JP2002538436A - 腐食にさらされる物体の電位をモニタするためのセンサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、沖合（潮風にさらされる）環境におかれたパイプ及び支持体のような、腐食にさらされた構造物における電圧降下を記録するためのセンサ装置に関する。そのセンサは、電極手段（２４、２５）により電圧が供給されて、励起電流を生じさせる区域に結合される。所定距離で測定点を画定するマトリックス状に配列された上記センサにケーブルが接続され、測定区域における材料の厚さ及び／又は構造物の欠陥（浸食、腐食等）を測定するための基準としての、表面区域における電圧分布に関連した信号を伝達する。支持手段（１４、５１）が接触ピンのような接触部材（３７、５４）の列を保持するために設けられる。それらの接触部材は、測定区域にある被測定材料の金属と係合した状態に保たれ、各接触部材から導電体（２０、５２）が、ケーブル端子（１９、５３）へ導かれる。特に支持部材（１４、５１）は、接触部材（３７、５４）が湾曲面、又は他の非平坦面と係合させることが可能なように、柔軟又はジョイント式である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、請求項１の前段部分によって定義される、腐食にさらされる構造に
おける電圧レベルを記録するためのセンサ装置に関する。これらの構造は、電圧
が供給されると構造中を励起電流が流れる、沖合（潮風にさらされる）環境にお
けるパイプ及び支柱であってもよい。本発明はまた、そのようなセンサ装置によ
って計測を実施する方法に関する。その装置は、内部及び外部の腐食、亀裂形成
、浸食ならびに他の欠陥の検出に利用することができる。

【０００２】 （背景技術） ノルウェー国特許第１５０１３６号は、欠陥、たとえば亀裂を検出するために
鋼製の構造物をモニタする方法及び装置を教示している。このシステムによると
、固定計測点を使用して、励起電流が供給されたときの電圧降下を記録する。特
定場所及び特定時の電圧降下を同じ場所で以前に記録された計測値と比較するこ
とにより、計測区域の両側への欠陥の進行を検出することができる。

【０００３】 しかし、場合によっては、そのような固定計測点で計測を実施することは、い
くつかの場所に取り付けなければならない計測点そのものに起因して、且つそれ
らの接続に起因して、不都合である。固定計測点の取り付けは、爆発の危険性が
ある区域では望ましくない溶接を伴うことがある。

【０００４】 したがって、本発明の主な目的は、溶接された計測点を必要としないよう、計
測場所で可搬式又は定期的に使用するための簡便なセンサ（ポータブル又は半ポ
ータブル）を提供することである。

【０００５】 本発明のさらなる目的は、爆発の危険性がある区域に危険なく設置して、使用
することができるセンサ装置を提供することである。

【０００６】 具体的な目的は、形が細長く、製造費が安く、高さを低く抑え、容易に組み付
けることができるセンサ装置を提供することである。

【０００７】 さらなる目的は、ノルウェー国特許第１５０１３６号に記載されているような
センサの連続的接続を必要とせず、短時間の計測に依存することができる計測方
法を提供することである。一度限りの計測で壁の厚さの計算を可能にするであろ
う。

【０００８】 （発明の開示） 本発明は、請求項１によって定義される。柔軟な又はジョイント式の帯状構造
が、このセンサ装置を種々の構造へ容易に適合させる。一つの実施態様（請求項
２〜５）は、特にパイプに好都合であり、他の実施態様（請求項６〜８）は、種
々の他の構造に適合させやすい。いずれも取り付け及び取り外しが容易である。

【０００９】 これらの構造は、請求項９及び１０の方法を実施するための「スナップショッ
ト（速写）」的計測を可能にする。これは、連続的な作業を要さず、分単位で実
施することができ、間隔を自由に選択することができ、計測機器及び／又は各計
測間で計測場所における接続の必要がないという特別な利点を与える。その間隔
は、かなり長い間隔、たとえば週単位又は月単位であってもよい。

【００１０】 （発明を実施するための最良の形態） 以下、添付図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。

