JPH11258214A

JPH11258214A - 超音波センサ

Info

Publication number: JPH11258214A
Application number: JP10065103A
Authority: JP
Inventors: Osamu Iwai; 修岩井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】管体の円周方向の割れなどの欠陥検出精度を高
めることができ、また検査時間の短縮を図ることにあ
る。【解決手段】被検査対象となる管１内に挿入される超音
波プローブ２に超音波ビームを管内周面に伝達可能な複
数個の超音波振動子３を配設し、超音波プローブ２を管
１の軸方向と同方向に移動可能な機構により走査して管
１の周面を探傷するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば熱交換器など
の配管の保守検査に際して、特に伝熱管の健全性が診断
可能な超音波センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば熱交換器の伝熱管（細管）の減肉
などの検査方法として、主に黄銅管に代表される管の材
質が非磁性体（透磁率〜μ０（真空の透磁率））の場
合、渦流探傷検査による検査方法が一般的に行われてい
る。

【０００３】しかし、管の材質が炭素鋼に代表される強
磁性体（透磁率>>μ０）の場合には、一般的な渦流探傷
による検査の適用は不可能である。

【０００４】そこで、従来では図８に示すように管１内
に水を充填し、超音波プローブ内に回転式のミラー１０
１と超音波振動子３を設け、この超音波振動子３より軸
方向に伝達される超音波ビームを反射ミラー１０１によ
り管の軸方向に垂直な方向に反射させて探傷する水浸法
による超音波探傷法（ＵＴ）により検査を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記回転式プ
ローブを用いた超音波探傷は、管内に水を充填させる作
業をしなければならず、また超音波プローブを回転させ
ながら検査を行うため、プロープに回転機構を設けなけ
ればならず、さらに超音波プローブを回転しながら探傷
を実施しなければならないため、通常渦探傷試験などと
比較した場合、伝熱管１本当りの検査に多大な時間を要
する。

【０００６】また、第２の問題として、一般的に用いら
れている回転式のＵＴ超音波プローブでは、１探触子を
用いた垂直探傷を実施しているのが現状であるが、管の
円周方向の割れなどを検出する場合、軸方向の割れなど
を検出する場合と比較して極端に検出感度が低下し、現
状では検出レベルを満たしていないのが実情である。

【０００７】本発明は上記のような問題点を解消するた
めなされたもので、管の円周方向の割れなどの欠陥検出
精度を高めることができると共に、検査時間の短縮を図
ることができる超音波センサを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により超音波センサを構成
するものである。請求項１に対応する発明は、被検査対
象となる管内に挿入される超音波プローブに超音波ビー
ムが管内周面に伝達されるように複数個の超音波振動子
を配設し、前記超音波プローブを前記管の軸方向と同方
向に移動させる機構により走査して前記管の周面を探傷
するようにしたものである。

【０００９】請求項２に対応する発明は、被検査対象と
なる管内に挿入される超音波プローブに超音波ビームが
管内周面に伝達されるように複数個の超音波振動子を配
設し、これら各超音波振動子を包囲するように液体の浸
透性の少ない薄膜を設けると共に、この薄膜と前記超音
波振動子との間に存する空間部に超音波伝達物質を充填
した構成とし、前記超音波プローブを前記管の軸方向と
同方向に移動させる機構により走査して前記管の周面を
探傷するようにしたものである。

【００１０】請求項３に対応する発明は、請求項２に対
応する発明の超音波センサにおいて、前記超音波プロー
ブを前記薄膜が常に管内面に一定圧で密着するように管
内面に保持調整可能な調芯機構を設けたものである。

【００１１】請求項４に対応する発明は、請求項１又は
請求項２に対応する発明の超音波センサにおいて、前記
超音波プローブに設けられる複数個の超音波振動子を管
の軸方向と垂直な軸に対してある角度傾斜させたもので
ある。

【００１２】請求項５に対応する発明は、被検査対象と
なる管内に挿入される超音波プローブに管の軸方向に超
音波ビームが伝達されるように複数個の超音波振動子を
設けると共に、この超音波ビームを前記管の内周面方向
に反射させる固定式ミラーを設ける構成とし、前記超音
波プローブを前記管の軸方向と同方向に移動させる機構
により走査して前記管の周面を探傷するようにしたもの
である。

