JPS59173750A - 板波送受信装置 - Google Patents

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】 本発明は、電磁超音波による板波の送受信装置に関する
ものである。

従来この種の装置として第１図に示すものかあつた。図
において、（１）は第１励磁コイル（２）と第１鉄心（
３）とから成り第１直流電源（４）から電流ケ受けて磁
界を発生する内鉄心形の第１電ぢ石、（５ンは第２図ｔ
ａ＋に示すコイル辺が直列接続さｎた矩形板状または第
２図（ｂ）　ＴＬ示すコイル辺が並列接続さ才また発生
コイル（５）とて送信トランスデユーサ（７）衾形成し
ている。また、（８）は第２励磁コイル（９）と第２妖
心（１０）とが成り第２直流′醒源（１１）から電流ｒ
受けて上述の第１′亀磁石（１）と同方向の研界荀発生
する内鉄心形の第２電磁石、（Ｉ２１は第２図（ａ）　
＋ｂ）に示す例ｎか形成している。更に、（１Ｇ）は導
電体でなる試料板体で、上託送侶トランスデユーサ（７
）および受信トランスデユーサ（１５）とが該試料版体
（１６）上音所定距離離間して設けらｎ、その間を矢印
（１ηのように送信トランスデユーサ（７）側から受信
トランスデユーサ（１５Ｊ側へ板波（１８）が伝搬する
ように構成さｎでいる。

なお、塚６図１ａ）〜（ａ）Ｋ板波送受化装置における
板波発生時の磁界、渦電流等の状態ヶ示す。この中、第
６図ｔａ）　ｓ　（ｂ）は横波発生法による板波に係わ
り、第６図（Ｃ）　ｊ　（ｄ）は縦波発生法による板波
に係わる。

第６図（ａ）　ｖｃおいて、Ｈに第１篭磁石（１）によ
り与えらｎ、試料板体（１６）に対して水平７２磁界、
Ｊ□（１−Ｌ　２．３．４）は、４つのコイル辺を有す
る第２図（ａＪに示す形状の振動発生コイル（５）　Ｋ
図示のようにパルス電流を流したとき、試料板体（１６
）表層部に誘導ｇｏる渦電流、Ｆｖ□（１＝１．２，６
，４）は水平磁界Ｈと渦電流Ｊ４によりフレミングの左
手の法則に従う方向、即ち、試料板体０６）の垂直方向
に図示のように劫＜ローレンツ力で、該ローレンツ力Ｆ
ｖ□（ｉ＝Ｌ　２ｓ　６，４）　　により第６図（ｂ）
に示すような板波（１８）全励振する。

他方、第６図（Ｃ）においては、第６図（ａ）と異なり
磁界Ｖの方向が図示の如く試料板体（１６）　Ｔ／ｃ垂
直である。従ズて、振動発生コイル（５）の通流Ｃ（よ
って誘起される渦−流Ｊｉ（ｉ＝１．２＊　３．４）の
方向が第６図（ａ）と同一であったとしても、磁界■と
渦電流Ｊ工の方向により向きが定まるローレンツ力Ｆｈ
ｉ（１−１゜２、３．４）は第３図（ｃ）Ｋ示スヨうに
試料板体０６）ノ平面と平行面上で交互に方向を変えて
表わｎる。しかして、このローレンツ力Ｆａｘ（１””
１ｔ　２１３１４）が第６図（ｄ）に示すような板波（
１！３）’ｅ励振するのである。

なお、このようにして励振さｎた板波（侶）の代表的な
猿勤モードとしては、第４図（ａＪ　ｖｃ示すような試
料板体（１６）の表裏面の振動が同一なａモード、およ
び、第４図ｉｂ）　Ｋ示すような試料板体（１６）の表
裏面の振動が対称な８モードが考えらｎる。

次に、上述した構成會有する従来の板波送受信装置の動
作について説明する。なお、以下の説明において板波を
縦波発生法によるものとして説明するが、横波発生法の
場合ｖｃも同様に説明できることは勿論である。

