JPH04212054A - アコースティック・エミッションセンサー - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アコースティック・エ
ミッション（Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　）
を検出するアコースティック・エミッションセンサーに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】固体が破壊または塑性変形するとき、そ
れまで内部歪みとして蓄えられていたエネルギーを弾性
波（音波及び超音波）として放出するが、この現象をア
コースティック・エミッション（以下、ＡＥと略す）と
呼んでおり、上記弾性波をＡＥ波と呼んでいる。そして
、このＡＥ波を材料に荷重をかけながら観測することに
より、その材料における傷の発生または破壊の発生の前
兆を補足する方法、いわゆるＡＥ法は、「鉄鋼便覧」第
３版、第ＩＶ巻第４６８頁に記載されているように、材
料の疲労試験や材料研究に応用されている。

【０００３】ＡＥ波の検出を行うＡＥセンサーには、超
音波受信素子としての圧電素子が通常使用されているが
、特開昭５１−２０８９０号公報に開示されているよう
に、圧電素子と被検体との接触部を電気的絶縁材料で構
成し、かつ、圧電素子を２段重ねにすることにより、電
気的ノイズに強く、しかも各圧電素子で検出されるＡＥ
信号の間に位相差を生じにくくした平衡型ＡＥセンサー
が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波が物
体中を伝播するとき、縦波の方が横波よりも速く伝播す
る。このため、ＡＥ波中の縦波だけを検出すれば、ＡＥ
発生源におけるＡＥ発生強度の変化を忠実に検出できる
が、上記従来の構成では、縦波だけでなく横波も検出さ
れてしまうという問題点を有する。

【０００５】そこで、ＡＥ波中の縦波（縦振動モード）
だけを検出できるように、角柱状のセラミックス圧電体
を高さ方向に分極して、合成樹脂マトリックス中に配列
した合成樹脂−セラミックス複合圧電素子をＡＥセンサ
ーに用いることが考えられる。

【０００６】しかし、この場合も、ＡＥ波の検出時、検
出し得るＡＥ波の周波数域が狭いために、各種信号処理
を行うには情報量があまりに少なく、このために精度の
高いＡＥ波形解析ができないという問題点を有している
。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のアコースティッ
ク・エミッションセンサーは、上記の課題を解決するた
めに、複数の柱状のセラミックス圧電体をその高さ方向
が互いにほぼ平行となるように合成樹脂マトリックス中
に配列した合成樹脂−セラミックス複合圧電素子により
アコースティック・エミッションを検出するアコーステ
ィック・エミッションセンサーにおいて、上記合成樹脂
マトリックス中には高さが異なり、かつ、高さ方向に分
極された柱状のセラミックス圧電体が同心円状に配列さ
れていることを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記の構成によれば、柱状のセラミックス圧電
体を高さ方向に分極させたので、高さ方向に伝播して来
るＡＥ波中、縦振動モードに対してのみ、合成樹脂−セ
ラミックス複合圧電素子の両端面に電位差を生じる。こ
れにより、縦振動モードだけが検出される。また、異な
る高さの柱状のセラミックス圧電体を用いたので、高さ
の種類だけ共振点が現れ、ＡＥ波の検出周波数域が広く
なる。このため、ＡＥ信号の立ち上がり時間も短くなり
、応答性が向上すると共に、検出感度も向上する。また
、セラミックス圧電体を同心円状に配列したので、無指
向性であり、ＡＥ波の伝播方向に依らずほぼ一定の検出
感度が得られる。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図８に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１０】本発明のアコースティック・エミッション
センサー（以下、ＡＥセンサーと略す）は、図２の縦断
面図に示すように、被検体からのＡＥ波を受ける受波板
２、受波板２上に設けられてＡＥ波を電気信号に変換す
る合成樹脂−セラミックス複合圧電素子１から主に構成
されている。

【００１１】合成樹脂−セラミックス複合圧電素子１は
、複数の柱状のセラミックス圧電体３…をその高さ方向
がほぼ平行となるように合成樹脂マトリックス４中に配
列させて、その両端面には電極５・６を設け、下部外周
面には電極６に電気的に接続されている電極６’を設け
た構成になっており、各柱状のセラミックス圧電体３に
おいて、圧電体結晶粒子の結晶軸を高さ方向（図２の上
下方向）に配向させて、その方向に分極させた構成にな
っている。

