JP2013190392A - Thickness measuring apparatus and thickness measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、配管の肉厚を測定する厚さ測定装置および厚さ測定方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a thickness measuring device and a thickness measuring method for measuring the thickness of a pipe.
プラント内の設備に設置されている配管の肉厚を配管の外側から測定する厚さ測定装置として、超音波を用いた手法が知られている。 As a thickness measuring device for measuring the thickness of a pipe installed in equipment in a plant from the outside of the pipe, a technique using ultrasonic waves is known.
なお、配管検査方法および装置において、管本体の表面にライニングを有する配管の、ライニングが施された表面の裏側表面に圧電型超音波トランスジューサを配置し、この圧電型超音波トランスジューサから配管の厚さ方向に超音波パルスを発し、管本体とライニングの境界からの超音波多重反射エコーを検出し、この超音波多重反射エコーのピーク値の減衰定数を算出し、この減衰定数によって配管内ライニングの布設状態を推定すること等が開示されている。 In the pipe inspection method and apparatus, a piezoelectric ultrasonic transducer is disposed on the back side surface of a pipe having a lining on the surface of the pipe main body, and the thickness of the pipe from the piezoelectric ultrasonic transducer is determined. An ultrasonic pulse is emitted in the direction to detect an ultrasonic multi-reflection echo from the boundary between the pipe body and the lining, and the attenuation constant of the peak value of this ultrasonic multi-reflection echo is calculated. It is disclosed that the state is estimated.
また、電磁超音波計測装置において、検査対象物に対して電磁超音波を送信するとともに電磁超音波を受信する一つまたは複数のセンサ部と、予め定められた時間間隔でセンサ部での電磁超音波の送受信タイミングを制御するとともに受信した電磁超音波に含まれる検査対象物の厚さまたは欠陥の情報を記憶する演算制御装置と、センサ部及び演算制御装置を収納し自ら検査対象物に沿って移動可能に形成された計測装置本体とを備えた構成等が開示されている。 In addition, in the electromagnetic ultrasonic measurement device, one or a plurality of sensor units that transmit the electromagnetic ultrasonic wave to the inspection object and receive the electromagnetic ultrasonic wave, and the electromagnetic ultrasonic wave at the sensor unit at a predetermined time interval. A control unit for controlling the transmission / reception timing of the sound wave and storing information on the thickness or defect of the inspection object included in the received electromagnetic ultrasonic wave, and a sensor unit and a calculation control device are housed along the inspection object itself. A configuration including a measuring device main body formed to be movable is disclosed.
プラント内の設備に設置され、高温の流体が流れる配管は、保温材によって覆われているため、その配管の肉厚を測定するためには足場を設置し、配管を覆っている保温材を撤去して超音波探触子などのセンサを配管表面に据え付ける必要がある。また、このような測定作業を開始して終えるまでに、実際には足場の設置、撤去、保温材の撤去・修復等の付帯作業に時間と工数がかかるという課題がある。また、センサを動作させる測定装置のための電源の準備や、電源の配線、信号線等の配線作業等を行う必要がある。電源や信号線の配線が必要な場合には、これらの作業を測定の都度行わなければならない。 Pipings installed in equipment in the plant and through which high-temperature fluid flows are covered with a heat insulating material. To measure the thickness of the piping, a scaffold is installed and the heat insulating material covering the piping is removed. Therefore, it is necessary to install a sensor such as an ultrasonic probe on the pipe surface. In addition, until such measurement work is started and finished, there is a problem that it actually takes time and man-hours for incidental work such as installation and removal of scaffolds, removal and restoration of heat insulating materials. In addition, it is necessary to prepare a power source for the measuring device that operates the sensor, and perform wiring work such as wiring of the power source and signal lines. If power supply and signal lines are required, these operations must be performed for each measurement.
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、配管の肉厚を効率よく測定する厚さ測定装置および厚さ測定方法を提供することである。 The problem to be solved by the embodiment of the present invention is to provide a thickness measuring device and a thickness measuring method for efficiently measuring the thickness of a pipe.
上記課題を解決するために、実施形態の厚さ測定装置は、厚さ測定部および厚さ演算部を備え、配管の肉厚を測定する厚さ測定装置である。当該厚さ測定装置の前記厚さ測定部は、メモリと、所定の時間間隔でクロック信号を出力するクロック発生部と、前記配管の外周表面から前記配管の肉厚方向内側に向けて超音波を送信し、前記超音波の反射波を受信して当該反射波に応じた電気信号を出力する超音波送受信機と、前記超音波送受信機に前記超音波を送信させるための制御電圧を出力するパルス発生部と、前記超音波送受信機から出力された前記電気信号を測定し、当該測定した測定データを前記メモリに保存する波形測定部と、無線信号によって前記厚さ演算部と相互に通信可能であり、前記メモリに保存された前記反射波の前記測定データを前記厚さ演算部に出力する無線部と、前記パルス発生部を制御し、前記制御電圧が出力された後に前記クロック信号に基づいて前記電気信号を測定するように前記波形測定部を制御する測定制御部と、所定の環境エネルギーを利用して電力を生成する電源部と、を備え、前記厚さ演算部は、前記無線部から無線信号で送信された前記測定データを受信し、受信した前記測定データに基づいて前記配管の肉厚を算出することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a thickness measuring apparatus according to an embodiment is a thickness measuring apparatus that includes a thickness measuring unit and a thickness calculating unit and measures the thickness of a pipe. The thickness measuring unit of the thickness measuring device includes a memory, a clock generating unit that outputs a clock signal at a predetermined time interval, and ultrasonic waves from the outer peripheral surface of the pipe toward the inside in the thickness direction of the pipe. An ultrasonic transmitter / receiver that receives the reflected wave of the ultrasonic wave and outputs an electric signal corresponding to the reflected wave, and a pulse that outputs a control voltage for causing the ultrasonic wave transmitter / receiver to transmit the ultrasonic wave A generator, a waveform measuring unit that measures the electrical signal output from the ultrasonic transceiver and stores the measured measurement data in the memory, and a wireless signal can communicate with the thickness calculator. There is a radio unit that outputs the measurement data of the reflected wave stored in the memory to the thickness calculation unit, and the pulse generation unit, and after the control voltage is output, based on the clock signal Previous A measurement control unit that controls the waveform measurement unit so as to measure an electrical signal; and a power supply unit that generates electric power using predetermined environmental energy, wherein the thickness calculation unit is wirelessly connected to the wireless unit. The measurement data transmitted as a signal is received, and the thickness of the pipe is calculated based on the received measurement data.
また、上記課題を解決するために、実施形態の厚さ測定方法は、所定の環境エネルギーを利用して電力を生成する電源部と超音波を送受信可能な超音波送受信機とを有する厚さ測定部、および、厚さ演算部を備え、前記厚さ測定部と前記厚さ演算部とが相互に無線通信可能となるように設置され、配管の肉厚を測定する厚さ測定装置の厚さ測定方法である。当該厚さ測定方法は、前記厚さ測定部が、所定の時間間隔でクロック信号を出力するクロック出力ステップと、前記超音波送受信機が、前記配管の外周表面から前記配管の肉厚方向内側に向けて超音波を送信し、前記超音波の反射波を受信して当該反射波に応じた電気信号を出力する電気信号出力ステップと、前記厚さ測定部が、前記超音波送受信機から超音波を送信させるための制御電圧を出力する電圧制御ステップと、前記厚さ測定部が、前記超音波送受信機から出力された前記電気信号を測定し、当該測定した測定データを保存する測定データ保存ステップと、前記厚さ測定部が、保存された前記反射波の前記測定データを前記厚さ演算部に出力するデータ出力ステップと、を含み、前記厚さ演算部が、前記厚さ測定部から無線通信を介して前記測定データを受信する受信ステップと、前記厚さ演算部が、受信した前記測定データに基づいて前記配管の肉厚を算出する厚さ算出ステップと、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the thickness measurement method of the embodiment includes a power supply unit that generates electric power using predetermined environmental energy and an ultrasonic transceiver that can transmit and receive ultrasonic waves. Thickness of the thickness measuring device which is provided so that the thickness measuring unit and the thickness calculating unit can be wirelessly communicated with each other, and measures the thickness of the pipe This is a measurement method. The thickness measuring method includes a clock output step in which the thickness measuring unit outputs a clock signal at a predetermined time interval, and the ultrasonic transmitter / receiver is disposed on the inner side in the thickness direction of the pipe from the outer peripheral surface of the pipe. An electrical signal output step of transmitting an ultrasonic wave toward the receiver, receiving the reflected wave of the ultrasonic wave and outputting an electric signal corresponding to the reflected wave; and the thickness measuring unit transmits the ultrasonic wave from the ultrasonic transceiver A voltage control step for outputting a control voltage for transmitting the data, and a measurement data storage step for the thickness measurement unit to measure the electrical signal output from the ultrasonic transceiver and to store the measured measurement data And a data output step in which the thickness measurement unit outputs the stored measurement data of the reflected wave to the thickness calculation unit, and the thickness calculation unit is wirelessly connected to the thickness measurement unit. Communication A receiving step of receiving said measurement data, said thickness computing unit, characterized in that it comprises a and a thickness calculating step of calculating the thickness of the pipe on the basis of the measurement data received.
