JPH0629724Y2 - 光音響分光測定用セル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、光音響分光測定用セルに関し、特に、測定試
料載置面を非水平面とすることにより、測定試料の少な
くとも一部を測定試料載置面と非接触状態に保持し、光
音響信号測定時のＳ／Ｎ比を向上させるための新規な改
良に関する。

〔従来の技術〕

一般に、脆性材料であるセラミックスにおいては、内部
あるいは表面に存在する微小欠陥が亀裂を進展させ破壊
に到らしめると考えられている。

この微小欠陥の実用上の限界は数１０μｍと云われてお
り、どのようにこの欠陥を非破壊で迅速に検出するかが
大きい課題となっている。

すでに実用化されているものとしては、超音波、放射線
を利用したものがある。

さらに、光音響分光法は、最近特に研究されているもの
で、その内容としては、集光したレーザービームを試料
の微小部分に照射すると、光エネルギーの吸収により試
料は局部的に加熱され、レーザービームの強度変調（通
常はチョッパーにより断続する）をすると、試料は加熱
と冷却を繰り返すことになり、それによる膨張、収縮に
より音波又は弾性波が発生する。

この音響信号は、照射部の弾性特性、熱特性及び光学特
性等により変化するため、それらに変化を与えるような
欠陥が存在すると、音響信号の変化として欠陥を検知で
き、レーザービームを非常に細く絞ることにより、試料
の微小欠陥を検出することができる。従って、このレー
ザービームを試料の面に対して走査することにより、欠
陥のマツピングができ、同時に、変調周波数を変えるこ
とにより、深さ方向の情報も得ることができる。

前述の光音響分光法の特徴は、非接触で、乾燥状態・湿
潤状態での測定が可能、レーザービームの制御が簡単、
周波数変更が簡単、複雑形状試料（粉体、液体、気体）
でも対応可等により注目されている。さらに、この光音
響信号を検出する手段としては、マイクロホンを用いた
従来例があり、第２図に示すごとく、測定セル本体１内
に形成された測定試料載置面１ａは水平に構成され、こ
の測定試料載置面１ａを含んで形成された試料室２の底
部３上には、マイクロホン４が設けられている。さら
に、この測定試料載置面１ａ上には測定試料５が載置さ
れると共に、試料室２上には、ガラス板６が蓋として設
けられており、上方よりガラス板６を介してレーザービ
ーム７を試料５に照射し、試料５の熱変動により発生し
た光音響信号がマイクロホン４によって検出される。

さらに、前述のマイクロホンを用いた場合の検出信号の
Ｓ／Ｎ比の向上の方法としては、特開昭61-233342号が
用いられ、一対のマイクロホンを用い、一方のマイクロ
ホンで光音響信号を検出し、他方のマイクロホンで雑音
を検出して、各検出信号を減算処理することにより、光
音響信号のＳ／Ｎ比を向上させるようにした構成が提案
されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来の光音響分光測定用セルは、前述したように構成さ
れていたため、次のような課題を有していた。

まず、第１従来例の超音波及び放射線を利用した構成に
おいて、一方の超音波の場合には、発信器と試料の間の
超音波媒介体（通常は液体を用いる）を用いなければな
らないと云う課題があり、他方の放射線の場合には、放
射線を防御しなければならないと云う重大な課題が存在
していた。

また、第２従来例の光音響分光法の場合には、測定試料
載置面が水平であるため、この測定セル本体をＸ−Ｙテ
ーブル等で駆動した場合、その駆動系の音が直接試料に
吸収されやすく、１個のマイクロホンに光音響信号と雑
音が同時に入り、検出された光音響信号のＳ／Ｎ比が悪
く、検出された検出信号が小さく、Ｓ／Ｎ比を大きくと
れないと云う重大な課題を有していた。

さらに、第３従来例の一対のマイクロホンを用いて各検
出信号を減算処理することによってＳ／Ｎ比を大きくす
る構成は、一対のマイクロホンの電気的及び幾何学的な
バランスをとることが難しく、簡単に高精度な検出信号
を得ることは極めて困難であった。

