JPH0618490A - 材料中のアコースティックエミッション源を探索する方法及び装置 - Google Patents

材料中のアコースティックエミッション源を探索する方法及び装置

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JPH0618490A
JPH0618490A JP3257595A JP25759591A JPH0618490A JP H0618490 A JPH0618490 A JP H0618490A JP 3257595 A JP3257595 A JP 3257595A JP 25759591 A JP25759591 A JP 25759591A JP H0618490 A JPH0618490 A JP H0618490A
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JP3257595A
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Herbert Corey Peter
ピーター・ハーバート・コーリー
Daniel King Simon
シモン・ダニエル・キング
Randall Neil
ニール・ランダール
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Rolls Royce and Associates Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 材料中のアコースティックエミッション源を
より正確に探しうる装置及び方法を提供することを目的
とする。 【構成】 装置１４は材料１０に結合された４つの離れ
たトランスデューサ１６によって材料１０中のアコース
ティックエミッション源１２を探す。各トランスデュー
サ１６は検出されたアコースティックエミッション活動
に相応した出力信号を発生する。各出力信号はプロセッ
サ２４に供給されるまえに適切に処理され、プロセッサ
２４で人工的に引き起こされるアコースティックエミッ
ションの発生のデータとともに処理されアコースティッ
クエミッション源の位置が計算される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は材料中のアコースティックエミッ
ション源を探すための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】アコースティックエミッショ
ン、すなわちストレス波は材料中のひび割れのような欠
陥の突然の移動あるいは材料を形成するふたつの構成要
素の接着不良による突然の移動によって材料内の固定さ
れていない構成要素間の衝突によって材料中に発生す
る。従来、アコースティックエミッション源は幾つかの
トランスデューサの各々にアコースティックエミッショ
ン波の到達する時間を計測することによって探してい
た。トランスデューサへのアコースティックエミッショ
ン波の到達時間の差異を計算し、三角測量技術を用いて
アコースティックエミッション源の位置を求めていた。
【０００３】この技術には幾つかの不都合があった。第
１に、トランスデューサの各々にアコースティックエミ
ッション波が到達するまでの時間を正確に測定しなけれ
ばならず、アコースティックエミッション源の求められ
た位置における誤りを特別な材料における音速の不確か
さと各トランスデューサへのアコースティックエミッシ
ョン波の到達の時間の不確かさとの組み合わせによって
決めなければならない。第２に材料の幾何学と成分はす
べての方向の音の相対速度を計算するようなものでなけ
ればならない。複合材料または複雑な構造を持った他の
材料、例えば金属のハニカムによってわけられた金属シ
ートにおいては速度の適切な計算は大変な時間を費や
し、不可能である。第３に、計算される位置の正確さは
源とトランスデューサとの間の金属を介してアコーステ
ィックエミッション波が通るときのエネルギーの吸収ま
たは拡散によるアコースティックエミッション波の減衰
によって影響を受ける。アコースティックエミッション
波はやがてひろがりアコースティックエミッション波の
到達時間は過大に評価される。
【０００４】本発明は上述した問題点を克服する金属内
のアコースティックエミッション源を探す装置を提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】従って、本発明によれ
ば材料に音響的に結合され、材料中のアコースティック
エミッションを検出し相応する電気的な出力信号を発生
するように間隔をおいて配置された少なくとも３つのト
