(57)【要約】  壁状構造物または板状構造物の領域の厚さを判定する方法であって、この厚さが、当該構造物中の空洞に起因して、当該構造物の周りの領域の厚さよりも薄い、壁状構造物または板状構造物の領域の厚さを判定する方法が開示される。本方法は、誘導波を使用して構造物を測定することによって取得される少なくとも１つの分散誘導波についての測定された時間−周波数分散マップ（５１）を、構造物をモデル化することによって取得される基準時間−周波数分散マップ（図１９の４５）と比較するステップと、測定された時間−周波数分散マップと基準時間−周波数分散マップとが異なるカットオフ周波数ｆｃを判定するステップと、カットオフ周波数に応じて、より薄い領域の厚さを計算するステップとを含む。
2019525205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁状構造物または板状構造物の領域の厚さを判定する方法であって、前記厚さは、前記構造物中の空洞に起因して、前記構造物の周りの領域の厚さよりも薄く、前記方法は、
誘導波を使用して前記構造物を測定するステップによって取得される少なくとも１つの分散誘導波についての測定された時間−周波数分散マップを、前記構造物をモデル化するステップによって取得される基準時間−周波数分散マップと比較するステップと、
前記測定された時間−周波数分散マップと前記基準時間−周波数分散マップとが異なる分離周波数を判定するステップと、
前記分離周波数に応じて、前記より薄い壁厚領域の前記厚さを計算するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの分散誘導波が、少なくとも１つの非対称剪断水平誘導波または少なくとも１つの対称剪断水平誘導波である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
異なる周波数のセットについて、
送信器トランスデューサに、所与の周波数におけるトーンバーストを使用して前記構造物を励起させるステップと、
受信器トランスデューサから時間変動信号を受信するステップと、
前記時間変動信号を記憶するステップと
によって、前記測定された時間−周波数分散マップを取得するステップ
をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記送信器トランスデューサに、前記所与の周波数における前記トーンバーストを使用して前記構造物を励起させるステップが、基本対称剪断水平（ＳＨ０）誘導波および第１の励起モードの非対称剪断水平（ＡＨ１）誘導波を前記構造物中で生成させる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記構造物をモデル化するステップが、前記構造物の厚さに応じて前記基準時間−周波数分散マップを生成するステップを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記基準時間−周波数分散マップを生成するステップが、誘導波モード数、送信器トランスデューサと受信器トランスデューサとの間の距離、前記構造物の壁または板の厚さ、およびバルク剪断速度に応じて、周波数の関数としての飛行時間、またはその逆を計算するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記構造物をモデル化するステップが、
前記構造物の基準セクションについて、
前記送信器トランスデューサに、基準トーンバーストを使用して前記構造物を励起させるステップと、
受信器トランスデューサから基準時間変動信号を受信するステップと、
送信器トランスデューサと受信器トランスデューサとの間の距離および前記基準時間変動信号に依存する前記構造物の壁または板の厚さを判定するステップと
を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記壁状構造物または板状構造物が、パイプ壁を備えるパイプである、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
コンピュータによって実行されると、前記コンピュータシステムに、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載のコンピュータプログラムを記憶する、コンピュータ可読媒体、任意選択で、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項１１】
誘導波を使用して構造物を測定することによって取得される少なくとも１つの分散誘導波についての測定された時間−周波数分散マップを、前記構造物をモデル化することによって取得される基準時間−周波数分散マップと比較し、前記測定された時間−周波数分散マップと前記基準時間−周波数分散マップとが異なるカットオフ周波数を判定し、前記カットオフ周波数に応じて、より薄い領域の厚さを計算するように構成される、装置。
【請求項１２】
異なる周波数のセットについて、前記測定された時間−周波数分散マップを取得するために、送信器トランスデューサに、所与の周波数でのトーンバーストを使用して前記構造物を励起させ、受信器トランスデューサから時間変動信号を受信し、前記時間変動信号を記憶するように構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
異なる範囲の波長にアクセスするようにトランスデューサを機械的に調節させること
をさらに含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記異なる範囲の波長にアクセスするように前記トランスデューサを機械的に調節させることが、前記トランスデューサ中の要素の間隔を変化させることを含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
メモリと少なくとも１つのプロセッサとを備えるコンピュータシステムである、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
請求項１１から１５のいずれか一項に記載の装置と、
前記構造物中で誘導波モードを励起するための送信器トランスデューサを備える送信器と、
時間変動信号を生成するための受信器トランスデューサを備える受信器と
を備える、誘導波検査システム。
【請求項１７】
前記送信器トランスデューサおよび受信器トランスデューサが、それぞれのトランスデューサを備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記送信器トランスデューサおよび受信器トランスデューサが、１つの電磁音響トランスデューサ、または第１および第２の電磁音響トランスデューサを備える、請求項１６または１７に記載のシステム。
【請求項１９】
誘導波検査のためのトランスデューサであって、
前記トランスデューサ要素間の間隔が変化するように調整可能であるように配置される、離間したトランスデューサ要素のアレイ
を備える、トランスデューサ。
【請求項２０】
前記トランスデューサが電磁音響トランスデューサであり、前記トランスデューサ要素が磁石を備える、請求項１９に記載のトランスデューサ。
【請求項２１】
前記トランスデューサが電磁音響トランスデューサであり、前記トランスデューサ要素が永久磁石を備える、請求項２０に記載のトランスデューサ。
【請求項２２】
前記トランスデューサが電磁音響トランスデューサであり、前記トランスデューサ要素が電磁石を備える、請求項２０または２１に記載のトランスデューサ。
【請求項２３】
前記間隔が下限と上限との間の値をとるように可変であるように構成され、前記下限が１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあり、前記上限が１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲にある、請求項１９から２２のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
【請求項２４】
前記間隔が下限と上限との間の値をとるように可変であるように構成され、前記下限が１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあり、前記上限が２０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲にある、請求項１９から２３のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁、板、パイプ、または中空の棒などの、壁状構造物または板状構造物の領域の厚さを判定することに関する。
