JPH0462468A - Acoustic emission sensor - Google Patents

Acoustic emission sensor

Info

Publication number
JPH0462468A
JPH0462468A JP17393590A JP17393590A JPH0462468A JP H0462468 A JPH0462468 A JP H0462468A JP 17393590 A JP17393590 A JP 17393590A JP 17393590 A JP17393590 A JP 17393590A JP H0462468 A JPH0462468 A JP H0462468A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
synthetic resin
height
wave
piezoelectric body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17393590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Teruo Kishi
輝雄 岸
Mitsuharu Shiba
光晴 志波
Keishin Ohara
佳信 尾原
Yasuhiro Nakagami
中上 恭宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Kasei Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Plastics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sekisui Plastics Co Ltd filed Critical Sekisui Plastics Co Ltd
Priority to JP17393590A priority Critical patent/JPH0462468A/en
Publication of JPH0462468A publication Critical patent/JPH0462468A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect only a longitudinal wave and make a quick response by composing a piezoelectric element of at least three kinds of different-height columnar bodies and polarizing it in its height direction. CONSTITUTION:When a wave receiving plate 1 is brought into contact with the surface of a body 7 to be inspected, an acoustic emission(AE) wave generated in the body 7 to be inspected is transmitted to a synthetic resin-ceramic compound piezoelectric element 2 thorough the wave receiving plate 1 and an electrode 24 to make the columnar ceramic piezoelectric body 21 expand and contract in its height direction. A potential difference is generated across the piezoelectric body 21 by the expansion and contraction and led out as an AE through lug terminals 6. The piezoelectric body 21 has its crystal axis oriented in the height direction and is polarized in the direction, so only the longitudinal vibration component is detected. Further, the element 2 consists of three kinds of different-height piezoelectric body 21, so the detection frequency range is wide. Consequently, variation in AE generation intensity can be detected faithfully with good sensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】 〔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(Acou
stic 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。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to acoustic emission (Acou
This relates to an acoustic emission sensor that detects stic emissions.

〔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売を補足する方
法、いわゆるAE法は、「鉄鋼便覧」第3版、第1V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。
[Prior Art] When a solid is destroyed or plastically deformed, the energy that has been stored as internal strain is released as elastic waves (sonic waves and ultrasonic waves), and this phenomenon is called acoustic emission (hereinafter abbreviated as AE). ), and the above elastic wave is called an AE wave. The so-called AE method, which is a method of detecting the occurrence of scratches or destruction in a material by observing this AE wave while applying a load to the material, is described in "Steel Handbook," 3rd edition, Volume 1V. As described on page 468, it is applied to material fatigue tests and materials research.

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倍信号間に位
相差を生じにり<シた平衡型AEセンサーが提案されて
いる。
A piezoelectric element is usually used as an ultrasonic receiving element in an AE sensor that detects AE waves.
As disclosed in Publication No. 20890, the contact portion between the piezoelectric element and the subject is made of an electrically insulating material, and
A balanced AE sensor has been proposed which is resistant to electrical noise by stacking piezoelectric elements in two stages, and which also prevents a phase difference between the AE multiplied signals detected by each piezoelectric element.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

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
By the way, when ultrasonic waves propagate through an object, longitudinal waves propagate faster than transverse waves. Therefore, if only the longitudinal waves in the AE waves are detected, it is possible to faithfully detect changes in the AE generation intensity at the AE generation source, but with the conventional configuration described above, there is a problem in that not only longitudinal waves but also transverse waves are detected. Has a point.

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・ン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。しかし、この場合も、AE波の検出
時、AEセンサーの立ち上がり時間が遅いため、AE発
生強度の変化にすばやく応答できないという問題点を有
している。
Therefore, in order to detect only the longitudinal waves (longitudinal vibration mode) in the AE wave, a prismatic ceramic piezoelectric body was polarized in the height direction and arranged in a synthetic resin matrix. It is conceivable to use the element in an AE sensor. However, in this case as well, the rise time of the AE sensor is slow when detecting the AE wave, so there is a problem that it is not possible to respond quickly to changes in the AE generation intensity.

〔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−セラミックス複合圧電素子に
は少なくとも3種類の異なる高さの柱状のセラミックス
圧電体が用いられていると共に、その高さ方向に分極さ
れていることを特徴としている。
[Means for solving the problem] The acoustic emission sensor of the present invention has the following features:
In order to solve the above problem, acoustic emissions are detected using a synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element in which a plurality of pillar-shaped ceramic piezoelectric bodies are arranged in a synthetic resin matrix so that their height directions are almost parallel to each other. In the acoustic emission sensor, the synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element is characterized in that columnar ceramic piezoelectric bodies of at least three different heights are used and are polarized in the height direction. .

