(57)【要約】【課題】小型化した励起光源を用い、光ルミネッセンス法により酸化物層を検出することができる酸化物層の検出システムを提供する。【解決手段】金属基材に密着層を介して遮熱層が形成されたタービンブレード１に酸化物層が生じたことを検出する酸化物層の検出システム１０であって、励起光として連続発振レーザ光２１を出力してタービンブレード１に照射する光源装置２０と、タービンブレード１に生じた酸化物層が連続発振レーザ光２１により放出する蛍光を検出する分光装置４０とを備える。【選択図】  図３
2014153221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材に密着層を介して遮熱層が形成された被検体に酸化物層が生じたことを検出する酸化物層の検出システムであって、
励起光として連続発振レーザ光又はＬＥＤ光を出力して前記被検体に照射する光源装置と、
前記被検体に生じた酸化物層が前記励起光により放出する蛍光を検出する蛍光検出装置とを備える
ことを特徴とする酸化物層の検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載する酸化物層の検出システムにおいて、
一方側に第１端部及び第２端部を有し、反対側に第３端部を有する二分岐光ファイバを備え、
前記第１端部は、前記光源装置に光学的に接続され、
前記第２端部は、前記蛍光検出装置に光学的に接続され、
前記第３端部は、前記光源装置からの励起光を前記被検体に照射するとともに、前記被検体から放出された前記蛍光を受光するように構成されている
ことを特徴とする酸化物層の検出システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する酸化物層の検出システムにおいて、
前記蛍光検出装置は、前記被検体から放出された蛍光のスペクトルを解析する分光装置であり、
前記分光装置は、前記被検体に生じた酸化物層が励起光により放出する蛍光の波長を前記スペクトルから検出する
ことを特徴とする酸化物層の検出システム。
【請求項４】
請求項３に記載する酸化物層の検出システムにおいて、
前記分光装置で得られた前記スペクトルが情報として入力される解析装置を備え、
前記解析装置は、スペクトルの各波長についてメディアンフィルタ処理を行うことでノイズを除去する
ことを特徴とする酸化物層の検出システム。
【請求項５】
請求項４に記載する酸化物層の検出システムにおいて、
前記解析装置は、前記酸化物層が励起光により放出する蛍光の波長以外を背景光として除去する
ことを特徴とする酸化物層の検出システム。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載する酸化物層の検出システムにおいて、
前記蛍光検出装置は、被検体からの蛍光及び背景光を含む入射光が導かれ、該入射光の強度を表す第１の信号及び第２の信号をそれぞれ出力する第１の光電子増倍管及び第２の光電子増倍管を有し、
第１の光電子増倍管は、前記酸化物層が励起光により放出する蛍光の波長を中心波長とする第１干渉フィルタを介して前記入射光が入射され、
第２の光電子増倍管は、背景光の波長を中心波長とする第２干渉フィルタを介して前記入射光が入射され、
前記第１の信号及び前記第２の信号の差分を被検体からの蛍光の強度を表す信号とするオシロスコープを備える
ことを特徴とする酸化物層の検出システム。
【請求項７】
請求項６に記載する酸化物層の検出システムにおいて、
前記光源装置から出力される励起光を遮断可能なチョッパ装置と、
前記オシロスコープは、前記チョッパ装置が励起光を遮断した際の前記第１の信号及び前記第２の信号の差分が無くなるように前記第１の信号及び前記第２の信号を補正する
ことを特徴とする酸化物層の検出システム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密着層を介して遮熱層が形成されたタービンブレードなどの被検体に対して、被検体中に生じた酸化物層を検出することができる酸化物層の検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１（ａ）に示すように、火力発電用ガスタービンのタービンブレード１は、高温下で使用されるため、金属基材２の表面に密着層３を介して遮熱層４が設けられた構成を有している。例えば、密着層３は、ＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍ＝Ｎｉ，Ｃｏ又はその組み合わせ）が用いられ、遮熱層４はイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が用いられる。
