JPH11508049A

JPH11508049A - ディジタル発振器および渦電流プローブ用供給回路

Info

Publication number: JPH11508049A
Application number: JP9503619A
Authority: JP
Inventors: エドゥアルドドゥ，ルダンガン
Original assignee: アンテルコントロール
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 1999-07-13
Also published as: EP0834103A1; US5929635A; FR2735924B1; WO1997001136A1; CA2215484A1; FR2735924A1

Abstract

(57)【要約】発振器（40）、カウンタ（41）、メモリ（42）、ディジタル−アナログコンバータ（43）、および、ローパスフィルタ（44）を具備するディジタル発振器が開示されている。このメモリは、直接複合信号を記憶することができるので、リアルタイム演算ユニットが不要となる。この発振器は、特に渦電流測定に適している。

Description

【発明の詳細な説明】ディジタル発振器および渦電流プローブ用供給回路説明技術分野本発明は、ディジタル発振器、および、渦電流プローブ用供給回路（supply c ircuit）に関する。従来技術従来の多周波渦電流装置（multifrequency eddy current apparatus）は、図１に示すような模擬図形のようになっている。この多周波渦電流装置は、平衡発振器（balancing oscillator）１０，インジェクタ１１，復調器１２を連続的に具備しており、ディジタル出力ＳＮを供給する。この発振器の機能は、１からＮまでの純粋な正弦波の合計に基づいて多周波信号を発生することにある。平衡手段は、関連する方法（relative manner）で変調信号（渦電流信号）を増幅するために、キャリアの影響を最小にするのに役立っている。インジェクタ１１は、渦電流による変調が生じるセンサ１３を供給する。復調器１２の機能は、使用されるキャリアから変調信号（渦電流による変調）を抽出することにある。上述したような装置において、仕様（technical data）は、概括的に次の通りである。 −正弦波キャリアは、１ｋＨｚと４ＭＨｚの間の周波数を有する。 −測定装置は、現在、同時に１つから４つのキャリアを用いる。 −渦電流信号の通過帯域は、１ｋＨｚを超えない。 −渦電流による変調は、振幅および位相の複合変調である。 −復調器１２は、各キャリアについてこれらの２つの情報を抽出する機能を有し、かつ、以下の方程式を有するセンサにおいて、変調した信号を直交形式（cartesian form）で抽出する。Ｘcos(wt)＋Ｙsin(wt)。復調器はＸとＹを抽出する。発振器機能を実行する１つの方法は、オペアンプベースの回路を発振させることである。そして、発生した周波数は、集積回路の周囲に接続された受動部品の値に依存する。この長所は、発生した周波数を単純なポテンショメータにより正確に調節することができるということである。また、短所は、周波数の調節が手動になること、および、発生した信号の特性（周波数，振幅，品質）が、温度のような測定−外部パラメータ（measurement-external parameters）に対し敏感となり、発生する各キャリア毎に発振器の基板が必要となる。この発振器は、図２に示す構成のディジタル発振器であってもよい。この発信器は、水晶発振器２０、カウンタ２１、ＰＲＯＭ２２、ディジタル−アナログコンバータ２３、および、フィルタ２４からなっている。水晶発振器２０は、発生した周波数について非常に高い安定性を保証する。カウンタ２１は、プログラム可能なカウンタであり、その出力は上述したＰＲＯＭのアドレスバスの構成要素となる。ＰＲＯＭ２２は、紫外線の照射によって消去可能であり、再プログラムが可能な不揮発性メモリのシステムである。これらのメモリは、水晶発振器の周波数でディジタル化された正弦波の特定数のサンプルを記憶している。コンバータ２３は、１２ビット高速ディジタル−アナログコンバータであり、水晶発振器の周波数を除去するローパスフィルタ２４が接続されている。この発振器は、温度または他の外部事象の作用を受けないという長所を有するが、以下の短所がある。 −周波数の選択が制限されるため、所定の時間において発生され得る全ての周波数がＰＲＯＭに記憶され、もしユーザが必要とする周波数がメモリ内になければ、ユーザは装置を停止し、発信器の基板からＰＲＯＭを外し、別の回路に取り換えなければならない。 −発生する周波数毎に図２に示すようなシステムが必要となり、標準的な多周波渦電流装置では４つのシステムが必要となる。 −任意の周波数を発生することができない。