(57)【要約】【課題】液体や気体を貯蔵する金属製のタンクの底板に発生する腐食による損傷位置（ＡＥ音源）を正確に標定可能なタンク検査装置を提供する。【解決手段】金属製のタンク１の検査装置であって、タンク１の底板１ｂに設けられた複数のＡＥセンサー５と、ＡＥセンサー５によって検出された底板１ｂを伝搬するラム波に基づいて、底板１ｂの腐食損傷の発生位置を標定する処理装置１０とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のタンクの検査方法であって、
前記タンクに設けた複数のＡＥセンサーによって前記タンク中を伝搬するラム波を検出し、
検出した前記ラム波に基づいて、前記タンクの腐食損傷の発生位置を標定するタンク検査方法。
【請求項２】
前記タンクの底板に、複数のＡＥセンサーを設け、
前記ＡＥセンサーの検出した前記ラム波に基づいて、前記底板の腐食損傷の発生位置を標定する
請求項１に記載のタンク検査方法。
【請求項３】
前記タンクの側壁に、複数のＡＥセンサーを設け、
前記ＡＥセンサーの検出した前記ラム波に基づいて、前記側壁の腐食損傷の発生位置を標定する
請求項１に記載のタンク検査方法。
【請求項４】
前記ＡＥセンサーに共振型ＡＥセンサーを用いる
請求項１に記載のタンク検査方法。
【請求項５】
前記タンクは、円筒状の側壁部の底部に、平板状の底板が溶接されている
請求項１〜４のいずれかに記載のタンク検査方法。
【請求項６】
前記複数のＡＥセンサーの検出したＡＥのうち、振幅の大きな必要最小限の数のＡＥを用いて前記腐食損傷の発生位置を標定する
請求項１〜５のいずれかに記載のタンク検査方法。
【請求項７】
金属製のタンクの検査装置であって、
前記タンクに設けられた複数のＡＥセンサーと、
前記ＡＥセンサーによって検出された前記タンクを伝搬するラム波に基づいて、前記タンクの腐食損傷の発生位置を標定する処理手段と
を有するタンク検査装置。
【請求項８】
前記ＡＥセンサーは、前記タンクの底板に設けられている
請求項７に記載のタンク検査装置。
【請求項９】
前記ＡＥセンサーは、前記タンクの側壁に設けられている
請求項７に記載のタンク検査装置。
【請求項１０】
前記ＡＥセンサーに共振型ＡＥセンサーを用いる
請求項７〜９のいずれかに記載のタンク検査装置。
【請求項１１】
前記タンクは、円筒状の側壁部の底部に、平板状の底板が溶接されている
請求項７〜１０のいずれかに記載のタンク検査装置。
【請求項１２】
前記処理手段は、前記複数のＡＥセンサーの検出したＡＥのうち、振幅の大きな必要最小限の数のＡＥを用いて前記腐食損傷の発生位置を標定する
請求項７〜１１のいずれかに記載のタンク検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体や気体を貯蔵するタンクを検査するタンク検査方法および検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）  は、金属材料等の固体の内部で微小な変形、亀裂等の破壊、相変態あるいは結晶粒界の移動などの現象が起きる際に発生する超音波領域（周波数が５０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ）の弾性波であるが、広義には、岩盤の亀裂や地下地盤の変動における数１００ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚの周波数帯域の弾性波も含まれる。
上記のＡＥをリアルタイムに検出することにより、構造物の腐食や、疲労破壊等を検出することが可能である。
