JPH07198472A - 音響放射変換器 - Google Patents
音響放射変換器Info
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- JPH07198472A JPH07198472A JP6208819A JP20881994A JPH07198472A JP H07198472 A JPH07198472 A JP H07198472A JP 6208819 A JP6208819 A JP 6208819A JP 20881994 A JP20881994 A JP 20881994A JP H07198472 A JPH07198472 A JP H07198472A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】新規の結合機構により、高周波数計測領域（約
２ＭＨｚまで）において非常に効率が向上され小型化さ
れた音響放射変換器を提供する。 【構成】音響放射変換器（１）は、ピエゾ電気計測要素
（９）と、周辺結合ダイアフラム（７）をもつ音響伝達
基部（８）と、および、計測要素（９）を部分的に取り
囲むカプセル材料（１０）とより成る。取り付けネジ
（３）は変換器を固定する役をする。結合ダイアフラム
（７）は、ハウジング（２）の凹所（１４）内に横たわ
り、ハウジング（２）の底面（５）は、ダイアフラム
（７）が応力を負荷されていないとき、予応力印加距離
ｓに対応して計測対象物（１５）から離されている。音
響放射変換器（１）は、ハウジング（２）の底面（５）
が計測対象物（１５）に押し付けられて固定されるよう
にねじ（３）を締め付け、ダイアフラム（７）に応力を
負荷し、取り付け基部（８）を計測対象物（15）の面に
結合させることにより、計測対象物（15）に結合され
る。本発明は変換器の小型化と、より合理的な生産を可
能にし、また、高周波数音響伝達性能を改良している。
２ＭＨｚまで）において非常に効率が向上され小型化さ
れた音響放射変換器を提供する。 【構成】音響放射変換器（１）は、ピエゾ電気計測要素
（９）と、周辺結合ダイアフラム（７）をもつ音響伝達
基部（８）と、および、計測要素（９）を部分的に取り
囲むカプセル材料（１０）とより成る。取り付けネジ
（３）は変換器を固定する役をする。結合ダイアフラム
（７）は、ハウジング（２）の凹所（１４）内に横たわ
り、ハウジング（２）の底面（５）は、ダイアフラム
（７）が応力を負荷されていないとき、予応力印加距離
ｓに対応して計測対象物（１５）から離されている。音
響放射変換器（１）は、ハウジング（２）の底面（５）
が計測対象物（１５）に押し付けられて固定されるよう
にねじ（３）を締め付け、ダイアフラム（７）に応力を
負荷し、取り付け基部（８）を計測対象物（15）の面に
結合させることにより、計測対象物（15）に結合され
る。本発明は変換器の小型化と、より合理的な生産を可
能にし、また、高周波数音響伝達性能を改良している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は音響放射変換器に関する
ものである。自動工作機械においては、加工力とは別
に、機械騒音または固体内音響が加工工程を監視するに
当たって顕著な役割りを果たす。固体内音響のスペクト
ラムの変化を介してドリルの破損を検知するボーリング
機械監視装置は既に存在している。特に仕上げ機械加工
の領域においては、固体内音響計測が、力および歪み計
測からの情報に追加される情報を生み出している。
ものである。自動工作機械においては、加工力とは別
に、機械騒音または固体内音響が加工工程を監視するに
当たって顕著な役割りを果たす。固体内音響のスペクト
ラムの変化を介してドリルの破損を検知するボーリング
機械監視装置は既に存在している。特に仕上げ機械加工
の領域においては、固体内音響計測が、力および歪み計
測からの情報に追加される情報を生み出している。
【０００２】
【従来の技術、および発明が解決しようとする課題】固
体内音響は加速度計を用いて計測される。この種のセン
サは欧州特許出願０３３６２２４−Ａ１に記載されてい
る。このセンサは計測対象物、特に反応炉槽を試験する
上で役立つ。それは、ピエゾ電気要素と地震性質量とを
有し、１ｋＨｚと１００ｋＨｚの間の共振周波数に同調
されている。部品と加速度計の間に、計測対象物にねじ
固定された典型的には柔軟な金属板のような結合手段が
