(57)【要約】【課題】被検査体の表面振動をドップラ効果を用いて検出する超音波測定装置を、製鉄所のように粉塵等の多い環境下にも適用可能とする。【解決手段】被検査体に超音波を発生させる電磁超音波発生部２と、被検査体に発生する表面振動を検出する振動検出部３とを備えた超音波測定装置１において、振動検出部３は、被検査体に電波を送信波ｔとして送信し、且つ送信波ｔが被検査体の表面Ｓで反射されたものを受信波ｒとして受信する送受信部２８と、受信波ｒと送信波ｔとの周波数差から求められるドップラ周波数ｆｄを基に、表面振動を検出する信号処理部２９とを備える。【選択図】図１
2006343203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体の内部を超音波が伝播し生じた被検査体の表面振動を検出するに際し、
前記被検査体に電波を送信波として送信し、前記送信波が前記被検査体の表面で反射されたものを受信波として受信して、前記受信波と前記送信波との周波数差から求められるドップラ周波数を基に、前記表面振動を検出することを特徴とする超音波測定方法。
【請求項２】
前記電波の波長が０．１ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の超音波測定方法。
【請求項３】
電磁気力を用いて被検査体に超音波を発生させる電磁超音波発生部と、前記超音波によって前記被検査体に発生する表面振動を検出する振動検出部と、を備えた超音波測定装置であって、
前記振動検出部は、前記被検査体に電波を送信波として送信し、且つ前記送信波が前記被検査体の表面で反射されたものを受信波として受信する送受信部と、
前記受信波と前記送信波との周波数差からドップラ周波数を求め、且つ前記ドップラ周波数を基に前記表面振動を検出する信号処理部と、
を有することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項４】
電磁気力を用いて被検査体に超音波を発生させる電磁超音波発生部と、前記超音波によって前記被検査体に発生する表面振動を検出する振動検出部と、を備えた超音波測定装置であって、
前記振動検出部は、前記被検査体の表面に向かって送信波を送信し、且つ前記送信波が前記被計測物体で反射されたものを受信波として受信する送受信部と、
前記送信波を周波数逓倍して基準波として出力する第１逓倍器と、
前記受信波を前記基準波と同一逓倍率で周波数逓倍して出力する第２逓倍器と、
前記第１逓倍器と前記第２逓倍器との出力の周波数差から周波数逓倍されたドップラ周波数を求め、前記周波数逓倍されたドップラ周波数を基に、前記表面振動を検出する信号処理部と、
を有することを特徴とする超音波測定装置。
【請求項５】
前記電波の波長が０．１ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項３又は４に記載の超音波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体に超音波を発生させ、この超音波により生じた被検査体の表面振動をドップラ効果を用いて検出する超音波測定方法及び超音波測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被検査体の内部に超音波を発生させ、この超音波により生じた被検査体の表面振動をドップラ効果を用いて検出する超音波測定方法や測定装置に関する技術は数々開発されている。
例えば、特許文献１に開示された超音波測定装置は、試料に電磁力を用いて超音波振動を生起させる電磁トランスジューサと、試料の表面振動をレーザ光のドップラ効果を利用して検出する振動検出手段とを備えている。電磁トランスジューサは試料の一方側に配置され、振動検出手段は試料の他方側に配置されている。
【０００３】
