弾性表面波速度測定装置

【目的】斜角探触子を用いて弾性表面波速度を確実に測定したい。
【構成】本発明は固体表面に弾性波を励起させる送信用斜角探触子と、該送信用斜角探触子と互いに異なる距離で対向するように配置された第１、第２の受信用斜角探触子と、この送信用斜角探触子と第１、第２の受信用斜角探触子とを支持固定するハウジングと、上記、送信用探触子から発せられた超音波が固体を伝播し、第１、第２の受信用斜角探触子で受信され第１、第２の受信信号について、その受信時間差分を求め、この差分と第１、第２の受信用斜角探触子間の距離とから弾性表面波速度を算出する手段と、より成る。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体表面の弾性的性質（弾性定数等）を評価するに好適な表面弾性波速度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の測定装置を図４に示す。試料８に弾性表面波を発生させる２つの斜角探触子１４Ａ、１４Ｂを対向させ、距離Ｌ₁で保持する。斜角探触子１４Ａ、１４Ｂには遅延材１４ｂ、１４ｃと、これに取り付けた振動子１４ａ、１４ｄより成る。斜角探触子１４Ａを送信用（Ｔ）、もう一方の斜角探触子１４Ｂを受信用（Ｒ₁）として用いる。この配置状態で、超音波探傷回路９のパルサ１０から電気信号が発せられ斜角探触子１４Ａの振動子１４ａで超音波に変換され、遅延材１４ｂを伝播し、試料８表面に弾性表面波が発生する。弾性表面波は受信Ｒ₁の斜角探触子１４Ｂの遅延材１４ｃを伝播し、振動子１４ｄによって電気信号に変換し、レシーバ及び処理回路１２で増幅し、この結果をモニタ１３に表示させる。モニタ１３の表示内容をみて表面弾性波速度を算出する。表示をみることなく、表面弾性波速度をレシーバ・処理回路１２で算出することもできる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図５に超音波波形のタイミング図を示す。（イ）はタイミングパルスで（ロ）が探触子１４Ａと探触子１４Ｂとが距離Ｌ₁で対向するときの超音波波形である。タイミングパルスとの伝播時間は遅延材１４ｂ及び１４ｃと距離Ｌ₁を加算された時間（ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃）で表せる。ここで、ｔ₁は遅延材１４ｂ内の伝播時間、ｔ₂は遅延材１４ｃ内の伝播時間、ｔ₃は距離Ｌ₁における伝播時間である。これから弾性表面波速度を求めようとすると、ｔ₁及びｔ₂が既知でなければならない。そこで、ｔ₁及びｔ₂を事前に求めておき、弾性表面波速度を算出する。
【０００４】また、遅延材１４ｂ、１４ｃの伝播時間ｔ₁、ｔ₂を求めておく代わりに、ｔ₁とｔ₂とを相殺する方法がある。上記による伝播時間ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃を測定し、次に図４の点線で示す距離Ｌ₂受信用斜角探触子１４Ｂを移動し、図５（ハ）で示す伝播時間ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₄を測定し、これらの差ｔ₅を求めるとｔ₅＝ｔ₄−ｔ₃となる。従って、Ｒ₁とＲ₂との間の、距離Ｌ（＝Ｌ₂−Ｌ₁）は既知であることから、弾性表面波速度Ｃ_rは、Ｃ_r＝Ｌ／ｔ₅で求めることができる。
【０００５】このように、従来法では接触式による測定で、探触子の遅延材を伝搬する遅延時間が既知でなければならないとの問題点、伝播時間を２回測定しなければならない、との問題点を持つ。更に、Ｒ₁からＲ₂への探触子の移動を正確にしなければならないという問題点があった。
【０００６】本発明の目的は、簡単に表面弾性波速度を検出可能にする表面弾性波測定装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体表面に弾性表面波を励起させる送信用斜角探触子と、該送信用斜角探触子と互いに異なる距離で対向するように配置された第１、第２の受信用斜角探触子と、この送信用斜角探触子と第１、第２の受信用斜角探触子とを支持固定するハウジングと、上記送信用探触子から発せられた超音波が固体を伝播し、第１、第２の受信用斜角探触子で受信されて得られる第１、第２の受信信号について、その受信時間差分を求め、この差分と第１、第２の受信用斜角探触子間の距離とから弾性表面波速度を算出する手段と、より成る。
【０００８】
【作用】本発明によれば、第１、第２の受信用斜角探触子を異なる距離に設置しておくことにより、両者の受信信号の時間差を求め、これと第１、第２の受信用斜角探触子との距離とから、表面弾性波速度を求めることができる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明による送信用斜角探触子２０、第１、第２の受信用斜角探触子２１、２２の実施例で、（イ）図は本発明による上面から見た断面図で、（ロ）図は線Ａ−Ａ′の断面図、（ハ）図は線Ｂ−Ｂ′の断面図である。送信用斜角探触子２０の送信用振動子１は遅延材２に取り付けられ、受信用斜角探触子２１の受信用振動子３は遅延材４、受信用斜角探触子２２の受信用振動子５は遅延材６にそれぞれ取り付けられ、入射点間距離Ｌ₁、Ｌ₂と異なる距離をおいてハウジング７によって１体化した構造となっている。遅延材４、６は同一形状になっている。従って、遅延材４、６内の伝播時間ｔ_r1、ｔ_r2はｔ_r1＝ｔ_r2である。送信振動子１から試料８への入射角度と、受信用振動子３、５の試料８からの入射角度とは、同一入射角度θである。（イ）図に示すように、送信用斜角探触子２０は、２つの探触子２１、２２へ同時に弾性波を送れるだけの大きさとなっている。この入射角度θは、
【数１】

