KR20120113161A - Measuring method and measruting apparatus of poisson's ratio - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method and a device for measuring a Poisson's ratio is provided to excite ultrasonic waves by using laser lights of low energy as much as the extent that an ablation is not generated, thereby enabling to measure a Poisson's ratio without damage on a surface of an inspection object. CONSTITUTION: A method and a device for measuring a Poisson's ratio are as follows. Pulse oscillation laser lights for generation ultrasonic waves are irradiated on an inspection object, thereby generating ultrasonic waves in the inspection object. Laser lights for detecting the ultrasonic waves which wavelength is different with the pulse oscillation laser lights for generating the ultrasonic waves are irradiated on the inspection object. The laser lights for detecting the ultrasonic waves receiving a Doppler shift with the vibration of the ultrasonic waves generated by irradiating the pulse oscillation laser lights for generating the ultrasonic waves to the inspection object are received so that lights of intensity depending on an amount of the Doppler shift are output. A waveform of the ultrasonic waves generated in the inspection object based on the amount of the Doppler shift is calculated by using the lights of the intensity depending on the amount of the Doppler shift. A frequency analysis of the waveform of the ultrasonic waves is performed so that frequencies of plate ultrasonic waves of a S1 mode generated in the inspection object and resonant frequencies of longitudinal waves are calculated. The Poisson's ratio is calculated from the calculated frequencies of the plate ultrasonic waves of the S1 mode and the resonant frequencies of the longitudinal waves. [Reference numerals] (AA) Strength; (BB) Time

Description

푸아송비의 계측 방법 및 계측 장치{Measuring Method and Measruting Apparatus of Poisson's Ratio}Measuring method and measuring device of Poisson's ratio {Measuring Method and Measruting Apparatus of Poisson's Ratio}

본 발명은, 레이저를 이용하여 비접촉으로 피검사체에 초음파를 발생시키는 레이저 초음파법에서, 열탄성 효과를 이용하여, 피검사체의 표면에 손상을 주지 않고 초음파를 발생시켜, 푸아송비를 계측하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of measuring the Poisson's ratio by generating ultrasonic waves without damaging the surface of an inspected object by using a thermoelastic effect in the laser ultrasonic method in which ultrasonic waves are generated in a non-contact manner using a laser. It is about.

푸아송비(Poisson's ratio)는, 재료에 응력을 주었을 때의 가로 변형과 세로 변형의 비이고, 탄성 변형 영역에서의 변형을 파악하는데, 영률 등과 같이, 중요한 재료의 강도 지표이다. 푸아송비를 적절히 조정함으로써, 강도의 불균일이 적은 재료를 제조할 수 있다. 이러한 관점에서, 푸아송비를 계측하는 것은 중요한 의미를 가진다.
Poisson's ratio is the ratio of transverse and longitudinal strain when stressing the material, and it is important to understand the strain in the elastic deformation region, which is an important index of strength of the material, such as Young's modulus. By adjusting Poisson's ratio suitably, the material with few unevenness of strength can be manufactured. In this respect, measuring the Poisson's ratio has an important meaning.

일반적으로, 푸아송비는 인장 시험에 의해 구해진다. 즉, 재료로부터 인장 시험편을 절삭 가공하고, 변형 게이지를 붙여, 인장 시험기로, 일정한 속도로 인장하여, 인장 방향의 변형, 및 그 수직 방향의 변형을 계측하는 것으로, 푸아송비를 구한다.
In general, the Poisson's ratio is determined by a tensile test. That is, a Poisson's ratio is calculated | required by cutting a tensile test piece from a material, attaching a strain gauge, tension | pulling at a constant speed with a tensile tester, and measuring strain in the tension direction and strain in the vertical direction.

그러나, 이 방법은, 시험기의 하중 계측 정밀도나, 시험편을 인장 시험기에 취부할 때에 발생하는 초기 변형의 영향이, 계측 정밀도에 영향을 준다. 또한, 인장 시험은, 파괴적 방법의 시험이기 때문에, 실물에 대해서는 푸아송비를 계측할 수 없다는 결점이 있다.
However, in this method, the load measurement accuracy of the tester and the influence of the initial deformation occurring when the test piece is attached to the tensile tester affect the measurement accuracy. In addition, since the tensile test is a test of the destructive method, a Poisson's ratio cannot be measured for the real thing.

비파괴로, 피검사체의 푸아송비를 계측하는 방법이 지금까지 몇 가지가 제안되고 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1, 및 특허 문헌 2에는, 피검사체에 초음파 탐침으로부터 초음파를 입사하고, 접촉식 초음파 탐침을 이용하여, 피검사체를 전파하는 초음파의 종파(縱波) 음속, 및 횡파(橫波) 음속(이하, 각각, 간단히 「종파 음속」및 「횡파 음속」이라고 기술한다)을 계측하고, 계측한 종파 음속과 횡파 음속, 및, 피검사체의 밀도로부터, 영률 및 푸아송비를 계측하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 방법은, 실물을 파괴하지 않고, 실물의 영률, 푸아송비를 계측할 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 접촉식의 계측법의 경우, 계측의 고속화의 관점으로부터, 약간 어려운 점이 있다.
Non-destructive, several methods of measuring the Poisson's ratio of a test subject have been proposed so far. For example, in Patent Documents 1 and 2, ultrasonic waves are incident on an inspected object from an ultrasonic probe, and a longitudinal wave sound velocity and ultrasonic wave of ultrasonic waves propagating through the inspected object by using a contact ultrasonic probe. ) The method of measuring the Young's modulus and Poisson's ratio from the measured longitudinal wave speed and shear wave speed, and the density of the subject under test, by measuring the speed of sound (hereinafter, simply referred to as "long wave speed" and "cross wave speed" respectively). Is disclosed. This method has the advantage that the Young's modulus and Poisson's ratio of the real can be measured without destroying the real. However, in the case of the contact-type measurement method, there are some difficulties from the viewpoint of speeding up the measurement.

예를 들면, 압전 탐침을 사용하는 방법은, 피검사체와 변환기의 사이에 초음파의 전달 매체가 필요하지만, 전달 매체는 고온하에서, 그 기능이 저하한다. 또한, 전자 초음파 탐침을 사용하는 방법은, 그 탐침을 통상, 수 mm 정도까지 피검사체에 근접시킬 필요가 있다. 그러므로, 어느 방법도, 예를 들면, 강판의 제조 라인이나, 특히 열간 압연 공정과 같이 열악한 환경 하에서 사용하는 것은 불가능하다는 결점이 있다.
For example, the method of using a piezoelectric probe requires an ultrasonic transmission medium between the inspected object and the transducer, but the transmission medium deteriorates its function under high temperature. In addition, in the method of using an electron ultrasonic probe, the probe generally needs to be brought close to the subject to several mm. Therefore, there is a drawback that neither method can be used in a harsh environment such as, for example, a production line of a steel sheet, or particularly a hot rolling process.

한편, 펄스 발진 레이저를 이용하여 초음파를 발생시켜, 피검사체 내를 전파 한 초음파를, 연속파 레이저를 이용하여 검출하는, 비접촉식의 계측 방법(이하 「레이저 초음파법」이라고도 한다)에 대해, 여러 가지의 응용이 제안되고 있다.
On the other hand, for a non-contact measurement method (hereinafter also referred to as "laser ultrasound method"), which generates ultrasonic waves using a pulse oscillation laser and detects ultrasonic waves propagated in the subject under test using a continuous wave laser, Application is proposed.

예를 들면, 본 발명자 등은, 특허 문헌 3 내지 6으로, 검사 대상물 내부의 결함의 검출 장치, 및 온라인 결정 입경 측정 장치와 관련되는 발명을 제안했다.
For example, the inventors of the present invention have proposed inventions related to the detection device of a defect inside an inspection object and the on-line crystal grain size measuring device in Patent Documents 3 to 6.

레이저 초음파법에 의한 푸아송비의 계측 방법에 대해서는, 비특허 문헌 1에서 애블레이션에 의한 초음파 여기를 이용한, 푸아송비, 종파 음속, 및 횡파 음속의 계측 방법이 보고되고 있다.
As for the measuring method of Poisson's ratio by the laser ultrasonic method, the method of measuring Poisson's ratio, longitudinal wave speed, and transverse wave speed using ultrasonic excitation by ablation has been reported in Non-Patent Document 1.

비특허 문헌 1에는, 피검사체에 플루엔스(단위 면적당의 에너지량)가 약 5.1 mJ/mm2의 펄스 출력인 Q 스위치 Nd： YAG 레이저광을 조사하여 초음파 여기하고, 발생한 판파(板波) 초음파의, 군속도(群束度) 제로의 S1 모드의 주파수(이하, S1f), 군속도 제로의 A2 모드의 주파수(이하, A2f)를, 연속파 출력의 2배파 Nd： YAG 레이저를 이용해 검출하고, 그 값으로부터 푸아송비, 종파 음속, 횡파 음속을 산출한 실험 결과가 기재되어 있다.
In Non-Patent Document 1, a Q-switch Nd: YAG laser beam having a fluence (amount of energy per unit area) of about 5.1 mJ / mm 2 is irradiated with ultrasonic waves to generate ultrasonic wave excitation and generated wave wave ultrasonic waves. The frequency of the S1 mode of the group speed zero (hereinafter, S1f) and the frequency of the A2 mode of the group speed zero (hereinafter, A2f) are detected using a double wave Nd: YAG laser of continuous wave output, and the value thereof. The experimental results of calculating Poisson's ratio, longitudinal wave speed, and transverse wave speed are described.

비접촉식의 레이저 초음파법은, 파괴적인 인장 시험이 불필요이므로, 고속성, 고신뢰성이 요구되는, 제조 라인에 있어서의 온라인에서의 비파괴 검사로서 여러 가지의 응용이 기대된다.
Since the non-contact laser ultrasound method does not require a destructive tensile test, various applications are expected as on-line nondestructive inspection in a manufacturing line that requires high speed and high reliability.

레이저에 의해 초음파를 여기하는 방법에는, 고에너지의 레이저광을 피검사체의 표면에 조사하여, 순간적 온도 상승에 의한 열탄성 효과에 의해 초음파를 여기하는 방법과 한층 더 높은 에너지에 의해 피검사체의 표면의 일부를 기화(애블레이션)시켰을 때에 발생하는 압력파를 이용하여 초음파를 여기하는 방법이 있다.
In the method of exciting an ultrasonic wave by a laser, a method of irradiating a surface of a test object by irradiating a laser beam of high energy to the surface of the test object, and exciting the ultrasonic wave by a thermoelastic effect caused by an instantaneous temperature rise and the surface of the test object by higher energy There is a method of exciting an ultrasonic wave by using a pressure wave generated when a part of is vaporized (ablation).

도 1a에, 애블레이션을 이용한 초음파 여기의 원리를 모식적으로 나타내고, 도 1b에 열탄성 효과를 이용한 초음파 여기의 원리를 모식적으로 나타낸다.
The principle of the ultrasonic excitation using ablation is schematically shown in FIG. 1A, and the principle of the ultrasonic excitation using the thermoelastic effect is schematically shown in FIG. 1B.

도 1a에 도시된 바와 같이, 대상물(1)에 대해서 레이저 광(2)을 조사하면, 높은 에너지에 의해, 대상물의 일부가 증발한다(도면 중, 3 참조). 이 때에, 반력으로서 발생하는 압력파로서 초음파(4)가 발생한다. 여기서, 도면 중, 초음파(4)의 화살표는, 발생하는 초음파의 지향성을 나타낸다. 대상물(1)의 표면에는, 대상물의 일부가 증발함으로써, 레이저광의 조사 자국이 생긴다. 단, 강재에 조사하는 경우, 플루엔스 약 2 mJ/mm2 이하이면, 대상물에 애블레이션에 의한 조사 자국은 생기지 않는다.
As shown in FIG. 1A, when the laser beam 2 is irradiated to the object 1, a part of the object evaporates by high energy (refer to 3 in the figure). At this time, the ultrasonic wave 4 is generated as a pressure wave generated as a reaction force. Here, the arrow of the ultrasonic wave 4 shows the directivity of the generated ultrasonic wave. A part of the object evaporates on the surface of the object 1, so that a mark of irradiation of the laser light is generated. However, when irradiating steel materials, irradiation mark by ablation does not generate | occur | produce in an object if it is about 2 mJ / mm <2> of fluences.

도 1b에 도시된 바와 같이, 대상물(1)에 대해서 레이저 광(2)을 조사하면, 레이저에 의한 급속 가열에 의해, 순간적으로 대상물(1)의 표면의 온도가 상승하고, 온도 상승 영역(5)이 형성되어, 온도 상승 영역(5)에서의 열팽창과 수축에 수반하여 초음파(4)가 발생한다. 여기서, 도면 중, 초음파(4)의 화살표는, 발생하는 초음파의 지향성을 나타낸다.
As shown in FIG. 1B, when the laser light 2 is irradiated to the object 1, the temperature of the surface of the object 1 is increased instantly by rapid heating by the laser, and the temperature rise area 5 ) Is formed, and the ultrasonic wave 4 is generated with thermal expansion and contraction in the temperature rise region 5. Here, the arrow of the ultrasonic wave 4 shows the directivity of the generated ultrasonic wave.