【００１１】 図１には、沖合設置構造物の一部であることができる鋼パイプ１１の一部が示
されている。パイプ１１上には、２個のセンサチェーン１２及び１３が配設され
、互いから一定の軸方向距離をおいてパイプ１１の周囲に帯状に延びている。各
センサチェーンは、片側に延びる２個の耳状部材１５、１６及び反対側に延びる
１個の耳状部材１７により、多数の接触ジョイント１４を構成する。各耳状部材
には、チェーンを形成するための連結ピン１８を受けるための穴が設けられてい
る。センサチェーンをパイプ１１に密着させて保持するため、引張り装置５０が
設けられている。

【００１２】 センサチェーンごとに、各接触ジョイント１４からのケーブル対を、ケーブル
２１の接続のための共通のケーブルクランプに接続するためのハウジング１９が
設けられている。接続ハウジング１９はまた、とりわけ計測場所ごとに識別信号
を発するプリント回路板を含む。

【００１３】 ピンとピンとの間で計測される電圧信号を増幅し、そのアナログ信号を、デー
タロガーに伝送されるデジタル信号に変換するインタフェース回路が設けられて
いる。このようにして、コンピュータが、計測された信号からデータを処理する
ため、個々の計測点からのデータを認識することができる。加えて、アナログ・
デジタル変換が、信号を劣化させることなく、計測された信号を解析するために
必要なコンピュータ機器を計測点から有意に離れた距離に配置することを可能に
する。計測された信号は、多重化によって伝送してもよい。

【００１４】 いくつかのセンサチェーンからのケーブル２１は、集合ボックス２２に集めら
れ、ケーブル２３によってさらにコンピュータ（図示せず）に伝送される。この
ことは、コンピュータをアクセス（接近）しやすい場所に配置することを許しな
がらも、接続の少なさ及びセンサ装置の組み付けやすさを暗示している。

【００１５】 この例の計測アセンブリはまた、センサチェーン１２、１３よりも軸方向外側
でパイプ１１の周囲に固着される２個の接触チェーン２４、２５を含む。各チェ
ーン２４、２５は、パイプ１１に電流（励起電流）を流す電圧、たとえば１０mV
を供給するための電極を含む。各チェーン２４、２５は、電圧供給のための供給
端子２７を備えた接続ジョイント２６と、接触チェーンをパイプの周囲に締め付
けるためのクランプ部材２８とを有する。

【００１６】 図２は、各接触ジョイント（チェーン要素）１４の好ましい設計実施態様を示
す。耳状部材１５〜１７を有する絶縁材、たとえばプラスチックのブロック要素
３１には、接触回転ユニット３４、３５のための２個の穴３２、３３が設けられ
ている。接触回転ユニット３４と３５とは同一であり、スライドブッシュ３６、
接触ピン３７及び回転プラグ３８がカバー３９によって覆われる。これらの部品
の組み付け状態を図３に示す。

【００１７】 各スライドブッシュ３６は、ブロック要素３１中の円筒形の孔に配設される。
接触ピン３７は、下縁４１を有する軸４０と、その中間部分にあるリング形フラ
ンジ４２と、上端から下に延びる軸方向スリット４３とを有する。リング形フラ
ンジ４２の下にはコイルばね４４が配設され、その下端がスライドブッシュ３６
に載る。リング形フランジ４２の上には上コイルばね４５が配設され、その上端
がカバー３９によって抑えられる。

【００１８】 回転プラグ３８は、その下凸縁４６がスリット４３に嵌まり込み、その自由端
４８がカバー３９の開口４４の中を延びる。自由端４８は、スパナが適合する六
角形を有している。下コイルばね４６はスライドブッシュ３６に当接し、上コイ
ルばね４７はフランジ４２に当接する。上コイルばね４７は下コイルばねよりも
硬く、そのため、ボルト４９の援用によってカバー３９が降ろされると、接触ピ
ン３７のエッジ４１が計測物体に対して下に押し当てられる。供給ケーブル（図
示せず）が金属製スライドブッシュ３６にはんだ付けされる。

【００１９】 図３には、接触ジョイント１４が、カバー３９が完全に締め付けられる前の組
み付け状態で示されている。

【００２０】 組み付け時には、端部４８をスパナで回すことによって接触ピンを回すと、そ
の結果、エッジ４１の先端が、計測される物体上の表面被覆を貫通して、有意な
遷移抵抗なしで金属−金属間接触を形成する。