【０００３】
図１（ｂ）に示すように、タービンブレード１は、高温酸化雰囲気下において経年使用されると、密着層３と遮熱層４との間に熱酸化物（以下、界面酸化層５）が形成される。界面酸化層５が形成されると、遮熱層４の接合強度が低下し、空気層が生成され、遮熱層４が密着層３から剥離した状態となる。そして、この剥離面積が増大すると、図１（ｃ）に示すように遮熱層４の一部が剥離してしまう。
【０００４】
よって、このような遮熱層４の剥離が起きる前に界面酸化層５を早期に発見することが重要である。
【０００５】
非破壊で界面酸化層５を検出する手法としては、光ルミネッセンス法が挙げられる。光ルミネッセンス法は、界面酸化層５を光励起し、その発光を測定する方法である。例えば、図２に示すように、レーザ光を被検体たるタービンブレード１に照射するレーザ光源１００と、該レーザ光により光励起した発光を検出する分光装置１０１とを用いて光ルミネッセンス法を実施することができる。
【０００６】
密着層３を構成する元素は、Ｎｉ，Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙであるため、界面酸化層５としては、ＮｉＣｒ２Ｏ４、Ｃｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＹＯ３、Ａｌ５Ｙ３Ｏ１２などの酸化物が存在する。したがって、Ａｌ２Ｏ３中にＣｒ３＋が存在する界面酸化層５にレーザ光源１００からレーザ光を照射して光励起させると、赤色の光を放出する。分光装置１０１において赤色の光が観察されれば、密着層３と遮熱層４との間に界面酸化層５が存在すると判断することができる。
【０００７】
このようなレーザ光による光励起に基づいて遮熱層の剥離損傷を評価する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該方法は、予め、遮熱層と金属基材との間に希土酸化物層を形成しておく。また一方で、排気ガス通路部にＸ線又は紫外線を照射する。遮熱層が剥離して希土酸化物層が排ガスとともに排気ガス通路部に到達すると、Ｘ線により希土酸化物層から蛍光が観測されるので、これをもって遮熱層の剥離を検出するものである。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に係る評価方法は、界面酸化層が形成され、遮熱層が剥離した後において、そのことを検出するものである。したがって、界面酸化層が形成されたことを早期に発見することができない。
【０００９】
また、単に、タービンブレードに対して光ルミネッセンス法を適用すると、遮熱層における光の減衰が大きいため、界面酸化層にまでレーザを到達させるためにはＷ級のレーザなど比較的高光強度のレーザ光源が必要となる。このような高強度のレーザ光源をガスタービンが設置された現場に持ち込むことは困難である。特に、パルスレーザを用いる場合、大容量の電源（例えば２００Ｖ）が必要であり、水冷も必要となる大型の装置を用いなければならない。このため、そのようなパルスレーザを出力する光源装置は、火力発電用ガスタービンが設置された現場においては不適である。
【００１０】
なお、このような問題は、ガスタービンのタービンブレードのみならず、高温酸化雰囲気の下で使用され、酸化層が形成されうる被検体全てに生じ得るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１４６２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑み、小型化した励起光源を用い、光ルミネッセンス法により酸化物層を検出することができる酸化物層の検出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための第１の態様は、金属基材に密着層を介して遮熱層が形成された被検体に酸化物層が生じたことを検出する酸化物層の検出システムであって、励起光として連続発振レーザ光又はＬＥＤ光を出力して前記被検体に照射する光源装置と、前記被検体に生じた酸化物層が前記励起光により放出する蛍光を検出する蛍光検出装置とを備えることを特徴とする酸化物層の検出システムにある。
【００１４】
