JPH11211699A - 各種材料又は各種溶液の診断用測定センサ、診断装置及び診断方法 - Google Patents
各種材料又は各種溶液の診断用測定センサ、診断装置及び診断方法Info
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- JPH11211699A JPH11211699A JP10025105A JP2510598A JPH11211699A JP H11211699 A JPH11211699 A JP H11211699A JP 10025105 A JP10025105 A JP 10025105A JP 2510598 A JP2510598 A JP 2510598A JP H11211699 A JPH11211699 A JP H11211699A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 金属、セラミックス、ポリマ−などの各種材
料の材質変化又は各種溶液の溶質変化を非破壊形式で精
度よく測定、診断する。 【解決手段】 診断測定用センサ１は、被測定物２に対
して一定圧力で密着配置され、ＳＨ波の超音波によって
非破壊形式で測定、診断する。送信プローブ４及び受信
プロ−ブ５は、シュ−部材６に送信子４ａ及び受信子５
ａを備え、超音波を送受信する送受信角θ1が設定され
る。この送受信角θ1は、Ｓｉｎθａ／Ｖａ＝Ｓｉｎθ
ｂ／Ｖｂを与えるスネルの法則に準拠するが、屈折角θ
ｂ＝９０°としたときの入射臨界角θ´ａよりも僅かに
大きい増加変位量をもって設定される。センサ１には、
パルサ・レシ−バ部、Ａ／Ｄ変換部及びディスプレイを
備えたＣＰＵが接続される。
料の材質変化又は各種溶液の溶質変化を非破壊形式で精
度よく測定、診断する。 【解決手段】 診断測定用センサ１は、被測定物２に対
して一定圧力で密着配置され、ＳＨ波の超音波によって
非破壊形式で測定、診断する。送信プローブ４及び受信
プロ−ブ５は、シュ−部材６に送信子４ａ及び受信子５
ａを備え、超音波を送受信する送受信角θ1が設定され
る。この送受信角θ1は、Ｓｉｎθａ／Ｖａ＝Ｓｉｎθ
ｂ／Ｖｂを与えるスネルの法則に準拠するが、屈折角θ
ｂ＝９０°としたときの入射臨界角θ´ａよりも僅かに
大きい増加変位量をもって設定される。センサ１には、
パルサ・レシ−バ部、Ａ／Ｄ変換部及びディスプレイを
備えたＣＰＵが接続される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属、コンクリー
ト、ガラスを含むセラミックス、軟硬質ゴムを含むポリ
マー、粘着性媒体等の各種材料における表面劣化、硬
化、疲労等の材質変化、又は各種溶液の濃度、粘度、糖
度、化学溶存度（ＣＯＤ）、生物溶存度（ＢＯＤ）、ア
ルコ−ル度、ＰＨ等の溶質変化を定量診断するのに好適
する各種材料又は各種溶液の診断用測定センサ、診断装
置及び診断方法に関し、特に、超音波利用による非破壊
形式により相対的な比較もしくは絶対的評価で、しかも
簡便に定量診断できるようにしたものである。殊に最近
の工業界では、超音波が比較的伝播しにくい物質、概し
て軟質物質の表面硬化、劣化、疲労等の材質変化又は各
種溶液の溶質変化を測定したいという要求が多くなって
きており、本発明はこの要求に応えるものである。
ト、ガラスを含むセラミックス、軟硬質ゴムを含むポリ
マー、粘着性媒体等の各種材料における表面劣化、硬
化、疲労等の材質変化、又は各種溶液の濃度、粘度、糖
度、化学溶存度（ＣＯＤ）、生物溶存度（ＢＯＤ）、ア
ルコ−ル度、ＰＨ等の溶質変化を定量診断するのに好適
する各種材料又は各種溶液の診断用測定センサ、診断装
置及び診断方法に関し、特に、超音波利用による非破壊
形式により相対的な比較もしくは絶対的評価で、しかも
簡便に定量診断できるようにしたものである。殊に最近
の工業界では、超音波が比較的伝播しにくい物質、概し
て軟質物質の表面硬化、劣化、疲労等の材質変化又は各
種溶液の溶質変化を測定したいという要求が多くなって
きており、本発明はこの要求に応えるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、各種材料における表面部の疲労、
加工硬化、劣化等の材質変化などを測定する方法として
は、断面部の硬度測定や走査型電子顕微鏡による観察、
Ｘ線照射による応力測定、超音波の透過による波形変化
計測などが実用化されている。
加工硬化、劣化等の材質変化などを測定する方法として
は、断面部の硬度測定や走査型電子顕微鏡による観察、
Ｘ線照射による応力測定、超音波の透過による波形変化
計測などが実用化されている。
【０００３】一方、本発明者らは、特開平８−２９３９
８号公報、特開平９−２３６５８５号公報などで、横波
の剪断水平波（ＳＨ波）からなる超音波を利用した非破
壊形式の各種材料の診断用測定センサ及び診断装置並び
に診断方法を開示している。そして、これらの公報に開
示された各種材料の診断用測定センサ及び診断装置並び
に診断方法では、診断用測定センサの送受信プロ−ブが
スネルの法則に基いた臨界角で設置されている。
８号公報、特開平９−２３６５８５号公報などで、横波
の剪断水平波（ＳＨ波）からなる超音波を利用した非破
壊形式の各種材料の診断用測定センサ及び診断装置並び
に診断方法を開示している。そして、これらの公報に開
示された各種材料の診断用測定センサ及び診断装置並び
に診断方法では、診断用測定センサの送受信プロ−ブが
スネルの法則に基いた臨界角で設置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たスネルの法則に基いた理論的な臨界角の採用は、各種
材料の材質変化又は各種溶液の溶質変化がより精密な測
定、診断を必要とする場合には不充分であることが判明
した。
たスネルの法則に基いた理論的な臨界角の採用は、各種
材料の材質変化又は各種溶液の溶質変化がより精密な測
定、診断を必要とする場合には不充分であることが判明
