JP4122443B2 - Elastic modulus measuring device and composite sensor - Google Patents
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Description
本発明は、弾性率測定装置、及び、複合センサーに関し、特に、弾性率が測定される測定対象物である試料に対して振動波を与えて弾性率の測定をする弾性率測定装置等に関する。 The present invention relates to an elastic modulus measuring apparatus and a composite sensor , and more particularly to an elastic modulus measuring apparatus that measures an elastic modulus by applying a vibration wave to a sample that is a measurement object whose elastic modulus is measured.
弾性率は、材料に外力を加えて変形させるときの、弾性範囲内での応力とひずみとの比率である。その弾性率の1つとしてヤング率があり、ヤング率は材料を引き伸ばしたときの引っ張り応力と、単位長さ当たりの物質の伸びとの比である。ヤング率の測定方法として、非特許文献1に示す技術がある。図9は、非特許文献1の技術に関する装置の構成を示したブロックである。
The elastic modulus is a ratio between stress and strain within an elastic range when an external force is applied to the material to deform it. One of the elastic moduli is Young's modulus, which is a ratio of tensile stress when a material is stretched to elongation of a substance per unit length. As a method for measuring the Young's modulus, there is a technique shown in
図9において、測定対象物である試料6を励振器5と振動検出器8とで吊り下げている。試料6を励振するために、低周波発信器3からの振動周波数を連続的に変化させ、試料6の基本振動(固有振動数)と一致した周波数を測定する。その周波数からヤング率を求めることができる。また、試料6を電気炉7で覆うことにより、弾性率の測定を高温下で行うことも可能となっている。
In FIG. 9, a
特許文献2に、試料であるコンクリートにホワイトノイズ信号を与え、コンクリートの劣化を判定する技術を示す。特許文献2では、試料であるコンクリートに対して一定の距離を保ったスピーカーからホワイトノイズ信号を与え、コンクリートで反射した音をマイクで受信する。受信した音は波形で表示され、その波形を分析し、予め測定しておいた基準値と比較してコンクリートが劣化しているか否かを判定する技術である。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228688 shows a technique for giving a white noise signal to concrete as a sample and determining deterioration of the concrete. In
特許文献3に、試料をハンマーで叩いて、その音で試料の欠陥部を測定する技術を示す。特許文献3では、測定対象物である試料をハンマーで叩き、その際に発生した打音を同じハンマーに取り付けられたマイクで受信する。受信された打音は、周波数帯域に分割され、ハンマーに取り付けられたスピーカーから音や画像を出力する技術である。
特許文献4に、コンクリートのひび割れ箇所を測定する技術を示す。特許文献4では、送波器と受波器を一定の距離を保って配置し、コンクリートに対して送波器から超音波を送り、コンクリートの対向面で反射した音波を受波器で受信して、コンクリートのひび割れ箇所の特定をする技術である。
しかしながら、弾性率は材料を変形させた場合の応力とひずみとの比率であることから、弾性率を測定する場合には、応力という概念を無視することはできない。従って、非特許文献1に示すように、材料に対して実際に応力を加えて変形させる必要があった。そのため、非特許文献1の技術では、試料に対して実際に振動を加え、その振動数を徐々に変化させて周波数をスキャニングしながら試料の基本振動(固有振動数)と一致した周波数を測定する必要があり、処理に時間と手間が掛かってしまっていた。
However, since the elastic modulus is the ratio of stress and strain when the material is deformed, the concept of stress cannot be ignored when measuring the elastic modulus. Therefore, as shown in
また、試料を吊り下げている線の素材によっては振動が伝わりにくく、特に高温化において測定する場合は吊り下げる線が耐熱性を有する必要があり、振動が伝わりにくくなることがある。さらに、高温化で測定を行う場合は、図9に示すように、測定空間を電気炉7で覆う必要があるが、試料6を2箇所から吊り下げているため、その試料6を吊り下げている線を通すための穴を、電気炉7に2箇所あける必要がある。そうすると、熱が逃げやすくなり、熱効率が悪くなる。さらに、試料6を2箇所から吊り下げているため、励振器5と振動検出器8の接続線を間違える等して故障が発生してしまう可能性もある。
In addition, depending on the material of the wire on which the sample is suspended, vibrations are difficult to be transmitted. In particular, when measuring at a high temperature, the suspended wires need to have heat resistance, and vibrations may be difficult to be transmitted. Furthermore, when measuring at a high temperature, as shown in FIG. 9, it is necessary to cover the measurement space with an
特許文献2の技術は、ホワイトノイズ信号を与えることで劣化を測定する装置であり、弾性率を測定する装置ではない。また、試料に対して振動波を安定的に与えるために距離センサーや移動手段が設けられており、装置が大型化しているため作業に手間が掛かってしまう。
The technique of
