(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温雰囲気中において壁に向けて超音波送受信センサにより超音波を発射し、その反射波を前記超音波送受信センサで受信しつつ、該超音波送受信センサを壁に沿って走査させて壁の損傷を検知する超音波損傷検出装置であって、
開口端が前記壁に対向し、他の端部に前記超音波送受信センサを備えて、内部に冷却気体を流しながら超音波送受信センサで発生した超音波を伝播させるＬ字型の導波管と、
前記導波管の他の端部に接続されて前記超音波送受信センサ及び導波管に冷却気体を供給する送風管と、
前記超音波送受信センサを駆動して超音波のバースト波を発生させ、該超音波送受信センサから出力される受信信号の振幅と受信時刻に基づき、前記壁からの反射波の有無を検出し、反射波が検出されたときに超音波送受信センサから壁面上の反射点までの距離を、また反射波が検出されないときに予め定めた欠測値を距離値として出力する距離計測手段と、
前記超音波送受信センサを壁面に沿って走査して、その走査位置を検出する走査位置検出手段と、
前記走査位置検出手段で検出された走査位置と前記距離計測手段で計測された距離値とに基づいて、前記欠測値が連続して検出される連続欠測回数により壁の損傷の有無を判別する信号処理手段と、
前記信号処理手段で判別された壁の損傷の位置を表示する表示手段と
を備えたことを特徴とする壁の損傷検出装置。
【請求項２】
前記距離計測手段は、
超音波の受信信号の振幅を検出する振幅検出部と、
予め設定された時間領域内で前記受信信号の振幅の最大値と、該最大値を与える時刻である反射波の受信時刻とを検出する最大振幅検出部と、
前記振幅の最大値が予め設定された閾値を満たすときに超音波の受信時刻と送信時刻に基づいて計算した超音波送受信センサから壁までの距離を、また満たさないときに欠測値をそれぞれ距離値として出力する距離算出部と、
からなることを特徴とする請求項１に記載の壁の損傷検出装置。
【請求項３】
前記信号処理装置は、
前記超音波送受信センサの壁面の走査位置と、前記走査距離計測手段より出力された距離値とに基づいて、前記距離の欠側値が予め設定された連続欠測回数を基準として、壁の損傷部を判別して検出する損傷判別部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の壁の損傷検出装置。
【請求項４】
前記超音波送受信センサを具備するＬ字型の導波管を、前記走査方向と直交する方向に複数台を並列に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の壁の損傷検出装置。
【請求項５】
高温雰囲気中において壁に向けて超音波送受信センサにより超音波を発射し、その反射波を前記超音波送受信センサで受信しつつ、該超音波送受信センサを壁に沿って走査させて壁の損傷を検知する超音波損傷検出方法であって、
開口端が前記壁に対向し、他の端部に前記超音波送受信センサを備えたＬ字型の導波管に、該導波管に接続された送風管で内部に冷却気体を流しながら超音波送受信センサで発生した超音波のバースト波を伝播させる工程と、
前記超音波送受信センサで、壁で反射した超音波である受信超音波の振幅を検出して、受信信号を出力する工程と、
予め設定した受信時間領域内で前記受信超音波の振幅の最大値、及び該最大値の時刻を受信時刻として検出する工程と、
前記振幅の最大値が予め設定した閾値を満たすときに超音波の受信時刻と送信時刻に基づいて送受信センサから壁までの距離を計算して距離値とし、また満たさないときに欠測値を距離値として出力する工程と、
前記超音波センサを壁に沿って走査しながら前記距離値を記録する工程と、
前記距離値の欠側値の連続する回数が、予め設定された連続欠測回数を満たす壁の部分を損傷部として判別して検出する工程と
