広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法及びその装置
【課題】雑音の大きい広帯域光源を用いてもＡＥ信号を適切に計測する。
【解決手段】ＦＢＧセンサ部２１を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバ２２と、ＦＢＧセンサ部２１のブラッグ波長を含む広帯域光源２と、ＦＢＧセンサ部２１から反射した光を分離する光サーキュレータ３と、反射光が入射するファブリペローフィルタ５，６と、光を電気信号に変換する光電変換器７，８と、光電変換器７，８から出力される光強度変化を集録する信号集録装置２３と、信号集録装置２３により集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する信号処理装置２４と、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別する信号判別装置２５と、を備える。
【解決手段】ＦＢＧセンサ部２１を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバ２２と、ＦＢＧセンサ部２１のブラッグ波長を含む広帯域光源２と、ＦＢＧセンサ部２１から反射した光を分離する光サーキュレータ３と、反射光が入射するファブリペローフィルタ５，６と、光を電気信号に変換する光電変換器７，８と、光電変換器７，８から出力される光強度変化を集録する信号集録装置２３と、信号集録装置２３により集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する信号処理装置２４と、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別する信号判別装置２５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造物等の検査対象についてひずみを検出する手法としては、ひずみ発生に伴う弾性波放出（ＡＥ：アコースティック・エミッション）の検出を利用したＡＥ計測方法が存在している。
【０００３】
ＡＥ計測方法では、電磁波障害を受ける圧電素子の代わりに、光ファイバセンサの一種であるＦＢＧ（Fiber Bragg Grating：ファイバ・ブラッグ・グレーティング）センサを用いることが考えられている。
【０００４】
このようなＡＥ計測装置について説明すると、図６に示すごとくＡＥ計測装置は、ＦＢＧセンサ１のブラッグ波長を含む広帯域光源２と、広帯域光源２とＦＢＧセンサ１の間に位置する光サーキュレータ３と、光サーキュレータ３からの光を分岐する光カプラ４と、光カプラ４で分岐した一方の光を透過させる第一のファブリペローフィルタ（FFP：Fiber Fabry-Perot）５と、光カプラ４で分岐した他方の光を透過させる第二のファブリペローフィルタ（FFP：Fiber Fabry-Perot）６と、第一のファブリペローフィルタ５を透過した光を電気信号に変換する第一の光電変換器７と、第二のファブリペローフィルタ６を透過した光を電気信号に変換する第二の光電変換器８と、第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８からの信号を処理するＡＥの計測器９及びデータ収録器１０を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
広帯域光源２は、広帯域の光を連続的に出力するものであり、広帯域光源２と光サーキュレータ３の間には、第一の光ファイバ１１を配して入射光を光サーキュレータ３に導波させるようになっており、更に光サーキュレータ３とＦＢＧセンサ１の間には、第二の光ファイバ１２を配して入射光をＦＢＧセンサ１に導波させるようになっている。
【０００６】
ＦＢＧセンサ１は、光ファイバのコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で回折格子を形成するセンサであり、ＦＢＧセンサ１に光が入射されると、ブラッグ波長の波長成分がＦＢＧセンサ１で反射され、残りの成分が透過されるようになっている。またブラッグ波長のシフト量は、検査対象のひずみ等により変化するようになっている。更にＦＢＧセンサ１は、計測対象に接着して配置されている。
【０００７】
光サーキュレータ３は、入射光または反射光による導波の方向を制御するように、広帯域光源２からの入射光を第二の光ファイバ１２へ導波させると共に、ＦＢＧセンサ１からの反射光を第三の光ファイバ１３を介して光カプラ４へ導波させるようになっている。
【０００８】
光カプラ４は、第四の光ファイバ１４を配して第一のファブリペローフィルタ５に接続されていると共に、第五の光ファイバ１５を配して第二のファブリペローフィルタ６に接続されており、反射光を５０：５０に分岐して第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６に入射させるようになっている。
【０００９】
第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６は、光学特性としてフィルタの透過率が一定の波長間隔（FSR:Free Spectral Range）で周期的に変化するものであり、ファブリペローフィルタ５，６の透過波長とＦＢＧセンサ１の反射光スペクトルの重なりあった波長のみが透過している。また第一のファブリペローフィルタ５は透過光を第六の光ファイバ１６により第一の光電変換器７へ導波すると共に、第二のファブリペローフィルタ６は透過光を第七の光ファイバ１７により第二の光電変換器８へ導波するようになっている。
【００１０】
第一の光電変換器７は、第一のファブリペローフィルタ５からの透過光を電気信号に変換し、電気信号を第一の連絡線１８によりＡＥの計測器９及びデータ収録器１０へ送るようにしている。また第二の光電変換器８は、第一の光電変換器７と同様に、第二のファブリペローフィルタ６からの透過光を電気信号に変換し、電気信号を第二の連絡線１９によりＡＥの計測器９及びデータ収録器１０へ送るようにしている。
【００１１】
ＡＥの計測器９及びデータ収録器１０は、光の強度変化の高周波成分を計測し、ＡＥを取得して記録するようになっている。ここでＡＥの計測器９とデータ収録器１０は別々に構成しても良いし、１つの機器で構成しても良い。
【００１２】
ＡＥを計測する際には、ＦＢＧセンサ１からの反射光を光カプラ４により５０：５０に分け、第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６に入射させる。次に第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６ではファブリペローフィルタ５，６の透過波長とＦＢＧセンサ１の反射光スペクトルの重なりあった波長を透過させて第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８に導波し、第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８で透過光の強度を夫々電気信号に変換する。そしてＡＥの計測器９及びデータ収録器１０では夫々光の強度変化の高周波数成分を計測してＡＥを取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−４６０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、光電変換された信号の高周波数成分は、広帯域光源２から照射される光強度のゆらぎやファブリペローフィルタ５，６の透過率のゆらぎにより、雑音が大きいという問題があった。
【００１５】
またファブリペローフィルタ５，６の透過率は一定の波長間隔（FSR）により周期的に変化する。この時、ファブリペローフィルタ５，６を透過する光強度も増し、それに伴い高周波数成分の雑音レベルも変化するため、ＡＥ計測時において高周波数成分の電圧信号に一定の閾値（トリガレベル）を設定しようとしても、ブラッグ波長がファブリペローフィルタ５，６の透過率最大波長にある場合には雑音レベルが大きくなり、逆にファブリペローフィルタ５，６の透過率最小波長にある場合には雑音レベルが小さくなり、閾値を一定の値にすることが難しいという問題があった。
【００１６】
