JP7235643B2

JP7235643B2 - 計測方法及び計測装置

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Publication number: JP7235643B2
Application number: JP2019208591A
Authority: JP
Inventors: 祐二松井
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2023-03-08
Anticipated expiration: 2039-11-19
Also published as: JP2021081303A

Description

本発明は、部材と部材の内側に存在する反射体との間に存在する気体の音速を計測する計測方法及び計測装置に関する。

例えば、災害により、可燃性ガス（詳細には、都市ガス又はＬＰガス等）を供給する配管や可燃性ガスを貯留する容器が損傷すれば、補修や撤去を行う。配管や容器の内部に可燃性ガスが残存する場合に、配管や容器を通常の切断方法で切断すると、切断時に発生する火花が可燃性ガスに着火して爆発する恐れがある。そのため、配管や容器を切断しないか、若しくは、火花が発生しない特殊な切断方法を採用する必要がある。一方、配管や容器から可燃性ガスが漏えいして空気と入れ替わっている場合は、配管や容器を通常の切断方法で即座に切断して、補修や撤去を迅速に行うことが可能である。配管や容器の切断方法を判断するためには、配管や容器の内部に存在する気体の種類を識別する必要がある。

気体の種類を識別する手法の一つとして、気体の音速を計測することが考えられる。都市ガスの主成分はメタンガスであり、メタンガスの音速は４４２ｍ／ｓ程度である。ＬＰガスの成分はプロパンガス及びブタンガス等であり、プロパンガスの音速は２６２ｍ／ｓ程度、ブタンガスの音速は２１２ｍ／ｓ程度である。空気の音速は３４０ｍ／ｓ程度である。そのため、配管や容器の内部に存在する気体の音速を計測すれば、気体が可燃性ガス又は空気であるかを判断することが可能である。あるいは、可燃性ガスの濃度を推定することが可能である。

特許文献１は、鋼製の配管（部材）の外側に配置された送信用探触子及びシューからなる送信部と、配管の外側に配置された受信用探触子及びシューからなる受信部を用いて、配管の内部に存在する気体の音速を計測する方法を開示する。送信部から鋼材中に斜角超音波を入射し、鋼材中を伝播した超音波が鋼材と気体の界面で屈折しながら気体中へ透過し、気体中を伝播した透過波が配管対向側の鋼材内表面で反射して配管送受信側に戻り、気体と鋼材の界面で屈折しながら鋼材中へ透過した斜角超音波を受信部で受信すると想定している。そして、前述した経路の超音波の伝播時間と配管の内径に基づいて、気体の音速を計算する。

特開２０１５－１７９０２７号公報

しかしながら、特許文献１では、部材の内部に気体のみが存在する場合を想定しており、部材の内部に水などの反射体も存在する場合を想定していない。そして、部材の内面と反射体の表面の間の距離が不明であれば、部材と反射体の間に存在する気体の音速を計測することができない。

本発明の目的は、部材の内面と反射体の表面の間の距離が不明であっても、部材と反射体の間に存在する気体の音速を計測することができる計測方法及び計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、部材の外側に配置された送信用探触子及びシューからなる送信部と、前記部材の外側に配置された受信用探触子及びシューからなる受信部を用いて、前記部材と前記部材の内側に存在する反射体との間に存在する気体の音速を計測する計測方法であって、前記送信部から送信されて前記部材中を伝播するガイド波が前記気体に漏洩して漏洩波となり、その後、前記気体中を伝播する漏洩波が前記反射体で反射されて前記部材に戻ってきてガイド波となり、その後、前記部材中を伝播するガイド波が前記受信部で受信される経路を、第１経路と定義したときに、前記第１経路の超音波を受信するように、前記受信部を配置する第１手順と、前記第１経路の超音波を前記受信部で受信し、前記第１経路の超音波の伝播時間を計算する第２手順と、前記第１経路に対して、前記送信部による前記ガイド波の送信位置が同じであるものの、前記反射体で反射された前記漏洩波の反射回数が異なるために、前記受信部による前記ガイド波の受信位置が異なる経路を、第２経路と定義したときに、前記第２経路の超音波を受信するように、前記受信部を配置する第３手順と、前記第２経路の超音波を前記受信部で受信し、前記第２経路の超音波の伝播時間を計算する第４手順と、前記第１経路の超音波の伝播時間のうちの前記ガイド波の伝播時間と前記第２経路の超音波の伝播時間のうちの前記ガイド波の伝播時間とが同じであると仮定し、前記第１経路の超音波の伝播時間と、前記第２経路の超音波の伝播時間と、前記第１経路における前記ガイド波の送信位置と受信位置の間の距離と、前記部材の音速とに基づいて、前記気体の音速を計算する第５手順とを有する。

