JP4607960B2 - アコースティック・エミッションのリアルタイム監視用の分散型モードシステム - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、一般に、構造体におけるアコースティック・エミッションの監視の分野に関する。

背景技術
アコースティック・エミッション（ＡＥ）は、構造体の完全性を監視するための実績のある非破壊評価（ＮＤＥ）方法である。多くのＮＤＥ方法が、構造体における疲労クラックを発見するのに有用であるが、各々の方法が１以上の重要な技術的な制限を有している。これらのＮＤＥ方法は、目視、たたくこと、超音波、渦電流、Ｘ線撮影を有している。目視の検査は、表面のクラックを検査するのに適しているが、表面の内部のクラックを発見するのに不十分である。渦電流技術はクラックを発見可能であるが、渦電流プローブを適切に位置決めし、試験結果を理解するために、熟練したＮＤＥ技術者を必要とする。Ｘ線撮影は効果的であるが、特別な装置を必要とし、安全のために、試験が進行中の間、装置への人間の接近が制限される。これらの方法はいずれも、構造体のクラックの早期の警告表示を与えるためのリアルタイムの監視につながらない。

アコースティック・エミッションの手法は、アコースティック・エミッション・トランスデューサを用い、構造体におけるクラックの形成の初期の兆候を「聴く」。アコースティック・エミッション・エネルギは、材料内の局所的な発生源からのエネルギの迅速な解放により発生する、一時的な弾性応力波である。ＮＤＥの目的で記録可能なＡＥの多くの発生源がある。すなわち、このような発生源は、クラックの形成および成長、磁気力学的な再配列もしくは磁区の成長、転位の移動といった微細構造の変化、相変態、脆い介在物もしくは界面フィルムの破断、腐食による化学的活性である。ＡＥの非破壊評価アプリケーションは、試験片の損傷の成長により発生する音の「リスニング」を基本的に含んでいる。ＡＥは、材料そのものに発生し外部の発生源により発生するものではないが、初めのＡＥを引き起こすには、通常なんらかの刺激が必要である。これらの刺激は、磁気、熱、化学もしくは機械的な手段により加えられ得る。これらの刺激が試験の目的で人工的に与えられる場合、それらは「アクティブ」法と称される。また、構造体の稼働中に、ＡＥ事象を聴くことが可能であり、このアプローチは、時として「パッシブ」法として参照される。

従来のＡＥは、石油工業、石油化学工業、鉄道産業において幅広く使用され、標準化されている。また、それは、地上試験、大規模な疲労試験、断続的な飛行試験において、航空機の構造体の監視に使用されている。しかしながら、従来の実施器具は重く、たいてい２０ポンド以上であり、飛行中の連続的な使用に不適切である位に十分大きい。また、従来のＡＥシステムは、各々および全てのＡＥトランスデューサからのケーブルが走り、全てのケーブルは中央コンピュータシステムに戻されている。これらのケーブルシステムは、要求される広範なデータ伝送のために、高帯域を必要とする。加えて、従来の実施においては、トランスデューサから中央コンピュータにアナログ信号を伝送する。長いケーブルを介したアナログ信号の伝送は、電気的なノイズがこの信号を妨害する可能性を増加させる。また、電磁妨害もしくはＥＭＩと称される電気的なノイズは、望ましくない効果を発生し、さもなければ制御システム回路を混乱させる好ましくない電気信号である。また、最近の航空機における装置の近接およびアンテナシステムにより、電力伝送が密集し、無線周波妨害（ＲＦＩ）が起こり得る可能性がある。

