(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流（ＡＣ）電圧源（１４）に結合された内側導体（１２）と、
前記内側導体（１２）の周りに配置され且つ一端部が前記ＡＣ電圧源（１４）に結合された外側導体（１６）であって、その別の端部が第１の電極（２０）を形成している外側導体（１６）と、
空隙（２４）によって前記第１の電極（２０）から隔てられていて、空隙（２４）内にプラズマ放電（２６）を開始させるための第２の電極（２２）と、
を有するプローブ・システム（１０）。
【請求項２】
前記内側導体（１２）は円筒形の導体を有しており、また前記外側導体（１６）は前記内側導体（１２）の周りに配置された複数の巻線（１８）を有している、請求項１記載のプローブ・システム（１０）。
【請求項３】
前記外側導体（１６）はソレノイドを有している、請求項１記載のプローブ・システム（１０）。
【請求項４】
前記内側導体（１２）及び外側導体（１６）はＬＣ回路として構成されており、その際、前記外側導体がインダクタンスＬ（３２）を構成し、前記内側導体と前記外側導体との間の分布キャパシタンスがキャパシタンスＣ（３４）を構成し、前記第１の電極（２０）を形成する前記外側導体（１６）の前記端部には、前記プラズマ放電（２６）の前に最大電圧が発生される、請求項１記載のプローブ・システム（１０）。
【請求項５】
一端部が交流（ＡＣ）電圧源（６４）に結合され且つその別の端部が第１の電極（６６）を形成している中心導体（６２）と、
前記中心導体（６２）の周りに配置され、一端部が前記ＡＣ電圧源（６４）に結合され、且つその別の端部が第２の電極（７２）を形成している外側導体（６８）であって、  前記第１の電極（６６）及び前記第２の電極（７２）が空隙（７４）によって隔てられていて、空隙（７４）内にプラズマ放電（７６）を開始させるようになっている、外側導体（６８）と、
電磁干渉の遮蔽のために前記中心導体（６２）と同心に配置されている遮蔽体（７８）と、
を有する被遮蔽プローブ・システム（６０）。
【請求項６】
更に、前記中心導体（６２）と前記遮蔽体（７８）との間に配置された絶縁体を有している、請求項５記載の被遮蔽プローブ・システム（６０）。
【請求項７】
無線周波（ＲＦ）搬送波信号（１１４）を供給するための搬送波信号源（１１２）と、
包絡線信号（１１８）を供給するための音響変調器（１１６）と、
前記ＲＦ搬送波信号（１１４）と前記包絡線信号（１１８）とを混合して被変調ＲＦ信号（１２２）を供給するための混合器（１２０）と、
接地電極（１２６）と、
空隙（１２８）によって前記接地電極（１２６）から隔てられていて、前記被変調ＲＦ信号（１２２）を受け取って空隙（１２８）内にプラズマを発生させるように構成されている無線周波プラズマ・プローブ（１２４）であって、前記プラズマ（１３０）が複数の超音波（１３２）を発生させる、無線周波プラズマ・プローブ（１２４）と、
を有する超音波プローブ・システム（１１０）。
【請求項８】
更に、前記無線周波プラズマ・プローブ（１２４）と前記接地電極（１２６）との間の空隙（１４６）内に配置された誘電体バリア（１４８）と、
前記無線周波プラズマ・プローブ（１２４）に面している前記誘電体バリア（１４８）の端部に配置された金網（１５０）と、
を有している請求項７記載の超音波プローブ・システム（１０）。
【請求項９】
無線周波プラズマ・プローブに被変調無線周波信号を供給する段階（２３２）と、
前記無線周波プラズマ・プローブを介してプラズマ放電を開始させる段階（２３４）と、
前記無線周波プラズマ・プローブを介して前記プラズマ放電を安定化させる段階（２３６）と、
前記プラズマ放電の強度を変調する段階（２３８）と、
前記プラズマ放電を使用して複数の超音波を発生する段階（２４０）と、
を有する、超音波を発生する方法。
【請求項１０】
