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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Messwertgeber.
Genauer, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschall-Messwertgeber,
der eine Vorrichtung ist, die als eine Quelle zum Projizieren einer
Ultraschallwelle auf eine Probe, die zu untersuchen ist, funktioniert,
und als eine Quelle zum Empfangen einer Welle, die von der Probe
reflektiert ist, funktioniert.
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Ein
Ultraschallinspektionsgerät ist bekannt als ein Gerät,
das eine Ultraschallwelle auf eine zu untersuchende Probe durch
Wasser projiziert, die in das Wasser eingetaucht ist, und eine von
der Probe reflektierte Welle empfängt und einen Defekt
wie einen Abbruch oder einen Fehler in der Probe erfasst auf der
Grundlage einer Wellenform eines Echosignals der reflektierten Welle
(siehe z. B.
japanische Gebrauchsmusteranmeldung
6-80169 ).
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12 zeigt
ein Beispiel eines Ultraschallinspektionsgerätes. Wie in 12 gezeigt
ist, weist das Ultraschallinspektionsgerät 100 ein
Wasserbad 11, das mit Wasser W gefüllt ist, eine
zu untersuchende Probe 12, die in das Wasserbad 11 einzutauchen
vorgesehen ist, einen Ultraschall-Messwertgeber 50, der
als eine Quelle zum Projizieren einer Ultraschallwelle auf die zu
untersuchende Probe 12 dient und als eine Quelle zum Empfangen
einer reflektierten Welle von der Probe 12 dient, eine
Sender/Empfängerschaltung 16, die einen Treiberpuls
an den Ultraschall-Messwertgeber 50 sendet und ein empfangenes
Echosignal verstärkt, ein elektrisches Verbindungskabel 17 zum
elektrischen Verbinden des Ultraschall-Messwertgebers 50 und
der Sender/Empfängerschaltung 16, eine Abtastvorrichtung 13 zum
Bewegen des Ultraschall-Messwertgebers 50 in horizontaler
und vertikaler Richtung, eine Leistungsquelle 14 zum Liefern
von Leistung zu den entsprechenden Teilen und eine Bestimmungsvorrichtung 15 zum
Bestimmen des Vorhandenseins des Defektes in der Probe 12 auf
der Grundlage der Wellenform des Echosignals, das von der Sender/Empfängerschaltung 16 ausgegeben
ist, auf.
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Die
von dem Ultraschall-Messwertgeber 50 projizierte Ultraschallwelle
weist eine hohe Frequenzkomponente von ungefähr 100 MHz
bis ungefähr 200 MHz auf. Weiter ist das elektrische Signal,
das von dem Ultraschall-Messwertgeber 50 ausgegeben ist,
nachdem die reflektierte Welle empfangen ist, ein Signal mit einer sehr
niedrigen Spannung von ungefähr einigen mV.
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Bei
solch einem Gerät ist die Länge des elektrischen
Verbindungskabels 17 zum elektrischen Verbinden des Ultraschall-Messwertgebers 50 und
der Sender/Empfängerschaltung einige zehn cm als kürzestes, und
im Fall eines langen Kabels ist es einige Meter. Wenn das elektrische
Verbindungskabel 17 so lang ist, gibt es einen Fall, wenn
ein Treiberpuls von der Sender/Empfängerschaltung 16 zu
dem Ultraschall-Messwertgeber 50 gesendet wird, in dem
der Treiberpuls abgeschwächt und geschwächt wird. Ähnlich,
wenn ein Echosignal von dem Ultraschall-Messwertgeber 50 zu
der Sender/Empfängerschaltung 16 gesendet wird,
gibt es einen Fall, in dem die Hochfrequenzkomponente des Echosignals
abgeschwächt und geschwächt wird. Als Resultat
tritt ein Problem auf, dass die Untersuchungsgenauigkeit verschlechtert
wird. Kürzlich ist die Miniaturisierung von elektronischen
Teilen vorangeschritten, und wenn solche elektronischen Teile als
die Proben 12, die zu untersuchen sind, verwendet werden,
ist es wichtig, sehr feine Defekte erfassen zu können.
Daher ist es richtig, Hochfrequenzwellenkomponenten mit einer hohen
Auflösung ohne Schwächung zu senden und zu empfangen.
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschall-Messwertgeber
vorzusehen, der in einem Ultraschallinspektionsgerät enthalten
ist, der einen Defekt mit einer hervorragenden Untersuchungsgenauigkeit
erfassen kann selbst für eine kleine Probe, die zu untersuchen
ist.
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Zum
Erzielen dieser Aufgabe ist ein Ultraschall-Messwertgeber nach Anspruch
1 vorgesehen.
