(57)【要約】本発明は薄壁の管の層厚み超音波測定のための方法に関する。本発明の方法は、結合面（４）を有する高周波検査ヘッド（３）（４０ＭＨｚ以上）が使用され、この検査ヘッドは平らな表面領域を有する。この表面領域は、結合媒質（８）で濡らされる管表面（１２）に接触技術で結合される。本発明の方法は燃料棒の被覆管における０．１５ｍｍの貼り合せ層又はライナー層のために使用される。
2004524536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄壁の管の層厚みを超音波測定するための方法において、平らな表面領域を有する高周波検査ヘッド（４）を使用し、この表面領域は結合媒体（８）で濡らされる管表面（１２）に接触技術で結合されることを特徴とする薄壁の管の層厚み超音波測定方法。
【請求項２】
結合面（４）が全体に平らな形態を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
検査ヘッド（３）により受信されるエコー信号がディジタルな形で記録され、ＳＮ比の改善のためディジタルに更に処理されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
壁厚が１mm以下の管に使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
燃料被覆管（１）の内側又は外側のライナー層の厚み測定のために使用され、ライナー層の厚みは約0.15mmであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄壁管の部分層厚みの超音波測定方法に関する。この種の管は例えば燃料棒の被覆管であり、１mm以下の壁厚を有している。このような管は外側又は内側に多重に貼り合せ層又はライナー層を備えている。ライナー層の厚みはしばしば0.15mm以下の値である。
【０００２】
米国特許第4918989号明細書には、燃料棒被覆管のライナー層厚みを決定するための方法が記載され、この方法においては音波結合が浸漬法で水前駆路を介して行われる。しかしこの方法によっては、0.4mmより大きい厚みを有するライナー層厚みのみを十分な精度で決定することができるにすぎない。
【０００３】
本発明の課題は、薄壁管の部分層厚みを高い測定精度で決定し得る超音波測定方法を提供することにある。
【０００４】
この課題は請求項１の特徴を持った方法により解決することができる。この方法によれば、平らな表面領域を備えた結合面を有する高周波検査ヘッド（ＨＦ検査ヘッド）が使用され、この表面領域は結合媒質で濡らされた管表面に結合される。測定技術目的のために高周波超音波を使用することは基本的に公知であるが、薄壁管の層厚みを決定するために使用されることはなかった。結合は従来浸漬法又は水浸法で行われた。この結合様式においては、高周波超音波、即ち40MHzより高い超音波の使用は不可能である。何故なら、水はこのような音波周波数はよく伝播させることができないからである。「超音波検査（Ultrascallpruefung）Springerverlag、ベルリン、ハイデルベルグ1997年、239〜241頁から、管の超音波検査のための検査ヘッドは公知であり、この検査ヘッドにおいては、結合面は管表面に相応する湾曲部を備えている。このような検査ヘッドをここで問題になっている測定課題に使用しようとすると、隙間及び従って擾乱エコー信号の発生を避けるために互いに接触すべき湾曲面との極めて精密で高価な適合を必要とする。これに対し、平面の結合面領域又は全体として平面の結合面を有する検査ヘッドを使用する場合にはこの作用は阻止される。音波放射は、狭いほぼ長方形の、検査ヘッドと管表面との間の直接の材料接触によって形成される表面領域を介してのみ行われる。この領域の外側に放射された音波は、湾曲した管表面における反射によって放射路から排除され、管表面における屈折によって半径方向外側へ逸れ、検査ヘッドによって検出され得るエコー信号を生じることはない。本発明方法の他の利点は、同じ検査ヘッドを異なる直径の管の測定のために使用できることである。これに対し、湾曲した結合面を有する検査ヘッドは、せいぜい特定の管直径に対してのみ適しているだけである。この場合の更に問題は、異なる測定箇所にある管の場合、異なる管表面が存在し得ることである。これに対し、本発明方法においては、管表面の性質は二義的な意味しかない。何故なら結合面は狭い長方形であるからである。
【０００５】
極狭く限定された結合領域に基づいて、検査ヘッドの振動子から生じる送出パルスの一部分のみが測定のために利用される。それに応じて受信されたエコー信号は僅かな強度を有する。
【０００６】
