JP5030081B2 - Ａｅ・超音波検出システム、及びそれを備えた材料監視装置並びに非破壊検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＡＥ・超音波検出システムに関し、例えば、ＦＢＧセンサを利用してＡＥ・超音波を検出する技術であって、それを構造物健全性評価に適用するシステムに関するものである。

近年、構造物の信頼性を向上させることを目的に健全性評価装置を構築することが期待されている。構造物の健全性を評価する際、ひずみ計測とき裂などの欠陥を検出することは非常に重要である。これまでひずみは金属の変形に伴う電気抵抗変化を利用した抵抗式ひずみゲージを用いて計測されることが多かった。また、き裂などの欠陥を検出する手法としては欠陥発生に伴う弾性波放出（ＡＥ：アコースティック・エミッション）の検出と超音波を利用した非破壊検査が行われている。

これまでＡＥの検出センサ、および超音波を用いた非破壊検査における超音波の検出センサとしては圧電素子が広く用いられている。しかし、圧電素子を用いたＡＥ・超音波計測には次の問題がある。つまり、圧電素子は電磁波障害を受けることから、電磁波雰囲気でのＡＥ・超音波計測ができない。また、圧電素子は狭帯域な応答周波数特性を有することから、検出するＡＥ・超音波の周波数帯域に合わせて圧電素子の種類を変更する必要がある。

近年、上述の圧電素子におけるＡＥ・超音波検出の問題を解決するため光ファイバセンサの一種であるＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）センサ（以下、明細書中では、単に「ＦＢＧ」と称する場合もある）を用いたＡＥ・超音波検出が注目されている。従来、提案されたＦＢＧを用いたＡＥ・超音波検出システムは用いる光源により２つに大別される。１つは特許文献１に記載されるように、レーザ光源を用いるシステムである。これはＦＢＧの反射率が半減する波長に発振波長を設定したレーザ光をＦＢＧに入射させる。このときＦＢＧが受けるＡＥ・超音波に応じてＦＢＧ反射光強度は変化することから、ＡＥ・超音波を検出することができる。もう１つは、特許文献２に記載されるように、広帯域光源を利用するシステムである。これはＦＢＧの中心反射波長であるブラッグ波長を含む広帯域光をＦＢＧに入射させ、その反射光をＦＢＧの反射波長幅と同程度の透過波長幅を有する光フィルタに送る。このとき光フィルタの透過波長域の一部はＦＢＧの反射波長域と重なっている必要がある。光フィルタの透過光強度、または反射光強度はＦＢＧが受けるＡＥ・超音波に応じて変化することを利用して、ＡＥ・超音波を検出することができる。

ところが、ＦＢＧは、ＦＢＧが受ける温度、およびひずみに応じてブラッグ波長が変動する。例えば、一般的に構造物の健全性評価に利用されているブラッグ波長１５５０ｎｍを有するＦＢＧでは、反射波長幅２００ｐｍから２０００ｐｍに対して温度１℃あたりブラッグ波長は１０ｐｍ変化し、また１マイクロひずみあたり１.２ｐｍ変化する。このためＦＢＧが大きな温度、およびひずみ変化を受けた場合、レーザ光源を用いたシステムでは、レーザ発振波長がＦＢＧの反射波長域から外れてしまうことがある。また、広帯域光源を用いたシステムでも同様に光フィルタの透過波長域とＦＢＧの反射波長域が交差しない状況になる。このような場合、ＦＢＧが受けるＡＥ・超音波を検出することができなくなる。このためレーザ発振波長、また光フィルタの透過波長をＦＢＧのブラッグ波長変動に合わせて制御する必要がある。しかし、高速にＦＢＧブラッグ波長が変動するような場合、これらの制御がブラッグ波長変化に追随できずにＡＥ・超音波を検出することができないことが考えられる。特に、材料破壊時に発生するＡＥは大きなひずみ変化に伴い生じる現象であることから、ＡＥ発生時には大きなブラッグ波長変動が生じ、従来の計測システムではＡＥを検出することが極めて困難になると考えられる。

