JPS623901B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、固体材料の変形や破壊に伴つて放射
される超音波を検出して電気信号に変換する目的
に用いられる超音波変換子の縦波の感度較正法に
関するものである。

〔従来の技術〕

固体材料が変形あるいは破壊する際に、このエ
ネレギー解放の一形態として微弱な超音波が放射
されることが知られている。

この現象は、アコーステイツク・エミツシヨン
（Acoustic Emission以下単にAEと記す）あるい
は応力波放出（Stress Wave Emission）などと
呼ばれ、材料研究や種々の構造物の安全性確保の
手段に応用することが考えられている。

非破壊検査法として従来から知られている超音
波探傷法においては、基準となる疵を含んだ標準
試験片を用いて、超音波探傷に用いる装置の総合
的な縦波の感度を較正することによつて、その目
的を達成することが可能である。

これに対し、AEの測定の場合には、その検出
を行なうための超音波変換子は、受波の目的に専
ら用いられるので、AEの定量的評価を行うため
には、超音波変換子の縦波の感度を定量的に把握
する必要が生ずる。

従来、AEの検出に供する超音波変換子の縦波
の感度較正には、電気スパークやサンドブラスト
などによつて生ずる擬似AE源によつて超音波変
換子を励振したときのその応答を測定する方法が
多く用いられてきた。

しかし、これらの擬似音源は、超音波レベルの
大きさの絶対値や周波数スペクトルが必ずしも明
確ではないので、超音波の縦波の感度較正の一次
標準としたり、定量的な縦波の感度較正を行なう
目的には直接使用し得ないと云う欠点を有してい
る。

超音波変換子の定量的な縦波の感度較正を行な
う日的には、金属ブロツク中の拡散音場や金属板
中の表面波音場を縦波の感度較正のための音場と
して利用し、これに水中音響や空中音響の分野で
実用されている相互較正法の原理を応用する縦波
の感度較正の方法が提案されている。

しかし、これらの方法を利用した従来手段で
は、境界面における反射超音波の影響を軽減し
て、確度の高い縦波の感度較正を行なうのに、巨
大な金属ブロツクや金属板、さらには２〜３ｍ四
方の大きな水槽を使用する必要があると云う実用
上の難点があつた。

〔従来技術の問題点〕

このように従来手段では、音場を提供する金属
ブロツク、金属板さらには水槽が巨大となつてし
まうのは、前記したように、反射超音波の影響を
軽減させるための他に、形成された音場に超音波
の縦波だけではなく、横波も発生し、この縦波と
横波とが区別されることなく超音波変換子に受信
されて出力されてしまうからである。

本発明は、上記従来例における欠点および問題
点を解消すべく創案されたもので横波の発生をな
くすと共に、縦波を励振させることのできる音場
を形成し、この音場を使用することによつて広く
実用に供し得る超音波変換子の縦波の感度較正法
を提供することをその技術的課題とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

以下、本発明方法を、本発明方法を実施した形
態を示す図面を参照しながら説明する。

本発明による超音波変換子の感度較正法は、超
音波の１波長に相当する長さ以下の太さ径を有す
る棒状固体１の一端に縦波の感度較正を行なう超
音波変換子３を取付け、他端に基準とする超音波
変換子２を取付けてこの棒状固体１を超音波の伝
搬媒質とし、基準とする超音波変換子２の超音波
レベルまたは印加電圧Ｅ１と、縦波の感度較正を
行なう超音波変換子３の出力電圧Ｅ０とより演算
して達成されるものである。

すなわち、基準とする超音波変換子２に印加電
圧Ｅ１を印加して超音波の送波器として動作させ
たときに、受波器として動作させた縦波の感度較
正を行なう超音波変換子３から出力電圧Ｅ０が出
力された場合において、受波器として動作させた
超音波変換子３の縦波の感度Ｍは、次式によつて
定量的に与えられる。