特許文献3の技術は、ハンマーで試料を叩くため、試料が痛んでしまう可能性がある。また、ハンマーと試料が接触して音を発する箇所と、その音を受信するマイクが備えられた箇所が離れた場所にあるため、厳密に測定ができない可能性がある。
In the technique of
特許文献4の技術は、コンクリートの劣化箇所を測定するものであり、振動により試料の基本振動(固有振動数)と一致した周波数を測定する技術ではない。また、受波器と送波器が離れた箇所に設置されているため作業に手間が掛かってしまう。
The technique of
ゆえに、本発明は、測定対象物である試料の弾性率を、応力を用いずに瞬時に測定することが可能であるとともに、作業に手間が係らず確実に弾性率を測定することができる弾性率測定装置、及び、複合センサーを提供することを目的とする。 Thus, the present invention provides elasticity modulus of the sample that is the measuring object, it can with stress can be measured instantaneously without using the measured reliably modulus regardless is troublesome work rate measuring apparatus, and aims to provide a composite sensor.
請求項1に係る発明は、弾性率の測定対象物である試料に対して振動波を与えて前記試料を振動させる加振手段と、前記加振手段が与えた振動波により発生した前記試料の固有振動の波を受信する受信手段とを備え、前記受信手段が受信した前記試料の固有振動の波の信号に基づいて前記試料の弾性率を算出する弾性率測定装置であって、前記加振手段が前記試料に対して与える振動波がノイズ信号であり、前記加振手段は、前記試料に対して与える振動波が伝搬する方向に伸びている第1部材を備え、前記受信手段は、前記試料の振動により発生する試料の固有振動の波が伝搬する方向に伸びている第2部材を備え、前記第1部材と前記第2部材は緩衝材を挟んで並んで配置され、前記第1部材を伝搬する前記振動波が伝搬する方向の終点側の前記第1部材の一方端部と前記第2部材を伝搬する前記試料の固有振動の波が伝搬する方向の始点側の前記第2部材の一方端部のそれぞれが前記試料と接触する接触部を有することを特徴とする、弾性率測定装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a vibrating means that vibrates the sample by applying a vibration wave to a sample that is a measurement object of an elastic modulus, and the sample generated by the vibration wave provided by the vibrating means . and a receiving means for receiving waves of the natural vibration, an elastic modulus measuring device for calculating the modulus of elasticity of the sample on the basis of the wave of the signal of the natural frequency of the sample received by the receiving means, the vibrating The vibration wave given to the sample by the means is a noise signal, the excitation means includes a first member extending in a direction in which the vibration wave given to the sample propagates, and the reception means A second member extending in a direction in which a wave of the natural vibration of the sample generated by the vibration of the sample propagates, wherein the first member and the second member are arranged side by side with a cushioning material interposed therebetween, and the first member End point of the direction of propagation of the vibration wave propagating through Contact portions where one end of the first member of the first member and one end of the second member on the starting point side in the direction of propagation of the natural vibration wave of the sample propagating through the second member are in contact with the sample. It is an elasticity-modulation measuring device characterized by having .
従来、弾性率を測定するには試料を変形させるために応力を加える必要があるため、実際に試料に対して振動を与えて試料を変形させていたが、上記の請求項1に係る弾性率測定装置では、応力という概念を無視して、音(ノイズ信号)によって、試料の固有振動数と一致した周波数をばらつきがなく正確に測定して弾性率を算出することで、瞬時に正確な弾性率を得ることが可能となる。 Conventionally, since it is necessary to apply stress to deform the sample in order to measure the elastic modulus, the sample was actually deformed by applying vibration to the sample. The measuring device ignores the concept of stress and calculates the elastic modulus by accurately measuring the frequency that matches the natural frequency of the sample with sound (noise signal) without any variation, thereby obtaining accurate elasticity instantaneously. The rate can be obtained.