例えばそれから生じる不利なＳＮ比はディジタル記録及び処理方法の使用により、例えばエコーパルス列の重畳により改善することができる。
【０００７】
次に本発明を添付の図面に示された実施例に基づき詳細に説明する。
【０００８】
図１は燃料棒被覆管１の超音波測定のための方法に対する装置を示す。被覆管１は10mmの直径と0.6mmの壁厚を有する。被覆管は例えば外側にライナー層２を備える。被覆管１及び最大0.15ｍｍの厚みを有するライナー層２は、その組成及び従ってその音響インピーダンスが互いに異なるジルコニウム合金からなっている。管表面には平らな結合面４を有する超音波検査ヘッド３が配置されている。超音波検査ヘッド３によって受信されるエコー信号は超音波検査装置５によって受け取られ、ディジタルオシロスコープ６により例えばＨＦ像の形で記録される。ＨＦ像のデータを更に処理するために、オシロスコープ６はＤＶ装置、例えばＰＣ７と接続されている。
【０００９】
検査ヘッド３の管表面への結合は接触技術で行われ、管表面は通常の結合媒質、例えば水、油、グリセリンで濡らされている。
【００１０】
特に図２から分かるように、評価可能な音波束１０は管表面１２と結合表面４との間の接触面１１により予め定められる狭い領域に制限される。
【００１１】
接触面１１の両側外方向に続く隙間１４は、少なくともある部分までは同様に結合媒質８で満たされ、このことは実際上の理由から避けることができない。この隙間によって、原理的に擾乱エコー信号が生じ、このエコー信号は層厚み測定の害となり得る。平らな結合面４の選択された幾何学的形状によって、この擾乱は強く減衰される。接触面１１の外側に入射される超音波放射１５は、管湾曲１２に基づき再びその出発点に戻り反射することはない。平面平行の空隙内に既知の長く保たれる鳴響が生じることはない。これに対しこの負の作用は管湾曲に相応する接触面を有する検査ヘッドにおいては生じ得るものである。
【００１２】
接触面１１の外側の結合面４から放射され、比較的長い結合媒質路により隙間１４内で広がり、それ故測定課題には適しない音波１３は、平らな結合面４及び湾曲した管表面１２により予め定められた幾何学的形状に基づき半径方向外側へ逸れ、従って測定結果を妨げるエコー信号を生じることはない。接触面１１の領域において、結合媒質は音波結合の妨げになるように作用しない。何故ならここには実際に直接の材料接触のみが存在するだけで、結合媒質はほぼ、互いに接触する表面の凹凸により与えられる微視的な空隙のみを満たすからである。しかしこの空隙は音波結合を妨げない。何故ならこの空隙は、ＨＦ超音波の波長のずっと下にある大きさを持つからである。
【００１３】
本方法は、言うまでもなく全管壁厚の測定のためにも使用することができる。さらに言うまでもなく多重に積層された管の層厚みも本発明方法により測定可能である。
【００１４】
狭く限定して評価可能な音波束１０に基づき、受信したエコーは相応して弱いものである。しかしディジタル信号処理技術を使用することによって、例えば電子的ノイズは複数の超音波発射の相応の重畳によりフィルタ除去することができる。さらに例えば検査ヘッドの不完全な減衰によって、又は横波によって生じる擾乱信号も、上述の技術を使用することによって抑制されるか、少なくとも減らされ、それによりＳＮ比を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】薄壁の燃料棒被覆管の層厚みを測定するための本発明の方法に対する装置。
【図２】被覆管及び検査ヘッドを拡大して示す図１の詳細図。
【符号の説明】
【００１６】
１  被覆管
２  ライナー層
３  超音波検査ヘッド
４  結合面
５  超音波検査ヘッド
６  オシロスコープ
７  ＰＣ
８  結合媒体
９  接触面
１０  音波束
１１  接触面
１２  管表面
１３  音波
１４  空隙
１５  超音波放射
【国際公開パンフレット】
2004524536.tif 000003
2004524536.tif 000004
2004524536.tif 000005
2004524536.tif 000006
2004524536.tif 000007
2004524536.tif 000008
2004524536.tif 000009
2004524536.tif 000010
2004524536.tif 000011
2004524536.tif 000012
2004524536.tif 000013
【国際調査報告】
2004524536.tif 000014
2004524536.tif 000015
2004524536.tif 000016
2004524536.tif 000017
2004524536.tif 000018
2004524536.tif 000019