JP2017167100A - Monitoring system for structure, and method for monitoring structure - Google Patents

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英彦 黒田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monitoring system for structures with which it is possible to propagating an elastic wave from a relative wide area among outer faces of a structure to an AE sensor and detect a non-steady elastic wave with excellent sensitivity.SOLUTION: A monitoring system for structures detects a non-steady elastic wave occurring in a structure 10 and thereby monitors destruction such as occurrence of a crack in the structure 10. The monitoring system for structures comprises an AE sensor 20 for converting an elastic wave from the structure 10 into an electric signal, and a contact medium 30 made of metal, interposed between the AE sensor 20 and the structure 10, for propagating the elastic wave from the structure 10 to the AE sensor 20. The area of a structure contact face 36 of the contact medium 30 that is in contact with the structure 10 is larger than the area of a sensor contact face 33 that is in contact with the AE sensor 20.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明の実施形態は、構造体の破壊を監視する技術に関する。   Embodiments described herein relate generally to a technique for monitoring the destruction of a structure.

き裂や欠陥等の破壊が構造体に生じると、急速なエネルギの放出によって構造体に非定常的な弾性波が発生する事象、いわゆるアコースティック・エミッション(以下、単に「AE」と記す)が生じることがある。このようなAEによって生じる弾性波、いわゆるAE波(AE wave)を検出し、その波形を解析することにより、構造体におけるき裂等の発生を監視する技術が従来から提案されている。例えば、配管等の疲労による劣化度を監視する監視装置が提案されている。   When a fracture such as a crack or a defect occurs in a structure, a phenomenon in which an unsteady elastic wave is generated in the structure due to rapid energy release, so-called acoustic emission (hereinafter simply referred to as “AE”) occurs. Sometimes. A technique for monitoring the occurrence of a crack or the like in a structure by detecting an elastic wave generated by such AE, a so-called AE wave (AE wave), and analyzing the waveform has been proposed. For example, a monitoring device that monitors the degree of deterioration due to fatigue of piping or the like has been proposed.

特開平10−26613号公報JP-A-10-26613

このような構造体の破壊を監視する監視装置には、通常、構造体からの弾性波を受けて当該弾性波を電気信号に変換するセンサ、いわゆるAEセンサが用いられる。AEセンサは、構造体のうち所望の面に取り付けられる。AEセンサへの弾性波(すなわち音響エネルギ)の伝播を良好にするために、AEセンサと構造体との間には、一般的に、接触媒質(couplant)が設けられる。接触媒質には、例えば、油やグリセリン等の液体や、比較的軟らかい固体等が用いられる。   For such a monitoring device that monitors the destruction of a structure, a sensor that receives an elastic wave from the structure and converts the elastic wave into an electric signal, a so-called AE sensor, is usually used. The AE sensor is attached to a desired surface of the structure. In order to improve the propagation of elastic waves (ie acoustic energy) to the AE sensor, a couplant is generally provided between the AE sensor and the structure. As the contact medium, for example, a liquid such as oil or glycerin, a relatively soft solid, or the like is used.

AEセンサにより検出された弾性波を示す電気信号(以下、AE信号と記す)は、一般的に、増幅回路(いわゆるアンプ)により増幅され、処理装置等により周波数解析が行われて、周波数スペクトルが求められる。微小なき裂等から発生する非定常な弾性波は、微弱なものであるため、周波数スペクトルの変化が小さい。このような場合、周波数スペクトルのうちき裂等に起因する弾性波の周波数を選定すること、すなわちき裂等の検出及びその定量化が困難である。AEセンサには、き裂等に起因する弾性波の周波数帯において高い感度を有することが求められる。   An electrical signal indicating an elastic wave detected by an AE sensor (hereinafter referred to as an AE signal) is generally amplified by an amplifier circuit (so-called amplifier) and subjected to frequency analysis by a processing device or the like, and a frequency spectrum is obtained. Desired. Since the unsteady elastic wave generated from a minute crack or the like is weak, the change in the frequency spectrum is small. In such a case, it is difficult to select the frequency of the elastic wave caused by a crack or the like in the frequency spectrum, that is, to detect and quantify the crack or the like. The AE sensor is required to have high sensitivity in the frequency band of elastic waves caused by cracks and the like.

上述した監視装置の監視対象である構造体は、高温の環境や高放射線の環境に曝される場合がある。例えば、核融合装置の真空容器の内面を構成するユニットは、常時、高温のプラズマに曝されており、ガンマ線や中性子等の放射線に曝される。このようなユニットは、比較的耐食性が高い金属で構成されているものの、水素の同位体(例えば、デューテリウムやトリチウム)が反応したプラズマに曝されて水素脆化が生じて、その表面や内部にき裂や欠陥が生じることがある。   The structure which is the monitoring target of the monitoring device described above may be exposed to a high temperature environment or a high radiation environment. For example, a unit constituting the inner surface of a vacuum vessel of a nuclear fusion apparatus is constantly exposed to high-temperature plasma and exposed to radiation such as gamma rays and neutrons. Such units are composed of metals with relatively high corrosion resistance, but are exposed to plasma reacted with hydrogen isotopes (for example, deuterium and tritium), resulting in hydrogen embrittlement and their surfaces and internals. Cracks and defects may occur.

このような構造体は、例えば、核融合装置の運転中、常時、監視する必要があり、当該構造体の所定の面には、上述した接触媒質を介してAEセンサが結合される。このため、AEセンサも、構造体と同様に、高温や高放射線の環境下に配置される。   Such a structure needs to be constantly monitored, for example, during operation of the fusion device, and an AE sensor is coupled to a predetermined surface of the structure via the contact medium described above. For this reason, the AE sensor is also arranged in an environment of high temperature or high radiation, like the structure.

一般的に市販されているAEセンサは、所定の温度(例えば、300℃)以下でなければ、正常に作動することができない。このような苛酷な環境に耐え得るAEセンサは、一般的なものでなく用途が限られており、特に、弾性波を受ける面(以下、検出面と記す)の寸法が比較的大きなものは、製造が困難である場合が多い。よって、構造体に結合されるAEセンサには、弾性波を受ける検出面の寸法が、比較的小さいものを用いるしかない。   Generally, commercially available AE sensors cannot operate normally unless they are below a predetermined temperature (for example, 300 ° C.). An AE sensor that can withstand such a harsh environment is not general and has limited applications. Particularly, an AE sensor having a relatively large surface for receiving an elastic wave (hereinafter referred to as a detection surface) It is often difficult to manufacture. Therefore, for the AE sensor coupled to the structure, there is no choice but to use a sensor having a relatively small detection surface for receiving the elastic wave.

一方で構造体からの弾性波をAEセンサが比較的高い感度で検出するために、接触媒質は、構造体の外面のうち比較的広い領域から弾性波を受けて、弾性波をAEセンサの検出面に伝播させる必要がある。   On the other hand, in order for the AE sensor to detect the elastic wave from the structure with a relatively high sensitivity, the contact medium receives the elastic wave from a relatively wide area of the outer surface of the structure and detects the elastic wave by the AE sensor. It must be propagated to the surface.

本発明の実施形態は、上記事情に鑑みてなされたものであって、構造体の外面のうち比較的広い領域からの弾性波を、AEセンサに伝播させて、良好な感度で非定常な弾性波を検出可能な構造体用監視システムを提供することを目的とする。   The embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and an elastic wave from a relatively wide region of the outer surface of the structure is propagated to the AE sensor, thereby providing unsteady elasticity with good sensitivity. An object is to provide a structure monitoring system capable of detecting waves.

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の構造体用監視システムは、構造体の破壊を監視する構造体用監視システムであって、前記構造体からの弾性波を電気信号に変換するAEセンサと、当該AEセンサと前記構造体の間に介在して設けられており、且つ当該構造体からの弾性波を当該AEセンサに伝播させる金属製の接触媒質と、を備え、前記接触媒質のうち、前記構造体と接する構造体接触面の面積は、前記AEセンサと接するセンサ接触面の面積に比べて大きいことを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, a structure monitoring system according to an embodiment of the present invention is a structure monitoring system that monitors destruction of a structure, and converts an elastic wave from the structure into an electrical signal. An AE sensor; and a metal contact medium that is interposed between the AE sensor and the structure and propagates an elastic wave from the structure to the AE sensor. Among these, the area of the structure contact surface in contact with the structure is larger than the area of the sensor contact surface in contact with the AE sensor.

また、本発明の実施形態の構造体の監視方法は、構造体の破壊を監視する構造体の監視方法であって、前記構造体からの弾性波を電気信号に変換するAEセンサと当該構造体の間に介在して設けられており且つ当該構造体からの弾性波を当該AEセンサに伝播させる金属製の接触媒質は、前記構造体と接する構造体接触面の面積が、前記AEセンサと接するセンサ接触面の面積に比べて大きいものであり、前記AEセンサにより検出された弾性波を示す電気信号を取得するステップと、前記AEセンサからの電気信号から非定常な弾性波を示す波形を抽出するステップと、抽出された非定常な弾性波を示す波形の数と振幅に基づいて、前記構造体に生じたき裂の発生数と、当該き裂の寸法のうち、少なくとも一方を推定するステップと、を含むことを特徴とする。   The structure monitoring method according to the embodiment of the present invention is a structure monitoring method for monitoring the destruction of the structure, and an AE sensor that converts an elastic wave from the structure into an electric signal and the structure. The metal contact medium that is provided between the two and that propagates the elastic wave from the structure to the AE sensor has an area of the structure contact surface in contact with the structure in contact with the AE sensor. A step of acquiring an electric signal indicating an elastic wave detected by the AE sensor, and extracting a waveform indicating an unsteady elastic wave from the electric signal from the AE sensor. And estimating at least one of the number of cracks generated in the structure and the size of the crack based on the number and amplitude of the waveforms indicating the extracted unsteady elastic waves; , Including It is characterized in.

本発明の実施形態によれば、AEセンサが受ける弾性波の振幅、いわゆる検出強度を、構造体から構造体接触面に入射する弾性波の強度に比べて増大させることができる。   According to the embodiment of the present invention, the amplitude of the elastic wave received by the AE sensor, that is, the so-called detection intensity, can be increased as compared with the intensity of the elastic wave incident on the structure contact surface from the structure.

第1の実施形態の構造体用監視システムと、監視対象である構造体について説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure monitoring system of the first embodiment and the structure to be monitored. 第1の実施形態の構造体用監視システムを構成するAEセンサの一例について説明する断面図である。It is sectional drawing explaining an example of the AE sensor which comprises the monitoring system for structures of 1st Embodiment. 第1の実施形態の構造体用監視システムを構成する接触媒質の形状とAEセンサとの配置関係を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the arrangement | positioning relationship between the shape of the contact medium which comprises the monitoring system for structures of 1st Embodiment, and an AE sensor. 第1の実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。It is an end view of the axial direction low temperature side of the structure of the first embodiment. 第1の実施形態の構造体監視方法において弾性波を示す波形を抽出する手法を説明するグラフである。It is a graph explaining the method of extracting the waveform which shows an elastic wave in the structure monitoring method of 1st Embodiment. 第2の実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。It is an end elevation of the axial direction low temperature side of the structure of the second embodiment. 第3の実施形態の構造体用監視システムと、監視対象である構造体について説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the monitoring system for structures of 3rd Embodiment, and the structure which is a monitoring object. 第3の実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。It is an end elevation of the axial direction low temperature side of the structure of the third embodiment. 第3の実施形態の構造体監視方法のうち差分処理後の弾性波を示す波形の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the waveform which shows the elastic wave after difference processing among the structure monitoring methods of a 3rd embodiment.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

〔第1の実施形態〕
まず、本実施形態の構造体用監視システムの概略構成と、その監視対象である構造体の一例について図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施形態の構造体用監視システムと、監視対象である構造体の一例について説明する模式図である。当該図面において、構造体については、部分的に縦断面を示している。図2は、本実施形態の構造体用監視システムを構成するAEセンサの一例について説明する断面図である。
[First Embodiment]
First, a schematic configuration of a structure monitoring system according to the present embodiment and an example of a structure to be monitored will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example of a structure monitoring system according to the present embodiment and a structure to be monitored. In the drawing, the structure is partially shown in a longitudinal section. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of an AE sensor constituting the structural body monitoring system of the present embodiment.