請求項2に係る発明は、弾性率の測定対象物である試料に対して振動波を与えて前記試料を振動させる加振手段と、前記加振手段が与えた振動波により発生した前記試料の固有振動の波を受信する受信手段と、を備える複合センサーにおいて、前記加振手段は、前記試料に対して与える振動波が伝搬する方向に伸びている第1部材を備え、前記受信手段は、前記試料の振動により発生する試料の固有振動の波が伝搬する方向に伸びている第2部材を備え、前記第1部材と前記第2部材は緩衝材を挟んで並んで配置され、前記第1部材は、前記振動波が伝搬する方向の始点側の断面積の大きさが終点側の断面積の大きさ以上で、且つ、始点側から終点側に向って投影が行われる場合に各断面が始点側の断面の領域内に含まれる形状を有し、前記第2部材は、前記試料の固有振動の波が伝搬する方向の始点側の断面積の大きさが終点側の断面積の大きさ以下で、且つ、終点側から始点側に向って投影が行われる場合に各断面が終点側の断面の領域内に含まれる形状を有し、前記第1部材を伝搬する前記振動波が伝搬する方向の終点側の前記第1部材の一方端部と前記第2部材を伝搬する前記試料の固有振動の波が伝搬する方向の始点側の前記第2部材の一方端部のそれぞれが前記試料と接触する接触部を有することを特徴とする、複合センサーである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a vibrating means that vibrates the sample by applying a vibration wave to a sample that is a measurement object of the elastic modulus, and the sample generated by the vibration wave provided by the vibrating means . In a composite sensor comprising a receiving means for receiving a natural vibration wave , the excitation means comprises a first member extending in a direction in which a vibration wave applied to the sample propagates, and the receiving means A second member extending in a direction in which the wave of the natural vibration of the sample generated by the vibration of the sample propagates, wherein the first member and the second member are arranged side by side with a cushioning material interposed therebetween; Each member has a cross-section when the cross-sectional area on the start point side in the direction in which the vibration wave propagates is equal to or larger than the cross-sectional area on the end point side, and projection is performed from the start point side toward the end point side. Having a shape included in the area of the cross section on the start point side, 2 members, in the following the magnitude of the cross-sectional area size of the end point of the start point side cross-sectional area of the direction in which the waves of the natural vibration is propagated in said sample, and the projection is performed toward the end point to the starting point side Each of the cross sections has a shape included in a region of the cross section on the end point side, and one end portion of the first member on the end point side in the direction in which the vibration wave propagating through the first member propagates and the second Each of the one end portions of the second member on the starting point side in the direction in which the wave of the natural vibration of the sample propagating through the member propagates has a contact portion in contact with the sample.
上記に示した請求項2に係る複合センサーを用いることで、試料に対して直接与えた振動波により生じた試料の固有振動の波を、与えた部位において直接受信することができるため、確実に且つ正確に固有振動の波を捉えることが可能となる。
By using the composite sensor according to
本発明によれば、測定対象物の試料に対して、ノイズ信号を与えることで弾性率の測定を行うため、従来の技術のように振動数を徐々に変化させて周波数をスキャニングする必要がなく、瞬時に試料の固有振動数と一致した周波数を求めることができる。従って、作業に手間が掛からず時間も短縮することが可能となる。また、実際にハンマー等で試料を叩く必要がないため、試料が痛んでしまうようなこともない。さらに、ノイズ信号を使用することで、波形の変化をリアルタイムに測定することができる。 According to the present invention, since the elastic modulus is measured by giving a noise signal to the sample of the measurement object, it is not necessary to scan the frequency by gradually changing the frequency as in the conventional technique. , it can be determined frequency that matches the natural frequency of the sample instantly. Therefore, it is possible to shorten the time without taking time and effort. Moreover, since there is no need to actually hit the sample with a hammer or the like, the sample is not damaged. Further, by using a noise signal, a change in waveform can be measured in real time.
また、本発明によれば、加振部と受信部が一体的な構造の複合センサーを用いることで、高温化での測定の際に断熱材に1箇所しか穴を空ける必要がないため、2箇所に穴を空ける場合と比較して熱効率がよくなる。 In addition, according to the present invention, since a vibration sensor and a receiving unit are used as an integral structure, it is necessary to make only one hole in the heat insulating material at the time of measurement at a high temperature. Thermal efficiency is improved compared to the case where a hole is made in a location.
さらに、加振部と受信部が一体的になっている複合センサーを用いるため、それぞれの接続先を間違える等して装置が故障してしまう可能性を減らすことができる。 Furthermore, since the composite sensor in which the excitation unit and the reception unit are integrated is used, it is possible to reduce the possibility that the apparatus breaks down due to wrong connection destinations.
