(57)【要約】【課題】液中における物体の有無情報や位置情報等といった大雑把な情報を、広範囲にわたり簡便に取得することができる超音波観察装置を提供する。【解決手段】超音波観察装置１０は、素子指定部３２で指定した圧電素子２１に超音波を出力させる信号発信部３１と、超音波の進行方向２２の傾斜角θ（θ1＜θ2＜θ3＜θ4＜θ5…）が順次大きくなるように複数の圧電素子２１が直線状に配列してなるセンサ部２０と、複数の圧電素子２１の配列方向に略垂直にセンサ部２０に設けられる支持ロッド２４（図２）と、センサ部２０を支持ロッド２４の長手方向に移動させたり軸周り方向に回転変位させたりするセンサ操作部２５と、圧電素子２１が出力した超音波のエコー信号及び支持ロッド２４の直交面に沿うセンサ部２０の変位量に基づいて撮像領域２３を画像化処理する画像処理部３５と、を備える。【選択図】  図１
2013181970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指定した圧電素子に超音波を出力させる信号発信部と、
前記超音波の進行方向の傾斜角が順次大きくなるように複数の前記圧電素子が直線状に配列してなるセンサ部と、
複数の前記圧電素子の配列方向と略垂直に前記センサ部に設けられる支持ロッドと、
前記センサ部を前記支持ロッドの長手方向に移動させるセンサ操作部と、
前記圧電素子が出力した超音波のエコー信号及び前記支持ロッドの直交面に沿う前記センサ部の変位量に基づいて撮像領域を画像化処理する画像処理部と、を備えることを特徴とする超音波観察装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波観察装置において、
前記センサ操作部は、前記センサ部を前記支持ロッドの軸周り方向に回転変位させることを特徴とする超音波観察装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波観察装置において、
前記センサ操作部は、液体金属ナトリウムを冷却材として使用する原子炉の遮蔽プラグに設けられていることを特徴とする超音波観察装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波観察装置において、
前記センサ部の直下に配置され前記圧電素子が出力した超音波のエコー信号を検証するための反射体を備えることを特徴とする超音波観察装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波観察装置において、
前記センサ部は、直線状の圧電素子の配列が複数段に設けられていることを特徴とする超音波観察装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波観察装置において、
前記圧電素子の傾斜角を調整して前記超音波の進行方向を変更する傾斜角調整部を備えることを特徴とする超音波観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中に存在する物体を観察するための超音波観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速炉は、炉心の熱エネルギーを外部に取り出す冷却材に液体金属ナトリウムを用いているために、通常の光学的手段により炉内を観察することができない。このために、液体金属ナトリウムに超音波を伝播させて炉内を画像化する超音波観察が行われている。
このような高速炉用の超音波観察装置としては、マトリックス状に配置された複数の圧電素子から送信した超音波を炉内構造物に反射させて受信したエコー信号を開口合成処理して三次元画像化する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の超音波観察装置では、炉内物体の形状を高解像度で確認できる一方、撮像領域がマトリックス配置された圧電素子の集合体の直下のみに限定されてしまう課題があった。
このために、炉内状況を広範囲にわたり観察する場合は、超音波観察装置を水平方向に移動させるか、もしくは圧電素子の数を増やしてその開口面積を大きくする必要があった。そうすると、観察時間の長期化や、装置の複雑化・大型化を招来し、さらにソフトウェアによる三次元画像化処理に長時間を要し、高速炉を内部観察するにあたり大きな障害となっていた。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、炉内に存在する物体の詳細形状を観察する前に、物体の有無情報や位置情報等といった大雑把な情報を、広範囲にわたり簡便に取得することができる超音波観察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】
【０００６】