置かれている。しかし、比較的低い周波数の音波（固体
内音響、１０ｋＨｚ乃至約２０ｋＨｚ）の分析だけでは
なく、高周波数（約２ＭＨｚまでの音響放射）の分析も
また重要である。このことは、さらに高い共振周波数
と、さらに良好な音響放射センサの結合とを要求してい
る。米国特許４１８９６５５には、地震性質量とピエゾ
電気加速度センサとにダイアフラムが連結されている加
速度センサが記載されている。計測面への結合は、半球
を介し、センサハウジングを弾性的に計測面に結合する
ことにより実行されている。従って、本発明とは異な
り、機械的な予荷重なしに、計測にセンサが結合されて
いる。
体内音響は加速度計を用いて計測される。この種のセン
サは欧州特許出願０３３６２２４−Ａ１に記載されてい
る。このセンサは計測対象物、特に反応炉槽を試験する
上で役立つ。それは、ピエゾ電気要素と地震性質量とを
有し、１ｋＨｚと１００ｋＨｚの間の共振周波数に同調
されている。部品と加速度計の間に、計測対象物にねじ
固定された典型的には柔軟な金属板のような結合手段が
置かれている。しかし、比較的低い周波数の音波（固体
内音響、１０ｋＨｚ乃至約２０ｋＨｚ）の分析だけでは
なく、高周波数（約２ＭＨｚまでの音響放射）の分析も
また重要である。このことは、さらに高い共振周波数
と、さらに良好な音響放射センサの結合とを要求してい
る。米国特許４１８９６５５には、地震性質量とピエゾ
電気加速度センサとにダイアフラムが連結されている加
速度センサが記載されている。計測面への結合は、半球
を介し、センサハウジングを弾性的に計測面に結合する
ことにより実行されている。従って、本発明とは異な
り、機械的な予荷重なしに、計測にセンサが結合されて
いる。
【０００３】
【課題を解決するための手段】各センサを取り付けるこ
とは非常に煩雑な作業であるから、標準化と事前組立て
とが望ましい。本発明の目的は上記欠点を克服すること
である。この仕事は、音響放射センサを、ピエゾ電気要
素と、結合ダイアフラムをもつ音響伝達基部と、およ
び、ピエゾ電気要素および音響伝達基部を部分的に取り
囲むカプセル材料とを有する組立体ユニットとして構成
することにより達成される。結合ダイアフラムはハウジ
ングの底にある段部に位置され、該底の面は、結合ダイ
アフラムが応力を負荷されていないとき、計測対象物か
ら距離ｓだけ離されている。このことは、音響放射変換
器を計測対象物に結合させるために重要であり、図１、
図２を引用して詳細に説明する。
とは非常に煩雑な作業であるから、標準化と事前組立て
とが望ましい。本発明の目的は上記欠点を克服すること
である。この仕事は、音響放射センサを、ピエゾ電気要
素と、結合ダイアフラムをもつ音響伝達基部と、およ
び、ピエゾ電気要素および音響伝達基部を部分的に取り
囲むカプセル材料とを有する組立体ユニットとして構成
することにより達成される。結合ダイアフラムはハウジ
ングの底にある段部に位置され、該底の面は、結合ダイ
アフラムが応力を負荷されていないとき、計測対象物か
ら距離ｓだけ離されている。このことは、音響放射変換
器を計測対象物に結合させるために重要であり、図１、
図２を引用して詳細に説明する。
【０００４】
【実施例】図１は本発明の音響放射変換器を示し、ピエ
ゾ電気計測要素９と、結合ダイアフラム７をもつ音響伝
達基部８と、外部に付加してもよく省略してもよい平行
抵抗１１とから構成されている。２はハウジングを、５
は底面を、６は信号リード線を収容したコネクタを、そ
れぞれ示している。ハウジング２の内部に、インピーダ
ンス変換器のような追加の電子部品が取り付けられても
よい。ピエゾ要素９は、装置の主軸に平行な分極軸を有
する焼結セラミックの分極化されたピエゾ要素である。
しかしまた、石英のようなピエゾ電気要素を適切にカッ
トされた単結晶であってもよく、または、例えば金属板
に接着されたフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）のよう
なピエゾ電気ポリマ箔であってもよい。音響放射変換器
はまた地震性質量を納めていてもよい。
ゾ電気計測要素９と、結合ダイアフラム７をもつ音響伝
達基部８と、外部に付加してもよく省略してもよい平行
抵抗１１とから構成されている。２はハウジングを、５
は底面を、６は信号リード線を収容したコネクタを、そ
れぞれ示している。ハウジング２の内部に、インピーダ
ンス変換器のような追加の電子部品が取り付けられても
よい。ピエゾ要素９は、装置の主軸に平行な分極軸を有
