(57)【要約】【課題】航空機が雷撃を受けた場合における雷撃電流を測定できるようにすること及び導体を部分的に含む複合材等の物体を流れる電流を簡易に計測できるようにすることである。【解決手段】実施形態に係る電流観測システムは、記憶装置、光ファイバセンサ及び電流取得部を有する。記憶装置は、被検物体を流れる電流と前記電流に起因して前記被検物体に生じる歪量との関係を表す情報を保存する。光ファイバセンサは、前記被検物体の歪量を検出する。電流取得部は、前記情報と、前記光ファイバセンサによって検出された歪量とに基づいて、前記被検物体を流れる電流を求める。【選択図】  図１
2018146368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体を流れる電流と前記電流に起因して前記被検物体に生じる歪量との関係を表す情報を保存する記憶装置と、
前記被検物体の歪量を検出する光ファイバセンサと、
前記情報と、前記光ファイバセンサによって検出された歪量とに基づいて、前記被検物体を流れる電流を求める電流取得部と、
を有する電流観測システム。
【請求項２】
前記被検物体に超音波を発振する超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動させるための電源と、
前記電流取得部において閾値以上又は閾値を超える電流値が取得された場合に前記電源を起動させる起動回路と、
前記被検物体の被検部位を透過した前記超音波の振動又は前記被検部位で反射した前記超音波の反射波の振動であって前記光ファイバセンサによって検出された前記振動の波形に基づいて前記被検物体に損傷が発生したか否かを検出する損傷検出部と、
を更に備える請求項１記載の電流観測システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電流観測システムを搭載した航空機。
【請求項４】
被検物体を流れる電流と前記電流に起因して前記被検物体に生じる歪量との関係を表す情報を取得して記憶装置に保存するステップと、
光ファイバセンサで前記被検物体の歪量を検出するステップと、
前記情報と、前記光ファイバセンサによって検出された歪量とに基づいて、前記被検物体を流れる電流を求めるステップと、
を有する電流観測方法。
【請求項５】
導電性を有する繊維で強化された樹脂から成る複合材を前記被検物体として前記複合材を流れる電流を求める請求項４記載の電流観測方法。
【請求項６】
航空機の構造体を前記被検物体として前記構造体を流れる雷撃電流を求める請求項４又は５記載の電流観測方法。
【請求項７】
航空機の複数の被検部位に前記光ファイバセンサを取付けることによって前記複数の被検部位を流れる雷撃電流を求める請求項６記載の電流観測方法。
【請求項８】
前記複数の被検部位を流れる雷撃電流を求めることによって前記航空機の雷撃電流分布を取得する請求項７記載の電流観測方法。
【請求項９】
前記雷撃電流が前記複数の被検部位を流れるタイミングを検出することによって前記航空機への前記雷撃電流の入口側における被検部位と、前記航空機からの前記雷撃電流の出口側における被検部位を特定する請求項７又は８記載の電流観測方法。
【請求項１０】
前記光ファイバセンサを用いた損傷検査によって、前記雷撃電流が流れた被検部位に損傷が発生したか否かを検出する請求項７乃至９のいずれか１項に記載の電流観測方法。
【請求項１１】
前記歪量の測定方向となる前記光ファイバセンサの長さ方向が前記繊維の長さ方向に対して垂直となるように前記光ファイバセンサを配置する請求項５記載の電流観測方法。
【請求項１２】
導電性を有する繊維で強化された樹脂から成る複合材であって航空機の構造体を構成する前記複合材を前記被検物体として、雷撃電流の経路を形成するための導体を取付けた前記構造体に模擬電流を流し、前記複合材を流れる電流が許容値以下又は許容値未満であることを確認する請求項４記載の電流観測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電流観測システム、電流観測方法及び航空機に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機を設計する際には、落雷に対する対策が必要である。そこで、航空機への落雷を検知する技術が提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。航空機が雷撃を受けると航空機に電流が流れ、損傷の原因となり得る。特に、複合材の１つである炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、炭素繊維が導体となるため雷撃電流の経路となる可能性がある。このため、自動車技術者協会（ＳＡＥ：Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）による規格では、航空機に雷撃電流が流れた場合であっても十分な強度が確保されるように基準が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２９４６５号公報
【特許文献２】特表２０１４−５３４４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、航空機を流れる雷撃電流を実際に測定することは困難である。このため、雷撃電流に対して過剰な強度設計が行われてしまう恐れがある。特に、複合材は、金属と異なり、雷撃電流によって損傷を受けやすい。このため、航空機が雷撃を受けた場合に各部を流れる電流値を見積もることができるようにすることが望まれる。
【０００５】
また、航空機に限らず、導体を部分的に含む複合材等の物体を流れる電流を簡易に計測できるようにすることが望まれる。
【０００６】
そこで、本発明は、航空機が雷撃を受けた場合における雷撃電流を測定できるようにすることを目的とする。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、導体を部分的に含む複合材等の物体を流れる電流を簡易に計測できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態に係る電流観測システムは、記憶装置、光ファイバセンサ及び電流取得部を有する。記憶装置は、被検物体を流れる電流と前記電流に起因して前記被検物体に生じる歪量との関係を表す情報を保存する。光ファイバセンサは、前記被検物体の歪量を検出する。電流取得部は、前記情報と、前記光ファイバセンサによって検出された歪量とに基づいて、前記被検物体を流れる電流を求める。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る航空機は、上述した電流観測システムを搭載したものである。
【００１０】
