JPH09243343A

JPH09243343A - 超音波可視化装置及び方法

Info

Publication number: JPH09243343A
Application number: JP8050476A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Shioyama; 山勉塩; Takehiko Suzuki; 木健彦鈴; Hiroichi Karasawa; 沢博一唐
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-07
Filing date: 1996-03-07
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電振動子同士の相対的な位置関係が変化し
た場合でも、測定対象物の良好な画像が得られる超音波
可視化装置及び方法を提供する。【解決手段】複数の超音波発振・受信素子を有する超
音波トランスデューサと、この超音波トランスデューサ
によって得られた超音波信号データに基づいて前記各超
音波発振・受信素子の正規位置からの変位を測定する変
位測定手段とを設ける。さらに、前記超音波トランスデ
ューサによって得られた測定対象物の測定データを前記
変位に基づいて補正する補正手段と、この補正手段によ
って補正された前記測定データに基づいて前記測定対象
物を画像化する画像合成手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波可視化装置
及び方法に係わり、特に、高速増殖炉の冷却材（液体ナ
トリウム）のような高温媒体内で使用することができる
超音波可視化装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、測定しようとする対象物（以下
「測定対象物」という。）を光学的に測定することが不
可能若しくは困難な場合には、超音波による測定が利用
されている。例えば、高速増殖炉の原子炉容器の内部は
不透明の液体ナトリウムで満たされているために、原子
炉容器内の構造物、冷却材（液体ナトリウム）等の状態
を測定するために超音波による測定が行われる。また、
医療分野における体内の診断、海洋開発における深海の
探査、混濁水の中で水中土木工事等においても超音波に
よる測定が行われている。

【０００３】そして、測定対象物の状態を比較的広い範
囲にわたって可視化（イメージング）するために、開口
合成法を用いた超音波イメージングが使用されている。
この超音波イメージングにおいては、例えば複数の圧電
振動子をマトリックス状に配置して形成された超音波ト
ランスデューサが使用される。そして、マトリックスア
レイ型の超音波トランスデューサによって、測定領域を
カバーする比較的広角の超音波ビームを発信し、測定対
象物によって反射された超音波を受信し、受信した反射
信号データを計算機によって合成して画像化する。

【０００４】この開口合成法による超音波イメージング
の画像合成処理においては、発信用の圧電振動子から発
信されて測定対象物で反射された超音波信号が、受信用
の圧電振動子で受信されるまでの所要時間に基づいて、
発信から受信までの超音波の伝搬経路の長さが計測され
る。そして、伝搬経路の長さが同一となる仮想の楕円体
を３次元メモリ上に多数重ねて加算処理を行い、この加
算処理を多数回行うことによって、測定対象物の画像が
統計的に生成される。なお、各圧電振動子は、超音波の
発信と受信の両方の機能もしくは発信・受信の一方の機
能を有している。

【０００５】そして、例えば高速増殖炉においては、こ
の超音波イメージングを用いて、原子炉容器内の燃料棒
同士の間隔や凹凸、炉内構造物を固定しているボルトの
締結状態、運転中の炉内のボイドの発生状態（液面形
状）等が計測される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した開
口合成法による超音波イメージングは、発信用圧電振動
子から発信された超音波が受信用圧電振動子で受信され
るまでの伝搬経路の長さを計測するものであるため、圧
電振動子同士の相対的な位置関係が何らかの原因によっ
て所定の位置から変位すると、生成された画像の質が劣
化し、いわゆるピンぼけの画像となってしまうという問
題がある。特に、超音波トランスデューサの受発信面に
対して各圧電振動子に凹凸が生じると、生成された画像
の質が著しく劣化する。

【０００７】圧電振動子同士の相対的な位置関係を変化
させる原因としては、超音波トランスデューサを組み立
てる際の組立誤差、長年の使用による経年変化、又は高
温、高圧等の厳しい環境条件での使用による超音波トラ
ンスデューサの構成部材の変形等が挙げられる。特に、
高速増殖炉において超音波イメージングを使用する場
合、冷却材である液体ナトリウムの温度は運転中で５５
０℃程度、定期検査時等の運転休止中でも２００℃程度
と高温であるために、液体ナトリウムの中に配置された
超音波トランスデューサは、その構造材が熱変形（熱膨
張等）を起こして圧電振動子同士の相対的な位置関係が
変化する。このため、超音波イメージングによって得ら
れた炉内構造物等の画質が著しく劣化する。

【０００８】そこで、本発明の目的は、圧電振動子同士
の相対的な位置関係が変化した場合でも、測定対象物の
良好な画像が得られる超音波可視化装置及び方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
る超音波可視化装置は、複数の超音波発振・受信素子を
有する超音波トランスデューサと、この超音波トランス
デューサによって得られた超音波信号データに基づいて
前記各超音波発振・受信素子の正規位置からの変位を測
定する変位測定手段と、前記超音波トランスデューサに
よって得られた測定対象物の測定データを前記変位に基
づいて補正する補正手段と、この補正手段によって補正
された前記測定データに基づいて前記測定対象物を画像
化する画像合成手段とを備えたことを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明による超音波可視化装
置は、前記超音波トランスデューサに向けて超音波を発
信する超音波発信器を有することを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明による超音波可視化装
置は、前記超音波トランスデューサから発信された超音
波を前記超音波トランスデューサに向けて反射するため
の反射体と、この反射体を前記超音波トランスデューサ
の可視領域内に保持する保持手段とを備えたことを特徴
とする。

