JPS5924253A - 音響放射トランスジユ−サ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、対象固形物体が割れや、破壊を発生ずる時に
出す音響放射信号を検知し検知した信号をある周波数を
持った電気信号に変換する機能を有する電子機械工学的
な音響放射検知機又はトランスジューサーの改良に関す
るものである。

４− 電気的信号は例えばコンピューターにより解読され放射
された音響放射量レベルが求められる。

本発明は特に米国規格標準層（ＮＢＣ）により開発され
１９８１年１２月に“音響放射に対するＮＢＣコニカル
トランスジューサーに関する情報束″と題した報告書に
紹介している様な表面変位波形の計測をする音響放射ト
ランスジューサー装置に関するものであり、前述の報告
書は、本発明内容全体に渡り参照されている。

本発明に関する音響放射の現象は対象物体中の源泉から
発せられ源泉から離れた場所でも明らかになる弾性波の
検知に関するものである。

その様な波は例えば圧力容器胴体が内部的に又は外表面
から劣化した時、又は板継半部又は対象装置を構成する
他の部品の溶接失敗による割れ時に発生する。音響放射
信号は対象物体の異なる場所で異なる時に任意に発生す
る。しかしながら一般的には、割れが進展する結果とし
て起こるものでその様な割れは機械的圧力、温度変化、
又は化学的作用によって生じた劣化等による異種の力が
対象構造物に加わる事により発生する。

割れ及び音響放射する他の源泉場所は過去一般的には検
査するＩＩ造動物表面各位置に音響放射検知機を置き検
知した信号の各検知機までの到着時間を測定し例えば検
知された応力波の相対到着時間及びこれらの波の伝播速
度を考慮し三角法又は同等な方法により自動又は手動に
て計算し決定されていた。音響放射信号源の状態は検知
機に到着する波形の強さを観察する事により例えばある
一定時間内又は延長時間内に検知されたパルス数又はパ
ルスのグループを数える事により決定される。

普通は検討対象物の置かれている環境では対象物の運転
又は検討対象物の隣の設備の運転等により、多くの別の
音波が発生している。これらの信号はノイズを作り出し
、従って検知されれば、解読されるべき音響放射信号を
不明瞭にする。この理由により、騒音に対する信号を改
善する目的で多くの装置が開発され音響放射により発生
した対象とする情報信号を増幅するために多くの装置が
発明された。本発明は表面が平坦な周波数の反応した変
位波を感知する改善されたトランスジューサーを目ざす
ものであり、トランスジューサーはじょうぶな構造物で
包まれどの方向にも簡単に取り扱う事ができる。本装置
はサイズがより小さく信号のゆがみが少なくかつ多くの
情報が得られるので使い易い。

本発明はトランスジューサー装置を取付けるハウジング
を含み、装置は圧電水晶体である、センサ一部材を有し
、水晶体はハウジング内に取付けられ機械的高インピー
ダンスの慣性物体を用いる事により連続的なバイアス圧
力を受けておりかつハウジングは水晶体の他方の面で取
らえる高周波運動下でも水晶体の１面を押えつけるに十
分な寸法を有している。その様な構造により、水晶体か
らの電圧出力は水晶体他方の面の変位に比例したものと
することができる。ハウジング内の物体の水晶体に対し
反対側には慣性物体を適所に保持させる弾性体があり、
急激な動揺を吸収しかつ水晶体に連続して所定の力又は
圧力を加えている。

音響放射信号が利用され得る圧力容器及び構造物の一般
的なＩＩ料である鋼が検査対象の場合、本発明のハウジ
ングはステンレス鋼で作られており、耐腐食性ステンレ
ス鋼が好ましい。更に非磁性前でオーステナイト系が良
い。その様な材料は本発明装置の要求する正確な寸法に
溶接及び機械加工することが容易である。慣性物体は圧
電気センサ一部材として使用される水晶体の可能な限り
機械的高インピーダンスを有する材料で形成される。

慣性物体はタングステン−炭素合金の様なタングステン
合金で形成される事が好ましい。圧電気エレメントとし
て使用する適切な材料は、自然圧電気効果を有する水晶
体の他に成極作用を有するセラミック多結晶材料がある
。その様なセラミック材料はチタン酸バリウム、ジルコ
ン酸鉛、メタニオブ酸鉛、チタン酸ビスマス及びそれら
全部又はいずれか適当な材料の混合物を含む。本発明に
使用の自然水晶体は石英及びニオブ酸リチウム等も含む
。本発明に使用の水晶体は、ジルコン酸チタン酸鉛が好
ましい。

