JPS60500638A - 物理化学的、生物学的、または細菌学的現象の時間とともに起る変化を検査し、測定するための超音波による方法および装置 - 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】 物理化学的、生物学的、または細菌学 的現象の時間とともに起る変化を検査 し、測定するための超音波による方法 および装置 本発明は、変化する媒体の甲または二つの媒体の間の物理的および／またに化学 的ないくつかの特性の時間とともに起る変化を検食し、測定するための超音波に よる方法および装置に関する。

本発明に以下に挙げる場合に有効性を見出すが、それらは例示に過ぎず、それら に限ら几ることはない。

−水性結合材の凝固時間の測定、 一塗料の乾保時間または糊の硬化の評価、−固相から液相へまたは逆の移行のよ うな状報変化Ｃ語死 瞬接触の物理化学的変化（酸化−絞り加工）、−浴孜状の物体の結晶化まｋに懸 濁状の吻坏の沈澱、−プラスチック物質の重合、 一皿液の凝結およＪ／またに沈澱時間の評価、−乳の凝固の研究。

物理的またに化学的ないくつかの現象を検出するために超音波による装置を利用 することに既に提案された。これに関して、技術の現状が莢国公告明細曹第２０ ６０８８３号に示さ几ている。そｒＬは雨氷の検出器を記載している。その文献 によれば、道路表面に１＠られた溝の中で伸びている棒に結合さｆ′したバール を取シ囲む巻線に超音波周波数の電圧パルスが送ら几る。そのバールはその巻線 の中に作ら几る磁場の効果で磁歪効果を持つ材料で作られている。そのことによ って超音波周波数の振動が生じ、それが棒に伝達さ几、その壁で反射される。そ の反射は、その棒が水と接触しているかあるいは氷と接触しているとき、異なっ ている。

逆に、戻りでは、磁歪によって、反射１九た振動はバールが巻線の中に電圧パル スを惹き起すようにし、その電圧パルスは集めらｒＬ、、それによって棒が水あ るいは氷によって取り囲まれているかどうかが導き出される。磁歪の利用がこの 特許では本質的である。

米国特許明細書第４３２０６５９号には媒体の音響学的なインピーダンスの測定 または液体のレベルの検出εための装置が記載さ几ている。このため、仮が相連 続する反射によってジグザグに伝播するように、偏極させられた超音波の横波が 側面から＋ｉ：１ｉｆＳ’）して、あるいは傾斜した端面からバールの中に放射 さ几る。遠く離れた点に集めら几る波に、バールとそ几が改さ几ている媒体の間 に生じる結合の結果異なっている。変形として、偏極芒せら′ｆ′した横波が端 面を通ってバールの中に送ら几る。しかし、超音阪ビームは反射を受け、バール の軸に平行に伝播する。そのうえ、バールは反射面の役をする％縦方向に間隔を おいて設けらｎた段を再する側面を持っている。果めら几る反射波にそのバール が接触している媒体の性質あるいにレベルにしたがって異なっている。この文献 でに偏極させら几た横波の夏用が本質的でおる。

片の厚さあるいは長さの測定、または欠陥（ひび、鍛造等の際のひび＠九、亀裂 ）の位置決めおよび評価のための超音蔑の利用もまた却らｎ、ている。読取シは 縦方向に放射さ几る波の反射によってｍら几るエコーの後で直ちに行なわれる。

