JPH08105871A - 音響電気効果型超音波送受信装置及び超音波送受信方法 - Google Patents
音響電気効果型超音波送受信装置及び超音波送受信方法Info
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- JPH08105871A JPH08105871A JP6239814A JP23981494A JPH08105871A JP H08105871 A JPH08105871 A JP H08105871A JP 6239814 A JP6239814 A JP 6239814A JP 23981494 A JP23981494 A JP 23981494A JP H08105871 A JPH08105871 A JP H08105871A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 使用する超音波の周波数や受波面における音
場の均一性に依存せず、パルス−エコー法においても音
響電気効果信号のみを選択的に検出できる超音波送受信
装置及び送受信方法を提供する。 【構成】 超音波送受信装置１は、送信子１０と、受信
子２０と、デジタルオシロスコープ３０とを備えてい
る。コンピュータ５０の指令に応じて、信号発生器４０
は、相互に反転した波形状を有する第１及び第２の電気
信号波形を送信子１０に逐次供給する。送信子１０はこ
れら電気信号波形を変換した超音波信号を逐次受信子２
０に送信する。この受信子２０により、各超音波は電気
信号に変換されデジタルオシロスコープ３０に送られ
る。各電気信号はデジタルオシロスコープ５０に逐次記
憶され、記憶された各電気信号は加算・平均化される。
場の均一性に依存せず、パルス−エコー法においても音
響電気効果信号のみを選択的に検出できる超音波送受信
装置及び送受信方法を提供する。 【構成】 超音波送受信装置１は、送信子１０と、受信
子２０と、デジタルオシロスコープ３０とを備えてい
る。コンピュータ５０の指令に応じて、信号発生器４０
は、相互に反転した波形状を有する第１及び第２の電気
信号波形を送信子１０に逐次供給する。送信子１０はこ
れら電気信号波形を変換した超音波信号を逐次受信子２
０に送信する。この受信子２０により、各超音波は電気
信号に変換されデジタルオシロスコープ３０に送られ
る。各電気信号はデジタルオシロスコープ５０に逐次記
憶され、記憶された各電気信号は加算・平均化される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波送受信装置及び
送受信方法に係り、更に詳細には、音響電気効果特性を
有する圧電性半導体を用いた音響電気効果型送受信装置
及び送受信方法に関する。
送受信方法に係り、更に詳細には、音響電気効果特性を
有する圧電性半導体を用いた音響電気効果型送受信装置
及び送受信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧電性半導体のフォノン−電子相
互作用による音響電気効果を利用した超音波トランスデ
ューサが注目されている。一方、従来、超音波非破壊検
査で広く用いられている超音波トランスデューサとして
は、圧電体の圧電効果を利用したトランスデューサが知
られているが、かかる圧電効果トランスデューサは受信
電気信号が受信超音波の位相の影響を受ける性質（位相
感受性）を有するものである。これに対して、上記音響
電気効果型トランスデューサは、受信電気信号が受信超
音波の位相の影響を受けない性質（位相不感受性）を有
するもので、この性質により、音響電気効果型トランス
デューサは、超音波非破壊検査において、表面に微細な
凹凸を有する板状又は円筒状被検査物の厚さ測定、複合
材料内部の欠陥検出等に代表される、受信超音波に空間
的な位相の乱れが生じて圧電効果トランスデューサによ
れば誤った結果が導かれがちな検査においても良好な検
査結果をもたらすものとして期待されている。
互作用による音響電気効果を利用した超音波トランスデ
ューサが注目されている。一方、従来、超音波非破壊検
査で広く用いられている超音波トランスデューサとして
は、圧電体の圧電効果を利用したトランスデューサが知
られているが、かかる圧電効果トランスデューサは受信
電気信号が受信超音波の位相の影響を受ける性質（位相
感受性）を有するものである。これに対して、上記音響
電気効果型トランスデューサは、受信電気信号が受信超
音波の位相の影響を受けない性質（位相不感受性）を有
するもので、この性質により、音響電気効果型トランス
デューサは、超音波非破壊検査において、表面に微細な
凹凸を有する板状又は円筒状被検査物の厚さ測定、複合
材料内部の欠陥検出等に代表される、受信超音波に空間
的な位相の乱れが生じて圧電効果トランスデューサによ
れば誤った結果が導かれがちな検査においても良好な検
査結果をもたらすものとして期待されている。
【０００３】また、本発明者らは、特願平５−７２５７
９号において、圧電性超音波発振素子と音響電気効果受
信子とを超音波の伝搬方向に積層して成るパルス−エコ
ー型の超音波トランスデューサを提案した。そして、こ
の超音波トランスデューサにおいては、超音波がトラン
スデューサに入射することにより、音響電気効果による
音響電気効果受信素子の厚さに応じた低周波成分の信
号、即ち音響電気効果信号（位相不感受性の信号）と、
圧電効果による超音波の振動周波数に応じた高周波数成
分の信号、即ち圧電効果信号（位相感受性の信号）とが
混合した受信電気信号が発生するため、電気的な周波数
フィルターを用いることによって低周波成分のみを取り
出し、必要とする音響電気効果信号を得ていた。
９号において、圧電性超音波発振素子と音響電気効果受
信子とを超音波の伝搬方向に積層して成るパルス−エコ
ー型の超音波トランスデューサを提案した。そして、こ
の超音波トランスデューサにおいては、超音波がトラン
スデューサに入射することにより、音響電気効果による
音響電気効果受信素子の厚さに応じた低周波成分の信
号、即ち音響電気効果信号（位相不感受性の信号）と、
圧電効果による超音波の振動周波数に応じた高周波数成
分の信号、即ち圧電効果信号（位相感受性の信号）とが