対象物を検査するための空気結合式超音波システム（１９０）であって、
無線周波（ＲＦ）搬送波信号（１９４）を供給するための搬送波信号源（１９２）と、
包絡線信号（１９８）を供給するための音響変調器（１９６）と、
前記ＲＦ搬送波信号（１９４）と前記包絡線信号（１９８）とを混合して被変調ＲＦ信号（２０２）を供給するための混合器（２００）と、
接地電極（２０６）と、
空隙（２１８）によって前記接地電極（２０６）から隔てられていて、前記被変調ＲＦ信号（２０２）を受け取って空隙（２１８）内にプラズマを発生させるように構成されている無線周波プラズマ・プローブを含み、前記プラズマが複数の超音波（２１２）を発生させる、送信器（２０４）と、
試験中の対象物から超音波を受け取る受信器（２１６）であって、当該受信器（２１６）、送信器（２０４）及び対象物が空気結合されるようにした、受信器（２１６）と、
を有する空気結合式超音波システム（１９０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に云えば、検査技術に関し、より詳しく云えば、プラズマ放電を使用した非破壊試験技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
材料の超音波検査は、材料の欠陥及び工業部品の表面下損傷を検出し定量化するための一般的に使用されている技術である。しかしながら、従来の超音波検査技術の制約の１つは、プローブと被検査材料との間に液体の界面が必要なことであり、これは、そうでない場合に界面に存在することのある空隙からの過大な音響エネルギの反射を防止するためである。非接触式超音波検査は、特に、水によって損傷を受ける虞のある材料の場合、高温の材料の場合、及び界面に水を供給する設備が高価であるか又は困難である場合にとって、魅力的な非破壊検査技術である。１つの可能性のある非接触式検査技術は、空気結合式超音波によるものである。しかしながら、空気結合式超音波では、信号対ノイズ比が比較的悪い（液体結合超音波よりもほぼ４０〜８０ｄＢ低い）。
【０００３】
空隙を介して材料中に超音波を発生させるために一般的に使用されている技術には、部品表面の局在化レーザ加熱又は焼灼（レーザ超音波）、空気に対して音響的に整合する高出力圧電又は容量性膜装置、及び電磁力を介して材料中に機械的振動を生成する電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）が含まれる。所で、これらの技術の各々は或る特定の制約を受ける。例えば、レーザ超音波は金属及び幾分かの複合材の中で超音波を発生するのに非常に有効であるが、材料の表面に軽度の損傷を生じさせ且つ実施するのに費用が非常に高い。また従来の高出力空気整合超音波トランスデューサ及びＥＭＡＴに関しては、これらの技術では一般に最大出力が制限されることが観察されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、上述の問題に対処する改良された超音波検査システムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によれば、プローブ・システムが提供される。プローブ・システムは交流（ＡＣ）電圧源に結合された内側導体を含む。プローブ・システムはまた、内側導体の周りに配置され且つ一端部がＡＣ電圧源に結合された外側導体を含む。外側導体は、その別の端部が第１の電極を形成する。プローブ・システムは更に、空隙によって第１の電極から隔てられていて空隙内にプラズマ放電を開始させるための第２の電極を含む。
【０００６】
