JP2006308318A - 超音波検査装置および超音波検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 内容物解析を高精度、安定に実行できる超音波検査装置および超音波検査方法の提供。
【解決手段】 送信手段１０１は、隔壁の外部から隔壁内部の内容物に向けて超音波を送信する。受信手段１０２は、内容物を経由した超音波を隔壁の外部で受信する。解析手段１０３は、受信手段１０２により受信される正規波の伝播時間に基づいて内容物について解析を実行する。隔壁厚さ算出手段１０４は、受信手段により受信される正規波と、受信手段により受信される、隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて隔壁の厚さを算出する。また、一対の送受信手段１０６は、内容物の上流側および下流側にそれぞれ取り付けられ、送信手段および受信手段として機能する。一対の送受信手段１０６は、相互間で双方向に超音波を送受信する。解析手段１０３は、双方向での送受信によってそれぞれ得られる正規波の伝播時間に基づいて内容物の流量測定を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波の反射波を解析することで隔壁内部の内容物の検査を行う超音波検査装置等に関する。

配管内を流れる液体の流量を、超音波を用いて計測する超音波流量計が知られている。このような超音波流量計では、送信点から受信点に向けて配管内を伝播する超音波の伝播時間を計測し、伝播時間に基づいて液体の流量を計測している。

特開２００１−３０４９３１号公報

しかし、流量計により流量を算出する際には、配管の厚さをパラメータとして用いるため、これを知る必要がある。このため、流量を計測する際に、別途、配管の厚さを測定するための計器が必要となる。また、配管内壁への付着物の残留や配管の腐食により配管の厚さが変化する場合に、安定的に高精度に流量を計測することは困難である。

本発明の目的は、内容物についての解析を、高精度に安定して実行できる超音波検査装置および超音波検査方法を提供することにある。

本発明の超音波検査装置は、隔壁の外部から前記隔壁内部の内容物に向けて超音波を送信する送信手段と、前記内容物を経由した超音波を前記隔壁の外部で受信する受信手段と、を備え、受信された超音波に基づいて前記内容物検査を実行する超音波検査装置において、前記受信手段により受信される正規波の伝播時間に基づいて前記内容物について解析を実行する解析手段と、前記受信手段により受信される正規波と、前記受信手段により受信される、前記隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて前記隔壁の厚さを算出する隔壁厚さ算出手段と、を備えることを特徴とする。
この超音波検査装置によれば、隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて隔壁の厚さを算出するので、別途、隔壁の厚さを計測するための装置が不要となる。なお、「隔壁」は内容物を収容する容器の隔壁や内容物を流すための配管の隔壁等を含む。

前記解析手段は、前記隔壁厚さ算出手段により算出される前記隔壁厚さを考慮して解析を実行してもよい。
この場合、隔壁厚さが解析結果に影響を及ぼす場合であっても、正確な解析が可能となる。また、隔壁厚さが変化する場合であっても、安定的に正確な解析が可能となる。

前記解析手段は、前記解析として前記内容物の流量測定を実行してもよい。

前記内容物の上流側および下流側にそれぞれ取り付けられ、前記送信手段および前記受信手段として機能する一対の送受信手段を備え、前記一対の送受信手段間で双方向に超音波を送受信し、前記解析手段は、双方向での送受信によってそれぞれ得られる前記正規波の伝播時間に基づいて前記内容物の流量測定を実行してもよい。

前記隔壁厚さ算出手段により算出される前記隔壁厚さが所定の値になったことを判定する判定手段を備えてもよい。

本発明の超音波検査方法は、隔壁の外部から前記隔壁内部の内容物に向けて超音波を送信するステップと、前記内容物を経由した超音波を前記隔壁の外部で受信するステップと、を備え、受信された超音波に基づいて前記内容物検査を実行する超音波検査方法において、前記受信するステップにより受信される正規波の伝播時間に基づいて前記内容物について解析を実行するステップと、それぞれ受信される正規波、および前記隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて前記隔壁の厚さを算出するステップと、を備えることを特徴とする。
この超音波検査方法によれば、隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて隔壁の厚さを算出するので、別途、隔壁の厚さを計測するための装置が不要となる。なお、「隔壁」は内容物を収容する容器の隔壁や内容物を流すための配管の隔壁等を含む。

前記隔壁厚さ算出手段により算出される前記隔壁厚さを考慮して内容物について解析を実行するステップを備えてもよい。
この場合、隔壁厚さが解析結果に影響を及ぼす場合であっても、正確な解析が可能となる。また、隔壁厚さが変化する場合であっても、安定的に正確な解析が可能となる。

