JPS59126947A - 超音波振動子アレイ - Google Patents

超音波振動子アレイ

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Publication number
JPS59126947A
JPS59126947A JP58002011A JP201183A JPS59126947A JP S59126947 A JPS59126947 A JP S59126947A JP 58002011 A JP58002011 A JP 58002011A JP 201183 A JP201183 A JP 201183A JP S59126947 A JPS59126947 A JP S59126947A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transducers
ultrasonic
transducer array
vibrators
outward
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP58002011A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazumi Sugino
杉野 一美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP58002011A priority Critical patent/JPS59126947A/ja
Publication of JPS59126947A publication Critical patent/JPS59126947A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating 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
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はバッキング材上に設けた複数の超音波振動子
に対してそれぞれ独立に遅延信号を印加することによっ
て超音波波面が扇形状になるようにして、被検材の欠陥
検査を行ういわゆるセクタスキャンによる超音波探傷方
法に用いる超音波振動子アレイの改良に関するものであ
る。
まず、従来のとの種探傷方法を示した第1図を用いて、
従来のこの種超音波振動子アレイ(以下。
単にプレイと称する。)について簡単に説明する。
同図において、(1)はセクタスキャン用のアレイであ
って、バッキング材(2)とこのバッキング材(2)の
一方の面に直接にしかも互いに独立して設けられた所定
の数の振動子A1〜A11とからできている。
上記振動子A1〜A11はそれぞれ対応する遅延回路D
1〜D1、につながっている。なお、上記遅延回路D1
〜D11のそれぞれの一端は共通に信号ライン(3)を
介して図示していない基準信号発生源につながっている
。(4)は上記アレイによって探傷−11%る被検材で
あ凱 ここでは便宜上、上記被検材(4)の欠陥を点線
で囲むFlおよびF2で示している。このような従来の
構成において、上記信号ライン(3)に基準パルスP。
を力えたとすれば、上記遅延回路D1〜D11からそれ
νれ遅延パルスP1〜P11が送信される、なお、Pl
とP、、、F2と:p1o、p3とP、。
F4とF8.そしてF5とF7は送信のタイミングが同
じである。上記遅延パルスP1〜”+1はそれぞれ上記
振動子A1〜A11を励振し、それぞれの振動子からそ
れぞれ超音波と−ムB1〜B7.が発生する。
超音波ビームB1〜B5およびB7〜B11はθまたけ
偏向角をもっている。上記超音波ビームB1〜B11の
うち超音波ビームB2〜B4により欠陥F1が検出され
る。
ところで、このような従来のアレイを用いた場合、遅延
回路D1〜D11には自ずと遅延匍には限界があり、従
って偏向角θ1の最大値に限界が生ずる。よって同図に
おいて被検材(4)の欠陥F2のような欠陥は上記アレ
イの偏向角の外にあり、このアレイでは検出できない。
すなわち、従来のこの種アレイを用いた検査では、被検
材中に検出不可能な部分が残ることになる。
この発明はこのような問題点を改善するだめのもので、
アレイから発生ずる超音波ビームの走査範囲をより広く
するようにしたもので、以下第2図〜第5図を用いて説
