JP2934524B2 - 超音波検査による破損管検出方法 - Google Patents

超音波検査による破損管検出方法

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JP2934524B2 JP3086999A JP8699991A JP2934524B2 JP 2934524 B2 JP2934524 B2 JP 2934524B2 JP 3086999 A JP3086999 A JP 3086999A JP 8699991 A JP8699991 A JP 8699991A JP 2934524 B2 JP2934524 B2 JP 2934524B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉用燃料集合体の
燃料棒等の管体における破損を超音波を用いて検出する
超音波検査による破損管検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、原子炉用燃料集合体の破損燃料棒
を検出する方法として、一般に超音波検査による方法が
用いられている。すなわち、放射能遮蔽用の水を張った
検査ピットに燃料集合体を収納し、超音波信号の伝播状
態により破損燃料棒を検出するようにしている。この場
合、原子炉用燃料集合体において、図4(a)に示すよ
うに同一径の燃料棒(被覆管)1が水平断面において碁
盤目状に規則的に配置されていることを前提とし、超音
波発信子である送信試験ヘッド2と受信試験ヘッド3と
の間に燃料棒1を位置させ、送信試験ヘッド2で発信し
た超音波信号を受信試験ヘッド3で受信し、その被覆管
伝播エコーを評価することによって燃料棒1の破損を検
出している。なお、図4(a)において、4は発信側プ
ローブ、5は受信側プローブ、6は案内管である。
【0003】この場合、試験されるべき各燃料棒1に対
する期待範囲(ゲート範囲)を予め決定し、送信試験ヘ
ッド2から直接に受信試験ヘッド3に到達する信号(直
通エコー)から被覆管伝播エコーを分離することによ
り、被覆管伝播エコーのみを精度良く評価するようにし
ている。
【0004】この方法は、試験されるべき各燃料棒1に
対する時間的期待範囲の起点を予め、つまり、燃料棒1
が送信試験ヘッド2と受信試験ヘッド3との間に存在す
る前に決定するという目的のために、最後に測定された
燃料棒と新しく測定されるべき燃料棒との空間におい
て、送信試験ヘッド2と受信試験ヘッド3との間の超音
波信号の走行時間を測定し、この値から走行時間測定の
際に受信された超音波(直行エコー)が期待範囲に入ら
ないように選ばれた一定の値を差し引くことを特徴とし
ている。即ち、図4(a)に示すように各々の燃料棒1
を試験する前に試験ヘッド間距離、つまり、図4(b)
中の送信パルスSIと直通エコーDEとの間の時間TL
を測定した後、この時間TL より一定の値Cを差し引い
た点を起点とした期待範囲7(B)を設定することによ
り、図5に示すように直通エコーDEより時間的に早く
受信試験ヘッド3に到達する被覆管伝播エコーUEのみ
が得られることになる。この方法により各燃料棒1の試
験毎に試験ヘッド間距離が変化しても、被覆管毎に期待
範囲7を追従させることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法は、あくまでも燃料棒1毎に期待範囲7を追従
させる方法であり、図4のように期待範囲7を設定した
後に試験ヘッド3,4が変化した場合は、期待範囲7内
に直通エコーDEが入ることや、期待範囲7内から被覆
管伝播エコーUEがはずれることが起こる。すなわち、
被覆管(燃料棒)の配置は、上記したように碁盤目配置
であるが、その一部が径の大きい制御棒案内管6に入れ
代わっているので、期待範囲7内から被覆管伝播エコー
UEがはずれることが起こる。このような場合には、被
覆管伝播エコーUEと直通エコーDEの分離が不可能と
なり、このため破損被覆管(燃料棒)を検出することが
できなくなる虞れがある。
