(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器の外側表面に設置されて前記原子炉圧力容器の内部へ超音波パルスを送信する超音波送信手段と、
前記原子炉圧力容器の外側表面に設置されて、前記超音波パルスが原子炉圧力容器内の検査対象で反射した超音波を含む反射パルスを受信する超音波受信手段と、
前記超音波受信手段が受信した反射パルス信号から前記原子炉圧力容器の壁内部を反射した反射超音波パルスを除外処理する前処理手段と、
前記前処理手段で処理された前記反射パルス信号から前記検査対象の観測時間に基づいて前記検査対象の振動を求める演算手段と、
を備えることを特徴とする原子炉振動監視装置。
【請求項２】
前記超音波送信手段は前記原子炉圧力容器に超音波パルス列を送信するパルス列生成手段であり、
前記前処理手段は、前記超音波パルス列の波形と前記反射パルス信号との各時間における相関値を算出すること、を特徴とする請求項１記載の原子炉振動監視装置。
【請求項３】
前記前処理手段は、前記反射パルス信号の振幅を２乗した後に所定の周波数より小さい成分を抽出する低周波数成分抽出処理を行うこと、を特徴とする請求項１または請求項２記載の原子炉振動監視装置。
【請求項４】
前記前処理手段は、前記超音波送信手段、前記検査対象、前記超音波受信手段の位置に基づいて、前記反射パルス信号から前記検査対象で反射した超音波パルスが含まれる時間範囲を特定して抽出する抽出処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか
１項に記載の原子炉振動監視装置。
【請求項５】
前記前処理手段は予め差分処理用波形を記憶しており、前記反射パルス信号と前記差分処理用波形を差分処理することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の原子炉振動監視装置。
【請求項６】
前記原子炉圧力容器の内面と前記検査対象の間で、前記超音波送信手段から送信される超音波パルスを任意の時間だけ遮断する遮断手段を備え、
前記前処理手段は、前記遮断手段により前記超音波パルスを遮断した状態で前記超音波受信手段が受信した信号を前記差分処理用波形として記憶することを特徴とする請求項５記載の原子炉振動監視装置。
【請求項７】
前記原子炉圧力容器の部分レプリカと、この部分レプリカに前記超音波送信手段および前記超音波受信手段の位置関係と同一となるよう設けられたレプリカ用超音波送信手段およびレプリカ用超音波受信手段を備え、
前記前処理手段は、前記レプリカ用超音波送信手段が前記部分レプリカに超音波を送信して前記レプリカ用超音波受信手段が受信した信号を前記差分処理用波形として記憶することを特徴とする請求項５記載の原子炉振動監視装置。
【請求項８】
前記前処理手段は、前記原子炉圧力容器の壁厚さ、前記超音波送信手段および前記超音波受信手段の取り付け位置に基づいて、前記原子炉圧力容器の壁内部を反射した反射超音波パルスを特定することを特徴とする請求項１記載の原子炉振動監視装置。
【請求項９】
前記前処理手段は、前記原子炉圧力容器の壁厚さ、前記超音波送信手段および前記超音波受信手段の取り付け位置に基づいて、前記原子炉圧力容器の壁内部を反射した反射超音波パルスを前記差分処理用波形として記憶することを特徴とする請求項５記載の原子炉振動監視装置。
【請求項１０】
前記超音波送信手段と前記超音波受信手段の相対位置を調整する位置調整手段を備えること、を特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の原子炉振動監視装置。
【請求項１１】
超音波送信手段が原子炉圧力容器の外側表面に設置されて前記原子炉圧力容器の内部へ超音波パルスを送信する超音波送信ステップと、
超音波受信手段が前記原子炉圧力容器の外側表面に設置されて、前記超音波パルスが原
子炉圧力容器内の検査対象で反射した超音波を含む反射パルスを受信する超音波受信ステップと、
前記超音波受信手段が受信した反射パルス信号から前記原子炉圧力容器の壁内部で生じた反射超音波パルスを除外処理する前処理ステップと、
前記前処理ステップで処理された前記反射パルス信号から前記検査対象の観測時間に基づいて前記検査対象の振動を求める演算ステップと、
を備えることを特徴とする原子炉振動監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて原子炉圧力容器の外側から内部機器の振動監視を行う原子炉振動監視装置及びその監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉運転中に原子炉内部の機器振動を監視する原子炉振動監視装置について、超音波を用いて原子炉圧力容器の外側から内部機器の振動監視を行う手法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
この原子炉振動監視装置について、図１６を用いて説明する。