この欠点を解決するため、特許文献３は、同一材料で熱的に結合された２つのブラッググレーティングを用いることにより、常にブラッググレーティングが受ける超音波を検出することを可能にする技術を開示している。その中では、熱的に結合されたセンサ、およびフィルタのブラッググレーティングは、温度変化を受けた場合に同期してブラッグ波長が変動する。

特開２００５−３２６３２６号公報 特開２００５−００９９３７号公報 特開２００３−１６９８０１号公報

しかしながら、特許文献３に記載の超音波検出では、センサ部がひずみ変化を受けるような場合においては、センサ部とフィルタのブラッグ波長は同期して変動しないため超音波を検出することができなくなる状況がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ＦＢＧが温度、およびひずみ変化を受けてブラッグ波長が変動しても、常にＦＢＧが受けるＡＥ・超音波を検出可能にするシステムを提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明によるＡＥ・超音波検出システムでは、ＦＢＧからの反射光をＦＢＧの反射波長幅以上のＦＳＲを有するファブリ・ペローフィルタに入射している。その透過光強度変化はＦＢＧが受けるＡＥ・超音波に対応するものである。

また、ＡＥ・超音波検出システムでは、ＦＢＧからの反射光をＦＳＲがＦＢＧの反射波長幅以上であり、フィルタの透過率ピーク波長がＦＳＲ／４だけ異なる２つのファブリ・ペローフィルタに入射する。２つのファブリ・ペローフィルタの透過光強度を電圧信号に変換して、両信号を加算、および減算処理する。これによりＦＢＧが受けるＡＥ・超音波に対応した大きな振幅を有する信号を得ることができる。なお、加算、および減算処理された２つの信号のうち、大きな振幅を有する信号はＦＢＧが受けるＡＥ・超音波に対応する。

なお、ＦＢＧとして反射特性にサイドローブのないアポダイズドＦＢＧを用いるとよい。また、反射特性が飽和していない、つまり反射率が最大になる波長域において平坦な反射率−波長関係のないＦＢＧを用いることがＡＥ・超音波検出において望ましい。三角形状の反射率−波長関係を有するＦＢＧがＡＥ・超音波検出においては理想的である。

即ち、本発明によるＡＥ・超音波検出システムは、広帯域波長光を発する広帯域光源と、被検体に取り付けられ、前記広帯域波長光が入射するＦＢＧセンサと、周期的な透過特性を有し、前記ＦＢＧセンサからの反射光或いは透過光の一部を透過させるフィルタと、前記フィルタの透過光の強度を電気信号に変換する光電変換手段と、を備えることを特徴とする。そして、前記広帯域光源は、ＦＢＧのブラッグ波長を含む広帯域光を発し、前記フィルタは、前記ＦＢＧの反射波長幅或いは透過波長幅以上のＦＳＲを有する。また、前記フィルタの透過率ピーク波長は、前記ＦＢＧの反射率或いは透過率が半減する波長に等しくするのが好ましい。

また、本発明によるＡＥ・超音波検出システムは、広帯域波長光を発する広帯域光源と、被検体に取り付けられ、前記広帯域波長光が入射するＦＢＧセンサと、前記ＦＢＧセンサからの反射光或いは透過光を分岐して、第１の反射光或いは透過光、第２の反射光或いは透過光を生成する光分岐手段と、周期的な透過特性を有し、前記第１の反射光或いは透過光の一部を透過させる第１のフィルタと、周期的な透過特性を有し、前記第１のフィルタとは透過率ピーク波長がＦＳＲ／４離れ、前記第２の反射光或いは透過光の一部を透過させる第２のフィルタと、前記第１及び第２のフィルタそれぞれの透過光の強度を電気信号に変換する光電変換手段と、を備えることを特徴とする。このシステムは、さらに、前記変換手段で得られた、それぞれのフィルタの透過光の強度に対応する電気信号を加算及び減算処理する処理手段を備える。ここで、前記広帯域光源は、ＦＢＧのブラッグ波長を含む広帯域光を発し、前記第１及び第２のフィルタは、前記ＦＢＧの反射波長幅或いは透過波長幅以上のＦＳＲを有するのがこの好ましい。

