(57)【要約】【課題】原子炉圧力容器内に傾斜して設置された炉内構造物に対しても振動の測定を可能とする原子炉振動監視装置を提供する。【解決手段】原子炉振動監視装置は、原子炉圧力容器３の外側面に設置され原子炉内の炉内構造物に超音波パルスを入射する送信用超音波トランスジューサ１と、送信用超音波トランスジューサ１と電気的に接続され送信信号を送信する超音波送信器６と、原子炉圧力容器３の外側面に設置され反射した反射超音波パルスを受信して受信した反射超音波パルスを受信信号に変換する受信用超音波トランスジューサ２と、受信用超音波トランスジューサ２と電気的に接続され受信信号を受信する超音波受信器７と、超音波送信器６と電気的に接続され超音波送信器に信号を入力しかつ超音波受信器７と電気的に接続され超音波受信器７から信号を受信して処理する信号処理装置８と、信号処理装置８により処理された振動情報を表示する表示装置９とを有する。【選択図】図１
2011154040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器の外側面に設置され送信信号を超音波パルス信号に変換し原子炉内の炉内構造物に超音波パルスを入射する送信用超音波トランスジューサと、
この送信用超音波トランスジューサと電気的に接続され前記送信信号を送信する超音波送信器と、
前記原子炉圧力容器の外側面に設置され前記炉内構造物で反射した反射超音波パルスを受信して受信した前記反射超音波パルスを受信信号に変換する受信用超音波トランスジューサと、
この受信用超音波トランスジューサと電気的に接続され前記受信信号を受信する超音波受信器と、
前記超音波送信器と電気的に接続され前記超音波送信器に信号を入力しかつ前記超音波受信器と電気的に接続され前記超音波受信器から信号を受信して処理する信号処理装置と、
この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動情報を表示する表示装置と、
を備え、
前記送信用超音波トランスジューサを送信角度が変更可能な構成とし、前記受信用超音波トランスジューサを前記送信角度の変更に伴って受信位置が変更可能な構成として、前記炉内構造物に入射される超音波パルスの入射位置を変更可能とし、
前記信号処理装置により前記入射位置の変更前および変更後の振動波形を用いて信号処理し、この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動現象を前記表示装置に表示することを特徴とする原子炉振動監視装置。
【請求項２】
原子炉圧力容器の外側面に設置され送信信号を超音波パルス信号に変換し原子炉内の炉内構造物に超音波パルスを入射する送信用超音波トランスジューサと、
この送信用超音波トランスジューサと電気的に接続され前記送信信号を送信する超音波送信器と、
前記原子炉圧力容器の外側面に設置され前記炉内構造物で反射した反射超音波パルスを受信して受信した前記反射超音波パルスを受信信号に変換する受信用超音波トランスジューサと、
この受信用超音波トランスジューサと電気的に接続され前記受信信号を受信する超音波受信器と、
前記超音波送信器と電気的に接続され前記超音波送信器に信号を入力しかつ前記超音波受信器と電気的に接続され前記超音波受信器から信号を受信して処理する信号処理装置と、
この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動情報を表示する表示装置と、
を備え、
前記送信用超音波トランスジューサを送信位置が変更可能な構成とし、前記受信用超音波トランスジューサを前記送信位置の変更に伴って受信角度が変更可能な構成として、前記炉内構造物に入射される超音波パルスの入射位置を変更可能とし、
前記信号処理装置により前記入射位置の変更前および変更後の振動波形を用いて信号処理し、この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動現象を前記表示装置に表示することを特徴とする原子炉振動監視装置。
【請求項３】
原子炉圧力容器の外側面に設置され送信信号を超音波パルス信号に変換し原子炉内の炉内構造物に超音波パルスを入射する送信用超音波トランスジューサと、
この送信用超音波トランスジューサと電気的に接続され前記送信信号を送信する超音波送信器と、
