JPH0540109A - 超音波送受信装置 - Google Patents

超音波送受信装置

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JPH0540109A
JPH0540109A JP3223441A JP22344191A JPH0540109A JP H0540109 A JPH0540109 A JP H0540109A JP 3223441 A JP3223441 A JP 3223441A JP 22344191 A JP22344191 A JP 22344191A JP H0540109 A JPH0540109 A JP H0540109A
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JP
Japan
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probe
ultrasonic
vibrator
transducer
signal processing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3223441A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Yamamoto
弘 山本
Toshio Nonaka
寿夫 野中
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication of JPH0540109A publication Critical patent/JPH0540109A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 任意の被検体に対し、その物性解析にも内部
探傷にも最適な音場を形成することのできる超音波送受
信装置を提供すること。 【構成】 探触子1の振動子を円環状に形成し、超音波
パルサ2から該振動子に送信する電気信号の周波数を周
波数変換器3により変更する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超音波送受信装置に係
り、特に超音波探傷や物性解析を行うのに適した超音波
送受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の超音波送受信装置に用いられる探
触子は、電気信号と音響信号の相互変換を行う円板状の
振動子が、超音波伝播媒体の端面に形成された凹形をし
た音響レンズに対向する平面上にスパッタあるいは接着
されて形成されており、このような探触子の中で前記振
動子から発する音波を前記音響レンズにより、一点に集
束させるいわゆる点集束型の探触子が広く用いられてい
る。
【0003】このような点集束型の探触子に信号処理回
路から間歇的に高周波パルス信号を印加すると、音響レ
ンズの凹面の背面に図8に示すような背面音場が形成さ
れる。すなわち、超音波の振幅が、円板形の振動子の中
心軸位置で最も大きな振幅を持ち、超音波伝播媒体の半
径方向に中心軸から遠ざかるにつれ順次振幅が減少し、
ある所で最初の極小値をとり、続いて極大値と極小値を
とりながら減衰振動状に一定の値に収束していく。
【0004】この様な探触子を用いて被検体の物性解析
のために、反射波の大きさVを被検体・探触子間の距離
zの関数として表わしたV(z)曲線を求めると、図9
に示すような、被検体として鉛や白金を用いた場合の滑
らかな形状の基準曲線とならず、振幅の山谷が生じ、振
動曲線状になってしまう。この振動曲線状のV(z)曲
線からは、正確な物性解析が困難であるため、従来の探
触子は図8の中心軸から半径方向に遠ざかるときの最初
の極小位置が超音波伝播媒体の側面位置になるように
(図7(2)に示すような音場)設計されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、このように
設計された探触子を超音波探傷用に用いようとすると、
背面音場の分布から、被検体への入射角の大きな超音波
は表面波等の不要な波を発生させ、被検体からの反射波
のS/N比を悪化させ、良好な探傷ができないという欠
点を有していた。
【0006】また、探触子の超音波伝播媒体の軸長は同
一の探触子では変更できないため、被検体が変わると、
被検体へ入射する超音波の音場は、常に最適の音場とな
るとは限らず、被検体によっては上述した不要な波が発
生し、反射波のS/N比が劣化してしまうという欠点も
あった。
【0007】本発明は従来の超音波送受信装置のこのよ
うな欠点を解消するためになされたものであり、任意の
被検体に対し、その物性解析にも内部探傷にも最適な音
場を形成することのできる超音波送受信装置を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波送受信装
置は、電気信号と音響信号の相互変換を行う振動子を音
響レンズに対向させて設けた探触子と、該探触子に電気
信号を送受信して信号処理を行う信号処理手段とを備え
た超音波送受信装置において、前記振動子を円環状に形
成するとともに、前記信号処理手段から前記振動子に送
信する電気信号の周波数を変更する周波数変更手段を該
信号処理手段に設けたことを特徴とする。
【0009】また、前記探触子の前記音響レンズ対向面
の中央部に円板状の振動子を設けるとともに、該円板状
の振動子の外側に少なくとも1個の円環状の振動子を設
けたことを特徴とする。
【0010】また、電気信号と音響信号の相互変換を行
う振動子の両面を電極で挟持し、該電極で挟持した振動
子を音響レンズに対向させて設けた探触子と、該探触子
に電気信号を送受信して信号処理を行う信号処理手段と
を備えた超音波送受信装置において、少なくとも前記振
