(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物壁を隔てて設置された検査対象の振動を、前記検査対象と反対側の前記構造物壁の表面から計測する振動計測装置であって、
前記構造物壁の表面に設置され、前記構造物壁を通して前記検査対象側へ超音波パルスを送信する一つの超音波送信部と、
前記構造物壁表面に設置され、前記検査対象から反射する反射パルスを含む受信信号を受信する超音波受信部と、
前記超音波送信部に対して複数の送信パルスを順次発信し、前記超音波受信部で順次受信された受信信号を電気信号として検出する超音波送受信器と、
前記受信信号の受信波形を順次入力し記憶するとともに、同一の前記超音波送信部から送信し前記超音波受信部で受信した複数の受信波形の平均処理を行うことにより反射パルス信号成分の強度が相対的に減少したバックグラウンド相当信号を算定し、記憶する記憶部と、
測定された反射パルス信号を含む受信波形と、前記平均化処理後のバックグラウンド相当信号の差分を演算することにより、反射パルス算定信号を出力する前処理部と、
前記反射パルス算定信号に基づき、前記検査対象の振動周波数および振動振幅を求める演算部と、
を備えたことを特徴とする振動計測装置。
【請求項２】
構造物壁を隔てて設置された検査対象の振動を、前記検査対象と反対側の前記構造物壁の表面から計測する振動計測装置であって、
前記構造物壁の表面に設置され、前記構造物壁を通して前記検査対象側へ超音波パルスを送信する複数の超音波送信部と、
前記構造物壁表面に設置され、前記検査対象から反射する反射パルスを含む受信信号を受信する超音波受信部と、
前記超音波送信部から複数の送信パルスを順次発信し、前記超音波受信部で順次受信された受信信号を電気信号として検出する超音波送受信器と、
複数の前記超音波送信部から送信し複数の前記超音波受信部で受信したそれぞれの組み合わせによるこれらの複数の受信波形の時間的変化を、送信パルスの送信時点を基準に重ね合わせ平均処理し、得られた反射パルス信号成分以外の強度が相対的に減少した平均波形に基づき、測定された反射パルス信号を含む各受信波形と前記波形記憶部に記憶された平均波形との差分を演算し、前記各超音波受信部ごとに反射パルス信号の割合が小さいバックグラウンド相当信号を算定記憶することにより、前記反射パルス信号成分の強度が相対的に減少したバックグラウンド相当信号を算定し、記憶する記憶部と、
測定された反射パルス信号を含む受信波形と、前記平均化処理後のバックグラウンド相当信号の差分を演算することにより、反射パルス算定信号を出力する前処理部と、
を備えたことを特徴とする振動計測装置。
【請求項３】
前記振動振幅を求める演算部は、
測定された反射パルス信号を含む受信波形に対して、送信された超音波パルス波形との相関演算を行い、反射パルス信号の観測時間を求め、観測時間の時間変化から検査対象の振動を求める相関演算部、
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動計測装置。
【請求項４】
前記前処理部は、
前記反射パルス信号を含む受信波形に対して、周波数フィルタリングを行うフィルタリング機能を有する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動計測装置。
【請求項５】
前記相関演算部は、反射パルス信号を含む受信波形を時系列に沿って並べて二次元配列データとし、二次元配列データから、前記検査対象の振動パターンを抽出して振動を求める振動抽出部から構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の振動計測装置。
【請求項６】
前記相関演算部は、順次得られる反射パルス信号を含む受信波形について、時間を横軸に、各送信時刻から受信時刻までの伝搬時間を縦軸にして、時系列に沿って並べて二次元的グラフとして表示部に出力することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の振動計測装置。
【請求項７】
前記超音波送信部および前記超音波受信部は、電磁超音波探触子であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の振動計測装置。
【請求項８】
前記超音波送受信器は、検査対象が設置される雰囲気の音速ｃ、振動振幅の計測精度ｄに対しｄの２分の１より短い波長λを設定し、超音波の周波数ｆを、ｆ＝ｃ／λから求めることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の振動計測装置。
【請求項９】
構造物壁を隔てて設置された検査対象の振動を、前記検査対象と反対側の前記構造物壁の表面から計測する振動計測方法であって、
超音波送受信器において、超音波の送信条件を設定するステップと、
この条件のもと、超音波送信部から前記検査対象に向けて超音波を発するステップと、
前記検査対象で反射した反射波を超音波受信部にて受信するステップと、
受信された超音波を、超音波送受信器において電気信号に変換するステップと、
前記超音波送受信器で処理した信号を、順次、波形記憶部に記憶、蓄積するステップと、
前記波形記憶部に記憶された波形のサンプル数が規定値以内か否かを判断するステップと、
記憶されている波形を波形記憶部の演算記憶回路で平均化処理し、バックグラウンド相当信号にあたる平均化された波形を、波形記憶部に収納するとともに、同一の前記超音波送信部から送信し前記超音波受信部で受信した複数の受信波形の平均処理を行うことにより反射パルス信号成分の強度が相対的に減少したバックグラウンド相当信号を算定し、記憶するステップと、