する焼結セラミックの分極化されたピエゾ要素である。
しかしまた、石英のようなピエゾ電気要素を適切にカッ
トされた単結晶であってもよく、または、例えば金属板
に接着されたフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）のよう
なピエゾ電気ポリマ箔であってもよい。音響放射変換器
はまた地震性質量を納めていてもよい。
【０００５】変換器は取り付けねじ３を用いて計測対象
物１５の面に固定される。ハウジング２の側部の孔４内
に置かれた取り付けねじ３を締め付けることにより、ハ
ウジング２の底が計測対象物１５に押し付けられ、結合
ダイアフラム７が応力を負荷され、従って、音響伝達基
部８もまたハウジングに押し付けられる。取り付けねじ
３は計測要素９に平行に動かされるから、ハウジング２
だけがねじの締め付けトルクに応じて計測対象物の面に
押し付けられる。音響計測の質に決定的影響を与える結
合ダイアフラムの計測対象物１５の面への押し付け力
は、結合ダイアフラムのハウジング２に対する僅かな突
起（ｓ）によってだけ得られる。この結合は取り付けね
じ３の締め付けトルクに影響されることなく、一定の再
現可能な結合状態を可能にしている。結合ダイアフラム
７の結合面積が小さいために、比較的小さい機械加工公
差が、計測対象物１５の取り付け面に対して設定され
る。変換器の計測対象物面への固定はまた、ねじの代わ
りに、磁石または接着によって実行されてもよい。
物１５の面に固定される。ハウジング２の側部の孔４内
に置かれた取り付けねじ３を締め付けることにより、ハ
ウジング２の底が計測対象物１５に押し付けられ、結合
ダイアフラム７が応力を負荷され、従って、音響伝達基
部８もまたハウジングに押し付けられる。取り付けねじ
３は計測要素９に平行に動かされるから、ハウジング２
だけがねじの締め付けトルクに応じて計測対象物の面に
押し付けられる。音響計測の質に決定的影響を与える結
合ダイアフラムの計測対象物１５の面への押し付け力
は、結合ダイアフラムのハウジング２に対する僅かな突
起（ｓ）によってだけ得られる。この結合は取り付けね
じ３の締め付けトルクに影響されることなく、一定の再
現可能な結合状態を可能にしている。結合ダイアフラム
７の結合面積が小さいために、比較的小さい機械加工公
差が、計測対象物１５の取り付け面に対して設定され
る。変換器の計測対象物面への固定はまた、ねじの代わ
りに、磁石または接着によって実行されてもよい。
【０００６】音響放射変換器の結合機構は、高周波数音
波の伝達に非常に重要であり、図２に詳細に示されてい
る。この詳細は図１に円環で示された部分である。使用
された参照番号は図１におけるものと同じである。音響
伝達基部８は円周状に延びる結合ダイアフラム７を支持
しており、該ダイアフラムはハウジング２の凹所１４に
横たわり、例えば溶接によりハウジングに結合されてい
る。ダイアフラム７は、音響放射変換器１が力または歪
み信号から受ける影響を緩和している。音響放射変換器
が計測対象物１５に結合される前には、ハウジング２の
底面５は計測対象物の面から距離ｓだけ離れている。請
求項６に記載の結合手順は、底面５が計測対象物１５に
押し付けられ固定され、また一方、結合ダイアフラム７
が応力を負荷され、取り付け基部８が計測対象物１５の
面に結合されるように、取り付けねじ３を締め付けるこ
とを含んでいる。ハウジング２への押し付け力をさらに
増加しても、取り付け基部８を計測対象物１５に押し付
ける力は変化しない。結合条件は確定されて一定のまま
であり、このことは、音響放射信号を診断目的で評価し
ようとする場合に本質的なことである。また、結合ダイ
アフラム７が過負荷と塑性変形とに対して保護されるこ
とも確実になっている。
波の伝達に非常に重要であり、図２に詳細に示されてい
る。この詳細は図１に円環で示された部分である。使用
された参照番号は図１におけるものと同じである。音響
伝達基部８は円周状に延びる結合ダイアフラム７を支持
しており、該ダイアフラムはハウジング２の凹所１４に
横たわり、例えば溶接によりハウジングに結合されてい
る。ダイアフラム７は、音響放射変換器１が力または歪
み信号から受ける影響を緩和している。音響放射変換器
が計測対象物１５に結合される前には、ハウジング２の
底面５は計測対象物の面から距離ｓだけ離れている。請
求項６に記載の結合手順は、底面５が計測対象物１５に
押し付けられ固定され、また一方、結合ダイアフラム７
