KR20010028622A - Acoustic Emission Detector Using Digital Encoding - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 재료의 변형이나 균열 발생시 발생되는 음향방출(Acoustic Emission; 이하, AE) 신호를 측정하는 장치와 신호처리 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 아날로그 AE 신호를 1비트의 디지털 신호로 변환시킴으로서 장거리 전송과 저장방식의 효율성을 향상시키고 AE 신호의 변수와 발생위치를 산출하는 장치와 신호처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a signal processing method for measuring acoustic emission (AE) signals generated when deformation or cracking of materials occurs, and more particularly, by converting an analog AE signal into a 1-bit digital signal. The present invention relates to a device and a signal processing method for improving the efficiency of a long-distance transmission and storage method and calculating a variable and a generation position of an AE signal.
일반적으로 음향방출신호를 처리하는 방법은 압전센서로부터 증폭된 AE신호를 카운터(Counter), rms 전압계(root-mean-square voltage meter), 피크 검출기(Peak Detector), A/D 변환기( Analog-to-digital converter)를 통하여 측정하고 주파수 분석 소프트웨어를 통하여 신호를 해석하는 것이다.In general, a method of processing an acoustic emission signal includes an AE signal amplified from a piezoelectric sensor, a counter, a root-mean-square voltage meter, a peak detector, and an A / D converter. This is done through a digital converter and interpreted by the frequency analysis software.
종래의 AE 검출장치는 도1에 도시된 바와 같이 음향방출신호가 발생하면 압전센서를 이용하여 그 진폭을 전기신호로 변환하고 카운터(3), rms 전압계(4), 피크 검출기(5)를 통하여 각변수를 측정하며 주파수분석을 수행하고자 할 때는 원 신호를 8비트 혹은 12비트의 A/D 변환기(6)를 이용하여 범용컴퓨터에서 처리하였다.In the conventional AE detection apparatus, as shown in FIG. 1, when the acoustic emission signal is generated, the amplitude is converted into an electrical signal using a piezoelectric sensor, and the counter 3, rms voltmeter 4, and peak detector 5 are used. In order to perform frequency analysis by measuring each variable, the original signal was processed by a general-purpose computer using an 8-bit or 12-bit A / D converter 6.
그러나 상술한 종래의 AE 검출장치를 이용하여 실제 산업현장에 AE방법을 적용할 때, 센서에서 증폭된 신호에서 카운터, rms 전압계, 범용컴퓨터 등 신호처리장치까지의 거리가 길어 신호전송 중에 잡음의 유입이 많고 원신호가 손실될 위험이 있을 뿐만 아니라, 100kHz∼1MHz의 주파수를 포함한 신호를 저장하기 위해서는 고속 A/D 변환기(샘플링 레이트 : 2MHz 이상)를 필요로 할 뿐 아니라 8비트의 디지털 신호로 변환한다 해도 많은 양의 데이터 저장공간을 필요로 하며, 또한 AE신호의 분석이나 위치검출을 수행하기 위해서는 AE 신호를 저장해야 하는데 A/D 변환기의 성능이 우수해야 할 뿐 아니라 많은 저장공간을 필요로 한다는 문제점이 있었다.However, when the AE method is applied to an actual industrial site using the conventional AE detection device described above, noise is introduced during signal transmission due to a long distance from the signal amplified by the sensor to a signal processing device such as a counter, rms voltmeter, a general purpose computer, etc. Not only is there a high risk of loss of the original signal, but it also requires a high-speed A / D converter (sampling rate: 2 MHz or higher) to store signals containing frequencies from 100 kHz to 1 MHz, as well as conversion to 8-bit digital signals. Even if a large amount of data storage is required, and the AE signal needs to be stored in order to analyze or locate the AE signal, the performance of the A / D converter should not only be excellent but also require a lot of storage space. There was a problem.
또한, 칼로란(Carolan)과 루벤(Reuben)에 의해 어플라이드 옵틱스(Applied Optics) Vol. 36, No. 1, pp. 380-385, 1997에 개시되어 있는 AE측정장치에 의하면 광섬유센서를 이용함으로서 장거리 전송을 가능하도록 하였으나 측정장비의 가격이 매우 비싸고 복잡하여 실제로 적용되기 어려운 문제점이 있었다.In addition, Applied Optics Vol. By Cararolan and Reuben. 36, No. 1, pp. According to the AE measuring apparatus disclosed in 380-385, 1997, a long distance transmission was possible by using an optical fiber sensor, but there was a problem in that the measuring equipment was very expensive and complicated to be practically applied.
