1. どのような装置ですか？
超音波計は、物質内を伝搬する超音波の速さを測定する装置です。超音波の音速から式(1)-(3)よりヤング率: E (Pa)、剛性率: G (Pa)、ポアソン比: νを求めることができます。式中のρ (kg/m3)、VL (m/s)、VS (m/s)はそれぞれ物質の密度、伝搬する縦波、横波の音速を表しています。超音波計を用いた弾性率測定は、材料を傷つけることや破壊することがありません。このため表面の傷や試料形状が破壊強度に影響を与えるガラスの弾性率測定に適しています。
2. どのような原理ですか？
超音波の送受信は、圧電効果と逆圧電効果を利用しています。圧力を加えることで電圧が生じる圧電効果を利用して超音波を電気信号に変換し、外部から電圧を加えることで機械的な変形を生じる逆圧電効果により、超音波振動を発生させています。図2に示す探触子によって生成された超音波の物質内での音速は、ある区間を通過する超音波の伝搬時間を測定して求めることができます。特に、固体中を伝搬する体積波(縦波、横波)の場合は、多重反射波のうち任意の2つの反射の伝搬時間差から音速を決定しています。超音波の反射は、音響インピーダンスが異なる物質の境界面で起きるため、測定の際は探触子とガラスの間に空気の層を作らないことが重要です。