JPH0658354B2 - アコ−ステイツクエミツシヨン信号弁別装置 - Google Patents

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信号弁別装置
に関する。とくに、本発明は、アコースティックエミッ
ション信号検出装置からの信号をメモリに記憶して、こ
の記憶された信号の分析を行うためのアコースティック
エミッション信号弁別装置に関する。

従来技術 材料の内部に応力の作用などにより微小な変形、破壊が
生じると、アコースティックエミッションと呼ばれる、
音響放出現象があらわれる。このアコースティックエミ
ッションを測定することによって、材料や構造物の損傷
状況の監視、破壊の予測、傷の発見、その他の検査を行
うことができる。アコースティックエミッション信号
は、測定系に混入する雑音とともに検出されるため、高
精度に計測を行うためには雑音の弁別および除去が必要
である。

特開昭５９−２２２７６０号公報には、アコースティッ
クエミッション検出信号を予め設定した閾値によってパ
ルス化し、そのパルス数を計数して、計数値が所定の範
囲のとき、有意のものとしてアコースティックエミッシ
ョン信号を送出するようにしたアコースティックエミッ
ション抽出装置が開示されている。この装置は、アコー
スティックエミッション信号を、その主周波数成分を表
す波数により雑音と区別するもので、一部の特殊な用途
に限って有効であり、適用範囲がせまく限定される。ま
た、この装置は、パルス化されたアコースティックエミ
ッション信号の波数を計数して有意な信号を抽出し、欠
陥の発生の有無を知ろうとするものであるため、どのよ
うな種類の欠陥や損傷が発生し、どのように進展してい
るのかなど欠陥性状の詳細の検討、特に定量化が困難で
ある。

上述のように、信号をパルス化し、計数することによ
り、信号弁別を行うとともに欠陥の発生状況を知る方法
のほか、検出信号の包絡線波形の面積や信号の持続時
間、あるいは検出信号の振幅などを測定することによ
り、欠陥性状を定性的に検討する方法も提案さている
が、これらも計数による方法と同様な欠点を有する。最
近のデジタル技術の進歩に伴い、検出信号をデジタル変
換したのち、メモリに記憶し、この記憶されたデータを
コンピュータによって解析して、より精密な定量的評価
を行う方法が採用されつつある。この方法では、ソフト
ウェアによる種々の波形解析を繰り返し行うことによ
り、信号がアコースティックエミッションによるもの
か、あるいは雑音によるものか、の判断を下すことが可
能である。

しかしながら、アコースティックエミッション信号の検
出は、雑音レベルの高いところで行われることが多いの
で、頻発する雑音によりメモリが浪費され、容量が有限
であるメモリの早期飽和が引き起こされることになる。
また、雑音波形も解析の対象になるため、処理すべきデ
ータの数が膨大になり、解析に時間を要し、コンピュー
タも大型化する。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、検出されたアコースティックエミッション信
号をメモリに記憶し、この記憶された信号をコンピュー
タにより解析して、欠陥の発生状況などの解析を行うよ
うになったアコースティックエミッション信号弁別装置
において、雑音信号がメモリにそのまま記憶されること
による、メモリの早期飽和の問題と、信号解析に多大の
時間を要するという問題を解決することを、その目的と
するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明では、アコースティ
ックエミッション信号検出装置により検出された信号が
有意であるかどうか、を弁別し、有意信号である、と判
断されたときにのみ、この信号をメモリに送出し記憶さ
せ、その後コンピュータにより解析する。すなわち、本
発明のアコースティックエミッション信号弁別装置は、
被測定物に取りつけられたアコースティックエミッショ
ン信号検出装置と、該アコースティックエミッション信
号検出装置の出力をデジタル変換するアナログ−デジタ
ル変換器と、そのデジタルデータを一時的に蓄えるバッ
ファメモリからなるトランジェントレコーダと、該バッ
ファメモリに蓄えられた信号をメインメモリに送出する
送出手段とからなる。そして、アコースティックエミッ
ション信号検出装置の出力の立ち上がりに応じてトリガ
信号を発生するトリガ信号発生手段と、該トリガ信号発
生手段からのトリガ信号から所定時間の間作動して、ア
コースティックエミッション信号検出装置の出力の信号
波形の持続時間、一定時間内の波数、波形の正負の対称
性、及び周波数成分の分布状態の少なくとも二つに基づ
いて有意のアコースティックエミッション信号を弁別し
て弁別信号を出力する弁別手段が設けられる。送出手段
は、弁別手段により有意のアコースティックエミッショ
ン信号を表す信号が出力されたときバッファメモリ内の
信号をメインメモリに送出し、弁別手段により有意のア
コースティックエミッション信号を表す信号が出力され
ないときバッファメモリ内の信号の書換えを継続させる
手段として構成される。