明する1、 第2図はこの発明Qてよるアレイの一実施例を示すもの
で1図に示すようにバッキング材の一方の面に複数の超
音波振動子を並設し/とアレイのうち。
両端側の所定の数の振動子の向きは乃「定の角)■で外
惧jに向いている。(図においてA1−A3. A9〜
A11が外向きとなっている。) さて同図において、上記アレイを構成する振動子A1〜
A11はそれぞれ遅延回路D1〜D11に接続されてい
る。遅延回路D1〜D11からはそれぞれ遅延パルスP
1〜P11が送られ、遅延パルスP1〜P11ij:そ
れぞれ振動子A1〜Aiiに印加される。よって個々の
振動子は振動子に印加された遅延パルスにより励振され
、超音波を発生する。遅延パルスP1〜P3. B6お
よびP、〜”+1は送信のタイミングが同じになってい
る。−1だ、遅延パルスP4とB8およびB5とB7も
送信のタイミングが同じである。
B1−B11は振動子A1〜A11からそれぞれ発生し
た超音波である。超音波ビームB1〜B5およびB9〜
B11は送信のタイミングが同じなので超音波ビームB
1〜B3およびB、〜B11による波面は、たとえば垂
直縦波振動子を仮定するとそれぞれ振動子A1〜A3お
よびA、〜A11の底面に平行にそろい。
被検材(4)に入射して屈折角θ2で屈折する。捷だ。
超音波ビームB4.  B5.  B、およびB8は偏
向角θ1をもっている。
ところで前述したように、従来の直線上に並んでいたア
レイでは偏向角θ1に限度があったので。
たとえば欠陥F2のようにアレイからの超音波ビームの
走査外に位置する欠陥は検出不可能であったが、第2図
に示した構造をもつアレイにおいて。
両端側の振動子を傾ける角度を被検材中で走査する時の
所望の屈折角になるように選定すれば、偏向角θ1 よ
り走査範囲を広くでき、欠陥検出が可能となる。
なお2両端側の傾き角度には限界があることは言う寸で
もなく、すなわち、異なる媒質に超音波が入射すると屈
折角の相違により縦波と横波の両方のモードが生ずる。
このアレイを欠陥検出のために具現化するためには、被
検材中では単一モードの超音波となるように構成する必
要がある。ここで第3図のように縦波が被検材(4)に
入射することを想定する。
なお2通常の超音波探傷においては、アレイと被検材(
4)との間に介在する接触媒質(5)には水などの液体
が常用される。従って、縦波は被検材(4)に入射して
屈折角θ2L+ およびθ28で屈折してそれぞれ縦波
および横波となる。入射角と屈折角との関係は第(1)
式で表わされる。
ここでCALは媒質(5)での縦波の音速、C2L、C
28はそれぞれ被検材(4)での縦波および横波の音速
である。上記第(1)式より2次の第(2)、第(3)
式が導かれる。
この第(2)式より01Lがある値になると02Lは9
0°になり、その角度θ1Lすなわち縦波臨界角以上の
入射角では被検材(4)中では縦波は存在しなくなる。
また、同様にθ28が90″になるよりなθ1Lもあり
、この01Lは横波の存在する限界の入射角すなわち横
波臨界角を示している。なお、縦波の音速C2Lと横波
の音速C2,の関係はC2L>C28なので横波臨界角
は縦波臨界角より太きい。よって。
入射角は縦波臨界角と横波臨界角の間に制限される。た
とえば、媒質(5)を水、被検材(4)を鉄とすると、
θ1Lの範囲は145°〈θ1L〈273°となり。
この範囲では被検材中では横波のみとなる。
よって、被検材中で横波のみ存在させるために。
第3図に示すように両端側の所定の数の振動子の傾き角
度θはちょうど入射角と等しくなるので。
縦波の臨界角と横波の臨界角の間に制限される。
第4図(a)(b)は第2図に示すように構成されたア
レイの両端側の所定の数の振動子り傾き角度を自在に変
えるために両端側の外側に向いている所定の数の撮動子
とそうでない振動子列との間に設けられている回転機構
を示すものであるムすなわち。
両端側の振動子が設けられている部分とそうでない部分
との間に可逆機構(6)を設け、この機構(6)の作用
によって外側を向く振動子列を動かせば外側に向く振動
子列の角度を変えることができる。すなわち、第4図に
示す可逆機構(6)においては図示していない歯車を設
け、その歯車を単位パルス当り一定の回転角で回転する
パルスモータ(7)で回転させれば、外側に向く振動子
の角度を任意に変化させうる。従って、被検材の形状、
検査範囲を考慮シてパルスモータ(7)をパルスジェネ
レータ(8)から生ずるパルスによって駆動すれば、振