今日の経済では、航空機の構造体は、初めに予期されたのよりも、より長い期間の運用がなされなければならない。このため、このような構造体の経時作用がより重要となり、構造体の使用、維持、退役に関してなされる決定において考慮されなければならない。理想的には、リアルタイムの稼働の監視システムが必要である。アコースティック・エミッションの監視は、このアプリケーションにおいて損傷の蓄積の稼働中における監視を提供する大きな可能性を有する。ＡＥトランスデューサは、小さく軽量で、しかも永久的に取付可能である。ＡＥデータは、個別の欠陥の大きさに関わらず損傷により発生する。欠陥により発生するＡＥ信号は、部品全体を通って伝播する。ＡＥトランスデューサが適切に配列されていれば、構造体全体を監視できる。しかしながら、今日、現行システムは、大きく、重量があり、アナログ信号を中央コンピュータに送るための高価で重いケーブル配線を要するといった上記の制限により、有用な現行のリアルタイムの商業的な実施はなされていない。このため、コックピット内に警告信号を提供したり、各フライトの終わりに整備班に警告診断を提供するといった、航空機の構造体でリアルタイムで定期的に使用されるアコースティック・エミッション技術の実現が、切実に望まれていた。

Ｈｏｒａｋに対して与えられた米国特許第３９８５０２４号は、Ｇｒｕｍｍａｎ社により開発された初期のＡＥシステムである。それには、ＡＥトランスデューサを、ＡＥ発生源の位置のより正確な予期を可能にするやり方で設置する方法が開示されている。米国特許第４９１０７１８号は、ＡＥ発生源を構造体の部品に設置するために特別に設計されたＡＥシステムである。

Ｂｅａｒｄｍｏｒｅに対して与えられた米国特許第６４４３０１２号は、コックピット内に中央コンピュータおよび表示システムを有する航空機の位相配列検出システムを開示している。マトリクス配列が、活発に脈動して構造体を通って音波を発生する、正方形もしくは長方形配列の多数のＰＺＴ材料のブロックで構成されている。ＡＥデータの解析は、画像技術に基づくもの以外で記述されていない。

Ｓｃｈｏｅｓｓに対して与えられた米国特許番号６０７６４０５号および６０１４８９６号は、遠隔制御の電源内蔵式のＡＥ監視機を開示している。このＡＥ監視機は、単一のＡＥトランスデューサおよびさらには集中型コンピュータを有し、アンテナモジュールの使用によりケーブルシステムを不要としている。このアンテナモジュールは、アコースティック・エミッション・トランスデューサから次々と来るデータを集中型コンピュータに送信し、慣性負荷を与えるためのトランスデューサに設けられた電力貯蔵装置に電力を供給する無線周波数遠隔測定回路を有する。

これらの特許に記載されたシステムは、多数のトランスデューサ（米国特許番号第６０７６４０５および６０１４８９６）の配列のために設計されたものではなく、あるいは、大規模な集中型コンピュータシステムへの長いケーブル配線を含むものである。航空機、特に、新たな複雑なシステム用の空きスペースがあまりない小さな戦闘機、のための商業的な適用に適しているものが見受けられない。より小さなシステムが、商業的に知られている。Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ社のｍｉｃｒｏＤｉＳＰは、アコースティック・エミッション・システムで作動する、より小さな携帯用バッテリである。このシステムの筐体は、縦１６インチ横９．５インチ高さ２．９インチではあるが、稼働するのにノート型コンピュータを必要とし、以上で概略が説明されたセンサケーブルの問題点に取り組んでいない。

そして、必要とされるのは、小さな場所を取るだけで済み、中央コンピュータへの長いケーブルを必要とせずに、航空機でリアルタイムで実施できる、並設されたアコースティック・トランスデューサのための十分な解析能力を提供する新たなアプローチである。

