超音波周波数変調を利用した診断技術に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では,一般的な超音波検査で用いられる超音波パルス波形に対して,各時刻での振動数を表す瞬時振動数に着目し,波形の振動数変化を詳細に捉える高精度な超音波検査法の構築を目指している.今年度は,接触境界面の状態評価を試みた.接触境界面は超音波が透過する境界面であり,通常の超音波検査法であるパルス反射法,音速や振幅による評価は難しい.接触境界面の評価法として非線形超音波法の研究が提案されているが,周波数解析で確認できる程度の非線形励起するためには大振幅や連続的な超音波を要し,機器などに関するいくつかの制限がある.そこでまず,接触境界面が有する非線形性の影響を超音波パルス波形の瞬時振動数変化として捉えるため,複素ウェーブレットの位相情報を用いた高精度の瞬時振動数計算法を考案した.その後,基礎的な実験として,境界面をコントロールしやすいゴム部材で試験体を作成した.超音波投射実験を行い,内部境界面を通過した超音波パルスに考案した手法を適用した.内部境界面を透過した超音波パルスの瞬時振動数は,透過しない場合と比較して全体的に低くシフトし,内部境界面の存在を捉えることができた.また,境界面の密着度や表面状態の違いにより,透過超音波パルスの瞬時振動数の時間的パターンが変化することも示した.これらの現象を説明するため,一次元の集中系モデルを用いた超音波パルスの波動伝播シミュレーションを行った.その結果,境界面を局所的な線形および非線形的な剛性の変化としてモデル化でき,剛性変化を瞬時振動数の全体的なシフトや時間パターンの変化として捉えていることを示した.さらに,金属材料中のき裂に対しても,き裂透過後の超音波パルスの瞬時振動数は低くシフトするととともに,その時間的パターンも変化し,同様の現象が生じることを確認した.