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JP2004117041A - Elastic wave detection method, its apparatus, and inspection method - Google Patents

Elastic wave detection method, its apparatus, and inspection method Download PDF

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JP2004117041A
JP2004117041A JP2002277609A JP2002277609A JP2004117041A JP 2004117041 A JP2004117041 A JP 2004117041A JP 2002277609 A JP2002277609 A JP 2002277609A JP 2002277609 A JP2002277609 A JP 2002277609A JP 2004117041 A JP2004117041 A JP 2004117041A
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elastic wave
light
optical fibers
optical fiber
inspection object
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JP2002277609A
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Japanese (ja)
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Mikio Takemoto
竹本 幹男
Takuma Matsuo
松尾 卓摩
Yoshihiro Mizutani
水谷 義弘
Hideo Nishino
西野 秀郎
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Tama TLO Co Ltd
Original Assignee
Tama TLO Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an elastic wave detection method and an elastic wave detecting apparatus for detecting AE with high detection precision by using an optical fiber. <P>SOLUTION: The elastic wave detecting apparatus comprises a light source 2; a splitter 4 for dispersing light from the light source 2; first and second optical fibers 5, 6 for guiding light that is dispersed by the splitter 4 while at least one of them is installed to a target to be inspected; a coupler 7 for overlapping light that is guided from one end of the first optical fiber 5 to the other end; a photodetector 8 for detecting intensity in the overlapped light; and a treating apparatus 9 for extracting time and frequency information from the detection signal of the photo detector 8 and for detecting elastic waves that are generated in the target to be inspected. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物等の被検査対象物に発生する弾性波あるいは発生させた弾性波を検出することによって被検査対象物の状態を検査する検査方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
AE(Acoustic Emission) は、金属材料等の固体の内部で微小な変形、亀裂等の破壊、相変態あるいは結晶粒界の移動などの現象が起きる際に発生する超音波領域(周波数が50kHz〜1MHz)の弾性波であるが、広義には、岩盤の亀裂や地下地盤の変動における数100kHz〜数10kHzの周波数帯域の弾性波も含まれる。
上記のAEをリアルタイムに検出することにより、構造物の腐食や、疲労破壊等を検出することが可能である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
AEの検出には、たとえば、圧電素子(PbTiZrO)を用いた超音波センサーが用いられる。圧電素子を用いた超音波センサーは、検出感度が高く、構造物等から発生する微弱なAEを精度良く検出することができる。
しかしながら、圧電素子を用いた超音波センサーは、検出信号を増幅したりインピーダンス変換する装置を要し、検出信号の伝送に同軸ケーブルが必要であり、使用場所に制限を受けやすく電磁波障害を受けやすく、重量が重くなるなどの不利益が存在する。
【0004】
AEを検出する他の方法としては、光ファイバーを用いて検出する方法が知られている。光ファイバーを用いてAEを検出する方法では、使用場所に制限を受けにくく、また、比較的低コストでAEを検出することができる。
具体的には、たとえば、光ファイバーを用いて、いわゆるマイケルソン型干渉計を構成する。AEがこの光ファイバーに入射すると、光ファイバーのコアの屈折率がAEの強さに応じて変化する。この屈折率変化を光ファイバー中を透過する光の位相変化として検出することにより、AEの強さを特定することができる。
マイケルソン型干渉計は、光ファイバーをフラットに切断し、この切断した端面に金等の反射膜を蒸着する必要がある。マイケルソン型干渉計のAEの検出精度は、光ファイバーの端面の精度に依存する。
しかしながら、上記の端面を高精度に加工するのが難しく、また、端面への反射膜の蒸着が難しい。このため、マイケルソン型干渉計では、AEの高い検出精度を得ることが困難であった。
【0005】
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、光ファイバーを用いて被検査対象物から発生するAEあるいは被検査対象物に発生させたAEを高い検出精度で検出することができる弾性波検出方法およびその装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記の弾性波検出装置を用いて被検査対象物の状態を検査する検査方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の観点に係る検査方法は、少なくとも一方が被検査対象物に対して設置された第1および第2の光ファイバの一方端から他方端に向けて導かれた単一光源から分光された光の重ね合わせ光の光強度に基づいて、前記被検査対象物に発生する弾性波を監視し、前記被検査対象物に発生する弾性波を検出した場合には、前記被検査対象物に弾性波を励起させ、前記重ね合わせ光の光強度に基づいて、励起した弾性波を検出し、検出した前記弾性波に基づいて、前記被検査対象物の状態を検査する。
【0007】
好適には、前記光強度の情報から時間と周波数の情報を抽出し、前記時間と周波数の情報に基づいて、当該弾性波の発生源を標定し、標定された発生源に向けて指向性を有する弾性波を励起する。
【0008】
本発明の第2の観点に係る検査方法は、被検査対象物に弾性波を励起させ、少なくとも一方が前記被検査対象物に対して設置された第1および第2の光ファイバの一方端から他方端に向けて導かれた単一光源から分光された光の重ね合わせ光の光強度に基づいて、前記弾性波を検出し、検出した前記弾性波に基づいて、前記被検査対象物の状態を検査する。
【0009】
好適には、前記被検査対象物にレーザ光を照射して弾性波を励起する。
【0010】
本発明の弾性波検出方法は、第1および第2の光ファイバの少なくとも一方を被検査対象物に対して設置し、前記第1および第2の光ファイバの一方端から他方端に向けて導かれた単一光源から分光された光の重ね合わせ光の光強度に基づいて、前記被検査対象物から発生する弾性波を検出する。
【0011】
好適には、前記光強度の情報から時間と周波数の情報を抽出し、前記時間と周波数の情報に基づいて、当該弾性波の発生源を標定する。
【0012】
さらに好適には、前記第1および第2の光ファイバの周波数特性を異ならせ、前記第1および第2の光ファイバの双方を被検査対象物に対して設置し、前記光強度の情報から時間と周波数の情報を抽出し、前記時間と周波数の情報に基づいて、当該弾性波の発生源を標定する。
【0013】
本発明の弾性波検出装置は、単一光源と、単一光源からの光を分光するスプリッタと、少なくとも一方が被検査対象物に対して設置され、前記スプリッタで分光された光を導光する第1および第2の光ファイバと、前記第1および第2の光ファイバの一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせる結合手段と、重ね合わせ光の光強度を検出する光検出器と、前記光検出器の検出信号から時間と周波数の情報を抽出し、当該情報から前記被検査対象物に発生する弾性波を検出する処理手段とを有する。
【0014】
本発明では、被検査対象物に弾性波が発生し、あるいは、被検査対象物に弾性波が励起されると、被検査対象物に対して設置された光ファイバに弾性波が入射する。この弾性波の入射により、光ファイバの屈折率が変化し、一方端から他方端に向けて導かれた単一光源から分光された光の状態が変化し、重ね合わせ光は弾性波の強度に応じて変調される。この弾性波の情報を含む重ね合わせ光の光強度信号の所定の処理により弾性波が検出される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第1実施形態
図1は、本発明の一実施形態に係る弾性波検出装置の構成図である。
図1において、弾性波検出装置1は、光源2と、偏波器3と、スプリッタ4と、参照光用光ファイバ5と、センサ用光ファイバ6と、結合器7と、光検出器8と、処理装置9とを有する。
弾性波検出装置1は、いわゆるマッハツェンダー型干渉計を基本とした構成となっている。
【0016】
光源2は、特定波長のレーザ光を出力する。この光源2には、たとえば、レーザダイオードが用いられる。
偏波器3は、光源2から出力されたレーザ光の偏波が一定の方向となるように制御してスプリッタ4に出力する。
【0017】
スプリッタ4は、偏波器3から入力されるレーザ光を分光し、一方のレーザ光を参照光用光ファイバ5に出力し、他方のレーザ光をセンサ用光ファイバ6に出力する。このスプリッタ4には、偏波器3で制御された偏波の方向を保存する偏波保存スプリッタが用いられる。
【0018】
参照光用光ファイバ6は、スプリッタ4で分岐されたレーザ光の一方が入力される。この参照光用光ファイバ6には、たとえば、シングルモードタイプのベアーファイバーをアクリルやPVC(Polyvinyl Chrolide)で被覆したもの等が用いられる。また、参照光用光ファイバ6には、偏波保存用光ファイバーが用いられる。
センサ用光ファイバ5は、スプリッタ4で分岐されたレーザ光の他方が入力される。このセンサ用光ファイバ5には、参照光用光ファイバ6と同じ構成(同じ周波数特性)のものが使用され、偏波保存用光ファイバが用いられる。
【0019】
結合器7は、参照光用光ファイバ6およびセンサ用光ファイバ5によって導光されたレーザ光を重ね合わせて光検出器8に出力する。参照光用光ファイバ6およびセンサ用光ファイバ5からの光は、結合器7で重ね合わされ、参照光用光ファイバ6およびセンサ用光ファイバ5の光路差によって干渉光が発生する。
