JP2012037480A - Ae measuring method and equipment by optical fiber sensor using wide band light - Google Patents

Ae measuring method and equipment by optical fiber sensor using wide band light Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately measure an AE signal even by using a wide band light source whose noise is large.SOLUTION: AE measuring equipment includes: an optical fiber 22 configured to include an FBG sensor part 21, and arranged in a cantilever beam or twin beam state; a wide band light source 2 including the Bragg wavelength of the FBG sensor part 21; an optical circulator 3 for separating the rays of light reflected from the FBG sensor part 21; Fabry-Perot filters 5, 6 to which reflected rays of light are made incident; photoelectric converters 7, 8 for converting the rays of light into an electric signal; a signal recording device 23 for recording light intensity change to be output from the photoelectric converters 7, 8; a signal processor 24 for processing a voltage signal recorded by the signal recording device 23 by successive wavelet transformation; and a signal determination device 25 for extracting a signal which is equivalent to a specific frequency from the signal processed by the successive wavelet transformation, and for setting a threshold, and for determining whether or not the signal is an AE signal.

Description

本発明は、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法及びその装置に関するものである。   The present invention relates to an AE measurement method using an optical fiber sensor using broadband light and an apparatus therefor.

近年、構造物等の検査対象についてひずみを検出する手法としては、ひずみ発生に伴う弾性波放出(AE:アコースティック・エミッション)の検出を利用したAE計測方法が存在している。   2. Description of the Related Art In recent years, an AE measurement method using detection of elastic wave emission (AE: acoustic emission) accompanying strain generation exists as a technique for detecting strain for an inspection object such as a structure.

AE計測方法では、電磁波障害を受ける圧電素子の代わりに、光ファイバセンサの一種であるFBG(Fiber Bragg Grating:ファイバ・ブラッグ・グレーティング)センサを用いることが考えられている。   In the AE measurement method, it is considered that an FBG (Fiber Bragg Grating) sensor, which is a kind of optical fiber sensor, is used instead of a piezoelectric element that receives electromagnetic interference.

このようなAE計測装置について説明すると、図6に示すごとくAE計測装置は、FBGセンサ1のブラッグ波長を含む広帯域光源2と、広帯域光源2とFBGセンサ1の間に位置する光サーキュレータ3と、光サーキュレータ3からの光を分岐する光カプラ4と、光カプラ4で分岐した一方の光を透過させる第一のファブリペローフィルタ(FFP:Fiber Fabry-Perot)5と、光カプラ4で分岐した他方の光を透過させる第二のファブリペローフィルタ(FFP:Fiber Fabry-Perot)6と、第一のファブリペローフィルタ5を透過した光を電気信号に変換する第一の光電変換器7と、第二のファブリペローフィルタ6を透過した光を電気信号に変換する第二の光電変換器8と、第一の光電変換器7及び第二の光電変換器8からの信号を処理するAEの計測器9及びデータ収録器10を備えている(例えば、特許文献1参照)。   Such an AE measuring apparatus will be described. As shown in FIG. 6, the AE measuring apparatus includes a broadband light source 2 including the Bragg wavelength of the FBG sensor 1, an optical circulator 3 positioned between the broadband light source 2 and the FBG sensor 1, An optical coupler 4 that branches light from the optical circulator 3, a first Fabry-Perot filter (FFP) 5 that transmits one of the lights branched by the optical coupler 4, and the other branched by the optical coupler 4 A second Fabry-Perot filter (FFP) 6 that transmits the first light, a first photoelectric converter 7 that converts the light transmitted through the first Fabry-Perot filter 5 into an electrical signal, and a second A second photoelectric converter 8 for converting the light transmitted through the Fabry-Perot filter 6 into an electrical signal, and an AE measuring instrument 9 for processing signals from the first photoelectric converter 7 and the second photoelectric converter 8. And a data recorder 10 (see, for example, Patent Document 1).

広帯域光源2は、広帯域の光を連続的に出力するものであり、広帯域光源2と光サーキュレータ3の間には、第一の光ファイバ11を配して入射光を光サーキュレータ3に導波させるようになっており、更に光サーキュレータ3とFBGセンサ1の間には、第二の光ファイバ12を配して入射光をFBGセンサ1に導波させるようになっている。   The broadband light source 2 continuously outputs broadband light, and a first optical fiber 11 is disposed between the broadband light source 2 and the optical circulator 3 to guide incident light to the optical circulator 3. Further, a second optical fiber 12 is disposed between the optical circulator 3 and the FBG sensor 1 to guide incident light to the FBG sensor 1.

FBGセンサ1は、光ファイバのコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で回折格子を形成するセンサであり、FBGセンサ1に光が入射されると、ブラッグ波長の波長成分がFBGセンサ1で反射され、残りの成分が透過されるようになっている。またブラッグ波長のシフト量は、検査対象のひずみ等により変化するようになっている。更にFBGセンサ1は、計測対象に接着して配置されている。   The FBG sensor 1 is a sensor that forms a diffraction grating at a constant interval along the optical axis direction in the core portion of the optical fiber. When light enters the FBG sensor 1, the wavelength component of the Bragg wavelength is changed to the FBG sensor 1. So that the remaining components are transmitted. In addition, the shift amount of the Bragg wavelength changes depending on the strain to be inspected. Further, the FBG sensor 1 is disposed by being adhered to a measurement target.

光サーキュレータ3は、入射光または反射光による導波の方向を制御するように、広帯域光源2からの入射光を第二の光ファイバ12へ導波させると共に、FBGセンサ1からの反射光を第三の光ファイバ13を介して光カプラ4へ導波させるようになっている。   The optical circulator 3 guides the incident light from the broadband light source 2 to the second optical fiber 12 and controls the reflected light from the FBG sensor 1 so as to control the direction of the guided light by the incident light or the reflected light. The light is guided to the optical coupler 4 through the three optical fibers 13.

光カプラ4は、第四の光ファイバ14を配して第一のファブリペローフィルタ5に接続されていると共に、第五の光ファイバ15を配して第二のファブリペローフィルタ6に接続されており、反射光を50:50に分岐して第一のファブリペローフィルタ5及び第二のファブリペローフィルタ6に入射させるようになっている。   The optical coupler 4 includes a fourth optical fiber 14 and is connected to the first Fabry-Perot filter 5, and a fifth optical fiber 15 is disposed and connected to the second Fabry-Perot filter 6. Therefore, the reflected light is split into 50:50 and is incident on the first Fabry-Perot filter 5 and the second Fabry-Perot filter 6.