前記解析するステップでは、前記解析として前記内容物の流量測定を実行してもよい。

本発明のプログラムは、隔壁の外部から前記隔壁内部の内容物に向けて超音波を送信するステップと、前記内容物を経由した超音波を前記隔壁の外部で受信するステップと、を備え、受信された超音波に基づいて前記内容物検査を実行する超音波検査方法を実行するためのプログラムにおいて、コンピュータに、前記受信するステップにより受信される正規波の伝播時間に基づいて前記内容物について解析を実行するステップと、それぞれ受信される正規波、および前記隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて前記隔壁の厚さを算出するステップと、を実行させることを特徴とする。
このプログラムによれば、隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて隔壁の厚さを算出するので、別途、隔壁の厚さを計測するための装置が不要となる。なお、「隔壁」は内容物を収容する容器の隔壁や内容物を流すための配管の隔壁等を含む。

コンピュータに、前記隔壁厚さ算出手段により算出される前記隔壁厚さを考慮して内容物について解析を実行するステップを実行させてもよい。

前記解析するステップでは、前記解析として前記内容物の流量測定を実行してもよい。

本発明の超音波検査装置によれば、隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて隔壁の厚さを算出するので、別途、隔壁の厚さを計測するための装置が不要となる。本発明の超音波検査方法によれば、隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて隔壁の厚さを算出するので、別途、隔壁の厚さを計測するための装置が不要となる。また、本発明のプログラムによれば、隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて隔壁の厚さを算出するので、別途、隔壁の厚さを計測するための装置が不要となる。

図１は本発明による超音波検査装置を機能的に示すブロック図である。

図１（ａ）において、送信手段１０１は、隔壁の外部から隔壁内部の内容物に向けて超音波を送信する。受信手段１０２は、内容物を経由した超音波を隔壁の外部で受信する。解析手段１０３は、受信手段１０２により受信される正規波の伝播時間に基づいて内容物について解析を実行する。隔壁厚さ算出手段１０４は、受信手段１０２により受信される正規波と、受信手段１０２により受信される、隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて隔壁の厚さを算出する。

判定手段１０５は、隔壁厚さ算出手段１０４により算出される隔壁厚さが所定の値になったことを判定する。

図１（ｂ）において、一対の送受信手段１０６は、内容物の上流側および下流側にそれぞれ取り付けられ、送信手段１０１および受信手段１０２として機能する。一対の送受信手段１０６は、相互間で双方向に超音波を送受信する。このとき、解析手段１０３は、双方向での送受信によってそれぞれ得られる正規波の伝播時間に基づいて内容物の流量測定を実行する。

以下、図２〜図６を参照して、本発明による超音波検査装置を超音波流量計に適用した一実施形態について説明する。

図２は超音波流量計の構成を示すブロック図、図３は超音波送受信器の取り付け方法を示す図である。

図２に示すように超音波流量計１００は、超音波の送信および受信を行う一対の超音波送受信器１Ａ，１Ｂと、超音波送受信器１Ａ，１Ｂにそれぞれ接続される送受信回路５Ａ，５Ｂと、送受信回路５Ａ，５Ｂおよび解析部６を制御する制御部７と、を備える。制御部７における制御は、制御部７に実装されるソフトウェアプログラムに従って実行することができる。

図３に示すように、配管３の外周には取付治具２が配管３に密着して固定され、取付治具２の取付面２１に、超音波送受信器１Ａおよび超音波送受信器１Ｂが、それぞれ取り付けられる。後述するように、超音波流量計１００によれば、超音波送受信器１Ａおよび超音波送受信器１Ｂから超音波を発生させることで、配管３の内部を流れる内容物４の流量を計測することができる。

次に、超音波流量計１００の動作について説明する。図４は解析部６における解析手順を示すフローチャートである。

流量計測時には、最初に超音波送受信器１Ａから超音波送受信器１Ｂに向けて、すなわち内容物４の流れ方向に沿って超音波を送信する。超音波の経路は図３の経路８として、その概略が示されている。

まず、送受信回路５Ａから超音波送受信器１Ａに対し送信信号を送り、超音波送受信器１Ａから超音波を発生させる。超音波は取付治具２および配管３を順に経由して、内容物４に伝播する。経路８に示すように、内容物４を伝播する超音波は配管３で反射されて超音波送受信器１Ｂの方向に向かい、配管３および取付治具２を順に経由して、超音波送受信器１Ｂで受信される。