また、本発明の実施形態に係る電流観測方法は、被検物体を流れる電流と前記電流に起因して前記被検物体に生じる歪量との関係を表す情報を取得して記憶装置に保存するステップと、光ファイバセンサで前記被検物体の歪量を検出するステップと、前記情報と、前記光ファイバセンサによって検出された歪量とに基づいて、前記被検物体を流れる電流を求めるステップとを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る電流観測システムの構成図。
【図２】被検物体がＣＦＲＰである場合にＣＦＲＰを流れる電流を光ファイバセンサで検出できるようにした例を示す図。
【図３】被検物体がＣＦＲＰである場合にＣＦＲＰを流れる電流を光ファイバセンサで検出できるようにした別の例を示す図。
【図４】図１に示す光ファイバセンサを航空機の複数の部位に配置した例を示す図。
【図５】図１に示す電流観測システムによって取得可能な航空機を流れる雷撃電流分布マップの一例を示す図。
【図６】図１に示す電流観測システムを用いた電流観測方法の流れの一例を示すフローチャート。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る電流観測システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係る電流観測システム、電流観測方法及び航空機について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
（構成及び機能）
図１は本発明の実施形態に係る電流観測システムの構成図である。
【００１４】
電流観測システム１は、被検物体Ｏの歪量を測定することによって、被検物体Ｏを流れる電流をモニタリングするシステムである。このため、電流観測システム１は、歪検出システム２及び信号処理部３を有する。尚、被検物体Ｏの複数の位置において電流値を測定する場合には、図１に例示されるように複数の歪検出システム２を電流値の測定位置にそれぞれ配置することができる。
【００１５】
各歪検出システム２は、光ファイバセンサ４、光源５及び光検出器６を光導波路７で接続して構成される。すなわち、歪検出システム２は、光ファイバセンサ４を用いて被検物体Ｏの歪量を検出するシステムである。尚、電流観測システム１に複数の歪検出システム２が備えられる場合には、図１に例示されるように複数の歪検出システム２間において光源５を共通にしてもよい。
【００１６】
光ファイバセンサ４は、被検物体Ｏに生じる歪の量を光透過特性又は光反射特性等の光学特性の変化量に変換して検出するためのセンサである。このため、光ファイバセンサ４が被検物体Ｏに生じる歪によって伸縮するように、被検物体Ｏに取付けられる。また、図１に例示されるように歪量を測定すべき箇所の数に応じて複数の光ファイバセンサ４を被検物体Ｏの所望の位置に取付けることができる。
【００１７】
光ファイバセンサ４の光透過特性の変化として被検物体Ｏの歪量を検出する場合には、光ファイバセンサ４の透過光が被検物体Ｏの歪量を表す光信号として光ファイバセンサ４から取得される。一方、光ファイバセンサ４の光反射特性の変化として被検物体Ｏの歪量を検出する場合には、光ファイバセンサ４からの反射光が被検物体Ｏの歪量を表す光信号として光ファイバセンサ４から取得される。
【００１８】
光ファイバセンサ４の例としては、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）センサの他、位相シフトＦＢＧ（ＰＳ−ＦＢＧ：  Ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｅｄ  ＦＢＧ）センサが挙げられる。ＰＳ−ＦＢＧは、屈折率の周期的な変動に局所的な位相シフトを導入したＦＢＧである。このため、ＰＳ−ＦＢＧセンサを用いると、ＦＢＧセンサを用いる場合に比べて飛躍的に検出感度を向上させることができる。
【００１９】
光源５は、光ファイバセンサ４にレーザ光を入射させることができるように光導波路７に接続される。図１に例示されるように１つの歪検出システム２の構成要素として複数の光ファイバセンサ４が被検物体Ｏに取付けられる場合には、複数の歪検出システム２間のみならず、複数の光ファイバセンサ４間においても光源５を共通にすることができる。
【００２０】
光検出器６は、被検物体Ｏの歪量に応じて光学特性が変化した光ファイバセンサ４から出力される光信号を検出して電気信号として出力する光電変換装置である。複数の光ファイバセンサ４から出力される光信号の波長帯域を変えれば、複数の光ファイバセンサ４から出力される光信号を波長帯域によって峻別することが可能となるため、共通の光検出器６で検出することもできる。
【００２１】
図１に示す例では、複数の光ファイバセンサ４からの透過光が共通の光検出器６で検出できるように構成されている。複数の光ファイバセンサ４からの反射光を専用又は共通の光検出器６で検出する場合には、光サーキュレータ等の光学素子を配置することによって複数の光ファイバセンサ４からの反射光を専用又は共通の光検出器６で検出できるように構成される。
【００２２】
光検出器６の出力側は、信号処理部３と接続される。そして、光検出器６で歪量の検出信号として検出された光信号は、電気信号として信号処理部３に出力できるように構成される。
【００２３】
光導波路７は、光源５から出射されたレーザ光や光ファイバセンサ４から出力された光信号を伝送するための媒体である。光導波路７は、光ファイバで構成することができるが、ガラス光導波路等の無機光導波路又はポリマー（高分子）光導波路で構成することもできる。ポリマー光導波路は、本来、光信号によるプリント基板用の光学素子であり、有機光導波路、プラスチック光導波路、ポリマー光配線又はポリマー光回路等とも呼ばれる。
【００２４】
ポリマー光導波路は、クラッド層の内部にコア層を形成したものであり、コア層は高分子材料で形成する一方、クラッド層は樹脂シート等で形成することができる。ポリマー光導波路の特長としては、長さ方向に垂直な方向における光の損失が無い点、加工が容易である点、高密度化が可能である点及び実装が容易である点等が挙げられる。また、ポリマー光導波路同士を凹凸を発生させることなく容易に交差させることができるという利点がある。
【００２５】
他方、信号処理部３は、演算装置８、記憶装置９、表示装置１０及び入力装置１１で構成することができる。すなわち、信号処理部３は、信号処理プログラムを読込ませたコンピュータ等の電子回路を用いて構成することができる。従って、信号処理部３の入力側又は光検出器６の出力側には、必要に応じてＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）変換器が設けられる。また、Ａ／Ｄ変換器の前段又は後段にアナログ信号又はデジタル信号を対象とするノイズフィルタ等の所望の回路を接続することもできる。
【００２６】
演算装置８は、情報処理プログラムを読み込むことによって、電流取得部８Ａ、電流分布取得部８Ｂ、タイミング記録部８Ｃ、損傷検出部８Ｄ及び観測データ表示部８Ｅとして機能する。また、記憶装置９は、情報処理プログラムを演算装置８に読み込ませることによって、歪量・電流値変換情報記憶部９Ａ及び観測データ保存部９Ｂとして機能する。
