專利名稱：：高壓罐損傷檢測方法及其裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及能夠早期檢出氫燃料電池車所搭載的高壓罐的破壞征兆的高壓罐損傷檢測方法及其裝置。具體涉及對內置高壓流體的高壓罐因蠕變或疲勞等發生劣化或者破壞時產生的聲發射信號進行檢測而能夠早期檢出高壓罐的破壞征兆的高壓罐損傷檢測方法及其裝置。更具體而言涉及對氫燃料電池車等所搭載的高壓氫罐或者定置型的高壓氫罐因蠕變或疲勞等發生劣化或者破壞時產生的聲發射信號進行檢測而能夠早期檢出高壓罐的破壞征兆的高壓罐損傷檢測方法及其裝置。
背景技術：
：清潔能源的使用等生態意識已不限于學術界和產業界，在普通消費者中也逐漸深入人心。其中，利用燃料電池的燃料電池車輛、混合動力車輛的開發引人關注，普通消費者的購買意愿正在提高。為了確保這種燃料電池車輛或混合動力車輛的安全性，對容置燃料電池用高壓氫的容器的檢測和管理很重要。例如在利用高壓氫的氫燃料電池車中，容置高壓氫的高壓罐搭載于燃料電池車輛(以下稱為氫電池車輛)。通常，這些氫電池車輛用高壓罐采用35MPa這樣的高壓氫氣。在將該高壓氫氣向高壓罐重復充填使用時，高壓罐有可能產生微小的裂紋，而裂紋的加深會導致高壓罐破壞。因此，為了增強高壓罐的安全性，預先可靠地檢出高壓罐的破壞、特別是破壞的征兆很重要。不對被檢查物進行物理破壞而能夠檢出材料內部或表面的微小缺陷(裂縫或孔隙)的檢查方法被稱為無損檢查。無損檢查包括放射線透過試驗、超聲波探傷試驗等。聲發射(以下稱為AE)也是一種無損檢查利用的檢查方法。在AE中，能夠檢出裂縫發生的初期微小跡象，特別是能夠用于監控設備運轉中的裂縫發生或者裂縫發展狀態。(事件法和振鈴法)首先，對AE的計測及其處理進行說明。AE為伴隨材料中的裂紋發生、加深產生的彈性波。1個AE信號由短期間連續的發生的多個頻率的彈性波構成，其強度和大小因裂紋的尺寸而不同。作為對聲發射傳感器(以下稱為AE傳感器)接收的AE信號進行處理的方法，有以下兩種方法。第1種方法是將1個AE信號計數為1個的事件法。在該事件法中，計數的AE信號稱為AE撞擊，將單位時間內的AE撞擊數稱為AE撞擊率。該AE撞擊率，考慮到因應力反復作用加深的裂紋所發生的AE信號基本上為離散狀態，多用于疲勞裂紋加深的評價。第2種方法是計數全部的定義的基準值以上的振幅的振鈴法。在該振鈴中將計數的AE信號稱為AE計數，將單位時間的AE計數數稱為AE計數率。圖14示出了事件法與振鈴法的區別。圖14(a)示出了l個AE信號。圖14(b)和圖14(c)示出了計數該AE信號的兩種方法即事件法與振鈴法的區別。圖14(b)示出了事件法。圖14(c)示出了振鈴法。圖14(a)的AE信號的最大強度為設定的閾值以上。圖14(a)的AE信號如圖14(b)所示在事件法中計數為"1"。在振鈴法中，對構成1個AE信號的多個彈性波中的設定的閾值以上強度的彈性波全部進行計數。因此，圖14(a)的AE信號如圖14(c)所示在振鈴法中計數為"4"。利用AE信號的無損檢查技術提出有多種方案。例如專利文獻l公開的構造物破壞載荷預測確定法，利用聲發射對罐等構造物進行無損試驗。該預測確定法對在罐的破壞過程中發生的AE能量的撞擊數進行計數，基于該計數數的累積值來確定破壞栽荷的預測值。即，使用能量的積分值來確定破壞載荷的預測值。專利文獻2公開的罐檢查裝置，在]^藏液體或氣體的金屬罐的底板上根據發生的腐蝕來標定損傷位置。該罐檢查裝置使用AE傳感器來標定腐蝕損傷的發生位置。在檢測波形的各時間上進行時間一頻率變換，按照時序求出各頻率帶域上的信號強度。由此，能夠獲取確定頻率下的確定模式的波的到達時間的信息，例如可以高精度地標定音源位置(參照專利文獻2中段落編號"0015")。專利文獻1JP特開平8-54330號公報。專利文獻2JP特開2005-17089號公報發明要解決的課題但是，雖然專利文獻1記載的方法能夠預測構造物的靜態破壞載荷，疲勞破壞。即，專利文獻l記載方法，可以預測高壓罐等的靜態破壞栽荷，但是無法預測疲勞壽命。專利文獻2的標定，關于車輛搭載用氫罐等比較小型的容器，能夠推定破壞前無數微小裂紋成長為宏觀上較大裂紋時的位置，但是無法準確把握形成宏觀上較大裂紋而破壞之前的征兆。