した。
【０００５】そこで、本発明者らは、新たな発想のもと
に鋭意研究を行った結果、スネルの法則による理論的な
臨界角よりも僅かに大きい送受信角の適用、センサの本
体部材をシュ−部材よりも減衰の大きい材料で構成する
ことなどの配慮によって、より精密な測定、診断に対処
できることを知見した。
に鋭意研究を行った結果、スネルの法則による理論的な
臨界角よりも僅かに大きい送受信角の適用、センサの本
体部材をシュ−部材よりも減衰の大きい材料で構成する
ことなどの配慮によって、より精密な測定、診断に対処
できることを知見した。
【０００６】この結果、各種材料では、平面形状、内側
に屈曲したＬ状又は湾曲したＲ状のコーナ形状、波形形
状等を有する被測定物における材質変化の診断に適用で
きるものである。この場合、各種材料としては、金属、
コンクリート、ガラスを含むセラミックス、硬軟質ゴム
を含むポリマー、粘着性媒体等をあげることができ、ま
た材質変化としては、表面硬化、劣化、疲労等をあげる
ことができる。また各種溶液からなる被測定物では、濃
度、粘度、糖度等の溶質変化の測定診断に適用できる。
に屈曲したＬ状又は湾曲したＲ状のコーナ形状、波形形
状等を有する被測定物における材質変化の診断に適用で
きるものである。この場合、各種材料としては、金属、
コンクリート、ガラスを含むセラミックス、硬軟質ゴム
を含むポリマー、粘着性媒体等をあげることができ、ま
た材質変化としては、表面硬化、劣化、疲労等をあげる
ことができる。また各種溶液からなる被測定物では、濃
度、粘度、糖度等の溶質変化の測定診断に適用できる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の点に鑑み
なされたもので、各種材料又は各種溶液の診断用測定セ
ンサは、入射側の送受信プロ−ブにおける送受信角θ1
がＳｉｎθａ／Ｖａ＝Ｓｉｎθｂ／Ｖｂを与えるスネル
の法則（ただし、θａ，Ｖａは入射側の入射角及び音
速、θｂ，Ｖｂは屈折側の屈折角及び音速）において、
θｂ＝９０°となるときの入射臨界角θ´ａよりも２°
以下（０°を含まず）の範囲内の増加変位量δをもって
設定されているものである。これは、被測定物中を伝播
する受信波が表層部分を伝播するようになり、また余分
な反射波も減少することから解析能が向上するからであ
る。
なされたもので、各種材料又は各種溶液の診断用測定セ
ンサは、入射側の送受信プロ−ブにおける送受信角θ1
がＳｉｎθａ／Ｖａ＝Ｓｉｎθｂ／Ｖｂを与えるスネル
の法則（ただし、θａ，Ｖａは入射側の入射角及び音
速、θｂ，Ｖｂは屈折側の屈折角及び音速）において、
θｂ＝９０°となるときの入射臨界角θ´ａよりも２°
以下（０°を含まず）の範囲内の増加変位量δをもって
設定されているものである。これは、被測定物中を伝播
する受信波が表層部分を伝播するようになり、また余分
な反射波も減少することから解析能が向上するからであ
る。
【０００８】また、前記センサ本体は、送信プロ−ブ及
び受信プロ−ブを除く残りの部分が送信プロ−ブ及び受
信プロ−ブのシュ−部分よりも減衰の大きな材料で構成
され、０．０２〜０．５ｋｇ／ｍｍ2の一定圧力で被測
定物に圧接されることが望ましい。また、前記センサ本
体は、送信プロ−ブ及び受信プロ−ブ間に減衰効率を高
めるための空間部分が形成されている場合、シュ−部材
の離間部分には、伝播効率をあげるための圧電体が配置
されている場合にも適用できる。後者の場合、圧電体
は、被測定物と接触する接触面を有するもので、ＳＨ波
からなる超音波の一部が被測定物に漏洩、回析されて得
られる受信波形に変化を起こすようにしたものである。
び受信プロ−ブを除く残りの部分が送信プロ−ブ及び受
信プロ−ブのシュ−部分よりも減衰の大きな材料で構成
され、０．０２〜０．５ｋｇ／ｍｍ2の一定圧力で被測
定物に圧接されることが望ましい。また、前記センサ本
体は、送信プロ−ブ及び受信プロ−ブ間に減衰効率を高
めるための空間部分が形成されている場合、シュ−部材
の離間部分には、伝播効率をあげるための圧電体が配置
されている場合にも適用できる。後者の場合、圧電体
は、被測定物と接触する接触面を有するもので、ＳＨ波
からなる超音波の一部が被測定物に漏洩、回析されて得
られる受信波形に変化を起こすようにしたものである。
【０００９】さらに、各種材料又は各種溶液の診断装置
は、前記測定センサの送信子及び受信子が超音波の発信
及び受信を制御するパルサー／レシーバ部に接続される
とともに、このパルサー／レシ一バ部には、前記受信子
側からの受信波をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部及び波
形表示などに用いるディスプレイを備えた演算処理用の
ＣＰＵが接続されるようにしたものである。したがっ
て、このＣＰＵでは、受信波形の変化を基に減衰係数、
周波数スペクトル、波形、伝播時間、受信感度、位相ス
ペクトルなどの測定要素が解析され、次いでそれらの解
析結果を演算処理することができる。なお、ディスプレ
イを備えたＣＰＵは、パーソナルコンピュータとして構
成され、その集積回路のボードに、パルサー／レシーバ
部及びＡ／Ｄ変換部が組み込まれてもよい。
は、前記測定センサの送信子及び受信子が超音波の発信
及び受信を制御するパルサー／レシーバ部に接続される
とともに、このパルサー／レシ一バ部には、前記受信子
側からの受信波をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部及び波
形表示などに用いるディスプレイを備えた演算処理用の
ＣＰＵが接続されるようにしたものである。したがっ
て、このＣＰＵでは、受信波形の変化を基に減衰係数、
周波数スペクトル、波形、伝播時間、受信感度、位相ス
ペクトルなどの測定要素が解析され、次いでそれらの解
析結果を演算処理することができる。なお、ディスプレ
イを備えたＣＰＵは、パーソナルコンピュータとして構
成され、その集積回路のボードに、パルサー／レシーバ