(構造体の例)
図1に示すように、本実施形態の構造体10は、一例として、核融合装置においてプラズマを囲む真空容器(図示せず)を構成する部材であり、当該真空容器のうちライナから内側(図に矢印A1で示す)に突出して延びている部材、いわゆるユニットである。なお、構造体は、真空容器を構成するブランケットやダイバータであるものとしても良い。
(Example of structure)
As shown in FIG. 1, the structure 10 of this embodiment is a member which comprises the vacuum vessel (not shown) which surrounds a plasma in a nuclear fusion apparatus as an example, and is inner side from a liner among the said vacuum vessels (FIG. This is a so-called unit that protrudes and extends in the direction of arrow A1. The structure may be a blanket or a diverter that constitutes the vacuum vessel.

当該構造体10は、軸心が所定の方向に延びる略円柱状の外形を有している。構造体10の軸心を図に一点鎖線Aで示す。なお、以下の説明において、一点鎖線Aに沿う方向を「軸方向」と記す。また、当該軸方向に垂直な方向を、「径方向」と記して、その外側を図に矢印R1で示す。   The structure 10 has a substantially cylindrical outer shape whose axis extends in a predetermined direction. The axis of the structure 10 is indicated by a one-dot chain line A in the figure. In the following description, the direction along the alternate long and short dash line A is referred to as “axial direction”. A direction perpendicular to the axial direction is referred to as a “radial direction”, and the outside thereof is indicated by an arrow R1 in the drawing.

構造体10のうち外壁を構成する部分(以下、外壁部と記す)11は、当該構造体10と同軸に略円筒状をなしている。外壁部11の横断面は、略円環状をなしている。外壁部11は、真空容器内にあるプラズマに曝される。   A portion (hereinafter referred to as an outer wall portion) 11 constituting the outer wall of the structure 10 has a substantially cylindrical shape coaxially with the structure 10. The cross section of the outer wall portion 11 has a substantially annular shape. The outer wall portion 11 is exposed to plasma in the vacuum vessel.

特に、外壁部11のうち軸方向の一方側(図1に矢印A1で示す)の端部12は、プラズマからの熱を受けて特に高温となる。軸方向のうち矢印A1で示す一方側を、以下に「高温側」と記し、当該高温側とは反対側を、以下に「低温側」と記す。   In particular, the end 12 on one side of the outer wall 11 in the axial direction (indicated by an arrow A1 in FIG. 1) receives heat from plasma and becomes particularly high in temperature. One side indicated by an arrow A1 in the axial direction is hereinafter referred to as “high temperature side”, and the opposite side to the high temperature side is hereinafter referred to as “low temperature side”.

また、構造体10のうち軸方向高温側の端部12を「高温側端部12」と記す。本実施形態において、高温側端部12は、軸方向高温側を凸とする略半球状をなしている。   Further, the end portion 12 on the axially high temperature side of the structure 10 is referred to as a “high temperature side end portion 12”. In the present embodiment, the high temperature side end portion 12 has a substantially hemispherical shape with the axial high temperature side convex.

一方、構造体10のうち軸方向低温側(矢印A1の反対側)には、軸心Aに垂直な端面(以下、低温側端面と記す)16,17が形成されている。これら低温側端面16,17のうち、径方向内側にある端面16を、特に「内側端面」16と記し、径方向外側にある端面17を、特に「外側端面」と記す。これら内側端面16と外側端面17との間には、構造体10を冷却するための冷却水が流入又は流出する環状の開口が形成されている。   On the other hand, end surfaces perpendicular to the axis A (hereinafter referred to as low temperature side end surfaces) 16 and 17 are formed on the axially low temperature side (opposite side of the arrow A1) of the structure 10. Among these low-temperature side end faces 16 and 17, the end face 16 on the radially inner side is particularly referred to as “inner end face” 16, and the end face 17 on the radially outer side is particularly referred to as “outer end face”. Between the inner end face 16 and the outer end face 17, an annular opening through which cooling water for cooling the structure 10 flows in or out is formed.

構造体10の内部には、当該構造体を冷却するための液体すなわち冷却水が流れる通路(以下、冷却通路と記す)14が形成されている。本実施形態の冷却通路14は、金属製の冷却水配管内に形成された通路である。なお、各図においては、理解を容易にするために、冷却通路14を画定する冷却水配管の断面を省略しており、当該冷却通路14を模式的に示している。   A passage (hereinafter referred to as a cooling passage) 14 through which a liquid for cooling the structure, that is, cooling water flows, is formed inside the structure 10. The cooling passage 14 of the present embodiment is a passage formed in a metal cooling water pipe. In each drawing, for easy understanding, the cross section of the cooling water pipe defining the cooling passage 14 is omitted, and the cooling passage 14 is schematically shown.

冷却通路14は、構造体10の外壁部11に沿って延びている。具体的には、冷却通路14は、外壁部11から径方向内側に所定の間隔をあけて軸方向に延びており、高温側端部12の近傍においては、高温側を凸とするU字状をなしている。構造体10の外部からを通って冷却通路14に流入した冷却水は、高温側端部12の近傍を流れて、再び開口を通って構造体10の外部に流出する。この冷却水の流れにより、構造体10の外壁部11、特に高温側端部12が冷却される。   The cooling passage 14 extends along the outer wall portion 11 of the structure 10. Specifically, the cooling passage 14 extends in the axial direction at a predetermined interval radially inward from the outer wall portion 11, and in the vicinity of the high temperature side end portion 12, a U-shape that protrudes from the high temperature side. I am doing. The cooling water flowing from the outside of the structure 10 into the cooling passage 14 flows in the vicinity of the high temperature side end portion 12 and again flows out of the structure 10 through the opening. Due to the flow of the cooling water, the outer wall portion 11 of the structure 10, particularly the high temperature side end portion 12 is cooled.

構造体10は、金属材料で構成されており、具体的には、比較的耐食性が高い金属であるステンレス鋼で構成されている。このような構造体10を構成するステンレス鋼には、例えば、F82H等の低放射化フェライト鋼が用いられる。   The structure 10 is made of a metal material, and specifically, is made of stainless steel that is a metal having relatively high corrosion resistance. For example, low activation ferritic steel such as F82H is used as the stainless steel constituting the structure 10.

構造体10のうち、特に高温側端部12は、水素の同位体(例えば、デューテリウムやトリチウム)が反応して生じたプラズマに長時間曝されて、水素脆化が生じる。具体的には、水素脆化により、高温側端部12の表面や内部に、き裂13や欠陥が生じる。なお、理解を容易にするために、図1には、き裂13が楕円形の記号で示されている。   Among the structures 10, particularly the high-temperature side end 12 is exposed to plasma generated by the reaction of hydrogen isotopes (for example, deuterium and tritium) for a long time, and hydrogen embrittlement occurs. Specifically, cracks 13 and defects are generated on the surface and inside of the high temperature side end portion 12 due to hydrogen embrittlement. For ease of understanding, the crack 13 is indicated by an elliptic symbol in FIG.

このように構成された構造体10のうち、例えば、高温側端部12においてき裂13や欠陥等が生じて弾性波が発せられると、当該弾性波は、外壁部11と冷却通路14との間にある金属中を主に伝播する。弾性波は、外壁部11や冷却通路14を画定する配管(図示せず)等において反射や散乱を繰り返しながら軸方向低温側(矢印A1の反対側)に伝播する。そしてき裂13等から発せられた弾性波のうち一部は、構造体10の外側端面17に到達する。   In the structure 10 thus configured, for example, when a crack 13 or a defect is generated at the high temperature side end portion 12 and an elastic wave is emitted, the elastic wave is generated between the outer wall portion 11 and the cooling passage 14. Propagates mainly through the metal between them. The elastic wave propagates to the axially low temperature side (the side opposite to the arrow A1) while being repeatedly reflected and scattered in a pipe (not shown) that defines the outer wall portion 11 and the cooling passage 14. A part of the elastic wave emitted from the crack 13 or the like reaches the outer end face 17 of the structure 10.

(構造体用監視システムの概略構成)
このような構造体10を監視対象とする本実施形態の構造体用監視システム1は、構造体10においてき裂13や欠陥から発生する非定常な弾性波、いわゆるAE波を検出して定量化することにより、当該構造体10におけるき裂や欠陥等の破壊(き裂等の発生)を監視するシステム、すなわち構造体10の健全性を監視するシステムである。構造体用監視システム1は、「健全性監視装置」とも称される。
(Schematic structure of structure monitoring system)
The structure monitoring system 1 according to the present embodiment, which targets such a structure 10 as a monitoring object, detects and quantifies unsteady elastic waves generated from cracks 13 and defects in the structure 10, so-called AE waves. By doing this, it is a system that monitors the destruction of the structure 10 such as cracks and defects (occurrence of a crack or the like), that is, a system that monitors the soundness of the structure 10. The structure monitoring system 1 is also referred to as a “health monitoring device”.

構造体用監視システム1は、構造体10からの弾性波を検出面22(図2参照)で受けて当該弾性波を電気信号に変換するAEセンサ20と、構造体10とAEセンサ20との間に介在して設けられており、当該構造体10からの弾性波をAEセンサ20に伝播する接触媒質30とを有している。接触媒質30は、比較的軟らかい金属(いわゆる軟金属)で構成されている。   The structural monitoring system 1 includes an AE sensor 20 that receives an elastic wave from the structural body 10 on a detection surface 22 (see FIG. 2) and converts the elastic wave into an electric signal, and the structural body 10 and the AE sensor 20. The contact medium 30 is provided so as to propagate the elastic wave from the structure 10 to the AE sensor 20. The contact medium 30 is made of a relatively soft metal (so-called soft metal).

また、構造体用監視システム1は、AEセンサ20からの電気信号を増幅する増幅器(amplifier)40と、AEセンサ20により検出され、増幅器40により増幅された弾性波を示す電気信号を取得して処理する装置(以下、単に「処理装置」と記す)50とを有している。本実施形態の処理装置50は、AEセンサ20からの電気信号から非定常な弾性波を示す波形を抽出する機能(以下、波形抽出部と記す)52と、波形抽出部52により抽出された非定常な弾性波の波形の数と振幅(波高値)に基づいて、き裂又は欠陥の発生数と、その寸法のうち少なくとも一方を推定する機能(以下、脆化推定部と記す)54とを有している。   Further, the structure monitoring system 1 acquires an electric signal indicating an elastic wave detected by the AE sensor 20 and amplified by the amplifier 40 and an amplifier 40 that amplifies the electric signal from the AE sensor 20. And a processing device (hereinafter simply referred to as “processing device”) 50. The processing device 50 according to the present embodiment has a function 52 (hereinafter referred to as a waveform extraction unit) 52 that extracts a waveform indicating an unsteady elastic wave from an electrical signal from the AE sensor 20 and a non-extraction that is extracted by the waveform extraction unit 52. Based on the number and amplitude (crest value) of steady elastic wave waveforms, the number of cracks or defects generated and the function of estimating at least one of the dimensions (hereinafter referred to as an embrittlement estimation unit) 54 Have.

本実施形態において、処理装置50は、各種の演算を実行可能なプロセッサ(図示せず)及び各種の定数を格納可能なメモリ(図示せず)を有している。処理装置50は、一般的なコンピュータにより実現することができる。なお、処理装置50は、各種の機能ごとに複数の電気回路(処理回路)や複数の計算機を用いて構成されるものとしても良い。処理装置50が有する各種の機能については、後述する。   In the present embodiment, the processing device 50 includes a processor (not shown) that can execute various operations and a memory (not shown) that can store various constants. The processing device 50 can be realized by a general computer. The processing device 50 may be configured using a plurality of electric circuits (processing circuits) or a plurality of computers for each of various functions. Various functions of the processing device 50 will be described later.

