JP7249145B2 - Conduit health diagnostic method - Google Patents

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Description

本発明は、導管の健全性を非破壊検査により診断する導管の健全性診断方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a conduit health diagnosis method for diagnosing the health of a conduit by non-destructive inspection.

建築構造物においては、ダクト、各種プラント配管、水道管、ガス管、エア供給管、下水管、石油パイプライン、ガスパイプライン等、種々の導管が配設されている。これらの導管は、腐食、全面腐食、部分腐食、減肉、孔食、エロージョン、エロージョン・コロージョン、摩耗、き裂、ピンホール、漏洩、疲労割れ、応力腐食割れ、高サイクル疲労割れ、内部保護材の剥離、閉塞、堆積物の付着、継手の施工不良や経年劣化などにより健全性が低下する。このため、従来より非破壊検査による導管の健全性診断が行われている。 Various conduits such as ducts, various plant piping, water pipes, gas pipes, air supply pipes, sewage pipes, oil pipelines, gas pipelines, etc. are installed in building structures. These conduits are susceptible to corrosion, general corrosion, partial corrosion, thinning, pitting, erosion, erosion-corrosion, wear, cracking, pinholes, leakage, fatigue cracking, stress corrosion cracking, high cycle fatigue cracking, and internal protection. Soundness deteriorates due to exfoliation, clogging, adhesion of sediments, poor construction of joints, deterioration over time, etc. For this reason, soundness diagnosis of conduits has been conventionally performed by non-destructive inspection.

具体的には、腐食、き裂等については、目視による診断が行われ、導管の肉厚、減肉、き裂については、超音波測定による診断が行われている。 Specifically, corrosion, cracking, and the like are diagnosed by visual inspection, and the wall thickness, thinning, and cracking of conduits are diagnosed by ultrasonic measurement.

しかし、目視による診断は、導管外面の状態の確認には適しているが、導管内面を診断しようとすると、導管を開放しなければならないため、非破壊で行うことができず、大掛かりで手間が掛かる。 However, visual diagnosis is suitable for checking the condition of the outer surface of the conduit, but when trying to diagnose the inner surface of the conduit, the conduit must be opened. It hangs.

そして、超音波測定による診断は、センサが配置された部分の小さい領域における減肉、き裂しか検査、診断できないため、長大な導管に亘って検査する場合、非常に多くの箇所にセンサを配置して測定を行う必要があり、多くの手間が掛かる。 Ultrasonic measurement can only inspect and diagnose thinning and cracks in a small area where sensors are placed, so when inspecting a long conduit, sensors are placed in many places. It is necessary to carry out the measurement by

このような状況下、クエンチダクトの通気検査技術(例えば、特許文献1)、圧縮ガスのパルスによるダクトの検査技術(例えば、特許文献2)が提案されている。 Under such circumstances, a ventilation inspection technique for a quench duct (for example, Patent Document 1) and a duct inspection technique using compressed gas pulses (for example, Patent Document 2) have been proposed.

しかしながら、特許文献1、2に開示されている検査技術は、簡便な方法とは言えず、また、適用対象がダクトに限定されており、導管全般に適用できる検査方法ではない。また、前記した各種検査項目の内から穴、隙間、表面成分についてのみ検査するものであり、それ以外の腐食、減肉、摩耗、き裂、内部保護材の剥離、堆積物の付着など他の項目の検査については開示されていない。 However, the inspection techniques disclosed in Patent Literatures 1 and 2 cannot be said to be a simple method, and their application is limited to ducts, so they are not inspection methods that can be applied to conduits in general. In addition, from among the various inspection items described above, only holes, gaps, and surface components are inspected. Item testing is not disclosed.

特開2007-252576号公報JP 2007-252576 A 特開平8-254477号公報JP-A-8-254477

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑み、導管の種類を問わず、健全性の不良を招くと考えられる項目の全てを非破壊検査で適切に診断することを可能とする導管の健全性診断技術を提供することを課題とする。 In view of the above-described problems of the prior art, the present invention is directed to a pipeline health system that makes it possible to appropriately diagnose, by non-destructive inspection, all of the items that are thought to lead to poor soundness, regardless of the type of pipeline. An object of the present invention is to provide a sex diagnosis technique.

本発明者は、鋭意検討を行い、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 The present inventors conducted intensive studies and found that the above problems can be solved by the inventions described below, and completed the present invention.

