技術情報

ビームの形成

どんな超音波検査システムであってもその出力（レスポンス）は次の要素の組み合せに依存しています：　使用される探触子、装置のタイプ及びセット方法、そして試料の音響特性 　　　フェイズドアレイ探触子が生成する出力は、他のどんな非破壊検査用超音波探触子の場合と同様、①周波数、サイズ、メカニカル・ダンピングといった探触子の設計パラメーターと②探触子の駆動用に利用される励振パルスのパラメーターの双方に関係しています。

以下に示す四つの探触子パラメーターは相互に関係しながら装置性能に多くの影響を与えています。

周波数　-- 　前章で述べた様に、検査周波数は近距離音場限界距離と指向角に重要な影響を与えます。高周波は低周波と比べて実際にS/N比で優れています。その理由は、高周波はよりシャープなフォーカシングが可能であり、その結果集束点を小さく且つ適正化することが出来る為です。どんな試料においても透過率は周波数が高くなると共に逆に減少します。これは周波数が高くなるのに伴い物質での減衰が増加することによります。アプリケーションが非常に長いビーム路程または非常に減衰、散乱の多い試料を伴う場合、低周波数を使用することが必要となります。工業用フェイズドアレイ探触子の周波数は通常１MHｚ～１５MHｚです。

振動素子サイズ　-- 　アレイの中の振動素子個々のサイズが小さくなるのに伴い、そのビーム・ステアリング性能は増します。商品化されているプローブの振動素子で実用的な最小サイズは通常大よそ0.2 mmです。　しかし、振動素子サイズが一波長以上になると、不要なサイド・ローブが強く出現します。

振動素子数　--　 アレイの中の振動素子数が増加するのに伴い, プローブが物理的にカバーする領域、感度、フォーカシング性能、そしてステアリング性能も増します。しかし、大型アレイを使用する場合、しばしば機器システムが複雑になり、費用もかさみます。従って、大型アレイが持つメリットとデメリットの双方を対比させて判断する必要があります。

ピッチと開口幅　-- 　ピッチは個々の振動素子間の間隔です。ステアリング範囲を最適化する為にはピッチを小さくする必要があります。一方、開口幅は パルス発信振動素子の有効サイズで、通常は発信タイミングが同時に制御される個々の振動素子のグループから構成されています （バーチャル開口幅）。　感度の最適化、不要な指向角の極小化、更にフォーカシング性（収束性）の強化の為に、開口幅を大きくする必要があります。今日のフェイズドアレイ装置はフォーカルロウの同時励振数を通常で１６振動素子、更に進んだシステムでは３２振動素子、中には６４振動素子までサポートしています。

フェイズドアレイビームを一般的に理解する為のキー・コンセプトは以下の様に要約出来ます：　振動素子グループは予めプログラム化されたフォーカルロウに従ってパルス信号が制御、発信されます。このことにより意図した探触子開口幅とビーム特性が生成されます。

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