JPH10288607A - 超音波センサ - Google Patents
超音波センサInfo
- Publication number
- JPH10288607A JPH10288607A JP9097214A JP9721497A JPH10288607A JP H10288607 A JPH10288607 A JP H10288607A JP 9097214 A JP9097214 A JP 9097214A JP 9721497 A JP9721497 A JP 9721497A JP H10288607 A JPH10288607 A JP H10288607A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光ファイバ固有の超音波信号のみならず各種超
音波を検出可能とする。 【解決手段】パルスレーザ光源１と、光源１の発するパ
ルスレーザ光２を液体５中に送り込む光ファイバ４と、
パルスレーザ光２を液体５が吸収することにより発生し
た超音波６が液体５中の対象物体７から反射した超音波
８により振動するダイヤフラム２２と、レーザ光源２４
と、光源２４からのレーザ光２５をダイヤフラム２２面
に導波する光ファイバ９と、ダイヤフラム２２面からの
反射レーザ光２６を光ファイバ９で受光して光ファイバ
９の途中から分岐させる分岐器２３と、反射レーザ光２
６の中からダイヤフラム２２の振動による光周波数の変
化を抽出する光周波数フィルタ２７と、フィルタ２７か
らの出力信号を電気信号に変換する受光器２８と、受光
器２８からの電気信号の波形を観察する観察器２９から
構成される。
音波を検出可能とする。 【解決手段】パルスレーザ光源１と、光源１の発するパ
ルスレーザ光２を液体５中に送り込む光ファイバ４と、
パルスレーザ光２を液体５が吸収することにより発生し
た超音波６が液体５中の対象物体７から反射した超音波
８により振動するダイヤフラム２２と、レーザ光源２４
と、光源２４からのレーザ光２５をダイヤフラム２２面
に導波する光ファイバ９と、ダイヤフラム２２面からの
反射レーザ光２６を光ファイバ９で受光して光ファイバ
９の途中から分岐させる分岐器２３と、反射レーザ光２
６の中からダイヤフラム２２の振動による光周波数の変
化を抽出する光周波数フィルタ２７と、フィルタ２７か
らの出力信号を電気信号に変換する受光器２８と、受光
器２８からの電気信号の波形を観察する観察器２９から
構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、不可視液体中を可
視化する超音波映像化装置用超音波センサに関する。
視化する超音波映像化装置用超音波センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、不可視液体中を可視化するための
超音波センサが広く用いられている。この従来の超音波
センサの全体構成を図２に示す。パルスレーザ光源１か
ら発生したパルス光２は光学系３により光ファイバ４に
絞り込まれ、光ファイバ４中を伝搬して液体５中に導か
れる。光ファイバ４の端面から液体５中に入射されたパ
ルス光は液体５に吸収されるため熱に変換され、アブレ
ーションや熱弾性作用で超音波６が発生する。
超音波センサが広く用いられている。この従来の超音波
センサの全体構成を図２に示す。パルスレーザ光源１か
ら発生したパルス光２は光学系３により光ファイバ４に
絞り込まれ、光ファイバ４中を伝搬して液体５中に導か
れる。光ファイバ４の端面から液体５中に入射されたパ
ルス光は液体５に吸収されるため熱に変換され、アブレ
ーションや熱弾性作用で超音波６が発生する。
【０００３】発生した超音波６は対象物体７で反射され
て反射超音波８として光ファイバ９にもどり、光ファイ
バ９の端面を弾性振動させ、ドップラシフトを生起させ
る。このドップラシフトによる周波数成分を抽出するた
め、検出用レーザ光源１２からレーザ光を発生させ、こ
のレーザ光を干渉計１０を介して光ファイバ９中を伝搬
させ、光ファイバ９端面で反射したレーザ光を干渉計１
０に戻す。そして、位相もしくは周波数変調成分を干渉
計１０により光強度の変化量に変換し、受光器１１で電
気信号に変換する。
て反射超音波８として光ファイバ９にもどり、光ファイ
バ９の端面を弾性振動させ、ドップラシフトを生起させ
る。このドップラシフトによる周波数成分を抽出するた
め、検出用レーザ光源１２からレーザ光を発生させ、こ
のレーザ光を干渉計１０を介して光ファイバ９中を伝搬
させ、光ファイバ９端面で反射したレーザ光を干渉計１
０に戻す。そして、位相もしくは周波数変調成分を干渉
計１０により光強度の変化量に変換し、受光器１１で電