さらに、加振部と受信部が一体化した複合センサーを用いることで、従来は測定できなかった微小なサイズの試料に対しても弾性率を測定することが可能となる。 Furthermore, by using a composite sensor in which the excitation unit and the reception unit are integrated, the elastic modulus can be measured even for a sample of a minute size that could not be measured conventionally.
さらに、複合センサーを試料に接触させて測定することで、振動波が確実に伝搬し、また、試料の固有振動の波を確実に受信して試料の固有振動数と一致した周波数を測定することができる。 Furthermore, by measuring the composite sensor in contact with the sample, the vibration wave can be reliably propagated, and the natural vibration wave of the sample can be reliably received to measure the frequency that matches the natural frequency of the sample. Can do.
さらに、複合センサーを試料に接触させて測定することで、距離センサーや移動手段が不要となり、装置をコンパクトにすることで、作業の手間を省くことができる。 Further, by measuring the composite sensor in contact with the sample, a distance sensor and moving means are not required, and the work can be saved by making the apparatus compact.
以下に、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
図1は、本発明の第1の実施の形態における弾性率測定装置の構成の一例を示したブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the elastic modulus measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
弾性率測定装置100は、ホワイトノイズ発生器102と第1フィルタ104と電力増幅器106と加振センサー108と受信センサー110と増幅器112と第2フィルタ114とFFT分析器116と弾性率計算部118とを備える。加振センサー108は試料101に対してホワイトノイズ信号を与え、与えられたホワイトノイズ信号により発生した試料の固有振動を受信センサー110が受信する。また、FFT分析器116により分析された結果、グラフ122と周波数124が表示され、それらの表示された結果に基づいて弾性率計算部118が弾性率の計算を行う。その結果弾性率データ120が出力される。
The elastic
次に、図1の弾性率測定装置100の処理を説明する。まず、雑音回路であるホワイトノイズ発生器102でホワイトノイズ信号が発生する。発生したホワイトノイズ信号は第1フィルタ104でフィルタリングされる。この時加振センサー108の駆動範囲の周波数幅に設定される。例えば、ローパスフィルタであれば10000Hzに設定して高周波のノイズを除去し、ハイパスフィルタであれば100Hzに設定して低周波のノイズを除去する。
Next, processing of the elastic
ホワイトノイズ信号が第1フィルタによりフィルタリングされると、電力増幅器106でホワイトノイズ信号を増幅させると共に、加振センサー108に対して、加振センサー108が駆動するのに必要な電力が与えられる。そして、加振センサーが駆動して試料101にホワイトノイズ信号が与えられる。
When the white noise signal is filtered by the first filter, the
加振センサー108から与えられたホワイトノイズ信号により試料101が振動することで、固有振動の波が発生する。受信センサー110は、発生した固有振動の波を受信し、その受信波に比例した電圧として検出する。検出された電圧は、増幅器112により増幅される。増幅器112により増幅された電圧としての受信波の信号は、分析に必要な帯域幅に設定された第2フィルタ114を通してFFT分析器116により分析される。
The sample 101 is vibrated by the white noise signal provided from the
FFT分析器116では、高速フーリエ変換の処理が行われる。その結果、画面上に、横軸が周波数で縦軸が信号強度であるグラフ122が表示され、併せて、最大信号強度における周波数124も表示される。図8のグラフは、FFT分析器116により分析されたグラフである。図8のグラフの詳細については、本発明の弾性率測定装置による測定結果の説明と併せて後述する。FFT分析器116で表示された結果に基づいて、弾性率計算部118が弾性率の計算を行う。弾性率の計算については、本発明の弾性率測定装置による測定結果の説明と併せて後述する。そして、計算結果の弾性率データ120が出力されて、弾性率測定の処理を終了する。
The
なお、本発明における加振の方法及び受信の方法として、図9に示すように、図1の加振センサー108と受信センサー110で、試料を吊り下げて、加振及び受信をして弾性率を測定するようにしてもよい。
As an excitation method and a reception method in the present invention, as shown in FIG. 9, the sample is suspended by the
また、本発明における加振の方法及び受信の方法として、試料を下から2箇所の支点で支え、試料の中央部から加振し、試料の末端部で受信して弾性率を測定するようにしてもよい。 In addition, as an excitation method and a reception method in the present invention, the sample is supported by two fulcrums from below, and is excited from the center of the sample and received at the end of the sample to measure the elastic modulus. May be.
