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音響放出（AE）は、固体内部で発生する音響（弾性）波の放射現象であり、例えば、経年劣化、温度勾配、または外部の機械的力による亀裂形成や塑性変形の結果として、材料の内部構造に不可逆的な変化が生じる場合に発生します。[ 1 ]
特に、AEは、局所的な弾性波源を生成する構造変化を伴う材料や構造物の機械的負荷のプロセス中に発生します。[ 2 ]これにより、材料内またはその表面に蓄積された弾性エネルギーが急速に解放されるときに発生する弾性波または応力波によって、材料の表面がわずかに変位します。[ 3 ] [ 4] [ 5 ] [ 6 ]
一次弾性パルスAE（アクチュエーションAEまたはイベントAE）の放出メカニズムは、物理的性質が異なる場合がある。図は、機械的負荷を受けた体心立方格子（bcc）金属において、転位パイルアップ（転位は材料の結晶格子における線状欠陥）が境界を突破することによって生じる微小亀裂の核生成中のAEアクチュエーション（イベント）のメカニズム、およびAEアクチュエーション（イベント）のストリーム（1）と記録されたAE信号のストリーム（2）の時間図を示している。[ 5 ] [ 6 ]
AE法では、微小変形、転位核生成、微小亀裂の蓄積の初期段階におけるプロセスの動力学を研究することが可能です。大まかに言えば、それぞれの亀裂は成長について「叫んでいる」ように見えます。これにより、付随するAEによって亀裂の発生の瞬間自体を診断することが可能になります。さらに、既に発生した各亀裂には、材料の特性に応じて、ある一定の臨界サイズが存在します。[ 5 ] [ 6 ]このサイズまでは、亀裂はAE放射を伴う無数の小さな離散的なジャンプによって非常にゆっくりと（時には数十年かけて）成長します。亀裂が臨界サイズに達すると、その後の成長速度が構造材料中の音速の半分に近い速度になるため、壊滅的な破壊が発生します。特殊な高感度装置を用いて、最も単純なケースではdNa/dt（単位時間あたりの量）の強度とAEの総発生回数Naを測定することにより、AEデータに基づいて成長速度、亀裂長さを実験的に推定し、破壊の近さを予測することが可能です。[ 5 ] [ 6 ]
AEの発生源によって生成される波は、構造健全性モニタリング（SHM）、品質管理、システムフィードバック、プロセスモニタリング、その他の分野で実用的な関心を集めています。SHMアプリケーションでは、AEは通常、損傷を検出、特定、[ 7 ]、特性評価[ 8 ]するために使用されます。
音響放射は、局所的な応力エネルギーの急速な解放によって引き起こされる、材料内部における一時的な弾性波に関連しています。イベントソースは、材料内部への弾性エネルギーの解放によって定義され、その後、弾性波として伝播します。音響放射は1kHz以下の周波数範囲で検出可能であり、100MHzまでの周波数で報告されていますが、解放されるエネルギーの大部分は1kHzから1MHzの範囲内です。急速な応力解放イベントは、0Hzから始まり、通常は数MHzで減衰する応力波のスペクトルを生成します。
AE技術の主な用途は次の3つです。1) 音源位置特定 –音源が発生した場所を特定する。2) 材料の機械的性能 – 材料や構造物を評価および特性評価する。3) 健全性監視 – 橋梁、圧力容器、パイプラインなどの構造物の安全な動作を監視する。
最近の研究では、AEを使用して亀裂の成長、摩擦、剥離、マトリックスの亀裂などの発生メカニズムを特定するだけでなく、その特性を明らかにすることにも焦点が当てられています[ 8 ]。これにより、AEはエンドユーザーにどのような発生メカニズムが存在するかを伝え、構造的な修復が必要かどうかを判断できるようになります。
適切な信号処理と解析を用いることで、弾性波信号と構造物内部で発生するプロセスとの関係について、より深い理解を得ることが可能になる。
ランダムイベントストリームを分析するための統計的手法（例えば、ランダムポアソンストリームモデル）の使用により、AE診断方法の機能が大幅に拡張され、信頼性が向上します[ 5 ] [ 6 ]。
高速フーリエ変換（FFT）によって得られた信号の周波数領域表現は、信号の振幅と周波数成分に関する情報を提供する。[ 9 ]
AE（アコースティックエミッション）は、不可逆的なエネルギー放出に関連している場合がある。また、摩擦、キャビテーション、衝撃など、材料の破壊を伴わない発生源からも発生する可能性がある。
音響放射法を材料の非破壊検査に適用する場合、通常は 20 kHz ～ 1 MHzの周波数帯で行われます。 [ 10 ]従来の超音波検査とは異なり、AE ツールは、外部から発生する波に対する材料の影響ではなく、材料の破壊や応力中に発生する音響放射を監視するように設計されています。部品の故障は、無人監視中に記録できます。複数の負荷サイクル中の AE 活動レベルの監視は、検査対象の部品が引き続き使用できる多くの AE 安全検査方法の基礎となっています。[ 11 ]
この技術は、例えば、溶接工程中に発生する亀裂の発生を研究するために用いられる。これは、より一般的な超音波探傷技術を用いて溶接後に亀裂の位置を特定するのとは対照的である。
飛行中の航空機部品など、常に応力がかかっている材料では、ある領域に設置されたトランスデューサーによって、亀裂の発生を伝播開始と同時に検知することができます。複数のトランスデューサーを用いて信号を記録し、音が各トランスデューサーに到達するまでの時間を測定することで、亀裂の発生源を正確に特定することが可能です。
音響放出の長期連続モニタリングは、圧力容器[ 12 ] [ 13 ]や高圧下で液体を輸送するパイプラインに発生する亀裂を検出するのに有効です。圧力容器の非破壊検査に音響放出を使用するための規格は、 ASME、ISO、および欧州共同体によって開発されています。
この技術は鉄筋コンクリート構造物の腐食を推定するために使用されます。[ 11 ] [ 14 ]
現在、AE法は原子力発電工学、航空、ロケットおよび宇宙技術、鉄道輸送、歴史的遺物（例えば、モスクワ・クレムリンのツァーリの鐘）などの対象物の監視および診断、ならびにその他の責任ある目的の製品および対象物の監視および診断のタスクに積極的に使用されています。[ 15 ]
AEセンシングは、リチウムイオン電池の健全性の状態を監視するために利用できる可能性があり、特に電極の電気化学的摩耗、相転移、ガス発生などの寄生的な機械電気化学イベントの検出と特性評価に利用できます。圧電センサーは、動作中に電池材料から放出される音響信号を受信するために使用されます。[ 16 ]
非破壊検査に加え、音響放出モニタリングはプロセスモニタリングにも応用されています。音響放出モニタリングが実際に活用されている例としては、流動層における異常の検出や、バッチ式造粒における終点の検出などが挙げられます。
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