JP6285813B2

JP6285813B2 - 亀裂検出方法

Info

Publication number: JP6285813B2
Application number: JP2014136801A
Authority: JP
Inventors: 早衛萱野
Original assignee: Wadeco Co Ltd
Current assignee: Wadeco Co Ltd
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2034-07-02
Also published as: JP2016014591A

Description

本発明は、マイクロ波またはミリ波を用いてレンガ等の耐火物やセラミックス部材、ガラス部材等に亀裂が発生していないかを検出する方法に関する。

コークス乾式消火設備や焼却炉等の炉壁はレンガで形成されているが、溶鉄との接触や、燃焼熱による高熱に晒されたり、内容物との摩擦のため、炉の稼働とともに炉壁の劣化や摩耗が経時的に進行している。炉壁の劣化状態を知るために、炉壁の厚さを測定することが行われており、例えば特許文献１では、マイクロ波を炉壁に向けて送信し、表面と裏面とで反射されたマイクロ波を受信し、マイクロ波の送信から受信までの時間差を基に表面及び裏面の位置情報（距離スペクトル）を求め、両者間の距離を炉壁の厚さとして求めている。そして、初期からの炉壁の厚さの変化に基づき、補修時期を推定する等の対策に役立てている。

しかしながら、特許文献１の方法では、炉壁の厚さを検出することができるものの、炉壁内（厚み部分）に亀裂がある場合、亀裂を検出することはできない。

炉壁を形成するレンガの内部には製造時の空孔が多数存在しており、この空孔が燃焼熱に晒されることにより徐々に膨張して亀裂へと進展し、ある時期に突然、亀裂に沿って炉壁が剥離することがある。特許文献１のように、マイクロ波により炉壁の厚さを検出する方法では、測定可能な程度に厚さが変化するまでにはある程度の時間を要するが、レンガ内の空孔の膨張は炉の稼働中に徐々に進行するため、厚さの変化が見られない場合でも亀裂が発生している。

炉壁の表面に現れる亀裂は目視でもある程度確認できるが、炉壁内に発生した亀裂を検出することはできない。また、ハンマーで打診検査することも考えられるが、経験が必要であり、ある程度大きな亀裂でないと検出できず、更には亀裂の位置も正確には検出できない。あるいは、Ｘ線回折装置を用いて炉壁内を観察することも考えられるが、炉全体にわたり観察することは困難である。

特開２００６−１５３８４５号公報

上記したように、炉壁の厚さの変化よりも、炉壁内の亀裂の方が炉の劣化診断において重要になると考えられるが、従来の方法では炉壁内の亀裂を正確に検出することは困難であった。そこで、本発明は、炉壁等の内部に発生した亀裂を正確に、かつ、簡便な方法により検出できる方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は下記の方法を提供する。
（１）使用前及び所定時間使用後に、同一条件にてマイクロ波またはミリ波を被検出物体に向けて送信し、反射波を受信して該反射波の反射位置毎の受信強度を示す距離スペクトルを測定し、被検出物体のマイクロ波またはミリ波の入射面で反射された反射波による第１のピークと、前記入射面と対向する面で反射された反射波による第２のピークとを抽出するとともに、下記（Ａ）及び（Ｂ）の少なくとも一方に該当するときに、所定時間使用後に被検出物体内に亀裂が発生したと判断することを特徴とする亀裂検出方法。
（Ａ）使用前に測定した距離スペクトルＳ１における第１のピークと第２のピークとの間の部分スペクトルＡ１と、所定時間使用後に測定した距離スペクトルＳ２における第１のピークと第２のピークとの間の部分スペクトルＡ２とを比較し、部分スペクトルＡ２の中に部分スペクトルＡ１には無いピークが存在する（第１の亀裂検出方法）
（Ｂ）距離スペクトルＳ１とともに位相スペクトルφ１を測定し、第１のピークにおける位相と第２のピークにおける位相との位相差Δφ１を求め、距離スペクトルＳ２とともに位相スペクトルφ２を測定し、第１のピークにおける位相と第２のピークにおける位相との位相差Δφ２を求め、Δφ１とΔφ２に差がある（第２の亀裂検出方法）
（２）前記（Ａ）において、距離スペクトルＳ１と距離スペクトルＳ２とで、スペクトルの差分を求め、差分があるときに亀裂が発生したと判断することを特徴とする上記（１）記載の亀裂検出方法。
（３）被検出物体が、レンガ、セラミックス部材またはガラス部材であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の亀裂検出方法。

