(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管に取り付けられた複数の超音波光プローブの中から第１および第２の超音波光プローブを選択する選択部と、
前記第１の超音波光プローブの超音波発振子に電力を供給して、前記超音波発振子から前記配管に超音波を入力し、前記超音波を前記配管を介して前記第２の超音波光プローブの光ファイバセンサに供給する電力供給部と、
前記第２の超音波光プローブの前記光ファイバセンサ中を透過したレーザ光を検出する光検出部と、
を備え、
前記超音波光プローブの各々は、楕円形に巻かれた光ファイバセンサを備える、配管検査装置。
【請求項２】
前記超音波光プローブは、前記配管の周りにＮ個（Ｎは２以上の整数）の超音波光プローブごとに環状に取り付けられ、かつ、前記楕円形の長軸が前記配管の周方向に平行となるように前記配管に取り付けられる、請求項１に記載の配管検査装置。
【請求項３】
配管に取り付けられた複数の超音波光プローブの中から第１および第２の超音波光プローブを選択する選択部と、
前記第１の超音波光プローブの超音波発振子に電力を供給して、前記超音波発振子から前記配管に超音波を入力し、前記超音波を前記配管を介して前記第２の超音波光プローブの光ファイバセンサに供給する電力供給部と、
前記第２の超音波光プローブの前記光ファイバセンサ中を透過したレーザ光を検出する光検出部と、
を備え、
前記超音波光プローブは、前記配管の表面を第１方向に延びる複数本の第１ラインと、前記配管の表面を第２方向に延びる複数本の第２ラインとの交点に取り付けられ、
前記選択部は、前記第１および第２の超音波光プローブとして、前記第１方向に２本の前記第２ライン分だけ離れ、前記第２方向に１本の前記第１ライン分だけ離れた超音波光プローブの組合せを選択する、
配管検査装置。
【請求項４】
前記超音波発振子は、
前記電力が供給されるコイルと、
前記コイル側に第１極を有し、前記コイルの反対側に第２極を有する第１磁石と、
前記第１磁石を取り囲む形状を有し、前記コイル側に前記第２極を有し、前記コイルの反対側に前記第１極を有する第２磁石と、
を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項５】
前記超音波発振子は、
前記電力が供給され、環形状に巻かれたコイルと、
前記環形状の内径よりも直径が大きい円柱形の磁石と、
を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項６】
前記選択部は、前記第１の超音波光プローブと前記第２の超音波光プローブとの複数の組合せを設定し、前記組合せは、前記配管の各スプールの肉厚測定のカバー率が前記組合せによる肉厚測定により１００％に達するように設定される、請求項１から５のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項７】
前記選択部は、前記複数の超音波光プローブの中から前記第１の超音波光プローブを選択する第１スイッチと、前記複数の超音波光プローブの中から前記第２の超音波光プローブを選択する第２スイッチとを備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項８】
前記選択部は、前記光ファイバセンサの第１端部から入力され、前記光ファイバセンサの第２端部から出力された前記レーザ光を検出する第１モードと、前記光ファイバセンサの前記第１端部から入力され、前記光ファイバセンサの前記第２端部に接続された反射部で反射され、前記光ファイバセンサの前記第１端部から出力された前記レーザ光を検出する第２モードとを切り替えるモードスイッチを備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項９】
前記選択部は、前記複数の超音波光プローブの中から、複数の第１の超音波光プローブと少なくとも１つの第２の超音波光プローブとを選択し、
前記電力供給部は、前記複数の第１の超音波光プローブの超音波発振子に同時に電力を供給して、前記超音波発振子から前記配管に超音波を入力し、前記超音波を前記配管を介して前記少なくとも１つの第２の超音波光プローブの光ファイバセンサに供給し、
前記光検出部は、前記少なくとも１つの第２の超音波光プローブの前記光ファイバセンサ中を透過したレーザ光を検出する、
請求項１から８のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項１０】
前記選択部は、前記複数の超音波光プローブの中から、少なくとも１つの第１の超音波光プローブと複数の第２の超音波光プローブとを選択し、
前記電力供給部は、前記少なくとも１つの第１の超音波光プローブの超音波発振子に電力を供給して、前記超音波発振子から前記配管に超音波を入力し、前記超音波を前記配管を介して前記複数の第２の超音波光プローブの光ファイバセンサに供給し、
前記光検出部は、前記複数の第２の超音波光プローブの前記光ファイバセンサ中を透過したレーザ光を同時に検出する、
請求項１から９のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項１１】
配管に取り付けられた複数の超音波発振子の中から第１の超音波発振子を選択し、前記配管に前記超音波発振子と分離して取り付けられた複数の光ファイバセンサの中から第１の光ファイバセンサを選択する選択部と、
前記第１の超音波発振子に電力を供給して、前記第１の超音波発振子から前記配管に超音波を入力し、前記超音波を前記配管を介して前記第１の光ファイバセンサに供給する電力供給部と、
前記第１の光ファイバセンサ中を透過したレーザ光を検出する光検出部と、
を備え、
前記光ファイバセンサの各々は、楕円形に巻かれている、配管検査装置。
【請求項１２】
前記光ファイバセンサは、前記配管の周りにＮ個（Ｎは２以上の整数）の光ファイバセンサごとに環状に取り付けられ、かつ、前記楕円形の長軸が前記配管の周方向に平行となるように前記配管に取り付けられる、請求項１１に記載の配管検査装置。
【請求項１３】
配管に取り付けられた複数の超音波発振子の中から第１の超音波発振子を選択し、前記配管に前記超音波発振子と分離して取り付けられた複数の光ファイバセンサの中から第１の光ファイバセンサを選択する選択部と、
前記第１の超音波発振子に電力を供給して、前記第１の超音波発振子から前記配管に超音波を入力し、前記超音波を前記配管を介して前記第１の光ファイバセンサに供給する電力供給部と、
前記第１の光ファイバセンサ中を透過したレーザ光を検出する光検出部と、
を備え、
前記超音波発振子および前記光ファイバセンサは、前記配管の表面を第１方向に延びる複数本の第１ラインと、前記配管の表面を第２方向に延びる複数本の第２ラインとの交点に取り付けられ、
前記選択部は、前記第１の超音波発振子および前記第１の光ファイバセンサとして、前記第１方向に２本の前記第２ライン分だけ離れ、前記第２方向に１本の前記第１ライン分だけ離れた超音波発振子および光ファイバセンサの組合せを選択する、
配管検査装置。
【請求項１４】
配管に取り付けられた複数の超音波光プローブの中から第１および第２の超音波光プローブを選択し、
前記第１の超音波光プローブの超音波発振子に電力を供給して、前記超音波発振子から前記配管に超音波を入力し、前記超音波を前記配管を介して前記第２の超音波光プローブの光ファイバセンサに供給し、
前記第２の超音波光プローブの前記光ファイバセンサ中を透過したレーザ光を検出し、
前記レーザ光の検出結果に基づいて、前記超音波の減衰率を算出し、
前記超音波の減衰率に基づいて、前記配管の減肉発生箇所と前記第２の超音波光プローブとの距離を算出する、
ことを含む配管検査方法。
【請求項１５】
配管に取り付けられた複数の超音波光プローブの中から第１および第２の超音波光プローブを選択し、
前記第１の超音波光プローブの超音波発振子に電力を供給して、前記超音波発振子から前記配管に超音波を入力し、前記超音波を前記配管を介して前記第２の超音波光プローブの光ファイバセンサに供給し、