ランスデューサと、電気的な出力信号の各々がデータ時
間から少なくとも２つの所定の振幅に等しいかまたはそ
れ以上になるまでにかかった時間を計測する計測手段
と、電気的な出力信号の各々の時間値とアコースティク
エミッション源との間の数学的な関係を推論するために
電気的な出力信号の各々が知られた位置を有する複数の
人工的に引き起こされるアコースティックエミッション
の発生のための少なくとも２つの所定の振幅に等しいか
またはそれ以上になるまでにかかった時間値を解析する
手段と、演えきされた数学的な関係を格納する手段と、
電気的な出力信号の各々が知られていないアコースティ
ックエミッション源の位置のための少なくとも２つの所
定の振幅に等しいかあるいはそれに等しくなるまでにか
かった時間と格納された数学的な関係からアコースティ
ックエミッション源を計算する手段とからなる材料中の
アコースティックエミッション源を探索する装置を提供
する。
【０００６】好ましくは４つの離れたトランスデューサ
を有する。好ましくは 解析装置はニューラルネット
ワークである。
【０００７】好ましくは計測装置は電気的な出力信号の
各々がデータ時間から５つの所定の振幅に等しいかある
いはそれいじょうになるまでにかかった時間を計測す
る。 計測装置は電気的な出力信号の各々が最大の
振幅に達するまでかかった時間を計測する。
【０００８】計測装置は電気的な出力信号の各々の最大
振幅を計測し、所定の時間間隔を越えて、電気的な各出
力信号の累積的な振幅を計測し、解析装置はまた数学的
な関係を推論するために人工的に引き起こされる多数の
アコースティックエミッションの発生のための最大振幅
または累積的な振幅を解析し計算手段は知られていない
アコースティックエミッションの位置からの電気的な各
出力信号の最大振幅または累積的な振幅から知られてい
ないアコースティックエミッション源の位置を探索す
る。
【０００９】データ時間は１つのトランスデューサの電
気的な出力信号が第１の所定のスレッショルドに等しい
かあるいはそれ以上になったときの時間である。本発明
はまた材料に音響的に結合され材料中のアコースティッ
クエミッションを検出し、相応した電気的な出力信号を
発生するように配置された少なくとも３つのトランスデ
ューサと、電気的な出力信号の各々の振幅の増加速度を
計測する計測装置と、電気的な出力信号の各々の振幅の
増加速度及びアコースティックエミッション源の位置の
間の数学的な関係を推論するために、知られた位置を有
する人工的に引き起こされる複数のアコースティックエ
ミッションの発生における電気的な出力信号の各々の振
幅の増加速度を解析する手段と、演えきされた数学的な
関係を格納する手段と、アコースティックエミッション
源の知られていない位置の電気的な出力信号の各々の振
幅の増加速度及び格納された数学的な関係からアコース
ティックエミッション源の位置を計算する手段とからな
る材料中のアコースティックエミッション源を探索する
装置を提供する。
【００１０】好ましくは間隔をおいて離れた４つのトラ
ンスデューサを有する。
【００１１】好ましくは解析装置はニューラルネットワ
ークである。
【００１２】本発明はまた材料に音響的に結合された少
なくとも３つのトランスデューサで、知られた源の位置
を有する人工的に引き起こされる複数のアコースティッ
クエミッションの発生を検出し、各トランスデューサに
よって検出されたアコースティックエミッション活動が
アコースティックエミッションの発生の各々のためのデ
ータ時間から少なくとも２つの所定の振幅に等しいかあ
るいはそれ以上になるまでかかった時間を計測し、知ら
れた源の位置を有する人工的に引き起こされるアコース
ティックエミッションの発生において各トランスデュー
サによって検出されたアコースティックエミッションが
少なくとも２つの所定の振幅に等しいかあるいはそれ以
上になるまでかかった時間値とアコースティックエミッ
ションの発生の位置との間の数学的な関係を推論し、数
学的な関係を格納し、少なくとも３つの離れたトランス
デューサによってつづいておこる知られていない源の位
置を有するアコースティックエミッションを検出し、各
トランスデューサによって検出されるつづいておこるア
コースティックエミッション活動が知られていない源の
位置を有するアコースティックエミッションにおけるデ
ータ時間から少なくとも２つの所定の振幅に等しいかあ
るいはそれ以上になるまでにかかった時間を計測し、各
トランスデューサによって検出された引き続いておこる
アコースティックエミッションの活動が知られていない
源の位置を有するアコースティックエミッションにおけ
る少なくとも２つの所定の振幅に等しいかあるいはそれ
