CN105527342A - 管检查设备和管检查方法 - Google Patents

管检查设备和管检查方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105527342A
CN105527342A CN201510563288.8A CN201510563288A CN105527342A CN 105527342 A CN105527342 A CN 105527342A CN 201510563288 A CN201510563288 A CN 201510563288A CN 105527342 A CN105527342 A CN 105527342A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ultrasound wave
detector
pipe
photo
optical sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510563288.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105527342B (zh
Inventor
佐佐木惠一
朝仓大辅
长广明
远藤哲央
松本翔平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2015103725A external-priority patent/JP6570875B2/ja
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN105527342A publication Critical patent/CN105527342A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105527342B publication Critical patent/CN105527342B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2412—Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2418—Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2475—Embedded probes, i.e. probes incorporated in objects to be inspected
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/025—Change of phase or condition
    • G01N2291/0258—Structural degradation, e.g. fatigue of composites, ageing of oils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02854—Length, thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/263—Surfaces
    • G01N2291/2634—Surfaces cylindrical from outside
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/017—Inspection or maintenance of pipe-lines or tubes in nuclear installations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

在一个实施例中，一种管检查设备，包括：选择模块，构造用于从附接到管的多个超声波光探测器选择第一和第二超声波光探测器。该设备还包括电力供应模块，构造用于供应电力到第一超声波光探测器的超声波换能器，以使超声波从超声波换能器输入到管，并且经由管供应所述超声波到第二超声波光探测器的光纤传感器。该设备还包括光检测模块，构造用于检测通过第二超声波光探测器的光纤传感器传输的激光。

Description

管检查设备和管检查方法
技术领域
本文说明的实施例涉及管检查设备和管检查方法。
背景技术
例如通过超声波探伤法进行管壁变薄和管腐蚀的检查。以这样的方式进行超声波探伤法：用于发送和接收超声波的探测器与检测件的表面进行接触，以在检测件的内部传播各种频率的超声波。然后，在检测件内部的缺陷上或者检测件的后表面上被反射并且从其返回的超声波(回波)被接收，使得能掌握检测件内部的状态。缺陷的位置可以通过使用从发射到接收超声波所需的时间周期来测量，并且缺陷的尺寸可使用接收的回波的强度或者通过测量缺陷回波出现位置的范围来测量。
使用超声波的检查方法被用在原子发电站，以测量材料的板厚度或者检测在层压体或类似物中的焊接缺陷。此外，在检查用于增强核反应堆压力容器周围的管嘴开口、歧管和管接头的焊接表面部分时，也使用利用超声波的检查方法。
在发电厂中，壁变薄趋于可能由流动加速腐蚀(FAC)或者在弯肘部分或者在孔口部分的下游侧处的管中的腐蚀引起。基于这样的知识，已经由日本机械工程师学会(JSME)建立了在管壁变薄管理方面的规定(用于发电设备的编码，JSMESCA1-2005)。根据该规定，由使用超声波壁厚测量仪器的管壁厚测量实践管壁变薄管理。但是，每次测量壁厚时需要覆盖要拆开和重新构造的管的热隔绝材料的这种技术占用大量时间和成本。
因此，为了获得低成本的壁变薄管理，已经开发了用于固定点测量的嵌入型传感器。例如，已知一种使用超声波光探测器的光纤EMAT方法，其组合了电磁声换能器(EMAT)和光纤传感器。该电磁声换能器是通过电磁力的作用在管中激励超声波的共振器。该光纤传感器是用于通过激光检测激励的超声波的共振波的传感器。在光纤EMAT方法中，可以分析该激光检测的结果，以获得管的壁厚和关于管内部的缺陷的信息。
图1A和1B是示出了矩阵固定点方法和3D-UT全表面缺陷检测方法的透视图。图2是示出管壁变薄现象的截面图。
根据JSME的壁变薄管理规定的要求，管1的壁厚可以仅在用于检测管1的FAC的矩阵固定点处被测量，如图1A所示。图1A示出了具有150A或更大的尺寸的管1的弯肘部1a。根据JSME的壁变薄管理规定，在管1的尺寸是150A或者更大的情况下，测量点P之间在轴向方向的间距被设定为管外径的长度或者更小，并且管1具有每一个圆周在圆周方向上设置的8个测量点P(45°间距)。管1的壁厚通过使得板厚传感器3与测量点P接触来测量。
但是，在实际发电厂中的管1中，不仅发生FAC4，而且发生针孔形的局部壁变薄，称为液滴冲击腐蚀(LDI)2，如图2所示。图2示出了位于孔口部1b下游的弯肘部1a。这样的LDI2在仅在矩阵固定点处的UT测量中可能被遗漏。
因此，发电厂已经宣布将如下政策增加到测量方针中：LDI2非常可能发生的弯肘部1a要经受通过UT全表面缺陷检测的没有检测遗漏的壁厚测量。UT全表面缺陷检测可通过3D-UT全表面缺陷检测方法实施，由板厚传感器3机械地扫描，如图1B中由箭头S所示。但是，3D-UT全表面缺陷检测方法花费长时间来配置和调节扫描机构。为此原因，需要能在短时间内在弯肘部1a上容易地实施全表面缺陷检测的管检查方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种管检查设备，其包括：选择模块，构造用于从附接到管的多个超声波光探测器选择第一和第二超声波光探测器；电力供应模块，构造用于供应电力到所述第一超声波光探测器的超声波换能器，以使超声波从所述超声波换能器输入到所述管，并且使所述超声波经由所述管供应到所述第二超声波光探测器的光纤传感器；和光检测模块，构造用于检测通过所述第二超声波光探测器的所述光纤传感器传输的激光。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述超声波换能器包括：线圈，构造为被供应有电力；第一磁体，包括在所述线圈一侧上的第一电极，并且包括在所述线圈相反侧上的第二电极；和第二磁体，具有围绕所述第一磁体的形状，包括在所述线圈一侧上的所述第二电极，并且包括在所述线圈相反侧上的所述第一电极。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述超声波换能器包括：线圈，构造为被供应有电力，并且被卷绕成环形，和磁体，形成为圆筒形，并且具有的直径大于所述环形的内径。