前記平均化された波形を、演算部に入力し、反射波との差分の波形を演算するステップと、
前記演算部において、前記差分の波形から、検査対象の振動周波数および振動振幅を算出するステップと、
を有することを特徴とする振動計測方法。
【請求項１０】
構造物壁を隔てて設置された検査対象の振動を、前記検査対象と反対側の前記構造物壁の表面から計測する振動計測方法であって、
超音波送受信器において、超音波の送信条件を設定するステップと、
この条件のもと、超音波送信部から前記検査対象に向けて超音波を発するステップと、
前記検査対象で反射した反射波を超音波受信部にて受信するステップと、
受信された超音波を、超音波送受信器において電気信号に変換するステップと、
前記超音波送受信器で処理した信号を、順次、波形記憶部に記憶、蓄積するステップと、
前記波形記憶部に記憶された波形のサンプル数が規定値以内か否かを判断するステップと、
記憶されている波形を波形記憶部の演算記憶回路で平均化処理し、バックグラウンド相当信号にあたる平均化された波形を、波形記憶部に収納するとともに、複数の前記超音波送信部から送信し複数の前記超音波受信部で受信したそれぞれの組み合わせによるこれらの複数の受信波形の時間的変化を、送信パルスの送信時点を基準に重ね合わせ平均処理し、得られた反射パルス信号成分以外の強度が相対的に減少した平均波形に基づき、測定された反射パルス信号を含む各受信波形と前記波形記憶部に記憶された平均波形との差分を演算し、前記各超音波受信部ごとに反射パルス信号の割合が小さいバックグラウンド相当信号を算定記憶することにより、前記反射パルス信号成分の強度が相対的に減少したバックグラウンド相当信号を算定し、記憶するステップと、
前記平均化された波形を、演算部に入力し、反射波との差分の波形を演算するステップと、
前記演算部において、前記差分の波形から、検査対象の振動周波数および振動振幅を算出するステップと、
を有することを特徴とする振動計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器の内部に設置されている機器や構造物の振動計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物内の機器振動を計測する振動計測装置については、超音波を用いて容器外側から内部機器の振動を計測する手法が知られている。
【０００３】
特許文献１や特許文献２に記載される原子炉振動監視装置は、例えば、原子炉圧力容器の壁の外側面に設置され、原子炉圧力容器の内部機器に取り付けられた反射板へ超音波パルスを送信して反射パルスを受信する方式である。
【０００４】
これらの原子炉振動監視装置では、原子炉圧力容器内に原子炉の冷却材である炉水があるため、超音波トランスジューサから送信された超音波パルスは、原子炉圧力容器の壁および炉水内を透過して反射板で反射し、再び炉水内および原子炉圧力容器の壁を透過して超音波トランスジューサにおいて受信され、受信信号から振動が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６８９８７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】
【０００６】
上記のような振動計測装置では、容器壁の内側境界の反射や内部の伝搬減衰を抑えるため、原子炉圧力容器内の超音波パルスの経路には原子炉の冷却材である炉水のような液体または固体の媒体が存在する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、構造物内の超音波パルスの経路に気体が存在する場合であっても、構造物内に存在する機器等の振動を計測することができることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は、構造物壁を隔てて設置された検査対象の振動を、前記検査対象と反対側の前記構造物壁の表面から計測する振動計測装置であって、前記構造物壁の表面に設置され、前記構造物壁を通して前記検査対象側へ超音波パルスを送信する一つの超音波送信部と、前記構造物壁表面に設置され、前記検査対象から反射する反射パルスを含む受信信号を受信する超音波受信部と、前記超音波送信部に対して複数の送信パルスを順次発信し、前記超音波受信部で順次受信された受信信号を電気信号として検出する超音波送受信器と、前記受信信号の受信波形を順次入力し記憶するとともに、同一の前記超音波送信部から送信し前記超音波受信部で受信した複数の受信波形の平均処理を行うことにより反射パルス信号成分の強度が相対的に減少したバックグラウンド相当信号を算定し、記憶する記憶部と、測定された反射パルス信号を含む受信波形と、前記平均化処理後のバックグラウンド相当信号の差分を演算することにより、反射パルス算定信号を出力する前処理部と、前記反射パルス算定信号に基づき、前記検査対象の振動周波数および振動振幅を求める演算部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、構造物壁を隔てて設置された検査対象の振動を、前記検査対象と反対側の前記構造物壁の表面から計測する振動計測装置であって、前記構造物壁の表面に設置され、前記構造物壁を通して前記検査対象側へ超音波パルスを送信する複数の超音波送信部と、前記構造物壁表面に設置され、前記検査対象から反射する反射パルスを含む受信信号を受信する超音波受信部と、前記超音波送信部から複数の送信パルスを順次発信し、前記超音波受信部で順次受信された受信信号を電気信号として検出する超音波送受信器と、複数の前記超音波送信部から送信し複数の前記超音波受信部で受信したそれぞれの組み合わせによるこれらの複数の受信波形の時間的変化を、送信パルスの送信時点を基準に