JPS60105960A - 電磁超音波トランスデユ−サ - Google Patents

電磁超音波トランスデユ−サ

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JPS60105960A
JPS60105960A JP58213601A JP21360183A JPS60105960A JP S60105960 A JPS60105960 A JP S60105960A JP 58213601 A JP58213601 A JP 58213601A JP 21360183 A JP21360183 A JP 21360183A JP S60105960 A JPS60105960 A JP S60105960A
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JP
Japan
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generation
coil
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detection
detection coil
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Pending
Application number
JP58213601A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoru Inoue
悟 井上
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS60105960A publication Critical patent/JPS60105960A/ja
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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
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2412Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042Wave modes
    • G01N2291/0423Surface waves, e.g. Rayleigh waves, Love waves

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】 [発明の技術分野] 本発明は、導電性の管材あるいは棒材に対して1、電1
誘導的に超音波を発生(励振)させると共に、励振され
た超音波の反射波を検出Jる電磁超音波1−ランスデュ
ーサに関するものである。
[従来技術] 従来この種のものとしては、第1図の超音波の発生・検
出の構成図に示す斜角探触子があった。
図中、(1)は管材あるいは棒材よりなる被検材であっ
て、超音波が伝搬する媒体である。(2)は超音波を被
検材(1)に伝えるシコー、(3)は超音波を発生する
圧電振動子、く4)はシュー(2)と圧電振動子(3)
よりなる斜角探触子、(5)は圧電振動子(3)に電気
エネルギーを供給し超音波を励振するパルサ部と、到達
した超音波の反射信号を増幅・検波おJ:びその性状を
分析する判定回路からなるレシーバ部にり構成されるパ
ルサ・レシーバである〇 なお、一般に、被検材(1)に励振された超音波は、被
検材が管材(パイプ)であれば管理、棒材であれば棒波
、板材であれば板波と呼ばれているので、以下、本実施
例では、管理、棒波、板波と呼称する。
次に第1図の斜角探触子を用いた超音波発生・検出の動
作について説明する。被検材(1)に超音波を入射−リ
−るには、パルサ・レシーバ(5)のパルザ部より圧電
振動子(3)に電気エネルギーを供給する。すると、圧
電振動子(3)で発生した超音波はシュー(2)内を伝
搬しながら位相干渉を生じ、一定の波長で被検材(1)
の表面を励−振り−る。このときの動作は、斜角探触子
を用い薄板に板波(m音波)を励振する場合と同じであ
る。
第2図に、このときの超音波の振動モードを点線で示J
。超音波の検出は、被検材(1)の内部に存在】る欠陥
もしくは被検材(1)の端面からの反射波が、斜角探触
子(4)の位置する部分に到達すると、シュー(2)を
伝搬し、圧電振動子(3)で検出される。上記検出信号
はパルサ・レシーバ(5)のレシーバ部で増幅および検
波ならびに判定される。
ところが、被検材が円柱であると、超音波の入射面積が
一直線となるため励振および検出効率が低くならざるを
得なかった。そこで、従来のものにあっては、効率よく
超音波を励振および検出するために、接触媒体を必要と
していた。また、コンピュータで生産ラインを監視する
もの等にあっては、被検材を水や油に浸して、超音波の
励振および検出効率を上げると共に、シューと被検材と
の結合状態のばらつきを少なくしていた。
本発明は、前記のような従来のものの欠点を除去覆るた
めになされた;bので、管材、棒材等断面円形等の被検
材の周面を励振できる効率の良い電磁超音波トランスデ
ユー4ノを提供りることを第1目的とする。そして、コ
ンピューターを用いた品質管理においても、常時、オン
ラインで監視ができるように常に安定した効率で被検材
を励振できる電磁超音波1−ランスデューサの提供を第