これら二つの問題に対しては、特開２００５−３２６３２６号公報のごとく光源に波長可変レーザ光を使用することが検討されているが、波長可変レーザを使用する場合には一つのＦＢＧセンサ１に対して一つの波長可変レーザが必要となるため、光学系が複雑になるという問題があった。またＦＢＧセンサ１の反射光の半値幅に対して使用できるような波長幅の狭い波長可変レーザ光源は高価で且つ大型であり、多点計測系を構成することや、可変性のある計測装置を構成することが難しいという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、雑音の大きい広帯域光源を用いてもＡＥ信号を適切に計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法は、ＦＢＧセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該ＦＢＧセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、前記ＦＢＧセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、該広帯域光源から照射された光を透過して光ファイバのＦＢＧセンサ部に入射させ且つＦＢＧセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器とを備え、
片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバのハリの共振周波数に相当する縦波弾性波を検知するようにした、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法であって、
前記光電変換器から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別するものである。
【００１９】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法において、前記光電変換器から出力される光強度変化を集録する際には、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録することが好ましい。
【００２０】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法において、前記閾値は、ＡＥ信号が発生しない状態での信号を用いて、ＦＢＧセンサ部が検出する弾性波の信号強度に設定され、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際には、前記閾値を超える信号をＡＥ信号として識別することが好ましい。
【００２１】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置は、ＦＢＧセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該ＦＢＧセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、
前記ＦＢＧセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、
該広帯域光源と、ＦＢＧセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してＦＢＧセンサ部に入射させ且つＦＢＧセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、
該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器と、
該光電変換器から出力される光強度変化を集録する信号集録装置と、
該信号集録装置により集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する信号処理装置と、
連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別する信号判別装置と、
を備えたものである。
【００２２】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置において、前記信号集録装置は、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録するように構成されることが好ましい。
【００２３】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置において、前記信号判別装置は、ＡＥ信号が発生しない状態での信号を用いて、ＦＢＧセンサ部が検出する弾性波の信号強度に閾値を設定し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際に、前記閾値を超える信号をＡＥ信号として識別するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光電変換器から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別するので、広帯域光源から照射される光強度のゆらぎやファブリペローフィルタの透過率のゆらぎにより雑音レベルが大きい場合であっても、ＡＥ信号と雑音を判別してＡＥ信号を適切に計測することができる。またＦＢＧセンサ部及びファブリペローフィルタの構成により雑音レベルが変化して電圧信号に一定の閾値を設定することができない場合であっても、電圧信号を連続ウェーブレット変換することにより、ＡＥ信号と雑音を判別することが可能となり、よってＡＥ信号を適切に計測することができる。更に広帯域光源を用いると共に、電圧信号を連続ウェーブレット変換して処理するので、一つのＦＢＧセンサ部に対して一つの波長可変レーザが必要となるような複雑な光学系を不要にすることができる。また高価な波長可変レーザを用いることなく、ＡＥ信号を計測するので、費用を低減すると共に、多点計測系の構成や、可変性のある計測装置の構成を可能にし、よってＡＥ信号を適切に計測することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態例を示すブロック図である。
【図２】電圧信号のみでＡＥ信号と雑音を識別できる場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を示すデータである。
【図３】雑音の信号のみが存在する場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を示すデータである。
【図４】電圧信号のみでＡＥ信号と雑音を識別できず、連続ウェーブレット処理によりＡＥ信号と雑音を識別できる場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を示すデータである。
【図５】計測対象にひずみを発生させた場合において、電圧の生データから取得したＡＥ信号と、連続ウェーブレット処理を適用したデータから取得したＡＥ信号とを示すグラフである。
【図６】従来のＡＥ計測装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法及び装置を実施する形態例を図１〜図５を参照して説明する。なお、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２７】
実施の形態例は、ＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２と、ＦＢＧセンサ部２１のブラッグ波長を含む広帯域光源２と、広帯域光源２とＦＢＧセンサ部２１の間に位置する光サーキュレータ３と、光サーキュレータ３からの光を分岐する光カプラ４と、光カプラ４で分岐した一方の光を透過させる第一のファブリペローフィルタ（FFP：Fiber Fabry-Perot）５と、光カプラ４で分岐した他方の光を透過させる第二のファブリペローフィルタ（FFP：Fiber Fabry-Perot）６と、第一のファブリペローフィルタ５を透過した光を電気信号に変換する第一の光電変換器７と、第二のファブリペローフィルタ６を透過した光を電気信号に変換する第二の光電変換器８と、第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８から出力される光強度変化を集録する信号集録装置２３と、信号集録装置により集録された信号を処理する信号処理装置２４と、信号処理装置２４からの信号を判別する信号判別装置２５とを備えている。ここで広帯域光源２、光サーキュレータ３、ファブリペローフィルタ５，６、光電変換器７，８は、図６と同じものを用いている。また実施の形態例では、光カプラ４により分岐されてファブリペローフィルタ５，６及び光電変換器７，８を経由する２系統のラインを構成しているが、１系統のラインにしても良いし、もしくは他の複数の系統のラインにしても良い。