[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、少なくとも3
種類の異なる高さの柱状のセラミ、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(なる。このため、AE倍信号立ち上がり時間
も短くなり、応答性が向上すると共に、受信感度も向上
する。
[Function] According to the above configuration, since the columnar ceramic piezoelectric body is polarized in the height direction, the synthetic resin-ceramic piezoelectric body is polarized only in the longitudinal vibration mode in the AE wave propagating in the height direction. A potential difference is generated between both end faces of the composite piezoelectric element. As a result, only the longitudinal vibration mode is detected. Also, at least 3
Since column-shaped ceramics and piezoelectric materials with different heights are used, resonance points appear depending on the height, and the detection frequency range of the AE wave is wide.As a result, the rise time of the AE multiplied signal is also shortened. , responsiveness is improved, and reception sensitivity is also improved.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の一実施例を第1図乃至第5図に基づいて説明す
れば、以下のとおりである。
An embodiment of the present invention will be described below based on FIGS. 1 to 5.

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、第1図に示すように、被
検体7からのAE波を受ける受渡板1、受波板1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2、合成樹脂−セラミックス複合圧
電素子2を収容するケース4、AE倍信号取り出す一対
のラグ端子6・6から主に構成されている。
As shown in FIG. 1, the acoustic emission sensor (hereinafter abbreviated as AE sensor) of the present invention is provided on a delivery plate 1 and a wave receiving plate 1 that receive AE waves from a subject 7. It mainly consists of a synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element 2 that converts into an electric signal, a case 4 that houses the synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element 2, and a pair of lug terminals 6 for taking out the AE multiplied signal.

合成樹脂−セラミックス複合圧電素子2は、第2図に示
すように、断面が4角形の柱状のセラミックス圧電体2
1・21・・・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22中に配列させて、その両端面
に電極23・24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21において、圧電体結晶粒子の結
晶軸を高さ方向(第1図の上下方向)に配向させて、そ
の方向に分極させた構成になっている。また、合成樹脂
−セラミックス複合圧電素子2の左側部、中央部及び右
側部には、それぞれ異なる高さの柱状のセラミックス圧
電体21が使用されている。このため、下側の電極24
は平であるが、上側の電極23は3段になっている。
As shown in FIG. 2, the synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element 2 is a columnar ceramic piezoelectric body 2 with a square cross section.
1, 21, etc. are arranged in a synthetic resin matrix 22 so that their height directions are almost parallel, and electrodes 23, 24 are provided on both end surfaces. In the body 21, the crystal axes of the piezoelectric crystal particles are oriented in the height direction (vertical direction in FIG. 1) and polarized in that direction. Furthermore, columnar ceramic piezoelectric bodies 21 having different heights are used on the left side, center, and right side of the synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element 2, respectively. Therefore, the lower electrode 24
is flat, but the upper electrode 23 has three stages.

上記合成樹脂−セラミックス複合圧電素子2は、接着剤
層3(第1図)により受波板1上に接着されている。そ
して、上下の電極23・24は、一対のリード線5・5
によりラグ端子6・6に接続されている。
The synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element 2 is adhered onto the wave receiving plate 1 with an adhesive layer 3 (FIG. 1). The upper and lower electrodes 23 and 24 are connected to a pair of lead wires 5 and 5.
is connected to the lug terminals 6, 6.

上記の構成において、受渡板1を被検体7の表面に密着
させると、被検体7の内部で発生したAE波は被検体7
中を伝播して表面に到達し、受波+反1と下側の電極2
4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21をその高さ方
向に伸縮する。
In the above configuration, when the delivery plate 1 is brought into close contact with the surface of the subject 7, the AE waves generated inside the subject 7 are transferred to the subject 7.
It propagates through the inside and reaches the surface, and the receiving wave + anti-1 and the lower electrode 2
4 to the synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element 2, causing the columnar ceramic piezoelectric body 21 to expand and contract in its height direction.

そして、この伸縮により柱状のセラミンクス圧電体21
の両端に電位差を生じ、これがAE倍信号してラグ端子
6・6から取り出される。
Due to this expansion and contraction, the columnar ceramic piezoelectric body 21
A potential difference is generated between both ends of the signal, and this is taken out from the lug terminals 6 as an AE multiplied signal.

本発明のAEセンサーでは、柱状のセラミックス圧電体
21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7の内部から表面に
到達するAE波中、縦振動成分だけが検出されることに
なる。
In the AE sensor of the present invention, the crystal axis of the columnar ceramic piezoelectric body 21 is oriented in the height direction, and the crystal axis is polarized in that direction. However, even if it is expanded or contracted in other directions, for example, in a direction perpendicular to the height direction, no charge is generated at both ends. That is, in the AE wave reaching the surface of the subject 7 from inside, only the longitudinal vibration component is detected.

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7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。
As a result, even if longitudinal waves and transverse waves caused by temporally and spatially different AEs have different propagation velocities and reach the AE sensor at the same time, only the longitudinal vibration component will be detected and the inside of the object 7 will be detected. It is possible to faithfully detect the intensity of the AE that occurs and its changes.