열탄성 효과에 의한 초음파 여기의, 초음파 전파의 지향성에 대해서는, 예를 들면, 비특허 문헌 2에 기재되어 있다.Non-patent document 2 describes the directivity of the ultrasonic wave propagation by ultrasonic excitation due to the thermoelastic effect.

일본특허공개 평5-133861호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 5-133861 일본특허공개 평5-126805호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 5-126805 일본특허공개 2003-121423호 공보Japanese Patent Publication No. 2003-121423 일본특허공개 2003-215110호 공보Japanese Patent Publication No. 2003-215110 일본특허공개 2004-125615호 공보Japanese Patent Publication No. 2004-125615 일본특허공개 2006-084392호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2006-084392

Dominique Clorennec, etc, 'Local and non-contact measurements of bulk acoustic wave velocities in thin isotropic plates and shells using zero group velocity Lamb modes', Journal of Applied Physics, 101, 034908, 2007.Dominique Clorennec, etc, 'Local and non-contact measurements of bulk acoustic wave velocities in thin isotropic plates and shells using zero group velocity Lamb modes', Journal of Applied Physics, 101, 034908, 2007. C. B. Scruby and L. E. Drain, "Laser Ultrasonic-Techniques and Applications", ISBN0-7503-0050-7, Adam Hilger, p.289, 1990C. B. Scruby and L. E. Drain, "Laser Ultrasonic-Techniques and Applications", ISBN 0-7503-0050-7, Adam Hilger, p. 289, 1990 A. Gibson and J. S. Popovics, "Lamb Wave Basis for Impact-Echo Method Analysis", J. Eng. Mech., vol. 131 (4), 438-443, (2005).A. Gibson and J. S. Popovics, "Lamb Wave Basis for Impact-Echo Method Analysis", J. Eng. Mech., Vol. 131 (4), 438-443, (2005).

예를 들면, 비특허 문헌 1에 기재된, 종래의 레이저 초음파법에 의한 푸아송비의 계측 기술에서는, 애블레이션에 의한 초음파 여기를 이용하고 있지만, 애블레이션에 의해 피검사체의 표면에 조사 자국이 생긴다. 이 때문에, 조사 자국이 허용되지 않는 용도에서는, 이 방법에 의한 계측은 하지 못하고, 용도가 한정되어 버린다는 문제가 있다.
For example, in the conventional Poisson's ratio measurement technique by the laser ultrasonic method described in the nonpatent literature 1, ultrasonic excitation by ablation is used, but irradiation marks generate | occur | produce on the surface of a test subject by ablation. For this reason, there is a problem in that the measurement cannot be performed by this method in a use where irradiation marks are not allowed, and the use is limited.

그렇지만, 같은 계측을, 열탄성 효과에 의한 초음파 여기를 이용해 실시하려고 하면, 발생한 초음파의 검출이 어렵고, 판파 초음파의 A2f의 계측을 할 수 없다는 문제가 있다. 즉, 초음파 전파의 지향성의 차이에 의해, 열탄성 효과를 이용한 초음파 여기에서는, 초음파의 검출이 어렵고, 특히, S/N이 나쁜 A2f의 계측은, 사실상 불가능하다.
However, if the same measurement is to be performed using ultrasonic excitation by the thermoelastic effect, it is difficult to detect the generated ultrasonic waves and there is a problem in that A2f of plate wave ultrasonic waves cannot be measured. That is, due to the difference in the directivity of the ultrasonic wave propagation, ultrasonic detection using the thermoelastic effect is difficult, and in particular, measurement of A2f with poor S / N is virtually impossible.

본 발명은, 상기의 사정에 감안하여, 레이저 초음파법에서, 피검사체의 표면에 손상을 주지 않고, 레이저의 조사 자국이 생기지 않는, 열탄성 효과에 의한 초음파 여기를 이용한, 푸아송비의 계측 방법, 및 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above circumstances, the present invention provides a method for measuring Poisson's ratio using ultrasonic excitation by thermoelastic effect, which does not damage the surface of an object to be inspected and does not cause laser irradiation marks in the laser ultrasonic method, And a measuring device.

본 발명자 등은, 열탄성 효과로 여기되는 초음파를 수신하여, 푸아송비를 산출하는 방법에 대해, 열심히 검토하였다.
MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This inventor earnestly examined the method of receiving the ultrasonic wave excited by a thermoelastic effect, and calculating Poisson's ratio.

그 결과, 파장이 다른 초음파 발생용의 레이저와 초음파 검출용의 레이저를 이용하여, 적절한 계측계를 구성함으로써, 판파 초음파의, 군속도 제로의 S1 모드의 주파수와, 종파 공진 주파수를 검출하는 것이 가능해져, 검출된 주파수로부터 푸아송비를 산출할 수 있는 것을 발견하였다.
As a result, by constructing an appropriate measurement system using the laser for ultrasonic generation and the laser for ultrasonic detection having different wavelengths, it becomes possible to detect the frequency of the S1 mode of group wave zero and the longitudinal wave resonance frequency of the plate wave ultrasonic wave. It was found that the Poisson's ratio can be calculated from the detected frequencies.

더하여, 초음파 검출용 레이저에 펄스 발진 레이저를 이용하는 것으로, 측정정밀도를 올리는 것이 가능한 것을 발견하였다.
In addition, it was found that the measurement accuracy can be increased by using a pulse oscillation laser as the laser for ultrasonic detection.

본 발명은, 상기의 발견에 기초하는 것으로, 요지는 이하와 같다.
This invention is based on said discovery, The summary is as follows.

(1) 피검사체의 푸아송비를 계측하는 방법에 있어서,(1) In the method for measuring the Poisson's ratio of the test subject,

피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여, 피검사체에 초음파를 발생시키는 단계;Irradiating the pulsed oscillation laser light for ultrasonic generation to the inspected object to generate ultrasonic waves to the inspected object;

상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광과 파장이 다른 초음파 검출용 레이저광을 조사하는 단계;Irradiating an ultrasonic wave detection laser beam having a wavelength different from that of an ultrasonic wave generation laser beam to the inspected object;

상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여 발생한 초음파의 진동에 의해 도플러 시프트를 받은 상기 초음파 검출용 레이저광을 수신하여, 상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 단계;Receiving the ultrasonic detection laser light subjected to the Doppler shift by the vibration of the ultrasonic wave generated by irradiating the pulse generating laser light for ultrasonic generation to the inspected object, and outputting light having an intensity corresponding to the amount of the Doppler shift;

상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 이용하여, 상기 도플러 시프트의 양으로부터 상기 피검사체에 발생한 초음파의 파형을 산출하는 단계;Calculating the waveform of the ultrasonic wave generated in the subject under test from the amount of the Doppler shift by using the light having the intensity corresponding to the amount of the Doppler shift;

상기 초음파의 파형의 주파수 해석을 실시하여, 상기 피검사체에 발생한 군속도 제로인 S1 모드의 판파 초음파의 주파수 및 종파의 공진 주파수를 산출하는 단계; 및Performing a frequency analysis of the waveform of the ultrasonic wave to calculate the frequency of the plate wave ultrasonic wave and the resonant frequency of the longitudinal wave in the S1 mode which are the group velocity zeros generated in the subject under test; And

산출된 군속도 제로인 S1 모드의 판파 초음파의 주파수 및 종파의 공진 주파수로부터 푸아송비를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 푸아송비 계측 방법.
And calculating the Poisson's ratio from the frequency of the S1 mode, which is the calculated group velocity zero, and the resonant frequency of the longitudinal wave.

(2) 상기 초음파 검출용 레이저광은, 펄스 발진 레이저광인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 푸아송비 계측 방법.
(2) The Poisson's ratio measurement method of (1), wherein the laser beam for ultrasonic detection is a pulse oscillation laser light.

(3) 상기 초음파 검출용 레이저광의 피크 출력이, 100 ~ 1000 W, 펄스폭이, 50μs ~ 1 ms인 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 푸아송비 계측 방법.
(3) The Poisson's ratio measurement method of said (2) whose peak output of the said laser beam for ultrasonic detection is 100-1000 W, and a pulse width is 50 microseconds-1 ms.

(4) 상기 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 상기 피검사체에 조사하여 초음파를 발생시킬 때에, 상기 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 점 형상의 스팟으로 조사하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 푸아송비 계측 방법.
(4) When the ultrasonic wave generating pulse oscillation laser light is irradiated to the test subject to generate ultrasonic waves, the ultrasonic wave generating pulse oscillation laser light is irradiated with a spot of spots. Poisson's ratio measurement method in any one of 3).

(5) 상기 초음파 검출용 레이저광을, 상기 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하는 상기 점 형상의 스팟의 영역 내에 조사하는 것을 특징으로 하는 상기 (4)의 푸아송비 계측 방법.
(5) The Poisson's ratio measurement method of (4), wherein the ultrasonic detection laser beam is irradiated into an area of the dot-shaped spot to which the ultrasonic wave generation laser oscillation laser beam is irradiated.

(6) 상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여 발생한 초음파의 진동에 의해 도플러 시프트를 받은 상기 초음파 검출용 레이저광을 수신하고, 상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 방법은, 상기 도플러 시프트를 받은 상기 초음파 검출용 레이저광을 간섭계로 간섭시켜, 상기 간섭계로부터 상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 방법인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 푸아송비 계측 방법.
(6) receiving the ultrasonic detection laser light subjected to the Doppler shift by the vibration of the ultrasonic wave generated by irradiating the ultrasonic wave-generating pulse oscillation laser light to the subject under test, and outputting light having an intensity corresponding to the amount of the Doppler shift. (1) to (5), wherein the method is a method of interfering the ultrasonic detection laser beam subjected to the Doppler shift with an interferometer and outputting light having an intensity corresponding to the amount of the Doppler shift from the interferometer. Poisson's ratio measurement method of any one of.

(7) 피검사체의 푸아송비를 계측하는 장치에 있어서,(7) In the apparatus for measuring the Poisson's ratio of the inspected object,

피검사체에 초음파를 발생시키기 위한 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하는 초음파 발생용 레이저 조사부;An ultrasonic wave generation laser irradiation unit for irradiating an ultrasonic wave generation pulse oscillation laser light for generating an ultrasonic wave to the inspected object;

상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광과 파장이 다른 초음파 검출용 레이저광을 조사하는 초음파 검출용 레이저 조사부;Ultrasonic detection laser irradiation unit for irradiating the laser beam for the ultrasonic wave detection having a wavelength different from that of the ultrasonic wave generation laser oscillation laser beam;

상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여 발생한 초음파의 진동에 의해 도플러 시프트를 받은 상기 초음파 검출용 레이저광을 수신하고, 상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 수신부;A receiving unit for receiving the ultrasonic detection laser light subjected to the Doppler shift by the vibration of the ultrasonic wave generated by irradiating the pulse generating laser light for ultrasonic generation to the inspected object, and outputting light having an intensity corresponding to the amount of the Doppler shift;

상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 이용하여, 상기 도플러 시프트의 양으로부터 상기 피검사체에 발생한 초음파의 파형을 산출하는 제1 처리부;A first processing unit which calculates a waveform of ultrasonic waves generated in the object under test from the amount of the Doppler shift by using light of the intensity corresponding to the amount of the Doppler shift;

상기 초음파의 파형의 주파수 해석을 실시하고, 상기 피검사체에 발생한 군속도 제로인 S1 모드의 판파 초음파의 주파수 및 종파의 공진 주파수를 산출하는 제2 처리부; 및A second processor which performs frequency analysis of the waveform of the ultrasonic wave and calculates the frequency of the plate wave ultrasonic wave and the resonant frequency of the longitudinal wave in the S1 mode which is the group velocity zero generated in the subject; And

산출된 군속도 제로인 S1 모드의 판파 초음파의 주파수 및 종파의 공진 주파수로부터 푸아송비를 산출하는 제3 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 푸아송비 계측 장치.
And a third processor for calculating the Poisson's ratio from the frequency of the plate wave ultrasonic wave in the S1 mode, which is the calculated group speed zero, and the resonant frequency of the longitudinal wave.

(8) 상기 초음파 검출용 레이저 조사부는, 펄스 발진 레이저 광원을 구비한 것을 특징으로 하는 상기 (7)의 푸아송비 계측 장치.
(8) The Poisson's ratio measurement device according to (7), wherein the laser irradiation unit for ultrasonic detection includes a pulse oscillation laser light source.

