特開 2024-85109 アコースティック・エミッション信号処理装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024085109

(43)【公開日】2024-06-26

(54)【発明の名称】アコースティック・エミッション信号処理装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/14 20060101AFI20240619BHJP

【ＦＩ】

G01N29/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022199459

(22)【出願日】2022-12-14

(71)【出願人】

【識別番号】516356697

【氏名又は名称】信和産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130007

【弁理士】

【氏名又は名称】垣木 晴彦

(72)【発明者】

【氏名】西本 重人

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 生

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA06

2G047AC08

2G047BA05

2G047BC09

2G047GF10

2G047GG14

2G047GG24

2G047GG37

(57)【要約】

【課題】広く普及している振動計測装置を用いてＡＥ（アコースティック・エミッション）を利用した異常診断や予測が可能なＡＥ信号処理装置及び方法を提供する。
【解決手段】測定対象物に取り付けられたＡＥセンサ１１からのＡＥ信号を受信するＡＥ信号受信部（増幅回路１２、バンドパスフィルタ１３）と、ＡＥ信号受信部により受信したＡＥ信号を一定時間間隔ごとに分割し、一定時間間隔ごとのＡＥ信号から所定のＡＥ評価パラメータを算出するパラメータ算出部１４と、パラメータ算出部１４により算出されたＡＥ評価パラメータを振動計測装置で受信可能な周波数の搬送波に重畳させて出力するパラメータ信号出力部（搬送波発生回路１５、振幅変調回路１６）とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アコースティック・エミッション（Acoustic Emission：以下ＡＥと略称する）を用いた非破壊検査用のＡＥ信号処理装置であって、
測定対象物に取り付けられたＡＥセンサからのＡＥ信号を受信するＡＥ信号受信部と、
前記ＡＥ信号受信部により受信したＡＥ信号を一定時間間隔ごとに分割し、該一定時間間隔ごとのＡＥ信号から所定のＡＥ評価パラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記パラメータ算出部により算出されたＡＥ評価パラメータを振動計測装置で受信可能な周波数の搬送波に重畳させて出力するパラメータ信号出力部と、
を備えたことを特徴とするＡＥ信号処理装置。

【請求項2】

前記ＡＥ評価パラメータは、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のエネルギー、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値（実効値）、ＡＥ信号の持続時間、所定の閾値以上のＡＥ信号の発生数のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のＡＥ信号処理装置。

【請求項3】

前記ＡＥ信号受信部は、ＡＥ信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路により増幅されたＡＥ信号のうち、所定の周波数帯のＡＥ信号のみを通過させるバンドパスフィルタを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＡＥ信号処理装置。

【請求項4】

前記パラメータ算出部は、算出するＡＥ評価パラメータに応じて、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値を検出するためのピーク値検出回路、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のエネルギーを算出するための積分回路及び前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値を演算するためのＲＭＳ値演算回路のいずれか１つ又は複数の組み合わせを含むことを特徴とする請求項２に記載のＡＥ信号処理装置。

【請求項5】

前記パラメータ信号出力部は、前記搬送波を生成するための搬送波発生回路と、前記搬送波に前記ＡＥ評価パラメータを重畳させるための振幅変調回路を含むことを特徴とする請求項４に記載のＡＥ信号処理装置。

【請求項6】

前記パラメータ算出部は、前記ＡＥ信号受信部により受信したＡＥ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、デジタル信号に変換されたＡＥ信号から、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値を検出し、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のエネルギーを算出し、及び／又は、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値を演算する演算回路を含むことを特徴とする請求項２に記載のＡＥ信号処理装置。

【請求項7】

前記パラメータ信号出力部は、前記演算部により演算された前記ＡＥ評価パラメータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路を含むことを特徴とする請求項６に記載のＡＥ信号処理装置。

【請求項8】

アコースティック・エミッション（Acoustic Emission：以下ＡＥと略称する）を用いた非破壊検査用のＡＥ信号処理方法であって、
測定対象物に取り付けられたＡＥセンサからのＡＥ信号を一定時間間隔ごとに分割し、
一定時間間隔ごとのＡＥ信号から所定のＡＥ評価パラメータを算出し、
算出されたＡＥ評価パラメータを振動計測装置で受信可能な周波数の搬送波に重畳させて出力することを備えたことを特徴とするＡＥ信号処理方法。

