"湾曲面に適合できる圧電膜と、前記圧電膜が超音波トランスデューサとして作用できるようにするよう前記圧電膜の上面に隣接する上側電極と、前記上側電極および前記上側電極から電子制御器に延びる第1の電気コネクタの少なくとも一部を覆い、監視されるべき部品の部分を実質的に取り囲むような形状およびサイズを有する柔軟な絶縁層と、前記上側電極と位置合わせされる前記部品のある部位に少なくとも0.2MPaの圧縮力を加えるようになっている常設のまたは半常設のクランプとを備える超音波トランスデューサアセンブリ。当該超音波トランスデューサアセンブリが柔軟であり、前記クランプは、張力がかけられるときに当該超音波トランスデューサアセンブリを前記部品の前記部分の凸面に適合させるバンドを備える、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。パイプまたはパイプ取付具の形態を有する前記部品を更に備える、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。当該超音波トランスデューサアセンブリを形成するために使用される全ての材料は、高温で作業するのに十分な構造的、電気的、および、化学的な完全性を保つ、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記圧電膜は、圧電粉末と誘電材料および/または圧電材料の有機前駆体との混合物から成る1つ以上の層を使用する製造に適合した組成物を有し、熱処理後に、前記圧電膜は、柔軟性、熱衝撃耐性、および、超音波帯域幅を向上させるレベルの多孔率を有する、請求項4に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。上面が当該超音波トランスデューサアセンブリと物理的に緊密に接触するとともに下面が前記部品と物理的に緊密に接触する超音波伝達材料から成る超音波結合層を更に備える、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記結合層は、高温ペーストまたは液体、あるいは、アルミニウム、金、スズ、亜鉛、または、半田付けおよび蝋付けの技術分野において知られる他の合金などの軟質金属を備える、請求項6に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記結合層が金属箔を備え、前記クランプは、少なくとも1MPaの圧縮力を加えるようになっており、前記クランプは、少なくとも10MPaの圧縮力を加えるようになっており、前記クランプは、前記金属箔を塑性変形させるために1MPaよりも大きい初期圧縮力を加え、その後に相当に低い圧縮力を加えるようになっており、前記金属箔は、前記クランプよりも相当に大きい圧縮力によって歪まされ、これは、当該超音波トランスデューサアセンブリと前記部品との間の緊密な物理的接触を維持することにのみ役立つようになっている、請求項6に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。柔軟な前記超音波トランスデューサのためのグランドとしての機能を果たすように十分に導電性がある部品に電気的に結合される下側電極を更に備える、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記第1の電気コネクタから絶縁される第2の電気コネクタによって前記電子制御器に電気的に結合される下側電極を更に備える、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記絶縁層は、上側絶縁体と下側絶縁体との間に導電経路を備え、この導電経路と前記上側電極との間の電気的な接触を行なうためにビアが前記下側絶縁体を貫通形成されている、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記絶縁層がマイカまたはポリイミドの層を備える、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記部品の表面は、柔軟な前記超音波トランスデューサの下側電極としての機能を果たすとともに、前記電子制御器に対する電気接続部を有する、