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2の電極23・24闇に生しる電位差は、柱状の
セラミックス圧電体21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23
・24間に生じる電位差の関係を求めておけば、これを
使って、計測された電極23・24間の電位差からAE
波の強度を算出できることになる。
By the way, the potential difference generated between the electrodes 23 and 24 of the synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element 2 due to the AE wave is unique and determined by the material and shape of the columnar ceramic piezoelectric body 21. Therefore, in a preliminary experiment, when ultrasonic waves of known intensity were received, the electrode 23
・If you find the relationship between the potential difference between electrodes 23 and 24, you can use this to calculate the AE from the measured potential difference between electrodes 23 and 24.
This means that the strength of the waves can be calculated.

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2は、3種類の異なる高さの柱状の
セラミックス圧電体21より構成されているので、各柱
状のセラミックス圧電体21の高さに応じて3つの異な
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り、第3図に示した理
想的AEセンサーの特性、すなわち、出力レベルが、低
音域25から中音域26を経て高音域2′7まで、はぼ
一定であり、検出周波数域28が広いという特性に近づ
く。
In addition, in the AE sensor of this embodiment, the synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element 2 is composed of columnar ceramic piezoelectric bodies 21 of three different heights. It has three different resonance frequencies (resonance points) depending on the For this reason, AE
The detection frequency range of the sensor becomes wider, and the characteristics of the ideal AE sensor shown in FIG. This approaches the characteristic that the detection frequency range 28 is wide.

本実施例のAEセンサーの検出周波数域が理想的AEセ
ンサーの特性に近づくことについて、AEセンサーのイ
ンピーダンスの周波数依存性を示す第4図を用いて、以
下に説明する。
The fact that the detection frequency range of the AE sensor of this embodiment approaches the characteristics of an ideal AE sensor will be explained below with reference to FIG. 4, which shows the frequency dependence of the impedance of the AE sensor.

仮に、柱状のセラミックス圧電体21 (第1図)の高
さがすべて同じであるとすると、AEセンサーの共振周
波数は1つになるが、この共振周波数を図の低周波側の
f、とする。この場合、共振周波数f1よりも低い周波
数領域では、AEセンサーのインピーダンスは、周波数
が高くなるにしたがって減少していくが、共振周波数f
、では、図のように、急激に減少した後、大きく立ち上
がる。そして、共振周波数f、よりも高い周波数領域で
は、周波数が高くなるにしたがって、図中に破線で示し
た曲線29に沿って減少していく。AE波を検出して、
所定の出力レベルを得るためには、ある程度インピーダ
ンスが高い必要があるので、このAEセンサーの検出周
波数域は低音域25゛に限られる。
If the heights of the columnar ceramic piezoelectric bodies 21 (Fig. 1) are all the same, the AE sensor will have one resonant frequency, and this resonant frequency is denoted by f on the low frequency side in the figure. . In this case, in the frequency range lower than the resonance frequency f1, the impedance of the AE sensor decreases as the frequency increases, but at the resonance frequency f
, as shown in the figure, it decreases rapidly and then rises significantly. In a frequency region higher than the resonance frequency f, as the frequency increases, it decreases along a curve 29 shown by a broken line in the figure. Detects AE waves,
In order to obtain a predetermined output level, the impedance must be high to some extent, so the detection frequency range of this AE sensor is limited to the bass range of 25°.

次に、柱状のセラミックス圧電体21の高さを2種類に
すると、AEセンサーの共振周波数は2つになるが、そ
の共振周波数をfl及びf2としf2 >f、とする。
Next, when the columnar ceramic piezoelectric body 21 has two different heights, the AE sensor has two resonance frequencies, and the resonance frequencies are fl and f2, and f2 > f.

この場合、共振周波数f2よりも低い周波数領域では、
AEセンサーのインピーダンスは、上記と同様の周波数
依存性を示すが、共振周波数f2で、再び象、激に減少
した後、大きく立ち上がる。そして、共振周波数r2よ
りも高い周波数領域では、周波数が高くなるにしたがっ
て、図中に破線で示した曲線30に沿って減少していく
。このとき、曲線29と曲線30との比較から明らかな
ように、共振周波数f2よりも高い周波数領域では、上
記高さがすべて同じ柱状のセラミックス圧電体21を用
いたAEセンサーの場合よりも、インピーダンスが増加
している。
In this case, in the frequency range lower than the resonance frequency f2,
The impedance of the AE sensor shows the same frequency dependence as above, but at the resonance frequency f2, it sharply decreases again and then rises significantly. In a frequency region higher than the resonance frequency r2, as the frequency increases, it decreases along a curve 30 shown by a broken line in the figure. At this time, as is clear from the comparison between the curve 29 and the curve 30, in the frequency region higher than the resonance frequency f2, the impedance is higher than in the case of the AE sensor using the columnar ceramic piezoelectric body 21 having the same height. is increasing.

