JPH06308099A - Ａｅ伝播速度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検体を伝播するＡＥの伝播速度を正確に測
定でき、ＡＥが表面波であっても、伝播速度を正確に測
定できるＡＥ伝播速度測定装置を提供する。 【構成】 被検体１と同一の材質の物質が破壊するとき
に発生する破壊ＡＥの周波数帯で共振する圧電素子から
なり、被検体１の所定の位置に取り付けられた発信セン
サ２と、受信センサ３と、発信センサ２を駆動する駆動
波形を記録する波形メモリ８と、受信センサ３が出力す
るＡＥ信号の波形を記録する波形メモリ１２と、駆動波
形とＡＥ信号波形との波形位相差を算出し、この波形位
相差と発信センサ２と受信センサ３との距離とから被検
体１を伝播するＡＥの伝播速度を算出する中央処理装置
１３とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば、ＡＥ(ア
コースティックエミッション)を測定して被検体の欠陥
箇所を標定する装置等に用いられ、被検体を伝播するＡ
Ｅの伝播速度を算出するＡＥ伝播速度測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＡＥを利用した被検体の欠陥箇
所の位置標定においては、被検体を伝播するＡＥを、被
検体に取り付けた１つ以上のＡＥセンサで検出して、上
記ＡＥセンサへのＡＥ信号到達時刻に基づいて、上記被
検体の欠陥位置を標定するようにしている。

【０００３】したがって、上記位置標定を正確にするた
めには、上記被検体を伝播するＡＥの伝播速度を正確に
知っておく必要がある。

【０００４】従来、上記ＡＥの伝播速度は、被検体の材
質によって大まかに定まっている既知の概略値を用いる
か、もしくは、被検体に超音波を印加して上記被検体を
伝播するＡＥの伝播速度を計測するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記概
略値を用いる場合には、その概略値と実際に被検体を伝
播するＡＥの伝播速度との誤差が大きくて、標定位置が
不正確になるという問題がある。

【０００６】また、上記超音波を用いて、ＡＥ伝播速度
を計測する場合には、被検体の表面を伝播するＡＥの伝
播速度を計測することができないという問題がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、被検体を伝播す
るＡＥの伝播速度を正確に測定でき、かつ、上記ＡＥが
表面波であっても、伝播速度を正確に測定できるＡＥ伝
播速度測定装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のＡＥ伝播速度測定装置は、被検体と同一
の材質の物質が破壊するときに発生する破壊ＡＥの周波
数帯で共振する圧電素子からなり、上記被検体の所定の
位置に取り付けられたＡＥ発信器と、上記ＡＥ発信器に
所定の波形の駆動電圧を印加して上記ＡＥ発信器を駆動
するＡＥ発信器駆動手段と、上記ＡＥ発信器から所定の
距離だけ離隔されて上記被検体に取り付けられ、上記被
検体を伝播するＡＥを検出してＡＥ信号を出力するＡＥ
受信器と、上記ＡＥ発信器に印加した駆動電圧の波形を
記録する駆動電圧波形記録手段と、上記ＡＥ受信器が出
力するＡＥ信号の波形を記録するＡＥ信号波形記録手段
と、上記駆動電圧波形記録手段が記録した駆動電圧波形
と上記ＡＥ信号波形記録手段が記録したＡＥ信号波形と
の波形位相差から上記ＡＥ発信器が上記被検体に加えた
ＡＥが上記ＡＥ受信器に到達するまでのＡＥ到達時間を
算出するＡＥ到達時間算出手段と、上記被検体に取り付
けられたＡＥ発信器とＡＥ受信器との間の距離と、上記
ＡＥ到達時間算出手段が算出したＡＥ到達時間とに基づ
いて、上記被検体のＡＥ伝播速度を算出するＡＥ伝播速
度算出手段とを備えたことを特徴としている。

【０００９】

【作用】上記ＡＥ発信器は、上記ＡＥ発信器駆動手段か
ら所定の波形の駆動電圧を印加されて駆動されると、上
記被検体が破壊するときに発生するＡＥと同じ周波数の
ＡＥを発生して上記被検体に加える。なぜならば、上記
ＡＥ発信器は、上記被検体と同じ材質の物質が破壊する
ときに発生する破壊ＡＥの周波数帯で共振する圧電素子
からなるからである。

