技術紹介「AE 計測技術の基礎－その 2」
AE 波伝播特性とデータ解析
中村英之 *1

Nakamura Hideyuki

本稿は、前号に記載した「AE 計測技術の基礎－その 1」の続編として、データ採取時の詳細設定を説明し、AE 波の特徴を説明したうえで、位置標定を含む AE データ解析ソフト Visual AE の基本操作と基本的な解析手法を紹介する。
キーワード：AE、AE 計測、ラム波、データ解析、位置標定、Vallen、AMSY

本稿では、前号で書き残したデータ採取の詳細

1. はじめに設定を述べたうえで、データ解析に必要な知識と前号（56 号）では、「ハードから計測条件の設して AE 波の特徴と基本的な解析技術および AE定まで」をサブタイトルとし、アコースティック・データ解析ソフト（Visual AE）の基本操作を紹介

エミッション（以下、AE と称す）計測で必要とする。

なる基礎的な知識として、AE 技術の概略、AE

2. Trigger Mode の設定

測定原理と計測系の概念、AE 計測装置ハードウェ

図 1 は、AE 計 測 条 件 の 設 定 メ ニ ュ ー の 中 のア、および AE 計測条件の意味合いと設定方法について述べた。

「Acquisition Parameter Setup」を示しており、その

図1*1：検査事業部部長

Acquisition Parameter Setup

博士（工学）—

3—

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中の Trigger Mode の機能を説明する。Trigger Modeとして Slave として設定した Channel も、計測が開の設定は、図 2 に示す AE-Channel Setup にて行い、始される。なお、Trigger Mode を Pool に設定したあらかじめ定めたしきい値を超える信号が Trigger

場合には、最初に信号を拾った Pool の Channel がとなり AE 計測が開始される通常の計測では NormalMaster となり、他の Channel は全て Slave となる。

を選択する。一方、複数のセンサによる Master &これは伝播経路や AE 発生位置が不明で、初めにSlave Mode による計測では、Master として設定し信号が到来する Channel の予測が難しい場合に有た Channel にしきい値を超える信号が到来すると、効である。

ぱん

Master & Slave Mode での計測例を図 3 に示す。

Master の Channel の計測が開始され、それを Trigger

図2

図3

AE-Channel Setup

Master & Slave Mode での計測例—

4—

横軸は時間、縦軸は振幅を示している。Master とは、材質（縦波と横波）、板厚、周波数により音して設定した Channel 1 に信号が到達すると、他速が異なる 。図 4 は、AE 計測システム（AMSY）の Channel も同時に計測を開始する。これにより、に付属するラム波の音速計算ソフトによる、板厚同じ時間軸上で波形を確認しながら信号の大き9mm 鋼材の計算結果である。横軸は周波数、縦さ、到達順、および到達時間差などを比較でき、軸は音速を示している。図 4 よりラム波には、A各センサへの AE 波の伝播経路や伝播モードの推モード（Asymmetry）と S モード（Symmetry）が定、さらに減衰特性の確認などが可能となる。

あり、それぞれで 0、1、2、3、、、、と複数のモー（1）ドがあり、それらの音速は周波数に依存し変化す

3. AE 波の特徴る。なお、ラム波には位相速度（Phase Velocity）

AE 試験において、計測対象とする波は、試験と群速度（Group Velocity）があるが、AE 計測で対象や伝播経路によりモードが異なるため、どのは波そのものの到達時間が重要となることから通ようなモードの波を捉えているのかを知ったうえ

常は群速度を計算に用いる。S モードと A モードで、計測や解析を進めることが重要である。特にを比較した場合、S モードは音速は早いが振幅値

音源位置標定では、音速が標定精度に影響するたは小さく、A モードは音速は遅いが振幅値は大きめ、実測で得られた音速値を用いることが望ましいという特徴がある。このため、試験対象物があい。

る程度大きく、伝播過程で減衰が生じる場合には、材料中の音速は、モードにより異なるが、縦波

S0 モードは減衰してしきい値を超えることなく、や横波は、温度が一定ならば材質で音速が定まる。

A0 モードの到達時にしきい値を超えることがあしかしながら、圧力容器や鉄鋼構造物のように板る。このような場合には、A0 モードの音速を用い、状のウォールを有する構造物では、AE 波はラム音源位置標定を計算する。

波（板波）として材料中を伝播する。このラム波

図 4 板厚 9mm 鋼材の板波（ラム波）音速の計算結果（上：位相速度（Phase Velocity）下：群速度（Group Velocity））—

5—

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一塊の AE 波形を Hit と呼ぶ。これら左右二つの4. Visual AE の基本操作表示により、計測中にどの程度の強度の AE 波が、（1）データ表示