電磁トランスジューサにより試料の一方側表面に発生した超音波は、試料内を伝播し他方側表面を振動させる。振動検出手段は、振動する他方側表面に対してレーザ光を照射し且つその反射レーザ光を受光し、反射レーザ光のドップラ周波数を求め、測定されたドップラ周波数から他方側表面の振動を検出する。そして、得られた表面振動の状況を基に、試料の厚みや内部欠陥を検出している。
特許文献２には、被検査体内に電磁超音波を励起させる電磁超音波探触子と、前記電磁超音波による表面振動が起こっている部分にレーザ光を投射し、該レーザ光の反射光から得られたドップラ周波数に基づいて、前記被検査体の欠陥、板厚等を検出する受信部と、を備える超音波測定装置が開示されている。
【０００４】
すなわち、特許文献１の振動検出手段ならびに特許文献２の受信部は、被検査体の表面より離れた位置から、レーザ光を被検査体の表面に照射するものとなっている。
【特許文献１】特公平３−５２５７８号公報（図３）
【特許文献２】特公平６−１０６６７８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述したようなレーザ光を用いた非接触計測は、製鉄所に代表される粉塵の多い環境下では、測定手段であるレーザ光の散乱が著しいものとなり、測定誤差が大きいという問題がある。したがって、特許文献１及び特許文献２の装置を実際の製鉄所内で使用することは容易ではない。
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、製鉄所のように粉塵等の多い環境下にも適用可能な超音波測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明にかかる計測方法の技術的手段は、被検査体の内部を超音波が伝播し生じた被検査体の表面振動を検出するに際し、前記被検査体に電波を送信波として送信し、前記送信波が前記被検査体の表面で反射されたものを受信波として受信して、前記受信波と前記送信波との周波数差から求められるドップラ周波数を基に、前記表面振動を検出する。
また、本発明にかかる計測装置の技術的手段は、電磁気力を用いて被検査体に超音波を発生させる電磁超音波発生部と、前記超音波によって前記被検査体に発生する表面振動を検出する振動検出部と、を備えた超音波測定装置であって、前記振動検出部は、前記被検査体に電波を送信波として送信し、且つ前記送信波が被検査体の表面で反射されたものを受信波として受信する送受信部と、前記受信波と前記送信波との周波数差からドップラ周波数を求め、且つ前記ドップラ周波数を基に前記表面振動を検出する信号処理部と、を有する。
【０００７】
本測定方法及び測定装置では、被検査体の表面振動を検出するために、光より波長の長い電波を照射するようにしている。図８は、粒子散乱の様子を示したものであって、横軸は規格化直径（πＤ／λ，Ｄは粒径，λは波長）を示している。この図から、散乱粒子の径に波長が近い光は強く散乱され、波長の長い電波（ミリ波）は散乱が弱いことがわかる。つまり、光に比して波長の長い電波は後方散乱係数が非常に小さいものとなっており、散乱に関する物理法則から後方散乱係数が小さいものほど周囲環境（散乱粒子）による影響を受けにくい。ゆえに、振動測定のために発射された電波は、製鉄工場のような粉塵の多い環境下でも減衰せずに被検査体まで到達可能となり、被検査体の表面振動の周波数を高精度に測定することができる。
【０００８】
また、本発明にかかる計測装置の技術的手段は、電磁気力を用いて被検査体に超音波を発生させる電磁超音波発生部と、前記超音波によって前記被検査体に発生する表面振動を検出する振動検出部と、を備えた超音波測定装置であって、前記振動検出部は、前記被検査体の表面に向かって送信波を送信し、且つ前記送信波が前記被計測物体で反射されたものを受信波として受信する送受信部と、前記送信波を周波数逓倍して基準波として出力する第１逓倍器と、前記受信波を前記基準波と同一逓倍率で周波数逓倍して出力する第２逓倍器と、前記第１逓倍器と前記第２逓倍器との出力の周波数差から周波数逓倍されたドップラ周波数を求め、前記周波数逓倍されたドップラ周波数を基に、前記表面振動を検出する信号処理部と、を有する。
【０００９】
