2021年仕事納めの日に素晴らしい知らせがありました。Materials Transactions誌にWhether "Rich in Frequency" Means "Rich in Information" in Pulsed Eddy Current Testing to Evaluate Plate Thickness: Numerical Investigation (板厚評価においてパルス渦電流探傷法の「Rich in frequency」は「Rich in information」なのか - 数値解析による詳細評価）とのタイトルで投稿した論文の受理通知です。
パルス渦電流探傷法とは励磁波形に正弦波ではなくパルスや矩形波1等を使う渦電流探傷法のことで、励磁波形に多くの周波数成分を含む(Rich in frequency)ことから2、従来の渦電流探傷法に比べて優位であるとされており、この10年ほど発表論文数が顕著に増加している非破壊検査技術です。しかしながらその一方、例えば100kHzの信号と100.1kHzの信号に顕著な情報の差異があるとは到底思えませんので、信号に含まれる周波数成分の数が多ければ多いほど良い、というのはちょっと納得しがたいものもあります3。というわけで、非磁性材料の板厚評価という特定の対象ではありますが、本当にパルス渦電流探傷法は従来の渦電流探傷法に比べて有利なのか、ということを議論したのが本論文になります。
結論としては、高すぎる周波数や低すぎる周波数は対象の厚みに関する情報がほとんど含まれないため、周波数帯の広さや使用する周波数の数をもってパルス渦電流探傷法が優れているというのは不適切、結局はSNの問題、というものでした。まあ言われればそうなのかなという気もするのですが、非磁性材料の肉厚評価ならば３つくらいの周波数で多分OKというのは、ちょっと予想外でした。また、となるとパルスというRichest in frequencyな波形は最悪の励磁波形ともいえるわけで、これもまたちょっと面白いところではあります。
この内容自体は15年くらい前から気になっていたのですが、色々とあって具体的な検討に踏み込んではいませんでした。昨年突然のコロナ禍で研究活動が制限されていた際にふと思い出し、とりあえず大量に計算を流して得られた結果を自宅で色々と分析した結果、本論文としての発表に繋がった、というものです。コロナ禍のように予想しなかったことや自分ではどうにもならないことは多々ありますが、とりあえず何かやって、形に残しておくのは大切4だなと思うところです。
論文の概要は以下。
Author: Noritaka Yusa, Jiuhao Ge, Mengbao Fan
Title: Whether "Rich in Frequency" Means "Rich in Information" in Pulsed Eddy Current Testing to Evaluate Plate Thickness: Numerical Investigation
Abstract: This study investigated whether it is really reasonable to insist that being "rich in frequency" represents an advantage of pulsed eddy current testing when compared with conventional eddy current testing. More specifically, this study compared the capabilities of pulsed eddy current testing and conventional eddy current testing in evaluating the thickness of non-ferromagnetic plates with thicknesses of 1–20 mm. To avoid any instrumentation effect, the investigations were performed based on signals obtained by finite element simulations, and the correlations between the thickness and a scalar feature value extracted from measured signals were discussed. This study considered two typical excitation waveforms, a Gaussian pulse and a step function simulating the sudden termination of the excitation currents, and four simple and conventional scaler feature values: peak amplitude, time to peak, time to attenuate the signal into a certain level, and logarithmic slope of the signal attenuation. Narrowing the Gaussian pulse led to difficulty in terms of the thickness evaluation, although it should make the pulse richer in frequency. Subsequent analyses compared the capabilities of the pulsed and conventional eddy current testing to evaluate plate thickness under the assumption that they have the same signal-to-noise ratio. The results revealed that the error in the thickness evaluation using the pulsed eddy current testing was somewhat larger than the error using the conventional eddy current testing with three frequencies. Whereas the target of this study was limited to the thickness evaluation of non-ferromagnetic plates, the results of this study point out that what is important is using frequencies in a proper range as well known in the conventional eddy current testing. They also indicate that it is not reasonable to postulate that "richness in frequency" always leads to a better nondestructive evaluation when using the pulsed eddy current testing.
- ということはパルスじゃないじゃん、という突っ込みもあるのですが。
- 数学IIを思い返してください。
- 論文にも書いていますが、周波数１つよりは２つ、２つよりは３つの方がいいというのは間違いないと思います。が、パルス渦電流探傷法に関する論文では多くの場合、「Rich in frequency」なので優れている、と主張されているのが実情なのです。
- 研究云々ではなく人生において。