JPH09311125A - 音響インピーダンス測定装置 - Google Patents
音響インピーダンス測定装置Info
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- JPH09311125A JPH09311125A JP8128377A JP12837796A JPH09311125A JP H09311125 A JPH09311125 A JP H09311125A JP 8128377 A JP8128377 A JP 8128377A JP 12837796 A JP12837796 A JP 12837796A JP H09311125 A JPH09311125 A JP H09311125A
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】層状試料の後ろ側に隠れている後側媒質の固有
音響インピーダンスを測定する。 【解決手段】被測定物の層状試料１０は、密度ρ0 及び
弾性波速度ｃ0 とが既知である層状試料１１と、後側媒
質１２とから構成されている。層状試料１０の層状試料
１１の表面に、層状試料の層厚Ｈ0 を測定する層厚測定
部２０と、層状試料からみた音響インピーダンスＺを測
定する音響インピーダンス測定部２１とが設置されてい
る。層厚測定部２０及び音響インピーダンス測定部２１
の測定結果は、主演算部２２に入力される。主演算部２
２は、測定された層厚Ｈ0 及び音響インピーダンスＺと
密度ρ0 及び弾性波速度ｃ0 とから、後側媒質１２の音
響インピーダンスρ1 ｃ1 を演算する。演算結果は表示
部２３に入力され、表示される。
音響インピーダンスを測定する。 【解決手段】被測定物の層状試料１０は、密度ρ0 及び
弾性波速度ｃ0 とが既知である層状試料１１と、後側媒
質１２とから構成されている。層状試料１０の層状試料
１１の表面に、層状試料の層厚Ｈ0 を測定する層厚測定
部２０と、層状試料からみた音響インピーダンスＺを測
定する音響インピーダンス測定部２１とが設置されてい
る。層厚測定部２０及び音響インピーダンス測定部２１
の測定結果は、主演算部２２に入力される。主演算部２
２は、測定された層厚Ｈ0 及び音響インピーダンスＺと
密度ρ0 及び弾性波速度ｃ0 とから、後側媒質１２の音
響インピーダンスρ1 ｃ1 を演算する。演算結果は表示
部２３に入力され、表示される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、層状試料の後ろ側
に存在する後側媒質の固有音響インピーダンスを測定す
る音響インピーダンス測定装置に関する。
に存在する後側媒質の固有音響インピーダンスを測定す
る音響インピーダンス測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】音響インピーダンスは、媒質中のある平
面における音圧とその面を通る粒子速度との比のことで
ある。音圧と粒子速度は一般には位相が一致しないの
で、音響インピーダンスは複素数となる。音響インピー
ダンスの実数部分を音響抵抗、虚数部分を音響リアクタ
ンスという。
面における音圧とその面を通る粒子速度との比のことで
ある。音圧と粒子速度は一般には位相が一致しないの
で、音響インピーダンスは複素数となる。音響インピー
ダンスの実数部分を音響抵抗、虚数部分を音響リアクタ
ンスという。
【０００３】そして、無限に広がった媒質中の任意の点
における音圧と粒子速度との比を固有音響インピーダン
スという。無損失の平面音波の場合、固有音響インピー
ダンスは、振動数に依らず、媒質の密度ρと音速ｃとの
積ρｃとなる。
における音圧と粒子速度との比を固有音響インピーダン
スという。無損失の平面音波の場合、固有音響インピー
ダンスは、振動数に依らず、媒質の密度ρと音速ｃとの
積ρｃとなる。
【０００４】従来、音響インピーダンスの測定は、パル
ス法，振動子アドミッタンス法または音響管法等の方法
で行っていた。例えば振動子アドミッタンス法は、共振
型振動子の振動面を被測定物に接着し、共振周波数付近
で振動子電気端子のアドミッタンスを測定し、アドミッ
タンス円直径及び共振周波数の変化から被測定物の音響
インピーダンスを算出するものである。
ス法，振動子アドミッタンス法または音響管法等の方法
で行っていた。例えば振動子アドミッタンス法は、共振
型振動子の振動面を被測定物に接着し、共振周波数付近
で振動子電気端子のアドミッタンスを測定し、アドミッ
タンス円直径及び共振周波数の変化から被測定物の音響
インピーダンスを算出するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来、密度及び弾性波
速度が既知である層状試料と、この後ろ側に隠れている
後側媒質とから構成されている試料の場合、後側媒質の
音響インピーダンスを測定することができないという問
