JPS5896226A - 音響特性測定装置 - Google Patents
音響特性測定装置Info
- Publication number
- JPS5896226A JPS5896226A JP56195204A JP19520481A JPS5896226A JP S5896226 A JPS5896226 A JP S5896226A JP 56195204 A JP56195204 A JP 56195204A JP 19520481 A JP19520481 A JP 19520481A JP S5896226 A JPS5896226 A JP S5896226A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- ultrasonic
- probe
- sound
- measured
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
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、物質の音響的性質を効率よく測定できる装置
に関するものである。医用超音波診断装置や超音波探傷
器に用いられる超音波探触子には、音波を効率よく送，
受信するために、圧電振動子の上に音響的整合層が接着
されている。この整合層材料は、ある音響インピーダン
スと、使用する周波数に対して、音速によって定まるあ
る一定の厚みを有することが要求される。通常の場合、
この厚みは数百ミクロン以下である。従って、薄い試料
の厚み方向の音速及び超音波吸収を測定することは探触
子の設計上重要である。
に関するものである。医用超音波診断装置や超音波探傷
器に用いられる超音波探触子には、音波を効率よく送，
受信するために、圧電振動子の上に音響的整合層が接着
されている。この整合層材料は、ある音響インピーダン
スと、使用する周波数に対して、音速によって定まるあ
る一定の厚みを有することが要求される。通常の場合、
この厚みは数百ミクロン以下である。従って、薄い試料
の厚み方向の音速及び超音波吸収を測定することは探触
子の設計上重要である。
従来、音響材料の音速及び減衰の測定は多くの場合厚い
試料を用い、試料の片面又は両面に圧電振動子を接着し
、パルス反射法やパルス透過法によって、音波の伝搬時
間とエコー強度を測定することに上り行なわれている。
試料を用い、試料の片面又は両面に圧電振動子を接着し
、パルス反射法やパルス透過法によって、音波の伝搬時
間とエコー強度を測定することに上り行なわれている。
しかし、薄い試料の場合は、伝搬時間が短いため、この
方法は使用できない。従って、薄い試料の音速の測定に
は薄板の反共振状態を利用する方法が用いられる。その
一例として、ＩＣ． Ｐ． Ｐａｐａｄａｋｉｇ 等
による測定法（ Ｊ． Ｌ ａ Ａ ５０， ３． １
９７１）を第１図に示す。広帯域探触子１０１と測定し
ようとする薄板１０２とを平行に設置し、中間に水１０
３を満たし支持台１０４で支持した測定系において、探
触子１０１をインパルス駆動し、薄板１０２からの反射
波の周波数スペクトル分析よりこの薄板１０２の音速が
測定できる。しかしながら、このような方法で正確な音
速を測定するためには探触子１０１の尾びき振動を無く
する必要があり、広帯域でインパルス応答特性が良好か
つ高感度な探触子が必要となり、そのような仕様を満足
する探触子を得ることは一般に困難である。また、前記
方法の如く反射波を利用する代わりに透過波を利用する
方法も考えられる。その場合の測定系を第２図に示す。
方法は使用できない。従って、薄い試料の音速の測定に
は薄板の反共振状態を利用する方法が用いられる。その
一例として、ＩＣ． Ｐ． Ｐａｐａｄａｋｉｇ 等
による測定法（ Ｊ． Ｌ ａ Ａ ５０， ３． １
９７１）を第１図に示す。広帯域探触子１０１と測定し
ようとする薄板１０２とを平行に設置し、中間に水１０
３を満たし支持台１０４で支持した測定系において、探
触子１０１をインパルス駆動し、薄板１０２からの反射
波の周波数スペクトル分析よりこの薄板１０２の音速が
測定できる。しかしながら、このような方法で正確な音