重ね合わせ平均処理し、得られた反射パルス信号成分以外の強度が相対的に減少した平均波形に基づき、測定された反射パルス信号を含む各受信波形と前記波形記憶部に記憶された平均波形との差分を演算し、前記各超音波受信部ごとに反射パルス信号の割合が小さいバックグラウンド相当信号を算定記憶することにより、前記反射パルス信号成分の強度が相対的に減少したバックグラウンド相当信号を算定し、記憶する記憶部と、測定された反射パルス信号を含む受信波形と、前記平均化処理後のバックグラウンド相当信号の差分を演算することにより、反射パルス算定信号を出力する前処理部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、構造物壁を隔てて設置された検査対象の振動を、前記検査対象と反対側の前記構造物壁の表面から計測する振動計測方法であって、超音波送受信器において、超音波の送信条件を設定するステップと、この条件のもと、超音波送信部から前記検査対象に向けて超音波を発するステップと、前記検査対象で反射した反射波を超音波受信部にて受信するステップと、受信された超音波を、超音波送受信器において電気信号に変換するステップと、前記超音波送受信器で処理した信号を、順次、波形記憶部に記憶、蓄積するステップと、前記波形記憶部に記憶された波形のサンプル数が規定値以内か否かを判断するステップと、記憶されている波形を波形記憶部の演算記憶回路で平均化処理し、バックグラウンド相当信号にあたる平均化された波形を、波形記憶部に収納するとともに、同一の前記超音波送信部から送信し前記超音波受信部で受信した複数の受信波形の平均処理を行うことにより反射パルス信号成分の強度が相対的に減少したバックグラウンド相当信号を算定し、記憶するステップと、前記平均化された波形を、演算部に入力し、反射波との差分の波形を演算するステップと、前記演算部において、前記差分の波形から、検査対象の振動周波数および振動振幅を算出するステップと、を有することを特徴とする。
また、本発明は、構造物壁を隔てて設置された検査対象の振動を、前記検査対象と反対側の前記構造物壁の表面から計測する振動計測方法であって、超音波送受信器において、超音波の送信条件を設定するステップと、この条件のもと、超音波送信部から前記検査対象に向けて超音波を発するステップと、前記検査対象で反射した反射波を超音波受信部にて受信するステップと、受信された超音波を、超音波送受信器において電気信号に変換するステップと、前記超音波送受信器で処理した信号を、順次、波形記憶部に記憶、蓄積するステップと、前記波形記憶部に記憶された波形のサンプル数が規定値以内か否かを判断するステップと、記憶されている波形を波形記憶部の演算記憶回路で平均化処理し、バックグラウンド相当信号にあたる平均化された波形を、波形記憶部に収納するとともに、複数の前記超音波送信部から送信し複数の前記超音波受信部で受信したそれぞれの組み合わせによるこれらの複数の受信波形の時間的変化を、送信パルスの送信時点を基準に重ね合わせ平均処理し、得られた反射パルス信号成分以外の強度が相対的に減少した平均波形に基づき、測定された反射パルス信号を含む各受信波形と前記波形記憶部に記憶された平均波形との差分を演算し、前記各超音波受信部ごとに反射パルス信号の割合が小さいバックグラウンド相当信号を算定記憶することにより、反射パルス信号成分の強度が相対的に減少したバックグラウンド相当信号を算定し、記憶するステップと、前記平均化された波形を、演算部に入力し、反射波との差分の波形を演算するステップと、前記演算部において、前記差分の波形から、検査対象の振動周波数および振動振幅を算出するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、構造物内の超音波パルスの経路に気体が存在するような場合であっても、構造物内に存在する機器等の振動を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態の送信波形および反射パルス信号を含む受信波形を示す図である。
【図３】本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態による振動パターンを示す２次元表示を示す図である。
【図４】本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態における手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る振動計測装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る振動計測装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る振動計測装置の第３の実施形態の送信波形および反射パルス信号を含む受信波形を示す図である。
【図８】本発明に係る振動計測装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る振動計測装置の第４の実施形態の複数のパルスから構成される超音波パルスを示す図である。
【図１０】本発明に係る振動計測装置の第４の実施形態の反射パルス信号を含む受信波形図である。
【図１１】本発明に係る振動計測装置の第４の実施形態の相関演算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明に係る振動計測装置の実施形態について説明する。ここで、同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１３】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【００１４】