このため、より高い周波数領域まで、出力レベルを維持
できる。すなわち、検出周波数域が広がり、低音域25
′及び中音域26′のAE波を検出できる。
Therefore, the output level can be maintained up to a higher frequency range. In other words, the detection frequency range is expanded, and the low frequency range 25
' and midrange 26' AE waves can be detected.

また、本実施例のように、3種類の異なる高さの柱状の
セラミックス圧電体21を用いるとすると、AEセンサ
ーの共振周波数は3つになる。その共振周波数をf、 
  f2及びf3とし、f:l>f2>f、とする。こ
の場合、共振周波数13よりも低い周波数領域では、A
Eセンサーのインビ−ダンスは、上記と同様の周波数依
存性を示すが、共振周波数f、で、再び急激に減少した
後、大きく立ち上がる。そして、共振周波数f、よりも
高い周波数領域では、周波数が高くなるにしたがって、
図中に実線で示した曲線31に沿って減少していく。こ
のとき、曲線30と曲vA31との比較から明らかなよ
うに、共振周波数f3よりも高い周波数領域では、上記
2種類の高さの柱状のセラミックス圧電体21を用いた
AEセンサーの場合よりも、インピーダンスが増加して
いる。このため、さらに高い周波数領域まで、出力レベ
ルを維持でき、検出周波数域28′は、低音域25′、
中音域26′及び高音域27”をカバーできることにな
る。
Furthermore, if columnar ceramic piezoelectric bodies 21 of three different heights are used as in this embodiment, the AE sensor will have three resonance frequencies. Its resonant frequency is f,
Let f2 and f3 be f:l>f2>f. In this case, in the frequency region lower than the resonance frequency 13, A
The impedance of the E sensor shows the same frequency dependence as above, but at the resonance frequency f, it sharply decreases again and then rises significantly. In the frequency range higher than the resonance frequency f, as the frequency increases,
It decreases along a curve 31 shown as a solid line in the figure. At this time, as is clear from the comparison between the curve 30 and the curve vA31, in the frequency range higher than the resonance frequency f3, the AE sensor using the columnar ceramic piezoelectric body 21 of the above two types of heights Impedance is increasing. Therefore, the output level can be maintained up to a higher frequency range, and the detection frequency range 28' is the bass range 25',
This means that a midrange range of 26' and a high range of 27'' can be covered.

このようにして、本実施例のAEセンサーの周波数特性
は理想的AEセンサーの特性(第3図)に近づく。検出
周波数域28′が広くなると、広い周波数域のAE波を
検出できるとともに、応答性も改善され、多くの周波数
成分を含んでいるパルス状のAE波も受信できる。また
、立ち上がり時間が短くなり、大きなAE倍信号得られ
る。すなわち、AEの受信感度(受渡感度)も向上する
ことになる。
In this way, the frequency characteristics of the AE sensor of this example approach the characteristics of an ideal AE sensor (FIG. 3). When the detection frequency range 28' is widened, AE waves in a wide frequency range can be detected, responsiveness is improved, and pulsed AE waves containing many frequency components can also be received. Furthermore, the rise time is shortened, and a large AE multiplied signal can be obtained. That is, the reception sensitivity (delivery sensitivity) of AE is also improved.

柱状のセラミックス圧電体21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しておれば、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210弾性率は、600
0kgf/mm”以上であることがAEの検出感度上好
ましい。
Specifically, it is possible to use, for example, a barium titanate sintered body, a lead titanate sintered body, or a PZT (lead zirconate titanate) sintered body as the material of the columnar ceramic piezoelectric body 21. Although it is preferred in terms of detection sensitivity, any material can be used as long as it has piezoelectric properties and is polarized in the height direction. In addition, its shape must be columnar, and the ratio between its height and the length of one side of the bottom must be 1 or more, and it is preferable that it be 2 or more in terms of AE detection sensitivity, and this ratio should be 2 or more. , more preferably in the range of 2 to 6. Further, the elastic modulus of the ceramic piezoelectric body 210 is 600
0 kgf/mm" or more is preferable in terms of AE detection sensitivity.

合成樹脂マトリックス22に使用される合成樹脂は、柱
状のセラミックス圧電体21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、ブタジェンゴム
、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロブ
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、エビクロルヒ下リンゴム、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、ブタジェンゴムを使
用することが、AEの検出感度上好ましく、横振動モー
ドを太き(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、1〜50 
k g f 7mm2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7(第1図)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。
The synthetic resin used for the synthetic resin matrix 22 may be any synthetic resin as long as it can be combined with and integrated with the columnar ceramic piezoelectric body 21. Specifically, for example, silicone rubber, urethane rubber, butadiene rubber, nitrile rubber, ethylene-propylene rubber, chloroprene rubber, fluororubber, ethylene-acrylic rubber, polyester elastomer, chlorophyll rubber, acrylic rubber, or chlorinated ethylene rubber. However, it is preferable to use silicone rubber, urethane rubber, or butadiene rubber in terms of AE detection sensitivity, and it is also preferable to thicken (attenuate) the transverse vibration mode and detect only the longitudinal vibration mode. The elastic modulus of synthetic resin is 1 to 50
kg f 7 mm2 is preferable in terms of AE detection sensitivity, and it is more preferable to match the acoustic impedance between the AE sensor and the subject 7 (FIG. 1).