板波を励振するために、先ず、扼１直流′−源（４）と
第１電磁石（１）音用いて試料板体（１６）の板面に対
して垂直方向の静侭界ｖ’２発生する。しかる後、パル
サ（６）よりパルス電流ｐ２振動発生コイル（５）に供
給すると、振動発生コイル（５）のコイルピッチＤに等
しいピッチで、試料板体０６）の表層部に渦電流Ｊ工。

Ｉ２．　、Ｉ３．　、Ｉ４　　が等間隔で誘導さ九、フ
レミングの左手の法則に従ってローレンツ力Ｆｈ□（１
＝１ｓ２ｓ３＊４）が第３図（ｃ）ｖｃ示す矢印の方向
に発・生する。これらローレンツ力の中、ローレンツカ
ＦｈエトＦｈ２、およびＦｈ３とＦｈ、はそｎぞｎ試料
板体（１６）の組成粒子全圧縮し、他方、ローレンツ力
Ｆｈ２とＦｈ３は試料板体０６）の組成粒子を引っ張り
、試料板体０６）の表層部が伸縮運動して第６図（ａ）
　Ｋ破線で示したように振動が惹起さｎ、矢印（１′Ｉ
）に示すような二方向に伝搬する。

このとき試料板体０６）の厚みが薄いと（例えば２（５
）のコイルピッチＤＫ等しい波長のａモード（第４図（
ａ））の板波（１８）となり第１図に示す矢印ｕ７）の
方向に伝搬する。なお、振動発生コイル（５）のコイル
ピッチ版体試料叛体（ＩＱ）の材質、板厚を一定とし、
送信パルス電流Ｐの周波数を変えると、第４図（ａ）。

（ｂ）に示すａモード、６モード、ざらＶＣは、その中
間モードに従う各種の板波全発生・伝搬させることがで
きる。

他方、板波検出は、板波発生と逆の原理に基づき、かつ
フレミングの右手の法則に従がい、送信トランスデユー
サ（γ）と同様な構成の受信トランス先ず、第２直流電
源（１１Ｊと第２電磁石（８）音用いて直流励磁し、送
信側と同様に試料板体０６）而に対し垂直な静磁界■を
発生する。この状態においてすＩ出コイル（稗に対向す
る試料板体０６）の部分に板ＩＭ（靭が伝搬してくると
、その靜磁界■と振動との相互作用で渦電流が試料板体
く１６）の表層部に発生し、その渦電流が発生する交番
磁界が振動検出コイル明と鎖交し、振動検出コイル（胸
に電流が誘起される。

この誘起電流を増幅器０３）で増幅し、その増幅信号に
基づいて判定器（１引は伝搬時間、受信信号の大きさを
捉える。なお、試料板体（１６）が最大振幅で振動した
とき、表層部に発生する渦電流も最大となるので、振動
検出コイル四のコイルピッチＤを板波の波長に合わせ几
ば、効率よく板波検出を行なうことができる。

更に、パルス電流Ｐとその通流により生ずる板［Ｂとの
関係、および、板波Ｂと・振動検出コイル（埒で捉えた
ときの検出信号Ｓとの関係について第５図および第６図
を参照して詳述する。

今、第５図（ａ）のようなコイル辺間間隔に対応したパ
ルス電流Ｐを、同図（句のように試料板体（Ｉ６）に対
向さｎたミアンダラインコイルで成る振動発生コイル（
５）に流すと、振動発生コイル（５ンの各コイル辺（５
ａ）〜（５ｄ）の対向部には、七ｎぞｎ、同時にノくル
ス電ＲＰ　Ｋ類似する振動が励振さｎ、こｎが波動とし
て第５図に示すＸの方向へ伝鋒さｎる０各コイル辺（５
ａ）〜（５ｄ）により励振さｆ’Ｌ　ｌｃこのときの波
動Ｂ５ａ−Ｂ５．　　會そｎぞｎｉ５図（Ｃ）　−（ｆ
ｌに示す。

