(57)【要約】【課題】簡略な構造で効果的にアコースティック・エミッションを検出できるアコースティック・エミッション検出器を提供する。【解決手段】アコースティック・エミッション検出器は，アコースティック・エミッションにより振動する受波板と，前記受波板に光を送出する発光素子と前記受波板からの反射光を電気信号に変換する受光素子とが結合してなる複数の光送受ユニットと，前記複数の光送受ユニットの受光素子の出力を加算する加算部と，を具備し，前記複数の光送受ユニットの発光素子が前記受波板の中心近傍に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アコースティック・エミッションにより振動する受波板と，
前記受波板に光を送出する発光素子と前記受波板からの反射光を電気信号に変換する受光素子とが結合してなる複数の光送受ユニットと，
前記複数の光送受ユニットの受光素子の出力を加算する加算部と，を具備し，
前記複数の光送受ユニットの発光素子が前記受波板の中心近傍に配置される
ことを特徴とするアコースティック・エミッション検出器。
【請求項２】
前記複数の光送受ユニットの個数が３以上であり，
前記複数の光送受ユニットの発光素子の発光部が第１の円弧上に配置される
ことを特徴とする請求項１記載のアコースティック・エミッション検出器。
【請求項３】
前記複数の光送受ユニットの発光素子の発光部が，前記受波板の中心から略等距離に配置される
ことを特徴とする請求項２記載のアコースティック・エミッション検出器。
【請求項４】
前記複数の光送受ユニットの受光素子の受光部が，前記第１の円弧より径の大きい第２の円弧上に配置される
ことを特徴とする請求項２または３に記載のアコースティック・エミッション検出器。
【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・エミッションを検出するアコースティック・エミッション検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物における損傷や経年劣化のモニタリングを目的として，AE（Acoustic Emission）を検知できる光ファイバドップラセンサ（FOD：Fiber Optic Doppler）が，用いられる（特許文献１参照）。
光ファイバドップラセンサは，光ファイバの一部を被測定物に固着させ，周波数ｆ０の光波を入力する。光ファイバを通過する光波に生じるドップラ効果による変調ｆｄを測定することで，AE（Acoustic Emission）を検知する。
この従来のAEセンサは，部品点数が多く，高価であり，センサのサイズが例えば，円板状では20mm，球状では40mmとなり，実用上問題となることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８３４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は，簡略な構造で効果的にアコースティック・エミッションを検出できるアコースティック・エミッション検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態に係るアコースティック・エミッション検出器は，アコースティック・エミッションにより振動する受波板と，前記受波板に光を送出する発光素子と前記受波板からの反射光を電気信号に変換する受光素子とが結合してなる複数の光送受ユニットと，前記複数の光送受ユニットの受光素子の出力を加算する加算部と，を具備し，前記複数の光送受ユニットの発光素子が前記受波板の中心近傍に配置される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば，簡略な構造で効果的にアコースティック・エミッションを検出できるアコースティック・エミッション検出器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係るＡＥセンサ１００の模式図である。
【図２】フォトリフレクタ２１の詳細を表す上面図である。
【図３】ＡＥセンサ１００でのフォトリフレクタ２１の配置を表す上面図である。
【図４】第２実施形態に係るＡＥセンサ２００の模式図である。
【図５】ＡＥセンサ２００でのフォトリフレクタ２１の配置を表す上面図である。
【図６】第２実施形態の変形例に係るＡＥセンサ３００でのフォトリフレクタ２１の配置を表す上面図である。
【図７】第３実施形態に係るＡＥセンサ４００でのフォトリフレクタ２１の配置を表す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下，図面を参照して，本実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は，第１の実施形態に係るＡＥセンサ１００の模式図である。ＡＥセンサ１００は，アコースティック・エミッションを検出するアコースティック・エミッション検出器である。アコースティック・エミッションは，固体が塑性変形や破壊する際に，固体内にひずみの形で蓄えられていたエネルギーが弾性波（音波）の形で放出される現象である。ＡＥセンサ１００は，アコースティック・エミッションにより発生した音波を検出する。
【０００９】
ＡＥセンサ１００は，ケース１１，受波板１２，フォトリフレクタ２１ａ，２１ｂ，オペアンプ３１，信号処理器３２を有する。
ケース１１は，例えば，略円筒形状を有し，受波板１２，フォトリフレクタ２１ａ，２１ｂ，オペアンプ３１，信号処理器３２等をその内部に保持する。
【００１０】