動子の上面に設けた電極を円環状に形成するとともに、
前記信号処理手段から前記振動子に送信する電気信号の
周波数を変更する周波数変更手段を該信号処理手段に設
けたことを特徴とする。
【0011】さらに、前記振動子の上面の中央部に円板
状の電極を形成するとともに、該円板状の電極の外側に
少なくとも1個の円環状の電極を形成したことを特徴と
する。
【0012】
【作用】本発明の超音波送受信装置においては振動子を
円環状に形成したので、図3(2)に示すように、探触
子の音響レンズの背面音場を、最初の極小位置が探触子
の超音波伝播媒体の側面位置より内側になるように形成
することができる。また、振動子に送信する電気信号の
周波数を変更できるので、前記極小位置を被検体に応じ
て自由に設定できる。
【0013】また、円板状の振動子と円環状の振動子を
設けることにより、被検体や使用目的に応じた背面音場
形成の自由度が大きくなる。
【0014】また、振動子の上面に設けた電極を円環状
に形成し、該電極へ印加する電気信号の周波数を変更す
ることにより、背面音場の形成につき先に述べた作用が
得られるとともに、振動子として通常の円板状の振動子
を用いることができ、円環状の振動子がともすれば強度
面で弱くなりがちな点を回避できるとともに、従来の超
音波送受信装置と振動子を共用でき、生産コストも低く
抑えることができる。
【0015】さらに、振動子上に円板状の電極と円環状
の電極を形成することにより、振動子の強度、生産コス
ト面での効用の他に、背面音場形成の自由度の増大が得
られる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。
【0017】図1は、本発明の超音波送受信装置の一実
施例の構成を示すブロック図である。
【0018】図1において、探触子1は図2に示す構成
をしている。すなわち、図2に示すように、電気信号と
音響信号の相互変換を行う振動子21は円環状に形成さ
れ、該振動子21の上面と下面は、それぞれ電極22と
電極23により挟持されている。電極22は振動子21
と同一の円環状の形状をしており、電極23は円板状
で、超音波伝播媒体24の上面に貼着されている。超音
波伝播媒体24の振動子21側に対向する下方端面には
凹面状に音響レンズ25が形成されている。
【0019】なお、振動子21は圧電セラミックの一種
であるジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を用いている
が、酸化亜鉛(ZnO)やポリフッ化ビニリデン(PV
DF)等の材料を用いてもよい。また、電極22,23
はクロムを用いているが、金を用いてもよい。
【0020】探触子1の電極22,23には、高周波パ
ルス信号を発生させる超音波パルサ2の出力端子が接続
されており、同時に振動子22から出力される被検体1
2からの反射波に応じた電気信号を受信して増幅する超
音波レシーバ4の入力端子が接続されている。
【0021】超音波パルサ2は間歇的に高周波パルス信
号を発生するが、この高周波パルス信号の周波数を制御
する周波数変換器3が超音波パルサ2の制御端子に接続
されている。
【0022】超音波レシーバ4の出力端子は、該超音波
レシーバ4から入力される信号のピーク値を検出するピ
ーク検出器5の入力端子に接続され、該ピーク検出器5
から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する
A/D変換器6の入力端子に接続されている。
【0023】A/D変換器6の出力端子はマイクロコン
ピュータ7の入力ポートに接続されている。マイクロコ
ンピュータ7の出力ポートには、マイクロコンピュータ
7で演算処理したデータを印刷するプリンタ8の入力端
子及び該データを表示するCRT9の入力端子並びに被
検体12を保持し、X,Y,Z方向へ移動させるスキャ
ナ11を制御するコントローラ10の入力端子が接続さ
れている。また、コントローラ10の出力端子はスキャ
ナ11の入力端子に接続されている。
【0024】以上の構成回路のうち、超音波パルサ2,
周波数変換器3,超音波レシーバ4,ピーク検出器5,
A/D変換器6及びマイクロコンピュータ7は、探触子
1に電気信号を送受信して信号処理を行う信号処理手段
を構成する。
【0025】次に、本実施例の動作を説明する。
【0026】超音波パルサ2は、間歇的に出力される高
周波パルス信号を探触子1に発信し、探触子1の振動子
21は該高周波パルス信号により励振されて超音波を超
音波伝播媒体24中へ発信する。この超音波により、超
音波伝播媒体24の音響レンズ25の背面には、図3
(2)に示すような、円環状振動子21の形成位置に対
応した音響レンズ25の背面位置内に最初の極小位置が
ある背面音場が形成される。この背面音場の最初の極小
位置は、周波数変換器により前記高周波パルス信号の周
波数を変更することにより、図4に示す如く、その位置
を移動させることができる。すなわち、高周波パルス信
号の周波数を高くすると最初の極小位置は超音波伝播媒
体24の中心軸方向へ移動し、周波数を低くすると側面
位置方向へ移動する。
【0027】このようにして、超音波探傷や物性解析等
の使用目的に応じて背面音場を最適な音場として、探触
子1から被検体12に超音波(探触子1の音響レンズ2
5により1点に集束する点集束型超音波)を照射し、被
検体12からの反射波を探触子1で受信する。
【0028】探触子1で受信し、振動子21で電気信号
に変換された反射波は、超音波レシーバ4で増幅され、
ピーク検出器5でそのピーク値が検出される。このピー
ク値は、A/D変換器6でデジタル信号に変換されマイ
クロコンピュータ7に入力される。マイクロコンピュー
タ7では、入力された反射波のデータから、図9のよう
なV(z)曲線の算出等の各種のデータ処理を行うとと
もに、処理したデータを記憶し、またプリンタ8で印刷
