JPH0254506B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁現象を利用して、被検査物体中
に超音波を発生。伝播させる電磁式超音波発生装
置に係り、特に該物体の表面に超音波源を形成す
る渦電流の高電流密度化に好適な送信コイルと信
号発生器を備えた電磁式超音波発生装置に関す
る。

一般に、電磁式超音波発生装置は、３種類のタ
イプに大別される。

第１のタイプは、第１図のように、被検物体２
の導電性表面２１に近接して送信コイル１を配置
し、信号発生器３より該送信コイル１に流すパル
ス波・バースト波・交流連続波等の変化電流によ
つて、該導電性表面２１に発生される渦電流１２
と、上記変化電流によつて生起される変化磁界１
１との相互作用によつて、該導電性表面２１から
被検物体２内へ伝播する超音波（縦波）１３を発
生させるものである（例えば、特許第569350号明
細書参照）。

第２のタイプは、第２図のように、励磁コイル
４１と磁芯４から成る電磁石や、永久磁石等を用
いた磁石によつて、上記導電性表面２１に平行な
磁界を与え、その磁界と、第１図の場合と同様
に、送信コイル１によつて発生される渦電流１２
との相互作用によつて、被検物体２内に伝播する
超音波（縦波）１３を発生するものである。

第３のタイプは、第３図のように、第２のタイ
プと同様に磁石を用いて、導電性表面２１に流れ
る渦電流１２と垂直な静磁界を与え、該静磁界と
上記渦電流１２との相互作用で、被検物体２内に
伝播する超音波（横波）１３を発生するものであ
る。

これらの電磁式超音波発生装置において、発生
する超音波の振幅は、第１のタイプでは、送信コ
イル１に流す変化電流の２乗に比例し、また第２
および第３のタイプでは、該変化電流に比例す
る。それ故に、何れの場合でも、強力な超音波を
発生させるためには、大きな変化電流を送信コイ
ルに流す必要がある。

前記送信コイルに電流を供給する信号発生器の
所要出力電圧値は、該送信コイルに電流を流して
いる状態で、その電流値と送信コイルのインピー
ダンスとの積に等しい値となる。現在、その値と
して数KV乃至十数KVが多く用いられているが、
電気商品取締法に則つた厳しい安全対策が必要で
ある。

一方、例えば特公昭56−4867号公報に示される
ように、送信コイルとして複数個積層したコイル
を用い、これらを信号発生器に並列接続すること
により、感度を向上させる方法が知られている。
その場合は、同じ送信電流を流すのに必要な信号
発生器出力電圧は下げることが可能である。

しかし、この方法には、以下のような欠点があ
る。

１ 積層したコイルのうち、被検物体の導電性表
面から遠い位置にあるコイルは、超音波の発生
に寄与する割合が低く効率が悪い。

２ 複数のコイルに流す電流の振幅や位相を、
各々のコイル毎に調整することが難しい。

３ 前記１）、２）から、感度向上のためには、
前記導電性表面に近いコイルに大電流を流すこ
とが必要となり、このためには、結局信号発生
器の出力電圧を高くせざるを得ない。

４ 積層コイルの並列接続によつて、送信コイル
のインピーダンスを下げると、信号発生回路の
出力電圧の引下げに反比例して、出力電流を大
きくせねばならない。

本発明の目的は、上記公知技術の欠点を無く
し、感電等、高電圧に伴う危険の少ない電磁式超
音波発生装置を提供することにある。

本発明は、超音波を発生するための渦電流を流
すのに必要な、信号発生器の出力電圧が、送信コ
イルのインピーダンスに依存し、該送信コイルの
インピーダンスを下げれば上記出力電圧が低くと
も同じ渦電流を流せることに着目し、送信コイル
を分割して各分割コイルのインピーダンスを下
げ、さらに該複数の分割コイルに複数の信号発生
器から電流を供給することにより、低い信号発生
器の出力電圧で、大きなしかも自由度の大きい渦
電流密度分布を得ることを可能にしたものであ
る。

以下、本発明の一実施例を、図面によつて説明
する。

第４図ａにおいて、送信コイルは１−１，１−
２，…，１−ｎとｎ分割され、同期信号発生器６
に従つてほゞ同位相の信号電流を出力する信号発
生回路３−１，３−２，…，３−ｎの出力端に、
１対１に対応して接続されている。

分割された各々のコイル１−１〜１−ｎは、後
述するように、互いに近接して配置されており、
上記信号発生回路３−１〜３−ｎの出力電流によ
り、独立に駆動される。そして、これらの各分割
コイルは、全体として、分割される以前の送信コ
イル（第１〜第３図における符号１のコイル）の
エリアをカバーする。

