CN107132276A - 超声波检查系统、超声波检查方法和航空器结构体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波检查系统、超声波检查方法和航空器结构体。目的在于提供一种超声波检查方法，在该方法中，能够不受超声波的接收传感器的接收指向性和用于配置超声波的接收传感器的空间的制约，以更高精度检测超声波。实施方式涉及的超声波检查系统具有超声波传播体和光纤传感器。超声波传播体改变在被检查对象中传播的超声波的行进方向。光纤传感器检测通过所述超声波传播体改变了所述行进方向的所述超声波。

Description

超声波检查系统、超声波检查方法和航空器结构体

技术领域

本发明的实施方式涉及一种超声波检查系统、超声波检查方法和航空器结构体。

背景技术

目前，作为在不破坏航空器等的结构部件的情况下对其进行检查的方法，已知有超声波检查法。另外，作为用于进行超声波检查的传感器，也已知有使用光纤·布拉格·光栅(FBG：Fiber Bragg Grating)传感器的技术(例如参考专利文献1和专利文献2)。若将FBG传感器用作超声波接收用的传感器，则与将超声波振子用作传感器的情况相比，能够提高超声波的检测精度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2005-257289号公报

专利文献2：(日本)特开2006-132952号公报

但是，FBG传感器存在接收指向性。即，FBG传感器只能接收大致向光纤的长度方向行进的超声波。因此，当将FBG传感器用作超声波接收用的传感器时，毋庸置疑从相对于FBG传感器的长度方向垂直的方向传播来的超声波难以以高精度接收，而且从以一定以上的角度倾斜的方向传播来的超声波也难以以高精度接收。

因此，在难以配置多个FBG传感器的情况和难以确保用于配置FBG传感器的空间的情况下，会出现无法使用FBG传感器检测超声波的问题。反过来，即使配置了FBG传感器，也只能检测有限范围内的超声波。

特别是，当超声波检查的对象为外板(面板)(也称外皮)上安装有横梁(翼梁)、小骨(加强肋)以及纵梁(stringer)等加固材料的航空器结构体时，有时会因与多个加固材料和缆线类的干扰而难以确保用于配置FBG传感器的空间。

发明内容

因此，本发明的目的在于，在超声波检查方法中，能够不受超声波的接收传感器的接收指向性和用于配置超声波的接收传感器的空间的制约，以更高精度检测超声波。

本发明的实施方式涉及的超声波检查系统具有超声波传播体和光纤传感器。超声波传播体改变在被检查对象中传播的超声波的行进方向。光纤传感器检测通过所述超声波传播体改变了所述行进方向的所述超声波。

另外，本发明的实施方式涉及的航空器结构体安装有上述超声波检查系统。

另外，本发明的实施方式涉及的超声波检查方法包括以下步骤：通过将超声波传播体设置于被检查对象，改变在所述被检查对象中传播的超声波的行进方向；以及利用光纤传感器检测通过所述超声波传播体改变了所述行进方向的所述超声波。

另外，本发明的实施方式涉及的超声波检查方法包括以下步骤：在被检查对象的表面，以长度方向不平行的朝向配置光纤传感器；以及利用所述光纤传感器检测在所述被检查对象中传播的超声波。

附图说明

图1是本发明第一实施方式涉及的超声波检查系统的构成图；

图2是图1所示的超声波检查系统的主要构成要素的俯视图；

图3是表示在被检查对象的表面以长度方向平行的方式利用现有方法设置FBG传感器，通过FBG传感器检测在被检查对象中沿FBG传感器的长度方向传播的兰姆波所获得的检测信号的图表；

图4是表示在被检查对象的表面以长度方向平行的方式利用现有方法设置FBG传感器，通过FBG传感器检测在被检查对象中沿着与FBG传感器的长度方向垂直的方向传播的兰姆波所获得的检测信号的图表；

图5是表示在被检查对象的表面以长度方向垂直的方式设置FBG传感器，通过FBG传感器检测在被检查对象中沿第一方向传播的兰姆波所获得的检测信号的图表；

图6是表示在被检查对象的表面以长度方向垂直的方式设置FBG传感器，通过FBG传感器检测在被检查对象中沿与第一方向垂直的第二方向传播的兰姆波所获得的检测信号的图表；

