JPH0835955A - 超音波探触子 - Google Patents
超音波探触子Info
- Publication number
- JPH0835955A JPH0835955A JP17122294A JP17122294A JPH0835955A JP H0835955 A JPH0835955 A JP H0835955A JP 17122294 A JP17122294 A JP 17122294A JP 17122294 A JP17122294 A JP 17122294A JP H0835955 A JPH0835955 A JP H0835955A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- acoustic lens
- wave
- concave lens
- ultrasonic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 33
- 230000004323 axial length Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 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】 探傷装置用の超音波探触子に関し、探傷中の
分解能が低下しないようにエコー雑音を抑制しうる形
状、寸法の超音波探触子の提供を目的とする。 【構成】 円筒状音響レンズの寸法を ＬL≒（ＭＡ／Ｘ1）・（ＤL／２）＋（Ｙ1−Ｒ）−ＭＡ 、但しＬLは音響レンズ軸長、ＤLは音響レンズ直径、Ｒ
は音響レンズ下端面の凹面レンズ曲率、Ｘ1は第１零輻
射角θ0をもつ超音波の凹面レンズ反射点からレンズ中
心軸へ下した垂線の長さ、Ｙ1は凹面レンズ曲率中心と
前記垂線のレンズ中心軸交点との距離、ＭＡは前記θ0
波の凹面レンズ反射点から反射波の軌跡を凹面レンズ側
へ延長した線がレンズ中心軸と交わる点と前記垂線のレ
ンズ中心軸交点との距離、なる式を満足するようにし
た。
分解能が低下しないようにエコー雑音を抑制しうる形
状、寸法の超音波探触子の提供を目的とする。 【構成】 円筒状音響レンズの寸法を ＬL≒（ＭＡ／Ｘ1）・（ＤL／２）＋（Ｙ1−Ｒ）−ＭＡ 、但しＬLは音響レンズ軸長、ＤLは音響レンズ直径、Ｒ
は音響レンズ下端面の凹面レンズ曲率、Ｘ1は第１零輻
射角θ0をもつ超音波の凹面レンズ反射点からレンズ中
心軸へ下した垂線の長さ、Ｙ1は凹面レンズ曲率中心と
前記垂線のレンズ中心軸交点との距離、ＭＡは前記θ0
波の凹面レンズ反射点から反射波の軌跡を凹面レンズ側
へ延長した線がレンズ中心軸と交わる点と前記垂線のレ
ンズ中心軸交点との距離、なる式を満足するようにし
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、探傷装置のセンサーと
して用いられる超音波探触子に関する。
して用いられる超音波探触子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波探傷装置は、指向性の鋭い超音波
平面波を集中して被検体に放射し、表面及び内部の傷
（不均一な個所、或は異なる媒質との境界）で反射され
る波を受信し、その強度や伝搬時間の測定から被検体に
関する情報を検出する装置であり、近年超音波技術と信
号処理技術の進展によって広く実用化されるようになっ
た。鋼材などの内部の欠陥を観察するための探傷装置に
は、０．４〜１０ＭＨｚの周波数が用いられる。一方、
半導体のパターン観察などより微細な試料観察を行う超
音波顕微鏡には、０．１〜５ＧＨｚの高周波が用いられ
る。
平面波を集中して被検体に放射し、表面及び内部の傷
（不均一な個所、或は異なる媒質との境界）で反射され
る波を受信し、その強度や伝搬時間の測定から被検体に
関する情報を検出する装置であり、近年超音波技術と信
号処理技術の進展によって広く実用化されるようになっ
た。鋼材などの内部の欠陥を観察するための探傷装置に
は、０．４〜１０ＭＨｚの周波数が用いられる。一方、