【００１３】請求項６に対応する発明は、請求項５に対
応する発明の超音波センサにおいて、前記固定式ミラー
の超音波ビームの反射面の前記管の軸方向に対する角度
を変化可能にしたものである。

【００１４】請求項７に対応する発明は、請求項５に対
応する発明の超音波センサにおいて、前記固定式ミラー
の超音波ビームの反射面の前記管の軸方向に対する角度
が任意に設定された種々の形状の固定式ミラーと交換可
能にしたものである。

【００１５】請求項８に対応する発明は、請求項１乃至
請求項３、請求項５の何ずれか一つの項に対応する発明
の超音波センサにおいて、前記超音波プローブの中に渦
流探傷用コイルや目視点検用カメラを設けて超音波ビー
ムによる検査と同時に渦流探傷や目視点検用カメラによ
る管の周面の検査を可能にしたものである。

【００１６】従って、上記請求項１及び請求項５に対応
する発明の超音波センサにあっては、超音波プローブに
回転機構を設けることなく管の円周方向の反射源からの
超音波エコーを受信することにより、管のある軸方向位
置での反射エコーを得ることができるので、超音波振動
子を多数円周方向に配設することにより管の円周方向で
の検出精度を高めることができと共に、検査時間の短縮
を図ることができる。

【００１７】また、請求項２及び請求項３に対応する発
明の超音波センサにあっては、上記作用効果に加えて、
検査対象となる管内に水等の超音波伝達物質を充填する
必要がないないので、検査時間をより大幅に短縮するこ
とができる。

【００１８】さらに、請求項４、請求項６及び請求項７
に対応する発明の超音波センサにあっては、超音波ビー
ムの方向を変化させて特に管の円周方向の割れ等の反射
源の相対的な反射面積を大きくすることにより、反射源
からの反射エコー強度が大きくなるので、検出感度を高
めることができる。

【００１９】請求項８に対応する発明の超音波センサに
あっては、請求項１乃至請求項３、請求項５の何ずれか
一つの項に対応する発明の作用効果に加えて、超音波ビ
ームによる検査と同時に渦流探傷や目視点検用カメラに
よる管の周面の検査を行うことができるので、検査時間
の大幅な短縮を図ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明による超音波センサの
第１の実施の形態を示すもので、（ａ）は軸方向断面
図、（ｂ）は径方向断面図である。

【００２１】図１（ａ），（ｂ）において、１は被検査
体の伝熱管、２はこの伝熱管１内に挿入された超音波プ
ローブで、この超音波プローブ２はその軸方向のほぼ中
央部に括れ部を有し、超音波プローブ２の括れ部に対応
する部分に４個の超音波振動子３が等間隔を存して配設
されている。これら各超音波振動子３は管の軸方向に垂
直な方向に超音波ビームが伝達可能に設けられ、空洞部
を通して図示しない外部の超音波探傷器に信号線４によ
り接続されている。また、この超音波プローブは管の軸
方向と同方向に移動可能な図示しない走査機構により走
査可能になっている。

【００２２】このような構成の超音波センサにおいて、
伝熱管１内に超音波伝達物質５が充填された状態で、外
部の超音波探傷器により各超音波振動子３を励起すると
共に超音波プローブ２を管の軸方向と同方向に走査する
と、これらの超音波振動子３から発生する超音波ビーム
６が超音波伝達物質５を通して伝熱管１に伝達される。
そして、管の円周方向の反射源からの超音波エコーを受
信することにより、管のある軸方向位置での反射エコー
を得ることができる。

【００２３】この場合、伝熱管１に不連続部７が存在し
ていると、図２に示すように管外面からの反射エコー１
ａと管内面からの反射エコー２ａとの間の時間軸に不連
続部の反射エコー７ａが超音波探傷器のＣＲＴ等の画面
上に表示される。従って、この表示画面を観測すること
により、管の減肉や割れ等の不連続を知ることが可能と
ななるので、検査時間の短縮を図ることができる。

【００２４】上記第１の実施の形態では、超音波振動子
３の個数が４個の場合であるが、超音波振動子３の数は
管の内径に合せて増減すればよい。図１（ｂ）は超音波
振動子３の個数の少ない場合であり、この例では円周方
向断面での探傷可能な範囲は小さくなるが、これとは逆
に信号線の数を少なくできることから、超音波プローブ
２を小形にすることができる。