【００１２】請求項４記載の発明による超音波可視化装
置は、前記反射体は超音波を反射するための平面を有す
ることを特徴とする。

【００１３】請求項５記載の発明による超音波可視化装
置は、前記反射体は超音波を反射するための半球面を有
することを特徴とする。

【００１４】請求項６記載の発明による超音波可視化装
置は、前記反射体を前記超音波トランスデューサの可視
領域から非可視領域に移動させる移動手段を有すること
を特徴とする。

【００１５】請求項７記載の発明による超音波可視化方
法は、請求項１記載の超音波可視化装置を用いた超音波
可視化方法であって、高速増殖炉の冷却材である液体ナ
トリウム中に配置された超音波トランスデューサによっ
て超音波を受信し、この受信によって得られた超音波信
号データに基づいて各超音波発振・受信素子の正規位置
からの変位を変位測定手段によって測定し、前記超音波
トランスデューサによって得られた測定対象物の測定デ
ータを前記変位に基づいて補正手段によって補正し、こ
の補正手段によって補正された前記測定データに基づい
て画像合成手段によって前記測定対象物を画像化するこ
とを特徴とする。

【００１６】請求項８記載の超音波可視化方法は、前記
超音波信号データは、前記超音波トランスデューサから
発信されて高速増殖炉の構造物によって反射された超音
波を、前記超音波トランスデューサによって受信するこ
とによって得られることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】第１の実施形態以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説
明する。図１及び図２において符号１は、マトリックス
アレイ型の超音波トランスデューサを示し、この超音波
トランスデューサ１はマトリックス状に配置された複数
の圧電振動子２、２…２を備えている。これらの圧電振
動子２、２…２は、超音波の発信及び受信を行うことが
できる。また、超音波トランスデューサ１は、高速増殖
炉の炉内構造物等の状態を測定するために、原子炉容器
内の液体ナトリウムの中に没している。そして、高速増
殖炉の冷却材である液体ナトリウムは高温であるため
に、超音波トランスデューサ１の構成部材は熱変形を起
こしており、図２に示したように、各圧電振動子２は超
音波トランスデューサ１の受発信面１ａに対して凹凸を
生じている。ここで、図２において符号εi （i=1,2,3,
4 ）は、各圧電振動子２の正規の位置からの変位、すな
わち超音波トランスデューサ１の受発信面１ａからの変
位を示している。

【００１８】また、図１において符号３は、超音波トラ
ンスデューサ１によって画像化することができる領域
（以下、「可視領域」という。）を示し、この可視領域
３の中に、超音波トランスデューサ１の受発信面１ａに
向けて超音波を発信する超音波発信器４が設けられてい
る。この超音波発信器４は、パルス状の超音波、或いは
Ｍ系列波のようなランダム波を重畳した連続波の超音波
を発信することができる。

【００１９】図３は、本実施形態の概略を示したブロッ
ク図であり、図３において符号３０は、各圧電振動子２
の正規の位置からの変位εi を測定するための変位測定
手段を示す。この変位測定手段３０は、超音波発信器４
から各圧電振動子２までの距離Ｌｉを測定する距離Ｌｉ
計測手段３１と、この距離Ｌｉ計測手段３１の出力デー
タに基づいて変位εi を計算する変位演算手段３２とを
備えている。この変位演算手段３２の出力データは補正
手段３３に送られ、また、この補正手段３３に対して
は、測定対象物までの距離Ｄを測定する距離Ｄ計測手段
３４の出力データも送られる。補正手段３３の出力デー
タは、測定対象物の画像を合成する画像合成手段３５に
送られる。

【００２０】図４は、距離Ｌｉ計測手段３１の概略を示
したブロック図であり、この図４に示した距離Ｌｉ計測
手段３１は、超音波発信器４から発信する超音波として
パルス波を使用する場合のものである。

【００２１】このパルス波用の距離Ｌｉ計測手段３１
は、超音波発信器４の発信波形データＤ0 に基づいて発
信ピーク時間ｔ0 を検出する発信ピーク時間検出器４１
と、各圧電振動子２の受信波形データＤi に基づいて受
信ピーク時間ｔi を検出する受信ピーク時間検出器４２
とを備えている。また、距離Ｌｉ計測手段３１は、発信
ピーク時間検出器４１及び受信ピーク時間検出器４２に
よって検出された発信ピーク時間ｔ0 及び受信ピーク時
間ｔi に基づいて、超音波が発信されてから受信される
までの時間（以下、「到達時間」という。）Δｔi （＝
ｔi −ｔ0 ）を計算する差分計算器４３と、この差分計
算器４３で算出された到達時間Δｔi に基づいて、超音
波発信器４から各圧電振動子２までの各距離Ｌi を計算
する距離演算器４４とを備えている。さらに、距離Ｌｉ
計測手段３１は、高速増殖炉の炉内温度Ｔを測定する炉
内温度計４５で得られた炉内温度Ｔのデータに基づい
て、炉内温度Ｔに対応する媒質（液体ナトリウム）中の
音速ａを参照する音速参照手段４６を備えている。