(AEセンサの例)
本実施形態のAEセンサ20の構成について図2及び図3を用いて説明する。図2は、本実施形態の構造体用監視システムを構成するAEセンサの一例を説明する断面図である。図3は、本実施形態の構造体用監視システムを構成する接触媒質の形状とAEセンサとの配置関係を説明する斜視図である。
(Example of AE sensor)
A configuration of the AE sensor 20 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining an example of an AE sensor constituting the structural monitoring system of the present embodiment. FIG. 3 is a perspective view for explaining the positional relationship between the shape of the contact medium and the AE sensor constituting the structure monitoring system of the present embodiment.

本実施形態のAEセンサ20は、圧電方式の検出器であり、弾性波を電気信号に変換する変換素子として、加えられた力を電圧に変換する圧電素子25を有している。圧電素子25は、接触媒質30からの弾性波を受ける検出面22に沿って広がる略板状をなしている。   The AE sensor 20 of this embodiment is a piezoelectric detector, and includes a piezoelectric element 25 that converts an applied force into a voltage as a conversion element that converts an elastic wave into an electric signal. The piezoelectric element 25 has a substantially plate shape extending along the detection surface 22 that receives the elastic wave from the contact medium 30.

圧電素子25は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、LiNbO(ニオブ酸リチウム単結晶)、GaPO(リン酸ガリウム)、AlN(窒化アルミニウム)、LaGaSiO14(ランガサイト)、GaAlSiO等で構成されている。特に、高温、高放射線の苛酷環境下で使用されるものには、LiNbO、AlN、GaAlSiO等により構成された圧電素子が適している。 The piezoelectric element 25 includes PZT (lead zirconate titanate), LiNbO 3 (lithium niobate single crystal), GaPO 4 (gallium phosphate), AlN (aluminum nitride), La 3 Ga 5 SiO 14 (langasite), Ga. 2 Al 2 SiO 7 or the like. In particular, a piezoelectric element composed of LiNbO 3 , AlN, Ga 2 Al 2 SiO 7 or the like is suitable for those used in a severe environment of high temperature and high radiation.

圧電素子25は、電圧を検出するための2つの電極26と電極27との間に挟まれている。これら電極26,27には、金属製のワイヤ、いわゆる信号線24,28がそれぞれ接続されている。信号線24,28は、ケーブル44内に収容されてAEセンサ20外に延びている。信号線24,28を含むケーブル44は、増幅器40(図1参照)に電気的に接続されている。なお、ケーブル44には、一般的な同軸ケーブルや、耐熱性等に優れた、いわゆるMIケーブルを用いることができる。   The piezoelectric element 25 is sandwiched between two electrodes 26 and 27 for detecting a voltage. These electrodes 26 and 27 are connected to metal wires, so-called signal lines 24 and 28, respectively. The signal lines 24 and 28 are accommodated in the cable 44 and extend outside the AE sensor 20. The cable 44 including the signal lines 24 and 28 is electrically connected to the amplifier 40 (see FIG. 1). The cable 44 may be a general coaxial cable or a so-called MI cable excellent in heat resistance.

本実施形態のAEセンサ20において、これら2つの電極26,27のうち接触媒質30側の電極26は、その反対側にある電極27及び圧電素子25に比べて面積が僅かに大きく構成されている。電極26のうち接触媒質30側の面が、弾性波を受ける検出面22となっている。検出面22で受けた弾性波は、電極26を介して圧電素子25に伝播する。圧電素子25は、弾性波の音響エネルギを電気信号すなわち電圧に変換する。当該電気信号は、増幅器40に送出される。   In the AE sensor 20 of the present embodiment, of the two electrodes 26 and 27, the electrode 26 on the contact medium 30 side has a slightly larger area than the electrode 27 and the piezoelectric element 25 on the opposite side. . A surface on the contact medium 30 side of the electrode 26 is a detection surface 22 that receives elastic waves. The elastic wave received by the detection surface 22 propagates to the piezoelectric element 25 through the electrode 26. The piezoelectric element 25 converts acoustic wave acoustic energy into an electrical signal, that is, a voltage. The electrical signal is sent to the amplifier 40.

(接触媒質の例)
図1及び図2に示すように、接触媒質30は、当該構造体10において発生した弾性波を効率的にAEセンサ20に伝播させるための物質である。接触媒質30は、上述した構造体10とAEセンサ20との間に介在して設けられている。接触媒質30は、金属で構成されており、より具体的には、ビッカース硬さ(HV)が、100以下の金属、いわゆる軟金属で構成されている。
(Example of contact medium)
As shown in FIGS. 1 and 2, the contact medium 30 is a substance for efficiently propagating the elastic wave generated in the structure 10 to the AE sensor 20. The contact medium 30 is provided between the structure 10 and the AE sensor 20 described above. The contact medium 30 is made of metal. More specifically, the contact medium 30 is made of a metal having a Vickers hardness (HV) of 100 or less, that is, a so-called soft metal.

このような接触媒質30を構成する金属には、例えば、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)、Ni(ニッケル)がある。なお、接触媒質30は、これら以外の金属でも構成することができ、例えば、比較的融点が低い金属、例えば、In(インジウム)を用いることも好適である。   Examples of the metal constituting the contact medium 30 include Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), and Ni (nickel). Note that the contact medium 30 can also be made of a metal other than these. For example, it is also preferable to use a metal having a relatively low melting point, for example, In (indium).

なお、図2に示すように、接触媒質30のうちAEセンサ20の検出面22と接する面を、以下に「センサ接触面」と記して符号33を付す。また、接触媒質30のうち構造体10(詳細には、外側端面17)と接する面を、以下に「構造体接触面」と記して符号36を付す。   As shown in FIG. 2, a surface of the contact medium 30 that contacts the detection surface 22 of the AE sensor 20 is hereinafter referred to as a “sensor contact surface” and denoted by reference numeral 33. In addition, a surface of the contact medium 30 that contacts the structure 10 (specifically, the outer end surface 17) is hereinafter referred to as a “structure contact surface” and denoted by reference numeral 36.

接触媒質30のうち、構造体接触面36とセンサ接触面33は、ほほ平行に延びている。接触媒質30は、構造体接触面36からセンサ接触面33に向かうに従って、構造体10のうち所定の面(外側端面)17からAEセンサ20に向かう方向(以下、垂線方向と記して、図2に矢印Dで示す)に垂直な断面が小さくなるよう構成されている。   Of the contact medium 30, the structure contact surface 36 and the sensor contact surface 33 extend substantially in parallel. The contact medium 30 moves from the predetermined surface (outer end surface) 17 of the structure 10 toward the AE sensor 20 (hereinafter referred to as a perpendicular direction) as it goes from the structure contact surface 36 to the sensor contact surface 33. The cross section perpendicular to (indicated by arrow D) is configured to be small.

接触媒質30は、図3に示すように、構造体接触面36を下底とし、センサ接触面33を上底とする錐台状をなしている。センサ接触面(上底)33と構造体接触面(下底)36は、図2に矢印Dで示す垂線方向に所定の間隔をあけて、互いに平行に延びている。本実施形態において、接触媒質30は、四角錐台状をなしており、センサ接触面33と構造体接触面36との間に、4つの面(以下、側面と記す)34,34B,35,35Bを有している。詳細には、側面34,34B,35,35Bは、それぞれ、センサ接触面33の外縁33eと構造体接触面36の外縁36eとを接続している。   As shown in FIG. 3, the contact medium 30 has a frustum shape having the structure contact surface 36 as a lower base and the sensor contact surface 33 as an upper base. The sensor contact surface (upper bottom) 33 and the structure contact surface (lower bottom) 36 extend in parallel with each other at a predetermined interval in a perpendicular direction indicated by an arrow D in FIG. In the present embodiment, the contact medium 30 has a quadrangular pyramid shape, and four surfaces (hereinafter referred to as side surfaces) 34, 34 </ b> B, 35, 35 are provided between the sensor contact surface 33 and the structure contact surface 36. 35B. Specifically, the side surfaces 34, 34 </ b> B, 35, 35 </ b> B connect the outer edge 33 e of the sensor contact surface 33 and the outer edge 36 e of the structure contact surface 36, respectively.

本実施形態において、これら側面34,34B,35,35Bのうち、垂線方向と垂直な方向において互いに対向する側面34と側面34Bは、略同一の面積を有している。同様に、互いに対向する側面35と側面35Bは、略同一の面積を有している。   In the present embodiment, among these side surfaces 34, 34B, 35, and 35B, the side surface 34 and the side surface 34B that face each other in the direction perpendicular to the perpendicular direction have substantially the same area. Similarly, the side surface 35 and the side surface 35B facing each other have substantially the same area.

図2及び図3に示すように、接触媒質30の内側において側面34,34B,35,35Bのそれぞれと構造体接触面36がなす角度は、45度を超え且つ90度未満の範囲内にある。換言すれば、接触媒質30の内側において、側面34,34B,35,35Bのそれぞれとセンサ接触面33がなす角度は、90度を超え、且つ135度未満の範囲内にある。なお、図2には、構造体接触面36と側面34がなす角度がφで示されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the angle formed between each of the side surfaces 34, 34 </ b> B, 35, 35 </ b> B and the structure contact surface 36 inside the contact medium 30 is in the range of more than 45 degrees and less than 90 degrees. . In other words, inside the contact medium 30, the angle formed between each of the side surfaces 34, 34 </ b> B, 35, 35 </ b> B and the sensor contact surface 33 is in the range of more than 90 degrees and less than 135 degrees. In FIG. 2, the angle formed by the structure contact surface 36 and the side surface 34 is indicated by φ.

以上のように構成された接触媒質30は、図2に示すように、その構造体接触面36が構造体10に結合される。接触媒質30は、構造体10のうち外側端面17と構造体接触面36との間に隙間が生じないように、溶接やろう付により、又は専用の固定治具を用いることにより固定される。これにより、構造体接触面36には、構造体10からの弾性波が入射する。   As shown in FIG. 2, the structure contact surface 36 of the contact medium 30 configured as described above is coupled to the structure 10. The contact medium 30 is fixed by welding, brazing, or using a dedicated fixing jig so that no gap is generated between the outer end surface 17 and the structure contact surface 36 of the structure 10. Thereby, the elastic wave from the structure 10 is incident on the structure contact surface 36.

また、接触媒質30は、そのセンサ接触面33が、AEセンサ20の検出面22に結合される。本実施形態においては、センサ接触面33は、検出面22と略同一の形状、略同一の面積となるよう構成されている。接触媒質30は、AEセンサ20の検出面22とセンサ接触面33との間に隙間が生じないように、溶接やろう付により、又は専用の固定治具を用いることにより固定される。これにより、検出面22は、構造体10からの弾性波をセンサ接触面33を介して検出することができる。   Further, the contact medium 30 has its sensor contact surface 33 coupled to the detection surface 22 of the AE sensor 20. In the present embodiment, the sensor contact surface 33 is configured to have substantially the same shape and the same area as the detection surface 22. The contact medium 30 is fixed by welding or brazing, or using a dedicated fixing jig so that no gap is generated between the detection surface 22 of the AE sensor 20 and the sensor contact surface 33. Thereby, the detection surface 22 can detect the elastic wave from the structure 10 via the sensor contact surface 33.