なお、本発明によるＡＥ・超音波検出システムでは、前記ＦＢＧセンサからの反射光或いは透過光の特性は、サイドローブが存在しないアポダイズド処理されたものであり、かつ反射率が最大となる波長域において飽和していないとするのが好ましい。

なお、上述のシステムでは、前記フィルタは、ファブリ・ペローフィルタ或いはＡＷＧフィルタであることが好ましい。

さらに、本発明の材料監視装置は、上述の何れかのＡＥ・超音波検出システムを備え、材料破壊時に生じるアコースティック・エミッションを検出することにより材料微視破壊を発見するものである。

また、本発明の非破壊検査装置は、上述の何れかのＡＥ・超音波検出システムを備え、超音波を利用して材料・構造物非破壊検査を行うものである。

さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。

本発明によれば、高速に温度・ひずみが変動する状況下においてもＦＢＧセンサを用いてＡＥ・超音波を検出することが可能になり、ＡＥ・超音波を利用する非常に信頼性の高い構造物健全性評価システムを供することができる。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明による第１の実施形態に係るＡＥ・超音波検出システムの基本的構成を示す図である。図１に示すＡＥ・超音波検出システム１は、広帯域光源と１つのファブリ・ペローフィルタを組み合わせた構成を採っている。

図１に示すように、ＡＥ・超音波検出システム１は被検体１３の健全性を評価するものであって、広帯域光源１０と、光サーキュレータ１１と、ＦＢＧ（アポダイズド処理済）１２と、ファブリ・ペローフィルタ１４と、光電変換器１５と、データ収録装置１６と、を備えている。

図１において、広帯域光源１０からの広帯域光は、光サーキュレータ１１を介してＦＢＧ１２に入射する。ここで、ＦＢＧとは、光ファイバのコア部の屈折率を周期的に変化させた回折格子の構造のセンサであり、ＦＢＧに光が入射されると、ブラッグ波長と呼ばれる波長成分がＦＢＧで反射され、残りの成分は透過される。このブラッグ波長のシフト量分が歪や温度に依存して変化するようになっている。また、ＦＢＧ１２は、アポダイズド処理されており、反射光分布曲線はガウス分布を示す。

ＦＢＧ１２からの反射光は、光サーキュレータ１１を介してファブリ・ペローフィルタ１４に入射する。ファブリ・ペローフィルタ１４は、入射した反射光のうち、所定波長の光のみを透過させる。そして、透過した光は、光電変換器１５に入力され、ここで光強度に対応した電気出力に変換される。データ収録装置１６は、この電気出力を、ＦＢＧ１２が検知したＡＥ・超音波として図示しない表示部に表示したり、図示しない記録装置内に記録する。

続いて、本実施形態のＡＥ・超音波検出システム１の動作がより良く理解できるように、ＡＥ・超音波計測実験について説明する。図２は実験用のシステムを示しているが、超音波発振子１７及び１軸変位ステージ１８は実験を行う際に被検体１３の歪を擬似的に表現するために設けられたており、それら以外は図１の構成と同様である。