さらに、上記方法において、加振センサーがスピーカーで受信センサーがマイクであってもよい。 Further, in the above method, the vibration sensor may be a speaker and the reception sensor may be a microphone.
さらに、本発明において、試料はセメント等のような不定形材でも、金属のような定形材でもよい。 Furthermore, in the present invention, the sample may be an indeterminate material such as cement or a shaped material such as metal.
さらに、本発明の第1の実施例においては、ノイズ信号としてホワイトノイズ信号を使用したが、ピンクノイズ信号、フラットランダムノイズ信号、バーストノイズ信号等ホワイトノイズ信号以外のノイズ信号を使用しても構わない。 Further, in the first embodiment of the present invention, the white noise signal is used as the noise signal, but a noise signal other than the white noise signal such as a pink noise signal, a flat random noise signal, or a burst noise signal may be used. Absent.
以下に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図2は、本発明の第2の実施の形態における弾性率測定装置の構成の一例を示したブロック図である。 The second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the elastic modulus measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
弾性率測定装置200は、ホワイトノイズ発生器202と第1フィルタ204と電力増幅器206と複合センサー208と増幅器210と第2フィルタ212とFFT分析器214と弾性率計算部216とを備える。複合センサー208は試料201に接触しており、試料に対して加振部からホワイトノイズ信号を与え、与えられたホワイトノイズ信号により発生した試料の固有振動を受信部が受信する。また、実施例1と同様に、FFT分析器214により、グラフ220と周波数222が表示され、弾性率計算部216が弾性率の計算を行う。そして、弾性率データ218が出力される。
The elastic
弾性率測定装置200の処理については、実施例1と同様であるため、省略する。
Since the processing of the elastic
次に、図2の複合センサー208の構成について説明する。図3及び図4は、図2の複合センサー208の構成の一例を示した図である。図3は、図2の複合センサー208を上下方向に切断した場合の断面図である。図4は、図2の複合センサー208に対するIV−IVラインにおける断面図である。
Next, the configuration of the
図3において、加振センサー探触子302の上部302aは半楕円柱の形状を有しており、加振センサー探触子302の下部302bは逆半楕円錐台の形状を有している。また、受信センサー探触子304も同様に上部304aは半楕円柱の形状を有しており、受信センサー探触子304の下部304bは逆半楕円錐台の形状を有している。加振センサー探触子302と受信センサー探触子304は、側面に有する平面部302e,304eの間に平板状の緩衝防止材306を挟んで、密接して並んで配置されている。加振センサー探触子302及び受信センサー探触子304の素材はステンレス材であり、緩衝防止材306はウレタンゴム等のように振動の緩衝が防止できる素材である。
In FIG. 3, the upper portion 302a of the
加振センサー探触子302は、図に示すように振動波が伝搬する方向に伸びている。ここで、振動波が伝搬する方向から投射した際に振動波が伝搬する方向の終点部302cの断面積をS2とすると、断面積S2の大きさと比較して、振動波が伝搬する方向の始点部302dの断面積S1の大きさが大きくなっている。また、始点部302dの断面の領域内に終点部302cの断面の領域が含まれる形状を有している。なお、上記断面積S1とS2との関係については、両者が等しくてもよい。
The
一方、受信センサー探触子304は、図に示すように受信波が伝搬する方向に伸びている。ここで、受信波が伝搬する方向から投射した際に受信波が伝搬する方向の終点部304dの断面積をS3とすると、断面積S3の大きさと比較して、受信波が伝搬する方向の始点部304cの断面積S4の大きさが小さくなっている。また、終点部304dの断面の領域内に始点部304cの断面の領域が含まれる形状を有している。なお、断面積S3とS4との関係については、両者が等しくてもよい。
On the other hand, the
加振センサー探触子302の終点部302cと、受信センサー探触子304の始点部304cは、接触部として、それぞれ試料322に接触され、その接触状態で測定が行われる。そうすることで、加振センサー探触子302からの振動波が確実に試料322に伝わり、その振動波により生じた試料322の固有振動の波を受信センサー探触子304が確実に受信することができる。
The end point portion 302c of the
