(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径の管、パイプ、及び円筒状殻体構造体の欠陥及び腐食作用の有無について該円筒状構造体の内径から該管等を検査する装置において、
目標とする円筒状構造体の内径よりも小さい外径を有する円筒状プローブであって、該円筒状プローブの第１の端部に配置され且つ前記目標とする円筒状構造体の内径以下の外径を有する形態から機械的接触点にて前記円筒状プローブの外面と前記目標とする円筒状構造体の内面との間に機械的な接触点を提供するような外径を有する幾何学的形態まで移動可能である拡張可能な境界面を更に備える前記円筒状プローブと、
前記円筒状プローブの第２の端部にて機械的波を発生させる手段であって、前記プローブの前記第２の端部が前記目標とする円筒状構造体の外部にあり、前記機械的波が、前記円筒状プローブの前記第２の端部から前記円筒状プローブと前記目標とする円筒状構造体との間の前記機械的接触点にて前記円筒状プローブの前記第１の端部を通って前記目標とする円筒状構造体内に入るようにした前記機械的波を発生させる手段と、
戻り波を受け取る手段とを備え、前記戻り波が、前記目標とする円筒状構造体内の機械的な幾何学的形態及び異常部から反射され、前記戻り波の特徴が、前記目標とする円筒状構造体の構造的特徴を表示する、装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、前記円筒状プローブの前記第１の端部内に挿入可能であり且つ前記円筒状プローブの上で前記拡張可能な境界面が拡張するように付勢し、前記円筒状プローブと前記目標とする円筒状構造体との間の前記機械的な接触を維持する働きをする機械的プラグを更に備える、装置。
【請求項３】
請求項１の装置において、前記円筒状プローブ内で機械的波を発生させる前記手段が超音波変換器を備える、装置。
【請求項４】
請求項１の装置において、前記円筒状プローブ内で機械的波を発生させる前記手段が少なくとも１つの磁気歪みコイルを備える、装置。
【請求項５】
請求項１の装置において、前記戻り信号を受け取る手段が超音波変換器を備える、装置。
【請求項６】
請求項１の装置において、前記戻り信号を受け取る手段が磁気歪みコイルを備える、装置。
【請求項７】
請求項１の装置において、信号処理装置／信号発生器と、データ分析装置と、データ表示装置と、データ記憶装置とを更に備える、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、全体として、管、パイプ、円筒状の殻体等の状態を非破壊的に検査する装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は、アクセスが制限された管、パイプ、円筒状構造体等をその内部から超音波、磁気歪み波、及びその他同様の波の伝播による検査を行うプローブ構造体及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの工業的構造体、フレーム、導管、流れコラム等は、アクセスすることが困難であることがしばしばである円筒状の形態の構造とされている。小径の管及びパイプを欠陥及び腐食作用の有無に関して検査することは重要であるが、利用可能な作業スペースの幾何学的制約のため極めて困難である。かかる管及びパイプを外径（ＯＤ）から検査しようとする試みは、パイプ又は管の外面に取り付けられた支持構造多を頻繁に使用するため、制限される。それは、最も多くの場合、内壁には、制限的な支持構造体が存在しないから、理想的には、かかる管状のパイプ構造体への長手方向からのアクセスは、内部から行うのが最も容易である。残念なことに、管、パイプ等の典型的な断面の幾何学的形態の上述した制約は、必要なプローブ及び電子機器を目標とする管の内径（ＩＤ）内に導入するのを妨げる。
【０００３】
目標とする管の内径に一旦アクセスしたならば、超音波及び磁気歪み波系の機械的な波を使用して、欠陥及び／又は薄肉厚化について管壁を検査することができる。殆どの場合の問題点は、検査波を管壁の内面内に実際に投射することである。更に、目標とする管の検査に最も適した波の型式は、壁を通じて均一に且つ対称状に長手方向に伝播するものである。換言すれば、管の円筒壁の一点にて検査波を導入することは、全体として、異常箇所からの戻り信号の検出及び分析を複雑化する矛盾する波のパターンを発生させる。戻り信号を捕捉し、解釈し且つ分析することを簡略化し得るように検査波を均一で且つ対称の形態にて投射することが好ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明の１つの目的は、小径の管、パイプ及び円筒状構造体を欠陥及び腐食作用の有無についてその構造体の内径から検査する装置及び方法を提供することである。