(9) 상기 펄스 발진 레이저 광원은, 피크 출력이, 100 ~ 1000 W, 펄스폭이, 50μs ~ 1 ms인 레이저광을 조사할 수 있는 것을 특징으로 하는 상기 (8)의 푸아송비 계측 장치.
(9) The Poisson's ratio measuring device according to (8), wherein the pulse oscillation laser light source can emit a laser light having a peak output of 100 to 1000 W and a pulse width of 50 µs to 1 ms.

(10) 상기 초음파 발생용 레이저 조사부는, 피검사체의 표면에 점 형상의 스팟으로 펄스 발진 레이저광을 조사할 수 있는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 내지 (9)의 어느 하나의 푸아송비 계측 장치.
(10) The Poisson's ratio measuring device according to any one of (7) to (9), wherein the ultrasonic irradiation unit for ultrasonic generation can irradiate a pulse oscillation laser light with a spot in a spot on the surface of the inspected object. .

(11) 상기 초음파 검출용 레이저 조사부는, 상기 초음파 발생용 레이저 조사부가 피검사체의 표면에 조사한 펄스 발진 레이저광의 점 형상의 스팟 영역 내에 레이저광을 조사할 수 있는 것을 특징으로 하는 상기 (10)의 푸아송비 계측 장치.
(11) Said ultrasonic detection laser irradiation part can irradiate a laser beam into the spot area of the pulse-shaped laser beam which the said ultrasonic wave generation laser irradiation part irradiated on the surface of the to-be-tested object of said (10) Poisson's ratio measurement device.

(12) 상기 수신부는, 상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여 발생한 초음파의 진동에 의해 도플러 시프트를 받은 상기 초음파 검출용 레이저광을 입력하여 간섭시켜, 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 간섭계인 것을 특징으로 하는 상기 (7) 내지 (11) 중 어느 하나의 푸아송비 계측 장치.(12) The receiving unit inputs and interfers the ultrasonic detection laser light subjected to the Doppler shift by the ultrasonic vibration generated by irradiating the ultrasonic wave generating pulse oscillation laser light to the inspected object, and the intensity according to the amount of the Doppler shift. The Poisson's ratio measurement apparatus in any one of said (7)-(11) characterized by the above-mentioned.

본 발명에 의하면, 애블레이션이 생기지 않는 정도의 낮은 에너지의 레이저광을 이용하여, 열탄성 효과에 의해 초음파를 여기하므로, 피검사체의 표면에 손상을 주지 않고, 레이저광의 조사 자국을 발생시키지 않고서, 비접촉인 한편 비파괴로, 푸아송비를 계측할 수 있다.According to the present invention, since the ultrasonic energy is excited by the thermoelastic effect by using a laser energy of a low energy level in which ablation does not occur, without damaging the surface of the object to be inspected and without generating an irradiation mark of the laser light, Poisson's ratio can be measured by non-contact and non-destructive.

도 1a는 레이저광에 의한 애블레이션을 이용한 초음파 여기의 원리를 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 1b는 레이저광에 의한 열탄성 효과를 이용한 초음파 여기의 원리를 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 판파 초음파의 군속도와 주파수×판두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3a는 푸아송비와 β1의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3b는 푸아송비와 β2의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 계측 방법에 있어서의, 초음파 발생용 레이저광과 초음파 검출용 레이저광의 펄스 파형을 설명하는 도면이다.
도 4b는 본 발명의 계측 방법에 있어서의, 초음파 발생용 레이저광과 초음파 검출용 레이저광의 펄스 파형의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 있어서의, 군속도 제로의 판파 초음파를 검출할 때의, 바람직한, 초음파 발생용 레이저와 초음파 검출용 레이저의 조사 스팟 위치의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 패브리·페로 간섭계의 주파수와 투과율의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 계측 방법을 이용하여 푸아송비를 계측하는 시스템 전체 개략을 나타내는 구성도이다.
도 7b는 본 발명의 계측 방법을 이용하여 푸아송비를 계측하는 시스템 전체 개략의 다른 예를 나타내는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예로 검출한 초음파의 파형을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예로 검출한 초음파의 파형을 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해 처리한 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예로 검출한 초음파의 파형을 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해 처리한 결과의, 각각의 피크의 근처의 피크와의 간격을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예로 측정한 온도와 푸아송비의 관계를 나타내는 도면이다.1A is a diagram schematically illustrating the principle of ultrasonic excitation using ablation by laser light.
1B is a diagram schematically illustrating the principle of ultrasonic excitation using a thermoelastic effect by laser light.
Fig. 2 is a diagram showing the relationship between the group speed of plate wave ultrasound and the frequency × plate thickness.
3A is a diagram illustrating a relationship between Poisson's ratio and β1.
3B is a diagram showing a relationship between Poisson's ratio and β2.
It is a figure explaining the pulse waveform of the ultrasonic wave generation laser beam and the ultrasonic wave detection laser beam in the measuring method of this invention.
It is a figure explaining the other example of the pulse waveform of the ultrasonic wave generation laser beam and the ultrasonic wave detection laser beam in the measuring method of this invention.
It is a figure which shows the relationship between the irradiation spot position of the ultrasonic wave generation laser and the ultrasonic wave detection laser which are preferable at the time of detecting the plate wave ultrasonic wave of group velocity zero in this invention.
It is a figure which shows an example of the relationship of the frequency and transmittance | permeability of a Fabry-Perot interferometer.
It is a block diagram which shows the whole system outline which measures Poisson's ratio using the measuring method of this invention.
It is a block diagram which shows the other example of the whole system outline which measures Poisson's ratio using the measuring method of this invention.
8 is a diagram showing waveforms of ultrasonic waves detected by an embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing a result of processing a waveform of ultrasonic waves detected by an embodiment of the present invention by a fast Fourier transform (FFT).
It is a figure which shows the space | interval with the peak near each peak of the result of having processed the waveform of the ultrasonic wave detected by the Example of this invention by a fast Fourier transform (FFT).
11 is a view showing a relationship between the temperature and Poisson's ratio measured in the embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 있어서의, 열탄성 효과에 의한 초음파 여기를 이용한 계측 방법의 원리에 대해, 애블레이션에 의한 초음파 여기를 이용한 계측 방법(이하, 종래 방법이라고 기술한다)과 비교하여 설명한다.
Hereinafter, the principle of the measurement method using the ultrasonic excitation by the thermoelastic effect in the present invention will be described in comparison with the measurement method using the ultrasonic excitation by ablation (hereinafter, referred to as a conventional method).

종래 방법에서는, 애블레이션을 이용한 초음파 여기에 의해, 피검사체에 초음파를 발생시켜, 전파시킨다. 이 때, 피검사체가 비교적 얇은 판인 경우, 종파와 횡파 외에, 고체 평면층 내를 평면에 따라 전파하는 탄성파인, 판파 초음파로 불리는 파가 발생한다.
In the conventional method, ultrasonic waves are generated and propagated by ultrasonic excitation using ablation. At this time, when the inspected object is a relatively thin plate, in addition to the longitudinal wave and the transverse wave, a wave called plate wave ultrasonic wave, which is an elastic wave propagating along the plane along the plane, is generated.

판파 초음파에는, 진동의 대칭성에 의해, 대칭 모드(S0, S1, S2,…)와 비대칭 모드(A0, A1, A2,…)로 나눌 수 있는, 많은 모드가 존재한다. 또한, 판파 초음파의 위상 속도는 모드에 따라서 다르고, 주파수와 판두께의 곱에도 의존한다. 즉, 위상 속도는 속도 분산의 특징을 가진다. 그리고, 위상 속도 분산에 의해, 군속도가 존재하고, 군속도도 주파수와 판두께의 곱에 의존한다. 판파 초음파의 군속도[m/s]와, 주파수와 판두께의 곱의 사이는, 도 2에 도시된 관계가 있는 것이 알려져 있다.
In the wave ultrasound, there are many modes that can be divided into symmetrical modes (SO, S1, S2, ...) and asymmetrical modes (A0, A1, A2, ...) by vibrating symmetry. In addition, the phase velocity of the plate wave ultrasonic wave varies depending on the mode, and also depends on the product of the frequency and the plate thickness. In other words, the phase velocity is characterized by velocity dispersion. Then, due to the phase velocity dispersion, the group velocity exists, and the group velocity also depends on the product of the frequency and the plate thickness. It is known that there is a relationship shown in FIG. 2 between the group speed [m / s] of the plate wave ultrasonic wave and the product of the frequency and the plate thickness.

판파 초음파는, S/N, 및 초음파의 감쇠의 관점으로부터, S1 모드, A2 모드가 검출하기 쉬운 모드이고, 판파 초음파의 주파수의 계측은, 주로 S1 모드, A2 모드에 대해서 행해진다.
The plate wave ultrasound is a mode in which the S1 mode and the A2 mode are easy to detect from the viewpoint of S / N and the attenuation of the ultrasound. The measurement of the frequency of the plate wave ultrasound is mainly performed in the S1 mode and the A2 mode.

판파 초음파의 S1f 및 A2f와, 푸아송비 ν, 종파 음속 VL, 및 횡파 음속 VS의 관계는 수학식 1과 같이 되는 것이 알려져 있다. β1(ν), 및 β2(ν)는, 푸아송비 ν를 파라미터로 하는 기존의 함수이다(비특허 문헌 3). 도 3a에, 푸아송비와 β1(ν)와의 관계를 나타내고, 도 3b에, 푸아송비와 β2(ν)와의 관계를 나타낸다.
It is known that the relationship between S1f and A2f of the plate wave ultrasonic wave, Poisson's ratio v, longitudinal wave velocity V L , and transverse wave velocity V S is expressed by Equation (1). β1 (ν) and β2 (ν) are existing functions having Poisson's ratio v as a parameter (Non-Patent Document 3). The relationship between Poisson's ratio and β1 (ν) is shown in FIG. 3A, and the relationship between Poisson's ratio and β2 (ν) is shown in FIG. 3B.

수학식 1과 수학식 2에 나타내는, 푸아송비 ν와, 종파 음속 VL, 및 횡파 음속 VS의 관계로부터, 수학식 3을 얻을 수 있다. S1f 및 A2f의 값이 구해지면, 수학식 3으로부터, 푸아송비 ν를 산출할 수 있어, 이어서, 수학식 1로부터, 종파 음속 VL과 횡파 음속 VS를 산출할 수 있다.
Equation 3 can be obtained from the relationship between Poisson's ratio v, longitudinal wave speed V L , and transverse wave speed V S shown in equations (1) and (2). When the values of S1f and A2f are obtained, the Poisson's ratio v can be calculated from the equation (3), and then the longitudinal wave speed V L and the transverse wave speed V S can be calculated from the equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

즉, 종래 방법에서는, 애블레이션에 의해 발생한 판파 초음파를, 연속파 레이저 등을 이용하여 검출하고, 검출한 파형을, 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: 이하, FFT)에 의해 처리함으로써, 판파 초음파의 S1f 및 A2f를, 동시에 계측하고, 푸아송비 ν, 종파 음속 VL, 및 횡파 음속 VS를 산출한다.
That is, in the conventional method, the plate wave ultrasonic wave generated by ablation is detected using a continuous wave laser or the like, and the detected waveform is processed by a fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT) to thereby detect S1f of the plate wave ultrasonic wave. And A2f are measured simultaneously, and the Poisson's ratio v, longitudinal wave speed V L , and transverse wave speed V S are calculated.

다음으로, 본 발명의 계측 방법을 설명한다.
Next, the measuring method of this invention is demonstrated.

피검사체에, 초음파 발생용 레이저광을 조사해 초음파를 여기하면, 종파, 횡파, 및 판파 초음파가 발생한다. 본 발명에서는, 열탄성 효과에 의한 초음파 여기를 이용하여, 판파 초음파의 S1f, 및 종파의 공진 주파수를 계측한다. 이하, n차의 종파의 공진 주파수를, fn이라고 기술한다.
When the inspected object is irradiated with the laser beam for ultrasonic generation to excite the ultrasonic waves, longitudinal waves, shear waves, and plate wave ultrasonic waves are generated. In the present invention, by using the ultrasonic excitation by the thermoelastic effect, S1f of the plate wave ultrasonic wave and the resonance frequency of the longitudinal wave are measured. Hereinafter, the resonant frequency of the nth order longitudinal wave is described as f n .

1차의 종파의 공진 주파수 f1은, 종파 음속 VL과 피검사체의 두께 d로 하면, f1 = VL/2d이다. 즉, S1f 및 f1가 구해지면, 수학식 1로부터 β1(ν)이 구해진다. 그리고, 도 3a에 도시된 푸아송비와 β1(ν)의 관계로부터, 푸아송비 ν를 산출할 수 있다.
The resonance frequency f 1 of the primary longitudinal wave is f 1 = V L / 2d when the longitudinal sound velocity V L and the thickness d of the test object are set. In other words, when S1f and f1 are obtained, β1 (ν) is obtained from the equation (1). And the Poisson's ratio (nu) can be computed from the relationship between the Poisson's ratio and (beta) ((nu)) shown in FIG.