容器６０は、超音波が伝搬する水等の液体で満たされない機器や構造物であり、例えば、タービン、変圧器、遮断器、回転機器、真空ポンプなどが挙げられる。また、検査対象５０は、容器６０の内部に設置されている機器や構造物である。
【００１５】
本実施形態は、第１の超音波送信部１１、第１の超音波受信部１２、第１の超音波送受信器１３、第１の波形記憶部１４、第１の前処理部１５および第１の演算部１６とを備える。
【００１６】
第１の超音波送受信器１３は、第１の超音波送信部１１から超音波を送信する一方、第１の超音波受信部１２において受信され電気信号に変換された超音波を検出する。
【００１７】
第１の波形記憶部１４は、反射パルス信号を含む受信波形を予め複数取得して平均処理した波形を記憶する。
【００１８】
第１の前処理部１５は、測定された反射パルス信号を含む受信波形に対して第１の波形記憶部１４において記憶された波形との差分をとる。
【００１９】
第１の演算部１６は、差分によって抽出された反射パルス信号の観測時間の時間変化から検査対象５０の振動周期および振動振幅を求める。
【００２０】
第１の超音波送信部１１および超音波受信部１２は、たとえば、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）などの圧電効果の探触子、または磁歪効果を用いた電磁超音波探触子である。
【００２１】
ここで、計測精度は、超音波の波長λ程度になる。波長λは、サンプリング定理に基づき、振動振幅の要求する計測精度ｄ（ｍ）の２分の１以下で適宜設定する。したがって、第１の超音波送信部１１および超音波受信部１２によって送受信される超音波の周波数ｆ（Ｈｚ）は、波長λと周波数ｆの関係を示す式（１）により求める。
【００２２】
ｆ＝ｃ／λ                    （１）
ここで、ｃは、検査対象５０が設置される雰囲気の音速（ｍ／ｓｅｃ）である。
【００２３】
なお、容器６０の壁内部や容器６０の内部における散乱減衰を抑えるため、超音波の周波数は低いほうがよく、周波数ｆには、上限が存在する。
【００２４】
一方、計測精度の確保上は、周波数ｆは大きい方が望ましく、周波数ｆには下限が存在する。
【００２５】
具体的には、計測精度確保上、ｆは１００ＫＨｚ以上、また散乱減衰の抑制上、ｆは１ＭＨｚ以下とすることが望ましく、通常、この範囲で周波数を設定する。
【００２６】
この条件を（１）式にあてはめると、音速ｃを３４０ｍ／ｓｅｃとすると、波長λは、０．３４ｍｍ以上で３．４ｍｍ以下となる。
【００２７】
第１の超音波送受信器１３は、送信される超音波の周波数、エネルギー、パルス数、毎秒の送信回数が設定でき、また受信された超音波の周波数フィルタリング及び信号増幅を行う。
【００２８】
第１の超音波送受信器１３で行う周波数フィルタリング及び信号増幅は、アナログ回路又はＭＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等のデジタル回路、或いはソフトウエア処理によって行われる。
【００２９】
第１の波形記憶部１４は、反射パルス信号を含む受信波形を複数取得し、異なる受信波形間の対応するデータを平均処理した波形を記憶する演算記憶回路を有する。
【００３０】
第１の前処理部１５は、測定された反射パルス信号を含む受信波形と第１の波形記憶部１４において記憶された波形との差分をとる演算回路を有する。
【００３１】
第１の演算部１６は、検査対象５０からの反射パルス信号から検査対象５０の振動及び振幅を求める信号/画像処理回路を有する。
【００３２】
図２は、本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態の送信波形および反射パルス信号を含む受信波形を示す図である。
【００３３】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、検査対象５０の振動が、超音波の進行方向に振動成分を有する場合は、送信パルスの送信時刻とこの受信パルス到達時刻との時間差は、振動振幅に相当する時間幅だけばらつくことになる。
【００３４】
図３は、本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態による振動パターンを示す２次元表示を示す図である。
【００３５】
前記のように、検査対象５０が振動すると、反射パルス信号の伝搬時間が変化する。
【００３６】
伝搬時間の変化幅である伝搬時間幅ΔＴは、検査対象の、超音波の送信、受信方向の振動幅をｈ、音速をｃとすると、ΔＴ＝２・ｈ／ｃである。
【００３７】
この状態で、検査対象５０に向けて複数の超音波を順次送信すると、送信時刻から、受信波形に含まれる反射パルス信号の到達までの時間は、最も到達時間が長い場合と、最も到達時間が短い場合とで、その差は、伝搬時間幅ΔＴの範囲内である。
【００３８】
今、第１の超音波送信部１１から、複数の超音波パルスを超音波パルスの送信時間間隔で順次送信すると、反射パルス信号を含む所定時間幅の受信波形が超音波パルスの送信時間間隔で得られる。この順次得られる受信波形について、時間を横軸に、各送信時刻から受信時刻までの伝搬時間を縦軸にして、時系列に沿って並べると、図３に示す振動パターンが得られる。
【００３９】
ここで、縦軸方向に複数の曲線的な変化が得られているのは、反射波が単一のパルスではないため、反射波をある時間間隔で離散化し、それぞれの強度についての変化を求めた結果であり、反射波に、検査対象のある特定のポイント以外の部分から反射された成分を含み、ある時間幅を有する反射波となっているからである。
【００４０】
