(57)【要約】【課題】周波数の識別により非線形現象を検出する従来の材料内部の損傷検出装置及び方法では、高調波や分調波の識別のため信号の波数を多くすることが必要である。信号持続時間が長いと、検出深さの精度の低下が生じたり他の部分からの反射波や被検体の形状に依存する反射波が観測されて不要ノイズ信号となり、損傷の発生の初期段階で確実に損傷を検出する際の問題となる。【解決手段】周波数が相互に異なる非線形現象を発生させる超音波と非線型効果を検出する超音波の二つを用いる。非線形現象を発生させる超音波の引張りと圧縮の各応力位置に対応させて非線形現象の検出用超音波の送信タイミングを制御する。引張りと圧縮の各応力位置で観測した反射信号の差異を検出することで、非線形現象の発生の有無を確実に検出する。【選択図】図１
2013140112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を検査対象内部に送信する超音波探触子と、該超音波探触子に励振超音波駆動信号を送信する超音波送信器と、検出超音波駆動信号を送受信する超音波送受信器と、前記超音波探触子の超音波集束位置を制御する超音波遅延時間制御器と、前記超音波探触子で受信した反射超音波の反射信号を入力する処理装置を備え、超音波の非線形現象を用いて損傷を検出する超音波損傷検出装置において、
前記励振超音波による前記検査対象内部の引張応力状態と圧縮応力状態の発生に同期させて、前記励振超音波と検出超音波の発生タイミングを変化させるタイミング時間制御器を、前記超音波探触子に接続して設け、
前記超音波信号送受信器は、前記検査対象内部に引張応力状態と圧縮応力状態を生成する励振超音波と、引張応力状態と圧縮応力状態が生成された前記検査対象を検査する検出超音波を生成し、前記検査対象の前記検出超音波による引張応力状態と圧縮応力状態における反射超音波による反射信号の差異を前記処理装置で検出して損傷を検出することを特徴とする超音波損傷検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載された超音波損傷検出装置において、前記処理装置は、前記検査対象の前記検出超音波による引張応力状態と圧縮応力状態における反射超音波による反射信号の差異があらかじめ設定した範囲にあるとき、損傷と判定することを特徴とする超音波損傷検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載された超音波損傷検出装置において、前記励振超音波と検出超音波の駆動信号をあらかじめ加算し重畳させて生成したことを特徴とする超音波損傷検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された超音波損傷検出装置において、前記励振超音波駆動信号を送信する超音波送信器と、前記検出超音波を送受信する超音波送受信器を単一の超音波信号送受信器から構成したことを特徴とする超音波損傷検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された超音波損傷検出装置において、前記タイミング時間制御器による前記励振超音波と検出超音波の生成送信タイミングを、前記処理装置により制御することを特徴とする超音波損傷検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された超音波損傷検出装置において、前記超音波探触子は、励振超音波駆動信号の送信電極と、検出超音波駆動信号の送受信電極を有することを特徴とする超音波損傷検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載された超音波損傷検出装置において、前記超音波探触子は、励振超音波信号を送信する二次元アレイ素子と、検出超音波信号を送受信する二次元アレイ素子を有し、前記二つの二次元アレイ素子の集束位置を同じ観測位置に制御したことを特徴とする超音波損傷検出装置。
【請求項８】
超音波を検査対象内部に送信する超音波探触子と、該超音波探触子に超音波を発生させる駆動信号を送信する超音波信号送受信器と、前記超音波探触子の超音波集束位置を制御する超音波遅延時間制御器と、前記超音波探触子で受信した反射超音波の反射信号を入力する処理装置を備え、超音波の非線形現象を用いて損傷を検出する超音波損傷検出方法において、
前記検査対象内部に引張応力状態と圧縮応力状態を生成する励振超音波を送信し、