かかる第１の態様は、励起光として連続発振レーザ又はＬＥＤ光を出力する光源装置を採用した。このような光源装置は、大きさが小型であり、通常の商用電源（１００Ｖ）で稼働し、また水冷の必要もない。したがって、被検体が設置されている現場において、本検出システムを構成し、その場で被検体に酸化物層が生じているか否かを検査することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する酸化物層の検出システムにおいて、一方側に第１端部及び第２端部を有し、反対側に第３端部を有する二分岐光ファイバを備え、前記第１端部は、前記光源装置に光学的に接続され、前記第２端部は、前記蛍光検出装置に光学的に接続され、前記第３端部は、前記光源装置からの励起光を前記被検体に照射するとともに、前記被検体から放出された前記蛍光を受光するように構成されていることを特徴とする酸化物層の検出システムにある。
【００１６】
かかる第２の態様では、任意の位置に励起光を導くとともに任意の位置で被検体からの蛍光を受光できるので、被検体、光源装置及び分光装置の相対的な配置に関わらず酸化物層の有無の検査を行うことができる。
【００１７】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載する酸化物層の検出システムにおいて、前記蛍光検出装置は、前記被検体から放出された蛍光のスペクトルを解析する分光装置であり、前記分光装置は、前記被検体に生じた酸化物層が励起光により放出する蛍光の波長を前記スペクトルから検出することを特徴とする酸化物層の検出システムにある。
【００１８】
かかる第３の態様では、分光装置を用いて蛍光を検出することができる。
【００１９】
本発明の第４の態様は、第３の態様に記載する酸化物層の検出システムにおいて、前記分光装置で得られた前記スペクトルが情報として入力される解析装置を備え、前記解析装置は、スペクトルの各波長についてメディアンフィルタ処理を行うことでノイズを除去することを特徴とする酸化物層の検出システムにある。
【００２０】
かかる第４の態様では、スペクトルからスパイク状のノイズを除外するので、より確実に蛍光を検出することができる。
【００２１】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載する酸化物層の検出システムにおいて、前記解析装置は、前記酸化物層が励起光により放出する蛍光の波長以外を背景光として除去することを特徴とする酸化物層の検出システムにある。
【００２２】
かかる第５の態様では、スペクトルから背景光を除外するので、より確実に蛍光を検出することができる。
【００２３】
本発明の第６の態様は、第１又は第２の態様に記載する酸化物層の検出システムにおいて、前記蛍光検出装置は、被検体からの蛍光及び背景光を含む入射光が導かれ、該入射光の強度を表す第１の信号及び第２の信号をそれぞれ出力する第１の光電子増倍管及び第２の光電子増倍管を有し、第１の光電子増倍管は、前記酸化物層が励起光により放出する蛍光の波長を中心波長とする第１干渉フィルタを介して前記入射光が入射され、第２の光電子増倍管は、背景光の波長を中心波長とする第２干渉フィルタを介して前記入射光が入射され、前記第１の信号及び前記第２の信号の差分を被検体からの蛍光の強度を表す信号とするオシロスコープを備えることを特徴とする酸化物層の検出システムにある。
【００２４】
かかる第６の態様では、背景光の影響を除外して被検体からの蛍光を検出することができる。
【００２５】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載する酸化物層の検出システムにおいて、前記光源装置から出力される励起光を遮断可能なチョッパ装置と、前記オシロスコープは、前記チョッパ装置が励起光を遮断した際の前記第１の信号及び前記第２の信号の差分が無くなるように前記第１の信号及び前記第２の信号を補正することを特徴とする酸化物層の検出システムにある。
【００２６】
かかる第７の態様では、より一層、背景光の影響を低減することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、小型化した励起光源を用い、光ルミネッセンス法により酸化物層を検出することができる酸化物層の検出システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】タービンブレードの断面図である。
【図２】光ルミネッセンス法による界面酸化層の検出手法を示す概略図である。