發明內容本發明結合上述這種技術背景做出，具有以下目的。本發明目的在于提供能夠早期并且無損檢出內置高壓流體的高壓罐的破壞征兆的高壓罐損傷檢測方法及其裝置。本發明的另一目的在于提供能夠早期并且無損檢出內置高壓氫的高壓氫罐的破壞征兆的高壓罐的損傷檢測方法及其裝置。本發明的另一目的在于提供能夠早期并且無損檢出燃料電池用車輛搭載利用的高壓罐的破壞征兆的高壓罐損傷檢測方法及其裝置。解決課題的手段本發明為了實現上述目的而采用以下手段。本發明的高壓罐損傷檢測方法，使用對材料變形、或者在材料中生成微小裂紋、或者上述微小裂紋成長而材料破壞時發生的聲發射進行檢測的聲發射傳感器，對貯藏高壓流體的高壓罐因上述流體的充填而發生破壞的征兆進行無損檢測，其特征在于，利用由上述聲發射傳感器接收的信號，將由短期間連續發生的同頻率的彈性波構成的1組聲發射信號計數為1次撞擊，求出表示上述撞擊的時間變化的撞擊率，根據上述撞擊率的變化檢測上述破壞的征兆。本發明的高壓罐用損傷檢測裝置，其特征在于，構成為包括聲發射傳感器，其用于檢測材料變形或者破壞時發生的聲發射，對從貯藏高壓流體的高壓罐因上述流體的充填而產生的裂紋發生的上述聲發射進行檢測；存儲單元，其用于存儲上述聲發射傳感器的輸出值；計算單元，其用于計算所存儲的上述輸出值的大小和/或形狀的時間性變化；判定單元，其用于根據上述時間性變化來判定上述輸出值是否為破壞的征兆；輸出單元，其用于將上述判定的結果和/或上述存儲單元的內容作為輸出數據輸出。在本發明中，"流體"表示"液體"和/或"氣體"。"高壓罐"表示內置流體的容器，特別指內置高壓流體的罐。作為高壓罐，可以例示高壓水耀等貯藏高壓液體的容器、高壓氫罐等內置高壓氣體的容器等。通常，在向高壓罐填充加壓流體時，隨著高壓罐內壓的增加，微小裂紋在高壓罐內面上的部位發生。該微小裂紋隨著內壓的增加而加深，隨著該裂紋的加深，AE撞擊率增加。當該微小裂紋加深，并且多個微小裂紋合并而成為一個宏觀上較大的裂紋時，則無法準確區別各個AE信號。因此，表觀上從AE傳感器接收的AE信號的撞擊率不會增加。即，相對于高壓罐內壓的增加，AE信號的撞擊率不會增加而成為飽和狀態。此時如果繼續向高壓罐填充高壓流體，則裂紋加深，會導致高壓罐破壞。根據該飽和狀態的撞擊率，判斷破壞的征兆。該破壞的征兆根據圖13所示的曲線圖的特性來判斷。圖13為在對高壓罐反復填充流體時將從高壓罐發生的AE的撞擊率相對于高壓罐的內壓進行圖示的圖表。圖中的曲線A表示高壓罐初期的自緊處理中的AE撞擊率的例子。曲線B表示高壓罐未發生宏觀上較大的裂紋等損傷時從高壓罐發生的AE撞擊率的例子。曲線C為表示高壓罐的破壞征兆的AE撞擊率的例子。曲線D表在高壓罐的破壞過程中從高壓罐發生的AE撞擊率例子。如圖13所示，如果對高壓罐反復填充流體，則表示撞擊率對內壓的曲線，從曲線A至D,按照箭頭i、ii、iii的順序變化。這里，對各個曲線進行說明。(曲線A)圖13中的曲線A為從高壓罐發生的初期的AE撞擊率。為了提高高壓罐的疲勞強度，通常在高壓罐使用前對高壓罐進行自緊處理。自緊處理是對高壓罐填充具有比高壓罐設計的最高使用壓力大的內壓的流體來施加負荷的處理。通過該自緊處理對高壓罐附加載荷履歷。在圖13表示的高壓罐的載荷履歷的情況下，制造時的最高使用壓力為35MPa，因此為達到35MPa以上的內壓，繼續向高壓罐填充流體。對于高壓罐而言，該自緊處理為第一次的流體充填。第二次充填的AE撞擊率，受到載荷履歷的影響，在達到接近高壓罐的最高使用壓力的內壓之前不會發生。(曲線B)曲線B表示在高壓罐沒有發生較大的裂紋等損傷時從高壓罐發生的AE撞擊率。如果對高壓罐反復填充流體，在導致高壓罐破壞那樣的宏觀上較大的裂紋在高壓罐上發生之前，會在內襯和碳素纖維強化塑料內發生微小的裂紋。伴隨這些微小裂紋的發生的AE撞擊率如曲線B所示。該AE撞擊率伴隨微小裂紋的發生在比曲線A低的內壓下發生。另外，隨著高壓罐內壓的增加，微小的裂紋加深，AE撞擊率沿著圖中右上方向增加。(曲線C)另外，如果向高壓罐反復填充流體，則在高壓罐上發生的微小裂紋中的一個成為宏觀上較大的裂紋，伴隨與此，單位時間內發生數量較多的AE撞擊率。該AE撞擊率隨著內壓變大而增加，即沿著圖中右上方向增加。并且，當單位時間內發生的AE撞擊率數量增多時，所計測的離散的AE信號變得連續。因此，無法準確區別各個AE信號。將多個AE撞擊計測為"1"個撞擊。由此，表觀上的AE撞擊數不會增加，撞擊率圖表在表觀上成為飽和狀態。