広帯域電磁波群遅延特性を用いた金属配管異常の遠隔検査法

利用宽带电磁波群延迟特性的金属管道异常远程检测方法

• 批准号: 22K04611
• 负责人: 本島 邦行
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04611/
• 关键词: 広帯域電磁波; 金属配管検査; 群遅延; 電磁波伝搬; 群遅延特性; 金属管探傷; 遠隔検査; 円形導波管

従来の金属配管異常検出試験では、計測媒体として電磁波を検査に用いることはなかった。しかし、金属配管を“電磁波用円形導波管”とすると、電磁波は金属配管内部を良好に伝搬するため、金属配管全体を対象とした異常検出法として最適な媒体である。そこで本研究テーマでは、広帯域電磁波の金属管内における群遅延特性を異常検出法として利用した。これは、広帯域電磁波の位相情報から得られる群遅延特性は、金属配管内の各所（湾曲部、分岐部など）で生じる反射波の影響を受けにくく、本研究テーマで目的とする計測方法として最適なためである。令和４年度には、多数の分岐部を有する金属配管内の広帯域電磁波群遅延特性の基本的な解析をおこなった。そのための第一段階として、多数の分岐部を有する金属配管内を伝搬する広帯域電磁波の群遅延特性を解析した。被検査対象である金属配管の端部に計測器（ベクトルネットワークアナライザ：VNA）を接続し、両端間を伝搬する電磁波の位相特性を解析した。そして、位相情報から広帯域電磁波群遅延特性を算出した。実際の金属配管内には、電磁波の反射を生じる分岐が多数存在するが、それらが群遅延特性に及ぼす影響について定量的に評価した。これは、異常が存在しない場合であっても、金属配管内の電磁波群遅延特性がどれほど影響を受けるかを解明することが目的であり、金属配管の異常の有無を判定する基礎データとした。また、金属配管の異常判定を正確かつ客観的に評価するために、統計学的な判定方法を導入した。これは、正常な金属配管を多数用意して多くの正常値データを取得しておき、統計的判定方法として3σ法とHampel Identifier法を導入することで、ロバスト性の高い異常判定をおこなった。そしてこれらの統計的手法をプログラム化し、効率的に異常判定がおこなえる実験環境を構築した。

在常规的金属管异常检测试验中，电磁波未用作测量介质进行检查。但是，当金属管被称为“电磁波的圆形波导”时，电磁波在金属管道内部很好地传播，使其成为整个金属管的异常检测方法的最佳介质。因此，在这个研究主题中，金属管中宽带电磁波的群延迟特性被用作异常检测方法。这是因为从宽带电磁波的相信息获得的群延迟特性不太容易受到金属管中各个地方产生的反射波的影响（弯曲部分，分支部分等），使其成为该研究主题最合适的测量方法。在2022年，我们对具有许多分支的金属管道中的宽带电磁波延迟特性进行了基本分析。作为此的第一步，分析了通过许多分支的金属管传播的宽带电磁波的组延迟特性。将测量仪器（矢量网络分析仪：VNA）连接到要检查的金属管的末端，并分析了两端之间传播的电磁波的相特征。然后，通过相信息计算宽带电磁波群延迟特性。实际的金属管中有许多分支会产生电磁波的反射，并且对这些分支的影响对组延迟特性的影响进行了定量评估。这样做的目的是阐明金属管中的电磁波组延迟特性也受到了多少影响，即使没有异常，并且基本数据用于确定金属管道中是否存在异常。此外，已经引入了一种统计判断方法，以准确和客观地评估金属管中的异常确定。这是通过准备大量普通金属管以获得大量正常值数据的方法来完成的，并将3σ方法和Hampel标识符方法作为统计方法进行，从而实现了高度鲁棒的异常确定。然后对这些统计方法进行编程，以创建一个实验环境，在该环境中可以有效地进行异常检测。