前記検査対象に前記励振超音波を送信した際に、前記検査対象の引張応力状態と圧縮応力状態を検査する検出超音波を送信し、前記検査対象の前記検出超音波による引張応力状態と圧縮応力状態における反射超音波による反射信号の差異を検出して損傷を検出することを特徴とする超音波損傷検出方法。
【請求項９】
請求項８に記載された超音波損傷検出方法において、前記検査対象の前記検出超音波による引張応力状態と圧縮応力状態における反射超音波による反射信号の差異があらかじめ設定した範囲にあるとき、損傷と判定することを特徴とする超音波損傷検出方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載された超音波損傷検出方法において、前記励振超音波と検出超音波の駆動信号をあらかじめ加算し重畳させて生成したことを特徴とする超音波損傷検出方法。
【請求項１１】
請求項８または９に記載された超音波損傷検出方法において、前記励振超音波の駆動信号と検出超音波の駆動信号を分離して前記超音波探触子に送信することを特徴とする超音波損傷検出方法。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれかに記載された超音波損傷検出方法において、前記励振超音波による前記検査対象内部の引張応力状態と圧縮応力状態の発生と同期させて、前記励振超音波と検出超音波の発生タイミングを変化させたことを特徴とする超音波損傷検出方法。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれかに記載された超音波損傷検出方法において、励振超音波信号を送信する二次元アレイ素子と、検出超音波信号を送受信する二次元アレイ素子を有し、前記二つの二次元アレイ素子の焦点位置を同じ観測位置に制御したことを特徴とする超音波損傷検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の非線形効果を用いて材料内部のクリープボイドやマイクロクラックなどの損傷を軽微な状態で検出する超音波損傷検出装置及び超音波損傷検出方法に係わるもので、特に産業プラントにおける配管溶接部分の損傷検出を非破壊で実施するのに好適な材料内部の損傷検出装置及びこれを用いた損傷検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば火力発電用プラント等の産業用プラントでは、高経年化 、負荷変動や高温・高圧化など過酷な運転条件の増加のため、金属材料の健全性を常に評価することが重要である。
従来、例えば特許文献１、特許文献２に示すように、材料内部からの超音波反射強度を調べる損傷検出方法が知られている。しかしこの方法は、材料を構成する粒界の反射や、溶接に伴う金属材料の不均一性などによる超音波反射ノイズが大きく、真の損傷と識別するには信号雑音比（S/N）の点から適用性に問題がある。
【０００３】
上記の損傷検出方法に対し、例えば特許文献３、特許文献４に示されているように、損傷による反射信号の非線形性に着目した損傷検出方法が提案されている。この方法は、検査対象となる試験体に正弦波状の超音波を照射し、材料や損傷がもたらす非線形効果により照射超音波の反射が非線形になる非線形現象を生じ、高調波成分が発生することを利用する。
【０００４】
この非線形現象の発生原理は非特許文献１に詳しく述べられている。簡単に説明すると、超音波も圧縮と拡張からなる応力波であり、ボイドやクラックなどに応力がかかると圧縮時はボイドやクラックが閉じ拡張時には広がる。この結果、圧縮時には損傷が閉じるため超音波の反射が減少し、逆に拡張時には損傷が開いて反射が大きくなる。このため、送信超音波が正弦波であっても、反射超音波は拡張側より圧縮側が小さくアンバランスとなり送信超音波の基本周波数の整数倍信号からなる高調波成分が検出され、これにより損傷を検出する。
【０００５】
この損傷検出方法では、周波数分離が不可欠であるので、受信される高周波成分の周波数スペクトルが狭いことが必要である。信号波数(信号持続時間)とスペクトル幅は反比例の関係にあるため、周波数分離を確実に行うためには信号波数を多くすることが必要であり、特許文献３、４でも波数が5波長程度のいわゆるバースト波を用いている。一方、信号持続時間が長いと検出信号の検出深さの識別精度が低下する。さらに、溶接の他の部分からの反射や被検体の形状に依存する反射もノイズ信号として観測され、損傷を検出する上で障害となるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１３９４７８号公報