半導体のパターン観察などより微細な試料観察を行う超
音波顕微鏡には、０．１〜５ＧＨｚの高周波が用いられ
る。
【０００３】これら超音波探傷装置は一般に、パルス電
圧送信部と信号受信部及び信号同期部とデータ表示部と
から成る電気系と超音波センサーである探触子を有して
いる。探触子は、パルス電圧を受けて超音波ビームを発
生し、かつ反射波を電気信号に変換する機能を持つ超音
波素子と、超音波ビームを集束し被検体に放射する機能
を持つ音響レンズとから成る。
圧送信部と信号受信部及び信号同期部とデータ表示部と
から成る電気系と超音波センサーである探触子を有して
いる。探触子は、パルス電圧を受けて超音波ビームを発
生し、かつ反射波を電気信号に変換する機能を持つ超音
波素子と、超音波ビームを集束し被検体に放射する機能
を持つ音響レンズとから成る。
【０００４】図２は、従来の超音波顕微鏡用探触子の主
要部構造を示している。円柱状音響レンズ１２の上端面
は、その中心軸（円柱軸）に対して垂直平面から成り、
その上に超音波素子１１が密着配置されている。超音波
素子１１は、圧電トランスデューサ１３とその上部電極
１４及び下部電極１５が同心円上に配置されている。
上、下部電極１４、１５にはそれぞれ電気的に独立した
導線が接続されるが、図２では簡単のために省略してい
る。上部電極１４は下部電極１５より狭く、その直径を
ＤEとする。超音波の励振及び受信は、上部電極１４直
下の圧電トランスデューサ１３領域で生ずる。
要部構造を示している。円柱状音響レンズ１２の上端面
は、その中心軸（円柱軸）に対して垂直平面から成り、
その上に超音波素子１１が密着配置されている。超音波
素子１１は、圧電トランスデューサ１３とその上部電極
１４及び下部電極１５が同心円上に配置されている。
上、下部電極１４、１５にはそれぞれ電気的に独立した
導線が接続されるが、図２では簡単のために省略してい
る。上部電極１４は下部電極１５より狭く、その直径を
ＤEとする。超音波の励振及び受信は、上部電極１４直
下の圧電トランスデューサ１３領域で生ずる。
【０００５】音響レンズ１２の下端には、テーパ領域１
７と凹面レンズ１６が設けられている。テーパ領域１７
は音響レンズ内での超音波の多重反射や、被検体表面に
雑音となる余分な超音波の放射を防止する等の作用をす
る。凹面レンズ１６（曲率Ｒ、口径ＣL）は、音響レン
ズ１２から被検体（図示せず）に放射される超音波を点
状に絞る作用をする。
７と凹面レンズ１６が設けられている。テーパ領域１７
は音響レンズ内での超音波の多重反射や、被検体表面に
雑音となる余分な超音波の放射を防止する等の作用をす
る。凹面レンズ１６（曲率Ｒ、口径ＣL）は、音響レン
ズ１２から被検体（図示せず）に放射される超音波を点
状に絞る作用をする。
【０００６】さて、導線を介して超音波素子１１に外部
回路からパルス電圧を印加すると、圧電トランスデュー
サ１３の上部電極１４相当領域が超音波を発生し、平面
波（縦波）が音響レンズ１２に伝搬する。平面波の指向
性は、波長λが短い程、また電極径ＤEが大きい程鋭く
なる。この輻射指向性（エネルギーが集中している領
域）を示す指標としてよく用いられるのが、いわゆる第
１零輻射角θ0である。
回路からパルス電圧を印加すると、圧電トランスデュー
サ１３の上部電極１４相当領域が超音波を発生し、平面
波（縦波）が音響レンズ１２に伝搬する。平面波の指向
性は、波長λが短い程、また電極径ＤEが大きい程鋭く
なる。この輻射指向性（エネルギーが集中している領
域）を示す指標としてよく用いられるのが、いわゆる第
１零輻射角θ0である。
【０００７】図３は、超音波ビーム輻射と第１零輻射角
θ0を説明するための図である。図３（Ａ）で示すよう
に超音波素子で励振された超音波には、音響レンズの表
面を伝搬する表面波、エネルギー的に表面に近い領域に
少量分布する横波、及び音響レンズを伝搬して音響レン
ズから放射される縦波（平面波）がある。ＤEを比較的
大きく、かつ周波数を高める（波長λを短くする）こと
によって、円柱状音響レンズを凹面レンズ側に伝搬する