超音波観察装置において、指定した圧電素子に超音波を出力させる信号発信部と、前記超音波の進行方向の傾斜角が順次大きくなるように複数の前記圧電素子が直線状に配列してなるセンサ部と、複数の前記圧電素子の配列方向と略垂直に前記センサ部に設けられる支持ロッドと、前記センサ部を前記支持ロッドの長手方向に移動させるセンサ操作部と、前記圧電素子が出力した超音波のエコー信号及び前記支持ロッドの直交面に沿う前記センサ部の変位量に基づいて撮像領域を画像化処理する画像処理部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液中における物体の有無情報や位置情報等といった大雑把な情報を、広範囲にわたり簡便に取得できる超音波観察装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る超音波観察装置の第１実施形態を示すブロック図。
【図２】第１実施形態に係る超音波観察装置が適用された高速炉の断面図。
【図３】第１実施形態に係る超音波観察装置のセンサ部の縦断面図。
【図４】第１実施形態に係る超音波観察装置による撮像領域の説明図。
【図５】第１実施形態に係る超音波観察装置に適用される反射体の断面図。
【図６】第２実施形態に係る超音波観察装置のセンサ部の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように超音波観察装置１０は、素子指定部３２で指定した圧電素子２１に超音波を出力させる信号発信部３１と、超音波の進行方向２２の傾斜角θ（θ1＜θ2＜θ3＜θ4＜θ5…）が順次大きくなるように複数の圧電素子２１が直線状に配列してなるセンサ部２０と、複数の圧電素子２１の配列方向に略垂直にセンサ部２０に設けられる支持ロッド２４（図２）と、センサ部２０を支持ロッド２４の長手方向に移動させたり軸周り方向に回転変位させたりするセンサ操作部２５と、圧電素子２１が出力した超音波のエコー信号及び支持ロッド２４の直交面に沿うセンサ部２０の変位量に基づいて撮像領域２３を画像化処理する画像処理部３５と、を備えている。
【００１０】
図２に示すように高速炉４０は、装荷される核燃料の核分裂反応により発熱する炉心４２と、炉心４２の熱エネルギーを取り出す液体金属ナトリウム４５を保持する原子炉容器４１と、原子炉容器４１の上部開口に設けられる遮蔽プラグ４４と、この遮蔽プラグ４４上に設けられ制御棒（図示せず）を炉心４２内に挿脱自在に支持する制御棒駆動機構（図示せず）を収容するハウジング４３とから構成されている。そして、超音波観察装置１０のセンサ操作部２５は遮蔽プラグ４４に設けられ、センサ部２０は圧電素子２１の配列が液体金属ナトリウム４５の液面と平行関係になるように支持ロッド２４に支持されている。
【００１１】
信号発信部３１は、素子指定部３２で指定された圧電素子２１にパルス状の電気信号を送信し、この圧電素子２１から超音波を発信させる。
素子指定部３２は、前記したパルス状の電気信号を送信する圧電素子２１を順次切り替えて、センサ部２０から発信される超音波をスキャンする。
【００１２】
圧電素子２１は、その圧電体としての性質から、電気信号を入力すると超音波を発信し、この超音波の反射であるエコー波を受信すると電気信号を出力するものである。センサ部２０は、複数の圧電素子２１が、超音波の進行方向２２の傾斜角θ（θ1＜θ2＜θ3＜θ4＜θ5）が順次大きくなるよう直線状に配列している。
【００１３】
図３に示すセンサ部２０に配列する圧電素子２１の数、ピッチ及び傾斜角θ等の設計条件は、観察対象となる物体の大きさや深度等の撮像条件から最適化されている。
ここで、圧電素子２１から撮像領域２３までの深度ｄ、円形形状の圧電素子２１（固有振動数ｆ，外径Ｄ）を使用する場合について検討する。
【００１４】
圧電素子２１の指向角度δは、次式（１）のような一般式で示される。ここで、媒体（液体金属ナトリウム）中における超音波の伝播速度ｖ、波長λに対し、ｖ＝ｆ・λの関係が成立している。
つまり、一つの圧電素子２１から出力された超音波の照射領域２６は、指向角度δの円錐状となって拡散し、撮像領域２３に投影される。
指向角度δ＝７０λ／Ｄ    （１）
【００１５】
図４に示すように、それぞれの圧電素子２１から撮像領域２３に投影された照射領域２６は、隣接するもの同士が部分的に重複して直線的に配列される。
そして、センサ操作部２５（図２）により、支持ロッド２４の軸周り方向にセンサ部２０を回転変位させることで、支持ロッド２４の直交面に沿ってセンサ部２０を変位させることができる。
さらに、センサ部２０が支持ロッド２４の長手方向に移動することで、隣接する照射領域２６同士の重複範囲や撮像領域２３の範囲が調整される。
【００１６】
なお、実施形態において、支持ロッド２４の直交面に沿ってセンサ部２０を変位させる方法として、支持ロッド２４の軸周り方向にセンサ部２０を回転させることを例示したが、このような方法に限定されるものではない。
例えば、支持ロッド２４の軸周り方向のセンサ部２０の回転を固定した状態で、この支持ロッド２４が固定される遮蔽プラグ４４（図２）の部分を原子炉容器４１の周方向に回転させることも考えられる。