部及びＡ／Ｄ変換部が組み込まれてもよい。
【００１０】そして、各種材料又は各種溶液の診断方法
は、前記診断装置に組み込まれた前記診断用測定センサ
によって、ＳＨ波からなる超音波が標準試料の被測定物
に回析伝播され、次いでＣＰＵにより演算、解析処理さ
れた減衰係数、周波数値、波形面積、伝播時間、受信感
度、位相値などの測定要素の実測値と、標準試料の表面
劣化、硬化、疲労等の材質変化又は各種溶液の溶質変化
における診断要素との間の検量線を作成しておくことが
好ましい。そして、診断要素が未知の被測定物の測定要
素を測定したときには、前記検量線を用いれば材質変
化、溶質変化が相対的にもしくは絶対値として診断でき
ることになる。したがって、被測定物の表面部は、非破
壊的に測定され、しかも、ＳＨ波が縦波などの他のモ一
ドに変換する現象もないことから、前記測定要素が精度
高く実測できる。さらには、前記検量線から定める判定
しきい値を基準にすれば、測定要素の値から材質変化や
溶質変化の合否を判定することもできる。
は、前記診断装置に組み込まれた前記診断用測定センサ
によって、ＳＨ波からなる超音波が標準試料の被測定物
に回析伝播され、次いでＣＰＵにより演算、解析処理さ
れた減衰係数、周波数値、波形面積、伝播時間、受信感
度、位相値などの測定要素の実測値と、標準試料の表面
劣化、硬化、疲労等の材質変化又は各種溶液の溶質変化
における診断要素との間の検量線を作成しておくことが
好ましい。そして、診断要素が未知の被測定物の測定要
素を測定したときには、前記検量線を用いれば材質変
化、溶質変化が相対的にもしくは絶対値として診断でき
ることになる。したがって、被測定物の表面部は、非破
壊的に測定され、しかも、ＳＨ波が縦波などの他のモ一
ドに変換する現象もないことから、前記測定要素が精度
高く実測できる。さらには、前記検量線から定める判定
しきい値を基準にすれば、測定要素の値から材質変化や
溶質変化の合否を判定することもできる。
【００１１】また、前記の各種測定要素を用いて重回帰
分析などの統計的計算をすることにより、各種材料の材
質変化又は各種溶液の溶質変化を定量判定し、もしくは
寿命判定することもできる。
分析などの統計的計算をすることにより、各種材料の材
質変化又は各種溶液の溶質変化を定量判定し、もしくは
寿命判定することもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明における各種材料又
は各種溶液の診断用測定センサ、診断装置及び診断方法
について、その一実施例につき図を参照しながら説明す
る。
は各種溶液の診断用測定センサ、診断装置及び診断方法
について、その一実施例につき図を参照しながら説明す
る。
【００１３】図１（ａ）は、各種材料の表面劣化、硬
化、疲労等の材質変化を測定する診断用測定センサｌを
示す説明図で、ブロック状をなす診断用測定センサ１
は、例えば、鋼材料からなる被測定物２の表面部分にお
ける材質変化を測定するものである。そして、センサ本
体３の内部には、対となった超音波の送信プロ−ブ４及
び受信プロ−ブ５が設置されている。これらの送信プロ
−ブ４及び受信プロ−ブ５は、被測定物２に接触するシ
ュ−部材６に発信子４ａ及び受信子５ａを備えたもので
あり、被測定物２に対しては、横波の剪断水平波（ＳＨ
波）からなる超音波が送信プロ−ブ４側から被測定物２
の表層付近を通って受信プロ−ブ５側に伝播される。こ
の場合、センサ本体３の外郭ケース７には、端子８ａ，
８ｂが設けられ、この端子８ａ，８ｂには、リ一ド線９
ａ，９ｂ及びケーブル１０ａ，１０ｂがそれぞれ接続さ
れるようになっている。そして、超音波の伝播にあたっ
ては、送信プロ−ブ４の送信角θ1及び受信プロ−ブ５
の受信角θ1が設定されるが、受信側では、受信角が送
信角と同様な考え方に基づき設定されることから、送信
角θ1＝受信角θ1としている。そして、送信角θ1は、
送信プロ−ブ４の中心線１１及び被測定物２の法線１２
に対する角度であり、受信強度のピ−ク高さの関係か
ら、スネルの法則準拠の入射臨界角θ´ａに対して増加
変位量を有するように設定される。この場合、前記法線
１２は、送信プロ−ブ４の中心線１１が被測定物４の表
面と交わる点からのものであり、この交点からは接線１
３が同様に引き出される。なお、スネルの法則は、図２
の模式図で示されるように以下の式 Ｓｉｎθａ／Ｖａ＝Ｓｉｎθｂ／Ｖｂ を充足するものであり、図２中のθ´ａは、θｂ＝９０
°となるときの入射臨界角の値である。ここで、θａ，
Ｖａは入射側（送受信側）の入射角及び音速であり、Ｖ
ｂは屈折側（被測定物側）の屈折角及び音速である。
化、疲労等の材質変化を測定する診断用測定センサｌを
示す説明図で、ブロック状をなす診断用測定センサ１
は、例えば、鋼材料からなる被測定物２の表面部分にお
ける材質変化を測定するものである。そして、センサ本
体３の内部には、対となった超音波の送信プロ−ブ４及
び受信プロ−ブ５が設置されている。これらの送信プロ
−ブ４及び受信プロ−ブ５は、被測定物２に接触するシ
ュ−部材６に発信子４ａ及び受信子５ａを備えたもので
あり、被測定物２に対しては、横波の剪断水平波（ＳＨ
波）からなる超音波が送信プロ−ブ４側から被測定物２
の表層付近を通って受信プロ−ブ５側に伝播される。こ
の場合、センサ本体３の外郭ケース７には、端子８ａ，
８ｂが設けられ、この端子８ａ，８ｂには、リ一ド線９
ａ，９ｂ及びケーブル１０ａ，１０ｂがそれぞれ接続さ
れるようになっている。そして、超音波の伝播にあたっ
ては、送信プロ−ブ４の送信角θ1及び受信プロ−ブ５
の受信角θ1が設定されるが、受信側では、受信角が送
信角と同様な考え方に基づき設定されることから、送信
角θ1＝受信角θ1としている。そして、送信角θ1は、
送信プロ−ブ４の中心線１１及び被測定物２の法線１２
に対する角度であり、受信強度のピ−ク高さの関係か
ら、スネルの法則準拠の入射臨界角θ´ａに対して増加
変位量を有するように設定される。この場合、前記法線