混合した受信電気信号が発生するため、電気的な周波数
フィルターを用いることによって低周波成分のみを取り
出し、必要とする音響電気効果信号を得ていた。
【０００４】しかし、本発明者らがかかる超音波トラン
スデューサについて検討を重ねた結果、音響電気効果信
号の大きさは入射する超音波エネルギーの１乗に比例
し、一方、圧電効果信号の大きさは該超音波入射エネル
ギーの１／２乗に比例するため、超音波入射エネルギー
が小さくなるにつれて、音響電気効果信号に対する圧電
効果信号の比率が大きくなってしまい、電気的な周波数
フィルターでは圧電効果信号を十分に除去できなくな
り、超音波トランスデューサの位相不感受性を担保でき
なくなる場合があることを知見した。これに対して、本
発明者らは、特願平６−５９０９３号において、超音波
通過時間が異なる干渉層を受波面に配設し、典型的に
は、受信した超音波に半周期分だけ時間差を生じさせる
ことにより受信電気信号中の圧電効果信号を減衰させ、
超音波エネルギーの小さな超音波であっても、音響電気
効果信号を選択的に検出することができる超音波トラン
スデューサを提案した。
スデューサについて検討を重ねた結果、音響電気効果信
号の大きさは入射する超音波エネルギーの１乗に比例
し、一方、圧電効果信号の大きさは該超音波入射エネル
ギーの１／２乗に比例するため、超音波入射エネルギー
が小さくなるにつれて、音響電気効果信号に対する圧電
効果信号の比率が大きくなってしまい、電気的な周波数
フィルターでは圧電効果信号を十分に除去できなくな
り、超音波トランスデューサの位相不感受性を担保でき
なくなる場合があることを知見した。これに対して、本
発明者らは、特願平６−５９０９３号において、超音波
通過時間が異なる干渉層を受波面に配設し、典型的に
は、受信した超音波に半周期分だけ時間差を生じさせる
ことにより受信電気信号中の圧電効果信号を減衰させ、
超音波エネルギーの小さな超音波であっても、音響電気
効果信号を選択的に検出することができる超音波トラン
スデューサを提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者が更に検討を重ねた結果、上記干渉層を配設した超音
波トランスデューサにおいても以下に示すような改良の
余地があることが判明した。即ち、上述の圧電効果信号
の減衰効果は使用する超音波の周波数に依存するため、
使用する超音波毎に異なった干渉層を配設する必要があ
る。また、受波面おける音場が不均一な場合、例えば、
超音波が干渉層に対して斜めに入射した場合、超音波が
干渉層に入射するタイミングのズレが大きい場合や超音
波に強弱がある場合には、圧電効果信号が十分には減衰
されない。更に、パルス−エコー法においては、１周期
〜数周期分の超音波を断続的に使用して検査を行うた
め、受信した１周期〜数周期分の超音波のうちの最初と
最後の各半周期分が減衰せずに残存することになる。な
お、従来の周波数フィルターを用いる方法により圧電効
果信号を除去する場合には、音響電気効果型受信素子の
厚さを超音波波長の数倍の長さに厚くし、圧電効果信号
と音響電気効果信号との周波数差を大きくする必要があ
り、このため、音響電気効果信号の波形持続時間が長く
なり、時間分解能が低下するという課題もあった。本発
明は、このような知見や課題に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、使用する超音波の周波数
や受波面における音場の均一性に依存せず、パルス−エ
コー法においても音響電気効果信号のみを選択的に検出
できる超音波送受信装置及び超音波送受信方法を提供す
ることにある。
者が更に検討を重ねた結果、上記干渉層を配設した超音
波トランスデューサにおいても以下に示すような改良の
余地があることが判明した。即ち、上述の圧電効果信号
の減衰効果は使用する超音波の周波数に依存するため、
使用する超音波毎に異なった干渉層を配設する必要があ
る。また、受波面おける音場が不均一な場合、例えば、
超音波が干渉層に対して斜めに入射した場合、超音波が
干渉層に入射するタイミングのズレが大きい場合や超音
波に強弱がある場合には、圧電効果信号が十分には減衰
されない。更に、パルス−エコー法においては、１周期
〜数周期分の超音波を断続的に使用して検査を行うた
め、受信した１周期〜数周期分の超音波のうちの最初と
最後の各半周期分が減衰せずに残存することになる。な
お、従来の周波数フィルターを用いる方法により圧電効
果信号を除去する場合には、音響電気効果型受信素子の
厚さを超音波波長の数倍の長さに厚くし、圧電効果信号
と音響電気効果信号との周波数差を大きくする必要があ
り、このため、音響電気効果信号の波形持続時間が長く
なり、時間分解能が低下するという課題もあった。本発
明は、このような知見や課題に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、使用する超音波の周波数
や受波面における音場の均一性に依存せず、パルス−エ
コー法においても音響電気効果信号のみを選択的に検出
できる超音波送受信装置及び超音波送受信方法を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意研究した結果、互いにほぼ対称な時間振
幅波形を有する２種類の超音波を使用することにより、
上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成する
に至った。従って、本発明の超音波送受信装置は、超音
波を被試験体に放出する送信子と、この被試験体からの
超音波を検出して電気信号を出力する音響電気効果型受
信子と、この受信子から出力された電気信号波形を記憶
する波形記憶装置とを備えた超音波送受信装置であっ
て、上記送信子は、０音圧に対して互いにほぼ対称な時
間振幅波形を有する２種類の超音波を逐次放出し、上記
波形記憶装置は、上記受信子からの２種類の時間電圧波
形を演算することを特徴とする。また、本発明の超音波
送受信方法は、超音波を被試験体に送信し、この被試験
体から放出された超音波を音響電気効果型受信子により
受信して電気信号を検出する超音波送受信方法におい
