2021 Fiscal Year Annual Research 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, 名誉教授, 名誉教授 (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 / 残留応力 / 有限要素法 / モード解析 / Lamb波 / レイリー波 / セナルモン法 / 位相測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レーザ光をプローブに用いた固体内部観測の新しい方法を検討し，試料内部の音波波形，伝搬速度および位相などの超音波伝搬特性を観測できることを明らかにした。この方法では超音波変換器のサイズの問題がなく，レーザ光のビームスポットサイズ程度の高い空間分解が得られる特長があり，上述の微小な領域の観測が可能である。本研究ではガラス，アクリル試料（PMMA）中及びアルミニウムに対する実験を行った。試料中を伝搬する超音波によってレーザ光は位相変調され試料中の残留応力によって複屈折を生じ試料中の残留応力の両方の情報を得る。本研究では超音波位相の測定から試料の音速を求める方法を採用した。位相変化は音速の変化がない場合，音波伝搬距離の変化の単純な一次関数であるためこれから音速の推定や補間が容易である。残留応力のない部分と存在する部分の位相変化の傾きをそれぞれaおよびa’とすると両者の音速比c’/cとの間にc’/c=a/a’ の関係がある。この方法から位相の傾きから残留応力が求められた。また，反射法を用いて同様の実験を行った。材料表面で反射したレーザ光には，レイリー波と試料表面の残留応力の両方の情報が含まれ，両者の情報を同時に取得できた。同様に反射法を用いたシステムを構築した。すなわち強化ガラス表層で反射したレーザ光には，レイリー波と試料表面の残留応力の両方の情報が含まれており，光センサ（APD）により受光することでそれらの情報を同時に取得することができる。光センサ（APD）から取得した信号は音圧に比例した超音波時間波形として得られ，この信号をVector Signal Analyzer（VSA）に入力する。入力された信号は直交位相検波され，超音波位相の複素データを取得し位相データから位相変化を求めることで微小な波動による材料表面の変動を検出できるシステムの構築も達成された。
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