JPS59173752A - 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図に示すものがあった。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）に示すコイル辺か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・ンド
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（８）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電磁石（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）　ニ示す倒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゛、ｔ＋：　ｍ石（８）および振動検出コ
イル（１２）とで受４．３１−・ランスデューサ（１５
）を形成している。更に、（１６）は導電体でなる試料
板体で、上記送信トランスデユーサ（７）および受信ト
ランスデユーサ（１５）とが該試料板体（１６）上を所
定距離離間して設けられ、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、試料板体（１６）に対して水平な磁界、Ｊｉ（
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−斜板体（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）の垂直プＪ向に図
示のように働くローレンツ力で、該ローレンツ力Ｆｖｉ
により第３図（ｂ）に示すような板体（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■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■と渦電流Ｊ１
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
縦波発生法による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）よりパルス電流Ｐを振動発生コイル（５）に供給す
ると、振動発生コイル（５）のコイルビ・ンチＤに等し
いピッチで、試料板体（１６）の表層部に過電流Ｊ１．
Ｊ２　、Ｊ３　、Ｊ４が等間隔てへ＾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Ｆｈ１とＦ
ｈ２．および、Ｆｈ３　とＦｈ４はそれぞれ試料板体（
１６）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）の厚みか薄いと（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（１Ｂ）の裏面をも同時に振動し、振動発生コ
イル（５）のコイルビ・ンチ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、ランスデュー
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）においては、
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Ｖ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（１８）の部分
に板波（１８）が伝搬してくると、その静磁界■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
起される。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で、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ができる。

しかるに、従来の板波送受信装置は以」二のように構成
され、板波発生にかかるローレンツ力は試料板体（ＩＣ
）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■
）以上となると、試料板体（１６）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。

本発明は、叙上の点を鑑みなされたもので、振動発生お
よび振動検出コイルをそれぞれ一対設け、各対をなす要
素をそれぞれ試料板体を介して対向配置する構成とし、
板厚の厚い試料板体に対しても確実に板波を発生するこ
とができ、しかも、受信信号のＳ／Ｎ比を向上させるこ
とができる高性能の板波送受信装置の提供を目的とする
。

以下、本発明の一実施例による板波送受信装置の構成を
第１図と同一部分には同一符号を附した第５．６図につ
いて説明する。図示実施例において、送信トランスデユ
ーサ（１９）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（１６）を挿
入し得る切欠部を有しその板体（１８）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）
（７）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）、（ｂ）に示す
ような等コイルピッチの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ており、パルサ（６）からの
信号を同時に受けるようになされている。他力、受信ト
ランスデユーサ（２３）は第２電磁石（２４）と振動検
出コイル（２８ａ）、　（２８ｂ）を備えて成る。第２
゛市磁石（２４）は、第１鉄心（２０）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（９）とて構成されている。また
、振動検出コイル（２ｆ（ａ）、　（２８ｂ）もまた、
それぞれ、第２鉄心（２５）の各端部と試料板体（１８
）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）’、　（２ｆｌｂ）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
信トランスデユーサ（１８）　、（２３）用の各直流電
源（４）、（ｉｌ）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（
１Ｂ）の表面に対して垂直な磁界ｖ１．ｖ２を送や受信
トランスデユーサ（１９）、、（２３）の各近傍に発生
させる。

次いで、制御器（２７）は、パルサ（６）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）の通流によ
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（ｉ１〜
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）は全体が
伸縮し、第６Ｉｍ（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）
は試料板体（１６）内を伝搬し、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
界か、振動検出コイル（２８ａ）および（２８ｂ）と鎖
交し、従って振動検出コイル（２８ａ）および（２８ｂ
）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）、（２６ｂ）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（２Ｅｉａ　）、（
２１３ｂ）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。

上述の説明より明らかなように、本発明の板波送受信装
置では一１試料板体の表裏両面にローレンツ力を発生さ
せて振動を与え、表裏両面の振動共に性状検出に利用し
ているので、板厚の厚い試料板体に対しても用いること
ができる。