各時点の縦軸の値は、前記のように、その時点で到達した反射波の往復時間を示し、その値は、時間とともにその時間に応じた検査対象５０の振動に従って、前記の伝搬時間幅ΔＴの範囲を往復する。その往復時間は、検査対象５０の振動周期に対応する。
【００４１】
従って、図３の横軸の時間に関して、縦軸の値が変化する周期、すなわち伝搬時間の変化周期Δｔは、検査対象５０の振動周期であり、伝搬時間の変化周期Δｔの逆数が検査対象５０の振動周波数となる。
【００４２】
なお、送信する超音波の周波数ｆは、サンプリング定理に基づき、検査対象５０の振動周波数の２倍以上になるように設定する。
【００４３】
また、図３に示される縦軸の伝搬時間は、検査対象５０までの往復時間である。
【００４４】
したがって、検査対象５０の振動振幅は、この伝搬時間幅ΔＴに音速を乗じた値の半分として求められる。
【００４５】
図４は、本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態における手順を示すフローチャートである。
【００４６】
図４のフローチャートに基づき、各構成要素の機能と、処理の流れについて説明する。
【００４７】
第１の超音波送受信器１３は、超音波の送信条件を設定する（Ｓ１）。
【００４８】
この条件のもと、第１の超音波送信部１１から超音波を発する（Ｓ２）。構造物６０を介して検査対象５０に到達し、反射した反射波は、構造物６０を介して第１の超音波受信部１２にて受信される（Ｓ３）。
【００４９】
受信された超音波は、第１の超音波送受信器１３において電気信号に変換され（Ｓ４）、さらに周波数フィルタリングおよび必要に応じて信号増幅される（Ｓ５）。
【００５０】
第１の超音波送受信器１３で処理された信号は、その都度、順次、波形記憶部１４に記憶、蓄積される（Ｓ６）。
【００５１】
ここで、送受信回数すなわち波形記憶部１４に記憶された波形のサンプル数が規定値以内か否かが判断され（Ｓ７）、規定値以内であれば、以上の手順が繰り返される。
【００５２】
規定値以上であれば、記憶されている波形は、第１の波形記憶部１４の演算記憶回路で平均化処理をされ、バックグラウンド相当信号にあたる平均化された波形は、第１の波形記憶部１４に収納、記憶される（Ｓ８）。
【００５３】
第１の波形記憶部１４に収納、記憶された平均化された波形は、第１の演算部１６に入力され、反射波との差分の波形が演算される（Ｓ１０）。
【００５４】
この差分の波形は、送信パルスに対応する反射パルス成分であるので、第１の演算部１６において、振動周波数および振動振幅の演算がなされる（Ｓ１１）。
【００５５】
さらに、送受信を行うことにより、各反射パルス相当信号の演算が行われる。
【００５６】
この際は、前記の平均化処理は不要であるので、平均化処理後か否かの確認を行い（Ｓ８）、平均化がすでに実施されている場合は、平均処理をバイパスする。
【００５７】
以上の内容が、終了するか否かの判定が行われ（Ｓ１２）、終了前なら、繰り返し、終了の判定なら終了する。
【００５８】
（第１の実施形態の作用）
第１の超音波送受信器１３において、振動振幅の計測精度ｄ（ｍ）を設定し、式（１）から超音波の周波数ｆを設定する。ここで、超音波の周波数ｆの値は、式（１）と厳密に一致する必要はなくオーダが一致する程度で十分である。なお、この際、前述のサンプリング定理による条件に留意する。
【００５９】
これにより、第１の超音波送信部１１から送信される超音波パルスは、容器６０の内側境界の反射や内部の伝搬減衰が少なく、容器６０の壁内を透過して容器６０内を伝搬し、検査対象５０の傾きに応じた方向へ反射する。
【００６０】
そして、同様に反射パルスも容器６０の壁内を透過でき、第１の超音波受信部１２によって高ＳＮの反射パルス信号を含む受信波形を得ることができる。
【００６１】
しかしながら、受信波形における反射パルス信号のＳＮが小さい場合、第１の超音波送受信器１３において設定された超音波の周波数を選択する周波数フィルタリング、さらには必要に応じて信号増幅を行う。
【００６２】
これによって、設定された超音波の周波数以外のノイズが除去でき、高ＳＮの反射パルス信号を含む図２（ａ）〜（ｃ）に示すような受信波形を得ることができる。
【００６３】
それでも、受信波形における反射パルス信号のＳＮが小さい場合、受信波形を複数取得して平均処理し、第１の波形記憶部１４に記憶する。
【００６４】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数回の超音波の受信波形は、ノイズと反射波との重ね合わせとなる。ノイズには、容器６０内の他の機器、構造物からの反射波によるものと、白色ノイズが含まれる。前者のうち、振動をしていないものからの反射波は、定常的な形状である。
【００６５】
一方、検査対象５０からの反射波は、図２に示すように、検査対象５０が振動することにより送信から到達までの時間が変動する。
【００６６】
この結果、複数回のデータを平均処理した場合の受信波形は、定常形状のノイズの平均値のみが相対的に大きくなり、一方、検査対象５０の振動により時間的に前後する反射パルス信号の平均値は逆に小さくなる。
【００６７】
したがって、平均処理によって目的の反射パルス信号だけがない受信波形が得られる。
【００６８】
このようにして得られた波形を、第１の波形記憶部１４に記憶させる。
【００６９】
そこで、測定された反射パルス信号を含む受信波形と第１の波形記憶部１４において記憶された受信波形との差分を、第１の前処理部１５において演算することにより、反射パルス信号のみが抽出できる。
【００７０】
なお、ＳＮ比が確保できないときは、測定された反射パルス信号を含む受信波形と第１の波形記憶部１４において記憶された受信波形との両者について、第１の前処理部１５において周波数フィルタリングを行ったうえで、その差分を演算してもよい。
