JPS6196452A - 表面弾性波の音速・減衰測定方法 - Google Patents
表面弾性波の音速・減衰測定方法Info
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- JPS6196452A JPS6196452A JP59219133A JP21913384A JPS6196452A JP S6196452 A JPS6196452 A JP S6196452A JP 59219133 A JP59219133 A JP 59219133A JP 21913384 A JP21913384 A JP 21913384A JP S6196452 A JPS6196452 A JP S6196452A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、材料の表面欠陥等を検査・評価するのに好適
な表面弾性波の音速・減衰測定方法に関するものである
。
な表面弾性波の音速・減衰測定方法に関するものである
。
従来の技術
超音波ｍ微鏡により、超音波レンズの焦点と試料表面と
の距離ｚを変えながら１反射波の振幅Ｖを上記距ｆｔｚ
の関数として測定し、これによって得られたＶ （ｚ）
曲線のパ・ワースベクトルを取り、そのピークを与える
波数とそのピークの幅から、表面弾性波のａ速と減衰を
測定する方法は、既に提案されている。また、上記試料
を照射する超音波ビームとして、試料にあたる面積の大
きい直線状集束ビームを用いて、１回のＶ （ｚ）曲線
の測定で実質的に平均を行う方法も提案されている。
の距離ｚを変えながら１反射波の振幅Ｖを上記距ｆｔｚ
の関数として測定し、これによって得られたＶ （ｚ）
曲線のパ・ワースベクトルを取り、そのピークを与える
波数とそのピークの幅から、表面弾性波のａ速と減衰を
測定する方法は、既に提案されている。また、上記試料
を照射する超音波ビームとして、試料にあたる面積の大
きい直線状集束ビームを用いて、１回のＶ （ｚ）曲線
の測定で実質的に平均を行う方法も提案されている。
しかしながら、上記既提案の方法は、超音波の反射波を
その振幅だけでなく位相も含む形で平均化するものであ
り、そのため試料の不均質性が大きい場合１例えば試料
表面が加工面や摺動面である場合には、その影響を強く
受けて、■（２）曲線の周期的変動の大きさが著しく小
さく、また不規則になる傾向があり、そのため測定精度
に問題がぁる。また、上記方法では平均化の効果が照射
面積の大きさから自然に得られるものにすぎない。
その振幅だけでなく位相も含む形で平均化するものであ
り、そのため試料の不均質性が大きい場合１例えば試料
表面が加工面や摺動面である場合には、その影響を強く
受けて、■（２）曲線の周期的変動の大きさが著しく小
さく、また不規則になる傾向があり、そのため測定精度
に問題がぁる。また、上記方法では平均化の効果が照射
面積の大きさから自然に得られるものにすぎない。
発明が解決しようとする問題点
本発明は、試料から反射する反射超音波の振幅のみを抽
出して平均化することにより、試料表面の不均質性によ
る反射波位相の乱れの影響を軽微にし、精度よく表面弾
性波の音速・減衰を測定する方法を提供するものである
。
出して平均化することにより、試料表面の不均質性によ
る反射波位相の乱れの影響を軽微にし、精度よく表面弾
性波の音速・減衰を測定する方法を提供するものである
。
問題点を解決するための手段、作用
上記目的を達成するため、本発明の方法は、超音波顕微
鏡により、試料における多数の測定点においてそれぞれ
Ｖ （ｚ）曲線データを求め、それらのＶ （ｚ） ’
曲線データをフーリエ変換し、絶対値の二乗を計算した
後、加算平均することにより、平均化されたパワースペ
クトルデータを求め、このパワースペクトルデータに基
づいて表面弾性波の音速減衰を求めることを特徴とする
ものである。
鏡により、試料における多数の測定点においてそれぞれ
Ｖ （ｚ）曲線データを求め、それらのＶ （ｚ） ’
曲線データをフーリエ変換し、絶対値の二乗を計算した
後、加算平均することにより、平均化されたパワースペ
クトルデータを求め、このパワースペクトルデータに基
