JPS6166127A - 音響スペクトル特性の検出装置 - Google Patents

音響スペクトル特性の検出装置

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JPS6166127A
JPS6166127A JP60156209A JP15620985A JPS6166127A JP S6166127 A JPS6166127 A JP S6166127A JP 60156209 A JP60156209 A JP 60156209A JP 15620985 A JP15620985 A JP 15620985A JP S6166127 A JPS6166127 A JP S6166127A
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    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/10Amplitude; Power
    • G01H3/12Amplitude; Power by electric means

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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】 以下の順序で本発明を説明する。
A、産業上の利用分野 B、開示の概要 C0従来技術 り1発明が解決しようとする問題点 E3問題点を解決するための手段 F、実施例 G0発明の効果 A、産業上の利用分野 この発明は音響分光学に関し、特にサンプルにおける単
数または複数の音響スペクトル特性を検出するための装
置に関するものである。
B、開示の概要 この発明により開示されるのは、サンプル中の狭い幅の
音響スペクトル特性を検出するための装置である。この
装置においては、電圧制御発振器から得られた電気的周
波数変調(FM)信号が使用される。この波のフーリエ
・スペクトルは主周波数f。と、2つの小さい側波帯f
c+:fsである。
この全体の2重項は、遅いのこぎり波発生器によって周
波数をゆつ・【りと1+11引さtbる。その信号が甲
面状の音響う変換H);に加えらIt、次にそのi;1
響波は、音!4が的な動作媒体、すなわちサンプルを介
して伝達され、別の平面状音響変換器によって検出され
る。この音響変換器は、もし側波帯の一方が音響特性に
重畳するならば、重畳された振幅変調(AM)信号をも
つFM信号を発生する。この電気信号は次にロック−イ
ンアンプを用いて位相感知検出される純粋のAM信号を
与えるために、復調される。ロック−イン・アンプの位
相設定を適当に調節することにより、検出された音響信
号の″同相″信号及び″位相のずれた″信号の両方を検
出することができる。
C0従来技術 特定の音響スペクトル特性を検出するための方法は、米
国特許第41.1.7730号;第3952578号;
第43834.46号;第41.67879号;第35
72099号及び第3290922号に記載されている
。これらの特許の音響的な方法はすべて、サンプル上で
作用する均一の瞬間的な周波数の信号の周波数掃引と、
入射信号とほぼ同じ波形の伝達または分散された音響信
号の検査に基づいている。例えば、第1図に示すように
、波形12をもちこれらの従来技術に基づく入射ビーム
10がサンプル14に導かれる。サンプル14からあら
れれてくるビーム16は波形18を持っている。瞬間ビ
ーム10及び伝達されたビーム16の瞬間フーリエ・ス
ペクトル20及び22もそれぞれ第1図に示されている
。このとき、P(1)は場の時間変化であり、I (f
)は、周波数fにおけるフーリエ強度である。これらの
音響的方法の問題点は、波形の調度が入射ビームの強度
より小さく、伝達ビームの周波数が入射ビームの周波数
に等しい、ということである。その結果、これらの方法
は所望の程度には正確且つ精密でない。
米国特許第4297035号には、上下の側波帯をもつ
純粋のFMスペクトルを与えるために、単一の高周波で
変調されたビームを使用する光学的方法が記載されてい
る。そのサンプルは、FM側波帯の一方のみが狭いスペ
クトル特性を探知するように変調されたビームにさらさ
れる。そして、サンプルから発生してくる光は、高周波
のうなりを発生するために、光検出される。この高周波
うなりの振幅は、狭いスペクトル特性の強度を表示する
ためにモニタされる。この光学的方法は、音響的なパラ
メータとは全く異なる大きさの光学的パラメータを取り
扱う。例えば、光学的方法が1()−Gmの波長に関与
するのに対して、音響的な方法は10〜10−mの波長
に関与する。このため、音響的な波長は、光学的な波長
よりも40000倍大きくなることがあり、回折効果は
、はるかに強い。また、光学的方法の波形速度が秒速3
×1011mであるのに対して、音響的な波形速度は、
秒速3X1−02mである。音的な波形速度は光学的な
波形速度の100万分の1であるので、余剰の信号の一
時的な拡散が生じる。光学的方法は、10−”mのサイ
ズの分子を探知するが、一方音響的な方法は10−’m
に至るまでの音響吸収体を探知する。従って、能動被検
査体が大きい結果として、大きい対象物からの散乱波で
はコヒーレントな効果が窺われない。光学的方法は空間
を伝播する電磁場の振幅に関与するが、音響的方法は、
物質中の疎密変動に関与する。
D0発明が解決しようとする問題点 この発明の主な目的は、単一の狭い音響スペクトル特性
を検出するための装置を提供することにある。
この発明の別の目的は、複数の狭い音響スペクトル特性
を検出するための装置を提供することにある。
この発明のさらに他の目的は、複数の狭い音響スペクト
ル特性を同時に検出するための装置を提供することにあ
る。
この発明のさらに他の目的は、狭い音響スペクトル特性
の存在に対して高感度である装置を提供することにある
この発明のさらに他の目的は、音響源を何ら同調させる
必要なく複数の狭い音響スペクトル特性を高速且つ多重
的に読み取るための装置を提供することにある。
E0問題点を解決するための手段 」二連の目的は、低周波発振器から得られた電気的周波
数変調(FM)信号を使用する装置によって実行される