本発明に係る厚さ測定装置および厚さ測定方法の実施形態によれば、配管の肉厚を効率よく測定することができる。 According to the embodiment of the thickness measuring device and the thickness measuring method according to the present invention, the thickness of the pipe can be efficiently measured.
以下、本発明に係る実施形態の厚さ測定装置および厚さ測定方法について、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態はいずれも、発電所等のプラントに設けられた配管の一例をとりあげて説明する。 Hereinafter, a thickness measuring device and a thickness measuring method according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted. Each of the following embodiments described here will be described by taking an example of piping provided in a plant such as a power plant.
[第1の実施形態]
はじめに、本発明に係る厚さ測定装置の第1の実施形態について、図1ないし図3を用いて説明する。図1は第1の実施形態の厚さ測定装置の全体構成を示すブロック図であり、図2は超音波が配管内を伝搬する状況を示す模式図であり、図3は超音波の送信波および反射波のタイミング関係を示す図である。
[First Embodiment]
First, a first embodiment of a thickness measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the thickness measuring apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is a schematic diagram showing a situation in which ultrasonic waves propagate in a pipe, and FIG. 3 shows ultrasonic transmission waves. It is a figure which shows the timing relationship of reflected waves.
厚さ測定装置20は、図1に示すように、厚さ測定部2および厚さ演算部21を備えている。さらに、厚さ測定部2は、超音波送受信機3、測定制御部6、クロック発生部7、波形測定部8、メモリ9、無線部10、パルス発生部11および電源部12を備えている。また、超音波送受信機3は、超音波送信部4および超音波受信部5を含む。
As shown in FIG. 1, the
厚さ測定部2において、超音波を送信および受信する超音波送受信機3が配管1の表面に密に接している。測定対象とされる配管1は、例えば鉄、ステンレス鋼であり、配管1内には液体や気体が流動する。なお、図1において、配管1は流体の流れの方向(配管1の長手方向)に垂直な断面を示している。
In the
測定制御部6は、厚さ測定部2内の各部を制御する。詳しくは、後述するように、測定制御部6は、クロック発生部7、波形測定部8、無線部10、パルス発生部11および電源部12に対して、所定の制御処理手順に従って制御する。
The
パルス発生部11は、超音波送受信機3に対してパルス状の電圧を出力し、超音波送受信機3において超音波を送受信する。パルス発生部11は、測定制御部6により電圧出力タイミングなどが制御される。
The
超音波送受信機3の超音波送信部4は、超音波(または電磁超音波)を生成する。この生成された超音波は、図1および図2に示すように、配管1の表面から超音波の送信波Txとして配管1の肉厚方向を伝搬する。配管1の肉厚は、図2に示すように、厚さdxである。
The
超音波送信部4は、例えば圧電型超音波トランスジューサ、電磁波超音波トランスジューサなどである。超音波送信部4は、パルス発生部11からパルス状の電圧を受けると、この電力によって超音波を生成する。例えば、パルス発生部11から数100ns幅のパルス状の電圧が、超音波送信部4に出力される。このパルス状の電圧が超音波送信部4に入力されると、これに応じて超音波が生成され、これによる送信波Txが配管1の外周面から内周面に向けて伝播する。
The
超音波送受信機3の超音波受信部5は、図1に示すように、前述した超音波の送信波Txに対する反射波Rxを配管1の外周面を介して受信する。超音波受信部5は、例えば圧電型超音波レシーバ、電磁波超音波レシーバなどである。
As shown in FIG. 1, the
図2(a)に示すように、超音波送信部4から出力された超音波の送信波Txが、配管1の外周面から肉厚(厚さdx)を伝播し、配管1の内周面の境界に達すると、この境界面で一部が反射し反射波Rxとなる。この反射波Rxの反射角度は、送信波Txの境界面に対する入射角度に相当する角度である。また、この反射波Rxが、配管1の内周面から肉厚を伝播し、配管1の外周面に達すると、この外周面でさらに一部が反射する。以降、このような反射を複数回繰り返し、反射波Rxは減衰する。
As shown in FIG. 2A, the ultrasonic transmission wave Tx output from the
超音波受信部5はこの反射波Rxを受信して、電気信号に変換する。超音波受信部5は、この変換した電気信号を波形測定部8に出力する。図2(a)においては、配管1の内周面の境界で2度反射した反射波Rxを超音波受信部5で受信しているが、1度の反射を受信しても3度以上の反射を受信しても良い。
The
なお、超音波送信部4と超音波受信部5は、超音波送信部4または超音波受信部5のどちらか一つで構成することもできる。この場合、図2(b)に示すようになり、送信波Txと反射波Rxは、同じ点で多重反射することになる。
Note that the
さらには、超音波送信部4が超音波を受信し、超音波受信部5が超音波を送信するように機能させることもできる。
Furthermore, the
波形測定部8は、超音波受信部5から出力された電気信号を入力する。波形測定部8は、この入力した電気信号に基づいて、反射波Rxが超音波受信部5に到達した時間間隔、または、電気信号のデジタル変換値(デジタルデータ)などを測定する。波形測定部8は、これらの測定データを、メモリ9に保存する。
The
波形測定部8は、例えばアナログデジタル変換器(A/D変換器)や、ピーク検出回路などである。A/D変換器の場合には、変換されたデジタルデータがメモリ9に保存される。また、ピーク検出回路などの場合には反射波Rxのピーク値から次のピーク値までの時間間隔などが保存される。
The
クロック発生部7は、厚さ測定部2内の時間基準となる測定クロックを供給する。この測定クロックは、例えば所定の時間間隔(所定の周波数)を有して出力されるパルス状の電圧信号である。測定クロックは、例えば波形測定部8にA/D変換器が用いられる場合にはサンプリングクロックとして、また、ピーク検出回路を用いられる場合にはピーク間隔などの波形測定に用いられる。
The
また、測定制御部6が例えば超音波送信部4に出力されるパルス状の電圧のトリガタイミングTg(図3に示す)などの時間を調整する際にも、測定クロックが用いられる。
The measurement clock is also used when the
無線部10は、メモリ9に保存された反射波Rxについての測定データを読み出し、無線通信を介して読み出した測定データを厚さ演算部21に送信する。
The
以上説明したような測定データは、メモリ9に保存される。メモリ9は、測定データを含むデータを保存する。メモリ9は、例えば揮発性メモリ、不揮発性メモリ、またはそれらの組み合わせである。例えば不揮発性メモリを有する場合には、そのメモリ9に必要とされる測定パラメータなどが保存される。
Measurement data as described above is stored in the
図3に測定対象の超音波の送信波Txおよび反射波Rxのタイミングの関係を示す。 FIG. 3 shows the timing relationship between the transmission wave Tx and the reflected wave Rx of the ultrasonic wave to be measured.
