JPS5842426B2 - 横音波処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内部応力から誘導されるか又は音響的に活性
な物質ｔこ固有の伝播異方性を示す物体、材料、物質及
び構造体を通過する音波の線状偏極から生起される楕円
パラメータの研究及び測定を目的とする横音波作動装置
及びその改良に係る。

（音響的に活性な物質の研究及び測定は音響的偏極測定
の分野に属する。

）同様の適用を目的とする横音波作動装置は、１９７１
年１１月１６日のフランス特許第７ Ｌ４０８７５号“
音波処理装置及びその用途〃（発明者アンドレ・ロベー
ル）として本出願人により出願されている。

この装置は本質的に、平行端面を有しており両端面間の
物体の長さに対して直角で且つ相互に直交する高速軸と
低速軸とを有する音響性複屈折材料から戊る細長形ボデ
ィの使用に基づく。

ボディは前記端面の片方に加えられる前記軸と４５°に
配位された横音波により励起される。

１つの軸の方向に平行な電界を作用させると、前記電界
はその値に従って音波がボディの端面間を移動するとき
ｌこ軸に沿って音波の成分間の相対的な移相を制御する
。

ボディと同一材料から戒る音響性移相部材を音波を受理
する端面から離隔する端面（こ作用させる。

前記部材はボディの高速軸に対して４５°の高速軸を有
する。

音響的異方性又は偏極測定の研究及び測定の場合、前記
装置から出される波が１サンプル“を通過しサンプルか
ら出る波が同一装置により受理される。

前記装置内では変換器が受理装置として機能し、受理波
の位相と強度とを測定する電子回路に供給する。

前記フランス特許の装置は、比較的制約が太きい。

例えばボディの材料及び移相部材の材料として電気的手
段によって制御され得る異方性の音響的に複屈折の材料
を選択しなければならないし、このような電気的制御の
ためにピーク値約１０〜２０キロボルトの高電圧を使用
しなければならないし、ボディに移相部材を付加しなけ
ればならない。

ジョン・イ・メイ・ジュニア及びジョン・エッチ・ロー
エンによる米国特許第３２５１０２６号“音響システム
“では、音響伝送路が各端部に伝送変換器と受理変換器
とを有する回転磁気ボディから成り、それらが異なる時
間間隔で別個に作動するシステムが開示されている。

このシステムを偏極測定及び異方性研究の目的に使用す
ることはできない。

本発明の目的は、前記の如き制約を除去する新規な改良
された横音波処理装置を提供することである。

本発明の目的は、既存装置の欠点が除去された材料、物
体、物質及び構造体の異方性パラメータの研究と音響的
に活性な物質の音響性偏極測定とを目的とする横音波処
理装置を提供することである。

本発明装置の概括的な特徴は、平行端面を有する細長形
ボディと直交する線状様偏極軸を有する一対の波変換器
とから構成されており、 前記２個の変換器が前記ボディの１端面のみに装着され
ており、 前記２個の変換器が同時的に励起されると、位相が相互
に士サイクルずれている低周波数により変調された高周
波数音波を送出又は受理し、ボディが全長に亘って等方
性材料から成り、前記全長は、送出された２つの波がベ
クトル的に結合して変換器の変調に使用される低周波数
のパルスの速度で回転する定振幅の一つの波を形成し得
る長さであることである。

次に添付図面に基いて、本発明を更に詳細に説明する。

第１図に於ける細長形ボディーは、特に高周波数の横音
波伝播性にすぐれた等方性材料から戒り、その１つの端
面に、矢印６，７で夫々示される直交偏極軸を有する音
波変換器を構成する一対の小型プレート４，５が装着さ
れている。

