JPH11316214A - 材料の材料試験システム及び方法並びに材料及びその製造方法 - Google Patents
材料の材料試験システム及び方法並びに材料及びその製造方法Info
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- JPH11316214A JPH11316214A JP11034186A JP3418699A JPH11316214A JP H11316214 A JPH11316214 A JP H11316214A JP 11034186 A JP11034186 A JP 11034186A JP 3418699 A JP3418699 A JP 3418699A JP H11316214 A JPH11316214 A JP H11316214A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 確実なしかも迅速な材料の損傷検査によって
損傷の早期発見が可能にされる、材料を検査するための
システム及び方法を提供すること。 【解決手段】 構造の変化を検査することができる繊維
複合材料１は、その内側に集積された表面波フィルター
又はセンサ４を有する。このセンサは材料１の状態に関
する情報を含む測定量を得るのに用いられる。前記表面
波フィルター４はエネルギーを受け取り、評価装置に材
料の情報を送るためのアンテナ構造を有する。センサは
中に積層され及び／又は材料１内に分配される。材料の
材料試験システムは材料１内に集積されたセンサ４、セ
ンサ４をエネルギーで励起する装置及び信号を評価する
ための評価装置を有する。材料の材料試験方法において
はエネルギーが材料に入れられ応答信号が受信され、材
料の状態に依存する応答信号が評価される。
損傷の早期発見が可能にされる、材料を検査するための
システム及び方法を提供すること。 【解決手段】 構造の変化を検査することができる繊維
複合材料１は、その内側に集積された表面波フィルター
又はセンサ４を有する。このセンサは材料１の状態に関
する情報を含む測定量を得るのに用いられる。前記表面
波フィルター４はエネルギーを受け取り、評価装置に材
料の情報を送るためのアンテナ構造を有する。センサは
中に積層され及び／又は材料１内に分配される。材料の
材料試験システムは材料１内に集積されたセンサ４、セ
ンサ４をエネルギーで励起する装置及び信号を評価する
ための評価装置を有する。材料の材料試験方法において
はエネルギーが材料に入れられ応答信号が受信され、材
料の状態に依存する応答信号が評価される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、材料試験システム
並びに材料、特に繊維複合材料、及びその製造方法に関
する。
並びに材料、特に繊維複合材料、及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】例えば繊維複合材料及び構造接着剤等の
ポリマー材料は、その剛性及びその少ない重量のため高
度に荷重がかかる構造乃至部材においてますます利用さ
れるようになってきている。このような部材に高度に或
いは長く持続する負荷がかかると、部材の内側に構造損
傷が生ずる。その場合ポリマー材料の欠点はこのような
構造損傷を光学的に見つけることができないことであ
る。例えば航空機において鳥がぶつかることによって損
傷が生じ、この損傷は位置をつきとめることが殆ど困難
か又は全くできず、それ故高度の危険をはらんでいる。
ポリマー材料は、その剛性及びその少ない重量のため高
度に荷重がかかる構造乃至部材においてますます利用さ
れるようになってきている。このような部材に高度に或
いは長く持続する負荷がかかると、部材の内側に構造損
傷が生ずる。その場合ポリマー材料の欠点はこのような
構造損傷を光学的に見つけることができないことであ
る。例えば航空機において鳥がぶつかることによって損
傷が生じ、この損傷は位置をつきとめることが殆ど困難
か又は全くできず、それ故高度の危険をはらんでいる。
【０００３】このような構造の品質を述ること及び損傷
を識別することを可能にするために、多数の破壊試験方
法及び非破壊試験方法、例えばきつつき法(Spechtverfa
hren) 、超音波測定法及び温度記録法等が開発された。
これらの方法の大部分は、非検査材料を光により又は音
波により励起し、そのことから生ずる荷重プロフィル／
時間プロフィルに基づくものである。そのように得られ
たデータ資料から専門家は被検体の状態に関して逆推理
をする。しかし、前記方法の多くは複雑な構造の場合役
に立たないか又は例えば温度制御試験室を利用するとき
のように膨大な測定費用を必要とする。さらに得られた
データを解釈しなければならず、これは誤りを排除する
ために非常に高度の経験を必要とする。更に、この従来
の方法には、比較評価のために必要な連結条件(Ankoppe
lbedingungen) を殆ど実現することができないので、さ
らに同一の又は再度の測定値の比較評価が殆ど可能では
ないという欠点がある。更に従来の方法の場合存在する
損傷しか検出できるにすぎない。損傷の早期発見は可能
ではない。既知の検査方法の多くは、接着剤又は接着接
合剤の領域においては、この場合必要な連結条件を実現
することができないので、可能ではない。
を識別することを可能にするために、多数の破壊試験方
法及び非破壊試験方法、例えばきつつき法(Spechtverfa
hren) 、超音波測定法及び温度記録法等が開発された。
これらの方法の大部分は、非検査材料を光により又は音
波により励起し、そのことから生ずる荷重プロフィル／
時間プロフィルに基づくものである。そのように得られ
たデータ資料から専門家は被検体の状態に関して逆推理
をする。しかし、前記方法の多くは複雑な構造の場合役