て、上記被試験体への送信を、０音圧に対して互いにほ
ぼ対称な時間振幅波形を有する２種類の超音波を逐次放
出することにより行い、受信した各超音波を変換して２
種類の時間電圧波形を得、得られた時間電圧波形を記憶
し演算する、ことを特徴とする。
達成すべく鋭意研究した結果、互いにほぼ対称な時間振
幅波形を有する２種類の超音波を使用することにより、
上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成する
に至った。従って、本発明の超音波送受信装置は、超音
波を被試験体に放出する送信子と、この被試験体からの
超音波を検出して電気信号を出力する音響電気効果型受
信子と、この受信子から出力された電気信号波形を記憶
する波形記憶装置とを備えた超音波送受信装置であっ
て、上記送信子は、０音圧に対して互いにほぼ対称な時
間振幅波形を有する２種類の超音波を逐次放出し、上記
波形記憶装置は、上記受信子からの２種類の時間電圧波
形を演算することを特徴とする。また、本発明の超音波
送受信方法は、超音波を被試験体に送信し、この被試験
体から放出された超音波を音響電気効果型受信子により
受信して電気信号を検出する超音波送受信方法におい
て、上記被試験体への送信を、０音圧に対して互いにほ
ぼ対称な時間振幅波形を有する２種類の超音波を逐次放
出することにより行い、受信した各超音波を変換して２
種類の時間電圧波形を得、得られた時間電圧波形を記憶
し演算する、ことを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明の超音波送受信装置及び超音波送受信方
法においては、０音圧に対して互いにほぼ対称な時間振
幅波形を有する２種類の超音波を使用することにした。
即ち、この２種類の超音波は、送信子から逐次放出さ
れ、次いで、音響電気効果型受信子を介してそれぞれ電
気信号に変換され、得られた電気信号波形は波形記憶装
置に逐次記憶される。しかる後、この２種類の記憶波形
は混合演算、即ち加算・平均化される。従って、この演
算処理により、位相感受性の圧電効果信号は相殺され、
必要とする位相不感受性の音響電気効果信号のみが検出
されることになる。
法においては、０音圧に対して互いにほぼ対称な時間振
幅波形を有する２種類の超音波を使用することにした。
即ち、この２種類の超音波は、送信子から逐次放出さ
れ、次いで、音響電気効果型受信子を介してそれぞれ電
気信号に変換され、得られた電気信号波形は波形記憶装
置に逐次記憶される。しかる後、この２種類の記憶波形
は混合演算、即ち加算・平均化される。従って、この演
算処理により、位相感受性の圧電効果信号は相殺され、
必要とする位相不感受性の音響電気効果信号のみが検出
されることになる。
【０００８】ここで、圧電効果信号の除去率は、送信子
が放出する２種類の超音波波形の対称性、超音波を音響
電気効果型受信子により圧電効果信号成分へ変換する際
の正負対称性、及び変換された圧電効果信号と音響電気
効果信号との混合信号波形を波形記憶装置に記憶する際
の直線性に依存する。従って、これらの直線性、対称性
が良好なほど圧電効果除去率が高くなるので、これら直
線性などを良好にするのが好ましい。
が放出する２種類の超音波波形の対称性、超音波を音響
電気効果型受信子により圧電効果信号成分へ変換する際
の正負対称性、及び変換された圧電効果信号と音響電気
効果信号との混合信号波形を波形記憶装置に記憶する際
の直線性に依存する。従って、これらの直線性、対称性
が良好なほど圧電効果除去率が高くなるので、これら直
線性などを良好にするのが好ましい。
【０００９】上記２種類の超音波波形の対称性を良好に
するには、電気信号を送信子に供給する信号発生装置が
発生する２種類の信号電圧の対称性と、送信子の入出力
特性における正負対称性の両方を良好にするのが好まし
いが、送信子の入出力特性の正負対称性が良好でない場
合には、信号発生装置が発生する信号波形を送信子の入
出力特性に合致させて調整することにより、送信子が放
出する２種類の超音波波形の対称性を向上させることも
できる。また、上記２種類の超音波波形は２枚の電気振
動子を用いることによっても発生できるが、この場合に
は、２枚の電気振動子の特性差に応じて供給電圧波形を
変化させることにより、送信子が放出する２種類の超音
波波形の対称性を向上させることができる。
するには、電気信号を送信子に供給する信号発生装置が
発生する２種類の信号電圧の対称性と、送信子の入出力
特性における正負対称性の両方を良好にするのが好まし
いが、送信子の入出力特性の正負対称性が良好でない場
合には、信号発生装置が発生する信号波形を送信子の入
出力特性に合致させて調整することにより、送信子が放
出する２種類の超音波波形の対称性を向上させることも
できる。また、上記２種類の超音波波形は２枚の電気振
動子を用いることによっても発生できるが、この場合に
は、２枚の電気振動子の特性差に応じて供給電圧波形を
変化させることにより、送信子が放出する２種類の超音
波波形の対称性を向上させることができる。
【００１０】なお、上記２種類の超音波波形の非対称性
は受信装置側で補正することもできる。例えば、２種類
の超音波の送信に合わせて増幅率を変化する受信信号増
幅装置を受信子と波形記憶装置との間に設け、２種類の
超音波に対応した圧電効果信号成分が加算平均処理によ
り丁度相殺されるように、２種類の超音波に対応した増
幅率を調整することにより補正することができる。ま
た、加算平均処理の際の重み付けを調整することによ
り、圧電効果信号成分の除去率を向上することも可能で
ある。
は受信装置側で補正することもできる。例えば、２種類
の超音波の送信に合わせて増幅率を変化する受信信号増
幅装置を受信子と波形記憶装置との間に設け、２種類の
超音波に対応した圧電効果信号成分が加算平均処理によ
り丁度相殺されるように、２種類の超音波に対応した増
幅率を調整することにより補正することができる。ま
た、加算平均処理の際の重み付けを調整することによ
り、圧電効果信号成分の除去率を向上することも可能で
ある。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を図面を参照して実施例により