【００２７】
歪量・電流値変換情報記憶部９Ａには、被検物体Ｏを流れる電流と電流に起因して被検物体Ｏに生じる歪量との関係を表す情報が保存される。被検物体Ｏに電流が流れた場合に被検物体Ｏに生じる歪の量と、電流値との関係を示す情報は、テーブル又は関数として歪量・電流値変換情報記憶部９Ａに保存することができる。このため、歪量・電流値変換情報記憶部９Ａに保存されたテーブル又は関数を参照することによって、被検物体Ｏに生じた歪の量を、被検物体Ｏを流れた電流の電流値に変換することができる。
【００２８】
電流取得部８Ａは、歪量・電流値変換情報記憶部９Ａに保存された、歪量を電流値に変換するための情報と、各光ファイバセンサ４によって検出された被検物体Ｏの歪量を表す光検出器６からの出力信号に基づいて、被検物体Ｏを流れる電流を求める機能を有する。電流取得部８Ａにおいて求められた電流値は、歪量の検出タイミングや検出位置等の所望の情報と関連付けて、他の構成要素が参照できるように観測データ保存部９Ｂに保存することができる。
【００２９】
電流分布取得部８Ｂは、被検物体Ｏに複数の光ファイバセンサ４が取付けられた場合において、歪の複数の発生位置と、電流取得部８Ａにおいて求められた各歪量に対応する電流値とを関連付けてグループ化することによって被検物体Ｏを流れる電流分布を求める機能を有する。すなわち、電流分布取得部８Ｂは、複数の光ファイバセンサ４の取付位置に対応する被検物体Ｏの複数の被検部位を流れる各電流の値を求めることによって被検物体Ｏの電流分布を取得する機能を有する。電流分布取得部８Ｂにおいて取得された被検物体Ｏの電流分布は、他の構成要素が参照できるように観測データ保存部９Ｂに保存することができる。逆に、被検物体Ｏの電流分布を求めるために必要な情報は、観測データ保存部９Ｂから取得することができる。
【００３０】
タイミング記録部８Ｃは、被検物体Ｏに複数の光ファイバセンサ４が取付けられた場合において、複数の光ファイバセンサ４の取付位置に対応する被検物体Ｏの複数の被検部位を流れた各電流のタイミングを特定する機能を有する。タイミング記録部８Ｃにおいて取得された電流のタイミングは、他の構成要素が参照できるように、電流値及び電流値が検出された被検部位と関連付けて観測データ保存部９Ｂに保存することができる。逆に、複数の被検部位を流れた電流のタイミングを特定するために必要な情報は、観測データ保存部９Ｂから取得することができる。
【００３１】
損傷検出部８Ｄは、被検物体Ｏに電流が流れた場合において、電流が流れたことに起因して被検物体Ｏに損傷が発生したか否かを検出する機能を有する。従って、損傷検出部８Ｄは、被検物体Ｏに電流が流れることによって被検物体Ｏに損傷が生じる恐れがある場合に必要に応じて設けられる。損傷検出部８Ｄにおいて損傷が検出された場合には、損傷が検出された被検部位と関連付けて、他の構成要素が参照できるように観測データ保存部９Ｂに保存することができる。逆に、損傷の有無を検出するために必要な情報は、観測データ保存部９Ｂから取得することができる。
【００３２】
被検物体Ｏに損傷が発生したか否かは、光ファイバセンサ４によって検出された被検物体Ｏの歪量に基づいて判定することができる。つまり、歪量の検出用の光ファイバセンサ４を用いた損傷検査によって、電流が流れた被検物体Ｏの被検部位に損傷が発生したか否かを検出することができる。
【００３３】
より具体的には、歪量に閾値を設定し、光ファイバセンサ４によって検出された被検物体Ｏの歪量が閾値を超えた場合又は閾値以上となった場合には、被検物体Ｏに損傷が発生したと判定することができる。被検物体Ｏに損傷が発生したか否かを判定するための閾値は、被検物体Ｏを模擬する試験片等に電流を流して損傷を発生させる試験によって経験的に決定することができる。或いは、電流に対する被検物体Ｏの機械的な強度を表す物性値に基づいて閾値を決定するようにしてもよい。
【００３４】
損傷検出部８Ｄが信号処理部３に設けられる場合には、電流観測システム１は、光ファイバセンサ４を用いて被検物体Ｏに損傷が発生したか否かを検出する損傷検出システムとしての機能も有することになる。逆に、被検物体Ｏの歪量を光ファイバセンサ４で測定することによって被検物体Ｏに損傷が発生したか否かを検出する既存の損傷検出システムの電子回路に、被検物体Ｏの歪量を被検物体Ｏを流れた電流の電流値に変換する信号処理プログラムをインストールすることによって、損傷検出システムに電流観測システム１としての機能を付与するようにしてもよい。
【００３５】
この場合、被検物体Ｏにおける電流検出と、損傷検出とを共通の光ファイバセンサ４を用いて行うことができる。このため、部品数の低減による構成の簡易化を図ることができる。
【００３６】
観測データ表示部８Ｅは、観測データ保存部９Ｂに保存された情報を参照し、表示装置１０に表示させるべき観測情報を作成する機能を有する。すなわち、観測データ表示部８Ｅは、観測データ保存部９Ｂに保存された情報を取得して様々な観測データを作成し、作成した観測データを表示装置１０に表示させる機能を有する。また、一旦作成した観測データは、再び参照できるように観測データ保存部９Ｂに保存することができる。
【００３７】
表示装置１０に表示させるべき観測データの内容は、入力装置１１の操作によって指定することができる。具体例として、被検物体Ｏの同一の位置又は領域を複数回に亘って異なる電流値を有する電流が流れた場合には、異なる日時及び時刻に対応する複数の電流値を観測データ保存部９Ｂに蓄積することができる。そこで、被検物体Ｏの同一の位置又は領域における複数の電流値の平均値等の統計値を観測データとして作成及び表示させることができる。
【００３８】
また、異なる日時において被検物体Ｏの異なる複数の位置又は領域を電流が流れた場合においても、異なる日時及び時刻に対応する複数の電流値を観測データ保存部９Ｂに保存することができる。そこで、異なる複数の位置又は領域における電流値の検出結果を合成して日時とは無関係の電流値マップを観測データとして作成及び表示させることもできる。もちろん、異なる複数の位置又は領域における複数の電流値の平均値等の統計値を合成することによって日時とは無関係の観測データを作成及び表示させることもできる。
【００３９】
別の例として、電流値の検出タイミングを時系列に並べることによって電流が流れた経路を示す観測データを観測データ表示部８Ｅにおいて作成及び表示させることもできる。特に、光ファイバセンサ４の時間分解能は、マイクロ秒単位である。従って、異なる複数の位置における電流の検出タイミングを特定し、時系列の電流値データを作成することによって電流が流れる方向を把握することが可能となる。
【００４０】
次に、被検物体Ｏを流れる電流と電流に起因して被検物体Ｏに生じる歪量との関係を表す情報の取得方法について説明する。
【００４１】
