JPH0697165B2 - 管内スケ−ル厚さ計 - Google Patents
管内スケ−ル厚さ計Info
- Publication number
- JPH0697165B2 JPH0697165B2 JP12729486A JP12729486A JPH0697165B2 JP H0697165 B2 JPH0697165 B2 JP H0697165B2 JP 12729486 A JP12729486 A JP 12729486A JP 12729486 A JP12729486 A JP 12729486A JP H0697165 B2 JPH0697165 B2 JP H0697165B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scale
- circuit
- doppler signal
- ultrasonic
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体の通流する管内部に発生したスケールの
厚さを超音波を利用して測定する方法に関する。
厚さを超音波を利用して測定する方法に関する。
管内部に生じたスケールの厚さの測定方法としては、放
射線源による放射線透過写真撮影法、放射線がスケール
により吸収、減衰される性質を利用してその減衰割合か
ら測定する放射線式測定法、スケールにより管内の透磁
率が変化する性質を利用した電磁式測定法、スケールに
よって管内の熱伝導性が変化する性質を利用してその温
度勾配からスケール厚さを求める測定法等が従来より知
られている。しかし、これらの従来技術による測定方法
は測定の簡便さに欠け、また適用対象が限定される等の
問題点がある。
射線源による放射線透過写真撮影法、放射線がスケール
により吸収、減衰される性質を利用してその減衰割合か
ら測定する放射線式測定法、スケールにより管内の透磁
率が変化する性質を利用した電磁式測定法、スケールに
よって管内の熱伝導性が変化する性質を利用してその温
度勾配からスケール厚さを求める測定法等が従来より知
られている。しかし、これらの従来技術による測定方法
は測定の簡便さに欠け、また適用対象が限定される等の
問題点がある。
また別な測定方式として、スケールによる超音波の反
射，減衰の性質を利用し、超音波の反射時間から管内ス
ケール厚さを測定する超音波反射式測定法、あるいは超
音波の減衰割合から管内スケール厚さを測定する超音波
減衰式測定法等も知られているが、前者の超音波反射式
測定法においては、スケールと流体との境界面では流体
とほぼ等しい音響インピーダンスを持つので、管内スケ
ール厚さに相当する前述の境界面からの反射波が得られ
にくく、また得られた反射波が管内に付着しているスケ
ール厚さ方向での途中からの反射波である可能性が大き
いこと、管内多重反射の影響も大きいことなど、測定原
理上の難点が種々あり、精度の高い測定結果が得られな
い。一方、後者の超音波減衰測定法においては、流体や
スケールの種類，管の口径，材質等によって超音波の減
衰特性が変化するので、あらかじめ管の口径，材質，管
厚さ等をパラメータとして基準となる管の超音波減衰特
性を別の実験から求めて準備しておく必要があること、
さらに超音波探触子と管との接触圧の測定値に与える影
響が大きいこと等、測定の簡便さ、測定精度の面で難点
がある。
射，減衰の性質を利用し、超音波の反射時間から管内ス
ケール厚さを測定する超音波反射式測定法、あるいは超
音波の減衰割合から管内スケール厚さを測定する超音波
減衰式測定法等も知られているが、前者の超音波反射式
測定法においては、スケールと流体との境界面では流体
とほぼ等しい音響インピーダンスを持つので、管内スケ
ール厚さに相当する前述の境界面からの反射波が得られ
にくく、また得られた反射波が管内に付着しているスケ
ール厚さ方向での途中からの反射波である可能性が大き
いこと、管内多重反射の影響も大きいことなど、測定原
理上の難点が種々あり、精度の高い測定結果が得られな
い。一方、後者の超音波減衰測定法においては、流体や
スケールの種類，管の口径，材質等によって超音波の減
衰特性が変化するので、あらかじめ管の口径，材質，管
厚さ等をパラメータとして基準となる管の超音波減衰特
性を別の実験から求めて準備しておく必要があること、