説明する。 （実施例１）図１は、本発明の超音波送受信装置の一実
施例を示すブロック図である。同図において、超音波送
受信装置１は、送信子１０と、音響電気効果型受信子２
０と、波形記憶装置の一例であるデジタルオシロスコー
プ３０とを備えている。 また、本実施例において、送
受信装置１は、コンピュータ５０の指令に応じて電気信
号を発生する信号発生装置４０と、この電気信号を増幅
する電力増幅器４２と、受信子２０からの電気信号を増
幅する信号増幅器２２と、周波数フィルター（ローパス
フィルター）２４をも備えている。
説明する。 （実施例１）図１は、本発明の超音波送受信装置の一実
施例を示すブロック図である。同図において、超音波送
受信装置１は、送信子１０と、音響電気効果型受信子２
０と、波形記憶装置の一例であるデジタルオシロスコー
プ３０とを備えている。 また、本実施例において、送
受信装置１は、コンピュータ５０の指令に応じて電気信
号を発生する信号発生装置４０と、この電気信号を増幅
する電力増幅器４２と、受信子２０からの電気信号を増
幅する信号増幅器２２と、周波数フィルター（ローパス
フィルター）２４をも備えている。
【００１２】次に、送受信装置１の作動について説明す
る。まず、コンピュータ５０からの指令に応じて、信号
発生装置４０が第１の電気信号波形、例えばサインバー
スト波を発生する。次いで、信号発生装置４０は、コン
ピュータ指令に応じて、第１の電気信号波形を反転した
波形状を有する第２の電気信号波形を発生する。ここ
で、第１の電気信号波形と第２の電気信号波形との関係
は、図２に示すように、０電圧に対して互いにほぼ対称
な時間振幅波形を有するということができる。そして、
第１及び第２の電気信号波形は、電力増幅器４２により
逐次増幅され、第１の電気波形、第２の電気波形の順で
送信子１０に供給される。
る。まず、コンピュータ５０からの指令に応じて、信号
発生装置４０が第１の電気信号波形、例えばサインバー
スト波を発生する。次いで、信号発生装置４０は、コン
ピュータ指令に応じて、第１の電気信号波形を反転した
波形状を有する第２の電気信号波形を発生する。ここ
で、第１の電気信号波形と第２の電気信号波形との関係
は、図２に示すように、０電圧に対して互いにほぼ対称
な時間振幅波形を有するということができる。そして、
第１及び第２の電気信号波形は、電力増幅器４２により
逐次増幅され、第１の電気波形、第２の電気波形の順で
送信子１０に供給される。
【００１３】送信子１０に供給された第１及び第２の電
気信号波形は、それぞれ第１の超音波信号及び第２の超
音波信号に変換され、送信子１０と受信子２０との間に
挿入された被試験体を透過した後、受信子２０に入射す
る。ここで、第１及び第２の電気信号波形は、上述の如
く０電圧に対して互いにほぼ対称な時間振幅波形を有す
るため、これらを変換して得られる第１及び第２の超音
波信号は、０音圧に対して互いにほぼ対称な時間振幅波
形を有する関係ということができる。
気信号波形は、それぞれ第１の超音波信号及び第２の超
音波信号に変換され、送信子１０と受信子２０との間に
挿入された被試験体を透過した後、受信子２０に入射す
る。ここで、第１及び第２の電気信号波形は、上述の如
く０電圧に対して互いにほぼ対称な時間振幅波形を有す
るため、これらを変換して得られる第１及び第２の超音
波信号は、０音圧に対して互いにほぼ対称な時間振幅波
形を有する関係ということができる。
【００１４】上述の如く入射した第１及び第２の超音波
信号は、第１の受信電気信号及び第２の受信電気信号に
変換され、それぞれ信号増幅器２２に供給される。信号
増幅器２２に供給された第１及び第２の受信電気信号は
逐次増幅され、周波数フィルター２４で高周波成分を除
去された後、デジタルオシロスコープ３０に供給され
る。このデジタルオシロスコープ３０は、供給された第
１及び第２の受信電気信号を逐次記憶し、記憶した各受
信電気信号を加算・平均化して意図する音響電気効果信
号のみを算出する。第１及び第２の電気信号波形から音
響電気効果信号が算出される様子を図２に示す。
信号は、第１の受信電気信号及び第２の受信電気信号に
変換され、それぞれ信号増幅器２２に供給される。信号
増幅器２２に供給された第１及び第２の受信電気信号は
逐次増幅され、周波数フィルター２４で高周波成分を除
去された後、デジタルオシロスコープ３０に供給され
る。このデジタルオシロスコープ３０は、供給された第
１及び第２の受信電気信号を逐次記憶し、記憶した各受
信電気信号を加算・平均化して意図する音響電気効果信
号のみを算出する。第１及び第２の電気信号波形から音
響電気効果信号が算出される様子を図２に示す。
【００１５】なお、本実施例において、０電圧に対して
互いにほぼ対称な時間振幅波形を有する第１及び第２の
電気信号波形は、波形反転機能を有する信号発生装置４
０により発生されていたが、このような発生方法に限定
されるものではなく、例えば、図３(a)及び(b)に示すよ
うに、単極性の電圧発生装置４４と結線切り換え手段４
６とを組み合わせ、結線を逐次変化させることにより、
上記互いにほぼ対称な時間振幅波形を有する電気信号を
発生させることができる。また、プラスのパルスを発生
する電圧発生装置とマイナスのパルスを発生する電圧発
生装置を設置して、交互にパルスを発生させてもよい。
互いにほぼ対称な時間振幅波形を有する第１及び第２の
電気信号波形は、波形反転機能を有する信号発生装置４
０により発生されていたが、このような発生方法に限定
されるものではなく、例えば、図３(a)及び(b)に示すよ
うに、単極性の電圧発生装置４４と結線切り換え手段４
６とを組み合わせ、結線を逐次変化させることにより、
上記互いにほぼ対称な時間振幅波形を有する電気信号を
発生させることができる。また、プラスのパルスを発生
する電圧発生装置とマイナスのパルスを発生する電圧発
生装置を設置して、交互にパルスを発生させてもよい。
【００１６】更に、上述のような電気信号波形の他の発
生方法としては、図４(a)及び(b)に示すように、同一特
性・同一形状の２枚の圧電振動子１２を、電圧供給結線
を互いに逆に結線して並列又は積層配置し、交互に電圧