【０００２】
本発明は、誘導波検査のためのトランスデューサにも関する。
【背景技術】
【０００３】
超音波誘導波を使用して、腐食欠陥、亀裂、および他のタイプの傷について、パイプ、レール、ロッド、板、および他のタイプの構造物を検査することができる。
【０００４】
誘導波を使用して、例えば、数十メートルまたは数百メートルにわたって延在する、広範囲にわたる構造物を調べることができる。さらに、誘導波を使用して、（例えば、埋設されていること、または水中にあることに起因して）アクセスが困難な、および／または使用中である、絶縁材でコーティングされた構造物を検査することができる。
【０００５】
広範囲の超音波誘導波試験システムの能力についての紹介および概要は、Ｍ．  ＬｏｗｅおよびＰ．  Ｃａｗｌｅｙ著「Ｌｏｎｇ  Ｒａｎｇｅ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  Ｕｓａｇｅ  −  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  Ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ」（２００６）  （ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ３．ｉｍｐｅｒｉａｌ．ａｃ．ｕｋ／ｐｌｓ／ｐｏｒｔａｌｌｉｖｅ／ｄｏｃｓ／１／５５７４５６９９．ＰＤＦ）に見いだすことができる。
【０００６】
誘導波は、ねじれモード、および曲げ圧縮モードを含むいくつかの異なるモードで構造物中を伝播することができる。剪断水平波の形でのねじれモードは、使用中であるパイプを検査するのに特に有用となることができる。なぜならば、誘導波エネルギーのほとんどがパイプの内側および外側にある外部媒体に結合されないためである。
【０００７】
剪断水平波を使用して平均パイプ厚を測定することができるが、剪断水平波は、壁の内径または外径の腐食から生じる壁厚の減少などといった、欠陥のサイズを検出および判定するのに特に適しているとは業界では考えられていなかった。
【０００８】
研究室では、伝達係数または反射係数を使用してパイプの腐食が存在すること、またはモード変換現象を判定するため、カットオフ周波数近くのラム剪断水平波が研究されてきた。
【０００９】
例えば、腐食した領域の厚さを識別して取得するため、モードカットオフを使用することが、Ｊ．  Ｌ．  ＲｏｓｅおよびＪ．  Ｎ．  Ｂａｒｓｈｉｎｇｅｒ著「Ｕｓｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｍｏｄｅ  Ｃｕｔｏｆｆ  ｆｏｒ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ」、ＩＥＥＥ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ  ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ、８５１頁（１９９８）、Ｗ．  Ｚｈｕ、Ｊ．  Ｌ．  Ｒｏｓｅ、Ｊ．  Ｎ．  Ｂａｒｓｈｉｎｇｅｒ、Ｖ．  Ｓ．  Ａｇａｒｗａｌ著「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  ＮＤＴ  ｆｏｒ  Ｈｉｄｄｅｎ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」、Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｉｎ  Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ、２０５〜２２５頁（１９９８）、ならびにＤ．  ＴｕｚｚｅｏおよびＦ．  Ｌａｎｚａ  ｄｉ  Ｓｃａｌｅａ著「Ｎｏｎｃｏｎｔａｃｔ  Ａｉｒ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｎｉｎｇ  Ｄｅｆｅｃｔｓ  ｉｎ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｐｌａｔｅｓ」、１０巻、６１〜７７頁（２００１）に記載されるように、実験的に研究されてきた。
【００１０】
モード変換は、やはり、Ｎｕｒｍａｌｉａ、Ｎ．  Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｈ．  Ｏｇｉ、およびＭ．  Ｈｉｒａｏ著「Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｈｅａｒ  Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅｓ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ  ｉｎ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｐｌａｔｅ  ｗｉｔｈ  Ｔｈｉｎｎｉｎｇ  Ｒｅｇｉｏｎ」、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｈｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、５０巻、０７ＨＣ１７−  １〜０７ＨＣ１７−  ５頁（２０１１）、Ｎｕｒｍａｌｉａ、Ｎ．  Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｈ．  Ｏｇｉ、Ｍ．  Ｈｉｒａｏ、Ｋ．  Ｎａｋａｈａｔａ著「Ｍｏｄｅ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｂｅｈａｖｉｏｕｒ  ｏｆ  ＳＨ  ｇｕｉｄｅｄ  ｗａｖｅ  ｉｎ  ａ  ｔａｐｅｒｅｄ  ｐｌａｔｅ」ＮＤＴ＆Ｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、４５巻、１５６〜１６１頁（２０１２）、ならびにＰ．  Ｂｅｌａｎｇｅｒ著「Ｈｉｇｈ  ｏｒｄｅｒ  ｓｈｅａｒ  ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｍｏｄｅｓ  ｆｏｒ  ｍｉｎｉｍｕｍ  ｒｅｍｎａｎｔ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ」、Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ、５４巻、１０７９〜１０８７頁（２０１４）に記載されるように実験的に観察されてきた。
【００１１】
これらの研究室の研究にもかかわらず、これらのアプローチは、特に、（任意のサイズの欠陥を有する場合がある）実世界の構造物中の欠陥の識別および特性化をより困難にする、いくつかの知られていない変数のために、実世界の誘導波検査システムでは採用されてこなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｍ．  ＬｏｗｅおよびＰ．  Ｃａｗｌｅｙ著「Ｌｏｎｇ  Ｒａｎｇｅ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  Ｕｓａｇｅ  −  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  Ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ」（２００６）  （ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ３．ｉｍｐｅｒｉａｌ．ａｃ．ｕｋ／ｐｌｓ／ｐｏｒｔａｌｌｉｖｅ／ｄｏｃｓ／１／５５７４５６９９．ＰＤＦ）
【非特許文献２】Ｊ．  Ｌ．  ＲｏｓｅおよびＪ．  Ｎ．  Ｂａｒｓｈｉｎｇｅｒ著「Ｕｓｉｎｇ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｍｏｄｅ  Ｃｕｔｏｆｆ  ｆｏｒ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ」、ＩＥＥＥ  ＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＳ  ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ、８５１頁（１９９８）