また、合成樹脂−セラミックス複合圧電素子2において
、柱状のセラミックス圧電体21・21・・・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。
In addition, in the synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element 2, the ratio of the total volume of the columnar ceramic piezoelectric bodies 21, 21 and the volume of the synthetic resin matrix 22 is 8/92.
A range of 40/60 is preferable in terms of AE detection sensitivity.

以下、合成樹脂−セラミックス複合圧電素子2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。
Hereinafter, a urethane rubber-PZT (lead zirconate titanate) composite piezoelectric element will be cited as a specific example of the synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element 2, and the manufacturing method thereof and the performance of an AE sensor using the same will be explained.

柱状のセラミ・ンクス圧電体21の材料として、円柱形
(φ10mmX10mm)の分極済みPZT焼結体(本
多電子社製、型番HC−50O3)を使用して、一方の
端面に深さ5mmの溝を1゜5mm間隔で5本形成し、
これと直交する方向に同じく深さ5mmの溝を1.5m
m間隔で5本形成して、厚さ5mm0)PZT円板上に
、1 mmXlmmX5mmの角柱が32本規則正しく
配列して直立しているように加工した後、PZTH板上
の端の2列10本の角柱の高さを2mmに、中央2列1
2本の角柱の高さを3mmに、残り2列10本の角柱の
高さを4mmになるように加工して、PZT微細加工物
を得た。そして、それぞれの共振周波数が、はぼ860
 KHz 、420 KH2350KH2になるように
、その高さの微調整を行った。なお、以上の加工には、
545C(構造用炭素網)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)が使用された。
A cylindrical (φ10 mm x 10 mm) polarized PZT sintered body (manufactured by Honda Electronics Co., Ltd., model number HC-50O3) is used as the material for the columnar ceramic piezoelectric body 21, and a groove with a depth of 5 mm is formed on one end surface. Form 5 lines at 1°5mm intervals,
In the direction perpendicular to this, make a groove of 1.5 m with a depth of 5 mm.
After forming 5 prisms at m intervals and processing them so that 32 square prisms of 1 mm x lmm x 5 mm are regularly arranged and standing upright on a PZT disk with a thickness of 5 mm, 10 prisms are formed in two rows at the ends on the PZTH plate. The height of the prisms is 2 mm, the center 2 rows 1
A PZT microfabricated product was obtained by processing the two prisms to have a height of 3 mm and the remaining two rows of 10 prisms to have a height of 4 mm. And each resonance frequency is 860
The height was finely adjusted to 420 KH2350 KH2. In addition, for the above processing,
An ultrasonic machining device (manufactured by JEOL Ltd.) equipped with a tool made of 545C (structural carbon mesh) was used.

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2
2の材料としての電気絶縁用ウレタンゴム(サンニレジ
ン社製、商品名5LJ−2153−9、硬度52、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
タンコム−PZTが形成されたウレタンゴム−PZT複
合物を調製した。
The PZT microfabricated product obtained in this way is fitted into a silicon mold, and a synthetic resin matrix 2 is placed in this mold.
Filled with electrically insulating urethane rubber (manufactured by Sanniresin Co., Ltd., trade name 5LJ-2153-9, hardness 52, black) as material No. 2, left at room temperature for one day, and then dried at 60°C in a dryer.
A urethane rubber-PZT composite in which a urethane comb-PZT was formed on a PZT disk was prepared by curing the urethane rubber for 5 hours and removing it from the mold.

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−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からなる角柱計32本が
、規則正しく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
Next, the PZT disk portion of the urethane rubber-PZT composite was cut off with a diamond blade (crystal cutter manufactured by Maruto Co., Ltd.), and a total of 32 square columns made of PZT of three different heights were placed in the urethane rubber matrix. However, a regularly arranged urethane rubber-PZT composite piezoelectric material was prepared, and both end surfaces were further polished with sandpaper.

そして、段差の付いた側の端面部及び段差部には、銀ペ
ースト(デグザ社製、商品名DEMETRON  62
90−0275)を塗布し、120℃、30分の焼付処
理を行うことにより、電極23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24としての金電極が形成された。そ
して、この金電極面には、受渡板1としての厚さ0.2
mmのアルミナ薄板(三菱鉱業セメント社製、型番MA
B−L201に一10φ)が接着剤により接着された。
Then, silver paste (manufactured by Deguza Corporation, product name: DEMETRON 62
90-0275) and baking at 120° C. for 30 minutes, a silver electrode as the electrode 23 was formed. In addition, a gold electrode as the electrode 24 was formed on the other end face portion without a step by sputtering. The gold electrode surface has a thickness of 0.2 as the transfer plate 1.
mm alumina thin plate (manufactured by Mitsubishi Mining Cement Co., Ltd., model number MA
10φ) was adhered to B-L201 with adhesive.