以上になるまでにかかった時間値と数学的な関係から、
引き続いておこるアコースティックエミッションの発生
の位置を計算することからなる材料中のアコースティッ
クエミッション源を探索する方法を提供する。
【００１３】好ましくはニューラルネットワークが数学
的な関係を推論する。
【００１４】好ましくは離れた４つのトランスデューサ
を有する。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を添付した図面に示した実施例
に基づき詳細に説明する。
【００１６】第１図に示すアコースティックエミッショ
ン源１２を探すための装置１４は、材料１０に音響的に
結合され、間隔をおいて離れた４つのトランスデューサ
１６からなる。各トランスデューサ１６は、摩擦的な経
過、あるいは材料を形成する結合された２つの構成要素
間のクラックや、接着不良のような欠陥による突然の移
動によって生ずる衝突の結果、材料１０内に生ずるアコ
ースティックエミッション、即ちストレス波を検出する
ように配置されている。各トランスデューサ１６は、検
出されるアコースティックエミッション活動による電気
的な出力信号を生ずるように配置されている。トランス
デューサ１６は通常、ピエゾセラミック素子であるが、
他の適当な型式のトランスデューサであってもよい。各
トランスデューサ１６によって生じる電気的な出力信号
はそれぞれ増幅器１８に供給される。各増幅器１８はそ
れぞれの電気的な出力信号を増幅するが、増幅器１８に
必要な周波数帯を選択するフィルタが組み込まれていて
もよい。増幅された電気的な各出力信号は、整流器２０
によって整流されつぎに整流された電気的な出力信号を
包絡する信号エンベローパ２２に供給される。例とし
て、エンベローパ２２は１００マイクロ秒の時定数で整
流された電気的な出力信号を包絡するが、他の適当な時
定数であってもよい。
【００１７】整流された電気的な各出力信号は、プロセ
ッサ２４に供給される。プロセッサ２４はアコースティ
ックエミッション１２の源を探すため、整流された電気
的な出力信号を処理し、ディスプレイ２６に結果を表示
する。プロセッサ２４は複数のスレッショルド交差検出
装置、複数のタイミング装置、及び複数のピーク増幅値
検出装置からなる。
【００１８】スレッショルド交差検出装置は、各トラン
スデューサ１６からの整流された電気的な出力信号の振
幅が少なくとも２つの異なる所定の振幅に等しいかある
いはそれ以上のときに検出するようになっている。タイ
ミング装置は整流された電気的な出力信号の各々がデー
タ時間に関して所定の振幅にひとしいかあるいはそれよ
り大きいときの時間を検出し、また整流された電気的な
出力信号の各々がデータ時間に関してその最高の振幅に
達した時の時間を検出する。ピーク増幅検出装置は整流
された電気的な出力信号の各々が到達した最高の振幅を
計測する。プロセッサ２４は、また、例えば、ニューラ
ルネットワークすなわちニューラルネットワークのソフ
トウェアの実行を解析する解析装置からなり、整流され
た電気的な出力信号の振幅が少なくとも２つの異なる所
定の振幅に等しいかまたはそれより大きいときの時間、
整流された電気的な出力信号の各々がその最大振幅に達
した時間、及び整流された電気的な出力信号の各々の最
大の振幅を解析する。
【００１９】ニューラルネットワークは多数の刊行物、
例えば１９８９年１月第１巻第１号「ニューラルネット
ワークのインターナショナルジャーナル」で刊行された
Ｋ．Ｎ．Ｋａｒｎａ及び Ｄ．Ｍ．Ｂｒｅｅｎによる
「人工ニューラルネットワーク個人指導パート１ 基礎
編」で述べられているようなパターン認識及び分類技術
である。
【００２０】ニューラルネットワークは材料１０内の多
数の異なる知られた位置で人工的に引き起こされた多数
のアコースティックエミッションの発生によって訓練さ
れる。人工的に引き起こされたアコースティックエミッ
ションの発生は、例えば、材料１０に対して鉛筆の心を
折る事によって引き起こされるが、材料１０への人工的
に引き起こされるアコースティックエミッションの発生
は他の適当な方法を使用してもよい。これらの人工的に
引き起こされるアコースティックエミッションの発生の
位置は知られており、これらは訓練の目的でニューラル
ネットワークの所望の出力として使用される。人工的に
引き起こされるアコースティックエミッションの発生に
おける、整流された電気的な出力信号の各々が少なくと
も２つの所定の振幅に等しいかあるいはそれ以上のとき
の比較時間は、整流された電気的な出力信号の各々が最
大振幅に達する比較時間、整流された電気的な出力信号
の各々の最大振幅値とともに、訓練の目的でニューラル
