JPS6330577B2 - - Google Patents
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- JPS6330577B2 JPS6330577B2 JP56119188A JP11918881A JPS6330577B2 JP S6330577 B2 JPS6330577 B2 JP S6330577B2 JP 56119188 A JP56119188 A JP 56119188A JP 11918881 A JP11918881 A JP 11918881A JP S6330577 B2 JPS6330577 B2 JP S6330577B2
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- waves
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 11
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 14
- 235000019687 Lamb Nutrition 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 3-morpholin-4-yl-1-oxa-3-azonia-2-azanidacyclopent-3-en-5-imine;hydrochloride Chemical compound Cl.[N-]1OC(=N)C=[N+]1N1CCOCC1 NCGICGYLBXGBGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating 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
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/042—Wave modes
- G01N2291/0423—Surface waves, e.g. Rayleigh waves, Love waves
-
- G—PHYSICS
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はラム波−液中たて波−表面波のモード
変換を介して非圧電体に表面波を励起させること
により非圧電体に存在するクラツクを検知する超
音波探傷用のデバイスに関する。
変換を介して非圧電体に表面波を励起させること
により非圧電体に存在するクラツクを検知する超
音波探傷用のデバイスに関する。
超音波探傷用のデバイスとしては第１図Ａ並び
に第１図Ｂに示されるものが既に知られている。
に第１図Ｂに示されるものが既に知られている。
第１図Ａに示されるように従来の超音波探傷用
のデバイスは、表面波を励起する厚さの圧電基板
１と、該基板表面にもうけられる１対のくしの歯
状電極から成り表面波の励起及び受波を兼ねる単
一のインターデイジタル電極２を有する。
のデバイスは、表面波を励起する厚さの圧電基板
１と、該基板表面にもうけられる１対のくしの歯
状電極から成り表面波の励起及び受波を兼ねる単
一のインターデイジタル電極２を有する。
上記構成のデバイスは、第１図Ｂに示されるよ
うに非圧電体３の上方に配置され、両者の間の一
部に液体４が充填されて圧電基板１と非圧電体３
との間に超音波の液体伝搬路が形成される。圧電
基板１が非圧電体３に対してなす角度θは、非圧
電体への表面波の励起及び検知のための最適角と
して次式を満足するように定められる。
うに非圧電体３の上方に配置され、両者の間の一
部に液体４が充填されて圧電基板１と非圧電体３
との間に超音波の液体伝搬路が形成される。圧電
基板１が非圧電体３に対してなす角度θは、非圧
電体への表面波の励起及び検知のための最適角と
して次式を満足するように定められる。
θ＝θ1−θ2＝sin-1VC／VR1−sin-1VC／VR2 (1)
ここに、θ1は圧電基板１の法線と液体４内の縦
波伝搬方向との間の角、θ2は非圧電体３の法線と
液体４内の縦波伝搬方向との間の角、VCは液体
４内での縦波速度、VR1は圧電基板１での表面波
速度VR2は非圧電体３での表面波速度である。
波伝搬方向との間の角、θ2は非圧電体３の法線と
液体４内の縦波伝搬方向との間の角、VCは液体
