JPS6244615B2 - - Google Patents

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JPS6244615B2
JPS6244615B2 JP55083363A JP8336380A JPS6244615B2 JP S6244615 B2 JPS6244615 B2 JP S6244615B2 JP 55083363 A JP55083363 A JP 55083363A JP 8336380 A JP8336380 A JP 8336380A JP S6244615 B2 JPS6244615 B2 JP S6244615B2
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JP
Japan
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circuit
output
period
crack
acoustic signal
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JP55083363A
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English (en)
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JPS5719654A (en
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Kazutoshi Takahashi
Masahiko Suzuki
Risaburo Sato
Hiroaki Niitsuma
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Asahi Kasei Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Kogyo KK
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Publication date
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Publication of JPS6244615B2 publication Critical patent/JPS6244615B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4454Signal recognition, e.g. specific values or portions, signal events, signatures

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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は被検知物に亀裂が発生し、或はそれ
に存在していた亀裂が伝搬することによつて生じ
る亀裂音響信号を捕促してその音響エネルギーを
測定するようにした亀裂音響信号測定装置に関す
る。
従来亀裂音響信号を測定して、その亀裂の発生
や亀裂の伝搬を解析するにあたつて亀裂音響信号
の孤立波のピーク値を検出していた。しかし亀裂
音響信号の孤立波は例えば第1図A,B,Cに示
すように孤立波の時間長が長いものも短かいもの
も存在する。従つてその立波のピーク値のみを求
めてみても亀裂発生のエネルギーを知ることはで
きないため、亀裂の進展量と亀裂音響信号との正
しい関係を知ることはできなかつた。
このような点より亀裂音響信号のエネルギーを
その孤立波毎に求め、どの程度のエネルギーの孤
立波が単位時間あたりに何個発生したかを求めて
亀裂の発生やその進展状況を解析することが提案
されている。このような亀裂音響信号の孤立波の
エネルギーを求めるには、その孤立波を2乗し、
更にその孤立波の期間中積分すればよい。しかし
亀裂音響信号は1kHz乃至1MHzと比較的高い周波
数まで存在しており、アナログの2乗回路では
2MHzの帯域まで動作可能なものを必要とするこ
とになる。このように高い周波数まで動作する2
乗回路はドリフトが比較的大きく、そのような回
路を使用すると、そのドリフト成分も積分してし
まうと誤差が大きくなる。更に亀裂音響信号の処
理に当つては各種の雑音が重畳される。即ち亀裂
音響検出用のセンサの出力自体に雑音が含まれ、
またセンサの出力を増幅するが、センサの出力レ
ベルが小さいため充分利得の高い増幅器が用いら
れこの増幅器の雑音も可成り含まれ、更にこの増