图7是表示本发明第一实施方式涉及的超声波检查系统中的超声波传播体的另一结构例的纵截面图；

图8是表示图7所示的超声波传播体的结构的俯视图；

图9是表示本发明第一实施方式涉及的超声波检查系统中的超声波传播体的其他结构例的纵截面图；

图10是表示图9所示的超声波传播体的结构的俯视图；

图11是表示本发明第二实施方式涉及的超声波检查系统所具有的光纤传感器和超声波传播体的构成的纵截面图；

图12是图11所示的超声波检查系统的光纤传感器和超声波传播体的俯视图；

图13是示出表示本发明第三实施方式涉及的超声波检查系统的特征的主要构成要素的构成的主视图；

图14是图13所示的超声波检查系统的主要构成要素的俯视图；

图15是表示第三实施方式涉及的超声波检查系统中的超声波传播体的另一结构例的纵截面图；

图16是表示图15所示的超声波传播体的结构的俯视图；

图17是表示本发明第三实施方式涉及的超声波检查系统中的超声波传播体的其他结构例的纵截面图；

图18是表示图17所示的超声波传播体的结构的俯视图；

图19是表示本发明第四实施方式涉及的超声波检查系统的特征的主要构成要素的构成图。

符号说明

1、1A、1B、1C 超声波检查系统

2 控制系统

2A 输入装置

3 激励器

4、4A、4B、4C、4D、4E、4F 超声波传播体

5 光纤传感器

6 信号处理系统

6A 显示装置

7、7A、7B 薄板

8 媒介

O 被检查对象

O1 纵梁

O2 面板

具体实施方式

下面参考附图，对本发明的实施方式涉及的超声波检查系统、超声波检查方法和航空器结构体进行说明。

(第一实施方式)

(构成及功能)

图1是本发明第一实施方式涉及的超声波检查系统的构成图，图2是图1所示的超声波检查系统的主要构成要素的俯视图。

超声波检查系统1是用于利用超声波对被检查对象O进行非破坏性检查的系统。作为被检查对象O的示例，除航空器外，还可以列举有：构成铁路、航天器、汽车、船舶、风车的叶片等移动体的结构体。当然，建筑物也可作为被检查对象O。

特别是对于要求较高安全性的航空器结构体，定期检查有无损伤非常重要。因此，也可以制造将超声波检查系统1作为部件安装的航空器结构体。即，可以经常将超声波检查系统1安装在航空器结构体上，能够定期用超声波检查系统1检查航空器结构体上有无损伤等缺陷。这种情况下，被检查对象O成为构成航空器结构体的部件。在航空器结构体上，对于用紧固件或粘结剂接合的部件彼此的粘接部分的剥离进行检测尤为重要。

例如，如果将在面板上安装有翼梁、加强肋、纵梁等加固材料的翼结构体作为被检查对象O，则可以将面板自身、面板与加固材料的接合部分作为检测有无损伤和剥离等缺陷的检测对象。图示的示例中，安装有纵梁O1的面板O2成为被检查对象O。

当被检查对象O为安装有纵梁O1的面板O2等航空器结构体时，被检查对象O的材质为玻璃纤维增强塑料(GFRP:Glass fiber reinforced plastics)、碳纤维增强塑料(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)等复合材料或铝、镁等金属。

超声波检查系统1可由控制系统2、激励器3、超声波传播体4、光纤传感器5以及信号处理系统6构成。

控制系统2是用于通过控制激励器3，从激励器3振荡超声波的电路。控制系统2中处理数字信息的构成要素可以由计算机构成。另外，控制系统2可以连接输入装置2A，以使用户能够通过手动进行所需操作。

激励器3是向被检查对象O和超声波传播体4振荡超声波的超声波振子。即，激励器3是将从控制系统2输出的控制信号转换为超声波并发送的压电陶瓷等压电元件。激励器3的配置及数量，可根据检查区域任意决定。图示的示例中，配置有4个激励器3，以将安装有纵梁O1的面板O2的检查区域包围。

超声波传播体4是用于将用作检测在被检查对象O中传播的超声波的传感器的光纤传感器5间接安装在被检查对象O的表面的安装部件。特别是，超声波传播体4具有能够改变在被检查对象O中传播的超声波的行进方向的结构。因此，超声波传播体4兼具使超声波传播的媒介的作用。

光纤传感器5是用于检测在被检查对象O中传播的超声波的传感器。光纤传感器5经由超声波传播体4间接地安装在被检查对象O的表面。因此，光纤传感器5检测通过超声波传播体4改变了行进方向的超声波。

光纤传感器5根据用于检测被检查对象O的内部存在的缺陷的算法，能够检测穿透缺陷的超声波和在缺陷处反射的超声波中的至少一种。即，能够通过光纤传感器5检测穿透缺陷的超声波穿透波和在缺陷处反射的超声波反射波中的一种或两种。

因此，光纤传感器5配置在能够检测在被检查对象O中传播的、来自检查区域的超声波穿透波和超声波反射波中的一种或两种的位置。图示的示例中，在由4个激励器3围成的检查区域的中央，配置有光纤传感器5。

作为光纤传感器5的代表示例，除了FBG传感器外，还可以列举相移FBG(PS-FBG:Phase-shifted FBG)传感器。FBG传感器是通过将由于在被检查对象O中传播的振动所产生的变形(歪)的变化而发生变动的FBG的光穿透特性或光反射特性的变化作为光信号进行检测来检测超声波的传感器。另一方面，PS-FBG是在折射率的周期性变动中导入局部相移的FBG。因此，与使用FBG传感器相比，使用PS-FBG传感器能够飞跃性地提高超声波的检测灵敏度。

FBG传感器和PS-FBG传感器等光纤传感器5，通过光纤长度方向上的微小伸缩所引起的光学特性的变化，将超声波振动引起的变形的变化作为光信号进行检测。因此，在光纤传感器5的长度方向上行进的超声波能够以良好的精度检测，但在与光纤传感器5的长度方向垂直的方向上行进的超声波则难以以良好的精度检测。即，光纤传感器5存在接收指向性。因此，为了使用光纤传感器5检测超声波，将光纤传感器5的光学特性的变化方向即长度方向尽量向超声波的传播方向靠近，才能提高超声波的检测精度。