に、設定されている。
【００１０】図２において超音波探傷器９のパルサ１０より発せられた電気信号は送信用振動子１によって超音波が励起され遅延材２を伝播し、試料８表面に弾性表面波が伝播する。距離Ｌ₁離れた遅延材４を伝播し、受信振動子３によって電気信号に変換、距離Ｌ₂離れた遅延材６を伝播し受信振動子５によって電気信号に変換される二つの信号経路があり、これを加算回路（オペアンプ）１１に取り込み、レシーバ、処理回路１２で増幅し、モニタ１３で、表示される。
【００１１】図３はモニタ１３に表示されるタイミング図で（イ）がタイミングパルスで（ロ）が超音波形を示す。受信された電気信号は受信振動子３の波形Ｒ₁受信振動子５の波形Ｒ₂が同時に表示される。これにより、弾性表面波が試料８に入射する点間の距離Ｌが既知であり、固定なので、その間を伝播する弾性表面波速度Ｃ_rは図３（ロ）で示す。伝播時間ｔ_Lを測定し、次式で求める。
【数２】Ｃ_r＝Ｌ／ｔ_LこのＣ_rは波形を表示することなく、レシーバ及び処理回路１２で自動算出することもできる。
【００１２】
【発明の効果】従来法で１回の伝播時間の測定で弾性表面波速度を測定する場合には、遅延材を伝播する時間を考慮しなければならなかったが考慮する必要が無い。１回の伝播時間の測定で、簡単な式で弾性表面波の測定が可能になった。従来法で探触子間の距離を正確に測定毎に計測しなければならなかったが、固定であるので計測の必要がなく、測定時間の短縮が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の探触子の実施例図である。
【図２】本発明の超音波測定装置の実施例図である。
【図３】本発明の実施例のタイミングチャート図である。
【図４】従来例図である。
【図５】従来例でのタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１、３、５振動子（圧電素子）
２、４、６遅延材
７ハウジング
８試料

【特許請求の範囲】
【請求項１】電気信号の印加により固体表面に弾性表面波を励起させる送信用斜角探触子と、該送信用斜角探触子と互いに異なる距離で対向するように配置された第１、第２の受信用斜角探触子と、この送信用斜角探触子と第１、第２の受信用斜角探触子とを支持固定するハウジングと、上記送信用探触子から発せられた超音波が固体を伝播し、第１、第２の受信用斜角探触子で受信されて得られる第１、第２の受信信号について、その受信時間差分を求め、この差分と第１、第２の受信用斜角探触子間の距離とから弾性表面波速度を算出する手段と、より成る弾性表面波速度測定装置。

【図１】