本考案は、以上のような課題を解決するためになされた
もので、特に、測定試料載置面に非水平面とすることに
より、測定試料の少なくとも一部を測定試料載置面と非
接触状態に保持し、光音響信号測定時のＳ／Ｎ比を向上
させるようにした光音響分光測定用セルを提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案による光音響分光測定用セルは、測定セル本体の
測定試料載置面上に置かれた測定試料に対してレーザー
光を照射し、前記測定試料から発せられる光音響信号を
マイクロホンによって検出するようにした光音響分光測
定用セルにおいて、 前記測定試料載置面は、断面が逆ハの字形をなすテーパ
面よりなるすりばち形よりなり、前記テーパ面と連通す
るマイクロホン保持孔が形成され、前記測定試料載置面
には、前記測定試料の少なくとも一部が点又は線接触し
ている構成である。

〔作用〕

本考案による光音響分光測定用セルにおいては、測定試
料載置面が非水平面よりなっているため、試料と測定試
料載置面との接触は点又は線接触であり、レーザービー
ムを照射する照射部分は、試料室の壁面あるいは底面に
対して非接触状態に保持されており、機械的ノイズを直
接受けにくく、且つ、載置面への音波の吸収も少なく、
１個のマイクロホンのみでＳ／Ｎ比の良い検出信号を得
ることができる。

また、例えば、底面に凹凸のある試料、複雑形状の試料
等も簡単に設置することができ、測定試料載置面のテー
パ面と試料等の間に形成される隙間は音波の通路として
働き、同時に、すりばち形のホーンとしても作用し、音
波の増幅効果も得られる。

〔実施例〕

以下、図面と共に本考案による光音響分光測定用セルの
好適な実施例について詳細に説明する。

尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を用いて説
明する。

第１図は、本考案による光音響分光測定用セルを示すた
めの断面図である。

図において符号１で示されるものは、その内部と空隙に
よって構成される試料室２を有する測定セル本体であ
り、この測定セル本体１の試料室２には、断面が逆ハの
字形をなすテーパ面２ａが形成されており、このテーパ
面２ａによって、すりばち形の測定試料載置面１ａを構
成している。

前記試料室２の下部には、下方に延設されたマイクロホ
ン保持孔３が形成され、このマイクロホン保持孔３内に
は、マイクロホン４が設けられている。

前記測定試料載置面１ａ上には、板状のセラミツクス等
からなる測定試料５が水平状に載置されており、この測
定試料５と測定試料載置面１ａとは、点接触又は線接触
の状態で接するように構成され、測定試料５の少なくと
も一部は前記測定試料載置面１ａとは非接触の状態に保
持されている。

さらに、前記測定試料５は、前述のように、測定試料載
置面２ａに対しては、点接触又は線接触であるため、そ
の照射部分５ａは試料室２の測定試料載置面２ａあるい
はマイクロホン保持孔３から浮いていて自由振動できる
状態に保たれており、前記測定セル本体１をＸ−Ｙステ
ージ（図示せず）で駆動した場合等に発生する機械的ノ
イズを直接受けることもなく、音波の吸収も少ない状態
に保持されている。

前記試料室２の上面は、ガラス板６で覆われており、こ
の試料室２は外部から遮断された密閉室に構成されてい
る。

本考案による光音響分光測定用セルは、前述したように
構成されており、以下に、その動作について説明する。

まず、第１図の状態において、ガラス板６の上方に位置
するレーザービーム源（図示せず）から発射されたレー
ザービーム７が、測定試料５の照射部分５ａに照射され
ると、このレーザービーム７の吸収によって、測定試料
５が熱変動を生起し、この熱変動に起因して試料室２の
内部に光音響信号が発生する。