加振センサー探触子302の始点部302dには、振動波を発生するための円柱の形状を有する加振用振動子(圧電素子)312が設けられる。加振用振動子312は、加振用導線314により図2の電力増幅器206と電気的に接続している。この加振用振動子312により安定した発振周波数を得ることができる。また、受信センサー探触子304の終点部304dには、受信した振動を圧電効果により電気的に検出する、円柱の形状を有する受信用振動子(圧電素子)310が設けられる。受信用振動子310も加振用振動子312と同様に、受信用導線316により図2の増幅器210と電気的に接続している。加振用導線314と受信用導線316は、ケーブル327に絶縁状態で収められて、外部のそれぞれの機器と電気的に接続している。
An excitation vibrator (piezoelectric element) 312 having a cylindrical shape for generating a vibration wave is provided at the
加振センサー探触子302、受信センサー探触子304、加振用振動子312、受信用振動子310、及び、緩衝防止材306により形成されたセンサー部324は、上部がほぼ楕円柱の形状を有しており、下部はほぼ逆楕円錐台の形状を有する。センサー部324の上部には、センサー固定ケース308が上方から被されている。センサー固定ケース308は、円柱の形状であり、被された状態において、上方側は塞がれていてケーブル327を取り出すためのケーブル取出口326が形成され、下方側はセンサー部324の上部を収めるために開放されている。図4において、センサー固定ケース308の断面積S5はセンサー部324の断面積S6よりも大きくなっており、ケース固定用ゴム充填部402にはセンサー固定ケース308を固定するためのゴム318が充填され、それ以外の部分はウレタンゴム等の素材でできた振動防止用ゴム404が充填されている。
The
なお、図3、4を用いた緩衝防止剤306とゴム318と振動防止ゴム404の説明では、それぞれに表現を変えており、互いの役割を明確にしたが、全てが同じ材質であってもよく、上記説明から分かるように例えば緩衝防止剤306と振動防止ゴム404の部分がウレタンという同じ材質で連続したものであってもよいことは言うまでもない。
In the description of the
また、図3において、試料322の表面を直線的に記載しているが、厳密には試料322の表面は粗い場合もある。そのような場合であっても、試料322と接触状態にすることで測定が可能となる。
In FIG. 3, the surface of the
このように、加振センサー探触子302と受信センサー探触子304が緩衝防止材306を挟んで、密接して並んで配置されることで、本発明の複合センサーは、加振部と受信部が一体的になったセンサーとなる。このようなセンサーを用いることで、従来、加振と受信を2箇所で行っていたものが、1箇所で済むようになる。また、加振した箇所において、試料の固有振動の波をそのまま受信できるため、正確な測定が可能となる。
In this way, the
図5は、図2の複合センサー208の外観についての六面から見た状態を表す図である。以下、図5(a)〜図5(d)を説明する。
FIG. 5 is a diagram illustrating the appearance of the
図5(a)は、図2の複合センサー208の平面図である。図3に示したように、中央の円形状の穴であるケーブル取出口326にケーブル327が通されて他の装置との電気的接続が行われる。図5(b)は、図2の複合センサー208の底面図である。図3に示したように、接触部502は、加振センサー探触子302の終点部302cと受信センサー探触子304の始点部304cとが測定する際に試料と接触する部分である。図5(c)は右及び左側面図である(括弧内の符号は左側面図の場合の符号を示す)。図5(d)は正面及び背面図である(括弧内の符号は背面図の場合の符号を示す)。
FIG. 5A is a plan view of the
なお、本発明の第2の実施例における複合センサーを用いた弾性率の測定方法として、図6に示すような方法を用いてもよい。図6(a)は、試料を2箇所の支点で支える方法であり、図6(b)は、試料を支える支点の1つを複合センサーにする方法であり、図6(c)は、試料を吊り下げる際に一方を複合センサーで吊り下げる方法である。この場合、他方の線は試料を空中に固定するためだけに吊り下げておけばよい。 Note that a method as shown in FIG. 6 may be used as the elastic modulus measurement method using the composite sensor in the second embodiment of the present invention. FIG. 6A shows a method of supporting a sample at two fulcrums, FIG. 6B shows a method of using one of the fulcrums supporting the sample as a composite sensor, and FIG. 6C shows a sample. This is a method of hanging one side with a composite sensor. In this case, the other line may be suspended only to fix the sample in the air.