図３は、ＦＢＧ１２、およびファブリ・ペローフィルタ１４の光学特性を示している。ここで、ＦＢＧ１２はアポダイズド処理されているので、図示のように反射特性にサイドローブがなく、反射波長幅は０．３４ｎｍとなっている。また、ファブリ・ペローフィルタ１４の光学特性は、ＦＢＧ１２の光学特性の反射波長幅より若干広い０．４ｎｍのＦＳＲを有し、透過半値全幅は４０ｐｍである。ファブリ・ペローフィルタ１４の透過特性は、図４のように波長ＦＳＲ（Free Spectral Range：フリー・スペクトル・レンジ）毎に周期的に透過域が現れる特徴を有する。なお、ＦＢＧ１２の反射波長幅とファブリ・ペローフィルタ１４のＦＳＲは等しいのが理想的であるが、ＦＳＲが反射波長幅以上であれば、ＦＢＧ１２とファブリ・ペローフィルタ１４の組合せはセンサとして機能する。つまり、図１７に示すように、反射波長幅＞ＦＳＲの場合（図１７（ａ））、ＦＢＧ１２の反射波長域の中に２つ以上のフィルタ透過域が存在することになる。このような条件下ではフィルタ出力はＦＢＧ１２が受信する超音波又はＡＥ信号の波形とは一致しない応答信号となる。よって、この場合には、ＦＢＧ１２とフィルタ１４の組合せはセンサとして機能しない。一方、反射波長≦ＦＳＲの場合（図１７（ｂ）（ｃ））、フィルタ出力は、ＦＢＧ１２が受信する超音波又はＡＥ信号の波形と等しい応答信号を出力し、ＦＢＧ１２とフィルタ１４の組合せはセンサとして機能する。つまり、反射波長幅＜ＦＳＲの場合（図１７（ｂ））、センサ出力の不感帯域（センサ感度の低い領域）が広がる。図１７（ｂ）において、ＦＢＧ１２の反射波長が矢印で示される範囲にあるときはセンサ感度が低くなり、図１７（ｃ）に示す反射波長幅＝ＦＳＲのときにセンサ出力の不感帯域が最小となる。

次に図５を用いて、ＦＢＧ１２のブラッグ波長とファブリ・ペローフィルタ１４の透過率ピーク波長との関係が超音波検出感度に及ぼす影響について説明する。図２において、一軸変位ステージ１８を移動させてＦＢＧ１２にひずみを与え、そのブラッグ波長を変化させて、超音波発振子１７から光ファイバを通して伝搬される超音波を検出する。ここでは、フィルタ透過率ピーク波長λ_ｉがＦＢＧの反射率が半減する波長λ_-３dBに一致するとき（図５（ａ））、隣り合うフィルタ透過率ピーク波長の中間にＦＢＧのブラッグ波長が位置するとき（図５（ｂ））、およびフィルタ透過率ピーク波長λ_ｉとＦＢＧのブラッグ波長λ_Ｂが一致するとき（図５（ｃ））の３つの状態を作り、超音波発振子から発生させた超音波をＦＢＧ１２で検出する。

図６は、上記３つの状態におけるそれぞれの応答信号と超音波発振子に入力した励起信号を示している。つまり図６では、光電変換器１５によって、図５（ａ）乃至（ｃ）におけるファブリ・ペローフィルタ透過光強度曲線で囲まれた面積に対応するフィルタ透過光強度が電圧信号に変換され、その信号強度は、ＦＢＧ１２が検出する超音波（弾性波）に対応する。図６からは、フィルタ透過率ピーク波長λ_ｉがＦＢＧ１２の反射率が半減する波長λ_-３dBに位置するとき、超音波を高感度で検出していることがわかる。ＦＢＧ１２の反射率が半減する波長においては反射率−波長関係の変化勾配が高く、十分なフィルタ透過光強度があることから高感度に超音波を検出することができる。しかし、他の２つの条件、隣り合うフィルタ透過率ピーク波長の中間にＦＢＧ１２のブラッグ波長が位置するとき、およびフィルタ透過率ピークλ_ｉとＦＢＧ１２のブラッグ波長λ_Ｂが一致するときにおいてはほとんど超音波が検出されない。なぜなら、図５（ｂ）及び（ｃ）の場合、ファブリ・ペローフィルタ透過光強度の積分値（面積）は、超音波によってＦＢＧ反射光強度分布が多少変位したとしてもほとんど変化が無いからである。