に立たないか又は例えば温度制御試験室を利用するとき
のように膨大な測定費用を必要とする。さらに得られた
データを解釈しなければならず、これは誤りを排除する
ために非常に高度の経験を必要とする。更に、この従来
の方法には、比較評価のために必要な連結条件(Ankoppe
lbedingungen) を殆ど実現することができないので、さ
らに同一の又は再度の測定値の比較評価が殆ど可能では
ないという欠点がある。更に従来の方法の場合存在する
損傷しか検出できるにすぎない。損傷の早期発見は可能
ではない。既知の検査方法の多くは、接着剤又は接着接
合剤の領域においては、この場合必要な連結条件を実現
することができないので、可能ではない。
【０００４】材料を検査する従来の方法においてガラス
繊維構造の光による検査を可能にするように、材料内に
ガラス繊維が入れられた。このような材料は製造時のみ
ならず試験方法を実施するときにおいても高い費用を必
要とし、また損傷の正確な位置をつきとめることは殆ど
可能ではなく高額の費用をかけたときのみ可能であるに
すぎない。
繊維構造の光による検査を可能にするように、材料内に
ガラス繊維が入れられた。このような材料は製造時のみ
ならず試験方法を実施するときにおいても高い費用を必
要とし、また損傷の正確な位置をつきとめることは殆ど
可能ではなく高額の費用をかけたときのみ可能であるに
すぎない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、構造損傷を容易に且つ確実に検査すること
ができ、比較評価及び検査を可能にし、且つ経済的に作
ることができる材料を提供すること、並びに材料の製造
方法、並びに材料の損傷の容易な、確実なしかも迅速な
材料の損傷検査によって損傷の早期発見が可能にされ
る、材料を検査するためのシステム及び方法を提供する
ことである。
する課題は、構造損傷を容易に且つ確実に検査すること
ができ、比較評価及び検査を可能にし、且つ経済的に作
ることができる材料を提供すること、並びに材料の製造
方法、並びに材料の損傷の容易な、確実なしかも迅速な
材料の損傷検査によって損傷の早期発見が可能にされ
る、材料を検査するためのシステム及び方法を提供する
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の材料に関する課
題は、請求項１に記載の通り、「材料、特に繊維複合材
料の状態及び／又は品質に関する情報を含む測定量を求
めるための少なくとも一つのセンサを備え、前記センサ
（４）はエネルギーを受け取り、前記情報を含む信号を
発生させるように形成されており、前記センサ（４）は
前記材料内に集積されていることを特徴とする材料。」
によって解決される。
題は、請求項１に記載の通り、「材料、特に繊維複合材
料の状態及び／又は品質に関する情報を含む測定量を求
めるための少なくとも一つのセンサを備え、前記センサ
（４）はエネルギーを受け取り、前記情報を含む信号を
発生させるように形成されており、前記センサ（４）は
前記材料内に集積されていることを特徴とする材料。」
によって解決される。
【０００７】本発明の材料の製造方法に関する課題は、
請求項１０に記載の通り、「外から与えられたエネルギ
ーを受け取ることができ且つ固定された材料の状態及び
／又は品質に依存する信号を発生することができる、少
なくとも一つのセンサを材料、特に繊維複合材料に取り
付けたことを特徴とする材料の製造方法。」によって解
決される。
請求項１０に記載の通り、「外から与えられたエネルギ
ーを受け取ることができ且つ固定された材料の状態及び
／又は品質に依存する信号を発生することができる、少
なくとも一つのセンサを材料、特に繊維複合材料に取り
付けたことを特徴とする材料の製造方法。」によって解
決される。
【０００８】本発明の材料の材料試験システムは、請求
項１２に記載の通り、「請求項１乃至９の何れか一項に
記載の材料又は少なくとも一つの、材料に集積されたセ
ンサ（４）と、センサ（４）をエネルギー、特に音波又
は電磁波によって励起し、センサから発せられる信号を
受け取る装置（５）と、前記信号を評価し、材料の損傷
及び／又は材料の変化を確認する評価ユニット（６）を
備えることを特徴とする材料の材料試験システム。」に
よって解決される。
項１２に記載の通り、「請求項１乃至９の何れか一項に
記載の材料又は少なくとも一つの、材料に集積されたセ
ンサ（４）と、センサ（４）をエネルギー、特に音波又
は電磁波によって励起し、センサから発せられる信号を
受け取る装置（５）と、前記信号を評価し、材料の損傷
及び／又は材料の変化を確認する評価ユニット（６）を
備えることを特徴とする材料の材料試験システム。」に
よって解決される。
【０００９】また、本発明の材料の材料試験方法は、請
求項１３に記載の通り、「特に音波又は電磁波の形態で
材料にエネルギーを入れる段階と、前記材料に集積され
たセンサから前記材料に入れられたエネルギーに対する
応答として且つ前記材料の状態に依存して発生せしめら
れる信号を受け取る段階と、前記受け取った信号を評価
し、材料の状態及び／又は品質に関する情報を得る段階
とからなることを特徴とする材料、特に繊維複合材料及
び／又は接着剤の材料試験方法。」によって解決され
る。
求項１３に記載の通り、「特に音波又は電磁波の形態で
材料にエネルギーを入れる段階と、前記材料に集積され
たセンサから前記材料に入れられたエネルギーに対する
応答として且つ前記材料の状態に依存して発生せしめら
れる信号を受け取る段階と、前記受け取った信号を評価
し、材料の状態及び／又は品質に関する情報を得る段階
とからなることを特徴とする材料、特に繊維複合材料及
び／又は接着剤の材料試験方法。」によって解決され
る。
【００１０】その他の本発明の有利な特徴、形態、及び
