JPH05142105A - 材料疲労の位置を特定する装置及び方法 - Google Patents
材料疲労の位置を特定する装置及び方法Info
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- JPH05142105A JPH05142105A JP4132814A JP13281492A JPH05142105A JP H05142105 A JPH05142105 A JP H05142105A JP 4132814 A JP4132814 A JP 4132814A JP 13281492 A JP13281492 A JP 13281492A JP H05142105 A JPH05142105 A JP H05142105A
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- G01M5/0066—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
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- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
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- G01N29/075—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves by measuring or comparing phase angle
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、センサの数、複雑な配線、及び、
複雑な演算手段を低減できる、構造物の疲労部分の位置
を特定する装置を提供すること目的とする。 【構成】構造物の疲労部分の位置を特定する装置は、三
角形に配置された３つの音響センサ (40ａ，ｂ，ｃ) を
有する、複数の小型のセンサパッチ (12) を利用してい
る。個々のセンサパッチ (12) には、３つの音響センサ
からの信号に応じて三角測量する局部プロセッサ (44)
が、それぞれ組込まれている。局部プロセッサ (34) か
らの信号は、ホストコンピュ−タを介して、構造物上の
相対位置に置き換えられる。
複雑な演算手段を低減できる、構造物の疲労部分の位置
を特定する装置を提供すること目的とする。 【構成】構造物の疲労部分の位置を特定する装置は、三
角形に配置された３つの音響センサ (40ａ，ｂ，ｃ) を
有する、複数の小型のセンサパッチ (12) を利用してい
る。個々のセンサパッチ (12) には、３つの音響センサ
からの信号に応じて三角測量する局部プロセッサ (44)
が、それぞれ組込まれている。局部プロセッサ (34) か
らの信号は、ホストコンピュ−タを介して、構造物上の
相対位置に置き換えられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、音響波によって距離
及び方向を規定する装置及び方法、特に、必要最小の数
のセンサによって構造物の疲労部分の位置を特定する装
置及び方法に関する。
及び方向を規定する装置及び方法、特に、必要最小の数
のセンサによって構造物の疲労部分の位置を特定する装
置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】航空機或いは橋梁など、 (現在) 供用さ
れている構造物では、構造物における微小な疲労部分
は、修理のための検出される。目視による検査では、多
くの時間が消費されるにもかかわらず、不正確になるこ
とから、現在、音響センサによって疲労部分を検出する
方法が利用されている。ある発明によれば、構造物の表
面全体にはりめぐらされる多くのセンサが必要になる。
疲労部分が生じた場合、疲労部分から発生された音響が
音響センサによって関知される。幾何学的な三角測量の
手法によって、疲労部分の位置が規定される。しかしな
がら、第一の問題点として、上記発明の方法では、それ
ぞれのセンサは、極めて限られた集束領域を有する。従
って、航空機の外装面のような広い領域を覆うために多
くのセンサが要求される。また、第二の問題点として、
従来の装置では、個々のセンサは独立に動作するととも
に、センサデ−タの解析及び疲労部分の位置の特定は、
センタ或いはホストコンピュ−タによって処理される。