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Der
Ultraschall-Messwertgeber ist in einem Ultraschallinspektionsgerät
eingebaut und wird dafür benutzt. Das Gerät projiziert
eine Ultraschallwelle auf eine zu untersuchende Probe, die in Wasser
getaucht ist, durch das Wasser. Es empfängt eine reflektiere
Welle von der Probe und erfasst einen Defekt wie einen Abbruch oder
einen Fehler in der Probe auf der Grundlage einer Wellenform eines
Echosignals der reflektierten Welle. Der Ultraschall-Messwertgeber
weist ein Messwertgeberhauptteil mit einem Oszillator auf, der die
Ultraschallwelle gemäß eines Treiberpulses emittiert,
die reflektierte Welle von der Probe empfängt und die reflektierte
Welle als das Echosignal ausgibt. Ein Transmittersubstrat ist zum
Erzeugen des Treiberpulses vorgesehen, der Energie zum Emittieren
der Ultraschallwelle zu dem Oszillator in dem Messwertgeberhauptteil liefert.
Ein Empfängersubstrat ist vorgesehen zum Verstärken
des Echo signals, das von dem Messwertgeberhauptteil empfangen ist.
Ein Gehäuse ist als eine zylindrische Form gebildet zum
Aufnehmen einer Sender/Empfängerschaltungssubstratanordnung
(Anordnung von Schaltungssubstraten zum Senden und Empfangen von
Wellensignalen), die durch elektrisches Verbinden des Sendersubstrates
und des Empfängersubstrates gebildet ist in einer Form,
in der sie einander gegenüber sind, und in einem Zustand,
in dem sie frei sind, angebracht und abgenommen zu werden. Ein Verbindungsmittel
verbindet elektrisch den Oszillator in dem Messwertgeberhauptteil
und ein Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel, das auf dem Sendersubstrat vorgesehen
ist und als ein Ausgangsanschluss zum Ausgeben des Treiberpulses
an den Oszillator als auch als ein Eingangsanschluss zum Eingeben
des Echosignals, das von dem Oszillator ausgegeben ist, dient. Bei diesem
Ultraschall-Messwertgeber wird das Verbindungsmittel auf eine Länge
von 100/fmax [cm] oder weniger gesetzt, wenn die maximale Betriebsfrequenz
in der von dem Oszillator emittierten Ultraschallwelle als fmax [MHz]
bezeichnet wird.
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Bei
dem oben beschriebenen Ultraschall-Messwertgeber können
das Messwertgeberhauptteil und die Substratanordnung der Sender/Empfängerschaltung
miteinander integriert werden. Weiterhin können das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel
und der Oszillator elektrisch über eine Lötverbindung
verbunden werden. Alternativ können das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel
und der Oszillator elektrisch über einen Leitungsdraht
verbunden werden. Weiterhin kann das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel
und der Oszillator elektrisch über einen Verbinder verbunden
werden, der frei zum Verbinden und Trennen ist. Dieser Verbinder
kann selbst in einem Fall verwendet werden, in dem das oben beschriebene
Lötmittel oder der oben beschriebene Leitungsdraht benutzt
werden. Weiter können das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel und
der Oszillator über ein angepasstes Schaltungssubstrat
elektrisch verbunden wer den. Da weiterhin das Sendersubstrat und
das Empfängersubstrat in einem Gehäuse in einer
relativ geschlossenen Bedingung vorgesehen sind, kann zum Verhindern,
dass das Empfängersubstrat Rauschen aufnimmt, ein Abschirmmittel
für elektromagnetische Wellen zwischen dem Sendersubstrat
und dem Empfängersubstrat vorgesehen werden.
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Gemäß der
vorliegenden Ausführungsform sind der Oszillator, der in
dem Messwertgeberhauptteil vorgesehen ist, und das Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel
auf der Substratanordnung und der Sender/Empfängerschaltung
elektrisch miteinander durch das Verbindungsmittel verbunden. Dieses
Verbindungsmittel ist mit einer Länge von 100/fmax [cm]
oder weniger gebildet, wenn die maximale Betriebsfrequenz der von
dem Oszillator emittierten Ultraschallwelle als fmax [MHz] bezeichnet
wird.
