JPH01301163A

JPH01301163A - 物品の劣化診断方法およびその装置

Info

Publication number: JPH01301163A
Application number: JP63132332A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Honjo; 克彦本庄; Mitsumasa Hishiyama; 菱山　光正; Junichi Masuda; 順一増田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1988-05-30
Publication date: 1989-12-05
Anticipated expiration: 2009-01-12
Also published as: JPH063436B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は構造物品、製品の検査あるいは診断において、
腐食量あるいは亀裂量等と負荷される張力等を検知でき
る物品の劣化診断方法に関するものである。また、当該
の方法を用いて腐食や亀裂等の検出、負荷される張力等
を検知できる機能を有した物品の劣化診断装置に関する
ものである。

（従来の技術）従来よシ構造物品に加わる張力および肉厚・亀裂量を検
知する方法としては以下に掲げる方法があった。■一定
形状を有する物品の自由振動下での共振周波数と減衰係
数から亀裂量を検知する方法。■両端が固定された物品
の縦振動あるいは横振動の共振周波数から張力あるいは
構造を検知する方法。しかしながら、一端が固定された
物品の減肉量あるいは亀裂量と張力を同時に検知できる
方法はなかった。

第８図は上記■の方法及びその装置構成を示す。

１は振動センサ、２はアンプ、３は演算部、４は表示部
を示す。また、５は被検体、６は防振材、７は加振器で
ある。次に、その作用および効果を説明する。加振器７
で加振された被検体５は自由振動し、その振動センチ１
を通して電気信号に変換される。変換された電気信号は
アンプ２で増幅され、演算部３で共振周波数および減衰
係数を測定し、第９図に示すように与えられた形状、材
質を持つ被検体の共振周波数と減衰係数の関係から劣化
程度を判定する。この技術では、被検体に発生・進展す
る亀裂量に伴い一意的に共振周波数と減衰係数は劣化方
向に沿って変化することを利用しているため、構造物品
等の新品から劣化取替域までの劣化程度、寿命を定量的
に検知することができる。

第ｉｏ図は上記■の方法及びその装置構成を示す。１は
振動センサ、２はアンプ、３′は演算部、４は表示部を
示す。５′は被検体、６′は被検体を固定あるいは支持
する物体、７は加振器を示す。次に、その作用および効
果を説明する。加振器７あるいは自然環境中における常
時の振動によって被検体５′は振動する。この振動は振
動センｆ１およびアンプ２を通して電気信号に変換、増
幅され、演算部３′で共振周波数を測定する。さらに１
第１１図に示すように予め与えられている被検体５′の
長さ、断面積および材質をもとに共振周波数から被検体
に加わる張力を算出する。この技術では、形状・材質の
固有な被検体の共振周波数から被検体両端に加わる張力
を測定することができるため、構造物等の強度上の安全
性、寿命を定量的に検知することができる。

しかしながら、両端が支持あるいは固定されている構造
物に加わる張力とその劣化程度あるいは形状を同時に検
知する方法はなかりた。

（発明が解決しようとする課題）従来の物品劣化診断方法は、材質および寸法が一定の物
品あるいは構造物に加わる張力と腐食等によって劣化し
た程度を同時に定量化できないという問題点があった。

このため、以下に示すような解決課題が残されていた。

■両端が固定されてお）、張力が加えられている構造物
の劣化あるいは腐食量を定量的に検知すること。■−一
定所が固定されている構造物の寸法・形状の変化を定量
的に検知すること。

これらの結果、構造物の劣化診断の精度およびその適用
範囲が限られるという問題があった。

この発明は、上記の事情に基づいてなされたもので、一
定形状を有する構造物あるいは構造用物品の劣化程度お
よびそれらに加わる張力環？同時にしかも的確に探知す
ることのできる物品の劣化診断方法およびその装置を提
供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記の問題点を解決するために、被検体と
なる構造物および構造用物品の縦振動の共振周波数と横
振動の共振周波数の両者から上記物品の劣化程度および
張力等を定量化することを要旨とする。さらに、この発
明は、被検体となる構造物およ４び構造用物品の一端に
取シっける振動センチと、被検体の他端に振動を励起す
る加振部と、被検体の縦振動および横振動の共振周波数
を算出して劣化程度および張力を算出する演算部と、結
果を出力する表示部とを有することを要旨とする。

（作用）この発明においては、物品の縦振動および横振動の共振
周波数を算出し、これらの情報に基づいて物品の劣化程
度および加わる張力等を検知している。

（実施例）第１図は、この発明の一実施例に関わる物品の劣化診断
方法およびその装置の構成図を示す。１′は振動センサ
、２はアンプ％’　　ｆ／は演算部、４は表ず、加振器
７で加振された被検体５′は振動する。