づいて表面弾性波の音速減衰を求めることを特徴とする
ものである。
このような本発明の方法においては、試料からの反射超
音波の振幅のみが抽出して平均化され。
音波の振幅のみが抽出して平均化され。
それにより試料における不均質性による反射波位相の乱
れの影響が比較的軽微ですみ、そのため高精度に表面弾
性波のざ速・減衰を測定することができる。
れの影響が比較的軽微ですみ、そのため高精度に表面弾
性波のざ速・減衰を測定することができる。
本発明の方法をさらに詳細に説明すると１本発明者は、
粗い表面での集束超音波の反射の様子を調べるために、
中心周波数３０ ＭＨｚのインパルス集束超音波を、焦
点より０．８１近くに置かれたソーダガラスに入射させ
、反射波を銭察した。＃１００のＳｉＣ耐水研摩紙で表
面を粗くした場合の表面粗さは ５．３４ｍ Ｒｍａｘ
、一方１表面弾性波の波長は１００ ＃Ｌ１程度であっ
た０反射波は直接反射波と表面弾性波とに時間的に分離
されるが、鏡面では。
粗い表面での集束超音波の反射の様子を調べるために、
中心周波数３０ ＭＨｚのインパルス集束超音波を、焦
点より０．８１近くに置かれたソーダガラスに入射させ
、反射波を銭察した。＃１００のＳｉＣ耐水研摩紙で表
面を粗くした場合の表面粗さは ５．３４ｍ Ｒｍａｘ
、一方１表面弾性波の波長は１００ ＃Ｌ１程度であっ
た０反射波は直接反射波と表面弾性波とに時間的に分離
されるが、鏡面では。
これらの波形は場所によらなかった。これに対し、粗い
面では１表面弾性波成分は鏡面の場合よりわずかに振幅
が小さいだけで、場所による変動は殆どなかったが、直
接反射波は場所により振幅が大きく変動した。これは、
第２図に模式的に示したように、直接反射波は試料表面
の１点での散乱により生じ２表面の不均質性をそのまま
反映するのに対し１表面弾性波は一定距離伝播するため
に、場所的な変動が平均化されるためであろうと考えら
れる。
面では１表面弾性波成分は鏡面の場合よりわずかに振幅
が小さいだけで、場所による変動は殆どなかったが、直
接反射波は場所により振幅が大きく変動した。これは、
第２図に模式的に示したように、直接反射波は試料表面
の１点での散乱により生じ２表面の不均質性をそのまま
反映するのに対し１表面弾性波は一定距離伝播するため
に、場所的な変動が平均化されるためであろうと考えら
れる。
と記の考察から、インパルスでなくバースト信号を用い
るＶ （ｚ）曲線法においても１表面弾性波の波長が表
面粗さより十分大きければ、直接反射波の不規則性のた
めに、Ｖ（ｚ）曲線の形が乱れる場合でも、異なる場所
での加算平均によって直接反射波の不規則性を除くこと
により１表面弾性波の音速減衰測定が可能になることが
わかった。
るＶ （ｚ）曲線法においても１表面弾性波の波長が表
面粗さより十分大きければ、直接反射波の不規則性のた
めに、Ｖ（ｚ）曲線の形が乱れる場合でも、異なる場所
での加算平均によって直接反射波の不規則性を除くこと
により１表面弾性波の音速減衰測定が可能になることが
わかった。
第１図は、上記のような本発明の測定方法の実施に使用
する装置を示し、１は超音波顕微鏡における超音波レン
ズで、単結晶アルミナまたは溶融石英等で構成した円筒
部２の先端面を凹球面３とし、この凹球面３と試料４と
の間に水等の液体によるカプラー５を介在させると共に
、上記凹球面３と反対側の基端面８に、細い集束ビーム
状の超ぎ波を発生させる圧′心トランスデユーサ７を付
設し、このトランスデユーサ７に高周波パルス送受波器
を接続し、その°送受波器から圧電トランスデユーサ７
に電気的パルス信号を送信すると共に、この送受波器に
よって圧電トランスデユーサ７からの電気的パルス信号
を受信可能に構成し。
する装置を示し、１は超音波顕微鏡における超音波レン
ズで、単結晶アルミナまたは溶融石英等で構成した円筒
部２の先端面を凹球面３とし、この凹球面３と試料４と
の間に水等の液体によるカプラー５を介在させると共に
、上記凹球面３と反対側の基端面８に、細い集束ビーム
状の超ぎ波を発生させる圧′心トランスデユーサ７を付
設し、このトランスデユーサ７に高周波パルス送受波器
を接続し、その°送受波器から圧電トランスデユーサ７
に電気的パルス信号を送信すると共に、この送受波器に