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記圧電層は、圧電セラミックおよび/または誘電セラミックの有機前駆体から形成されるセラミック結合剤によって、監視されるべき前記部品に結合される、請求項13に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記クランプが柔軟な前記超音波トランスデューサのための下側電極としての機能も果たすバンドであり、柔軟な前記超音波トランスデューサが前記クランプ上に直接に付着される、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記絶縁層を取り囲む保護層を更に備える、請求項15に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記クランプは、前記絶縁層を取り囲む柔軟な前記超音波トランスデューサのための保護カバーとしての機能も果たすバンドである、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。トランスデューサアレーを形成するために、複数の同様な別個独立の圧電膜が前記絶縁層に沿って離間される、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記別個独立の膜は、前記電子制御器によって独立に電子的にアドレス可能であり、または、共通に電子制御される、請求項18に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記クランプは、金属またはガラス繊維織布から形成されるチューブクランプであって、前記部分を取り囲むための変形可能なバンドを備えるチューブクランプである、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。前記クランプは、異なる温熱条件下で一定の張力を維持するためにばねまたはばねワッシャを有する張力付与機構を含む、請求項1に記載の超音波トランスデューサアセンブリ。トランスデューサアセンブリを形成するための方法であって、柔軟な圧電膜に隣接する上側電極を少なくとも含む柔軟な超音波トランスデューサを設けるステップと、前記上側電極を絶縁層に結合するステップであり、前記絶縁層が、監視されるべき部品の部分を実質的に取り囲むような形状およびサイズを有する、ステップと、前記上側電極から電子制御器への絶縁された電気接続部を設けるステップと、前記上側電極と位置合わせされる前記部品の部位に少なくとも0.2MPaの圧縮圧力を加えるようになっている常設のまたは半常設のクランプを設けるステップとを備える方法。前記部品の前記部分の表面の一部を前処理するステップと、前記表面の一部にカップラントを付着させ、前記カップラントと前記表面との間の緊密な物理的接触を行なうステップと、既に組み合わされた層を前記カップラントに取り付けて、前記カップラントと前記柔軟な超音波トランスデューサとの間の緊密な物理的接触を行なうステップとを更に備える、請求項22に記載の方法。前記カップラントを付着させる前記ステップが箔を貼り付ける工程を備え、前記既に組み合わされた層を取り付ける前記ステップは、アルミニウム、金、スズ、亜鉛、または、半田付けおよび蝋付けの技術分野において知られる他の合金などの軟質金属を箔として貼り付ける工程を備え、前記既に組み合わされた層を取り付ける前記ステップは、前記軟質金属箔を塑性変形させるために1MPaよりも大きい初期圧縮力を加える工程を備える、請求項23に記載の方法。前記カップラントおよび前記部品のうちの一方が非導電性であり、前記柔軟な超音波トランスデューサを設ける前記ステップは、下側電極と、前記下側電極から前記電子制御器への絶縁された導体とを加える工程を備える、請求項23に記載の方法。前記下側電極には、チタン箔またはステンレス鋼箔などの金属箔が設けられる、請求項25に記載の方法。前記カップラントを付着させる前記ステップは、接着結合の技術分野において知られる高分子系接着剤、銀ペースト、セラミックセメント、ガラスなどの接着材料を塗布する工程を備える、請求項23に記載の方法。