受波板１２は，アコースティック・エミッションにより振動する振動板である。受波板１２は，略円板形状であり，ケース１１の端部に固定（例えば，溶接）される。その結果，受波板１２は，ケース１１の内径ｒ０においてアコースティック・エミッションに対応して振動する（振動領域）。受波板１２の中心近傍において，受波板１２の振動の振幅が大きい。後述のように，受波板１２の振動領域の径ｒ０に対して，ｒ１／ｒ０＝０．２以下となる径ｒ１の領域Ａを受波板１２の中心近傍とする。
【００１１】
フォトリフレクタ２１ａおよび２１ｂはそれぞれ，受波板１２に光を送出する発光素子と受波板１２からの反射光を電気信号に変換する受光素子とが結合してなる複数の光送受ユニットである。フォトリフレクタ２１ａおよび２１ｂは，受波板１２に対向するように，図示しない保持部材で保持される。
【００１２】
フォトリフレクタ２１ａおよび２１ｂは，図２に示すように，例えば，縦：１．０ｍｍ×横：１．４ｍｍ×高さ：０．６ｍｍの寸法を有し，ＬＥＤ（Light Emitting Diode）２５とＰＴ（フォトトランジスタ（Photo Transistor））２６を結合領域２７で結合して構成される。ＬＥＤ２５は，受波板１２に光を送出する発光素子である。ＰＴ２６は，受波板１２からの反射光を電気信号に変換する受光素子である。ＰＴ２６に替えて，フォトダイオードを用いることも可能であるが，フォトダイオードよりもフォトトランジスタの方が高感度であることから，本実施形態ではフォトトランジスタを用いている。
【００１３】
フォトリフレクタ２１ａおよび２１ｂのＬＥＤ２５の発光部（特に，発光部の中心２５１）から受波板１２に光が照射される。受波板１２はＬＥＤ２５からの光を反射する。受波板１２よりの反射光は，フォトリフレクタ２１ａおよび２１ｂのＰＴ２６の受光部（特に，受光部の中心２６１）で受光され，電気信号に変換される。このとき，受波板１２の微小変動に対応して，フォトリフレクタ２１ａおよび２１ｂのＰＴ２６での受信信号が変化する。
【００１４】
なお，フォトリフレクタ２１ａのＬＥＤ２５から出射された光を２１ｂのＰＴ２６で受光しても良く，フォトリフレクタ２１ｂのＬＥＤ２５から出射された光を２１ａのＰＴ２６で受光しても良い。
【００１５】
オペアンプ３１は，抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｋに接続されて，加算・増幅回路を構成する。この加算・増幅回路は，複数の光送受ユニットの受光素子の出力を加算する加算部として機能する。フォトリフレクタ２１ａおよび２１ｂのＰＴ２６の２つの出力を加算することで，ＳＮ比の向上が図れる。加算・増幅回路は，ＡＥセンサ１００に内蔵されるプリアンプとしても機能する。
【００１６】
信号処理器３２は，加算・増幅回路から出力される信号の出力を調整する増幅器である。信号処理器３２からの出力（複数のＰＴ２６の出力の加算・増幅した出力）の交流成分が受波板１２の振動を反映した信号成分である。この交流成分の検出により，受波板１２の振動，ひいてはアコースティック・エミッションの検出が可能となる。
【００１７】
図３に，フォトリフレクタ２１ａとフォトリフレクタ２１ｂの配置を示す。この図は，信号処理器３２側からＡＥセンサ１００を見た図となっており，見易さのために，オペアンプ３１，信号処理器３２を除外した状態を表している。
【００１８】
フォトリフレクタ２１ａ，２１ｂのＬＥＤ２５は，受波板１２の中心近傍（領域Ａ内）に位置するように配置されている。受波板１２の中心近傍は，図３に示す領域Ａに対応し，既述の受波板１２の振動領域の径ｒ０に対して径ｒ１の領域である。具体的には，ｒ１／ｒ０＝０．２以下となる半径ｒ１の領域Ａである。
【００１９】
フォトリフレクタ２１ａ，２１ｂのＬＥＤ２５は，受波板１２の中心側に，ＰＴ２６は，受波板１２の中心より外側に，配置される。振動の振幅が大きい受波板１２の中心に光を照射することが受波板１２の微小振動（アコースティック・エミッション）の検出に効果的である。
【００２０】
以上のように，ＬＥＤ２５を受波板１２の中心近傍（領域Ａ内）に配置し，受波板１２から反射された光を受光する２つのＰＴ２６の出力を加算している。即ち，ＬＥＤ２５を受波板１２の中心近傍に配置することで，受波板１２の振動に起因するＬＥＤ２５からの光量の変動が大きくなる。また，フォトリフレクタ２１ａ，２１ｂからの出力を加算，ＳＮ比が向上する。この結果，小型で安価でかつより外乱に強いＡＥセンサを実現することが容易となる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
図４は，第２の実施形態のＡＥセンサ２００の構成図である。ＡＥセンサ２００は，ケース１１，受波板１２，フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃ，オペアンプ３１，信号処理器３２を有する。即ち，ＡＥセンサ２００は，３つのフォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃを用いている。第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し，重複する説明は省略する。
【００２２】
オペアンプ３１は，抵抗Ｒａ〜Ｒｃ，Ｒｋに接続されて，加算・増幅回路を構成する。この加算・増幅回路は，フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃのＰＴ２６の３つの出力を加算し，ＳＮ比の向上が図れる。加算・増幅回路は，ＡＥセンサ２００に内蔵されるプリアンプとしても機能する。
【００２３】
フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃは，受波板１２に対向するように，図示しない保持部材で保持される。