【0020】
光検出器8は、結合器7から出力される干渉光の光強度を検出する。具体的には、入射する干渉光の光強度に応じた電気信号を発生する。この光検出器8には、たとえば、フォトダイオードが用いられる。
【0021】
処理装置9は、光検出器8のアナログ信号からなる検出信号をディジタル信号に変換して取り込む。この処理装置9は、たとえば、パーソナルコンピュータで構成される。処理装置9では、取り込んだ検出信号に、フィルター処理を施し、ウェーブレット変換などによって群速度分散や特定周波数成分の経時変化が解析される。
【0022】
弾性波検出装置1の検出特性
次に、上記構成の弾性波検出装置1の弾性波の検出感度特性について説明する。
図2は、上記構成の弾性波検出装置1を被検査対象物に設置した状態を示す斜視図である。
図2において、被検査対象物Wは、たとえば、薄鋼板からなる。
この被検査対象物Wの表面に、当該被検査対象物Wを横断するように、センサ用光ファイバ5を接着する。
【0023】
被検査対象物Wの表面のセンサ用光ファイバ5から距離Lの位置を音源位置(弾性波発生源)Sとし、この位置に、鋼球Bを落下させ、その衝撃により弾性波(AE)を発生させる。ここで、材料の亀裂や破壊等の損傷により発生するAEを一次AEと呼び、衝撃等の外部力により発生するAEを二次AEと呼ぶことにする。被検査対象物Wに鋼球Bを落下させると、二次AEが発生する。
【0024】
音源位置Sで発生した二次AEは、被検査対象物Wを伝搬し、センサ用光ファイバ5に入射する。
センサ用光ファイバ5に二次AEが入射すると、センサ用光ファイバ5の屈折率が変化する。このため、センサ用光ファイバ5を導光されているレーザ光の状態が変化する。
一方、参照光用光ファイバ6は、被検査対象物Wから離れているため、発生した二次AEは、参照光用光ファイバ6には入射しない。
【0025】
結合器7では、センサ用光ファイバ5における二次AEが入射したレーザ光と参照光用光ファイバ6を搬送されたレーザ光との重ね合わされ、干渉光が発生する。この干渉光の光強度は、センサ用光ファイバ5に入射する二次AEに応じて変化する。
光検出器8は、このセンサ用光ファイバ5に入射する二次AEに応じて変化する干渉光の光強度を検出して処理装置9に出力する。
【0026】
図3は、被検査対象物Wの表面に図2に示した鋼球Bを実際に落下させ、検出した二次AEの波形を示すグラフである。
なお、図3において、比較例1および比較例2の波形も重ねて表示している。
【0027】
実施例は、上記構成の弾性波検出装置1により検出したAE検出波形を示している。
比較例1は、上記構成の弾性波検出装置1において、偏波器3を使用せず、スプリッタ4に偏波保存スプリッタではなく通常のスプリッタを用い、センサ用光ファイバ5および参照光用光ファイバ6に偏波保存用光ファイバーではなく通常のシングルモードタイプの光ファイバを用いた場合の弾性波検出装置によるAEの検出波形を示している。
【0028】
比較例2は、いわゆるマイケルソン型の干渉計を基本とする弾性波検出装置によるAEの検出波形を示している。
図6は、マイケルソン型干渉計を基本とする弾性波検出装置の構成の一例を示す図である。
図6に示す弾性波検出装置100は、光源104と、処理装置106と、光検出器105と、スプリッタ102と、センサ用光ファイバ110と、参照光用光ファイバ111とを有する。
弾性波検出装置100では、光源104からレーザ光が出力され、このレーザ光がスプリッタ102で分岐されてセンサ用光ファイバ110および参照光用光ファイバ111に導かれる。センサ用光ファイバ110および参照光用光ファイバ111に導かれたレーザ光は、センサ用光ファイバ110の端面110aおよび参照光用光ファイバ111の端面111aでそれぞれ反射し、この反射光がスプリッタ102で重ね合わされ、干渉光が発生する。この干渉光の光強度が光検出器105によって検出され、処理装置106に取り込まれる。
【0029】
上記した比較例2は、センサ用光ファイバ110を被検査対象物Wに設置されたセンサ用光ファイバ5と同じ位置に設置し、センサ用光ファイバ110で検出されたAEの波形である。
【0030】
図3に示す測定の条件は、被検査対象物Wに、寸法が914×914mm、厚さ0.9mmの薄鋼板を用い、音源位置Sとセンサ用光ファイバ5との距離Lを200mmとした。また、センサ用光ファイバ5と参照光用光ファイバ6は、PVCで被覆されたコーティッドファイバーを用い、センサ用光ファイバ110および参照光用光ファイバ111にはベアファイバーを用いた。なお、コーティッドファイバーとベアファイバーとでは、ベアファイバーのほうが検出感度が高い。
【0031】
図3において、実施例と比較例2とを比べると、本実施形態に係る弾性波検出装置1の検出感度は、マイケルソン型干渉計を基本とする弾性波検出装置100の検出感度の約150倍程度の感度を有する。すなわち、本実施形態に係る弾性波検出装置1は、コーティッドファイバーを用いてもなお、マイケルソン型干渉計を基本とする弾性波検出装置100の検出感度の約150倍程度の感度を有する。
また、実施例と比較例1とを比べると、本実施形態に係る弾性波検出装置1の検出感度のほうが約5倍の検出感度を有する。すなわち、偏波器3、偏波保存スプリッタおよび偏波保存用光ファイバーを用いることで、大幅に感度が向上する。すなわち、レーザ光の偏波面を保存することにより、光ファイバが曲がったり、光ファイバーに温度変動があると、S/N比が低下するのを防ぐことができる。
【0032】
上記した結果は、本実施形態に係る弾性波検出装置1の大振幅・低周波数のAEの検出特性についての結果である。
次に、本実施形態に係る弾性波検出装置1の微弱なAEの検出特性について説明する。
微弱なAEは、たとえば、材料の亀裂や破壊等の損傷により発生するが、シャープペンシルの芯を圧折することにより発生さることができる。芯の圧折はAEセンサーや計測器の標準音源として用いられている。具体的には、シャープペンシルの芯を圧折すると、芯の剥離により微弱な板波(ラム波)のAEが発生する。なお、ほとんどの構造物で、AEは上記のラム波として検出することができる。ラム波には、様々な分散性のモード波が存在する。
【0033】
図4は、被検査対象物Wの音源位置Sにおいて、シャープペンシルの芯を圧折して検出したAE波形を示すグラフであり、図5は、検出波を処理装置9においてウェーブレット変換処理して得られたウェーブレット群速度線図である。
ウェーブレット変換は、時間と周波数に依存した窓関数の形を変化させて、検出波形の全域から時間と周波数の情報を抽出する。すなわち、検出波形の各時間において時間−周波数変換を行い、周波数帯域毎の信号強度を時系列的に求める。これにより、特定の周波数における特定モードの波の到達時間の情報が得られ、たとえば、音源位置の標定が可能となる。
【0034】
音源位置Sにおけるシャープペンシルの芯の圧折条件は、硬さ2H、直径0.5mmのシャープペンシルの芯に4Nの力を0.9μsで開放した。また、シャープペンシルの芯と被検査対象物Wとの間には、1.5Vの直流電圧を印加し、芯が圧接した時の開放電圧をトリガー信号に用いた。
シャープペンシルの芯の圧接により、最初にS モード初動波が発生し、続いて、A モードラム波が発生する。これらS モード初動波、および、A モードラム波は、所定の条件下において計算により求めることができる。
 モード初動波は、A モードラム波に比べて振幅が小さく低周波のゼロ次の対称モード波である。
 モードラム波は、大きな振幅を有する低周波数のゼロ次の非対称モード波である。ラム波は、速度が周波数に依存する分散性を有する。
図4において、S モード初動波は、確実には検出されていないが、これは、光ファイバにコーティッドファイバを用いたことが原因と考えられる。
一方、A モードラム波は確実に検出されている。
【0035】
図5において、濃淡で示されているのは、検出波をウェーブレット変換処理して得られたウェーブレット係数分散である。また、実線で示されているのは、計算により得られるA モードラム波群速度分散である。
図5のウェーブレット係数分散の黒い尾根(高いウェーブレット係数帯)は、計算により得られるA モードラム波群速度分散と60kHz程度まではよく一致している。すなわち、A モードラム波がウェーブレット変換によって抽出できているのがわかる。
【0036】
以上のように、本実施形態に係る弾性波検出装置1は、たとえば、構造部材の腐食(大気錆の自壊)や微小割れが発生する微弱な超音波である一次AEと、外部からの衝撃等の印加により発生する弾性波である二次AEの双方を検出することができる感度を有する。
【0037】
検査方法
次に、上記構成の弾性波検出装置1を用いた検査方法について説明する。
図7は、本実施形態に係る検査方法の手順を示すフローチャートである。
まず、上記構成の弾性波検出装置1を、たとえば、鋼構造物や配管やタンク等の被検査対象物に設置し、鋼構造物における腐食や腐食割れ、疲労破壊等の損傷が発生する一次AEを検出する(ステップS1)。
弾性波検出装置1を構造物に予め設置しておき、この一次AEが発生しないか常にモニター(監視)しておき、一次AEを検出することで構造物に腐食や微小割れ、疲労破壊が発生したことを検知できる。
【0038】
構造物に腐食や微小割れ、疲労破壊等の損傷が発生したことを検知しても、その発生位置が特定できなければ、状態の評価が困難である。特に、大型構造物の場合には損傷箇所の特定が重要である。
このため、弾性波検出装置1の検出した一次AEから、一次AEが発生した音源位置を標定する(ステップS2)。
この音源位置は、検出した一次AEに上記したウェーブレット変換を施し、特定周波数の波を抽出し、抽出した情報に基づいて音源位置を標定する。なお、音源位置の標定方法についてはさらに後述する。
【0039】
構造物に腐食や微小割れ、疲労破壊等の損傷が発生していることを検知したのちには、その状態を評価する必要がある。すなわち、損傷の程度に応じて対応策を決定する必要があるからである。
このため、被検査対象物における標定した音源位置(損傷位置)に向けて指向性の超音波を励起し、被検査対象物を透過した超音波または被検査対象物で反射された超音波である二次AEを上記の弾性波検出装置1により検出する(ステップS3)。
具体的には、たとえば、タンク等の構造物の鋼板は、腐食すると減肉するが、この減肉した部分の状態を評価するために、鋼板の減肉した部分に指向性の超音波(板波)を励起し、減肉した部分で反射された超音波を上記した弾性波検出装置1により検出する。
【0040】
次いで、検出した二次AEに基づいて、音源位置付近の状態を解析する(ステップS4)。音源位置付近の状態を解析することにより、音源位置付近の損傷の状態を評価することができる。被検査対象物を透過した超音波または被検査対象物で反射された超音波である二次AEには、損傷箇所の状態の情報が含まれているので、情報を所定処理により抽出する。
【0041】
たとえば、鋼板の腐食による減肉が発生した箇所では、鋼板に沿って超音波(板波)を励起すると、この二次AEである超音波が減肉部で反射するため、この反射波を検出することで減肉の状態の推定可能である。
【0042】
ここで、鋼板に沿って超音波を励起し、その超音波の反射波を弾性波検出装置1が検出できるかを実験した結果について説明する。
図8は、指向性の超音波を励起し、反射波を発生させる実験システムの概略構成を示す斜視図である。
図8において、センサ用光ファイバ5を鋼板PLの表面に長手方向を横断するように設置し、鋼板PLの長手方向の一端面Ef1をシュミットハンマーで打撃し、ラム波を励起した。
なお、鋼板PLは、460mm×1860mm×6mmの寸法を有し、センサ用光ファイバ5にコーティッドファイバを用いて、これを端面Efから300mmの位置にシリコングリースで接着した。また、参考のために、AEセンサー200(PAC社製PICOセンサー、540kHz共振型)を端面Efから30mmの位置に設置してラム波を検出した。
【0043】
図9は、鋼板PLに励起したラム波の伝搬経路を説明するための図であり、図10は弾性波検出装置1の検出した検出波形を示すグラフであり、図11はAEセンサの検出した検出波形を示すグラフである。