【００７１】
そして、第１の演算部１６において反射パルス信号を信号処理することにより、検査対象５０の振動周波数および振動振幅を求めることができる。
【００７２】
この結果、反射パルス信号を除去することによって目的の反射パルス信号だけがない受信波形が得られる。
【００７３】
そこで、第１の前処理部１５において、測定された反射パルス信号を含む受信波形と波形特定記憶部１７において記憶された受信波形との差分をとることにより、反射パルス信号のみが抽出できる。
【００７４】
そして、第１の演算部１６において反射パルス信号を信号処理することにより、検査対象５０の振動周波数および振動振幅を求めることができる。
【００７５】
（第１の実施形態の効果）
本実施の形態によれば、検査対象が振動することから観測時間が時間変化する反射パルス信号を平均処理することによってその信号強度を小さくでき、結果として反射パルス信号だけがない受信波形が得られる。
【００７６】
他方、検査対象が振動状態にない場合は、検査対象５０と第１の超音波送受信器１３との位置関係から反射パルス信号を特定して除去することにより、反射パルス信号だけがない受信波形が得られる。
【００７７】
そして、測定された反射パルス信号を含む受信波形に対し、反射パルス信号だけがない受信波形との差分をとることにより、高ＳＮの反射パルス信号を得ることができる。
【００７８】
この結果、容器内の超音波パルスの経路に水が存在しない場合であっても、高ＳＮの反射パルス信号を得ることにより、構造物内の機器振動を計測することができる。
【００７９】
また、設定された超音波の周波数以外のノイズがある場合は、超音波の周波数を選択する周波数フィルタリング、さらには必要に応じて信号増幅を行うことにより、高ＳＮの反射パルス信号を得ることができる。
【００８０】
この結果、容器内の超音波パルスの経路に水が存在しない場合であっても、高ＳＮの反射パルス信号を得ることにより、構造物内の機器振動を計測することができる。
【００８１】
さらに、順次得られる反射パルス信号を含む受信波形について、時間を横軸に、各送信時刻から受信時刻までの伝搬時間を縦軸にして、時系列に沿って並べて二次元表示する。この二次元表示中の振動パターンの各軸方向の時間幅を求めることにより、検査対象の振動周波数及び振幅を求めることができる。
【００８２】
この結果、容器内の超音波パルスの経路に水が存在しない場合であっても、構造物内の機器振動を計測することができる。
【００８３】
加えて、超音波の散乱減衰を考え、圧電効果の探触子や電磁超音波探触子における超音波の周波数を振動振幅の計測精度と散乱減衰の観点から、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚに設定することにより、容器の壁内部や容器の内部での伝搬乱減衰を抑えることができ、高ＳＮの反射パルス信号を得ることができる。
【００８４】
以上のように、本実形態により、容器内の超音波パルスの経路に水が存在しない場合であっても、高ＳＮの反射パルス信号を得ることにより、構造物内の機器振動を計測することができる。
【００８５】
〔第２の実施形態〕
図５は、本発明に係る振動計測装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【００８６】
本実施形態は、第１に実施形態の一部を変形した形態であり、以下の説明部分以外は、第１の実施形態と同様の構成である。
【００８７】
本実施形態では、第１の実施形態における第１の波形記憶部１４に代えて、波形特定記憶部１７を設けている。
【００８８】
検査対象５０と、第１の超音波送信部１１および第１の超音波受信部１２間の距離の正確なデータがある場合は、超音波パルスの送信から受信までの時間を計算できるため、この時間に基づいて、検査対象５０からの反射パルス信号を特定し、反射パルス信号を含む受信波形を記憶する演算記憶回路として、波形特定記憶部１７を設ける。波形が特定できた後は、第１の実施形態と同様に、第１の前処理部１５以降の処理を行う。
【００８９】
検査対象５０が振動状態になく、第１の波形記憶部１４による平均処理の効果がない場合、第１の波形記憶部１４に代えて波形特定記憶部１７を用い、検査対象５０からの反射パルス信号を特定して除去し、波形特定記憶部１７に記憶する。
【００９０】
そこで、測定された反射パルス信号を含む受信波形と波形特定記憶部１７において記憶された受信波形との差分を、第１の前処理部１５において演算することにより、反射パルス信号のみが抽出できる。
【００９１】
以上のように、本実形態により、容器内の超音波パルスの経路に水が存在しない場合であっても、高ＳＮの反射パルス信号を得ることにより、構造物内の機器振動を計測することができる。
【００９２】
また、さらに、検査対象５０が振動状態にない場合でも、振動計測前の準備状態を作ることができる。
【００９３】
〔第３の実施形態〕
図６は、本発明に係る振動計測装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。
【００９４】
本実施形態は、第２の超音波送信部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ（以下、第２の超音波送信部２１とも総称する。）、超音波受信部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ（以下、超音波受信部２２とも総称する。）、第２の波形記憶部２４、第２の前処理部２５および第２の演算部２６を備える。
【００９５】
第２の超音波送信部２１は、容器６０の外側表面に複数設置され、容器６０の内部へ各々超音波パルスを送信し、第２の超音波受信部２２は、検査対象５０から反射する反射パルスを受信する、