【００２２】また、超音波発信器４から発信する超音波
として、パルス波に代えてランダムな連続波を使用する
場合には、図５に示した連続波用の距離Ｌｉ計測手段３
１を用いる。この連続波用の距離Ｌｉ計測手段３１は、
上述したパルス波用の距離Ｌｉ計測手段３１の発信ピー
ク時間検出器４１、受信ピーク時間検出器４２及び差分
計算器４３に代えて、時間相関計５１及びピーク時間検
出器５２を備えている。そして、時間相関計５１によっ
て発信波形データＤ0 と受信波形データＤi の時間相関
を取り、この時間相関のピーク時間をピーク時間検出器
５２によって求めて到達時間Δｔi を算出する。

【００２３】次に、本実施形態の作用について説明す
る。まず、可視領域３の中に配置された超音波発信器４
から超音波トランスデューサ１の受発信面１ａに向けて
パルス波又は連続波の超音波を発信する。発信された超
音波を各圧電振動子２で受信し、距離Ｌｉ計測手段３１
によって、発信から受信までの所要時間に基づいて超音
波発信器４から各圧電振動子２までの各距離Ｌi を計算
する（ステップ１）。

【００２４】すなわち、パルス波用の距離Ｌｉ計測手段
３１においては、発信ピーク時間検出器４１によって、
超音波発信器４の発信波形データＤ0 に基づいて発信ピ
ーク時間ｔ0 を検出する。一方、受信ピーク時間検出器
４２によって、各圧電振動子２の受信波形データＤi に
基づいて受信ピーク時間ｔi を検出する。次に、差分計
算器４３によって、発信ピーク時間検出器４１及び受信
ピーク時間検出器４２によって検出された発信ピーク時
間ｔ0 及び受信ピーク時間ｔi に基づいて、超音波が発
信されてから受信されるまでの時間（以下、「到達時
間」という。）Δｔi （＝ｔi −ｔ0 ）を計算する。ま
た、音速参照手段４６は、高速増殖炉の炉内温度Ｔを測
定する炉内温度計４５で得られた炉内温度Ｔのデータに
基づいて、炉内温度Ｔに対応する媒質（液体ナトリウ
ム）中の音速ａを参照し、参照した音速ａのデータを距
離演算器４４に伝送する。次に、距離演算器４４によっ
て、差分計算器４３で算出された到達時間Δｔi に基づ
いて、超音波発信器４から各圧電振動子２までの各距離
Ｌi を計算する。つまり、距離演算器４４は、差分計算
器４３で得られた到達時間Δｔi と、音速参照手段４６
で得られた音速ａとを乗算して、超音波発信器４から各
圧電振動子２までの各距離Ｌi （＝Δｔi ・ａ）を計算
する。

【００２５】一方、超音波発信器４から発信する超音波
として、パルス波に代えてランダムな連続波を使用する
場合には、図５に示した連続波用の距離Ｌｉ計測手段３
１を用い、時間相関計５１によって発信波形データＤ0
と受信波形データＤi の時間相関を取り、この時間相関
のピーク時間をピーク時間検出器５２によって求めて到
達時間Δｔi を計算する。そして、距離演算器４４によ
って、到達時間Δｔiに基づいて各距離Ｌｉを計算す
る。

【００２６】次に、パルス波用又は連続波用の距離Ｌｉ
計測手段３１によって得られた距離Ｌi の測定データを
変位演算手段３２に伝送し、伝送された測定データに基
づいて変位演算手段３２によって各圧電振動子２の正規
の位置からの変位、すなわち超音波トランスデューサ１
の受発信面１ａからの変位εi を算出する（ステップ
２）。図２に示したように、説明の便宜のために超音波
発信器４の位置を座標原点として、各圧電振動子２の受
発信面１ａ上の各座標をｘi ，ｙi とすると、各圧電振
動子２の正規の位置からの各変位εi は次式で求められ
る。

【００２７】

【数１】ここで、Ｈは、超音波発信器４から超音波トランスデュ
ーサ１の受発信面１ａまでの最短距離である。

【００２８】超音波発信器４から受発信面１ａまでの最
短距離Ｈは、超音波発信器４及び超音波トランスデュー
サ１の設置位置を予め決定しておくことによって知るこ
とができる。また、高温の液体ナトリウムの中に配置さ
れた超音波トランスデューサ１が熱変形を起こして最短
距離Ｈが変化したような場合には、線形回帰分析によっ
て最短距離Ｈを算出することができる。すなわち、各圧
電振動子２について、まず、次式によってｅi を求め
る。