が応力を負荷され、取り付け基部８が計測対象物１５の
面に結合されるように、取り付けねじ３を締め付けるこ
とを含んでいる。ハウジング２への押し付け力をさらに
増加しても、取り付け基部８を計測対象物１５に押し付
ける力は変化しない。結合条件は確定されて一定のまま
であり、このことは、音響放射信号を診断目的で評価し
ようとする場合に本質的なことである。また、結合ダイ
アフラム７が過負荷と塑性変形とに対して保護されるこ
とも確実になっている。
【０００７】図１に示した電気抵抗１１（ピエゾ電気計
測要素９に平行）は、計測要素９と共にＲＣ要素（Ｃ：
計測要素９の容量）、すなわち、高域通過フィルタを形
成している。抵抗１１は、図示のように、カプセル材料
１０内に植設されるが、音響放射変換器の外側にこれを
置いてもよい。抵抗１１を変化させることにより、フィ
ルタされ前置増幅器へ送られる周波数範囲が調整され
る。このことは、追加的にまたは独占的に、前置増幅器
に追加の高域通過フィルタを設けることによっても実行
されよう。したがって、平行抵抗１１はこれを省略して
もよい。上述した発明により、音響放射変換器は小型化
され、特に、新規の結合手順により、高周波数計測領域
において非常に効率良くなっている。新しい適用可能
性、特に工作機械への適用が、このことにより開かれ
た。
測要素９に平行）は、計測要素９と共にＲＣ要素（Ｃ：
計測要素９の容量）、すなわち、高域通過フィルタを形
成している。抵抗１１は、図示のように、カプセル材料
１０内に植設されるが、音響放射変換器の外側にこれを
置いてもよい。抵抗１１を変化させることにより、フィ
ルタされ前置増幅器へ送られる周波数範囲が調整され
る。このことは、追加的にまたは独占的に、前置増幅器
に追加の高域通過フィルタを設けることによっても実行
されよう。したがって、平行抵抗１１はこれを省略して
もよい。上述した発明により、音響放射変換器は小型化
され、特に、新規の結合手順により、高周波数計測領域
において非常に効率良くなっている。新しい適用可能
性、特に工作機械への適用が、このことにより開かれ
た。
【図１】計測面にねじ止めされた本発明の音響放射変換
器の断面図。
器の断面図。
【図２】図１に円環で示した部分の詳細図（ねじ止めす
る前、すなわち、ダイアフラムに応力を負荷する前）。
る前、すなわち、ダイアフラムに応力を負荷する前）。
１ 音響放射変換器 ２ ハウジング ３ 取り付けねじ ４ 孔 ５ 底面 ６ コネクタ ７ 結合ダイアフラム ８ 音響伝達基部 ９ ピエゾ電気計測要素（加速度） １０ カプセル材料 １１ 抵抗 １２ 結合面 １３ 溶接結合 １４ ハウジング凹所 １５ 計測対象物 ｓ 結合のための事前応力設定距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｈ０４Ｒ 17/00 // Ｂ２３Ｑ 17/09 Ｇ
Claims (7)
- 【請求項１】 ピエゾ電気計測要素（９）と、結合ダイ
アフラム（７）をもつ音響伝達基部（８）と、前記ピエ
ゾ電気計測要素（９）を取り囲むカプセル材料（１０）
とを必要不可欠な成分として有する組立体ユニットを形
成する音響放射変換器において、前記結合ダイアフラム
（７）がハウジング（２）の凹所（１４）内に横たわ
り、結合ダイアフラムが応力を負荷されていないとき、
前記ハウジングの底面（５）が計測対象物（１５）から
距離ｓだけ離れており、前記ハウジング（２）が、前記
変換器を取り付けねじを用いて固定するための孔を備え
た側部を有し、従って、前記結合ダイアフラム（７）が
予め設定された負荷を受け、前記音響伝達基部（８）が
規定の力で計測対象物（１５）の面に押し付けられると
き、該押し付け力が、取り付けねじ（３）の締め付けト
ルクに影響されないようになった音響放射変換器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の音響放射変換器におい
て、前記ピエゾ電気要素（９）が軸線方向で分極化され
たピエゾ電気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に記載の音響放
射変換器において、前記組立体ユニット（７，８，９，
１０）がさらに地震性質量を有することを特徴とする変
換器。 - 【請求項４】 請求項１から請求項３までのいずれか１
項に記載の音響放射変換器において、前記組立体ユニッ
ト（７，８，９，１０）がさらにピエゾ電気要素と共に