１２は、送信プロ−ブ４の中心線１１が被測定物４の表
面と交わる点からのものであり、この交点からは接線１
３が同様に引き出される。なお、スネルの法則は、図２
の模式図で示されるように以下の式 Ｓｉｎθａ／Ｖａ＝Ｓｉｎθｂ／Ｖｂ を充足するものであり、図２中のθ´ａは、θｂ＝９０
°となるときの入射臨界角の値である。ここで、θａ，
Ｖａは入射側（送受信側）の入射角及び音速であり、Ｖ
ｂは屈折側（被測定物側）の屈折角及び音速である。
【００１４】図３は、送信角θ1を設定するため受信強
度のピ−ク高さ（ｄＢ）を求めた特性図であり、入射臨
界角θ´ａ＝２５．４°よりも送信角θ1＝２６．５°
付近の方がピ−ク高さが強く、感度が良好であって、適
切な増加変位量δが存在することを示している。この場
合、被測定物２は鉄鋼、シュ−部材６はアクリルとした
ものである。
度のピ−ク高さ（ｄＢ）を求めた特性図であり、入射臨
界角θ´ａ＝２５．４°よりも送信角θ1＝２６．５°
付近の方がピ−ク高さが強く、感度が良好であって、適
切な増加変位量δが存在することを示している。この場
合、被測定物２は鉄鋼、シュ−部材６はアクリルとした
ものである。
【００１５】なお、適切な増加変位量は、被測定物２及
びシュ−部材６における音速の違いにより異なるが、被
測定物２の材質を基準にすれば、増加変位量δがセラミ
ックス＜金属＜ポリマ−の順でおおよそ表１のように変
化する。
びシュ−部材６における音速の違いにより異なるが、被
測定物２の材質を基準にすれば、増加変位量δがセラミ
ックス＜金属＜ポリマ−の順でおおよそ表１のように変
化する。
【００１６】
【表１】 また、送信プロ−ブ４及び受信プロ−ブ５を除く部分の
センサ本体３は、前記シュ−部材６よりも減衰の大きな
材料で構成されることが好ましい。なお、シュ−部材６
は、被測定物２との間の音響インピーダンスの差が少な
く、超音波の伝播特性があり、かつ耐摩耗性の良好な材
料が好ましい。また、このシュ−部材６は、超音波の減
衰などから、横波を選択基準とすれば、鋼材料の被測定
物２では、一般的には５００〜３０００ｍ／ｓの範囲の
減衰速度が好適する。これは、５００ｍ／ｓ未満では横
波超音波の減衰が大きくなって不具合となり、３０００
ｍ／ｓよりも大きいと鋼材料からなる試験体に対する横
波入射角が得られないからである。このようなことか
ら、シュ−部材６は、例えば鉛等の金属、アクリル、ポ
リカーボネイト、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポ
リエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリア
ミド、ポリエーテルスルホン、ポリアセタール、ポリエ
チレンテレフタレート、ＡＢＳ樹脂、変性ポリフェニレ
ンエーテル等のポリマー、あるいはシリコンゴム、ウレ
タンゴム、ハイカー等のゴムが用いられる。
センサ本体３は、前記シュ−部材６よりも減衰の大きな
材料で構成されることが好ましい。なお、シュ−部材６
は、被測定物２との間の音響インピーダンスの差が少な
く、超音波の伝播特性があり、かつ耐摩耗性の良好な材
料が好ましい。また、このシュ−部材６は、超音波の減
衰などから、横波を選択基準とすれば、鋼材料の被測定
物２では、一般的には５００〜３０００ｍ／ｓの範囲の
減衰速度が好適する。これは、５００ｍ／ｓ未満では横
波超音波の減衰が大きくなって不具合となり、３０００
ｍ／ｓよりも大きいと鋼材料からなる試験体に対する横
波入射角が得られないからである。このようなことか
ら、シュ−部材６は、例えば鉛等の金属、アクリル、ポ
リカーボネイト、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポ
リエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリア
ミド、ポリエーテルスルホン、ポリアセタール、ポリエ
チレンテレフタレート、ＡＢＳ樹脂、変性ポリフェニレ
ンエーテル等のポリマー、あるいはシリコンゴム、ウレ
タンゴム、ハイカー等のゴムが用いられる。
【００１７】なお、シュ−部材６及びセンサ本体３は、
伝播効率を高める配慮から、前述したセンサ本体３がシ
ュ−部材６よりも減衰の大きな材料で構成されることが
好ましく、例えば、表２のような組合せの材料で構成さ
れる。
伝播効率を高める配慮から、前述したセンサ本体３がシ
ュ−部材６よりも減衰の大きな材料で構成されることが
好ましく、例えば、表２のような組合せの材料で構成さ
れる。
【００１８】
【表２】 さらに、外郭ケ−ス７は、鋼材からなっているが、これ
は、自重をかけることによって被測定物２に対する密着
性による測定精度の向上を配慮したものである。一定圧
力としては、自重の場合や、重しのような一定荷重を機
械的に付加する場合などがあり、図４で示されるように
０．０２〜０．５ｋｇ／ｍｍ2の範囲が好適することを
確認した。これは、０．０２ｋｇ／ｍｍ2未満では、被
測定物２との伝播音圧が悪く、０．５ｋｇ／ｍｍ2を越
えると被測定物２に材質変化をあたえるからである。な
お、前記送信子４ａ及び受信子５ａの背後には、鋭利な
パルス波形を得るため振動制動用のダンパ（図示せず）
を設けることが好ましい。
は、自重をかけることによって被測定物２に対する密着
性による測定精度の向上を配慮したものである。一定圧
力としては、自重の場合や、重しのような一定荷重を機
械的に付加する場合などがあり、図４で示されるように
０．０２〜０．５ｋｇ／ｍｍ2の範囲が好適することを
確認した。これは、０．０２ｋｇ／ｍｍ2未満では、被
測定物２との伝播音圧が悪く、０．５ｋｇ／ｍｍ2を越
えると被測定物２に材質変化をあたえるからである。な
お、前記送信子４ａ及び受信子５ａの背後には、鋭利な
パルス波形を得るため振動制動用のダンパ（図示せず）
を設けることが好ましい。
【００１９】また、ＳＨ波からなる超音波を選択したの
は、任意の表面伝播領域が送受信角度θ1の選択によっ
て選べること及び縦波等の他のモードに変換して受信波
