AEの応用例
センサ設置後は、シャープペン

1. AE計測を行う際には
1）測定対象や目的に応じて、どのようなAEを放出するのか予測を行う。
2）外来ノイズの発生を予測し、AEの判別方法について検討を行う。
3）計測したいAEを取り込む最適な装置システムの検討を行う。

シル芯の圧折やパルサ等を音源として伝 播・減 衰 特 性を調査する。センサ設置状態の不具合や、センサ間に感度差がないか確認

図1-8を行う。

AE計測時に生じるノイズは、装置内部のノイズ、音響的ノイズ、電気的ノイズの3種類に分けられる。装置

準備

現地計測

データ解析

測定対象
目的設定

センサ設置位置選定
設置方法決定

データ選別
特微量解析

内部のノイズは、現地計測を行う前から把握していなければならない。音響的ノイズとは、一般的に機械的な振動成分のノイズのことである。すなわち被測定物中を伝播する弾性波の中で、実際に計測を行いたいAE波以外の弾性波のことである。振動成分ノイズの解析手法の決定

センサ設置
計測装置設置

計測システムの決定
センサの選定減衰特性計測伝播特性計測

評価
検討

場合は、通常低い周波 数 成分を持つため、ハイパスフィルタを用いることにより除去する。その他音響的ノイズには、キャビテーション等の流体ノイズ、摩擦音等がある。これらのノイズの周波数は、放出されるAEの周波数成分に近いことが多い。対策としては、ノイノイズ確認・対策
計測条件設定外部パラメタ取込ズの 伝 播 経 路を断 つことが 第一 挙げられる。また、センサケーブルが振動しないようにケーブルの取り回しには十分に注意しなければならない。

計測

図1-7

現地計測を行う際には、センサ設置位置の選定を行う。

電 気 的ノイズ は、電 源ラインや ケーブルから混 入する。対 策としては、適切なアースをとる、シールドを行う、ノイズ源を計 測位置から遠ざけること等が挙げられる。工場や屋外などは、電源ラインから振幅が大きいインパルスノイズが発生する。対策として、センサ設置位置は、減衰・伝播経路・設置面粗さ等をラインフィルタ、ノイズカット・トランスが用いられる。

考慮して選定する。特に、ノイズの影響を受けそうな一般的に、電源からのインパルスノイズは、立ち上がり場合は、AEの発生位置およびノイズの発生位置をあが鋭く、振幅が大きいという特 徴を持つが、波 形 のる程度予測し、センサを最適な位置に設置する。長期持続時間が短い。そこで、持続時間による判定回路を計測の場合や高温および振動の影響を受ける場所で用いて選別を行う場合がある。音響的ノイズ、電気的ノは、設置面の腐食によるセンサの脱落や、センサ特性イズの対策を行う場合には、デジタルオシロスコープ等が劣化しないような対策を施す必要がある。また、定で波形を確認しながら対策を行う（図1-9）。

期的に設置したセンサの感度を校正する必要がある。
電気的雑音

センサの取付けは、シリコングリスを媒体として密音響的雑音着させ、ビニルテープ等で固定する方法、瞬間接着剤およびエポキシ樹脂などで接着する方法が一般的で影響を受ける場合は、カプラントにより密着固定する
より接着した方が環境劣化の影響を受け難く、データに安定性がある。

音響的雑音ある。長期計側を行う場合や、センサ設置面が振動のプリアンプ
電気的雑音

A E 装 置本体

センサ
ループ電波
被測定物

インパルス雑音AC100V

図1-9

AE計測における雑音の混入

1

計 測条 件設 定では、利 得、しきい値、装置本体 のフィルタにより、AE信号の周波数帯域の設定を行う。

ケール500kHzの周波数解析を行いたい 場合、サンプリング周波 数は2MHz 以 上に設 定する。

利得とは、プリアンプとメインアンプの増幅率で波形を保存する場合、データ量が膨大な量になる。

ある。通常のAE計測では60dB〜80dB(1,000倍〜

このような場合は、包絡線検波処理を行いサンプリ10,000倍)で計 測する。微少なAE信号を計 測する

ング周波数を遅くし、データ量を少なくする。包絡線時は、利得を大きくし感度を上げるようにする。しか検波波 形(エンベロープ波 形)とは、波 形の最 大値をし、計測するAE信号のレベルを予測することは困難つないだ波形のことである(図1-10)。