題があった。
速度が既知である層状試料と、この後ろ側に隠れている
後側媒質とから構成されている試料の場合、後側媒質の
音響インピーダンスを測定することができないという問
題があった。
【０００６】本発明の目的は、層状試料の後ろ側に隠れ
ている後側媒質の固有音響インピーダンスを測定するこ
とができる音響インピーダンス測定装置を提供すること
にある。
ている後側媒質の固有音響インピーダンスを測定するこ
とができる音響インピーダンス測定装置を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の音響インピーダ
ンス測定装置は以下のように構成されている。 （１） 本発明の音響インピーダンス測定装置は、密度
及び弾性波速度が既知である層状試料の後ろ側に密接し
て存在する後側媒質の固有音響インピーダンスを測定す
る音響インピーダンス測定装置において、前記層状試料
の厚さを測定する層厚測定部と、前記層状試料の表面か
ら前記層状試料と後側媒質との積層体の音響インピーダ
ンスを測定する音響インピーダンス測定部と、前記層状
試料の密度及び弾性波速度と測定された層厚及び音響イ
ンピーダンスとから前記後側媒質の固有音響インピーダ
ンスを演算する演算部とを具備してなることを特徴とす
る。 （２） （１）の層厚測定部が、層状試料の表面から送
ったパルスと、層状試料とその後ろ側の後側媒質との界
面からの反射波のパルスが層状試料の表面に到達した時
間差から厚さを求めるものである。 （３） （１）の層厚測定部は、層状試料の表面に設置
された振動子に時間的に変化する周波数を発振させ、振
動子の電流を測定することによって層状試料の厚さを求
める。 （４） （１）に記載の音響インピーダンス測定装置
は、層状試料の表面に設置された共振型振動子に時間的
に変化する周波数を発振させ、この共振型振動子に流れ
る電流を測定することによって音響インピーダンスを測
定するものである。 （５） 主演算部には、層状試料の密度と弾性波速度の
値が格納されている。
ンス測定装置は以下のように構成されている。 （１） 本発明の音響インピーダンス測定装置は、密度
及び弾性波速度が既知である層状試料の後ろ側に密接し
て存在する後側媒質の固有音響インピーダンスを測定す
る音響インピーダンス測定装置において、前記層状試料
の厚さを測定する層厚測定部と、前記層状試料の表面か
ら前記層状試料と後側媒質との積層体の音響インピーダ
ンスを測定する音響インピーダンス測定部と、前記層状
試料の密度及び弾性波速度と測定された層厚及び音響イ
ンピーダンスとから前記後側媒質の固有音響インピーダ
ンスを演算する演算部とを具備してなることを特徴とす
る。 （２） （１）の層厚測定部が、層状試料の表面から送
ったパルスと、層状試料とその後ろ側の後側媒質との界
面からの反射波のパルスが層状試料の表面に到達した時
間差から厚さを求めるものである。 （３） （１）の層厚測定部は、層状試料の表面に設置
された振動子に時間的に変化する周波数を発振させ、振
動子の電流を測定することによって層状試料の厚さを求
める。 （４） （１）に記載の音響インピーダンス測定装置
は、層状試料の表面に設置された共振型振動子に時間的
に変化する周波数を発振させ、この共振型振動子に流れ
る電流を測定することによって音響インピーダンスを測
定するものである。 （５） 主演算部には、層状試料の密度と弾性波速度の
値が格納されている。
【０００８】本発明の音響インピーダンス装置は、上記
構成によって以下の作用効果を有する。層状試料（密度
ρ0 、弾性波速度ｃ0 ）と後側媒質（密度ρ1 、弾性波
速度ｃ1 ）とが重ねられて形成されている試料を考え
る。すると、層状試料の固有音響インピーダンスをρ0
ｃ0 、後側媒質の固有音響インピーダンスをρ1 ｃ1 と
表すことができる。そして、層状試料側から見た２層構
造としての音響インピーダンスＺは次式のように表すこ
とができる。
構成によって以下の作用効果を有する。層状試料（密度
ρ0 、弾性波速度ｃ0 ）と後側媒質（密度ρ1 、弾性波
速度ｃ1 ）とが重ねられて形成されている試料を考え
る。すると、層状試料の固有音響インピーダンスをρ0
ｃ0 、後側媒質の固有音響インピーダンスをρ1 ｃ1 と
表すことができる。そして、層状試料側から見た２層構
造としての音響インピーダンスＺは次式のように表すこ
とができる。
【０００９】
【数１】
【００１０】ただし、γは層状試料背面における音圧反
射率、Ｈ0 は層状試料の層厚、λ0は弾性波の波長であ
る。従って、固有音響インピーダンスρ0 ｃ0 が既知の
層状試料の表面に波長λ0を与えて、層状試料の厚さＨ0
と音響インピーダンスＺを測定すれば、（１）式から
音圧反射率γが算出され、さらに、γとρ0 ｃ0 を用い
て（２）式から、側媒質の固有音響インピーダンスρ1
ｃ1 を算出することができる。