本発明によれば、被検出物体の内部に発生した亀裂の有無、更に亀裂の発生箇所を正確に検出することができる。

本発明方法を実施するための検出装置を示す模式図でもある。図１に示す検出装置で得られる距離スペクトルを示す図である。亀裂の無いレンガの距離スペクトルを示す図である。亀裂の有るレンガの距離スペクトルを示す図である。距離スペクトルＳ１と距離スペクトルＳ２との差分を求める方法（０リセット）を説明するための図である。亀裂の無いレンガの距離スペクトル（ａ）及び位相スペクトル（ｂ）を示す図である。亀裂の有るレンガの距離スペクトル（ａ）及び位相スペクトル（ｂ）を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

（検出装置）
図１は本発明で用いる検出装置を示す模式図であるが、基本的には、特許文献１に示すような、被検出物体の厚さを測定するために使用される従来の検出装置と同様である。

送受信器１０のアンテナ１１から、マイクロ波またはミリ波を被検出物体１に向けて送信する。送信波Ｍの一部は、被検出物体１の表面１ａ（送信波Ｍの入射面）で反射され、反射波Ｒ１として送受信器１０で受信される。また、残りは被検出物体１を伝搬して裏面１ｂ（入射面と対向する面）で反射され、反射波Ｒ２として送受信器１０で受信される。このマイクロ波またはミリ波の送受信はＦＭ−ＣＷ方式で行われ、図２に示すような、反射位置毎の受信強度を示す距離スペクトルが得られる。

図２の横軸はアンテナからの距離、縦軸は反射波の受信強度を示すが、アンテナ１１から被検出物体１の表面１ａまでの距離に相当する位置ｄａに、反射波Ｒ１による大きなピークＰａが現れ、アンテナ１１から裏面１ｂまでの距離に相当する位置ｄｂに、反射波Ｒ２による大きなピークＰｂが現れる。そして、ｄａとｄｂとの距離が、被検出物体１の厚さｔとなる。

（第１の亀裂検出方法：距離スペクトルの比較）
本発明の第１の亀裂検出方法では、使用前と所定時間使用後とでマイクロ波またはミリ波の送受信を行い、使用前後の両距離スペクトルを比較する。ここでは、被検出物体１として、コークス乾式消火設備や焼却炉の炉壁材料として一般的なレンガを用いるとともに、使用前の被検出物体１として新品で亀裂の無いレンガを用い、所定時間使用後の被検出物体１として、使用に伴う亀裂が発生したことを想定して、亀裂を形成しておいたレンガを用いた。また、検出波としてマイクロ波を用いた。

先ず、送受信器１０のアンテナ１１から亀裂の無いレンガ１に向けてマイクロ波Ｍを送信し、その反射波を受信して反射位置毎の受信強度を測定する。図３にそのときの距離スペクトルＳ１を示すが、位置ｄ１と位置ｄ２に大きなピークＰ１，Ｐ２が現れており、ピークＰ１はレンガ１の表面１ａによる反射波Ｒ１のピークであり、ピークＰ２はレンガ１の裏面１ｂによる反射波Ｒ２のピークである。また、（ｄ１−ｄ２）間距離がレンガ１の厚さに相当する。