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Der
Grund wird erläutert, warum die obere Grenze der Länge
des Verbindungsmittels auf 100/fmax [cm] gesetzt ist, wie oben beschrieben
wurde. Da die Impedanz des Verbindungsmittels größer
wird, wenn die Betriebsfrequenz der Ultraschallwelle höher
wird, muss zum Verhindern des Abschwächens des Signals
die obere Grenzlänge des Verbindungsmittels eine Länge
umgekehrt proportional zu der maximalen Betriebsfrequenz sein. Der
Grund, warum 100/fmax [cm] geeignet ist, beruht auf tatsächlich
bestimmten Daten (6) der Frequenzeigenschaft bei
der später beschriebenen Ausführungsform. Bei
der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, wenn die maximale Betriebsfrequenz
relativ hoch ist, z. B. 200 MHz, die obere Grenze der Länge
des Verbindungsmittels auf 100/200 = 0,5 cm zu setzen. Wenn dagegen
die maximale Betriebsfrequenz relativ niedrig ist, z. B. 50 MHz,
kann die obere Grenze der Länge des Verbindungsmittels
auf 100/50 = 4 cm gesetzt werden.
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Da
die Länge des Verbindungsmittels an der oberen Grenze gesetzt
wird, die geeignet gemäß der maximalen Betriebsfrequenz entschieden
wird, oder auf einem kleineren Wert, tritt, wenn der Treiberpuls
von dem Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel zu dem Messwertgeberhauptteil
gesendet wird, selten ein Fall auf, in dem der Treiberpuls abgeschwächt
oder geschwächt wird. Wenn ähnlich das Echosignal
von dem Messwertgeberhauptteil zu dem Signaleingangs/Ausgangsanschlussmittel
gesendet wird, tritt sehr selten ein Fall auf, in dem die Hochfrequenzkomponente
des Echosignals geschwächt oder abgeschwächt wird.
Selbst in einem Fall, in dem die zu untersuchende Probe klein ist,
kann folglich die Defektuntersuchung mit einer hervorragenden Untersuchungsgenauigkeit
ausgeführt werden.
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Bei
dem Ultraschall-Messwertgeber kann daher selbst bei einer zu untersuchenden
kleinen Probe ein Defekt in der Probe mit einer hervorragenden Untersuchungsgenauigkeit
erfasst werden.
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Ausführungsformen
des Ultraschall-Messwertgebers werden nun unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben, die als Beispiel gegeben werden
und nicht die vorliegende Erfindung beschränken sollen.
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1 ist
eine schematische auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines
Ultraschall-Messwertgebers.
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2 ist
eine Schnittansicht eines Teiles eines Ultraschall-Messwertgebers
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein schematisches Bild, das ein Beispiel eines Ultraschallinspektionsgerätes
zeigt, das einen Ultraschall-Messwertgeber enthält.
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4 ist
ein Blockschaltbild, das eine Funktion eines Ultraschallinspektionsgerätes
zeigt, das einen Ultraschall-Messwertgeber enthält.
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5 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das Ausgabezeitpunkte eines Triggersignals,
eines Treiberpulses und eines Echosignals zeigt.
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6 ist
ein Diagramm, das einen Vergleich in Frequenzeigenschaften zwischen
einem Fall zeigt, in dem ein Ultraschall-Messwertgeber gemäß der
Ausführungsform der Erfindung benutzt wird, und einen Fall, in
dem ein herkömmlicher Ultraschall-Messwertgeber benutzt
wird.
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7 ist
eine Schnittansicht eines Teils eines Ultraschall-Messwertgebers
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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8 ist
eine Schnittansicht eines Teils eines Ultraschall-Messwertgebers
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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9 ist
eine Schnittansicht eines Teiles eines Ultraschall-Messwertgebers
gemäß einer vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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10 ist
eine Schnittansicht eines Teils eines Ultraschall-Messwertgebers
gemäß einer fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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11 ist
eine schematische perspektivische Ansicht eines Ultraschall-Messwertgebers
gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
ein schematisches Bild, das ein Beispiel eines herkömmlichen
Ultraschallinspektionsgerätes zeigt.
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1 zeigt
eine schematische Struktur eines Ultraschall-Messwertgebers, und 2 zeigt
einen Hauptteil eines Ultraschall-Messwertgebers gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie
in 1 gezeigt ist, weist ein Ultraschall-Messwertgeber 1 ein
Messwertgeberhauptteil 2 und ein Signalsender/Empfängerteil 3 (Teil
zum Senden und Empfangen von Signalen) auf.
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Wie
in 2 gezeigt ist, weist das Messwertgeberhauptteil 2 eine
Anode 21, ein Seitenwandteil 22, ein Isolierteil 23,
einen Oszillator 24 und eine Kathode 25 auf. Das
Messwertgeberhauptteil 2 ist mit dem Signalsender/Empfängerteil 3 in
einen Zustand integriert, in dem der Oszillator 24 an einer
Position gegenüber der Position des Signalsender/Empfängerteils 3 angeordnet
ist.