Ｍ＝E0／E1・１／Ｓ ………(1) ただし、Ｓは、送波器として動作させた超音波
変換子２の定量的な縦波の感度である。また、Ｅ
０，Ｅ１は出力電圧、印加電圧としたが、これは
電圧に特定されるものではなく、他の電気信号レ
ベルである出力電流、印加電流あるいは出力電
力、印加電力であつても良い。

この上記(1)式において、超音波変換子２の縦波
の感度Ｓが予め定量的に決定されていない場合に
は、縦波しか伝播しない水中で実用されている相
互較正法の原理を本発明に係る縦波の感度較正法
に応用して、この送波感度Ｓを定量的に決定す
る。

すなわち、縦波に対する送波感度及び受波感度
の未知である三つの超音波変換子を、相互に順に
組合わせて三つの組合わせ時における各超音波変
換子の送波感度と受波感度との関係式を求め、こ
れらの関係式を連立させることにより、目的とす
る超音波変換子２の送波感度Ｓを決定することが
できるのである。

逆に受波器として動作した場合の受波感度Ｍが
定量的に決定されているのであれば、(1)式から得
られる、 Ｓ＝E0／E1・１／Ｍ ………(2) から、送波感度Ｓを定量的に決定できる。

また、適当な超音波発生源である超音波発生装
置１２があり、この超音波発生装置によつて励振
される超音波の音圧Ｖ１がわかつている場合に
は、縦波の送波感度Ｓとか印加電圧Ｅ２に関係な
しに、 Ｍ＝E0／V1 ………(3) で超音波変換子３の縦波の受波感度Ｍを求めるこ
とができる。

なお、(3)式において、Ｖ１は超音波発生装置１
２の音圧としたが、このＶ１は超音波発生装置１
２の音圧に特定されるものではなく、他の超音波
発生装置１２の既知出力値、例えば出力される超
音波の変位、変位速度、さらには加速度であつて
も良い。

このように、本発明方法は、超音波変換子３ま
たは超音波発生装置１２から、励振される超音波
の１波長に相当する長さ以下の太さ径を有する棒
状固体１を通して超音波を超音波変換子３に送波
し、もつて超音波変換子３の縦波の受波感度Ｍを
測定するのであるが、超音波変換子２または超音
波発生装置１２から超音波変換子３に超音波を伝
播する棒状固定１の太さ径が、伝播される超音波
の１波長に相当する長さよりも大きな値となる
と、棒状固体１を通つて伝播される超音波振動の
径方向成分の割合が大きくなるため、確度の高い
縦波の感度較正を行なうのが困難となる。

すなわち、棒状固体１の太さ径が伝播される超
音波の１波長分の長さよりも大きくなると、この
棒状固体１中を伝播される超音波中に縦波だけで
はなく、横波も生じることになり、かつ、縦波中
の径方向成分が増大して、これが定在波となつて
適正な縦波成分に干渉し、もつて超音波変換子３
に測定される縦波の受波感度Ｍを不正確なものと
してしまうのである。

これに対し、棒状固体１の太さ径を伝播される
超音波の１波長分の長さよりも小さい値に設定す
ると、この棒状固体１中を伝播する超音波はほぼ
直線状となり、横波分がなくなることは当然とし
て、縦波の径方向成分がなくなつてしまうので、
定在波の干渉を受けることなく縦波を超音波変換
子３に受波させることができるのである。

それゆえ、本発明方法により縦波の受波感度Ｍ
を較正するに際しては、例え従来通りの相互較正
法を利用するにせよ、音圧Ｖ１が既知である超音
波発生装置１２を使用するにせよ、伝播される超
音波中の横波や縦波の径方向成分を全く考慮しな
いで、その出力電圧Ｅ０だけから超音波変換子３
の縦波の受波感度Ｍを正確にかつ簡単に較正する
ことができることになる。

