JPH0972888A - 固体中音速測定装置 - Google Patents
固体中音速測定装置Info
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- JPH0972888A JPH0972888A JP7227910A JP22791095A JPH0972888A JP H0972888 A JPH0972888 A JP H0972888A JP 7227910 A JP7227910 A JP 7227910A JP 22791095 A JP22791095 A JP 22791095A JP H0972888 A JPH0972888 A JP H0972888A
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- Japan
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- liquid
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 厚み方向の相対する面が平行でない試料中を
通過する音波の音速や、液体に浸した試料中を通過する
音波の横波音速の測定を可能とする。 【解決手段】 固体試料１を液体２ａに浸す液体保持手
段２と、音波を送受信する送信子３と受信子４と、同送
信子３が接続された電圧信号送信手段６と、送受信子
３，４が接続された電圧信号検出手段９と、同検出手段
９が接続された演算手段１０とを備え、液体と固体の境
界面での波動の反射・透過の性質を利用して、入射角と
反射係数から試料の縦波音速および横波音速を算出でき
るものとしたことによって、固体試料１の厚み方向の相
対する面が平行でない場合でも音速の測定が可能とな
る。また、試料１内部の透過パルスや多重反射パルスが
計測不可能な形状や寸法の場合であっても、試料１の一
部の平面を液体２ａに浸すことができれば音速の測定が
可能となる。
通過する音波の音速や、液体に浸した試料中を通過する
音波の横波音速の測定を可能とする。 【解決手段】 固体試料１を液体２ａに浸す液体保持手
段２と、音波を送受信する送信子３と受信子４と、同送
信子３が接続された電圧信号送信手段６と、送受信子
３，４が接続された電圧信号検出手段９と、同検出手段
９が接続された演算手段１０とを備え、液体と固体の境
界面での波動の反射・透過の性質を利用して、入射角と
反射係数から試料の縦波音速および横波音速を算出でき
るものとしたことによって、固体試料１の厚み方向の相
対する面が平行でない場合でも音速の測定が可能とな
る。また、試料１内部の透過パルスや多重反射パルスが
計測不可能な形状や寸法の場合であっても、試料１の一
部の平面を液体２ａに浸すことができれば音速の測定が
可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体試料中を通過
する音速の測定に適用される固体中音速測定装置に関す
る。
する音速の測定に適用される固体中音速測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体中の音速測定は、シングアラ
ンド法によるものとパルス法によるものがあった。
ンド法によるものとパルス法によるものがあった。
【０００３】上記シングアランド法とは、送信子と受信
子を平行平面試料の両面に配設して対向させ、送波パル
スが試料内を複数回伝搬するのに要する時間と試料の厚
みから試料内の音速を算出するものである。
子を平行平面試料の両面に配設して対向させ、送波パル
スが試料内を複数回伝搬するのに要する時間と試料の厚
みから試料内の音速を算出するものである。
【０００４】また、上記パルス法とは、送信子と受信子
を平行平面試料の両面に配設して対向させ、送波パルス
が試料内を多重反射するときの多重反射パルスの時間間
隔と試料の厚みから試料内の音速を算出するものであ
る。
を平行平面試料の両面に配設して対向させ、送波パルス
が試料内を多重反射するときの多重反射パルスの時間間
隔と試料の厚みから試料内の音速を算出するものであ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体中の音速測
定においては、厚みの方向の相対する面が平行な試料の
音速しか測定できないという課題があった。
定においては、厚みの方向の相対する面が平行な試料の
音速しか測定できないという課題があった。
【０００６】また、送信子と受信子を試料表面に設置す
る際に応力伝達用の接触媒質を介するが、これにより波
形や位相がひずみ、測定誤差が生じる。これを回避する
ために試料を液体に浸す液浸法もあるが、この方法によ
る場合には、固体内の横波音速は測定できないという課