【００２８】
ＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２は、ＦＢＧセンサ部２１を計測対象Ｓに接着させず、光ファイバ２２の一部を接着剤等の接着手段２６により計測対象Ｓに接着し、ＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２を片持ちハリもしくは両持ちハリ状態にし（図１では片持ちハリ状態）、計測対象Ｓに弾性波を生じた際に光ファイバ２２の接着部から弾性波を光ファイバ２２に導き、ＦＢＧセンサ部２１に縦波弾性波を伝播するようにしている。ここで、光ファイバセンサとは、ＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２のことを意味している。また片持ちハリもしくは両持ちハリとして取付けられた光ファイバ２２及びＦＢＧセンサ部２１はハリの縦振動の共振周波数に対して高い感度を有する構造となる。
【００２９】
信号集録装置２３は、光電変換器７，８から出力される光強度変化に対し、光強度変化の電圧信号を時間的に連続集録する構成を備え、電圧信号を第一の連絡線２７を介して信号処理装置２４へ送るようにしている。ここで連続集録する時間は、計測中全ての時間であっても良いし、ある一定期間でも良い。
【００３０】
信号処理装置２４は、信号集録装置２３で集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する構成を備え、連続ウェーブレット変換した信号を第二の連絡線２８を介して信号判別装置２５へ送るようにしている。ここで連続ウェーブレット変換等の処理は、信号集録装置２３の連続集録と同時に行っても良いし、連続集録の後に行っても良い。
【００３１】
信号判別装置２５は、信号処理装置２４で連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し、且つ閾値を予め設定してＡＥ信号かどうかを判別する構成を備えている。また、ここで言う特定の周波数とは、ＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２の片持ちハリもしくは両持ちハリの共振周波数に相当する周波数に相当している。更に信号判別装置２５は、特定の周波数に相当する信号を抽出する処理と、ＡＥ信号かどうか判別する処理を別々の構成部分で処理しても良い。更に信号集録装置２３、信号処理装置２４、信号判別装置２５は、１つの装置で構成されても良いし、他の装置を用いても良い。
【００３２】
以下、本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法及び装置で実施する形態例の作用を説明する。
【００３３】
ＡＥ信号を計測する際には、広帯域光源２から照射された光が、光サーキュレータ３を透過して光ファイバ２２のＦＢＧセンサ部２１に入射し、ＦＢＧセンサ部２１から反射した光は光サーキュレータ３で分離される。そして光サーキュレータ３により分離された反射光は、光カプラ４を介して夫々のファブリペローフィルタ５，６に入射し、光電変換器７，８で電気信号に変換され、電気信号が信号集録装置２３に時間的に連続集録される。
【００３４】
この時、計測対象Ｓに外部からの荷重が負荷され、一定以上のひずみを越えるようになると損傷信号を発生するようになる。損傷信号は弾性波として計測対象Ｓ内に伝播し、光ファイバ２２の計測対象Ｓに接着された部分から、片持ちハリもしくは両持ちハリ状態であるＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２（図１では片持ちハリ状態）に伝播する。そして光ファイバ２２のＦＢＧセンサ部２１を含むハリの縦波共振周波数に対応した、ＦＢＧセンサ部２１からの反射光強度変化が生じ、光ファイバ２２を遡って光サーキュレータ３から光カプラ４を通って、ファブリペローフィルタ５，６を透過し、光電変換器７，８により電気信号に変換され、信号集録装置２３、信号処理装置２４、信号判別装置２５等を用いて計測対象Ｓの損傷状況を監視することとなる。
【００３５】
信号処理装置２４では、信号集録装置２３からの電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する。連続ウェーブレット変換とは、原時系列信号を時間−周波数−信号強度からなる信号処理であって、ウェーブレット関数により、広い周波数領域において時間領域の情報を失うことなく、特定の周波数成分を求めることができるものである。また本実施の形態例では、片持ちハリもしくは両持ちハリとして取付られたＦＢＧセンサ部２１の高感度にする周波数は計測対象により異なり、また、ハリ長さにより周波数がわずかに変化するため、ウェーブレット変換は任意の周波数を解析し得る連続ウェーブレット処理が最適の処理となっている。以下、具体的に連続ウェーブレット変換の定義を説明すると、次式の通りである。
【数１】
Ψはマザーウェーブレットであり、ａがスケール、ｂがシフトを表す。￣は複素共役を示す。χ（ｔ）は時間ｔに対する連続信号である。また上式は信号χ（ｔ）とウェーブレット基底Ψ（（ｔーｂ）／ａ）を時間軸上でコンボリューション（たたみ込み積分）を行うことを示す。更にスケールａは周波数に相当し、シフトｂは時間に相当する。ＷΨχはスケールａシフトｂの時の信号強度を表す。
ここでマザーウェーブレットΨは次式に示すガボールウェーブレットを適用している。
【数２】
また連続ウェーブレット変換は任意のマザーウェーブレットを適用しても良いが、ガボールウェーブレットは周波数局在性が強く、特定の周波数の信号を抽出することに適している。
【００３６】
次に信号判別装置２５では、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値によりＡＥ信号かどうかを判別し、ＡＥ信号を検出する。ここで閾値は、ＡＥ信号が発生しない状態での雑音の信号を用いて設定されており、ＡＥ信号が発生しない状態とは、測定対象Ｓの状態変化が生じる前の条件であっても良いし、他の準備段階での状態であっても良い。
【００３７】
［試験１］
以下、従来の比較例及び実施の形態例を試験し、電圧信号のみでＡＥ信号と雑音を識別できる場合と、雑音の信号のみが存在する場合と、電圧信号のみでＡＥ信号と雑音を識別できず、連続ウェーブレット処理によってＡＥ信号と雑音を識別できる場合とを夫々取得し、そのデータ及び結果を示す。
【００３８】
初めに、従来の比較例を試験し、電圧信号のみでＡＥ信号と雑音を識別できる場合の電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を図２に示す。図２（ａ）の電圧信号では、所定の位置から電圧値が大きくなり、ＡＥ信号が発生していると判断できる。また、この信号を連続ウェーブレット処理した際の図２（ｂ）の振幅では、ＡＥ信号に対応する振幅値が大きくなっており、図２（ｃ）の周波数ではＡＥ信号が明瞭になっている。このような信号では連続ウェーブレット変換や信号の連続収録は必要としない。
【００３９】
次に、雑音の信号のみが存在する場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を図３に示す。図３（ａ）の電圧信号では、電圧値が一定の範囲内にあり、また、この信号を連続ウェーブレット処理した際の図３（ｂ）の振幅、図３（ｃ）の周波数も一定の範囲内にあり、変化がない。ここで図３の雑音の信号のみが存在する場合を閾値に設定しても良く、図３（ｂ）では、雑音のピークが到達しない振幅値（０.０００１４）を閾値に設定している。
【００４０】