従って、モニタされるべき表面領域の大きさが増大した
場合には、音響センサの数が増大することによって、配
線及びセンタコンピュ−タの三角測量の演算が複雑にな
る。
れている構造物では、構造物における微小な疲労部分
は、修理のための検出される。目視による検査では、多
くの時間が消費されるにもかかわらず、不正確になるこ
とから、現在、音響センサによって疲労部分を検出する
方法が利用されている。ある発明によれば、構造物の表
面全体にはりめぐらされる多くのセンサが必要になる。
疲労部分が生じた場合、疲労部分から発生された音響が
音響センサによって関知される。幾何学的な三角測量の
手法によって、疲労部分の位置が規定される。しかしな
がら、第一の問題点として、上記発明の方法では、それ
ぞれのセンサは、極めて限られた集束領域を有する。従
って、航空機の外装面のような広い領域を覆うために多
くのセンサが要求される。また、第二の問題点として、
従来の装置では、個々のセンサは独立に動作するととも
に、センサデ−タの解析及び疲労部分の位置の特定は、
センタ或いはホストコンピュ−タによって処理される。
従って、モニタされるべき表面領域の大きさが増大した
場合には、音響センサの数が増大することによって、配
線及びセンタコンピュ−タの三角測量の演算が複雑にな
る。
【０００３】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、構造
物の材料疲労部分を特定するために、小型のセンサアレ
イが利用されることから、配線及びコンピュ−タによる
演算の複雑さは最小になる。小型のセンサアレイは、三
角形に配置された３つのセンサを有するセンサパッチを
含んでいる。センサパッチは、局部プロセッサに電気的
に接続され、疲労部分の位置は、センサパッチの３つの
センサのそれぞれから戻される信号の三角測量によって
規定される。
物の材料疲労部分を特定するために、小型のセンサアレ
イが利用されることから、配線及びコンピュ−タによる
演算の複雑さは最小になる。小型のセンサアレイは、三
角形に配置された３つのセンサを有するセンサパッチを
含んでいる。センサパッチは、局部プロセッサに電気的
に接続され、疲労部分の位置は、センサパッチの３つの
センサのそれぞれから戻される信号の三角測量によって
規定される。
【０００４】
【実施例】図１は、この発明が利用される航空機構造を
示している。航空機外装面10の内部即ち内側表面に、多
くのセンサパッチ (図１の説明ではアレイ) 12が貼付け
られている。センサパッチ12は、外装面10の内側表面に
沿うことのできる可撓性の材料によって形成されてい
る。パッチは、内側表面に接着剤によって貼付けられて
いる。センサパッチ12の数は、疲労部分が発生したこと
を検出すべき領域の大きさによって制限を受けるもの
の、疲労部分を確実に検出できるよう規定され、且つ、
一般には、個々のセンサパッチの集束半径に応じて規定
される。
示している。航空機外装面10の内部即ち内側表面に、多
くのセンサパッチ (図１の説明ではアレイ) 12が貼付け
られている。センサパッチ12は、外装面10の内側表面に
沿うことのできる可撓性の材料によって形成されてい
る。パッチは、内側表面に接着剤によって貼付けられて
いる。センサパッチ12の数は、疲労部分が発生したこと
を検出すべき領域の大きさによって制限を受けるもの
の、疲労部分を確実に検出できるよう規定され、且つ、
一般には、個々のセンサパッチの集束半径に応じて規定
される。
【０００５】図２は、従来の技術を示すダイアグラムで
ある。この例では、航空機の翼の外装面10の内側面全体
に、個々の音響センサ20がはりめぐらされている。図面
から明らかなように、それぞれのセンサ20は、一般に集
束円と呼ばれる円22によって制限される集束領域を有
し、確実な疲労部分の検出のための三角測量のために、
少なくとも３つのセンサ20に関する集束円22が重なり合
うよう、多くのセンサ20が翼の外装面10の内側面全体に
隙間なく貼付けられている。さらに、それぞれのセンサ
20は、サンプリング及びコンディショニング回路即ちＡ
／Ｄコンバ−タ26に、リンク24を介して接続されてい
る。個々のセンサ20からの信号は、サンプルされ、三角
測量の演算を実行するセンタプロセッサ28へ供給され
る。しかしながら、三角測量を精度よく完了するために
は、個々のセンサ (の１つ) から出力された信号と他の
センサからの出力との関連によって (精度が) 保証され
ることから、それぞれのセンサは、高精度に配置されな