根据本发明的一个优选的实施方式，每个所述超声波光探测器包括卷绕成椭圆形的光纤传感器。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述超声波光探测器被附接以形成围绕所述管的周边的环，每圈具有N个超声波光探测器，其中N是2或者更大的整数，并且所述超声波光探测器被附接到所述管上使得所述椭圆形的长轴平行于所述管的周边方向。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述超声波光探测器被附接在在所述管的表面上在第一方向上延伸的第一线和在所述管的所述表面上在第二方向上延伸的第二线的交叉点处，并且所述选择模块选择在所述第一方向上以两条第二线的间隔并且在所述第二方向上以一条第一线的间隔彼此分开的超声波光探测器的组合作为第一和第二超声波光探测器。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述选择模块设置第一超声波光探测器和第二超声波光探测器的多种组合，并且，所述组合被设置成使得对于所述管的每个节管的壁厚测量的覆盖率在使用所述组合进行所述壁厚测量时达到100％。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述选择模块包括构造用于从多个超声波光探测器选择第一超声波光探测器的第一开关，和构造用于从多个超声波光探测器选择第二超声波光探测器的第二开关。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述选择模块包括构造用于在第一模式和第二模式之间切换的模式开关，所述第一模式检测从所述光纤传感器的第一端输入并且从所述光纤传感器的第二端输出的激光，所述第二模式检测从所述光纤传感器的第一端输入、在与所述光纤传感器的所述第二端连接的反射部上反射并且从所述光纤传感器的所述第一端输出的激光。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述选择模块从多个超声波光探测器中选择第一超声波光探测器和至少一个第二超声波光探测器，所述电力供应模块同时地供应电力到第一超声波光探测器的超声波换能器，以从所述超声波换能器输入超声波到所述管，并且经由所述管供应超声波到所述至少一个第二超声波光探测器的光纤传感器，并且所述光检测模块检测通过所述至少一个第二超声波光探测器的所述光纤传感器传输的激光。
根据本发明的一个优选的实施方式，所述选择模块从多个超声波光探测器中选择至少一个第一超声波光探测器和第二超声波光探测器，所述电力供应模块供应电力到所述至少一个第一超声波光探测器的超声波换能器，以从所述超声波换能器输入超声波到所述管，并且经由所述管供应超声波到所述第二超声波光探测器的光纤传感器，并且所述光检测模块检测通过所述第二超声波光探测器的所述光纤传感器传输的激光。
根据本发明的另一方面，提供了一种管检查设备，其包括：选择模块，构造用于从附接到管的多个超声波换能器中选择第一超声波换能器，并且用于从与所述超声波换能器分开并且附接到所述管的多个光纤传感器中选择第一光纤传感器；电力供应模块，构造用于供应电力到所述第一超声波换能器，以使超声波从所述第一超声波换能器输入到所述管，并且经由所述管供应超声波到所述第一光纤传感器；和光检测模块，构造用于检测通过所述第一光纤传感器传输的激光。
根据本发明的再一方面，提供了一种管检查方法，其包括：从附接到管的多个超声波光探测器选择第一和第二超声波光探测器；供应电力到所述第一超声波光探测器的超声波换能器，以使超声波从所述超声波换能器输入到所述管，并且经由所述管供应所述超声波到所述第二超声波光探测器的光纤传感器；和检测通过所述第二超声波光探测器的所述光纤传感器传输的激光。
根据本发明的一个优选的实施方式的方法，还包括：根据所述激光的检测结果，计算所述超声波的衰减率；和根据所述超声波的衰减率计算在所述管中管壁变薄的发生部位和所述第二超声波光探测器之间的距离。
根据本发明的一个优选的实施方式的方法，还包括：根据所述激光的检测结果，检测在所述超声波中的传输波和反射波；和根据所述传输波和所述反射波的检测结果，估计在所述管中管壁变薄的所述发生部位的形状或者位置。
附图说明
图1A和1B是示出矩阵固定点方法和3D-UT全表面缺陷检测方法的透视图；
图2是示出管壁变薄现象的截面图；
图3是示出第一实施例的管检查系统的构造的示意图；
图4是示出第一实施例的每个超声波光探测器的构造的示意图；
图5是示出在第一实施例中用于将超声波光探测器附接到管上的示例的示意图；
图6A和6B是示出第一实施例的管检查方法的截面图和侧视图；
图7A和7B是示出用于增加第一实施例的超声波传播距离的方法的截面图；
图8A和8B是示出第一实施例的管检查方法的截面图和侧视图；
图9是示出用于增加第一实施例的超声波接收面积的方法的侧视图；
图10A和10B是示出第一实施例的光纤传感器的构造示例的图；
图11是示出在第一实施例中的LDI检测的图；
图12是示出在第一实施例中的LDI检测的曲线图；
图13是示出在第一实施例中的LDI检测区的图；
图14是示出在第一实施例中的LDI检测的图；
图15是示出在第一实施例的变型中的LDI检测的图；以及
图16A至16C是示出在第一实施例中几种LDI的截面图。
具体实施方式
现在将参照附图说明实施例。
在光纤EMAT方法中，多个超声波光探测器被附接到管1的表面，并且测量管1在这些超声波光探测器的每个配置位置处的壁厚。但是，相关技术的光纤EMAT方法仅测量紧靠超声波光探测器的配置位置下方的管1的壁厚。因此，光纤EMAT方法可能引起在管1中的LDI2的检查遗漏。因此，需要其中在管1中FAC4和LDI2能高精度地被检测的管检查方法。
在一个实施例中，管检查设备包括选择模块，构造用于从附接到管的多个超声波光探测器中选择第一和第二超声波光探测器。该设备还包括电力供应模块，构造用于将电力供应到第一超声波光探测器的超声波换能器，以使超声波从超声波换能器输入到管，并且通过管将超声波输入到第二超声波光探测器的光纤传感器。该设备还包括光检测模块，构造用于通过第二超声波光探测器的光纤传感器传输的激光。
(第一实施例)
图3是示出第一实施例的管检查系统的构造的示意图。
图3中的管检查系统包括附接到管1的表面上的多个超声波光探测器5、管检查设备6和计算机7。图3示出了这些超声波光探测器5中的一个。管1的示例包括：在原子能发电厂、热力发电厂和地热发电厂中的管，或者，构成管线和水管的管。
每个超声波光探测器5包括电磁声换能器(下文称为“EMAT”)11和光纤传感器12。管检查设备6包括光源21、光学干涉仪22、波形信号发生器23、放大器24、电开关25、光开关26和模式开关27。光学干涉仪22是光检测模块的示例。波形信号发生器23和放大器24是电力供应模块的示例。电开关25、光开关26和模式开关27是选择模块的示例。另外，电开关25和光开关26分别是第一和第二开关的示例。
EMAT11经由光纤传感器12被附接到管1并且通过电磁力的作用在管1中激励超声波。其中线光纤螺旋地缠绕(除虫菊杀虫剂盘绕形)的光纤传感器12形成为具有挠性的圆平板并且被用于通过激光检测激励的超声波的共振波。圆平板具有类似于例如日本五日圆硬币的尺寸。
波形信号发生器23和放大器24产生和放大高频电流，以在计算机7的控制下供应到EMAT11。这将电力供应到EMAT11。光源21产生供应到光纤传感器12的参考激光。光学干涉仪22检测通过光纤传感器12传送的参考激光的变化。
计算机7具有在其中存储有关于管1的恶化的确定阈值的诊断数据库，例如管1的腐蚀、管壁变薄等。计算机7比较诊断数据库中的数据、从光学干涉仪22接收的原始波形的检测结果和使得原始波形进行信号处理获得的处理结果，并且确定管1的恶化程度。
在图3中的管检查系统包括第一光纤31、第二光纤32和电源线33。第一光纤31用于使得激光从光源21传输到每个超声波光探测器5的光纤传感器12，第二光纤32用于使得激光从每个超声波光探测器5的光纤传感器12传输到光学干涉仪22。电源线33用于使得高频电流从放大器24供应到每个超声波光探测器5的EMAT11。
管检查设备6包括设置在电源线33上的电开关25、设置在第二光纤32上的光开关26和与第一和第二光纤31和32连接的模式开关27。光开关26可设置在第一光纤31上，或者可设置在第一和第二光纤31和32上。
电开关25用于从多个超声波光探测器5选择要与放大器24连接的超声波光探测器5。当电开关25选择了某一超声波光探测器5时，放大器24将高频电流供应到选择的超声波光探测器5的EMAT11。在本实施例中具有96个波道的电开关25可控制96个超声波光探测器5。
光开关26用于从多个超声波光探测器5选择要与光学干涉仪22连接的超声波光探测器5。当光开关26选择了某一超声波光探测器5时，选择的超声波光探测器5的光纤传感器12将激光供应到光学干涉仪22。在本实施例中具有32个波道的光开关26能控制32个超声波光探测器5。
模式开关27用于在与双线的第一和第二光纤31和32连接的超声波光探测器5和与单线的光纤41连接的超声波光探测器5之间切换(图10A和10B)。模式开关27将在后面具体说明。
在本实施例中的电开关25、光开关26和模式开关27由计算机7控制。
图4是示出了第一实施例的每个超声波光探测器5的构造的示意图。
EMAT11包括永久磁体A1和电线圈A2。永久磁体A1和电线圈A2经由树脂片13被一体化。
控制永久磁体A1的热阻和耐热性的元件之一是永久磁体A1的材料。钐钴是具有好的热阻的永久磁体A1的材料的示例。因为钐钴具有在350℃和400℃之间的退磁点，所以如果钐钴的永久磁体A1在高温下被使用，那么期望在350℃或者更低的温度下使用。
从钴被看作是稀有金属的角度来看，使用钴的替代材料的永久磁体A1已经开始开发。例如，钐-铁系统(钐-铁-氮系统或者类似物)的永久磁体A1已经生产作为商业基础上的结合磁体。使用钐-铁系统的烧结磁体作为永久磁体A1，以进行高温应用的光纤EMAT方法，能获得更便宜且更环境友好的超声波光探测器5。
电线圈A2供应有来自放大器24的高频电流。这导致由电线圈A2中的电磁感应和磁致伸缩产生的洛仑兹力激励管1中的超声波。高频电流被由计算机7控制的波形信号发生器23和放大器24调节成具有预定频率和振幅。电线圈A2被卷绕成环形，形成为圆平板。
