JPH05340934A

JPH05340934A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH05340934A
Application number: JP4147099A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamamoto; 弘山本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-06-08
Filing date: 1992-06-08
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】点集束形の超音波探触子で、試料の異方性計
測を、その異方性方向毎に行わせたい。【構成】音響レンズの上下面のいずれか一方の面に、
上下電極で挟んで圧電素子を設けると共に、この上部電
極は、中心部に配置した中央電極と、この中央電極の周
囲に、区分された複数個の放射状電極とで構成した。使
い方は、中央電極を挟んで互いに対向する一対の周辺電
極を選び、一方を送信用、他方を受信用として使う。対
向する一対の方向とは計測異方向に選ぶ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料の異方性計測を行
う超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】物質の音響特性を定量計測するために
は、Ｖ（Ｚ）曲線解析法が用いられ、集束超音波ビーム
によって試料表面に励起される漏洩弾性表面波（ＬＳＡ
Ｗ）を検出している。ここで、Ｖ（Ｚ）曲線とは、試料
と振動子（圧電素子）との間の距離Ｚを変化させたとき
の探触子出力Ｖ（Ｚ）である。定量計測のための集束超
音波ビームには、図４に示すような（イ）図のＰＦＢ
（点集束形）、（ロ）図のＬＦＢ（線集束形）とがあ
る。ＰＦＢ形は、試料面方向に凸状又は凹状になってい
る円柱状音響レンズ１３（例えばサファイアより成
る）、このレンズの上側に積層した下部電極１２と圧電
素子１１と上部電極１０より成り、試料１４の表面又は
内部の一点に超音波ビームを点集束させるようにした。
（ロ）図のＬＦＢは、超音波の放射面が円筒状をなす音
響レンズ１８（例えばサファイアより成る）と、このレ
ンズの上側に積層した下部電極１７と圧電素子１６と上
部電極１５とより成り、図に示すように試料１４の表面
又は内部に直線状に沿って超音波ビームを線集束させる
ようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】試料に異方性がある場
合、ＰＦＢ形、ＬＦＢ形それぞれ下記の如き問題があ
る。（１）、ＰＦＢ形では、図４（イ）の下部に示すように
試料表面のすべての方向にＬＳＡＷの伝搬させることに
なるため、その異方性を平均化した特性としてしか検出
できない。この結果、異方性の方向毎の計測が困難であ
る。（２）、ＬＦＢ形では、図４（ロ）の下部に示すよう
に、ＬＳＡＷの伝搬がその直線状集束線の両側直角方向
であり、異方性の検出に適する。しかし、試料の異方性
が種々の方向に存在するため、こうした種々の角度の異
方性を計測するためには、その都度、試料１４を矢印に
示すように回転させ、方向性を合わせる位置決めが必要
であった。

【０００４】本発明の目的は、図４（イ）の如きＰＦＢ
形で且つ種々の方向の異方性をも検出可能な超音波探触
子を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電素子を挟
む上部電極と下部電極とに関して、特に上部電極を中心
部に配置した中央電極と、該中央電極の周囲に設けられ
た、区分された複数個の放射状周辺電極とで構成した
（請求項１）。

【０００６】更に本発明は、周辺電極の中で中央電極を
挟んで対向する一対の周辺電極を任意に選び、その一方
を送信用電極、他方を受信用電極として使用して異方性
計測を行う（請求項２）。

【０００７】

【作用】本発明によれば、中央電極の周辺に、放射状周
辺電極を設けたが故に、中央電極のみでの一般計測、周
辺電極のみを利用しての異方性計測、中央電極と周辺電
極とを利用しての計測が可能となり、異方性計測に関し
ては、従来例（１）、（２）の如き欠点をなくした探触
子を提供する（請求項１）。

【０００８】更に、異方性計測では、中央電極を挟んで
互いに対向する一対の周辺電極を、一方を送信用、他方
を受信用に使用する。そして種々の異方性の計測は、そ
の異方性の方向に合った対向する一対の周辺電極を選ぶ
ことが可能になる（請求項２）。

