Research Introduction
本分野の紹介

  • In next-generation transport systems and energy plants, it is crucial to rationally manage degradation and damage to structural materials induced by fluid flow. This research field focuses on sensing and monitoring technologies that contribute to enhancing the reliability of these systems. We are developing material degradation and damage assessment methods using electromagnetic non-destructive evaluation techniques and acoustic emission (AE) methods, alongside high-temperature environment sensors, aiming to apply these to online monitoring. Additionally, we are conducting research on high-reliability sensing through the fusion of diverse sensors and on inverse problem approaches. To conduct this research more effectively, we collaborate with researchers in the fields of materials science and data science.
  • 次世代輸送システム、エネルギープラントにおいては、流動が誘起する構造材料の劣化・損傷に対して合理的に管理を行うことが重要です。本研究分野では、これらのシステムの高信頼化に資するセンシングおよびモニタリングに関する研究を行っています。電磁非破壊評価法やアコースティック・エミッション(AE)法 による材料の劣化・損傷評価法、および高温環境センサの開発を行い、これらをオンラインモニタリングに適用することを目指しています。また、多様なセンサの融合による高信頼化センシングと逆問題的アプローチに関する研究を行っています。これらの研究をより効果的に行うために、材料科学分野やデータサイエンス分野の研究者と連携して研究を行っています。
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Ongoing Research Topics
進行中の研究テーマ

  • Electromagnetic Sensing & NDE 
    電磁センシング・電磁非破壊評価

    • Eddy current testing (ECT)
    ・渦電流探傷
    • Magnetic incremental permeability (MIP)
    ・増分透磁率法
    • EMAT & electromagnetic sensing
    ・電磁超音波(EMAT)

  • Acoustic & Ultrasonic NDE
    音響・超音波非破壊評価

    • Acoustic emission (AE) monitoring
    ・AEモニタリング
    • Ultrasonic testing (UT)
    ・超音波探傷
    • Nonlinear ultrasonic methods
    ・非線形超音波
  • Hydrogen & Extreme Environments
    水素・極限環境材料評価

    • Hydrogen embrittlement monitoring
    ・水素脆化評価
    • High-pressure hydrogen systems
    ・高圧水素機器
    • Corrosion and material degradation
    ・腐食・材料劣化
    • High-temperature components
    ・高温機器
  • Next-Generation Manufacturing & Data-Driven NDT
    次世代ものづくり・データ駆動型NDT

    • NDE of additively manufactured metals
    ・AM材の非破壊評価
    • Defect detection in AM components
    ・欠陥検出
    • Digital twin for structural integrity
    ・デジタルツイン
    • Machine learning for NDT
    ・機械学習応用

Eddy current testing (ECT)
渦電流試験

  • Eddy current testing (ECT) is a non-destructive testing method used to detect and evaluate surface and internal defects without damaging the test object. An alternating current is applied to a coil to generate a magnetic field, which induces eddy currents in the test specimen. When a defect alters the flow of the eddy currents, the impedance of the coil and its output signal change. These changes can be used to evaluate the presence of defects and the condition of the test specimen.
  • 渦電流試験とは,対象物を壊すことなく内部や表面の欠陥を検出・評価する非破壊試験の一つである.コイルに交流電流を印加し発生させた磁場を試験体に作用させ,試験体内部に渦電流を発生させる.欠陥によって渦電流の流れが変化すると,コイルのインピーダンスや出力信号が変化するため,その変化から欠陥の有無や試験体の状態を評価することができる.

Defects Detection of Composite Materials (CFRP, CMC) Using Eddy Current Testing
複合材料(CFRP,CMC)に対する渦電流試験(ECT)

  • Eddy current defects detection of  lightweight composite materials with excellent mechanical properties are increasingly being used in aircraft, automobiles, and other applications. In particular, carbon fiber-reinforced plastics (CFRP), which offer high specific strength and specific modulus, are used in aircraft fuselages and wings, while ceramic matrix composites (CMCs), which have excellent heat resistance, are used in aircraft engines. Since the fibers used in these materials are electrically conductive, defects within the materials can be detected using eddy current testing (ECT). This method aims to improve the reliability of composites material inspection.
  • 軽量かつ機械的特性に優れた複合材料は、飛行機や自動車などへの使用が拡大している。特に,比強度や比弾性率に優れた炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は、航空機の胴体や翼に使用され、耐熱性に優れたセラミックス基複合材料(CMC)はエンジンに使用される。これらの材料に使用される繊維は導電性を有することから,ECTによって繊維配向のズレや損傷による繊維のうねりなどの欠陥を検出可能だと考えられる。本手法により複合材料の検査の信頼性向上を目指す。

Evaluation of Hydrogen Embrittlement and Nitriding Using Eddy Current Testing複合材渦電流試験による水素脆化や窒化の評価