この光音響信号は、前記試料室２内のマイクロホン４で
検出され、この測定セル本体１を図示しないＸ−Ｙステ
ージを介して、Ｘ−Ｙ方向に駆動することにより、レー
ザービーム７は照射面５ａを全面走査することができ
る。

前述の場合、前記測定試料載置面１ａが、すりばち形の
非水平面で構成されているため、測定試料５と測定試料
載置面１ａとは、点接触又は線接触状態に保持され、照
射部分５ａは試料室２のテーパ面２ａ（すなわち、測定
試料載置面１ａ）より浮いていてほぼ自由振動できる状
態に保たれており、前記Ｘ−Ｙステージ駆動に伴う機械
的ノイズを直接受けにくく、音波の吸収も少ない。

また、仮に、底面５ｂに凹凸のある測定試料５の場合で
も、測定試料載置面１ａに対して、この測定試料５の底
面５ｂは、非接触状態であるため、簡単に設置すること
ができる。

さらに、前記底面５ｂの下方に形成された試料室２の隙
間２ｂは、音波の通路として働き、同時に、すりばち形
の試料室２はホーンとして作用することになり、音波の
増幅効果も期待できるものである。

第３図及び第４図は、本考案による光音響分光測定用セ
ルと従来のセルにおける試料室２を用い、気泡を含む同
一の窒化アルミニウムの焼結体に対して同一ケ所を一方
向スキャニングにより光音響分光測定した結果である。

第３図及び第４図に示すように、第３図のすりばち形の
本考案による試料室２を用いた方が、光音響信号の特性
が滑らかで、強度レベルも高くなり、Ｓ／Ｎ比が大幅に
改善されている状態が明らかになっている。

尚、本実施例における試料室２及び測定試料載置面１ａ
の形状は、すりばち形の円錐形状に近い状態の構成とし
た場合について述べたが、前述の実施例に限ることな
く、例えば、測定試料載置台１ａが非水平面であればよ
く、凹凸面形、角錐形状等の任意の形状として、測定試
料５の少なくとも一部が測定試料載置面１ａから浮いた
状態となれば、前述と同一の作用効果を得ることができ
ることは述べるまでもないことである。

〔発明の効果〕

本考案による光音響分光測定用セルは、以上のように構
成されているため、次のような効果を得ることができ
る。

すなわち、測定試料載置面が非水平面よりなっているた
め、試料と測定試料載置面との接触は、点又は線接触で
あり、レーザービームを照射する照射部分は、試料室の
壁面あるいは底面に対して非接触状態に保持されてお
り、機械的ノイズを直接受けにくく、且つ、音波の吸収
も少なく、１個のマイクロホンのみでＳ／Ｎ比の極めて
良い検出信号を得ることができる。

また、底面に凹凸のある試料、複雑形状の試料等も簡単
に設置することができ、測定試料載置面のテーパ面と試
料との間に形成される隙間は音波の通路として働き、同
時に、すりばち形のホーンとしても作用し、音波の増幅
効果も得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による光音響分光測定用セルを示す断面
図、第２図は従来の光音響分光測定用セルを示す断面
図、第３図は本考案による光音響分光測定用セルによる
光音響信号の出力特性図、第４図は従来の光音響分光測
定用セルによる光音響信号の出力特性図である。 １は測定セル本体、１ａは測定試料載置面、２ａはテー
パ面、４はマイクロホン、５は測定試料である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】測定セル本体(1)の測定試料載置面(1a)上
   に置かれた測定試料(5)に対してレーザー光を照射し、
   前記測定試料(5)から発せられる光音響信号をマイクロ
   ホン(4)によって検出するようにした光音響分光測定用
   セルにおいて、 前記測定試料載置面(1a)は、断面が逆ハの字形をなすテ
   ーパ面(2a)よりなるすりばち形よりなり、前記テーパ面
   (2b)と連通するマイクロホン保持孔(3)が形成され、前
   記測定試料載置面(1a)には、前記測定試料(5)の少なく
   とも一部が点又は線接触して構成されていることを特徴
   とする光音響分光測定用セル。