前記原子炉圧力容器の外側面に設置され前記炉内構造物で反射した反射超音波パルスを受信して受信した前記反射超音波パルスを受信信号に変換する受信用超音波トランスジューサと、
この受信用超音波トランスジューサと電気的に接続され前記受信信号を受信する超音波受信器と、
前記超音波送信器と電気的に接続され前記超音波送信器に信号を入力しかつ前記超音波受信器と電気的に接続され前記超音波受信器から信号を受信して処理する信号処理装置と、
この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動情報を表示する表示装置と、
を備え、
前記送信用超音波トランスジューサを送信位置が変更可能な構成とし、前記受信用超音波トランスジューサを前記送信位置の変更に伴って受信位置が変更可能な構成として、前記炉内構造物に入射される超音波パルスの入射位置を変更可能とし、
前記信号処理装置により前記入射位置の変更前および変更後の振動波形を用いて信号処理し、この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動現象を前記表示装置に表示することを特徴とする原子炉振動監視装置。
【請求項４】
原子炉圧力容器の外側面に設置され送信信号を超音波パルス信号に変換し原子炉内の炉内構造物に超音波パルスを入射する送信用超音波トランスジューサと、
この送信用超音波トランスジューサと電気的に接続され前記送信信号を送信する超音波送信器と、
前記原子炉圧力容器の外側面に設置され前記炉内構造物で反射した反射超音波パルスを受信して受信した前記反射超音波パルスを受信信号に変換する受信用超音波トランスジューサと、
この受信用超音波トランスジューサと電気的に接続され前記受信信号を受信する超音波受信器と、
前記超音波送信器と電気的に接続され前記超音波送信器に信号を入力しかつ前記超音波受信器と電気的に接続され前記超音波受信器から信号を受信して処理する信号処理装置と、
この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動情報を表示する表示装置と、
を備え、
前記送信用超音波トランスジューサを送信角度が変更可能な構成とし、前記受信用超音波トランスジューサを前記送信角度の変更に伴って受信角度が変更可能な構成として、前記炉内構造物に入射される超音波パルスの入射位置を変更可能とし、
前記信号処理装置により前記入射位置の変更前および変更後の振動波形を用いて信号処理し、この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動現象を前記表示装置に表示することを特徴とする原子炉振動監視装置。
【請求項５】
前記送信信号は、無線周波数パルス信号であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の原子炉振動監視装置。
【請求項６】
前記信号処理装置は、受信した信号の周波数分析を行なって前記炉内構造物の固有振動周波数を算出し、前記表示装置は、この固有振動周波数の経時変化を表示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の原子炉振動監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の炉内構造物の振動を監視する原子炉振動監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の炉内構造物の健全性を確認する手段として、炉内構造物の振動振幅や振動周波数を測定し、その値や傾向を評価する手法がある。この炉内構造物の振動を測定する手法としては、振動センサを炉内に設置し、信号ケーブルによって信号を炉外に取り出す手法が一般的である。
【０００３】
しかし、この手法は、信号ケーブルを原子炉の内外に引き回す必要があり、測定準備作業が膨大になる。
【０００４】
これに対し、超音波式振動測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この超音波式振動測定装置は、原子炉圧力容器の外側に超音波センサを設置し、超音波パルスを原子炉圧力容器を介して炉内に伝播させる。炉内に伝播した超音波パルスは、シュラウドやジェットポンプのような炉内構造物に当たって反射する。反射した超音波パルスは、再び、原子炉圧力容器を介して超音波センサに戻ってくる。
【０００６】
