JPH0972889A - Ultrasonic measuring apparatus - Google Patents

Ultrasonic measuring apparatus

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JPH0972889A
JPH0972889A JP7230133A JP23013395A JPH0972889A JP H0972889 A JPH0972889 A JP H0972889A JP 7230133 A JP7230133 A JP 7230133A JP 23013395 A JP23013395 A JP 23013395A JP H0972889 A JPH0972889 A JP H0972889A
Authority
JP
Japan
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wave
sample
ultrasonic
waves
complex
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Withdrawn
Application number
JP7230133A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomio Endo
富男 遠藤
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP7230133A priority Critical patent/JPH0972889A/en
Publication of JPH0972889A publication Critical patent/JPH0972889A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02827Elastic parameters, strength or force

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the elastic modulus even of a sample having film thickness about one to several times the wavelength of ultrasonic waves used in measurement. SOLUTION: First ultrasonic wave transmitting-receiving means 8, 10 converge ultrasonic waves to a fine spot to allow them to be incident on a sample 12 and sample reflecting waves are converted to a reflection signal to be sent out and second ultrasonic wave transmitting-receiving means 9, 11 allow ultrasonic waves to be incident on the sample 12 as plane waves and sample reflecting waves are converted to a reflection signal. The relative distances of the sample 12 and the first ultrasonic wave transmitting-receiving means 8, 10 are changed to measure complex V(z) data and a surface wave operation means 20c calculates the sound velocity of Rayleigh waves on the basis of the complex V (z) data. The frequencies of high frequency burst waves are changed to measure the intensities of the reflection signals at the respective frequencies and a vertical wave operation means 20d calculates the sound velocity of vertical waves from an interference curve. An elastic constant operation means 20e calculates the elastic constant of the sample 12 from the sound velocity of Reileigh waves and that of vertical waves.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
試料の弾性的性質を測定する超音波測定装置に係り、特
に膜厚が超音波の波長の数倍よりも薄いサンプルを対象
とした超音波測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic measuring apparatus for measuring elastic properties of a sample by using ultrasonic waves, and particularly to a sample whose film thickness is thinner than several times the wavelength of the ultrasonic wave. The present invention relates to an ultrasonic measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】超音波を収束させて試料に入射すると共
に該試料からの反射波を受波して反射波強度に基づいて
超音波画像を作成する装置、または超音波の収束点がZ
方向にずれる複数位置での試料反射波から求められるV
(Z)曲線を利用して試料の微小部分の弾性的性質を測
定する装置として超音波顕微鏡が知られている。この種
の超音波顕微鏡は試料からの反射波の強度のみを測定し
ている。これに対して、試料の弾性的性質についてより
多くの情報を得るために反射波の強度と位相を検出する
超音波測定装置が開発されている。例えば、特開平5−
26854号には試料反射波の強度と位相を検出して試
料の弾性的性質を分析する超音波測定装置が記載されて
いる。
2. Description of the Related Art An apparatus for converging an ultrasonic wave to enter a sample, receiving a reflected wave from the sample, and creating an ultrasonic image based on the intensity of the reflected wave, or a convergence point of the ultrasonic wave is Z.
V obtained from the reflected waves of the sample at a plurality of positions displaced in the direction
An ultrasonic microscope is known as an apparatus for measuring the elastic properties of a minute portion of a sample using a (Z) curve. This type of ultrasonic microscope measures only the intensity of the reflected wave from the sample. On the other hand, an ultrasonic measuring device for detecting the intensity and phase of the reflected wave has been developed in order to obtain more information about the elastic properties of the sample. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-
No. 26854 describes an ultrasonic measuring device that detects the intensity and phase of a reflected wave of a sample and analyzes the elastic properties of the sample.

【0003】図5は、位相検出可能に構成された超音波
測定装置の構成図である。同図に示す超音波測定装置
は、基準信号発振部101から常時一定周波数の連続波
を出力し、コンピュータ102から送信トリガを受けた
制御部103より基準信号発振器101の周波数の数十
周期分の時間幅に相当するオンオフ信号を送信トリガに
同期してアナログスイッチ104に出力する。アナログ
スイッチ104はオンオフ信号のON、OFFに対応し
て切り替わる。オンオフ信号がONの時はアナログスイ
ッチ104は端子a側に接続し基準信号発振器101の
発生した信号がサーキュレータ105に出力され送信バ
ースト信号がつくられる。この送信バースト信号はサー
キュレータ105を通りトランスデューサ106に印加
される。送信バースト波はトランスデューサ106で電
気音響変換され超音波に変換される。この超音波は、音
響レンズ107を伝播し試料台108の上に置かれた試
料109に入射する。音響レンズ107と試料109の
間は超音波の伝播のためにカプラ液体110で満たされ
ている。試料109に入射した超音波は試料109で反
射され、再びカプラ液体110、音響レンズ107を伝
播してトランスデューサ106で電気信号に変換され
る。以下この信号を反射信号と呼ぶ。
FIG. 5 is a block diagram of an ultrasonic measuring device configured to detect a phase. The ultrasonic measuring apparatus shown in the figure constantly outputs a continuous wave of a constant frequency from the reference signal oscillator 101, and a control unit 103 that receives a transmission trigger from the computer 102 receives a frequency of several tens of cycles of the frequency of the reference signal oscillator 101. An on / off signal corresponding to the time width is output to the analog switch 104 in synchronization with the transmission trigger. The analog switch 104 switches according to ON / OFF of the ON / OFF signal. When the on / off signal is ON, the analog switch 104 is connected to the terminal a side, and the signal generated by the reference signal oscillator 101 is output to the circulator 105 to generate a transmission burst signal. This transmission burst signal passes through the circulator 105 and is applied to the transducer 106. The transmission burst wave is electroacoustic converted by the transducer 106 and converted into ultrasonic waves. This ultrasonic wave propagates through the acoustic lens 107 and is incident on the sample 109 placed on the sample stage 108. A space between the acoustic lens 107 and the sample 109 is filled with a coupler liquid 110 for the propagation of ultrasonic waves. The ultrasonic wave incident on the sample 109 is reflected by the sample 109, propagates again through the coupler liquid 110 and the acoustic lens 107, and is converted into an electric signal by the transducer 106. Hereinafter, this signal is referred to as a reflection signal.