【００１２】また、図１の横断面図に示すように、セラ
ミックス圧電体３…は、合成樹脂マトリックス４中に同
心円状に配列されている。また、各同心円上では、セラ
ミックス圧電体３…の高さはほぼ等しいが、同心円間で
は、セラミックス圧電体３の高さは一様ではなく、異な
る高さのセラミックス圧電体３が用いられている。本実
施例では、図２のように、外周側の同心円になるほど、
セラミックス圧電体３の高さが高くなるように配置され
ている。このため、下端面の電極６は平坦であるが、上
端面の電極５は段付きになっている。

【００１３】なお、上記同心円状に配列するとは、同心
円の円周上にセラミックス圧電体３…を配列するという
意味であり、有限のセラミックス圧電体３…を配列する
ことにより完全な同心円を形成できないことは言うまで
もない。したがって、各同心円上、すなわち、合成樹脂
−セラミックス複合圧電素子１の中心からほぼ等距離の
位置にセラミックス圧電体３…を配置した場合、これら
は厳密には多角形を形成することになる。

【００１４】なお、合成樹脂−セラミックス複合圧電素
子１の下端面の電極６と受波板２とは接着剤により接着
されている。

【００１５】上記の構成において、受波板２を被検体の
表面に密着させると、被検体の内部で発生したＡＥ波は
被検体中を伝播して表面に到達し、受波板２と下側の電
極６を介して、合成樹脂−セラミックス複合圧電素子２
に伝達され、柱状のセラミックス圧電体３…をその高さ
方向に伸縮する。そして、この伸縮により柱状のセラミ
ックス圧電体３…の両端に電位差を生じ、これがＡＥ信
号として取り出される。

【００１６】本発明のＡＥセンサーでは、柱状のセラミ
ックス圧電体３…は高さ方向に結晶軸が配向し、その方
向に分極している構成であるので、高さ方向に伸縮され
た時だけ、その両端に正負の電荷を生じるが、それ以外
の方向、例えば高さ方向に直交する方向に伸縮されても
、その両端に電荷を生じない。すなわち、被検体の内部
から表面に到達するＡＥ波中、縦振動成分が主に検出さ
れることになる。また、セラミックス圧電体３の横振動
成分は合成樹脂マトリックス４中で速やかに減衰するの
で、リンギングの少ないＡＥ信号が得られる。

【００１７】これにより、時間的空間的に異なるＡＥに
起因した縦波と横波とが、伝播速度が異なるために、同
時にＡＥセンサーに到達したとしても、縦振動成分だけ
が検出されて、被検体の内部で発生したＡＥの強度及び
その変化を忠実に検知できる。

【００１８】ところで、ＡＥ波により合成樹脂−セラミ
ックス複合圧電素子１の電極５・６間に生じる電位差は
、柱状のセラミックス圧電体３の材質及び形状により決
まる固有のものである。したがって、予備実験において
、強度が分かっている超音波を受信して、そのとき、電
極５・６間に生じる電位差の関係を求めておけば、この
関係を用いて、実際の被検体で計測された電極５・６間
の電位差からＡＥ波の強度を算出できることになる。

【００１９】また、本実施例のＡＥセンサーでは、合成
樹脂−セラミックス複合圧電素子１は、異なる高さの柱
状のセラミックス圧電体３より構成されているので、い
わゆる共振分散型になっており、各柱状のセラミックス
圧電体３…の高さに応じて異なる共振周波数（共振点）
を持っている。このため、ＡＥセンサーの検出周波数域
が広くなると共に、共振を利用しているので充分な感度
特性が得られる。

【００２０】また、本実施例のＡＥセンサーでは、セラ
ミックス圧電体３…は合成樹脂マトリックス４中に同心
円上に配置されているので、ＡＥ波の受波時、受波方向
の依存性が少ない。

【００２１】柱状のセラミックス圧電体３の材料として
、具体的には例えば、チタン酸バリウム焼結体、チタン
酸鉛焼結体、または、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）
焼結体等を使用することがＡＥの検出感度上好ましいが
、圧電特性を有し、高さ方向に分極されておれば、いか
なるものでも使用できる。また、その形状としては、柱
状であって、その高さと底面の１辺の長さとの比が、１
以上である必要があり、２以上であることがＡＥの検出
感度上好ましく、この比が、２〜６の範囲であるとさら
に好ましい。また、セラミックス圧電体３の弾性率は、
６０００ｋｇｆ／ｍｍ２　以上であることがＡＥの検出
感度上好ましい。