さらに超音波探触子と管との接触圧の測定値に与える影
響が大きいこと等、測定の簡便さ、測定精度の面で難点
がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、前述
した従来における各種測定法の難点を解消して測定の簡
便さ，適用対象の制限等の面での改善を図り、管の外方
から簡単に管内スケール厚さを精度よく測定できるよう
にした新規な管内スケール厚さ計を提供することを目的
とする。
した従来における各種測定法の難点を解消して測定の簡
便さ，適用対象の制限等の面での改善を図り、管の外方
から簡単に管内スケール厚さを精度よく測定できるよう
にした新規な管内スケール厚さ計を提供することを目的
とする。
このような目的を達成するために、本発明は、超音波振
動子により発生した所定の繰り返し周期の超音波を管内
の流体に対して送出する送波回路と、超音波振動子を介
して反射信号を受波する受波回路と、受波された反射信
号からドプラ信号を検出するドプラ信号検出回路と、こ
のドプラ信号を検出するレンジゲート位置を掃引する回
路と、検出されたドプラ信号に基づいて管内スケール厚
さを算出する演算回路とを具備したことを特徴とする。
動子により発生した所定の繰り返し周期の超音波を管内
の流体に対して送出する送波回路と、超音波振動子を介
して反射信号を受波する受波回路と、受波された反射信
号からドプラ信号を検出するドプラ信号検出回路と、こ
のドプラ信号を検出するレンジゲート位置を掃引する回
路と、検出されたドプラ信号に基づいて管内スケール厚
さを算出する演算回路とを具備したことを特徴とする。
［作用］ この発明では、配管の外からパルス性超音波を送波し、
管内流体から反射してもどってくる信号に対して、レン
ジゲートをかけて所定の距離からの反射信号を抽出して
処理することにより、その距離域に流体があるか否かを
ドプラ信号の有無により判定し、レンジゲート位置をス
イープさせることによりドプラ信号の発生点、即ちスケ
ールと流体の境界点を検出し、さらに超音波入射角や配
管中伝搬時間等の補正演算を行うことにより、配管内壁
に付着しているスケールの厚さを算出する。
管内流体から反射してもどってくる信号に対して、レン
ジゲートをかけて所定の距離からの反射信号を抽出して
処理することにより、その距離域に流体があるか否かを
ドプラ信号の有無により判定し、レンジゲート位置をス
イープさせることによりドプラ信号の発生点、即ちスケ
ールと流体の境界点を検出し、さらに超音波入射角や配
管中伝搬時間等の補正演算を行うことにより、配管内壁
に付着しているスケールの厚さを算出する。
本発明によれば、前述した従来における各種測定法の難
点を解消して測定の簡便さ，適用対象の制限等の面での
改善を図り、管の外方から簡単に管内スケール厚さを精
度よく測定できる。
点を解消して測定の簡便さ，適用対象の制限等の面での
改善を図り、管の外方から簡単に管内スケール厚さを精
度よく測定できる。
以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図はこの発明の一実施例の概略を示すもので、１は
流体の流通する管を示し、その管１の内壁にスケール２
が付着している。この管１の外壁には、くさび５を介し
て、超音波を送受波する発受信子４を取り付ける。この
発受信子４によりパルス性のバースト波、例えば、発受
信子の共振周波数の４〜10波から成るバースト波を、く
さび５を介することにより、管１の軸方向に対して斜め
に、すなわち、流体３の流速方向に対して斜めに打ち込
み、超音波伝搬経路上に存在する反射体からの反射波を
再び同一の発受信子４で受信する。
流体の流通する管を示し、その管１の内壁にスケール２
が付着している。この管１の外壁には、くさび５を介し
て、超音波を送受波する発受信子４を取り付ける。この
発受信子４によりパルス性のバースト波、例えば、発受
信子の共振周波数の４〜10波から成るバースト波を、く
さび５を介することにより、管１の軸方向に対して斜め
に、すなわち、流体３の流速方向に対して斜めに打ち込
み、超音波伝搬経路上に存在する反射体からの反射波を
再び同一の発受信子４で受信する。
その受信信号から、反射体の運動に応じたドプラ信号を
抽出する際に、本発明では、レンジゲートをかけること
により、ドプラ信号の発生する場所を特定することがで
きるようにする。