請求項1に記載の発明は、
導管の健全性を非破壊検査で診断する導管の健全性診断方法であって、
前記導管の振動波形、または、前記振動波形を数値解析して得られる周波数分布に基づいて、前記導管の健全性を診断する基準の指標となる特徴量を取得し、
取得された前記特徴量の変化に基づいて、前記導管の健全性を診断する導管の健全性診断方法であり、
診断対象の導管と同じタイプで、予め、健全であることが確認されている導管を用いて、稼働状態にある導管の振動波形をAEセンサで直接取得することにより、前記特徴量を基準特徴量として取得する一方、
診断対象の導管を用いて、稼働状態にある導管の振動波形をAEセンサで直接取得することにより、前記特徴量を診断用特徴量として取得し、
前記診断用特徴量の前記基準特徴量からの変化量に基づいて、診断対象の導管の健全性の低下の有無を診断することを特徴とする導管の健全性診断方法である。
The invention according to claim 1,
A conduit health diagnosis method for diagnosing the health of a conduit by non-destructive inspection,
Acquiring a feature value that serves as a reference index for diagnosing the soundness of the conduit based on the vibration waveform of the conduit or the frequency distribution obtained by numerically analyzing the vibration waveform;
A conduit health diagnosis method for diagnosing the health of the conduit based on the acquired change in the feature quantity,
Using a conduit of the same type as the conduit to be diagnosed and having been confirmed to be sound in advance, the vibration waveform of the conduit in operation is directly acquired by the AE sensor, and the feature amount is used as the reference feature amount. while getting as
Acquiring the feature quantity as a diagnostic feature quantity by directly acquiring the vibration waveform of the conduit in the operating state with an AE sensor using the conduit to be diagnosed,
A method for diagnosing the health of a conduit, comprising diagnosing whether or not the health of a conduit to be diagnosed is degraded based on the amount of change in the diagnostic feature amount from the reference feature amount.

請求項2に記載の発明は、
前記特徴量として、振動波形の形状、および、前記周波数分布から得られる固有振動ピークから選定された評価ピークの周波数のいずれかを用いることを特徴とする請求項1に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to claim 2,
2. The conduit soundness diagnosis according to claim 1, wherein either the shape of the vibration waveform or the frequency of the evaluation peak selected from the natural vibration peaks obtained from the frequency distribution is used as the feature quantity. The method.

請求項3に記載の発明は、
前記基準特徴量として、
診断対象の導管の新設時、稼働状態とした前記導管からAEセンサにより直接取得された振動波形に基づいて取得された特徴量を用いることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to claim 3,
As the reference feature amount,
3. The conduit according to claim 1 or 2, characterized in that, when a conduit to be diagnosed is newly installed, a feature value obtained based on a vibration waveform directly obtained from the conduit in an operating state by an AE sensor is used. is a health diagnostic method for

請求項に記載の発明は、
診断対象の導管の前記振動波形の計測を、定点で経年的に実施することを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の導管の健全性診断方法である。
The invention according to claim 4 ,
4. The conduit soundness diagnosis method according to claim 1 , wherein the vibration waveform of the conduit to be diagnosed is measured at a fixed point over time.

本発明によれば、導管の種類を問わず、健全性の不良を招くと思われる項目の全てを非破壊検査で適切に診断することを可能とする導管の健全性診断技術を提供することができる。 According to the present invention, regardless of the type of conduit, it is possible to provide a conduit health diagnosis technique that enables appropriate diagnosis of all items that may lead to poor soundness by non-destructive inspection. can.

本発明の一実験例において、診断対象の導管の形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing the configuration of a conduit to be diagnosed in an experimental example of the present invention; FIG. 本発明の一実験例において、振動信号を検出するセンサの設置位置と打撃位置との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the installation position of a sensor that detects a vibration signal and the hitting position in an experimental example of the present invention. 図1に示した診断対象の導管の各腐食段階における評価ピーク周波数を示す図である。FIG. 2 shows the estimated peak frequency at each corrosion stage of the conduit to be diagnosed shown in FIG. 1; 穴近傍で計測された振動波形をFFT解析して得られた周波数分布である。It is the frequency distribution obtained by FFT-analyzing the vibration waveform measured near the hole. 穴から7m離れた位置で計測された振動波形をFFT解析して得られた周波数分布である。It is the frequency distribution obtained by FFT-analyzing the vibration waveform measured at the position 7m away from the hole. 図4、5の周波数分布から評価ピーク周波数を抽出し、条件毎に比較した図である。FIG. 6 is a diagram in which evaluation peak frequencies are extracted from the frequency distributions of FIGS. 4 and 5 and compared for each condition; ライニングが剥がれたダクトを側面から見たイメージ図である。FIG. 4 is an image diagram of the duct with the lining peeled off as viewed from the side; ライニングが貼り付いているダクトで計測された振動波形である。This is a vibration waveform measured in a duct with a lining attached. ライニングが剥がれたダクトで計測された振動波形である。Vibration waveforms measured in a duct with peeled lining.

以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を参照して説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings.

[1]本発明の基本的な考え方
最初に、本発明に係る導管の健全性診断方法の基本的な考え方について説明する。
[1] Basic concept of the present invention First, the basic concept of the method for diagnosing the integrity of a conduit according to the present invention will be described.

