JPH0545346A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
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- JPH0545346A JPH0545346A JP23226791A JP23226791A JPH0545346A JP H0545346 A JPH0545346 A JP H0545346A JP 23226791 A JP23226791 A JP 23226791A JP 23226791 A JP23226791 A JP 23226791A JP H0545346 A JPH0545346 A JP H0545346A
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- JP
- Japan
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- wave
- subject
- longitudinal
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- waves
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- Pending
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 14
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 13
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 探傷感度が高く、かつ測定精度の高いエコー
が得られるプローブを提供することにある。 【構成】 縦波を主体とする振動子の他に被検体内部で
横波を発生する振動子を別個に設けて横波を発生する振
動子側で焦点集束を行うようにし、それぞれを駆動する
ことで焦点集束の位置で縦波＋横波のエコーを２つの振
動子により受信するようにしているので、焦点付近での
被検体の欠陥については感度が高く、精度の高いエコー
を得ることができる。
が得られるプローブを提供することにある。 【構成】 縦波を主体とする振動子の他に被検体内部で
横波を発生する振動子を別個に設けて横波を発生する振
動子側で焦点集束を行うようにし、それぞれを駆動する
ことで焦点集束の位置で縦波＋横波のエコーを２つの振
動子により受信するようにしているので、焦点付近での
被検体の欠陥については感度が高く、精度の高いエコー
を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超音波探触子（以下
プローブ）に関し、詳しくは、探傷感度が高く、かつ測
定精度の高いエコーが得られるようなプローブに関す
る。
プローブ）に関し、詳しくは、探傷感度が高く、かつ測
定精度の高いエコーが得られるようなプローブに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超音波探傷装置は、超音波を利用するこ
とで被検体（検査対象物）の内部の欠陥等を非破壊で検
査することができ、被検体は、通常水等の液中に浸漬さ
れるか、プローブと被検体との間に超音波伝達媒質を介
在させてその内部に超音波が導入される。そして、使用
される超音波としては縦波と横波とがある。
とで被検体（検査対象物）の内部の欠陥等を非破壊で検
査することができ、被検体は、通常水等の液中に浸漬さ
れるか、プローブと被検体との間に超音波伝達媒質を介
在させてその内部に超音波が導入される。そして、使用
される超音波としては縦波と横波とがある。
【０００３】横波の超音波を利用する場合にも一般的に
は縦波発生型のプローブが利用され、縦波と横波は、被
検体の表面に入射する角度で選択される。すなわち、被
検体に対してプローブの超音波入射点における入射角が
大きくなると、被検体内部に侵入した際に縦波が横波に
変換されて横波としての探傷ができ、被検体に対する入
射角が小さい場合には、縦波の超音波は、主として縦波
として被検体に侵入し、縦波の探傷となる。しかし、実
際には、純粋に縦波あるいは横波を発生させることが難
しく、図３に示すような従来の焦点型プローブでも縦波
と横波とが混在する。
は縦波発生型のプローブが利用され、縦波と横波は、被
検体の表面に入射する角度で選択される。すなわち、被
検体に対してプローブの超音波入射点における入射角が
大きくなると、被検体内部に侵入した際に縦波が横波に
変換されて横波としての探傷ができ、被検体に対する入
射角が小さい場合には、縦波の超音波は、主として縦波
として被検体に侵入し、縦波の探傷となる。しかし、実
際には、純粋に縦波あるいは横波を発生させることが難
しく、図３に示すような従来の焦点型プローブでも縦波