信号発生回路３−１〜３−ｎは、例えば第４図
ｂのような半導体スイツチング素子３２を用いた
パルス発生回路３１によつて実現できる。なお、
第４図ｂにおいて、３３は高圧DC入力端子、３
４は同期入力端子、３５，３７は抵抗、３６はキ
ヤパシタである。

送信コイルの分割方法の例を、第５図乃至第１
０図に示す。

第５図は、第１図〜第３図の渦巻き状送信コイ
ル１を同心円状に２分割した例で、同図ａが平面
形状を、また同図ｂが側面形状を示す。〔以下、
第６〜第９図においてａ及びｂの信号は同様に使
用される。〕 この場合、夫々のコイル１−１および１−２の
巻き数の和が、元のコイルと同じで、かつ、流す
電流値が同一であれば、導電性表面２１に、第１
図〜第３図の場合とほぼ等価な超音波源が形成さ
れる。また、分割された各々コイル１−１，１−
２，のインピーダンスは、元のコイルのそれより
小なので、信号発生回路のより低い出力電圧で
も、分割前と同じ電流を流すことができる。

なお、この場合、同心円状に形成される渦電流
の径方向の分布を調整でき、超音波源に同様の重
み付けができる。さらに、第５図では、コイルを
２分割した例を示したが、最小１ターンまでのコ
イルに多分割することも可能であることは、もち
ろんである。

第６図と第７図は、第１図〜第３図の送信コイ
ル１を、小さな同様の形状のコイル１−１〜１−
４の集合として近似したもので、それぞれ４分割
及び３分割の例である。

前記第５図〜第７図に示したように、平面状に
配置された分割コイルは、分割された個々の送信
コイルと導電性表面とが近接しているので、超音
波への変換効率が高いという利点がある。

第８図は、第１図〜第３図の送信コイル１を、
図様な形状のコイル１−１と１−２に、上下に２
分割して積層配置したものである。この場合、各
コイル１−１，１−２には別々の信号発生器から
電流を供給するので、導電性表面２１に近いコイ
ル１−２に重み付けして電流を供給することがで
き、効率を上げられる。

第９図は、第１図〜第３図の送信コイル１が楕
円形である場合に、これを３つの円形コイル１−
１〜１−３で置換した例である。中央の分割コイ
ル１−３は、中央付近の渦電流を整形し、元のコ
イル１の作る楕円形の渦電流に近くする働きをす
る。

第１０図は、第１図〜第３図に示した円形の送
信コイル１を、３つの楕円形コイル１−１〜１−
３で近似した例で、第６図や第７図に関して前述
したのと同様の効果がある。また、コイルを半分
ずつ重ねて配置して、コイル間隔をｄ／２にすれ
ば、第９図の場合と同様の原理により、より一層
円形に近い渦電流を発生させることができる。

上記した本発明の実施例によれば、前記公知技
術に較べ、出力電圧の小さい信号発生器を用いて
も、高い渦電流密度分布を得ることができる。ま
た、分割形コイルは、絶縁基板上に、印刷・蒸
着・スパツタ等の方法で形成することも可能で、
この場合は複雑な形状のコイルが得られ、それに
応じた強度分布をもつ超音波源の生成が可能であ
る。

第１１図は、本発明の他の実施例を示し、複数
個のコイル１−１〜１−ｎと直列に、インピーダ
ンス５−１〜５−ｎを接続したものである。この
構成では、それぞれのインピーダンス５−１〜５
−ｎの値を調整することにより、各コイル１−１
〜１−ｎを流れる電流のバランスをとるのが容易
であり、また周波数等も調節可能である。

さらに、該コイル１−１〜１−ｎの１部を直列
に接続することによつても、同様の効果が得られ
る。また、上記各インピーダンスは、上記各コイ
ルを並列に接続しても、同様の効果を得ることが
可能である。

第１２図は、本発明の第３の実施例を示し、複
数の信号発生器３−１，３−２，…，３−ｎに、
遅延回路等によつて構成される位相制御回路７−
１，７−２，…，７−ｎがそれぞれ接続されたも
のである。この構成では、それぞれの送信コイル
１−１，１−２，…，１−ｎに流す電流の位相を
調整することにより、被検物体内に伝播される超
音波ビームの状態を制御することが可能である。

この場合、送信コイルの形状や配置によつて効
果が異なる。

例えば、第５図のような配置にした場合には、
点集束または拡散が可能であり、第６，７，９図
のような配置した場合には集束・拡散の他に偏向
が可能である。

また、第１０図のように、楕円形コイルを周期
的に配置したり、あるいは第１３図ａのように、
折返し電極１−１〜１−ｎを、ピツチｄで周期的
に配置することによつて、第１３図ｂのように、
表面波１４や、表面に対して斜め方向に進行する
超音波１３を発生させることも可能である。