第一のファブリペローフィルタ5及び第二のファブリペローフィルタ6は、光学特性としてフィルタの透過率が一定の波長間隔(FSR:Free Spectral Range)で周期的に変化するものであり、ファブリペローフィルタ5,6の透過波長とFBGセンサ1の反射光スペクトルの重なりあった波長のみが透過している。また第一のファブリペローフィルタ5は透過光を第六の光ファイバ16により第一の光電変換器7へ導波すると共に、第二のファブリペローフィルタ6は透過光を第七の光ファイバ17により第二の光電変換器8へ導波するようになっている。   The first Fabry-Perot filter 5 and the second Fabry-Perot filter 6 are optical characteristics in which the transmittance of the filter periodically changes at a constant wavelength interval (FSR: Free Spectral Range). , 6 and the wavelength with which the reflected light spectrum of the FBG sensor 1 overlaps are transmitted. The first Fabry-Perot filter 5 guides the transmitted light to the first photoelectric converter 7 through the sixth optical fiber 16, and the second Fabry-Perot filter 6 transmits the transmitted light through the seventh optical fiber 17. The light is guided to the second photoelectric converter 8.

第一の光電変換器7は、第一のファブリペローフィルタ5からの透過光を電気信号に変換し、電気信号を第一の連絡線18によりAEの計測器9及びデータ収録器10へ送るようにしている。また第二の光電変換器8は、第一の光電変換器7と同様に、第二のファブリペローフィルタ6からの透過光を電気信号に変換し、電気信号を第二の連絡線19によりAEの計測器9及びデータ収録器10へ送るようにしている。   The first photoelectric converter 7 converts the transmitted light from the first Fabry-Perot filter 5 into an electrical signal, and sends the electrical signal to the AE measuring instrument 9 and the data recorder 10 through the first connection line 18. I have to. Similarly to the first photoelectric converter 7, the second photoelectric converter 8 converts the transmitted light from the second Fabry-Perot filter 6 into an electric signal, and the electric signal is AEed by the second connection line 19. Are sent to the measuring instrument 9 and the data recorder 10.

AEの計測器9及びデータ収録器10は、光の強度変化の高周波成分を計測し、AEを取得して記録するようになっている。ここでAEの計測器9とデータ収録器10は別々に構成しても良いし、1つの機器で構成しても良い。   The AE measuring instrument 9 and the data recorder 10 measure the high frequency component of the change in light intensity, and acquire and record the AE. Here, the AE measuring device 9 and the data recording device 10 may be configured separately or may be configured by one device.

AEを計測する際には、FBGセンサ1からの反射光を光カプラ4により50:50に分け、第一のファブリペローフィルタ5及び第二のファブリペローフィルタ6に入射させる。次に第一のファブリペローフィルタ5及び第二のファブリペローフィルタ6ではファブリペローフィルタ5,6の透過波長とFBGセンサ1の反射光スペクトルの重なりあった波長を透過させて第一の光電変換器7及び第二の光電変換器8に導波し、第一の光電変換器7及び第二の光電変換器8で透過光の強度を夫々電気信号に変換する。そしてAEの計測器9及びデータ収録器10では夫々光の強度変化の高周波数成分を計測してAEを取得する。   When measuring AE, the reflected light from the FBG sensor 1 is split 50:50 by the optical coupler 4 and is incident on the first Fabry-Perot filter 5 and the second Fabry-Perot filter 6. Next, in the first Fabry-Perot filter 5 and the second Fabry-Perot filter 6, the first photoelectric converter is made to transmit the overlapping wavelength of the transmission wavelength of the Fabry-Perot filters 5 and 6 and the reflected light spectrum of the FBG sensor 1. 7 and the second photoelectric converter 8, and the first photoelectric converter 7 and the second photoelectric converter 8 convert the intensity of transmitted light into electric signals, respectively. The AE measuring instrument 9 and the data recorder 10 measure the high frequency component of the light intensity change, respectively, and acquire the AE.

特開2008−46036号公報JP 2008-46036 A

しかしながら、光電変換された信号の高周波数成分は、広帯域光源2から照射される光強度のゆらぎやファブリペローフィルタ5,6の透過率のゆらぎにより、雑音が大きいという問題があった。   However, the high-frequency component of the photoelectrically converted signal has a problem that noise is large due to fluctuations in the light intensity emitted from the broadband light source 2 and fluctuations in the transmittance of the Fabry-Perot filters 5 and 6.

またファブリペローフィルタ5,6の透過率は一定の波長間隔(FSR)により周期的に変化する。この時、ファブリペローフィルタ5,6を透過する光強度も増し、それに伴い高周波数成分の雑音レベルも変化するため、AE計測時において高周波数成分の電圧信号に一定の閾値(トリガレベル)を設定しようとしても、ブラッグ波長がファブリペローフィルタ5,6の透過率最大波長にある場合には雑音レベルが大きくなり、逆にファブリペローフィルタ5,6の透過率最小波長にある場合には雑音レベルが小さくなり、閾値を一定の値にすることが難しいという問題があった。   Further, the transmittance of the Fabry-Perot filters 5 and 6 periodically changes at a constant wavelength interval (FSR). At this time, the light intensity transmitted through the Fabry-Perot filters 5 and 6 also increases, and the noise level of the high frequency component also changes accordingly. Therefore, a constant threshold (trigger level) is set for the voltage signal of the high frequency component during AE measurement. Even if an attempt is made, the noise level increases when the Bragg wavelength is at the maximum transmittance wavelength of the Fabry-Perot filters 5 and 6, and conversely, when the Bragg wavelength is at the minimum transmittance wavelength of the Fabry-Perot filters 5 and 6, the noise level is increased. There is a problem that it becomes small and it is difficult to make the threshold value constant.