それから、銀電極の上面及び金電極の側面にリード線5
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。
Then, connect the lead wire 5 to the top surface of the silver electrode and the side surface of the gold electrode.
were soldered to obtain an AE sensor consisting of a urethane rubber-PZT composite piezoelectric element.

このA、 Eセンサーの応答性を確認するため、φ0.
5mmのペンシル替芯(硬度H)を圧折して擬似AE波
を発生させ、これを上記AEセンサーで受信して、その
立ち上がり時間を測定した。
In order to confirm the responsiveness of the A and E sensors, φ0.
A 5 mm pencil refill (hardness H) was crushed to generate a pseudo AE wave, which was received by the AE sensor and its rise time was measured.

また、比較のために、上記32本のPZTの角柱の高さ
をすべて4mmにした第1比較用AEセンサー(比較例
1)と、上記32本のPZTO内16本の角柱の高さを
3mm、残り16本の角柱の高さを4mmにした第2比
較用AEセンサー(比較例2)とを上記と同一の材料及
び製造方法により作成し、擬似AE波の立ち上がり時間
を測定した。
In addition, for comparison, the first comparison AE sensor (Comparative Example 1) in which the height of all the 32 PZT prisms was 4 mm, and the AE sensor (Comparative Example 1) in which the height of the 16 prisms in the 32 PZTO mentioned above were 3 mm. A second comparative AE sensor (Comparative Example 2) in which the height of the remaining 16 prisms was 4 mm was fabricated using the same materials and manufacturing method as above, and the rise time of the pseudo AE wave was measured.

測定には、伝達媒体として400mmX400mmX6
0mmのアルミニウム板を用い、これを介して、擬似A
E波を上記3種のAEセンサーで検出した。また、AE
信号の検出・記録には、デジタルストレージオシロスコ
ープ(ヒユーレット・パラカード社製、型番HP−54
201D/ブー54201Db it/200MHz)
を使用し、AEセンサーとの接続には、長さ1mの同軸
ケーブル(5D2V相当)を使用した。
For measurement, 400mm x 400mm x 6 as a transmission medium.
Using a 0mm aluminum plate, the pseudo A
E waves were detected using the three types of AE sensors mentioned above. Also, A.E.
For signal detection and recording, a digital storage oscilloscope (manufactured by Hewlett-Paracard, model number HP-54) was used.
201D/Boo 54201Db it/200MHz)
A 1 m long coaxial cable (equivalent to 5D2V) was used to connect to the AE sensor.

測定結果を第1表に示す。また、本実施例のAEセンサ
ーで観測された擬イ以AE波の波形を第5図に示す。
The measurement results are shown in Table 1. Further, FIG. 5 shows the waveform of the pseudo AE wave observed by the AE sensor of this example.

本実施例のAEセンサーでは、擬似AE波の受信開始か
らピークに至るまでの時間、すなわち立ち上がり時間t
は、800nsであった。これに対し、第1及び第2比
較用AEセンサーでは、立第1表 ち上がり時間tは、それぞれ1290ns及び882n
sであった。
In the AE sensor of this embodiment, the time from the start of reception of the pseudo AE wave to the peak, that is, the rise time t
was 800ns. On the other hand, in the first and second comparative AE sensors, the first rising time t is 1290 ns and 882 ns, respectively.
It was s.

すなわち、高さの異なる柱状のセラミックス圧電体21
を使用した本実施例及び比較例2のAEセンサーでは、
すべて同じ高さの柱状のセラミックス圧電体21を使用
した比較例1のものと比較して、立ち上がり時間が2/
3の時間で済み、応答性が明らかに向上している。また
、本実施例のAEセンサーでは、比較例2と比較しても
、立ち上がり時間tが約10%短くなっている。
That is, columnar ceramic piezoelectric bodies 21 with different heights
In the AE sensor of this example and comparative example 2 using
Compared to Comparative Example 1, which uses columnar ceramic piezoelectric bodies 21 of the same height, the rise time is 2/2.
It only took 3 hours, and the responsiveness was clearly improved. Furthermore, in the AE sensor of this example, the rise time t is approximately 10% shorter than that of Comparative Example 2.

また、本実施例のAEセンサーでは、擬似AE波の立ち
上がり時間tにおけるピークレベル、すなわち、受信感
度Sは、84mVであった。これに対し、第1及び第2
比較用AEセンサーでは、受信感度Sは、それぞれ50
mV及び48mVであった。
Further, in the AE sensor of this example, the peak level at the rise time t of the pseudo AE wave, that is, the receiving sensitivity S was 84 mV. On the other hand, the first and second
For the comparative AE sensors, the receiving sensitivity S is 50.
mV and 48 mV.

