JPH02296159A - 応力波センサのレスポンスをテストする方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、応力波センサまたはアコースティック・エミ
ッション・システムのレスポンスをテストするための方
法及び装置に関する。

［従来技術］ 応力波センサは、機械装置、プロセスあるいは建造物の
監視のために使用され、機械装置、プロセスあるいは建
造物の監視のためにに長期間設置されることが望まれて
いる。そのような機械装置、プロセスあるいは建造物の
長期間の監視では、応力波トランスデューサが満足な動
作をすることを確認する方法を取ることが非常に望まれ
ている。

この応力波トランスデューサと、この応力波センサの部
分を構成する増幅器とが思い通りに機能することを確証
することが必要である。

アコースティック・エミッション・センサの動作を確認
するように使用された通常の方法は、破壊する鉛筆の黒
鉛（ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｐｅｎｃｉｌ　１ｅａｄ）　、
またはガスジェットあるいは他の電気的励起アコーステ
ィック・エミッション・トランスデューサから繰り返し
供給される応力波パルスの使用である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、そのような方法は、アコースティック・
エミッション・センサが満足に動作することをオペレー
タがチエツクする必要がある。

本発明は応力波センサのレスポンスをテストするための
新規な方法及び装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、電気的に直列に
接続されたトランスデューサと増幅器とを有する応力波
センサのレスポンスをテストする方法において、有効な
トランスデューサが振動するように、比較的大きな振幅
を持つ少なくとも１つの第１の電気的パルスを電気的に
前記トランスデューサと前記増幅器との間の点で前記応
力波センサに供給し、該少なくとも１つの第１の電気的
パルスによって振動された有効なトランスデューサが付
加的な電気パルスを発生する段階と、前記第１の電気的
パルスと前記トランスデューサによって発生された付加
的な電気的パルスとを前記増幅器に供給し、有効な増幅
器が該第１の電気的パルスと付加的な電気的パルスとを
増幅して出力信号を生ずる段階と、前記トランスデュー
サと前記増幅器との１つ以上が充分に動作していないか
どうかを前記出力信号から決定する段階であって。

有効でない増幅器が前記第１の電気的パルスと付加的な
電気的パルスを増幅せず、かつ出力信号を発生せず、前
記増幅器からの出力信号の欠除によって前記増幅器が不
動作であることを指示する段階と、電気的に前記トラン
スデューサと前記増幅器との間の点に、前記増幅器を飽
和させないように、予め決められた比較的小さい振幅を
持つ第２の電気的パルスを供給する段階と、前記増幅器
に前記第２の電気的パルスを供給する段階と、前記第２
の電気的パルスに対応する前記増幅器の出力信号から前
記増幅器のゲインを決定する段階とを備える方法を提供
する。

また１本発明は、電気的に直列に接続されたトランスデ
ューサと増幅器とを有する応力波センサのレスポンスを
テストする装置において、電気的に前記トランスデュー
サと前記増幅器との間の点で、前記応力波センサに電気
的に接続念ホ、されたパルサーであって、有効なトラン
スデューサが振動するように比較的大きな振幅の少くと
も１つの電気的パルスを供給するようになされ、該少な
くとも１つの電気的パルスによって振動させられた有効
なトランスデューサが付加的な電気的パルスを発生し、
前記トランスデューサによって発生された前記第１の電
気的パルスと付加的な電気的パルスとが前記増幅器に供
給され、有効な増幅器が前記第１の電気的パルスと付加
的な電気的パルスとを増幅して出力信号を発生するパル
サーと、前記トランスデューサと前記増幅器との１つ以
上が満足に動作していないかどうかを前記増幅器の前記
出力信号から決定するための手段であって、不動作の増
幅器は前記第１の電気的パルスと付加的な電気的パルス
とを増幅せず、且つ出力信号を生ぜず、前記増幅器から
の出力信号の欠除で前記増幅器が不動作であることを指
示する手段とを具備し、前記パルサーが前記増幅器が飽
和しないような予め決められた比較的小さな振幅の少な
くとも１つの第２の電気的パルスを供給するようになさ
れ、該第２の電気的パルスは前記増幅器に供給され、更
らに、前記第２の電気的パルスに対応する前記増幅器の
出力信号から前記増幅器のゲインを決定する手段を備え
る装置を提供する。