또한, 상기와 같은 일반적인 AE 시스템은 신호 전송중에 잡음의 유입이 많고 데이터의 처리량이 방대하여 재료파괴중에 발생하는 원신호를 전부 저장할 수 없었고 1개나 2개의 파라미터만을 저장할 수 있었다. 또한 광섬유로 구성된 AE 시스템도 구성가격이 매우 고가여서 산업 현장에 적용하기 위해서는 많은 번거로움과 비용이 소모된다는 문제점도 있었다.In addition, such a general AE system has a large amount of noise inflow during signal transmission and a large throughput of data, and thus cannot store all of the original signals generated during material destruction, and can store only one or two parameters. In addition, the AE system composed of optical fiber is also very expensive configuration cost a lot of trouble and cost to apply to industrial sites.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 아날로그인 AE 신호를 1비트의 디지털 신호로 변환하고 광섬유를 이용하여 신호를 전송하고 저장함으로서 신호처리의 효율성을 높이고 데이터 저장량을 낮추는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to convert an analog AE signal into a 1-bit digital signal and transmit and store the signal using an optical fiber to increase the efficiency of signal processing and to reduce the amount of data stored.
본 발명의 또 다른 목적은 AE 신호를 단순화 함으로서 음향방출 신호의 발생위치 검출이나 카운트, 이벤트, rms 전압과 같은 AE 변수를 여타의 복잡한 하드웨어를 거치지 않고 소프트웨어로 간편하게 산출하는데 있다.It is still another object of the present invention to simplify the AE signal to easily calculate the AE parameters such as the detection of the generation position of the acoustic emission signal, the count, the event, the rms voltage, and the like without any complicated hardware in software.
상기목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디지털 엔코딩을 이용한 AE 검출장치는 AE 신호처리, 전송 및 저장을 하는데 있어서, 기존의 압전센서와 증폭기에서 출력된 전압을 기준 전압값과 비교하는 비교기, 비교된 값을 0과1의 광신호로 변환하는 레이저 전압원과 레이저 다이오드, 신호를 전송하는 광섬유, 광신호를 전기신호로 변환하는 광검출기, 광검출기에서 출력된 전압을 0과1로 저장하는 메모리, 메모리에 저장된 값을 범용 컴퓨터에 저장하기 위한 Interface회로와 프로그램, 저장된 데이터로부터 음향방출변수, 즉 카운트, 이벤트, rms 전압, 펄스 폭 등을 산출하는 소프트웨어 및 음향방출 신호의 발생위치를 검출하는 소프트웨어를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the AE detection apparatus using the digital encoding according to the present invention, in the AE signal processing, transmission and storage, a comparator for comparing the voltage output from the conventional piezoelectric sensor and the amplifier with the reference voltage value, Laser voltage sources and laser diodes that convert values into 0 and 1 optical signals, optical fibers that transmit signals, photodetectors that convert optical signals to electrical signals, memories that store voltages output from photodetectors as 0 and 1, and memory Interface circuits and programs for storing the values stored in the general-purpose computer, software for calculating acoustic emission variables such as counts, events, rms voltages, pulse widths, etc. from the stored data, and software for detecting the location of the acoustic emission signals. Characterized in that.
도 1은 종래의 음향방출(Acoustic Emission; 이하, AE) 검출장치를 나타낸 블럭도.1 is a block diagram showing a conventional acoustic emission (Acoustic Emission (AE) detection device).
도 2은 본 발명에 따른 AE 검출장치를 도나타낸 블럭도.Figure 2 is a block diagram showing an AE detection apparatus according to the present invention.
도 3는 본 발명의 AE 검출장치를 이용하여 원신호를 디지털 신호로 엔코딩한 것을 나타낸 도면.3 is a view showing the encoding of the original signal into a digital signal using the AE detection device of the present invention.
도 4는 본 발명의 AE 검출장치를 이용하여 인장시험시 압전센서로 측정한 원신호와 디지털변환된 AE 신호를 나타낸 도면.Figure 4 is a view showing the original signal and the digitally converted AE signal measured by the piezoelectric sensor during the tensile test using the AE detection device of the present invention.
도 5는 도 4의 원신호와 디지털 엔코딩된 신호의 rms 전압 분포를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the rms voltage distribution of the original signal and the digitally encoded signal of FIG.