発明の概要
本発明により、これら、および他の要求に対して取り組みがなされている。この要求は、高価なケーブルを介して多くのＡＥトランスデューサに繋がる従来のＡＥシステムから、集中型コンピュータシステムへ変えて、データ取得および未加工データの解析を実行してＡＥ事象の特定および分類を行い、結果の記録もしくは画像表示を作り出す、ことに対する取り組みである。本発明のアプローチは、代わりに、全てのデータ取得、および多数のＡＥトランスデューサを処理可能な個別の分散型マイクロエレクトロニクス・ステーションへのＡＥデータの出力の処理を分配するものである。これらのマイクロエレクトロニクス・ステーションは、小さな回路基板に取り付けられた、小さく、独立した４乃至８チャンネルのＡＥシステムである。ＡＥ事象を特定し、既になされている多数の試験に基づいて診断および予測評価を行う、特別なＡＥ取得および解析ソフトウェアが、この基板に含まれている。集中型コンピュータに複数のケーブルを介して高帯域のＡＥトランスデューサデータを送信するよりもむしろ、本発明は、分散した各トランスデューサの配列に向けて情報を移動させ、配列からの結果として生じたＡＥ事象を分類し、今後の監視のために結果を保存し、および／もしくは監視された構造体の状態の簡単な評価のみを記録機構に送る。そのような構成の重要な特徴は、従来のアプローチのように、データを理解するための専門家が必要ではないことである。

そして、本発明の１つの側面は、構造体からのアコースティック・エミッション信号のリアルタイム監視のための分散型アコースティック・エミッション監視システムである。分散型アコースティック・エミッション監視システムは、各々、アコースティック・エミッション信号を検出するための少なくとも１つのアコースティック・エミッション・トランスデューサ、およびマイクロコンピュータシステムを有している。このマイクロコンピュータシステムは、少なくともコンピュータメモリと、未加工データを取得しアコースティック・エミッション事象を発見するデータ取得ソフトウェアと、システム／構造体の状態を評価して措置を示唆するデータ解析ソフトウェアとを有している。

本発明のもう一つの側面は、監視される構造体のある領域に、少なくとも１つのアコースティック・エミッション・トランスデューサを固定して取り付けるステップを少なくとも有する、アコースティック・エミッション解析を用いた、構造体の連続的なリアルタイム状態監視の方法である。この方法は、少なくとも１つのトランスデューサからの未加工のアコースティック・エミッション信号を完全に解析すべく、すべての必要なハードウェアおよびソフトウェアを含む分散型状態監視システムを、同じ領域に分散させるステップを有する。そして、増幅信号を生成するために少なくとも１つのアコースティック・エミッション・トランスデューサから受信した電圧信号を増幅するステップを有する。また、不要な周波数を除去してフィルタ処理された信号を生成するために増幅信号をフィルタ処理するステップを有する。さらに、予め決められた時間中に、アコースティック・エミッション事象を特定し記録するためにフィルタ処理された信号を取得するステップを有する。また、予め決められた時間における記録されたアコースティック・エミッション事象から、構造体の領域における全体の状態評価を診断するステップを有する。

本発明の記述
図１は、典型的な従来技術の説明である。この従来技術の解決法は、非実用的であるために、リアルタイム監視として商業的に使用されるものではないことは、重ねて強調されるべきことである。Ｆ／Ａ２２が、全体として符号１００で表されている。この例では、簡単のために、合計で１６個のエミッション・トランスデューサが、航空機の４つの主要なエリアを監視するのに必要であると仮定されている。このうち４つの符号１，２，３，４は、コックピットの近傍の領域を監視する。さらに、４つの符号５，６，７，８は、左翼の機体への取付部近傍を監視する。他の４つは、右翼の機体への取付部近傍を監視する。最後の４つは、航空機の後部の翼支柱を監視する。このような配置において、１６本の長いケーブルが、航空機全体にわたって張り巡らされて、中央コンピュータ２０に高帯域の情報を伝達する。背景技術の議論で言及したように、そのようなシステムは、上記の制限により実用的な商業用途ではない。配線システムの使用の代わりとなるものは、１６個のトランスデューサから航空機のアビオニクスバスに情報を流し、中央コンピュータにこのバスを介して情報を伝達することである。また、これは、大量の電気信号がアビオニクスバスに加えれられて、そこで伝達される他の情報と衝突が起こり得るため、実現可能な解決方法とはみなされない。典型的なアコースティック・エミッション・トランスデューサは、中央コンピュータに１秒当たり約１千万の電圧信号を送る。