【非特許文献３】Ｗ．  Ｚｈｕ、Ｊ．  Ｌ．  Ｒｏｓｅ、Ｊ．  Ｎ．  Ｂａｒｓｈｉｎｇｅｒ、Ｖ．  Ｓ．  Ａｇａｒｗａｌ著「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  ＮＤＴ  ｆｏｒ  Ｈｉｄｄｅｎ  Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」、Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｉｎ  Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ、２０５〜２２５頁（１９９８）
【非特許文献４】ＴｕｚｚｅｏおよびＦ．  Ｌａｎｚａ  ｄｉ  Ｓｃａｌｅａ著「Ｎｏｎｃｏｎｔａｃｔ  Ａｉｒ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｎｉｎｇ  Ｄｅｆｅｃｔｓ  ｉｎ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｐｌａｔｅｓ」、１０巻、６１〜７７頁（２００１）
【非特許文献５】Ｎｕｒｍａｌｉａ、Ｎ．  Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｈ．  Ｏｇｉ、およびＭ．  Ｈｉｒａｏ著「Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｈｅａｒ  Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｗａｖｅｓ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ  ｉｎ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｐｌａｔｅ  ｗｉｔｈ  Ｔｈｉｎｎｉｎｇ  Ｒｅｇｉｏｎ」、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｈｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、５０巻、０７ＨＣ１７−  １〜０７ＨＣ１７−  ５頁（２０１１）
【非特許文献６】Ｎｕｒｍａｌｉａ、Ｎ．  Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｈ．  Ｏｇｉ、Ｍ．  Ｈｉｒａｏ、Ｋ．  Ｎａｋａｈａｔａ著「Ｍｏｄｅ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｂｅｈａｖｉｏｕｒ  ｏｆ  ＳＨ  ｇｕｉｄｅｄ  ｗａｖｅ  ｉｎ  ａ  ｔａｐｅｒｅｄ  ｐｌａｔｅ」ＮＤＴ＆Ｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、４５巻、１５６〜１６１頁（２０１２）
【非特許文献７】Ｐ．  Ｂｅｌａｎｇｅｒ著「Ｈｉｇｈ  ｏｒｄｅｒ  ｓｈｅａｒ  ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｍｏｄｅｓ  ｆｏｒ  ｍｉｎｉｍｕｍ  ｒｅｍｎａｎｔ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ」、Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ、５４巻、１０７９〜１０８７頁（２０１４）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、（パイプ、矩形コンジット、または円筒形容器などの）壁状構造物もしくは板状構造物、またはベース構造物もしくは板ベース構造物の領域の厚さ（残存厚）を判定する方法であって、この厚さが、当該構造物中の空洞に起因して、当該構造物の周りの領域の厚さよりも薄い、壁状構造物もしくは板状構造物、またはベース構造物もしくは板ベース構造物の領域の厚さを判定する方法が提供される。本方法は、誘導波を使用して構造物を測定するステップによって取得される少なくとも１つの分散誘導波についての測定された時間−周波数分散マップを、空洞のない構造物をモデル化するステップによって取得される基準時間−周波数分散マップと比較するステップと、測定された時間−周波数分散マップと基準時間−周波数分散マップとが異なるカットオフ周波数を判定するステップと、カットオフ周波数に応じて、残存厚を計算するステップとを含む。
【００１４】
少なくとも１つの分散誘導波は、例えば、第１の励起モードの非対称剪断水平誘導波（ＡＨ１）といった、１つの基本対称剪断水平誘導波（ＳＨ０）よりも高次の、少なくとも１つの剪断水平誘導波である。
【００１５】
本方法は、異なる周波数のセットについて、送信器トランスデューサに、所与の周波数におけるトーンバーストを使用して構造物を励起させるステップと、受信器トランスデューサから時間変動信号を受信するステップと、時間変動信号を記憶するステップとによって、測定された時間−周波数分散マップを取得するステップを含むことができる。
【００１６】
時間変動信号は、１つまたは複数の誘導波に対応する信号を含むことができる。１つまたは複数の誘導波は、少なくとも１つの基本対称剪断水平誘導波（ＳＨ０）および／または少なくとも１つの第１の励起モードの非対称剪断水平誘導波（ＡＨ１）を含むことができる。１つまたは複数の誘導波は、少なくとも１つの透過波を含むことができる。少なくとも１つの透過波が、周期的に検出される波（すなわち、構造物中のループ（パイプ周囲など）の周りを進行し、受信器トランスデューサに波が戻るたびに検出され、それによって２つ以上の波をもたらす波）を含むことができる。１つまたは複数の誘導波は、少なくとも１つの反射波を含むことができる。
【００１７】
送信器トランスデューサに、所与の周波数におけるトーンバーストを使用して構造物を励起させるステップは、基本対称剪断水平（ＳＨ０）誘導波および第１の励起モードの非対称剪断水平（ＡＨ１）誘導波を、構造物中で生成させることができる。
【００１８】
構造物をモデル化するステップは、構造物の厚さに応じた基準時間−周波数分散マップを生成するステップを含むことができる。基準時間−周波数分散マップを生成するステップは、誘導波モード数、送信器トランスデューサと受信器トランスデューサとの間の距離、構造物の壁または板の厚さ、およびバルク剪断速度に応じた、周波数の関数としての飛行時間、またはその逆を計算するステップを含むことができる。
【００１９】
構造物をモデル化するステップは、構造物の基準セクション（例えば、実質的に欠陥がない、または少なくとも対象の欠陥がないパイプのセクション）について、送信器トランスデューサに、基準トーンバーストを使用して構造物を励起させるステップと、受信器トランスデューサから基準時間変動信号を受信するステップと、送信器トランスデューサと受信器トランスデューサとの間の距離および基準時間変動信号に依存する構造物の壁または板の厚さを判定するステップとを含むことができる。
【００２０】
空洞は、好ましくは、表面の空洞である。すなわち、空洞は、構造物の（外側表面または内側表面であってよい）表面から延在する。例えば、空洞は、パイプの表面にあってよい。
【００２１】
構造物は、好ましくは、細長い。すなわち、構造物を横切る寸法（例えば、直径）よりも長い長さを有する。構造物は、好ましくは、実質的に均一な厚さを有する壁または板を備える。壁または板は、好ましくは滑らかな、すなわち厚さまたは向きに急激な変化がない、横方向の（すなわち、パイプ周囲の周りに）曲率を有することができる。
【００２２】
壁状構造物または板状構造物は、パイプ壁を備えるパイプであってよい。
【００２３】
本方法は、例えば、メモリと少なくとも１つのプロセッサとを備える（プログラム可能な）コンピュータシステムにおいて、ソフトウェアで実装することができる。本方法は、少なくとも部分的にハードウェアで実装することができる。例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を使用して、本方法のステップの少なくとも一部を実行することができる。
【００２４】
本発明の第２の態様によれば、コンピュータシステムによって実行されると、コンピュータに本方法を実行させるコンピュータプログラムが提供される。
【００２５】
本発明の第３の態様によれば、コンピュータプログラムを記憶する、非一時的コンピュータ可読媒体であり得る、コンピュータ可読媒体が提供される。
【００２６】
