JPH0455755A - 超音波吸収率測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、物質の超音波吸収率を測定するための超音
波吸収率測定装置に関する。

〔従来の技術〕

物質の超音波吸収率を測定することは、超音波を産業、
医療あるいは基礎的物性研究に用いるうえて極めて重要
である。従来、液体や固体の超音波吸収率を測定する方
法としては、例えば根岸勝雄・高木堅志部著、　「超音
波技術」、東京大学出版会、１９８４年、　ｐｐ１０９
〜１３３に開示されているように、パルス法、干渉法、
相関法、共鳴法等が知られている。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の超音波吸収率測定装置にあっては
、常に、垂直入射の平面波またはそれに極めて近い波面
形状の超音波を受信する必要があるため、超音波送波器
と超音波受波器との間に試料を配置して測定するものに
あっては、送波器および受波器を高精度で平行に保持す
る必要かあり、また超音波送受波器と反射板との間に試
料を配置して測定するものにあっては、送受波器および
反射板を高精度で平行に保持する必要がある。このため
、上記の平行度を微調整するための機構が必要となり、
構成か複雑になるという問題かある。

また、硬い固体試料に対しては、その両端か平行平面と
なるように研磨する必要があるため、前処理に時間がか
かるという問題かある。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、構成を簡単にてきると共に、両端か平行平面
でない固体試料についても研磨等の前処理を施すことな
くその超音波吸収率を正確に測定できるよう適切に構成
した超音波吸収率測定装置を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段および作用〕上記目的を達
成するため、この発明では、超音波送受波手段と、入射
超音波の位相共役波を発生する位相共役波発生手段とを
具え、前記超音波送受波手段から送波される超音波を測
定対象試料を透過させて前記位相共役波発生手段に入射
させ、該位相共役波発生手段から発生され、前記測定対
象試料を透過した位相共役波を前記超音波送受波手段て
受波して前記測定対象試料の超音波吸収率を測定するよ
う構成する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１実施例を示すものである。この
実施例では、発振器ｌからの周波数ｆの高周波信号をサ
ーキュレータ２を介して圧電トランスジューサおよび音
響レンズを有する超音波送受波器３に供給し、ここで超
音波に変換して水槽４中に保持された測定対象試料５に
投射し、その透過波を位相共役波発生手段６に入射させ
る。位相共役波発生手段６は、入射超音波と同一形状の
波面を持ち、進行方向が反対の周波数ｆの超音波（位相
共役波）を発生するもので、音響的非線形性を有する例
えばＬ＋ＮｂＯ２結晶より成る非線形圧電体７と、この
圧電体７に電極８ａ、　８ｂを介して発振器１における
周波数ｆの２倍（２ｆ）の周波数の高周波電圧を印加す
る発振器９とをもって構成する。

非線形圧電体７から出射する入射音波の位相共役波は、
試料５を再び透過させて超音波送受波器３て受波し、こ
こで電気信号に変換してサーキュレータ２を介して受信
回路１０に供給する。受信回路ｌＯにおいては、受信信
号から位相共役波に対応する信号のみをゲート回路によ
り取り出して必要な信号処理を行い、これを記録計１１
に供給して記録する。

次に作用を説明する。

一般に波動は、複素関数、 ｆｃｌ、　ｔ）＝　Ｒｅ　（ｕ（？）ｅ”’　）表わさ
れる。ここで、？は位置座標ベクトル、は時間、ωは角
振動数、＋１σ）は波面形状を表す複素関数を示す。こ
の波動に対する位相共役波は、ｆｃ　（７，ｔ）＝　Ｒ
ｅ　（ｕ”　（’ｉ”）ｅ　’−’）と定義される。こ
こで、ネは複素共役を表す。また、 Ｒｅ　（ｕ”σ）ｅ　’−’　）　＝　Ｒｅ　（ｕ（ｒ
）ｅ−’ｗ’）であることから、 ｆｃ　（？、　ｔ）＝ｆｆｆ、　−ｔ）となり、位相共
役波は元の波動の時間反転波に等しくなる。したかって
、位相共役波は元の波動と同一の波面形状を持ち、進行
方向が反対の波動となる。

以上の位相共役波の性質により、第１図において位相共
役波発生手段６から発生した位相共役波は、試料５中を
入射波と同一の経路をたどって進行し、入射波と同一の
波面を持った状態で超音波送受波器３に到達する。した
がって、超音波送受波器３は常に自動的に垂直入射の平
面波を受波することになり、超音波送受波器３と他の構
成要素との平行度を調整する必要がない。また、試料５
が不規則な形状を持つ固体である場合や、ゆらぎ等によ
り音速の不均一のある試料の場合、従来の測定装置にお
いては超音波の波面の歪みにより測定か不可能であった
が、この実施例によれば上記の位相共役波の本来的な性
質により、不規則形状、音速不均一による超音波の波面
の歪みは自動的に補償されるので、均一試料と同等な測
定か可能となる。