そして電圧信号のみからＡＥ信号と雑音を識別できず、連続ウェーブレット処理によりＡＥ信号と雑音を識別できる場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を図４に示す。図４（ａ）の電圧信号では、電圧幅が一定の範囲内にあり、図２のようにＡＥ信号と雑音を明確に識別できない。この信号を連続ウェーブレット処理した際の図４（ｂ）の振幅では、片持ちハリ状態に取付けたＦＢＧセンサ部２１の共振周波数に相当する周波数の信号に対応する振幅値が大きくなっており、図４（ｃ）の周波数ではＡＥ信号が明瞭になっている。また電圧信号のみからＡＥ信号と雑音を識別できない場合であっても、図４（ｂ）と図４（ｃ）から連続ウェーブレット処理によりＡＥ信号と雑音を識別することが可能となる。よって雑音レベルが大きな広帯域光源を使用しても振幅の小さなＡＥ信号を識別することが明らかである。
【００４１】
［試験２］
次に、計測対象Ｓにひずみを発生させた場合において、電圧信号のみ（電圧の生データ）からＡＥ信号を識別したものと、連続ウェーブレット処理を適用したデータから識別したものとを示す。
【００４２】
試験の条件では、計測対象Ｓに負荷をかけてひずみを徐々に与え、計測対象のひずみとＡＥを同時に計測したものである。また、ひずみの計測は、ひずみゲージを用いている。更に試験では、電圧信号のみからＡＥ信号を識別したもの、及び連続ウェーブレット処理を適用したデータから識別したものについて、夫々、単位時間あたりにＡＥ信号として識別された信号（ＡＥ Ｈｉｔｓ／ｓｅｃ）により記録した。なお９００秒以後、ひずみが急速に増加している箇所は、発生ひずみが大きいため、ひずみゲージの抵抗線の断線が生じたことを示す。
【００４３】
その結果、図５に示す如く電圧信号のみからＡＥ信号を識別したものは数点（図５では１点）しか検出できず、連続ウェーブレット処理を適用したデータからＡＥ信号を識別したものは、多くの点を検出した。特に、６００から９００秒の間でひずみが不連続に変化する時間帯およびその直前に多くのＡＥ信号が測定されており、計測対象の状態変化を捉えたことを示しており、本発明によるＡＥ計測が有効なことを示している。
【００４４】
このように、実施の形態例によれば、光電変換器７，８から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別するので、広帯域光源２から照射される光強度のゆらぎやファブリペローフィルタ５，６の透過率のゆらぎにより雑音レベルが大きい場合であっても、ＡＥ信号と雑音を判別してＡＥ信号を適切に計測することができる。またＦＢＧセンサ部２１及びファブリペローフィルタ５，６等の構成により雑音レベルが変化して電圧信号に一定の閾値を設定することができない場合であっても、電圧信号を連続ウェーブレット変換することにより、ＡＥ信号と雑音を区別することが可能となり、よってＡＥ信号を適切に計測することができる。更に広帯域光源２等を用いると共に、電圧信号を連続ウェーブレット変換して処理するので、一つのＦＢＧセンサ部２１に対して一つの波長可変レーザが必要となるような複雑な光学系を不要にすることができる。また高価な波長可変レーザを用いることなく、ＡＥ信号を計測するので、費用を低減すると共に、多点計測系の構成や、可変性のある計測装置の構成を可能にし、よってＡＥ信号を適切に計測することができる。
【００４５】
実施の形態例において、光電変換器７，８から出力される光強度変化を集録する際には、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録するので、連続集録した全ての時間の信号に対して連続ウェーブレット処理を適用することが可能となり、閾値の設定やＡＥ信号の判別を適切に行うことができる。
【００４６】
実施の形態例において、閾値は、ＡＥ信号が発生しない状態での信号を用いて、ＦＢＧセンサ部２１が検出する弾性波の信号強度に設定されており、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際には、閾値を超える信号をＡＥ信号として識別するので、ＡＥ信号を適切に計測することができる。また連続ウェーブレット変換された信号のうち特定周波数だけに注目し、特定周波数の振幅値からクライテリア（評価基準）を設定するので、ＡＥ信号と雑音の区別を容易にすることができる。
【００４７】
なお、本発明の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法及びその装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４８】
２ 広帯域光源
３ 光サーキュレータ
５ ファブリペローフィルタ
６ ファブリペローフィルタ
７ 光電変換器
８ 光電変換器
２１ ＦＢＧセンサ部
２２ 光ファイバ
２３ 信号集録装置
２４ 信号処理装置
２５ 信号判別装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造物等の検査対象についてひずみを検出する手法としては、ひずみ発生に伴う弾性波放出（ＡＥ：アコースティック・エミッション）の検出を利用したＡＥ計測方法が存在している。
【０００３】
ＡＥ計測方法では、電磁波障害を受ける圧電素子の代わりに、光ファイバセンサの一種であるＦＢＧ（Fiber Bragg Grating：ファイバ・ブラッグ・グレーティング）センサを用いることが考えられている。
【０００４】
このようなＡＥ計測装置について説明すると、図６に示すごとくＡＥ計測装置は、ＦＢＧセンサ１のブラッグ波長を含む広帯域光源２と、広帯域光源２とＦＢＧセンサ１の間に位置する光サーキュレータ３と、光サーキュレータ３からの光を分岐する光カプラ４と、光カプラ４で分岐した一方の光を透過させる第一のファブリペローフィルタ（FFP：Fiber Fabry-Perot）５と、光カプラ４で分岐した他方の光を透過させる第二のファブリペローフィルタ（FFP：Fiber Fabry-Perot）６と、第一のファブリペローフィルタ５を透過した光を電気信号に変換する第一の光電変換器７と、第二のファブリペローフィルタ６を透過した光を電気信号に変換する第二の光電変換器８と、第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８からの信号を処理するＡＥの計測器９及びデータ収録器１０を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
広帯域光源２は、広帯域の光を連続的に出力するものであり、広帯域光源２と光サーキュレータ３の間には、第一の光ファイバ１１を配して入射光を光サーキュレータ３に導波させるようになっており、更に光サーキュレータ３とＦＢＧセンサ１の間には、第二の光ファイバ１２を配して入射光をＦＢＧセンサ１に導波させるようになっている。
【０００６】
ＦＢＧセンサ１は、光ファイバのコア部分に光軸方向に沿って一定の間隔で回折格子を形成するセンサであり、ＦＢＧセンサ１に光が入射されると、ブラッグ波長の波長成分がＦＢＧセンサ１で反射され、残りの成分が透過されるようになっている。またブラッグ波長のシフト量は、検査対象のひずみ等により変化するようになっている。更にＦＢＧセンサ１は、計測対象に接着して配置されている。
【０００７】
光サーキュレータ３は、入射光または反射光による導波の方向を制御するように、広帯域光源２からの入射光を第二の光ファイバ１２へ導波させると共に、ＦＢＧセンサ１からの反射光を第三の光ファイバ１３を介して光カプラ４へ導波させるようになっている。
【０００８】
光カプラ４は、第四の光ファイバ１４を配して第一のファブリペローフィルタ５に接続されていると共に、第五の光ファイバ１５を配して第二のファブリペローフィルタ６に接続されており、反射光を５０：５０に分岐して第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６に入射させるようになっている。
【０００９】
第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６は、光学特性としてフィルタの透過率が一定の波長間隔（FSR:Free Spectral Range）で周期的に変化するものであり、ファブリペローフィルタ５，６の透過波長とＦＢＧセンサ１の反射光スペクトルの重なりあった波長のみが透過している。また第一のファブリペローフィルタ５は透過光を第六の光ファイバ１６により第一の光電変換器７へ導波すると共に、第二のファブリペローフィルタ６は透過光を第七の光ファイバ１７により第二の光電変換器８へ導波するようになっている。