こｎらの囚を比較することにエリ明らかなように、４！
ｒｖ動Ｂ５ａ−Ｂ５１ｉ　　は、各コイル辺の位瀘全基
準として励振を始めるので、コイル辺間の間隔だけ同一
パルス電流値に対する振動地点を異ならせている。従っ
て、その合成波ｒｃる板波Ｂは第５図（ｇ）に示すよう
に空間的に広がりを待つ。なお、ミアンダラインコイル
では隣り合うコイル辺の＠波方向が反対となって振動波
Ｂ、ａ、Ｂ５ｏ　　とＢ５ｂ、Ｂ５□　とは位相が時間
的には反転するが、空間的には同位相となるので、第５
　ｌ￥４　（ｇ）に示すような大振幅の板ＭＢが形成さ
ｎるのである。

この板波Ｂ（第６図（ｂ）参照）が試料板体０６）全伝
搬し、第６図（ａ）　Ｋ示すような振動検出コイル（農
の対向部に到来すると、前述した原理に従かい振動検出
コイル（埒には′ｇ流侶信号が誘導さｎる。第６図（Ｃ
）〜（ｆｌのそｎぞ扛に、このとき、振動検出コイル（
１：４の谷コイル辺（１２ａ）〜（ｔ２ａ）に誘導ざｎ
る電流信号Ｓ工、ａ−８工２ｄ　　の波形を示す。こｎ
らの図より明らかなように、送信側のコイル辺（１２ａ
）から、送信側から最遠方のコイル辺（１２ｄ）へと、
コイル間隔に対応する所定時間ずつずｎ：Ｃ順々に電流
が誘導さ九る。従って、その合成波たる検出信号Ｓは第
６図（ｇ）に示すように時間的に非常に大きな広がりを
もったものとなり、判定器（１４ｊに送出さｎることと
なる。

従来の板波送受信装置は、以上のように構成ざｎ、送信
トランスデユーサが前後二方向に向は板波を送出するの
で不要エコーも生ずるという欠点、受信トランスデユー
サが前後三方２間から伝搬して米る板波共に検出してし
まい必要信号と不要信号との区別がつかず正しい検出が
できないという欠点、および、正しく板波伝搬がさｆ′
したとしても上述のように検出信号が時間的に広がって
しまい分解能が悪く検出精度も悪くなるという欠点全方
していた。

本発明は、叙上の点を鑑みなさ几たもので、振動検出コ
イル葡、試料板体の同一面に対向した複数の部分に分割
し、＋ｎら各検出コイルからの信号音そｎぞｆ′Ｌに対
応する遅延回路を介したのち合成して上述の判定器に送
出する構成とし、一方向からの板波に対してのみ信号検
出ができ、また、検出信号の広が９を縮めて分解能に８
めることかでき、正確な性状判定葡行なうことのできる
板彼送受信装置の提供を目的とする。

以下、本発明の一実施例全第１図と同−又は同効の部分
には同一符号を附した第７図について説明する。図にお
いて、（１９ａ）−（１９ｄ）はそｎぞｎ。

分割さｆ′した振動検出コイルで、第８図に示すように
、隣り合うコづル間間隔が送信側から順にＬよ。

Ｌ２．Ｌ３　　となるように配置さｎでいる。また、盆
は、各検出コイル（１９ａ）〜（１９ｄ）で検出した毎
号會各々時曲的に遅らせるための遅延回路群で、第９図
にその詳細４’Ｍ　５ｙ、’に示す遅延回路（２０ａ）
〜（２０ｄ）より成っている。更に、１２１１　Ｆｌ、
遅延回路（２０ａ）−（２０ｄ）の出力Ｄａ−Ｄ□　葡
加算する加算回路、（〃）は遅延回路群■の動作を制御
する遅延制御器、（４）１は、パルプ（６）、直流電源
（４）、（ＩＩ、遅延制御器μ）、判別器Ｏ刹等の＃１
ｌｆｌｌ′ヲ総合的に制御する送受信制御器である。