상술한 바와 같이, 열탄성 효과에 의한 초음파 여기를 이용한 측정에서는, A2f의 계측은 사실상 불가능하다. 그러나, 파장이 다른 초음파 발생용의 레이저와 초음파 검출용의 레이저를 이용하여, 본 발명에 의한 적절한 측정계를 구성하면, 판파 초음파의 S1f, 및 종파 공진 주파수 f1의 계측은 가능하다. 즉, A2f를 계측하지 않고, S1f, 종파 공진 주파수 f1를 계측하는 것으로, 열탄성 효과에 의한 초음파 여기를 이용한 푸아송비의 산출을 가능하게 한 점이, 본 발명의 특징이다.
As described above, in the measurement using ultrasonic excitation by the thermoelastic effect, measurement of A2f is virtually impossible. However, if an appropriate measuring system according to the present invention is configured by using the laser for ultrasonic generation and the laser for ultrasonic detection having different wavelengths, measurement of S1f of the plate wave ultrasonic wave and the longitudinal wave resonance frequency f 1 is possible. In other words, it is a feature of the present invention that the Poisson's ratio using ultrasonic excitation due to the thermoelastic effect can be calculated by measuring S1f and the longitudinal resonant frequency f 1 without measuring A2f.

구체적으로는, 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여, 피검사체에 초음파를 발생시킨다. 그리고, 더하여 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광과는 파장이 다른 초음파 검출용 레이저광을 피검사체에 조사한다.
Specifically, an ultrasonic wave generation laser beam for ultrasonic generation is irradiated to the inspected object to generate ultrasonic waves to the inspected object. In addition, the inspected object is irradiated with an ultrasonic wave detection laser light having a wavelength different from that of an ultrasonic wave generation pulse oscillation laser light.

초음파 검출용 레이저광은, 피검사체로 반사할 때에, 피검사체에 발생한 초음파의 진동에 의해 도플러 시프트를 받아, 주파수(=파장-1)가 변화한다. 도플러 시프트의 크기는, 피검사체(11)의 표면 변위 속도를 V, 초음파 검출용 레이저의 파장을 λ로 하여 Δf=2 V/λ로 나타내어 진다.
The laser beam for ultrasonic detection receives a Doppler shift by the vibration of the ultrasonic wave which generate | occur | produced in the to-be-tested object, and reflects to a to-be-tested object, and a frequency (= wavelength -1 ) changes. The magnitude of the Doppler shift is represented by Δf = 2 V / λ with V being the surface displacement velocity of the inspected object 11 and λ being the wavelength of the laser for ultrasonic detection.

즉, 초음파의 진동 상태에 의해 초음파 검출용 레이저광의 파장이 변화하므로, 피검사체로 반사한 초음파 검출용 레이저광의 파장으로부터, 피검사체에 생긴 초음파의 파형을 산출할 수 있다. 그리고, 이 파형을 푸리에 변환함으로써, S1f, f1를 구할 수 있다.
That is, since the wavelength of the ultrasonic detection laser light changes according to the vibration state of the ultrasonic waves, the waveform of the ultrasonic waves generated in the inspected object can be calculated from the wavelength of the ultrasonic detection laser light reflected by the inspected object. Then, by Fourier transforming the waveform, S1f and f 1 can be obtained.

초음파 발생용의 펄스 발진 레이저광과 초음파 검출용의 레이저광에는, 파장이 다른 레이저를 이용하지만, 이것은, 초음파 수신부로 수신하는 초음파 검출용의 레이저광에 초음파 발생용의 펄스 발진 레이저광이 섞여, 노이즈가 되는 것을 막기 때문이다. 즉, 2개의 레이저광이 다른 파장이면, 사용하는 파장은 한정되는 것은 아니다.
Lasers having different wavelengths are used for the pulse oscillation laser light for ultrasonic wave generation and the laser beam for ultrasonic wave detection, but this is combined with the pulsed laser light for ultrasonic wave generation with the laser beam for ultrasonic wave detection received by the ultrasonic receiver. This is because it prevents noise. That is, as long as two laser lights are different wavelengths, the wavelength to be used is not limited.

피검사체에 생긴 초음파의 검출 감도를 향상시키기 위해서는, 초음파 검출용 레이저광의 광량을 크게 하면 된다. 그러기 위해서는, 대출력의 검출용 레이저를 사용하는 것이 유효하다. 그렇지만, 출력이 큰 연속 발진 레이저 광원은, 장치 사이즈가 크고, 또한 고가격이므로, 산업상의 사용에 있어서, 단점이 있다.
In order to improve the detection sensitivity of the ultrasonic waves generated in the inspected object, the light amount of the laser beam for ultrasonic detection may be increased. For that purpose, it is effective to use a laser for detection of large power. However, the continuous oscillation laser light source having a large output has a disadvantage in industrial use because of its large device size and high price.

여기에서, 초음파 검출용 레이저를 펄스 발진의 레이저광으로 하고, 파형 검출의 타이밍에 동기하여 발진시키는 것으로, 초음파 검출용 레이저의 평균 출력을 그만큼 높게 하지 않아도, 초음파의 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
Here, by using the ultrasonic wave detection laser as the laser beam of pulse oscillation and oscillating in synchronization with the timing of the waveform detection, the detection sensitivity of the ultrasonic wave can be improved without increasing the average output of the ultrasonic wave detection laser.

이것을, 도 4a를 이용하여 설명한다. 도 4a는, 초음파 발생용 레이저광 및 초음파 검출용 레이저광의 펄스 파형의 일례를 나타내는 것이며, 실선은 초음파 발생용 레이저광의 펄스 파형(6), 파선은 초음파 검출용 레이저광의 펄스 파형(7)을 나타내고 있다. 또한, 일점 쇄선은, 연속파 출력 초음파 검출용 레이저광의 파형(8)을 나타내고 있다.
This will be described using FIG. 4A. 4A shows an example of pulse waveforms of the laser beam for ultrasonic generation and the laser beam for ultrasonic detection, the solid line shows the pulse waveform 6 of the laser beam for ultrasonic generation, and the broken line shows the pulse waveform 7 of the laser beam for ultrasonic detection. have. Moreover, the dashed-dotted line has shown the waveform 8 of the laser beam for continuous wave output ultrasonic detection.

피검사체에 생기는 초음파는, 초음파 발생 펄스 발진 레이저광이 피검사체에 조사되었을 때에 가장 커진다. 즉, 초음파 검출용 레이저는, 이것과 동시에 피검사체에 조사되었을 때에 가장 양호한 정밀도로 초음파를 검출할 수 있고, 이것과 타이밍이 어긋나 조사된 초음파 검출용 레이저는, 초음파 검출에 대한 기여는 작다.
The ultrasonic wave generated in the inspected object is the largest when the ultrasonic wave generating pulse oscillation laser light is irradiated on the inspected object. That is, the ultrasonic wave detection laser can detect an ultrasonic wave with the best precision when it irradiates an object under test simultaneously, and the ultrasonic wave detection laser irradiated with this timing is small, and the contribution to an ultrasonic wave detection is small.

초음파 검출용 레이저가 연속파 출력인 경우, 레이저의 출력은 시간에 대해서 일정하지만, 초음파 발생 펄스 발진 레이저광이 출력되고 있는 동안 이외에 조사되고 있는 초음파 검출용 레이저는, 초음파 검출에 대한 기여는 작다.
When the ultrasonic detection laser is a continuous wave output, the output of the laser is constant with time, but the ultrasonic detection laser irradiated other than while the ultrasonic generation pulse oscillation laser light is being output has a small contribution to the ultrasonic detection.

초음파 검출용 레이저가 펄스 출력인 경우, 레이저의 출력은 시간에 대해서 변화한다. 평균 출력 파워가 낮은 초음파 검출용 레이저를 이용한 경우이어도, 출력이 피크가 되는 주변의 시간에서는, 초음파 검출용 레이저광의 출력은, 대출력의 연속파 출력의 레이저를 이용한 경우와 동등 또는 그 이상의 출력으로 할 수 있다. 그 결과, 평균 출력 파워가 낮아도, 초음파의 검출 감도를, 대출력의 연속파 출력의 레이저를 이용한 경우와 동등 또는 그 이상으로 할 수 있다.
When the laser for ultrasonic detection is a pulse output, the output of the laser changes with time. Even in the case of using the ultrasonic detection laser having a low average output power, the output of the ultrasonic detection laser light may be equal to or higher than that in the case of using a high-power continuous wave output laser in the surrounding time when the output becomes a peak. Can be. As a result, even if the average output power is low, the detection sensitivity of the ultrasonic waves can be equal to or more than that in the case of using a laser of continuous output of high power.

초음파 검출용 레이저광을 파형 검출의 타이밍에 동기시켜 발진시키려면, 예를 들면, 포트 리시버 등을 이용하여 2개의 펄스를 확인하면서, 레이저 광원을 조정하는 등을 하면, 용이하게 동기시킬 수 있다.
In order to oscillate the laser beam for ultrasonic detection in synchronism with the timing of waveform detection, for example, by adjusting a laser light source while checking two pulses using a port receiver or the like, the laser light source can be easily synchronized.

초음파 검출용 레이저광을 펄스 발진 레이저광으로 하는 경우에는, 펄스폭은 50μs 이상, 1 ms 이하, 펄스의 피크 출력은 100 W 이상 1000 W 이하로 하는 것이 바람직하다.
In the case of using the ultrasonic detection laser light as the pulse oscillation laser light, the pulse width is preferably 50 µs or more, 1 ms or less, and the peak output of the pulse is 100 W or more and 1000 W or less.

펄스폭이 50μs 이하가 되면, 파형의 주파수 해석에서의 유효한 파형 시간 영역이 50μs 이하가 되므로 주파수 분해능이 저하하여, S1f의 주파수 피크, 및 종파 공진의 주파수 피크를 명료하게 얻을 수 없게 된다. 펄스폭을 1 ms 이상으로 하면, 기술적으로 장치 제작의 실현이 곤란해진다.
When the pulse width is 50 μs or less, the effective waveform time area in the waveform frequency analysis becomes 50 μs or less, so that the frequency resolution is lowered, and the frequency peak of S1f and the frequency peak of the longitudinal wave resonance cannot be obtained clearly. If the pulse width is set to 1 ms or more, it is difficult to technically realize device fabrication.

펄스의 피크 출력이 100 W 이하가 되면, 초음파 검출용 레이저광의 광량이 적게 되어, 특히 종파 공진 주파수 피크를 검출하는 것이 곤란하게 된다. 펄스의 피크 출력을 1000 W 이상으로 하려면, 기술적으로 장치 제작의 실현이 곤란하다.
When the peak output of the pulse is 100 W or less, the amount of light of the ultrasonic detection laser light becomes small, and in particular, it is difficult to detect the longitudinal wave resonance frequency peak. If the peak output of the pulse is set to 1000 W or more, it is difficult to realize device production technically.

초음파 검출용 레이저광은, 초음파 발생용 레이저광의 강도가 피크가 될 때, 피크가 되도록 했을 때가, 가장 효율적으로 정밀도가 좋은 측정을 할 수 있다. 단, 피크의 타이밍이 다소 어긋난 경우에서도, 초음파 발생용 레이저광의 펄스가, 초음파 검출용 레이저광의 펄스 내에 있으면, 초음파 검출용 레이저광이 연속파 출력인 경우에 비해 정밀도가 좋은 측정을 실시하는 것은 가능하다.
When the intensity | strength of an ultrasonic wave generation laser beam becomes a peak, when the intensity | strength of an ultrasonic wave generation laser beam becomes a peak, it is possible to perform the measurement with high accuracy most efficiently. However, even when the peak timing is slightly shifted, when the pulse of the ultrasonic wave generation laser beam is within the pulse of the ultrasonic wave detection laser beam, it is possible to perform the measurement with higher accuracy than the case where the ultrasonic wave detection laser beam is the continuous wave output. .

또한, 초음파 검출용 레이저광의 주파수는, 초음파 발생용 레이저광의 주파수와 같게 되도록 하면, 가장 효율이 좋고 정밀도가 좋은 측정을 할 수 있지만, 레이저 광원의 제약 등이 있는 경우는, 반드시 같은 주파수로 할 필요는 없다. 예를 들면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 초음파 검출용 레이저광의 주파수가, 초음파 발생용 레이저광의 2배가 되는 설정이어도, 초음파 검출용 레이저광이 연속파 출력인 경우에 비해 정밀도가 좋은 측정을 실시하는 것은 가능하다. 본 발명의 계측이 가능한 범위 내이면, 이 외의 주파수 설정이어도 된다.
In addition, if the frequency of the ultrasonic detection laser beam is the same as the frequency of the ultrasonic wave generation laser beam, the most efficient and accurate measurement can be made. However, if the laser light source is constrained, it must be the same frequency. There is no. For example, as shown in Fig. 4B, even when the frequency of the ultrasonic detection laser light is set to be twice that of the ultrasonic generation laser light, the ultrasonic detection laser light performs a measurement with higher accuracy than the case where the continuous wave output is performed. It is possible. As long as it is in the range which the measurement of this invention is possible, other frequency settings may be sufficient.