도 6은 도 4의 원신호의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면.6 is a diagram showing a frequency spectrum of the original signal of FIG.
도 7은 본 발명의 AE 검출장치를 이용하여 디지털 엔코딩된 신호를 복원한 것을 나타낸 그래프.7 is a graph showing the restoration of a digitally encoded signal using the AE detection device of the present invention.
도 8은 디지털 엔코딩된 신호의 펄스폭과 원신호의 진폭 분포와의 관계를 나타낸 그래프.8 is a graph showing a relationship between a pulse width of a digitally encoded signal and an amplitude distribution of an original signal.
도 9는 원신호와 엔코딩된 신호의 rms 관계를 나타낸 그래프.9 is a graph showing the rms relationship between an original signal and an encoded signal.
도 10은 광섬유를 통과한 AE 신호의 그래프.10 is a graph of an AE signal passing through an optical fiber.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서 제시한 디지털 엔코딩의 기본 원리는 음향방출신호를 설정된 전압을 기준으로 0과 1로 단순화시키는 방법으로서, 원신호의 왜곡이 발생하나 아날로그 신호가 1비트의 디지털 값으로 변환되므로 신호처리의 효율성을 높일 수 있다.The basic principle of the digital encoding proposed in the present invention is a method of simplifying the acoustic emission signal to 0 and 1 based on the set voltage. The distortion of the original signal occurs, but the analog signal is converted into a 1-bit digital value. It can increase efficiency.
도2는 본 발명에 따른 디지털 엔코딩을 이용한 AE 검출장치를 나타낸 것으로, 압전센서에서 진동을 전기신호로 변환한 뒤 증폭기와 필터에서 처리된 신호는 비교기를 통하여 0과1의 디지털 신호로 변환된다. 이때 비교기와 범용컴퓨터와의 거리가 수십미터 안쪽이면 (1)번의 방법을 사용하며 거리가 수 킬로미터 내외이면 (2)번의 방법을 사용한다. (1)번 방법은 비교기에서 처리된 신호를 전류를 증폭시켜 전선을 통하여 신호를 전송하는 것이고 (2)번 방법은 비교기에서 처리된 신호의 출력을 증폭시켜 레이저 다이오드를 구동한 후 광섬유를 이용하여 전송하는 방법이다. 이때 사용하는 레이저는 1310nm 혹은 1550nm의 레이저를 사용하며 광섬유는 1310nm 혹은 1550nm의 단일모드 광섬유를 사용한다. 광섬유를 통해 전달된 신호는 광검출기를 통하여 다시 전압신호로 변환되고 2키로바이트의 메모리에 저장된다. 이때 메모리에 저장되는 샘플링 레이트(sampling rate)는 2.5MHz-5MHz이며 인터페이스 회로를 통하여 범용컴퓨터에 저장된다. 메모리의 입출력포트는 8비트이고 1비트당 1채널을 사용할 수 있으므로 총 8개의 채널을 사용할 수 있다. 저장된 신호는 소프트웨어를 통하여 카운트, 이벤트, rms 전압, 펄스폭 등을 산출하고 여러개의 채널을 사용할 경우 AE신호의 발생위치를 산출한다.2 shows an AE detection apparatus using digital encoding according to the present invention. After converting vibration into an electrical signal in a piezoelectric sensor, the signal processed by an amplifier and a filter is converted into a digital signal of 0 and 1 through a comparator. If the distance between the comparator and the general-purpose computer is within several tens of meters, use method (1). If the distance is within several kilometers, use method (2). Method (1) is to amplify the current from the signal processed by the comparator and transmit the signal through the wire. (2) Method amplifies the output of the signal processed by the comparator to drive the laser diode and then uses optical fiber. How to send. The laser used is 1310nm or 1550nm laser and 1310nm or 1550nm single mode fiber. The signal transmitted through the optical fiber is converted into a voltage signal through a photodetector and stored in a 2 kilobyte memory. The sampling rate stored in the memory is 2.5MHz-5MHz and is stored in the general purpose computer through the interface circuit. The I / O port of the memory is 8 bits and 1 channel can be used for 1 bit, so 8 channels can be used in total. The stored signal calculates count, event, rms voltage, pulse width, etc. through software and calculates the location of AE signal when using multiple channels.