であり、利得を大きくしすぎるとAE信号がアンプで検波波形を計測する時のサンプリング周波数は、飽和する場合がある。対 策としては、予 備試 験を行40kHz位である。検波処理は、軸受けや歯車などのう、計測中に感度の設定を変える、ダイナミックレン回転体に関する有効な手法であり、周波数解析を行ジが大きいログアンプを使用するなどが挙げられる。

うことにより異常の発生に伴なう金属の接触音の周AE試験は、一回勝負が多いため利得の設定は、若干期を知ることができる(図1-11)。

高めに設定すると 良い場合が多い。

外部パラメタの取り込みは、対 象設備についてのしきい値の設 定は、しきい値が高いとデータの取詳細な情報(回転 数、回転 角度、歪み量、変位量、温りこぼしが生じ、低いとノイズをAEイベントとして度 )と、AE波 形 の関係を検 討するために行う。設備カウントするため、ノイズレベルより少し高めに設定の診断を行う際には、AE信号と詳細な設備の状態にすると良い。一 般に、数多くのAEイベントデータをついて対応付けを行い、AE信号と相関関係がみられ採取した後、選別、解析する方法が用いられる。しかし、る最適なパラメタを組み合わせて診断を行う。

個々の装置によって1秒間に取り込むことのできるAE
イベント数が決められているため、試験中にしきい値波形表示+100mVが適切であるか注意する。
AE波 形の記録は、詳細に波 形 特徴量を解析するために行う。波 形 を 記 録するためには、サンプリン
グ周波数、データ長、トリガレベルの設定を行う。サンプリング周波 数の設 定は、材料が 放出するA Eの周波数、周波数解析のフルスケールにより設定する。

エンベロープ波形

92.0ms+2.54mV

0-100mV

512.0ms

0FFT-30dB

100Hz‑43dB

例えば、金属の場合、放出されるAEの周波数は、約100kHz〜700kHzに特 徴量を持っていて、フルス-130dB

0500Hz図1-11
包絡線検波波形（エンベロープ波形）

2 . 設備診断例
設備診断とは、稼働中の設備に突発的に生じる異常や、設備の停止につながる事故の兆候を早期に発見する技術である。設備診断技術は、プラントや設備の老朽化が進む中、耐用寿命の延命、製造物に対する責任等から重要である。
このような状況下において、AE法は1)稼働中の設備に対して適用が可能である

図1-102

2)検知能力が高く、広範囲のオンラインモニタリングが可能である
３)異常発生部の位置の特定が可能であるのAEが各センサへ到達する時間差から漏洩位置を決定する手法を用いる。
漏洩時のAEの発生は、配管内部の流体ノイズの影響という従来の診断・検査手法にない特長を有していと漏洩箇所が笛のような音源となるため、漏洩箇所の形る。しかし、実設備のノイズ状態は多種多様であり、目状（例えば腐食形状、バルブの形状等）に左右される。

的とするAEを判別することが困難、AE波形特徴量から設備異常の定量化が困難、目的により装置が大型化となり高価という問題点もある。特に、AE法による設備診断を実施する場合には、個々の設備において目的とするAEを判別する手法が重要である。そのためには、AE計測に関する知識のみならず、それぞれの設備に対して詳細な知識が必要となる。このことが、AE法は「難しい・分からない」といわれる原因の一つになっていると言える。
設備異常の発生要因、形態を詳細に分析することにより、それに対応したAEは必ず発生している。この点に着目しながら設備の診断を行えば、AE法による設備診断が可能になる。
設備診断で取り扱うAEの現象としては 、漏洩 、割れ、摩擦・磨耗、音響検査、放電等がある。

A) 漏洩
漏洩の対象物としては、配管、ポンプ、バルブ、復水B) 割れ
割れを対象としたAE計測は、製造時検査および製品検査等でよく行われる。対象材料としては、樹脂、FRP、金属、フェライト、セラミックスと多種多様である。
脆性材料の耐圧試験時にAE法を用いて、破壊の初期き裂を検出し不良品判定を行う要求もある。試験中に最終破壊まで達すると、ラインに清掃の工程が増え、生産効率が低下するためである。
製造時の検査にAE計測を行う場合、注意しなければならない点は、AEを計測するタイミングである。例えば射出成形の場合、金型セット→樹脂充填→製品搬送と製造過程がある。金型をセットする時には大振幅のAEの発生が予測される。製品不良が発生するのは樹脂を充填する時であり、割れが生じた製品は常に同じタイミングでAEが発生している。このため、樹脂の注入時に注目しAEによる監視を行う。この部分での通常成形時と異常成形時の波形の特徴を検討し、判定方法を決定器等がある。

