JP3099555B2 - 応力計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、応力計測装置に係り、
特に超音波の伝播時間が被計測体に加わる応力によって
変化する現象（音弾性効果）を利用して、被計測体に加
わる応力を測定する応力計測装置に関するものである
が、同じ原理によって測定可能な、液体濃度，流量等の
時間的変化の計測に適用することも可能である。

【０００２】被計測体における応力の時間的変化の自動
計測は、すでに各種の目的に対して行われているが、特
にある分野においては、高速で発生する微小な応力の変
化を精度よく測定できる、応力計測装置が要求されてい
る。

【０００３】このような応力計測装置は、演算にマイク
ロコンピュータを必要とせず、リアルタイムに高速の計
測を行うことができるとともに、装置が簡単で安価に構
成できるものであることが望まれる。

【０００４】

【従来の技術】図９は、従来の、および本発明が適用さ
れる応力計測装置の全体構成を示したものである。図９
において、符号５２はパルサであって、スタートパルス
の入力により高速・高電圧パルスを発生する。符号５３
は送信用超音波トランスデューサであって、この高速・
高電圧パルスを超音波パルスに変換して、被計測体５４
中に送信する。符号５５は受信用超音波トランスデュー
サであって、被計測体５４中を伝播した超音波パルスを
受信して、電気パルス（受信信号）に変換する。符号５
６は広帯域増幅器であって、この受信信号を増幅する。
符号５７は比較器であって、増幅された受信信号をディ
ジタル信号に変換する。符号１は時間計測部であって、
スタートパルスを発生するとともに、比較器５７の出力
を受けて、スタートパルスの出力からディジタル信号の
入力までの未知時間Ｔ_x を計測する。符号６０は表示部
であって、計測結果等の表示を行なう。

【０００５】次に、応力計測原理をも含めてこの装置の
全体的動作を説明する。いま、時刻Ｔ₁ に時間計測部１
からスタートパルスがパルサ５２に入力されると、パル
サ５２では、超音波トランスデューサ駆動用の高速，高
電圧パルスを発生する。この高速・高電圧パルスが、送
信用超音波トランスデューサ５３で圧電効果により電気
音響変換されて超音波パルスが発生する。この超音波パ
ルスが被計測体５４の内部を伝播したのち、受信用超音
波トランスデューサ５５で再び電気パルス（受信信号）
に変換され、この受信信号が広帯域増幅器５６で十分な
レベルまで増幅される。

【０００６】この増幅された受信信号の電圧が、比較器
５７で基準電圧Ｖ_C と比較され、ディジタル信号（パル
ス信号）に変換されて、時刻Ｔ₂ に時間計測部１に入力
される。時間計測部１では、時刻Ｔ₁ ，Ｔ₂ によって、
スタートパルスの出力から、ディジタル信号の入力まで
の未知時間Ｔ_x を計測する。すなわち未知時間Ｔ_x は、
次式の関係で求められる。 Ｔ_x ＝Ｔ₂ −Ｔ₁ …

【０００７】ここで、未知時間Ｔ_x には、電気回路中を
電気信号が伝播するのに要する時間Ｔ_e も含まれるの
で、時間計測部１を構成する後述するマイクロコンピュ
ータでは、これを差し引いて、超音波が被計測体５４の
中を伝播する時間Ｔ_u を求め、表示部６０に表示する。 Ｔ_u ＝Ｔ_x −Ｔ_e ＝Ｔ₂ −Ｔ₁ −Ｔ_e …

【０００８】さらにマイクロコンピュータは、前回（１
サンプル前）の伝播時間測定結果と、今回の伝播時間測
定結果との差を、所定のプログラムによって演算し、こ
の演算結果に応力変換係数ｋを乗じることによって応力
値を求めて、表示部において表示する。

