JP2001324318A - 配管等構造体における膜厚測定方法 - Google Patents
配管等構造体における膜厚測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 精度よく薄膜の膜厚を測定することの可能
な配管等構造体における膜厚測定方法を提供すること。 【解決手段】 コーティング膜又はスケール等の薄膜を
内面に有する配管又は容器等の構造体における外面から
超音波パルスを入射する。そして、構造体内面と薄膜外
面との界面で反射する第一反射波Ｐ１及び構造体内部と
薄膜内面との界面からぞれぞれ反射する第二反射波を構
造体外面で合成反射波Ｐｍとして受信する。この合成反
射波Ｐｍのうち第一反射波Ｐ１が第二反射波と識別でき
る状況下で第一反射波Ｐ１を基準反射波Ｐｒとしてサン
プリングする。合成反射波Ｐｍから基準反射波Ｐｒを減
ずることにより補正反射波Ｐｃを求め、この補正反射波
Ｐｃの特徴量である補正反射波の開始基準点から最初に
値零となる点までの時間差により薄膜の膜厚を求める。
な配管等構造体における膜厚測定方法を提供すること。 【解決手段】 コーティング膜又はスケール等の薄膜を
内面に有する配管又は容器等の構造体における外面から
超音波パルスを入射する。そして、構造体内面と薄膜外
面との界面で反射する第一反射波Ｐ１及び構造体内部と
薄膜内面との界面からぞれぞれ反射する第二反射波を構
造体外面で合成反射波Ｐｍとして受信する。この合成反
射波Ｐｍのうち第一反射波Ｐ１が第二反射波と識別でき
る状況下で第一反射波Ｐ１を基準反射波Ｐｒとしてサン
プリングする。合成反射波Ｐｍから基準反射波Ｐｒを減
ずることにより補正反射波Ｐｃを求め、この補正反射波
Ｐｃの特徴量である補正反射波の開始基準点から最初に
値零となる点までの時間差により薄膜の膜厚を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コーティング膜又
はスケール等の薄膜を内面に有する配管又は容器等の構
造体における膜厚の測定方法に関する。さらに詳しく
は、例えば火力発電所のボイラーチューブ内面に付着す
るスケール膜の膜厚管理や石油精製コンビナート、大型
船舶等の冷却装置の配管内面に施されるコーティング膜
の膜厚管理に用いることが可能な膜厚測定方法に関す
る。
はスケール等の薄膜を内面に有する配管又は容器等の構
造体における膜厚の測定方法に関する。さらに詳しく
は、例えば火力発電所のボイラーチューブ内面に付着す
るスケール膜の膜厚管理や石油精製コンビナート、大型
船舶等の冷却装置の配管内面に施されるコーティング膜
の膜厚管理に用いることが可能な膜厚測定方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】発電所の蒸気タービン施設では、ボイラ
から蒸気配管を伝って蒸気がタービンに送られる。この
際、蒸気配管の内面に発生した酸化スケール等の異物が
タービンの起動時に蒸気により運ばれ、タービンノズル
及びタービンブレードに衝突し、これらに損傷を与え
る。また、ボイラ本体では、管に付着したスケール等に
より、熱効率の低下をきたすと共に、局所的な温度上昇
による管の破裂を招く恐れがある。そこで、スケール膜
の膜厚を管理しその脱落を事前に防ぐことは重要であ
る。
から蒸気配管を伝って蒸気がタービンに送られる。この
際、蒸気配管の内面に発生した酸化スケール等の異物が
タービンの起動時に蒸気により運ばれ、タービンノズル
及びタービンブレードに衝突し、これらに損傷を与え
る。また、ボイラ本体では、管に付着したスケール等に
より、熱効率の低下をきたすと共に、局所的な温度上昇
による管の破裂を招く恐れがある。そこで、スケール膜
の膜厚を管理しその脱落を事前に防ぐことは重要であ
る。
【０００３】ところで、スケール等の膜厚が十分に厚い
場合は、図３（ｂ）に示すように、第一反射波（Ｐ１）
