JPS59173751A - 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。

従来この種の製箔として第１図に示すものが゛あった。

図において、（１）は第１　Ｍ７１磁コイル（２）と第
１鉄心（３）とから成り第１直流電＃１（４）から電流
を受けて磁界を発生する内鉄心形の第１電磁石、（５）
は第２図（ａ）に示すコイル辺が直列接続された矩形波
状または第２図（ｂ）に示すコイル辺が並列接続された
グリッド状の形状を有しパルサ（６）からの信号を受け
る、振動発生コイルで、上記第１電磁石（１）および振
動発生コイル（５）とで送信トランスデユーサ（７）を
形成している。また、（８）は第２励磁コイル（９）と
第２鉄心（１０）とから成り第２直流電源（１１）から
電流を受けて上述の第１電砒石（１）と同方向の磁界を
発生する内鉄心形の第２電磁石、（１２）は第２図（ａ
）、（ｂ）に示す何れかの形状を有し増幅器（１３）を
介して判定器（１４）に検出信号を送出する振動検出コ
イルで、上記第２電磁石（８）および振動検出コイル（
１２）とで受信トランスデユーサ（１５）を形成してい
る。更に、（１８）ノ士導電体でなる試料板体で、上記
送信トランスデユーサで７）および受信トランスデユー
サ（１５）とが該試料板体（１６）上を所定圧ｓａ　ｐ
ａ間して設けられ、その間を矢印（１７）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（
１５）側へ板波（１８）が伝搬するように構成されてい
る。

なお、第３図（ａ）〜（ｄ）に板波送受信装置における
板波発生時の磁界、渦電流等の状態を示す。

この中、第３図（ａ）〜（ｂ）は横波発生法による板波
に係わり、第３図（ｃ）、（ｄ）は縦波発生法による板
波に係わる。

第３図（ａ）において、Ｈは第１電磁石（１）により与
えられる試料板体（１６）面に対して水平な磁界、Ｊ　
ｉ　（ｉ＝１．２．３．４）は、４つのコイル辺を有す
る第２図（ａ）に示す形状の振動発生コイル（５）に図
示のようにパルス電流を流し−たとき、試料板体（１６
）表層部に誘導される渦電流、Ｆｖｉ（ｉ＝１．２，３
．４）は水平磁界Ｈと渦電流ｊｉ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（１６）の垂直方
向に図示のように（動くローレンツ力で、該ローレンツ
力Ｆｖｉ　により第３図（ｂ）に示すような板波（１８
）を励振する。

他方、第３図（Ｃ）においては、第３図（ａ）と異なり
磁界Ｖの方向が図示の如く試料板体（１６）に垂直であ
る。従って、振動発生コイル（５）の通流によって誘導
される渦電流Ｊｉ（ｉ＝１．２，３．４）の方向が第３
図（ａ）と同一であったとしても、磁界Ｖと渦電流Ｊｉ
の方向により向きが定まるローレンツ力Ｆｈｉ（ｉ＝１
．２，３．４）は第３図（Ｃ）に示すように試料板体（
１６）の平面と平行面上で交互に方向を変えて表われる
。しかして、このローレンツ力のＦｈｉが第３図（ｄ）
に示すような板波（１８）を励振するのである。

なお、このようにして励振された板波（１８）の代表的
な振動モードとしては、第４図（ａ）に示すような試料
板体（１６）の表裏面の振動が同一なａモード、および
、第４図（ｂ）に示すような試料板体（１６）の表裏面
の振動が対称なＳモードが考えられる。