前記第２の超音波光プローブの前記光ファイバセンサ中を透過したレーザ光を検出し、
前記レーザ光の検出結果に基づいて、前記超音波中の透過波および反射波を検出し、
前記透過波および前記反射波の検出結果に基づいて、前記配管の減肉発生箇所の形状または位置を推定する、
ことを含む配管検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、配管検査装置および配管検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配管の減肉や腐食の検査は、例えば、超音波探傷法を用いて行われる。超音波探傷法では、被試験体の表面に超音波を送受信する探触子を押し当て、被試験体内部に各種周波数の超音波を伝播させる。そして、被試験体内部の欠陥や被試験体の裏面で反射して戻ってきた超音波（エコー）を受信し、被試験体内部の状態を把握する。欠陥の位置は、超音波の送信から受信までに要する時間から測定され、欠陥の大きさは、受信したエコーの強度や欠陥エコーの出現する範囲の測定により算出される。
【０００３】
超音波による検査法は、原子力発電プラントにおいて、素材の板厚の測定や、ラミネーションなどの溶接欠陥の検出に用いられている。また、原子炉圧力容器回りのノズル開口部、ブランチ、配管継手を補強する溶接肉盛部の検査においても、超音波による検査法が用いられている。
【０００４】
発電プラントでは、流れ加速型腐食（ＦＡＣ：Flow Accelerated Corrosion）やエロージョンなどにより、配管のエルボ部やオリフィス部の下流側などに減肉が生じやすい傾向がある。このような知見に基づいて、配管減肉管理に関する規格（発電用設備規格JSME S CA1-2005）が日本機械学会（ＪＳＭＥ）により策定されている。この規格によれば、配管減肉管理は、超音波肉厚測定器を用いた配管肉厚測定により行われる。しかしながら、この手法は、肉厚測定のたびに配管を覆う断熱材を解体、復旧する必要があるため、多大な時間とコストを要する。
【０００５】
そこで、低コストの減肉管理を実現するため、埋め込み型の定点測定用センサが開発されている。例えば、電磁超音波発振子（ＥＭＡＴ：Electro Magnetic Acoustic Transducer）と光ファイバセンサとを組み合わせた超音波光プローブを使用する光ファイバＥＭＡＴ法が知られている。電磁超音波発振子は、電磁力の作用により配管内に超音波を励起する発振子である。光ファイバセンサは、励起された超音波の共振波をレーザ光により検出するためのセンサである。光ファイバＥＭＡＴ法では、このレーザ光の検出結果を解析することにより、配管の肉厚や配管内部の欠陥の情報を得ることができる。
【０００６】
図１は、マトリクス定点法および３Ｄ−ＵＴ全面探傷法について説明するための斜視図である。図２は、配管減肉現象について説明するための断面図である。
【０００７】
ＪＳＭＥの減肉管理規格要求では、図１(ａ)に示すように、配管１のＦＡＣを検出するために、マトリクス定点における配管１の肉厚を測定するのみでよい。図１(ａ)は、サイズが１５０Ａ以上の配管１のエルボ部１ａを示している。ＪＳＭＥの配管減肉規格によれば、配管１のサイズが１５０Ａ以上の場合、測定点Ｐ間の軸方向ピッチは配管外径以下の長さに設定され、配管１の周方向には１周あたり８個（４５°ピッチ）の測定点Ｐが設けられる。配管１の肉厚は、測定点Ｐに板厚センサ３を押し当てることで測定される。
【０００８】
しかしながら、実際の発電プラントの配管１では、図２に示すように、ＦＡＣ４だけでなく、ＬＤＩ（Liquid Droplet Impingement：液滴衝撃エロージョン）２と呼ばれるピンホール状の局部減肉が発生している。図２は、オリフィス部１ｂの下流に位置するエルボ部１ａを示している。マトリクス定点のみでのＵＴ測定では、このようなＬＤＩ２を見逃す恐れがある。
【０００９】
そこで、発電事業者は、ＬＤＩ２が発生する可能性の高いエルボ部１ａについて、ＵＴ全面探傷による検知漏れのない肉厚測定を管理指針に追加する方針を示している。ＵＴ全面探傷は、図１(ｂ)に矢印Ｓで示すように、板厚センサ３を機械走査する３Ｄ−ＵＴ全面探傷法で実行できる。しかしながら、３Ｄ−ＵＴ全面探傷法では、走査機構の設置や調整に長い時間がかかる。そのため、短時間で簡易にエルボ部１ａを全面探傷できる配管検査方法が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１３０８５４号公報
【特許文献２】特開２００５−１００５５号公報
【特許文献３】特開２００８−２８１５５９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】内ヶ崎儀一郎他「原子力と設計技術」大河出版（1980）pp.226-250
【非特許文献２】佐々木、高橋他「光ファイバドップラセンサを用いた電磁超音波共鳴法による金属厚さ測定」溶接構造シンポジウム2006講演論文集（2006年11月）
【非特許文献３】高橋、佐々木他「光ファイバドップラを利用した電磁超音波共振法による金属配管厚さ測定」保全学会「第1回検査・評価・保全に関する連携講演会」資料（2008年1月）
【非特許文献４】山家、高橋、阿彦「火力発電プラントにおける配管減肉の測定技術」東芝レビューVol.63, No.4（2008）pp.41-44
【非特許文献５】佐々木、高橋、山家「電磁超音波共振法による配管減肉測定技術」火力原子力発電No.636, Vol.60（2009）pp.40-46
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
光ファイバＥＭＡＴ法では、配管１の表面に複数の超音波光プローブを取り付け、これらの超音波光プローブの設置箇所の配管１の肉厚を測定する。しかしながら、従来の光ファイバＥＭＡＴ法では、超音波光プローブの設置箇所の直下の配管１の肉厚しか測定することができない。よって、光ファイバＥＭＡＴ法では、配管１のＬＤＩ２の検出漏れが生じる可能性がある。そのため、配管１のＦＡＣ４とＬＤＩ２とを高精度に検出できる配管検査方法が必要とされている。
【００１３】
そこで、本発明は、超音波光プローブの設置箇所以外の場所における配管の状態を検査可能な配管検査装置および配管検査方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一の実施形態によれば、配管検査装置は、配管に取り付けられた複数の超音波光プローブの中から第１および第２の超音波光プローブを選択する選択部を備える。さらに、前記装置は、前記第１の超音波光プローブの超音波発振子に電力を供給して、前記超音波発振子から前記配管に超音波を入力し、前記超音波を前記配管を介して前記第２の超音波光プローブの光ファイバセンサに供給する電力供給部を備える。さらに、前記装置は、前記第２の超音波光プローブの前記光ファイバセンサ中を透過したレーザ光を検出する光検出部を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】マトリクス定点法および３Ｄ−ＵＴ全面探傷法について説明するための斜視図である。
【図２】配管減肉現象について説明するための断面図である。
【図３】第１実施形態の配管検査システムの構成を示す概略図である。
【図４】第１実施形態の各超音波光プローブの構成を示す概略図である。
【図５】第１実施形態の超音波光プローブの配管への取り付け例を示す概略図である。
【図６】第１実施形態の配管検査方法を説明するための断面図および側面図である。
【図７】第１実施形態における超音波伝播距離の増加方法の例を説明するための断面図である。
【図８】第１実施形態の配管検査方法を説明するための断面図および側面図である。
【図９】第１実施形態における超音波受信面積の増加方法の例を説明するための側面図である。
【図１０】第１実施形態の光ファイバセンサの構成例を説明するための図である。
【図１１】第１実施形態のＬＤＩ検出について説明するための図である。
【図１２】第１実施形態のＬＤＩ検出について説明するためのグラフである。
【図１３】第１実施形態のＬＤＩ検出エリアについて説明するための図である。