第２の超音波送受信器２３は、第２の超音波送信部２１から超音波を送信する一方、第２の超音波受信部２２において受信され電気信号に変換された超音波を検出する。
【００９６】
第２の波形記憶部２４は、複数の第２の超音波送信部２１ａ、２１ｂ、２１ｃから送信された超音波パルスの反射パルス信号を含むそれぞれの受信波形を予め複数取得して平均処理した波形を記憶する。
【００９７】
第２の前処理部２５は、測定された反射パルス信号を含む受信波形に対して第２の波形記憶部２４において記憶された波形との差分をとる。
【００９８】
第２の演算部２６は、差分によって抽出された反射パルス信号の観測時間の時間変化から検査対象５０の振動周期および振動振幅を求める。
【００９９】
第２の超音波受信部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、第２の超音波送信部２１ａ、２１ｂ、２１ｃと同様、圧電効果の探触子、または電磁超音波探触子によって構成される。なお、第２の超音波送信部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、第２の超音波受信部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの設置数に制限はない。
【０１００】
図７は、本発明に係る振動計測装置の第３の実施形態の送信波形および反射パルス信号を含む受信波形を示す図である。
【０１０１】
第２の超音波受信部２２ａ、２２ｂ、２２ｃによって得られる反射パルス信号を含む受信波形に対し、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように異なる受信波形間の対応するデータを平均処理した波形を記憶する演算記憶回路から構成される。
【０１０２】
（第３の実施形態の作用）
第２の超音波送信部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、第２の超音波受信部２２ａ、２２ｂ、２２ｃでは、第１の実施形態と同様の作用結果、反射パルス信号を含む図７（ａ）〜（ｃ）に示すような受信波形をそれぞれ得ることができる。
【０１０３】
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、各受信波形は、ノイズ信号と反射波との重ね合わせとなる。ノイズには、容器６０内の他の機器、構造物からの反射波によるものと、白色ノイズが含まれる。
【０１０４】
各第２の超音波送信部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、第２の超音波受信部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの各組み合わせの容器６０での設置位置がずれていることから、反射してくるノイズの発生源の範囲がずれることとなり、前記のノイズは、定常的なものでも、それぞれ異なる波形となる。
【０１０５】
一方、検査対象５０からの反射波は、各組とも、検査対象を狙って発信することから、反射パルス信号は、どの受信波形においても同一の観測時間に観測される。
【０１０６】
以上の結果、第２の波形記憶部２４において得られる平均処理された受信波形は、反射パルス信号の割合が相対的に大きくなり、高ＳＮの反射パルス信号となる。
【０１０７】
そこで、第２の波形記憶部２４において、第２の超音波送信部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、第２の超音波受信部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの各受信波形から反射パルス信号を除去した上で記憶する。
【０１０８】
この結果、平均処理によって目的の反射パルス信号だけがない受信波形がそれぞれ得られる。そこで、第１の実施形態と同様の作用結果、第２の前処理部２５及び第２の演算部２６によって検査対象５０の振動周波数および振動振幅を求めることができる。
【０１０９】
（第３の実施形態の効果）
本実施形態によれば、異なる第２の超音波送信部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、第２の超音波受信部２２ａ、２２ｂ、２２ｃによって得られた受信波形では、反射パルス信号はどの受信波形においても同一の観測時間に観測される一方、ノイズ信号は受信波形毎に異なるため、平均処理すると反射パルス信号は大きくなる一方、ノイズはランダムに加算されて小さくなる。
【０１１０】
これによって反射パルス信号を特定して除去することにより、反射パルス信号だけがない受信波形が得られる。
【０１１１】
そして、測定された反射パルス信号を含む受信波形に対し、反射パルス信号だけがない受信波形との差分をとることにより、高ＳＮの反射パルス信号を得ることができる。
【０１１２】
この結果、容器内の超音波パルスの経路に水が存在しない場合であっても、高ＳＮの反射パルス信号を得ることにより、構造物内の機器振動を計測することができる。
【０１１３】
〔第４の実施形態〕
図８は、本発明に係る振動計測装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図である。
【０１１４】
本実施形態は、第３の超音波送信部３１、第３の超音波受信部３２、第３の超音波送受信器３３および相関演算部３５を備える。
【０１１５】
第３の超音波送信部３１は、容器６０の外側表面に設置され、容器６０の内部へ複数のパルスから構成される超音波パルスを送信し、第３の超音波受信部３２は、検査対象５０から反射する反射パルスを受信する。