射率、Ｈ0 は層状試料の層厚、λ0は弾性波の波長であ
る。従って、固有音響インピーダンスρ0 ｃ0 が既知の
層状試料の表面に波長λ0を与えて、層状試料の厚さＨ0
と音響インピーダンスＺを測定すれば、（１）式から
音圧反射率γが算出され、さらに、γとρ0 ｃ0 を用い
て（２）式から、側媒質の固有音響インピーダンスρ1
ｃ1 を算出することができる。
【００１１】
（第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態に係わ
る音響インピーダンス測定装置の概念を示す模式図であ
る。測定対象である試料１０は、密度ρ0 及び弾性波速
度ｃ0 とが既知（つまり層状試料１１の固有音響インピ
ーダンスはρ0 ｃ0 ）である層状試料１１と、この層状
試料の後ろ側に密接して存在し、密度ρ1 及び弾性波密
度ｃ1 とが未知である後側媒質１２とから構成されてい
る。
る音響インピーダンス測定装置の概念を示す模式図であ
る。測定対象である試料１０は、密度ρ0 及び弾性波速
度ｃ0 とが既知（つまり層状試料１１の固有音響インピ
ーダンスはρ0 ｃ0 ）である層状試料１１と、この層状
試料の後ろ側に密接して存在し、密度ρ1 及び弾性波密
度ｃ1 とが未知である後側媒質１２とから構成されてい
る。
【００１２】そして、層状試料１１の表面に、層状試料
１１の層厚Ｈ0 を測定する層厚測定部２０と、層状試料
１１の表面からみた試料１０の音響インピーダンスＺを
測定する音響インピーダンス測定部２１とが設置されて
いる。層厚測定部２０及び音響インピーダンス測定部２
１の測定結果は、主演算部２２に出力される。主演算部
２２は、測定された層厚Ｈ0 及び音響インピーダンスＺ
と層状試料１１の密度ρ0 及び弾性波速度ｃ0 とから、
後側媒質１２の音響インピーダンスρ1 ｃ1 を演算し、
演算結果を表示部に出力する。そして、表示部２３は、
後側媒質１２の固有音響インピーダンス値ρ1 ｃ1 を表
示する。
１１の層厚Ｈ0 を測定する層厚測定部２０と、層状試料
１１の表面からみた試料１０の音響インピーダンスＺを
測定する音響インピーダンス測定部２１とが設置されて
いる。層厚測定部２０及び音響インピーダンス測定部２
１の測定結果は、主演算部２２に出力される。主演算部
２２は、測定された層厚Ｈ0 及び音響インピーダンスＺ
と層状試料１１の密度ρ0 及び弾性波速度ｃ0 とから、
後側媒質１２の音響インピーダンスρ1 ｃ1 を演算し、
演算結果を表示部に出力する。そして、表示部２３は、
後側媒質１２の固有音響インピーダンス値ρ1 ｃ1 を表
示する。
【００１３】次に、層厚測定部の構成の一例を図２に示
す。パルス発生器３１は、送波パルス信号を増幅器３２
と層厚演算器３３とに出力する。増幅器３２は入力され
た送波パルス信号を増幅し、層状試料１１の表面に設置
された振動子３４に出力する。振動子３４は、送受波兼
用であり、送波パルス信号によって振動した後、自動的
に受波可能状態となり、層状試料１１と後側媒質１２と
の界面からの反射波を受波する。振動子３４の受けた受
波パルス信号は、増幅器３５に入力される。増幅器３５
は、受波パルス信号を信号を電圧増幅し、層厚演算器３
３に出力する。そして、層厚演算器３３は、入力された
信号を基に、層状試料１１の層厚Ｈ0 を演算する。
す。パルス発生器３１は、送波パルス信号を増幅器３２
と層厚演算器３３とに出力する。増幅器３２は入力され
た送波パルス信号を増幅し、層状試料１１の表面に設置
された振動子３４に出力する。振動子３４は、送受波兼
用であり、送波パルス信号によって振動した後、自動的
に受波可能状態となり、層状試料１１と後側媒質１２と
の界面からの反射波を受波する。振動子３４の受けた受
波パルス信号は、増幅器３５に入力される。増幅器３５
は、受波パルス信号を信号を電圧増幅し、層厚演算器３
３に出力する。そして、層厚演算器３３は、入力された
信号を基に、層状試料１１の層厚Ｈ0 を演算する。
【００１４】層厚演算器３３の演算について説明する。
層厚演算器３３は、送波パルスと受波パルスとが入力さ
れた時間差△ｔを検出する。送波パルスと受波パルスの
時間差△ｔは、層状試料を往復する時間である。従っ
て、層状試料１１の弾性波速度ｃ0 は既知であるので層
厚Ｈ0 を、 Ｈ0 ＝ｃ0 ×△ｔ／２ と計算することができる。
層厚演算器３３は、送波パルスと受波パルスとが入力さ
れた時間差△ｔを検出する。送波パルスと受波パルスの
時間差△ｔは、層状試料を往復する時間である。従っ
て、層状試料１１の弾性波速度ｃ0 は既知であるので層
厚Ｈ0 を、 Ｈ0 ＝ｃ0 ×△ｔ／２ と計算することができる。
【００１５】また、音響インピーダンス測定部の構成の
一例を図３に示す。可変周波数発振器４１は、層状試料
１１の表面に設置された共振型振動子４２と、音響イン
ピーダンス測定器４３に出力する。そして、共振型振動
子４２に流れる電流が電流計４４によって測定され、測