【００２９】

【数２】次に、算出されたｅi を用いて最短距離Ｈを次式によっ
て求める。Ｈ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃ ………（３）ここで、ａ，ｂ，ｃは各圧電振動子２の各座標（ｘi ，
ｙi ）におけるｅi を用いて線形回帰分析により求めら
れる回帰係数であり、式（３）のｘ、ｙに各圧電振動子
２の各座標（ｘi ，ｙi ）を代入して各圧電振動子２毎
に最短距離Ｈを求め、このＨを用いてεi を求める。算
出された変位εi のデータは補正手段３３に伝送され
る。

【００３０】また、超音波トランスデューサ１の圧電振
動子２、２…２から測定対象物に対して超音波を照射
し、距離Ｄ計測手段３４によって測定対象物までの距離
Ｄを測定する（ステップ３）。測定された距離Ｄのデー
タは補正手段３３に伝送される。

【００３１】そして、補正手段３３によって、変位εi
のデータに基づいて測定対象物までの距離Ｄを補正する
（ステップ４）。すなわち、距離Ｄの測定データは図２
に示した直交座標に関して３つの成分（ｘ，ｙ，ｚ）を
有しているが、この３つの成分のうちのｚ成分に対し
て、変位演算手段３２で算出された変位εi を加算す
る。補正された距離Ｄのデータは画像合成手段３５に伝
送される。

【００３２】最後に、画像合成手段３５によって、補正
された距離Ｄに基づいて超音波トランスデューサ１全体
で画像を合成する（ステップ５）。

【００３３】なお、超音波トランスデューサ１と測定対
象物との間に超音波発信器４が配置されていても、超音
波発信器４が占有する空間は小さいので、測定対象物Ａ
の測定に際して超音波発信器４が邪魔になることはな
い。

【００３４】また、説明の便宜上、座標原点を超音波発
信器４の位置としたが、座標原点を他の位置とすること
もできる。また、変位εi は、必ずしもその絶対値を求
める必要はなく、複数の圧電振動子２、２…２の相互の
相対的な変位を求めれば良い。したがって、最短距離Ｈ
についても、その絶対値を正確に知る必要はなく、ある
程度の距離が分かれば良い。

【００３５】以上述べたように本実施形態によれば、高
速増殖炉の原子炉容器内に配置された超音波トランスデ
ューサ１が、高温の液体ナトリウムからの熱によって変
形を起こし、圧電振動子２、２…２同士の相対的な位置
関係が変化した場合でも、この変化による影響を受ける
ことなく炉内構造物等についての良好な画像を得ること
ができる。

【００３６】なお、本実施形態及び後述する他の実施形
態は、いずれも、高速増殖炉における使用に限定される
ことはなく、何らかの原因によって圧電振動子２、２…
２同士の相対的な位置関係が変化するような場合のすべ
てにおいて適用することができるものである。

【００３７】第２の実施形態以下、本発明の第２実施形態について図面を参照して説
明する。なお、上述した第１実施形態と同一部材には同
一符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態は、
図６に示したように、マトリックスアレイ型の超音波ト
ランスデューサ１の可視領域３の中に、超音波を反射す
る球状の反射体６１が配置されている。ここで、超音波
トランスデューサ１及び反射体６１は、高速増殖炉の原
子炉容器内の液体ナトリウムの中に没している。球状の
反射体６１は、図７に示したように、支持部材７１によ
って超音波トランスデューサ１に対して離間して固定さ
れている。なお、可視領域３の中には炉内構造物等の測
定対象物Ａが存在している。

【００３８】本実施形態においては、図８に示したよう
に、各圧電振動子２から超音波を発信して球状の反射体
６１で散乱反射させ、反射された超音波を、超音波を発
信した圧電振動子２自身で受信する。ここで、圧電振動
子２から発信される超音波はパルス状のものとする。な
お、超音波の発信と受信を異なる圧電振動子２で行うこ
ともできるが、これについては後述する。

【００３９】図９は、本実施形態におけるパルス波用の
距離Ｌｉ計測手段３１を示しており、この距離Ｌｉ計測
手段３１は、圧電振動子２の発信波形データＤ0 に基づ
いて発信ピーク時間ｔ0 を検出する発信ピーク時間検出
器４１と、圧電振動子２による受信波形データＤi に基
づいて受信ピーク時間ｔi を検出する受信ピーク時間検
出器４２とを備えている。また、距離Ｌｉ計測手段３１
は、発信ピーク時間検出器４１及び受信ピーク時間検出
器４２によって検出された発信ピーク時間ｔ0及び受信
ピーク時間ｔi に基づいて、超音波が発信されてから受
信されるまでの到達時間Δｔi （＝ｔi −ｔ0 ）を計算
する差分計算器４３を備えている。

【００４０】さらに、距離Ｌｉ計測手段３１は、差分計
算器４３で算出された到達時間Δｔi に基づいて、超音
波発信器４から各圧電振動子２までの各距離Ｌi を計算
する距離演算器９１を備えている。ここで、差分計算器
４３によって算出される到達時間Δｔi は、超音波が反
射体６１で反射されて戻ってくるまでの往復の時間であ
り、また、球状の反射体６１自身は半径Ｒを有している
ので、距離演算器９１はこれらを考慮して次式によって
各距離Ｌi を求める。