【００２２】合成樹脂マトリックス４に使用される合成
樹脂は、柱状のセラミックス圧電体３と結合して、一体
化し得るものであれば、いかなるものでもかまわない。 具体的には例えば、シリコンゴム、ウレタンゴム、ブタ
ジエンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム
、クロロプレンゴム、フッ素ゴム、エチレン−アクリル
ゴム、ポリエステルエラストマー、エピクロルヒドリン
ゴム、アクリルゴム、または、塩素化エチレンゴムがあ
るが、シリコンゴム、ウレタンゴム、または、ブタジエ
ンゴムを使用することが、ＡＥの検出感度上好ましく、
横振動モードを大きく減衰させて、縦振動モードだけを
検出する上でも好ましい。また、合成樹脂の弾性率は、
１〜５０ｋｇｆ／ｍｍ２　であることがＡＥの検出感度
上好ましく、ＡＥセンサーと被検体（図１）との音響イ
ンピーダンスを整合させることがさらに好ましい。。

【００２３】また、合成樹脂−セラミックス複合圧電素
子１において、柱状のセラミックス圧電体３…全体の容
積と合成樹脂マトリックス２２の容積の比は、８／９２
〜４０／６０の範囲であることがＡＥの検出感度上好ま
しい。

【００２４】以下、合成樹脂−セラミックス複合圧電素
子１の具体例として、ウレタンゴム−ＰＺＴ（チタン酸
ジルコン酸鉛）複合圧電素子を挙げ、その製法とこれを
用いたＡＥセンサーの性能について説明する。

【００２５】円柱状のセラミックス圧電体３の材料とし
て、円柱形（φ１０ｍｍ×６ｍｍ）の分極済みＰＺＴ焼
結体（本多電子社製、型番ＨＣ−５０ＧＳ、比誘電率＝
１０５０、圧電定数ｇ３３＝３２×１０−３Ｖｍ／Ｎ、
電気機械結合係数ｋ３３＝６７％、機械的品質係数Ｑ＝
１０００）を使用し、これを加工して、φ０．７ｍｍで
高さが４ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍの円柱が合計６１本、厚
さ２ｍｍのＰＺＴ円板上に同心円状に配列して、直立し
たＰＺＴ微細加工物を得た。各同心円の直径を外周側か
ら内周側に順に挙げると、φ８．５、φ６．４、φ４．
３、φ２．１であり、それぞれの同心円は高さ４ｍｍ×
２４本、高さ２ｍｍ×１８本、高さ１ｍｍ×１２本、高
さ１ｍｍ×６本の円柱状ＰＺＴから構成されている。ま
た、中央には高さ１ｍｍ×１本の円柱が配置されている
。以上の加工には、Ｓ４５Ｃ（構造用炭素鋼）からなる
工具を備えた超音波加工装置（日本電子工業社製、形式
ＵＭ−５０００　　ＤＡ）が使用された。

【００２６】このようにして得られたＰＺＴ微細加工物
をシリコン成形型にはめ込み、この成形型に合成樹脂マ
トリックス４の材料としての電気絶縁用ウレタンゴム（
サンユレジン社製、商品名ＳＵ−２１５３−９、硬度５
２、黒色）を充填し、室温で１日放置した後、乾燥機に
て６０℃、５時間の硬化処理を行ってウレタンゴムを硬
化させて、成形型から取り出すことにより、ＰＺＴ円板
上にウレタンゴム−ＰＺＴが形成されたウレタンゴム−
ＰＺＴ複合物を調製した。

【００２７】次に、上記ウレタンゴム−ＰＺＴ複合物の
ＰＺＴ円板部をダイヤモンドブレード（マルトー社製ク
リスタルカッター）で切り落として、ウレタンゴムのマ
トリックスに、３種類の異なる高さのＰＺＴからなる円
柱計６１本が、規則正しく同心円状に配列したウレタン
ゴム−ＰＺＴ複合圧電体を調製し、さらに、両端面をサ
ンドペーパーで研磨した。