定結果が音響インピーダンス測定器４３に入力される。
そして、音響インピーダンス測定器４３は層状試料１１
の表面からみた音響インピーダンスを演算する。
一例を図３に示す。可変周波数発振器４１は、層状試料
１１の表面に設置された共振型振動子４２と、音響イン
ピーダンス測定器４３に出力する。そして、共振型振動
子４２に流れる電流が電流計４４によって測定され、測
定結果が音響インピーダンス測定器４３に入力される。
そして、音響インピーダンス測定器４３は層状試料１１
の表面からみた音響インピーダンスを演算する。
【００１６】この音響インピーダンス測定部による測定
を詳しく説明する。可変周波数発振器４１は、共振型振
動子４２の共振周波数付近で周波数を連続的に変化させ
ながら、一定振幅の電圧を共振型振動子４２に印加す
る。電流計４４は、共振型振動子４２に流れる電流を測
定し、電流値を音響インピーダンス演算部４３に出力す
る。音響インピーダンス演算器４３は、測定された電流
値と共振型振動子４２の電気機械結合定数の情報を基
に、共振振動子４２のアドミッタンスを計算する。そし
て、アドミッタンス円直径及び共振型振動子４２の共振
周波数の変化から、層状試料１１からみた音響インピー
ダンスＺを算出する。
を詳しく説明する。可変周波数発振器４１は、共振型振
動子４２の共振周波数付近で周波数を連続的に変化させ
ながら、一定振幅の電圧を共振型振動子４２に印加す
る。電流計４４は、共振型振動子４２に流れる電流を測
定し、電流値を音響インピーダンス演算部４３に出力す
る。音響インピーダンス演算器４３は、測定された電流
値と共振型振動子４２の電気機械結合定数の情報を基
に、共振振動子４２のアドミッタンスを計算する。そし
て、アドミッタンス円直径及び共振型振動子４２の共振
周波数の変化から、層状試料１１からみた音響インピー
ダンスＺを算出する。
【００１７】（第２実施形態）また、第１実施形態の層
厚演算部と異なる層厚演算部の構成を図４に示す。可変
周波数発振器５１は、周波数を連続的に変化させなが
ら、一定振幅の電圧を振動子５２と層厚演算器５３に印
加する。その時、電流計５４は振動子５２に流れる電流
値を測定し、電流値を層厚演算器５３に入力する。そし
て、層厚演算器５３は層状試料１１の層厚Ｈ0 を演算す
る。
厚演算部と異なる層厚演算部の構成を図４に示す。可変
周波数発振器５１は、周波数を連続的に変化させなが
ら、一定振幅の電圧を振動子５２と層厚演算器５３に印
加する。その時、電流計５４は振動子５２に流れる電流
値を測定し、電流値を層厚演算器５３に入力する。そし
て、層厚演算器５３は層状試料１１の層厚Ｈ0 を演算す
る。
【００１８】この層厚演算部による測定を詳しく説明す
る。層厚演算器５３は、電流計５４から出力された電流
値から、層状試料１１内の厚み共振によって電流振幅が
極大となる複数の周波数を検出し、隣り合う共振周波数
の差△ｆを求める。隣り合う共振周波数の差△ｆの値
は、最小の共振周波数に相当するので、周波数△ｆ，速
度ｃ0 の時の波長の２分の１が層状試料１１の層厚Ｈ0
となる。従って、層状試料１１の弾性波速度ｃ0 と△ｆ
とから、層厚Ｈ0 を、 Ｈ0 ＝ｃ0 ／（２・△ｆ） と算出することができる。本発明は上記実施形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することが可能である。
る。層厚演算器５３は、電流計５４から出力された電流
値から、層状試料１１内の厚み共振によって電流振幅が
極大となる複数の周波数を検出し、隣り合う共振周波数
の差△ｆを求める。隣り合う共振周波数の差△ｆの値
は、最小の共振周波数に相当するので、周波数△ｆ，速
度ｃ0 の時の波長の２分の１が層状試料１１の層厚Ｈ0
となる。従って、層状試料１１の弾性波速度ｃ0 と△ｆ
とから、層厚Ｈ0 を、 Ｈ0 ＝ｃ0 ／（２・△ｆ） と算出することができる。本発明は上記実施形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することが可能である。
【００１９】
【発明の効果】本発明の音響インピーダンス測定装置
は、層状試料の層厚と層状試料の表面からみた音響イン
ピーダンスとを測定することによって、層状試料の後ろ
側に隠れている後側媒質の固有音響インピーダンスを測
定することができる。
は、層状試料の層厚と層状試料の表面からみた音響イン
ピーダンスとを測定することによって、層状試料の後ろ
側に隠れている後側媒質の固有音響インピーダンスを測
定することができる。
【図１】音響インピーダンス測定装置の概念を示す模式
図。
図。
【図２】層厚測定部の概念を示す模式図。
【図３】音響インピーダンス測定部の概念を示す模式
図。
図。
【図４】層厚測定部の概念を示す模式図。