【００４１】

【数３】ここで、ａは、炉内温度計４５で計測された炉内温度Ｔ
のデータに基づいて、音速参照手段４６によって参照さ
れた媒質（液体ナトリウム）中の音速である。

【００４２】また、圧電振動子２から発信する超音波と
して、パルス波に代えてランダムな連続波を使用するこ
とができる。この場合には、図１０に示した連続波用の
距離Ｌｉ計測手段３１を用いる。この連続波用の距離Ｌ
ｉ計測手段３１は、上述したパルス波用の距離Ｌｉ計測
手段３１の発信ピーク時間検出器４１、受信ピーク時間
検出器４２及び差分計算器４３に代えて、時間相関計５
１及びピーク時間検出器５２を備えている。そして、時
間相関計５１によって発信波形データＤ0 と受信波形デ
ータＤi の時間相関を取り、この時間相関のピーク時間
をピーク時間検出器５２によって求めて到達時間Δｔi
を算出する。

【００４３】次に、パルス波用又は連続波用の距離Ｌｉ
計測手段３１で得られた各圧電振動子２から球状の反射
体６１の中心までの各距離Ｌi に基づいて、各圧電振動
子２の正規の位置からの変位、すなわち超音波トランス
デューサ１の受発信面１ａからの変位εi を変位演算手
段３２によって計算する。図８に示したように、説明の
便宜のために反射体６１の中心を座標原点として、各圧
電振動子２の受発信面１ａ上の各座標をｘi ，ｙi とす
ると、各圧電振動子２の正規の位置からの各変位εi は
次式で求められる。

【００４４】

【数４】ここで、Ｈは、反射体６１の中心から超音波トランスデ
ューサ１の受発信面１ａまでの最短距離である。なお、
最短距離Ｈが不明の場合には、上記第１実施形態の場合
と同様に線形回帰分析によって最短距離Ｈを算出するこ
とができる。

【００４５】なお、説明の便宜上、座標原点を反射体６
１の中心としたが、座標原点を他の位置とすることもで
きる。また、変位εi は、上記第１実施形態と同様に必
ずしもその絶対値を求める必要はなく、複数の圧電振動
子２、２…２の相互の相対的な変位を求めれば良い。し
たがって、最短距離Ｈについても、その絶対値を正確に
知る必要はなく、ある程度の距離が分かれば良い。

【００４６】また、本実施形態においては超音波の発信
と受信を同一の圧電振動子２で行うようにしたが、変形
例として、図１１に示したように受信と発信を異なる圧
電振動子２で行うことができる。このように受信と発信
を異なる圧電振動子２で行った場合には、図１２に示し
たように、各圧電振動子２の各変位εi は、座標ｘ3、
ｙ3 にある超音波を発信した圧電振動子２から反射体６
１までの距離Ｌ3 と、反射体６１からの反射超音波を受
信した各圧電振動子２までの距離Ｌi との和となる。し
たがって、超音波を発信した圧電振動子２の変位ε3 を
既に述べたような方法によって求めれば、他の各圧電振
動子２のそれぞれの変位εi を求めることができる。

【００４７】以上述べたように本実施形態によれば、高
速増殖炉の原子炉容器内に配置された超音波トランスデ
ューサ１が、高温の液体ナトリウムからの熱によって変
形を起こし、圧電振動子２、２…２同士の相対的な位置
関係が変化した場合でも、この変化による影響を受ける
ことなく炉内構造物等についての良好な画像を得ること
ができる。

【００４８】第３の実施形態以下、本発明の第３実施形態について図面を参照して説
明する。なお、上述した第１及び第２実施形態と同一部
材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【００４９】本実施形態は、図１３に示したように、高
速増殖炉の原子炉容器内にマトリックスアレイ型の超音
波トランスデューサ１が配置されており、この超音波ト
ランスデューサ１の可視領域３の中に平板状の反射体１
３１が配置されている。ここで、説明の便宜上、平板状
の反射体１３１は超音波トランスデューサ１の受発信面
１ａに対して平行に配置されているものとする。なお、
反射体１３１の反射面１３１ａは受発信面１ａに対して
必ずしも平行である必要はなく、ある程度傾斜していて
も良いが、この点については後述する。

【００５０】本実施形態においては、図１３及び図１４
に示したように、各圧電振動子２から超音波を発信して
平板状の反射体１３１の反射面１３１ａで反射させ、反
射された超音波を、超音波を発信した圧電振動子２自身
で受信する。ここで、圧電振動子２から発信される超音
波はパルス状のものとする。なお、超音波の発信と受信
を異なる圧電振動子２で行うこともできるが、これにつ
いては後述する。

【００５１】図１５は、本実施形態におけるパルス波用
の距離Ｌｉ計測手段３１を示しており、この距離Ｌｉ計
測手段３１は、圧電振動子２の発信波形データＤ0 に基
づいて発信ピーク時間ｔ0 を検出する発信ピーク時間検
出器４１と、発信した圧電振動子２の受信波形データＤ
i に基づいて受信ピーク時間ｔi を検出する受信ピーク
時間検出器４２とを備えている。また、距離Ｌｉ計測手
段３１は、発信ピーク時間検出器４１及び受信ピーク時
間検出器４２によって検出された発信ピーク時間ｔ0 及
び受信ピーク時間ｔi に基づいて、超音波が発信されて
から受信されるまでの到達時間Δｔi （＝ｔi −ｔ0 ）
を計算する差分計算器４３を備えている。