図3において、測定制御部6によりパルス発生部11に対してパルス状の電圧出力制御が行われるタイミングをトリガタイミングTgとする。トリガタイミングTgは、送信時間t0で、測定制御部6によってパルス発生部11に対してパルス出力制御が行われたことを示している。なお、この送信時間t0で、超音波送信部4から超音波の送信波Txが送信される。
In FIG. 3, the timing at which pulsed voltage output control is performed on the
具体的には、この送信波Txは、図3に示すように、超音波信号P1がほぼ送信時間t0から配管1の外周面から板厚方向へ伝播していく。この超音波信号P1が配管1の内周面の境界に達し、反射する。この超音波信号P1による反射波Rxは、複数の反射波信号からなる。
Specifically, as shown in FIG. 3, the transmission wave Tx causes the ultrasonic signal P1 to propagate from the outer peripheral surface of the
反射波Rxには、図3に示すように、例えば配管1の外周面に最初に到達する第1反射波B1が含まれる。この第1反射波B1が超音波受信部5を介して検出または受信される検出時間は、図3に示す時間t1である。
As shown in FIG. 3, the reflected wave Rx includes, for example, a first reflected wave B1 that first reaches the outer peripheral surface of the
また、配管1の外周面に2番目に到達する第2反射波B2であり、同じく検出時間は、図3に示す時間t2である。以下、同様に第3反射波B3、第4反射波B4および第5反射波であり、それらの検出時間は、図3に示す時間t3、t4およびt5である。なお、図3の例では、5つの反射波成分を示したが、この数に限定されるものではない。
Moreover, it is 2nd reflected wave B2 which reaches | attains the outer peripheral surface of the
電源部12は、熱、光、振動、風力、電磁波などから電力を生成する。具体的には、電源部12は、例えば配管1の表面温度とそれ以外の温度との温度勾配を利用した発電により電力を生成する。このような熱発電は、ペルチェ素子を用いることにより配管1の表面とそれ以外の部分との温度勾配を利用して実現される。また、ソーラー発電は、例えばプラント内施設の照明灯の光をエネルギー源として、ソーラーパネルを利用して電力を生成する。
The
この生成された電力は、測定制御部6、クロック発生部7、波形測定部8、メモリ9、無線部10およびパルス発生部11に供給される。
The generated power is supplied to the
厚さ測定部2の周囲に存在するエネルギー源は、例えば配管からの熱放射(ペルチェ素子)、施設内の照明からの光(ソーラーパネル)、機械的な振動による振動エネルギー(圧電素子)、風力エネルギー(ファン、ブロワなどの風力)、電磁結合や電磁誘導などにより供給される電磁エネルギーなどである。なお、以降では、これらを含めて環境エネルギーと呼ぶ。
The energy sources existing around the
電源部12は、例えば厚さ測定部2の周囲に存在する光(照明灯など)にはソーラーパネル、配管1の放熱にはペルチェ素子、機械的振動には圧電素子、風力には風力発電機、電磁波にはアンテナを用いて電力を生成する構成とされる。これらの構成は、プラント内の環境条件により、予め選択され、または、これらの複数の組み合わせが用いられてもよい。
The
厚さ演算部21は、厚さ測定部2から送信された反射波Rxの測定データを受信して反射波Rxの伝搬時間を算出し、配管1の厚さdxを求める。厚さ演算部21は、厚さ測定部2と相互に通信可能とされる。通信手段は、例えば無線通信などである。
The
無線通信のキャリア周波数は、厚さ演算部21と厚さ測定部2の間の距離などの環境条件に応じて予め決定し、その通信可能なキャリア周波数に応じた無線回路を、各々で有する。
The carrier frequency of wireless communication is determined in advance according to environmental conditions such as the distance between the
厚さ演算部21は、無線部10から送信された測定データを受信する。厚さ演算部21は、受信した測定データに基づいて、図3に示すように、例えば超音波送信部4で超音波送信されたトリガタイミングTgと、反射波Rxが超音波受信部5に到達した時間t1〜t5との時間差から伝搬時間を求める。これにより、厚さ演算部21は、この求めた伝搬時間と予め記憶された超音波の配管1内の伝搬速度とに基づいて、配管1の厚さdxを算出する。
The
図4および図5に、第1の実施形態の厚さ測定装置20の処理フローを示す。特に、図4は厚さ演算部21の全体の処理フローを示すフロー図であり、図5は厚さ測定部2の全体の処理フローを示すフロー図である。
4 and 5 show a processing flow of the
はじめに、図4に示す厚さ演算部21の全体の処理フローについて説明する。厚さ演算部21の測定処理が開始されると、厚さ演算部21は、厚さ測定部2に測定開始コマンドを送信する(ステップS11)。
First, the overall processing flow of the
次に、厚さ演算部21は、無線による回答要求通信を行うか、一定時間間隔で送信される規則になっていることから厚さ測定部2の応答を待つ(ステップS12)。そして、厚さ測定部2からの応答を受信した場合(ステップS12のYes)、厚さ演算部21は処理をステップS13に進める。一方、厚さ測定部2から応答を受信できなかった場合(ステップS12のNo)、厚さ演算部21は処理をステップS17に進める。
Next, the
続いて、厚さ演算部21は、厚さ測定部2からの測定データを受信したか否かチェックする(ステップS13)。測定データを受信していない場合(ステップS13のNo)、厚さ演算部21は処理をステップS17に進める。
Subsequently, the
一方、測定データを受信した場合(ステップS13のYes)、厚さ演算部21は受信した測定データをメモリに保存する(ステップS14)。
On the other hand, when the measurement data is received (Yes in step S13), the
次に、厚さ演算部21は、測定データに基づいて配管1の肉厚dxを算出する(ステップS15)。算出後、厚さ演算部21は算出した配管1の肉厚dxの算出結果を出力する(ステップS16)。算出結果を出力後、厚さ演算部21は本処理フローを終了する。
Next, the
一方、ステップ17において、厚さ演算部21は、引き続きリトライして送信するか否か判断する(ステップS17)。送信をリトライする場合(ステップS17のYes)、厚さ演算部21は処理をステップS11に戻す。
On the other hand, in
送信をリトライしない場合(ステップS17のNo)、厚さ演算部21は測定不能等の異常内容に応じて外部に通知する(ステップS18)。異常通知後、厚さ演算部21は本処理フローを終了する。
When the transmission is not retried (No in step S17), the
図5に示す厚さ測定部2の全体の処理フローについて説明する。厚さ測定部2の測定処理が開始されると、厚さ測定部2の無線部10は、厚さ演算部21から送信されるコマンドを待つ(ステップS21)。コマンドを受信しない場合(ステップS21のNo)、引き続き、無線部10は厚さ演算部21からコマンドを受信するまで待機する。
The overall processing flow of the
一方、コマンドを受信した場合(ステップS21のYes)、測定制御部6は受信したコマンドを照合する(ステップS22)。
On the other hand, when a command is received (Yes in step S21), the
さらに、測定制御部6は、照合したコマンドが測定開始コマンドであるか否かチェックする(ステップS23)。照合したコマンドが測定開始コマンドでない場合(ステップS23のNo)、測定制御部6は処理をステップS28に進める。
Further, the
一方、照合したコマンドが測定開始コマンドである場合(ステップS23のYes)、測定制御部6は、超音波送信部4から超音波を配管1に出力させるため、パルス発生部11に対してパルス出力の制御指令を出力する(ステップS24)。
On the other hand, when the collated command is a measurement start command (Yes in step S23), the
パルス出力の制御指令出力後、測定制御部6は、波形測定部8に対して超音波受信部5から出力される反射波Rxの波形測定指令を出力し、この指令を受けた波形測定部8は反射波Rxの波形測定を開始する(ステップS25)。
After outputting the pulse output control command, the
この測定後、波形測定部8は、反射波Rxの波形測定についての測定データをメモリ9に保存する(ステップS26)。測定制御部6は、メモリ9に保存された測定データを含む送信データを無線部10に送る。
After this measurement, the
次に、無線部10は、測定制御部6から送られた送信データを送信する(ステップS27)。データ送信後、測定制御部6は処理をステップS21に戻す。以降ステップS21〜S29の処理が繰り返される。
Next, the
一方、測定制御部6は、受信したコマンドやデータが照合不能な場合、例えば所定のリトライ回数以下であるかチェックする(ステップS28)。所定のリトライ回数以下で、かつ、リトライを行う場合(ステップS28のYes)、ステップS21に処理を戻してデータを再受信する。
On the other hand, if the received command or data cannot be collated, the
ステップS28において、リトライを行わない場合(ステップS28のNo)、測定制御部6は異常通知を示すデータを無線部10に送り(ステップS29)、ステップS27に処理を移す。データ送信後、測定制御部6は処理をステップS21に戻す。以降ステップS21〜S29の処理が繰り返される。
In step S28, when retry is not performed (No in step S28), the
ここで、図1に示す厚さ演算部21の主な構成として、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、モニタなどを備える構成であってもよい。また、この場合には、例えば前述したような厚さ演算処理などを実行するプログラムがROMに保存され、CPU、RAM等により当該プログラムに従って、図4に示した厚さ演算部21の処理を実行することになる。
Here, the main configuration of the
また、上記例の構成の場合に、オペレータがキーボード、マウスなどから、測定開始時刻や、測定回数などの測定条件を入力する構成であってもよい。また、厚さ演算部21が外部と、LAN等を介してそれらの測定条件や、測定結果などを入出力する構成であってもよい。
In the case of the configuration of the above example, the operator may input a measurement condition such as a measurement start time and the number of measurements from a keyboard, a mouse, or the like. Moreover, the structure which the
第1の実施形態の厚さ測定装置によれば、厚さ測定部2内で消費する電力を厚さ測定装置20の周囲に存在する光、熱、振動、風力、電磁波などの環境エネルギーから得ることができる。厚さ測定部2を外部の電源装置に接続する必要がない。また、無線通信を介して測定データを厚さ演算部21に出力することで、厚さ測定部2から厚さ演算部21に信号線ケーブルを接続する必要がない。これにより、厚さ測定部2を配管表面に常設することができる。この結果、測定作業ごとにセンサを設置する作業時間や工数等を削減することができる。
According to the thickness measurement device of the first embodiment, the power consumed in the
[第2の実施形態]
次に、本発明に係る厚さ測定装置の第2の実施形態について、図1、図6ないし図8を用いて説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the thickness measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 6 to 8.