たとえば、石油等を貯蔵する円筒状のタンクの側壁に設けたＡＥセンサーによって、タンクの底板の腐食損傷により発生するＡＥ波を検出し、タンクの底板の腐食損傷診断を行う技術が知られている（たとえば、非特許文献１参照。）。この技術では、タンクに貯蔵されている液体を伝搬してＡＥセンサーに到達するＡＥ波の到達時間を特定できれば、タンクの底板の腐食損傷箇所（音源）の位置の標定が容易にできるとされている。
【０００３】
【非特許文献１】
湯山  茂徳，外２名，「タンク底板の腐食損傷診断における国内外のＡＥ試験適用の現状」，圧力技術，第４０巻第４号，平成１３年，ｐ．１７６−１９３
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液体を貯蔵するタンク円筒状のタンクの側壁に設置したＡＥセンサーの検出する波には、種々のモードの波が存在する。その一つとして、音源と側壁に設けたＡＥセンサーを最短距離で伝搬するラム波がある。このラム波には、シート速度が５４５０ｍ／ｓで伝搬するＳｏラム波と、最高速度３０００ｍ／ｓで伝搬するＡｏラム波が存在する。
また、液体を貯蔵するタンクの底板を最短距離で伝搬するラム波が放射角３０°で液中を伝搬する縦波（１５００ｍ／ｓ）にモード変換されて到達する波も存在する。
さらに、音源からＡＥセンサーに直接伝搬する液中を伝搬する縦波（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｐ−ｗａｖｅ）や、この縦波が液面で反射され側壁や液中を伝搬すると考えられる伝搬経路のよく判らない波なども存在する。
液中を伝搬する縦波は、上記のラム波よりも伝搬速度が遅く、振幅も小さい。このため、この縦波の発生源（音源）からＡＥセンサーまでに到達するのにかかった到達時間を正確に特定するのは非常に困難であった。したがって、タンクの底板の腐食損傷箇所（音源）の位置の標定を正確に行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、上述した従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、液体や気体を貯蔵する金属製のタンクの底板に発生する腐食による損傷位置（ＡＥ音源）を正確に標定可能なタンク検査方法および検査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のタンク検査方法は、金属製のタンクの検査方法であって、前記タンクに設けた複数のＡＥセンサーによって前記タンク中を伝搬するラム波を検出し、検出した前記ラム波に基づいて、前記タンクの腐食損傷の発生位置を標定する。
【０００７】
好適には、前記ＡＥセンサーに共振型ＡＥセンサーを用いる。
【０００８】
前記タンクは、円筒状の側壁部の底部に、平板状の底板が溶接されている。
【０００９】
さらに好適には、前記複数のＡＥセンサーの検出したＡＥのうち、振幅の大きな必要最小限の数のＡＥセンサーを用いて、前記腐食損傷の発生位置を標定する。
【００１０】
本発明のタンク検査装置は、金属製のタンクの検査装置であって、前記タンクに設けられた複数のＡＥセンサーと、前記ＡＥセンサーによって検出されたタンクを伝搬するラム波に基づいて、前記タンクの腐食損傷の発生位置を標定する処理手段とを有する。
【００１１】
本発明では、タンクに腐食損傷が発生すると、腐食損傷箇所の錆の破壊によってＡＥ波が放出されることを利用する。
腐食損傷箇所から放出されたＡＥ波には、様々なモードが存在するが、ＡＥセンサーをタンクに設けることによりタンクを構成する板を伝搬するラム波を検出することができる。このラム波は、タンクに貯蔵されている液体や気体を伝搬する縦波よりも減衰が小さい。このラム波を検出して、ＡＥ波の発生位置を標定することにより、発生位置が正確に得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るタンク検査装置をタンクに適用した状態を示す図である。また、図２（ａ）はタンクの側面図であり、図２（ｂ）はタンクの底板の構造を示す図である。