抽出する際に、本発明では、レンジゲートをかけること
により、ドプラ信号の発生する場所を特定することがで
きるようにする。
ここで、反射波としては、管壁，スケール２およびそれ
らの境界面，スケール２と流体３との境界面等から多様
に合成されたものとなるが、これらはいずれも送信周波
数と等しい周波数をもっており、ドプラ信号が含まれて
いない。
らの境界面，スケール２と流体３との境界面等から多様
に合成されたものとなるが、これらはいずれも送信周波
数と等しい周波数をもっており、ドプラ信号が含まれて
いない。
これに対して、第１図のＰ点近傍における流体中３に
は、スケール浮遊物11あるいはスケール２と流体３の界
面凹凸形状により生ずる渦流12が存在する。これらスケ
ール浮遊物11および渦流12は流体３の流れと共に移動し
ており、これらのものからの反射信号はドプラ成分を含
んでいる。
は、スケール浮遊物11あるいはスケール２と流体３の界
面凹凸形状により生ずる渦流12が存在する。これらスケ
ール浮遊物11および渦流12は流体３の流れと共に移動し
ており、これらのものからの反射信号はドプラ成分を含
んでいる。
従って、本発明では、レンジゲートを、くさび，管壁，
スケールによる伝搬時間（t1＋t2＋t3）×２以上に遅延
させることによって、スケール浮遊物11あるいは渦流12
からのドプラ信号が受信されるようにする。そして、レ
ンジゲートの遅延時間を変化させ、ドプラ信号の有無の
境界位置を探査することにより、スケール２と流体３の
境界位置を求めることができる。
スケールによる伝搬時間（t1＋t2＋t3）×２以上に遅延
させることによって、スケール浮遊物11あるいは渦流12
からのドプラ信号が受信されるようにする。そして、レ
ンジゲートの遅延時間を変化させ、ドプラ信号の有無の
境界位置を探査することにより、スケール２と流体３の
境界位置を求めることができる。
この値より、既知の遅延時間（t1＋t2）×２を差し引け
ば、スケール厚さに相当する時間t3×２が求められる。
ば、スケール厚さに相当する時間t3×２が求められる。
スケールの音速は必らずしも一定ではないが、本発明者
等の測定によりほとんど水と同程度（1500m/sec）で
あることがわかっているので、このようにして求めた時
間t3×２をスケールの厚さに換算することは容易であ
る。
等の測定によりほとんど水と同程度（1500m/sec）で
あることがわかっているので、このようにして求めた時
間t3×２をスケールの厚さに換算することは容易であ
る。
なお、第１図では、くさび５を介して発受信子４を設け
たが、渦流12による反射波を考えれば、渦流12の速度方
向は多くの角度成分を有するので、必らずしもくさび５
を介して斜めに超音波を入射させる必要はない。たとえ
ば、管軸に直角に超音波を入射させても良い。
たが、渦流12による反射波を考えれば、渦流12の速度方
向は多くの角度成分を有するので、必らずしもくさび５
を介して斜めに超音波を入射させる必要はない。たとえ
ば、管軸に直角に超音波を入射させても良い。
第２図は、本発明の具体的実施例を示すブロック図であ
る。
る。
ここで、ドプラ信号検出回路40は、発受信子４、同期回
路21、キャリア信号発生器22、送信回路23、受信回路2
4、ミキサ25、ローパスフィルタ26、サンプル／ホール
ド回路27、バンドパスフィルタ28、零クロス検出回路2
9、カウンタ30、サンプルパルス発生器32およびカウン
タスタート／ストップパルス発生器33より成る。さら
に、、31は遅延時間スイープ回路、34は比較器、35はド
ライブ信号検出信号発生器、36はスケール厚さ演算回
路、37はデジタル表示器である。
路21、キャリア信号発生器22、送信回路23、受信回路2
4、ミキサ25、ローパスフィルタ26、サンプル／ホール
ド回路27、バンドパスフィルタ28、零クロス検出回路2
9、カウンタ30、サンプルパルス発生器32およびカウン
タスタート／ストップパルス発生器33より成る。さら
に、、31は遅延時間スイープ回路、34は比較器、35はド
ライブ信号検出信号発生器、36はスケール厚さ演算回
路、37はデジタル表示器である。
キャリア信号発生器22からのキャリア信号、すなわち連
続波を送信回路23によりバースト波（ｂ）にして発受信
子４を駆動する。第１図に示したような反射波を同一の