【特許文献２】特公表２００７／１１０９００号公報
【特許文献３】特開２００６−６４５７４号公報
【特許文献４】特願２００６−８４３０５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】社団法人日本非破壊検査協会「非破壊検査」５６巻６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
背景技術に記載したように、超音波の非線形現象を利用して材料内部のボイドやクラックなどの損傷を検出する技術では、周波数の識別により非線形現象を検出する。検出を確実に行うためには信号の波数を多くすることが必要であるが、信号持続時間が長いと検出信号の検出深さの識別精度が低下し、溶接などの他の部分からの反射や被検体の形状に依存する反射等のノイズが観測される。これらの不要反射波は損傷を検出する上で障害となる場合があり、損傷発生の初期段階で確実に損傷を検出する際に問題となる。
【０００９】
特許文献３、４に開示された技術では、周波数識別のため波数の多い信号を使うほか、検査対象も単純形状のテストピースを用いた実験室的な材料評価として適用されており、実際のプラントにおける検査で十分な効果を発揮できない問題がある。
【００１０】
本発明は上記に鑑みて創出されたものであり、実プラントの構成機器の損傷を、早期に確実に検出できる材料内部の超音波による損傷検出装置および損傷検出方法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】
【００１１】
本発明は、超音波を検査対象内部に送信する超音波探触子と、超音波探触子に励振超音波駆動信号を送信する超音波送信器と、検出超音波駆動信号を送受信する超音波送受信器と、超音波探触子の超音波集束位置を制御する超音波遅延時間制御器と、超音波探触子で受信した反射超音波の反射信号を入力する処理装置を備え、超音波の非線形現象を用いて損傷を検出する超音波損傷検出装置において、励振超音波による検査対象内部の引張応力状態と圧縮応力状態の発生に同期させて、励振超音波と検出超音波の発生タイミングを変化させるタイミング時間制御器を、超音波探触子に接続して設け、超音波信号送受信器は、検査対象内部に引張応力状態と圧縮応力状態を生成する励振超音波と、引張応力状態と圧縮応力状態が生成された検査対象を検査する検出超音波を生成し、検査対象の検出超音波による引張応力状態と圧縮応力状態における反射超音波による反射信号の差異を処理装置で検出して損傷を検出することを特徴とする。
【００１２】
また、超音波損傷検出装置において、処理装置は、検査対象の検出超音波による引張応力状態と圧縮応力状態における反射超音波による反射信号の差異があらかじめ設定した範囲にあるとき、損傷と判定することを特徴とする。
【００１３】
また、超音波損傷検出装置において、励振超音波と検出超音波の駆動信号をあらかじめ加算し重畳させて生成したことを特徴とする。
【００１４】
また、超音波損傷検出装置において、励振超音波駆動信号を送信する超音波送信器と、検出超音波を送受信する超音波送受信器を単一の超音波信号送受信器から構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、超音波損傷検出装置において、タイミング時間制御器による励振超音波と検出超音波の生成送信タイミングを、処理装置により制御することを特徴とする。
【００１６】
また、超音波損傷検出装置において、超音波探触子は、励振超音波駆動信号の送信電極と、検出超音波駆動信号の送受信電極を有することを特徴とする。
【００１７】
また、超音波損傷検出装置において、超音波探触子は、励振超音波信号を送信する二次元アレイ素子と、検出超音波信号を送受信する二次元アレイ素子を有し、二つの二次元アレイ素子の集束位置を同じ観測位置に制御したことを特徴とする。
【００１８】