詳細は従属項、発明の詳細な説明及び図面に示す。
詳細は従属項、発明の詳細な説明及び図面に示す。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の一面(Aspect)によれば、
材料、特に繊維複合材料は、材料の状態及び／又は品質
に関する情報を含む測定量を求めるための少なくとも一
つのセンサを備え、前記センサはエネルギーを受け取
り、前記情報を含む信号を発生させるように形成されて
おり、且つ前記センサは前記材料内に集積されている。
材料、特に繊維複合材料は、材料の状態及び／又は品質
に関する情報を含む測定量を求めるための少なくとも一
つのセンサを備え、前記センサはエネルギーを受け取
り、前記情報を含む信号を発生させるように形成されて
おり、且つ前記センサは前記材料内に集積されている。
【００１２】材料にセンサ又はセンサシステムを集積す
ることによってセンサを被検体に常に等しく且つ最適に
連結することが達成できる。それによって検査すべき構
造又は接着剤の比較評価及び検査が可能である。
ることによってセンサを被検体に常に等しく且つ最適に
連結することが達成できる。それによって検査すべき構
造又は接着剤の比較評価及び検査が可能である。
【００１３】有利に、センサは、評価システムに向けて
信号を伝送するための伝送装置を備える。センサは圧電
要素を含むことができ、この圧電要素は好ましくは材料
と、特にポリマーと相互に作用し合う。それによって材
料にエネルギーが加えられ、材料からエネルギーが取り
出される。そのときセンサは好ましくは材料に堅固に結
合される。有利に、センサは表面波フィルターである。
この表面波フィルターは該フィルターを包囲する材料と
接触している。本発明の材料により常に外側からの状態
評価が可能である。その場合、例えば温度、湿度、粘
性、剪断弾性率、圧力等のさまざまの値を求めることが
でき、評価することができる。
信号を伝送するための伝送装置を備える。センサは圧電
要素を含むことができ、この圧電要素は好ましくは材料
と、特にポリマーと相互に作用し合う。それによって材
料にエネルギーが加えられ、材料からエネルギーが取り
出される。そのときセンサは好ましくは材料に堅固に結
合される。有利に、センサは表面波フィルターである。
この表面波フィルターは該フィルターを包囲する材料と
接触している。本発明の材料により常に外側からの状態
評価が可能である。その場合、例えば温度、湿度、粘
性、剪断弾性率、圧力等のさまざまの値を求めることが
でき、評価することができる。
【００１４】好ましくは、センサはエネルギー乃至情報
を受信及び／又は送信するための伝送装置としてのアン
テナ構造を有する。有利に、センサはエネルギー及び／
又は情報を無線伝送するための記録装置を有する。エネ
ルギーは外側から部材に加えられ、無線で且つ非接触で
信号の応答が出される。
を受信及び／又は送信するための伝送装置としてのアン
テナ構造を有する。有利に、センサはエネルギー及び／
又は情報を無線伝送するための記録装置を有する。エネ
ルギーは外側から部材に加えられ、無線で且つ非接触で
信号の応答が出される。
【００１５】好ましくは、センサは、ラミネート内に及
び／又は接着層の領域に集積される。有利に、センサ
は、符号化信号を発生させるための装置を有する。それ
によってセンサは同定せしめられ、データの評価によ
り、部材又は構造乃至接着層の他次元の状態の画像を得
ることができる。損傷及び始まっている材料損傷がその
ときはっきり識別せしめられ、区別され、位置をつきと
められる。好ましくは、その場合センサは、一様に材料
内に一様に分配されるか、又は特に危険な領域、又は特
に高い負荷がかかる領域にある。
び／又は接着層の領域に集積される。有利に、センサ
は、符号化信号を発生させるための装置を有する。それ
によってセンサは同定せしめられ、データの評価によ
り、部材又は構造乃至接着層の他次元の状態の画像を得
ることができる。損傷及び始まっている材料損傷がその
ときはっきり識別せしめられ、区別され、位置をつきと
められる。好ましくは、その場合センサは、一様に材料
内に一様に分配されるか、又は特に危険な領域、又は特
に高い負荷がかかる領域にある。
【００１６】本発明の別の一面により、材料、特に繊維
複合材料の製造方法があげられる。その場合において特
に材料の凝固前に外から供給されたエネルギーを受け取
り、固定された材料の状態及び／又は品質に依存しない
信号を発生することができる、少なくとも一つのセンサ
が材料に挿入される。この方法によって経済的に安い原
価で、外から常に状態を評価できる材料乃至部材を製造
することができる。その場合、損傷又は始まっている材
料変化の場所をつきとめることができる。有利にセンサ
として、表面波フィルターが一様に及び／又はランダム
に材料に分配される。
複合材料の製造方法があげられる。その場合において特
に材料の凝固前に外から供給されたエネルギーを受け取
り、固定された材料の状態及び／又は品質に依存しない
信号を発生することができる、少なくとも一つのセンサ
が材料に挿入される。この方法によって経済的に安い原
価で、外から常に状態を評価できる材料乃至部材を製造
することができる。その場合、損傷又は始まっている材
料変化の場所をつきとめることができる。有利にセンサ
として、表面波フィルターが一様に及び／又はランダム
に材料に分配される。
【００１７】本発明の別の一面によれば、本発明の材料
又は材料に集積可能なセンサと、前記センサをエネルギ
ー、特に音波又は電磁波によって励起し、センサから発
せられる信号を受け取る装置と、前記信号を評価し、材
料の損傷及び／又は材料の変化を確認する評価ユニット
を備える材料又は部材の材料試験システムが提供され
る。
又は材料に集積可能なセンサと、前記センサをエネルギ