水晶体は板形状、棒形状、又はＮＢＳ装置の様に上部切
欠き円錐形状の様に数種の形状に出来る。

本発明では水晶体は板形状で１．２７ｍｍ　　（０，０
５インチ）の直径及び０．６３５ｍｍ　（０，０２５イ
ンチ）の厚さを有する円筒形が好ましい。

本発明による使用計器の開発と関連し、ジルコン酸−チ
タン酸鉛混合センサー水晶体と合せ、慣性物体はタング
ステンベース重合金であって米国。

ニューシャーシー州テレダインパウダー　アロイオブ　
クリフトン社製品のデンスアロイ（Ｄ　ｅｎｓａｌｌｏ
ｙ）で形成されるのが好ましい事が分かった。

本発明の詳細、他の目的、長所を下記参照図面及び説明
により明らかにする。

同一の符号が同一の部分を示している図面を参照すると
、第１図は本発明のトランスジューサー包装体の垂直断
面を示し、ハウジング１２は鉄構物からの音響放射信号
を進展させるために、耐腐食性のステンレス鋼を用いる
事が好ましい。前述の様にハウジングは非磁性前がよい
。ハウジング１２は上面切断の円錐形表面５４を有する
円筒形であって閉鎖底部すなわちベース１４を包含する
。

ベース１４上には構造物から放射された音響放射信号を
検知するセンサーとしての圧電気水晶体２０が取付けら
れている。前述のごとく、水晶体２０は円筒形でジルコ
ン酸−チタン酸鉛の複合材料で構成される事が好ましい
。

水晶体２０上には慣性物体すなわち裏板１６が取付きそ
の材料は水晶体２０に関し調達可能な最高インピーダン
スを有する物が好ましく、例えば前述のデンスアロイ（
［）　ｅｎｓａｌ　１ｏｙ）の様なタングステン合金が
望ましい。物体１６は円筒形で円錐形表面１９を形成し
上部切断された部分１７を有する。円錐形表面１９はケ
ーシング１２の上部内面２１と水平との角度４０と同様
、水平に対し約４５度の角度４２を有する。

エポキシ２２の様な接着剤を水晶体２０の上面又は下面
のいずれかに用い一面をそこに固定する。

第１図に示す様に接着剤２２は水晶体２０の上面と慣性
物体１６の下面を結合している。結合面は例えばエポキ
シであるデュポン（Ｄ　ｕｐｏｎ＞社製量番号８１５の
様なものにより結合される。水晶体２０の非結合面は例
えばダウ　コーニング（［）　０Ｗｃｏｒｎｉｒ＋ｏ）
社製量Ｆ　Ｓ　１２６５の様な従来使用されている１ヘ
ランスジユーサー　クープラント（ＣＯＵｐｌａｎｔ）
の使用によりベース１４の上面２４と密接な接触を保つ
。物体１６．水晶体２０及びベース１４を有するハウジ
ング１２は全て同一軸上にある。

コノ関係より水晶体２０は直径１，２７１ｎｎｌ　　（
０，０５インチ）の円筒形で０．６３５ｍｍ　（０，０
２５インチ）の垂直方向寸法又は厚さである事が望まし
い。慣性物体１６の上部切断表面１７とケーシング１２
の角度を有する内側表面２１間のＶ型部は弾性体１８で
構成され、物体１６とセンサーエレメント２０の取付ク
ッション材として作用し物体１６及び水晶体２０を保持
するために常時圧力をかけ衝撃時やいかなる方向の使用
状態においても水晶体２０の下面２６がベース１４の上
面２４と密接な接触を保つ様にしている。

第１図に示す如くケーシング１２は本発明装置から発信
する電気信号を受信しかつ評価するための適当な装置に
本装置を接続するための金属物体３２及び上部閉鎖物体
５６を含む。上部閉鎖物体５６とケーシング１２の上表
面５４の間は絶縁体として誘電材１！！１３４が配置さ
れている。