【００５２】さらに、距離Ｌｉ計測手段３１は、差分計
算器４３で算出された到達時間Δｔi に基づいて、平板
状の反射体１３１から各圧電振動子２までの各距離Ｌi
を計算する距離演算器１５１を備えている。ここで、差
分計算器４３によって算出される到達時間Δｔi は、超
音波が平板状の反射体１３１の反射面１３１ａで反射さ
れて戻ってくるまでの往復の時間であるので、距離演算
器１５１はこの点を考慮して次式によって各距離Ｌi を
求める。Ｌi ＝ Δｔi ・ａ／２ ………（６）ここで、ａは、炉内温度計４５で計測された炉内温度Ｔ
のデータに基づいて、音速参照手段４６によって参照さ
れた媒質（液体ナトリウム）中の音速である。

【００５３】また、圧電振動子２から発信する超音波と
して、パルス波に代えてランダムな連続波を使用する場
合には、図１６に示した連続波用の距離Ｌｉ計測手段３
１を用いる。この連続波用の距離Ｌｉ計測手段３１は、
上述したパルス波用の距離Ｌｉ計測手段３１の発信ピー
ク時間検出器４１、受信ピーク時間検出器４２及び差分
計算器４３に代えて、時間相関計５１及びピーク時間検
出器５２を備えている。そして、時間相関計５１によっ
て発信波形データＤ0 と受信波形データＤi の時間相関
を取り、この時間相関のピーク時間をピーク時間検出器
５２によって求めて到達時間Δｔi を算出する。

【００５４】次に、パルス波用又は連続波用の距離Ｌｉ
計測手段３１で得られた各圧電振動子２から平板状の反
射体１３１までの各距離Ｌi に基づいて、各圧電振動子
２の正規の位置からの変位、すなわち超音波トランスデ
ューサ１の受発信面１ａからの変位εi を変位演算手段
３２によって計算する。図１４に示したように、各圧電
振動子２の正規の位置からの各変位εi は次式で求めら
れる。 εi ＝Ｌi −Ｈ ………（７）ここで、Ｈは、平板状の反射体１３１の反射面１３１ａ
から超音波トランスデューサ１の受発信面１ａまでの離
間距離（最短距離）である。なお、離間距離Ｈが不明の
場合には、上記第１及び第２実施形態の場合と同様に線
形回帰分析によって離間距離Ｈを算出することができ
る。

【００５５】なお、変位εi は、上記第１及び実施形態
と同様に必ずしもその絶対値を求める必要はなく、複数
の圧電振動子２、２…２の相互の相対的な変位を求めれ
ば良い。したがって、離間距離Ｈについても、その絶対
値を正確に知る必要はなく、ある程度の距離が分かれば
良い。

【００５６】また、本実施形態においては、超音波の発
信と受信を同一の圧電振動子２で行うようにしたが、変
形例として、図１７に示したように受信と発信を異なる
圧電振動子２で行うこともできる。このように受信と発
信を異なる圧電振動子２で行った場合には、図１８に示
したように、各圧電振動子２の各変位εi は、座標ｘ3
、ｙ3 にある超音波を発信した圧電振動子２から反射
体１３１までの距離Ｌ3と、反射体１３１から超音波を
受信した各圧電振動子２までの距離Ｌi との和となる。
したがって、発信した圧電振動子２の変位ε3 を既に述
べたような方法によって求めれば、他の各圧電振動子２
のそれぞれの変位εi を求めることができる。

【００５７】また、前述したように平板状の反射体１３
１は超音波トランスデューサ１の受発信面１３１ａに対
してある程度傾斜していても差し支えない。以下、この
点について説明する。図１９に示したように、平板状の
反射体１３１は超音波トランスデューサ１の受発信面１
３１ａに対して傾いているとする。この場合、各圧電振
動子２と反射体１３１との最短距離は各圧電振動子２毎
に異なるので、最短距離は一定値Ｈではなく、各圧電振
動子２毎に決まる変数Ｈi となる。つまり、各最短距離
Ｈi は各圧電振動子２の座標（ｘi ，ｙi ）の関数とな
り、次式で表される。

【００５８】Ｈi ＝ａｘi ＋ｂｙi ＋ｃ ………（８）ここで、ａ，ｂ，ｃは、座標（ｘi ，ｙi ）にある圧電
振動子２と反射体１３１の反射面１３１ａとの測定距離
Ｌi を用いて、線形回帰分析によって求められる回帰係
数である。また、各圧電振動子２の各座標（ｘi ，ｙi
）は、超音波トランスデューサ１を製作した時点にお
ける座標を用いる。