本発明の第３の態様によれば、誘導波を使用して構造物を測定することによって取得される少なくとも１つの分散誘導波についての測定された時間−周波数分散マップを、空洞のない構造物をモデル化することによって取得される基準時間−周波数分散マップと比較し、測定された時間−周波数分散マップと基準時間−周波数分散マップとが異なるカットオフ周波数を判定し、カットオフ周波数に応じて、より薄い領域の厚さを計算するように構成される装置が提供される。
【００２７】
本装置は、メモリと少なくとも１つのプロセッサとを備えるコンピュータシステムであってよく、少なくとも１つのプロセッサが、誘導波を使用して構造物を測定することによって取得される少なくとも１つの分散誘導波についての測定された時間−周波数分散マップを、構造物をモデル化することによって取得される基準時間−周波数分散マップと比較し、測定された時間−周波数分散マップと基準時間−周波数分散マップとが異なるカットオフ周波数を判定し、カットオフ周波数に応じて、より薄い領域の厚さを計算するように構成される。
【００２８】
異なる周波数のセットについて、本装置は、送信器トランスデューサに、所与の周波数におけるトーンバーストを使用して構造物を励起させ、受信器トランスデューサから時間変動信号を受信し、測定された時間−周波数分散マップを生成するように時間変動信号を記憶するように構成される。
【００２９】
本装置は、異なる範囲の波長にアクセスするように、トランスデューサを機械的に調節させるように構成することができる。本装置は、トランスデューサ中の要素の間隔を変えさせるように構成することができる。例えば、装置は、電動モータなどのアクチュエータによって、トランスデューサ中の要素の間隔を変化させるように構成することができる。
【００３０】
本発明の第４の態様によれば、装置（例えば、コンピュータシステム）と、構造物中で誘導波モードを励起するための送信器トランスデューサを備える送信器と、時間変動信号を取得するための受信器トランスデューサを備える受信器とを備える誘導波検査システムが提供される。
【００３１】
送信器トランスデューサおよび受信器トランスデューサは、それぞれのトランスデューサを備えることができる。
【００３２】
送信器トランスデューサおよび受信器トランスデューサは、１つの電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）、または第１および第２の電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）を備えることができる。
【００３３】
トランスデューサは（各々が）、トランスデューサ要素間の間隔が変化するように調整可能であるように配置される、離間したトランスデューサ要素のアレイを備えることができる。例えば、トランスデューサは、少なくとも１つのリニアベアリングと例えばステッパモータの形で少なくとも１つのモータとを備えることができる。１つまたは複数のトランスデューサ要素は、リニアベアリング上に、またはリニアベアリングに取り付けることができる。
【００３４】
本発明の第５の態様によれば、トランスデューサ要素間の間隔が変化するように調整可能であるように配置される、離間したトランスデューサ要素のアレイを備える、誘導波検査のためのトランスデューサが提供される。
【００３５】
したがって、トランスデューサは、異なる範囲の波長にアクセスするように、機械的に調整することができる。
【００３６】
トランスデューサは（各々が）、トランスデューサ要素間の間隔が変化するように調整可能であるように配置される、離間したトランスデューサ要素のアレイを備えることができる。トランスデューサは、少なくとも１つのリニアベアリングと、例えばステッパモータなどのモータの形で少なくとも１つのモータとを備えることができる。１つまたは複数のトランスデューサ要素は、リニアベアリング上に、またはリニアベアリングに取り付けることができる。
【００３７】
トランスデューサは、電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）であってよく、トランスデューサ要素は、例えば、永久磁石および／または電磁石の形で磁石を備える。
【００３８】
トランスデューサは、間隔が下限と上限との間の値をとるように可変であるように構成することができる。下限は、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあってよく、上限は、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲にあってよい。
【００３９】
トランスデューサは、間隔が下限と上限との間の値をとるように可変であるように構成することができ、下限は、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあり、上限は、２０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲にある。
【００４０】
トランスデューサは、トランスデューサ要素間の間隔を変化させるように、モータと少なくとも１つのトランスデューサ要素とに結合されるリニアアクチュエータを含むことができる。
【００４１】
トランスデューサは、トランスデューサ要素の２つ以上の列を含むことができ、各列が３つ以上のトランスデューサ要素を含む。トランスデューサ要素の１つまたは複数の行は、各行が２つ以上のトランスデューサ要素（各列から１つ）を備えるが、一緒に動くことができる。
【００４２】
以下、添付の図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態が、例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】パイプ壁、およびパイプ壁の中の欠陥の断面図である。
【図２】板またはパイプを調べるために使用することができる、誘導波剪断水平検知システムの概略ブロック図である。
【図３】鉄パイプの部分横断面図であり、検知システムの送信器および受信器が、パイプの外側の隣の、パイプの周囲の周りの異なる位置に置かれる配置を図示する図である。
【図４】図３に示された配置における送信器によって生成された１００．０μｓ後に受信器に到達する、基本剪断水平モード（ＳＨ０）トーンバーストの概略時間領域プロットである。
【図５】スチールパイプの部分横断面図であり、検知システムの送信器および受信器が、図３に示されたものと同様のパイプの外側の隣の、パイプの周囲の周りの異なる位置に置かれる配置を図示する図である。
【図６】分散型非対称剪断水平モード（ＡＨ１）トーンバーストの概略時間領域プロット、および１０３．６μｓを中心としてウィンドウ処理した信号の対応するフーリエ変換であり、ウィンドウ処理した信号の卓越周波数を２５４．５ｋＨｚであるものとして図示する図である。
【図７】受信器が送信器とパイプ欠陥との間に置かれる、図５に示されたものと同様の、第１の送信器−受信器配置を図示する図である。
【図８】図７に示された第１の配置における、透過分散型非対称剪断水平モード（ＡＨ１）および欠陥からのその反射の概略時間領域プロットである。
【図９】図８に示された基準ＡＨ１信号の高速フーリエ変換の概略プロットである。
【図１０】欠陥から反射される、図８に示された信号の高速フーリエ変換の概略プロットであって、ｆｃが反射信号のカットオフ周波数である、概略プロットである。
【図１１】欠陥が送信器と受信器との間に置かれる、図５に示されたものと同様の、第２の送信器−受信器配置を図示する図である。
【図１２】図１１に示された第２の配置における、透過分散型ＡＨ１信号の概略時間領域プロットである。
【図１３】欠陥を透過した、図１２に示された信号の高速フーリエ変換の概略プロットであって、ｆｃが反射信号のカットオフ周波数である、概略プロットである。
【図１４】パイプの周囲の周りの送信器−受信器配置を図示する図である。
【図１５】パイプの周囲の周りを時計回り方向および反時計回り方向に進行する非分散型ＳＨ０ウェーブレットの概略プロットである。
【図１６】パイプの周囲の周りを進行する分散型ＡＨ１モードの概略時間−周波数プロットである。
【図１７ａ】欠陥の深さを判定する方法の第１の部分のプロセスフロー図である。
【図１７ｂ】欠陥の深さを判定する方法の第２の部分のプロセスフロー図である。
【図１８】欠陥がないパイプの周囲の周りを進行するＳＨ０モードおよびＡＨ１モードの概略時間領域プロットである。
【図１９】欠陥がないパイプの周囲の周りを進行するＳＨ０モードおよびＡＨ１モードの周波数対時間の概略プロットである。
【図２０】パイプの周囲の周りの送信器−受信器配置ならびに支持タイプの欠陥を図示する図である。