本発明のアコースティックエミッション信号弁別装置に
おける弁別手段には、複数チャンネル間での信号到達時
間の差を弁別する手段を設けることが好ましい。

作 用 一般に、有意なアコースティックエミッション信号は、
ある一定範囲の持続時間を有することが知られている
が、除去すべき雑音のうちの何種類かは、この範囲とか
けはなれた持続時間となる。したがって、持続時間がこ
の一定範囲にあるかどうか、を検出することにより、雑
音をある程度除去することが可能になる。また、通常の
アコースティックエミッション信号は、比較的高周波数
帯域にあらわれるのに対して、外部からの機械的な振動
などによる雑音は低周波数帯域にあらわれ、また、電磁
誘導などによる雑音は著しく高い周波数帯域にあらわれ
る。このような周波数帯域の違いに着目して、ある種の
雑音の弁別が可能である。

さらに、通常のアコースティックエミッション信号は、
正負対称性のきわめて良いバースト波形であるが、電磁
誘導や電源ラインに混入する雑音は、正負対称性が良く
ないものが多い。したがって、信号波形の正負対称性
も、雑音弁別の重要な因子になる。雑音がアコースティ
ックエミッション信号の周波数帯域に重なる周波数をも
つときでも、その帯域内での周波数分布の違いから雑音
を弁別し除去できることがある。また、アコースティッ
クエミッション信号の検出は、２個以上の検出装置を用
いて、多チャンネルで行うのが普通であるが、各検出装
置に信号が到達する時間の差によって、その信号の発生
源が、目的とする領域の中か外か、を判定することがで
きる。

実施例 第１図は、本発明によるアコースティックエミッション
信号弁別装置の一実施例を示すブロック図である。図に
おいて、アコースティックエミッション信号検出装置１
は、その出力が増幅器２に接続されている。増幅器２の
出力は、バッファメモリ３を有するトランジェントレコ
ーダ４に接続される。トランジェントレコーダ４は、入
力されたアナログ信号を一定周期ΔＴでサンプリングし
てデジタル変換し、バッファメモリ３の記憶内容を次々
と更新しながら入力信号を記憶する。

増幅器２の出力は、トリガ発生器５にも接続されてい
る。トリガ発生器５は、入力信号が所定のしきい値Ｖs
を越えたときトルガパルスを発生する。トリガ発生器５
の出力は、信号弁別器６に入力される。信号弁別器６に
は、増幅器２の出力も入力されており、増幅器２からの
信号が有意のアコースティックエミッション信号であれ
ば、パルス出力を発生し、この出力はトランジェントレ
コーダ４に与えられる。

トランジェントレコーダ４の出力は、メインメモリ７に
接続されており、メインメモリ７はコンピュータ８と組
み合わされている。コンピュータ８は、メインメモリ７
に記憶された信号を解析して欠陥の発生状況を判定す
る。

第２図は、第１図の装置の作動タイミングを示すもので
ある。第２図ａで示す波形の出力が増幅器２から発生す
ると、この出力がしきい値Ｖs を越えたとき、トリガ発
生器５から第２図ｂに示すようなトリガパルスが出力さ
れる。信号弁別器６は、増幅器２からの信号が除去すべ
きものかどうか、の判定し、もし除去すべき信号でない
と判定したときには、トリガパルスの入力から時間Ｔj
の経過後に、第２図ｃに示すような判定パルスを発生す
る。この判定パルスは、前述のようにトランジェントレ
コーダ４に入力されるのであるが、トランジェントレコ
ーダ４は、あらかじめ設定されたポストトリガ信号Ｔd₁
を有し、判定パルスの入力から時間Ｔd₁の経過後に増幅
器２からの信号のデジタル変換を停止する。このとき、
バッファメモリ３には、変換停止直前の時間ΔＴｘＫに
相当する信号が記憶されており、その記憶された信号が
メインメモリ７に送出される。ここに、Ｋは第２図ｄに
示す一周期におけるバッファメモリ３の書き込みのアド
レス数である。