【００５９】次に、上記の式（８）によって求めた各最
短距離Ｈi と、各圧電振動子２と反射体１３１の反射面
１３１ａとの測定距離Ｌi とによって、各圧電振動子２
の正規の位置からの変位εi を次式によって求める。 εi ＝Ｌi −Ｈi ………（９）なお、図２０に示したように、反射体１３１が傾斜して
いる場合でも、超音波の受信と発信とを異なる圧電振動
子２で行うこともできる。

【００６０】以上述べたように本実施形態によれば、上
記第１及び第２の実施形態と同様に、高速増殖炉の原子
炉容器内に配置された超音波トランスデューサ１が、高
温の液体ナトリウムからの熱によって変形を起こし、圧
電振動子２、２…２同士の相対的な位置関係が変化した
場合でも、この変化による影響を受けることなく炉内構
造物等についての良好な画像を得ることができる。

【００６１】また、上記第１及び第２の実施形態におけ
る超音波発信器４及び球状の反射体６１は共に空間内の
一点で近似するものであるために、超音波トランスデュ
ーサ１の受発信面１ａにおける各圧電振動子２の座標
（ｘi ，ｙi ）を知る必要があるが、本実施形態におけ
る反射体１３１は平板状であるので、受発信面１ａにお
ける各圧電振動子２の座標（ｘi ，ｙi ）を知る必要が
なく、圧電振動子２の変位εi の演算処理を簡略化する
ことができるし、また、各圧電振動子２の座標（ｘi ，
ｙi ）が熱変形等によって大幅に変化した場合でも圧電
振動子２の変位εi を正確に把握することができる。

【００６２】第４の実施形態以下、本発明の第４実施形態について図面を参照して説
明する。なお、上述した第１、第２及び第３実施形態と
同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【００６３】図２１は本実施形態の概略構成を示した図
であり、図中符号２１１は超音波トランスデューサ１を
支持するための架台を示し、この架台２１１はレバー２
１２を有するリンク機構２１３によって超音波トランス
デューサ１を回動自在に支持している。一方、架台２１
１の端部には平板状の反射体１３１が垂設されており、
レバー２１２を操作することによって、リンク機構２１
３を介して超音波トランスデューサ１の受発信面１ａ
を、反射体１３１の反射面１３１ａの方向に向けること
ができる。ここで、超音波トランスデューサ１及び反射
体１３１は共に、高速増殖炉の原子炉容器内の液体ナト
リウムの中に配置されている。

【００６４】このような構成を備えた本実施形態におい
ては、超音波トランスデューサ１の各圧電振動子２の変
位εi を測定する際には、レバー２１２を操作して超音
波トランスデューサ１の受発信面１ａを反射体１の反射
面１ａの方向に向け、上記第３実施形態と同様な方法に
よって変位εi を測定する。一方、炉内構造物等の測定
対象物Ａを測定する際には、レバー２１２を操作して超
音波トランスデューサ１の受発信面１ａを測定対象物Ａ
の方向に向けて測定を行う。

【００６５】また、上記の例ではリンク機構２１３を介
して超音波トランスデューサ１を回動するようにした
が、逆に、超音波トランスデューサ１を固定して反射体
１３１の方を移動機構を介して移動させるようにするこ
ともできる。要するに、超音波トランスデューサ１と反
射体１３１との相対的な位置関係を変化させ、反射体１
３１を超音波トランスデューサ１の可視領域から非可視
領域へと移動させることができるように構成すれば良
い。

【００６６】以上の述べたように本実施形態によれば、
上記第１、第２及び第３の実施形態と同様に、高速増殖
炉の原子炉容器内に配置された超音波トランスデューサ
１が、高温の液体ナトリウムからの熱によって変形を起
こし、圧電振動子２、２…２同士の相対的な位置関係が
変化した場合でも、この変化による影響を受けることな
く炉内構造物等についての良好な画像を得ることができ
る。

【００６７】また、反射体１３１は測定対象物Ａが存在
する方向とは異なる方向に配置されているので、平板状
の反射体１３１のような比較的大きな反射体を用いた場
合でも、測定対象物Ａを測定する際に反射体が邪魔にな
るおそれがない。

【００６８】第５の実施形態次に、本発明の第５実施形態について説明する。上記第
２乃至第４の実施形態においては、球状又は平板状の反
射体６１、１３１を設け、これらの反射体６１、１３１
で反射された超音波を受信するようにしているが、本実
施形態は、既存の構造物、例えば高速増殖炉の炉内構造
物を反射体として利用するものである。

【００６９】すなわち、本実施形態においては、測定対
象物又はその周辺の構造物の中で、超音波トランスデュ
ーサ１からのおおよその距離が分かっており、かつ、超
音波トランスデューサ１の受発信面１ａに対向する表面
を有するものを利用する。そして、受発信面１ａに対向
する表面に対して超音波トランスデューサ１から超音波
を発信し、前記表面で反射された超音波を超音波トラン
スデューサ１で受信し、上記第２乃至第４の実施形態と
同様にして各圧電振動子２の変位εi を測定する。