と横波とが混在する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図３において、９はプ
ローブであって、１はそのハウジング、２は超音波振動
子としての圧電素子、３は音響レンズ、４は、ダンパー
材、５は、リード線、６は、被検体である。そして、点
線で示すのは、このプローブ９による超音波ビームの集
束線である。なお、この点線は、直線状になっている
が、実際には、被検体６の材質に応じて被検体表面で多
少屈折する。
ローブであって、１はそのハウジング、２は超音波振動
子としての圧電素子、３は音響レンズ、４は、ダンパー
材、５は、リード線、６は、被検体である。そして、点
線で示すのは、このプローブ９による超音波ビームの集
束線である。なお、この点線は、直線状になっている
が、実際には、被検体６の材質に応じて被検体表面で多
少屈折する。
【０００５】ところで、縦波と横波とでは媒体中での音
波の伝搬速度が相違する。超音波測定では音速により路
程を計算する関係からこれらの波が相互に干渉した場合
にいずれの波によるエコーであるかが区別つかなくな
る。その結果、欠陥までの正確な路程を計測し難い。こ
れによって探傷精度が低下する。これは、特に、被検体
の内部が多層になっていて境界面が複数ある被検体や欠
陥が平面的にみて重なる状態で異なる深さ方向にいくつ
かあるときなどに問題になる。その理由は、奥の境界面
（あるいは欠陥）での縦波の反射波と手前の境界面（あ
るいは欠陥）での反射波とが干渉するからである。
波の伝搬速度が相違する。超音波測定では音速により路
程を計算する関係からこれらの波が相互に干渉した場合
にいずれの波によるエコーであるかが区別つかなくな
る。その結果、欠陥までの正確な路程を計測し難い。こ
れによって探傷精度が低下する。これは、特に、被検体
の内部が多層になっていて境界面が複数ある被検体や欠
陥が平面的にみて重なる状態で異なる深さ方向にいくつ
かあるときなどに問題になる。その理由は、奥の境界面
（あるいは欠陥）での縦波の反射波と手前の境界面（あ
るいは欠陥）での反射波とが干渉するからである。
【０００６】また、焦点型のプローブを用いて超音波探
傷を行った場合、焦点を絞って探傷精度を高くするとエ
コーレベルが低下して探傷感度が落ち、逆に探傷感度を
上げるために焦点を大きく採ると、探傷精度が低下して
しまい被検体によっては十分な探傷ができない欠点があ
る。この発明の目的は、このような従来技術の問題点を
解決するものであって、探傷感度が高く、かつ測定精度
の高いエコーが得られるプローブを提供することにあ
る。
傷を行った場合、焦点を絞って探傷精度を高くするとエ
コーレベルが低下して探傷感度が落ち、逆に探傷感度を
上げるために焦点を大きく採ると、探傷精度が低下して
しまい被検体によっては十分な探傷ができない欠点があ
る。この発明の目的は、このような従来技術の問題点を
解決するものであって、探傷感度が高く、かつ測定精度
の高いエコーが得られるプローブを提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明のプローブは、中央に円板状の第１の振動子
と、これに対して同心円状に設けられたリング状の第２
の振動子と、この第２のリング状の振動子からの超音波
を縦波の臨界角より大きく、横波の臨界角より小さい範
囲で被検体に入射させて所定の位置に集束させる音響レ
ンズとを備えていて、第１及び第２の振動子を駆動して
前記被検体からのエコーを得るものである。
るこの発明のプローブは、中央に円板状の第１の振動子
と、これに対して同心円状に設けられたリング状の第２
の振動子と、この第２のリング状の振動子からの超音波
を縦波の臨界角より大きく、横波の臨界角より小さい範
囲で被検体に入射させて所定の位置に集束させる音響レ
ンズとを備えていて、第１及び第２の振動子を駆動して
前記被検体からのエコーを得るものである。
【０００８】
【作用】このように、縦波を主体とする振動子の他に被
検体内部で横波を発生する振動子を別個に設けて横波を
発生する振動子側で焦点集束を行うようにし、それぞれ
を駆動することで焦点集束の位置で縦波＋横波のエコー
を２つの振動子により受信するようにすれば、焦点付近
での被検体の欠陥については感度が高く、精度の高いエ
コーを得ることができる。
検体内部で横波を発生する振動子を別個に設けて横波を
発生する振動子側で焦点集束を行うようにし、それぞれ
を駆動することで焦点集束の位置で縦波＋横波のエコー
を２つの振動子により受信するようにすれば、焦点付近
での被検体の欠陥については感度が高く、精度の高いエ
コーを得ることができる。
【０００９】
【実施例】図１は、この発明を適用したプローブの一実
施例の縦断面図及びその横断面図であり、図２は、その
超音波ピーク集束状態についての説明図である。なお、
図３と同等の構成は、同一の符号で示す。図１の（ａ）