４内での縦波速度、VR1は圧電基板１での表面波
速度VR2は非圧電体３での表面波速度である。
上記構成でインターデイジタル電極２に電気信
号を印加すれば、圧電基板１に表面波L1が励起
される。表面波L1は基板１と液体４との境界面
で縦波に変換され、液体４の中を非圧電体３に向
かつて伝搬する。液体４と非圧電体３との境界面
では表面波L2に変換され、非圧電体３を伝搬す
る。ここで表面波L2の伝搬路上にクラツク５が
存在すれば、表面波L2はクラツク５で反射され
ることになる。この反射波は上記と逆の行程を経
てインターデイジタル電極２を到達するので、非
圧電体に存在するクラツクを検知することができ
る。
号を印加すれば、圧電基板１に表面波L1が励起
される。表面波L1は基板１と液体４との境界面
で縦波に変換され、液体４の中を非圧電体３に向
かつて伝搬する。液体４と非圧電体３との境界面
では表面波L2に変換され、非圧電体３を伝搬す
る。ここで表面波L2の伝搬路上にクラツク５が
存在すれば、表面波L2はクラツク５で反射され
ることになる。この反射波は上記と逆の行程を経
てインターデイジタル電極２を到達するので、非
圧電体に存在するクラツクを検知することができ
る。
しかしながら上記デバイスは、(1)表面波速度が
入力信号の周波数に依存しないことから、最適角
θを機械的に設定しなければならないこと、(2)出
力信号は入力信号に比べて極めて小さく従つて単
一の電極で入出力を兼ねる従来例では電極から直
接出力信号を得るには問題点があり、このため入
出力信号を分離するための方向性結合器を別途も
うけなければならないこと、(3)表面波−液中たて
波−表面波の変換モードを利用するので第１図Ｂ
に示すように電極側の面をもつて液体結合しなけ
ればならず、非圧電体への配置の自由度が限定さ
れること、などの欠点がある。
入力信号の周波数に依存しないことから、最適角
θを機械的に設定しなければならないこと、(2)出
力信号は入力信号に比べて極めて小さく従つて単
一の電極で入出力を兼ねる従来例では電極から直
接出力信号を得るには問題点があり、このため入
出力信号を分離するための方向性結合器を別途も
うけなければならないこと、(3)表面波−液中たて
波−表面波の変換モードを利用するので第１図Ｂ
に示すように電極側の面をもつて液体結合しなけ
ればならず、非圧電体への配置の自由度が限定さ
れること、などの欠点がある。
従つて本発明は従来の技術の上記欠点を除去す
ることを目的とし、この目的を達成するために本
発明による超音波探傷用デバイスは、圧電基板の
厚さをほぼλ（λは該基板における音波の波長）
以下とし、この圧電基板表面に、複数の細長の導
体片を平行に配列することによりマルチストリツ
プカプラを形成し、該カプラの導体片の配列に対
向して当該配列の一方の側に入力用と出力用のイ
ンターデイジタル電極を個別にもうけることを特
徴とする。
ることを目的とし、この目的を達成するために本
発明による超音波探傷用デバイスは、圧電基板の
厚さをほぼλ（λは該基板における音波の波長）
以下とし、この圧電基板表面に、複数の細長の導
体片を平行に配列することによりマルチストリツ
プカプラを形成し、該カプラの導体片の配列に対
向して当該配列の一方の側に入力用と出力用のイ
ンターデイジタル電極を個別にもうけることを特
徴とする。
以下図面に従つて本発明の実施例を説明する。
第２図Ａは本発明による超音波探傷用デバイス
の一実施例、第２図Ｂは本デバイスによる超音波
探傷の説明図である。
の一実施例、第２図Ｂは本デバイスによる超音波
探傷の説明図である。
圧電基板１０は該基板における音波の波長λと
同程度又はこれ以下の厚さを有する薄板状とし、
該基板の表面に、入力用のインターデイジタル電
極１１と出力用のインターデイジタル電極１２と
マルチストリツプカプラ１３がもうけられる。
同程度又はこれ以下の厚さを有する薄板状とし、
該基板の表面に、入力用のインターデイジタル電
極１１と出力用のインターデイジタル電極１２と
マルチストリツプカプラ１３がもうけられる。
マルチストリツプカプラ１３は基板表面上に複
数の導体片を平行に配列することにより形成され
る。各インターデイジタル電極１１，１２は、そ
の電極指がカプラ１３の導体片の配列に平行でか
つ対向するように、当該配列の一方の側に夫々も
うけられる。カプラ１３は指の長さだけの幅をも