【0004】反射信号はサーキュレータ105を通り前
置増幅器111で増幅されて2つの乗算部112a、1
12bに入力する。乗算部112aでは基準信号発振器
101の出力する連続波と反射信号の乗算を行ないイン
フェーズ成分を出力する。乗算部112bでは基準信号
発振器101の出力する連続波を移相部113で90°
位相変化させた信号と反射信号の乗算を行いクワドラチ
ャーフェーズ成分を出力する。
The reflected signal passes through the circulator 105 and is amplified by the preamplifier 111 to produce two multiplication units 112a and 1a.
Enter in 12b. The multiplier 112a multiplies the continuous wave output from the reference signal oscillator 101 by the reflected signal and outputs an in-phase component. In the multiplication unit 112b, the continuous wave output from the reference signal oscillator 101 is output by 90 ° in the phase shift unit 113.
The quadrature phase component is output by multiplying the phase-changed signal and the reflected signal.

【0005】基準信号発振器101の出力する信号をs
in(ωt)とする。ωは周波数、tは時間である。反
射信号は試料の弾性的性質、音響レンズとカプラ液体中
を伝播することによる時間等によって位相が送信に対し
て遅れているのでこの位相遅れをφとすると、Bsin
(ωt−φ)と書ける。Bは反射信号の強度である。従
って、乗算部112aのインフェーズ出力u1 と乗算部
112bのクワドラチャーフェーズ出力u2 は次のよう
になる。
The signal output from the reference signal oscillator 101 is s
Let in (ωt). ω is frequency and t is time. Since the phase of the reflected signal is delayed with respect to the transmission due to the elastic properties of the sample, the time required for propagating through the acoustic lens and the coupler liquid, and so on, if this phase delay is φ, then Bsin
It can be written as (ωt-φ). B is the intensity of the reflected signal. Therefore, the in-phase output u 1 of the multiplication unit 112a and the quadrature phase output u 2 of the multiplication unit 112b are as follows.

【0006】[0006]

【数1】 [Equation 1]

【0007】[0007]

【数2】 [Equation 2]

【0008】φは定数であるからsinφ、cosφも
定数であるのでu1 、u2 は直流成分と2ωの周波数を
持っており、2ω成分を除けば反射信号の位相遅れφの
sin、cosを取り出すことができる。
Since φ is a constant, sin φ and cos φ are also constants, so that u 1 and u 2 have a DC component and a frequency of 2ω. Except for the 2ω component, sin and cos of the phase delay φ of the reflected signal are You can take it out.

【0009】乗算部112aのインフェーズ出力と乗算
部112bのクワドラチャーフェーズ出力はそれぞれロ
ーパスフィルタ114a、114bで2ω成分が除去さ
れてsinφ、cosφに相当する直流成分のみが残
る。
The in-phase output of the multiplying unit 112a and the quadrature phase output of the multiplying unit 112b have low-pass filters 114a and 114b respectively removing the 2ω component, leaving only the DC components corresponding to sin φ and cos φ.

【0010】A/D変換部115a、115bで前記イ
ンフェーズ、クワドラチャーフェーズそれぞれの検波出
力をA/D変換し、試料反射の位相検波出力をデジタル
信号に変換してコンピュータ102内のメモリに記憶す
る。コンピュータ102では記憶された試料反射のsi
nφ、cosφ成分から位相と反射強度を演算する。
The A / D converters 115a and 115b A / D-convert the detection outputs of the in-phase and quadrature phases, respectively, and convert the phase detection output of the sample reflection into a digital signal and store it in the memory of the computer 102. To do. The computer 102 stores the sample reflection si
The phase and the reflection intensity are calculated from the nφ and cosφ components.

【0011】Z走査部116は、コンピュータ102か
らの指令で音響レンズと試料の距離を変化させる。コン
ピュータ102によりZ走査部116で音響レンズ10
7と試料109の距離を変化させながら、反射信号の位
相と強度を測定すれば、複素V(z)曲線が得られる。
V(z)曲線と試料の反射関数R(kz )の間には音響
レンズの瞳関数をP(kz )とすれば次の関係がある。
The Z scanning unit 116 changes the distance between the acoustic lens and the sample according to a command from the computer 102. The computer 102 causes the Z scanning unit 116 to use the acoustic lens 10.
A complex V (z) curve can be obtained by measuring the phase and intensity of the reflected signal while changing the distance between 7 and the sample 109.
The pupil function of the acoustic lens P (k z) Tosureba following relationship between V (z) curve and the reflection function of the sample R (k z).

【0012】[0012]

【数3】 (Equation 3)

【0013】kz は超音波の波数kのz成分であり、θ
を超音波の入射角とすればkz =kcosθとなりフー
リエ変換の関係になっている。音響レンズの瞳関数は、
通常は位相がフラットであり、強度は超音波の入射角が
0を最大として緩やかに減少する曲線である。従って、
複素V(z)曲線を逆フーリエ変換した結果は、縦波や
横波の臨界角でピークが現れ、また位相にはレーリー波
の臨界角で360°の変化が現れるので、臨界角とスネ
ルの法則から縦波、横波、レーリー波の音速が計算でき
る。縦波の音速v1 、横波の音速vs が分かり、試料の
密度ρが既知ならば、弾性定数であるヤング率E、横弾
性率G、ポアソン比νは下式より計算される。
K z is the z component of the ultrasonic wave number k, and θ
Is the incident angle of the ultrasonic wave, k z = k cos θ, and there is a Fourier transform relationship. The pupil function of the acoustic lens is
Normally, the phase is flat, and the intensity is a curve in which the incident angle of ultrasonic waves is 0 at maximum and gradually decreases. Therefore,
As a result of inverse Fourier transform of the complex V (z) curve, peaks appear at critical angles of longitudinal waves and transverse waves, and phase changes of 360 ° at the critical angle of Rayleigh waves, so the critical angle and Snell's law The sound velocity of longitudinal wave, transverse wave and Rayleigh wave can be calculated from. If the sound velocity v 1 of the longitudinal wave and the sound velocity v s of the transverse wave are known and the density ρ of the sample is known, the Young's modulus E, the transverse elastic modulus G, and the Poisson's ratio ν which are elastic constants can be calculated by the following equations.

