JPS5821561A - 超音波探傷用デバイス - Google Patents
超音波探傷用デバイスInfo
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- JPS5821561A JPS5821561A JP56119188A JP11918881A JPS5821561A JP S5821561 A JPS5821561 A JP S5821561A JP 56119188 A JP56119188 A JP 56119188A JP 11918881 A JP11918881 A JP 11918881A JP S5821561 A JPS5821561 A JP S5821561A
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- wave
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
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- G—PHYSICS
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- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はラム波−表面波のモード変換を介もて非圧電体
に表面波を励起させることにより非圧電体に存在するク
ランクを検知する超音波探傷用のデバイスに関する。
に表面波を励起させることにより非圧電体に存在するク
ランクを検知する超音波探傷用のデバイスに関する。
超音波探傷用のデバイスとしては第１図（Ａ）並びに第
１図（Ｂ）に示されるものが既に知られている。
１図（Ｂ）に示されるものが既に知られている。
第１図（Ａ）に示されるように従来の超音波探傷用のデ
バイスは、表面波を励起する厚さの圧電基板１と、該基
板表面にもうけられる１対のくしの歯状電極から成り表
面波の励起及び受波を兼ねる単一のインターディ２、ジ
タル電極２を有する。
バイスは、表面波を励起する厚さの圧電基板１と、該基
板表面にもうけられる１対のくしの歯状電極から成り表
面波の励起及び受波を兼ねる単一のインターディ２、ジ
タル電極２を有する。
上記構成のデバイスは、第１図（Ｂ）に示されるように
非圧電体３の上方に配置され、両者の間の一部に液体４
が充填されて圧電基板１と非圧電体３との間に超音波の
液体伝搬路が形成される。圧電基板１が非圧電体３に対
してなす角度θは、非圧電体への表面波の励起及び検知
のための最適角として次式を満足するように定められる
。
非圧電体３の上方に配置され、両者の間の一部に液体４
が充填されて圧電基板１と非圧電体３との間に超音波の
液体伝搬路が形成される。圧電基板１が非圧電体３に対
してなす角度θは、非圧電体への表面波の励起及び検知
のための最適角として次式を満足するように定められる
。
ここに、θ１は圧電基板１の法線と液体４内の縦波伝搬
方向との間の角、θ２は非圧電体３の法線と液体４内の
縦波伝搬方向との間の角、Ｖｃは液体４内での縦波速度
、ＶＲｌは圧電基板１での表面波速度■−は非圧電体３
での表面波速度である。
方向との間の角、θ２は非圧電体３の法線と液体４内の
縦波伝搬方向との間の角、Ｖｃは液体４内での縦波速度
、ＶＲｌは圧電基板１での表面波速度■−は非圧電体３
での表面波速度である。
上記構成でインターディジタル電極２に電気信号を印加
すれば、圧電基板１に表面波Ｌ１が励起される。表面波
り、は基板１と液体４との境界面で縦波に変換され、液
体４の中を非圧電体３に向がって伝搬する。液体４と非
圧電体３との境界面では表面波Ｌ２に変換され、非圧電
体３を伝搬する。ここで表面波Ｌ２の伝搬路上にクラッ
ク５が存在すれば、表面波Ｌ２はクラック５で反射され
ることになる。この反射波は上記と逆の行程を経てイン
ターディジタル電極２に到達するので、非圧電体に存在
するクラックを検知することができる。
すれば、圧電基板１に表面波Ｌ１が励起される。表面波
り、は基板１と液体４との境界面で縦波に変換され、液
体４の中を非圧電体３に向がって伝搬する。液体４と非
圧電体３との境界面では表面波Ｌ２に変換され、非圧電
体３を伝搬する。ここで表面波Ｌ２の伝搬路上にクラッ
ク５が存在すれば、表面波Ｌ２はクラック５で反射され
ることになる。この反射波は上記と逆の行程を経てイン
ターディジタル電極２に到達するので、非圧電体に存在
するクラックを検知することができる。
しかしながら上記デバイスは、（１１表面波速度が入力
信号の周波数に依存しないことがら、最適角θを機械的
に設定しなげればならないこと、（２）出力信号は入力
信号に比べて極めて小さく従って単一の電極で入出力を
兼ねる従来例では電極から直出力信号を得るには問題点
があり、このため入出力信号を分離するための方向性結
合器を別途もうけ゛なければならないこと、（３）表面
波−表面波の変換モードを利用するので第１図（Ｂ）に
示すように電極側の面をもって液体結合しなげればなら
