JPH05273057A - 応力計測装置 - Google Patents
応力計測装置Info
- Publication number
- JPH05273057A JPH05273057A JP4097154A JP9715492A JPH05273057A JP H05273057 A JPH05273057 A JP H05273057A JP 4097154 A JP4097154 A JP 4097154A JP 9715492 A JP9715492 A JP 9715492A JP H05273057 A JPH05273057 A JP H05273057A
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- Japan
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- time
- pulse
- start pulse
- clock
- measuring
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】時間的に高速に変化する応力変化を測定するこ
と。 【構成】応力測定装置において、超音波の伝播時間を計
測する時間計測部１が、時間計測の基準となるクロック
パルスを発生するクロック発生回路部２と、外部トリガ
信号の入力によクロックパルスの立ち上がり又は立ち下
がりエッジと同期して且所定時間間隔毎にスタートパル
スを発生するスタートパルス発生回路部３と、スタート
パルスの発生の度毎に未知時間中のクロックパルスのパ
ルス数をカウントするパルスカウント回路部４と、スタ
ートパルスの発生の度毎に未知時間に含まれる端数時間
を計測する端数時間計測回路部５と、パルスカウント回
路部４及び端数時間計測回路部５からの出力に基づきス
タートパルス発生の度毎の未知時間を演算し順次記憶す
るマイクロコンピュータ６とを含んでいる。
と。 【構成】応力測定装置において、超音波の伝播時間を計
測する時間計測部１が、時間計測の基準となるクロック
パルスを発生するクロック発生回路部２と、外部トリガ
信号の入力によクロックパルスの立ち上がり又は立ち下
がりエッジと同期して且所定時間間隔毎にスタートパル
スを発生するスタートパルス発生回路部３と、スタート
パルスの発生の度毎に未知時間中のクロックパルスのパ
ルス数をカウントするパルスカウント回路部４と、スタ
ートパルスの発生の度毎に未知時間に含まれる端数時間
を計測する端数時間計測回路部５と、パルスカウント回
路部４及び端数時間計測回路部５からの出力に基づきス
タートパルス発生の度毎の未知時間を演算し順次記憶す
るマイクロコンピュータ６とを含んでいる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、応力計測装置に係り、
とくに、超音波の伝播時間がボルト等の被計測体に加わ
る応力によって変化する現象（音弾性効果）を応用し
て、被計測体に加わる応力を測定する応力計測装置に関
する。
とくに、超音波の伝播時間がボルト等の被計測体に加わ
る応力によって変化する現象（音弾性効果）を応用し
て、被計測体に加わる応力を測定する応力計測装置に関
する。
【０００２】
【背景技術】音弾性効果による応力計測では、被計測体
に応力が加わった場合の音速の変化が非常に少ないた
め、高精度に応力を計測しようとすると、音速の計測精
度を上げることが不可欠となる。一般に、音速は、被計
測体の長さｌとその中を超音波が伝播する時間Ｔによっ
て求めるため、音速の計測精度を高めることは、時間計
測精度を高めることに他ならない。
に応力が加わった場合の音速の変化が非常に少ないた
め、高精度に応力を計測しようとすると、音速の計測精
度を上げることが不可欠となる。一般に、音速は、被計
測体の長さｌとその中を超音波が伝播する時間Ｔによっ
て求めるため、音速の計測精度を高めることは、時間計
測精度を高めることに他ならない。
【０００３】超音波の伝播時間Ｔを高精度に計測する方
法としては、一般的には、シングアランド法が用いられ
ている。図８には、このシングアランド法による計測装
置の構成が示されている。ここで、この図８の装置の動
作及び応力計測の原理について説明する。
法としては、一般的には、シングアランド法が用いられ
ている。図８には、このシングアランド法による計測装
置の構成が示されている。ここで、この図８の装置の動
作及び応力計測の原理について説明する。
【０００４】まず、トリガ回路５１から出たパルサドラ
イブパルス（スタートパルス）によって、パルサ５２を
駆動し、送信用超音波トランスデューサ５３を駆動する
ための高速・高電圧パルスを発生させると、この高速・
高電圧パルスが送信用超音波トランスデューサ５３で超
音波に変換され、この超音波が被計測体５４中を伝播
し、受信用超音波トランスデューサ５５によって再び電
気信号（受信信号）に変換される。
イブパルス（スタートパルス）によって、パルサ５２を
駆動し、送信用超音波トランスデューサ５３を駆動する
ための高速・高電圧パルスを発生させると、この高速・
高電圧パルスが送信用超音波トランスデューサ５３で超
音波に変換され、この超音波が被計測体５４中を伝播
し、受信用超音波トランスデューサ５５によって再び電
気信号（受信信号）に変換される。
【０００５】次に、この受信信号が広帯域増幅器５６で
増幅され、この増幅された受信信号の電圧が比較器５７
によって所定の基準電圧（コンパレート電圧）と比較さ
れ、ディジタル信号に変換される。そして、このディジ
タル信号が遅延回路５８を経由して再びトリガ回路５１
に入力される。以後、同様の動作が繰り返し行なわれ
る。この一連の動作を行なうのに要する時間Ｔは、超音
波の伝播時間Ｔu と電気信号が電気回路中を伝播するの
に要する時間Ｔe との和となる。
増幅され、この増幅された受信信号の電圧が比較器５７