【請求項9】

前記ＡＥ評価パラメータは、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のエネルギー、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値（実効値）、ＡＥ信号の持続時間、所定の閾値以上のＡＥ信号の発生数のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項８に記載のＡＥ信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アコースティック・エミッション（Acoustic Emission：以下ＡＥと略称する）を用いた非破壊検査用のＡＥ信号処理装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば工場におけるオートメーション設備の場合、そこで用いられている軸受けなどの測定対象物は、使用時間が長くなるにつれて摩耗が進展し、振動が大きくなる。また、振動が大きくなると、測定対象物を形成している材料中に亀裂が進展し、破断する恐れが生じる。そのため、これらの設備又は測定対象物の劣化を診断するために、従来から振動計測装置（振動診断装置ともいう）が広く用いられている。この振動計測装置は、その普及により多くのバリエーションが存在し、比較的安価なものも存在する。ところが、これら振動計測装置は数ｋＨｚ～２０ｋＨｚ程度の振動にしか対応できない。そのため、測定対象物の振動（例えば振幅）が閾値よりも大きくなった時点では故障寸前であるため、設備を停止して部品交換などを行わなければならない。

【0003】

それに対して、ＡＥ現象を利用して設備又は測定対象物の摩耗や亀裂の進展を測定又は予測する異常診断装置などが提案されている（特許文献１参照）。ＡＥとは、例えば金属材料中に亀裂が進展すると、結晶の間隔が広がったり、ずれが生じたりし、亀裂の周囲に応力の変化が生じる現象であり、発生した応力波（ＡＥ）をセンサで検出し、検出したＡＥ信号の振幅や所定の閾値を超えたＡＥ信号の発生回数などに基づいて亀裂の進展を測定したり、予測したりすることができる。摩耗や亀裂の進展が予測できれば、設備が休止している間に部品交換などを行うことができ、部品交換のために設備全体を停止させる必要がなくなる。上記特許文献１は軸受けの異常診断に関するものであり、軸受け材料からのＡＥ信号の周波数帯として１００ｋＨＺ～５００ｋＨｚが示されている。上記の振動計測装置では、このような高周波のＡＥ信号を直接処理することはできない。また、高周波のＡＥ信号を処理するため高速で演算処理が可能なＣＰＵなどを用いる必要があり、ＡＥを利用した異常診断装置は振動計測装置よりも非常に高価なものとなる。測定可能な周波数帯域や機能にもよるが、振動計測装置は安価なものであれば数万円程度で入手できるが、ＡＥを利用した異常診断装置の価格では１００～５００万円程度であり容易に入手できるものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１－２３２２３０号公報（特許第１９３２８７１号）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、広く普及している振動計測装置を用いてＡＥを利用した異常診断や予測が可能なＡＥ信号処理装置及び方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るＡＥ信号処理装置は、測定対象物に取り付けられたＡＥセンサからのＡＥ信号を受信するＡＥ信号受信部と、前記ＡＥ信号受信部により受信したＡＥ信号を一定時間間隔ごとに分割し、該一定時間間隔ごとのＡＥ信号から所定のＡＥ評価パラメータを算出するパラメータ算出部と、前記パラメータ算出部により算出されたＡＥ評価パラメータを振動計測装置で受信可能な周波数の搬送波に重畳させて出力するパラメータ信号出力部とを備えたことを特徴とする。

【0007】

前記ＡＥ評価パラメータは、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のエネルギー、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値（実効値）、ＡＥ信号の持続時間、所定の閾値以上のＡＥ信号の発生数のうち少なくとも１つを含むように構成してもよい。

【0008】

前記ＡＥ信号受信部は、ＡＥ信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路により増幅されたＡＥ信号のうち、所定の周波数帯のＡＥ信号のみを通過させるバンドパスフィルタを含むように構成してもよい。

【0009】

前記パラメータ算出部は、算出するＡＥ評価パラメータに応じて、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値を検出するためのピーク値検出回路、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のエネルギーを算出するための積分回路及び前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号の実効値を演算するためのＲＭＳ値演算回路のいずれか１つ又は複数の組み合わせを含むように構成してもよい。

【0010】

また、前記パラメータ信号出力部は、前記搬送波を生成するための搬送波発生回路と、前記搬送波に前記ＡＥ評価パラメータを重畳させるための振幅変調回路を含むように構成してもよい。