本発明の別の実施形態によれば、被遮蔽プローブ・システムが提供される。被遮蔽プローブ・システムは、一端部がＡＣ電圧源に結合され且つその別の端部が第１の電極を形成する中心導体を含む。被遮蔽プローブ・システムはまた、中心導体の周りに配置され且つ一端部がＡＣ電圧源に結合された外側導体を含む。外側導体はその別の端部が第２の電極を形成しており、また第１の電極及び第２の電極は空隙によって隔てられていて空隙内にプラズマ放電を開始させる。被遮蔽プローブ・システムは更に、電磁干渉の遮蔽のために中心導体と同心に配置された遮蔽体を含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態によれば、超音波プローブ・システムが提供される。超音波プローブ・システムは、無線周波（ＲＦ）搬送波信号を供給するための搬送波信号源を含む。超音波プローブ・システムはまた、包絡線信号を供給するための音響変調器を含む。超音波プローブ・システムはまた、ＲＦ搬送波信号と包絡線信号とを混合して被変調ＲＦ信号を供給するための混合器を含む。超音波プローブ・システムは更に接地電極を含む。超音波プローブ・システムはまた、空隙によって接地電極から隔てられていて、被変調ＲＦ信号を受け取って空隙内にプラズマを発生させるように構成されている無線周波プラズマ・プローブを含む。プラズマは超音波を発生させる。
【０００８】
本発明の別の実施形態によれば、超音波を発生する方法が提供される。本方法は、無線周波プラズマ・プローブに被変調無線周波信号を供給する段階を含む。本方法はまた、無線周波プラズマ・プローブを介してプラズマ放電を開始させる段階を含む。本方法はまた、無線周波プラズマ・プローブを介してプラズマ放電を安定化させる段階を含む。本方法は更に、プラズマ放電の強度を変調する段階を含む。本方法はまた、プラズマ放電を使用して複数の超音波を発生する段階を含む。
【０００９】
本発明のこれらの及び他の特徴、側面並びに利点は、添付の図面を参照した以下の詳しい説明を読んだときにより良く理解されよう。図面では、全図面を通じて同様な部品を同様な参照符号で表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、上述した従来の空気結合式超音波検査技術の欠点を克服するために、検査対象の部品に供給可能な最大音響出力を増大させる改良送信器設計を提供する。この態様では、測定の信号レベルを増大させる。以下に詳しく説明するように、本発明の実施形態は、プラズマ放電を開始させて安定化させるためのシステムを含む。本発明の実施形態はまた、超音波システム及びプラズマを使用して超音波を発生する方法を含む。本書で用いる「プラズマ放電」とは、大気圧で、且つ約１ＭＨｚよりも大きい周波数を持つ無線周波で発生されるプラズマを表す。発生される超音波は、材料中の欠陥及び任意の表面下損傷を探すために非破壊試験で使用される高圧音響波である。超音波を使用する非破壊試験は、本書では「空気結合式」超音波と呼び、その場合、プラズマを発生させるプローブと検査対象の材料とは空隙によって離隔されている。
【００１１】
プラズマ放電を開始させるために使用される従来の電子部品は、プラズマ放電のための所望の電圧を達成するためには効率が悪いと一般に判明している。その上、プラズマ放電は、電流の増加につれてプラズマ放電の電気インピーダンスが減少することに起因して、本質的に大気圧で不安定である。更に、大気圧でのプラズマは、開始させるのに高電圧を必要とする。有益なこととして、本発明は、安定な低強度の狭帯域プラズマ源を大気圧で提供する。
【００１２】