題があった。本発明は上記の課題を解決しようとするも
のである。
る際に応力伝達用の接触媒質を介するが、これにより波
形や位相がひずみ、測定誤差が生じる。これを回避する
ために試料を液体に浸す液浸法もあるが、この方法によ
る場合には、固体内の横波音速は測定できないという課
題があった。本発明は上記の課題を解決しようとするも
のである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係る固体中音速測定装置は、試料の平面部分を所望の液
体で満たす液体保持手段と、音波送信子及び音波受信子
と、同音波送信子及び音波受信子を試料の平面部分へ引
いた垂線に対し等角度となるように対向させて設ける送
受信子支持手段と、音波受信子へ電圧信号を送信する電
圧信号送信手段と、音波送信子と音波受信子からの電圧
信号を検出する電圧信号検出手段と、電圧信号検出手段
で検出した送受信子の電圧信号を基に試料中における縦
波音速若しくは横波音速を算出する演算手段とを有する
ことを特徴としている。
係る固体中音速測定装置は、試料の平面部分を所望の液
体で満たす液体保持手段と、音波送信子及び音波受信子
と、同音波送信子及び音波受信子を試料の平面部分へ引
いた垂線に対し等角度となるように対向させて設ける送
受信子支持手段と、音波受信子へ電圧信号を送信する電
圧信号送信手段と、音波送信子と音波受信子からの電圧
信号を検出する電圧信号検出手段と、電圧信号検出手段
で検出した送受信子の電圧信号を基に試料中における縦
波音速若しくは横波音速を算出する演算手段とを有する
ことを特徴としている。
【０００８】上記において、固体である試料中を通過す
る音波の音速を測定する場合には、試料を液体保持手段
中に配設し、電圧信号送信手段より電圧信号を送信し、
これを入力した音波送信子が試料の平面部分に向けて音
波を送波する。
る音波の音速を測定する場合には、試料を液体保持手段
中に配設し、電圧信号送信手段より電圧信号を送信し、
これを入力した音波送信子が試料の平面部分に向けて音
波を送波する。
【０００９】この音波送信子より送波された音波の一部
は試料の平面部分により反射され、この反射波は音波受
信子により受波されて電圧信号に変換され、この電圧信
号は音波送信子に入力される電圧信号とともに電圧信号
検出手段に入力され、同電圧信号検出手段はそれぞれの
電圧信号を出力する。
は試料の平面部分により反射され、この反射波は音波受
信子により受波されて電圧信号に変換され、この電圧信
号は音波送信子に入力される電圧信号とともに電圧信号
検出手段に入力され、同電圧信号検出手段はそれぞれの
電圧信号を出力する。
【００１０】上記電圧信号検出手段が出力する２つの電
圧信号は、それぞれ音波送信子が出力する送信波の音圧
と音波送信子が受信する反射波の音圧に対応したもので
あり、これらを入力した演算手段は試料の平面部分にお
ける入射波の音圧と反射波の音圧の比である反射係数を
求める。
圧信号は、それぞれ音波送信子が出力する送信波の音圧
と音波送信子が受信する反射波の音圧に対応したもので
あり、これらを入力した演算手段は試料の平面部分にお
ける入射波の音圧と反射波の音圧の比である反射係数を
求める。
【００１１】この反射係数の絶対値は、音波の入射角を
０°〜９０°の範囲で変化させた場合、縦波の臨界角θ
p で極大となり、横波の臨界角θs 以上の角度で１とな
るため、本発明においては、入射角を変化させながら、
反射係数を計測してθp およびθs を求め、このθp お
よびθs を用いて、演算手段が次式により縦波音速Ｃ p
および横波音速Ｃs を求める。
０°〜９０°の範囲で変化させた場合、縦波の臨界角θ
p で極大となり、横波の臨界角θs 以上の角度で１とな
るため、本発明においては、入射角を変化させながら、
反射係数を計測してθp およびθs を求め、このθp お
よびθs を用いて、演算手段が次式により縦波音速Ｃ p
および横波音速Ｃs を求める。
【００１２】
【数１】
【００１３】そのため、試料の厚み方向の相対する面が
平行でない場合でも音速の測定が可能となり、また、試
料内部の透過パルスや多重反射パルスが計測不可能な形
状や寸法の場合であっても、試料の一部の平面を液体に
浸すことができれば音速の測定が可能となる。
平行でない場合でも音速の測定が可能となり、また、試
料内部の透過パルスや多重反射パルスが計測不可能な形
状や寸法の場合であっても、試料の一部の平面を液体に
浸すことができれば音速の測定が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係る固体
中音速測定装置について、図１により説明する。
中音速測定装置について、図１により説明する。
【００１５】図１に示す本実施形態に係る装置は、その
平坦な面を上方に向けて試料１が底部に配設され内部に