前記柔軟な超音波トランスデューサを設ける前記ステップは、圧電粉末と誘電材料および/または圧電材料の有機前駆体との混合物から成る1つ以上の層を付着させる工程と、付着された前記層を熱処理する工程と、前記圧電膜を形成するために、付着された前記層をポーリングする工程とを備える、請求項22に記載の方法。前記柔軟な超音波トランスデューサを設ける前記ステップは、銀ペーストまたは金ペーストとして、あるいは、金、銀、白金、または、アルミニウムなどの導電金属の薄膜蒸着によって、前記上側電極を付着させる工程を備える、請求項28に記載の方法。0010したがって、湾曲物体に永久的に設置でき、高温および過酷な環境を含む長期間にわたって性能を維持できるとともに、構造体の状態の容易で自動化された電子的監視を可能にし得る、構造健全性モニタリングを行なうための改良された超音波トランスデューサアセンブリの必要性がある。0011構造的健全性モニタリングなどのために、従来技術により特徴付けられる困難を回避しつつ耐久性および信号品質を向上させるトランスデューサアセンブリを提供する。クランプを使用する1つの大きな利点は、かなり高い圧力を加え、それにより、例えば高温用途において多種多様なカップラントを使用できるという点であるが、柔軟な圧電膜を伴うクランプは、カップラントを何ら伴わない低温用途の場合であっても、トランスデューサアセンブリの耐久性を向上させて、剥離を回避し、信号品質および強度を向上させるという利点を有する。0012したがって、湾曲面に適合できる圧電膜と、圧電膜が超音波トランスデューサとして作用できるようにするべく圧電膜の上面に隣接する少なくとも柔軟な電極と、この上側電極および上側電極から電子制御器に延びる第1の電気コネクタの少なくとも一部を覆い、監視されるべき部品被監視部品の部分をほぼ取り囲むような形状およびサイズを有する柔軟な絶縁層と、上側電極と位置合わせされる部品の部位に少なくとも0.2MPaの圧縮力を与えるようになっている常設のあるいは半常設のクランプとを含む超音波トランスデューサアセンブリを提供する。上側電極と位置合わせされる部位でのFUTのクランプは、FUTと部品の前記部分との間の超音波結合を高めるために接触が必要とされる場合に圧力が加えられることを確保する。0013トランスデューサアセンブリは、パイプまたはパイプ取付具例えば、エルボ、カプラ、パイプジョイントなど、他の形状の部品、特に、凸面を含む部分を有する部品などの湾曲面に合わせてトランスデューサアセンブリがクランプされ得るように柔軟であることが好ましい。トランスデューサアセンブリの構造ために選択される材料は、高温などの厳しい過酷な環境下で十分な構造的、電気的、および、化学的な完全性を保つことができ、それにより、アセンブリを高温作動に適するようにする。例えば、圧電膜は、圧電粉末と誘電材料および/または圧電材料の有機前駆体との混合物から成る1つ以上の層を使用する製造に適合する組成物を有することができる。したがって、結果として得られる圧電膜は、柔軟性、熱衝撃耐性、および、超音波帯域幅を向上させるレベルの多孔率を有することができる。0014トランスデューサアセンブリは、被監視部品と物理的に緊密に接触するために、トランスデューサアセンブリと物理的に緊密に接触する超音波伝達材料から成る超音波結合層カップラントを更に備えてもよい。カップラントは、高温ペーストまたは液体、あるいは、アルミニウム、金、スズ、亜鉛、または、半田付けおよび蝋付けの技術分野において知られる他の合金などの軟質金属からなるものであってもよい。軟質または、温度軟化する金属の箔は、カップラントシステムの寿命にとって特に好ましい場合がある。一部の箔金などは、緊密な物理的接触を確保するために更に大きな圧力圧縮力を必要とする。したがって、金属箔カップラントが使用される場合、クランプは、少なくとも1MPaの圧縮力、または、少なくとも10MPaの圧縮力を与えるようになっていてもよい。クランプは、金属箔を塑性変形させるために1MPaよりも大きい初期圧縮力を与え、その後に、緊密な物理的接触を維持するためにかなり低い圧縮力を与えるようになっていてもよい。金属箔は、クランプよりもかなり大きい圧縮力によって歪まされてしまっている場合があり、その場合、クランプは、アセンブリと部品との間の緊密な物理的接触を維持することにのみ役立ち得る。0015アセンブリは、上側電極とは反対側の表面上に、圧電膜に隣接して下側電極を更に備えてもよい。