信号弁別器６が、この信号は除去すべきものである、と
判定すれば、判定パルスは発生されず、トランジェント
レコーダ４にはパルスが与えられない。したがって、ト
ランジェントレコーダ４はトリガパルスが発生されない
ときと同様に、バッファメモリ３の記憶データの書き替
えを続ける。

第３図は、信号弁別器６の詳細を示すブロック図であ
る。この弁別器６は、入力部にバッフア増幅器１０を有
し、この増幅器１０の出力は、判定回路１１、１２、１
３、１４、１５に接続されている。これら判定回路は、
それぞれイネイブル端子とリセット端子を有する。判定
回路のイネイブル端子とリセット端子には、それぞれタ
イムアップパルス発生回路１６からのトリガ認識信号と
後述のタイムアップパルス発生直後に出力されるリセッ
トパルスが入力される。各判定回路の出力は、入力パル
スの波形が除去すべき雑音の特徴を持たないばあい１の
状態となり、リセットパルスが与えられるまでその状態
を保持する。各判定回路の出力は、総合判定回路１７に
入力される。総合判定回路１７は、測定対象、破壊モー
ドなどに応じて、各判定回路１１、１２、１３、１４、
１５の出力の論理和と論理積を適宜組み合わせて、総合
判定パルスを出力する。総合判定パルスは、判定結果が
除去雑音であれば０、そうでなければ１の状態となる。
この総合判定パルスは、論理積回路１８に入力される。

タイムアップパルス発生回路１６は、トランジェントレ
コーダ４のサンプリングクロックを計数して、トリガ発
生回路５からのトリガパルスの入力された時点から正確
に時間Ｔj を設定し、タイムアップパルスを発生する。
このタイムアップパルスは論理積回路１８に入力され、
総合判定回路１７からの総合判定パルスとの論理積とし
ての判定パルスが、論理積回路１８から出力される。

第４図に、判定回路１１の詳細を示す。この回路は、増
幅器２からの信号を入力とする持続時間信号発生回路２
０を有する。持続時間信号発生回路２０は、適当な公知
の手段、たとえば入力信号波形をある一定のしきい値で
２値化してパルス群を形成し、このパルス群を再トリガ
可能なワンショットマルチバイブレータを用いて延長す
る方法などにより、持続時間信号を発生する。入力信号
波形の一例を第５図ａに、持続時間信号の一例を第５図
ｂにそれぞれ示す。また、回路１１は、トリガ認識信号
を受けるワンショットマルチバイブレータを有する。ト
リガ認識信号は、第５図ｃに示す波形であり、ワンショ
ットマルチバイブレータＡは、このトリガ認識信号を受
けて第５図ｃに示す計数期間Ｔ_Ａを設定する。

ワンショットマルチバイブレータＡの出力は、論理積回
路２１に入力される。論理積回路２１には持続時間信号
発生回路２０からの信号も入力されており、回路２１
は、これら入力信号の論理積としての出力を第５図ｄに
示すように発生する。また、ワンショットマルチバイブ
レータＡにワンショットマルチバイブレータＢが接続さ
れており、このワンショットマルチバイブレータＢは、
第５図ｃに示す計数期間Ｔ_Ｂを設定する。ワンショット
マルチバイブレータＢの出力は、論理積回路２２に入力
される。論理積回路２２には持続時間信号発生回路２０
からの信号も入力されており、論理積回路２２はこれら
信号の論理積としての出力を第５図ｆに示すように発生
する。

論理積回路２１の出力は、カウント回路２３のイネイブ
ル端子に接続されている。また、カウント回路２３は、
クロック端子を有し、このクロック端子にはタイムアッ
プパルス発生回路１９を介してトランジェントレコーダ
４のクロックパルスが入力される。カウント回路２３
は、計数期間Ｔ_Ａ中に回路２０の出力が１になればクロ
ックを計数し、この計数値があらかじめ定められた値Ｃ
_Ａを越えたときに第５図ｅに示すように出力１を発生す
る。