2目的とする。ま7j 、発生・検出コイルの形状が管
材および棒材等の形状変化に対応できる電磁超音波1〜
ランスデコーサの提供を第3目的とづる。
[発明の概要] 本発明は、被検材に電磁誘導的に超音波を発生させる発
生・検出コイルの形状が、特定の形状を維持する必要性
がなく、その形状を自由に設計できることから、被検材
の表面に沿って、発生・検出コイルを配設したものであ
る。したがって、被検材に磁界を生じさせる磁界4”J
”j手段、たとえば、電磁石等にJ:って、被検材中に
磁界を生じさV、被検材の表面に沿って配設した被検材
を励振および検出する発生・検出コイルによって、変換
効率のよい電磁超音波1〜ランスデコーサを構成するも
のである。
[発明の実施例1 本発明の実施例について説明′づる。
まず、本発明の動作を第3図の薄板における板波の発生
原理図J3 、J:び第4図の管理の発生原理図を用い
て説明する。超音波の励振は、第3図(a)に示すよう
に薄板よりなる被検+4(11)の表面に静磁界B1を
与え、被検材(11)の表面上に配置された直線上の発
生・検出コイル(12)にパルス電流iを供給すると、
前記発生・検出コイル(12)のコイルピッチと同じ間
隔で渦電流J1、J2.J3が誘起される。覆ると静磁
界B1と渦電流Jn(ただし、n=1.2.3・・・)
の相互作用で次式に示すローレンッカFnが生じる。
Fn=B−Jn・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・(1)(ただし、n=1.2,3.・・・) 上記のローレンッノrFnの作用で被検vU(11)が
伸縮運動し、第3図(b)の点線で示Iにうに、発生・
検出コイルのピッチλに等しい振動モード、すなわち左
右方向に伝搬する超音波CLおよびCRとなって板波が
伝搬する。
検出は、発生(励振)の逆で静磁界B1が与えられてい
る被検材(11)の部分が振動づると、そこに渦電流が
生じる。この渦電流の磁束が発生・検出コイル(12)
と鎖交し、上記発生・検出]イル(12)内に電流が誘
起される。
次に、第4図の管理の発生原理図を用いて、管材を被検
材(13)としIこ場合の発生原理を説明づる。まず、
第3図と同様に被検1J(13)の管面に平行な静磁界
B2を与える。しかる後、パルス電流iを5を生・検出
−コイル(14)に与えると、渦電流J11.J、12
.J13およびJ21.J22、 J2aが誘起され、
静磁界B2との相互作用でローレンツ力F11.F12
.F13およびF21.F22.F23が発生する。こ
のローレンツ力F11.F12.F13およびF21.
F22、F23によって被検材(13)が伸縮運動し、
第4図(b)に示す超音波のモードで左右方向の管理C
RおJ:びCLとなって両方向に伝搬づる。
以上の発生・検出原理を用いた、本発明の実施例につい
−C説明づる。第5図は本発明の一実施例による電磁超
音波1−ランスデコーサの構成図である。図中、(25
)は被検材(20)の長袖方向に平行の磁路を形成する
ように構成した鉄心、(24)は励磁コイル、(26)
は鉄心(25)と励磁コイル(24)よりなる電磁石、
(27)は励磁コイル(24)に励磁電流を供給する直
流電源、(21)は被検材(20)の表面上にスパイラ
ル状に巻かれた発生・検出コイル、(22)は電磁石(
26)と発生・検出コイル(21)よりなる電磁超音波
トランスデユーサ、(23)は電磁超音波トランスデユ
ーサ(22)の発生検出コイル(21)に励振パルス電
流を供給して発生コイルとして用いると共に、発生・検
出コイル(21)を検出コイルとして用い検出された信
号を増幅・検波および分析づる機11シを持つパルサ−
・レシーバである。
まず、第4図に示すような静磁界を被検材に与えるため
には、直流電源(27)から励磁コイル(24)に電流
を通電する。しかる後パルサ・レシーバ(23)のパル
”リ一部より発生・検出コイル(21)に交流パルス電
流を供給覆れば第4図(b)に示す管理と同−管理が被
検材(20)に発生する。管理は、被検材(20)中を
伝搬し、伝搬経路に欠陥があれば、そこで管理は反射す
る。
この反射波は発生・検出コイル(21)で検出され、パ
ルサ・レシーバ(23)のレシーバ部で増幅・検波およ
び分析され、欠陥信号として検出される。また、被検材
(20)の端面反射波の伝搬速度あるいは減衰mを測定
すれば被検材の材質、厚み等の性状も判断することがで
きる。
なお、上記実施例では、電磁超音波トランスデユーサ(
22)1個で構成づる一探法であったが、2個の電磁超
音波1〜ランスデユーりで構成するか、あるいは、発生
・検出コイル(21)を分離し、発生および検出機能を
それぞれ別個の専用コイルとりる二探法にも本発明が適
用できること【よ言うまでもない。
さらに、発生・検出コイル(21)を第6図(a)〜(
C)に示す形状のものぐも同様の効果がi’JIられる
。すなわち、第6図(a )の発生・検出コイルを2個
用いて、コイル(21a)およびコイル(21b)を2
本巻状にしたもの。あるいは、図示していないが前記コ
イル(21a)および(21b)を並列接続したもので
も同様の効果が得られる。また、第6図(b)、(c)
は、ミアンダライン状のコイルを用いるもので、第6図
(b)はミアンダライン状の発生・検出コイルを分割し
て発生コイル(2I C)と検出コイル(21d)を対
向して配置したもの。また第6図(C)は被検材(20
)の表面全体を覆う場合に用いるミアンダライン状の発