また、亀裂の有るレンガ１に向けて、同条件にてマイクロ波Ｍを送信し、その反射波を受信して反射位置毎の受信強度を測定する。図４にそのときの距離スペクトルＳ２を示すが、新たに、ｄｃの位置に亀裂Ｃで反射された反射波ＲｃのピークＰｃが明確に現れている。レンガ１の亀裂Ｃは空気層であり、レンガ１の表面１ａ（位置ｄ１）や裏面１ｂ（位置ｄ２）での反射によるピークＰ１，Ｐ２のように、大きなピークとなって現れる。尚、亀裂Ｃの幅は微小で、レンガ自体の厚さに比べて無視できるため、亀裂の有るレンガ１でも、亀裂の無いレンガ１において位置ｄ１及び位置ｄ２に現れたピークＰ１及びピークＰ２が、距離スペクトルＳ２でもそのまま現れる。

そして、レンガ１の厚み部分に存在するスペクトル、即ち、（ｄ１−ｄ２）間に存在する距離スペクトルＳ１の部分スペクトルＡ１と、距離スペクトルＳ２の部分スペクトルＡ２とを比較し、部分スペクトルＡ１にはない、部分スペクトルＡ２に特有のピークＰｃが現れた時に、レンガ１に亀裂が生じていると判断することができる。また、ピークＰｃが現れる位置ｄｃから、レンガ１の厚さ方向における亀裂Ｃの位置を知ることもできる。

また、レンガ１の亀裂Ｃが微細である場合には、図４に示したような明確なピークＰｃが現れないことがある。そこで、距離スペクトルＳ１と距離スペクトルＳ２との差分を求める。具体的には、亀裂の無いレンガ１の距離スペクトルＳ１（図３と同一；図５（ａ））を測定し、その全部または一部（例えばピークＰ１，Ｐ２及び部分スペクトルＡ１）の受信強度を０にする（０リセット）。図５（ｂ）には、距離スペクトルＳ１の全受信強度を０にしたスペクトルＳ´を示す。そして、この０リセットした状態で、亀裂の有るレンガ１の距離スペクトルＳ２（図４と同一；図５（ｃ））を測定する。そして、０リセットした距離スペクトルＳ１との差分を求めると、図５（ｄ）に示すように、ピークＰｃの他にも新たなピーク（例えばＰｃ１やＰｃ２）が現れる。これら新たなピークＰｃ１、Ｐｃ２も距離スペクトルＳ１にないピークであり、亀裂による反射であると判断することができる。このように、距離スペクトルＳ１と距離スペクトルＳ２との差分を求めることにより、微細な亀裂を検出することができる。

更に、反射面に凹凸があると、反射波は種々の方向に散乱するため、距離スペクトルを測定したときに、表面や裏面のピークは幅広、もしくは複数のピークが重なったような波形を呈する。例えばコークス乾式消火設備や焼却炉では、内壁が内容物との接触により摩耗したり、燃焼熱に晒されて劣化して凹凸が形成されている。そこで、上記方法に従い、稼働前と所定時間稼働後に、炉の外部からマイクロ波を送信し、炉壁を伝搬して内壁（裏面１ｂに相当）で反射された反射波のピーク（ピークＰ２に相当）に着目し、所定時間稼働後に測定した内壁による反射波のピークが、稼働前に測定した内壁による反射波のピークよりも幅広、もしくは複数のピークが重なったような波形である場合、内壁に凹凸が生じている可能性が高いと推測することもできる。

（第２の亀裂検出方法：位相スペクトルの比較）
本発明の第２の亀裂検出方法では、使用前と所定時間使用後とで、距離スペクトルに対応する位相スペクトルを求め、比較することにより亀裂を検出する。ここでは、第１の亀裂検出方法と同様に、亀裂の無いレンガと、亀裂の有るレンガを例示して説明する。

先ず、第１の亀裂検出方法に従い、亀裂の無いレンガ１に対してマイクロ波の送受信を行い、距離スペクトルを測定する。図６（ａ）は、亀裂の無いレンガ１の距離スペクトルＳ１であり、図３に示した距離スペクトルと同一である。

