JP2017219354A

JP2017219354A - 多振動子垂直探触子

Info

Publication number: JP2017219354A
Application number: JP2016112069A
Authority: JP
Inventors: 江原　和也; Kazuya Ebara; 和也江原; 秀孝小室; Hidetaka Komuro
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2017-12-14

Abstract

【課題】対象物の欠陥の延在方向に対する探触子の向きが変化しても検出強度を同じにできる多振動子垂直探触子を提供する。
【解決手段】四振動子垂直探触子１は、送信用振動子２Ａ，２Ｂと、受信用振動子３Ａ，３Ｂと、送信用振動子２Ａ，２Ｂ及び受信用振動子３Ａ，３Ｂの間に配置された音響隔離材４とを備える。送信用振動子２Ａ，２Ｂ及び受信用振動子３Ａ，３Ｂは、探触子１の底面に対して垂直な軸を中心とする周方向に送信用振動子と受信用振動子が交互となるように配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、多振動子垂直探触子に関する。

従来、対象物に超音波を送信する一つの送信用振動子と、対象物からの反射波を受信する一つの受信用振動子と、送信用振動子と受信用振動子の間に配置されて超音波の直接伝播を防ぐ音響隔離材（遮音板）とを備えた二振動子垂直探触子が知られている（例えば特許文献１参照）。この垂直探触子は、探触子の真下に超音波を送信して、対象物の欠陥からの反射波を受信する。そして、探触子で受信した反射波に基づき、対象物の欠陥を評価可能としている。

特開２００２−７１３３２号公報

上述した二振動子垂直探触子では、対象物の欠陥の延在方向に対する探触子の向きによって検出強度が変化する。試験体１０１の横穴１０２を用いて二振動子垂直探触子２０１の感度校正を行う場合を例にとり、図９（ａ）〜図９（ｃ）及び図１０（ａ）〜図１０（ｃ）を用いて具体的に説明する。二振動子垂直探触子２０１は、一つの送信用振動子２０２と、一つの受信用振動子２０３と、送信用振動子２０２と受信用振動子２０３の間に配置された音響隔離材２０４とを備えている。

図９（ａ）は、試験体１０１上に配置された二振動子垂直探触子２０１の向きを表す上面図であって、試験体１０１の横穴１０２の延在方向（図中上下方向）に対して音響隔離材２０４の延在方向が平行となる場合、言い換えれば、試験体１０１の横穴１０２の延在方向に対して送信用振動子２０２と受信用振動子２０３の配列方向が垂直となる場合を示す。図９（ｂ）は、図９（ａ）中断面Ａ−Ａによる縦断面図である。

この場合は、送信用振動子２０２の大部分（詳細には、図９（ａ）中上下方向の全体）から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子２０３の大部分（詳細には、図９（ａ）中上下方向の全体）で受信される。そのため、図９（ｃ）で示すように、二振動子垂直探触子２０１で検出した反射波の強度（検出強度）が比較的大きくなる。

一方、図１０（ａ）は、試験体１０１上に配置された二振動子垂直探触子２０１の向きを表す上面図であって、試験体１０１の横穴１０２の延在方向（図中左右方向）に対して音響隔離材２０４の延在方向が垂直となる場合、言い換えれば、試験体１０１の横穴１０２の延在方向に対して送信用振動子２０２と受信用振動子２０３の配列方向が平行となる場合を示す。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中断面Ｂ−Ｂによる縦断面図である。

この場合は、送信用振動子２０２の小部分（詳細には、図１０（ａ）中上下方向の中央部）から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子２０３の小部分（詳細には、図１０（ａ）中上下方向の中央部）で受信される。そのため、図１０（ｃ）で示すように、二振動子垂直探触子２０１で検出した反射波の強度（検出強度）が比較的小さくなる。

したがって、二振動子垂直探触子２０１の感度校正を行う際は、試験体１０１の横穴１０２の延在方向に対して音響隔離材２０４の延在方向が垂直となるように、二振動子垂直探触子２０１の向きを配置する。そして、二振動子垂直探触子２０１で検出した反射波の強度に基づき、二振動子垂直探触子２０１の感度を校正する。これにより、被検査体（図示せず）の検査を行う際に、被検査体の欠陥の延在方向が不明であって、被検査体の欠陥の延在方向に対して二振動子垂直探触子２０１の音響隔離材２０４の延在方向が垂直となる場合でも、欠陥の検出性を高めることが可能である。

