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発明の名称 周波数特性測定装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−155513(P2007−155513A)
公開日 平成19年6月21日(2007.6.21)
出願番号 特願2005−351560(P2005−351560)
出願日 平成17年12月6日(2005.12.6)
代理人 【識別番号】100103805
【弁理士】
【氏名又は名称】白崎 真二
発明者 牛島 栄造 / 野間 弘昭 / 三好 規子
要約 課題
試験用の振動センサを、簡単に、任意の加熱状態において周波数特性評価試験を行うことができる周波数特性の測定装置を提供すること。

解決手段
加熱炉1と、一方端に固定用の振動センサS1を且つ他方端に試験用の振動センサS2を有する導波棒2とを備え、試験用の振動センサS2が加熱炉1内に配置され、固定用の振動センサが加熱炉外に開放されてなる周波数特性測定装置。そして、試験用の振動センサS2は導波棒先端に螺着可能なキャップ部材43によってバネ体42を介して保持される。さらに、該バネ体42の材質はセラミックスである。
特許請求の範囲
【請求項1】
加熱状態における試験用振動センサの周波数を測定する装置であって、加熱炉と、一方端に固定用の振動センサを且つ他方端に試験用の振動センサを有する導波棒とを備え、試験用の振動センサが加熱炉内に配置され、固定用の振動センサが加熱炉外に開放されてなることを特徴とする周波数特性測定装置。
【請求項2】
試験用の振動センサが導波棒から取り外し自在となっていることを特徴とする請求項1記載の周波数特性測定装置。
【請求項3】
試験用の振動センサが導波棒に螺着可能なキャップ部材によってバネ体を介して保持されていることを特徴とする請求項2記載の周波数特性測定装置。
【請求項4】
試験用の振動センサが基板に固定されていることを特徴とする請求項3記載の周波数特性測定装置。
【請求項5】
キャップ部材に絶縁綿が詰められて配線の導通が防止されていることを特徴とする請求項1記載の周波数特性測定装置。
【請求項6】
バネ体の材質が、セラミックスであることを特徴とする請求項1記載の周波数特性測定装置。
【請求項7】
導波棒を冷却する冷却装置を備えることを特徴とする請求項1記載の周波数特性測定装置。
【請求項8】
加熱状態における試験用振動センサの周波数を測定する装置であって、加熱炉と、一方端に固定用の振動センサを且つ他方端に試験用の振動センサを有する導波棒とを備え、試験用の振動センサが加熱炉内に配置され、固定用の振動センサが加熱炉外に開放されてなり、試験用の振動センサが固定された基台が導波棒に螺着可能なキャップ部材によってバネ体を介して保持されており、加熱炉外の導波棒に冷却部を備えたことを特徴とする周波数特性測定装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動センサの温度特性を評価する装置に関し、更に詳しくは加熱状態(高温環境)における振動センサの周波数特性を測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
今日、歪みや圧力を検知する種々の振動センサが工業用として使用されている。
例えば、稼動中の産業プラント、製造工場における装置、建造物等に対する欠陥や破壊を予知発見するための安全監視や事故防止対策に適用されている。
【特許文献1】特開平6−94554号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかし、高温環境で使用する振動センサ、いわゆる高耐熱振動センサは、その開発段階において、加熱環境での性能評価を行う必要がある。
主なる性能評価の一つである周波数特性を調べる場合、実際に利用される大型のプラント、装置等の高温部分に高耐熱センサを直接設置し、その状態で周波数を測定しなければならず、操作の点からも手間を要し不便である。
また費用的にも余分なコストがかかる。
実際に大型のプラント、装置等の高温部分で周波数特性の評価試験を行えたとしても、温度条件を自由に変えて正確な評価試験を行うことは、事実上無理である。