本発明者は、上記した本発明の課題の解決について、種々の実験と検討を行う中で、ダクトにおける健全性の低下は、振動波形の変化を招き、またその振動波形から得られる周波数分布の変化を招くため、これらを導管の健全性を診断する基準の指標となる特徴量として採用することにより、導管における健全性の低下を診断できることを見出した。 The inventor of the present invention conducted various experiments and studies to solve the above-described problems of the present invention, and found that a decrease in the soundness of the duct causes a change in the vibration waveform, and a change in the frequency distribution obtained from the vibration waveform. Since these lead to changes, it was found that deterioration in the soundness of the conduit can be diagnosed by adopting these as feature quantities that serve as indicators for the criteria for diagnosing the soundness of the conduit.

即ち、本発明に係る導管の健全性診断方法は、導管の振動波形、および、振動波形を数値解析して得られる周波数分布に基づいて、導管の健全性を診断する指標となる特徴量を取得し、取得された特徴量の変化に基づいて、導管の健全性を診断することを特徴としている。 That is, the method for diagnosing the soundness of a conduit according to the present invention acquires a feature quantity that serves as an index for diagnosing the soundness of a conduit based on the vibration waveform of the conduit and the frequency distribution obtained by numerically analyzing the vibration waveform. and diagnosing the soundness of the conduit based on the change in the acquired feature amount.

具体的には、導管の健全性の低下に伴って、振動波形の形状や、周波数分布から得られる固有振動ピークから選定された評価ピークの周波数が変化することに基づいて、これらを導管の健全性を診断する指標となる特徴量に採用して、この特徴量の変化を知ることにより、導管の健全性を定性的に診断することができる。 Specifically, as the soundness of the conduit declines, the shape of the vibration waveform and the frequency of the evaluation peak selected from the natural vibration peaks obtained from the frequency distribution change. It is possible to qualitatively diagnose the soundness of the conduit by adopting it as a feature quantity that serves as an index for diagnosing the quality of the conduit and by knowing the change in this feature quantity.

そして、このとき、特徴量の変化と、健全性の低下の程度とが、予め関係付けられていると、特徴量の変化を知ることにより、導管における健全性の低下を定量的に診断することもできる。 At this time, if the change in the characteristic amount and the degree of deterioration in soundness are associated in advance, the deterioration in the soundness of the conduit can be quantitatively diagnosed by knowing the change in the characteristic amount. can also

[2]具体的な実施の形態
次に、具体的な実施の形態について説明する。
[2] Specific Embodiment Next, a specific embodiment will be described.

1.特徴量の取得
本実施の形態において、健全性の低下を診断する基準(診断基準)となる特徴量(基準特徴量)の取得は、以下に示す2つの手法のいずれかを用いて行われ、診断対象の導管から得られた特徴量(診断用特徴量)と比較することにより、導管の健全性を診断することができる。
1. Acquisition of Feature Amount In the present embodiment, acquisition of a feature amount (reference feature amount) that serves as a criterion (diagnostic criterion) for diagnosing deterioration of soundness is performed using one of the following two methods. The soundness of the conduit can be diagnosed by comparing it with the feature quantity (diagnostic feature quantity) obtained from the conduit to be diagnosed.

(1)第1の健全性診断方法(診断時に基準特徴量を取得)
第1の手法は、診断時に基準特徴量を取得することである。具体的には、診断対象の導管と同じタイプで、予め、健全であることが確認されている導管を用いて、特徴量の取得を行い、これを基準特徴量とする。
(1) First soundness diagnosis method (obtaining reference feature values at the time of diagnosis)
A first method is to acquire a reference feature amount at the time of diagnosis. Specifically, a conduit that is of the same type as the conduit to be diagnosed and that has been confirmed to be sound in advance is used to acquire the feature quantity, which is used as the reference feature quantity.

一方で、診断対象の導管を用いて、同様に特徴量を取得する。このとき、前記したように、導管の健全性の低下に伴って特徴量が変化するため、この特徴量を診断用特徴量として、先に取得された基準特徴量からの変化量を知ることにより、診断対象の導管の健全性を診断することができる。 On the other hand, using the conduit to be diagnosed, the feature quantity is similarly acquired. At this time, as described above, the feature amount changes as the soundness of the conduit deteriorates. , the health of the conduit to be diagnosed can be diagnosed.

(2)第2の健全性診断方法(新設時に基準特徴量を取得)
第2の手法は、導管の新設時には、健全性が既知である導管が使用されることに鑑みて、導管を新設した際に基準特徴量を取得することである。
(2) Second soundness diagnosis method (acquisition of reference feature values at the time of new installation)
A second method is to acquire a reference feature amount when a new pipeline is installed, considering that a pipeline whose soundness is known is used when the pipeline is newly installed.

これにより、診断対象の導管を用いて特徴量を取得するだけで、基準特徴量からの変化量を知ることができ、効率的に、診断対象の導管の健全性を診断することができる。また、新設後に診断対象の導管が生産中止などによって無くなっていても、健全性を診断することができる。 As a result, it is possible to know the amount of change from the reference feature amount only by acquiring the feature amount using the diagnostic target conduit, and to efficiently diagnose the soundness of the diagnostic target conduit. In addition, even if the pipe to be diagnosed is no longer installed due to discontinuation of production, etc., the soundness can be diagnosed.