よって圧電トランスデユーサ７からの電気的パルス信号
を受信可能に構成し。
さらに上記送受波器に画像記録表示部及び電子計３２機
を接続している。
を接続している。
なお、上記超音波顕微鏡には、汎用の超音波顕微鏡にお
けると同様のレンズ走査機構を設け、レンズｌを試料４
に垂直な軸に沿って試料４に接離可能にすると共に、こ
のレンズ１を試料４に平行な面に沿って平行移動可能に
構成される。
けると同様のレンズ走査機構を設け、レンズｌを試料４
に垂直な軸に沿って試料４に接離可能にすると共に、こ
のレンズ１を試料４に平行な面に沿って平行移動可能に
構成される。
本発明の測定方法は上記構成の′！１ｔＷｋにより以下
のようにして実施される。
のようにして実施される。
先ず、ａｇ波レンズ１を試料番における測定点Ｆの上方
に位置させ、その超音波レンズｌを上下方向にのみ変位
させながら、即ち超音波レンズｌの焦点０と試料４上の
点Ｆとの間の距離２を変えながら、送受波器により・圧
電トランスデユーサ７を励起して細い集束ビーム状の超
音波を生じさせ、それを超音波レンズｌ及びカプラー５
を通して試＄４４に照射させる。そして、試料４から反
射する反射波を、上記とは逆に、カプラー５及び超音波
レンズ１を通してトランスデユーサ７に伝え、トランス
デユーサ７からの電気信号を上記送受波器を通して電子
計算機に送り、試料４からの反射波における振幅の距離
ｚに対する依存性を表わすＶ （Ｚ）曲線データを記録
させる。
に位置させ、その超音波レンズｌを上下方向にのみ変位
させながら、即ち超音波レンズｌの焦点０と試料４上の
点Ｆとの間の距離２を変えながら、送受波器により・圧
電トランスデユーサ７を励起して細い集束ビーム状の超
音波を生じさせ、それを超音波レンズｌ及びカプラー５
を通して試＄４４に照射させる。そして、試料４から反
射する反射波を、上記とは逆に、カプラー５及び超音波
レンズ１を通してトランスデユーサ７に伝え、トランス
デユーサ７からの電気信号を上記送受波器を通して電子
計算機に送り、試料４からの反射波における振幅の距離
ｚに対する依存性を表わすＶ （Ｚ）曲線データを記録
させる。
さらに、超音波レンズ１を試料４における他の測定場所
に移動させて、上記測定操作を行い、新たなＶ （ｚ）
曲線を得る。これを複数回繰返すことにより１例えばＮ
個のＶ （ｚ）曲線データを得る。
に移動させて、上記測定操作を行い、新たなＶ （ｚ）
曲線を得る。これを複数回繰返すことにより１例えばＮ
個のＶ （ｚ）曲線データを得る。
また、上記と同様の測定操作を、、Ｊ：記試料４に代え
て、鉛等の表面弾性波が励起されにくい標準試料の平滑
な表面について行い、それにより、下記と同様に、ｌ（
ｌ！Ｉの標準Ｖ （ｚ）曲線データを得る。
て、鉛等の表面弾性波が励起されにくい標準試料の平滑
な表面について行い、それにより、下記と同様に、ｌ（
ｌ！Ｉの標準Ｖ （ｚ）曲線データを得る。
このようにして得られた試料礁におけるＮ個のｖ（２）
曲線データから、標準試料における標準Ｖ （ｚ）曲線
データをバックグランドとして減算スルコトニヨリ、
Ｎ（１１）Ｖｉ（ｚ） （ｉ ！ ｌ 、 ２ 、 ＠
・、Ｎ）曲線データを求め、それらのデータから下記の
（１）式による演算を行って、平均化されたパワースペ
クトルＦ （ｋ）を求める。
曲線データから、標準試料における標準Ｖ （ｚ）曲線
データをバックグランドとして減算スルコトニヨリ、
Ｎ（１１）Ｖｉ（ｚ） （ｉ ！ ｌ 、 ２ 、 ＠
・、Ｎ）曲線データを求め、それらのデータから下記の
（１）式による演算を行って、平均化されたパワースペ
クトルＦ （ｋ）を求める。
ここで。
ｋ：波数
ム、 ｚ＋ ： Ｖ（ｚ）曲線の測定範囲である。
上記（１）式による演算は、試料４における各Ｖ （ｚ
）曲線データのそれぞれについてフーリエ変換すること
によりパワースペクトルを求め、その後平均化する信号
処理を表わすものである。
）曲線データのそれぞれについてフーリエ変換すること
によりパワースペクトルを求め、その後平均化する信号
処理を表わすものである。
次に、このようにして得られた。パワースペクトＩしの
ピークの最大ｆ１１を与える波１にのｆｒｉ ｋ層と。
ピークの最大ｆ１１を与える波１にのｆｒｉ ｋ層と。