つ新たな波源として作用する。従つて反射波は指
の長さだけの幅をもつ幅広となり、出力用電極１
２は入力用電極１１と異なるトラツク上に配置す
ることができ、従つてカプラ１３が実質的に方向
性結合器として機能するので、特別の方向性結合
器を必要としない。なお、カプラ１３で新たに発
生する波と直接波との位相の関係はカプラの指の
数に依存し、直進波と伝搬路を変換された波との
比は、カプラの指の数に依存する。基板１０の裏
面にはカプラ１３の導体片の配列に対向して平板
状電極１４がもうけられる。この平板状電極１４
の存在により基板中の音波（ラム波）の伝搬が影
響され、結果として基板表面の導体片の数を減少
させることができる。しかしこの電極１４をもう
けると音波の速度が変化するので、この影響をな
くすために、インターデイジタル電極１１，１２
に対向する平板状電極１５がもうけられる。
数の導体片を平行に配列することにより形成され
る。各インターデイジタル電極１１，１２は、そ
の電極指がカプラ１３の導体片の配列に平行でか
つ対向するように、当該配列の一方の側に夫々も
うけられる。カプラ１３は指の長さだけの幅をも
つ新たな波源として作用する。従つて反射波は指
の長さだけの幅をもつ幅広となり、出力用電極１
２は入力用電極１１と異なるトラツク上に配置す
ることができ、従つてカプラ１３が実質的に方向
性結合器として機能するので、特別の方向性結合
器を必要としない。なお、カプラ１３で新たに発
生する波と直接波との位相の関係はカプラの指の
数に依存し、直進波と伝搬路を変換された波との
比は、カプラの指の数に依存する。基板１０の裏
面にはカプラ１３の導体片の配列に対向して平板
状電極１４がもうけられる。この平板状電極１４
の存在により基板中の音波（ラム波）の伝搬が影
響され、結果として基板表面の導体片の数を減少
させることができる。しかしこの電極１４をもう
けると音波の速度が変化するので、この影響をな
くすために、インターデイジタル電極１１，１２
に対向する平板状電極１５がもうけられる。
上記構成のデバイスは、第２図Ｂに示すよう
に、液体１６を介して非圧電体２０の上方に配置
される。本デバイスはラム波を励起するので、第
２図Ｂに示す様に電極面を上にして配置してもよ
く、また、第１図Ｂに示す様に電極面を下にして
非圧電体２０上方に配置してもよい。圧電基板１
０と非圧電体２０との角度θは、非圧電体２０へ
の表面波の励起及び検知のための最適角として、
次式を満足するように定められる。
に、液体１６を介して非圧電体２０の上方に配置
される。本デバイスはラム波を励起するので、第
２図Ｂに示す様に電極面を上にして配置してもよ
く、また、第１図Ｂに示す様に電極面を下にして
非圧電体２０上方に配置してもよい。圧電基板１
０と非圧電体２０との角度θは、非圧電体２０へ
の表面波の励起及び検知のための最適角として、
次式を満足するように定められる。
θ＝θ1−θ2＝sin-1VC／VL−sin-1VC／VR (2)
ここに、VLは圧電基板１０でのラム波速度、
VRは非圧電体２０での表面波速度である。ラム
波速度VLは入力信号の周波数に依存して変化す
るので、機械的に最適傾斜角θに合せなくとも周
波数変化によつて微調整が可能である。
VRは非圧電体２０での表面波速度である。ラム
波速度VLは入力信号の周波数に依存して変化す
るので、機械的に最適傾斜角θに合せなくとも周
波数変化によつて微調整が可能である。
第２図Ｂの配置で入力用のインターデイジタル
電極１１に電気信号を印加すればラム波が励起さ
れる。このラム波はカプラ１３で幅広にされ、少
なくともその一部が液体１６との結合面で縦波に
変換される。この縦波は液体中を伝搬して非圧電
体２０に到り、その結合面で表面波に変換されて
非圧電体２０を伝搬する。非圧電体２０にクラツ
ク２１が存在すれば、表面波はそこで反射され、
上述とは逆の行程を経てカプラ１３に到り、幅広
の反射波（ラム波）とされた後その一部が出力用
のインターデイジタル電極１２で受波される。
電極１１に電気信号を印加すればラム波が励起さ
れる。このラム波はカプラ１３で幅広にされ、少
なくともその一部が液体１６との結合面で縦波に
変換される。この縦波は液体中を伝搬して非圧電
体２０に到り、その結合面で表面波に変換されて
非圧電体２０を伝搬する。非圧電体２０にクラツ
ク２１が存在すれば、表面波はそこで反射され、
上述とは逆の行程を経てカプラ１３に到り、幅広