【００１０】上記ＡＥ発信器が上記被検体に加えたＡＥ
は上記被検体を伝播して上記ＡＥ受信器で検出される。

【００１１】一方、上記駆動電圧波形記録手段は、上記
駆動電圧の波形を記録する。また、上記ＡＥ信号波形記
録手段は、上記被検体を伝播するＡＥを検出したＡＥ受
信器が出力するＡＥ信号の信号波形を記録する。

【００１２】そして、上記ＡＥ到達時間算出手段は、上
記駆動電圧波形と上記ＡＥ信号波形との波形位相差から
上記ＡＥ発信器が発信したＡＥが上記ＡＥ受信器に到達
するまでのＡＥ到達時間を算出する。そして、ＡＥ伝播
速度算出手段は、上記被検体に取り付けられたＡＥ発信
器とＡＥ受信器との間の距離と、上記ＡＥ到達時間算出
手段が算出したＡＥ到達時間とに基づいて、上記被検体
のＡＥ伝播速度を算出する。

【００１３】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。

【００１４】図１に、この発明のＡＥ伝播速度測定装置
の実施例のブロック図を示す。図１に示すように、この
実施例は、被検体１に所定の距離を隔てて取り付けられ
た信号発信センサ２と信号受信センサ３とを有してい
る。

【００１５】上記信号発信センサ２としては、上記被検
体１が破壊するときに破壊源から発生するＡＥの周波数
帯を共振周波数帯とする圧電素子を用いる。すなわち、
あらかじめ上記被検体１と同一の材質の試験体を破壊
し、この試験体が破壊するときに、上記試験体内の破壊
源から発生するＡＥを、広い周波数帯域のＡＥを検出で
きるＡＥセンサで検出し、上記破壊源から発生するＡＥ
の周波数帯を測定し、この測定した周波数帯に共振周波
数がある圧電素子で上記信号発信センサ２を構成するよ
うにしている。

【００１６】また、上記信号受信センサ３は、信号発信
センサ２を構成する圧電素子と同じ特性を有する圧電素
子で構成されていることが望ましい。

【００１７】上記信号発信センサ２と信号受信センサ３
とを上記被検体１に取り付けた状態を図４(Ａ)および
(Ｂ)に示す。

【００１８】縦波ＡＥまたは横波ＡＥの伝播速度を測定
する場合には、図４(Ａ)に示すように、被検体１の上面
１ａと下面１ｂとに、信号発信センサ２と信号受信セン
サ３とを取り付ける。上記信号発信センサ２は、外枠４
５に螺合した押し付けボルト４６によって、ロードセル
４１、スペーサ４２、調芯ボール４３を介して被検体１
の上面１ａに押し付けられている。上記ロードセル４１
によって、上記押し付け荷重が測定される。上記信号発
信センサ２から上記被検体１に効率良くＡＥを伝えるこ
とができるように、また、上記信号受信センサ３が上記
被検体１からＡＥを感度良く検出できるように、上記押
し付け圧力を１.２メガパスカル以上にすることが望ま
しい。尚、被検体１を伝播する表面波ＡＥの伝播速度を
測定する場合には、図４(Ｂ)に示すように、被検体１の
上面１ａに所定の距離を隔てて、信号発信センサ２と信
号受信センサ３とを取り付ける。そして、上記信号発信
センサ２と信号受信センサ３の上に押さえ板４７を介し
てロードセル４１を配置している。その他は、図４(Ａ)
に示した取り付け状態と同様である。

【００１９】上記信号発信センサ２は、波形発生器５か
ら駆動電圧を印加されることによって、上記被検体１に
ＡＥを加えるようになっている。

【００２０】上記波形発生器５の出力側には、ＡＤ変換
器７と、波形メモリ８とが順に接続され、この波形メモ
リ８は、中央処理装置１３に接続されている。また、上
記ＡＤ変換器７の入力側には、トリガ回路６が接続され
ている。

【００２１】また、上記信号受信センサ３には、アンプ
９と、ＡＤ変換器１１と、波形メモリ１２とが順に接続
され、この波形メモリ１２は、上記中央処理装置１３に
接続されている。また、上記ＡＤ変換器１２の入力側に
は、トリガ回路１０が接続されている。

【００２２】上記信号発信センサ２に印加される駆動電
圧は、トリガ回路６が発生するトリガレベルを越えたと
きに、上記ＡＤ変換器７によって、ＡＤ変換されるよう
になっている。そして、このＡＤ変換された駆動電圧の
波形は、波形メモリ８によって記憶される。

