2022 Fiscal Year Annual Research Report
Nondestructive evaluation of crack in structural material based on interactions of light, sound, and vibration obtained by advanced sensing technique
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21H01420
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
中畑 和之 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20380256)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 高弘 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30324479)
都築 伸二 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (60236924)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 光超音波 / 振動 / 波動 / 閉じたき裂 / 全波形サンプリング処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１） 完全非接触超音波送受信の検証[中畑]
回折光学素子(DOE)の設計・製作し，意図した方向にコヒーレントな超音波が送信できることを検証しようと考えたが，想定以上のレーザー光出力を要し，光学システムにおけるファイバー部が焦げて長時間の使用に耐久できないことが判明した．当初の仕様を見直し，ファイバーではなくミラーによる光学システムを構築し，性能評価を2023年度に実施した．レーザの出力を維持したまま，試験片の任意の位置にレーザが照射でき，光超音波が受信できるようになった．
（２） 共振を併用したときのき裂の超音波検出性能の評価実験（広域検査の有効性検証）[中畑，林]
き裂振動の各フェイズで超音波を送信することで，透過計測を行った．振動による応力変化は微小であるため，透過波の微弱な変化を高感度に観察するための方法と指標を提案した．き裂がない部分では共振／非共振にかかわらず指標に変化がみられず，き裂があれば指標が変化する．この変化は，固有振動数と同じ周期で現れることから，き裂面の接触状態を反映している．加振器の入力を大きくすれば，透過波のフーリエ振幅も大きく変化することから，振動を併用した超音波検査は有用であることを示した．
（３）き裂のイメージング実験(局所検査の有効性検証)[中畑]
システム開発が遅れたため，この項目は2023年度に実施した．レーザを照射して複数の位置から光超音波を発生させ，固体内の欠陥から散乱された波動をアレイプローブの個々の素子で受信する．これらの波形をすべて保存しておき，ポスト処理でビーム集束を再構成する全波形サンプリング処理を適用する．レーザをスキャンし複数地点で光超音波を発振することで欠陥に集束ビームを送信でき，さらにアレイプローブを用いることで受信時にもビームの集束が可能となった．ここでは，固体内の人工欠陥に対して欠陥映像化を検証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
光ファイバーによる光学システムの設計において、想定以上のレーザー光出力を要し、光学システムにおけるファイバー部が焦げて長時間の使用に耐久できないことが判明した。当初の仕様を見直し、検証実験をした上で、ファイバーではなくミラーによる光学システムを構築し、性能評価を実施する必要が生じた。
それ以外の項目については，概ね順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
広域検査の有効性検証については，当初の結合共振を利用した非線形性を期待していたが，高周波数は遠方では減衰してしまい，SNが不十分であった．そこで，透過波の微弱な変化を高感度に観察する方法に方針転換し，これがうまく機能した．これは査読論文として掲載されている．
また，局所検査の有効性検証は，装置の開発遅延のため2023年度に持ち越すが，装置がうまく動作するとして得られる波形を基にした映像化手法は既に開発済みであり，全体的な研究方針に変更はない．次年度は，局所検査に注力して実施していきたい．特に，無線化については振動と波動の両面から完成を見込む．
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