これら二つの問題に対しては、特開2005−326326号公報のごとく光源に波長可変レーザ光を使用することが検討されているが、波長可変レーザを使用する場合には一つのFBGセンサ1に対して一つの波長可変レーザが必要となるため、光学系が複雑になるという問題があった。またFBGセンサ1の反射光の半値幅に対して使用できるような波長幅の狭い波長可変レーザ光源は高価で且つ大型であり、多点計測系を構成することや、可変性のある計測装置を構成することが難しいという問題があった。   For these two problems, it has been studied to use a wavelength tunable laser beam as a light source as disclosed in JP-A-2005-326326. However, when a wavelength tunable laser is used, one FBG sensor 1 is used. On the other hand, since one tunable laser is required, there is a problem that the optical system becomes complicated. Moreover, the wavelength tunable laser light source having a narrow wavelength width that can be used for the half-value width of the reflected light of the FBG sensor 1 is expensive and large in size, and constitutes a multipoint measurement system or a variable measuring device. There was a problem that it was difficult to configure.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、雑音の大きい広帯域光源を用いてもAE信号を適切に計測することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to appropriately measure an AE signal even when a broadband light source having a large noise is used.

本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法は、FBGセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該FBGセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、前記FBGセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、該広帯域光源から照射された光を透過して光ファイバのFBGセンサ部に入射させ且つFBGセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器とを備え、
片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバのハリの共振周波数に相当する縦波弾性波を検知するようにした、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法であって、
前記光電変換器から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてAE信号かどうかを判別するものである。
In the AE measurement method using an optical fiber sensor using broadband light according to the present invention, the FBG sensor unit is not bonded to the measurement target, but is bonded to the measurement target and includes the FBG sensor unit. An optical fiber arranged in a state, a broadband light source including the Bragg wavelength of the FBG sensor unit, and the light emitted from the broadband light source is transmitted and incident on the FBG sensor unit of the optical fiber and reflected from the FBG sensor unit An optical circulator for separating light, a Fabry-Perot filter on which reflected light separated by the optical circulator is incident, and a photoelectric converter for converting light transmitted through the Fabry-Perot filter into an electrical signal,
An AE measurement method using an optical fiber sensor using broadband light, which detects a longitudinal elastic wave corresponding to the resonance frequency of the optical fiber arranged in a cantilevered or double-ended state,
The light intensity change output from the photoelectric converter is acquired, the acquired voltage signal is processed by continuous wavelet transform, a signal corresponding to a specific frequency is extracted from the signal subjected to continuous wavelet transform, and a threshold is provided. It is discriminate | determined whether it is an AE signal.

本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法において、前記光電変換器から出力される光強度変化を集録する際には、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録することが好ましい。   In the AE measurement method using the optical fiber sensor using broadband light according to the present invention, when acquiring the light intensity change output from the photoelectric converter, the voltage signal corresponding to the light intensity change is continuously acquired over time. It is preferable to do.

本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法において、前記閾値は、AE信号が発生しない状態での信号を用いて、FBGセンサ部が検出する弾性波の信号強度に設定され、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際には、前記閾値を超える信号をAE信号として識別することが好ましい。   In the AE measurement method using an optical fiber sensor using broadband light according to the present invention, the threshold value is set to the signal strength of the elastic wave detected by the FBG sensor unit using a signal in a state where no AE signal is generated, When a signal corresponding to a specific frequency is extracted from a signal subjected to continuous wavelet transform, it is preferable to identify a signal exceeding the threshold as an AE signal.

本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測装置は、FBGセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該FBGセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、
前記FBGセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、
該広帯域光源と、FBGセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してFBGセンサ部に入射させ且つFBGセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、
該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器と、
該光電変換器から出力される光強度変化を集録する信号集録装置と、
該信号集録装置により集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する信号処理装置と、
連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてAE信号かどうかを判別する信号判別装置と、
を備えたものである。
The AE measuring apparatus using the optical fiber sensor using the broadband light according to the present invention has a configuration in which the FBG sensor unit is not bonded to the measurement target but is bonded to the measurement target and includes the FBG sensor unit. An optical fiber arranged in a state;
A broadband light source including the Bragg wavelength of the FBG sensor unit;
An optical circulator disposed between the broadband light source and an optical fiber including the FBG sensor unit, which transmits the light irradiated from the broadband light source, enters the FBG sensor unit, and separates the light reflected from the FBG sensor unit; ,
A Fabry-Perot filter on which the reflected light separated by the optical circulator is incident;
A photoelectric converter that converts the light transmitted through the Fabry-Perot filter into an electrical signal;
A signal acquisition device for acquiring a change in light intensity output from the photoelectric converter;
A signal processing device for processing the voltage signal acquired by the signal acquisition device by continuous wavelet transform;
A signal discriminating device for extracting a signal corresponding to a specific frequency from a signal subjected to continuous wavelet transform and determining whether it is an AE signal by providing a threshold;
It is equipped with.

本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測装置において、前記信号集録装置は、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録するように構成されることが好ましい。   In the AE measuring apparatus using an optical fiber sensor using broadband light according to the present invention, the signal acquisition device is preferably configured to continuously acquire a voltage signal corresponding to a change in light intensity in terms of time.

本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測装置において、前記信号判別装置は、AE信号が発生しない状態での信号を用いて、FBGセンサ部が検出する弾性波の信号強度に閾値を設定し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際に、前記閾値を超える信号をAE信号として識別するように構成されることが好ましい。   In the AE measuring apparatus using an optical fiber sensor using broadband light according to the present invention, the signal discriminating apparatus uses a signal in a state where no AE signal is generated, and sets a threshold value for the signal intensity of the elastic wave detected by the FBG sensor unit. Is set, and when a signal corresponding to a specific frequency is extracted from a signal subjected to continuous wavelet transform, a signal exceeding the threshold is preferably identified as an AE signal.