このように構成された接触媒質30は、構造体接触面36から入射した弾性波のうち、側面34,34B,35,35Bに到達した弾性波を、当該側面34,34B,35,35Bにおいて反射させて、センサ接触面33に向けて伝播させる。これにより、接触媒質30は、構造体接触面36から入射した弾性波を、センサ接触面33に向けて収束させて、AEセンサ20の検出面22に伝播させることが可能となる。   The contact medium 30 configured as described above reflects the elastic waves that have reached the side surfaces 34, 34B, 35, and 35B among the elastic waves incident from the structure contact surface 36 at the side surfaces 34, 34B, 35, and 35B. And propagate toward the sensor contact surface 33. As a result, the contact medium 30 can cause the elastic wave incident from the structure contact surface 36 to converge toward the sensor contact surface 33 and propagate to the detection surface 22 of the AE sensor 20.

(複数のAEセンサ及び接触媒質の配置、図4)
以上に説明したAEセンサ及び接触媒質は、き裂又は欠陥の発生位置を推定するために、それぞれ複数設けられており、図1及び図4を用いて詳細を説明する。図4は、本実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。図4は、当該構造体に接触媒質を介してAEセンサが結合された態様を示している。
(Arrangement of multiple AE sensors and contact medium, FIG. 4)
A plurality of the AE sensors and the contact medium described above are provided in order to estimate the generation position of a crack or a defect, and the details will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is an end view of the structure of the present embodiment on the low temperature side in the axial direction. FIG. 4 shows a mode in which an AE sensor is coupled to the structure via a contact medium.

上述したAEセンサ20は、対応する接触媒質30と共に、構造体10からの弾性波を検出するための装置(以下、検出装置と記す)6を構成している。本実施形態の構造体用監視システム1は、複数の検出装置6,6Bを有している。すなわち、検出装置6Bは、AEセンサ20と略同一のAEセンサ20Bと、接触媒質30と略同一の接触媒質30Bとを有している。   The AE sensor 20 described above, together with the corresponding contact medium 30, constitutes a device (hereinafter referred to as a detection device) 6 for detecting an elastic wave from the structure 10. The structure monitoring system 1 according to this embodiment includes a plurality of detection devices 6 and 6B. That is, the detection device 6B includes an AE sensor 20B that is substantially the same as the AE sensor 20, and a contact medium 30B that is substantially the same as the contact medium 30.

(AEセンサの弾性波に対する周波数感度特性)
AEセンサ20Bは、最も感度係数が高くなる周波数がAEセンサ20と(実質的に)同一である、すなわちAEセンサ20と弾性波に対する周波数感度特性が略同一である。これらAEセンサ20,20Bには、量産品(市販品)が用いられる。接触媒質30Bは、接触媒質30と寸法、形状及び材料が略同一に構成されている。
(Frequency sensitivity characteristic for elastic wave of AE sensor)
The frequency at which the sensitivity coefficient is highest in the AE sensor 20B is (substantially) the same as that of the AE sensor 20, that is, the frequency sensitivity characteristics with respect to elastic waves are substantially the same. For these AE sensors 20, 20B, mass-produced products (commercial products) are used. The contact medium 30B has substantially the same size, shape, and material as the contact medium 30.

AEセンサ20Bは、接触媒質30Bを介して構造体10に結合されている。すなわち、複数のAEセンサ20,20Bは、それぞれ対応する接触媒質30,30Bを介して、構造体10に結合されている。検出装置6と検出装置6Bは、構造体10に対する配置のみが異なっている。   The AE sensor 20B is coupled to the structure 10 via the contact medium 30B. In other words, the plurality of AE sensors 20 and 20B are coupled to the structure 10 via the corresponding contact media 30 and 30B, respectively. Only the arrangement of the detection device 6 and the detection device 6B with respect to the structure 10 is different.

具体的には、検出装置6,6Bは、図1に示す構造体10の軸方向低温側の端面16,17のうち、冷却通路14より径方向外側(図に矢印R1で示す)にある外側端面17に結合される。   Specifically, the detection devices 6 and 6B are outside of the end surfaces 16 and 17 on the low temperature side in the axial direction of the structure 10 shown in FIG. Coupled to the end face 17.

図1及び図4に示すように、検出装置6B(AEセンサ20B及び接触媒質30B)は、外側端面17のうち、軸心Aを含む内側端面16及び冷却通路14を間に挟んで、検出装置6(AEセンサ20及び接触媒質30)とは反対側に配置されている。すなわち、2つのAEセンサ20,20Bは、それぞれ対応する接触媒質30,30Bと共に、構造体10の軸方向低温側の外側端面17に沿って径方向に対向して配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 4, the detection device 6B (AE sensor 20B and contact medium 30B) includes the inner end surface 16 including the axis A and the cooling passage 14 among the outer end surfaces 17, and the detection device 6B. 6 (AE sensor 20 and contact medium 30) is disposed on the opposite side. That is, the two AE sensors 20 and 20B are arranged to face each other in the radial direction along the outer end surface 17 on the low temperature side in the axial direction of the structure 10 together with the corresponding contact media 30 and 30B.

このように複数のAEセンサ20,20Bを、その位置を異ならせて配置することにより、き裂13や欠陥から放出された弾性波は、タイミングを異ならせてAEセンサ20,20Bに到達する。AEセンサ20,20Bにより検出された弾性波を示す電気信号は、それぞれ増幅器40により増幅される。   By arranging the plurality of AE sensors 20 and 20B at different positions in this way, the elastic waves emitted from the crack 13 and the defects reach the AE sensors 20 and 20B at different timings. The electric signals indicating the elastic waves detected by the AE sensors 20 and 20B are amplified by the amplifier 40, respectively.

本実施形態の増幅器40は、AEセンサ20の圧電素子25からの微弱な電気信号を電気的に増幅すると共に、必要に応じて周波数フィルタリングを行う回路を含んでいる。当該回路は、アナログ回路やデジタル回路で構成することができる。また、当該回路は、プログラマブルロジックデバイス(programmable logic device、以下、PLDと記す)を含んでいるものとしても良い。なお、PLDには、例えば、プログラム可能なゲートアレイ、いわゆるFPGA(field-programmable gate array)を用いることができる。   The amplifier 40 of the present embodiment includes a circuit that amplifies a weak electric signal from the piezoelectric element 25 of the AE sensor 20 and performs frequency filtering as necessary. The circuit can be composed of an analog circuit or a digital circuit. The circuit may include a programmable logic device (hereinafter referred to as PLD). For the PLD, for example, a programmable gate array, so-called FPGA (field-programmable gate array) can be used.

き裂13や欠陥で生じる弾性波の周波数は、一般的に、数kHzから数MHzと言われている。よって、増幅器40における増幅帯域は、概ね数kHzないし数十MHzの広帯域とすることが好ましい。このような帯域を増幅する周波数フィルタリング処理は、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ及びバンドパスフィルタを用いることにより実現することができる。AEセンサ20,20Bからの弾性波を示す電気信号は、増幅器40において所定の増幅帯域が増幅されて、処理装置50に伝送される。   The frequency of the elastic wave generated by the crack 13 or the defect is generally said to be several kHz to several MHz. Therefore, the amplification band in the amplifier 40 is preferably a wide band of approximately several kHz to several tens of MHz. Such frequency filtering processing for amplifying the band can be realized by using a high-pass filter, a low-pass filter, and a band-pass filter. The electric signal indicating the elastic wave from the AE sensors 20 and 20B is amplified by a predetermined amplification band in the amplifier 40 and transmitted to the processing device 50.

(処理装置の処理内容)
処理装置50が有する各種の機能と、その処理内容について図1及び図5を用いて説明する。図5は、本実施形態の構造体監視方法において非定常な弾性波を示す波形を抽出する手法を説明するグラフである。なお、図5には、非定常な弾性波が、複数抽出される態様が示されている。
(Processing contents of processing equipment)
Various functions of the processing device 50 and details of the processing will be described with reference to FIGS. 1 and 5. FIG. 5 is a graph illustrating a method for extracting a waveform indicating an unsteady elastic wave in the structure monitoring method of the present embodiment. FIG. 5 shows a mode in which a plurality of unsteady elastic waves are extracted.

処理装置50の波形抽出部52は、増幅器40からの電気信号を受けて、当該電気信号から弾性波を示す波形を抽出する。波形抽出部52の機能は、アナログ回路やデジタル回路等の処理回路で実現することができる。このような処理回路は、上述したFPGA等のPLDを含んでいるものとしても良い。なお、波形抽出部52の機能は、計算機のソフトウェア処理により実現することもできる。   The waveform extraction unit 52 of the processing device 50 receives the electrical signal from the amplifier 40 and extracts a waveform indicating an elastic wave from the electrical signal. The function of the waveform extraction unit 52 can be realized by a processing circuit such as an analog circuit or a digital circuit. Such a processing circuit may include a PLD such as the above-described FPGA. Note that the function of the waveform extraction unit 52 can also be realized by software processing of a computer.

波形抽出部52は、図5に示すように、AEセンサ20,20Bからの電気信号の波形に所定の閾値T1を設定することにより、非定常な弾性波61,62,63,64,65を抽出する。なお、本実施形態において、AEセンサ20,20Bからの電気信号は、増幅器40において周波数フィルタリング処理が行われているが、波形抽出部52においても、さらに周波数フィルタリング処理を行うものとしても良い。   As shown in FIG. 5, the waveform extraction unit 52 sets non-stationary elastic waves 61, 62, 63, 64, 65 by setting a predetermined threshold T <b> 1 to the waveform of the electrical signal from the AE sensors 20, 20 </ b> B. Extract. In the present embodiment, the electrical signals from the AE sensors 20 and 20B are subjected to frequency filtering processing in the amplifier 40. However, the waveform extraction unit 52 may further perform frequency filtering processing.

処理装置50の脆化推定部54は、波形抽出部52により抽出された非定常な弾性波61,62,63,64,65の波形の数すなわち弾性波の発生数と、当該波形の波高値すなわち弾性波の振幅に基づいて、構造体10に生じたき裂13や欠陥の個数や寸法を推定する。弾性波61,62,63,64,65の個数は、き裂13等の発生数を示しており、弾性波61,62,63,64,65のそれぞれの時間幅は、それぞれ対応するき裂13等の寸法と相関がある。   The embrittlement estimation unit 54 of the processing device 50 includes the number of unsteady elastic waves 61, 62, 63, 64, and 65 extracted by the waveform extraction unit 52, that is, the number of generated elastic waves, and the peak value of the waveform. That is, the number and size of cracks 13 and defects generated in the structure 10 are estimated based on the amplitude of the elastic wave. The number of elastic waves 61, 62, 63, 64, 65 indicates the number of cracks 13 and the like, and the respective time widths of the elastic waves 61, 62, 63, 64, 65 correspond to the corresponding cracks. There is a correlation with the size of 13.

また、本実施形態の構造体10の場合、同一のき裂13又は欠陥から発せられた同一の非定常な弾性波を、配置場所が異なるAEセンサ20,20Bにより、それぞれ検出することにより、脆化推定部54は、構造体10においてき裂13や欠陥が発生した位置(以下、発生位置と記す)を推定する。具体的には、脆化推定部54は、同一のき裂13等からの非定常な弾性波がAEセンサ20により検出されたタイミングと、AEセンサ20Bにより検出されたタイミングとの差(以下、計測時間差と記す)と、構造体を伝播する弾性波の音速に基づいて、き裂13又は欠陥が発生した位置を推定する。   Further, in the case of the structure 10 of the present embodiment, the same unsteady elastic wave emitted from the same crack 13 or defect is detected by the AE sensors 20 and 20B having different arrangement locations, thereby causing brittleness. The estimation estimating unit 54 estimates a position where the crack 13 or a defect is generated in the structure 10 (hereinafter referred to as a generation position). Specifically, the embrittlement estimation unit 54 determines the difference between the timing when the unsteady elastic wave from the same crack 13 and the like is detected by the AE sensor 20 and the timing detected by the AE sensor 20B (hereinafter, Based on the acoustic velocity of the elastic wave propagating through the structure, the position where the crack 13 or the defect has occurred is estimated.