発生可能な周波数は、以下の公式によって与えられる。Ｆ＝（Ｐ・Ｆq）／Ｎここで、Ｐはディジタル化された正弦波の周期の数（the number of periods ）、Ｆq は水晶発振器の周波数、Ｎはディジタル化したポイントの数である。また、ＰとＮは整数である。したがって、高い周波数よりも低い周波数をより多く発生することが可能である。この原理は、Ｆq を整数で割ることに由来している。また、分解能はＮの値が大きいときに、より正確となり、例えば、Ｐ＝１（すなわち、１つの正弦波の周期が書き込まれた場合），Ｆｑ＝１０ＭＨｚの時、Ｎ＝４であれば２．５ＭＨｚの周波数となり、Ｎ＝５であれば２ＭＨｚとなる。すなわち、１ステップで５００ｋＨｚの変化となる。反対に、Ｎ＝４００であれば、分解能は２５ｋＨｚとなり、Ｎ＝４０１であれば、分解能は２４９３８Ｈｚであり、１ステップでたった６２Ｈｚの変化となる。したがって、２〜２．５ＭＨｚの間の周波数を発生することは不可能である。この制限は、渦電流装置の使用条件の点で不利となる可能性がある。他の種類のディジタル発振器を図３に示す。このディジタル発振器は、水晶発振器３０と、４つのメモリ３２が接続されたカウンタ３１と、加算器３３と、ディジタル−アナログコンバータ３４と、フィルタ３５とからなっている。この場合、カウンタ３１は４つのアドレスバスを制御する。メモリ３２は、揮発性メモリである。これらのＰＲＯＭに関しては、ディジタル化された正弦波が記憶されている。水晶発振器３０の各クロックストロークの間に、これらメモリの４つのデータバスの間の加算が行われる。この加算は、リアルタイム計算ユニットによって行われる。この発振器の出力は、前述した発振器と同様である。この発振器は、信号の合計を発生することができ、かつ、パラメータを決めること（parametrizing）によって再プログラム可能であるという利点を有する。この装置に組み込まれたマイクロプロセッサは、上記メモリに記憶されたサンプルを再計算することができる。しかしながら、それは異なるバスおよび異なるプログラム可能なカウンタの複雑な制御を伴う、煩雑な構成となる欠点がある。発明の説明本発明は、発振器、カウンタ、メモリ、ディジタル−アナログコンバータ、および、ローパスフィルタからなり、上記メモリが、複合信号、特に、渦電流測定装置に使用される異なる周波数の正弦波の合計を直接記憶することができ、このため、リアルタイム計算ユニットを必要としないことを特徴とするディジタル発振器に関する。この発振器は、励起し、平衡を取り、復調を行う渦電流装置に使用することができる。好適な用途として、上記発振器は、渦電流プローブの供給回路に使用することができる。また、この回路は、一方は注入（injection）用で、他方は平衡（bal ancing）用の２つの同期信号を発生する２つの発振器を有している。好ましくは、上述したエキスパート（expert）は、絶対測定入力（absolute m easurement input）に接続された出力を有する。また、渦電流の検出およびプローブへの供給という２つの機能は、個別のものである。この回路は、電圧の制御を行い、絶対測定電圧（absolute measurement voltage）をその出力でサンプルすることができる第１の増幅器と、プローブへの供給を確実にする第２の増幅器の、２つの増幅器を具備している。好ましくは、第２の増幅器の入力は、平衡入力に接続されており、平衡はこの機能を成し遂げるのに特に適したディジタル発振器を介して行われている。図面の簡単な説明図１は、公知の多周波渦電流装置を示す。図２は、第１の従来技術のディジタル発振器を示す。図３は、第２の従来技術のディジタル発振器を示す。図４は、本発明によるディジタル発振器を示す。図５は、本発明による発振器を用いた平衡用システムを示す。実施例の詳細な説明図４に示す本発明に係る発振器は、水晶発振器４０、カウンタ４１、揮発性メモリ４２、ディジタル−アナログコンバータ４３およびフィルタ４４からなっている。カウンタ４１は、プログラム可能ではなく、常にメモリ４２の全てのアドレスをスキャンする。本発明は、直接メモリ４２に、矩形波、三角波、または、正弦波等のいくつかの電気信号を合計（例えば連続加算（successive additions）を実行する代わりに正弦波を合計）した複合信号を記憶することからなる。発生可能な周波数は、以下の式によって与えられる。Ｆ＝ｋ・Ｆq／メモリサイズｋ＝１，２，３，…… したがって、発生可能な最小周波数は、水晶発振器の周波数Ｆq を、使用するメモリのサイズで割ったものとなる。したがって、この周波数の全ての倍数（multiples）を発生することができるため、メモリ４２の分解能は、Ｆq／２において、Ｆq／メモリサイズにより構成される。さらに、全ての周波数がメモリロケーションと同じ数により記述されるので、メモリへの入力に先立って、いくつかの正弦波の合計を形成することが容易となる。