の縦断面図及びその圧電素子に面に沿った横断面図に示
すように、プローブ１０は、ハウジング１に収納されて
いる圧電素子としてハウジング１の円筒の中心線位置に
その中心を一致させて設けられた小さい円板状の圧電素
子２ａと、中心がこの圧電素子２ａの中心に一致してそ
の外側に設けられたリング状の圧電素子２ｂとからな
る。これら圧電素子は、縦波を発生するものであって、
音響レンズ３ａは、リング状の圧電素子２ｂで発生した
縦波の超音波ビームに対して縦波の臨界角α1 と横波の
臨界角α2 との間の角度で入射させ、それを屈折させて
被検体６の内部において横波にして焦点位置Ｆで集束さ
せる作用をする。また、円板状の圧電素子２ａで発生し
た縦波の超音波ビームを臨界角α1 よりも小さい角度で
入射させ、屈折させて被検体６の内部において縦波とし
て焦点位置Ｆ付近で絞られてここを通過するように作用
する。なお、７は、圧電素子２ａのリードであり、８
は、圧電素子２ｂのリード線である。
施例の縦断面図及びその横断面図であり、図２は、その
超音波ピーク集束状態についての説明図である。なお、
図３と同等の構成は、同一の符号で示す。図１の（ａ）
の縦断面図及びその圧電素子に面に沿った横断面図に示
すように、プローブ１０は、ハウジング１に収納されて
いる圧電素子としてハウジング１の円筒の中心線位置に
その中心を一致させて設けられた小さい円板状の圧電素
子２ａと、中心がこの圧電素子２ａの中心に一致してそ
の外側に設けられたリング状の圧電素子２ｂとからな
る。これら圧電素子は、縦波を発生するものであって、
音響レンズ３ａは、リング状の圧電素子２ｂで発生した
縦波の超音波ビームに対して縦波の臨界角α1 と横波の
臨界角α2 との間の角度で入射させ、それを屈折させて
被検体６の内部において横波にして焦点位置Ｆで集束さ
せる作用をする。また、円板状の圧電素子２ａで発生し
た縦波の超音波ビームを臨界角α1 よりも小さい角度で
入射させ、屈折させて被検体６の内部において縦波とし
て焦点位置Ｆ付近で絞られてここを通過するように作用
する。なお、７は、圧電素子２ａのリードであり、８
は、圧電素子２ｂのリード線である。
【００１０】その結果、図２に示すように、これら２つ
の圧電素子２ａ，２ｂが駆動された場合には、圧電素子
２ａによる超音波ビームの指向性領域１２ａと圧電素子
２ｂによる超音波ビームの指向性領域１２ｂとが重畳す
る焦点領域Ｆが形成される。そこで、圧電素子２ａの超
音波ビームによる主として縦波（縦波＋横波）が被検体
６の内部を伝搬して先の焦点領域に欠陥があるときには
その縦波のエコーが圧電素子２ａにより受信されてそれ
が検出される。これとは別に圧電素子２ｂの超音波ビー
ムによる横波が被検体６の内部を伝搬して先の焦点領域
に欠陥があるときにはその横波のエコーが被検体６の表
面で縦波のエコーに変換されて圧電素子２ｂにより縦波
エコーとして受信されて検出される。ここで検出される
２つのエコー受信信号を欠陥検出信号として処理するこ
とによりエコーレベルが大きく採れるので感度は高くな
り、また、しかも、焦点は、横波側で絞られた状態にな
っているので高精度な欠陥が検出ができる。
の圧電素子２ａ，２ｂが駆動された場合には、圧電素子
２ａによる超音波ビームの指向性領域１２ａと圧電素子
２ｂによる超音波ビームの指向性領域１２ｂとが重畳す
る焦点領域Ｆが形成される。そこで、圧電素子２ａの超
音波ビームによる主として縦波（縦波＋横波）が被検体
６の内部を伝搬して先の焦点領域に欠陥があるときには
その縦波のエコーが圧電素子２ａにより受信されてそれ
が検出される。これとは別に圧電素子２ｂの超音波ビー
ムによる横波が被検体６の内部を伝搬して先の焦点領域
に欠陥があるときにはその横波のエコーが被検体６の表
面で縦波のエコーに変換されて圧電素子２ｂにより縦波
エコーとして受信されて検出される。ここで検出される
２つのエコー受信信号を欠陥検出信号として処理するこ
とによりエコーレベルが大きく採れるので感度は高くな
り、また、しかも、焦点は、横波側で絞られた状態にな
っているので高精度な欠陥が検出ができる。
【００１１】ところで、縦波の臨界角α1 は、これより
大きな角度（法線を基準として）となると被検体６の内
部に超音波が縦波として侵入できなくなる角度である。
したがって、臨界角α1 より小さい角度では縦波と横波
とが混在する。この臨界角α1 以上のときには被検体６
の入射点で縦波が横波に変換され、横波の臨界角α2よ
り大きな角度になると被検体６の内部に横波としても侵
入できなくなって超音波は被検体６の表面で全反射す
る。このような臨界角α1 ，α2 は、被検体６やプロー
ブ１０と被検体６との間に介在する伝播媒質に応じて相
違でする。したがって、プローブ１０の音響レンズ３ａ
や圧電素子２ａ，２ｂの半径等は、検査対象となる被検
体６の材質や超音波伝播媒質（通常は水）に応じて決定