【図３】実施形態１に係る酸化物層の検出システムの概略構成図である。
【図４】分光装置で得られたスペクトルにノイズ処理を施したものである。
【図５】実施形態２に係る酸化物層の検出システムの概略構成図である。
【図６】実施形態３に係る酸化物層の検出システムの概略構成図である。
【図７】実施形態４に係る酸化物層の検出システムの概略構成図である。
【図８】第１の信号及び第２の信号を表すオシロスコープでの表示例である。
【図９】チョッパ装置で励起光を周期的に遮断した場合の第１の信号及び第２の信号を表すオシロスコープでの表示例である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
〈実施形態１〉
本実施形態に係る酸化物層の検出システム（以下、単に検出システムとも称する）は、被検体の一例として火力発電用ガスタービンを構成するタービンブレード１を対象とする。タービンブレード１は、上述したように、金属基材２に密着層３を介して遮熱層４が形成されたものである（図１参照）。タービンブレード１は、遮熱層４により金属基材２の熱酸化が保護されるが、経年使用により、密着層３及び遮熱層４との界面に界面酸化層５（酸化物層）が生じ得る。
【００３０】
以降、このタービンブレード１に界面酸化層５が生じたことを検出することができる検出システムについて説明する。
【００３１】
図３は、実施形態１に係る酸化物層の検出システムの概略構成図である。図示するように、検出システム１０は、光源装置２０、光学系３０、蛍光検出装置の一例である分光装置４０、及び解析装置５０を備えている。
【００３２】
光源装置２０は、励起光として連続発振レーザ２１を照射することができるものである。連続発振レーザ２１としては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、Nｄ：ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、チタンサファイアレーザ、ヘリウムカドミウムレーザ等がある。測定対象の界面酸化層５に含まれる材質に応じて、これらのレーザから選択すればよい。
【００３３】
光源装置２０の光軸上には、ＮＤフィルタ（減光フィルタ）２２とビーム拡大レンズ２３とが配置されている。ＮＤフィルタ２２によりビーム拡大レンズ２３に入る光の量を調整する。ビーム拡大レンズ２３は、連続発振レーザ２１の焦点距離を調節するものである。
【００３４】
本実施形態では、ビーム拡大レンズ２３として凹レンズを採用し、連続発振レーザ２１の径がある程度広がった位置にタービンブレード１が配置されている。なお、ビーム拡大レンズ２３として凸レンズを用い、レーザ光を一旦集光し、タービンブレード１を集光点よりも後方に配置することも可能である。
【００３５】
光学系３０は、タービンブレード１から放出される蛍光を受光し、分光装置４０に導くものである。本実施形態に係る光学系３０は、受光部３１と、光ファイバ３２と、ロングパスフィルタ３３とから構成されている。
【００３６】
受光部３１は、タービンブレード１から所定距離を空けて配置され、受光部３１とタービンブレード１との間にはロングパスフィルタ３３が配置されている。
【００３７】
受光部３１には、タービンブレード１から放射される蛍光が入射する他、タービンブレード１表面の反射光、周囲の環境光なども含めて入射する。これらの蛍光、反射光、環境光などを入射光と総称する。
【００３８】
ロングパスフィルタ３３は、特定波長の光を透過させないフィルタである。具体的には、ロングパスフィルタ３３は、受光部３１への入射光のうち、主としてタービンブレード１表面からの反射光を除去するように特定波長が設定されている。
【００３９】
このように反射光が除去された入射光は、受光部３１から光ファイバ３２を介して分光装置４０に導かれる。
【００４０】
分光装置４０は、光源装置２０からタービンブレード１に照射された連続発振レーザ２１により生じた蛍光のスペクトルを解析し、タービンブレード１に生じた界面酸化層５が励起光により放出する蛍光の波長をスペクトルから検出する装置をいう。
【００４１】
本実施形態に係る分光装置４０は、光ファイバ３２から入射した入射光を回折格子で分光し、ＩＣＣＤで受光し、該入射光のスペクトルを解析することができるものである。すなわち、受光部３１に入射した入射光について波長ごとの強度を表すスペクトルが得られる。
【００４２】
このような分光装置４０が解析したスペクトルに、タービンブレード１に励起光を照射したことにより放出される蛍光の波長が存在していれば、タービンブレード１に界面酸化層５が生じていると判定する。