【００１０】
第一の光電変換器７は、第一のファブリペローフィルタ５からの透過光を電気信号に変換し、電気信号を第一の連絡線１８によりＡＥの計測器９及びデータ収録器１０へ送るようにしている。また第二の光電変換器８は、第一の光電変換器７と同様に、第二のファブリペローフィルタ６からの透過光を電気信号に変換し、電気信号を第二の連絡線１９によりＡＥの計測器９及びデータ収録器１０へ送るようにしている。
【００１１】
ＡＥの計測器９及びデータ収録器１０は、光の強度変化の高周波成分を計測し、ＡＥを取得して記録するようになっている。ここでＡＥの計測器９とデータ収録器１０は別々に構成しても良いし、１つの機器で構成しても良い。
【００１２】
ＡＥを計測する際には、ＦＢＧセンサ１からの反射光を光カプラ４により５０：５０に分け、第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６に入射させる。次に第一のファブリペローフィルタ５及び第二のファブリペローフィルタ６ではファブリペローフィルタ５，６の透過波長とＦＢＧセンサ１の反射光スペクトルの重なりあった波長を透過させて第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８に導波し、第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８で透過光の強度を夫々電気信号に変換する。そしてＡＥの計測器９及びデータ収録器１０では夫々光の強度変化の高周波数成分を計測してＡＥを取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−４６０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、光電変換された信号の高周波数成分は、広帯域光源２から照射される光強度のゆらぎやファブリペローフィルタ５，６の透過率のゆらぎにより、雑音が大きいという問題があった。
【００１５】
またファブリペローフィルタ５，６の透過率は一定の波長間隔（FSR）により周期的に変化する。この時、ファブリペローフィルタ５，６を透過する光強度も増し、それに伴い高周波数成分の雑音レベルも変化するため、ＡＥ計測時において高周波数成分の電圧信号に一定の閾値（トリガレベル）を設定しようとしても、ブラッグ波長がファブリペローフィルタ５，６の透過率最大波長にある場合には雑音レベルが大きくなり、逆にファブリペローフィルタ５，６の透過率最小波長にある場合には雑音レベルが小さくなり、閾値を一定の値にすることが難しいという問題があった。
【００１６】
これら二つの問題に対しては、特開２００５−３２６３２６号公報のごとく光源に波長可変レーザ光を使用することが検討されているが、波長可変レーザを使用する場合には一つのＦＢＧセンサ１に対して一つの波長可変レーザが必要となるため、光学系が複雑になるという問題があった。またＦＢＧセンサ１の反射光の半値幅に対して使用できるような波長幅の狭い波長可変レーザ光源は高価で且つ大型であり、多点計測系を構成することや、可変性のある計測装置を構成することが難しいという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、雑音の大きい広帯域光源を用いてもＡＥ信号を適切に計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法は、ＦＢＧセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該ＦＢＧセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、前記ＦＢＧセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、該広帯域光源から照射された光を透過して光ファイバのＦＢＧセンサ部に入射させ且つＦＢＧセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器とを備え、
片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバのハリの共振周波数に相当する縦波弾性波を検知するようにした、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法であって、
前記光電変換器から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別するものである。
【００１９】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法において、前記光電変換器から出力される光強度変化を集録する際には、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録することが好ましい。
【００２０】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法において、前記閾値は、ＡＥ信号が発生しない状態での信号を用いて、ＦＢＧセンサ部が検出する弾性波の信号強度に設定され、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際には、前記閾値を超える信号をＡＥ信号として識別することが好ましい。
【００２１】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置は、ＦＢＧセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該ＦＢＧセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、
前記ＦＢＧセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、
該広帯域光源と、ＦＢＧセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してＦＢＧセンサ部に入射させ且つＦＢＧセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、
該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器と、
該光電変換器から出力される光強度変化を集録する信号集録装置と、
該信号集録装置により集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する信号処理装置と、
連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別する信号判別装置と、
を備えたものである。
【００２２】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置において、前記信号集録装置は、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録するように構成されることが好ましい。
【００２３】
本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置において、前記信号判別装置は、ＡＥ信号が発生しない状態での信号を用いて、ＦＢＧセンサ部が検出する弾性波の信号強度に閾値を設定し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際に、前記閾値を超える信号をＡＥ信号として識別するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光電変換器から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別するので、広帯域光源から照射される光強度のゆらぎやファブリペローフィルタの透過率のゆらぎにより雑音レベルが大きい場合であっても、ＡＥ信号と雑音を判別してＡＥ信号を適切に計測することができる。またＦＢＧセンサ部及びファブリペローフィルタの構成により雑音レベルが変化して電圧信号に一定の閾値を設定することができない場合であっても、電圧信号を連続ウェーブレット変換することにより、ＡＥ信号と雑音を判別することが可能となり、よってＡＥ信号を適切に計測することができる。更に広帯域光源を用いると共に、電圧信号を連続ウェーブレット変換して処理するので、一つのＦＢＧセンサ部に対して一つの波長可変レーザが必要となるような複雑な光学系を不要にすることができる。また高価な波長可変レーザを用いることなく、ＡＥ信号を計測するので、費用を低減すると共に、多点計測系の構成や、可変性のある計測装置の構成を可能にし、よってＡＥ信号を適切に計測することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態例を示すブロック図である。