読取シは軸に平行に放射孕几る縦波の主エコーでだけ行ｌｆ）れるから、２次エ コーｒｉ革ろ邪魔になる。

こｎらのすべての例において、超音波は、特定の操作条件（直通エコーのみの検 出、垂直または水平方向に偏極させら几た波の任意の発生、ジグザグに向けらｔ ′した波の使用、足めらｆ′した場所１て♂・ける反射面の利用、等）で、限ら 几を巨万・：１判水り倹土　欠陥の朕工、距離の測定、レベル検出、等ノで利用 されてい七つ本発明は、一つの媒体の！：？おるいに二つの媒体の間のいろいろ な現象の４１間とともに起る変化の咲責２よび測定の万能の万云乞もたらすとい う意味で、特定の場合に限ら几た公凡の使用とは異なっている。不発明によｎげ 、単Ｖ、またに俵数の媒体の中に長いバールの側面の長さの少なくとも一部が授 さｎ、上記側面の全体で反射さ几る２次波のビームの発生にそのバールの甲でＭ 利に作用するように、そのバールの甲に放射面？通って超音ばか放射さ几、そｎ らの２次エコーが果められ、そ几らのうちの少なくとも一つが分離さ几、その振 幅の時間変化が記録されるっ 放射面としては、成可く縦方向の寸法に対して垂直なバールの端面が利用さｎる 。

２次エコーは有利には放射の端面で果められる。

成可（Ｉ　ＭＨｚと２０　ＭＨ２Ｏ間にある周波数を持った波および８關と３０ 圏の間にあ々横方向の大きさを持ったバールが使用される。

本発明の精神で、使用される周波数およびバールの大きさく成可く直径）の間の 関係′ｌｔ遵重すれば、最適の結果が得らｊる。例えば、つぎの周波数、２，５ ゜ｊ　０．　１５．　２０ＭＨｚでは、つぎの対応する直径３０−２０−１５− １０および８頭を有する円部形のバール分使用するのが胃利である。

こｎらの周波数２：び直径の・丘、；クリテイカルー：′ｌＳないが、そｊ−ら に！々良のは果て傅るためにζそｆ、ζ近いのが好ましい価を構成しているっ また、調べらたる媒体の１化の測定のた０【に反意く１次から４次子での２次エ フ−が選訳さ几々っ本発明はまた、超音波の発信−受信器官、２よびその器官と 一つの面で結合さ几、変化する、あるいは反応性の媒体の中に浸さ几るための細 長いバールによって構成さｎ、るブローベ、放射さ几る超音波、およびバールが 変化する、あ０いは反応性の媒体とその側面で接触芒せらｒＬめとき、そのバー ルによって反射さ几ふ波の特性を測定するためＱで、そのブローベと従洸芒几る 測定装置を含む装置にも関し、本発明によればその装＃において、その細長いバ ールはその縦方向の寸法に対して垂直な端面によって発信−受信器曾と結合され 、２次超音波がその側面の全体によってビームと１つて反射さ九るように、その 側面が滑かであり、その測定装置はその側壁によって反射さ７″ｌ−る２次エコ ーの少なくとも一つを選択し、その選択された単数またに複数の２次エコーの振 幅の時間とともに起る変化を測定し、記録することができるエレクトロニソクス 手段を備えているう その細長いバール（グその直径の少ｌくとも３倍よジも大きい長さを持っている 。

バールに超音波を良く通し、側面の優ｆ′した研若状態七と７ミことができる材 料で作られ、それが低いインピーダンスを待つように、１．５７と１．７０の間 にあり、反可（１，６５１ｃ等しい縦波の伝播速度／構成の伝播足置の比ヲ付っ ていることが望〕しい。

また、そのバールが時として長い寿命の間非常知多岐に亘る媒体の甲に反≧ｎ、 るためのものであることを考慮にい几ｎは、腐凱に効して抵抗性の材料を使用す るのか好ましい。

