JPH0643044A - 複合した力、ひずみ及び音響の発生変換器 - Google Patents
複合した力、ひずみ及び音響の発生変換器Info
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- JPH0643044A JPH0643044A JP5113227A JP11322793A JPH0643044A JP H0643044 A JPH0643044 A JP H0643044A JP 5113227 A JP5113227 A JP 5113227A JP 11322793 A JP11322793 A JP 11322793A JP H0643044 A JPH0643044 A JP H0643044A
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- coupling
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- force
- piezoelectric element
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- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Electrophonic Musical Instruments (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い周波数（約２ＭＨｚ）の音響発出の解析
に役立つ音響発生センサ（１）を備えた、諸経費の低廉
な、複合した力、ひずみ及び音響の発生変換器、測定装
置ならびに結合方法を提供すること。 【構成】 圧電測定素子（９）、結合ダイアフラム
（７）を有する組立体ベース（８）および、圧電測定素
子（９）と一部分の組立体ベース（８）とを囲む封入体
（１０）が最小限の主要構成要素として音響発生センサ
（１）に包含され、荷重を除去された際、その底面
（５）が測定対象物（１５）との間にある距離（ｓ）を
保持し得るハウジング（４）の底面（５）の凹所（１
４）内に結合ダイアフラム（７）位置するようにされた
一つの組立体ユニットがそこに形成されている。
に役立つ音響発生センサ（１）を備えた、諸経費の低廉
な、複合した力、ひずみ及び音響の発生変換器、測定装
置ならびに結合方法を提供すること。 【構成】 圧電測定素子（９）、結合ダイアフラム
（７）を有する組立体ベース（８）および、圧電測定素
子（９）と一部分の組立体ベース（８）とを囲む封入体
（１０）が最小限の主要構成要素として音響発生センサ
（１）に包含され、荷重を除去された際、その底面
（５）が測定対象物（１５）との間にある距離（ｓ）を
保持し得るハウジング（４）の底面（５）の凹所（１
４）内に結合ダイアフラム（７）位置するようにされた
一つの組立体ユニットがそこに形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複合した力、ひずみ及
び音響の発生変換器、測定装置及び結合方法に関する。
び音響の発生変換器、測定装置及び結合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動化された工作機械の主要な力伝導個
所に取り付けられ、監視システムの一部として工具変化
を検知する力及びひずみセンサは周知されている。機械
加工による力、モーメント及びひずみに加えて、固体を
介して伝導される機械の騒音や音響も、機械加工作業の
監視に重要な役割をする。機械騒音のスペクトルの変化
からドリル破損を検出するようになったボール盤モニタ
が既知である。単一変換器で力、ひずみ及び機械騒音の
組合せを測定することは、一つの変換器取付け個所しか
必要としないため、魅力的である。更にまた、仕上げ機
械加工においては、機械騒音を測定することにより、力
及びひずみの測定に対する付加的な情報がもたらされ
る。粗い機械加工においては、力及びひずみの測定によ
り、機械騒音測定よりも更に多くの情報が得られる。こ
の種の複合した力、ひずみ及び機械騒音の変換器は、今
日既に使用されている。
所に取り付けられ、監視システムの一部として工具変化
を検知する力及びひずみセンサは周知されている。機械
加工による力、モーメント及びひずみに加えて、固体を
介して伝導される機械の騒音や音響も、機械加工作業の
監視に重要な役割をする。機械騒音のスペクトルの変化
からドリル破損を検出するようになったボール盤モニタ
が既知である。単一変換器で力、ひずみ及び機械騒音の
組合せを測定することは、一つの変換器取付け個所しか
必要としないため、魅力的である。更にまた、仕上げ機
械加工においては、機械騒音を測定することにより、力
及びひずみの測定に対する付加的な情報がもたらされ
る。粗い機械加工においては、力及びひずみの測定によ
り、機械騒音測定よりも更に多くの情報が得られる。こ
の種の複合した力、ひずみ及び機械騒音の変換器は、今
