共鳴型光音響計測法による固体試料の非破壊計測・検査法に関する基礎的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650044
• Research Institution: Tohoku Gakuin University
• Principal Investigator: 星宮 務 東北学院大学, 工学部, 教授 (40118336)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 樋渡 洋一郎 東北学院大学, 工学部, 助教授 (30048813) ; 遠藤 春男 東北学院大学, 工学部, 教授 (20137582) ; 淡野 照義 東北学院大学, 工学部, 助教授 (50176004)
• Keywords: 光音響 / 映像法 / 非破壊検査 / 共鳴

Research Abstract

(1)試料を封入する光音響セルを設計・製作し、新たに購入したリニアモーター・ステージをマイクロコンピューターで制御し、色々な方向へ微動が可能な光学系を整備し、管状固体試料内壁に周期的に変調したレーザー・ビームを接する様に通過させるための光学系を構成した。
(2)レーザー光の変調周波数を、両端が開放されている管内の気柱の固有振動数付近で連続的に変化させるために、2つの方法で実験を行った。即ち、約2KHz迄の変調周波数に対してはチョッパの回転数をVCF機能によりファンクションジェネレーターをもちい、それより高周波の変調の場合には、周波数シンセサイザ-と音響光学変調器を用いた。これらをマイクロコンピュ-ターで制御できる様にソフトウエア(LabVIEW)を開発した。
(3)筒状固体試料内壁に様々な形状の人為的な傷を作成し、音響的共鳴系のQ値を低下させた場合に、光音響信号の共鳴特性がどのように変化するか、またその画像としての検討をも行った。
(a)開管構造をした試料において映像化の測定を行った結果、試料内面に設置した人工欠陥付近で光音響信号の減衰が観測された。
(b)同調特性に関しては減衰振動の同調特性から理論的に予想されるものと良く一致する結果を得た。人工欠陥の深さを変化させると共鳴のQ値も変化するが、欠陥深さとQ値の低下との間に定量的な相関を見出すまでには至らなかった。
(4)両端が開放した開管構造の試料の場合に、同調特性を詳細に検討した結果、所望の周波数のずれが見出された。この原因として、両端にあるガラス窓による音響波の反射と開管における共鳴とが結合した新しい結合モードの形成のためと考えられる。

Research Products

• [Publications] K.Ishikawa, S.Kikuchi, T.Hoshimiya: "Nondestructive Evaluation of Pipe-shaped Structured Materials by the Use of Acoustic Resonance Excited by Photoacoustic Effect"Proceedings of APCFS & ATEM '01(Sendai). 162-166 (2001)