【００４３】
仮に、タービンブレード１に界面酸化層５が形成されていると、界面酸化層５のＡｌ２Ｏ３中にＣｒ３＋が存在する。例えば、光源装置２０としてＮｄ：ＹＡＧレーザを採用し、波長５３２ｎｍ、出力２００ｍＷの連続発振レーザ２１をタービンブレード１に照射すると、界面酸化層５に含まれるＣｒ３＋が励起され、数ｍｓにわたって赤色の蛍光を放射する。該蛍光は、波長が６９４．３ｎｍ、又は６９２．９ｎｍであることが知られている。
【００４４】
したがって、分光装置４０で得られたスペクトル中に、Ｃｒ３＋から放射された蛍光の波長の強度が相当程度認めることができれば、タービンブレード１には界面酸化層５が形成されていると判定することができる。
【００４５】
受光部３１に入射する光には、タービンブレード１から光励起により放射された蛍光のみならず、周囲の環境光が含まれる場合がある。また、分光装置４０のＩＣＣＤにおいて雑音が生じるおそれがある。したがって、分光装置４０により得られるスペクトルには、過渡的なスパイク上のノイズが含まれる場合がある。
【００４６】
このようなノイズによる影響を除外するために、検出システム１０は、スペクトルのノイズを除去する解析装置５０を備えていてもよい。
【００４７】
本実施形態に係る解析装置５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、記憶装置（ＲＡＭ、ハードディスク等）、入出力装置（キーボード、マウス、ディスプレイ等）、各種インタフェース（ＵＳＢ、ネットワークアダプタ等）を備えた一般的な情報処理装置（パーソナルコンピュータ（ＰＣ））である。
【００４８】
解析装置５０は、分光装置４０からスペクトルが情報として入力され、スペクトルに対して所定のノイズ除去処理を実行する機能を有する。
【００４９】
以下、具体的なノイズ除去処理として、メディアンフィルタ処理と、背景光の除去処理を例示する。
【００５０】
メディアンフィルタ処理は、スペクトルに含まれる各波長について、当該波長及び前後Ｎ個の波長を含む２Ｎ＋１個の波長を選択し、２Ｎ＋１個の波長のうち強度が中間値となるものをその波長の強度とする処理である。もちろん、選択する波長の数は、例えばＮ＝５として合計１１個でよい。
【００５１】
このメディアンフィルタ処理により、スペクトルに含まれる分光装置４０のＩＣＣＤによる雑音を低減し、スパイク状のノイズを除去することができる。
【００５２】
図４（ａ）は、分光装置４０で得られたスペクトルにメディアンフィルタ処理を施したものである（Ｎ＝５）。横軸は波長を表し、縦軸はスペクトル強度を表している。Ａ〜Ｃの各線は、被検体Ａ〜Ｃに励起光を照射したときのスペクトルを表している。被検体Ａは、金属基材に密着層を介して遮熱層を設け、１１００℃で１０００時間加熱したものである。被検体Ｂは、被検体Ａと同様の構成であり、１１００℃で１００時間加熱したものである。被検体Ｃは、被検体Ａと同様の構成であり、加熱は行っていない。
【００５３】
図示するように、被検体Ａ〜Ｃについてのスペクトルは、メディアンフィルタ処理によりスパイク状のノイズが除去されており、スペクトル中にＣｒ３＋の蛍光が存在するかを確認しやすくなっている。
【００５４】
また、各スペクトルを検討すると、被検体Ａ及び被検体Ｂについては、Ｃｒ３＋の蛍光の波長６９４ｎｍ近傍においてスペクトルが観測された。一方、被検体Ｃについては、スペクトルは観測されなかった。この結果から、被検体Ａ及び被検体Ｂには界面酸化層が存在し、被検体Ｃには界面酸化層が存在しないことが確認された。
【００５５】
被検体Ａ及び被検体Ｂを比較すると、熱処理時間が長い被検体Ａのスペクトルが強い。したがって、熱処理時間が長いほど、界面酸化層にＣｒ３＋が多く蛍光の強度が強い傾向にあることが確認された。
【００５６】
なお、波長６９４ｎｍよりも長波長側には広帯域のルミネッセンスが観測された。
【００５７】
次に、背景光の除去処理について説明する。Ｃｒ３＋による蛍光は裾の部分を含めると波長領域は６９０〜６９８ｎｍである。この蛍光の波長領域以外は、背景光と見なすことができる。
【００５８】
そこで、その波長領域の前後の６８０〜６９０ｎｍ及び６９８〜７０８ｎｍの測定点に基づき背景光スペクトルを作製し、分光装置４０で得られたスペクトルから背景光スペクトルを差し引く。
【００５９】
例えば、図４（ａ）に示したメディアンフィルタ処理後のスペクトルについて背景光スペクトルを作製し、差し引いたスペクトルを図４（ｂ）に示す。
