(57)【要約】【課題】構造体の外面のうち比較的広い領域からの弾性波をＡＥセンサに伝播させて、良好な感度で非定常な弾性波を検出可能な構造体用監視システムを提供する。【解決手段】構造体用監視システムは、構造体１０において発生する非定常的な弾性波を検出することにより、当該構造体１０におけるき裂の発生等の破壊を監視するものである。構造体用監視システムは、構造体１０からの弾性波を電気信号に変換するＡＥセンサ２０と、当該ＡＥセンサ２０と構造体１０の間に介在して設けられており且つ当該構造体１０からの弾性波を当該ＡＥセンサ２０に伝播させる金属製の接触媒質３０とを備える。接触媒質３０のうち、構造体１０と接する構造体接触面３６の面積は、ＡＥセンサ２０と接するセンサ接触面３３の面積に比べて大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体の破壊を監視する構造体用監視システムであって、
前記構造体からの弾性波を電気信号に変換するＡＥセンサと、
当該ＡＥセンサと前記構造体の間に介在して設けられており、且つ当該構造体からの弾性波を当該ＡＥセンサに伝播させる金属製の接触媒質と、
を備え、
前記接触媒質のうち、前記構造体と接する構造体接触面の面積は、前記ＡＥセンサと接するセンサ接触面の面積に比べて大きい
ことを特徴とする構造体用監視システム。
【請求項２】
前記接触媒質は、前記構造体接触面から前記センサ接触面に向かうに従って、当該構造体接触面から前記センサ接触面に向かう方向に垂直な横断面が、小さくなるよう構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体用監視システム。
【請求項３】
前記接触媒質は、前記構造体接触面を下底とし、且つ前記センサ接触面を上底とする錐台状をなしている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の構造体用監視システム。
【請求項４】
前記接触媒質は、前記構造体接触面と前記センサ接触面との間に、少なくとも一つの側面を有し、
当該接触媒質の内側において、当該側面と当該構造体接触面がなす角度は、４５度を超え且つ９０度未満の範囲内にある
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
【請求項５】
前記接触媒質は、ビッカース硬さが１００以下の金属で構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
【請求項６】
前記ＡＥセンサにより検出された弾性波を示す電気信号を取得して処理する処理装置をさらに備え、
当該処理装置は、
前記ＡＥセンサからの電気信号から非定常な弾性波を示す波形を抽出し、
抽出された非定常な弾性波を示す波形の数と振幅に基づいて、前記構造体に生じたき裂の発生数と、当該き裂の寸法のうち、少なくとも一方を推定する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
【請求項７】
前記ＡＥセンサからの電気信号を増幅する増幅器をさらに備え、
前記処理装置は、前記ＡＥセンサにより検出され、当該増幅器により増幅された弾性波を示す電気信号を取得する
ことを特徴とする請求項６に記載の構造体用監視システム。
【請求項８】
前記処理装置は、同一のき裂からの非定常な弾性波が、配置場所が異なる複数の前記ＡＥセンサにより、それぞれ検出されたタイミングの差に基づいて、前記構造体のうち当該き裂が発生した位置を推定する
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の構造体用監視システム。
【請求項９】
前記処理装置は、複数の前記ＡＥセンサのうち比較的早いタイミングで弾性波が検出された一部のものからの弾性波の波形の数と振幅に基づいて、前記構造体に生じたき裂の発生数と、当該き裂の寸法のうち、少なくとも一方を推定する
ことを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
【請求項１０】
複数の前記ＡＥセンサのうち少なくとも一部は、弾性波に対する周波数感度特性が略同一に構成されており、
前記処理装置は、
略同一の周波数感度特性を有する複数の前記ＡＥセンサからの電気信号の波形の差分を算出し、
当該差分から非定常な弾性波を示す波形を抽出する
ことを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
【請求項１１】
複数の前記ＡＥセンサのうち少なくとも一つは、弾性波に対する周波数感度特性が他のものと異なる
ことを特徴とする請求項６ないし請求項９のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
【請求項１２】
複数の前記ＡＥセンサは、略板状をなしており且つ弾性波による力を電気信号に変換する圧電素子を、それぞれ有し、
当該ＡＥセンサのうち少なくとも一つは、当該圧電素子の厚さが他のものと異なる
ことを特徴とする請求項１１に記載の構造体用監視システム。
【請求項１３】
周波数感度特性が異なる複数のＡＥセンサは、共通の前記接触媒質を介して前記構造体に結合されている
ことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の構造体用監視システム。
【請求項１４】
前記構造体は、軸心が所定の方向に延びる略円柱状の外形を有し、
前記構造体の外壁を構成する外壁部のうち一方側の端部は、プラズマからの熱を受けて高温となる高温側端部であり、
複数の前記ＡＥセンサは、当該外壁部のうち当該高温側端部とは反対側にある低温側端面に、それぞれ対応する前記接触媒質を介して結合されており、
複数の前記ＡＥセンサのうち略同一の周波数感度特性を有するものは、前記軸心に垂直な径方向において対向するように配置されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の構造体用監視システム。
【請求項１５】
構造体の破壊を監視する構造体の監視方法であって、
前記構造体からの弾性波を電気信号に変換するＡＥセンサと当該構造体の間に介在して設けられており且つ当該構造体からの弾性波を当該ＡＥセンサに伝播させる金属製の接触媒質は、前記構造体と接する構造体接触面の面積が、前記ＡＥセンサと接するセンサ接触面の面積に比べて大きいものであり、
前記ＡＥセンサにより検出された弾性波を示す電気信号を取得するステップと、
前記ＡＥセンサからの電気信号から非定常な弾性波を示す波形を抽出するステップと、
抽出された非定常な弾性波を示す波形の数と振幅に基づいて、前記構造体に生じたき裂の発生数と、当該き裂の寸法のうち、少なくとも一方を推定するステップと、