例えばピエゾ電気性セラミック材料又は他の適当な材料
から戊る前記小型プレートは、端面２に例えば装着され
ている。

第１．４．５図の装置では、小型プレーｌ−４，５は、
音波実際は超音波の伝送器である。

ボディーの製造に特に適当な等方性材料は、例えば、ア
ルミニウム合金、鋼合金、インパールＩＮＶＡＲ金属等
であり、又基礎周波数例えばメガヘルツ程度の横音波伝
播性にすぐれたいかなる他の材料から選択されてもよい
。

前記変換器４，５は、前記基礎周波数の電圧によって駆
動される。

基礎周波数はパルスωでジェネレータ８から供給され、
ジェネレータ９が供給する例えば５０〜６０ヘルツのパ
ルス８の低周波数振動の２個の出力ｓｉｎ＃を及びｃｏ
ｓ＃ｔにより変調される。

従って変換器に印加される変調電圧の位相は相互に７サ
イクルずれている。

ジェネレータ８から放出される電圧のｃｏｓωｔは夫々
回路即ち変調器１０．１１に於いて変調される。

この結果、変調器４は変調器１０の出力からに、ｓｉｎ
、Ｑｔ、ｃｏｓωｔの電圧を受理し、変換器５は、変調
器１１の出力からに、 ｃｏｓ 、Ｑｔ、 ｃｏｓ Ｑ
ｔの出力を受理する。

Ｋは伝達定数である。駆動端面２と音波放出端面３との
間のボディーの長さＬに関しては、変換器４，５によっ
て加えられる２種の横波がボディ内を進行中にベクトル
的に結合し得る長さを選択する。

ボディーの材料が等方性なので端面３は励起されその結
果、ジェネレータ９から出される低周波数振動のパルス
の速度ρで矢印１３の方向に回転する定振幅の線状波を
放出する。