【００２８】そして、段差の付いた側の端面部及び段差
部、それから反対の端面に近い外周には、銀ペースト（
デグザ社製、商品名ＤＥＭＥＴＲＯＮ　　６２９０−０
２７５）を塗布し、１２０℃、３０分の焼付処理を行う
ことにより、電極５・６’としての銀電極が形成された
。また、もう一方の段差のない端面部には、スパッター
法により電極６としての金電極が形成された。そして、
この金電極面には、受波板２としての厚さ０．２ｍｍの
アルミナ薄板（三菱鉱業セメント社製、型番ＭＡＢ−Ｌ
２０１Ｋ−１０φ）が接着剤により接着された。それか
ら、電極５・６’にリード線が半田付けされて、ウレタ
ンゴム−ＰＺＴ複合圧電素子からなるＡＥセンサーが得
られた。

【００２９】このＡＥセンサーの周波数特性を確認する
ため、φ０．５ｍｍのシャープペンシル替芯（ペンテル
社製、硬度２Ｈ）を圧折して擬似ＡＥ波を発生させ、こ
れを上記ＡＥセンサーで受信し、ＡＥ信号電圧を測定し
た。

【００３０】図３に測定系の概略構成を示す。

【００３１】測定系は、伝達媒体としてのアルミニウム
板８と、アルミニウム板８のほぼ中央に密着されたＡＥ
センサー７と、ＡＥセンサー７の出力を増幅するプリア
ンプ１０と、プリアンプ１０の出力波形を記憶するウェ
ーブメモリ１２と、ウェーブメモリ１２の入力側に設け
られたインピーダンス・マッチングのための終端抵抗１
１と、ウェーブメモリ１２に記憶されたデータをインタ
ーフェース・ライン１３を介して受け取り、フーリエ変
換を行って周波数スペクトルを求めるマイクロコンピュ
ータ１４とから構成されている。

【００３２】アルミニウム板８として、具体的には例え
ば４００ｍｍ×４００ｍｍ×６０ｍｍの大きさの高力ア
ルミニウム合金（７４７５厚板）が用いられた。また、
プリアンプ１０にはエヌエフ回路設計ブロック社製のモ
デルＮＦ９９１３Ｓ（増幅率２０ｄＢ）が用いられ、ウ
ェーブメモリ１２には日本フィジカルアコースティック
社製のモデルＤＬ　　２１２０が用いられた。さらに、
マイクロコンピュータ１４にはヒューレット・パッカー
ド社製のモデルＨＰ２１６が用いられ、インターフェー
ス・ライン１３にはＧＰ−ＩＢ（汎用インターフェース
・バス）が使用された。

【００３３】上記の構成において、シャープペンシル替
芯９をアルミニウム板８の下面に押圧して圧折し、この
とき発生する擬似ＡＥ波をアルミニウム板８の上面に設
けられたＡＥセンサー７で受波する。そして、電気信号
としてのＡＥ信号が取り出され、プリアンプ１０で増幅
された後、所定のタイミングでウェーブメモリ１２に取
込まれる。ウェーブメモリ１２内に取り込まれたＡＥ信
号はインターフェース・ライン１３を介してマイクロコ
ンピュータ１４に転送され、フーリエ変換が行われる。 これにより、ＡＥセンサー７の検出信号電圧の周波数依
存性を示す周波数スペクトルが得られる。

【００３４】なお、周波数特性の比較のために、比較例
１として、上記６１本のφ０．７のＰＺＴの円柱の高さ
をすべて４ｍｍにした単一共振型のＡＥセンサーを上記
と同一の材料及び製造方法により作製し、上記と同一の
測定を行った。

【００３５】また、同じく周波数特性の比較のために、
比較例２として、単一共振型である市販の小型共振型Ａ
Ｅセンサー（米国フィジカルアコースティック社製の商
品名ＰＩＣＯ、サイズφ３．５×４．７）を用い、比較
例３として、無共振型である市販の広帯域ＡＥセンサー
（富士セラミックス社製の校正用基準器ＲＥＦ１０Ｍ、
周波数帯域０〜１０ＭＨｚ）を用いて上記と同一の測定
を行った。