光纤传感器12通过树脂片13和粘结剂14与EMAT11一体形成。超声波光探测器5由粘结剂14被粘附到要测量的管1。
当超声波从EMAT11被输入到管1时，超声波的一部分到达光纤传感器12。此处，在来自光源12的参考激光被输入到光纤传感器12的状态下，当超声波到达光纤传感器12时，光纤传感器12由于超声波的作用稍微地延伸和收缩，以在参考激光中引起多普勒频率移动和偏振面变化。
光学干涉仪22光电转换并且测量通过光纤传感器22传输的参考激光，以检测这种变化。这样，光学干涉仪22能通过检测参考激光来检测在超声波的壁厚方向上的共振状态。计算机7能基于光学干涉仪22的参考激光的检测结果确定管1的状态。
这样，从EMAT11输入到管1的超声波经由管1被供应到光纤传感器12。
此时，在本实施例中的管检查系统能使来自EMAT11的超声波供应到同样的超声波光探测器5的光纤传感器12，以由光学干涉仪22检测通过该光纤传感器12传送的参考激光。在这种情况下，电开关25和光开关26选择同样的超声波光探测器5。计算机7能基于该参考激光的检测结果确定紧靠该超声波光探测器5的配置位置下方的管1的状态。
另一方面，在本实施例中的管检查系统也能使得来自EMAT11的超声波供应到不同超声波光探测器5的光纤传感器12，以由光学干涉仪22检测通过这些光纤传感器12传输的参考激光。在这种情况下，电开关25和光开关26选择不同的超声波光探测器5。由电开关25选择的超声波光探测器5是第一超声波光探测器的示例，由光开关26选择的超声波光探测器5是第二超声波光探测器的示例。计算机7能基于参考激光的检测结果检测这些超声波光探测器5的配置位置之外的位置的管1的状态。该过程将在后面具体说明。
即使超声波光探测器5具有如图4所示的EMAT11的简单形状，在壁厚测量方面也可获得足够的信号强度。涉及壁厚测量的精度和灵敏度的因素的示例包括：EMAT11的共振能量和光纤传感器12相对于管1的粘结程度。因此，在光纤传感器12和管1之间结合部分在高温和高可靠度(坚固性)下永久磁体A1的磁力是重要的。
至于永久磁体A1的磁力，存在这样一种方法：其中，使用和电镀用于高温的热阻抗永久磁体A1，以防止永久磁体A1氧化。用于高温的电镀永久磁体A1和聚酰亚胺涂层的电线圈A2能用于甚至在高温下维持EMAT11的共振能量。
另一方面，用于结合光纤传感器12和管1的方法的示例包括用高温粘结剂粘结、喷镀等。光纤传感器12理想地配置成紧密接触管1的表面，使得配合管1的表面形状和曲率，并且通过粘结剂和喷镀被固定到管1的表面。此时，光纤传感器12和管1可直接地或者经由间接材料(例如挠性片)彼此进行紧密接触。在后一种情况下，结合强度越高，越能实现可靠性，例如经过长的时间周期提高的热阻抗和稳固性，并且通过使用便宜的材料结合能够容易地构造。
在粘附聚酰亚胺涂层的光纤传感器12的情况下，聚酰亚胺基的粘结剂具有长时间的高可靠性，并且环氧树脂基或者硅基的粘结剂趋于相对容易恶化。当聚酰亚胺基的光纤传感器12被结合到金属管1上时，聚酰亚胺基的粘结剂理想地用于通过真空注入方法粘结。
在真空注入方法中，首先，光纤传感器12被插入注入有粘结剂的玻璃布之间。接下来，这与在管1的表面上的平面加热器或者橡胶加热器一起被真空封装，并且在大气压下被按压，同时以预定方式由加热器温度调节器加热和固化。接着，在固化和粘结之后，释放膜、通气装置和封装膜等从玻璃布的表面去除。
光纤传感器12可在下列的过程中生产。首先，热阻抗涂覆纤维螺旋缠绕。接着，螺旋缠绕的热阻抗涂覆纤维通过使用聚酰亚胺清漆被固定在热阻抗材料(例如聚酰亚胺)制成的挠性片上。光纤传感器12可与挠性片一起被插入到注有粘结剂的玻璃布之间，或者直接地插入到玻璃布之间。
代替聚酰亚胺基粘结剂的是，可以使用含金属粉末的陶瓷基的粘结剂。一些含金属粉末的陶瓷基的粘结剂已经被证实具有好的实用性和稳固性。在使用这种粘结剂的情况下，如果粘结剂被简单地施加到要保持在管1的表面上的光纤传感器12上并且粘结剂在室温下固化，那么能获得足够的结合强度。在这种情况下，玻璃布可以或者可以不被插入到光纤传感器12和管1之间。
图5是示出了在第一实施例中用于将超声波光探测器5附接到管1的示例的示意图。
在本实施例中，多个超声波光探测器5被附接到管1的外表面，并且从管1的内表面和外表面多次反射的共振超声波信号通过计算机7分析，以测量管1的壁厚。管1的材料例如是碳钢。在本实施例中，超声波光探测器5被提前嵌在管1和热隔绝材料(容纳热的材料)8之间，使得壁厚测量(恶化程度确定)能够在线进行。根据本实施例，热隔绝材料8不需要每次测量壁厚时都拆解和再构造，提高发电厂的安全性和产能利用率。
管壁变薄管理规则根据管1的直径指定管1的壁厚测量点的位置。如果管1的尺寸是150A(外径：约165mm)或者更大，那么在管1的圆周方向上指定8个位置(以45°的间隔)。如果管1的尺寸小于150A，那么在管1的圆周方向上指定4个位置(以90°的间隔)。图5示出了前一情况。指出，在管1的轴向上管1的壁厚测量点以管1的外径的长度或者更小的间隔设置。
说明书给出了一种使用这些超声波光探测器5测量管1的壁厚的方法。
在EMAT11中电线圈A2使得管1振动，以在高频电流在线圈A2中流动时在管1中产生超声波。此时，计算机7改变通过波形信号发生器23的高频电流的频率，以扫过在所需频率范围中的超声波的频率。
在管1中的超声波传播到光纤传感器12。当超声波在参考激光被输入到光纤传感器12的状态下到达光纤传感器12时，在参考激光中引起多普勒频率移动和偏振平面变化。该可变化的数值(伸展和收缩速度)通过光电变换由光学干涉仪22换转为电压值，使得能测量在管1中传播的超声波的频率。
当管1的壁厚和管1中的超声波的波长λ之间的关系满足λ＝2d时，超声波的入射波和反射波共振，并且合成波的振幅增加。该关系可利用管1中的超声波的频率f和声速f表示为f＝v/2d。因此，如果知道在发生共振时的超声波的频率f和声速f，那么能获得管1中的壁厚d。
因此，在本实施例中，当测量管1的壁厚时，超声波的频率在所需的频率范围内被扫频，以测量共振频率f。另一方面，能从管1的材料计算声速v。因此，在本实施例中，测量的共振频率f和计算的声速v能用于得出管1的壁厚。
例如，在由钢制成的管1具有15mm的壁厚的情况下，如果输入200kHz的超声波，那么发生共振。根据本实施例，如果知道管1由钢制成并且共振频率f是200kHz，那么管1的壁厚能被确定为15mm。
在本实施例中的超声波光探测器5理想地附接到统计上认为可能引起管壁变薄的部分，例如在原子能发电站和热能发电站中的管1的弯肘部和孔口部的下游侧，以及可能被阻塞的部分，例如在地热发电站中的管，和构成水管的管1或者类似物。在本实施例中的波形信号发生器23理想地构造为使得在管1中产生的振动频率能根据管1的厚度被设置成1Hz到10MHz的任何频率。在本实施例中的计算机7理想地被构造成能够通过光学干涉仪22不仅检测从20kHz到10MHz的频率的超声波振动，而且检测从1Hz到20kHz的频率的非超声波振动。
图5示出了第二光纤32。第一和第二光纤31和32可使其表面暴露，插入到树脂片或者挠性片材料的构件之间，或者由这些的组合构成。在第一和第二光纤31和32以及插入这些光纤的构件之间的间隙可填充有粘接剂。
(1)第一实施例的管检查方法
图6A和6B是示出第一实施例的管检查方法的截面图和侧视图。
图6A和6B示出了管1的一个节管的截面和侧面。具体地，按照JSME的热能发电设备(JSMESCA1-2009)上的规定，示出了一个示例，其中4行超声波光探测器5被配置在具有150A或者更大尺寸的管1上。每行具有相等间隔的8个超声波光探测器5。这些行之间的距离被设置成与管1的直径(外径)φ具有相等的值。在该示例中，32个超声波光探测器5以这样的方式被配置在管1的每个节管上。
在本实施例中的管检查系统通常将超声波从EMAT11供应到同一超声波光探测器5的光纤传感器12，以由光学干涉仪22检测传送通过该光纤传感器12的参考激光。在这种情况下，计算机7能测量在该光纤传感器12的配置位置处管1的壁厚(即，紧靠该光纤传感器12下方的管1的壁厚)。
在本实施例中的管检查系统能这样通过测量检测管1中的FAC4(图2)。通常，在进行光纤EMAT方法时，在超声波光探测器5之间的配置间隔被设定成采用其管1中的FAC4能以足够精度被检测的值。
此外，在本实施例中的管检查系统也能使超声波从EMAT11供应到不同超声波光探测器5的光纤传感器12，以由光学干涉仪22检测经过该光纤传感器12传输的参考激光。在这种情况下，计算机7能测量管1在该光纤传感器12的配置位置之外的位置处的壁厚。
图6B示出了超声波从超声波光探测器5a的EMAT11供应到超声波光探测器5c的光纤传感器12的示例，和超声波从超声波光探测器5b的EMAT11供应到超声波光探测器5d的光纤传感器12的示例。在本实施例中，发送超声波的超声波光探测器5(EMAT11)和接收超声波的超声波光探测器5(光纤传感器12)的各种组合被设置成使得超声波能通过各种路线传播。例如，可设置各种路线，使得这些路线以网状方式覆盖管1的表面。
在本实施例中的管检查系统能通过这样的测量检测管1在超声波光探测器5的配置位置之外的位置处的壁变薄和缺陷。图6B示出了检测管1中的LDI2存在于该位置处的情况。