第2の実施形態の厚さ測定装置の全体構成は、第1の実施形態と同様である。すなわち、図1に示すブロック図である。さらに、第2の実施形態の厚さ測定装置では、図1に示す電源部12の構成は、図6に示すブロック図の通りである。
The overall configuration of the thickness measuring apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. That is, it is a block diagram shown in FIG. Furthermore, in the thickness measurement apparatus of the second embodiment, the configuration of the
また、図7および図8は、本実施形態の厚さ測定装置の配管への設置例を示す図である。図7および図8では、配管1の長手方向に沿った縦断面図を示す。なお、図7の厚さ測定装置は20aとし、図8の厚さ測定装置は20bとし、図6ないし図8ではその他の符号について第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、また、以下では重複する説明は省略する。
7 and 8 are diagrams showing examples of installation of the thickness measuring device according to the present embodiment on a pipe. 7 and 8 are longitudinal sectional views along the longitudinal direction of the
厚さ測定部2の電源部12は、図6に示すように、光、熱、振動、風力、電磁波などの周囲の環境エネルギーで発電する発電部121と、発電部121で発生した電力を蓄える二次電池122とを備えている。
As shown in FIG. 6, the
発電部121で発生した電力は、二次電池122で蓄電される。二次電池122に蓄電された電力は、例えば図1に示す測定制御部6、クロック発生部7、波形測定部8、メモリ9、無線部10およびパルス発生部11に供給される。
The electric power generated in the
二次電池122は、例えばリチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池などである。また、二次電池122の代わりに、厚さ測定部2内の電力供給に十分な蓄電容量を有するコンデンサであってもよい。また、二次電池122とコンデンサを組み合わせて用いてもよい。
The
以上の構成により、厚さ測定部2は、発電部121で発電された電力を随時蓄えることが可能となり、厚さ測定部2の動作に必要な電力を外部電源から受電しなくても、電力を自給することができる。
With the above configuration, the
図7は、図6に示す発電部121にペルチェ素子121aを用いた場合の厚さ測定装置20aの配管1への設置例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an installation example of the
図7において、例えば配管1には高温の気体や液体が流れており、プラントの運転時などには配管1の外周表面が100(°C)以上の高温に達している。配管1の表面は、保温材である配管カバー31で覆われている。
In FIG. 7, for example, high-temperature gas or liquid flows through the
厚さ測定部2は、図7に示すように、例えば配管1と配管カバー31の間に設置されている。この場合に、電源部12のペルチェ素子121aは、高温側としてペルチェ素子121aの一端が配管1の表面に密に接触するように取り付けられ、低温側として他端が配管1の表面以外に取り付けられる。
As shown in FIG. 7, the
例えば、厚さ測定部2を有する筺体などに放熱フィンなどを取り付けて、その放熱フィンにペルチェ素子121aの他端を密に接触するように取り付ける。これにより、ペルチェ素子121aの一端と他端との温度勾配によってペルチェ素子121aが発電し、二次電池122に蓄電される。
For example, a radiating fin or the like is attached to a housing or the like having the
また、超音波を送信および受信する超音波送受信機3は、前述したように、配管1の外周表面に密に接するように設置されている。
In addition, the
なお、厚さ演算部21は、配管1および配管カバー31から離れた位置で、かつ、厚さ測定部2と無線通信可能な位置に設置されている。
The
図8は、図6に示す発電部121にソーラーパネル121bを用いた場合の厚さ測定装置20bの配管1への設置例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an installation example of the
図8において、配管1の外周表面は、保温材である配管カバー31で覆われている。厚さ測定部2は、図8に示すように、例えば配管1と配管カバー31の間に設置されている。また、図7の場合と同様に、超音波送受信機3は、配管1の外周表面に密に接するように設置されている。
In FIG. 8, the outer peripheral surface of the
例えば、図8に示すように、配管1の周囲環境の施設内には照明灯32が設けられており、ソーラーパネル121bは、この照明灯32の光を受光可能なように配管カバー31外または配管カバー31の表面に設置されている。このソーラーパネル121bからパネル配線123bを介して、発電された電力が厚さ測定部2内の二次電池122に蓄電される。
For example, as shown in FIG. 8, an illuminating
第2の実施形態によれば、発電した電力を二次電池122に蓄電することで、熱や光などの環境エネルギーから充分な電力が得られない場合でも二次電池122に蓄電された電力で、配管1の厚さ測定(肉厚測定)が可能となる。例えば、プラントが運転停止した際の厚さ測定時において、配管1の表面温度が下がり、熱エネルギーが十分得られない場合でも、二次電池122に蓄電された電力を用いることで、配管1の厚さ測定が可能となる。
According to the second embodiment, by storing the generated power in the
以上説明したように、第1の実施形態の効果に加えて、周囲の環境エネルギーが十分でない場合にも蓄電した電力を用いることで、安定して配管の厚さ(肉厚)測定を行うことができる。 As described above, in addition to the effect of the first embodiment, by using the stored power even when the surrounding environmental energy is not sufficient, the thickness (thickness) of the pipe can be stably measured. Can do.
[第3の実施形態]
次に、本発明に係る厚さ測定装置の第3の実施形態について、図9を用いて説明する。図9は第3の実施形態の厚さ測定装置の全体構成を示すブロック図である。なお、図9では第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、また、以下では重複する説明は省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the thickness measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram showing the overall configuration of the thickness measuring apparatus according to the third embodiment. In FIG. 9, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted below.