【図２】電圧信号のみでＡＥ信号と雑音を識別できる場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を示すデータである。
【図３】雑音の信号のみが存在する場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を示すデータである。
【図４】電圧信号のみでＡＥ信号と雑音を識別できず、連続ウェーブレット処理によりＡＥ信号と雑音を識別できる場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を示すデータである。
【図５】計測対象にひずみを発生させた場合において、電圧の生データから取得したＡＥ信号と、連続ウェーブレット処理を適用したデータから取得したＡＥ信号とを示すグラフである。
【図６】従来のＡＥ計測装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法及び装置を実施する形態例を図１〜図５を参照して説明する。なお、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２７】
実施の形態例は、ＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２と、ＦＢＧセンサ部２１のブラッグ波長を含む広帯域光源２と、広帯域光源２とＦＢＧセンサ部２１の間に位置する光サーキュレータ３と、光サーキュレータ３からの光を分岐する光カプラ４と、光カプラ４で分岐した一方の光を透過させる第一のファブリペローフィルタ（FFP：Fiber Fabry-Perot）５と、光カプラ４で分岐した他方の光を透過させる第二のファブリペローフィルタ（FFP：Fiber Fabry-Perot）６と、第一のファブリペローフィルタ５を透過した光を電気信号に変換する第一の光電変換器７と、第二のファブリペローフィルタ６を透過した光を電気信号に変換する第二の光電変換器８と、第一の光電変換器７及び第二の光電変換器８から出力される光強度変化を集録する信号集録装置２３と、信号集録装置により集録された信号を処理する信号処理装置２４と、信号処理装置２４からの信号を判別する信号判別装置２５とを備えている。ここで広帯域光源２、光サーキュレータ３、ファブリペローフィルタ５，６、光電変換器７，８は、図６と同じものを用いている。また実施の形態例では、光カプラ４により分岐されてファブリペローフィルタ５，６及び光電変換器７，８を経由する２系統のラインを構成しているが、１系統のラインにしても良いし、もしくは他の複数の系統のラインにしても良い。
【００２８】
ＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２は、ＦＢＧセンサ部２１を計測対象Ｓに接着させず、光ファイバ２２の一部を接着剤等の接着手段２６により計測対象Ｓに接着し、ＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２を片持ちハリもしくは両持ちハリ状態にし（図１では片持ちハリ状態）、計測対象Ｓに弾性波を生じた際に光ファイバ２２の接着部から弾性波を光ファイバ２２に導き、ＦＢＧセンサ部２１に縦波弾性波を伝播するようにしている。ここで、光ファイバセンサとは、ＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２のことを意味している。また片持ちハリもしくは両持ちハリとして取付けられた光ファイバ２２及びＦＢＧセンサ部２１はハリの縦振動の共振周波数に対して高い感度を有する構造となる。
【００２９】
信号集録装置２３は、光電変換器７，８から出力される光強度変化に対し、光強度変化の電圧信号を時間的に連続集録する構成を備え、電圧信号を第一の連絡線２７を介して信号処理装置２４へ送るようにしている。ここで連続集録する時間は、計測中全ての時間であっても良いし、ある一定期間でも良い。
【００３０】
信号処理装置２４は、信号集録装置２３で集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する構成を備え、連続ウェーブレット変換した信号を第二の連絡線２８を介して信号判別装置２５へ送るようにしている。ここで連続ウェーブレット変換等の処理は、信号集録装置２３の連続集録と同時に行っても良いし、連続集録の後に行っても良い。
【００３１】
信号判別装置２５は、信号処理装置２４で連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し、且つ閾値を予め設定してＡＥ信号かどうかを判別する構成を備えている。また、ここで言う特定の周波数とは、ＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２の片持ちハリもしくは両持ちハリの共振周波数に相当する周波数に相当している。更に信号判別装置２５は、特定の周波数に相当する信号を抽出する処理と、ＡＥ信号かどうか判別する処理を別々の構成部分で処理しても良い。更に信号集録装置２３、信号処理装置２４、信号判別装置２５は、１つの装置で構成されても良いし、他の装置を用いても良い。
【００３２】
以下、本発明の、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法及び装置で実施する形態例の作用を説明する。
【００３３】
ＡＥ信号を計測する際には、広帯域光源２から照射された光が、光サーキュレータ３を透過して光ファイバ２２のＦＢＧセンサ部２１に入射し、ＦＢＧセンサ部２１から反射した光は光サーキュレータ３で分離される。そして光サーキュレータ３により分離された反射光は、光カプラ４を介して夫々のファブリペローフィルタ５，６に入射し、光電変換器７，８で電気信号に変換され、電気信号が信号集録装置２３に時間的に連続集録される。
【００３４】
この時、計測対象Ｓに外部からの荷重が負荷され、一定以上のひずみを越えるようになると損傷信号を発生するようになる。損傷信号は弾性波として計測対象Ｓ内に伝播し、光ファイバ２２の計測対象Ｓに接着された部分から、片持ちハリもしくは両持ちハリ状態であるＦＢＧセンサ部２１を含む光ファイバ２２（図１では片持ちハリ状態）に伝播する。そして光ファイバ２２のＦＢＧセンサ部２１を含むハリの縦波共振周波数に対応した、ＦＢＧセンサ部２１からの反射光強度変化が生じ、光ファイバ２２を遡って光サーキュレータ３から光カプラ４を通って、ファブリペローフィルタ５，６を透過し、光電変換器７，８により電気信号に変換され、信号集録装置２３、信号処理装置２４、信号判別装置２５等を用いて計測対象Ｓの損傷状況を監視することとなる。
【００３５】
信号処理装置２４では、信号集録装置２３からの電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する。連続ウェーブレット変換とは、原時系列信号を時間−周波数−信号強度からなる信号処理であって、ウェーブレット関数により、広い周波数領域において時間領域の情報を失うことなく、特定の周波数成分を求めることができるものである。また本実施の形態例では、片持ちハリもしくは両持ちハリとして取付られたＦＢＧセンサ部２１の高感度にする周波数は計測対象により異なり、また、ハリ長さにより周波数がわずかに変化するため、ウェーブレット変換は任意の周波数を解析し得る連続ウェーブレット処理が最適の処理となっている。以下、具体的に連続ウェーブレット変換の定義を説明すると、次式の通りである。
【数１】
Ψはマザーウェーブレットであり、ａがスケール、ｂがシフトを表す。￣は複素共役を示す。χ（ｔ）は時間ｔに対する連続信号である。また上式は信号χ（ｔ）とウェーブレット基底Ψ（（ｔーｂ）／ａ）を時間軸上でコンボリューション（たたみ込み積分）を行うことを示す。更にスケールａは周波数に相当し、シフトｂは時間に相当する。ＷΨχはスケールａシフトｂの時の信号強度を表す。