【図２１】ＡＨ１が欠陥を通過して反射および透過が生じるような、欠陥があるパイプの周囲の周りを進行するＳＨ０モードおよびＡＨ１モードの周波数対時間の概略プロットであって、システムが、カットオフ周波数ｆｃを測定し、その結果、最小残存壁厚Ｌｍｉｎを計算する、概略プロットである。
【図２２】１０ｍｍの壁厚を有するパイプの周りを円周方向に進行するＳＨ０モード、ＡＨ１モード、およびＳＨ１モードについての波長対周波数の概略プロットであって、パイプ壁の中に１〜５ｍｍ延在する欠陥を検出するための、１８０〜３２５ｋＨｚのプローブ周波数範囲および１１〜４１ｍｍの波長範囲を図示する概略プロットである。
【図２３】中央の磁石が固定され、間隔を変化させるように、隣接する磁石を調整することができる、磁石配置を示す３要素センサの概略図である。
【図２４】磁石の間隔を変化させることができる、第１のトランスデューサ配置の平面図である。
【図２５ａ】第１の磁石の間隔を図示する平面図である。
【図２５ｂ】第２の磁石の間隔を図示する平面図である。
【図２６ａ】第１の磁石の間隔を図示する斜視図である。
【図２６ｂ】第２の磁石の間隔を図示する斜視図である。
【図２７ａ】第１の磁石の間隔について第２のトランスデューサ配置を図示する上面図である。
【図２７ｂ】第２の磁石の間隔について第２のトランスデューサ配置を図示する上面図である。
【図２８ａ】第１の磁石の間隔について第２のトランスデューサ配置を図示する底面図である。
【図２８ｂ】第２の磁石の間隔について第２のトランスデューサ配置を図示する底面図である。
【図２９ａ】第１の磁石の間隔について第２のトランスデューサ配置を図示する斜視図である。
【図２９ｂ】第２の磁石の間隔について第２のトランスデューサ配置を図示する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
パイプ中の欠陥
本明細書に記載される誘導波検知システムの目的は、例えば、油、ガス、石油化学製品、他のタイプの処理済み化学製品、水、または冷却液を運ぶために使用されるパイプ中に見いだされる、支持タイプの欠陥および他の同様のタイプの欠陥ならびに傷を検出してその深さを推定することである。これらのタイプのパイプは、油およびガス採取プラットフォーム、精製所、化学工場、パイプライン、発電所、ならびに他のタイプの工場およびインフラストラクチャなどといった、広い範囲の産業および用途で見いだすことができる。
【００４５】
図１を参照すると、パイプ欠陥１が、壁厚Ｌの実質的な減少をもたらす、パイプ３の壁２の中に形成される空洞または穴の形をとることができる。欠陥１は、パイプ３の内側４または外側３に、長手方向に、および／または円周方向に、数ミリメートルから数百ミリメートルにわたる距離ｄだけ延在する場合がある。欠陥１は、元の壁厚のＸ％であってよい深さＬｍａｘを有することができ、ここで、０＜Ｘ＜１００である。例えば、欠陥１は、例えば０％＜Ｘ％＜５０％といった比較的浅い、または５０％≦Ｘ％＜１００％といった比較的深い場合がある。空洞は、パイプ壁２のものと異なる材料で満たされる場合がある。例えば、パイプ壁２がスチールで形成される場合があり、空洞が錆で満たされる場合がある。
【００４６】
超音波誘導波剪断水平検知システム
図２を参照すると、欠陥を検出しサイズ決定するために使用できる誘導波を採用する検知システム６が示される。
【００４７】
システム６は、パイプ壁２の中の剪断水平（ＳＨ）誘導波を生成することができる、トランスデューサ９を備える送信器７、および剪断水平（ＳＨ）誘導波を検出することができる、トランスデューサ１０を備える受信器８を含む。トランスデューサ９、１０は、電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）の形をとる。しかし、同様に、圧電変換などの他の形の変換を実装することができる。
【００４８】
システム６は、好適な周波数を有するｒｆ信号１２を生成することができる信号生成器１１を含んでおり、ｒｆ信号１２は、通常数十または数百キロヘルツ（ｋＨｚ）の程度で、例えばｎサイクルの好適にウィンドウ処理したトーンバーストなどの好適な形状であり、ここでｎは、１以上の正の数で、好ましくは整数または半整数であり、好ましくは３≦ｎ≦１０の範囲値をとり、好適なウィンドウ処理関数がガウス関数であってよい。信号生成器１１は、ｒｆ信号１２を送信器トランスデューサ９に送り、送信器トランスデューサ９は、信号１２を、例えばローレンツ力および／または磁気歪変換によって、パイプ壁２の中の誘導波１３へと変換する。誘導波１３は、パイプ壁２に沿って進行し、不連続部で透過および反射する可能性がある。
【００４９】
受信器トランスデューサ１０は、（受信した）誘導波１３を電気信号１５へと変換する。受信器トランスデューサ１０は、電気信号１５を信号受信器１６に送る。信号受信器１６は、増幅器（図示せず）および電気信号１５のデジタル化した信号１７を生成するアナログ−デジタル変換器（図示せず）を含むことができる。
【００５０】
システム６は、信号生成器１１を制御し、信号受信器１６から受信した信号１７を処理するためのコンピュータシステム１８を含む。コンピュータシステム１８は、少なくとも１つのプロセッサ１９ならびに欠陥検出および欠陥サイズ決定プログラムを実装するためのソフトウェア２１を記憶するメモリ２０を含む。
【００５１】
システム６は、例えば測定値を表示することを可能にするディスプレイ２２および１つまたは複数のユーザ入力デバイス２３を含むこともできる。ディスプレイ２２は、ユーザ入力も提供するタッチディスプレイの形をとることができる。
【００５２】
検知システム６は、パイプ直径およびパイプ壁厚Ｌを自動的に測定することが可能である。これら２つの基本パラメータは、次いで、コンピュータプログラムによって、欠陥を検出することおよび欠陥のサイズを測定することに使用される。
【００５３】
送信器と受信器との間の有効経路長（距離）を計算する
図３および図１４をやはり参照すると、トランスデューサ９、１０は、異なる角位置で（言い換えれば、図１４に示されるように、パイプの周囲の周りの異なる角位置θで）、パイプ３の環状セクション３０中の（言い換えれば、パイプに沿って同じ長手方向位置ｚの）スチールパイプ壁２に対してまたはスチールパイプ壁２の適切に近くに配置される。
【００５４】
図４をやはり参照すると、送信器７は、受信器８の方向に伝播する、基本剪断水平モード（ＳＨ０）誘導波トーンバーストを生成する。システム６は、波１３が、送信器トランスデューサ９から受信器トランスデューサ１０に進行するのにかかる時間を測定する。
【００５５】
送信器７と受信器８との間の有効経路長（距離）Ｄｔｒを次式のように計算することができる。
Ｄｔｒ＝ｃ×Ｔｏｆ  （１）
上式で、ｃは、スチールの中のＳＨ０モードの速さであり、Ｔｏｆは、送信器７と受信器８との間の飛行時間である。
【００５６】
例えば、送信器７は、時間＝０．００μｓで、短いトーンバーストＳＨ０信号を生成する。受信器８は、時間＝１００．０μｓで、トーンバーストをとらえる。スチールの中のＳＨ０モードの速さｃは、３２５０．０ｍ／ｓである。飛行時間Ｔｏｆが１００．０μｓであるとシステム６が測定すると、次に上の式（１）を使用して、システム６は、送信器７と受信器８との間の有効経路長（距離）Ｄｔｒを３２５．０ｍｍであると計算することができる。
【００５７】
パイプ壁厚を計算する
図５を参照すると、トランスデューサ９、１０が、ある程度の距離だけ離れ、スチールパイプの周囲に沿って互いに向かって配置される。
【００５８】
図６をやはり参照すると、送信器７は、受信器８の方向に伝播する、分散剪断水平モードＳＨｎ（ここでｎは、正の整数である）トーンバースト波を生成する。波が送信器トランスデューサ９から受信器トランスデューサ１０に進行するのにかかる時間、および受信信号の卓越周波数が、システム６によって測定される（図２）。
【００５９】
ＳＨｎモードの測定された周波数についての群速度を、次式を使用して取得することができる。
υ＝Ｄｔｒ／Ｔｏｆ  （２）
上式で、Ｄｔｒは、送信器トランスデューサ９と受信器トランスデューサ１０との間の有効経路長（距離）であり、Ｔｏｆは、波が送信器トランスデューサ９から受信器トランスデューサ１０の間を進行するのにかかる飛行時間である。
【００６０】
分散式を使用すると、パイプ壁２の厚さＬは、次式を使用して計算することができる。
【００６１】
【数１】
2019525205.tif 000003
【００６２】
上式で、υは、ＳＨｎトーンバーストの群速度であり、ｆは、ＳＨｎトーンバーストの卓越周波数であり、ｃは、スチールの中のバルク剪断速度であり、ｎはモード数であり、ここでｎ＝１、２、…である。
【００６３】
例えば、ＡＨ１トーンバースト信号は、送信器７から受信器８に進行する。トランスデューサ９、１０は、距離Ｄｔｒ＝１８５．５ｍｍ離れて配置される。