また、第９図において、例はインピーダンス変換のため
のバッファアンプ、μｓノはインダクタとキャパシタと
で成る電ａ遅延線、７Ｇ、）はマルチプレクサで、各検
出コイルからの信号全バッファアンプ例″″Ｃｆ換し、
その変換後の信号音、マルチプレクサ叩）が選択した遅
延線（ハ）の中途タップから取り出して所定時間遅延し
た信号を送出するようになさｆている。

次に、かかる構成を有する図示実施例装置の動作につい
て、第１０〜１２図をも参照して説明する。なお、板波
送信側の動作は従来゛装置と同様であるので説明を省略
し、受信側の動作について以下に説明する。

に相似な信号が誘導さｎ、（の信号はそｎぞｎ遅延回路
（２０ａ）〜（２０ｄ）に入力さｎる。谷遅延回路（２
０ａ）−（２０ｄ）′Ｃ：、そ九ら信号は、遅延ｆｔ１
ｆｌ　Ｍｌ　ｇｉ　ｔ２２１　力設定した時間遅延せら
れ、第１０図（ａ）〜（ｄ）に示すように各信号が同相
となって加算回路（２１１に送出さ九る。加算回路（２
１）では、とｎら信号Ｄａ−Ｄｄ　　を加ｎＱで、板波
の広がりと同程度の広がりの信号であり、大振幅の信号
である第１０図（θ）に示す信号Ａｉ影形成、その信号
Ａを増幅器０８）　’ｌＦ−介して判定器α刹に送供す
る。判定器０剖はこの信号に基づき板波の減衰量、伝搬
時間全判断し、最終的には試料板体０６）の性状全判定
する。ところで、図示実施例ニオいてこの判定の前提と
なる信号は、第６図（ｇ）と第１０図ｆｅ）との比較か
ら明らがなように従来装置の場合に比べ、分解能が良く
、しかも、振動が大きい。従って、Ｓハが向上し、判定
は正確なものとなる。

なお、遅延制御器間によＶ￥８遅延回路（２ｐａ）〜（
２０（１）に設定Ｉｎる上述の遅延時間Ｔ、、　Ｔ２．
　Ｔ３゜Ｔ４は下式を満足するように定めら九ている。

（但し、Ｃは板波の伝搬速度、Ｌ工、　Ｌ２．　Ｌ３　
　は上述したコイルｉｔＵ間隔である） 上記説明は、送信トランスデユーサ（γ）がら直接に板
波が受信側に伝搬ざ九た場合について行なったが、次に
、逆方向から伝搬してくる不要板波の処理について説明
する。第１．１図（ａ）　ＶＣ示すように、不要板波が
振動検出コイル（１９ａ　）〜（１９（１）対向面近傍
に到来すると、送信トランスデユーサ（７）から最遠の
振蛎検出コイル（１９ｄ）側から順々Ｋ１１１図（ｂ）
〜（８）に示すような信号Ｋａ−Ｋａが誘４さｎる。こ
ｎら信号も必要板波の場合同様、遅延回路（２２ｄ）−
（２２ａ）　”’Ｃ遅延さｎ１遅延回路（２２’ｄ）−
（２２ａ）からはそｎぞｆＬ第１１・図［ｇ）〜ｆｊ）
に示すような信号Ｄａ〜Ｄａ　　が送出さｎる。不要板
波の場合も、上述し１ζ遅延時間が働らき、従って、時
間的にあとに誘導さ７″した検出信号はど遅延時間が大
きいので、こｎら信号ＤｅＬ−Ｄａに図示のように振動
開始位相ケ人きく異ならせる。その結果、こ几ら信号Ｄ
ｌｌｉ〜Ｄ、　　’に加算した信号Ａ（第１１図（ｋ）
蚕照）は非常に大きな広がりをもったものとなり、その
振幅も小さいものとなる。つ＝！９、遅延により判定器
（棒が、判定に用いｎない程肛の信号になるのである。