本発明によれば、光電変換器から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてAE信号かどうかを判別するので、広帯域光源から照射される光強度のゆらぎやファブリペローフィルタの透過率のゆらぎにより雑音レベルが大きい場合であっても、AE信号と雑音を判別してAE信号を適切に計測することができる。またFBGセンサ部及びファブリペローフィルタの構成により雑音レベルが変化して電圧信号に一定の閾値を設定することができない場合であっても、電圧信号を連続ウェーブレット変換することにより、AE信号と雑音を判別することが可能となり、よってAE信号を適切に計測することができる。更に広帯域光源を用いると共に、電圧信号を連続ウェーブレット変換して処理するので、一つのFBGセンサ部に対して一つの波長可変レーザが必要となるような複雑な光学系を不要にすることができる。また高価な波長可変レーザを用いることなく、AE信号を計測するので、費用を低減すると共に、多点計測系の構成や、可変性のある計測装置の構成を可能にし、よってAE信号を適切に計測することができるという優れた効果を奏し得る。   According to the present invention, a change in light intensity output from a photoelectric converter is acquired, the acquired voltage signal is processed by continuous wavelet transform, and a signal corresponding to a specific frequency is extracted from the signal subjected to continuous wavelet transform. In addition, since the threshold is set to determine whether the signal is an AE signal, even if the noise level is high due to fluctuations in the light intensity emitted from the broadband light source or fluctuations in the transmittance of the Fabry-Perot filter, the AE signal and the noise are discriminated. Thus, the AE signal can be appropriately measured. Even if the noise level changes due to the configuration of the FBG sensor unit and the Fabry-Perot filter and a constant threshold value cannot be set for the voltage signal, the voltage signal is continuously wavelet transformed to convert the AE signal and noise. This makes it possible to determine the AE signal. Further, since a broadband light source is used and the voltage signal is processed by continuous wavelet transform, a complicated optical system that requires one wavelength tunable laser for one FBG sensor unit can be eliminated. In addition, since the AE signal is measured without using an expensive wavelength tunable laser, the cost can be reduced, and the configuration of a multipoint measurement system and the configuration of a variable measurement device can be made. An excellent effect of being able to measure can be achieved.

本発明の実施の形態例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of embodiment of this invention. 電圧信号のみでAE信号と雑音を識別できる場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を示すデータである。This is data indicating the voltage signal, the amplitude after continuous wavelet processing, and the frequency when the AE signal and noise can be discriminated only by the voltage signal. 雑音の信号のみが存在する場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を示すデータである。This is data indicating a voltage signal, amplitude after continuous wavelet processing, and frequency when only a noise signal is present. 電圧信号のみでAE信号と雑音を識別できず、連続ウェーブレット処理によりAE信号と雑音を識別できる場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を示すデータである。This is data indicating the voltage signal, the amplitude after the continuous wavelet processing, and the frequency when the AE signal and noise cannot be identified only by the voltage signal, and the AE signal and noise can be identified by the continuous wavelet processing. 計測対象にひずみを発生させた場合において、電圧の生データから取得したAE信号と、連続ウェーブレット処理を適用したデータから取得したAE信号とを示すグラフである。It is a graph which shows the AE signal acquired from the raw data of a voltage, and the AE signal acquired from the data to which continuous wavelet processing is applied when distortion is generated in the measuring object. 従来のAE計測装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional AE measuring device.

以下、本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法及び装置を実施する形態例を図1〜図5を参照して説明する。なお、図中、図6と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of an AE measurement method and apparatus using an optical fiber sensor using broadband light according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 6 denote the same parts.

実施の形態例は、FBGセンサ部21を含む光ファイバ22と、FBGセンサ部21のブラッグ波長を含む広帯域光源2と、広帯域光源2とFBGセンサ部21の間に位置する光サーキュレータ3と、光サーキュレータ3からの光を分岐する光カプラ4と、光カプラ4で分岐した一方の光を透過させる第一のファブリペローフィルタ(FFP:Fiber Fabry-Perot)5と、光カプラ4で分岐した他方の光を透過させる第二のファブリペローフィルタ(FFP:Fiber Fabry-Perot)6と、第一のファブリペローフィルタ5を透過した光を電気信号に変換する第一の光電変換器7と、第二のファブリペローフィルタ6を透過した光を電気信号に変換する第二の光電変換器8と、第一の光電変換器7及び第二の光電変換器8から出力される光強度変化を集録する信号集録装置23と、信号集録装置により集録された信号を処理する信号処理装置24と、信号処理装置24からの信号を判別する信号判別装置25とを備えている。ここで広帯域光源2、光サーキュレータ3、ファブリペローフィルタ5,6、光電変換器7,8は、図6と同じものを用いている。また実施の形態例では、光カプラ4により分岐されてファブリペローフィルタ5,6及び光電変換器7,8を経由する2系統のラインを構成しているが、1系統のラインにしても良いし、もしくは他の複数の系統のラインにしても良い。   The embodiment includes an optical fiber 22 including an FBG sensor unit 21, a broadband light source 2 including the Bragg wavelength of the FBG sensor unit 21, an optical circulator 3 positioned between the broadband light source 2 and the FBG sensor unit 21, An optical coupler 4 that branches the light from the circulator 3, a first Fabry-Perot filter (FFP) 5 that transmits one light branched by the optical coupler 4, and the other branched by the optical coupler 4 A second Fabry-Perot filter (FFP) 6 that transmits light, a first photoelectric converter 7 that converts light transmitted through the first Fabry-Perot filter 5 into an electrical signal, and a second A second photoelectric converter 8 that converts light that has passed through the Fabry-Perot filter 6 into an electrical signal, and a signal acquisition that acquires changes in light intensity output from the first photoelectric converter 7 and the second photoelectric converter 8. The apparatus 23 includes a signal processing device 24 that processes a signal acquired by the signal acquisition device, and a signal determination device 25 that determines a signal from the signal processing device 24. Here, the broadband light source 2, the optical circulator 3, the Fabry-Perot filters 5 and 6, and the photoelectric converters 7 and 8 are the same as those in FIG. In the embodiment, two lines are formed which are branched by the optical coupler 4 and pass through the Fabry-Perot filters 5 and 6 and the photoelectric converters 7 and 8, but may be one line. Alternatively, it may be a plurality of other lines.

FBGセンサ部21を含む光ファイバ22は、FBGセンサ部21を計測対象Sに接着させず、光ファイバ22の一部を接着剤等の接着手段26により計測対象Sに接着し、FBGセンサ部21を含む光ファイバ22を片持ちハリもしくは両持ちハリ状態にし(図1では片持ちハリ状態)、計測対象Sに弾性波を生じた際に光ファイバ22の接着部から弾性波を光ファイバ22に導き、FBGセンサ部21に縦波弾性波を伝播するようにしている。ここで、光ファイバセンサとは、FBGセンサ部21を含む光ファイバ22のことを意味している。また片持ちハリもしくは両持ちハリとして取付けられた光ファイバ22及びFBGセンサ部21はハリの縦振動の共振周波数に対して高い感度を有する構造となる。   The optical fiber 22 including the FBG sensor unit 21 does not adhere the FBG sensor unit 21 to the measurement target S, but a part of the optical fiber 22 is adhered to the measurement target S by an adhesive means 26 such as an adhesive. When the elastic wave is generated in the measuring object S, the elastic wave is applied to the optical fiber 22 from the bonded portion of the optical fiber 22. The longitudinal elastic wave is guided to the FBG sensor unit 21. Here, the optical fiber sensor means the optical fiber 22 including the FBG sensor unit 21. Further, the optical fiber 22 and the FBG sensor unit 21 attached as a cantilever or a double-sided tension have a structure having high sensitivity to the resonance frequency of the longitudinal vibration of the tension.