さらに、超音波を検査対象内部に送信する超音波探触子と、超音波探触子に超音波を発生させる駆動信号を送信する超音波信号送受信器と、超音波探触子の超音波集束位置を制御する超音波遅延時間制御器と、超音波探触子で受信した反射超音波の反射信号を入力する処理装置を備え、超音波の非線形現象を用いて損傷を検出する超音波損傷検出方法において、検査対象内部に引張応力状態と圧縮応力状態を生成する励振超音波を送信し、検査対象に励振超音波を送信した際に、検査対象の引張応力状態と圧縮応力状態を検査する検出超音波を送信し、検査対象の検出超音波による引張応力状態と圧縮応力状態における反射超音波による反射信号の差異を検出して損傷を検出することを特徴とする。
【００１９】
さらに、超音波損傷検出方法において、検査対象の検出超音波による引張応力状態と圧縮応力状態における反射超音波による反射信号の差異があらかじめ設定した範囲にあるとき、損傷と判定することを特徴とする。
【００２０】
さらに、超音波損傷検出方法において、励振超音波と検出超音波の駆動信号をあらかじめ加算し重畳させて生成したことを特徴とする。
【００２１】
さらに、超音波損傷検出方法において、励振超音波の駆動信号と検出超音波の駆動信号を分離して超音波探触子に送信することを特徴とする。
【００２２】
さらに、超音波損傷検出方法において、励振超音波による検査対象内部の引張応力状態と圧縮応力状態の発生と同期させて、励振超音波と検出超音波の発生タイミングを変化させたことを特徴とする。
【００２３】
さらに、超音波損傷検出方法において、励振超音波信号を送信する二次元アレイ素子と、検出超音波信号を送受信する二次元アレイ素子を有し、二つの二次元アレイ素子の焦点位置を同じ観測位置に制御したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、超音波探触子と、超音波探触子に励振超音波駆動信号を送信する超音波送信器と、検出超音波駆動信号を送受信する超音波送受信器と、超音波探触子の超音波集束位置を制御する超音波遅延時間制御器と、超音波探触子で受信した反射超音波の反射信号を入力する処理装置を備え、超音波の非線形現象を用いて損傷を検出する超音波損傷検出装置において、励振超音波による検査対象内部の引張応力状態と圧縮応力状態の発生に同期させて、励振超音波と検出超音波の発生タイミングを変化させるタイミング時間制御器を、超音波探触子に接続して設け、超音波信号送受信器は、検査対象内部に引張応力状態と圧縮応力状態を生成する励振超音波と、引張応力状態と圧縮応力状態が生成された検査対象を検査する検出超音波を生成し、検査対象の検出超音波による引張応力状態と圧縮応力状態における反射超音波による反射信号の差異を処理装置で検出して損傷を検出することにより、機器の損傷を早期に確実に検出する超音波損傷検出装置を提供することができる。
【００２５】
また、超音波の非線形現象を用いて損傷を検出する超音波損傷検出方法において、検査対象内部に引張応力状態と圧縮応力状態を生成する励振超音波を送信し、検査対象に励振超音波を送信した際に、検査対象の引張応力状態と圧縮応力状態を検査する検出超音波を送信し、検査対象の検出超音波による引張応力状態と圧縮応力状態における反射超音波による反射信号の差異を検出して損傷を検出することにより、機器の損傷を早期に確実に検出する超音波損傷検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１における損傷検出装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明損傷検出装置の実施例１における探触子３を示す模式図。
【図３】本発明損傷検出装置の実施例１における探触子３の断面図。
【図４】本発明損傷検出装置の実施例１における超音波信号の信号波形図。
【図５】本発明の実施例１における処理装置の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の実施例２の損傷検出装置の構成を示すブロック図。
【図７】本発明損傷検出装置の実施例２にける超音波信号の信号波形図。
【図８】本発明損傷検出装置の実施例２における探触子３Ａの断面図。
【図９】本発明損傷検出装置の実施例３における探触子３Ｂの構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
本実施形態に係る材料内部の超音波による損傷検出装置及び損傷検出方法では、損傷に非線形現象を発生させる励振超音波と、非線形現象を検出するパルス信号からなる検出超音波を利用する。両方の超音波を損傷を検査する観測位置に集束させ、その観測位置を移動させる。非線形現象を発生させる励振超音波の引張り応力側と圧縮応力側の少なくとも２回、パルス信号により検査超音波を発生させ、各々で検出した反射超音波による反射信号の差異を検出し、差異が基準値を超えた部分を損傷ありと判定する。
