JPS58103662A - 調整可能な角度でビ−ムを与えるための超音波試験プロ−ブ - Google Patents
調整可能な角度でビ−ムを与えるための超音波試験プロ−ブInfo
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- JPS58103662A JPS58103662A JP57211206A JP21120682A JPS58103662A JP S58103662 A JPS58103662 A JP S58103662A JP 57211206 A JP57211206 A JP 57211206A JP 21120682 A JP21120682 A JP 21120682A JP S58103662 A JPS58103662 A JP S58103662A
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- ultrasound
- lens
- ultrasonic
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
- G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/30—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses
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- G10K11/341—Circuits therefor
- G10K11/345—Circuits therefor using energy switching from one active element to another
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/48—Diagnostic techniques
- A61B8/485—Diagnostic techniques involving measuring strain or elastic properties
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、多数の超音波変換器及びこの変換器と超音
波出口開口部との間に配列された音響レンズを備えてい
て１個個の変換器又は変換器群の励振ｒより種種の伝搬
方向の収束超音波ビームが発生されてこれが超音波出口
開口部を通して試験されるべき対象物中に達するように
なっている超音波変換器プローブ（探触子）に関する。
波出口開口部との間に配列された音響レンズを備えてい
て１個個の変換器又は変換器群の励振ｒより種種の伝搬
方向の収束超音波ビームが発生されてこれが超音波出口
開口部を通して試験されるべき対象物中に達するように
なっている超音波変換器プローブ（探触子）に関する。
この発明は史に、超音波によって非破壊材料試験におけ
るその種の変換器プローブの使用に関する。
るその種の変換器プローブの使用に関する。
前述の種種の超音波プローブは超音波医療技術に使用さ
れており１例えば１９８０年１月１５日付けでダブリュ
ー・エイ・了ンダーソン（Ｗ、Ａ。
れており１例えば１９８０年１月１５日付けでダブリュ
ー・エイ・了ンダーソン（Ｗ、Ａ。
Ａｎｄｅｒｓｏｎ）に発行された米国特許第４１８３２
４９号「音響結像用レンズ装置（Ｌｅｎｓ Ｓｙｓｔｅ
ｍ ｆｏｏｒ ＡｃｏｕｓｔｉｃａｌＩｍａｇｉｎｇ）
に示されている。この特許に記載された変換器プローブ
は比較的小さい超音波出口開口部を得るために同心レン
ズと関連して弧状配列の変換器を利用し、これにより超
音波ビームが肋間空間を通して胸部に入ることができる
ようになっている。レンズは超音波ビームを胸部の内部
にある焦点面に集来させるものである。
４９号「音響結像用レンズ装置（Ｌｅｎｓ Ｓｙｓｔｅ
ｍ ｆｏｏｒ ＡｃｏｕｓｔｉｃａｌＩｍａｇｉｎｇ）
に示されている。この特許に記載された変換器プローブ
は比較的小さい超音波出口開口部を得るために同心レン
ズと関連して弧状配列の変換器を利用し、これにより超
音波ビームが肋間空間を通して胸部に入ることができる
ようになっている。レンズは超音波ビームを胸部の内部
にある焦点面に集来させるものである。
弧状に配置された超音波変換器を備えた同様の超音波試
験プローブは１９８０年５月２７日付けでイー・プリト
９−クス（Ｅ、Ｂｒ１ｄｏｕｘ）Ｋ発行された米国特許
第４２０４４３５号「超音波による画像形成装置Ｊ （
Ｄｅｖｉｃｅｓ ＵｓｉｎｇＵｌｔｒａＳｏｕｎｄ
ｆｏｒ、Ｆｏｖｍｉｇ Ｉｍａｇｅｓ）に示されている
。この試験プローグにおいては、レンズは超市波出ロ開
ロ部と変換器との間ではなくて、この開口部自体に配置
されている。
験プローブは１９８０年５月２７日付けでイー・プリト
９−クス（Ｅ、Ｂｒ１ｄｏｕｘ）Ｋ発行された米国特許