信号集録装置23は、光電変換器7,8から出力される光強度変化に対し、光強度変化の電圧信号を時間的に連続集録する構成を備え、電圧信号を第一の連絡線27を介して信号処理装置24へ送るようにしている。ここで連続集録する時間は、計測中全ての時間であっても良いし、ある一定期間でも良い。   The signal acquisition device 23 is configured to continuously acquire a voltage signal of the light intensity change with respect to the light intensity change output from the photoelectric converters 7 and 8, and the voltage signal is transmitted via the first connection line 27. To the signal processing device 24. Here, the continuous acquisition time may be all the time during measurement or may be a certain period.

信号処理装置24は、信号集録装置23で集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する構成を備え、連続ウェーブレット変換した信号を第二の連絡線28を介して信号判別装置25へ送るようにしている。ここで連続ウェーブレット変換等の処理は、信号集録装置23の連続集録と同時に行っても良いし、連続集録の後に行っても良い。   The signal processing device 24 has a configuration for processing the voltage signal acquired by the signal acquisition device 23 by continuous wavelet transformation, and sends the signal subjected to continuous wavelet transformation to the signal discrimination device 25 via the second connection line 28. ing. Here, the processing such as continuous wavelet transform may be performed simultaneously with the continuous acquisition of the signal acquisition device 23 or after the continuous acquisition.

信号判別装置25は、信号処理装置24で連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し、且つ閾値を予め設定してAE信号かどうかを判別する構成を備えている。また、ここで言う特定の周波数とは、FBGセンサ部21を含む光ファイバ22の片持ちハリもしくは両持ちハリの共振周波数に相当する周波数に相当している。更に信号判別装置25は、特定の周波数に相当する信号を抽出する処理と、AE信号かどうか判別する処理を別々の構成部分で処理しても良い。更に信号集録装置23、信号処理装置24、信号判別装置25は、1つの装置で構成されても良いし、他の装置を用いても良い。   The signal discriminating device 25 is configured to extract a signal corresponding to a specific frequency from the signal subjected to continuous wavelet transform by the signal processing device 24 and discriminate whether the signal is an AE signal by setting a threshold value in advance. Moreover, the specific frequency said here is corresponded to the frequency corresponded to the resonant frequency of the cantilever of the optical fiber 22 containing the FBG sensor part 21, or both ends. Further, the signal discriminating device 25 may process the process of extracting a signal corresponding to a specific frequency and the process of discriminating whether or not it is an AE signal with separate components. Furthermore, the signal acquisition device 23, the signal processing device 24, and the signal discrimination device 25 may be configured by one device, or other devices may be used.

以下、本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法及び装置で実施する形態例の作用を説明する。   Hereinafter, the operation of the embodiment implemented by the AE measurement method and apparatus using the optical fiber sensor using the broadband light according to the present invention will be described.

AE信号を計測する際には、広帯域光源2から照射された光が、光サーキュレータ3を透過して光ファイバ22のFBGセンサ部21に入射し、FBGセンサ部21から反射した光は光サーキュレータ3で分離される。そして光サーキュレータ3により分離された反射光は、光カプラ4を介して夫々のファブリペローフィルタ5,6に入射し、光電変換器7,8で電気信号に変換され、電気信号が信号集録装置23に時間的に連続集録される。   When measuring the AE signal, the light emitted from the broadband light source 2 passes through the optical circulator 3 and enters the FBG sensor unit 21 of the optical fiber 22, and the light reflected from the FBG sensor unit 21 is the optical circulator 3. Separated by Then, the reflected light separated by the optical circulator 3 enters the respective Fabry-Perot filters 5 and 6 through the optical coupler 4 and is converted into electric signals by the photoelectric converters 7 and 8, and the electric signals are converted into the signal acquisition device 23. Recorded continuously in time.

この時、計測対象Sに外部からの荷重が負荷され、一定以上のひずみを越えるようになると損傷信号を発生するようになる。損傷信号は弾性波として計測対象S内に伝播し、光ファイバ22の計測対象Sに接着された部分から、片持ちハリもしくは両持ちハリ状態であるFBGセンサ部21を含む光ファイバ22(図1では片持ちハリ状態)に伝播する。そして光ファイバ22のFBGセンサ部21を含むハリの縦波共振周波数に対応した、FBGセンサ部21からの反射光強度変化が生じ、光ファイバ22を遡って光サーキュレータ3から光カプラ4を通って、ファブリペローフィルタ5,6を透過し、光電変換器7,8により電気信号に変換され、信号集録装置23、信号処理装置24、信号判別装置25等を用いて計測対象Sの損傷状況を監視することとなる。   At this time, when an external load is applied to the measuring object S and the strain exceeds a certain level, a damage signal is generated. The damage signal propagates in the measurement target S as an elastic wave, and the optical fiber 22 including the FBG sensor unit 21 that is in a cantilevered or double-supported state from the portion of the optical fiber 22 bonded to the measurement target S (FIG. 1). Then it propagates to the cantilevered state. Then, a reflected light intensity change from the FBG sensor unit 21 corresponding to the longitudinal longitudinal resonance frequency of the optical fiber 22 including the FBG sensor unit 21 occurs, and the optical fiber 22 is traced back from the optical circulator 3 through the optical coupler 4. The optical signal passes through the Fabry-Perot filters 5 and 6 and is converted into an electric signal by the photoelectric converters 7 and 8, and the damage state of the measuring object S is monitored using the signal acquisition device 23, the signal processing device 24, the signal discrimination device 25, and the like. Will be.