の反射波（ラム波）とされた後その一部が出力用
のインターデイジタル電極１２で受波される。
マルチストリツプカプラ１３は上述の説明で明
らかなように方向性結合器として機能し、出力用
のインターデイジタル電極１２には反射波のみが
到達するので、該電極１２から出力信号を直接得
ることができる。なお、反射波による出力を効率
よく取り出すためには、直進する波と伝搬路が変
化するものとの比率が１対１になるようにカプラ
１３の導体片の数を選定することが望ましい。
らかなように方向性結合器として機能し、出力用
のインターデイジタル電極１２には反射波のみが
到達するので、該電極１２から出力信号を直接得
ることができる。なお、反射波による出力を効率
よく取り出すためには、直進する波と伝搬路が変
化するものとの比率が１対１になるようにカプラ
１３の導体片の数を選定することが望ましい。
次に上記構成のデバイスの実験例を示す。
第３図は実験構成例で、圧電基板１０としては
厚さ200μmの薄板状圧電磁器（TDK製91A材）
を使用し、該基板表面に電極周期840μmの入力用
及び出力用のインターデイジタル電極１１，１２
と共にマルチストリツプカプラ１３をもうけ、中
心周波数4.17MHzのデバイスを構成した。非圧電
体２０としてはアルミニウム板を用いた。また、
出力電極１２で最大効率の出力を得るためにカプ
ラ１３の導体片の数を34とした。
厚さ200μmの薄板状圧電磁器（TDK製91A材）
を使用し、該基板表面に電極周期840μmの入力用
及び出力用のインターデイジタル電極１１，１２
と共にマルチストリツプカプラ１３をもうけ、中
心周波数4.17MHzのデバイスを構成した。非圧電
体２０としてはアルミニウム板を用いた。また、
出力電極１２で最大効率の出力を得るためにカプ
ラ１３の導体片の数を34とした。
上記仕様での最適角θは、VL＝3464m／sec、
20℃でのVC＝1483m／sec、VR＝1890m／secで
あることから、式(2)に代入してθ＝5.5゜が得られ
る。この理論値は第４図の曲線ａから明らかなよ
うに実験値に良く一致する。第４図は非圧電体２
０に励起される表面波の出力レベルをθの関数と
して測定したもので、曲線ａは入力信号の周波数
がデバイスの中心周波数の場合であり、曲線ｂは
入力信号の周波数が3.85MHzの場合を示す。第４
図の曲線ａとｂから明らかなように、入力信号の
周波数変化でデバイスの非圧電体に対する最適傾
斜角の変化することがわかる。これはVLが4.08M
Hzでは3484m／secであるが、3.85MHzで3650m／
secであることに対応している。
20℃でのVC＝1483m／sec、VR＝1890m／secで
あることから、式(2)に代入してθ＝5.5゜が得られ
る。この理論値は第４図の曲線ａから明らかなよ
うに実験値に良く一致する。第４図は非圧電体２
０に励起される表面波の出力レベルをθの関数と
して測定したもので、曲線ａは入力信号の周波数
がデバイスの中心周波数の場合であり、曲線ｂは
入力信号の周波数が3.85MHzの場合を示す。第４
図の曲線ａとｂから明らかなように、入力信号の
周波数変化でデバイスの非圧電体に対する最適傾
斜角の変化することがわかる。これはVLが4.08M
Hzでは3484m／secであるが、3.85MHzで3650m／
secであることに対応している。
第５図は角度θをパラメータとしてクラツク２
１の表面からの距離Ｄと出力電極１２で得られる
出力電圧との関係を示す測定結果である。図から
明らかなように、最適傾斜角θ＝5.5゜で最も効率
良く動作することがわかると共に、特に非圧電体
を伝搬する表面波が表面付近のクラツクでより影
響を受けることがわかる。
１の表面からの距離Ｄと出力電極１２で得られる
出力電圧との関係を示す測定結果である。図から
明らかなように、最適傾斜角θ＝5.5゜で最も効率
良く動作することがわかると共に、特に非圧電体
を伝搬する表面波が表面付近のクラツクでより影
響を受けることがわかる。
以上説明したように本発明によれば、ラム波−
表面波のモード変換を利用するので、デバイスの
最適傾斜角θを電気的に調整することができ、ま
た非圧電体への配置の自由度があり、更に圧電基
板に個別の入出力電極とマルチストリツプカプラ
をもうけたので、反射波による信号を出力電極か
ら直接取り出すことができ、デバイスをコンパク
トに構成することができる。