されることになる。例えば、被検体６が銅材のときには
水と銅との臨界角α1 は、２５℃で１４°前後であり、
臨界角α2 は、２８°前後になる。そこで、これに応じ
て圧電素子２ａ，２ｂの半径と音響レンズ３ａの曲率等
が焦点距離との関係で決定される。
大きな角度（法線を基準として）となると被検体６の内
部に超音波が縦波として侵入できなくなる角度である。
したがって、臨界角α1 より小さい角度では縦波と横波
とが混在する。この臨界角α1 以上のときには被検体６
の入射点で縦波が横波に変換され、横波の臨界角α2よ
り大きな角度になると被検体６の内部に横波としても侵
入できなくなって超音波は被検体６の表面で全反射す
る。このような臨界角α1 ，α2 は、被検体６やプロー
ブ１０と被検体６との間に介在する伝播媒質に応じて相
違でする。したがって、プローブ１０の音響レンズ３ａ
や圧電素子２ａ，２ｂの半径等は、検査対象となる被検
体６の材質や超音波伝播媒質（通常は水）に応じて決定
されることになる。例えば、被検体６が銅材のときには
水と銅との臨界角α1 は、２５℃で１４°前後であり、
臨界角α2 は、２８°前後になる。そこで、これに応じ
て圧電素子２ａ，２ｂの半径と音響レンズ３ａの曲率等
が焦点距離との関係で決定される。
【００１２】なお、縦波と横波との伝播速度に相違があ
るので、被検体６の深いところで焦点位置が設定される
場合には、圧電素子２ａで検出されるエコーと圧電素子
２ｂで検出されるエコーとの時間的なずれを調整する必
要がある。この調整として簡単な方法としては、例え
ば、縦波と横波の焦点Ｆのまでの路程の相違に対応する
遅延時間を算出し、圧電素子２ｂを先にパルス駆動し、
先に算出された所定の時間遅延の後に圧電素子２ａをパ
ルス駆動するようにすればよい。しかし、焦点位置が浅
い位置のときには、横波と縦波との調整はほとんど不要
であって、図２の焦点集束状態から理解できるように、
横波で決定される焦点位置の欠陥について感度よく高い
精度で欠陥の検出が可能である。
るので、被検体６の深いところで焦点位置が設定される
場合には、圧電素子２ａで検出されるエコーと圧電素子
２ｂで検出されるエコーとの時間的なずれを調整する必
要がある。この調整として簡単な方法としては、例え
ば、縦波と横波の焦点Ｆのまでの路程の相違に対応する
遅延時間を算出し、圧電素子２ｂを先にパルス駆動し、
先に算出された所定の時間遅延の後に圧電素子２ａをパ
ルス駆動するようにすればよい。しかし、焦点位置が浅
い位置のときには、横波と縦波との調整はほとんど不要
であって、図２の焦点集束状態から理解できるように、
横波で決定される焦点位置の欠陥について感度よく高い
精度で欠陥の検出が可能である。
【００１３】以上説明してきたが、実施例では、中心に
設けた円板状の圧電素子に対してリング状圧電素子を１
個設けているが、各種の被検体に対応して使用できるよ
うにするために半径の相違するリング状圧電素子を中心
の円板状圧電素子に対して同心円状に多数設けてもよ
い。
設けた円板状の圧電素子に対してリング状圧電素子を１
個設けているが、各種の被検体に対応して使用できるよ
うにするために半径の相違するリング状圧電素子を中心
の円板状圧電素子に対して同心円状に多数設けてもよ
い。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から理解できるように、この
発明にあっては、縦波を主体とする振動子の他に被検体
内部で横波を発生する振動子を別個に設けて横波を発生
する振動子側で焦点集束を行うようにし、それぞれを駆
動することで焦点集束の位置で縦波＋横波のエコーを２
つの振動子により受信するようにしているので、焦点付
近での被検体の欠陥については感度が高く、精度の高い
エコーを得ることができる。その結果、それぞれの振動
子を使用することにより高感度で高精度なプローブを提
供することができ、さらに、リング状振動子のみを駆動
すれば選択的に横波のみを発生させて探傷することも可
能であり、２つの波の干渉が発生せずに正確な測定がで
きる。
発明にあっては、縦波を主体とする振動子の他に被検体
内部で横波を発生する振動子を別個に設けて横波を発生
する振動子側で焦点集束を行うようにし、それぞれを駆
動することで焦点集束の位置で縦波＋横波のエコーを２
つの振動子により受信するようにしているので、焦点付
近での被検体の欠陥については感度が高く、精度の高い
エコーを得ることができる。その結果、それぞれの振動
子を使用することにより高感度で高精度なプローブを提
供することができ、さらに、リング状振動子のみを駆動
すれば選択的に横波のみを発生させて探傷することも可
能であり、２つの波の干渉が発生せずに正確な測定がで
きる。
【図１】 図１は、この発明を適用したプローブの一実
施例の縦断面図及びその横断面図である。
施例の縦断面図及びその横断面図である。
【図２】 図２は、その超音波ピーク集束状態について