を供給する方法を例示することもできる。なお、図４に
おいて、圧電振動子１２内の矢印は、振動子１２の圧電
分極方向を示す。
生方法としては、図４(a)及び(b)に示すように、同一特
性・同一形状の２枚の圧電振動子１２を、電圧供給結線
を互いに逆に結線して並列又は積層配置し、交互に電圧
を供給する方法を例示することもできる。なお、図４に
おいて、圧電振動子１２内の矢印は、振動子１２の圧電
分極方向を示す。
【００１７】（実施例２）実施例１に示した構成の超音
波送受信装置１を用いて、圧電効果信号の減衰効果を評
価し、得られた結果を図５に示した。但し、各構成部材
は以下のような性質・機能を有する。 コンピュータ５０：波形反転・波形出力など信号発生器
４０を制御する。 信号発生器４０：コンピュータ５０からの指令に応じ
て、発生する波形の極性を変更し、サインバースト波
（１０MHz，２波）を発生する。同時に同期信号を出力
することもできる。 電力増幅器４２：信号発生器４０からの電圧波形を２０
倍に増幅する。最大７０Ｖppまでの電圧を発生できる。 送信子１０：１０MHzの圧電型超音波発振子 受信子２０：ＣｄＳ単結晶（□５×１mm）を受信素子と
し、内部に高入力インピーダンスのバッファアンプを備
える。 信号増幅器２２：２０dBの増幅器 周波数フィルター２４：ローパスフィルター（フィルタ
ー周波数２MHz、フィルター効率２４dB/OCT） デジタルオシロスコープ：波形記憶、加算平均化機能を
有する。 送信子１０と受信子２０との間には、水６０を充填し
た。
波送受信装置１を用いて、圧電効果信号の減衰効果を評
価し、得られた結果を図５に示した。但し、各構成部材
は以下のような性質・機能を有する。 コンピュータ５０：波形反転・波形出力など信号発生器
４０を制御する。 信号発生器４０：コンピュータ５０からの指令に応じ
て、発生する波形の極性を変更し、サインバースト波
（１０MHz，２波）を発生する。同時に同期信号を出力
することもできる。 電力増幅器４２：信号発生器４０からの電圧波形を２０
倍に増幅する。最大７０Ｖppまでの電圧を発生できる。 送信子１０：１０MHzの圧電型超音波発振子 受信子２０：ＣｄＳ単結晶（□５×１mm）を受信素子と
し、内部に高入力インピーダンスのバッファアンプを備
える。 信号増幅器２２：２０dBの増幅器 周波数フィルター２４：ローパスフィルター（フィルタ
ー周波数２MHz、フィルター効率２４dB/OCT） デジタルオシロスコープ：波形記憶、加算平均化機能を
有する。 送信子１０と受信子２０との間には、水６０を充填し
た。
【００１８】（比較例１）同極性の電気信号波形のみを
送信し、極性を反転させた電気信号波形を送信しなかっ
た以外は、実施例２と同様の操作を繰り返し、得られた
結果を図５に示した。図５に示すように、比較例１で
は、受信した信号電圧が送信子への供給電圧のほぼ１乗
に比例していることから、受信した信号電圧が圧電性信
号であることが判る。これに対して、実施例２では、受
信した信号電圧が送信子への供給電圧のほぼ２乗に比例
しており、受信した信号電圧が音響電気効果信号電圧で
あることが判る。即ち、実施例２では、圧電性信号が良
好に減衰され、音響電気効果信号のみ検出できることが
判る。
送信し、極性を反転させた電気信号波形を送信しなかっ
た以外は、実施例２と同様の操作を繰り返し、得られた
結果を図５に示した。図５に示すように、比較例１で
は、受信した信号電圧が送信子への供給電圧のほぼ１乗
に比例していることから、受信した信号電圧が圧電性信
号であることが判る。これに対して、実施例２では、受
信した信号電圧が送信子への供給電圧のほぼ２乗に比例
しており、受信した信号電圧が音響電気効果信号電圧で
あることが判る。即ち、実施例２では、圧電性信号が良
好に減衰され、音響電気効果信号のみ検出できることが
判る。
【００１９】以上、本発明を実施例により説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例
えば、超音波送受信装置１は透過型の構成をなしている
が、受信子１０と送信子２０とを被試験体に対して同じ
側に配置することにより、反射型（パルス−エコー法）
の構成とすることも可能である。また、コンピュータ５
０、電力増幅器４２、信号増幅器２２、周波数フィルタ
ー２４は必ずしも必須の部材ではない。
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例
えば、超音波送受信装置１は透過型の構成をなしている
が、受信子１０と送信子２０とを被試験体に対して同じ
側に配置することにより、反射型（パルス−エコー法）
の構成とすることも可能である。また、コンピュータ５
０、電力増幅器４２、信号増幅器２２、周波数フィルタ
ー２４は必ずしも必須の部材ではない。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
互いにほぼ対称な時間振幅波形を有する２種類の超音波
を使用することとしたため、使用する超音波の周波数や
受波面における音場の均一性に依存せず、パルス−エコ
ー法においても音響電気効果信号のみを選択的に検出で
きる超音波送受信装置及び超音波送受信方法を提供する
ことができる。また、圧電効果信号と音響電気効果信号
の周波数が近似していても圧電効果信号を効率的に除去
できることから、容易に音響電気効果型送受信装置の高
分解能化を図ることができる。
互いにほぼ対称な時間振幅波形を有する２種類の超音波
を使用することとしたため、使用する超音波の周波数や
受波面における音場の均一性に依存せず、パルス−エコ
ー法においても音響電気効果信号のみを選択的に検出で
きる超音波送受信装置及び超音波送受信方法を提供する
ことができる。また、圧電効果信号と音響電気効果信号
の周波数が近似していても圧電効果信号を効率的に除去
できることから、容易に音響電気効果型送受信装置の高
分解能化を図ることができる。
【図１】本発明の超音波送受信装置の一実施例を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】電気信号波形から音響電気効果信号が算出され
る様子を示す波形図である。