次に、上述した構成を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
を縦波発生法により発生したものとして説明するが、横
波発生法による場合に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、第１直流電源（４）と第
１電磁石（１）を用いて試料板体（１６）の板面に対し
て垂直方向の静磁界Ｖを発生する。しかる後、パルサ（
６）よりパルス電ｌｉｔ　Ｐを振動発生コイル（５）に
供給すると、振動発生コイル（５）のコイルピッチＤに
等しいピンチで、試料板体（１Ｇ）の表層部に渦電流Ｊ
１．　Ｊ　２．Ｊ３　、Ｊ４かへ°・間隔で誘導され、
フレミングの左手の法則に従ってローレンツ力Ｆｈｉ（
ｉ＝１，２，３．４）が第３図（ｃ）に示す矢印の方向
に発生する。これらローレンツ力の中、ローレンツ力Ｆ
ｈ、とＦｈ２．および、Ｆｈ３　とＦｈ４はそれぞれ試
料板体（１Ｂ）の組成粒子を圧縮し、他方、ローレンツ
力Ｆｈ２とＦｈ３は試料板体（１６）の組成粒子を引っ
張り、試料板体（１６）の表層部が伸縮運動して第３図
（ｄ）に破線で示したように振動が惹起される。

このとき、試料板体（１６）の厚みが薄いと（例えば２
ｍｍ程度）、送信トランスデユース（７）が対面しない
試料板体（１６）の裏面をも同時に振動し、振動発生コ
イル（５）のコイルピッチＤに等しい波長のａモード（
第４図（ａ））の板波（１８）となり第１図に示す矢印
（１７）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Ｄ、試料板体（１６）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、Ｓモード、さらには
、そ−の中間モードに従う各種の板波を発生・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い、送信トランスデユーサ
（７）と同様な構成の受信トランスデユーサにより行な
うことができる すなわち、受信トランスデユーサ（１５）おいては、先
ず、第２直流電源（１１）と第２電磁石（８）を用いて
直流励磁し、送信側と同様に試料板体（１６）面に対し
垂直な静磁界■を発生する。この状態において、振動検
出コイル（１２）に対向する試料板体（１６）の部分に
板波（１８）が伝搬してくると、その静磁界Ｖと振動と
の相互作用で渦電流が試料板体（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（
１２）と鎖交し、振動検出コイル（１２）に電流が誘起
され。この誘起電流を増幅器（１３）で増幅し、その増
幅信号に基づいて判定器（１４）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て・振動検出コイ
ル（１２）のコイルピッチＤを板波の波長に合わせれば
、効率よく板波検出を行なうことかできる。

しかるに、従来の板波送受信装置は以、ｈのように構成
され、板波発生にかかるローレンツ力は試料板体（１６
）の振動発生コイル対向面近傍の表層部にしか生じない
ので、試料板体（１６）の板厚がある値（例えば、６＋
ｎｍ）以上となると、試料板体（１８）の他面が上記振
動発生コイル対向面側の振動に同期しては振動しなくな
り、板波が発生し難くなるという欠点があった。、しか
も、板波送受信ができたとしても、伝送効率が低く、ま
た受信信号のＳ／Ｎ比も低く、上述の値以上の板厚に対
しては実用的でないという欠点があった。

かかる欠点を除去するものとして、同一発明者により、
第１および第２の送信トランスデユーサを試ネ４板体の
表裏両面に対向配置すると共に第１および第２の受信ト
ランスデユーサを試料板体の表裏両面に対向配置した構
成の装置、並びに、第５図に示すような、一対の振動発
生コイル、および一対の振動検出コイル゛をそれぞれ試
料板体の表裏両面に対向配置した構成の装置が提案され
ている。

次に、これら提案された装置の中、第５図に示す装置に
ついて第６図をも参照して説明すφ。図において、送信
トランスデユーサ（１８）は第１電磁石（２０）と振動
発生コイル（２２ａ）、　（２２ｂ）とを備えている。