【０００９】時間計測部１は、超音波パルスを１回送信
するごとに、時間を高精度に計測する回路であり、図１
０に、その具体的回路構成例が示されている。

【００１０】時間計測部１において、符号２はクロック
発生回路部であって、時間計測の基準となるクロックパ
ルスを発生する。符号３はスタートパルス発生回路部で
あって、外部トリガ信号の入力により、クロックパルス
の立ち上がり又は立ち下がりエッジと同期して、かつ所
定時間間隔ごとにスタートパルスを発生する。符号４は
パルスカウント回路部であって、スタートパルスの発生
ごとに、このスタートパルスの発生から比較器５７から
のディジタル信号の入力までの未知時間Ｔ_x における、
クロックパルスのパルス数をカウントする。符号５は端
数時間計測回路部であって、未知時間Ｔ_x に含まれる端
数時間を計測する。符号６はマイクロコンピュータであ
って、パルスカウント回路部４と端数時間計測回路部５
との出力を受けて、未知時間Ｔ_x （＝Ｔ₂ −Ｔ₁ ）を算
出し、記憶する。

【００１１】クロック発生回路部２は、水晶発振子７と
水晶発振回路８とからなり、時間計測の基準となる周波
数精度及び安定性の高いクロックパルスを発生する。

【００１２】スタートパルス発生回路部３では、波形整
形回路９によって、外部トリガ入力端子２１から入力さ
れた外部トリガ信号を、波形整形して方形波として出力
する。ＪＫフリップフロップ（以下「ＪＫ−ＦＦ」と略
述する。）１０は、この波形整形回路９の出力がそのＪ
入力端子に接続され、水晶発振回路８の出力がＣＫ（ク
ロック）入力端子に接続されていて、方形波の出力時、
クロックに同期して出力ＱがＨi となる。これによっ
て、ＡＮＤ（アンド）ゲート１１を経て、プログラマブ
ル分周器１２にクロックが入力される。

【００１３】プログラマブル分周器１２は、水晶発振回
路８の出力を分周して、例えば３ｍｓｅｃ（ミリセコン
ド）〜１００ｍｓｅｃ程度の周期の信号に変換する。１
３は、スタートパルス発生回路であって、このプログラ
マブル分周器１２の出力を受けたとき、水晶発振回路８
からのクロックパルスの立ち上がり又は立ち下がりに同
期して、スタートパルス（パルサドライブパルス）を発
生する。１４は分周器であって、プログラマブル分周器
１２の出力を分周して、サンプリング数を定める出力を
発生する。

【００１４】分周器１４の出力は、ＪＫ−ＦＦ１０のＫ
入力端子に接続されているので、ＪＫ−ＦＦ１０は分周
器１４の出力発生によってクロックに同期してＬo とな
り、ＡＮＤゲート１１を介するプログラマブル分周器１
２への入力を停止する。プログラマブル分周器１２と分
周器１４とは、ＪＫ−ＦＦ１０の反転により、同時にリ
セットされるように構成されている。更に、ＪＫ−ＦＦ
１０のＱ出力は、マイクロコンピュータ６にも接続され
ている。

【００１５】パルスカウント回路部４において、スター
トパルス発生回路１３からのスタートパルスをＳ（セッ
ト）入力とし、前述した比較器５７からのディジタル信
号をＲ（リセット）入力とする、リセット・セット・フ
リップフロップ（以下「ＲＳ−ＦＦ」と略述する。）１
５のＱ出力に応じて、スタートパルス発生から、ＡＮＤ
ゲート１６を経て、水晶発振回路８の出力をカウンタ回
路１７に入力し、カウンタ回路１７は、これをカウント
する。比較器５７の出力発生時、ＲＳ−ＦＦ１５はリセ
ットし、ＡＮＤゲート１６を介するクロックの入力が停
止して、カウンタ回路１７はカウントを停止する。この
カウンタ回路１７の出力は、マイクロコンピュータ６へ
入力される。

【００１６】端数時間計測回路部５において、端数パル
ス発生回路１８は、前述した比較器５７からのディジタ
ル信号と 水晶発振回路８の出力とを入力として、ディ
ジタル信号の入力から次のクロックパルスの入力までの
端数時間ｔ_x に相当する幅のパルスを発生する。積分回
路１９は、この端数パルス発生回路１８の出力を積分す
る。Ａ／Ｄコンバータ２０は、この積分結果をアナログ
−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換する。Ａ／Ｄコンバータ２
０の出力は、マイクロコンピュータ６に入力される。