図２は、本発明による解決法である。別のＦ／Ａ２２が、全体として符号２００で表されている。４つのチャンネルを処理する４つの著しく小さいＬＡＨＭＰ’ｓ（Ｌａｒｇｅ Ａｒｅａ Ｈｅａｌｔｈ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍｏｎｉｔｏｒｓ）が、航空機に取り付けられている。各々は、短配線により４つのトランスデューサ３０，４０，５０，６０に取り付けられている。中央コンピュータおよび長配線は必要でない。この重要な改良は、ハードウェアおよびソフトウェア双方における技術革新により達成される。各ＬＡＨＭＰは、アコースティック・エミッション事象を収集し、解析し、診断するのに必要な全ての知能を持つ小さなマイクロプロセッサを含んでいる。通常は集中型のコンピュータにより記憶され処理されるアコースティック・エミッション・トランスデューサから供給される著しく大量の絶え間のないデータが、ＬＡＨＭＰ内で非常に簡潔な報告形式に変換される。このような報告形式は、多数の飛行をしながら地上における後のモニタ用にＬＡＨＭＰのメモリ内に容易に記憶可能であったり、必要に応じてコックピット内のディスプレイに無線伝送することができる。大きな未加工のトランスデューサデータのセットが、処理され診断された後に連続的に廃棄される。

多くのアコースティック・エミッション・トランスデューサが、今日、商業的に使用されている。本発明の実施は、それらの使用を想定している。最も一般的な２つは、セラミック圧電トランスデューサおよび圧電ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）ベースのトランスデューサである。

本発明に係る装置の好ましい外観が、図３に示されている。ＬＡＨＭＰは、全体を符号３００で示すように、寸法が縦９０ｍｍ横９６ｍｍ高さ５０ｍｍで１ポンド以下の重さを有する３枚の積層回路基板で実施される。これは、３つの積み重ね可能なモジュールで組み込まれたコンピュータシステムについての十分に開発された工業規格ＰＣ／１０４に従っている。このモジュールは、アプリケーション特有のインターフェイスおよびロジックを含む特注のキャリアボードに組み込まれた、高度に集積された部品として機能する。このモジュールの自己積層バスが、１つの場所に複数のモジュールを組み込むのに有用である。これは、将来的な製品のアップグレードやオプション部品の取り付けを容易にし、システムのデバッグもしくは試験中の一時的なモジュールの追加を可能にする。底部回路基板３１０は、ＰＣ／１０４のシングルボード・コンピュータである。中段カード３２０は、Ａ／Ｄ変換を有する、４チャンネルのデータ取得カードである。上部カード３３０は、処理の前に未加工データを調整するための、所要の増幅器および所用のバンドパスフィルタを有する。電子パッケージへの実装後は、軍事用途に要求されるものとして、ＬＡＨＭＰモジュールは全体として、高々約１００×１００×４０ｍｍで４００グラムよりも軽い重さでなければならない。より大きなトランスデューサ配列システムが必要である場合、８チャンネルのカードをＰＣ／１０４構成に適用するか、他のデータ取得カードをわずかな高さの増加で積層に付加できると認識されるべきである。あるいは、無線通信を処理する増設カードを追加する。