【図１４】第１実施形態のＬＤＩ検出について説明するための図である。
【図１５】第１実施形態の変形例のＬＤＩ検出について説明するための図である。
【図１６】第１実施形態のＬＤＩの種類を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図３は、第１実施形態の配管検査システムの構成を示す概略図である。
【００１８】
図３の配管検査システムは、配管１の表面に取り付けられた複数の超音波光プローブ５と、配管検査装置６と、コンピュータ７とを備えている。図３は、これらの超音波光プローブ５のうちの１つを示している。配管１の例は、原子力発電プラントや、火力発電プラントや、地熱発電プラント内の配管や、パイプラインや水道管を構成する配管である。
【００１９】
各超音波光プローブ５は、電磁超音波発振子（以下「ＥＭＡＴ」と呼ぶ）１１と、光ファイバセンサ１２とを備えている。配管検査装置６は、光源２１と、光干渉計２２と、波形信号発生器２３と、増幅器２４と、電気スイッチ２５と、光スイッチ２６と、モードスイッチ２７とを備えている。光干渉計２２は、光検出部の例である。波形信号発生器２３および増幅器２４は、電力供給部の例である。電気スイッチ２５、光スイッチ２６、およびモードスイッチ２７は、選択部の例である。また、電気スイッチ２５と光スイッチ２６はそれぞれ、第１および第２スイッチの例である。
【００２０】
ＥＭＡＴ１１は、光ファイバセンサ１２を介して配管１に取り付けられており、電磁力の作用により配管１内に超音波を励起する。光ファイバセンサ１２は、線状の光ファイバが渦巻状（蚊取り線香状）に巻かれて可撓性を有する円形平板になっており、励起された超音波の共振波をレーザ光により検出するために使用される。この円形平板は例えば、５円玉硬貨と同程度のサイズを有している。
【００２１】
波形信号発生器２３と増幅器２４は、コンピュータ７による制御のもと、高周波電流を発生および増幅させ、ＥＭＡＴ１１に供給する。これにより、ＥＭＡＴ１１に電力が供給される。光源２１は、基準レーザ光を発生させ、光ファイバセンサ１２に供給する。光干渉計２２は、光ファイバセンサ１２中を透過した基準レーザ光の変動を検出する。
【００２２】
コンピュータ７は、配管１の腐食や減肉など、配管１の劣化に関する判定閾値が格納された診断データベースを有している。コンピュータ７は、光干渉計２２から受信した原波形の検出結果や、この原波形に信号処理を施した処理結果を、診断データベース内のデータと照合して、配管１の劣化度を判定する。
【００２３】
図３の配管検査システムは、第１の光ファイバ３１と、第２の光ファイバ３２と、電源線３３とを備えている。第１の光ファイバ３１は、光源２１から各超音波光プローブ５の光ファイバセンサ１２にレーザ光を伝達するために使用され、第２の光ファイバ３２は、各超音波光プローブ５の光ファイバセンサ１２から光干渉計２２にレーザ光を伝達するために使用される。電源線３３は、増幅器２４から各超音波光プローブ５のＥＭＡＴ１１に高周波電流を供給するために使用される。
【００２４】
配管検査装置６は、電源線３３上に設けられた電気スイッチ２５と、第２の光ファイバ３２上に設けられた光スイッチ２６と、第１および第２の光ファイバ３１、３２に接続されたモードスイッチ２７とを備えている。なお、光スイッチ２６は、第１の光ファイバ３１上に設けられていてもよいし、第１および第２の光ファイバ３１、３２上に設けられていてもよい。
【００２５】
電気スイッチ２５は、複数の超音波光プローブ５の中から、増幅器２４に接続する超音波光プローブ５を選択するために使用される。電気スイッチ２５によりある超音波光プローブ５が選択されると、増幅器２４からその超音波光プローブ５のＥＭＡＴ１１に高周波電流が供給される。本実施形態の電気スイッチ２５は、９６チャンネルを有し、９６個の超音波光プローブ５を制御可能である。
【００２６】
光スイッチ２６は、複数の超音波光プローブ５の中から、光干渉計２２に接続する超音波光プローブ５を選択するために使用される。光スイッチ２６によりある超音波光プローブ５が選択されると、その超音波光プローブ５の光ファイバセンサ１２から光干渉計２２にレーザ光が供給される。本実施形態の光スイッチ２６は、３２チャンネルを有し、３２個の超音波光プローブ５を制御可能である。
【００２７】
モードスイッチ２７は、複線化された第１および第２の光ファイバ３１、３２に接続された超音波光プローブ５と、単線化された光ファイバ４１（図１０）に接続された超音波光プローブ５との切り替え用に使用される。モードスイッチ２７の詳細は後述する。
【００２８】
なお、本実施形態の電気スイッチ２５、光スイッチ２６、およびモードスイッチ２７の制御は、コンピュータ７により行われる。
【００２９】
図４は、第１実施形態の各超音波光プローブ５の構成を示す概略図である。
【００３０】
ＥＭＡＴ１１は、永久磁石Ａ１と電気コイルＡ２とを備えている。永久磁石Ａ１と電気コイルＡ２は、樹脂シート１３を介して一体化されている。
【００３１】
永久磁石Ａ１の耐熱性や耐久性を支配する要素としては、永久磁石Ａ１の材質がある。耐熱性のよい永久磁石Ａ１の材質の例は、サマリウムコバルトである。サマリウムコバルトの減磁点は３５０℃〜４００℃の間にあるため、サマリウムコバルトの永久磁石Ａ１を高温で使用する場合には、３５０℃以下で使用することが望ましい。
【００３２】
また、コバルトを希少金属と考える観点から、コバルトの代替材料を使用した永久磁石Ａ１も開発され始めている。例えば、サマリウム鉄系（Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系など）の永久磁石Ａ１が、ボンド磁石として商品化されている。高温アプリケーションである光ファイバＥＭＡＴ法を実行するために、永久磁石Ａ１としてサマリウム鉄系の焼結磁石を使用すれば、より安価で環境にやさしい超音波光プローブ５を実現することができる。
【００３３】
電気コイルＡ２には、増幅器２４から高周波電流が供給される。その結果、電気コイルＡ２内の電磁誘導で発生するローレンツ力や磁歪により、配管１の内部に超音波が励起される。なお、高周波電流は、コンピュータ７による波形信号発生器２３および増幅器２４の制御により、所定の周波数および振幅を有するように調整される。電気コイルＡ２は、環形状に巻かれて円形平板になっている。
【００３４】
光ファイバセンサ１２は、樹脂シート１３と接着剤１４により、ＥＭＡＴ１１と一体化されている。また、超音波光プローブ５は、接着剤１４により、測定対象の配管１に接着されている。
【００３５】
ＥＭＡＴ１１から配管１に超音波を入力すると、この超音波の一部が光ファイバセンサ１２に到達する。ここで、光源２１からの基準レーザ光が光ファイバセンサ１２に入力されている状態で、光ファイバセンサ１２に超音波が到達すると、光ファイバセンサ１２が超音波の影響で微小に伸縮し、基準レーザ光にドップラー周波数のシフトや偏波面の変動が生じる。
【００３６】
光干渉計２２は、この光ファイバセンサ１２中を透過してきた基準レーザ光を光電変換して計測することで、この変動を検出する。このように、光干渉計２２は、超音波の肉厚方向の共振状態を、基準レーザ光の検出を通して検出することができる。コンピュータ７は、光干渉計２２による基準レーザ光の検出結果に基づいて、配管１の状態を判定することができる。
【００３７】
このように、ＥＭＡＴ１１から配管１に入力された超音波は、配管１を介して光ファイバセンサ１２に供給される。
【００３８】
この際、本実施形態の配管検査システムは、ＥＭＡＴ１１から同じ超音波光プローブ５の光ファイバセンサ１２に超音波を供給し、この光ファイバセンサ１２中を透過した基準レーザ光を光干渉計２２により検出することができる。この場合、電気スイッチ２５と光スイッチ２６は、同じ超音波光プローブ５を選択する。コンピュータ７は、この基準レーザ光の検出結果に基づいて、この超音波光プローブ５の設置箇所の直下の配管１の状態を判定することができる。
【００３９】