ここで、図面を参照して説明すると、図１は、プラズマを開始させて安定化させるためのシステム１０の略図である。システム１０はまた、プラズマ・プローブ１０と呼ぶことができる。プラズマ・プローブ１０は、交流（ＡＣ）電圧源１４に結合された内側導体１２を含む。図示の実施形態では、複数の巻線１８を含む外側導体１６が、内側導体１２の周りに配置される。外側導体１６は一端部がＡＣ電圧源１４に結合され且つ反対側の他方の端部が第１の電極２０を形成する。図示の実施形態では、第２の電極２２が、プラズマ放電２６を開始させるために空隙２４によって第１の電極２０から隔てられている。特定の実施形態では、内側導体１２は円筒形の形状の導体である。別の実施形態では、内側導体１２はワイヤである。一例では、外側導体１６はソレノイドである。模範的な実施形態では、内側導体１２はアース２８に接続される。別の実施形態では、外側導体１６はＡＣ電圧源１４を介してアース２８に接続される。一例では、プラズマ放電２６は、約６ＭＨｚ〜約７．５ＭＨｚの周波数を持つ大気圧無線周波プラズマを開始させることができる。特定の実施形態では、内側導体１２及び外側導体１６は、プラズマ２６を開始させるためにＡＣ電圧源１４によって供給される電圧を約２０ｄＢ以上昇圧するように構成される。図１には固体の内側導体１２の周りに延在するソレノイド１６を示しているが、別の実施形態（図示せず）では、内側導体１２が外側導体１６の内側に配置されたソレノイドであり、外側導体１６は固体（例えば、中空の管）の金属電極である。
【００１３】
図２は、図１のプラズマ・プローブ１０の等価回路３０である。図１に述べたような内側導体１２及び図１に述べたような外側導体１６は直列ＬＣ回路として構成され、ここで、Ｌはインダクタ３２で表される外側導体１６のインダクタンスであり、またＣＳ  は内側導体１２と外側導体１６との間のキャパシタンスである。インダク３２は、抵抗器３６で表される小さい実数値の抵抗を持つことができる。特定の実施形態では、抵抗３６は約１０オームと約１００オームとの間で変化することができる。図１に述べたようなプラズマ・プローブ１０は、内側導体１２及び外側導体１６による分布伝送線路３８を持つ四分の一波長の変圧器として作用する。外側導体１６は、単位長さ当りのインダクタンスを増大させるように、図１に述べたような多数の巻線１８を含むことができる。巻線１８は、それらの巻線１８の各々の間に寄生キャパシタンス４０を含むことができ、寄生キャパシタンス４０は、ＣＳ  で表されたキャパシタンス３４よりも大幅に小さい。その結果として、キャパシタンス４０は無視することができる。電気回路３０はまた、キャパシタンス３４の漏洩抵抗４２を含むことができ、それはＧで表される。漏洩抵抗４２は非常に小さく、従って、無視できることがある。
【００１４】
プラズマが開始される前、ＡＣ電圧源１４は、無負荷のとき、開回路の伝送線路を見る。等価回路３０は四分の一波長で共振する。四分の一波長の共振が生じるのは、伝送線路３８の物理的長さが定在波の波長の四分の一になるようにＡＣ電圧源の周波数が伝送線路３８に定在波を生成させるときである。従って、ＡＣ電圧源１４は、負荷４６を生じる伝送線路３８の端部４４で短絡されていると見なす。これにより、多量の電流が伝送線路３８の中へ駆動される。このように生じた大電流はインダクタ３２及びコンデンサ３４を通過する。更に、ｆをＡＣ電圧源１４の周波数として、２πｆＬで表されるインダクタ３２のインピーダンスは、ｆ及びＬが共に大きいとき、大きい。従って、インダクタ３２の両端間の電圧降下が大きく、その結果として伝送線路３８の端部４４に高電圧が生じる。この高電圧は負荷４６においてプラズマの発生を開始させる。
【００１５】
プラズマの発生により、伝送線路３８が負荷４６で短絡される。このような状態では、伝送線路３８の中へ駆動される電流は２つの経路を持つことができる。その１つの経路は前に述べたように、インダクタ３２を通る経路であり、他の経路はインダクタ３２を側路して負荷４６を通る経路である。従って、電流は２つの経路に分割され、インダクタ３２を通る電流は相対的に小さい。この結果、  インダクタ３２の両端間により低い電圧降下が生じ、また負荷４６における発生されたプラズマを通る電圧も低くなる。従って、プラズマに流入する電流が減少し、その結果、プラズマ抵抗を増大させる。そこで、非常に高速の負帰還ループが生成されて、負荷４６における発生されたプラズマを安定化する。このように、プラズマ・プローブ１０は、プラズマを開始させてその電圧を所望の値に安定化してプラズマを消滅させないようにし、同時に何らかの可能性のある焼損を防止すると云う重要な役割を果たす。