【０００９】

【実施例】本発明の超音波探触子の実施例を図１に示
す。この実施例は、ＰＦＢ形であり、且つ音響レンズ４
の上部ではなく、下部の凹面部に上部電極１、圧電素子
２、下部電極３を積層させた点に特徴を持つ。この探触
子と試料６との間に音響媒質（例えば水）５を媒介し
て、超音波計測を行う。上部電極１及び下部電極３は、
クロムや金により成り、圧電素子２は、はＺｎＯ，ＰＶ
ＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等より成る。音響レンズ
４は、サファイア、石英等より成る。レンズ４は、超音
波の絞りに利用する。

【００１０】上部電極１の実施例を図２に示す。上部電
極１１は、円状の中央電極１ｚと、その周辺に設けた複
数個の放射状電極１ａ〜１ｐとで構成した。放射状電極
１ａ〜１ｐは中心点Ｏから放射状方向に均等に配置され
た電極である。例えば、放射状周辺電極１ａ〜１ｐの、
中心点換算のピッチ角度θは、ｐ＝１６ではθ＝２２．
５゜となる。

【００１１】上部電極１ａ〜１ｐ及び１ｚの選択例を以
下に示す。（１）、図１の中心点Ｏを通る矢印方向の異方性の計測
……この場合、この矢印方向で互いに対向する一対の電
極１ａと１ｉとが矢印方向の異方性の計測に適している
ため、１ａと１ｉとを選択し、他の電極は選択しない。
一対の電極１ａと１ｉとについて、一方を送信用、他方
を受信用に選ぶ。そして、この送信用の一方の上部電極
と下部電極３との間に送信用励起電圧を印加し、その反
射信号を他方の上部電極と下部電極との間で、検出す
る。この計測を探触子と試料との間の距離Ｚを変更して
関数発生器（図示せず）による参照波と干渉させて、次
々に計測すれば、矢印方向でのＶ（Ｚ）曲線を得る。こ
のＶ（Ｚ）曲線からこの異方性の方向での音速や弾性係
数等を求める。他の異方性の方向の計測でも、その方向
に沿った対向する２つの上部電極を選び同様な計測を行
えばよい。図３には、θ＝２２．５゜のピッチ角度のも
とで、異方性試料に対する音速計測例を示す。各ピッチ
角度毎に種々の音速が存在したことがこの図でわかる。

【００１２】（２）、１ｚのみの使用による計測……こ
れは、１ｚと下部電極３とが送受信電極となる例であ
り、図４（イ）の計測と同じであり、異方性の平均値を
得ることができるが、その方向性の検出はできない。
又、Ｃスコープ像の計測や欠陥探傷等の本来の計測に使
用できることはいうまでもない。

【００１３】（３）、１ｚと周辺電極１ａ〜１ｐとの組
合せによる計測……この組合せには以下の例がある。（イ）、１ｚと周辺の全ての上部電極とを選ぶ例があ
る。この場合には１ｚを送信用にすることが好ましい。
１ａ〜１ｐで各方向毎の異方性を独自に計測する。（ロ）、（イ）、では共に、１ｚとその周辺とを送信用
と受信用に区別したが、区別せずに送受信兼用にする例
もありうる。以上の（イ）、（ロ）、は試料の音響的、機械的特性
や、計測目的によって種々使い分ける。但し、異方性計
測に関しては、（１）の例が最も好ましい。

【００１４】尚、音響レンズの下部の凹部に、探触子を
設置した例を示したが、図４の如きレンズの上部に設置
する例にも適用できる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、異方性のある試料の異
方性計測を、ＰＦＢ形にて実現できた。この場合、周辺
の上部電極の一対を異方性の方向によって選ぶことによ
り、種々の異方性計測が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の探触子の実施例図である。

【図２】本発明の上部電極の実施例図である。

【図３】本発明の異方性計測での音速測定例図である。

【図４】従来例の探触子を示す図である。

【符号の説明】

１上部電極２圧電素子３下部電極４音響レンズ５音響媒質６試料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音響レンズと、該音響レンズの下面に、
上下電極で挟んで設けられた圧電素子と、より成る超音
波探触子に於て、上部電極は、中心部に配置した中央電
極と、該中央電極の周囲に設けられた区分された複数個
の放射状周辺電極と、より構成した超音波探触子。
【請求項２】試料の異方性計測は、上記周辺電極の中
で中央電極を挟んで対向する一対の周辺電極を任意に選
び、その一方を送信用電極、他方を受信用電極として使
用することとした請求項１の超音波探触子。