そのため、実際に加熱環境下での周波数特性評価試験は殆ど行われず、常温での周波数特性評価試験で得た結果を、そのまま便宜的に高温環境下での周波数特性として取り扱っている場合が多い。
【0004】
即ち、本来ならば様々な加熱環境下で周波数を変えてその特性を評価すべきであるにもかかわらず、それが疎かになっているのが実状である。
【0005】
本発明はかかる技術的な背景をもとになされたものである。
すなわち本発明は、試験用の振動センサを、簡単に、任意の加熱状態において周波数特性評価試験を行うことができる周波数特性の測定装置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】
【0006】
本発明者は、以上のような技術的背景のもとで鋭意研究を重ねた結果、一方端に固定用の振動センサを且つ他方端に試験用の振動センサを有する導波棒とを備え、試験用の振動センサのみを加熱炉内に配置することで、簡単に加熱状態における周波数特性の測定を行えることができることを見出し、その知見に基づき本発明を完成させたものである。
【0007】
すなわち本発明は、(1)、加熱状態における試験用振動センサの周波数を測定する装置であって、加熱炉と、一方端に固定用の振動センサを且つ他方端に試験用の振動センサを有する導波棒とを備え、試験用の振動センサが加熱炉内に配置され、固定用の振動センサが加熱炉外に開放されてなる周波数特性測定装置に存する。
【0008】
また本発明は、(2)、試験用の振動センサが導波棒から取り外し自在となっている上記(1)記載の周波数特性測定装置に存する。
【0009】
また本発明は、(3)、試験用の振動センサが導波棒に螺着可能なキャップ部材によってバネ体を介して保持されている上記(2)記載の周波数特性測定装置に存する。
【0010】
また本発明は、(4)、試験用の振動センサが基板に固定されている上記(3)記載の周波数特性測定装置に存する。
【0011】
また本発明は、(5)、キャップ部材に絶縁綿が詰められて配線の導通が防止されている上記(1)記載の周波数特性測定装置に存する。
【0012】
また本発明は、(6)、バネ体の材質が、セラミックスである上記(1)記載の周波数特性測定装置に存する。
【0013】
また本発明は、(7)、導波棒を冷却する冷却装置を備える上記(1)記載の周波数特性測定装置に存する。
【0014】
また本発明は、(8)、加熱状態における試験用振動センサの周波数を測定する装置であって、加熱炉と、一方端に固定用の振動センサを且つ他方端に試験用の振動センサを有する導波棒とを備え、試験用の振動センサが加熱炉内に配置され、固定用の振動センサが加熱炉外に開放されてなり、試験用の振動センサが固定された基台が導波棒に螺着可能なキャップ部材によってバネ体を介して保持されており、加熱炉外の導波棒に冷却部を備えた周波数特性測定装置に存する。
【0015】
なお、本発明の目的に沿ったものであれば、上記(1)から(8)を適宜組み合わせた構成も採用可能である。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、加熱炉と、一方端に固定用の振動センサを且つ他方端に試験用の振動センサを有する導波棒とを備え、試験用の振動センサが加熱炉内に配置され、固定用の振動センサが加熱炉外に開放されてなる周波数特性測定装置であるので、様々な加熱環境下で振動センサの周波数特性評価試験を容易に行うことができる。
また、導波棒を介して試験用の振動センサに弾性波を送る構造は、弾性波の伝播経路の特定が簡単であるので、伝播距離、伝播時間、弾性波の共振等が容易に把握できる。
その結果、弾性波の減衰率や伝播経路による弾性波の歪等がシミュレーションでき、実測波形と比較することができる。
また、導波棒を介して熱が固定用の振動センサに伝達されるが、熱の伝達経路は導波棒だけであるから冷却する必要がある箇所を狭い範囲に限定することが可能となり簡単な冷却部の採用が可能である。
また、試験用の振動センサが導波棒に螺着可能なキャップによってバネ体を介して保持されているため、試験用の振動センサを容易に取り替えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下図面を用いて本発明における実施の形態について説明する。
本発明の測定装置は、加熱状態における試験用の振動センサの周波数特性を測定する装置である。
図1は、本発明の測定装置の全体を概略的に説明する図である。