一方、本実施形態の配管検査システムは、ＥＭＡＴ１１から異なる超音波光プローブ５の光ファイバセンサ１２に超音波を供給し、この光ファイバセンサ１２中を透過した基準レーザ光を光干渉計２２により検出することもできる。この場合、電気スイッチ２５と光スイッチ２６は、異なる超音波光プローブ５を選択する。電気スイッチ２５により選択される超音波光プローブ５は、第１の超音波光プローブの例であり、光スイッチ２６により選択される超音波光プローブ５は、第２の超音波光プローブの例である。コンピュータ７は、この基準レーザ光の検出結果に基づいて、これらの超音波光プローブ５の設置箇所以外の場所の配管１の状態を判定することができる。この処理の詳細は後述する。
【００４０】
超音波光プローブ５は、ＥＭＡＴ１１の形状を図４のような単純な形状としても、肉厚計測上は十分な信号強度が得られる。肉厚計測の精度や感度を左右する要因としては、ＥＭＡＴ１１の発振パワーと、光ファイバセンサ１２の配管１への密着度が挙げられる。そのため、高温下での永久磁石Ａ１の磁力と、光ファイバセンサ１２と配管１との接合部の信頼性（耐久性）が重要となる。
【００４１】
永久磁石Ａ１の磁力に関しては、高温用の耐熱性の永久磁石Ａ１を使いこれを鍍金することにより、永久磁石Ａ１の酸化を防ぐ方法がある。鍍金した高温用の永久磁石Ａ１と、ポリイミドコーティングの電気コイルＡ２とを使うことで、ＥＭＡＴ１１の発振パワーを高温下でも保持することができる。
【００４２】
一方、光ファイバセンサ１２と配管１との接合方法の例は、高温接着剤による接着や、溶射などである。光ファイバセンサ１２は、配管１の表面形状や曲率などに合わせて配管１の表面に密着させるように配置し、接着や溶射により配管１の表面に固定することが望ましい。この際、光ファイバセンサ１２と配管１は、直接密着させてもよいし、フレキシブルシートなどの間接材を介して密着させてもよい。後者の場合、接合強度が高くなることで耐熱性や耐久性などの信頼性を長期に渡って向上させることや、施工が容易なため安価な材料で接合を行うことが可能となる。
【００４３】
ポリイミドコーティングの光ファイバセンサ１２を接着する場合には、ポリイミド系の接着剤が長期信頼性がよく、エポキシ系やシリコン系の接着剤は比較的劣化が早い傾向がある。ポリイミドコーティングの光ファイバセンサ１２を金属製の配管１に接合する際には、ポリイミド系の接着剤を使用して真空含浸法にて接着することが望ましい。
【００４４】
真空含浸法ではまず、光ファイバセンサ１２を、接着剤を含浸させたガラスクロスで挟む。次に、これを面状ヒーターまたはラバーヒーターと一緒に配管１の表面に真空パックして大気圧で押し付けつつ、ヒーターの温度調整により所定の加熱硬化を行う。次に、硬化および接着後に、リリースフィルム、ブリーザー、ヒーター、パックフィルムなどを、ガラスクロスの表面から取り外す。
【００４５】
また、光ファイバセンサ１２は、次の手順で作製可能である。まず、耐熱性コーティングファイバを渦巻状に巻く。次に、渦巻状に巻いた耐熱性コーティングファイバを、ポリイミドなどの耐熱材からなるフレキシブルシート上に、ポリイミドワニスを用いて固定する。なお、光ファイバセンサ１２は、このフレキシブルシートと一緒に接着剤を含浸したガラスクロスに挟んでもよいし、直接ガラスクロスに挟んでもよい。
【００４６】
また、ポリイミド系の接着剤の代わりに、金属粉を配合したセラミックス系の接着剤を使用してもよい。金属粉を配合したセラミックス系の接着剤には、施工性と耐久性の良いものあることが確認されている。このような接着剤を用いる場合、光ファイバセンサ１２を配管１の表面において単純に接着剤を塗布して保持し、接着剤を室温硬化させることにより、十分な接合強度を得られる。この場合、光ファイバセンサ１２と配管１の間にガラスクロスを介在させてもよいし、介在させなくてもよい。
【００４７】
図５は、第１実施形態の超音波光プローブ５の配管１への取り付け例を示す概略図である。
【００４８】
本実施形態では、複数の超音波光プローブ５を配管１の外面に取り付け、配管１の内面と外面から多重反射した共振超音波信号をコンピュータ７により解析することで、配管１の肉厚を測定する。配管１の材質は、例えば炭素鋼である。本実施形態では、超音波光プローブ５をあらかじめ配管１と断熱材（保温材）８との間に埋め込んでおくことで、肉厚測定（劣化度判定）をオンラインで行うことが可能となる。本実施形態によれば、肉厚測定のたびに断熱材８を解体、復旧する必要がないため、発電プラントの安全性や設備稼働率を高めることができる。
【００４９】
配管減肉管理規格では、配管１の肉厚測定点の位置が、配管１の径に応じて決められている。配管１のサイズが１５０Ａ（外径：約１６５ｍｍ）以上の場合は、配管１の周方向に８箇所（４５°間隔）と決められている。また、配管１のサイズが１５０Ａ未満の場合は、配管１の周方向に４箇所（９０°間隔）と決められている。図５は、前者の場合の例を示している。なお、配管１の軸方向については、配管１の外径長さ以下の間隔で配管１の肉厚測定点を設定することが決められている。
【００５０】
これらの超音波光プローブ５を用いて配管１の肉厚を測定する方法を説明する。
【００５１】
ＥＭＡＴ１１の電気コイルＡ２は、高周波電流が流れると、配管１を振動させ、配管１内に超音波を発生させる。この際、コンピュータ７は、波形信号発生器２３を通じて高周波電流の周波数を変化させることにより、超音波の周波数を所望の周波数帯域でスイープさせる。
【００５２】
配管１内の超音波は、光ファイバセンサ１２に伝播する。光ファイバセンサ１２に基準レーザ光が入力されている状態で光ファイバセンサ１２に超音波が到達すると、基準レーザ光にドップラー周波数のシフトや偏波面の変動が生じる。この変動値（伸縮速度）を光干渉計２ｂが光電変換により電圧値に変換することで、配管１内を伝播する超音波の周波数を計測することが可能となる。
【００５３】
配管１の肉厚ｄと、配管１内の超音波の波長λとの間に、λ＝２ｄの関係が成り立つとき、超音波の入射波と反射波とが共振し、これらの合成波の振幅が大きくなる。この関係は、配管１内の超音波の周波数ｆと音速ｖを用いて、ｆ＝ｖ／２ｄと表すことができる。よって、共振発生時の超音波の周波数ｆと音速ｖとが得られれば、配管１の肉厚ｄを求めることができる。
【００５４】
そこで、本実施形態では、配管１の肉厚ｄを測定する際、超音波の周波数を所望の周波数帯域でスイープさせ、共振周波数ｆを測定する。一方、音速ｖは、配管１の材質から算出可能である。よって、本実施形態では、測定された共振周波数ｆと、算出された音速ｖとを用いて、配管１の肉厚ｄを導出することができる。
【００５５】
例えば、肉厚１５ｍｍの鋼製の配管１の場合、２００ｋＨｚの超音波を入力すると共振が生じる。本実施形態によれば、配管１が鋼製であることと、共振周波数ｆが２００ｋＨｚであることが分かれば、配管１の肉厚ｄが１５ｍｍであることを決定できる。
【００５６】
本実施形態の超音波光プローブ５は、原子力発電所や火力発電所の配管１のエルボ部やオリフィス部の下流側など、統計的に減肉しやすいと考えられる箇所や、地熱発電所配管や水道管を構成する配管１の閉塞を起こしやすい箇所等に取り付けることが望ましい。また、本実施形態の波形信号発生器２３は、配管１内に発生させる振動の周波数を、配管１の厚さに応じて１Ｈｚ〜１０ＭＨｚの任意の周波数に設定可能なように構成することが望ましい。また、本実施形態のコンピュータ７は、光干渉計２２を介して、周波数２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの超音波振動だけでなく、周波数１Ｈｚ〜２０ｋＨｚの非超音波振動も検出可能なように構成することが望ましい。
【００５７】
図５は、第２の光ファイバ３２を示している。第１および第２の光ファイバ３１、３２は、表面が露出していてもよいし、樹脂シートやフレキシブルシート材などの部材で挟まれていてもよいし、これらの組み合わせで構成されていてもよい。また、第１および第２の光ファイバ３１、３２とこれらを挟む部材との間の隙間には、接着剤が充填されていてもよい。
【００５８】
（１）第１実施形態の配管検査方法
図６は、第１実施形態の配管検査方法を説明するための断面図および側面図である。