도3은 본 발명의 AE 검출장치에 의한 디지털 엔코딩 과정을 나타낸 것으로서 음향방출신호의 파형과 변수 및 음향방출신호를 잡음의 영향을 제거하기 위해 설정한 문턱값(Threshold Voltage)을 기준으로 그 이상의 신호는 1, 이하의 신호는 0인 디지털 신호로 변환한 것을 나타낸 것이다. 음향방출신호를 디지털 엔코딩하면 음향방출신호의 기초변수인 카운트, 이벤트를 측정할 수 있다.3 shows a digital encoding process by the AE detection apparatus of the present invention. The waveform and the variable of the acoustic emission signal and the signal higher than the threshold value (Threshold Voltage) set to remove the influence of the noise. Indicates that the signal below 1 is converted into a digital signal of 0. By digitally encoding the acoustic emission signal, it is possible to measure counts and events, which are the basic variables of the acoustic emission signal.
도4는 본 발명의 AE 검출장치로 수행한 인장실험시 압전 센서(사용 주파수: 100∼300㎑)를 사용하여 측정된 음향방출신호로서 원신호와 원신호를 문턱값 50㎷를 기준으로 프로그램을 작성하여 0과 1의 신호로 변환한 것이다. 이와 같이 신호를 디지털 부호화 함으로서 신호 전송시 발생할 수 있는 잡음의 유입을 차단할 수 있다.4 is a sound emission signal measured using a piezoelectric sensor (operating frequency: 100 ~ 300 Hz) during the tensile test performed by the AE detection apparatus of the present invention to program the original signal and the original signal based on a threshold value of 50 Hz. It is created and converted into a signal of 0 and 1. By digitally encoding the signal as described above, it is possible to block inflow of noise that may occur during signal transmission.
디지털 엔코딩 과정을 통해 rms 전압을 측정하면 그 특성상 원신호와의 차이가 발생하는데 도4의 인장실험 데이터를 이용하여 rms 전압을 분석하였다.When rms voltage is measured through digital encoding, the difference occurs with the original signal. The rms voltage was analyzed using the tensile test data of FIG.
도5는 도4의 원신호와 엔코딩된 신호의 rms 전압 분포를 나타낸 것으로 x축은 문턱값으로 사용한 전압을 나타내고 y축은 해당 문턱값에 대한 rms 전압을 나타낸다. 설정 전압이 높아질수록 문턱값을 통과하는 파형은 감소하므로 두 방법에 의해 계산된 rms 전압은 모두 작아지는데 문턱값을 70㎷ 이하 로 설정하면 디지털 엔코딩된 신호로 계산된 rms 전압이 높게 나타난다. 그 이유는 원신호가 문턱값 보다 높을 경우 1로 변환되므로 신호가 과평가되기 때문인데 문턱값이 70㎷이상이 되면 원신호와 엔코딩된 신호의 분포가 유사해진다. 문턱값을 적절히 설정함으로서 원신호와 엔코딩된 신호의 분포가 유사하게 되는 이유는 음향방출센서의 특성과 시편의 기하학적 형상 때문이다. 음향방출센서는 일반적으로 공진형과 광대역형으로 분류되는데 공진형의 경우 한정된 주파수 영역에서만 반응한다는 단점이 있으나 민감도가 높고 일반적인 재료실험시 발생하는 주파수영역을 포함한다. 또한 구조물의 특성상 음향방출신호는 특정한 모드를 형성하면서 전파되므로 기하학적 형상마다 유사한 주파수 분포 특성을 나타낸다. 특히 구조물 실험시 발생하는 음향방출신호는 돌발형 파형이고, 이 파형은 구조물의 Plane wave형성과 함께 센서의 공진 특성을 유도하여 특정한 주파수 성분의 신호가 발생된다.5 shows the rms voltage distribution of the original signal and the encoded signal of FIG. 4, where the x-axis represents the voltage used as the threshold and the y-axis represents the rms voltage with respect to the threshold. Since the waveform passing through the threshold decreases as the set voltage increases, the rms voltage calculated by both methods decreases. When the threshold is set to 70 Hz or less, the rms voltage calculated by the digitally encoded signal is high. The reason is that if the original signal is higher than the threshold value, it is converted to 1, so the signal is overvalued. When the threshold value is 70 Hz or more, the distribution of the original signal and the encoded signal becomes similar. The reason why the distribution of the original signal and the encoded signal is similar by setting the threshold appropriately is because of the characteristics of the acoustic emission sensor and the geometry of the specimen. Acoustic emission sensors are generally classified into resonant type and wide band type. In case of resonant type, they have a disadvantage of reacting only in a limited frequency range, but include a high sensitivity and a frequency range generated in a general material experiment. In addition, due to the characteristics of the structure, the acoustic emission signal propagates while forming a specific mode, thereby exhibiting similar frequency distribution characteristics for each geometric shape. In particular, the acoustic emission signal generated during the structure experiment is an abrupt waveform, and this waveform generates a signal of a specific frequency component by inducing resonance characteristics of the sensor along with the formation of a plane wave of the structure.