【００６０】
同図に示すように、波長６９０〜６９８ｎｍ以外の波長領域において、スペクトル強度がほぼ０となった。このように背景光の除去処理を行うことで、背景光の影響を除去したスペクトルを得ることができる。そして、このスペクトルに基づき、励起光により生じた蛍光の有無を確認することで被検体に界面酸化層が生じたか否かを容易に判定することができる。
【００６１】
以上に説明した構成の検出システム１０によれば、光源装置２０から連続発振レーザ２１をタービンブレード１に照射し、その蛍光を分光装置４０により解析されたスペクトルで確認することで、タービンブレード１に界面酸化層５が生じたか否かを判定することができる。
【００６２】
特に、本実施形態に係る検査システムでは、光源装置２０として連続発振レーザ２１を出力する装置を採用した。連続発振レーザ２１を出力することができる光源装置２０は、大きさが小型であり、通常の商用電源（１００Ｖ）で稼働し、また水冷の必要もない。したがって、火力発電用ガスタービンが設置されている現場において、検出システム１０を構成し、その場でタービンブレード１に界面酸化層５が生じているか否かを検査することができる。
【００６３】
〈実施形態２〉
図５は、本実施形態に係る検出システムの概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６４】
同図に示すように、本実施形態に係る光源装置２０は、励起光としてＬＥＤ光２４を照射するものを用いる。ＬＥＤ光の色（波長）に特に限定はなく、測定対象の界面酸化層５に含まれる材質に応じて適宜選択すればよい。
【００６５】
光源装置２０のＬＥＤ光の照射口には、集光レンズ２５が取り付けられており、ＬＥＤ光２４の焦点を調節することが可能となっている。ここでは、集光レンズ２５は、ＬＥＤ光２４の径がある程度広がった位置にタービンブレード１が位置するように調整されている。
【００６６】
本実施形態に係る検出システム１０は、実施形態１と同様に、光源装置２０からＬＥＤ光２４をタービンブレード１に照射し、その蛍光を分光装置４０により解析されたスペクトルで確認することで、タービンブレード１に界面酸化層５が生じたか否かを判定することができる。
【００６７】
特に、光源装置２０としてＬＥＤ光２４を出力する装置を採用した。この光源装置２０は、レーザ光を出力する光源装置よりも安価で有り、入手も容易であることから、簡易的な励起光源として適している。したがって、本実施形態に係る検出システム１０Ａは、火力発電用ガスタービンが設置されている現場において、タービンブレード１に界面酸化層５が生じているか否かを安価にかつ容易に実施することができる。
【００６８】
〈実施形態３〉
図６は、本実施形態に係る検出システムの概略構成図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６９】
同図に示すように、本実施形態に係る検出システム１０Ｂは、二分岐光ファイバ３４を含む光学系３０Ｂを有する。
【００７０】
二分岐光ファイバ３４は、光ファイバの一端側が２つに分岐したものであり、各端部を第１端部３５、第２端部３６、及び第３端部３７とする。第１端部３５は光源装置２０に光学的に接続され、第２端部３６は分光装置４０に光学的に接続されている。第３端部３７は、光源装置２０からの励起光をタービンブレード１に照射するとともに、タービンブレード１から放出された蛍光を受光する部分であり、第３端部３７にはプローブ３８が接続されている。
【００７１】
すなわち、光源装置２０から出力された励起光は、第１端部３５から第３端部３７に導かれ、プローブ３８内に配置されたレンズ３９を介してタービンブレード１に照射される。そして、当該励起光によりタービンブレード１から放出された蛍光は、レンズ３９を介して第３端部３７に受光され、第２端部３６から分光装置４０に導かれる。
【００７２】
このように、二分岐光ファイバ３４を用いることで、光源装置２０からの励起光を任意の位置に導くことができるとともに、その位置からタービンブレード１からの蛍光を分光装置４０に導くことができる。すなわち、本実施形態に係る検出システム１０Ｂによれば、任意の位置に励起光を導くとともに任意の位置でタービンブレード１からの蛍光を受光できるので、これらのタービンブレード１、光源装置２０、及び分光装置４０の相対的な配置に関わらず界面酸化層５の有無の検査を行うことができる。
【００７３】
〈実施形態４〉