【０００５】
本発明の１つの目的は、検査波を長手方向に構造体内まで投射する目的のため、管の内径に隣接し且つ該内径と機械的に接触した位置に対し管の外側で案内される波を発生させる手段を提供することにより、管、パイプ及び円筒状構造体を内径から検査することを可能にすることである。
【０００６】
本発明の更なる目的は、超音波及び／又は磁気歪み的に発生される波を管の外側にて発生させ且つその発生された波を管の内径まで伝送する導波管を提供することにより、その波を使用することを通じて小径の管を欠陥及び腐食作用の有無について検査する手段を提供することである。
【０００７】
本発明の更なる目的は、本発明のセンサまで伝播して戻る戻り信号の受信、解釈及び分析を簡略化する均一で且つ対照的な方法にて検査波を発生させ且つ投射することにより、小径の管を欠陥及び腐食作用の有無について検査する装置及び方法を提供することである。
【０００８】
本発明の更なる目的は、適正な形態とした導波管により超音波発生装置を利用し且つかかる超音波発生装置を目標とする管の内部に接続することにより、小径の管を欠陥及び腐食作用の有無について検査する装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記及びその他の目的を達成するため、本発明は、小径の管、パイプ又は円筒状構造体内部の内部点まで外部の点から超音波及び磁気歪み的に発生された機械的な波を指向させる装置及び方法を提供することである。本発明は、目標とする管内に挿入するのに十分に小さい寸法であり且つ目標とする管の内径との機械的な接触を保つ手段を備え得るような形態とされた円筒状の導波管の管ガン内で波を発生させる外部の機構を内蔵する。標準的な超音波発生装置又は磁気歪み波機械的波発生コイルが目標とする管の外側にて導波管上に配置され且つ導波管を通じて目標とする管の内部の位置まで適当な機械的な波を発生させる。導波管と管の内径面との間の機械的境界面は、検査波及び受け取った戻り信号の波を目標とする管と導波管との間にて伝送し得るように目標とする管内の一点に配置され且つ提供される。超音波及び／又は磁気歪み波機械的波に対する適当なセンサ装置は、戻った信号を受け取り且つ管壁の傷、支持体及び幾何学的な変化を示すインピーダンスの不一致を解釈するように配置される。受け取った信号を表示及び処理に適した信号電圧に変換するため適当な信号受信、増幡及びフィルタリング要素が配置されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明の導波管プローブ器具を詳細に説明するために図１を参照する。図１は、ボイラー、核反応炉及びその他の発電施設で見られる熱交換器管列を検査するために使用される本発明の器具に対する１つの可能な用途の斜視図的な部分断面図である。本発明は、その内部が少なくとも一端にてアクセス可能であり、熱交換パネル又はシリンダにおけるように共に緊密に隔てられた大きい管列を検査するのに特に適している。
【００１１】
図１には、断面図で図示した熱交換器構造体内で１つの管の内径内に挿入可能である導波管器具（１０）が斜視図で開示されている。導波管（１０）の主要な構成要素は検査波及び戻り信号波の双方を検査器具と目標とする管との間にて運び且つ伝送する働きをする管状プローブ（１２）である。管状プローブ（１２）の作用端には、超音波又はその他の機械的な波を管状プローブ（１２）から目標とする管内に伝導するのに適した機械的な境界面構造体（１４）がある。本発明の好ましい実施の形態において、機械的な境界面（１４）は、以下により詳細に説明するように、目標とする管内面と機械的に接触することを許容する複数の拡張可能な翼状部分（２７）を備えている。
【００１２】
管状プローブ（１２）の他端にて、複数の磁気歪みコイル（１６、１８、２０）がプローブ（１２）内で機械的な波を発生させ得るよう適宜に配置されるように管状プローブ（１２）を取り巻いている。コイル（１６、１８、２０）は、機械的な検査波を発生させる信号を供給すると共に、戻り波と関係した信号を受け取るという二重の目的を果たす信号ケーブル（２２）により制御される。