前記パルサーは、第１のトランジスタに矩形波信号を供
給するようになされた矩形波発生器を有し、前記第１の
トランジスタは入力矩形波が比較的高い時にオンに切り
換えられ、かつ電源電圧に電気的に接続され、さらにキ
ャパシタを介して第２のトランジスタに電気的に直列に
接続され、該第２のトランジスタは電源電圧に電気的に
接続され、かつ前記第１のトランジスタが前記第１の電
気的パルスを生じるようにオンに切り換えられる九 時にオンに切り換えられ、前記第１の電増的パルスは前
記第２のトランジスタがら前記応力波センサに供給され
、前記キャパシタは前記第２のトランジスタをオフに切
り換えるように充電されるようにしてもよい。

前記第１のトランジスタは前記入力矩形波が比較的低い
時にオフに切り換えられ、かつ第２のキャパシタを介し
て前記応力波センサに供給される第２の電気的パルスを
生じ、ダイオードは前記第２の電気的パルスの予め決め
られた振幅を設定するようになされていてもよい。

本発明を、添付の図面を参照して例示的に更らに充分記
述する。

（実施例） 応力波センサ１ｏのレスポンスをテストするための装置
！２４は第１図に示されている。応力波センサ１０は電
気的に直列に接続された圧電タイプの応力波トランスデ
ューサ１２と増幅器２０とを含む。抵抗１４はトランス
ジューサ１２と増幅器２０の間に電気的に直列に設けら
れ、ダイオード１６．１８はトランスデューサの入力と
アースの間に、増幅器２０を保護するように並列に接続
されている。増幅器２０は他の電子回路１例えばフィル
タ、プロセッサ、表示装置等に接続される出力端子２２
を持っている。この例では、増幅器２０は増幅器の出力
信号を整流し、包絡線を取出すプロセッサに接続される
。

応力波センサ１０のレスポンスをテストするための装置
２４は入力矩形波を一連の出力パルスに変換するパルサ
ー回路を持っている。このパルサー回路は比較的大きな
振幅を持つ第１の電気的パルスと比較的小さな振幅を持
つ第２の電気的パルスを生じるようになされている。パ
ルサー回路２４は矩形波電気信号が供給されるようにな
された入力端子２６を有する。５ボルトの矩形波発生器
はこの目的に適している。また、パルサー回路２４は電
源電圧ｖＣＣを有している。

第１の比較的大きな電気的パルスは入力矩形波電気信号
が高くなると生じ、この信号は抵抗２８を介してＮＰＮ
トランジスタ３２のベース端子３４に供給されてトラン
ジスタ３２をオンに切換える。トランジスタ３２のコレ
クタ端子３６は抵抗４０を介して電源電圧ｖＣＣに接続
され、トランジスタ３２のエミッタ端子３８は直接アー
ス４２に接続され、また、トランジスタ３２のベース端
子３４は抵抗３０を介してアース４２に接続される。ト
ランジスタ３２がオンに切換えられると、そのコレクタ
端子３６の電圧は供給電圧■ＣＣの電位から急速に下降
する。

トランジスタ３２のコレクタ端子３６は直列に接続され
たキャパシタ５２と抵抗５４を介してＰＮＰＩ−ランジ
スタ４４のベース端子４６に接続される。トランジスタ
４４のエミッタ端子４８は電源電圧ｖＣＣに接続され、
トランジスタ４４のコレクタ端子５０は電圧分割器を形
成する抵抗５６．５８の間の位置に接続される。抵抗５
６はアース４２に接続され、抵抗５８はパルサー回路２
４の出力端子６０に接続される。トランジスタ３２のコ
レクタ端子３６の電圧が下降する時、キャパシタ５２の
トランジスタ３２から離れた側の電圧はトランジスタ４
４をオンに切換えるように最初に下げられ、これは出力
端子６０に供給される正の第１の電気的パルスを生じる
。第１の電気的パルスの振幅は殆ど電源電圧■ＣＣと等
しい。そこで、キャパシタ５２は抵抗６２を通して充電
完了され、トランジスタ４４をオフに切換えて第１の電
気的パルスが終る。