日既に使用されている。
【０００３】固体を介して伝導する音響は、加速度計に
より測定される。欧州特許出願０３３９ ２２４ Ａｌ
には、この種のセンサが記載されている。この種のセン
サは、測定対象物、特に反応容器を試験するのに役立
つ。この変換器は、圧電素子および震動質量を包有し且
つ、１ｋＨｚと１００ｋＨｚの間の共振周波数に同調さ
れる。構成要素と加速度計との間には、結合媒質とし
て、一般に被測定物へねじ止めされた軟質プレートが置
かれる。
より測定される。欧州特許出願０３３９ ２２４ Ａｌ
には、この種のセンサが記載されている。この種のセン
サは、測定対象物、特に反応容器を試験するのに役立
つ。この変換器は、圧電素子および震動質量を包有し且
つ、１ｋＨｚと１００ｋＨｚの間の共振周波数に同調さ
れる。構成要素と加速度計との間には、結合媒質とし
て、一般に被測定物へねじ止めされた軟質プレートが置
かれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するため
の手段】比較的に低い周波数の音波（固体を介して伝導
される１０ｋＨｚから約２０ｋＨｚ）の解析のみなら
ず、約２ＭＨｚまでの高周波音響発生の解析に興味ある
ものである。これには、更に高い共振周波数と、音響発
生センサの更に良好な結合とが必要である。更にまた、
個々のセンサを取り付けるには極めて費用がかかり、従
ってある程度の標準化および予備組立てが望ましい。本
発明の目的は、言及された諸不利点を克服することにあ
る。この目的を達成するため、音響発生センサは、圧電
素子、結合ダイアフラムを有する組立体および、当該圧
電素子と組立体ベースの一部とを囲う封入体を含み、無
荷重の場合に表面が測定対象物からある距離にあるよう
にハウジング底部の凹所内に結合ダイアフラムを設けた
組立体ユニットの形態をしている。この構成は、音響発
生センサを被測定対象物へ結合するために重要であり、
図２に対する記述の中で詳細に説明する。
の手段】比較的に低い周波数の音波（固体を介して伝導
される１０ｋＨｚから約２０ｋＨｚ）の解析のみなら
ず、約２ＭＨｚまでの高周波音響発生の解析に興味ある
ものである。これには、更に高い共振周波数と、音響発
生センサの更に良好な結合とが必要である。更にまた、
個々のセンサを取り付けるには極めて費用がかかり、従
ってある程度の標準化および予備組立てが望ましい。本
発明の目的は、言及された諸不利点を克服することにあ
る。この目的を達成するため、音響発生センサは、圧電
素子、結合ダイアフラムを有する組立体および、当該圧
電素子と組立体ベースの一部とを囲う封入体を含み、無
荷重の場合に表面が測定対象物からある距離にあるよう
にハウジング底部の凹所内に結合ダイアフラムを設けた
組立体ユニットの形態をしている。この構成は、音響発
生センサを被測定対象物へ結合するために重要であり、
図２に対する記述の中で詳細に説明する。
【０００５】
【実施例】本発明を図面につき、以下に詳細に説明す
る。
る。
【０００６】図１に示す複合した力、ひずみ及び音響の
発生変換器は、本発明による音響発生センサを備えてい
る。圧電力測定素子１２により（一または多次元の）力
が測定される。この力は、管状の外側ケーシング３がフ
ランジ接合したハウジング２を介して導入される。参照
番号１は、圧電測定素子９、結合ダイアフラム７を有す
る組立体ベース８および、外部に取り付け若しくは省略
することもできる分路抵抗器１１を包含する封入体１０
とから成る、本発明による音響発生センサである。４は
ハウジング底部であり、５は底面であり、６は信号線を
収容するコネクタである。圧電素子９は、その分極軸線
がシステムの主軸Ｚ内にある、焼結セラミックから成る
分極圧電素子であっても良い。また、適切にカットされ
た石英のような圧電材料の単結晶、または例えば金属プ
レート上に接着されたポリふっ化ビニル（ＰＶＦ）のよ
うな圧電重合体フィルムであっても良い。音響発生物セ
ンサは、震動質量を包含することもできる。
発生変換器は、本発明による音響発生センサを備えてい
る。圧電力測定素子１２により（一または多次元の）力
が測定される。この力は、管状の外側ケーシング３がフ
ランジ接合したハウジング２を介して導入される。参照
番号１は、圧電測定素子９、結合ダイアフラム７を有す
る組立体ベース８および、外部に取り付け若しくは省略
することもできる分路抵抗器１１を包含する封入体１０
とから成る、本発明による音響発生センサである。４は
ハウジング底部であり、５は底面であり、６は信号線を
収容するコネクタである。圧電素子９は、その分極軸線
がシステムの主軸Ｚ内にある、焼結セラミックから成る
分極圧電素子であっても良い。また、適切にカットされ
た石英のような圧電材料の単結晶、または例えば金属プ
レート上に接着されたポリふっ化ビニル（ＰＶＦ）のよ
うな圧電重合体フィルムであっても良い。音響発生物セ
ンサは、震動質量を包含することもできる。
【０００７】図２には、高周波音波を伝送するために極