なお、弾性波が時間的に多数重なる場合には、き裂13又は欠陥の発生数や寸法、発生位置を求めることが困難になることがある。これは、き裂13又は欠陥の発生すなわち初期段階ではなく、発生したき裂13等が、さらに大きく進展した場合に相当すると考えられる。   When a large number of elastic waves overlap in time, it may be difficult to determine the number and size of cracks 13 or defects, and the positions where they occur. This is considered to correspond to a case where the crack 13 or the defect is generated, that is, not in the initial stage, but the crack 13 or the like that has progressed further.

以上のように構成された構造体用監視システム1は、図1に示すように、構造体10のうち高温側端部12において発生し、外側端面17に到達した弾性波を、2つの検出装置6,6Bにより検出する。検出装置6において、接触媒質30は、構造体10の外側端面17から受けた弾性波をAEセンサ20の検出面22に伝播させる。接触媒質30は、外側端面17と接する構造体接触面36の面積Sが、検出面22と接するセンサ接触面33の面積Sに比べて大きいものとした。なお、検出装置6Bについても、検出装置6と同様である。 As shown in FIG. 1, the structure monitoring system 1 configured as described above generates elastic waves generated at the high temperature side end 12 of the structure 10 and reaching the outer end surface 17 by using two detection devices. 6,6B is detected. In the detection device 6, the contact medium 30 propagates the elastic wave received from the outer end surface 17 of the structure 10 to the detection surface 22 of the AE sensor 20. In the contact medium 30, the area S L of the structure contact surface 36 in contact with the outer end surface 17 is larger than the area S U of the sensor contact surface 33 in contact with the detection surface 22. The detection device 6B is the same as the detection device 6.

また、本実施形態において、構造体10は、断面が略円形をなして軸心が所定の方向に延びる略円柱状をなしている。構造体10の軸方向低温側の外側端面17には、内側端面16及び冷却通路14を間に挟んで、2つの検出装置6,6BすなわちAEセンサ20,20Bが、径方向に対向して配置されている。AEセンサ20,20Bは、高温側端部12において生じて外壁部11の近傍を伝って外側端面17に伝播した弾性波を、それぞれ接触媒質30,30Bを介して、比較的高い感度で検出することができる。   In the present embodiment, the structure 10 has a substantially cylindrical shape with a substantially circular cross section and an axial center extending in a predetermined direction. Two detection devices 6 and 6B, that is, AE sensors 20 and 20B, are arranged on the outer end surface 17 on the low temperature side in the axial direction of the structure 10 so as to face each other with the inner end surface 16 and the cooling passage 14 therebetween. Has been. The AE sensors 20 and 20B detect elastic waves generated at the high temperature side end portion 12 and propagated in the vicinity of the outer wall portion 11 to the outer end surface 17 with relatively high sensitivity through the contact media 30 and 30B, respectively. be able to.

き裂13又は欠陥から発せられた非定常な弾性波は、同一に構成された2つのAEセンサ20,20Bにより検出され、増幅器40によりそれぞれ電気信号が増幅される。処理装置50の波形抽出部52は、AEセンサ20,20Bのそれぞれについて非定常な弾性波の波形を抽出する。脆化推定部54は、2つのAEセンサ20,20Bの弾性波の波形の数と振幅について平均を算出する。これにより、き裂13や欠陥の発生数と、その寸法をより高い精度で推定することができる。   The unsteady elastic wave emitted from the crack 13 or the defect is detected by the two AE sensors 20 and 20B having the same configuration, and the electric signal is amplified by the amplifier 40, respectively. The waveform extraction unit 52 of the processing device 50 extracts an unsteady elastic wave waveform for each of the AE sensors 20 and 20B. The embrittlement estimation unit 54 calculates the average of the number and amplitude of the elastic wave waveforms of the two AE sensors 20 and 20B. As a result, the number of cracks 13 and defects generated and their dimensions can be estimated with higher accuracy.

また、脆化推定部54は、配置場所が異なる複数(2つ)のAEセンサ20,20Bが、同一のき裂13又は欠陥から発せられた弾性波を検出した計測時間差に基づいて、き裂13等の発生位置を推定することも可能である。   Further, the embrittlement estimation unit 54 determines whether or not a plurality of (two) AE sensors 20 and 20B having different arrangement locations have detected cracks based on the measurement time difference detected by the elastic wave generated from the same crack 13 or defect. It is also possible to estimate the generation position such as 13.

以上に説明したように本実施形態の構造体用監視システム1は、構造体10において発生する非定常的な弾性波を検出することにより、当該構造体10におけるき裂13等の発生を監視するものである。構造体用監視システム1は、構造体10からの弾性波を電気信号に変換するAEセンサ20,20Bと、当該AEセンサ20,20Bと前記構造体10の間に介在して設けられており且つ当該構造体10からの弾性波を当該AEセンサ20,20Bに伝播させる金属製の接触媒質30,30Bとを備える。接触媒質30,30Bのうち、構造体10と接する構造体接触面36の面積は、AEセンサ20(20B)と接するセンサ接触面33の面積に比べて大きいものとした。   As described above, the structure monitoring system 1 according to this embodiment monitors the occurrence of cracks 13 and the like in the structure 10 by detecting unsteady elastic waves generated in the structure 10. Is. The structural monitoring system 1 is provided with AE sensors 20 and 20B for converting elastic waves from the structural body 10 into electrical signals, and interposed between the AE sensors 20 and 20B and the structural body 10. Metal contact media 30 and 30B for propagating elastic waves from the structure 10 to the AE sensors 20 and 20B are provided. Of the contact media 30 and 30B, the area of the structure contact surface 36 in contact with the structure 10 is larger than the area of the sensor contact surface 33 in contact with the AE sensor 20 (20B).

本実施形態の接触媒質30,30Bによれば、AEセンサ20,20Bが受ける弾性波の振幅(いわゆる検出強度)を、構造体10から構造体接触面36に入射する弾性波の強度に比べて増大することができる。すなわちAEセンサ20(20B)の検出面22が受ける弾性波の強度を、構造体接触面36に入射する弾性波の強度の概ねS/S倍にすることができる。これにより、AEセンサ20,20Bは、比較的高い感度で弾性波を検出することができ、き裂13又は欠陥の発生初期段階に生じた弾性波を検出することが可能となる。 According to the contact media 30 and 30B of the present embodiment, the amplitude (so-called detection intensity) of the elastic wave received by the AE sensors 20 and 20B is compared with the intensity of the elastic wave incident on the structure contact surface 36 from the structure 10. Can be increased. That is, the intensity of the elastic wave received by the detection surface 22 of the AE sensor 20 (20B) can be approximately S L / S U times the intensity of the elastic wave incident on the structure contact surface 36. Thereby, the AE sensors 20 and 20B can detect the elastic wave with relatively high sensitivity, and can detect the elastic wave generated in the initial stage of generation of the crack 13 or the defect.

なお、本実施形態の構造体用監視システム1は、構造体10の軸方向低温側の外側端面17において、2つのAEセンサ20,20Bが、それぞれ対応する接触媒質30,30Bと共に、径方向に対向して配置されているものとしたが、本発明に係るAEセンサの配置は、この態様に限定されるものではない。複数のAEセンサと、それぞれ対応する接触媒質は、構造体10のうち比較的低温な面であれば、様々な場所に配置することができる。   In the structural body monitoring system 1 according to the present embodiment, the two AE sensors 20 and 20B are arranged in the radial direction together with the corresponding contact media 30 and 30B on the outer end surface 17 of the structural body 10 on the low temperature side in the axial direction. Although it is assumed that they are arranged to face each other, the arrangement of the AE sensors according to the present invention is not limited to this mode. The plurality of AE sensors and the corresponding contact media can be arranged at various locations on the structure 10 as long as the surfaces are relatively cold.

〔第2の実施形態〕
本実施形態の構造体用監視システムについて、図1及び図6を用いて説明する。図6は、本実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。図6は、当該構造体に接触媒質を介してAEセンサが結合された態様を示している。なお、第1の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
The structure monitoring system of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 6. FIG. 6 is an end view of the structure of this embodiment on the low temperature side in the axial direction. FIG. 6 shows a mode in which an AE sensor is coupled to the structure via a contact medium. In addition, about the structure substantially common to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図6に示すように、本実施形態の構造体10Cには、複数の冷却通路15が形成されており、軸方向低温側の端面18には、これら冷却通路15の開口が複数形成されている。この点で、本実施形態の構造体10Cは、第1の実施形態の構造体10(図4参照)と異なっている。   As shown in FIG. 6, a plurality of cooling passages 15 are formed in the structure 10 </ b> C of the present embodiment, and a plurality of openings of the cooling passages 15 are formed on the end surface 18 on the low temperature side in the axial direction. . In this respect, the structure 10C of the present embodiment is different from the structure 10 of the first embodiment (see FIG. 4).

構造体10Cの端面18には、複数(6つ)のAEセンサ20,20B,20C,20D,20E,20Fが、それぞれ対応する接触媒質30,30B,30C,30D,30E,30Fを介して結合されている。   A plurality (six) of AE sensors 20, 20B, 20C, 20D, 20E, and 20F are coupled to the end surface 18 of the structure 10C through corresponding contact media 30, 30B, 30C, 30D, 30E, and 30F, respectively. Has been.

AEセンサ20C,20D,20E,20Fは、上述したAEセンサ20,20Bと、配置場所を除いて、同一のものである。すなわち、AEセンサ20,20B,20C,20D,20E,20Fは、略同一の周波数感度特性を有している。また、接触媒質30C,30D,30E,30Fは、上述した接触媒質30,30Bと、寸法、形状及び材料が略同一に構成されている。   The AE sensors 20C, 20D, 20E, and 20F are the same as the AE sensors 20 and 20B described above, except for the arrangement location. That is, the AE sensors 20, 20B, 20C, 20D, 20E, and 20F have substantially the same frequency sensitivity characteristics. Further, the contact media 30C, 30D, 30E, and 30F are configured to have substantially the same dimensions, shapes, and materials as the contact media 30 and 30B described above.

各AEセンサ20,20B,20C,20D,20E,20Fは、対応する接触媒質30,30B,30C,30D,30E,30Fと共に、それぞれ検出装置6,6B,6C,6D,6E,6Fを構成している。複数の検出装置6,6B,6C,6D,6E,6Fは、軸心Aを中心とする周方向に配列されており、詳細には、複数の冷却通路15の開口に対して径方向外側に配列されている。検出装置6C,6D,6E,6Fは、上述した検出装置6,6Bと、構造体10Cに対する配置のみが異なっている。   Each AE sensor 20, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F, together with the corresponding contact medium 30, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, constitutes a detection device 6, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, respectively. ing. The plurality of detection devices 6, 6 </ b> B, 6 </ b> C, 6 </ b> D, 6 </ b> E, 6 </ b> F are arranged in the circumferential direction centering on the axis A. It is arranged. The detection devices 6C, 6D, 6E, and 6F differ from the detection devices 6 and 6B described above only in the arrangement with respect to the structure 10C.

構造体10Cにおいて、高温側端部12(図1参照)のうち、例えば、図1及び図6に矢印R1で示す径方向外側にき裂13又は欠陥が発生すると、AEセンサ20,20C,20Dは、き裂13等からの非定常な弾性波を、比較的に早いタイミングで検出することができ、その振幅も比較的大きい。   In the structure 10C, for example, when a crack 13 or a defect occurs on the outer side in the radial direction indicated by the arrow R1 in FIGS. 1 and 6 in the high temperature side end portion 12 (see FIG. 1), the AE sensors 20, 20C, 20D. Can detect an unsteady elastic wave from the crack 13 or the like at a relatively early timing, and its amplitude is also relatively large.