  • Hydrogen embrittlement and nitriding can degrade the mechanical properties of metallic materials, leading to component failure and reduced service life. Changes in the material microstructure can also affect its magnetic and electrical properties. This study investigates the relationship between microstructural changes and electromagnetic properties, such as magnetic permeability and electrical conductivity, and aims to develop a nondestructive evaluation method using eddy current testing (ECT).
  • 水素脆化や窒化は、金属材料の強度や遠征などの機械的特性を低下させ、部材の破損や寿命低下に繋がる可能性があるため、材料の健全性を評価する上で重要な問題である。特に、水素の侵入や窒素との反応により材料内部の組織が変化すると、材料の機械的特性だけでなく、磁気的・電気的特性にも変化が生じる。本研究では、材料の組織変化と透磁率・導電率などの電磁気特性との関係を明らかにし、ECTを用いて水素脆化や窒化による材料の状態変化を非破壊的に評価する手法の確立を目指す。

Keywords : Non-destructive testing (NDT),Electromagnetic induction,Electrical conductivity,Magnetic properties, Composite materials, Carbon fiber reinforced plastics (CFRP), Ceramic matrix composites (CMCs), Modeling, Hydrogen embrittlement,Nitriding,Permeability,Electrical conductivity

Ultrasonic Testing (UT)
超音波探傷法

  • What is UT? A probe sends high-frequency sound waves into a material. The waves bounce back from flaws and from the back wall. From the timing and strength of these echoes, we can find hidden flaws and measure thickness without damaging the part.
  • UTとは探触子から材料の中へ高い周波数の音波を送り,欠陥や底面ではね返ってきたエコーを受信します.エコーが戻るまでの時間や強さから,内部の欠陥や厚さを壊さずに調べることができます.

Acoustic Emission (AE)
アコースティック・エミッション法

  • What is AE? When a material deforms or cracks, part of its stored energy is released as elastic waves. Sensors on the surface detect these waves, so damage inside the material can be monitored in real time without breaking it.
  • AE法とは材料が変形したり割れたりするとき,内部にたまったエネルギーが弾性波として放出されます.この波を表面のセンサで捉えることで,材料内部の損傷を壊さずにリアルタイムで監視できます

Evaluating Hydrogen Embrittlement with AE
AE法によるオーステナイト系ステンレス鋼の水素脆化評価

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Hydrogen is a promising clean energy, but it can make metals brittle (hydrogen embrittlement). This also happens in stainless steels used in hydrogen equipment, and the mechanism is still unclear.


水素は金属に入ると材料をもろくします(水素脆化).水素機器に使われるステンレス鋼でも起こりますが,そのメカニズムはまだ解明されていません.

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Steel specimens (AISI 304) with and without hydrogen are slowly pulled until they break, while AE sensors record signals from inside. We compare the amplitude, waveform and frequency of the signals.


水素あり・なしのステンレス鋼(SUS304)をゆっくり引っ張って破断させ,その間のAE信号を計測します.信号の振幅・波形・周波数を比較します.

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To identify what happens inside the steel (dislocation motion, microcracking, phase transformation) from AE signals, and to clarify how damage caused by hydrogen embrittlement progresses.


AE信号から材料内部で起きている現象(転位運動・微小き裂・相変態)を見分け,水素脆化による損傷がどのように進むのかを明らかにします.

Keywords : Acoustic emission, Hydrogen embrittlement, Austenitic stainless steel, SSRT

Magnetic Incremental Permeability (MIP)
増分透磁率

  • What is the Eddy Current Magnetic Signature method (EC-MS)? In the EC-MS method, two eddy currents with different frequencies are simultaneously applied to the material. As a result, two varying magnetic fields with different frequencies are generated. Under the influence of these magnetic fields, the magnetic flux lines inside the material are distributed as shown in the figure, and the Hysteresis curve also takes the shape shown in the figure. The short black lines in the figure each represent the Magnetic Incremental Permeability (MIP).
  • 渦電流磁気指紋法(EC-MS)とは?EC-MS法ではさらに、材料に対して異なる2つの周波数の渦電流を同時に印加します。これにより、異なる2つの周波数の変動磁場が発生します。これらの磁場の影響により、材料内部の磁束線は図に示すような分布となり、ヒステリシス曲線も図のような形状になります。図中の黒い短線は、それぞれ増分透磁率(MIP: Magnetic Incremental Permeability)を表しています。

Eddy Current Magnetic Signature: ECMS Method
渦電流磁気指紋法

  • When the impedance changes of the material to which two eddy currents with different frequencies are simultaneously applied are plotted on the complex plane, a trajectory as shown in the figure is obtained. The shape of this fingerprint differs depending on the type and condition of the material, and each fingerprint uniquely corresponds to the stress state of the material. In addition, the EC-MS method has very high sensitivity to the stress state. The EC-MS method can be used as a method for detecting and evaluating internal damage in materials under stress.
  • 異なる周波数の2つの渦電流を同時に印加した材料のインピーダンス変化を複素平面上にプロットすると、図に示すような軌跡が得られる。この「フィンガープリント」の形状は、材料の種類や状態によって異なり、それぞれのフィンガープリントは材料の応力状態に一意に対応しています。さらに、EC-MS法は応力状態に対して非常に高い感度を持っています。EC-MS法は、応力下にある材料の内部損傷を検出・評価する手法として利用できます。

Keywords : EC-MS, dual-frequency eddy currents, magnetic incremental permeability (MIP), impedance fingerprint, complex-plane trajectory

© Copyright Uchimoto Laboratory

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