超音波の殆どが縦波で占めるようにすることができる。
θ0を説明するための図である。図３（Ａ）で示すよう
に超音波素子で励振された超音波には、音響レンズの表
面を伝搬する表面波、エネルギー的に表面に近い領域に
少量分布する横波、及び音響レンズを伝搬して音響レン
ズから放射される縦波（平面波）がある。ＤEを比較的
大きく、かつ周波数を高める（波長λを短くする）こと
によって、円柱状音響レンズを凹面レンズ側に伝搬する
超音波の殆どが縦波で占めるようにすることができる。
【０００８】図３（Ｂ）は、平面波の指向係数ＤCの輻
射角度θ依存性を示す計算結果である。ＤCは音響レン
ズ中心軸上の音圧と充分遠方の任意の一点の音圧との比
で、第１種のベッセル関数を利用して
射角度θ依存性を示す計算結果である。ＤCは音響レン
ズ中心軸上の音圧と充分遠方の任意の一点の音圧との比
で、第１種のベッセル関数を利用して
【数１】 と表すことができる。輻射角度が中心軸から次第に大き
く離れるに従ってＤCは低下し、ｙ＝ｋ（ＤE／２）ｓｉ
ｎθ＝３．８３の時最初ゼロになる。従って、この時の
輻射角度θを第１零輻射角θ0という。θ0は近似的に、
く離れるに従ってＤCは低下し、ｙ＝ｋ（ＤE／２）ｓｉ
ｎθ＝３．８３の時最初ゼロになる。従って、この時の
輻射角度θを第１零輻射角θ0という。θ0は近似的に、
【数２】 で与えられる。図３（Ｂ）に示すように、θ0より大き
な輻射角領域ではＤCが０．１を越えることはなく、事
実上平面波の輻射エネルギーが殆どθ0より小さな角度
領域に収れんしていることがわかる。０≦ｙ≦３．８３
の領域を主極といい、他のふくらみを副極という。
な輻射角領域ではＤCが０．１を越えることはなく、事
実上平面波の輻射エネルギーが殆どθ0より小さな角度
領域に収れんしていることがわかる。０≦ｙ≦３．８３
の領域を主極といい、他のふくらみを副極という。
【０００９】図２には、超音波素子１１から第１零輻射
角θ0をもって輻射された平面波の凹面レンズ１６での
反射波の軌跡も併せて示されている。但し、簡単のため
に片側反射波についてのみ示した。凹面レンズ１６で反
射された第１零輻射角平面波は、一旦音響レンズ１２の
上端面で反射された後テーパ領域１７で再反射され、音
響レンズ１２の側面での反射を経て上端面の上部電極１
４直下領域、即ち圧電トランスデューサ１３の検知領域
（位置Ｐ1）に入射する。この結果、図５で示すよう
に、信号波以外の不必要なエコー雑音（ＳＥ）として電
気信号列に割り込むことがある。
角θ0をもって輻射された平面波の凹面レンズ１６での
反射波の軌跡も併せて示されている。但し、簡単のため
に片側反射波についてのみ示した。凹面レンズ１６で反
射された第１零輻射角平面波は、一旦音響レンズ１２の
上端面で反射された後テーパ領域１７で再反射され、音
響レンズ１２の側面での反射を経て上端面の上部電極１
４直下領域、即ち圧電トランスデューサ１３の検知領域
（位置Ｐ1）に入射する。この結果、図５で示すよう
に、信号波以外の不必要なエコー雑音（ＳＥ）として電
気信号列に割り込むことがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図５に示したようなエ
コー雑音（ＳＥ）は、超音波探触子／被検体間距離が一
定の場合（図５の場合）、比較的識別可能であるが、被
検体の探傷の探査にあっては、探触子を被検体に近づけ
ることになるため、信号波と干渉して分解能を劣化させ
るという問題がある。
コー雑音（ＳＥ）は、超音波探触子／被検体間距離が一
定の場合（図５の場合）、比較的識別可能であるが、被
検体の探傷の探査にあっては、探触子を被検体に近づけ
ることになるため、信号波と干渉して分解能を劣化させ
るという問題がある。
【００１１】図５は、図２の超音波探触子の凹面レンズ
焦点を、被検体表面にあわせて平面波を輻射した時の受
信波電圧（超音波素子で変換後）のパターンを示す図で
ある。前記したように、変換エネルギーの大半は、図２
の第１零輻射角θ0以内の狭い領域に輻射される。主極