図１において、本実施形態に係るタンク検査装置は、複数のＡＥセンサー５と、ＡＥセンサー５の検出信号が入力される処理装置１０とを有する。
【００１３】
タンク１は、円筒状の側壁１ａと、外形が矩形で平板状の底板１ｂとから構成されている。
モデルとして作成したタンク１の底板１ｂは、たとえば、厚さ４．３ｍｍ、９００ｍｍ×９００ｍｍ正方のＳＵＳ３０４製であり、側壁１ａは、  厚さ２ｍｍ、直径８２０ｍｍ、高さ４６０ｍｍのＳＵＳ３０４鋼板製である。
底板１ｂと側壁１ａとの間は、溶接部ＷＬによって接合されている。
なお、底板１ｂには、図２（ｂ）に示すように、複数の円盤＃１〜＃５を嵌め込み溶接している。円盤＃１〜＃５は、屋外暴露試験によってこの部分に錆を発生させ、ＡＥを検出する目的で設けられている。円盤＃１〜＃５は、たとえば、直径７０ｍｍのＳＳ４００製であり、円盤の厚さは、＃１は１．２ｍｍ、＃２は２．０ｍｍ、＃３は３．２ｍｍ、＃４は４．３ｍｍ、＃５は１．２ｍｍである。
【００１４】
ＡＥセンサー５は、底板１ｂ上に設けられている。このＡＥセンサー５には、たとえば、共振型アンプ内臓型ＡＥセンサーが用いられる。ＡＥセンサー５は底板１ｂ上の溶接部ＷＬの近傍に設置されている。たとえば、側壁１ａから５０ｍｍ離れた位置である。
ＡＥセンサー５によって底板１ｂを伝搬するラム波を検出する。
ＡＥセンサー５を底板１ｂに設け、底板１ｂを伝搬するラム波を検出するのは、底板１ｂを伝搬するラム波は減衰しにくいからである。すなわち、タンク１に液体が収容されていると、液体中を伝搬する縦波は液体によって大きく減衰するが、底板１ｂを伝搬するラム波は液体によっては減衰しないからである。
【００１５】
処理装置１０は、複数のＡＥセンサー５の検出信号が入力され、ＡＥセンサー５の検出したラム波に基づいて、底板１ｂの腐食損傷の発生位置（音源位置）を標定する。
すなわち、底板１ｂの腐食損傷により発生し底板１ｂを伝搬するラム波をＡＥセンサー５により検出し、このラム波をウェーブレット変換処理する。
ウェーブレット変換は、時間と周波数に依存した窓関数の形を変化させて、検出波形の全域から時間と周波数の情報を抽出する。すなわち、検出波形の各時間において時間−周波数変換を行い、周波数帯域毎の信号強度を時系列的に求める。
これにより、特定の周波数における特定モードの波の到達時間の情報が得られ、たとえば、音源位置の高精度な標定が可能となる。
【００１６】
ラム波の減衰
ここで、底板１ｂを伝搬するラム波と液中を伝搬する縦波の減衰を測定した結果について説明する。
図３（ａ）に示すように、底板１ｂ（側壁１ａから５０ｍｍはなれた位置）と側壁１ａ（ｚ＝５０ｍｍ）にＡＥセンサー５を設けた。
タンク１内に水を充填した場合と、タンク１内に水とグリース（タンクに溜まるスラッジを模擬）を充填した場合について測定した。なお、グリースの液面の高さは底板１ｂから６０ｍｍとし、側壁１ａに設けたＡＥセンサー５は、グリース中を伝搬した縦波を検出する。
【００１７】
タンク１の底板１ｂの位置Ｐ１〜Ｐ７の位置で、芯を圧折し、側壁１ａおよび底板１ｂに設置したＡＥセンサー５で縦波とラム波とを検出し、特定周波数のウェーブレット係数最大値を伝搬距離の関数として比較した。
距離Ｘを伝搬した縦波とラム波のそれぞれ９０Ｈｚと６０Ｈｚにおける最大ウェーブレット係数を５０ｍｍの伝搬距離のそれで除した値（Ｕ１  ／Ｕ０  ）を求め、２０ｌｏｇ（Ｕ１  ／Ｕ０  ）として、ラム波の減衰の割合と、水および水とグリースを伝搬する縦波の減衰の割合を図４に示す。
図４（ａ）はタンク１に水を収容した場合であり、図４（ｂ）はタンク１に水とグリースを収容した場合である。
