国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）制造技术研究部8220_8420应力发光我们演示了传感器在加氢站蓄压器损坏评估技术中的适用性。
该技术可以通过拍摄附着在蓄压器外表面的应力激发荧光片传感器的发光分布，以二维方式可视化由于氢气的重复填充和释放而对蓄压器内表面造成的损坏。还可以根据发光图案的变化来估计内部裂纹的生长程度。这种蓄压器损坏评估技术有望为近年来建设的加氢站的安全做出贡献。
有关该技术的详细信息，请参阅2016年1月12日的学术期刊国际氢能杂志
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| 基于应力激发发光传感器的加氢站蓄压器损伤评估技术及45 MPa内压加载时的应力激发发光图像综述 |
近年来，使用时不排放二氧化碳的氢能备受关注。储存氢气的常见方法是将其储存在高压气体容器中，例如蓄压器。钢制容器和复合容器两个容器的内部都会出现疲劳裂纹，这是由于与填充和释放氢气相关的反复加压和减压而产生的。氢脆是一个问题。目前，通过定期目视检查高压气体容器的内部来确保安全，但为了氢能社会的发展，强烈需要能够更容易地检查内部状态的检查技术。
产业技术研究院开发了世界上第一个应力激发发光材料，并开发了使用它的传感器（涂装和片材技术），并通过各种分析阐明了应力激发发光现象的机制。特别是，看不见的表面疲劳裂纹的可视化（2008 年 11 月 14 日日产 AIST 新闻稿)、桥梁监控系统开发(AIST 2009 年 11 月 9 日新闻稿））的特性，它们响应外部机械刺激而重复发光。
这次，我们将应力激发发光片传感器应用于实际加氢站蓄压器的损坏诊断技术，并致力于开发在液压循环测试期间可视化内部裂纹并计算其进度的技术。
这项研究和开发得到了福冈氢能源战略委员会的产品开发支持项目“利用应力发光的氢气高压气体容器的损坏诊断系统的开发（2014财年-2014财年）”的支持。
使用应力激发发光材料的传感器的一个特点是，每个单独的陶瓷细颗粒（粒径可以控制）由于机械刺激而重复发光。也就是说，通过将这些细颗粒施加到物体上（感测它），可以获得整个视野上的应变分布作为图像。
此次，为了验证加氢站蓄压器的损伤评估技术，我们使用由应力激发发光颗粒和树脂制成的应力激发发光片传感器，对高压储气罐（加氢站实际使用的35 MPa级铬钼钢蓄压器）进行了液压循环试验。预先在蓄压器（长度300mm、外径270mm、内径210mm）的内表面上加工模拟内部裂纹的凹口（长度72mm、深度24mm、宽度05mm）。使用粘合剂将机械发光片传感器附着到容器的外表面，并使用相机拍摄在液压循环测试期间获得的机械发光片传感器的发光分布。图1示出了安装了应力激发荧光片传感器的蓄压器的外观照片以及施加45MPa的内部压力时应力激发荧光片传感器的发光分布。应力激发荧光片传感器2位于蓄压器的外表面上，那里潜在着内部裂纹。在没有内部裂纹的位置粘合的应力激发荧光片传感器1和3（图1B、D）中，整个传感器几乎均匀地发光，但在应力激发荧光片传感器2（图1C）的情况下，在图像的中心看到两个区域（黄绿色区域），其中发光强度比周围区域强。使用有限元方法进行的数值分析表明，这种应力引起的发光分布是由内部裂纹尖端的应力集中引起的。换句话说，通过在蓄压器的外表面上安装应力激发荧光片传感器，可以看到从外部看不到的内部裂纹（图1C）。
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| 图1 附有应力激发荧光片传感器的蓄压器照片以及内压45MPa时的应力激发发光图像（伪彩色显示） |
图2(a)显示了水力循环试验过程中内部裂纹引起的应力发光图像。随着循环次数的增加，由内部裂纹引起的发射强度强的区域之间的距离逐渐变窄。针对其原因，我们对蓄压器内部裂纹扩展与外表面应变分布之间的关系进行了数值分析，如图2（b）所示，我们发现随着内部裂纹扩展（深度增加），最大应变之间的距离变窄。此外，由于该内部裂纹的扩展程度与蓄压器外表面最大应变之间的距离之间存在比例关系（图2（c）），因此可以根据应力激发发光片传感器的发光分布来估计内部裂纹的位置及其扩展程度。根据应力激发发光图案的这种变化来估计内部裂纹的生长，不需要精确测量应力激发发光强度的绝对值（可以转换为应变），从而不易受到外部杂散光的影响，这一直是传统应力激发发光传感器的问题，预计不仅可用于蓄压器的损伤诊断，还可作为其他结构中内部裂纹可视化的技术。
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| 图2(a)各循环次数的应力诱导发光图像比较，(b)数值分析得到的周向应变比较，(c)内部裂纹深度与最大应变距离的关系 |
未来，我们希望开发能够早期检测高压气体容器内部损坏的技术，旨在提高应力激发发光材料的应变敏感性，并使较浅的内部裂纹可视化。此外，由于该技术不仅有望应用于高压气体容器，还将应用于管道、飞机等的安全管理，因此我们的目标是开发监控结构安全和保障的技术。
国立产业技术综合研究所
制造技术研究部万亿传感器课题组
研究员 Yuki Fujio 电子邮件：yuki-fujio*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）
研究组组长 Tadashi Terasaki 电子邮件：nao-terasaki*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）
制造技术研究部
研究总监徐超满邮箱：cn-xu*aistgojp（发送前请将*改为@。）