めて重要な音響発生センサ９の結合機構が詳細に示され
ている。すなわち図１の円で表示されている部分の詳細
である。参照数字は、既に図１で使用したものと同じで
ある。組立体ベース８の周囲に、ハウジング底部４の凹
所１４内にはまり且つ、例えば溶接により接合された結
合ダイアフラム７が設けられている。ハウジング底部
４、結合ダイアフラム７および組立体ベース８は一体に
作ることもできる。ダイアフラム７は、場合に応じ、力
またはひずみ信号から音響発生センサ１を隔離するよう
にすることもできる。音響発生センサ１を測定対象物１
５へ結合する前に、ハウジング底部４の表面５が、測定
対象物１５の表面から距離ｓにあるように設定する。本
発明の結合方法によれば、測定対象物１５上に底面５を
押圧する段階と、これに固定する段階とが包含され、従
って結合ダイアフラム７が荷重を付加され、組立体ベー
ス８は測定対象物１５の表面に結合される。ハウジング
２上への押圧力が増大しても測定対象物１５上への組立
体ベース８の押圧力は変化しない。結合状態は依然明確
且つ一定したままであり、この点は、診断の目的で音響
発生信号を評価するための重要な前提条件である。過荷
重や塑性変形から結合ダイアフラム７を確実に防護する
こともできる。
めて重要な音響発生センサ９の結合機構が詳細に示され
ている。すなわち図１の円で表示されている部分の詳細
である。参照数字は、既に図１で使用したものと同じで
ある。組立体ベース８の周囲に、ハウジング底部４の凹
所１４内にはまり且つ、例えば溶接により接合された結
合ダイアフラム７が設けられている。ハウジング底部
４、結合ダイアフラム７および組立体ベース８は一体に
作ることもできる。ダイアフラム７は、場合に応じ、力
またはひずみ信号から音響発生センサ１を隔離するよう
にすることもできる。音響発生センサ１を測定対象物１
５へ結合する前に、ハウジング底部４の表面５が、測定
対象物１５の表面から距離ｓにあるように設定する。本
発明の結合方法によれば、測定対象物１５上に底面５を
押圧する段階と、これに固定する段階とが包含され、従
って結合ダイアフラム７が荷重を付加され、組立体ベー
ス８は測定対象物１５の表面に結合される。ハウジング
２上への押圧力が増大しても測定対象物１５上への組立
体ベース８の押圧力は変化しない。結合状態は依然明確
且つ一定したままであり、この点は、診断の目的で音響
発生信号を評価するための重要な前提条件である。過荷
重や塑性変形から結合ダイアフラム７を確実に防護する
こともできる。
【０００８】図１に（圧電測定素子９と平行に）示され
た抵抗器は、測定素子９、即ち高域フィルタ、と共にＲ
Ｃ素子（Ｃは測定素子９のキャパシタンス）を形成す
る。図に示す如く、抵抗器１１は封入体１０内に統合さ
れても良いが、音響発生センサ１の外側にあっても良
い。抵抗１１を変化させることにより、ろ過されて前置
増幅器へ移行する信号の周波数範囲を調整することがで
きる。これはまた、切換え可能な高域フィルタを前置増
幅器に備えることによっても付加的にあるいは排他的に
達成できる。さらに分路抵抗器１１を省略することがで
きる。
た抵抗器は、測定素子９、即ち高域フィルタ、と共にＲ
Ｃ素子（Ｃは測定素子９のキャパシタンス）を形成す
る。図に示す如く、抵抗器１１は封入体１０内に統合さ
れても良いが、音響発生センサ１の外側にあっても良
い。抵抗１１を変化させることにより、ろ過されて前置
増幅器へ移行する信号の周波数範囲を調整することがで
きる。これはまた、切換え可能な高域フィルタを前置増
幅器に備えることによっても付加的にあるいは排他的に
達成できる。さらに分路抵抗器１１を省略することがで
きる。
【０００９】上述の本発明により、音響発生センサが小
形化され、特に、高い周波数範囲における新しい種類の
結合技法により、一層効率化ができる。
形化され、特に、高い周波数範囲における新しい種類の
結合技法により、一層効率化ができる。
【図１】本発明による音響発生センサを備える、複合
力、ひずみ及び音響の発生変換器の断面図。
力、ひずみ及び音響の発生変換器の断面図。
【図２】本発明による結合ダイアフラムを使用している
結合機構を示す図。
結合機構を示す図。
１ 音響発生センサ ４ ハウジング底部 ５ 底面 ７ 結合ダイアフラム ８ 組立体ベース ９ 圧電測定素子 １０ 封入物 １１ 分路抵抗器 １４ 凹所 １５ 測定対象物 ｓ 距離
Claims (6)
- 【請求項１】 複合した力、ひずみ及び音響の発生変換
器において、圧電素子（９）、結合ダイアフラム（７）
を有する組立体ベース（８）および、圧電素子（９）と
一部分の組立体ベース（８）とを囲む封入体（１０）を
最小限の構成要素として含み、結合ダイアフラム（７）
が荷重を除かれた際に表面（５）が測定対象物からある
距離（ｓ）を保つハウジング（４）の底部の凹所（１
４）内に結合ダイアフラム（７）があるようにした一つ
の組立体ユニットを形成する音響発生センサを備えるこ