が複雑になる現象がないことからで、ＳＨ波の周波数
は、０．１〜１００ＭＨｚのパルスが望ましい。これ
は、０．１ＭＨｚよりも小さいと波長が長くなりすぎる
ため測定精度が低下し、１００ＭＨｚを越えると過度に
減衰しやすくなるからで、望ましくはｌ〜１５ＭＨｚが
好適する。また、超音波の波形にパルス波を用いるの
は、複雑に干渉し合うことが少ないこと、受信波形の解
析がしやすく、被測定物を無限媒体の個体として取り扱
える性質があるからである。
は、任意の表面伝播領域が送受信角度θ1の選択によっ
て選べること及び縦波等の他のモードに変換して受信波
が複雑になる現象がないことからで、ＳＨ波の周波数
は、０．１〜１００ＭＨｚのパルスが望ましい。これ
は、０．１ＭＨｚよりも小さいと波長が長くなりすぎる
ため測定精度が低下し、１００ＭＨｚを越えると過度に
減衰しやすくなるからで、望ましくはｌ〜１５ＭＨｚが
好適する。また、超音波の波形にパルス波を用いるの
は、複雑に干渉し合うことが少ないこと、受信波形の解
析がしやすく、被測定物を無限媒体の個体として取り扱
える性質があるからである。
【００２０】図５及び図６は、診断用測定センサｌをそ
れぞれ示す他の実施例を示す説明図であり、図５の場合
では、センサ本体３は、送信プローブ４及び受信プロ−
ブ５間に直接伝播の減衰効率を高めるための空間部分１
４を備えているものである。これに対し、図６は、送信
プローブ４及び受信プロ−ブ５間に伝播効率を高めるた
めの圧電体１５を介在させているものである。圧電体１
５を設置した場合は、ＳＨ波の伝播効率の向上を配慮し
たものであり、圧電効果によって生じる圧電ポテンシャ
ルが接触面を介して密着した被測定物２中に侵入し、そ
の結果ＳＨ波の一部が被測定物２に漏洩、回折伝播され
て、得られる受信波形に変化を起こすようにしたもので
ある。
れぞれ示す他の実施例を示す説明図であり、図５の場合
では、センサ本体３は、送信プローブ４及び受信プロ−
ブ５間に直接伝播の減衰効率を高めるための空間部分１
４を備えているものである。これに対し、図６は、送信
プローブ４及び受信プロ−ブ５間に伝播効率を高めるた
めの圧電体１５を介在させているものである。圧電体１
５を設置した場合は、ＳＨ波の伝播効率の向上を配慮し
たものであり、圧電効果によって生じる圧電ポテンシャ
ルが接触面を介して密着した被測定物２中に侵入し、そ
の結果ＳＨ波の一部が被測定物２に漏洩、回折伝播され
て、得られる受信波形に変化を起こすようにしたもので
ある。
【００２１】また、図７は、内側に湾曲したＲコ−ナ部
分を有する被測定物２に適用した診断用測定センサ−１
を示したものであるが、角度をもって折れ曲がるような
被測定物２にも適用できる。そして、図示のような内側
に湾曲したコ−ナ部分を有する被測定物２の内角面は、
平面同士の場合、フランジの環状端面及び円柱面の場合
にも適用できるものであり、このためセンサ本体の内角
コーナ部分が非接触状態になるよう凹み勝手に構成され
ている。
分を有する被測定物２に適用した診断用測定センサ−１
を示したものであるが、角度をもって折れ曲がるような
被測定物２にも適用できる。そして、図示のような内側
に湾曲したコ−ナ部分を有する被測定物２の内角面は、
平面同士の場合、フランジの環状端面及び円柱面の場合
にも適用できるものであり、このためセンサ本体の内角
コーナ部分が非接触状態になるよう凹み勝手に構成され
ている。
【００２２】さらに、図８は、円柱部材からなる被測定
物２に適用した診断用測定センサ−１を示した説明図で
あり、この被測定物２は、ＳＨ波からなる超音波が送信
プロ−ブ４側から被測定物２を周回り（図示の場合半時
計回り）で受信プロ−ブ５側に伝播する。
物２に適用した診断用測定センサ−１を示した説明図で
あり、この被測定物２は、ＳＨ波からなる超音波が送信
プロ−ブ４側から被測定物２を周回り（図示の場合半時
計回り）で受信プロ−ブ５側に伝播する。
【００２３】図９は、各種材料又は各種溶液の診断装置
における概念的なシステムを示した構成図であり、ＳＨ
波からなる超音波を伝播する前記診断用測定センサｌを
装置に組み込むことによって、被測定物２の表面劣化、
硬化、疲労等の材質変化又は溶質変化が定量的に診断で
きるようになっている。要するに、この診断用測定セン
サｌは、超音波の送受信を制御するパルサ／レシーバ２
１からのケーブルｌ０ａ，１０ｂの信号によってＳＨ波
からなる超音波が被測定物２に対して発信及び受信され
るものである。
における概念的なシステムを示した構成図であり、ＳＨ
波からなる超音波を伝播する前記診断用測定センサｌを
装置に組み込むことによって、被測定物２の表面劣化、
硬化、疲労等の材質変化又は溶質変化が定量的に診断で
きるようになっている。要するに、この診断用測定セン
サｌは、超音波の送受信を制御するパルサ／レシーバ２
１からのケーブルｌ０ａ，１０ｂの信号によってＳＨ波
からなる超音波が被測定物２に対して発信及び受信され
るものである。
【００２４】そして、この受信波形は、Ａ／Ｄ変換部２
２によってデジタル信号に変換され、表示用のディスプ
レイ２３を備えたＣＰＵ２４によって演算処理される。
この場合、ＣＰＵ２４では、測定結果から減衰係数、周
波数値、波形、伝播時間、受信感度、位相値などの実測
値が算出されるとともに、波形のパターン解析などが行
われる。なお、前記ディスプレイ２３を備えたＣＰＵ２
４は、図１０で示されるように、パーソナルコンピュー
タ２５として構成され、その集積回路のボード（図示せ
ず）には、パルサ／レシーバ部２１及びＡ／Ｄ変換部２
２が組み込まれる場合にも適用される。
２によってデジタル信号に変換され、表示用のディスプ
レイ２３を備えたＣＰＵ２４によって演算処理される。
この場合、ＣＰＵ２４では、測定結果から減衰係数、周
波数値、波形、伝播時間、受信感度、位相値などの実測
値が算出されるとともに、波形のパターン解析などが行
われる。なお、前記ディスプレイ２３を備えたＣＰＵ２
４は、図１０で示されるように、パーソナルコンピュー