この実施例では、以上の過程を経て記録計１１に記録さ
れた位相共役波の強度から試料５の超音波吸収率を決定
する。ここで、水槽４中に測定対象試料５を満たしたと
きの位相共役波の強度をＩ５、吸収率が既知の参照用試
料（例えば水）を満たしたときの位相共役波の強度を１
．とすると、Ｉ。

と１３との比は、対象試料５の吸収率α５、参照用試料
の吸収率α、および超音波の伝播距離ｌを用いて、 Ｉｓ　／Ｉ＋ｔ　＝　ｅ−’久〜鉋）ｌと表される。し
たかって、求めるべき吸収率α。

は、 α、＝αＲｆｎ（Ｉｓ／Ｉ＋＋） で決定される。

以上、測定対象物５か液体の場合について説明したか、
測定対象物５か生体試料等の変形可能な軟らかい試料の
場合には、第２図Ａに示すように、超音波送受波器３と
位相共役波発生手段６の非線形圧電体７とによって試料
５を軽く押圧することにより、試料５を超音波送受波器
３および非線形圧電体７に密着させて測定することかで
きる。

また、測定対象物５が変形しない硬い固体試料の場合に
は、第２図Ｂに示すように、試料５を超音波送受波器３
と位相共役波発生手段６の非線形圧電体７との間に配置
すると共に、試料５と超音波送受波器３および非線形圧
電体７どの隙間を、水槽４に満たした超音波伝達性のカ
ップラー液体１２によって充填して測定することができ
る。

第３図はこの発明の第２実施例を示すものである。この
実施例は、第１図に示した構成において上下駆動機構１
３を付加し、これにより超音波送受波器３と位相共役波
発生手段６との間の超音波伝播距離を変化させながら、
記録計１１において超音波伝播距離に対応する位相共役
波の信号強度Ｉ８を記録するようにしたものである。こ
の場合の位相共役波の信号強度■８は、入射超音波強度
をｆｏ、試料５の超音波吸収率をα８、位相共役波発生
手段６の反射効率をＲ１試料５中の超音波伝播距離をＸ
とすると、 １ｓ　＝　Ｉｏ　Ｒｅ　　−”” で表される。したかって、 Ｉ。

となり、記録計１１の１５を対数変換した量のＸに対す
る変化率よりα８を求めることかできる。したかって、
この実施例によれば、参照用の試料を用いることなく、
測定対象試料５の超音波吸収率を求めることができるの
で、測定操作が簡単となる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、試料を透過した超音
波を位相共役波発生手段に入射させて位相共役波を発生
させ、その試料を透過した位相共役波を受波して試料の
超音波吸収率を測定するようにしたので、位相共役波が
本来的に持つ時間反転性という性質により、超音波の波
面の歪みが取り除かれ、各構成部の平行度の調整をする
ことなく、超音波吸収率を正確に測定することができる
。

したがって、従来装置に比べ平行度を微調整するための
機構が不要となるので、構成を簡単にできると共に、不
規則な形状を持つ固体試料についても研磨等の前処理を
施す必要がなく、また音速が不均一な試料に対してもそ
の超音波吸収率を正確に測定することがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す図、第２図Ａおよ
びＢは測定態様の他の２つの例を示す図、 第３図はこの発明の第２実施例を示す図である。 １・・・発振器　　　　　　２・・・サーキュレータ３
・・・音響レンズ　　　　４・・・水槽５・・・測定対
象試料　　　６・・・位相共役波発生手段７・・・非線
形圧電体　　　８ａ、　８ｂ・・・電極９・・・発振器
　　　　　　１０・・・受信回路１１・・・記録計　　
　　　　１２・・・カップラー液体１３・・・上下駆動
機構 第１図 ６イＩＴノＷＪＵ’ふ８Ｅづ７シ生’ＦＪぢシ第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波送受波手段と、入射超音波の位相共役波を発
   生する位相共役波発生手段とを具え、前記超音波送受波
   手段から送波される超音波を測定対象試料を透過させて
   前記位相共役波発生手段に入射させ、該位相共役波発生
   手段から発生され、前記測定対象試料を透過した位相共
   役波を前記超音波送受波手段で受波して前記測定対象試
   料の超音波吸収率を測定するよう構成したことを特徴と
   する超音波吸収率測定装置。 ２、前記超音波送受波手段と前記位相共役波発生手段と
   の間隔を相対的に変化させる手段を設けたことを特徴と
   する請求項１記載の超音波吸収率測定装置。