2.健全性の診断項目と診断基準の設定
導管の健全性の低下を診断する具体的な診断項目としては、前記したように、腐食、全面腐食、部分腐食、減肉、孔食、エロージョン、エロージョン・コロージョン、摩耗、き裂、ピンホール、漏洩、疲労割れ、応力腐食割れ、高サイクル疲労割れ、内部保護材の剥離、閉塞、堆積物の付着、継手施工不良、継手経年劣化が挙げられ、これらの内から1つ以上の診断項目を選択して、各診断項目について、健全性の程度を診断することにより、精度高く、導管の健全性を診断することができる。
2. Establishment of Diagnosis Items and Diagnosis Criteria for Soundness Specific diagnosis items for diagnosing deterioration of pipe integrity include corrosion, general corrosion, partial corrosion, thinning, pitting, erosion, and erosion and corrosion, as described above. Corrosion, wear, cracking, pinholes, leakage, fatigue cracking, stress corrosion cracking, high-cycle fatigue cracking, peeling of internal protective material, clogging, adhesion of deposits, poor joint construction, joint deterioration over time. By selecting one or more diagnostic items from among them and diagnosing the degree of soundness for each diagnostic item, the soundness of the conduit can be diagnosed with high accuracy.

具体的には、予め、選択された診断項目を模擬した振動のシミュレーションを行い、特徴量を取得して、各診断項目に適応する診断基準として設定することにより、導管の健全性を診断する。 Specifically, a vibration simulation simulating a selected diagnostic item is performed in advance, a feature value is acquired, and a diagnostic criterion adapted to each diagnostic item is set, thereby diagnosing the soundness of the conduit.

3.特徴量の取得方法
次に、健全性の低下を診断するために必要な特徴量の具体的な取得方法について説明する。前記したように、特徴量としては、振動波形の形状、あるいは、この振動波形を数値解析して得られる周波数分布から取得されるピーク周波数より任意に選定された評価ピーク周波数が用いられる。
3. Acquisition Method of Feature Amount Next, a specific method of acquiring a feature amount necessary for diagnosing deterioration of soundness will be described. As described above, the shape of the vibration waveform or the evaluation peak frequency arbitrarily selected from the peak frequency obtained from the frequency distribution obtained by numerically analyzing the vibration waveform is used as the feature quantity.

(1)振動波形の取得
振動波形は、ハンマ等により計測対象のダクトを打撃して加振することにより発生した振動信号を計測することにより取得できるが、稼働状態にあるダクトから直接振動波形を取得してもよい。
(1) Acquisition of vibration waveform The vibration waveform can be acquired by measuring the vibration signal generated by striking the duct to be measured with a hammer or the like to vibrate it. may be obtained.

なお、加振による振動信号の計測に際しては、振動を取得可能な加速度計や、マイクロフォンなどを用いてもよいが、計測対象に直接接触させて計測することができ、高感度で振動信号を取得することができるアコースティックエミッションセンサ(AEセンサ)を用いることが好ましい。 In addition, when measuring the vibration signal due to excitation, an accelerometer that can acquire vibration, a microphone, etc. may be used, but it is possible to directly contact the measurement target and measure it, and the vibration signal can be acquired with high sensitivity. Preferably, an acoustic emission sensor (AE sensor) is used.

そして、加振に際して使用するハンマとしては、プラスチックハンマ、ゴムハンマ、木ハンマ、テストハンマ、鉄ハンマなど、特に限定されないが、打音点検用に一般的に用いられており、重さも軽く、持ち運びに便利なテストハンマが好ましい。 The hammer used for vibration excitation is not particularly limited to plastic hammers, rubber hammers, wooden hammers, test hammers, iron hammers, etc., but they are generally used for hammering inspection, are light in weight, and are easy to carry. A convenient test hammer is preferred.

(2)評価ピーク周波数の取得
上記で取得された振動波形に対して数値解析を施して周波数分析することにより、固有周波数が含まれている周波数分布を得ることができる。そして、得られた周波数分布から任意に選定された評価ピーク周波数を求めることができる。
(2) Acquisition of evaluation peak frequency A frequency distribution including natural frequencies can be obtained by performing numerical analysis on the vibration waveform acquired above and performing frequency analysis. An arbitrarily selected evaluation peak frequency can be obtained from the obtained frequency distribution.

なお、数値解析にあたっては、高速フーリエ変換(FFT)、自己回帰型の最大エントロピー法(MEM)、自己回帰モデル(AR)、自己回帰-移動平均モデル(ARMA)等公知の解析方法を用いることができるが、この内でも、短時間での処理が可能なFFT変換が好ましい。 In numerical analysis, known analysis methods such as fast Fourier transform (FFT), autoregressive maximum entropy method (MEM), autoregressive model (AR), and autoregressive-moving average model (ARMA) can be used. Among them, the FFT conversion is preferable because it can be processed in a short time.