によって所定の基準電圧（コンパレート電圧）と比較さ
れ、ディジタル信号に変換される。そして、このディジ
タル信号が遅延回路５８を経由して再びトリガ回路５１
に入力される。以後、同様の動作が繰り返し行なわれ
る。この一連の動作を行なうのに要する時間Ｔは、超音
波の伝播時間Ｔu と電気信号が電気回路中を伝播するの
に要する時間Ｔe との和となる。
【０００６】 Ｔ＝Ｔu ＋Ｔe ……………
【０００７】従って、この装置は、１／Ｔの周波数ｆで
発振することとなる。
発振することとなる。
【０００８】 ｆ＝１／Ｔ＝１／（Ｔu ＋Ｔe ） ……………
【０００９】この発振周波数ｆをカウンタ回路５９で測
定し、表示部６０に表示することにより、超音波の伝播
時間Ｔu は、次式で求められる。
定し、表示部６０に表示することにより、超音波の伝播
時間Ｔu は、次式で求められる。
【００１０】 Ｔu ＝（１／ｆ）−Ｔe ……………
【００１１】また、超音波の音速ｖu は、次式により求
めることができる。
めることができる。
【００１２】 ｖu ＝ｌ／Ｔu ……………
【００１３】このようにして得られた被計測体５４に応
力が作用しない時の超音波の伝播時間と、応力が作用し
た状態での超音波の伝播時間の差を求め、この差が被計
測体５４に作用する応力と比例するのを利用して、応力
の値を算出するのである。
力が作用しない時の超音波の伝播時間と、応力が作用し
た状態での超音波の伝播時間の差を求め、この差が被計
測体５４に作用する応力と比例するのを利用して、応力
の値を算出するのである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述したシングアラン
ド法によって、超音波の伝播速度を高精度に測定しよう
とすると、その分前述したループによる超音波伝播時間
の計測を数多く行なって速度検出誤差を平均化して測定
精度を向上させる必要がある。しかしながら、このよう
にすると、必然的に計測に時間が掛かり、また、計測中
音速に変化があると、それがそのまま計測誤差となって
あらわれるという不都合があり、このため、応力が非常
に速く変化する計測の場合には適用できないという不都
合をも有していた。
ド法によって、超音波の伝播速度を高精度に測定しよう
とすると、その分前述したループによる超音波伝播時間
の計測を数多く行なって速度検出誤差を平均化して測定
精度を向上させる必要がある。しかしながら、このよう
にすると、必然的に計測に時間が掛かり、また、計測中
音速に変化があると、それがそのまま計測誤差となって
あらわれるという不都合があり、このため、応力が非常
に速く変化する計測の場合には適用できないという不都
合をも有していた。
【００１５】
【発明の目的】本発明は、かかる従来技術の有する不都
合に鑑みてなされたものであり、その目的は、とくに、
時間的に高速に変化する応力変化を測定し得る応力計測
装置を提供することにある。
合に鑑みてなされたものであり、その目的は、とくに、
時間的に高速に変化する応力変化を測定し得る応力計測
装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の応力計測装置は、スタートパルスの入力に
より超音波トランスデューサ駆動用の高速・高電圧パル
スを発生するパルサと、この高速・高電圧パルスを超音
波に変換する送信用超音波トランスデューサと、当該送
信用超音波トランスデューサで発生し被計測体中を伝播
した超音波を再び電気信号に変換する受信用超音波トラ
ンスデューサと、この電気信号を増幅する広帯域増幅器
と、この増幅された電気信号をディジタル信号に変換す
る比較器と、この比較器からのディジタル信号の入力に
よりスタートパルスの出力からディジタル信号の入力ま
での未知時間を計測する時間計測部とを備え、この時間
計測部が、時間計測の基準となるクロックパルスを発生
するクロック発生回路部と、外部トリガ信号の入力によ
クロックパルスの立ち上がり又は立ち下がりエッジと同
期して且所定時間間隔毎にスタートパルスを発生するス
タートパルス発生回路部と、スタートパルスの発生の度
毎に前記未知時間中のクロックパルスのパルス数をカウ
ントするパルスカウント回路部と、スタートパルスの発
生の度毎に前記未知時間に含まれる端数時間を計測する
端数時間計測回路部と、パルスカウント回路部及び端数
時間計測回路部からの出力に基づき各スタートパルス発
生の度毎の前記未知時間を演算し順次記憶する演算・記
憶手段とを含んでいることを特徴として構成されてい
る。
め、本発明の応力計測装置は、スタートパルスの入力に
より超音波トランスデューサ駆動用の高速・高電圧パル
スを発生するパルサと、この高速・高電圧パルスを超音
波に変換する送信用超音波トランスデューサと、当該送
信用超音波トランスデューサで発生し被計測体中を伝播
した超音波を再び電気信号に変換する受信用超音波トラ
ンスデューサと、この電気信号を増幅する広帯域増幅器
と、この増幅された電気信号をディジタル信号に変換す
る比較器と、この比較器からのディジタル信号の入力に
よりスタートパルスの出力からディジタル信号の入力ま
での未知時間を計測する時間計測部とを備え、この時間
計測部が、時間計測の基準となるクロックパルスを発生
するクロック発生回路部と、外部トリガ信号の入力によ
クロックパルスの立ち上がり又は立ち下がりエッジと同
期して且所定時間間隔毎にスタートパルスを発生するス
タートパルス発生回路部と、スタートパルスの発生の度
毎に前記未知時間中のクロックパルスのパルス数をカウ
ントするパルスカウント回路部と、スタートパルスの発
生の度毎に前記未知時間に含まれる端数時間を計測する
端数時間計測回路部と、パルスカウント回路部及び端数
時間計測回路部からの出力に基づき各スタートパルス発
生の度毎の前記未知時間を演算し順次記憶する演算・記
憶手段とを含んでいることを特徴として構成されてい
る。
【００１７】