高域フィルタを形成する可変電気抵抗（１１）を有する
ことを特徴とする変換器。 - 【請求項５】 請求項１から請求項４までのいずれか１
項に記載の変換器を備えた計測器において、切り換え可
能な高域フィルタを有する前置増幅器が設けられている
ことを特徴とする計測器。 - 【請求項６】 請求項１から請求項４までのいずれか１
項に記載の音響放射変換器の結合手順にして、取り付け
ねじ（３）が締め付けられたとき、底面（５）が計測対
象物（１５）に押し付けられ、結合ダイアフラム（７）
が応力を負荷され、音響伝達基部（８）が正確に規定さ
れた力をもって計測対象物（１５）の面に結合されるよ
うに、孔（４）をもつ側部が計測対象物（１５）上に固
定されることを特徴とする結合手順。 - 【請求項７】 請求項１から請求項４までのいずれか１
項に記載の音響放射変換器において、前記ハウジング
（２）が追加の電子部品を有していることを特徴とする
変換器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH02609/93-3 | 1993-09-02 | ||
| CH02609/93A CH689125A5 (de) | 1993-09-02 | 1993-09-02 | Schallemissionsaufnehmer. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07198472A true JPH07198472A (ja) | 1995-08-01 |
| JP3315263B2 JP3315263B2 (ja) | 2002-08-19 |
Family
ID=4237619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20881994A Expired - Fee Related JP3315263B2 (ja) | 1993-09-02 | 1994-09-01 | 音響放射変換器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5477729A (ja) |
| EP (1) | EP0642004B1 (ja) |
| JP (1) | JP3315263B2 (ja) |
| AT (1) | ATE164448T1 (ja) |
| CH (1) | CH689125A5 (ja) |
| DE (1) | DE59405511D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017116268A (ja) * | 2015-12-21 | 2017-06-29 | 日本精機株式会社 | 振動検出センサ |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19820419A1 (de) * | 1998-05-07 | 1999-11-18 | Fraunhofer Ges Forschung | Ultraschallwandler |
| GB9820119D0 (en) * | 1998-09-15 | 1998-11-11 | Univ Cranfield | Ultrasound couplant |
| US6276212B1 (en) * | 1999-07-08 | 2001-08-21 | Trw Inc. | Ultrasonic transducer |
| KR100434173B1 (ko) * | 2002-05-16 | 2004-06-04 | 엘지전자 주식회사 | 영상 디스플레이 기기의 전원 공급장치 |
| DE102004061716A1 (de) * | 2004-12-22 | 2006-07-27 | Zf Lenksysteme Gmbh | Vorrichtung zur Durchführung einer Körperschallmessung |
| DE102005020900B3 (de) * | 2005-05-04 | 2006-11-02 | Siemens Ag | Verfahren und System zur Diagnose von mechanischen, elektromechanischen oder fluidischen Komponenten |
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