更に、換言すｎば、判定器（１４１は方向性をもち、送
信トランスデユーサ（γ）側からの板波にしか反応しな
いということである。

なお、逆方向からの板波に対する感度をこのように低下
させるための検出コイル間間隔の最適値は、（２ｎ−１
）・λ／４　（但し、ｎは自然数、λは板波波長）と表
わすことができる。この最適な場合の検出□コイル（２
Ｄａ）〜（２０ｃ）の誘瞬佃号Ｋｌｉ〜Ｋａ１遅延後の
信号Ｄ（ｌ−八　　および加算後の信号Ａの波形全そ几
ぞｆｌ第１２図（ａ）　〜（（１）、同図（ｅＪ　−（
ｈ）および同図（１）に示す。

上記説明においては、単一モードの板波ｒ前提としてい
たが、各種伝搬モードが混合した複雑な振舞いを示す板
波の場合Ｋｔ本発明Ｗ＝用することができる。こｎは、
板波のモードにより伝搬速度が異なり、遅延回路の設定
時＋ｉコに対応した伝搬速度の彼のみが同位相となって
強調さ九るためである。

なお、上記実施例では、磁界葡、試料板体表面に垂直に
与える方式を示したが、水平に与える方式に対しても適
用できる。また、振動検出コイルの間隔が等しい場＠會
示したが、不均一でも、遅延回路の設定値全変更するこ
とにより、適用できる。また、遅延回路群は各回路独立
の遅延回路を設は最後に各信号全加算するようにしてい
るが、複数の信号毎に段階的に加算してゆく方式にして
も良い。さらに、各振動検出コイルが、＠線状でかつ、
４つ設けた場合全示したが、第１３図に示すような、各
振動検出コイルがミアンダライン形状のもの、曲線状の
棒形状のもの〈゛グリッド状のもの、曲線状のグリッド
状のもの、曲線状のミアンダライン形状のもの等、各種
形状であっても良く、また個数も４つに限らｎることな
く任意個叡で艮い。更Ｋまた、上記実施例では透過型の
装置に適用した場合會示したが、反射型の装置に％、勿
論適用できる。