図9において、鋼板PLに励起したラム波をS とすると、S R0は、ラム波S が鋼板PLの他端面Ef2で反射してセンサ用光ファイバ5に入射した反射波である。
 R1は、反射波S R0がさらに鋼板PLの一端面Ef1で反射してセンサ用光ファイバ5に入射した反射波である。
 R2は、反射波S R1がさらに鋼板PLの他端面Ef2で反射してセンサ用光ファイバ5に入射した反射波である。
 R3は、反射波S R2がさらに鋼板PLの一端面Ef1で反射してセンサ用光ファイバ5に入射した反射波である。
【0044】
図10からわかるように、弾性波検出装置1は反射波S R0〜S R3まで確実に検出できることがわかる。
一方、図11からわかるように、AEセンサ200では、反射波S R0〜S R3を明確には検出できない。
【0045】
以上のように、弾性波検出装置1によれば、二次AEの反射波も感度よく検出することができる。
【0046】
次に、弾性波検出装置1による音源位置の標定方法について説明する。
図12は、音源位置の標定のためのセンサ用光ファイバ5の被検査対象物に対する設置方法を示す図である。
被検査対象物Wを矩形状の鋼板とした場合に、図12に示すように、一連のセンサ用光ファイバ5を複数位置で湾曲させ、被検査対象物Wの長手方向に対してセンサ用光ファイバ5を複数位置(3か所)で横断させ、センサ用光ファイバ5の横断部分(対向部)を被検査対象物Wに接着等の固定手段によって固定する。
このセンサ用光ファイバ5の被検査対象物Wに対する各横断部をAEを検出するセンサ部Sa,Sb,Scとする。
センサ部Sa,Sb,Scは、互いに対向しており、かつ、センサ部Saおよびセンサ部Sb間の間隔Gabと、センサ部Sbおよびセンサ部Sa間の間隔Gbcとを異ならせる。
【0047】
センサ部Sa,Sb,Scは、互いに異なる位置にあり、かつ、間隔Gabと間隔Gbcとが互いに異なるため、同一の音源位置から発生した特定モードの特定周波数のAEは、音源位置がいずれの位置であってもそれぞれ異なる時間にセンサ部Sa,Sb,Scに到達する。
したがって、センサ部Sa,Sb,Sc間における、特定モードの特定周波数のAEの到達時間差を検出することにより、音源位置を特定することができる。
【0048】
図13は、被検査対象物Wにおける音源位置を示す図である。
センサ用光ファイバ5を被検査対象物Wに設置した状態で、図13に示すように、音源位置AからAEが発生することを想定する。
音源位置Aは、センサ部Saから距離La、センサ部Sbから距離Lb、センサ部Scから距離Lcの位置にある。
【0049】
たとえば、音源位置Aがセンサ部Saとセンサ部Sbとの間であってセンサ部Sa寄りに位置するとすると、音源位置AからのAEは、センサ部Sa、センサ部Sb、センサ部Scの順で到達する。すなわち、音源位置Aからの伝搬距離に応じて、到達順序が決まる。
【0050】
各センサ部Sa,Sb,ScへのAEの到達時間差をΔT1,ΔT2(絶対値)とすると、
ΔT1:ΔT2=(Lb−La):(Lc−Lb)…(1)
の関係が成り立つ。
【0051】
また、Gab=La+Lb、Gbc=Lc−Lbの関係があり、かつ、Gab、Gbcは既知の値であるので、到達時間差ΔT1およびΔT2が求まれば、距離La,Lb,Lcを特定でき、音源位置Aを標定することができる。
【0052】
次に、Gabを500mm、Gbcを300mm、Laを100mm、Lbを400mm、Lcを700mmとして、実際に音源位置Aを発生した結果について説明する。
図14(a)は音源位置AにおいてAEを発生させたときの弾性波検出装置1の検出波形を示すグラフであり、(b)は(a)の検出波形をウェーブレット変換したときのウェーブレットの経時変化を示すグラフである。
図14(b)から、AEの到達時間は0.71msであり、二番目の到達時間は2.33msであり、3番目の到達時間は3.85msである。
【0053】
上記の条件では、(Lb−La):(Lc−Lb)は、300:300である。また、ΔT1=1.62ms、ΔT2=1.52msである。
したがって、ΔT1:ΔT2=1.62:1.52となり、略1:1である。
すなわち、上記の(1)式が略成り立つ。このことから、到達時間差ΔT1およびΔT2を検出できれば、音源位置を標定することができる。
【0054】
上記した音源位置の標定方法は、たとえば、パイプの損傷による音源位置の標定に使用できる。パイプの周囲に間隔を異ならせて一本のセンサ用光ファイバ5を長手方向に沿って巻き付けて複数のセンサ部を構成し、各センサ部にパイプの損傷により発生したAEが到達する到達時間の時間差を計測すれば、パイプの損傷位置を標定することができる。
【0055】
次に、本実施形態に係る弾性波検出装置1を用いた弾性波検出方法の適用可能な対象について説明する。
たとえば、タンクの底板の腐食により発生するAEの検出に適用可能である。上述したように、タンクの底板から腐食により発生する一次AEを検出したのち、音源位置を標定し、音源位置に向けて指向性を有する二次AEを積極的に励起し、反射波を検出して底板の減肉の状態を評価する。
タンクの底板の腐食による減肉の検査は、通常、タンク内容物を除去したのち、超音波厚さ計で定点測定を行なっているが、測定するには、内容物の除去、タンクの清掃、定点測定には膨大な時間と経費を要する。
このため、本実施形態に係る弾性波検出装置1のセンサ用光ファイバ5を底板に設置することにより、内容物の除去やタンクの清掃を必要とせず、底板の減肉の状態を評価することができる。
【0056】
また、たとえば、橋梁や配管、船舶や海洋構造物、ビルやトンネル、船舶や海洋構造物(たとえば、石油掘削プラットフォーム)等の鋼材を使用し、この鋼材が腐食による劣化する可能性がある構造物であれば、適用可能である。
【0057】
また、航空機のフライト中の機体、翼、圧力隔壁等に弾性波検出装置1のセンサ用光ファイバ5を設置すれば、航空機の疲労状態を常に監視することができる。
【0058】
また、たとえば、原子力発電施設や高放射能レベル廃液タンク等、腐食だけではなく放射能によって劣化しやすい構造物に、弾性波検出装置1のセンサ用光ファイバ5を設置すれば、放射能による破壊を監視することができる。
【0059】
なお、本実施形態では、被検査対象部物から発生する一次AEを検出たのち、二次AEを励起させて損傷状態を評価する場合について説明したが、単に一次AEを検出する構成としてもよく、また、最初から二次AEを励起して二次AEを検出する構成としてもよい。
【0060】
第2実施形態
図15は、本発明の他の実施形態に係る弾性波検出装置300の構成を示す図である。なお、第1の実施形態に係る弾性波検出装置1と同一の構成部分については同一の符号を使用している。
本実施形態に係る弾性波検出装置300は、第1の実施形態に係る弾性波検出装置1と異なる点は、弾性波検出装置1おいて参照光用光ファイバ6を使用せずに、2つのセンサ用光ファイバ5A,5Bとした点である。すなわち、本実施形態では、2本の光ファイバをそれぞれAEの検出に用いる。
【0061】
センサ用光ファイバ5A,5Bは、それぞれ異なる周波数特性を有する。
図16はセンサ用光ファイバ5A,5Bの断面構造を示す図であって、(a)は、センサ用光ファイバ5Bの構造を示しており、(b)はセンサ用光ファイバ5Aの構造を示している。
センサ用光ファイバ5A,5Bは、同一のベアファイバBFを有し、各ベアファイバBFは異なるコーティングCTa、CTbでそれぞれ被覆されている。
コーティングCTaは、たとえば、PVCからなり、コーティングCTbは、たとえば、PMMAからなる。コーティングCTa、CTbの膜厚は異なる。
センサ用光ファイバ5A,5Bは、コーティングの材料および膜厚が異なるため、周波数特性が異なる。
【0062】
本実施形態では、図15に示したように、上記センサ用光ファイバ5A,5Bを被検査対象物Wにそれぞれ設置する。
まず、センサ用光ファイバ5A,5Bの検出感度および周波数特性を調べた結果について説明する。
測定条件は、センサ用光ファイバ5A,5Bの直径125μmのベアーファイバBFにシングルモードファイバを用い、コーティングCTaに外径0.9mmのPVC、コーティングCTbに外径0.25mmのPMMAを用いた。
また、被検査対象物Wには、1200mm×1200mm×0.9mmの鋼板を用い、この鋼板の表面に700mmの距離を隔ててセンサ用光ファイバ5A,5Bを設置した。
【0063】
図17において、(a)はPVCをコーティングしたセンサ用光ファイバのAEの検出波形を示すグラフであり、(b)は(a)の検出波のパワースペクトルを示すグラフであり、(c)はPMMAをコーティングしたセンサ用光ファイバのAEの検出波形を示すグラフであり、(d)は(c)の検出波のパワースペクトルを示すグラフである。
図17から分かるように、10kHz以下の周波数帯域では、PVCをコーティングしたセンサ用光ファイバ5Bのほうが感度がよく、10kHz以上ではPMMAをコーティングしたセンサ用光ファイバ5Aのほうが感度がよい。
【0064】
次に、上記のPVCをコーティングしたセンサ用光ファイバ5BとPMMAをコーティングしたセンサ用光ファイバ5Aとの感度の違いを利用して、音源位置SAの標定を行った。
音源位置SAとセンサ用光ファイバ5Aまでの距離L1を100mm間隔で変化させ、音源位置SAでシャープペンシルの芯を圧折することにより一次AEを発生させた。
2波束からなる検出波にウェーブレット変換を施し、10kHzの周波数成分(特定モードの波)の最大ピークの時間差から音源位置SAを標定した。なお、10kHzでの周波数感度は、PMMAをコーティングしたセンサ用光ファイバ5Aのほうが高いため、ウェーブレット強度のピークはPMMAをコーティングしたセンサ用光ファイバ5Aのほうが大きくなる。
【0065】
図18は、標定結果を示すグラフである。
図18からわかるように、音源位置SAを標定した標定位置は略正確であり、標定位置の誤差は、最大で5.5%であった。
【0066】
以上のように、本実施形態によれば、2本の光ファイバーをAEの検出に用い、音源からの特定周波数の波の到達時間差を検出することにより、音源位置を標定でき、一台のシステムでより多くの計測を行うことができる。
また、2本のセンサ用光ファイバー5A,5Bの周波数特性を異ならせることにより、音源位置SAを一意に標定することが可能になる。すなわち、2本のセンサ用光ファイバー5A,5Bの周波数特性が同じであると、音源位置SAがセンサ用光ファイバー5A,5Bのいずれに対して近い位置にあるかの情報がないため、音源位置SAを標定したときに標定位置が2か所求まるが、周波数特性の相違が音源位置SAがセンサ用光ファイバー5A,5Bのいずれに対して近い位置にあるかの情報となるため音源位置SAを一意に標定することが可能になる。
なお、実際の構造物において、二次元平面内の位置を標定するには、2組のセンサ用光ファイバー5A,5Bを互いに直交する向きに設置し、それぞれ対向するセンサ用光ファイバー5A,5B間で音源位置をそれぞれ標定すればよい。
【0067】
第3実施形態
上述した第1の実施形態では、シュミットハンマーを用いて被検査対象物に指向性をもつ二次AEとしてのラム波を鋼板に励起させた場合について説明した。
本実施形態では、シュミットハンマー等の機械的衝撃ではなく、パルスYAGレーザで指向性をもつ超音波を被検査対象物に励起させ、この超音波を検出する方法について説明する。
【0068】
図19は、本実施形態に係る超音波の励起方法および検出方法を説明するための図である。
図19に示すように、まず、上述した第1の実施形態に係る弾性波検出装置1のセンサ用光ファイバ5を巻数を1回として円形(半径50mm)に湾曲させた状態で被検査対象物Wに設置する。
被検査対象物Wには、たとえば、厚さ50mmのアルミニウム板を用いる。
被検査対象物Wの表面には、シリコンオイルを塗布している。
【0069】
上記の状態の被検査対象物Wの表面のセンサ用光ファイバ5で形成される円の中心位置を音源位置SBとして、この音源位置SBに、図示しないマルチモード光ファイバを介して、たとえば、5mJのYAGパルスレーザLYを出力する。
YAGパルスレーザLYを音源位置SBに照射すると、シリコンオイルのブレークダウンによりレイリー波が励起される。
【0070】
弾性波検出装置1によりレイリー波を検出した結果を図20、図21に示す。