【００２５】図３は本発明による超音波センサの第２の
実施の形態を示す軸方向断面図であり、図１と同一部品
には同一符号を付して説明する。第２の実施の形態で
は、超音波プローブ２の括れ部に対応して４個の超音波
振動子３を等間隔を存して配設すると共に、括れ部外周
に空間部が存するように液体の浸透性の少ない薄膜８を
設け、この薄膜８により覆われた括れ部外周の空間部に
超音波伝達物質５を充填し、さらに超音波プローブ２の
両端部に伝熱管１の内面に適宜の圧力で接触して薄膜８
の管接触面に対する抗力による超音波プローブ２のガタ
ツキを調整する調芯機構９を取付ける構成としたもので
ある。

【００２６】この場合、各超音波振動子３は管の軸方向
に垂直な方向に超音波ビーム６が伝達可能に設けられ、
空洞部を通して外部の超音波探傷器に信号線４により接
続されている。

【００２７】このような構成の超音波センサにおいて、
伝熱管１の探傷検査は第１の実施の形態と同様である
が、超音波振動子３から発せられた超音波ビーム６は薄
膜８で覆われた超音波伝達物質５を通して伝熱管１に伝
達可能なギャップ水浸構造としてあるので、管内に超音
波伝達物質を充填することなしに管の周面に存する不連
続部を計測することができる。この場合、薄膜８は十分
に柔軟性を有しており、管の内面に密着しているので、
超音波ビームを十分に伝熱管１に伝達することが可能で
ある。

【００２８】また、超音波プローブ２に取付けられた調
芯機構９により、常に薄膜８を管内面に密着した状態で
接触させることができる。従って、このような構成の超
音波センサによれば、検査対象となる管内に水等の超音
波伝達物質を充填する必要がないないので、検査時間を
より大幅に短縮することができる。

【００２９】なお、超音波振動子３の個数は管径に応じ
て適宜増減できるものである。図４（ａ）は本発明によ
る超音波センサの第３の実施の形態を示す軸方向断面図
であり、図１と同一部品には同一符号を付して説明す
る。

【００３０】第３の実施の形態では、超音波プローブ２
の括れ部に、複数個の超音波振動子３を管の軸方向に垂
直な軸に対してある角度傾斜させてそれぞれ設ける構成
としたものである。

【００３１】このような構成の超音波センサとすれば、
伝熱管１の円周方向に超音波ビーム６を傾けて伝達でき
るので、円周方向に存する不連続部７０を検出すること
ができる。この場合、図４（ｂ）に示すように図１に示
す超音波プローブを用いて管の軸方向に垂直な方向に超
音波ビーム６を伝達した場合の反射エコー高さ２ａと比
較して、第３の実施の形態のように斜めに超音波ビーム
６を伝達した場合の反射エコー高さ３ａの方が大きくな
る。但し、超音波探傷器の感度設定を同じ条件としてあ
る。

【００３２】従って、図１の超音波センサに比べて不連
続部７０の検出精度を高くすることができる。図５は本
発明による超音波センサの第４の実施の形態を示す軸方
向断面図であり、図１と同一部品には同一符号を付して
説明する。

【００３３】第４の実施の形態では、図５（ａ）に示す
ように超音波プローブ２内の括れ部に、管の軸方向と垂
直な軸に対してある角度傾斜させて複数個の超音波振動
子３を受信側と送信側に分けて配設したものである。

【００３４】また、図５（ｂ）は超音波振動子として集
束型超音波振動子３１を用い、これを受信側と送信側に
分けて配設したものである。さらに、図５（ｃ）は図５
（ｂ）に対して受信側と送信側の集束型超音波振動子３
１の不連続部７０に対する角度を変えたものである。

【００３５】このような構成の超音波センサにあって
は、図４に示す第３の実施の形態と同様の作用効果を得
ることができることは勿論、図５（ｂ）に示すように超
音波振動子として集束型超音波振動子３１を用いた場
合、図５（ａ）の場合と比較して超音波ビーム６を集束
して管に伝達できるので、不連続部７０に対して超音波
ビームを集中させることが可能となる。さらに、図５
（ｃ）に示すように図５（ｂ）に対して受信側と送信側
の集束型超音波振動子３１の不連続部７０に対する角度
を変えることで、不連続部７０の管外周側の不連続の開
始部分に対して収束したビームが伝達され、この部分の
検査が実施できるので、管の不連続部７０の形状を詳細
に知ることができる。特に管の円周方向の割れ等の反射
源の相対的な反射面積を大きくすることにより、反射源
からの反射エコー強度が大きくなるので、検出感度を高
めることができる。