이와 같은 관점에서 음향방출신호는 지배주파수를 포함하므로 디지털 엔코딩된 신호는 원신호로 복원할 수 있다.In this respect, the acoustic emission signal includes the dominant frequency, so that the digitally encoded signal can be restored to the original signal.
도6은 도4의 음향방출 원신호의 주파수 스펙트럼을 나타낸 것으로서 지배주파수는 72㎑이며 다른 주파수 대역의 신호에 비하여 10㏈이상 차이가 있다. 디지털 엔코딩된 신호로부터 펄스폭을 측정하고 지배주파수를 이용하면 원신호의 진폭을 산출할 수 있다. 또한 도7은 펄스폭을 이용하여 음향방출 신호를 복원하는 과정을 나타낸 것으로서 엔코딩된 디지털신호와 원신호의 관계는 수학식1과 같다.6 shows the frequency spectrum of the acoustic emission original signal of FIG. 4, and the dominant frequency is 72 kHz, which differs by more than 10 kHz from other frequency band signals. By measuring the pulse width from the digitally encoded signal and using the dominant frequency, the amplitude of the original signal can be calculated. In addition, FIG. 7 illustrates a process of restoring an acoustic emission signal using a pulse width, and the relationship between the encoded digital signal and the original signal is shown in Equation (1).
여기서 A는 원신호의 진폭, Vth는 문턱값, td는 지배 주파수의 역수인 지배주기, tpw는 펄스폭이다.Where A is the amplitude of the original signal, V th is the threshold, t d is the dominant period, which is the inverse of the dominant frequency, and t pw is the pulse width.
엔코딩된 신호는 0과 설정한 문턱값으로 표현되는 디지털 신호로 나타내었으며 음향방출신호의 전압이 문턱값을 넘는 시간 간격에 따라 펄스폭이 달라진다. 도8은 도4의 음향방출신호의 진폭분포와 펄스폭의 관계를 나타낸 것으로서 실선은 지배주파수를 이용하여 각 펄스폭으로부터 이론적으로 계산한 진폭이고 ○로 표시된 점들은 원신호의 진폭을 나타낸 것이다. 원신호는 지배주파수 성분 외에 다양한 주파수 성분을 포함하고 있으므로 이론과 실험치가 정확하게 일치하지는 않았으나 최대 30%이내에서 일치하였으며 변화의 경향은 유사하였다.The encoded signal is represented by a digital signal represented by 0 and the set threshold. The pulse width varies depending on the time interval when the voltage of the acoustic emission signal exceeds the threshold. Fig. 8 shows the relationship between the amplitude distribution and the pulse width of the acoustic emission signal of Fig. 4, where the solid line is the amplitude theoretically calculated from each pulse width using the dominant frequency, and the points marked with o indicate the amplitude of the original signal. Since the original signal contains various frequency components in addition to the dominant frequency components, the theoretical and experimental values did not exactly coincide, but within 30% of the maximum, and the trend of change was similar.
또한, 디지털 엔코딩 방법을 이용하면 펄스폭을 측정할 수 있다. 펄스폭은 윗식에 의해 원신호의 진폭분포와 관계되는데 재료실험시 음향방출법의 진폭분포는 재료의 파괴특성을 효율적으로 나타내는 변수로 알려져 있다. 진폭과 펄스폭의 관계로 볼 때 펄스폭이나 최대 펄스폭은 재료의 파괴특성을 충분히 반영하며 음향방출법의 새로운 변수로 이용할 수 있다.In addition, the pulse width can be measured using the digital encoding method. The pulse width is related to the amplitude distribution of the original signal by the above equation, and the amplitude distribution of the acoustic emission method during the material experiment is known as a variable that effectively represents the fracture characteristics of the material. Considering the relationship between amplitude and pulse width, the pulse width or maximum pulse width fully reflects the fracture characteristics of the material and can be used as a new parameter of the acoustic emission method.
