(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプの残壁厚を測定するために、前記パイプのパイプ外壁上に永久的に装着される、高精度腐食監視センサアセンブリであって、前記パイプは、事前に選択される直径範囲内の任意の直径を有し、前記高精度腐食監視センサアセンブリは、
パイプの残壁厚を測定するための超音波トランスデューサであって、前記超音波トランスデューサの第１の底部は、前記第１の底部が、第１の装着場所において前記パイプ外壁に対して実質的に接線方向に位置付けられる際、前記パイプのパイプ外壁の第１の装着場所に接着するように位置決めされる、超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサを収納するため、および前記超音波トランスデューサを前記パイプ外壁の第２の装着場所および第３の装着場所に接着するための調節可能なトランスデューサ取付け具とを備えて構成され、
前記トランスデューサ取付け具は、
前記超音波トランスデューサに取付けられる横断部材であって、前記横断部材の第１の遠位端は、それに取付けられた第１の枢動ピンを有し、前記横断部材の第２の遠位端は、それに取付けられた第２の枢動ピンを有し、前記第１の枢動ピンを中心とした第１の回転軸は、前記第２の枢動ピンを中心とした第２の回転軸に対して実質的に平行である、横断部材と、
前記調節可能なトランスデューサ取付け具を支持するための第１の塔状部であって、前記第１の塔状部の第２の底部は、磁性であり、前記第２の底部が、前記第２の装着場所に前記パイプ外壁に対して実質的に接線方向に位置付けられる際、前記パイプ外壁の前記第２の装着場所に接着するように位置決めされ、前記第１の塔状部は、第１のトラック内の可変位置に前記第１の枢動ピンを受容する、第１のトラックを有する、第１の塔状部と、
前記調節可能なトランスデューサ取付け具を支持するための第２の塔状部であって、前記第２の塔状部の第３の底部は、磁性であり、前記第３の底部が、前記第３の装着場所に前記パイプ外壁に対して実質的に接線方向に位置付けられる際、前記パイプ外壁の前記第３の装着場所に接着するように位置決めされ、前記第２の塔状部は、前記第２のトラック内の可変位置に前記第２の枢動ピンを受容する、第２のトラックを有する、第２の塔状部と、
前記第１のトラック内の前記第１の枢動ピンを中心とした前記第１の塔状部の調節を制限することによって、および前記第２のトラック内の前記第２の枢動ピンを中心とした前記第２の塔状部の調節を制限することによって、前記調節可能なトランスデューサ取付け具共々剛性にするための２つ以上の締結具と、
を含む、高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項２】
前記超音波トランスデューサの前記第１の底部は、エポキシ接着を使用して、前記パイプのパイプ外壁に接着するように位置決めされる、請求項１に記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項３】
前記エポキシ接着は、超音波伝達媒質である、請求項２に記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項４】
前記第１の塔状部および前記第２の塔状部のそれぞれは、前記第２の底部および第３の底部のうちのそれぞれ１つに位置付けられる磁石を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項５】
前記超音波トランスデューサは、前記超音波トランスデューサによって行われる測定が向上されるように、前記超音波トランスデューサのセンサ要素を前記パイプ外壁１６０から分離するための遅延線を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項６】
前記第１の装着場所、前記第２の装着場所、および前記第３の装着場所は、前記パイプ外壁の共通弧の点であり、前記パイプ外壁は、６インチより大きい任意の直径を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項７】
第１の軸および第２の軸は、前記共通弧を含有する平面と直交する、請求項６に記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項８】
前記第１のトラックおよび前記第２のトラックは、前記第１の塔状部の前記第２の底部および前記第２の塔状部の前記第３の底部を、前記パイプ外壁に対して実質的に接線方向に位置付けることができるように、前記第１の塔状部上および前記第２の塔状部上にそれぞれ位置決めされる、請求項１〜７のいずれかに記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項９】
前記第１の装着場所、前記第２の装着場所、および前記第３の装着場所は、同一平面上である、請求項１〜８のいずれかに記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項１０】
第１の軸および第２の軸は、前記第１の装着場所、前記第２の装着場所、および前記第３の装着場所を含有する平面に対して平行である、請求項１〜９のいずれかに記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項１１】
前記横断部材は、前記超音波トランスデューサの筐体に取付けられ、前記筐体は、前記筐体によって適用される挟持力によって、前記超音波トランスデューサに取付けられる、請求項１〜１０のいずれかに記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項１２】
前記横断部材は、１つ以上の滑りねじを使用して、前記超音波トランスデューサの前記筐体に取付けられる、請求項１１に記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項１３】
１つ以上の滑りねじは、筐体および前記超音波トランスデューサを前記パイプ外壁の方向に付勢するように、実質的に同軸のコイルバネによって包まれる、請求項１〜１２のいずれかに記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項１４】
前記横断部材は、ねじ込み装着を使用して、前記超音波トランスデューサおよび筐体のうちの１つに取付けられ、前記横断部材、ならびに前記超音波トランスデューサおよび前記筐体のうちの１つは、適合するねじ山を含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の高精度腐食監視センサアセンブリ。
【請求項１５】
事前に選択される直径範囲内の任意の直径を有する容器の残壁厚を測定するための高精度腐食監視センサシステムであって、
それぞれの容器セグメントの残壁厚を測定するための、請求項１に記載の複数の高精度腐食監視センサアセンブリと、
前記複数の高精度腐食監視センサアセンブリからの信号を送受信する、前記複数の高精度腐食監視センサアセンブリと通信しているパルス発生器と、
受信信号に応じるデータを獲得する、前記パルス発生器と通信しているオシロスコープと、
前記オシロスコープで獲得される前記データに応じる前記容器セグメントの残壁厚を推定する、前記オシロスコープと通信しているデータ分析システムと、
を備える、前記高精度腐食監視センサシステム。
【請求項１６】
前記複数の高精度腐食監視アセンブリのそれぞれの前記第１の塔状部および前記第２の塔状部は、対応する容器の直径に応じるそれぞれの横断部材に対して位置決めされる、請求項１５に記載の高精度腐食監視センサシステム。
【請求項１７】
前記複数の高精度腐食監視センサアセンブリのそれぞれは、複数の同軸ケーブルのそれぞれの同軸ケーブルによって、前記パルス発生器に取付けられ、前記複数の同軸ケーブルのそれぞれは、５０メートル以下の長さを有する、請求項１５または１６に記載の高精度腐食監視センサシステム。
【請求項１８】
前記データ分析システムは、隣接する後壁信号の間の時間差に応じて壁厚を判定するように構成される、請求項１５〜１７に記載の高精度腐食監視センサシステム。
【請求項１９】
前記データ分析システムは、１つの前壁信号および１つの後壁信号のエンベロープのパルス幅の分離に応じて壁厚を判定するように構成される、請求項１５〜１８に記載の高精度腐食監視センサシステム。
【請求項２０】
前記高精度腐食監視センサシステムは、
前記複数の高精度腐食監視センサアセンブリのうちの１つに対応する、それぞれの容器セグメントの表面温度を測定するための複数の温度計をさらに備え、
前記データ分析システムは、表面温度にさらに応じて壁厚を推定するように構成される、
請求項１５〜１９に記載の高精度腐食監視センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、概して、石油化学パイプラインの分野に関し、より具体的には、石油化学パイプラインにおける腐食の電子的検出および監視の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