【0014】[0014]

【数4】 (Equation 4)

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た超音波による弾性定数測定方法には次のような欠点が
あった。すなわち、試料の厚さが超音波の波長の5倍程
度より薄い場合、又は基板上に同様の厚さの膜がある場
合に、試料又は膜の弾性定数を測定しようとすると、膜
にラム波と呼ばれる板波の表面波が様々な音速で発生し
て、V(z)曲線が多数の板波の励起により図6に示す
ような非常に複雑な形状になる。この結果、複素V
(z)曲線の逆フーリエ変換の強度には各表面波の臨界
角で谷が生じ、位相には360°の変化が生じるため縦
波と横波の臨界角が検出できず弾性定数の測定が不可能
となる。
However, the above-mentioned method of measuring the elastic constant by ultrasonic waves has the following drawbacks. That is, when the thickness of the sample is thinner than about 5 times the wavelength of the ultrasonic wave, or when there is a film of the same thickness on the substrate, when trying to measure the elastic constant of the sample or the film, the Lamb wave is generated in the film. Surface waves of a plate wave, which is called as, are generated at various sound velocities, and the V (z) curve becomes a very complicated shape as shown in FIG. 6 due to the excitation of a large number of plate waves. As a result, the complex V
(Z) The intensity of the inverse Fourier transform of the curve has a valley at the critical angle of each surface wave, and the phase changes by 360 °, so that the critical angle between the longitudinal wave and the transverse wave cannot be detected and the elastic constant cannot be measured. It will be possible.

【0016】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
測定に使用する超音波の波長の1倍から数倍程度の膜厚
を有するサンプルであっても弾性定数の測定が可能な超
音波測定装置を提供する事を目的とする。
The present invention has been made in view of the above points,
An object of the present invention is to provide an ultrasonic measuring device capable of measuring an elastic constant even for a sample having a film thickness of about 1 to several times the wavelength of ultrasonic waves used for measurement.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。請求項1に対
応する本発明は、周波数可変な高周波バースト波を発生
させるバースト波発振手段と、前記バースト波発振手段
から印加される高周波バースト波を超音波に変換し微小
スポットに収束して試料に入射させ、該試料からの反射
波を再び電気信号に変換した反射信号を送出する第1の
超音波送受信手段と、前記バースト波発振手段から印加
される高周波バースト波を超音波に変換し平面波として
前記試料に入射させ、該試料からの反射波を再び電気信
号に変換した反射信号を送出する第2の超音波送受信手
段と、前記第1の超音波送受信手段と前記試料との間の
超音波入射方向の相対距離を変化させる距離変化手段
と、前記距離変化手段で前記第1の超音波送受信手段と
前記試料との距離を変化させて前記第1の超音波送受信
手段から出力された反射信号からそれぞれの距離での反
射信号の複素情報を測定する複素V(z)測定手段と、
前記バースト波発振手段が発生する高周波バースト波の
周波数を変化させて前記第2の超音波送受信手段から出
力された反射信号からそれぞれの周波数での反射信号の
強度情報を測定する干渉曲線測定手段と、前記複素V
(z)測定手段で測定した複素情報、及び前記干渉曲線
測定手段で測定した強度情報を記憶するメモリと、前記
メモリに記憶された複素情報に基づいて前記試料のレー
リー波の音速を計算する表面波演算手段と、前記メモリ
に記憶された強度情報に基づいて前記試料の縦波の音速
を計算する縦波演算手段と、前記表面波演算手段で計算
したレーリー波の音速と前記縦波演算手段で計算した縦
波の音速とから前記試料の弾性定数を計算する弾性定数
演算手段とから超音波測定装置を構成する。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures. The present invention corresponding to claim 1 relates to a burst wave oscillating means for generating a high frequency burst wave of variable frequency, and a high frequency burst wave applied from the burst wave oscillating means is converted into an ultrasonic wave and converged to a minute spot to form a sample. A first ultrasonic wave transmitting / receiving means for transmitting a reflected signal obtained by converting the reflected wave from the sample into an electric signal again, and a high frequency burst wave applied from the burst wave oscillating means into an ultrasonic wave to generate a plane wave. A second ultrasonic wave transmitting / receiving means for transmitting a reflected signal in which the reflected wave from the sample is converted into an electric signal again, and an ultrasonic wave between the first ultrasonic wave transmitting / receiving means and the sample. A distance changing means for changing the relative distance in the sound wave incident direction, and a distance changing means for changing the distance between the first ultrasonic wave transmitting / receiving means and the sample to obtain the first ultrasonic wave transmitting / receiving means. A complex V (z) measurement means for measuring the complex information of the reflected signals at the respective distances from the output reflected signal,
Interference curve measuring means for changing the frequency of the high frequency burst wave generated by the burst wave oscillating means and measuring intensity information of the reflected signal at each frequency from the reflected signal output from the second ultrasonic wave transmitting / receiving means. , The complex V
(Z) A memory for storing the complex information measured by the measuring means and the intensity information measured by the interference curve measuring means, and a surface for calculating the sound velocity of the Rayleigh wave of the sample based on the complex information stored in the memory. A wave calculation means, a longitudinal wave calculation means for calculating the sound velocity of the longitudinal wave of the sample based on the intensity information stored in the memory, a sound velocity of the Rayleigh wave calculated by the surface wave calculation means, and the longitudinal wave calculation means. An ultrasonic measuring device is constituted by the elastic constant calculating means for calculating the elastic constant of the sample from the sound velocity of the longitudinal wave calculated in step 1.

【0018】本発明によれば、超音波の波長より厚い膜
厚を持つサンプルのときは、複素V(z)曲線を測定
し、複素V(z)曲線を逆フーリエ変換した結果におい
て位相が360°変化している角度のうち最も大きな角
度がレーリー波の臨界角にほぼ等しいことに着目して、
複素V(z)曲線からレーリー波の音速vR を得ること
が出来る。
According to the present invention, in the case of a sample having a film thickness thicker than the wavelength of ultrasonic waves, the phase is 360 when the complex V (z) curve is measured and the inverse Fourier transform is performed on the complex V (z) curve. ° Paying attention that the largest angle among the changing angles is almost equal to the critical angle of Rayleigh wave,
The sound velocity v R of the Rayleigh wave can be obtained from the complex V (z) curve.

【0019】また、試料の表面に垂直な平面超音波を入
射させ、周波数を変えながら試料からの反射信号の強度
を測定すると、試料自体の上面と下面での反射超音波が
干渉し、周波数の変化によって強弱が生じる。この干渉
曲線の谷の周波数間隔Δfと試料の縦波の音速v1 には
試料の膜厚の厚さをdとすれば
When the intensity of the reflected signal from the sample is measured while changing the frequency by injecting a plane ultrasonic wave perpendicular to the surface of the sample, the reflected ultrasonic waves on the upper surface and the lower surface of the sample itself interfere with each other to change the frequency. The change causes strength. Assuming that the frequency interval Δf between the valleys of this interference curve and the sound velocity v 1 of the longitudinal wave of the sample are d, the thickness of the film thickness of the sample is

【0020】[0020]

【数5】 が成り立つので、縦波の音速を得ることが出来る。レー
リー波、縦波、横波の音速の間には
(Equation 5) Therefore, the sound velocity of longitudinal wave can be obtained. Between the speeds of sound of Rayleigh, longitudinal, and transverse waves

【0021】[0021]

【数6】 なる関係があるので、横波の音速を計算できる。(Equation 6) Therefore, we can calculate the shear wave velocity.