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Die
Anode 21 ist aus Messing hergestellt und in einer Säulenform
gebildet. Der Seitenwandteil 22 ist aus nichtrostendem
Stahl hergestellt und in einer schematischen zylindrischen Form
gebildet mit einem Durchmesser, in den die Anode 21 eingeführt
werden kann. Das Isolationsteil 23 ist aus Polybutylenterephthalat (PBT)
hergestellt und so vorgesehen, dass es den Raum zwischen der äußeren
Umfangsoberfläche der Anode 21 und der inneren
Umfangsoberfläche des Seitenwandteiles 22 füllt.
Der Oszillator 24 ist aus Polyvinylidenfluorid/Trifluorethylen
(PVDF/TrFE) hergestellt und in einer Filmform mit einer Dicke von
ungefähr 3 μm bis ungefähr 60 μm
gebildet, so dass er auf einer Endoberfläche der Anode 21 positioniert
ist.
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Die
Kathode 25 ist aus Gold hergestellt und in einer Filmform
mit einer Dicke von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr
0,2 μm gebildet, so dass sie die Oberfläche des
Oszillators 24 bedeckt. Eine Kupferfolie 26 ist
in einer Filmform um die äußere Umfangsoberfläche
des Isolationsteils 23 vorgesehen, und diese Kupferfolie 26 ist
leitend mit der Kathode 25 verbunden. Durch Einfügen
des Isolationsteiles 23 zwischen der Kupferfolie 26 und der
Anode 21 ist ein Kondensator mit einem Dielektrikum gebildet,
das aus dem Isolationsteil 23 hergestellt ist. Ein Isolationsband 27 ist
zum Isolieren zwischen die Kupferfolie 26 und dem Seitenwandteil 22 eingefügt.
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In 1 weist
das Signalsender/Empfängerteil 3, ein Gehäuse 4 und
eine Substratanordnung 5 einer Sender/Empfängerschaltung
auf. Das Gehäuse 4 ist aus nichtrostendem Stahl
hergestellt und in eine schematische zylindrische Form gebildet.
Das Gehäuse 4 weist ein Gehäusehauptteil 41 und
eine Gehäuseabdeckung 42 auf. Die Gehäuseabdeckung 42 ist
an dem Gehäusehauptteil 41 über eine
Schraube 43 angebracht, so dass sie frei ist, angebracht
und abgenommen zu werden. An der Endoberfläche des Gehäuses 4 gegenüber der
Seite, die mit dem Messwertgeberhauptteil 2 versehen ist,
sind ein Kabel für eine Leistungsquelle 6 zum Liefern
das Antriebsleistung für die Substratanordnung der Sender/Empfängerschaltung
und ein Kabel mit einem Verbinder 7 zum Herausführen
eines RF-(Referenz)Signals S4 von der Substratanordnung 5 der
Sender/Empfängerschaltung nach außen angebracht.
Die Schaltungsplattenanordnung 5 des Sendeempfangsgerätes
weist ein Sendersubstrat 51 und ein Empfängersubstrat 52 auf.
Diese zwei Substrate 51 und 52 sind an dem Gehäusehauptteil 41 durch
ein Anbringungsteil wie eine Stütze befestigt, so dass
sie einander in dem Gehäuse 4 gegenüber
sind.
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Das
Sendersubstrat 51 ist ein Substrat einer Schaltung, die
zum Erzeugen eines Treiberpulses S2 strukturiert ist. Der Treiberpuls
S2 liefert eine Energie an den Oszillator 24 zum Emittieren
einer Ultraschallwelle S5 in dem Messwertgeberhauptteil 2.
Genauer, dieses Sendersubstrat 51 ist so aufgebaut, dass
der Treiberpuls S2 mit einer konstanten Periode durch Entladen der
elektrischen Ladung ausgegeben wird, die in dem Kondensator gespeichert
ist, zu einem Zeitpunkt, der durch ein Triggersignal S1 bestimmt
ist. Der Wert dieser konstanten Periode wird aus dem Bereich von
100 μs bis 5 ms gewählt, wie in 5 gezeigt
ist. Der Oszillator 24 emittiert die Ultraschallwelle S5
durch den Treiberpuls S2 mit der konstanten Periode, die durch die
Entladung von dem Kondensator erzeugt wird. Die Frequenzkomponente
der Ultraschallwelle S5, die von dem Oszillator 24 emittiert
wird, kann durch die Dicke des Oszillators 24 usw. bestimmt
werden.