とを特徴とする変換器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の変換器において、圧電
素子（９）が、軸方向に分極された圧電セラミックから
成ることを特徴とする変換器。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の変換器
において、組立体ユニット（７，８，９，１０）が更に
震動質量を包含することを特徴とする変換器。 - 【請求項４】 請求項１、請求項２または請求項３に記
載の変換器において、組立体ユニット（７，８，９，１
０）が更に、圧電素子（９）を以て高域フィルタを形成
する可変電気抵抗器（１１）を包含することを特徴とす
る変換器。 - 【請求項５】 請求項１、請求項２、請求項３または請
求項４に記載の変換器を備える測定装置において、前置
増幅器が切換え可能な高域フィルタを包有することを特
徴とする測定装置。 - 【請求項６】 請求項１から請求項４の何れか一つの項
に記載の変換器の音響発生センサ（１）の結合方法にお
いて、結合ダイアフラム（７）が応力を加えられ且つ、
正確に定め得る力を以て組立体ベース（８）が測定対象
物の表面に結合されるように、底面（５）が測定対象物
（１５）上に押圧されてそれに固定されることを特徴と
する結合方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH01558/92-0 | 1992-05-15 | ||
| CH1558/92A CH683718A5 (de) | 1992-05-15 | 1992-05-15 | Kombinierter Kraft-, Dehnungs- und Schallemissionsaufnehmer. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0643044A true JPH0643044A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=4213236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5113227A Withdrawn JPH0643044A (ja) | 1992-05-15 | 1993-05-14 | 複合した力、ひずみ及び音響の発生変換器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5524491A (ja) |
| EP (1) | EP0572349B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0643044A (ja) |
| AT (1) | ATE132256T1 (ja) |
| CH (1) | CH683718A5 (ja) |
| DE (1) | DE59301235D1 (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH689125A5 (de) * | 1993-09-02 | 1998-10-15 | Kk Holding Ag | Schallemissionsaufnehmer. |
| DE19542729C1 (de) * | 1995-11-16 | 1996-10-10 | Bosch Gmbh Robert | Schwingungsaufnehmer |
| NL1010369C2 (nl) * | 1998-05-01 | 1999-12-21 | Maasland Nv | Werkwijze alsmede een inrchting voor het akoestisch bewaken van het verloop van een proces, zoals een melkproces. |
| US20040082859A1 (en) | 2002-07-01 | 2004-04-29 | Alan Schaer | Method and apparatus employing ultrasound energy to treat body sphincters |
| US7536911B2 (en) * | 2003-09-22 | 2009-05-26 | Hyeung-Yun Kim | Diagnostic systems of optical fiber coil sensors for structural health monitoring |
| US7322244B2 (en) * | 2003-09-22 | 2008-01-29 | Hyeung-Yun Kim | Interrogation system for active monitoring of structural conditions |
| US20090157358A1 (en) * | 2003-09-22 | 2009-06-18 | Hyeung-Yun Kim | System for diagnosing and monitoring structural health conditions |