第3の実施形態の厚さ測定装置と第1の実施形態の厚さ測定装置の主な相違点は、図9に示すように、スイッチ13を設けた点にある。なお、図9では、厚さ測定装置20cとし、第1の実施形態の波形測定部8(図1)を、A/D変換部(アナログデジタル変換部)8aとしている。
The main difference between the thickness measuring apparatus of the third embodiment and the thickness measuring apparatus of the first embodiment is that a
厚さ測定装置20cの厚さ測定部2では、電源部12と、パルス発生部11、A/D変換部8a、メモリ9および無線部10との電源ライン間にスイッチ13が設けられている。測定制御部6は、常時、電源部12から電力が供給可能なように接続されている。
In the
スイッチ13は、測定制御部6の制御に応じてスイッチをオンまたはオフする。測定制御部6は、周期的に、または、配管1の厚さ測定時などの動作時にはスイッチ13をオンさせる。スイッチ13がオンである場合には、電源部12から測定制御部6、クロック発生部7、A/D変換部8a、メモリ9、無線部10およびパルス発生部11に電力が供給される。
The
また、測定制御部6は、周期的に、または、配管1の厚さ測定を行わない待機時などにはスイッチ13をオフさせる。スイッチ13がオフである場合、電源部12から測定制御部6には電力が供給され、クロック発生部7、A/D変換部8a、メモリ9、無線部10およびパルス発生部11には電力が供給されない。
In addition, the
以上説明したように、第3の実施形態によれば、配管1の厚さ測定処理を行わない待機時には、厚さ測定部2内の主要な電源ラインをオフすることで、待機時の厚さ測定部2内の消費電力を抑えることができる。
As described above, according to the third embodiment, when the
[第4の実施形態]
次に、本発明に係る厚さ測定装置の第4の実施形態について、図2および図3、図9ないし図12を用いて説明する。なお、以下の説明に用いる図9は第4の実施形態の厚さ測定装置の全体構成を示すブロック図の一例であり、第4の実施形態においては図9に示すスイッチ13については必須の構成要素ではない。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the thickness measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 3, and 9 to 12. FIG. FIG. 9 used in the following description is an example of a block diagram showing the overall configuration of the thickness measuring apparatus of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the
パルス発生部11がパルス状に電圧を出力すると、図2に示すように、超音波送受信機3の超音波送信部4から送信波Txが出力される。この送信波Txは、配管1の内周面の表面で反射されて、反射波Rxが発生する。この反射波Rxが、配管1の内周面と外周面との間で反射を繰り返して減衰する。図9に示す厚さ測定装置20cでは、これを1回の測定とする。厚さ測定装置20cは、この測定を所定の間隔をあけて複数回(N回、Nは2以上の整数)繰り返す。すなわち、厚さ測定装置20cは、N回の測定で、N回分の反射波Rxの測定データを収集する。
When the
図10は、N=4回として超音波を送信した場合のトリガタイミングTg、送信波Txおよび反射波Rxの波形の関係を示す図である。図10に示すように、厚さ測定装置20cの測定制御部6により、超音波の送信時間t0a、t0b、t0cおよびt0dごとに、超音波信号P1a、P1b、P1cおよびP1dが出力される。超音波信号P1a、P1b、P1cおよびP1dに応じて、図10に示すような反射波Rxが発生する。例えば、超音波信号P1aによる第1反射波はB1aであり、その他についても超音波信号P1b等による第1反射波はB1b等である。
FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the trigger timing Tg, the transmission wave Tx, and the reflected wave Rx when N = 4 times of ultrasonic waves are transmitted. As shown in FIG. 10, the ultrasonic wave signals P1a, P1b, P1c, and P1d are output at every ultrasonic transmission time t0a, t0b, t0c, and t0d by the
従来の厚さ測定装置では、1回の測定で送信された送信波Txによって生じる反射波RxをA/D変換して、反射波Rxの測定データを得ようとする場合に、サンプリング定理を満たす条件の高い第1のサンプリング周波数fsによって反射波Rxをサンプリングしなければならない。第1のサンプリング周波数fsは、例えば測定対象の超音波信号成分の周波数領域に対するナイキスト周波数よりも大きい。 In the conventional thickness measurement apparatus, when the reflected wave Rx generated by the transmission wave Tx transmitted in one measurement is A / D converted to obtain the measurement data of the reflected wave Rx, the sampling theorem is satisfied. The reflected wave Rx must be sampled with the first sampling frequency fs that is highly conditioned. The first sampling frequency fs is larger than, for example, the Nyquist frequency for the frequency region of the ultrasonic signal component to be measured.
しかし、本実施形態の厚さ測定装置20cでは、複数回の測定の送信波Txによって生じる反射波Rxの測定を行うことにより、第1のサンプリング周波数fsよりも十分に低い第2のサンプリング周波数(ダウンサンプリング周波数)fdでサンプリングすることができる。
However, in the
例えば、厚さ測定装置20cにおいて、複数回(N回)の測定を行うものとする。この場合に、A/D変換部8aのダウンサンプリング周波数fd=第1のサンプリング周波数fs÷Nとする。
For example, it is assumed that the
このために、測定制御部6は、複数回(N回)の測定における反射波Rxの測定開始タイミングおよび波形測定(サンプリングタイミング)を制御する。測定制御部6は、例えば図3に示す送信時間t0を基準とし、測定ごとにA/D変換部8aのサンプリング開始時間を遅れ時間Δt=1÷fsずらしながら、A/D変換部8aに反射波Rxをサンプリングさせる。A/D変換部8aは、各々の測定回の反射波RxのA/D変換データ(測定データ)をメモリ9に保存する。
For this purpose, the
配管1の厚さ測定において、図10に示すように、第1のサンプリング周波数fsよりも低いダウンサンプリング周波数fdでサンプリングし、複数回(N回)の測定によって反射波Rxの測定データを繋ぎ合わせて用いることができる。
In the thickness measurement of the
測定制御部6は、無線部10を介して、このメモリ9に保存されたN回分の測定データを厚さ演算部21に送る。厚さ演算部21は、このN回分の測定データを受けて、それぞれの測定の反射波Rxの測定データをつなぎ合わせて(補間して)、補間した一群の反射波Rxから伝搬時間を算出する。
The
図11および図12は、N=4回として反射波RxをA/D変換した処理の一例を示す図である。以下、図10ないし図12を用いて、本実施形態の波形測定方法を具体的に説明する。 FIGS. 11 and 12 are diagrams illustrating an example of processing in which the reflected wave Rx is A / D converted with N = 4 times. Hereinafter, the waveform measurement method of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
第1のサンプリング周波数をfsとした場合に、図11および図12では、A/D変換部8aの第2のサンプリング周波数をfs÷4(=ダウンサンプリング周波数fd)とした場合の例である。
When the first sampling frequency is fs, FIGS. 11 and 12 show examples in which the second sampling frequency of the A /
測定1回目において、図10に示すように、超音波送信部4は超音波の送信信号P1aを送信時間t0aに出力する。その送信信号P1aによる反射波Rxが超音波送受信機3の超音波受信部5で受信される。超音波受信部5において、受信された反射波Rxは、電気信号に変換される。超音波受信部5は、変換した電気信号をA/D変換部8aに出力する。
In the first measurement, as shown in FIG. 10, the
図10において、例えば測定1回目の反射波Rx中の最初に到達する第1反射波B1aとする。同様に、測定2回目の反射波Rx中の最初に到達する第1反射波B1b、同じく測定3回目の第1反射波B1c、同じく測定4回目の第1反射波B1dとする。なお、これらの第1反射波B1a〜B1dは、各々、図3に示す第1反射波B1に相当する。その他の第2反射波B2〜第5反射波B5についても同様である。 In FIG. 10, for example, the first reflected wave B1a that reaches first in the reflected wave Rx of the first measurement is assumed. Similarly, the first reflected wave B1b that arrives first in the reflected wave Rx of the second measurement, the first reflected wave B1c of the third measurement, and the first reflected wave B1d of the fourth measurement are also used. The first reflected waves B1a to B1d correspond to the first reflected wave B1 shown in FIG. The same applies to the other second reflected waves B2 to B5.
図11において、測定制御部6が測定1回目の送信時間t0aから時間ta直後に第1クロック(ClkA)をクロック発生部7から出力させる。その第1クロックを基準とするタイミングごとに、A/D変換部8aによって第1反射波B1aに対応する電気信号をA/D変換(SampA)されたことを示す。
In FIG. 11, the
また、測定制御部6が測定2回目の送信時間t0bから時間tb直後に第2クロック(ClkB)をクロック発生部7から出力させる。その第2クロックを基準とするタイミングごとに、A/D変換部8aによって反射波B1bに対応する電気信号がA/D変換(SampB)されたことを示す。
Further, the
同様に、測定3回目の送信時間t0cから時間tc直後に第3クロック(ClkC)が出力される。その第3クロックを基準とするタイミングごとに、第1反射波B1cに対応する電気信号がA/D変換(SampC)されている。同じく、測定4回目の送信時間t0dから時間td直後に第4クロック(ClkD)が出力される。その第4クロックを基準とするタイミングごとに、第1反射波B1dに対応する電気信号がA/D変換(SampD)されている。 Similarly, the third clock (ClkC) is output immediately after time tc from the third transmission time t0c. The electrical signal corresponding to the first reflected wave B1c is A / D-converted (SampC) at each timing based on the third clock. Similarly, the fourth clock (ClkD) is output immediately after time td from the transmission time t0d of the fourth measurement. The electrical signal corresponding to the first reflected wave B1d is A / D converted (SampD) at each timing with the fourth clock as a reference.