図５に，フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃの配置を示す。この図は，信号処理器３２側からＡＥセンサ２００を見た図となっており，見易さのために，オペアンプ３１，信号処理器３２を除外した状態を表している。
【００２４】
フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃのＬＥＤ２５の発光部の中心２５１が受波板１２の中心Ｃから等距離に位置するように同心円（半径ｒ２）上に三角状に並べて配置される。また，フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃのＰＴ２６の受光部の中心２６１が受波板１２の中心Ｃから等距離に位置するように同心円（半径ｒ３）上に三角状に並べて配置される。
【００２５】
なお，発光部の中心２５１，受光部の中心２６１の配置には，例えば，半径の２０％程度の幅が許容される。即ち，半径ｒ１／ｒ０＝０．２以下となる半径ｒ１の領域Ａに，ＬＥＤ２５およびＰＴ２６を配置すればよい。
【００２６】
また，図６は第２の実施形態の変形例に係るＡＥセンサ３００でのフォトリフレクタ２１ａ〜２１ｅの配置を示す図であり，５つのフォトリフレクタ２１ａ〜２１eを用いている。フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｅが五角状に並べて配置される。
フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｅのＬＥＤ２５の発光部の中心２５１が受波板１２の中心Ｃから等距離に位置するように同心円（半径ｒ２）上に五角状に並べて配置される。また，フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｅのＰＴ２６の受光部の中心２６１が受波板１２の中心Ｃから等距離に位置するように同心円（半径ｒ３）上に五角状に並べて配置される。
【００２７】
なお，この変形例においても，発光部の中心２５１，受光部の中心２６１の配置には，例えば，半径の２０％程度の幅が許容される。即ち，半径ｒ１／ｒ０＝０．２以下となる半径ｒ１の領域Ａに，ＬＥＤ２５およびＰＴ２６を配置すればよい。
【００２８】
以上のように，ＬＥＤ２５の発光（部）の中心２５１を受波板１２の中心から略等距離に配置し，受波板１２から反射された光を受光する３つまたは５つのＰＴ２６の出力を加算している。即ち，ＬＥＤ２５を受波板１２の中心近傍に配置することで，受波板１２の振動に起因するＬＥＤ２５からの光量の変動が大きくなる。また，フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃ，または２１ａ〜２１ｅからの出力を加算，ＳＮ比が向上する。この結果，小型で安価でかつより外乱に強いＡＥセンサを実現することが容易となる。
【００２９】
（第３の実施の形態）
図７は，第３の実施形態のＡＥセンサ４００の構成図である。ＡＥセンサ４００は，ケース１１，受波板１２，フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃ，オペアンプ３１，信号処理器３２を有する。第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し，重複する説明は省略する。
【００３０】
フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃのＬＥＤ２５の発光部の中心２５１が受波板１２の中心Ｃから等距離に位置するように同心円（半径ｒ２）上に並べて配置される。一方，フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃのＰＴ２６の受光部の中心２６１は受波板１２の中心Ｃから等距離に位置するように同心円（半径ｒ３）上に並べて配置される。
【００３１】
なお，発光部の中心２５１，受光部の中心２６１の配置には，例えば，半径の２０％程度の幅が許容される。即ち，半径ｒ１／ｒ０＝０．２以下となる半径ｒ１の領域Ａに，ＬＥＤ２５およびＰＴ２６を配置すればよい。
【００３２】
ここでは，同心円（半径ｒ２）上でのＬＥＤ２５の発光部の中心２５１の間隔，同心円（半径ｒ３）上でのＰＴ２６の受光部の中心２６１の間隔は一定ではない（不等間隔）。即ち，受波板１２の中心Ｃに対する，ＬＥＤ２５またはＰＴ２６のなす角度は一定ではない。
【００３３】
以上のように，ＬＥＤ２５の発光（部）の中心２５１を受波板１２の中心から略等距離に配置し，受波板１２から反射された光を受光する３つのＰＴ２６の出力を加算している。即ち，ＬＥＤ２５を受波板１２の中心近傍に配置することで，受波板１２の振動に起因するＬＥＤ２５からの光量の変動が大きくなる。また，フォトリフレクタ２１ａ〜２１ｃからの出力を加算，ＳＮ比が向上する。この結果，小型で安価でかつより外乱に強いＡＥセンサを実現することが容易となる。
また，ＬＥＤ２５等を不等間隔に配置することにより，受波板１２の振動が不均一なモードの場合などの感度を向上することができる。
【００３４】
（その他の実施形態）
本実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ＡＥセンサ
１１    ケース
１２    受波板
２１（２１ａ-２１ｅ）    フォトリフレクタ
２５    ＬＥＤ
２５１  発光（部）の中心
２６    ＰＴ
２６１  受光（部）の中心
２７    結合領域
３１    オペアンプ
３２    信号処理器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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