速を測定するためには探触子１０１の尾びき振動を無く
する必要があり、広帯域でインパルス応答特性が良好か
つ高感度な探触子が必要となり、そのような仕様を満足
する探触子を得ることは一般に困難である。また、前記
方法の如く反射波を利用する代わりに透過波を利用する
方法も考えられる。その場合の測定系を第２図に示す。
すなわち、探触子１ｏ１と音波検出器２０３の中間に測
定しようとする薄板１０２を水２０４を介して設置する
。この場合、音波検出器２Ｑ３として、ハイドロホンあ
るいは探触子１０１と同じ探触子を用いた場合を考える
と、それぞれの場合について、以下の点が問題となる。
定しようとする薄板１０２を水２０４を介して設置する
。この場合、音波検出器２Ｑ３として、ハイドロホンあ
るいは探触子１０１と同じ探触子を用いた場合を考える
と、それぞれの場合について、以下の点が問題となる。
検出器２０３としてハイドロホンを用いた場合には、空
間上の一点による検出となるため、薄板挿入による音場
の乱れによる影響を受けやすく、測定上の誤差を生じゃ
すい。がっ、ハイドロボン自体も広帯域な周波数特性を
もっことが必要である。
間上の一点による検出となるため、薄板挿入による音場
の乱れによる影響を受けやすく、測定上の誤差を生じゃ
すい。がっ、ハイドロボン自体も広帯域な周波数特性を
もっことが必要である。
検出器２０３として送信とほぼ同じ探触子を用いた場合
は、先に述べたような性能をもつ探触子が２個必要とな
り光の場合と同様の困難を伴なう。
は、先に述べたような性能をもつ探触子が２個必要とな
り光の場合と同様の困難を伴なう。
本発明は、このような従来の測定方法の問題点を除去し
特に薄板中の音速および減衰の測定において、光学的手
法を用いることによシ、簡便かつ測定精度を高める装置
を提供するものである。
特に薄板中の音速および減衰の測定において、光学的手
法を用いることによシ、簡便かつ測定精度を高める装置
を提供するものである。
以下透過波の音圧を測定する場合の実施例について、第
３図を用いて説明する。
３図を用いて説明する。
超音波周波数の掃引可能でかつ、その駆動信号周波数の
計測できる駆動装置３００により駆動された超音波探触
子１０１から放射される音圧により生起される水２０４
中の屈折率変化によシ、超音波の進行方向３０５に垂直
に入射したレーザ光３０２は、ラマンナス回折される。
計測できる駆動装置３００により駆動された超音波探触
子１０１から放射される音圧により生起される水２０４
中の屈折率変化によシ、超音波の進行方向３０５に垂直
に入射したレーザ光３０２は、ラマンナス回折される。
回折光の強度はスリット３０７を通って光検出器３０８
で検出される。その場合、ｎ次の回折光の規格化された
光強度Ｉｎは、次の（１）＃ （２）式で示される。
で検出される。その場合、ｎ次の回折光の規格化された
光強度Ｉｎは、次の（１）＃ （２）式で示される。
Ｉｎ−＝Ｊ’ｎ（ｕ） （ｎ＝ｏ、±１ 、 上２
−・・−・・） （１）Ｃ）＝ｌ（ｐｇ
（２）（１）式において、Ｊｎ
、（υ）はｎ次のベッセル関数、υはラマンナスパラメ
ータと呼ばれる量でＱ）式で定義される。？）式のｋｐ
は、探触子の形状、レーザ光の波長、音波進行媒体等に
依存した比例定数、ρは探触子から距離Ｘだけ離れた点
における平均音圧である。３０４は測定すべき音響材料
の薄板で、被測定用試料設置用載置装置３０６上に設置
される。
−・・−・・） （１）Ｃ）＝ｌ（ｐｇ
（２）（１）式において、Ｊｎ
、（υ）はｎ次のベッセル関数、υはラマンナスパラメ
ータと呼ばれる量でＱ）式で定義される。？）式のｋｐ
は、探触子の形状、レーザ光の波長、音波進行媒体等に
依存した比例定数、ρは探触子から距離Ｘだけ離れた点
における平均音圧である。３０４は測定すべき音響材料
の薄板で、被測定用試料設置用載置装置３０６上に設置
される。
第４図に上下−動及び回転可能な被測定用試料設置用載
置装置３０６の実施例を示す。ポール４０１は固定台４
００によって垂直に固定され、ポール４０１に試料設置
用載置台４０２を取り付け、所定の高さ及び回転角度に
、載置台固定用ネジ４０６にて固定される。載置台４０
２は、４ｏ５の如く透過する超音波ビーム束の断面積よ