上記では、特徴量の取得にあたって、実測により振動波形を得ているが、理論解析による振動のシミュレーションを用いて取得してもよい。理論解析によるシミュレーションには、例えば有限要素法を用いて各解析モデルに対して固有値解析を行う方法など公知の解析方法を用いることができる。 In the above description, the vibration waveform is obtained by actual measurement when obtaining the feature quantity, but the vibration waveform may be obtained by using a vibration simulation based on a theoretical analysis. For the simulation by theoretical analysis, a known analysis method such as a method of performing eigenvalue analysis on each analysis model using the finite element method can be used.

4.データベースの構築
上記の振動のシミュレーションに際して、導管のタイプおよび診断項目と、シミュレーションの結果である特徴量(診断基準)の基準特徴量からの変化量とを互いに関連付けて、パソコンなどに予め記憶させることにより、診断基準のデータベースを構築することができる。
4. Building a database When simulating the above vibrations, the type of conduit, the diagnostic item, and the amount of change from the reference feature value of the feature value (diagnosis criteria), which is the result of the simulation, are associated with each other and stored in advance in a personal computer or the like. can build a database of diagnostic criteria.

そして、診断対象から診断項目に対応して得られた特徴量を、このデータベースと照合することにより、この診断項目において健全性がどの程度低下しているかを具体的に診断することができるため、補修や交換の適切なタイミングを知ることができる。 Then, by collating the feature values obtained from the diagnostic object corresponding to the diagnostic item with this database, it is possible to specifically diagnose how much the soundness is degraded in this diagnostic item. It is possible to know the appropriate timing for repair or replacement.

5.コンター図の利用
上記した診断対象の導管の健全性診断に際して、複数の箇所で特徴量を取得して、取得された複数の特徴量に基づいて、特徴量のコンター図を作成することにより、ある領域における健全性を相対的に評価することができ、診断対象の導管の健全部と非健全部の差分を検出することができる。
5. Utilization of Contour Diagrams When diagnosing the health of a conduit to be diagnosed as described above, feature values are acquired at multiple locations, and based on the acquired multiple feature values, a contour map of the feature values is created. It is possible to relatively evaluate the soundness in the region, and detect the difference between the sound portion and the non-sound portion of the conduit to be diagnosed.

そして、このように導管の健全部と非健全部との差分を検出することにより、領域のどの辺りまで導管の非健全化が進行しているかを具体的に知ることができる。 By detecting the difference between the sound portion and the non-sound portion of the conduit in this way, it is possible to specifically know to what extent in the region the unsoundness of the conduit has progressed.

なお、診断対象の導管の振動波形の計測を、定点で経年的に実施した場合、経年変化による非健全化の進行を把握することができ、また、今後の進行を予測することができるため、導管の補修時期や交換時期を適確に予測して準備することができる。 In addition, when the vibration waveform of the pipeline to be diagnosed is measured at a fixed point over time, it is possible to grasp the progress of deterioration due to aging and to predict the future progress. It is possible to accurately predict and prepare for the repair time and replacement time of the conduit.

[3]本実施の形態の効果
上記した本実施の形態を適用することにより、以下の効果を得ることができる。
[3] Effect of the Present Embodiment By applying the above-described present embodiment, the following effects can be obtained.

(1)目視では導管を開放しなければ確認できない内面の減肉について、導管を開放せずに診断することができ、効率的な診断ができる。 (1) The thinning of the inner surface, which cannot be visually confirmed unless the conduit is opened, can be diagnosed without opening the conduit, enabling efficient diagnosis.

(2)目視では検出が困難であった腐食、減肉、き裂についても検出することができる。 (2) Corrosion, thinning, and cracks, which are difficult to detect visually, can also be detected.

(3)超音波測定ではセンサ設置部の診断しかできないのに対して、センサから遠く離れた位置で発生したき裂による漏洩についても検出することができる。 (3) Ultrasonic measurement can only diagnose the location where the sensor is installed, but it can also detect leaks caused by cracks that occur far away from the sensor.

(4)コンター図を使用することにより、面全体で健全性の低下状態を診断することができる。 (4) By using the contour diagram, it is possible to diagnose the state of deterioration of soundness over the entire surface.

(5)定点で経年的に計測することにより、適切な補修計画などの立案が可能となる。 (5) By taking measurements at fixed points over time, it is possible to formulate an appropriate repair plan.

1.実験例1
本実験例では、評価ピークの周波数が健全性の低下を診断する特徴量として採用できることを確認した。
1. Experimental example 1
In this experimental example, it was confirmed that the frequency of the evaluation peak can be used as a feature quantity for diagnosing deterioration of soundness.