本発明の測定装置は、加熱炉1と導波棒2とを備えており、導波棒2の一方端に固定用の振動センサS1を且つ他方端に試験用の振動センサS2(例えば、高耐熱振動センサ等)を有するものである。
導波棒1は、図示しない加信装置により固定用の振動センサS1に正弦パルス波等の電圧信号を加えることで発生させた弾性波を、試験用の振動センサS2に間接的に伝える媒体の役割を果たす。
【0018】
導波棒2の一方端に設置された固定用の振動センサS1は、加熱炉1の温度に影響されない領域、すなわち加熱炉外に開放されている。
導波棒2の他方端に設置された試験用の振動センサS2は、自由に温度条件を変えてその特性を見ることができるように加熱炉内に配置されている。
試験用の振動センサS2の周波数応答は、導線5を通じて、適宜図示しない測定部により計測される。
【0019】
この試験用の振動センサS2は、交換できるように、キャップ部材43の取り外しにより同時に導波棒2から取り外し可能となっている。
具体的には、図2(A)に示すように(導波棒にキャップ部材が外挿されて固定される場合)、導波棒2に凹部を形成してその外周にネジ部を設け、一方、キャップ部材43内周にはネジ部を設ける。キャップ部材43を導波棒2に螺合していくことで両者は取り付けられる。
【0020】
試験用の振動センサS2は、一定の大きさ(例えば一定の径)を有する基板41に固定されており、この基板41を、キャップ部材43をネジ込んでバネ体42を介して導波棒側に押圧することにより基板41は固定される。
すなわち、導波棒2に対してキャップ部材43を螺合していくと、バネ体42が基板41を押圧して試験用の振動センサS2は基板41と共に導波棒に固定される。
試験用の振動センサS2の大きさが異なっても基板41が一定の大きさであるためにバネ体42による押圧が十分可能である。
【0021】
振動センサS2からの信号は導線5をキャップ部材43の穴から外方に出して図示しない測定部に連結することで測定される。
この導線がキャップ部材の中で極力導通しないように、キャップ部材内には図示しない絶縁綿(例えばセラミック綿)が詰められている。
この絶縁綿は、導線を絶縁状態でキャップ部材内の適宜な配線位置に保持することができる利点がある。
【0022】
図2(B)は、導波棒2にキャップ部材43が内挿されて固定される例であり、導波棒2に円筒凹部を形成してその内周にネジ部を設け、一方、キャップ部材43の外周にはネジ部を設ける。
この場合も導波棒2に対してキャップ部材43を螺合させることよりバネ体42を介して基板41を導波棒2側に押圧して固定する。
これら基板41やバネ体42は加熱状態でも耐えるような材質のものが選ばれる。
【0023】
ところで導波棒2(導波棒2の材質は、ステンレス等の比減衰能が小さいものを用いることが好ましい)は、加信装置が、加熱炉外にある固定用の振動センサS1に正弦パルス波等の電圧信号を加えることで発生させた弾性波を、加熱炉1内に設置した試験用の振動センサS2に間接的に伝えるものである。
【0024】
このように導波棒2を介して間接的に弾性波を試験用の振動センサS2に伝える構造にすることで、強度の弾性波を送ることができ、加熱状態にある試験用の振動センサS2の周波数特性を測定することが可能となった。
因みに、導波棒を介しているために弾性波の伝播経路の特定が簡単であり、伝播距離、伝播時間、弾性波の共振等が容易に把握できる。
【0025】
加熱状態を作る加熱炉1は、温度を一定範囲内で自由に変化させることができるものであり、操作性から電気炉が好ましい。
【0026】
加熱炉1内の熱が導波棒2を介して固定用の振動センサS2に伝わって計測結果に悪影響を与えないように、導波棒2を冷却する図示しない冷却部を備える。
この冷却部は加熱炉1外に開放された導波棒2だけでよいために空冷や水冷式の簡略なものを使うことができ、例えば、加熱炉外に露出した導波棒2の一部に設ける。
【0027】
次に、この装置を使って加熱状態における試験用の振動センサS2の周波数特性を測定する方法について述べる。
導波棒2の加熱炉内側に設置した試験用の振動センサS2に対し、加信装置から電圧信号を発信する。
このとき送る電圧信号の種類は導波棒2の特性による影響を受けて弾性波の波形が変形することを最小限に抑えるために、正弦パルス波等の過渡応答を用いることが好ましい。