【０００４】
図１６は、従来の原子炉振動監視装置１０７の概略構成を示す構成図である。
【０００５】
図１６に示すように、この原子炉振動監視装置１０７は、原子炉圧力容器１００の外側面に設置され、原子炉圧力容器１００の内部機器１０１に取り付けられた反射板１０２へ超音波パルスを送信して反射パルスを受信する超音波トランスジューサ１０３を備えている。
【０００６】
この超音波トランスジューサ１０３において受信した反射パルスは、超音波受信器１０４を介して受信信号に変換される。超音波受信器１０４からの信号は、信号処理装置１０５で受信して処理される。この信号処理装置１０５により処理された振動情報は表示装置１０６において表示される。
【０００７】
この原子炉振動監視装置１０７において、内部機器１０１へ反射板１０２を取り付けることにより、超音波トランスジューサ１０３から送信された超音波パルスは、この反射板１０２で反射して再び超音波トランスジューサ１０３へ戻される。このため、内部機器１０１に傾きや曲率がある場合であっても、１つの超音波トランスジューサ１０３によって高感度かつ確実に超音波パルスの送受信が可能である。この超音波トランスジューサ１０３が信号を受信する時間の変化に基づいて振動監視を行なうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−０６８９８７号公報
【特許文献２】特開平１１−１２５６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、この原子炉振動監視装置１０７おいては、傾きや曲率がある内部機器１０１の振動を精度よく監視するためには、超音波が効率よく反射させるために反射板１０２を内部機器１０１へ取り付ける必要があり、水中において遠隔操作により取り付けなければならないという課題があった。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、原子炉圧力容器の内部機器に反射板を取り付けることなく、傾きや曲率がある内部機器の振動を高精度に検出することのできる原子炉振動監視装置及びその監視方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の原子炉振動監視装置は、原子炉圧力容器の外側表面に設置されて前記原子炉圧力容器の内部へ超音波パルスを送信する超音波送信手段と、前記原子炉圧力容器の外側表面に設置されて、前記超音波パルスが原子炉圧力容器内の検査対象で反射した超音波を含む反射パルスを受信する超音波受信手段と、前記超音波受信手段が受信した反射パルス信号から前記原子炉圧力容器の壁内部で生じた反射超音波パルスを除外処理する前処理手段と、前記前処理手段で処理された前記反射パルス信号から前記検査対象の観測時間に基づいて前記検査対象の振動を求める演算手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明の原子炉振動監視方法は、超音波送信手段が原子炉圧力容器の外側表面に設置されて前記原子炉圧力容器の内部へ超音波パルスを送信する超音波送信ステップと、超音波受信手段が前記原子炉圧力容器の外側表面に設置されて、前記超音波パルスが原子炉圧力容器内の検査対象で反射した超音波を含む反射パルスを受信する超音波受信ステップと、前記超音波受信手段が受信した反射パルス信号から前記原子炉圧力容器の壁内部で生じた反射超音波パルスを削除処理する前処理ステップと、前記前処理ステップで処理された前記反射パルス信号から前記検査対象の観測時間に基づいて前記検査対象の振動を求める演算ステップと、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の原子炉振動監視装置及びその監視方法によれば、原子炉圧力容器の内部機器に反射板を取り付けることなく、高精度に内部機器の振動を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態の原子炉振動監視装置の概略構成を示す構成図。
【図２】部分レプリカの概略構造を示す縦断面図。
【図３】曲面における反射超音波パルスの反射を示す横断面図。
【図４】傾き面における反射超音波パルスの反射を示す縦断面図。
【図５】壁内における反射超音波パルスの反射を示す縦断面図。
【図６】前処理手段の出力を示す説明図で、（ａ）はその処理前のグラフ、（ｂ）はその遮断または散乱させた場合の記憶されているグラフ、（ｃ）はその差分処理した結果のグラフ。
【図７】部分レプリカを用いた前処理手段の出力を示すグラフ。
【図８】本発明の第２の実施の形態の原子炉振動監視装置の概略構成を示す構成図。
【図９】図８の前処理手段の第１の例の出力を示すグラフ。
【図１０】図８の前処理手段の第２の例の出力を示すグラフ。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の原子炉振動監視装置の概略構成を示す構成図。