ければならない。このことは、装置を組込むために必要
となる時間が増大させる。さらに、配線 (wiring) 24の
複雑さ及び配線の重量もまた増大される。
ある。この例では、航空機の翼の外装面10の内側面全体
に、個々の音響センサ20がはりめぐらされている。図面
から明らかなように、それぞれのセンサ20は、一般に集
束円と呼ばれる円22によって制限される集束領域を有
し、確実な疲労部分の検出のための三角測量のために、
少なくとも３つのセンサ20に関する集束円22が重なり合
うよう、多くのセンサ20が翼の外装面10の内側面全体に
隙間なく貼付けられている。さらに、それぞれのセンサ
20は、サンプリング及びコンディショニング回路即ちＡ
／Ｄコンバ−タ26に、リンク24を介して接続されてい
る。個々のセンサ20からの信号は、サンプルされ、三角
測量の演算を実行するセンタプロセッサ28へ供給され
る。しかしながら、三角測量を精度よく完了するために
は、個々のセンサ (の１つ) から出力された信号と他の
センサからの出力との関連によって (精度が) 保証され
ることから、それぞれのセンサは、高精度に配置されな
ければならない。このことは、装置を組込むために必要
となる時間が増大させる。さらに、配線 (wiring) 24の
複雑さ及び配線の重量もまた増大される。
【０００６】これに対して、図３に示されているこの発
明の実施例は、極めて有益である。詳細には、例えば、
一例である航空機の翼10における内側表面の同一の表面
領域をモニタするためには、少なくとも１つのセンサパ
ッチの集束円30の中に、疲労部分が位置するよう、セン
サパッチ12を配置すればよい。このことは、表面10を覆
うために要求されるセンサパッチ12の数を大幅に低減で
きる。センサパッチ12は、それぞれ、センサ12内部にお
ける疲労部分の位置を三角測量するための局部プロセッ
サを含んでいる。疲労部分の位置は、それぞれの局部プ
ロセッサによって特定され、位置デ−タを収集するとと
もにオペレ−タに提供するためのセンタ即ちホストコン
ピュ−タ32へ供給される。実施例によれば、センサパッ
チ12は、シリアルバス36を介してセンタコンピュ−タ32
と電気的に接続されている。
明の実施例は、極めて有益である。詳細には、例えば、
一例である航空機の翼10における内側表面の同一の表面
領域をモニタするためには、少なくとも１つのセンサパ
ッチの集束円30の中に、疲労部分が位置するよう、セン
サパッチ12を配置すればよい。このことは、表面10を覆
うために要求されるセンサパッチ12の数を大幅に低減で
きる。センサパッチ12は、それぞれ、センサ12内部にお
ける疲労部分の位置を三角測量するための局部プロセッ
サを含んでいる。疲労部分の位置は、それぞれの局部プ
ロセッサによって特定され、位置デ−タを収集するとと
もにオペレ−タに提供するためのセンタ即ちホストコン
ピュ−タ32へ供給される。実施例によれば、センサパッ
チ12は、シリアルバス36を介してセンタコンピュ−タ32
と電気的に接続されている。
【０００７】図４は、それぞれのセンサパッチを平面か
らみた詳細なダイアグラム、及び、図５は、センサパッ
チ12を側方からみたダイアグラムである。個々のセンサ
パッチ12は、フレキシブル回路アレイ42に配置され、三
角測量のために近接されている３つの音響センサ40ａ−
40ｃを含んでいる。これらの音響センサとしては、好ま
しくは、ピエゾ変換素子が利用される。フレキシブル回
路アレイ42にはまた、局部プロセッサ44が含まれてい
る。局部プロセッサ44は、音響センサ40ａ−40ｃによっ
て発生された信号を条件づけるとともに、この信号から
疲労部分の位置を規定する。センサパッチ12は、構造物
表面10に接着剤が利用されて貼付けられている。接着剤
は、パッチに関し、表面10 (の形状) に沿うとともに素
早い装着を可能にする。センサパッチ12は、構造物への
容易な取付けを可能にするため、及び、三角測量 (音響
センサによる) における十分な解像力を提供するため
に、概ね３インチ×３インチに規定される。
らみた詳細なダイアグラム、及び、図５は、センサパッ
チ12を側方からみたダイアグラムである。個々のセンサ
パッチ12は、フレキシブル回路アレイ42に配置され、三
角測量のために近接されている３つの音響センサ40ａ−
40ｃを含んでいる。これらの音響センサとしては、好ま
しくは、ピエゾ変換素子が利用される。フレキシブル回
路アレイ42にはまた、局部プロセッサ44が含まれてい