なお、第１３図ａ，ｂにおいて、斜め方向への
偏向角Θは、折返し電極１−１〜１−ｎの配例の
ピツチｄと、隣接のコイル下から発生する超音波
のタイミングのずれΔTとによつて、 sinΘ＝C.ΔT／ｄ 但し、Ｃ：音速と表わされる。

この実施例においても、第１１図の場合と同様
に、各送信コイルと直列または並列に、インピー
ダンスを挿入して、回路上のバランスや周波数・
渦電流の分布等を調整することが可能である。

なお、以上の実施例において、前記複数のコイ
ルは、必らずしも信号発生回路と１対１に対応し
ていなくとも良く、数個ずつのコイルのグループ
毎に駆動して、信号発生器の出力インピーダンス
と、該コイルのインピーダンスのマツチングを計
ることも可能である。

また、信号発生回路にバースト波発生回路を用
いれば、受信時に位相検波等でＳ／Ｎの向上を計
ることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、送信コイルの分割数に概ね反比例する低い電
圧で、分割前と同じ電流を該コイルに流せるの
で、信号発生回路の出力電流を増さずに出力電圧
を下げることができる。このことにより、上記信
号発生回路の出力段に、半導体素子等のように、
比較的低電圧定格で、小形の素子が使用でき、か
つ、絶縁距離も余裕が取れるので、安全な電磁式
超音波発生装置を提供できる。

また、本発明の更に大きな効果として、被検物
体の導電性表面における渦電流の位相分布を制御
できるので、超音波ビームの偏向・集束等のコン
トロールが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はａは従来の電磁式超音波発生装置の要
部ブロツク図、第１図ｂ，第２図及び第３図は
夫々該装置の正面図、第４図ａは本発明の一実施
例を示す要部ブロツク図、第４図ｂはその一部の
回路例図、第５図ａ，ｂ乃至第９図ａ，ｂは、そ
れぞれ、本発明において使用される送信コイルの
平面図および側面図、第１０図は本発明に使用さ
れる送信コイルの平面図、第１１図は本発明の他
の実施例を説明する要部ブロツク図、第１２図は
本発明の第３の実施例を説明する要部ブロツク
図、第１３図ａは該第３実施例に使用される送信
コイルの一例の平面図、第１３図ｂはその動作を
説明するための側面図である。 １，１−１，１−２，…，１−ｎ……送信コイ
ル、３……信号発生器、３−１，３−２，…，３
−ｎ……信号発生回路、３１……パルス発生回
路、５−１，５−２，…，５−ｎ……インピーダ
ンス、６……同期信号発生器、７−１，７−２，
…，７−ｎ……位相制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性表面を有する被検物体の表面に変化磁
   界を作用させる送信コイルと、該コイルに変化電
   流を流す信号発生器とから成り、上記変化磁界に
   より上記被検物体の表面に超音波源を発生させる
   電磁式超音波発生装置において、上記送信コイル
   は近接して配置された複数の分割コイルよりな
   り、上記信号発生器は上記複数の分割コイルに接
   続された複数の信号発生回路よりなり、これによ
   つて、上記被検物体の表面に、合成音場を形成す
   る超音波を発生させるように構成されたことを特
   徴とする電磁式超音波発生装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、信号発生回
   路が、バースト波発生回路により構成された電磁
   式超音波発生装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、複数の分割
   コイルがほぼ同一平面上に配置されたことを特徴
   とする電磁式超音波発生方法及び装置。 ４ 特許請求の範囲第１項において、複数の分割
   コイルの少なくとも一部が、互いに部分的に重ね
   られながら、ほゞ同一平面上に配置されたことを
   特徴とする電磁式超音波発生装置。 ５ 導電性表面を有する被検物体の表面に変化磁
   界を作用させる送信コイルと、該コイルに、上記
   変化磁界を発生させる変化電流を流す信号発生器
   とから成り、上記変化磁界により上記被検物体の
   表面に超音波源を発生させる電磁式超音波発生装
   置において、上記送信コイルは、近接して配置さ
   れた複数の分割コイルよりなり、また上記信号発
   生器は上記複数の分割コイルに接続された複数の
   信号発生回路よりなり、さらに上記複数の信号発
   生回路の各出力信号の位相を調整する位相制御回
   路を備え、上記複数の分割コイルで発生される超
   音波が、上記被検物体の表面で合成音場を形成す
   るように構成されたことを特徴とする電磁式超音
   波発生装置。