(1)実験方法
ダクトを模擬した角管の内面に機械加工を用いて腐食による減肉に相当する傷を付加した後、角管をテストハンマによる打撃により加振して、振動信号を計測した。振動信号の計測にはAEセンサを用いた。
(1) Experimental method After machining the inner surface of a square tube simulating a duct to add scratches corresponding to thinning due to corrosion, the square tube was vibrated by hitting with a test hammer and the vibration signal was measured. . An AE sensor was used to measure the vibration signal.

図1に使用した角管1を示す。なお、図1において、2は傷の付加箇所である。診断対象として、下記A~Gの7種類の角管を用意した。なお、E、F、Gは、き裂模擬した微小穴を有している。
A:健全、
B:減肉0.8mm、範囲20mm角、
C:減肉0.8mm、範囲50mm角、
D:減肉0.8mm、範囲100mm角、
E:減肉1.6mm、範囲20mm角、
F:減肉1.6mm、範囲50mm角、
G:減肉1.6mm、範囲100mm角。
FIG. 1 shows the square tube 1 used. In addition, in FIG. 1, 2 is a scratch added portion. Seven types of square tubes A to G below were prepared as diagnostic objects. Note that E, F, and G have micro holes that simulate cracks.
A: healthy,
B: thickness reduction 0.8 mm, range 20 mm square,
C: thickness reduction 0.8 mm, range 50 mm square,
D: thickness reduction 0.8 mm, range 100 mm square,
E: thickness reduction 1.6 mm, range 20 mm square,
F: thickness reduction 1.6 mm, range 50 mm square,
G: thickness reduction 1.6 mm, area 100 mm square.

図2に打撃位置及びセンサ設置位置を示す。図2に示すように、センサは傷の付加箇所の中心とその左右に50mmの間隔を隔てて設置した。 FIG. 2 shows the hitting position and the sensor installation position. As shown in FIG. 2, the sensors were placed at the center of the scratched area and on the left and right sides thereof at intervals of 50 mm.

計測した振動波形を基にFFT解析を実施し、周波数分布を取得した。得られた周波数分布の中から評価ピークを決定し、その周波数(評価ピーク周波数)を求めた。 FFT analysis was performed based on the measured vibration waveform to acquire the frequency distribution. An evaluation peak was determined from the obtained frequency distribution, and its frequency (evaluation peak frequency) was obtained.

(2)実験結果
実験結果を図3に示す。図3は各診断対象の評価ピーク周波数をまとめて示す図である。
(2) Experimental Results Experimental results are shown in FIG. FIG. 3 is a diagram collectively showing the evaluation peak frequency of each diagnosis target.

図3より、傷の中央部の計測点(センサ設置位置)2においては、傷の大きさが大きくなるほど、即ち、減肉の範囲が広がるほど、評価ピーク周波数が低下する傾向があることが分かる。また、傷の中央部から50mm離れた計測点、1、3においても、中央部の腐食の範囲の拡大により、評価ピーク周波数が低下する傾向があることが分かる。 From FIG. 3, it can be seen that at the measurement point (sensor installation position) 2 in the center of the flaw, the evaluation peak frequency tends to decrease as the size of the flaw increases, that is, as the range of thinning increases. . It is also found that at measurement points 1 and 3, which are 50 mm away from the center of the flaw, the evaluation peak frequency tends to decrease due to the expansion of the corrosion range in the center.

上記結果は、理論とも符号している。即ち、板の曲げ振動の理論式は、下式に示す通りであり、一般的に、板厚hが小さくなると振動周波数fは低下する。 The above results also agree with theory. That is, the theoretical formula of bending vibration of a plate is as shown in the following formula, and generally, the vibration frequency f decreases as the plate thickness h decreases.

Figure 0007249145000001
Figure 0007249145000001

なお、上式において、
f:固有振動数(Hz)、a:辺長(mm)、h:板厚(mm)
λ:境界条件と振動モードによる定数、ρ:密度(kg/m
D=Eh/12(1-ν):板の曲げ剛性、E:ヤング率(N/m)、ν:ポアソン比である。
In the above formula,
f: natural frequency (Hz), a: side length (mm), h: plate thickness (mm)
λ: Constant due to boundary conditions and vibration mode, ρ: Density (kg/m 3 )
D=Eh 3 /12(1−ν 2 ): flexural rigidity of the plate, E: Young's modulus (N/m 2 ), ν: Poisson's ratio.

上記実験結果より、目視では確認できない内面の腐食に対しても、AEセンサを用いたハンマによる加振で振動計測を行い、周波数分布から評価ピーク周波数を得て評価することにより、減肉およびき裂(微小穴)を検出できることが分かり、評価ピークの周波数が健全性の低下を診断する特徴量として採用できることが確認できた。 From the above experimental results, even for corrosion of the inner surface that cannot be visually confirmed, vibration measurement is performed by vibration with a hammer using an AE sensor, and evaluation peak frequency is obtained from the frequency distribution and evaluated. It was found that cracks (microholes) can be detected, and it was confirmed that the frequency of the evaluation peak can be used as a feature quantity for diagnosing deterioration in soundness.