被検査体の表面へ照射された電波に生じるドップラ周波数は、ある条件下では非常に小さな値となり、その値を高精度且つ高分解能で計測することが困難となる。しかしながら、本振動検出部においては、前記第１逓倍器及び第２逓倍器の出力の周波数差から得られる周波数が、通常のドップラ周波数を周波数逓倍したものとなるため、周波数測定器等によって精度よく測定することができる。ゆえに、ドップラ周波数が低い周波数値であったとしても、被検査体の表面振動の周波数を高分解能で算出することが可能である。
【００１０】
なお、好ましくは、電波の波長が０．１ｍｍ〜３０ｍｍであるとよい。
０．１ｍｍ〜３０ｍｍの波長を有する電波は、いずれの波長帯であっても後方散乱係数が光に比べ非常に小さい。ゆえに、発射された電波は、製鉄工場のような粉塵の多い環境下でも減衰せずに透過可能となる。
なお、０．１ｍｍ〜３０ｍｍの波長を有する電波には、周波数が３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのミリ波、周波数３００ＧＨｚ〜３０００ＧＨｚのサブミリ波、周波数１０ＧＨｚ〜３０ＧＨｚの準ミリ波が含まれる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、製鉄所のように粉塵等の多い環境下にも、超音波測定装置を適用可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明にかかる超音波測定装置を図を基にして説明する。
［第１実施形態］
まず、製鉄所内において連続鋳造される鋳片１０の凝固状態を調べるために超音波測定装置１を利用する例を以下に述べる。
図１は、超音波測定装置の構成を示すものである。この図に示すように、超音波測定装置１は、電磁気力を用いて鋳片１０（被検査体）内に超音波ｕｓを発生させる電磁超音波発生部２（送信トランスジューサ）と、超音波ｕｓによって鋳片１０の表面Ｓに発生する振動（以下、表面振動）を検出する振動検出部３（受信トランスジューサ）とから構成されている。
【００１３】
電磁超音波発生部２は、被検査体である鋳片１０内に磁場を発生させる磁場発生器２０と、磁場発生器２０と鋳片１０との間であって鋳片１０の表面Ｓに近接するように設けられた送信コイル２１とを有している。また、磁場発生器２０への電源供給を行う直流電源２２と、送信コイル２１に高周波パルスを流すことによって鋳片１０内部の表面Ｓ側に電磁超音波（高周波振動）を発生させるパルサ部２３を有している。磁場発生器２０は、磁場発生用のコイル等で構成されており、パルサ部２３はパルス回路等の電子回路から構成される。
【００１４】
一方、振動検出部３は、周波数ｆの電波（波長０．１ｍｍ〜３０ｍｍのミリ波）を発生する発振器２５と、発振器２５から出力される電波を２つの信号に分割する方向性結合器２６とを有している。発振器２５は水晶発振素子からの出力を基にミリ波を発生する発振回路から構成されている。
振動検出部３は、分割された一方の電波を送信波ｔとして送信すると共にその反射波ｈを受信波ｒとして受信する送受信部２８、及び送信波ｔや受信波ｒを各ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３に分配出力するサーキュレータ２７を有している。送受信部２８は、発振器２５からの電波を効率よく送信及び受信できるよう、その波長に対応したホーンアンテナあるいはパラボラアンテナ等が使用され、鋳片１０から一定距離だけ離れた位置に設置されている。したがって、鋳片１０からの放射される熱により送受信部２８が溶けたりすることはない。
【００１５】
また、振動検出部３は、サーキュレータ２７から出力された信号と方向性結合器２６で分割された他方の電波とをミキシング（掛け合わせる）するミキサ３０と、ミキサ３０からの出力の高周波成分を除去するローパスフィルタ３１と、ローパスフィルタ３１からの出力を基に、表面振動の状況を測定する信号処理部２９とを有している。
