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公開番号2024082506
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-20
出願番号2022196398
出願日2022-12-08
発明の名称圧電FRPセンサーとこれを用いたクラック検出システムと方法
出願人株式会社IHIエアロスペース,国立大学法人東北大学
代理人個人,個人
主分類G01L 1/16 20060101AFI20240613BHJP(測定;試験)
要約【課題】可撓性を有し種々の形状に変形可能でありその自体を構造部材として用いることができ、かつ無給電で使用できる圧電FRPセンサーとこれを用いたクラック検出システムと方法を提供する。
【解決手段】圧電FRPセンサー10が、樹脂12が非導電性の連続繊維14aで強化されたFRPシート15と、FRPシートの両面に密着して接合された電極18とを有する。また圧電粒子16が樹脂内に分散されかつ樹脂内において分極処理されている。クラック検出システム100は、非導電性の構造物5に貼り付けられる圧電FRPセンサー10と電圧検出装置20とクラック解析装置24を備える。電圧検出装置20は、FRPシート10の両面に対向して位置する1対又は複数対の電極に無給電で発生する出力電圧Vを検出する。クラック解析装置24は、出力電圧Vの変化から構造物のクラック4を解析する。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項１】
樹脂が非導電性の連続繊維で強化されたＦＲＰシートと、該ＦＲＰシートの両面に密着して接合された電極とを有し、圧電粒子が樹脂内に分散されかつ前記樹脂内において分極処理されている、圧電ＦＲＰセンサー。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記圧電粒子は、メディアン径が０．５μｍ以上０．７μｍ以下のＫＮＮ又はＰＺＴのセラミック粒子であり、
前記連続繊維は、ムライト繊維、ガラス繊維、又はＳｉＣ繊維の織物又は一方向繊維である、請求項１に記載の圧電ＦＲＰセンサー。
【請求項３】
非導電性の構造物に貼り付けられる請求項１に記載の圧電ＦＲＰセンサーと、
前記ＦＲＰシートの前記両面に対向して位置する１対又は複数対の前記電極に無給電で発生する出力電圧を検出する電圧検出装置と、
前記出力電圧の変化から前記構造物のクラックを解析するクラック解析装置と、を備えたクラック検出システム。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電ＦＲＰセンサーを非導電性の構造物に貼り付け、
前記ＦＲＰシートの前記両面に対向して位置する１対又は複数対の前記電極に無給電で発生する出力電圧を検出し、
前記出力電圧の変化から前記構造物のクラックを解析する、クラック検出方法。
【請求項５】
前記構造物が外力を受けて異なる振幅で振動する場合に、前記出力電圧の振れ幅から、前記構造物の振幅を検出する、請求項４に記載のクラック検出方法。
【請求項６】
前記構造物が同一又は異なる周波数の外力を受けて振動する場合に、前記出力電圧の振れ幅から、前記構造物のクラックの深さを検出する、請求項４に記載のクラック検出方法。
【請求項７】
前記構造物が同一又は異なる周波数の外力を受けて振動する場合に、前記出力電圧の振れ幅の変化から、前記構造物のクラック進展位置を検出する、請求項４に記載のクラック検出方法。
【請求項８】
前記構造物が荷重の負荷と除荷を繰り返し受ける場合に、前記出力電圧の変化から、荷重の負荷及び除荷を検出する、請求項４に記載のクラック検出方法。
【請求項９】
前記構造物が荷重の負荷と除荷を繰り返し受ける場合に、前記出力電圧の変化から、前記構造物のクラック深さを検出する、請求項４に記載のクラック検出方法。
【請求項１０】
前記構造物の負荷が増加する場合に、前記出力電圧の顕著な負の電圧値の検出により、前記構造物のクラック進展の瞬間を検出する、請求項４に記載のクラック検出方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、無給電で電圧を出力する圧電ＦＲＰセンサーとこれを用いたクラック検出手段に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
我が国では、１９５０年代の高度経済成長期に建造された橋梁が老朽化しており、その修繕と補強が重要となっている。そのため種々のクラック検出技術が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の「ＡＥセンサ」は、可撓性の板体上にセンサ本体を搭載したものである。センサ本体は、コンポジット振動子と、コンポジット振動子が検出したＡＥ信号を処理する電子回路と、電子回路によって処理された処理データを外部へ送信する通信回路とを有している。また、電子回路は増幅器、フィルター、ＡＤコンバータ、カウンター、メモリを含んでいる。
【０００４】
一方、繊維強化複合材は、鉄やアルミなどの金属材料よりも低密度でありながら、力学特性に優れ、比強度が高く、軽くて強い特長を有する。
そのため、近年、アルミニウム合金に代わる構造部材として、老朽化した橋梁の補強や、航空機、小型船舶、自動車、風力発電ブレード等の補強に用いられている。以下、繊維強化複合材を単に「複合材」又は「ＦＲＰ」と呼ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００４－１７０３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のＡＥセンサは、コンポジット振動子の他に電子回路や通信回路を有するため、電源を必要とし無給電では使用できない。
また構造が複雑であり、柔軟性に乏しいので、その自体を構造部材として、橋梁の補強や、航空機、小型船舶、自動車、風力発電ブレード等の補強に用いることはできない。
【０００７】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、可撓性を有し種々の形状に変形可能でありその自体を構造部材として用いることができかつ無給電で使用できる圧電ＦＲＰセンサーとこれを用いたクラック検出手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、樹脂が非導電性の連続繊維で強化されたＦＲＰシートと、該ＦＲＰシートの両面に密着して接合された電極とを有し、圧電粒子が樹脂内に分散されかつ前記樹脂内において分極処理されている、圧電ＦＲＰセンサーが提供される。
【０００９】
また本発明によれば、非導電性の構造物に貼り付けられる上記の圧電ＦＲＰセンサーと、
前記ＦＲＰシートの前記両面に対向して位置する１対又は複数対の前記電極に無給電で発生する出力電圧を検出する電圧検出装置と、
前記出力電圧の変化から前記構造物のクラックを解析するクラック解析装置と、を備えたクラック検出システムが提供される。
【００１０】
さらに本発明によれば、上記の圧電ＦＲＰセンサーを非導電性の構造物に貼り付け、
前記ＦＲＰシートの前記両面に対向して位置する１対又は複数対の前記電極に無給電で発生する出力電圧を検出し、
前記出力電圧の変化から前記構造物のクラックを解析する、クラック検出方法が提供される。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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