피검사체 표면의 조사 영역은, 도 5에 도시된 바와 같이, 초음파 발생용 레이저광을 점 형상의 스팟으로 조사하고, 그 조사 영역 내에, 초음파 검출용 레이저광을 조사하는 것이 바람직하다. 초음파 발생용 레이저광과 초음파 검출용 레이저광을, 거의 같은 위치에 조사하는 것으로, 초음파 검출용 레이저에 의해 면 방향으로 진행하는 파는 검출되지 않고, 검출할 수 있는 것은, 이동하지 않는 파, 즉, 군속도 제로의 판파 및 종파만 된다.
As shown in FIG. 5, it is preferable that the irradiation area | region of the to-be-tested object surface irradiate the laser beam for ultrasonic generation with a spot shape, and irradiate the laser beam for ultrasonic detection in the irradiation area. By irradiating the laser beam for ultrasonic generation and the laser beam for ultrasonic detection at about the same position, the wave which advances in the surface direction by the ultrasonic wave detection laser is not detected, and what can be detected is the wave which does not move, namely Only wave speed and denominations of zero group speed are available.

또한, 군속도 제로의 판파 모드에는 복수의 모드가 존재하지만, 피검사체의 레이저 소경사면에 수직인 방향에 대해서 변위가 제일 크고, 레이저 초음파법의 열탄성 영역에서 검출 가능한 모드는, 군속도 제로의 S1 모드의 판파의 주파수 뿐이다.
In addition, there are a plurality of modes in the group velocity zero wave wave mode, but the displacement is greatest with respect to the direction perpendicular to the laser small inclined plane of the inspected object, and the mode that can be detected in the thermoelastic region of the laser ultrasound method is the S1 mode of zero group velocity. Is only the frequency of the wave.

더하여, 초음파 발생용 레이저의 점 형상의 스팟 영역 내에, 초음파 검출용 레이저광을 조사하면, 초음파 검출용 레이저광은 발생한 초음파에 의한 도플러 시프트를 효율적으로 받으므로, 그 결과, 군속도 제로의 판파와 종파를 양호한 정밀도로 검출할 수 있다.
In addition, when the ultrasonic detection laser beam is irradiated into the spot-shaped spot region of the ultrasonic wave generation laser, the ultrasonic detection laser beam is efficiently subjected to the Doppler shift caused by the generated ultrasonic waves. Can be detected with good accuracy.

도플러 시프트를 받은 초음파 검출용 레이저광의 도플러 시프트량은, 예를 들면, 초음파 검출용 레이저광을 패브리·페로 간섭계와 같은 간섭계로 간섭시켜 계측하는 방법이 있다.
The Doppler shift amount of the ultrasonic detection laser beam subjected to the Doppler shift is, for example, a method of interfering the ultrasonic detection laser light with an interferometer such as a Fabry-Perot interferometer.

패브리·페로 간섭계는, 파장 필터로서의 역할을 한다. 패브리·페로 간섭계의 투과율은, 도 6에 도시된 바와 같이, 광의 주파수에 의해 크게 다르다.
The Fabry-Perot interferometer acts as a wavelength filter. The transmittance of the Fabry-Perot interferometer greatly varies with the frequency of light, as shown in FIG.

패브리·페로 간섭계에 입사되는 초음파 검출용 레이저광은, 피검사체를 전파하는 초음파로부터 받은 도플러 효과의 크기, 즉 피검사체의 표면 변위 속도에 의해 조금 주파수가 변화한다. 주파수가 변화한 초음파 검출용 레이저광을 패브리·페로 간섭계에 도입하여 출력하는 것으로, 주파수의 변화를, 상대적으로 큰 광강도의 변화로 변환할 수 있다.
The frequency of the ultrasonic detection laser beam incident on the Fabry-Perot interferometer changes slightly depending on the magnitude of the Doppler effect received from the ultrasonic wave propagating the inspected object, that is, the surface displacement velocity of the inspected object. By introducing a laser beam for ultrasonic detection with a changed frequency into a Fabry-Perot interferometer and outputting it, a change in frequency can be converted into a relatively large change in light intensity.

그리고, 패브리·페로 간섭계를 투과한, 초음파 검출용 레이저광의 강도 변화를 계측하는 것으로, 피검사체의 표면의 진동 상태를 구할 수 있다.
And the vibration state of the surface of a to-be-tested object can be calculated | required by measuring the intensity change of the laser beam for ultrasonic detection which penetrated the Fabry-Perot interferometer.

본 발명에 있어서, 도플러 시프트량의 계측에 이용하는 방법은, 패브리·페로 간섭계를 이용하는 방법으로 한정되는 것은 아니다.
In the present invention, the method used for the measurement of the Doppler shift amount is not limited to the method using a Fabry-Perot interferometer.

예를 들면, 도플러 시프트를 받은 초음파 검출용 레이저광을, 초음파 검출용 레이저광의 파장 부근에서 손실 파장 특성이 급준하게 되는 광섬유 그레이팅이나 미세 구조 광섬유에 도입하여, 출력되는 광의 강도를 도플러 시프트량에 따른 강도로 하고, 이를 이용하여 초음파의 주파수 스펙트럼을 산출하는 방법 등도 채용할 수 있다.
For example, the ultrasonic detection laser light subjected to the Doppler shift is introduced into the optical fiber grating or the microstructured optical fiber whose loss wavelength characteristics are steep in the vicinity of the wavelength of the ultrasonic detection laser light, and the intensity of the output light depends on the amount of the Doppler shift. As the intensity, a method of calculating the frequency spectrum of the ultrasonic wave using the same may also be employed.

본 발명에 의한, 판파 초음파의 S1f 및 종파 공진 주파수 f1의 계측을 실시하고, 그 결과로부터 푸아송비를 구하기 위한 장치는, 초음파 발생용 레이저 조사부, 초음파 검출용 레이저광을 조사하는 초음파 검출용 레이저 조사부, 수신부, 제1 처리부, 제2 처리부, 및 제3 처리부로 이루어진다.
The apparatus for measuring S1f and longitudinal wave resonant frequency f 1 of plate wave ultrasonic waves according to the present invention, and for obtaining a Poisson's ratio from the results, includes an ultrasonic wave generation laser irradiation unit and an ultrasonic wave detection laser for irradiating the laser beam for ultrasonic detection. An irradiation unit, a receiving unit, a first processing unit, a second processing unit, and a third processing unit.

초음파 발생용 레이저 조사부는, 피검사체의 표면에, 초음파 발생용의 펄스 발진 레이저광을 조사하여, 초음파 여기함으로써 초음파를 발생시키기 위한 펄스 발진 레이저 광원을 포함한다. 더하여, 필요에 따라서, 렌즈, 미러 등으로 이루어지는 조사 광학계를 구비한다.
An ultrasonic wave generation laser irradiation part includes the pulse oscillation laser light source for generating an ultrasonic wave by irradiating the pulse oscillation laser beam for ultrasonic generation to the surface of a to-be-tested object, and ultrasonically exciting it. In addition, the irradiation optical system which consists of a lens, a mirror, etc. is provided as needed.

초음파 검출용 레이저 조사부는, 피검사체의 표면에, 초음파 검출용의 레이저광을 조사하는 연속 발진 레이저 광원, 또는 펄스 발진 레이저 광원을 포함한다. 더하여, 필요에 따라서, 렌즈, 미러 등으로 이루어지는 조사 광학계를 구비한다.
The ultrasonic irradiation laser irradiation unit includes a continuous oscillation laser light source or a pulse oscillation laser light source that irradiates a laser beam for ultrasonic detection on the surface of the inspected object. In addition, the irradiation optical system which consists of a lens, a mirror, etc. is provided as needed.

수신부는, 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여 발생한 초음파의 진동에 의해 도플러 시프트를 받은 초음파 검출용 레이저광을 수신하고, 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 구조를 구비한다.
The receiving unit has a structure for receiving the ultrasonic detection laser light subjected to the Doppler shift due to the ultrasonic vibration generated by irradiating the pulse generating laser light for ultrasonic generation to the object under test, and outputting light having an intensity corresponding to the amount of the Doppler shift. do.

제1 처리부는, 전자 계산기 등으로 이루어지고, 수신부로부터 출력된 도플러 시프트의 양의 정보로부터, 주파수 스펙트럼을 산출한다. 수신부로부터 출력된 정보를, 광/전기 변환기를 통해서, 전기 신호로서 제1 처리부에 입력하여도 된다.
The first processing unit is composed of an electronic calculator or the like, and calculates a frequency spectrum from information on the amount of Doppler shift output from the receiving unit. Information output from the receiving unit may be input to the first processing unit as an electric signal through an optical / electric converter.

제2 처리부는, 전자 계산기 등으로 이루어지고, 제1 처리부에서 산출한 주파수 스펙트럼의 주파수 해석을 실시하고, 주파수 피크를 분류하여, 판파 초음파의 주파수 S1f와 종파의 공진 주파수 f1를 계산한다.
The second processing unit includes an electronic calculator or the like, performs frequency analysis of the frequency spectrum calculated by the first processing unit, classifies the frequency peaks, and calculates the frequency S1f of the plate wave ultrasonic wave and the resonance frequency f 1 of the longitudinal wave.

제3 처리부는, 전자 계산기등으로 이루어지고, 제2 처리부에서 구해진 판파 초음파의 주파수 S1f와 종파의 공진 주파수 f1로부터 피검사체의 푸아송비 ν를 산출한다.
The third processing unit includes an electronic calculator and the like, and calculates the Poisson's ratio ν of the inspected object from the frequency S1f of the plate wave ultrasonic wave and the resonance frequency f 1 of the longitudinal wave obtained by the second processing unit.

제1 처리부, 제2 처리부, 제3 처리부는, 각각 물리적으로 다른 장치로 구성될 필요는 없고, 예를 들면, 동일한 전자 계산기 내에, 각각의 처리를 실시하는 프로그램을 가지는 것이어도 상관 없다.
The first processing unit, the second processing unit, and the third processing unit need not be physically different from each other. For example, the first processing unit, the second processing unit, and the third processing unit may be provided with a program that performs each processing in the same electronic calculator.

이하, 도면을 이용하여, 본 발명에 의한 계측 방법의 일례를, 보다 상세하게 설명한다.
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, an example of the measuring method by this invention is demonstrated in detail using drawing.

도 7a에, 본 발명의 초음파 계측 장치의 개략을 나타낸다.
The schematic of the ultrasonic measuring apparatus of this invention is shown to FIG. 7A.

초음파 발생용 레이저 조사부의 초음파 발생용 레이저 광원(21)에는, 예를 들면, 펄스 출력인 Q 스위치 2배파 Nd： YAG 레이저를 사용할 수 있다.
For the ultrasonic generation laser light source 21 for ultrasonic generation laser irradiation unit, for example, a Q switch double wave Nd: YAG laser which is a pulse output can be used.

초음파 발생용 레이저 광원(21)으로부터 출사된 레이저 광(GL)은, 미러(22a), 필터(23), 미러(22b)를 통해서, 집광 렌즈(24)로 광선 지름이 확대되어 피검사체(11)의 표면에 조사된다. 이 때, 피검사체 표면의 조사 영역에서의 플루엔스가, 약 2 mJ/mm2 이하가 되도록, 필터(23)의 투과율을 결정하거나 또는 초음파 발생용 레이저 광원(21)의 출력을 조정한다.
The laser beam GL emitted from the laser light source 21 for ultrasonic generation has a light beam diameter enlarged to the condenser lens 24 through the mirror 22a, the filter 23, and the mirror 22b, and thus the inspected object 11 ) Is irradiated to the surface. At this time, the transmittance of the filter 23 is determined or the output of the ultrasonic light source 21 for ultrasonic generation is adjusted so that the fluence in the irradiated area | region of the to-be-tested object surface may be about 2 mJ / mm <2> or less.

초음파 발생용 레이저 광(GL)의 반복 주파수는, 사용하는 펄스 출력인 Q 스위치 Nd： YAG 레이저의 특성에 의존하지만, 10 ~ 200 Hz 정도이다. 또한, 피검사체(11)의 표면에 조사되는 레이저 광(PL)의 조사각은, 실용상은, 면에 대해 수직 방향 ±30°이내 정도이다. 이것들은, 특별히 한정되는 것은 아니다.
Although the repetition frequency of the ultrasonic wave laser light GL depends on the characteristic of the Q switch Nd: YAG laser which is a pulse output to be used, it is about 10-200 Hz. In addition, the irradiation angle of the laser beam PL irradiated to the surface of the to-be-tested object 11 is about 30 degrees or less in the perpendicular direction with respect to a surface practically. These are not specifically limited.