若利用现有方法使用粘合剂等将光纤传感器5贴附在被检查对象O的表面，则光纤传感器5的长度方向与被检查对象O的表面平行。因此，可用光纤传感器5检测超声波的区域，会成为以光纤传感器5的长度方向为中心展开规定角度的大致扇形的区域。

与此相对，若经由超声波传播体4将光纤传感器5间接地安装在被检查对象O上，则能够以光纤传感器5的长度方向不与被检查对象O的表面平行的朝向将光纤传感器5安装在被检查对象O上。换言之，即使在被检查对象O中传播的超声波是没有在光纤传感器5的长度方向上传播的超声波，通过将超声波传播体4的结构设为适当的结构，也能够将超声波的行进方向改变为光纤传感器5的长度方向。

因此，当难以确保光纤传感器5的设置空间时，能够将光纤传感器5的长度方向配置为任意朝向。即，能够获得具有接收指向性的光纤传感器5的朝向的自由度。

特别是，可以将光纤传感器5的长度方向配置为与被检查对象O的表面垂直。这种情况下，通过将超声波传播体4的结构设为适当的结构，能够用1个光纤传感器5检测从所有方向向光纤传感器5行进的超声波。即，能够通过超声波传播体4，将在被检查对象O中从多个方向向光纤传感器5传播来的超声波的行进方向改变为与光纤传感器5的接收指向性对应的同一方向。

从提高通过光纤传感器5作为超声波的检测信号而获得的光信号的信噪比(SNR:signal-to-noise ratio)和精度的观点出发，作为特别优选的超声波，可以列举兰姆(Lamb)波。兰姆波是在超声波波长的一半以下的薄板上传播的波。因此，优选从激励器3发送兰姆波。

另一方面，即使光纤传感器5，能够在在被检查对象O中传播来的兰姆波的特性得以维持的状态下检测超声波也是重要的。为此，需要将超声波传播体4的结构设为能够在在被检查对象O中传播来的兰姆波的特性得以维持的状态下使超声波引起的振动从被检查对象O向光纤传感器5传播的结构。当兰姆波在板厚相对于波长较厚的块状媒介上传播时，会丧失兰姆波的特性。

因此，如图所示，超声波传播体4可以由用于改变在被检查对象O中传播的兰姆波的行进方向的薄板7构成。特别是，若将薄板7的厚度设为兰姆波波长的1/2以下，则能够在兰姆波的状态下将超声波导向薄板7。由此，即使在光纤传感器5中，也能够检测通过薄板7改变了行进方向的兰姆波。作为具体示例，若是频率为100kHz的兰姆波，则波长为15mm左右。因此，可以将薄板7的板厚设为6mm至7mm左右。

不过，即使将薄板7的厚度设为比兰姆波波长的1/2厚，也能够在兰姆波的特性维持在某种程度的状态下将超声波导向薄板7。即存在以下关系：薄板7的厚度越比兰姆波波长的1/2厚，超声波波形的变化量越大，因此光纤传感器5的超声波检测精度降低。

另一方面，为了确保薄板7的强度，有时也需要将薄板7的厚度设为比兰姆波波长的1/2要厚。因此，若是在能够确保光纤传感器5的超声波检测精度的范围内，则也可以将薄板7的厚度设为比兰姆波波长的1/2厚。也就是说，根据薄板7要求的强度和光纤传感器5的超声波检测精度，可以确定薄板7的厚度以满足这两个条件。具体而言，薄板7的厚度可以确定为比维持光纤传感器5的超声波检测精度所需的厚度薄、比确保强度所需的厚度厚。

只要能够使兰姆波传播，薄板7的材质不限。作为具体示例，可用铝、钛、镁或铁等金属或复合材料构成薄板7。

当用薄板7构成超声波传播体4时，特别是，若如图所示，用内径和外径从被检查对象O侧向光纤传感器5侧依次变小的圆筒状薄板7构成超声波传播体4，则能够改变在被检查对象O中传播来的从360度方向朝向超声波传播体4的兰姆波的行进方向。

另外，若将光纤传感器5侧的圆筒状薄板7的外径和内径设为一定、且将圆筒状薄板7的中心轴设为与被检查对象O的表面垂直，则能够将兰姆波的行进方向改变为与被检查对象O的表面垂直的方向。由此，在光纤传感器5的长度方向配置为与被检查对象O的表面垂直的状态下，能够将在被检查对象O中传播来的兰姆波的行进方向改变为光纤传感器5的长度方向。

作为更优选的具体示例，可以将超声波传播体4的结构设为将形成为纵截面平滑弯曲而成的曲线的、没有棱边的、漏斗上下颠倒的结构。也就是说，可以将超声波传播体4的结构设为无缝结构。这种情况下，若设为超声波传播体4在被检查对象O侧的端部尽量与被检查对象O的表面相接的结构，则不仅是超声波传播体4的内部，而且被检查对象O的表面与超声波传播体4之间也可以避免形成棱边、即曲率不连续变化的部分。因此，能够降低向光纤传感器5传播的兰姆波的衰减量。