電流が被検物体Ｏを流れると、電磁気力（ローレンツ力）によって被検物体Ｏには電流値に応じた歪量で歪が生じる。これは、被検物体Ｏが金属である場合はもちろん、被検物体Ｏが金属又は金属以外の導体を一部に含む材料で構成される場合も同様である。導体を一部に含む材料の例としては、主に航空機の素材として使用されるＣＦＲＰが挙げられる。
【００４２】
図２は、被検物体ＯがＣＦＲＰである場合にＣＦＲＰを流れる電流を光ファイバセンサ４で検出できるようにした例を示す図である。
【００４３】
図２に示すようにＣＦＲＰは、炭素繊維Ｏ１にエポキシ樹脂Ｏ２を含浸させて硬化させた炭素繊維強化樹脂層Ｏ３を積層させた構造を有する。このためＣＦＲＰを構成する糸状の炭素繊維Ｏ１が電流Ｉの導体となるため、ＣＦＲＰには電流Ｉが流れる可能性がある。
【００４４】
互いに平行な導体を同一方向に電流Ｉが流れると、導体同士がローレンツ力Ｆによって磁気的に吸引し合うことになる。従って、図２に示すように平行に配置された２本の糸状の炭素繊維Ｏ１を電流Ｉが流れると、２本の炭素繊維Ｏ１間には互いに引き合うローレンツ力Ｆが生じることになる。
【００４５】
この２本の炭素繊維Ｏ１が互いに引き合うローレンツ力Ｆの向きは電流Ｉが流れる方向に垂直であり、大きさは、２本の炭素繊維Ｏ１を流れる電流Ｉの大きさに依存する。その結果、ＣＦＲＰには圧縮応力が生じ、２本の炭素繊維Ｏ１を流れる電流Ｉの大きさに依存する歪量で微小な歪が生じることになる。つまり、ＣＦＲＰに電流Ｉが流れると、ＣＦＲＰを流れる電流Ｉの大きさに対応する歪量で、電流Ｉが流れる方向と垂直な方向にＣＦＲＰには歪が生じることになる。
【００４６】
原理的には、２本の炭素繊維Ｏ１間に生じる力Ｆ（ｔ）は２本の炭素繊維Ｏ１を流れる電流値Ｉ１（ｔ）、Ｉ２（ｔ）の関数として式（１）で表される。
Ｆ（ｔ）＝μ・Ｉ１（ｔ）・Ｉ２（ｔ）／（２π）・Ｌ／Ｄ・・・（１）
但し、式（１）において、
ｔ：時刻
Ｆ（ｔ）：時刻ｔにおける力の大きさ
μ：エポキシ樹脂の透磁率
Ｉ１（ｔ）：時刻ｔにおいて一方の炭素繊維を流れる電流の大きさ
Ｉ２（ｔ）：時刻ｔにおいて他方の炭素繊維を流れる電流の大きさ
Ｌ：炭素繊維の長さ
Ｄ：炭素繊維間の距離
である。
【００４７】
そこで、図２に例示されるように歪量の測定方向となる光ファイバセンサ４の長さ方向が炭素繊維Ｏ１の長さ方向、すなわちＣＦＲＰの強化方向に対して垂直となるようにＣＦＲＰの表面に光ファイバセンサ４を配置することによって、ＣＦＲＰに生じる圧縮歪の量を高感度に検出することが可能となる。
【００４８】
図３は、被検物体ＯがＣＦＲＰである場合にＣＦＲＰを流れる電流を光ファイバセンサ４で検出できるようにした別の例を示す図である。
【００４９】
図３に示すようにＣＦＲＰは炭素繊維Ｏ１にエポキシ樹脂Ｏ２を含浸させて硬化させた炭素繊維強化樹脂層Ｏ３を積層した構造を有する。従って、それぞれ無数の糸状の繊維で強化された炭素繊維強化樹脂層Ｏ３間においても、互いに引き合うローレンツ力Ｆが生じる。すなわち、２枚の炭素繊維強化樹脂層Ｏ３に電流Ｉが流れると、炭素繊維強化樹脂層Ｏ３間には互いに引き合うローレンツ力Ｆが生じる。炭素繊維強化樹脂層Ｏ３間に生じるローレンツ力Ｆの大きさも式（１）で表される。但し、式（１）において、Ｉ１（ｔ）は一方の炭素繊維強化樹脂層Ｏ３を流れる電流Ｉの大きさ、Ｉ２（ｔ）は他方の炭素繊維強化樹脂層Ｏ３を流れる電流Ｉの大きさ、Ｌは炭素繊維強化樹脂層Ｏ３の長さ、Ｄは炭素繊維強化樹脂層Ｏ３間の距離となる。
【００５０】
そこで、図３に例示されるように歪量の測定方向となる光ファイバセンサ４の長さ方向が炭素繊維強化樹脂層Ｏ３の積層方向となるようにＣＦＲＰの側面に光ファイバセンサ４を配置することによって、ＣＦＲＰに生じる圧縮歪の量を高感度に検出することが可能となる。典型的な光ファイバセンサ４において、光透過特性及び光反射特性がピークを呈し、実際にセンサとして機能する部分の長さは数ｍｍ程度である。従って、厚さが数ｍｍ程度のＣＦＲＰであれば、市販の光ファイバセンサ４を炭素繊維強化樹脂層Ｏ３の積層方向に向けて配置することができる。
【００５１】
但し、実際には、ＣＦＲＰは多数の炭素繊維強化樹脂層Ｏ３を積層した多層構造を有し、各炭素繊維強化樹脂層Ｏ３にも無数の炭素繊維Ｏ１が存在する。しかも、炭素繊維Ｏ１の長さ方向が異なる炭素繊維強化樹脂層Ｏ３を積層したＣＦＲＰや、特殊な形状に賦形されたＣＦＲＰも存在する。従って、ＣＦＲＰには、ローレンツ力Ｆによって炭素繊維Ｏ１の数及び配置に応じた応力分布が生じ、応力分布に応じた歪量の分布が生じる。このため、ＣＦＲＰを流れる電流Ｉの電流値と、ＣＦＲＰに生じる歪の歪量との関係を式（１）を用いて解析的に求めることは困難である場合が多い。
【００５２】
そこで、ＣＦＲＰを流れる電流の大きさに依存してＣＦＲＰの歪量が変化するという性質を前提として、実際にＣＦＲＰで構成される被検物体Ｏ自体に電流値が既知の電流を流し、光ファイバセンサ４で被検物体Ｏの歪量を測定することによって、電流値と歪量との関係を求めることができる。すなわち、キャリブレーションによって電流値と歪量との関係を求めることができる。或いは、被検物体Ｏを模擬するＣＦＲＰの試験片又は試験体を対象として電流値が既知の電流を流し、光ファイバセンサ４で被検物体Ｏの歪量を測定することによって、電流値と歪量との関係を求めるようにしてもよい。
【００５３】
この場合、未知の電流値に対応する歪量については、既知の電流値と歪量との関係に基づく補間処理によって求めることができる。すなわち、内挿、外挿、カーブフィッティング、直線近似、曲線近似等の補間処理によって必要な範囲における電流値と歪量との関係を求めることができる。特に、被検物体Ｏ自体に電流を流す場合には、被検物体Ｏに損傷が発生しない安全な電流値で電流を流して試験を行い、外挿によって損傷が発生し得る電流値に対応する歪量を求めることもできる。
【００５４】
もちろん、単純な構造を有するＣＦＲＰが被検物体Ｏであれば、式（１）或いは式（１）の関係を応用したモデル化及びシミュレーション等によって理論的に電流値と歪量との関係を求めるようにしてもよい。
【００５５】
電流値と歪量との関係を表す関数やテーブル等の情報は、ＣＦＲＰに限らず、導電性を有する繊維で強化された樹脂から成る複合材であれば、同様に取得することができる。従って、導電性繊維で強化された複合材で構成される被検物体Ｏであれば、光ファイバセンサ４で被検物体Ｏの歪量を検出することによって被検物体Ｏを流れた電流の電流値を求めることができる。
【００５６】
導電性繊維の例としては、炭素繊維の他、合成繊維中に導電性を有する物質を分散させた繊維、金属繊維、表面を金属で被覆した繊維、表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した繊維などが挙げられる。
【００５７】
複合材を流れる電流の方向は、概ね導電性繊維の長さ方向になると考えられる。従って、糸状の導電性繊維又はシート状に配置された複数の糸状の導電性繊維の長さ方向に垂直となるように光ファイバセンサ４を配置することが歪量を良好に検出する観点から有効であると考えられる。