피검사체(11)의 표면에서는, 초음파 발생용 레이저 광(GL)이 조사되는 것으로, 급격한 온도 상승이 일어나, 열탄성 효과에 의해, 초음파가 여기된다.
Ultrasonic wave generation laser light GL is irradiated on the surface of the inspected object 11, and a sudden temperature rise occurs, and ultrasonic waves are excited by the thermoelastic effect.

초음파 검출용 레이저 광원(31)으로부터 출사된 초음파 검출용 레이저 광(DL)은, 상술한 바와 같이, 초음파 발생용 레이저 광(GL)의 피검사체(11) 상의 조사 위치와 같은 위치에 조사된다.
As described above, the ultrasonic detection laser light DL emitted from the ultrasonic detection laser light source 31 is irradiated to the same position as the irradiation position on the inspected object 11 of the ultrasonic wave generation laser light GL.

군속도가 제로가 되는 주파수의 판파 초음파는, 판파 초음파의 에너지가 피검사체 내를 전파하지 않고, 발생원이 되는 레이저광의 조사 위치로 국소적으로 공진하므로, 초음파 검출용 레이저 광(DL)의 조사 위치를 초음파 발생용 레이저 광(GL)의 조사 위치와 일치시킨 경우, 군속도가 제로인 판파 초음파의 주파수의 계측이 가능해진다.
The plate wave ultrasound at the frequency at which the group velocity is zero causes the energy of the plate wave ultrasound to resonate locally to the irradiation position of the laser beam to be generated without propagating the inside of the test subject, so that the irradiation position of the laser beam DL for ultrasonic detection is changed. When it matches with the irradiation position of the ultrasonic wave generation laser light GL, measurement of the frequency of the plate wave ultrasonic wave whose group speed is zero is attained.

종파도 마찬가지로, 초음파 발생용 레이저 광(GL)의 조사 위치로 국소적으로 공진하므로, 초음파 검출용 레이저 광(DL)의 조사 위치를 초음파 발생용 레이저 광(GL)의 조사 위치와 일치시킨 경우, 종파의 주파수의 계측이 가능해진다.
Similarly, since the longitudinal wave resonates locally at the irradiation position of the ultrasonic wave generation laser light GL, when the irradiation position of the ultrasonic wave detection laser light DL coincides with the irradiation position of the ultrasonic wave generation laser light GL, The frequency of the longitudinal wave can be measured.

초음파 검출용 레이저 광(DL)은, 초음파 발생용 레이저 광(GL)에 의해 피검사체(11) 상에 생긴 초음파에 의한 도플러 시프트를 받고 파장이 변화한다. 즉, 반사한 초음파 검출용 레이저 광(DL)은, 피검사체(11) 상에 생긴 초음파의 정보를 가지고 있다.
Ultrasonic detection laser light DL receives a Doppler shift by the ultrasonic wave which generate | occur | produced on the to-be-tested object 11 by the ultrasonic wave generation laser light GL, and a wavelength changes. That is, the reflected laser beam DL for ultrasonic detection has the information of the ultrasonic wave which arose on the to-be-tested object 11.

이 정보를, 수신부(41)를 통해서, 제1 처리부인 주파수 스펙트럼 산출부(51a), 제2 처리부인 주파수 피크 분류 산출부(51b), 제3 처리부인 푸아송비 산출부(51c)를 가지는 산출부(51)에 입력하여, 푸아송비를 산출한다.
Calculation of this information via the receiver 41 includes a frequency spectrum calculator 51a which is a first processor, a frequency peak classification calculator 51b which is a second processor, and a Poisson's ratio calculator 51c, which is a third processor. Input to the unit 51 to calculate the Poisson's ratio.

필요에 따라서, 결과를 출력하는 표시 장치(61)를 설치하여도 된다.
As needed, you may provide the display apparatus 61 which outputs a result.

도 7b는, 본 발명의 초음파 계측 장치의 다른 예를 나타내는 도면이며, 수신부로서 패브리·페로 간섭계를 이용하는 경우의 계측계의 개략을 나타내고 있다.
7B is a view showing another example of the ultrasonic measuring apparatus of the present invention, and shows an outline of a measuring system in the case of using a Fabry-Perot interferometer as the receiving unit.

도 7b의 계측계에서는, 초음파 검출용 레이저 광원(31)으로부터 출사된 레이저 광(DL)은, 편파 빔 스플리터(polarization beam splitter: 이하 「PBS」라 한다)(34a)에서, P 편광 성분 DLP는 투과하고, S 편광 성분 DLS는 반사된다. 레이저 광(DL)의 P 편광 성분 DLP는 미러(32a, 32b)를 통해서, 피검사체(11)의 표면에 조사된다.
In the measurement system of FIG. 7B, the laser light DL emitted from the laser light source 31 for ultrasonic detection is a polarization beam splitter (hereinafter referred to as &quot; PBS &quot;) 34a. And the S-polarized component DLS is reflected. The P polarization component DLP of the laser light DL is irradiated onto the surface of the inspected object 11 through the mirrors 32a and 32b.

피검사체(11)에 조사된 초음파 검출용 레이저 광(DL)의 P 편광 성분 DLP는, 피검사체(11)에 발생한 초음파에 의해, 피검사체(11)의 표면 변위 속도 V에 따라, 도플러 시프트 Δf=2 V/λ를 받아 반사된다. λ는 초음파 검출용 레이저광의 파장이다.
The P-polarized component DLP of the ultrasonic detection laser light DL irradiated onto the inspected object 11 is subjected to the Doppler shift Δf according to the surface displacement velocity V of the inspected object 11 by the ultrasonic wave generated in the inspected object 11. = 2 V / λ is reflected. λ is the wavelength of the laser beam for ultrasonic detection.

반사된 레이저광은, 집광 렌즈(33), 미러(32c, 32d)를 통해서, PBS(34b)를 투과하여, 패브리·페로 간섭계(42)에 입사된다.
The reflected laser light passes through the PBS 34b through the condenser lenses 33 and the mirrors 32c and 32d and enters the Fabry-Perot interferometer 42.

피검사체(11)에 조사되는 레이저 광(DL)의 P 편광 성분 DLP의 조사각은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 실용상은 피검사체(11)의 면에 대해 수직 방향±30° 이내 정도이다.
Although the irradiation angle of the P-polarized component DLP of the laser beam DL irradiated to the to-be-tested object 11 is not specifically limited, For practical use, it is about within +/- 30 degree perpendicular | vertical with respect to the surface of the to-be-tested object 11.

한편, PBS(34a)로 나누어진, 레이저 광(DL)의 S 편광 성분 DLS는, PBS(34b)로 반사되어 패브리·페로 간섭계(42)에 입사된다.
On the other hand, the S-polarized component DLS of the laser light DL divided into the PBS 34a is reflected by the PBS 34b and is incident on the Fabry-Perot interferometer 42.

패브리·페로 간섭계(42)에 입사되는 레이저 광(DL)의 P 편광 성분 DLP는, 피검사체(11)를 전파하는 초음파로부터 받은 도플러 효과의 크기, 즉 피검사체(11)의 표면 변위 속도에 의해 조금 주파수가 변화하지만, 이것을 패브리·페로 간섭계(42)를 투과시키는 것으로, 상대적으로 큰 투과 광강도의 변화로 변환한다.
The P-polarized component DLP of the laser light DL incident on the Fabry-Perot interferometer 42 depends on the magnitude of the Doppler effect received from the ultrasonic wave propagating the inspected object 11, that is, the surface displacement velocity of the inspected object 11. Although the frequency changes a little, this is converted into a relatively large change in the transmitted light intensity by transmitting the Fabry-Perot interferometer 42.

그리고, 패브리·페로 간섭계(42)를 투과한, 레이저 광(DL)의 P 편광 성분 DLP의 강도 변화를 계측하는 것으로, 피검사체(11)의 표면의 진동 상태를 구할 수 있다.
And the vibration state of the surface of the to-be-tested object 11 can be calculated | required by measuring the intensity change of the P-polarized component DLP of the laser beam DL which permeated the Fabry-Perot interferometer 42.

여기서, 도플러 시프트 Δf의 크기는, 대체로 0.01 ~ 0.1 Hz 정도이다. 따라서, 초음파 검출용 레이저 광원(31)은 주파수 안정성이 높은 레이저 광원을 이용하는 것이 바람직하고, 특별히 제한은 하지 않지만, 주파수 편차가 100 Hz/s 정도 이하인 것이 바람직하다.
Here, the magnitude of the Doppler shift Δf is approximately 0.01 to 0.1 Hz. Therefore, it is preferable to use the laser light source with high frequency stability as the laser light source 31 for ultrasonic detection, Although it does not restrict | limit especially, It is preferable that the frequency deviation is about 100 Hz / s or less.

또한, 패브리·페로 간섭계(42)의 투과 특성은, FWHM(Full Width Half Max)가 1 ~ 10 MHz 정도, FSR(Free Spectral Range)가 100 MHz ~ 1 GHz 정도가 바람직하다. 덧붙여 FWHM란, 어느 함수 f(x)가, 산형(山形)의 국소적 함수의 형상을 나타내고 있는 경우, f(x)가 그 최대치의 절반의 값 이상의 값이 되는 x의 범위의 폭값이다. 또 FSR란, 자유 스펙트럼 영역의 약어이고, 서로 이웃이 된 공진 피크 주파수 값의 차이로서 정의되는 값이다.
In addition, the transmission characteristics of the Fabry-Perot interferometer 42 are preferably about 1 to 10 MHz in FWHM (Full Width Half Max) and about 100 MHz to 1 GHz in Free Spectral Range (FSR). In addition, FWHM is a width | variety value of the range of x in which f (x) becomes a value more than half of the maximum value, when any function f (x) shows the shape of the local function of a mountain shape. In addition, FSR is an abbreviation of the free spectral region, and is a value defined as the difference between the resonance peak frequency values adjacent to each other.

레이저 광(DL)의 S 편광 성분 DLS는, 패브리·페로 간섭계(42)로부터 출사된 후, PBS(43)로 반사되어 APD(애벌런치·포토다이오드)(44a)로, 레이저광의 강도에 따른 전기 신호 ES1로 변환되어 안정화 회로(45)에 보내진다.
The S-polarized light component DLS of the laser light DL is emitted from the Fabry-Perot interferometer 42 and then reflected by the PBS 43 to the APD (Avalanche Photodiode) 44a, according to the intensity of the laser light. The signal is converted to ES1 and sent to the stabilization circuit 45.

APD(44a)에 입사되는 레이저 광(DL)의 S 편광 성분 DLS의 강도는, 도중의 레이저광의 경로가 항상 동일한 상태에 있으므로, 변화하는 것은 없을 것이다. 강도가 변화했다고 하면, 패브리·페로 간섭계(42)의 공진기를 구성하는 2개의 반사 미러(도시하지 않음) 사이의 거리가 외부 진동 등의 외란에 의해 변화하여, 패브리·페로 간섭계(42)의 특성이 변화하거나 또는 초음파 검출용 레이저 광원(31)의 발진 주파수에 요동이 생기는 등의 원인이 고려된다.
The intensity of the S-polarized component DLS of the laser light DL incident on the APD 44a will not change since the path of the laser light in the middle is always in the same state. If the intensity is changed, the distance between two reflection mirrors (not shown) constituting the resonator of the Fabry-Perot interferometer 42 changes due to disturbance such as external vibration, and the characteristics of the Fabry-Perot interferometer 42 The cause of such a change or fluctuation in the oscillation frequency of the laser light source 31 for ultrasonic detection is considered.

그 경우는, APD(44a)에 입사되는 레이저 광(DL)의 S 편광 성분 DLS의 강도가 일정하게 되도록, 안정화 회로(45)로부터의 전기 신호 ES2에 의해, 패브리·페로 간섭계(42)의 반사 미러가 최적인 위치가 되도록 조정한다. 반사 미러의 위치의 조정에는, 예를 들면, 피에조 소자 등을 이용할 수 있다.
In that case, reflection of the Fabry-Perot interferometer 42 by the electrical signal ES2 from the stabilization circuit 45 so that the intensity of the S-polarized component DLS of the laser light DL incident on the APD 44a becomes constant. Adjust the mirror to the optimal position. For example, a piezo element etc. can be used for adjustment of the position of a reflection mirror.

레이저 광(DL)의 P 편광 성분 DLP는, 패브리·페로 간섭계(42)로부터 출사된 후, PBS(43)를 투과하고, APD(44b)로 전기 신호 ES3로 변환되어 산출부(51)에 보내진다.
The P-polarized light component DLP of the laser light DL is emitted from the Fabry-Perot interferometer 42, then passes through the PBS 43, is converted into an electrical signal ES3 by the APD 44b, and sent to the calculation unit 51. Lose.

