超音波スペクトロスコピーシステムによる異方性固体の音速、減衰の精密計測

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本研究は異方性固体の音速、減衰を高精度に計測することを目的とし、異方性固体の音速・減衰測定における回折の影響、および厚さ測定における歪みの影響を理論的・実験的に検討する。有効数字6桁の音速を得ることを目標とする。平成17年度の研究成果を要約すると以下の通りである。1.昨年度までに作成した異方性固体中を伝搬する際の回折の影響を計算するための近軸理論に基づくプログラムは、超音波スペクトロスコピーシステムによる音速・減衰測定時の実験構成である超音波トランスデューサ、合成石英ガラスバッファーロッド、水カプラ、試料からなる複合音響伝送線路における回折の影響について数値計算が行える。人工水晶のX-cut, Y-cut, Z-cutを試料として、超音波スペクトロスコピーシステムにより縦波音速を測定し、本プログラムにより回折の影響を補正した場合の音速の精度について詳細に検討した。この結果、回折を補正することにより、±0.10m/s以内で音速の絶対値を測定できることがわかった。このため、本手法は高精度な音響関連物理定数(弾性定数、圧電定数、誘電率、密度)の決定に有用といえる。2.音速測定の精度についてより詳細に検討するため、独立な弾性定数の数が比較的少ない(6個)サファイア単結晶の弾性定数を決定した。X-cut, Y-cut, Z-cut、および2枚の回転Y板を用意して、縦波音速、横波音速、および密度を測定することにより、室温付近の温度依存性を含めた高精度な弾性定数(±0.01%〜±0.18%)を決定した。3.厚さ測定における測長子の接触に伴う歪みの影響を数値計算するために、球と平面との接触について有限要素法を用いて解析を行うためのプログラムについて検討を行った。