本発明のもう一つの重要な面は、通常のデータ処理の集中的なアコースティック・エミッション解析を、容易に小さなＰＣ／１０４構成に適合できるようにするソフトウェア手法である。典型的なアコースティック・エミッション・トランスデューサは、１秒当たり約１千万のサンプルを中央コンピュータに送信する。本発明の実施例では、このデータは、ＰＣ／１０４形式のマイクロコンピュータに保存され送信されるのではなく、その代わりに、処理された後に連続的に消去される。未加工のアコースティック・エミッションデータを処理する方法は、以下のように説明される。図４を参照すると、１つのトランスデューサからの未加工のＡＥデータが表されている。説明の簡単のため、１つのトランスデューサのみが示されているが、各々のＬＡＨＭＰシステムは、適用例に応じて多重チャンネルである。トランスデューサ４１０からの未加工のＡＥデータは、ＬＡＨＭＰの第１モジュールに流れ、初めに４２０で増幅され、そしてバンドパスフィルタ４３０を通ることで所望以下および以上の信号を除去する。典型的な適用例では、このフィルタは、５０ｋＨＺ以下および５００ｋＨＺ以上の周波数をカットする。この範囲は、材料が異なれば異なる。そして、未加工のデータは、符号４４０でアナログ信号からデジタル信号に変換され、ソフトウェア解析の第１の段階に供給される。また、図４に示すように、パワーモジュール４６０は、どんな局所的な電源電圧でも大部分の電子機器に好ましい５Ｖの電力に変換する。任意の無線送信機４７０が、ＡＥトランスデューサ４１０により監視される構造体の領域の状態の数値的な評価を送信するために示されている。様々な無線通信機、ＷＩＦＩ，ブルートゥースもしくは誘導結合といった多くの無線技術が、本発明で可能であり、予想される。関連するメモリおよびソフトウェアとともに、マイクロコンピュータがモジュール４５０で表されている。外部と通信するための通信ハードウェアがマイクロコンピュータモジュール４５０に含まれる。この通信ハードウェアは、ＵＳＢ、ＲＳ−４８５、イーサネット（登録商標）、標準的なパラレルもしくはシリアルポート、ＶＧＡ、ＬＣＤディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、もしくは他の基準に基づいている。本発明は、これらのすべてを見込んでいる。また、マイクロコンピュータから他の場所へ結果を伝送するエレクトロニクス・バスの可能性が示されている。航空機に使用されるアビオニクスバスが、符号４８０で示されている。エレクトロニクス・バスは、ＭＩＬ ＳＴＤ １５５３、ＭＩＬ−ＳＴＤ−１７７３、ＡＲＩＮＣ−４２９、ＡＲＩＮＣ−５７５又はＣＡＮＯｐｅｎもしくはＤｅｖｉｃｅＮｅｔといったコントローラー・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）に基づくシステムに基づいている。

ソフトウェアの手順の第１のステップは、増幅されフィルタリングされた信号を取得し、図５に示すような簡易化した形式でアコースティック・エミッション事象を取得することである。ソフトウェアは、増幅されフィルタリングされた信号を所定の時間、例えば、５分間受け取り、アプリケーション特有の所定の閾値電圧に基づいてＡＥ事象を解析する。ＡＥ事象が発生すると、すなわち、最初に閾値電圧を越えたときに、三角形で描かれている事象の包絡線が演算される。閾値電圧は、各事象の開始および終了時間を求めることにより、ＡＥ事象の幅を規定する。

事象の包絡線は、図５において３角形で示すように、開始時間Ｔｉ（５１０）、終了時間Ｔｓ（５２０）、最大振幅Ｖｍａｘ（５３０）最大振幅の時間Ｔｍａｘ（５４０）の４つのパラメータを持つ。開始および終了時間は、事象の継続期間Ｄを演算するために使用される。各事象は、信号の出力元である特定のＡＥトランスデューサ装置を表すチャンネルナンバーおよび（選択的に）「ボックスナンバー」と組を作る。所定時間の全ての包絡線は、ＰＣ／１０４マイクロコンピュータのコンパクトフラッシュ（登録商標）カードに、ＡＳＣＩＩの区切られたデータファイルとして簡単に保存される。そして、そのような包絡線を生成するのに用いられた全ての非加工データは、消去される。このため、コンピュータシステムに大量のデータファイルを保存し、又は高価な航空機の配線システムを通ってもしくはアビオニクスバスを越えて広帯域のトランスデューサデータを伝送する必要性が排除される。コンパクトな保存された様々な時間に対応するＡＳＣＩＩ方式の区切られたデータファイルは、簡単にフラッシュメモリに保存され、続いて解析、診断、予測を表す次のソフトウェアステップに供される。