以最短距离连接超声波光探测器5a和5c的路线附近存在的该LDI2可以利用从超声波光探测器5a的EMAT11供应到超声波光探测器5c的光纤传感器12的超声波被检测。此外，以最短距离连接超声波光探测器5b和5d的路线附近存在的该LDI2可以利用从超声波光探测器5b的EMAT11供应到超声波光探测器5d的光纤传感器12的超声波被检测。
这样，在本实施例中的管检查系统能检测管1中的FAC4和LDI2两者。在本实施例中的管检查系统通过电开关25和光开关26切换了发送超声波的超声波光探测器5和接收超声波的超声波光探测器5的结合，以能够调节超声波的传播路线并且检测在管1中的各种位置处的FAC4和LDI2。
在本实施例中，超声波在不同的超声波光探测器5之间被发送和接收。为此原因，理想的是增加EMAT11的超声波传播距离和光纤传感器12的超声波接收面积。下文，具体地说明给出了用于增加超声波传播距离和超声波接收面积的方法。
图7A和7B是示出用于增加第一实施例的超声波传播距离的方法的截面图。
图7A是示出超声波光探测器5的构造的第一示例的截面图。
在图7A中的EMAT11包括两个永久磁体A1和一个电线圈A2。电线圈A2被卷绕成环形。电线圈A2的外径是例如15mm。永久磁体A1之一是形成为圆筒形的磁体，并且包括在电线圈A2的一侧上的北极和在电线圈A2的相反侧上的南极。永久磁体A1中的另一个是围绕圆筒形磁体形成为圆管形的磁体，并且包括在电线圈A2的一侧上的南极和在电线圈A2的相反侧上的北极。圆管形磁体的外径例如是20mm。北极和南极分别是第一电极和第二电极的示例。
这样，这些永久磁体A1的磁化方向彼此相反。因此，在图7A中的EMAT11产生垂直于管1的壁厚方向的磁场B。因此，存在作用在管1中的电荷上的垂直于电场E和磁场B的洛仑兹力F，即，洛仑兹力F平行于管1的壁厚的方向。在这些永久磁体A1之间的间隙可以是气隙，或者可填充有高导磁性材料，例如无定形合金。
这样，在图7A中的超声波光探测器5能将垂直于管1的壁厚方向的磁场B施加到管1。像这样的磁场B具有如下益处：S/N共振比率例如能沿着管1的壁厚的方向增加。因此，根据图7A的构造，EMAT11的共振信号能被远离该EMAT11的光纤传感器12检测。在进行试验时，在沿着轴向彼此间隔开2φ并且沿着圆周方向彼此间隔开180°的超声波光探测器5之间检测到共振信号。
图7B是示出超声波光探测器5的构造的第二示例的截面图。
在图7B中的EMAT11包括一个永久磁体A1和一个电线圈A2。电线圈A2被卷绕成环形。电线圈A2的外径是例如30mm。永久磁体A1是形成为圆筒形的磁体，具有大于电线圈A2的内径d2的直径d1。永久磁体A1的直径d1例如是25mm。永久磁体A1的厚度例如是5mm。永久磁体A1包括在电线圈A2的一侧上的南极和在电线圈A2的相反侧上的北极。
因此，在图7B中的EMAT11产生平行于管1的壁厚方向的磁场B。由此，在管1中的电荷上作用有垂直于电场E和磁场B的洛仑兹力F，即，洛仑兹力F垂直于管1的壁厚方向。
此外，在图7B中的EMAT11包括大永久磁体A1，其具有大于电线圈A2的内径d2的直径d1。这样的构造具有如下优势：例如能增加EMAT11的共振信号的强度。因此，根据图7B的构造，EMAT11的共振信号能由远离该EMAT11的光纤传感器12检测。
这样，在本实施例中，理想的是，使用能够激励超声波在平行于管1的壁厚方向的方向上以及在垂直于管1的壁厚方向的方向上宽广传播的EMAT(宽区激励EMAT)11。
图8A和8B是示出了第一实施例的管检查方法的截面图和侧视图。
图8A和8B示出了类似于图6A和6B的管1的一个节管的截面图和侧视图。但是，图8A和8B示出了使用宽区激励EMAT11的管检查方法的示例。
在本实施例中，包括宽区激励EMAT11的超声波光探测器5用于能够在彼此分开的超声波光探测器5之间发送和接收超声波。图8B示出了一个示例，其中超声波从超声波光探测器5e供应到与超声波光探测器5e的行相邻的行中的超声波光探测器5f。图8B还示出了一个示例，其中超声波从超声波光探测器5e供应到与超声波光探测器5f的行相邻的行中的超声波光探测器5g。在这种情况下，存在于这些行之间的LDI2例如能被检测。
另外，在本实施例中，包括宽区激励EMAT11的超声波光探测器5能被用于减少在每个节管上的超声波光探测器5的数量。在图8A和8B中，每个节管具有四行配置在其上的超声波光探测器5，并且每行具有配置在其中的8个超声波光探测器5。因此，每个节管具有32个超声波光探测器5。
但是，在使用在本实施例中的宽区激励EMAT11的情况下，共振信号能在彼此分开沿着轴向2φ和沿着圆周方向180°的超声波光探测器5之间被检测。因此，在本实施例中，可以使用这样的构造，其中每个节管具有配置在其上的两行超声波光探测器5，并且每行具有配置在其中的两个超声波光探测器5。在这种情况下，在每个节管上的超声波光探测器5的数量能减少到1/8(从32件到4件)。
根据本实施例，能维持用于管1的壁厚的测量精度(例如，±0.1mm)，同时能减少配置在管1上的超声波光探测器5的数量。在本实施例中，增加EMAT11的超声波传播距离，可能允许配置在管1上的超声波光探测器5的数量能进一步减少。
但是，由于根据JSME规定，需要EMAT11在矩阵固定点上振荡，所以宽区激励EMAT11在每个节管上被配置在32个位置，并且光纤传感器12如上所述地在每个节管上被配置在4个位置处，以由在本实施例中在这四个位置处配置的光纤传感器12覆盖在节管上的所有的测量壁厚。
图9是示出了增加第一实施例的超声波接收面积的方法的侧视图。
在本实施例中，为了增加管1的由每个光纤传感器12覆盖的表面区域，需要增加每个光纤传感器12的卷绕数量或者加宽用于每个光纤传感器12的面积。
因此，在本实施例中，如图9所示，可以使用每个包括卷绕为椭圆形的光纤传感器12的超声波光探测器5。在图9中，超声波光探测器5被附接，以围绕管1的圆周形成环，每个环具有N个超声波光探测器5，其中N是2或者更大的整数。在图9中，N的值是8。在图9中，这些超声波光探测器5以椭圆的长轴平行于管1的圆周方向的方式被附接到管1。N个超声波光探测器5理想地被附接到管1，使得光纤传感器12彼此接触或者彼此相邻。
根据图9的构造，在管1的每个节管中的LDI覆盖率能被提高，例如LDI覆盖率达到接近100％的值。LDI覆盖率是每个节管的在其中LDI2能被检测的表面积与每个节管的总表面积的比。后面具体地给出了关于LDI覆盖率的说明。
在图9中每个光纤传感器12的形状不需要是数学意义上严格的椭圆形，而是只要该形状具有长轴方向和短轴方向，并且可被认为是椭圆就足够。事实上，在图9中的每个光纤传感器12具有通过组合两条直线和两个弧段获得的这样的形状。例如，每个光纤传感器12的形状可以是卵形或者长椭圆形。
在本实施例中，代替使得包括EMAT11和光纤传感器12的超声波光探测器5附接到管1，EMAT11和光纤传感器12可以彼此分开并且被附接到管1上。图9示出了EMAT11和与EMAT11分开的光纤传感器12。
在这种情况下，多个EMAT11和与这些EMAT11分离的多个光纤传感器12被附接到管1。电开关25用于从这些EMAT11选择要与放大器24连接的EMAT11。由电开关25选择的EMAT11是第一超声波换能器的示例。光开关26用于从这些光纤传感器12选择要与光学干涉仪22连接的光纤传感器12。由光开关26选择的光纤传感器12是第一光纤传感器的示例。其中EMAT11和光纤传感器12彼此分开的构造也可应用到例如在图11到16C所示的LDI检测。
此外，在本实施例中，包括EMAT11和光纤传感器12的超声波光探测器5可被附接到管1，同时，EMAT11和光纤传感器12可彼此分离并被附接到管1，使得前者和后者的EMAT11和光纤传感器12可一起使用。
图10A和10B是示出了第一实施例的光纤传感器12的构造示例的示意图。
图10A示出了具有与图3中的光纤传感器12相同构造的光纤传感器12。在图10A中的光纤传感器12具有与第一光纤12连接的第一端B1和与第二光纤32连接的第二端B2。
在图10A中的光纤传感器12中，来自光源21的参考激光通过第一光纤31被输入到第一端B1。此时，在该参考激光被输入到光纤传感器12的状态下，当超声波到达光纤传感器12时，在参考激光中引起多普勒频率移动和偏振面变化。
该参考激光朝向第二端B2行进通过光纤传感器12，并且从经由第二光纤32供应的第二端B2被输出到光学干涉仪22。计算机7能根据通过光学干涉仪22的参考激光的检测结果确定管1的状态。
另一方面，图10B示出了与上述变型对应的光纤传感器12。在图10B中的光纤传感器12具有与光纤41连接的第一端B1和与作为反射部的示例的反射端43连接的第二端B2。光纤41通过循环器42连接到第一和第二光纤31和32。循环器42被配置用于彼此区分入射参考激光和出射参考激光。循环器42的一个示例是偏振板。反射端43具有能够反射参考激光的反射面。
在图10B中的光纤传感器12中，来自光源21的参考激光通过光纤31和41被输入到第一端B1。此时，在光纤传感器12被输入到参考激光的状态下，当超声波到达光纤传感器12时，在参考激光中引起多普勒频率移动和偏振面变化。
该参考激光行进朝向第二端B2通过光纤传感器12，在反射端43的反射面上被反射，并且朝向第一端B1通过光纤传感器12返回。该参考激光从经由光纤41和32供应的第一端B1被输出到光学干涉仪22。计算机7能根据通过光学干涉仪22的参考激光的检测结果确定管1的状态。