より詳しく考察すると、本実施形態では、隣り合うフィルタ透過率ピーク波長の中間にＦＢＧ１２のブラッグ波長が位置するとき、図３からも分かるように、ＦＢＧ１２のブラッグ波長変動に伴うフィルタ透過光強度はほとんど生じない。たとえばＦＢＧ１２が引張りを受けて長波長側に反射特性がシフトしたとき、長波長側に存在する透過域での透過光強度は増大するが、短波長側に存在する透過域での透過光強度は減少する。つまり、隣り合うフィルタ透過域における透過光強度変化が相殺することになる。また、フィルタ透過率ピークλ_ｉとＦＢＧ１２のブラッグ波長λ_Ｂが一致するときは、ブラッグ波長近傍においては反射率−波長関係の変化勾配が低い。このためブラッグ波長が変動してもフィルタ透過光強度に現れる変化は小さくなる。これらの理由から上記した２つの条件下ではＡＥ・超音波検出感度が低くなる。しかし、これら２つの条件下以外ではブラッグ波長とフィルタ透過率ピーク波長との位置関係により感度にばらつきはあるが、ＡＥ・超音波を検出できると推察される。

＜第２の実施形態＞
図７は、第２の実施形態に係るＡＥ・超音波検出システム２の基本的構成を示している。第２の実施形態のＡＥ・超音波検出システム２では、広帯域光源２０と２つのファブリ・ペローフィルタ２５及び２６とを組み合わせている。

図７に示すように、ＡＥ・超音波検出システム２は被検体２３の健全性を評価するものであって、広帯域光源２０と、光サーキュレータ２１と、ＦＢＧ（アポダイズド処理済）２２と、ファブリ・ペローフィルタ（１）２５及び同フィルタ（２）２６と、温度制御器２７及び２８と、光電変換器（１）２９及び同（２）３０と、データ収録装置３１と、を備えている。

図７において、広帯域光源２０からの広帯域光は、光サーキュレータ２１を介してＦＢＧ２２に入射する。ＦＢＧ２２からの反射光は、光サーキュレータ２１及び１×２カップラ２４を介して、２つのファブリ・ペローフィルタ２５及び２６に入射する。このとき利用したＦＢＧ２２とファブリ・ペローフィルタ２５及び２６は第１の実施形態で用いたものと同じで、図９に示すように２つのファブリ・ペローフィルタの透過率ピーク波長がＦＳＲ／４離れるようにファブリ・ペローフィルタ（１）２５と同フィルタ（２）２６に取り付けた温度制御器２７及び２８で調整している。ファブリ・ペローフィルタ２５及び２６の透過波長は温度の影響を受けて変化するが、一般に市販されているファブリ・ペローフィルタは温度制御器でその透過波長を制御することができるようになっている。また、温度制御器２７及び２８でファブリ・ペローフィルタ２５及び２６の温度を一定に保つことにより、フィルタ透過率ピーク波長を一定に保つことができる。ファブリ・ペローフィルタ２５及び２６によって透過した光は、それぞれ光電変換器２９及び３０に供給される。光電変換器２９及び３０では、透過光の強度に対応した電気出力に変換される。データ収録装置３１は、この電気出力をＦＢＧ２２が検知したＡＥ・超音波として図示しない表示部に表示したり、図示しない記録装置内に記録する。

続いて、本実施形態のＡＥ・超音波検出システム２の動作がより良く理解できるように、ＡＥ・超音波計測実験について説明する。図８は実験用のシステムを示しているが、超音波発振子３２及び１軸変位ステージ３３は実験を行う際に被検体の歪を擬似的に表現するために設けられたものであり、それら以外は図８の構成と同様である。つまり、光ファイバの一部を超音波発振子３２に取り付け、ＦＢＧ２２から光ファイバ端部までの一部を一軸変位ステージ３３に取り付け、一軸変位ステージ３３を移動させることにより、被検体２３の歪を発生させている。