の中でもっともエネルギー密度の高い波はθ＝０、即ち
円柱状音響レンズの中心軸に沿って輻射される平面波で
ある（ピーク強度はＤ2 Cの関数）。その送信波パルスを
Ｔとすると、Ｔが凹面レンズの中心で反射されて同じ径
路を辿り超音波素子で検出されるのが第１次反射波
Ｌ1、さらにＬ1の一部が音響レンズの上端面で反射され
て音響レンズ内へ戻り、再び凹面レンズ端面で反射され
てきた検出波がＬ2、以下同様にしてＬ3、Ｌ4が現れて
いる。従って、Ｔ1とＬ1、Ｌ1とＬ2、Ｌ2とＬ3、Ｌ3と
Ｌ4間はそれぞれ等間隔となる。送信波Ｔの一部が反射
波Ｌ1とならずに凹面レンズから放射され、被検体表面
で一部反射されて戻り、超音波素子で検出された信号波
がｆである。図５のＳＥは、音響レンズ側面からの反射
によるエコー雑音であり、原理的には０＜θ≦θ0の波
が全て寄与する。
焦点を、被検体表面にあわせて平面波を輻射した時の受
信波電圧（超音波素子で変換後）のパターンを示す図で
ある。前記したように、変換エネルギーの大半は、図２
の第１零輻射角θ0以内の狭い領域に輻射される。主極
の中でもっともエネルギー密度の高い波はθ＝０、即ち
円柱状音響レンズの中心軸に沿って輻射される平面波で
ある（ピーク強度はＤ2 Cの関数）。その送信波パルスを
Ｔとすると、Ｔが凹面レンズの中心で反射されて同じ径
路を辿り超音波素子で検出されるのが第１次反射波
Ｌ1、さらにＬ1の一部が音響レンズの上端面で反射され
て音響レンズ内へ戻り、再び凹面レンズ端面で反射され
てきた検出波がＬ2、以下同様にしてＬ3、Ｌ4が現れて
いる。従って、Ｔ1とＬ1、Ｌ1とＬ2、Ｌ2とＬ3、Ｌ3と
Ｌ4間はそれぞれ等間隔となる。送信波Ｔの一部が反射
波Ｌ1とならずに凹面レンズから放射され、被検体表面
で一部反射されて戻り、超音波素子で検出された信号波
がｆである。図５のＳＥは、音響レンズ側面からの反射
によるエコー雑音であり、原理的には０＜θ≦θ0の波
が全て寄与する。
【００１２】本発明の目的は、分解能が低下しないよう
にエコー雑音を抑制しうる超音波探触子を提供すること
である。
にエコー雑音を抑制しうる超音波探触子を提供すること
である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明においては、下端
面に凹面レンズを形成し、かつ円柱軸に垂直な平面から
成る上端面を有する円柱状音響レンズと、前記上端面上
に密着形成された下部電極、圧電トランスデューサ、及
び上部電極を含んで成る超音波素子と、を備えた超音波
探触子において、前記圧電トランスデューサから励振さ
れる平面波（縦波）のエネルギーが集中している領域
（輻射指向性）を示す指標である、いわゆる第１零輻射
角θ0をもって輻射された超音波のうち、前記凹面レン
ズで反射された成分が、前記円柱状音響レンズ内で前記
上端面の縁端部に到達するように、前記円柱状音響レン
ズの寸法がＬL≒（ＭＡ／Ｘ1）・（ＤL／２）＋（Ｙ1−
Ｒ）−ＭＡ、但しここにＬLは円柱状音響レンズ軸度、
ＤLは円柱状音響レンズ直径、Ｒは凹面レンズ曲率、Ｘ1
は前記第１零輻射角超音波の凹面レンズでの反射点から
円柱状音響レンズ中心軸へ下した垂線の長さ、Ｙ1は凹
面レンズの曲率中心と前記垂線の円柱状音響レンズ中心
軸交点との距離、ＭＡは前記第１零輻射角超音波の凹面
レンズでの反射点から反射波の軌跡を凹面レンズ側へ延
長した線が円柱状音響レンズ中心軸と交わる点と前記垂
線の円柱状音響レンズ中心軸交点との距離、なる式を満
足するように構成することを特徴とする超音波探触子を
開示する。
面に凹面レンズを形成し、かつ円柱軸に垂直な平面から
成る上端面を有する円柱状音響レンズと、前記上端面上
に密着形成された下部電極、圧電トランスデューサ、及
び上部電極を含んで成る超音波素子と、を備えた超音波
探触子において、前記圧電トランスデューサから励振さ
れる平面波（縦波）のエネルギーが集中している領域
（輻射指向性）を示す指標である、いわゆる第１零輻射
角θ0をもって輻射された超音波のうち、前記凹面レン
ズで反射された成分が、前記円柱状音響レンズ内で前記