ピークの裾にあるバックグランドが影響を与えない！囲
でなるべく大きなＴの値とを選んで、パワースペクトル
Ｆが最大値の１分の１になる所の輻Δｋを求める。これ
らの値を用いて１表面弾性波の音速ｖμ減衰αは次の式
より求められる。
でなるべく大きなＴの値とを選んで、パワースペクトル
Ｆが最大値の１分の１になる所の輻Δｋを求める。これ
らの値を用いて１表面弾性波の音速ｖμ減衰αは次の式
より求められる。
ＣＯｊθ、ｘｔ−に、ｖｏハｔｃ ｒ （
２）Ｖ、ｘ Ｖｏ／５ｉｎＯ，（３） ａ−Δ”ｋ／２（Ｔ−１ｊ’ （４）
α ＝ 入、／２ｔｃ ｔａｎ Ｏ，（ａ／２＋
ａｙ／ｃｏｓθ、） （５）ここで、 θ、二表面弾性波励起の臨界角 ｖｏ：カプラー中の＋１速 ｆ：ａ音波のＴ７４波数 入、二表面弾性波の波長 αｗ：カプラー中の減Ｒ定数 である。
２）Ｖ、ｘ Ｖｏ／５ｉｎＯ，（３） ａ−Δ”ｋ／２（Ｔ−１ｊ’ （４）
α ＝ 入、／２ｔｃ ｔａｎ Ｏ，（ａ／２＋
ａｙ／ｃｏｓθ、） （５）ここで、 θ、二表面弾性波励起の臨界角 ｖｏ：カプラー中の＋１速 ｆ：ａ音波のＴ７４波数 入、二表面弾性波の波長 αｗ：カプラー中の減Ｒ定数 である。
実施例
試料として表面を不均質性とした２種類のもの、即ちソ
ーダガラスの表面を３２０番のＳｉＣ研摩紙で研摩して
Ｒｍａｘ ２．５ＧＢｍ 、 Ｒａ Ｏ，２７ｐ、とし
たもの、及びポリプロピレンの表面を、銅によって摺動
してその表面にＦ！Ｉ擦痕を形成したものを用いた。こ
れらの試料については、 ２００）Ｉ）ｌｚの超音波顕
微鏡を用い、５Ｇ＃Ｌ層間隔で２０（＄９のＶ （ｚ）
曲線を測定した。それらのうちの各４個を第３図Ａ、Ｈ
に示している０図に見られるように、試料表面近傍の不
均質性を反映して、Ｖ（ｚ）曲線は場所により不規則に
変動し、このままでは信頼できる表面弾性波音速Ｍｇの
測定値を求めることはでさない。
ーダガラスの表面を３２０番のＳｉＣ研摩紙で研摩して
Ｒｍａｘ ２．５ＧＢｍ 、 Ｒａ Ｏ，２７ｐ、とし
たもの、及びポリプロピレンの表面を、銅によって摺動
してその表面にＦ！Ｉ擦痕を形成したものを用いた。こ
れらの試料については、 ２００）Ｉ）ｌｚの超音波顕
微鏡を用い、５Ｇ＃Ｌ層間隔で２０（＄９のＶ （ｚ）
曲線を測定した。それらのうちの各４個を第３図Ａ、Ｈ
に示している０図に見られるように、試料表面近傍の不
均質性を反映して、Ｖ（ｚ）曲線は場所により不規則に
変動し、このままでは信頼できる表面弾性波音速Ｍｇの
測定値を求めることはでさない。
Ｅ記各試料について求めた各２０個のＶ （ｚ）曲線デ
ータのうちの５個、１０個あるいは２０個を用いて、上
記（１）式により平均化パワースペクトルを求めた結果
を１ｉ１１４図Ａ、Ｈに示す、これらの図から、試料と
してソーダガラス及びポリプロピレンのいずれを用いた
場合にあり、ても、単一のピークが得られ、またピーク
の形も試料として均質材料を用いた場合に得られるピー
クの形に近くなるのが理解される。
ータのうちの５個、１０個あるいは２０個を用いて、上
記（１）式により平均化パワースペクトルを求めた結果
を１ｉ１１４図Ａ、Ｈに示す、これらの図から、試料と
してソーダガラス及びポリプロピレンのいずれを用いた
場合にあり、ても、単一のピークが得られ、またピーク
の形も試料として均質材料を用いた場合に得られるピー
クの形に近くなるのが理解される。
発明の効果
上記のように、本発明によれば、試料の不均質性が大き
い場合でもピークの明瞭なパワースペクトルを得ること
ができる。従りて、本発明によれば、ポーラスなセラミ
ックス、表面近傍に粗さや欠陥を持つ加工表面や摺動面
のような不均質材料表面の弾性的性質の評価が可能にな
る。
い場合でもピークの明瞭なパワースペクトルを得ること
ができる。従りて、本発明によれば、ポーラスなセラミ
ックス、表面近傍に粗さや欠陥を持つ加工表面や摺動面
のような不均質材料表面の弾性的性質の評価が可能にな
る。
第１図は本発明の実施に使用する装置の全体構成図、第
２図は粗い試料面での反射波についての模式的説明図、
ｆｉＩＪ３図Ａ、Ｂはそれぞれ異なる試料において測定
したＶ （ｚ）曲線を示す線図、ＷＳ４図Ａ、Ｂは上記
Ｖ （ｚ）曲線に基づいて算出したパワースペクトルを