したがって、この解決法は、設計上の顕著な簡易さ、メモリサイズに依存した、しかしながら固定の、発生可能な周波数の分解能、および、正弦波の合計（または信号の合計）を発生する能力という利点を併せ持っている。前述した発振器は、渦電流プローブの供給回路に使用することができる。図５にその構成を示す。２つの発振器５０，５１は、２つの同期信号Ｉ，Ｅを発生し、上記２つの発振器は同じ水晶５２を使用する。これらの２つの信号は、一方（Ｉ）は注入のために、他方（Ｅ）は平衡のために用いられる。注入電圧Ｉは、抵抗Ｒ１を介して第１の増幅器５３の第１の入力に印加され、上記増幅器の第２の入力は、接地されている。この出力は、抵抗Ｒ４を介して別の増幅器５４の入力に接続されている。また、平衡電圧Ｅも抵抗Ｒ５を介して上述した入力に接続されている。第２の増幅器５４の出力は、抵抗Ｒ６を介して渦電流プローブ５５に接続されている。抵抗Ｒ２は、第１の増幅器５３の第１の入力と出力との間に位置する。抵抗Ｒ３は、第１の増幅器５３の第１の入力とプローブ５５との間に配置される。本実施例において、抵抗は以下の値を持っている。Ｒ１＝Ｒ３＝１ｋΩ Ｒ２＝４０ｋΩ Ｒ４＝２ｋΩ Ｒ５≒６５０Ω Ｒ６≒３００Ω この構成は、ヨーロッパ特許ＥＰ−Ａ−８６１５８に記載された平衡プロセスに対し、重要な改良をもたらす。したがって、前記特許ＥＰ−Ａ−８６１５８は、２つの巻線と、ケーブルによってプローブに接続され、各々基準巻線を有する２つの平衡供給チャネルと、帰還抵抗増幅回路とを有し、各チャネルに配置された増幅器によって平衡を取る渦電流プローブ用供給回路を開示している。したがって、本発明では、ある信号位相を他の信号位相に置き換えるように各発振器のメモリに読み込むことにより、位相調節または制御を非常に正確な方法で行うことができる。さらに、ヨーロッパ特許ＥＰ−Ａ−８６１５８に記載されたタイプのインジェクタの使用に関連して、平衡信号を発生する必要がある。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年４月８日【補正内容】ディジタル発振器および渦電流プローブ用供給回路説明技術分野本発明は、ディジタル発振器、および、渦電流プローブ用供給回路に関する。従来技術「Non Destructive Testing Hand book」（HacMaster R.C.(ed)，American So ciety for Non Destructive Testing，1986，vol.4）という題名の研究、および、特に「Concepts of multifrequency Eddy Current Testing」（R.Sglio，Inte rcontrole Inc.，Rungis，France and M．Pigeon，Commissariat a l'Energie A tomique，France）の第２０章および「Elctronic Analysis Circuits for Eddy Current Test」(E.J．Strauts，Magnaflux Corporation，Chicago，ILL，USA）の第１１章に記述されているような標準的な多周波渦電流プローブは、図１に示すような模擬図形のようになっている。この多周波渦電流装置は、平衡発振器（ balancing oscillator）１０，インジェクタ１１，復調器１２を連続的に具備しており、ディジタル出力ＳＮを供給する。この発振器の機能は、１からＮまでの純粋な正弦波の合計に基づいて多周波信号を発生することにある。平衡手段は、関連する方法（relative manner）で変調信号（渦電流信号）を増幅するために、キャリアの影響を最小にするのに役立っている。インジェクタ１１は、渦電流による変調が生じるセンサ１３を供給する。復調器１２の機能は、使用されるキャリアから変調信号（渦電流による変調）を抽出することにある。上述したような装置において、仕様（technical data）は、概括的に次の通りである。 −正弦波キャリアは、１ｋＨｚと４ＭＨｚの間の周波数を有する。 −測定装置は、現在、同時に１つから４つのキャリアを用いる。 −渦電流信号の通過帯域は、１ｋＨｚを超えない。 −渦電流による変調は、振幅および位相の複合変調である。 −復調器１２は、各キャリアについてこれらの２つの情報を抽出する機能を有し、かつ、以下の方程式を有するセンサにおいて、変調した信号を直交形式（cartesian form）で抽出する。Ｘcos(wt)＋Ｙsin(wt)。復調器はＸとＹを抽出する。発振器機能を実行する１つの方法は、オペアンプベースの回路を発振させることである。そして、発生した周波数は、集積回路の周囲に接続された受動部品の値に依存する。この長所は、発生した周波数を単純なポテンシヨメータにより正確に調節することができるということである。