【００６４】
システム６（図２）が、Ｔｏｆ＝１０３．６μｓに中心がある時間ウィンドウ３１内で、ＡＨ１トーンバーストの部分を選択する。システム６は、ウィンドウ処理した信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）をとり、卓越周波数ｆ＝２５４．５ｋＨｚを見いだす。
【００６５】
上の式（２）を使用して、この周波数に関連するＡＨ１モードの（すなわち、ｎ＝１についての）群速度υは、υ＝１８５．５／１０３．６＝１７９０．５ｍ／ｓとして取得することができる。スチールの中のバルク剪断速度ｃは、３２５０ｍ／ｓである。上の式（３）を使用して、システム６は、パイプ壁厚Ｌを７．６５ｍｍであると計算することができる。
【００６６】
反射波を使用して欠陥の深さを計算する
図７を参照すると、トランスデューサ９、１０が、ある程度の距離だけ離れて、パイプ３の周囲に沿って互いに向かって位置決めされる。受信器トランスデューサ１０は、送信器トランスデューサ９と欠陥１との間に位置する。
【００６７】
図８をやはり参照すると、送信器７がＡＨ１モードトーンバーストを生成する。進行するＡＨ１波は、受信器８によってとらえられる。波１３はさらに進行し、欠陥１によって反射される。反射波１４は、その後、受信器８によってとらえられる。信号の時間領域の表示が、図８に示される。
【００６８】
図９および図１０を参照すると、元のＡＨ１信号のフーリエ変換３５、および反射信号のフーリエ変換３６が示される。
【００６９】
反射信号１４は、元の信号１３のものと異なる周波数成分を有する。具体的には、特定のカットオフ周波数ｆｃの上では、より高い周波数部分が著しく減衰されることになる。
【００７０】
システム６は、次式を使用して欠陥１の下の、最小壁厚Ｌｍｉｎを計算する。
Ｌｍｉｎ＝ｃ／２ｆｃ  （４）
上式で、ｃは、スチールの中のバルク剪断速度であり、ｆｃは反射信号のカットオフ周波数である。
【００７１】
例えば、スチールの中の剪断波速度ｃは、３２５０．０ｍ／ｓである。カットオフ周波数ｆｃが２８０．０ｋＨｚと測定される場合（図１０参照）、次に上の式（４）を使用して、システム６は、最小壁厚Ｌｍｉｎが５．８ｍｍであると判定する。パイプ壁厚が７．７ｍｍである場合、欠陥の深さは、７．７−５．８＝１．９ｍｍである。
【００７２】
透過波を使用して欠陥の深さを計算する
図１１を参照すると、トランスデューサ９、１０は、ある程度の距離だけ離れて、スチールパイプ２の周囲に沿って互いに向かって位置決めされる。欠陥１は、送信器トランスデューサ９と受信器トランスデューサ１０との間に位置する。
【００７３】
図１２を参照すると、送信器７は、分散ＡＨ１モードトーンバースト１３を生成する。進行波が欠陥ゾーンを横断し、透過波１３’が受信器８によってとらえられる。
【００７４】
図１３をやはり参照すると、図１２の透過信号１３のフーリエ変換３８が示される。欠陥区域を通って進行する波は、より低い周波数成分３９の一部を失う。あるカットオフ周波数４０未満で、信号が減衰される。
【００７５】
システム６（図２）は、欠陥１の下での最小壁厚Ｌｍｉｎを次式のように計算する。
Ｌｍｉｎ＝ｃ／２ｆｃ  （５）
上式で、ｃは、スチールの中のバルク剪断速度であり、ｆｃは反射信号のカットオフ周波数である。
【００７６】
例えば、スチールの中のバルク剪断波速度は、３２５０．０ｍ／ｓであると仮定される。ｆｃが３２５．０ｋＨｚであるとシステム６（図２）が見いだす場合（図１３）、上の式（５）を使用して、システム６は、最小壁厚Ｌｍｉｎが５．０ｍｍであると計算する。パイプ壁厚が７．７ｍｍである場合、欠陥の深さは、７．７−５．０＝２．７ｍｍである。
【００７７】
欠陥のサイズ決定プロセス
図１４を参照すると、パイプ３の周りの送信器７および受信器８の配置が示される。
【００７８】
パイプ周囲
送信器７は、パイプ周囲の周りを伝播する、パイプ壁２の中の剪断波を生成するように配置される。送信器７は、受信器８によってとらえられる、ＳＨ０モードトーンバースト波を生成する。
【００７９】
図１５をやはり参照すると、円周方向に時計回り方向および反時計回り方向に進行する複数の往復ウェーブレット１３１、１３２、１３３、１３４が、システム６によって検出され、飛行時間に基づいて、送信器トランスデューサ９と受信器トランスデューサ１０との間の有効経路長（距離）Ｄｔｒ、ならびにパイプ周囲Ｃｉｒｃも正確に計算するために使用される。
【００８０】
変数ＤｔｒとＣｉｒｃの両方が、システム６（図２）によって、０．１ｍｍ以下の精度で測定される。
【００８１】
パイプ壁厚
高次モードの分散特性を使用して、システム６（図２）が、測定された信号の時間−周波数分解を使用しパイプ壁厚を正確に測定する。実用目的で、システム６（図２）は、非分散型ＳＨ０モードおよび第１の分散モードＡＨ１、すなわち、式（３）のモード番号ｎ＝０およびｎ＝１を使用する。
【００８２】
図１６をやはり参照すると、以降でより詳細に記載されるように、システム６（図２）は、送信器−受信器距離Ｄｔｒ、パイプ周囲Ｃｉｒｃ、およびパイプ壁厚Ｌの測定された値が与えられれば、パイプについての、予測される（または理論的な）時間−周波数マップ４０を生成すること（本明細書では、「時間−周波数マップを設定すること」とも呼ばれる）ができる。
【００８３】
時間−周波数マップを設定する
図１４をやはり参照すると、送信器７および受信器８は、パイプ周囲の周りのパイプ３上に設定される。送信器７から受信器８の間の周方向距離Ａ、Ｂは、それぞれ、上側経路および下側経路に沿って測定することができる。
【００８４】
パイプ周囲Ｃは次式で計算することができる。
Ｃ＝Ａ＋Ｂ  （６）
【００８５】
例えば、図１５をやはり参照すると、第１および第２のウェーブレット１３１、１３２についての飛行時間および３２５０ｍｓ−１のバルク剪断波速度を使用して、上側経路および下側経路についての周方向距離は、それぞれ、Ａ＝５７．１×３２５０＝１８５．５ｍｍおよびＢ＝１５０．２×３２５０＝４８８．０ｍｍであり、そのため周囲Ｃ＝Ａ＋Ｂ＝６７３．５ｍｍであると判定することができる。
【００８６】
上の式（３）を再構成して次式を与えることができる。
【００８７】
【数２】
2019525205.tif 000004
【００８８】
したがって、ウェーブレットの到着時間は次式で計算することができる。
【００８９】
【数３】
2019525205.tif 000005
上式で、Ｄは、送信器７と受信器８との間の経路長である。
【００９０】
Ｄは、上側経路Ａ、下側経路Ｂ、または複数の周方向経路であってよい。すなわち次式となる。
Ｄ＝Ａ、Ｂ、Ａ＋Ｃ、Ｂ＋Ｃ、Ａ＋２Ｃ、Ｂ＋２Ｃ、…  （９）
【００９１】
例えば、図１６に示されるように、上側経路についてのＡＨ１モード（すなわち、モードｎ＝１について）の時間−周波数曲線を生成するため、システム６（図２）は、上の式（８）、およびｎ、Ｄ、Ａ、およびｃの値を使用する。ｎ＝１、Ｄ＝Ａ＝１８５．５ｍｍ、およびｃ＝３２５０ｍｓ−１では次式となる。
【００９２】
【数４】
2019525205.tif 000006
【００９３】
システム６は、式（８）を使用して、他の周方向経路Ａ、Ｂ、Ａ＋Ｃ、Ｂ＋Ｃ、Ａ＋２Ｃ、Ｂ＋２ＣなどについてのＡＨ１モード曲線を生成し、図１６に示されるような時間−周波数曲線のファミリーを取得する。
【００９４】
この時間−周波数マップ４０上のＡＨ１曲線４１１、４１２、４１３の位置は、パイプ壁厚Ｌによって判定される。パイプ壁厚Ｌがより大きい値では、ＡＨ１曲線が下にずれる一方、パイプ壁厚Ｌがより小さい値では、ＡＨ１曲線が上にずれる。
【００９５】
システム６（図２）は、時間−周波数マップ４０上のＡＨ１線に沿って、式（３）を使用したいくつかの点を使用して、パイプ壁厚Ｌを計算する。典型的には、壁厚は、１ミリメートルの数分の１以内で測定される。
【００９６】
一般的に、時間−周波数曲線は、ｎ＝０、１、２、．．．などについて式（８）を使用して、パイプ３の中の任意のＳＨｎモードについて計算することができる。
【００９７】
システム６（図２）は、ＳＨ０、ＡＨ１、およびより高いモードに関連する時間−周波数曲線のファミリーを生成して、基準時間−周波数マップを作る（図１９）。基準時間−周波数マップは、次いで、欠陥１を検出および評価するためにシステム６（図２）によって使用される。
【００９８】
支持タイプの欠陥の検出
図２、図１４、および図１７〜図１９を参照すると、欠陥１の深さを検出および判定するため、複数のステッププロセスが使用される。
【００９９】
第１に、パイプ３の欠陥がないセクションを検査するために、システム６が使用される。
【０１００】