【００１７】マイクロコンピュータ６は、ＪＫ−ＦＦ１
０のＱ出力によって、計測が開始されたことを知り、カ
ウンタ回路１７の計測結果と、端数時間計測回路部５の
計測結果とを用いて未知時間Ｔ_x を算出し、これに基づ
き、超音波が被計測体５４の中を伝播する時間Ｔ_u を求
め、メモリに記憶する。

【００１８】そしてこの時間計測結果に基づいて、前回
の伝播時間測定結果と、今回の伝播時間測定結果との差
から、所定のプログラムに応じて演算を行って、この演
算結果に応力変化係数ｋを乗じることによって応力値を
求めて、表示部において表示する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の応力
計測装置におていは、被測定体内における超音波パルス
の伝播時間を、クロック単位と端数部分とについて測定
し、この測定結果から、マイクロコンピュータを用いて
演算を行って、超音波パルスの伝播時間の計測を行い、
これによって被測定体における応力を計測するようにし
たいた。そのため、構成が複雑化して高価なものになる
とともに、マイクロコンピュータの演算処理に時間がか
かるため、サンプリング間隔が短くなるとマイクロコン
ピュータの処理が追従できなくなり、従って高速処理に
適しないという問題があった。

【００２０】本発明は、このような従来技術の課題を解
決しようとするものであって、応力計測装置において、
超音波パルス伝播時間の演算の高速処理を可能とし、こ
れによって応力計測の迅速化を図った応力計測装置を提
供することを、その目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明では、スタートパ
ルスに応じて被計測体に超音波パルスを印加し、このス
タートパルス発生から被計測体からの受信パルス検出ま
での時間を計測する装置において、プログラマブルディ
レーライン３６を設けて、スタートパルスを任意の時間
遅延し、ランプ波発生回路３９を設けて、この遅延した
スタートパルスによってスタートして経過時間に対応し
て１次関数的に上昇する電圧を発生して、受信パルスの
検出時の電圧値を保持し、サンプルホールド回路４２を
設けて、ランプ波発生回路に保持された電圧をサンプリ
ング周期ごとに保持し、減算器４３を設けて、保持され
た前回の電圧値から今回の電圧値を減算する。

【００２２】このようにして求められた差電圧値から、
被計測体中での超音波パルスの伝播時間の変化を求め、
求められた変化時間に対して、所定の係数を乗算するこ
とによって、被計測体中における応力を求める。

【００２３】

【作用】応力計測装置においは、スタートパルスに応じ
て被計測体に超音波パルスを印加し、このスタートパル
ス発生から被計測体からの受信パルス検出までの時間を
計測することによって、被計測体における応力の発生に
基づく超音波伝播速度の変化を検出する。

【００２４】被計測体に応力が印加されたとき、この被
計測体中を伝播する超音波の速度が変化することが知ら
れているので、計測された超音波伝播時間の変化から一
定の関係によって、被計測体における応力を求めること
ができる。

【００２５】そのために、プログラマブルディレーライ
ン３６とランプ波発生回路３９とによって、スタートパ
ルス発生からある時間経過後から、受信パルス検出まで
の時間を、直線的に変化する電圧値に変換する。そして
サンプリング周期ごとにこの電圧値を保持することによ
って、１サンプリング周期の時間経過ごとの電圧差を求
め、さらこの電圧値を時間差に変換する。

【００２６】このようにして１サンプリング周期経過ご
との超音波伝播時間の変化を求めて、これに予め求めら
れている、応力変換係数ｋを乗じることによって、被計
測体における応力の変化を時系列的に求めることができ
る。

【００２７】この場合、プログラマブルディレーライン
３６によって設定される遅延時間を、被計測体および電
気回路を伝播する超音波パルスの遅延時間に近くするこ
とによって、微小な経過時間中の超音波伝播時間の変化
を高精度に計測することができる。