【００２３】また、上記被検体１からＡＥを検出した信
号受信センサ３が出力するＡＥ信号は、アンプ９を介し
てＡＤ変換器１１に入力され、トリガ回路１０が発生す
るトリガレベルを越えたＡＥ信号が上記ＡＤ変換器１１
でＡＤ変換されるようになっている。そして、このＡＤ
変換されたＡＥ信号の波形は、波形メモリ１２によって
記憶される。

【００２４】上記中央処理装置１３は、上記波形メモリ
８から上記駆動電圧の波形が入力され、かつ、上記波形
メモリ１２から上記ＡＥ信号の波形が入力される。そし
て、上記中央処理装置１３は、上記駆動電圧の波形と上
記ＡＥ信号の波形との波形位相差を算出し、この波形位
相差に基づいて、上記信号発信センサ２が発信したＡＥ
が上記信号受信センサ３に到達するまでのＡＥ到達時間
を算出するようになっている。さらに、上記中央処理装
置１３には、上記信号発信センサ２と上記信号受信セン
サ３との間の距離Ｌが予め入力されており、この距離Ｌ
と上記ＡＥ到達時間とに基づいて、上記被検体１を伝播
するＡＥのＡＥ伝播速度を算出するようになっている。
そして、上記算出されたＡＥ伝播速度が、表示回路１４
で表示されるようになっている。

【００２５】上記構成のＡＥ伝播速度測定装置は、上記
波形発生器５は、上記信号発信センサ２に、図２(Ａ)に
示す鋸型の波形を有する駆動電圧を上記信号発信センサ
２に印加する。すると、上記信号発信センサ２は、上記
被検体１を破壊するときに被検体１が発生する破壊ＡＥ
と同じ周波数で振動して、上記被検体１に上記周波数の
ＡＥを加える。ここで、上記信号発信センサ２に与える
駆動電圧の波形を鋸型波形にする理由は、上記信号発信
センサ２は、急峻な電圧変化に応答して振動するからで
ある。具体的には、上記駆動電圧の波形Ａの立ち上がり
時間は、０.１μ秒以下に設定している。

【００２６】上記信号発信センサ２から与えられたＡＥ
は上記被検体１を伝播して上記信号受信センサ３に達す
る。すると、上記受信センサ３は、上記ＡＥを検出し
て、図２(Ｂ)に示すＡＥ信号を出力する。このＡＥ信号
は、アンプ９で増幅され、さらに、トリガ回路１０のト
リガレベルを越えた上記ＡＥ信号が、上記ＡＤ変換器１
１でＡＤ変換される。そして、このＡＤ変換されたＡＥ
信号は、上記波形メモリ１２によって、その波形が記憶
される。

【００２７】一方、上記波形発生器５が出力した駆動電
圧は、トリガ回路６のトリガレベルを越えたときに、上
記ＡＤ変換器７でＡＤ変換される。そして、このＡＤ変
換された駆動電圧は、上記波形メモリ８によって、その
波形が記憶される。

【００２８】そして、上記波形メモリ８からの駆動電圧
の波形と、上記波形メモリ１２からのＡＥ信号の波形と
は、上記中央処理装置１３に入力される。

【００２９】上記中央処理装置１３には、あらかじめ信
号発信センサ２と信号受信センサ３との間の距離Ｌが入
力されている(図３のステップＳ１)。そして、上記中央
処理装置１３は、上記駆動電圧の波形と上記ＡＥ信号の
波形との波形位相差を演算する。すなわち、上記中央処
理装置１３は、上記図２に示す上記駆動電圧の波形のピ
ークの時刻ｔ１と、上記ＡＥ信号の第２ピークの時刻ｔ
２とを検出し(ステップＳ２,Ｓ３)、時刻差(ｔ２−ｔ
１)を演算する。さらに、上記中央処理装置１３は、予
め入力されている上記信号発信センサ２と信号受信セン
サ３との間の距離Ｌを上記時刻差(ｔ２−ｔ１）で除し
た値Ｌ／(ｔ２−ｔ１)を算出し、この値Ｌ／(ｔ２−ｔ
１)を上記被検体１を伝播するＡＥの伝播速度Ｖとする
(ステップＳ４)。そして、上記表示回路１４は、上記中
央処理装置１３が算出したＡＥの伝播速度Ｖを表示する
(ステップＳ５)。