本発明によってその使用が望ｊしいバールは引き抜か几たカラスで作ら几た棒で ある。

バールは有第１」Ｋに、解不または破壊によって取りにずすことかできるように 、超音波発生器に結合さ几ている。

以下に本発明のいくつかの実施例の記載を示すが、それは何等限定的な意図を持 つものでになく、いかなる変形も除外するものでもない。図面が参照される。

図面中、 一再１図は、本発明を使用するための、本発明による装置の図式的な表示である 。

□第２図はし７レクトグラムでるる。

−第３図ｒｉ第１図の装置のバールの中での２次エコーの形底を示す図式図であ る。

□第４ａ図および第４ｂ図は、まず空気に浸さ几たバール、ついで異なつ念媒体 の中に浸されたバールの内部における超音波の２次エコーのビームを図式的に示 す。

□第４　ａ’図お：び第４）′ｚに第４ａ図シよび異４ｂ図【対応するレフレフ トグラムである。

−第５図から第１１図までは第１図の裟１と使って記録さｎｆｃいろいろな媒体 の変化を示すグラフでろる。

一第１２図は第６図のグラフから媒体の状態変化Ｌｆｊ徴づける彎曲点の計算に よる決定の一例を示す。

−第１３図および第１４図にそ几ぞれ、第１図の装置のための、解体ま九は破壊 によって取りにすすことができるバールを有するブローベの縦方向の面を通る断 面図でるる〕 第１図は、発信−受信セラミックを持ったヘッド２および訓べようとする媒体４ の中に浸さ几ている細長いバール３によってａ成されるブローベに接続さ几た１ 　５　ＭＨｚの周波数のパルス発生器１を含む、本発明による装置を示す。この プローベに後に詳細に記載される。発生器１は一般にトランスデユーサと呼ばれ るセラミックに電気パルスを送シ、そのトランスデユーサはバールの端面の一方 ３Ａからバール３の中を伝播する超音波の縦波を放射するっ　トランスデユーサ の部分に、一方では放射の端面とは反対側の端面で、他方ではそして特にバール の側面の全体で、波の反射によって惹き起されるエコーの結果超音波の強方な活 動の座であるバール３の部分に＠接している。発生器１と発信−受信セラミック ２にニコー選択器呵きのオッシ＝ス＝−ブ５ａを寡っ１＄の公刊の装置５に１萩 さ几、その装置自体に、２次波（輿３図のＳ）Ｋ由来する選択さｆ′Ｌ７’ｌ− ２次エコーの高さ２時間の関数として記録することができる例えばＸ−Ｙトレー サのような記録装置６に遥続さｎる。

第２図は装置５のオンシロスコープの上に現ゎ几るようなレフレフトグラムを示 す。

信号の振幅が縦＠に、時間が横軸にとられているこのレフレフトグラムでｉ、　 Ｅ、に放射信号、Ｆｌ、Ｆ２゜Ｆ３，７４．Ｆ５．Ｆ６・・・に一連のエコーが 見ら几る。Ｆｌ［、放射の端面とは反対側のバールの端面での縦波の超音波の反 射によって、単なる往復の後、縦波の超音波の反射によって直接得られる主エコ ーである（第３図のＬ）。

ビークＦ２．Ｆ３．Ｆ４．Ｆ５．Ｆ６．　・・・は斜の軌道およびバールの側壁 でのいろいろの反射の後、バールの放射の端面３Ａを通ってトランスデユーサに 戻る２次エコーである。実際、バールの内部でに、２次波のビームが生じ、そこ では縦波と横波の異なった種類の波が混り合う。横波は縦波よりも低い伝播速度 を持っている。

第３図は縦波の直接の軌道りと、第２図でＦ３と画かれているエコーを与える２ 次波の軌道Ｓを示す。軌道Ｓの点線で画かれた部分に側面での反射の後の横波お よび点Ｒでの縦、及へｃＫ換で行なわ几る。

Ｘ　４　＆図に、バール３が仝気のような媒体の甲に浸さ九ているとき、バール ３の内部で反射させら几るビームを図式的に示す。第４１Ｌ′図に、オン７０ス コープ５ａで、バール３の側面および底から来るエコーａ。