【００２１】 図４は、本発明のセンサ装置の代替態様を示す。この場合、柔軟な支持体がプ
ラスチック材料のバンド５１を構成し、このバンドには、プリントされた長手方
向の導電路５２が一端の接触区域５３からシートバンド５１沿いに分布した一連
の接点５４まで設けられている。導電路５２はシートによって覆われ、各接点５
４、すなわち各導電路５２の自由端を露出させる開口５５（図５）を除き、触れ
ることができないようになっている。

【００２２】 このようなセンサバンドは、公知の材料及び技術の使用によって効率的かつ比
較的低廉に製造することができる。これは、加圧接着によって組み付けて、導電
路が支持体に固定され、導電区域が形成される接点５４ごとの加圧区域を除き、
シートの下に覆われるようにすることができる。

【００２３】 代替態様として、たとえば損傷の危険性が高い溶接継目又は他のライン上に配
設する場合には、センサバンドに２列の接点を設けてもよい。１列のセンサを有
するセンサバンド２本を並列に配設することによって同じ効果を得ることもでき
る。

【００２４】 本発明によると、計測は、非常に速やかに数分のうちに実施し、次回のサンプ
ルとの間に週単位又は月単位の間隔をおくことができる。このような「スナップ
ショット（速写）」的計測が、パイプの内部状態を検査するための新たな方法を
構成する。以前は、進行状態を時間的に調べることによってパイプ又は構造の状
態をモニタする方法が使用されていた。物体の状態は設置時にコンピュータに記
録され、その後の計測値が初期の計測値と比較されて、監視期間中いかなるとき
もたとえばパイプ壁の残りの厚さを計算することができるようになる。システム
が指定された精度を提供するためには、このような計測は、１週間から数ヶ月に
及ぶ期間の一連の計測に基づかなければならない。

【００２５】 （産業状の利用可能性） 本発明にしたがって、この方法は今や、短時間計測を利用する検査ツールとし
て利用される。検査の目的には、新たな場所で計測を実施し、結果をただちに得
ることができることが重要である。本発明は、設置しやすく、ピン・マトリック
ス中の種々のピン対の間の距離が明確に規定され、且つ一定である可動ピンホル
ダの使用により、これを可能にする。計測は、ピン・マトリックス中の種々のピ
ン対のための差動電圧を提供し、これらの数値を使用してピン対ごとの壁の厚さ
を計算し、それにより、ピン・マトリックスによって覆われる区域における内部
腐食の様相を得る。壁の厚さは以下のように計算される。

【００２６】 既知の励起電流を用いてピン間で計測された電圧からピン対ごとの抵抗を計算
する。 パイプ外径を知る。 当該材料の固有抵抗を知るか、又は計測する（別個の計測）。 パイプの温度を計測し、その温度係数を知らなければならない。

【００２７】 計算に使用される式は、主として Ｒ＝ρ（１−ΔＴｋ）ｐｄ／（ＯＤ′ｗｔ） である。

【００２８】 ただし、 Ｒは、当該ピン対の抵抗（＝差動ピン電圧／励起電流）であり、 ρは、パイプ鋼の固有抵抗であり、 ΔＴは、温度差であり、 ｋは、温度係数であり、 ＯＤ′は、修正されたパイプ外径又は物体の幅であり、 ｗｔは、当該ピン対のところの壁の厚さであり、 ｐｄは、ピンの距離である。

【００２９】 このように、壁の厚さを計算することができる。

【００３０】 この方法の精度は、時系列的に計測を行う従来方法と同じくらい良好とはいえ
ないが、検査方法としてその明白な利点を有し、この目的にはその精度は十分で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施態様のセンサチェーン２個の斜視図である。