そして、残りのソフトウェアステップは、使用者の入力に応じて、単一チャンネル、多重チャネンルもしくは累積的（すべてのチャンネル）なチャンネルによる取得データを解析可能である。４つの解析が取得データに対して実行され、これを順に説明する。各解析は、重要度もしくはスコアをもたらし、最終的に構造体の状態の評価に達するために演算される。後に用いられる特定の数字や数式は、直接的な方式に修正可能であるが、最終使用者には認められない（すなわち、プログラムのスタートアップ時に読み込まれるＡＳＣＩＩ方式のテキスト構成ファイルに変換されて、編集可能である）。

第１の解析ステップは、７５ｄＢを越えるチャンネルの所定時間の全ての事象Ｎの単純計算である。これらは、以下の単純な表に基づくスコアとして割り当てられる。

第２の解析ステップでは、履歴指標（ＨＩ）が演算される。これは、基本的に履歴信号の強度と比較した電流信号の強度の測定値である。ＨＩを規定するためにパラメータＫが使用される。

そして、信号強度の２つの合計の比からＨＩが演算される。

ここで留意すべきは、このような処理のため各事象の信号強度は、各事象について事象包絡線の演算において上のように定義されたデータ取得ステップで測定されたＶｍａｘである。

そして、ＨＩに対するスコアは、以下のように割り当てられる。

解析段階の第３ステップでは、累積エネルギＣＥが演算される。ＣＥは基本的に確定されたＡＥ事象下でのエリアの測定値である。ＡＥ信号の４つの主要なパラメータが与えられ、ＣＥは以下のように与えられる。ここで、Ｄｉは、ｉ番目の事象の継続期間、Ｖｔｉは閾値電圧、そしてＶＭｉはｉ番目の事象の最大振幅の電圧である。

解析段階の第４ステップでは、Ｊ事象までのエネルギの合計をＪで除したもので与えられる、最大エネルギＪの平均値で定義される深刻度Ｓが演算される。

ここで、Ｅｉは、全てのＮ事象がＶｍａｘにより分類された後のＪ事象のＶｍａｘを表し、Ｊは１０から５０の間の数で、本発明の大部分の適用例では２０である。

解析段階の第５ステップでは、上記の第３および第４のステップで得られた履歴指標（ＨＩ）および深刻度（Ｓ）のデータと、監視される構成材料からのアコースティック・エミッションデータに関する研究により得られた予め決められた深刻度およびＨＩのデータとの比較が行われる。例えば、アプリケーションが、Ｆ−２２戦闘機からのＡＥ事象データを監視することならば、試験プログラムが、Ｆ−２２戦闘機のシミュレーションされた構造体からのアコースティック・エミッションデータを収集するために、すでになされている。すでに開発された研究からのデータは、分散するマイクロコンピュータシステムの各々のメモリに、簡単な参照テーブルとして保存されている。

図６は、このような航空機の構造のアコースティック・エミッション試験の典型的な結果を示すプロットである。深刻度が履歴指標に対してプロットされ、展開する一連の曲線が、「深刻度低」の損傷から「危機的な」損傷にわたる範囲に全体の結果を振り分ける。各々の直近の時間間隔のＳおよびＨＩの結果と、参照テーブルからのデータとの比較により、相対的な損傷が決定され、新たな４番目のスコアが以下の表から割り当てられる。

そして、構造体の状態の全体の評価に達するために、上記の４つの基準によるスコアが合計され、全体として４から２０の間のスコアが与えられる。そして、このスコアは、５で割り算され、最もひどい損傷のものが４のスコアを持つ最終的な評価数に達する。以前に決められた研究に基づき、予測が以下の表に要約される最終的な提言に補正される。