第４２０４４３５号「超音波による画像形成装置Ｊ （
Ｄｅｖｉｃｅｓ ＵｓｉｎｇＵｌｔｒａＳｏｕｎｄ
ｆｏｒ、Ｆｏｖｍｉｇ Ｉｍａｇｅｓ）に示されている
。この試験プローグにおいては、レンズは超市波出ロ開
ロ部と変換器との間ではなくて、この開口部自体に配置
されている。
前述の試験ヘッドは弧状変換器及び場合により使用され
る同心レンズの製造に費用がかかるので特に不利である
。
る同心レンズの製造に費用がかかるので特に不利である
。
この発明はそれゆえ、ＩＩ＃初に述べた種種の試験プロ
ーブを更に発展させて、これを小さい超音波出口開口部
にもかかわらずできるだけ簡単にしかも安価に製作する
ことができるようにするものである。ここに開示する変
換器プローブは非破壊材料試験における角度試験プロー
ブとして特に適しており、更に、試験片中を選択可能な
角度で伝搬する超音波ビームを与えるための装置を備え
ている。
ーブを更に発展させて、これを小さい超音波出口開口部
にもかかわらずできるだけ簡単にしかも安価に製作する
ことができるようにするものである。ここに開示する変
換器プローブは非破壊材料試験における角度試験プロー
ブとして特に適しており、更に、試験片中を選択可能な
角度で伝搬する超音波ビームを与えるための装置を備え
ている。
この発明のその他の利点及び特徴は添付の図面に関連し
て行われる次の説明から一層明らかになるであろう。
て行われる次の説明から一層明らかになるであろう。
今度は図面、特に第１図について述べると、欠陥につい
て試験されるべき材料片２上に配置された変換器プロー
ブ１．及びこれを試験器４に接続するケーブル６が示さ
れている。
て試験されるべき材料片２上に配置された変換器プロー
ブ１．及びこれを試験器４に接続するケーブル６が示さ
れている。
変換器プローブ１は主として変換器素子の直線配列１０
、レンズ１１及びくさび形遅延線１２かうなっている。
、レンズ１１及びくさび形遅延線１２かうなっている。
レンズ１１は遅延線中にはめ込まれていて遅延線の音響
速度よりも小さい音響速度の材料で作られている。この
目的のためにはレンズ材料としてシリコーンＣＧ＝ Ｉ
Ｋｍ／ｓ）、くさび形遅延線としてポリスチｏ −ル（
Ｃ＝ ２．３８Ｋｒｎ／ｓ ）が特に適していることが
わかっている。
速度よりも小さい音響速度の材料で作られている。この
目的のためにはレンズ材料としてシリコーンＣＧ＝ Ｉ
Ｋｍ／ｓ）、くさび形遅延線としてポリスチｏ −ル（
Ｃ＝ ２．３８Ｋｒｎ／ｓ ）が特に適していることが
わかっている。
配列１０、レンズ１１及び遅延線１２はプローブハウジ
ング１３内に配置されている。ノーウジング１３の側面
にある開口部を通して、変換器配列に多心ケーブル３が
延びている。ケーブルの各心線は配列１０の変換器素子
の一つと試験器４とに接続されており、試験器４は変換
器素子に超音波送信信号を与えるための通常のパルス回
路、所要の受信器増幅回路及び評価回路を備えているが
。
ング１３内に配置されている。ノーウジング１３の側面
にある開口部を通して、変換器配列に多心ケーブル３が
延びている。ケーブルの各心線は配列１０の変換器素子
の一つと試験器４とに接続されており、試験器４は変換
器素子に超音波送信信号を与えるための通常のパルス回
路、所要の受信器増幅回路及び評価回路を備えているが
。
これらの回路はすべて技術に通じた者には既知であ・る
。
。
材料片゛と接触しているプローブ面（くさび形遅延線の
下側）には音響ビームが出て行く音響開口部が配置され
ている。この開口部は最も簡単な場合にはこの開口部位
置に試験プローブの下側を配置することによって設けら
れる。
下側）には音響ビームが出て行く音響開口部が配置され
ている。この開口部は最も簡単な場合にはこの開口部位
置に試験プローブの下側を配置することによって設けら
れる。
今度は変換器プローブの動作を説明するが、第１図には
三つの代表的な超音波ビーム７．８及び９が示されてい
る。この構成例では、ビーム７及び９はそれぞれ３個の
外側の変換器素子を励振することによって発生され、又
ビーム８は３図の中心配置の変換器素子を励振すること
によって発生される。（実際の構成例では図示しかつ前
述した６個の素子の代わりに８個の素子が使用されてい
る。）例えば、３個の外側の素子１０１，１０２及び１
０３（第２図参照）を同時忙同相で励振すると、入射角
α１をもつ縦波が発生する。変換器素子の数、レンズの
曲率、及び遅延線の長さ、すなわち超音波出口開口部と
変換器配列面との間の距離（第２図参照）は焦点線６１
が超音波出口部に配置されるように選択される。スネル
の法則ｓ ｉ ｎα／ｓ ｉ ｎβ＝０２１０３但し、 ｃ２＝ポリスチロ゛−ルくさびπおける縦波の音響速度 Ｃ３−金属媒質における横波の音響速度α ＝入射角 、β＝伝搬角（屈折角又は射出角としても知られている
） に従つて、゛試験されるべき材料片２に横波が発生され
るが、これは近似的にβ１の伝搬角をもっている。