上端面の縁端部に到達するように、前記円柱状音響レン
ズの寸法がＬL≒（ＭＡ／Ｘ1）・（ＤL／２）＋（Ｙ1−
Ｒ）−ＭＡ、但しここにＬLは円柱状音響レンズ軸度、
ＤLは円柱状音響レンズ直径、Ｒは凹面レンズ曲率、Ｘ1
は前記第１零輻射角超音波の凹面レンズでの反射点から
円柱状音響レンズ中心軸へ下した垂線の長さ、Ｙ1は凹
面レンズの曲率中心と前記垂線の円柱状音響レンズ中心
軸交点との距離、ＭＡは前記第１零輻射角超音波の凹面
レンズでの反射点から反射波の軌跡を凹面レンズ側へ延
長した線が円柱状音響レンズ中心軸と交わる点と前記垂
線の円柱状音響レンズ中心軸交点との距離、なる式を満
足するように構成することを特徴とする超音波探触子を
開示する。
【００１４】
【作用】上記式を満足するように円柱状音響レンズの形
状、寸法を定めると、第１零輻射角θ0波は勿論、θ0が
比較的小さいのでθ0近傍の角度θ（θ≠０、θS）をも
って輻射された平面波の凹面レンズにおける第１次反射
波は、大略円柱状音響レンズの上端面縁端部に達する。
そして、この狭い領域で相互干渉してエネルギーを失
い、側面反射波となってエコー雑音成分に寄与する第１
次反射波は著しく減衰する。
状、寸法を定めると、第１零輻射角θ0波は勿論、θ0が
比較的小さいのでθ0近傍の角度θ（θ≠０、θS）をも
って輻射された平面波の凹面レンズにおける第１次反射
波は、大略円柱状音響レンズの上端面縁端部に達する。
そして、この狭い領域で相互干渉してエネルギーを失
い、側面反射波となってエコー雑音成分に寄与する第１
次反射波は著しく減衰する。
【００１５】
【実施例】以下本発明を実施例に基づき、より詳しく述
べる。図１は、実施例による超音波探触子の形状を示す
断面図である。また図６は図１の超音波探触子の凹面レ
ンズ付近拡大図である。図において１は超音波素子、２
は石英、サファイアなどで構成される円柱状の音響レン
ズ、３はＺｎＯ、チタン酸鉛などで構成される薄板状の
圧電トランスデューサ、４及び５はそれぞれＣｒやＡｕ
などの金属薄膜で構成される上部及び下部電極、６は曲
率Ｒ、口径ＣLを有する凹面レンズ、７はテーパ領域で
ある。超音波素子１は圧電トランスデューサ３と電極
４、５とより成る。また、ＤLは音響レンズ２の直径、
ＬLは音響レンズ２の軸長、ＤEは上部電極直径、θ0は
第１零輻射角、θIは第１零輻射角波の凹面レンズ６へ
の入射、反射角度、θは第１零輻射角波の凹面レンズ反
射点の法線とレンズ中心軸とのなす角度である。θI＝
θ0＋θの関係がある。
べる。図１は、実施例による超音波探触子の形状を示す
断面図である。また図６は図１の超音波探触子の凹面レ
ンズ付近拡大図である。図において１は超音波素子、２
は石英、サファイアなどで構成される円柱状の音響レン
ズ、３はＺｎＯ、チタン酸鉛などで構成される薄板状の
圧電トランスデューサ、４及び５はそれぞれＣｒやＡｕ
などの金属薄膜で構成される上部及び下部電極、６は曲
率Ｒ、口径ＣLを有する凹面レンズ、７はテーパ領域で
ある。超音波素子１は圧電トランスデューサ３と電極
４、５とより成る。また、ＤLは音響レンズ２の直径、
ＬLは音響レンズ２の軸長、ＤEは上部電極直径、θ0は
第１零輻射角、θIは第１零輻射角波の凹面レンズ６へ
の入射、反射角度、θは第１零輻射角波の凹面レンズ反
射点の法線とレンズ中心軸とのなす角度である。θI＝
θ0＋θの関係がある。
【００１６】図１、図６の第１零輻射角波の反射波径路
に幾何光学を適用すると、次の関係が得られる。
に幾何光学を適用すると、次の関係が得られる。
【数３】 すなわち、
【数４】 これより、
【数５】 但しここにＸ1は第１零輻射角超音波の凹面レンズでの
反射点Ｐから音響レンズ中心軸へ下した垂線の長さ、Ｙ
1は凹面レンズの曲率中心Ｎと前記垂線の音響レンズ中
心軸交点Ｑとの距離、ＭＡは第１零輻射角超音波の凹面
レンズでの反射点Ｐから反射波Ｒｃの軌跡と凹面レンズ
側へ延長した線が音響レンズ中心軸と交わる点Ｍと前記
垂線の音響レンズ中心軸交点Ｑとの距離である。尚、図
６からわかるように、音響レンズ２の軸長端部Ｑ0と点