信号処理部２９の出力は状態測定部３２に入力され、当該状態測定部３２で鋳片１０内部の状態（温度や未凝固部１９ａの有無など）を測定する。
ミキサ３０は高周波信号のミキシングを可能とする電子回路から構成され、ローパスフィルタ３１は所定のカットオフ周波数を有するＬＣ回路で構成される。信号処理部２９は周波数測定器やその出力を記録するデータロガーなどから構成される。状態測定部３２は前記データロガーの出力を取り込むコンピュータとこのコンピュータ上で所定の処理を行うプログラムにより実現されている。
【００１６】
図２には、超音波測定装置１が設置される連続鋳造装置１１の概略が示してある。
連続鋳造装置１１は、溶鋼１２の１次冷却を行う鋳型１３と、タンディッシュ１４と、鋳型１３から出た鋳片１０を支える複数のサポートロール１５とを有している。サポートロール１５の下流側には、鋳造された鋳片１０を下流へ強制的に引き抜くピンチロール１６が複数配置されている。
本実施形態では、ピンチロール１６が配置されている領域に達した鋳片１０の内部状態を測定することを考え、ピンチロール１６，１６間に超音波測定装置１を配置している。詳しくは、鋳片１０の上方広面側に電磁超音波発生部２を配置し、鋳片１０の下方広面側に超音波ｕｓにより発生する表面振動を検出する振動検出部３を配置している。
【００１７】
次に、本実施形態の超音波測定装置１を用いて、鋳片１０の内部状態を測定することについて、説明する。
図２，図３に示すように、被検査体である鋳片１０は、その内部中央に未凝固の溶鋼１２を有し未凝固部１９ａとなっている。例えば、このような未凝固部１９ａが多く存在する鋳片１０をピンチロール１６により押さえつけて下流側に移送した場合、鋳片１０自体に変形が起こったり内部割れが発生したりする可能性があるから、クレータエンド３５（未凝固部１９ａの終端）以降の領域にピンチロール１６を配置することが好ましい。このような観点からも、鋳片１０内部の凝固状態やクレータエンド３５の位置を正確に把握することは非常に重要である。
【００１８】
未凝固部１９ａの厚み測定は以下のようにして行う。
まず、電磁超音波発生部２において、磁場発生器２０に直流電源２２から直流電圧を印加する。すると磁場発生器２０から磁場が発生し鋳片１０内に及ぶようになる。この状態で、送信コイル２１にパルサ部２３で生起された高周波パルスを流すことにより、電磁誘導作用により鋳片１０内に渦電流が発生する。この渦電流と磁場との作用により電磁力（ローレンツ力）が発生し、このローレンツ力で鋳片１０内に超音波ｕｓが発生する。なお、磁場や渦電流のかけ方により、超音波ｕｓを縦波としたり横波としたりすることができる。
【００１９】
なお、電磁超音波発生部２により、被検査体の内部に超音波ｕｓを発生させるためには、被検査体に渦電流が流れる（被検査体が導電性を有する）必要がある。赤熱状態の鋳片１０は導電性があり、電磁超音波発生部２により確実に超音波ｕｓを発生させることができる。
鋳片１０の一方側（図１の左側）において生じた超音波ｕｓは、鋳片１０の内部を伝播し、鋳片１０の他方側（図１の右側）に到達する。すると、伝播した超音波ｕｓの周波数と同じ振動数で、鋳片１０の他方側表面Ｓが振動し表面振動が起こる。
【００２０】
この表面振動の周波数を、鋳片１０から所定の距離離れた位置に配置された振動検出部３で非接触測定する。
振動検出部３における表面振動の周波数の測定は以下のように行われる。
図１に示された振動検出部３では、まず、発振器２５で周波数ｆ（例えば、波長λ＝１０ｍｍ，周波数３０ＧＨｚ）の電波が発生される。発振器２５から出力された電波は、発振器２５の出力側に接続された方向性結合器２６で同一周波数を有する２つの電波に分割される。
【００２１】
分割された一方の電波は、サーキュレータ２７のポートＰ１に入力されてポートＰ２に出力され、その後送受信部２８に送られて、送受信部２８から送信波ｔとして、鋳片１０の表面Ｓ（表面振動が発生している表面）に送信される。この送信波ｔは表面Ｓに衝突して反射され反射波ｈとなる。