ず、非圧電体への配置の自由度が限定されること、など
の欠点がある。
信号の周波数に依存しないことがら、最適角θを機械的
に設定しなげればならないこと、（２）出力信号は入力
信号に比べて極めて小さく従って単一の電極で入出力を
兼ねる従来例では電極から直出力信号を得るには問題点
があり、このため入出力信号を分離するための方向性結
合器を別途もうけ゛なければならないこと、（３）表面
波−表面波の変換モードを利用するので第１図（Ｂ）に
示すように電極側の面をもって液体結合しなげればなら
ず、非圧電体への配置の自由度が限定されること、など
の欠点がある。
従って本発明は従来の技術の上記欠点を除去することを
目的とし、この目的を達成するために本発明による超音
波探傷用デバイスは、圧電基板の厚さをほぼλ（λは該
基板における音波の波長）以下とし、この圧電基板表面
に、複数の細長の導体片を平行に配列することによりマ
ルチストリップカプラを形成し、該カプラの導体片の配
列に対向して当該配列の一方の側に入力用と出力用のイ
ンターディジタル電極を個別にもうけることを特徴とす
る。
目的とし、この目的を達成するために本発明による超音
波探傷用デバイスは、圧電基板の厚さをほぼλ（λは該
基板における音波の波長）以下とし、この圧電基板表面
に、複数の細長の導体片を平行に配列することによりマ
ルチストリップカプラを形成し、該カプラの導体片の配
列に対向して当該配列の一方の側に入力用と出力用のイ
ンターディジタル電極を個別にもうけることを特徴とす
る。
以下図面に従って本発明の詳細な説明する。
第２図（Ａ）は本発明による超音波探傷用デバイスの一
実施例、第２図（均は本デバイスによる超音波探傷の説
明図である。
実施例、第２図（均は本デバイスによる超音波探傷の説
明図である。
圧電基板ＩＯは該基板における音波の波長λと同程度又
はこれ以下の厚さを有する薄板状とし、該基板の表面に
、入力用のインターディジタル電極１１と出力用のイン
ターディジタル電極１２とマルチストリップカプラ１３
がもうけられる。
はこれ以下の厚さを有する薄板状とし、該基板の表面に
、入力用のインターディジタル電極１１と出力用のイン
ターディジタル電極１２とマルチストリップカプラ１３
がもうけられる。
マルチストリップカプラ１３は基板表面上に複数の導体
片を平行に配列することにより形成される。
片を平行に配列することにより形成される。
各インターディジタル電極（１１，１２）は、その電極
指がカプラ１３の導体片の配列に平行でかつ対向するよ
うに、当該配列の一方の側に夫々もうけられる。基板１
０の裏面にはカプラ１３の導体片の配列に対向して平板
状電極１４がもうけられる。この平板状電極１４の存在
により基板中の音波（ラム波）の伝搬が影響され、結果
として基板表面の導体片の数を減少させることができる
。しかしこの電極１４すもうけると音波の速度が変化す
るので、二の影響をなくすために、インターディジタル
電極（１１、１２）に対向する平板状電極１５がもうけ
られる。
指がカプラ１３の導体片の配列に平行でかつ対向するよ
うに、当該配列の一方の側に夫々もうけられる。基板１
０の裏面にはカプラ１３の導体片の配列に対向して平板
状電極１４がもうけられる。この平板状電極１４の存在
により基板中の音波（ラム波）の伝搬が影響され、結果
として基板表面の導体片の数を減少させることができる
。しかしこの電極１４すもうけると音波の速度が変化す
るので、二の影響をなくすために、インターディジタル
電極（１１、１２）に対向する平板状電極１５がもうけ
られる。
上記構成のデバイスは、第２図（Ｂ）に示すように、液
体１６を介して非圧電体筒の上方に配置される。
体１６を介して非圧電体筒の上方に配置される。
本デバイスはラム波を励起するので、第２図（Ｂｌに示
す様に電極面を上にして配置してもよく、また、第１図
（Ｂ）に示す様に電極面を下にして非圧電体筒上方に配
置してもよい。圧電基板１０と非圧電体Ｉとの角度θは
、非圧電体筒への表面波の励起及び検知のための最適角
として、次式を満足するように定められる。
す様に電極面を上にして配置してもよく、また、第１図
（Ｂ）に示す様に電極面を下にして非圧電体筒上方に配
置してもよい。圧電基板１０と非圧電体Ｉとの角度θは
、非圧電体筒への表面波の励起及び検知のための最適角
として、次式を満足するように定められる。
ここに、Ｖｔ、 は圧電基板１０でのラム波速度、Ｖ
Ｒは非圧電体筒での表面波速度である。ラム波速度Ｖｔ
、は入力信号の周波数に依存して変化するので、機械的
に最適傾斜角θに合せなくとも周波数変化によって微調
整が可能である。
Ｒは非圧電体筒での表面波速度である。ラム波速度Ｖｔ
、は入力信号の周波数に依存して変化するので、機械的
に最適傾斜角θに合せなくとも周波数変化によって微調
整が可能である。
紀２図（Ｂｌの配置で入力用のインターディジタル電極
１１に電気信号を印加すればラム波が励起される。この
ラム波はカプラ１３で幅広にされ、少なくともその一部
が液体１６との結合面で縦波に変換される。この縦波は
液体中を伝搬して非圧電体筒に到り、その結合面で表面