【００１６】
本発明の別の例示の実施形態において、図３はプラズマ放電を開始させて安定化させるための被遮蔽プローブ・システム６０である。システム６０は中心導体６２を含み、中心導体６２は、一端部がＡＣ電圧源６４に結合され且つ反対側の他方の端部が第１の電極６６を形成する。システム６０はまた、中心導体６２の周りに配置された複数の巻線７０を有する外側導体６８を含む。図示の実施形態の場合、外側導体６８は、一端部がＡＣ電圧源６４に結合され且つ反対側の他方の端部が第２の電極７２を形成する。図示のように、第１の電極６６と第２の電極７２とは、プラズマ放電７６を開始させるために空隙７４によって隔てられている。システム６０は更に、電磁干渉の遮蔽のために中心導体６２と同心に配置された遮蔽体７８を含む。外側導体６８によって発生された磁界は圧縮されて、中心導体６２と遮蔽体７８との間の空間内に存在する。中心導体６２及び外側導体６８は、ＡＣ電圧源６４によって供給される電圧を約４０ｄＢだけ昇圧するように構成することができる。中心導体６２と遮蔽体７８との間に絶縁体８０を配置することができる。特定の実施形態では、絶縁体８０はセラミック絶縁体である。一例では、遮蔽体７８は内側導電性円筒体及び外側導電性円筒体を含み、これらの円筒体は同心で互いに接続されており、またこれらの内側及び外側導電性円筒体の間に外側導体６８が配置される。被遮蔽プローブ・システム６０はウォーム・プラズマ放電７６を開始させる。本書で用いられる「ウォーム・プラズマ(warm plasma) 」とは、紙を燃やすほどに熱いが、銅を融解するほどには熱くないプラズマを表す。図３は中心導体６２の周りに延在するソレノイド６８を示しているが、別の実施形態（図示せず）では、内側導体６２が外側導体６８の内側に配置されたソレノイドであり、外側導体６８は固体（例えば、中空の管）の金属電極である。
【００１７】
図４は、図３の被遮蔽プローブ・システム６０の等価回路９０である。図３の中心導体６２及び図３の外側導体６８は直列ＬＣ回路として構成される。図３で述べたような遮蔽体７８の存在は、回路９０における実効インダクタンスを低減し且つ実効キャパシタンスを増大させる。実効インダクタンスは、インダクタ９２によって表される（Ｌ−Ｍ）に等しく、ここで、Ｌは中心導体のインダクタンスであり、またＭは渦電流損に起因した中心導体６２と遮蔽体７８との間の相互インダクタンスである。実効キャパシタンスはコンデンサ９４によって表される（ＣＳ１＋ＣＳ２）に等しく、ここで、ＣＳ１は中心導体６２と外側導体６８との間のキャパシタンスであり、またＣＳ２は遮蔽体７８と外側導体６８との間のキャパシタンスである。インダクタ９２は、渦電流損に起因した抵抗を含む抵抗器９６によって表される小さい実数値の抵抗を持つことができる。コンデンサ９４は、漏洩抵抗器９８によって表される無視し得る漏洩抵抗を含むことができる。回路９０はまた、図３で述べたような巻線７０の各々の間のコンデンサ１００によって表される無視し得る寄生キャパシタンスを含むことができる。実効インダクタンスがより小さく且つ渦電流の形態での損失がより多いので、プラズマ放電を開始させるのに必要とされる電圧が増大する。プラズマ放電の開始の結果、負荷１０４を持つ端部１０２で短絡が生じる。従って、これにより、図１で述べたプラズマ・プローブと比べて相対的に低い効率のプラズマ・プローブを得ることができる。
【００１８】
有益なこととして、プローブ１０，６０は空気中の大気圧で安定な低強度の狭帯域プラズマ源を提供する。プラズマは、金属、プラスチック及び複合材のような殆どの工業用材料に対して比較的損傷を起こさず、また過大な電磁干渉を生じさせない。このプラズマ源はまた、非常に効率がよく、また動作するのに非常に大きい電源電圧を必要としない。