例えば、高い周波数である第1のサンプリング周波数fsに対応するサンプリング間隔ts=1/fsとした場合に、tb−ta=tc−tb=td−tc=tsとなる関係で、クロック発生部7が基準とする送信時間t0(t0a〜t0d)に対する第1クロックから第4クロックを発生させる時間を調整する。例えば、このために、クロック発生部7は、例えばディレイ時間tsとなるディレイ回路やディレイ素子などを用いて、時間差を調整し、fs/4である第2のサンプリング周波数の測定クロックまたはそれに基づいたクロックを、A/D変換部8aに出力する。
For example, when the sampling interval ts = 1 / fs corresponding to the first sampling frequency fs which is a high frequency is set, the
図10ないし図12の例では、複数回の測定をN=4(回)としたが、Nを整数としてサンプリング周波数fs÷Nとした場合、厚さ測定部2は、超音波送受信機3にパルスが出力される送信時間t0を基準に、測定ごとのサンプリング開始時間をサンプリング間隔(1÷fs)分ずらしながら第1回〜N回目までの反射波Rxを測定する。すなわち、A/D変換部8aは、複数回(N回)の各々の測定ごとに、メモリ9にデジタルデータを保存する。これにより、低い第2のサンプリング周波数を用いて、高い第1のサンプリング周波数と同程度の精度で反射波Rxの伝搬時間を求めることができる。
In the example of FIGS. 10 to 12, N = 4 (times) is measured a plurality of times. However, when N is an integer and the sampling frequency is fs ÷ N, the
厚さ演算部21では、反射波RxのN回分の測定データをつなぎ合わせる。例えば、図11に示すN=4の測定では、図12に示すように、第1クロック(ClkA)〜第4クロック(ClkD)でサンプリングされた測定データが、SampA+SampB+SampC+SampDのように補間される。
The
厚さ演算部21は、この補間した反射波Rxの測定データに基づいて、反射波Rxの伝搬時間を算出する。厚さ演算部21は、例えば図3に示すように、反射波Rxの第1反射波B1〜第5反射波B5までの検出時間t1〜t5を所定の演算により算出し、この検出時間の時間間隔と配管1の肉厚での超音波伝搬速度などから配管1の肉厚を算出する。
The
以上説明したように、第4の実施形態によれば、アナログデジタル変換器のサンプリング周波数を下げることにより、配管の厚さ測定時の消費電力を低減することができる。また、消費電力を低減することで、より小さな容量の二次電池などで電力を賄うことができ、厚さ測定部2を収容する筺体などの寸法を小さくして配管への設置性を向上することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the power consumption when measuring the thickness of the pipe can be reduced by lowering the sampling frequency of the analog-digital converter. Further, by reducing the power consumption, it is possible to cover the power with a secondary battery having a smaller capacity, and the size of the housing for housing the
なお、本実施形態の一例では、図9に示すA/D変換部8aを1つのアナログデジタル変換器の構成としたが、複数(N個)のアナログデジタル変換器とする構成であってもよい。この場合には、複数のアナログデジタル変換器が、例えば1回の測定によって、送信時間t0を基準にして第1〜第Nのアナログデジタル変換器のサンプリング開始時間をサンプリング間隔(1÷fs)分ずらしながら、第2のサンプリング周波数を用いて反射波Rxを測定する。測定したこれらのデータを補間することにより、前述と同様に、低い第2のサンプリング周波数を用いて、高い第1のサンプリング周波数と同程度の精度で反射波Rxの伝搬時間を求めることができる。
In the example of the present embodiment, the A /
[第5の実施形態]
次に、本発明に係る厚さ測定装置の第5の実施形態について、図9を用いて説明する。なお、以下の説明に用いる図9は第5の実施形態の厚さ測定装置の全体構成を示すブロック図の一例であり、第5の実施形態においては図9に示すスイッチ13については必須の構成要素ではない。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the thickness measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 used for the following description is an example of a block diagram showing the overall configuration of the thickness measuring apparatus of the fifth embodiment. In the fifth embodiment, the
厚さ測定部2のA/D変換部8aは、反射波Rxの電気信号をA/D変換し、A/D変換したデータを測定データとしてメモリ9に保存する。この測定データは、無線部10を介して厚さ演算部21に送信される。厚さ演算部21は、この測定データから反射波Rxの測定時間tと、その測定時間tごとのA/D変換値x(t)とを用いて、反射波Rxの波形の重心Σ(t×x(t))÷Σx(t)を算出する。測定時間tは、A/D変換部8aのサンプリングクロック幅に対応している。
The A /
例えば、図3に示すような反射波Rxの場合には、第1反射波B1〜第5反射波B5に相当する複数の重心が演算される。厚さ演算部21は、これらの複数の重心の時間間隔を求めて反射波Rxの戻り時間を算出する。これにより、配管1の肉厚を算出することができる。
For example, in the case of the reflected wave Rx as shown in FIG. 3, a plurality of centroids corresponding to the first reflected wave B1 to the fifth reflected wave B5 are calculated. The
第5の実施形態によれば、アナログデジタル変換器のサンプリング周波数を下げて、測定データ点数を少なくしても反射波Rxの戻り時間を算出することができ、厚さ測定時の消費電力を低減できる。これにより、厚さ測定部2において小容量の二次電池で電力を賄うことができ、厚さ測定部2の寸法を小さくして配管への設置性を向上することができる。
According to the fifth embodiment, the return time of the reflected wave Rx can be calculated even if the sampling frequency of the analog-digital converter is lowered and the number of measurement data points is reduced, and the power consumption during thickness measurement is reduced. it can. Thereby, power can be covered with a small capacity secondary battery in the
[第6の実施形態]
次に、本発明に係る厚さ測定装置の第6の実施形態について、図9を用いて説明する。なお、以下の説明に用いる図9は第6の実施形態の厚さ測定装置の全体構成を示すブロック図の一例であり、第6の実施形態においては図9に示すスイッチ13については必須の構成要素ではない。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the thickness measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 used in the following description is an example of a block diagram showing the overall configuration of the thickness measuring apparatus according to the sixth embodiment. In the sixth embodiment, the
厚さ測定部2のA/D変換部8aは、反射波Rxの電気信号をA/D変換し、A/D変換したデータを測定データとしてメモリ9に保存する。この測定データは、無線部10を介して厚さ演算部21に送信される。厚さ演算部21は、この測定データから反射波Rxの測定時間tと、その測定時間tごとのA/D変換値x(t)と、測定データのデータ数Mと、基準反射波b(t)とを用いて、相関関数w(τ)=Σ(x(t+τ)×b(t))÷Mが最大となる時間τを算出する。厚さ演算部21は、算出された時間τから反射波Rxの戻り時間を算出する。
The A /
図13は、厚さ演算部21による反射波の戻り時間算出処理の一例を示す。
FIG. 13 shows an example of a reflected wave return time calculation process by the
厚さ演算部21は、基準反射波b(t)を予め反射波テーブルデータ22として記憶する。反射波テーブルデータ22には、配管1の素材などの条件に応じて、反射波Rxと相関をとるための基準となるデータ群が予め格納されている。厚さ演算部21は、図13に示すように、例えば相関関数w(τ)からそのピークを検出し、そのピークに相当する時間t11〜t51を求めて、この結果を用いて反射波Rxの戻り時間を算出する。
The
なお、前述の例では相互相関関数の場合で示したが、例えば自己相関関数w2(τ)=Σ(x(t+τ)×x(t))÷Mが最大となる時間τを求め、求めた時間τから反射波Rxの戻り時間を算出してもよい。 In the above example, the case of the cross-correlation function is shown. For example, the time τ when the autocorrelation function w2 (τ) = Σ (x (t + τ) × x (t)) ÷ M is maximum is obtained and obtained. The return time of the reflected wave Rx may be calculated from the time τ.
