Acoustic Emission Sensors from PAC p.3

圧電型AEセンサー

・種類と原理

　ＡＥとは、き裂の発生や進展、材料内の変態や変形、腐食生成物等の剥離や割れ、機械的な摩耗や摩擦、漏洩などに起因する弾性波が固体中を伝わり、それが外表面に振動として現れた時に観察される現象である。したがって、ＡＥ信号を効率的に計測するには、固体表面において微小な高周波振動を感度よく検出する必要がある。通常の計測は、センサー自身を計測体表面に固定し、圧電変換により機械振動を電気信号に変換することで行われる。

　圧電型ＡＥセンサーには、本カタログにあるように、使用目的に応じて異なる周波数に共振点を持つ共振型センサー、広帯域に周波数感度を持つ広帯域センサー、高温用センサー、超小型センサー、プリアンプ内蔵センサー、防水・耐圧型センサー等、必要に応じて多種類が開発され、ＰＡＣ社製品として市販されている。

・圧電素子の性質

　圧電素子は、キューリー点以下の温度で強誘電性を示し、応力およびひずみからなる弾性量（素子の変形により生ずる）と、電界および電気変位、あるいは分極で示される誘電的量とが圧電効果を介して互いに関連し合い、電気・機械結合を形成している。したがって、圧電材料を用いたＡＥセンサーは、機械端子と電気端子を持つ４端子として取り扱われ、固体表面で検出された機械的高周波振動が電気信号に変換される。

・圧電型センサーの構成

　下図に圧電型センサーの構成例を示す。(a)は一般的な不平衡型（シングルエンド）のセンサーであり、(b)は雑音軽減の目的で同相成分は除去されるが、逆位相成分は著しく増幅される差動型増幅器に連結して用いられる差動型センサーの模式図である。これらのセンサーでは、圧電素子をエポキシなどの樹脂で固定することによりダンピングをかけている。

・センサーの感度校正法

　ＡＥ計測を標準化しまたその信頼性を高めるには、適切なセンサーの感度校正が必要である。感度校正法としては、相対感度校正法と、絶対感度校正法の二種類がある。
　相対法としてよく用いられるのは、適切なＡＥ波伝播媒体を介して（媒体を使用しない場合もある。）２個のセンサーを相対させ、一方から例えば正弦波などの電気信号を入力し、その周波数を走引した時の他方の出力の大きさを計測してそのセンサーの周波数感度特性を調べる方法である。
　一方、現在用いられている絶対感度校正法には２方式がある。一つは米国のNIST（アメリカ国立標準研究

所）が開発した表面波インパルス応答法であり、もう一つは日本で開発された相互校正法である。何れの方法でも、ＡＥ波による弾性体の表面変位あるいは変位速度の周波数特性を、定量的に評価することが可能である。PAC社では、相対法および絶対感度校正法の両者を適用してAEセンサーの感度校正を行っている。