る。局部プロセッサ44は、音響センサ40ａ−40ｃによっ
て発生された信号を条件づけるとともに、この信号から
疲労部分の位置を規定する。センサパッチ12は、構造物
表面10に接着剤が利用されて貼付けられている。接着剤
は、パッチに関し、表面10 (の形状) に沿うとともに素
早い装着を可能にする。センサパッチ12は、構造物への
容易な取付けを可能にするため、及び、三角測量 (音響
センサによる) における十分な解像力を提供するため
に、概ね３インチ×３インチに規定される。
【０００８】図６は、局部プロセッサ44の動作を示す機
能ブロックダイアグラムである。センサパッチ12の三角
形に配置されている３つの音響センサ40ａ−40ｃは、フ
レキシブル回路アレイ42を介して、センサパッチ12の局
部プロセッサ44と電気的に接続されている。図６によれ
ば、音響センサ40ａ−40ｃのそれぞれから発生された信
号は、プリアンプ／整形回路50へ導かれ、その後、Ａ／
Ｄコンバ−タ52によって２値化され、Ｉ／Ｑチップ53に
よって実数から虚数へ変換され、引続き、高速フ−リエ
変換即ちＦＦＴ回路54によって、合成周波数領域フ−リ
エ係数に変換される。図６から明らかなように、スレッ
ショルド回路56は、Ａ／Ｄコンバ−タ52による音響信号
のサンプリングを開始 (triggers) させる。プリアンプ
50、Ａ／Ｄコンバ−タ52、Ｉ／Ｑチップ53、ＦＦＴ回路
54、及びスレッショルド回路56によって、信号が予備演
算されるとともに整形されることは公知である。様々な
回路素子が音響信号の予備演算及び整形に利用できる。
(回路素子によって) 処理され、整形された音響センサ
40ａ−40ｃからの信号は、その後、ディジタル信号処理
装置58へ供給される。フ−リエ変換された信号は、時間
領域ではなく周波数領域に関し、三角測量されているこ
とから、ディジタル信号処理装置58では、角度、位相、
及び、距離が補正される(信号が整形される) 。同時
に、信号処理装置58では、信号及び信号間の位相差が利
用されて、センサパッチからの疲労部分の相対角度及び
相対距離が規定される。この三角測量のプロセス、即ち
計算アレイ58による演算は、図７に詳細に示されてい
る。三角測量された疲労の位置は、シリアルＩ／Ｏイン
タフェイス59を介してセンタコンピュ−タに伝達され
る。
能ブロックダイアグラムである。センサパッチ12の三角
形に配置されている３つの音響センサ40ａ−40ｃは、フ
レキシブル回路アレイ42を介して、センサパッチ12の局
部プロセッサ44と電気的に接続されている。図６によれ
ば、音響センサ40ａ−40ｃのそれぞれから発生された信
号は、プリアンプ／整形回路50へ導かれ、その後、Ａ／
Ｄコンバ−タ52によって２値化され、Ｉ／Ｑチップ53に
よって実数から虚数へ変換され、引続き、高速フ−リエ
変換即ちＦＦＴ回路54によって、合成周波数領域フ−リ
エ係数に変換される。図６から明らかなように、スレッ
ショルド回路56は、Ａ／Ｄコンバ−タ52による音響信号
のサンプリングを開始 (triggers) させる。プリアンプ
50、Ａ／Ｄコンバ−タ52、Ｉ／Ｑチップ53、ＦＦＴ回路
54、及びスレッショルド回路56によって、信号が予備演
算されるとともに整形されることは公知である。様々な
回路素子が音響信号の予備演算及び整形に利用できる。
(回路素子によって) 処理され、整形された音響センサ
40ａ−40ｃからの信号は、その後、ディジタル信号処理
装置58へ供給される。フ−リエ変換された信号は、時間
領域ではなく周波数領域に関し、三角測量されているこ
とから、ディジタル信号処理装置58では、角度、位相、
及び、距離が補正される(信号が整形される) 。同時
に、信号処理装置58では、信号及び信号間の位相差が利
用されて、センサパッチからの疲労部分の相対角度及び
相対距離が規定される。この三角測量のプロセス、即ち
計算アレイ58による演算は、図７に詳細に示されてい
る。三角測量された疲労の位置は、シリアルＩ／Ｏイン
タフェイス59を介してセンタコンピュ−タに伝達され
る。
【０００９】図７に示されているように、構造物に、
“60”で示されている疲労部分が生じた場合、音響波が
発生される。音響波の波面は、構造物を介して伝達さ
れ、１或いはそれ以上のセンサパッチによって感知され
る。より詳細には、図７から明らかなように、入射音響
の波面は、センサパッチの１つに接近する。音響波面
は、疲労部分60から環状に発散され、センサパッチにお
ける、少なくとも１つ或いはそれ以上のセンサよって感