表面Ｓは、振動すなわち送受信部２８に対して速度ｖで移動しているため、反射波ｈには速度ｖに比例したドップラシフトが生じ、反射波ｈの周波数はｆ＋ｆｄとなっている。
前記反射波ｈは送受信部２８で受信され受信波ｒとなる。受信波ｒは、サーキュレータ２７のポートＰ２に入力されポートＰ３に出力される。ポートＰ３から出力された受信波ｒはミキサ３０に入力される。
【００２２】
一方、分割された他方の電波は基準波ｓとして、直接ミキサ３０に入力され、受信波ｒとミキサ３０内で混合される。ミキサ３０からは、基準波ｓ及び受信波ｒの和および差の周波数を有する信号が出力される。前述した如く、受信波ｒの周波数はｆ＋ｆｄであり、分割された他方の電波の周波数はｆであるため、ミキサ３０から出力される和の周波数は２×ｆ＋ｆｄとなり、差の周波数はｆｄとなる。
ミキサ３０からの出力は、カットオフ周波数ｆ（＝３０ＧＨｚ）のローパスフィルタ３１に入力され、必要な差の周波数であるｆｄが抽出される。
【００２３】
次に、ローパスフィルタ３１で取り出されたドップラ周波数ｆｄの信号は、信号処理部２９へ送られる。信号処理部２９では周波数逓倍されたドップラ周波数ｆｄが測定される。測定されたドップラ周波数ｆｄはデータロガーに記録され、ドップラ周波数ｆｄの時間変化をプロットすることで表面振動の波形を知ることができる。また、信号処理部２９において、ドップラ周波数ｆｄと式（１）とから表面振動の変位速度ｖを求め、その変化から表面振動の様子を知ることもできる。
【００２４】
【数１】
2006343203.tif 000003
【００２５】
すなわち、振動検出部３により計測されたドップラ周波数ｆｄ又は速度ｖと、表面振動とは一定の対応関係を有しているため、それらの変化状態を波形とすることで、表面振動の波形変化を知ることができる。
さらに、表面振動を式（２）のように正弦波と仮定することで、信号処理部２９で、表面振動の最大変位量Ｘｏを求めることもできる。具体的には、最大変位量Ｘｏは、式（４）に、ローパスフィルタ３１の出力であるドップラ周波数ｆｄ，電波の周波数Ｆ，電波の進行速度Ｃ，超音波ｕｓの周波数ｆを代入することで求める。
【００２６】
【数２】
2006343203.tif 000004
【００２７】
信号処理部２９で求まった表面振動の最大変位量Ｘｏと表面振動とは対応関係を有しているため、最大変位量Ｘｏの変化から表面振動を知ることができる。
次に、信号処理部２９で求まった表面振動の最大変位量Ｘｏ又はドップラ周波数ｆｄは、状態測定部３２に入力される。
状態測定部３２では、鋳片１０内の未凝固部１９ａの有無や厚さｄｍを推定するために、以下の処理を行う。
【００２８】
まず、状態測定部３２では、電磁超音波発生部２が超音波ｕｓを発生し始める時刻を記録しておき、併せて、前記信号処理部２９で検出した表面振動の始まる時刻を記録する。両時刻の差になる時間Δｔが、超音波ｕｓが当該鋳片１０を伝播する時間となる。
図４には、電磁超音波発生部２が発生した超音波ｕｓの波形Ａと、信号処理部２９で検出された表面振動の波形Ｂの一例が示されている。波形Ａで振動が始まる時刻と波形Ｂで振動が始まる時刻との差がΔｔであって、波形Ａの振幅はＸｏｏ、波形Ｂの振幅はＸｏである。
【００２９】
一方、超音波ｕｓの伝播時間Δｔと未凝固厚みｄｍとの関係は式（５）のようになる。
【００３０】
【数３】
2006343203.tif 000005
【００３１】
そこで、予め鋳片１０の厚みＤをガンマ線厚み計などで計測しておき、凝固部１９ｂにおける超音波ｕｓの進行速度Ｖｓ（音速）及び未凝固部１９ａの音速Ｖｍを予備実験などで求めておいて、状態測定部３２にデータベース化しておき、このデータベース内の値と超音波ｕｓの伝播時間Δｔを式（５）に適用することで容易に未凝固厚みｄｍを測定できる。
鋳片１０内に未凝固部１９ａが存在すると、凝固部１９ｂと未凝固部１９ａとの界面で超音波ｕｓが反射（減衰）し、振動検出部３の検出結果がほぼゼロとなることもある。この場合、表面振動の有無（超音波ｕｓの伝播の有無）を検出することにより、未凝固部１９ａがあるか無いかを判定することができる。
【００３２】