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Das
Empfängersubstrat 52 ist ein Substrat einer Schaltung,
die zum Verstärken des Echosignals S3 strukturiert ist,
das von dem Oszillator 24 in dem Messwertgeberhauptteil 2 empfangen
wird. Genauer, es weist eine geeignete Verstärkerschaltung
wie ein Operationsverstärker auf. Das Sendersubstrat 51 und
das Empfängersubstrat 52 sind elektrisch miteinander
durch einen Verbinder 58 in einem Zustand verbunden, dass
sie drei sind, angebracht und abgenommen zu werden.
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Wie
in 2 gezeigt ist, weist das Sendersubstrat 51 Signaleingangs/Ausgangsanschlüsse 51a und 51b auf.
Die Signaleingangs/Ausgangsanschlüsse 51a und 51b dienen
als ein Ausgangsanschluss zum Ausgeben des Treiberpulses S2 zu dem
Messwertgeberhauptteil 2 und ein Eingangsanschluss zum
Eingeben des Echosignals S3, das von dem Messwertgeberhauptteil 2 ausgegeben
wird.
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Die
elektrische Verbindung zwischen einem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51a für
das Sendersubstrat 51 und die Anode 21 in dem
Messwertgeberhauptteil 2 und die elektrische Verbindung
zwischen einem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51b für
das Sendersubstrat 51 und einem Teil der Kupferfolie 26,
die an einer Seite gegenüber der Kathode 25 positioniert
ist, werden durch Lötverbindungen 53a bzw. 53b ausgeführt,
von de nen jede eine Länge von ungefähr einigen
Millimetern (erste Ausführungsform) aufweist.
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Bei
dem Ultraschall-Messwertgeber 1 ist das Innere des Gehäuses 4 als
eine wasserdichte Struktur gebildet, die vollständig Wasser
daran hindern kann, in die Substratanordnung 5 der Sender/Empfängerschaltung
oder Verbindungsabschnitte einzutreten, indem eine Kunststoffform 8 gebildet
ist, nachdem die Substratanordnung 5 der Sender/Empfängerschaltung
angebracht ist und die oben beschriebene elektrische Verbindung
fertiggestellt ist. Die Kunststoffform wird z. B. durch Injizieren/Laden
von Urethanharz, Epoxidharz, Silikonharz, usw. gebildet. Insbesondere
weist Silikonharz eine Wasserabstoßung auf, es ist sehr
effektiv als wasserdichtes Mittel. Dadurch kann durch Benutzen eines
undurchsichtigen Silikonharzes auch erzielt werden, dass die Sicherheit
in der Substratanordnung 5 der Sender/Empfängerschaltung
erzielt wird.
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Der
so aufgebaute Ultraschall-Messwertgeber 1 wird ein in 3 gezeigtes
Ultraschallinspektionsgerät 10 eingebaut und dafür
benutzt. 3 zeigt eine schematische Struktur
des Ultraschallinspektionsgerätes, das den Ultraschall-Messwertgeber
enthält, 4 zeigt ein Blockschaltbild,
das die Funktion des Ultraschallinspektionsgerätes zeigt,
das den Ultraschall-Messwertgeber enthält, und 5 zeigt
ein Zeitablaufdiagramm, das die Ausgabezeitpunkte eines Triggersignals,
eines Treiberpulses und eines Echosignals in dem Ultraschall-Messwertgeber
zeigt.
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In 3 und 4 weist
das Ultraschallinspektionsgerät 10 ein Wasserbad 11,
das mit Wasser W gefüllt ist, eine zu untersuchende Probe 12,
die so vorgesehen ist, dass sie in das Wasserband 11 zu
tauchen ist, den Ultraschall-Messwertgeber 1, eine Abtastvorrichtung 13 zum
Bewegen des Ultraschall-Messwertgebers 1 in einer horizontalen
und einer vertikalen Richtung, die Leistungsquelle 14 zum
Erzeugen eines Triggersignals S1 und Liefern von Gleichstromleistung
an die Substratanordnung 5 der Sender/Empfängerschaltung
und eine Bestimmungsvorrichtung 15 zum Bestimmen des Vorhandenseins
eines Defektes in der Probe 12 auf der Grundlage des RF-Signals
S4, das von dem Ultraschallmesswertgeber 1 ausgegeben wird,
auf. In der Leistungsquelle 14 erzeugt genauer ein Triggererzeugungsteil 141 ein
Triggersignal S1, und ein Gleichstromleistungsquellenteil 142 liefert
eine Gleichstromleistung z. B. in einem Bereich von 100–200
V Gleichstrom.