【００２８】

【実施例】本発明の応力計測装置は、図９に示された従
来の構成とは、時間計測部１を大幅に改善した点におい
て前述した従来例と著しく相違する。図１は、本発明に
おける時間計測部１の構成を示したものであって、図１
０におけると同じものを同じ番号で示している。また、
図１において、１点鎖線で囲んで示す符号２５はサンプ
リング時間コントローラであって、サンプリングのタイ
ミングと時間間隔とを決定する。その他の部分は、超音
波の伝播時間を計測する時間計測回路を構成している。

【００２９】サンプリング時間コントローラ２５におい
て、符号２６はクロックをカウントするカウンタ回路、
符号２７はカウンタ回路２６のカウント結果をラッチす
るラッチ回路である。また、符号３１はラッチ回路２７
の出力をアナログ信号に変換するディジタルアナログ
（Ｄ／Ａ）コンバータ、符号３２は受信波の検出結果を
監視するモニタ、符号３３はパルスの先後の検出結果を
監視するモニタ、符号３４は、モニタ３２の監視結果を
表示する表示灯、符号３５はモニタ３３の監視結果を表
示する表示灯である。

【００３０】符号３６はスタートパルスの遅延時間を任
意に設定可能なプログラマブルディレーライン、符号３
７は遅延したスタートパルスと受信パルスとの先後を検
出するパルス先後検出回路、符号３８はスタートパルス
に応じて高速，高圧のパルスを発生するパルサ、符号３
９は時間差に応じて変化するランプ波形の信号を発生す
るランプ波発生回路、符号４０はランプ波の電圧を保持
する高速サンプルホールド回路である。

【００３１】符号４１は初期化のためのサンプリングパ
ルスを発生するサンプリングパルス発生回路、符号４２
は高速サンプルホールド回路のホールド結果の電圧を保
持するサンプルホールド回路、符号４３は、サンプリン
グホールド回路４２に保持された前回の計測値と、高速
サンプリングホールド回路４０に保持された今回の計測
値との差をとる減算器である。

【００３２】サンプリング時間コントローラ２５は、外
部トリガ信号に同期して、周期的に変化する応力を測定
するために、外部トリガからサンプリングまでの時間を
測定して、その結果を時系列的に並べることを目的とし
ている。

【００３３】図２は、外部トリガ信号とサンプリングパ
ルスとを示したものであって、外部トリガ信号は、例え
ばエンジンのクランク角一定の点（上死点等）におい
て、エンジン軸に結合されたエンコーダ等によって発生
し、その後、一定間隔でサンプリングが行われる。本発
明の応力計測装置は、上死点に同期させて応力の時間的
変化を計測して、シリンダ内圧を測定する等の目的に使
用されるものである。

【００３４】外部トリガ信号は、波形整形回路９におい
て方形波に波形整形されて、カウンタ回路２６のリセッ
ト端子に加えられる。水晶発振器８は水晶発振子７によ
って定まる一定周波数のパルスを発生し、プログラマブ
ル分周器１２は、これを予め設定された分周比で分周し
て分周クロックを発生する。スタートパルス発生回路１
３は、この分周パルスに応じてスタートパルスを発生
し、パルサ３１は、スタートパルスに応じて高速，高圧
の超音波パルスを発生して、超音波センサに印加する。
時間計測部１は、この超音波パルス発生のタイミング
と、広帯域増幅器からの受信パルスのタイミングとによ
り、超音波パルスの伝播時間を計測する。

【００３５】カウンタ回路２６は、波形整形回路９を経
て外部トリガ信号によってリセットされ、水晶発振器８
の出力によってカウントアップされる。ラッチ回路２７
は、スタートパルスに応じて、カウンタ回路２６の出力
をラッチし、その出力は、Ｄ／Ａコンバータを経てアナ
ログ信号に変換されて、時間出力を発生する。時間出力
は、外部トリガ信号からの、経過時間を示している。

【００３６】図３は、サンプリングのタイミングチャー
ト（１）を示したものである。外部トリガ信号と送信タ
イミングとは全く非同期なので、最初の送信タイミング
Ｔ₁と外部トリガ信号との時間Δｔは、外部トリガ信号
ごとに異なる値となり、次の送信タイミングＴ₂ 以後、
一定のサンプリング間隔ΔＴでサンプリングが行われ
る。サンプリング間隔ΔＴは、プログラマブル分周器１
２の分周比によって定まる。