但是，AE能量或AE計數率不必一定相對于內壓增加而飽和，可以僅AE撞擊率如曲線C所示相對于內壓增加在最初時沿著圖中右上方向增加。另外，AE撞擊率表示在一定壓力以上時飽和的傾向。該飽和的撞擊率的值定義為AEth。換言之，AEth為按照精度或制造方法不同的各高壓罐定義的邊界AE撞擊率。如果對獲得該AEn以上的AE撞擊率的高壓罐繼續反復填充流體，則會發生高壓罐的破壞或者貫通裂紋，按如曲線D所示的曲線履歷進行。該AEth可以作為高壓罐的破壞征兆的記號。(曲線D)曲線D表示在高壓罐的破壞過程中發生的AE撞擊率。此時的AE信號隨著宏觀上較大的裂紋的加深發生，相對于高壓罐內壓的增加具有不規則的峰值。曲線D的AE撞擊率與其他的曲線B、C時的撞擊率相比較小，是因為無法正確地區別計測隨著宏觀上較大的裂紋加深而發生的較多的AE撞擊率。換言之，與曲線C同樣地隨著宏觀上較大的裂紋加深發生較多的AE撞擊率，所計測的離散的AE信號變得連續，因而無法正確地區別各個AE信號。另外，求出撞擊率相對于與撞擊率對應的高壓罐的內壓的變化(包含數、率)，檢測破壞的征兆。另外，一邊向高壓罐填充流體，一邊測定高壓罐內的壓力和AE信號。當高壓罐內的壓力小于最高使用壓力時，可以將與該壓力成比例增加的撞擊率不再增加而成為飽和狀態的值判定為破壞的征兆。另外，聲發射傳感器以與高壓罐接觸的方式通過固定單元進行固定。本發明的高壓罐用損傷檢測裝置特征在于，構成為包括用于檢測在材料變形或者破壞時發生的聲發射的聲發射傳感器；用于存儲聲發射傳感器的輸出值的存儲單元；用于對所存儲的輸出值的大小和/或形狀的時間性變化進行計算的計算單元；根據時間性變化來判定輸出值是否為破壞的征兆的判定單元；用于將判定的結果和/或存儲單元的內容作為輸出數據輸出的輸出單元，利用聲發射傳感器對貯藏高壓流體的高壓罐因流體充填而產生的裂紋所發生的聲發射進行檢測，判定單元根據聲發射傳感器的輸出值的時間性變化，判定輸出值是否為破壞的征兆。另外，本發明的高壓罐用損傷檢測裝置，可以具有對聲發射傳感器檢測聲發射信號進行放大的前置放大器。經該前置放大器放大的信號，可以在上述存儲單元中存儲。計算單元對表示聲發射傳感器接收的信號即聲發射信號的單位時間內的撞擊數的撞擊率進行計算。計算單元也可以對撞擊率的變化(數、率)進行計算。判定單元可以根據撞擊率的變化將撞擊率不再增加而成為飽和狀態時判定為破壞的征兆。計算單元可以包含該判定單元。本發明的高壓罐用損傷檢測裝置，具有測定高壓罐的壓力的壓力測定單元，與聲發射傳感器同時測定的壓力值，與聲發射傳感器的輸出值建立對應關系而存儲在存儲單元中，計算單元可以根據該輸出值以及與該輸出值對應的壓力值，來計算表示單位時間內的AE撞擊數的撞擊率。判定單元在高壓罐的壓力小于設計的最高壓力時，將與該壓力成比例增加的撞擊率不再增加而成為飽和狀態時判定為破壞的征兆。另外，本發明的高壓罐用損傷檢測裝置，可以對聲發射傳感器的輸出值連續地或者定期地或者在經過指定的時間后進行測定。聲發射傳感器可以在聲發射為規定的基準值以上的值的情況下將輸出值輸出。計算單元可以在存儲單元中存儲的輸出值為規定的基準值以上的值的情況下，作為撞擊數來計算撞擊率。輸出單元可以具有將輸出數據利用有線或無線的連接手段向外部系統發送的功能。本發明的高壓罐用損傷檢測裝置采用將聲發射傳感器以與高壓罐接觸的方式固定用的固定單元。本發明的高壓罐用損傷檢測裝置可以搭載于燃料電池車輛等移動體。發明的效果采用本發明能夠獲得以下效果。本發明能夠早期并且無損檢出內置高壓流體的高壓流體內置容器的破壞征兆。本發明能夠早期并且無損檢出內置高壓流體的高壓罐的破壞征兆。本發明能夠早期并且無損檢出內置高壓氫的高壓罐的破壞征兆。本發明能夠早期并且無損檢出在燃料電池用車輛中搭載并利用的高壓罐的破壞征兆。根據本發明，在向高壓罐填充流體時或者對高壓罐或者采用高壓罐的裝置、設備進行檢查、維護時，能夠定期地記錄高壓罐的AE輸出值，根據該AE輸出值的時間變化來早期檢出高壓罐的破壞征兆。從而能夠預先防范高壓罐的破壞、流體泄漏等事故。根據本發明，作為高壓罐的應用，在對燃料電池用車輛充填氫時或者進行車輛檢查時，能夠定期地記錄高壓罐的AE輸出值，根據該AE輸出值的時間變化，來早期檢出高壓罐的破壞征兆。從而能夠預先防范燃料電池用車輛中利用的高壓罐的破壞、氫泄漏等事故。圖1為表示具有AE傳感器1的高壓罐2的概要圖。圖2為圖1的高壓罐2的A-A斷面的斷面圖。圖3為高壓罐2用的損傷檢測裝置的概要圖。