プローブ１０，６０は、タービン・エンジンのような対象物内の空隙の長さを測定するために高温環境で使用するためのプラズマ放電を発生するように使用することができる。更に、プローブ１０，６０は、以下に述べるように、欠陥を検出するために使用することのできる超音波を発生するためのプラズマ放電を発生するように使用することができる。
【００１９】
図５は、超音波プローブ・システム１１０の略図である。超音波プローブ・システム１１０は、無線周波（ＲＦ）搬送波信号１１４を供給するための搬送波信号源１１２を含む。特定の実施形態では、ＲＦ搬送波信号１１４の周波数は約１０ＭＨｚ〜約５０ＭＨｚの範囲内で変化することができる。システム１１０はまた、包絡線信号１１８を供給するための音響変調器１１６を含む。一例では、音響変調器１１６は、約 ０.００１ＭＨｚ〜約２ＭＨｚの周波数を持つ包絡線信号１１８を供給するように構成されている少なくとも１つの関数発生器を含む。超音波プローブ・システム１１０はまた、搬送波信号１１４と包絡線信号１１８とを混合して被変調ＲＦ信号１２２を供給するための混合器１２０を含む。図示の実施形態では、被変調ＲＦ信号１２２は、空隙１２８によって接地電極１２６から隔てられたＲＦプラズマ・プローブ１２４へ伝送することができる。プラズマ１３０が空隙１２８に発生され、プラズマは次いで複数の超音波１３２を発生する。一例では、ＲＦプラズマ・プローブは、遮蔽されていないプラズマ・プローブとすることができる。別の実施形態では、ＲＦプラズマ・プローブは、図３で述べたような被遮蔽プラズマ・プローブとすることができる。特定の実施形態では、ＲＦプラズマ・プローブ１２４と接地電極１２６との間の空隙１２８は約１ｍｍよりも小さい。図５は接地した電極１２６を示しているが、別の実施形態（図示せず）では、電極１２６は接地されない。
【００２０】
図６に示されているような本発明の別の例示の実施形態では、接地平面１４２を使用する超音波プローブ・システム１４０を提示する。システム１４０は、ＲＦ搬送波信号１１４を供給するための図５で述べたような搬送波信号源１１２を含む。特定の実施形態では、ＲＦ搬送波信号１１４の周波数は約１０ＭＨｚ〜約５０ＭＨｚの範囲内で変えることができる。システム１４０はまた、図５で述べたような包絡線信号１１８を供給するための図５で述べたような音響変調器１１６を含む。一例では、音響変調器１１６は、約 ０.００１ＭＨｚ〜約２ＭＨｚの周波数を持つ包絡線信号１１８を供給するように構成された少なくとも１つの関数発生器を含む。超音波プローブ・システム１４０はまた、ＲＦ搬送波信号１１４と包絡線信号１１８とを混合して図５で述べたような被変調ＲＦ信号１２２を供給するための図５で述べたような混合器１２０を含む。図示の実施形態では、ＲＦ搬送波信号１２２は、空隙１４６によって接地平面１４２から隔てられたＲＦプラズマ針１４４に伝送される。特定の実施形態では、ＲＦプラズマ針は約１ｍＡ〜約１００ｍＡの電流及び約１０ＭＨｚ〜約５０ＭＨｚの周波数を供給するように構成することができる。プラズマは空隙１４６内で発生される。一例では、ＲＦプラズマ針１４４と接地平面１４２との間の空隙１４６内に誘電体バリア１４８を配置することができる。更に、ＲＦプラズマ針１４４に面している誘電体バリア１４８の端部上に金網１５０を配置することができる。空隙１４６内に発生されたプラズマは複数の超音波１５２を発生させる。システム１４０はまた、効率を増大させるために、発生された超音波１５２を反射する音響ミラー１５４を含むことができる。
【００２１】