三つの代表的な超音波ビーム７．８及び９が示されてい
る。この構成例では、ビーム７及び９はそれぞれ３個の
外側の変換器素子を励振することによって発生され、又
ビーム８は３図の中心配置の変換器素子を励振すること
によって発生される。（実際の構成例では図示しかつ前
述した６個の素子の代わりに８個の素子が使用されてい
る。）例えば、３個の外側の素子１０１，１０２及び１
０３（第２図参照）を同時忙同相で励振すると、入射角
α１をもつ縦波が発生する。変換器素子の数、レンズの
曲率、及び遅延線の長さ、すなわち超音波出口開口部と
変換器配列面との間の距離（第２図参照）は焦点線６１
が超音波出口部に配置されるように選択される。スネル
の法則ｓ ｉ ｎα／ｓ ｉ ｎβ＝０２１０３但し、 ｃ２＝ポリスチロ゛−ルくさびπおける縦波の音響速度 Ｃ３−金属媒質における横波の音響速度α ＝入射角 、β＝伝搬角（屈折角又は射出角としても知られている
） に従つて、゛試験されるべき材料片２に横波が発生され
るが、これは近似的にβ１の伝搬角をもっている。
中心配置の変換器素子１１９．１２０及び１２１又は外
側の素子１３８，１３９及び１４０の励振に応じて変換
器プローブの下側には異なった入射角（α０、α２）の
超音波ビームが得られるが、これはそれぞれ異なった伝
搬角（β０、β２）で材料片中に送られることになる。
側の素子１３８，１３９及び１４０の励振に応じて変換
器プローブの下側には異なった入射角（α０、α２）の
超音波ビームが得られるが、これはそれぞれ異なった伝
搬角（β０、β２）で材料片中に送られることになる。
この発明によれば種種の伝搬角をもった超音波ビームを
材料片に与えて対卯する角度をもった超音波ビームを受
は取ることが可能である。この目的のためには単に超音
波試験装置４の回転ろまみ４１（第１図）を回転させて
対応する数の隣接した変換器素子を対応する送信器に接
続すればよい。
材料片に与えて対卯する角度をもった超音波ビームを受
は取ることが可能である。この目的のためには単に超音
波試験装置４の回転ろまみ４１（第１図）を回転させて
対応する数の隣接した変換器素子を対応する送信器に接
続すればよい。
もちろん、所定のビーム角度範囲を自動的に走査するこ
とも可能である。この目的のために、最初に素子１０１
．１０２及び１０３を励振し、続いて変換器素子１０２
．１０３及び１０３を励振する（以下同様）。
とも可能である。この目的のために、最初に素子１０１
．１０２及び１０３を励振し、続いて変換器素子１０２
．１０３及び１０３を励振する（以下同様）。
前述のよウニ、超音波ビームの焦点線は超音波出口開口
部６に配置するのが望ましい。この構成には試験される
べき材料片と試験プローブとの所要の接触面を比較的小
さく保つことができかつ又回転軸が超音波出口面に入る
という利点がある。
部６に配置するのが望ましい。この構成には試験される
べき材料片と試験プローブとの所要の接触面を比較的小
さく保つことができかつ又回転軸が超音波出口面に入る
という利点がある。
第２図を見ると、変換器配列１０．レンズ１１及びくさ
び形遅延線が示されている。例えば、４０ないし８０度
の伝搬角をもつ超音波ビームを与える角度試験プローブ
を作るためには入射角を２８度と４７度の間で変化させ
なければならない。中心角度、従ってくさび角度α０は
３８度である。
び形遅延線が示されている。例えば、４０ないし８０度
の伝搬角をもつ超音波ビームを与える角度試験プローブ
を作るためには入射角を２８度と４７度の間で変化させ
なければならない。中心角度、従ってくさび角度α０は
３８度である。
ビーム出口線を規定する線６１と変準器１０との間の距
離Ｆを４５ｍｍに選ぶと、変換器配列の所要の長さしが
与えられることになり、これは約５０ ｍｍである。集
束度Ｋ、すなわち、励振された変換器素子の超音波ビー
ムの、レンズのない場合のニアフィールド長の、レンズ
のある場合のニアフィールド長に対する比率は０．７＜
Ｋ＜１の条件を満たさなければならない。この場合には
試験されるべき材料片における超音波ビームの発散が比
較的小さくなることが論証されている。
離Ｆを４５ｍｍに選ぶと、変換器配列の所要の長さしが
与えられることになり、これは約５０ ｍｍである。集
束度Ｋ、すなわち、励振された変換器素子の超音波ビー
ムの、レンズのない場合のニアフィールド長の、レンズ
のある場合のニアフィールド長に対する比率は０．７＜
Ｋ＜１の条件を満たさなければならない。この場合には
試験されるべき材料片における超音波ビームの発散が比
較的小さくなることが論証されている。
距離Ｆ、シリコーンレンズ１１及びポリスチロールくさ
び１２に対する縦波の適用可能な音響速度、並び゛に同
時に励振される群の変換器素子の所定の口径りをえれば
、次の式を用いてレンズ１１の半径Ｒを近似的に求める
ことができる。
び１２に対する縦波の適用可能な音響速度、並び゛に同
時に励振される群の変換器素子の所定の口径りをえれば