生・検出コイルである。いずれのコイルにせよ、第5図
の発生・検出コイル(21)と同様の効果が得られるか
ら、第5図の発生・検出コイルとしても用いることがで
きる。
そして、前述のコイルを複数巻きにJれば発生・検出効
率を高めることができる。
また、第5図に示す電磁石(26)は、鉄心(25)を
有しており、しかも、積極的に被検材(20)の磁力線
密度を密にするために、鉄心(25)の端部をリング状
とし、しかし、王の中央を被検U (20)が嵌合する
構成になっているが、逆に、鉄心をなくした空心コイル
として用いてもよい。第7図はその例で、第5図に示し
た実施例の変形例である。(36)は、被検材(30〉
の周囲に巻線を施して空心コイルと成したものであって
、空心コイル(36)の作る磁界は、空心コイルの中心
部にある被検材(30)を通り、発生・検出コイル(3
2)によって、被検材(30)に超音波を励振される。
励振の原理は第3図およ。
び第4図に示すものと同じである。
本発明の第3図〜第7図の実施例では、縦波発生法を用
いたものであったが、横波発生法にも用いることができ
る。第8図は、横波発生法を用いた実施例である。〈4
0)は被検材、(46)は励磁コイルで鉄心(45)と
共に電磁石を構成している。鉄心の両先端は被検材(4
0)の外周面に添った形状を呈してa5す、被検材(4
0)に対して垂直方向の磁界を与えることができる。し
たがって、被検!、J(/10)と鉄心(45〉との間
に発生・検出コイルを配設すれば、第5図〜第7図に記
載した実施例と同様に横波発生法を用いた電磁超音波1
−ランスデユー号として用いることができる。
「発明の効果] 以上のように、本発明によれば、被検材に超音波を発生
さぼると共に被検材の反射液を検出覆る発生・検出コイ
ルを、被検材の表面に沿って配設したので、電11誘導
的に非接触で超音波を被検材に発生させることができる
と共に、被検材の超音、波を検出することができる。し
たがって、接触媒体を用いることなく使用でき、定常的
に超音波の発生・検出効率がばらつくことがない。
また、被検材の表面に沿って配設され、被検材に超音波
を発生さけると共に被検材の反射液を検出1−る発生・
検出コイルとして、スパイラル状コイルあるいは直線状
コイル、ミアングライン状コイル等が任”童に選択使用
できるので、被検材の形状に合致した発生・検出コイル
を用いることができる。したがって、被検材の表面全体
にわたって超音波の発生検出ができ、発生・検出効率を
高く、かつ、精度および信頼性を高クツ゛ることかでき
る。
また、棒材、管材等の断面形状に拘束されることなく、
設計自由度の高い装置が得られる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の超音波の発生・検出の構成図、第2図
は第1図に示す方法によって発生する超音波の振動モー
ド図、第3図は薄板における電磁超音波(板波)の発生
原理図、第4図は管における雷を銖超音波(管理)の発
生原理図、第5図は本発明の一実施例による電磁超音波
1〜ランスデユーザの構成図、第6図〜第8図は本発明
の他の実施例を示す発生・検出コイルおよび電磁石の構
成図である。 図中、(1)・・・被検材 (2)・・・シュー (3)・・・圧電振動子 (4)・・・斜角探触子 (5)・・・パルサ・レシーバ (11)・・・被検材 (12)・・・発生・検出コイル (13)・・・被検材 〈14)・・・発生・検出コイル (20)・・・被検材 (21)・・・発生・検出コイル (22)・・・電磁超音波1〜ランスデユーサ(23)
・・・パルサ・レシーバ (24)・・・励磁コイル (25)・・・鉄心 (26)・・・電磁石 (27)・・・直流電源 (30)・・・被検材 (32)・・・発生・検出コイル (36)・・・空心コイル (40)・・・被検材 (45)・・・鉄心 (46)・・・励磁コイル なお図中、同一符号は同一、又(よ相当部分を示此 特許出願人 代理人 大君 増雄 外2名 第1図 第2図 第5図 目−入一一 第7図 第4図 第6図 45 第8図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 表面が曲面形状を有する被検材に対して、被検
    材の表面に平行方向あるいは垂直方向の磁界を与える磁
    界付与手段と、被検材の表面に沿って配設され、被検材
    に超音波を発生させると共に被検材の反射波を検出する
    発生・検出コイルを具備することを特徴とする電磁超音
    波トランスデユーサ。
  2. (2) 前記発生・検出コイルとして、スパイラル状コ
    イルあるいは直線状コイル、ミアンダライン状コイルで
    構成したことを特徴とする特許請求範囲第1項記載の電
    磁超音波1〜ランスデユーサ。
  3. (3) 前記発生・検出コイルを同一コイルで共用した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の電磁超音
    波トランスデユーサ。
  4. (4) 前記発生・検出コイルを独立した発生コイルお
    よび検出コイルとして用いることを特徴とする特許請求
    の範囲第2項記載の電磁超音波1〜ランスデユーサ。
JP58213601A 1983-11-14 1983-11-14 電磁超音波トランスデユ−サ Pending JPS60105960A (ja)

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