信号処理装置24では、信号集録装置23からの電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する。連続ウェーブレット変換とは、原時系列信号を時間−周波数−信号強度からなる信号処理であって、ウェーブレット関数により、広い周波数領域において時間領域の情報を失うことなく、特定の周波数成分を求めることができるものである。また本実施の形態例では、片持ちハリもしくは両持ちハリとして取付られたFBGセンサ部21の高感度にする周波数は計測対象により異なり、また、ハリ長さにより周波数がわずかに変化するため、ウェーブレット変換は任意の周波数を解析し得る連続ウェーブレット処理が最適の処理となっている。以下、具体的に連続ウェーブレット変換の定義を説明すると、次式の通りである。

Figure 2012037480


Ψはマザーウェーブレットであり、aがスケール、bがシフトを表す。 ̄は複素共役を示す。χ(t)は時間tに対する連続信号である。また上式は信号χ(t)とウェーブレット基底Ψ((tーb)/a)を時間軸上でコンボリューション(たたみ込み積分)を行うことを示す。更にスケールaは周波数に相当し、シフトbは時間に相当する。WΨχはスケールaシフトbの時の信号強度を表す。
ここでマザーウェーブレットΨは次式に示すガボールウェーブレットを適用している。
Figure 2012037480


また連続ウェーブレット変換は任意のマザーウェーブレットを適用しても良いが、ガボールウェーブレットは周波数局在性が強く、特定の周波数の信号を抽出することに適している。 The signal processing device 24 processes the voltage signal from the signal acquisition device 23 by continuous wavelet transform. Continuous wavelet transform is signal processing consisting of time-frequency-signal intensity for an original time series signal, and a specific frequency component is obtained by a wavelet function without losing time domain information in a wide frequency domain. It can be done. Further, in the present embodiment, the frequency at which the FBG sensor unit 21 attached as a cantilever or a double-sided splinter varies depending on the object to be measured, and the frequency slightly changes depending on the length of the stretch. For the conversion, continuous wavelet processing capable of analyzing an arbitrary frequency is the optimum processing. Hereinafter, the definition of the continuous wavelet transform will be specifically described as follows.
Figure 2012037480


Ψ is a mother wavelet, where a represents a scale and b represents a shift.示 す indicates a complex conjugate. χ (t) is a continuous signal with respect to time t. The above equation indicates that the signal χ (t) and the wavelet basis Ψ ((tb) / a) are convolved (convolution integration) on the time axis. Furthermore, the scale a corresponds to the frequency, and the shift b corresponds to the time. W Ψ χ represents the signal intensity at the scale a shift b.
Here, the Gabor wavelet shown in the following equation is applied to the mother wavelet Ψ.
Figure 2012037480


An arbitrary mother wavelet may be applied to the continuous wavelet transform, but the Gabor wavelet has a strong frequency localization and is suitable for extracting a signal of a specific frequency.

次に信号判別装置25では、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値によりAE信号かどうかを判別し、AE信号を検出する。ここで閾値は、AE信号が発生しない状態での雑音の信号を用いて設定されており、AE信号が発生しない状態とは、測定対象Sの状態変化が生じる前の条件であっても良いし、他の準備段階での状態であっても良い。   Next, the signal discriminating device 25 extracts a signal corresponding to a specific frequency from the signal subjected to the continuous wavelet transform, discriminates whether or not it is an AE signal based on a threshold value, and detects the AE signal. Here, the threshold is set using a noise signal in a state where no AE signal is generated, and the state where the AE signal is not generated may be a condition before the state change of the measurement target S occurs. It may be in a state of other preparation stage.

[試験1]
以下、従来の比較例及び実施の形態例を試験し、電圧信号のみでAE信号と雑音を識別できる場合と、雑音の信号のみが存在する場合と、電圧信号のみでAE信号と雑音を識別できず、連続ウェーブレット処理によってAE信号と雑音を識別できる場合とを夫々取得し、そのデータ及び結果を示す。
[Test 1]
In the following, the conventional comparative example and the embodiment are tested, and the AE signal and noise can be identified only when the voltage signal alone can identify the AE signal and noise, and the voltage signal alone. First, an AE signal and a case where noise can be identified by continuous wavelet processing are acquired, and the data and results are shown.

初めに、従来の比較例を試験し、電圧信号のみでAE信号と雑音を識別できる場合の電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を図2に示す。図2(a)の電圧信号では、所定の位置から電圧値が大きくなり、AE信号が発生していると判断できる。また、この信号を連続ウェーブレット処理した際の図2(b)の振幅では、AE信号に対応する振幅値が大きくなっており、図2(c)の周波数ではAE信号が明瞭になっている。このような信号では連続ウェーブレット変換や信号の連続収録は必要としない。   First, a conventional comparative example is tested, and the voltage signal, amplitude after continuous wavelet processing, and frequency when the AE signal and noise can be distinguished only by the voltage signal are shown in FIG. In the voltage signal of FIG. 2A, the voltage value increases from a predetermined position, and it can be determined that the AE signal is generated. Further, in the amplitude of FIG. 2B when this signal is subjected to continuous wavelet processing, the amplitude value corresponding to the AE signal is large, and the AE signal is clear at the frequency of FIG. Such signals do not require continuous wavelet transform or continuous recording of signals.

次に、雑音の信号のみが存在する場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を図3に示す。図3(a)の電圧信号では、電圧値が一定の範囲内にあり、また、この信号を連続ウェーブレット処理した際の図3(b)の振幅、図3(c)の周波数も一定の範囲内にあり、変化がない。ここで図3の雑音の信号のみが存在する場合を閾値に設定しても良く、図3(b)では、雑音のピークが到達しない振幅値(0.00014)を閾値に設定している。   Next, FIG. 3 shows voltage signals, amplitudes after continuous wavelet processing, and frequencies when only noise signals are present. In the voltage signal of FIG. 3A, the voltage value is within a certain range, and the amplitude of FIG. 3B and the frequency of FIG. 3C when the signal is continuously wavelet processed are also in a certain range. There is no change. Here, the case where only the noise signal of FIG. 3 exists may be set as the threshold value. In FIG. 3B, the amplitude value (0.00014) at which the noise peak does not reach is set as the threshold value.