【図１２】図１１のパルス列生成手段が生成するパルス列状の超音波パルスを示すグラフ。
【図１３】図１１の前処理手段の遮断または散乱させた場合の記憶されているグラフ。
【図１４】図１１の前処理手段の差分処理した結果のグラフ。
【図１５】本発明の原子炉振動監視方法の概略構成を示すフロー図。
【図１６】従来の原子炉振動監視装置の概略構成を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る原子炉振動監視装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態の原子炉振動監視装置１４の概略構成を示す構成図である。
【００１７】
まず、原子炉振動監視装置１４の基本構成について、図１を用いて説明する。
【００１８】
本図に示すように、原子炉振動監視装置１４は、原子炉圧力容器１の外側表面に設置されて、原子炉圧力容器１の内部へ超音波パルスを送信する超音波送信手段３ａ及び原子炉圧力容器１内部の検査対象２から反射する反射パルスを受信する超音波受信手段３ｂを有する超音波送受信手段３を備えている。すなわち、この超音波送信手段３ａから原子炉圧力容器１の内部へ超音波パルスが送信され、検査対象２で反射した超音波パルスは、超音波受信手段３ｂにより受信される。
【００１９】
この超音波受信手段３ｂは、反射超音波パルスを受信し、受信信号を前処理手段４に送信する。前処理手段４は、超音波送受信手段３ｂの受信信号をアナログ−デジタル変換し、反射超音波パルス信号を含む受信信号の波形と予め記憶している波形との差分処理を行う。この前処理手段４で差分処理された受信信号は、演算手段５に送信される。演算手段５は、検査対象２からの反射超音波パルスの観測時間の変化に基づき検査対象２の振動を求める。
【００２０】
さらに、原子炉圧力容器１の内側表面と検査対象２との間において、通常浸水されている検査対象２へ送信される超音波パルスを任意の時間だけ遮断する遮断手段６が設けられている。この遮断手段６は、例えば、圧縮空気を供給する空気圧縮機６ａ及び圧縮空気を噴出する気泡噴出手段６ｂから構成されている。
【００２１】
この原子炉振動監視装置１４は、沸騰型原子炉や加圧水型原子炉など各種の原子炉に適用可能である。運転時の原子炉圧力容器１の外側表面は、高温かつ高放射線環境となる。例えば、外側表面の温度は、沸騰水型原子炉の場合は約３００℃、加圧水型原子炉の場合は約３２５℃に達する。また、原子炉圧力容器１の内側表面には、超音波の伝播を阻害するクラッド溶接層８が存在する。
【００２２】
検査対象２は、原子炉内の水中に設置されている内部機器であり、例えば、沸騰水型原子炉の場合、シュラウドやジェットポンプが挙げられる。これらの内部機器は複雑な形状をしており、振動を測定する超音波が照射される部位は曲率や傾きを有する形状になっている箇所が多い。図１の例では立断面で示しているが、検査対象２は、鉛直方向面は傾きを、かつ水平方向断面は曲率を有する形状となっている。
【００２３】
超音波送信手段３ａは、圧電効果を用いた振動子であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）等の圧電素子から作製される。超音波送受信手段３において送受信される超音波の周波数は、超音波が鋼材中及び水中を伝播するように、例えば数百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの間に設定される。また、超音波送受信手段３は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ等の軟性金属の接触媒体として原子炉圧力容器１の外側表面に固定される。
【００２４】
なお、超音波受信手段３ｂは、磁歪効果による超音波の受信素子によって構成することもできる。
【００２５】
また、超音波送信手段３ａ及び超音波受信手段３ｂからなる超音波送受信手段３について説明したが、送信手段及び受信手段を兼用する超音波送受信手段を用いてもよい。
【００２６】
次に、前処理手段４は、入力信号を電気的に増幅した後にデジタルデータへ変換するための図示しないアナログ・デジタル変換器、デジタルデータを記憶する記憶回路、デジタルデータへ変換された入力信号と記憶されたデジタルデータとの間で差分演算を行って出力する演算回路によって構成されている。
【００２７】
このアナログ・デジタル変換器は、Δｔ（ｓｅｃ）の時間間隔で動作し、反射超音波パルスを含む所定時間幅の入力信号をｆ（Ｈｚ）のサンプリング周波数によりデジタルデータに変換する。このとき、ｆ（Ｈｚ）は、サンプリング定理に基づき、送受信する超音波の周波数の２倍以上に設定される。また、記憶回路に記憶されるデジタルデータについても、送受信する超音波の周波数の２倍以上に設定されたサンプリング周波数のデータとする。
【００２８】