この際、棒状の被検体５は横振動（変位が棒の長手方向
に垂直のモードを持つ振動）と縦振動（変位が棒の長手
方向と平行のモードを持つ振動）の両者が複合した振動
をとる。そこで、振動センサ１′でこの機械振動を電気
信号に変換し、アンプ２で増幅する。アンプ２を通して
得られた振動波形をもとく演算部ｌで被検体ｌの横振動
および縦振動の共振周波数を算出する。続いて、演算部
３″で予め寸法（棒の長さおよび断面形状）およびヤン
グ率、密度が既知とされている被検体に加わる張力およ
び劣化程度に対応して算出された横振動および縦振動の
共振周波数をもとに、被検体５Ｎの張力および劣化程度
を算出する。最後に、演算部ｌで得た結果を表示部４で
表示する。

第２図は、被検体として両端を固定した鉄棒の横振動波
形とその振動スペクトル分布を示す。第２図の２０は、
上記鉄棒のインパルス加振後の横振動波形である。第２
図の２１は、振動波形をＡ／Ｄ変換後、高速フーリエ変
換（ＦＦＴ　）処理して得た横振動のスペクトル分布で
ある。この図で、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ周波数ピークで
ある。さらに、第３図は、被検体として両端を固定した
鉄棒の縦振動波形とその振動ス（クトル分布を示す。

第３図の３０は、上記鉄棒のインパルス加振後の縦振動
波形である。第３図の３１は、振動波形をＡ／Ｄ変換後
、高速フーリエ変換（ＦＦ’Ｔ　）処理して得た縦振動
のスペクトル分布である。この図で、に、Ｂ′、σはそ
れぞれ周波数ピークである。

これらの周波数ピークをもとに横振動および縦振動の共
振周波数を測定する。

第４図は、上記の鉄棒の張力および劣化程度の診断実施
例の実験構成図を示す。１′は振動センサメは打撃ハン
マ（加振器）、５′は被検体、９は被検体５′に張力を
与えるための接続ワイヤ、８は張力印加用のロードセル
、１０は被検体５′の支持板である。本実験では、被検
体５は２２闘φＸ１８００ｍｍの鉄棒を、ワイヤ９は長
さ１２００ｍのものを用いて測定した場合を示す。なお
、被検体５′の鉄棒は支持板１０近くに腐食による劣化
を仮定して減肉加工部分１１を長さ２００ｍ１ｘ断面積
を２０〜Ｉ＋１．Ｉ、および縦振動を同時に検知できるセンサであシ、゛鉄棒
の先端から６００ｉｉａに取シつけられている。

打撃ハンマＩによる打撃は鉄棒の先端とし、ロードセル
８で０〜２ｔまで張力を加えた。第５図および第６図は
、上記鉄棒の診断実施の結果を示す。

第５図は、鉄棒の横振動の共振周波数ｆｔと加工した断
面積比の関係を示す。共振周波数ｆｔは断面積が小さく
なっても変化しないが、張力の増加に従って大きくなる
。そこで、共振周波数ｆｔから鉄棒の加わる張力が検知
できる。第６図は、鉄棒の縦振動の共振周波数ｆｆ　　
と加工した断面積比の関係を示す。共振周波数１１は断
面積が小さくなるに従って低下し、張力が高くなるほど
共振周波数は相対的に高くなる。このため、鉄棒に加わ
る張力がわかれば共振周波数ｆＧから減肉した断面積を
求めることができる。これらの結果から、横振動の共振
周波数から鉄棒に加わる張力を求め、縦振動の共振周波
数から減肉した劣化程度を求めることができる。

第７図は、本実施例の物品の劣化診断方法の作用を示す
フローチャートを示す。このフローに従って本劣化診断
方法の処理の流れを説明する。まず、両端に張力が加わ
った被検体（棒状物品）を加振する（１００）。振動セ
ンサを通して電気信号の横振動波形を取シ込み（１１０
）、続いて電気信号縦振動波形を取シ込む（１２０）。

