JP2007240447A - 材料健全性評価装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電超音波発振子4と、圧電超音波発振子4に一端が取り付けられた超音波ガイド光ファイバ2と、被検体5に伝達された超音波の伝搬状況を測定する測定手段とから成る材料健全性評価装置であり、圧電超音波発振子4は、発生した超音波を上記超音波ガイド光ファイバ2に伝達させ、超音波ガイド光ファイバ2は、その一部が健全性評価対象となる被検体5の内部または表面に取り付けられ、超音波は被検体5に伝達するものであり、 測定手段は、超音波の伝搬状況により被検体5中の欠陥の存在の有無を検査可能とする。
【選択図】図1
Description
この圧電超音波発振子は、超音波発振子には圧電素子が用いられているものであり、被検体内部、または表面に取り付けられて用いられるものである(特許文献1参照)。この手段は、圧電超音波発振子に電気信号を与えた場合、圧電効果によりその信号に対応した変位が発生し、圧電素子を取り付けた被検体に超音波が発生する。
この超音波発生手段は、レーザなどを用いて被検体にスポット状の熱源を発生させ、それによって超音波を発生させる手段である(特許文献2参照)。レーザを用いる超音波発生手段では、被検体と非接触で超音波を励起することができるため高温環境下において、かつ被検体の形状に関係なく超音波を発生することができる。
EMATは、電磁誘導を利用して被検体に超音波を発生させるを用いる手段である(特許文献3参照)。
(1)本発明では、光ファイバを超音波ガイド(伝送路)として利用し、圧電素子から発振させた超音波を光ファイバを介して被検体に伝搬させ、また、被検体を伝搬する超音波及びAEを被検体に取り付けた光ファイバに伝搬させる。
本発明の材料健全性評価装置の健全性評価に関する実験例を図11に示す。この実験例では、大きさ300×300mm、厚さ1mmのアルミ板に圧電超音波発振子4と超音波ガイド光ファイバ2を取り付け、圧電超音波発振子4と超音波ガイド光ファイバ2を結ぶ直線上に欠陥がない場合(図11(a))、長さ18mm、幅2mmのスリット19による欠陥(スリット欠陥)を導入した場合(図11(b))の超音波ガイド光ファイバ2の他端に取り付けた圧電超音波センサ(図示せず。)から検出された超音波を比較した。
2 超音波ガイド光ファイバ
3 カップラント
4 圧電超音波発振子
5 被検体
6 信号発生器
7 圧電超音波センサ
8 信号収録装置
9 信号増幅器
10 FBG
11 波長可変レーザ光源
12 材料健全性評価装置
13 光サーキュレータ
14 光電変換器
15 信号収録装置
16 中空容器
17 光ファイバ
18 超音波ガイド光ファイバ取り付具
19 スリット
20 欠陥発生箇所
21 超音波励起レーザ光源
Claims (11)
- 圧電超音波発振子と、該圧電超音波発振子に一端が取り付けられた超音波ガイド光ファイバと、被検体に伝達された超音波の伝搬状況を測定する測定手段とから成る材料健全性評価装置であって、
前記圧電超音波発振子は、発生した超音波を上記超音波ガイド光ファイバに伝達させ、
該超音波ガイド光ファイバは、その一部が健全性評価対象となる被検体の内部または表面に取り付けられ、前記超音波は被検体に伝達するものであり、
前記測定手段は、前記超音波の伝搬状況により被検体中の欠陥の存在の有無を検査可能とすることを特徴とする材料健全性評価装置。 - 前記超音波ガイド光ファイバは、前記した被検体への超音波送信に加えて被検体からの超音波、またはAEを受信する機能を有し、前記被検体を伝搬する超音波、またはAEを超音波ガイド光ファイバに伝搬させ、
前記測定手段は、前記被検体への超音波送信に加えて、被検体の超音波、またはAEの伝搬状況により被検体中の欠陥の存在の有無を検査可能とすることを特徴とする請求項1記載の材料健全性評価装置。 - 前記超音波ガイド光ファイバには、圧電超音波センサが取り付けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の材料健全性評価装置。
- 前記超音波ガイド光ファイバは、その一部にFBGが形成され、該FBGは、前記超音波で生じる反射波長変動を生じさせることを特徴とする請求項1又は2記載の材料健全性評価装置。
- 前記超音波ガイド光ファイバにおけるFBGを設けた領域は、中空容器で囲まれており、該中空容器を密閉するために用いるカップラントを介して、前記被検体を伝搬する超音波及びAEが前記超音波ガイド光ファイバに伝えられることを特徴とする請求項4記載の材料健全性評価装置。
- 前記超音波ガイド光ファイバにおけるFBGが形成された領域が前記被検体と同じ雰囲気内に配置されてブラッグ波長を計測することで、該被検体の置かれた雰囲気温度を測定可能とすること特徴とする請求項4又は5記載の材料健全性評価装置。
- 前記超音波ガイド光ファイバは複数本設けられており、該複数本の超音波ガイド光ファイバは、被検体に複数の異なる方向で被検体に取り付けられ、超音波及びAEの検出の指向性を広げる構成とされており、
前記圧電超音波センサ又は前記FBGは、複数本の超音波ガイド光ファイバにそれぞれ設けられている構成、若しくは複数本の超音波ガイド光ファイバの他端がカップラントにより一つにまとめられて設けられている構成であることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の材料健全性評価装置。 - 前記超音波ガイド光ファイバは、被検体よりも超音波音速の低い材質からなる取付け具に超音波ガイド光ファイバを円形状に取り付けることにより、超音波及びAE検出の指向性を全方位に広げる構成としたことを特徴とする請求項2〜7のいずれかに記載の材料健全性評価装置。
- 前記被検体に取り付けられた複数の超音波ガイド光ファイバは、それぞれAE到達時間を検出し、該AE到達時間差から欠陥発生箇所を標定されることを特徴とする請求項2〜8のいずれかに記載の材料健全性評価装置。
- 前記超音波ガイド光ファイバに加えて、前記被検体に取り付けられる超音波送受信ガイド光ファイバが設けられており、該超音波送受信ガイド光ファイバの超音波伝搬状況を前記測定手段で測定することにより、被検体の健全性を評価することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の材料健全性評価装置。
- 前記超音波は、レーザまたはEMATを超音波励起源として発生させられることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の材料健全性評価装置。
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