【００３６】測定結果を図４及び図５に示す。図中、縦
軸はＡＥセンサーの検出信号の出力電圧比であり、横軸
は周波数である。

【００３７】図４は共振分散型のＡＥセンサーにおける
周波数スペクトルと単一共振型のＡＥセンサーにおける
周波数スペクトルとを比較するものであり、曲線１５は
本実施例の共振分散型のＡＥセンサーを示しており、曲
線１６・１７はそれぞれ比較例１及び比較例２の単一共
振型のＡＥセンサーを示している。

【００３８】図から明らかなように、出力電圧比が−６
０ｄＢまで減衰する周波数は、今回比較用として試作し
たＡＥセンサー（比較例１）においても、市販のＡＥセ
ンサー（比較例２）においても、約１ＭＨｚであるが、
本実施例のＡＥセンサーでは約２ＭＨｚになっており、
ＡＥ波の検出可能な周波数帯域が約２倍に広がっている
。この広帯域化は共振分散による効果と考えられ、前述
のように、共振分散型のＡＥセンサーでは複数の異なる
共振周波数を持つために周波数帯域が広がっているもの
と考えられる。

【００３９】図５は共振分散型のＡＥセンサーにおける
周波数スペクトルと無共振型のＡＥセンサーにおける周
波数スペクトルとを比較するものであり、曲線１５は図
４と同様、本実施例の共振分散型のＡＥセンサーを示し
ており、曲線１８は比較例３の無共振型のＡＥセンサー
を示している。

【００４０】出力電圧比が−６０ｄＢまで減衰する周波
数は、本実施例のＡＥセンサーにおいても、市販の広帯
域のＡＥセンサー（比較例３）においても、ほぼ等しく
約２ＭＨｚであるが、１〜２ＭＨｚの高周波数域及び５
００ｋＨｚ以下の低周波数域の感度低下は本実施例のＡ
Ｅセンサーの方が少ない。

【００４１】この差はＡＥセンサーが共振型であるか、
無共振型であるかに依るものであり、比較例３の無共振
型のＡＥセンサーでは、セラッミックス圧電体ＰＺＴを
樹脂からなるダンピング材料で押さえつけて共振点を抑
圧することにより広帯域化を図っているが、このために
高周波数域だけでなく低周波数域の感度低下も引き起こ
している。これに対し、本実施例の共振分散型のＡＥセ
ンサーでは、異なる高さの柱状のセラミックス圧電体３
（図２）を用いることにより低域、中域及び高域の各周
波数域にそれぞれ共振点を配置したので、いずれの周波
数域においても感度の低下がより少ない。これにより、
広帯域で、かつ、平坦な検出周波数スペクトルが得られ
る。また、以上の測定結果は同一測定系（図３）により
評価されたものであるので、出力電圧比を相互に絶対比
較することができ、本実施例のＡＥセンサーは０〜２Ｍ
Ｈｚの全周波数域に渡って、比較例３のＡＥセンサーよ
り高感度であると結論できる。

【００４２】次に、上記具体例で示したウレタンゴム−
ＰＺＴ複合圧電素子にハウジングを設けたＡＥセンサー
を試作し、このＡＥセンサーを用いて、より精密に測定
した周波数特性について、図６ないし図８に基づいて説
明すれば、以下のとおりである。

【００４３】測定に用いられたＡＥセンサー２０は、図
６の縦断面図に示すように、被検体からのＡＥ波を受波
するアルミナ受波板２２と、アルミナ受波板２２上に接
着されＡＥ波を電気信号に変換するウレタンゴム−ＰＺ
Ｔ複合圧電素子１９と、ウレタンゴム−ＰＺＴ複合圧電
素子１９全体を被うようにアルミナ受波板２２上に固定
され、外部雑音のシールド及びウレタンゴム−ＰＺＴ複
合圧電素子１９の保護を行うコップ状のメタルハウジン
グ２１と、ウレタンゴム−ＰＺＴ複合圧電素子１９によ
り受信されたＡＥ信号を取り出すコネクター２３と、ウ
レタンゴム−ＰＺＴ複合圧電素子１９の電極５・６’と
コネクター２３とを接続するリード線２４・２４とから
主に構成されている。