また、短所は、周波数の調節が手動になること、および、発生した信号の特性（周波数，振幅，品質）が、温度のような測定−外部パラメータ（measurement-external parameters）に対し敏感となり、発生する各キャリア毎に発振器の基板が必要となる。この発振器は、R.Delsolによる研究「Circuits integres et techniques nume riques」(Editions SUP'AERO，pp.282〜286、cf．fig.XIII-8)に記述されているような、図２に示す構成のディジタル発振器であってもよい。この発信器は、水晶発振器２０、カウンタ２１、ＰＲＯＭ２２、ディジタル−アナログコンバータ２３、および、フィルタ２４からなっている。水晶発振器２０は、発生した周波数について非常に高い安定性を保証する。カウンタ２１は、プログラム可能なカウンタであり、その出力は上述したＰＲＯＭのアドレスバスの構成要素となる。ＰＲＯＭ２２は、紫外線の照射によって消去可能であり、再プログラムが可能な不揮発性メモリのシステムである。これらのメモリは、水晶発振器の周波数でディジタル化された正弦波の特定数のサンプルを記憶している。コンバータ２３は、１２ビット高速ディジタル−アナログコンバータであり、水晶発振器の周波数を除去するローパスフィルタ２４が接続されている。この発振器は、温度または他の外部事象の作用を受けないという長所を有するが、以下の短所がある。 −周波数の選択が制限されるため、所定の時間において発生され得る全ての周波数がＰＲＯＭに記憶され、もしユーザが必要とする周波数がメモリ内になければ、ユーザは装置を停止し、発信器の基板からＰＲＯＭを外し、別の回路に取り換えなければならない。水晶発振器３０の各クロックストロークの間に、これらメモリの４つのデータバスの間の加算が行われる。この加算は、リアルタイム計算ユニットによって行われる。この発振器の出力は、前述した発振器と同様である。この発振器は、信号の合計を発生することができ、かつ、パラメータを決めること（parametrizing）によって再プログラム可能であるという利点を有する。この装置に組み込まれたマイクロプロセッサは、上記メモリに記憶されたサンプルを再計算することができる。しかしながら、それは異なるバスおよび異なるプログラム可能なカウンタの複雑な制御を伴う、煩雑な構成となる欠点がある。他の従来技術であるUS-A-4,283,768には、多重周波数で、かつ、その時間範囲で選択された位相の複合波形の発生を可能とするディジタル信号発生器が記載されている。発明の説明本発明は、発振器、カウンタ、メモリ、ディジタル−アナログコンバータ、および、ローパスフィルタからなり、上記メモリが、複合信号、特に、渦電流測定装置に使用される異なる周波数の正弦波の合計を直接記憶することができ、このため、リアルタイム計算ユニットを必要としないことを特徴とするディジタル発振器に関する。この発振器は、励起し、平衡を取り、復調を行う渦電流装置に使用することができる。好ましくは、上述したエキスパート（expert）は、絶対測定入力（absolute m easurement input）に接続された出力を有する。また、渦電流の検出およびプローブへの供給という２つの機能は、個別のものである。この回路は、電圧の制御を行い、絶対測定電圧（absolute measurement voltage）をその出力でサンプルすることができる第１の増幅器と、プローブへの供給を確実にする第２の増幅器の、２つの増幅器を具備している。請求の範囲１．一方が注入（Ｉ）のために使用され、他方が平衡（Ｅ）のために使用される２つの同期信号を発生する２つの発振器（５０，５１）を有してなり、前記２つの発振器は、同じ水晶発振器（５２）を使用し、各ディジタル発振器は、前記水晶発振器に接続されたカウンタと、複合信号（ complex signal）を記憶するメモリと、ディジタル−アナログコンバータと、ローパスフィルタとを具備することを特徴とする渦電流プローブ用供給回路。２．絶対測定入力に接続された出力を具備することを特徴とする請求項１に記載の渦電流プローブ用供給回路。３．渦電流を検出する機能と、前記プローブへの供給を行う機能の、２つの機能を個別に有することを特徴とする請求項１に記載の渦電流プローブの電源回路。４．電圧の制御を確実にし、その出力において絶対測定電圧のサンプルを可能にする第１の増幅器（５３）とプローブへの供給を確実にする第２の増幅器（５４）の２つの増幅器を具備することを特徴とする請求項３に記載の渦電流プローブの電源供給回路。５．前記第２の増幅器（５４）の入力が平衡入力に接続され、かつ、当該機能を満たすのに適したディジタル発振器を介して平衡が取られていることを特徴とする請求項４に記載の渦電流プローブの電源供給回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｇ０６Ｆ 101:04