知される。音響波面は、センサパッチに到達することか
ら、センサパッチの音響センサ40ａ−40ｃのそれぞれに
よって、感知或いは検知される。音響波面は、それぞれ
の音響センサに対して角度“θ”の関係にある到達角を
有する。それぞれのセンサ40ａ−40ｃ間の距離は、わか
っているので、ここではＬとすると、上記到達角は、以
下の計算から与えられる。 ｓｉｎθ＝ｒ／Ｌ
“60”で示されている疲労部分が生じた場合、音響波が
発生される。音響波の波面は、構造物を介して伝達さ
れ、１或いはそれ以上のセンサパッチによって感知され
る。より詳細には、図７から明らかなように、入射音響
の波面は、センサパッチの１つに接近する。音響波面
は、疲労部分60から環状に発散され、センサパッチにお
ける、少なくとも１つ或いはそれ以上のセンサよって感
知される。音響波面は、センサパッチに到達することか
ら、センサパッチの音響センサ40ａ−40ｃのそれぞれに
よって、感知或いは検知される。音響波面は、それぞれ
の音響センサに対して角度“θ”の関係にある到達角を
有する。それぞれのセンサ40ａ−40ｃ間の距離は、わか
っているので、ここではＬとすると、上記到達角は、以
下の計算から与えられる。 ｓｉｎθ＝ｒ／Ｌ
【００１０】図７に示されているように、センサパッチ
に関する疲労部分60の位置を三角測量するために、上記
到達角と３個の音響センサ40ａ−40ｃのそれぞれとの関
係が必要になる。
に関する疲労部分60の位置を三角測量するために、上記
到達角と３個の音響センサ40ａ−40ｃのそれぞれとの関
係が必要になる。
【００１１】この実施例では、三角測量のプロセスは、
周波数領域で演算される。音響センサ (40) ａと (40)
ｂとを選んだとき、音響チャンネルａとｂとの間であっ
て、左から右への位相差φabは、以下のように求められ
る。チャンネルａのｎthサンプルのＦＦＴ出力Ｘna及び
チャンネルｂのｎthサンプルのＦＦＴ出力Ｘnbは、以下
のようになる。
周波数領域で演算される。音響センサ (40) ａと (40)
ｂとを選んだとき、音響チャンネルａとｂとの間であっ
て、左から右への位相差φabは、以下のように求められ
る。チャンネルａのｎthサンプルのＦＦＴ出力Ｘna及び
チャンネルｂのｎthサンプルのＦＦＴ出力Ｘnbは、以下
のようになる。
【００１２】
【数１】 チャンネルａとｂとの間の位相差φabは、 φab＝φb −φa を著し、同時に、 φab＝ｔａｎ-1{(ａｄ−ｂｃ) ／ (ａｃ＋ｂｄ)} が満足される。同様にして、すべてのチャンネル間の位
相差が演算される。センサ40に到達した音響波面の到達
角は、以下の方法で計算できる。 ｓｉｎθ＝ｒab／Ｌab ｒabは、２つの波面の間の差、及び、Ｌabは、音響セ
ンサａ及びｂの間の距離である。 ｔab＝ｒab／ν ｔabは、センサａとｂとの間の伝達時間、及び、νは、
音響速度である。 ν＝ｆ0 λ0 ； ｒab／ν＝φab／２π であるから、整理すると、 ｔab＝φab／２πｆ0 φab＝２πｆ0 ｔab＝ (２πｆ0 Ｌab／ν) ｓｉｎθ
ａ ｓｉｎθａ ＝φabν／２πｆ0 Ｌab ＝φabｆ0 λ0 ／２πｆ0 Ｌab ＝φabλ0 ／２πＬab
相差が演算される。センサ40に到達した音響波面の到達
角は、以下の方法で計算できる。 ｓｉｎθ＝ｒab／Ｌab ｒabは、２つの波面の間の差、及び、Ｌabは、音響セ
ンサａ及びｂの間の距離である。 ｔab＝ｒab／ν ｔabは、センサａとｂとの間の伝達時間、及び、νは、
音響速度である。 ν＝ｆ0 λ0 ； ｒab／ν＝φab／２π であるから、整理すると、 ｔab＝φab／２πｆ0 φab＝２πｆ0 ｔab＝ (２πｆ0 Ｌab／ν) ｓｉｎθ
ａ ｓｉｎθａ ＝φabν／２πｆ0 Ｌab ＝φabｆ0 λ0 ／２πｆ0 Ｌab ＝φabλ0 ／２πＬab
【００１３】が得られる。物理量λ0 ，ｆ0 及びνは、
光線 (音響波) の周波数から検出される。例えば、表面
が鉄或いはアルミニウムなどの金属要素から形成されて
いる場合、音響速度“ν”は、概ね１５，０００フィ−
ト／秒である。個々の音響センサ40への音響波の到達角
“θ”は、既に計算されているので、疲労部分60の位置
とセンサパッチとの間の距離ｄは、 ｄ＝ (Ｘ2 ＋Ｙ2 ) 1/2 ： Ｘ＝Ｌ／ {１− (ｔａｎθb ／ｔａｎθa )}； Ｙ＝Ｘ／ｔａｎθa で示される簡単な幾何学的手法によって求められる。
光線 (音響波) の周波数から検出される。例えば、表面