論理積回路２２の出力は、カウント回路２４のイネイブ
ル端子に入力される。回路２４はクロックパルスが入力
される端子を有し、計数期間Ｔ_Ｂ中に回路２０の出力が
１であればクロックを計数し、その計数値があらかじめ
定められた値Ｃ_Ｂに達しない間は第５図ｇに示すような
出力１を発生し、計数値が値Ｃ_Ｂに達したとき、出力は
０になる。回路２３、２４の出力は第５図ｉに示すリセ
ットパルスが入力されるまで持続される。

カウント回路２３、２４の出力はともに論理積回路２５
に入力される。論理積回路２５は、回路２３、２４の出
力の論理積を第５図ｈに示す判定出力として発生する。
以上の説明から明らかなように、この回路は、信号の持
続時間が計数値Ｃ_ＡとＣ_Ｂの間にないばあいには、信号
は除去すべきものとして出力０を発生し、計数値Ｃ_Ａと
Ｃ_Ｂの間にあるばあいには、出力１を発生する。

第６図に、判定回路１２の詳細を示す。この回路は、増
幅器１０からの信号を受ける波形パルス変換回路３０を
有する。第７図ａは回路３０に入力する信号の一例を示
す。回路３０は、この信号を一定のしきい値によりリン
グダウンパルスに変換して、第７図ｂに示すようなパル
ス信号を発生し、この信号をカウント回路３１に与え
る。さらに、判定回路１２には、トリガ認識信号を入力
として受けるワンショットマルチバイブレータ３２があ
り、このワンショットマルチバイブレータ３２は、トリ
ガ認識信号を受けたとき、第７図ｃに示すような、計数
期間Ｔ_Ｃを設定するための出力パルスを発生する。カウ
ント回路３１は、ワンショットマルチバイブレータ３１
からの、計数期間を示す信号を受けて計数期間Ｔ_Ｃにお
ける回路３０からのパルス信号を計数し、この計数値が
あらかじめ設定した値を越えたとき、第７図ｄに示すよ
をに出力１を発生する。この出力は、第７図ｅに示すリ
セットパルスが入力されるまで持続される。この回路
は、アコースティックエミッション信号の周波数帯域よ
り低い周波数の雑音信号を弁別し、除去するように作用
する。

第８図に、判定回路１３の詳細を示す。この回路１３
は、増幅器１０からの信号を受ける正負分離回路４０を
有する。第９図ａは、回路４０への入力信号の一例を示
す。回路４０は、この入力信号を第９図ｂに示す正側波
形と第９図ｃに示す負側波形の反転波形に分離する。正
側波形は包絡線検波回路４１に入力され、負側波形は包
絡線検波回路４２に入力される。回路４１は、入力信号
を包絡線検波して、第９図ｂに示すような波形の出力信
号を発生する。回路４２は、同様に第９図ｅに示すよう
な波形の出力信号を発生する。回路４１、４２の出力信
号は、それぞれ差動増幅器４３の正側および負側入力端
子に入力され、差動増幅器４３は、その差信号を第９図
ｆに示すように発生する。

差動増幅器４３の出力は、比較器４４に入力され、比較
器４４は、基準電圧設定回路４５からの基準電圧を差動
増幅器４３の出力と比較して、増幅器出力が基準電圧よ
り高いときは出力１を、低いときは出力０を発生する。
この出力は、フリップフロップ４６に入力される。フリ
ップフロップ４６は、トリガ認識信号が１である時のみ
比較器４４の出力が０から１に転換したとき出力が１か
ら０になり、その状態をリセットパルスが入力されるま
で持続する。したがって、判定回路１３は、信号波形の
対称性が良いばあいに出力１を発生し、対称性の悪い信
号を除去する。