【００２９】
以下に本発明の代表的な実施例を順次説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は本発明に係る材料内部の損傷検出装置の実施例１を示すブロック図である。 図１において、１は検査対象となるプラントの配管であり、主に溶接部分２を検査する。３は、励振超音波と検出超音波からなる超音波を送受信する探触子であり、実施例１では２種類のアレイ探触子を同心円状に組み合わせた構成としている。４は配管１内部で非線形現象を発生させる励振超音波の電気的駆動信号を生成し送信する超音波信号送信器であり、５は検出超音波駆動信号を生成送信して非線形現象を検出する超音波信号送受信器である。
【００３１】
６はアレイ探触子の各アレイに印加する信号の遅延時間を制御する遅延時間制御器であり、公知の遅延時間制御により探触子３の超音波が集束する位置(焦点位置)を制御する。
【００３２】
７はタイミング時間制御器であり、超音波信号送信器４と超音波信号送受信器５の信号送信タイミングを制御する。探触子３で受信された検出超音波の反射超音波は、超音波信号送受信器５で検出され電気信号に変換されて、処理装置８で処理される。処理装置８は超音波信号送受信器５から出力された検出超音波の反射信号を受信し、基準値と比較して損傷の有無を検出する。処理装置８ではまた、遅延時間制御器６の遅延時間とタイミング時間制御器７のタイミング時間を制御する。処理結果は表示器９で表示する。
【００３３】
図２は実施例１の探触子３の構成を示す。上下二つの電極３１、３２の間に図示しない圧電素子が挟まれた構造となっている。電極３２は一枚であり電極３１は中心からリング状に複数に分割された電極構造を持つ。リング状の電極３１は、励振超音波を送信して配管１内部に非線形現象を発生させる超音波信号送信器４に接続される電極３１aと、非線形現象の検出超音波送受信のために超音波信号送受信器５に接続される電極３１ｂの二つが通常交互に配置される。分割された各電極３１a、３１ｂへの電圧印加遅延時間を制御することにより、配管１深さ方向の超音波の集束位置を変えることができる。Ｄは配管１内部に存在するボイドやクラック等の損傷である。
【００３４】
図３は、探触子３の中心を通る断面を模式的に示した断面図であり、超音波信号送信器４、超音波信号送受信器５への配線を示してある。配管１の表面に探触子３を設置している。探触子３は電極３１と電極３２の間に分極された圧電素子３３が挟まれた構造を持つ。電極３２は配管１に接触し、電極３１は複数に分割されている。
【００３５】
遅延時間制御器６の遅延時間は、処理装置８で送信の際に計算してその都度決定する。或はあらかじめ求めておいた数値表等をメモリ等に格納しておき、これを参照することにより決定してもよい。探触子３は、励振超音波送信用と検出超音波送受信用の二つの探触子をひとつにまとめたものと考えることができ、遅延時間制御器６で二つの探触子の集束位置を各々同じ位置に制御する。つまり、非線形現象を発生させる励振超音波をある観測位置に集束させ、その同じ位置に非線形現象の検出超音波も集束させる。
【００３６】
ここで超音波の送信、送受信のための駆動信号波形と非線形性の検出処理方法について、図４を用いて説明する。一つの観測点に関し、少なくとも測定Ａと測定Ｂで示す２回の超音波送受信を行う。
【００３７】
図４において、Ａ１は検査対象に非線形現象を発生させる励振超音波の駆動信号を送信する超音波信号送信器４の信号波形、Ａ２は非線形現象を検出する超音波信号送受信器５の信号波形であり、２回観測を行う際の最初の信号波形である。探触子３に励振超音波を発生させる超音波信号送信器４の信号波形はほぼ正弦波状の信号波形であり、引張り応力側と圧縮応力側にふれた信号波形となる。一方、Ａ２の非線形現象を検出する検出超音波を発生させる超音波信号送受信器５の信号波形は、励振超音波を発生させる超音波信号送信器４の信号波形のほぼ引張り応力のピーク付近のタイミングで発生させるパルス波形である。二つの超音波信号波形Ａ１、Ａ２の周波数成分には互いに異なる帯域の信号を用いる。
【００３８】