シュラウド等の炉内構造物が振動すれば、戻ってきた反射超音波パルスは、これらの振動により、伝播時間が多少変化する。この超音波パルスの伝播時間の変化をΔｔ（ｓｅｃ）とすれば、以下の（１）式が示すように、シュラウド等の炉内構造物の振動振幅Ｌ（ｍ）は計算される。
【数１】
2011154040.tif 000003
【０００７】
ここに、炉水の音速度をＣ（ｍ／ｓｅｃ）とする。
【０００８】
このΔＬを時系列的にプロットすることにより、シュラウド等の炉内構造物の振動波形を合成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３７８２５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した従来の原子炉振動監視装置においては、使用する超音波センサは、超音波の送受信が兼用であるために、例えば、ジェットポンプのように原子炉圧力容器に対して傾斜して設置されているような場合には、超音波パルスはジェットポンプに当たって斜めに反射してしまうので、反射超音波パルスは超音波発信位置に戻らず、反射超音波パルスを受信できなくなってしまい、炉内構造物の振動が測定できないという課題があった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、原子炉圧力容器内に傾斜して設置された炉内構造物に対しても振動の測定を可能とする原子炉振動監視装置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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の原子炉振動監視装置においては、原子炉圧力容器の外側面に設置され送信信号を超音波パルス信号に変換し原子炉内の炉内構造物に超音波パルスを入射する送信用超音波トランスジューサと、この送信用超音波トランスジューサと電気的に接続され前記送信信号を送信する超音波送信器と、前記原子炉圧力容器の外側面に設置され前記炉内構造物で反射した反射超音波パルスを受信して受信した前記反射超音波パルスを受信信号に変換する受信用超音波トランスジューサと、この受信用超音波トランスジューサと電気的に接続され前記受信信号を受信する超音波受信器と、前記超音波送信器と電気的に接続され前記超音波送信器に信号を入力しかつ前記超音波受信器と電気的に接続され前記超音波受信器から信号を受信して処理する信号処理装置と、この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動情報を表示する表示装置と、を備え、前記送信用超音波トランスジューサを送信角度が変更可能な構成とし、前記受信用超音波トランスジューサを前記送信角度の変更に伴って受信位置が変更可能な構成として、前記炉内構造物に入射される超音波パルスの入射位置を変更可能とし、前記信号処理装置により前記入射位置の変更前および変更後の振動波形を用いて信号処理し、この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動現象を前記表示装置に表示することを特徴とするものである。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明の原子炉振動監視装置においては、前記送信用超音波トランスジューサを送信位置が変更可能な構成とし、前記受信用超音波トランスジューサを前記送信位置の変更に伴って受信角度が変更可能な構成として、前記炉内構造物に入射される超音波パルスの入射位置を変更可能とし、前記信号処理装置により前記入射位置の変更前および変更後の振動波形を用いて信号処理し、この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動現象を前記表示装置に表示することを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明の原子炉振動監視装置においては、前記送信用超音波トランスジューサを送信位置が変更可能な構成とし、前記受信用超音波トランスジューサを前記送信位置の変更に伴って受信位置が変更可能な構成として、前記炉内構造物に入射される超音波パルスの入射位置を変更可能とし、前記信号処理装置により前記入射位置の変更前および変更後の振動波形を用いて信号処理し、この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