この中、第１電磁石（２０）は、試料板体（１Ｂ）を挿
入１．得る切欠部を有しその板体（１６）面に対し垂直
方向の磁界Ｖ１を与える磁気通路となる第１鉄心（２１
）、および、その鉄心（２１）に巻回する第１励磁コイ
ル（２）より構成されている。また、上述の振動発生コ
イル（２２ａ）、　（２２ｂ）はそれぞれ、鉄心（２１
）の切欠部に介在された試料板体（１６）の表面側と鉄
心（２１）端部との空隙、および、試料板体（１６）の
裏面側と鉄心（２１）他端部との空隙に介在して設けら
れている。更に、これら振動発生コイル（２２ａ）、　
（２２ｂ）はそれぞれ、第６図（ａ）に示すような等コ
イルピッチミアングラインコイルでなる同形状のもので
直列接続されパルサ（６）からの信号を同期して受ける
ようになされている。他方、受信トランスデユーサ（２
３）は第２電磁石（２４）と振動検出コイル（２ｆ（ａ
）、　（２６ｂ）を備えて成る。第２電磁石（２４）は
、第１鉄心（２ｏ）と同形状で切欠部に試料板体（１６
）を挿入し得る第２鉄心（２５）、および第２励磁コイ
ル（８）とで構成されている。また、振動検出コイル（
２１３ａ）、（２８ｂ）もまた、それぞれ、第２鉄心（
２５）の各端部と試料板体（１６）との各空隙に介在さ
れて設けられている。これら振動検出コイル（２８ａ）
、　（２８ｂ）は互いに接続していて、検出信号を増幅
器（１３）を介して試料板体（１６）の性状等を判定す
る判定器（１４）に送出するようになされている。

なお、制御器（２７）は、判定器（１４）からの信号を
受は各直流電源（４）、（１１）およびパルサ（６）を
制御するものである。

次に、図示実施例の板波送受信装置の動作について説明
する。

板波を送信するにあたって、制御器（２７）は、送・受
信トランスジューサ（１９）　、（２３）用の各直流電
源（４）、（１１）に指令を送出して第１および第２励
磁コイル（２）、（９）に電流を供給させ、試料板体（
１６）の表面に対して垂直な磁界Ｖｉ、Ｖ２を送・受信
トランスデユーサ（Ｈａ）、（２３）の各近傍に発生さ
せる。

次いで、制御器（２７）は、パルサ（８）に指令を与え
、振動発生コイル（２２ａ）　、　（２２ｂ）のそれぞ
れにパルス電流ｉを供給する。この時、試料板体（１６
）の表面表層部には、振動発生コイル（２２ａ）の直流
により、第６図（ｂ）に示すように、交互に向きを変え
た渦電流Ｊｆｉ（ｉ＝１〜４）が誘導され、静磁界ｖ１
との相互作用により試料板体（１６）の水平方向で交互
に向きを変えたローレンツ力Ｆｆｉ（ｉ＝１〜４）（第
６図（ｂ）参照）が発生する。また、試′料板体（１６
）の裏面表層部には、他の振動発生コイル（２２ｂ）の
通流により、上述の渦電流Ｊｆｉ（ｉ＝１〜４）とそれ
ぞれ同方向の第６図（ｂ）に示すような渦電流Ｊｒｉ（
ｉ＝１〜４）が同様にして生じ、その結果、図示の如き
ローレンツ力Ｆｒ１（ｉ＝１〜４）を発生する。これら
ローレンツ力Ｆｆｉ、Ｆｒｉにより、試料板体（１６）
は全体か伸縮し、第６図（Ｃ）に示すような矢印（１７
）の方向に伝搬するＳモードの板波（１８）を発生する
。

送信トランスデユーサ（１９）で発生した板波（１８）
は試ネ４板体（１６）を伝搬し、受信トランスデユーサ
（２３）の静磁界Ｖ２の影響下に到達すると、その静磁
界ｖ２との相互作用により試料板体（１６）の両表層部
に渦電流を発生させる。この各発生渦電流による交番磁
界が、振動検出コイル（２Ｂａ）および（２６ｂ）　と
鎖交し、従って振動検出コイル（２８ａ）および（２８
ｂ）にもそれぞれ電流が誘導される。これら誘導検出信
号は、例えば、合成された後、増幅器（１３）を介して
判定器（１４）に送出される。判定器（１４）はこの信
号に基づき板波（１８）の伝搬時間、減衰量を捉え、し
かして、試料板体（１６）の欠陥の有無、材質等の性状
を判定する。判定器（１４）は、更に、板波送信のタイ
ミングをとるため送信指令信号を制御器（２７）に送出
する。