石油化学産業におけるパイプラインは、多くの場合、過度の腐食によってもたらされる損傷の影響を受けやすい。パイプに障害が発生する前の平均寿命は、大部分が搬送される気体または液体媒体の化学的および物理的特性、パイプの周囲の環境条件、ならびに金属損失につながる陽極挙動を防止する、好適な陰極防食（ＣＰ）システムに依存する。場合によっては、パイプの特定の場所のみが相当の腐食にさらされる。パイプのそのような腐食が検出され、監視されない場合、金銭的損失、安全上の問題、および環境被害を含む、望ましくない結果をもたらす可能性がある、損傷、故障、ならびに流出につながる可能性がある。したがって、パイプの定期的な稼働中検査（ＯＳＩ）は、必要不可欠な危機管理手順である。
【０００３】
鉄パイプラインの内壁の孔食等の腐食は、パイプの隔離された、いわゆる「限界（臨界）」領域または場所で発生する可能性が高い。時には、限界（臨界）位置は、ＯＳＩの目的で到達することが困難である。例えば、パイプの限界領域にアクセスするためには、通常、足場または掘削作業が必要とされる。そのような作業を定期的に実施することは、多くの場合、非現実的であり、高価であり、かつ機器および人材の大規模な移動を必要とする。
【０００４】
例えば、パイプの外面上の電子モニタを使用する、パイプラインの限界領域の遠隔監視のための解決手段が、当該技術分野において既知である。しかしながら、そのような解決手段は、（ｉ）目標とするパイプライン上の隔離された場所について高精度の一貫した測定を得られるための構造的剛性が欠如していること、（ｉｉ）より大きく、かつより正確な超音波トランスデューサ（超音波変換器）または遅延線の追加に適応できないこと、（ｉｉｉ）高温のパイプライン表面、風もしくは砂による浸食、またはトランスデューサもしくは挟持機器の腐食等の環境要因に耐えることができないこと、ならびに（ｉｖ）異なるパイプサイズもしくは平らな表面上への装着に容易に適応するための調節機能が欠如していることを含む、１つ以上の不利点を呈する。
【０００５】
したがって、当該技術分野において、非常に正確な電子監視機器を遠隔パイプ位置上に装着でき、パイプライン上の精密な位置で一貫した測定を得るのに十分な構造的剛性を有する、高精度腐食監視アセンブリの必要性が存在する。また、当該技術分野において、永久的設置のために、環境要因に耐える構造および材料特性を有する、高精度腐食監視アセンブリの必要性も存在する。また、当該技術分野において、そのような剛性、そのような構造、およびそのような材料特性を提供することができ、一方、また、より大きく、より正確なトランスデューサおよび遅延線に適応することもできるような、アセンブリの必要性も存在する。また、当該技術分野において、施設内に見られ得る異なるパイプサイズまたは平らな表面のいずれの上にもアセンブリを容易に配備することを可能にする、剛性および調節機能の両方を有する、高精度腐食監視アセンブリの必要性も存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
出願人は、関連技術の不利点を認識し、本発明において、有利に、それに取付けられた遅延線を有するトランスデューサを含む、より大きく、より正確なトランスデューサを、遠隔のアクセス不可能なパイプ位置上に永久的に装着することを可能にする、実施形態を提供した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、トランスデューサでの読み取り値の正確さを改善するように、それに取付けられた遅延線（約１５ｍｍの追加の積み重ね高さ）を有する、非常に正確な５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚのトランスデューサの永久的設置を可能にする、トランスデューサ取付け具（ＴＨＤＦ）と称される、改良された挟持固定具を提供する。特に、トランスデューサおよび取付けられた遅延線の高さに関して、現場の環境要因によりトランスデューサに作用する横力は、追加の支持体がなければ、トランスデューサ（または遅延線）とパイプとの間のエポキシ接着を損なわせる、またはそれを剥離する可能性が高い。本発明の実施形態は、パイプ上に２つの追加の接着点と、トランスデューサの装着場所を高精度で維持するのに十分な剛性を有する構造体とを有する、ＴＨＤＦを提供する。
【０００８】
本発明の実施形態は、そのような非常に正確なトランスデューサおよび取付けられた遅延線の形状に適応するだけでなく、また、直径範囲から選択される任意の直径を有するパイプ上への設置に適応するように調節可能でもある、剛性構造体を提供する。例えば、本発明の実施形態は、平らな表面（「直径範囲」）を含む、６インチ以上の外径を有するパイプに装着する、剛性ＴＨＤＦを提供する。図４を参照して、直径範囲にわたり、遅延線を含む本明細書に記載のトランスデューサに適応するための調節機能のレベルを有する、ＴＨＤＦを提供するための限界（臨界）寸法を示すことができる。本発明の実施形態は、それが設置されるパイプの直径に関わらず、ＴＨＤＦの剛性およびＴＨＤＦによってパイプに適用される力が、直径範囲にわたって一定となるように調節可能である。本発明の実施形態は、剛性かつ調節可能であるため、ならびにＴＨＤＦの剛性およびそれによってパイプに適用される力は、直径範囲にわたって一定であるため、ＴＨＤＦは、トランスデューサが、パイプサイズによる、もしくは温度等の環境要因によるＴＨＤＦの構成のいかなる曲がりまたは変化に起因する誤差も最小となる測定を提供可能にする。
【０００９】
本発明の実施形態は、トランスデューサを剥離する外部横力に対してそれほど脆弱ではないため、および本発明の実施形態は、トランスデューサのピンポイント位置への永久的かつ高精度な位置決めを可能にするため、本発明の実施形態は、人が、アセンブリの保守または再調節のために設置場所に日常的にアクセスする必要性を低減する。したがって、本発明の実施形態は、アクセスが不便な位置、または定期的にアクセス不可能な位置（掘削または足場が必要とされる際等）により効果的に設置することができる。例えば、本発明の実施形態が、パイプラインの２０か所に設置される場合、ＯＳＩプログラムのための現行の足場および掘削費用における年間の節約は、約＄２５，０００になる可能性がある。さらに、実施形態は、小さい設置面積を有するＴＨＤＦを提供し、これは、ＴＨＤＦをパイプに装着するために必要とされる掘削または足場の量を最小限にする。
【００１０】
さらに、本発明の実施形態によって提供される測定の正確さおよび精度は、原油に添加される腐食防止剤の注入量の制御等において、高い忠実性で腐食率を確認するために、そのようなリアルタイム測定が使用され得る継続的な監視作業に、本発明の実施形態を採用することを可能にする。
【００１１】
本発明の実施形態は、事前に選択される直径範囲内の任意の直径を有するパイプの残壁厚を測定するための、パイプのパイプ外壁上に永久的に装着される、高精度腐食監視センサアセンブリを提供する。
【００１２】
高精度腐食監視センサアセンブリを提供する本発明の実施形態は、パイプの残壁厚を測定するための超音波トランスデューサを含むことができる。そのような実施形態では、超音波トランスデューサの第１の底部は、第１の底部が第１の装着場所にパイプ外壁に対して実質的に接線方向に位置決めされる際、パイプのパイプ外壁の第１の装着場所に接着するように位置決めされる。
【００１３】
高精度腐食監視センサアセンブリを提供する本発明の実施形態は、超音波トランスデューサを収納するため、および超音波トランスデューサをパイプ外壁の第２の装着場所および第３の装着場所に接着するための調節可能なトランスデューサ取付け具を含む。
【００１４】
調節可能なトランスデューサ取付け具を備えた高精度腐食監視センサアセンブリを提供する本発明の実施形態は、超音波トランスデューサに取付けられた横断部材をさらに含む。横断部材の第１の遠位端は、それに取付けられた第１の枢動ピンを有し、横断部材の第２の遠位端は、それに取付けられた第２の枢動ピンを有する。第１の枢動ピンを中心とした第１の回転軸は、第２の枢動ピンを中心とした第２の回転軸に対して実質的に平行である。
【００１５】
調節可能なトランスデューサ取付け具を備えた高精度腐食監視センサアセンブリを提供する本発明の実施形態は、調節可能なトランスデューサ取付け具を支持するための第１の塔状部をさらに含む。第１の塔状部の第２の底部は、磁性を有し、且つ、第２の底部が第２の装着場所においてパイプ外壁に対して実質的に接線方向に位置決めされる際、パイプ外壁の第２の装着場所に接着するように位置決めされる。第１の塔状部は、第１のトラック内の可変位置に第１の枢動ピンを受容する、第１のトラックを有する。
【００１６】
調節可能なトランスデューサ取付け具を備えた高精度腐食監視センサアセンブリを提供する本発明の実施形態は、調節可能なトランスデューサ取付け具を支持するための第２の塔状部をさらに含む。第２の塔状部の第３の底部は、磁性を有し、且つ、第３の底部が第３の装着場所においてパイプ外壁に対して実質的に接線方向に位置決めされる際、パイプ外壁の第３の装着場所に接着するように位置決めされる。第２の塔状部は、第１のトラック内の可変位置に第２の枢動ピンを受容する、第２のトラックを有する。