し、さらにCRT9上に表示する。
【0029】マイクロコンピュータ7は、また、コント
ローラ10に制御信号を出力し、コントローラ10は該
制御信号に基づいてスキャナ11を制御し、試料12を
必要の位置に移動させる。
【0030】図5は、本発明の超音波送受信装置に用い
る超音波探触子1の他の実施例を示す上面図及び断面図
である。図5において、図2の実施例と同一の構成要素
には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【0031】本実施例においては、超音波伝播媒体24
の中心軸上の音響レンズ25に対向する平面上には円板
状の振動子27及び該振動子27の上面に貼着された円
板状電極26が円環状振動子21及び電極22の内部に
設けられている。超音波パルサ2からの電気信号は、円
環状電極22及び円板状電極26のそれぞれに独立に供
給される。ただし、下側電極23は共通電極として用い
られる。
【0032】本実施例において、円環状電極22のみに
超音波パルサ2から高周波パルス信号を印加すると、図
6(2)に示すように、円環状振動子21の形成位置に
対応した音響レンズ25の背面位置内に最初の極小位置
がある背面音場が形成され、超音波探傷に適した音場を
形成できる。もちろん、周波数変換器3により超音波パ
ルサ2の発信する高周波パルス信号の周波数を変更し
て、背面音場の分布形状を変更することもできる。
【0033】円板状電極26のみに前記高周波パルス信
号を印加した場合には、図7(2)に示すような、円環
状振動子21の形成位置に対応した音響レンズ25の背
面位置外に最初の極小位置がある背面音場が形成され、
被検体12の物性解析に適した音場を形成できる。
【0034】以上の実施例では、探触子1の振動子2
1,27,上側電極22,26ともそれぞれ円環状及び
円板状に形成したが、振動子は大きな円板状に形成して
おいて、上側電極のみ円環状及び小さな円板状に形成し
てもほぼ同様な背面音場を得ることができる。こうする
ことによって、円環状振動子に起りがちな機械的弱さを
回避することことができるとともに、円板状振動子を他
の機種と共用することによる量産効果が得られ、生産コ
スト面の優利さも得られる。
【0035】なお、電極22,23,26や振動子2
1,17の相互間及び超音波伝播媒体24への取り付け
方法は、貼着法に限らず、スパッタ法等の他の方法でも
よい。
【0036】
【発明の効果】本発明の超音波送受信装置は、以上の如
く構成したので、1個の探触子で、任意の被検体に対し
て、その物性解析にも内部探傷にも最適な音場を形成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】図1の実施例に用いられる探触子の一実施例の
上面図と断面図である。
【図3】図2の探触子の上面図と、この探触子の振動子
位置に対応する背面音場の一例を示す図である。
【図4】図2の探触子の背面音場の種々の例を示す図で
ある。
【図5】図1の実施例に用いられる探触子の他の実施例
の上面図と断面図である。
【図6】図5の探触子の上面図と、この探触子の振動子
位置に対応する背面音場の一例を示す図である。(振動
子22の振動時)
【図7】図5の探触子の上面図と、この探触子の振動子
位置に対応する背面音場の他の例を示す図である。(振
動子26の振動時)
【図8】背面音場の一例として振幅特性を示す図であ
る。
【図9】V(z)曲線の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 探触子 2 超音波パルサ 3 周波数変換器 4 超音波レシーバ 5 ピーク検出器 7 マイクロコンピュータ 10 コントローラ 11 スキャナ 12 被検体

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気信号と音響信号の相互変換を行う振
    動子を音響レンズに対向させて設けた探触子と、該探触
    子に電気信号を送受信して信号処理を行う信号処理手段
    とを備えた超音波送受信装置において、前記振動子を円
    環状に形成するとともに、前記信号処理手段から前記振
    動子に送信する電気信号の周波数を変更する周波数変更
    手段を該信号処理手段に設けたことを特徴とする超音波
    送受信装置。
  2. 【請求項2】 前記探触子の前記音響レンズ対向面の中
    央部に円板状の振動子を設けるとともに、該円板状の振
    動子の外側に少なくとも1個の円環状の振動子を設けた
    請求項1記載の超音波送受信装置。
  3. 【請求項3】 電気信号と音響信号の相互変換を行う振
    動子の両面を電極で挟持し、該電極で挟持した振動子を
    音響レンズに対向させて設けた探触子と、該探触子に電
    気信号を送受信して信号処理を行う信号処理手段とを備
    えた超音波送受信装置において、少なくとも前記振動子
    の上面に設けた電極を円環状に形成するとともに、前記
    信号処理手段から前記振動子に送信する電気信号の周波
    数を変更する周波数変更手段を該信号処理手段に設けた
    ことを特徴とする超音波送受信装置。
  4. 【請求項4】 前記振動子の上面の中央部に円板状の電
    極を形成するとともに、該円板状の電極の外側に少なく
    とも1個の円環状の電極を形成した請求項3記載の超音
    波送受信装置。
JP3223441A 1991-08-08 1991-08-08 超音波送受信装置 Withdrawn JPH0540109A (ja)

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Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19981112