圖4為使用了電子計算機的高壓罐2用的損傷檢測裝置的概念圖。圖5為表示電子計算機30的例子的框圖。圖6為在實施例l表示試驗片40的概要的圖。圖7為在實施例1中表示相對于負荷的AE撞擊率的測定結果的圖表。圖8為在實施例1中表示作用于試驗片40的負荷與塑性變形的伸展的關系的圖表。圖9為實施例2的裂紋照片。圖10為實施例2的第一次至第三次的試驗的計測結果圖表。圖ll為將圖10的圖表按照計測分開圖示的圖表，圖11(a)為表示第一次試驗的結果的圖表，圖11(b)為表示第二次試驗的結果的圖表，圖11(c)為表示第三次試驗的結果的圖表。圖12為在第二次試驗的結果中表示將內壓140MPa的測定值作為1時的AE撞擊率與AE能量的圖表。圖13為在對高壓罐反復填充流體時將從高壓罐產生的AE撞擊率相對于高壓罐的內壓進行圖示的圖表。圖14為事件法、振鈴法的說明圖。具體實施例方式對本發明第1實施方式進行說明。圖1概要表示具有AE傳感器1的高壓罐2。圖2為圖1的高壓罐2的A-A斷面圖。高壓罐2為兩端密封的圓筒狀結構。如圖2所示，高壓罐2的壁為金屬制。高壓罐2的壁的內部是鋁合金或者奧氏體系不銹鋼制的內襯。高壓罐2的壁的表面構成為覆蓋碳素纖維強化塑料(以下稱為CFRP(CarbonFiberReinforcedPlastics))。在該高壓罐2的表面配置有AE傳感器1。利用該AE傳感器1能夠檢測從高壓罐2發生的AE。AE傳感器1與信號處理部10(后述)連接。通過信號處理部10對從高壓罐2發生的AE進行分析，能夠把握高壓罐2的狀態。進行后述的實施例1和實施例2所示的兩個試驗，可知高壓罐2的破壞特性。具體而言表明了，通過對從填充有流體的高壓罐2發生的AE進行測定，能夠確定高壓罐2的破壞征兆。高壓罐2的破壞征兆是在從高壓罐2發生的AE的AE撞擊率相對于內壓的增加不會增加而成為飽和狀態時。在繼續以流體填充高壓罐2的情況下，會導致高壓罐2的破壞。定期對高壓罐2進行檢測，在每次檢測時測定AE，作為歷史數據蓄積起來。根據這些數據求出AE撞擊率的變化，推測AE撞擊率成為飽和狀態的時期。在出現AE撞擊率為飽和狀態的征兆時，停止使用該高壓罐2。例如燃料電池汽車中使用的高壓罐2,優選在車檢時、充填氫等流體時、某日或某月等定期維護時進行檢查，測定AE。該高壓罐2優選按照每月、每周等定期地測定AE,記錄AE隨時間變化的情況。圖3為測定高壓罐2的AE來檢測破壞征兆的高壓罐2用的損傷檢測裝置(以下稱為損傷檢測裝置)的概要圖。損傷檢測裝置構成為包括AE傳感器1以及對來自AE傳感器1的信號進行處理的信號處理部10。信號處理部IO包括存儲器ll、CPU12、輸入接口13、輸出接口14等。存儲器11中存儲有用于控制信號處理部10的控制程序。信號處理部10起動時調出執行控制程序。輸入接口13是用于將AE信號輸入信號處理部10的接口。輸入接口13與AE傳感器1直接連接，接收AE傳感器1接收的AE信號。接收的AE信號在存儲器11中保存，由控制程序讀出并進行處理。CPU12順次執行在存儲器11中存儲的控制程序的命令，使信號處理部IO工作。輸出接口14是用于將信號處理部10對AE信號進行處理的結果輸出的接口。即輸出按照控制程序進行數據處理的結果。該輸出的數據被提供給外部設備20。例如，以作業者可確認的形式輸出，在顯示器等上顯示。另外，可以向與輸出接口14連接的其它電子計算機提供。損傷檢測裝置可以具有對AE傳感器1接收的信號進行放大而向信號處理部IO輸出用的前置放大器21。信號處理部10具有電源供給用的電源用接口15。電源用接口15能夠與直流或者交流的電源等連接。優選信號處理部10內置電池等電源，電源用接口15與該內置電源連接。下面，示出信號處理部IO處理AE信號的概要。AE信號的處理按照控制程序進行。并且，可以通過具有與控制程序相同功能的電路實現。信號處理部10根據從AE傳感器1接收的數據，將AE信號保存于存儲器ll。此時，與表示受信的時間的受信時間數據關聯地保存。另外，也保存與高壓罐2的內壓等有關的其它的數據。信號處理部IO將存儲器11中保存的AE信號與受信時間數據讀出，對數據進行處理，計算表示AE信號的特定時間內的撞擊數的撞擊率。然后，將撞擊率與內壓關聯，與預先設定的跟破壞征兆的有關數據進行比較，判定是否為破壞的征兆。信號處理部IO根據該撞擊率的時間性變化來判定是否為破壞的征兆。即，計算撞擊率相對于高壓罐2的內壓是否變為了飽和狀態。