【００１３】
管状プローブ（１２）は、他の隣接する管（８）、（９）と共に、管板（６）内の所定の位置に保持された目標とする管（２４）内に挿入される。管状プローブ（１２）は、目標とする管（２４）の内径よりもわずかに小さい外径を有する。このことは、目標とする管（２４）内で機械的境界面（１４）を拡張させる前に、管状プローブ（１２）を目標とする管（２４）内に容易に挿入することを許容する。一度び挿入されたならば、複数の拡張翼状部分（２７）は、図１に図示するように、機械的プラグ（２６）を引き込むことにより、外方に付勢される。管状プローブ（１２）の機械的な境界面部分は、管状プローブ（１２）の内径よりもわずかに大きい直径を有するプラグ（２６）を挿入することで拡張される管状構造体の円筒状殻体から形成された列状の割り型翼状部分（２７）として簡単に形成することができる。図４に関してより詳細に説明する仕方にてプラグ（２６）を管状プローブ（１２）内に引き込むことができる。
【００１４】
これにより、多数の機構は、管状プローブ（１２）の円筒状殻体構造体を付勢して目標とする管（２４）の内面と機械的に接触させることが可能であると予想される。図１に図示す例は、目標とする管（２４）の内径に一致するように管状プローブ（１２）の外径を一時的に拡張させるのに適した多数の機構の１つである。いずれの場合でも、機械的な拡張プラグ（２６）は、管状プローブ（１２）と目標とする管（２４）との間にて入射波及び戻り波の双方を伝送するため、管状プローブ（１２）の外面上の大きい表面積（２８）の間に機械的な接触点を形成する働きをする。
【００１５】
次に、本発明の電子的構成要素及び目標とする管の円筒状構造体における異常部を識別する装置の全体的な機能をより詳細に説明するため、図２を参照する。管状プローブ（１２）は、明確化のため拡張プラグが除去された状態で図２の断面図に図示されている。接触領域（２８）は色々な機械的な波が管状プローブ（１２）と目標とする管（２４）との間にて前後方向に伝送することを許容する。図２に図示す実施例において、複数の磁気歪みコイル又は圧電要素（１６）、（１８）、（２０）は、例えば、第１の伝送コイル（１８）により機械的な波を発生させ、例えば、受信コイル（１６）により戻り信号波を受信することを許容するような仕方にて配置されている。コイル（１８）は戻り信号の信号受信及び直線性を容易にする基準バイアス磁界を確立すべく使用し且つコイル（１６）と共に使用され且つ異なる受信状態となるように隔てられたとき、空間的フィルタとして作用される。
【００１６】
信号発生装置／処理装置（４０）は、管状プローブ（１２）内を伝送する機械的な波を発生させる磁気歪みパルスを発生させるようにトランスミッタコイル（２０）を駆動する働きをする。機械的な波を発生させる圧電要素を使用する１つの代替的な方法が使用可能である。この機械的な波（３０）は、管状プローブ（１２）の円筒状構造体に沿って長手方向に点（３２）まで下方に進み、この点にて、この機械的な波は目標とする管（２４）に入る。機械的な波（３４）は、目標とする管（２４）の内壁との接触点に向けて機械的な境界面領域を経て管状プローブ（１２）の壁の形態に従う。管状プローブ（１２）と目標とする管（２４）との間の機械的接触点（２８）は、入射する機械的な波（３６）を目標とする管（２４）内に伝送し且つ反射した機械的な波（３７）を目標とする管（２４）から管状プローブ（１２）内に伝送して戻すことを許容する。機械的なプラグ（２６）（図２には図示されていない）により発生された十分な力と結合流体又はゲルを利用することと組み合せることは、波を機械的な境界面を横断して前後方向に伝送することを容易にするものと予想される。
【００１７】
管の異常部を示す特徴を有する機械的な波（３７）からなる戻り信号は、同様に、目標とする管（２４）から機械的境界面を通じて管状プローブ（１２）まで伝送される。機械的な波（３９）からなる戻り信号は、管状プローブ（１２）の壁の形態に従い、点（４１）に達し、この点（４１）にて、機械的な波をレシーバコイル（１６）により検出することができる。レシーバコイル（１６）は、音響的又は機械的な波を電気信号に変換し、この電気信号は線（２２）をかいして信号処理装置（４０）に伝送され、この信号処理装置にて電気信号が濾過され且つ増幅される。信号処理装置（４０）は、表示装置（４４）にてデータを図形的に表示すると共に、後で読むためにデータ記憶装置（４６）内にデータを記憶する双方の働きをするデータ分析装置（４２）に清浄な信号を提供する。