図20は検出波の波形を示すグラフであり、図21は検出波のパワースペクトルを示すグラフである。
図20および図21からわかるように、弾性波検出装置1は非常に感度が高いため、100kHzから800kHzの周波数帯域のレイリー波が検出できるのがわかる。
【0071】
点状の音源で励起したレイリー波は、円筒状に伝搬するので、センサ用光ファイバーを円状にすることにより高周波帯域にあるレイリー波を検出することができる。
【0072】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバーを用いて構造物に発生するAEあるいは構造物に励起させたAEを高い検出精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る弾性波検出装置の構成図である。
【図2】弾性波検出装置を被検査対象物に設置した状態を示す斜視図である。
【図3】被検査対象物Wの表面に図2に示した鋼球Bを実際に落下させ、検出した二次AEの波形を示すグラフである。
【図4】被検査対象物Wの音源位置Sにおいて、シャープペンシルの芯を圧折して検出したAE波形を示すグラフである。
【図5】検出波を処理装置においてウェーブレット変換処理して得られたウェーブレット群速度線図である。
【図6】マイケルソン型干渉計を基本とする弾性波検出装置の構成の一例を示す図である。
【図7】本発明の第1の実施形態に係る弾性波検出方法の手順を示すフローチャートである。
【図8】指向性の超音波を励起し、反射波を発生させる実験システムの概略構成を示す斜視図である。
【図9】鋼板PLに励起したラム波の伝搬経路を説明するための図である。
【図10】弾性波検出装置の検出した検出波形を示すグラフである。
【図11】AEセンサの検出した検出波形を示すグラフである。
【図12】音源位置の標定のためのセンサ用光ファイバの被検査対象物に対する設置方法を示す図である。
【図13】被検査対象物における音源位置を示す図である。
【図14】(a)は音源位置AにおいてAEを発生させたときの検出波形を示すグラフであり、(b)は(a)の検出波形をウェーブレット変換したときのウェーブレットの経時変化を示すグラフである。
【図15】本発明の第2の実施形態に係る弾性波検出装置の構成を示す図である。
【図16】2本のセンサ用光ファイバの断面構造を示す図である。
【図17】(a)はPVCをコーティングしたセンサ用光ファイバのAEの検出波形を示すグラフであり、(b)は(a)の検出波のパワースペクトルを示すグラフであり、(c)はPMMAをコーティングしたセンサ用光ファイバのAEの検出波形を示すグラフであり、(d)は(c)の検出波のパワースペクトルを示すグラフである。
【図18】標定結果を示すグラフである。
【図19】本発明の第3の実施形態に係る超音波の励起方法および検出方法を説明するための図である。
【図20】弾性波検出装置により検出したレイリー波の波形を示すグラフである。
【図21】弾性波検出装置により検出した検出波のパワースペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
1,300…弾性波検出装置
2…光源
3…偏波器
4…スプリッタ
5…参照光用光ファイバ
6…センサ用光ファイバ
7…結合器
8…光検出器
9…処理装置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inspection method and apparatus for inspecting the state of an object to be inspected by detecting an elastic wave generated in the object to be inspected such as a structure or the generated elastic wave.
[0002]
[Prior art]
AE (Acoustic Emission) is an ultrasonic region (frequency of 50 kHz to 1 MHz) generated when phenomena such as minute deformation, fracture such as cracks, phase transformation, or movement of crystal grain boundaries occur inside a solid such as a metal material. ), In a broad sense, includes an elastic wave in a frequency band of several hundreds kHz to several tens kHz due to cracks in rock or fluctuations in the underground ground.
By detecting the above-described AE in real time, it is possible to detect corrosion of a structure, fatigue failure, and the like.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For the detection of AE, for example, a piezoelectric element (PbTiZrO3) Is used. An ultrasonic sensor using a piezoelectric element has a high detection sensitivity and can accurately detect a weak AE generated from a structure or the like.
However, an ultrasonic sensor using a piezoelectric element requires a device that amplifies the detection signal or converts the impedance, requires a coaxial cable to transmit the detection signal, is limited in the place of use, and is susceptible to electromagnetic interference. Disadvantages such as increased weight.
[0004]
As another method of detecting AE, a method of detecting the AE using an optical fiber is known. In the method of detecting AE using an optical fiber, the AE can be detected at a relatively low cost without being limited by the place of use.
Specifically, for example, a so-called Michelson interferometer is configured using an optical fiber. When the AE enters the optical fiber, the refractive index of the core of the optical fiber changes according to the strength of the AE. By detecting the change in the refractive index as a change in the phase of light transmitted through the optical fiber, the intensity of the AE can be specified.
The Michelson interferometer needs to cut an optical fiber flat and deposit a reflective film such as gold on the cut end face. The AE detection accuracy of the Michelson interferometer depends on the accuracy of the end face of the optical fiber.
However, it is difficult to process the end face with high precision, and it is difficult to deposit a reflective film on the end face. For this reason, it was difficult for the Michelson-type interferometer to obtain high AE detection accuracy.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problem, and has as its object to detect AE generated from an object to be inspected or AE generated in the object to be inspected with high detection accuracy using an optical fiber. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for detecting an elastic wave which can be performed.
Another object of the present invention is to provide an inspection method for inspecting the state of an object to be inspected using the above-described elastic wave detection device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The inspection method according to the first aspect of the present invention provides a method in which at least one of the first and second optical fibers installed with respect to the inspection target is guided from one end to the other end by a single light source. Based on the light intensity of the superimposed light of the split light, an elastic wave generated in the object to be inspected is monitored, and when an elastic wave generated in the object to be inspected is detected, the object to be inspected is detected. An object is excited with an elastic wave, the excited elastic wave is detected based on the light intensity of the superimposed light, and the state of the inspection object is inspected based on the detected elastic wave.