第２図のように、装置を受信器として使用し得ることも
明白である。

第２図では、第１図のボディ１と同一性質の等方性細長
形ボディが符号２１で示されている。

ボディ２１の１端面２２に装着されている変換器１４．
１５は第１図の変換器４゜５と同一性質である。

変換器１４．１５の偏極軸は符号１６．１７で示される
。

このボ、ディ２１は、端面２３に、図中非変形的に符号
３２で示されているが実際は楕円形の非線状偏極を有し
ており、矢印３３の方向に回転する音波を受理する。

この受理音波の成分は、別の端面に於いて変換器により
前記と同形の１対の電圧に変換されて放出される。

−Ｉｔ分はｓｉｎ Ｑｔ、 ｃｏｓωｔであり別の成分
はｃｏｓ ｆｆｔ、 ｃｏｓωｔであるが振幅及び位相
は異っている。

これらの成分電圧は増幅器３４に於いて増幅され処理回
路３５に印加されここで入力音波３２の楕円パラメータ
の値が誘導される。

直線音波の楕円性は第１図のボディ１より出される音波
を弾性（音響性）異方性を示す媒質へ作用させた結果と
して得られてもよい。

この種の楕円音波は第３、第４及び第５図に於ける５０
のような媒質を出力した後、集結される。

前記媒質は本質的に異方性の材又は物質であってもよく
又は１サンプル“と称される構造体であってもよい。

後出の１サンプル〃に於ける異方性は、音波の総合的伝
播方向に対して垂直な面上の方位θに添ってサンプルｌ
こ対して応力を作用させることによって生ずる。

このような状況下でサンプル５０は複屈折性ボディとし
ての働きをなし応力の方位に対して平行な低速軸及び前
記方位に対して垂直な高速軸とを有する。

使用される音波は前記軸に対して各々平行して偏極され
ており、５０より出力されるとその結果応力値に比例す
る値を有する位相差ψを生じる。

装置内に定常波が発生することを防止する為、変換器４
及び５には、ここに図示しない公知方法でパルスされた
電圧が供給される。

サンプル５０を出力する波を受理する回路３５は、第３
及び第４図が示す如く３４で増幅された２個の電圧を以
下のように処理する。

これら２個の電圧は各々ｃｏｓ＃を及びｓｉｎ、Ｑｔが
乗算される。

この乗算の積たる２個の電圧間には差が生じる。

差電圧は検出された後濾過され、この結果正弦波電圧が
生じ、その振幅値は３６位置で測定され、３８で表示さ
れる。

この値はサンプルに加えられた応力の強度関数であるｓ
ｉｎψに比例する。

周波数（、Ｑｔ−θ）の電圧の位相は位相計３７によっ
て９より発生した振動の位相と比較される。

インジケータ３９は応力の方位θに比例する電圧を測定
する。

第３図の実施例はサンプル５０の両面が利用されその結
果音波が直通し得る場合を示している。

サンプルの一方の面には第１図の装置が、他方の面には
第２図の装置が装着されている。

第４図の実施例はサンプルの一面のみが利用され得る場
合に係る。

音波は利用し得る面からサンプルに入り、前記面により
反射され、応力による振幅及び移相の測定を行なうべく
集結される。

これは１対の変換器４及び５のみが利用され得る状態で
あり、伝送−受信スイッチ４０は従来から公知の方法で
変換器の機能を伝送から受信或いは受信から伝送に確実
に転換し得る。

本発明装置の主な利点の１つは高及び低周波数振動の各
々が等方性ボディ１（及び２１）の長さＬを同時に修正
することなく可成広範囲の数値中でその周波数を変更し
得る。

長さＬは高周波数振動の波長の数倍、約５０倍から約１
００倍でなければならない。

第５図は第４図の場合と同一の装置を示しているが、こ
の装置は第３図の装置にも簡単に適用し得る。

第５図ではサンプルを出力し、受信器の働きをする変換
器によって受理される信号を処理すべく配置された修正
回路を示している。

変換器４及び５はまず第１に等方性ボディ１からサンプ
ル５０へ伝送される音波を発生すべく始動される。

波はサンプル中を往復し、再び１を通過し同じ変換器４
と５に受理される。

変換器ｔこ印加される電圧がパルス電圧なので装置の受
信器側から変換器側を分離すべく変換−受信スイッチ７
９は４，５を信号処理を行なう回路に接続するのみでよ
い。

このスイッチは従来のもので、公知の如く、ボディ１と
サンプル５０に於いて音波が放出された一定時間の後、
変換器が波を伝送すべく始動されるまで受理回路を受理
変換器にのみ接続する。

スイッチ７９が閉塞されている時間は変換器から出て変
換器に帰還する音波軌道の平均的長さの関数である。

２個の倍率回路１０及び１１はジェネレータ９からの２
個の低周波数正弦波電圧による変調を確保する。

１個はジェネレータ８の高周波数電圧のｓｉｎ＃を及び
他はｃｏｓ Ｑｔである（後者はＩｆ／２に調整された
移相回路６１によって得られる）。

裁断制御電圧８０が印加されている増幅器６３を通じて
ｓｉｎ、Ｑｉｃｏｓωを電圧は変換器４に印加されてい
る。

ｃｏｓβｔｌＩｃｏｓωを電圧は同様に、同一の裁断電
圧８０によって制御されている裁断増幅回路６４を通じ
て変換器に印加されている。

等方性ボディ１の出力に於ける変換器からの２個パルス
された横波を結合する、パルス音波はサンプル５０に印
加され、その中を通過する。

その後、後面により反射され１を通過し変換器４及び５
に戻る。

７９を通じて２個の集結されたｓｉｎ、Ｑｔ位相の差信
号及びｃｏｓ＃を位相の差信号からは受理された波の楕
円パラメータ値、従ってサンプル５０に印加された応力
の配位及びその強度を測定する値が誘導される。