【0022】以上により、縦波、横波の音速が得られて
いるので(4)式から弾性定数を計算することが可能と
なる。請求項2に対応する本発明は、上記構成の超音波
測定装置において、複素V(z)データの測定時は前記
バースト波発振手段で発生した高周波バースト波を前記
第1の超音波送受信手段に入力し、干渉データの測定時
は前記バースト波発振手段で発生した高周波バースト波
を前記第2の超音波送受信手段に入力するように切り替
えるスイッチを備えた。
As described above, since the acoustic velocities of the longitudinal wave and the transverse wave are obtained, the elastic constant can be calculated from the equation (4). According to the present invention corresponding to claim 2, in the ultrasonic measuring device having the above-mentioned configuration, when measuring complex V (z) data, a high frequency burst wave generated by the burst wave oscillating means is sent to the first ultrasonic transmitting / receiving means. A switch is provided for inputting and inputting the high frequency burst wave generated by the burst wave oscillating means to the second ultrasonic wave transmitting / receiving means when the interference data is measured.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図1は本発明を超音波測定装置に適用した
実施の形態を示す図である。この超音波測定装置は、C
PU1からバス2を介して発振部3に発振周波数を通知
し、発振周波数を可変できる発振部3がCPU1から指
定された周波数の連続波を発生する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to an ultrasonic measuring device. This ultrasonic measuring device is C
The PU 1 notifies the oscillation frequency to the oscillation section 3 via the bus 2, and the oscillation section 3 capable of varying the oscillation frequency generates a continuous wave having a frequency designated by the CPU 1.

【0024】第1の半導体スイッチ4が発振部3から送
出された連続波の一部を切りとりバースト波を発生して
いる。半導体スイッチ4のa端子を第2の半導体スイッ
チ5のa端子に接続している。第2の半導体スイッチ5
のもう1つの端子bに増幅器6を接続している。第2の
半導体スイッチ5の接続端子を切り換えることにより切
り替えスイッチ7への入出力を切り替えることができ
る。切り替えスイッチ7のa端子には電気音響変換を行
う第1のトランスデューサ8が接続され、もう1つのb
端子には第2のトランスデューサ9が接続されている。
The first semiconductor switch 4 cuts off a part of the continuous wave sent from the oscillator 3 to generate a burst wave. The a terminal of the semiconductor switch 4 is connected to the a terminal of the second semiconductor switch 5. Second semiconductor switch 5
The amplifier 6 is connected to the other terminal b. By switching the connection terminal of the second semiconductor switch 5, input / output to / from the changeover switch 7 can be switched. A first transducer 8 for performing electroacoustic conversion is connected to a terminal of the changeover switch 7, and another b
The second transducer 9 is connected to the terminal.

【0025】第1のトランスデューサ8は音響レンズ1
0の一端面に取り付けられている。音響レンズ10の一
端面から入射した超音波を該レンズの他端面に形成した
レンズ面から微小スポットに収束する超音波にして試料
12に照射する。第2のトランスデューサ9はロッド1
1の一端面に取り付けられている。ロッド11は第2の
トランスデューサ9から入射する超音波を平面波として
試料12に照射する。
The first transducer 8 is the acoustic lens 1
It is attached to one end surface of 0. The ultrasonic wave incident from one end surface of the acoustic lens 10 is irradiated onto the sample 12 as an ultrasonic wave which converges into a minute spot from the lens surface formed on the other end surface of the lens. The second transducer 9 is the rod 1
1 is attached to one end surface. The rod 11 irradiates the sample 12 with the ultrasonic wave incident from the second transducer 9 as a plane wave.

【0026】試料12は試料台13の上の水槽14中に
置かれている。水槽14の中は超音波を伝播するために
カプラ液体15で満たされている。試料12からの反射
波を音響レンズ10、ロッド11で受波し、第1,第2
のトランスデューサ8,9で反射信号に変換し、切り替
えスイッチ7及び第2の半導体スイッチ5を介して増幅
器6へ入力する。
The sample 12 is placed in a water tank 14 on a sample table 13. The water tank 14 is filled with a coupler liquid 15 for propagating ultrasonic waves. The reflected wave from the sample 12 is received by the acoustic lens 10 and the rod 11,
Are converted into reflected signals by the transducers 8 and 9 and input to the amplifier 6 via the changeover switch 7 and the second semiconductor switch 5.

【0027】増幅器6の出力段には2つの乗算部16
a,16bが並列に接続されている。乗算部16aに発
振部3の出力する連続波を2分割した一方が第1参照信
号として入力する。もう一つの乗算部16bに前記連続
波を2分割したもう一方の出力を例えば90°ハイブリ
ッドで構成される90°移相部17を通して90°位相
を遅らせて第2参照信号として入力している。乗算部1
6a,16bの出力段には、高周波成分を除去するため
にローパスフィルタ18a,18bをそれぞれ接続して
いる。
The output stage of the amplifier 6 has two multiplication units 16
a and 16b are connected in parallel. One of the two continuous waves output from the oscillator 3 is input to the multiplier 16a as the first reference signal. The other output obtained by dividing the continuous wave into two is input to the other multiplication section 16b as a second reference signal with a 90 ° phase delay through a 90 ° phase shift section 17 composed of, for example, a 90 ° hybrid. Multiplication unit 1
Low-pass filters 18a and 18b are connected to the output stages of 6a and 16b, respectively, for removing high-frequency components.

【0028】ローパスフィルタ18a,18bは、少な
くとも測定時に発振部3の出力する連続波が持つ周波数
の2倍の周波数が除去できるようなカットオフ周波数が
設定されている。
The low-pass filters 18a and 18b are set to have a cutoff frequency that can remove at least twice the frequency of the continuous wave output from the oscillator 3 during measurement.

【0029】ローパスフィルタ18a,18bを通った
反射信号はA/D変換部19a,19bでA/D変換さ
れ、それぞれの変換出力をバス2を通ってメモリ20に
入力している。
The reflected signals that have passed through the low-pass filters 18a and 18b are A / D converted by the A / D converters 19a and 19b, and the respective converted outputs are input to the memory 20 through the bus 2.