【0006】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、試験ヘッド間距離が変化した場合においても、被覆
管伝播エコーを確実にとらえて評価でき、破損管を確実
に検出し得る超音波検査による破損管検出方法を提供す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、駆動制御装置
により位置が制御される超音波発信素子及び受信素子を
被検査管の両側に配置し、上記発信素子より発信されて
上記被検査管の内部を伝播してくる超音波を受信素子で
受信し、その受信信号を評価して被検査管の破損を検出
する超音波検査による破損管検出方法において、上記受
信素子で受信した信号を所定時間幅の複数のゲートから
なるマルチゲートで選択し、各ゲートで選択された受信
信号の大きさと伝播時間及び上記駆動制御装置より得ら
れる超音波発信位置のデータを記憶し、その記憶データ
の中から受信信号の伝播時間差及び発信位置より管伝播
波を選択し、この選択した管伝播波の大きさに基づいて
被検査管の破損を検出することを特徴とするものであ
る。
【0008】
【作用】被検査管の位置と試験ヘッド(発信素子及び受
信素子)の位置の対応が明らかにされている場合、記録
されている試験ヘッド位置信号より、試験ヘッドの各状
態の信号を選択することが可能となり、また、その位置
信号に対応した信号伝播時間信号とエコー高さデータが
マルチゲートにより複数個得られる。このデータ中の最
大エコー高さのデータが直通エコー、つまり、発信素子
から発信された超音波が被検査管を介さずに直接受信素
子に達した直通エコーである。そこで、この時の直通エ
コーの信号伝播時間データを基に、この時点の前後の信
号伝播時間を時系列的に整理することにより、直通エコ
ーの信号伝播時間とそのデータに対応するエコー高さデ
ータを選択することが可能になる。そして、選択した被
検査管被の伝播エコーに基づいて被検査管の破損を検出
することができる。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。
【0010】図1及び図2は、原子炉用燃料集合体の破
損燃料棒を検出する場合の例について示したもので、探
傷器の試験ヘッド位置に対する被覆管伝播エコーUEと
直通エコーDEの信号伝播時間及びエコー高さを示して
いる。上記探傷器としては、詳細を後述するマルチゲー
ト機能付きのものを使用する。
【0011】図1(a)は、放射能遮蔽用の水を張った
検査ピットにおいて、1列に並んだ燃料棒1を挟むよう
に送信試験ヘッド2と受信試験ヘッド3が駆動制御装置
(図示せず)により挿入/引抜きされた時の状態を示し
ている。上記燃料棒1の被覆管としては、例えばジルコ
ニウム基合金等の金属が用いられる。上記送信試験ヘッ
ド2は発信側プローブ4を介して、また、受信試験ヘッ
ド3は受信側プローブ5を介して評価装置(図示せず)
に接続される。上記図1(a)において、状態Aは、試
験ヘッド2,3間に燃料棒1が介在せず、送信試験ヘッ
ド2からの超音波が直接受信試験ヘッド3に達した場合
で、直通エコーDEのみが存在する。状態Bは、試験ヘ
ッド2,3間に燃料棒1が介在し、送信試験ヘッド2か
らの超音波が燃料棒1の管壁内を通って受信試験ヘッド
3に達した場合で、被覆管伝播エコーUEのみが存在す
る。状態Cは、試験ヘッド2,3間の一部に燃料棒1が
介在している場合で、上記直通エコーDEと、被覆管伝
播エコーUEが混在する。
【0012】図1(b)は、同図(a)における試験ヘ
ッド2,3の状態及び燃料棒1の配列に対応しており、
試験ヘッド2,3の各位置毎に得られる被覆管伝播エコ
ーUE(実線)及び直通エコーDE(破線)の信号伝播
時間を示している。なお、同図において、実線で示す区
間は被覆管伝播エコーUEが得られる区間を、また、破
線で示す区間は直通エコーDEが得られる区間を示して
いる。上記被覆管伝播エコーUEは、送信試験ヘッド2
から出力された超音波が燃料棒1の管壁内を通って伝播