どの程度の頻度で計測されているのかを確認でき

Visual AE による基本的なデータ表示を図 5 にる。図の左下は AE 波の波形、図の右下は周波数示す。図の左上は横軸が時間（s）、縦軸が AE 波解析結果を示しており、計測された AE 波の形状の最大振幅値（dB）を示し、計測された AE 波のと周波数分布を確認できる。

強度の時間変化を表している。図の右上は横軸がなお、これらのデータ表示は、図 6 に示す図

時間、縦軸は AE の活動度 [Hits（設定時間あたりのプロパティの設定メニューにて縦軸、横軸それに計測された AE 信号の数）] を示す。AE 計測では、ぞれを任意に変更できる。

図5基本的なデータ表示

図6表示の設定メニュー—6—

（2）フィルタリング表示

Channel ごとのプロットの色分け、波形データを有データ解析では、ノイズと有意信号を分別するするものと波形を取りこぼしたデータの色分け、ことが重要であり、この分別作業で使用するのがおよびあるパラメータ範囲の色分けなどができる。

フィルタリングである。Visual AE には、データ表

図 7 に示すように、図のプロパティで設定メニュー示のみにフィルタリングをかける方法と、データに入り、プロットやバーにフィルタリングの条件付そのものにフィルタリングをかける二つの方法がけを行う。

ある。両者とも設定機能や設定方法は同じである。

一方、データにフィルタリングをかける場合にデータ表示のみのフィルタリングは、データの見は、図 8 に示すデータ構造ツリーに入り、フィルやすさや識別性を高めるために使用する。例えば、

タを設置することで、下流のデータに反映される。

図7

図8表示フィルタの設定メニュー

データ構造ツリー中でのフィルタ設定メニュー—

7—

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（3）代表的なデータ表示例

変えながら、音源が異なるノイズと有意信号の分

AE パラメータデータについては前号で述べた別を試みることも有効である。

が、その組み合わせでさまざまなトレンドを観察

右下の表は、リストデータであり、各パラメーすることができる。図 9 に代表的なデータ表示

タ一覧を確認できる。例えばカウント数（CNTS）

例を示す。左上の図は、横軸が重心周波数（kHz）、が 1 の信号が多い場合には、電磁ノイズの影響が縦軸が最大振幅値（dB）であり、複数のノイズ含まれるといった判断や、各センサへの到達順位が混在する場合の分別や回転機器の損傷診断などの確認などに有効である。に有効な表示パターンである。

（4）音源位置標定 1（イベントビルダー）

右上の図は、横軸が最大振幅値（dB）、縦軸が

図 10 は、固定屋根式石油タンクの側板に 2 段Hit 数の対数表示の逆累積である。この表示パターで取り付けたセンサによる音源位置標定結果を

ンはタンク AE 計測における、ノイズの混入状況

3D 表示および 2D 表示で示し、その上にデータの観察に有効である。有意信号のみの場合には、

ツ リ ー を 重 ね て 示 し て い る。 デ ー タ ツ リ ー 中、振幅値が大きくなるに従い Hit 数が均一に減少す

LC1（Location Processor）で示す位置計算処理がるため、しきい値の振幅値から最大となる振幅まあ り、 そ の 下 流 に Py1（Polygon Processor） で 示

で直線的な右肩下がりを示すが、優位信号以外のすポリゴン処理を経て、2D、3D にて音源位置が特定の振幅値のノイズが混入すると肩が膨らむ、表示されるのが確認できる。ポリゴン処理とは、

へこ（2）または凹むようなトレンドを示す 。

任意の範囲で区切ったデータを分別する機能であ

左下の図は、横軸が波形持続時間（ms）、縦軸り、この処理では 2D 図上でタンク底板からはみが最大振幅値（dB）の図である。このように AE出したプロットと内側のプロットを仕分けするた解析では、二つの AE パラメータの組み合わせをめに用いている。

図9

代表的なデータ表示例
—8—

図 10

音源位置標定図とデータツリー

図 11 は、位置標定設定（イベントビルダー）れる。前に到来した Hit からの経過時間が FHCDTの設定メニューを示す。イベントとは AE 事象をより長い場合は、新たなイベントの First Hit となる。

示す。一つの AE 事象が発生すると、AE 波は各ただし、連続波などにおいてシステムの自動更新方面に伝播し、それぞれのセンサに到達する。そにより再スタートした Hit（Artificial Hit/A フラッ