なお、振動検出コイル（２Ｂ’ａ）、　（２Ｂｂ）に誘
導される電流は、板波波長とコイルピッチが一致したと
きに最大となるので、振動検出コイル（２８ａ）。

（２６ｂ）の形状、寸法を振動発生コイル（２２ａ）　
。

（２２ｂ）　　と同一とすれば効率よく受信できること
は勿論である。

しかるに、この提案された第５図の板波送受信装置は、
以上のように構成されているので、試料板体（１６）を
介して相対向配置する振動発生コイル（２２ａ）、（２
２ｂ）　、あるいは振動検出コイル（２［ｉａ）　。

（２６ｂ）の各対を相対的に精度よく取付けないと、ａ
モードまたはＳモードの板波を意図しているに対し、第
７図に示すような中間モードの板波（ａモードとＳモー
ドとが混在した板波）を送受信することになり、試料板
体（１６）の性状を正確に判定できないという欠点を生
ずる可能性があった。またこの点は、提案された他の板
波送受信装置、即ち、試料板体を介して第１および第２
の送信トランスデユーサを相対向配置し、同様に、第１
および第２の受信トランスデユーサを相対向配置する板
波送受信装置についても同様に言えることである。

本発明は、叙上の点を鑑みなされたもので、各振動検出
コイルと判定器との間にそれぞれ遅延回路を設け、中間
モードの板波伝搬にも拘らず、ａモードまたはＳモード
の任意単一モードの板波として判定器に入力でき、正確
な試料板体の性状判定を行なえる板波送受信装置の提供
を目的とする。

以下、本発明の一実施例を第５図と同−又は同効の部分
には同一符号を附した第８図について説明する。図にお
いて、（２８ａ）　、　（２８ｂ）はそれぞれ増幅器、
（２９ａ）、（２９ｂ）　ハソれぞれ遅延回路、（３ｏ
）は加算器で、振動検出コイル（２８ａ）による検出信
号は増幅器（２８ａ）で増幅されたのち遅延回路（２９
ａ）で所定時間遅延されて加算器（３ｏ）に入力され、
他方、振動検出コイル（２１３ｂ）による検出信号は増
幅器（２８ｂ）で増幅されたのち遅延回路（２！ｌｂ）
で所定”時間遅延されて加算器（３ｏ）に入力され、加
算器（３０）でこれら両信号を加算して判定器（１４）
に送出するようになされている。

次に、図示実施例装置の動作を第９〜１１図をも参照し
て説明する。なお、中間モードの板波伝搬によるような
信号が振動検出コイル（２６ａ）　、　（２１３ｂ）か
ら出力される場合とし、では、第１に振動発生コイル（
２２ａ）　、　Ｉ’２２ｂ）とが正確な相対位置関係を
満足するうよに取付け′られてぃない場合、第２に、振
動検出コイル（２６ａ）と（２８ｂ）とが正確な相対位
置関係を満足するように取（＝Ｊけられていない場合、
第３に、これら両方の場合が重なった場合が考えられる
が、以下の説明においては、上述の第２の場合について
説明する。即ち、振動発生コイル（２２ａ）　、　（２
２ｂ）が正確に取付けられて純粋なＳモード板波を発生
しているが、振動検出コイル（２６ａ）　、　（２８ｂ
）の相対位置関係が本来の場合より長さｍずれたため振
動検出コイル（２ｅａ）　、　（２６ｂ）の出力が中間
モードの板波伝搬による如き出力になった場合について
説明する。また、以下の説明においては、板波発生の原
理、振動検出コイル（２６ａ）　、　（２８ｂ）に電流
誘導させる原理動作、および、判定器（１４）、制御器
（２７）の信号処理動作は、提案法の第５図装置と同様
であるのでその説明を省略し、本発明の特徴である検出
信号の遅延動作を中心に動作説明を行なう。