【００５８】
また、導電性繊維の長さ方向が一様でない場合や導電性繊維の長さ方向に光ファイバセンサ４を配置することができない場合には、２つ又は３つの光ファイバセンサ４を互いに異なる向き、例えば、互いに長さ方向が垂直となるように配置することによって、２次元的又は３次元的に被検物体Ｏの歪量を検出できるようにしてもよい。その場合には、２方向又は３方向における被検物体Ｏの歪量の組合わせと、被検物体Ｏを流れる電流の電流値との関係を求めるようにしてもよい。
【００５９】
更に、導電性繊維で強化された複合材に限らず、樹脂フィルムで保護されたプリント基板のように複数の平行な導体を絶縁体を挟んで配置した被検物体Ｏであっても、光ファイバセンサ４の歪量の検出感度が十分であれば、同様な歪量に基づく電流の検出が可能である。
【００６０】
（電流観測システムを搭載した航空機）
次に、航空機に電流観測システム１を搭載し、航空機の構造体を被検物体Ｏとして構造体を流れる雷撃電流を求めることができるようにした例について説明する。
【００６１】
図４は、図１に示す光ファイバセンサ４を航空機２０の複数の部位に配置した例を示す図である。
【００６２】
図４に示すように航空機２０の機体に光導波路７を張り巡らし、機体の各部に光ファイバセンサ４を取付けることができる。すなわち、航空機２０の左右の主翼、左右の尾翼、垂直尾翼及び胴体等の雷撃を受けて電流が流れる可能性がある各構造体を被検物体Ｏとして複数の被検部位に光ファイバセンサ４を取付けることができる。
【００６３】
そうすると、電流観測システム１の電流取得部８Ａにおいて、航空機２０が雷撃を受けた場合に複数の被検部位を流れる雷撃電流を求めることができる。すなわち、雷撃電流値を機体の部位ごとに測定することができる。従って、電流分布取得部８Ｂでは、航空機２０の雷撃電流分布を取得することができる。更に、航空機２０が繰返し雷撃を受けた場合には、様々な経路で雷撃電流が航空機２０の機体を流れる可能性がある。このため、観測データ表示部８Ｅにおいて複数の雷撃電流分布の統計処理及び合成処理を行うことによって航空機２０を流れる雷撃電流分布マップを作成することができる。
【００６４】
図５は、図１に示す電流観測システム１によって取得可能な航空機２０を流れる雷撃電流分布マップの一例を示す図である。
【００６５】
図５に例示されるように、航空機２０の領域ごとに雷撃電流値の時間的及び空間的な平均値等の代表値を表す雷撃電流分布マップを取得することができる。すなわち、実際の機体で雷撃電流値を繰返し測定して実績値として蓄積し、蓄積された雷撃電流値の統計処理を行うことによって、雷撃電流分布マップを取得することができる。
【００６６】
例えば、色やパターンを変えることによって雷撃電流値の強弱を表現することができる。もちろん、図５に例示されるように雷撃電流値自体を表示させるようにしてもよい。また、図５に例示される３段階のマップのように目的に応じてラフな雷撃電流分布マップを作成するようにしてもよい。
【００６７】
経験的には、雷は航空機２０の翼端、胴体の先端、胴体の後端等の構造的に鋭利な部分に落ちることが知られている。航空機２０が被雷すると、落雷位置から雷撃電流が流れて再び大気中に放電されることになる。従って、航空機２０が雷撃を受けると、雷撃電流の入口と出口が生じることになる。雷撃電流は、分岐して複数の出口から大気中に放電される場合があることも知られている。また、雷撃電流の出口も、航空機２０の鋭利な部分に生じる傾向があることも知られている。
【００６８】
雷撃電流の入口と出口では、一般に電流値が大きくなる。従って、航空機２０の雷撃電流分布マップを作成すると、図５に例示されるように、航空機２０の鋭利な部分において大きな値を呈するマップが得られる。このため、雷撃電流に耐え得る機械的特性が確保されるように航空機２０の追加的な艤装や補修を行うことが可能となる。また、類似の構造を有する航空機の設計を行う場合において、雷撃電流に耐え得る機械的特性が確保されるように航空機を設計することが可能となる。
【００６９】
特に、電流観測システム１では、金属のみならず、ＣＦＲＰを流れる雷撃電流の電流値を計測することができる。このため、ＣＦＲＰが素材として多用される航空機２０であっても、容易に雷撃電流分布マップを取得することができる。
【００７０】
航空機が雷撃を受けた場合において安全性を確保するための対策の１つとして、ＣＦＲＰに雷撃電流が流れないようにする対策がある。これは、ＣＦＲＰは、電気抵抗が大きく雷撃電流によって加熱される恐れやスパークが生じる恐れがあるためである。ＣＦＲＰに雷撃電流が流れることを回避するための対策としては、金属のメッシュをＣＦＲＰに貼り付けたり、ファスナの位置を適切に決定することによって、雷撃電流がＣＦＲＰを避けて電気抵抗が小さい導体を流れるようにする方法が挙げられる。
【００７１】
ＣＦＲＰに雷撃電流が流れないように航空機の構造体を設計した場合には、実際にＣＦＲＰに雷撃電流が流れないことを試験で確認することが重要である。これは、ＣＦＲＰ以外の導電性繊維で強化された複合材を素材として航空機の構造体を設計する場合においても同様である。
【００７２】
そこで、航空機の構造体を構成する複合材が導電性を有する繊維で強化された樹脂から成る複合材であり、かつ複合材に雷撃電流が流れないように雷撃電流の経路を形成するための導体が構造体に取付けられている場合には、複合材を被検物体Ｏとして構造体に模擬電流を流し、複合材を流れる電流が許容値以下又は許容値未満であることを電流観測システム１で確認することができる。これにより、雷撃電流対策の有効性を確認することができる。
【００７３】
逆に、導電性を有する繊維で強化された樹脂から成る複合材で構成される航空機の構造体に雷撃電流の経路を形成するための導体を取付けずに雷撃電流又は雷撃電流を模擬した電流を流し、電流観測システム１で電流分布を求めれば、複合材を流れる電流の値が無視できない程大きくなる部位の有無を判定することができる。そして、雷撃電流の値が無視できない程大きくなる部位が確認された場合にのみ、当該部位に雷撃電流が流れないように金属メッシュ等の雷撃電流の経路となる導体を取付ける雷撃電流対策を施すことができる。このため、金属メッシュ等の不要な雷撃電流の導体の取付け等の過剰な雷撃電流対策を回避することができる。
【００７４】
もちろん、航空機自体に限らず、航空機全体又は航空機の一部の構造体を模擬した試験体又は試験片を被検物体Ｏとして雷撃電流を模擬した電流を流し、電流観測システム１で電流分布を観測することもできる。
【００７５】
航空機が雷撃を受けた場合における安全性を考慮する上で有効な情報としては、電流分布の他、雷撃電流の入口と出口のパターンが挙げられる。そこで、タイミング記録部８Ｃにおいて記録された雷撃電流の検出タイミングに基づいて観測データ表示部８Ｅにおいて時系列の電流分布データを作成すれば、雷撃電流の入口と出口を特定することができる。すなわち、雷撃電流が複数の被検部位を流れるタイミングを検出することによって航空機への雷撃電流の入口側における被検部位と、航空機からの雷撃電流の出口側における被検部位を特定することができる。