を含むことを特徴とする構造体の監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、構造体の破壊を監視する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
き裂や欠陥等の破壊が構造体に生じると、急速なエネルギの放出によって構造体に非定常的な弾性波が発生する事象、いわゆるアコースティック・エミッション（以下、単に「ＡＥ」と記す）が生じることがある。このようなＡＥによって生じる弾性波、いわゆるＡＥ波（ＡＥ wave）を検出し、その波形を解析することにより、構造体におけるき裂等の発生を監視する技術が従来から提案されている。例えば、配管等の疲労による劣化度を監視する監視装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構造体の破壊を監視する監視装置には、通常、構造体からの弾性波を受けて当該弾性波を電気信号に変換するセンサ、いわゆるＡＥセンサが用いられる。ＡＥセンサは、構造体のうち所望の面に取り付けられる。ＡＥセンサへの弾性波（すなわち音響エネルギ）の伝播を良好にするために、ＡＥセンサと構造体との間には、一般的に、接触媒質（couplant）が設けられる。接触媒質には、例えば、油やグリセリン等の液体や、比較的軟らかい固体等が用いられる。
【０００５】
ＡＥセンサにより検出された弾性波を示す電気信号（以下、ＡＥ信号と記す）は、一般的に、増幅回路（いわゆるアンプ）により増幅され、処理装置等により周波数解析が行われて、周波数スペクトルが求められる。微小なき裂等から発生する非定常な弾性波は、微弱なものであるため、周波数スペクトルの変化が小さい。このような場合、周波数スペクトルのうちき裂等に起因する弾性波の周波数を選定すること、すなわちき裂等の検出及びその定量化が困難である。ＡＥセンサには、き裂等に起因する弾性波の周波数帯において高い感度を有することが求められる。
【０００６】
上述した監視装置の監視対象である構造体は、高温の環境や高放射線の環境に曝される場合がある。例えば、核融合装置の真空容器の内面を構成するユニットは、常時、高温のプラズマに曝されており、ガンマ線や中性子等の放射線に曝される。このようなユニットは、比較的耐食性が高い金属で構成されているものの、水素の同位体（例えば、デューテリウムやトリチウム）が反応したプラズマに曝されて水素脆化が生じて、その表面や内部にき裂や欠陥が生じることがある。
【０００７】
このような構造体は、例えば、核融合装置の運転中、常時、監視する必要があり、当該構造体の所定の面には、上述した接触媒質を介してＡＥセンサが結合される。このため、ＡＥセンサも、構造体と同様に、高温や高放射線の環境下に配置される。
【０００８】
一般的に市販されているＡＥセンサは、所定の温度（例えば、３００℃）以下でなければ、正常に作動することができない。このような苛酷な環境に耐え得るＡＥセンサは、一般的なものでなく用途が限られており、特に、弾性波を受ける面（以下、検出面と記す）の寸法が比較的大きなものは、製造が困難である場合が多い。よって、構造体に結合されるＡＥセンサには、弾性波を受ける検出面の寸法が、比較的小さいものを用いるしかない。
【０００９】
一方で構造体からの弾性波をＡＥセンサが比較的高い感度で検出するために、接触媒質は、構造体の外面のうち比較的広い領域から弾性波を受けて、弾性波をＡＥセンサの検出面に伝播させる必要がある。
【００１０】
本発明の実施形態は、上記事情に鑑みてなされたものであって、構造体の外面のうち比較的広い領域からの弾性波を、ＡＥセンサに伝播させて、良好な感度で非定常な弾性波を検出可能な構造体用監視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】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の構造体用監視システムは、構造体の破壊を監視する構造体用監視システムであって、前記構造体からの弾性波を電気信号に変換するＡＥセンサと、当該ＡＥセンサと前記構造体の間に介在して設けられており、且つ当該構造体からの弾性波を当該ＡＥセンサに伝播させる金属製の接触媒質と、を備え、前記接触媒質のうち、前記構造体と接する構造体接触面の面積は、前記ＡＥセンサと接するセンサ接触面の面積に比べて大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の実施形態の構造体の監視方法は、構造体の破壊を監視する構造体の監視方法であって、前記構造体からの弾性波を電気信号に変換するＡＥセンサと当該構造体の間に介在して設けられており且つ当該構造体からの弾性波を当該ＡＥセンサに伝播させる金属製の接触媒質は、前記構造体と接する構造体接触面の面積が、前記ＡＥセンサと接するセンサ接触面の面積に比べて大きいものであり、前記ＡＥセンサにより検出された弾性波を示す電気信号を取得するステップと、前記ＡＥセンサからの電気信号から非定常な弾性波を示す波形を抽出するステップと、抽出された非定常な弾性波を示す波形の数と振幅に基づいて、前記構造体に生じたき裂の発生数と、当該き裂の寸法のうち、少なくとも一方を推定するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、ＡＥセンサが受ける弾性波の振幅、いわゆる検出強度を、構造体から構造体接触面に入射する弾性波の強度に比べて増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の構造体用監視システムと、監視対象である構造体について説明する模式図である。
【図２】第１の実施形態の構造体用監視システムを構成するＡＥセンサの一例について説明する断面図である。
【図３】第１の実施形態の構造体用監視システムを構成する接触媒質の形状とＡＥセンサとの配置関係を説明する斜視図である。
【図４】第１の実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。
【図５】第１の実施形態の構造体監視方法において弾性波を示す波形を抽出する手法を説明するグラフである。
【図６】第２の実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。
【図７】第３の実施形態の構造体用監視システムと、監視対象である構造体について説明する模式図である。
【図８】第３の実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。
【図９】第３の実施形態の構造体監視方法のうち差分処理後の弾性波を示す波形の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１６】
〔第１の実施形態〕
