(57)【要約】弱境界面反射を有する多層構造部分における部分層厚みの超音波測定。超音波検査ヘッドを使用して構造部分の予め定められた個所において複数の送出パルスが発生される。その結果としての、送出パルスに対応するエコー信号がディジタルにＨＦ像として記録される。コンピュータプログラムを使用して相異なる伝搬時間の複数の壁厚エコー周期が相応して重畳される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弱境界面反射を有する多層構造部分（１）における部分層厚みを超音波測定するための方法において、
ａ）超音波検査ヘッド（２）を使用して構造部分（１）の予め定められた個所において複数の送出パルス（８）が発生され、
ｂ）その結果としての、送出パルス（８）に対応するエコー信号がディジタルにＨＦ像として記録され、
ｃ）コンピュータプログラムを使用して相異なる伝搬時間の複数の壁厚エコー周期が相応して重畳されるステップを有することを特徴とする多層構造部分の部分層厚みの超音波測定方法。
【請求項２】
核燃料被覆管のライナー層厚みを決定するために使用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層構造部分の弱反射性部分層の厚みを超音波測定するための方法に関する。このような構造部分では相異なる層が類似の音響インピーダンスを有する材料から成っている。従って超音波検査ヘッドから発生される音波パルスは、材料間の境界面において非常にわずかな割合、すなわち約１％およびそれ以下しか反射されない。反射された境界面エコーはそれに応じて、通常の、たとえば超音波ヘッドの不完全な減衰により、または横波エコーにより生じる擾乱信号の振幅の範囲にある振幅を有する。従って、達成可能なＳＮ比はこの種の測定の場合、境界面エコーを一義的に識別するためにはしばしば十分でない。
【０００２】
米国特許第 4,918,989号明細書には、核燃料被覆管のライナー層厚みを測定するための超音波法であって、ＳＮ比を高めるため、確かに相異なる反射過程または放射経路を有するが等しい伝搬時間を有する２つの複数回反射されたエコーパルスは重なるという効果が利用される。その場合、ライナー層と管材料との間の境界面において１回反射されたエコーパルスにくらべて、より強い、擾乱信号から明らかに際立つ信号が生ずる。これらの複数回反射はその後の壁厚みエコーの際に始めて有意義になり、そこでは横波による擾乱が大きく、利用エコーが長い伝搬経路に基づいて小さい。従ってＳＮ比の改善は小さい。
【０００３】
核燃料被覆管の内層の厚みを決定するための別の方法は独国特許出願公開第 4102567A1号明細書に記載されている。内層と被覆管との間の境界面において反射される信号を擾乱信号にくらべてより明らかに際立たせるため、擾乱信号を境界面エコーの前および後でフィルタ除去するタイムゲートが使用される。しかし境界面エコーの近くの擾乱は手つかずに残留する。
【０００４】
本発明の課題は、冒頭にあげた形式の方法であって、弱反射性部分層の厚み測定の際のＳＮ比を改善し得る方法を提供することにある。
【０００５】
この課題は請求項１による方法により解決される。それによれば、超音波検査ヘッドを使用して構造部分の予め定められた個所において複数の送出パルスが発生され、その結果としての、送出パルスに対応付けられているエコーパルスがディジタルにＨＦ像として記録される。電子的ノイズを抑制するため平均化されたＨＦ像は、次いでコンピュータプログラムを使用して相異なる伝播時間の複数の壁厚エコー周期が相応して重畳されるように処理される。その場合本発明は、個々のエコー周期の擾乱信号の時間的順序は十分に相異なっているが、一方境界面エコーは１つの等しい周期を有するという観察から出発する。複数のエコー周期が重畳されると、境界面エコーはそれらの厳密な周期性に基づいて擾乱信号よりも比較的強く増幅される。それ故重畳の結果として、境界面エコーが明らかに擾乱信号から際立ち、その結果より容易に識別かつ評価できるディジタル記録が得られる。本発明の方法は核燃料被覆管のライナー層厚みを決定するために使用されると特に有利である。
【０００６】
以下に本発明を添付図面により一層詳細に説明する。
【０００７】
図１には構造部分１における超音波測定に対する典型的な構成が示されている。構造部分の１つの表面に超音波検査ヘッド２が配置されている。音波入射結合はたとえば前駆路有りまたは無しの接触技術で行われる。超音波検査ヘッド２により受信されたエコー信号は超音波検査装置３により受け入れられ、ディジタルのオシロスコープ４によりたとえばＨＦ像の形で記録される。ＨＦ像のデータのその後の処理のために、オシロスコープ４にＤＶ設備、たとえばＰＣ５が接続されている。