주파수 스펙트럼 산출부(51a)로 산출된 파형은, 예를 들면, 도 8과 같이 된다. 이것을, 주파수 피크 분류 산출부(51b)로 고속 푸리에 변환(FFT) 처리하면, 도 9와 같이 된다.
The waveform calculated by the frequency spectrum calculator 51a is as shown in FIG. 8, for example. When this is subjected to fast Fourier transform (FFT) processing by the frequency peak classification calculation unit 51b, it becomes as shown in FIG.

도 9의 각각의 피크의, 옆의 피크와의 간격(주파수)을 구하면, 도 10과 같이 된다. 도 10으로부터, 첫 번째의 피크만이, 다른 성분인 것을 안다.
If the interval (frequency) of each peak of FIG. 9 with the next peak is calculated | required, it will be like FIG. 10, it turns out that only the first peak is another component.

그리고, 수학식 1로부터, S1f=β1VL/2d이며, 도 3a에 도시된 바와 같이,β1＜1이기 때문에, S1f는 종파의 주파수보다도 작아진다. 이것으로부터, 1번째의 피크가 S1f의 것이며, 다른 것이 종파의 것임을 알 수 있다.
Then, from Equation 1, S1f = β1V L / 2d, and as shown in Fig. 3A, since β1 <1, S1f becomes smaller than the frequency of the longitudinal wave. From this, it can be seen that the first peak is S1f and the other is longitudinal.

덧붙여 수학식 1과 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, S1f를 나타내는 피크의 근처에, 1차의 종파의 주파수를 나타내는 피크가 관측될 것이지만, 도 9에서는, 그것이 확실치 않다. 이것은, 수신부로서 패브리·페로 간섭계를 이용했을 경우의, 패브리·페로 간섭계의 주파수 특성에 의하는 것이다.
In addition, as can be seen from Equations 1 and 3, a peak representing the frequency of the primary longitudinal wave will be observed near the peak representing S1f, but in FIG. 9, it is not clear. This is based on the frequency characteristics of the Fabry-Perot interferometer when the Fabry-Perot interferometer is used as the receiver.

그러나, 종파의 성질로부터, n차의 종파의 주파수와, n+1차의 종파의 주파수의 차이는, 종파의 차수가 증가해도 일정하고, 그 차이는 f1과 동일하기 때문에, 1차의 종파 주파수를 나타내는 피크가 직접 관측되지 않는 것 자체는, 특별히 문제는 되지 않는다. 물론, 1차의 종파 주파수를 관측할 수 있는 다른 수신부를 이용하여도 상관없다.
However, from the nature of the longitudinal wave, the difference between the frequency of the nth-order longitudinal wave and the frequency of the n + th-order longitudinal wave is constant even if the order of the longitudinal wave increases, and since the difference is the same as f 1 , the primary longitudinal wave The fact that peaks indicating frequencies are not directly observed is not particularly a problem. Of course, you may use the other receiver which can observe a primary longitudinal frequency.

본 발명에서는, f1는 임의의 차의 종파의 주파수를 나타내는 피크로부터 구하여도 된다. 3개 이상의 차수의 종파를 나타내는 피크를 관측할 수 있는 경우는, 각각의 인접하는 종파와의 주파수의 차이의 평균치를, f1라고 하여도 된다.
In the present invention, f 1 may be obtained from a peak indicating the frequency of the longitudinal wave of any difference. In the case where peaks representing three or more orders of longitudinal waves can be observed, the average value of the difference in frequency with each adjacent longitudinal wave may be referred to as f 1 .

[[ 실시예Example 1] One]

이하, 실시예를 이용하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples.

도 7b에 도시된 시스템을 이용하여, 강재의 푸아송비를 계측하였다. 강재에는, 2 mm 두께의 S55C를 이용하였다.
The Poisson's ratio of the steel was measured using the system shown in FIG. 7B. 2 mm thick S55C was used for steel materials.

초음파 발생용 레이저 광원에는 펄스 출력인, Q 스위치 2배파 Nd： YAG 레이저를 사용하고, 초음파 검출용 레이저 광원에는 펄스 출력인, Q 스위치 Nd： YAG 레이저를 사용하였다. 계측 조건은, 표 1에 나타낸다
The Q switch double wave Nd: YAG laser which is pulse output was used for the laser light source for ultrasonic generation, and the Q switch Nd: YAG laser which is pulse output was used for the laser light source for ultrasonic detection. Measurement conditions are shown in Table 1

피검사체Subject S55C 2 mm 두께S55C 2 mm thickness 초음파 발생용 레이저Ultrasonic Laser 종류Kinds 펄스 YAG 레이저Pulsed yag laser 파장wavelength 532 nm532 nm 최대 펄스 에너지Pulse energy 35 mJ/펄스35 mJ / pulse 펄스폭Pulse width 10 ns10 ns 피검사체 표면에서의 스팟 지름Spot diameter on the surface of the subject φ5.0 mmφ5.0 mm 초음파 검출용 레이저Ultrasonic Detection Laser 종류Kinds 펄스 YAG 레이저Pulsed yag laser 파장wavelength 1064 nm1064 nm 펄스 출력Pulse output 300 W300 W 펄스폭Pulse width 100 ㎲100 ㎲ 피검사체 표면에서의 스팟 지름Spot diameter on the surface of the subject φ1.0 mmφ1.0 mm 피검사체와 검출계의 거리Distance between the subject and the detector 300 mm300 mm

초음파 발생용 레이저광의 피검사체 상에서의 플루엔스는, 1.8 mJ/mm2로 하였다. 이것은, 애블레이션이 생기지 않는 정도의 에너지이다. 또한, 표 1 중의 피검사체와 검출계의 거리는, 피검사체와 검출계의 최단 거리를 의미하고, 도 7b의 예에서는, 피검사체(11)와 미러(24)의 거리이다.
Fluence on the to-be-tested object of the ultrasonic wave generation laser beam was 1.8 mJ / mm <2> . This energy is such that ablation does not occur. In addition, the distance of a test subject and a detection system in Table 1 means the shortest distance of a test subject and a detection system, and, in the example of FIG. 7B, the distance of the test subject 11 and the mirror 24 is shown.

계측의 결과, 도 8에 도시된 파형의 초음파가 관측되고, 그 파형을 FFT 처리하면 도 9에 도시된 바와 같이 되고, 각각의 피크와 근처의 피크와의 간격은 도 10에 도시되었다. 이 결과로부터, 군속도 제로인 판파의 주파수 S1f=0.905 MHz, 종파의 공진 주파수 f1=0.979 MHz로 구해지고, 도 3a로부터, 푸아송비 ν는 0.287로 산출되었다.
As a result of the measurement, an ultrasonic wave of the waveform shown in FIG. 8 was observed, and when the FFT process was performed on the waveform, it was as shown in FIG. 9, and the interval between each peak and the nearby peak was shown in FIG. Is obtained from this result, the resonance frequency f 1 = 0.979 MHz = 0.905 MHz of frequency S1f, denomination of the zero group velocity panpa, from Figure 3a, Poisson's ratio ν was calculated to be 0.287.

[[ 비교예Comparative example ]]

실시예에서 얻은 결과가 타당한지를 조사하기 위해서, 공지의 방법인, 애블레이션을 이용한 계측 방법으로, 푸아송비 ν를 산출하였다. 비교예에서, 피검사체에 조사되고 있는 초음파 발생용의 펄스 레이저광의 강도는 3.5 mmJ/mm2이며, 이것은, 미소한 애블레이션이 생기는 정도의 세기이다.
In order to investigate whether the result obtained in the Example was valid, the Poisson's ratio v was computed by the measurement method using ablation which is a well-known method. In the comparative example, the intensity | strength of the pulse laser beam for ultrasonic generation irradiated to the to-be-tested object is 3.5 mmJ / mm <2> , and this is the intensity | strength which the micro ablation generate | occur | produces.

계측 결과는, S1f=0.902 MHz, A2f=1.571 MHz가 되어, 푸아송비 ν는, 0.291로 산출되었다.
The measurement result was S1f = 0.902 MHz and A2f = 1.571 MHz, and Poisson's ratio v was calculated to be 0.291.

비교예에서 계측한, 계측 후의 피검사체의 표면을 관찰했는데, 애블레이션에 의한 조사 자국이 관찰되었다.
Although the surface of the test subject after measurement measured in the comparative example was observed, the irradiation mark by ablation was observed.

이상의 결과로부터, 본 발명에 의한 계측 방법을 이용한 계측 결과와 종래 방법에 따르는 계측 결과는 양호하게 일치하고 있어, 본 발명의 계측 방법은, 피검사체에 레이저에 의한 조사 자국을 일으키게 하지 않고, 적절한 계측 결과를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
From the above results, the measurement result using the measurement method according to the present invention and the measurement result according to the conventional method are in good agreement, and the measurement method of the present invention does not cause irradiation marks with a laser to the subject under test, and makes appropriate measurement. It was confirmed that the results can be obtained.

[[ 실시예Example 2] 2]

강재를, 가열로에서 1000℃로 유지한 후 취출하고, 900℃ 정도로부터 자연 공냉하면서, 본 발명의 푸아송비의 계측 방법에 의해, 0.2초 마다 푸아송비를 계측하였다.
The steel material was taken out after maintaining at 1000 degreeC in a heating furnace, and was taken out about 900 degreeC, and the Poisson's ratio was measured every 0.2 second by the measuring method of the Poisson's ratio of this invention.

결과를, 도 11에 도시한다. 도 11은, 횡축이 온도, 종축이 푸아송비를 나타내고 있다. 즉, 본 실시예에서의 측정은, 오른쪽 위에 도시된 점으로부터, 왼쪽 아래에 도시된 점으로 순서대로 측정된 것이다. 650℃ 부근은, 변태 영역이며, 변태열에 의해 온도가 상승하고 있다. 도 11로부터, 변태의 전후로, 온도와 푸아송비의 관계가 변화하고 있는 것을 안다.
The results are shown in FIG. 11, the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents Poisson's ratio. That is, the measurement in this Example is measured in order from the point shown in the upper right to the point shown in the lower left. The vicinity of 650 degreeC is a transformation area | region, and temperature rises by transformation heat. It is understood from FIG. 11 that the relationship between temperature and Poisson's ratio is changing before and after transformation.

계측 후의 피검사체를 관찰하였는데, 레이저 광조사에 의한 조사 자국은 관찰되지 않았다.
Although the test subject after measurement was observed, the irradiation mark by laser light irradiation was not observed.

이상, 실시예를 이용해 본 발명을 설명했지만, 본 발명의 실시의 태양은 상기의 실시예에 제한되는 것이 아닌 것은, 말할 필요도 없다.As mentioned above, although this invention was demonstrated using an Example, it cannot be overemphasized that the aspect of implementation of this invention is not limited to said Example.

본 발명에 의하면, 레이저 초음파법에 있어서, 열탄성 효과를 이용하여 초음파 여기하고, 대상물의 표면에 레이저 조사 자국을 생기게 하지 않고 푸아송비를 산출할 수 있으므로, 여러 가지의 재료의 비파괴 검사에 적용 가능하다.
According to the present invention, since the Poisson's ratio can be calculated by ultrasonic excitation using a thermoelastic effect and without causing laser irradiation marks on the surface of the object, it is applicable to nondestructive inspection of various materials. Do.

더하여, 본 발명은, 비파괴, 비접촉식의 계측 방법이기 때문에, 본 발명을, 예를 들면 금속의 제조 프로세스 중에 적용하는 것에 의해, 온라인으로, 제조 중의 실물의 푸아송비 등의 물성값을 계측할 수 있어, 제조 중에 즉시, 제조 조건에 피드백하는 등의 이용도 가능하다.In addition, since the present invention is a non-destructive and non-contact measuring method, by applying the present invention, for example, during a metal manufacturing process, it is possible to measure physical property values such as the Poisson's ratio of the real object during manufacture online. It is also possible to use, for example, feeding back to manufacturing conditions immediately during production.