【００４４】メタルハウジング２１の材料として、本実
施例ではアルミニウムを用いたが、ステンレス等を用い
てもかまわない。

【００４５】また、アルミナ受波板２２とメタルハウジ
ング２１とは、接着により固定したが、はめ込みにより
固定してもよい。

【００４６】上記の構成において、メタルハウジング２
１は、外部雑音のシールド及びウレタンゴム−ＰＺＴ複
合圧電素子１９の保護を行うだけでなく、アルミナ受波
板２２を介してウレタンゴム−ＰＺＴ複合圧電素子１９
を被検体に固定させる役割も果たしている。すなわち、
ウレタンゴム−ＰＺＴ複合圧電素子１９は、前述のよう
に、φ１０ｍｍ×４ｍｍ程度の大きさしかなく、このた
めに非常に軽いものであるので、メタルハウジング２１
を設けることにより、アルミナ受波板２２と被検体とを
グリース等により固定した際、はずれにくくしている。

【００４７】また、メタルハウジング２１は、アルミナ
受波板２２自体の固有振動を緩和させることにより、ウ
レタンゴム−ＰＺＴ複合圧電素子１９に発生する不要な
残響を減衰させて、高周波数域の感度特性の改善も行っ
ている。

【００４８】上記メタルハウジング２１を備えたＡＥセ
ンサー２０の周波数特性を精密に測定するため、シャー
プペンシル替芯を圧折して擬似ＡＥ波を発生させる前述
の測定系の代わりに、周波数に依らず一定振幅のパルス
を発生できるようにした測定系を使用した。

【００４９】今回の測定系は、図７のブロック図に示す
ように、様々な周波数の電気パルスを発生するパルスジ
ェネレータ２７と、パルスジェネレータ２７から出力さ
れた電気パルスを縦波の音波パルスに変換する音源用セ
ンサー２５と、伝達媒体としての鉄ブロック２６と、前
記音波パルスを受信するＡＥセンサー２０と、ＡＥセン
サー２０の出力を増幅するプリアンプ１０と、プリアン
プ１０の出力波形を記憶するウェーブメモリ１２と、ウ
ェーブメモリ１２の入力側に設けられたインピーダンス
・マッチングのための終端抵抗１１と、ウェーブメモリ
１２に記憶されたデータをインターフェース・ライン１
３を介して受け取り、周波数スペクトルを求めるマイク
ロコンピュータ１４とから構成されている。

【００５０】なお、音源用センサー２５とＡＥセンサー
２０とは、鉄ブロック２６を挟んで対向するように設置
されている。

【００５１】伝達媒体としては鉄ブロック２６の代わり
にアルミニウムブロックを用いてもかまわない。

【００５２】上記の構成において、パルスジェネレータ
２７より１００ＫＨｚ〜２０００ＫＨｚの範囲で周波数
を変えて電気パルスを発生させ、音源用センサー２５に
て音波パルスに変換し、ＡＥセンサー２０で受信するこ
とにより、フーリエ変換を行うことなく直接的にＡＥセ
ンサー２０の感度の周波数依存性を示す周波数スペクト
ルを得ることができる。

【００５３】なお、周波数特性の比較のために、前述の
市販の小型共振型ＡＥセンサー（米国フィジカルアコー
スティック社製の商品名ＰＩＣＯ）及び、同じく前述の
市販の広帯域ＡＥセンサー（富士セラミックス社製の校
正用基準器ＲＥＦ１０Ｍ、周波数帯域０〜１０ＭＨｚ）
を用いて上記ＡＥセンサー２０の測定と同一の測定を行
った。

【００５４】測定結果を図８に示す。

【００５５】図中、縦軸はＡＥセンサーの検出信号の出
力電圧比であり、横軸は周波数である。なお、縦軸につ
いては、受信用のＡＥセンサー２０（図７）を音源用セ
ンサー２５と同一のセンサーに取り替えて計測された出
力電圧を基準として、求められている。

【００５６】曲線２８は本実施例の共振分散型でメタル
ハウジング２１（図６）を備えたＡＥセンサー２０の周
波数スペクトルを示しており、曲線２９・３０はそれぞ
れ市販の小型共振型ＡＥセンサー及び広帯域ＡＥセンサ
ーの周波数スペクトルを示している。

【００５７】曲線２８と曲線２９の比較から、本実施例
のＡＥセンサー２０は、市販の小型共振型ＡＥセンサー
よりもはるかに広帯域であり、しかも、同程度に高感度
であることが分かる。