受信された超音波の受信信号は送受信回路５Ｂを介して解析部６に入力される。

このとき、図４のステップＳ１では、送受信回路５Ｂから解析部６への受信信号の入力を待って、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、送受信回路５Ｂからの受信信号の波形を取り込む。

ステップＳ３では、取り込まれた受信信号の波形に基づいて、超音波の伝播時間を算出する。

図５は受信信号の波形を示す図である。ステップＳ３では、超音波送受信器１Ａから超音波を発生させてから、正規波の受信信号を受信するまでの時間を超音波の伝播時間として算出する。後述するように、正規波は隔壁３で多重反射せずに伝播する超音波である。

次に、ステップＳ４では、取り込まれた受信信号の波形に基づいて、正規波が受信されてから多重反射波が受信されるまでの時間差を算出する。

図６は正規波と多重反射波の経路を示す図である。図６に示すように、正規波８１は配管３の内部で多重反射することなく、超音波送受信器１Ａから超音波送受信器１Ｂまで伝播する超音波である。これに対し、多重反射波８２は配管３の内壁面と外壁面との間で多重反射する経路を経て、超音波送受信器１Ａから超音波送受信器１Ｂまで伝播した超音波である。

図６に示す多重反射波８２は、超音波送受信器１Ａの側において、配管３の内部で２回反射を繰り返した例を示している。実際には、さらに多くの反射を繰り返す成分もあり、また、超音波送受信器１Ｂの側でも同様に多重反射が起こる。多重反射波８２は多重反射の回数が最も少ない多重反射波であるため、図５において、正規波８１のピーク８１ａに続く次のピーク８２ａを形成する。

ステップＳ４では、正規波のピーク８１ａが受信されてから多重反射波のピーク８２ａが受信されるまでの時間差Δｔを算出する（図５）。

次に、ステップＳ５では、ステップＳ４で算出された時間差Δｔに基づいて、配管の厚さｄ（図６）を算出する。配管の厚さｄはステップＳ４で算出された時間差Δｔにほぼ比例するが、時間差Δｔと厚さｄの関係を示す関係式ｄ＝ｄ（Δｔ）を用いて算出される。この関係式は配管の材質ごとに異なるため、対応する材質について用意された関係式が用いられる。

次に、超音波送受信器１Ｂから超音波送受信器１Ａに向けて、すなわち内容物４の流れ方向と逆方向に超音波を送信する。送受信回路５Ｂから超音波送受信器１Ｂに対し送信信号を送り、超音波を発生させると、超音波は経路８に沿って上述と逆向きに伝播し、超音波送受信器１Ａで受信される。

図４のステップＳ１１では、送受信回路５Ａから解析部６への受信信号の入力を待って、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、送受信回路５Ａからの受信信号の波形を取り込む。

ステップＳ１３では、取り込まれた受信信号の波形に基づいて、超音波の伝播時間を算出する。ステップＳ１３では、超音波送受信器１Ｂから超音波を発生させてから、正規波の受信信号を受信するまでの時間を超音波の伝播時間として算出する。

次に、ステップＳ２０では、ステップＳ３で算出された伝播時間、ステップＳ１３で算出された伝播時間、およびステップＳ５で算出された配管３の厚さｄに基づいて、内容物４の流速を算出する。ここでは、基本的には、流速が大きいほどステップＳ３で算出された伝播時間と、ステップＳ１３で算出された伝播時間との差異が大きくなることを利用して流速を求めることができる。

また、算出された流速および配管３の流路の断面積に基づいて、内容物４の流量を算出する。流路の断面積は配管３の厚さｄを用いて算出される。超音波の伝播時間は、配管３の厚さｄの影響を受けるため、算出された配管３の厚さに応じた補正を行うことで、正しい流量が得られる。

以上のように、本実施形態では、配管３の厚さを測定するための別の装置を用いることなく、流量計により配管３の厚さを算出できる。また、算出された配管３の厚さを用いて内容物４の流量を計測するので、配管３の厚さが変化しても厚さの変化に応じて流量の算出値が適切に補正される。このため、配管３の厚さの変化に拘わらず、常に流量を高精度に安定して計測できる。

さらに、本実施形態によれば、従来の超音波流量計の機構をそのまま利用することができ、解析部６、ないし解析部６での解析手順を規定するプログラムを入れ替えるだけで配管３の厚さの計測に対応できる利点がある。

また、上記流量計を用いて、配管３の厚さを定常的にモニタすることが可能である。図２に示すように、解析部６に警報発生装置３０を接続することで、配管３の厚さが異常値を示す場合に、警報を発生させることができる。