【００１７】
調節可能なトランスデューサ取付け具を備えた高精度腐食監視センサアセンブリを提供する本発明の実施形態は、第１のトラック内の第１の枢動ピンを中心とした第１の塔状部の調節を制限することによって、および第２のトラック内の第２の枢動ピンを中心とした第２の塔状部の調節を制限することによって、調節可能なトランスデューサ取付け具共々剛性にするための２つ以上の締結具をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明の特長および利点、ならびに明らかになるその他のものが達成され、より詳細に理解することができるように、本明細書の一部を構成する添付の図面に図示される、その実施形態を参照することによって、上記に簡潔に要約される本発明のより具体的な説明が与えられ得る。しかしながら、図面は、本発明の実施形態のみを図示し、したがって、本発明は、他の同等に有効な実施形態を許容し得るため、その範囲の限定と見なされるべきでないことが留意される。
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態による、パイプおよびそれに取付けられたアセンブリの軸方向断面を示す概略図である。
【００２０】
【図２】図２は、本発明の実施形態による、パイプおよびそれに取付けられたアセンブリの軸方向断面を示す概略図である。
【００２１】
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の実施形態による、アセンブリの構成要素部品の斜視図を示す概略図である。
【００２２】
【図４】図４は、本発明の実施形態による、アセンブリの軸方向図を示す設計図である。測定値は、最初にインチで、括弧内にミリメートルで提供される。
【００２３】
【図５】図５は、本発明の実施形態による、トランスデューサ信号およびトランスデューサ信号の正規化高速フーリエ変換を示すグラフである。
【００２４】
【図６】図６は、本発明の実施形態による、トランスデューサ信号を示すグラフである。
【００２５】
【図７】図７は、本発明の実施形態による、トランスデューサ信号を示すグラフである。
【００２６】
【図８】図８は、本発明の実施形態による、トランスデューサ信号を示すグラフである。
【００２７】
【図９】図９は、本発明の実施形態による、トランスデューサおよびそれに取付けられた遅延線を示す概略図面である。
【００２８】
【図１０】図１０は、本発明の実施形態による、パイプに取付けられたアセンブリを示す概略図面である。
【００２９】
【図１１】図１１は、本発明の実施形態による、システムを示す概略図である。
【００３０】
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｂは、本発明の実施形態による、アセンブリの構成要素部品を示す概略図面である。
【００３１】
【図１３】図１３は、本発明の実施形態による、コンピュータプログラム製品およびコンピュータ実行方法を示す、概略図ならびにフローチャートである。
【００３２】
【図１４】図１４は、本発明の実施形態による、トランスデューサの周波数応答を示すグラフである。
【００３３】
【図１５】図１５は、本発明の実施形態による、コンピュータプログラム製品およびコンピュータ実行方法を示す、概略図ならびにフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１を参照して示すことができる本発明の実施形態は、パイプライン、パイプ、または容器の精密な場所で継続的な壁厚監視を実施することができるように、例えば、パイプ１０１のパイプ外壁１０２上のようなパイプライン、パイプ、または容器の外壁上に永久的に装着される、高精度腐食監視アセンブリ１００（ＨＰＣＭ）を提供する。監視アセンブリ１００は、本明細書において、ＨＰＣＭもしくは「ＨＰＣＭセンサ」または「ＨＰＣＭアセンブリ」と称される場合がある。図１０を参照すると、パイプ１０１に装着された、本発明の実施形態によるＨＰＣＭ１００が示されている。本発明の実施形態は、本明細書において、「パイプ」に関して記載されるが、本発明は、そのような実施形態に限定されず、また、平らな表面を有するものを含む、他のタイプの容器に関して使用することもできる。
【００３５】
ＨＰＣＭ１００の永久的な装着は、ＨＰＣＭ１００が設置場所で環境的影響力にさらされる場合にさえ、ある期間にわたる複数の測定サイクルにおける一貫した測定を可能にする。例として、パイプ１０１は、２ミリメートル（ｍｍ）〜３０ｍｍの範囲の厚さ測定値を有する炭素鋼パイプまたは金属シートである。パイプ１０１は、例えば、摂氏１２０度（℃）と高い温度に達するパイプ外壁１０２をもたらす液体もしくは気体内容物を貯蔵または搬送することができる。パイプ１０１は、例えば、完全に、もしくは部分的に、地表下に埋められる、海面下に沈められる、または空中に持ち上げられる可能性がある。したがって、ＨＰＣＭ１００は、例えば、砂、土、地下水、海水、または風によってもたらされる、横力、浸食、および腐食を含む環境要因にさらされる場合がある。
【００３６】
図１を参照して見ることができるように、ＨＰＣＭ１００は、パイプの内壁または表面１０３に沿って、以前に腐食孔１０４が検出されたパイプ１０１の領域等のパイプライン、パイプ、または容器の限界（臨界）領域に位置付けられる。例えば、Ｃ走査技術を使用して、腐食孔の場所を検出することができ、ＨＰＣＭ１００は、腐食孔１０４の場所に対応するパイプの外面１０２上の位置に設置され得る（例えば、ＨＰＣＭ１００が反転され得る６時の位置でさえ）。したがって、ＨＰＣＭ１００は、腐食もしくは欠陥が進行する際の、腐食孔１０４または他の欠陥の進行の継続的かつ持続的な監視を可能にする。
【００３７】
ＨＰＣＭ１００は、３０ｍｍ以下の厚さを有するパイプ厚測定における十分な分解能および感度を可能にする、例えば、１０ＭＨｚの圧電トランスデューサによって生成される圧縮波または縦波による従来の超音波検査（ＵＴ）を実行することによって、パイプ残厚の深度を測定する。また、より厚い要素を測定するために、必要に応じて、５ＭＨｚの圧電トランスデューサを実装することもできる。
【００３８】
図２を参照して示されるように、ＨＰＣＭ１００は、超音波トランスデューサ２１０が、パイプ２０１の外壁２０２に対して実質的に垂直に位置決めされる際に、パイプ２０１の壁厚を測定する、超音波トランスデューサ２１０を含む。超音波トランスデューサ２１０は、例えば、垂直入射単一要素トランスデューサ、二要素トランスデューサ、遅延線トランスデューサ等であることができる。超音波トランスデューサ２１０は、±０．５ｍｍの正確さで、２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲の炭素鋼パイプ厚測定を分析することができるように選択することができる。また、超音波トランスデューサ２１０は、１２０℃と高い温度を含む温度範囲にわたり、継続的に動作し、指定の正確さを達成することができるように選択することもできる。
【００３９】
１つの好ましい超音波トランスデューサの例は、垂直入射単一要素トランスデューサを含む。垂直入射単一要素トランスデューサは、例えば、図２に関して点２６１で、接触面に対して垂直な超音波信号を伝送するように配向される、単一の封入された水晶で構成される。垂直入射単一要素トランスデューサは、有利に、自律監視システムへの簡単な実装を可能にする。さらに、垂直入射単一要素トランスデューサは、他のトランスデューサタイプと比較して、最小数の無関係な信号を波形に導入し、これは、波形解析を簡単化する。複数の反射を捕獲することができ、厚さ測定における高レベルの信頼性を可能にする。しかしながら、垂直入射単一要素トランスデューサは、最小厚さ要件をほとんど解決することができない。
【００４０】
また、超音波トランスデューサ２１０は、例えば、二要素トランスデューサであることもできる。二要素トランスデューサは、伝送器の初期パルスが確実に受信波形に影響を及ぼさないようにするために、別個の伝送要素および受信要素を使用する。伝送要素および受信要素の両者は、典型的に、単一ケース内に含まれる。超音波信号は、典型的に、垂直入射に向けられておらず、そのため、多くの場合、波形解析において波形補正が必要である。受信器−トランスデューサ測定は、伝送信号によって最小限にしか影響を及ぼされず、これは、有利に、より薄い材料の測定を可能にする。特定の温度範囲内でパイプ厚測定を行うことができる、２．２５ＭＨｚ〜５ＭＨｚの範囲内の二要素トランスデューサには、例えば、１ｍｍまでの厚み測定を行うことができると理解される、５ＭＨｚのトランスデューサである、Ｏｌｙｍｐｕｓ  Ｄ７９０−ＳＭが挙げられる。しかしながら、二要素トランスデューサは、不利なことに、多くの場合、１つの信頼性のある後壁反射しか検出することができない。また、伝送要素および受信要素の両方が同一のケース内に収納されるため、２つの要素は、クロストークを経験し、それによって、測定における音響および電気ノイズを増加させる。また、不利なことに、二要素トランスデューサからの測定値は、典型的に、飛行時間解析単独で解釈することができない。