発受信子４を通し受信回路24で受信し、キャリア信号発
生器22からのキャリア信号とミキサ25で混合する。
続波を送信回路23によりバースト波（ｂ）にして発受信
子４を駆動する。第１図に示したような反射波を同一の
発受信子４を通し受信回路24で受信し、キャリア信号発
生器22からのキャリア信号とミキサ25で混合する。
その混合出力を、ローパスフィルタ26により位相検波す
る。その検波出力（ｃ）を、レンジゲートを設定するサ
ンプルパルス発生器32からのパルス信号（ｄ）によりサ
ンプルホールドし、さらにそのサンプルホールド出力
（ｅ）をバンドパスフィルタ28に通してドプラ信号
（ｇ）を抽出する。
る。その検波出力（ｃ）を、レンジゲートを設定するサ
ンプルパルス発生器32からのパルス信号（ｄ）によりサ
ンプルホールドし、さらにそのサンプルホールド出力
（ｅ）をバンドパスフィルタ28に通してドプラ信号
（ｇ）を抽出する。
そのドプラ信号村（ｇ）を零クロス検出回路29に供給し
て得た零クロスの検出出力（ｈ）をカウンタ30により計
数する。その計数出力（ｊ）を、比較器34により、予め
設定した値と比較し、計数値が多ければドプラ信号在り
と判定する。これによれば、計数誤差による判定誤りを
防ぐことができる。
て得た零クロスの検出出力（ｈ）をカウンタ30により計
数する。その計数出力（ｊ）を、比較器34により、予め
設定した値と比較し、計数値が多ければドプラ信号在り
と判定する。これによれば、計数誤差による判定誤りを
防ぐことができる。
一方、同期回路21からの同期出力のタイミングで遅延時
間スイープ回路31を駆動して、この遅延時間スイープ回
路31により、レンジゲートを距離の短い方から長い方へ
とスイープさせ、そのスイープ出力でサンプルパルス発
生器32を駆動する。それにより得られるサンプルパルス
（ｄ）のタイミングでサンプル／ホールド回路27のサン
プルホールドを行ない、およびカウンタ30のスタート／
ストップパルス（ｉ）を発生器33より発生させてカウン
タ30の計数のスタートとストップを制御する。以上によ
り、ドプラ信号が始めて現出するタイミングを、比較器
34の出力（ｋ）を監視して判定する。そのタイミングを
ドプラ信号検出信号発生器35により確定し、その出力を
スケール厚さ演算回路36に供給し、ここでスケール厚さ
に換算し、デジタル表示器37によりデジタル量として表
示する。
間スイープ回路31を駆動して、この遅延時間スイープ回
路31により、レンジゲートを距離の短い方から長い方へ
とスイープさせ、そのスイープ出力でサンプルパルス発
生器32を駆動する。それにより得られるサンプルパルス
（ｄ）のタイミングでサンプル／ホールド回路27のサン
プルホールドを行ない、およびカウンタ30のスタート／
ストップパルス（ｉ）を発生器33より発生させてカウン
タ30の計数のスタートとストップを制御する。以上によ
り、ドプラ信号が始めて現出するタイミングを、比較器
34の出力（ｋ）を監視して判定する。そのタイミングを
ドプラ信号検出信号発生器35により確定し、その出力を
スケール厚さ演算回路36に供給し、ここでスケール厚さ
に換算し、デジタル表示器37によりデジタル量として表
示する。
第３図は、本発明のタイムチャートを示したもので、同
期回路21からの出力（ａ）に同期してバースト波（ｂ）
が発受信子４により送波され、また反射信号（ｂ）が受
波される。この受信信号とキャリア信号とをミキサ25に
よって混合する。さらに、ローパスフィルタ26を通した
出力（ｃ）は、位相情報を含んでおり、レンジゲートを
定めるサンプルパルス（ｄ）によりサンプル／ホールド
して、サンプルホールド出力（ｅ）を得る。
期回路21からの出力（ａ）に同期してバースト波（ｂ）
が発受信子４により送波され、また反射信号（ｂ）が受
波される。この受信信号とキャリア信号とをミキサ25に
よって混合する。さらに、ローパスフィルタ26を通した
出力（ｃ）は、位相情報を含んでおり、レンジゲートを
定めるサンプルパルス（ｄ）によりサンプル／ホールド
して、サンプルホールド出力（ｅ）を得る。
信号（ｆ）〜（ｋ）はサンプルホールド出力（ｅ）の時
間軸を短縮して示したもので、バンドパスフィルタ出力
（ｇ）が、純ドプラ信号に相当する。このドプラ信号
（ｇ）を零クロス検出回路29に供給することにより、零
クロス点出力（ｈ）を得る。この出力（ｈ）を、カウン