Ｑとは完全に一致しない故に、（数５）はあくまで近似
値である。しかし、点ＱとＱ0との距離は、軸長ＬLにと
って無視できる程のものである。つまり、図１に示した
本発明の超音波探触子形状は、（数５）を満足するよう
に音響レンズの寸法や凹面レンズ曲率を設計したもので
ある。
反射点Ｐから音響レンズ中心軸へ下した垂線の長さ、Ｙ
1は凹面レンズの曲率中心Ｎと前記垂線の音響レンズ中
心軸交点Ｑとの距離、ＭＡは第１零輻射角超音波の凹面
レンズでの反射点Ｐから反射波Ｒｃの軌跡と凹面レンズ
側へ延長した線が音響レンズ中心軸と交わる点Ｍと前記
垂線の音響レンズ中心軸交点Ｑとの距離である。尚、図
６からわかるように、音響レンズ２の軸長端部Ｑ0と点
Ｑとは完全に一致しない故に、（数５）はあくまで近似
値である。しかし、点ＱとＱ0との距離は、軸長ＬLにと
って無視できる程のものである。つまり、図１に示した
本発明の超音波探触子形状は、（数５）を満足するよう
に音響レンズの寸法や凹面レンズ曲率を設計したもので
ある。
【００１７】この実施例によれば、第１零軸幅射角波
は、Ｐ点から音響レンズ２の端面の縁端部Ｅへと反射す
る。この縁端部Ｅにて、Ｐ点からの反射波を散乱させ
て、強度を低下させる。従来例の図２では円柱側面から
反射して圧電トランスデューサへと入射してノイズとな
っていたが、図１の実施例ではこれがなくなった。
は、Ｐ点から音響レンズ２の端面の縁端部Ｅへと反射す
る。この縁端部Ｅにて、Ｐ点からの反射波を散乱させ
て、強度を低下させる。従来例の図２では円柱側面から
反射して圧電トランスデューサへと入射してノイズとな
っていたが、図１の実施例ではこれがなくなった。
【００１８】図５で示した側面反射波によるエコー雑音
ＳＥのうち分解能を低下させる成分は、第１零輻射角θ
0で出射した平面波だけではない。しかしθ0が比較的小
さければ、（数５）を大略満足するように探触子寸法を
定めることによって、エコー雑音ＳＥとなる凹面レンズ
の第１次反射波は、大部分が狭い音響レンズ上端面縁端
に集中して互いに干渉し打ち消し合うのでエコー雑音Ｓ
Ｅは著しく減衰する。
ＳＥのうち分解能を低下させる成分は、第１零輻射角θ
0で出射した平面波だけではない。しかしθ0が比較的小
さければ、（数５）を大略満足するように探触子寸法を
定めることによって、エコー雑音ＳＥとなる凹面レンズ
の第１次反射波は、大部分が狭い音響レンズ上端面縁端
に集中して互いに干渉し打ち消し合うのでエコー雑音Ｓ
Ｅは著しく減衰する。
【００１９】（数５）を満足する図１の寸法で音響レン
ズを作成した場合の受信波電圧パターン（凹面レンズ焦
点は被検体表面、即ちｚ＝０）は、図４のようになる。
従来の音響レンズ（図２）を用いた場合の受信波電圧パ
ターンである図５に相当するが、エコー雑音ＳＥは殆ど
検出されていない。
ズを作成した場合の受信波電圧パターン（凹面レンズ焦
点は被検体表面、即ちｚ＝０）は、図４のようになる。
従来の音響レンズ（図２）を用いた場合の受信波電圧パ
ターンである図５に相当するが、エコー雑音ＳＥは殆ど
検出されていない。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、音
響レンズ側面からの反射波によるエコー雑音を著しく抑
制することが可能であり、探傷時に分解能に影響を与え
る因子を抑制することができる。この結果、解像度の高
い探傷測定が可能となる。
響レンズ側面からの反射波によるエコー雑音を著しく抑
制することが可能であり、探傷時に分解能に影響を与え
る因子を抑制することができる。この結果、解像度の高
い探傷測定が可能となる。
【図１】実施例による超音波探触子形状、寸法と第１零
輻射波の反射波径路を示す図である。
輻射波の反射波径路を示す図である。
【図２】従来例による超音波探触子形状、寸法と第１零
輻射波の反射波径路を示す図である。
輻射波の反射波径路を示す図である。
【図３】超音波素子からの超音波輻射ビームの指向性を
説明するための図である。図３（Ａ）は、輻射波の種類
とそのエネルギー分布を、図３（Ｂ）は、縦波（平面