また、状態測定部３２では、鋳片１０内の他の状態量を求めることもできる。
例えば、状態測定部３２においては、未凝固部１９ａを有さない鋳片１０の厚みＤと、超音波ｕｓが鋳片１０を伝播する時間Δｔとを用いることで超音波ｕｓの進行速度（＝Ｄ／Δｔ）を求め、図５のような鋳片温度Ｔと超音波の速度Ｖとの関係式（Ｖ＝−０．６７Ｔ＋５５８０）を利用して、鋳片１０の鋳片温度Ｔ（内部平均温度）を求めるようにしてもよい。
別の例として、状態測定部３２において、電磁超音波発生部２が発生させた超音波波形の振幅Ｘｏｏと、振動検出部３が検出した振動の最大振幅Ｘｏとの比から、超音波減衰量αを求め、その後、式（６）に超音波減衰量αを代入することで、鋳片１０を構成する金属組織の結晶粒径Ｄを求め、式（７）の関係式を用いて、鋳片１０の引っ張り強度Ｍを推定することもできる。
【００３３】
【数４】
2006343203.tif 000006
【００３４】
以上述べたように、本実施形態の超音波測定装置１は、電波を用いた非接触計測であるため、高温、多湿、粉塵の多い環境下であっても適用可能であり、高い精度で鋳片１０の表面Ｓに発生する表面振動を検出することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明にかかる超音波測定装置の第２実施形態について述べる。
本超音波測定装置１Ｂが、第１実施形態と大きく異なる点は、周波数逓倍されたドップラ周波数ｎｆｄ（以下、逓倍化ドップラ周波数）を求め、逓倍化されたドップラ周波数ｎｆｄを基に鋳片１０の表面振動を検出する構成を有していることである。他の構成は第１実施形態と略同様である。
【００３５】
例えば、電磁超音波発生部２で周波数ｆ＝１ＭＨｚの超音波ｕｓを発生させ、その結果生じた表面振動の振幅Ｘｏが１０ｎｍ程度であったとする。一方、振動検出部３から送信される電波の周波数Ｆを１０ＧＨｚとする。この条件のもと、振動検出部３で検出されるドップラ周波数は、式（４）より、
ｆｄ＝４π×（１×１０6）×（１×１０-8）×（１×１０10）／（３×１０8）
＝４．２（Ｈｚ）
となる。
【００３６】
信号処理部２９を構成する通常の周波数測定器の測定レンジが約１Ｈｚ〜数ＭＨｚ程度であることが多いため、数Ｈｚ程度の低い周波数変動を検出するに際しては、大きな誤差を伴うことが懸念される。また、低い周波数を測定しようとすれば、概して測定時間が長くなり、測定時間の間は計測結果を得ることができず応答性で不利な状況となる。
かかる困難を回避するために、図６の如く、超音波測定装置１Ｂの振動検出部３Ｂは、送信波ｔを周波数逓倍して逓倍化基準波ｎｓとして出力する第１逓倍器４１と、前記受信波ｒを逓倍化基準波ｎｓと同一逓倍率で周波数逓倍する第２逓倍器４２とを有する。
【００３７】
すなわち、第１逓倍器４１は、方向性結合器２６により分割された一方側の電波を逓倍率ｎで周波数逓倍して、逓倍化基準波ｎｓとして出力する。第２逓倍器４２は、送受信部２８により受信された受信波ｒを逓倍率ｎ（第１逓倍器４１と同倍率）で周波数逓倍して、逓倍化受信波ｎｒとして出力する。逓倍化基準波ｎｓと逓倍化受信波ｎｒとがミキサ３０に入力される。
第１逓倍器４１及び第２逓倍器４２とも、バラクタダイオード又はショットキーバリアダイオードなどの非線形素子を用いて高次周波数を発生させる回路、又はトランジスタの非線形増幅領域を用いて高次周波数を発生させる回路を有していて、その後段側には、共振回路やバンドパスフィルタ等のフィルタが配置される構成となっている。すなわち、第１逓倍器４１及び第２逓倍器４２は、必要な次数の高次周波数成分を抽出する回路を包含するものとなっている。
【００３８】
本実施形態にかかる振動検出部３Ｂ内での信号の流れは以下の通りである。
発振器２５では、周波数ｆの電波（ミリ波）が発生される。発振器２５から出力された電波は、発振器２５の出力側に接続された方向性結合器２６で同一周波数を有する２つの電波に分割される。