第２の比較的小さい電気的パルスは入力矩形波電気信号
が低になると生じ、この信号はＮＰＮトランジスタ３２
のベース端子３４に再び供給され、トランジスタ３２を
オフに切換える。トランジスタ３２のコレクタ端子３６
は電気的に直列に接続されたキャパシタ６４と抵抗６６
を介して出力端子６０に接続される。抵抗６６と抵抗６
８は電圧分割器を形成するように配列され、また抵抗６
８はアース４２に接続される。トランジスタ３２がオフ
に切換えられると、そのコレクタ端子３６の電圧は電源
電圧ｖＣｃの電位に上昇する。これはキャパシタ６４の
トランジスタ３２がら離れた側を５．６ボルトに上昇さ
せ、この電圧は抵抗６６とキャパシタ６４とアース４２
との間に接続されたツェナーダイオード７ｏによって設
定される。抵抗６６．６８によって形成された電圧分割
器は出力端子６０に、５．６ボルトより無視できない程
（例えば１００倍）小さい電圧を持つ第２の電気パルス
を供給する。そこで、キャパシタ３６は抵抗６６．６８
を介して放電され、ダイオード７０専の両端間の電圧及
び出方端子６ｏに供給される電圧を下降させる。

従って、パルサー回路２４は、矩形波入力が入力端子２
６に供給されている期間に、出方端子６０に第１、第２
の電圧パルスを連続的に交互に供給する。

パルサー回路２４の出力端子６ｏが電気的にトランスデ
ューサ１２と増幅器２ｏとの間の点で応力波センサ１０
に電気的に接続されるように、パルサー回路２４が応力
波センサ１ｏに接続される。

パルサー回路２４は応力波センサ１０に交互に第１、第
２の電気的パルスを供給して、応力波センサ１０のレス
ポンスをテストする。

比較的大きな振幅の第１の電気的パルスは応力センサ１
０に供給され、その結果、トランスデューサ１２と増幅
器２０の両方に供給される。第１の電気的パルスはトラ
ンスデューサ１２を励起して、有効なトランスデューサ
１２を発振させるとともに、増幅器２０に供給される付
加的な電気信号を再生させる。第１の電気的パルスは増
幅器２０によって増幅される。第１の電気的パルスが比
較的大きな振幅であるので、第１の電気的パルスに対応
する出力端子２２での増幅器２０からの出力は比較的高
いレベルまたは振幅である。有効なトランスデューサ１
２から供給される付加的な電気信号も増幅器２０によっ
て増幅される。第１の電気的パルスが電気的振動から機
械的振動に変換され、また機械的振動から電気的信号に
変換される場合のトランスデューサ１２における変換ロ
スのために、増幅された付加的な電気信号は直接の第１
の電気的パルスより非常に低いレベルにある。

増幅器２０は付加的な電気信号を検出するには充分に感
度が良いように構成され、その結果、第１の電気的パル
スは増幅器２０を電気的に飽和させる。即ち増幅された
信号がクリップされるような大きさである。

トランスデューサ１２がなお有効であり、増幅器がなお
有効であり、また、応力波センサの全体の動作において
変化がないことを第１の電気的パルスから検出すること
が可能である。第２図、第３図、第４図を参照すると、
第１の電気的パルス６０と第２の電気的パルス６２の結
果として、プロセッサによる整流及び包絡線取出しの後
の増幅器２０からの包絡線信号６４．７０が示されてい
る。