幅器の出力を一般に磁気記録再生装置に一旦記録
し、これを再生して解析することが多いが、その
磁気記録再生に伴う雑音が重畳される。これ等雑
音は一般にランダム性のものであるため、単に平
均する場合はドリフトが完全にゼロであれば除去
されるが、ドリフトが存在すると雑音は平均して
もゼロにならず、かつ先に述べたように2乗して
平均する場合はドリフトがゼロでも2乗した際に
直流成分が発生し、積分出力に雑音成分が付加さ
れ、誤差の原因となる。
例えば孤立波を2乗した出力中に第2図Aに示
すように正のドリフトLdが存在している場合に
おいては、その積分出力は第2図Bに示すように
そのドリフト成分も積分してしまう。その積分最
終値L1が読み込まれるが、これと孤立波のエネ
ルギーと対応させると誤差が生じ、正しい値より
も大きな値になる。逆に第2図Cに示すように負
のドリフトが存在すると、その積分出力は第2図
Dに示すようになり、その最終積分出力値はL2
となり、これはドリフトを含まない場合のものよ
りも小さなものとなる。
雑音を含まない孤立波が例えば第3図Aに示す
ような場合において、これに対して第3図Bに示
すような雑音が重畳され、第3図Cに示すような
雑音と孤立波との重畳信号となつた場合、本来は
第3図Dに示すように雑音を含まない波形の面積
に比例した測定出力を得たい所であるが、雑音が
重畳されるとその雑音エネルギーも加算され、第
3図Eに示す波形の面積に比例した測定出力とな
つてしまい、これも大きな誤差となるおそれがあ
る。
以上述べたように亀裂音響信号のエネルギーを
検出するには雑音やドリフトが大きな影響とな
る。
この発明の目的は雑音やドリフトに影響される
ことなく、亀裂音響信号のエネルギーを正しく検
出することができる亀裂音響信号測定装置を提供
することにある。
この発明によれば亀裂音響信号を2乗回路で2
乗し、その亀裂音響信号の2乗回路の出力を平均
し、その平均出力を亀裂音響信号が存在しない期
間において常に一定周期毎に標本化保持し、つま
り雑音成分とドリフト成分との和を標本化保持し
ておき、この標本化保持した出力と、先の2乗回
路の出力との差をとつてその出力、つまり2乗回
路よりそのドリフト成分及び雑音成分を除去した
分を、その亀裂音響信号の孤立波の期間だけ積分
器で積分する。この積分器より雑音及びドリフト
に影響されない音響信号の孤立波のエネルギーを
得る。必要に応じてこのようにして検出されたエ
ネルギーをそのレベルにより区分けし、単位時間
あたりにその各レベル範囲の孤立波がいくつ発生
したかを計数するようにされる。
例えば第4図に示すようにセンサ11により被
検出物からの亀裂音響信号を検出し、そのセンサ
出力は必要に応じて増幅器を通じて2乗回路13
に供給され、この2乗回路13においてその亀裂
音響信号が2乗される。その2乗回路13の出力
は必要に応じて増幅器14を通じて引算回路15
及び平均回路16へ供給される。
一方、増幅器12の出力は包絡線検出回路17
に供給され、その検出包絡線出力は比較回路18
において基準電源19の基準値と比較され、その
基準値より大きな出力が得られると比較回路18
の出力が低レベルとなるようにされる。このよう
にして包絡線検出回路17及び比較回路18によ
り亀裂音響信号の孤立波の期間を検出するゲート
信号発生回路20が構成される。ゲート信号発生
回路20の出力はアンドゲート21に供給され
て、アンドゲート21は検出された孤立波の期間
以外は開かれてクロツク信号源22よりのクロツ
クがこれを通過し、標本化保持回路23に供給さ
れる。標本化保持回路23においては平均回路1
6の出力はそのクロツクにより標本化保持され
る。
例えば2乗回路13の出力から第5図Aに示す
ようにドリフト成分Ldと、更に雑音成分Loとが
音響信号の孤立波24に重畳された2乗出力が得
られる。この重畳信号は増幅器14を通じ、更に
平均回路16に供給される。平均回路は例えば低
域通過波器で構成され、その時定数を適当に選
定することにより、増幅器12の出力の2乗平均
出力が得られる。この2乗平均出力は例えば第5
図Bに示すようになり、その孤立波24以外の区
間においてはドリフト成分Ldと雑音成分Loとの
2乗平均したものとなる。ゲート21から孤立波
24以外においてクロツクが第5図Cに示すよう
に得られ、これが標本化保持回路23に与えられ
て、平均回路16の出力が標本化保持され、つま
りドリフト成分と雑音成分との2乗平均値が標本
化保持され、例えば第5図Dに示す出力が標本化
保持回路23より得られる。このようにして孤立
波24の発生値前におけるその孤立波24に含ま
れている雑音成分とドリフト成分との2乗平均値
が標本化保持回路23の出力側に保持される。こ
れが引算回路15に供給されてセンサ11の出力
を2乗したものとの引算が行なわれ、引算回路1