まず、本実施形態の構造体用監視システムの概略構成と、その監視対象である構造体の一例について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態の構造体用監視システムと、監視対象である構造体の一例について説明する模式図である。当該図面において、構造体については、部分的に縦断面を示している。図２は、本実施形態の構造体用監視システムを構成するＡＥセンサの一例について説明する断面図である。
【００１７】
（構造体の例）
図１に示すように、本実施形態の構造体１０は、一例として、核融合装置においてプラズマを囲む真空容器（図示せず）を構成する部材であり、当該真空容器のうちライナから内側（図に矢印Ａ１で示す）に突出して延びている部材、いわゆるユニットである。なお、構造体は、真空容器を構成するブランケットやダイバータであるものとしても良い。
【００１８】
当該構造体１０は、軸心が所定の方向に延びる略円柱状の外形を有している。構造体１０の軸心を図に一点鎖線Ａで示す。なお、以下の説明において、一点鎖線Ａに沿う方向を「軸方向」と記す。また、当該軸方向に垂直な方向を、「径方向」と記して、その外側を図に矢印Ｒ１で示す。
【００１９】
構造体１０のうち外壁を構成する部分（以下、外壁部と記す）１１は、当該構造体１０と同軸に略円筒状をなしている。外壁部１１の横断面は、略円環状をなしている。外壁部１１は、真空容器内にあるプラズマに曝される。
【００２０】
特に、外壁部１１のうち軸方向の一方側（図１に矢印Ａ１で示す）の端部１２は、プラズマからの熱を受けて特に高温となる。軸方向のうち矢印Ａ１で示す一方側を、以下に「高温側」と記し、当該高温側とは反対側を、以下に「低温側」と記す。
【００２１】
また、構造体１０のうち軸方向高温側の端部１２を「高温側端部１２」と記す。本実施形態において、高温側端部１２は、軸方向高温側を凸とする略半球状をなしている。
【００２２】
一方、構造体１０のうち軸方向低温側（矢印Ａ１の反対側）には、軸心Ａに垂直な端面（以下、低温側端面と記す）１６，１７が形成されている。これら低温側端面１６，１７のうち、径方向内側にある端面１６を、特に「内側端面」１６と記し、径方向外側にある端面１７を、特に「外側端面」と記す。これら内側端面１６と外側端面１７との間には、構造体１０を冷却するための冷却水が流入又は流出する環状の開口が形成されている。
【００２３】
構造体１０の内部には、当該構造体を冷却するための液体すなわち冷却水が流れる通路（以下、冷却通路と記す）１４が形成されている。本実施形態の冷却通路１４は、金属製の冷却水配管内に形成された通路である。なお、各図においては、理解を容易にするために、冷却通路１４を画定する冷却水配管の断面を省略しており、当該冷却通路１４を模式的に示している。
【００２４】
冷却通路１４は、構造体１０の外壁部１１に沿って延びている。具体的には、冷却通路１４は、外壁部１１から径方向内側に所定の間隔をあけて軸方向に延びており、高温側端部１２の近傍においては、高温側を凸とするＵ字状をなしている。構造体１０の外部からを通って冷却通路１４に流入した冷却水は、高温側端部１２の近傍を流れて、再び開口を通って構造体１０の外部に流出する。この冷却水の流れにより、構造体１０の外壁部１１、特に高温側端部１２が冷却される。
【００２５】
構造体１０は、金属材料で構成されており、具体的には、比較的耐食性が高い金属であるステンレス鋼で構成されている。このような構造体１０を構成するステンレス鋼には、例えば、Ｆ８２Ｈ等の低放射化フェライト鋼が用いられる。
【００２６】
構造体１０のうち、特に高温側端部１２は、水素の同位体（例えば、デューテリウムやトリチウム）が反応して生じたプラズマに長時間曝されて、水素脆化が生じる。具体的には、水素脆化により、高温側端部１２の表面や内部に、き裂１３や欠陥が生じる。なお、理解を容易にするために、図１には、き裂１３が楕円形の記号で示されている。
【００２７】
このように構成された構造体１０のうち、例えば、高温側端部１２においてき裂１３や欠陥等が生じて弾性波が発せられると、当該弾性波は、外壁部１１と冷却通路１４との間にある金属中を主に伝播する。弾性波は、外壁部１１や冷却通路１４を画定する配管（図示せず）等において反射や散乱を繰り返しながら軸方向低温側（矢印Ａ１の反対側）に伝播する。そしてき裂１３等から発せられた弾性波のうち一部は、構造体１０の外側端面１７に到達する。
【００２８】
（構造体用監視システムの概略構成）
このような構造体１０を監視対象とする本実施形態の構造体用監視システム１は、構造体１０においてき裂１３や欠陥から発生する非定常な弾性波、いわゆるＡＥ波を検出して定量化することにより、当該構造体１０におけるき裂や欠陥等の破壊（き裂等の発生）を監視するシステム、すなわち構造体１０の健全性を監視するシステムである。構造体用監視システム１は、「健全性監視装置」とも称される。
【００２９】
構造体用監視システム１は、構造体１０からの弾性波を検出面２２（図２参照）で受けて当該弾性波を電気信号に変換するＡＥセンサ２０と、構造体１０とＡＥセンサ２０との間に介在して設けられており、当該構造体１０からの弾性波をＡＥセンサ２０に伝播する接触媒質３０とを有している。接触媒質３０は、比較的軟らかい金属（いわゆる軟金属）で構成されている。
【００３０】
また、構造体用監視システム１は、ＡＥセンサ２０からの電気信号を増幅する増幅器（amplifier）４０と、ＡＥセンサ２０により検出され、増幅器４０により増幅された弾性波を示す電気信号を取得して処理する装置（以下、単に「処理装置」と記す）５０とを有している。本実施形態の処理装置５０は、ＡＥセンサ２０からの電気信号から非定常な弾性波を示す波形を抽出する機能（以下、波形抽出部と記す）５２と、波形抽出部５２により抽出された非定常な弾性波の波形の数と振幅（波高値）に基づいて、き裂又は欠陥の発生数と、その寸法のうち少なくとも一方を推定する機能（以下、脆化推定部と記す）５４とを有している。
【００３１】
本実施形態において、処理装置５０は、各種の演算を実行可能なプロセッサ（図示せず）及び各種の定数を格納可能なメモリ（図示せず）を有している。処理装置５０は、一般的なコンピュータにより実現することができる。なお、処理装置５０は、各種の機能ごとに複数の電気回路（処理回路）や複数の計算機を用いて構成されるものとしても良い。処理装置５０が有する各種の機能については、後述する。
【００３２】
（ＡＥセンサの例）
本実施形態のＡＥセンサ２０の構成について図２及び図３を用いて説明する。図２は、本実施形態の構造体用監視システムを構成するＡＥセンサの一例を説明する断面図である。図３は、本実施形態の構造体用監視システムを構成する接触媒質の形状とＡＥセンサとの配置関係を説明する斜視図である。
【００３３】