【００７０】このように本実施形態によれば、既存の構
造物を反射体として利用するようにしたので、反射体を
別途設ける必要がなく、簡単な構成によって上記第１乃
至第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、何ら
かの原因によって超音波トランスデューサの複数の圧電
振動子同士の相対的な位置関係が変化した場合でも、各
圧電振動子の正規の位置からの変位を測定し、これらの
変位を考慮して画像を合成することができるので、画像
の乱れを防止して測定対象物の良好な画像を得ることが
できる。特に、高速増殖炉の原子炉容器の中に超音波ト
ランスデューサを配置して炉内構造物等を測定する場
合、高温の液体ナトリウムからの熱によって超音波トラ
ンスデューサが熱変形を起こした場合でも、炉内構造物
等について良好な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の概略を示した構成図。

【図２】同実施形態における各圧電振動子の変位の測定
方法を示した説明図。

【図３】同実施形態の概略を示したブロック図。

【図４】同実施形態のパルス波用の距離Ｌｉ計測手段の
概略を示したブロック図。

【図５】同実施形態の連続波用の距離Ｌｉ計測手段の概
略を示したブロック図。

【図６】本発明の第２実施形態の概略を示した構成図。

【図７】同実施形態の概略を示した構成図。

【図８】同実施形態における各圧電振動子の変位の測定
方法を示した説明図。

【図９】同実施形態のパルス波用の距離Ｌｉ計測手段の
概略を示したブロック図。

【図１０】同実施形態の連続波用の距離Ｌｉ計測手段の
概略を示したブロック図。

【図１１】同実施形態の変形例の概略を示した構成図。

【図１２】同変形例における各圧電振動子の変位の測定
方法を示した説明図。

【図１３】本発明の第３実施形態の概略を示した構成
図。

【図１４】同実施形態における各圧電振動子の変位の測
定方法を示した説明図。

【図１５】同実施形態のパルス波用の距離Ｌｉ計測手段
の概略を示したブロック図。

【図１６】同実施形態の連続波用の距離Ｌｉ計測手段の
概略を示したブロック図。

【図１７】同実施形態の変形例の概略を示した構成図。

【図１８】同変形例における各圧電振動子の変位の測定
方法を示した説明図。

【図１９】上記第３実施形態において反射体が傾斜して
いる場合を示した構成図。

【図２０】上記第３実施形態において反射体が傾斜して
いる場合を示した他の構成図。

【図２１】本発明の第４実施形態の概略を示した構成
図。

【符号の説明】

１超音波トランスデューサ１ａ受発信面２圧電振動子３可視領域４超音波発信器３０変位測定手段３１距離Ｌｉ計測手段３２変位演算手段３３補正手段３４距離Ｄ計測手段３５画像合成手段４１発信ピーク時間検出器４２受信ピーク時間検出器４３差分計算器４４、９１、１５１、１６１距離演算器４５炉内温度計４６音速参照手段５１時間相関計５２ピーク時間検出器６１球状の反射体７１支持部材１３１平板状の反射体２１１架台２１２レバー２１３リンク機構Ａ測定対象物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の超音波発振・受信素子を有する超音
波トランスデューサと、この超音波トランスデューサに
よって得られた超音波信号データに基づいて前記各超音
波発振・受信素子の正規位置からの変位を測定する変位
測定手段と、前記超音波トランスデューサによって得ら
れた測定対象物の測定データを前記変位に基づいて補正
する補正手段と、この補正手段によって補正された前記
測定データに基づいて前記測定対象物を画像化する画像
合成手段とを備えたことを特徴とする超音波可視化装
置。
【請求項２】前記超音波トランスデューサに向けて超音
波を発信する超音波発信器を有することを特徴とする請
求項１記載の超音波可視化装置。
【請求項３】前記超音波トランスデューサから発信され
た超音波を前記超音波トランスデューサに向けて反射す
るための反射体と、この反射体を前記超音波トランスデ
ューサの可視領域内に保持する保持手段とを備えたこと
を特徴とする請求項１記載の超音波可視化装置。
【請求項４】前記反射体は超音波を反射するための平面
を有することを特徴とする請求項３記載の超音波可視化
装置。
【請求項５】前記反射体は超音波を反射するための半球
面を有することを特徴とする請求項３記載の超音波可視
化装置。
【請求項６】前記反射体を前記超音波トランスデューサ
の可視領域から非可視領域に移動させる移動手段を有す
ることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一
項に記載の超音波可視化装置。
【請求項７】請求項１記載の超音波可視化装置を用いた
超音波可視化方法であって、高速増殖炉の冷却材である
液体ナトリウム中に配置された超音波トランスデューサ
によって超音波を受信し、この受信によって得られた超
音波信号データに基づいて各超音波発振・受信素子の正
規位置からの変位を変位測定手段によって測定し、前記
超音波トランスデューサによって得られた測定対象物の
測定データを前記変位に基づいて補正手段によって補正
し、この補正手段によって補正された前記測定データに
基づいて画像合成手段によって前記測定対象物を画像化
することを特徴とする超音波可視化方法。
【請求項８】前記超音波信号データは、前記超音波トラ
ンスデューサから発信されて高速増殖炉の構造物によっ
て反射された超音波を、前記超音波トランスデューサに
よって受信することによって得られることを特徴とする
請求項７記載の超音波可視化方法。