【0011】

または、前記パラメータ算出部は、前記ＡＥ信号受信部により受信したＡＥ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、算出するＡＥ評価パラメータに応じて、デジタル信号に変換されたＡＥ信号から、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値を検出し、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のエネルギーを算出し、及び／又は、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値（実効値）を演算する演算回路のいずれか２つ又は複数の組み合わせを含むように構成してもよい。

【0012】

また、前記パラメータ信号出力部は、前記演算部により演算された前記ＡＥ評価パラメータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路を含むように構成してもよい。

【0013】

本発明に係るＡＥ信号処理方法は、測定対象物に取り付けられたＡＥセンサからのＡＥ信号を一定時間間隔ごとに分割し、一定時間間隔ごとのＡＥ信号から所定のＡＥ評価パラメータを算出し、算出されたＡＥ評価パラメータを振動計測装置で受信可能な周波数の搬送波に重畳させて出力することを備えたことを特徴とする。

【0014】

前記ＡＥ評価パラメータは、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値、前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のエネルギー及び前記一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値（実効値）、ＡＥ信号の持続時間、所定の閾値以上のＡＥ信号の発生数のうち少なくとも１つを含んでいてもよい。

【発明の効果】

【0015】

このように、本発明によれば、例えば１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚ程度の周波数帯のＡＥ信号から演算されたＡＥ評価パラメータを１０ｋＨｚ程度の搬送波に重畳させて出力するので、安価な振動計測装置でも処理することができる。そのため、新たに高価なＡＥを利用した異常診断装置を用意することなく、すでに広く普及している振動計測装置をそのまま用いて、ＡＥ現象を利用して設備や測定対象物の摩耗や亀裂の進展を測定したり、あるいは予測したりすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態に係るＡＥ信号処理装置の構成を示すブロック図。

【図2】圧電型ＡＥセンサの構成を示す断面図。

【図3】本発明のＡＥ信号処理方法を概略的に示す波形図であり、（ａ）はパラメータ算出部に入力されるＡＥ信号を示し、（ｂ）はパラメータ算出部においてＡＥ信号を一定時間間隔ごとに分割し、一定時間間隔ごとのＡＥ信号から所定のＡＥ評価パラメータを算出する様子を示し、（ｃ）は搬送波発生回路により発生される搬送波の波形を示し、（ｄ）は振幅変調回路から出力されるパラメータ信号の波形を示す。

【図4】（ａ）は亀裂が進展する際に発生する突発型ＡＥの波形を示し、（ｂ）は摩耗が進展する際に発生する連続型ＡＥの波形を示す。

【図5】複数のＡＥセンサを用いて亀裂の発生位置を特定する原理を示す図。

【図6】本発明の第２実施形態に係るＡＥ信号処理装置の構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の第１実施形態に係るアコースティック・エミッション（ＡＥ）信号処理装置及び方法について説明する。図１は、第１実施形態に係るＡＥ信号処理装置の構成を示す。このＡＥ信号処理装置１０は、例えば工場のオートメーション設備を駆動するためのモーターの軸受けなどの測定対象物に取り付けられたＡＥセンサ１１からのＡＥ信号を増幅する増幅回路１２と、増幅されたＡＥ信号のうち、所定の周波数帯のＡＥ信号のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰフィルタ）１３と、バンドパスフィルタ１３を通過したＡＥ信号を一定時間間隔ごとに分割し、一定時間間隔ごとのＡＥ信号から所定のＡＥ評価パラメータを算出するパラメータ算出部１４と、振動計測装置で受信可能な周波数の搬送波を発生させる搬送波発生回路（発振回路）１５と、パラメータ算出部１４により算出されたＡＥ評価パラメータを搬送波に重畳させて出力する振幅変調回路１６などで構成されている。増幅回路１２とバンドパスフィルタ１３はＡＥ信号受信部を構成し、搬送波発生回路１５と振幅変調回路１６はパラメータ信号出力部を構成する。