しかしながら、二振動子垂直探触子２０１の感度校正を行う際、何らかの理由で探触子２０１の向きを間違える可能性がある。また、被検査体の検査を行う際は、二振動子垂直探触子２０１で検出する反射波の強度が大きくなるように、探触子２０１の向きを変えて少なくとも２回の検査を行う必要がある。したがって、検査時間が長くなる。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、対象物の欠陥の延在方向に対する探触子の向きが変化しても検出強度を同じにできる多振動子垂直探触子を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の多振動子垂直探触子は、対象物に超音波を同時に送信する複数の送信用振動子と、前記複数の送信用振動子と同数であって、前記対象物からの反射波を受信する複数の受信用振動子と、前記複数の送信用振動子及び前記複数の受信用振動子の間に配置された音響隔離材とを備え、前記複数の送信用振動子及び前記複数の受信用振動子は、探触子の底面に対して垂直な軸を中心とする周方向に前記送信用振動子と前記受信用振動子が交互となるように配置される。

本発明によれば、対象物の欠陥の延在方向に対する探触子の向きが変化しても検出強度を同じにできる。

本発明の第１の実施形態における四振動子垂直探触子の構造を表す横断面図、縦断面図、及び結線図である。本発明の第１の実施形態における四振動子垂直探触子の動作を説明するための図であり、試験体の横穴の延在方向に対する探触子の方位角が０度である場合を示す。本発明の第１の実施形態における四振動子垂直探触子の動作を説明するための図であり、試験体の横穴の延在方向に対する探触子の方位角が９０度である場合を示す。本発明の第１の実施形態における四振動子垂直探触子の動作を説明するための図であり、試験体の横穴の延在方向に対する探触子の方位角が４５度である場合を示す。本発明の第１の実施形態における四振動子垂直探触子の動作を説明するための図であり、試験体の横穴の延在方向に対する探触子の方位角が１３５度である場合を示す。本発明の一変形例における四振動子垂直探触子の構造を表す縦断面図である。本発明の第２の実施形態における六振動子垂直探触子の構造を表す横断面図である。本発明の第３の実施形態における八振動子垂直探触子の構造を表す横断面図である。従来技術における二振動子垂直探触子の動作を説明するための図であり、試験体の横穴の延在方向に対して探触子の音響隔離板の延在方向が並行となる場合を示す。従来技術における二振動子垂直探触子の動作を説明するための図であり、試験体の横穴の延在方向に対して探触子の音響隔離板の延在方向が垂直となる場合を示す。

本発明の第１の実施形態として四振動子垂直探触子を例にとり、図面を参照しつつ説明する。

図１（ａ）は、本実施形態における四振動子垂直探触子の構造を表す横断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中断面Ｃ−Ｃによる縦断面図である。図１（ｃ）は、振動子の結線図である。

四振動子垂直探触子１は、二つの送信用振動子２Ａ，２Ｂと、二つの受信用振動子３Ａ，３Ｂと、送信用振動子２Ａ，２Ｂ及び受信用振動子３Ａ，３Ｂの間に配置された十字形状の音響隔離材４を備えている。送信用振動子２Ａ，２Ｂ及び受信用振動子３Ａ，３Ｂは、探触子１の底面（言い換えれば、対象物と接触する側の面）に対して垂直な軸を中心とする周方向に送信用振動子と受信用振動子が交互となるように配置されている。

送信用振動子２Ａ，２Ｂは、信号線５Ａで結線され、信号線５Ａを介して超音波探傷器（図示せず）に接続されている。そして、送信用振動子２Ａ，２Ｂは、超音波探傷器から信号線５Ａを介し出力された駆動信号によって発振して、対象物に超音波を同時に送信する。受信用振動子３Ａ，３Ｂは、信号線５Ｂで結線され、信号線５Ｂを介して超音波探傷器に接続されている。そして、受信用振動子３Ａ，３Ｂは、対象物からの反射波を受信し検出信号に変換して、信号線５Ｂを介し超音波探傷器に出力するようになっている。

次に、四振動子垂直探触子１の動作及び作用効果を、図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）〜図３（ｃ）、図４、及び図５を用いて説明する。

図２（ａ）は、試験体１０１上に配置された四振動子垂直探触子１の向きを表す上面図であって、試験体１０１の横穴１０２の延在方向（図２（ａ）中上下方向）に対する探触子１の方位角が０度である場合を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）中断面Ｄ−Ｄによる縦断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）中断面Ｅ−Ｅによる縦断面図である。

この場合は、送信用振動子２Ａの大部分（詳細には、図２（ａ）中上下方向の全体）から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ａの大部分（詳細には、図２（ａ）中上下方向の全体）で受信される。同様に、送信用振動子２Ｂの大部分（詳細には、図２（ａ）中上下方向の全体）から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ｂの大部分（詳細には、図２（ａ）中上下方向の全体）で受信される。

また、送信用振動子２Ｂの小部分（詳細には、図２（ａ）中左側の端部）から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ａの小部分（詳細には、図２（ａ）中左側の端部）で受信される。同様に、送信用振動子２Ａの小部分（詳細には、図２（ａ）中右側の端部）から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ｂの小部分（詳細には、図２（ａ）中右側の端部）で受信される。