[0007]
Preferably, time and frequency information is extracted from the light intensity information, and based on the time and frequency information, a source of the elastic wave is located, and directivity is directed toward the located source. Excites the elastic wave having.
[0008]
An inspection method according to a second aspect of the present invention includes the steps of: exciting an elastic wave to an object to be inspected; at least one of the first and second optical fibers installed on the object to be inspected; The elastic wave is detected based on the light intensity of the superimposed light of the light dispersed from the single light source guided toward the other end, and the state of the inspection object is determined based on the detected elastic wave. Inspect
[0009]
Preferably, the inspection object is irradiated with a laser beam to excite an elastic wave.
[0010]
According to the elastic wave detection method of the present invention, at least one of the first and second optical fibers is set on the object to be inspected, and guided from one end of the first and second optical fibers to the other end. An elastic wave generated from the inspection object is detected based on the light intensity of the superimposed light of the light separated from the single light source.
[0011]
Preferably, time and frequency information is extracted from the light intensity information, and the generation source of the elastic wave is located based on the time and frequency information.
[0012]
More preferably, the frequency characteristics of the first and second optical fibers are made different from each other, both the first and second optical fibers are installed on the object to be inspected, and time information is obtained from the information on the light intensity. And information on the frequency is extracted, and the generation source of the elastic wave is located based on the information on the time and the frequency.
[0013]
The elastic wave detection device of the present invention is configured such that a single light source, a splitter that splits light from the single light source, and at least one of the splitters is installed with respect to the inspection object and guides the light split by the splitter. Coupling means for superimposing first and second optical fibers, light guided from one end of the first and second optical fibers to the other end, and light for detecting the light intensity of the superimposed light A detector that extracts time and frequency information from a detection signal of the photodetector and detects an elastic wave generated in the inspection object from the information;
[0014]
According to the present invention, when an elastic wave is generated in an object to be inspected or an elastic wave is excited in the object to be inspected, the elastic wave is incident on an optical fiber provided for the object to be inspected. The incidence of this elastic wave changes the refractive index of the optical fiber, changes the state of the light split from a single light source guided from one end to the other end, and the superimposed light has a lower intensity than the elastic wave. Modulated accordingly. An elastic wave is detected by a predetermined process of the light intensity signal of the superimposed light including the information of the elastic wave.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First embodiment
FIG. 1 is a configuration diagram of an elastic wave detection device according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the elastic wave detecting device 1 includes a light source 2, a polarizer 3, a splitter 4, an optical fiber for reference light 5, an optical fiber for sensor 6, a coupler 7, a photo detector 8, , A processing device 9.
The elastic wave detection device 1 has a configuration based on a so-called Mach-Zehnder interferometer.
[0016]
The light source 2 outputs a laser beam having a specific wavelength. As the light source 2, for example, a laser diode is used.
The polarizer 3 controls the polarization of the laser light output from the light source 2 to be in a fixed direction, and outputs the laser light to the splitter 4.
[0017]
The splitter 4 splits the laser light input from the polarizer 3, outputs one laser light to the reference light optical fiber 5, and outputs the other laser light to the sensor optical fiber 6. As the splitter 4, a polarization preserving splitter that preserves the polarization direction controlled by the polarizer 3 is used.
[0018]
One of the laser beams split by the splitter 4 is input to the optical fiber for reference light 6. As the reference light optical fiber 6, for example, a single mode type bare fiber coated with acrylic or PVC (Polyvinyl Chloride) or the like is used. The optical fiber for reference light 6 is a polarization maintaining optical fiber.
The other of the laser beams split by the splitter 4 is input to the sensor optical fiber 5. The optical fiber for sensor 5 has the same configuration (same frequency characteristics) as the optical fiber for reference light 6, and a polarization maintaining optical fiber is used.
[0019]
The coupler 7 superimposes the laser light guided by the reference light optical fiber 6 and the sensor optical fiber 5 and outputs the laser light to the photodetector 8. The light from the optical fiber for reference light 6 and the optical fiber for sensor 5 are superposed by the coupler 7, and interference light is generated by the optical path difference between the optical fiber for reference light 6 and the optical fiber for sensor 5.
[0020]
The light detector 8 detects the light intensity of the interference light output from the coupler 7. Specifically, an electric signal corresponding to the light intensity of the incident interference light is generated. As the photodetector 8, for example, a photodiode is used.
[0021]
The processing device 9 converts the detection signal consisting of the analog signal of the photodetector 8 into a digital signal and takes it in. This processing device 9 is constituted by, for example, a personal computer. The processing device 9 performs a filtering process on the captured detection signal, and analyzes a group velocity dispersion and a temporal change of a specific frequency component by a wavelet transform or the like.
[0022]
Detection characteristics of elastic wave detector 1
Next, the elastic wave detection sensitivity characteristics of the elastic wave detection device 1 having the above configuration will be described.
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the elastic wave detection device 1 having the above-described configuration is installed on an object to be inspected.
In FIG. 2, the inspection object W is made of, for example, a thin steel plate.
The sensor optical fiber 5 is bonded to the surface of the inspection object W so as to cross the inspection object W.
[0023]
A position at a distance L from the sensor optical fiber 5 on the surface of the inspection object W is defined as a sound source position (elastic wave generation source) S, a steel ball B is dropped at this position, and an elastic wave (AE) is generated by the impact. generate. Here, an AE generated by damage such as a crack or breakage of a material is referred to as a primary AE, and an AE generated by an external force such as an impact is referred to as a secondary AE. When the steel ball B is dropped on the inspection object W, a secondary AE is generated.
[0024]
The secondary AE generated at the sound source position S propagates through the inspection target object W and enters the sensor optical fiber 5.
When the secondary AE enters the sensor optical fiber 5, the refractive index of the sensor optical fiber 5 changes. For this reason, the state of the laser light guided through the sensor optical fiber 5 changes.
On the other hand, since the reference light optical fiber 6 is separated from the inspection object W, the generated secondary AE does not enter the reference light optical fiber 6.
[0025]
In the coupler 7, the secondary AE in the sensor optical fiber 5 is superposed on the incident laser light and the laser light conveyed through the reference optical fiber 6 to generate interference light. The light intensity of the interference light changes according to the secondary AE incident on the sensor optical fiber 5.
The photodetector 8 detects the light intensity of the interference light that changes according to the secondary AE incident on the sensor optical fiber 5 and outputs the detected light intensity to the processing device 9.
[0026]
FIG. 3 is a graph showing a waveform of the secondary AE detected by actually dropping the steel ball B shown in FIG. 2 on the surface of the inspection object W.
In FIG. 3, the waveforms of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are also displayed in an overlapping manner.
[0027]
The embodiment shows an AE detection waveform detected by the elastic wave detection device 1 having the above configuration.
Comparative Example 1 is different from the elastic wave detecting device 1 having the above-described configuration in that the polarizer 3 is not used and the splitter 4 is not a polarization maintaining splitter but a normal splitter, and the sensor optical fiber 5 and the reference optical fiber are used. 6 shows an AE detection waveform obtained by the elastic wave detector when a normal single mode type optical fiber is used instead of the polarization maintaining optical fiber.
[0028]
Comparative Example 2 shows an AE detection waveform by an elastic wave detector based on a so-called Michelson interferometer.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of an elastic wave detection device based on a Michelson interferometer.
The elastic wave detection device 100 shown in FIG. 6 includes a light source 104, a processing device 106, a photodetector 105, a splitter 102, a sensor optical fiber 110, and a reference light optical fiber 111.
In the elastic wave detection device 100, a laser beam is output from the light source 104, and the laser beam is branched by the splitter 102 and guided to the optical fiber for sensor 110 and the optical fiber for reference light 111. The laser light guided to the sensor optical fiber 110 and the reference light optical fiber 111 is reflected by the end face 110a of the sensor optical fiber 110 and the end face 111a of the reference light optical fiber 111, respectively, and this reflected light is split by the splitter 102. The light beams are superimposed and interference light is generated. The light intensity of the interference light is detected by the photodetector 105 and taken into the processing device 106.
[0029]
Comparative Example 2 described above shows the waveform of the AE detected by the sensor optical fiber 110 when the sensor optical fiber 110 is installed at the same position as the sensor optical fiber 5 installed on the inspection object W.
[0030]
The measurement conditions shown in FIG. 3 are such that the inspection object W is a thin steel plate having dimensions of 914 × 914 mm and a thickness of 0.9 mm, and the distance L between the sound source position S and the sensor optical fiber 5 is 200 mm. . The optical fiber for sensor 5 and the optical fiber for reference light 6 were coated fibers coated with PVC, and the optical fiber for sensor 110 and the optical fiber for reference light 111 were bare fibers. In addition, between the coated fiber and the bare fiber, the bare fiber has higher detection sensitivity.
[0031]
In FIG. 3, comparing the example with the comparative example 2, the detection sensitivity of the elastic wave detection device 1 according to the present embodiment is about 150 times lower than the detection sensitivity of the elastic wave detection device 100 based on the Michelson interferometer. It has about twice the sensitivity. That is, the elastic wave detection device 1 according to the present embodiment has a sensitivity that is approximately 150 times the detection sensitivity of the elastic wave detection device 100 based on the Michelson interferometer even when coated fiber is used.
Further, comparing the example with the comparative example 1, the detection sensitivity of the elastic wave detection device 1 according to the present embodiment is about five times as high. That is, by using the polarizer 3, the polarization maintaining splitter, and the polarization maintaining optical fiber, the sensitivity is greatly improved. That is, by preserving the plane of polarization of the laser light, it is possible to prevent the S / N ratio from being reduced when the optical fiber is bent or the optical fiber has a temperature change.