【００５９】
図６(ａ)および図６(ｂ)は、配管１の１本分のスプールの断面および側面を示している。具体的には、ＪＳＭＥの発電用火力設備規格（JSME S CA1-2009年）に従い、１５０Ａ以上のサイズを有する配管１に４列の超音波光プローブ５を設置した例を示している。各列は、８つの超音波光プローブ５を等間隔に含んでいる。これらの列間の距離は、配管１の直径（外径）φと同じ値に設定されている。この例では、このように３２個の超音波光プローブ５が配管１の各スプールに設置されている。
【００６０】
本実施形態の配管検査システムは通常、ＥＭＡＴ１１から同じ超音波光プローブ５の光ファイバセンサ１２に超音波を供給し、この光ファイバセンサ１２中を透過した基準レーザ光を光干渉計２２により検出する。この場合、コンピュータ７は、この光ファイバセンサ１２の設置箇所の配管１の肉厚（すなわち、この光ファイバセンサ１２の直下における配管１の肉厚）を測定することができる。
【００６１】
本実施形態の配管検査システムは、このような測定により、配管１のＦＡＣ４（図２）を検出することができる。一般に、光ファイバＥＭＡＴ法を実行する際の超音波光プローブ５同士の設置間隔は、配管１のＦＡＣ４を十分な精度で検出可能な値に設定される。
【００６２】
また、本実施形態の配管検査システムは、ＥＭＡＴ１１から異なる超音波光プローブ５の光ファイバセンサ１２に超音波を供給し、この光ファイバセンサ１２中を透過した基準レーザ光を光干渉計２２により検出することもできる。この場合、コンピュータ７は、この光ファイバセンサ１２の設置箇所以外の場所の配管１の肉厚を測定することができる。
【００６３】
図６(ｂ)は、超音波光プローブ５ａのＥＭＡＴ１１から超音波光プローブ５ｃの光ファイバセンサ１２に超音波を供給する例や、超音波光プローブ５ｂのＥＭＡＴ１１から超音波光プローブ５ｄの光ファイバセンサ１２に超音波を供給する例を示している。本実施形態では、超音波を発信する超音波光プローブ５（ＥＭＡＴ１１）と、超音波を受信する超音波光プローブ５（光ファイバセンサ１２）との様々な組合せを設定することで、超音波を様々なルートで伝播させることができる。例えば、これらのルートが配管１の表面を網目状に覆うように、様々なルートを設定することができる。
【００６４】
本実施形態の配管検査システムは、このような測定により、超音波光プローブ５の設置箇所以外の場所の配管１の減肉や欠陥を検出することができる。図６(ｂ)は、このような場所にある配管１のＬＤＩ２を検出する様子を示している。
【００６５】
このＬＤＩ２は、超音波光プローブ５ａ、５ｃを最短距離で結ぶルート付近に存在しているため、超音波光プローブ５ａのＥＭＡＴ１１から超音波光プローブ５ｃの光ファイバセンサ１２に供給される超音波を用いて検出することができる。また、このＬＤＩ２は、超音波光プローブ５ｂ、５ｄを最短距離で結ぶルート付近に存在しているため、超音波光プローブ５ｂのＥＭＡＴ１１から超音波光プローブ５ｄの光ファイバセンサ１２に供給される超音波を用いても検出することができる。
【００６６】
このように、本実施形態の配管検査システムは、配管１のＦＡＣ４とＬＤＩ２の両方を検出することができる。本実施形態の配管検査システムは、電気スイッチ２５と光スイッチ２６により超音波を発信する超音波光プローブ５と超音波を受信する超音波光プローブ５との組合せを切り替えることで、超音波の伝播ルートを調整することができ、配管１の様々な箇所のＦＡＣ４やＬＤＩ２を検出することができる。
【００６７】
本実施形態では、異なる超音波光プローブ５間で超音波を送受信する。そのため、ＥＭＡＴ１１の超音波伝播距離や、光ファイバセンサ１２の超音波受信面積を増加させることが望ましい。以下、超音波伝播距離や超音波受信面積の増加方法の具体例を説明する。
【００６８】
図７は、第１実施形態における超音波伝播距離の増加方法の例を説明するための断面図である。
【００６９】
図７(ａ)は、超音波光プローブ５の構成の第１の例を示す断面図である。
【００７０】
図７(ａ)のＥＭＡＴ１１は、２つの永久磁石Ａ１と、１つの電気コイルＡ２とを備えている。電気コイルＡ２は、環形状に巻かれている。電気コイルＡ２の外径は、例えば１５ｍｍである。永久磁石Ａ１の一方は、円柱形の磁石であり、電気コイルＡ２側にＮ極、電気コイルＡ２の反対側にＳ極を有している。永久磁石Ａ１の他方は、円柱形の磁石を取り囲む円管形の磁石であり、電気コイルＡ２側にＳ極、電気コイルＡ２の反対側にＮ極を有している。円管形の磁石の外径は、例えば２０ｍｍである。Ｎ極とＳ極はそれぞれ、第１極と第２極の例である。
【００７１】
このように、これらの永久磁石Ａ１は、反対向きの磁化を有している。よって、図７(ａ)のＥＭＡＴ１１は、配管１の肉厚方向に垂直な磁場Ｂを発生させる。よって、配管１内の電荷には、電場Ｅおよび磁場Ｂに垂直なローレンツ力Ｆ、すなわち、配管１の肉厚方向に平行なローレンツ力Ｆが作用する。これらの永久磁石Ａ１間の隙間は、空隙でもよいし、アモルファス合金などの高透磁率材料が挿入されていてもよい。
【００７２】
このように、図７(ａ)の超音波光プローブ５は、配管１の肉厚方向に垂直な磁場Ｂを配管１にかけることができる。このような磁場Ｂには例えば、配管１の肉厚方向での共振のＳＮ比を高めることができるという利点がある。よって、図７(ａ)の構成によれば、ＥＭＡＴ１１の共振信号を、このＥＭＡＴ１１から離れた光ファイバセンサ１２で検出することが可能となる。実験によれば、軸方向に２φ、周方向に１８０°離れた超音波光プローブ５間で共振信号を検出することができた。
【００７３】
図７(ｂ)は、超音波光プローブ５の構成の第２の例を示す断面図である。
【００７４】
図７(ｂ)のＥＭＡＴ１１は、１つの永久磁石Ａ１と、１つの電気コイルＡ２とを備えている。電気コイルＡ２は、環形状に巻かれている。電気コイルＡ２の外径は、例えば３０ｍｍである。永久磁石Ａ１は、電気コイルＡ２の内径ｄ２よりも直径ｄ１が大きい円柱形の磁石である。永久磁石Ａ１の直径ｄ１は、例えば２５ｍｍである。永久磁石Ａ１の厚さは、例えば５ｍｍである。永久磁石Ａ１は、電気コイルＡ２側にＳ極、電気コイルＡ２の反対側にＮ極を有している。
【００７５】
よって、図７(ｂ)のＥＭＡＴ１１は、配管１の肉厚方向に平行な磁場Ｂを発生させる。よって、配管１内の電荷には、電場Ｅおよび磁場Ｂに垂直なローレンツ力Ｆ、すなわち、配管１の肉厚方向に垂直なローレンツ力Ｆが作用する。
【００７６】
また、図７(ｂ)のＥＭＡＴ１１は、電気コイルＡ２の内径ｄ２より大きな直径ｄ１を有する大型の永久磁石Ａ１を備えている。このような構成には例えば、ＥＭＡＴ１１の共振信号の強度を高めることができるという利点がある。よって、図７(ｂ)の構成によれば、ＥＭＡＴ１１の共振信号を、このＥＭＡＴ１１から離れた光ファイバセンサ１２で検出することが可能となる。
【００７７】
このように、本実施形態では、配管１の肉厚方向に平行な方向にも、配管１の肉厚方向に垂直な方向にも広域に伝播する超音波を励起可能なＥＭＡＴ（広域励起ＥＭＡＴ）１１を使用することが望ましい。
【００７８】
図８は、第１実施形態の配管検査方法を説明するための断面図および側面図である。
【００７９】
図８(ａ)および図８(ｂ)は、図６(ａ)および図６(ｂ)と同様に、配管１の１本分のスプールの断面および側面を示している。ただし、図８(ａ)および図８(ｂ)は、広域励起ＥＭＡＴ１１を使用した配管検査方法の例を示している。
【００８０】
本実施形態では、広域励起ＥＭＡＴ１１を備える超音波光プローブ５を使用することにより、離れた超音波光プローブ５間で超音波を送受信することができる。図８(ｂ)は、超音波光プローブ５ｅから、超音波光プローブ５ｅの隣の列の超音波光プローブ５ｆに超音波を供給する例を示している。図８(ｂ)はさらに、超音波光プローブ５ｅから、超音波光プローブ５ｆの隣の列の超音波光プローブ５ｇに超音波を供給する例を示している。この場合には例えば、これらの列の間に位置するＬＤＩ２を検出することができる。
【００８１】