【０００８】
検査すべき構造部分１は、音響インピーダンスに関して非常に類似した材料から成る２つの層６、７から成っている。従って、検査ヘッド２から発生された送出パルス８は大部分、両方の層６、７の間の境界面９を貫く。最大１相対％の割合のみが境界面９において反射され、弱境界面エコー１０として検査ヘッド２により受信される。それに対して、構造部分１の背壁１２から反射される背壁エコー１３ははるかに強い。境界面がたとえば0.01の反射係数を有するならば、背壁エコー１３は境界面エコー１０よりも９９倍強い。従って、後者はわずかな増幅率を有するＨＦ像の場合にはもはや認識不可能である（図２参照）。しかし、図２による像は、壁厚を２つの相続く背壁エコー１３の間の時間的間隔から決定するのに用いることができる。
【０００９】
２つの相続く背壁エコー１３の間またはこれらのエコーによって限定されたエコー周期１４内に位置する信号を可視化するため、より高い増幅率、たとえば１００倍の増幅率、を有する記録が必要である。このようなＨＦ像が図３に示されている。それは、図２のＨＦ像の場合のように、個別の超音波放射の記録ではなく、複数の超音波放射の複数のＨＦ像の重畳である。超音波放射は不規則な電子的ノイズまで同一であるから、たとえば超音波検査ヘッドの不完全な減衰により、また横波エコーにより生じる擾乱信号が利用信号と等しい度合いで相対的に増幅され、電子的ノイズのみがフィルタ除去される。すなわち、この種の測定課題において、すなわち構造部分２の部分層厚みの決定において、境界面エコー１０はしばしば、擾乱信号振幅の範囲内に位置する振幅を有する。従って、境界面エコー１０を識別し、構造部分２の部分層厚みを決定することは困難である。ここに対策を講ずるため、いまディジタル形態で存在している図２および図３によるＨＦ像が上記のＰＣ５によりさらに処理される。コンピュータプログラムにより図３によるＨＦ像がそのエコー周期に分解され、これが相応に重畳される。最初の１４のエコー周期１４を重畳した結果が図４に示されている。送出パルス８および第１の背壁エコー１３ａから成る第１のエコー周期１４ａを示す図５との比較から、たいていの擾乱信号１５ａが強度を失っていることが明らかになる。このことはこれらの擾乱信号の見え方が相続くエコー周期１４のなかで変化することにある。すなわち、擾乱信号１５ａの最大値が個々のエコー周期のなかで相異なる位置にあるので、重畳が振幅の減弱に通ずる。背壁エコー１３にすぐ続く信号群１５ｂのみが密に背壁エコーの周期性に結合されており、従ってここでは信号減弱が行われない。しかしこの信号はその位置に基づいて最初から排除され得る。境界面エコー１０がこうして一義的に検出可能である。部分層７の厚みを決定するため、それぞれ境界面エコー１０および背壁エコー１３の最小値が引張り出される。部分層７の厚みは、知られている方法で、前記の信号間の時間差１６から生ずる。そのためにたとえば信号の最小値が決定され、その時間差が既知の超音波速度を用いて層厚みに変換され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】２層の構造部分において本発明方法を実施するための装置。
【図２】構造部分の予め定められた個所において行われる超音波測定のＨＦ像。
【図３】図２に相応する、ただし１００倍の増幅率を有するＨＦ像。
【図４】１倍（太い線）および１００倍（細い線）の増幅率で１４のエコー信号の重畳の結果を示すＨＦ像。
【図５】１倍（太い線）および１００倍（細い線）の増幅率の際の送出パルスおよび第１の背壁エコーを含んでいる第１のエコー周期を示すＨＦ像。
【符号の説明】
【００１１】
１    構造部分
２    超音波検査ヘッド
３    超音波検査装置
４    オシロスコープ
５    ＰＣ
６    部分層
７    部分層
８    送出パルス
９    境界面
１０  境界面エコー
１１  音波入射面
１２  背壁
１３  背壁エコー
１４  エコー周期
１５  擾乱信号
１６  時間差
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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