この波のフーリエ・スペクトルは主周波数fc±fsで
ある。この全体の3重項は、遅いのこぎり波発生器によ
ってゆっくりと周波数を掃引される。この電気信号は平
面状の音響変換器に供給される。次に音響波は、音響的
な動作媒体、すなわちサンプルを介して伝達され、別の
平面状音響変換器によって検出される。この別の音響変
換器は、もし側波帯のうちの1つが音響特性に重なるな
らば、振幅変調(A M)信号を重畳したFM信号を発
生する。この電気信号は次にロック−イン・アンプを使
用することにより位相感知検出され得る純粋のAM信号
を与えるために復調される。そして、ロック−イン・ア
ンプの位相設定を適当に調節することにより、検出され
た音響信号の゛′同相”信号及び″位相のずれた″信号
の両方を検出することができる。
F、実施例 本発明の一実施例に係る第1図においては、波形32を
もつ入射ビーム30が、搬送周波数36と2つの側波帯
38及び40をもつフーリエ・スペクトル34を与える
ために単一の周波数で変調される。側波帯38及び40
は搬送周波数36の両側に位置し、バランスしている(
すなわち大きさが等しい)。変調された音響ビーム30
はサンプル42を通過し、伝達または散乱された音響ビ
ーム44としてあられれる。散乱されたビーム44の波
形46は、もし側波帯40Aのうち一方が音響特性に重
なるならば、重畳された振幅変調(AM)包絡線をもつ
FM信号48から成る。
好適な実施例においては、第2図が音響共振を検出する
ための多重読み出し装[50を示している。低速掃引の
こぎり波発振器52及びサイン(sine)波発振器5
4は、電圧制御発振器58に波形信号56を供給するた
めに結合されている。
周波数カウンタ60は、周波数をモニタするために発振
器58に接続されている。発振器58は2つの側波帯を
もつ搬送周波数で変調されたFM信号を発生する。音響
波65は吸収、散乱または共振媒体であるサンプル66
に入射する。サンプル66を通過し、またはサンプル6
6から散乱された音響波68は音響検出変換器70に入
射し、これにより変換器70は、もし側波帯のうち一方
が音響特性に重なるならば1重畳されたAM波をもつF
M電気信号を発生する。変換器64及び70は、マイク
ロプレイン(lIlicroplanes)や鉛・ジル
コン酸塩・チタン酸塩圧電素子のような商業的に入手可
能な変換器でよい。変換器70には平均2乗誤差(RM
S)メータ72とコンピュータ74が接続されている。
RMSメータは、本発明に基づき比較を行うために転送
された1つの波の振幅を測定する。この図においては、
コンピュータは、復調及び変調がソフトウェアによって
も行い得ることを示すために表示されている。変換器7
〇からの電気信号は次に復調器76中で復調され、これ
によりロック−イン・アンプ78により位相感知検出さ
れた純粋のAM信号が与えられる。そこで発振器541
こよって与えられた基準信号に基づきロック−イン・ア
ンプの位相設定を適当に調節することにより、検出され
た音響信号の″位相″及び″位相のずれた″信号をとも
に記録装置80に記録することができる。この同相信号
はサンプルの吸収率に正比例し、位相のずれた信号はサ
ンプル中の速度分散に正比例する。
本発明によれば、サンプル中に音響共振が存在すること
は上方と下方のFM側波帯間に吸収率の差異または位相
のずれをもたらすことになる。そのような差異は対応す
る高周波でヘテロダイン増振されたうなり信号を発生さ
せる。また、もし音響共振または吸収が存在しないのな
ら、うなり信号は発生しない。
音響共振を検出するための位相感知解析手段の設計は、
ロック−イン・アンプ78を用いてもよく、またはアナ
ログ−ディジタル変換を行って、コンピュータ74を用
いてもよい。コンピュータを用いる場合は、位相感知マ
ルチプレクス動作がソフトウェアの高速フーリエ変換に
より行なわれる。
G0発明の効果 以上のように、この発明によれば、音響スペクトル特性
の検出装置において、サンプルへの入射音響ビームとし
て側波帯をもつFM波を用い、サンプルからの音響ビー
ムにAM変調があられれるようにしたので、ロック−イ
ン・アンプなどの手段により高速かつ容易にサンプルの
吸収、共振などのデータを測定できるという効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の掃引周波数音響テストの図、第2図
は、本発明の装置のブロック図、第3図は、従来の掃引
周波数音響テストの図である。 52.54・・・・音響源、58.64・・・・位相変
調手段、66・・・・サンプル、70・・・・音響検出
手段、72.74.76.78・・・・電子的検出手段

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 サンプルにおける狭いスペクトル特性を検出するための
    音響的な装置において、 (a)上記狭いスペクトル特性よりも幅の狭い帯域をも
    ち、選択した狭いスペクトル特性の近傍に存在する中心
    周波数を有する音響源と、 (b)上記サンプル中の選択したスペクトル特性を探知
    する上下の側波帯をもつ純粋のFMスペクトルを発生す
    るように、単一の周波数で上記音響源からの音響信号を
    変調するための位相変調手段と、(c)上記サンプルを
    通過した後の上記音響信号を受け取るための音響検出手
    段と、 (d)上記音響検出手段からの電気信号の強度をモニタ
    可能とし、上記選択した狭いスペクトル特性の強さを表
    示するための電子的検出手段、 とを具備する音備スペクトル特性の検出装置。
JP60156209A 1984-09-04 1985-07-17 音響スペクトル特性の検出装置 Granted JPS6166127A (ja)

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US646406 1984-09-04

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JPS6166127A true JPS6166127A (ja) 1986-04-04
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