本発明によれば、部材の内面と反射体の表面の間の距離が不明であっても、部材と反射体の間に存在する気体の音速を計測することができる。

本発明の第１の実施形態における計測装置の構成及び計測対象物を表す概略図である。図１の断面矢視II－IIによる断面図である。本発明の第１の実施形態における計測方法の手順を表すフローチャートである。図１で示された計測対象物にて想定される漏洩波の特性を表す図である。本発明の第１の実施形態における第１受信情報表示画面を表す図である。本発明の第１の実施形態における第１受信位置設定画面を表す図である。本発明の第１の実施形態における第２受信情報表示画面を表す図である。本発明の第１の実施形態における第２受信位置設定画面を表す図である。本発明の第１の実施形態における計測画面を表す図である。本発明の第２の実施形態における計測装置の構成及び計測対象物を表す概略図である。本発明の一変形例における計測対象物を表す概略図である。

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における計測装置の構成及び計測対象物を表す概略図であり、図２は、図１の断面矢視II－IIによる断面図である。

本実施形態の計測対象物は、鋼製の配管１と、配管１の内側に存在する水２（詳細には、例えば滞留水又は流水）と、配管１の鋼材と水２の間に存在する気体３とで構成されている。なお、本実施形態では、配管１の軸方向が水平方向（図１の左右方向）に延在し、同様に水２の表面が水平方向に延在する場合を例にとって説明するものの、これに限られない。例えば、配管１の軸方向が水平方向に対し若干傾斜し、同様に水２の表面が水平方向に対し若干傾斜してもよい。すなわち、配管１の軸方向と水２の表面が平行であることが好ましい。

本実施形態の計測装置は、配管１の鋼材と水２の間に存在する気体３の音速を計測するためのものである。この計測装置は、配管１の外面に配置された送信部１１及び受信部１２と、送信部１１及び受信部１２を制御する制御装置１３と、計算機１４と、入力装置１５と、表示装置１６とを備える。計算機１４は、コンピュータ等で構成されている。入力装置１５は、キーボードやマウス等で構成され、表示装置１６は、ディスプレイ等で構成されている。

送信部１１は、送信用探触子と、この送信用探触子と配管１の外面の間に介在するシューとを備える。同様に、受信部１２は、受信用探触子と、この受信用探触子と配管１の外面の間に介在するシューとを備える。送信部１１及び受信部１２は、配管１の周方向における位置が同じであるものの、配管１の軸方向における位置が異なるように配置される。なお、配管１の外面には、配管１の軸方向に目盛りが罫書されており、受信部１２の位置（言い換えれば、送信部１１によるガイド波の送信位置と受信部１２によるガイド波の受信位置との間の距離）を作業者が目測可能としている。

制御装置１３は、パルサ１７及びレシーバ１８を備える。パルサ１７は、送信部１１の送信用探触子へ電気信号を出力して、鋼材中にガイド波を励振する。受信部１２の受信用探触子は、配管１の鋼材中を伝播するガイド波を受信し、電気信号に変換してレシーバ１８へ出力する。レシーバ１８は、受信部１２からの電気信号を計算機１４へ出力する。計算機１４は、電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、これに基づいて計算や表示などの処理を行う。

ここで、本実施形態の特徴として、受信部１２は、図１中実線で示すように配置されて第１経路の超音波を受信し、計算機１４は、制御装置１３を介し受信部１２から入力された電気信号に基づいて、第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１を計算する。本実施形態の第１経路とは、送信部１１から送信されて配管１の鋼材中を伝播するガイド波Ａ１が気体３に漏洩して漏洩波（縦波）Ｂ１となり、その後、気体３中を伝播する漏洩波Ｂ１が水２の表面で反射され、その一部が配管１の鋼材に戻ってきてガイド波Ａ２となり、その後、配管１の鋼材中を伝播するガイド波Ａ２が受信部１２で受信される経路である。すなわち、水２の表面で反射された漏洩波の反射回数が１回である経路である。

また、受信部１２は、図１中点線で示すように配置されて第２経路の超音波を受信し、計算機１４は、制御装置１３を介し受信部１２から入力された電気信号に基づいて、第２経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ２を計算する。本実施形態の第２経路とは、送信部１１から送信されて配管１の鋼材中を伝播するガイド波Ａ１が気体３に漏洩して漏洩波Ｂ１となり、その後、気体３中を伝播する漏洩波Ｂ１が水２の表面で反射され、その一部が配管１の内面で更に反射され、その後、気体３中を伝播する漏洩波Ｂ２が水２の表面で再び反射され、その一部が配管１の鋼材に戻ってきてガイド波Ａ３となり、その後、配管１の鋼材中を伝播するガイド波Ａ３が受信部１２で受信される経路である。すなわち、第１経路に対して、送信部１１によるガイド波の送信位置が同じであるものの、水２で反射された漏洩波の反射回数が２回であって異なるために、受信部１２によるガイド波の受信位置が異なる経路である。

計算機１４は、上述した第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１及び第２経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ２と、第１経路におけるガイド波の送信位置と受信位置の間の距離Ｌ_Ｐ１と、配管１の鋼材の音速Ｖ_ｓとに基づいて、気体３の音速や、配管１の内面と水２の表面の間の距離Ｌ_ｇａｐを計算する。

次に、上述した計測装置を用いた計測方法の概要について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態における計測方法の手順を表すフローチャートである。

ステップＳ１にて、作業者は、第１経路の超音波を受信するように、受信部１２を配置する。ステップＳ２にて、制御装置１３のパルサ１７は、送信部１１の送信用探触子へ電気信号を出力して、配管１の鋼材中にガイド波を励振させる。受信部１２の受信用探触子は、第１経路の超音波を受信し、電気信号に変換して制御装置１３のレシーバ１８へ出力する。計算機１４は、制御装置１３を介し受信部１２から入力された電気信号に基づいて、第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１を計算する。

ステップＳ３にて、作業者は、第２経路の超音波を受信するように、受信部１２を配置する。ステップＳ４にて、制御装置１３のパルサ１７は、送信部１１の送信用探触子へ電気信号を出力して、配管１の鋼材中にガイド波を励振させる。受信部１２の受信用探触子は、第２経路の超音波を受信し、電気信号に変換して制御装置１３のレシーバ１８へ出力する。計算機１４は、制御装置１３を介し受信部１２から入力された電気信号に基づいて、第２経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ２を計算する。

ステップＳ５にて、計算機１４は、ステップＳ２で計算された第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１と、ステップＳ４で計算された第２経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ２と、第１経路におけるガイド波の送信位置と受信位置の間の距離Ｌ_Ｐ１と、配管１の鋼材の音速Ｖ_ｓとに基づいて、気体３の音速Ｖ_ｇを計算する。

ステップＳ６にて、計算機１４は、第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１と、第２経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ２と、第１経路におけるガイド波の送信位置と受信位置の間の距離Ｌ_Ｐ１と、配管１の鋼材の音速Ｖ_ｓとに基づいて、配管１の内面と水２の表面の間の距離Ｌ_ｇａｐを計算する。

表示装置１６は、計算機１４で計算された気体３の音速Ｖ_ｇや、配管１の内面と水２の表面の間の距離Ｌ_ｇａｐを表示する。

次に、上述した気体３の音速Ｖ_ｇや、配管１の内面と水２の表面の間の距離Ｌ_ｇａｐを計算する方法について詳述する。

配管１と気体３の境界面における漏洩波Ａ１の屈折角をφとした場合、スネルの法則に従い、下記の式（１）が成立する。配管１の音速Ｖ_ｓは既知であるものの、気体３の種類が不明であるため、漏洩波Ａ１の屈折角φは未知である。

第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１は、ガイド波Ａ１，Ａ２の伝播時間と漏洩波Ｂ１の伝播時間との和であるから、下記の式（２）で表される。この式（２）を変形すると、下記の式（３）になる。

ガイド波Ａ２の伝播時間とガイド波Ａ３の伝播時間が同じであると考えれば、第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１と第２経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ２との差は、漏洩波Ｂ２の伝播時間になるから、下記の式（４）で表される。この式（４）を変形すると、下記の式（５）になる。

上記の式（３）及び（５）を組み合わせて変形すれば、下記の式（６）になる。また、上記の式（３）を変形すれば、下記の式（７）になる。また、上記の式（１）を変形すれば、下記の式（８）になる。

したがって、上記の式（６）を用いれば、第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１と、第２経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ２と、第１経路におけるガイド波の送信位置と受信位置の間の距離Ｌ_Ｐ１と、配管１の音速Ｖ_ｓとに基づいて、漏洩波Ａ１の屈折角φを計算することが可能である。そして、上記の式（７）を用いれば、計算された漏洩波Ａ１の屈折角φと、第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１と、第１経路におけるガイド波の送信位置と受信位置の間の距離Ｌ_Ｐ１と、配管１の音速Ｖ_ｓとに基づいて、気体３の音速Ｖ_ｇを計算することが可能である。また、上記の式（８）を用いれば、計算された漏洩波Ａ１の屈折角φと、配管１の音速Ｖ_ｓとに基づいて、気体３の音速Ｖ_ｇを計算することが可能である。

ところで、図４で示すように、漏洩波Ｂ１は、配管１の軸方向における広い範囲で発生する。また、ガイド波Ａ１の振幅が配管１の軸方向に沿って変化しており、漏洩波Ｂ１の発生位置によるガイド波Ａ１の振幅に応じて、漏洩波Ｂ１の振幅が変化する。また、漏洩波Ｂ１の振幅に応じて、ガイド波Ａ２の振幅又は漏洩波Ｂ２及びガイド波Ａ３の振幅も変化する。そのため、何らかの形で第１経路及び第２経路を特性する必要がある。

本実施形態では、上述の図３のステップＳ１に対する前処理を行う。この前処理では、送信部１１の位置を固定しつつ、配管１の軸方向における受信部１２の位置を所定のピッチで変更しながら、受信部１２で受信されたガイド波Ａ２の振幅を記録する。そして、受信部１２で受信されたガイド波Ａ２の振幅が極大値となる位置により、第１経路を特定する。ステップＳ１では、ガイド波Ａ２の振幅が極大値となる位置に、受信部１２を配置する。

同様に、上述の図３のステップＳ３に対する前処理を行う。この前処理では、送信部１１の位置を固定しつつ、配管１の軸方向における受信部１２の位置を所定のピッチで変更しながら、受信部１２で受信されたガイド波Ａ３の振幅を記録する。受信部１２で受信されたガイド波Ａ３の振幅が極大値となる位置により、第２経路を特定する。ステップＳ３では、ガイド波Ａ３の振幅が極大値となる位置に、受信部１２を配置する。

次に、本実施形態の計測方法の詳細を、表示装置１６の画面の具体例と共に説明する。図５～図９は、本実施形態における第１受信情報表示画面、第１受信位置設定画面、第２受信情報表示画面、第２受信位置設定画面、及び計測画面をそれぞれ表す図である。

上述の図３のステップＳ１に対する前処理にて、配管１の軸方向における受信部１２の位置を変更する度に、表示装置１６は、第１受信情報表示画面２１Ａ（図５参照）を表示する。この画面２１Ａは、受信位置入力欄２２Ａ、データ表示欄２３Ａ、及び振幅表示欄２４Ａを有する。作業者は、入力装置１５を用いて、受信位置入力欄２２Ａに受信部１２の位置を入力する。計算機１４は、制御装置１３を介し受信部１２から入力された電気信号の強度の経時変化、すなわち、受信部１２で受信されたガイド波の振幅の経時変化をデータ表示欄２３Ａに表示させる。作業者は、入力装置１５を用いてデータ表示欄２３Ａ中のカーソル２５Ａを動かして、第１経路にほぼ対応するガイド波の受信時間及び振幅を選択する。計算機１４は、カーソル２５Ａで選択されたガイド波の振幅の数値を、振幅表示欄２４Ａに表示させると共に、受信位置入力欄２２Ａに入力された受信部１２の位置と関連付けて記録する。

上述した操作の繰り返しにより、計算機１４は、受信部１２の位置とガイド波の振幅からなる複数の組合せを記録する。その後、表示装置１６は、第１受信位置設定画面２６Ａ（図６参照）を表示する。この画面２６Ａは、データ表示欄２７Ａ及び第１受信位置表示欄２８Ａを有する。計算機１４は、受信部１２の位置とガイド波の振幅の組合せをデータ表示欄２７Ａに表示させる。また、受信部１２の位置とガイド波の振幅の関係を示す近似曲線２９Ａを作成してデータ表示欄２７Ａに表示させると共に、ガイド波の振幅の極大値を計算する。そして、第１経路を特定するための第１受信位置として、ガイド波の振幅が極大値となる受信部１２の位置を記録する共に、第１受信位置表示欄２８Ａに表示させる。

上述の図３のステップＳ３に対する前処理にて、配管１の軸方向における受信部１２の位置を変更する度に、表示装置１６は、第２受信情報表示画面２１Ｂ（図７参照）を表示する。この画面２１Ｂは、受信位置入力欄２２Ｂ、データ表示欄２３Ｂ、及び振幅表示欄２４Ｂを有する。作業者は、入力装置１５を用いて、受信位置入力欄２２Ｂに受信部１２の位置を入力する。計算機１４は、制御装置１３を介し受信部１２から入力された電気信号の強度の経時変化、すなわち、受信部１２で受信されたガイド波の振幅の経時変化をデータ表示欄２３Ｂに表示させる。作業者は、入力装置１５を用いてデータ表示欄２３Ｂ中のカーソル２５Ｂを動かして、第２経路にほぼ対応するガイド波の受信時間及び振幅を選択する。計算機１４は、カーソル２５Ｂで選択されたガイド波の振幅の数値を、振幅表示欄２４Ｂに表示させると共に、受信位置入力欄２２Ｂに入力された受信部１２の位置と関連付けて記録する。

上述した操作の繰り返しにより、計算機１４は、受信部１２の位置とガイド波の振幅からなる複数の組合せを記録する。その後、表示装置１６は、第２受信位置設定画面２６Ｂ（図６参照）を表示する。この画面２６Ｂは、データ表示欄２７Ｂ及び第２受信位置表示欄２８Ｂを有する。計算機１４は、受信部１２の位置とガイド波の振幅の組合せをデータ表示欄２７Ｂに表示させる。また、受信部１２の位置とガイド波の振幅の関係を示す近似曲線２９Ｂを作成してデータ表示欄２７Ｂに表示させると共に、ガイド波の振幅の極大値を計算する。そして、第２経路を特定するための第２受信位置として、ガイド波の振幅が極大値となる受信部１２の位置を記録する共に、第２受信位置表示欄２８Ｂに表示させる。

その後、表示装置１６は、計測画面３０を表示する。この画面３０は、第１受信位置表示欄３１Ａ、第１データ表示欄３２Ａ、第１伝播時間表示欄３３Ａ、第２受信位置表示欄３１Ｂ、第２データ表示欄３２Ｂ、第２伝播時間表示欄３３Ｂ、部材音速入力欄３４、気体音速表示欄３５、及び距離表示欄３６を有する。

計算機１４は、第１経路を特定するための第１受信位置として記録された受信部１２の位置を、第１受信位置表示欄３１Ａに表示させると共に、第２経路を特定するための第２受信位置として記録された受信部１２の位置を、第２受信位置表示欄３１Ｂに表示させる。作業者は、入力装置１５を用いて、部材音速入力欄３４に配管１の鋼材の音速を入力する。

上述の図３のステップＳ１にて、作業者は、第１受信位置表示欄３１Ａで表示された第１受信位置となるように、受信部１２を配置する。上述の図３のステップＳ２にて、計算機１４は、制御装置１３を介し受信部１２から入力された電気信号の強度の経時変化、すなわち、受信部１２で受信されたガイド波の振幅の経時変化を第１データ表示欄３２Ａに表示させる。作業者は、入力装置１５を用いて第１データ表示欄３２Ａ中のカーソル３５Ａを動かして、ガイド波Ａ２の受信時間及び振幅を選択する。計算機１４は、カーソル３５Ａで選択されたガイド波Ａ２の受信時間に基づいて第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１を計算し、第１伝播時間表示欄３３Ａに表示させる。

上述の図３のステップＳ３にて、作業者は、第２受信位置表示欄３１Ｂで表示された第２受信位置となるように、受信部１２を配置する。上述の図３のステップＳ４にて、計算機１４は、制御装置１３を介し受信部１２から入力された電気信号の強度の経時変化、すなわち、受信部１２で受信されたガイド波の振幅の経時変化を第２データ表示欄３２Ｂに表示させる。作業者は、入力装置１５を用いて第２データ表示欄３２Ｂ中のカーソル３５Ｂを動かして、ガイド波Ａ３の受信時間及び振幅を選択する。計算機１４は、カーソル３５Ｂで選択されたガイド波Ａ３の受信時間に基づいて第２経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ２を計算し、第２伝播時間表示欄３３Ｂに表示させる。

上述の図３のステップＳ５及びＳ６にて、計算機１４は、表示欄３３Ａに表示された第１経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ１と、表示欄３３Ｂに表示された第２経路の超音波の伝播時間Ｔ_Ｒ２と、表示欄３１Ａに表示された受信部１２の位置（すなわち、第１経路におけるガイド波の送信位置と受信位置の間の距離Ｌ_Ｐ１）と、入力欄３４に入力された配管１の鋼材の音速Ｖ_ｓとに基づいて、気体３の音速Ｖ_ｇを計算や、配管１の内面と水２の表面の間の距離Ｌ_ｇａｐを計算する。そして、計算された気体３の音速Ｖ_ｇを気体音速表示欄３５に表示させ、計算された距離Ｌ_ｇａｐを距離表示欄３６に表示させる。

以上のように本実施形態においては、配管１の内面と水２の表面の間の距離Ｌ_ｇａｐが不明であっても、配管１の鋼材と水２の間に存在する気体３の音速Ｖ_ｇを計測することができる。また、配管１の内面と水２の表面の間の距離Ｌ_ｇａｐを計測することができる。

なお、第１の実施形態において、第１経路は、水２の表面で反射された漏洩波の反射回数が１回であり、第２経路は、水２の表面で反射された漏洩波の反射回数が２回である場合を例にとって説明したが、これに限られず、第１経路と第２経路は、水２の表面で反射された漏洩波の反射回数が異なればよい。計算機１４は、第１経路の漏洩波の反射回数と第２経路の漏洩波の反射回数との差分を考慮して、気体３の音速Ｖ_ｇや、配管１の内面と水２の表面の間の距離Ｌ_ｇａｐを計算すればよい。

また、第１の実施形態において、計算機１４は、気体３の音速Ｖ_ｇだけでなく、配管１の内面と水２の表面の間の距離Ｌ_ｇａｐも計算する場合を例にとって説明したが、これに限られず、配管１の内面と水２の表面の間の距離Ｌ_ｇａｐを計算しなくてもよい。

また、第１の実施形態において、計測装置は、１つの受信部１２を備え、制御装置１３は、１つのレシーバ１８を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば図１０で示す第２の実施形態のように、計測装置は、２つの受信部１２Ａ，１２Ｂを備え、制御装置１３は、受信部１２Ａ，１２Ｂからの電気信号を入力する２つのレシーバ１８Ａ，１８Ｂを備えてもよい。本実施形態では、上述の図３のステップＳ１にて、第１経路の超音波を受信するように、受信部１２Ａを配置する。ステップＳ３にて、第２経路の超音波を受信するように、受信部１２Ｂを配置する。本実施形態においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、第１及び第２の実施形態において、計測対象物は、鋼製の配管１（部材）と、配管１の内側に存在する水２（反射体）と、配管１の鋼材と水２の間に存在する気体３とで構成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば、鋼製の配管に代えて、鋼製の容器であってもよいし、水に代えて、他の液体であってもよい。あるいは、例えば図１１で示す変形例のように、計測対象物は、鋼製の容器４（部材）と、容器４の内側に存在する構造物５（反射体）と、容器４の鋼材と構造物５の間に存在する気体３とで構成されてもよい。但し、容器４の外面における送信部１１及び受信部１２（又は１２Ａ，１２Ｂ）の配列方向と構造物５の表面は平行であることが好ましい。本変形例では、容器４の内面と構造物５の表面の間の距離が不明であっても、上述した計測装置を用いた計測方法により、気体３の音速を計測することができる。

１配管
２水
３気体
４容器
５構造物
１１送信部
１２，１２Ａ，１２Ｂ受信部
１４計算機
１６表示装置

Claims

部材の外側に配置された送信用探触子及びシューからなる送信部と、前記部材の外側に配置された受信用探触子及びシューからなる受信部を用いて、前記部材と前記部材の内側に存在する反射体との間に存在する気体の音速を計測する計測方法であって、
前記送信部から送信されて前記部材中を伝播するガイド波が前記気体に漏洩して漏洩波となり、その後、前記気体中を伝播する漏洩波が前記反射体で反射されて前記部材に戻ってきてガイド波となり、その後、前記部材中を伝播するガイド波が前記受信部で受信される経路を、第１経路と定義したときに、前記第１経路の超音波を受信するように、前記受信部を配置する第１手順と、
前記第１経路の超音波を前記受信部で受信し、前記第１経路の超音波の伝播時間を計算する第２手順と、
前記第１経路に対して、前記送信部による前記ガイド波の送信位置が同じであるものの、前記反射体で反射された前記漏洩波の反射回数が異なるために、前記受信部による前記ガイド波の受信位置が異なる経路を、第２経路と定義したときに、前記第２経路の超音波を受信するように、前記受信部を配置する第３手順と、
前記第２経路の超音波を前記受信部で受信し、前記第２経路の超音波の伝播時間を計算する第４手順と、
前記第１経路の超音波の伝播時間のうちの前記ガイド波の伝播時間と前記第２経路の超音波の伝播時間のうちの前記ガイド波の伝播時間とが同じであると仮定し、前記第１経路の超音波の伝播時間と、前記第２経路の超音波の伝播時間と、前記第１経路における前記ガイド波の送信位置と受信位置の間の距離と、前記部材の音速とに基づいて、前記気体の音速を計算する第５手順とを有することを特徴とする計測方法。
請求項１に記載の計測方法において、
前記第１経路の超音波の伝播時間と、前記第２経路の超音波の伝播時間と、前記第１経路における前記ガイド波の送信位置と受信位置の間の距離と、前記部材の音速とに基づいて、前記部材の内面と前記反射体の表面の間の距離を計算する第６手順を更に有することを特徴とする計測方法。
請求項１に記載の計測方法において、
前記第１手順及び前記第３手順は、前記送信部の位置が固定され且つ前記受信部の位置が変更された場合に前記受信部で受信されたガイド波の振幅を記録し、前記ガイド波の振幅が極大値となる位置に前記受信部を配置することを特徴とする計測方法。
請求項１に記載の計測方法において、
前記部材は、配管又は容器であり、
前記反射体は、前記配管又は前記容器の内側に存在する液体であることを特徴とする計測方法。
請求項１に記載の計測方法において、
前記部材は、容器であり、
前記反射体は、前記容器の内側に存在する構造物であることを特徴とする計測方法。
部材と前記部材の内側に存在する反射体との間に存在する気体の音速を計測する計測装置であって、
前記部材の外側に配置された送信用探触子及びシューからなり、前記部材にガイド波を送信する送信部と、
前記部材の外側に配置された受信用探触子及びシューからなり、前記部材中を伝播したガイド波を受信する受信部と、
前記受信部の受信結果に基づいて前記気体の音速を計算する計算機とを備え、
前記計算機は、
前記送信部から送信されて前記部材中を伝播するガイド波が前記気体に漏洩して漏洩波となり、その後、前記気体中を伝播する漏洩波が前記反射体で反射されて前記部材に戻ってきてガイド波となり、その後、前記部材中を伝播するガイド波が前記受信部で受信される経路を、第１経路と定義したときに、前記第１経路の超音波の伝播時間を計算し、
前記第１経路に対して、前記送信部による前記ガイド波の送信位置が同じであるものの、前記反射体で反射された前記漏洩波の反射回数が異なるために、前記受信部による前記ガイド波の受信位置が異なる経路を、第２経路と定義したときに、前記第２経路の超音波の伝播時間を計算し、
前記第１経路の超音波の伝播時間のうちの前記ガイド波の伝播時間と前記第２経路の超音波の伝播時間のうちの前記ガイド波の伝播時間とが同じであると仮定し、前記第１経路の超音波の伝播時間と、前記第２経路の超音波の伝播時間と、前記第１経路における前記ガイド波の送信位置と受信位置の間の距離と、前記部材の音速とに基づいて、前記気体の音速を計算することを特徴とする計測装置。
請求項６に記載の計測装置において、
前記計算機は、
前記第１経路の超音波の伝播時間と、前記第２経路の超音波の伝播時間と、前記第１経路における前記ガイド波の送信位置と受信位置の間の距離と、前記部材の音速とに基づいて、前記部材の内面と前記反射体の表面の間の距離を更に計算することを特徴とする計測装置。
請求項６に記載の計測装置において、
前記計算機は、前記送信部の位置が固定され且つ前記受信部の位置が変更された場合に前記受信部で受信されたガイド波の振幅を記録し、前記受信部の位置と前記ガイド波の振幅の関係を表示装置で表示しており、
前記受信部による前記ガイド波の受信位置は、前記ガイド波の振幅が極大値となる位置に設定されたことを特徴とする計測装置。
請求項６に記載の計測装置において、
前記部材は、配管又は容器であり、
前記反射体は、前記配管又は前記容器の内側に存在する液体であることを特徴とする計測装置。
請求項６に記載の計測装置において、
前記部材は、容器であり、
前記反射体は、前記容器の内側に存在する構造物であることを特徴とする計測装置。