第３図において、有効な応力波センサ１０のレスポンス
が示され、出力包絡線信号６４は第１の部分６６及び第
２の部分６８を有している。第１の部分６６は増幅器２
０によって直接受信された第１の電気的パルスに対応し
、この部分はクリップされている。第２の部分６８は第
１の電気信号６０によるトランスデューサ１２の励起に
よって発生された付加的な電気信号に対応する。第２の
部分６８より下側の範囲はトランスデューサ１２の感度
の尺度を与える。第２の電気的パルス６２の結果として
、プロセッサによる整流及び包絡線取出し後の増幅器２
０からの出力包絡線信号７０がある。第２の電気的パル
ス６２は出力包絡信号７０のピークを測定することによ
って、増幅器２０のゲインを決定することが可能である
ような予め決められた振幅を有する。従って、第２の電
気的パルスから増幅器のゲインを検知することが可能で
あり、増幅器のゲインを検知した結果として、トランス
デューサの感度の変化を決定することが可能である。即
ち、部分６８はトランスデューサの感度に依存し、また
、増幅器のゲインに依存する。例えば、部分６８の減小
はトランスデューサの感度の減小、増幅器のゲインの減
小またはこれら２つの組合わせから生じる。応力波セン
サ１０の全体的なレスポンスは増幅器のゲインとトラン
スデューサ感度の自乗とに比例する。従って、第２の電
気的パルスは応力波センサの動作の修正を、例えば増幅
器のゲインを調整することによってまたはトランスデュ
ーサを調整することにより、可能にすることにおいて重
要である。

第４図において、トランスデューサが不動作である応力
波センサのためのレスポンスが示されている。出力信号
６４．８は、増幅器２０によって直接受信された第１の
電気的パルスに対応する第１の部分６６Ｂのみを有して
いる。増幅器２０はトランスデューサが不ｔｌ＋作であ
るため、付加的な電気信号を受信しない。出力信号の振
幅７０Ｂは増幅器２０のゲインを指示している。これは
、トランスデューサから付加的な電気信号が無いため、
トランスデューサを取り替える必要があることを示して
いる。

第５図において、増幅器がゲインを減小した場合の応力
波センサのレスポンスが示されている。

出力信号６４Ｇは第１の電気的パルスに対応する第１の
部分６６Ｃ及びトランスデューサからの電気的パルスに
対応する第２の部分６８Ｇを含んでいる。しかしながら
、ゲインが非常に小さいために、この例では第１の部分
６６Ｇはクリップされておらず、その結果、第２の部分
６８Ｃは第１の部分６６Ｇの減衰から検出することが困
難である。

出力信号７０Ｃは第２の電気的パルスに対応し、また、
これは非常に小さなピーク振幅であり、増幅器のゲイン
が比較的小さいことを指示している。

第６図では、トランスデューサが感度を減小させた応力
波センサのレスポンスを示している。出力信号６４Ｄは
第１の電気的パルスに対応する第１の部分６６Ｄとトラ
ンスデューサからの電気的パルスに対応する第２の部分
６８Ｄを含んでいる。

第１の部分６６Ｄは増幅器のゲインが大きいためにクリ
ップされているが、第２の部分６８Ｄより下側の範囲は
非常に小さく、トランスデューサの感度の減小に向って
いる。出力信号７０Ｄは予め決められた振幅の第２の電
気信号に対応する。また、これはピーク振幅の許容範囲
であり、増幅器のゲインは十分であり、従って増幅器は
満足に動作していることを指示している。出力信号７０
Ｄを考慮すると、トランスデューサの感度が減小したこ
とが確認できる。

パルサー回路２４は比較的低コストで、オペレータを必
要としない応力波センサ用テストの特徴を備え、応力セ
ンサが満足に動作していることが確証できる機械装置ま
たはプロセスの監視を長い期間無人で行うことを可能と
する。