本発明の組立装置は発生した信号を次の解読に送る役割
を果す完全電子事前増幅器２８を含む。

物体１６．事前増幅器２８及びターミナル３６間は通常
使用される適当な連結用配線３８で結ばれている。

本発明全体組体装置の代表的寸法例はケーシング１２の
直径５０は２５．４ｍｍ　（１インチ）テアリケーシン
グ１２の円筒部内面径は２２．８６ｍｍ　　（０，９イ
ンチ）である。更に垂直寸法４４は１９．０５ｍ１ｌｌ
（０，７５インチ）であり垂直寸法４６は２１．５９１
１１１１１（０，８５インチ）である。これらの寸法は
代表的寸法として示されただけで本発明装置の寸法を上
記寸法に制限するものではない。

第２図に示されるように、本発明装置の上部平面図は本
発明装置が円筒形状でかつ第１図に示す軸６０に対し各
種部品が同軸に配置されていることを示す。

第３図のグラフは前述したＮＢＣ円錐トランスジューサ
ーが計測した電圧出力と時間の関係を示す。第４図のグ
ラフは本発明装置がｈ１測した電圧出力と時間の関係を
示す。本発明装置のグラフから分かるように好ましくな
いアンダーシュートの問題は十分に防止されている。

前述の内容から分かる様に本発明は特に表面平坦な周波
反応変位波形を検知し、トランスジューサーを比較的粗
雑にかつどの方向でもその効果を減じること無く扱える
強固な構造に格納された改良型音響放射トランスジュー
サーを供給するものである。特に重要な事は、その計器
のサイズが小さい事により使い易く実用的で多くの適用
ができることである。届きにくい場所等で作業する場合
更に扱い易く、簡単に使う事ができる。

又本トランスジューサー装置は通常のトランスジューサ
ー出力から得られる反応読解に表われる好ましく無いア
ンダーシュートを防止した増幅信号出力を出す。これは
水晶センサーエレメントに連続圧力を加えその非接着面
を接触面と常時密着状態に保ち急激なｈ栓等によっても
性能が低下しない強固な構造体を有している事による。

又、使用する水晶との間で可能な最高の機械的インピー
ダンスを有する特殊な材料を選択することによりｊｑら
れる事である。

明らかに前述内容はトランスジューサーーで特定構造物
を検査する時これらのトランスジューサーによるグラフ
波形表示を以前の技術に比べ非常に改善されたものにし
ており本装置を商業上有利なものにしている。