[0032]
The results described above are the results regarding the detection characteristics of AE of large amplitude and low frequency of the elastic wave detection device 1 according to the present embodiment.
Next, the detection characteristics of the weak AE of the elastic wave detection device 1 according to the present embodiment will be described.
The weak AE is generated, for example, by damage such as cracking or destruction of the material, but can be generated by bending the lead of the mechanical pencil. Core bending is used as a standard sound source for AE sensors and measuring instruments. Specifically, when the mechanical pencil is bent, the AE of a weak plate wave (Lamb wave) is generated due to the peeling of the core. In most structures, AE can be detected as the above-mentioned Lamb wave. Various dispersive mode waves exist in the Lamb wave.
[0033]
FIG. 4 is a graph showing an AE waveform detected by bending the lead of the mechanical pencil at the sound source position S of the inspection object W, and FIG. It is an obtained wavelet group velocity diagram.
The wavelet transform changes the form of a window function depending on time and frequency, and extracts time and frequency information from the entire region of the detected waveform. That is, time-frequency conversion is performed at each time of the detected waveform, and the signal strength for each frequency band is obtained in time series. Thereby, information on the arrival time of the wave in the specific mode at the specific frequency is obtained, and for example, the sound source position can be located.
[0034]
The bending condition of the mechanical pencil at the sound source position S was such that a mechanical force of 4 N was released to the mechanical pencil core having a hardness of 2H and a diameter of 0.5 mm in 0.9 μs. In addition, a DC voltage of 1.5 V was applied between the lead of the mechanical pencil and the inspection object W, and an open voltage when the lead was pressed against was used as a trigger signal.
By pressing the mechanical pencil core, S0A mode initial wave is generated.0A mode Lamb wave is generated. These S0Mode initial wave and A0The mode Lamb wave can be obtained by calculation under predetermined conditions.
S0The mode first wave is A0This is a low-frequency zero-order symmetric mode wave whose amplitude is smaller than that of the mode Lamb wave.
A0A mode Lamb wave is a low-frequency, zero-order asymmetric mode wave having a large amplitude. Lamb waves have a dispersive property whose speed depends on frequency.
In FIG. 4, S0Although the 動 mode initial wave was not reliably detected, it is considered that this was caused by using a coated fiber as the optical fiber.
On the other hand, A0The mode Lamb wave is detected reliably.
[0035]
In FIG. 5, what is indicated by shading is a wavelet coefficient variance obtained by performing a wavelet transform process on the detected wave. Also, the solid line shows the A obtained by calculation.0Mode Lamb wave group velocity dispersion.
The black ridge (high wavelet coefficient band) of the wavelet coefficient variance in FIG.0Mode Lamb wave group velocity dispersion is well matched up to about 60 kHz. That is, A0わ か る You can see that the mode Lamb wave has been extracted by the wavelet transform.
[0036]
As described above, the elastic wave detection device 1 according to the present embodiment includes, for example, a primary AE that is a weak ultrasonic wave that causes corrosion (self-destruction of atmospheric rust) and minute cracks of a structural member, an external impact, and the like. Has the sensitivity to detect both secondary AEs, which are elastic waves generated by the application of the AE.
[0037]
Inspection methods
Next, an inspection method using the elastic wave detection device 1 having the above configuration will be described.
FIG. 7 is a flowchart illustrating the procedure of the inspection method according to the present embodiment.
First, the elastic wave detection device 1 having the above-described configuration is installed on an object to be inspected such as a steel structure, a pipe, a tank, or the like, and a primary AE in which damage such as corrosion, corrosion cracking, and fatigue fracture occurs in the steel structure. Is detected (step S1).
The elastic wave detecting device 1 is installed in a structure in advance, and the primary AE is constantly monitored (monitored) for the occurrence of the primary AE, and by detecting the primary AE, corrosion, minute cracks, and fatigue fracture occur in the structure. Can be detected.
[0038]
Even if it is detected that a structure such as a corrosion, a micro-crack, or a fatigue fracture has occurred, it is difficult to evaluate the state unless the location of the occurrence can be specified. In particular, in the case of a large structure, it is important to specify a damaged portion.
For this reason, the sound source position at which the primary AE has occurred is located from the primary AE detected by the elastic wave detection device 1 (step S2).
This sound source position performs the above-described wavelet transform on the detected primary AE, extracts a wave of a specific frequency, and locates the sound source position based on the extracted information. The method for locating the sound source position will be further described later.
[0039]
After detecting that damage such as corrosion, minute cracks, and fatigue fracture has occurred in the structure, it is necessary to evaluate the state. That is, it is necessary to determine a countermeasure according to the degree of damage.
For this reason, the directional ultrasonic wave is excited toward the located sound source position (damage position) on the inspected object, and is the ultrasonic wave transmitted through the inspected object or the ultrasonic wave reflected by the inspected object. The secondary AE is detected by the above-described elastic wave detection device 1 (step S3).
Specifically, for example, a steel plate of a structure such as a tank loses its thickness when corroded. In order to evaluate the state of the thinned portion, a directional ultrasonic wave (plate) is applied to the thinned portion of the steel plate. (Wave) is excited, and the ultrasonic wave reflected by the thinned portion is detected by the elastic wave detecting device 1 described above.
[0040]
Next, the state near the sound source position is analyzed based on the detected secondary AE (step S4). By analyzing the state near the sound source position, the damage state near the sound source position can be evaluated. Since the secondary AE, which is an ultrasonic wave transmitted through the inspection object or an ultrasonic wave reflected by the inspection object, includes information on the state of the damaged portion, the information is extracted by a predetermined process.
[0041]
For example, when ultrasonic waves (plate waves) are excited along a steel sheet in a place where the thinning due to corrosion of the steel sheet occurs, the ultrasonic waves, which are the secondary AEs, are reflected at the thinned part, so that this reflected wave is detected. By doing so, the state of thinning can be estimated.
[0042]
Here, a description will be given of the result of an experiment performed to determine whether the acoustic wave detection device 1 can excite ultrasonic waves along a steel plate and detect reflected waves of the ultrasonic waves.
FIG. 8 is a perspective view showing a schematic configuration of an experimental system that excites directional ultrasonic waves and generates reflected waves.
In FIG. 8, the sensor optical fiber 5 was installed on the surface of the steel plate PL so as to cross in the longitudinal direction, and one end face Ef1 in the longitudinal direction of the steel plate PL was hit with a Schmitt hammer to excite Lamb waves.
Note that the steel plate PL has a size of 460 mm × 1860 mm × 6 mm, and a coated fiber was used as the sensor optical fiber 5, and this was bonded to the position 300 mm from the end face Ef with silicon grease. For reference, an AE sensor 200 (PICO sensor manufactured by PAC, 540 kHz resonance type) was installed at a position 30 mm from the end face Ef to detect a Lamb wave.
[0043]
9 is a diagram for explaining a propagation path of a Lamb wave excited in the steel plate PL, FIG. 10 is a graph showing a detection waveform detected by the elastic wave detection device 1, and FIG. 6 is a graph showing a detection waveform.
In FIG. 9, the Lamb wave excited on the steel plate PL is represented by S0Then S0R0 is Lamb wave S0Is a reflected wave reflected by the other end surface Ef2 of the steel plate PL and incident on the optical fiber for sensor 5.
S0R1 is the reflected wave S0R0 is a reflected wave further reflected on one end face Ef1 of the steel plate PL and incident on the sensor optical fiber 5.
S0R2 is the reflected wave S0R1 is a reflected wave further reflected by the other end surface Ef2 of the steel plate PL and incident on the sensor optical fiber 5.
S0R3 is the reflected wave S0R2 is a reflected wave further reflected on one end face Ef1 of the steel plate PL and incident on the sensor optical fiber 5.
[0044]
As can be seen from FIG. 10, the elastic wave detecting device 10R0-S0It can be seen that detection can be reliably made up to R3.
On the other hand, as can be seen from FIG.0R0-S0R3 cannot be clearly detected.
[0045]
As described above, according to the elastic wave detection device 1, a reflected wave of the secondary AE can be detected with high sensitivity.
[0046]
Next, a method of locating the sound source position by the elastic wave detection device 1 will be described.
FIG. 12 is a diagram showing a method for installing the sensor optical fiber 5 for the object to be inspected for locating the sound source position.
When the inspection object W is a rectangular steel plate, a series of sensor optical fibers 5 are bent at a plurality of positions as shown in FIG. The fiber 5 is traversed at a plurality of positions (three places), and the traversed portion (opposed portion) of the sensor optical fiber 5 is fixed to the inspection object W by a fixing means such as bonding.
Each transverse portion of the sensor optical fiber 5 with respect to the inspection object W is defined as sensor units Sa, Sb, Sc for detecting AE.
The sensor portions Sa, Sb, Sc are opposed to each other, and the distance Gab between the sensor portions Sa and Sb is different from the distance Gbc between the sensor portions Sb and Sa.
[0047]
Since the sensor units Sa, Sb, Sc are located at different positions, and the interval Gab and the interval Gbc are different from each other, the AE of the specific frequency of the specific mode generated from the same sound source position is determined by the position of the sound source position. , The sensors arrive at the sensor units Sa, Sb, Sc at different times.
Therefore, the sound source position can be specified by detecting the arrival time difference of the AE of the specific frequency in the specific mode among the sensor units Sa, Sb, Sc.
[0048]
FIG. 13 is a diagram illustrating a sound source position on the inspection target object W.
It is assumed that AE is generated from the sound source position A as shown in FIG. 13 in a state where the sensor optical fiber 5 is installed on the inspection object W.
The sound source position A is located at a distance La from the sensor unit Sa, a distance Lb from the sensor unit Sb, and a distance Lc from the sensor unit Sc.