ｂ、ｃ’、ａを眼に見えるようにしたＰｆｒを示す。こ＼では最初の四つのエコ ーａ、ｂ、ｃ、ｅＬしか示さ几ていない。その中ＶＣ，ぼ直接のエコーａおよび 三つの最初の２次エコーｂ、ｃ、ｄが見ら几る。

バール３が液体、ま之によジ一般にバール３の；側面とのもつと良い伝運扱触を 保証する相を含む、異な一部た媒体の甲に浸されているときは、超音波の一部は 媒体の中に逃げ／：Ｉ（第４ｂ図）。第４ｂ′図でにエコーａ。

ｂ、ｃ、（ｌの高嘔の低下が見られる。全体としてバール３の側面での相連続す る沢山の反射に基因する２次エコーｂ、ｃ、ｄは非常に強くこの変化を受ける。

単数または複数のこ几らの２次エコーの高さの測定は媒体またに界面の変化を時 間の関数として追跡することを可能にする。３よりも大きい長さ／直径の比を有 するバール３を使ってこれらの２次エコーの形１ｉ１助けるのが有利である。

勿論、バール３の側面はできる限シよく反射し々け几ばならず、変化する媒体の 甲に浸されている間その表面状態を維持しなければならないっこの理由から、引 き抜かれたガラス型のバールが適当である、また、既に前に運べ之超音月の司及 数とバール乙の大きさの間にるる一定の間隔を呆って、２次エコーの形成に有利 なようにする。周波数が蟇は几ば高い程、放射の円逍の頂点における角にそ几だ け小さくなり、反射さｎた波がそれだけますます屡々側面に当るように、バール の大きさにそ几たけ小さくなけ几ばならない。こ＼では幾何学的な形状が何であ っても、バールの直線部分の全周囲に亘６パールの側面の全部を１ｉ１１］面と 呼ぶと理解さ几る。

第１３図および第１４図は、ヘッド２を含み、そのヘッドから滑かな表面を持っ た引き扱かｎ之ガラス製の細長いバール３が伸びている本発明の装置の一部をな すプローぺを表わす。全体としてこのようなプローベは公知であシ、詳細に記載 される必要はない。ヘッド２は、原町く組み立てられた二つの部分から反る、一 端で閉じられ、縦方向の寸法に対して垂直な端面３Ａで終るバール３の端の部分 を受けるために、反対側の端で開いている中空の物体７を含んでいる。物体７の 中には、例えばチタン酸バリウムをベースとする、ピエゾ電気または強誘電体の 公知の種類の発信−受信セラミックが置か几ている。第１３図では、セラミック ８はバールの端面３Ａとの直接接触によってバール３と結合されているちバール ３の端の部分を受ける物体７の端は縦方向に割ら几て２り、締環９の助けでバー ル３の上に啼め付けら几る。第１４図でぼ物理７の千に強制的に嵌め込ま几てい るつじ刀・シ、そ几１；その外側の面のバール３の１面３Ａ■後ンて円形の溝４ ０（ｚ持ってお汐、そｎが破壊の端緒となるっセラミック８と端面３Ａの間の個 含に液体１１忙介して行なゎ几る。

二つの場合に、パール３１Ｓｃヘツドから取シぽずは几、そ１１は、例えば凝固 が監視さ几たコンクリートの中のような、調べられている媒体の甲に放粱δ几る 。

前に調べたように、バール３がその滑かな側面によって、バールから逃げる縦波 でない阪の部分の対応する変化を惹き起す物理化学的Ｉたは生動学的変化が生じ る変化媒体と接触させら几るとき、２次エコーの蛋幅を観察してそ几らの変化？ 監視し、測定することができるっ 装置のより高い、感度を得るためには、バール３がその長さの殆んど全部に亘っ て検査さｎている媒体の中に浸っているのが好ましいっ　しかし、ある状況の下 では、その側面が検査づ几でいる媒体と適当に接触してい几げ十分である。