また、本発明の第2の実施例における複合センサーの加振センサー探触子302及び受信センサー探触子304の形状は、図7に示すような形状であってもよい。図7に本発明の複合センサーの加振センサー探触子と受信センサー探触子の他の形状を例示する。図7(a)において、加振センサー探触子302では、加振センサー探触子302の始点部302dの断面積S71は終点部302cの断面積S72より大きいが、中間部の断面積S73はS71及びS72より大きくなっている。始点部302dから中間部に向って断面積は大きくなり、中間部から終点部302cに向って断面席が小さくなっている。受信センサー探触子304も同様の形状を有する。このように中間の形状が不問であってもよい。
Further, the shape of the
さらに、図7(b)に示すような加振センサー探触子302と受信センサー探触子304の形状であってもよい。
Furthermore, the shape of the
さらに、図3における終点部302dと始点部302cの面積の関係が逆であってもよい。
Furthermore, the area relationship between the
さらに、本発明の第2の実施例においては、ノイズ信号としてホワイトノイズ信号を使用したが、ピンクノイズ信号、フラットランダムノイズ信号、バーストノイズ信号等ホワイトノイズ信号以外のノイズ信号を使用しても構わない。 Furthermore, in the second embodiment of the present invention, a white noise signal is used as a noise signal, but a noise signal other than a white noise signal such as a pink noise signal, a flat random noise signal, or a burst noise signal may be used. Absent.
さらに、試料の形状は球体、錐体等不問である。 Furthermore, the shape of the sample is not limited to a sphere or a cone.
次に、本発明の複合センサー及び弾性率測定装置を用いて実際に弾性率の測定した測定結果について説明する。測定の対象とした試料は、不定形材のアルミナであり、長さ16cm、厚さ4cm、幅4cm、重量0.7kgである。測定方法は図5(a)に示した方法を用いて測定した。 Next, description will be given of measurement results obtained by actually measuring the elastic modulus using the composite sensor and the elastic modulus measuring apparatus of the present invention. The sample to be measured is an amorphous amorphous material having a length of 16 cm, a thickness of 4 cm, a width of 4 cm, and a weight of 0.7 kg. The measurement method was measured using the method shown in FIG.
まず、ホワイトノイズ発生器によりホワイトノイズ信号を発生させ、1kHzから15kHzに設定された第1フィルタと電力増幅器を経て複合センサーから試料に対してホワイトノイズ信号が与えられる。試料の振動により発生した固有振動の波は、複合センサーにより受信される。そして、その受信波は電圧に変換されて、増幅器と1kHzから15kHzに設定された第2フィルタを経てFFT分析器にかけられる。 First, to generate a white noise signal by the white noise generator, white noise signal is given for a sample from the first filter and the composite sensor via a power amplifier which is set to 15kHz from 1 kHz. The natural vibration wave generated by the vibration of the sample is received by the composite sensor. The received wave is converted into a voltage and applied to an FFT analyzer through an amplifier and a second filter set to 1 kHz to 15 kHz.
図8は、上記試料を測定した際のFFT分析器の出力である。図8(a)は、ホワイトノイズの周波数スペクトルを示しており、図8(b)は試料を測定した場合の周波数スペクトルを示す。図8(b)に示すように試料の測定を行った場合に、試料の固有振動数と一致した周波数で明瞭にスペクトル強度のピークが出現した。ここで、スペクトル強度のピークにおける周波数の値は5304Hzであった。この周波数を下記の式に当てはめて弾性率を算出したところ、41.76GPaの値を得ることができた。 FIG. 8 shows the output of the FFT analyzer when the sample is measured. FIG. 8A shows the frequency spectrum of white noise, and FIG. 8B shows the frequency spectrum when the sample is measured. When the sample was measured as shown in FIG. 8B, a peak of spectral intensity clearly appeared at a frequency that coincided with the natural frequency of the sample . Here, the frequency value at the peak of the spectrum intensity was 5304 Hz. When the elastic modulus was calculated by applying this frequency to the following equation, a value of 41.76 GPa could be obtained.
なお、厳密にはホワイトノイズ信号のスペクトルは上下に激しく細かい震動しているが、わかりやすく記載するために、図8では模式的に点線で記載している。 Strictly speaking, the spectrum of the white noise signal is intensely vibrated up and down, but for the sake of easy understanding, it is schematically shown by a dotted line in FIG.
なお、従来のスキャニングによる方法では測定に10秒以上要していたが、本発明の弾性率測定装置によれば0.01秒〜0.1秒しか要さず、測定時間がかなり短縮されていると言える。 In the conventional scanning method, the measurement takes 10 seconds or more. However, according to the elastic modulus measuring apparatus of the present invention, only 0.01 seconds to 0.1 seconds are required, and the measurement time is considerably shortened. I can say that.