第９図において、Ｓモード板波（１８）か受イ菖側に伝
搬してくると、各振動検出コイル（２６ａ）　、　（２
ｅｂ）はそれぞれ、その板波振動を検出して増幅器（２
８ａ）または（２８ｂ）に信号を送出し、しかして、増
幅器（２８ａ）からは第１０図（ａ）に示すような信号
Ｓａが出力され、他方、増幅器（２８ｂ’）からは第１
ｏ１／（Ｃ）に示すような信号Ｓｃが出力される。これ
ら両信号ＳａおよびＳｃ間には、第１Ｏ図に示すように
、振動検出コイル（２ｆ３ａ）および（２８ｂ）との相
対位厘に関係して下式で表わされる伝搬時間差ΔＴを有
する。　　　△Ｔ　＝　　Ｔ２−　Ｔｌ　＝　ｍ／　Ｃ
：ｇ（ここで、Ｃｇ：板波の伝搬速度［ｍ　／　ｓｅｃ
　］Ｔ２：板波信号Ｓｃの伝搬時間［ｓｅｃ］Ｔ１：板
波信号Ｓａの伝搬時間［５ｅｃｌ　）従って上述の信号
Ｓａを遅延回路（２９ａ）を介して時間ΔＴ遅延させ（
第１０図（ｂ、）参照）、他方、上述の信号Ｓｃを何ら
遅延させずに加算器（３ｏ）に送出すると、加算器（３
０）からは第１θ図（ｄ）に示すような最大振幅が上述
の信号Ｓａ（またはＳｃ）の振幅の倍の信号Ｓｅを得る
ことができる。つまり、Ｓモード板波をそのまま加算し
た場合の信号を得ることができる。

また、外来ノイズにより振動検出コイル（２８ａ）、　
（２ｆ（ｂ）にそれぞれ第１１図（ａ）、（ｂ）に示す
ような同相の信号Ｎａ、Ｎｃが生じたとすると、その中
のノイズ信号Ｎａは遅延回路（２９ａ）により時間ΔＴ
だけ遅延され、ノイズ信号Ｎｃと逆相関係の第１１図（
ｂ）に示すような信号Ｎｂとなる。従って、遅延後にか
かるノイズ信号ＮｂとＮｄ（ＮｄはＮｃと同信号９との
和信号Ｎｅは第１１図（ｄ）に示すような一部か相打消
した実線波形の信号となり、遅延回路（２８ａ）、。

（２８ｂ）の挿入以前の和信号（第１１図（ｄ）ｆＪＹ
線参照）に比べ非常に小さなものとなる。即ち、遅延回
路（２９ａ）、、（２９ｂ）の挿入により、上述のモー
ド修正の他、Ｓ／Ｎ比の向上を達成することがてきる。

なお、Ｓ／Ｎ比向上の様子を明らかにするため、ノイズ
信号Ｎａを遅延させた信号Ｎｂか他のノイズ信号Ｎｃと
逆相関係になると仮定して説明した。

上記実施例は、同−発明名により提案された第５図に示
した板波送受信装置に、本発明を適用したものであるか
、」二連した他の提案装置、ＩＨｐち、第１８よひ第２
の送・受（Ｍ　トランスデユーサが試料板体を介して相
対向配置された板波送受信装置に本発明を適用しても良
いことは勿論である。また、本発明は、中間モ゛−ドの
板波になる原因がいかなるものであろうど適用すること
かできる。更に、」二記実施例では、遅延回路を２個用
いたが、振動検出コイル（２Ｅｌａ）と（２６ｂ）との
相対的なずれ方向が常に一定方向であれば、どちらか一
方に遅延回路を設ける構成であっても良い。更にまた、
上記実施例では、両振動検出コイルにミアングラインコ
イルを用いたものを示したが、グリッド状コイルを用い
ても良いことは明らかである。また、本実施例は、説明
の都合上透過法に適用したものを示したが、本発明は反
射法の一部あるいは二部に適用し得ることは勿論である
。