このようにして、監視された構造体の現在の状態の最終的な評価は、数値化された評価を特徴とする。ソフトウェアは、専門家の介入をまったく必要とせず、この評価に達する。この小さなデータセットは（単純なデジタル数字）、後の修復のために容易に保存可能であり、アビオニクスバスを介して伝送され、もしくは無線で伝送されて、表６に基づく提言とともに予測解析を与える。深刻な損傷が検出された場合には、ソフトウェアは警告を発する。

上述のように、所定の時間の間に、何１００万という電圧の読み込みを含む大容量の未加工のＡＥデータの削減は、このように、４つの可能性ある評価からなる評価された状態の最終的な予測に収縮する。この削減されたデータセットは、複合的な任務および後で検索するために各分散型マイクロコンピュータの基板に容易に保存され、あるいは、定期的にディスプレイに向けて無線伝送されもしくはエレクトロニクスバスを介して移動する。

特定の好ましい実施例を参照することによりこのように記述された本発明を有することで、開示された実施例は、実際は限定よりもむしろ具体例であり、広範囲の変化、改良、変更、代用が、前述の開示に意図されていることが知られている。そして、ある場合には、本発明のいくつかの特徴が、他の特徴の対応する使用なしに用いられている。多くのそのような変形例や改良例が、好ましい実施例の上述の記載の概要に基づいて、明らかであり望ましいことであると当業者により見なされている。従って、添付の特許請求の範囲が、広く、本発明の範囲に合致する方法で構成されていることは適切である。

本発明および有利性のより完全な理解のために、添付の図面とともに、以下の記述が引き合いに出されている。

航空機の従来技術の集中型ＡＥ解析システムの使用を表す説明図である。 本発明のような分散型解析システムの使用を表す説明図である。 小型のＬＡＨＭＰ回路の正面の立面図である。 ＬＡＨＭＰを通る情報の流れを示す説明図である。 増幅されフィルタ処理されたトランスデューサ信号の取得およびＡＥ事象の包絡線への第１の分析を示す説明図である。 複合構造のための履歴使用と重要度とのプロットを示す典型的な図である。

Claims (25)