100 弾性率測定装置
101 試料
108 加振センサー
110 受信センサー
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記加振手段が前記試料に対して与える振動波がノイズ信号であり、
前記加振手段は、前記試料に対して与える振動波が伝搬する方向に伸びている第1部材を備え、前記受信手段は、前記試料の振動により発生する試料の固有振動の波が伝搬する方向に伸びている第2部材を備え、
前記第1部材と前記第2部材は緩衝材を挟んで並んで配置され、
前記第1部材を伝搬する前記振動波が伝搬する方向の終点側の前記第1部材の一方端部と前記第2部材を伝搬する前記試料の固有振動の波が伝搬する方向の始点側の前記第2部材の一方端部のそれぞれが前記試料と接触する接触部を有することを特徴とする、弾性率測定装置。 A vibration means that vibrates the sample by applying a vibration wave to a sample that is a measurement object of the elastic modulus, and a reception that receives a wave of the natural vibration of the sample generated by the vibration wave provided by the vibration means. and means, an elastic modulus measuring device for calculating the modulus of elasticity of the sample on the basis of the wave of the signal of the natural frequency of the sample received by the receiving means,
The vibration wave given to the sample by the vibration means is a noise signal ,
The exciting means includes a first member extending in a direction in which a vibration wave applied to the sample propagates, and the receiving means is a direction in which a wave of the natural vibration of the sample generated by the vibration of the sample propagates. A second member extending to
The first member and the second member are arranged side by side with a cushioning material interposed therebetween,
The one end of the first member on the end side in the direction of propagation of the vibration wave propagating through the first member and the start point in the direction of propagation of the natural vibration wave of the sample propagating through the second member Each of the one end parts of the 2nd member has a contact part which contacts the said sample, The elastic modulus measuring apparatus characterized by the above-mentioned .
前記加振手段は、前記試料に対して与える振動波が伝搬する方向に伸びている第1部材を備え、前記受信手段は、前記試料の振動により発生する試料の固有振動の波が伝搬する方向に伸びている第2部材を備え、
前記第1部材と前記第2部材は緩衝材を挟んで並んで配置され、
前記第1部材は、前記振動波が伝搬する方向の始点側の断面積の大きさが終点側の断面積の大きさ以上で、且つ、始点側から終点側に向って投影が行われる場合に各断面が始点側の断面の領域内に含まれる形状を有し、
前記第2部材は、前記試料の固有振動の波が伝搬する方向の始点側の断面積の大きさが終点側の断面積の大きさ以下で、且つ、終点側から始点側に向って投影が行われる場合に各断面が終点側の断面の領域内に含まれる形状を有し、
前記第1部材を伝搬する前記振動波が伝搬する方向の終点側の前記第1部材の一方端部と前記第2部材を伝搬する前記試料の固有振動の波が伝搬する方向の始点側の前記第2部材の一方端部のそれぞれが前記試料と接触する接触部を有することを特徴とする、複合センサー。 A vibration means that vibrates the sample by applying a vibration wave to a sample that is a measurement object of the elastic modulus, and a reception that receives a wave of the natural vibration of the sample generated by the vibration wave provided by the vibration means. A compound sensor comprising:
The exciting means includes a first member extending in a direction in which a vibration wave applied to the sample propagates, and the receiving means is a direction in which a wave of the natural vibration of the sample generated by the vibration of the sample propagates. A second member extending to
The first member and the second member are arranged side by side with a cushioning material interposed therebetween,
The first member is when the size of the cross-sectional area on the start point side in the direction in which the vibration wave propagates is equal to or larger than the cross-sectional area on the end point side and the projection is performed from the start point side toward the end point side. Each cross section has a shape included in the area of the cross section on the starting point side,
The second member is projected from the end point side toward the start point side, and the cross-sectional area on the start point side in the direction in which the wave of the natural vibration of the sample propagates is equal to or less than the end point side cross-sectional area. When performed, each cross-section has a shape that falls within the area of the cross-section on the end point side,
The one end of the first member on the end side in the direction of propagation of the vibration wave propagating through the first member and the start point in the direction of propagation of the natural vibration wave of the sample propagating through the second member Each of the one end parts of the 2nd member has a contact part which contacts the said sample, The composite sensor characterized by the above-mentioned.
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