すなわち、本実施例のAEセンサーでは、比較例1及び
比較例2のものと比較して、受信感度Sが60%以上向
上している。
That is, in the AE sensor of this example, the reception sensitivity S is improved by 60% or more compared to those of Comparative Examples 1 and 2.

以上のように、本実施例のAEセンサーでは、検出周波
数域28′が広いので、高い周波数成分まで検出でき(
第5図の波形参照)、立ち上がり時間を及び受信感度S
が向上している。
As described above, in the AE sensor of this embodiment, the detection frequency range 28' is wide, so even high frequency components can be detected (
(see waveform in Figure 5), rise time and reception sensitivity S
is improving.

以上の実施例では、柱状のセラミックス圧電体21の高
さを3種類にしたが、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。
In the above embodiment, the columnar ceramic piezoelectric bodies 21 have three heights, but any number of heights may be used. For example, the same effect can be obtained even if the heights are four.

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、帯域光たりの柱状のセラミックス圧電体
21の数が減るため、受信感度Sが悪くなってしまうこ
とになる。
Note that if there are too many types, the resonant frequency will increase and the total bandwidth will be widened, but the number of column-shaped ceramic piezoelectric bodies 21 for each band light will decrease, resulting in poor reception sensitivity S.

また、本実施例では、断面形状が4角形の柱状のセラミ
ックス圧電体21を使用したが、断面形状はこれに限ら
ず、例えば6角形であってもかまわない。また、多角形
だけでな(、円や楕円等の曲面でもよい。
Further, in this embodiment, the columnar ceramic piezoelectric body 21 having a rectangular cross-sectional shape is used, but the cross-sectional shape is not limited to this, and may be, for example, hexagonal. In addition, it is not limited to polygons (it may also be curved surfaces such as circles or ellipses).

以上のように、本発明のAEセンサーは、検出周波数域
28°が広いので、被検体7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2を使用してい
るので、小型で検出感度が高い。
As described above, since the AE sensor of the present invention has a wide detection frequency range of 28°, it can be used for qualitative analysis to detect all kinds of flaws occurring within the object 7, and moreover, it can detect only the longitudinal vibration mode in the AE wave. Since it can be detected, it can also be used for quantitative analysis to detect the progress of the above-mentioned damage generation. Furthermore, since the synthetic resin ceramic composite piezoelectric element 2 with excellent piezoelectric properties is used, it is small and has high detection sensitivity.

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。
The AE sensor of the present invention can be used to detect not only AE waves but also all elastic waves propagating in gases, liquids, and solids. It can also generate waves.

〔発明の効果] 本発明のアコースティック・エミンションセンサーは、
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、少なくとも3種類の
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倍信号立ち上がり時間も短く
なり、応答性が向上すると共に、受信感度も向上する。
[Effect of the invention] The acoustic emission sensor of the present invention has the following effects:
As described above, since the columnar ceramic piezoelectric body is polarized in the height direction, both end faces of the synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element are polarized only in the longitudinal vibration mode in the AE wave propagating in the height direction. generates a potential difference. As a result, only the longitudinal vibration mode is detected. In addition, since we used at least three types of columnar ceramic piezoelectric bodies with different heights,
A resonance point appears depending on the height, and the detection frequency range of the AE wave becomes wider. Therefore, the rise time of the AE multiplied signal is shortened, and responsiveness and receiving sensitivity are improved.

これにより、AE発生源におけるAE発生強度の変化を
忠実に、しかも感度良(検出できるアコースティック・
エミ・ンションセンサーを得られるという効果を奏する
As a result, changes in the AE generation intensity at the AE source can be faithfully and sensitively detected (acoustic
This has the effect of providing an emission sensor.

図である。It is a diagram.

第2図は、合成樹脂−セラミ・ノクス複合圧電素子の部
分切欠した斜視図である。
FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of a synthetic resin-ceramic Nox composite piezoelectric element.

第3図は、理想的AEセンサーの呂カレヘルと周波数と
の関係を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature and frequency of an ideal AE sensor.

第4図は、AEセンサーのインピーダンスの周波数依存
性を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the frequency dependence of impedance of the AE sensor.

第5図は、本実施例のAEセンサーで観測された擬似A
E波の波形図である。
Figure 5 shows the pseudo A observed with the AE sensor of this example.
It is a waveform diagram of an E wave.

1は受波板、2は合成樹脂−セラミックス複合圧電素子
、3は接着剤層、4はケース、7は被検体、21は柱状
のセラミックス圧電体、22は合成樹脂マトリックス、
23・34は電極である。
1 is a wave receiving plate, 2 is a synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element, 3 is an adhesive layer, 4 is a case, 7 is a subject, 21 is a columnar ceramic piezoelectric body, 22 is a synthetic resin matrix,
23 and 34 are electrodes.