次に、演算手段５は、検査対象２において反射した反射超音波パルスから検査対象２の振動及び振幅を求める信号処理回路である。検査対象２が振動すると、検査対象２からの反射超音波パルスの伝搬時間が変化する。この時、反射超音波パルスを含む所定時間幅の入力信号はΔｔ（ｓｅｃ）の時間間隔で得られるため、順次得られる入力信号から反射超音波パルスの伝搬時間を抽出して時系列に従って並べると、Δｔ（ｓｅｃ）の時間間隔で反射超音波パルスの伝搬時間変化に関するデータを取得することができる。
【００２９】
そして、取得データに対して周波数解析を行うことにより検査対象２の振動周波数を求めることができる。
【００３０】
また、取得データにおける伝搬時間の時間変化幅を求め、これに音速を乗算して２で割ることによって振動振幅の大きさを求めることができる。他方、伝搬時間の時間変化幅は、取得データを補間したデータから求めるか、または取得データを関数近似した時の係数から求めることもできる。
【００３１】
なお、伝搬時間は検査対象２までの往復時間であるため、検査対象２の振動振幅を求めるには２で割る必要がある。ここで、１／Δｔ（Ｈｚ）は、サンプリング定理に基づき、検査対象２の振動周波数の２倍以上になるように設定する。
【００３２】
次に、遮断手段６は、原子炉圧力容器１と検査対象２との間の炉水中を伝搬する超音波を遮断または散乱させ、検査対象２からの反射超音波パルスが超音波受信手段３ｂに到達しないようにする手段である。上述した構成例では、空気圧縮機６ａから圧縮空気を気泡噴出手段６ｂへ送り、流量及び気泡径を調整してノズルである気泡噴出手段６ｂから超音波の伝搬経路へ気泡を噴出することで超音波を遮断する。このとき、気泡径は、送受信する超音波の波長に比べて十分大きくなるように設定される。
【００３３】
遮断手段６の別の例として、超音波を反射または散乱させる鋼板などを伝搬経路中に挿入して遮断手段とすることもできる。この場合は、挿入される鋼板等が落下しないように注意する必要がある。その他にも、炉水レベルを下げて伝搬経路を気中とすることによって超音波を遮断することもできる。
【００３４】
このように構成された本実施の形態において、超音波送信手段３ａから送信された超音波パルスは、原子炉圧力容器１の壁内及びクラッド溶接層８を透過して炉水中へ垂直入射される。このとき、超音波パルスは、原子炉圧力容器１の壁とクラッド溶接層８の境界、クラッド溶接層８と炉水との境界において反射し、減衰し、さらに、クラッド溶接層８の内部において減衰する。
【００３５】
この後、炉水中へ侵入した超音波パルスは直進して検査対象２において反射するが、検査対象２が傾きと曲率を有するために、反射超音波パルスは拡がりと角度が付加されて伝搬する。例えば、検査対象２が図３に示すように曲率を有する場合、反射超音波パルスは検査対象２の曲率の影響を受けて水平方向に拡がる。また、検査対象２が図４に示すように傾いている場合、反射超音波パルスは検査対象２の傾きの影響を受けて鉛直方向に拡がる。
【００３６】
さらに、図５に示すように、超音波パルスの一部は、原子炉圧力容器１の壁内において反射を繰り返して超音波受信手段３ｂに到達する。
【００３７】
また、送信された超音波パルスと同様に反射超音波パルスについても、原子炉圧力容器１の壁とクラッド溶接層８の境界、クラッド溶接層８と炉水との境界において反射し、減衰し、さらに、クラッド溶接層８の内部において減衰する。
【００３８】
このように検査対象２からの反射超音波パルスは、原子炉圧力容器１の壁とクラッド溶接層８の境界、クラッド溶接層８と炉水との境界において反射し、減衰し、さらに、クラッド溶接層８の内部において減衰し、加えて、検査対象２の傾きと曲率によって拡がるために大きく減衰する。また、原子炉圧力容器１の壁内で反射して超音波受信手段３ｂに到達した超音波パルスも観測される。このため、超音波受信手段３ｂの受信信号において、検査対象２からの反射超音波パルスが小さくなり、原子炉圧力容器１の壁内を反射した超音波パルス等のノイズとの識別が困難となる。
【００３９】
ここで、前処理手段４が行う処理について、図６を用いて説明する。
【００４０】
図６は、前処理手段４の出力例を示す説明図で、（ａ）は超音波受信手段３ｂから前処理手段４に入力される処理前の波形、（ｂ）は予め前処理手段４に記憶されている波形、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を差分処理した結果のグラフである。なお、振幅の単位は任意である。
【００４１】
前処理手段４においては、反射超音波パルスをデジタルデータへ変換した図６（ａ）に示す波形と、図６（ｂ）に示す差分処理用の波形との間で差分演算を行う。図６（ｂ）に示す波形は、検査対象２からの反射超音波パルスが超音波受信手段３ｂによって受信されない状態の波形である。すなわち、図６（ｂ）に示す波形は、原子炉圧力容器１の壁内での反射超音波等に起因するもので、図６（ａ）の波形のうち反射超音波パルス以外のノイズに相当する。
【００４２】