気信号に変換する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の超音波セン
サによれば、以下に示す問題が生じる。すなわち、光フ
ァイバ９端面に伝わる超音波を受信するので、光ファイ
バ９端面の面積に比例した超音波強度しか得られない。
一般的には、光ファイバ９端面は直径数ｍｍ〜数１００
μｍしかないので超音波の波長相当程度にすぎず、この
ため超音波の検出感度は極めて低い。また、受信できる
超音波は光ファイバの直径や弾性率により音響工学的に
決定されるため、光ファイバ毎の固有の超音波信号のみ
しか受信できない。
サによれば、以下に示す問題が生じる。すなわち、光フ
ァイバ９端面に伝わる超音波を受信するので、光ファイ
バ９端面の面積に比例した超音波強度しか得られない。
一般的には、光ファイバ９端面は直径数ｍｍ〜数１００
μｍしかないので超音波の波長相当程度にすぎず、この
ため超音波の検出感度は極めて低い。また、受信できる
超音波は光ファイバの直径や弾性率により音響工学的に
決定されるため、光ファイバ毎の固有の超音波信号のみ
しか受信できない。
【０００５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、超音波の受信を高
感度に行うことを可能とし、光ファイバ毎の波長の超音
波信号のみならず、各種の超音波を検出することのでき
る超音波センサを提供することにある。
たもので、その目的とするところは、超音波の受信を高
感度に行うことを可能とし、光ファイバ毎の波長の超音
波信号のみならず、各種の超音波を検出することのでき
る超音波センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波センサ
は、第一のレーザ光発生手段と、この第一のレーザ光発
生手段から発生した第一のレーザ光を液体中に導波する
導波手段と、この導波手段により導波された前記第一の
レーザ光を液体が吸収することにより発生した超音波の
うち、液中の対象物体で反射した超音波により振動する
ダイヤフラムと、第二のレーザ光発生手段と、この第二
のレーザ光発生手段からの第二のレーザ光を前記ダイヤ
フラム面に導波する光ファイバと、前記ダイヤフラム面
に導波されて反射した反射レーザ光を前記光ファイバで
受光して該光ファイバの途中から分岐させる分岐器と、
この分岐器で分岐された前記反射レーザ光の中から前記
ダイヤフラムの振動による光周波数の変化を抽出するフ
ィルタと、このフィルタからの出力信号を電気信号に変
換する受光器と、この受光器からの電気信号の波形を観
察する観察器とを具備してなることを特徴とする。
は、第一のレーザ光発生手段と、この第一のレーザ光発
生手段から発生した第一のレーザ光を液体中に導波する
導波手段と、この導波手段により導波された前記第一の
レーザ光を液体が吸収することにより発生した超音波の
うち、液中の対象物体で反射した超音波により振動する
ダイヤフラムと、第二のレーザ光発生手段と、この第二
のレーザ光発生手段からの第二のレーザ光を前記ダイヤ
フラム面に導波する光ファイバと、前記ダイヤフラム面
に導波されて反射した反射レーザ光を前記光ファイバで
受光して該光ファイバの途中から分岐させる分岐器と、
この分岐器で分岐された前記反射レーザ光の中から前記
ダイヤフラムの振動による光周波数の変化を抽出するフ
ィルタと、このフィルタからの出力信号を電気信号に変
換する受光器と、この受光器からの電気信号の波形を観
察する観察器とを具備してなることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態
に係る超音波センサの全体構成を示す図である。１は第
一のレーザ光発生手段であるパルスレーザ光源であり、
例えばＱスイッチ付ＹＡＧレーザ等が用いられる。この
パルスレーザ光源１から発生したパルスレーザ光２は光
学系３により絞り込まれて光ファイバ４に入射される。
光ファイバ４の出射側は不可視液体５中に位置するよう
に設けられ、その液体５中にある端面にはダイヤフラム
２２が取り付けられている。
の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態
に係る超音波センサの全体構成を示す図である。１は第
一のレーザ光発生手段であるパルスレーザ光源であり、
例えばＱスイッチ付ＹＡＧレーザ等が用いられる。この
パルスレーザ光源１から発生したパルスレーザ光２は光
学系３により絞り込まれて光ファイバ４に入射される。
光ファイバ４の出射側は不可視液体５中に位置するよう
に設けられ、その液体５中にある端面にはダイヤフラム
２２が取り付けられている。