【００３７】時間計測回路部においては、超音波パルス
を送信してから、受信するまでの時間を計測する。ま
ず、広帯域増幅器５６の増幅度および比較器５７の基準
電圧Ｖ_C とを調整して、目的とする超音波パルスが安定
して受信できる状態にする。ここで、比較器５７には、
一般的には、安定した時間計測動作が可能な、ゼロクロ
スコンパレータ回路が主として用いられる。

【００３８】比較器５７において、適正に受信信号がコ
ンパレートされると、比較器５７から受信タイミングに
対応して、パルスが出力される。モニタ３２は、受信信
号を検出するパルス検出器であって、受信パルスを検出
すると、モニタ用表示灯（ＬＥＤ）３３を一定時間点灯
することによって、受信信号を検出したことを表示す
る。

【００３９】図４は、パルス先後検出回路３７の構成を
示したものであって、６１はリセットセットフリップフ
ロップ（ＲＳ−ＦＦ）、６２はＤタイプフリップフロッ
プ（Ｄ−ＦＦ）である。また図５は、プログラマブルデ
ィレーライン３６と、パルス先後検出回路３７の動作を
説明するタイムチャートである。

【００４０】プログラマブルディレーライン３６とパル
ス先後検出回路３７とは、スタートパルス発生回路１３
のパルスを基準として動作する。図５に示すように、プ
ログラマブルディレーライン３６は、このパルスから、
予め設定されたディレー値ｔ_d だけ遅延させて、パルス
を発生する。スタートパルス発生回路１３のパルスは、
同時にパルサ３８を動作させて、超音波パルスを発生さ
せる。

【００４１】被測定体からの受信パルスは、広帯域増幅
器５６で増幅され、比較器５７によってパルスに変換さ
れるが、このパルスは、スタートパルスから、超音波の
伝播時間ｔ_u と、電気回路による遅延時間ｔ_e とに相当
する遅延を伴っている。パルス先後検出回路３７は、プ
ログラマブルディレーライン３６の出力と、比較器５７
の出力との時間的先後を検出する。

【００４２】図４において、スタートパルス発生回路１
３からのスタートパルスによって、ＲＳ−ＦＦ６１，Ｄ
−ＦＦ６２をリセットする。プログラマブルディレーラ
イン３６からパルス出力があると、ＲＳ−ＦＦ６１がセ
ットされて、そのＱ出力がハイレベル「Ｈi」となる。
また比較器５７の出力の立ち上がりによって、ＲＳ−Ｆ
Ｆ６１のＱ出力をＤ−ＦＦ６２にラッチして、Ｑ出力を
発生する。

【００４３】いま、プログラマブルディレーライン３６
のパルスが先であれば、ＲＳ−ＦＦ６１の出力Ｈi がラ
ッチされ、比較器５７の出力が先であれば、ＲＳ−ＦＦ
６１の出力Ｌo がラッチされるので、これによって、パ
ルスの先後を検出することができる。モニタ３３は、パ
ルス先後検出回路３７において検出されたパルスの先後
を検出するパルス検出器であって、プログラマブルディ
レーライン３６のパルスが先のとき、モニタ用表示灯
（ＬＥＤ）３５を点灯することによって、これを表示す
る。

【００４４】パルス先後検出回路３７によって、パルス
の先後を確認しながら、プログラマブルディレーライン
３６の遅延時間設定値を次第に大きくしてゆき、ｔ_d ＞
ｔ_u＋ｔ_e になると、パルス先後検出回路３７が反転し
て出力がＬo となり、モニタ用ＬＥＤ３５が消灯するの
で、その時のｔ_d の値から、「ｔ_u ＝ｔ_d −ｔ_e 」の関
係によって、ｔ_u を知ることができる。