及び第二反射波（Ｐ２）それぞれの立ち上がり時刻Ｔ
１，Ｔ２が明確に識別でき、これらＴ１，Ｔ２の時間差
の半分にスケールの音速を掛け合わせることで、スケー
ル膜厚を求めることができる。
場合は、図３（ｂ）に示すように、第一反射波（Ｐ１）
及び第二反射波（Ｐ２）それぞれの立ち上がり時刻Ｔ
１，Ｔ２が明確に識別でき、これらＴ１，Ｔ２の時間差
の半分にスケールの音速を掛け合わせることで、スケー
ル膜厚を求めることができる。
【０００４】しかし、スケール等の膜厚が薄く、例えば
１００μｍよりも薄い場合は、探触子の性能及び試験材
の音響特性上、適用できる超音波の試験周波数並びにパ
ルス幅(高周波・広帯域)の制約から、図３（ｃ）に示す
ように第一反波（Ｐ１）及び第二反射波（Ｐ２）それぞ
れの立ち上がり時刻が近接する。そして、第一反射波
（Ｐ１）及び第二反射波（Ｐ２）が重畳して、上記各波
の立ち上がり時刻を峻別することができないため、スケ
ール等の膜厚を求めることができなかった。
１００μｍよりも薄い場合は、探触子の性能及び試験材
の音響特性上、適用できる超音波の試験周波数並びにパ
ルス幅(高周波・広帯域)の制約から、図３（ｃ）に示す
ように第一反波（Ｐ１）及び第二反射波（Ｐ２）それぞ
れの立ち上がり時刻が近接する。そして、第一反射波
（Ｐ１）及び第二反射波（Ｐ２）が重畳して、上記各波
の立ち上がり時刻を峻別することができないため、スケ
ール等の膜厚を求めることができなかった。
【０００５】そこで、特開平９−２８７９３７号公報に
記載の技術によれば、受信した緩衝波を周波数解析する
ことによりスケール等の厚さを算出する手法が提唱され
ている。同手法によれば、スケール厚さの１／２波長の
周波数成分は管内部の水中に伝播するので、スケール内
面からの反射波からは当該成分が減少していると考えら
れている。そして、スケール伝播音速をＶ、エネルギー
減衰部の周波数ｆ０とすれば、Ｖ／２ｆ０によりスケー
ル厚さを算出できるとされている。
記載の技術によれば、受信した緩衝波を周波数解析する
ことによりスケール等の厚さを算出する手法が提唱され
ている。同手法によれば、スケール厚さの１／２波長の
周波数成分は管内部の水中に伝播するので、スケール内
面からの反射波からは当該成分が減少していると考えら
れている。そして、スケール伝播音速をＶ、エネルギー
減衰部の周波数ｆ０とすれば、Ｖ／２ｆ０によりスケー
ル厚さを算出できるとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかる従来の実情に鑑
みて、本発明の目的は、上記手法とは異なる手法により
精度よく薄膜の膜厚を測定することの可能な配管等構造
体における膜厚測定方法を提供することにある。
みて、本発明の目的は、上記手法とは異なる手法により
精度よく薄膜の膜厚を測定することの可能な配管等構造
体における膜厚測定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る特徴方法は、コーティング膜又はスケ
ール等の薄膜を内面に有する配管又は容器等の構造体に
おける外面から超音波パルスを入射すると共に前記構造
体内面と前記薄膜外面との界面で反射する第一反射波及
び構造体内部と前記薄膜内面との界面からぞれぞれ反射
する第二反射波を前記構造体外面で合成反射波として受
信し、この合成反射波のうち前記第一反射波が前記第二
反射波と識別できる状況下で第一反射波を基準反射波と
してサンプリングし、合成反射波から前記基準反射波を
減ずることにより補正反射波を求め、この補正反射波の
特徴量により前記薄膜の膜厚を求めることにある。
め、本発明に係る特徴方法は、コーティング膜又はスケ
ール等の薄膜を内面に有する配管又は容器等の構造体に
おける外面から超音波パルスを入射すると共に前記構造
体内面と前記薄膜外面との界面で反射する第一反射波及
び構造体内部と前記薄膜内面との界面からぞれぞれ反射