【０００８】光ファイバ４に入射したパルスレーザ光２
は光ファイバ４中を伝搬して液体５中に導波される。液
体５において、パルスレーザ光２は液体５に吸収される
ため熱に変換され、アブレーションや熱弾性効果により
超音波６が発生するようになっている。
は光ファイバ４中を伝搬して液体５中に導波される。液
体５において、パルスレーザ光２は液体５に吸収される
ため熱に変換され、アブレーションや熱弾性効果により
超音波６が発生するようになっている。
【０００９】発生した超音波６は液体５中にある対象物
体７で反射し、反射波の一部がダイヤフラム２２に到達
する。このダイヤフラム２２には光ファイバ９の一端が
光学的に結合されている。また、ダイヤフラム２２裏面
にはレーザ光が反射するように鏡面加工され、かつ液中
を伝搬する超音波の振動に応じて振動するようになって
いる。さらに、ダイヤフラム２２は、超音波信号を受信
するために、伝わってくる超音波の特性、例えば周波数
に合致する音響特性をもつものである。
体７で反射し、反射波の一部がダイヤフラム２２に到達
する。このダイヤフラム２２には光ファイバ９の一端が
光学的に結合されている。また、ダイヤフラム２２裏面
にはレーザ光が反射するように鏡面加工され、かつ液中
を伝搬する超音波の振動に応じて振動するようになって
いる。さらに、ダイヤフラム２２は、超音波信号を受信
するために、伝わってくる超音波の特性、例えば周波数
に合致する音響特性をもつものである。
【００１０】光ファイバ９の他端に接続された分岐器２
３により、光ファイバ９に通じる光路はレーザ光源２４
及び光周波数フィルタ２７に分岐されている。すなわ
ち、レーザ光源２４から発せられたレーザ光は分岐器２
３を介して光ファイバ９中を伝搬し、ダイヤフラム２２
裏面で反射するようになっている。
３により、光ファイバ９に通じる光路はレーザ光源２４
及び光周波数フィルタ２７に分岐されている。すなわ
ち、レーザ光源２４から発せられたレーザ光は分岐器２
３を介して光ファイバ９中を伝搬し、ダイヤフラム２２
裏面で反射するようになっている。
【００１１】ダイヤフラム２２裏面で反射した反射レー
ザ光２６は同じく光ファイバ９中を逆行して分岐器２３
を介して光周波数フィルタ２７で受信されるようになっ
ている。光周波数フィルタ２７（共振型フィルタ）とし
ては、例えばカナダウルトラオプテック社のＬＩＳＯＲ
が用いられ、ダイヤフラム２２の振動により生ずるドッ
プラシフトの周波数成分のみを抽出するものである。
ザ光２６は同じく光ファイバ９中を逆行して分岐器２３
を介して光周波数フィルタ２７で受信されるようになっ
ている。光周波数フィルタ２７（共振型フィルタ）とし
ては、例えばカナダウルトラオプテック社のＬＩＳＯＲ
が用いられ、ダイヤフラム２２の振動により生ずるドッ
プラシフトの周波数成分のみを抽出するものである。
【００１２】さらに、光周波数フィルタ２７には受光器
２８が設けられ、光周波数フィルタ２７によりフィルタ
リングされた光を受光するようになっている。そして、
受光器２８の出力信号は観察器２９に送られる。観測者
はこの観察器２９を観察することにより、物体までの距
離が分かるようになっている。
２８が設けられ、光周波数フィルタ２７によりフィルタ
リングされた光を受光するようになっている。そして、
受光器２８の出力信号は観察器２９に送られる。観測者
はこの観察器２９を観察することにより、物体までの距
離が分かるようになっている。
【００１３】上記実施形態に係る超音波センサの動作を
説明する。パルスレーザ光源１から発生したパルスレー
ザ光２は、光学系３により光ファイバ４に絞り込まれて
光ファイバ４中を伝搬し、ヘッド部２１を介して液体５
に入射される。液体５中に入射されたパルスレーザ光２
は液体５に吸収されるため熱に変換され、アブレーショ
ンや熱弾性効果が生じて超音波６が発生する。この超音
波６は液体５中の対象物体７に当たる。そして、対象物
体７から反射した反射超音波８はダイヤフラム２２を振
動させる。
説明する。パルスレーザ光源１から発生したパルスレー
ザ光２は、光学系３により光ファイバ４に絞り込まれて
光ファイバ４中を伝搬し、ヘッド部２１を介して液体５
に入射される。液体５中に入射されたパルスレーザ光２
は液体５に吸収されるため熱に変換され、アブレーショ
ンや熱弾性効果が生じて超音波６が発生する。この超音
波６は液体５中の対象物体７に当たる。そして、対象物
体７から反射した反射超音波８はダイヤフラム２２を振
動させる。
【００１４】一方、上記ダイヤフラム２２の振動を検出
するため、レーザ光源２４からレーザ光２５が発せられ
る。レーザ光２５は分岐器２３を介して光ファイバ９を