如图所示，当将超声波传播体4的结构设为颠倒的漏斗状时，从兰姆波引起的薄板7的振动以适当的朝向向光纤传感器5传播的观点出发，将光纤传感器5配置在圆筒状薄板7的内径较小侧的内部较为实际。换言之，从无论自哪个方向传播来的兰姆波都能用光纤传感器5准确地检测的观点出发，将圆筒状薄板7的内径较小侧的开口端设为用于插入光纤传感器5的插入口较为实用。

这种情况下，光纤传感器5通过兰姆波的媒介8固定在圆筒状薄板7的内面。即，光纤传感器5经由媒介8与薄板7间接地接触。作为用于将光纤传感器5固定在薄板7上的媒介8，可以使用通用的粘合剂。或者，也可以将焊锡用作媒介8。不过，当通过焊接来将光纤传感器5固定在薄板7上时，使用在能够维持光纤传感器5的质量的温度下熔融的低温焊锡较为适宜。

作为其他示例，媒介8也可以由圆柱状刚体的塑料等树脂构成。这种情况下，可以使用强度大于树脂的不锈钢等材料构成的加固管来保护光纤传感器5，通过将受加固管保护的光纤传感器5刺入塑料等刚体的媒介8的方法，将光纤传感器5固定在超声波传播体4上。

需要说明的是，实验证实，即使利用市售的胶带将光纤传感器5贴附在薄板7上，也可以用光纤传感器5检测在薄板7上传播的兰姆波等超声波。因此，也可以在超声波传播体4上用胶带贴附光纤传感器5。例如，若超声波传播体4为图示那样的颠倒的漏斗状的薄板7，则也可以以使光纤传感器5与薄板7的前端的内侧直接接触的状态用胶带贴附在薄板7上。

信号处理系统6是用于根据由光纤传感器5检测出的超声波的检测信号来检测被检查对象O上产生的缺陷的电路。因此，信号处理系统6中，除了将超声波的检测信号从模拟信号转换为数字信号的A/D(analog-to-digital)转换处理外，还设置有进行去噪处理、平均化处理、包络线检波处理、峰值检测处理和阈值处理等缺陷检测所需的信号处理的功能。另外，信号处理系统6具有从控制系统2获取超声波的发送时间和激励器3的识别信息等信号处理所需的信息的功能。

信号处理系统6中处理数字信息的构成要素可以由计算机构成。另外，信号处理系统6可以与显示装置6A连接，以能够显示缺陷的有无和位置等用户所需的信息。

作为缺陷的示例，可以列举：部件内部的龟裂和部件彼此的粘接部分或接合部分的损伤和剥离。另外，如上所述，可以根据穿透被检查对象O的检查对象区域的超声波的检测信号进行缺陷的检测，也可以根据在被检查对象O的检查对象区域反射的超声波的检测信号进行缺陷的检测。

例如，可以从某1个激励器3振荡兰姆波等超声波。当激励器3与超声波传播体4之间存在缺陷时，穿透缺陷的超声波的波形会发生变化。即，当激励器3与超声波传播体4之间存在缺陷时，从激励器3发送的超声波的波形会从不存在缺陷时的超声波的波形发生变化。波形发生变化的超声波的一部分会在超声波传播体4上传播并导向光纤传感器5侧。而且，穿透缺陷的超声波穿透波的波形能够通过光纤传感器5检测。

因此，可以事先将激励器3与超声波传播体4之间不存在缺陷时的超声波的波形作为基准波形记录在信号处理系统6中，通过对实际用光纤传感器5检测出的超声波的波形与基准波形进行比较处理来判定有无缺陷。

超声波的检测波形与基准波形的比较处理，可以设为例如判定波形的峰值位置的位移量是否超过阈值的阈值处理、判定检测波形与基准波形之间的最小平方误差和互相相关系数等的偏离量的指标值是否超过阈值的阈值处理。即，通过对要求的指标进行阈值处理，可以在判定为超声波的检测波形从基准波形发生了变化时，判定在超声波的传播路径上存在缺陷。需要说明的是，从提高精度的观点出发，在波形比较之前，对波形信号实施用于去噪的滤波处理、平均化处理、包络线检波处理等信号处理较为实际。

另一方面，当从激励器3发送的、通过超声波传播体4的下面而在被检查对象O中传播的超声波因缺陷发生反射时，来自缺陷的超声波反射波的一部分在超声波传播体4上传播并导向光纤传感器5侧。而且，在缺陷处反射的超声波反射波的波形能够用光纤传感器5检测。因此，关于超声波反射波，与超声波穿透波相同，也能够通过对不存在缺陷时的基准波形与实际检测出的波形进行比较来检测有无缺陷。

当超声波在缺陷处反射时，本来不存在的峰值会出现在超声波反射波的波形中。因此，当将超声波反射波用于检测缺陷时，也可以根据被检查对象O中的音速、从激励器3中的超声波的振荡时间到光纤传感器5检测到超声波的峰值的时间为止的这段时间，来特定缺陷的位置。