【図２】 図１のセンサチェーンの接触ジョイントの分解斜視図である。

【図３】 部分的に組み付けられた状態にある図２の接触ジョイント全体の断面図である
。

【図４】 本発明のもう一つの実施態様のセンサバンドを接点側から見た斜視図である。

【図５】 １個の接点を図示して、図４のセンサバンドの一部を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 27/26 ３５１ Ｇ０１Ｎ 27/26 ３５１Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 腐食にさらされる構造、たとえば沖合環境にあるパイプ及び
   支持体における電圧降下を、表面区域に結合されたセンサによって記録するため
   、電極（２４、２５）によって該区域に電圧が供給されて、該区域中に励起電流
   を発生させ、ケーブルが、所定の距離だけ離間した計測点を画定するマトリック
   ス状に配設された複数のセンサに接続されて、該表面区域中の電圧分布に対応す
   る信号を、計測区域における材料厚さ及び／又は構造を測定するためのベースと
   して取得し、このようにして、壁の厚さ及び／又は欠陥、たとえば浸食、腐食な
   どの発生を測定し、該計測区域で計測される材料の金属とで係合状態に保持され
   る接触ピンのような、接触部材（３７、５４）の列を保持する支持手段（１４、
   ５２）を有し、各接触部材から導電体（２０、５２）がケーブル端子（１９、５
   ３）へ導かれているセンサ装置であって、 該接触部材（３７、５４）を湾曲面及び他の非平坦面と係合させることができ
   るよう、該支持手段（１４、５２）が柔軟又は多関節式であることを特徴とする
   センサ装置。
2. 【請求項２】 該支持手段（３７、５４）がジョイント式チェーンを含み、
   該チェーンに個々の接触ジョイント（１４）が連結ピン（１８）によって接続さ
   れ、各接触ジョイントが、少なくとも１個、好ましくは２個の接触ピン（３７）
   をコイルばねによる応力下に保持することを特徴とする、特にパイプに使用する
   ための、請求項１記載のセンサ装置。
3. 【請求項３】 ２列の接触ピン（３４、３５）が、パイプの周囲に並列に、
   特に、材料の継目、たとえば溶接継目の各側に位置するような方法で配設される
   ことを特徴とする、請求項２記載のセンサ装置。
4. 【請求項４】 該接触ピン（３７）が、回転可能にシャフトされ、計測され
   る物体との係合を改善するために回すことができるエッジを設けられていること
   を特徴とする、請求項２又は３記載のセンサ装置。
5. 【請求項５】 電気回路が各接点又は各接点対に接続され、アナログ計測信
   号をデジタル信号に変換し、変換した信号を、当該接点の識別信号とともに提供
   することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載のセンサ装置。
6. 【請求項６】 非導電材料の可撓性シート（５１）を含み、このシートの中
   に導電路（５２）が埋め込まれ、分散され且つ露出された多数の計測点（５４）
   に導かれていることを特徴とする、請求項１記載のセンサ装置。
7. 【請求項７】 該可撓性シート（５１）が帯状であり、接点（５４）が一列
   又は、溶接継目のような分割構造上の局所限定のために、並行な２列に配設され
   ていることを特徴とする、請求項６記載のセンサ。
8. 【請求項８】 該導電路（５２）がプリント回路であり、該接点がこれらの
   端部における露出区域であることを特徴とする、請求項６又は７記載のセンサ装
   置。
9. 【請求項９】 腐食又は他の形態の劣化にさらされる鋼製構造体など、特に
   船舶の構造体、掘削リグ及び橋梁などの検査計測のため、電圧を供給して計測区
   域中に電流を発生させ、該区域中に分散された複数の接点で電圧レベルの計測を
   実施し、このようにして接点間の電圧降下を評価する方法であって、 前処理されていない表面上に配設された接点で、特に請求項２〜５のいずれか
   １項記載のセンサ装置によって計測を実施し、以下のアルゴリズム Ｒ＝ρ（１−ΔＴｋ）ｐｄ／（ＯＤ′ｗｔ） （ただし、 Ｒは、当該ピン対の抵抗（＝差動ピン電圧／励起電流）であり、 ρは、鋼の固有抵抗であり、 ΔＴは、温度差であり、 ｋは、温度係数であり、 ＯＤ′は、修正されたパイプ外径又は物体の幅であり、 ｗｔは、当該ピン対のところの壁の厚さであり、 ｐｄは、ピンの距離である） を含む計算によって材料厚さを測定することを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 計測点ごとに識別コードを記憶し、計測の結果をコンピュ
    ータメモリに記憶し、週単位から月単位の間隔のいくつかの以後の計測の結果を
    解析して、電圧分布における変化の発生、ひいては当該物体の該当部分の状態を
    評価することを特徴とする、請求項９記載の方法。