伝搬し、ダイヤフラム２２に達する。ダイヤフラム２２
に達したレーザ光２５はダイヤフラム２２裏面にて反射
され、ドップラシフトを生起させる。そして、この反射
レーザ光２６は光ファイバ９を伝搬して分岐器２３を介
して光周波数フィルタ２７に入る。
するため、レーザ光源２４からレーザ光２５が発せられ
る。レーザ光２５は分岐器２３を介して光ファイバ９を
伝搬し、ダイヤフラム２２に達する。ダイヤフラム２２
に達したレーザ光２５はダイヤフラム２２裏面にて反射
され、ドップラシフトを生起させる。そして、この反射
レーザ光２６は光ファイバ９を伝搬して分岐器２３を介
して光周波数フィルタ２７に入る。
【００１５】光周波数フィルタ２７は反射レーザ光２６
からドップラシフトによる周波数成分のみを抽出し、受
光器２８に出力する。受光器２８は、抽出された周波数
成分のみの光信号を電気信号に変換し、観察器２９に出
力する。観測者は、この観察器２９を観察することによ
り、対象物体７までの距離を検知することができる。
からドップラシフトによる周波数成分のみを抽出し、受
光器２８に出力する。受光器２８は、抽出された周波数
成分のみの光信号を電気信号に変換し、観察器２９に出
力する。観測者は、この観察器２９を観察することによ
り、対象物体７までの距離を検知することができる。
【００１６】このように本実施形態によれば、ダイヤフ
ラム２２を用いて超音波を受信するため、高感度の超音
波の検出が可能となる。また、ダイヤフラム２２の材質
・直径・形状等を変化させることにより、ダイヤフラム
２２のモードや共振周波数を設定することができるた
め、必要な性能に特性をチューニングでき、各種の超音
波を検出することが可能となる。
ラム２２を用いて超音波を受信するため、高感度の超音
波の検出が可能となる。また、ダイヤフラム２２の材質
・直径・形状等を変化させることにより、ダイヤフラム
２２のモードや共振周波数を設定することができるた
め、必要な性能に特性をチューニングでき、各種の超音
波を検出することが可能となる。
【００１７】また、一般的な圧電素子による超音波セン
サでは得られない微小点で強力な超音波の発生と受信を
可能とし、点音源とみなせることが有効な開口合成法を
容易とする。さらに、液中に電気駆動部がないため漏電
する心配がない。
サでは得られない微小点で強力な超音波の発生と受信を
可能とし、点音源とみなせることが有効な開口合成法を
容易とする。さらに、液中に電気駆動部がないため漏電
する心配がない。
【００１８】なお、本実施形態においては２本の光ファ
イバ４，９について示したが、光ファイバを複数本配列
し、アレイ化して映像として超音波を採取することにも
利用できる。この場合、分岐器２３の前に光をスイッチ
する手段を複数個つける等の光ファイバの選択手段が必
要となる。また、パルスレーザ光源１から発生したレー
ザ光２は光ファイバ９を介して液体５に導波する場合を
示したが、光ファイバ９を用いずに直接液体表面に照射
する場合であってもよい。
イバ４，９について示したが、光ファイバを複数本配列
し、アレイ化して映像として超音波を採取することにも
利用できる。この場合、分岐器２３の前に光をスイッチ
する手段を複数個つける等の光ファイバの選択手段が必
要となる。また、パルスレーザ光源１から発生したレー
ザ光２は光ファイバ９を介して液体５に導波する場合を
示したが、光ファイバ９を用いずに直接液体表面に照射
する場合であってもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波セン
サは、第一のレーザ光発生手段と、この第一のレーザ光
発生手段から発生した第一のレーザ光を液体が吸収する
ことにより発生した超音波のうち、液中の対象物体で反
射した超音波により振動するダイヤフラムと、第二のレ
ーザ光発生手段と、この第二のレーザ光発生手段からの
第二のレーザ光のうち、ダイヤフラム面に導波されて反
射した反射レーザ光の中から前記ダイヤフラムの振動に
よる光周波数の変化を抽出するフィルタと、このフィル
タからの出力信号を電気信号に変換する受光器と、この
受光器からの電気信号の波形を観察する観察器とを具備
し、液中の対象物体で反射した超音波をダイヤフラムを
用いて受信するため、微小点で高感度な超音波の発生と
受信が可能となる。また、液中に電気駆動部がなく、ダ
イヤフラム構造を変えることで各種の超音波を検出する
ことが可能となる。
サは、第一のレーザ光発生手段と、この第一のレーザ光
発生手段から発生した第一のレーザ光を液体が吸収する
ことにより発生した超音波のうち、液中の対象物体で反
射した超音波により振動するダイヤフラムと、第二のレ
ーザ光発生手段と、この第二のレーザ光発生手段からの