で構成される壁の損傷検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁面の損傷を検出する技術であって、特に、コークス炉炭化室等の炉について、高温雰囲気中で炉壁に開いた破孔などの損傷を超音波により検出するのに好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鉄鋼業におけるコークス炉は複数の炭化室と各炭化室間の燃焼室とで構成され、炭化室と隣接する燃焼室との間の隔壁が耐火物で構成されている。コークス炉の炭化室は、過酷な条件下で通常２０年以上の長期間にわたって連続操業されるものであり、炭化室を構成する耐火煉瓦は熱的、化学的および機械的要因によって徐々に劣化する。そのため耐火煉瓦の劣化に起因し、燃焼室との間の隔壁を構成する耐火物の強度が低下すると、コークス押し出し時にかかる側圧で煉瓦が脱落したり、より広い範囲が崩壊することがある。これを破孔という。炭化室と燃焼室を隔てる隔壁に破孔が生じたままで当該炭化室を用いてコークス製造を継続すると、破孔を通して炭化室と燃焼室との間でガスの流通が発生し、また破孔を通して処理すべき石炭が炭化室から燃焼室に押し出され、燃焼室の閉塞、蓄熱室の閉塞、黒煙の発生、燃焼室煉瓦割れ等のトラブルや炉体損傷を招く原因となる。
【０００３】
従来、コークス炉炭化室の炉壁煉瓦の損傷の状況を把握する手段として、例えば、特許文献１に記載の、レーザと撮像素子を組み合わせた三角測量法あるいは光波距離計により炉壁の凹凸形状を測定する方法が知られている。しかしながら、雰囲気温度が１０００℃を超える粉塵環境下における光を使った距離計測手段では投受光器の熱・粉塵対策を十分に行う必要があり、装置あるいは保守のコストが高くなるという問題があった。
【０００４】
また、熱や粉塵に強い波源としてマイクロ波あるいはミリ波を使った距離計測手段により凹凸形状を測定する方法が、例えば特許文献２に記載されているように提案されている。しかしながらマイクロ波やミリ波の装置はアンテナのみならず送受信に必要な発振器、混合器、導波路のセンサ単体当たりの価格が高いため、センサ数を多くすることができない。少数のセンサでは、炉壁全体を検査するには２次元的に走査することが必要で測定時間もかかるので、実質押し出し操業中での検査は壁一部に限られるのが現状である。
【０００５】
なお、上記特許文献には、距離計を用いた方法により炉壁の凹凸形状を知ることはできるが、炉壁の破孔部がある場合の信号処理方法、あるいは破孔の検出方法については記載されていない。
【０００６】
一方、粉塵に強いセンサとして空中超音波センサが、特許文献３に記載の液面計をはじめとする高温環境下でのレベル計に応用されている。超音波は雰囲気中の温度により音速が変わるため、温度が変化する層は超音波に対して屈折率の異なる層とみなすことができる。このため、温度分布を有する雰囲気中では超音波が屈折することにより超音波が安定に検出できないという問題があるが、特許文献３では、３００℃以上、好ましくは４００〜７００℃程度の高温液面の測定に際して、超音波の導波管により導波し、導波管内外の超音波の伝播する経路に一定温度、一定流速の流体を流すことにより、液面付近の高温空気層を吹き飛ばし、等価的に内側ほど屈折率の高い（音速の小さい）低温度層をつくることにより導波管外においても音波の導波を実現している。特許文献４には、高温でダスト発生量の多い溶融炉等における溶融物のレベル測定をするための超音波レベル計が開示されている。当該文献では、炉外に設置した超音波センサを送受信し、Ｌ字状の導波管内に超音波を伝播させて炉内に導く構成を用いて、１５００℃にもなる溶融物の液面レベルの測定が可能であるとされている。
【０００７】
しかしながら、特許文献３に記載の、超音波を用いる当該液面計は、稼動状態にあるコークス炉と比べて遥かに低温下において、上記破孔と比べて大きな面積且つ平坦な液面の位置を測定するための装置であり、流体を供給して雰囲気中に流すために大掛かりな装置構成であった。又、特許文献４に記載の超音波レベル計は、超音波センサ自体は炉外に配設されていた。そのため、これらの当該超音波センサを用いた技術は、１０ｍ以上の長さを有するコークス炉の炉壁等の損傷の検出に際して、超音波センサを炉内に於いて測定するためにそのまま適用することには大きな困難があった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３０５８号公報
【特許文献２】特開２００２−８０８５２号公報
【特許文献３】特開昭６３−７３１１７号公報