Claims

【特許請求の範囲】１．１つの発振器（40）と、カウンタ（41）と、メモリ（42）と、ディジタル−アナログコンバータ（43）と、ローパスフィルタ（44）とを有してなり、前記メモリ（42）は、渦電流測定装置に使用される異なる周波数の合計のような複合信号を直接記憶し、これにより、リアルタイム演算ユニットが不要となることを特徴とするディジタル発振器。２．前記発振器は、励起し、平衡を取り、または、復調する渦電流装置に使用されることを特徴とする請求項１に記載のディジタル発振器。３．請求項１または２のいずれかに記載したディジタル発振器を２つ（50，51）有してなり、２つの同期信号を発生し、一方は注入用に使用され、他方は平衡用に使用されることを特徴とする渦電流プローブ用供給回路。４．絶対測定入力に接続された出力を有することを特徴とする請求項３に記載の渦電流プローブの供給回路。５．渦電流を検出する機能と、前記プローブへの供給を行う機能の、２つの機能を個別に有することを特徴とする請求項３に記載の渦電流プローブ用供給回路。６．電圧の制御を確実にし、その出力において絶対測定電圧のサンプルを可能にする第１の増幅器と、前記プローブへの供給を確実にする第２の増幅器の２つの増幅器を具備することを特徴とする請求項５に記載の渦電流プローブ用供給回路。７．前記第２の増幅器の入力が平衡入力に接続され、かつ、当該機能を満たすのに適したディジタル発振器を介して平衡が取られていることを特徴とする請求項６に記載の渦電流プローブ用供給回路。