【００７６】
上述したように、光ファイバセンサ４では、マイクロ秒単位で歪量の変化を捉えることができる。このため、雷撃電流の検出タイミングの時間差に基づいて、航空機への雷撃電流の入口と出口を判別することが可能となる。また、複数回に亘って雷撃電流を観測すれば、被検部位が雷撃電流の入口又は出口となる頻度に加えて、雷撃電流の入口と出口の相関を把握することができる。すなわち、ある被検部位が雷撃電流の入口となった場合に、雷撃電流の出口となる確率が高い被検部位を特定することができる。換言すれば、航空機に形成され得る雷撃電流の経路を発生確率とともに把握することが可能となる。
【００７７】
そこで、観測データ表示部８Ｅにおいて、航空機が雷撃を受けた場合における雷撃電流値の分布マップのみならず、雷撃電流が流れる頻度分布マップを作成することもできる。そうすると、航空機が実際に雷撃を受けた場合において、雷撃電流が流れる頻度分布マップを参照することによって、速やかに雷撃ポイントを特定して検査を行うことが可能となる。例えば、雷撃電流が流れる頻度が高く、かつ雷撃電流値が大きい被検部位から順番に検査を行うことによって、検査時間を短縮することができる。
【００７８】
しかも、電流観測システム１を航空機に搭載すると、航空機を流れる雷撃電流の検出のみならず、損傷検出部８Ｄにおいて雷撃による損傷の有無を検出することができる。すなわち、光ファイバセンサ４を用いた損傷検査によって、雷撃電流が流れた航空機の被検部位に損傷が発生したか否かを検出することができる。尚、光ファイバセンサ４等のセンサで構造の健全性を診断するシステムは、Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ（ＳＨＭ）システムと呼ばれる。
【００７９】
一般的に、雷撃電流が機体に入る部位及び雷撃電流が機体から抜ける部位では激しい損傷を受ける可能性が高い。航空機の構造体が損傷した場合には、修理や部品の交換が必要となる。そこで、電流観測システム１を航空機に搭載することによって、雷撃電流の入口と出口のみならず、損傷の有無を速やかに検出することができる。これにより、航空機が雷撃を受けた場合における検査及び修理に要する労力と時間を低減することができる。その結果、航空機の運航の効率化に繋げることができる。
【００８０】
尚、上述の例に加え、構造が同種の複数の航空機を対象として電流観測システム１で雷撃電流の観測を行うこともできる。その場合には、統計的に一層信頼性が高い雷撃電流の電流値分布マップや頻度分布マップを作成することが可能となる。
【００８１】
雷撃電流の電流値分布マップ及び頻度分布マップは、航空機の構造に加えて、飛行経路にも依存すると考えられる。すなわち、航空機が飛行するエリアの気候に依存して雷撃電流の電流値マップ及び頻度分布マップが変化すると考えられる。そこで、例えば、世界中の同種の航空機の運航情報を利用して、飛行経路や飛行エリアごとに雷撃電流の電流値分布マップ及び頻度分布マップを作成するようにしてもよい。この場合、同一の飛行経路や飛行エリアを飛行する航空機について、より正確な雷撃電流の電流値マップ及び頻度分布マップを取得することができる。
【００８２】
これにより、構造が同種の航空機の設計のマイナーチェンジや部品等の追加又は省略によってより適切な雷撃電流対策を施すことができる。また、雷撃電流対策として定められている基準が過剰であるか不十分であるのかを把握して、見直すことも可能となる。更に、雷撃電流対策として地域ごとにきめ細かく無駄の無い基準を設定することも可能となる。すなわち、雷撃を受けやすい地域を航空機が飛行するのか否かに応じて、過剰とならないように必要な雷撃対策の基準を定めることができる。
【００８３】
（動作及び作用）
次に電流観測システム１を用いた電流観測方法の例について説明する。
【００８４】
図６は、図１に示す電流観測システム１を用いた電流観測方法の流れの一例を示すフローチャートである。
【００８５】
まずステップＳ１において、被検物体Ｏを流れる電流と電流に起因して被検物体Ｏに生じる歪量との関係を表す情報が試験等によって取得される。例えば、図４に例示されるように航空機２０の機体の各部位に光ファイバセンサ４が取付けられている場合であれば、光ファイバセンサ４が取付けられている部位ごとに、電流と歪量との関係を表す情報が取得される。取得された情報は歪量を電流値に換算するための参照情報として記憶装置９の歪量・電流値変換情報記憶部９Ａに保存される。
【００８６】
一方、光源５から光ファイバセンサ４にレーザ光が照射される。これにより、電流観測システム１を用いた電流値の観測が可能となる。
【００８７】
被検物体Ｏを流れる電流のモニタリングが開始され、実際に被検物体Ｏに電流が流れると、電磁気力によって被検物体Ｏには歪が生じる。具体例として、図４に例示されるように機体の各部位に光ファイバセンサ４が取付けられた航空機２０が被雷すると、航空機２０には雷撃電流が流れる。雷撃電流が流れた航空機２０の各部位には歪が生じる。航空機２０等の被検物体Ｏが、ＣＦＲＰ等の複数の導体と絶縁体で構成される場合であれば、ローレンツ力によって被検物体Ｏに歪が生じる。
【００８８】
そうすると、ステップＳ２において、雷撃電流等の電流が流れた部位に配置された各光ファイバセンサ４によって被検物体Ｏの歪量が検出される。具体的には、被検物体Ｏに歪が生じると、被検物体Ｏと共に光ファイバセンサ４も伸縮する。その結果、光ファイバセンサ４の光反射特性及び光透過特性等の光学特性が変化する。この光ファイバセンサ４の光学特性の変化量は、被検物体Ｏの歪量に依存した量となる。このため、光ファイバセンサ４からは変化した光学特性に応じた波長分布を有する光信号が歪量の検出信号として出力される。
【００８９】
各光ファイバセンサ４から光信号として出力された歪量の検出信号は、光検出器６で検出される。光検出器６で検出された歪量の検出信号は、光信号から電気信号に変換されて、信号処理部３に出力される。
【００９０】
次に、ステップＳ３において、電流取得部８Ａにより被検物体Ｏの歪量が電流値に変換される。具体的には、歪量・電流値変換情報記憶部９Ａに保存された、歪量を電流値に変換するための情報と、各光ファイバセンサ４によって検出された被検物体Ｏの歪量とに基づいて、被検物体Ｏを流れる電流の大きさが求められる。従って、被検物体Ｏの複数の位置において歪量が検出された場合には、電流取得部８Ａにより歪量が検出された位置ごとに、被検物体Ｏを流れる電流の大きさが求められる。求められた電流の大きさは、表示装置１０に表示させることができる。また、電流値を歪量の検出位置と対応付けて観測データ保存部９Ｂに保存しておくこともできる。
【００９１】