図６（ｂ）の波形は、例えば原子炉圧力容器１と検査対象２の間の炉水中を伝搬する超音波パルス及び反射超音波パルスを遮断または散乱させた場合のデータ又は等価のデジタルデータを予め用意し（例えば、過去の運転で取得されたデータやシミュレーションによって求める）、前処理手段４に記憶させておく。
【００４３】
したがって、図６（ａ）と図６（ｂ）の差分処理によって図６（ａ）からノイズが除去されて図６（ｃ）に示すような波形となり、検査対象２からの反射超音波パルスについて高ＳＮ比（ＳＩＧＮＡＬ−ＮＯＩＳＥ  ＲＡＴＩＯ：信号雑音比）の波形が得られる。
【００４４】
また、差分処理に用いる波形を予め用意するのが困難な場合や、より正確な波形を得るために実機から取得する場合、遮断手段６を用いて図６（ｂ）に相当する波形を取得することが可能である。この方法について、以下説明する。
【００４５】
まず、上述した空気圧縮機６ａと気泡噴出手段６ｂから構成される遮断手段６を用いて図６（ｂ）の波形を取得する方法について、以下説明する。図１に示す遮断手段６の空気圧縮機６ａを任意の時間動作させて気泡噴出手段６ｂから伝搬経路中へ気泡を送り込み、伝搬経路を気泡で充満させる。この結果、超音波パルス及び反射超音波は、伝搬経路中の気泡によって散乱するため、実質的に遮断される。この状態では超音波が超音波送信手段３ａから送信された超音波パルスが検査対象２で反射して超音波受信手段３ｂに到達しないので、超音波受信手段３ｂの出力は図６（ｂ）のような波形となる。このようにして、図６（ｂ）に示されるデジタルデータを必要なデータ数だけ取得することができる。
【００４６】
また、遮断手段が上述したように鋼板等を超音波送受信手段３と検査対象２の間に挿入する構成である場合でも、挿入された鋼板等によって超音波が反射・減衰するため、空気圧縮機６ａおよび気泡噴出手段６ｂを用いた場合と同様に超音波を遮断してデータを取得することが可能である。
【００４７】
また、上述したような遮断手段６の適用が困難なときには、代替として図２に示す部分レプリカ７を用いることができる。なお、この部分レプリカ７には、レプリカ用の超音波送信手段３１ａ及び超音波受信手段３１ｂからなる超音波送受信手段３１が設けられている。部分レプリカ７として、実物のサンプリングを用いてもよい。
【００４８】
図２に示すように、原子炉圧力容器１に取り付けられた超音波送受信手段３の近傍に設置されている部分レプリカ７に、図１の超音波送受信手段３と同一の相対位置関係になるように超音波送受信手段３１を配置して超音波を送受信する。
【００４９】
すなわち、部分レプリカ７は、原子炉圧力容器１の壁を部分的に模擬した部分レプリカであり、図１に示す原子炉圧力容器１の壁と同一の材料と厚み、クラッド溶接層８を有する。また、部分レプリカ７の大きさは、超音波送受信手段３１の超音波送信手段３１ａと超音波受信手段３１ｂが設置可能な寸法とする。そして、この部分レプリカ７は、超音波送信手段３ａと超音波受信手段３ｂが設置されている原子炉圧力容器１の壁と同一の温度環境となるように、超音波送受信手段３の近傍に設置されることが望ましい。当然ながら、設置位置が超音波送受信手段３の近傍でなくとも、ヒータ等を用いて近い温度環境とすることも可能である。
【００５０】
この結果、部分レプリカ７に設置された超音波送受信手段３１を用いて取得される受信信号は、主に部分レプリカ７の壁内部での反射超音波に起因するものであり、図６（ｂ）に相当する波形を取得することができる。
【００５１】
このように構成された本実施の形態において、図７に示す部分レプリカ７の壁内部の反射超音波パルスをデジタルデータとして前処理手段４に記憶することにより、その伝搬時間を求めることができる。かくして、波形の差分処理によって原子炉圧力容器１の壁内部を反射した超音波に起因するノイズを除外することができ、検査対象２からの反射超音波パルスの特定が容易となる。
【００５２】
また、原子炉圧力容器１の壁内部で反射した超音波に起因するノイズを回避する別の方法について、以下説明する。図５には、原子炉圧力容器１の壁内部で１回反射して超音波受信手段３ｂに到達する超音波の経路を実線で、３回反射して超音波受信手段３ｂに到達する超音波の経路を破線で示している(クラッド溶接層８は図示省略)。これら超音波の経路長さは、原子炉圧力容器１の壁の厚さ、超音波送信手段３ａと超音波受信手段３ｂの設置位置、超音波の反射回数から求めることができる。さらに、温度が分かれば、音速が分かるため超音波受信手段３ｂでの観測時間を求めることができる。また、温度が不明な場合であっても、超音波受信手段３ｂの受信波形における最初のピークが判別できる場合は、当該最初のピークが原子炉圧力容器１の壁内部で１回反射して超音波受信手段３ｂに到達する超音波であるため、最初のピークの観測時間に基づいて、壁内で３回以上反射した超音波の観測時間を求めることができる。
【００５３】