以上のように、本発明の板波送受信装置によｎば、振Ｄ
　＜：ｓ出コイルを分割配置αし、そｎらコイルからの
各検出信号葡対応遅延回路全介したのちに合成して判定
器に送出する構成としたので、伝搬する板波から特定モ
ードの板波會選択して忠実に、かつ、良好７２　Ｓ／Ｎ
比を持って検出できるという効果と共に、板波の伝搬方
向により検出感度を異ならせて不要板波の検出を抑える
ことができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の板波送受信装置全示すブロック図、第２
図は第１図装置におけ名撮勤発生・検出コイルの形状ケ
示す概略図、第６図は板波発生の原理説明図、第４図は
板波振動モードの典型態様を示す説明図、第５図は板波
の波形が形成さ几る過程ケ示す波形図、第６図は従来装
置での板波検出動作の説明用波形図、第７図は本発明の
一尖施例による板波送受信装置勿示すブロック図、第８
図は第７図装置の振動検出コイルの一例を示す概略図、
県９図は第７図装置の遅延回路の一例を示すブロック図
、第１０図は第７図装置での板波検出動作の説明用波形
図、第１１図は第７図装置がと検出感度との間係を説明
するための説明図、第１３図は第７図装置に用いら九る
振動検出コイルの各種態様を示す概略図である。 （１）　ｌ　（８）　：電磁石　　　（４）　ｓ　（１
１１、：直流電源（５）：振動発生コイル　（６）：パ
ルサ（７）：送信トランスデユーサ （１Ｂ）　：増８幅器　　　　　α４二判定器α５ノ：
受信トランスデユーサ （１６）：試料板体 （１９ａ）〜（１９ｄ）　：振動検出コイル（２０ａ）
（２０ｄ）　：遅延回路 Ｌｕ１ｌ　：加算回路　　　　１卒：遅延ｉｉ＋ｌＪ御
器（ａｌ：送受信制御器 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分全示す。 代理人　為　野　信　− 第１図 ム 第２図 第４図 第３図 第５図 比８　図 （ａ） 塩１１図 第１０図 第１２　　図 ゛　Ａ （ｉ）−ヘハ≦区ヱ→ｔ 第１３　図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　特願昭　５８−４８２８４号２、
発明の名称 板波送受信装置 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ５、補正の対象 願書の発明の名称の棚、および明細書の発明の詳細な説
明の欄。 ６、補正の内容 （１）本願発明の名称の読み方を特定した願書の発明の
名称の柵における［バンパソ、ウジュシンソウチｊとい
うフリガナ記載部分を別紙訂正願書の如く「イクナミソ
ウジュシンソウチ」と補正する。 （２）明細書第３頁第９行乃至第１０行の「第２鉄心（
１０）とが成り」という記載をｒ１２鉄心（１０）とか
ら成り」と補正する。 （３）明細書第４頁第４行の「横波」という記載を「縦
塘」と補正るす。 （４）明細書第４頁第５行の「縦波」という記載を「横
波」と補正する。 （５）明細書第４頁第２０行、および第８頁第５行の各
「通流」という記載をそれぞれ「通電」と補正する。 （６）明細書第５頁第８行乃至第９行の「代表的　。 なｊという記載を削除する。 （７）明細書第６頁第１４行乃至第１９行の［このとき
試料板体・・・方向に伝搬する。」という記載を削除す
る。 （８）明細書第７頁第２行乃至第３行の「その中間モー
ドに従う」という記載を「その高次モードの」と補正す
る。 （９）明細書第７頁第１７行、同頁第１８行、第９頁第
１２行、同頁第１４行、および同頁第１８行の各「電流
」という記載をそれぞれ「電圧」と補正する。 （１０）明細書第１３頁第５行の「振動」という記載を
「ＦＡ幅Ｊと補正する。 ７、添付書類の目録

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料板体表面に対し平行な振動発生コイル會少な
   くとも備えた送信トランスデユーサ、上記試料板体表面
   に対して水平−または垂直な磁界を与える磁石磯構と、
   上記試料板体表面に対し平行な伝動検出コイルと全備え
   て上記送信トラン−スデューサに対し紐間して設けらｎ
   Ｌ受信トランスデユーサ、並びに、その振動検出コイル
   からの１百号會受ける判定器と全ＩＭｆえ、上記振動発
   生コイルに通流することで上記試料板体を振動さぞ、該
   振動を上記振動検出コイルで捉え、その検出信号に基つ
   き上記判定器が試料板体の性状を判定する板波送受信装
   置において、上記振動検出コイル′葡、上記試料板体の
   同一面に対向し互いに板波伝搬方向に所定距離離間した
   俵数の部分に分割し、そｎら谷振動検出コイルからの信
   号音そｎ、　−ｔ：　ｎ、に対比：する遅延回路を介し
   た後に合成して上記判定器に送出する構成としたことを
   特徴とする板波送受信装置。
2. （２）＠記名遅延回路の遅延時間　Ｔ１ヶ、次式を満足
   するように設定したこと全特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の板波送受信装置。 ここで、Ｃは′４検出板波の伝搬速度、Ｌｊは送信トラ
   ンスデユーサ側から数えてｊ番目の検出コイルとの間隔
   、 ｎは検出コイルの数、 Ｔｌは１番目の検出コイルｖｃｌ園する遅ｇ時間。
3. （３）、前記各振動検出コイル間に’Ｊ間隔とし、その
   間隔を被検出版波の波長の１／４の長さとしたことを特
   徴とする特許請求の軸囲娼１項ま゛たは第２項に記載の
   ７ｆｉ、鼓送受信装此。