【0030】バス2には全体のタイミングを制御する制
御部21と試料12と音響レンズ10との間の距離を変
化させるZ走査部22、その移動距離を測定するZ測距
部23が接続されている。
Connected to the bus 2 are a control unit 21 for controlling the overall timing, a Z scanning unit 22 for changing the distance between the sample 12 and the acoustic lens 10, and a Z distance measuring unit 23 for measuring the moving distance. ing.

【0031】ここで、メモリ20には、複素V(z)曲
線を測定するための処理内容が定められたV(z)測定
プログラム20a、干渉曲線を測定するための処理内容
が定められた干渉測定プログラム20b、複素V(z)
曲線からレーリー波音速を求めるための処理内容が定め
られた複素V(z)解析プログラム20c、干渉曲線か
ら縦波の音速を求めるための処理内容が定められた縦波
音速解析プログラム20d、レーリー波、縦波音速から
弾性定数を計算するための処理内容が定められた弾性定
数計算プログラム20eが格納されている。
Here, in the memory 20, a V (z) measurement program 20a in which the processing content for measuring the complex V (z) curve is defined, and an interference in which the processing content for measuring the interference curve is defined. Measurement program 20b, complex V (z)
Complex V (z) analysis program 20c in which the processing content for determining the Rayleigh wave sound velocity from the curve is defined, Longitudinal wave sound velocity analysis program 20d in which the processing content for determining the sound velocity of the longitudinal wave from the interference curve is defined, Rayleigh wave An elastic constant calculation program 20e in which the processing content for calculating the elastic constant from the longitudinal sound velocity is defined is stored.

【0032】次に、以上のように構成された本実施形態
の動作について、図2に示すタイムチャートを参照して
説明する。先ず、V(z)測定プログラム20aを起動
して、試料12の複素V(z)曲線を測定する。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described with reference to the time chart shown in FIG. First, the V (z) measurement program 20a is activated to measure the complex V (z) curve of the sample 12.

【0033】測定に先立ち、CPU1からバス2を通し
て切り替えスイッチ7に指令を与えて切り替えスイッチ
7をa端子に接続し、バースト波が第1のトランスデュ
ーサ8に印加されるように設定する。一方で、発振部3
がCPU1から指示された発振周波数にて図2(a)に
示すように常時一定周波数の連続波を出力する。
Prior to the measurement, the CPU 1 issues a command to the changeover switch 7 through the bus 2 to connect the changeover switch 7 to the a terminal so that the burst wave is applied to the first transducer 8. On the other hand, the oscillator 3
Outputs a continuous wave of a constant frequency at the oscillation frequency designated by the CPU 1, as shown in FIG.

【0034】CPU1から制御部21に図2(b)に示
す送信トリガが入力されると、同図(c)に示すように
制御部21が送信トリガに同期して発振器3の周波数の
数10周期分の時間幅を持ったON、OFF信号を第1
の半導体スイッチ4に出力し、同図(d)に示すように
ON、OFF信号より数10nsec早くオンになり、
数10nsec遅くオフになる切り替え信号を第2の半
導体スイッチ5に出力する。
When the transmission trigger shown in FIG. 2B is input from the CPU 1 to the control unit 21, the control unit 21 synchronizes with the transmission trigger as shown in FIG. The first is an ON / OFF signal with a period width
Output to the semiconductor switch 4 of, and as shown in (d) of FIG.
A switching signal that turns off after several tens of nanoseconds is output to the second semiconductor switch 5.

【0035】第1の半導体スイッチ4は、前記ON、O
FF信号のON、OFF状態に対応して切り替わり、O
Nの時は発振器3の発生した信号が第2の半導体スイッ
チ5に出力する。このようにして図2(e)に示す送信
バースト信号が作られる。
The first semiconductor switch 4 has the ON and O states.
Switching according to the ON / OFF state of the FF signal,
When N, the signal generated by the oscillator 3 is output to the second semiconductor switch 5. In this way, the transmission burst signal shown in FIG. 2 (e) is created.

【0036】第2の半導体スイッチ5は、制御部21か
らの切り替え信号がONの時は第1の半導体スイッチ4
側であるa端子に接続し、切り替え信号がOFFの時は
増幅器6へ切り替わる。前記送信バースト信号は、第2
の半導体スイッチ5がa端子に接続されている間に切り
替えスイッチ7を通り第1のトランスデューサ8に印加
される。
The second semiconductor switch 5 is connected to the first semiconductor switch 4 when the switching signal from the controller 21 is ON.
When the switching signal is OFF, the amplifier 6 is switched to. The transmission burst signal is the second
Is applied to the first transducer 8 through the changeover switch 7 while the semiconductor switch 5 of FIG.

【0037】送信バースト波は第1のトランスデューサ
8で電気音響変換され超音波に変換される。この超音波
は、音響レンズ10を伝播し収束してカプラ液体15を
通り試料12に入射する。入射した超音波は、試料12
で反射され、再びカプラ液体15、音響レンズ10を伝
播して第1のトランスデューサ8で電気信号に変換され
反射信号として送出される。ここで、図2(f)に示す
ように反射信号には試料反射成分の他に送信漏れ、レン
ズ第1反射成分、レンズ第2反射成分等が含まれてい
る。
The transmitted burst wave is electroacoustic converted by the first transducer 8 and converted into ultrasonic waves. This ultrasonic wave propagates through the acoustic lens 10, converges, passes through the coupler liquid 15, and enters the sample 12. The incident ultrasonic wave is the sample 12
Is reflected by the first transducer 8 and is propagated through the coupler liquid 15 and the acoustic lens 10 again, converted into an electric signal by the first transducer 8 and transmitted as a reflected signal. Here, as shown in FIG. 2F, in addition to the sample reflection component, the reflection signal includes transmission leakage, the first lens reflection component, the second lens reflection component, and the like.

