モード変換エバネッセント場が切り拓く薄板接合部の超解像可視化技術創成

模式转换倏逝场开发的薄板接头超分辨率可视化技术的创建

• 批准号: 22K18745
• 负责人: 小原 良和
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18745/
• 关键词: 非破壊評価; モード変換エバネッセント場; 薄板中の微小欠陥; 超解像映像法; 超音波探傷

薄板部材の接合部の検査法として、欠陥からの散乱波（伝搬波）を用いる超音波フェーズドアレイの開発が長年行われてきたが、映像分解能が回折限界（λ/2）に制限され、微小欠陥検出は原理的に不可能だった。本研究では、従来法とは全く原理の異なる「モード変換エバネッセント場に基づく超解像可視化技術」を創出すべく、3D数値シミュレータの構築により、その発生挙動を解明する。さらに、接合部全体に効果的に横振動（面内変位）を発生させる方法を検討する。これにより、微小欠陥近傍で、モード変換の縦波エバネッセント場（面外変位）が発生する。これを、現場で求められる高SN比の実現に向けて、He-Neレーザより10倍感度の高い赤外レーザドップラ振動計の精密スキャンにより選択的に検出し、接合欠陥の超解像可視化を実現する。2022年度は、下記3項目を遂行した。[1]接合部全体を効果的に横振動させる振動子を試作し、レーザスキャン技術を駆使した音場計測装置で評価した。その結果、縦波用探触子を用いた場合は、側面からの入射に対しても、ポアソン効果で面外変位が発生してしまうのに対し、横波用試作探触子では、面外変位を大幅に抑制できることが分かった。[2]実欠陥でのモード変換エバネッセント場の発生機構解明のため、3D数値シミュレータの開発を目的として、検討を開始し、効率的計算のためボクセル要素で構成された有限要素解析ソフトウェアが有望であることを確認した。[3]薄板試験片に対して検証用微小欠陥試験片の作製も開始した。

使用来自缺陷的散射波（传播波）的超声波相控阵作为薄板构件接头的检查方法已经发展了多年，但图像分辨率仅限于衍射极限（λ/2），并且理论上的缺陷检测是有限的。不可能的。在本研究中，为了创建一种原理与传统方法完全不同的“基于模式转换渐逝场的超分辨率可视化技术”，我们将通过构建3D数值模拟器来阐明其生成行为。此外，我们将考虑一种在整个关节中有效产生横向振动（面内位移）的方法。结果，在微缺陷附近产生由于模式转换而产生的纵波倏逝场（面外位移）。为了实现现场所需的高信噪比，我们使用红外激光多普勒测振仪进行精密扫描，选择性地检测这些缺陷，该测振仪的灵敏度是氦氖激光器的 10 倍，并且正在进行超强扫描。 - 粘合缺陷的分辨率可视化实现。 2022财年，我们完成了以下三项工作。 [1] 我们制作了一种能够有效横向振动整个关节的振动器原型，并使用充分利用激光扫描技术的声场测量装置对其进行了评估。因此，当使用纵波探头时，即使从侧面入射，也会由于泊松效应而发生面外位移，而使用横波原型探头时，由于泊松效应而会发生面外位移。发现这种效果可以被显着抑制。 [2] 为了阐明实际缺陷中模式转换倏逝场的产生机制，我们开始研究开发3D数值模拟器，并发现由体素单元组成的有限元分析软件有望实现高效计算我确认有。 [3] 我们还开始生产用于验证薄板试件的微缺陷试件。

项目成果

高精度き裂計測のための先進超音波フェーズドアレイ映像法

先进的超声相控阵成像方法，用于高精度裂纹测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 小原良和

大学研究室ホームページ

大学实验室主页

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

• 发表时间: 2022
• 作者: 小原良和

Development of 1024-Element 2D Matrix Array Transducer Based on Numerical Simulation and Experimental Scattering Analyses for NDE Applications

基于 NDE 应用数值模拟和实验散射分析的 1024 元件二维矩阵阵列传感器的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshikazu Ohara; Takumi Yamada; Sinan Li; Marcel Remillieux; T. J. Ulrich; Toshihiro Tsuji; Ttusyohi Mihara
• 通讯作者: Ttusyohi Mihara

超多点レーザスキャンに基づく高分解能3D超音波フェーズドアレイ映像法PLUS

基于超多点激光扫描的高分辨率3D超声相控阵成像方法PLUS

• 发表时间: 2022
• 作者: 小原良和