１０ 試料 １１ 層状試料 １２ 後側媒質 ２０ 層厚測定部 ２１ 音響インピーダンス測定部 ２２ 主演算部 ２３ 表示部 ３１ パルス発生器 ３２ 増幅器 ３３ 層厚演算器 ３４ 振動子 ３５ 増幅器 ４１ 可変周波数発振器 ４２ 共振型振動子 ４３ 音響インピーダンス測定器 ４４ 電流計 ５１ 可変周波数発振器 ５２ 振動子 ５３ 層厚演算器 ５４ 電流計
Claims (1)
- 【請求項１】密度及び弾性波速度が既知である層状試料
の後ろ側に密接して存在する後側媒質の固有音響インピ
ーダンスを測定する音響インピーダンス測定装置におい
て、 前記層状試料の厚さを測定する層厚測定部と、前記層状
試料の表面から前記層状試料と後側媒質との積層体の音
響インピーダンスを測定する音響インピーダンス測定部
と、前記層状試料の密度及び弾性波速度と測定された層
厚及び音響インピーダンスとから前記後側媒質の固有音
響インピーダンスを演算する演算部とを具備してなるこ
とを特徴とする音響インピーダンス測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8128377A JPH09311125A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 音響インピーダンス測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8128377A JPH09311125A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 音響インピーダンス測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09311125A true JPH09311125A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=14983323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8128377A Withdrawn JPH09311125A (ja) | 1996-05-23 | 1996-05-23 | 音響インピーダンス測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09311125A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006047162A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Kumamoto Technology & Industry Foundation | 音響式検査方法および音響式検査装置 |
| JP2007195743A (ja) * | 2006-01-26 | 2007-08-09 | Honda Electronic Co Ltd | 音響インピーダンス測定方法、音響インピーダンス測定装置、物体特性評価方法、及び物体特性評価装置 |
| JP2013024620A (ja) * | 2011-07-19 | 2013-02-04 | Kofurotsuku Kk | 超音波流量計 |
| CN114235965A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-25 | 安徽理工大学 | 一种岩石损伤变量的确定方法、***、介质、设备及终端 |
-
1996
- 1996-05-23 JP JP8128377A patent/JPH09311125A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006047162A (ja) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Kumamoto Technology & Industry Foundation | 音響式検査方法および音響式検査装置 |
| JP4586169B2 (ja) * | 2004-08-06 | 2010-11-24 | 一平 鳥越 | 音響式検査方法および音響式検査装置 |
| JP2007195743A (ja) * | 2006-01-26 | 2007-08-09 | Honda Electronic Co Ltd | 音響インピーダンス測定方法、音響インピーダンス測定装置、物体特性評価方法、及び物体特性評価装置 |
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| CN114235965A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-03-25 | 安徽理工大学 | 一种岩石损伤变量的确定方法、***、介质、设备及终端 |
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