本実施形態のＡＥセンサ２０は、圧電方式の検出器であり、弾性波を電気信号に変換する変換素子として、加えられた力を電圧に変換する圧電素子２５を有している。圧電素子２５は、接触媒質３０からの弾性波を受ける検出面２２に沿って広がる略板状をなしている。
【００３４】
圧電素子２５は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム単結晶）、ＧａＰＯ４（リン酸ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４（ランガサイト）、Ｇａ２Ａｌ２ＳｉＯ７等で構成されている。特に、高温、高放射線の苛酷環境下で使用されるものには、ＬｉＮｂＯ３、ＡｌＮ、Ｇａ２Ａｌ２ＳｉＯ７等により構成された圧電素子が適している。
【００３５】
圧電素子２５は、電圧を検出するための２つの電極２６と電極２７との間に挟まれている。これら電極２６，２７には、金属製のワイヤ、いわゆる信号線２４，２８がそれぞれ接続されている。信号線２４，２８は、ケーブル４４内に収容されてＡＥセンサ２０外に延びている。信号線２４，２８を含むケーブル４４は、増幅器４０（図１参照）に電気的に接続されている。なお、ケーブル４４には、一般的な同軸ケーブルや、耐熱性等に優れた、いわゆるＭＩケーブルを用いることができる。
【００３６】
本実施形態のＡＥセンサ２０において、これら２つの電極２６，２７のうち接触媒質３０側の電極２６は、その反対側にある電極２７及び圧電素子２５に比べて面積が僅かに大きく構成されている。電極２６のうち接触媒質３０側の面が、弾性波を受ける検出面２２となっている。検出面２２で受けた弾性波は、電極２６を介して圧電素子２５に伝播する。圧電素子２５は、弾性波の音響エネルギを電気信号すなわち電圧に変換する。当該電気信号は、増幅器４０に送出される。
【００３７】
（接触媒質の例）
図１及び図２に示すように、接触媒質３０は、当該構造体１０において発生した弾性波を効率的にＡＥセンサ２０に伝播させるための物質である。接触媒質３０は、上述した構造体１０とＡＥセンサ２０との間に介在して設けられている。接触媒質３０は、金属で構成されており、より具体的には、ビッカース硬さ（ＨＶ）が、１００以下の金属、いわゆる軟金属で構成されている。
【００３８】
このような接触媒質３０を構成する金属には、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）がある。なお、接触媒質３０は、これら以外の金属でも構成することができ、例えば、比較的融点が低い金属、例えば、Ｉｎ（インジウム）を用いることも好適である。
【００３９】
なお、図２に示すように、接触媒質３０のうちＡＥセンサ２０の検出面２２と接する面を、以下に「センサ接触面」と記して符号３３を付す。また、接触媒質３０のうち構造体１０（詳細には、外側端面１７）と接する面を、以下に「構造体接触面」と記して符号３６を付す。
【００４０】
接触媒質３０のうち、構造体接触面３６とセンサ接触面３３は、ほほ平行に延びている。接触媒質３０は、構造体接触面３６からセンサ接触面３３に向かうに従って、構造体１０のうち所定の面（外側端面）１７からＡＥセンサ２０に向かう方向（以下、垂線方向と記して、図２に矢印Ｄで示す）に垂直な断面が小さくなるよう構成されている。
【００４１】
接触媒質３０は、図３に示すように、構造体接触面３６を下底とし、センサ接触面３３を上底とする錐台状をなしている。センサ接触面（上底）３３と構造体接触面（下底）３６は、図２に矢印Ｄで示す垂線方向に所定の間隔をあけて、互いに平行に延びている。本実施形態において、接触媒質３０は、四角錐台状をなしており、センサ接触面３３と構造体接触面３６との間に、４つの面（以下、側面と記す）３４，３４Ｂ，３５，３５Ｂを有している。詳細には、側面３４，３４Ｂ，３５，３５Ｂは、それぞれ、センサ接触面３３の外縁３３ｅと構造体接触面３６の外縁３６ｅとを接続している。
【００４２】
本実施形態において、これら側面３４，３４Ｂ，３５，３５Ｂのうち、垂線方向と垂直な方向において互いに対向する側面３４と側面３４Ｂは、略同一の面積を有している。同様に、互いに対向する側面３５と側面３５Ｂは、略同一の面積を有している。
【００４３】
図２及び図３に示すように、接触媒質３０の内側において側面３４，３４Ｂ，３５，３５Ｂのそれぞれと構造体接触面３６がなす角度は、４５度を超え且つ９０度未満の範囲内にある。換言すれば、接触媒質３０の内側において、側面３４，３４Ｂ，３５，３５Ｂのそれぞれとセンサ接触面３３がなす角度は、９０度を超え、且つ１３５度未満の範囲内にある。なお、図２には、構造体接触面３６と側面３４がなす角度がφで示されている。
【００４４】
以上のように構成された接触媒質３０は、図２に示すように、その構造体接触面３６が構造体１０に結合される。接触媒質３０は、構造体１０のうち外側端面１７と構造体接触面３６との間に隙間が生じないように、溶接やろう付により、又は専用の固定治具を用いることにより固定される。これにより、構造体接触面３６には、構造体１０からの弾性波が入射する。
【００４５】
また、接触媒質３０は、そのセンサ接触面３３が、ＡＥセンサ２０の検出面２２に結合される。本実施形態においては、センサ接触面３３は、検出面２２と略同一の形状、略同一の面積となるよう構成されている。接触媒質３０は、ＡＥセンサ２０の検出面２２とセンサ接触面３３との間に隙間が生じないように、溶接やろう付により、又は専用の固定治具を用いることにより固定される。これにより、検出面２２は、構造体１０からの弾性波をセンサ接触面３３を介して検出することができる。
【００４６】
このように構成された接触媒質３０は、構造体接触面３６から入射した弾性波のうち、側面３４，３４Ｂ，３５，３５Ｂに到達した弾性波を、当該側面３４，３４Ｂ，３５，３５Ｂにおいて反射させて、センサ接触面３３に向けて伝播させる。これにより、接触媒質３０は、構造体接触面３６から入射した弾性波を、センサ接触面３３に向けて収束させて、ＡＥセンサ２０の検出面２２に伝播させることが可能となる。
【００４７】
（複数のＡＥセンサ及び接触媒質の配置、図４）
以上に説明したＡＥセンサ及び接触媒質は、き裂又は欠陥の発生位置を推定するために、それぞれ複数設けられており、図１及び図４を用いて詳細を説明する。図４は、本実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。図４は、当該構造体に接触媒質を介してＡＥセンサが結合された態様を示している。
【００４８】
上述したＡＥセンサ２０は、対応する接触媒質３０と共に、構造体１０からの弾性波を検出するための装置（以下、検出装置と記す）６を構成している。本実施形態の構造体用監視システム１は、複数の検出装置６，６Ｂを有している。すなわち、検出装置６Ｂは、ＡＥセンサ２０と略同一のＡＥセンサ２０Ｂと、接触媒質３０と略同一の接触媒質３０Ｂとを有している。
【００４９】
（ＡＥセンサの弾性波に対する周波数感度特性）