下側電極は、柔軟な超音波トランスデューサのためのグランドアースとしての機能を果たすように十分に導電性がある部品に電気的に結合されてもよく、あるいは、第1の電気コネクタから絶縁される第2の電気コネクタによって電子制御器に電気的に結合されてもよい。下側電極がクランプとしての機能を果たしてもよい。0016絶縁層は、上側絶縁体と下側絶縁体との間に導電経路を含んでもよく、この場合、導電経路と上側電極との間の電気的な接触を行なうためにビアviaが下側絶縁体を貫通する。絶縁層がマイカまたはポリイミドから形成されてもよい。0017圧電層は、圧電セラミックおよび/または誘電セラミックの有機前駆体から形成されるセラミック結合剤によって、被監視部品に結合されてもよい。0018保護層が絶縁層を取り囲んでもよい。クランプは、保護層としての機能を果たすバンドであってもよい。クランプは、金属またはガラス繊維織布から形成される、前記部分を取り囲むための変形可能なバンドを備えるチューブクランプであってもよく、また、異なる温熱条件下で一定の張力を維持するためにばねあるいはばねワッシャを有する張力付与機構を有してもよい。より変形可能なバンド材料は、該材料をより複雑な形状を有する部品に適合させる優れた適合性を有する。0019トランスデューサアレーを形成するために、複数の別個独立の圧電膜が絶縁層に沿って離間されてもよく、各圧電膜は同様のものである。別個独立の圧電膜は、電子制御器によって独立に電子的にアドレス可能であり、あるいは、共通に電子制御される。0020また、トランスデューサアセンブリを形成するための方法を提供する。この方法は、柔軟な圧電膜に隣接する上側電極を少なくとも含む柔軟な超音波トランスデューサを設けるステップと、前記上側電極を絶縁層に結合するステップであって、絶縁層が、被監視部品の部分をほぼ取り囲むような形状およびサイズを有する、ステップと、上側電極から電子制御器への絶縁された電気接続部を設けるステップと、上側電極と位置合わせされる部品の部位に少なくとも0.2MPaの圧縮圧力を与えるようになっている常設のあるいは半常設のクランプを設けるステップとを備える。0021この方法は、部品の前記部分の表面の一部を前処理するステップと、表面の一部にカップラントを付着させて、カップラントと表面との間の緊密な物理的接触を行なうステップと、既に組み合わされた層をカップラントに取り付けて、カップラントと柔軟な超音波トランスデューサとの間の緊密な物理的接触を行なうステップとを更に備えてもよい。カップラントが金属箔の形態を成す場合、装着するステップは、軟質金属箔を塑性変形させるために1MPaよりも大きい初期圧縮力を与える工程を備えてもよい。あるいは、カップラントを付着させるステップは、接着結合の技術分野において知られる高分子系接着剤、銀ペースト、セラミックセメント、ガラスなどの接着材料を塗布する工程を備えてもよい。0022カップラントおよび部品が導電性でない場合、この方法は、下側電極と、下側電極から電子制御器への絶縁された導体とを付着させるステップを更に備えてもよい。下側電極は、チタン、アルミニウム、または、ステンレス鋼箔、あるいは、他の金属または金属化箔であってもよい。0023柔軟な超音波トランスデューサを設けるステップは、圧電粉末と誘電材料および/または圧電材料の有機前駆体との混合物から成る1つ以上の層を付着させる工程と、付着された層を熱処理する工程と、圧電膜を形成するために、付着された層をポーリングする工程とを備えてもよく、また、銀ペーストまたは金ペーストとして、あるいは、金、銀、白金、または、アルミニウムなどの導電金属の薄膜蒸着によって、上側電極を付着させる工程を更に備えてもよい。あるいは、柔軟な超音波トランスデューサは、別個独立の部品として設けられてもよく、または、絶縁層と一体であってもよい。0024電子制御器は、電気パルス発生器、電気信号検出器、電気的なアナログ-デジタル信号変換器、デジタルメモリ、および、導体によってあるいは無線でデジタル信号をやりとりするための通信インタフェースを備えてもよい。0025本発明の好ましい実施形態は、添付図面と併せて解釈される以下の説明から更に詳しく理解されよう。0026実施形態の以下の詳細な説明は、本発明の特定の実施形態を示す添付図面を参照する。