する第二反射波を前記構造体外面で合成反射波として受
信し、この合成反射波のうち前記第一反射波が前記第二
反射波と識別できる状況下で第一反射波を基準反射波と
してサンプリングし、合成反射波から前記基準反射波を
減ずることにより補正反射波を求め、この補正反射波の
特徴量により前記薄膜の膜厚を求めることにある。
【０００８】また、前記補正反射波の特徴量としては、
例えば、この補正反射波の開始基準点から最初に値零と
なる点までの時間差ｄｔが該当する。
例えば、この補正反射波の開始基準点から最初に値零と
なる点までの時間差ｄｔが該当する。
【０００９】
【発明の効果】本発明に係る膜厚測定方法の特徴構成に
よれば、「補正反射波」を求めることで第一、第二反射
波の重畳による影響を除去し、精度よく薄膜の膜厚を測
定することが可能となった。特に、本発明によれば、例
えばスケール等の膜厚が１００μｍよりも薄い場合で
も、その膜厚を測定することが可能となった。
よれば、「補正反射波」を求めることで第一、第二反射
波の重畳による影響を除去し、精度よく薄膜の膜厚を測
定することが可能となった。特に、本発明によれば、例
えばスケール等の膜厚が１００μｍよりも薄い場合で
も、その膜厚を測定することが可能となった。
【００１０】また、非破壊的手法によるため、抜管では
得られない広範囲なスケール分布の把握が可能となっ
た。
得られない広範囲なスケール分布の把握が可能となっ
た。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施形態についてさらに詳細に説明する。 図１
に、本発明に係る配管等構造体における膜厚測定方法に
使用する膜厚測定装置１のブロック図を示す。また、測
定対象となる構造体としては、図２に示すようにボイラ
ーチューブに用いられる内面にスケール膜６０の付着し
た配管５０を用いている。なお、配管５０の内部には水
Ｗが充満している。
明の実施形態についてさらに詳細に説明する。 図１
に、本発明に係る配管等構造体における膜厚測定方法に
使用する膜厚測定装置１のブロック図を示す。また、測
定対象となる構造体としては、図２に示すようにボイラ
ーチューブに用いられる内面にスケール膜６０の付着し
た配管５０を用いている。なお、配管５０の内部には水
Ｗが充満している。
【００１２】先の膜厚測定装置１は、パーソナルコンピ
ューター７により制御されるパルサー２ａで超音波パル
スを発生し、探触子３を介して配管外面５１から配管５
０の中心に向かって垂直に超音波パルスを送信する。送
信された超音波パルスはまずスケール外面６１と配管内
面５２の界面である第一境界面Ｂ１において第一反射波
Ｐ１として探触子３側に復帰する。また、送信波はスケ
ール内面６２と配管５０内部、換言すれば、水Ｗとの界
面である第二境界面Ｂ２において第二反射波Ｐ２として
探触子３側に復帰する。
ューター７により制御されるパルサー２ａで超音波パル
スを発生し、探触子３を介して配管外面５１から配管５
０の中心に向かって垂直に超音波パルスを送信する。送
信された超音波パルスはまずスケール外面６１と配管内
面５２の界面である第一境界面Ｂ１において第一反射波
Ｐ１として探触子３側に復帰する。また、送信波はスケ
ール内面６２と配管５０内部、換言すれば、水Ｗとの界
面である第二境界面Ｂ２において第二反射波Ｐ２として
探触子３側に復帰する。
【００１３】これらの第一、第二反射波Ｐ１，Ｐ２は、
レシーバー２ｂ及びプリアンプ４により増幅され、フィ
ルター５によりノイズが除去された状態でＡ／Ｄコンバ
ーター６によりデジタル信号に変換され、パーソナルコ
ンピューター７で処理される。先の第一、第二反射波Ｐ
１，Ｐ２は、合成反射波Ｐｍとして図３に示す如く補足
され、モニター８に表示される。
レシーバー２ｂ及びプリアンプ４により増幅され、フィ
ルター５によりノイズが除去された状態でＡ／Ｄコンバ
ーター６によりデジタル信号に変換され、パーソナルコ