ー、特に音波又は電磁波によって励起し、センサから発
せられる信号を受け取る装置と、前記信号を評価し、材
料の損傷及び／又は材料の変化を確認する評価ユニット
を備える材料又は部材の材料試験システムが提供され
る。
【００１８】更に本発明の別の一面によれば、特に音波
又は電磁波の形態で材料にエネルギーを入れる段階と、
前記材料に集積されたセンサから前記材料に入れられた
エネルギーに対する応答として且つ前記材料の状態に依
存して発生せしめられる信号を受け取る段階と、前記受
け取った信号を評価し、材料の状態及び／又は品質に関
する情報を得る段階とからなることを特徴とする材料、
特に繊維複合材料及び／又は接着剤の材料試験方法が提
供される。
又は電磁波の形態で材料にエネルギーを入れる段階と、
前記材料に集積されたセンサから前記材料に入れられた
エネルギーに対する応答として且つ前記材料の状態に依
存して発生せしめられる信号を受け取る段階と、前記受
け取った信号を評価し、材料の状態及び／又は品質に関
する情報を得る段階とからなることを特徴とする材料、
特に繊維複合材料及び／又は接着剤の材料試験方法が提
供される。
【００１９】前記の方法によって、迅速に且つ多額の測
定費用なしに非破壊材料試験を実施することができる。
例えば損傷の早期発見のための又は構造の変化の確認の
ための比較評価が可能にされる。
定費用なしに非破壊材料試験を実施することができる。
例えば損傷の早期発見のための又は構造の変化の確認の
ための比較評価が可能にされる。
【００２０】有利に、評価を行うとき現実の状態が目標
状態と比較される。前記現実の状態は部分加工後の材料
にエネルギーを入れることによって確認される。それに
よって例えば材料のその出発点の状態との比較評価が行
われ、材料の変化が確認される。好ましくはセンサは符
号化信号を発生し、評価の際、符号化によりその時々の
センサの位置が確認される。有利に、信号の評価が材料
に関してマトリックス評価として又は集積化して行われ
る。それによって部材の全ての状態が把握され、又は存
在する損傷の位置をつきとめることができる。
状態と比較される。前記現実の状態は部分加工後の材料
にエネルギーを入れることによって確認される。それに
よって例えば材料のその出発点の状態との比較評価が行
われ、材料の変化が確認される。好ましくはセンサは符
号化信号を発生し、評価の際、符号化によりその時々の
センサの位置が確認される。有利に、信号の評価が材料
に関してマトリックス評価として又は集積化して行われ
る。それによって部材の全ての状態が把握され、又は存
在する損傷の位置をつきとめることができる。
【００２１】次に本発明を模範的に図面に基づいて説明
する。図面において図１は、本発明の好ましい実施の形
態の集積したセンサを有する繊維複合材料の部分の略部
分断面図である。図２は、材料に集積された表面波フィ
ルターの原則的な構成図である。図３は、本発明の材料
又は部材の材料試験システムの略図である。
する。図面において図１は、本発明の好ましい実施の形
態の集積したセンサを有する繊維複合材料の部分の略部
分断面図である。図２は、材料に集積された表面波フィ
ルターの原則的な構成図である。図３は、本発明の材料
又は部材の材料試験システムの略図である。
【００２２】図１は、繊維複合材料製部材の一領域の断
面図を示す。その場合繊維２は樹脂３内に又は基材又は
充填材としてのマトリックス内に埋設されている。セン
サ４は圧電要素を有し、同様に樹脂３内に埋設され、そ
の場合センサ４は材料１により完全に包囲され、材料１
又は樹脂３に堅固に結合されている。本発明の目的に適
する圧電体としては、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)
、タンタル酸リチウム(LiTaO3) 、ＳＴＸ結晶及び圧電
ポリマーがある。センサ４として表面波フィルターは繊
維複合材料１に集積されている。幾つかのセンサ４は一
つ又は複数の繊維２の近くに配置され、又は繊維２に直
接隣接せしめられている。一方その他のセンサ４は樹脂
３からなる領域内に配置され、センサ４が樹脂３により
完全に包囲されるように繊維２から離れている。
面図を示す。その場合繊維２は樹脂３内に又は基材又は
充填材としてのマトリックス内に埋設されている。セン
サ４は圧電要素を有し、同様に樹脂３内に埋設され、そ
の場合センサ４は材料１により完全に包囲され、材料１
又は樹脂３に堅固に結合されている。本発明の目的に適
する圧電体としては、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)
、タンタル酸リチウム(LiTaO3) 、ＳＴＸ結晶及び圧電
ポリマーがある。センサ４として表面波フィルターは繊
維複合材料１に集積されている。幾つかのセンサ４は一
つ又は複数の繊維２の近くに配置され、又は繊維２に直
接隣接せしめられている。一方その他のセンサ４は樹脂
３からなる領域内に配置され、センサ４が樹脂３により
完全に包囲されるように繊維２から離れている。
【００２３】表面波フィルター又はセンサ４は適切に一
定の位置に配置することができ、或いは繊維複合材料１
内にランダムに又は一様に分配して内部に積層すること
ができる。特に表面波フィルターは接着剤の状態も評価
できるように接着継ぎ目にもはりつけることができる。
表面波フィルター４は繊維複合材料１内に三次元に配置
されている。
定の位置に配置することができ、或いは繊維複合材料１
内にランダムに又は一様に分配して内部に積層すること
ができる。特に表面波フィルターは接着剤の状態も評価
できるように接着継ぎ目にもはりつけることができる。
表面波フィルター４は繊維複合材料１内に三次元に配置
されている。
【００２４】材料１内のセンサ４としての適した表面波
フィルターの原則的な構成を図２に示す。圧電材料製基