する。異常の判定には、振幅、持続時間、カウント等簡単

漏洩時のAE波形の特徴は、なパラメタによる判定が望ましい。

1)連続波である。
2)漏洩量に対応した振幅の増加が認められる。
3)約20kHz〜80kHzの低い周波数成分に特徴を持つ。
ことが知られている。
漏洩時のAE波形は、一般的に連続波に近く、微少C) 摩擦・摩耗
摩擦・摩耗の適用例としては、線材製造工程である引抜き加工時のダイスマーク検出、研削加工、工具損傷等がある。検査方法は、目視検査や渦流探傷法を行う場合が多い。

漏洩時に放出されるAE波は、環境ノイズに埋もれて摩擦・磨耗時に発生するAEの特徴としては連続波しまう場合がある。このため、微小漏洩の検出や漏洩となり、磨耗量とAE振幅に相関がある。磨耗量が大位置の標定が困難となる。漏洩の限界検出量向上のきいほど振幅の大きなAEを発生する。

ため、周波数解析を行い漏洩のAEと環境ノイズの判

ダイスマークは、ダイスの 割れおよび潤滑不良に別を行う手法を用いる。配管は地下に埋設されているよって発生し、数十ミクロン〜数百ミクロン程度の傷場合が多く、漏洩AE法により検出する目的としては、を呼ぶ。引抜き加工時(伸線加工時)に発生するAEは、漏洩箇所の標定を行うことである。漏洩位置の標定

摩擦・摩耗により発生するAEであり、線材成形時にもは、複数のセンサを数箇所に設置し、発生した漏洩時発生する。線材寸法(摩擦面寸法)、伸線速度(摩耗量)3

に相関を持っている。ダイスマークが発生した時は、組み込みが可能であるAE法の採用が検討される。

通常の加工と比べて、振幅が大きく持続時間の長い

図1-14に音感法とAE法の違いを示す。AE法で良AEが発生する(図1-12)。検出装置に必要な機能は、否判定を実施する場合は、良品と不良品の振幅や周発生するAEのレベル監視、持続時間の監視を行い、波数に注目する。

予め設定されたレベルと時間を超えた場合に警報を出すことである(図1-13)。発生したAEの持続時間をマイク記録することにより、伸線速度からダイスマークの長解析装置

AEセンサさの評価を行うことが可能となる。

アンプ

防音室

←AE法は防音室不要

200

AE振幅 （mV）

160120AE法

音感法

周囲音の影響なし

あり

計測場所

ライン

防音室

ライン工程数減少

増加

ラインへの適用

OK不可能

80

図1-14E) 放電

40

放電現象(コロナ放電)は、絶縁破壊の前駆現象と0010203040

引き抜き速度 （m/min）

50して発生することが多く、電動機や変圧器の放電を監 視 することは 、絶 縁 破 壊 事 故 を 未 然 に防 止する
有 効な手段である。放 電時 のAEの 特 徴は、広い周

図1-12波 数帯域を持ち(100kHz〜1MHz)、放電の大きさ
プリアンプ用電源

HPF

LPF

アンプとAEの振幅値に相関があるといわれる。

Vcc

検波回路

比較回路

接続時間
判別回路

判定結果
検波波形
検出波形

図1-13

電動機等のAEを検出する場合、振動成分が大きいためノイズとの選別が困難である。対策として、AEと同時に放電電流パルスを計 測する方法(図1-15)や、センサを電動機本体に接触させずに、空中に設置する方法等がある。

D) 音響検査
音響検査例としては、モータの製品検査、エンジン電流パルス検出のクリアランス評価等がある。従来より、この種の検査は、音感検査として騒音計や検査員の耳により判音響パルス検出定が行われていて、周囲の音の影響を受けないよう防音室が必要になる。このため、製 造ラインに組 込むことが困難で、工程数が増加するという問題 点を持っている。また、検査員の耳による判定のため、判AEセンサ

変圧器

AE計測装置

AEセンサ

定基準がその都度異なり、限られた検査員しか判定を行うことが出来ないという問題点もある。

図1-15

部分放電監視そこで、防音室で行う必要がなく、製造ラインに4