以上のような方法によって、壁内部の反射超音波パルスの観測時間を求めることにより、原子炉圧力容器１の壁内部の反射超音波パルスを除外することができ、壁内部の反射超音波によるピークを検査対象２からの反射超音波パルスと誤判定することを回避することが可能である。なお、原子炉圧力容器１の壁内部の反射超音波パルスの除外は、例えば該当する観測時間の信号を低減する処理を行う、あるいは検査対象２からの反射超音波パルスを特定する際に、該当する観測時間は検査対象からの反射超音波パルスの判定の対象としないようにする、等の処理によって行なう。
【００５４】
この原子炉圧力容器１の壁内部の反射超音波パルスを除外する処理は、上述した波形の差分処理と併用することが可能である。
【００５５】
この結果、演算手段５において、図６（ｃ）に示すように、検査対象２からの反射超音波パルスを容易に抽出できる。
【００５６】
なお、反射超音波パルスの抽出は、最大値や最小値の検索、振幅強度の閾値判定、送信した超音波パルスとの相関演算における最大値の検索等の各種手法が適用できる。そして、抽出された反射超音波パルスの伝搬時間変化に関するデータから検査対象２の振動周波数及び振動振幅を求めることができる。
【００５７】
また、検査対象２からの反射超音波パルスの特定は、例えば、しきい値判定や波形の重心に基づいて行うこともできる。
【００５８】
本実施の形態によれば、原子炉圧力容器１内の傾きや曲率がある内部機器の振動を検出するときであっても、内部機器からの反射超音波パルスを含む測定データと予め記憶された反射超音波パルスを含まない記憶データとの間の差分処理により、内部機器からの反射超音波パルスを高ＳＮ比で得ることができ、高精度に振動を検出することが可能となる。
【００５９】
また、超音波の遮断手段によって超音波パルス及び反射超音波を任意の時間だけ遮断することにより、かつ迅速に内部機器からの反射超音波パルスを含まない差分処理に用いるデータを取得できる。そして、内部機器からの反射超音波パルスを含む測定データとの間の差分処理により、内部機器からの反射超音波パルスを高ＳＮ比で得ることができ、高精度な振動検出が可能となる。
【００６０】
また、原子炉圧力容器１に取り付けられた超音波送受信手段３の近傍に設置された部分レプリカ７において壁内部の反射超音波パルスを測定することにより、原子炉圧力容器１の壁内部の反射超音波パルスとほぼ同一又は極めて近い伝搬時間の測定データを取得できる。そして、上述した差分処理を行うことにより、検査対象２の反射超音波パルスを高ＳＮ比にすることができ、高精度な振動検出が可能となる。
【００６１】
加えて、超音波送受信手段３の位置関係、原子炉圧力容器１の壁厚及び温度を用いて壁内部の反射超音波パルスを計算によって特定する。また最短時間で観測されるピークが原子炉圧力容器１の内側表面で１回反射した超音波によるものであることから、この当該ピークの観測時間に基づき音速を求めることができ、また壁内部で複数回反射した超音波パルスの観測時間を実験的に特定することができる。そして、内部機器からの反射超音波パルスを含む測定データから壁内部での反射超音波パルスを除外することにより、ノイズの中でも振幅の大きい成分による影響を回避することができ、高精度な振動検出が可能となる。
【００６２】
図８は、本発明の第２の実施の形態の原子炉振動監視装置の概略構成を示す構成図である。図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００６３】
本図に示すように、原子炉振動監視装置１５は、原子炉圧力容器１の外側表面に設置されて原子炉圧力容器１の内部へ超音波パルスを送信して検査対象２から反射する反射パルスを受信する超音波送受信手段３と、原子炉圧力容器１の壁厚さ、超音波送受信手段３を構成する超音波送信手段３ａ及び超音波受信手段３ｂの取り付け位置に基づいて、超音波受信手段３ｂが受信した反射パルス信号を処理する前処理手段９と、前処理手段９で処理された反射パルス信号から検査対象２の観測時間に基づいて検査対象２の振動を求める演算手段５と、を備えている。
【００６４】
この前処理手段９は、図１の前処理手段４のように、デジタルデータへ変換する図示しないアナログ・デジタル変換器に加え、変換されたデジタルデータの中から開始位置および終了位置を指定してデジタルデータを抜き出すマスク回路、デジタルデータの四則演算を行う演算回路、デジタルデータに対して周波数フィルタリングを行うフィルタリング回路を備えている。
【００６５】
なお、このアナログ・デジタル変換器のサンプリング周波数がｆ（Ｈｚ）であるために、フィルタリング回路におけるフィルタリング周波数の上限は、サンプリング定理に基づいてｆ／２（Ｈｚ）に制限される。
【００６６】
本実施形態による前処理手段９は、反射超音波パルスをデジタルデータへ変換し、このデジタルデータ値を２乗した後に、送信される超音波の周波数を含んだ低周波数域を通過する周波数フィルタリング処理を行う。この処理により、図９に示すようにノイズが低減された高ＳＮ（信号雑音比）の反射超音波パルスが得られる。
【００６７】