送信器７および受信器８は、パイプ３の周囲に沿ってパイプ３の基準セクションに位置決めされ（ステップＳ１）、コンピュータシステム１８が、送信器７に、１つまたは複数の周波数で、ＳＨ０、ＡＨ１、またはより高いモードのトーンバーストを送信させる（ステップＳ２）。必要な場合、より高次のモードを選択することができる。
【０１０１】
コンピュータシステム１８は、受信器８からＳＨ０、ＡＨ１、またはより高いモードの測定値を受信する（ステップＳ３）。図１８に、例示的な時間領域応答が示されており、そこには、受信したＳＨ０ウェーブレット４３１、４３２、４３３、およびＡＨ１ウェーブレット４４１、４４２、４４３が含まれる。
【０１０２】
コンピュータシステム１８は、送信器−受信器距離Ｄｔｒ、パイプ周囲Ｃｉｒｃ、および壁厚Ｌを計算するために測定値を使用する（ステップＳ４、Ｓ５、およびＳ６）。
【０１０３】
多くの実際の用途では、システム６は、送信器−受信器距離Ｄｔｒおよびパイプ周囲Ｃｉｒｃを正確に計算するために、最初に、ＡＨ１カットオフより下の周波数トーンバーストを使用して、ＳＨ０モードだけを生成する。その後、システム６は、壁厚Ｌを測定するために、より高い周波数を使用して、より高いモードを生成する。
【０１０４】
特に図１９を参照すると、コンピュータシステム１８は、基準時間−周波数マップ４５を生成する（ステップＳ７）。時間−周波数マップ４５は、ＳＨ０モードに対応する線４６１、４６２、４６３、およびＡＨ１モードに対応する曲線４７１、４７２、４７３を含む。時間−周波数マップ４５が実際に表示される必要はなく、メモリ中に単に記憶できることを理解されよう。
【０１０５】
システム６は、第１の周波数ｆＡと第２の周波数ｆＢとの間の周波数の範囲４８にプローブする（またはアクセスする）ことができる。したがって、システムは、線４６１、４６２、４６３および曲線４７１、４７２、４７３のセクション４９、５０（すなわち、ハッチング処理した区域中の線および曲線のセクション４９、５０）をプローブしようとしている。システム６は、周波数範囲４８を電子的にスイープすることが可能であってよい。しかし、下でより詳細に説明するように、システム６は、より広い波長範囲にアクセスする、したがってより広い合計周波数範囲にアクセスするように、異なる間隔の要素を有するトランスデューサの異なるセット、または要素の間隔を制御可能に変化させることが可能なトランスデューサを使用することができる。
【０１０６】
予測される時間−周波数マップ４５を確立した場合、システム６は、パイプ３のセクションで欠陥を検査するために使用される。
【０１０７】
図２０をやはり参照すると、送信器７および受信器８は、試験されるパイプ３のセクションの中で、その周囲に沿って位置決めされる（ステップＳ８）。例えば、パイプの支持に起因して、欠陥１がパイプ３の下側部分に位置する可能性があるが、欠陥１は、パイプ３の周りのどこでも発見することができる。
【０１０８】
システム６は、例えば範囲の下端にある、第１の周波数で開始して、周波数の範囲にわたってパイプ３をプローブする（ステップＳ９およびＳ１０）。
【０１０９】
コンピュータシステム１８は、送信器７に、必要とされるモード、この場合にはＳＨ０波およびＡＨ１波を、周波数ｆｉにおけるトーンバーストを使用して生成させる（ステップＳ１０）。コンピュータシステム１８は、受信器８からＳＨ０およびＡＨ１の測定値を受信および記憶する（ステップＳ１１およびＳ１２）。
【０１１０】
コンピュータシステム１８は、より高次のモードを分析する必要がある可能性がある場合、周波数の全範囲についての測定値が取得されるまで、異なる周波数でパイプをプローブするのを続けることができる（ステップＳ１３およびＳ１４）。こうして、コンピュータシステム１８は、測定された時間−周波数マップ５１を効果的に構築する。
【０１１１】
図２１をやはり参照すると、時間−周波数マップ上で、いくつかのＡＨ１曲線が、異なる位置に現れる。分散モード波が欠陥１を越えて通過するので、反射波と透過波との間に周波数分離が起こる場合があり、その結果、時間−周波数マップ上に特定のパターンを観察することができる。
【０１１２】
これらの異なるパターン、特に、反射信号と透過信号との間のカットオフ周波数分離は、欠陥１の最大深さＤｍａｘを計算するためにシステム６によって使用される。
【０１１３】
コンピュータシステム１８は、周波数分離を識別し、カットオフ周波数ｆｃを計算する（図２１参照）。最小残存壁厚は次式を使用して計算される。
Ｌｍｉｎ＝ｃ／２ｆｃ  （１１）
上式で、ｃは、スチールの中のバルク剪断速度であり、ｆｃは、反射信号と透過信号との間の分離が発生する周波数である。そうしてコンピュータシステム１８は、次式を使用して、欠陥１の最大深さＤｍａｘを計算することができる。
Ｄｍａｘ＝Ｌ−Ｌｍｉｎ  （１２）
【０１１４】
例えば、パイプ壁厚Ｌは７．７ｍｍであり、分離周波数ｆｃは３２５．０ｋＨｚである。上の式（６）を使用すると、最小壁厚Ｌｍｉｎは５．０ｍｍであり、上の式（７）を使用すると、欠陥の最大深さＤｍａｘが７．７−５．０＝２．７ｍｍであるとシステム６は計算する。
【０１１５】
コンピュータシステム１８は、測定された時間−周波数マップ５１を予測される時間−周波数マップ４５と比較し、ＡＨ１曲線５３の欠落および／またはずれ部分５２を識別し（ステップＳ１５）、見つかった場合、分離周波数ｆｃを識別する（ステップＳ１６）。
【０１１６】
分離周波数ｆｃを使用して、コンピュータシステム１８は、最小残存壁厚を計算することができ（ステップＳ１７）、この最大深さを計算することができる（ステップＳ１８）。
【０１１７】
トランスデューサ
欠陥を検出して首尾よくサイズ決定するため、トランスデューサ９、１０は、十分に広い範囲の周波数および対応する波長をカバーする。そのような要件は、狭い範囲の波長だけをサポートすることができる、周期的永久磁石ＥＭＡＴトランスデューサなどの、多要素タイプトランスデューサには、難題を投げかける可能性がある。
【０１１８】
図２２を参照すると、１０ｍｍの壁厚を有する直径２０３．２ｍｍ（８インチ）のパイプ中を円周方向に伝播する、剪断水平ラム波についての分散マップが示される。波の分散は、ＳＨ０、ＡＨ１、およびＳＨ１モードについて、波の周波数対波の波長の関係として計算される。
【０１１９】
上の式（７）を使用して、１０ｍｍの壁厚Ｌを有するパイプでは、システム６が、１ｍｍと５ｍｍとの間の範囲にある最大欠陥深さＤｍａｘを測定できるべきである場合、トランスデューサ９、１０は、１８０から３２５ｋＨｚの周波数範囲にあるＡＨ１波を生成および検出できるべきである。
【０１２０】
この周波数範囲は、１１ｍｍと４１ｍｍとの間のＡＨ１モード波長の範囲ということになる。同様の分析は、ＳＨ１、ＡＨ２などといった他のモードタイプについて行うことができる。
【０１２１】
必要な周波数範囲は、現在の電子回路を使用して容易に得ることができる。しかし、多要素プローブを使用すると、広い波長範囲を達成するのは、困難な場合がある。
【０１２２】
広範囲の波長にわたってスイープするのを可能にするため、トランスデューサ９、１０は、磁石間隔の滑らかな調整を可能にするメカニズムを組み込むことができる。
【０１２３】
図２３は、第１の磁石６１、第２の磁石６２、第３の磁石６３を備える３要素センサについての磁石配置を示す。第２の磁石６２は、第１の磁石６１と第３の磁石６３との間に置かれ、固定される。第１の磁石６１および第３の磁石６３は、間隔ｓを変化させるように移動可能である。間隔ｓは、例えば、１ｍｍと２０ｍｍとの間で変化可能である。
【０１２４】
磁石は、永久磁石の形をとる。しかし、磁石は、電磁石の形をとることができる。
【０１２５】
可変間隔を達成するため、この配置または同様の配置を、ＥＭＡＴまたは多要素超音波トランスデューサの他の形に容易に組み込むことができる。
【０１２６】
図２４を参照すると、第１のトランスデューサ配置７１１が示される。
【０１２７】
配置は、各磁石が行７３１、７３２、７３３にある、３つの磁石６１１、６２１、６３１、６１２、６２２、６３２、６１３、６２３、６３３、６１４、６２４、６３４の４つのスタック７２１、７２２、７２３、７２４（または行）を備える、磁石スタック７２のセットを含む。各スタック内の磁化は、例えばＮ−Ｓ−ＮまたはＳ−Ｎ−Ｓといったように、中心の磁石６２の周りで対称である。内側のスタック７２２、７２３は、同じ磁化配置の向き、この場合にはＳ−Ｎ−Ｓを有し、外側のスタック７２１、７２４は、内側のスタック７２２、７２３の磁化配置の向きとは反対の、同じ磁化配置の向き、この場合にはＮ−Ｓ−Ｎを有する。
【０１２８】