5からドリフト成分と雑音成分が除去された第5
図Eに示す亀裂音響信号の2乗出力が得られる。
この出力は積分器25でその孤立波24の期間
だけ積分される。つまり比較回路18の出力は遅
延回路26で僅か遅延されて積分器25のリセツ
トスイツチ27に与えられる。リセツトスイツチ
27はこれに与えられる入力が高レベルの場合は
積分器25をリセツト状態に保持する。従つて孤
立波24の存在期間においては比較回路18の出
力が低レベルとなり、リセツトスイツチ27はオ
フとされて積分器25が積分状態とされ、引算回
路15の出力、つまり孤立波を2乗したものが積
分されて例えば積分器25より第5図Fに示すよ
うな出力が発生することになる。その積分値がリ
セツトされる前にその積分の最終値がレベル判定
回路などを含む処理回路28に取り込まれ、例え
ばその積分値が予め決められた何れのレベル範囲
に属するかが判定され、その判定結果が得られる
毎にその数が計数される。つまり入力孤立波はど
のエネルギーの区間のものか判定され、その区間
の孤立波の発生数が計数されることになる。この
ようにして各エネルギー区間毎に数えられた孤立
波の数はプリンター29に所定時間毎に印字され
る。尚孤立波24の積分期間は例えば30mm秒程度
であり、一方孤立波以外の区間における標本化保
持するためのクロツク周期は例えば2mm秒とされ
ている。
この発明による亀裂音響信号エネルギーをレベ
ル分けした値と従来方式、即ち雑音成分を差引く
ことなく、単に2乗積分してエネルギーを求め、
それをレベル分けした値との実験結果を第6図に
示す。第6図において横軸はレベルを示し、縦は
時間であつてその時間毎に発生した各レベルにお
ける音響信号の孤立波の数が示されている。各時
間における上側の欄がこの発明装置による測定結
果、下側の欄が従来方式の装置による測定結果で
ある。例えばレベル0.05において従来方式の装置
では各時刻で多数の孤立波が検出されているが、
これは雑音成分を主として数えたためであり、こ
のようなものはこの発明装置では除去されて数え
ることがなく孤立波のみを正しく検出することが
できる。
第4図において平均回路16の出力は平均回路
16の時定数のため第5図Bに示すように孤立波
24が終り、積分期間が終了した後に徐々に下が
る。従つて標本化保持回路23の出力も第5図D
に示すように徐々に低下してドリフト成分と雑音
成分との加算値のみの出力になるには時間遅れを
伴なう。従つて亀裂音響信号の孤立波が接近して
くると積分期間が終り、平均回路16の遅れに伴
う孤立波の成分が完全にゼロになる前に次の孤立
波が到来すると、即ち例えば第7図Aに示すよう
に音響信号の孤立波が順次到来し、その2乗出力
が第7図Bに示すようになると、その平均出力、
つまり第4図の平均回路16の出力は第7図Cに
示すように徐々に立ち上つて完全に雑音及びドリ
フト成分のみに戻る前に次の亀裂音響信号が加わ
り平均レベルが徐々に増加する。その増加した平
均レベルが引算回路15において差し引かれるた
め、それだけ真のドリフト成分及び雑音成分より
も多く、信号成分まで増幅器14の2乗出力から
差し引いてしまい、出力が真の値より低下するこ
とになる。
この問題を解決するには例えば第8図に示すよ
うにすればよい。第8図において第4図と対応す
る部分には同一の符号を付けて示してあるが、こ
の例においては平均回路16の入力側は増幅器1
4の出力側と標本化保持回路23の出力側とにス
イツチ31によつて切替え接続される。スイツチ
31は比較回路18の出力によつて切替えられ、
積分器25が積分していない期間、即ち孤立波で
ない期間は増幅器14の出力側に接続され、積分
期間は標本化保持回路23の出力側に接続され
る。
従つて信号の孤立波の間は増幅器14の出力は
平均回路16に供給されることなく、標本化保持
回路23に保持されたドリフト成分及び雑音成分
の2乗平均出力が平均回路16に、積分器25の
積分期間において供給される。このため平均回路
16において隣接する孤立波が近づいてもこれが
平均回路16に供給されて、標本化保持回路23
に孤立波の成分をも保持されるおそれはなく雑音
成分とドリフト成分との2乗平均のみが保持され
ることになる。
尚、検出ダイナミツクレンジを広くするために
は例えば第9図に示すように増幅器12の出力を
2乗回路13hに供給し、更にその出力を積分器
25hにて積分して比較的レベルの高い成分につ
いて2乗平均積分エネルギーを求め、レベルの低
いものについては増幅器33で更に増幅して2乗
回路13lで2乗し、その出力を積分器25lで
積分してエネルギーを求めるようにすればよい。
しかしこのような場合は第10図Aに示すよう
な振幅が大きいがその時間幅が短かく、エネルギ
ーの小さい信号は2乗回路13h側の大振幅レベ
