(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉管内の内壁に沿って摺動する操作ロット付きのガイド部材と、
前記操作ロットに固定された探触子支持部材と、
前記探触子支持部材に固定され、ばね部材によって測定部に付勢され、先部には耐摩耗性に優れる樹脂からなる円錐状又は角錐状の遅延材が設けられて超音波の発信と受信を行なう探触子と、
前記探触子からの底面エコー多重反射波信号を入力とする高速フーリエ変換器とを備えた薄肉管の内側からの肉厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、復水器冷却管等の薄肉管の肉厚を測定する薄肉管の内側からの肉厚測定装置に関し、特に、例えば、０．５ｍｍ程度以下の肉厚を有する極薄肉管の肉厚を正確かつ簡便に測定できる薄肉管の内側からの肉厚測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、火力発電所の復水器冷却管では、管板部の冷壁効果により細拡管部近傍にアンモニアアタックによる減肉が発生する。復水器冷却管の保守管理では、この減肉部の残肉量を精度良く測定する必要がある。また、復水器冷却管の肉厚の測定は外壁面から行うことは困難であった。
【０００３】
ここで、肉厚測定は、かつては共振式の厚さ計により行われていたが、不均一腐食部では共振がほとんど生じないため共振法では肉厚の測定が困難又は不可能である。そのため、現在ではパルス反射法による厚さ測定法が主として使用される。
パルス反射法では測定部に超音波のパルス波を発信しその底面（薄肉管の外壁）からのエコーを受信して肉厚を測定している。図９は同方法によって測定された底面エコー波を示し、横軸は時間を表し縦軸は底面エコー波の強度を表す。図９に示すように、肉厚の測定値は、底面エコー波のピーク値の間隔を測定しこの時間に超音波の音速を掛ける方法、或いは、この時間間隔と標準薄肉管との較正曲線を作成しこの較正曲線から肉厚を算出する方法により導き出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したパルス反射法による薄肉管の内側からの肉厚測定法では未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、肉厚が薄くなると底面エコー波信号の減衰速さが急激に速くなりピーク値の間隔を測定する場合誤差が多くなり正確な測定値を得ることができないという問題がある。特に、肉厚が０．５ｍｍ以下になると通常の表示装置の分解能ではピーク値の間隔を判別することができず肉厚を測定し難いという問題点がある。
また、従来の底面エコー波信号の減衰波においてピーク値の間隔を測定する方法では底面エコー波だけを超音波プローブから検知する必要がありその検出条件を設定するために複雑で熟練のいる調整が必要で作業性に劣るという問題点がある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、薄肉管の肉厚を内側から正確に測定することができるとともに測定前の装置の条件設定が容易で未熟練者でも簡便に測定することができ作業性や操作性に優れる薄肉管の内側からの肉厚測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の薄肉管の内側からの肉厚測定装置は、薄肉管内の内壁に沿って摺動する操作ロット付きのガイド部材と、
前記操作ロットに固定された探触子支持部材と、
前記探触子支持部材に固定され、ばね部材によって測定部に付勢され、先部には耐摩耗性に優れる樹脂からなる円錐状又は角錐状の遅延材が設けられて超音波の発信と受信を行なう探触子と、
前記探触子からの底面エコー多重反射波信号を入力とする高速フーリエ変換器とを備えている。
【０００７】
ここで、高速フーリエ変換器は、入力信号を分析して各周波数に対する信号の強度を表示するものであって、周知の論理演算素子によりフーリエ変換する方法や底面エコー多重反射波信号をデジタルデータに変換しコンピュータを用いてフーリエ変換アルゴリズムによりフーリエ変換する方法或いはその他のハード及びソフトを両用する方法等が用いられる。