ここでマザーウェーブレットΨは次式に示すガボールウェーブレットを適用している。
【数２】
また連続ウェーブレット変換は任意のマザーウェーブレットを適用しても良いが、ガボールウェーブレットは周波数局在性が強く、特定の周波数の信号を抽出することに適している。
【００３６】
次に信号判別装置２５では、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値によりＡＥ信号かどうかを判別し、ＡＥ信号を検出する。ここで閾値は、ＡＥ信号が発生しない状態での雑音の信号を用いて設定されており、ＡＥ信号が発生しない状態とは、測定対象Ｓの状態変化が生じる前の条件であっても良いし、他の準備段階での状態であっても良い。
【００３７】
［試験１］
以下、従来の比較例及び実施の形態例を試験し、電圧信号のみでＡＥ信号と雑音を識別できる場合と、雑音の信号のみが存在する場合と、電圧信号のみでＡＥ信号と雑音を識別できず、連続ウェーブレット処理によってＡＥ信号と雑音を識別できる場合とを夫々取得し、そのデータ及び結果を示す。
【００３８】
初めに、従来の比較例を試験し、電圧信号のみでＡＥ信号と雑音を識別できる場合の電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を図２に示す。図２（ａ）の電圧信号では、所定の位置から電圧値が大きくなり、ＡＥ信号が発生していると判断できる。また、この信号を連続ウェーブレット処理した際の図２（ｂ）の振幅では、ＡＥ信号に対応する振幅値が大きくなっており、図２（ｃ）の周波数ではＡＥ信号が明瞭になっている。このような信号では連続ウェーブレット変換や信号の連続収録は必要としない。
【００３９】
次に、雑音の信号のみが存在する場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を図３に示す。図３（ａ）の電圧信号では、電圧値が一定の範囲内にあり、また、この信号を連続ウェーブレット処理した際の図３（ｂ）の振幅、図３（ｃ）の周波数も一定の範囲内にあり、変化がない。ここで図３の雑音の信号のみが存在する場合を閾値に設定しても良く、図３（ｂ）では、雑音のピークが到達しない振幅値（０.０００１４）を閾値に設定している。
【００４０】
そして電圧信号のみからＡＥ信号と雑音を識別できず、連続ウェーブレット処理によりＡＥ信号と雑音を識別できる場合の、電圧信号、連続ウェーブレット処理後の振幅、周波数を図４に示す。図４（ａ）の電圧信号では、電圧幅が一定の範囲内にあり、図２のようにＡＥ信号と雑音を明確に識別できない。この信号を連続ウェーブレット処理した際の図４（ｂ）の振幅では、片持ちハリ状態に取付けたＦＢＧセンサ部２１の共振周波数に相当する周波数の信号に対応する振幅値が大きくなっており、図４（ｃ）の周波数ではＡＥ信号が明瞭になっている。また電圧信号のみからＡＥ信号と雑音を識別できない場合であっても、図４（ｂ）と図４（ｃ）から連続ウェーブレット処理によりＡＥ信号と雑音を識別することが可能となる。よって雑音レベルが大きな広帯域光源を使用しても振幅の小さなＡＥ信号を識別することが明らかである。
【００４１】
［試験２］
次に、計測対象Ｓにひずみを発生させた場合において、電圧信号のみ（電圧の生データ）からＡＥ信号を識別したものと、連続ウェーブレット処理を適用したデータから識別したものとを示す。
【００４２】
試験の条件では、計測対象Ｓに負荷をかけてひずみを徐々に与え、計測対象のひずみとＡＥを同時に計測したものである。また、ひずみの計測は、ひずみゲージを用いている。更に試験では、電圧信号のみからＡＥ信号を識別したもの、及び連続ウェーブレット処理を適用したデータから識別したものについて、夫々、単位時間あたりにＡＥ信号として識別された信号（ＡＥ Ｈｉｔｓ／ｓｅｃ）により記録した。なお９００秒以後、ひずみが急速に増加している箇所は、発生ひずみが大きいため、ひずみゲージの抵抗線の断線が生じたことを示す。
【００４３】
その結果、図５に示す如く電圧信号のみからＡＥ信号を識別したものは数点（図５では１点）しか検出できず、連続ウェーブレット処理を適用したデータからＡＥ信号を識別したものは、多くの点を検出した。特に、６００から９００秒の間でひずみが不連続に変化する時間帯およびその直前に多くのＡＥ信号が測定されており、計測対象の状態変化を捉えたことを示しており、本発明によるＡＥ計測が有効なことを示している。
【００４４】
このように、実施の形態例によれば、光電変換器７，８から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別するので、広帯域光源２から照射される光強度のゆらぎやファブリペローフィルタ５，６の透過率のゆらぎにより雑音レベルが大きい場合であっても、ＡＥ信号と雑音を判別してＡＥ信号を適切に計測することができる。またＦＢＧセンサ部２１及びファブリペローフィルタ５，６等の構成により雑音レベルが変化して電圧信号に一定の閾値を設定することができない場合であっても、電圧信号を連続ウェーブレット変換することにより、ＡＥ信号と雑音を区別することが可能となり、よってＡＥ信号を適切に計測することができる。更に広帯域光源２等を用いると共に、電圧信号を連続ウェーブレット変換して処理するので、一つのＦＢＧセンサ部２１に対して一つの波長可変レーザが必要となるような複雑な光学系を不要にすることができる。また高価な波長可変レーザを用いることなく、ＡＥ信号を計測するので、費用を低減すると共に、多点計測系の構成や、可変性のある計測装置の構成を可能にし、よってＡＥ信号を適切に計測することができる。
【００４５】
実施の形態例において、光電変換器７，８から出力される光強度変化を集録する際には、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録するので、連続集録した全ての時間の信号に対して連続ウェーブレット処理を適用することが可能となり、閾値の設定やＡＥ信号の判別を適切に行うことができる。
【００４６】
実施の形態例において、閾値は、ＡＥ信号が発生しない状態での信号を用いて、ＦＢＧセンサ部２１が検出する弾性波の信号強度に設定されており、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際には、閾値を超える信号をＡＥ信号として識別するので、ＡＥ信号を適切に計測することができる。また連続ウェーブレット変換された信号のうち特定周波数だけに注目し、特定周波数の振幅値からクライテリア（評価基準）を設定するので、ＡＥ信号と雑音の区別を容易にすることができる。
【００４７】
なお、本発明の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法及びその装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４８】
２ 広帯域光源
３ 光サーキュレータ
５ ファブリペローフィルタ
６ ファブリペローフィルタ
７ 光電変換器
８ 光電変換器
２１ ＦＢＧセンサ部
２２ 光ファイバ
２３ 信号集録装置
２４ 信号処理装置
２５ 信号判別装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＢＧセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該ＦＢＧセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、前記ＦＢＧセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、該広帯域光源から照射された光を透過して光ファイバのＦＢＧセンサ部に入射させ且つＦＢＧセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器とを備え、
片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバのハリの共振周波数に相当する縦波弾性波を検知するようにした、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法であって、
前記光電変換器から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別することを特徴とするＡＥ計測方法。