【００４１】
二要素トランスデューサでは、独立した動作特性を伴う２つの要素が使用されるため、伝送信号が、典型的に、垂直入射ではないため、ならびに伝送要素および受信要素における時間遅延が、多くの場合、同等ではないため、真の材料厚を判定するために、多くの場合、追加の較正ステップが必要とされる。特定の実施形態では、各トランスデューサモデル、および場合によっては、それぞれ個々のトランスデューサは、使用の前に較正が必要とされる。較正されていない二要素トランスデューサである超音波トランスデューサ２１０を有するＨＰＣＭ１００の試験は、厚さ測定において、大幅な誤差（２．５ｍｍ〜４．５ｍｍの誤差）を有する結果をもたらした。したがって、自律型監視センサ内に含まれる二要素トランスデューサは、パイプ上への設置の前に、トランスデューサのそれぞれを較正することを必要とする。しかしながら、較正手順は、費用を増加させ、技術者がＨＰＣＭ１００を正しく設置するためのより一層の訓練を必要とする、または技術者にＨＰＣＭ１００を正しく設置することに対するより一層の責任を要求する。
【００４２】
超音波トランスデューサ２１０は、好ましくは、遅延線トランスデューサである。遅延線トランスデューサは、垂直入射単一要素トランスデューサと同一の設計を使用するが、遅延線トランスデューサは、トランスデューサ前面をパイプの表面から分離する、材料の柱状物（「遅延線」）を含む。遅延線９１０がトランスデューサ要素９３０の前面９２０に接着された、例示的な遅延線トランスデューサが、図９を参照して示される。
【００４３】
遅延線９１０は、有利に、初期パルスから前面反射を分離し、これは、初期パルスからの干渉なく、非常に薄い壁材料内の複数の後壁反射の獲得を可能にする。また、遅延線９１０は、有利に、トランスデューサ前面９２０とパイプの表面との間の断熱および放熱も提供し、これは、パイプの表面温度がトランスデューサ９３０の動作温度を超えることを可能にする。しかしながら、遅延線は、波形に反射を加える可能性があり、これは、超音波ノイズレベルを増加させ、波形の自律解釈を複雑にする可能性がある。
【００４４】
ＨＰＣＭ１００は、例えば、４サイクル未満での広帯域幅能力、合理的な減衰特性、およびノイズのない伝送信号を可能にするために、２．２５ＭＨｚ、５ＭＨｚ、１０ＭＨｚ、または１５ＭＨｚに近い中心周波数を有する超音波トランスデューサ２１０を含むことができる。これらの特性は、反射信号の時間を短くすることを可能にし、これは、複数の壁反射が薄いパイプ壁内で重なることを防止する。そのような信号の例が、前述の動作特性を備えたトランスデューサからの伝送信号および信号の対応する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を示す、図５のグラフを参照して示される。遅延線を有する垂直入射単一要素トランスデューサを含む本発明の実施形態は、十分に高い周波数で動作し、それによって２ｍｍ〜３０ｍｍの全厚さ範囲にわたって正確な厚さ測定値を分析し、自律型監視センサの実装に最小限の複雑性をもたらす。
【００４５】
図１１を参照して示すことができるように、パイプライン１１００上の超音波トランスデューサ１１１０は、Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ  ５０７２パルス発生器等のパルス発生器１１２０を用いて、パルスエコーモードで駆動される。信号劣化は、トランスデューサ１１１０とパルス発生器１１２０との間のケーブル１１１１が、５０メートル以下の長さであることを要求する。パルス発生器１１２０は、約２０個のトランスデューサを含む、複数のトランスデューサ１１１２を駆動させることができなければならない。ローカル測定システムは、パルス発生器１１２０と、オシロスコープ１１３１を有するデータ獲得システムと、自律型データ解析ステーション１１４０とを備える。結果としてもたらされる波形は、Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ  ＴＤＳ２０２４Ｂオシロスコープ等のオシロスコープ１１３１を用いて収集され、収集された波形は、例えば、オシロスコープ１１３１と、および、ＧＳＭ電気通信ネットワーク（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）等の無線通信ネットワーク１１５２上で同様に無線ネットワークインターフェース１１５１を有するベースステーション１１６０と接続するための無線ネットワークインターフェース１１５０とに接続する、入力／出力ユニット１１４３を有する監視システム１１４０上のプロセッサ１１４１によって実行される、ＭＡＴＬＡＢで書かれた関数であることができる自律型コンピュータプログラム製品１３００または１５００を使用して解析される。ベースステーション１１６０は、複数のローカルシステムを制御し、ユーザ主導型データ解析ソフトウェアを実行するためのソフトウェアを含む、コンピュータであることができる。ベースステーション１１６０の人ユーザは、無線通信１１５２を通してローカルステーションを設定し、制御することができる。図１１に図示される一実施形態では、データ解析ステーション１１４０は、データ獲得ステーション１１３０、パルス発生器１１２０、およびトランスデューサ１１１０を備えたローカル環境に接続される。しかしながら、他の実施形態では、データ解析ステーション１１４０は、例えば、データ獲得ステーション１１３０およびデータ解析ステーション１１４０を無線通信ネットワーク１１５２等の無線通信ネットワークに接続する、１つ以上の無線ネットワークインターフェース（描写せず）を使用して、遠隔に接続することができる。データ解析ステーション１１４０をデータ獲得ステーション１１３０の遠隔に位置付けることは、有利に、１つのデータ解析ステーション１１４０が、複数の遠隔場所にあるものを含む複数のデータ獲得ステーション１１３０とインターフェースで接続することを可能にする。
【００４６】
図１１を参照して示すことができるように、データ解析ステーション１１４０は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ならびに本明細書に記載される機能を実施するように構成された他のアナログ、および／又は、デジタル回路構成要素であってもよい、またはそれらを含むことができる、プロセッサ１１４１を含む。プロセッサ１１４１は、データ解析ステーション１１４０の「頭脳」であり、そのようなものとして、コンピュータプログラム製品（単数または複数）を実行し、データを持続性メモリ１１４２に向けるように、および持続性メモリ１１４２からデータベース、ネットワークインターフェース、および周辺機器もしくは設置された構成要素にデータまたはコマンドを送信するように、Ｉ／Ｏ１１４３と連動して動作する。プロセッサ１１４１は、データ解析ステーション１１４０で、またはそれと共に使用するために適合された任意の市販のプロセッサ、または複数のプロセッサ、例えば、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）Ｘｅｏｎ（登録商標）マルチコアプロセッサ、Ｉｎｔｅｌ（登録商標）マイクロアーキテクチャＮｅｈａｌｅｍ、およびＡＭＤ  Ｏｐｔｅｒｏｎ（商標）マルチコアプロセッサであることができる。当業者が理解するように、また、プロセッサ１１４１は、当業者によって理解されるように、データ解析ステーション１１４０を、キーボードまたはユーザが遠隔ベースステーション端末１１６０を通して直接または間接的にプロセッサ１１４１および持続性メモリ１１４２にアクセスすることを可能にし得る他の周辺機器を有するベースステーション端末１１６０に接続することを可能にする、構成要素も含むことができる。
【００４７】
図１１を参照して示すことができるように、データ解析ステーション１１４０は、持続性メモリ１１４２または２つ以上の持続性メモリをさらに含む。持続性メモリ１１４２は、プロセッサ１１４１上で実行するための命令を備えるコンピュータプログラム製品（単数または複数）を保存するように構成される。持続性メモリ１１４２は、本発明の実施形態をサポートするのに必要とされるように、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ、光ディスク等の不揮発性メモリ、ならびに例えば、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、およびＳＤＲＡＭ等の揮発性メモリの両方を含む。当業者が理解するように、持続性メモリ１１４２は、例えば、データ解析ステーション１１４０のマザーボード上に描写されているが、持続性メモリ１１４２は、Ｉ／Ｏ１１４３を通してデータ解析ステーション１１４０に接続される別個の構成要素またはデバイス、例えば、フラッシュメモリであることもできる。例えば、ベースステーション１１６０のユーザは、持続性メモリ１１４２上に保存されているアプリケーションおよびコンピュータプログラム製品にアクセスし、プロセッサ１１４１上で実行することができる。当業者が理解するように、プログラム製品（単数または複数）は、１つ以上のデータベース、データライブラリ、データテーブル、データフィールド、もしくは他のデータ記録と共に、持続性メモリ１１４２に、または例えば、Ｉ／Ｏ１１４３を通してデータ解析ステーション１１４０と通信するように位置付けられる記憶媒体と関連付けられる別個の持続性メモリ１１４２のいずれかに保存することができる。