図２に示すように、警報発生装置３０は、解析部６の解析結果に基づいて、配管３の厚さが異常値になったことを判定する判定部３１と、判定部３１で異常が判定されたときに警報を発生させる警報発生部３２と、を備える。このように、一定の条件で警報を発生させる警報発生装置３０を用いることにより、流量計測とは独立して、配管３の厚さの計測値を有効に利用できる。例えば、プラントの配管等の監視に利用することができる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、流量計に限らず、超音波を用いて、隔壁を介して内容物についての検査を実行する場合に広く適用できる。例えば、タンク等の容器や配管内の内容物の有無や内容物の収容量、容器や配管内の内容物の種類や状態等を検査する場合についても、本発明を適用することができる。

本発明による超音波検査装置を機能的に示すブロック図。 超音波流量計の構成を示すブロック図。 超音波送受信器の取り付け方法を示す図。 解析部における解析手順を示すフローチャート。 受信信号の波形を示す図。 正規波と多重反射波の経路を示す図。

符号の説明

１Ａ 送受信器（送信手段、受信手段、送受信手段）
１Ｂ 送受信器（送信手段、受信手段、送受信手段）
６ 解析部（解析手段、隔壁厚さ算出手段）
７ 制御部（コンピュータ）
３１ 判定部（判定手段）
１０１ 送信手段
１０２ 受信手段
１０３ 解析手段
１０４ 隔壁厚さ算出手段
１０５ 判定手段
１０６ 送受信手段

Claims (11)

1. 隔壁の外部から前記隔壁内部の内容物に向けて超音波を送信する送信手段と、前記内容物を経由した超音波を前記隔壁の外部で受信する受信手段と、を備え、受信された超音波に基づいて前記内容物検査を実行する超音波検査装置において、
   前記受信手段により受信される正規波の伝播時間に基づいて前記内容物について解析を実行する解析手段と、
   前記受信手段により受信される正規波と、前記受信手段により受信される、前記隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて前記隔壁の厚さを算出する隔壁厚さ算出手段と、
   を備えることを特徴とする超音波検査装置。
2. 前記解析手段は、前記隔壁厚さ算出手段により算出される前記隔壁厚さを考慮して解析を実行することを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
3. 前記解析手段は、前記解析として前記内容物の流量測定を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波検査装置。
4. 前記内容物の上流側および下流側にそれぞれ取り付けられ、前記送信手段および前記受信手段として機能する一対の送受信手段を備え、
   前記一対の送受信手段間で双方向に超音波を送受信し、
   前記解析手段は、双方向での送受信によってそれぞれ得られる前記正規波の伝播時間に基づいて前記内容物の流量測定を実行することを特徴とする請求項３に記載の超音波検査装置。
5. 前記隔壁厚さ算出手段により算出される前記隔壁厚さが所定の値になったことを判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波検査装置。
6. 隔壁の外部から前記隔壁内部の内容物に向けて超音波を送信するステップと、前記内容物を経由した超音波を前記隔壁の外部で受信するステップと、を備え、受信された超音波に基づいて前記内容物検査を実行する超音波検査方法において、
   前記受信するステップにより受信される正規波の伝播時間に基づいて前記内容物について解析を実行するステップと、
   それぞれ受信される正規波、および前記隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて前記隔壁の厚さを算出するステップと、
   を備えることを特徴とする超音波検査方法。
7. 前記隔壁厚さ算出手段により算出される前記隔壁厚さを考慮して内容物について解析を実行するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
8. 前記解析するステップでは、前記解析として前記内容物の流量測定を実行することを特徴とする請求項６または７に記載の超音波検査方法。
9. 隔壁の外部から前記隔壁内部の内容物に向けて超音波を送信するステップと、前記内容物を経由した超音波を前記隔壁の外部で受信するステップと、を備え、受信された超音波に基づいて前記内容物検査を実行する超音波検査方法を実行するためのプログラムにおいて、
   コンピュータに、
   前記受信するステップにより受信される正規波の伝播時間に基づいて前記内容物について解析を実行するステップと、
   それぞれ受信される正規波、および前記隔壁での多重反射に基づく多重反射波との受信時刻差に基づいて前記隔壁の厚さを算出するステップと、
   を実行させることを特徴とするプログラム。
10. コンピュータに、
    前記隔壁厚さ算出手段により算出される前記隔壁厚さを考慮して内容物について解析を実行するステップを実行させることを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
11. 前記解析するステップでは、前記解析として前記内容物の流量測定を実行することを特徴とする請求項９または１０に記載のプログラム。
    

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