도9는 원신호와 엔코딩된 신호의 rms 전압관계를 나타낸 것으로서 실선은 윗식의 그래프를 증폭과정과 잡음을 감안하여 x축과 y축으로 이동시킨 것이다. 연필심 부러뜨림 실험의 특성상 원신호의 rms 전압이 50∼900㎷ 범위에서 검출되었으며, 원신호와 엔코딩된 신호의 rms 전압은 진폭과 펄스폭의 관계를 나타낸 윗식과 일치하였다.9 shows the rms voltage relationship between the original signal and the encoded signal. The solid line shows the graph of the above equation shifted on the x and y axes in consideration of the amplification process and noise. Due to the characteristics of the broken pencil, the rms voltage of the original signal was detected in the range of 50∼900㎷, and the rms voltage of the original signal and the encoded signal was in agreement with the above equation showing the relationship between amplitude and pulse width.
도10의 위 그림은 인장실험시 측정된 음향방출신호이고 아래 그림은 디지털 엔코딩된 신호를 나타낸 것이다. 잡음의 rms 전압은 48㎷이고, 문턱값인 100㎷이상의 신호가 입력되면 엔코딩된 신호가 검출되었다.The upper figure of FIG. 10 is an acoustic emission signal measured in the tensile test, and the lower figure shows a digitally encoded signal. The rms voltage of the noise was 48 kV, and the encoded signal was detected when a signal of 100 kV or more was input.
이와 같은 디지털 엔코딩 방법을 이용한 AE 시스템은 센서와 데이터를 처리하고 저장하는 범용 컴퓨터의 거리에 따라 2가지로 제작할 수 있다. 거리가 수십 미터 이내일 경우 전압원 만을 이용하여 도2의 (1)과 같은 경로를 구성하며 거리가 수십 미터 이상일 경우 광섬유를 이용하여 도2의 (2)와 같은 구성을 갖는다.The AE system using the digital encoding method can be manufactured in two types according to the distance between the sensor and a general purpose computer that processes and stores data. When the distance is within several tens of meters, the path is configured as shown in FIG. 2 using only a voltage source, and when the distance is more than several tens of meters, it has a configuration as shown in FIG.
도2의 (1)경로는 펄스발생기만을 이용하여 구성한 경우로서 신호측정부, 디지털 엔코딩부 및 소프트웨어부로 구성된다. 압전센서에서 발생된 신호는 신호측정부의 앰프와 필터를 통과한 뒤 비교기를 통하여 0과1로 변환된다. 이때 문턱값의 결정은 주변의 잡음과 신호의 크기를 고려하여 결정한다. 비교기에서 출력된 디지털 신호는 디지털 펄스를 출력하는 전압원을 통하여 충분히 전류증폭을 하여 외부잡음의 영향없이 전송거리를 지날 수 있다. 전송된 신호는 바로 메모리에 저장되고 인터페이스회로를 통하여 범용컴퓨터에 입력된다. 입력된 신호는 구성된 소프트웨어에 의하여 카운트,이벤트, rms 전압, 펄스폭을 산출한다. 복수개의 센서를 구성할 경우 신호의 발생위치를 추정할 수 있는데 디지털 값이므로 기존의 방법보다 효율적으로 위치를 추정할 수 있다.The path (1) of FIG. 2 is constructed using only a pulse generator, and is composed of a signal measuring unit, a digital encoding unit and a software unit. The signal generated from the piezoelectric sensor is converted to 0 and 1 through the comparator after passing through the amplifier and filter of the signal measuring unit. At this time, the threshold value is determined by considering the noise and the magnitude of the surrounding signal. The digital signal output from the comparator can sufficiently amplify the current through the voltage source that outputs the digital pulse, and can pass the transmission distance without the influence of external noise. The transmitted signal is directly stored in the memory and input to the general purpose computer through the interface circuit. The input signal calculates count, event, rms voltage and pulse width by the configured software. When a plurality of sensors are configured, the generation position of the signal can be estimated. Since the digital value is used, the position can be estimated more efficiently than the conventional method.