そして電圧信号のみからAE信号と雑音を識別できず、連続ウェーブレット処理によりAE信号と雑音を識別できる場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を図4に示す。図4(a)の電圧信号では、電圧幅が一定の範囲内にあり、図2のようにAE信号と雑音を明確に識別できない。この信号を連続ウェーブレット処理した際の図4(b)の振幅では、片持ちハリ状態に取付けたFBGセンサ部21の共振周波数に相当する周波数の信号に対応する振幅値が大きくなっており、図4(c)の周波数ではAE信号が明瞭になっている。また電圧信号のみからAE信号と雑音を識別できない場合であっても、図4(b)と図4(c)から連続ウェーブレット処理によりAE信号と雑音を識別することが可能となる。よって雑音レベルが大きな広帯域光源を使用しても振幅の小さなAE信号を識別することが明らかである。   FIG. 4 shows the voltage signal, the amplitude after the continuous wavelet processing, and the frequency when the AE signal and the noise cannot be distinguished from the voltage signal alone and the AE signal and the noise can be identified by the continuous wavelet processing. In the voltage signal of FIG. 4A, the voltage width is within a certain range, and the AE signal and noise cannot be clearly distinguished as shown in FIG. In the amplitude of FIG. 4B when this signal is subjected to continuous wavelet processing, the amplitude value corresponding to the signal of the frequency corresponding to the resonance frequency of the FBG sensor unit 21 attached in the cantilever state is large. The AE signal is clear at a frequency of 4 (c). Even when the AE signal and noise cannot be identified only from the voltage signal, it is possible to identify the AE signal and noise by continuous wavelet processing from FIGS. 4B and 4C. Thus, it is clear that an AE signal having a small amplitude is identified even when a broadband light source having a large noise level is used.

[試験2]
次に、計測対象Sにひずみを発生させた場合において、電圧信号のみ(電圧の生データ)からAE信号を識別したものと、連続ウェーブレット処理を適用したデータから識別したものとを示す。
[Test 2]
Next, when distortion is generated in the measurement object S, an AE signal identified from only a voltage signal (voltage raw data) and an AE signal identified from data to which continuous wavelet processing is applied are shown.

試験の条件では、計測対象Sに負荷をかけてひずみを徐々に与え、計測対象のひずみとAEを同時に計測したものである。また、ひずみの計測は、ひずみゲージを用いている。更に試験では、電圧信号のみからAE信号を識別したもの、及び連続ウェーブレット処理を適用したデータから識別したものについて、夫々、単位時間あたりにAE信号として識別された信号(AE Hits/sec)により記録した。なお900秒以後、ひずみが急速に増加している箇所は、発生ひずみが大きいため、ひずみゲージの抵抗線の断線が生じたことを示す。   In the test conditions, a load is applied to the measurement target S and strain is gradually applied, and the strain and AE of the measurement target are measured simultaneously. In addition, strain gauges are used for strain measurement. Furthermore, in the test, the AE signal identified from only the voltage signal and the one identified from the data to which the continuous wavelet processing is applied are recorded by the signal (AE Hits / sec) identified as the AE signal per unit time. did. It should be noted that the portion where the strain increases rapidly after 900 seconds indicates that the strain gauge resistance wire is broken because the generated strain is large.

その結果、図5に示す如く電圧信号のみからAE信号を識別したものは数点(図5では1点)しか検出できず、連続ウェーブレット処理を適用したデータからAE信号を識別したものは、多くの点を検出した。特に、600から900秒の間でひずみが不連続に変化する時間帯およびその直前に多くのAE信号が測定されており、計測対象の状態変化を捉えたことを示しており、本発明によるAE計測が有効なことを示している。   As a result, as shown in FIG. 5, only a few points (one point in FIG. 5) can be detected by identifying the AE signal only from the voltage signal, and many have identified the AE signal from the data to which continuous wavelet processing is applied. The point was detected. In particular, many AE signals are measured immediately before and just before the time when the distortion changes discontinuously between 600 and 900 seconds, indicating that the state change of the measurement target has been captured. Indicates that the measurement is valid.

このように、実施の形態例によれば、光電変換器7,8から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてAE信号かどうかを判別するので、広帯域光源2から照射される光強度のゆらぎやファブリペローフィルタ5,6の透過率のゆらぎにより雑音レベルが大きい場合であっても、AE信号と雑音を判別してAE信号を適切に計測することができる。またFBGセンサ部21及びファブリペローフィルタ5,6等の構成により雑音レベルが変化して電圧信号に一定の閾値を設定することができない場合であっても、電圧信号を連続ウェーブレット変換することにより、AE信号と雑音を区別することが可能となり、よってAE信号を適切に計測することができる。更に広帯域光源2等を用いると共に、電圧信号を連続ウェーブレット変換して処理するので、一つのFBGセンサ部21に対して一つの波長可変レーザが必要となるような複雑な光学系を不要にすることができる。また高価な波長可変レーザを用いることなく、AE信号を計測するので、費用を低減すると共に、多点計測系の構成や、可変性のある計測装置の構成を可能にし、よってAE信号を適切に計測することができる。   As described above, according to the embodiment, the light intensity change output from the photoelectric converters 7 and 8 is acquired, the acquired voltage signal is processed by the continuous wavelet transform, and specified from the signal subjected to the continuous wavelet transform. Since a signal corresponding to the frequency of λ is extracted and a threshold value is provided to determine whether the signal is an AE signal, the noise level is caused by fluctuations in the light intensity emitted from the broadband light source 2 and fluctuations in the transmittance of the Fabry-Perot filters 5 and 6. Even if it is large, the AE signal and the noise can be discriminated and the AE signal can be appropriately measured. Further, even when the noise level changes due to the configuration of the FBG sensor unit 21 and the Fabry-Perot filters 5 and 6 and a constant threshold value cannot be set for the voltage signal, the voltage signal is continuously wavelet transformed, It becomes possible to distinguish between the AE signal and noise, and thus the AE signal can be appropriately measured. Further, since the broadband light source 2 and the like are used and the voltage signal is processed by continuous wavelet conversion, a complicated optical system that requires one wavelength variable laser for one FBG sensor unit 21 is made unnecessary. Can do. In addition, since the AE signal is measured without using an expensive wavelength tunable laser, the cost can be reduced, and the configuration of a multipoint measurement system and the configuration of a variable measurement device can be made. It can be measured.

実施の形態例において、光電変換器7,8から出力される光強度変化を集録する際には、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録するので、連続集録した全ての時間の信号に対して連続ウェーブレット処理を適用することが可能となり、閾値の設定やAE信号の判別を適切に行うことができる。   In the embodiment, when the light intensity change output from the photoelectric converters 7 and 8 is acquired, the voltage signal corresponding to the light intensity change is continuously acquired in time. Continuous wavelet processing can be applied to the signal, and threshold setting and AE signal discrimination can be performed appropriately.