この実験では、図８に示す実験用のシステムを用い、ＦＢＧ２２のブラッグ波長とファブリ・ペローフィルタ透過率ピーク波長との関係が超音波検出感度に及ぼす影響を調べるためにＦＢＧ２２に歪を与え、そのブラッグ波長を変化させて、超音波を検出している。図９に示すように、ＦＢＧのブラッグ波長とファブリ・ペローフィルタ（１）の透過率ピーク波長との相対波長が−ＦＳＲ／２から０になるようにＦＢＧのブラッグ波長を変動させる。そして、ＦＢＧ２２のブラッグ波長を変動させたときのファブリ・ペローフィルタ（１）２５、およびファブリ・ペローフィルタ（２）２６の透過光強度から測定された超音波応答の振幅強度が、図１０に示されている。また、超音波応答感度はＦＢＧの反射率Ｒと波長λとの関係において式（１）で与えられる。

なお、図１０には、式（１）から予想される理論的な感度曲線が併せて示されている。
ファブリ・ペローフィルタ（１）２５及びおよび同フィルタ（２）２６の実験から得られる応答強度は理論から予想される傾向と非常に良く一致している。また、両フィルタ出力を加算、および減算する合成処理により、大きな応答振幅を得ることができる。たとえば相対波長が−３ＦＳＲ／８（−０．１５ｎｍ）のとき、ファブリ・ペローフィルタ（１）２５、および同フィルタ（２）２６の応答出力は図１１のようになる。

図１２（ａ）に示すように、ファブリ・ペローフィルタ（１）２５とＦＢＧ２２のブラッグ波長の相対波長が−ＦＳＲ／２から−ＦＳＲ／４まではファブリ・ペローフィルタ（１）２５、および同フィルタ（２）２６のピーク波長は、ＦＢＧ反射波長域の左半分にあり、両フィルタのＡＥ・超音波に応じた応答変化は同相になる。したがって、ファブリ・ペローフィルタ（１）２５の透過光強度を測定する光電変換器（１）２９の出力Ｐ１、およびファブリ・ペローフィルタ（２）２６の透過光強度を測定する光電変換器（２）３０の出力Ｐ２を加算することにより、図１１に示すように大きな応答信号を得ることができる。

また、ファブリ・ペローフィルタ（１）２５の相対波長が−ＦＳＲ／４から０までは図１２（ｂ）のようにファブリ・ペローフィルタ（１）２５、および同フィルタ（２）２６のピーク波長はＦＢＧ２２のブラッグ波長を挟んで左右に分かれるため、両フィルタの応答変化は逆相になる。したがって、出力Ｐ１、および出力Ｐ２を減算することにより、大きな応答信号を得ることができる。

そして、図８のデータ収録装置３１は、光電変換器（１）２９、および光電変換器（２）３０の出力Ｐ１及びＰ２を加算、および減算し、いずれかの応答振幅の大きい方をＦＢＧ２２が受けたＡＥ・超音波として表示・記録する。

＜ＦＢＧの反射特性について＞
図１３は、ＡＥ・超音波検出に理想的なＦＢＧの反射特性を示している。上述の第１及び第２の実施形態におけるシステムで、ＦＢＧの特性を図１３に示すような三角形状の反射特性にすることにより、ＦＢＧのブラッグ波長に依存せず一定のＡＥ・超音波検出感度を実現できると推察される。しかしながら、三角形状の反射特性を有するＦＢＧの作成は現実的には不可能である。

そこで、図１４（ａ）のように反射率が最大になる波長域においても飽和しない反射特性を有するＦＢＧを用いることがＡＥ・超音波検出には望ましい。一方、反射率が最大になる波長域において飽和する同図（ｂ）のような反射率を有するＦＢＧはＡＥ・超音波検出において検出感度がゼロになる場合があるため望ましくない。