【０１１６】
第３の超音波送信部３１、第３の超音波受信部３２は、第２の超音波送信部２１、第２の超音波受信部２２と同様、圧電効果の探触子、または電磁超音波探触子を有する。
【０１１７】
第３の超音波送受信器３３は、第３の超音波送信部３１から超音波を送信する一方、第３の超音波受信部３２において受信され電気信号に変換された超音波を検出する。
【０１１８】
相関演算部３５は、測定された反射パルス信号を含む受信波形に対して送信された超音波パルスとの相関から反射パルス信号の観測時間を求め、観測時間の時間変化から検査対象５０の振動を求める。
【０１１９】
図９は、本実施形態の複数のパルスから構成される超音波パルスを示す図である。
【０１２０】
第３の超音波送受信器３３は、図９に示すような複数のパルスから構成される超音波パルスを送受信する。各パルスの幅や間隔は任意に設定でき、規則的である必要はない。
【０１２１】
また、第３の超音波送受信器３３は、第２の超音波送受信器２３と同様、送信される超音波の周波数、エネルギー、パルス数、毎秒の送信回数、受信された超音波の周波数フィルタリング及び信号増幅が可能である。
【０１２２】
相関演算部３５は、測定された反射パルス信号を含む受信波形と図９に示される超音波パルスとの間で相関演算を行う。
【０１２３】
（第４の実施形態の作用）
図１０は、本発明に係る振動計測装置の第４の実施形態の反射パルス信号を含む受信波形図である。
【０１２４】
第３の超音波送受信器３３では、第１の実施形態と同様の作用結果、反射パルス信号を含む図１０に示すような受信波形を得る。
【０１２５】
相関演算部３５では、測定された反射パルス信号を含む受信波形と、図９に示される送信した超音波パルス波形との間で相関演算を行う。
【０１２６】
相関演算部３５で得られた相関演算結果は出力され表示装置等に表示される。
【０１２７】
図１１は、本実施形態の相関演算結果を示す図である。
【０１２８】
図１０においては、反射波の到達時間は不鮮明であるが、図１１においては、相関値が最大値となる時間が明確に表示され、反射パルス信号の観測時間として精度よく検出できる。
【０１２９】
そこで、第１の実施形態と同様の作用結果、検査対象５０の振動周波数および振動振幅を求めることができる。
【０１３０】
（第４の実施形態の効果）
本実施の形態によれば、複数のパルスから構成される超音波パルスを送受信し、測定された反射パルス信号を含む受信波形と送信した超音波パルスとの間で相関演算を行うことにより、相関値が最大値となる時間が反射パルス信号の観測時間となるため、高ＳＮの反射パルス信号を得ることができる。
【０１３１】
この結果、容器内の超音波パルスの経路に水が存在しない場合であっても、高ＳＮの反射パルス信号を得ることにより、構造物内の機器振動を計測することができる。
【０１３２】
〔その他の実施形態〕
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
【０１３３】
例えば、発電プラント以外でも同様の検査対象を有するプラント、設備に適用できる。
【０１３４】
また、第１の実施形態または第２の実施形態における振動振幅の測定に際しては、第３の実施形態の特徴を組み合わせるなど、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。
【０１３５】
また、第１の実施形態で述べたＳＮ比確保のために、測定された反射パルス信号を含む受信波形と第１の波形記憶部１４において記憶された受信波形との両者について、第１の前処理部１５において周波数フィルタリングを行ったうえでその差分を演算する方法は、他の実施形態においても同様である。
【０１３６】
さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【０１３７】
これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１３８】
１０  ・・・  振動計測装置
１１  ・・・  第１の超音波送信部
１２  ・・・  第１の超音波受信部
１３  ・・・  第１の超音波送受信器
１４  ・・・  第１の波形記憶部
１５  ・・・  第１の前処理部
１６  ・・・  第１の演算部
１７  ・・・  波形特定記憶部
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  ・・・  第２の超音波送信部
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  ・・・  第２の超音波受信部
２３  ・・・  第２の超音波送受信器
２４  ・・・  第２の波形記憶部
２５  ・・・  第２の前処理部
２６  ・・・  第２の演算部
３１  ・・・  第３の超音波送信部
３２  ・・・  第３の超音波受信部
３３  ・・・  第３の超音波送受信器
３５  ・・・  相関演算部
５０  ・・・  検査対象
６０  ・・・  容器（構造物）
【図１】
0005940350.tif 000002
【図２】
0005940350.tif 000003
【図３】
0005940350.tif 000004
【図４】
0005940350.tif 000005
【図５】
0005940350.tif 000006
【図６】
0005940350.tif 000007
【図７】
0005940350.tif 000008
【図８】
0005940350.tif 000009
【図９】
0005940350.tif 000010
【図１０】
0005940350.tif 000011
【図１１】
0005940350.tif 000012