第１０図に、判定回路１４の詳細を示す。この回路は、
増幅器１０からの信号を受けるバンドパスフィルター５
０、５１、５２を有する。バンドパスフィルター５０
は、比較的周波数の低い帯域に透過性を有し、バンドパ
スフィルター５１、５２は、中程度と高い周波数帯域に
透過性を有する。第１０図には、３個のバンドパスフィ
ルターが示してあるが、必要に応じてもっと多数のバン
ドパスフィルターを設けてもよい。バンドパスフィルタ
ーの出力は、ピーク値比較回路５３に入力され、この回
路５３は、ピーク値の周波数帯域がアコースティックエ
ミッション信号の周波数分布のピーク値の周波数帯域と
合致したとき出力１を発生する。この出力は、フリップ
フロップ５４に入力され、フリップフロップ５４はトリ
ガ認識信号が１である時のみピーク値比較回路５３の出
力が０から１に転換したとき０から１になり、リセット
パルスが入力するまでその状態を保持する。したがっ
て、判定回路１４は周波数分布からアコースティックエ
ミッション信号を弁別することができる。

判定回路１５は信号の到達時間差を検出するものである
が、この回路は、一般に知られている空間フィルターに
より構成すれば、その目的が達成できる。到達時間差に
よる信号弁別は、被検出物内での振動伝播速度と信号発
生点から信号検出器までの距離に基づく演算により、容
易に行うことができる。

効 果 以上述べたとうり、本発明においては、アコースティッ
クエミッション信号検出装置からの信号をメモリに記憶
して、コンピュータによりこの信号を解析し、欠陥の発
生などの評価を行うようになったアコースティックエミ
ッション信号弁別装置において、有意のアコースティッ
クエミッション信号を弁別する手段を設け、信号が有意
と判定されたときにのみ、その信号をメモリに送出して
記憶するようにしたので、メモリが雑音信号により浪費
されることがなく、メモリの早期飽和を生じる恐れがな
くなる。また、記憶する情報量を少なくできるので、信
号解析の時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明のアコースティックエミッション信号
弁別装置の一実施例の全体を示すブロック図、第２図
は、第１図の装置における信号波形を示す図表、第３図
は、第１図の装置における信号弁別器の構成を示すブロ
ック図、第４図は、持続時間による弁別を行う判定回路
のブロック図、第５図は、第４図の回路における信号波
形を示す図表、第６図は、周波数成分による弁別を行う
判定回路のブロック図、第７図は、第６図の回路におけ
る信号波形を示す図表、第８図は、波形の対称性による
弁別を行う判定回路のブロック図、第９図は、第８図の
回路における信号波形を示す図表、第１０図は、周波数
分布による弁別を行う判定回路のブロック図である。 １……アコースティックエミッション信号検出装置、 ２……増幅器、 ３……バッファメモリ、 ４……トランジェントレコーダ、 ５……トリガ発生器、 ６……信号弁別器、 ７……メインメモリ、 ８……コンピュータ、 １１、１２、１３、１４、１５……判定回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物に取りつけられたアコースティッ
   クエミッション信号検出装置と、前記アコースティック
   エミッション信号検出装置の出力をデジタル変換するア
   ナログ−デジタル変換器と、そのデジタルデータを一時
   的に蓄えるバッファメモリからなるトランジェントレコ
   ーダと、前記バッファメモリに蓄えられた信号をメイン
   メモリに送出する送出手段とからなるアコースティック
   エミッション信号弁別装置において、前記アコースティ
   ックエミッション信号検出装置の出力の立ち上がりに応
   じてトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段と、前記
   トリガ信号発生手段からのトリガ信号から所定時間の間
   作動して、前記アコースティックエミッション信号検出
   装置の出力の信号波形の持続時間、一定時間内の波数、
   波形の正負の対称性、及び周波数成分の分布状態の少な
   くとも二つに基づいて有意のアコースティックエミッシ
   ョン信号を弁別して弁別信号を出力する弁別手段が設け
   られ、前記送出手段は、前記弁別手段により有意のアコ
   ースティックエミッション信号を表す信号が出力された
   とき前記バッファメモリ内の信号を前記メインメモリに
   送出し、前記弁別手段により有意のアコースティックエ
   ミッション信号を表す信号が出力されないとき前記バッ
   ファメモリ内の信号の書換えを継続させる手段であるこ
   とを特徴とするアコースティックエミッション信号弁別
   装置。
2. 【請求項２】前記第(1)項のアコースティックエミッシ
   ョン信号弁別装置において、前記弁別手段には、複数チ
   ャンネル間での信号到達時間の差を弁別する手段が設け
   られたことを特徴とするアコースティックエミッション
   信号弁別装置。