第6の実施形態によれば、アナログデジタル変換器のサンプリング周波数を下げて、測定データ点数を少なくしても反射波Rxの戻り時間を算出することができ、厚さ測定時の消費電力を低減できる。これにより、厚さ測定部2において小容量の二次電池で電力を賄うことができ、厚さ測定部2の寸法を小さくして配管への設置性を向上することができる。
According to the sixth embodiment, the return time of the reflected wave Rx can be calculated even if the sampling frequency of the analog-digital converter is lowered and the number of measurement data points is reduced, and the power consumption during thickness measurement is reduced. it can. Thereby, power can be covered with a small capacity secondary battery in the
[第7の実施形態]
次に、本発明に係る厚さ測定装置の第7の実施形態について、図9を用いて説明する。なお、以下の説明に用いる図9は第7の実施形態の厚さ測定装置の全体構成を示すブロック図の一例であり、第7の実施形態においては図9に示すスイッチ13については必須の構成要素ではない。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the thickness measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 used in the following description is an example of a block diagram showing the overall configuration of the thickness measuring apparatus of the seventh embodiment. In the seventh embodiment, the
厚さ測定部2のA/D変換部8aは、反射波Rxの電気信号をA/D変換し、A/D変換したデータを測定データとしてメモリ9に保存する。この測定データは、無線部10を介して厚さ演算部21に送信される。
The A /
厚さ演算部21は、この測定データから反射波Rxの測定時間tと、その測定時間tごとのA/D変換値x(t)とに基づいて、波形フィッティングさせる。波形フィッティングでは、測定データとの間で誤差が最小となる近似曲線を求める。近似曲線は、予め決めておく。この波形フィッティングさせた結果からピーク時間を求め、反射波Rxの戻り時間を算出する。また、測定データを補間することにより、測定データの間にピークがある場合にもピーク時間を求めることもできる。補間する関数は、同様に予め決めておく。
The
第7の実施形態によれば、アナログデジタル変換器のサンプリング周波数を下げて、測定データ点数を少なくしても反射波Rxの戻り時間を求めることができ、厚さ測定時の消費電力を低減できる。これにより、厚さ測定部2において小容量の二次電池で電力を賄うことができ、厚さ測定部2の寸法を小さくして配管への設置性を向上することができる。
According to the seventh embodiment, the return time of the reflected wave Rx can be obtained even when the sampling frequency of the analog-digital converter is lowered to reduce the number of measurement data points, and the power consumption during thickness measurement can be reduced. . Thereby, power can be covered with a small capacity secondary battery in the
[第8の実施形態]
次に、本発明に係る厚さ測定装置の第8の実施形態について、図3および図14を用いて説明する。図14は第8の実施形態の厚さ測定装置の全体構成を示すブロック図である。なお、図14では第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、また、以下では重複する説明は省略する。
[Eighth Embodiment]
Next, an eighth embodiment of the thickness measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a block diagram showing the overall configuration of the thickness measuring apparatus according to the eighth embodiment. In FIG. 14, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted below.
図14に示す厚さ測定装置20dは、図1に示す第1の実施の形態の波形測定部8として、波形測定部8bを備えている。さらに、波形測定部8bは、ピーク検出部14およびピークカウント部15を備えている。
A
ピーク検出部14は、超音波受信部5から出力される反射波Rxの電気信号の波形ピークを検出する。例えば、ピーク検出部14は、図3に示す反射波Rxの第1反射波B1〜第5反射波B5のそれぞれのピークを検出する。
The
ピークカウント部15は、ピーク検出部14により検出された反射波Rxのピークを測定クロックでカウントする。測定クロックには、クロック発生部7のクロックまたはそれに基づくクロック(例えば分周クロック)が用いられる。
The
具体的には、ピークカウント部15は、超音波の送信波TxのトリガタイミングTgに基づいて、クロック発生部7から出力される測定クロックのカウントを開始する。ピーク検出部14が超音波受信部5から出力される電気信号のピークを検出した場合に、ピークカウント部15は検出時の測定クロックのカウント値を記憶する。この測定クロックのカウント数が反射波の伝搬時間に相当する。
Specifically, the
例えば、ピーク検出部14は、図3に示す送信時間t0から第1反射波B1のピーク検出時間(t1とする)を検出する。さらに、ピーク検出部14は、第1反射波B1のピーク検出時間t1から次のピークである第2反射波B2のピーク検出時間(t2とする)を検出する。その他のピーク検出時間t3〜t5についても同様である。
For example, the
この検出時間t1〜t5について、ピークカウント部15は、測定クロックをカウントする。ピークカウント部15は、カウントしたカウント値を測定データとしてメモリ9に保存する。この測定データは、無線部10を介して、厚さ演算部21に送信される。
For the detection times t1 to t5, the
第8の実施形態によれば、厚さ測定部2において消費電力の大きなアナログデジタル変換器を用いることなく、反射波Rxの伝搬時間を測定できるため、厚さ測定時の消費電力を低減することができる。これにより、厚さ測定部2において小容量の二次電池で電力を賄うことができ、厚さ測定部2の寸法を小さくして配管への設置性を向上することができる。
According to the eighth embodiment, since the propagation time of the reflected wave Rx can be measured without using an analog-digital converter with large power consumption in the
[第9の実施形態]
次に、本発明に係る厚さ測定装置の第9の実施形態について、図1を用いて説明する。なお、以下の説明に用いる図1は第9の実施形態の厚さ測定装置の全体構成を示すブロック図の一例である。
[Ninth Embodiment]
Next, a ninth embodiment of the thickness measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 1 used for the following description is an example of a block diagram showing an overall configuration of a thickness measuring apparatus according to the ninth embodiment.
厚さ測定部2の波形測定部8は、反射波Rxの電気信号をA/D変換し、A/D変換したデータを測定データとしてメモリ9に保存する。または、波形測定部8は、反射波Rxのピーク値を検出する。このピーク値が検出された時間の測定データをメモリ9に保存する。これらの波形測定部8の具体的構成については、前述のいくつかの実施形態(第4の実施形態および第8の実施形態)に示した通りである。
The
本実施形態の厚さ測定装置20では、波形測定部8がメモリ9に保存された測定データを用いて、反射波Rxの伝搬時間を算出する。この結果、無線部10から算出した反射波Rxの伝搬時間をデータとして送信する場合、反射波RxのA/D変換データを送信する場合に比べて、データ送信量を少なくすることができる。これにより、無線部10から送信するデータ量が少なくなるため、無線部10による通信時間を短くすることができる。
In the
なお、厚さ測定部2の反射波Rxの伝搬時間算出方法は、前述した実施形態で説明した波形の重心検出処理、波形ピーク検出処理、相関関数処理などを用いることができる。
Note that the method of calculating the propagation time of the reflected wave Rx of the
第9の実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加えて、無線通信で伝送するデータ量を削減し、無線通信の通信時間を短くすることにより、厚さ測定時の消費電力を低減することができる。 According to the ninth embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the amount of data transmitted by wireless communication is reduced, and the communication time of wireless communication is shortened, thereby reducing the power consumption during thickness measurement. Can be reduced.
[他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、発電所などのプラント以外でも同様の配管を有する設備に適用できる。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. For example, the present invention can be applied to facilities having similar piping other than plants such as power plants. Moreover, you may combine the characteristic of each embodiment. Furthermore, these embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and gist of the invention.
1…配管、2…厚さ測定部、3…超音波送受信機、4…超音波送信部、5…超音波受信部、6…測定制御部、7…クロック発生部、8、8b…波形測定部、8a…A/D変換部、9…メモリ、10…無線部、11…パルス発生部、12…電源部、13…スイッチ、14…ピーク検出部、15…ピークカウント部、20、20a、20b、20c、20d…厚さ測定装置、21…厚さ演算部、22…反射波テーブルデータ、31…配管カバー、32…照明灯、121…発電部、121a…ペルチェ素子、121b…ソーラーパネル、122…二次電池、123b…パネル配線
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記厚さ測定部は、
メモリと、
所定の時間間隔でクロック信号を出力するクロック発生部と、
前記配管の外周表面から前記配管の肉厚方向内側に向けて超音波を送信し、前記超音波の反射波を受信して当該反射波に応じた電気信号を出力する超音波送受信機と、
前記超音波送受信機に前記超音波を送信させるための制御電圧を出力するパルス発生部と、
前記超音波送受信機から出力された前記電気信号を測定し、当該測定した測定データを前記メモリに保存する波形測定部と、
無線信号によって前記厚さ演算部と相互に通信可能であり、前記メモリに保存された前記反射波の前記測定データを前記厚さ演算部に出力する無線部と、
前記パルス発生部を制御し、前記制御電圧が出力された後に前記クロック信号に基づいて前記電気信号を測定するように前記波形測定部を制御する測定制御部と、
所定の環境エネルギーを利用して電力を生成する電源部と、を備え、
前記厚さ演算部は、前記無線部から無線信号で送信された前記測定データを受信し、受信した前記測定データに基づいて前記配管の肉厚を算出する
ことを特徴とする厚さ測定装置。 A thickness measuring device comprising a thickness measuring unit and a thickness calculating unit, and measuring the thickness of a pipe,
The thickness measuring unit is
Memory,
A clock generator for outputting a clock signal at a predetermined time interval;
An ultrasonic transmitter / receiver that transmits ultrasonic waves from the outer peripheral surface of the pipe toward the inside in the thickness direction of the pipe, receives the reflected wave of the ultrasonic wave, and outputs an electric signal according to the reflected wave;
A pulse generator for outputting a control voltage for causing the ultrasonic transceiver to transmit the ultrasonic wave;
A waveform measuring unit that measures the electrical signal output from the ultrasonic transceiver and stores the measured measurement data in the memory;
A wireless unit that is capable of communicating with the thickness calculator through a radio signal, and that outputs the measurement data of the reflected wave stored in the memory to the thickness calculator;
A measurement control unit for controlling the waveform measurement unit to control the pulse generation unit and measure the electrical signal based on the clock signal after the control voltage is output;
A power supply unit that generates power using predetermined environmental energy,
The thickness calculation unit receives the measurement data transmitted from the radio unit as a radio signal, and calculates the thickness of the pipe based on the received measurement data.