【００１８】
図４において、伝搬距離が長くなると、縦波はタンク１に貯蔵された液体によって大きく減衰するのがわかる。
一方、ラム波は、縦波に比べて減衰が小さいのがわかる。
このことから、ラム波のほうがＡＥの音源位置を標定する際に、より広い範囲の音源位置標定に適している。
また、伝搬距離が短い範囲での縦波の振幅が大きくばらついているが、これは、大きな放射角度における複雑な放射パターンのためである。
図４に示す実線の勾配から求めた見かけの減衰は、ラム波で２ｄＢ／ｍであることから、かなりの広範囲の測定にラム波を使用することができる。
底板１ｂに設けたＡＥセンサー５は、ラム波しか検出せず、このラム波は底板１ｂに側壁１ａや配管等が溶接されていても、速度変化は小さいので、側壁１ａに設けたＡＥセンサー５の出力を用いるよりも音源位置の標定が容易である。
【００１９】
音源位置標定精度
図２（ｂ）に示したように、ＡＥセンサー５を底板１ｂの対角線上に４個設置し、各円盤＃１〜＃５の中心で芯圧折によって励起されたラム波を検出し、このラム波に基づいて音源位置の標定精度を評価した。
図５は、水を収容するタンク１の円盤＃２，＃４の中心において励起されたラム波を検出した結果およびこれをウェーブレット変換した結果を示すグラフである。図６はグリースと水を収容するタンク１の円盤＃２，＃４の中心において励起されたラム波を検出した結果およびこれをウェーブレット変換した結果を示すグラフである。
【００２０】
図５および図６からわかるように、水だけを収容するタンクからだけでなく、グリースと水を収容するタンクにおいても、６００ｍＶもの振幅をもつラム波が検出されているのがわかる。
【００２１】
図７は、音源位置を標定した結果の一例を示す図である。
なお、４個のＡＥセンサー５の出力のうち、振幅の大きな波３個を選び、６０ｋＨｚのウェーブレット係数の最大振幅到達時間と群速度とから仮想音源走査法によって音源位置標定を行った。図７（ａ）はタンク１に水のみを貯蔵した場合であり、図７（ｂ）はタンク１に水とグリースを貯蔵した場合である。
【００２２】
図７からわかるように、ほとんどの音源が円盤＃１〜＃５内、あるいは、円盤＃１〜＃５の直径の２倍（８０ｍｍ）の円周内に標定されている。
このように、ＡＥセンサー５によって検出されるのは、ラム波のみであるため、仮想音源走査法を用いて音源位置を標定するときに標定アルゴリズムが極めて容易で高速かつ高精度に音源位置を標定することができる。
なお、すべてのＡＥセンサー５の出力を使用する必要はなく、大きな振幅を示す限られたＡＥセンサー５（最低３個）の情報を用いれば、十分な精度の位置標定が可能となる。
【００２３】
屋外での実験
次に、図１に示した円筒状のタンクを９週間屋外に設置し、底板１ｂの腐食により発生するＡＥをＡＥセンサー５をタンク１の底板１ｂと側壁１ａとに取り付けて音源標定を行った結果について説明する。
底板１ｂには、側壁１ａから５０ｍｍ外側に４個のＡＥセンサー５を、側壁１ａには、４個のＡＥセンサー５を底板１ｂから１００ｍｍの高さの位置にそれぞれ真空用グリースを介して取付けた。
上記のタンク１を、細粒の川砂床上に溶融タールを流し込んで固めた基礎の上に設置し、４５０ｍｍの高さまで水を注入した。タンク１を設置した場所は、閑静な住宅地であるが、タンク１から１０ｍ離れたところには、かなり交通量の多い道路が存在した。タンク１は２００２年９月２６日から１１月２８日までの９週間、屋外に暴露した。
なお、暴露開始前に、全ての円盤＃１〜＃５には、１％ＮａＣｌ溶液の濡れ乾き試験（１．５ｋｓ間隔でＮａＣｌ溶液を５秒間噴霧する）を１０日間行い、円盤＃１〜＃５の全面に略一様な赤錆を発生させた。
【００２４】
表１に、暴露開始後４５日までの間欠的な２４時間計測の結果を示す。