【００３６】図６は本発明による超音波センサの第５の
実施の形態を示す軸方向断面図であり、図１と同一部品
には同一符号を付して説明する。図６（ａ）は超音波プ
ローブ２に管の軸方向に超音波ビーム６が伝達されるよ
うに複数個の超音波振動子３を設けると共に、この超音
波ビーム６を伝熱管１の軸方向に垂直な方向に反射させ
る固定式ミラー５１を設けるように構成したものであ
る。

【００３７】また、図６（ｂ）は図６（ａ）に対して超
音波振動子３より軸方向に伝達される超音波ビーム６を
固定式ミラー５１により伝熱管１に対してある角度を持
たせて反射させるようにしたものである。

【００３８】さらに、図６（ｃ）は図６（ａ）と同様に
超音波振動子３により管の軸方向に超音波ビームを伝達
し、この超音波ビームを固定式ミラー５１により伝熱管
１の軸方向に垂直な方向に反射させる構成に加えて、図
３に示す実施の形態と同様に超音波プローブ２の外周に
液体の浸透性の少ない薄膜８を設け、この薄膜８により
覆われた超音波プローブ２内の固定式ミラーと超音波振
動子３との間に存する空間部に超音波伝達物質５を充填
し、さらに超音波プローブ２の両端部に伝熱管１の内面
に適宜の圧力で接触して薄膜８の管接触面に対する抗力
による超音波プローブ２のガタツキを調整する調芯機構
９を取付けるようにしたものである。

【００３９】従って、図６（ａ）に示すような構成の超
音波プローブにおいては、第１の実施の形態と同様の作
用効果を得ることができ、また図６（ｂ）に示すような
構成の超音波プローブにあっては、第３の実施の形態と
同様の作用効果を得ることができ、さらに図６（ｃ）に
示すような構成の超音波プローブにあっては、第２の実
施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

【００４０】なお、上記実施の形態において、固定式ミ
ラーの超音波ビームの反射面を管の軸方向に対する角度
が任意に設定された種々の形状の固定式ミラーと交換で
きるようにしてもよい。

【００４１】図７は本発明による超音波センサの第５の
実施の形態における超音波プローブの構成例を示し、本
例では超音波プローブ２に渦流探傷センサや目視点検カ
メラを組込んだものである。

【００４２】従来、管に水等の超音波伝達物質を充填し
た探傷法を用いた場合、渦流探傷では特にコイル部分に
水等の電導体が接触していると、試験信号自体に雑音の
発生原因となり、通常渦流探傷を実施する場合には管に
水等の電導性物質が充填された状態では、探傷信号を識
別することが不可能な雑音レベルにある。

【００４３】これに対して本発明の第２の実施の形態で
説明したギャップ水浸法の超音波プローブによる探傷で
は、管内部に超音波伝達物質を充填する必要がないた
め、超音波プローブ部分に超音波伝達物質が接触するこ
とがないため、雑音を効果的に低減でき、しかも渦流探
傷センサとの組合せが可能となる。

【００４４】図７（ａ）は超音波センサに鋼管等の強磁
性体の渦流探傷に有効とされているリモートフィールド
用の渦流探傷センサを組込んだもので、その構成は超音
波プローブ２内に設けられた受信コイル１１と送信コイ
ル１２の間に超音波振動子３を配設したものである。こ
の場合、超音波振動子３の片側に受信コイル１１と送信
コイル１２の両方を配設したものと比べて超音波プロー
ブ２の長さを短くすることができる。

【００４５】また、図７（ｂ）は通常の渦流探傷コイル
１３を超音波振動子３の手前側に配設したものである。
この場合、渦流探傷コイル１３の配設位置は超音波振動
子３の手前側又は奥側の何ずれであってもよい。