在本实施例中的管检查系统能使用在图10A中的光纤传感器12和在图10B中的光纤传感器12两者。为此原因，在本实施例中的管检查设备6包括模式开关27，其在用于使用图10A中的光纤传感器12的双线模式和用于使用在图10B中的光纤传感器12的单线模式之间切换(参见图3)。双线模式和单线模式分别是第一模式和第二模式的示例。
在本实施例的单线模式中，例如使用循环器42。在本实施例的双线模式中，例如循环器42处于不被使用的状态中。
(2)在第一实施例中的LDI检测
图11是示出在第一实施例中的LDI检测的示意图。
在本实施例中的超声波光探测器5在管1的表面上在轴向方向上(Z轴)延伸的多条线L1和在管1的表面上在圆周方向(θ方向)延伸的多条线L2的交叉点P处附接。轴向方向和圆周方向分别是第一方向和第二方向的示例。线L1和L2分别是第一线和第二线的示例。交叉点P对应于在矩阵固定点方法中的测量点。
图11示出了配置在某一交叉点P处的MEAT11a、配置在与上述交叉点相邻的交叉点P处的光纤传感器12a和存在于连接EMAT11a和光纤传感器12a的线上的LDI2a。图11示出了一个实验的状况，其中：EMAT11a沿着圆周方向运动预定距离，超声波从运动的EMAT11a输入到管1，通过光纤传感器12a传输的参考激光被检测，并且从该参考激光的检测结果检测LDI2a。EMAT11b表示运动后的EMAT11a。在该实验中，使用的不是宽区激励EMAT11，而是一般的EMAT11。
图12是示出了在第一实施例的LDI检测的图。
图12示出了图11的实验的结果。图12示出了用于每个频率成分的检测的参考激光的强度。参考激光的频率对应图12中所示的管1的壁厚。用于图12中的每条曲线的值代表EMAT11a的运动距离(mm)。
在该实验中，使用壁厚为11.82mm的管1。图12中的范围R指示LDI2a的检测结果。从该结果可知，在LDI2a时管1的壁厚被发现是10.71mm。LDI2a使得管1的管壁变薄1.11mm。
图13是示出在第一实施例中LDI检测区的示意图。
根据图12中的图，如果EMAT11a的运动距离在±θ方向上是30mm或者更小，那么能检测LDI2a。EMAT11c或者11d表示在±θ方向上运动30mm之后的EMAT11a。当使用EMAT11c和11d时，能检测LDI2a。另一方面，如果EMAT11a的运动距离在±θ方向上超过30mm，那么不能检测LDI2a。因此，在图11的实验中，存在于图13中的区域R1中的LDI2被发现是可检测的。区域R1被称为LDI检测区。
在使用与图11中的实验中相同的超声波光探测器5的情况下，即使使用发送超声波的超声波光探测器5(EMAT11)和接收超声波的超声波光探测器5(光纤传感器12)的各种组合设置，重复LDI2的检测，预定区域之外的LDI2也不能被检测。换句话说，在这种情况下，用于管1的每个节管的LDI覆盖率不能是100％。LDI覆盖率是每个节管的其中能检测LDI2的表面积与每个节管的总的表面积的比率。
图14是示出在第一实施例中的LDI检测的图。
在图14中的LDI检测中，使用包括在图7A或者图7B中的宽区激励EMAT11的超声波光探测器5。因此，在彼此分开轴向2φ且圆周方向180°的超声波光探测器5之间能检测到共振信号。
图14示出了在图11中的EMAT11a的位置沿着轴向运动-φ并且沿着圆周方向运动+45°之后对应的配置在交叉点P处的EMAT11e，以及在图11中的EMAT11a的位置沿着轴向运动-φ并且沿着圆周方向运动-45°之后对应的配置在交叉点P处的EMAT11f。因此，EMAT11e和11f与光纤传感器12a沿着轴向以两条线L2的间隔并且沿着圆周方向以一条线L1的间隔分开。图14还示出了存在于连接EMAT11e和光纤传感器12a的线上的LDI2b。
因为EMAT11e和11f每个都是宽区激励EMAT11，所以能检测在EMAT11e和11f与光纤传感器12a之间的共振信号。因此，在图14中的LDI检测中，区域R2是LDI检测区，并且存在于区域R2中的LDI2能被检测。区域R2是具有102mm的底和150mm的高的等腰三角形(但是，这是不是在平面上而是在曲面上的三角形)。在图14中的LDI检测能检测LDI2a和LDI2b。
因此，在本实施例中的管检查系统，在设置发送超声波的超声波光探测器5和接收超声波的超声波光探测器5的各种组合时，使得超声波光探测器5的各种组合在轴向上以两条线L2间隔并且在圆周方向上以一条线L1间隔彼此分开。这种组合的示例包括：包括EMAT11e的超声波光探测器5和包括光纤传感器12a的超声波光探测器5的组合，和，包括EMAT11f的超声波光探测器5和包括光纤传感器12a的超声波光探测器5的组合。
在LDI2检测通过使用这些组合被重复的情况下，如果用于各个检测的LDI检测区过载，那么管1的每个节管能被适合于区域R2的许多LDI检测区完全覆盖。这意味着，在每个节管的全部区域内的LDI2能被检测并且用于每个节管的LDI覆盖率达到100％。因此，根据本实施例，在管1中的LDI2能以高精度跨越每个节管的整个区域被检测。对于每个节管的LDI覆盖率是在用于每个节管的壁厚测量中的覆盖率的示例(能够经历壁厚测量的表面积和每个节管的总表面积的比率)。
在本实施例中的管检查系统可设置除了在图14中之外的超声波光探测器5的组合，只要用于每个节管的LDI覆盖率达到100％即可。
在LDI检测中用于每种组合的参考激光由光学干涉仪22检测，并且参考激光的检测结果被提供给计算机7。计算机7根据参考激光的检测结果计算超声波的衰减比。该衰减比是从EMAT11产生的超声波的振幅与从参考激光计算的超声波的振幅的比。计算机7能根据该衰减比计算在管1中的管壁变薄的发生位置(LDI2的发生位置)和在接收侧上的超声波光探测器5之间的距离。计算机7可根据从两种组合计算得出的两个衰减比计算管1中的管壁变薄的发生部位的位置(LDI2的发生部位)。
图15是示出在第一实施例的变型中的LDI检测的图。
图15示出了这样的情形：其中超声波光探测器51至55同时地供应有电力，并且超声波光探测器5x接收从超声波光探测器51至55发送的超声波。超声波光探测器51至55相对于超声波光探测器5x定位在不同的位置。具体地，超声波光探测器54和55定位在超声波光探测器5x的圆周方向上(±θ方向)。超声波光探测器52定位在超声波光探测器5x的轴向方向中(-z方向)。超声波光探测器51和53定位在超声波光探测器5x的螺旋方向。
在本变型中，即使来自各个超声波光探测器51至55的超声波是弱的，超声波光探测器5x也能接收到被合成为强的合成超声波的超声波。因此，根据本变型，能提高LDI检测的精度。在这种情况下，超声波光探测器51至55是多个第一超声波光探测器的示例，超声波光探测器5x是一个或者多个第二超声波光探测器的示例。
图15还示出了一种状态：其中超声波光探测器5x和超声波光探测器5y接收从超声波光探测器51至55发送的超声波。
在本变型中，来自光源21的参考激光同时地被供应到超声波光探测器5x和5y，并且从超声波光探测器5x输出的参考激光和从超声波光探测器5y输出的参考激光由光学干涉仪22同时地被检测。因此，根据本变型，由两个超声波光探测器5x和5y的检测能短时间内进行。此外，根据本变型，来自两个超声波光探测器5x和5y的参考激光的检测能够估计LDI2的形状和位置，如下面所述。在这种情况下，超声波光探测器51至53是一个或者多个第一超声波光探测器的示例，超声波光探测器5x和5y是多个第二超声波光探测器的示例。
图15还示出了这样的状态：其中超声波光探测器5z接收从超声波光探测器5x发送的超声波。在图15中示出的LDI2存在于连接超声波光探测器5x和5z的线上。由于超声波光探测器5z在超声波光探测器5x的螺旋方向上临近于超声波光探测器5x，所以超声波光探测器5x和5z之间的距离比管1的直径φ(＝150mm)长。因此，当来自超声波光探测器5x的超声波弱时，在图15中所示的LDI2可能不被超声波光探测器5z检测。
因此，在本变型中，超声波光探测器51至55的EMAT11被操作，使得来自超声波光探测器51至55的超声波的相位在超声波光探测器5x的位置处对齐，这些超声波的合成超声波的振幅在超声波光探测器5x的位置处被放大。另外，在本变型中，超声波光探测器5x的EMAT11被操作，使得来自超声波光探测器5x的超声波的相位与该合成超声波在超声波光探测器5x的位置处的相位对齐，并且来自超声波光探测器5x的超声波被该合成超声波放大。因此，根据本变型，强的超声波能在连接超声波光探测器5x和5z的线上传播，能够提高LDI2的检测精度。根据本变型，该检测也能够以高级的方式进行，这允许提高LDI检测的可靠性。
在超声波光探测器5x和5z之间的位置关系可设定成不同于图15中的位置关系的位置关系。用于将超声波供应到超声波光探测器5x的超声波光探测器5的组合可以是除了超声波光探测器51至55之外的其它组合。在本变型中，可以允许设置在超声波光探测器5x和5z之间的各种位置关系以及用于将超声波供应到超声波光探测器5x的超声波光探测器5的各种组合，在这些设置下，在LDI2存在于连接超声波光探测器5x和5z的线上的情况下调查参考激光的行为，并且该调查结果作为数据库被保留在计算机7中。这允许计算机7通过比较该数据库与来自超声波光探测器5z的参考激光的检测结果来容易地检测LDI2。该数据库可包括例如用于估算LDI2的形状和位置的数据，如下所述。
图16A至16C是示出在第一实施例中的几种LDI2的截面图。
图16A至16C每个示出了在管1中发生的LDI2。参考标记T1表示LDI2的直径。LDI2的直径T1是例如约20至30mm。参考标记T2表示LDI2的深度。LDI2的深度T2是例如约2mm。