【特許文献４】特開平５−２４０６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上に述べた従来技術の問題点に鑑みて本発明は、超音波センサを用いてコークスの押し出し操業と同時に実行することも可能な、壁の破孔などの損傷を迅速、高精度に、従来よりも簡便な装置構成、手順によって検出する技術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】
【００１０】
本願発明の要旨とするところは以下の如くである。
【００１１】
本願発明の壁の損傷検出装置は、高温雰囲気中において壁に向けて超音波送受信センサにより超音波を発射し、その反射波を前記超音波送受信センサで受信しつつ、該超音波送受信センサを壁に沿って走査させて壁の損傷を検知する超音波損傷検出装置であって、開口端が前記壁に対向し、他の端部に前記超音波送受信センサを備えて、内部に冷却気体を流しながら超音波送受信センサで発生した超音波を伝播させるＬ字型の導波管と、前記導波管の他の端部に接続されて前記超音波送受信センサ及び導波管に冷却気体を供給する送風管と、前記超音波送受信センサを駆動して超音波のバースト波を発生させ、該超音波送受信センサから出力される受信信号の振幅と受信時刻に基づき、前記壁からの反射波の有無を検出し、反射波が検出されたときに超音波送受信センサから壁面上の反射点までの距離を、また反射波が検出されないときに予め定めた欠測値を距離値として出力する距離計測手段と、前記超音波送受信センサを壁面に沿って走査して、その走査位置を検出する走査位置検出手段と、前記走査位置検出手段で検出された走査位置と前記距離計測手段で計測された距離値とに基づいて、前記欠測値が連続して検出される連続欠測回数により壁の損傷の有無を判別する信号処理手段と、前記信号処理手段で判別された壁の損傷の位置を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
又、本願発明の炉壁の損傷検出装置は、前記距離計測手段が、超音波の受信信号の振幅を検出する振幅検出部と、予め設定された時間領域内で前記受信信号の振幅の最大値と、該最大値を与える時刻である反射波の受信時刻とを検出する最大振幅検出部と、前記振幅の最大値が予め設定された閾値を満たすときに超音波の受信時刻と送信時刻に基づいて計算した超音波送受信子から壁までの距離を、また満たさないときに欠測値をそれぞれ距離値として出力する距離算出部と、からなることを特徴とする。
【００１３】
又、本願発明の炉壁の損傷検出装置は、前記信号処理装置が、前記超音波送受信センサの壁面の走査位置と、前記走査距離計測手段より出力された距離値とに基づいて、前記距離の欠側値が予め設定された連続欠測回数を基準として、壁の損傷部を判別して検出する損傷判別部を備えることを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記超音波送受信センサを具備するＬ字型の導波管を、前記走査方向と直交する方向に複数台を並列に配置したことを特徴とする。
【００１５】
本願発明の炉壁の損傷検出方法は、高温雰囲気中において壁に向けて超音波送受信センサにより超音波を発射し、その反射波を前記超音波送受信センサで受信しつつ、該超音波送受信センサを壁に沿って走査させて壁の損傷を検知する超音波損傷検出方法であって、開口端が前記壁に対向し、他の端部に前記超音波送受信センサを備えたＬ字型の導波管に、該導波管に接続された送風管で内部に冷却気体を流しながら超音波送受信センサで発生した超音波のバースト波を伝播させる工程と、前記超音波送受信センサで、壁で反射した超音波である受信超音波の振幅を検出して、受信信号を出力する工程と、予め設定した受信時間領域内で前記受信超音波の振幅の最大値、及び該最大値の時刻を受信時刻として検出する工程と、前記振幅の最大値が予め設定した閾値を満たすときに超音波の受信時刻と送信時刻に基づいて送受信センサから壁までの距離を計算して距離値とし、また満たさないときに欠測値を距離値として出力する工程と、前記超音波センサを壁に沿って走査しながら前記距離値を記録する工程と、前記距離値の欠側値の連続する回数が、予め設定された連続欠測回数を満たす壁の部分を損傷部として判別して検出する工程とで構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、超音波の送受信センサを用い、受信超音波の受信時間領域内にある最大振幅を閾値と比較して、受信超音波の有無を判別し、欠側値の連続性により波孔を検出する。