＜その他の実施形態＞
（１）上述の第１及び第２の実施形態では、ＦＢＧからの反射光をファブリ・ペローフィルタに入射しているが、図１５のようにＦＢＧの透過光をファブリ・ペローフィルタに入射しても同様の条件下でＡＥ・超音波検出が可能であると考えられる。

（２）第１及び第２の実施形態においては、周期的な透過特性を有する光フィルタとしてファブリ・ペローフィルタを用いているが、同様に周期的な透過特性を有するＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いて図１６のようなシステムを構成しても同様にＡＥ・超音波検出が可能であると考えられる。この場合のＡＷＧの透過特性はファブリ・ペローフィルタを用いたシステムの場合と同様にする。

以上説明したようなＦＢＧによるＡＥ・超音波計測技術を利用して、ＦＢＧを検査対象の構造物に取り付けて、材料の微視破壊時に発生するＡＥを検出して構造物の健全性を監視することや超音波を利用した欠陥検出への適用などが考えられる。

＜実施形態の効果＞
本実施形態では、被検体に取り付けられたＦＢＧに広帯域波長光を入射させ、ＦＢＧからの反射光（或いは透過光）を周期的な透過特性を有するファブリ・ペローフィルタ（或いはＡＷＧフィルタ）によって、その一部を透過させ、フィルタの透過光の強度を電気信号に変換するようにしているので、ＦＢＧが温度及び歪によってブラッグ波長が変動してもＦＢＧの受けるＡＥ・超音波を検出することができる。

ファブリ・ペローフィルタは、ＦＢＧの反射波長幅或いは透過波長幅以上のＦＳＲを有するので、より確実にＡＥ・超音波検出が可能となる。

また、フィルタの透過率ピーク波長は、ＦＢＧの反射率或いは透過率が半減する波長に等しくなるように制御（温調器を用いて）しているので、ＡＥ・超音波を高感度で検出することができるようになる。

本実施形態では、被検体に取り付けられたＦＧＢに広帯域波長光を入射させ、ＦＢＧセンサからの反射光（或いは透過光）を分岐して、２つの反射光を生成し、２つの周期的な透過特性を有するファブリ・ペローフィルタ（ＡＷＧフィルタでもよい。２つのフィルタは互いに透過率ピーク波長がＦＳＲ／４離れている）によって、反射光の一部を透過させ、２つのフィルタそれぞれの透過光の強度を電気信号に変換するので、ＦＢＧが温度及び歪によってブラッグ波長が変動してもＦＢＧの受けるＡＥ・超音波を検出することができる。また、それぞれのフィルタの透過光の強度に対応する電気信号を加算及び減算処理するので、ＡＥ・超音波に応じた応答変化が同相であろうと逆相であろうと確実に大きな応答信号が得られ、確実にＡＥ・超音波検出ができるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の本質的な範囲を逸脱しない限り、構成の変形・追加・代用が可能であることはもちろんである。