〔実施例〕

第１図に示した実施例は、縦波の受波感度Ｍお
よび縦波の送波感度Ｓが未知である３つの超音波
変換子を使用し、この３の超音波変換子の１つで
ある超音波変換子３の縦波の受波感度Ｍを相互較
正法を利用して求める場合を示すもので、３つの
超音波変換子により、第１図に示した異なる超音
波変換子の組合せを３組作り、この組合せにより
前記した相互較正法の原理に従つて目的とする超
音波変換子３の縦波の受波感度Ｍを測定する。

なお、第１図に示した相互較正法の利用に際し
て、受波動作をする各超音波変換子の縦波の受波
感度Ｍ中に、縦波の感度成分を仮定する必要は全
くなく、その検出された受波値の全てを受波感度
Ｍとすることができるので、その演算算出が極め
て簡単であり、かつ不確定な数値を仮定する必要
がないので高い精度を得ることができる。

また、第２図図示実施例は、音圧Ｖ１の既知で
ある適当な超音波発生装置１２を使用しての本発
明方法の実施例を示すもので、この場合は、前記
した(3)式に従つて超音波変換子３の縦波の受波感
度Ｍを直接測定し較正することができる。

なお、図示実施例では、棒状固体１として、均
一径の直線棒状体を使用したが、この棒状固体１
としては、上記構造に限定されることはなく、各
部の太さ径が伝播される超音波の１波長分の長さ
よりも小さければ、その太さ径が均一である必要
はないし、また直線状である必要もないし、さら
に一部または全部が中空の管状であつても良いの
である。

また、本発明に係る縦波の感度較正法の対象た
る超音波変換子は、AEの検出のみにその用途が
限定されないことも勿論である。

さらに、棒状固体１は、その材料が限定される
ことはなく、アルミニウーム、鉄等の金属材料の
他セラミツクも使用することができるので、目的
とする超音波変換子３が実際に組付け使用される
材料でこの棒状固体１を成形すれば、よい高い精
度での縦波の受波感度の設定が達成できる。ただ
し、この棒状固体１は、その材料が限定されない
代りに、その全体が均一の材質でなければならな
いことは云うまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明は、小
型で軽量な棒状固体を使用して超音波変換子の縦
波の感度を較正することができるので、超音波変
換子の縦波の感度較正をユーザーサイドで簡便に
行なうことができ、その結果、測定の信頼性を格
段に向上させることができ、また縦波の感度較正
される超音波変換子には横波は勿論のこと、縦波
の径方向成分による定在波の干渉のない状態での
縦波の受波が達成されるので、測定値の面倒な補
正を要することなく縦波の受波感度を簡単に演算
することができると共に精度の高い縦波の受波感
度を測定することができ、さらに棒状固体の材料
が限定されないので、この棒状固体の材料を縦波
の受波感度を測定される超音波変換子が実際に取
付けられる物を成形しているのと同じ材料により
成形することにより、この超音波変換子の実用上
の縦波の感度をより正確に較正することができる
等多くの優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施形態を示すもので、
相互較正法を利用して目的とする超音波変換子の
縦波の感度較正を行なう場合を示すものである。
第２図は、本発明の他の実施形態を示すもので、
超音波の音圧とか、変位、変位速度、加速度等が
既知である適当な超音波発生装置を利用して目的
とする超音波変換子の縦波の受波感度較正を行な
う場合を示すものである。 符号の説明、１；棒状固体、２；超音波変換
子、３；超音波変換子、１２；超音波発生装置、
Ｅ１；印加電圧、Ｅ０；出力電圧、Ｍ；縦波の受
波感度、Ｓ；縦波の送波感度、Ｖ１；音圧。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波の１波長に相当する長さ以下の太さ径
   を有する棒状固体の一端に縦波の感度較正を行な
   う超音波変換子を取付け、他端に基準とする超音
   波変換子を取付けて該棒状固体を超音波の伝搬媒
   質とし、前記基準とする超音波変換子の超音波レ
   ベルまたは印加電気信号レベルと、前記縦波の感
   度較正を行なう超音波変換子の出力電気信号レベ
   ルとより演算して成る超音波変換子の感度較正
   法。