【0038】第2の半導体スイッチ5がb端子に接続さ
れているとき、このような反射信号が増幅器6で増幅さ
れ、乗算部16a,16bに入力される。乗算部16a
では発振器3の出力する連続波を参照信号として反射信
号との乗算を行ない、その結果を出力する。一方、発振
器3の出力する信号を移相部17で位相を90°遅らせ
た第2参照信号が乗算部16bで反射信号に乗算され、
その結果が出力される。それぞれの乗算部16a,16
bで乗算された信号はローパスフィルタ18a,18b
で発振器3の2倍の周波数成分が除去され、図2(g)
に示すように、cosφ,sinφに相当する大きさの
矩形波が抽出される。このようにして位相検波されたロ
ーパスフィルタ18a,18bの出力はA/D変換部1
9a,19bに入力する。位相検波された信号には、試
料からの反射の他にレンズ内部反射などがあるので多数
の矩形波が含まれる。
When the second semiconductor switch 5 is connected to the b terminal, such a reflected signal is amplified by the amplifier 6 and input to the multiplication units 16a and 16b. Multiplication unit 16a
Then, the continuous wave output from the oscillator 3 is used as a reference signal for multiplication with the reflected signal, and the result is output. On the other hand, the second reference signal obtained by delaying the signal output from the oscillator 3 by 90 degrees in the phase shift section 17 is multiplied by the reflected signal in the multiplication section 16b,
The result is output. Each multiplication unit 16a, 16
The signals multiplied by b are low-pass filters 18a and 18b.
2 times the frequency component of the oscillator 3 is removed by
As shown in, a rectangular wave having a size corresponding to cos φ and sin φ is extracted. The outputs of the low-pass filters 18a and 18b thus phase-detected are A / D converter 1
Input to 9a and 19b. The phase-detected signal contains a large number of rectangular waves because there is internal reflection of the lens in addition to the reflection from the sample.

【0039】A/D変換部19a,19bでは、この多
数の信号から試料反射を取り出す。そのため、図2
(h)に示すように送信トリガに対してTdだけ遅れた
タイミングとなるA/D変換トリガ信号を制御部21が
つくり、A/D変換部19a,19bへトリガ信号とし
て入力する。A/D変換部19a,19bはそれぞれの
検波出力をA/D変換し試料反射の位相検波出力を示す
デジタル信号に変換してメモリに記憶する。
In the A / D converters 19a and 19b, the sample reflection is extracted from the large number of signals. Therefore,
As shown in (h), the control unit 21 creates an A / D conversion trigger signal whose timing is delayed by Td with respect to the transmission trigger, and inputs it to the A / D conversion units 19a and 19b as a trigger signal. The A / D converters 19a and 19b perform A / D conversion on the respective detection outputs to convert them into digital signals indicating the phase detection outputs of the sample reflection and store them in the memory.

【0040】以上の動作により、1つのZ位置での複素
情報が取得される。Z位置での複素情報が取得される度
に、CPU1からZ走査部22に指令を入力して音響レ
ンズ10と試料12との間の超音波入射方向の距離を変
化させる。それぞれのZ位置において上記の処理を繰り
返し、試料反射の複素情報cosφ,sinφをZ測距
部23で検出される移動量と共にV(z)データとして
メモリ20に取り込む。
By the above operation, the complex information at one Z position is acquired. Each time complex information at the Z position is acquired, a command is input from the CPU 1 to the Z scanning unit 22 to change the distance in the ultrasonic wave incident direction between the acoustic lens 10 and the sample 12. The above-described processing is repeated at each Z position, and the complex information cosφ and sinφ of the sample reflection are stored in the memory 20 as V (z) data together with the movement amount detected by the Z distance measuring unit 23.

【0041】なお、前記送信開始からA/D変換トリガ
を発生するまでの時間遅延量TdはCPU1から制御部
21に対して設定可能となっている。複素V(z)デー
タの測定を行うときは、初めにオシロスコープ等を見な
がら試料反射の位置にA/D変換のタイミングTdを合
わせる。しかし、A/D変換の最適なタイミングは音響
レンズ10と試料12との距離が変化するのに応じて変
化する。そこで、測定開始の位置からのZ方向の移動量
をΔZ、タイミングのズレをΔTd、カプラの音速をv
とすれば、CPU1がA/D変換のタイミングを以下の
式にて計算してタイミングを変化させる。
The time delay amount Td from the start of transmission to the generation of the A / D conversion trigger can be set from the CPU 1 to the control unit 21. When the complex V (z) data is measured, the A / D conversion timing Td is first adjusted to the sample reflection position while looking at the oscilloscope or the like. However, the optimum timing of the A / D conversion changes as the distance between the acoustic lens 10 and the sample 12 changes. Therefore, the amount of movement in the Z direction from the measurement start position is ΔZ, the timing shift is ΔTd, and the acoustic velocity of the coupler is v.
Then, the CPU 1 calculates the A / D conversion timing by the following formula and changes the timing.

【0042】[0042]

【数7】 (Equation 7)

【0043】次に、干渉測定プログラム20bを起動し
て試料12について干渉データの測定を実施する。初め
に、CPU1からの指令により切り替えスイッチ7をb
端子に接続して第2のトランスデューサ9側に切り替え
る。この結果、第2のトランスデューサ9へ送信バース
ト波を供給可能な状態になる。
Next, the interference measurement program 20b is activated to measure the interference data of the sample 12. First, the changeover switch 7 is turned on by a command from the CPU 1.
It connects with a terminal and it switches to the 2nd transducer 9 side. As a result, the transmission burst wave can be supplied to the second transducer 9.

【0044】次に、CPU1から制御部21に送信トリ
ガが入力された制御部21が第1の半導体スイッチ4を
制御して送信バースト信号を作り、この送信バースト信
号を切り替えスイッチ7が第2のトランスデューサ9に
印加する。第2のトランスデューサ9が送信バースト波
を超音波に変換し、ロッド11から試料12に対して垂
直な平面超音波が入射する。
Next, the control unit 21 to which the transmission trigger is inputted from the CPU 1 to the control unit 21 controls the first semiconductor switch 4 to generate a transmission burst signal, and the switch 7 switches the transmission burst signal to the second switch. Apply to the transducer 9. The second transducer 9 converts the transmitted burst wave into ultrasonic waves, and the planar ultrasonic waves perpendicular to the sample 12 are incident from the rod 11.

【0045】試料12が超音波の波長の数倍長よりも薄
いときには、試料自体の上面と下面での各反射超音波が
干渉する。超音波(送信バースト信号)周波数を変えな
がら試料からの反射信号の強度を測定すると、周波数の
変化によって干渉に強弱が生じる。
When the sample 12 is thinner than several times the wavelength of the ultrasonic wave, the reflected ultrasonic waves on the upper and lower surfaces of the sample itself interfere with each other. When the intensity of the reflected signal from the sample is measured while changing the frequency of the ultrasonic wave (transmission burst signal), the change in frequency causes strong and weak interference.

