超音波の斜角探傷法に現れる波形について3

質問

http://okwave.jp/qa5000663.html
http://okwave.jp/qa5015885.html
http://okwave.jp/qa5020490.htmlと質問しているものです。

今回は前回の質問を検証するべく、
指向角を算出してみようとExcelを使ってみましたが、
教本通りに計算しても0.007°と小さい値になってしまいました。

設定は
振動子の入射角：34 °
振動子の周波数：5000000Hz（5MHz）
試験体の音速：3080 m/s
試験体の入射角：39°
De1：5mm（振動子の縦の寸法）
De1´：4.687037037 mm（見かけの振動子の縦の寸法）
De2´：5mm（振動子の横の寸法）

Excel上での計算式は以下の通りです。
De1´＝5*(Cos(34*PI()/180)/Cos(39*PI()/180))
片道指向角＝57*(3080/4.7*5000000)

5Mで割っているので数値が小さくなるのは当たり前かもしれません。
しかし、どう計算すれば良いのか？どこが間違っているのか？が分からずに行き詰っています。
よろしくお願いします。

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回答No.1

spring135

解決すべき問題が2つあります。
(1)波形の解明。
(2)指向角の計算。

簡単な（2）の方から行きましょう。
片道指向角φ=57λ/2a
という式があると思いますが、意味をよく把握してから計算してください。De1´の計算のやり方はよいと思います。a=4.7(mm)はこの実効的な寸法を求めた計算結果と解釈します。
問題は波長λです。これだけ求めることも意味があります。
λ=c/fです。aをmmで求めた以上、λもmmで求めなければなりません。指向角とか角度は一般に無次元なのです。このためにはcをmm/secで求めなければなりません。c=3080000(mm/sec)です。これを5MHz=5000000(1/sec)で割るとλ=0.6mmとなります。横波で5MHzといえば波長はこの程度です。ついでに縦波2MHzといえば2.9mm程度です。質問者の計算は3080(m/sec)をそのまま用いたため、3ケタも間違えています。
　よって片道指向角φ=57λ/2a＝57×0.6/(2×4.7）＝3.6度

波形の解明
(2)のエコーが人口傷からの反射波ということはビーム路程からも確認していますか。もしできていれば、主目的は達成しているわけで一安心です。問題は欠陥からの反射波の前に立つ繰り返しエコーです。私が読み落としていたのでしょうが、ベアリングの層を介しては指で触っても駄目です。それを外してアルミの部分を触ることができればよいのですが、無理ならあきらめましょう。
　探触子前方の探傷面を何箇所か接触媒質をつけた手で触ってみてください。それで繰り返しエコーの高さが変化するかどうか確認してください。

お礼

丁寧な回答ありがとうございます。

(2)に関しましてはおかげさまで求めることができました。
　単位を間違えると言う初歩的なミスを犯してしまいました。

(1)に関しましては、ベアリングが外されている物がありましたので、
　実験してみましたが、波形は変化しませんでした。
　近日中に再度実験をしてみてから、改めて報告させていただきます。

また、前回の質問であるクサビ内エコーに関しましても、
何故２山出るのか？という点に関しまして理解できていません。
こちらも合わせて質問させていただきます。

添付した画像が見辛いので、後日外部に画像を貼ります。
よろしければそちらを参照していただければうれしいです。