り犬きくくシぬかれ、その上部に被測定用試料３０４を
試料固定部４０３によって設置する。このようにしてポ
ール部分を進行超音波の外側に設置し、試料設置用載置
台４０２を、所望の高さ及び回転角で固定することによ
り、進行超音波の透過波及び反射法の測定を行なうこと
が可能となる。
置装置３０６の実施例を示す。ポール４０１は固定台４
００によって垂直に固定され、ポール４０１に試料設置
用載置台４０２を取り付け、所定の高さ及び回転角度に
、載置台固定用ネジ４０６にて固定される。載置台４０
２は、４ｏ５の如く透過する超音波ビーム束の断面積よ
り犬きくくシぬかれ、その上部に被測定用試料３０４を
試料固定部４０３によって設置する。このようにしてポ
ール部分を進行超音波の外側に設置し、試料設置用載置
台４０２を、所望の高さ及び回転角で固定することによ
り、進行超音波の透過波及び反射法の測定を行なうこと
が可能となる。
今、厚みｄの音響材料３０４（以下、試料とする）を探
触子１０１と光ビーム３０２の中間に、光ビーム３０２
と平行に挿入すると、試料３０４による減衰及び反射の
影響により、試料３０４を透過した音圧は減少する。そ
の場合の音圧の減少率ハ、光ビーム３０２の回折光の強
度変化として測定される。音圧の振幅透過率をＴとする
と、水２０４及び試料３０４の密度、音速、音響インピ
ーダンス舎それぞれｐｇ、 ｐｊ、 ｕＱ、υｊ、 ｚ
、）、 Ｚｌとすると、試料３０４中の減衰及び異なる
音響インピーダンスの境界における反射及び透過波の干
渉の結果として、振幅透過率Ｔは、 ここで、 β（−−）：振幅反射率 δＣ＝ｅ−″ｄ）：減衰率 α：減衰係数Ａ：試料中の
音波長 で表わされる。
触子１０１と光ビーム３０２の中間に、光ビーム３０２
と平行に挿入すると、試料３０４による減衰及び反射の
影響により、試料３０４を透過した音圧は減少する。そ
の場合の音圧の減少率ハ、光ビーム３０２の回折光の強
度変化として測定される。音圧の振幅透過率をＴとする
と、水２０４及び試料３０４の密度、音速、音響インピ
ーダンス舎それぞれｐｇ、 ｐｊ、 ｕＱ、υｊ、 ｚ
、）、 Ｚｌとすると、試料３０４中の減衰及び異なる
音響インピーダンスの境界における反射及び透過波の干
渉の結果として、振幅透過率Ｔは、 ここで、 β（−−）：振幅反射率 δＣ＝ｅ−″ｄ）：減衰率 α：減衰係数Ａ：試料中の
音波長 で表わされる。
従って、超音波探触子に印加するドライブ電圧の周波数
ｆを変化させ、その各々の周波数ｆでの透過率を測定す
ることにより、試料の減衰及び音速がわかる。
ｆを変化させ、その各々の周波数ｆでの透過率を測定す
ることにより、試料の減衰及び音速がわかる。
以下、本発明の具体的実施例について説明する。
〈実施例１〉
βが非常に小さい場合（すなわちｚｇ＝ｚ、 の場合）
この場合、（４）式は Ｔ−＝δ （４）となる。一方
、一般に周波数ｆにおける減衰係数αは、α０を周波数
ｆ。における減衰係数とすると、 α−ａａｃｆ／ｆｏ）７’ｌｘりｒ’Ｌ２（ｓ）と表わ
される。このような場合の一例として、ｐｔ ＝１−４
Ｃ９／ｃｒｔｆ） ｔ ｕｓ ：９６０σ／５ｅｃ）
ｒ ａａ＝４．６６ａＢ／、、、 ｆｏ＝ｒＭａｚ
、 ｄ ＝ ２冨翼のシリコンゴムにおける計算結果
を第６図に示す。図には、減衰の周波数依存性としてγ
−Ｍｙ １．２の場合に対応して、それぞれ曲線１．
ｎ、Ｉとして示されている。このようにして、Ｔ対ｆの
測定結果と計算結果を適合させることより試料３０４の
減衰およびその周波数依存性がわかる。なお今の場合に
は、（４）式からもわかるように、βすなわち、それか
ら導かれる試料３０４中の音速は、実際上確定できない
。
この場合、（４）式は Ｔ−＝δ （４）となる。一方
、一般に周波数ｆにおける減衰係数αは、α０を周波数
ｆ。における減衰係数とすると、 α−ａａｃｆ／ｆｏ）７’ｌｘりｒ’Ｌ２（ｓ）と表わ
される。このような場合の一例として、ｐｔ ＝１−４
Ｃ９／ｃｒｔｆ） ｔ ｕｓ ：９６０σ／５ｅｃ）
ｒ ａａ＝４．６６ａＢ／、、、 ｆｏ＝ｒＭａｚ
、 ｄ ＝ ２冨翼のシリコンゴムにおける計算結果
を第６図に示す。図には、減衰の周波数依存性としてγ
−Ｍｙ １．２の場合に対応して、それぞれ曲線１．