こ＼で、本発明の実際の応用例を与えるためＶＣ１第５図から第１１図までが参 照される。

こ几らの図において、曲線は（横軸に秒を単位として画かｎでいる）時間の関数 として第１図の装置５゜６の助けで選択され、記録された２次エコーの（ＭＩ軸 にボルトを単位として画かれている）振幅の変化を表わす。第１図の装置５シよ び６　ｆｌ　−Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｔｙｐｅＦ７−６るいζ＋Ａ　ｕ　Ｚ　 ＣＳ　＆　Ｚ　−４Ｍ　ｉ　Ｇ　ｎ　”Ｃ７ｐ　６８１４８０　”’　の商品名 で矧ら几でいるものの；つな装置お：び“Ｓｅｆｒａｍｔｙｐｅ　Ｔｙｙ″　の 商品名で云ら几ているカーブトレーサであることができるっ物′誓の大部分につ いて、本発明の万εに二って傅らｎた曲線の法因変化に対応する部分が３次曲線 に同化でさることにに注意しなけ几ばならない。媒体（液体−同体）あるいぼ界 ０］］（酸化θｆていない一酸化ち凡ている）の状態変化はこの曲線の彎曲点と 相関関係を持って２り、その彎曲点にグラフの上であるいに訂其によって決定子 ｎることができる。

最初の２次エコー（薦４１）’図のｂ）の振幅のカーブである第５図は、１．５ に等しい石骨／水の質量比で特徴ツけら九る　１ブラートル・ド・パ’）　（ｐ ｌ’ａゝｔｒｅ　ｄｅＰａｒｉｓ　）　（パリの石膏）″の商品名で却ら几てい る物質の凝固の変化を示す。彎曲点ｒ１３５．５分の経過の後に認めら几る。こ の試験および以下の試験で、ガラス製のパール３ｉｄ２　ｏｘの直径と１００． の長さ乞持っていた。発生器−トランスデユーサの一式が１５　ＭＨｚの周波数 の超音波を供給した。

第６図は、１に等しい樹脂に対する硬化剤の比を持った“Ｍｅｔｏｌｕｘ″の商 品名で販売されている、硬化剤の効果の下で重合することができる樹脂上線かい 粉末の混合物でるる公知の物質の硬化の推移を示す。彎曲点は約３７分（２，２ ２０秒）にある（グラフによる決定）。

第７図は、０．６に等しいエポキシ明所に剌する硬化剤の質量比によって特徴づ けら几る“迅速アラルダイト″の商品名で知ら几ている材料の硬化の推移を示す 。

彎曲点に約１４６分にｈる（グラフによる決定ン。

第８図に、溶媒が水である塗料の乾燥の推移を示す。

約４００秒続く最初の期間の後で、曲線ははソ指数関数的であり、その半減期（ ３６０秒）がグラフの上で決定嘔几た。

第９図は、リットル当！１１２２の凝乳酵素を帆面された、凝固途中の乳の振舞 いを示す。この場曾、測定は第２の２次エコー（第４ｂ′図のＣ）で行ｌわｒ′ したつ第１０図は、リットル当り４１２の苛性ソーダ浴液に浸さｎた“ジュラル ″の商品名で知らｎている（直径２０鴎、長さ１００　ｍ　）のアルミニウム合 金製のバールの腐蝕の推移を示す。測定は最初の２次エコーｂの推移を追跡して 行なわれた。

第１１図は”　Ｍｅｃａｐｒｅ！　＝の商品名で知られている重合することがで きる樹脂の重合途中の振舞い分示す。

測定は最初の２次エコーの記録で行なわれた。この図で、時間は分で示され、電 圧は２ｍＶ／目盛の割合で示されている。彎曲点は２４分にある（グラフによる 決定）。

第１２図は、第６図の列の物質と同じ物質の硬化の推移を特徴づける彎曲点の数 学的決定の例を示す９計算は最小自乗法に二つて二次多項式の関数に調面するこ とによって行なわれた。彎曲点のｆＪ座漂に２２２３秒でゐり、その点における 傾斜に−ＣＬ１５４である。