板４０の上に受信及び送信装置としてのアンテナ構造４
１がある。これによって電磁波の形態のエネルギーがセ
ンサ４によって受け取られると、材料１の状態に関する
情報を含む信号がセンサ４から材料の外側に位置する受
信及び送信装置に伝送される。さらに基板４０の上にフ
ィンガー状の互いに食い込む電極対からなり、圧電板又
は基板４０と共同作用をして電気音響波を発生させるよ
うに又は検知する導体からなるインターディジタル構造
４２がある。インターディジタル構造４２は、チャープ
される(gechirpt)、即ちインターディジタル構造のフィ
ンガー形延長部間の間隔は周波数を調整するように分散
している。言い換えると、前記間隔はアンテナ構造４１
から離れてチャープ信号を発生するように小さくなって
いる。チャープ信号は表面波フィルターによってつくり
だされる定まった時間の線形に周波数が調整された正弦
波信号である。アンテナ構造４１及びインターディジタ
ル構造４２は材料１にエネルギーを受信又は材料１から
エネルギーを送信する役目をする結合構造又は装置を形
成する。
フィルターの原則的な構成を図２に示す。圧電材料製基
板４０の上に受信及び送信装置としてのアンテナ構造４
１がある。これによって電磁波の形態のエネルギーがセ
ンサ４によって受け取られると、材料１の状態に関する
情報を含む信号がセンサ４から材料の外側に位置する受
信及び送信装置に伝送される。さらに基板４０の上にフ
ィンガー状の互いに食い込む電極対からなり、圧電板又
は基板４０と共同作用をして電気音響波を発生させるよ
うに又は検知する導体からなるインターディジタル構造
４２がある。インターディジタル構造４２は、チャープ
される(gechirpt)、即ちインターディジタル構造のフィ
ンガー形延長部間の間隔は周波数を調整するように分散
している。言い換えると、前記間隔はアンテナ構造４１
から離れてチャープ信号を発生するように小さくなって
いる。チャープ信号は表面波フィルターによってつくり
だされる定まった時間の線形に周波数が調整された正弦
波信号である。アンテナ構造４１及びインターディジタ
ル構造４２は材料１にエネルギーを受信又は材料１から
エネルギーを送信する役目をする結合構造又は装置を形
成する。
【００２５】反射体４３はインターディジタル構造４２
に対して距離Ｓをおいて圧電要素又は基板４０の上に配
置されている。インターディジタル構造４２によって圧
電要素４０内に生ぜしめられた表面波は反射体４３によ
り反射せしめられ基板４０を通って後方へはしり、その
後インターディジタル構造４２によって検知される。反
射体４３は此処に記載した実施の形態においては符号化
されており、即ちそれは典型的なそのときどきの表面波
フィルターに依存する応答信号を示す。インターディジ
タル構造４２により検知された応答信号はアンテナ構造
４１を通って外へ送られる。
に対して距離Ｓをおいて圧電要素又は基板４０の上に配
置されている。インターディジタル構造４２によって圧
電要素４０内に生ぜしめられた表面波は反射体４３によ
り反射せしめられ基板４０を通って後方へはしり、その
後インターディジタル構造４２によって検知される。反
射体４３は此処に記載した実施の形態においては符号化
されており、即ちそれは典型的なそのときどきの表面波
フィルターに依存する応答信号を示す。インターディジ
タル構造４２により検知された応答信号はアンテナ構造
４１を通って外へ送られる。
【００２６】次にその中に集積されたセンサ４を有する
材料１の材料試験のための信号により励起されるときの
機能について説明する。外からエネルギーが材料に入れ
られる。そのとき好ましい方法で電磁波が材料に入れら
れ、センサ１に取り付けられたアンテナ構造４１によっ
て受信される。その結果インターディジタル構造４２に
交流電圧が作用し、この交流電圧によって表面波が基板
４０に生ぜしめられる。この表面波は基板４０に隣接す
る材料と共同作用をし、そのときそのときどきの材料特
性は表面波の伝播速度、振幅及び位相又は周波数に影響
を及ぼす。
材料１の材料試験のための信号により励起されるときの
機能について説明する。外からエネルギーが材料に入れ
られる。そのとき好ましい方法で電磁波が材料に入れら
れ、センサ１に取り付けられたアンテナ構造４１によっ
て受信される。その結果インターディジタル構造４２に
交流電圧が作用し、この交流電圧によって表面波が基板
４０に生ぜしめられる。この表面波は基板４０に隣接す
る材料と共同作用をし、そのときそのときどきの材料特
性は表面波の伝播速度、振幅及び位相又は周波数に影響
を及ぼす。
【００２７】圧電結晶又は板４０の表面波の伝播に影響
を及ぼす材料の物理特性は、例えば材料の粘性、誘電
率、温度及び密度である。繊維樹脂複合物の破損、繊維
損傷(Faserbruch)、層間剥離、樹脂損傷、水の中間層形
成(Wassereinlagerungen) 、又は溶解等の材料内の構造
損傷が特にセンサ４の近傍において表面波の特性を変化
させる。
を及ぼす材料の物理特性は、例えば材料の粘性、誘電
率、温度及び密度である。繊維樹脂複合物の破損、繊維
損傷(Faserbruch)、層間剥離、樹脂損傷、水の中間層形
成(Wassereinlagerungen) 、又は溶解等の材料内の構造
損傷が特にセンサ４の近傍において表面波の特性を変化
させる。
【００２８】機械的な表面波は符号化した反射体４３で
反射せしめられ、符号化は例えば特有の間隔又は特有の
順序で配列された反射体要素によって行われる。それに
よって二三のインパルスが反射するとき多数のパルスが
生じ、これらのパルスは逆の方向に道程Ｓを通った後、
インターディジタル構造４２によって検知され、交流電
圧に変えられる。アンテナ構造４１から材料の状態及び
符号化に相応する電磁波が応答信号として放射せしめら
れる。この信号は材料１又は部材の外側にある受信装置