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Als
nächstes wird der Betrieb des Ultraschallinspektionsgerätes 10 erläutert.
Das Triggererzeugungsteil 141 sendet das Triggersignal
S2 zu dem Sendersubstrat 51. Das Sendersubstrat 51 erzeugt
den Treiberpuls S2 zu einem Zeitpunkt, der durch das Triggersignal
S1 entschieden ist, und sendet ihn zu dem Messwertgeberhauptteil 2.
Durch diesen Treiberpuls S2 emittiert der Oszillator 24 die
Ultraschallwelle S5 mit einer Frequenzkomponente, die durch die
elektrische und mechanische Auslegung des Messwertgeberhauptteils 2 entschieden
ist. Die Frequenz dieser Ultraschallwelle S5 wird z. B. auf einen
Wert in einem Bereich von ungefähr 10 MHz zu ungefähr
200 MHz gesetzt. Bei dieser Ausführungsform wird z. B.
90 MHz als die obere Grenze der Frequenz gesetzt, da das Frequenzband
eines benutzten Sensors von 20 MHz bis 80 MHz reicht. Natürlich
ist es möglich, die obere Grenze auf einen Wert höher
als 200 MHz zu setzen. Wie in 3 gezeigt
ist, wird die von dem Oszillator 24 emittierte Ultraschallwelle
S5 in Wasser ausgebreitet, und nach einer Zeit t1 erreicht sie die
Oberfläche der zu untersuchenden Probe 12. Dann
wird die Ultraschallwelle S5 an der Oberfläche der Probe 12 reflektiert
und kehrt nach einer Zeit t2 zu dem Oszillator 24 zurück
und vibriert den Oszillator 24.
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Die
Vibrationen des Oszillators 24 wird in ein elektrisches
Signal umgewandelt und wird in das Sendersubstrat 51 als
ein Echosignal S3 aufgenommen und dann in dem Empfängersubstrat 52 über
den Verbinder 58 aufgenommen. In dem Empfängersubstrat 52 wird
das Echosignal S3 durch eine eingebaute Verstärkerschaltung
verstärkt, und das verstärkte Signal wird zu der
Bestimmungsvorrichtung 15 als das RF-Signal S4 gesendet.
In der Bestimmungsvorrichtung 15 wird das Vorhandensein
eines Defektes in der Probe 12 auf der Grundlage der Wellenform
dieses RF-Signals S4 bestimmt. Die Bestimmung des Vorhandenseins
des Defektes wird ausgeführt z. B. durch eine Vergleichsbehandlung
zwischen einem Mastersignal, das in der Bestimmungsvorrichtung 15 zuvor
gespeichert wurde, und dem von dem Empfängersubstrat 52 gesendeten
RF-Signal S4. Hier bedeutet das Mastersignal ein RF-Signal, das
von einer Probe ohne Defekt erhalten worden ist. Die Abtastvorrichtung 13 bewegt
den Ultraschall-Messwertgeber 1 in der horizontalen Richtung,
die oben beschriebene Tätigkeit wird wiederholt, und das
Vorhandensein des Defektes wird über das gesamte Gebiet
der Probe 12 bestimmt.
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Bei
dem Ultraschall-Messwertgeber 1 gemäß dieser
Ausführungsform sind die elektrische Verbindung zwischen
dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51a für das
Sendersubstrat 51 und die Anode 21 in dem Messwertgeberhauptteil 2 und
die elektrische Verbindung zwischen dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51b für
das Sendersubstrat 51 und einen Teil der Kupferfolie 26,
die an der Seite gegenüber zu der Kathode 25 positioniert
ist, durch Lötverbindungen 53a bzw. 53b ausgeführt.
Jede der Längen der Lötverbindungen 53a und 53b beträgt
ungefähr einige Millimeter. Diese Länge wird auf
der Grundlage einer Länge von 100/fmax [cm] gemäß der
Erfindung gesetzt. Wenn fmax eine maximale Betriebsfrequenz [MHz]
der von dem Oszillator 24 emittierten Ultraschallwelle
S5 ist, ist sie bei dieser Ausführungsform 90 MHz. Daher
wird die obere Grenze der Länge der Lötverbindung 53a, 53b gleich
100/90 = 1,1 cm. Da die Länge des Verbindungsmittels auf
eine Länge der oberen Grenze gesetzt ist, die geeignet
gemäß der maximalen Betriebsfrequenz oder weniger
bestimmt ist, wird, wenn der Treiberpuls S2 von dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51a, 51b zu
dem Messwertgeberhauptteil 2 gesendet wird, der Treiberprozess 2 nicht
unterdrückt, dass er geschwächt oder abgeschwächt
wird. Ähnlich wird, wenn das Echosignal S3 von dem Messwertgeberhauptteil 2 zu
dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51a, 51b gesendet
wird, das Echosignal nicht unterdrückt, um es abzuschwächen
oder zu schwächen. Als Resultat kann selbst in einem Fall
einer kleinen Probe 12, die zu untersuchen ist, eine gewünschte
Defektuntersuchung mit einer hervorragenden Untersuchungsgenauigkeit
erzielt werden.