【0018】

ＡＥ評価パラメータとは、ＡＥを発生させている現象やその現象の発生位置を特定したり、現象の進展度を推定したり、測定対象物が破損するか否かの緊急度を推定したりするのに用いられるパラメータである。ＡＥ評価パラメータとしては、例えば一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値、一定時間間隔ごとのＡＥ信号のエネルギー、一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値（実効値）、ＡＥ信号の持続時間、所定の閾値以上のＡＥ信号の発生数、ＡＥ信号の周波数、ＡＥ信号の立ち上がり時間などがあげられる。パラメータ算出部１４は、これらのＡＥ評価パラメータのうちいずれか１つを算出してもよいし、複数のＡＥ評価パラメータを組み合わせて算出してもよい。そのため、算出するパラメータに応じて、パラメータ算出部１４は、一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値を検出するためのピーク値検出回路、一定時間間隔ごとのＡＥ信号のエネルギーを算出するための積分回路、一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値を演算するためのＲＭＳ値演算回路など、算出するＡＥ評価パラメータの種類に応じた検出回路のいずれか１つ又は複数の回路を含むように構成されている。パラメータ算出部１４は、例えばダイオード、抵抗、コンデンサ、オペアンプなどのアナログ回路で構成することができる。パラメータ算出部１４を、例えばＡＥ信号の振幅のピーク値とＡＥ信号の持続時間など複数のＡＥ評価パラメータを同時に算出するように構成した場合、ＡＥを発生させる現象を特定したり、測定対象物の摩耗や亀裂の進展を予測したり、あるいは測定対象物の破損の緊急性を判断したりすることができる。

【0019】

ＡＥセンサ１１としては、例えば一般的に広く用いられている圧電型のＡＥセンサを用いることができる。図２は、圧電型のＡＥセンサの構成を示す。ＡＥセンサ１１の筐体１１Ａは、例えば円筒形であり、下端に受信板１１Ｂが取り付けられている。ＡＥセンサ１１は測定対象物３０の表面に対して受信板１１Ｂの外面が密着するように、かつ、筐体１１Ａ自体は測定対象物３０に対して接触しないように取り付けられる。受信板１１と測定対象物３０の表面には微細な凹凸が存在するため、ＡＥセンサ１１の受信板１１の表面にシリコーングリスなどの接触媒質を塗って取り付けられる。筐体１１Ａの内部において、受信板１１Ｂの内面に圧電素子１１Ｃが固定されており、さらに圧電素子１１Ｃを取り囲むようにダンパ材１１Ｄが充填されている。筐体１１Ａの側壁にはコネクタ１１Ｅが設けられており、圧電素子１１Ｃとコネクタ１１Ｅがケーブル１１Ｆで接続されている。測定対象物３０の内部でＡＥ現象が発生すると、応力波が測定対象物３０及び受信板１１Ｂを介して圧電素子１１Ｃに伝わり、圧電素子１１Ｃは圧電効果により応力波の波形に応じた電圧を発生する。この圧電素子１１Ｃから出力される電圧信号が上記ＡＥ信号となる。ＡＥ現象による応力波は非常に微弱であるため、測定対象物３０の共振周波数に対して共振するようにその形状や材質が適宜選択される。また、圧電素子はキュリー点付近での感度が最も高く、キュリー点を超えると急激に感度が低下する傾向にあるため、測定対象物の温度などによっても材料を適宜選択することが好ましい。

【0020】

ＡＥの周波数は、測定対象物３０の材料にもよるが、金属の場合は１００ｋＨｚ～３００ｋＨｚ程度、セラミックスの場合は３００ｋＨｚを超える。また、コンクリートの場合６０ｋＨｚ程度、土砂の場合は数十ｋＨｚ程度である。従って、ＡＥセンサ１１の共振周波数を適宜選択すれば、様々な材料で形成された測定対象物の劣化や土砂崩れなどの現象を予測することができる。土砂崩れは、亀裂の進展によって表層が剥離され、その後に剥離された表層部の土砂が崩落する現象であるので、亀裂の進展と摩耗の進展とみなすことができる。土砂崩れの発生を予測する場合、棒状のＡＥセンサを土中につきさせておけばＡＥを測定することができる。また、車両の通行により繰り返し荷重が加えられる道路や橋梁の亀裂の進展なども測定又は予測することができる。