る様子を示す波形図である。
【図３】極性が反対の電気信号波形の発生方法を示す説
明図である。
明図である。
【図４】極性が反対の電気信号波形の発生方法を示す説
明図である。
明図である。
【図５】超音波送受信装置の性能を示す特性図である。
１ 送受信装置、１０ 送信子、２０ 受信子、３０
デジタルオシロスコープ、４０ 信号発生器
デジタルオシロスコープ、４０ 信号発生器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年１２月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】ここで、圧電効果信号の除去率は、送信子
が放出する２種類の超音波波形の対称性、超音波を音響
電気効果型受信子により圧電効果信号成分へ変換する際
の正負対称性、及び変換された圧電効果信号と音響電気
効果信号との混合信号波形を波形記憶装置に記憶する際
の直線性に依存する。従って、これらの直線性、対称性
が良好なほど圧電効果信号除去率が高くなるので、これ
ら直線性などを良好にするのが好ましい。
が放出する２種類の超音波波形の対称性、超音波を音響
電気効果型受信子により圧電効果信号成分へ変換する際
の正負対称性、及び変換された圧電効果信号と音響電気
効果信号との混合信号波形を波形記憶装置に記憶する際
の直線性に依存する。従って、これらの直線性、対称性
が良好なほど圧電効果信号除去率が高くなるので、これ
ら直線性などを良好にするのが好ましい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】次に、送受信装置１の作動について説明す
る。まず、コンピュータ５０からの指令に応じて、信号
発生装置４０が第１の電気信号波形、例えばサインバー
スト波を発生する。次いで、信号発生装置４０は、コン
ピュータ指令に応じて、第１の電気信号波形を反転した
波形状を有する第２の電気信号波形を発生する。ここ
で、第１の電気信号波形と第２の電気信号波形との関係
は、０電圧に対して互いにほぼ対称な時間振幅波形を有
するということができる。そして、第１及び第２の電気
信号波形は、電力増幅器４２により逐次増幅され、第１
の電気波形、第２の電気波形の順で送信子１０に供給さ
れる。
る。まず、コンピュータ５０からの指令に応じて、信号
発生装置４０が第１の電気信号波形、例えばサインバー
スト波を発生する。次いで、信号発生装置４０は、コン
ピュータ指令に応じて、第１の電気信号波形を反転した
波形状を有する第２の電気信号波形を発生する。ここ
で、第１の電気信号波形と第２の電気信号波形との関係
は、０電圧に対して互いにほぼ対称な時間振幅波形を有
するということができる。そして、第１及び第２の電気
信号波形は、電力増幅器４２により逐次増幅され、第１
の電気波形、第２の電気波形の順で送信子１０に供給さ
れる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】送信子１０に供給された第１及び第２の電
気信号波形は、それぞれ第１の超音波信号及び第２の超
音波信号に変換され、送信子１０と受信子２０との間に
挿入された被試験体を透過した後、受信子２０に入射す
る。ここで、第１及び第２の電気信号波形は、上述の如
く０電圧に対して互いにほぼ対称な時間振幅波形を有す
るため、これらを変換して得られる第１及び第２の超音
波信号は、図２に示すように、０音圧に対して互いにほ
ぼ対称な時間振幅波形を有する関係ということができ
る。
気信号波形は、それぞれ第１の超音波信号及び第２の超
音波信号に変換され、送信子１０と受信子２０との間に
挿入された被試験体を透過した後、受信子２０に入射す
る。ここで、第１及び第２の電気信号波形は、上述の如
く０電圧に対して互いにほぼ対称な時間振幅波形を有す
るため、これらを変換して得られる第１及び第２の超音
波信号は、図２に示すように、０音圧に対して互いにほ
ぼ対称な時間振幅波形を有する関係ということができ
る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】上述の如く入射した第１及び第２の超音波
信号は、第１の受信電気信号及び第２の受信電気信号に
変換され、それぞれ信号増幅器２２に供給される。信号
増幅器２２に供給された第１及び第２の受信電気信号は
逐次増幅され、周波数フィルター２４で高周波成分を除
去された後、デジタルオシロスコープ３０に供給され
る。このデジタルオシロスコープ３０は、供給された第
１及び第２の受信電気信号を逐次記憶し、記憶した各受
信電気信号を加算・平均化して意図する音響電気効果信
号のみを算出する。第１及び第２の超音波信号波形から
音響電気効果信号が算出される様子を図２に示す。
信号は、第１の受信電気信号及び第２の受信電気信号に
変換され、それぞれ信号増幅器２２に供給される。信号
増幅器２２に供給された第１及び第２の受信電気信号は
逐次増幅され、周波数フィルター２４で高周波成分を除
去された後、デジタルオシロスコープ３０に供給され
る。このデジタルオシロスコープ３０は、供給された第
１及び第２の受信電気信号を逐次記憶し、記憶した各受
信電気信号を加算・平均化して意図する音響電気効果信
号のみを算出する。第１及び第２の超音波信号波形から
音響電気効果信号が算出される様子を図２に示す。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】更に、上述のような超音波信号波形の他の
発生方法としては、図４(a)及び(b)に示すように、同一
特性・同一形状の２枚の圧電振動子１２を、電圧供給結
線を互いに逆に結線して並列又は積層配置し、交互に電
圧を供給する方法を例示することもできる。なお、図４
において、圧電振動子１２内の矢印は、振動子１２の圧
電分極方向を示す。
発生方法としては、図４(a)及び(b)に示すように、同一
特性・同一形状の２枚の圧電振動子１２を、電圧供給結
線を互いに逆に結線して並列又は積層配置し、交互に電
圧を供給する方法を例示することもできる。なお、図４
において、圧電振動子１２内の矢印は、振動子１２の圧