が鉄或いはアルミニウムなどの金属要素から形成されて
いる場合、音響速度“ν”は、概ね１５，０００フィ−
ト／秒である。個々の音響センサ40への音響波の到達角
“θ”は、既に計算されているので、疲労部分60の位置
とセンサパッチとの間の距離ｄは、 ｄ＝ (Ｘ2 ＋Ｙ2 ) 1/2 ： Ｘ＝Ｌ／ {１− (ｔａｎθb ／ｔａｎθa )}； Ｙ＝Ｘ／ｔａｎθa で示される簡単な幾何学的手法によって求められる。
【００１４】図３〜６を再び参照すれば、センサパッチ
の大きさ及び分解能精度は、最適に設計される。例え
ば、実施例によれば、３インチ×３インチのセンサパッ
チが要求されている。モニタすべき構造物が金属要素か
ら形成されていると仮定するならば、疲労部分が発生す
る音響波の音響速度は、概ね１５，０００フィ−ト／秒
である。疲労部分から発生された音響波の周波数の最大
値が１ＭＨｚであるとすれば、波長λは、 λ＝ν／ｆ＝０．４４ｃｍ
の大きさ及び分解能精度は、最適に設計される。例え
ば、実施例によれば、３インチ×３インチのセンサパッ
チが要求されている。モニタすべき構造物が金属要素か
ら形成されていると仮定するならば、疲労部分が発生す
る音響波の音響速度は、概ね１５，０００フィ−ト／秒
である。疲労部分から発生された音響波の周波数の最大
値が１ＭＨｚであるとすれば、波長λは、 λ＝ν／ｆ＝０．４４ｃｍ
【００１５】と規定される。２つの音響センサの間の適
切な位相検出を提供するために、Ｍ・λ／２が規定され
る。Ｍは、整数、及び、λは、音響波長の最大値であ
る。Ｍが３０以下であるならば、 Ｍ・λ／２＝６．６０ｃｍ ＜ ３インチ となる。さらに、要求される距離分解能が１０ｍｍとす
れば、 λ＝０．４４ｃｍ， Ｌ＝Ｍ・λ／２ である。センサパッチに関する集束領域が１フィ−ト即
ち２９．４ｃｍであれば、個々の音響センサに到達する
位相のサンプリングに必要な時間分解能は： ｔs ＝ｔ1 ／ (ｒ／α) ｔα＝Ｌ／ν＝ (Ｍλ／２) ／ν＝１５μｓ ｔ1 は、ａからｂまでの時間、αは、空間分解能、及
び、ｒは、センサパッチの集束半径である。 (ここ
で、) ｔs ＝１５×１０-6／ (２９．４／１．０)＝０．０５
μｓ ｆs (サンプリングレ−ト) ＝１／ｔs ＝２ＭＨｚ が得られる。
切な位相検出を提供するために、Ｍ・λ／２が規定され
る。Ｍは、整数、及び、λは、音響波長の最大値であ
る。Ｍが３０以下であるならば、 Ｍ・λ／２＝６．６０ｃｍ ＜ ３インチ となる。さらに、要求される距離分解能が１０ｍｍとす
れば、 λ＝０．４４ｃｍ， Ｌ＝Ｍ・λ／２ である。センサパッチに関する集束領域が１フィ−ト即
ち２９．４ｃｍであれば、個々の音響センサに到達する
位相のサンプリングに必要な時間分解能は： ｔs ＝ｔ1 ／ (ｒ／α) ｔα＝Ｌ／ν＝ (Ｍλ／２) ／ν＝１５μｓ ｔ1 は、ａからｂまでの時間、αは、空間分解能、及
び、ｒは、センサパッチの集束半径である。 (ここ
で、) ｔs ＝１５×１０-6／ (２９．４／１．０)＝０．０５
μｓ ｆs (サンプリングレ−ト) ＝１／ｔs ＝２ＭＨｚ が得られる。
【００１６】従って、この実施例では、占有領域 (面
積) が３インチ×３インチで、個々に１フィ−トの集束
領域を有するセンサパッチが、構造物の表面に展開され
る。また、センサパッチにおける個々の音響センサの間
隔は、概ね６．６ｃｍ、及び、個々の音響センサのサン
プリング周波数は、２ＭＨｚとなる。このように、音響
センサ相互の間隔、及び、サンプリング周波数は、要求
に応じて最適化される。尚、この発明の方法及び装置は
単なる例に過ぎず、この分野の技術を有するものであれ
ば上記説明を基にしてこの発明をいかようにも変形でき
ることはいうまでもない。従って、この発明の方法及び
装置は、ここに開示された実施例によって限定されるも
のではなく、この発明は、添付の請求の範囲の範囲によ
ってのみ制限されるものである。
積) が３インチ×３インチで、個々に１フィ−トの集束
領域を有するセンサパッチが、構造物の表面に展開され
る。また、センサパッチにおける個々の音響センサの間
隔は、概ね６．６ｃｍ、及び、個々の音響センサのサン
プリング周波数は、２ＭＨｚとなる。このように、音響
センサ相互の間隔、及び、サンプリング周波数は、要求
に応じて最適化される。尚、この発明の方法及び装置は
単なる例に過ぎず、この分野の技術を有するものであれ
ば上記説明を基にしてこの発明をいかようにも変形でき
ることはいうまでもない。従って、この発明の方法及び
