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

使用超声波光谱系统精确测量各向异性固体中的声速和衰减

基本信息

批准号：
15760294
负责人：
荒川元孝
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

本研究的目的是高精度测量各向异性固体的声速和衰减。本研究的目的是从理论上和实验上研究衍射对各向异性固体的声速和衰减测量的影响，以及畸变的影响将考虑厚度测量。目标是获得六位有效数字的音速。 2005年的研究成果总结如下。 1.去年创建的基于近轴理论的计算各向异性固体传播过程中衍射影响的程序是基于超声超声波光谱系统，该系统是测量声速和衰减的实验配置。可以对由声波换能器、合成石英玻璃缓冲棒、水耦合器和样品组成的复合声传输线中的衍射效应进行计算。以人造石英X切面、Y切面、Z切面为样品，使用超声波分光系统测量纵波声速，并详细检查使用该程序校正衍射影响时的声速精度.结果表明，通过校正衍射，可以测量±0.10 m/s范围内的声速绝对值。因此，该方法可以说对于高精度地确定与声学相关的物理常数（弹性常数、压电常数、介电常数、密度）是有用的。 2. 为了更详细地检查声速测量的准确性，我们确定了蓝宝石单晶的弹性常数，该蓝宝石单晶具有相对较少的独立弹性常数（六个）。通过准备 X 切、Y 切、Z 切和两个旋转 Y 板来测量纵波声速、横波声速和密度，包括接近室温的温度依赖性在内的高精度弹性常数（±0.01% 至±0.18%）被测定。 3.为了数值计算厚度测量中测量元件接触引起的变形的影响，我们研究了利用有限元法分析球体与平面之间接触的程序。