【0046】そこで、干渉データの測定を行っている期
間は、CPU1からの指令により発振器3の発振周波数
を連続的に変化させて超音波の周波数を変化させる。こ
のような状態で第2のトランスデューサ9で電気信号に
変換された反射信号の強度を後段の乗算部16a,16
bで位相検波して、その位相検波出力を周波数の値と共
にメモリ20に干渉データとして取り込む。
Therefore, while the interference data is being measured, the oscillation frequency of the oscillator 3 is continuously changed by the instruction from the CPU 1 to change the frequency of the ultrasonic wave. In such a state, the intensities of the reflected signals converted into the electric signals by the second transducer 9 are used as the multiplication units 16a, 16 in the subsequent stage.
The phase detection is performed in b, and the phase detection output is loaded into the memory 20 as interference data together with the frequency value.

【0047】なお、干渉データの測定を行っている期間
はZ走査部22は動かさない。以上のようにして、複素
V(z)データの測定が終了したら複素V(z)解析プ
ログラム20cを起動する。CPU1は複素V(z)解
析プログラム20cに基づいて動作し、既に測定してメ
モリ上に記憶されている複素V(z)データを逆フーリ
エ変換して、図3に示すような逆フーリエ変換曲線を取
得する。そして図3に矢印で示すような、その位相が3
60°変化している超音波の入射角度の中から最も大き
な角度を選び、下式にてスネルの法則によってレーリー
波の音速vR を求める。
The Z scanning unit 22 does not move while the interference data is being measured. When the measurement of the complex V (z) data is completed as described above, the complex V (z) analysis program 20c is activated. The CPU 1 operates based on the complex V (z) analysis program 20c, performs an inverse Fourier transform on the complex V (z) data that has already been measured and stored in the memory, and then performs an inverse Fourier transform curve as shown in FIG. To get. The phase is 3 as shown by the arrow in FIG.
The largest angle is selected from the incident angles of the ultrasonic waves that are changed by 60 °, and the sound velocity v R of the Rayleigh wave is calculated by Snell's law by the following formula.

【0048】[0048]

【数8】 (Equation 8)

【0049】また、干渉データの測定が終了したなら
ば、縦波解析プログラム20dを起動する。縦波解析プ
ログラム20dは、メモリ20上に記憶されている反射
信号の信号強度と周波数との関係を示す干渉データから
図4に示すような干渉曲線を認識して、該干渉曲線から
矢印A,B,C,Dで示す様な谷の間隔の平均値Δfを
求め、このΔfを上記した(5)式に代入して縦波の音
速v1 を計算する。
When the measurement of the interference data is completed, the longitudinal wave analysis program 20d is activated. The longitudinal wave analysis program 20d recognizes the interference curve as shown in FIG. 4 from the interference data indicating the relationship between the signal intensity and the frequency of the reflected signal stored in the memory 20, and detects the arrow A, from the interference curve. The average value Δf of the intervals of the valleys shown by B, C, and D is obtained, and this Δf is substituted into the above-mentioned equation (5) to calculate the sound velocity v 1 of the longitudinal wave.

【0050】このようにして、レーリー波の音速vR
縦波音速v1 とを求めた後に、弾性定数計算プログラム
20eを起動して弾性定数を計算する。すなわち、
(6)式よりレーリー波の音速vR と縦波音速v1 とか
ら横波音速vS を求め、縦波音速vl と横波音速vS
を(4)式に代入して弾性定数を算出する。
After the sound velocity v R of the Rayleigh wave and the sound velocity v 1 of the longitudinal wave are obtained in this way, the elastic constant calculation program 20e is started to calculate the elastic constant. That is,
The transverse wave sound velocity v S is obtained from the Rayleigh wave sound velocity v R and the longitudinal wave sound velocity v 1 from the formula (6), and the longitudinal wave sound velocity v l and the transverse wave sound velocity v S are substituted into the formula (4) to calculate the elastic constant. To do.

【0051】尚、試料12の厚さが超音波の波長の5倍
程度より厚ければ、従来と同様に、複素V(z)曲線の
みにより縦波、横波の音速を求め弾性定数を計算する。
このように本実施形態によれば、複素V(z)曲線を測
定すると共に平面波による反射信号の干渉曲線を測定
し、前者からレーリー波音速を求め、後者から縦波音速
を求め、レーリー波音速及び縦波音速から試料12の弾
性定数を計算するようにしたので、波長の数倍程度の厚
さ(数10μm程度)の膜の弾性定数を測定できる。
If the thickness of the sample 12 is thicker than about 5 times the wavelength of the ultrasonic wave, the acoustic constants of the longitudinal wave and the transverse wave are calculated only by the complex V (z) curve, and the elastic constant is calculated, as in the conventional case. .
As described above, according to the present embodiment, the complex V (z) curve is measured and the interference curve of the reflected signal due to the plane wave is measured, the Rayleigh wave sound velocity is obtained from the former, the longitudinal wave sound velocity is obtained from the latter, and the Rayleigh wave sound velocity is obtained. Also, since the elastic constant of the sample 12 is calculated from the longitudinal sound velocity, the elastic constant of a film having a thickness of several times the wavelength (about several tens of μm) can be measured.

【0052】なお、この実施形態では干渉曲線の測定に
位相検波を用いているが、反射信号強度の測定はこれに
限定されるものではない。縦波音速測定には強度のデー
タしか使用しないので干渉曲線は強度検波により取得し
ても良い。
In this embodiment, the phase detection is used for measuring the interference curve, but the measurement of the reflected signal strength is not limited to this. Since only the intensity data is used for the longitudinal wave sound velocity measurement, the interference curve may be acquired by intensity detection.

【0053】また、音響レンズとロッドの2つのデバイ
スを切り替えスイッチで切り替え手いるが、コネクター
にして装着交換することも考えられる。本発明は上記実
施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々変形実施可能である。
Further, the two devices of the acoustic lens and the rod are switched by a changeover switch, but it is also conceivable to connect and replace them by making them connectors. The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、複
素V(z)曲線からレーリー波音速を求め、干渉曲線か
ら縦波音速を求め、レーリー波音速及び縦波音速から試
料の弾性定数を計算するようにしたので、測定に使用す
る超音波の波長の1倍から数倍程度の膜厚を有するサン
プルであっても弾性定数の測定が可能な超音波測定装置
を提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, the Rayleigh wave sound velocity is obtained from the complex V (z) curve, the longitudinal wave sound velocity is obtained from the interference curve, and the elasticity of the sample is calculated from the Rayleigh wave sound velocity and the longitudinal wave sound velocity. Since the constant is calculated, it is possible to provide an ultrasonic measuring device capable of measuring the elastic constant even for a sample having a film thickness of about 1 to several times the wavelength of the ultrasonic wave used for measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る超音波測定装置の構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic measurement device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す超音波測定装置の動作を示すタイム
チャートである。
FIG. 2 is a time chart showing the operation of the ultrasonic measurement device shown in FIG.