本発明の実施形態に係るＡＥ・超音波検出システムの概略構成を示す図である。 ＡＥ・超音波計測実験（１）に用いたシステムの概略構成を示す図である。 ＦＢＧ１２とファブリ・ペローフィルタの光学特性を示す図である。 ファブリ・ペローフィルタの透過特性を示す図である。 ＦＢＧ反射光強度とファブリ・ペローフィルタ透過光強度との関係を示す図であり、図５（ａ）はフィルタ透過率ピーク波長とＦＢＧの反射率が半減する波長が一致するときの関係、図５（ｂ）はＦＢＧのブラッグ波長が隣り合うフィルタ透過率ピーク波長の中央に位置するときの関係、図５（ｃ）はＦＢＧのブラッグ波長がフィルタ透過率ピーク波長と一致するときの関係をそれぞれ示している。 ＦＢＧのブラッグ波長とフィルタ透過率ピーク波長との関係を変化させたときの超音波応答信号を示す図である。 本発明による第２の実施形態に係るＡＥ・超音波検出システムの概略構成を示す図である。 ＡＥ・超音波計測実験（２）に用いたシステムの概略構成を示す図である。 ２つのファブリ・ペローフィルタの透過率ピーク波長の関係とＦＢＧ反射率との関係を示す図である。 ファブリ・ペローフィルタ（１）２５の透過率ピーク波長とブラッグ波長との差が応答振幅強度に及ぼす影響を示す図である。 相対波長が−０．１５ｍｍ（−３ＦＳＲ／８）のときに検出された応答波形と合成信号を示す図である。 ＦＢＧ反射光強度と２つのフィルタ透過率ピーク波長との関係を示し、図１２（ａ）は相対波長が−３ＦＳＲ／８のときのＦＢＧ反射光強度分布と２つのフィルタの透過率ピーク波長の位置関係を、図１２（ｂ）は相対波長が−ＦＳＲ／８のときのＦＢＧ反射光強度分布と２つのフィルタの透過率ピーク波長の位置関係を、それぞれ示している。 ＡＥ・超音波検出にとって理想的なＦＢＧの反射特性を示す図である。 ＡＥ・超音波検出によって好ましい反射特性の形状と好ましくない反射特性の形状を示す図である。 ＦＢＧの透過光を利用したＡＥ・超音波検出システムの概略構成を示す図である。 ファブリ・ペローフィルタの代わりに、Ｎ本の出力端子を持つＡＷＧを利用したＡＥ・超音波検出システムの概略構成を示す図である。 ＦＢＧの反射波長幅とファブリ・ペローフィルタのＦＳＲとの関係を説明するための図である。

符号の説明

１，２・・・ＡＥ・超音波検出システム
１０，２０・・・広帯域光源
１１，２１・・・光サーキュレータ
１２，２２・・・ＦＢＧ
１３，２３・・・被検体
１４，２５，２６・・・ファブリ・ペローフィルタ
１５，２９，３０・・・光電変換器
１６，３１・・・データ収録装置

Claims (8)

1. 広帯域波長光を発する広帯域光源と、
   被検体に取り付けられ、前記広帯域波長光が入射するＦＢＧセンサと、
   前記ＦＢＧセンサからの反射光或いは透過光を分岐して、第１の反射光或いは透過光、第２の反射光或いは透過光を生成する光分岐手段と、
   周期的な透過特性を有し、前記第１の反射光或いは透過光の一部を透過させる第１のフィルタと、
   周期的な透過特性を有し、前記第１のフィルタとは透過率ピーク波長がＦＳＲ／４離れ、
   前記第２の反射光或いは透過光の一部を透過させる第２のフィルタと、
   前記第１及び第２のフィルタそれぞれの透過光の強度を電気信号に変換する光電変換手段と、
   を備えることを特徴とするＡＥ・超音波検出システム。
2. さらに、前記変換手段で得られた、それぞれのフィルタの透過光の強度に対応する電気信号を加算及び減算処理する処理手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のＡＥ・超音波検出システム。
3. 前記広帯域光源は、ＦＢＧのブラッグ波長を含む広帯域光を発し、
   前記第１及び第２のフィルタは、前記ＦＢＧの反射波長幅或いは透過波長幅以上のＦＳＲを有することを特徴とする請求項１に記載のＡＥ・超音波検出システム。
4. 前記ＦＢＧセンサはアポダイズ処理され、その反射光或いは透過光の特性はサイドローブが存在せず、かつ反射率が最大となる波長域において飽和していないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のＡＥ・超音波検出システム。
5. 前記フィルタは、ファブリ・ペローフィルタであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のＡＥ・超音波検出システム。
6. 前記フィルタは、ＡＷＧフィルタであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のＡＥ・超音波検出システム。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のＡＥ・超音波検出システムを備え、材料破壊時に生じるアコースティック・エミッションを検出することにより材料微視破壊を発見する材料監視装置。
8. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のＡＥ・超音波検出システムを備え、超音波を利用して材料・構造物非破壊検査を行うための非破壊検査装置。

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