【００４８】
図１３を参照して示すことができるように、そのようなコンピュータプログラム製品機能は、最初に、波形およびそれぞれの後続反射内の後壁信号を識別し１３０１、次いで、それぞれの隣接する後壁信号の間の時間差を測定する１３０２ことによって、測定される試験試料の厚みを報告する。時間差測定１３０２は、隣接する後壁信号の相互相関を通して、またはピーク検出アルゴリズムによって行うことができる。測定された時間差は、パイプ１０１の材料速度に基づき、パイプ１０１の厚みを計算する１３０３ために使用することができる。また、本機能は、例えば、後壁信号の中心周波数および帯域幅、ならびに各後壁間の信号減衰に関する情報を返す１３０４こともできる。結果としてもたらされる注釈付きの波形の例を、そのような機能の波形出力を示す図６を参照して示すことができる。最初に識別された後壁は、区域６０１であり、後続反射は、区域６０２内である。機能は、２．５５ｍｍの材料厚を報告した（実際の厚さは、２．５４ｍｍであった）。信号帯域幅は、１．３ＭＨｚ〜６．７ＭＨｚの範囲に及び、３．９ＭＨｚの中心周波数を伴い、反射間の平均減衰は、１．７ｄＢであった。
【００４９】
２．２５ＭＨｚに近い中心周波数を有する超音波トランスデューサ２１０を有するＨＰＣＭ１００の試験は、２．２５ＭＨｚのトランスデューサが、不利に、ノイズの多い収集波形、および明確な後壁信号の限られた検出を提供することを示唆する。特に、パイプ１０１の厚みが小さい場合、２．２５ＭＨｚのトランスデューサは、初期パルスからの後壁信号の限られた分解能をもたらし、同様に、第２の反射は、第１の反射で畳み込まれる可能性がある。７．６２ｍｍの厚さの試料上で２．２５ＭＨｚのトランスデューサを用いて記録された例示的な厚さ測定値が、図７を参照して示されている。
【００５０】
５ＭＨｚに近い、または１０ＭＨｚに近い中心周波数を有する超音波トランスデューサ２１０を有するＨＰＣＭ１００の試験は、パイプ１０１の厚さが１２．７ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲に及ぶ場合に、２．５ＭＨｚのトランスデューサと比較して、５ＭＨｚのトランスデューサおよび１０ＭＨｚのトランスデューサが、有利に、明確な後壁反射および複数の明確な検出可能な反射を提供することを示唆する。例として、図８は、１０ＭＨｚのトランスデューサを用いて、７．６２ｍｍの厚みの鋼ブロック上で行われた、複数の後壁信号が検出され、ノイズレベルが低い、例示的な厚み測定値を示す。したがって、ＨＰＣＭ１００の試験は、５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数の単一要素縦型トランスデューサが、条件とされた２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内で、±０．５ｍｍの正確さのパイプ厚測定を行うことが可能であり得ることを示唆する。
【００５１】
１５ｍｍの長さのＲｅｘｏｌｉｔｅ遅延線に取付けられた、直径が９．５ｍｍの１０ＭＨｚのトランスデューサである、超音波トランスデューサ２１０を有するＨＰＣＭ１００の試験は、伝送信号の中心周波数を大幅に減衰させることができることを示唆する。例えば、遅延線なしでは、伝送信号の中心周波数は、約８ＭＨｚであり、帯域幅は、中心周波数の両側が極めて対称である。遅延線が組み込まれた状態では、中心周波数の測定値は、２．２５ＭＨｚであり、帯域幅は、より高い周波数範囲に伸びる。図１４を参照して、エポキシのフィルムを使用してトランスデューサ上に１５ｍｍ厚のＲｅｘｏｌｉｔｅ遅延線が設置された、１０ＭＨｚの垂直入射トランスデューサの周波数応答が示される。トランスデューサに取付けられた遅延線が、１つの前壁信号および１つの後壁信号の両方を検出する場合、これらの信号のそれぞれのエンベロープを生成し、次いで、これらのエンベロープに応じるパルス幅の中心を画定するために、波形解析が必要とされる。次いで、材料厚を推定するために、２つのパルス幅の分離を使用することができる。信号のパルス幅が使用されるため、信号ピークに関する情報は、不要であり、より高い感度設定を有する波形を使用することができる。したがって、この測定解決手段は、波形内の複数の後壁反射を探すことが、信頼性のない、壁厚測定を行う手法を提示する場合の代替を提示する。
【００５２】
典型的なパイプライン上で、トランスデューサ２１０は、気候条件により、０℃〜１２０℃の温度変動を経験することが予期される。トランスデューサは、最大で１２０℃の温度で長期間動作すること、およびパイプ温度に関わらず、最大で３０ｍｍの厚さのパイプ壁の厚さ読み取り値を±０．５ｍｍの正確さで返すことの両方が可能でなければならない。さらに、８．０１５＊１０−４ｍｍ／μｓ／℃の速度変化率を有する、１０１８炭素鋼で作製されたパイプ２０１上のＨＰＣＭ１００の室温（２２℃）での試験は、規定される動作温度の範囲内でのパイプ２０１材料の厚さ変化が、０．５ｍｍの許容誤差を超える誤差を極めてまれにしかもたらさないことを示唆する。例えば、１０１８炭素鋼の室温（２２℃）での速度は、約５．８５６ｍｍ／μｓと測定され、３０ｍｍの最大許容可能パイプ厚を有するパイプ２０１は、室温で獲得される波形と最大指定温度で獲得される波形との間で、０．４１ｍｍの見掛け上の厚さ変化を経験する。最大パイプ厚で、この変化は、システムに固有の他の測定誤差に加えて、指定される許容誤差を超える可能性がある。したがって、指定される正確さを達成することが重要である場合、波形解析が温度変動を考慮するように、厚さ測定システム上に温度測定能力を含むことが必要である場合がある。炭素鋼における温度の関数としてのパイプの材料速度の変化が十分に小さい場合、温度変化による見掛け上の厚さの変動は、無視することができる。試験は、例えば、３０ｍｍの最大パイプ厚の場合、室温で獲得される波形と最大指定温度で獲得される波形との間に、０．４１ｍｍの見掛け上の厚み変化が生じることを示した。
【００５３】
トランスデューサ２１０は、本発明の実施形態による、トランスデューサがパイプ２０１に固定される屋外環境において、一貫した測定をもたらすことができる。図２を参照して示すことができるように、ＨＰＣＭ１００は、トランスデューサ底部２１２が、パイプ外壁２０２の第１の装着場所２６１に機械的に接着するように、超音波トランスデューサ２１０をパイプ外壁２０２上の位置に固定することを可能にする。トランスデューサ底部２１２は、受信および送信するための超音波トランスデューサ２１０の要素を含む。第１の装着場所２６１でのトランスデューサ底部２１２とパイプ外壁２０２との間の接着は、空隙を排除することによって、パイプ外壁２０２と超音波トランスデューサ２１０との間の超音波エネルギーの伝達を向上させるように機能し、また、超音波伝達媒体または結合媒体としても機能する、エポキシを使用して形成することができる。エポキシは、例えば、３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ（登録商標）ＤＰ１２５エポキシであることができる。エポキシは、トランスデューサ底部２１２が、第１の装着場所２６１においてパイプ外壁２０２に対して実質的に接線方向に位置付けられる場合に、トランスデューサ底部２１２とパイプ外壁２０２との間の効果的な接着を可能にする。特定の実施形態では、トランスデューサ底部２１２は、直径範囲の任意の直径を有するパイプ外壁２０２に適応するために、または潜在的に、平らな表面に装着するために、平らであることができる。トランスデューサ底部２１２とパイプ外壁２０２との間の効果的な接着が達成されるように、およびトランスデューサ底部２１２とパイプ外壁２０２との間の効果的な超音波伝送が達成されるように、ＨＰＣＭ１００は、６インチ以上のパイプ外壁２０２の外径を有するパイプ２０１に適応する。
【００５４】
遅延線を有する本発明の実施形態では、遅延線は、トランスデューサ２１０とパイプ２０１との間でトランスデューサ２１０に接着する。遅延線を有する実施形態では、パイプ外壁２０２の第１の装着場所２６１に、遅延線の底面が機械的に接着される（図示せず）。遅延線の上面および超音波トランスデューサの底面は、図９を参照して示されるように、機械的に接着される（９２０）。本明細書に記載される本発明の実施形態の構造体は、第１の装着場所に機械的に接着されるトランスデューサ底部２１２または遅延線の底部のいずれかに適用されることが理解される。例えば、直径が約０．６２５インチ、および厚みが０．５インチであってもよい遅延線は、エポキシの薄いフィルムを用いて、トランスデューサに接着する。取付けられた遅延線を有するトランスデューサは、本明細書に記載されるように、パイプ外壁２０２の第１の装着場所２６１に構造的に接着される。トランスデューサおよび接着された遅延線が、図９を参照して示される。