【請求項２】
前記光電変換器から出力される光強度変化を集録する際には、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録することを特徴とする請求項１に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法。
【請求項３】
前記閾値は、ＡＥ信号が発生しない状態での信号を用いて、ＦＢＧセンサ部が検出する弾性波の信号強度に設定され、
連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際には、前記閾値を超える信号をＡＥ信号として識別することを特徴とする請求項１又は２に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法。
【請求項４】
ＦＢＧセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該ＦＢＧセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、
前記ＦＢＧセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、
該広帯域光源と、ＦＢＧセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してＦＢＧセンサ部に入射させ且つＦＢＧセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、
該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器と、
該光電変換器から出力される光強度変化を集録する信号集録装置と、
該信号集録装置により集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する信号処理装置と、
連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別する信号判別装置と、
を備えたことを特徴とする広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置。
【請求項５】
前記信号集録装置は、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録するように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置。
【請求項６】
前記信号判別装置は、ＡＥ信号が発生しない状態での信号を用いて、ＦＢＧセンサ部が検出する弾性波の信号強度に閾値を設定し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際に、前記閾値を超える信号をＡＥ信号として識別するように構成されたことを特徴とする請求項４又は５に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置。
【請求項１】
ＦＢＧセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該ＦＢＧセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、前記ＦＢＧセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、該広帯域光源から照射された光を透過して光ファイバのＦＢＧセンサ部に入射させ且つＦＢＧセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器とを備え、
片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバのハリの共振周波数に相当する縦波弾性波を検知するようにした、広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法であって、
前記光電変換器から出力される光強度変化を集録し、集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別することを特徴とするＡＥ計測方法。
【請求項２】
前記光電変換器から出力される光強度変化を集録する際には、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録することを特徴とする請求項１に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法。
【請求項３】
前記閾値は、ＡＥ信号が発生しない状態での信号を用いて、ＦＢＧセンサ部が検出する弾性波の信号強度に設定され、
連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際には、前記閾値を超える信号をＡＥ信号として識別することを特徴とする請求項１又は２に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測方法。
【請求項４】
ＦＢＧセンサ部を計測対象に接着させず、計測対象に接着され且つ該ＦＢＧセンサ部を含む構成で片持ちハリもしくは両持ちハリ状態に配置される光ファイバと、
前記ＦＢＧセンサ部のブラッグ波長を含む広帯域光源と、
該広帯域光源と、ＦＢＧセンサ部を含む光ファイバとの間に配置され、広帯域光源から照射された光を透過してＦＢＧセンサ部に入射させ且つＦＢＧセンサ部から反射した光を分離する光サーキュレータと、
該光サーキュレータにより分離された反射光が入射するファブリペローフィルタと、
該ファブリペローフィルタを透過した光を電気信号に変換する光電変換器と、
該光電変換器から出力される光強度変化を集録する信号集録装置と、
該信号集録装置により集録された電圧信号を連続ウェーブレット変換で処理する信号処理装置と、
連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出し且つ閾値を設けてＡＥ信号かどうかを判別する信号判別装置と、
を備えたことを特徴とする広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置。
【請求項５】
前記信号集録装置は、光強度変化に対応する電圧信号を時間的に連続集録するように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置。
【請求項６】
前記信号判別装置は、ＡＥ信号が発生しない状態での信号を用いて、ＦＢＧセンサ部が検出する弾性波の信号強度に閾値を設定し、連続ウェーブレット変換された信号から特定の周波数に相当する信号を抽出した際に、前記閾値を超える信号をＡＥ信号として識別するように構成されたことを特徴とする請求項４又は５に記載の広帯域光を用いた光ファイバセンサによるＡＥ計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−３７４８０（Ｐ２０１２−３７４８０Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８０２７０（Ｐ２０１０−１８０２７０）
【出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【出願人】（５０３３６１４００）独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 (453)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５００３０２５５２）株式会社ＩＨＩエアロスペース (298)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【出願人】（５０３３６１４００）独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 (453)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【出願人】（５００３０２５５２）株式会社ＩＨＩエアロスペース (298)
【Ｆターム（参考）】
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