表示器は、ＣＲＴや液晶ディスプレー或いはプラズマディスプレー等が用いられる。また、フーリエ変換されたデータの第１ピークの周波数やピーク値の間隔から装置内で肉厚を自動的に計算する表示器では測定された肉厚の値を直接表示させてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る薄肉管の内側からの肉厚測定装置に用いる超音波プローブＡは、操作ロット１１の先端部に薄肉管３１の大きさにより径を替えて脱着自在に配置され、外周面が薄肉管３１の内壁に摺動され超音波プローブＡを薄肉管３１の内壁に沿ってガイドする円筒状のガイド部材１２と、操作ロット１１に固定ビス１４を用いて固定され探触子Ｂを支持する探触子支持部材１３と、超音波を薄肉管３１の測定部３２に発信しその応答である底面エコー多重反射信号を受信するとともに超音波プローブＡを回転させることにより薄肉管３１の内壁を全周に渡って移動できる探触子Ｂと、探触子Ｂと探触子支持部材１３との間に介在し探触子Ｂを薄肉管３１の内壁の測定部３２に付勢するばね部材１５と、ガイド部材１２を操作ロット１１に固定するストッパー１６と、操作ロット１１の一端部に配置され使用者が握持するグリップ１７と、操作ロット１１の側面に印画され超音波プローブＡの挿入位置を表示するスケール１８とからなる。
【０００９】
前記探触子Ｂは、遅延材２２を介して薄肉管３１の内壁の測定部３２に超音波を発信し薄肉管３１の内部で反射された底面エコー多重反射波信号を受信し電気信号に変換する振動子２１と、先端部が測定部３２に接し超音波の伝播速度を低下させることにより底面エコー多重反射波のピーク値の間隔を長くしデータ解析の分解能を向上させる耐摩耗性に優れる特殊ポリイミド樹脂からなる円錐状又は角錘状の遅延材２２と、振動子２１へ制御信号を伝達し底面エコー多重反射波信号を高速フーリエ変換器（図示せず）に送達する配線２３からなる。
【００１０】
上記構成において、ガイド部材１２は、超音波プローブＡを薄肉管３１の配置方向に沿ってスムーズに移動させるとともに、その際、探触子Ｂが薄肉管３１の内壁に接した状態で肉厚の測定を確実に行いつつ移動できるために設けたものである。
探触子Ｂは、薄肉管３１の測定部３２に超音波を発信しこの超音波が薄肉管３１の内部の底面（薄肉管の外壁）と内表面（薄肉管の内壁）間で多重に反射した底面エコー多重反射波信号を受信するために設けたものである。
高速フーリエ変換器（図示せず）は、底面エコー多重反射波信号をフーリエ変換し各周波数成分に分離して解析しその解析結果から薄肉管３１の肉厚を計測するために設けたものである。
【００１１】
次に、上記した構成を有する薄肉管の内側からの肉厚測定装置を用いて薄肉管の肉厚を測定する方法について、図２〜図７を参照して説明する。
まず、図２に示すように、探触子Ｂから超音波のパルス波を薄肉管３１に発信する。超音波の周波数は５〜５０ＭＨｚ程度の範囲のものが使用される。薄肉管３１の材質はステンレス鋼やアルミニウム黄銅のものが主として測定される。探触子Ｂから発信された超音波は薄肉管３１内を伝播し底面Ｔ（薄肉管３１の外壁）まで到達しそこで反射される。反射された超音波は内表面Ｓ（薄肉管３１の内壁）で再度反射され薄肉管３１内を再び伝播していく。この工程は繰り返し行われ薄肉管３１内を往復する底面エコー波が多数発生する。探触子Ｂはこの底面エコー波が多数畳重された底面エコー多重反射波を検知する。
探触子Ｂで受信された底面エコー多重反射波信号は高速フーリエ変換器に送られる。高速フーリエ変換器においては、底面エコー多重反射波信号はフーリエ変換される。フーリエ変換とは任意の周期を有する周期関数を正弦波及び余弦波の和で表せる調和振動の重ね合わせとして表現するものである。
底面エコー多重反射波信号はアナログデータからデジタルデータに変換された後に、フーリエ変換アルゴリズムに従ってデータ処理され周波数データに解析される。底面エコー多重反射波信号やそれをフーリエ変換した周波数データは表示器（図示せず）上のディスプレーに表示され使用者が確認することができる。
【００１２】