| KR100623634B1 (ko) * | 2003-09-22 | 2006-09-13 | 김형윤 | 구조물의 건전상태 감시방법 |
| US7536912B2 (en) | 2003-09-22 | 2009-05-26 | Hyeung-Yun Kim | Flexible diagnostic patches for structural health monitoring |
| US7668665B2 (en) * | 2003-09-22 | 2010-02-23 | Advanced Structure Monitoring, Inc. | Methods of networking interrogation devices for structural conditions |
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| US7729035B2 (en) * | 2003-09-22 | 2010-06-01 | Hyeung-Yun Kim | Acousto-optic modulators for modulating light signals |
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| AT507198B1 (de) * | 2008-11-04 | 2010-03-15 | Piezocryst Advanced Sensorics | Kraftmessring mit einem ringförmigen gehäuse |
| EP2995350B1 (en) | 2009-10-30 | 2016-08-03 | ReCor Medical, Inc. | Apparatus for treatment of hypertension through percutaneous ultrasound renal denervation |
| US8552861B2 (en) * | 2011-04-12 | 2013-10-08 | International Business Machines Corporation | Biodegradable smart sensor for mesh network applications |
| WO2013149065A2 (en) | 2012-03-28 | 2013-10-03 | Compression Matters Corporation | Force gauge for pliable material |
| SG11201502179QA (en) * | 2012-09-24 | 2015-05-28 | Sekisui Chemical Co Ltd | Leakage detector, leakage detection method, and pipe network monitoring apparatus |
| CN106178294B (zh) | 2013-03-14 | 2018-11-20 | 瑞蔻医药有限公司 | 一种血管内的基于超声波的消融系统 |
| WO2014159273A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-10-02 | Recor Medical, Inc. | Methods of plating or coating ultrasound transducers |
| DE102018206937A1 (de) | 2018-05-04 | 2019-11-07 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Impedanzanpassungsvorrichtung, Wandlervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Impedanzanpassungsvorrichtiung |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1992
- 1992-05-15 CH CH1558/92A patent/CH683718A5/de not_active IP Right Cessation
-
1993
- 1993-04-23 EP EP93810298A patent/EP0572349B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-04-23 DE DE59301235T patent/DE59301235D1/de not_active Expired - Fee Related
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