図７は、図５及び図６で述べた超音波プローブ・システム内の信号変調システム１７０を表すブロック図である。搬送波信号源１１２からの図５で述べたようなＲＦ信号１１４及び音響変調器１１６からの図５で述べたような包絡線信号１１８が混合器１２０に供給される。特定の実施形態では、搬送波信号源１１２は、７．２ＭＨｚで動作する関数発生器とすることができる。別の実施形態では、音響変調器１１６は、振幅変調のために９００ｋＨｚの単一サイクル正弦波を供給する関数発生器とすることができる。図５で述べたような混合器１２０からの被変調ＲＦ信号１２２は分割器１７２に供給することができる。分割器１７２は、７．２ＭＨｚに中心ピークを持ち且つ９００ｋＨｚに２つの側波帯を持つＲＦスペクトル信号１７４を供給する。このような中心ピークの発生は、超音波が発生されていないときにプラズマ放電を維持するのに有用である。ＲＦスペクトル信号１７４は電力増幅器１７６に供給され、電力増幅器１７６はＲＦ搬送波信号１２２の包絡線を変調する。電力増幅器１７６からの被変調包絡線信号１７８が、図５で述べたようなＲＦプラズマ・プローブ１２４に供給される。ＲＦスペクトル信号１７４の振幅が増大したとき、その結果としてウォーム・プラズマが発生され、また振幅が減少したとき、その結果としてコールド・プラズマが発生される。プラズマの急激な冷却及び加熱は、プラズマの高圧及び低圧の変化を発生させ、次いでこれが音響波の伝播を生じさせる。
【００２２】
図８は、対象物を検査するための空気結合式超音波受信器システム１９０を表すブロック図である。システム１９０は、ＲＦ搬送波信号１９４を供給するための搬送波信号源１９２を含む。特定の実施形態では、ＲＦ搬送波信号１９４の周波数は約１０ＭＨｚ〜約５０ＭＨｚの範囲内で変えることができる。システム１９０はまた、包絡線信号１９８を供給するための音響変調器１９６を含む。一例では、音響変調器１９６は、約 ０.００１ＭＨｚ〜約２ＭＨｚの周波数を持つ包絡線信号１９８を供給するように構成された少なくとも１つの関数発生器を含むことができる。空気結合式超音波システム１９０はまた、ＲＦ搬送波信号１９４と包絡線信号１９８とを混合して被変調ＲＦ信号２０２を供給するための混合器２００を含む。図示の実施形態では、被変調ＲＦ信号２０２は、空隙２０８によって接地電極２０６から離隔された送信器２０４に供給される。一例では、送信器２０４はＲＦプラズマ・プローブである。プラズマが空隙２０８内で発生され、これにより次いで複数の超音波２１２が発生される。一例では、ＲＦプラズマ・プローブは、図１で述べたような遮蔽されていないプラズマ・プローブとすることができる。別の実施形態では、ＲＦプラズマ・プローブは、図３で述べたような被遮蔽プラズマ・プローブとすることができる。特定の実施形態では、ＲＦプラズマ・プローブ２０４と接地電極２０６との間の空隙２０８は約１ｍｍ未満とすることができる。発生された超音波２１２は受信器２１６で受け取られる。図示の実施形態では、受信器２１６は空隙２１８で送信器から離隔される。一例では、空隙２１８は約１０ｍｍとすることができる。
【００２３】
図９は、超音波を発生する方法２３０のための模範的な様々な段階を例示する流れ図である。方法２３０は、被変調無線周波信号を無線周波プラズマ・プローブに供給する段階２３２を含む。被変調無線周波信号を供給するプロセスは、無線周波搬送波信号を供給し、変調信号を供給し、次いで変調信号と無線周波搬送波信号とを混合して被変調無線周波搬送波信号を形成することを含む。無線周波プラズマ・プローブが段階２３４においてプラズマ放電を開始させる。一旦開始されると、プラズマは段階２３６において無線周波プラズマ・プローブによって安定化される。この安定化する段階は、無線周波プラズマ・プローブに帰還を供給することを含むことができる。プラズマ放電の強度が段階２３８において変調される。一例では、この強度を変調する段階は、無線周波プラズマ・プローブを通る電流を変調することを含むことができる。プラズマ放電の強度の変調の結果として、段階２４０において、複数の超音波が発生される。
【００２４】