破壞征兆的判定、撞擊率的計算等處理通過執行控制程序的CPU12來進行。信號處理部IO將撞擊率的計算結果、判定的結果和/或存儲器11的內容作為輸出數據從輸出接口14輸出。輸出形式優選使這些數據圖表化、成為表形式，而成為顯示裝置或者印刷裝置用的數據。另外，也能夠成為文本形式的數據，輸出給其它的電子計算機等的處理用。另外，圖10所示的關于罐的破壞的圖表可以采用罐的制造時相同制法的罐的數據作成。即該圖表可以利用使用相同材料、以相同方法制造的其它罐的數據作成。該圖表能夠追加最新的數據進行輸出。這樣，罐的使用者、管理者等易于把握罐的損傷狀態的i^艮。優選信號處理部10如上所述具有用于測定罐的內壓的壓力測定器等。優選信號處理部10具有關于罐的自緊處理的數據。在預先沒有與自緊處理有關的數據的情況下，可以將罐的第1次的測定數據作為自緊處理數據代用。但是，也可以不使AE傳感器1包含于損傷檢測裝置，而采用與損傷檢測裝置連接使用的獨立形式。另外，損傷檢測裝置可以導入AE傳感器l測定的數據，并只進行該處理。在這種情況下，利用AE傳感器1測定從高壓罐2發生的AE，并將數據預先保存在存儲單元中。存儲單元只要是本領域技術人員顯而易見的東西即可。損傷檢測裝置與該存儲單元連接，輸入AE的數據。信號處理部10可以從AE傳感器1連續地或者定期低或者在指定時刻接收數據。另外，信號處理部10可以在收到操作者的受信要求、與信號處理部10連接的其它電子設備等的受信要求時，從AE傳感器1接收數據。另外，信號處理部10能夠對計算結果連續地或者定期地或者在指定時刻進行輸出。AE傳感器1以與高壓罐2的壁面接觸的方式固定。作為該固定時的固定手段，只要是能夠使AE傳感器1與高壓罐2的壁面緊密貼合的方法即可。信號處理部10在搭載于使用高壓罐2的燃料電池車輛等移動體時，搭載于該移動體。在這種情況下，可以始終或者按需對高壓罐2的狀態進行監視。雖然沒有圖示，但是優選高壓罐2的內壓利用壓力測定器測定。壓力測定器可以是包含于對高壓罐2填充流體的裝置的設備。壓力測定器只要是本領域技術人員顯而易見的東西即可，包含公知測定單元可以采用任何種類和測定原理的裝置。AE傳感器1優選具有規定的檢測靈敏度。即，AE傳感器1可以是能夠對檢測AE信號的檢測靈敏度進行調整的裝置。該檢測靈敏度可以在信號處理部10中設定。即，信號處理部10可以將從AE傳感器1接收的信號內的、規定基準值以上的值作為AE信號處理。信號處理部10可以將從AE傳感器1接收到的數據直接從輸出接口14輸出。該輸出的原始數據可以在與輸出接口14連接的電子計算機等外部設備20中進行處理。例如外部設備20進行在信號處理部10執行的、上述的撞擊率的計算、破壞征兆的判定等處理。〔第2實施方式〕對本發明的第2實施方式進行說明。該第2實施方式與上述第1實施方式基本相同，區別在于具有電子計算機30。這里，對于和第1實施方式不同的部分進行說明而省略重復說明。本發明的第2實施方式的損傷檢測裝置，如圖4所示具有電子計算機30和AE測定裝置31。AE傳感器1與前置放大器21連接，前置放大器21與AE測定裝置31連接。AE測定裝置31與電子計算機30的串口或并口連接。AE測定裝置31優選為具有將AE傳感器1接收的信號變換為能夠輸入電子計算機30的形式的功能的電子回路。AE測定裝置31更優選由上述的信號處理部10構成。在這種情況下，電子計算機30與輸出接口14連接。AE測定裝置31與電子計算機30以無線或有線方式連接。在無線連接的情況下，優選AE測定裝置31另設有通信模塊。AE傳感器1設置于高壓罐2的1個以上的位置。AE傳感器1與各自對應的前置放大器21連接。前置放大器21與一個AE測定裝置31連接。電子計算機30能夠執行通過信號處理部10進行處理的數據處理的全部或者一部分。圖5為表示電子計算機30概要的框圖。電子計算機30為包含存儲器111、中央處理單元(CPU)112、輸入接口113、輸出接口115、輸入裝置116、顯示器117、硬盤驅動器118等的電子計算機。存儲器111、CPU112、輸入接口113、輸出接口115通過總線IIO相互連接，進行經由該總線110的數據的發送接收。存儲器111為ROM、RAM等存儲裝置。CPU112對電子計算機30的動作進行控制，按照在存儲器111中存儲的程序對電子計算機30的動作進行控制。鼠標、鍵盤等輸入裝置116與輸入接口113連接。