それとともに、位相を測定する。マイクロ波は、レンガ１の内部を伝搬する間にその位相が変化し、得られる位相スペクトルφ１では、同図（ｂ）に示すように、レンガ１の表面１ａに対応する位置ｄ１での位相と、裏面１ｂに対応する位置ｄ２での位相とが異なり、位相差Δφ１が生じる。

また、亀裂の有るレンガ１に対しても同様に、距離スペクトルとともに位相スペクトルを測定する。図７（ａ）に、亀裂の有るレンガ１の距離スペクトルＳ２を示すが、図４に示した距離スペクトルと同一である。

それとともに、位相を測定して同図（ｂ）に示すような位相スペクトルφ２を得る。この位相スペクトルφ２では、位置ｄ１での位相と位置ｄ２での位相との位相差Δφ２が生じるが、亀裂のないレンガ１と比べると、レンガ１の内部を伝搬する間の位相の変化に加えて、亀裂Ｃを伝搬することによる位相の変化が加わるため、位相差Δφ２は、位相スペクトルφ１における位相差Δφ１よりも大きくなる。

このように、使用前及び所定時間使用後に、被検出物体に向けてマイクロ波またはミリ波の送受信を行って距離スペクトルまたは位相スペクトルを測定し、所定時間経過後の距離スペクトルまたは位相スペクトルに差が見られるときに、被検出物体の使用に伴う亀裂を検出することができる。

尚、所定時間使用後の時期に制限はなく、例えばコークス乾式消火設備や焼却炉の定期検査時とすることもできるが、マイクロ波やミリ波は熱による影響を受けないため、溶鉱炉や焼却炉の稼働中の任意の時期とすることもできる。また、所定時間使用後に測定した距離スペクトルまたは位相スペクトルを、使用前の距離スペクトルまたは位相スペクトルとし、次回の測定で得られた距離スペクトルまたは位相スペクトルと比較してもよい。あるいは、必要であれば、稼働中に連続して測定することもできる。

また、被検出物体にも制限はなく、レンガの他にも、セラミックスやガラス等の他の誘電体からなる構造部材についても、内部に発生した亀裂を正確に検出することができる。

更には、上記では外壁に向けてマイクロ波やミリ波を送信しているが、内壁側からマイクロ波やミリ波を送信して同様の処理をすることもできる。

１被検出物体
１ａ被検出物体の表面
１ｂ被検出物体の裏面
１０送受信器
１１アンテナ

Claims

使用前及び所定時間使用後に、同一条件にてマイクロ波またはミリ波を被検出物体に向けて送信し、反射波を受信して該反射波の反射位置毎の受信強度を示す距離スペクトルを測定し、被検出物体のマイクロ波またはミリ波の入射面で反射された反射波による第１のピークと、前記入射面と対向する面で反射された反射波による第２のピークとを抽出するとともに、下記（Ａ）及び（Ｂ）の少なくとも一方に該当するときに、所定時間使用後に被検出物体内に亀裂が発生したと判断することを特徴とする亀裂検出方法。
（Ａ）使用前に測定した距離スペクトルＳ１における第１のピークと第２のピークとの間の部分スペクトルＡ１と、所定時間使用後に測定した距離スペクトルＳ２における第１のピークと第２のピークとの間の部分スペクトルＡ２とを比較し、部分スペクトルＡ２の中に部分スペクトルＡ１には無いピークが存在する
（Ｂ）距離スペクトルＳ１とともに位相スペクトルφ１を測定し、第１のピークにおける位相と第２のピークにおける位相との位相差Δφ１を求め、距離スペクトルＳ２とともに位相スペクトルφ２を測定し、第１のピークにおける位相と第２のピークにおける位相との位相差Δφ２を求め、Δφ１とΔφ２に差がある
前記（Ａ）において、距離スペクトルＳ１と距離スペクトルＳ２とで、スペクトルの差分を求め、差分があるときに亀裂が発生したと判断することを特徴とする請求項１記載の亀裂検出方法。
被検出物体が、レンガ、セラミックス部材またはガラス部材であることを特徴とする請求項１または２記載の亀裂検出方法。