JP7183452B2 - 非接触非破壊検査システム、信号処理装置及び非接触非破壊検査方法 - Google Patents
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Description
はじめに、音響インピーダンスについて説明する。音圧pと粒子速度uとの比を音響インピーダンスZとして下記式(1)のように表現する。
図3は第1実施形態のセンサ10の模式図である。空中に放射される音波を検出する非接触のセンサ10として、例えば圧電素子で構成される空中超音波センサがある。第1実施形態のセンサ10は、整合層11、圧電素子12及び背面層13を備える。
円板の半径を20mm、円盤の速度を10m/s、音速を340m/s、媒質(空気)の密度を1.293kg/m3とし、周波数を10kHz,20kHz,50kHz,100kHzと変化させた場合の音場シミュレーション結果を図4A~Dに示す。x=0は、円板の中心を示し、zは円板からの距離を示す。上述の式(4)及び、図4A~Dの結果から、周波数が高くなるほど、指向性が高まることがわかる。特に100kHzでは、Z=200mmの距離でも、100kHzより低い周波数の場合に比べて高い音圧を維持している。センサ10としては、Z=200mmの距離に音源があった場合、高い感度で振動板を揺らすこと(すなわち、センシング)が可能であると考えることができ、図4Dの音場シミュレーション結果と同様の指向性を持つことが分かる。
図7は第1実施形態の非接触非破壊検査システム100の構成の例を示す図である。第1実施形態の非接触非破壊検査システム100は、センサ10及び信号処理装置20を備える。
次に第2実施形態について説明する。第2実施形態の説明では、第1実施形態と同様の説明については省略し、第1実施形態と異なる箇所について説明する。第2実施形態では、2つのセンサ10により検出された弾性波の振幅比(第2実施形態では、正規化振幅比)を利用して弾性波の速度vaeを算出する構成について説明する。
図9は第2実施形態の非接触非破壊検査システムの構成について説明するための図である。第2実施形態の非接触非破壊検査システムは、センサ10a~10b、増幅器21a~21b、及び、演算部31~33を備える。
次に第3実施形態について説明する。第3実施形態の説明では、第1実施形態と同様の説明については省略し、第1実施形態と異なる箇所について説明する。第3実施形態では、最大感度方向を変化させた複数のセンサ10(部分センサ)を配列させたセンサアレイによって、弾性波を検出する場合について説明する。
次に第4実施形態について説明する。第4実施形態の説明では、第1実施形態と同様の説明については省略し、第1実施形態と異なる箇所について説明する。第4実施形態では、センサ10を弾性波のフィルタリングに応用する場合について説明する。
図15は第1乃至第4実施形態の信号処理装置20のハードウェア構成の例を示す図である。
Claims (10)
- 検査対象物を伝搬する第1の弾性波に起因して、前記検査対象物をとりまく媒質に放出される第2の弾性波を検出する第1のセンサと、
前記第1のセンサとは異なる位置に、前記第1のセンサとは異なる角度で配置され、前記第2の弾性波を検出する第2のセンサと、
前記第2の弾性波の速度と、前記第1及び第2のセンサのそれぞれによって検出された前記第2の弾性波の振幅比とに基づいて、前記第1の弾性波の速度を検出する速度検出部と、
前記第1の弾性波の速度に基づいて前記検査対象物の損傷を検出する損傷検出部と、
を備える非接触非破壊検査システム。 - 前記第1のセンサは、制御信号に応じて前記第1のセンサの角度を調整する機構を備え、
前記第2の弾性波の振幅がより大きく検出される前記第1のセンサの角度を、前記第2の弾性波の波面角度として算出する算出部を更に備え、
前記第2のセンサは、制御信号に応じて前記第2のセンサの角度を調整する機構を備え、
前記第2の弾性波の振幅がより大きく検出される前記第2のセンサの角度を、前記第2の弾性波の波面角度として算出する算出部を更に備える、
請求項1に記載の非接触非破壊検査システム。 - 前記第1及び第2のセンサは、異なる箇所に設置され、
前記損傷検出部は、前記第1及び第2のセンサによって検出された前記第2の弾性波の波面角度を示すベクトルの方向と、前記媒質中の音速と、前記第1の弾性波の速度とに基づいて、前記第1の弾性波を発生させた損傷部の位置を特定する、
請求項2に記載の非接触非破壊検査システム。 - 前記第1のセンサは、前記検査対象物の材質に応じて定められた前記第1の弾性波の伝播速度に基づく角度と、検査対象の前記第1の弾性波の方向とを含む制御信号に応じて、前記第1のセンサの角度を調整する機構を備え、
前記第2のセンサは、前記検査対象物の材質に応じて定められた前記第1の弾性波の伝播速度に基づく角度と、検査対象の前記第1の弾性波の方向とを含む制御信号に応じて、前記第2のセンサの角度を調整する機構を備える、
請求項1に記載の非接触非破壊検査システム。 - 異なる角度で配置された複数の部分センサを含むセンサアレイを備え、
前記複数の部分センサは、少なくとも前記第1及び第2のセンサを含み、
前記第2の弾性波の振幅がより大きく検出される前記部分センサの角度を、前記第2の弾性波の波面角度として算出する算出部を更に備える、
請求項1に記載の非接触非破壊検査システム。 - 前記センサアレイは、異なる箇所に複数、設置され、
前記損傷検出部は、少なくとも2つの前記センサアレイによって検出された前記第2の弾性波の波面角度を示すベクトルの方向と、前記媒質中の音速と、前記第1の弾性波の速度とに基づいて、前記第1の弾性波を発生させた損傷部の位置を特定する、
請求項5に記載の非接触非破壊検査システム。 - 前記検査対象物は板状であり、
前記損傷検出部は、前記検査対象物を伝播するLamb波の速度分散特性と、前記第1の弾性波の速度とを比較することにより前記検査対象物の板厚を推定し、前記板厚から前記検査対象物の内部剥離及び減肉の少なくとも一方を検出する、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の非接触非破壊検査システム。 - 前記損傷検出部は、前記第1の弾性波の速度から、前記Lamb波の伝搬モードを推定し、前記伝搬モードから前記検査対象物の損傷位置の深さを検出する、
請求項7に記載の非接触非破壊検査システム。 - 検査対象物を伝搬する第1の弾性波に起因して、前記検査対象物をとりまく媒質に放出される第2の弾性波から、前記第1の弾性波の速度を検出する速度検出部と、
前記第1の弾性波の速度に基づいて前記検査対象物の損傷を検出する損傷検出部と、を備え、
前記第2の弾性波は、第1のセンサと、前記第1のセンサとは異なる位置に、前記第1のセンサとは異なる角度で配置された第2のセンサにより検出され、
前記速度検出部は、前記第2の弾性波の速度と、前記第1及び第2のセンサのそれぞれによって検出された前記第2の弾性波の振幅比とに基づいて、前記第1の弾性波の速度を検出する、
信号処理装置。 - 第1のセンサが、検査対象物を伝搬する第1の弾性波に起因して、前記検査対象物をとりまく媒質に放出される第2の弾性波を検出するステップと、
前記第1のセンサとは異なる位置に、前記第1のセンサとは異なる角度で配置された第2のセンサが、前記第2の弾性波を検出するステップと、
信号処理装置が、前記第2の弾性波の速度と、前記第1及び第2のセンサのそれぞれによって検出された前記第2の弾性波の振幅比とに基づいて、前記第1の弾性波の速度を検出するステップと、
前記信号処理装置が、前記第1の弾性波の速度に基づいて前記検査対象物の損傷を検出するステップと、
を含む非接触非破壊検査方法。
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