【0021】

図３において（ａ）は、ＡＥセンサ１１から出力され、増幅回路１２及びバンドパスフィルタ１３を通過し、パラメータ算出部１４に入力されたＡＥ信号の一例を示す。縦軸はＡＥ現象による応力波の振幅に相当する電圧を表し、横軸は経過時間を表す。（ｂ）は、パラメータ算出部１４における動作を示しており、ＡＥ信号を一定時間間隔Ｔ１・・・ごとに分割し、一定時間間隔ごとのＡＥ信号から所定のＡＥ評価パラメータＰ１・・・を算出する様子を示す。ＡＥ評価パラメータの一例として一定時間間隔ごとのＡＥ信号の振幅のピーク値を検出している。（ｃ）は、搬送波発生回路１５により発生された搬送波の波形（例えば正弦波）を示し、搬送波の周波数は振動計測装置で受信可能な周波数、例えば１０ｋＨｚ程度である。（ｄ）は、振幅変調回路１６から出力されるパラメータ信号の波形を示し、パラメータ算出部１４により算出されたＡＥ評価パラメータが搬送波に重畳されて出力される様子を示す。このように、本発明に係るＡＥ信号処理装置及び方法によれば、例えば測定対象物３０が金属の場合、ＡＥセンサ１１から出力される１００ｋＨｚ～３００ｋＨｚ程度のＡＥ信号が１０ｋＨｚ程度のパラメータ信号に変換されて出力されるので、広く普及している振動計測装置をそのまま用いて、ＡＥ現象を利用して設備や測定対象物の摩耗や亀裂の進展を測定したり、予測したりすることができる。

【0022】

次に、亀裂の進展について簡単に説明する。一般的に金属の結晶構造中に欠陥が存在することが知られている。測定対象物に繰り返し荷重が加えられると、結晶中の欠陥部に応力が集中し、亀裂が生じる。亀裂が１回拡大するごとに、図４（ａ）に示すような立ち上がりが鋭く、その後に減衰するＡＥが発生する。このような突発型のＡＥが繰り返し発生すると、亀裂が進展していると推定できる。突発型ＡＥの振幅は亀裂の進展距離と相関があり、波形の面積、すなわちエネルギーは亀裂の面積と相関がある。

【0023】

次に、摩耗の進展について簡単に説明する。金属の表面は、一見平坦に見えても微視的には凹凸が存在する。例えばモーターの軸と軸受けの場合、両者の間には隙間が存在し、重力の作用によって一部分が接触している。このような状態で軸を回転させると、堅い方の材料で形成された部品（一般的に、モーターの軸を交換するのは容易でないため、軸の方を硬度の高い材料で形成する）が柔らかい材料で形成された部品（軸受けの方が交換容易であるため、軸受けの方を硬度の低い材料で形成する）の表面を削る（すなわち軸受けが摩耗する）。特に、回転数が１００ｒｐｍ以下の低速回転の軸受けでは潤滑状態があまりよくないため、軸受けの損傷としては摩耗形態を示すことが多い。摩耗が進展すると、摩耗の大きな部分で亀裂が進展し、さらに剥離へと発展する。剥離がさらに進展すると焼き付きなどが発生し、設備停止に至る。この場合にも、亀裂の進展と同様にＡＥが発生するが、摩耗は連続して発生するため、図４（ｂ）に示すような連続型のＡＥ波形となって観測される。この場合は、ＡＥ評価パラメータとして一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値を算出することが有効である。ＲＭＳ値はRoot Mean Square Valueの略で，一定時間内の２乗平均の平方根である。ＲＭＳ値は摩擦し合う両面の摩擦係数と相関があり、エネルギーは摩耗量と相関がある。軸受けの転がり面に摩耗が進展すると、表面粗さと相関のあるＡＥのＲＭＳ値が大きくなり、さらに軸受けの転がり面に生じた摩耗による凹凸によりＲＭＳ値が変動する。摩耗が進展してさらに亀裂が生じると、亀裂の進展距離（亀裂の長さ）と相関があるＡＥの振幅が大きくなる。このように、軸受けから発生したＡＥのＲＭＳ値と振幅の大きさを評価することで軸受けの破壊挙動を判断することができる。軸受けの場合、転がり面に剥離が発生すると急激に損傷が進展するので、重要設備ではＲＭＳ値が上昇した時点で保守点検を行えば製造ラインの緊急停止を未然に防止することができるとともに、軸受けを寿命寸前まで使用できるので整備コストを低減することができる。

