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健全性モニタリング向けオールファイバオプティクスシステム

September, 27, 2016, Washington--構造物健全モニタリングシステムは従来、圧力を電圧に変換する圧電変換器を用いている。これらの変換器は通常、腐食環境や300℃を超す高温下以外では、優れた信頼性を持っている。その制度や有用性は、こうした過酷環境では制限される。
 米国バージニアのフォトニクス技術センタの研究チームが開発した新しいファイバオプティクス技術は、過酷条件下の構造物モニタリング能力を改善する見込みがある。特に、その新システムは、構造物の歪、温度、変形および亀裂の出現などを検出できるように設計されている。
「ファイバオプティックコンポーネントは、ファイバを形成する溶融シリカにより、高温下で信頼性良く動作することが実証されている」と論文の筆頭著者、院生のChennan Huは説明している。「この光ファイバ技術の開発は、最近の過熱器、原子力発電所など、過酷環境下で動作する重要なインフラストラクチャの健全性モニタリングを大幅に強化する。したがって、発電所の連続動作保証に役立ち、あり得る構造破損の破滅的結末の阻止に役立つ」。
 同システムは、2本の光ファイバを使用して、マルチアクティブ光非破壊評価素子(アクティブFO-NDE素子)を連続接続している。素子は、モニタされる構造物の表面に取り付けられている。個々のセンシング素子は、光ファイバケーブル内の音響生成ユニット、ファイバオプティック筐体内の音響検出ユニットでできている。
 伝送されたレーザパルスで励起されると、音響生成ユニットが音響振動、音波を生成し、これが構造物を伝搬する。これらの振動は、音響検出ユニット、FBGが受信し、構造物の音響シグネイチャを形成する。さらに、FBGは、構造物の歪や温度についての情報も提供する。
 研究チームによると、分布センシングシステムの可能なアプリケーションとして、電力業界で広く用いられているP91パイプの外表がある。
「これらのパイプは通常、腐食性の高温、高圧蒸気の移送に使用される。しかし、これらのパイプや発電システムに関わる他の重要な材料の完全性は時間の経過とともに劣化し、その劣化率はシステムが高温動作すると急激に上昇する。したがって、これらの材料のモニタリングは殊の外重要である」とHu氏は説明している。
 同センサシステムは、航空機のガスタービンエンジンや他の重要パーツの健全性モニタで航空機にも使用可能である。