の説明図である。
の説明図である。
【図３】 図３は、従来の固定焦点型プローブの縦断面
図である。
図である。
１…ハウジング、２，２ａ，２ｂ…圧電素子、３，３ａ
…音響レンズ、４…ダンパー材、５，７，８…リード
線、６…被検体、９，１０…プローブ、１２ａ，１２ｂ
…超音波ビームの指向性領域。
…音響レンズ、４…ダンパー材、５，７，８…リード
線、６…被検体、９，１０…プローブ、１２ａ，１２ｂ
…超音波ビームの指向性領域。
Claims (1)
- 【請求項１】 中央に円板状の第１の振動子と、これに
対して同心円状に設けられたリング状の第２の振動子
と、この第２のリング状の振動子からの超音波を縦波の
臨界角より大きく、横波の臨界角より小さい範囲で被検
体に入射させて所定の位置に集束させる音響レンズとを
備え、第１及び第２の振動子を駆動して前記被検体から
のエコーを得ることを特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23226791A JPH0545346A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23226791A JPH0545346A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545346A true JPH0545346A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16936572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23226791A Pending JPH0545346A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0545346A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007028704A3 (de) * | 2005-09-07 | 2007-06-07 | Siemens Ag | Ultraschallschwingungswandler mit einem auf einer membranfläche andegeordneten piezoelement |
| JP2009055458A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Nippon Ceramic Co Ltd | 超音波送受波器 |
| CN106290581A (zh) * | 2015-05-27 | 2017-01-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种超声波晶片组、超声波探头及岩芯超声波测试系统 |
| US9910016B2 (en) * | 2014-10-15 | 2018-03-06 | Fbs, Inc. | Piezoelectric shear rings for omnidirectional shear horizontal guided wave excitation and sensing |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP23226791A patent/JPH0545346A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007028704A3 (de) * | 2005-09-07 | 2007-06-07 | Siemens Ag | Ultraschallschwingungswandler mit einem auf einer membranfläche andegeordneten piezoelement |
| JP2009055458A (ja) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Nippon Ceramic Co Ltd | 超音波送受波器 |
| US9910016B2 (en) * | 2014-10-15 | 2018-03-06 | Fbs, Inc. | Piezoelectric shear rings for omnidirectional shear horizontal guided wave excitation and sensing |
| CN106290581A (zh) * | 2015-05-27 | 2017-01-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种超声波晶片组、超声波探头及岩芯超声波测试系统 |
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