【作用】外部トリガ信号が時間計測部を構成するスター
トパルス発生回路部に入力されると、このスタートパル
ス発生回路部がクロック発生回路部からのクロックパル
スの立ち上がり又は立ち下がりエッジと同期してパルサ
駆動用のスタートパルスを発生する。パルサでは、この
スタートパルスの入力により、超音波トランスデューサ
駆動用の高速・高電圧パルスを発生する。送信用超音波
トランスデューサでは、パルサで発生した高速・高電圧
パルスを超音波に変換する。この超音波が被計測体の中
を伝播後、受信用超音波トランスデューサで再び電気信
号（受信信号）に変換され、この受信信号が広帯域増幅
器で十分なレベルまで増幅され、この増幅された受信信
号の電圧が比較器でコンパレート電圧と比較され、ディ
ジタル信号（パルス信号）に変換され時間計測部に入力
される。この入力により、時間計測部を構成する演算・
記憶手段ではパルスカウント回路部と端数時間計測回路
部との出力に基づきスタートパルスの出力から比較器か
らのディジタル信号の入力までの未知時間を演算し記憶
する。
トパルス発生回路部に入力されると、このスタートパル
ス発生回路部がクロック発生回路部からのクロックパル
スの立ち上がり又は立ち下がりエッジと同期してパルサ
駆動用のスタートパルスを発生する。パルサでは、この
スタートパルスの入力により、超音波トランスデューサ
駆動用の高速・高電圧パルスを発生する。送信用超音波
トランスデューサでは、パルサで発生した高速・高電圧
パルスを超音波に変換する。この超音波が被計測体の中
を伝播後、受信用超音波トランスデューサで再び電気信
号（受信信号）に変換され、この受信信号が広帯域増幅
器で十分なレベルまで増幅され、この増幅された受信信
号の電圧が比較器でコンパレート電圧と比較され、ディ
ジタル信号（パルス信号）に変換され時間計測部に入力
される。この入力により、時間計測部を構成する演算・
記憶手段ではパルスカウント回路部と端数時間計測回路
部との出力に基づきスタートパルスの出力から比較器か
らのディジタル信号の入力までの未知時間を演算し記憶
する。
【００１８】ここで、スタートパルス発生回路部では、
外部トリガ信号の入力によクロックパルスの立ち上がり
又は立ち下がりエッジと同期して且所定時間間隔毎にス
タートパルスを発生するので、上記の時間計測は、スタ
ートパルスの発生毎に行なわれ、各計測結果が演算・記
憶手段に順次記憶される。
外部トリガ信号の入力によクロックパルスの立ち上がり
又は立ち下がりエッジと同期して且所定時間間隔毎にス
タートパルスを発生するので、上記の時間計測は、スタ
ートパルスの発生毎に行なわれ、各計測結果が演算・記
憶手段に順次記憶される。
【００１９】
【実施例】以下、本発明一実施例を図１ないし図７に基
づいて説明する。ここで、前述した図８の従来例と同一
の構成部分については同一の符号を付すものとする。
づいて説明する。ここで、前述した図８の従来例と同一
の構成部分については同一の符号を付すものとする。
【００２０】図１には、本発明の一実施例に係る応力計
測装置の構成が示されている。この実施例は、時間計測
部１からのスタートパルスの入力により超音波トランス
デューサ駆動用の高速・高電圧パルスを発生するパルサ
５２と、この高速・高電圧パルスを超音波に変換する送
信用超音波トランスデューサ５３と、当該送信用超音波
トランスデューサ５３で発生し被計測体５４中を伝播し
た超音波を電気信号（受信信号）に変換する受信用超音
波トランスデューサ５５と、この受信信号を増幅する広
帯域増幅器５６と、この増幅された受信信号をディジタ
ル信号に変換する比較器５７と、この比較器５７の出力
を受けスタートパルスの出力からディジタル信号の入力
までの未知時間Ｔx を計測する時間計測部１とを備えて
いる。更に、時間計測部１には、計測結果等の表示を行
なうための表示部６０が併設されている。
測装置の構成が示されている。この実施例は、時間計測
部１からのスタートパルスの入力により超音波トランス
デューサ駆動用の高速・高電圧パルスを発生するパルサ
５２と、この高速・高電圧パルスを超音波に変換する送
信用超音波トランスデューサ５３と、当該送信用超音波
トランスデューサ５３で発生し被計測体５４中を伝播し
た超音波を電気信号（受信信号）に変換する受信用超音
波トランスデューサ５５と、この受信信号を増幅する広
帯域増幅器５６と、この増幅された受信信号をディジタ
ル信号に変換する比較器５７と、この比較器５７の出力
を受けスタートパルスの出力からディジタル信号の入力
までの未知時間Ｔx を計測する時間計測部１とを備えて
いる。更に、時間計測部１には、計測結果等の表示を行
なうための表示部６０が併設されている。
【００２１】次に、応力計測原理をも含めてこの装置の
全体的動作を説明する。
全体的動作を説明する。
【００２２】時刻Ｔ1 にて時間計測部１からスタートパ
ルスがパルサ５２に入力されると、パルサ５２では、超
音波トランスデューサ駆動用の高速・高電圧パルスを発
生する。この高速・高電圧パルスが、送信用超音波トラ
ンスデューサ５３で圧電効果により電気音響変換され超
音波が発生する。この超音波が被計測体５４の中を伝播
後、受信用超音波トランスデューサ５５で再び電気信号
（受信信号）に変換され、この受信信号が広帯域増幅器
５６で十分なレベルまで増幅され、この増幅された受信
信号の電圧が比較器５７でコンパレート電圧と比較さ
れ、ディジタル信号（パルス信号）に変換され時間計測
部１に入力される。この時刻をＴ2 とする。この入力に
より、時間計測部１ではスタートパルスの出力からディ
ジタル信号の入力までの未知時間Ｔx を計測する。
ルスがパルサ５２に入力されると、パルサ５２では、超
音波トランスデューサ駆動用の高速・高電圧パルスを発
生する。この高速・高電圧パルスが、送信用超音波トラ
ンスデューサ５３で圧電効果により電気音響変換され超
音波が発生する。この超音波が被計測体５４の中を伝播
