JP2764987B2 - 超音波振動検出器 - Google Patents
超音波振動検出器Info
- Publication number
- JP2764987B2 JP2764987B2 JP211289A JP211289A JP2764987B2 JP 2764987 B2 JP2764987 B2 JP 2764987B2 JP 211289 A JP211289 A JP 211289A JP 211289 A JP211289 A JP 211289A JP 2764987 B2 JP2764987 B2 JP 2764987B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- delay line
- delay
- change
- vibration
- oscillation frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は遅延線発振器をセンサに応用した超音波振動
検出器に関する。
検出器に関する。
（従来の技術） 物体の振動、変形に伴う歪みを検知して異常の有無を
判定するシステムを構築することは、工作機械の自動化
を含めた工場のFA化を推進する上で重要な課題である。
この手法には光や磁気の応用等さまざまな方面から検討
されているが、中でも圧電振動子を利用した超音波的手
法が有望視されている。この方法は被検体に取り付けた
圧電体そのものをセンサとして用い直線信号を検出する
方法であって、一般的となっている。
判定するシステムを構築することは、工作機械の自動化
を含めた工場のFA化を推進する上で重要な課題である。
この手法には光や磁気の応用等さまざまな方面から検討
されているが、中でも圧電振動子を利用した超音波的手
法が有望視されている。この方法は被検体に取り付けた
圧電体そのものをセンサとして用い直線信号を検出する
方法であって、一般的となっている。
（発明が解決しようとする課題） そこで、圧電トランスデューサによって被検体中に音
波を発生しその変化を検出することにより内部変化を検
知することが考えられる。すなわち、被検体を遅延線と
して遅延線発振器を構成する方法で、その内部変化は発
振周波数の変化として検出が可能である。
波を発生しその変化を検出することにより内部変化を検
知することが考えられる。すなわち、被検体を遅延線と
して遅延線発振器を構成する方法で、その内部変化は発
振周波数の変化として検出が可能である。
本発明はこのような動作原理に鑑みなされたもので、
幅広い用途をもつ超音波振動検出器を提供することを目
的とする。
幅広い用途をもつ超音波振動検出器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） 本発明は遅延媒体からなる被検体であって、該遅延媒
体中を伝搬する超音波が中央の壁面に一度反射する形状
を有するとともに中央に前記超音波の直接波と反射波の
干渉を防ぐためのスリットを有する角棒と、該角棒の入
出力端となる両端に各々設けた圧電トランスデューサと
からなる遅延線と増幅器とから遅延線発振器を構成した
ことに特徴がある。
体中を伝搬する超音波が中央の壁面に一度反射する形状
を有するとともに中央に前記超音波の直接波と反射波の
干渉を防ぐためのスリットを有する角棒と、該角棒の入
出力端となる両端に各々設けた圧電トランスデューサと
からなる遅延線と増幅器とから遅延線発振器を構成した
ことに特徴がある。
（作用） 以上のような構成を有する本発明によれば、遅延線が
ある周波数の振動の影響を受けると、それに応じた発振
周波数の変化が起こり、発振周波数は遅延線の振動によ
り周波数変調を受ける。遅延線の変形に伴う伝搬路長の
変化が発振周波数の変化に対応することがわかる。
ある周波数の振動の影響を受けると、それに応じた発振
周波数の変化が起こり、発振周波数は遅延線の振動によ
り周波数変調を受ける。遅延線の変形に伴う伝搬路長の
変化が発振周波数の変化に対応することがわかる。
従って、本発明は幅広い用途をもつ超音波振動検出器
を提供できる。
を提供できる。
（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図である。
同図からわかるように、この遅延線は真ちゅう角棒を使
用し、音波が中央で一度壁面に反射するような形状であ
る。更に、直接波と反射波の干渉を防ぐため中央にスリ
ットを設けている。このスリットの存在により遅延線は
反射点付近において変形しやすい形状になっている。第
２図はこの遅延線の入出力信号の遅延応答波形を示す図
である。この図より遅延媒体中の音波の伝搬速度Ｖは次
式で与えられる。
同図からわかるように、この遅延線は真ちゅう角棒を使
用し、音波が中央で一度壁面に反射するような形状であ
る。更に、直接波と反射波の干渉を防ぐため中央にスリ
ットを設けている。このスリットの存在により遅延線は
反射点付近において変形しやすい形状になっている。第
２図はこの遅延線の入出力信号の遅延応答波形を示す図