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Solch
hervorragender Effekt gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in 6 konkreter gezeigt. 6 zeigt
den Vergleich in der Frequenzeigenschaft zwischen einem Fall, in
dem der Ultraschall-Messwertgeber gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzt wird, und einem Fall, in dem ein herkömmlicher
Ultraschall-Messwertgeber benutzt wird, wie er in 12 gezeigt
ist. In 6 zeigt die durchgezogene Linie
G1 eine Frequenzeigenschaft des Falles, in dem der Ultraschall-Messwertgeber 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung benutzt wird, und die gestrichelte Linie
G2 zeigt eine Frequenzeigenschaft des Falles, in dem der herkömmliche
Ultraschall-Messwertgeber 50 benutzt wird. Die durchgezogene
Linie G1 ist höher im Gewinn als die gestrichelte Linie
G2 in dem Bereich von 90 MHz oder weniger, und dieses stellt einen
Vorteil gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Die Länge des Leitungsdrahtes 17, der für
die elektrische Verbindung zwischen dem herkömmlichen Ultraschall-Messwertgeber 50 und
der Sender/Empfängerschaltung 16 benutzt wurde,
betrug 1 m.
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Obwohl
in der oben beschriebenen Ausführungsform Lötverbindungen 53a und 53b für
die elektrische Verbindung zwischen dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51a für
das Sendersubstrat 51 und die Anode 21 in dem
Messwertgeberhauptteil 2 und die elektrische Verbindung
zwischen dem Signaleingangs/Ausgangsanschluss 51b für
das Sendersubstrat 51 und einen Teil der Kupferfolie 26,
die an der Seite gegenüber der Kathode 25 positioniert
ist, verwendet werden, können Leitungsdrähte 54a und 54b jeweils
mit einer Länge von 1,1 cm oder weniger anstelle der Lötverbindungen 53a und 53b benutzt
werden (zweite Ausführungsform), wie in 7 gezeigt
ist. Selbst in diesem Fall kann ein Vorteil ähnlich zu
dem in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erwartet
werden. Als das elektrische Verbindungsmittel werden anstelle der
Lötverbindungen 53a und 53b und der Leitungsdrähte 54a und 54b zum
Beispiel Mittel durch Thermokompressionsverbinden, leitende Paste
oder Sputtern benutzt.
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Weiter
kann, wie in 8 gezeigt ist, ein Verbinder 55 an
entsprechenden Zwischenpositionen von Lötverbindungen 53a und 53b eingefügt
werden (dritte Ausführungsform). Ähnlich kann,
wie in 9 gezeigt ist, der Verbinder 56 an entsprechenden
Zwischenpositionen von Leitungsdrähten 54a und 54b eingefügt
werden (vierte Ausführungsform). In diesen Fällen
ist es bevorzugt, dass eine andere Kunststoffform 8, die
von der Kunststoffform 8 getrennt werden kann, um den Verbinder 55, 56 an
der Seite des Messwertgeberhauptteils 2 gebildet wird.
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Weiter
kann bei der vorliegenden Erfindung, da das Sendersubstrat 51 und
das Empfängersubstrat 52 in dem Gehäuse 4 so
vorgesehen sind, dass sie einander gegenüberstehen, das
Gehäuse 4 klein gemacht werden. Da weiter das
Sendersubstrat 51 und das Empfängersubstrat 52 miteinander
durch den Verbinder 58 in einem Zustand verbunden sind,
dass sie frei abgenommen und angebracht werden können,
ist es durch Benutzen des Verbinders 55 oder 56,
wie in der dritten und vierten Ausführungsform gezeigt
ist, möglich, das Sendersubstrat 51 und das Empfängersubstrat 52 als
entsprechende individuelle Teile zu trennen. Daher kann eine hervorragende
Wartungseigenschaft realisiert werden, und eine zusätzliche
Funktion kann leicht hinzugefügt werden insbesondere in
einem Technologieentwicklungszustand, wie notwendig ist.