特許出願人   種水化成品工業 株式会社Patent applicant: Tanezu Kaseihin Kogyo Co., Ltd.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図乃至第5図は本発明の一実施例を示すものである
。 第1図は、本発明に係るAEセンサーの縦断面第 図 篇 図 第 図 ↑2 ↑3 円疲枚(にHz) 第 図 藁 図
1 to 5 show one embodiment of the present invention. Figure 1 shows a vertical cross-section of the AE sensor according to the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 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−セラミックス複合圧電素子には少なくと
も3種類の異なる高さの柱状のセラミックス圧電体が用
いられていると共に、その高さ方向に分極されているこ
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。
1. In an acoustic emission sensor that detects acoustic emissions using a synthetic resin-ceramic composite piezoelectric element in which a plurality of pillar-shaped ceramic piezoelectric bodies are arranged in a synthetic resin matrix so that their height directions are substantially parallel to each other, the above-mentioned synthetic resin - An acoustic emission sensor characterized in that the ceramic composite piezoelectric element uses columnar ceramic piezoelectric bodies of at least three different heights and is polarized in the height direction.
JP17393590A 1990-06-29 1990-06-29 Acoustic emission sensor Pending JPH0462468A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17393590A JPH0462468A (en) 1990-06-29 1990-06-29 Acoustic emission sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17393590A JPH0462468A (en) 1990-06-29 1990-06-29 Acoustic emission sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0462468A true JPH0462468A (en) 1992-02-27

Family

ID=15969799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17393590A Pending JPH0462468A (en) 1990-06-29 1990-06-29 Acoustic emission sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0462468A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009088869A (en) * 2007-09-28 2009-04-23 Denso Corp Ultrasonic sensor
JP2010252017A (en) * 2009-04-15 2010-11-04 Honda Electronic Co Ltd Ultrasonic transmitter-receiver
JP2012060324A (en) * 2010-09-07 2012-03-22 Univ Of Tokyo Ultrasonic probe
JP2018179626A (en) * 2017-04-07 2018-11-15 新日本無線株式会社 Ultrasonic receiver
JP2020046322A (en) * 2018-09-19 2020-03-26 多摩川精機株式会社 Sound piece array structure for ae sensor, ae sensor, and method for manufacturing the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54141681A (en) * 1978-04-27 1979-11-05 Toshiba Corp Acoustic wave sensor
JPS55154460A (en) * 1979-05-22 1980-12-02 Toshiba Corp Acoustic emission measuring method
JPH0257099A (en) * 1988-08-23 1990-02-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Complex piezoelectric vibrator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54141681A (en) * 1978-04-27 1979-11-05 Toshiba Corp Acoustic wave sensor
JPS55154460A (en) * 1979-05-22 1980-12-02 Toshiba Corp Acoustic emission measuring method
JPH0257099A (en) * 1988-08-23 1990-02-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Complex piezoelectric vibrator

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009088869A (en) * 2007-09-28 2009-04-23 Denso Corp Ultrasonic sensor
US7714482B2 (en) 2007-09-28 2010-05-11 Denso Corporation Ultrasonic sensor
JP2010252017A (en) * 2009-04-15 2010-11-04 Honda Electronic Co Ltd Ultrasonic transmitter-receiver
JP2012060324A (en) * 2010-09-07 2012-03-22 Univ Of Tokyo Ultrasonic probe
JP2018179626A (en) * 2017-04-07 2018-11-15 新日本無線株式会社 Ultrasonic receiver
JP2020046322A (en) * 2018-09-19 2020-03-26 多摩川精機株式会社 Sound piece array structure for ae sensor, ae sensor, and method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5191796A (en) Acoustic-emission sensor
US2558563A (en) Piezoelectric strain gauge
US6744181B1 (en) Acceleration sensor
Jones et al. Piezoelectric materials and their applications
US3090876A (en) Piezoelectric devices utilizing aluminum nitride
US5821743A (en) Magnetostrictive waveguide position measurement apparatus with piezoceramic element
JPH0462468A (en) Acoustic emission sensor
EP0470639B1 (en) Acoustic-emission sensor
JP2617584B2 (en) Acoustic emission sensor
JPH04212054A (en) Acoustic emission sensor
JPH0493762A (en) Acoustic emission sensor
US5386168A (en) Polarization-sensitive shear wave transducer
JPH0416759A (en) Acoustic emission sensor
JPH02232558A (en) Acoustic emission sensor
JPH0416760A (en) Acoustic emission sensor
JPS5927559B2 (en) electroacoustic transformer
JPH05172679A (en) Pressure detector
JPH03112300A (en) Vibrator unit
JP3006861U (en) Ultrasonic probe
SU1682938A1 (en) Piezoelectric accelerometer
JP2007107990A (en) Acceleration sensor
JP2009257860A (en) Micro-piezoelectric sensor provided by adding thickness mode oscillation to surface acoustic wave sensor
Koren Application of activated ceramics to transducers
SU853529A1 (en) Ultrasonic transducer
Uchino et al. Field induced acoustic emission (AE) in ferroelectric ceramics