電子計算機30具有硬盤驅動器118等輔助存儲裝置。在硬盤驅動器118儲存有計算程序。調出該計算程序并在存儲器111展開進行工作。電子計算機30具有用于連接其它裝置的接口114。AE測定裝置31可以與接口114連接。電子計算機30接收從AE測定裝置31輸出的信號并對其進行處理。利用電子計算機30的硬盤驅動器118中存儲的計算程序，能夠對通過上述的信號處理部10進行處理的數據處理的全部或者一部分。例如，計算程序在電子計算機30執行以下處理。電子計算機30從AE測定裝置31接受AE測定數據并對其進行處理。電子計算機30根據AE測定數據計算AE信號的撞擊率，根據該撞擊率的時間性變化來判定破壞的征兆。破壞的征兆的判定、撞擊率的計算等處理，由執行計算程序的CPU112來進行。另外，為了將電子計算機30中處理的結果通知損傷檢測裝置的使用者或者管理者，而顯示在顯示器117上。另外，電子計算機30可以將AE信號、AE信號的撞擊率、破壞的征兆如圖13例示的圖表那樣進行匯總顯示。另外，電子計算機30也可以將這些數據如以下實施例1和/或實施例2所示圖表、表那樣進行匯總顯示或者輸出。實施例1作為本發明的實施例，示出了高壓罐的內襯材料即SUS316-L的拉伸試驗。如圖6所示從以SUS316-L為材料制成的試驗片40的兩端拉伸來實施拉伸試驗。試驗片40的試驗部41的長度為25mm、半徑為2.5mm。進行拉伸試驗的試驗裝置是日本物理聲學(7>f'>'力少73—久^>f少夕久)公司制造(住所日本國東京都澀谷區)的jiDiSp裝置。在試驗部41的中央附近貼附AE傳感器l(日本物理聲學公司制、型號R-15alpha)，接收從試驗部41發生的AE信號，測定AE撞擊率。拉伸試驗以位移速度lmm/min對試驗片40進行拉伸而使其斷裂。圖7為表示相對于負荷的AE撞擊率的測定結果的圖表。縱軸表示AE撞擊率，橫軸表示負荷。由該圖表可知，在負荷600MPa以下，AE撞擊率多。圖8為表示試驗片40上負荷的應力與試驗部41的位移的關系的圖表。由該圖表可知，在650MPa以下的負荷應力時，試驗片40彈性變形，此后則為塑性變形。斷裂時、試驗片40最大伸長10mm。根據圖7與圖8的關系可知，試驗片40塑性變形時發生的AE撞擊率少。另一方面，在試驗片40彈性變形的初始階段，可以確認AE撞擊率較多。在金屬材料的拉伸試驗中可知，從與金屬材料的試驗片40沒有關系的部位發生AE，被AE傳感器1接收。關于這方面，例如森北出版林式會社出版的大津政康著《聲發射的特性和理論》(2005年版)中第27至28頁指出了"凱塞效應(Kaisereffect)"。考慮到這一點，當負荷少時即試驗片40彈性變形時，計測的AE受到試驗片40的緊固部的摩擦等影響，含有與試驗片40的變形無關的成分。另外，在100MPa附近具有峰值的信號考慮了摩擦的影響。實施例2作為高壓流體，對高壓罐(以下稱為罐)充填水而施加高水壓。由此實施破壞試驗。從該試驗的結果示出發生的AE與罐的破壞過程的關聯性。對于罐，如圖2所示，內部為SUS制內襯，其周圍用碳素纖維強化塑料(以下稱為CFRP(CarbonFiberReinforcedPlastics))覆蓋。罐的長度為250cm、直徑為25cm。首先，如圖1所示，將4個AE傳感器1貼附于罐的4個位置。內襯的材質為SUS316-L。破壞試驗使用相同的罐實施了3次。第2次與第3次在同日實施。圖10為第1次~第3次的破壞試驗中使用AE傳感器1進行計測的結果圖表。該圖表的縱軸表示AE撞擊率，橫軸表示內壓。圖ll是為了易于觀察圖10的圖表而按照每次計測分開圖示的圖表。圖11(a)為表示第l次試驗的結果的圖表。圖11(b)為表示第2次試驗的結果的圖表。圖ll(c)為表示第3次試驗的結果的圖表。〔第l次破壞試驗〕在內壓145MPa以下負荷時，因密封圏的塑性變形而使內壓消失而中斷。第l次破壞試驗時的AE撞擊率與第2次、第3次的爆裂試驗時相比非常大。AE撞擊率在試驗剛開始后在50MPa附近具有峰值，然后計數數降低。另外，再度相對于內壓的增加而在圖中沿著右上方向增加。該破壞試驗中使用的罐通過FEM(FiniteElementMethod:有限元18法)解析進行應力計算設計而成。FEM解析是將構造物分割為有限的要素來近似分析應力的分布和變形等的方法。采用FEM解析，罐的i殳計滿足在內壓320MPa時破壞、罐內面的內村在數十MPa的數量級的內壓時屈服。