拡散ビ-ム超音波を用いた小形で簡便な音響特性測定システムの開発

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02650279
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山田 顕 東北大学, 工学部, 助手 (80134021)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 僖良 東北大学, 工学部, 教授 (00005365)
• Keywords: 超音波トランスジュ-サ / 漏洩弾性表面波 / 音速測定 / V(z)曲線 / 拡散ビ-ム / ヌルゾ-ン / 圧電セラミックス / 音響特性測定システム

Research Abstract

本研究は、2個の拡散ビ-ム超音波トランスジュ-サを用いて被検体試料に対する超音波の送受信を行い、試料の表面を伝搬する漏洩弾性波の速度を簡便に測定する新しいシステムの開発を目的としたもので、以下のような成果を得た。
1.円筒状の圧電セラミックスを用いて本構想の拡散ビ-ム超音波トランスジュ-サ対を設計・試作し、ステンレス、ニオブ酸リチウム単結晶、圧電セラミックスなど種々の材料を被検体としてトランスジュ-サと試料の間の距離zに対する受信出力電圧Vの変化、すなわちV(z)曲線を測定した。その結果、V(z)曲線には試料表面から鏡面反射成分と漏洩弾性表面波の再放射成分との干渉による受信出力の極小、すなわちヌルゾ-ンが明瞭に観測され、その位置の測定から漏洩表面波速度が容易に求められることが実証された。なお、本測定法にはヌルゾ-ンシフト効果による測定誤差が含まれるが、これは測定周波数を高めに選ぶほど、また、送受信トランスジュ-サ間の距離を広くするほど低減されることを明かにした。さらに、測定精度を向上させるための3トランスジュ-サ法を提案し、これによれば前述のヌルゾ-ンシフト誤差がほぼ除去され、理論値に対しほぼ±2%以内の測定値が得られることを示した。
2.本システムにより得られるV(z)曲線を理論解析により求め、その極小位置から求めた音速値と試料の材料定数値から計算した音速値とを比較した。これにより、前項で述べたような実験事実がほぼ裏付けられたほか、トランスジュ-サの半径と測定周波数を一定とした場合、測定精度を向上させるためにはトランスジュ-サの動作領域、すなわち音波の照射範囲をある最適な状況に設定すれば良いことが明かになった。

Research Products

• [Publications] 山田 顕: "拡散ビ-ム超音波による弾性表面波速度の測定" 電子情報通信学会超音波技術研究報告. US90ー4. 21-27 (1990)
• [Publications] 山田 顕: "3個の拡散ビ-ム超音波トランスジュ-サによる弾性表面波速度の測定" 平成2年度電気関係学会東北支部連合大会講演論文集. 17 (1990)
• [Publications] 山田 顕: "円筒形の拡散ビ-ム超音波トランスジュ-サ対により得られるV(z)曲線の理論的検討" 日本音響学会講演論文集. 745-746 (1990)
• [Publications] K.YAMADA: "Measurements of SAW Velocity by Using Divergentーbeam Ultrasound Transducers" 1990 IEEE Ultrasonics Symposium. (1990)
• [Publications] 山田 顕: "弾性表面波速度測定用拡散ビ-ム超音波トランスジュ-サの最適構成条件について" 日本音響学会講演論文集. (1991)
• [Publications] 山田 顕: "拡散ビ-ム超音波による弾性表面波速度の測定" 日本音響学会講演論文誌. 47巻. (1991)