信号き及びヱは、６６及び６７において移相回路６５を
介して８から得た高周波成分と乗算される。

この回路において、位相はＯｏから３６００へ調整され
得る。

Ａφは手動調整自在のこの回路の移相を示している。

６６及び６７から夫々出力される積電圧は、周波数８の
成分のみを前記積電匣内ｌこ保持するように調整した２
個の低域フィルタ６８及び６９によりそれぞれ済過され
る。

これらの成分は、それぞれ前記低周波数のＸ電圧及びＹ
電圧を発する７０゜７１において増幅される。

Ｙ電圧の振幅は、例えば、インジケータ３８）こおいて
測定される。

Ｘ電圧は、信号Ｘ−５ｉｎ Ｑ ｔを送る倍率回路７２
においてジェネレータより発せられた５ｉｎＱ電圧と乗
算される。

同様に倍率回路７３は、Ｙ電圧と６１から発せられるｃ
ｏｓ、Ｑｔ電圧を乗算し、信号Ｙ、ｃｏｓ、２ｔを送る
。

これらの信号は、差動増幅器７６に印加される。

この差動増幅器７６の出力はインジケータ７５において
測定される。

移相Ａφはまず零に調整されるかまたはそのままの値に
維持される。

次に、手動でφ。の値に調製し、それによって、増幅器
７６の出力信号が、インジケータ７５に指示される零の
値に到達する。

移相Ｊφは最後に（φ。

＋９０°）の値に調整される。

この調整によって、３８において指示される値すなわち
ｓｉｎφ／２は、サンプル５０中に異方性を生じる応力
の強さの関数であるが、これは真の値である。

応力の強さはφに比例し、従って測定される。

Ｙ電圧はさらに、９からのｓｉｎβを電圧が参照相とし
て印加される位相計３７に対し印加される。

位相計３７の出力側で判読される電圧は応力の方位θの
測度であり、その応力の方位がサンプル５０に異方性を
与える。

この同じ回路を第３図の場合に簡単に適用し得る。

第３図においては、これらの回路は、Ｘ及びＹ信号を送
る変換器１４及び１５４こ付されている。

７９の如きスイッチは不要である。

変換器を等方性ボディ１の端面上で横へ並べる代りに、
第６図に示した如く、例えば膠フィルムの如き薄い絶縁
フィルムを間に挟んで端面上に重ねることを望む場合に
は、変換器により等方性ボディ１内に生じた２個の音波
の間に僅かな移相が生起する。

「外側の」変換器により生じた波は、「内側の」変換器
により生じた波に対して僅かに遅れる。

これらの波は同位相であるかまたは逆位相である。

従って、第６図に８１で示されている如き位相調製回路
を少なくとも１側設けなければならない。

この回路は他の変換器へ至る接続線内に設けてもよく、
また、２個のこのような位相調整回路を、裁断増幅器６
３及び６４から変換器へ至る各接続線上に１個ずつ配置
して設けてもよい。

本発明の実施態様のいくつかの例を下記に要約する。

（１）前記等方性材料がアルミニウム合金、鋼合金から
成るグループから選択されることを特徴とする特許請求
の範囲１に記載の装置。

（２）前記長さが、前記高周波数の波長の約５０〜ｉｏ
ｏ倍であることを特徴とする特許請求の範囲１に記載の
装置。

（３）等方性ボディの端面を、内部で波が往復する異方
性構造体の面に接触させることを特徴とする特許請求の
範囲４に記載の装置。

（４）異方性構造体が、音波発生構造体の開放端面と音
波受理構造体の開放端面との間に挿入されていることを
特徴とする特許請求の範囲３に記載の装置。

（５）変換器ｌこ印加される電圧が裁断（ｃｈｏｐｐｅ
ｒ ）増幅回路を通過することを特徴とする特許請求の
範囲２に記載の装置。

（６）受理回路装置が、受理信号成分と伝送信号の高周
波数波振動から誘導される電圧との積を算出する手段と
、前記積から伝送信号の低周波数振動の成分を抽出する
手段と、前記成分の少くとも１個の振幅と位相とを測定
する手段と、前記測定手段の測定条件を調整する手段と
から成ることを特徴とする特許請求の範囲３に記載の装
置。