Ａ１、Ａ２信号の発生タイミングは、Ａ１の１波長分の時間が既知であるから、タイミング時間制御器７で設定できる。Ａ１、Ａ２信号の発生タイミングは、両者のタイミングを相対的に制御することによって可能である。図４で横軸は時間であり超音波が伝搬する深さ方向に対応している。網掛けの部分に損傷信号があると仮定すると、このとき損傷部分には引張り応力が働いており、ボイドやクラックなどの損傷部分は開くため、検査超音波は損傷面で反射して検査超音波と類似の高調波成分を含む信号波形、あるいは反転した信号波形として検出される。
【００３９】
次に、２回目の測定Bにおける超音波送受信について説明する。一回目の測定Aの送受信との違いは、Ｂ２の非線形現象を検出する超音波信号送受信器５のパルス波形を、非線形現象を発生させる超音波信号送信器４の信号波形Ｂ１による圧縮応力のほぼピーク付近で発生させることにある。この発生タイミング制御を行うことにより、損傷部分が圧縮応力となった状態で非線形現象を検出する検出超音波が照射されることになる。このとき、検出超音波は損傷面が閉じているため不明瞭な反射波の信号波形が検出される。
【００４０】
このように、１回目の引張り応力下と２回目の圧縮応力下で損傷部分の閉じ具合が異なり、その状態に応じた検出超音波の反射波が発生する。この検出超音波の反射波による信号波形は、非線形現象を発生させる励振超音波を発生させる超音波信号送信器４の信号波形と、非線形現象を検出する超音波信号送受信器５の検出超音波パルス波形による応力の強さと、損傷部分の変歪の状態に応じた信号波形となる。
【００４１】
図４では圧縮応力がある程度かかると損傷が閉じる場合を想定している(図４で一点鎖線で示すレベル)。つまり、非線形現象を発生させる励振超音波の応力方向に応じて損傷が開閉し、損傷が閉じた場合にはさらに検出超音波により発生する応力に応じて検出超音波の反射が変化する。つまり、一点鎖線より大きな圧縮応力では損傷部分が完全に閉じるため検出超音波の反射が起こらず、これより小さな応力側で小さな反射が発生する。この応力場は１回目の測定Ａと２回目の測定Ｂで違うため検出超音波の受信信号波形も異なる。１回目と２回目の信号波形に差があることは、応力場による非線形現象の発生を示しており、この差を検出することにより非線形性を持つ損傷の検出が可能となる。
【００４２】
以上のような一連の操作を、探触子３の集束位置を配管１の深さ方向に変化させ、また、配管１表面で探触子３の位置を変えることによって、配管１の測定が必要な部分を検査する。
【００４３】
次に、処理装置８について図５を用いてその内容を詳しく説明する。図５において、８１は演算器であり、観測する深さに超音波を集束させるため、探触子３の各電極に与える駆動信号の時間遅延量を計算し、インターフェイス８２を通して遅延時間制御器６に遅延時間情報を送る。
【００４４】
また、同様に超音波の送受信に関し、１回目と２回目で異なる超音波駆動信号の送信タイミング情報を、インターフェイス８２を通してタイミング時間制御器７に送信する。
【００４５】
超音波信号送受信器５で受信した検出超音波の反射波によるパルス信号波形は、フィルタ８３で超音波信号送信器４の励振超音波による信号波形成分を除去し、アナログ−デジタル変換器(Ａ／Ｄ変換器)８４でデジタル情報に変換されて、メモリ８５に格納される。
【００４６】
メモリ８５には、１回目と２回目の測定時の検査超音波の反射信号が記録されており、演算器８１でその差を算出する。反射信号の差があらかじめ設定した基準値を超えた場合に非線形による損傷があると判定し、判定結果は表示器９で表示される。演算器８１には必要に応じて探触子３の位置情報を入力し、配管１のどの場所に損傷が発生しているかが分るようにする。
【００４７】
以上に述べたように、実施例１によればプラントの配管などの金属材料中の損傷を正確に検出できる。損傷部分に励振超音波により印加される引張り、圧縮応力に応じて検出超音波の印加タイミングを制御し、検出超音波の反射信号を比較することで内部の非線形損傷の存在を明確に識別することが可能となる。このため、プラント構造材の損傷を早期に検出し、プラント機器の信頼性を確保することができる。
【実施例２】
【００４８】
次に本発明の実施例２について説明する。図６は実施例２のブロック図である。実施例２では超音波信号送受信器１０のみを設けて、探触子３Ａに励振超音波信号と検出超音波信号を送信している。超音波信号送受信器１０では、実施例１で示した励振超音波を発生させる超音波信号送信器の信号波形と、非線形現象を検出する検出超音波を発生させる超音波信号送受信器の信号波形を重ね合わせた信号波形としている。