ことを特徴とする請求項1に記載の厚さ測定装置。 The thickness measurement apparatus according to claim 1, wherein the power supply unit includes at least one of a capacitor and a secondary battery.
前記電源部は、ペルチェ素子を備え、前記ペルチェ素子の一端が前記配管の表面に取付け可能で、他端が前記配管の表面以外で取付け可能であり、前記ペルチェ素子の前記一端と他端との温度勾配によって前記ペルチェ素子が発電し、前記電源部が電力を生成する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の厚さ測定装置。 The predetermined environmental energy includes thermal energy from the pipe,
The power supply unit includes a Peltier element, one end of the Peltier element can be attached to the surface of the pipe, and the other end can be attached to other than the surface of the pipe. The thickness measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the Peltier element generates electric power by a temperature gradient, and the power supply unit generates electric power.
前記電源部は、ソーラーパネルを備え、前記照明光または自然光により前記ソーラーパネルが発電し、前記電源部が電力を生成する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の厚さ測定装置。 The predetermined environmental energy includes illumination light or natural light,
The said power supply part is equipped with a solar panel, The said solar panel generates electric power with the said illumination light or natural light, and the said power supply part produces | generates electric power. The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Thickness measuring device.
前記測定制御部は、定期的および前記配管の肉厚を測定する第1の期間に前記スイッチを接続し、前記定期的および第1の期間以外の第2の期間に前記スイッチを切り離すように制御する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の厚さ測定装置。 The thickness measurement unit is connected to a power supply line to which power is supplied from the power supply unit, and connects between the pulse generation unit, the waveform measurement unit, the memory and the radio unit, and the power supply unit. And a switch provided between the detachable power supply lines,
The measurement control unit is configured to connect the switch periodically and in a first period for measuring the wall thickness of the pipe, and to disconnect the switch in a second period other than the regular period and the first period. The thickness measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein
前記測定制御部は、前記アナログデジタル変換器の第1のサンプリング周波数fsが測定対象の前記反射波を復元可能なナイキスト周波数よりも大きい周波数である場合に、第2のサンプリング周波数を第1のサンプリング周波数fs÷N(Nは2以上の整数)とし、前記超音波送受信機から前記超音波を間隔をあけてN回送信させ、前記N回の各々の測定ごとにサンプリング開始時間を前記超音波送受信機から前記制御電圧を出力する時間を基準に(1÷fs)時間間隔分ずらしながら、前記第2のサンプリング周波数でN回分の前記電気信号を前記波形測定部によってデジタルデータに変換させて前記測定データとして前記メモリに保存させる
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の厚さ測定装置。 The waveform measuring unit is an analog-digital converter that converts the electrical signal output from the ultrasonic transceiver corresponding to the reflected wave into digital data,
The measurement control unit uses the first sampling frequency as the first sampling frequency when the first sampling frequency fs of the analog-digital converter is higher than a Nyquist frequency capable of restoring the reflected wave to be measured. The frequency fs ÷ N (N is an integer of 2 or more), the ultrasonic wave is transmitted N times from the ultrasonic wave transmitter / receiver, and the sampling start time is set for the ultrasonic wave transmission / reception for each of the N times of measurement. The measurement is performed by converting the electrical signal for N times at the second sampling frequency into digital data by the waveform measuring unit while shifting by the time interval (1 ÷ fs) with respect to the time for outputting the control voltage from the machine. The thickness measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness measuring device is stored in the memory as data.
前記超音波送受信機で受信された前記反射波のピークを検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部が検出した前記反射波のピーク発生時間を前記クロック信号に基づいてカウントし、カウントしたピーク発生時間を前記メモリに保存するピークカウント部と、を有し、
前記ピークカウント部が、前記測定データとして前記ピーク発生時間を前記メモリに保存する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の厚さ測定装置。 The waveform measurement unit
A peak detector for detecting a peak of the reflected wave received by the ultrasonic transceiver;
A peak count unit that counts the peak occurrence time of the reflected wave detected by the peak detection unit based on the clock signal, and stores the counted peak occurrence time in the memory;
The thickness measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the peak count unit stores the peak occurrence time in the memory as the measurement data.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の厚さ測定装置。 The thickness calculator calculates the propagation thickness of the reflected wave by calculating the center of gravity of the reflected wave at predetermined intervals for the measurement data of the reflected wave, and calculates the thickness of the pipe. The thickness measuring device according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness measuring device is characterized.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の厚さ測定装置。 The thickness calculator has data of a reference reflected wave serving as a reference for the reflected wave in advance, and for the measurement data of the reflected wave, a time when the peak of the reflected wave occurs at a predetermined interval is set as the reference reflected wave. The thickness measurement apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the pipe is calculated by obtaining from a time when the correlation function with the data becomes maximum.
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の厚さ測定装置。 The thickness calculating unit calculates an approximate curve from the measurement data of the reflected wave, calculates a time when the peak of the reflected wave occurs from the approximate curve, and calculates the thickness of the pipe. The thickness measuring device according to any one of claims 1 to 5.
前記無線部が、前記測定データを前記厚さ演算部に出力する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の厚さ測定装置。 The waveform measurement unit reads the measurement data stored in the memory, obtains the propagation time of the reflected wave using the read measurement data, and uses the obtained propagation time of the reflected wave as measurement data in the memory. Save and
The thickness measurement apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the wireless unit outputs the measurement data to the thickness calculation unit.
前記厚さ測定部が、所定の時間間隔でクロック信号を出力するクロック出力ステップと、
前記超音波送受信機が、前記配管の外周表面から前記配管の肉厚方向内側に向けて超音波を送信し、前記超音波の反射波を受信して当該反射波に応じた電気信号を出力する電気信号出力ステップと、
前記厚さ測定部が、前記超音波送受信機から超音波を送信させるための制御電圧を出力する電圧制御ステップと、
前記厚さ測定部が、前記超音波送受信機から出力された前記電気信号を測定し、当該測定した測定データを保存する測定データ保存ステップと、
前記厚さ測定部が、保存された前記反射波の前記測定データを前記厚さ演算部に出力するデータ出力ステップと、を含み、
前記厚さ演算部が、前記厚さ測定部から無線通信を介して前記測定データを受信する受信ステップと、
前記厚さ演算部が、受信した前記測定データに基づいて前記配管の肉厚を算出する厚さ算出ステップと、を含む
ことを特徴とする厚さ測定方法。 A thickness measurement unit having a power source unit that generates electric power using predetermined environmental energy and an ultrasonic transmitter / receiver capable of transmitting and receiving ultrasonic waves, and a thickness calculation unit, the thickness measurement unit and the thickness A thickness measuring method of a thickness measuring device that is installed so as to be able to wirelessly communicate with each other, and measures the thickness of a pipe,
The thickness measuring unit outputs a clock signal at a predetermined time interval; and
The ultrasonic transmitter / receiver transmits an ultrasonic wave from the outer peripheral surface of the pipe toward the inner side in the thickness direction of the pipe, receives the reflected wave of the ultrasonic wave, and outputs an electric signal corresponding to the reflected wave An electrical signal output step;
A voltage control step in which the thickness measuring unit outputs a control voltage for transmitting ultrasonic waves from the ultrasonic transceiver; and
The thickness measurement unit measures the electrical signal output from the ultrasonic transceiver, a measurement data storage step for storing the measured measurement data,
The thickness measuring unit includes a data output step for outputting the measurement data of the stored reflected wave to the thickness calculating unit, and
The thickness calculating unit receives the measurement data from the thickness measuring unit via wireless communication; and
A thickness calculating step in which the thickness calculating unit calculates a thickness of the pipe based on the received measurement data.
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