【００４６】従って、このような構成の超音波センサと
すれば、超音波ビームによる探傷と渦流探傷検査を同時
に行うことができるので、検査時間の大幅な短縮を図る
ことができる。また、超音波プローブ２内に目視点検カ
メラを設けることにより、目視検査等も併せて行うこと
ができる。なお、上記各実施の形態では伝熱管を探傷す
る場合について述べたが、被検査対象としては種々の管
に対しても同様に探傷可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、管体
の円周方向の割れなどの欠陥検出精度を高めることがで
き、また検査時間の短縮を図ることができる超音波セン
サを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波センサの第１の実施の形態
を示すもので、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は径方向
断面図。

【図２】同実施の形態において、表示画面に表示された
伝熱管の各部のエコーの状態を示す図。

【図３】本発明による超音波センサの第２の実施の形態
を示す軸方向断面図。

【図４】図４は本発明による超音波センサの第３の実施
の形態を示すもので、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は
伝熱管のエコーの状態を図１によるエコーの状態と比較
して示す図。

【図５】本発明による超音波センサの第４の実施の形態
を示すもので、（ａ）は第１の構成例を示す軸方向断面
図、（ｂ）は第２の構成例を示す軸方向断面図、（ｃ）
は第３の構成例を示す軸方向断面図。

【図６】本発明による超音波センサの第５の実施の形態
を示すもので、（ａ）は第１の構成例を示す軸方向断面
図、（ｂ）は第２の構成例を示す軸方向断面図、（ｃ）
は第３の構成例を示す軸方向断面図。

【図７】本発明による超音波センサの第５の実施の形態
における超音波プローブを示すもので、（ａ）は第１の
構成例を示す図、（ｂ）は第２の構成例を示す図。

【図８】従来の超音波センサの構成例を示す軸方向断面
図。

【符号の説明】

１……伝熱管２……超音波プローブ３……超音波振動子４……信号線５……超音波伝達物質６……超音波ビーム７，７０……不連続部８……薄膜９……調芯機構１１……受信コイル１２……送信コイル１３……渦流探傷コイル３１……集束型超音波振動子５１……固定式ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査対象となる管内に挿入される超音
波プローブに超音波ビームが管内周面に伝達されるよう
に複数個の超音波振動子を配設し、前記超音波プローブ
を前記管の軸方向と同方向に移動させる機構により走査
して前記管の周面を探傷することを特徴とする超音波セ
ンサ。
【請求項２】被検査対象となる管内に挿入される超音
波プローブに超音波ビームが管内周面に伝達されるよう
に複数個の超音波振動子を配設し、これら各超音波振動
子を包囲するように液体の浸透性の少ない薄膜を設ける
と共に、この薄膜と前記超音波振動子との間に存する空
間部に超音波伝達物質を充填した構成とし、前記超音波
プローブを前記管の軸方向と同方向に移動させる機構に
より走査して前記管の周面を探傷することを特徴とする
超音波センサ。
【請求項３】請求項２記載の超音波センサにおいて、
前記超音波プローブを前記薄膜が常に管内面に一定圧で
密着するように管内面に保持調整可能な調芯機構を設け
たことを特徴とする超音波センサ。
【請求項４】請求項１又は請求項２記載の超音波セン
サにおいて、前記超音波プローブに設けられる複数個の
超音波振動子を管の軸方向と垂直な軸に対してある角度
傾斜させたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項５】被検査対象となる管内に挿入される超音
波プローブに管の軸方向に超音波ビームが伝達されるよ
うに複数個の超音波振動子を設けると共に、この超音波
ビームを前記管の内周面方向に反射させる固定式ミラー
を設ける構成とし、前記超音波プローブを前記管の軸方
向と同方向に移動させる機構により走査して前記管の周
面を探傷することを特徴とする超音波センサ。
【請求項６】請求項５記載の超音波センサにおいて、
前記固定式ミラーの超音波ビームの反射面の前記管の軸
方向に対する角度を変化可能にしたことを特徴とする超
音波センサ。
【請求項７】請求項５記載の超音波センサにおいて、
前記固定式ミラーの超音波ビームの反射面の前記管の軸
方向に対する角度が任意に設定された種々の形状の固定
式ミラーと交換可能にしたことを特徴する超音波セン
サ。
【請求項８】請求項１乃至請求項３、請求項５の何ず
れか一つの項に記載の超音波センサにおいて、前記超音
波プローブの中に渦流探傷用コイルや目視点検用カメラ
を設けて超音波ビームによる検査と同時に渦流探傷や目
視点検用カメラによる管の周面を検査を可能にしたこと
を特徴とする超音波センサ。