管内伝播マイクロ波の最適化によるクラックレーダーの実現
| Project/Area Number |
18J20649
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Nuclear engineering
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| Research Institution | Tohoku University |
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| Research Fellow |
片桐 拓也 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 非破壊検査 / 配管 / マイクロ波 / 飛行時間 / モード変換 / 信号処理 / 金属配管 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度においては、特定のモードのマイクロ波を配管内に入射する手法を開発したほか、信号の明瞭化のための処理の手法を検討した。
マイクロ波を配管内に伝播させるモード変換器(プローブ)に関しては、円形TE11モードおよびTE01モードを対象として検討した。まず、S字型の曲がり管を用いることで、TM01モードとして入射されたマイクロ波が(測定に用いる場合十分に)広帯域にわたって高効率でTE11モードに変換されることを数値解析により確認した。また、配管端部からのマイクロ波の入射角度を調整することで表面電流の向きを制御し、周・軸方向の割れのどちらであっても反射波が検出可能となることを実証した。指向性をもつTE01モードの側面入射用プローブについては、昨年度から引き続き詳細なパラメータの検討を行った。数値解析によりプローブ形状の最適化を行い、モード変換が高効率となるパラメータを見出した。またプローブを製作し反射波検出実験を行った結果、プローブから見て配管左側にあるスリット(模擬割れ)からの反射波に比して配管右側にあるスリットからの反射波の強度が3～5倍となることを確認した。
信号処理においては、マイクロ波の伝播モード(透過波・反射波)および予測反射源位置をパラメータとして、ピークを確認でき次第抽出する操作を繰り返す処理を開発・検証した。TE01モード変換器を用いた反射波検出実験において得られた測定データを用いて検証した結果、TE01モード以外の伝播モードを仮定してきず位置を推定した場合においても信号が存在することを確認した。したがって複数のモードを考慮し、抽出された信号を比較することできず位置推定の信頼性が向上し、さらにノイズの原因は分散性が異なるモードが複数存在するためであることを示した。
以上の検討のほか、昨年度より検証していた曲がり部の存在がもたらす反射波への影響の評価について報告した。
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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
マイクロ波の入射技術については、数値解析および実験の双方において詳細な評価を行い、その結果TEモードの入射技術が向上した。また信号の明瞭化について、信号処理時にノイズとみなされていた反射波が配管内の複数モードの存在に由来するものであると予想し、各モードの信号を抽出する新たな手法を提案した。その結果、配管内に単一きずが存在する場合はほぼすべての反射波を伝播モードごとに分離される可能性が示された。
これらの結果は、当該技術において重要な未解決課題である複数きず検出性評価についてある程度解決への見通しが立ったことを示すものである。以上より、現在までの進捗状況はおおむね順調であると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
当該クラックレーダー技術を用いた複数きずの検出性の評価および信号処理手法の開発を主たる実施事項とし、十分な知見が得られた場合には実機適用スキーム構築へ向けた検討を行う。
(a)複数きずの検出性評価: まず、信号が比較的単純となる減肉を複数用いて、減肉の大きさ、位置等をパラメータとした反射波の測定を行い、単一きずの信号強度と比較することで、1つ目の減肉がもたらす2つ目以降の信号強度の変化の因子を評価する。割れを用いた場合についても同様の評価を行う予定である。また、これに付随して新たな試験体を導入する。従来の試験体について、非貫通割れを模擬するためにスリット加工を施した配管の外表面を金属箔で被覆していた一方で、より実際の割れに近いと考えられる配管内面の溝加工を施した試験体を用いることを考える。
(b)信号処理の高度化: 反射波の明瞭化のための信号処理については単一の割れの検出に対する検証にとどまっており、減肉の場合や複数のきずがある場合については評価されていない。複数きずがある場合には単一きずの場合と比して信号がより不明瞭となることが想定される。そこで、配管内において複数回のマイクロ波の反射およびモード変換が起きることを考慮した信号処理手法の開発および検証を行う。
(c)実機適用スキーム構築へ向けた検討:検査対象に応じてマイクロ波の入射手法、得られた反射信号の処理手法を最適化することを想定し、検査効率や適用限界等の評価を通じて当該技術の保全活動に対する貢献度合いを評価する。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