ｎ、Ｉとして示されている。このようにして、Ｔ対ｆの
測定結果と計算結果を適合させることより試料３０４の
減衰およびその周波数依存性がわかる。なお今の場合に
は、（４）式からもわかるように、βすなわち、それか
ら導かれる試料３０４中の音速は、実際上確定できない
。
〈実施例２〉
βの値がある程度大きい場合（α５≦βく１の場合）
この場合は、（４）式において、透過率が最大となるの
は１ 、Ａ υ゛ ２＝司 （６） の時で、その時の透過率Ｔは となる。従って、透過率Ｔが最大となる探触子の駆動周
波数ｆ。を測定することにょゎ（６）式より試料中の音
速Ｕ１が求められる。号がわかれば、試料の音響インピ
ーダンス２．（−ρｉυτ）がわかり、振幅反射率βも
求まシ、■式より周波数ｆ。
は１ 、Ａ υ゛ ２＝司 （６） の時で、その時の透過率Ｔは となる。従って、透過率Ｔが最大となる探触子の駆動周
波数ｆ。を測定することにょゎ（６）式より試料中の音
速Ｕ１が求められる。号がわかれば、試料の音響インピ
ーダンス２．（−ρｉυτ）がわかり、振幅反射率βも
求まシ、■式より周波数ｆ。
における減衰係数α０も求められる。なお、今の場合は
試料３０４の密度ρ１は既知としたが、一般にはＴ対ｆ
の実験値と計算値系適合するように各パラメータを選べ
るからρ１は未知の場合でも、減衰係数を求めることが
出来る。このような場合の一例として、試料３０４がρ
、＝４．５（ｇＡ−ｎｔＬｄ＝α１２５ｉｎのタングス
テンエポキシを用いた場合に得られた実験結果を○印で
、ρ１−４．５（ｇ／ＣｒＩ） ｔ ｆｏ＝７−９ＭＨ
ｚ、 ａｏ＝４．３ｄ１３４゜γ−０６としそ得られた
計算結果を実線で第６図に示す。これよりυ’ ＝ ”
８”／ｓｅａ、 ｅｘｏ−４・３ｄＢ／ｉ冨が求まる
。
試料３０４の密度ρ１は既知としたが、一般にはＴ対ｆ
の実験値と計算値系適合するように各パラメータを選べ
るからρ１は未知の場合でも、減衰係数を求めることが
出来る。このような場合の一例として、試料３０４がρ
、＝４．５（ｇＡ−ｎｔＬｄ＝α１２５ｉｎのタングス
テンエポキシを用いた場合に得られた実験結果を○印で
、ρ１−４．５（ｇ／ＣｒＩ） ｔ ｆｏ＝７−９ＭＨ
ｚ、 ａｏ＝４．３ｄ１３４゜γ−０６としそ得られた
計算結果を実線で第６図に示す。これよりυ’ ＝ ”
８”／ｓｅａ、 ｅｘｏ−４・３ｄＢ／ｉ冨が求まる
。
以上は、音波及びレーザ光３ｏ２の伝搬媒体として水２
０４の場合についての透過波での測定について述べたが
、反射波での測定でも同様の解析が可能であり、また測
定しようとする試料３０４に対応して、水２０４とは異
なった音響インピーダンスをもった透明媒体を用いるこ
とにより、ある程度前記実施例１，２及びその中間の条
件に近−条件に対応する状態を実現することも勿論可能
である。また本発明においては例えば、波長の短いレー
ザ光を使用したり、光弾性定数の大きい伝搬媒体を用い
るなどにより必ずしも高感度な探触子でなくてもよい点
で、探触子の入手が容易である。
０４の場合についての透過波での測定について述べたが
、反射波での測定でも同様の解析が可能であり、また測
定しようとする試料３０４に対応して、水２０４とは異
なった音響インピーダンスをもった透明媒体を用いるこ
とにより、ある程度前記実施例１，２及びその中間の条
件に近−条件に対応する状態を実現することも勿論可能
である。また本発明においては例えば、波長の短いレー
ザ光を使用したり、光弾性定数の大きい伝搬媒体を用い
るなどにより必ずしも高感度な探触子でなくてもよい点
で、探触子の入手が容易である。
以上のように、本発明による音響特性測定装置は超音波
探触子に用いられる音響レンズ、整合層等種々の薄い音
響材料の減衰及び音速の測定を簡便かつ高精度に行なう
ことができる。
探触子に用いられる音響レンズ、整合層等種々の薄い音
響材料の減衰及び音速の測定を簡便かつ高精度に行なう
ことができる。
第１図および第２図はそれぞれ従来の音響特性測定系の
概略構成図、第３図は本発明による音響特性測定装置の
一実施例を示す概略構成図、第４図は第３図の装置に使
用される測定用試料設置用載置装置の斜視図、第６図お
よび第６図は本発明装置による音波の振幅透過率と探触