動現象を前記表示装置に表示することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記目的を達成するため、本発明の原子炉振動監視装置においては、前記送信用超音波トランスジューサを送信角度が変更可能な構成とし、前記受信用超音波トランスジューサを前記送信角度の変更に伴って受信角度が変更可能な構成として、前記炉内構造物に入射される超音波パルスの入射位置を変更可能とし、前記信号処理装置により前記入射位置の変更前および変更後の振動波形を用いて信号処理し、この信号処理装置により処理された前記炉内構造物の振動現象を前記表示装置に表示することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の原子炉振動監視装置によれば、送信用超音波トランスジューサと受信用超音波トランスジューサを用いて、炉内構造物が原子炉圧力容器に対して傾いている場合でも、炉内構造物からの反射超音波パルスを受信できるので、炉内構造物の振動を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】図１の超音波信号の伝播状態を示す説明図。
【図３】図１の反射超音波信号を利用して振動測定を行なう方法を示す説明図。
【図４】図１の送信される超音波パルス信号と受信される超音波パルス信号を示す説明図で、（ａ）はその送信用超音波トランスジューサから送信される超音波パルスのタイミングチャート、（ｂ）はその受信用超音波トランスジューサにおいて受信される超音波パルスのタイミングチャート、（ｃ）はその受信用超音波トランスジューサにおいて受信される他の超音波パルスのタイミングチャート。
【図５】図１の離散的な振動振幅の測定値から実際の振動波形を再構成する方法を示す説明図。
【図６】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７】図６の送信ＲＦパルスと受信ＲＦパルスの時間関係及び周波数関係を示す説明図で、（ａ）はその送信用超音波トランスジューサから送信される送信ＲＦパルスのタイミングチャート、（ｂ）はその受信用超音波トランスジューサにおいて受信される受信ＲＦパルスのタイミングチャート。
【図８】本発明の第３の実施の形態の原子炉振動監視装置の構成を示す説明図で、（ａ）はその原子炉圧力容器と炉内構造物との関係図、（ｂ）は（ａ）のＶIIIｂ‐ＶIIIｂ矢視方向を切断して上方から見た構成図。
【図９】本発明の第４の実施の形態の原子炉振動監視装置の構成を示す説明図で、（ａ）はその原子炉圧力容器と炉内構造物との関係図、（ｂ）は（ａ）のIＸｂ‐IＸｂ矢視方向を切断して上方から見た構成図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態の原子炉振動監視装置の構成を示す説明図で、（ａ）はその原子炉圧力容器と炉内構造物との関係図、（ｂ）は（ａ）のＸｂ‐Ｘｂ矢視方向を切断して上方から見た構成図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態の原子炉振動監視装置の構成を示す説明図で、（ａ）はその原子炉圧力容器と炉内構造物との関係図、（ｂ）は（ａ）のＸIｂ‐ＸIｂ矢視方向を切断して上方から見た構成図。
【図１２】本発明の第７の実施の形態の原子炉振動監視装置の構成を示す説明図で、（ａ）は炉内構造物の固有振動数の表示方法を示す特性図、（ｂ）はしきい値の設定方法を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る原子炉振動監視装置及びその方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、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。
【００１９】
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の概略構成を示す構成図である。
【００２０】
まず、原子炉振動監視装置の基本構成について、図１を用いて説明する。
【００２１】
本図に示すように、送信用超音波トランスジューサ１及び受信用超音波トランスジューサ２は、原子炉圧力容器３の外側面に設置されている。この送信用超音波トランスジューサ１は、ケーブル４ａを介して、原子炉格納容器５の原子炉格納容器信号取出口５ａを経由して原子炉格納容器５の外側又は原子炉格納容器５の内側に設置された超音波送信器６に電気的に接続されている。