도2의 (2)경로는 광섬유를 이용하여 구성한 경우로서 전압원과 메모리사이에 광신호를 발생하기 위한 레이저, 광섬유, 광검출기가 더 추가된 형태이다. 광섬유는 전송손실이 0.2㏈/㎞로 매우 낮으며 전기적 외란 또는 잡음의 영향이 없고 오염, 부식과 같은 환경조건에 강하므로 시험환경이 열악하거나 센서와 범용컴퓨터의 거리가 수킬로미터가 되어도 적용가능한 것이 특징이다.Path (2) of FIG. 2 is constructed by using an optical fiber, and a laser, an optical fiber, and a photodetector for generating an optical signal between the voltage source and the memory are further added. The optical fiber has a very low transmission loss of 0.2㏈ / km, no influence of electric disturbance or noise, and strong against environmental conditions such as contamination and corrosion, so it is applicable even if the test environment is poor or the distance between the sensor and the general-purpose computer is several kilometers. It is characteristic.
따라서, 디지털 엔코딩을 이용한 AE 시스템은 아날로그인 AE 신호를 1비트의 디지털 값으로 변환하여 신호처리하고 (1)혹은 (2)경로를 이용하여 전송된 신호는 A/D 변환기 없이 바로 램에 저장되며 소프트웨어에 의하여 AE변수를 산출하고 신호발생위치를 표정한다. 또한 디지털 엔코딩을 이용한 AE 시스템은 다음과 같은 조건을 구비해야 한다.Therefore, the AE system using digital encoding converts the analog AE signal into a 1-bit digital value for signal processing, and the signal transmitted using (1) or (2) path is stored directly in RAM without an A / D converter. The software calculates the AE variable and expresses the signal generation position. In addition, an AE system using digital encoding must have the following conditions.
첫째, 디지털 엔코딩을 이용한 AE 시스템은 설정전압값을 기준으로 비교기에서 0과1의 디지털 신호로 변환되야 한다. 디지털 신호로 변환될 때 A/D 변환기는 사용하지 않으며, 설정 전압값은 주변 잡음과 AE신호의 크기에 따라 결정해야 한다.First, an AE system using digital encoding must be converted into 0 and 1 digital signals in the comparator based on the set voltage value. When converted to digital signals, no A / D converters are used, and the set voltage value must be determined according to the ambient noise and the magnitude of the AE signal.
둘째, 비교기에서 변환된 디지털 신호의 전송은 전선이나 광섬유를 이용해 전송한다. 센서와 범용컴퓨터의 거리가 수십미터 이내일때는 전선을 사용하고 수킬로미터내외일 경우 광섬유를 사용한다.Second, the digital signal converted by the comparator is transmitted by using wires or optical fibers. If the distance between the sensor and the general-purpose computer is within several tens of meters, use the wire.
셋째, 전송된 신호는 디지털 값으로 메모리에 저장되야 한다. 메모리가 8비트의 입출력 채널이 있으므로 최대 8개 센서를 장착할 수 있으며 범용컴퓨터에 인터페이스 회로를 통하여 입력된다.Third, the transmitted signal must be stored in memory as a digital value. Since the memory has 8 bit input / output channels, up to 8 sensors can be mounted and input to the general purpose computer through the interface circuit.
넷째, 저장된 신호에서 AE 변수, 즉 카운트, 이벤트, 진폭, 펄스폭을 산출하는 소프트웨어가 있으며, 복수개의 센서를 사용하여 원신호의 발생위치를 검출하는 소프트웨어가 있어야 한다.Fourth, there is software that calculates AE variables, namely count, event, amplitude, and pulse width, from stored signals, and software that detects the origin of the original signal using a plurality of sensors.
상술한 바와 같이, 디지털 엔코딩을 이용한 AE 시스템은 별도의 A/D 변환기나 카운터, rms 전압계등을 부착하지 않고 비교기와 메모리만을 이용하여 AE신호의 각 변수를 산출할 수 있을 뿐만 아니라 AE신호의 발생위치를 찾을 수 있는 이점을 제공한다. 뿐만아니라 기존의 장치에 비하여 메모리양을 1/8이하로 줄일 수 있고 신호의 장거리 전송을 가능하게 하여 산업현장에 적용하기 쉬운 이점을 제공한다.As described above, the AE system using digital encoding can calculate each variable of the AE signal using only the comparator and the memory without attaching a separate A / D converter, counter, rms voltmeter, etc. It provides the advantage of finding a location. In addition, compared to existing devices, the amount of memory can be reduced to less than 1/8, and long distance transmission of signals is provided, which is easy to apply to industrial sites.
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