後、受信用超音波トランスデューサ５５で再び電気信号
（受信信号）に変換され、この受信信号が広帯域増幅器
５６で十分なレベルまで増幅され、この増幅された受信
信号の電圧が比較器５７でコンパレート電圧と比較さ
れ、ディジタル信号（パルス信号）に変換され時間計測
部１に入力される。この時刻をＴ2 とする。この入力に
より、時間計測部１ではスタートパルスの出力からディ
ジタル信号の入力までの未知時間Ｔx を計測する。
【００２３】 Ｔx ＝Ｔ2 −Ｔ1 …………… ここで、Ｔx には、電気回路中を電気信号が伝播するの
に要する時間Ｔe も含まれるので、時間計測部１を構成
する後述するマイクロピュータでは、これを差し引き、
超音波が被計測体５４の中を伝播する時間Ｔu を求め、
表示部６０に表示する。
に要する時間Ｔe も含まれるので、時間計測部１を構成
する後述するマイクロピュータでは、これを差し引き、
超音波が被計測体５４の中を伝播する時間Ｔu を求め、
表示部６０に表示する。
【００２４】 Ｔu ＝Ｔx −Ｔe ＝Ｔ2 −Ｔ1 −Ｔe ……………
【００２５】時間計測部１は、超音波を１回送信するご
とに、時間を高精度に計測する回路であり、図２に、そ
の具体的構成例が示されている。
とに、時間を高精度に計測する回路であり、図２に、そ
の具体的構成例が示されている。
【００２６】この図２の時間計測部１は、時間計測の基
準となるクロックパルスを発生するクロック発生回路部
２と、外部トリガ信号の入力によクロックパルスの立ち
上がり又は立ち下がりエッジと同期して且所定時間間隔
毎にスタートパルスを発生するスタートパルス発生回路
部３と、スタートパルスの発生の度毎に該スタートパル
スの発生から比較器５７からのディジタル信号の入力ま
での未知時間Ｔx 中のクロックパルスのパルス数をカウ
ントするパルスカウント回路部４と、未知時間Ｔx に含
まれる端数時間を計測する端数時間計測回路部５と、パ
ルスカウント回路部４と端数時間計測回路部５との出力
を受け未知時間Ｔx （＝Ｔ2 −Ｔ1 ）を算出し記憶する
演算・記憶手段としてのマイクロコンピュータ６とを含
んで構成されている。
準となるクロックパルスを発生するクロック発生回路部
２と、外部トリガ信号の入力によクロックパルスの立ち
上がり又は立ち下がりエッジと同期して且所定時間間隔
毎にスタートパルスを発生するスタートパルス発生回路
部３と、スタートパルスの発生の度毎に該スタートパル
スの発生から比較器５７からのディジタル信号の入力ま
での未知時間Ｔx 中のクロックパルスのパルス数をカウ
ントするパルスカウント回路部４と、未知時間Ｔx に含
まれる端数時間を計測する端数時間計測回路部５と、パ
ルスカウント回路部４と端数時間計測回路部５との出力
を受け未知時間Ｔx （＝Ｔ2 −Ｔ1 ）を算出し記憶する
演算・記憶手段としてのマイクロコンピュータ６とを含
んで構成されている。
【００２７】これを更に詳述すると、クロック発生回路
部２は、水晶発振子７と水晶発振回路８とから成り、時
間計測の基準となる周波数精度及び安定性の高い１０Ｍ
Ｈｚ（メガヘルツ）〜５０ＭＨｚ程度のクロックパルス
を発生する。ここで、クロックパルスの周波数を１０Ｍ
Ｈｚ〜５０ＭＨｚ程度としたのは、後述するようにカウ
ンタ回路による時間計測分解能が１０ＭＨｚで１００ｎ
ｓｅｃ（ナノセコンド）となり、これ以下の周波数で
は、さらにカウンタ回路の分解能が悪化し、アナログ回
路（後述する積分回路等）による時間計測の負担が増加
し、安定した時間計測が難しくなり、この一方、周波数
が５０ＭＨｚを超えると、ＨＣＭＯＳ等の汎用ロジック
ＩＣを使用して回路を構成することが困難になるという
理由からである。
部２は、水晶発振子７と水晶発振回路８とから成り、時
間計測の基準となる周波数精度及び安定性の高い１０Ｍ
Ｈｚ（メガヘルツ）〜５０ＭＨｚ程度のクロックパルス
を発生する。ここで、クロックパルスの周波数を１０Ｍ
Ｈｚ〜５０ＭＨｚ程度としたのは、後述するようにカウ
ンタ回路による時間計測分解能が１０ＭＨｚで１００ｎ
ｓｅｃ（ナノセコンド）となり、これ以下の周波数で
は、さらにカウンタ回路の分解能が悪化し、アナログ回
路（後述する積分回路等）による時間計測の負担が増加
し、安定した時間計測が難しくなり、この一方、周波数
が５０ＭＨｚを超えると、ＨＣＭＯＳ等の汎用ロジック
ＩＣを使用して回路を構成することが困難になるという
理由からである。
【００２８】スタートパルス発生回路部３は、外部トリ
ガ入力端子３０より入力さた外部トリガ信号を波形整形
して方形波を出力する波形整形回路９と、この波形整形
回路９の出力がそのＪ入力端子に接続され，水晶発振回
路８の出力がＣＫ（クロック）入力端子に接続されたＪ
Ｋフリップ・フロップ（以下「ＪＫ−ＦＦ」と略述す
る。）１０と、このＪＫ−ＦＦ１０のＱ出力と水晶発振
回路８の出力とを一方と他方の入力とする第１のＡＮＤ
（アンド）ゲート１１と、このＡＮＤゲート１１の出力
を分周して例えば３ｍｓｅｃ（ミリセコンド）〜１００
ｍｓｅｃ程度の周期の信号に変換するプログラマブル分
周器１２と、このプログラマブル分周器１２の出力を受
けその度に水晶発振回路８からのクロックパルスの立ち
上がり又は立ち下がりと同期したスタートパルス（パル
サドライブパルス）を発生するスタートパルス発生回路
１３と、プログラマブル分周器１２の出力を分周する分
周器１４とを含んで構成されている。ここで、分周器１
４は、サンプリング数を決める役目を有しており、この
分周期１４の出力は、ＪＫ−ＦＦ１０のＫ入力端子に接
続されている。また、プログラマブル分周器１２と分周
器１４とは、ＪＫ−ＦＦ１０により、同時にリセットさ
れるように構成されている。更に、ＪＫ−ＦＦ１０のＱ
出力は、マイクロコンピュータ６にも接続されている。
ガ入力端子３０より入力さた外部トリガ信号を波形整形
して方形波を出力する波形整形回路９と、この波形整形
回路９の出力がそのＪ入力端子に接続され，水晶発振回
