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> 技術情報
| ●東大ラボ | |
| 電話 | 03-5841-2337 |
| Fax | 03-5841-2337 |
当社は、東京大学工学系研究科環境海洋工学科設計艤装研究室で発明された「光ファイバのドップラー効果による超音波計測技術」を技術移転し、設立されました。設立当初３年ほどは、東京大学と共にセンサシステムの開発を行っていました。
その後、顧客の要望は「答えを出す」ことにある、と気づき、【長期使用に耐えるフィールド実装技術】・【データ処理・構造解析技術】を業務内容に加え、先進センシング技術の一貫サービス（センサ開発→実装→現場計測→データ解析→構造材料評価）を手がけるに至っています。これにつれて当社社員の陣容も広がりました。
さらに、次は「こんなことはわからないの？」というお客様の声です。これに応えるべく、技術メニューを拡大しています。センシングはとても深い分野です。一つのことがわかると、また別のパラメータではどうだろうかと知りたくなります。これが当社開発の原動力になっています。東京大学との継続的な共同研究体制に加え、全国の大学や研究機関との共同研究も増えています。
少数精鋭の社員一丸となって、これまでは困難であった技術課題に取り組んでいます。材料・構造・光工学・電気工学など、一芸に秀でた幅広い人材が当社でがんばっています。
今後は、【リモート監視】・【保守業務の受託】・【環境技術の開発】へも分野を広げ、フィールド・モニタリング総合企業として、努力を重ねてまいります。
これらの課題に対して、「経時変化」・「状態監視」・「アセットのリスクマネジメント指標」という考えを、先進モニタリング技術の投入により経済的・効率的に解決する、これが当社の使命です。
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光ファイバが伸縮する際に、ファイバ内のドップラ効果により生じる周波数変調は下式で示される。ｆｄはセンサ部で生じる周波数変調、λは光波の波長、
は光ファイバの変位速度である。ここで負号は、変位速度の増大により光の周波数が低下することを意味している。
上式に示すように、周波数変調ｆｄと変位速度
は比例関係となる。この周波数変調ｆｄは光ヘテロダイン方式を用いて検出され、周波数/電圧変換器（FV変換器）によって電圧
に変換される。ここで変換された電圧
と変位速度
の関係を、
を比例定数として示すと下式のようになる。したがって、FODセンサは検知した変位速度を電圧で出力するセンサであり、変位速度が大きくなると電圧出力が大きくなるという特性を持つ。
ここで、
周波数変調ｆｄを検知するためのレーザードップラ振動計システムを下図に示す。システムはセンサ回路と計測回路から構成されている。計測回路がヘテロダイン干渉法を用いて周波数変調量を検出する回路である。同図より、光源（Light source）から入射された周波数ｆ０のレーザ光は、センサ回路と計測回路に分波される。センサ回路では、計測対象物の振動によってファイバ部が微小伸縮すると、それに伴いファイバの光路長が時間的に変動する。その結果、レーザ光には光路長の時間的変化である
に比例した周波数変調fdが生じ、センサから出力されるレーザ光はf0-fdとなる。一方、計測回路ではAOM（周波数変調器）により周波数fM (80MHz）の基準光を加えf0+fMに変調される。そして、センサ回路からのレーザ光と計測回路からのレーザ光の周波数の差fM+fdが導かれ、検知器（Detector）でfdが検出され、周波数/電圧変換器（FV）で電圧値に変換される。
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、超音波の波長を
とすると、
(
は整数)
の条件を満たすときに超音波が共鳴する。これを超音波の周波数
の関係式
を用いて書き直せば、下式となる。
一方、FODセンサは、光ファイバが伸縮するときに、光ファイバの中を透過する光に生じるドップラ効果を利用したセンサであり、FODセンサを固体と接着すれば、接着部分の伸縮速度が計測できる。これを光干渉計によって電圧値に置き換えることで、金属内に伝播する超音波が計測できる。
超音波励起機構には、高温環境でも機能性が低下しにくいEMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)を用いる。EMATを金属近傍に配置して高周波電流を流すと、電磁誘導作用によって試験片に渦電流(
)が発生する。これに磁石からの磁界(
)が作用して、次式に示されるローレンツ力(
)が発生する。
この力(
)を用いて試験片内部に対して超音波を発生させ、その超音波周波数を掃引する。ある肉厚値において超音波は共振効果を生じるため、その周波数を読み込むことによって肉厚値を求めることができる。
| 項目 | 備考 | |
| 試験対象 | 材質 | 炭素鋼、低合金鋼 等 |
| 測定板厚範囲 | 5〜30mm | |
| 特性 | 板厚測定分解能 | ±0.1mm（著音波厚さ計と同等） |
| 測定雰囲気 | 空気、不活性ガス中 低圧、高圧状態でも連続測定が可能です |
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| 測定環境 | 0℃〜200℃（試験体表面温度） |
