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超音波探傷式流動計測と機械学習による複雑流路欠陥のスマートセンシング

使用超声波流量测量和机器学习智能传感复杂流路缺陷

基本信息

批准号：
20J15257
负责人：
荘司成熙
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

原子力発電所等における工業配管内流動及び欠陥から早期破断リスク評価を行うための超音波探傷式流動計測システムの開発を目的とし，令和3年度においては前年度に構築した超音波計測ハードウェアの改良，信号処理法の高度化，並びにこれらシステムの統合化を図った．計測ハードウェアにおいては三次元流速ベクトル分布計測に向け多素子，複トランスデューサを同時制御可能な電子回路を新たに設計及び実装し，本ハードウェア及びトランスデューサアレイを用いた三次元流速ベクトル分布計測システムを構築した．本システムの精度検証のため，流速分布を解析的に得られる剛体回転流れを計測し，約15％程度の誤差で流速ベクトルが得られた．またエコー信号の信号対雑音比（SN比）を改善するパルス圧縮法を適用するため，送信パルスとして周波数変調波形の送信をハードウェア的に可能とし，参照波形との相互相関処理を行うことでSN比が向上した．これにより，低SN比信号においても前年度構築した流速ダイナミックレンジ拡張信号処理法を用いた流速計測が可能となることを明らかにした．加えて，金属配管への適用性向上のため，配管内を伝搬する超音波信号と流体中を伝搬する超音波信号を分離する信号処理法を新たに開発し，これにより流速分布計測精度が向上することを確認した．また，超音波流速分布計測と探傷の同時計測による欠陥検出に向け，基礎検討として流速分布計測及び探傷をそれぞれ行うトランスデューサを用い，これらが一体となるホルダを試作した．本システムを用い，種々の配管内模擬亀裂深さにおいて計測することで，エコーピーク位置に加え，流速分布形状，乱流強度値が欠陥検出およびその形状分類における特徴量となる可能性があることを明らかにした．これら研究成果により，配管壁内欠陥と配管内流速分布を同時計測可能な超音波探傷式流速分布計測システムの実現可能性を示すことができた．

The development of ultrasonic flaw detection type flow measurement system for industrial piping flow and early failure evaluation in atomic power generation institute has been aimed at improving the ultrasonic measurement system, upgrading signal processing method and integrating the flow detection system in the third year of this year. A new design and implementation of electronic circuits for measuring three-dimensional flow velocity distribution is proposed. The accuracy of this system is verified by the analysis of velocity distribution. The error of rigid body return flow measurement is about 15%. The signal to noise ratio (SN ratio) of the transmission waveform is improved. The low SN signal is used to measure the flow rate. In addition, the applicability of metal piping is improved, and the ultrasonic signal is transmitted in the piping. The ultrasonic signal is separated from the fluid. The signal processing method is newly developed, and the measurement accuracy of the velocity distribution is improved. The ultrasonic velocity distribution measurement and flaw detection are used in the simultaneous measurement of ultrasonic velocity distribution and flaw detection. This paper describes the application of the model, the simulation crack depth in the pipe, the calculation of the crack depth, the location of the crack, the shape of the velocity distribution, the turbulence intensity, the probability of the characteristic quantity, the classification of the shape, the classification of the shape, and the calculation of the crack depth. The research results show that it is possible to simultaneously measure the velocity distribution in the pipe wall and the distribution pipe, and it is possible to realize the velocity distribution measurement by ultrasonic flaw detection.