【００５５】
図２を参照して示すことができるように、トランスデューサ２１０は、ＨＰＣＭアセンブリの一部である、トランスデューサ取付け具（「ＴＨＤＦ」）と呼ばれる固定具２００を使用して、パイプ２０１にさらに接着することができる。ＴＨＤＦ２００は、直径範囲内の任意の直径を有するパイプ上にＨＰＣＭ１００を装着するための、剛性だが調節可能なフレームをもたらす。トランスデューサ２１０（または備えている場合には遅延線）とパイプ２０１の第１の装着場所２６１との間のエポキシ接着に加えて、ＴＨＤＦ２００は、ＨＰＣＭ１００とパイプ２０１の第２の装着場所２６２および第３の装着場所２６３との間の２つの追加の接着をもたらす。第２の装着場所２６２および第３の装着場所２６３での接着の追加は、より大きく、より正確なトランスデューサ２１０の使用を可能にし、遅延線の使用（すなわち、遅延線を有するトランスデューサは、必然的にトランスデューサ単独より背が高い）をさらに可能にする。例えば、遅延線を伴うより大きいトランスデューサ（単数または複数）は、トランスデューサをパイプに接着する唯一の手段であるエポキシ接着を破砕し得る横力にさらされる。第２の装着場所２６２および第３の装着場所２６３での接着は、例えば、より大きいトランスデューサまたは遅延線を使用するトランスデューサによってもたらされるレバーアーム上に作用する横力によって作り出される、増加したトルクに関して、装着場所２６１での接着に追加の支持体を提供する。
【００５６】
図２に示されるように、トランスデューサ２１０は、ＴＨＤＦ２００の、トランスデューサ筐体横断部材２７０と称されるＴＨＤＦの一部に付着される。トランスデューサ２１０は、トランスデューサ筐体挟持部２１３を使用して、筐体横断部材２７０に取付けられる。他の実施形態では、トランスデューサは、例えば、雌ねじ山付きトランスデューサ筐体横断部材２７０内のソケットにねじ込む雄ねじ山付きトランスデューサを使用して、トランスデューサ筐体横断部材２７０に直接取付けられる。トランスデューサ筐体横断部材は、図３Ｃのプレート３３０を参照して示され、トランスデューサ筐体挟持部は、図３Ｄ〜図３Ｅの挟持ブロック３４０および３５０を参照して示される。図２および図３Ｄ〜図３Ｅを参照して示されるように、トランスデューサ２１０は、挟持ブロック３４０の半円筒形のチャネル３４３と挟持ブロック３５０の半円筒形のチャネル３５３との間の空間内に収容される（トランスデューサ筐体挟持部２１３は、挟持ブロック３４０および３５０を、両方のブロックの組み立てられたユニットとして示す）。図２を参照して示すことができるように、トランスデューサ２１０は、トランスデューサ２１０および遅延線（図示せず）を環境的影響力から保護する、トランスデューサ筐体挟持部２１３によって実質的に包囲される（パイプ２０１の外面２０２まで点線で続くトランスデューサ２１０）。
【００５７】
図３Ｄ〜図３Ｅを参照して示されるように、挟持ブロック３４０および３５０は、ソケット３４９および３５９を貫通するねじを用いて、挟持ブロック３４０および３５０を共にねじ止めすることによって、挟持ブロック３４０および３５０をトランスデューサ２１０の周囲に挟持することができるように、ソケット３４９および３５９を含む。共にねじ止めされている挟持ブロック３４０および３５０を示す、図１２Ａ〜図１２Ｂがさらに参照されてもよい。トランスデューサ２１０が挟持ブロック３４０および３５０の中に挟持される際、トランスデューサ２１０のトランスデューサ底部（または遅延線の底部）は、トランスデューサ挟持ブロック３４０および３５０の底部と同一高さまたは同一平面であるべきである。同一平面適合は、トランスデューサ表面または遅延線が挟持底面を越えて突出する場合に起こる可能性がある、トランスデューサがパイプ上に定置される際の「揺動」を防止する。また、同一平面適合は、トランスデューサがパイプ表面にエポキシ接着される際の、陥凹内での気泡の形成、およびトランスデューサ底部または遅延線と挟持底面との間に陥凹が存在する場合に起こる可能性がある、結果としてもたらされる超音波エネルギーの減衰をさらに防止する。
【００５８】
その中に挟持されるトランスデューサ２２０を有する挟持ブロック３４０および３５０は、例えば、横断部材３３０のソケット３３３〜３３６、挟持ブロック３４０のソケット３４１〜３４２、および挟持ブロック３５０のソケット３５１〜３５２を貫通する、滑りねじ２１４を使用して、横断部材３３０に取付けられる。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサをパイプ外壁の方向に付勢するために、バネ張力がもたらされてもよい。そのような実施形態では、図１０に示すことができるように、１つ以上の滑りねじ２１４は、横断部材３３０と挟持ブロック３４０および３５０との間の実質的に同軸のコイルバネ２１５によって包囲される。横断部材３３０内の切り取り部３３９は、様々なサイズのトランスデューサ（それに付着された遅延線を有するトランスデューサを含む）に適応するように、トランスデューサ２１０の上部がトランスデューサ筐体横断部材２７０から突出することを可能にする。代替の実施形態では、横断部材３３０内の切り取り部３３９は、挟持ブロック３４０または３５０の厚みを減少させ、トランスデューサを切り取り部３３９から突出させることができる、様々な構成に適応するように、トランスデューサ２１０の上部がトランスデューサ筐体横断部材２７０から突出することを可能にする。例えば、ＨＰＣＭ１００への環境的影響力の影響を低減するように、または小さい直径を有するパイプ上への適合を可能にするように、ＴＨＤＦ２００のサイズを減少させるために、挟持ブロック３４０および３５０のサイズを減少させることができる。
【００５９】
図２を参照してさらに示すことができるように、トランスデューサ筐体横断部材２７０は、トランスデューサ２１０だけでなく、また、第１の塔状部２２０および第２の塔状部２３０にも取付けられ、これは、本明細書にさらに記載されるように、ＨＰＣＭ１００のパイプ２０１への接着における、２つの追加の場所でのさらなる支持をＨＰＣＭ１００にもたらす。第１の塔状部２２０および第２の塔状部２３０は、第１の塔状部２２０、トランスデューサ２１０、および第２の塔状部２３０が、パイプ２０１の外壁２０２に沿った共通弧に沿って整列するように、トランスデューサ２１０およびトランスデューサ筐体横断部材２７０のいずれかの側の側面に位置する。図２ならびに図３Ａ〜図３Ｂを参照して示すことができるように、横断部材３３０は、横断部材３３０の遠位端のヒンジピンソケット３３１および３３２への封入によって、横断部材３３０に取付けられるヒンジピン２７１および２７２によって、第１の塔状部２２０および第２の塔状部２３０の両方に取付けられる。図２を参照して示すことができるように、塔状部１２０および１３０は、ヒンジピン２７１および２７２を受容する、ヒンジトラック２２３および２３３を含む。ヒンジピン２７１および２７２は、ヒンジピンソケット３３１および３３２内、ならびにヒンジトラック２２３および２３３内で自由に回転することができ、これは、ＴＨＤＦ２００を調節可能な関節アセンブリにすることができる。ヒンジピン２７１および２７２は、例えば、ヒンジピン２７１および２７２が、それぞれ１つ以上のねじ山付き端部を有し、ナット等のねじ山付き締結具を含む場合、例えば、ヒンジピンソケット３３１および３３２またはトラック２２３および２３３内で回転するヒンジピン２７１および２７２の能力を制限するように締め付けることができ、それによって剛性構造を作り出す、滑りねじである。図２を参照して示されるトラック２２３および２３３は、細長く、横断部材２７０のいずれかの遠位端と同一の方向に沿って延在し、それによって、ヒンジピン２７１および２７２がトラック２２３および２３３内を摺動することを可能にし、これは、横断部材２７０と塔状部２２０および２３０との間の距離が調節されるようにする。また、ヒンジピン２７１および２７２を締め付けることは、ヒンジピン２７１および２７２の、トラック２２３および２３３内を摺動する能力を制限する。したがって、ヒンジピン２７１および２７２は、ＴＨＤＦ２００の関節形状を、塔状部１２０および１３０の角度に関して、ならびに塔状部１２０および１３０の配置に関して調節することを可能にし、それによって、異なる直径を有するパイプの複数の構成を可能にする。
【００６０】
第１の塔状部３１０および第２の塔状部３２０は、図３Ａおよび図３Ｂを参照して示すことができる。第１の塔状部３１０および第２の塔状部３２０の両方を説明するために、図３Ａおよび図３Ｂの塔状部３１０および３２０を参照して示すことができるように、設計および構造が同一であることができる、いずれかの塔状部を参照することができる。したがって、塔状部３１０および３２０が、２つの別個の塔状部であると理解されるべきではあるが、図３Ａへの番号参照は、また、図３Ｂにも適用される。
【００６１】