により受信され、評価装置によって評価され、材料の損
傷又は材料の変更が確認される。
反射せしめられ、符号化は例えば特有の間隔又は特有の
順序で配列された反射体要素によって行われる。それに
よって二三のインパルスが反射するとき多数のパルスが
生じ、これらのパルスは逆の方向に道程Ｓを通った後、
インターディジタル構造４２によって検知され、交流電
圧に変えられる。アンテナ構造４１から材料の状態及び
符号化に相応する電磁波が応答信号として放射せしめら
れる。この信号は材料１又は部材の外側にある受信装置
により受信され、評価装置によって評価され、材料の損
傷又は材料の変更が確認される。
【００２９】材料を通る波又はエネルギーは材料の材料
特性によっても左右される。それ故応答信号は直接では
なくセンサ４の一つの近くに位置する材料の領域におけ
る材料又は構造の損傷の情報を含む。
特性によっても左右される。それ故応答信号は直接では
なくセンサ４の一つの近くに位置する材料の領域におけ
る材料又は構造の損傷の情報を含む。
【００３０】図３に材料又は部材の材料試験のためのシ
ステムを略図示する。励起／受信装置５は励起信号とし
て材料１に送られる電磁波を発生させるのに用いられ
る。センサ４付きの材料１について先に説明した。励起
受信装置５に評価装置(Auswer-testufe)６が結合され、
この評価装置６によって励起／受信装置５によって入れ
られたエネルギーに対する応答としてセンサ４から放射
された受信信号が評価される。
ステムを略図示する。励起／受信装置５は励起信号とし
て材料１に送られる電磁波を発生させるのに用いられ
る。センサ４付きの材料１について先に説明した。励起
受信装置５に評価装置(Auswer-testufe)６が結合され、
この評価装置６によって励起／受信装置５によって入れ
られたエネルギーに対する応答としてセンサ４から放射
された受信信号が評価される。
【００３１】測定方法を実施するとき、励起／受信装置
５によってエネルギーが電磁波の形態で生ぜしめられ、
その電磁波は励起信号Ａとして材料１に入れられる。エ
ネルギーは材料を通り、材料１内のセンサ４によって受
け取られ、センサと材料の間の界面において表面波が発
生せしめられる。表面波は図２に示すセンサ４の反射体
４３によって反射せしめられ、そのとき反射信号はセン
サ４について特別に符号化される。材料の物理特性が表
面波の振幅、位相及び周波数に影響を及ぼすので、反射
した、符号化した表面波は材料の状態に関する情報を含
む。各センサ４のインターディジタル構造４２において
表面波は電気信号に変えられる。各センサ４の結合構造
４１、４２はそこからセンサ４の符号化を含み、且つそ
のセンサ４の場所における材料の性質又は材料の変化又
は材料の損傷に関する情報を含む、センサに特有の電磁
信号Ｂ１、Ｂ２を生ぜしめる。二三のセンサ４の信号Ｂ
１、Ｂ２は励起受信装置５に送られ、その次の評価装置
６において評価される。
５によってエネルギーが電磁波の形態で生ぜしめられ、
その電磁波は励起信号Ａとして材料１に入れられる。エ
ネルギーは材料を通り、材料１内のセンサ４によって受
け取られ、センサと材料の間の界面において表面波が発
生せしめられる。表面波は図２に示すセンサ４の反射体
４３によって反射せしめられ、そのとき反射信号はセン
サ４について特別に符号化される。材料の物理特性が表
面波の振幅、位相及び周波数に影響を及ぼすので、反射
した、符号化した表面波は材料の状態に関する情報を含
む。各センサ４のインターディジタル構造４２において
表面波は電気信号に変えられる。各センサ４の結合構造
４１、４２はそこからセンサ４の符号化を含み、且つそ
のセンサ４の場所における材料の性質又は材料の変化又
は材料の損傷に関する情報を含む、センサに特有の電磁
信号Ｂ１、Ｂ２を生ぜしめる。二三のセンサ４の信号Ｂ
１、Ｂ２は励起受信装置５に送られ、その次の評価装置
６において評価される。
【００３２】評価は例えばフーリエ解析、マスター認
識、又はニューロン網等のさまざまな方法によって行わ
れる。例えば損傷は帰納的に推論されるか又は、模擬実
験をされ、特別のマスターを得、部材又は材料１は前記
特別のマスターに応じて分類される。しかし製造のすこ
し後の材料からなる部材を検査し目標の状態を確定する
ことも可能である。もっと後で部材の材料検査をすると
き、信号は目標の状態と比較され、損傷が発生している
とき変化をしていることを示す信号が発生せしめられ
る。その場合、損傷は、材料に入れられた波又はエネル
ギーは材料の特性に影響され、材料の損傷の場合変化し
ていることを示す評価信号が出されるので、センサの位
置によって左右されずに検知される。
識、又はニューロン網等のさまざまな方法によって行わ
れる。例えば損傷は帰納的に推論されるか又は、模擬実
験をされ、特別のマスターを得、部材又は材料１は前記
特別のマスターに応じて分類される。しかし製造のすこ
し後の材料からなる部材を検査し目標の状態を確定する
ことも可能である。もっと後で部材の材料検査をすると
き、信号は目標の状態と比較され、損傷が発生している
とき変化をしていることを示す信号が発生せしめられ
る。その場合、損傷は、材料に入れられた波又はエネル
ギーは材料の特性に影響され、材料の損傷の場合変化し
ていることを示す評価信号が出されるので、センサの位
置によって左右されずに検知される。
【００３３】材料１へのエネルギーの挿入は電磁波によ
る方法以外の方法でも可能である。例えば、材料１又は
部材をたたくことによって音波が発生せしめられ、セン
サ４は音波を検知し受信装置５に伝達する。この場合音
波及び検知信号はセンサ４の周囲の環境の影響を受け
る。
る方法以外の方法でも可能である。例えば、材料１又は
部材をたたくことによって音波が発生せしめられ、セン
サ４は音波を検知し受信装置５に伝達する。この場合音