パルサー回路は応力波センサに第１、第２の電気信号を
任意の順序で供給するように構成され、１つより多くの
電気的パルス及び第２の電気的パルスが応力波センサに
供給される。また、パルサー回路は、応力波センサの監
視モードにおいて検出された強度またはレベルが予め決
められた強度またはレベルより下降する場合の応力波セ
ンサのテストを自動的に行うように構成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る応力波センサを表わす電気回路を
示す図である。第２図は応力波センサに供給される第１
．第２の電気的パルスを示す時間に対する電圧のグラフ
である。第３図は第１．第２の電気的パルスの結果とし
て、有効な応力波センサから出力包絡線を示す時間に対
する電圧のグラフである。第４図は第１、第２の電気的
パルスの結果として、不動作の応力波センサの１つのタ
イプからの出力包絡線を示す時間に対する電圧のグラフ
である。第５図は第１、第２の電気的パルスの結果とし
て、不動作の応力波センサの他のタイプからの出力色４
＆、ＩＩを示す時間に対する電圧のグラフである。第６
図は第１、第２の電気的パルスの結果として、不動作の
応力波センサの他のタイプからの出力包絡線を示す時間
に対する電圧のグラフである。 １０・・・応力波センサ、１２・・・応力波トランスジ
ューサ、１４・・・抵抗、１６．１８・・・ダイオード
、２０・・・増幅器、２２・・・出力端子、２４・・・
パルサー回路、２６・・・入力端子、２８．３０．４０
゜５４．５６．５８・・・抵抗、３２・・・トランジス
タ、３４・・・ベース端子、３６・・・コレクタ端子、
４２・・・アース、４４・・・トランジスタ、４６・・
・ベース端子、５０・・・コレクタ端子、４８・・・エ
ミッタ端子、５２・・・キャパシタ。 弘 Ｆｉｇ、６゜ −闇 岬 闇 Ｆｊｇ、４゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電気的に直列に接続されたトランスデューサと増幅
   器とを有する応力波センサのレスポンスをテストする方
   法において、 有効なトランスデューサが振動するように、比較的大き
   な振幅を持つ少なくとも１つの第１の電気的パルスを電
   気的に前記トランスデューサと前記増幅器との間の点で
   前記応力波センサに供給し、該少なくとも１つの第１の
   電気的パルスによって振動された有効なトランスデュー
   サが付加的な電気パルスを発生する段階と、前記第１の
   電気的パルスと前記トランスデ ューサによって発生された付加的な電気的パルスとを前
   記増幅器に供給し、有効な増幅器が該第１の電気的パル
   スと付加的な電気的パルスとを増幅して出力信号を生ず
   る段階と、 前記トランスデューサと前記増幅器との１ つ以上が充分に動作していないかどうかを前記出力信号
   から決定する段階であって、有効でない増幅器が前記第
   １の電気的パルスと付加的な電気的パルスを増幅せず、
   かつ出力信号を発生せず、前記増幅器からの出力信号の
   欠除によって前記増幅器が不動作であることを指示する
   段階と、電気的に前記トランスデューサと前記増幅器と
   の間の点に、前記増幅器を飽和させないように、予め決
   められた比較的小さい振幅を持つ第２の電気的パルスを
   供給する段階と、 前記増幅器に前記第２の電気的パルスを供 給する段階と、 前記第２の電気的パルスに対応する前記増 幅器の出力信号から前記増幅器のゲインを決定する段階
   とを備える、応力波センサのレスポンスをテストする方
   法。 ２　前記第２の電気的パルスに対応する前記増幅の出力
   信号が、前記増幅器のゲインが予め決められた値より小
   であることをを指示する場合は、前記増幅器のゲインが
   調整されることを特徴とする請求項１記載の応力波セン
   サのレスポンスをテストする方法。 ３　前記第１の電気的パルスに対応する前記増幅の出力
   信号が、前記トランスデューサの感度が減小したことを
   指示する場合は、前記増幅器のゲインが調整されること
   を特徴とする請求項１記載の応力波センサのレスポンス
   をテストする方法。 ４　前記出力信号の包絡線が取出されることを特徴とす
   る請求項１記載の応力波センサのレスポンスをテストす
   る方法。 ５　前記第２の電気的パルスに対応する前記増幅器の包
   絡線が取出された出力信号のピーク振幅が測定されるこ
   とを特徴とする請求項４記載の応力波センサのレスポン
   スをテストする方法。 ６　前記付加的な電気的パルスに対応する前記増幅器の