実施の形態例において、閾値は、AE信号が発生しない状態での信号を用いて、FBGセンサ部21が検出する弾性波の信号強度に設定されており、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際には、閾値を超える信号をAE信号として識別するので、AE信号を適切に計測することができる。また連続ウェーブレット変換された信号のうち特定周波数だけに注目し、特定周波数の振幅値からクライテリア(評価基準)を設定するので、AE信号と雑音の区別を容易にすることができる。   In the embodiment, the threshold is set to the signal strength of the elastic wave detected by the FBG sensor unit 21 using a signal in a state where no AE signal is generated, and a specific frequency is obtained from the signal subjected to continuous wavelet transform. When the signal corresponding to is extracted, the signal exceeding the threshold is identified as the AE signal, so that the AE signal can be appropriately measured. In addition, focusing on only a specific frequency among the signals subjected to continuous wavelet transform and setting criteria (evaluation criteria) from the amplitude value of the specific frequency, it is possible to easily distinguish the AE signal from noise.

なお、本発明の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法及びその装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   Of course, the AE measurement method and apparatus using the optical fiber sensor using the broadband light of the present invention can be variously modified without departing from the gist of the present invention.

2 広帯域光源
3 光サーキュレータ
5 ファブリペローフィルタ
6 ファブリペローフィルタ
7 光電変換器
8 光電変換器
21 FBGセンサ部
22 光ファイバ
23 信号集録装置
24 信号処理装置
25 信号判別装置
2 Broadband light source 3 Optical circulator 5 Fabry-Perot filter 6 Fabry-Perot filter 7 Photoelectric converter 8 Photoelectric converter 21 FBG sensor unit 22 Optical fiber 23 Signal acquisition device 24 Signal processing device 25 Signal discrimination device

Claims (6)

FBGセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該FBGセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、前記FBGセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、該広帯域光源から照射された光を透過して光ファイバのFBGセンサ部に入射させ且つFBGセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器とを備え、
片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバのハリの共振周波数に相当する縦波弾性波を検知するようにした、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法であって、
前記光電変換器から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてAE信号かどうかを判別することを特徴とするAE計測方法。
An optical fiber that is bonded to a measurement target without being bonded to the measurement target and includes the FBG sensor unit and arranged in a cantilevered or double-ended state, and includes the Bragg wavelength of the FBG sensor unit A broadband light source, an optical circulator that transmits the light emitted from the broadband light source, enters the FBG sensor unit of the optical fiber, and separates the light reflected from the FBG sensor unit, and the reflected light separated by the optical circulator includes An incident Fabry-Perot filter; and a photoelectric converter that converts light transmitted through the Fabry-Perot filter into an electrical signal;
An AE measurement method using an optical fiber sensor using broadband light, which detects a longitudinal elastic wave corresponding to the resonance frequency of the optical fiber arranged in a cantilevered or double-ended state,
The light intensity change output from the photoelectric converter is acquired, the acquired voltage signal is processed by continuous wavelet transform, a signal corresponding to a specific frequency is extracted from the signal subjected to continuous wavelet transform, and a threshold is provided. An AE measurement method characterized by determining whether an AE signal or not.
前記光電変換器から出力される光強度変化を集録する際には、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録することを特徴とする請求項1に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法。   2. The light using broadband light according to claim 1, wherein when acquiring a light intensity change output from the photoelectric converter, a voltage signal corresponding to the light intensity change is continuously acquired over time. AE measurement method using fiber sensor. 前記閾値は、AE信号が発生しない状態での信号を用いて、FBGセンサ部が検出する弾性波の信号強度に設定され、
連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際には、前記閾値を超える信号をAE信号として識別することを特徴とする請求項1又は2に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測方法。
The threshold is set to the signal strength of the elastic wave detected by the FBG sensor unit using a signal in a state where no AE signal is generated,
The broadband light according to claim 1 or 2, wherein when a signal corresponding to a specific frequency is extracted from a signal subjected to continuous wavelet transform, a signal exceeding the threshold is identified as an AE signal. AE measurement method using an optical fiber sensor.
FBGセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該FBGセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、
前記FBGセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、
該広帯域光源と、FBGセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してFBGセンサ部に入射させ且つFBGセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、
該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器と、
該光電変換器から出力される光強度変化を集録する信号集録装置と、
該信号集録装置により集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する信号処理装置と、
連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてAE信号かどうかを判別する信号判別装置と、
を備えたことを特徴とする広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測装置。
An optical fiber that is bonded to the measurement target without being bonded to the measurement target and is arranged in a cantilevered or double-ended state in a configuration including the FBG sensor unit;
A broadband light source including the Bragg wavelength of the FBG sensor unit;
An optical circulator disposed between the broadband light source and an optical fiber including the FBG sensor unit, which transmits the light irradiated from the broadband light source, enters the FBG sensor unit, and separates the light reflected from the FBG sensor unit; ,
A Fabry-Perot filter on which the reflected light separated by the optical circulator is incident;
A photoelectric converter that converts the light transmitted through the Fabry-Perot filter into an electrical signal;
A signal acquisition device for acquiring a change in light intensity output from the photoelectric converter;
A signal processing device for processing the voltage signal acquired by the signal acquisition device by continuous wavelet transform;
A signal discriminating device for extracting a signal corresponding to a specific frequency from a signal subjected to continuous wavelet transform and determining whether it is an AE signal by providing a threshold;
An AE measuring apparatus using an optical fiber sensor using broadband light.
前記信号集録装置は、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録するように構成されたことを特徴とする請求項4に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測装置。   5. The AE measurement apparatus using an optical fiber sensor using broadband light according to claim 4, wherein the signal acquisition device is configured to continuously acquire voltage signals corresponding to changes in light intensity in terms of time. 前記信号判別装置は、AE信号が発生しない状態での信号を用いて、FBGセンサ部が検出する弾性波の信号強度に閾値を設定し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際に、前記閾値を超える信号をAE信号として識別するように構成されたことを特徴とする請求項4又は5に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるAE計測装置。   The signal discriminating device sets a threshold value for the signal strength of the elastic wave detected by the FBG sensor unit using the signal in a state where no AE signal is generated, and a signal corresponding to a specific frequency from the signal subjected to continuous wavelet transform 6. The AE measuring apparatus using an optical fiber sensor using broadband light according to claim 4, wherein a signal exceeding the threshold value is identified as an AE signal when the signal is extracted.
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