【００２２】
同様に、受信用超音波トランスジューサ２は、ケーブル４ｂを介して、原子炉格納容器５の原子炉格納容器信号取出口５ａを経由して原子炉格納容器５の外側又は原子炉格納容器５の内側に設置された超音波受信器７に電気的に接続されている。
【００２３】
この超音波送信器６及び超音波受信器７は、信号処理装置８に電気的に接続されている。信号処理装置８は、表示装置９に電気的に接続され、信号処理装置８によって計測された振動波形や振動のスペクトル等を表示する。
【００２４】
図２は、図１の超音波信号の伝播状態を示す説明図である。
【００２５】
本図に示すように、信号処理装置８からトリガパルスが超音波送信器６に入力される。超音波送信器６により、送信用超音波トランスジューサ１に電気パルス信号１０が付加されると、超音波トランスジューサ１内おいて電気パルス信号１０が超音波信号に変換され、原子炉圧力容器３内において超音波パルス１１が発生する。
【００２６】
この超音波パルス１１は、原子炉圧力容器３内を伝播し、炉水１２中に放射される。この炉水１２中を伝播した入射超音波パルス１３は、例えば、ジェットポンプ等の炉内構造物１４に入射されて反射する。入射超音波パルス１３が入射された炉内構造物１４の表面が原子炉圧力容器３に対して傾斜しているときには、反射超音波パルス１５は、反射の法則により炉内構造物１４の傾斜角度に応じた方向に傾斜して伝播することになる。
【００２７】
この傾斜して伝播した反射超音波パルス１５は、炉水１２と原子炉圧力容器３の境界に到達したときに、屈折によりさらに大きな傾斜角度で、原子炉圧力容器３内を伝播する反射超音波パルス１６となる。
【００２８】
上記受信用超音波トランスジューサ２は、予め求めておいた反射超音波パルス１６の到達点に設置しておき、反射超音波パルス１６を検出する。このようにして検出された超音波パルス１６は、受信用超音波トランスジューサ２内において電気パルス信号に変換される。この電気パルス信号を超音波受信器７において信号の増幅及びフィルタリング等の信号処理が行われる。
【００２９】
さらに、超音波受信器７の信号は、例えば、マイクロコンピュータや周波数復調器（ＦＭ復調器、ＦＭ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で構成される信号処理装置８でディジタル信号に変換され、この信号処理によって振動情報が得られる。
【００３０】
そして、信号処理装置８により処理された炉内構造物１４の振動情報が表示装置９に表示される。この表示装置９において、この入力された振動振幅波形、振動の周波数応答、振動振幅や振動位相の変化傾向（トレンド）が表示される。
【００３１】
このように構成された本実施の形態において、まず、図３に基づいて超音波パルス信号により振動を測定する方法を説明する。
【００３２】
図３は、図１の反射超音波信号を利用して振動測定を行なう方法を示す説明図である。
【００３３】
本図に示すように、使用する超音波パルスは、電気パルス信号１０としてＤＣパルス信号が用いられる。送信用超音波トランスジューサ１からの超音波パルス１１が、原子炉圧力容器３を経由して炉水１２中に入射超音波パルス１３として照射される。この照射された入射超音波パルス１３は、炉内構造物１４に入射されて反射する。
【００３４】
炉内構造物１４が原子炉圧力容器３に対しθ（度）傾斜しているときには、反射した反射超音波パルス１５は２θ（度）の方向へ伝播することになる。この反射超音波パルス１５が、炉水１２と原子炉圧力容器３の境界に到達したときには、超音波パルスが斜めに伝播していること及び炉水１２と原子炉圧力容器３の音速度の相違により、超音波パルス１６がさらに屈折する。
【００３５】
すなわち、反射超音波パルス１５が原子炉圧力容器３内を伝播する屈折角度α（度）は、スネルの法則により、以下の（２）式が示すように計算される。
【数２】
2011154040.tif 000004
【００３６】
ここに、炉水１２中の超音波音速度をＣwater（ｍ／ｓｅｃ）、原子炉圧力容器３中の超音波音速度をＣvessel（ｍ／ｓｅｃ）とする。
【００３７】
ここで、（２）式から分かるように、屈折角度α（度）は、炉水の音速度によって決まる。この炉水の音速度は、炉水の温度に依存する。