タ２５として構成され、その集積回路のボード（図示せ
ず）には、パルサ／レシーバ部２１及びＡ／Ｄ変換部２
２が組み込まれる場合にも適用される。
【００２５】このように構成された、本発明は、被測定
物２の標準試料を対象にして、ＳＨ波からなる超音波の
減衰係数、周波数値、伝搬時間、受信感度、位相値、波
形のパターン解析などの測定要素によって判断された判
定しきい値が決定される。この場合、判定しきい値は、
標準試料における表面劣化、硬化、疲労等の材質変化又
は溶液の溶質変化における診断要素に対して、寿命など
に対応した値を意味する。そして、診断要素は、固体材
料を被測定物２とした場合では、浸炭、窒化、硼化、
熱、放射線等による硬化、摺動、曲げ、回転、往復等に
よる疲労、熱、放射線、化学物質、水等による劣化、被
覆膜の厚さ及び剥離、金属中の水素量、２〜３相の組成
定量、ピ−ル力、タック力、ポリマ−の架橋量等による
材質変化が適用される。また各種溶液を被測定物２とし
た場合では、濃度、粘度、糖度、化学溶存度（ＣＯ
Ｄ）、生物溶存度（ＢＯＤ）、アルコ−ル度、ＰＨ等の
溶質変化が適用される。
物２の標準試料を対象にして、ＳＨ波からなる超音波の
減衰係数、周波数値、伝搬時間、受信感度、位相値、波
形のパターン解析などの測定要素によって判断された判
定しきい値が決定される。この場合、判定しきい値は、
標準試料における表面劣化、硬化、疲労等の材質変化又
は溶液の溶質変化における診断要素に対して、寿命など
に対応した値を意味する。そして、診断要素は、固体材
料を被測定物２とした場合では、浸炭、窒化、硼化、
熱、放射線等による硬化、摺動、曲げ、回転、往復等に
よる疲労、熱、放射線、化学物質、水等による劣化、被
覆膜の厚さ及び剥離、金属中の水素量、２〜３相の組成
定量、ピ−ル力、タック力、ポリマ−の架橋量等による
材質変化が適用される。また各種溶液を被測定物２とし
た場合では、濃度、粘度、糖度、化学溶存度（ＣＯ
Ｄ）、生物溶存度（ＢＯＤ）、アルコ−ル度、ＰＨ等の
溶質変化が適用される。
【００２６】また、本発明は、精度高くしかも簡便に定
量診断するため、標準試料における診断要素及び減衰係
数、周波数値、伝播時間、位相値などの測定要素の基準
値をそれぞれ相関関係とした検量線が作成されていると
好都合である。これは、この検量線を基にして、前述し
た判定しきい値が容易に設定できるからである。また、
この検量線は、単に定量測定、診断をする際においても
役に立つ。
量診断するため、標準試料における診断要素及び減衰係
数、周波数値、伝播時間、位相値などの測定要素の基準
値をそれぞれ相関関係とした検量線が作成されていると
好都合である。これは、この検量線を基にして、前述し
た判定しきい値が容易に設定できるからである。また、
この検量線は、単に定量測定、診断をする際においても
役に立つ。
【００２７】次いで、被測定物２に対して、同様な測定
作業を行い、得られた測定要素の実測値などを前記標準
試料における検量線を用いて判断し、被測定物２の表面
劣化、硬化、疲労等の材質変化又は溶質変化を定量的に
診断する。そして、測定要素の実測値がしきい値に至れ
ば、使用不可と診断される。
作業を行い、得られた測定要素の実測値などを前記標準
試料における検量線を用いて判断し、被測定物２の表面
劣化、硬化、疲労等の材質変化又は溶質変化を定量的に
診断する。そして、測定要素の実測値がしきい値に至れ
ば、使用不可と診断される。
【００２８】また、前記の各種測定要素を用いて重回帰
分析などの統計的計算をすることにより、各種材料の材
質変化又は各種溶液の溶質変化を定量判定し、もしくは
寿命判定することもできる。統計的計算を採用したの
は、測定値に関する信頼性をより高めるためである。
分析などの統計的計算をすることにより、各種材料の材
質変化又は各種溶液の溶質変化を定量判定し、もしくは
寿命判定することもできる。統計的計算を採用したの
は、測定値に関する信頼性をより高めるためである。
【００２９】図１１は、図１０にみられる診断装置及び
図５のセンサを利用して、軟質ポリ塩化ビニルからなる
被測定物２の熱劣化（引張り伸びの低下）を判別する検
量線Ａを示した特性図である。この場合、予め標準試料
で実測した０．６ＭＨｚにおける位相値（測定要素）の
検量線Ａから、軟質ポリ塩化ビニルの引張り伸びの値
（診断要素）が相対的に判断され、非破壊で定量的に判
断される。なお、図１１では、引張り伸びのしきい値を
１５０％と設定し、位相値が４．５ｒａｄ以下になれば
使用不可と診断されることが示されている。
図５のセンサを利用して、軟質ポリ塩化ビニルからなる
被測定物２の熱劣化（引張り伸びの低下）を判別する検
量線Ａを示した特性図である。この場合、予め標準試料
で実測した０．６ＭＨｚにおける位相値（測定要素）の
検量線Ａから、軟質ポリ塩化ビニルの引張り伸びの値
（診断要素）が相対的に判断され、非破壊で定量的に判
断される。なお、図１１では、引張り伸びのしきい値を
１５０％と設定し、位相値が４．５ｒａｄ以下になれば
使用不可と診断されることが示されている。
【００３０】図１２は、図１０にみられる診断装置及び
図６を利用して、水の中の懸濁物質量を調べる検量線Ｂ
を示した特性図である。この場合、予め実測した伝播時
間の検量線Ｂから、懸濁物質量が相対的に判断され、非
抽出で定量的に検査される。
図６を利用して、水の中の懸濁物質量を調べる検量線Ｂ
を示した特性図である。この場合、予め実測した伝播時
間の検量線Ｂから、懸濁物質量が相対的に判断され、非
抽出で定量的に検査される。
【００３１】また、その他の表面劣化、疲労度合、硬さ
などの定量の場合も、診断要素及ぴ減衰係数、周波数
値、伝播時間、位相値などの測定要素をそれぞれ相関関
係とした検量線や重回帰分析によって、同様にして診断
ができる。
などの定量の場合も、診断要素及ぴ減衰係数、周波数
値、伝播時間、位相値などの測定要素をそれぞれ相関関
係とした検量線や重回帰分析によって、同様にして診断
ができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、診断用
測定センサｌは、送受信角を入射臨界角から増加変位量
を持たせた値にして精度良く測定できるようにしてお
り、また、金属、コンクリート、ガラスを含むセラミッ
クス、ゴムを含むポリマー等の各種材料又は各種溶液に
おいて、各種表面形状部分の表面劣化、硬化、疲労等の
材質変化又は溶質変化を比較的容易に定量診断できると
いう利点を有する。
測定センサｌは、送受信角を入射臨界角から増加変位量
を持たせた値にして精度良く測定できるようにしてお
り、また、金属、コンクリート、ガラスを含むセラミッ
クス、ゴムを含むポリマー等の各種材料又は各種溶液に
おいて、各種表面形状部分の表面劣化、硬化、疲労等の
材質変化又は溶質変化を比較的容易に定量診断できると
いう利点を有する。
【００３３】また、この診断用測定センサｌを応用した
各種材料及び各種溶液の診断装置及び診断方法では、被
測定物２から測定した減衰係数、周波数、伝播時間、受
信感度、位相、波形のパターン解析などの測定要素の実
測値が被測定物の標準試料から求めた判定しきい値と比
較判断されることにより、試験体の熱、放射線、化学物
質、水等による劣化、接着強度、引張伸び、硬さ、疲労
などの診断要素が相対的な関係で、しかも簡易に定量診
断ができるという利点を有する。
各種材料及び各種溶液の診断装置及び診断方法では、被
測定物２から測定した減衰係数、周波数、伝播時間、受
信感度、位相、波形のパターン解析などの測定要素の実
測値が被測定物の標準試料から求めた判定しきい値と比
較判断されることにより、試験体の熱、放射線、化学物
質、水等による劣化、接着強度、引張伸び、硬さ、疲労
などの診断要素が相対的な関係で、しかも簡易に定量診
断ができるという利点を有する。
【００３４】さらに、診断要素及び測定要素の基準値が
それぞれ相関関係となる検量線を作成し、この検量線を
基準にして測定要素の実測値を比較判断するようにした
り、測定要素に対して重回帰分析などの統計的計算を用
いれば、より簡便で、しかも精度の高い定量診断が可能
になる。
それぞれ相関関係となる検量線を作成し、この検量線を
基準にして測定要素の実測値を比較判断するようにした
り、測定要素に対して重回帰分析などの統計的計算を用
いれば、より簡便で、しかも精度の高い定量診断が可能
になる。
【図１】本発明各種材料及び各種溶液の診断用測定セン
サの一実施例を示す図であり、（ａ）は概念的な説明
図、（ｂ）は部分的な拡大説明図。
サの一実施例を示す図であり、（ａ）は概念的な説明
図、（ｂ）は部分的な拡大説明図。
【図２】スネルの法則を示した説明図。
【図３】送受信角及び入射臨界角から鋼における増加変
位量を求めた特性図。
位量を求めた特性図。
【図４】被測定物に対する適切な密着圧力を荷重及び受
信強度から求めた特性図。
信強度から求めた特性図。
【図５】本発明各種材料及び各種溶液の診断用測定セン
サの他の実施例を示す概念的な説明図。
サの他の実施例を示す概念的な説明図。
【図６】本発明各種材料及び各種溶液の診断用測定セン
サの別の実施例を示す概念的な説明図。
サの別の実施例を示す概念的な説明図。
【図７】本発明各種材料及び各種溶液の診断用測定セン
サのさらに別の実施例を示す概念的な説明図。
サのさらに別の実施例を示す概念的な説明図。
【図８】本発明各種材料及び各種溶液の診断用測定セン
サのさらに他の実施例を示す概念的な説明図。
サのさらに他の実施例を示す概念的な説明図。
【図９】本発明各種材料及び各種溶液の診断装置の一実
施例を示す概念的な説明図。
施例を示す概念的な説明図。
【図１０】本発明各種材料及び各種溶液の診断装置の他
の実施例を示す概念的な説明図。
の実施例を示す概念的な説明図。
【図１１】軟質ポリ塩化ビニルの熱劣化（引張り伸びの
低下）を判別する検量線Ａを示した特性図。
低下）を判別する検量線Ａを示した特性図。
【図１２】水の中の懸濁物質量を調べる検量線Ｂを示し
た特性図。
た特性図。
ｌ 診断用測定センサ ２ 被測定物 ３ センサ本体 ４ 送信プロ−ブ ４ａ送信子 ５ 受信プロ−ブ ５ａ受信子 ６ シュ−部材 ７ 外郭ケ−ス ８ａ，８ｂ 端子 ９ａ，９ｂ リード線 １０ａ，１０ｂ ケーブル １１ 中心線 １２ 法線 １３ 接線 １４ 空間部分 １５ 圧電体 ２１ パルサ・レシーバ部 ２２ Ａ／Ｄ変換部 ２３ ディスプレイ ２４ ＣＰＵ ２５ パーソナルコンピュータ
Claims (10)
- 【請求項１】 被測定物の表面に接触して配置されるブ
ロック状をなすセンサ本体１には、一対の送信プロ−ブ
４及び受信プロ−ブ５が離間した状態で組込まれ、しか
もこの送信プロ−ブ４の送信子４ａ及び受信プロ−ブ５
の受信子５ａを利用して横波の剪断水平波（ＳＨ波）か
らなる超音波が入射側の送信プロ−ブ４から屈折側の被
測定物２の表層付近を通って受信プロ−ブ５に伝播され
るようにした各種材料の材質変化又は各種溶液の溶質変
化を非破壊で測定できるようにした診断用測定センサで
あって、 前記送信プロ−ブ４及び受信プロ−ブ５における送受信
角θ1は、Ｓｉｎθａ／Ｖａ＝Ｓｉｎθｂ／Ｖｂを与え
るスネルの法則（ただし、θａ，Ｖａは入射側の入射角
及び音速、θｂ，Ｖｂは屈折側の屈折角及び音速）にお
いて、θｂ＝９０°となるときの入射臨界角θ´ａより
も２°以下（０°を含まず）の範囲内で大きくなる増加
変位量δをもって設定されていることを特徴とする各種
材料又は各種溶液の診断用測定センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載されたセンサ本体１は、
送信プロ−ブ４及び受信プロ−ブ５を除く残りの部分が
送信プロ−ブ４及び受信プロ−ブ５のシュ−部材６より
も減衰の大きな材料で構成されている請求項１記載の各
種材料又は各種溶液の診断用測定センサ。 - 【請求項３】 請求項１に記載されたセンサ本体１は、
０．０２〜０．５ｋｇ／ｍｍ2の一定圧力で被測定物２
に圧接される請求項１又は請求項２記載の各種材料又は