ンピューター７で処理される。先の第一、第二反射波Ｐ
１，Ｐ２は、合成反射波Ｐｍとして図３に示す如く補足
され、モニター８に表示される。
【００１４】図３（ａ）は、スケール膜６０の厚さが１
００μｍを越え、第一、第二反射波Ｐ１，Ｐ２が比較的
明瞭に区別できる合成反射波Ｐｍの例を示す。本発明で
は、このようなスケール膜６０の例から第一波Ｐ１の部
分に相当する符号Ａで示す合成反射波Ｐｍの前半部分を
基準反射波Ｐｒとしてサンプリングする。
００μｍを越え、第一、第二反射波Ｐ１，Ｐ２が比較的
明瞭に区別できる合成反射波Ｐｍの例を示す。本発明で
は、このようなスケール膜６０の例から第一波Ｐ１の部
分に相当する符号Ａで示す合成反射波Ｐｍの前半部分を
基準反射波Ｐｒとしてサンプリングする。
【００１５】図４はこの基準反射波Ｐｒを用いて補正を
行う例を示す。スケール膜６０が１００μｍ以下で薄い
場合は、スケール膜６０の厚みの差が第一反射波に与え
る影響は少ないと考えられる。そこで、同図（ａ）に示
す合成反射波Ｐｍから同図（ｂ）に示す基準反射波Ｐｒ
を双方の立ち上がり時刻Ｔ１を一致させて減じること
で、同図（ｃ）に示す標準化された補正反射波Ｐｃを得
て、これにより膜厚の評価を行う。同図（ｃ）に示すよ
うに、補正反射波Ｐｃの立ち上がり時刻ｔ０は明瞭にな
っている。
行う例を示す。スケール膜６０が１００μｍ以下で薄い
場合は、スケール膜６０の厚みの差が第一反射波に与え
る影響は少ないと考えられる。そこで、同図（ａ）に示
す合成反射波Ｐｍから同図（ｂ）に示す基準反射波Ｐｒ
を双方の立ち上がり時刻Ｔ１を一致させて減じること
で、同図（ｃ）に示す標準化された補正反射波Ｐｃを得
て、これにより膜厚の評価を行う。同図（ｃ）に示すよ
うに、補正反射波Ｐｃの立ち上がり時刻ｔ０は明瞭にな
っている。
【００１６】図５では、スケール膜厚を零、３０，５
０，７５μｍと変動させて測定した補正反射波Ｐｃのグ
ラフである。スケール膜厚は、それぞれ関数（補正反射
波）ｆａが零の場合、関数ｆｂが３０μｍの場合，関数
ｆｃが５０μｍの場合，関数ｆｄが７５μｍの場合であ
る。
０，７５μｍと変動させて測定した補正反射波Ｐｃのグ
ラフである。スケール膜厚は、それぞれ関数（補正反射
波）ｆａが零の場合、関数ｆｂが３０μｍの場合，関数
ｆｃが５０μｍの場合，関数ｆｄが７５μｍの場合であ
る。
【００１７】補正反射波Ｐｃの開始基準点である立ち上
がり時刻をｔ０とする。また、第一波が最初に零となる
点（ゼロクロス点）のｆａにおける立ち上がり時刻をｔ
ａ、ｆｂにおける立ち上がり時刻をｔｂ、ｆｃにおける
立ち上がり時刻をｔｃ、ｆｄにおける立ち上がり時刻を
ｔｄとそれぞれ定義する。これら開始基準点の時刻ｔ０
と最初にゼロクロス点となる立ち上がり時刻ｔａ〜ｄと
の差異を時間差ｄｔとすれば、補正反射波Ｐｃのひとつ
の特徴量の例であるこの時間差ｄｔは、図６に示すよう
に実測による膜厚と一定の関係にあることが判明した。
がり時刻をｔ０とする。また、第一波が最初に零となる
点（ゼロクロス点）のｆａにおける立ち上がり時刻をｔ
ａ、ｆｂにおける立ち上がり時刻をｔｂ、ｆｃにおける
立ち上がり時刻をｔｃ、ｆｄにおける立ち上がり時刻を
ｔｄとそれぞれ定義する。これら開始基準点の時刻ｔ０
と最初にゼロクロス点となる立ち上がり時刻ｔａ〜ｄと
の差異を時間差ｄｔとすれば、補正反射波Ｐｃのひとつ
の特徴量の例であるこの時間差ｄｔは、図６に示すよう
に実測による膜厚と一定の関係にあることが判明した。
【００１８】最後に、本発明の実施のさらに異なる形態
の可能性について言及する。上記実施形態では、本発明
を配管内のスケール膜の膜厚測定に用いた。しかし、本
発明は配管以外の構造体、例えばタンクや圧力容器等に
ついても適用できる。また、内面コーティング膜等の膜
厚測定にも実施することができる。
の可能性について言及する。上記実施形態では、本発明