1 대상물
2 레이저광
3 대상물의 증발
4 초음파
5 온도 상승 영역
6 초음파 발생용 레이저의 출력 펄스 파형
7 초음파 검출용 레이저의 출력 펄스 파형
8 초음파 검출용 레이저의 연속파 파형
9 초음파 발생용 레이저광의 조사 스팟
10 초음파 검출용 레이저광의 조사 스팟
11 피검사체
21 초음파 발생용 레이저 광원
22a, 22b 미러
23 필터
24 집광 렌즈
31 초음파 검출용 레이저 광원
32a, 32b, 32c, 32d 미러
33 집광 렌즈
34a, 34bc 편광 빔 스플리터
41 수신부
42 패브리·페로 간섭계
43 편광 빔스플리터
44a, 44b 애벌런치·포토 다이오드
45 안정화 회로
51 산출부
51a 주파수 스펙트럼 산출부
51b 주파수 피크 분류 산출부
51c 푸아송비 산출부
61 표시 장치
DL 초음파 검출용 레이저광
DLP 초음파 검출용 레이저광의 P 편광 성분
DLS 초음파 검출용 레이저광의 S 편광 성분
GL 초음파 발생용 레이저광1 object
2 laser light
3 evaporation of the object
4 ultrasound
5 temperature rise zone
6 Output pulse waveform of the laser for ultrasonic generation
7 Output pulse waveform of the laser for ultrasonic detection
8 Continuous wave waveform of the laser for ultrasonic detection
9 Irradiation spot of laser beam for ultrasonic generation
10 Irradiation spot of laser beam for ultrasonic detection
11 Subjects
21 Laser light source for ultrasonic generation
22a, 22b mirror
23 filters
24 condenser lens
31 Laser Light Source for Ultrasonic Detection
32a, 32b, 32c, 32d mirror
33 condenser lens
34a, 34bc polarized beam splitter
41 Receiver
42 Fabry Ferro interferometer
43 polarized beam splitter
44a, 44b Avalanche Photodiode
45 stabilization circuit
51 calculator
51a frequency spectrum calculator
51b frequency peak classification calculator
51c Poisson's Ratio Calculator
61 display
DL Ultrasonic Laser Light
P-polarized component of laser light for DLP ultrasonic detection
S-polarized component of laser light for DLS ultrasonic detection
GL Ultrasound Laser Light

Claims (12)

피검사체의 푸아송비를 계측하는 방법에 있어서,
피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여, 피검사체에 초음파를 발생시키는 단계;
상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광과 파장이 다른 초음파 검출용 레이저광을 조사하는 단계;
상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여 발생한 초음파의 진동에 의해 도플러 시프트를 받은 상기 초음파 검출용 레이저광을 수신하여, 상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 단계;
상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 이용하여, 상기 도플러 시프트의 양으로부터 상기 피검사체에 발생한 초음파의 파형을 산출하는 단계;
상기 초음파의 파형의 주파수 해석을 실시하여, 상기 피검사체에 발생한 군속도 제로인 S1 모드의 판파 초음파의 주파수 및 종파의 공진 주파수를 산출하는 단계; 및
산출된 군속도 제로인 S1 모드의 판파 초음파의 주파수 및 종파의 공진 주파수로부터 푸아송비를 산출하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 방법.
In the method of measuring the Poisson's ratio of the inspected object,
Irradiating the pulsed oscillation laser light for ultrasonic generation to the inspected object to generate ultrasonic waves to the inspected object;
Irradiating an ultrasonic wave detection laser beam having a wavelength different from that of an ultrasonic wave generation laser beam to the inspected object;
Receiving the ultrasonic detection laser light subjected to the Doppler shift by the vibration of the ultrasonic wave generated by irradiating the pulse generating laser light for ultrasonic generation to the inspected object, and outputting light having an intensity corresponding to the amount of the Doppler shift;
Calculating the waveform of the ultrasonic wave generated in the subject under test from the amount of the Doppler shift by using the light having the intensity corresponding to the amount of the Doppler shift;
Performing a frequency analysis of the waveform of the ultrasonic wave to calculate the frequency of the plate wave ultrasonic wave and the resonant frequency of the longitudinal wave in the S1 mode which are the group velocity zeros generated in the subject under test; And
Calculating the Poisson's ratio from the frequency of the plate wave ultrasonic wave and the resonant frequency of the longitudinal wave in the S1 mode which is the calculated group velocity zero
&Lt; / RTI &gt;
Poisson's ratio measurement method.
제1항에 있어서,
상기 초음파 검출용 레이저광은, 펄스 발진 레이저광인 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 방법.
The method of claim 1,
The ultrasonic detection laser light is a pulse oscillation laser light,
Poisson's ratio measurement method.
제2항에 있어서,
상기 초음파 검출용 레이저광의 피크 출력이, 100 ~ 1000 W, 펄스폭이, 50μs ~ 1 ms인 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 방법.
The method of claim 2,
The peak output of the laser beam for ultrasonic detection is 100 ~ 1000 W, the pulse width is 50μs ~ 1ms,
Poisson's ratio measurement method.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 상기 피검사체에 조사하여 초음파를 발생시킬 때에, 상기 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 점 형상의 스팟으로 조사하는 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
When the ultrasonic wave generation pulse oscillation laser light is irradiated to the test subject to generate ultrasonic waves, the ultrasonic wave generation pulse oscillation laser light is irradiated with a spot of spot,
Poisson's ratio measurement method.
제4항에 있어서,
상기 초음파 검출용 레이저광을, 상기 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하는 상기 점 형상의 스팟의 영역 내에 조사하는 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 방법.
The method of claim 4, wherein
The said ultrasonic detection laser beam is irradiated in the area | region of the said point-shaped spot which irradiates the said pulse generation laser beam for ultrasonic generation, It is characterized by the above-mentioned.
Poisson's ratio measurement method.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여 발생한 초음파의 진동에 의해 도플러 시프트를 받은 상기 초음파 검출용 레이저광을 수신하고, 상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 방법은, 상기 도플러 시프트를 받은 상기 초음파 검출용 레이저광을 간섭계로 간섭시켜, 상기 간섭계로부터 상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 방법인 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 방법.
The method according to any one of claims 1 to 5,
The method for receiving the ultrasonic detection laser beam subjected to the Doppler shift by the vibration of the ultrasonic wave generated by irradiating the ultrasonic wave-generating pulse oscillation laser light to the test subject, and outputting the light of intensity according to the amount of the Doppler shift, And interfering the ultrasonic detection laser beam subjected to the Doppler shift with an interferometer to output light having an intensity corresponding to the amount of the Doppler shift from the interferometer.
Poisson's ratio measurement method.
피검사체의 푸아송비를 계측하는 장치에 있어서,
피검사체에 초음파를 발생시키기 위한 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하는 초음파 발생용 레이저 조사부;
상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광과 파장이 다른 초음파 검출용 레이저광을 조사하는 초음파 검출용 레이저 조사부;
상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여 발생한 초음파의 진동에 의해 도플러 시프트를 받은 상기 초음파 검출용 레이저광을 수신하고, 상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 수신부;
상기 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 이용하여, 상기 도플러 시프트의 양으로부터 상기 피검사체에 발생한 초음파의 파형을 산출하는 제1 처리부;
상기 초음파의 파형의 주파수 해석을 실시하고, 상기 피검사체에 발생한 군속도 제로인 S1 모드의 판파 초음파의 주파수 및 종파의 공진 주파수를 산출하는 제2 처리부; 및
산출된 군속도 제로인 S1 모드의 판파 초음파의 주파수 및 종파의 공진 주파수로부터 푸아송비를 산출하는 제3 처리부
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 장치.
In the apparatus for measuring the Poisson's ratio of the subject,
An ultrasonic wave generation laser irradiation unit for irradiating an ultrasonic wave generation pulse oscillation laser light for generating an ultrasonic wave to the inspected object;
Ultrasonic detection laser irradiation unit for irradiating the laser beam for the ultrasonic wave detection having a wavelength different from that of the ultrasonic wave generation laser oscillation laser beam;
A receiving unit for receiving the ultrasonic detection laser light subjected to the Doppler shift by the vibration of the ultrasonic wave generated by irradiating the pulse generating laser light for ultrasonic generation to the inspected object, and outputting light having an intensity corresponding to the amount of the Doppler shift;
A first processing unit which calculates a waveform of ultrasonic waves generated in the object under test from the amount of the Doppler shift by using light of the intensity corresponding to the amount of the Doppler shift;
A second processor which performs frequency analysis of the waveform of the ultrasonic wave and calculates the frequency of the plate wave ultrasonic wave and the resonant frequency of the longitudinal wave in the S1 mode which is the group velocity zero generated in the subject; And
Third processing unit for calculating Poisson's ratio from the frequency of the plate wave ultrasound and the resonant frequency of the longitudinal wave in the S1 mode that is the calculated group velocity zero
&Lt; / RTI &gt;
Poisson's ratio measurement device.
제7항에 있어서,
상기 초음파 검출용 레이저 조사부는, 펄스 발진 레이저 광원을 구비한 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 장치.
The method of claim 7, wherein
The ultrasonic detection laser irradiation unit is provided with a pulse oscillation laser light source,
Poisson's ratio measurement device.
제8항에 있어서,
상기 펄스 발진 레이저 광원은, 피크 출력이, 100 ~ 1000 W, 펄스폭이, 50μs ~ 1 ms인 레이저광을 조사할 수 있는 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 장치.
9. The method of claim 8,
The said pulse oscillation laser light source can irradiate the laser beam whose peak output is 100-1000 W and a pulse width is 50 microseconds-1 ms,
Poisson's ratio measurement device.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파 발생용 레이저 조사부는, 피검사체의 표면에 점 형상의 스팟으로 펄스 발진 레이저광을 조사할 수 있는 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 장치.
10. The method according to any one of claims 7 to 9,
Said ultrasonic wave generation laser irradiation unit is capable of irradiating the pulsed laser beam with a spot-shaped spot on the surface of the inspection object,
Poisson's ratio measurement device.
제10항에 있어서,
상기 초음파 검출용 레이저 조사부는, 상기 초음파 발생용 레이저 조사부가 피검사체의 표면에 조사한 펄스 발진 레이저광의 점 형상의 스팟 영역 내에 레이저광을 조사할 수 있는 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 장치.
The method of claim 10,
The said ultrasonic detection laser irradiation part can irradiate a laser beam within the spot-shaped spot area | region of the pulse oscillation laser beam which the said ultrasonic generation laser irradiation part irradiated to the surface of the to-be-tested object,
Poisson's ratio measurement device.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수신부는, 상기 피검사체에 초음파 발생용 펄스 발진 레이저광을 조사하여 발생한 초음파의 진동에 의해 도플러 시프트를 받은 상기 초음파 검출용 레이저광을 입력하여 간섭시켜, 도플러 시프트의 양에 따른 강도의 광을 출력하는 간섭계인 것을 특징으로 하는,
푸아송비 계측 장치.12. The method according to any one of claims 7 to 11,
The receiving unit inputs and interferes with the ultrasonic detection laser light subjected to the Doppler shift by the ultrasonic vibration generated by irradiating the ultrasonic wave-generating pulse oscillation laser light to the inspected object, thereby interfering light of intensity corresponding to the amount of the Doppler shift. It is an interferometer to output,
Poisson's ratio measurement device.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101650172B1 (en) * 2015-05-13 2016-08-23 한양대학교 산학협력단 Apparatus and method for measuring the velocity of longitudinal wave and transverse wave
WO2018026575A1 (en) * 2016-08-01 2018-02-08 Donald Eugene Yuhas Methods and apparatus to perform non-destructive dynamic modulus measurements of materials
EP3748353A1 (en) * 2019-06-04 2020-12-09 SSAB Technology AB A method and arrangement for estimating a material property of an object by means of a laser ultrasonic (lus) measurement equipment
KR102312402B1 (en) * 2021-03-30 2021-10-15 한국표준과학연구원 Apparatus for measuring poisson’s ratio and method thereof

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101452441B1 (en) 2013-10-23 2014-10-24 한양대학교 산학협력단 Measurement method for mechanical behavior of material using laser Ultrasonics and measurement apparatus of the same
KR101935930B1 (en) * 2018-09-21 2019-04-03 선문대학교 산학협력단 Apparatus and method for measuring dynamic modulus and poisson's ratio of an object using impulse technique

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0611385A (en) * 1992-06-29 1994-01-21 Sony Corp Measuring instrument for acoustic velocity of transverse wave and young's modulus and/or poisson ratio measuring instrument using the device
JP3597182B2 (en) 2002-07-17 2004-12-02 秋田県 Ultrasonic sound velocity measurement method and method for determining Young's modulus and Poisson's ratio based on these methods
KR100993989B1 (en) * 2008-07-29 2010-11-12 니뽄스틸코포레이션 Laser ultrasonic measuring device and laser ultrasonic measuring method
KR101180151B1 (en) * 2009-12-23 2012-09-05 니뽄스틸코포레이션 Measuring method of poisson's ratio and measuring apparatus thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101650172B1 (en) * 2015-05-13 2016-08-23 한양대학교 산학협력단 Apparatus and method for measuring the velocity of longitudinal wave and transverse wave
WO2018026575A1 (en) * 2016-08-01 2018-02-08 Donald Eugene Yuhas Methods and apparatus to perform non-destructive dynamic modulus measurements of materials
EP3748353A1 (en) * 2019-06-04 2020-12-09 SSAB Technology AB A method and arrangement for estimating a material property of an object by means of a laser ultrasonic (lus) measurement equipment
WO2020245082A1 (en) * 2019-06-04 2020-12-10 Ssab Technology Ab A method and arrangement for estimating a material property of an object by means of a laser ultrasonic (lus) measurement equipment
US11549915B2 (en) 2019-06-04 2023-01-10 Ssab Technology Ab Method and arrangement for estimating a material property of an object by means of a laser ultrasonic (LUS) measurement equipment
KR102312402B1 (en) * 2021-03-30 2021-10-15 한국표준과학연구원 Apparatus for measuring poisson’s ratio and method thereof

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