参考标记K表示在每个LDI2的底表面和侧表面之间的拐角部。LDI2的该拐角部K具有90度的角度。在图16B中的LDI2的该拐角部K具有大于90度的角度(例如，135度)。在图16C中的LDI2具有其在底表面和侧表面之间的边界不清晰的拐角部K。这样，图16A至16C示出了在拐角部K的形状上不同的LDI2。下文中，在图16A至16C中的LDI2的截面形状可分别称为直角形、钝角形和曲线形。
根据实验结果，已经发现，超声波容易通过具有直角形的LDI2传输，很难通过具有曲线形的LDI2传输，更难通过具有钝角形的LDI2传输。换句话说，超声波相对于这些LDI2的传输在具有直角形的LDI2中最高，在具有钝角形的LDI2中最低。但是，具有钝角形的LDI2的拐角部K被设置成135度。此外，根据实验结果，已经发现，在超声波在轴向方向上击中某一LDI2的情况下的超声波的传输高于超声波在圆周方向上击中该LDI2的情况下的超声波的传输。
考虑到这些实验结果，如果忽略在轴向方向和在圆周方向上超声波的传输之间的差，当超声波击中具有直角形的LDI2时，看作到观察具有强的强度的传输波和具有弱的强度的反射波。另一方面，当超声波击中具有钝角形的LDI2时，看作观察到具有弱的强度的传输波和具有强的强度的反射波。
因此，在图15中的变型中，计算机7根据参考激光的检测结果检测在超声波中的传输波和反射波。然后，计算机7根据传输波的强度和反射波的强度的比估算LDI2的形状。例如，如果传输波的比高于第一预定值，那么LDI2被估算为具有直角形。如果传输波的比处于第一预定值和第二预定值之间，那么LDI2被估算为具有曲线形状。如果传输波的比低于第二预定值，那么LDI2被估算为具有钝角形。
例如，假定来自超声波光探测器5x的超声波由超声波光探测器5z和超声波光探测器54接收的情况。在这种情况下，如果LDI2存在于连接超声波光探测器5x和5z线上，那么由LDI2反射的参考激光在超声波光探测器5z和超声波光探测器54处被检测，如图15所示。在超声波从超声波光探测器5z发送的参考激光被检测的情况下，该超声波通常被看作是传输波。另一方面，在从超声波光探测器54发送的参考激光检测到超声波的情况下，该超声波通常被看作是反射波。在这种情况下，传输波和反射波的强度的比通常符合前一超声波和后一超声波的强度的比。因此，基于这些超声波的检测结果，能计算传输波和反射波的强度的比，并且基于该比率，能估算LDI2的形状。
但是，如果不忽略在轴向方向和圆周方向上超声波的传输之间的差，当该传输差不考虑时，那么LDI2的形状在一些情况下不能正确地被估算。因此，在本变型中可以允许，用于从上述强度比估算LDI2的形状的表格考虑该传输差被设置，并且该表格被保留在计算机7中作为数据库。在这种情况下，使用表格能够更加正确地估算LDI2的形状。
此外，计算机7能根据传输波的传播方向和反射波的传播方向估算LDI2的位置。例如，在来自超声波光探测器5x的超声波被超声波光探测器5z和超声波光探测器54接收的情况下，超声波光探测器5z能检测传输波的传播方向，并且超声波光探测器54能检测反射波的传播方向。在这种情况下，计算机7能沿着传输波的传播方向从超声波光探测器5z画出一条线并且沿着反射波的传播方向从超声波光探测器54画出一条线，并且计算这些线的交叉点，以估算LDI2的位置。上述数据库也可用于估算LDI2的位置。
如上所述，在本实施例中，可选择不同的超声波光探测器5作为发送超声波的超声波光探测器5和接收超声波的超声波光探测器5，以能够检查管1。因此，根据本实施例，管1的状态的检查能够在超声波光探测器5的除了配置位置之外的位置处。
虽然已经说明了某些实施例，但是这些实施例仅是示例的代表，不是用于限制本发明的范围。的确，本文中说明的新颖的设备和方法可体现为各种其它方式；此外，在不脱离本发明的精神的条件下，可以对本文中说明的设备和方法的形式进行各种省略、替代和改变。随附的权利要求书以及其等同物目的在于覆盖那些落入本发明的范围和精神内的形式或者改进。

Claims (15)

1.一种管检查设备，包括：
选择模块，构造用于从附接到管的多个超声波光探测器选择第一和第二超声波光探测器；
电力供应模块，构造用于供应电力到所述第一超声波光探测器的超声波换能器，以使超声波从所述超声波换能器输入到所述管，并且使所述超声波经由所述管供应到所述第二超声波光探测器的光纤传感器；和
光检测模块，构造用于检测通过所述第二超声波光探测器的所述光纤传感器传输的激光。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述超声波换能器包括：
线圈，构造为被供应有电力；
第一磁体，包括在所述线圈一侧上的第一电极，并且包括在所述线圈相反侧上的第二电极；和
第二磁体，具有围绕所述第一磁体的形状，包括在所述线圈一侧上的所述第二电极，并且包括在所述线圈相反侧上的所述第一电极。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述超声波换能器包括：
线圈，构造为被供应有电力，并且被卷绕成环形，和
磁体，形成为圆筒形，并且具有的直径大于所述环形的内径。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述超声波光探测器包括卷绕成椭圆形的光纤传感器。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述超声波光探测器被附接以形成围绕所述管的周边的环，每圈具有N个超声波光探测器，其中N是2或者更大的整数，并且所述超声波光探测器被附接到所述管上使得所述椭圆形的长轴平行于所述管的周边方向。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述超声波光探测器被附接在在所述管的表面上在第一方向上延伸的第一线和在所述管的所述表面上在第二方向上延伸的第二线的交叉点处，并且
所述选择模块选择在所述第一方向上以两条第二线的间隔并且在所述第二方向上以一条第一线的间隔彼此分开的超声波光探测器的组合作为第一和第二超声波光探测器。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述选择模块设置第一超声波光探测器和第二超声波光探测器的多种组合，并且，所述组合被设置成使得对于所述管的每个节管的壁厚测量的覆盖率在使用所述组合进行所述壁厚测量时达到100％。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述选择模块包括构造用于从多个超声波光探测器选择第一超声波光探测器的第一开关，和构造用于从多个超声波光探测器选择第二超声波光探测器的第二开关。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述选择模块包括构造用于在第一模式和第二模式之间切换的模式开关，所述第一模式检测从所述光纤传感器的第一端输入并且从所述光纤传感器的第二端输出的激光，所述第二模式检测从所述光纤传感器的第一端输入、在与所述光纤传感器的所述第二端连接的反射部上反射并且从所述光纤传感器的所述第一端输出的激光。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述选择模块从多个超声波光探测器中选择第一超声波光探测器和至少一个第二超声波光探测器，
所述电力供应模块同时地供应电力到第一超声波光探测器的超声波换能器，以从所述超声波换能器输入超声波到所述管，并且经由所述管供应超声波到所述至少一个第二超声波光探测器的光纤传感器，并且
所述光检测模块检测通过所述至少一个第二超声波光探测器的所述光纤传感器传输的激光。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述选择模块从多个超声波光探测器中选择至少一个第一超声波光探测器和第二超声波光探测器，
所述电力供应模块供应电力到所述至少一个第一超声波光探测器的超声波换能器，以从所述超声波换能器输入超声波到所述管，并且经由所述管供应超声波到所述第二超声波光探测器的光纤传感器，并且
所述光检测模块检测通过所述第二超声波光探测器的所述光纤传感器传输的激光。
12.一种管检查设备，包括：
选择模块，构造用于从附接到管的多个超声波换能器中选择第一超声波换能器，并且用于从与所述超声波换能器分开并且附接到所述管的多个光纤传感器中选择第一光纤传感器；
电力供应模块，构造用于供应电力到所述第一超声波换能器，以使超声波从所述第一超声波换能器输入到所述管，并且经由所述管供应超声波到所述第一光纤传感器；和
光检测模块，构造用于检测通过所述第一光纤传感器传输的激光。
13.一种管检查方法，包括：
从附接到管的多个超声波光探测器选择第一和第二超声波光探测器；
供应电力到所述第一超声波光探测器的超声波换能器，以使超声波从所述超声波换能器输入到所述管，并且经由所述管供应所述超声波到所述第二超声波光探测器的光纤传感器；和
检测通过所述第二超声波光探测器的所述光纤传感器传输的激光。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述激光的检测结果，计算所述超声波的衰减率；和
根据所述超声波的衰减率计算在所述管中管壁变薄的发生部位和所述第二超声波光探测器之间的距离。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述激光的检测结果，检测在所述超声波中的传输波和反射波；和