【図3】複素V(z)曲線の逆フーリエ変換波形を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing an inverse Fourier transform waveform of a complex V (z) curve.

【図4】干渉曲線を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an interference curve.

【図5】従来の超音波測定装置の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional ultrasonic measurement device.

【図6】複素V(z)曲線の逆フーリエ変換波形を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing an inverse Fourier transform waveform of a complex V (z) curve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…CPU、2…バス、3…発振部、4…第1の半導体
スイッチ、5…第2の半導体スイッチ、6…増幅器、7
…切り替えスイッチ、8…第1のトランスデューサ、9
…第2のトランスデューサ、10…音響レンズ、11…
ロッド、12…試料、16a,16b…乗算部、17…
移相部、18a,18b…ローパスフィルタ、19a,
19b…A/D変換部、20…メモリ。
1 ... CPU, 2 ... Bus, 3 ... Oscillator, 4 ... First semiconductor switch, 5 ... Second semiconductor switch, 6 ... Amplifier, 7
… Changeover switch, 8… First transducer, 9
... second transducer, 10 ... acoustic lens, 11 ...
Rod, 12 ... Sample, 16a, 16b ... Multiplying section, 17 ...
Phase shift section, 18a, 18b ... Low-pass filter, 19a,
19b ... A / D converter, 20 ... Memory.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 周波数可変な高周波バースト波を発生さ
せるバースト波発振手段と、 前記バースト波発振手段から印加される高周波バースト
波を超音波に変換し微小スポットに収束して試料に入射
させ、該試料からの反射波を再び電気信号に変換した反
射信号を送出する第1の超音波送受信手段と、 前記バースト波発振手段から印加される高周波バースト
波を超音波に変換し平面波として前記試料に入射させ、
該試料からの反射波を再び電気信号に変換した反射信号
を送出する第2の超音波送受信手段と、 前記第1の超音波送受信手段と前記試料との間の超音波
入射方向の相対距離を変化させる距離変化手段と、 前記距離変化手段で前記第1の超音波送受信手段と前記
試料との距離を変化させて前記第1の超音波送受信手段
から出力された反射信号からそれぞれの距離での反射信
号の複素情報を測定する複素V(z)測定手段と、 前記バースト波発振手段が発生する高周波バースト波の
周波数を変化させて前記第2の超音波送受信手段から出
力された反射信号からそれぞれの周波数での反射信号の
強度情報を測定する干渉曲線測定手段と、 前記複素V(z)測定手段で測定した複素情報、及び前
記干渉曲線測定手段で測定した強度情報を記憶するメモ
リと、 前記メモリに記憶された複素情報に基づいて前記試料の
レーリー波の音速を計算する表面波演算手段と、 前記メモリに記憶された強度情報に基づいて前記試料の
縦波の音速を計算する縦波演算手段と、 前記表面波演算手段で計算したレーリー波の音速と前記
縦波演算手段で計算した縦波の音速とから前記試料の弾
性定数を計算する弾性定数演算手段とを具備したことを
特徴とする超音波測定装置。
1. A burst wave oscillating means for generating a variable frequency high frequency burst wave, and a high frequency burst wave applied from the burst wave oscillating means converted into ultrasonic waves, converged into a minute spot and made incident on a sample, A first ultrasonic wave transmitting / receiving means for transmitting a reflected signal obtained by converting the reflected wave from the sample into an electric signal again, and a high frequency burst wave applied from the burst wave oscillating means is converted into an ultrasonic wave and incident on the sample as a plane wave. Let
A second ultrasonic transmission / reception means for transmitting a reflection signal obtained by converting a reflected wave from the sample into an electric signal again, and a relative distance in the ultrasonic wave incident direction between the first ultrasonic transmission / reception means and the sample are shown. The distance changing means for changing the distance, and the distance changing means for changing the distance between the first ultrasonic wave transmitting / receiving means and the sample, and changing the distance at each distance from the reflection signal output from the first ultrasonic wave transmitting / receiving means. Complex V (z) measuring means for measuring the complex information of the reflected signal, and the reflected signal output from the second ultrasonic wave transmitting / receiving means by changing the frequency of the high frequency burst wave generated by the burst wave oscillating means, respectively. Interference curve measuring means for measuring the intensity information of the reflected signal at the frequency, the complex information measured by the complex V (z) measuring means, and the intensity information measured by the interference curve measuring means. Memory, a surface wave calculation means for calculating the sound velocity of the Rayleigh wave of the sample based on the complex information stored in the memory, and a sound velocity of the longitudinal wave of the sample based on the intensity information stored in the memory. Longitudinal wave calculation means, and elastic constant calculation means for calculating the elastic constant of the sample from the sound velocity of the Rayleigh wave calculated by the surface wave calculation means and the sound velocity of the longitudinal wave calculated by the longitudinal wave calculation means. An ultrasonic measuring device characterized by the above.
【請求項2】 請求項1記載の超音波測定装置におい
て、 複素V(z)データの測定時は前記バースト波発振手段
で発生した高周波バースト波を前記第1の超音波送受信
手段に入力し、干渉データの測定時は前記バースト波発
振手段で発生した高周波バースト波を前記第2の超音波
送受信手段に入力するように切り替えるスイッチを具備
したことを特徴とする超音波測定装置。
2. The ultrasonic measuring device according to claim 1, wherein when the complex V (z) data is measured, a high frequency burst wave generated by the burst wave oscillating means is input to the first ultrasonic wave transmitting / receiving means, An ultrasonic measurement device comprising a switch for inputting a high frequency burst wave generated by the burst wave oscillating means into the second ultrasonic wave transmitting / receiving means during measurement of interference data.
JP7230133A 1995-09-07 1995-09-07 Ultrasonic measuring apparatus Withdrawn JPH0972889A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7124635B2 (en) * 2004-08-06 2006-10-24 Tohoku University Evaluation method for coefficient of thermal expansion of ultra-low-expansion glass material
CN108180974A (en) * 2018-01-22 2018-06-19 南京林业大学 A kind of ultrasound two-slit interference acoustic velocity measutement instrument and its measuring method

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