波）の指向係数Ｄｃの輻射角度依存性を示す計算図であ
る。
説明するための図である。図３（Ａ）は、輻射波の種類
とそのエネルギー分布を、図３（Ｂ）は、縦波（平面
波）の指向係数Ｄｃの輻射角度依存性を示す計算図であ
る。
【図４】図１に示した実施例の音響レンズを用いた超音
波探触子の受信波電圧パターンを示す図である。
波探触子の受信波電圧パターンを示す図である。
【図５】図２に示した従来例の音響レンズを用いた超音
波探触子の受信波電圧パターンを示す図である。
波探触子の受信波電圧パターンを示す図である。
【図６】図１の音響レンズの下端面付近の拡大図であ
る。
る。
１、１１ 超音波素子 ２、１２ 音響レンズ ３、１３ 圧電トランスデューサ ４、１４ 上部電極 ５、１５ 下部電極 ６、１６ 凹面レンズ ７、１７ テーパ領域 ＤE 上部電極直径 ＤL 音響レンズ直径 ＬL 音響レンズ軸長 Ｒ 凹面レンズ曲率 ＣL 凹面レンズ口径 θ0 第１零輻射角 Ｒc θ0波の凹面レンズでの反射波 θI θ0波の凹面レンズの入射、反射角度 θ θ0波の凹面レンズ反射点の法線とレンズ中心軸の
なす角度 Ｔ 送信波パルス Ｌ1〜Ｌ4 θ＝０波の凹面レンズでの反射波 ｆ θ＝０波の被検体表面からの信号波 ＳＥ 側面反射波によるエコー雑音
なす角度 Ｔ 送信波パルス Ｌ1〜Ｌ4 θ＝０波の凹面レンズでの反射波 ｆ θ＝０波の被検体表面からの信号波 ＳＥ 側面反射波によるエコー雑音
Claims (1)
- 【請求項１】 下端面に凹面レンズを形成し、かつ円柱
軸に垂直な平面から成る上端面を有する円柱状音響レン
ズと、前記上端面上に密着形成された下部電極、圧電ト
ランスデューサ、及び上部電極を含んで成る超音波素子
と、を備えた超音波探触子において、 前記圧電トランスデューサから励振される平面波（縦
波）のエネルギーが集中している領域（輻射指向性）を
示す指標である、いわゆる第１零輻射角θ0をもって輻
射された超音波のうち、前記凹面レンズで反射された成
分が、前記円柱状音響レンズ内で前記上端面の縁端部に
到達するように、前記円柱状音響レンズの寸法が ＬL≒（ＭＡ／Ｘ1）・（ＤL／２）＋（Ｙ1−Ｒ）−ＭＡ 、但しここにＬLは円柱状音響レンズ軸長、ＤLは円柱状
音響レンズ直径、Ｒは凹面レンズ曲率、Ｘ1は前記第１
零輻射角超音波の凹面レンズでの反射点から円柱状音響
レンズ中心軸へ下した垂線の長さ、Ｙ1は凹面レンズの
曲率中心と前記垂線の円柱状音響レンズ中心軸交点との
距離、ＭＡは前記第１零輻射角超音波の凹面レンズでの
反射点から反射波の軌跡を凹面レンズ側へ延長した線が
円柱状音響レンズ中心軸と交わる点と前記垂線の円柱状
音響レンズ中心軸交点との距離、なる式を満足するよう
に構成す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 |
|---|---|---|---|
| JP17122294A JPH0835955A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17122294A JPH0835955A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0835955A true JPH0835955A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=15919314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17122294A Pending JPH0835955A (ja) | 1994-07-22 | 1994-07-22 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0835955A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102323338A (zh) * | 2011-08-19 | 2012-01-18 | 北京航空航天大学 | 一种基于声发射的紧固件损伤位置的检测方法 |