波及び検知信号はセンサ４の周囲の環境の影響を受け
る。
【００３４】評価装置６において測定データの相応の評
価又は処理によって補正が行われ、損傷又は構造上の材
料の変化に由来しない効果が排除せしめられる。例えば
信号の温度補正が実施され、温度に起因する効果が排除
される。
価又は処理によって補正が行われ、損傷又は構造上の材
料の変化に由来しない効果が排除せしめられる。例えば
信号の温度補正が実施され、温度に起因する効果が排除
される。
【００３５】本発明の材料は例えば、材料が凝固せしめ
られる前に材料に少なくとも一つのセンサ４が取り付け
られて作られる。例えば表面波フィルターは樹脂の硬化
前に中に積層され又は接着継ぎ目に取り付けられる。そ
の場合、材料１の一定の領域に構造損傷の位置をつきと
めるための一定の特有の符号化をした表面波フィルター
を備えることができる。部材の中にセンサ４の一様な又
はランダムの又は静的分配を含むように材料の出発物質
に表面波フィルターが挿入される。
られる前に材料に少なくとも一つのセンサ４が取り付け
られて作られる。例えば表面波フィルターは樹脂の硬化
前に中に積層され又は接着継ぎ目に取り付けられる。そ
の場合、材料１の一定の領域に構造損傷の位置をつきと
めるための一定の特有の符号化をした表面波フィルター
を備えることができる。部材の中にセンサ４の一様な又
はランダムの又は静的分配を含むように材料の出発物質
に表面波フィルターが挿入される。
【００３６】
【発明の効果】センサ４、特に表面波フィルターの形態
のものの集積によって、材料内において材料の構造情報
の外への無線伝達が、独自のエネルギー供給を必要とす
ることなしに可能である。センサ４の集積された又は材
料により堅固に包囲されたシステムは常に一様な最適な
被検体への連結を保証する。それ故検査すべき構造乃至
接着層の比較評価及び検査が可能である。部材の外側で
も無線で測定量の応答を求めることができる。さらにセ
ンサ４は独自の活性の構成要素を持たないので、妨害の
影響は受けずに且つ信頼度が保証される。
のものの集積によって、材料内において材料の構造情報
の外への無線伝達が、独自のエネルギー供給を必要とす
ることなしに可能である。センサ４の集積された又は材
料により堅固に包囲されたシステムは常に一様な最適な
被検体への連結を保証する。それ故検査すべき構造乃至
接着層の比較評価及び検査が可能である。部材の外側で
も無線で測定量の応答を求めることができる。さらにセ
ンサ４は独自の活性の構成要素を持たないので、妨害の
影響は受けずに且つ信頼度が保証される。
【００３７】選択された測定方法の場合例えば温度、湿
度、粘性、剪断弾性率、圧力及び膨張率等のさまざまの
量を得、それによって実際に材料に存在する損傷の逆推
論及び損傷の位置をつきとめることを実施することがで
きる。老化の検査が特にポリマー材料に関して経済的に
行うことができる。本発明により、安全性の試験を例え
ば航空機に関して短時間で実施することができ、その場
合破損が始まっているのを一つ又は複数の部材において
認識することができる。
度、粘性、剪断弾性率、圧力及び膨張率等のさまざまの
量を得、それによって実際に材料に存在する損傷の逆推
論及び損傷の位置をつきとめることを実施することがで
きる。老化の検査が特にポリマー材料に関して経済的に
行うことができる。本発明により、安全性の試験を例え
ば航空機に関して短時間で実施することができ、その場
合破損が始まっているのを一つ又は複数の部材において
認識することができる。
【図１】本発明の好ましい実施の形態の集積したセンサ
を有する繊維複合材料の部分の略部分断面図である。
を有する繊維複合材料の部分の略部分断面図である。
【図２】材料に集積された表面波フィルターの原則的な
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明の材料又は部材の材料試験システムの略
図である。
図である。
１ 材料 ２ 繊維 ３ 樹脂 ４ センサ ５ 受信装置 ６ 評価装置 ４０ 基板 ４１ アンテナ構造 ４２ インターディジタル構造 ４３ 反射体 Ａ 励起信号 Ｂ１ センサ４の信号 Ｂ２ センサ４の信号 Ｓ 距離
Claims (17)
- 【請求項１】 材料、特に繊維複合材料の状態及び／又
は品質に関する情報を含む測定量を求めるための少なく
とも一つのセンサ（４）を備え、前記センサ（４）はエ
ネルギーを受け取り、前記情報を含む信号を発生させる
ように形成されており、且つ前記センサ（４）は前記材
料内に集積されていることを特徴とする材料。 - 【請求項２】 前記センサ（４）が評価システム（６）
に向けて信号を伝送するための伝送装置（４１）を備え
ることを特徴とする請求項１に記載の材料。 - 【請求項３】 前記センサ（４）が圧電要素（４０）を
含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の材料。 - 【請求項４】 前記センサ（４）が材料（１）に堅固に
結合されていることを特徴とする先行する請求項の何れ
か一項に記載の材料。 - 【請求項５】 前記センサ（４）が表面波フィルターで
あることを特徴とする先行する請求項の何れか一項に記
載の材料。 - 【請求項６】 前記センサ（４）がエネルギー乃至情報
を受信及び／又は送信するための伝送装置としてのアン
テナ構造を有することを特徴とする先行する請求項の何
れか一項に記載の材料。 - 【請求項７】 前記センサ（４）がラミネート内に及び
／又は接着層の領域に集積されていることを特徴とする
先行する請求項の何れか一項に記載の材料。 - 【請求項８】 前記センサ（４）が該センサ（４）を同
定するための符号化信号を発生させるための装置（４
３）を有することを特徴とする先行する請求項の何れか