、次の式を用いてレンズ１１の半径Ｒを近似的に求める
ことができる。
ａ′
但し、
λ＝ポリスチロールくさびにおける縦波の波長
もちろん、レンズ１１の半径を事前選択して。
それから同時に励振される変換器素子の数を決定するこ
ともできる。
ともできる。
第３図は試験ロープの透視図を示す。変換器素子の配列
はやはり符号１０で１円柱レンズは符号１１で、くさび
は符号１２で示されている。
はやはり符号１０で１円柱レンズは符号１１で、くさび
は符号１２で示されている。
第１図に示したように、変換器配列の各変換器素子は別
別の心線３０１ないし３４０よりそれぞれの送受信器に
接続されている。もちろん、単一の送受信器を利用する
ことも可能である。この目的のために１例えば第４図及
び第５図に示したように１回転つまみ１５１を備えたス
イッチ１５０が゛変換器ハウジング１６に配置されてい
る。このスイッチは超音波ビームに対して特定の角度を
選択するのに役立つ。この構成は布板の超音波試験器４
０を利用することができるという利点を有する。又、単
心ケーブル３０を利用することができる。図示したもの
では三つの角度をスイッチによって選択することができ
るが、表示した角度は。
別の心線３０１ないし３４０よりそれぞれの送受信器に
接続されている。もちろん、単一の送受信器を利用する
ことも可能である。この目的のために１例えば第４図及
び第５図に示したように１回転つまみ１５１を備えたス
イッチ１５０が゛変換器ハウジング１６に配置されてい
る。このスイッチは超音波ビームに対して特定の角度を
選択するのに役立つ。この構成は布板の超音波試験器４
０を利用することができるという利点を有する。又、単
心ケーブル３０を利用することができる。図示したもの
では三つの角度をスイッチによって選択することができ
るが、表示した角度は。
普通の場合のように、鋼製材料片における伝搬角度を示
している。
している。
第１図は材料片上に置かれたこの発明による変換器プロ
ーブの概略図である。 第２図は寸法記号を備えた第１図と同様の図である。 第３図は変換器プローブの透視図である。 第４図は変換器プローブの断面図であって異なった伝搬
角の三つの超音波ビームを得るための接続を図示したも
のである。 第５図は超音波試験器に接続された変換器プローブの側
面図である。 これらの図面において、１は変換器プローブ。 ２は材料片、６は超音波出口開口部、７．８％９は超音
波・ビーム、１０は変換器配列、１１はレンズ、１２は
遅延線、１３はハウジング、４０は超音波試験器、６１
は焦点線、１０１〜１４０は変換器素子、１５０はスイ
ッチを示す。 ＦＩＧ、 １ ・、
ーブの概略図である。 第２図は寸法記号を備えた第１図と同様の図である。 第３図は変換器プローブの透視図である。 第４図は変換器プローブの断面図であって異なった伝搬
角の三つの超音波ビームを得るための接続を図示したも
のである。 第５図は超音波試験器に接続された変換器プローブの側
面図である。 これらの図面において、１は変換器プローブ。 ２は材料片、６は超音波出口開口部、７．８％９は超音
波・ビーム、１０は変換器配列、１１はレンズ、１２は
遅延線、１３はハウジング、４０は超音波試験器、６１
は焦点線、１０１〜１４０は変換器素子、１５０はスイ
ッチを示す。 ＦＩＧ、 １ ・、
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１１複数の変換器素子、くさび形遅延線、並びに前記
の変換器素子と前記の遅延線の超音波出口開口部との間
に配置された音響レンズを備えており、選択された個個
の又は群の変換器の励振に応じて種種の入射角の収束超
音波ビームが発生されてこれが前記の遅延線の下側に配
置された前記の超音波出口開口部を通って試験されるべ
き材料片中に送られるようになっている超音波変換器プ
ローｆにおいて、 前記の変換器素子が直線状の配列を形成していること、 材料片において超音波の横波だけを伝搬させるように前
記の配置が材料片の面に対して傾斜していること、並び
に 超音波出口開口部（６）からの配列αｅの平均距離（め
、レンズ０１）の曲率、レンズ材料の音響速度及び遅延
線ａ２の音響速度を選択して個個の超音波ビー４の収束
点又は収束線（６１）が一致しかつ前記の超音波出口開
口部（６）に配置されるようにしであることを特徴とす
る前記の超音波変換器プローブ。 （２）同時に励振される変換器の群の集束度Ｋが０．７
≦Ｋ（１ に従っていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の超音波変換器プローブ。 （３）前記のレンズがシリコーン製の円柱レンズであり
かつ前記のくさび形遅延線がポリスチロール製であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超音波変
換器プローブ。 （４）中心配置の変換器素子の励振に応じて発生した超
音波ビームがほぼ３８度の角度で前記の超音波出口開口