した信号であり、直通エコーDEは送信試験ヘッド2か
ら出力された超音波が燃料棒1の管壁を通らないで、水
中をそのまま伝播する信号である。上記エコーの高さ
は、減衰によって変化する。水中を通る直通エコーDE
は、伝播速度が低い割には余り減衰されないので、相対
的にレベルが高い。また、燃料棒1の被覆管は、通常で
は上記したように金属が用いられるので、被覆管伝播エ
コーUEの伝播速度は大きいがレベルは低くなる。
【0013】図1(c)は、同図(a)に示す記試験ヘ
ッド2,3の状態及び燃料棒1の配列に対応しており、
試験ヘッド2,3の各位置毎に得られる被覆管伝播エコ
ーUE(実線)及び直通エコーDE(破線)のエコー高
さを示している。
【0014】また、図2(a)〜(c)は、試験ヘッド
間2,3間の距離が変化した場合の試験ヘッド位置及び
試験ヘッド間距離に対する被覆管伝播エコーUEと直通
エコーDEの信号伝播時間及びエコー高さを示してい
る。この図2に示すような場合においても、上記図1の
場合と同様に試験ヘッド2,3が燃料棒1の端部位置に
存在する場合には、被覆管伝播エコーUEと直通エコー
DEが混在し、それ以外の位置では混在しない。また、
被覆管伝播エコーUEと直通エコーDEが混在する場
合、各々のエコーの伝播時間差はほぼ一定である。従っ
て、試験ヘッド位置信号各々のエコーの伝播時間及びエ
コー高さのデータを時系列的に整理すれば、被覆管伝播
エコーUEと直通エコーDEとを分離することができ
る。
【0015】このため本発明では、マルチゲート機能を
有する探傷器を用いて試験ヘッド位置信号各々のエコー
の伝播時間及びエコー高さのデータを時系列的に整理し
て被覆管伝播エコーUEと直通エコーDEとを分離する
ようにしており、以下、時系列的なデータ処理について
説明する。
【0016】図3(a)〜(c)は、図1(a)に示し
た試験ヘッド2,3の状態A,B,Cにおいて得られる
エコーの信号伝播時間とエコー高さの関係を示してい
る。なお、図3は、評価装置におけるマルチゲート11
として5個のゲート(a,b,c,d,e)を設けた場
合について示してある。すなわち、マルチゲート機能
は、送信試験ヘッド2から放射した超音波が受信試験ヘ
ッド3にて受信された際、信号伝播時間に応じてマルチ
ゲート11が作動し、予め設定された伝播時間をもつ信
号を選択して取り出すようにしたものである。
【0017】図3(a)は、図1(a)の状態Aにおい
て得られるエコーを示したもので、送信試験ヘッド2か
らの送信パルスSIに対し、受信試験ヘッド3にて直通
エコーDEのみが受信され、マルチゲート11内の第4
ゲートdを介して直通エコーDEが取り出された状態を
示している。
【0018】図3(b)は、図1(a)の状態Bにおい
て得られるエコーを示したもので、送信試験ヘッド2か
らの送信パルスSIに対し、受信試験ヘッド3にて被覆
管伝播エコーUEのみが受信され、マルチゲート11内
の第2ゲートbを介して被覆管伝播エコーUEが取り出
された状態を示しいいる。
【0019】図3(c)は、図1(a)の状態Cにおい
て得られるエコーを示したもので、送信試験ヘッド2か
らの送信パルスSIに対し、受信試験ヘッド3にて被覆
管伝播エコーUE及び直通エコーDEが受信され、マル
チゲート11内の第2ゲートbを介して被覆管伝播エコ
ーUEが取り出され、第4ゲートdを介して直通エコー
DEが取り出された状態を示している。
【0020】しかして、各試験ヘッド2,3の位置信
号、つまり、ヘッド駆動制御装置(図示せず)より得ら
れる位置信号及びそれぞれの位置で得られるエコーの伝
播時間とエコー高さをデータとして記録し、それらのデ
ータを時系列的に処理することにより、被覆管伝播エコ
ーUEと直通エコーDEとを分離する。
【0021】例えば燃料棒1の位置と試験ヘッド2,3
の位置の対応が明らかにされている場合、記録されてい
る試験ヘッド位置信号より、状態Aの信号を選択するこ
とが可能となり、また、その位置信号に対応した信号伝
播時間信号とエコー高さデータが複数個(マルチゲート