【００１８】
次に、超音波又は磁気歪み的に発生された機械的波のいずれかの伝送と共に利用したとき、本発明の装置により戻される信号の型式に関し図３について説明する。図３に図示した実施例における戻り信号（５０）は、波が通る材料の解釈及び分析を許容する多数の識別可能な特徴からなっている。検査プローブの機械的構造及び検査波の特徴を知ることは、波の伝播、パターンの認識等と関係した周知の分析方法を通じて目標とする管の特徴を分析することを許容する。図２に関して上述した実施例に従い、伝送コイルにより発生された波は、最初に、受信コイルを通り、入射する検査波の形態を表示する波ピーク（５２）を提供する。第１の戻り信号パルス（５４）は、管状プローブと目標とする管との間の機械的境界面を示すものとして識別可能である。後続の波ピーク（５６）、（５８）は、目標とする管内の亀裂、腐食孔又は薄肉厚化領域のような異常として解釈されよう。最後に、波ピーク（６０）は目標とする管の端部からの反射信号として解釈することができる。図３に図示したような、戻り信号の解釈は、既知の目標とする管の幾何学的形態及び認識可能な管壁の異常部に対して設定された認識可能なパターンに基づくものであることが予想される。
【００１９】
次に、管状プローブ（１２）の外径と目標とする管（２４）の内径との間に機械的な接触点を維持する機構について詳細に説明するため、図４を参照する。この詳細な断面図において、機械的プラグ（２６）は、管状プローブ（１２）の壁を目標とする管（２４）の内径に対して外方に付勢する所定の位置に図示されている。機械的プラグ（２６）の幾何学的形態及び管状プローブ（１２）の壁の展性又は可撓性は、共に、プローブと目標とする管との機械的な接触程度（２８）に寄与する。壁を外方に付勢し得るよう機械的プラグを管プローブ（１２）内に引き込む多岐にわたる機構が利用可能である。図４に図示した一例は、機械的プラグ（２６）に取り付けられた軸方向ロッド（３８）を使用することであり、この機械的プラグは多岐にわたる手段を通じて、その他端にて管状プローブ（１２）内に引き込んで、管状プローブ（１２）内で機械的プラグ（２６）を強力に引張ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の構造体により実現される有利な点は、熱交換器装置内で保持される管列にて見られるような極めて多数の管状構造体を迅速に検査することを許容する点である。かかる多数の管を迅速に検査することが必要な状況下で、本発明は、超音波又は磁気歪み感知に通常関係する電子機器を再整合し且つ再位置決めすることを必要とせずに、容易に移動可能な導波管を目標とする管の各々内に挿入することを容易にする。手持ち型管の形態とされたとき、本発明のプローブは、獲得したデータを表示し、分析し且つ記憶させるのに必要な電子機器を邪魔したり妨害することなく一方の管から別の管まで容易に移動可能である。導波管の機械的境界面を拡張且つ収縮させる適当な機構が装置を容易に除去し且つ多数の管状パイプ列内に挿入することを更に容易にする。
【００２１】
本発明は、標準的な超音波及び磁気歪み検査方法を利用することを許容するのに十分な目標とする管との機械的な接触を提供する。全体として、本発明の構造的な幾何学的形態は、プローブと分析すべき目標とする物との間の機械的結合に依存する多岐にわたる非破壊的検査方法と共に利用可能である。本発明は、円筒状構造体に特に適用可能であるが、関連する同一の原理は多岐にわたる断面の長手方向構造体内で容易に利用可能である。プローブ自体の構造をわずかに改変すれば、多岐にわたる取り囲んだ殻体要素と共に使用することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の主要な構成要素を示す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の要素内で波が伝送し且つ伝播する状態を断面図で示す概略図である。
【図３】本発明の装置を利用して受け取った超音波振幅信号を示す戻り信号のグラフである。
【図４】本発明の導波管と目標とする管との間の接触を確実にするために使用される機械的プラグの形態を示す詳細な断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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