を配管内のスケール膜の膜厚測定に用いた。しかし、本
発明は配管以外の構造体、例えばタンクや圧力容器等に
ついても適用できる。また、内面コーティング膜等の膜
厚測定にも実施することができる。
【００１９】上記実施形態では、薄膜の内側に水Ｗが存
在した。しかし、この薄膜の内側には水以外の油が存在
してもよく、また、空洞であってもよい。
在した。しかし、この薄膜の内側には水以外の油が存在
してもよく、また、空洞であってもよい。
【００２０】上記実施形態では、ひとつの探触子３によ
り超音波を送受信した。しかし、超音波パルスの送信子
と受信子として異なる探触子を用いることも可能であ
る。
り超音波を送受信した。しかし、超音波パルスの送信子
と受信子として異なる探触子を用いることも可能であ
る。
【００２１】上記補正反射波Ｐｃの特徴量は上記時間差
ｄｔに限られるものではない。例えば、第二、第三反射
波の極大、極小ピークの時間差及び第二、第三波の間の
零クロス点の時間差等も上記補正反射波Ｐｃの特徴量と
なりうる。但し、不要な周波数成分が補正反射波Ｐｃの
後半部ほど増えることや、識別の容易性から、上記時間
差ｄｔが特徴量として最も優れている。
ｄｔに限られるものではない。例えば、第二、第三反射
波の極大、極小ピークの時間差及び第二、第三波の間の
零クロス点の時間差等も上記補正反射波Ｐｃの特徴量と
なりうる。但し、不要な周波数成分が補正反射波Ｐｃの
後半部ほど増えることや、識別の容易性から、上記時間
差ｄｔが特徴量として最も優れている。
【図１】本発明に係る膜厚測定方法に使用する膜厚測定
装置のブロック図である。
装置のブロック図である。
【図２】測定対象となる配管の一部断面図である。
【図３】合成反射波Ｐｍの時間変動を示すグラフであっ
て、（ａ）は第一、第二反射波Ｐ１，Ｐ２が比較的分離
して識別できる場合、（ｂ）は第一、第二反射波Ｐ１，
Ｐ２が明確に分離して識別できる場合、（ｃ）は第一、
第二反射波Ｐ１，Ｐ２が重畳して分離が困難な場合をそ
れぞれ示す。
て、（ａ）は第一、第二反射波Ｐ１，Ｐ２が比較的分離
して識別できる場合、（ｂ）は第一、第二反射波Ｐ１，
Ｐ２が明確に分離して識別できる場合、（ｃ）は第一、
第二反射波Ｐ１，Ｐ２が重畳して分離が困難な場合をそ
れぞれ示す。
【図４】基準反射波Ｐｒを用いて補正を行う例を示し、
（ａ）は合成反射波Ｐｍ、（ｂ）は基準反射波Ｐｒ、
（ｃ）は補正反射波Ｐｃをそれぞれ示す。
（ａ）は合成反射波Ｐｍ、（ｂ）は基準反射波Ｐｒ、
（ｃ）は補正反射波Ｐｃをそれぞれ示す。
【図５】補正反射波Ｐｃとスケール膜厚との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図６】スケール膜の膜厚について補正反射波Ｐｃを用
いて導出した場合と実測値との相関を示すグラフであ
る。
いて導出した場合と実測値との相関を示すグラフであ
る。
１ 膜厚測定装置 ２ａ パルサー ２ｂ レシーバー ３ 探触子 ４ プリアンプ ５ フィルター ６ Ａ／Ｄコンバーター ７ パーソナルコンピューター ８ モニター ５０ 配管 ５１ 配管外面 ５２ 配管内面 ６０ スケール膜 ６１ スケール外面 ６２ スケール内面 Ｂ１ 第一境界面 Ｂ２ 第二境界面 Ｗ 水 Ｐ１ 第一反射波 Ｐ２ 第二反射波 Ｐｍ 合成反射波 Ｐｒ 基準反射波 Ｐｃ 補正反射波
フロントページの続き (72)発明者 今中 拓一 千葉県市原市五井9138 非破壊検査株式会 社内 Ｆターム(参考） 2F068 AA28 BB17 CC00 FF03 FF12 FF14 FF16 FF25 GG01 KK12 QQ05 QQ22 QQ41
Claims (2)
- 【請求項１】 コーティング膜又はスケール等の薄膜
（６０）を内面に有する配管又は容器等の構造体（５
０）における外面（５１）から超音波パルスを入射する
と共に前記構造体（５０）内面（５２）と前記薄膜（６
０）外面（６１）との界面（Ｂ１）で反射する第一反射
