Vol.6 No.1 2013

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シンセシオロジー 研究論文−45−Synthesiology Vol.6 No.1 pp.45-54(Feb. 2013)1 はじめに打音検査と超音波検査は構造物に振動を与え、その応答特性から構造物の欠陥の有無を評価する。一方、材料が微視破壊する時には、アコースティック・エミッション(AE)と呼ばれる表面エネルギーの解放に伴う弾性波放出があり、超音波域の振動が発生する。また、回転機械では、回転周波数と比較して回転軸のゆがみは低周波域に、ベアリング部の破損は高周波域に高い成分強度を有する異常振動を誘発することが知られている[1]。このように構造物・機械の健全性評価において、振動測定はとても重要な役割を果たす。これまでの振動測定では、電気センサであるひずみゲージや圧電センサが多用されてきた。周波数が数kHzまでの振動測定には、電線の電気抵抗のひずみ依存性を利用するひずみゲージが用いられる。AE等の超音波振動になると、測定されるひずみが小さくなることから、ひずみゲージでは振動を検出できなくなり、圧電センサが用いられる。ただし圧電センサには共振周波数が存在するため、測定対象の周波数域に応じた共振周波数を有する圧電センサを選択する必要がある。つまり機械的振動から超音波振動までの広帯域にわたる振動を測定できる電気センサは皆無である。したがって広帯域の振動を測定可能なセンサおよびその計測システムの開発は、振動を利用した非破壊検査の利便性を大いに高めると期待される。近年、電気センサの適用が困難な構造物が増えている。例えば、設計の自由度が高く高比剛性・比強度という特長から炭素繊維強化プラスティクス(CFRP)を航空機構造部材や風力発電用ブレードに適用するケースが増えてい津田 浩*、佐藤 英一、中島 富男、佐藤 明良打音検査や超音波検査のように振動を利用すると構造物の健全性を評価することができる。光ファイバセンサは電気センサの適用が困難であった極限環境下における構造体健全性評価を可能にすることが期待されている。近年、多機能、多重化可能、電磁波非干渉といった特長を有するファイバ・ブラッグ・グレーティング(FBG)による振動検出の研究が盛んに行われている。しかしこれまでのFBGセンサシステムは温度・ひずみ変動下で超音波を検出することが困難であった。我々はこの技術的障害を乗り越えるシステムを新たに開発した。この論文ではコンパクトで経済性に優れた数Hz~2 MHzの広帯域な振動検出が可能なFBGセンサシステムの開発過程を構成的アプローチに基づいて紹介する。光ファイバ広帯域振動検出システムの開発− FBGセンサを用いたひずみ・AE同時計測技術 −Hiroshi Tsuda*, Eiichi Sato, Tomio Nakajima and Akiyoshi SatoStructural integrity can be examined using methods that evaluate response to vibration, such as hammering tests and ultrasonic inspections. Fiber optic sensors are expected to allow structural health monitoring in harsh environments where conventional electric sensors cannot be used. Recently, detection of vibration with a fiber Bragg grating (FBG) has been intensively investigated, because FBGs have many advantages such as multifunction abilities, multiplexing, and electromagnetic immunity. In using previously proposed systems incorporating FBGs, however, there was a technical difficulty in detecting ultrasound under varying temperatures and strain conditions. We developed a novel system that overcomes this technical barrier. Our system is also capable of detecting vibrations across a broad frequency band from several Hz to around 2 MHz. This paper presents how our compact and economical vibration-detection system with an FBG sensor was developed.キーワード:超音波、振動、アコースティック・エミッション、非破壊検査、光ファイバセンサKeywords:Ultrasound, vibration, acoustic emission, non-destructive testing, fiber-optic sensor産業技術総合研究所 計測フロンティア研究部門 〒305-8568 つくば市梅園1-1-1 中央第2Research Institute of Instrumentation Frontier, AIST Tsukuba Central 2, 1-1-1 Umezono, Tsukuba 305-8568, Japan *E-mail: Original manuscript received June 18, 2012, Revisions received August 30, 2012, Accepted September 10, 2012Development of fiber optic broadband vibration-detection system- Simultaneous measurement of both strain and acoustic emission using a fiber Bragg grating sensor -

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