【0028】
電圧信号を受けた固定用の振動センサS1は、弾性波を発生させ、該弾性波は導波棒2を介して試験用の振動センサ(高耐熱振動センサ)S2に伝わる。
弾性波を受けた試験用の振動センサS2は電圧を発生し、該発生電圧を測定部で計測する。
【0029】
周波数特性の評価方法は、例えば、加信装置が発信した信号(発信波)の最大電圧振幅Vと測定部が計測する試験用の振動センサS2が発生させた電圧(受信波)の出力最大電圧振幅Vを、以下の式(1)を用いて発振波の周波数毎にGainを算出し記録する。
Gain(dB)=20・log(V/V) …式(1)
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されることなく、その目的に沿う限り変形例が可能である。
例えは、導波棒2に凹部を形成せずにキャップ部材43内の空間を利用することも当然可能である。
【0030】
以下本発明を模擬した測定装置(図1参照)を使った実施例を示す。
〔実施例〕
この実施例で使用した周波数測定装置は下記の仕様である。
1)導波棒:ステンレス製(φ20mm、400mm)の無垢棒(端部が筒状になっており、外側にネジ部形成)
2)加熱炉:横型管状炉HS10−1025(ヒートシステム株式会社製品名)
3)固定用の振動センサ:広帯域AEセンサ AE−900S−WB(株式会社エヌエフ回路設計ブロック製品名、周波数特性100kHz〜1MHz)
4)バネ体:窒化珪素バネ
5)キャップ部材:ステンレス製キャップ部材(内側にネジ部形成した円筒)
6)基板:セラミック板
7)絶縁綿:キャップ部材内に詰められたセラミック綿
8)加信装置:2CH50MHzスーパーシンセサイザWF1966(株式会社エヌエフ回路設計ブロック製品名)
9)測定部:デジタル・ストレージオシロスコープTDS2024(Tektronix社製品名)
【0031】
次ぎに実施手順について述べる。
導波棒の一端に振動センサをスチレン系接着剤で貼り付けた。
評価対象となる試験用の振動センサ(ここでは高耐熱振動センサAを使った)を基板に固定した。
キャップ部材を導波棒に螺合することにより基板を導波棒にバネ体で押圧して固定した。
電気炉の温度を700℃に設定後、内部の温度を平衡させるために30分間放置した。
なお電気炉外の導波棒の一部を冷水式冷却部により冷却した。
【0032】
電気炉内の温度が平衡したことを確認後、加信装置から発信した最大電圧振幅10V且つ周波数0.1MHzの正弦パルス波を、AE用プリアンプ(ゲイン40dB)で増進させて振動センサに加えた。
振動センサを加信後、測定部で評価対象の高耐熱振動センサAの受信波を記録し、発信波の最大電圧振幅と受信波の最大電圧振幅及び式(1)を用いて、そのGainを算出した。
正弦パルス波の周波数を0.05MHz刻みで変化させ、1MHzまで同様の計測を繰り返した計測結果を表1に示す。
【0033】


次ぎに測定温度を常温にしたこと以外は全て実施例と同様の手順で高耐熱振動センサAの周波数特性を測定した。
この測定結果を表2に示す。
【0034】


参考までに図3に表1と表2の測定結果を比較して示した。
なお、表1の結果を△でプロットし、表2の結果を○でプロットする。
更にキャップ部材を取り外して試験用の振動センサAを交換して、新しい試験用の振動センサBに取り替えた。
交換は導波棒からキャップ部材を取り外すことで簡単に行えた。
なお試験用の振動センサBの測定結果は省略する。
【0035】
以上のように、本発明の周波数測定装置を使って、加熱状態での周波数特性が容易に測定できるものである。
キャップ部材の螺合により基板に固定した試験用振動センサを容易に取替えることができるために試験用として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】図1は、本発明の概略を示す模式図である。
【図2】図2は、試験用振動センサの取り付けの様子を示す模式図である。
【図3】図3は、表1と表2の結果を比較しながら示した図である。
【符号の説明】
【0037】
1 加熱炉
2 導波棒
S1 固定用の振動センサ
S2 試験用の振動センサ
41 基板
42 バネ体
43 キャップ部材
5 導線




 

 


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