コンクリート内部損傷の遠隔3D検査を実現するドライアイス衝突式レーザアレイ映像法

干冰撞击激光阵列成像方法实现混凝土内部损伤远程3D检查

基本信息

批准号：
21H04592
负责人：
小原良和
金额：
$ 28.04万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04592/
关键词：
非破壊評価超音波 3D映像化レーザ走査遠隔計測

项目摘要

大震災・豪雨など自然災害が頻発する昨今、安全・安心な社会の実現は国民最大の関心事だが、社会インフラの安全性保証・長寿命化において、高精度な非破壊評価技術の確立は最重要課題である。しかし、高度経済成長期に建造され経年劣化したトンネル・橋梁・高速道路などのコンクリート構造物は金属よりはるかに不均質・高減衰であり、検査対象領域が膨大、かつ、粗面への対応も求められることから、非破壊計測分野における最難関課題である。そこで本研究では、ドライアイス衝突による高効率の超音波発生技術と粗面・広範囲計測可能な赤外レーザスキャン技術（超多素子レーザ走査アレイ）の融合により、コンクリート内部欠陥を遠隔から3Dで可視化する世界初の高分解能超音波映像法の創出に挑戦する。これにより、内部欠陥の3D形状に基づく新たな効率的維持管理と実構造物の欠陥発生機構解明に新たな道筋を作ることを目的とする。今年度は下記2項目を実施した。[1] 小型固体衝突による低周波の大振幅超音波発生技術の基礎検討遠隔からの超音波発生には、これまで高強度レーザ照射が主だったが、コンクリート内部検査に十分な強度の超音波は発生できず、かつ、人体（眼）への影響から管理区画での使用が前提だった。そこで本研究では、現場適用性に優れた「小型ドライアイスの固体衝突」による大振幅超音波発生技術の開発を目指し、まずは小型固体の衝突による発生技術の基礎検討を行った。その結果、小型固体の衝突により、高強度レーザ照射だけではなく、接触式圧電低周波探触子よりも大振幅な超音波の発生が可能であり、100kHzを超える周波数の励振も可能であることが分かった。[2]コンクリート試験体の作製欠陥を有するコンクリート試験体の作製に着手した。具体的には、コンクリートブロックへの機械加工によるスリット導入、発泡スチロール薄片による剥離模擬等に取り組んだ。

如今，诸如大地震和暴雨之类的自然灾害经常发生，实现安全和安全的社会是人们的第一关注，但是建立高精度，非毁灭性评估技术是确保社会基础设施安全和寿命的最重要问题。但是，在经济增长高，随着时间的流逝而恶化的混凝土结构（例如隧道，桥梁和高速公路）比金属更加不均匀和衰减，并且要进行检查的区域是巨大的，需要对粗糙的表面做出反应，这使得在非生命值测量的领域中成为最具挑战性的问题。因此，这项研究将尝试创建世界上第一种高分辨率的超声成像方法，该方法通过融合了由于干冰碰撞和红外激光扫描技术（超过多元素激光扫描阵列），可以通过融合高效的超声碰撞技术，从而使3D中的缺陷在3D中可视化。这旨在根据内部缺陷的3D形状创建有效维护和管理的新途径，并阐明实际结构中缺陷生成的机制。今年，实施了以下两个项目：[1]低频，大振幅超声发电技术是由小固体碰撞引起的。到目前为止，高强度激光照射一直是远程超声产生的主要重点，但是对于内部混凝土检查，无法产生足够强度的超声波，并且由于它们对人体的影响（眼睛），因此假定它们应在管理部分中使用。因此，在这项研究中，我们旨在开发一种技术，该技术使用“小型干冰的固体碰撞”来产生大振幅超声波，这是高度适用的现场，首先我们进行了一项基本研究，以产生小型固体碰撞。结果，发现与小固体的碰撞不仅允许高强度激光照射，而且还可以产生比接触型压电型低频探针更大的超声波，并且在100 kHz以上的频率上产生了激发。 [2]制备混凝土标本具有缺陷的混凝土样品的制备。具体来说，我们通过将缝隙加工到混凝土块中，并使用Styrofoam薄片来剥离剥离，从而引入缝隙。

项目成果

期刊论文数量（26）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

超音波による非破壊計測技術の最先端

最先进的超声波无损测量技术

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Saito Yuichi;Itoh Makoto;Inagaki Toshiyuki;Shigeru Obayashi;本間基寛・牛山素行;除本理史;小原良和
通讯作者：
小原良和

3D Ultrasonic Phased-Array Imaging of Fatigue Cracks Using a Piezoelectric and Laser System (PLUS)

使用压电和激光系统 (PLUS) 对疲劳裂纹进行 3D 超声相控阵成像

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yoshikazu Ohara;Marcel C. Remillieux;T. J. Ulrich;Serina Ozawa;Kosuke Tsunoda;Toshihiro Tsuji;Tsuyoshi Mihara
通讯作者：
Tsuyoshi Mihara

高周波の圧電送信と超多点レーザ受信を用いた微小欠陥の3D超音波映像化

使用高频压电传输和超多点激光接收对微小缺陷进行 3D 超声成像