路８の出力がＣＫ（クロック）入力端子に接続されたＪ
Ｋフリップ・フロップ（以下「ＪＫ−ＦＦ」と略述す
る。）１０と、このＪＫ−ＦＦ１０のＱ出力と水晶発振
回路８の出力とを一方と他方の入力とする第１のＡＮＤ
（アンド）ゲート１１と、このＡＮＤゲート１１の出力
を分周して例えば３ｍｓｅｃ（ミリセコンド）〜１００
ｍｓｅｃ程度の周期の信号に変換するプログラマブル分
周器１２と、このプログラマブル分周器１２の出力を受
けその度に水晶発振回路８からのクロックパルスの立ち
上がり又は立ち下がりと同期したスタートパルス（パル
サドライブパルス）を発生するスタートパルス発生回路
１３と、プログラマブル分周器１２の出力を分周する分
周器１４とを含んで構成されている。ここで、分周器１
４は、サンプリング数を決める役目を有しており、この
分周期１４の出力は、ＪＫ−ＦＦ１０のＫ入力端子に接
続されている。また、プログラマブル分周器１２と分周
器１４とは、ＪＫ−ＦＦ１０により、同時にリセットさ
れるように構成されている。更に、ＪＫ−ＦＦ１０のＱ
出力は、マイクロコンピュータ６にも接続されている。
【００２９】パルスカウント回路部４は、スタートパル
ス発生回路１３からのスタートパルスをそのＳ（セッ
ト）入力とし、前述した比較器５７からのディジタル信
号をＲ（リセット）入力とするリセット・セット・フリ
ップ・フロップ（以下「ＲＳ−ＦＦ」と略述する。）１
５と、このＲＳ−ＦＦ１５のＱ出力を一方の入力とし，
水晶発振回路８の出力を他方の入力とする第２のＡＮＤ
ゲート１６と、このＡＮＤゲート１６からの出力信号を
カウントするカウンタ回路１７とを含んで構成されてい
る。このカウンタ回路１７の出力は、コンピュータ６へ
接続されている。
ス発生回路１３からのスタートパルスをそのＳ（セッ
ト）入力とし、前述した比較器５７からのディジタル信
号をＲ（リセット）入力とするリセット・セット・フリ
ップ・フロップ（以下「ＲＳ−ＦＦ」と略述する。）１
５と、このＲＳ−ＦＦ１５のＱ出力を一方の入力とし，
水晶発振回路８の出力を他方の入力とする第２のＡＮＤ
ゲート１６と、このＡＮＤゲート１６からの出力信号を
カウントするカウンタ回路１７とを含んで構成されてい
る。このカウンタ回路１７の出力は、コンピュータ６へ
接続されている。
【００３０】端数時間計測回路部５は、前述した比較器
５７からのディジタル信号と水晶発振回路８の出力とを
入力し，ディジタル信号の入力から次のクロックパルス
の入力までの端数時間ｔx （この端数時間が生じる理由
については、後述する。）に相当する幅のパルスを発生
する端数パルス発生回路１８と、この端数パルス発生回
路１８の出力を積分する積分回路１９と、この積分結果
をアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換するＡ／Ｄコン
バータ２０とを含んで構成されている。ここで、積分回
路１９は、図６に示すように、定電流電源２１と、差動
電流スイッチ２２と、コンデンサ２３とを含んで構成さ
れている。そして、端数時間ｔx に相当する幅のパルス
を差動電流スイッチ２２に加え、図７に示すように、端
数パルス幅に相当する時間だけコンデンサ２３を定電流
電源２１で充電し、該コンデンサ２３の出力電圧をＡ／
Ｄコンバータ２０によりＡ／Ｄ変換することによって、
端数時間ｔx が計測されるようになっている。
５７からのディジタル信号と水晶発振回路８の出力とを
入力し，ディジタル信号の入力から次のクロックパルス
の入力までの端数時間ｔx （この端数時間が生じる理由
については、後述する。）に相当する幅のパルスを発生
する端数パルス発生回路１８と、この端数パルス発生回
路１８の出力を積分する積分回路１９と、この積分結果
をアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換するＡ／Ｄコン
バータ２０とを含んで構成されている。ここで、積分回
路１９は、図６に示すように、定電流電源２１と、差動
電流スイッチ２２と、コンデンサ２３とを含んで構成さ
れている。そして、端数時間ｔx に相当する幅のパルス
を差動電流スイッチ２２に加え、図７に示すように、端
数パルス幅に相当する時間だけコンデンサ２３を定電流
電源２１で充電し、該コンデンサ２３の出力電圧をＡ／
Ｄコンバータ２０によりＡ／Ｄ変換することによって、
端数時間ｔx が計測されるようになっている。
【００３１】次に、上述のように構成された図２の時間
計測部の動作を、図３のタイミングチャートを参照しつ
つ説明する。
計測部の動作を、図３のタイミングチャートを参照しつ
つ説明する。
【００３２】外部トリガ入力端子３０からトリガ用パル
ス信号（図３の（ａ）参照）が波形整形回路９に入力さ
れると、このトリガ用パルス信号が、当該波形整形回路
９で波形整形され方形波（図３の（ｂ）参照）が出力さ
れ、ＪＫ−ＦＦ１０のＪ端子に入力される。これによ
り、ＪＫ−ＦＦ１０のＱ出力が水晶発信回路８からのク
ロックパルスの立ち上がりと同期してＨｉ（ハイ）とな
る（図３の（ｃ）参照）。このＱ出力がＨｉとなること
により、ＡＮＤゲート１１がオン（ＯＮ）すると同時
に、このＱ出力がマイクロコンピュータ６にも送られ、
外部トリガ信号の入力により計測状態になったことを知
らせる。
ス信号（図３の（ａ）参照）が波形整形回路９に入力さ
れると、このトリガ用パルス信号が、当該波形整形回路
９で波形整形され方形波（図３の（ｂ）参照）が出力さ
れ、ＪＫ−ＦＦ１０のＪ端子に入力される。これによ
り、ＪＫ−ＦＦ１０のＱ出力が水晶発信回路８からのク
ロックパルスの立ち上がりと同期してＨｉ（ハイ）とな
る（図３の（ｃ）参照）。このＱ出力がＨｉとなること
により、ＡＮＤゲート１１がオン（ＯＮ）すると同時
に、このＱ出力がマイクロコンピュータ６にも送られ、
外部トリガ信号の入力により計測状態になったことを知
らせる。
【００３３】ＡＮＤゲート１１のＯＮにより、プログラ