一方、AEセンサ20B,20E,20Fは、き裂13等からの伝播経路が比較的長いため、AEセンサ20,20C,20Dに比べて遅いタイミングで弾性波を検出し、その振幅も小さい。このため、これらAEセンサ20B,20E,20Fにより検出された弾性波の波形に基づいて、き裂13や欠陥の発生数及び寸法を求めると、その誤差が比較的大きくなる可能性がある。   On the other hand, AE sensors 20B, 20E, and 20F detect elastic waves at a later timing than AE sensors 20, 20C, and 20D because their propagation paths from crack 13 and the like are relatively long, and their amplitude is small. For this reason, if the number and size of cracks 13 and defects are determined based on the elastic wave waveforms detected by these AE sensors 20B, 20E, and 20F, the error may be relatively large.

そこで、本実施形態の処理装置50の脆化推定部54(図1参照)は、6つのAEセンサ20,20B,20C,20D,20E,20Fのうち、比較的早いタイミングで弾性波が検出された一部(3つ)のAEセンサ20,20C,20Dの弾性波の波形に基づいて、例えば、平均化処理を行うことにより、き裂13又は欠陥の発生数及び寸法を推定する。なお、比較的遅いタイミングで弾性波を検出した3つのAEセンサ20B,20E,20Fの弾性波の波形は、き裂13又は欠陥の発生数及び寸法の推定に用いられない。   Therefore, the embrittlement estimation unit 54 (see FIG. 1) of the processing apparatus 50 of the present embodiment detects an elastic wave at a relatively early timing among the six AE sensors 20, 20B, 20C, 20D, 20E, and 20F. Based on the waveform of the elastic wave of some (three) AE sensors 20, 20C, 20D, for example, the number and size of cracks 13 or defects are estimated by performing an averaging process. Note that the elastic wave waveforms of the three AE sensors 20B, 20E, and 20F that have detected the elastic wave at a relatively late timing are not used to estimate the number and size of cracks 13 or defects.

本実施形態によれば、比較的振幅が大きい複数のAEセンサ20,20C,20Dが検出した弾性波の波形に基づいて、き裂13又は欠陥の発生数及び寸法の推定が行われるので、単数のAEセンサが検出した弾性波の波形に基づいて推定する場合に比べて高い精度でき裂13等の発生数と、その寸法を推定することができる。   According to the present embodiment, since the number and size of cracks 13 or defects are estimated based on the elastic wave waveforms detected by the plurality of AE sensors 20, 20C, 20D having relatively large amplitudes, The number of occurrences of cracks 13 and the like and the size thereof can be estimated with higher accuracy than in the case of estimation based on the waveform of the elastic wave detected by the AE sensor.

なお、上述した実施形態においては、略同一の周波数感度特性を有する複数のAEセンサ20,20B,20C,20D,20E,20Fを用いて弾性波を検出するものとしたが、本発明に係る複数のAEセンサは、この態様に限定されるものではない。各AEセンサは、周波数感度特性が異なるものとしても良く、以下にその一例について説明する。   In the above-described embodiment, the elastic wave is detected using a plurality of AE sensors 20, 20B, 20C, 20D, 20E, and 20F having substantially the same frequency sensitivity characteristics. However, the AE sensor is not limited to this mode. Each AE sensor may have different frequency sensitivity characteristics, and an example thereof will be described below.

〔第3の実施形態〕
本実施形態の構造体用監視システムについて、図2、図7、図8及び図9を用いて説明する。図7は、本実施形態の構造体用監視システムと、監視対象である構造体について説明する模式図である。図8は、本実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。図9は、本実施形態の構造体監視方法のうち差分処理後の弾性波を示す波形の一例を示すグラフである。なお、第1の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
The structure monitoring system according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 2, 7, 8, and 9. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the structure monitoring system of the present embodiment and the structure to be monitored. FIG. 8 is an end view of the structure of this embodiment on the low temperature side in the axial direction. FIG. 9 is a graph showing an example of a waveform indicating an elastic wave after differential processing in the structure monitoring method of the present embodiment. In addition, about the structure substantially common to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図7及び図8に示すように、本実施形態の構造体用監視システム1Eは、き裂13や欠陥からの非定常な弾性波を検出するために、2つの検出装置8,8Bを有している。検出装置8,8Bは、構造体10に対する配置のみが異なっている。検出装置8Bは、軸心Aが通る内側端面16と冷却通路14を挟んで、検出装置8と径方向に対向している。   As shown in FIGS. 7 and 8, the structural monitoring system 1E of the present embodiment includes two detection devices 8 and 8B for detecting unsteady elastic waves from the crack 13 and the defect. ing. Only the arrangement of the detection devices 8 and 8B with respect to the structure 10 is different. The detection device 8B is opposed to the detection device 8 in the radial direction across the inner end face 16 through which the axis A passes and the cooling passage 14.

検出装置8は、周波数感度特性が異なる複数(2つ)のAEセンサ21,23を有している。すなわちAEセンサ23は、最も感度係数が高くなる周波数が、他のAEセンサ21と異なる。これらAEセンサ21,23は、共通の接触媒質30を介して構造体10に結合されている。   The detection device 8 includes a plurality (two) of AE sensors 21 and 23 having different frequency sensitivity characteristics. In other words, the frequency at which the AE sensor 23 has the highest sensitivity coefficient is different from the other AE sensors 21. These AE sensors 21 and 23 are coupled to the structure 10 through a common contact medium 30.

接触媒質30のセンサ接触面33(図2参照)には、AEセンサ21,23のそれぞれの検出面(図2の符号22を参照)が接している。接触媒質30は、構造体10からの弾性波を、これらAEセンサ21,23の双方に伝播させる。   The sensor contact surface 33 (see FIG. 2) of the contact medium 30 is in contact with the respective detection surfaces (see reference numeral 22 in FIG. 2) of the AE sensors 21 and 23. The contact medium 30 propagates the elastic wave from the structure 10 to both the AE sensors 21 and 23.

一方、検出装置8Bは、検出装置8と同様に、周波数感度特性が異なる2つのAEセンサ21B,23Bを有している。AEセンサ21Bは、AEセンサ21と略同一の周波数感度特性を有している。同様に、AEセンサ23Bは、AEセンサ23と略同一の周波数感度特性を有している。これら周波数感度特性が異なる2つのAEセンサ21B,23Bは、共通の接触媒質30Bを介して構造体10に結合されている。接触媒質30Bは、上述した接触媒質30と寸法、形状及び材料が略同一に構成されている。接触媒質30Bは、構造体10からの弾性波を、これらAEセンサ21B,23Bの双方に伝播させる。   On the other hand, the detection device 8B has two AE sensors 21B and 23B having different frequency sensitivity characteristics, like the detection device 8. The AE sensor 21 </ b> B has substantially the same frequency sensitivity characteristics as the AE sensor 21. Similarly, the AE sensor 23B has substantially the same frequency sensitivity characteristics as the AE sensor 23. The two AE sensors 21B and 23B having different frequency sensitivity characteristics are coupled to the structure 10 via a common contact medium 30B. The contact medium 30B has substantially the same size, shape, and material as the contact medium 30 described above. The contact medium 30B propagates the elastic wave from the structure 10 to both the AE sensors 21B and 23B.

AEセンサ21,21B,23,23Bは、接触媒質30,30Bと共に軸方向低温側の外側端面17に沿って配置されている。AEセンサ21とAEセンサ21Bは、径方向に対向して配置されており、略同一の周波数感度特性(以下、第1の特性と記す)を有する。AEセンサ23とAEセンサ23Bは、径方向に対向して配置されており、略同一の周波数感度特性(以下、第2の特性と記す)を有する。第2の特性は、第1の特性と、最も感度係数が高くなる周波数が異なる。   The AE sensors 21, 21B, 23, and 23B are disposed along the outer end surface 17 on the low temperature side in the axial direction together with the contact media 30 and 30B. The AE sensor 21 and the AE sensor 21B are arranged to face each other in the radial direction, and have substantially the same frequency sensitivity characteristic (hereinafter referred to as a first characteristic). The AE sensor 23 and the AE sensor 23B are arranged to face each other in the radial direction, and have substantially the same frequency sensitivity characteristic (hereinafter referred to as a second characteristic). The second characteristic is different from the first characteristic in the frequency at which the sensitivity coefficient is highest.

本実施形態において、AEセンサ21,21B,23,23Bは、図2に示すAEセンサ20と同様に構成された圧電方式の検出器であり、弾性波を電気信号に変換する圧電素子25(図2参照)を有している。このような圧電方式のAEセンサの場合、圧電素子の寸法、例えば、図2に矢印tで示す厚さに応じて、周波数感度特性が変化する。   In the present embodiment, the AE sensors 21, 21B, 23, and 23B are piezoelectric detectors configured in the same manner as the AE sensor 20 shown in FIG. 2, and a piezoelectric element 25 that converts an elastic wave into an electrical signal (see FIG. 2). In the case of such a piezoelectric AE sensor, the frequency sensitivity characteristic changes according to the dimensions of the piezoelectric element, for example, the thickness indicated by the arrow t in FIG.

最も感度係数が高くなる周波数fと、圧電素子の厚さtとの関係は、以下の式(1)で表すことができる。
f = N / t ・・・(1)
当該式(1)において、Nは、定数である。すなわち、最も感度係数が高くなる周波数fは、圧電素子の厚さtと、ほぼ反比例の関係にある。
The relationship between the frequency f at which the sensitivity coefficient becomes the highest and the thickness t of the piezoelectric element can be expressed by the following equation (1).
f = N / t (1)
In the formula (1), N is a constant. That is, the frequency f at which the sensitivity coefficient is highest has a substantially inversely proportional relationship with the thickness t of the piezoelectric element.

本実施形態においては、AEセンサ21,21BとAEセンサ23,23Bで圧電素子の厚さを異ならせることにより、第1の特性を有するAEセンサ21,21Bと、第2の特性を有するAEセンサ23,23Bとを実現することができる。   In the present embodiment, the AE sensors 21 and 21B and the AE sensors 23 and 23B have different piezoelectric element thicknesses, whereby the AE sensors 21 and 21B having the first characteristics and the AE sensors having the second characteristics. 23, 23B can be realized.

例えば、AEセンサ21とAEセンサ21Bは、外側端面17のうち径方向に対向して配置されており、き裂13からの弾性波の伝播経路の長さは、通常、異なっている。このため、同一の周波数感度特性を有するAEセンサ21,21Bが、同一のき裂13や欠陥から発せられた弾性波をそれぞれ検出した場合、AEセンサ21により検出された弾性波の波形と、当該AEセンサ21と径方向に対向して配置されており、且つ同一の周波数感度特性を有するAEセンサ21Bにより検出された弾性波の波形は、伝播経路の差によって、その振幅が異なる。   For example, the AE sensor 21 and the AE sensor 21B are arranged to face each other in the radial direction on the outer end face 17, and the length of the propagation path of the elastic wave from the crack 13 is usually different. For this reason, when the AE sensors 21 and 21B having the same frequency sensitivity characteristic respectively detect the elastic waves emitted from the same crack 13 or defect, the waveform of the elastic wave detected by the AE sensor 21 and the The amplitude of the waveform of the elastic wave detected by the AE sensor 21 </ b> B, which is arranged to face the AE sensor 21 in the radial direction and has the same frequency sensitivity characteristic, varies depending on the propagation path.

AEセンサ21,21Bは、配置場所を除いて同一に構成されているため、これらAEセンサ21,21Bにより検出されて処理装置50Eが取得した弾性波の波形には、略同一のノイズが含まれている。また、AEセンサ23,23Bにより検出されて処理装置50Eが取得した弾性波の波形についても、AEセンサ21,21Bと同様に、ノイズが含まれている。   Since the AE sensors 21 and 21B have the same configuration except for the arrangement location, the waveforms of the elastic waves detected by the AE sensors 21 and 21B and acquired by the processing device 50E include substantially the same noise. ing. Further, the acoustic wave waveforms detected by the AE sensors 23 and 23B and acquired by the processing device 50E also contain noise, as in the AE sensors 21 and 21B.