| CN116559297A (zh) * | 2023-07-06 | 2023-08-08 | 汕头市超声检测科技有限公司 | 一种超声相控阵缺陷图像融合方法 |
-
1994
- 1994-07-22 JP JP17122294A patent/JPH0835955A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102323338A (zh) * | 2011-08-19 | 2012-01-18 | 北京航空航天大学 | 一种基于声发射的紧固件损伤位置的检测方法 |
| CN116559297A (zh) * | 2023-07-06 | 2023-08-08 | 汕头市超声检测科技有限公司 | 一种超声相控阵缺陷图像融合方法 |
| CN116559297B (zh) * | 2023-07-06 | 2023-09-12 | 汕头市超声检测科技有限公司 | 一种超声相控阵缺陷图像融合方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7779694B2 (en) | Ultrasonic testing system and ultrasonic testing technique for pipe member | |
| CN101617222A (zh) | 管体的品质管理方法和制造方法 | |
| US4779241A (en) | Acoustic lens arrangement | |
| CN106248802A (zh) | 一种高分辨率tofd检测超声波探头 | |
| JPH0421139B2 (ja) | ||
| CN112946087B (zh) | 一种细声束超声波探头及设计方法 | |
| Smolorz et al. | Focusing PVDF transducers for acoustic microscopy | |
| CN214374519U (zh) | 一种细声束超声波探头 | |
| US4909082A (en) | Acoustic transducer for acoustic microscopy | |
| JP2002044773A (ja) | 音響レンズおよび超音波送波器 | |
| JPH0835956A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH0668487B2 (ja) | 超音波顕微鏡用音響変換素子 | |
| JPH05149931A (ja) | 音速・密度測定方法及び装置 | |
| JPH0526655A (ja) | 膜厚測定方法及び装置 | |
| JP3048454B2 (ja) | 超音波探触子の検査方法および検査装置 | |
| JP2667684B2 (ja) | 焦点探触子 | |
| RU34794U1 (ru) | Головка для акустического микроскопа | |
| JPH0731169Y2 (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH0755778A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH06281634A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH06249839A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH07306190A (ja) | 超音波探触子 | |
| JP3417856B2 (ja) | 円柱の超音波探傷法および装置 | |
| EP0033751A1 (en) | Ultrasonic transducer using ultra high frequency | |
| JP2602896B2 (ja) | 焦点探触子 |