マブル分周器１２が動作を始め、所定のカウント動作が
終了した時点で、スタートパルス発生回路１３にパルス
を送り、このパルスの入力によりスタートパルス発生回
路１３では、水晶発振回路８から出力されるクロックパ
ルスの立ち上がりあるいは立ち下がりと同期したスター
トパルス（パルサドライブパルス）を発生する（図３の
（ｄ）参照）。このスタートパルスが、前述したパルサ
５２に加えられ、超音波トランスデューサ駆動用信号と
されると同時に、ＲＳ−ＦＦ１５のセット入力となり、
これにより当該ＲＳ−ＦＦ１５のＱ出力がＨｉとなって
ＡＮＤゲート１６がＯＮとなり、カウンタ回路１７で水
晶発振回路８からのクロックパルスのカウントを開始
し、未知時間計測が開始される。ここで、前述の如く、
カウンタ回路１７では、水晶発振回路８からのクロック
パルスをカウントすることによって、時間計測を行なう
のでその分解能はクロックパルスの周期で決まることに
なる。
マブル分周器１２が動作を始め、所定のカウント動作が
終了した時点で、スタートパルス発生回路１３にパルス
を送り、このパルスの入力によりスタートパルス発生回
路１３では、水晶発振回路８から出力されるクロックパ
ルスの立ち上がりあるいは立ち下がりと同期したスター
トパルス（パルサドライブパルス）を発生する（図３の
（ｄ）参照）。このスタートパルスが、前述したパルサ
５２に加えられ、超音波トランスデューサ駆動用信号と
されると同時に、ＲＳ−ＦＦ１５のセット入力となり、
これにより当該ＲＳ−ＦＦ１５のＱ出力がＨｉとなって
ＡＮＤゲート１６がＯＮとなり、カウンタ回路１７で水
晶発振回路８からのクロックパルスのカウントを開始
し、未知時間計測が開始される。ここで、前述の如く、
カウンタ回路１７では、水晶発振回路８からのクロック
パルスをカウントすることによって、時間計測を行なう
のでその分解能はクロックパルスの周期で決まることに
なる。
【００３４】所定時間後、超音波が受信され、比較器５
７からディジタル信号（パルス信号）が出力される（図
３の（ｅ）参照）と、ＲＳ−ＦＦ１５がリセットされ、
Ｑ出力が立ち下がるとともにＡＮＤゲート１６がＯＦＦ
（オフ）となり、カウンタ回路１７による時間計測は終
了する。図４には、このＡＮＤゲート１６部分の動作状
態が示されている。この図によると、ＲＳ−ＦＦ１５の
Ｑ出力である未知時間パルス（図３の（ｆ）参照）と、
水晶発振回路８からのクロックパルスがＡＮＤゲート１
６に加えられ、カウンタ回路１７によってクロックパル
スがカウントされる。この時、図５に示すように、カウ
ンタ回路１７の時間分解能はクロックの周期Δｔによっ
て決まり、その前後にｔ1 ，ｔ2 という端数時間が発生
する。この内、ｔ1 については、スタートパルスとクロ
ックパルスとが同期しているため既知となるが、ｔ2 は
計測誤差となって残ることになる。従って、時間を高精
度に知る場合には、ｔ2 を知る必要があり、本実施例で
は、この端数時間ｔ2 の計測の役目を端数時間計測回路
部５が担っている。即ち、端数時間計測回路部５では、
この端数時間ｔ2 を計測する代わりに、比較器５７から
のパルスの出力時，即ち未知時間パルスの立ち下がりか
ら次のクロック入力までの端数時間ｔx ＝Δｔ−ｔ2
を、前述した如くして計測する。
７からディジタル信号（パルス信号）が出力される（図
３の（ｅ）参照）と、ＲＳ−ＦＦ１５がリセットされ、
Ｑ出力が立ち下がるとともにＡＮＤゲート１６がＯＦＦ
（オフ）となり、カウンタ回路１７による時間計測は終
了する。図４には、このＡＮＤゲート１６部分の動作状
態が示されている。この図によると、ＲＳ−ＦＦ１５の
Ｑ出力である未知時間パルス（図３の（ｆ）参照）と、
水晶発振回路８からのクロックパルスがＡＮＤゲート１
６に加えられ、カウンタ回路１７によってクロックパル
スがカウントされる。この時、図５に示すように、カウ
ンタ回路１７の時間分解能はクロックの周期Δｔによっ
て決まり、その前後にｔ1 ，ｔ2 という端数時間が発生
する。この内、ｔ1 については、スタートパルスとクロ
ックパルスとが同期しているため既知となるが、ｔ2 は
計測誤差となって残ることになる。従って、時間を高精
度に知る場合には、ｔ2 を知る必要があり、本実施例で
は、この端数時間ｔ2 の計測の役目を端数時間計測回路
部５が担っている。即ち、端数時間計測回路部５では、
この端数時間ｔ2 を計測する代わりに、比較器５７から
のパルスの出力時，即ち未知時間パルスの立ち下がりか
ら次のクロック入力までの端数時間ｔx ＝Δｔ−ｔ2
を、前述した如くして計測する。
【００３５】このため、時間計測部１の時間計測分解能
は、最終的には、この端数時間計測回路部５の分解能に
よって決まることになる。ここで、この分解能は、アナ
ログ回路部分の高速性と安定性より１００〜２５６程度
（８ｂｉｔＡ／Ｄコンバータを用いた場合に相当）が望
ましい。即ち、クロックパルスの周波数を１０ＭＨｚと
すると、その周期Δｔ＝１００ｎｓｅｃとなり、この１
００ｎｓｅｃをＡ／Ｄコンバータの分解能を１００とし
て計測すると、最終的な時間計測分解能は１ｎｓｅｃと
なる。
は、最終的には、この端数時間計測回路部５の分解能に
よって決まることになる。ここで、この分解能は、アナ
ログ回路部分の高速性と安定性より１００〜２５６程度
（８ｂｉｔＡ／Ｄコンバータを用いた場合に相当）が望
ましい。即ち、クロックパルスの周波数を１０ＭＨｚと
すると、その周期Δｔ＝１００ｎｓｅｃとなり、この１
００ｎｓｅｃをＡ／Ｄコンバータの分解能を１００とし
て計測すると、最終的な時間計測分解能は１ｎｓｅｃと
なる。
【００３６】そして、上述した端数時間計測回路部５の
計測結果は、パルスカウント回路部４の出力と共にマイ
クロコンピュータ６に読み込まれ（図３の（ｇ）参
照）、マイクロコンピュータ６では、これらの計測結果
を用いて未知時間Ｔx を算出し、これに基づき、超音波