分割された一方の電波は、サーキュレータ２７のポートＰ１に入力された上でポートＰ２に出力され、その後、送受信部２８に送られて、送受信部２８から送信波ｔとして表面Ｓに照射される。照射された送信波ｔは表面Ｓに衝突して反射され反射波ｈとなる。
【００３９】
表面Ｓは振幅Ｘｏで振動し振動速度はｖであるため、反射波ｈに振動速度ｖに比例したドップラシフトが生じ、その周波数はｆ＋ｆｄとなっている。
前記反射波ｈは送受信部２８で受信され受信波ｒとなる。
前記受信波ｒは、サーキュレータ２７のポートＰ２に入力されポートＰ３に出力される。ポートＰ３から出力された受信波ｒは第２逓倍器４２に入力され、逓倍化受信波ｎｒとして出力される。逓倍化受信波ｎｒの周波数はｎ×（ｆ＋ｆｄ）となっている。
一方、方向性結合器２６で分割された他方の電波は、第１逓倍器４１に入力され、逓倍化基準波ｎｓとなる。その周波数はｎ×ｆである。
【００４０】
次に、逓倍化受信波ｎｒ及び逓倍化基準波ｎｓは、ミキサ３０に入力され混合されて、これらの和および差の周波数を有する信号がミキサ３０より出力される。ミキサ３０から出力される和の周波数はｎ×（ｆ＋ｆｄ）＋ｎ×ｆ＝２ｎ×ｆ＋ｎ×ｆｄとなり、差の周波数はｎ×（ｆ＋ｆｄ）−ｎ×ｆ＝ｎ×ｆｄとなる。
ミキサ３０からの出力はローパスフィルタ３１に入力され、差の周波数が逓倍化ドップラ周波数ｎｆｄとして出力される。逓倍化ドップラ周波数ｎｆｄの周波数値はｎ×ｆｄである。
【００４１】
次に、ローパスフィルタ３１で取り出された逓倍化ドップラ周波数ｎｆｄは、信号処理部２９へ送られる。信号処理部２９では、内蔵されている周波数測定回路で逓倍化ドップラ周波数ｎｆｄが測定され、測定結果を逓倍率ｎで割ることによりドップラ周波数ｆｄが求められる。求められたドップラ周波数ｆｄは状態測定部３２に入力され、第１実施形態と同様に鋳片１０内の温度や未凝固部１９ａの有無などを測定することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、振動検出部３，３Ｂの送受信部２８は、送信部と受信部とに分かれていてもよい。
【００４２】
また、図７に示すように、鋳片１０に対して同じ側（図では上側広面）に、電磁超音波発生部２と振動検出部３とを配置してもよい。この場合、電磁超音波発生部２から発射された超音波ｕｓは鋳片１０内部を伝播した後、下側広面で反射し、上側広面へ反射波ｈとして反射してくる。この反射波ｈを電磁超音波発生部２の横に配置された振動検出部３が捉え、表面振動を検出する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】超音波測定装置の構成を示す図である。
【図２】連続鋳造装置の概略図である。
【図３】超音波測定装置を用いて鋳片の状態を測定している状況を示す図である。
【図４】測定した超音波の波形の例を示す図である。
【図５】鋳片の内部温度と超音波の速度との関係を示した図である。
【図６】他の実施形態にかかる振動検出部の構成を示す図である。
【図７】超音波測定装置を用いて鋳片の状態を測定している状況を示す図である。
【図８】電波と光との散乱状況の差を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      超音波測定装置
２      電磁超音波発生部
３      振動検出部
２０    磁場発生器
２１    送信コイル
２２    直流電源
２３    パルサ部
２５    発振器
２６    方向性結合器
２７    サーキュレータ
２８    送受信部
２９    信号処理部
３０    ミキサ
３１    ローパスフィルタ
３２    状態測定部
４１    第１逓倍器
４２    第２逓倍器
【図１】
2006343203.tif 000007
【図２】
2006343203.tif 000008
【図３】
2006343203.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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