（７）前記測定条件調整手段が、前記低周波数成分を低
周波数振動の対応位相成分により乗算する手段と、前記
倍率手段の出力の振幅差を形成する手段と、高周波数波
振動から誘導される電圧の位相を、先ず振幅差の出力を
０にして次に位相を９００増加させることによって調整
する手段とから戒ることを特徴とする前項（６）に記載
の装置。

（８）前記位相調整が、高周波数振動ジェネレータの出
力に挿入され００〜３６０°迄調整自在な移相回路によ
り行われ、前記低周波数成分抽出手段が前記成分積形成
手段の出力に連結されている低域フィルタから成り、前
記積形成手段が倍率回路から成ることを特徴とする前項
（７）に記載の装置。

（９）変換器が等方性ボディの前記１端面に装着されて
おり、調整自在な移相制御回路が送出変換器の少くとも
一方に接続すべく挿入されていることを特徴とする特許
請求の範囲１に記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は伝送器として使用される本発明の１具体例、第
２図は受信器として使用される本発明の１具体例、第３
図は第１図の装置が発する音波を通過させ第２図の装置
に加える波を送出する構造体の異方性研究システムの１
具体例の全体図、第４図は送出音波が構造体通過後、音
波送出変換器に反射されるように構成されている第３図
と同目的の装置の１具体例、第５図は第４図の具体例の
詳細な実施例、第６図は第５図の１部変形例である。 １．２１・・・・・・ボディ、２，３，２２，２３・・
・・・・端面、４，５，２４・・・・・・変換器、８，
９・・・・・・ジェネレータ、１ｏ、ｉｉ・・・・・・
変調器、３４，６３・・・・・・増幅器、３５・・・・
・・回路、３７・・・・・・位相計、３９゜７５・・・
・・・インジケータ、５０・・・・・・サンプル、６５
・・・・・・移相回路、６８．６９・・・・・・低域フ
ィルタ、７２．７３・・・・・・倍率回路、７６・・・
・・・差動増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 音響的に活性な物質及び媒質の異方性の測定を目的
   としており、平行端面を有する細長形ボディと前記端面
   の１つに装着された相互に直交する線状横細極軸を有す
   る１対の波変換器とから戊る型の横音波装置に於いて、
   前記変換器が前記ボディのｌ端面のみに配置されており
   、前記変換器が、位相が相互に７サイクルずれている低
   周波数振動の成分によって夫々変調されている高周波数
   音波を伝送又は受理し、前記ボディがその全長に且つて
   等方性材料から成り、前記全長が、変換器によって内部
   に生起される２種の波がベクトル的に結合し前記低周波
   数の速度で回転する定振幅波を発生し得る長さであるこ
   とを特徴とする横音波装置。 ２ 前記等方性ボディに音波を送出する場合、変換器が
   、約メガヘルツの高周波数振動の余弦を工業的周波数の
   範囲の低周波数振動の正弦成分及び余弦成分で変調する
   変調器から出されるパルス（裁断）電圧により駆動され
   ることを特徴とする特許請求の範囲１に記載の装置。 ３ ボディの変換器装着面の対向端面に加えられる楕円
   性音波を受理する場合、前記波は高周波数であって位相
   が相互に±サイクルずれている関係の低周波数により変
   調された成分を有しており、変換器から出される前記信
   号は正弦電圧を誘導する処理回路に送出され、これによ
   り前記横音波の移相と振幅とが測定されることを特徴と
   する特許請求の範囲１に記載の装置。 ４ 装置を送信兼受信装置に適用する場合、２個１組の
   変換器が、位相が相互に７サイクルずれている関係の低
   周波数により変調された高周波数電圧を発生する手段と
   、前記変換器から出される信号から移相と振幅との値を
   誘導しこれを表示する回路手段とに交互に接続されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲１に記載の装置。