考慮到上述實施例1的內襯的拉伸試驗的結果，在內襯的塑性變形過程中基本不發生AE。在內壓50MPa附近具有峰值的AE含有從緊固部的摩擦和從周邊部件發生的AE成分，并非僅從罐發生。當超過內壓80MPa時，AE撞擊率再次開始增加。該AE撞擊率受到從罐的各處發生的微小裂紋的影響，因此隨著內壓的增加微小裂紋加深，因此在圖中沿著右上方向增加。〔第2次爆裂試驗〕變更密封部的構造，再度進行試驗。在內壓175MPa以下負荷時，蓋部的螺母松動而發生漏水，破壞試驗中斷。第2次的AE撞擊率從第1次的最大內壓附近開始發生。這種現象是由受到栽荷履歷影響的凱塞效應引起的。第2次試驗可以視為第1次以最大內壓即內壓145MPa進行了自緊處理的罐的破壞試驗。在內壓比自緊處理條件小時，從罐發生的AE非常少。當內壓比自緊處理條件大時，AE撞擊率相對于內壓的增加在圖中沿著右上方向增加。AE撞擊率在圖中沿著右上方向增加是因為隨著內壓增加微小裂紋加深。內壓為165MPa以上時，AE撞擊率相對于內壓的增加達到飽和。〔第3次爆裂試驗〕變更蓋的螺母，再度進行試驗。在內壓160MPa附近罐發生了破壞。并且，破壞導致AE傳感器l全部破損。與第2次載荷履歷無關地，AE撞擊率從比第2次的最大內壓低的內壓開始發生。在試驗途中能夠頻繁地聽到某種破損的聲音，對此計測AE。圖9為此時的裂紋照片。第3次試驗可以視為以內壓175MPa(第2次的最大內壓)進行了自緊處理的罐的破壞試驗。在第3次試驗中，罐在內壓160MPa時破壞。AE撞擊率在比自緊處理條件小的內壓發生。第3次的AE撞擊率比第2次少。第3次試驗的AE撞擊率相對于內壓增加幾乎不變化，出現了若干峰值。第2次試驗中確認的具有飽和傾向的AE撞擊率，峰值不像第3次那樣顯著而接近該舉動。在第3次試驗中，在比自緊條件小的內壓時發生AE，在試驗前發生導致破壞的宏觀上較大裂紋的可能性高。第2次的具有飽和傾向的AE和第3次的AE，與罐各處發生的微小裂紋合并形成的宏觀上較大的裂紋的加深對應。〔數據的整理〕在下表l中匯總示出了試驗時的參數。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>該表的值是按照撞擊率對各參數進行規格化得到的。即將計數率、撞擊率、能量的各數據用撞擊率來除的值。由該表l可知，l次撞擊率對應的計數率、能量、振幅，在第3次試驗中比第2次試驗大。對圖表的第3列的第2次的沿著右上方向增加的部分，與圖表的第4列的飽和部分的AE進行比較，可知飽和部分的1次撞擊率對應的計數率、能量和振幅比沿著右上方向增加的部分略大。對負荷內壓155MPa時發生的各AE參數進行比較。在表2中示出了內壓155MPa時在第2次試驗和第3次試驗中發生的AE參數。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>在內壓155MPa時，第2次的AE撞擊率不飽和。第3次的AE與第2次相比，撞擊率小，但是計數率和能量大。成為對破壞的規模或破壞過程進行判別的指標的AE信號的振幅，在第2次和第3次中沒有大的差別。隨著宏觀上較大的裂紋加深而發生的單位時間內的AE，比隨著微小裂紋的加深而發生的沿著右上方向增加的AE顯著增多，可知計測器無法正確地區別各個信號。因此，第3次的AE與第2次相比，雖然撞擊率較少，但是增加了計數數和能量。第2次的AE信號使用AE能量進行如下整理(用內壓140MPa的能量進行規格化整理)。圖12為在第2次試驗的結果中表示將內壓140MPa的測定值作為1時的AE撞擊率和AE能量的圖表。AE能量與AE撞擊率不同，相對于內壓的增加不顯示飽和傾向。伴隨內壓的增加的AE撞擊率的飽和傾向，可以認為與導致破壞的宏觀上較大的裂紋發生對應。產業上可利用性本發明可以用于內置高壓流體的高壓流體容器的領域。特別適用于搭載燃料電池的燃料電池車輛等汽車領域。權利要求1.一種高壓罐損傷檢測方法，使用對材料變形或者材料中生成微小裂紋或者上述微小裂紋成長而材料破壞時發生的聲發射進行檢測的聲發射傳感器，對貯藏高壓流體的高壓罐因上述流體的充填發生破壞的征兆進行無損檢測，其特征在于，利用由上述聲發射傳感器接收的信號，將由短期間連續發生的同頻率的彈性波構成的1組聲發射信號計數為1次撞擊，求出表示上述撞擊的時間變化的撞擊率，根據上述撞擊率的變化來檢測上述破壞的征兆。2.