また、検査対象２の寸法及び配置を、図面または実測によって知ることができる場合は、超音波送信手段３ａ及び超音波受信手段３ｂの位置関係、原子炉圧力容器１の温度により、検査対象２の位置関係から壁内部の反射超音波パルスの伝搬時間を計算によって求めることができる。
【００６８】
また、前処理手段９が行う別の処理として、超音波受信手段３ｂの出力波形において、最短時間で観測される反射超音波パルスが原子炉圧力容器１の内側表面で１回反射した超音波であることから温度を知ることなく音速を求めることができる。したがって、この音速、超音波送受信手段３と検査対象２との距離を用いて、検査対象２からの反射超音波パルスの観測時間を求めることができる。
【００６９】
この結果、前処理手段９においては、検査対象２からの反射超音波パルスの伝搬時間を求めることができ、これに温度や距離による誤差を考慮し、一定の時間領域を抽出する。この処理結果は図１０に示すようになり、ノイズに起因するピークを検査対象２からの反射超音波パルスと誤判定することを回避し、検査対象２からの反射超音波パルスをより確実に検出できる。
【００７０】
上述のように、演算手段５においては、図９や図１０に示すように、反射超音波パルスを容易に抽出でき、抽出された反射超音波パルスの伝搬時間変化に関するデータから検査対象２の振動周波数及び振動振幅を求めることができる。
【００７１】
本実施の形態によれば、検査対象の寸法及び配置から反射超音波パルスの伝搬時間を求め、これに温度や距離による誤差を加え、一定の時間領域を抽出することにより、内部機器からの反射超音波パルスを確実に検出することができ、高精度な振動検出が可能である。
また、原子炉圧力容器１内の傾きや曲率がある検査対象２の振動を検出する場合に、寸法及び配置の誤差、熱変形や温度の測定誤差が生じるときであっても、反射パルス信号を含む受信波形から検査対象２からの反射超音波パルス観測時間を抽出することにより、原子炉圧力容器１の壁内部で生じた反射超音波パルスを削除し、内部機器２からの反射超音波パルスを高ＳＮ比にすることができ、高精度な検査対象２の振動検出が可能である。
【００７２】
さらに、原子炉圧力容器１内の傾きや曲率がある内部機器の振動を検出するときであっても、内部機器からの反射超音波パルスを含む測定データの振幅を２乗した後に、送信される超音波の周波数を含んで低周波数域を通過する周波数フィルタリング処理を行うことにより、内部機器２からの反射超音波パルスを高ＳＮ比で得ることができ、高精度な振動検出が可能である。
【００７３】
図１１は、本発明の第３の実施の形態の原子炉振動監視装置１６の概略構成を示す構成図である。
【００７４】
図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００７５】
本図に示すように、原子炉振動監視装置１６は、原子炉圧力容器１の外側表面に設置されて原子炉圧力容器１の内部の検査対象２へ超音波パルス列（バーストパルス）を送信するパルス列生成手段１０と、検査対象２で反射した反射超音波パルスを受信する超音波受信手段３ｂとを備えている。また、この超音波受信手段３ｂによって受信されるパルス列の反射パルス信号を含む受信波形と、送信された超音波パルス列の波形との相関を計算する前処理手段１１と、反射パルス信号を抽出して観測時間の時間変化から検査対象２の振動が求める演算手段５と、超音波受信手段３ｂの位置関係を調整する位置調整手段１２とを備えている。
【００７６】
上述のパルス列生成手段１０は、図１に示す超音波送信手段３ａと同様に、圧電効果や磁歪効果を用いた超音波の送信素子であるが、任意の数だけ連続した電気パルスの入力を受け、図１２に示されるパルス列状の超音波を生成する。図１２の例では１０パルスのパルス列としているが、超音波のパルス列と超音波の周波数は任意に設定可能である。
【００７７】
前処理手段１１は、図１と同様の図示しないアナログ・デジタル変換器及び記憶回路に加え、デジタルデータへ変換された入力信号と記憶されたデジタルデータとの間で相関演算を行って出力する演算回路によって構成される。
【００７８】
位置調整手段１２は、超音波受信手段３ｂの位置を変える移動機構であり、車輪又は送風反力等によって原子炉圧力容器１の外側表面を移動する一方、磁力や吸引力等によって超音波受信手段３ｂを固定する。
【００７９】
なお、この位置調整手段１２は、図１に示す原子炉振動監視装置１４、図８に示す原子炉振動監視装置１５にも適用することができる。
【００８０】
このように構成された本実施の形態において、パルス列生成手段１０から送信されたパルス列状の超音波は、第１の実施形態と同様に、原子炉圧力容器１の壁とクラッド溶接層８の境界、クラッド溶接層８と炉水との境界において反射し、減衰し、さらに、クラッド溶接層８の内部で減衰し、加えて、検査対象２の傾きや曲率によって拡がり、超音波受信手段３ｂでは、図１３に示すパルス列状の反射超音波パルスが受信される。
【００８１】