このようなノイズには、例えば、増幅器40において電気信号に混入する電気ノイズがある。このようなノイズが比較的大きいと、上述した波形抽出部52Eにおいて、き裂13からの非定常な弾性波の波形を抽出することが困難になり、脆化推定部54Eが当該弾性波の波形の数と波高値に基づいて、き裂13の発生数と、その寸法を判定することが困難になる。   Such noise includes, for example, electrical noise mixed in an electrical signal in the amplifier 40. When such noise is relatively large, it becomes difficult for the above-described waveform extraction unit 52E to extract the unsteady elastic wave waveform from the crack 13, and the embrittlement estimation unit 54E causes the waveform of the elastic wave to be extracted. It is difficult to determine the number of cracks 13 generated and their dimensions based on the number and the crest value.

このようなノイズを極力除去するために、本実施形態の処理装置50Eは、周波数感度特性が略同一に構成された複数(2つ)のAEセンサからの電気信号の波形の差分を算出する処理、いわゆる差分処理を行う機能(以下、差分処理部と記す)56を有している。   In order to remove such noise as much as possible, the processing device 50E according to the present embodiment calculates a difference between waveforms of electric signals from a plurality of (two) AE sensors having substantially the same frequency sensitivity characteristics. , A so-called difference processing function (hereinafter referred to as a difference processing unit) 56 is provided.

差分処理部56は、AEセンサ21,21B,23,23Bのそれぞれにより検出された弾性波を示す電気信号を、増幅器40を介して受ける。差分処理部56は、AEセンサ21からの電気信号の波形と、AEセンサ21Bからの電気信号の波形の差分を算出する。同様に、差分処理部56は、AEセンサ23からの電気信号の波形と、AEセンサ23Bからの電気信号の波形との差分を算出する。   The difference processing unit 56 receives an electrical signal indicating an elastic wave detected by each of the AE sensors 21, 21 </ b> B, 23, and 23 </ b> B via the amplifier 40. The difference processing unit 56 calculates the difference between the waveform of the electrical signal from the AE sensor 21 and the waveform of the electrical signal from the AE sensor 21B. Similarly, the difference processing unit 56 calculates the difference between the waveform of the electrical signal from the AE sensor 23 and the waveform of the electrical signal from the AE sensor 23B.

このような差分処理を差分処理部56が行うことにより、例えば、図9に示すような、ノイズが除去された波形を得ることができる。波形5aと波形5b、波形6aと波形6bおよび波形7aと波形7bは、それぞれ、同一のき裂13等に起因する弾性波の波形である。例えば、波形5aと波形5bとの時間差は、同一のき裂13等からの弾性波が一方のAEセンサ(例えば、AEセンサ21)に到達したタイミングと、配置場所が異なる他方のAEセンサ(例えば、AEセンサ21B)に到達したタイミングとの差、いわゆる計測時間差である。この計測時間差は、弾性波の伝播経路の差分に起因するものである。   When the difference processing unit 56 performs such difference processing, for example, a waveform from which noise is removed can be obtained as shown in FIG. A waveform 5a and a waveform 5b, a waveform 6a and a waveform 6b, and a waveform 7a and a waveform 7b are waveforms of elastic waves caused by the same crack 13 and the like, respectively. For example, the time difference between the waveform 5a and the waveform 5b is that the timing at which the elastic wave from the same crack 13 or the like reaches one AE sensor (for example, the AE sensor 21) and the other AE sensor (for example, the arrangement location is different). , The difference from the timing when the sensor reaches the AE sensor 21B), that is, a so-called measurement time difference. This measurement time difference is due to the difference in the propagation path of the elastic wave.

本実施形態の波形抽出部52Eは、差分処理部56により差分処理が行われた波形、すなわち2つのAEセンサからの電気信号の差分に基づいて、き裂13又は欠陥を示す非定常な弾性波を示す波形を抽出する。本実施形態においては、略同一の周波数感度特性を有しており、外側端面17のうち径方向に対向して配置されているAEセンサ21とAEセンサ21Bとの電気信号の差分に基づいて、非定常な弾性波を示す波形を抽出する。   The waveform extraction unit 52E of the present embodiment is a non-stationary elastic wave indicating a crack 13 or a defect based on the waveform subjected to the difference processing by the difference processing unit 56, that is, the difference between the electrical signals from the two AE sensors. Is extracted. In this embodiment, it has substantially the same frequency sensitivity characteristics, and based on the difference between the electrical signals of the AE sensor 21 and the AE sensor 21B that are arranged to face each other in the radial direction on the outer end face 17, A waveform indicating an unsteady elastic wave is extracted.

加えて、波形抽出部52Eは、AEセンサ23とAEセンサ23Bとの電気信号の差分に基づいて、非定常な弾性波を示す波形を抽出する。なお、AEセンサ21,21BとAEセンサ23,23Bでは、周波数感度特性が異なるため、異なる形状、振幅の波形が抽出される。   In addition, the waveform extraction unit 52E extracts a waveform indicating an unsteady elastic wave based on the difference between the electrical signals of the AE sensor 23 and the AE sensor 23B. Since the frequency sensitivity characteristics are different between the AE sensors 21 and 21B and the AE sensors 23 and 23B, waveforms having different shapes and amplitudes are extracted.

脆化推定部54Eは、このようにして抽出されたAEセンサ21,21Bからの電気信号に基づいて抽出された弾性波の波形と、AEセンサ23,23Bからの電気信号に基づいて抽出された弾性波の波形との少なくとも一方に基づいて、き裂13又は欠陥の発生数と、その寸法を推定する。脆化推定部54Eは、AEセンサ21,21BとAEセンサ23,23Bのうち、比較的振幅が大きい弾性波を検出した一組(2つ)のAEセンサの弾性波の波形に基づいて、き裂13又は欠陥の発生数及び寸法を推定することが好適である。また、比較的早いタイミングで弾性波を検出した一組(2つ)のAEセンサの弾性波の波形に基づいて、き裂13又は欠陥の発生数及び寸法を推定するものとしても良い。   The embrittlement estimation unit 54E is extracted based on the waveform of the elastic wave extracted based on the electrical signals from the AE sensors 21 and 21B thus extracted and the electrical signals from the AE sensors 23 and 23B. Based on at least one of the waveform of the elastic wave, the number of cracks 13 or defects and the size thereof are estimated. The embrittlement estimation unit 54E is based on the elastic wave waveforms of a pair (two) of AE sensors that detect elastic waves having relatively large amplitudes among the AE sensors 21 and 21B and the AE sensors 23 and 23B. It is preferred to estimate the number and size of cracks 13 or defects. Alternatively, the number and size of cracks 13 or defects may be estimated based on the elastic wave waveforms of a pair (two) of AE sensors that detect elastic waves at relatively early timing.

本実施形態によれば、差分処理部56において、略同一の周波数感度特性を有し且つ配置場所のみが異なる複数のAEセンサ(例えば、AEセンサ21とAEセンサ21B、又はAEセンサ23とAEセンサ23B)からの電気信号の差分を算出するものとした。AEセンサにおいて生成され、処理装置50Eが取得する電気信号にノイズが含まれていても、当該ノイズをほぼ除去することができる。   According to the present embodiment, the difference processing unit 56 has a plurality of AE sensors (for example, the AE sensor 21 and the AE sensor 21B, or the AE sensor 23 and the AE sensor, which have substantially the same frequency sensitivity characteristics and differ only in the arrangement location). The difference between the electrical signals from 23B) is calculated. Even if noise is included in the electrical signal generated by the AE sensor and acquired by the processing device 50E, the noise can be substantially removed.

〔他の実施形態〕
上述した各実施形態において、接触媒質30は、構造体接触面36を下底とし、センサ接触面33を上底とし、センサ接触面33と構造体接触面36との間に4つの側面34,34B,35,35Bを有する四角錐台状をなしているものとしたが、本発明に係る接触媒質の形状は、この態様に限定されるものではない。
[Other Embodiments]
In each of the above-described embodiments, the contact medium 30 has the structure contact surface 36 as a lower base, the sensor contact surface 33 as an upper base, and four side surfaces 34, between the sensor contact surface 33 and the structure contact surface 36. Although a quadrangular frustum shape having 34B, 35, and 35B is formed, the shape of the contact medium according to the present invention is not limited to this mode.

本発明に係る接触媒質の形状は、構造体接触面の面積が、センサ接触面の面積に比べて大きいものであれば良い。接触媒質は、例えば、円錐台状をなしているものとしても良い。特に、接触媒質は、楕円錐台状をなしていることが好適である。また、接触媒質の形状は、錐台状に限定されるものではない。接触媒質は、構造体接触面の面積が、センサ接触面の面積に比べて大きいものであれば、様々な形状のものを用いることができる。   The contact medium according to the present invention may have any shape as long as the area of the structure contact surface is larger than the area of the sensor contact surface. The contact medium may have a truncated cone shape, for example. In particular, it is preferable that the contact medium has an elliptic frustum shape. Further, the shape of the contact medium is not limited to the frustum shape. As the contact medium, various shapes can be used as long as the area of the structure contact surface is larger than the area of the sensor contact surface.

また、各実施形態において、AEセンサは、圧電方式の検出器であり、弾性波による力を電気信号(電圧)に変換する圧電素子は、電圧を検出するための2つの電極26,27の間に挟まれているものとしたが、本発明に係るAEセンサは、この態様に限定されるものではない。圧電素子は、接触媒質のセンサ接触面に直接接しており、弾性波を受ける検出面を構成しているものとしても良い。   In each embodiment, the AE sensor is a piezoelectric detector, and the piezoelectric element that converts the force of the elastic wave into an electric signal (voltage) is between the two electrodes 26 and 27 for detecting the voltage. However, the AE sensor according to the present invention is not limited to this mode. The piezoelectric element may be in direct contact with the sensor contact surface of the contact medium and constitute a detection surface that receives elastic waves.

また、本発明に係るAEセンサは、この圧電方式に限定されるものではない。AEセンサには、電磁誘導効果と磁界の相互作用によって音響エネルギを電気信号(電気的振動)に変換する電磁超音波探触子(EMAT:electro-magnetic acoustic transducer)を用いることも好適である。   The AE sensor according to the present invention is not limited to this piezoelectric method. For the AE sensor, it is also preferable to use an electromagnetic ultrasonic transducer (EMAT) that converts acoustic energy into an electric signal (electric vibration) by the interaction between the electromagnetic induction effect and the magnetic field.

また、各実施形態において、構造体10は、金属材料(ステンレス鋼)で構成されているものとしたが、本発明に係る構造体を構成する材料は、この態様に限定されるものではない。構造体は、固体(剛体)であれば良い。構造体は、金属材料に限らず、例えば、コンクリートやセラミックス、又はこれら材料の複合材料で構成されるものとしても良い。   Moreover, in each embodiment, although the structure 10 shall be comprised with the metal material (stainless steel), the material which comprises the structure which concerns on this invention is not limited to this aspect. The structure may be a solid (rigid body). The structure is not limited to a metal material, and may be composed of, for example, concrete, ceramics, or a composite material of these materials.

また、各実施形態において、構造体10は、核融合装置の真空容器を構成する部材であるものとしたが、本発明に係る構造体は、この態様に限定されるものではない。構造体は、核融合プラントのタービンを構成する部材であるものとしても良い。構造体は、原子力プラントの圧力容器や蒸気発生器、蒸気タービンを構成する部材であるものとしても良いし、火力プラントのガスタービンや蒸気タービンを構成する部材であるものとしても良い。   Moreover, in each embodiment, although the structure 10 shall be a member which comprises the vacuum vessel of a nuclear fusion apparatus, the structure which concerns on this invention is not limited to this aspect. A structure is good also as what is a member which comprises the turbine of a nuclear fusion plant. The structure may be a member constituting a pressure vessel, a steam generator, or a steam turbine of a nuclear power plant, or may be a member constituting a gas turbine or a steam turbine of a thermal power plant.