根據權利要求l所述的高壓罐損傷檢測方法，其特征在于，上述破壞的征兆通過求出上述撞擊率相對于與上述撞擊率對應的上述高壓罐的內壓的變化來檢測。3.根據權利要求2所述的高壓罐損傷檢測方法，其特征在于，上述高壓罐的壓力和上述聲發射信號在向上述高壓罐填充上述流體的同時進行測定，上述破壞的征兆，根據如下的值來判定，即在上述高壓罐的壓力小于最高使用壓力時，與上述壓力成比例地增加的上述撞擊率不再增加而成為飽和狀態的值。4.根據權利要求1至3任一所述的高壓罐損傷檢測方法，其特征在于，上述聲發射信號的檢測通過使上述聲發射傳感器與上述高壓罐接觸來進行。5.—種高壓罐用損傷檢測裝置，其特征在于，包括聲發射傳感器，其用于檢測材料變形或破壞時發生的聲發射，對貯藏高壓流體的高壓罐因上述流體的充填而產生的裂紋所發生的上述聲發射進行檢測；存儲單元，其用于存儲上述聲發射傳感器的輸出值；計算單元，其用于對所存儲的上述輸出值的大小和/或形狀的時間性變化進行計算；判定單元，其用于根據上述時間性變化來判定上述輸出值是否為破壞的征兆；輸出單元，其用于將上述判定的結果和/或上述存儲單元的內容作為輸出數據輸出。6.—種高壓氫罐用損傷檢測裝置，其特征在于，在權利要求5所述的高壓罐用損傷檢測裝置中，上述計算單元，根據上述輸出值對表示上述聲發射傳感器接收的信號即上述聲發射信號的單位時間內的撞擊數的撞擊率進行計算，并計算上述撞擊率的變化，上述判定單元，根據上述撞擊率的變化，求出上述撞擊率不再增加而成為飽和狀態的值，判定是否為上述破壞的征兆。7.根據權利要求5所述的高壓罐用損傷檢測裝置，其特征在于，具有對上述高壓罐的壓力進行測定的壓力測定單元，與上述聲發射傳感器同時測定的上述壓力值，與上述輸出值建立對應關系而存儲于上述存儲單元，上述計算單元根據上述輸出值以及與上述輸出值對應的上述壓力值，對表示通過上述聲發射傳感器接收上述聲發射的信號即上述聲發射信號的單位時間內的上述撞擊數的上述撞擊率進行計算，并計算上述撞擊率的變化，上述判定單元，將在上述高壓罐的壓力小于最高使用壓力時，與上述壓力成比例地增加的上述撞擊率不再增加而成為飽和狀態時判定為上述征兆。8.根據權利要求5至7任一所述的高壓罐用損傷檢測裝置，其特征在于，對上述輸出值按照從連續地、定期地、經過指定的時間后中選擇的一個方法進行測定。9.根據權利要求5至7任一所述的高壓罐用損傷檢測裝置，其特征在于，上述聲發射傳感器在上述聲發射為規定的基準值以上的值的情況下，將上述輸出值輸出。10.根據權利要求5至7任一所述的高壓罐用損傷檢測裝置，其特征在于，上述計算單元在上述存儲單元中存儲的上述輸出值為規定的基準值以上的值的情況下，作為上述撞擊數計算上述撞擊率。11.一種高壓氫罐用損傷檢測裝置，其特征在于，在權利要求5至7任一所述的高壓罐用損傷檢測裝置中，上述輸出單元利用有線或者無線的連接手段將上述輸出數據向外部系統發送。12.根據權利要求5至7任一所述的高壓罐用損傷檢測裝置，其特征在于，上述高壓罐用損傷檢測裝置具有將上述聲發射傳感器以與上述高壓罐接觸的方式固定用的固定單元。13.根據權利要求5至7任一所述的高壓罐用損傷檢測裝置，其特征在于，上述高壓罐用損傷檢測裝置搭載于移動體。14.根據權利要求5至7任一所述的高壓罐用損傷檢測裝置，其特征在于，上述高壓罐用損傷檢測裝置具有用于對上述聲發射傳感器檢測到的上述聲發射信號進行放大的前置放大器，將上述放大的上述聲發射信號作為上述聲發射傳感器的上述輸出值存儲于上述存儲單元。全文摘要本發明提供能夠早期并且無損檢出內置高壓流體的高壓罐的破壞征兆的高壓罐損傷檢測方法及其裝置。使用聲發射傳感器(AE傳感器)(1)無損檢測高壓罐(2)因流體的充填而產生的破壞的征兆。將AE傳感器(1)檢測到的1個AE信號計數為1次撞擊，求出表示撞擊的時間變化的撞擊率，根據撞擊率的變化檢測破壞的征兆。當高壓罐(2)的微小裂紋加深，并且多個微小裂紋合并形成一個宏觀上較大的裂紋時，相對于高壓罐(2)內壓的增加，AE信號的撞擊率不再增加而成為飽和狀態。根據該飽和狀態的撞擊率，判斷為破壞的征兆。文檔編號G01N29/14GK101641594SQ20088000922公開日2010年2月3日申請日期2008年7月11日優先權日2007年7月12日發明者山邊純一郎,村上敬宜申請人:獨立行政法人產業技術綜合研究所
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