また、本実施形態では、広域励起ＥＭＡＴ１１を備える超音波光プローブ５を使用することにより、各スプールの超音波光プローブ５の個数を減らすことができる。図８(ａ)および図８(ｂ)では、各スプールに４列の超音波光プローブ５を設置し、各列に８つの超音波光プローブ５を設置している。よって、各スプールは、３２個の超音波光プローブ５を有している。
【００８２】
しかしながら、本実施形態の広域励起ＥＭＡＴ１１を使用する場合、軸方向に２φ、周方向に１８０°離れた超音波光プローブ５間で共振信号を検出することが可能である。よって、本実施形態では、各スプールに２列の超音波光プローブ５を設置し、各列に２つの超音波光プローブ５を設置する構成を採用可能である。この場合、各スプールの超音波光プローブ５の個数を１／８に（３２個から４個に）減らすことができる。
【００８３】
本実施形態によれば、配管１の肉厚の測定精度（例えば±０．１ｍｍ）を維持しつつ、配管１に設置する超音波光プローブ５の個数を低減することが可能となる。なお、本実施形態では、ＥＭＡＴ１１の超音波伝搬距離をさらに増加させることで、配管１に設置する超音波光プローブ５の個数をさらに低減できる可能性がある。
【００８４】
ただし、ＪＳＭＥ規格上は、マトリクス定点上でＥＭＡＴ１１を発振させる必要があるため、本実施形態では、広域励起ＥＭＡＴ１１を各スプールの３２箇所に設置し、光ファイバセンサ１２を各スプールの前述の４箇所に設置し、これら４箇所の光ファイバセンサ１２でスプール全域の肉厚測定をカバーする形とする。
【００８５】
図９は、第１実施形態における超音波受信面積の増加方法の例を説明するための側面図である。
【００８６】
本実施形態では、各光ファイバセンサ１２がカバーする配管１の表面領域を増大させるために、各光ファイバセンサ１２の巻き数を増やしたり、各光ファイバセンサ１２の面積を広げることが望ましい。
【００８７】
そこで、本実施形態では、図９に示すように、惰円形に巻かれた光ファイバセンサ１２を備える超音波光プローブ５を使用してもよい。図９では、超音波光プローブ５が、配管１の周りにＮ個（Ｎは２以上の整数）の超音波光プローブ５ごとに環状に取り付けられている。図９では、Ｎの値は８である。図９では、これらの超音波光プローブ５が、楕円形の長軸が配管１の周方向に平行となるように配管１に取り付けられている。なお、Ｎ個の超音波光プローブ５は、光ファイバセンサ１２同士が互いに接触または近接するように配管１に取り付けることが望ましい。
【００８８】
図９の構成によれば、配管１の各スプールのＬＤＩカバー率を向上させることができ、例えば、ＬＤＩカバー率を１００％に近い値に高めることができる。ＬＤＩカバー率は、各スプールの全表面積に占めるＬＤＩ２を検出可能な表面積の割合である。ＬＤＩカバー率の詳細は後述する。
【００８９】
なお、図９の各光ファイバセンサ１２の形状は、数学的に厳密な楕円形である必要はなく、長軸方向と短軸方向とを有し、楕円形と認識可能な形状であれば十分である。実際、図９の各光ファイバセンサ１２は、２本の直線と２本の円弧とを組み合わせたような形状を有している。例えば、各光ファイバセンサ１２の形状は、卵型や長円でもよい。
【００９０】
また、本実施形態では、ＥＭＡＴ１１と光ファイバセンサ１２とを備える超音波光プローブ５を配管１に取り付ける代わりに、ＥＭＡＴ１１と光ファイバセンサ１２とを分離して配管１に取り付けてもよい。図９は、ＥＭＡＴ１１と、ＥＭＡＴ１１と分離された光ファイバセンサ１２とを示している。
【００９１】
この場合、複数のＥＭＡＴ１１と、これらのＥＭＡＴ１１と分離された複数の光ファイバセンサ１２とが配管１に取り付けられる。電気スイッチ２５は、これらのＥＭＡＴ１１の中から、増幅器２４に接続するＥＭＡＴ１１を選択するために使用される。電気スイッチ２５により選択されるＥＭＡＴ１１は、第１の超音波発振子の例である。光スイッチ２６は、これらの光ファイバセンサ１２の中から、光干渉計２２に接続する光ファイバセンサ１２を選択するために使用される。光スイッチ２６により選択される光ファイバセンサ１２は、第１の光ファイバセンサの例である。ＥＭＡＴ１１と光ファイバセンサ１２とを分離する構成は例えば、図１１〜図１６に示すＬＤＩ検出にも適用可能である。
【００９２】
また、本実施形態では、ＥＭＡＴ１１と光ファイバセンサ１２とを備える超音波光プローブ５を配管１に取り付けると共に、ＥＭＡＴ１１と光ファイバセンサ１２とを分離して配管１に取り付けて、前者と後者のＥＭＡＴ１１および光ファイバセンサ１２を併用してもよい。
【００９３】
図１０は、第１実施形態の光ファイバセンサ１２の構成例を説明するための図である。
【００９４】
図１０(ａ)は、図３の光ファイバセンサ１２と同じ構造を有する光ファイバセンサ１２を示す。図１０(ａ)の光ファイバセンサ１２は、第１の光ファイバ３１に接続された第１端部Ｂ１と、第２の光ファイバ３２に接続された第２端部Ｂ２とを有している。
【００９５】
図１０(ａ)の光ファイバセンサ１２では、光源２１からの基準レーザ光が、第１の光ファイバ３１を介して第１端部Ｂ１に入力される。このとき、光ファイバセンサ１２に基準レーザ光が入力されている状態で光ファイバセンサ１２に超音波が到達すると、基準レーザ光にドップラー周波数のシフトや偏波面の変動が生じる。
【００９６】
この基準レーザ光は、光ファイバセンサ１２中を第２端部Ｂ２に向かって進み、第２端部Ｂ２から出力され、第２の光ファイバ３２を介して光干渉計２２に供給される。コンピュータ７は、光干渉計２２による基準レーザ光の検出結果に基づいて、配管１の状態を判定することができる。
【００９７】
一方、図１０(ｂ)は、この変形例に相当する光ファイバセンサ１２を示す。図１０(ｂ)の光ファイバセンサ１２は、光ファイバ４１に接続された第１端部Ｂ１と、反射部の例である反射端４３に接続された第２端部Ｂ２とを有している。光ファイバ４１は、サーキュレータ４２を介して第１および第２の光ファイバ３１、３２に接続されている。サーキュレータ４２は、行きと戻りの基準レーザ光を区別するために設置されている。サーキュレータ４２の例は、偏光板である。反射端４３は、基準レーザ光を反射可能な反射面を有している。
【００９８】
図１０(ｂ)の光ファイバセンサ１２では、光源２１からの基準レーザ光が、光ファイバ３１、４１を介して第１端部Ｂ１に入力される。このとき、光ファイバセンサ１２に基準レーザ光が入力されている状態で光ファイバセンサ１２に超音波が到達すると、基準レーザ光にドップラー周波数のシフトや偏波面の変動が生じる。
【００９９】
この基準レーザ光は、光ファイバセンサ１２中を第２端部Ｂ２に向かって進み、反射端４３の反射面にて反射され、光ファイバセンサ１２中を第１端部Ｂ１に向かって戻っていく。そして、この基準レーザ光は、第１端部Ｂ１から出力され、光ファイバ４１、３２を介して光干渉計２２に供給される。コンピュータ７は、光干渉計２２による基準レーザ光の検出結果に基づいて、配管１の状態を判定することができる。
【０１００】
本実施形態の配管検査システムは、図１０(ａ)の光ファイバセンサ１２と、図１０(ｂ)の光ファイバセンサ１２の両方を採用可能である。そのため、本実施形態の配管検査装置６は、図１０(ａ)の光ファイバセンサ１２を使用するための複線モードと、図１０(ｂ)の光ファイバセンサ１２を使用するための単線モードとを切り替えるモードスイッチ２７を備えている（図３参照）。複線モードと単線モードはそれぞれ、第１モードと第２モードの例である。
【０１０１】
本実施形態の単線モードでは、例えばサーキュレータ４２が使用される。本実施形態の複線モードでは、例えばサーキュレータ４２が不使用状態となる。
【０１０２】
（２）第１実施形態のＬＤＩ検出
図１１は、第１実施形態のＬＤＩ検出について説明するための図である。
【０１０３】
本実施形態の超音波光プローブ５は、配管１の表面を軸方向（ｚ方向）に延びる複数本のラインＬ１と、配管１の表面を周方向（θ方向）に延びる複数本のラインＬ２との交点Ｐに取り付けられる。軸方向と周方向はそれぞれ、第１および第２方向の例である。ラインＬ１、Ｌ２はそれぞれ、第１および第２ラインの例である。交点Ｐは、マトリクス定点法の測定点に相当する。
【０１０４】
