2020 Fiscal Year Research-status Report
Research on the quantitative measurement of elastic/plastic properties for the ultrasonic wave using laser probing method
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19K04404
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
今野 和彦 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (60125705)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | レーザープローブ法 / ストロボ光弾性法 / 鋭敏色法 / Sénarmont法 / 残留応力 / 位相 / Lamb波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超音波を含む音波の観測方法として従来から，ハイドロホン等の物理的なセンサを音場に直接挿入する方法やシュリーレン法等の光学的観測法が用いられているが音圧，位相等は定量化されるに至っていない．
本研究は，レーザ光を用いて超音波の音場に影響を与えずにレーザ光を用いてμmオーダの“点”の領域の超音波特性の定量的な観測をめざす．このため従来の音波の有限領域の平均値情報ではなく点の情報を得るためレーザ光源，フォトセンサ，精密な位置決め・移動装置，位相計測装置からなるシステムを構築する．
この方法で光センサから得られる時間波形からはスペクトルを，振幅から音圧を，位相（位相スペクトル）からは音波の伝搬に伴う位相をmdeg.精度で定量的に計測する．すなわち，有限の大きさを持つ超音波変換器で得られる情報は何を表しているのかというこれまで論じられていない問題に対しての解を得ることをめざすものであり，音速測定の際の音波の位相変化等の原因など波動の根本的な問題を実験から定量データによって明らかにする．
また，圧電振動子の厚み振動およびその振幅信号のみの画像では感度やダイナミックレンジが狭いため，これを解決する方法を提案した．圧電横効果を用いると弾性的な結合によって厚み方向にも振動し，これを用いた位相像の取得法についてシステムの組み立てを行い予備実験を行った．これまでのところ得られる位相データは振幅のそれよりも情報量が多いが，Ｓ／Ｎが低く感度も低い．位相データは感度が高いために試料の表面のわずかな凸凹もデータとして拾ってしまい，さらに位相のラッピングがあることが判明している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時に計画調書に記載の計画はほぼ達成できた．光源のビーム化はHe-Neレーザをレンズで絞ることにより解決した．また，光情報の複素化により，振動情報の位相情報が取得でき当初の課題の検証の補強の役目として使えることも明らかになった．
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| Strategy for Future Research Activity |
Lamb波やバルク波の振動情報をレーザープローブ法でデータ取得する方法についてはほぼ確立できた．課題の中で問題になる超音波振動の位相取得方法も確立しているが，被検体の表面の不均一による，光の乱反射が有り，これが位相情報の”ノイズ”となり，得られる画像のアーチファクトの原因となっている．このため本年度は，位相を正しく表示する方法を開発・導入し，アーチファクトの軽減を図る．
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| Causes of Carryover |
学会のための出張旅費を計上していたが．新型コロナウイルスの影響で，殆どの学会・研究会がリモートで行われたため，旅費の使用は０円となっている．また，コロナの影響で大学への入構制限が有り，実験も殆どできない状態が令和2年の末ごろまで続いたため，実験にかかわる支出も予定より少なくなった．
現状では一昨年および昨年行った実験データが上記の理由で散在し，データの解析が行われていない．本年度は実験データを集積するための集積装置および解析のための機器，装置の購入を行い，課題の達成に向けて研究を推進する．
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