【００４５】図６は、ランプ波発生回路３９の動作を、
タイムミングチャートによって示したものである。ラン
プ波発生回路３９の出力電圧は、プログラマブルディレ
ーライン３６の出力から比較器出力ｔ_u ＋ｔ_e の間、一
次関数的に電圧が上昇し、比較器出力の発生後は、一定
の電圧に保たれる。高速サンプルホールド回路４０は、
ランプ波発生回路３９の出力電圧を保持することによっ
て、この間の時間（ｔ_u ＋ｔ_e −ｔ_d ）に比例する電圧
が得られる。ただし、ランプ波発生回路３９は、ｔ_u ＋
ｔ_e ＞ｔ_d のときのみ動作可能なので、前述の状態によ
って、ｔ_d の値を調整する必要がある。

【００４６】次に、図１の回路における調整の方法につ
いて説明する。音弾性効果による音速変化は、引張応力
のとき音速が低下し、従って伝播時間ｔ_u が増大する。
一方、圧縮応力のとき音速が増大し、従って伝播時間ｔ
_u が減少する。このため、被計測体に作用する応力が、
引張応力のみであることがわかっている場合には、ｔ_u
＋ｔ_e がｔ_d より僅かに大きい状態とする。逆に、圧縮
応力のみであることがわかっている場合には、ｔ_u ＋ｔ
_e とｔ_d を、ランプ波が発生可能な、最大値にセットす
る。さらに、引張_, 圧縮の両応力が発生する場合には、
これらの中間の値に調整すればよい。このようにするこ
とによって、応力の変化が電圧出力として、高速サンプ
ルホールド回路４０の出力に現れることになる。

【００４７】以上の調整が終了したとき、被計測体に応
力が加えられていない状態で、初期値の記憶を行う。こ
れには、図１におけるスイッチＳＷ₁ をａ側として、Ｓ
Ｗ₂をオンにすることによって、サンプリングパルス発
生回路４１から、サンプリングパルスをサンプルホール
ド回路４２に与える。これによって、高速サンプルホー
ルド回路４０の出力電圧がサンプルホールド回路４２に
記憶され、減算器４３の出力はゼロとなって、初期化が
行われる。

【００４８】初期化が行われたのちは、被計測体に応力
を加えることによって、応力出力端子に、応力に比例し
た出力電圧が得られるので、この応力出力電圧を、オシ
ロスコープの垂直軸に接続し、時間出力電圧をオシロス
コープの垂直軸に接続することによって、応力変化を可
視的にモニタすることができる。なお、スイッチＳＷ₁
をｂ側に倒したときは、外部トリガ信号の入力ごとに初
期化が行われる。

【００４９】図７は、本発明の他の実施例を示したもの
であり、演算部に限定してマイクロコンピュータを使用
した場合を示し、演算結果を蓄積することによって、等
価的に送信タイミングを短縮したのと同等の効果を得ら
れる例を示している。図１におけると同じものを同じ番
号で示し、符号４５はアナログディジタル（Ａ／Ｄ）コ
ンバータ、符号４６はマイクロコンピュータ、符号４８
は表示部である。

【００５０】図７に示された実施例における各部の動作
は、図１に示された実施例とほぼ同様であるが、マイク
ロコンピュータとのインタフェース部が若干異なってい
る。以下においては、この異なる部分についてのみ説明
する。

【００５１】マニュアル操作によって、またはマイクロ
コンピュータのプログラムによって、広帯域増幅器５６
の増幅度および比較器５７の基準電圧Ｖ_C の調整を行う
と、受信超音波パルスに対応したパルスが、比較器５７
から出力される。このパルスによって、マイクロコンピ
ュータ４６に割り込みが発生する。

【００５２】マイクロコンピュータ４６は、この割り込
みによってパルス先後回路３７の出力状態を読み込ん
で、時間ｔ_d とｔ_u ＋ｔ_e の先後を検知し、プログラマ
ブルディレーライン３６のディレー値ｔ_d を次第に大き
くしてゆき、ｔ_u ＋ｔ_e とｔ_dとが等しくなるときのｔ
_d 値を求める。

【００５３】続いて、応力計測範囲がランプ波発生回路
３９の有効範囲内になるように、プログラマブルディレ
ーライン３６のディレー値ｔ_d をセットする。次に、被
計測体が無応力状態のときの、Ａ／Ｄコンバータ４５の
出力値を初期値Ｖ₀ として読み込み、メモリに記憶させ
る。