2.実験例2
本実験例では、AEセンサを用いた振動計測の場合、超音波検査と異なり、遠く離れた点でもき裂の存在を検出できることを確認した。
2. Experimental example 2
In this experimental example, it was confirmed that, in the case of vibration measurement using an AE sensor, the presence of cracks can be detected even at a distant point, unlike ultrasonic inspection.

(1)実験方法
ダクトのき裂を模擬した診断対象について健全性診断の実験を行った。なお、振動波形の取得には計測対象を加振せず、そのまま計測する方法を用いた。
(1) Experimental method A soundness diagnosis experiment was conducted on a diagnosis target simulating cracks in a duct. In addition, a method of directly measuring without vibrating the object to be measured was used to acquire the vibration waveform.

診断対象として、穴のサイズの異なる下記H~Lの5種類のダクトを用意した。なお、I~Lは後になる程、穴の大きさが大きい。
H:穴なし、
I:微小穴01、
J:微小穴02、
K:き裂01、
L:き裂02。
Five types of ducts H to L below with different hole sizes were prepared for diagnosis. Note that the holes I to L have larger sizes in later stages.
H: no hole,
I: Microhole 01,
J: micro holes 02,
K: Crack 01,
L: crack 02;

振動信号の計測にはAEセンサを用い、計測位置を穴の近傍と穴から7m離れた2箇所に設定した。得られた信号波形をFFTを用いて数値解析し、周波数分布を得た。 An AE sensor was used to measure the vibration signal, and two measurement positions were set, one near the hole and the other 7 m away from the hole. The obtained signal waveform was numerically analyzed using FFT to obtain the frequency distribution.

(2)実験結果
実験結果を図4、5、6に示す。図4は計測位置を穴の近傍に設置したときの周波数分布であり、図5は計測位置を穴から7m離れて設置したときの周波数分布である。図4、5で横軸は周波数であり、縦軸は振動強度である。また、○印を付したピークは評価ピークである。図6は、図4、5から求めた各診断対象の評価ピーク周波数をまとめて示す図である。
(2) Experimental Results Experimental results are shown in FIGS. FIG. 4 shows the frequency distribution when the measurement position is set near the hole, and FIG. 5 shows the frequency distribution when the measurement position is set 7 m away from the hole. 4 and 5, the horizontal axis is frequency, and the vertical axis is vibration intensity. Also, the peaks marked with a circle are evaluation peaks. FIG. 6 is a diagram collectively showing the evaluation peak frequencies for each diagnostic object obtained from FIGS.

上記実験結果より、ダクトにき裂が無い場合とある場合の振動波形より得られるFFTピーク周波数を比較した結果、穴無しのときに比べ、穴が大きくなるに従い、理論通り評価ピーク周波数が低下する傾向があることが分かる。 From the above experimental results, comparing the FFT peak frequencies obtained from the vibration waveforms when there is no crack in the duct and when there is no crack, the evaluation peak frequency decreases as the hole becomes larger as compared to when there is no hole. I know there is a tendency.

また、上記の傾向は、計測位置を穴の近傍に設置した場合と穴から7m離れた場合の双方に共通していた。この結果から、AEセンサを用いた振動計測の場合、超音波検査と異なり、7m離れた点でもき裂(微小穴)の存在を検出できることが確認できた。 Moreover, the above tendencies were common both when the measurement position was set near the hole and when it was 7 m away from the hole. From this result, it was confirmed that, in the case of vibration measurement using the AE sensor, the presence of cracks (microholes) can be detected even at a point 7 m away, unlike ultrasonic inspection.

3.実施例3
本実験例では、周波数分布が健全性の低下を診断する特徴量として採用できることを確認した。
3. Example 3
In this experimental example, it was confirmed that the frequency distribution can be used as a feature quantity for diagnosing deterioration of soundness.

(1)実験方法
診断対象として内面のライニングが剥がれたダクトを使用し、診断対象をテストハンマ打撃により加振して、振動信号を計測した。振動信号の計測にはAEセンサを用いた。図7はライニングが剥がれたダクトを側面から見たイメージ図である。なお、図7において、3はダクト、4はライニングである。ライニング4はダクト3の内面全面に施されている。
(1) Experimental method A duct whose inner lining was peeled off was used as a diagnosis target, and the vibration signal was measured by vibrating the diagnosis target by hitting it with a test hammer. An AE sensor was used to measure the vibration signal. FIG. 7 is an image diagram of the duct with the lining peeled off as viewed from the side. In FIG. 7, 3 is a duct and 4 is a lining. The lining 4 is applied to the entire inner surface of the duct 3.

ライニングが剥がれていないダクトと剥がれたダクトを用意し、それぞれをテストハンマで加振して振動信号を計測し、計測された振動信号の信号波形にFFTを用いた数値解析を行って周波数分布を得た。 Prepare a duct with the lining intact and a duct with the lining peeled off, vibrate each with a test hammer to measure the vibration signal, and perform numerical analysis using FFT on the signal waveform of the measured vibration signal to determine the frequency distribution. Obtained.