【００５８】また、曲線２８と曲線３０の比較から、本
実施例のＡＥセンサー２０は、市販の広帯域ＡＥセンサ
ーよりも１０〜２０ｄＢも高感度であり、しかも、同程
度に広帯域であることが分かる。

【００５９】以上の実施例では、柱状のセラミックス圧
電体３の高さが３種類からなるＡＥセンサーを示したが
、この高さは何種類にしてもよく、例えば高さが４種類
でも同様の効果が得られる。

【００６０】なお、あまり種類が多いと、共振周波数が
増えて全帯域幅は広がるが、帯域当たりの柱状のセラミ
ックス圧電体３の数が減るため、検出感度が悪くなって
しまうことになる。

【００６１】また、本実施例では、断面形状が円形の柱
状のセラミックス圧電体３を使用したが、断面形状はこ
れに限らず、例えば４角形や６角形であってもかまわな
い。

【００６２】また、楕円等の曲面でもよい。

【００６３】以上のように、本発明のＡＥセンサーは、
検出周波数域が広いので、被検体内で発生するあらゆる
傷を検知する定性分析に使用でき、しかも、ＡＥ波中の
縦振動モードだけを優先的に検出するので、上記傷発生
の進行状況を検知する定量分析にも使用できる。また、
圧電特性に優れた合成樹脂−セラミックス複合圧電素子
１を使用しているので、小型で検出感度が高い。

【００６４】なお、本発明のＡＥセンサーは、ＡＥ波だ
けでなく、気体・液体・固体中を伝播するすべての弾性
波の検出に利用できるだけでなく、逆に、外部から交流
電圧を印加することにより、弾性波を発生させることも
できる。

【００６５】

【発明の効果】本発明のアコースティック・エミッショ
ンセンサーは、以上のように、柱状のセラミックス圧電
体を高さ方向に分極させたので、高さ方向に伝播して来
るＡＥ波中、縦振動モードに対してのみ、合成樹脂−セ
ラミックス複合圧電素子の両端面に電位差を生じる。こ
れにより、縦振動モードだけが検出される。また、異な
る高さの柱状のセラミックス圧電体を用いたので、高さ
の種類だけ共振点が現れ、ＡＥ波の検出周波数域が広く
なる。このため、ＡＥ信号の立ち上がり時間も短くなり
、応答性が向上すると共に、検出感度も向上する。また
、セラミックス圧電体を同心円状に配列したので、無指
向性であり、ＡＥ波の伝播方向に依らずほぼ一定の検出
感度が得られる。以上により、ＡＥ波形解析に必要な広
い周波数域にわたるＡＥ信号を感度良く検出できるアコ
ースティック・エミッションセンサーが得られるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＡＥセンサーの横断面図である。

【図２】図１のＡＥセンサーの縦断面図である。

【図３】擬似ＡＥ波の周波数スペクトル分析を行うため
の装置のブロック図である。

【図４】本実施例のＡＥセンサー及び比較例１及び２の
ＡＥセンサーの周波数スペクトル図である。

【図５】本実施例のＡＥセンサー及び比較例３のＡＥセ
ンサーの周波数スペクトル図である。

【図６】本実施例のメタルハウジングを有するＡＥセン
サーの概略構成を示す縦断面図である。

【図７】パルスジェネレータを用いて、より精密に周波
数スペクトル分析を行うための装置のブロック図である
。

【図８】本実施例のメタルハウジングを有するＡＥセン
サー及び、市販の小型共振型ＡＥセンサー及び広帯域Ａ
Ｅセンサーの周波数スペクトル図である。

【符号の説明】

１　　　　合成樹脂−セラミックス複合圧電素子３　　
　　セラミックス圧電体 ４　　　　合成樹脂マトリックス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の柱状のセラミックス圧電体をその高
   さ方向が互いにほぼ平行となるように合成樹脂マトリッ
   クス中に配列した合成樹脂−セラミックス複合圧電素子
   によりアコースティック・エミッションを検出するアコ
   ースティック・エミッションセンサーにおいて、上記合
   成樹脂マトリックス中には高さが異なり、かつ、高さ方
   向に分極された柱状のセラミックス圧電体が同心円状に
   配列されていることを特徴とするアコースティック・エ
   ミッションセンサー。