1. アコースティック・エミッション解析を用いて構造体を連続的にリアルタイム状態監視する方法であって、
   ａ．監視されるべき前記構造体のある領域に、少なくとも１つのアコースティック・エミッション・トランスデューサを固定して取り付けるステップと、
   ｂ．前記少なくとも１つのトランスデューサからの未加工のアコースティック・エミッション信号の解析を行う全ての必要なハードウェアおよびソフトウェアを含むマイクロコンピュータシステムを、同じ前記領域に分配するステップと、
   ｃ．前記少なくとも１つのアコースティック・エミッション・トランスデューサから受信した電圧信号を増幅して増幅信号を生成するステップと、
   ｄ．前記増幅信号をフィルタ処理して不要な周波数を除去してフィルタ処理された信号を生成するステップと、
   ｅ．予め決められた時間中における前記フィルタ処理された信号を取得し、アコースティック・エミッション事象を識別して記録するステップと、
   ｆ．前記予め決められた時間における前記記録されたアコースティック・エミッション事象から、前記構造体の前記領域の全体の状態評価を診断するステップと、
   を具えており、
   さらに、前記診断するステップが、
   ｉ．第１の演算において、閾値のデシベルレベルより上のアコースティック・エミッション事象の数を演算するステップと、
   ｉｉ．第２の演算において、前記アコースティック・エミッション事象についての履歴指標を演算するステップと、
   ｉｉｉ．第３の演算において、前記アコースティック・エミッション事象についての累積エネルギを演算するステップと、
   ｉｖ．第４の演算において、前記アコースティック・エミッション事象の深刻度を演算するステップと、
   ｖ．第５の演算において、前記履歴指標および前記深刻度と予め定められ予め記録された実験的なアコースティック・エミッション研究データとの比較により、相対的な損傷の測定値を演算するステップと、
   ｖｉ．前記第１、第２、第３および第４の演算結果を用いて、数値化した評価として、前記予め決められた時間における前記構造体の前記領域の全体的な状態評価を演算するステップと、
   を具えることを特徴とする方法。
2. さらに、将来的な使用のために前記マイクロコンピュータシステムのメモリに前記数値化した評価を保存するステップを具えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. さらに、前記数値化した評価を、前記マイクロコンピュータシステムから新たな場所に伝送するステップを具えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記伝送するステップが無線伝送を用いていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記無線伝送が無線周波数伝送器を用いていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記伝送するステップが電子バスを用いていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
7. 前記電子バスがアビオニクスバスであることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 請求項１に記載の方法を用いた、構造体からのアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システムであって、
   ａ．監視される前記構造体のある領域に固定して取り付けられ、前記アコースティック・エミッション信号を検出しトランスデューサ信号を出力する少なくとも１つのアコースティック・エミッション・トランスデューサと、
   ｂ．マイクロコンピュータシステムであって、
   ｉ．コンピュータメモリと、
   ｉｉ．前記トランスデューサ信号を取得しアコースティック・エミッション事象を記録するデータ取得ソフトウェアと、
   ｉｉｉ．前記構造体の前記領域の状態を評価および分類するデータ解析ソフトウェアと、を具えるマイクロコンピュータシステムと、
   を具えることを特徴とするシステム。
9. 前記アコースティック・エミッション信号を検出する前記少なくとも１つのアコースティック・エミッション・トランスデューサが、圧電セラミック・アコースティック・エミッション・トランスデューサであることを特徴とする請求項８に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
10. 前記アコースティック・エミッション信号を検出する前記少なくとも１つのアコースティック・エミッション・トランスデューサが、フッ化ビニリデンからなるアコースティック・エミッション・トランスデューサであることを特徴とする請求項８に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
11. さらに、前記トランスデューサ信号を増幅して増幅信号を発生するための増幅システムを具えることを特徴とする請求項８に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
12. さらに、前記増幅信号をフィルタ処理してフィルタ処理した信号を発生する帯域制限フィルタを具えることを特徴とする請求項１１に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
13. 前記帯域制限フィルタが、フィルタ処理した信号の周波数を７５ｋＨｚから５００ｋＨｚの間に制限することを特徴とする請求項１２に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
14. さらに、前記フィルタ処理した信号をデジタルのフィルタ処理した信号に変換するアナログ・デジタル変換器を具えることを特徴とする請求項１１に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
15. 前記マイクロコンピュータシステムが、さらに、外部に向けて通信するための通信回路を具えることを特徴とする請求項８に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
16. 前記通信回路が、ＲＳ−２３２規格に基づいていることを特徴とする請求項１５に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
17. 前記通信回路が、ＵＳＢ規格に基づいていることを特徴とする請求項１５に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
18. 前記データ解析ソフトウェアが、前記構造体の前記領域の前記状態を数値化した評価に分類することを特徴とする請求項８に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
19. 前記数値化した評価が、後の参照用に前記メモリに保存されることを特徴とする請求項１８に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
20. 前記数値化した評価が、異なる場所に無線伝送されることを特徴とする請求項１８に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
21. 前記数値化した評価が、無線周波数伝送器により無線伝送されることを特徴とする請求項２０に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
22. 前記数値化した評価が、電子バスシステムを通って伝送されることを特徴とする請求項１８に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
23. 前記電子バスが航空機のアビオニクスバスであることを特徴とする請求項２２に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
24. 前記アビオニクスバスがＡＲＩＮＣ−４２９規格に基づくことを特徴とする請求項２３に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。
25. 前記アビオニクスバスがＭＩＬ ＳＴＤ １５５３に基づくことを特徴とする請求項２３に記載のアコースティック・エミッション信号を監視する分散型リアルタイム状態監視システム。

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