示す線図である。 ４Φ・試料。 第 ＩＦＪ 第２図 ＯＣ 第３図 距＃ Ｚ （ｆｍｌ 距離Ｚ （／””）
２図は粗い試料面での反射波についての模式的説明図、
ｆｉＩＪ３図Ａ、Ｂはそれぞれ異なる試料において測定
したＶ （ｚ）曲線を示す線図、ＷＳ４図Ａ、Ｂは上記
Ｖ （ｚ）曲線に基づいて算出したパワースペクトルを
示す線図である。 ４Φ・試料。 第 ＩＦＪ 第２図 ＯＣ 第３図 距＃ Ｚ （ｆｍｌ 距離Ｚ （／””）
Claims (1)
- １、超音波顕微鏡により、試料における多数の測定点に
おいて、反射超音波の振幅を超音波レンズと試料間の距
離ｚの関数であるＶ（ｚ）曲線データとして求め、それ
らのＶ（ｚ）曲線データをフーリエ変換し、絶対値の二
乗を計算した後、加算平均することにより、平均化され
たパワースペクトルデータを求め、このパワースペクト
ルデータに基づいて表面弾性波の音速減衰を求めること
を特徴とする表面弾性波の音速・減衰測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59219133A JPS6196452A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 表面弾性波の音速・減衰測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59219133A JPS6196452A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 表面弾性波の音速・減衰測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6196452A true JPS6196452A (ja) | 1986-05-15 |
Family
ID=16730749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59219133A Pending JPS6196452A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 表面弾性波の音速・減衰測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6196452A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5101663A (en) * | 1989-04-17 | 1992-04-07 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Method for the determination of strength of join between ceramic and non-ceramic |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59183364A (ja) * | 1983-04-03 | 1984-10-18 | Noritoshi Nakabachi | 超音波顕微鏡装置 |
-
1984
- 1984-10-18 JP JP59219133A patent/JPS6196452A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59183364A (ja) * | 1983-04-03 | 1984-10-18 | Noritoshi Nakabachi | 超音波顕微鏡装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5101663A (en) * | 1989-04-17 | 1992-04-07 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Method for the determination of strength of join between ceramic and non-ceramic |
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