波（Ｐ１）及び構造体（５０）内部と前記薄膜（６０）
内面（６２）との界面（Ｂ２）からぞれぞれ反射する第
二反射波（Ｐ２）を前記構造体（５０）外面（５１）で
合成反射波（Ｐｍ）として受信し、この合成反射波（Ｐ
ｍ）のうち前記第一反射波（Ｐ１）が前記第二反射波
（Ｐ２）と識別できる状況下で第一反射波（Ｐ１）を基
準反射波（Ｐｒ）としてサンプリングし、合成反射波
（Ｐｍ）から前記基準反射波（Ｐｒ）を減ずることによ
り補正反射波（Ｐｃ）を求め、この補正反射波（Ｐｃ）
の特徴量により前記薄膜（６０）の膜厚を求める配管等
構造体における膜厚測定方法。 - 【請求項２】 前記補正反射波（Ｐｃ）の特徴量がこの
補正反射波の開始基準点から最初に値零となる点までの
時間差ｄｔである請求項１に記載の配管等構造体におけ
る膜厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000142159A JP2001324318A (ja) | 2000-05-15 | 2000-05-15 | 配管等構造体における膜厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000142159A JP2001324318A (ja) | 2000-05-15 | 2000-05-15 | 配管等構造体における膜厚測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001324318A true JP2001324318A (ja) | 2001-11-22 |
Family
ID=18649180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000142159A Pending JP2001324318A (ja) | 2000-05-15 | 2000-05-15 | 配管等構造体における膜厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001324318A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010243176A (ja) * | 2009-04-01 | 2010-10-28 | Kanto Auto Works Ltd | 膜厚測定方法及び測定装置 |
| CN111024218A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-17 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 基于自动跟踪的超声波相关检测方法 |
-
2000
- 2000-05-15 JP JP2000142159A patent/JP2001324318A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010243176A (ja) * | 2009-04-01 | 2010-10-28 | Kanto Auto Works Ltd | 膜厚測定方法及び測定装置 |
| CN111024218A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-17 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 基于自动跟踪的超声波相关检测方法 |
| CN111024218B (zh) * | 2019-12-27 | 2021-11-26 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 基于自动跟踪的超声波相关检测方法 |
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