屋外暴露開始後８日目までのタンク１の底板１ｂの腐食（錆の自壊）により発生したＡＥ数は少ないが、１５日を過ぎると検出ＡＥ数は増大し、音源位置標定ができたＡＥ数は１０個以上になる。
【００２５】
【表１】
2005017089.tif 000003
【００２６】
図８は、５日から４５日目間での２４時間計測ＡＥの位置標定結果を示す図である。
腐食による減肉の大きい円盤＃２と円盤＃３内とこの近傍位置に標定されたＡＥが多く、腐食進行箇所を正しく標定することができる。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、タンク１の底板１ｂに設けたＡＥセンサー５によってラム波を検出することにより、大きな振幅のＡｏラム波が検出でき、音源に近いＡＥセンサーは振幅の小さいＳｏ初動波も検出できる。
共振周波数の比較的高いＡＥセンサーを用いれば、雨だれや風雨によるノイズを避けることもできる。
また、本実施形態では、２次元位置標定には、Ｓ／Ｎ比の高く大きな振幅を示す３個程度のセンサー情報を使用すればよく、タンク１の何れの方向が危ないかは簡単に標定できる。
また、本実施形態では、熟練オペレーターが行うような信号処理（音源位置標定）は、処理装置１０の各種パラメータを適切に設定しさえすれば、処理装置１０が自動的に処理を行う。
また、本実施形態によれば、タンク１の側壁が保温剤で覆われているような場合に、保温剤を剥がすことなく検査を行うことができる。
【００２８】
本発明は、上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、ＡＥセンサをタンク１の底板１ｂに設け、底板１ｂに発生する腐食損傷箇所を特定する場合を例に挙げて説明したが、ＡＥセンサをタンク１の側壁１ａに設け、側壁１ａに発生する腐食損傷箇所を特定することも可能である。この場合には、側壁１ａの材料内を伝わるラム波を検出することにより、底板の場合と同様に、側壁に生ずる音源位置を標定することができる。
【００２９】
上述した実施形態では、タンク１として液体を貯蔵するタンクの場合について説明したが、気体を貯蔵するタンクへも本発明を適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、液体や気体を貯蔵する金属製のタンクの底板に発生する腐食による損傷位置（ＡＥ音源）を正確に標定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るタンク検査装置をタンクに適用した状態を示す図である。
【図２】（ａ）はタンクの側面図であり、（ｂ）はタンクの底板の構造を示す図である。
【図３】底板１ｂを伝搬するラム波と液中を伝搬する縦波の減衰の測定条件を示す図である。
【図４】ラム波の減衰の割合と、水および水とグリースを伝搬する縦波の減衰の割合を示すグラフである。
【図５】水を収容するタンク１の円盤＃２，＃４の中心において励起されたラム波を検出した結果およびこれをウェーブレット変換した結果を示すグラフである。
【図６】グリースと水を収容するタンク１の円盤＃２，＃４の中心において励起されたラム波を検出した結果およびこれをウェーブレット変換した結果を示すグラフである。
【図７】音源位置を標定した結果の一例を示す図である。
【図８】５日から４５日目間での２４時間計測ＡＥの位置標定結果を示す図である。
【符号の説明】
１…タンク
１ａ…側壁
１ｂ…底板
５…ＡＥセンサー
１０…処理装置
【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】
2005017089.tif 000008
【図６】
2005017089.tif 000009
【図７】
2005017089.tif 000010
【図８】
2005017089.tif 000011