液体２ａが注入される容器２、同容器２内の上記試料１
の上方に配設されるガイド梁５、同ガイド梁５に配設さ
れ上記試料１の上面に向けて音波を送信し受信する送信
子３と受信子４、同送信子３に送信アンプ７を介して接
続される正弦バースト波発生器６、上記受信子４に受信
アンプ８を介して接続され上記送信子３が接続されるピ
ーク検出器９、および同検出器９に接続される演算部１
０を備えている。
平坦な面を上方に向けて試料１が底部に配設され内部に
液体２ａが注入される容器２、同容器２内の上記試料１
の上方に配設されるガイド梁５、同ガイド梁５に配設さ
れ上記試料１の上面に向けて音波を送信し受信する送信
子３と受信子４、同送信子３に送信アンプ７を介して接
続される正弦バースト波発生器６、上記受信子４に受信
アンプ８を介して接続され上記送信子３が接続されるピ
ーク検出器９、および同検出器９に接続される演算部１
０を備えている。
【００１６】上記において、固体である試料１中を通過
する音波の音速を測定する場合には、その平坦な面を上
方に向けて試料１を液体２ａの注入された容器２の底部
に配設した後、送信子３と受信子４が配設されたガイド
梁５を容器２中の液体２ａに浸し、送信子３と受信子４
に送信アンプ７、正弦バースト波発生器６、受信アンプ
８、ピーク検出器９および演算部９を接続する。
する音波の音速を測定する場合には、その平坦な面を上
方に向けて試料１を液体２ａの注入された容器２の底部
に配設した後、送信子３と受信子４が配設されたガイド
梁５を容器２中の液体２ａに浸し、送信子３と受信子４
に送信アンプ７、正弦バースト波発生器６、受信アンプ
８、ピーク検出器９および演算部９を接続する。
【００１７】なお、上記送信子３と受信子４は、試料１
の反射面である平坦な上面に対して常に等しい角度で対
向するように、トラバース・ガイド用のガイド梁５に設
置される。
の反射面である平坦な上面に対して常に等しい角度で対
向するように、トラバース・ガイド用のガイド梁５に設
置される。
【００１８】この状態で、正弦バースト波発生器６が電
圧信号を発生すると、この電圧信号を送信アンプ７で増
幅し、送信子３に印加して音波を送波する。送波された
音波は試料１の表面で一部は反射、一部は試料１中を透
過する。反射した音波は受信子４で受波され、受信アン
プ８で電圧信号の増幅が行われ、送受波電圧の振幅がピ
ーク検出器９で検出され、演算部１０で反射係数が算出
される。
圧信号を発生すると、この電圧信号を送信アンプ７で増
幅し、送信子３に印加して音波を送波する。送波された
音波は試料１の表面で一部は反射、一部は試料１中を透
過する。反射した音波は受信子４で受波され、受信アン
プ８で電圧信号の増幅が行われ、送受波電圧の振幅がピ
ーク検出器９で検出され、演算部１０で反射係数が算出
される。
【００１９】上記送受波電圧については、入射角θを変
化させて反射係数の計測が行われ、縦波・横波の臨界角
θp ，θs が求められ、これより試料１中を通過する縦
波音速と横波音速が算出される。
化させて反射係数の計測が行われ、縦波・横波の臨界角
θp ，θs が求められ、これより試料１中を通過する縦
波音速と横波音速が算出される。
【００２０】上記の処理により試料１中の縦波音速と横
波音速を求めることができる理由について、図２及び図
３を用いて以下に詳細に説明する。図２に示すように、
液体と固体が平面で接している場合に、液体の側から正
弦状の音波が入射角θで入射するときの入射波の音圧に
対する反射波の音圧の比、即ち、反射係数γは、次式
（１）により表わされる。
波音速を求めることができる理由について、図２及び図
３を用いて以下に詳細に説明する。図２に示すように、
液体と固体が平面で接している場合に、液体の側から正
弦状の音波が入射角θで入射するときの入射波の音圧に
対する反射波の音圧の比、即ち、反射係数γは、次式
（１）により表わされる。
【００２１】
【数２】
【００２２】液体の媒質を水とすれば、大部分の固体試
料ではＣO ＜Ｃs ＜Ｃp となる。ここで、入射角θを０
°〜９０°の範囲で変化させると、反射係数γの絶対値
は、図３に示すように次式（２）中で用いられる臨界角
θp で極大となり、次式（３）中で用いられる臨界角θ
s 以上の角度では｜γ｜＝１となる。
料ではＣO ＜Ｃs ＜Ｃp となる。ここで、入射角θを０
°〜９０°の範囲で変化させると、反射係数γの絶対値
は、図３に示すように次式（２）中で用いられる臨界角
θp で極大となり、次式（３）中で用いられる臨界角θ
s 以上の角度では｜γ｜＝１となる。
【００２３】
【数３】
【００２４】従って、入射角θを変化させながら反射係
数の絶対値｜γ｜を計測してθp およびθs を求めれ
ば、固体中の縦波音速Ｃp と横波音速Ｃs を算出するこ
とができる。ただし、液体中の縦波音速ＣO は既知のも