11のゲート数だけ)得られる。すなわち、図3の例で
は信号伝播時間信号とエコー高さがそれぞれ5個得られ
ることになる。このデータ中の最大エコー高さのデータ
が直通エコーDEである。そこで、この時の直通エコー
DEの信号伝播時間データを基に、この時点の前後の信
号伝播時間を時系列的に整理、つまり、図1(b)、図
2(b)に破線で示す直通エコーDEを選択することに
より、直通エコーDEの信号伝播時間とそのデータに対
応するエコー高さデータを選択することが可能になる。
【0022】次に被覆管伝播エコーUEについては、状
態Cにおいて、直通エコーDE、つまり、上記のように
してすでに分離したエコーより、ある一定の時間差を持
つデータ(図3(c)における第2ゲートbのデータ)
に着目し、そのデータを時系列的に整理することで、被
覆管伝播エコーUEを分離することができる。上記の処
理を各燃料棒1毎に実施することにより、被覆管伝播エ
コーUEを分離することができる。
【0023】評価については、エコー分離後に各燃料棒
1に対する被覆管伝播エコーUEに対するエコー高さを
評価装置において比較評価することにより実施する。燃
料棒1が破損して被覆管内に液体が入った場合には、信
号が減衰してエコー高さが低くなるので、そのエコー高
さをチェックすることにより、破損した燃料棒1を正確
に検出することができる。
【0024】上記実施例では、原子炉用燃料集合体の破
損燃料棒を検出する場合について説明したが、その他、
石油、化学プラント等の管の保守点検時の管内物質の存
在判定等に利用し得るものである。
【0025】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、試
験ヘッド間の距離が変化しても、被覆管伝播エコーと直
通エコーとを分離して評価することが可能となり、超音
波検査による破損管の検出を正確に行なうことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における被覆管伝播エコーと
直通エコーの信号伝播時間、エコー高さ及び試験ヘッド
位置の関係を示す図。
【図2】同実施例における試験ヘッド間距離が変化した
場合の被覆管伝播エコーと直通エコーの信号伝播時間、
エコー高さ及び試験ヘッド位置の関係を示す図。
【図3】図1の試験ヘッドの各状態A,B,Cにおいて
得られるエコーとマルチゲートとの関係を示す図。
【図4】従来の超音波検査による破損管検出方法におけ
る被覆管伝播エコーと直通エコーの分離方法を示す図。
【図5】従来の超音波検査による破損管検出方法におけ
る被覆管伝播エコーと直通エコーの分離方法を示す図。
【符号の説明】
1…燃料棒、2…送信試験ヘッド、3…受信試験ヘッ
ド、4…発信側プローブ、5…受信側プローブ、6…案
内管、7…期待範囲、11…マルチゲート、DE…直通
エコー、UE…被覆管伝播エコー。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 駆動制御装置により位置が制御される超
    音波発信素子及び受信素子を被検査管の両側に配置し、
    上記発信素子より発信されて上記被検査管の内部を伝播
    してくる超音波を受信素子で受信し、その受信信号を評
    価して被検査管の破損を検出する超音波検査による破損
    管検出方法において、上記受信素子で受信した信号を所
    定時間幅の複数のゲートからなるマルチゲートで選択す
    る選択手段と、上記各ゲートで選択された受信信号の大
    きさと伝播時間及び上記駆動制御装置より得られる超音
    波発信位置のデータを記憶する記憶手段と、この手段に
    より記憶したデータの中から受信信号の伝播時間差及び
    発信位置より管伝播波を選択し、この選択した管伝播波
    の大きさに基づいて被検査管の破損を検出する手段とを
    具備したことを特徴とする超音波検査による破損管検出
    方法。
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