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

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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．