次に、ステップＳ４において、被検物体Ｏの複数の位置において歪量が検出されている場合には、電流分布取得部８Ｂにより電流分布が取得される。すなわち、歪量の検出位置と、歪量に対応する電流値とが関連付けられる。これにより、空間軸を有する１次元、２次元又は３次元の電流分布マップを取得することができる。取得された電流分布マップは、表示装置１０に表示させることができる。また、電流分布マップを観測データ保存部９Ｂに保存しておくこともできる。
【００９２】
具体例として、図４に例示されるように機体の各部位に光ファイバセンサ４が取付けられた航空機２０に雷撃電流が流れた場合であれば、雷撃電流が流れた経路に沿って電流分布情報を取得することができる。
【００９３】
次に、ステップＳ５において、必要に応じて電流が流れた向きが特定される。例えば、図４に例示されるような航空機２０に雷撃電流が流れた場合であれば、雷撃電流の入口と出口を特定することができる。その場合には、タイミング記録部８Ｃにより歪量の検出タイミングと、歪量の検出位置及び電流値が関連付けられる。そして、観測データ表示部８Ｅにおいて、空間的及び時間的に連続した時系列の電流値分布データが作成される。作成された時系列の電流値分布データは、表示装置１０に表示させることができる。また、時系列の電流値分布データを観測データ保存部９Ｂに保存しておくこともできる。
【００９４】
次に、ステップＳ６において、必要に応じて損傷の有無が検出される。具体的には、各光ファイバセンサ４によって検出された被検物体Ｏの歪量に対する閾値処理が損傷検出部８Ｄにおいて実行される。そして、検出された歪量の少なくとも１つが閾値を超えた場合又は閾値以上となった場合には、被検物体Ｏに損傷が発生したと判定することができる。損傷が発生したと判定された場合には、対応する歪量の検出位置を損傷の発生位置として表示装置１０に表示させることができる。また、損傷の発生位置を歪量と対応付けて観測データ保存部９Ｂに保存しておくこともできる。
【００９５】
次に、ステップＳ７において、必要に応じて所望の統計情報を取得することができる。例えば、同一の被検物体Ｏ又は異なる複数の被検物体Ｏを対象として繰返し電流値の計測を行うことができる。その場合、観測データ表示部８Ｅにおいて、電流値の平均値等の分布マップを作成することができる。また、電流が流れる経路が変化する場合であれば、電流値マップを空間的に合成した電流値マップや頻度マップを作成することができる。
【００９６】
このため、被検物体Ｏが図４に例示されるような航空機２０であれば、雷撃電流の分布マップや頻度マップを作成することができる。また、雷撃電流の入口と出口を繰返し検出することによって、航空機２０の各部位が雷撃電流の入口及び出口となる確率分布マップを作成することもできる。
【００９７】
観測データ表示部８Ｅにおいて作成された統計情報は、表示装置１０に表示させることができる。また、統計情報を更新できるように観測データ保存部９Ｂに保存しておくこともできる。
【００９８】
（効果）
以上のような電流観測システム１及び電流観測方法は、予め被検物体Ｏを電流が流れた場合に生じる歪量と電流値との関係を取得しておき、光ファイバセンサ４で検出された歪量に基づいて被検物体Ｏを流れた電流の大きさを観測するようにしたものである。
【００９９】
このため、電流観測システム１及び電流観測方法によれば、金属はもちろん、導電性繊維で樹脂を強化したＣＦＲＰ等の複合材のように、絶縁体で覆われた導体を流れる電流の大きさであっても被検物体Ｏに検出可能な大きさで歪さえ生じれば測定することができる。また、電流値に加えて損傷の有無を検出することも可能である。
【０１００】
特に被検物体Ｏが航空機自体又は航空機の全部又は一部を模擬する試験体や試験片である場合には、雷撃電流の電流値分布や頻度分布、電撃電流の入口及び出口並びに各部が雷撃電流の入口及び出口となる確率分布等の雷撃電流に関する様々な統計データを取得することができる。
【０１０１】
また、試験体や試験片を製作せずに、航空機の実機を用いて実際の雷で雷撃電流に関する様々な統計データを取得することもできる。その場合、雷撃電流を模擬した電流を航空機の機体や試験片に流す試験を不要にすることができる。
【０１０２】
また、雷撃電流による航空機の機体への影響を評価することができる。その結果、例えば、ＣＦＲＰ等の導電性を有する複合材で構成される航空機構造体の落雷対策のための過剰な条件を緩和することができる。より具体的な例として、雷撃電流の値が無視できる場合には、金属のメッシュを貼ったり、雷撃電流を流すためのファスナを意図的に設けるといった落雷対策を不要にすることができる。
【０１０３】
逆に、雷撃電流の値が大きい箇所については、設計のマイナーチェンジや部品の追加によって雷撃を受けた場合における修理や部品の交換を不要にすることができる。その結果、航空機の運航の効率化に繋げることができる。
【０１０４】
また、雷撃を受けた場合に雷撃ポイントや雷撃電流が放出される部位を速やかに把握して損傷の有無を検査することができる。そして、万一航空機構造体に損傷が発生した場合であっても、損傷位置の特定、損傷の修理及び部品の交換等に要する労力及び時間を低減させることができる。このため、航空機の運航の効率化に繋げることができる。
【０１０５】
しかも、１箇所の電流値を測定するために必要なセンサは、非常に軽い１つの光ファイバセンサ４に過ぎない。このため、航空機の各部位における電流値を測定するために必要となる重量の増加量を抑制することができる。すなわち、航空機の軽量化を図りつつ、雷撃電流対策として航空機の各部位における雷撃電流値の測定を行うことができる。
【０１０６】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係る電流観測システムの構成図である。
【０１０７】
図７に示された第２の実施形態における電流観測システム１Ａでは、被検物体Ｏに損傷が発生したか否かを検出するために超音波検査を行うことができるようにした点が第１の実施形態における電流観測システム１と相違する。第２の実施形態における電流観測システム１Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態における電流観測システム１と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【０１０８】
電流観測システム１Ａは、歪・超音波検出システム３０及び信号処理部３で構成される。歪・超音波検出システム３０には、第１の実施形態における電流観測システム１の歪検出システム２を構成する光ファイバセンサ４、光源５及び光検出器６に加えて、被検物体Ｏに超音波を発振する単一又は複数の超音波振動子３１、単一又は複数の超音波振動子３１にそれぞれ送信信号を印加する送信回路３２、送信回路３２に電力を供給することによって単一又は複数の超音波振動子３１をそれぞれ駆動させるための電源３３及び電源３３を起動させる起動回路３４が設けられる。
【０１０９】