根据所述传输波和所述反射波的检测结果，估计在所述管中管壁变薄的所述发生部位的形状或者位置。
CN201510563288.8A 2014-10-17 2015-09-07 管检查设备和管检查方法 Active CN105527342B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014212767 2014-10-17
JP2014-212767 2014-10-17
JP2015103725A JP6570875B2 (ja) 2014-10-17 2015-05-21 配管検査装置および配管検査方法
JP2015-103725 2015-05-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105527342A true CN105527342A (zh) 2016-04-27
CN105527342B CN105527342B (zh) 2020-02-18

Family

ID=53871889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510563288.8A Active CN105527342B (zh) 2014-10-17 2015-09-07 管检查设备和管检查方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10809232B2 (zh)
EP (1) EP3009834B1 (zh)
CN (1) CN105527342B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118089614A (zh) * 2024-04-28 2024-05-28 上海沃骋有色金属有限公司 一种有色金属制品厚度检测装置

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170191966A1 (en) * 2016-01-04 2017-07-06 General Electric Company Distributed circle method for guided wave based corrosion detection in plate-like structures
CN106324105B (zh) * 2016-10-21 2023-06-06 华中科技大学 自感知工作点的磁致伸缩导波检测装置
US11506636B2 (en) * 2018-03-22 2022-11-22 Molex, Llc System and method of submitting data from individual sensors over a shared cable
US11467130B2 (en) * 2018-09-13 2022-10-11 JANA Corporation Apparatus and method for inspecting a fusion joint
WO2020263857A1 (en) * 2019-06-24 2020-12-30 Michael Jenkins Thickness measuring system and method
FR3100881B1 (fr) * 2019-09-13 2021-08-13 Ifp Energies Now Procédé de mesure de la déformation d’une conduite sous-marine par interférométrie
CN111044611B (zh) * 2019-12-13 2023-02-17 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 一种检测钢板内部质量的方法及装置
WO2022096756A1 (es) * 2020-11-05 2022-05-12 Asociacion Centro Tecnologico Ceit Procedimiento de medición de la corrosión por ultrasonidos de una estructura metálica
CN112414337A (zh) * 2020-12-01 2021-02-26 湖北工业大学 一种外穿过式环形阵列电磁超声测厚探头
DE102021125929A1 (de) * 2021-10-06 2023-04-06 Maschinenfabrik Bernard Krone GmbH & Co. KG Komponente für eine mobile Arbeitsmaschine mit einer Fördereinrichtung
CN114354761B (zh) * 2022-01-11 2024-01-12 重庆医科大学 一种测量声波导管损耗的装置及方法
WO2024103152A1 (en) * 2022-10-12 2024-05-23 Ontario Power Generation Inc. Ultrasound devices and methods for fuel channel inspection

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080260324A1 (en) * 2007-04-13 2008-10-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Active sensor, multipoint active sensor, inspection method of pipe deterioration and inspection apparatus of pipe deterioration
JP2010071741A (ja) * 2008-09-17 2010-04-02 Toshiba Corp 配管の厚み測定方法および装置
CN103486960A (zh) * 2013-05-07 2014-01-01 中国人民解放军海军工程大学 一种超声波、涡流和emat一体化无损测厚仪及其方法
CN103743823A (zh) * 2014-01-20 2014-04-23 厦门大学 一种可变结构的电磁超声探头
JP2014102157A (ja) * 2012-11-20 2014-06-05 Toshiba Corp 電磁超音波発振子、材料劣化診断装置、及び材料劣化診断方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU991285A1 (ru) * 1979-06-08 1983-01-23 Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова (Ленина) Электромагнитно-акустический преобразователь
US5811682A (en) * 1995-12-13 1998-09-22 Ebara Corporation Electromagnetic acoustic transducer EMAT and inspection system with EMAR
JP3940580B2 (ja) 2001-10-22 2007-07-04 株式会社東芝 配管検査方法及び配管検査装置
JP3747921B2 (ja) 2003-06-20 2006-02-22 株式会社日立製作所 ガイド波を用いた非破壊検査装置及び非破壊検査方法
JP2007511741A (ja) * 2003-09-22 2007-05-10 ヒョン−ユン，キム 構造ヘルス状態モニタ方法
US20090157358A1 (en) * 2003-09-22 2009-06-18 Hyeung-Yun Kim System for diagnosing and monitoring structural health conditions
US7729035B2 (en) * 2003-09-22 2010-06-01 Hyeung-Yun Kim Acousto-optic modulators for modulating light signals
US7322244B2 (en) * 2003-09-22 2008-01-29 Hyeung-Yun Kim Interrogation system for active monitoring of structural conditions
JP4377642B2 (ja) * 2003-09-26 2009-12-02 富士重工業株式会社 構造用複合材料の損傷探知システム
US7770454B2 (en) * 2003-09-26 2010-08-10 Lsp Technologies, Inc. Laser system and method for non-destructive bond detection and evaluation