動子の角度を任意に変えることができる。一方、第4図
(b)は可逆機構(6)にダイレクトにパルスモータ(
力を取付けだものを示している。なお2図において矢印
(イ)の方向を正方向、矢印(ロ)の方向を負の方向と
仮定すれば、矢印(イ)方向に回転させる場合にはパル
スモータに正のパルスを印加し2反対に矢印(l:I)
の方向に回転させる場合には負のパルスモータを印加す
れば、矢印(イ)、(ロ)方向に動かすことができる。
第5図は上述した振動子A1〜A11の励振方法を示す
ものであり、ここでは11個の振動子を3ピツトのシフ
トレジスタで励振していく方法を示している。同図にお
いてSRはフリップフロップFF1〜FF3からなるシ
フトレジスタであって、 FF1にセットされた信号s
pはシフトパルスSFPがFF1のトリガ入力端に与え
られる度にFF1→FF2→FF6とシフトしていき、
3イ固目のシフトパルスが入力されるとFF3のセット
出力は1ゝ1“→1ゝ0“となる。
すなわち、1個目のパルスでFF2のセット出力力11
1“となり、2イ固目のパルスでFF3のセット出力は
111“となる。A1−A11は振動子であり。
両端側の所定の角度で傾けて並設されている振動子A1
〜A3およびA、〜A11と真中の振動子A6はFF1
のセット出力端に、A6の両隣に位置する振動子A5と
A7はFF2のセット出力端に、そして振動子A4とA
8はFF3のセット出力端につながっている。従って1
両端側の振動子A1〜A3およびA、〜A11と真中の
振動子A6から最初に超音波が発生し2次に振動子A5
とA7から、そして最後に振動子A4とA8から超音波
が発生する。そして、シフトパルスの周波数に応じて各
ビットのフリップフロップから第2図に示すように遅延
パルスが生じ。
それに合わせて対応する振動子から超音波が発生する。
なお、第5図においては外1Jlljに向いていない振
動子の数を奇数とし3ビツトのシフトレジスタを設けた
が、偶数の場合には上記外側に向いていない振動子の数
の2分の1ビツト数のシフトレジスタを設は中央に位置
する二つの振動子に1ビツト目の信号を共通に与えれば
よい。
以上述べたようにこの発明によれば2両端側の所定の数
の振動子を所定の角度で傾けることによって、従来のこ
の種超音波振動子アレイより広い範囲の走査を行なえる
なお、上記の実施例の説明においては超音波を発生させ
る場合について説明したが、受信の場ぎはシフト信号に
同期させて送信信号に対して受信していけばよく、この
発明の要旨とする点を受信に適用できることは言うまで
もない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の超音波振動子アレイを説明するための図
、第2図はこの発明による振動子アレイを説明するため
の図、第3図は端部の所定の数の振動子の傾き角度を説
明するだめの図、第4図(a)(b)は両端の所定の数
の振動子の傾き角度を自在に変えるだめの回転機構を説
明するだめの図、第5図はこの発明における振動子の励
振方法を説明するだめの図である。+1)は振動子アレ
イ、(2)はバッキング材、(3)は基準信号、(4)
は被検材、(5)は接触媒質、(6)は可逆機構、(力
はパルスモータ、(8)はパルスジエイ・レータ、Aは
振動子、Bは超音波ビーム、PMはパルスモータ、PG
はパルスジエイ、レータ、  SFPはシフトパルス、
  Fli”はフリップフロップ、SRはシフトレジス
タである。 なお2図中同一あるいは和尚部分には同一符号を付して
示しである。 代理人 葛野信− 第1図 第 2 囚 第3図 第4図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)バッキング材の一方の面に複数の超音波振動子を
    等間隔に並設した超音波振動子アレイにおいて2両端側
    の所定の数の撮動子の向きをそれ以外の振動子と異なる
    向きにしであることを特徴とする超音波振動子アレイ。
  2. (2)  両端側の所定の数の振動子の向きは所定の角
    度で外側に向いていて、超音波を所定の角度で外側に発
    生できるようにしであることを特徴とする特許請求の範
    囲第(1)項記載の超音波振動子アレイ。
  3. (3)所定の角度で外側に向いている両端側の所定の数
    の振動子は同じタイミングで超音波が発生するようにし
    であることを特徴とする特許請求の範囲第(+)項およ