所以，如图所示，如果夹着安装有光纤传感器5的超声波传播体4配置多个激励器3，从多个激励器3依次振荡兰姆波等超声波，则能够检测出哪个激励器3与超声波传播体4之间存在缺陷。另外，也能够检测出哪些激励器3之间存在缺陷。而且，若检测来自缺陷的超声波反射波，则还能够根据超声波反射波的峰值时刻检测出缺陷的大致位置。

这种信号处理系统6中的缺陷的有无和位置的检测结果，可以显示在显示装置6A上并通知用户。

(动作及作用)

下面针对使用了超声波检查系统1的被检查对象O的超声波检查方法进行说明。

首先，在航空器结构体等被检查对象O的表面，安装有激励器3和光纤传感器5。关于光纤传感器5，将图示那样的薄板7等具有可以改变超声波的传播方向的结构的超声波传播体4作为安装部件安装在被检查对象O的表面。

因此，可以检测在被检查对象O中传播的超声波，且能够在被检查对象O的表面上以长度方向不平行的朝向配置光纤传感器5。优选地，在被检查对象O的表面，能够以长度方向垂直的方式配置光纤传感器5。换言之，为了能以要求的朝向配置光纤传感器5，可以在被检查对象O上设置超声波传播体4，用于将超声波的一部分的行进方向改变并导向光纤传感器5。

另一方面，激励器3配置在能够振荡超声波的位置，以能够通过光纤传感器5检测穿透被检查对象O的检查区域的超声波或在检查区域产生的缺陷反射的超声波。例如，如图所示，可以以包围检查区域和光纤传感器5的方式配置多个激励器3。也可以一直安装多个激励器3和光纤传感器5作为被检查对象O的部件，以能够定期进行航空器结构体等被检查对象O的超声波检查。

当进行被检查对象O的超声波检查时，通过输入装置2A的操作，选择振荡超声波的激励器3。需要说明的是，也可以预设振荡超声波的激励器3的顺序，通过输入装置2A的操作开始来自多个激励器3的超声波的间断的振荡。

从激励器3振荡超声波后，振荡的超声波在被检查对象O的检查区域中传播。当在被检查对象O中传播的超声波到达设置在被检查对象O上的超声波传播体4后，在被检查对象O中传播的超声波的一部分在超声波传播体4上传播。另一方面，即使是通过了设置在被检查对象O上的超声波传播体4的超声波，当在被检查对象O的内部存在缺陷时，在缺陷处反射回来的超声波反射波的一部分也会在超声波传播体4中传播。

构成超声波传播体4的薄板7等的结构，是能够改变超声波的行进方向的结构。因此，在被检查对象O中传播的超声波的行进方向由于超声波传播体4而改变。即，在被检查对象O中传播的超声波的行进方向会向光纤传感器5的长度方向改变。其结果，可以利用光纤传感器5检测因超声波传播体4改变了行进方向的超声波。即，实质上在被检查对象O中传播的超声波能够通过光纤传感器5进行检测。

光纤传感器5检测到的超声波的振动波形被转换为光信号，作为超声波的检测信号被输出到信号处理系统6。信号处理系统6执行光信号的A/D转换处理、去噪处理、平均化处理、包络线检波处理和峰值检测处理等信号处理。当执行平均化处理时，从同一激励器3只重复振荡信号的合计次数次超声波。因此，获取平均化处理所需数量的超声波检测信号。

在信号处理系统6中如果能够通过缺陷的检测处理所需的SNR获取超声波的检测信号，则可以执行缺陷的检测处理。当某一激励器3与超声波传播体4之间存在缺陷时，穿透缺陷的超声波的波形会变为受到缺陷影响的波形。另一方面，当激励器3与超声波传播体4之间不存在缺陷时，超声波的波形成为未受到缺陷影响的波形。因此，将未受到缺陷影响的超声波的波形作为基准波形，当检测到具有从基准波形变化的波形的超声波时，可以判定对应的激励器3与超声波传播体4之间存在缺陷。

另外，当超声波在被检查对象O的内部的缺陷处反射时，不存在缺陷时观测不到的峰值会出现在超声波反射波中。因此，通过超声波反射波的峰值检测也可以检测缺陷。而且，根据从超声波反射波中检测到的峰值的时刻，还可以推定缺陷的位置。

如上所述的超声波检查系统1和超声波检查方法，是将用作检测超声波的传感器的光纤传感器5，经由加工为倒漏斗状的薄板7等具有能够改变超声波行进方向的结构的超声波传播体4，安装到被检查对象O上。

(效果)

因此，通过超声波检查系统1和超声波检查方法，能够获得具有接收指向性的光纤传感器5的配置的自由度。其结果，即使在难以确保设置光纤传感器5的空间的情况下，也能改变光纤传感器5的朝向而设置。

另外，能够以光纤传感器5的长度方向不与被检查对象O的表面平行的朝向配置光纤传感器5。因此，在被检查对象O中从多个方向朝向光纤传感器5传播的超声波可以利用共同的光纤传感器5检测。特别是，若以光纤传感器5的长度方向与被检查对象O的表面垂直的朝向配置光纤传感器5，则能够利用共同的光纤传感器5检测从所有方位传播来的超声波。

