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Non-Contact Measurement of Acoustic Emission Signals in the 100 MHz Frequency Range Using an Acoustical Microscope

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Many papers on the detection and analysis of acoustic emission (AE) signals have been reported in the frequency range below a few megahertz using ordinary AE sensors. This paper describes experiments on non-contact measurements of AE signals in the VHF range using an acoustic microscope with a point-focus beam (PFB) lens. When the surface of a glass specimen with a notch is set at the focal plane of the PFB lens, the AE signals radiated from the crack can be detected during a conventional three point bending test. The output signal of the PFB lens transducer is amplified and A/D converted at a sampling rate of 200 MHz. By comparing the power spectrum of the wave detected when a static load was applied with that of the wave detected without a load, it was experimentally confirmed that the resultant waves radiated by static loads have frequency components in the frequency range above a few megahertz. The new AE measurement system in the VHF range developed here can be applied in a new research field to be called “micro-AE spectroscopy” for the diagnosis of micromachines.

Zusammenfassung

Über die Detektion und Untersuchung von akustischen Emission-(AE)-Signalen im Frequenzbereich unter einigen MHz und bei Verwendung normaler AE-Sensoren sind zahlreiche Arbeiten veröffentlicht worden. In dieser Arbeit werden Versuche der berührungsfreien Messung von AE-Signalen im VHF-Bereich beschrieben unter Benutzung eines akustischen Mikroskops mit einer Punktfokuslinse. Wenn die Oberfläche einer Glasprobe mit einer Kerbe in die Fokalebene der Linse gebracht wird, können die AE-Signale detektiert werden, die von der Kerbe während eines konventionellen Dreipunkt-Biege-tests ausgehen. Das Ausgangssignal des Linsenwandlers wird verstärkt und mit einer Samplingrate von 200 MHz analog-digital gewandelt. Durch Vergleich des Leistungs spektrums nach Aufbringung einer statistischen Last mit dem ohne Last erhaltenen Spektrum wurde experimentell bestätigt, daß die bei einer statischen Last erzeugten AE-Wellen Frequenzkomponenten im Frequenzbereich oberhalb einiger MHz aufweisen. Das hier entwickelte neue AE-Meßsystem im VHF-Bereich kann in einem neuen Forschungsfeld angewandt werden, welches als “Mikro- AE-Spektroskopie” für die Diagnose an Mikromaschinen bezeichnet werden könnte.

Sommaire

Il existe de nombreuses publications sur la détection et l'analyse d'emission de signaux acoustiques, dans le domaine des fréquences inférieures à quelques MHz, à l'aide de capteurs ordinaires. Le présent article fait état de measures d'emissions acoustiques dans la bande VHF, effectuées sans contact à l'aide d'un microscope acoustique équipé d'une lentille de focalisation (PFB). Si Ton dispose la surface d'un échantillon de verre rayé dans le plan focal de la lentille, on peut détecter les émissions acoustiques rayonnées par la fissure, au moyen d'un test classique de flexion et en utilisant trois points de mesure. Le signal de sortie du transducteur à lentille PFB est amplifié puis numérisé à une cadence d'échantillonnage de 200 MHz. Par comparaison des spectres de puissance des signaux détectés, sans charge d'abord puis avec charge statique, on a pu confirmer expérimentalement que les ondes rayonnées lors d'applications de charges statiques avaient une fourniture spectrale qui dépasse les quelques mégahertz. Ce nouveau système de mesure d'émissions acoustiques dans la bande VHF peut être appliqué dans un nouveau domaine de recherche que l'on pourrait appeler «spectroscopie de micro-émissions acoustiques» pour l'examen de micromachines.
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Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 1992

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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