パルス列生成手段１０と超音波受信手段３ｂの位置関係は、原子炉圧力容器１及び検査対象２の寸法及び配置の誤差や熱変形、温度の測定誤差等の影響を受けることが考えられる。これに対して、位置調整手段１２によって超音波受信手段３ｂの相対位置を調整することにより、誤差や熱変形等の影響を避けることが可能である。
【００８２】
このために、位置調整手段１２を操作して超音波受信手段３ｂの位置を変えることにより、図１３に示されるパルス列状の反射超音波パルスのＳＮ比を向上させることができる。
【００８３】
次に、前処理手段１１においては、図１３に示す超音波パルスをアナログ−デジタル変換し、パルス列生成手段１０から送信された図１２に示される超音波パルス列の波形との相関値を算出する演算を行う。この演算は、図１３の波形の中から図１２に示される超音波パルス列と同一の波形を抽出する処理である。図１３の波形に対して超音波パルス列を左から右へと走査すると、超音波パルス列のパターンと同一、またはそれに近いパターンの部分で相関値が最大となる。図１４に、相関演算の結果の例を示す。相関値は、超音波パルス列の観測時間付近で段階的に相関値が大きくなり、最大値を示した後に段階的に相関値が小さくなっていく。この相関値が最大値となる時間が、超音波パルス列が受信された時間である。このように、相関値を求めることによって検査対象２からの超音波パルス列の観測時間を特定することができる。
【００８４】
この結果、演算手段５においては、図１４に示すように、超音波パルス列と反射パルス信号との相関値を算出することにより、検査対象２の反射超音波パルスを容易に特定でき、抽出された反射超音波パルスの伝搬時間変化に関するデータから検査対象２の振動周波数及び振動振幅を求めることができる。
【００８５】
本実施の形態によれば、原子炉圧力容器１内の傾きや曲率がある内部機器２の振動を検出する場合に、寸法及び配置の誤差や熱変形、温度の測定誤差が生じるときであっても、位置調整手段１２を操作して超音波受信手段３ｂの位置を変えることにより、内部機器２からの反射超音波パルスを高ＳＮ比にすることができ、内部機器２に反射板を取り付けることなく、振動を検出することができる。
【００８６】
また、パルス列生成手段１０で生成された超音波パルス列と超音波受信手段３ｂによって受信された反射パルス信号との相関値を算出することにより、内部機器２からの反射超音波パルスを特定することができ、高精度な振動検出が可能となる。
【００８７】
ここで、原子炉振動監視方法について、図８及び図１５を用いて説明する。
【００８８】
まず、超音波送信ステップＳ１においては、超音波送信手段３ａが原子炉圧力容器１の外側表面に設置されて原子炉圧力容器１の内部へ超音波パルスを送信する。
【００８９】
次に、超音波受信ステップＳ２においては、超音波受信手段３ｂが原子炉圧力容器１の外側表面に設置されて、超音波パルスが検査対象２で反射した超音波を含む反射パルスを受信する。
【００９０】
そして、前処理ステップＳ３においては、超音波受信手段３ｂが受信した反射パルス信号から原子炉圧力容器１の壁内部で生じた反射超音波パルスを特定して削除処理するかまたは反射パルス信号を選択的に抽出する。
【００９１】
さらに、演算ステップＳ４においては、前処理ステップＳ３で処理された反射パルス信号から検査対象２の観測時間に基づいて検査対象２の振動を求める。
【００９２】
本実施の形態によれば、原子炉圧力容器１内の傾きや曲率がある内部機器２の振動を検出する場合に、寸法及び配置の誤差、熱変形や温度の測定誤差が生じるときであっても、反射パルス信号を含む受信波形から原子炉圧力容器１の壁内部で生じた反射超音波パルスを削除処理するかまたは反射パルス信号を選択的に抽出することにより、内部機器２からの反射超音波パルスを高ＳＮ比にすることができ、内部機器２に反射板を取り付けることなく、内部機器２の振動を高精度に検出することができる。
【００９３】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、各実施の形態の構成を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１…原子炉圧力容器、２…検査対象、３…超音波送受信手段、３ａ…超音波送信手段、３ｂ…超音波受信手段、４…前処理手段、５…演算手段、６…遮断手段、６ａ…空気圧縮機、６ｂ…気泡噴出手段、７…部分レプリカ、８…クラッド溶接層、９…前処理手段、１０…パルス列生成手段、１１…前処理手段、１２…位置調整手段、１４，１５，１６…原子炉振動監視装置、３１…超音波送受信手段、３１ａ…超音波送信手段、３１ｂ…超音波受信手段、１００…原子炉圧力容器、１０１…内部機器、１０２…反射板、１０３…超音波トランスジューサ、１０４…超音波受信器、１０５…信号処理装置、１０６…表示装置、１０７…原子炉振動監視装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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