【００５４】この状態までで、初期化の処理が終了する
ので、以後は、比較器５７からの割り込みごとに、Ａ／
Ｄコンバータ４５の出力値Ｖ_A を読み込んで、Ｖ_A −Ｖ
₀ を計算し、さらにラッチ回路２７から時間情報ｔ_A を
読み込み、これらｔ_A,Ｖ_A をペアとしてメモリに記憶し
て、表示部４７において、横軸を時間とし、縦軸を応力
としてグラフ化して表示させる。また、波形整形回路９
からの割り込み処理によって、外部トリガの入力を知る
ことができる。

【００５５】図８は、サンプリングのタイミングチャー
ト（２）を示したものであって、第１回，第２回，第３
回，…のサンプリング時の送信タイミングを示してい
る。本発明の場合、外部トリガ信号と送信タイミングと
は非同期なので、図８に示されるように、外部トリガ信
号ごとに、超音波送信タイミングとのずれ、Δｔ_1,Δｔ
₂ ，Δｔ₃ ，…は不定である。

【００５６】そこで、外部トリガ信号に対して、同期し
て変化する応力に対しては、複数回の外部トリガ信号に
よるサンプル出力を、時間順に並べてメモリに蓄積し
て、これを表示することによって、等価的に超音波の送
信タイミングΔＴを短縮したのと、同様な効果を得るこ
とも可能である。

【００５７】なお、図７に示された実施例において、サ
ンプリング時間コントローラの部分のみを、図１０に示
された従来例の回路と同様のスタートパルス発生回路部
としても、同様の測定を行うことができる。ただしこの
場合は、図８に示されたような、等価的に超音波の送信
タイミングΔＴを短縮する効果は得られない。

【００５８】一般に、応力の変化に伴う被計測体内の超
音波パルスの伝播時間の変化は小さいが、本発明では、
プログラマブルディレーラインを使用して、ある設定値
からの経過時間を測定するようにしたので、応力の変化
に基づく微小な伝播時間の変化を高精度に計測すること
ができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、応
力計測装置において、ハードウエアによって時間計測の
演算を行うようにしたので、従来の場合とて比べて、よ
り高速に演算処理を行うことができ、従って高速処理に
適した応力計測装置を実現することができる。また演算
処理にマイクロコンピュータを使用する場合には、応力
測定結果を時系列的に蓄積して表示することよって、超
音波パルスの送信タイミングを短縮したのと同様の効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】外部トリガ信号とサンプリングパルスとを示す
図である。

【図３】サンプリングのタイミングチャート（１）を示
す図である。

【図４】パルス先後検出回路の構成を示す図である。

【図５】プログラマブルディレーラインと、パルス先後
検出回路の動作を説明する図である。

【図６】ランプ波発生回路の動作を、タイムミングチャ
ートによって示す図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す図である。

【図８】サンプリングのタイミングチャート（２）を示
す図である。

【図９】従来の、および本発明が適用される応力計測装
置の全体構成を示す図である。

【図１０】時間計測部の具体的構成例を示す図である。

【符号の説明】

３６ プログラマブルディレーライン ３９ ランプ波発生回路 ４２ サンプルホールド回路 ４３ 減算器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スタートパルスに応じて被計測体に超音
   波パルスを印加し、該スタートパルス発生から該被計測
   体からの受信パルス検出までの時間を計測する装置にお
   いて、 該スタートパルスを任意の時間遅延するプログラマブル
   ディレーライン（３６）と、該遅延したスタートパルス
   によってスタートして経過時間に対応して１次関数的に
   上昇する電圧を発生し、前記受信パルスの検出時の電圧
   値を保持するランプ波発生回路（３９）と、該ランプ波
   発生回路に保持された電圧をサンプリング周期ごとに保
   持するサンプルホールド回路（４２）と、該保持された
   前回の電圧値から今回の電圧値を減算する減算器（４
   ３）とを設け、 該求められた差電圧値から得られた被計測体中での超音
   波パルスの伝播時間の変化に対して所定の係数を乗じて
   被計測体中における応力を求めることを特徴とする応力
   計測装置。