【００３８】
上述ように、屈折角度α（度）で原子炉圧力容器３内を伝播した超音波パルスは、受信用超音波トランスジューサ２によって受信される。感度良く超音波エコーを受信するためには、炉水の温度によっては、受信用超音波トランスジューサ２の位置を調整する必要がある。超音波技術便便覧（日刊工業新聞社、改訂４版、第１２０２頁〜第１２０３頁）に記載があるように、２５℃での音速度はＣwater＝１，４９７（ｍ／ｓｅｃ）であるが、２８７．８℃での音速度はＣwater＝９８０（ｍ／ｓｅｃ）となる。圧力容器中の音速度をＣvessel＝６，０００（ｍ／ｓｅｃ）とし、例えば、θ＝１度とすれば、２５℃のときの伝播角度α（２５）＝８度、２８７．８℃のときの伝播角度α（２８７．８）＝１２．３°と計算される。例えば、原子炉圧力容器３の板厚を１６０ｍｍとすれば、炉水が２５℃から２８７．８℃に上昇したときには、１６０ｍｍ×ｔａｎ（８度）−１６０ｍｍ×ｔａｎ（１２．３度）＝−１２．４ｍｍとなり、受信用超音波トランスジューサ２の最適な受信位置が約１２ｍｍ変化する。
【００３９】
非破壊検査便覧［新版］（日本非破壊検査協会編、昭和５３年４月、第４５８頁〜第４５９頁）や新非破壊検査便覧（（社）日本非破壊検査協会編、１９９２年１０月、第４５８頁〜第４５９頁）に記載があるように、２つの超音波トランスジューサを使用して、板厚計測や欠陥検出を行なう超音波探傷方法は広く使用されている。これらの例では、２つの超音波トランスジューサの位置は、原子炉圧力容器３の板厚Ｄだけを考慮している。しかし、炉内構造物１４からの超音波エコーを最適な位置で受信するため、本実施の形態においては、炉水の温度を考慮して受信用超音波トランスジューサ２の位置を調整している。
【００４０】
送信用超音波トランスジューサ１から送信される超音波パルスである電気パルス信号１０に対して、受信用超音波トランスジューサ２において超音波パルス１７ａ、１７ｂが検出される。
【００４１】
図４は、図１の送信される超音波パルス信号と受信される超音波パルス信号を示す説明図で、（ａ）はその送信用超音波トランスジューサ１から送信される超音波パルスである電気パルス信号１０のタイミングチャート、（ｂ）はその受信用超音波トランスジューサ２において受信される超音波パルス１７ａのタイミングチャート、（ｃ）はその受信用超音波トランスジューサ２において受信される超音波パルス１７ｂのタイミングチャートである。
【００４２】
炉内構造物１４が振動している場合は、受信された超音波パルス信号１７ａ、１７ｂの検出される時間は、炉内構造物の振動振幅に比例して変動する。図３の実線で示すように、炉内構造物１４が振動していないときの伝播時間をＴ（秒）とすると、以下の（３）式が示すように、この伝播時間Ｔは計算される。
【数３】
2011154040.tif 000005
【００４３】
また、図３の破線で示すように、炉内構造物１４が振動して振動振幅がΔＬのときは、Ｌは（Ｌ＋ΔＬ）となる。超音波パルスの伝搬時間Ｔの変化分をΔｔとすると、以下の（４）式が示すように、この伝播時間Δｔは計算される。
【数４】
2011154040.tif 000006
【００４４】
従って、以下の（５）式が示すように、振動振幅ΔＬは計算される。
【数５】
2011154040.tif 000007
【００４５】
よって、図１で示す信号処理装置８において伝播時間の変化分Δｔを測定すれば、振動振幅ΔＬを測定することができる。
【００４６】
ここで、超音波パルス信号１０を発生させる時間間隔をＴＳ（秒）とすると、その時間間隔ＴＳ（秒）毎に離散的に振動振幅を測定することができる。
【００４７】
図５は、図１の離散的な振動振幅の測定値から実際の振動波形を再構成する方法を示す説明図である。本図に示すように、離散的な信号を得ることができる。
【００４８】
周波数ｆ（Ｈｚ）の振動信号を再生するために、サンプリング定理を使用する。以下の（６）式が示すように、超音波パルス信号を発生させる時間間隔ＴＳ（秒）より周波数ｆ（Ｈｚ）を求めることができる。
【数６】
2011154040.tif 000008
【００４９】
例えば、１００Ｈｚの振動振幅を再生するためには、２００Ｈｚ（ＴＳ＝５０ｍｓｅｃ）間隔で超音波を発生させればよいことになる。
【００５０】