また、本発明に係る構造体は、石油化学プラント、食品や医療品のプラント、上下水道のプラント、鉄鋼プラント、発電プラント、化学プラント、橋梁、道路及び建築物を構成する部材であるものとしても良い。また、構造体は、上述したような静止している部材に限定されるものではなく、飛行機、船舶、自動車等の移動体を構成する部材であるものとしても良い。   Further, the structure according to the present invention may be a member constituting a petrochemical plant, a food and medical product plant, a water and sewage plant, a steel plant, a power plant, a chemical plant, a bridge, a road, and a building. good. Further, the structure is not limited to the stationary member as described above, and may be a member constituting a moving body such as an airplane, a ship, and an automobile.

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1,1E 構造体用監視システム
5a,5b 波形
6,6B,6C,6D,6E,6F 検出装置
6a,6b,7a,7b 波形
8,8B 検出装置
10,10C 構造体
11 外壁部(構造体)
12 高温側端部(構造体、外壁部)
13 き裂(きず)
14,15 冷却通路
16 低温側端面(内側端面)
17 低温側端面(外側端面)
18 低温側端面
20,20B,20C,20D,20E,20F AEセンサ
21,21B AEセンサ
22 検出面(AEセンサ)
23,23B AEセンサ
24 信号線
25 圧電素子
26,27 電極
28 信号線
30,30B,30C,30D,30E,30F 接触媒質
33 センサ接触面(接触媒質)
33e 外縁(接触媒質)
34,34B,35,35B 側面(接触媒質)
36 構造体接触面(接触媒質)
36e 外縁(接触媒質)
40 増幅器
44 ケーブル
50,50E,処理装置
52,52E 波形抽出部(処理装置)
54,54E 脆化推定部(処理装置)
56 差分処理部(処理装置)
61,62,63,64,65 波形(弾性波)
1,1E Monitoring system for structure 5a, 5b Waveform 6, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F Detector 6a, 6b, 7a, 7b Waveform 8, 8B Detector 10, 10C Structure 11 Outer wall (structure)
12 High temperature side end (structure, outer wall)
13 Cracks
14, 15 Cooling passage 16 Low temperature side end face (inner end face)
17 Low temperature side end face (outer end face)
18 Low temperature side end surfaces 20, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F AE sensors 21, 21B AE sensor 22 Detection surface (AE sensor)
23, 23B AE sensor 24 Signal line 25 Piezoelectric element 26, 27 Electrode 28 Signal line 30, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F Contact medium 33 Sensor contact surface (contact medium)
33e outer edge (contact medium)
34, 34B, 35, 35B Side (contact medium)
36 Structure contact surface (contact medium)
36e outer edge (contact medium)
40 Amplifier 44 Cable 50, 50E, Processing device 52, 52E Waveform extraction unit (processing device)
54,54E Embrittlement estimation unit (processing equipment)
56 Difference processing unit (processing device)
61, 62, 63, 64, 65 Waveform (elastic wave)

Claims (15)

構造体の破壊を監視する構造体用監視システムであって、
前記構造体からの弾性波を電気信号に変換するAEセンサと、
当該AEセンサと前記構造体の間に介在して設けられており、且つ当該構造体からの弾性波を当該AEセンサに伝播させる金属製の接触媒質と、
を備え、
前記接触媒質のうち、前記構造体と接する構造体接触面の面積は、前記AEセンサと接するセンサ接触面の面積に比べて大きい
ことを特徴とする構造体用監視システム。
A structure monitoring system for monitoring the destruction of a structure,
An AE sensor that converts an elastic wave from the structure into an electrical signal;
A metal contact medium that is provided between the AE sensor and the structure and propagates an elastic wave from the structure to the AE sensor;
With
The structure monitoring system, wherein an area of a structure contact surface in contact with the structure of the contact medium is larger than an area of a sensor contact surface in contact with the AE sensor.
前記接触媒質は、前記構造体接触面から前記センサ接触面に向かうに従って、当該構造体接触面から前記センサ接触面に向かう方向に垂直な横断面が、小さくなるよう構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の構造体用監視システム。
The contact medium is configured so that a cross section perpendicular to a direction from the structure contact surface to the sensor contact surface becomes smaller as it goes from the structure contact surface to the sensor contact surface. The structure monitoring system according to claim 1.
前記接触媒質は、前記構造体接触面を下底とし、且つ前記センサ接触面を上底とする錐台状をなしている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の構造体用監視システム。
3. The structure according to claim 1, wherein the contact medium has a frustum shape having the structure contact surface as a lower base and the sensor contact surface as an upper base. Monitoring system.
前記接触媒質は、前記構造体接触面と前記センサ接触面との間に、少なくとも一つの側面を有し、
当該接触媒質の内側において、当該側面と当該構造体接触面がなす角度は、45度を超え且つ90度未満の範囲内にある
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
The contact medium has at least one side surface between the structure contact surface and the sensor contact surface;
The angle formed between the side surface and the structure contact surface inside the contact medium is in a range of more than 45 degrees and less than 90 degrees. Monitoring system for structure as described in 1.
前記接触媒質は、ビッカース硬さが100以下の金属で構成されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
The structure monitoring system according to any one of claims 1 to 4, wherein the contact medium is made of a metal having a Vickers hardness of 100 or less.
前記AEセンサにより検出された弾性波を示す電気信号を取得して処理する処理装置をさらに備え、
当該処理装置は、
前記AEセンサからの電気信号から非定常な弾性波を示す波形を抽出し、
抽出された非定常な弾性波を示す波形の数と振幅に基づいて、前記構造体に生じたき裂の発生数と、当該き裂の寸法のうち、少なくとも一方を推定する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
A processing device for acquiring and processing an electrical signal indicating an elastic wave detected by the AE sensor;
The processing device
Extracting a waveform indicating an unsteady elastic wave from the electrical signal from the AE sensor;
The number of occurrences of cracks generated in the structure and at least one of the dimensions of the cracks are estimated based on the number and amplitude of the waveforms indicating the extracted unsteady elastic waves. The structure monitoring system according to any one of claims 1 to 5.
前記AEセンサからの電気信号を増幅する増幅器をさらに備え、
前記処理装置は、前記AEセンサにより検出され、当該増幅器により増幅された弾性波を示す電気信号を取得する
ことを特徴とする請求項6に記載の構造体用監視システム。
An amplifier for amplifying an electrical signal from the AE sensor;
7. The structural monitoring system according to claim 6, wherein the processing device acquires an electrical signal indicating an elastic wave detected by the AE sensor and amplified by the amplifier.
前記処理装置は、同一のき裂からの非定常な弾性波が、配置場所が異なる複数の前記AEセンサにより、それぞれ検出されたタイミングの差に基づいて、前記構造体のうち当該き裂が発生した位置を推定する
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の構造体用監視システム。
The processing apparatus generates a crack in the structure based on a difference in timing when non-stationary elastic waves from the same crack are detected by the plurality of AE sensors at different locations. The structure monitoring system according to claim 6 or 7, wherein the measured position is estimated.
前記処理装置は、複数の前記AEセンサのうち比較的早いタイミングで弾性波が検出された一部のものからの弾性波の波形の数と振幅に基づいて、前記構造体に生じたき裂の発生数と、当該き裂の寸法のうち、少なくとも一方を推定する
ことを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
The processing apparatus generates a crack generated in the structure based on the number and amplitude of elastic wave waveforms from a part of the plurality of AE sensors in which the elastic wave is detected at a relatively early timing. The structure monitoring system according to any one of claims 6 to 8, wherein at least one of the number and the size of the crack is estimated.
複数の前記AEセンサのうち少なくとも一部は、弾性波に対する周波数感度特性が略同一に構成されており、
前記処理装置は、
略同一の周波数感度特性を有する複数の前記AEセンサからの電気信号の波形の差分を算出し、
当該差分から非定常な弾性波を示す波形を抽出する
ことを特徴とする請求項6ないし請求項9のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
At least some of the plurality of AE sensors are configured to have substantially the same frequency sensitivity characteristics with respect to elastic waves,
The processor is
Calculating a difference between waveforms of electrical signals from the plurality of AE sensors having substantially the same frequency sensitivity characteristics;
The structure monitoring system according to any one of claims 6 to 9, wherein a waveform indicating an unsteady elastic wave is extracted from the difference.
複数の前記AEセンサのうち少なくとも一つは、弾性波に対する周波数感度特性が他のものと異なる
ことを特徴とする請求項6ないし請求項9のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
The structural monitoring system according to any one of claims 6 to 9, wherein at least one of the plurality of AE sensors has a frequency sensitivity characteristic with respect to an elastic wave different from that of the others.
複数の前記AEセンサは、略板状をなしており且つ弾性波による力を電気信号に変換する圧電素子を、それぞれ有し、
当該AEセンサのうち少なくとも一つは、当該圧電素子の厚さが他のものと異なる
ことを特徴とする請求項11に記載の構造体用監視システム。
Each of the plurality of AE sensors has a substantially plate shape and has a piezoelectric element that converts an elastic wave force into an electric signal,
12. The structure monitoring system according to claim 11, wherein at least one of the AE sensors has a thickness of the piezoelectric element different from that of the others.
周波数感度特性が異なる複数のAEセンサは、共通の前記接触媒質を介して前記構造体に結合されている
ことを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の構造体用監視システム。
The structure monitoring system according to claim 11 or 12, wherein a plurality of AE sensors having different frequency sensitivity characteristics are coupled to the structure via the common contact medium.
前記構造体は、軸心が所定の方向に延びる略円柱状の外形を有し、
前記構造体の外壁を構成する外壁部のうち一方側の端部は、プラズマからの熱を受けて高温となる高温側端部であり、
複数の前記AEセンサは、当該外壁部のうち当該高温側端部とは反対側にある低温側端面に、それぞれ対応する前記接触媒質を介して結合されており、
複数の前記AEセンサのうち略同一の周波数感度特性を有するものは、前記軸心に垂直な径方向において対向するように配置されている
ことを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
The structure has a substantially cylindrical outer shape whose axis extends in a predetermined direction,
One end of the outer wall portion constituting the outer wall of the structure body is a high temperature side end portion that receives heat from plasma and becomes high temperature,
The plurality of AE sensors are coupled to the low temperature side end surface on the side opposite to the high temperature side end portion of the outer wall portion via the corresponding contact medium, respectively.
14. The plurality of AE sensors having substantially the same frequency sensitivity characteristics are arranged so as to face each other in a radial direction perpendicular to the axis. The monitoring system for a structure according to one item.
構造体の破壊を監視する構造体の監視方法であって、
前記構造体からの弾性波を電気信号に変換するAEセンサと当該構造体の間に介在して設けられており且つ当該構造体からの弾性波を当該AEセンサに伝播させる金属製の接触媒質は、前記構造体と接する構造体接触面の面積が、前記AEセンサと接するセンサ接触面の面積に比べて大きいものであり、
前記AEセンサにより検出された弾性波を示す電気信号を取得するステップと、
前記AEセンサからの電気信号から非定常な弾性波を示す波形を抽出するステップと、
抽出された非定常な弾性波を示す波形の数と振幅に基づいて、前記構造体に生じたき裂の発生数と、当該き裂の寸法のうち、少なくとも一方を推定するステップと、
を含むことを特徴とする構造体の監視方法。
A structure monitoring method for monitoring the destruction of a structure,
A metal contact medium that is provided between an AE sensor that converts an elastic wave from the structure into an electric signal and the structure and that propagates the elastic wave from the structure to the AE sensor is provided as follows. The area of the structure contact surface in contact with the structure is larger than the area of the sensor contact surface in contact with the AE sensor,
Obtaining an electrical signal indicating an elastic wave detected by the AE sensor;
Extracting a waveform indicating an unsteady elastic wave from an electrical signal from the AE sensor;
Estimating at least one of the number of cracks generated in the structure and the size of the cracks based on the number and amplitude of waveforms indicating the extracted unsteady elastic waves;
The structure monitoring method characterized by including.
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