電分極方向を示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】（比較例１）同極性の超音波信号波形のみ
を送信し、極性を反転させた超音波信号波形を送信しな
かった以外は、実施例２と同様の操作を繰り返し、得ら
れた結果を図５に示した。図５に示すように、比較例１
では、受信した信号電圧が送信子への供給電圧のほぼ１
乗に比例していることから、受信した信号電圧が圧電性
信号であることが判る。これに対して、実施例２では、
受信した信号電圧が送信子への供給電圧のほぼ２乗に比
例しており、受信した信号電圧が音響電気効果信号電圧
であることが判る。即ち、実施例２では、圧電性信号が
良好に減衰され、音響電気効果信号のみ検出できること
が判る。
を送信し、極性を反転させた超音波信号波形を送信しな
かった以外は、実施例２と同様の操作を繰り返し、得ら
れた結果を図５に示した。図５に示すように、比較例１
では、受信した信号電圧が送信子への供給電圧のほぼ１
乗に比例していることから、受信した信号電圧が圧電性
信号であることが判る。これに対して、実施例２では、
受信した信号電圧が送信子への供給電圧のほぼ２乗に比
例しており、受信した信号電圧が音響電気効果信号電圧
であることが判る。即ち、実施例２では、圧電性信号が
良好に減衰され、音響電気効果信号のみ検出できること
が判る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
Claims (6)
- 【請求項１】 超音波を被試験体に放出する送信子と、
この被試験体からの超音波を検出して電気信号を出力す
る音響電気効果型受信子と、この受信子から出力された
電気信号波形を記憶する波形記憶装置とを備えた超音波
送受信装置であって、 上記送信子は、０音圧に対して互いにほぼ対称な時間振
幅波形を有する２種類の超音波を逐次放出し、 上記波形記憶装置は、上記受信子からの２種類の時間電
圧波形を演算することを特徴とする音響電気効果型超音
波送受信装置。 - 【請求項２】 超音波に変換される電気信号を上記送信
子に供給するための信号発生装置を付加して成る超音波
送受信装置であって、 上記信号発生装置は、０電圧に対して互いにほぼ対称な
時間振幅波形を有する２種類の電圧波形を逐次供給する
ことを特徴とする請求項１記載の音響電気効果型超音波
送受信装置。 - 【請求項３】 超音波に変換される電気信号を上記送信
子に供給するための信号発生装置を付加し、電圧・音圧
特性が相互に逆極性を呈する１対の電気振動子を上記送
信子に付加して成る超音波送受信装置であって、 上記信号発生装置は、上記１対の電気振動子間に、交互
に電圧を供給する切換手段を有することを特徴とする請
求項１記載の音響電気効果型超音波送受信装置。 - 【請求項４】 超音波を被試験体に送信し、この被試験
体から放出された超音波を音響電気効果型受信子により
受信して電気信号を検出する超音波送受信方法におい
て、 上記被試験体への送信を、０音圧に対して互いにほぼ対
称な時間振幅波形を有する２種類の超音波を逐次放出す
ることにより行い、 受信した各超音波を変換して２種類の時間電圧波形を
得、 得られた時間電圧波形を記憶し演算する、ことを特徴と
する超音波送受信方法。 - 【請求項５】 上記２種類の超音波の逐次放出を、０電
圧に対して互いにほぼ対称な時間振幅波形を有する２種
類の電圧波形を送信子に逐次供給することにより行うこ
とを特徴とする請求項４記載の超音波送受信方法。 - 【請求項６】 上記２種類の超音波の逐次放出を、電圧
・音圧極性が相互に逆極性を有する１対の電気振動子を
用い、これら電気振動子間に交互に電圧を供給すること
により行う請求項４記載の超音波送受信方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6239814A JPH08105871A (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | 音響電気効果型超音波送受信装置及び超音波送受信方法 |
| US08/469,995 US5569854A (en) | 1994-10-04 | 1995-06-06 | Apparatus and method for transmitting and receiving ultrasonic waves having an acoustoelectric, ultrasonic transducer |
| CA002159756A CA2159756A1 (en) | 1994-10-04 | 1995-10-03 | Apparatus and method for transmitting and receiving ultrasonic waves having an acoustoelectric, ultrasonic transducer |
| EP95307055A EP0706036A2 (en) | 1994-10-04 | 1995-10-04 | Apparatus and method for transmitting and receiving ultrasonic waves having an acoustoelectric, ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6239814A JPH08105871A (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | 音響電気効果型超音波送受信装置及び超音波送受信方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08105871A true JPH08105871A (ja) | 1996-04-23 |
Family
ID=17050251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6239814A Withdrawn JPH08105871A (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | 音響電気効果型超音波送受信装置及び超音波送受信方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5569854A (ja) |