装置は、ここに開示された実施例によって限定されるも
のではなく、この発明は、添付の請求の範囲の範囲によ
ってのみ制限されるものである。
【００１７】
【発明の効果】この発明の例は、部分的に三角測量を提
供できる多くのセンサパッチを有することから、例え
ば、航空機の表面或いは橋梁などの構造物をモニタする
場合に、疲労部分の位置を規定するための複雑な演算の
実行が大幅に低減される。
供できる多くのセンサパッチを有することから、例え
ば、航空機の表面或いは橋梁などの構造物をモニタする
場合に、疲労部分の位置を規定するための複雑な演算の
実行が大幅に低減される。
【図１】この発明の実施例に関し、小型のセンサアレイ
の配置の一例をデモンストレ−ションするダイアグラ
ム。
の配置の一例をデモンストレ−ションするダイアグラ
ム。
【図２】従来の技術の特徴及び問題点を示すダイアグラ
ム。
ム。
【図３】この発明の複数のセンサパッチがモニタすべき
構造物に取付けられた状態を示すダイアグラム。
構造物に取付けられた状態を示すダイアグラム。
【図４】センサパッチの平面図。
【図５】センサパッチの側面図。
【図６】センサパッチ及び局部プロセッセの機能ブロッ
クダイアグラム。
クダイアグラム。
【図７】センサパッチの音響センサを介して、入射され
る音響を検出する方法を示すダイアグラム。
る音響を検出する方法を示すダイアグラム。
10…構造物の外装面、12…センサパッチ、30…センサパ
ッチの集束円、32…ホストコンピュ−タ、36…シリアル
バス、40ａ，40ｂ，40ｃ…音響センサ、42…フレキシブ
ル回路アレイ、44…局部プロセッサ、50…プリアンプ／
整形回路、52…Ａ／Ｄコンバ−タ、53…Ｉ／Ｑチップ、
54…ＦＦＴ回路、56…スレッショルド回路、58…ディジ
タル信号処理装置、59…シリアルＩ／Ｏインタフェイ
ス。
ッチの集束円、32…ホストコンピュ−タ、36…シリアル
バス、40ａ，40ｂ，40ｃ…音響センサ、42…フレキシブ
ル回路アレイ、44…局部プロセッサ、50…プリアンプ／
整形回路、52…Ａ／Ｄコンバ−タ、53…Ｉ／Ｑチップ、
54…ＦＦＴ回路、56…スレッショルド回路、58…ディジ
タル信号処理装置、59…シリアルＩ／Ｏインタフェイ
ス。
Claims (10)
- 【請求項１】 構造物に取付けられるためのベ−ス層を
有するセンサパッチ、 このセンサパッチのベ−ス層に配置され、構造物に疲労
部分が生じることで発生されるとともに構造物を介して
伝達される音響波の入射を検出し、信号を発生するため
の三角形に配置された３つのセンサ手段、及び、 上記センサパッチに接続され、上記センサ手段から発生
された信号に基づいて上記構造物の疲労部分の位置を規
定する処理手段からなり、 センサの数、複雑な配線、及び、複雑な演算手段を低減
できる、構造物に生じた構造物の疲労部分の位置を特定
する装置。 - 【請求項２】 前記処理手段は、上記センサ手段によっ
て発生された信号間の位相差を比較することによって、
上記疲労部分の位置を特定する請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記センサ手段は、等しい距離で三角形
に配置される請求項１記載の装置。 - 【請求項４】 前記装置は、複数のセンサパッチ及び複
数の処理手段を含み、個々のセンサパッチは、それぞ
れ、一体に組込まれた処理手段を有する請求項１記載の
装置。 - 【請求項５】 ベ−ス層及びこのベ−ス層に三角形に配
置された３つの音響センサを有し、構造物に取付けられ
た複数のセンサパッチであって、個々のセンサパッチ
は、伝達された音響信号を受けとることで、信号を発生
する複数のセンサパッチ、及び、 上記複数のセンサパ
ッチの１個毎に接続され、上記構造物上の上記センサパ
ッチの位置に関連して、疲労部分の位置を規定する複数
の処理手段からなり、 疲労部分が生じた際に、構造物を介して伝達される音響
信号によって、構造物の疲労部分の位置を特定する装
置。 - 【請求項６】 前記個々の処理手段は、上記音響センサ
から発生される信号間に規定される位相差によって、上
記疲労部分の相対位置を、自身が取付けられているセン
サパッチの位置に関連して規定する請求項５記載の装
置。 - 【請求項７】 前記装置は、上記個々の処理手段からの
上記相対疲労位置を補正するためのセンタ処理手段を含
む請求項５記載の装置。 - 【請求項８】 前記音響センサ手段は、等しい距離で三
角形に配置される請求項５記載の装置。 - 【請求項９】 センサパッチに３つの音響センサを三角