第二のレーザ光のうち、ダイヤフラム面に導波されて反
射した反射レーザ光の中から前記ダイヤフラムの振動に
よる光周波数の変化を抽出するフィルタと、このフィル
タからの出力信号を電気信号に変換する受光器と、この
受光器からの電気信号の波形を観察する観察器とを具備
し、液中の対象物体で反射した超音波をダイヤフラムを
用いて受信するため、微小点で高感度な超音波の発生と
受信が可能となる。また、液中に電気駆動部がなく、ダ
イヤフラム構造を変えることで各種の超音波を検出する
ことが可能となる。
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波センサの全体
構成を示す図。
構成を示す図。
【図２】従来の超音波センサの全体構成を示す図。
１ パルスレーザ光源 ２ パルスレーザ光 ３ 光学系 ４ 光ファイバ ５ 液体 ６ 超音波 ７ 対象物体 ８ 反射超音波 ９ 光ファイバ ２１ ヘッド部 ２２ ダイヤフラム ２３ 分岐器 ２４ レーザ光源 ２５ レーザ光 ２６ 反射レーザ光 ２７ 光周波数フィルタ ２８ 受光器 ２９ 観察器
Claims (1)
- 【請求項１】 第一のレーザ光発生手段と、この第一の
レーザ光発生手段から発生した第一のレーザ光を液体中
に導波する導波手段と、この導波手段により導波された
前記第一のレーザ光を液体が吸収することにより発生し
た超音波のうち、液中の対象物体で反射した超音波によ
り振動するダイヤフラムと、第二のレーザ光発生手段
と、この第二のレーザ光発生手段からの第二のレーザ光
を前記ダイヤフラム面に導波する光ファイバと、前記ダ
イヤフラム面に導波されて反射した反射レーザ光を前記
光ファイバで受光して該光ファイバの途中から分岐させ
る分岐器と、この分岐器で分岐された前記反射レーザ光
の中から前記ダイヤフラムの振動による光周波数の変化
を抽出するフィルタと、このフィルタからの出力信号を
電気信号に変換する受光器と、この受光器からの電気信
号の波形を観察する観察器とを具備してなることを特徴
とする超音波センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9097214A JPH10288607A (ja) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | 超音波センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9097214A JPH10288607A (ja) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | 超音波センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10288607A true JPH10288607A (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=14186382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9097214A Pending JPH10288607A (ja) | 1997-04-15 | 1997-04-15 | 超音波センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10288607A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2009022658A1 (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 超音波検査装置、超音波検査方法および原子力プラントの非破壊検査方法 |
| JP2009288101A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超音波検査装置および原子力プラントの非破壊検査方法 |
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| CN117007173A (zh) * | 2023-10-07 | 2023-11-07 | 山东省科学院激光研究所 | 一种用于管道泄漏监测的光纤声波传感器 |
-
1997
- 1997-04-15 JP JP9097214A patent/JPH10288607A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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