ネットワークへの入力として使用される。ニューラルネ
ットワークは入力、所定の振幅及び最大の振幅に等しい
かまたはそれ以上の時の比較時間、整流された電気的な
出力信号の各々の最大の振幅値、及び所望の出力、人工
的に引き起こされるアコースティックエミッションの発
生の位置の間の数学的な関係を推論若しくは演えきす
る。
【００２１】プロセッサ２４はまた記憶装置を有し、記
憶装置にはニューラルネットワークによって推論された
数学的な関係、相関関係、知識が、入力信号重みとして
知られ、値のキイマトリックスの形式でストアされてい
る。
【００２２】一旦ニューラルネットワークが訓練され、
数学的な関係がプロセッサ２４内に保持されると、知ら
れていない源の位置を有するアコースティックエミッシ
ョンの発生における、整流された電気的な出力信号の各
々が少なくとも２つの所定の振幅に等しいかまたはそれ
以上のときの比較時間は、整流された電気的な出力信号
の各々がその最大の振幅に到達した比較時間及び整流さ
れた電気的な出力信号の各々のための最大の振幅値とと
もに、アコースティックエミッション源１２の位置を計
算するために記憶された数学的な関係とともに使用され
る。計算の結果は、ディスプレイ２６に表示される。
【００２３】整流された電気的な出力信号の各々のため
の所定の振幅のいずれか２つのあいだの時間の差異は整
流された電気的な出力信号の振幅の増加の速度の多少で
ある。ニューラルネットワークは整流された電気的な出
力信号の各々のための振幅の増加の速度を効果的に算出
し、次に振幅の増加速度とアコースティックエミッショ
ンの位置の間の数学的な関係を算出する。
【００２４】第２図には第１図に示す１つのトランスデ
ューサ１６によって受けられたアコースティックエミッ
ション波のためのアコースティックエミッション振幅対
時間の代表的なグラフを示す。グラフはスレッショルド
交差検出装置によって検出された所定の振幅とアコース
ティックエミッション振幅が所定の振幅に等しい対応す
る時間を示す。グラフは、スレッショルド交差検出装置
によって検出された所定の振幅Ｔｈ1，Ｔｈ2，Ｔｈ3，
及びＴｈ4とアコースティックエミッション増幅が所定
の振幅に等しい相応時間ｔ1，ｔ2，ｔ3，及びｔ4を示
す。グラフはまた最大の振幅Ｔｍとアコースティックエ
ミッション振幅が最大の振幅に達したときの相応する時
間ｔ5を示す。 かくして第１図を参照して説明した上
記例では、スレッショルド交差検出装置は整流された電
気的な出力信号の各々の振幅が所定の振幅Ｔｈ1，Ｔ
ｈ2，Ｔｈ3およびＴｈ4に達したとき検出し、ピーク振
幅検出装置は整流された電気的な出力信号の各々の振幅
がＴｍに達したとき検出する。タイミング装置は整流さ
れた電気的な出力信号の各々が所定の振幅Ｔｈ1，Ｔ
ｈ2，Ｔｈ3，及びＴｈ4と最大の振幅Ｔｍに等しくなっ
たときの対応する時間ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4、及びｔ5を
検出する。
【００２５】かくして人工的に引き起こされるアコース
ティックエミッションの発生のために訓練プロセス用と
してニューラルネットワークに入力された２４の数値が
有り、知られていないアコースティックエミッション源
を探すためにストアされた数学的関係と共に源の位置を
計算するために入力された２４の数値がある。データ時
間は適当な時間であり、その時間から全ての他の事柄の
比較時間が計算される。データ時間は、例えば整流され
た電気的な出力信号のうち１つが第１の所定の振幅Ｔｈ
1に等しいかまたはそれ以上である時間ｔ1である。説明
はアコースティックエミッションの源を探すために４つ
のトランスデューサの使用について行われているが、３
つに等しいかそれ以上のいかなる数のトランスデューサ
を使用してもよい。説明は最大の振幅の計測と共に整流
された電気的な出力信号の各々が到達する４つの所定の
振幅及び最大の振幅における時間を検出することに言及
し、これはアコースティックエミッション源の正確な探
索を与える。それは最大の振幅を計測する代わりにあら
かじめ定められた時間間隔で固定された時間を越えて整
流された電気的な出力信号の各々の累積的な振幅の計測
を可能にする。もしアコースティックエミッション源の
探索の正確さが重要でないならば、最大の振幅と最大の
振幅に到達する時間は計測する必要がなく、かくして人
工的に引き起こされるアコースティックエミッションの
発生の各のためのニューラルネットワークにわずか１６
の数値が入力され、４つのトランスデューサのために知
られていない源の位置を有するアコースティックエミッ
ションの発生の源の計算にわずか１６の数値が使用され
る。