のとする。
数の絶対値｜γ｜を計測してθp およびθs を求めれ
ば、固体中の縦波音速Ｃp と横波音速Ｃs を算出するこ
とができる。ただし、液体中の縦波音速ＣO は既知のも
のとする。
【００２５】なお、液体の密度ρ0 および固体の密度ρ
1 が既知の場合には、θ＝０°のときの反射係数γは次
式（４）により表わされるため、垂直入射時の反射係数
から固体中の縦波音速Ｃp が算出可能である。
1 が既知の場合には、θ＝０°のときの反射係数γは次
式（４）により表わされるため、垂直入射時の反射係数
から固体中の縦波音速Ｃp が算出可能である。
【００２６】
【数４】
【００２７】
【発明の効果】本発明の固体中音速測定装置は、固体試
料を液体に浸す液体保持手段と、音波を送受波する送信
子と受信子と、同送信子が接続された電圧信号送信手段
と、送受信子が接続された電圧信号検出手段と、同検出
手段が接続された演算手段とを備え、液体と固体の境界
面での波動の反射・透過の性質を利用して、入射角と反
射係数から試料の縦波音速および横波音速を算出できる
ものとしたことによって、固体試料の厚み方向の相対す
る面が平行でない場合でも音速の測定が可能となる。ま
た、試料内部の透過パルスや多重反射パルスが計測不可
能な形状や寸法の場合であっても、試料の一部の平面を
液体に浸すことができれば音速の測定が可能となる。
料を液体に浸す液体保持手段と、音波を送受波する送信
子と受信子と、同送信子が接続された電圧信号送信手段
と、送受信子が接続された電圧信号検出手段と、同検出
手段が接続された演算手段とを備え、液体と固体の境界
面での波動の反射・透過の性質を利用して、入射角と反
射係数から試料の縦波音速および横波音速を算出できる
ものとしたことによって、固体試料の厚み方向の相対す
る面が平行でない場合でも音速の測定が可能となる。ま
た、試料内部の透過パルスや多重反射パルスが計測不可
能な形状や寸法の場合であっても、試料の一部の平面を
液体に浸すことができれば音速の測定が可能となる。
【図１】本発明の実施の一形態に係る固体中音速測定装
置の説明図である。
置の説明図である。
【図２】上記一実施形態に係る液体・固体境界面での波
動の反射・透過の説明図である。
動の反射・透過の説明図である。
【図３】上記一実施形態に係る液体・固体境界面での音
波の反射係数の説明図である。
波の反射係数の説明図である。
１ 試料 ２ 容器 ２ａ 液体 ３ 送信子 ４ 受信子 ５ ガイド梁 ６ 正弦バースト波発生器 ７ 送信アンプ ８ 受信アンプ ９ ピーク検出器 １０ 演算部
Claims (1)
- 【請求項１】 試料の平面部分を所望の液体で満たす液
体保持手段と、音波送信子及び音波受信子と、同音波送
信子及び音波受信子を試料の平面部分へ引いた垂線に対
し等角度となるように対向させて設ける送受信子支持手
段と、音波受信子へ電圧信号を送信する電圧信号送信手
段と、音波送信子と音波受信子からの電圧信号を検出す
る電圧信号検出手段と、電圧信号検出手段で検出した送
受信子の電圧信号を基に試料中における縦波音速若しく
は横波音速を算出する演算手段とを有することを特徴と
する固体中音速測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7227910A JPH0972888A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 固体中音速測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7227910A JPH0972888A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 固体中音速測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0972888A true JPH0972888A (ja) | 1997-03-18 |
Family
ID=16868223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7227910A Withdrawn JPH0972888A (ja) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | 固体中音速測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0972888A (ja) |
-
1995
- 1995-09-05 JP JP7227910A patent/JPH0972888A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20021105 |