安価な超音波センサを用いることで従来よりもセンサ数を多くすることが可能であり、コークス炉炉壁の損傷の検出に適用した場合には、押し出し操業時に同時に検査を実行することが可能であり、早期に破孔を発見することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の壁面の損傷検出装置および検出方法について、鉄鋼業におけるコークス炉炉壁の破孔を検出する場合を例に、実施するための形態を図面を用いて詳細に説明する。まず図１，２によって損傷（破孔）検出装置の配置と構成の概略を説明した後に、装置の構成要素および損傷検出方法について他の図面も参照して詳細に説明する。
【００１８】
＜第１の実施の形態＞
図１は本実施の形態の炉壁の損傷検出装置の構成の概略図を示したもので、炉壁６で囲まれた単一のコークス炉炭化室の炉床を上から見た図である。炉壁６に対して超音波を送受信するための、超音波振動子で構成される超音波送受信センサ（超音波センサ）１は導波管１１の内部に配置され、導波管１１はコークスの押出機５の押し出しビーム５１に取り付けられており、導波管１１の超音波射出口１１ａは炭化室の両側の炉壁６に向けられている。図２を用いて後で説明するように導波管１１が高さ方向に一台だけ又は複数台、高さ方向に並べて押し出しビーム５１に配設されている。以下では超音波送受信センサ１を内蔵した導波管１１を複数台並設された構成について記す。このように超音波センサは複数台配置となるので、超音波送受信センサ１を駆動するための距離計２も、各センサに一対一に対応するように押出機５の本体に複数台配置する。高温の炭化室内において超音波送受信センサ１を冷却し、超音波を安定に導波するための冷却用気体の送風を行う送風機１６は必ずしも一対一である必要はないが、その送風容量に応じて押出機５本体上に複数台配置すると良い。また、超音波送受信センサ１と距離計２を結ぶ信号線１４は、超音波送受信センサ１及び導波管１１へ冷却気体を供給するものであり、保護管の役目も果たす耐熱性を有する送風管１５内に配線されている。送風管１５は、例えばアルミナ、ＳｉＮ等のセラミックスの管やステンレス管で構成しても良い。さらにコークス炉の外部にある押出機５本体上には、複数の距離計２からの出力される超音波送受信センサ１から炉壁６までの距離値を記録し破孔の有無を検出するための信号処理装置３、および破孔検出結果を表示する表示装置４が搭載されている。なお、押し出しビーム５１に押出距離を検出するためのエンコーダ５２を取り付けており、信号処理装置３で距離計２の出力する超音波送受信センサ１から炉壁６までの距離値と、超音波センサの走査方向、すなわち押し出し方向（炭化室の奥行き方向）の超音波送受信センサ１の測定位置の情報とを半導体メモリ、ハードディスク又はＤＶＤ等で構成する記録装置（図示せず）に記録する。
【００１９】
図２は図１に示した押出機５に取り付けられた複数の導波管１１を炉壁６に垂直な方向から見た配置図である。図３の説明において後で詳細に記載するが、導波管１１はＬ字型の構造をしており、炉床７に対して平行に、且つ超音波射出口１１ａは、超音波が炉壁６に垂直に発射されるように向けられて配設されている。導波管１１の炉壁６の高さ方向に炉壁レンガと同じ間隔で配置すると炉壁レンガごとの損傷を検出するのに良いが、必ずしも高さ方向のレンガの個数と同じ数だけ並べる必要はなく、破孔が発生すると予想される箇所に重点的に配置してもよい。
【００２０】