【００３０】このように、この実施例では、被検体１が
破壊するときに発生するＡＥの周波数を共振周波数とす
る圧電素子で構成した信号発信センサ２に鋸型波形の駆
動電圧を印加して、信号発信センサ２から被検体１に、
上記共振周波数つまり上記被検体１が破壊するときに発
生するＡＥの周波数を持つＡＥを与えるようにしてい
る。したがって、この実施例によれば、上記信号発信セ
ンサ２は、被検体１が破壊するときに被検体１を伝播す
るＡＥを正確に模擬したＡＥを被検体１に加えることが
できる。したがって、この実施例によれば、被検体１に
欠陥が発生したときに発生するＡＥの伝播速度を正確に
測定することができる。

【００３１】また、この実施例によれば、信号発信セン
サ２と信号受信センサ３とを、図４(Ａ)に示したよう
に、被検体１に取り付けることによって、縦波ＡＥおよ
び横波ＡＥの伝播速度を測定することができ、信号発信
センサ２と信号受信センサ３とを、図４(Ｂ)に示したよ
うに、被検体１に取り付けることによって、表面波ＡＥ
の伝播速度を測定することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明のＡ
Ｅ伝播速度測定装置は、被検体と同一の材質の物質が破
壊するときに発生する破壊ＡＥの周波数帯で共振する圧
電素子からなり、上記被検体の所定の位置に取り付けら
れたＡＥ発信器を、ＡＥ発信器駆動手段で駆動して、上
記被検体が破壊するときに発生するＡＥと同じ周波数の
ＡＥを上記被検体に加えるようにしている。

【００３３】したがって、この発明によれば、ＡＥ発信
器は、被検体が破壊するときに被検体を伝播するＡＥを
正確に模擬したＡＥを被検体に加えることができる。し
たがって、この発明によれば、被検体に欠陥が発生した
ときに発生するＡＥの伝播速度を正確に測定することが
できる。

【００３４】また、この発明によれば、ＡＥ発信器とＡ
Ｅ受信器とを被検体の同一表面に取り付けることによっ
て、上記被検体を伝播する表面波ＡＥの伝播速度を測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のＡＥ伝播速度測定装置の実施例の
ブロック図である。

【図２】 上記実施例の駆動電圧波形と、受信センサが
出力したＡＥ信号の波形とを示す波形図である。

【図３】 上記実施例のＡＥ伝播速度算出動作を説明す
るフローチャートである。

【図４】 上記実施例において、センサを被検体に取り
付けた状態を示す図である。

【符号の説明】

１…被検体、２…信号発信センサ、３…信号受信セン
サ、５…波形発生器、６，１０…トリガ回路、７，１１
…ＡＤ変換器、８，１２…波形メモリ、１３…中央処理
装置、１４…表示回路、４１…ロードセル、４２…スペ
ーサ、４３…調芯ボール、４５…外枠、４６…押し付け
ボルト、４７…押さえ板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体と同一の材質の物質が破壊すると
   きに発生する破壊ＡＥの周波数帯で共振する圧電素子か
   らなり、上記被検体の所定の位置に取り付けられたＡＥ
   発信器と、 上記ＡＥ発信器に所定の波形の駆動電圧を印加して上記
   ＡＥ発信器を駆動するＡＥ発信器駆動手段と、 上記ＡＥ発信器から所定の距離だけ離隔されて上記被検
   体に取り付けられ、上記被検体を伝播するＡＥを検出し
   てＡＥ信号を出力するＡＥ受信器と、 上記ＡＥ発信器に印加した駆動電圧の波形を記録する駆
   動電圧波形記録手段と、 上記ＡＥ受信器が出力するＡＥ信号の波形を記録するＡ
   Ｅ信号波形記録手段と、 上記駆動電圧波形記録手段が記録した駆動電圧波形と上
   記ＡＥ信号波形記録手段が記録したＡＥ信号波形との波
   形位相差から上記ＡＥ発信器が上記被検体に加えたＡＥ
   が上記ＡＥ受信器に到達するまでのＡＥ到達時間を算出
   するＡＥ到達時間算出手段と、 上記被検体に取り付けられたＡＥ発信器とＡＥ受信器と
   の間の距離と、上記ＡＥ到達時間算出手段が算出したＡ
   Ｅ到達時間とに基づいて、上記被検体のＡＥ伝播速度を
   算出するＡＥ伝播速度算出手段とを備えたことを特徴と
   するＡＥ伝播速度測定装置。