(2)実験結果
実験結果を図8、9に示す。図8はライニングが剥がれていない、即ち健全なダクトの周波数分布(FFT波形)であり、図9はライニングが剥がれたダクトのFFT波形である。図8、9で横軸は周波数であり、縦軸は強度(Magnitude)である。
(2) Experimental Results Experimental results are shown in FIGS. FIG. 8 shows the frequency distribution (FFT waveform) of a duct whose lining is not peeled off, that is, a sound duct, and FIG. 9 is the FFT waveform of a duct whose lining is peeled off. 8 and 9, the horizontal axis is frequency, and the vertical axis is intensity (magnitude).

図8に示す通り、健全なダクトの場合には、振動の周波数分布がブロードであった。これに対して、ライニングが剥がれて健全性が低下している場合には、図9に示すように、周波数分布に多数のピークが存在していた。このように、周波数分布において、健全性の違いに合わせて大きな違いが生じているため、外面からの目視や超音波検査では検出できないライニングの剥がれについても、AEセンサを用いた振動計測では、FFT波形の形状から診断できることが確認できた。 As shown in FIG. 8, in the sound duct, the vibration frequency distribution was broad. On the other hand, when the lining was peeled off and the soundness was lowered, there were many peaks in the frequency distribution as shown in FIG. In this way, since there is a large difference in the frequency distribution according to the difference in soundness, peeling of the lining that cannot be detected visually from the outside or by ultrasonic inspection can be detected by vibration measurement using an AE sensor using FFT. It was confirmed that the diagnosis can be made from the shape of the waveform.

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications can be made to the above embodiment within the same and equivalent scope of the present invention.

1 角管
2 傷の付加箇所
3 ダクト
4 ライニング
1 Square tube 2 Scratches added part 3 Duct 4 Lining

Claims (4)

導管の健全性を非破壊検査で診断する導管の健全性診断方法であって、
前記導管の振動波形、または、前記振動波形を数値解析して得られる周波数分布に基づいて、前記導管の健全性を診断する基準の指標となる特徴量を取得し、
取得された前記特徴量の変化に基づいて、前記導管の健全性を診断する導管の健全性診断方法であり、
診断対象の導管と同じタイプで、予め、健全であることが確認されている導管を用いて、稼働状態にある導管の振動波形をAEセンサで直接取得することにより、前記特徴量を基準特徴量として取得する一方、
診断対象の導管を用いて、稼働状態にある導管の振動波形をAEセンサで直接取得することにより、前記特徴量を診断用特徴量として取得し、
前記診断用特徴量の前記基準特徴量からの変化量に基づいて、診断対象の導管の健全性の低下の有無を診断することを特徴とする導管の健全性診断方法。
A conduit health diagnosis method for diagnosing the health of a conduit by non-destructive inspection,
Acquiring a feature value that serves as a reference index for diagnosing the soundness of the conduit based on the vibration waveform of the conduit or the frequency distribution obtained by numerically analyzing the vibration waveform;
A conduit health diagnosis method for diagnosing the health of the conduit based on the acquired change in the feature quantity,
Using a conduit of the same type as the conduit to be diagnosed and having been confirmed to be sound in advance, the vibration waveform of the conduit in operation is directly acquired by the AE sensor, and the feature amount is used as the reference feature amount. while getting as
Acquiring the feature quantity as a diagnostic feature quantity by directly acquiring the vibration waveform of the conduit in the operating state with an AE sensor using the conduit to be diagnosed,
A method for diagnosing the health of a conduit, comprising diagnosing whether or not the health of a conduit to be diagnosed is degraded based on the amount of change in the diagnostic feature amount from the reference feature amount.
前記特徴量として、振動波形の形状、および、前記周波数分布から得られる固有振動ピークから選定された評価ピークの周波数のいずれかを用いることを特徴とする請求項1に記載の導管の健全性診断方法。 2. The conduit soundness diagnosis according to claim 1, wherein either the shape of the vibration waveform or the frequency of the evaluation peak selected from the natural vibration peaks obtained from the frequency distribution is used as the feature quantity. Method. 前記基準特徴量として、
診断対象の導管の新設時、稼働状態とした前記導管からAEセンサにより直接取得された振動波形に基づいて取得された特徴量を用いることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の導管の健全性診断方法。
As the reference feature amount,
3. The conduit according to claim 1 or 2, characterized in that, when a conduit to be diagnosed is newly installed, a feature value obtained based on a vibration waveform directly obtained from the conduit in an operating state by an AE sensor is used. health diagnostic method.
診断対象の導管の前記振動波形の計測を、定点で経年的に実施す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1項に記載の導管の健全性診断方法。 4. The conduit soundness diagnosis method according to claim 1, wherein the vibration waveform of the conduit to be diagnosed is measured at a fixed point over time.
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