2017 Fiscal Year Research-status Report
自律型AEセンサネットワークの開発と難計測環境への応用
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17K14820
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
伊藤 海太 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, 主任研究員 (30554381)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アコースティック・エミッション法 / Internet of Things / リモートセンシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アコースティック・エミッション（AE）法は、連続波形を全時間記録することで材料加工のプロセスモニタリングに対しても適用可能になり、材料や構造物の信頼性確保・開発加速・コスト低減に大きく寄与できる手法である。しかし、既存の有線計測装置は密閉部や回転部などの重要なターゲットの直接計測ができない。そこで、本研究では連続波形計測型のAE計測を無線化し、難計測環境での使用を実証することを目的としている。
平成 29 年度には、研究の基盤となる計測装置である、連続波形記録に対応したバッテリ駆動の無線 AE センサノード(子機)を開発した。サイズと消費電力の両面で大きな制約を課されるセンサノードでは、内蔵コンピュータの処理能力が限定されるため、波形情報の取得と一次加工のみを担当し、キャッシュや転送方法を工夫して全波形を安定的に無線転送することに成功した。安定計測できた AE サンプリング周波数は最大 4 MHz であり、各ノードは 2 ch の同時計測が可能である。また、複数のセンサノードがひとつのネットワーク上に共存し、波形収集と詳細解析を行うワークステーション(親機)と通信できるようにした。センサノードの消費電力は全力動作中で 4 W 程度であり、市販のスマートフォン用モバイルバッテリで最大 1 日程度の計測が可能であるため、材料加工プロセスの所要時間を考慮すれば十分な稼働時間を確保できたと言える。
この無線センサノードの実証試験として、摩擦攪拌接合 (FSW) の AE モニタリングを行った。開発した無線センサノードは安定して動作し、長尺材のモニタリングを簡便に行えることを示した。また、従来の有線計測装置よりも電気的ノイズの侵入を受けにくいという利点が明らかとなり、計測を高い S/N 比で行うことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成 29 年度は、本研究の基盤要素となる「連続波形の計測と解析に対応する無線AEセンサノード」の開発を行い、動作の実証として、単一のセンサノードの AE 計測による損傷評価を行うと予定していた。
前者のセンサノード開発については、市販の IoT 用センサボードから研究目的を達成できる機種を選択し、そのハードウェア仕様に合わせて具体的な機能設計を行って、必要なソフトウェアを実装した。単一ノードの動作テストの結果、安定的な計測が行えることが確認された。また、平成 30 年度以降の研究で必要になる複数ノード間の連携についても、このボードで必要な機能が実現できることを確認した。
後者の実証評価については、当初想定していたいくつかの計測環境のうち、摩擦攪拌接合 (FSW) を中心にテストを繰り返し、支障なく計測できることが示された。また、試験的にではあるが密閉環境や回転装置上での計測も行った。
このように、平成 29 年度に予定していた項目は概ね達成しており、また平成 30 年度以降に予定している研究を遂行するためについて重大な支障は確認されていないため、現在のところスムースな研究進展が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成 29 年度に開発した装置を改良しながら、当初計画書のとおり研究を遂行予定である。すなわち、複数センサノード間の同期および感度チェック機能の追加を行い、また自律的なネットワークをセンサノード(子機)とステーション(親機)の間で構築する機能を追加する。また、密閉環境や回転装置を例題として実証試験を行い、開発した装置および手法の実用性を高めていく。
研究を効率的に進行させるため、計測装置開発と実証試験を小さなステップに分割して回していくことで、大きな手戻りが発生しないようにする。また、計測装置の実証試験について、密閉環境や回転装置の実機だけでなく、テスト環境を作成して取り組む。
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| Causes of Carryover |
装置開発が当初予定より順調に進行したため、「人件費・謝金」および「その他」経費を充てることとしていたソフトウェア開発の経費が想定より少なくなり、次年度使用額が発生致しました。これは平成 30 年度の装置開発を加速するために使用する予定です。
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