子の駆動周波数との関係を示す実験値および計算値を示
す図である。 １０１・・・・・・超音波探触子、２０４・・・・・・
水、３００・・・・・・駆動装置、３０２・・・・・・
レーザ光、３０４・・・・・試料、３ｏ６・・・・・・
被測定用試料設置用載置装置、３０７・・・・・・スリ
ット、３０８・川・・光検出器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが１名１１
図 第２図 第３図 第４図 ＃１５図 躍触と、（動周液数、ｆ（ｍ）＞
概略構成図、第３図は本発明による音響特性測定装置の
一実施例を示す概略構成図、第４図は第３図の装置に使
用される測定用試料設置用載置装置の斜視図、第６図お
よび第６図は本発明装置による音波の振幅透過率と探触
子の駆動周波数との関係を示す実験値および計算値を示
す図である。 １０１・・・・・・超音波探触子、２０４・・・・・・
水、３００・・・・・・駆動装置、３０２・・・・・・
レーザ光、３０４・・・・・試料、３ｏ６・・・・・・
被測定用試料設置用載置装置、３０７・・・・・・スリ
ット、３０８・川・・光検出器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はが１名１１
図 第２図 第３図 第４図 ＃１５図 躍触と、（動周液数、ｆ（ｍ）＞
Claims (1)
- （１）超音波探触子と、この超音波探触子を駆動する駆
動信号の周波数の計測および掃引可能な駆動装置と、前
記超音波探触子からの超音波を進行させる超音波伝搬媒
質と、超音波伝搬媒質中に超音波進行方向にほぼ垂直に
被測定試料を設置する載置装置と、前記超音波伝搬媒質
中に超音波進行方向とｔｌぼ直角方向に光ビームを進行
させる手段と、この光ビームを検出する光検出装置とを
備えたことを特徴とする特許 装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56195204A JPS5896226A (ja) | 1981-12-03 | 1981-12-03 | 音響特性測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56195204A JPS5896226A (ja) | 1981-12-03 | 1981-12-03 | 音響特性測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5896226A true JPS5896226A (ja) | 1983-06-08 |
Family
ID=16337183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56195204A Pending JPS5896226A (ja) | 1981-12-03 | 1981-12-03 | 音響特性測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5896226A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110260968A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-20 | 中国计量科学研究院 | 基于声质点振动速度测量的空气超声声压复现系统 |
-
1981
- 1981-12-03 JP JP56195204A patent/JPS5896226A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110260968A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-20 | 中国计量科学研究院 | 基于声质点振动速度测量的空气超声声压复现系统 |
| CN110260968B (zh) * | 2019-07-09 | 2021-07-27 | 中国计量科学研究院 | 基于声质点振动速度测量的空气超声声压复现系统 |
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