【００２６】アコースティックエミッション源の位置を
計測するために整流された電気的な出力信号の各々が２
つの所定の振幅を越える比較時間はニューラルネットワ
ーク技術でさらに正確になり、ノイズに無関係になり、
先行技術で使用された三角測量技術と組みあわされたト
ランスデューサにアコースティックエミッション波が到
達する時間の使用よりアコースティックエミッションの
正確な計測が要求されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による材料中のアコースティックエミッ
ション源を探索する装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す装置に使用する１つのトランスデュ
ーサによるアコースティックエミッション振幅対時間を
表すグラフである。
【符号の説明】
１０…材料 １２…源 １４…装置 １６…トランスデューサ １８…増幅器 ２０…整流器 ２４…プロセッサ ２６…ディスプレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シモン・ダニエル・キング イギリス国ダービー，ウィルモートン，ハ ロー・ストリート 18 (72)発明者 ニール・ランダール イギリス国ダービーシャー，マトロック, ボンサル，ウィンスター・レーン，ザ・バ ーン（番地なし)

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】材料に音響的に結合され、材料中のアコー
    スティックエミッションを検出し相応する電気的な出力
    信号を発生するように間隔をおいて配置された少なくと
    も３つのトランスデューサと、 電気的な出力信号の各々がデータ時間から少なくとも２
    つの所定の振幅に等しいかまたはそれ以上になるまでに
    かかった時間を計測する計測手段と、 電気的な出力信号の各々の時間値とアコーティックエミ
    ッション源との間の数学的な関係を推論するために電気
    的な出力信号の各々が、知られた位置を有する複数の人
    工的に引き起こされるアコースティックエミッションの
    発生における少なくとも２つの所定の振幅に等しいか、
    またはそれ以上になるまでにかかった時間値を解析する
    手段と、 演えきされた数学的な関係を格納する手段と、 電気的な出力信号の各々が知られていないアコースティ
    ックエミッション源の位置のための少なくとも２つの所
    定の振幅に等しいかあるいはそれに等しくなるまでにか
    かった時間と格納された数学的な関係とからアコーステ
    ィックエミッション源の位置を計算する手段とからなる
    材料中のアコースティックエミッション源を探索する装
    置。
  2. 【請求項２】４つの離れたトランスデューサを有する請
    求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】解析装置はニューラルネットワークである
    請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】計測装置は電気的な出力信号の各々がデー
    タ時間から５つの所定の振幅に等しいかあるいはそれ以
    上になるまでにかかった時間を計測する請求項１記載の
    装置。
  5. 【請求項５】計測装置は電気的な出力信号の各々が最大
    の振幅に達するまでにかかった時間を計測する請求項１
    記載の装置。
  6. 【請求項６】計測装置は電気的な出力信号の各々の最大
    振幅を計測し、所定の時間間隔を越えて電気的な各出力
    信号の累積的な振幅を計測し、解析装置はまた数学的な
    関係を推論するために多数の人工的に引き起こされるア
    コースティックエミッションの発生のために最大振幅ま
    たは累積的な振幅を解析し、計算手段は、知られていな
    いアコースティックエミッション源の位置からの電気的
    な各出力信号の最大振幅または累積的な振幅から知られ
    ていないアコースティックエミッション源の位置を探索
    する請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】データ時間は１つのトランスデューサの電
    気的な出力信号が第１の所定のスレッショルドに等しい
    かあるいはそれ以上になった時の時間である請求項１に
    記載の装置。
  8. 【請求項８】材料に音響的に結合され材料中のアコース
    ティックエミッションを検出し相応した電気的な出力信
    号を発生するように配置された少なくとも３つのトラン