ＡＥセンサ２０Ｂは、最も感度係数が高くなる周波数がＡＥセンサ２０と（実質的に）同一である、すなわちＡＥセンサ２０と弾性波に対する周波数感度特性が略同一である。これらＡＥセンサ２０，２０Ｂには、量産品（市販品）が用いられる。接触媒質３０Ｂは、接触媒質３０と寸法、形状及び材料が略同一に構成されている。
【００５０】
ＡＥセンサ２０Ｂは、接触媒質３０Ｂを介して構造体１０に結合されている。すなわち、複数のＡＥセンサ２０，２０Ｂは、それぞれ対応する接触媒質３０，３０Ｂを介して、構造体１０に結合されている。検出装置６と検出装置６Ｂは、構造体１０に対する配置のみが異なっている。
【００５１】
具体的には、検出装置６，６Ｂは、図１に示す構造体１０の軸方向低温側の端面１６，１７のうち、冷却通路１４より径方向外側（図に矢印Ｒ１で示す）にある外側端面１７に結合される。
【００５２】
図１及び図４に示すように、検出装置６Ｂ（ＡＥセンサ２０Ｂ及び接触媒質３０Ｂ）は、外側端面１７のうち、軸心Ａを含む内側端面１６及び冷却通路１４を間に挟んで、検出装置６（ＡＥセンサ２０及び接触媒質３０）とは反対側に配置されている。すなわち、２つのＡＥセンサ２０，２０Ｂは、それぞれ対応する接触媒質３０，３０Ｂと共に、構造体１０の軸方向低温側の外側端面１７に沿って径方向に対向して配置されている。
【００５３】
このように複数のＡＥセンサ２０，２０Ｂを、その位置を異ならせて配置することにより、き裂１３や欠陥から放出された弾性波は、タイミングを異ならせてＡＥセンサ２０，２０Ｂに到達する。ＡＥセンサ２０，２０Ｂにより検出された弾性波を示す電気信号は、それぞれ増幅器４０により増幅される。
【００５４】
本実施形態の増幅器４０は、ＡＥセンサ２０の圧電素子２５からの微弱な電気信号を電気的に増幅すると共に、必要に応じて周波数フィルタリングを行う回路を含んでいる。当該回路は、アナログ回路やデジタル回路で構成することができる。また、当該回路は、プログラマブルロジックデバイス（programmable logic device、以下、ＰＬＤと記す）を含んでいるものとしても良い。なお、ＰＬＤには、例えば、プログラム可能なゲートアレイ、いわゆるＦＰＧＡ（field-programmable gate array）を用いることができる。
【００５５】
き裂１３や欠陥で生じる弾性波の周波数は、一般的に、数ｋＨｚから数ＭＨｚと言われている。よって、増幅器４０における増幅帯域は、概ね数ｋＨｚないし数十ＭＨｚの広帯域とすることが好ましい。このような帯域を増幅する周波数フィルタリング処理は、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ及びバンドパスフィルタを用いることにより実現することができる。ＡＥセンサ２０，２０Ｂからの弾性波を示す電気信号は、増幅器４０において所定の増幅帯域が増幅されて、処理装置５０に伝送される。
【００５６】
（処理装置の処理内容）
処理装置５０が有する各種の機能と、その処理内容について図１及び図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の構造体監視方法において非定常な弾性波を示す波形を抽出する手法を説明するグラフである。なお、図５には、非定常な弾性波が、複数抽出される態様が示されている。
【００５７】
処理装置５０の波形抽出部５２は、増幅器４０からの電気信号を受けて、当該電気信号から弾性波を示す波形を抽出する。波形抽出部５２の機能は、アナログ回路やデジタル回路等の処理回路で実現することができる。このような処理回路は、上述したＦＰＧＡ等のＰＬＤを含んでいるものとしても良い。なお、波形抽出部５２の機能は、計算機のソフトウェア処理により実現することもできる。
【００５８】
波形抽出部５２は、図５に示すように、ＡＥセンサ２０，２０Ｂからの電気信号の波形に所定の閾値Ｔ１を設定することにより、非定常な弾性波６１，６２，６３，６４，６５を抽出する。なお、本実施形態において、ＡＥセンサ２０，２０Ｂからの電気信号は、増幅器４０において周波数フィルタリング処理が行われているが、波形抽出部５２においても、さらに周波数フィルタリング処理を行うものとしても良い。
【００５９】
処理装置５０の脆化推定部５４は、波形抽出部５２により抽出された非定常な弾性波６１，６２，６３，６４，６５の波形の数すなわち弾性波の発生数と、当該波形の波高値すなわち弾性波の振幅に基づいて、構造体１０に生じたき裂１３や欠陥の個数や寸法を推定する。弾性波６１，６２，６３，６４，６５の個数は、き裂１３等の発生数を示しており、弾性波６１，６２，６３，６４，６５のそれぞれの時間幅は、それぞれ対応するき裂１３等の寸法と相関がある。
【００６０】
また、本実施形態の構造体１０の場合、同一のき裂１３又は欠陥から発せられた同一の非定常な弾性波を、配置場所が異なるＡＥセンサ２０，２０Ｂにより、それぞれ検出することにより、脆化推定部５４は、構造体１０においてき裂１３や欠陥が発生した位置（以下、発生位置と記す）を推定する。具体的には、脆化推定部５４は、同一のき裂１３等からの非定常な弾性波がＡＥセンサ２０により検出されたタイミングと、ＡＥセンサ２０Ｂにより検出されたタイミングとの差（以下、計測時間差と記す）と、構造体を伝播する弾性波の音速に基づいて、き裂１３又は欠陥が発生した位置を推定する。
【００６１】
なお、弾性波が時間的に多数重なる場合には、き裂１３又は欠陥の発生数や寸法、発生位置を求めることが困難になることがある。これは、き裂１３又は欠陥の発生すなわち初期段階ではなく、発生したき裂１３等が、さらに大きく進展した場合に相当すると考えられる。
【００６２】
以上のように構成された構造体用監視システム１は、図１に示すように、構造体１０のうち高温側端部１２において発生し、外側端面１７に到達した弾性波を、２つの検出装置６，６Ｂにより検出する。検出装置６において、接触媒質３０は、構造体１０の外側端面１７から受けた弾性波をＡＥセンサ２０の検出面２２に伝播させる。接触媒質３０は、外側端面１７と接する構造体接触面３６の面積ＳＬが、検出面２２と接するセンサ接触面３３の面積ＳＵに比べて大きいものとした。なお、検出装置６Ｂについても、検出装置６と同様である。
【００６３】
また、本実施形態において、構造体１０は、断面が略円形をなして軸心が所定の方向に延びる略円柱状をなしている。構造体１０の軸方向低温側の外側端面１７には、内側端面１６及び冷却通路１４を間に挟んで、２つの検出装置６，６ＢすなわちＡＥセンサ２０，２０Ｂが、径方向に対向して配置されている。ＡＥセンサ２０，２０Ｂは、高温側端部１２において生じて外壁部１１の近傍を伝って外側端面１７に伝播した弾性波を、それぞれ接触媒質３０，３０Ｂを介して、比較的高い感度で検出することができる。
【００６４】