一項に記載の材料。 - 【請求項９】 前記センサ（４）が一様に材料（１）内
に分配されていることを特徴とする請求項の何れか一項
に記載の材料。 - 【請求項１０】 外から与えられたエネルギーを受け取
ることができ且つ固定された材料の状態及び／又は品質
に依存する信号を発生することができる、少なくとも一
つのセンサを材料、特に繊維複合材料に取り付けたこと
を特徴とする材料の製造方法。 - 【請求項１１】 前記センサが、好ましくは材料内に一
様に及び／又はランダムに分配された表面波フィルター
であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 請求項１乃至９の何れか一項に記載の
材料又は少なくとも一つの、材料に集積されたセンサ
（４）と、センサ（４）をエネルギー、特に音波又は電
磁波によって励起し、センサ（４）から発せられる信号
を受け取る装置（５）と、前記信号を評価し、材料の損
傷及び／又は材料の変化を確認する評価ユニット（６）
を備えることを特徴とする材料の材料試験システム。 - 【請求項１３】 特に音波又は電磁波の形態で材料にエ
ネルギーを入れる段階と、前記材料に集積されたセンサ
から前記材料に入れられたエネルギーに対する応答とし
て且つ前記材料の状態に依存して発生せしめられる信号
を受け取る段階と、前記受け取った信号を評価し、材料
の状態及び／又は品質に関する情報を得る段階とからな
ることを特徴とする材料、特に繊維複合材料及び／又は
接着剤の材料試験方法。 - 【請求項１４】 信号の評価をするとき、現在の状態を
予め確定した目標の状態と比較することを特徴とする請
求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記センサが符号化信号を発生させ、
信号を評価するとき符号化によりセンサの位置を確認す
ることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の
方法。 - 【請求項１６】 請求項１乃至１０の何れか一項に記載
の材料を検査することを特徴とする請求項１３乃至１５
の何れか一項に記載の方法。 - 【請求項１７】 信号の評価を材料の空間領域に関する
マトリックス評価として行い部材の全ての状態を確認し
及び／又は損傷の位置測定を行うことを特徴とする請求
項１３乃至１６の何れか一項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19805584:6 | 1998-02-12 | ||
| DE19805584A DE19805584C2 (de) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | System und Verfahren zur Materialüberprüfung von Werkstoffen, sowie Werkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11316214A true JPH11316214A (ja) | 1999-11-16 |
Family
ID=7857401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11034186A Pending JPH11316214A (ja) | 1998-02-12 | 1999-02-12 | 材料の材料試験システム及び方法並びに材料及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6260415B1 (ja) |
| EP (1) | EP0936447B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11316214A (ja) |
| DE (2) | DE19805584C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010526306A (ja) * | 2007-05-05 | 2010-07-29 | リフラクトリー・インテレクチュアル・プロパティー・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コ・カーゲー | セラミック体をベースとした構造部品 |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10017572B4 (de) * | 2000-04-10 | 2008-04-17 | INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH | Wälzlager mit fernabfragbaren Erfassungseinheiten |
| DE10211198A1 (de) | 2002-03-14 | 2003-09-25 | Fag Kugelfischer Ag & Co Kg | Oberflächenwellensensor |
| JP2004220141A (ja) * | 2003-01-10 | 2004-08-05 | Renesas Technology Corp | Ｉｃインレットの製造方法、ｉｄタグ、ｉｄタグリーダおよびそれらのデータ読み出し方法 |
| US7234519B2 (en) * | 2003-04-08 | 2007-06-26 | Halliburton Energy Services, Inc. | Flexible piezoelectric for downhole sensing, actuation and health monitoring |
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