   前記包絡線が取出された出力信号より下側の範囲が測定
   されることを特徴とする請求項４記載の応力波センサの
   レスポンスをテストする方法。 ７　電気的に直列に接続されたトランスデューサと増幅
   器とを有する応力波センサのレスポンスをテストする装
   置において、 電気的に前記トランスデューサと前記増幅 器との間の点で、前記応力波センサに電気的に接続され
   されたパルサーであって、有効なトランスデューサが振
   動するように比較的大きな振幅の少くとも１つの電気的
   パルスを供給するようになされ、該少なくとも１つの電
   気的パルスによって振動させられた有効なトランスデュ
   ーサが付加的な電気的パルスを発生し、前記トランスデ
   ューサによって発生された前記第１の電気的パルスと付
   加的な電気的パルスとが前記増幅器に供給され、有効な
   増幅器が前記第１の電気的パルスと付加的な電気的パル
   スとを増幅して出力信号を発生するパルサーと、 前記トランスデューサと前記増幅器との１ つ以上が満足に動作していないかどうかを前記増幅器の
   前記出力信号から決定するための手段であって、不動作
   の増幅器は前記第１の電気的パルスと付加的な電気的パ
   ルスとを増幅せず、且つ出力信号を生ぜず、前記増幅器
   からの出力信号の欠除で前記増幅器が不動作であること
   を指示する手段とを具備し、前記パルサーが前記増幅器
   が飽和しないような予め決められた比較的小さな振幅の
   少なくとも１つの第２の電気的パルスを供給するように
   なされ、該第２の電気的パルスは前記増幅器に供給され
   、更らに、前記第２の電気的パルスに対応する前記増幅
   器の出力信号から前記増幅器のゲインを決定する手段を
   備える、応力波センサのレスポンスをテストする装置。 ８　前記第２の電気的パルスに対応する前記増幅器の出
   力信号から前記増幅器のゲインを決定する手段が、前記
   増幅器のゲインが予め決められた値より小さいことを指
   示する場合に、前記増幅器のゲインを調整する手段が前
   記増幅器のゲインを増加するようになされていることを
   特徴とする請求項７記載の応力波センサのレスポンスを
   テストする装置。 ９　前記トランスデューサと前記増幅器との１つ以上が
   満足に動作していないかどうかを決定する手段が前記ト
   ランスデューサの感度が下ったことを指示する場合に、
   前記増幅器のゲインを調整する手段が前記増幅器のゲイ
   ンを増加するようになされることを特徴とする請求項８
   記載の応力波センサのレスポンスをテストする装置。 １０　プロセッサが前記出力信号の包絡線を取出すこと
   を特徴とする請求項７記載の応力波センサのレスポンス
   をテストする装置。 １１　前記プロセッサが前記第２の電気的パルスに対応
   する前記増幅器の包絡線が取出された出力信号のピーク
   振幅を測定することを特徴とする請求項１０記載の応力
   波センサのレスポンスをテストする装置。 １２　前記プロセッサが前記付加的な電気的パルスに対
   応する前記増幅器の包絡線が取出された出力信号より下
   側の範囲を測定することを特徴とする請求項１０記載の
   応力波センサのレスポンスをテストする装置。 １３　前記パルサーは、第１のトランジスタに矩形波信
   号を供給するようになされた矩形波発生器を有し、前記
   第１のトランジスタは入力矩形波が比較的高い時にオン
   に切り換えられ、かつ電源電圧に電気的に接続され、さ
   らにキャパシタを介して第２のトランジスタに電気的に
   直列に接続され、該第２のトランジスタは電源電圧に電
   気的に接続され、かつ前記第１のトランジスタが前記第
   １の電気的パルスを生じるようにオンに切り換えられる
   時にオンに切り換えられ、前記第１の電圧的パルスは前
   記第２のトランジスタから前記応力波センサに供給され
   、前記キャパシタは前記第２のトランジスタをオフに切
   り換えるように充電されることを特徴とする請求項７記
   載の応力波センサのレスポンスをテストする装置。 １４　前記第１のトランジスタは前記入力矩形波が比較
   的低い時にオフに切り換えられ、かつ第２のキャパシタ
   を介して前記応力波センサに供給される第２の電気的パ
   ルスを生じ、ダイオードは前記第２の電気的パルスの予
   め決められた振幅を設定するようになされていることを
   特徴とする請求項１３記載の応力波センサのレスポンス
   をテストする装置。