另外，若用具有适当厚度的薄板7构成超声波传播体4，则还能够利用光纤传感器5检测在被检查对象O中传播的兰姆波。因此，能够以良好的精度检测超声波。

实际上，在由CFRP构成的面板上以长度方向与面板表面垂直的朝向用粘合剂安装FBG传感器进行了实验。之后，与现有的以长度方向与面板表面平行的朝向安装FBG传感器的情况进行了对比。

图3是表示在被检查对象O的表面以长度方向平行的方式用现有方法设置FBG传感器，通过FBG传感器检测在被检查对象O中在FBG传感器的长度方向上传播的兰姆波所获得的检测信号的图表；图4是表示在被检查对象O的表面以长度方向平行的方式利用现有方法设置FBG传感器，通过FBG传感器检测在被检查对象O中在与FBG传感器的长度方向垂直的方向上传播的兰姆波所获得的检测信号的图表。

另一方面，图5是表示在被检查对象O的表面以长度方向垂直的方式配置FBG传感器，通过FBG传感器检测在被检查对象O中在第一方向上传播的兰姆波所获得的检测信号的图表；图6是表示在被检查对象O的表面以长度方向垂直的方式配置FBG传感器，通过FBG传感器检测在被检查对象O中在与第一方向垂直的第二方向上传播的兰姆波所获得的检测信号的图表。

图3～图6中，横轴表示相对时刻，纵轴表示超声波检测信号的相对振幅。需要说明的是，图3和图4中的纵轴的标度，与图5和图6中的纵轴的标度不同。即，图3和图4中的纵轴的相对振幅的范围是±15，而图5和图6中的纵轴的相对振幅的范围是±80。另外，图3～图6所示的超声波检测信号均为执行了去噪处理和平均化处理后所获得的信号，实线表示包络线检波前的信号，单点划线表示包络线检波后的信号。

当在被检查对象O的表面以长度方向平行的方式用现有方法设置FBG传感器时，如图3所示，能够以足够的精度检测在FBG传感器的长度方向上传播的兰姆波。但是，如图4所示，用现有方法设置的FBG传感器无法以足够的精度检测在与FBG传感器的长度方向垂直的方向上传播的兰姆波。

与此相对，当在被检查对象O的表面以长度方向垂直的方式设置FBG传感器时，可知：不仅如图5所示，能够以足够的精度检测在被检查对象O中在第一长度方向上传播的兰姆波，而且如图6所示，还能够以足够的精度检测在被检查对象O中在与第一方向垂直的第二方向上传播的兰姆波。需要说明的是，FBG传感器用粘合剂固定在被检查对象O的表面，将粘合剂以圆锥形状成型。因此可以确认，即使超声波传播体4不是金属等而只是粘合剂，也能够用垂直地安装在被检查对象O的表面上的FBG传感器检测兰姆波。也就是说，可以确认：只用粘合剂作为超声波传播体4亦可。

(第一变形例)

图7是表示本发明第一实施方式涉及的超声波检查系统中的超声波传播体的另一结构例的纵截面图；图8是表示图7所示的超声波传播体的结构的俯视图。

如图7和图8所例示的那样，也可以将超声波传播体4A的结构设为外径和内径逐渐变小的圆锥状的前端与外径和内径一定的圆筒连结而成的结构。即，也可以将超声波传播体4A的结构设为被检查对象O侧部分形成椎体的筒状结构。设为这种结构的话，虽然超声波传播体4A会产生棱边，但弯曲方向只成为周向，故易于制造。需要说明的是，也可以通过对圆锥与圆筒的连结部分实施R倒角来除去棱边。

另外，为了使被检查对象O的表面与超声波传播体4A的圆锥部分平滑地连结，也可以对超声波传播体4A在被检查对象O侧的边缘实施R倒角。

(第二变形例)

图9是表示本发明第一实施方式涉及的超声波检查系统中的超声波传播体的其他结构例的纵截面图；图10是表示图9所示的超声波传播体的结构的俯视图。

如图9和图10所例示的那样，也可以将超声波传播体4B的结构设为外径和内径一定的圆筒结构。这种情况下，超声波传播体4B的结构变得极为简易。因此，可以进一步降低超声波传播体4B的制造成本。

不过，超声波从被检查对象O向构成超声波传播体4B的薄板7的分叉方向会变为直角。因此，从通过使超声波良好地向薄板7传播来提高超声波的检测精度的观点考虑，可以认为优选为如图1和图7所例示的那样，薄板7在被检查对象O侧的端部的板厚方向变为与被检查对象O的表面垂直或近乎垂直的角度。

(第二实施方式)

图11是表示本发明第二实施方式涉及的超声波检查系统所具有的光纤传感器和超声波传播体的构成的纵截面图；图12是图11所示的超声波检查系统的光纤传感器和超声波传播体的俯视图。

图11和图12所示的第二实施方式中的超声波检查系统1A中，超声波传播体4C的结构与第一实施方式中的超声波检查系统1不同。关于第二实施方式中的超声波检查系统1A的其他构成及作用，由于其与第一实施方式中的超声波检查系统1在实质上没有不同，因此仅对表示特征的构成要素进行图示，相同构成或对应的构成附加相同符号并省略说明。