波に変換されて非圧電体筒を伝搬する。非圧電体筒にク
ラック２１が存在すれば、表面波はそこで反射され、上
述とは逆の行程を経てカプラ１３に到り、幅広の反射波
（う、−波）とされた後その一部が出力用のインターデ
ィジタル電極１２で受波される。
１１に電気信号を印加すればラム波が励起される。この
ラム波はカプラ１３で幅広にされ、少なくともその一部
が液体１６との結合面で縦波に変換される。この縦波は
液体中を伝搬して非圧電体筒に到り、その結合面で表面
波に変換されて非圧電体筒を伝搬する。非圧電体筒にク
ラック２１が存在すれば、表面波はそこで反射され、上
述とは逆の行程を経てカプラ１３に到り、幅広の反射波
（う、−波）とされた後その一部が出力用のインターデ
ィジタル電極１２で受波される。
マルチストリップカプラ１３は上述の説明で明らかなよ
うに方向性結合器として機能し、出力用のインターディ
ジタル電極１２には反射波のみが到達するので、該電極
１２から出力信号を直接得ることができる。なお、反射
波による出力な効率よく取り出すためには、直進する波
と伝搬路が変化するものとの比率が１対１になるように
カプラ１３の導体片の数を選定することが望ましい。
うに方向性結合器として機能し、出力用のインターディ
ジタル電極１２には反射波のみが到達するので、該電極
１２から出力信号を直接得ることができる。なお、反射
波による出力な効率よく取り出すためには、直進する波
と伝搬路が変化するものとの比率が１対１になるように
カプラ１３の導体片の数を選定することが望ましい。
次に上記構成のデバイスの実験例を示す。
第３図は実験構成例で、圧電基板１０としては厚さ２０
０μｍの薄板状圧電磁器（ＴＤＫ製９１Ａ材）を使用し
、該基板表面に電極周期８４０ｐｍの入力用及び出力用
のインターディジタル電極（１１、１２）周波数４．．
１７ＭＨｚのデノ（イスを構成した。１１１−圧電体Ｉ
としてはアルミニウム板を用〜・た。また、出力電極１
２で最大効率の出力を得るためにカプラ１３の導体片の
数に３”ｌとした。
０μｍの薄板状圧電磁器（ＴＤＫ製９１Ａ材）を使用し
、該基板表面に電極周期８４０ｐｍの入力用及び出力用
のインターディジタル電極（１１、１２）周波数４．．
１７ＭＨｚのデノ（イスを構成した。１１１−圧電体Ｉ
としてはアルミニウム板を用〜・た。また、出力電極１
２で最大効率の出力を得るためにカプラ１３の導体片の
数に３”ｌとした。
上記仕様テノ最適角θは、ｖＬ＝３４６４７ｒＩ／５ｅ
Ｃ１２０’Ｃでの Ｖｃ ＝ １４８３ ｍ／ｓｅｃ、
ＶＲ＝ １８９０ ｍ／ｓｅｃであることから、式（２
）に代入してθ＝５．５°力″−得られる。この理論値
は第４図の曲線（ａ）力・ら明ら力）なように実験値に
良く一致する。第４図（”ト圧電体筒に励起される表面
波の出力レベルなθの関数として測定したもので、曲線
（ａ）＋！大入力信号の周波数がデバイスの中心周波数
の場合であり、曲線（ｂ）Ｇ−ｉ入力信号の周波数が３
．８５ＭＨｚの場合を示す。第斜角の変化することがわ
かる。これ（ｉＶＬ力′−４，０８ＭＨｚ では３４８
４． ｍ／ｓｅｃである力’ｓ ３．８５ Ｍ Ｈｚ
で３６５０ ｍ／ｓｅｃであることに対応して（・る。
Ｃ１２０’Ｃでの Ｖｃ ＝ １４８３ ｍ／ｓｅｃ、
ＶＲ＝ １８９０ ｍ／ｓｅｃであることから、式（２
）に代入してθ＝５．５°力″−得られる。この理論値
は第４図の曲線（ａ）力・ら明ら力）なように実験値に
良く一致する。第４図（”ト圧電体筒に励起される表面
波の出力レベルなθの関数として測定したもので、曲線
（ａ）＋！大入力信号の周波数がデバイスの中心周波数
の場合であり、曲線（ｂ）Ｇ−ｉ入力信号の周波数が３
．８５ＭＨｚの場合を示す。第斜角の変化することがわ
かる。これ（ｉＶＬ力′−４，０８ＭＨｚ では３４８
４． ｍ／ｓｅｃである力’ｓ ３．８５ Ｍ Ｈｚ
で３６５０ ｍ／ｓｅｃであることに対応して（・る。
第５図は角度θを〕〈ラメータとしてクラック２１の表
面からの距離りと出力電極１２で得られる出力電圧との
関係を示す測定結果である。図から明らかなように、最
適傾斜角θ−５，５°で最も効率良く動作することがわ
かると共に、特に非圧電体を伝搬する表面波が表面付近
のクラックでより影響を受けることがわかる。
面からの距離りと出力電極１２で得られる出力電圧との
関係を示す測定結果である。図から明らかなように、最
適傾斜角θ−５，５°で最も効率良く動作することがわ
かると共に、特に非圧電体を伝搬する表面波が表面付近
のクラックでより影響を受けることがわかる。
以上説明したように本発明によれば、ラム波−表面波の
モード変換を利用するので、デノ（イスの最適傾斜角θ
を電気的に調整することができ、また非圧電体への配置
の自由度があり、更に圧電基板に個別の入出゛・電極と
マルチストリップカプラをもうけたので、反射波による
信号を出力電極から直接取り出すことができ、デノ（イ
スをコン７（クトに構成することができる。
モード変換を利用するので、デノ（イスの最適傾斜角θ
を電気的に調整することができ、また非圧電体への配置
の自由度があり、更に圧電基板に個別の入出゛・電極と