このように、センサ部２０を自転させる場合のみならず、軌道に沿って公転させたり、もしくは直線的な往復運動をさせたりすることによっても、センサ部２０の狭い開口面積で撮像領域を広く確保できる。
【００１７】
圧電素子２１から発信された超音波は、物体で反射し超音波エコーとして同じ圧電素子２１に受信される。このように、超音波及びそのエコーのそれぞれの発信及び受信が同一の圧電素子２１で成立するのは、対応する照射領域２６にある物体で反射が起こった場合である。
なお、ある圧電素子２１から発信された超音波が、他の圧電素子２１に誤って受信されないように、それぞれの圧電素子２１における超音波の発信タイミングが調整される。
【００１８】
信号検出部３３（図１）は、それぞれの圧電素子２１が受信した超音波エコーから圧電変換された電気信号を検出するものである。この検出された微弱なアナログの電気信号は、増幅部（図示略）で増幅された後に、Ａ／Ｄ変換部（図示略）においてデジタル信号に変換される。
【００１９】
水平方向変位検知部３４は、センサ操作部２５からの情報に基づいて、支持ロッド２４の直交面に沿って変位するセンサ部２０を構成する各々の圧電素子２１と、撮像領域２３の水平位置情報（Ｘ−Ｙ情報）とを関連付けるものである。
【００２０】
画像処理部３５は、超音波の発信からそのエコー信号の受信までの時間に基づいて、着目する圧電素子２１が取得した物体の高さ位置情報（Ｚ方向情報）を導く。さらにこの物体の高さ位置情報（Ｚ方向情報）と、水平位置情報（Ｘ−Ｙ情報）とに基づいて撮像領域２３を画像化処理する。また、センサ部２０を支持ロッド２４の長手方向にも移動させながら撮像することにより、観測対象物のＺ方向の解像度をさらに鮮明にすることができる。表示部３６では、観測対象物である物体の立体化した画像情報が表示される。
【００２１】
図５に基づいて反射体５１を説明する。
この反射体５１は、センサ部２０の直下に配置され圧電素子２１が出力した超音波のエコー信号を検証するものである。つまり、この反射体５１は、撮像を実施するのに先立ってセンサ部２０の直下に配置され、超音波のエコー信号の検証を終了した後に取り除かれるものである。
【００２２】
これは、センサ部２０において確実に超音波のエコー信号を受信するためには、圧電素子２１及び液体金属ナトリウムの界面における超音波伝播特性が常に良好に保たれている必要がある。もし、超音波伝播特性が悪いと超音波のエコー信号が非常に弱いか、全く受信できなくなる。
【００２３】
反射体５１は、圧電素子２１のそれぞれに対応する球体５２が、正確な距離を保ちつつ配置されている。このような状態で、各々の圧電素子２１で受信した超音波エコーの信号強度を確認し、超音波伝播特性の良否の判断もしくはエコー信号の受信感度補正をすることができる。
また、各々の圧電素子２１と対応する球体５２との距離を計測することにより圧電素子２１で検知される位置の補正を行うこともできる。
【００２４】
（第２実施形態）
図６に示すように、第２実施形態の超音波観察装置に適用されるセンサ部２０は、直線状の圧電素子２１の配列が複数段に設けられている。
このようにセンサ部２０が構成されることにより、隣接する圧電素子２１が形成する照射領域２６の重複部分が広がるために、空間分解能を向上させた観察が可能になる。
【００２５】
なお図示を省略するが、圧電素子の傾斜角θを調整して超音波の進行方向を変更する傾斜角調整部を設けることができる。これにより、観察対象物の空間分解能の調整やエコー信号の最適感度の調整をすることができる。
【００２６】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の超音波観察装置によれば、圧電素子の傾斜角が順次大きくなるように直線状に配列していることにより、センサ部を小型化しても撮像領域を広く取ることが可能となる。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２８】
１０…超音波観察装置、２０…センサ部、２１…圧電素子、２２…超音波の進行方向、２３…撮像領域、２４…支持ロッド、２５…センサ操作部、２６…照射領域、３１…信号発信部、３２…素子指定部、３３…信号検出部、３４…水平方向変位検知部、３５…画像処理部、３６…表示部、４０…高速炉、４１…原子炉容器、４２…炉心、４３…ハウジング、４４…遮蔽プラグ、４５…液体金属ナトリウム、５１…反射体、５２…球体、θ（θ1,θ2,θ3,θ4,θ5）…傾斜角、δ…指向角度。
【図１】
2013181970.tif 000003
【図２】
2013181970.tif 000004
【図３】
2013181970.tif 000005
【図４】
2013181970.tif 000006
【図５】
2013181970.tif 000007
【図６】
2013181970.tif 000008