である。この図より遅延媒体中の音波の伝搬速度Ｖは次
式で与えられる。
Ｖ＝1d/td ・・・（１） ここで、1dは遅延線路長、tdは遅延時間である。第２
図よりtd＝23μｓで、これよりＶ＝3585m/sである。こ
の速度は遅延媒体である真ちゅうを伝わる縦波の速度38
30m/sに概ね一致する。このように遅延線発振器は増幅
器からの出力が遅延線によって時間tdだけ遅れて、さら
に減衰をうけて入力に帰還される過程を繰り返してい
る。この発振器の発振条件として次式を満足する必要が
ある。
図よりtd＝23μｓで、これよりＶ＝3585m/sである。こ
の速度は遅延媒体である真ちゅうを伝わる縦波の速度38
30m/sに概ね一致する。このように遅延線発振器は増幅
器からの出力が遅延線によって時間tdだけ遅れて、さら
に減衰をうけて入力に帰還される過程を繰り返してい
る。この発振器の発振条件として次式を満足する必要が
ある。
振幅条件 Ａ・β＞１ 位相条件 φｅ＋φｍ＝2nπ ・・・（２） （ｎ＝0,1,2,3,…） ここで、Ａは増幅率、βは帰還率、φｅは電気的な位
相遅れ、φｍは音響的な位相遅れである。
相遅れ、φｍは音響的な位相遅れである。
さらに、φｍは次式のように表される。
φｍ＝２πf1d/V ・・・（３） ここで、ｆは発振周波数である。
一般に、φｍ＞φｅより、式（２），（３）から次式
が得られる。
が得られる。
ｆ＝nV/1d ・・・（４） したがって、発振周波数ｆは遅延線路長1dの変化に依
存し、その変化幅Δ１で微分することによって次式で与
えられる。
存し、その変化幅Δ１で微分することによって次式で与
えられる。
Δｆ＝−nVΔ1/1d 2＝−ｆΔ1/1d ・・・（５） さらに、Δ１は第３図に示されるようにθの変化と幾
何学的に関係づけられる。このことから遅延線の変形に
伴う伝搬路長の変化が発振周波数の変化に対応すること
が分かる。遅延線がある周波数の振動の影響を受ける
と、それに応じた発振周波数の変化が起こる。すなわ
ち、発振周波数は遅延線の振動により周波数変調を受け
ることが分かる。
何学的に関係づけられる。このことから遅延線の変形に
伴う伝搬路長の変化が発振周波数の変化に対応すること
が分かる。遅延線がある周波数の振動の影響を受ける
と、それに応じた発振周波数の変化が起こる。すなわ
ち、発振周波数は遅延線の振動により周波数変調を受け
ることが分かる。
なお、本実施例における圧電トランスデューサはTDK
製91A材で、厚さ0.20mm、厚み方向に分極され、厚み振
動モードの発振器を構成すると周波数11.3MHzで発信す
る。第４図は第１図に示した遅延線発振器の発振周波数
の変化Δｆと角度変位Δθとの関係を示した図である。
第３図の上方に曲げた場合に周波数は減少し、下に曲げ
た場合に高くなっており、遅延線の変形により発振周波
数が変化することが確認できた。
製91A材で、厚さ0.20mm、厚み方向に分極され、厚み振
動モードの発振器を構成すると周波数11.3MHzで発信す
る。第４図は第１図に示した遅延線発振器の発振周波数
の変化Δｆと角度変位Δθとの関係を示した図である。
第３図の上方に曲げた場合に周波数は減少し、下に曲げ
た場合に高くなっており、遅延線の変形により発振周波
数が変化することが確認できた。
次に、この遅延線をボール盤に固定しドリルの運転状
態に伴う変化を観察した。この測定系のブロック図を第
５図に示す。遅延線はボール盤の切削台上に被切削材と
一緒に万力で固定した。測定系への接続は増幅器を介
し、接続機器からの影響を排除している。ボール盤の振
動による発振周波数の変調成分を検出するため、Ｆ−Ｖ
コンバーターを用いた。ボール盤のドリルの運転状態と
それに対応したＦ−Ｖコンバーターの出力波形を第６図
に示す。ドリルの状態は静止状態と1000rpmの回転状
態、および切削中の２つの状態でドリル（ａ）は正常な
切削、ドリル（ｂ）は切削中に異常な高温が発生した場
合である。出力波形の振幅は発振周波数の変化を表わし
ているから、第６図はボール盤の振動の運転状態による
相違を表わしている。切削中のドリル（ｂ）と他との差
は顕著であり、正常な運転状態か異常な状態かの区別を
することが可能であることが分かる。
態に伴う変化を観察した。この測定系のブロック図を第
５図に示す。遅延線はボール盤の切削台上に被切削材と
一緒に万力で固定した。測定系への接続は増幅器を介
し、接続機器からの影響を排除している。ボール盤の振
動による発振周波数の変調成分を検出するため、Ｆ−Ｖ
コンバーターを用いた。ボール盤のドリルの運転状態と
それに対応したＦ−Ｖコンバーターの出力波形を第６図
に示す。ドリルの状態は静止状態と1000rpmの回転状
態、および切削中の２つの状態でドリル（ａ）は正常な
切削、ドリル（ｂ）は切削中に異常な高温が発生した場
合である。出力波形の振幅は発振周波数の変化を表わし
ているから、第６図はボール盤の振動の運転状態による
相違を表わしている。切削中のドリル（ｂ）と他との差
は顕著であり、正常な運転状態か異常な状態かの区別を