第二实施方式中的超声波检查系统1A的超声波传播体4C，具有内径和外径从被检查对象O侧向光纤传感器5侧逐渐变小的圆筒状薄板7的在内径和外径较小一侧的端部向内侧弯曲的结构。因此，能够将在被检查对象O中传播的兰姆波的行进方向改变为薄板7的弯曲方向。

若这样将超声波传播体4C的结构设为将倒漏斗状圆筒的前端向内侧折回的结构，则能够降低超声波传播体4C的高度。因此，通过第二实施方式，除了与第一实施方式相同的效果外，还可以获得即使是更狭小的空间也能设置光纤传感器5的效果。当然，也可以设为将图7所例示的超声波传播体4A和图9所例示的超声波传播体4B的前端向内侧折回的结构。

(第三实施方式)

图13是示出表示本发明第三实施方式涉及的超声波检查系统的特征的主要构成要素的构成的主视图；图14是图13所示的超声波检查系统的主要构成要素的俯视图。

图13和图14所示的第三实施方式中的超声波检查系统1B中，超声波传播体4D的结构与第一实施方式中的超声波检查系统1不同。关于第三实施方式中的超声波检查系统1B的其他构成及作用，由于其与第一实施方式中的超声波检查系统1在实质上没有不同，因此仅对表示特征的构成要素进行图示，相同构成或对应的构成附加相同符号并省略说明。

第三实施方式中的超声波检查系统1B的超声波传播体4D，由厚度方向相对于被检查对象O的表面的倾斜角度分别变化的多个薄板7A、7B构成。即，各薄板7A、7B以板厚方向从被检查对象O侧向光纤传感器5侧变化的方式弯曲。因此，能够利用多个薄板7A、7B改变在被检查对象O中从多个方向传播来的兰姆波的行进方向。

因此，在第三实施方式中，也能够通过超声波传播体4D，将在被检查对象O中从多个方向传播来的超声波的行进方向改变为与光纤传感器5的接收指向性对应的同一方向。例如，如图13所示，可以将兰姆波的行进方向改变为以与被检查对象O的表面垂直的方式配置的光纤传感器5的长度方向。

需要说明的是，图13和图14所示的示例中，超声波传播体4D构成为能够通过2块薄板7A、7B将从两个方向传播的兰姆波导向光纤传感器5，但也可以构成为能够通过3块以上的薄板7将从三个方向以上的多个方向传播的兰姆波导向光纤传感器5。根据经验可以确认，薄板7的宽度只要为兰姆波波长以上，便能够在维持兰姆波的特性的状态下传播兰姆波。

另外，也可以使薄板7彼此接触，将光纤传感器5通过胶带或粘合剂贴附在任一薄板7上。这种情况下，也可以只让贴附有光纤传感器5的薄板7向光纤传感器5侧突出。

另外，也可以代替使薄板7弯曲，而将平坦的薄板7折弯并使其相对于被检查对象O的表面倾斜。也就是说，也可以用厚度方向相对于被检查对象O的表面分别不垂直的多个薄板7来构成超声波传播体4D。作为具体示例，可以以截面呈倒Y字形的方式构成超声波传播体4D。这种情况下，为了不形成锐利的棱边，也可以在折弯的部分设置R倒角。

(第一变形例)

图15是表示本发明第三实施方式涉及的超声波检查系统中的超声波传播体的另一结构例的纵截面图；图16是表示图15所示的超声波传播体的结构的俯视图。

如图15和图16所例示的那样，作为超声波传播体4E，也可将多个薄板7A、7B按照以光纤传感器5的长度方向为轴而不对称的朝向配置。即，可以使多个薄板7A、7B的各宽度方向朝向要求的方向。由此，可以通过光纤传感器5选择性地检测从特定方向传播来的兰姆波。配置3块以上的薄板7的情况也是一样。

(第二变形例)

图17是表示本发明第三实施方式涉及的超声波检查系统中的超声波传播体的其他结构例的纵截面图；图18是表示图17所示的超声波传播体的结构的俯视图。

如图17和图18所例示的那样，也可以将1块弯曲的薄板7作为超声波传播体4F，用光纤传感器5检测从一个方向传播来的兰姆波。当然，也可以代替使薄板7弯曲，而将平坦的薄板7折弯而构成超声波传播体4F。这种情况下，即使空间狭小，也能以要求的朝向配置用于检测来自一个方向的兰姆波的光纤传感器5。即，即使在以现有方法无法配置光纤传感器5的情况下，也能配置光纤传感器5。

(第四实施方式)

图19是表示本发明第四实施方式涉及的超声波检查系统的特征的主要构成要素的构成图。

图19所示的第四实施方式中的超声波检查系统1C中，超声波传播体4的一部分嵌入被检查对象O中这点与第一实施方式中的超声波检查系统1不同。关于第四实施方式中的超声波检查系统1C的其他构成及作用，由于其与第一实施方式中的超声波检查系统1在实质上没有不同，因此仅对表示特征的主要构成要素进行图示，相同构成或对应的构成附加相同符号并省略说明。