【００４９】
信号波形を図７で説明する。実施例１と同じく、１回目の測定Ａでは励振超音波駆動信号の正弦波の引張り応力側に検出超音波の駆動パルス波形を重畳させ、２回目の測定Ｂでは圧縮応力側に検出超音波の駆動パルス信号波形を重畳させた信号波形とする。
【００５０】
実施例２では、パルス波形の周波数帯域は非線形現象を発生させる正弦波１波数の周波数成分より十分大きくしてある。圧縮応力で損傷が閉じたときには反射率が低下するためパルス波形の一部が欠落した反射信号波形となり、１回目と２回目を比較することにより、容易に非線形現象の有無、つまり損傷の有無を検出できる。
【００５１】
実施例２では、図８に示すように電極３１は全て超音波信号送受信器１０に接続されている。各配線に印加される信号波形は、超音波の集束位置に合わせた遅延時間を有しており、図７に示すように１回目と２回目で信号波形が異なることは言うまでもない。実施例２では、探触子３Aが送受兼用になるため、損傷Ｄに対する集束位置のずれを小さくすることができるという特徴がある。
【実施例３】
【００５２】
図９は本発明の実施例３の超音波探触子３Ｂの具体的構成を示す。実施例３の超音波探触子３Ｂでは、２次元平面に配置した５×５の電極を有するマトリックス状の２次元アレイ探触子３５、３６を二つ使用している。５×５の電極に対向させて平板の電極を設け、その間に圧電素子を満たす構造は先の実施例１、２と共通である。周知のように、２次元アレイ探触子は各電極に信号を与える遅延時間を制御することで水平方向、深さ方向に自由に集束位置を変化させることができる。
【００５３】
二つの探触子３５、３６を検査対象に設置し、集束位置つまり観測位置を同じになるよう遅延時間を制御する。例えば探触子３５を実施例１の非線形現象を発生させる超音波信号送信器と接続して非線形現象を発生させ、３６を非線形現象を検出する超音波信号送受信器に接続して非線形現象を検出すると、実施例１と同じく材料内の損傷部分を検知できる。実施例１では、超音波の集束位置は深さ方向のみの変化であったが、実施例３では一度探触子を設置すると、探触子を移動せずに深さ方向だけではなく水平方向も含めた一定範囲の３次元の損傷検査が可能となるという特徴を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
産業用プラントでは、高経年化 、負荷変動や高温・高圧化など過酷な運転条件の増加のため、構造物材料の健全性を常に非破壊で評価することが重要である。このため、プラント構造材料内部のクリープボイドやマイクロクラックなどの損傷を、損傷の軽微な段階で検出できる装置と方法が望まれている。
【００５５】
本発明では、材料内部の損傷検出において、周波数が相互に異なる二つの超音波を用いることにより、超音波の持続時間を短くして深さ方向の分解能を向上できる。また、実際のプラントにおける検査でも障害となることの多い溶接や他の部分からの不要反射や、被検体の形状に依存する反射等のノイズ信号も低減することができる。さらに、非線形現象を利用して実プラントで材料内部の損傷を非破壊で早期に確実に検出してプラントの信頼性を向上させることが可能となり、プラント機器及びプラント全体の信頼性を確保することができる。
【００５６】
本発明はまた、実際のプラントにおける検査でも障害となることの多い溶接や他の部分からの反射や、被検体の形状に依存する反射も低減することができる。さらに、二つの超音波の送信タイミングを制御することで、非線形現象の発生の有無を確実に検出できる。この結果、実プラントで材料内部の損傷を非破壊で早期に確実に検出でき、プラントの信頼性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００５７】
１：配管
２：溶接部
３、３Ａ、３Ｂ：超音波探触子
４：超音波信号送信器
５：超音波信号送受信器
６：遅延時間制御器
７：タイミング時間制御器
８：処理装置
９：表示器
１０：超音波信号送受信器
３１、３１ａ、３１ｂ、３２：電極
３３：圧電素子
３５、３６：二次元アレイ素子
８１：演算器
８２：インターフェイス
８３：フィルタ
８４：アナログ−デジタル変換器
８５：メモリ
【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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