| EP (1) | EP0706036A2 (ja) |
| JP (1) | JPH08105871A (ja) |
| CA (1) | CA2159756A1 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5725482A (en) * | 1996-02-09 | 1998-03-10 | Bishop; Richard P. | Method for applying high-intensity ultrasonic waves to a target volume within a human or animal body |
| DE19747637C2 (de) * | 1997-10-29 | 1999-09-30 | Theysohn Friedrich Fa | Einrichtung zur Fehlererfassung bei durchlaufenden Bändern, Profilen oder Rohren aus Kunststoff mit Ultraschallsignalen |
| DE10025561A1 (de) | 2000-05-24 | 2001-12-06 | Siemens Ag | Energieautarker Hochfrequenzsender |
| KR100945202B1 (ko) | 2001-07-03 | 2010-03-03 | 브래드베리 알. 페이스 | 자력발전 스위치 구동시스템 |
| DE10150128C2 (de) | 2001-10-11 | 2003-10-02 | Enocean Gmbh | Drahtloses Sensorsystem |
| US8194876B2 (en) * | 2004-12-08 | 2012-06-05 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Sound transmission system |
| CN104644170B (zh) * | 2015-02-16 | 2017-03-29 | 天津大学 | 基于声电效应的三维功率密度成像方法 |
| CN104644219B (zh) * | 2015-02-16 | 2017-02-22 | 天津大学 | 基于声电效应的功率密度成像方法 |
| CN106225911A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-14 | 广东履安实业有限公司 | 一种用于机器声音诊断的拾音器 |
| US10515620B2 (en) * | 2017-09-19 | 2019-12-24 | Ford Global Technologies, Llc | Ultrasonic noise cancellation in vehicular passenger compartment |
| DE102019206997B4 (de) * | 2019-05-14 | 2021-11-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | System zur zerstörungsfreien Prüfung von Bauteilen |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3353926A (en) * | 1965-09-29 | 1967-11-21 | Bell Telephone Labor Inc | Hydrothermal growth of zinc oxide crystals with ammonium ion additives |
| JPS5396494A (en) * | 1977-02-02 | 1978-08-23 | Murata Manufacturing Co | Piezooelectric crystal film of zinc oxide |
| US4195244A (en) * | 1978-07-26 | 1980-03-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | CdS Solid state phase insensitive ultrasonic transducer |
| JPH0572579A (ja) | 1991-09-13 | 1993-03-26 | Fujitsu Ltd | 有機非線形光学材料およびその製造方法 |
| GB9206943D0 (en) * | 1992-03-31 | 1992-05-13 | Ngk Insulators Ltd | Ultrasonic transducer |
-
1994
- 1994-10-04 JP JP6239814A patent/JPH08105871A/ja not_active Withdrawn
-
1995
- 1995-06-06 US US08/469,995 patent/US5569854A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-10-03 CA CA002159756A patent/CA2159756A1/en not_active Abandoned
- 1995-10-04 EP EP95307055A patent/EP0706036A2/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0706036A2 (en) | 1996-04-10 |
| US5569854A (en) | 1996-10-29 |
| CA2159756A1 (en) | 1996-04-05 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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