磁石の各行７３２は、第１および第２のねじ付きシャフト７７１、７７２上に載せられるそれぞれの端部７５、７６を有する別個の桁７４１、７４２、７４３上に設けられる。シャフト７７１、７７２の回転によって、第１および第３の桁７４１、７４３が第２の中心の桁７４２から離れて動かされる。
【０１２９】
配置７１１は、モータ７９、第１のウォーム歯車セット８１１に接続されるばね連結器８０、駆動シャフト８２、および第２のウォーム歯車セット８１２を含む。第１のウォーム歯車セット８１１は、第１のウォーム８３１および第１のウォーム歯車８４１を、第２のウォーム歯車セット８１２は、第２のウォーム８３２および第２のウォーム歯車８４２をそれぞれ備える。第１のウォーム歯車８４１の回転がねじ付きシャフト７７１の回転を引き起こすように、第１のウォーム歯車８４１は、第１のねじ付きシャフト７７１に同軸に接続され、第２のウォーム歯車８４２の回転がねじ付きシャフト７７２の回転を引き起こすように、第２のウォーム歯車８４２は、第２のねじ付きシャフト７７２にそれぞれ同軸に接続される。
【０１３０】
図２５ａおよび図２６ａは、最小間隔を有する第１の位置（ここでは、「閉」位置と呼ばれる）における磁石スタックを示し、同じスタック７２１中の磁石は、中心−中心間隔ｓ１を有する。
【０１３１】
図２５ｂおよび図２６ｂは、最大間隔を有する第２の位置（ここでは、「開」位置と呼ばれる）における磁石スタックを示し、同じスタック７２１中の磁石は、中心−中心間隔ｓ２を有する。
【０１３２】
図２７ａ、図２７ｂ、および図２７ｃを参照すると、第２のトランスデューサ配置７１２が示される。
【０１３３】
配置７１２は、各磁石が行７３１、７３２、７３３にある、３つの磁石６１１、６２１、６３１、６１２、６２２、６３２の２つのスタック７２１、７２２を備える、磁石スタック７２のセットを含む。各スタック内の磁化は、例えばＮ−Ｓ−ＮまたはＳ−Ｎ−Ｓといったように、中心の磁石の周りで対称である。２つのスタック７２１、７２２は、反対の磁化配置を有する。
【０１３４】
磁石の各行７３２は、別個の桁７４１、７４２、７４３上に設けられる。各外側桁７４１、７４３は、案内板８８中に形成される１対の平行座刳りスロット８７１１、８７１２、８７２１、８７２２を使用し、１対のソケットヘッドねじ８６１１、８６１２、８６２１、８６２２を介して取り付けられる。外側桁７４１、７４３が案内板８８に沿ってスライドすると外側桁７４１、７４３が中心線８９から離れて動くように、スロット８７１１、８７１２、８７２１、８７２２は、案内板８８の長辺９０間の中心線８９に対して角度を付けられている。桁７４１、７４２、７４３は、横断レール（図示せず）上に取り付けられる。
【０１３５】
配置７１２は、モータ８９、連結器９０、および駆動シャフト９２を含む。モータが駆動シャフト９２を回転し、このことによって、駆動シャフト９２に沿って平行移動させるため、駆動板を８８にし、そうすることで、外側桁７４１、７４３およびそれらが支持する磁石を中心線８９から離す。
【０１３６】
図２７ａ、図２８ａ、および図２９ａは、最小間隔を有する第１の位置（ここでは、「閉」位置と呼ばれる）における磁石スタックを示し、同じスタック７２１中の磁石は、中心−中心間隔ｓ１を有する。
【０１３７】
図２７ａ、図２８ａおよび図２９ａは、最大間隔を有する第２の位置（ここでは、「開」位置と呼ばれる）における磁石スタックを示し、同じスタック７２１中の磁石は、中心−中心間隔ｓ２を有する。
【０１３８】
以上に記載した実施形態に対する様々な修正をすることができることを理解されよう。そのような修正は、超音波誘導波システムおよびその構成要素部分の設計、製造、および使用において既に知られており、本明細書に既に記載された特徴の代わりに、またはそれに加えて使用することができる、均等物および他の特徴を含むことができる。１つの実施形態の特徴は、他の実施形態の特徴と置換すること、または他の実施形態の特徴によって補うことができる。
【０１３９】
送信器と受信器の両方として働く単一のトランスデューサ、特に圧電トランスデューサを使用することができる。
【０１４０】
ＥＭＡＴトランスデューサを使用する必要はない。代わりに、圧電または磁歪または他のトランスデューサを使用することができる。
【０１４１】
壁状構造物または板状構造物は、壁もしくは板、閉じた端部を有する円筒形もしくは矩形のタンクなどのパイプもしくは容器、またはチャネルもしくはコンジットなどの中空の棒もしくは中空の箱であってよい。構造物は、金属、金属合金、プラスチック、または任意の固体材料から作ることができる。材料のタイプが、使用されるトランスデューサのタイプに影響を及ぼす場合がある。
【０１４２】
欠陥は、腐食ベースの欠陥である必要はない。
【０１４３】
請求項は、本出願において、特徴の特定の組合せに対して形作られているが、本発明の開示の範囲は、それが任意の請求項で現在特許請求されている発明と同じ発明に関係するか否か、および、それが本発明と同じ技術的問題の一部または全部を軽減するか否かにかかわらず、明示的にもしくは黙示的に、またはそれらの任意の一般化で、本明細書に開示される、任意の新規の特徴または任意の新規の特徴の組合せも含むことを理解されたい。本出願人らは、本明細書によって、本出願または本出願から派生する任意のさらなる出願の審査過程の間に、そのような特徴および／またはそのような特徴の組合せに対して新しい請求項を形作ることができるということを予告する。
【符号の説明】
【０１４４】
１  パイプ欠陥
２  壁、パイプ壁、スチールパイプ壁
３  パイプ、外側
４  内側
６  検知システム
７  送信器
８  受信器
９  送信器トランスデューサ
１０  受信器トランスデューサ
１１  信号生成器
１２  ｒｆ信号
１３  誘導波、基準波、元の信号、分散ＡＨ１モードトーンバースト
１３’  透過ＡＨ１、透過波
１３１  第１のウェーブレット、往復ウェーブレット
１３２  第２のウェーブレット、往復ウェーブレット
１３３  往復ウェーブレット
１３４  往復ウェーブレット
１４  反射波、反射信号
１５  電気信号
１６  信号受信器
１７  デジタル化した信号
１８  コンピュータシステム
１９  プロセッサ
２０  メモリ
２１  ソフトウェア
２２  ディスプレイ
２３  ユーザ入力デバイス
３０  環状セクション
３１  時間ウィンドウ
３５  元のＡＨ１信号のフーリエ変換
３６  反射信号のフーリエ変換
４０  時間−周波数マップ
４１  ＡＨ１曲線
４３  ＳＨ０ウェーブレット
４４  ＡＨ１ウェーブレット
４５  基準時間−周波数マップ
４６  ＳＨ０モードに対応する線
４７  ＡＨ１モードに対応する曲線
４８  アクセス可能周波数範囲
４９  セクション
５０  セクション
６１  第１の磁石
６２  第２の磁石
６３  第３の磁石
７１  配置
７２  磁石スタック
７３  行
７４  桁
７５  端部
７６  端部
７７１  第１のねじ付きシャフト
７７２  第２のねじ付きシャフト
７９  モータ
８０  ばね連結器
８１１  第１のウォーム歯車セット
８１２  第２のウォーム歯車セット
８２  駆動シャフト
８３１  第１のウォーム
８３２  第２のウォーム
８４１  第１のウォーム歯車
８４２  第２のウォーム歯車
８６  ソケットヘッドねじ
８７  平行座刳りスロット
８８  案内板
８９  中心線
８９  モータ
９０  長辺
９０  連結器
９２  駆動シャフト
【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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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2019525205.tif 000030
【図２４】
2019525205.tif 000031
【図２５ａ】
2019525205.tif 000032
【図２５ｂ】
2019525205.tif 000033
【図２６ａ】
2019525205.tif 000034
【図２６ｂ】
2019525205.tif 000035
【図２７ａ】
2019525205.tif 000036
【図２７ｂ】
2019525205.tif 000037
【図２８ａ】
2019525205.tif 000038
【図２８ｂ】
2019525205.tif 000039
【図２９ａ】
2019525205.tif 000040
【図２９ｂ】
2019525205.tif 000041
【国際調査報告】
2019525205.tif 000042
2019525205.tif 000043
2019525205.tif 000044
2019525205.tif 000045
2019525205.tif 000046