図３は導波管１１と当該導波管１１に取り付けられた各構成要素の配置を示している。超音波送受信センサ１は送受信兼用の超音波振動子であり、センサマウント１３を介して導波管１１の内部に取り付けられている。超音波センサ１は圧電素子にコーン共振器などの整合器を接続したタイプの、いわゆる空中超音波センサを用いることができる。コークス炉内の高温雰囲気による放射熱に直接超音波送受信センサ１が曝されるのを避けるため、導波管１１はＬ字型の構造で、その開口端は超音波射出口１１ａとして炉壁６に対向している。また、放射が導波管１１の内壁を多重反射して超音波送受信センサ１へ入射するのを防ぐため、反射鏡１２の反射面を含む導波管１１内部は耐熱性の物質にて黒く塗られている。又、導波管１１内部を粗面に表面加工して可視光及び赤外光に対する反射率を低下させてもよい。導波管１１のもう一方の端部１１ｂには送風管１５が接続されており、図１に記載の送風機１６からの空気又は窒素ガス等の冷却用気体を送風管１５内に送ると同時に、内部に配設した超音波センサ１と図１に示した距離計２とを接続する信号線１４を熱から保護する役割を担っている。送風管１５は導波管１１と同じ材質で良いが、雰囲気である１０００℃程度の温度に対して耐熱性がある他の部材であっても良い。センサマウント１３には冷却用気体を通す孔が開けられており、孔を通して導波管１１内部へ送風され、反射鏡１２を経て導波管１１内を通過した後に炉壁６に吹き付けられる。他方、超音波送受信センサ１から発射した送信波は反射鏡１２で反射された後に導波管１１内を伝播し炉壁６に到達し、炉壁６で反射波が生じる。送信波の達した炉壁部分に破孔等の顕著な損傷がない場合、反射波の一部又は大部分が導波管１１内を伝播し、反射鏡１２を経て超音波センサ１で受信される。炉壁部分に損傷がある場合、送信波は乱反射されて、導波管１１内部への大きな反射波の戻りは生じないので、超音波送受信センサ１により反射波は検出されないか、小さく検出される。
【００２１】
超音波送受信センサ１から発射される送信波は、所定の周波数の超音波が複数の波数分連なって構成されたバースト波を用いる。所定の周波数としては数十ｋＨｚ程度でも良いが、導波管１１の長さや検出するべき損傷の大きさによって適宜決めればよい。
【００２２】
図４は本実施の形態の損傷検出装置の距離計測手段である距離計２、及び信号処理手段である信号処理装置３における処理のフローを示す概略図である。図１，２で説明したように、本実施の形態では信号処理装置３一台に対し距離計２は複数台とするので、距離計２で行う処理と信号処理装置３で行う処理は適切に分けなければいけないが、処理の切り分けの説明は後で図５を用いて行う。
【００２３】
図１を用いて上記のように炉壁６で反射した超音波の反射波を、超音波送受信センサ１で受信して受信信号を得た後の処理について説明する。
（Ｓ１０１）いわゆる通常のＡＭ検波と同じく、受信信号についてバースト波状の受信波形の包絡線を受信信号振幅として検出する（絶対値検波）。
（Ｓ１０２）超音波送受信センサ１は超音波の送受信ともに用いるので、受信信号には送信波（超音波）を発射するための送信信号も含まれることがあるため、受信信号のみを含む時間領域を受信時間領域として予め設定し、この受信時間領域内で受信信号振幅の最大値（最大振幅値）Ａｐおよび最大値の検出時点（最大値検出時点）Ｔｐを検出する。
（Ｓ１０３）上記の（Ｓ１０２）で検出された最大振幅値Ａｐが、予め設定された閾値Ａｔｈより大きい（あるいは閾値以上）ならば、最大値検出時点Ｔｐを受信時点として送信時点Ｔｓとの差（Ｔｐ−Ｔｓ）、および音速Ｖから、超音波センサから炉壁までの距離値Ｌを、Ｌ＝Ｖ（Ｔｐ−Ｔｓ）／２で計算する。最大振幅Ａｐが設定された閾値Ａｔｈ以下（あるいは閾値より小さい）ならば、最大値検出時点は無効と判断し、予め定めた欠測値を距離値とする。
（Ｓ１０４）押出機５がコークス炉の入り口から奥へ（又はその逆方向へ）へ向かって移動する際に、超音波送受信センサ１の走査方向（押し出し方向）の位置情報を参考に、予め定めておいた一定の走査距離、例えば１０ｍｍを測定間隔ΔＰとして、測定間隔ΔＰごとに走査位置Ｐｍと距離値Ｌと最大振幅値Ｖｐとを記録する。
（Ｓ１０５）距離値が連続して欠測値となる欠測回数Ｎｄが、予め設定された回数（１又は２以上）以上連続して欠測値となるならば、損傷部と判断する。そして、当該損傷部の走査方向（炉の奥行き方向）の開始座標と終了座標とを結ぶ地点を損傷部の炉の奥行き位置として求め、又、損傷を検出した超音送受信波センサ１の設置位置（高さ）から高さ位置を求める。
（Ｓ１０６）上記損傷部の奥行き位置と高さ位置を、液晶画面又はその他の公知の表示素子で構成した表示装置４の画面上に表示する。