タスタート／ストップパルス（ｉ）による所定の時間だ
けカウントする。
間軸を短縮して示したもので、バンドパスフィルタ出力
（ｇ）が、純ドプラ信号に相当する。このドプラ信号
（ｇ）を零クロス検出回路29に供給することにより、零
クロス点出力（ｈ）を得る。この出力（ｈ）を、カウン
タスタート／ストップパルス（ｉ）による所定の時間だ
けカウントする。
第３図の例では、カウンタ出力（ｊ）は４個を示してお
り、比較器34の初期設定を２としておくと、比較器出力
（ｋ）はカウンタ出力（ｊ）が２を越えたところでドプ
ラ信号有りを示すハイレベル出力を発生する。このこと
により、このレンジゲートの位置は流体３の中にあるこ
とがわかる。
り、比較器34の初期設定を２としておくと、比較器出力
（ｋ）はカウンタ出力（ｊ）が２を越えたところでドプ
ラ信号有りを示すハイレベル出力を発生する。このこと
により、このレンジゲートの位置は流体３の中にあるこ
とがわかる。
レンジゲートを変化させて、スケール２や管１の位置に
あわせたときには、ドプラ信号（ｃ）は受信されず、従
って、比較器出力（ｋ）もハイレベル出力を示さない。
あわせたときには、ドプラ信号（ｃ）は受信されず、従
って、比較器出力（ｋ）もハイレベル出力を示さない。
このようにして、ドプラ信号の有無の境界位置を見つけ
出すことにより、スケールの厚さを検出することができ
る。
出すことにより、スケールの厚さを検出することができ
る。
ここで、レンジゲートをさらに長くすれば、対壁のスケ
ールの厚さについても測定できることは云うまでもな
い。
ールの厚さについても測定できることは云うまでもな
い。
さらにまた、ドプラ信号を検出する手段として、零クロ
スカウンタによる方法以外に、FFT（高速フーリエ変
換）による方法等を用いることもできる。
スカウンタによる方法以外に、FFT（高速フーリエ変
換）による方法等を用いることもできる。
以上から明らかなように、本発明によれば、超音波ドプ
ラの原理を用いているので、Ｘ線やγ線等の放射線を用
いることによる取扱いの煩雑さがない。しかもまた、超
音波パルスのエコーを利用するときには、スケールと流
体との界面での反射波が微弱のため他の反射波の中にう
もれてしまいがちなのに対して、本発明では、ドプラ波
という周波数変調された成分を取り扱うのであるから、
極めて微弱な信号であっても他の変調されてない信号と
分離して検出することが可能であるという利点を有して
いる。
ラの原理を用いているので、Ｘ線やγ線等の放射線を用
いることによる取扱いの煩雑さがない。しかもまた、超
音波パルスのエコーを利用するときには、スケールと流
体との界面での反射波が微弱のため他の反射波の中にう
もれてしまいがちなのに対して、本発明では、ドプラ波
という周波数変調された成分を取り扱うのであるから、
極めて微弱な信号であっても他の変調されてない信号と
分離して検出することが可能であるという利点を有して
いる。
さらにまた、超音波減衰を利用する方法では、減衰が管
材質やスケールと管との境界面の状態等に依存してしま
うのに対し、本発明ではこのような問題は全くない利点
もある。
材質やスケールと管との境界面の状態等に依存してしま
うのに対し、本発明ではこのような問題は全くない利点
もある。
従って、本発明によれば、管の一方向から探触子を接触
させればよく、接触の具合等に影響されることなく測定
を行うことができるので、きわめて操作の簡便な装置を
提供することができる。
させればよく、接触の具合等に影響されることなく測定
を行うことができるので、きわめて操作の簡便な装置を
提供することができる。
第１図は本発明の一実施例の概略を示す線図、 第２図は本発明の一実施例を示すブロック図、 第３図は本発明実施例の各部信号波形図である。 １……管、 ２……スケール、 ３……流体、 ４……発受信子、 11……スケール浮遊物、 12……渦流、 40……ドプラ信号検出回路。
Claims (1)
- 【請求項１】超音波振動子により発生した所定の繰り返
し周期の超音波を管内の流体に対して送出する送波回路
と、 前記超音波振動子を介して反射信号を受波する受波回路
と、 受波された反射信号からドプラ信号を検出するドプラ信
号検出回路と、 このドプラ信号を検出するレンジゲート位置を掃引する
回路と、 検出されたドプラ信号に基づいて管内スケール厚さを算