しかしながら、この発明は、異なる形態で具現化されてもよく、本明細書中に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。0027図1は、構造的完全性を監視するための多素子型超音波トランスデューサアセンブリの実施形態の一例の概略図である。この例では、チューブクランプ18が機械的に拘束する層として使用される。チューブクランプは、アセンブリの他の全ての層を取り囲み、この例ではチューブによって表わされる被監視部品10に対する強固な取付けを行なう。チューブクランプ18は、超音波が伝えられる必要があるトランスデューサアセンブリの層間の良好な物理的接触を確保する。トランスデューサアセンブリはパイプに装着される。被監視部品の他の共通の例としては、パイプ取付具、特に圧力容器が挙げられる。この例では、トランスデューサアセンブリアレーの導電体を電子制御器22に接続されるようになっている外部多導体ケーブル21に接続するために接続ボックス20が使用される。他の実施形態では、外部多導体ケーブル21の各導体がトランスデューサの各素子ないしは各要素へ続き、接続ボックス20が不要である。0028図2は、単一の圧電素子を有する本発明の一実施形態に係る超音波トランスデューサアセンブリの一部の詳細な断面図の概略的な例示である。なお、層の一部の極端な薄さは、これらの層を縮尺表示するには適さない。例えば、典型的な例では、電極が数百ナノメートル厚となる場合があり、圧電層および電気箔が数ミクロン厚となる場合があり、絶縁層が数百ミクロン厚となる場合があり、また、チューブクランプバンドが数ミリメートル厚あるいはそれよりも薄くなる場合がある。0029この実施形態において、上側電極14と下側電極12との間に配置される圧電膜13は、導電体16,16’により伝えられる電気的励起によって駆動される。圧電膜13は、この実施形態では、たとえそれが現場での付着によって形成された場合であっても、湾曲した物体に適合するように曲がるべく何らかの柔軟性を有することが好ましい。圧電膜13は、励起できて短い超音波パルスを検出できる一方でバッキングの必要性を回避するべく、何らかの内部減衰を有することが好ましい。トランスデューサアセンブリが高温の部品を監視するために使用されるようになっている場合には、圧電膜13が上側電極14および下側電極12の両方の熱膨張に対する良好な抵抗を示すことが好ましい。圧電膜13は、高温で圧電性を維持する材料から形成されるとよい。圧電膜におけるこれらの特性は、例えば、ゾル-ゲル法として当該技術分野において知られる方法によって圧電膜を形成することにより得ることができる。上側電極14および下側電極12はいずれも、疑似エコーを回避するために、超音波波長と比べて薄いことが好ましい。薄い電極は、一般に、柔軟であるという利点も有し、それにより、これらの電極を湾曲面に適合させることができる。導電体16,16’は、上側電極および下側電極を電子制御器22に接続するとともに、上側絶縁体17および下側絶縁体15によってアセンブリの他の導電部分から電気的に分離される。しばしばグランドと称される下側電極に対する接続部16’は、部品10が導電性であって下側電極が部品10に接続される場合には、部品10に対して接続され得る。幾つかの実施形態では、トランスデューサアセンブリの導電体16,16’と電子制御器22との間で接続ボックス20を使用することが好ましい場合がある。そのような場合、適切な導電ケーブル21が電子制御器22を接続ボックス20に接続する。導電体16,16’は、配線、箔ストリップ、または、当該技術分野において知られる任意の他の導電手段の形態を成すことができる。電気絶縁層15,17は、高温でその特性を維持しつつ部品10が高温で監視される場合、湾曲面を有する部品に適合するために、柔軟材料から成ることが好ましい。絶縁層に適することで知られる材料としては、マイカ、ガラス繊維織布、および、ポリイミドが挙げられる。この超音波トランスデューサアセンブリ層12~17を部品10に対して保持するために、クランプ18が設けられる。クランプ18は、層を互いにおよび部品10と物理的に緊密に接触させた状態に維持する圧力を与える。同時に、クランプ18は、外的侵襲からアセンブリを保護する。