塔状部３１０は、また、図２の水平出っ張り部２７９を参照して示すこともできるように、塔状部３１０の上方部分に水平出っ張り部３１４を含み、これは、また、図２のＨＰＣＭ１００を参照しても示すことができるように、ＴＨＤＦ２００の内部に位置付けられる。図３Ａの参照に戻ると、トラック２２３は、塔状部３１０上に、少なくとも部分的に水平出っ張り部分３１４上に位置付けられている。図２を参照して示すことができるように、その上に位置付けられ、かつ塔状部２２０から内向きに延在するトラック２２３を有する水平出っ張り部分３１４は、例えば、ＴＨＤＦ２００が特定の直径のパイプ２００に適合するように調節される際、パイプ２０１の外面２０２付近の塔状部２２０とトランスデューサ２１０との間の接触を回避するように、塔状部２２０が、ヒンジピン２７１を中心とした回転における自由度の範囲を有することを可能にする。図３に戻ると、特定の実施形態は、例えば、ＴＨＤＦ２００が特定の直径のパイプ２００に適合するように調節される際、塔状部３１０とトランスデューサ２１０との間の接触を回避するように、塔状部３１０が、ヒンジピン２７１を中心とした回転の自由度の範囲を有することができるように、水平出っ張り部３１４内に緩和空間をもたらす、中心切り取り部３１３を有する、水平出っ張り部分３１４を備える。水平出っ張り部３１４は、開放中心空洞３１７を有するように示されているが、また、中心空洞は、閉鎖中空空間であってもよく、または水平出っ張り部３１４は、固体塊であってもよい。開放中心空洞３１７を有する実施形態では、トラック２２３は、図３Ａを参照してさらに示すことができるように、２つのトラック切り取り部３１１を含むことができる。
【００６２】
塔状部３１０の、水平出っ張り部３１４より下の部分は、塔脚部３１６を参照して示すことができる。塔脚部３１６は、図３Ａを参照して示すことができる、磁石切り取り部３１５を有する。特定の実施形態では、磁石切り取り部３１５は、塔脚部３１６の底部の塔脚部３１６の中空チャネルであり、磁石２２４は、図２を参照して示すことができるように、磁石切り取り部３１５を完全に、または部分的に包囲する塔脚部３１６の底部の部分３１８と実質的に同一平面に設置される。代替の実施形態では、磁石切り取り部３１５がなくてもよく、磁石２２４は、塔脚部３１６と同一の長さおよび幅を有し、塔状脚部３１６の複数の側部と同一平面に装着される。そのような実施形態では、磁石２２４は、塔脚部３１６上にねじ込まれてもよい。他の実施形態では、磁石２２４は、磁石２２４が、塔状部３３０によって完全に囲まれ、磁石２２４とパイプ２０１との間に物理的接触を有することなく、パイプ２０１に磁性接着することができるように、塔脚部３１６の中空部分内に完全に囲まれてもよい。特定の実施形態では、磁石は、塔状材料ならびにエポキシによって、環境から保護される。図３Ａでは、塔脚部３１６の壁３１８は、磁石２２４の２つの側部のみを包囲するように示されているが、他の実施形態は、塔脚部３１６の壁３１８が、磁石２２４の４つの側部を完全に包囲することを可能にする。磁石２２４を包囲する塔脚部３１６の壁３１８は、トランスデューサ２１０を磁石２２４との干渉から遮蔽する働き、ならびに磁石２２４を環境要因もしくは環境的影響力による腐食または浸食から保護する働きをする。特定の実施形態では、塔状部３１０および３２０は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）もしくは繊維ガラス補強ナイロン等の高耐久性かつ耐腐食性のプラスチックまたは複合材で構築される。特定の実施形態は、トランスデューサ２１０を磁石２２４および２３４の磁界から遮蔽する、パーマロイフィルムを備えた積層体をさらに含む。磁石２２４および２３４は、好ましくは、高強力ネオジム磁石またはフェライト磁石である。
【００６３】
特定の実施形態では、磁石２２４の底部および塔脚部３１６の底部の両方が、平らかつ同一平面であり、幅広い直径範囲のパイプ２０１のパイプ外面２０２に適応する、平らな底面を提供する。他の実施形態では、磁石２２４の底部および塔脚部３１６の底部は、平らではあるが、磁石２２４の底部は、より狭い直径範囲のパイプ２０１のパイプ外面２０２により良好に合致するように、塔状脚部３１６の底部から陥凹している。他の実施形態では、陥凹の大きさは、より幅広い直径範囲のパイプ２０１のパイプ外面２０２により良好に合致するように、例えば、バネ張力を使用して調節可能である。他の実施形態では、磁石２２４の底部および塔脚部３１６の底部は、特定の直径のパイプ２０１のパイプ外面２０２に最適に合致するように湾曲している。
【００６４】
図２を参照して示すことができるように、塔状部２２０および２３０は、ヒンジピン２７１および２７２によって、横断部材２７０に取付けられる。ヒンジピン２７１および２７２が剛性固定具を作り出すように締め付けられる前に、塔状部２２０および２３０は、ヒンジピン２７１および２７２を中心に回転され、塔状部２２０および２３０は、内向きまたは外向きに、場合によってはトランスデューサからトラック２２３および２３３の内部を進むヒンジピン２７１および２７２に沿って、摺動される。ＴＨＤＦ２００に対する塔状部２２０および２３０の「位置決め」または「位置」は、ヒンジピン２７１および２７２のトラック２２３および２３３内での回転（角度）ならびに摺動（距離）の両方を指す。したがって、塔状部２２０および２３０の位置は、したがってパイプ２０１の直径に応じて調節することができる。ＨＰＣＭ１００が平らな表面上に装着される場合、塔状部２２０および２３０の角度は、塔状部２２０および２３０の底部、ならびにトランスデューサ２１０のトランスデューサ底部２１２（または備えている場合には遅延線の底部）が、同一平面上にあるように構成することができる。ＨＰＣＭ１００が、パイプ２０１の外面２０２上等の湾曲した表面上に装着される場合、塔状部２２０および２３０の位置は、塔状部２２０および２３０の底部、ならびにトランスデューサ２１０のトランスデューサ底部２１２（または遅延線）が、パイプ２０１の外面２０２によって画定される共通弧上に存在するように構成することができる。塔状部２２０および２３０の底部、ならびにトランスデューサ２１０のトランスデューサ底部２１２（または遅延線）は、例えば、これら三つの底部のそれぞれが、共通弧に対して実質的に接線である際、共通弧上に存在する。特に、塔状部２２０および２３０の底部が、トランスデューサ２２０のトランスデューサ底部２１２（または遅延線）と物理的に干渉しないように、塔状部２２０および２３０の距離を、塔状部２２０および２３０の角度に関して構成することができる。例えば、より小さい直径を有するパイプは、より大きい角度ならびにより大きい距離を有する構成を必要とする。図２に示される実施形態では、トラック２２３および２３３は、直線状である。他の実施形態では、トラック２２３および２３３は、図３Ａおよび図３Ｂのトラック３１１ならびに３２１によって示されるように、共通弧と同一の方向に湾曲している。そのような湾曲は、例えば、ＨＰＣＭ１００の塔状部および調節機能のより大きい範囲の移動を可能にする。図２、図３Ａ、および図３Ｂに示されるように、ヒンジピン２７１および２７２は、共通弧を含有する平面に対して垂直な回転軸で、トラック２２３および２３３に受容され、したがって、回転軸を中心とした角度調節は、塔状部２２０および２３０の底部を、それらがパイプ外壁の共通弧に対して実質的に接線方向になるように位置決めされることを可能にする。
【００６５】
塔状部２２０および２３０が、図１および図２に図示されるように位置決めされた状態、すなわち、塔状部２２０および２３０の底部、ならびに磁石２２４および２３４の底部が、パイプ２０１のパイプ外面２０２に対して実質的に接線方向に位置決めされた状態で、横断部材２７０に関する塔状部２２０および２３０の角度ならびに距離のさらなる調節を防止するように、第１のヒンジピン２７１および第２のヒンジピン２７２を締め付け、それによって、ＴＨＤＦ２００およびＨＰＣＭ１００を剛性構造にすることができる。したがって、ＨＰＣＭ１００が剛性にされた場合、磁石２２４および２３４は、第１の塔状部２２０の第２の装着場所２２２での第２の接着、および第２の塔状部２３０の第３の装着場所２３２での第３の接着を形成する。それによって、ＨＰＣＭ１００とパイプ２０１との間の第２および第３の接着は、トランスデューサ２１０のトランスデューサ底部２１２を、パイプ２０１のパイプ外面２０２に向かって、パイプ２０１に関して半径方向に押圧する挟持力を提供する。ＴＨＤＦ２００の、パイプ２０１のパイプ外面２０２の直径に対応する構成で剛性になる能力は、ＴＨＤＦ２００によって、第２の装着位置２２２および第３の装着位置２３２に及ぼされる力が、パイプ２０１に関して半径方向を有し、重力によるいかなる力も無視することを可能にする。ＴＨＤＦ２００が剛性であり、第２の装着位置２２２および第３の装着位置２３２での力が半径方向であるため、パイプ２０１上のＨＰＣＭ１００の安定性が向上され、ＨＰＣＭ１００が、より大きい環境的影響力に耐えることを可能にする。さらに、任意の構成でのＴＨＤＦ２００の剛性は、第１の接着２１２、第２の接着２２２、および第３の接着２３２での力が、ＴＨＤＦ２００のパイプの極限を含む直径範囲にわたって一貫することを可能にする。パイプの直径範囲にわたって一貫した挟持力は、パイプ２０１の直径が所与の直径範囲内であるという条件で、有利に、トランスデューサ２２０が、ＴＨＤＦ２００のパイプの直径範囲にわたって一貫した測定をもたらし、ＴＨＤＦ２００が装着されるパイプ２０１の直径に応じた較正の変更または保守を必要としない、ＨＰＣＭ１００をもたらす。図４を参照して示すことができるように、遅延線を含む、本明細書に記載されるトランスデューサに適応するためのレベルの調節機能を有するＴＨＤＦの実施形態は、直径範囲（最小直径要件）にわたり、以下の寸法を含む。