図１１は、ある交点Ｐに配置されたＥＭＡＴ１１ａと、その隣の交点Ｐに配置された光ファイバセンサ１２ａと、ＥＭＡＴ１１ａと光ファイバセンサ１２ａとを結ぶ直線上に存在するＬＤＩ２ａとを示している。図１１は、ＥＭＡＴ１１ａを周方向に所定距離だけ移動し、移動後のＥＭＡＴ１１ａから配管１に超音波を入力し、光ファイバセンサ１２ａ中を透過した基準レーザ光を検出し、この基準レーザ光の検出結果からＬＤＩ２ａを検出する実験の様子を示している。ＥＭＡＴ１１ｂは、移動後のＥＭＡＴ１１ａを示す。なお、この実験では、広域励起ＥＭＡＴ１１ではない通常のＥＭＡＴ１１を使用した。
【０１０５】
図１２は、第１実施形態のＬＤＩ検出について説明するためのグラフである。
【０１０６】
図１２は、図１１の実験結果を示している。図１２は、検出された基準レーザ光の周波数成分ごとの強度を示す。基準レーザ光の周波数は、図１２に示すように、配管１の肉厚に対応している。また、図１２の各曲線の数値は、ＥＭＡＴ１１ａの移動距離（ｍｍ）を示す。
【０１０７】
この実験では、肉厚が１１．８２ｍｍの配管１を使用した。図１２の囲みＲは、ＬＤＩ２ａの検出結果を示している。これにより、ＬＤＩ２ａの部分の配管１の肉厚は、１０．７１ｍｍであることが分かる。よって、ＬＤＩ２ａは、配管１を１．１１ｍｍ減肉させている。
【０１０８】
図１３は、第１実施形態のＬＤＩ検出エリアについて説明するための図である。
【０１０９】
図１２のグラフによれば、ＥＭＡＴ１１ａの移動距離が±θ方向に３０ｍｍ以下の場合に、ＬＤＩ２ａを検出できる。ＥＭＡＴ１１ｃ、１１ｄはそれぞれ、±θ方向に３０ｍｍ移動後のＥＭＡＴ１１ａを示している。ＥＭＡＴ１１ｃ、１１ｄを使用する場合には、ＬＤＩ２ａを検出可能である。一方、ＥＭＡＴ１１ａの移動距離が±θ方向に３０ｍｍを超えると、ＬＤＩ２ａを検出できない。よって、図１１の実験では、図１３の領域Ｒ１内に存在するＬＤＩ２を検出できることが分かる。領域Ｒ１を、ＬＤＩ検出エリアと呼ぶことにする。
【０１１０】
図１１の実験と同じ超音波光プローブ５を使用する場合、超音波を発信する超音波光プローブ５（ＥＭＡＴ１１）と超音波を受信する超音波光プローブ５（光ファイバセンサ１２）との様々な組合せを設定して、ＬＤＩ２の検出を繰り返しても、所定の領域外のＬＤＩ２は検出することができない。すなわち、この場合には、配管１の各スプールのＬＤＩカバー率を１００％にすることができない。ＬＤＩカバー率は、各スプールの全表面積に占めるＬＤＩ２を検出可能な表面積の割合である。
【０１１１】
図１４は、第１実施形態のＬＤＩ検出について説明するための図である。
【０１１２】
図１４のＬＤＩ検出では、図７(ａ)または図７(ｂ)の広域励起ＥＭＡＴ１１を備える超音波光プローブ５を使用する。よって、軸方向に２φ、周方向に１８０°離れた超音波光プローブ５間で共振信号を検出することができる。
【０１１３】
図１４は、図１１のＥＭＡＴ１１ａから軸方向に−φ、周方向に＋４５°移動した交点Ｐに配置されたＥＭＡＴ１１ｅと、図１１のＥＭＡＴ１１ａから軸方向に−φ、周方向に−４５°移動した交点Ｐに配置されたＥＭＡＴ１１ｆとを示している。よって、ＥＭＡＴ１１ｅ、１１ｆと光ファイバセンサ１２ａは、軸方向に２本のラインＬ２分、周方向に１本のラインＬ１分だけ離れている。図１４はさらに、ＥＭＡＴ１１ｅと光ファイバセンサ１２ａとを結ぶ直線上に存在するＬＤＩ２ｂを示している。
【０１１４】
ＥＭＡＴ１１ｅ、１１ｆは広域励起ＥＭＡＴ１１であるため、ＥＭＡＴ１１ｅ、１１ｆと光ファイバセンサ１２ａとの間では共振信号を検出することが可能である。よって、図１４のＬＤＩ検出では、領域Ｒ２がＬＤＩ検出エリアとなり、領域Ｒ２内に存在するＬＤＩ２を検出可能となる。領域Ｒ２は、底辺が１０２ｍｍ、高さが１５０ｍｍの二等辺三角形である（ただしこれは、平面上の三角形ではなく、曲面上の三角形である）。図１４のＬＤＩ検出では、ＬＤＩ２ａやＬＤＩ２ｂを検出することができる。
【０１１５】
よって、本実施形態の配管検査システムは、超音波を発信する超音波光プローブ５と超音波を受信する超音波光プローブ５との様々な組合せを設定する際、軸方向に２本のラインＬ２分、周方向に１本のラインＬ１分だけ離れた超音波光プローブ５の様々な組合せを設定する。このような組合せの例は、ＥＭＡＴ１１ｅを備える超音波光プローブ５と光ファイバセンサ１２ａを備える超音波光プローブ５との組合せや、ＥＭＡＴ１１ｆを備える超音波光プローブ５と光ファイバセンサ１２ａを備える超音波光プローブ５との組合せである。
【０１１６】
これらの組合せでＬＤＩ２の検出を繰り返す場合、これらの検出時のＬＤＩ検出エリアを重ねると、配管１の各スプールを、領域Ｒ２と合同な多数のＬＤＩ検出エリアにより完全に覆うことができる。これは、各スプールの全領域のＬＤＩ２を検出でき、各スプールのＬＤＩカバー率が１００％に達することを意味する。よって、本実施形態によれば、配管１のＬＤＩ２を各スプールの全領域にわたり高精度に検出することが可能となる。各スプールのＬＤＩカバー率は、各スプールの肉厚測定のカバー率（各スプールの全表面積に占める肉厚測定が可能な表面積の割合）の例である。
【０１１７】
なお、本実施形態の配管検査システムは、各スプールのＬＤＩカバー率が１００％に達するような組合せであれば、図１４のような組合せ以外の超音波光プローブ５の組合せを設定してもよい。
【０１１８】
各組合せのＬＤＩ検査の際の基準レーザ光は、光干渉計２２により検出され、基準レーザ光の検出結果がコンピュータ７に提供される。コンピュータ７は、基準レーザ光の検出結果に基づいて、超音波の減衰率を算出する。この減衰率は、ＥＭＡＴ１１から発生した超音波の振幅に対する、基準レーザ光から算出された超音波の振幅の比である。コンピュータ７は、この減衰率に基づいて、配管１の減肉発生箇所（ＬＤＩ２の発生箇所）と受信側の超音波光プローブ５との距離を算出することができる。また、コンピュータ７は、２つの組合せから算出された２つの減衰率に基づいて、配管１の減肉発生箇所（ＬＤＩ２の発生箇所）の位置を算出してもよい。
【０１１９】
図１５は、第１実施形態の変形例のＬＤＩ検出について説明するための図である。
【０１２０】
図１５は、超音波光プローブ５１〜５５に同時に電力が供給され、超音波光プローブ５ｘが、超音波光プローブ５１〜５５から発信された超音波を受信する様子を示している。超音波光プローブ５１〜５５は、超音波光プローブ５ｘに対して異なる方向に位置している。具体的には、超音波光プローブ５４、５５は、超音波光プローブ５ｘの周方向（±θ方向）に位置している。超音波光プローブ５２は、超音波光プローブ５ｘの軸方向（−ｚ方向）に位置している。超音波光プローブ５１、５３は、超音波光プローブ５ｘのらせん方向に位置している。
【０１２１】
本変形例では、個々の超音波光プローブ５１〜５５からの超音波は弱くても、超音波光プローブ５ｘは、これらの超音波が合成された強い合成超音波を受信することができる。よって、本変形例によれば、ＬＤＩ検出の精度を向上させることが可能となる。この場合、超音波光プローブ５１〜５５は、複数の第１の超音波光プローブの例であり、超音波光プローブ５ｘは、１つ以上の第２の超音波光プローブの例である。
【０１２２】
図１５はさらに、超音波光プローブ５ｘと超音波光プローブ５ｙが、超音波光プローブ５１〜５３から発信された超音波を受信する様子を示している。
【０１２３】
本変形例では、光源２１からの基準レーザ光を超音波光プローブ５ｘ、５ｙに同時に供給し、超音波光プローブ５ｘ、５ｙから出力された基準レーザ光を光干渉計２２により同時に検出する。よって、本変形例によれば、２つの超音波光プローブ５ｘ、５ｙによる検査を短時間で行うことが可能となる。また、本変形例によれば、後述するように、２つの超音波光プローブ５ｘ、５ｙからの基準レーザ光を検出することで、ＬＤＩ２の形状や位置を推定することが可能となる。この場合、超音波光プローブ５１〜５３は、１つ以上の第１の超音波光プローブの例であり、超音波光プローブ５ｘ、５ｙは、複数の第２の超音波光プローブの例である。
【０１２４】