不発明の方法が記載され、図示された夾施例に決して限られるものでにないこと は明らかである。そ几らは例として与えらｎでいるに過ぎない。そのほか、本発 明に、その精神を逸几ることもその枠から出ることもない記載された手段の技術 的等価物を構成するあらゆる手段およびそれらの組合−もカバーしている。

りγ２ ＦＸ／ｊ 国際調食報告　特表昭６０−５００６３８　（７）第１頁の続き ■発明者　モロウ・ミシエル ＠発明者　ホッケ・ミシエル フランス国、９１３３０　イエーレ、リュ、デュ、ニラ、１フランス国、９２１ ３０　イツシーーレームリノウ、リュ、ロジエ・ヅラングロ、１０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　一つの媒体のＩ：Ｐするいは二つの媒体の間のいろいろな現象の時間とと もに起る変化の検査および測定方法において、細長いバールの側面の少なく七も 一部をその単数またに複数の媒体と接触させ、上記側面の全体で反射される２次 波のビームの発生にそのバールの甲で有利に作用するように、そのバールの中に 放射面を通って超音波の縦波が放射さ几、それらの２次エコーが集められ、それ らのうちの少なくとも一つが分離さ几、検査される現象の変化を導き出すために 、その振幅の時間変化が測定され、記碌さｎるこ七２特徴とする方法。 ２　バールがその側面の長さの大きな部分で単数またζ複数の＃体に浸さ几るこ と全特徴とする、特許請求の耗月第１項記載り方法。 五　放を面として縦方向の寸法に対して垂直なバールの端面が利用さ几ることを 特徴とする特許悄求の範囲第１項記載の方法。 ４２次波が同じ放射の端面で果めら几ること全特徴とする、特許請求の範囲第３ 項記載の方法。 ５　滑かな側面を有する、我町く引抜か几たガラスで作ら几たバールが使用さ几 ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６８−と３０嘘の間で送択さ几た大きさを有すり細長いバールが使用され、そ几 に対応して２０と１ＭＨｚの間にある超音波周波数が選択されるこさご、特徴と する、特許請求の範囲第１項記載の方法。 Ｚ　パルス発生器（１）、詔音波発信−受信器管（８）を有するヘッド（２）お よび上記器庁に結会さ几る細長論バール（３）を含むブローベ、その器Ｖ　＜θ ンによって発信および受信さ几る超音波の測定’Ａ　ｊｉｆｆ（５）を含む、一 つの媒体の甲あるいは二つの媒体の間のいろいろな現象の時間とともに起る変化 の検査および測定装置に２いて、そのバール（３）がその縦方向の寸法に対して 垂直な端面（３Ａ）によってその器管（８）と結合さ几、そのバール（３）が滑 かな側面を持っておシ、その測定装置（５）がその器管（８）によって受けら几 る２次エコー（Ｆ２からＦ６まで）の一つを選択すなエレクトロエックス手段お よびその選択さ几たエコーの振幅の時間、ン化をｊピ録する手段（６）を含むこ 七て特徴とする装置。 ａ　バール（３）が長でかその大きざの少なくとも３倍よりも大きい−ｊｊ面を 有することｅＶｊ徴とする、特許請求の範囲第７項記載の装Ｊ。 ９　バール（３）が、１．５７と１．７ｏの間にあり、放可く約１．６５に号し い４疲の伝播速度／横波の伝播速度の比を持っている材料で作ら几ているこ七を 特徴とする特許Ｓ貴下の範囲第７項ｄ己ｎ戊の装置。 １０　バール（３）が、解体またに破壊によって戒９はずすことかできるように 、ヘッド（２）と−緒ＶＣ，組み立てら几でいることを特徴とする特許所求の範 囲第７項記載の装置っ