ここに開示した装置は本発明の好ましい実施態様である
が、本発明はその装置のみに制限される事なく特許請求
の範囲の本発明範囲内で変更は可能である。例えばハウ
ジング用材質の選択は対象構造物の材質により決める事
ができる。更に水晶センサーエレメントの裏板としての
慣性物体は、例えば種々タングステン合金が使用可能な
ように使用する水晶センサーのインピーダンスにより変
える事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は改良型音響放射トランスジューサーパッケージ
の垂直断面図で第２図の線１−１断面を示す。 第２図は、本発明のパッケージの上図平面図で管状のパ
ッケージ及び上部に取付くリード接続を示す。 第３図は、詳細な３１明で記述したＮＢＳ装置からアウ
トプットされたグラフであり大型鋼製ブロック上で段階
的に場所を代え力を加えた時の測定された電圧出力とＮ
ＢＳコニカルトランスジユーザーの測定時間を示す。 第４図は、本発明のパッケージ装置が作成した比較用グ
ラフであり、ＮＢＳ装置の持つアンダーシュート現象を
減少させた改善された信号出力を示している。 （符号説明）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　対象物の表面で表面平坦な周波数反応変位波形を
   検知する音響放射トランスジューサーであって上部及び
   下部表面を有する圧電部材と、前記圧電部材上部表面と
   接触して取付いた慣性物体と、トランスジューサーの電
   気的出力を信号解読装置に伝える目的で前記慣性物体と
   信号解読装置を内部的に結合させている信号伝達装置と
   、から構成し、下部表面が前記底板と係合する前記部材
   及び物体のための区画を形成し、かつ底板を有するハウ
   ジングと、前記圧電部材の上部又は下部表面の１方を隣
   接する慣性物体表面と底板のいずれか一方に選択的に固
   定する固定装置と、前記圧電部材接触面と反対側の前記
   慣性物体表面及び前記ハウジング間に設置され慣性物体
   を部材に連続的に強く押えつける弾性部材とを設けたこ
   とを特徴とする音響放射トランスジューサー。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の装置において、検査
   対象が鋼であり、前記ハウジングがステンレス鋼製であ
   り、前記慣性物体がタングステン基材の重合金であるこ
   とを特徴とする音響放射トランスジューサー。 ３、　特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
   記ハウジングの下部が円筒形であり、前記ハウジングの
   上部が円錐形であることを特徴とする音響放射トランス
   ジューサー。 ４、　特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
   記弾性部材が前記慣性物体の上部表面と前記ハウジング
   隔室の上部表面間に取付けられることを特徴とする音響
   放射トランスジューサー。 ５、　特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
   記圧電部材がジルコン酸−チタン酸鉛から構成されるこ
   とを特徴とする音響放射トランスジューサー。 ６、　特許請求の範囲第３項に記載の装置において、前
   記圧電部材が円筒形の平板の形状をしていることを特徴
   とする音響放射トランスジューサー、７、　特許請求の
   範囲第６項に記載の装置において、前記慣性物体は截頭
   上側面を有する円筒形であり、前記ハウジング、慣性物
   体及び圧電部材が同一軸上に配置されることを特徴とす
   る音響放射トランスジューサー。 ８、　特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
   記固定装置がエポキシであることを特徴とする音響放射
   トランスジューサー。 ９、　特許請求の範囲第８項に記載の装置において、前
   記エポキシが前記慣性物体と圧電部材間に配置されるこ
   とを特徴とする音響放射トランスジューサー。 １０、　　特許請求の範囲第６項に記載の装置において
   、前記部材は概略直径１．２７ｍｍ　　（０，０５イン
   チ）、厚み０．６３５ｍｍ　（０，０２５インチ）の寸
   法を有することを特徴とする音響放射１−ランスジュー
   サー。 １１、　　特許請求の範囲第１項に記載の装置において
   、信号伝達手段が完全電子事前増幅器を包含することを
   特徴とする音響放射トランスジューサー。 １２、　　対象物の表面で表面平坦な周波数反応変位波
   形を検知する音響放射トランスジューサーにおいて、上
   部及び下部表面を有する圧電部材と、前記圧電部材の上
   表面に設けられる円筒形の慣性物体と、トランスジュー
   サーの電気的出力を信号解読装置に伝達するために前記
   慣性物体を前記信号解読装置に連結する信号伝達手段と
   、から構成し、前記圧電部材及び慣性物体のための隔室
   を形成し円錐形上部表面を有する円筒形ハウジングと、
   前記ハウジングに設けられ前記圧電部材の下部面が係合
   する底板と、前記圧電部材の上部又は下部表面を隣接す
   る慣性物体表面と底板のいずれか一方に選択的に一定す
   る固定装置と、前記慣性物体頂面と前記ハウジング間に
   設置され慣性物体を圧電部材に連続的に強く押えつける
   弾性部材と、を備え前記ハウジング、圧電部材および慣
   性物体が同軸上に配置されることを特徴とする音響放射
   ！−ランスジューサー。 １３、　　特許請求の範囲第１２項に記載の装置におい
   て、検査対象が鋼であり、前記ハウジングが耐腐食性の
   非磁性ステンレス鋼製であり、前記部材ａ　　− がジルコン酸−チタン酸゛鉛であり、前記弾性部材が前
   記慣性物体の上部表面と前記隔室の上部的頂面間に伸長
   するエラストマ材であり、前記慣性物体がタングステン
   基材の重合金であることを特徴とする音響放射トランス
   ジューサー。 １４、　　特許請求の範囲第１３項に記載の装置におい
   て、前記固定装置が前記慣性物体と圧電部材の接触面を
   接合するエポキシであることを特徴とする音響放射トラ
   ンスジューサー。 １５、　　特許請求の範囲第１３項に記載の装置におい
   て、前記圧電部材が概略直径１．２７ｍｍ　　（０，０
   ５インチ）、厚み０．６３５１１１ｍ　（０，０２５イ
   ンチ）の寸法を有することを特徴とする音響放射トラン
   スジューサー。