波数を持つ
表面波の連続波を発生させて被検体上を伝播させ、送信
用探触子間の伝播距離差を変化させて受信用探触子にお
ける受信強度の変化から、送信された表面波が干渉する
伝播距離差の周期を決定し、この伝播距離差の周期と表
面波周波数の積より被検体の表面波音速を求めたことを
特徴とする固体材料の音速測定方法。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれかにおい
て、被検体上に表面波伝播方向の表面波入射位置の異な
る複数の表面波発生手段を使用して被検体に伝播させ、
伝播経路上に設けた表面波反射体によって表面波を反射
させて伝播方向を反転させるか、または一つの表面波入
射位置を持つ表面波発生手段を使用して被検体に伝播さ
せ、表面波伝播方向に凹凸のある表面波反射体により伝
播方向を反転させることにより、被検体上の表面波伝播
距離が異なる複数の波を送受信し、表面波発生手段を受
信用表面波探触子としても利用したことを特徴とする固
体材料の音速測定方法。
【請求項９】請求項１乃至請求項３のいずれかまたは
請求項６に記載の固体材料の音速測定方法に使用する表
面波探触子において、表面波の送信用または受信用の探
触子は１つの探触子内に被検体上の伝播距離が異なる複
数の表面波送波部分または受波部分を持つことを特徴と
する表面波探触子。
【請求項１０】請求項１または請求項６に記載の固体
材料の音速測定方法に使用する表面波探触子であって、
１つの超音波発生手段から発生させたバルク波を複数形
成した被検体との接触面で表面波に変換し、該接触面か
ら発生した表面波は、それぞれ伝播距離が異なることを
特徴とする表面波探触子。
【請求項１１】超音波送信回路であって、トリガ信号
発生手段とパルス発生手段とパルス信号を超音波に変換
し、被検体上の超音波伝播方向が等しく、超音波送信方
向について異なる位置に超音波を発生させる複数の超音
波発生手段からなり、トリガ信号発生手段で発生したト
リガ信号はパルス発生手段に伝えられ、パルス幅一定の
パルスが発生して各超音波発生手段に同時に伝えられ、
トリガ信号発生手段は信号の発生周期がパルス幅以上の
周期で可変であることを特徴とする超音波送信回路。
【請求項１２】超音波送信回路であって、トリガ信号
発生手段とパルス発生手段とパルス遅延手段とパルス信
号を超音波に変換し、被検体上の超音波伝播方向が等し
く、超音波送信方向について異なる位置に超音波を発生
させる複数の超音波発生手段からなり、トリガ信号発生
手段より発生したトリガ信号がパルス発生手段に伝えら
れて、一定のパルス幅を持つパルスが発生して複数の超
音波発生手段へ伝えられ、パルス発生手段と少なくとも
一つの超音波発生手段との間に電気信号遅延手段を設
け、トリガ信号の繰り返し周期は少なくともパルス幅よ
り長い一定の値であり、電気信号遅延手段は遅延時間が
可変であることを特徴とする超音波送信回路。
【請求項１３】超音波受信回路であって、複数の超音
波−電気信号変換手段と、電気信号遅延手段と信号波形
記録手段からなり、少なくとも一つの超音波−電気信号
変換手段は電気信号遅延手段を介して信号波形記録手段
に接続されており、電気信号遅延手段は遅延時間が可変
であることを特徴とする超音波受信回路。