することが可能であることが分かる。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、遅延線発振器
を振動検出に応用することで遅延媒体を工作機械ととも
に振動させることにより運転状態の変化を検知でき、異
常振動を適当なしきい値を設けることによって検出が可
能である。
を振動検出に応用することで遅延媒体を工作機械ととも
に振動させることにより運転状態の変化を検知でき、異
常振動を適当なしきい値を設けることによって検出が可
能である。
この方法は工作機械の一部を遅延媒体として利用する
こともでき、あるいは遅延媒体を適当に選択または設計
することにより多種多様な振動検出に応用可能である。
またこの方法はMHz程度の周波数を用いていることで、
無線化が容易である。
こともでき、あるいは遅延媒体を適当に選択または設計
することにより多種多様な振動検出に応用可能である。
またこの方法はMHz程度の周波数を用いていることで、
無線化が容易である。
第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
本実施例の遅延線の入出力信号の遅延応答波形を示す
図、第３図は本実施例の遅延線の遅延媒体中の伝搬状態
を示す図、第４図は遅延線発振器の発振周波数の変化Δ
ｆと角度変位Δθとの関係を示した図、第５図は測定系
を示すブロック図、第６図はボール盤のドリルの運転状
態とそれに対応したＦ−Ｖコンバーターの出力波形を示
す図である。
本実施例の遅延線の入出力信号の遅延応答波形を示す
図、第３図は本実施例の遅延線の遅延媒体中の伝搬状態
を示す図、第４図は遅延線発振器の発振周波数の変化Δ
ｆと角度変位Δθとの関係を示した図、第５図は測定系
を示すブロック図、第６図はボール盤のドリルの運転状
態とそれに対応したＦ−Ｖコンバーターの出力波形を示
す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】遅延媒体からなる被検体であって、該遅延
媒体中を伝搬する超音波が中央の壁面に一度反射する形
状を有するとともに中央に前記超音波の直接波と反射波
の干渉を防ぐためのスリットを有する角棒と、該角棒の
入出力端となる両端に各々設けた圧電トランスデューサ
とからなる遅延線と増幅器とから遅延線発振器を構成
し、 該遅延線の変形に伴う伝搬路長の変化を前記遅延線の発
振周波数の変化とすることを特徴とする超音波振動検出
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP211289A JP2764987B2 (ja) | 1989-01-10 | 1989-01-10 | 超音波振動検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP211289A JP2764987B2 (ja) | 1989-01-10 | 1989-01-10 | 超音波振動検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02183120A JPH02183120A (ja) | 1990-07-17 |
| JP2764987B2 true JP2764987B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=11520269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP211289A Expired - Lifetime JP2764987B2 (ja) | 1989-01-10 | 1989-01-10 | 超音波振動検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2764987B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110553934A (zh) * | 2019-10-16 | 2019-12-10 | 浙江科技学院 | 用于动态冲切岩土体的圆孔线型钉柱式双面聚能切缝及监测系统 |
-
1989
- 1989-01-10 JP JP211289A patent/JP2764987B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110553934A (zh) * | 2019-10-16 | 2019-12-10 | 浙江科技学院 | 用于动态冲切岩土体的圆孔线型钉柱式双面聚能切缝及监测系统 |
| CN110553934B (zh) * | 2019-10-16 | 2021-11-02 | 浙江科技学院 | 圆孔线型钉柱式双面聚能切缝及监测系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02183120A (ja) | 1990-07-17 |
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