【0024】

ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic）などの複合材料の場合、まず樹脂に亀裂が進展し、次に繊維の周りの強度の低下により樹脂と繊維が剥離し、繊維が破断して破損する。樹脂に亀裂が発生すると、突発型の持続時間の短いＡＥが発生する。樹脂と繊維の剥離が進展すると樹脂と繊維との間に滑りが生じるのでＡＥが連続的に発生し、持続時間の長い連続型のＡＥとなる。その後繊維が破断すると持続時間の短い突発型のＡＥが発生する。また樹脂の亀裂進展と異なり、繊維は強度が高いので樹脂が破断する場合と比較して、複合材料の破断の場合ＡＥの振幅が格段に大きい。複合材料から発生するＡＥの振幅と持続時間の長さを評価することにより、複合材料の破壊挙動を判断することができる。特に、複合材料は樹脂と繊維の間に剥離が発生すると急激に強度が低下するので、これらのパラメータを評価することにより複合材料による構造物の安全性を判断することができる。

【0025】

次に、亀裂の発生位置の特定について説明する。ＡＥセンサを２個以上設置すると、亀裂の進展によって発生したＡＥがそれぞれのＡＥセンサに到達する。このとき、亀裂の発生位置からＡＥセンサまでの距離の違いによりＡＥがＡＥセンサに到達する時間に差が生じる。図５に示すように、この時間差を利用して亀裂の発生位置を特定することができる。２つのＡＥセンサ１１，１１’の中心から亀裂発生位置までの距離をＬ、２つのセンサ１１，１１’への到達時間をｔ１，ｔ２、ＡＥの伝搬速度をＣとすれば、
Ｌ＝（ｔ２－ｔ１）×Ｃ／２
で表すことができる。ＡＥセンサの数が２個であれば直線上の位置、３個以上であれば平面上の位置、６個以上であれば三次元の位置を特定することができる。

【0026】

次に、本発明の第２実施形態に係るＡＥ信号処理装置及び方法について説明する。図６は、第２実施形態に係るＡＥ信号処理装置の構成を示す。ＡＥ信号処理装置２０は、上記第1実施形態に係るＡＥ信号処理装置１０と同様に、ＡＥセンサ１１からのＡＥ信号を増幅する増幅回路１２と、増幅されたＡＥ信号のうち、所定の周波数帯のＡＥ信号のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰフィルタ）１３を備えている。第１実施形態に係るＡＥ信号処理装置１０では、パラメータ算出部１４として、例えばダイオード、抵抗、コンデンサ、オペアンプなどのアナログ回路で構成下例を示したが、第２実施形態に係るＡＥ信号処理装置２０では、Ａ／Ｄ変換回路２４及び演算回路２５でパラメータ算出部を構成し、Ｄ／Ａ変換回路２６でパラメータ信号出力部を構成する。

【0027】

図３（ａ）を参照して、バンドパスフィルタ１３を通過したＡＥ信号はＡ／Ｄ変換回路２４によりデジタル信号化（数値データ化）される。演算回路２５は、ＣＰＵやメモリなどで構成されたマイクロコンピュータであり、一定時間間隔ごとの数値データの中から最大振幅を示す数値を抽出したり、一定時間間隔ごとの数値データを積分してエネルギーを演算したり、一定時間間隔ごとのＡＥ信号のＲＭＳ値を演算したりする。さらに、演算回路２５は発振回路を備えているので、振動計測装置で受信可能な周波数の搬送波を発生させる。Ｄ／Ａ変換回路２６は、所定周波数の搬送波に重畳されて演算回路から出力されるデジタルパラメータ信号をアナログ信号に変換して出力する。

【0028】

このように、第２実施形態に係るＡＥ信号処理装置及び方法によっても、ＡＥセンサ１１から出力される１００ｋＨｚ～３００ｋＨｚ程度のＡＥ信号が１０ｋＨｚ程度のパラメータ信号に変換されて出力されるので、広く普及している振動計測装置をそのまま用いて、ＡＥ現象を利用して設備や測定対象物の劣化を診断したり、摩耗や亀裂の進展を予測したりすることができる。

【符号の説明】

【0029】

１０ ＡＥ信号処理装置
１１ ＡＥセンサ
１２ 増幅回路
１３ バンドパスフィルタ
１４ パラメータ算出部
１５ 搬送波発生回路
１６ 振幅変調回路
２０ ＡＥ信号処理装置
２４ Ａ／Ｄ変換回路
２５ 演算回路
２６ Ｄ／Ａ変換回路
３０ 測定対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】