【００２４】
図４で説明した距離計２及び信号処理装置３の構成のより詳細な図を図５に示す。発振部２１で所定の周波数で数波のバースト波として発生された送信電圧信号は送信増幅部２２で増幅され、超音波送受信センサ１を駆動して送信波（超音波）を発生させる。図１に記載の炉壁６で反射した反射波は超音波送受信センサ１にて受信され受信電圧信号へ変換され、受信増幅部２３で増幅された後、振幅検出部２４で受信された超音波による受信電圧信号の振幅が検出される（絶対値検波）。
【００２５】
超音波送受信センサ１から出力された受信電圧信号の時間波形には送信電圧信号の時間波形も回路の構成により含まれるため、時間領域設定部２６では受信波のみを含む時間領域を最大振幅検出部２５に設定する。この設定される時間領域は距離計２の内部に備えた手動スイッチで作業者が設定するか、または外部すなわち信号処理装置３の制御部３５からＲＳ２３２Ｃケーブルなどの信号伝送ケーブルを使った遠隔操作で距離計２に設定するようにしてもよい。最大振幅検出部２５では時間領域設定部２６で設定された時間領域での振幅の最大値（最大振幅値）Ａｐ、および最大値の検出時点（最大値検出時点）Ｔｐを検出し、距離算出部２７に出力する。当該時間領域において受信電圧信号を検出するには、例えばアナログ回路構成に信号をスイッチング素子で時間的に切り出してもよく、又、ディジタル信号処理によって受信電圧信号対時間のデータから切り出しても良い。
【００２６】
閾値設定部２８では最大振幅検出部２５で検出された最大振幅値Ａｐが満足すべき閾値Ａｔｈを作業者が入力して設定し、距離算出部２７に入力して保持させる。この設定される閾値Ａｔｈは距離計２内部の手動スイッチで設定できるか、または外部すなわち信号処理装置３の制御部３５からＲＳ２３２Ｃケーブルなどにより遠隔操作で距離計２に設定できる。距離算出部２７では、最大振幅値Ａｐが設定された閾値Ａｔｈより大きい（あるいは閾値以上）とき、発振部２１から入力される送信時点Ｔｓの情報を用いて、最大値検出時点Ｔｐを受信時点として送信時点Ｔｓとの差を演算し、又音速Ｖから距離を算出し距離値Ｌを信号処理装置３へ出力する。最大振幅値Ａｐが設定された閾値Ａｔｈ以下（あるいは閾値より小さい）ならば、最大値検出時点Ｔｐは無効と判断し、予め定めた欠測値を距離値Ｌとして信号処理装置３へ出力する。距離値の有効・無効にかかわらず最大振幅値Ａｐは距離値Ｌとともに信号処理装置３へ出力される。
【００２７】
信号処理装置３においては距離計２の制御、および距離計２から出力された距離値と最大振幅値に基づいて損傷の有無を判別して損傷の検出を行う。制御部３５は距離計２の時間領域設定部２６および閾値設定部２８にそれぞれ検出すべき受信波の時間領域と最大振幅値Ａｐの閾値Ａｔｈを設定する。位置検出部３４は図１の押し出しビーム５１に取り付けられたエンコーダ（ＰＬＧ）５２から出力される二相電圧パルスを基に超音波センサ１の走査方向（炉の奥行き方向＝押し出し方向）における位置を検出する。距離記録部３１では、予め定めておいた一定の走査距離を測定間隔ΔＬとして、測定間隔ごとに走査位置および距離計２が出力する距離値と最大振幅値とを信号処理装置３に内蔵する半導体メモリ又はハードディスク等（図に記載せず）に記録する。連続欠測回数設定部３３では、距離計２が出力する距離値が連続して欠測値となるならば、損傷部と判断するための、連続欠測回数の下限を設定する。破孔判別部３２では距離値が連続欠測回数で指定された回数以上連続して欠測値となるならば、損傷と判断する。表示装置４では、センサの走査位置座標と距離値を常にグラフ表示させると現在測定している位置を作業者が把握することができる。又、損傷の走査方向の開始座標と終了座標を結ぶ地点を損傷部の炉の奥行き方向の位置とし、さらにその高さ位置も表示する。
【００２８】
上記の距離計２は、アナログ電子回路で構成するようにしてもよいが、振幅検出部２４以後の信号処理は信号をＡ／Ｄ変換した後、ディジタル信号処理器又はパーソナルコンピュータを用いてソフトウェアで各信号処理を実行するようにしてもよい。又、信号処理装置は、パーソナルコンピュータを用いてソフトウェアで各信号処理を実行するのが、高度の信号処理を実現するうえで好ましい。そして、入出力手段として、キーボード、マウス、及びＬＡＮボードを具備するとよい。