図７は、本実施形態に係る検出システムの概略構成図である。なお、実施形態１〜３と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７４】
本実施形態に係る検出システム１０Ｃは、光電子増倍管（ＰＭＴ）を有する蛍光検出装置を用いる。光電子増倍管Ａ、Ｂは、光を受光して電気信号に変換する装置である。
【００７５】
具体的には、蛍光検出装置６０は、Ｔ字型のケース６１を有し、Ｔ字の一端部（以下、入射部６１ｃ）に二分岐光ファイバ３４の第２端部３６が光学的に接続されている。Ｔ字の残りの２つの端部（以下、測定部６１ａ、６１ｂ）には、光電子増倍管Ａ（第１の光電子増倍管）、光電子増倍管Ｂ（第２の光電子増倍管）が配置されている。
【００７６】
さらに、ケース６１内には、測定部６１ａ、測定部６１ｂ及び入射部６１ｃに第１の干渉フィルタ６２ａ、第２の干渉フィルタ６２ｂ、カットフィルタ６２ｃがそれぞれ配置されている。
【００７７】
干渉フィルタとは、任意の波長域の光を選択的に透過させることが可能なフィルタである。第１の干渉フィルタ６２ａは、タービンブレード１から放射される蛍光の波長、例えば６９４ｎｍを中心波長とする。第２の干渉フィルタ６２ｂは、背景光（特に蛍光波長の近傍における背景光）の波長、例えば６８４ｎｍを中心波長とする。また、カットフィルタ６２ｃは、長波長側の必要な光だけを透過させ、短波長側の光を不透過とするものである。例えば、カットフィルタ６２ｃは、６００ｎｍよりも短波長の光を不透過とするものとした。
【００７８】
また、第１の干渉フィルタ６２ａと光電子増倍管Ａとの間、第２の干渉フィルタ６２ｂと光電子増倍管Ｂとの間、カットフィルタ６２ｃと第２端部３６との間にはそれぞれレンズ６３が配置されている。さらに、第１の干渉フィルタ６２ａ、第２の干渉フィルタ６２ｂ、カットフィルタ６２ｃとの間には、ハーフミラー６４が配置されている。
【００７９】
このような蛍光検出装置６０においては、入射部６１ｃには、二分岐光ファイバ３４から入射光（タービンブレード１からの蛍光及び背景光を含む）が入射される。該入射光はレンズ６３で所定径に拡大され、カットフィルタ６２ｃにより５３２ｎｍよりも長波長の光のみがハーフミラー６４に到達する。
【００８０】
ハーフミラー６４により、入射光は第１の光電子増倍管Ａ及び第２の光電子増倍管Ｂにそれぞれ分岐する。
【００８１】
第１の光電子増倍管Ａには、第１の干渉フィルタ６２ａを透過した入射光がレンズ６３を介して集光する。第１の干渉フィルタ６２ａにより、タービンブレード１から放射される蛍光の波長のみが選択されるので、この蛍光の波長に関する強度が電気信号として出力される。この電気信号を第１の信号と称する。第１の信号はオシロスコープ７０のＣＨ１に入力される。
【００８２】
第２の光電子増倍管Ｂには、第２の干渉フィルタ６２ｂを透過した入射光がレンズ６３を介して集光する。第２の干渉フィルタ６２ｂにより、背景光の波長のみが選択されるので、この背景光の波長に関する強度が電気信号として出力される。この電気信号を第２の信号と称する。第２の信号はオシロスコープ７０のＣＨ２に入力される。
【００８３】
図８は、第１の信号及び第２の信号を表すオシロスコープでの表示例である。
【００８４】
図８（ａ）に示すように、ＣＨ１は、第１の干渉フィルタ６２ａを介して検知された光の強度を表す第１の信号であり、背景光とタービンブレード１からの蛍光（Ｃｒ３＋の蛍光）を含むものである。一方、ＣＨ２は、第２の干渉フィルタ６２ｂを介して検知された光の強度を表す第２の信号であり、背景光のみを含むものである。
【００８５】
したがって、図８（ｂ）に示すように、第１の信号（ＣＨ１）と第２の信号（ＣＨ２）との差分は、タービンブレード１からの蛍光の強度のみを表す信号となる。
【００８６】
このように、本実施形態に係る検出システム１０Ｃによれば、背景光の影響を除外して、より正確にタービンブレード１からの蛍光の強度の信号を得ることができ、該信号に基づいて、タービンブレード１に界面酸化層５が生じたか否かを正確に判定することができる。
【００８７】
なお、光電子増倍管Ａ及びＢの特性の違いや、第１の干渉フィルタ６２ａ及び第２の干渉フィルタ６２ｂの特性の違いにより、背景光が光電子増倍管Ａ及びＢの双方で同じ信号レベルとして検出されるとは限らない。そこで、次のように、図７に示すように、光源装置２０にチョッパ装置８０を設ける。
【００８８】