出する演算回路と を具備したことを特徴とする管内スケール厚さ計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12729486A JPH0697165B2 (ja) | 1986-06-03 | 1986-06-03 | 管内スケ−ル厚さ計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12729486A JPH0697165B2 (ja) | 1986-06-03 | 1986-06-03 | 管内スケ−ル厚さ計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62284208A JPS62284208A (ja) | 1987-12-10 |
| JPH0697165B2 true JPH0697165B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=14956402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12729486A Expired - Lifetime JPH0697165B2 (ja) | 1986-06-03 | 1986-06-03 | 管内スケ−ル厚さ計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697165B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2599878A (en) * | 2019-07-02 | 2022-04-13 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Method and apparatus for determining a tubular thickness using a pulse echo waveform signal |
| US11397081B2 (en) | 2019-07-02 | 2022-07-26 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Method and apparatus for determining a tubular thickness using a pulse echo waveform signal |
-
1986
- 1986-06-03 JP JP12729486A patent/JPH0697165B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2599878A (en) * | 2019-07-02 | 2022-04-13 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Method and apparatus for determining a tubular thickness using a pulse echo waveform signal |
| US11397081B2 (en) | 2019-07-02 | 2022-07-26 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Method and apparatus for determining a tubular thickness using a pulse echo waveform signal |
| GB2599878B (en) * | 2019-07-02 | 2022-12-28 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Method and apparatus for determining a tubular thickness using a pulse echo waveform signal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62284208A (ja) | 1987-12-10 |
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