[0049]
For example, assuming that the sound source position A is between the sensor units Sa and Sb and is located closer to the sensor unit Sa, the AE from the sound source position A is in the order of the sensor unit Sa, the sensor unit Sb, and the sensor unit Sc. To reach. That is, the arrival order is determined according to the propagation distance from the sound source position A.
[0050]
Assuming that the arrival time difference of the AE to each of the sensor units Sa, Sb, Sc is ΔT1, ΔT2 (absolute value),
ΔT1: ΔT2 = (Lb−La): (Lc−Lb) (1)
Holds.
[0051]
Further, since there is a relationship of Gab = La + Lb, Gbc = Lc−Lb, and Gab and Gbc are known values, if the arrival time differences ΔT1 and ΔT2 are obtained, the distances La, Lb, and Lc can be specified, and the sound source can be specified. Position A can be located.
[0052]
Next, a description will be given of the result of actually generating the sound source position A when Gab is set to 500 mm, Gbc is set to 300 mm, La is set to 100 mm, Lb is set to 400 mm, and Lc is set to 700 mm.
FIG. 14A is a graph showing a detection waveform of the elastic wave detection device 1 when AE is generated at the sound source position A, and FIG. 14B is a graph showing a time-lapse of a wavelet when the detection waveform of FIG. It is a graph which shows a change.
From FIG. 14B, the arrival time of the AE is 0.71 ms, the second arrival time is 2.33 ms, and the third arrival time is 3.85 ms.
[0053]
Under the above conditions, (Lb-La) :( Lc-Lb) is 300: 300. ΔT1 = 1.62 ms and ΔT2 = 1.52 ms.
Therefore, ΔT1: ΔT2 = 1.62: 1.52, which is approximately 1: 1.
That is, the above equation (1) substantially holds. From this, if the arrival time differences ΔT1 and ΔT2 can be detected, the sound source position can be located.
[0054]
The method for locating a sound source described above can be used, for example, for locating a sound source due to damage to a pipe. One sensor optical fiber 5 is wound along the longitudinal direction at different intervals around the pipe to form a plurality of sensor sections, and the arrival time of the AE generated by damage to the pipe to each sensor section is determined. By measuring the time difference, the damaged position of the pipe can be located.
[0055]
Next, an applicable object of the elastic wave detection method using the elastic wave detection device 1 according to the present embodiment will be described.
For example, the present invention can be applied to detection of AE generated by corrosion of a bottom plate of a tank. As described above, after detecting the primary AE generated by corrosion from the bottom plate of the tank, the sound source position is located, the secondary AE having directivity toward the sound source position is actively excited, and the reflected wave is detected. To evaluate the state of bottom wall thinning.
Inspection of thinning due to corrosion of the bottom plate of the tank is usually performed by removing the contents of the tank and then measuring the fixed point with an ultrasonic thickness gauge.To measure, remove the contents, clean the tank, Much time and money are required for fixed point measurement.
For this reason, by installing the sensor optical fiber 5 of the elastic wave detection device 1 according to the present embodiment on the bottom plate, it is not necessary to remove the contents or clean the tank, and to evaluate the state of the thinning of the bottom plate. Can be.
[0056]
Also, for example, a structure using steel materials such as bridges and pipes, ships and marine structures, buildings and tunnels, ships and marine structures (for example, oil drilling platforms), and the like, where the steel materials may deteriorate due to corrosion. If so, it is applicable.
[0057]
In addition, if the sensor optical fiber 5 of the elastic wave detection device 1 is installed on the body, wings, pressure bulkheads, and the like during the flight of the aircraft, the fatigue state of the aircraft can be constantly monitored.
[0058]
Further, for example, if the sensor optical fiber 5 of the elastic wave detection device 1 is installed in a structure that is easily degraded not only by corrosion but also by radioactivity, such as a nuclear power generation facility or a high radioactivity level waste liquid tank, the destruction by radioactivity can occur. Can be monitored.
[0059]
In the present embodiment, a case has been described where the primary AE generated from the inspected object is detected, and then the secondary AE is excited to evaluate the damage state. However, the configuration may be such that the primary AE is simply detected. Alternatively, the secondary AE may be excited from the beginning to detect the secondary AE.
[0060]
Second embodiment
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an elastic wave detection device 300 according to another embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the elastic wave detection device 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
The elastic wave detection device 300 according to the present embodiment is different from the elastic wave detection device 1 according to the first embodiment in that the elastic wave detection device 1 does not use the optical fiber 6 for reference light, This is the point that the optical fibers for sensors 5A and 5B are used. That is, in this embodiment, two optical fibers are used for AE detection.
[0061]
The sensor optical fibers 5A and 5B have different frequency characteristics.
FIGS. 16A and 16B are diagrams showing a cross-sectional structure of the sensor optical fibers 5A and 5B. FIG. 16A shows the structure of the sensor optical fiber 5B, and FIG. 16B shows the structure of the sensor optical fiber 5A. ing.
The sensor optical fibers 5A and 5B have the same bare fiber BF, and each bare fiber BF is coated with a different coating CTa and CTb, respectively.
The coating CTa is made of, for example, PVC, and the coating CTb is made of, for example, PMMA. The coatings CTa and CTb have different thicknesses.
The sensor optical fibers 5A and 5B have different frequency characteristics due to different coating materials and film thicknesses.
[0062]
In the present embodiment, as shown in FIG. 15, the sensor optical fibers 5A and 5B are installed on the inspection object W, respectively.
First, the results of examining the detection sensitivity and frequency characteristics of the sensor optical fibers 5A and 5B will be described.
The measurement conditions were as follows. Single-mode fiber was used for the bare fiber BF having a diameter of 125 μm of the sensor optical fibers 5A and 5B, PVC having an outer diameter of 0.9 mm was used for the coating CTa, and PMMA having an outer diameter of 0.25 mm was used for the coating CTb.
A 1200 mm × 1200 mm × 0.9 mm steel plate was used as the inspection object W, and the sensor optical fibers 5 </ b> A and 5 </ b> B were installed on the surface of the steel plate at a distance of 700 mm.
[0063]
In FIG. 17, (a) is a graph showing an AE detection waveform of the optical fiber for sensor coated with PVC, (b) is a graph showing a power spectrum of the detection wave of (a), and (c) is a graph. It is a graph which shows the detection waveform of AE of the optical fiber for sensors coated with PMMA, and (d) is a graph which shows the power spectrum of the detection wave of (c).
As can be seen from FIG. 17, in the frequency band of 10 kHz or less, the sensitivity of the sensor coated optical fiber 5B coated with PVC is higher, and above 10 kHz, the sensitivity of the sensor optical fiber 5A coated with PMMA is higher.
[0064]
Next, the sound source position SA was located by utilizing the difference in sensitivity between the above-mentioned optical fiber for sensor 5B coated with PVC and the optical fiber for sensor 5A coated with PMMA.
The primary AE was generated by changing the distance L1 between the sound source position SA and the sensor optical fiber 5A at intervals of 100 mm, and bending the mechanical pencil core at the sound source position SA.
Wavelet transform was performed on the detection wave composed of two wave packets, and the sound source position SA was located from the time difference between the maximum peaks of the frequency component of 10 kHz (wave in the specific mode). Since the frequency sensitivity at 10 kHz is higher in the sensor optical fiber 5A coated with PMMA, the peak of the wavelet intensity is larger in the sensor optical fiber 5A coated with PMMA.
[0065]
FIG. 18 is a graph showing the orientation results.
As can be seen from FIG. 18, the location where the sound source position SA was located was substantially accurate, and the error in the location was 5.5% at the maximum.
[0066]
As described above, according to the present embodiment, the position of the sound source can be located by using the two optical fibers for detecting the AE and detecting the arrival time difference of the wave of the specific frequency from the sound source. More measurements can be made.
By making the frequency characteristics of the two sensor optical fibers 5A and 5B different, the sound source position SA can be uniquely located. That is, if the frequency characteristics of the two sensor optical fibers 5A and 5B are the same, there is no information as to which of the sensor optical fibers 5A and 5B is closer to the sound source position SA. When locating, two locating positions are obtained. However, since the difference in frequency characteristics is information as to which of the sensor optical fibers 5A and 5B is closer to the sound source position SA, the sound source position SA is uniquely located. It becomes possible to do.
In order to determine the position in a two-dimensional plane in an actual structure, two sets of sensor optical fibers 5A and 5B are installed in directions orthogonal to each other, and a sound source is placed between the opposing sensor optical fibers 5A and 5B. It is sufficient to locate each position.
[0067]
Third embodiment
In the above-described first embodiment, a case has been described in which a Lamb wave as a secondary AE having directivity to a test object is excited in a steel plate using a Schmitt hammer.
In the present embodiment, a method will be described in which an ultrasonic wave having directivity is excited on an object to be inspected by a pulsed YAG laser instead of a mechanical shock such as a Schmitt hammer, and the ultrasonic wave is detected.
[0068]
FIG. 19 is a diagram for explaining an ultrasonic excitation method and a detection method according to the present embodiment.
As shown in FIG. 19, first, the object to be inspected is a state in which the sensor optical fiber 5 of the elastic wave detection device 1 according to the above-described first embodiment is curved in a circular shape (with a radius of 50 mm) with one turn. Install on W
As the inspection object W, for example, an aluminum plate having a thickness of 50 mm is used.
Silicon oil is applied to the surface of the inspection object W.
[0069]
The center position of a circle formed by the sensor optical fiber 5 on the surface of the inspection object W in the above state is defined as a sound source position SB, and the sound source position SB is, for example, 5 mJ via a multi-mode optical fiber (not shown). Of the YAG pulse laser LY.
When the YAG pulse laser LY is irradiated to the sound source position SB, the Rayleigh wave is excited by the breakdown of the silicon oil.
[0070]
20 and 21 show results of detection of Rayleigh waves by the elastic wave detection device 1.