このため、被検物体Ｏに損傷が発生したか否かを判定するために、超音波振動子３１から被検物体Ｏの被検部位に向けて超音波を送信することができる。超音波振動子３１から超音波を送信する場合には、電源３３から送信回路３２に電力が供給され、送信回路３２から送信信号として電気信号が超音波振動子３１に出力される。これにより、超音波振動子３１では、電気信号が超音波に変換されて被検部位に送信される。
【０１１０】
従って、超音波振動子３１から超音波を送信する場合には、電源３３、送信回路３２及び超音波振動子３１を駆動させるためのトリガが必要である。トリガは入力装置１１の操作によって手動で生成できるようにすることもできるが、自動的に生成できるようにすることが実用的な場合が多い。
【０１１１】
そこで、電流取得部８Ａにおいて閾値以上又は閾値を超える電流値が取得された場合に起動回路３４が電源３３を自動的に起動させるようにすることができる。すなわち、歪・超音波検出システム３０の起動回路３４を、信号処理部３の電流取得部８Ａにより制御することができる。これにより、被検物体Ｏの被検部位に損傷の発生要因となり得るような電流値が大きな電流が流れた場合に限り、電力消費を伴う電源３３を起動して、電流が流れた当該被検部位の超音波探傷検査を行うようにすることができる。
【０１１２】
超音波振動子３１から被検部位に超音波が送信されると、送信された超音波は被検部位を透過する。被検部位に損傷が存在する場合には、被検部位を透過した超音波の波形が損傷の影響を受けて変化することになる。また、被検部位に損傷が存在する場合には、被検部位に送信された超音波が損傷に反射する。その結果、損傷が存在しない場合には生じないピークを有する超音波反射波が生じることになる。
【０１１３】
そこで、被検物体Ｏの被検部位を透過した超音波の振動又は被検部位で反射した超音波の反射波の振動を光ファイバセンサ４で検出することができる。具体的には、光ファイバセンサ４に超音波振動が伝播すると、光ファイバセンサ４には超音波振動によって微小な歪が生じる。このため、光ファイバセンサ４の光学特性が超音波振動の波形に対応して変化する。従って、光ファイバセンサ４からは、超音波振動の波形に対応する光信号が出力される。光ファイバセンサ４から出力された光信号は、超音波振動の検出信号として光検出器６において検出される。光検出器６で検出された超音波振動の検出信号は、光信号から電気信号に変換されて、信号処理部３に出力される。
【０１１４】
信号処理部３に出力された超音波振動の検出信号は損傷検出部８Ｄに与えられる。このため、損傷検出部８Ｄにおいて、被検物体Ｏの被検部位を透過した超音波の波形又は被検部位において反射した超音波反射の波形を取得することができる。そして、損傷検出部８Ｄでは、光ファイバセンサ４によって検出された透過超音波又は反射波の振動の波形に基づいて被検物体Ｏの被検部位に損傷が発生したか否かを検出することができる。
【０１１５】
そのために、損傷検出部８Ｄには、予め被検物体Ｏの被検部位に損傷が存在しない場合において被検部位を透過した超音波の波形又は被検部位において反射した超音波反射の波形が基準波形として保存される。そして、損傷検出部８Ｄでは、基準波形と、実際に被検部位を透過した超音波の波形又は被検部位において反射した超音波反射の波形とを比較することによって、被検部位に損傷が発生したか否かを判定することができる。具体的には、基準波形と、実際に被検部位を透過した超音波の波形又は被検部位において反射した超音波反射の波形との間における乖離量を表す指標値が経験的に定められた閾値を超えた場合又は閾値以上となった場合には、被検部位に損傷が発生したと判定することができる。
【０１１６】
閾値処理の対象となる指標値の具体例としては、最小２乗誤差、相互相関係数、ピーク値の差又は比、波形で囲まれた部分の面積の差又は比等が挙げられる。また、波形の比較処理に先だって、アベレージング処理、ノイズ除去処理、包絡線検波処理等の信号処理を実行するようにしてもよい。これらの信号処理は、光検出器６から出力される電気信号に対して実行しても良いし、光検出器６に入力される光信号に対して実行してもよい。
【０１１７】
このように、歪量の検出用の光ファイバセンサ４を超音波振動の検出用のセンサとして兼用することができる。これにより、部品数及び重量の増加を抑制しつつ歪量の検出による電流値の計測と、損傷の検出の双方を行うことができるようにすることができる。
【０１１８】
以上のような第２の実施形態における電流観測システム１Ａによれば、第１の実施形態における電流観測システム１と同様な効果に加え、超音波検査を行うことによって損傷の検出能を向上させることができるという効果を得ることができる。特に、光ファイバセンサ４に十分な大きさで歪が生じない程、光ファイバセンサ４から離れた位置に損傷が発生した場合であっても、超音波検査を行うことによって損傷を検出することができる。
【０１１９】
また、複数の超音波振動子３１及び複数の光ファイバセンサ４をそれぞれ異なる位置に配置することによって、損傷の有無のみならず、損傷の発生位置を高精度に検出することができる。特に、超音波反射波を用いて損傷の検出を行うようにすれば、超音波の発振タイミングから超音波反射波の検出タイミングまでの時間差と音速に基づいて、損傷の発生位置をより高精度に特定することが可能となる。
【０１２０】
しかも、光ファイバセンサ４を用いた歪量の測定によって電流が検出された場合に限り、起動回路３４が超音波検査用の電源３３を自動的に起動させるようにすることができる。このため、電力消費量を低減させることが重要な航空機に電流観測システム１Ａを搭載することが可能となる。すなわち、電力消費量を低減させることが重要な航空機において超音波探傷検査を行うことができる。
【０１２１】
（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
【符号の説明】
【０１２２】
１、１Ａ  電流観測システム
２  歪検出システム
３  信号処理部
４  光ファイバセンサ
５  光源
６  光検出器
７  光導波路
８  演算装置
８Ａ  電流取得部
８Ｂ  電流分布取得部
８Ｃ  タイミング記録部
８Ｄ  損傷検出部
８Ｅ  観測データ表示部
９  記憶装置
９Ａ  歪量・電流値変換情報記憶部
９Ｂ  観測データ保存部
１０  表示装置
１１  入力装置
２０  航空機
３０  歪・超音波検出システム
３１  超音波振動子
３２  送信回路
３３  電源
３４  起動回路
Ｏ  被検物体
Ｏ１  炭素繊維
Ｏ２  エポキシ樹脂
Ｏ３  繊維強化樹脂層
Ｉ  電流
Ｆ  ローレンツ力
【図１】
2018146368.tif 000003
【図２】
2018146368.tif 000004
【図３】
2018146368.tif 000005
【図４】
2018146368.tif 000006
【図５】
2018146368.tif 000007
【図６】
2018146368.tif 000008
【図７】
2018146368.tif 000009