上記説明は、振動発生コイル（２２ａ）　、（２２’ｂ
）の形状、接続方法が第６図（ａ）に示すミアングライ
ンコイルで、表裏対応コイル辺が同方向通流にかかる直
列接続のものについて行なったが、振動発生コイル（２
２ａ）、（２２ｂ）の形状、接続方法はこれに限られる
ものでな、く、例えば、第７図（ａ）に示すような第６
図（ａ）に対して同一形状であるか対をなす各コイル（
２２ａ）、　（２２ｂ）が直列逆接続のもの、第８図（
ａ）に示すようなミアングラインコイル形状で表裏の各
コイル（２２ａ）　、　（２２ｂ）が並列接続のもの、
第９図（ａ）に示すような第６図（ａ）と同一形状、同
一接続によるものであるが表裏の各コイル（２２ａ）　
、　（２２ｂ）の対応コイル辺が物理的に１／４波長分
異なるもの等、各種の振動発生コイルを用いることがで
き、同様の効果が期待できる。第７〜９図（ｂ）には、
それぞれの振動発生コイルを用いた場合の振動発生原理
の説明図を示し、第７〜９１／１（Ｃ）には、その場合
の振動モードをそれぞれ示す。

また、上記説明においては、振動発生コイル（２２ａ）
　、　（２２ｂ）および振動検出コイル（２６ａＬ　（
２ｅｂ）をそれぞれ−木の導体の単巻で構成したものを
示したが、第１０図（ａ）に示すような１本の導体の複
数巻、また、第１０図（ｂ）に示すような複数導体の並
列巻を用いたものであっても良く、同様な効果が期待で
き、しかも、かかるコイルを透過形または反射形の板波
送受信装置に用いた場合には、受信効率の向上には著し
いものがある。更にまた、コイル形状は第１１図（ａ）
、（ｂ）に示すような曲線状のものであっても良い。

上記説明は、縦波発生法による板波について行なったが
、横波発生法による板波についても本発明を適用できる
ことは勿論である。また、縦波発生法も２８３図（ｂ）
に示した方法だけでなく、磁界を与えない方法によるも
のであっても良い。

以上のように、本発明によれば、発生および振動検出コ
イルをそれぞれ一対設け、対をなす各要素をそれぞれ試
料板体を介し相対向配置ζ／Ｉし、試ネ゛ｌ板体の表裏
両面に板波発生、検出機構を設けたので、従来の片面に
依る場合に比べ、同じ板厚ならは、板波の振幅が大きく
なりＳ／Ｎ比が向上するという効果を有し、また、板波
の送受信可能な限界板厚を２倍程度拡大できるという効
果を有する。

更に、振動発生・振動検出コイルの形状、接続方向、対
向設置の位置の変更により容易に任意、モードの板波を
選択できるという効果も有する。

【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発生・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
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、第８図および第９１２はそれ
ぞれ、振動発生コイルの他の形状および接続方法に係る
第６図と同様な原理説明図、第１０図および第１１図は
それぞれ振動発生・振動検出コイルの他の実施例を示す
概略図である。 （４）、（１１）・・・直流電源、（６）・・・パルサ
、（１３）・・・増幅器、　　　　　（１４）・・・判
定器、（１６）・・・試料板体、　　　　（１７）・・
・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、（２６ａＬ　
（２ｆ３ｂ）・・・一対の振動検出コイル。 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　　−＠１図 １１２図 第　　４　　図 ＠　　６　　図 ｆＭ　　７　　図 ＄８Ｅ ＩＩ　　９　　図 第　　１０　　　図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　特願昭　５８−４８２８６号２、
発明の名称 板波送受信装置 ３、補正を１−る者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者片山仁八部 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「パンパンウジュシンソウチ」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１２行、および第５頁第６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１３行、および第５頁第５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１３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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料板体表面に対し平行なコイル辺を有する振動発生コ
   イルを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（こ対して水平また（ま垂直な磁界を与える
   磁石機構と、上言己試本１右に体表面に対し平行なコイ
   ル辺を有する振動検け１コイルとを備えて上記送信トラ
   ンスデユーサ番こ文ｔ　Ｌ　＃ｔｉｆｌして設けられた
   受信トランスデユーサ、Ｑｆｊひ番こ、その振動検出コ
   イルからの信号を２（するＩｌｌ定器とをイル（１え、
   上記振動発生コイル（二進法することで、上１妃試料板
   体を振動させ、該振動を」二１．己＋ｂｉ　ｎノ検１］
   」イルで捉え、その検出信号番ご基つきＪ二１己半り定
   ｉｌＫ力号試料板７体の性状を判定する板波送受竹製ｊ
   ｆ／ｊ　＋こおＩ７Ｘて、」二記振動発生コイルおよび
   上記振動検出コイルをそれぞれ一対設け、その一対の１
   辰動発生コイルをなす要素をそれぞれ、また、−大寸の
   振動検１ｊコイルをなす要素をそれぞれ上記１（才１板
   体を介して相対向配置したことを特徴とする板波送受信
   装置。