    び第(2)項記載の超音波振動子アレイ。
  4. (4)  両端側の所定の数の振動子の向きの角度を任
    意に変えられるように上記両端側の振動子と。 そうでない振動子との間に回転機構が設けられているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の超音波
    振動子アレイ。
  5. (5)バッキング材の一方の面に複数の超音波振動子を
    等間隔に並設した超音波振動子アレイにおいて2両端側
    の所定の数の撮動子の向きをそれ以外の振動子と異なる
    外側に向け、これら外側に向いている振動子はいずれ″
    も同じタイミングで超音波が発生するようになし、それ
    以外の上記外側に向いていない振動子に対しては、それ
    ら振動子の数が奇数の場合はその数に1を加えた数の2
    分の1のピット数、まだは偶数の場合はその数の2分の
    1のビット数のシフトレジスタを設け、そのシフトレジ
    スタの1ビツト目の信号を、上記外側に向いていない振
    動子列のうち、それら撮動子の数が奇数の場合は真中の
    一つの振動子、またけ偶数の場合は中央の二つの振動子
    に印加し、2ビツト目の信号を上記中央の一つまたは二
    つの振動子とそれぞれ隣合う二つの振動子に共通に印加
    し、以下回様にして次のビットの信号をそれぞれ対をな
    す振動子に共通に印加し、最終ビットの信号を外側に向
    いていない振動子列の両端の二つの撮動子に与えること
    により、外側に向いていない振動子列に対して中央から
    両側へ向けて励振して超音波を発生させるようにしたこ
    とを特徴とする超音波振動子アレイ。
  6. (6)  バッキング材の一方の面に複数の超音波振動
    子を等間隔に並設した徴音波振動子アレイにおいて2両
    端側の所定の数の撮動子の向きをそれ以外の振動子と異
    なる外側に向け、これら外側に向いている振動子と、外
    側に向いていない振動子列のうち、上記外側に向いて−
    いない振動子の数が奇数の場合は一つの振動子、または
    偶数の場合は二つの振動子が同じタイミングで超音波を
    発生するように励振し、上記外側に向いていない振動子
    列の振動子の数が奇数の場合は−を加えた数の2分の1
    のビット数、また偶数の場合はその数の2分の1のビッ
    ト数のシフトレジスタを用い、1ビツト目の信号は外側
    に向いている所定の数の振動子および、外側に向いてい
    ない振動子の数が奇数の場合は真中の一つの振動子、甘
    だけ偶数の場合は中央の二つの振動子に共通に印加し、
    2ビツト目の信号を上記中央の一つまたは二つの撮動子
    とそれぞれ隣合う二つの振動子に共通に印加し、以下同
    様にして次のビットの信号をそれぞれ対をなす振動子に
    印加し、最終ビットの信号を外側に向いていない振動子
    列の両端の二つの振動子に与えることを特徴とする超音
    波振動子アレイ。
JP58002011A 1983-01-10 1983-01-10 超音波振動子アレイ Pending JPS59126947A (ja)

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ID=11517426

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JP58002011A Pending JPS59126947A (ja) 1983-01-10 1983-01-10 超音波振動子アレイ

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007015734A (ja) * 2005-07-08 2007-01-25 Takeuchi Press Ind Co Ltd キャップ締付け防止チューブ付容器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007015734A (ja) * 2005-07-08 2007-01-25 Takeuchi Press Ind Co Ltd キャップ締付け防止チューブ付容器

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