図３は肉厚１．０ｍｍの薄肉管３１に周波数１５ＭＨｚの超音波を発信した際の底面エコー多重反射波信号を示し、図４は肉厚１．０ｍｍの薄肉管３１に周波数１５ＭＨｚの超音波を発信した際の底面エコー多重反射波信号をフーリエ変換した周波数データを示す。
図３に示すように、底面エコー多重反射波は底面エコー波が多数重ね合わされ一定の周期を持たない複雑な波型を呈している。
図４に示すように、複雑な波型を有していた底面エコー多重反射波はフーリエ変換により所定の周波数間隔でピーク値を有する周波数データに変換される。ピーク値を示す周波数は３、６、８、１１、１４、１７ＭＨｚである。周波数間隔はほぼ３ＭＨｚであり、周波数データは周波数３ＭＨｚの第１ピークと第１ピークの高調波が提示されていることが判明する。
薄肉管３１の肉厚が変化すると第１ピークの周波数とピーク値の間隔が変化しその変化に一定の相関を有することを本発明者らは認識し本発明を完成することができた。
【００１３】
図５は肉厚の異なる薄肉管３１からの底面エコー多重反射波信号のフーリエ変換された周波数データを示す。肉厚は０．２５、０．５１、０．７５、１．１０ｍｍの４水準を準備している。発信する超音波の周波数は１５ＭＨｚである。
図５において、従来超音波法では測定し難かった０．２５ｍｍの肉厚においても、明瞭な第１ピークを観測することができる。第１ピークの周波数は肉厚が厚くなるにつれ順次小さくなっている。また、ピーク値の間隔も肉厚が厚くなるにつれ順次狭くなっている。
第１ピークの周波数と薄肉管の肉厚との関係を図６に示す。また、ピーク値の間隔と薄肉管の肉厚との関係を図７に示す。
図６に示すように、横軸は０．１〜１ｍｍの範囲の薄肉管３１の肉厚を表し、縦軸は第１ピークの周波数を表している。肉厚と第１ピークの周波数との関係は双曲線状を呈し、薄肉管３１の肉厚が薄くなると第１ピークの周波数は急激に上昇している。特に、肉厚が０．３ｍｍ以下になると第１ピークの周波数は１０〜３０ＭＨｚの間を大きく変化する。薄肉部での第１ピークの周波数の変化率が大きいので肉厚の変化を精密に検出することが可能で、本発明では特に肉厚の薄い薄肉管３１の測定に適している。
【００１４】
また、図７に示すように、横軸は０．１〜１ｍｍの範囲の薄肉管３１の肉厚を表し、縦軸はピーク値の間隔を表している。第１ピークの周波数の肉厚との関係と同様にピーク値の間隔と肉厚も双曲線状の関係を有する。
薄肉管３１の肉厚測定には第１ピークの周波数の変化を読み取る方法とピーク値の間隔の変化を測定する方法が提示される。どちらを選択するかは現状ではその優劣は付け難い。
【００１５】
次に、本実施の形態における薄肉管の内側からの肉厚測定法を用いて、アルミニウム黄銅実機管の肉厚を測定する方法について、図８を参照して説明する。
まず、アルミニウム黄銅実機管Ｃに操作ロット１１を挿入する。アルミニウム黄銅実機管Ｃの内壁面にはグリセリンペースト（商品名：ソニコート）を塗布してもよい。ガイド部材１２はアルミニウム黄銅実機管Ｃ内に密着されると同時に探触子Ｂが内壁面に当接される。アルミニウム黄銅実機管Ｃの減肉部４１の手前２５ｍｍの位置から測定を開始する。探触子Ｂから１５ＭＨｚの超音波を発信し測定部３２から反射された底面エコー多重反射波信号を受信する。底面エコー多重反射波信号をフーリエ変換しその第１ピークを測定する。第１ピークの周波数と図６に記載した較正曲線から肉厚を決定する。この操作を１ｍｍごとに行い減肉部４１及びその周辺部の肉厚を測定する。
図８に示すように、正常な部位の肉厚は１．１ｍｍ程度であり減肉部４１は０．３ｍｍ程度の肉厚であることが判明する。アルミニウム黄銅実機管Ｃを縦割りにし肉厚をノギスで計測する。本実施の形態にかかる薄肉管の内側からの肉厚測定法により測定した結果とノギスで測定した結果はほぼ一致し、本実施の形態にかかる薄肉管の内側からの肉厚測定法は、アルミニウム黄銅実機管Ｃの正常部と減肉部４１の肉厚を正確に測定することができる。
【００１６】