本実施の形態によれば、送信用超音波トランスジューサ１と受信用超音波トランスジューサ２を用いて、炉内構造物１４が原子炉圧力容器３に対して傾いている場合でも、炉内構造物１４からの反射超音波パルス１７ａ、１７ｂを受信できるので、炉内構造物１４の振動を測定できる。
【００５１】
図６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り、図７は、図６の送信ＲＦパルスと受信ＲＦパルスの時間関係及び周波数関係を示す説明図で、（ａ）はその送信用超音波トランスジューサから送信される送信ＲＦパルスのタイミングチャート、（ｂ）はその受信用超音波トランスジューサにおいて受信される受信ＲＦパルスのタイミングチャートである。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。
【００５２】
図６、図７（ａ）に示すように、超音波送信器６から発生する超音波パルス信号としてＲＦ（無線周波数）パルス信号１８が使用される。すなわち、超音波トランスジューサ１に図７（ａ）に示すＲＦパルス信号１８が入力されると、その結果として発生する入射超音波ＲＦパルス１９もＲＦパルス信号となる。このときのＲＦパルス信号の搬送波（キャリア）の周波数をｆ（Ｈｚ）とする。このＲＦパルス信号が炉水１２中を伝播し、炉内構造物１４に当たって反射し、炉水１２と原子炉圧力容器３の境界で屈折し、受信用超音波トランスジューサ２で受信される。
【００５３】
この受信された受信ＲＦパルス信号２０は、図４に示すように送信される超音波パルス信号および受信される超音波パルス信号と同様に、伝播時間Ｔまたは（Ｔ＋Δｔ）の時間間隔で観測される。炉内構造物１４の振動によって、反射ＲＦパルス信号はドップラシフトを起こすため、反射するＲＦパルス信号の周波数は変化している。
【００５４】
炉内構造物１４の振動速度をＶ（ｍ／ｓｅｃ）とすれば、以下の（７）式が示すように、この場合の周波数変化量Δｆ（Ｈｚ）を求めることができる。
【数７】
2011154040.tif 000009
【００５５】
ここに、Ｃwater（ｍ／ｓｅｃ）は、炉水１２の超音波音速度であり、θ（度）は、図６に示した原子炉圧力容器３と炉内構造物１４との間の傾斜角度である。
【００５６】
周波数変化量Δｆの測定方法は、例えば、図６に示す信号処理装置８内において、周波数復調回路を使用して測定される。（７）式において、周波数変化量Δｆを測定すれば、振動速度Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）を逆算することができる。この場合においても振動速度は離散的に測定されるので、図５に示した方法と同様に、測定値を信号処理装置８に取り込み、サンプリング定理を利用して振動速度波形を合成する。このデータを利用することにより、振動振幅波形や振動の加速度波形に変換され、これらが表示装置９に表示される。
【００５７】
本実施形態によれば、第１の実施の形態で用いたＤＣパルス信号１０の代わりに、ＲＦパルス信号１８を使用することにより、炉内構造物１４の振動に伴って発生する超音波パルス信号のドップラシフトを検出することができ、振動振幅及び振動速度を同時に測定することができ、測定精度の向上を図ることができる。
【００５８】
図８は、本発明の第３の実施の形態の原子炉振動監視装置の構成を示す説明図で、（ａ）はその原子炉圧力容器と炉内構造物との関係図、（ｂ）は（ａ）のＶIIIｂ‐ＶIIIｂ矢視方向を切断して上方から見た構成図である。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。
【００５９】
図８に示すように、炉内構造物１４は円で示してある。送信用超音波トランスジューサ１は原子炉圧力容器３の外側面を周方向に移動して、炉内構造物１４に超音波パルスが照射される場所を変更している。この変更に伴って、受信用超音波トランスジューサ２の位置も移動する。
【００６０】
本実施形態によれば、炉内構造物１４の表面が曲面であっても炉内構造物１４の振動を測定できる。また、振動の測定箇所を移動して、移動前の炉内構造物１４の振動波形と移動後の振動波形を使用することにより、炉内構造物１４の振動現象を詳細に測定することができる。
【００６１】
図９は、本発明の第４の実施の形態の原子炉振動監視装置の構成を示す説明図で、（ａ）はその原子炉圧力容器と炉内構造物との関係図、（ｂ）は（ａ）のIＸｂ‐IＸｂ矢視方向を切断して上方から見た構成図である。
【００６２】