き裂１３又は欠陥から発せられた非定常な弾性波は、同一に構成された２つのＡＥセンサ２０，２０Ｂにより検出され、増幅器４０によりそれぞれ電気信号が増幅される。処理装置５０の波形抽出部５２は、ＡＥセンサ２０，２０Ｂのそれぞれについて非定常な弾性波の波形を抽出する。脆化推定部５４は、２つのＡＥセンサ２０，２０Ｂの弾性波の波形の数と振幅について平均を算出する。これにより、き裂１３や欠陥の発生数と、その寸法をより高い精度で推定することができる。
【００６５】
また、脆化推定部５４は、配置場所が異なる複数（２つ）のＡＥセンサ２０，２０Ｂが、同一のき裂１３又は欠陥から発せられた弾性波を検出した計測時間差に基づいて、き裂１３等の発生位置を推定することも可能である。
【００６６】
以上に説明したように本実施形態の構造体用監視システム１は、構造体１０において発生する非定常的な弾性波を検出することにより、当該構造体１０におけるき裂１３等の発生を監視するものである。構造体用監視システム１は、構造体１０からの弾性波を電気信号に変換するＡＥセンサ２０，２０Ｂと、当該ＡＥセンサ２０，２０Ｂと前記構造体１０の間に介在して設けられており且つ当該構造体１０からの弾性波を当該ＡＥセンサ２０，２０Ｂに伝播させる金属製の接触媒質３０，３０Ｂとを備える。接触媒質３０，３０Ｂのうち、構造体１０と接する構造体接触面３６の面積は、ＡＥセンサ２０（２０Ｂ）と接するセンサ接触面３３の面積に比べて大きいものとした。
【００６７】
本実施形態の接触媒質３０，３０Ｂによれば、ＡＥセンサ２０，２０Ｂが受ける弾性波の振幅（いわゆる検出強度）を、構造体１０から構造体接触面３６に入射する弾性波の強度に比べて増大することができる。すなわちＡＥセンサ２０（２０Ｂ）の検出面２２が受ける弾性波の強度を、構造体接触面３６に入射する弾性波の強度の概ねＳＬ／ＳＵ倍にすることができる。これにより、ＡＥセンサ２０，２０Ｂは、比較的高い感度で弾性波を検出することができ、き裂１３又は欠陥の発生初期段階に生じた弾性波を検出することが可能となる。
【００６８】
なお、本実施形態の構造体用監視システム１は、構造体１０の軸方向低温側の外側端面１７において、２つのＡＥセンサ２０，２０Ｂが、それぞれ対応する接触媒質３０，３０Ｂと共に、径方向に対向して配置されているものとしたが、本発明に係るＡＥセンサの配置は、この態様に限定されるものではない。複数のＡＥセンサと、それぞれ対応する接触媒質は、構造体１０のうち比較的低温な面であれば、様々な場所に配置することができる。
【００６９】
〔第２の実施形態〕
本実施形態の構造体用監視システムについて、図１及び図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。図６は、当該構造体に接触媒質を介してＡＥセンサが結合された態様を示している。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
図６に示すように、本実施形態の構造体１０Ｃには、複数の冷却通路１５が形成されており、軸方向低温側の端面１８には、これら冷却通路１５の開口が複数形成されている。この点で、本実施形態の構造体１０Ｃは、第１の実施形態の構造体１０（図４参照）と異なっている。
【００７１】
構造体１０Ｃの端面１８には、複数（６つ）のＡＥセンサ２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆが、それぞれ対応する接触媒質３０，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆを介して結合されている。
【００７２】
ＡＥセンサ２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆは、上述したＡＥセンサ２０，２０Ｂと、配置場所を除いて、同一のものである。すなわち、ＡＥセンサ２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆは、略同一の周波数感度特性を有している。また、接触媒質３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆは、上述した接触媒質３０，３０Ｂと、寸法、形状及び材料が略同一に構成されている。
【００７３】
各ＡＥセンサ２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆは、対応する接触媒質３０，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆと共に、それぞれ検出装置６，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆを構成している。複数の検出装置６，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆは、軸心Ａを中心とする周方向に配列されており、詳細には、複数の冷却通路１５の開口に対して径方向外側に配列されている。検出装置６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆは、上述した検出装置６，６Ｂと、構造体１０Ｃに対する配置のみが異なっている。
【００７４】
構造体１０Ｃにおいて、高温側端部１２（図１参照）のうち、例えば、図１及び図６に矢印Ｒ１で示す径方向外側にき裂１３又は欠陥が発生すると、ＡＥセンサ２０，２０Ｃ，２０Ｄは、き裂１３等からの非定常な弾性波を、比較的に早いタイミングで検出することができ、その振幅も比較的大きい。
【００７５】
一方、ＡＥセンサ２０Ｂ，２０Ｅ，２０Ｆは、き裂１３等からの伝播経路が比較的長いため、ＡＥセンサ２０，２０Ｃ，２０Ｄに比べて遅いタイミングで弾性波を検出し、その振幅も小さい。このため、これらＡＥセンサ２０Ｂ，２０Ｅ，２０Ｆにより検出された弾性波の波形に基づいて、き裂１３や欠陥の発生数及び寸法を求めると、その誤差が比較的大きくなる可能性がある。
【００７６】
そこで、本実施形態の処理装置５０の脆化推定部５４（図１参照）は、６つのＡＥセンサ２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆのうち、比較的早いタイミングで弾性波が検出された一部（３つ）のＡＥセンサ２０，２０Ｃ，２０Ｄの弾性波の波形に基づいて、例えば、平均化処理を行うことにより、き裂１３又は欠陥の発生数及び寸法を推定する。なお、比較的遅いタイミングで弾性波を検出した３つのＡＥセンサ２０Ｂ，２０Ｅ，２０Ｆの弾性波の波形は、き裂１３又は欠陥の発生数及び寸法の推定に用いられない。
【００７７】
本実施形態によれば、比較的振幅が大きい複数のＡＥセンサ２０，２０Ｃ，２０Ｄが検出した弾性波の波形に基づいて、き裂１３又は欠陥の発生数及び寸法の推定が行われるので、単数のＡＥセンサが検出した弾性波の波形に基づいて推定する場合に比べて高い精度でき裂１３等の発生数と、その寸法を推定することができる。
