2023 Fiscal Year Research-status Report
多周波リニアスキャン法による空中超音波フェーズドアレイを用いた実時間検査への挑戦
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22K04624
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
大隅 歩 日本大学, 理工学部, 准教授 (40579413)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 空中超音波 / フェーズドアレイ / 非破壊検査 / 圧縮センシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度における研究実績は以下の通りである．
１．リニアスキャン用の空中超音波フェーズドアレイの回路設計・・・令和4年度に設計が終了していた多周波リニアスキャン用の空中超音波フェーズドアレイの回路であるが，作成を開始した段階で世界的な半導体不足の状況により必要な電子部品が入手できず作成が困難な状況となった．そのため，入手可能な部品に合わせた設計指針を模索し，令和5年度では設計を見直すこととなった．今回，新たに設計する回路では，1000を超える素子数を制御する回路設計をする前に，まずは少ない素子数での設計を試みた．これは，令和4年度においても必要な電子部品が調達できず，一度設計の見直しの必要が発生した経緯があるためである．そこで令和5年度は，確実に入手できる電子部品を使用して，まず32素子で構成した空中超音波フェーズドアレイの回路を設計した．電子部品の選定および設計の見直しに約6か月かけて完成させた．
２．圧縮センシングの提案手法への適用・・・多周波リニアスキャン用の空中超音波フェーズドアレイで波源走査法を実施した場合のボトルネックとして，選択できる周波数の限界がある．そのため，同時に計測できる領域にも制限がかかる．同時計測できる領域の制限は，実時間で計測できる領域の制限につながる．これを改善する方法の一つとして圧縮センシングを採用した．圧縮センシングを利用することで，計測点数を減らしつつも欠陥画像を劣化せずに再現することができる．このアルゴリズムの理解から，ソフトウェアへの実装を約6か月かけて完成させた．なお，完成させた圧縮センシングの信号処理はシミュレーションおよび従来の非破壊検査手法での欠陥映像結果に適用し，実用可能性が得られた．
令和5年度は，以上に述べたように再設計と信号処理の検証を行ったため，予算を使用していない．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
令和5年度の研究計画では，令和4年度に完了していた多周波リニアスキャン用の空中超音波フェーズドアレイの作成と駆動アルゴリズムの構築について実施する予定であった．しかしながら，空中超音波フェーズドアレイの回路に必要な電子部品が，世界的な半導体不足により，入手が出来なくなった．特に本研究では，1000を超えるチャンネル数の空中超音波フェーズドアレイを作成する計画であるため，必要な部品数も膨大となる．そのため，最初から回路設計の見直しを行うことになり，大幅に研究計画が遅れた．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和6年度は，令和5年度に再設計が完了したリニアスキャン用の空中超音波フェーズドアレイの回路基板作成に着手する．再設計では，当初の予定よりも少ない32素子で行った．この設計を基に回路基板を作成する．回路基板を作成し，動作確認の終了後，令和4年度に構築した駆動アルゴリズムの再度の見直しを行う．このアルゴリズムの見直しの終了後，空中超音波フェーズドアレイの音波放射実験を行う．なお，この実験ではリニアスキャンを実施するときに照射される空中超音波が所望の領域内に走査照射されているかの確認を行う．なお，所望の音波照射が実現できていない場合，駆動アルゴリズムを調整する必要もある．上記の検証終了後，大規模多チェンネルの空中超音波フェーズドアレイについて再度設計し、制作する．時間的な制約も考え，当初予定していた1600chからはチャンネル数を大幅に減らし，限られた時間内で実現可能な範囲の素子数のリニアスキャン用の空中超音波フェーズドアレイの完成を目指す．空中超音波フェーズドアレイの回路基板作成および動作試験に3か月，駆動アルゴリズムの実働試験および調整に3か月，最終的な大規模多チャンネルの空中超音波フェーズドアレイの設計・作成・評価に6か月を予定している．
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| Causes of Carryover |
令和5年度の研究では，空中超音波フェーズドアレイ用回路の大幅な変更が必要となったため，主に設計の見直しおよび再設計を行った．また，研究を行う中で空中超音波フェーズドアレイを利用した非破壊検査を更に高速で行うための新たな信号処理についても検証を行った。以上で述べた令和5年度に実施した研究は，基本的に予算を使用せずに推進可能であったため，当該年度では予算を使用せず次年度使用額が生じた。令和５年度使用しなかった予算の使用計画としては，令和６年度実施予定の空中超音波フェーズドアレイの回路作成費用として使用する予定である．
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