れぞれのセンサに到達した信号を、同一事象のグ Hit）は First Hit になれず、位置標定計算にもAE と認識するための条件を与えるのがイベント使われない。

ビルダーである。条件付けでは、イベント構成に② DT1-Max（Maximum time difference between

かかわるセンサの Channel 番号を指定し、さらにfirst hit and last hit of an event data set Defines

そのチャンネルの役割を Normal（通常の位置標定）、

the Time）：

Guard（ガードセンサとして使用）、Combiner（ガー

一つのイベント内での最初と最後のヒット間のドセンサとして使用しながら位置標定にも参加す

最大時間差。First Hit の後、DT1-Max の時間内る）、Unused（使用しない）から選択する。ガードに到来した Hit は、同一イベントと認識される。

センサは、ノイズ源に近い位置に配置され、ガーこの時間を越えると、データセットは閉じられ、ドセンサとして設定した Channel がイベントの最同一イベントにならない。

初の信号（First Hit）を受信した場合に、イベン③ DTNX-Max（Maximum time difference between

ト自体をノイズと認識して除去するために用いら

two consecutive hits of an event data set）:れる。

同一イベント内における前のヒットとの最大イベントアセンブルタイム判定とは、同一イベ時間差。 DTNX-Max 内に到来する Hit は同一イントを構成するデータ（データセット）であるこ

ベントを構成する Hit となるが、ヒットが検出とを見極めるための設定であり、以下の三つの時されないまま DTNX-Max の時間が経過すると間条件を設定する。

データセットは閉じられる。仮に DT1X-Max が① FHCDT（First Hit Channel Discrimination Time）：

終了せずとも、DTNX-Max が終了すれば、次のFirst Hit 識別時間はイベント間の識別に使用さ到来 Hit は同一イベントのデータにならない。

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大センサ間距離」がある。特に単位は、後からやり直すと他の値を再設定する必要が生じることから、最初に選択する。また、前述の①、②、③の設定時間と最大センサ間距離については次項に述べる Channel 位置設定にて決定される値に基づき行う。
（5）音源位置標定 2（Channel 位置設定）
図 12 に位置標定設定・Channel 位置設定を示す。
まず位置標定のタイプを選択し、センサの座標を
図 11入力する。センサの座標を全て入力した後で「距位置標定設定・イベントビルダー

離」ボタンをクリックするとセンサ間距離と伝播
なお、通常の設定では、最大センサ間距離と伝時間が表示される。ここで表示される距離を切り播速度から算出される最大到達時間差以上の時間上げた値を前項の最大センサ間距離に入力し、伝を上記三つの設定値に与えることで、タイムアウ播時間を切り上げ、前項の①、②、③に入力する。

トとなる Hit は無くなる。ただし、この時間を長以上を設定すると、データツリーに位置標定処くしすぎると反射波や伝播経路の異なる Hit がイ理が反映される。

ベントの構成データに含まれるため、位置標定精（6）音源位置標定に表示度が低下することがあるので、適正な値にするこ

前項で位置標定条件の設定が完了したが、標定とが肝要である。

結果を表すには、Location Processor の下位に図を位置標定全体の設定として、「単位」、「音速」、「最図 12挿入する必要がある。図の挿入は、他のデータグ

位置標定設定・Channel 位置設定
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ラフと同様であり、軸の設定にて Location Result

参考文献（位置標定計算結果）の各軸を指定する。

（1） 一般社団法人日本非破壊検査協会：アコース

5. まとめティック・エミッション試験Ⅰ、pp.8-11、2006

本稿では、データ解析および音源位置標定の基（2） 一般社団法人日本高圧力技術協会：HPIS

G

本操作とそれらの処理に必要となる AE 波の伝播

110 TR特性について説明した。AE 計測は、材料中に生損 傷 評 価 手 法に関 する技 術 指 針、pp.20-27、

じる AE 事象を検出すると言われるが、実際には2005

AE 法による石油タンク底部の腐食

AE 発生点から伝播しセンサに到達した AE 波を検出している。また、検出する AE 波は伝播過程での減衰や周波数の変化（高い周波数成分は伝播とう過程で淘汰され、結果として低い周波数成分がセンサに到達する場合もある）があり、同一 AE 事
象から伝播する信号でもモードの異なる複数の信号や反射波が存在する。そのため、AE データの解析では、伝播状況を十分考え、それらの変化を考慮したうえで解析することが重要である。次号
では、ノイズの分別に有効な波形自動識別などについて説明する。

検査事業部部長
博士（工学）中村 英之
TEL. 045-791-3523
FAX. 045-791-3547—11—

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