取シ込んだ振動波形をチンプリング後Ａ／Ｄ変換する（
１３０）。ディジタル化された信号を高速フーリエ変換
（ＦＦ’Ｔ）処理して振動のスペクトル分布を描＜（１
４０）。算出したスペクトル分布のピークから横振動の
共振周波数ｆｔを求め（１５０）、さらに、縦振動の共
振周波数ｆｔ　を求める（１６０）。そこで、横振動の
共振周波数ｆ７　から劣化程度（この場合は減肉量）を
算出する（１８０）。なお、張力並びに劣化程度の算出
には予め与えられた被検体の寸法、形状および材質ごと
にデータベース化された横振動の共振周波数ｆｔおよび
縦振動の共振周波数ｆＪ　が数値化されてメモリされて
いる（１９０）。最後に、診断した被検体の張力および
劣化程度を表示する（２００）。

なお、上記実施例では、一部分が減肉している金属棒に
一定の張力が加わっている場合について説明しているが
、これに限定されるものでは無く、例えば、減肉の代わ
シに亀裂が存在する場合あるいは張力の代わシに圧縮力
あるいは剪断力等の機械力が加わっている場合にも適用
できる。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、形状および材
質が一定の構造物あるいは構造用物品の縦振動および横
振動の共振周波数からその張力等および劣化程度を検知
しているので、例えば、４造物に固定あるいは支持され
た棒、梁、ワイヤ等の長物の構造物品の機械強度、構造
上の安定性および腐食量、亀裂量等の劣化程度を同時に
、簡便に、しかも的確に検知できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による物品の劣化診断方法およびその装
置の一実施例を示す構成図、第２図は本発明の実施例に
示す鉄棒の横振動波形およびその年子スペクトル分布を示す物性図、第３図は本発明の実施例
に示す鉄棒の縦振動波形およびそのスペクトル分布を示
す特性図、第４図は本発明の実施例に示す鉄棒の劣化診
断方法およびその実験構成図、第５図は本発明の実施例
に示す鉄棒の張力変化に伴う横振動の共振周波数と減肉
した断面積との関係を示す特性図、第６図は本発明の実
施例に示す鉄棒の張力変化に伴う縦振動の共振周波数と
減肉した断面積との関係を示す特性図、第７図は本発明
の実施例における劣化診断方法の作用を示すフローチャ
ート、第８図は従来の振動解析法による劣化診断方法の
構成概略図、第９図は従来の振動解析法による劣化診断
図、第１０図は従来の振動解析法による張力測定方法の
構成概略図、第１１図は従来の振動解析法による張力と
振動数の関係を示す特性図である。１・・・振動センサ、１′・・・本発明による振動セン
サ、２・・・アンプ、３・・・従来の演算部、〆・・・
従来の演算部、！・・・本発明による劣化診断の演算部
、４・・・表示部、５・・・被検体、５′・・・被検体
（梁、ワイヤ等）。５′・・・被検体（棒状物品）、６・・・防振材、６′
・・・固定あるいは支持する物体、６″・・・固定ある
いは支持物（被検体に張力負荷時）、７・・・加振器、
〆・・・打撃ハンマ（加振器）、８・・・ロードセル、
９・・・接続用ワイヤ、１０・・・支持板、１１・・・
減肉加工部分。出願人代理人　弁理士　鈴　圧式　彦局　　汲　数　（Ｈ２）用　浪玖　（ｋＨｚ）吟　　開　（ｍφＣ）第３図第８図共１は数ｆｅ（Ｈｚ）共才反周つ良数ｆｔ（Ｈｚ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）張力等の機械力が加えられた被検体に機械的振動
を与え、この被検体からセンサにより電気信号の横振動
波形及び縦振動波形を抽出し、この横振動波形及び縦振
動波形をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を高
速フーリエ変換処理して振動のスペクトル分布を算出し
、このスペクトル分布のピークから横振動の共振周波数
及び縦振動の共振周波数を算出して、予め測定されてい
る被検体の寸法、形状、および材質をもとに算出された
共振周波数から当該被検体に加わる張力等の機械力を算
出し、この張力等の機械力をもとに縦振動の共振周波数
から当該被検体の減肉量等の劣化程度を算出することを
特徴とする物品の劣化診断方法。
（２）被検体に機械的振動を励起させる加振部と、この
被検体に取りつけてその横振動及び縦振動を電気的信号
に変換するセンサ部と、このセンサ部で得られるアナログ振動波形をディジタル
信号に変換し、これらのディジタル信号を高速フーリエ
変換処理によって縦振動及び横振動の共振周波数を算出
して、予め測定されている被検体の寸法、形状、および
材質をもとに算出された共振周波数から当該被検体に加
わる張力等の機械力及び当該被検体の減肉量等の劣化程
度を求める演算部と、診断結果を表示する表示部から構成されることを特徴と
する物品の劣化診断装置。