上述の超音波システム及び超音波発生方法の有益な点は、空気中に比較的大きな振幅の音波振動を生じさせることが出来ることである。更に、上述のプラズマ・プローブは、既存のトランスデューサと匹敵する装置効率を持つ。音響出力に実用上の制約が何もなく、既存のトランスデューサに匹敵する装置効率を持つ。また更に、上述のプラズマ発生技術はレーザ超音波と比べて安価であり、またプラズマ発生が部品から少し離れて生じるので試験中に部品を損傷させない。
【００２５】
本発明の特定の特徴のみを例示し説明したが、当業者には種々の修正及び変更をなし得よう。従って、特許請求の範囲が本発明の真の精神の範囲内にあるこの様な全ての修正及び変更を包含することを意図していることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に従って無線周波数でプラズマを開始させて安定化させるためのシステムの略図である。
【図２】図１のシステムの等価回路図である。
【図３】本発明の実施形態に従ってプラズマ放電を開始させて安定化させるための被遮蔽プローブ・システムの略図である。
【図４】図３の被遮蔽プローブ・システムの等価回路図である。
【図５】本発明の実施形態に従って図１及び図２のシステム並びに接地電極を使用して超音波を発生するシステムを表すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態に従って図１及び図２のシステムを使用し且つ電極として接地平面を使用して超音波を発生するシステムを表すブロック図である。
【図７】図５及び図６の超音波発生システムに使用される信号変調システムを表すブロック図である。
【図８】対象物を検査するための空気結合式超音波受信器システム１９０を表すブロック図である。
【図９】超音波を発生する方法のための模範的な様々な段階を例示する流れ図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  プラズマ・プローブ
１２  内側導体
１４  交流（ＡＣ）電圧源
１６  外側導体
１８  巻線
２０  第１の電極
２２  第２の電極
２４  空隙
２６  プラズマ放電
２８  アース
３０  プラズマ・プローブ１０の等価回路
３２  インダクタ
３４  キャパシタンス
３６  抵抗器
３８  分布伝送線路
４０  寄生キャパシタンス
４２  漏洩抵抗
４４  端部
４６  負荷
６０  被遮蔽プローブ・システム
６２  中心導体
６４  ＡＣ電圧源
６６  第１の電極
６８  外側導体
７０  巻線
７２  第２の電極
７４  空隙
７６  プラズマ放電
７８  遮蔽体
８０  絶縁体
９０  被遮蔽プローブ・システム６０の等価回路
９２  インダクタ
９４  コンデンサ
９６  抵抗器
９８  漏洩抵抗器
１００  コンデンサ
１０２  端部
１０４  負荷
１１０  超音波プローブ・システム
１１２  搬送波信号源
１１４  無線周波（ＲＦ）搬送波信号
１１８  包絡線信号
１２０  混合器
１２２  被変調ＲＦ信号
１２８  空隙
１３０  プラズマ
１３２  超音波
１４０  超音波プローブ・システム
１４６  空隙
１４８  誘電体バリア
１５０  金網
１５２  超音波
１５４  音響ミラー
１７０  信号変調システム
１７４  ＲＦスペクトル信号
１７８  被変調包絡線信号
１９０  空気結合式超音波システム
１９４  ＲＦ搬送波信号
１９８  包絡線信号
２００  混合器
２０２  被変調ＲＦ信号
２０８  空隙
２１２  超音波
２１８  空隙
２３０  超音波を発生する方法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【図９】
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