チョッパ装置８０は、光源装置２０から出力される励起光を周期的に遮断する装置である。また、チョッパ装置８０は、励起光の光軸を遮っている／遮っていないときは、その旨を表す同期信号（閉／開）を出力する。この同期信号は、オシロスコープ７０に入力されるようになっている（ＴＲＩＧ）。
【００８９】
図９（ａ）に同期信号、図９（ｂ）に光源装置２０から出力された励起光の強度のオシロスコープでの表示例を示す。チョッパ装置８０により周期的に励起光が遮断されるため、励起光の強度が矩形波状に変化している。同期信号は、チョッパ装置８０が励起光を遮断するタイミングに同期している。
【００９０】
図９（ｃ）は、チョッパ装置８０が周期的な遮断動作をしているときの第１の信号（ＣＨ１）のオシロスコープでの表示例である。
【００９１】
チョッパ装置８０が周期的に励起光を遮断しているときは、当該励起光により放出されるタービンブレード１からの蛍光も周期的となる。したがって、当該蛍光の強度を表す第１の信号も周期的に変化する。
【００９２】
チョッパ装置８０が「開」であるときは、第１の信号は、「開」に対応する区間αにおいてタービンブレード１からの蛍光と若干の背景光を含む強度である。一方、チョッパ装置８０が「閉」であるときは、蛍光が生じない。よって、第１の信号は、「閉」に対応する区間βにおいて背景光のみの強度である。
【００９３】
図９（ｄ）は、チョッパ装置８０が周期的な遮断動作をしているときの第２の信号（ＣＨ２）のオシロスコープでの表示例である。
【００９４】
第２の信号は、蛍光検出装置６０において背景光のみを選択的に検出した信号である。したがって、第２の信号は、背景光の強度のみを表している。
【００９５】
第１の信号の区間βにおける強度と、第２の信号の強度は、同じ背景光の強度を表しているので同じレベルでなければならない。よって、それらの背景光の強度が同じとなるように第１の信号及び第２の信号を補正する。
【００９６】
そして、そのような補正をした上で、図９（ｅ）に示すように、第１の信号と第２の信号との差分をタービンブレード１からの蛍光の強度とする。
【００９７】
このように、光電子増倍管Ａ及び光電子増倍管Ｂで得られる背景光の強度を同じレベルに補正することで、光電子増倍管Ａ及びＢの特性の違いや、第１の干渉フィルタ６２ａ及び第２の干渉フィルタ６２ｂの特性の違いによる影響を除外することができる。
【００９８】
このように、チョッパ装置８０を用いる検出システム１０Ｃによれば、より一層、背景光の影響を除外することができるので、より正確にタービンブレード１からの蛍光の強度の信号を得ることができ、該信号に基づいて、タービンブレード１に界面酸化層５が生じたか否かを正確に判定することができる。
【００９９】
〈他の実施形態〉
火力発電用ガスタービンで用いられるタービンブレードを被検体としたが、これに限定されない。すなわち、金属基材上に密着層を介して遮熱層が形成された被検体の一般に本発明を適用することができる。
【０１００】
実施形態１では、分光装置４０で解析されたスペクトルについて、ＰＣ５０でノイズの除去処理を行ったが、必ずしも必須ではない。また、ノイズの除去処理としてメディアンフィルタ処理と背景光の除去処理の双方を実施したが、何れか一方であってもよい。
【０１０１】
実施形態４では、チョッパ装置８０を用いたが、必須ではない。すなわち、光電子増倍管により得られた第１の信号及び第２の信号の差分を取ることでタービンブレード１からの蛍光の強度を得てもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、タービンブレードなど高温下で用いられる被検体に酸化物が生じたか否かを非破壊で検査する産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１     タービンブレード（被検体）
２     金属基材
３     密着層
４     遮熱層
５     界面酸化層
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ検出システム
２０   光源装置
２１   連続発振レーザ
２４   ＬＥＤ光
３４   二分岐光ファイバ
４０   分光装置
５０   解析装置
６０   蛍光検出装置
６２ａ 第１の干渉フィルタ
６２ｂ 第２の干渉フィルタ
７０   オシロスコープ
８０   チョッパ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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