このように、本実施の形態にかかる薄肉管の内側からの肉厚測定法においては、薄肉管の内側に超音波プローブを挿入し、超音波プローブから内壁に超音波を発信し、底面エコー多重反射波信号を受信してフーリエ変換した後に、フーリエ変換した周波数データから薄肉管の肉厚を測定する。従って、０．３〜０．５ｍｍの範囲の極めて肉厚の薄い薄肉管の肉厚を正確にまた再現性良く測定することができる。また、底面エコー多重反射波を用いて測定するので超音波の受信状態を厳密に調整する必要がなく未熟練者でも容易に操作が可能で操作性が簡便となる。
【００１７】
以上、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変容例を含むものである。
例えば、上記した実施の形態では、１つの振動子で超音波の発信、受信をおこなっているが、発信用の振動子と受信用の振動子をそれぞれ別個に配置してもよい。また、探触子を測定部に対して垂直に配置しているが、斜行して配置してもよい。さらに、ガイド部材を操作ロットの先端部に設けているが、ガイド部材を操作ロットの先端部と中間部の２箇所に設け探触子をその間に配置してもよい。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の薄肉管の内側からの肉厚測定装置においては、薄肉管の内側に超音波プローブを挿入し、超音波プローブから内壁に超音波を発信し、底面エコー多重反射波信号を受信してフーリエ変換した後に、フーリエ変換した周波数データから薄肉管の肉厚を測定するようにしている。従って、０．３〜０．５ｍｍ程度の極めて肉厚の薄い領域でも正確に薄肉管の肉厚を測定することができる。
また、薄肉管内の内壁に沿って摺動する操作ロット付きのガイド部材と、操作ロットに固定された探触子支持部材と、探触子支持部材に固定され、ばね部材によって測定部に付勢され、先部には耐摩耗性に優れる樹脂からなる円錐状又は角錐状の遅延材が設けられて超音波の発信と受信を行なう探触子とを備えているので、探触子を所定の圧力で一定して薄肉管の内壁面に当接させることが可能で底面エコー多重反射波信号を同一の条件で受信できる。従って、肉厚の変化だけを検知することができ薄肉管の肉厚を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本実施の形態に係る薄肉管の内側からの肉厚測定装置の要部断面側面図である。
（ｂ）本実施の形態に係る薄肉管の内側からの肉厚測定装置の要部平面図である。
【図２】本実施の形態に係る超音波プローブの薄肉管の内壁面への当接部の説明図である。
【図３】本実施の形態に係る薄肉管の内側からの肉厚測定装置で受信した底面エコー多重反射波信号の説明図である。
【図４】本実施の形態に係る薄肉管の内側からの肉厚測定装置で変換したフーリエ変換の周波数データの説明図である。
【図５】各種の肉厚の薄肉管におけるフーリエ変換した周波数データの説明図である。
【図６】薄肉管の肉厚とフーリエ変換した周波数データの第１ピークの周波数との関係図である。
【図７】薄肉管の肉厚とフーリエ変換した周波数データのピーク値の間隔との関係図である。
【図８】アルミニウム黄銅実機管の外観及びアルミニウム黄銅実機管の肉厚測定結果の説明図である。
【図９】従来のパルス反射法による底面エコー波の説明図である。
【符号の説明】
Ａ  超音波プローブ                  Ｂ  探触子
Ｃ  アルミニウム黄銅実機管          Ｓ  内表面
Ｔ  底面
１１  操作ロット                    １２  ガイド部材
１３  探触子支持部材                １４  固定ビス
１５  ばね部材                      １６  ストッパー
１７  グリップ                      １８  スケール
２１  振動子                        ２２  遅延材
２３  配線                          ３１  薄肉管
３２  測定部                        ４１  減肉部
【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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