図９に示すように、炉内構造物１４は円で示してある。送信用超音波トランスジューサ１の超音波パルス入射角度をβからγに変え、炉内構造物１４に超音波パルスが照射する場所を変更する。この変更に伴って、受信用超音波トランスジューサ２の受信角度をβからγに変更している。
【００６３】
本実施形態によれば、超音波パルス入射角度をβからγに変えることにより、送信用超音波トランスジューサ１及び受信用超音波トランスジューサ２の位置を移動することなく、振動の測定箇所を変更することができる。また、入射角度及び受信角度の変更前の炉内構造物１４の振動波形と入射角度及び受信角度の変更後の振動波形を用いることにより、炉内構造物１４の振動現象を詳細に測定することができる。
【００６４】
図１０は、本発明の第５の実施の形態の原子炉振動監視装置の構成を示す説明図で、（ａ）はその原子炉圧力容器と炉内構造物との関係図、（ｂ）は（ａ）のＸｂ‐Ｘｂ矢視方向を切断して上方から見た構成図である。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。
【００６５】
図１０に示すように、炉内構造物１４は円で示してある。送信用超音波トランスジューサ１の位置を変更し、炉内構造物１４に超音波パルスが照射する場所を変更する。この変更に伴って、受信用超音波トランスジューサ２を移動せずに受信角度をβからγに変更している。
【００６６】
本実施形態によれば、受信用超音波トランスジューサ２を移動せずに振動の測定箇所を変更することができる。また、炉内構造物１４の変更前の振動波形と変更後の振動波形を使用することにより、炉内構造物１４の振動現象を詳細に測定することができる。
【００６７】
図１１は、本発明の第６の実施の形態の原子炉振動監視装置の構成を示す説明図で、（ａ）はその原子炉圧力容器と炉内構造物との関係図、（ｂ）は（ａ）のＸIｂ‐ＸIｂ矢視方向を切断して上方から見た構成図である。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。
【００６８】
図１１に示すように、炉内構造物１４は円で示してある。送信用超音波トランスジューサ１の超音波を移動しないで超音波パルス入射角度をβからγに変え、炉内構造物１４に超音波パルスが照射する場所を変更する。この変更に伴って、受信用超音波トランスジューサ２の位置を変更し、超音波の受信位置を変更している。
【００６９】
本実施形態によれば、送信用超音波トランスジューサ１を移動しないで振動の測定箇所を変更することができる。また、炉内構造物１４の変更前の振動波形と変更後の振動波形を使用することにより、炉内構造物１４の振動現象を詳細に測定することができる。
【００７０】
図１２は、本発明の第７の実施の形態の原子炉振動監視装置を示す説明図で、（ａ）は炉内構造物の固有振動数の表示方法を示す特性図、（ｂ）はしきい値の設定方法を示す特性図である。
【００７１】
図１２（ａ）に示すように、信号処理装置８により処理された炉内構造物１４の振動情報の周波数分析を行い、固有振動周波数ΔＦを求め、図１２（ｂ）に示すように、表示装置９において炉内構造物１４の固有振動周波数ΔＦの経時変化を表示させている。
【００７２】
本実施形態によれば、測定した振動信号に基づいて固有振動周波数ΔＦの経時変化を表示することができるので、異常振動の把握が容易になり、炉内構造物の信頼性を向上させることができる。
【００７３】
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】
【００７４】
１…送信用超音波トランスジューサ、２…受信用超音波トランスジューサ、３…原子炉圧力容器、４ａ…ケーブル、４ｂ…ケーブル、５…原子炉格納容器、５ａ…原子炉格納容器信号取出口、６…超音波送信器、７…超音波受信器、８…信号処理装置、９…表示装置、１０…電気パルス信号、１１…超音波パルス、１２…炉水、１３…入射超音波パルス、１４…炉内構造物、１５…反射超音波パルス、１６…反射超音波パルス、１７ａ、１７ｂ…超音波パルス、１８…ＲＦパルス信号、１９…入射超音波ＲＦパルス、２０…受信ＲＦ超音波パルス、α…屈折角度、β，γ…超音波パルスの入射角度又は受信角度。
【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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