形に配置し；このセンサパッチを構造物の表面に取付
け；上記音響センサを介して、上記構造物の疲労部分か
ら発生され、伝達される音響信号を受けとり；上記音響
センサが受けとった信号に関連して、上記音響センサか
ら電気信号を発生させ；上記個々の音響センサからの電
気信号の間の位相差を求め；及び この演算された位相差に基づいて疲労部分の位置を特定
する、構造物の疲労部分の位置を特定する方法。 - 【請求項１０】 前記方法は、上記構造物に複数の上記
センサパッチを取付け；及び 個々のセンサパッチの位置に関連して上記疲労部分の位
置を規定する請求項９記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/705,247 US5293555A (en) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | System and method for locating material fatigue using multiple sensors |
| US705247 | 1991-05-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05142105A true JPH05142105A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=24832646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4132814A Pending JPH05142105A (ja) | 1991-05-24 | 1992-05-25 | 材料疲労の位置を特定する装置及び方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5293555A (ja) |
| EP (1) | EP0518508A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05142105A (ja) |
| KR (1) | KR920021999A (ja) |
| IL (1) | IL101950A0 (ja) |
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| JP2000171351A (ja) * | 1998-12-07 | 2000-06-23 | Ntn Corp | 転がり軸受の音響検査装置 |
| JP2003515730A (ja) * | 1999-11-23 | 2003-05-07 | ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ リーランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ | 複合材料および金属材料の構造的一体性を検出する診断層および方法 |
| JP2008536756A (ja) * | 2005-04-18 | 2008-09-11 | ユーロピアン エアロノティック ディフェンス アンド スペース カンパニー イーズ フランス | 飛行機の構造体の監視方法および監視装置 |
| JP2009537835A (ja) * | 2006-05-24 | 2009-10-29 | エアバス・フランス | 振動解析による構造体の非破壊検査装置 |
| JP2016099119A (ja) * | 2014-11-18 | 2016-05-30 | 株式会社東芝 | 信号処理装置、サーバ装置、検知システム及び信号処理方法 |
| JP6078860B1 (ja) * | 2016-04-15 | 2017-02-15 | 学校法人神奈川大学 | 振動検出装置、振動特性計測システムおよび振動特性計測方法 |
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- 1992-05-23 KR KR1019920008801A patent/KR920021999A/ko not_active Ceased
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| EP0518508A1 (en) | 1992-12-16 |
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