在被检查对象O是复合材料的情况下，在层叠片状的半固化片(プリプレグ)时，可以将构成超声波传播体4的薄板7的端部夹在半固化片之间。即，在半固化片的层叠体上装载薄板7，在薄板7的端部上再层叠半固化片，由此能够将薄板7的端部夹入半固化片之间。之后，若在夹入薄板7的端部的状态下使半固化片的层叠体固化，则能够将由复合材料构成的被检查对象O与由金属或复合材料构成的薄板7一体化。

因此，通过第四实施方式，可以将在被检查对象O的内部传播的兰姆波等超声波良好地传播到薄板7。另外，能够将超声波传播体4牢固地固定在被检查对象O上。所以，特别是在安装了各种部件之后，难以在被检查对象O上安装超声波传播体4的情况下有效。

当然，也可以将具有作为其他实施方式和变形例所例示的结构的薄板7嵌入被检查对象O中。

(其他实施方式)

以上记载了特定的实施方式，但记载的实施方式仅仅是一例，并不用于限定发明的范围。此处记载的新方法及装置，可以通过其他各种方式来实现。另外，此处记载的方法及装置的方式中，在不脱离发明要旨的范围内，可以进行各种省略、替换及变更。附属的权利要求书及其等同物，均包含各种方式及变形例，作为发明的范围及要旨所包含的要素。

例如，上述各实施方式中，对通过从激励器3振荡超声波来检测被检查对象O的检查区域中的损伤和剥离等缺陷的情况进行了说明，但也可以通过检测在被检查对象O内产生的超声波来检测被检查对象O的检查区域中的损伤等缺陷。作为具体示例，可以通过用光纤传感器5检测在复合材料等的内部发生变形和破坏时放出的声发射(AE:AcousticEmission)来检测被检查对象O的检查区域中的缺陷。

另外，也可以在超声波传播体4的附近配置激励器3，从激励器3向离超声波传播体4较远的方向发送超声波。而且，也可以用光纤传感器5检测在缺陷处反射的超声波反射波。

另外，根据图5和图6所示的评价试验的结果可以确认，即使不通过超声波传播体4、4A、4B、4C、4D、4E、4F，也能用光纤传感器5检测兰姆波。因此，在被检查对象O的表面也可以不经由超声波传播体4、4A、4B、4C、4D、4E、4F，以长度方向不平行的朝向配置光纤传感器5，用光纤传感器5检测在被检查对象O中传播的超声波。

Claims (13)

1.一种超声波检查系统，包括：

超声波传播体，其改变在被检查对象中传播的超声波的行进方向；以及

光纤传感器，其检测通过所述超声波传播体改变了所述行进方向的所述超声波。

2.根据权利要求1所述的超声波检查系统，其中，

所述超声波传播体是用于改变在所述被检查对象中传播的兰姆波的行进方向的薄板，

所述光纤传感器构成为检测所述行进方向改变后的所述兰姆波。

3.根据权利要求1或2所述的超声波检查系统，其中，所述超声波传播体构成为将在所述被检查对象中从多个方向传播来的超声波的行进方向改变为与所述光纤传感器的接收指向性对应的同一方向。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的超声波检查系统，其中，所述超声波传播体构成为将所述超声波的行进方向改变为所述光纤传感器的长度方向。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的超声波检查系统，其中，所述超声波传播体为内径和外径从所述被检查对象侧向所述光纤传感器侧逐渐变小的圆筒状薄板，且构成为改变在所述被检查对象中传播的兰姆波的行进方向。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的超声波检查系统，其中，所述超声波传播体具有内径和外径从所述被检查对象侧向所述光纤传感器侧逐渐变小的圆筒状薄板的在所述内径和所述外径较小一侧的端部向内侧弯曲的结构，且构成为改变在所述被检查对象中传播的兰姆波的行进方向。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的超声波检查系统，其中，所述超声波传播体为厚度方向分别相对于所述被检查对象的表面不垂直的多个薄板或厚度方向相对于所述被检查对象的表面的倾斜角度分别变化的多个薄板，且构成为能够改变在所述被检查对象中从多个方向传播来的兰姆波的行进方向。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的超声波检查系统，其中，所述光纤传感器以所述光纤传感器的长度方向不与所述被检查对象的表面平行的朝向，经由所述超声波传播体安装于所述被检查对象。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的超声波检查系统，还具有：

超声波振子，其向所述被检查对象和所述超声波传播体振荡所述超声波；以及

信号处理系统，其根据所述光纤传感器检测到的所述超声波的检测信号，检测所述被检查对象的缺陷。

10.根据权利要求2、5、6或7所述的超声波检查系统，其中，所述薄板的厚度设为所述兰姆波的波长的1/2以下。

11.一种航空器结构体，其安装有根据权利要求1～10中任一项所述的超声波检查系统。

12.一种超声波检查方法，包括以下步骤：

通过将超声波传播体设置于被检查对象，改变在所述被检查对象中传播的超声波的行进方向；以及

利用光纤传感器检测通过所述超声波传播体改变了所述行进方向的所述超声波。

13.一种超声波检查方法，包括以下步骤：

在被检查对象的表面，以长度方向不平行的朝向配置光纤传感器；以及

利用所述光纤传感器检测在所述被检查对象中传播的超声波。