マルチストリップカプラをもうけたので、反射波による
信号を出力電極から直接取り出すことができ、デノ（イ
スをコン７（クトに構成することができる。
第１図（Ａｌは超音波探傷用デノ（イスの従来例、第１
図の）は第１図（Ａ）のデバイスを用いる超音波探傷の
説明図、第２回置は本発明による超音波探傷用デバイス
の一実施例、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）のデノ（イス
による超音波探傷の説明図、第３図は実験構成例、第４
図及び第５図番末実験例を示す図である。 １０：圧電基板 １１：入力用のインターディジタル電極１２：出力用の
インターディジタル電極１３：マルチストリップカプラ １６：液 体 ２０：非圧電体 ２１：クラック 特許出願人 東京電気化学工業株式会社 特許出願人 戸 １） 耕 司 特許出願代理人 弁理士山本恵−
図の）は第１図（Ａ）のデバイスを用いる超音波探傷の
説明図、第２回置は本発明による超音波探傷用デバイス
の一実施例、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）のデノ（イス
による超音波探傷の説明図、第３図は実験構成例、第４
図及び第５図番末実験例を示す図である。 １０：圧電基板 １１：入力用のインターディジタル電極１２：出力用の
インターディジタル電極１３：マルチストリップカプラ １６：液 体 ２０：非圧電体 ２１：クラック 特許出願人 東京電気化学工業株式会社 特許出願人 戸 １） 耕 司 特許出願代理人 弁理士山本恵−
Claims (1)
- 圧電基板と該基板表面にもうけられる１対のくしの歯状
電極からなるインターディジタル電極を有し、前記圧電
基板が非圧電体と一部液状体を介して結合されるように
非圧電体に配置することにより、非圧電体に表面波“を
励起伝搬させその反射波を受波する超音波探傷用デバイ
スにおいて、前記圧電基板の厚さをほぼλ（λは該基板
における音波の波長）以下の薄板状とし、該圧電基板表
面に、複数の細長の導体片を平行に配列することにより
マルチストリップカプラを形成し、該カプラの導体片の
配列に対向して当該配列の一方の側に人力用と出力用の
インターディジタル電極を個別にもうけることを特徴と
する超音波探傷用デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56119188A JPS5821561A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 超音波探傷用デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56119188A JPS5821561A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 超音波探傷用デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5821561A true JPS5821561A (ja) | 1983-02-08 |
| JPS6330577B2 JPS6330577B2 (ja) | 1988-06-20 |
Family
ID=14755086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56119188A Granted JPS5821561A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 超音波探傷用デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5821561A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60172507A (ja) * | 1984-02-20 | 1985-09-06 | Inoue Japax Res Inc | 成形用型装置 |
| JP2011505776A (ja) * | 2007-12-03 | 2011-02-24 | エアバス・ユ―ケ―・リミテッド | 音響トランスデューサ |
-
1981
- 1981-07-31 JP JP56119188A patent/JPS5821561A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60172507A (ja) * | 1984-02-20 | 1985-09-06 | Inoue Japax Res Inc | 成形用型装置 |
| JP2011505776A (ja) * | 2007-12-03 | 2011-02-24 | エアバス・ユ―ケ―・リミテッド | 音響トランスデューサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6330577B2 (ja) | 1988-06-20 |
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