が被計測体５４の中を伝播する時間Ｔu を求め、メモリ
に記憶する。
計測結果は、パルスカウント回路部４の出力と共にマイ
クロコンピュータ６に読み込まれ（図３の（ｇ）参
照）、マイクロコンピュータ６では、これらの計測結果
を用いて未知時間Ｔx を算出し、これに基づき、超音波
が被計測体５４の中を伝播する時間Ｔu を求め、メモリ
に記憶する。
【００３７】このようにして、時間計測部１では、超音
波を１回送信するごとに、未知時間Ｔx を高精度に計測
するが、本実施例では、プログラマブル分周器１２の出
力がスタートパルス発生回路１３とサンプリング数を決
める別の分周器１４に出力されるので、スタートパルス
発生回路１３では、プログラマブル分周器１２の出力を
受ける度毎に水晶発振回路８からのクロックパルスの立
ち上がり又は立ち下がりと同期したスタートパルス（パ
ルサドライブパルス）を発生し（図３の（ｄ）参照）、
分周器１４で決められた回数だけ上述した時間計測が繰
り返し行なわれた後、分周器１４の出力がＪＫ−ＦＦ１
０のＫ端子に入力され、Ｑ出力が立ち下がって計測が終
了する。この時、プログラマブル分周器１２及び分周器
１４はリセットされている。
波を１回送信するごとに、未知時間Ｔx を高精度に計測
するが、本実施例では、プログラマブル分周器１２の出
力がスタートパルス発生回路１３とサンプリング数を決
める別の分周器１４に出力されるので、スタートパルス
発生回路１３では、プログラマブル分周器１２の出力を
受ける度毎に水晶発振回路８からのクロックパルスの立
ち上がり又は立ち下がりと同期したスタートパルス（パ
ルサドライブパルス）を発生し（図３の（ｄ）参照）、
分周器１４で決められた回数だけ上述した時間計測が繰
り返し行なわれた後、分周器１４の出力がＪＫ−ＦＦ１
０のＫ端子に入力され、Ｑ出力が立ち下がって計測が終
了する。この時、プログラマブル分周器１２及び分周器
１４はリセットされている。
【００３８】マイクロコンピュータ６では、前述の如く
ＪＫ−ＦＦ１０からのＱ出力により計測が開始されたこ
とを知り、時間計測の結果を順次メモリに蓄えていき
（図３の（ｇ）参照）、計測が終了した時点で各時間計
測の結果からそれぞれの応力を算出する演算を行ない、
その結果を表示部６０に表示する。これにより、応力の
時間変化が表示されることになる。
ＪＫ−ＦＦ１０からのＱ出力により計測が開始されたこ
とを知り、時間計測の結果を順次メモリに蓄えていき
（図３の（ｇ）参照）、計測が終了した時点で各時間計
測の結果からそれぞれの応力を算出する演算を行ない、
その結果を表示部６０に表示する。これにより、応力の
時間変化が表示されることになる。
【００３９】以上説明したように、本実施例によると、
時間計測部１を構成するスタートパルス発生回路部３と
マイクロコンピュータ６の機能により、外部トリガ信号
に同期して時系列的に応力変化が測定でき、しかも時間
計測部１を構成するパルスカウント回路部４と端数時間
計測回路部５との両者の機能により時間計測を高精度に
行なうことができる。従って、時間的に高速に変化する
応力を高精度に測定できるという効果がある。
時間計測部１を構成するスタートパルス発生回路部３と
マイクロコンピュータ６の機能により、外部トリガ信号
に同期して時系列的に応力変化が測定でき、しかも時間
計測部１を構成するパルスカウント回路部４と端数時間
計測回路部５との両者の機能により時間計測を高精度に
行なうことができる。従って、時間的に高速に変化する
応力を高精度に測定できるという効果がある。
【００４０】なお、上記実施例においては、プログラマ
ブル分周器１２の分周比によってスタートパルスの送出
間隔が決められるので、該分周比を変えることによって
サンプリング間隔を変えることもできる。また、上記実
施例の説明では、プログラマブル分周器１２のカウント
動作が終了してからスタートパルス発生回路１３へパル
スを送っていたので、外部トリガ信号の入力からスター
トパルス（パルサドライブパルス）の発生まで遅れ時間
（図３の符号ｔd 参照）が発生していたが、プログラマ
ブル分周器１２のカウント値がゼロのときにスタートパ
ルス発生回路１３にパルスを送るようにすれば遅れ時間
の発生をなくすことができる。
ブル分周器１２の分周比によってスタートパルスの送出
間隔が決められるので、該分周比を変えることによって
サンプリング間隔を変えることもできる。また、上記実
施例の説明では、プログラマブル分周器１２のカウント
動作が終了してからスタートパルス発生回路１３へパル
スを送っていたので、外部トリガ信号の入力からスター
トパルス（パルサドライブパルス）の発生まで遅れ時間
（図３の符号ｔd 参照）が発生していたが、プログラマ
ブル分周器１２のカウント値がゼロのときにスタートパ
ルス発生回路１３にパルスを送るようにすれば遅れ時間
の発生をなくすことができる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
時間計測部を構成するスタートパルス発生回路部が、外
部トリガ信号の入力によクロックパルスの立ち上がり又
は立ち下がりエッジと同期して且所定時間間隔毎にスタ
ートパルスを発生し、スタートパルスの発生毎の該スタ
ートパルスの出力から比較器からのディジタル信号の入
力までの未知時間の計測結果が演算・記憶手段に順次記
憶されるので、当該演算・記憶手段又は他の演算手段を
用いて各計測結果に対応する応力を演算するような構成
とすれば、外部トリガ信号に同期して時系列的に応力変
化が測定でき、しかも時間計測部を構成するパルスカウ
ント回路部と端数時間計測回路部との両者の機能により
時間計測を高精度に行なうことができ、これがため、時
間的に高速に変化する応力を高精度に測定できるという
従来にない優れた応力計測装置を提供することができ
る。
時間計測部を構成するスタートパルス発生回路部が、外
部トリガ信号の入力によクロックパルスの立ち上がり又
は立ち下がりエッジと同期して且所定時間間隔毎にスタ