一方、図３（ａ）は、試験体１０１上に配置された四振動子垂直探触子１の向きを表す上面図であって、試験体１０１の横穴１０２の延在方向（図中左右方向）に対する探触子１の方位角が９０度である場合を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）中断面Ｆ−Ｆによる縦断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）中断面Ｇ−Ｇによる縦断面図である。

この場合は、送信用振動子２Ａの大部分（詳細には、図３（ａ）中左右方向の全体）から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ｂの大部分（詳細には、図３（ａ）中左右方向の全体）で受信される。同様に、送信用振動子２Ｂの大部分（詳細には、図３（ａ）中左右方向の全体）から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ａの大部分（詳細には、図３（ａ）中左右方向の全体）で受信される。

また、送信用振動子２Ａの小部分（詳細には、図３（ａ）中下側の端部）から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ａの小部分（詳細には、図３（ａ）中下側の端部）で受信される。同様に、送信用振動子２Ｂの小部分（詳細には、図３（ａ）中上側の端部）から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ｂの小部分（詳細には、図３（ａ）中上側の端部）で受信される。

そのため、探触子１の方位角が０度である場合の検出強度と、探触子１の方位角が９０度である場合の検出強度が同じになる。

図４で示すように、試験体１０１の横穴１０２の延在方向に対する探触子１の方位角が４５度である場合は、送信用振動子２Ａの大部分から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ａ，３Ｂで受信される。また、送信用振動子２Ｂの大部分から送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ａ，３Ｂで受信される。

図５で示すように、試験体１０１の横穴１０２の延在方向に対する探触子１の方位角が１３５度である場合は、送信用振動子２Ａ，２Ｂから送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ａの大部分で受信される。また、送信用振動子２Ａ，２Ｂから送信された超音波が横穴１０２で反射され、その反射波が受信用振動子３Ｂの大部分で受信される。

そのため、探触子１の方位角が０度及び９０度である場合の検出強度だけでなく、探触子１の方位角が４５度及び１３５度である場合の検出強度も同じになる。また、探触子１の方位角が０度、９０度、４５度、及び１３５度以外である場合の検出強度も同じになる。したがって、対象物の欠陥の延在方向に対する探触子１の向きが変化しても検出強度を同じにできる。

その結果、四振動子垂直探触子１の感度校正を行う際、探触子１の向きを考慮する必要がなくなり、誤設定を防止できる。また、被検査体の検査を行う際、探触子１の向きを変えて少なくとも２回の検査を行う必要がなくなり、検査時間を短縮することができる。

なお、第１の実施形態においては、特に説明しなかったが、図６で示す変形例のように、四振動子垂直探触子１は、二つの送信用振動子２Ａ，２Ｂ及び二つの受信用振動子３Ａ，３Ｂと対象物の間に介在させる四つの音響遅延材（シュー）６をさらに備えてもよい。音響遅延材６は、例えばアクリルで成形され、部分円錐形状を有している。そして、音響遅延材６の振動子設置面の傾斜角θを調整することにより、焦点深さを設定してもよい。

また、第１の実施形態として、二つの送信用振動子２Ａ，２Ｂ、二つの受信用振動子３Ａ，３Ｂ、及び音響隔離材４を備え、送信用振動子と受信用振動子が交互となるように配置された四振動子垂直探触子１を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、図７で示す第２の実施形態のように、三つの送信用振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、三つの受信用振動子３Ａ，３Ｂ，３Ｃ、及び音響隔離材４を備え、送信用振動子と受信用振動子が交互となるように配置された六振動子垂直探触子１Ａとしてもよい。また、図８で示す第３の実施形態のように、四つの送信用振動子２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ、四つの受信用振動子３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ、及び音響隔離材４を備え、送信用振動子と受信用振動子が交互となるように配置された八振動子垂直探触子１Ｂとしてもよい。これら第２及び第３の実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

１四振動子垂直探触子
１Ａ六振動子垂直探触子
１Ｂ八振動子垂直探触子
２Ａ〜２Ｄ送信用振動子
３Ａ〜３Ｄ受信用振動子
４音響隔離材
６音響遅延材

Claims

対象物に超音波を同時に送信する複数の送信用振動子と、
前記複数の送信用振動子と同数であって、前記対象物からの反射波を受信する複数の受信用振動子と、
前記複数の送信用振動子及び前記複数の受信用振動子の間に配置された音響隔離材とを備え、
前記複数の送信用振動子及び前記複数の受信用振動子は、探触子の底面に対して垂直な軸を中心とする周方向に前記送信用振動子と前記受信用振動子が交互となるように配置されたことを特徴とする多振動子垂直探触子。
請求項１に記載の多振動子垂直探触子において、
前記複数の送信用振動子及び前記複数の受信用振動子と前記対象物の間に介在させる複数の音響遅延材をさらに備えたことを特徴とする多振動子垂直探触子。