FIG. 20 is a graph showing the waveform of the detected wave, and FIG. 21 is a graph showing the power spectrum of the detected wave.
As can be seen from FIGS. 20 and 21, since the elastic wave detection device 1 has extremely high sensitivity, it can be understood that a Rayleigh wave in a frequency band of 100 kHz to 800 kHz can be detected.
[0071]
Since the Rayleigh wave excited by the point-like sound source propagates in a cylindrical shape, the Rayleigh wave in a high frequency band can be detected by making the sensor optical fiber circular.
[0072]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, AE which generate | occur | produces in a structure using the optical fiber or AE which excited the structure can be detected with high detection accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an elastic wave detection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the elastic wave detection device is installed on an object to be inspected.
FIG. 3 is a graph showing a waveform of a secondary AE detected by actually dropping the steel ball B shown in FIG. 2 on the surface of the inspection object W;
FIG. 4 is a graph showing an AE waveform detected by bending the lead of a mechanical pencil at a sound source position S of a test object W;
FIG. 5 is a wavelet group velocity diagram obtained by performing a wavelet transform process on a detected wave in a processing device.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a configuration of an elastic wave detection device based on a Michelson interferometer.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of an elastic wave detection method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a schematic configuration of an experimental system for exciting a directional ultrasonic wave and generating a reflected wave.
FIG. 9 is a diagram for explaining a propagation path of a Lamb wave excited in the steel plate PL.
FIG. 10 is a graph showing a detection waveform detected by the elastic wave detection device.
FIG. 11 is a graph showing a detection waveform detected by the AE sensor.
FIG. 12 is a diagram showing a method for installing a sensor optical fiber for an object to be inspected for locating a sound source position.
FIG. 13 is a diagram showing a sound source position on the inspection object.
14A is a graph showing a detected waveform when an AE is generated at a sound source position A, and FIG. 14B is a graph showing a temporal change of a wavelet when the detected waveform of FIG. It is.
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of an elastic wave detection device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional structure of two optical fibers for sensors.
17A is a graph showing a detected waveform of AE of an optical fiber for a sensor coated with PVC, FIG. 17B is a graph showing a power spectrum of the detected wave of FIG. 17A, and FIG. It is a graph which shows the detection waveform of AE of the optical fiber for sensors coated with PMMA, and (d) is a graph which shows the power spectrum of the detection wave of (c).
FIG. 18 is a graph showing the orientation result.
FIG. 19 is a diagram for explaining an ultrasonic wave excitation method and a detection method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a graph showing a waveform of a Rayleigh wave detected by the elastic wave detection device.
FIG. 21 is a graph showing a power spectrum of a detection wave detected by the elastic wave detection device.
[Explanation of symbols]
1,300 ... elastic wave detector
2. Light source
3. Polarizer
4: Splitter
5. Optical fiber for reference light
6 Optical fiber for sensor
7 ... Coupling device
8. Photodetector
9 ... Processing device

Claims (13)

少なくとも一方が被検査対象物に対して設置された第1および第2の光ファイバの一方端から他方端に向けて導かれた単一光源から分光された光の重ね合わせ光の光強度に基づいて、前記被検査対象物に発生する弾性波を監視し、
前記被検査対象物に発生する弾性波を検出した場合には、前記被検査対象物に弾性波を励起させ、
前記重ね合わせ光の光強度に基づいて、励起した弾性波を検出し、
検出した前記弾性波に基づいて、前記被検査対象物の状態を検査する
検査方法。
At least one is based on the light intensity of superimposed light of light split from a single light source guided from one end of the first and second optical fibers installed to the inspection object to the other end. Monitoring the elastic waves generated in the inspection object,
When detecting an elastic wave generated in the object to be inspected, the elastic wave is excited in the object to be inspected,
Based on the light intensity of the superimposed light, the excited elastic wave is detected,
An inspection method for inspecting a state of the inspection object based on the detected elastic wave.
前記光強度の情報から時間と周波数の情報を抽出し、
前記時間と周波数の情報に基づいて、当該弾性波の発生源を標定する
請求項1に記載の検査方法。
Extracting time and frequency information from the light intensity information,
The inspection method according to claim 1, wherein a source of the elastic wave is located based on the time and frequency information.
標定された発生源に向けて指向性を有する弾性波を励起する
請求項2に記載の検査方法。
The inspection method according to claim 2, wherein an elastic wave having directivity is excited toward the specified generation source.
被検査対象物に弾性波を励起させ、
少なくとも一方が前記被検査対象物に対して設置された第1および第2の光ファイバの一方端から他方端に向けて導かれた単一光源から分光された光の重ね合わせ光の光強度に基づいて、前記弾性波を検出し、
検出した前記弾性波に基づいて、前記被検査対象物の状態を検査する
検査方法。
Excitation of elastic waves to the inspected object,
At least one of the first and second optical fibers installed with respect to the inspection object has a light intensity of a superimposed light of light split from a single light source guided from one end to the other end. Based on the elastic wave,
An inspection method for inspecting a state of the inspection object based on the detected elastic wave.
前記被検査対象物にレーザ光を照射して弾性波を励起する
請求項4に記載の検査方法。
The inspection method according to claim 4, wherein the inspection object is irradiated with a laser beam to excite an elastic wave.
前記被検査対象物の表面にシリコンオイルを塗布し、
前記被検査対象物の表面にレーザ光を照射し、
前記シリコンオイルのブレークダウンによりレイリー波を励起する
請求項5に記載の検査方法。
Apply silicone oil to the surface of the inspection object,
Irradiating the surface of the object to be inspected with laser light,
The inspection method according to claim 5, wherein a Rayleigh wave is excited by the breakdown of the silicon oil.
前記レーザ光の照射位置の周囲を包囲するように、前記第1および第2の光ファイバの一方を前記被検査対象物の表面に設置する
請求項6に記載の検査方法。
The inspection method according to claim 6, wherein one of the first and second optical fibers is disposed on a surface of the inspection object so as to surround a periphery of the irradiation position of the laser light.
第1および第2の光ファイバの少なくとも一方を被検査対象物に対して設置し、
前記第1および第2の光ファイバの一方端から他方端に向けて導かれた単一光源から分光された光の重ね合わせ光の光強度に基づいて、前記被検査対象物から発生する弾性波を検出する
弾性波検出方法。
At least one of the first and second optical fibers is installed on the inspection object,
An elastic wave generated from the object to be inspected based on the light intensity of a superimposed light of light split from a single light source guided from one end of the first and second optical fibers to the other end. Elastic wave detection method for detecting a wave.
前記光強度の情報から時間と周波数の情報を抽出し、
前記時間と周波数の情報に基づいて、当該弾性波の発生源を標定する
請求項8に記載の弾性波検出方法。
Extracting time and frequency information from the light intensity information,
9. The elastic wave detection method according to claim 8, wherein a generation source of the elastic wave is located based on the time and frequency information.
前記第1および第2の光ファイバの周波数特性を異ならせ、
前記第1および第2の光ファイバの双方を被検査対象物に対して設置し、
前記光強度の情報から時間と周波数の情報を抽出し、
前記時間と周波数の情報に基づいて、当該弾性波の発生源を標定する
請求項9に記載の弾性波検出方法。
Making the frequency characteristics of the first and second optical fibers different,
Setting both the first and second optical fibers with respect to the inspection object;
Extracting time and frequency information from the light intensity information,
10. The elastic wave detection method according to claim 9, wherein a generation source of the elastic wave is located based on the time and frequency information.
前記第1および第2の光ファイバの少なくとも一方を互いに対向する対向部が少なくとも3か所以上形成されるように湾曲させ、かつ、前記対向部間の距離を互いに異ならせて前記被検査対象物に設置し、
前記時間と周波数の情報から得られる前記被検査対象物に発生し前記各対向部に到達する弾性波の到達時間差に基づいて、当該弾性波の発生源を標定する
請求項8に記載の弾性波検出方法。
At least one of the first and second optical fibers is curved such that at least three opposing portions oppose each other, and the distance between the opposing portions is different from each other. Installed in
9. The elastic wave according to claim 8, wherein a source of the elastic wave is located based on a difference in arrival time of the elastic wave which is generated on the inspection object and reaches each of the facing portions, which is obtained from the time and frequency information. Detection method.
単一光源と、
単一光源からの光を分光するスプリッタと、
少なくとも一方が被検査対象物に対して設置され、前記スプリッタで分光された光を導光する第1および第2の光ファイバと、
前記第1および第2の光ファイバの一方端から他方端に向けて導光された光を重ね合わせる結合手段と、
重ね合わせ光の光強度を検出する光検出器と、
前記光検出器の検出信号から時間と周波数の情報を抽出し、当該情報から前記被検査対象物に発生する弾性波を検出する処理手段と
を有する弾性波検出装置。
A single light source,
A splitter for dispersing light from a single light source,
At least one of the first and second optical fibers is provided for the object to be inspected, and guides light split by the splitter.
Coupling means for superimposing light guided from one end of the first and second optical fibers toward the other end;
A photodetector for detecting the light intensity of the superimposed light;
An elastic wave detection device comprising: a processing unit that extracts time and frequency information from a detection signal of the photodetector and detects an elastic wave generated in the inspection object from the information.
単一光源からの光の偏波方向を制御する偏波器をさらに有し、
前記スプリッタは、偏波器からの光の偏波方向を保存し、
前記第1および第2の光ファイバは、前記スプリッタで分光された光の偏波方向を保存する偏波保存光ファイバーである
請求項12に記載の弾性波検出装置。
Further comprising a polarizer for controlling the polarization direction of the light from the single light source,
The splitter stores a polarization direction of light from the polarizer,
13. The elastic wave detection device according to claim 12, wherein the first and second optical fibers are polarization maintaining optical fibers that preserve a polarization direction of light split by the splitter.
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