以上のように、本発明によれば、各振動検出コイルと判
定器との間にそれぞれ遅延回路を設けたので、中間モー
ドの板波伝搬にも拘らず、ａモードまたはＳモードの任
意単一モードの板波として判定器に入力でき、試料板体
の性状判定を正確に行なうことかできるという効果を有
すると共に、Ｓ／Ｎ比を向上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を示すブロック図、第２
図は第１図装置における振動り生・振動検出コイルの形
状を示す概略図、第３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
同一発明者により提案された板波送受信装置を示すブロ
ック図、第６図は第５図装置における振動発生コイルの
形状および接続方法を示すと共に板波発生原理を説明す
るための原理説明図、第７図は中間モードの板波にかか
る第６図と同様な説明図、第８図は本発明の一実施例に
よる板波送受信装置を示すブロック図、第９図は第８図
装置の一部を取出して示すブロック図、第１０図は板波
信号にかかる各部動作波形図、第１ｔ図はノイス信号に
かかる各部動作波形図である。 （４）、（１１）・・・直流電源、　　（６）・・・パ
ノＶす、（１４）・・・判定器、　　　　（１６）・・
・試料板体、（Ｘ７）・・・伝搬方向、　　　（１８）
・・・板波、（１９）・・・送信トランスデユーサ、（
２０）、（２４）・・・電磁石、 （２２ａ）、　（２２ｂ）・・・一対の振動発生コイル
、（２３）・・・受信トランスデユーサ、（２６ａ）　
、　（２６ｂ）・・・一対の振動検出コイル、（２７）
・・・制御器、　　　　（２８ａ）、（２８ｂ）　＝増
幅器、（２９ａ）、（２９ｂ）−遅延回路、（３０）−
・・加算器。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代　　理　　人　　　葛　　野　　信　　−侑　　１　
　図 ム 寸 友１ □−−丁 Ｉｆ！２　　　図 嗣　　＠４図 番　　　　壷　　　　舎　　　　令 第　　９　　図 手続補正書（自発） １、事件の表示　　　特願昭　５８−４８２８５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 ４、代理人 ５、補正の対象 願書の発明の名称の欄、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
名称の欄における「バンパソウジュシンソウチ」という
フリガナ記載部分を別紙訂正願書の如く「イタナミソウ
ジュシンソウチ」と補正する。 （２）明細書第３頁第１３行、および第５頁＄７行の各
「横波」という記載をそれぞれ「縦波」と補正する。 （３）明細書第３頁第１４行、および第５頁第６行の各
「縦波」という記載をそれぞれ「横波」と補正する。 （４）明細書第６頁第１４行の「その中間モードに従う
各種」という記載を「各種の高次モード」と補正する。 ７、添付書類の目録

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信トランスデユーサの振動発生コイルに通流す
   ることで試料板体を振動させ、その振動を受信トランス
   デユーサの振動検出コイルて捉え、その検出信号に基つ
   き判定器が上記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を上記試料板体の表裏
   面に対向させて一対ｆ設けると共に、その各振動検出コ
   イルと上記判定器との間にそれぞれ遅延回路を設けたこ
   とを特徴とする板波送受信装置。
2. （２）前記各振動検出コイルは、前記試料板体が挿入さ
   れる切欠部伺き電磁石のその各切欠端部と−ｊ−記試料
   板体との間にそれぞれ設けられたものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の板波送受信装置。
3. （３）前記各振動検出コイルは、前記試料板体を介して
   相対向して配置された第１および第２の受イ、１トラン
   スデユーサのそれぞれの構成要素であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の板波受信装置。