部に入射し、かつ前記の変換器素子配列の長さくＬ）が
前記のプローブと接触する鋼製材料片の場合に超音波ビ
ームの伝搬角をほぼ４０度から８０度までの範囲で選択
することができるような寸法に選ばれていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の超音波変換器プロ
ーブ。 （５）前記の変換器配列にセレクタスイッチを接続して
、前記の変換器素子が超音波試験器に接続されてこの素
子の選択されたものが前記の試験器に接続されて励振さ
れかつ又受信超音波信号が前記の試験器に与えられるよ
うにしであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の超音波変換器プローブ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3147482A DE3147482C1 (de) | 1981-12-01 | 1981-12-01 | Ultraschallpruefkopf mit einer Vielzahl von Ultraschallwandlern |
| DE31474829 | 1981-12-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58103662A true JPS58103662A (ja) | 1983-06-20 |
Family
ID=6147600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57211206A Pending JPS58103662A (ja) | 1981-12-01 | 1982-12-01 | 調整可能な角度でビ−ムを与えるための超音波試験プロ−ブ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4458534A (ja) |
| JP (1) | JPS58103662A (ja) |
| DE (1) | DE3147482C1 (ja) |
| GB (1) | GB2110503B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6066159A (ja) * | 1983-09-20 | 1985-04-16 | Shin Nippon Hihakai Kensa Kk | 電子走査型横波斜角探触子及びこれを用いた非破壊検査方法 |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4537073A (en) * | 1982-12-24 | 1985-08-27 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Inspection method of square billet using electronic scanning |
| DE3737593C2 (de) * | 1986-11-06 | 1995-03-16 | Toshiba Kawasaki Kk | Ultraschall-Sondenvorrichtung |
| DE9214948U1 (de) * | 1992-11-03 | 1994-03-10 | Siemens AG, 80333 München | Ultraschallwandler-Anordnung |
| DE19640389C2 (de) * | 1996-09-30 | 1998-08-20 | Siemens Ag | Ultraschall-Prüfkopf |
| DE29708338U1 (de) * | 1997-05-12 | 1998-09-17 | DWL Elektronische Systeme GmbH, 78354 Sipplingen | Multifrequenz-Ultraschallsonde |
| US5913243A (en) * | 1997-09-30 | 1999-06-15 | General Electric Co. | Ultrasonic transducer for nondestructive testing of generator field coils of dynamoelectric machines |
| US6523418B2 (en) | 1998-07-30 | 2003-02-25 | Don E. Bray | Apparatus and method for ultrasonic stress measurement using the critically refracted longitudinal (Lcr) ultrasonic technique |
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