【表１】
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【００６６】
ＨＰＣＭ１００は、単一の場所で、高精度および正確さを伴ってパイプならびに容器における金属損失を監視するように設計される。ＨＰＣＭ１００は、小さい領域しか監視することができないため、ＨＰＣＭは、探索ツールというよりはむしろ、腐食が既に検出されている場所に永久的に設置されるように設計される。ＨＰＣＭ１００は、定期的にアクセス不可能な場所に設置することができ、データ収集のために、リード線をＨＰＣＭから遠隔場所に延在させることができる。リード線は、センサから約５０メートル離れて延在させることができる。
【００６７】
試験は、最大で５０ｍの長さを有する同軸ケーブルが、厚さ測定に影響を及ぼさないことを裏付けた。典型的な同軸ケーブルでは、ケーブルの各単位長さが、一連の低域通過フィルタと解釈することができる、ある直列インダクタンス、およびある並列容量を終端負荷に与え、各差長は、低域通過フィルタの状態に寄与することが留意される。このことから、より高い周波数は、同軸ケーブルによってより激しく減衰されること、およびより長いケーブルは、その上を搬送される信号により大きい影響を与えることが理解される。また、非常に長いケーブルは、より高い周波数信号の広がりをもたらす可能性もある。さらに、同軸ケーブルは、時間遅延線としての機能を果たし、そのため、より長いケーブルは、反射信号を送信パルスに対して位相シフトさせる傾向がある。厚さ測定システムの限界（臨界）測定が、飛行時間のみである場合、これらの影響は、（１）ノイズレベルを超える反射信号振幅が、明確に検出可能なままであり、（２）トランスデューサ中心周波数が、激しく減衰されず、（３）２つの後壁信号の間、または検出可能な前壁信号と後壁信号との間の時間差が、測定正確さ仕様を超えるのに十分に大幅にシフトしない限り、最小限である。
【００６８】
試験は、５ＭＨｚのトランスデューサおよび１０ＭＨｚのトランスデューサの両方が、５０ｍの最大ケーブル長さであっても、正確かつ一貫した厚み測定値を返すことができることを裏付けた。しかしながら、同一の一貫性は、２．２５ＭＨｚのトランスデューサでは提供されない（少なくとも一部おいて、観測される高レベルの音響ノイズおよびより高い信号減衰に起因する）。２．２５ＭＨｚのトランスデューサの複数の後壁反射の振幅は、音響ノイズの振幅より大幅に大きくはないため、ノイズは、複数の後壁反射を変形させ、それによって、測定正確さを低下させる。５ＭＨｚおよび１０ＭＨｚのトランスデューサは、はるかにより優れた正確さを伴う厚さ測定をもたらすが、また、それらは、ケーブル長さを増加することによって、より大幅に影響を及ぼされる。５ＭＨｚおよび１０ＭＨｚのトランスデューサの両方の試料の信号減衰は、典型的に、約２〜３ｄＢであった。対称的に、試験は、５ＭＨｚの信号が、ケーブルにおいて０．０９ｄＢ／ｍの減衰を経験したこと、および１０ＭＨｚのトランスデューサが、０．１１ｄＢ／ｍの減衰を経験したことを示した。したがって、最大ケーブル長さでの大幅により小さい信号振幅がもたらされる。しかしながら、この減衰は、最大ケーブル長さであっても、５ＭＨｚおよび１０ＭＨｚのトランスデューサ上で獲得される反射は、振幅がノイズレベルよりはるかに大きいため、許容される。
【００６９】
また、試験は、同軸ケーブルが低域通過フィルタとしての機能を果たす傾向も示した。ケーブルの長さに関わらず、２．２５ＭＨｚおよび５ＭＨｚのトランスデューサの中心周波数は、概して影響を及ぼされないままであった。しかしながら、１０ＭＨｚのトランスデューサの中心周波数は、最短ケーブル長さでの獲得から最長ケーブル長さでの獲得までで、約１．６ＭＨｚ降下する可能性がある。したがって、１０ＭＨｚの中心周波数を有するトランスデューサが使用される場合、低容量を有する同軸ケーブルが必要とされる。飛行時間を使用して厚さを測定する機能では、より長いケーブルに関して時間シフトが生じることに留意することが重要である。試験は、トランスデューサ周波数に関わらず、ケーブルが１メートル追加される毎に、約１０ナノ秒の時間遅延がもたらされることを裏付けた。例えば、５０ｍのケーブルは、初期パルスとすべての後続の信号との間に０．５μｓを追加し、これは、電気信号がケーブルの長さを上下に進むのにかかる時間に正比例する。信号処理機能が、複数の後壁信号または後壁および前壁反射を捕獲しない場合、厚さ測定機能において、時間遅延が考慮されなければならない。選択されるトランスデューサが、複数の後壁反射または後壁および前壁反射のいずれかを捕獲できる限り、トランスデューサとパルス発生器との間への長いケーブルの追加は、許容誤差を超える測定誤差をもたらさない。
【００７０】
遅延線に取付けられた単一要素垂直入射トランスデューサを使用する、本発明の実施形態は、較正を必要とする。トランスデューサを較正することは、例えば、基線を確立するために、現行の較正証明を有し、読み取り値を監視する、超音波欠陥検出機を使用することを含むことができる。さらなる読み取り値のパラメータを発見することを可能にする、ステップウェッジ較正ブロックを使用して、初期較正を実施することができる。較正は、（ｉ）遅延制御もしくはその均等物によって、トランスデューサの主パルスまたは主バング（電子的ゼロ）を発見するステップと、（ｉｉ）鋼の理論上の縦速度（５９００ｍ／ｓ）を対照として入力するステップと、（ｉｉｉ）最新のものが、トランスデューサに取付けられたウェッジ極縁部に対応する、主パルスおよび第１の遅延線エコーの両方が画面上に表示されるように、必要に応じて、範囲制御を調節するステップと、（ｉｖ）遅延線指標の後の第１の後壁エコーを知ることができるように、較正ブロックのステップ上にトランスデューサを定置するステップと、（ｖ）明確かつ安定したエコーピークおよび信号対ノイズ比を得るために、周波数、ダンピング、またはそれらの均等物を調節するステップとを含む。較正プロセスが実施された後、較正された速度が理論値（５９００ｍ／ｓ）に近いかを確認することができ、＋／−５０ｍ／ｓである値は、較正プロセス中の間違いを示唆する。較正は、較正プロセスに選択されたステップの範囲内に含まれる厚さにのみ有効である。
【００７１】
較正は、塗料のない、平らな表面上で実施されるため、塗料厚みおよび曲率効果を補償する必要がある。例えば、ＨＰＣＭ１００を、検査すべき部分上に定置することができ、第１の後壁エコーから信号を得ることができる。さらに、第１および第２のエコーのピークを比較することができる（エコー２の読み取り値−エコー１の読み取り値）。差が０．２ｍｍを超える場合、波の入点（機械的ゼロ）を変更するように、ゼロ（μｓ）を、読み取り値を減少させるためにより大きく、または読み取り値を増加させるためにより小さく変化させることができる。ゼロは、第１のエコーからの読み取り値、および第１のエコーと第２のエコーとの間の差に対応する読み取り値が同一になるまで変化させることができる。
【００７２】
前述は、本発明の実施形態が、本発明の特定の請求項の対象を形成する、本明細書に記載される本発明の特長および利点を考慮して、より良く理解され得るように、本発明の特定の目的、特長、および技術的利点、ならびに本発明の詳細な説明を広く概説してきた。開示される構想および具体的な実施形態は、本発明の同一の目的を遂行するための他の構造を修正または設計するための基礎として、容易に利用されてもよいことを理解されたい。また、そのような均等構造は、添付の特許請求の範囲に説明される本発明から逸脱しないことも理解されたい。本明細書および特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」、「第３の」等と称される用語は、これらの修飾語句が、同様の名称を有する要素を区別することのみが意図されるため、順序要素を組み込むと解釈されるべきではない。その構成および動作の方法の両方に関して、本発明の特徴であると考えられる新規の特長は、さらなる目的および利点と共に、以下の説明から、添付の図面と関連して熟考される際により理解される。しかしながら、そのような説明および図面は、図示および説明のためのみに提供され、本発明の限定の定義であることは意図されないことが明確に理解される。
【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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