【００７８】
なお、上述した実施形態においては、略同一の周波数感度特性を有する複数のＡＥセンサ２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆを用いて弾性波を検出するものとしたが、本発明に係る複数のＡＥセンサは、この態様に限定されるものではない。各ＡＥセンサは、周波数感度特性が異なるものとしても良く、以下にその一例について説明する。
【００７９】
〔第３の実施形態〕
本実施形態の構造体用監視システムについて、図２、図７、図８及び図９を用いて説明する。図７は、本実施形態の構造体用監視システムと、監視対象である構造体について説明する模式図である。図８は、本実施形態の構造体の軸方向低温側の端面図である。図９は、本実施形態の構造体監視方法のうち差分処理後の弾性波を示す波形の一例を示すグラフである。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
図７及び図８に示すように、本実施形態の構造体用監視システム１Ｅは、き裂１３や欠陥からの非定常な弾性波を検出するために、２つの検出装置８，８Ｂを有している。検出装置８，８Ｂは、構造体１０に対する配置のみが異なっている。検出装置８Ｂは、軸心Ａが通る内側端面１６と冷却通路１４を挟んで、検出装置８と径方向に対向している。
【００８１】
検出装置８は、周波数感度特性が異なる複数（２つ）のＡＥセンサ２１，２３を有している。すなわちＡＥセンサ２３は、最も感度係数が高くなる周波数が、他のＡＥセンサ２１と異なる。これらＡＥセンサ２１，２３は、共通の接触媒質３０を介して構造体１０に結合されている。
【００８２】
接触媒質３０のセンサ接触面３３（図２参照）には、ＡＥセンサ２１，２３のそれぞれの検出面（図２の符号２２を参照）が接している。接触媒質３０は、構造体１０からの弾性波を、これらＡＥセンサ２１，２３の双方に伝播させる。
【００８３】
一方、検出装置８Ｂは、検出装置８と同様に、周波数感度特性が異なる２つのＡＥセンサ２１Ｂ，２３Ｂを有している。ＡＥセンサ２１Ｂは、ＡＥセンサ２１と略同一の周波数感度特性を有している。同様に、ＡＥセンサ２３Ｂは、ＡＥセンサ２３と略同一の周波数感度特性を有している。これら周波数感度特性が異なる２つのＡＥセンサ２１Ｂ，２３Ｂは、共通の接触媒質３０Ｂを介して構造体１０に結合されている。接触媒質３０Ｂは、上述した接触媒質３０と寸法、形状及び材料が略同一に構成されている。接触媒質３０Ｂは、構造体１０からの弾性波を、これらＡＥセンサ２１Ｂ，２３Ｂの双方に伝播させる。
【００８４】
ＡＥセンサ２１，２１Ｂ，２３，２３Ｂは、接触媒質３０，３０Ｂと共に軸方向低温側の外側端面１７に沿って配置されている。ＡＥセンサ２１とＡＥセンサ２１Ｂは、径方向に対向して配置されており、略同一の周波数感度特性（以下、第１の特性と記す）を有する。ＡＥセンサ２３とＡＥセンサ２３Ｂは、径方向に対向して配置されており、略同一の周波数感度特性（以下、第２の特性と記す）を有する。第２の特性は、第１の特性と、最も感度係数が高くなる周波数が異なる。
【００８５】
本実施形態において、ＡＥセンサ２１，２１Ｂ，２３，２３Ｂは、図２に示すＡＥセンサ２０と同様に構成された圧電方式の検出器であり、弾性波を電気信号に変換する圧電素子２５（図２参照）を有している。このような圧電方式のＡＥセンサの場合、圧電素子の寸法、例えば、図２に矢印ｔで示す厚さに応じて、周波数感度特性が変化する。
【００８６】
最も感度係数が高くなる周波数ｆと、圧電素子の厚さｔとの関係は、以下の式（１）で表すことができる。
ｆ ＝ Ｎ ／ ｔ      ・・・（１）
当該式（１）において、Ｎは、定数である。すなわち、最も感度係数が高くなる周波数ｆは、圧電素子の厚さｔと、ほぼ反比例の関係にある。
【００８７】
本実施形態においては、ＡＥセンサ２１，２１ＢとＡＥセンサ２３，２３Ｂで圧電素子の厚さを異ならせることにより、第１の特性を有するＡＥセンサ２１，２１Ｂと、第２の特性を有するＡＥセンサ２３，２３Ｂとを実現することができる。
【００８８】
例えば、ＡＥセンサ２１とＡＥセンサ２１Ｂは、外側端面１７のうち径方向に対向して配置されており、き裂１３からの弾性波の伝播経路の長さは、通常、異なっている。このため、同一の周波数感度特性を有するＡＥセンサ２１，２１Ｂが、同一のき裂１３や欠陥から発せられた弾性波をそれぞれ検出した場合、ＡＥセンサ２１により検出された弾性波の波形と、当該ＡＥセンサ２１と径方向に対向して配置されており、且つ同一の周波数感度特性を有するＡＥセンサ２１Ｂにより検出された弾性波の波形は、伝播経路の差によって、その振幅が異なる。
【００８９】
ＡＥセンサ２１，２１Ｂは、配置場所を除いて同一に構成されているため、これらＡＥセンサ２１，２１Ｂにより検出されて処理装置５０Ｅが取得した弾性波の波形には、略同一のノイズが含まれている。また、ＡＥセンサ２３，２３Ｂにより検出されて処理装置５０Ｅが取得した弾性波の波形についても、ＡＥセンサ２１，２１Ｂと同様に、ノイズが含まれている。
【００９０】
このようなノイズには、例えば、増幅器４０において電気信号に混入する電気ノイズがある。このようなノイズが比較的大きいと、上述した波形抽出部５２Ｅにおいて、き裂１３からの非定常な弾性波の波形を抽出することが困難になり、脆化推定部５４Ｅが当該弾性波の波形の数と波高値に基づいて、き裂１３の発生数と、その寸法を判定することが困難になる。
【００９１】
このようなノイズを極力除去するために、本実施形態の処理装置５０Ｅは、周波数感度特性が略同一に構成された複数（２つ）のＡＥセンサからの電気信号の波形の差分を算出する処理、いわゆる差分処理を行う機能（以下、差分処理部と記す）５６を有している。
【００９２】
差分処理部５６は、ＡＥセンサ２１，２１Ｂ，２３，２３Ｂのそれぞれにより検出された弾性波を示す電気信号を、増幅器４０を介して受ける。差分処理部５６は、ＡＥセンサ２１からの電気信号の波形と、ＡＥセンサ２１Ｂからの電気信号の波形の差分を算出する。同様に、差分処理部５６は、ＡＥセンサ２３からの電気信号の波形と、ＡＥセンサ２３Ｂからの電気信号の波形との差分を算出する。
【００９３】
このような差分処理を差分処理部５６が行うことにより、例えば、図９に示すような、ノイズが除去された波形を得ることができる。波形５ａと波形５ｂ、波形６ａと波形６ｂおよび波形７ａと波形７ｂは、それぞれ、同一のき裂１３等に起因する弾性波の波形である。例えば、波形５ａと波形５ｂとの時間差は、同一のき裂１３等からの弾性波が一方のＡＥセンサ（例えば、ＡＥセンサ２１）に到達したタイミングと、配置場所が異なる他方のＡＥセンサ（例えば、ＡＥセンサ２１Ｂ）に到達したタイミングとの差、いわゆる計測時間差である。この計測時間差は、弾性波の伝播経路の差分に起因するものである。