ル側で処理されるとその出力が小さ過ぎてしま
い、逆に第10図Bに示すようにレベルが小さい
が持続時間が長い信号については2乗回路13l
側の小振幅レベル側で処理されると、積分器25
lが飽和してしまうおそれがある。
このような問題を解決するには、例えば第11
図に示すように増幅器12の出力をそれぞれ2乗
回路13h及び13lで2乗し、その出力を積分
器25h及び25lでそれぞれ積分する。この場
合積分器25hの積分時定数を小さくし、積分器
25lの積分時定数を例えば一桁大きくする。そ
のようにすることによつて積分器25h側ではエ
ネルギーの大きな成分を積分し、積分器25lで
はエネルギーの小さい成分を積分するようにされ
る。第9図及び第11図においてその雑音及びド
リフト成分を除去するためには第4図、或は第8
図に示したような回路構成をそれに附加する。
【図面の簡単な説明】
第1図は亀裂音響信号の孤立波の各種例を示す
波形図、第2図は雑音成分及びドリフト成分を伴
う亀裂音響信号及びその積分値の例を示す波形
図、第3図は亀裂音響信号の雑音成分を伴うもの
と伴わない場合のエネルギーを説明するための
図、第4図はこの発明による亀裂音響信号測定装
置の一例を示すブロツク図、第5図はその動作の
説明に供するための波形図、第6図はこの発明装
置による処理結果と従来方式の装置による処理結
果との対比を示す図、第7図は亀裂音響信号が接
近した状態の波形図、第8図はこの発明による亀
裂音響信号測定装置の他の例を示す図、第9図は
ダイナミツクレンジを広げる例を示すブロツク
図、第10図は亀裂音響信号の典型的に異なる波
形を示す図、第11図はダイナミツクレンジを広
げた場合の他の例を示すブロツク図である。 11…センサ、13…2乗回路、15…引算回
路、16…平均回路、17…包絡線検出回路、1
8…比較回路、20…ゲート信号発生回路、22
…クロツク発生器、23…標本化保持回路、25
…積分器、26…遅延回路、27…リセツトスイ
ツチ、28…処理回路、29…プリンター。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被検知物から発生する亀裂音響信号の電気信
    号を2乗する2乗回路と、上記電気信号中の各孤
    立波形の期間を検出するゲート信号発生回路と、
    上記2乗回路の出力の平均を得る平均回路と、上
    記ゲート信号により制御され、その孤立波の期間
    外において一定周期毎に上記平均回路の出力を標
    本化する標本化保持回路と、その標本化保持出力
    と上記2乗回路の出力との差を得る引算回路と、
    その引算回路の出力を上記ゲート信号により制御
    されてそのゲート期間積分する積分器とを具備す
    る亀裂音響信号測定装置。 2 被検知物から発生する亀裂音響信号の電気信
    号を2乗する2乗回路と、上記電気信号中の各孤
    立波形の期間を検出するゲート信号発生回路と、
    上記2乗回路の出力の平均を得る平均回路と、上
    記ゲート信号により制御され、その孤立波の期間
    外において一定周期毎に上記平均回路の出力を標
    本化する標本化保持回路と、その標本化保持出力
    と上記2乗回路の出力との差を得る引算回路と、
    その引算回路の出力を上記ゲート信号により制御
    されてそのゲート期間積分する積分器と、上記ゲ
    ート信号により制御され、上記平均回路の入力側
    を上記積分器の非積分期間は上記2乗回路の出力
    側へ接続し、積分期間は、上記標本化保持回路の
    出力側へ接続する切替スイツチとを具備する亀裂
    音響信号測定装置。
JP8336380A 1980-06-18 1980-06-18 Crack sound signal measuring device Granted JPS5719654A (en)

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JPS5719654A JPS5719654A (en) 1982-02-01
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004184337A (ja) * 2002-12-05 2004-07-02 Denso Corp 振動波判定装置

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JP2004184337A (ja) * 2002-12-05 2004-07-02 Denso Corp 振動波判定装置

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