    スデューサと、 電気的な出力信号の各々の振幅の増加速度を計測する計
    測装置と、 電気的な出力信号の各々の振幅の増加速度とアコーステ
    ィックエミッション源の位置の間の数学的な関係を推論
    するために、知られた位置を有する人工的に引き起こさ
    れる複数のアコースティックエミッションの発生におけ
    る電気的な出力信号の各々の振幅の増加速度を解析する
    手段と、 演えきされた数学的な関係を格納する手段と、 知られていないアコースティックエミッション源の位置
    の電気的な出力信号の各々の振幅の増加速度と格納され
    た数学的な関係からアコースティックエミッション源の
    位置を計算する手段とからなる材料中のアコースティッ
    クエミッション源を探索する装置。
  9. 【請求項９】間隔をおいて離れた４つのトランスデュー
    サを有する請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】解析装置はニューラルネットワークであ
    る請求項８に記載の装置。
  11. 【請求項１１】計測装置は電気的な出力信号の各々の最
    大振幅を計測し、所定の時間間隔を越えて各電気的な出
    力信号の累積的な振幅を計測し、解析装置はまた数学的
    な関係を推論するために多数の人工的に引き起こされる
    アコースティックエミッションの発生のために最大振幅
    または累積的な振幅を解析し、計算手段は、知られてい
    ないアコースティックエミッション源の位置からの各電
    気的な出力信号の最大振幅または累積的な振幅から知ら
    れていないアコースティックエミッション源の位置を探
    索する請求項８に記載の装置。
  12. 【請求項１２】材料に音響的に結合された少なくとも３
    つのトランスデューサで知られた源の位置を有する人工
    的に引き起こされる複数のアコースティックエミッショ
    ンの発生を検出し、人工的に引き起こされるアコーステ
    ィックエミッションの発生の各々において各トランスデ
    ューサによって検出されたアコースティックエミッショ
    ン活動がデータ時間から少なくとも２つの所定の振幅に
    等しいかあるいはそれ以上になるまでにかかった時間を
    計測し、知られた源の位置を有する人工的に引き起こさ
    れるアコースティックエミッションの発生において各ト
    ランスデューサによって検出されたアコースティックエ
    ミッションが少なくとも２つの所定の振幅に等しいかあ
    るいはそれ以上になるまでにかかった時間値とアコース
    ティックエミッションの発生の位置との間の数学的な関
    係を推論し、数学的な関係を格納し、少なくとも３つの
    離れたトランスデューサで続いておこる知られていない
    源の位置を有するアコースティックエミッションを検出
    し、各トランスデューサによって検出された続いておこ
    るアコースティックエミッション活動が知られていない
    源の位置を有するアコースティックエミッションにおけ
    るデータ時間から少なくとも２つの所定の振幅に等しい
    かあるいはそれ以上になるまでにかかった時間を計測
    し、各トランスデューサによって検出された引き続いて
    おこるアコースティックエミッションの活動が、知られ
    ていない源の位置を有するアコースティックエミッショ
    ンの発生における少なくとも２つの所定の振幅に等しい
    かあるいはそれ以上になるまでにかかった時間値と数学
    的な関係から引き続いて起こるアコースティックエミッ
    ションの発生の位置を計算することからなる材料中のア
    コースティックエミッション源を探索する方法。
  13. 【請求項１３】ニューラルネットワークが数学的な関係
    を推論する請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】離れた４つのトランスデューサを有する
    請求項１２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】電気的な出力信号の各々がデータ時間か
    ら５つの所定の振幅に等しいかあるいはそれ以上になる
    までの時間を計測する請求項１２に記載の方法。
  16. 【請求項１６】電気的な各出力信号が最大振幅に達する
    までの時間を計測する請求項１２に記載の方法。
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