【特徴】
従来の配管肉厚計測は、1. 定められたスケジュールによる定期点検（時間基準）、2. 点検時は設備稼動停止により常温で作業者が1測定点毎に計測していることから、3. 多大な計測マンパワーと時間と費用を設備管理者(事業者)に課すなどの課題がある。 これに対して本システムは、○状態基準管理の指標となる重要局部での定点監視、○常設式の耐熱センサプローブにより、稼働中の高温でも肉厚計測が可能、○コストの最適化、を特徴としている。 断熱材の下に常設されたセンサラインに、可搬式の肉厚計測システムを接続するだけで、いつでも配管の減肉を測定できるという利点がある。これは、耐熱性のある光ファイバセンサを受信機構に採用しているためである。【適用可能な用途】
・プラント配管の減肉監視（エルボー部などでも可） ・圧力容器 ]]>
屈折率はneff=1.45程度であるから、B=1.55μmとするためには、Λ=0.54μm程度になる。反射の強さと反射帯域幅は、屈折率変化の大きさとFBG長によって様々だが、長さ数cmで反射率100%、反射帯域も0.1〜1nm程度のものが作製されている。
上式のブラッグ波長Bは、屈折率neffあるいはグレーティングの周期Λの変化によってシフトする。つまり、グレーティングのある部分に歪みあるいは温度変化が与えられると、neffとΛが変化しブラッグ波長がシフトすることになる。このことがFBGをひずみ・温度センサとして動作させる原理である。FBGの最大の特徴は、1本の光ファイバ上に複数個のセンサ部を設けることができることであり、波長多重、時間多重、周波数多重などの手法がある。
FBG部に1μεの一様ひずみが発生した場合、1pm程度の波長変化が生じる。この波長変化を観測することでFBG部のひずみ量を算出することができる。温度の変化に対しては、11pm/℃程度である。
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FBG上の微小区間からの反射光は、ある波長の光のみを強く反射するため、波長可変光源の光波数kとその反射光強度の関係は、図／下段右のような形となる。また、ピークを示す光波数kは，FBG部でのひずみの大きさに依存して変化する。ここで、光波数kと波長λは以下の関係を有する。
一方、FBG微小区間からの反射光と、全反射終端Rからの反射光は光路差2nLiを有する。これら２つの反射光は干渉を起こし、この干渉光強度の直流成分を除いた変動成分は、光波数kに依存して、以下のように表される。
ここで、nは光ファイバの屈折率を表す。前述した二つの作用により、受光器で検出される光強度は、図／下段左に示すように、光波数kに対してある周期とピークを持った形で変化する。つまり、次式のような形で表される。
ここで、RFBG(k)はFBG内微小区間の反射特性を表す光波数(波長)の関数である。この受光器で検出される信号の周期から光路差Li、つまりFBG内微小区間の位置を、またピークを示す光波数kからひずみの値を計測することが可能となる。FBG全体としては、光路差Liつまり周期が異なる波形の和として光強度が観測されることとなる。
この方式を用いることで、1mm以下の間隔で連続的に歪みを検出したり、数百点の歪みを1ラインで計測することが可能となる。
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１．広帯域診断システムの概説
回転機械の主な異常種類は次のように大きく分類出来ます。 （1）構造系異常：アンバランス、軸ミスアライメント、緩み、軸曲がりなどであり、低周波数領域（＜1kHz）の特徴信号が現れる。 （2）自励系異常：一部の歯車異常（スコーリング、偏心、ミスアライメントなど）、共振などであり、中周波数領域（＜約5kHz）の特徴信号が現れる。 （3）衝撃系異常：軸受傷、歯車局所異常、回転部の局所接触などであり、高周波数領域（約5kHz以上）の特徴信号が現れる。 FOD回転機診断システムは、従来の振動法とAE法を統合した手法であり、上記に挙げた諸元の回転機の異常を広く検出するものです。２．構造系異常及び自励系異常の検出
現在、多くの現場において回転機械設備の異常状態の判定に使用されている通り、振動の大きさ（速度mm/sや、加速度G）で判定します。ここでは、低周波領域（＜約10kHz）の信号を用いて、信号の振幅の大きさ（量）を時系列に観測します。ただし、従来通り、（１）設備の大きさや種類によって判定基準が違う、（２）同じ設備で正常状態であっても、回転数の変化につれて変化する、などの事由から、設備の種類や運転条件によって、管理基準を設定する必要があります。過去の運転データから、正常値と異常値のノウハウを基準に反映させます。３．衝撃系異常の検出
ここでは、高周波領域（＞10kHz）の信号を用いて、主に回転機の軸受から発生することが多い衝撃波を検出し、その振幅の大きさ（dB）や時間当りのAE発生数、AE周波数の変化を時系列に観測し、早期異常の検出を行います。他の診断技術と比較しても軸受の異常をより兆候段階から検出できます。４．運用
FODセンサのみ常設し、巡回点検間隔において、光モニターと接続し、振動データ及びAEデータを採取します。光ファイバセンサは、○防食性、○広い温度耐用、○高絶縁性、○防水性、○防爆性、に優れるため、防爆環境、高湿分環境、高温度環境での定点観測などで有利です。]]>