【００９４】
本実施形態の波形抽出部５２Ｅは、差分処理部５６により差分処理が行われた波形、すなわち２つのＡＥセンサからの電気信号の差分に基づいて、き裂１３又は欠陥を示す非定常な弾性波を示す波形を抽出する。本実施形態においては、略同一の周波数感度特性を有しており、外側端面１７のうち径方向に対向して配置されているＡＥセンサ２１とＡＥセンサ２１Ｂとの電気信号の差分に基づいて、非定常な弾性波を示す波形を抽出する。
【００９５】
加えて、波形抽出部５２Ｅは、ＡＥセンサ２３とＡＥセンサ２３Ｂとの電気信号の差分に基づいて、非定常な弾性波を示す波形を抽出する。なお、ＡＥセンサ２１，２１ＢとＡＥセンサ２３，２３Ｂでは、周波数感度特性が異なるため、異なる形状、振幅の波形が抽出される。
【００９６】
脆化推定部５４Ｅは、このようにして抽出されたＡＥセンサ２１，２１Ｂからの電気信号に基づいて抽出された弾性波の波形と、ＡＥセンサ２３，２３Ｂからの電気信号に基づいて抽出された弾性波の波形との少なくとも一方に基づいて、き裂１３又は欠陥の発生数と、その寸法を推定する。脆化推定部５４Ｅは、ＡＥセンサ２１，２１ＢとＡＥセンサ２３，２３Ｂのうち、比較的振幅が大きい弾性波を検出した一組（２つ）のＡＥセンサの弾性波の波形に基づいて、き裂１３又は欠陥の発生数及び寸法を推定することが好適である。また、比較的早いタイミングで弾性波を検出した一組（２つ）のＡＥセンサの弾性波の波形に基づいて、き裂１３又は欠陥の発生数及び寸法を推定するものとしても良い。
【００９７】
本実施形態によれば、差分処理部５６において、略同一の周波数感度特性を有し且つ配置場所のみが異なる複数のＡＥセンサ（例えば、ＡＥセンサ２１とＡＥセンサ２１Ｂ、又はＡＥセンサ２３とＡＥセンサ２３Ｂ）からの電気信号の差分を算出するものとした。ＡＥセンサにおいて生成され、処理装置５０Ｅが取得する電気信号にノイズが含まれていても、当該ノイズをほぼ除去することができる。
【００９８】
〔他の実施形態〕
上述した各実施形態において、接触媒質３０は、構造体接触面３６を下底とし、センサ接触面３３を上底とし、センサ接触面３３と構造体接触面３６との間に４つの側面３４，３４Ｂ，３５，３５Ｂを有する四角錐台状をなしているものとしたが、本発明に係る接触媒質の形状は、この態様に限定されるものではない。
【００９９】
本発明に係る接触媒質の形状は、構造体接触面の面積が、センサ接触面の面積に比べて大きいものであれば良い。接触媒質は、例えば、円錐台状をなしているものとしても良い。特に、接触媒質は、楕円錐台状をなしていることが好適である。また、接触媒質の形状は、錐台状に限定されるものではない。接触媒質は、構造体接触面の面積が、センサ接触面の面積に比べて大きいものであれば、様々な形状のものを用いることができる。
【０１００】
また、各実施形態において、ＡＥセンサは、圧電方式の検出器であり、弾性波による力を電気信号（電圧）に変換する圧電素子は、電圧を検出するための２つの電極２６，２７の間に挟まれているものとしたが、本発明に係るＡＥセンサは、この態様に限定されるものではない。圧電素子は、接触媒質のセンサ接触面に直接接しており、弾性波を受ける検出面を構成しているものとしても良い。
【０１０１】
また、本発明に係るＡＥセンサは、この圧電方式に限定されるものではない。ＡＥセンサには、電磁誘導効果と磁界の相互作用によって音響エネルギを電気信号（電気的振動）に変換する電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ：electro-magnetic acoustic transducer）を用いることも好適である。
【０１０２】
また、各実施形態において、構造体１０は、金属材料（ステンレス鋼）で構成されているものとしたが、本発明に係る構造体を構成する材料は、この態様に限定されるものではない。構造体は、固体（剛体）であれば良い。構造体は、金属材料に限らず、例えば、コンクリートやセラミックス、又はこれら材料の複合材料で構成されるものとしても良い。
【０１０３】
また、各実施形態において、構造体１０は、核融合装置の真空容器を構成する部材であるものとしたが、本発明に係る構造体は、この態様に限定されるものではない。構造体は、核融合プラントのタービンを構成する部材であるものとしても良い。構造体は、原子力プラントの圧力容器や蒸気発生器、蒸気タービンを構成する部材であるものとしても良いし、火力プラントのガスタービンや蒸気タービンを構成する部材であるものとしても良い。
【０１０４】
また、本発明に係る構造体は、石油化学プラント、食品や医療品のプラント、上下水道のプラント、鉄鋼プラント、発電プラント、化学プラント、橋梁、道路及び建築物を構成する部材であるものとしても良い。また、構造体は、上述したような静止している部材に限定されるものではなく、飛行機、船舶、自動車等の移動体を構成する部材であるものとしても良い。
【０１０５】
本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０６】
１，１Ｅ  構造体用監視システム
５ａ，５ｂ  波形
６，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆ  検出装置
６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ  波形
８，８Ｂ  検出装置
１０，１０Ｃ  構造体
１１  外壁部（構造体）
１２  高温側端部（構造体、外壁部）
１３  き裂（きず）
１４，１５  冷却通路
１６  低温側端面（内側端面）
１７  低温側端面（外側端面）
１８  低温側端面
２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ  ＡＥセンサ
２１，２１Ｂ  ＡＥセンサ
２２  検出面（ＡＥセンサ）
２３，２３Ｂ  ＡＥセンサ
２４  信号線
２５  圧電素子
２６，２７  電極
２８  信号線
３０，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ  接触媒質
３３  センサ接触面（接触媒質）
３３ｅ  外縁（接触媒質）
３４，３４Ｂ，３５，３５Ｂ  側面（接触媒質）
３６  構造体接触面（接触媒質）
３６ｅ  外縁（接触媒質）
４０  増幅器
４４  ケーブル
５０，５０Ｅ，処理装置
５２，５２Ｅ  波形抽出部（処理装置）
５４，５４Ｅ  脆化推定部（処理装置）
５６  差分処理部（処理装置）
６１，６２，６３，６４，６５  波形（弾性波）
【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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