JP2005241298A (ja) 2004-02-24 2005-09-08 Oki Electric Ind Co Ltd 干渉型光ファイバセンサ
US7817843B2 (en) * 2004-03-04 2010-10-19 The Boeing Company Manufacturing process or in service defects acoustic imaging using sensor array
US7458266B2 (en) * 2004-09-27 2008-12-02 Samsung Electronics Co. Ltd. Method and apparatus for detecting a load change upon a structure and analyzing characteristics of resulting damage
EP1959229A1 (en) * 2007-02-19 2008-08-20 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Ultrasonic surface monitoring
US7925455B2 (en) * 2008-01-24 2011-04-12 The Boeing Company Method and system for the determination of damage location
JP5258683B2 (ja) * 2009-06-26 2013-08-07 株式会社東芝 材料劣化診断装置及び方法
JP5679758B2 (ja) * 2010-10-12 2015-03-04 株式会社東芝 厚さ測定装置およびその測定方法
JP2012122751A (ja) * 2010-12-06 2012-06-28 Toshiba Corp 材料劣化診断装置
JP2013072735A (ja) * 2011-09-27 2013-04-22 Toshiba Corp 材料劣化診断装置およびその方法
US20130327148A1 (en) * 2012-05-25 2013-12-12 Fbs, Inc. Systems and methods for damage detection in plate-like structures using guided wave phased arrays
US20140060196A1 (en) 2012-08-31 2014-03-06 General Electric Company Ultrasonic testing apparatus
US9207213B2 (en) * 2013-01-07 2015-12-08 General Electric Company Method and apparatus for inspecting and monitoring pipe

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080260324A1 (en) * 2007-04-13 2008-10-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Active sensor, multipoint active sensor, inspection method of pipe deterioration and inspection apparatus of pipe deterioration
JP2010071741A (ja) * 2008-09-17 2010-04-02 Toshiba Corp 配管の厚み測定方法および装置
JP2014102157A (ja) * 2012-11-20 2014-06-05 Toshiba Corp 電磁超音波発振子、材料劣化診断装置、及び材料劣化診断方法
CN103486960A (zh) * 2013-05-07 2014-01-01 中国人民解放军海军工程大学 一种超声波、涡流和emat一体化无损测厚仪及其方法
CN103743823A (zh) * 2014-01-20 2014-04-23 厦门大学 一种可变结构的电磁超声探头

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张恩慧 等: "《普通高校教育"十二五"规划教材 噪声与振动控制》", 30 April 2012 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118089614A (zh) * 2024-04-28 2024-05-28 上海沃骋有色金属有限公司 一种有色金属制品厚度检测装置
CN118089614B (zh) * 2024-04-28 2024-08-20 上海沃骋有色金属有限公司 一种有色金属制品厚度检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20160109410A1 (en) 2016-04-21
EP3009834A3 (en) 2016-07-27
EP3009834A2 (en) 2016-04-20
CN105527342B (zh) 2020-02-18
EP3009834B1 (en) 2020-07-22
US10809232B2 (en) 2020-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105527342A (zh) 管检查设备和管检查方法
JP6596536B2 (ja) 配管検査方法
JP6570875B2 (ja) 配管検査装置および配管検査方法
Sun et al. A methodological review of piezoelectric based acoustic wave generation and detection techniques for structural health monitoring
US8305074B2 (en) Magnetostrictive transducer and apparatus and method for monitoring structural health using the same
CN105021715B (zh) 一种阵列式全向型水平剪切模态磁致伸缩传感器
US9297678B2 (en) Acoustic flow rate meter having a high frequency induction coil mounted directly on the piping without an acoustic coupling
CN102662003B (zh) 一种全向sh导波电磁超声换能器
CN108562642A (zh) 纵向模态超声导波的电磁换能装置、管道检测系统及方法
CN104090034A (zh) 一种用于导波层析成像的电磁超声兰姆波换能器
JP5258683B2 (ja) 材料劣化診断装置及び方法
CN103235046A (zh) 一种单向发射电磁超声表面波换能器及采用该换能器检测金属表面缺陷方法
JP6071461B2 (ja) 材料劣化診断装置及び材料劣化診断方法
JP2012098226A (ja) 配管検査方法、配管検査装置および電磁超音波センサ
CN109470774B (zh) 基于铝板缺陷检测的超声导波聚焦换能器
JP5110591B2 (ja) 電磁超音波探触子を用いたハイブリット計測装置およびこれを用いた検査方法
JP2012122751A (ja) 材料劣化診断装置
Heo et al. Thin-plate-type embedded ultrasonic transducer based on magnetostriction for the thickness monitoring of the secondary piping system of a nuclear power plant
US20230228717A1 (en) Method for non-destructively testing objects, in particular planar objects, made of a fibre-reinforced composite material
KR102203609B1 (ko) 전자기음향 트랜스듀서 및 이를 포함하는 배관 검사 장치
JP5784793B2 (ja) 材料劣化診断装置
JP2001074567A (ja) 電磁超音波を用いた非接触型流体温度測定方法
JP2009145056A (ja) 電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置
CN116576807B (zh) 一种无线能量和信号传输的电磁超声体波测厚装置
Tu et al. A new magnetic configuration for a fast electromagnetic acoustic transducer applied to online steel pipe wall thickness measurements

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant