JPH0545340A - 超音波信号検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波センサの計測部１２を被計測体３に一
定の力で押し当て、常に同じ計測状態で計測可能とす
る。 【構成】 ばね１０の反撥力で計測部１２を被計測体３
に押し付けるようにする。 【効果】 超音波センサ取付状態の多少の変化はばね１
０が吸収し、また、ばね１０の圧縮量を一定とすること
で計測部１２の面圧を一定にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波センサを利用し
た化学プラント、発電プラント等の機器設備の診断、監
視装置に係り、特に超音波信号の検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学プラントや発電プラントには多数の
機器、設備が配設されている。これらの機器設備を常時
監視することは事故を未然に防ぎ、物的、人的損害を小
さくでき、非常に有効である。なかでも弁のシートリー
クや熱交換器のチューグリークや回転機の軸受異常は発
生頻度も高く、大事故につながる危険性を持っている。
これらの異常を監視する一手法として、超音波センサに
より超音波信号をとらえ、その信号を分析することによ
り異常を監視する方法がある。通常、化学プラント、発
電プラントの機器、設備から発生する音、振動（バック
グランドノイズ）は可聴音域が主である。しかし、異常
発生時には比較的高い周波数帯の音、振動が発生するた
め、超音波信号によれば高い感度での異常の検知が可能
である。

【０００３】超音波センサは、高温下で使用する場合、
耐久性や精度の面で充分とは言えない反面、化学プラン
ト、発電プラントに配設される機器・設備は高温である
ことが多い。そこで、被計測体の表面温度が高い所の超
音波信号の検出を行う場合には、超音波センサを導波棒
を介して被計測体に取り付け、被計測体から超音波セン
サまでの距離を導波棒で充分に確保することで、超音波
センサを熱から保護できるように設計されている。この
ような従来技術による超音波信号検出装置の例として、
実開昭56-155346号公報に開示された構造を第８図に示
す。

【０００４】超音波センサ１はセンサ取付治具３０によ
り導波棒２に固定されている。導波棒２は導波棒取付治
具３２により被計測体である配管３に固定されている。
被計測体から発生した超音波信号は導波棒２を伝わり、
超音波センサ１によって検出される。超音波センサ１に
よって検出された超音波信号は、ケーブル３１を介して
図示しない信号処理部に送信される。

【０００５】また、化学プラント、発電プラントには多
種・多数の機器、設備がある。この機器、設備の各々に
図８のような検出装置を設置することは、超音波信号検
出装置のメンテナンスの面でも、また、コスト的にも適
切とは言えない。一般に、多数の機器、設備を監視する
場合、携帯用の検出装置を持ち歩いて計測する方法が用
いられている。このための超音波信号検出部は、図９に
示すように、一般の加速度センサで用いられているよう
なプローブである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波信号
は一般に低周波信号に較べて接触面を伝播しにくい。溶
接部の非破壊試験等で使用される超音波探傷試験では、
力プラントを用いて接触面を密着させているが、本発明
における計測対象は高温であったり、また、検出装置を
携帯して計測する場合もあり、力プラントの使用は困難
である。

【０００７】超音波センサで計測した場合の接触面圧と
音の伝わり易さとの関係を図１０に示す。接触面圧によ
って音の伝わり易さが変わることがわかる。したがっ
て、図８に示す方法であれば、運転状態によって温度差
が出るような箇所への取り付けには適さない。たとえ
ば、ＤＳＳを行う火力プラントであれば大きな温度変化
が何回も繰り返され、図８に示す装置であれば被計測体
の温度変化により、接着剤を用いていれば接着剤の剥
離、直接接触させている場合は接触面圧の変化の可能性
があり、超音波信号の検出精度は望めない。溶接により
超音波検出信号検出装置を取付ける場合、温度変化によ
る影響は受けないが、化学プラント、発電プラント等に
は溶接できない所も多く、溶接できたとしても分解する
こともできず点検しにくい。また、超音波信号検出装置
の計測対象物のメンテナンス時に作業の支障となる。さ
らに、携帯用超音波信号検出装置は複数の人が使用する
ことが考えられる。図９の装置のように、一般の加速度
センサの携帯用プローブと同じ構造であれば、計測者の
間で計測結果に個人差が出たり、慣れない計測者であれ
ば、計測毎に計測状態が変わることが考えられる。

【０００８】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、超音波センサの計測面を被計測体
に一定の力で押し当て、常に同じ計測状態で計測するこ
とを可能にすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、特に
被計測体３に取付けて使用する超音波信号検出装置に係
り、後端に超音波センサ１が取付けられた導波棒２先端
の計測部１２が、ばね１０によって被計測体３に圧接さ
れた状態で取り付けられるものとしているのである（図
１参照）。また、請求項２の発明は、特に携帯用の超音
波信号検出装置に係り、後端に超音波センサ１が取付け
られ、先端の計測部１２を被計測体３に押し付けた時に
ばね１０に逆らって後退する導波棒２と、この導波棒２
の後退を一定量に止めるストッパー２４とを有するもの
としているものである（図５参照）。

【００１０】

【作用】請求項１の発明におけるばね１０は、導波棒２
を測定に必要な圧力で被計測体３に押し付ける働きと、
取付状態のゆるみ等によるこの圧力変化を吸収する働き
とをなすものである。請求項２の発明におけるストッパ
ー２４は、一定のばね１０の反撥力下で計測部１２を被
計測体３へ圧接させることができるようにするものであ
る。

【００１１】

【実施例】本発明の第１の実施例を、弁のシートリーク
監視用に配管に取付けたものを例にとって図１を用いて
説明する。

【００１２】超音波センサ１は、先端が計測部１２とな
った導波棒２の後端に取付けられている。導波棒２の先
端である計測部１２は、配管である被計測体３に接触
し、Ｕボルト４とプレート５で固定されている。プレー
ト５にはスプリングボックス６が取付ボルト７で固定さ
れている。スプリングボックス６の内部には導波棒２に
調整ボルト８で固定されたばね止めプレート９とばね１
０が内蔵されている。ばね１０は、ばね止めプレート９
を介して、導波棒２を被計測体３側へ突き出す方向へ押
圧しているものである。上記の構成によると、ばね１０
の自由長と取付時の長さとの差、すなわち、たわみ量を
δとすれば、導波棒２の先端が配管３に与える接触面圧
は、 Ｐ＝δｋ（但し、ｋはばね定数） となる。

【００１３】たとえば、プラント停止中のばね１０のた
わみをδとする。プラント運転中は配管である被計測体
３の温度が上昇し、超音波信号検出装置も配管３からの
熱の伝導により温度が上昇する。配管３と超音波信号検
出装置は、温度の上昇により膨脹する。超音波信号検出
装置各部品が均一な温度にならない場合や各部品に異な
る材質が含まれると、熱膨脹率の違いからばね１０のた
わみ量は変化する。この温度上昇によるばね１０のたわ
み量の変化量を△δとすると、温度上昇の時のばね１０
のたわみ量は、 δ＋△δ となる。これをプラント停止中のばね１０のたわみ量δ
と比較すると、大きな差はなく無視できるほど小さい値
であり、

【００１４】

【数１】δ＝δ＋△δ とみることができる。したがって、導波棒２が配管３に
与える接触面圧を比較しても大きな差はなく、

【００１５】

【数２】Ｐ＝（δ＋△δ）ｋ （但し、Ｐ＝δｋ） とすることができる。同様に若干のボルトのゆるみに対
しても上記と同様に接触面圧に大きな差は出ず、常に安
定した計測状態を保つことができる。なお、調整ボルト
８によりばね止めプレート９の位置を変えることによ
り、ばね１０のたわみ量を調整することができる。本発
明の第２の実施例を、小口径配管に取り付けたものを例
にとって図２で説明する。

【００１６】超音波センチ１は先端が計測部１２となっ
た導波棒２の後端に取り付けられている。計測部１２と
調整ボルト１３は、配管３を挟み付けている。導波棒２
はプレート１４ａに設けられた穴を貫通して取り付けら
れ、導波棒２の先端部に設けられた鍔部１９とプレート
１４ａの間には、ばね１０が圧縮挟持されている。調整
ボルト１３はプレート１４ｂに取り付けられている。プ
レート１４ａとプレート１４ｂは、計測部１２と調整ボ
ルト１３が同一線上にくるように固定ボルト１５で平行
に取り付けられている。

【００１７】本実施例では、小口径配管である被計測体
３に接する計測部１２の接触面圧は、調整ボルト１３で
ばね１０のたわみ量を調整することにより設定すること
ができる。本実施例の基本的な作用効果は第１の実施例
と同じである。

【００１８】本実施例は、第１の実施例より構造が簡単
で安価であり、また、小口径配管等への取付け、取外し
が容易にでき、固定ボルト１５の長さを利用してプレー
ト１４ａ、１４ｂの距離を調整することにより、様々な
口径の配管や弁のヨーク等、多様な厚さの被計測体３に
対応できる。

【００１９】狭い場所で頻繁に取付け、取外しを行う場
合、たとえば弁のシートリークを監視する場合に、弁の
ヨーク部に取付けたものである第３の実施例を図３を用
いて説明する。

【００２０】本実施例に係る装置においては、超音波セ
ンサ１と先端が計測部１２となった導波棒２がプレート
１４ａに固定されている。また、計測部１２と向き合う
位置に、調整ボルト１３がプレート１４ｂのボルト穴に
ねじ込まれて設けられている。プレート１４ａとプレー
ト１４ｂは中央部が軸１６で接続され、各々軸１６を中
心に回転可能となっている。プレート１４ａとプレート
１４ｂの間の一側には、ばね１０が圧縮状態で計測部１
２と調整ボルト１３が押し合う形になっている。 プレ
ート１４ａとプレート１４ｂには、計測部１２が弁のヨ
ーク部１１を押す接触面圧を示す、目盛り１７と合印１
８がそれぞれ設けてある。

【００２１】計測時には計測部１２と調整ボルト１３の
間に、弁のヨーク部である被計測体１１を挟み込んで使
用する。計測部１２の接触面圧は調整ボルト１３で調整
し、目盛り１７と合印１８で設定することができる。

【００２２】本実施例によれば、クリップ状の形ににし
たために、計測箇所への取付け、取外しが簡単にでき
る。また、調整ボルト１３、ばね１０、目盛り１７およ
び合印１８で計測部１２の接触面圧を一定にし、安定し
た計測状態を保つことができる。 次に、比較的短期間
仮設して、かつ温度変化も大きくない場合の第２の実施
例の変形例に係る第４の実施例を図４を用いて説明す
る。

【００２３】図２との相違点は、ばね１０（図２参照）
を廃して、先端が計測部１２となった導波棒２と超音波
センサ１をそれぞれプレート１４ａに固定した構造とな
っている点である。

【００２４】本実施例においては、図２におけるばね１
０の代わりに、プレート１４ａおよびプレート１４ｂを
板状のばねとして利用して計測に必要な面圧を保ってお
り、調整ボルト１３の締付けトルクにより計測部の面圧
を調整する。すなわち、本実施例では、プレート１４
ａ、１４ｂが図２におけるばね１０として機能するもの
である。

【００２５】本実施例によると、構造が簡単であるため
安価であり、かつ小口径配管である被計測体３への取付
け、取外しが容易にできる。また、固定ボルト１５の長
さを利用してプレート１４ａ、１４ｂの距離を調整する
ことにより、多様な厚さの被計測体３に対応できる。本
発明を携帯用の超音波信号検出装置に適用した第５の実
施例を図５を用いて説明する。

【００２６】超音波センサ１が導波棒２の一端に取付け
られ、センサ保護ボックス２０に内蔵されている。セン
サ保護ボックス２０の後方には圧縮されたばね１０が設
けられており、このセンサ保護ボックス２０とばね１０
は、ケーシング２２に収納されている。また、導波棒２
はケーシング２２に固定され、先端がストッパー２４と
なった導波棒ガイド２１に挿入され、導波棒２の先端部
である計測部２は、導波棒ガイド２１の先端部からδ1
だけ外部に出た構造となっている。ここで、図５の状態
におけるばね１０の圧縮量をδ2 とする。