図１５はさらに、超音波光プローブ５ｚが、超音波光プローブ５ｘから発信された超音波を受信する様子を示している。図１５に示すＬＤＩ２は、超音波光プローブ５ｘ、５ｚを結ぶ直線上に位置している。超音波光プローブ５ｚは、超音波光プローブ５ｘのらせん方向に隣接しているため、超音波光プローブ５ｘ、５ｚ間の距離は、配管１の直径φ（＝１５０ｍｍ）よりも長くなっている。よって、超音波光プローブ５ｘからの超音波が弱いと、図１５に示すＬＤＩ２を超音波光プローブ５ｚにより検出できない可能性がある。
【０１２５】
そこで、本変形例では、超音波光プローブ５１〜５５からの超音波の位相が超音波光プローブ５ｘの位置でそろい、これらの超音波の合成超音波の振幅が超音波光プローブ５ｘの位置で増強されるように、超音波光プローブ５１〜５５のＥＭＡＴ１１を動作させる。さらに、本変形例では、超音波光プローブ５ｘからの超音波の位相がこの合成超音波の位相と超音波光プローブ５ｘの位置でそろい、超音波光プローブ５ｘからの超音波がこの合成超音波により増強されるように、超音波光プローブ５ｘのＥＭＡＴ１１を動作させる。よって、本変形例によれば、超音波光プローブ５ｘ、５ｚを結ぶ直線上に強い超音波を伝搬させることが可能となり、ＬＤＩ２の検出精度を向上させることが可能となる。また、本変形例によれば、高次のモードも検出可能になり、ＬＤＩ検出の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１２６】
なお、超音波光プローブ５ｘ、５ｚの位置関係は、図１５の位置関係とは別の位置関係に設定してもよい。また、超音波光プローブ５ｘに超音波を供給する超音波光プローブ５の組合せは、超音波光プローブ５１〜５５以外でもよい。本変形例では、超音波光プローブ５ｘ、５ｚの様々な位置関係や、超音波光プローブ５ｘに超音波を供給する超音波光プローブ５の様々な組合せを設定し、これらの設定下で、超音波光プローブ５ｘ、５ｚを結ぶ直線上にＬＤＩ２がある場合の基準レーザ光の挙動を調査し、この調査結果をデータベースとしてコンピュータ７内に保持しておいてもよい。これにより、コンピュータ７は、超音波光プローブ５ｚからの基準レーザ光の検出結果をデータベースと照合することで、ＬＤＩ２を容易に検出することが可能となる。データベースは例えば、後述するように、ＬＤＩ２の形状や位置を推定するためのデータを含んでいてもよい。
【０１２７】
図１６は、第１実施形態のＬＤＩ２の種類を説明するための断面図である。
【０１２８】
図１６(ａ)〜図１６(ｃ)は、配管１に発生したＬＤＩ２を示している。符号Ｔ１は、ＬＤＩ２の直径を表す。ＬＤＩ２の直径Ｔ１は、例えば２０〜３０ｍｍ程度である。符号Ｔ２は、ＬＤＩ２の深さを表す。ＬＤＩ２の深さＴ２は、例えば２ｍｍ程度である。
【０１２９】
符号Ｋは、各ＬＤＩ２の底面と側面との角部を示している。図１６(ａ)のＬＤＩ２の角部Ｋは、９０度の角度を有している。図１６(ｂ)のＬＤＩ２の角部Ｋは、９０度よりも大きい角度（例えば１３５度）を有している。図１６(ｃ)のＬＤＩ２は、底面と側面との境界があいまいな角部Ｋを有している。このように、図１６(ａ)〜図１６(ｃ)は、角部Ｋの形状が異なるＬＤＩ２を示している。以下、図１６(ａ)〜図１６(ｃ)のＬＤＩ２の断面形状をそれぞれ、直角形状、鈍角形状、曲線形状と呼ぶ。
【０１３０】
実験の結果、超音波は、直角形状のＬＤＩ２は透過しやすく、曲線形状のＬＤＩ２は透過しにくく、鈍角形状のＬＤＩ２はさらに透過しにくいことが判明した。すなわち、これらのＬＤＩ２に対する超音波の透過性は、直角形状のＬＤＩ２で最も高く、鈍角形状のＬＤＩ２で最も低い。ただし、鈍角形状のＬＤＩ２の角部Ｋは１３５度に設定した。また、実験の結果、あるＬＤＩ２に軸方向に超音波が当たった場合の超音波の透過性は、このＬＤＩ２に周方向に超音波が当たった場合の超音波の透過性よりも高いことが判明した。
【０１３１】
これらの実験結果を踏まえると、軸方向と周方向の超音波の透過性の違いが無視できる場合、直角形状のＬＤＩ２に超音波が当たると、強い強度の透過波と弱い強度の反射波が観測されると考えられる。一方、鈍角形状のＬＤＩ２に超音波が当たると、弱い強度の透過波と強い強度の反射波が観測されると考えられる。
【０１３２】
よって、図１５の変形例において、コンピュータ７は、基準レーザ光の検出結果に基づいて、超音波中の透過波および反射波を検出する。そして、コンピュータ７は、透過波の強度と反射波の強度の比に基づいて、ＬＤＩ２の形状を推定する。例えば、透過波の割合が第１の所定値よりも高ければ、ＬＤＩ２の形状は直角形状と推定される。また、透過波の割合が第１の所定値と第２の所定値との間であれば、ＬＤＩ２の形状は曲線形状と推定される。また、透過波の割合が第２の所定値よりも低ければ、ＬＤＩ２の形状は鈍角形状と推定される。
【０１３３】
例えば、超音波光プローブ５ｘからの超音波を、超音波光プローブ５ｚと超音波光プローブ５４とが受信する場合を想定する。この場合、図１５に示すように超音波光プローブ５ｘ、５ｚを結ぶ直線上にＬＤＩ２が存在すると、ＬＤＩ２の影響を受けた基準レーザ光が超音波光プローブ５ｚと超音波光プローブ５４とで検出される。超音波光プローブ５ｚからの基準レーザ光から超音波を検出する場合、この超音波はおおむね透過波であると考えられる。一方、超音波光プローブ５４からの基準レーザ光から超音波を検出する場合、この超音波はおおむね反射波であると考えられる。この場合、透過波と反射波の強度の比は、前者の超音波と後者の超音波の強度の比におおむね一致する。よって、これらの超音波の検出結果に基づいて透過波と反射波の強度の比を算出することができ、この比に基づいてＬＤＩ２の形状を推定することができる。
【０１３４】
ただし、軸方向と周方向の超音波の透過性の違いが無視できない場合には、この透過性の違いを考慮に入れないと、ＬＤＩ２の形状を正しく推定できない場合がある。そこで、本変形例では、上述の強度比からＬＤＩ２の形状を推定するためのテーブルを、この透過性の違いを考慮に入れて設定し、このテーブルをデータベースとしてコンピュータ７内に保持しておいてもよい。この場合、このテーブルを利用することでＬＤＩ２の形状をより正確に推定することが可能となる。
【０１３５】
また、コンピュータ７は、透過波の伝搬方向と反射波の伝搬方向に基づいて、ＬＤＩ２の位置を推定することができる。例えば、超音波光プローブ５ｘからの超音波を超音波光プローブ５ｚと超音波光プローブ５４とが受信する場合、超音波光プローブ５ｚは、透過波の伝搬方向を検出することができ、超音波光プローブ５４は、反射波の伝搬方向を検出することができる。この場合、コンピュータ７は、超音波光プローブ５ｚから透過波の伝搬方向に沿って直線を伸ばし、超音波光プローブ５４から反射波の伝搬方向に沿って直線を伸ばし、これらの直線の交点を算出することにより、ＬＤＩ２の位置を推定することができる。なお、ＬＤＩ２の位置の推定でも、上記のデータベースを利用してもよい。
【０１３６】
以上のように、本実施形態では、超音波を発信する超音波光プローブ５と超音波を受信する超音波光プローブ５として異なる超音波プローブ５を選択して配管１の検査を行うことができる。よって、本実施形態によれば、超音波光プローブ５の設置箇所以外の場所における配管１の状態を検査することが可能となる。
【０１３７】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【０１３８】
１：配管、１ａ：エルボ部、１ｂ：オリフィス部、
２：ＬＤＩ、３：板厚センサ、４：ＦＡＣ、
５：超音波光プローブ、６：配管検査装置、７：コンピュータ、８：断熱材、
１１：電磁超音波発振子、１２：光ファイバセンサ、
１３：樹脂シート、１４：接着剤、
２１：光源、２２：光干渉計、２３：波形信号発生器、２４：増幅器、
２５：電気スイッチ、２６：光スイッチ、２７：モードスイッチ、
３１：第１の光ファイバ、３２：第２の光ファイバ、３３：電源線、
４１：光ファイバ、４２：サーキュレータ、４３：反射端
【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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