表面波のモード変換を利用するので、デバイスの
最適傾斜角θを電気的に調整することができ、ま
た非圧電体への配置の自由度があり、更に圧電基
板に個別の入出力電極とマルチストリツプカプラ
をもうけたので、反射波による信号を出力電極か
ら直接取り出すことができ、デバイスをコンパク
トに構成することができる。
第１図Ａは超音波探傷用デバイスの従来例、第
１図Ｂは第１図Ａのデバイスを用いる超音波探傷
の説明図、第２図Ａは本発明による超音波探傷用
デバイスの一実施例、第２図Ｂは第２図Ａのデバ
イスによる超音波探傷の説明図、第３図は実験構
成例、第４図及び第５図は実験例を示す図であ
る。 １０：圧電基板、１１：入力用のインターデイ
ジタル電極、１２：出力用のインターデイジタル
電極、１３：マルチストリツプカプラ、１６：液
体、２０：非圧電体、２１：クラツク。
１図Ｂは第１図Ａのデバイスを用いる超音波探傷
の説明図、第２図Ａは本発明による超音波探傷用
デバイスの一実施例、第２図Ｂは第２図Ａのデバ
イスによる超音波探傷の説明図、第３図は実験構
成例、第４図及び第５図は実験例を示す図であ
る。 １０：圧電基板、１１：入力用のインターデイ
ジタル電極、１２：出力用のインターデイジタル
電極、１３：マルチストリツプカプラ、１６：液
体、２０：非圧電体、２１：クラツク。
Claims (1)
- １ 圧電基板と該基板表面にもうけられる１対の
くしの歯状電極からなるインターデイジタル電極
を有し、前記圧電基板が非圧電体と一部液状体を
介して結合されるように非圧電体に配置すること
により、非圧電体に表面波を励起伝搬させその反
射波を受波する超音波探傷用デバイスにおいて、
前記圧電基板の厚さをほぼλ（λは該基板におけ
る音波の波長）以下の薄板状とし、該圧電基板表
面に、複数の細長の導体片を平行に配列すること
によりマルチストリツプカプラを形成し、該カプ
ラの導体片の配列に対向して当該配列の一方の側
に入力用と出力用のインターデイジタル電極を個
別にもうけることを特徴とする超音波探傷用デバ
イス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56119188A JPS5821561A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 超音波探傷用デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56119188A JPS5821561A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 超音波探傷用デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5821561A JPS5821561A (ja) | 1983-02-08 |
| JPS6330577B2 true JPS6330577B2 (ja) | 1988-06-20 |
Family
ID=14755086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56119188A Granted JPS5821561A (ja) | 1981-07-31 | 1981-07-31 | 超音波探傷用デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5821561A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60172507A (ja) * | 1984-02-20 | 1985-09-06 | Inoue Japax Res Inc | 成形用型装置 |
| GB0723526D0 (en) * | 2007-12-03 | 2008-01-09 | Airbus Uk Ltd | Acoustic transducer |
-
1981
- 1981-07-31 JP JP56119188A patent/JPS5821561A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5821561A (ja) | 1983-02-08 |
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