【００２９】
なお、上記ではバースト波の超音波を送受信して、その受信電圧信号について絶対値検波して得た振幅の大きさで、炉壁６の損傷の有無を評価する方法及び装置を具体的に説明した。その代わりに、受信電圧信号をヘテロダイン検波して、受信電圧信号の位相変化の大きさから、炉壁６の損傷の有無を判別するようにしてもよい。
【００３０】
＜第２の実施の形態＞
図６は本実施の形態の壁の損傷検出方法の測定フローの概略図を示したものである。すなわち、炉壁の損傷の検出方法は、
（Ｓ２０１）Ｌ字型に曲げられた導波管１１の内部を炉壁６に向けて冷却気体を流しながら、導波管１１内に炉壁６からの放射が直接当たらないように配設した超音波送受信センサ１から、壁に向かって超音波のバースト波を送信する、
（Ｓ２０２）炉壁６から反射した超音波を超音波送受信センサ１で受信して、受信電圧信号を出力する、
（Ｓ２０３）受信電圧信号を絶対値検波又はヘテロダイン検波して、炉壁からの反射波による受信電圧信号を検出する、
（Ｓ２０４）上記の（Ｓ２０３）で、炉壁からの反射波による受信電圧信号から、超音波センサから壁までの距離を、検出されなければ欠測として記録する、
（Ｓ２０５）連続欠測回数にて、予め設定した閾値と比較して損傷の有無を判別して検出する、
（Ｓ２０６）検出した損傷部の炉の奥行き方向及び高さ位置を表示装置上に表示する、
手順からなる。
【実施例１】
【００３１】
本発明の実施例について図面を参照しながら具体的に説明する。図７は本発明の実施の形態の壁の損傷検出装置の一実施例の機器の構成を示す図である。超音波送受信センサ１は車載の障害物検知装置に使用される市販の共振周波数４０ｋＨｚ、外径１６ｍｍの空中超音波センサを用いた。超音波送受信センサ１から壁６’までの距離はおよそ５００ｍｍ程度に配置した。導波管１１の内径は小さくすると受信感度が下がり、大きくすると管内径より小さい破孔の検出が難しくなり、また送風機１６の送風容量も大きくなるので、上記の周波数の超音波に対しては、導波管１１の内径は３０ｍｍ程度とした。パルス発生器２１、送信増幅器２２、受信増幅器２３は市販の汎用の装置を用いた。また、送信増幅器２２および受信増幅器２３と、超音波送受信センサ１の間には送信・受信兼用型超音波センサ用の測定回路２９を挿入した。受信した受信電圧信号の時間波形は受信増幅器２３で増幅され、一旦デジタルオシロスコープ２０で取り込んだ後に、ＵＳＢ通信にてパソコン（パーソナルコンピュータ）３０へ取り込む。パソコン３０では図４の振幅検出から表示までを、図５でいうと距離計２における振幅検出回路２４から信号処理装置３、および表示装置４で行っている処理をすべてソフトウェア処理で実行する。
【００３２】
パルス発生器２１で周波数４０ｋＨｚ、５波、繰り返し１０Ｈｚ、電圧２Ｖｐｐのバースト波を発生させ、送信増幅器２２の利得を１０倍にして２０Ｖｐｐの電圧バースト波を耐圧１００Ｖｐｐの超音波センサ１に印加した。受信増幅器２３の利得は２５倍に設定した。デジタルオシロスコープのサンプリング点数は２５００点でサンプリング間隔は４μsecである。
【００３３】
まず、炉壁６の正常部６ｂに導波管１１を向けて、８００℃にて送風しながら炉壁６からの反射波を受信できるか確認した。図８は８００℃における受信波形と振幅検出にて検出した振幅（バースト波の包絡線）をともに示している。
【００３４】
振幅検出は、パソコンを用いてソフトウェア処理にて実行した。その方法を以下に示す。
【００３５】
まず取り込んだ信号Ｆ（ｔ）を局所的に以下の（１）式のように仮定する。
【数１】
0005073538.tif 000002
【００３６】
時刻τの近傍の局所時間領域では振幅Ａ（ｔ）と位相φ（ｔ）は一定とみなすと、振幅Ａ（τ）のみを検出する方法１と振幅Ａ（τ）および位相φ（τ）を両方検出する方法２がある。
【００３７】
方法１では信号Ｆ（ｔ）を時刻τの近傍の一周期Ｔで二乗平均すると、以下の（２）式のように振幅Ａ（τ）が算出できる。
【数２】
0005073538.tif 000003
【００３８】
方法２では信号Ｆ（ｔ）にcos2πft、sin2πftを乗算した後（３）、（４）式のように一周期Ｔで平均化後、Ａ（ｔ）、φ（ｔ）を算出する。