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Weiter
kann, wie in 10 als eine fünfte
Ausführungsform gezeigt ist, die elektrische Verbindung
zwischen den Signaleingangs/Ausgangsanschlüssen 51a und 51b und
dem Oszillator 24 durch ein angepasstes Schaltungssubstrat 57 ausgeführt
werden. Indem solch ein angepasstes Schaltungssubstrat 57 benutzt
wird, können die elektrischen Signale zwischen den Signaleingangs/Ausgangsanschlüssen 51a, 51b und
dem Oszillator 24 gut angepasst werden zum Zeigen der gewünschten
Funktion des Ultraschall-Messwertgebers 1.
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Da
das Sendersubstrat
51 und das Empfängersubstrat
52 in
dem Gehäuse
4 in einem relativ engen Zustand vorgesehen
sind, kann es eine Gefahr geben, dass das Empfängersubstrat
52 durch
die elektromagnetische Welle von dem Sendersubstrat
51 beeinflusst
wird und die Beeinflussung ein Rauschen in dem Empfängersubstrat
52 wird.
Zum Verhindern solch einer Beeinflussung ist es bevorzugt, dass
ein Abschirmungsmittel einer elektromagnetischen Welle zwischen
das Sendersubstrat
51 und das Empfängersubstrat
52 eingefügt
wird. Konkret, wie in
11 als eine sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, ist ein Abschirmungsgehäuse
61a bevorzugt
zwischen das Sendersubstrat
51 und das Empfängersubstrat
52 eingefügt,
und bevorzugter ist ein Abschirmgehäuse
61b an
der äußeren Oberflächenseite des Empfängersubstrates
52 vorgesehen,
so dass das Empfängersubstrat
52 mit den Abschirmgehäusen
61a und
61b bedeckt
werden kann. Jedes dieser Abschirmgehäuse
61a und
61b ist
bevorzugt aus einem Abschirmmaterial hergestellt, dass durch Bedecken
eines Materials auf Eisenbasis mit einer anderen Metallschicht mit
einer hohen Oberflächenleitfähigkeit wie eine
Plattierungsschicht aus Zinn gebildet ist. Durch die Abschirmgehäuse
61a und
61b,
die so aufgebaut sind, können sowohl elektrische Welle
als auch magnetische Welle, die eine elektromagnetische Welle bilden,
beide abgeschirmt werden. Da die elektromagnetische Welle für
das Empfängersubstrat
52 abgeschirmt ist, kann
der Signalgewinn verstärkt werden.
| Char | Merkmal |
| G1 | erfindungsgemäßer
Gewinn |
| G2 | herkömmlicher
Gewinn |
| S1 | Triggersignal |
| S2 | Treiberpuls |
| S3 | Echosignal |
| S4 | RF-(Referenz)
Signal |
| S5 | Ultraschallwelle |
| t1 | Zeit
zum Erreichen der Probe 12 |
| t2 | Zeit
zum Zurückkehren zum Oszillator 24 |
| W | Wasser |
| 1 | Ultraschall-Meßwertgeber |
| 2 | Meßwertgeberhauptteil |
| 3 | Signalsender/Empfängerteil |
| 4 | Gehäuse |
| 5 | Substratanordnung
der Sender/Empfängerschaltung |
| 6 | Leistungsquelle |
| 7 | Verbinder |
| 8 | Kunststoffform |
| 11 | Wasserbad |
| 12 | zu
untersuchende Probe |
| 13 | Abtastvorrichtung |
| 14 | Leistungsquelle |
| 15 | Bestimmungsvorrichtung |
| 16 | Sender/Empfängerschaltung |
| 17 | elektrisches
Verbindungskabel |
| 21 | Anode |
| 22 | Seitenwandteil |
| 23 | Isolationsteil |
| 24 | Oszillator |
| 25 | Kathode |
| 26 | Kupferfolie |
| 27 | Isolationsband |
| 41 | Gehäusehauptteil |
| 42 | Gehäuseabdeckung |
| 43 | Schraube |
| 50 | (herkömmlicher)
Ultraschall-Meßwertgeber |
| 51 | Sendersubstrat |
| 51a | Signaleingangs/Ausgangsanschluß |
| 51b | Signaleingangs/Ausgangsanschluß |
| 52 | Empfängersubstrat |
| 53a | Lötverbindung |
| 53b | Lötverbindung |
| 54a | Leitungsdraht |
| 54b | Leitungsdraht |
| 55 | Verbinder |
| 56 | Verbinder |
| 57 | angepaßtes
Schaltungssubstrat |
| 58 | Verbinder |
| 100 | Ultraschallinspektionsgerät |
| 141 | Triggererzeugungsteil |
| 142 | Gleichstromleistungsquellenteil |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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