各種溶液の診断用測定センサ。 - 【請求項４】 請求項１に記載されたセンサ本体１は、
送信プロ−ブ４及び受信プロ−ブ５間には、直接伝播の
減衰効率を高めるための空間部分１４が形成されている
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の各種材料又は各
種溶液の診断用測定センサ。 - 【請求項５】 請求項１に記載された送信プロ−ブ４及
び受信プロ−ブ５の離間部分には、伝播効率をあげるた
めの圧電体１５が配置されている請求項１〜請求項３の
いずれかに記載の各種材料又は各種溶液の診断用測定セ
ンサ。 - 【請求項６】 請求項１〜請求項５に記載された診断用
センサ１の送信子４ａ及び受信子５ａは、超音波の発信
及び受信を制御するパルサ／レシ−バ部２１に接続さ
れ、またこのパルサ／レシ−バ部２１には、受信子４ａ
からの受信波をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部２２及び
波形処理、波形表示、波形保存、検量線作成等に用いる
演算処理用のＣＰＵ２４がそれぞれ接続されるようにし
た各種材料の材質変化又は各種溶液の溶質変化を非破壊
で測定できるようにしたことを特徴とする各種材料又は
各種溶液の診断装置。 - 【請求項７】 請求項６に記載された診断装置の診断用
センサ１に適用されるＳＨ波からなる超音波は、送信子
４ａ側から被測定物２中を回折伝播し、受信子５ａ側で
得られた受信波形をＣＰＵにより演算処理することによ
り各種材料の材質変化又は各種溶液の溶質変化が診断さ
れることを特徴とする各種材料又は各種溶液の診断方
法。 - 【請求項８】 請求項７に記載された受信波形からＣＰ
Ｕ２４により演算処理して得られた測定要素の値を求
め、診断要素の値との間の検量線を作成し、この検量線
による相対的比較で、各種材料の材質変化又は各種溶液
の溶質変化を定量判定し、もしくは寿命判定する請求項
７記載の各種材料又は各種溶液の診断方法。 - 【請求項９】 請求項８に記載の検量線から定める測定
要素の判定しきい値をもうけ、測定要素の値から各種材
料の材質又は各種溶液の溶質の合否を判定する請求項７
記載の各種材料又は各種溶液の診断方法。 - 【請求項１０】 請求項７に記載された受信波形からＣ
ＰＵ２４により演算処理して得られた測定要素の統計的
計算により各種材料の材質変化又は各種溶液の溶質変化
を定量判定し、もしくは寿命判定する請求項７記載の各
種材料又は各種溶液の診断方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10025105A JPH11211699A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 各種材料又は各種溶液の診断用測定センサ、診断装置及び診断方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10025105A JPH11211699A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 各種材料又は各種溶液の診断用測定センサ、診断装置及び診断方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211699A true JPH11211699A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=12156654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10025105A Pending JPH11211699A (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 各種材料又は各種溶液の診断用測定センサ、診断装置及び診断方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11211699A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004184378A (ja) * | 2002-12-06 | 2004-07-02 | Koyo Seiko Co Ltd | 鋼製部品の脱炭または研磨焼の検査方法 |
| JP2007057327A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 高分子材料劣化診断法 |
| JP2007121166A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 高分子材料劣化診断法 |
| JP2007285813A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Jfe Koken Corp | 超音波探傷装置および超音波探傷方法 |
| WO2017085512A1 (en) * | 2015-11-20 | 2017-05-26 | Doosan Babcock Limited | Inspection device and method |
| JP2018054321A (ja) * | 2016-09-26 | 2018-04-05 | 日本精機株式会社 | 液体種類特定装置 |
| CN110319779A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-10-11 | 厦门正新橡胶工业有限公司 | 橡胶半制品宽度尺寸在线检测装置及检测方法 |
-
1998
- 1998-01-21 JP JP10025105A patent/JPH11211699A/ja active Pending
Cited By (7)
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