【数３】
0005073538.tif 000004
【数４】
0005073538.tif 000005
【００３９】
いずれの方法でも振幅を検出可能であるが、ここでは方法１で振幅検出を行った。
【００４０】
超音波の伝播経路に送風し、高温層を除いてやれば高温でも炉壁６の正常部６ｂからの反射波は十分検出可能であることがわかった。
【００４１】
炉壁６上で超音波センサ１を走査し最大振幅値を記録した結果を図９に示す。受信波形の検出時間領域は図８に示すように開始時刻を２．５μｓｅｃ、長さを５μｓｅｃとした。破孔部の近傍では最大振幅値が徐々に小さくなる。閾値０．１Ｖにて距離を算出した結果を図１０に示す。閾値以下では算出した距離値を欠測値とした。欠側値の場合、距離をプロットしていないので破孔部が明瞭にわかる。また、導波管１１の内径３０ｍｍに相当する連続欠測長さを走査測定間隔で除した回数を連続欠測回数として設定しており、自動的に破孔部と認識された。
【００４２】
図７に示した構成にて実施例を説明したが、超音波センサが１個で走査する場合、この構成でも破孔部を十分な精度で検出可能である。超音波センサが複数となる場合は、距離計を構成する回路を準備し、信号処理装置であるパソコンに距離値と最大振幅値のみを入力するようにすればよい。
【００４３】
さらに、上記の実施例の損傷検出装置の耐熱性の評価を別途行なった。１０００℃近い炉内に送風管１５及び導波管１１を固定して設置して、内部に空気を送風機１６で供給し、超音波の送受信実験及び耐熱性の評価を行った。１サイクルあたり２分の測定を複数回繰り返したが、超音波の送受信は十分可能であること、及び送受信部に測定上問題となるような大きな熱的劣化は見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、壁面の損傷を検出する技術として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の損傷検出装置の構成の概略と当該装置をコークス炉炭化室の炉床面鉛直上方から見た図である。
【図２】本発明の損傷検出装置の導波管の配置を、炉壁に垂直な方向から見た図である。
【図３】本発明の損傷検出装置における導波管、及び超音波送受信センサ等の構成要素を、炉壁に対する配置を炉床面鉛直上方から見た図である。
【図４】本発明の損傷検出装置における距離計及び信号処理装置の受信以降の検出処理のフローを示した図である。
【図５】本発明の損傷検出装置の距離計と信号処理装置の内部のブロック構成を示す図である。
【図６】本発明の損傷検出方法の検出手順を示した図である。
【図７】本発明の実施例における実験装置の構成を示した図である。
【図８】本発明の実施例において検出された受信波形（受信電圧信号）とその振幅波形を示す。
【図９】本発明の実施例において送受信センサの走査位置と検出された最大振幅値との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例において超音波送受信センサの走査位置と検出された距離との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ：超音波送受信センサ
２  ：距離計
３  ：信号処理装置
４  ：表示装置
５  ：押出機
６  ：炉壁
６’：壁
１１：導波管
１１ａ：超音波射出口
１２：反射鏡
１３：センサマウント
１４：信号線
１５：送風管
５１：押し出しビーム
５２：エンコーダ
【図１】
0005073538.tif 000006
【図２】
0005073538.tif 000007
【図３】
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【図４】
0005073538.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005073538.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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