【００２７】本実施例で計測を行う場合、導波棒２の先
端部を被計測体３に押し当ててδ1だけ押し込めること
によって、導波棒２の移動量δ′と同じばね１０のたわ
み量が得られ、Ｐ＝（δ1 ＋δ2 ）ｋ（但し、ｋはばね
定数）の面圧を得ることができる。このとき、導波棒ガ
イド２１の先端はストッパー２４として導波棒２の後退
を一定量に止め、上記のような構造によれば導波棒２の
移動量δ1 は常に一定であり、導波棒２の接触面圧Ｐも
一定となる。したがって、計測者が変わったとしても、
導波棒２をいっぱいに押し込めさえすれば接触面圧は変
わることがなく、計測者間の個人差の出ない安定した計
測が可能となる。図５の実施例の変形例である第６の実
施例を図６を用いて説明する。

【００２８】本実施例は、図５における導波棒ガイド２
１の代わりに、ケーシング２２の内側に伸び側ストッパ
ー２３と縮み側ストッパー２４が設けられている。導波
棒２は、通常、ばね１０の初期たわみ（δ4 ）により伸
び側ストッパー２３側に押されている。計測時は導波棒
２を被計測体に押し当てるため、ばね１０が縮み、セン
サ保護ボックス２０が縮み側ストッパー２４に当たり、
計測毎に同じばね１０のたわみ量（δ3 ＋δ4 ）、すな
わち同じ導波棒２の接触面圧を得ることができる。多種
の機器への対応を考慮してインジケータを設けた第７の
実施例を図７を用いて説明する。

【００２９】本実施例は、図５における携帯用超音波信
号検出装置に、ばね１０の伸縮方向に後退する調整ボル
ト１３と、調整ボルト１３の先端に取付けられてばね１
０を押えるプレート２６と、プレート２６に連動して導
波棒２の接触面圧を指す指示針２７と、ケーシング２２
外面に取付けられ計測時の導波棒２の接触面圧を表す目
盛り２８を付加した構成となっている。指示針２７は、
調整ボルト１３でばね１０の初期のたわみを変えること
による接触面圧の調整と連動し、計測時の接触面圧を目
盛り２８で確認できるようにするものである。

【００３０】本実施例によれば、計測時の導波棒２の接
触面圧を調整ボルト１３により外部から調整できる。ま
た、調整ボルト２５により調整した導波棒２の接触面圧
を外部から目視できる。本実施例におけるインジケータ
付超音波信号検出器は、前述の他の実施例においても適
用することができ、前述の他の実施例でも導波棒２また
は計測部１２の接触面圧を外部から目視する構成にする
ことが可能である。

【００３１】

【発明の効果】このように本発明によれば、ばねの働き
により導波棒先端の計測部は、一定の力で被計測体に押
し付けられた一定の計測状態を保ち、常設型における熱
変化による計測状態の変化や、携帯型における計測者の
個人差が出ないよう計測を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図４】本発明の第４の実施例を示す図である。

【図５】本発明の第５の実施例を示す図である。

【図６】本発明の第６の実施例を示す図である。

【図７】本発明の第７の実施例を示す図である。

【図８】従来技術の説明図である。

【図９】従来技術の説明図である。

【図１０】導波棒の接触面圧と音の伝播性を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１………超音波センサ ２………導波棒 ３………被計測体（配管） ４………Ｕボルト ５………プレート ６………スプリングボックス ７………取付ボルト ８………調整ボルト ９………ばね止めプレート １０………ばね １１………被計測体（弁ヨーク部） １２………計測部 １３………調整ボルト １４ａ……プレート １４ｂ……プレート １５………固定ボルト １６………軸 １７………目盛り １８………合印 １９………鍔部 ２０………センサ保護ボックス ２１………導波棒ガイド ２２………ケーシング ２３………伸び側ストッパー ２４………縮み側ストッパー ２６………プレート ２７………指示針 ２８………目盛り ３０………センサ取付治具 ３１………ケーブル ３２………導波棒取付治具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 後端に超音波センサが取付けられた導波
   棒先端の計測部が、ばねによって被計測体に圧接された
   状態で被計測体に取付けられることを特徴とする超音波
   信号検出装置。
2. 【請求項２】 後端に超音波センサが取付けられ、先端
   の計測部を被計測体に押し付けたときに、ばねに逆らっ
   て後退する導波棒と、この導波棒の後退を一定量に止め
   るストッパーとを有することを特徴とする超音波信号検
   出装置。