ートパルスを発生し、スタートパルスの発生毎の該スタ
ートパルスの出力から比較器からのディジタル信号の入
力までの未知時間の計測結果が演算・記憶手段に順次記
憶されるので、当該演算・記憶手段又は他の演算手段を
用いて各計測結果に対応する応力を演算するような構成
とすれば、外部トリガ信号に同期して時系列的に応力変
化が測定でき、しかも時間計測部を構成するパルスカウ
ント回路部と端数時間計測回路部との両者の機能により
時間計測を高精度に行なうことができ、これがため、時
間的に高速に変化する応力を高精度に測定できるという
従来にない優れた応力計測装置を提供することができ
る。
【００４２】なお、本発明では、超音波の送信用と受信
用として別の超音波トランスデューサを用いることとし
たが、本発明は、送受信用超音波トランスデューサを用
いる応力測定装置にも適用できることは勿論である。
用として別の超音波トランスデューサを用いることとし
たが、本発明は、送受信用超音波トランスデューサを用
いる応力測定装置にも適用できることは勿論である。
【図１】本発明の一実施例の全体構成を示すブロック図
である。
である。
【図２】図１の時間計測部の具体的構成例を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】図２の時間計測部を構成する各部の動作を示す
タイミングチャートである。
タイミングチャートである。
【図４】図２の第２のＡＮＤゲート部分の動作を説明す
るための図である。
るための図である。
【図５】未知時間内の端数時間の発生を説明するための
図である。
図である。
【図６】図２の積分回路の構成例を示すブロック図であ
る。
る。
【図７】端数時間計測の原理を説明するための図であ
る。
る。
【図８】シングアランド法による従来例の構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
１ 時間計測部 ２ クロック発生回路部 ３ スタートパルス発生回路部 ４ パルスカウント回路部 ５ 端数時間計測回路部 ６ 演算・記憶手段としてのマイクロコンピュータ ５２ パルサ ５３ 送信用超音波トランスデューサ ５４ 被計測体 ５５ 受信用超音波トランスデューサ ５６ 広帯域増幅器 ５７ 比較器
Claims (1)
- 【請求項１】 スタートパルスの入力により超音波トラ
ンスデューサ駆動用の高速・高電圧パルスを発生するパ
ルサと、この高速・高電圧パルスを超音波に変換する送
信用超音波トランスデューサと、当該送信用超音波トラ
ンスデューサで発生し被計測体中を伝播した超音波を再
び電気信号に変換する受信用超音波トランスデューサ
と、この電気信号を増幅する広帯域増幅器と、この増幅
された電気信号をディジタル信号に変換する比較器と、
この比較器からのディジタル信号の入力により前記スタ
ートパルスの出力から前記ディジタル信号の入力までの
未知時間を計測する時間計測部とを備え、この時間計測
部が、時間計測の基準となるクロックパルスを発生する
クロック発生回路部と、外部トリガ信号の入力によ前記
クロックパルスの立ち上がり又は立ち下がりエッジと同
期して且所定時間間隔毎にスタートパルスを発生するス
タートパルス発生回路部と、スタートパルスの発生の度
毎に前記未知時間中のクロックパルスのパルス数をカウ
ントするパルスカウント回路部と、スタートパルスの発
生の度毎に前記未知時間に含まれる端数時間を計測する
端数時間計測回路部と、前記パルスカウント回路部及び
端数時間計測回路部からの出力に基づきスタートパルス
発生の度毎の前記未知時間を演算し順次記憶する演算・
記憶手段とを含んで構成されていることを特徴とした応
力計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4097154A JPH05273057A (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | 応力計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4097154A JPH05273057A (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | 応力計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05273057A true JPH05273057A (ja) | 1993-10-22 |
Family
ID=14184657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4097154A Pending JPH05273057A (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | 応力計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05273057A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007517213A (ja) * | 2003-12-30 | 2007-06-28 | ネクセンス リミテッド | 力、特にトルクを測定するための方法及び装置 |
-
1992
- 1992-03-24 JP JP4097154A patent/JPH05273057A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007517213A (ja) * | 2003-12-30 | 2007-06-28 | ネクセンス リミテッド | 力、特にトルクを測定するための方法及び装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001114 |