光ファイバーセンサーを用いた複合材料のAE検出に関する基礎研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650899
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大澤 勇 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00143389)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 哲二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (70323540) ; 影山 和郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50214276)
• Keywords: 光ファイバーセンサー / AE / 複合材料 / レーザードップラー効果 / LDV / 弾性波

Research Abstract

光ファイバーセンサーは低損失性、高帯域性、軽量・細径、可とう性、無誘導性、双方向性などセンサーネットワークを構成する上で優れた特性を有しており、さらに暴爆性、耐食性、耐久性など構造体のヘルスモニタリングの適用に対しても高いポテンシャルを有している。一方、通常のアコースティック・エミッション(AE)の検出では、圧電素子を用いた専用のAEセンサーを材料あるいは構造体へ取り付けることでAE波形を捉えている。本研究では光ファイバーセンサーがAEセンサーと同等の機能を見い出せれば、これまでは不可能であった対象への応用展開が拡大されるものとなり、そのための基礎的知見を得ることを目的としている。本研究の計測システムでは光ファイバーの振動速度データをレーザードップラー効果を応用した干渉計(FLDV)に入力し、その出力をAE計測システムヘ入れて定量的データ解析を行った。
まず、擬似AE波形を鉄板に入射し、その信号を光ファイバーセンサーで検出する基礎実験を実施した。プリアンプのフィルター帯域、光ファイバーの貼付法と貼付長さ、伝播信号の方向性等の影響について検討を行った。その結果、S/N比が低いため信号の計測可能な振巾領域は狭まるが、大振巾信号では帳常のAEセンサーと同様な挙動であることが示された。FRP引張り試験片への適用にあたっても、大振巾AEを良好に捉えることができた。
また、光ファイバーレーザードップラー速度計(FLDV)の基本特性を求める実験においては、鋼とGFRP材の円断面を持つ棒中を伝播する弾性波について、光ファイバーセンサーの長さ、貼り付け方向、インパクト速度を変えて実施した。その結果、(1)FLDVには指向性があり、端面側からの弾性波に対して感度が良いこと。(2)弾性波を捉える時に、センサー部の伸縮ではなく、端面の移動速度として検出していると思われる。(3)加速度がマイナスになる際の波形が減衰波になるということ。以上のような基礎的知見を得た。

Research Products

• [Publications] Isamu Ohsawa, et al.: "Fundamental Study of Used Optical Fibers as The Reinforcement in FRP"Proceeding of The Second Asian-Australasian Conference on Composite Materials. 第2回. 1109-1114 (2000)
• [Publications] 大澤 勇, 他: "CFRP多方向強化積層板の引張り損傷進展とシミュレーション"第45回FRP総合講演会・要旨集. 第45回. A43/1-A43/2 (2000)
• [Publications] Isamu Ohsawa, et al.: "Acoustic Emission Characterization and Numerical Simulation on Internal Damage Progression in CFRP Multi-Directional Symmetric Laminates"Journal of Acoustic Emission. Vol.19. 45-52 (2001)