0030圧電層13によりもたらされる超音波励起は、一般に、結合層11を介して部品10へより良好に伝えられる。結合層11は、液体、ゲル、または、固体であってもよく、また、好ましくは、圧電層により発生される超音波の波長と比べて薄くすべきである。結合層として使用されてもよい幾つかの材料としては、超音波液体カップラント、高分子接着材料、銀および金のペースト、金、アルミニウム、亜鉛、および、スズのような軟質金属箔、並びに、アルミニウム、亜鉛、スズ、および、半田付けおよび蝋付けの技術分野において知られる他の合金のような低融解温度金属が挙げられる。0031本発明の超音波トランスデューサアセンブリの部品10に対する設置を容易にするため、層12~18は製造設備内で予め組み合わされることが好ましい。予め組み合わされたトランスデューサは、その後、被監視部品10に対して、該部品の表面を必要に応じて前処理するとともに結合層11を加えた後に設置される。幾つかの結合層は、所望の特性を得て特定の温度で作用するべく熱処理を必要とする場合がある。0032多素子型超音波トランスデューサアセンブリも対象となり得る。図3は、図2に示される単一素子形態に類似するが部品10に沿って多くの素子ないしは要素を有する実施形態の一例を示している。この実施形態における導電体16は、接続ボックス20とは無関係にトランスデューササブアセンブリのそれぞれの素子の上側電極14を接続し、それにより、素子ごとに独立した超音波動作を可能にする。下側電極接続部16’、または、グランド接続部は、全ての素子において共通である。なお、様々な目的のため、独立にアドレス可能な素子が望ましい場合があり、また、上側および下側絶縁層15と17との間に平行な絶縁導体を設けることができる。0033本発明の超音波トランスデューサアセンブリの層においては、被監視部品の湾曲面に適合し得る多くの形態が存在する。拡大断面図として図4Aに示されるトランスデューサアセンブリ形態は、部品10および下側電極12に緊密に接触する結合層11を伴う図2および図3に既に描かれた形態と同様である。圧電層13は、下側電極12および上側電極14と物理的に緊密に接触する。導電体16は、その端部の一方が下側絶縁体15の穴を通じて上側電極14と導電接触するとともに、その端部の他方が接続ボックス20または電子制御器22にある選択される制御構成に応じて。2つの絶縁層、すなわち、下側絶縁層15および上側絶縁層17は、アセンブリの他の導電部分から導電体16を絶縁するために使用されてもよい。0034あるいは、単一の上側絶縁体を使用することができ、その場合、必要とされる程度まで、代わりの絶縁体が設けられる。クランプ18は、必要な層を互いに物理的に緊密に接触させた状態に維持し、また、同時に、外的侵襲からアセンブリを保護してもよい。0035他のトランスデューサアセンブリ形態が拡大断面図で図4Bに示されている。同様の参照符号は類似の要素を示しており、それらの説明はここでは繰り返さない。この場合には、圧電層13が部品10と緊密に接触する。この緊密接触は、部品10の表面上に直接に圧電膜13を形成することによって、あるいは、代わりに、圧電層と同様の特性を有する結合剤を用いて被監視部品に対して圧電膜を結合させることによって得ることができる。この実施形態では、下側電極が部品10によって与えられ、また、このグランド面との電気的な接続は接続ボックスまたは電気制御器図示せずに対して与えられる。0036図4Cは、クランプ18が下側電極12でもある、トランスデューサアセンブリの拡大断面図を概略的に示している。この例では、圧電層13がクランプ18と緊密に接触する。この形態は、超音波の効率的な伝達を可能にするために選択された結合層11が部品10との緊密な物理的接触を行なうべく更に大きな力の機械的拘束を必要とする場合に、例えば、部品の表面が特に粗く、あるいは、カップラント11が硬い場合に、特に有益となり得る。柔軟な超音波トランスデューサの残りの部分は、先と同じであるが、上側絶縁層17を取り囲んでアセンブリを外的侵襲から保護するために保護層19を設けることが更に望ましい場合がある。保護層19は、大きな圧力を絶縁層17に加える必要は全くない。0037図4Dは、軟質金属箔であってもよい下側電極12以外のカップラント11を有さないトランスデューサアセンブリの拡大断面図を概略的に示している。"