JPS60200114A - 液体金属中構造物映像化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速増殖炉等で用いる液体金属内の構造物映
像化装置に関したものである。

〔発明の背景〕

従来より、たとえばタンク型高速増殖炉においては、不
透明々ナトリウムを超音波で透視し、内部にある構造物
（ポンプ、中間熱交換器等）の形状を映像化して、傷、
変形等の異常全検出する必要がある。。

第１図は、従来より高速炉でよく用いられている映像（
ヒ装置の構成を示す。この例においては、超音波送受信
センサ（振動子として通常ｆｌＬｉＮｂｏ３が使用され
ている）（１）’にナトリウム（２）中に浸漬した状態
で構造物（３）周辺を走査し、超音波（４）全発信した
後、反射波がセンサ（１）ＶＣ戻ってくるまでの時間か
ら物体の凹凸全検知する構成となっている。センサの位
置を、センサを駆動する装置から（たとえばモータ（５
）の回転角度から請求め、各位置で測定した発信→受信
間の時間から二次元の水平画面が得られる様になってい
る。

しかしながら、上記の従来装填では、センサから超音波
を発射する方向は固定されているため、超音波ビームが
物体（３）に直角になった場合のみしか反射波がセンサ
（４）に戻らない。（それ以外は、反射波はそれてしま
う）。このため、平面形状の物体映像化は可能であって
も、ポンプ、中間熱交換器（６）の壁の様な曲面形状物
体にっいては映像化はできなくなる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記の問題点を々くし、高信頼性のあ
る液体金属中構造物映像化装（至）を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明では、超音波センサを
ナトリウム中で自転させながら走査する方法金とる。第
２図および第３図に本発明の原理を示す。センサ（１）
は曲面物体（６）の周辺を自転させながら走査する様に
する。各走査位置においては、超音波を発射し、自転角
θと反射エコー強度との関係（第３図）を調べる。この
関係で上記エコー強度が最大になる時の自転角θ、Ｘ検
索し、その時の送受信間の時間から物体までの距離ｔを
める様にする。

一方、センサの位置をセンサ走査装−２側の信号（たと
えばモータ回転角ｌ＃：）からぬ、先にめた距離ｔとの
関係から物体形状を映像化する方法をとる。従って、こ
の様な方法を採れば、いかなる曲面形状の物体でも映像
化は可能になる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

第４図は本発明となる映像化装置の基本構成を示したも
のである。超音波センサ（１）は走査アーム（７）の先
端に取付けてあり、自転用モータ（８）１７こより自転
できる様にしである。センサ（１）からは超音波（４）
が一定周期で発射され、物体（６）からのエコーをモニ
ターしている。走査アーム（７）は、駆動軸（９）を中
止として回転できる様にしである。この回転走査は、歯
車（１０）と走査用モータ（５）ｖこよって行りつ。セ
ンサ（１）の位置と向きはそｒＬぞれ上記走査用モータ
（５）の回転角と、自転用モータ（８ンの回転角からめ
る様になっている。すなわち、走査用モータ制御器（１
１）と自転用モータ制御器（１２）から、そｒＬぞれの
モータ回転角信号全取出し、後段の演算器（１３）と（
１４）に入れ、センサ位置に関する信号（１５）とセン
サの向きに関する信号（１６）に変換する。一方、超音
波送受信制御器（１７）から、物体からのエコー信号＋
１８）　’に取出し、後段のエコー信号処理装置（１９
）に入力する。

この信号処理装置では、常時、エコー強度をモニターし
、所定の一定ノベルを超えた時点で、パルス（２０）　
を発し、ゲート（２１）に送る憬にしである。ゲート（
２１）ではパルス？受けた時点でセンサの向きに関する
信号（１６）とセンサ位置に関する信号（１５）を後段
の映像化装置（２２）に送る様にしである。映像化装置
＋２２）　＊は、エコー信号も常時人力してあり、ここ
でまず、第３図に示した様な関［Ｊｉ’ｓｆ調べ、エコ
ー強度が最大Ｖこなる自転角０．８を検出する。続いて
、自転角θ□、Ｘにおける送受信間の時間τを算出し、
物体までの距離ｔ＝Ｃτ／２（Ｃは音速）を演算する。

一方この時のセンサ位置信号全検索し、距離ｔとの関係
から物体を映像化する様になっている。

第５図に超音波センサおよび自転用モータに関する一実
施例ケ示す。センサはナトリウム中で回転させる必要〃
ミあるため、次の様々特徴をもたしである。

（１）回転（自転）駆動の信頼性を向上させるため、回
転部と固定部は非接触にしである。

（回転のための駆動力は固定部から回転部に間接的に伝
わる様にしである。

（２）　ケーブルの信頼性を向上させるため、センサと
超音波送受信制御器間の信号伝送に用いるＭＩケーブル
と、モータ駆動用の電源ケーブルの本数を少なくシ、固
定側に取付けである（回転中はケーブルは固定）。

第５図の実施例では、超音波の送受信に磁歪素子（２３
）を用いである。一般に磁歪素子に磁場Ｈを印加すると
歪が生じて音波を発する１、逆に、磁歪素子に歪を与え
ると、礎歪累子内に磁場Ｈが誘起される特質がある。実
施例においては、回転（（自転）軸（２４）中に円板状
の磁歪素子（２３）を埋め込んである。この素子にＩＭ
Ｈ２程度の高周波磁場Ｈ’を矢印（↑）の方向に印加す
ると※の方向に超音波（４）が発生する。回転軸（２４
）の下部は、４５°の勾配でカントしてあり、発生した
超音波全９０８曲げて、物体（６）の方向に向く様にし
である。逆に物体からエコー波は、発信の向き＾ とは逆の道順で磁歪素子（２３）に戻り、高周波磁場Ｈ
ｋ発生させる。上記の磁歪素子への信号のやりとりは、
走査アーム（（Ｉン）内に巻きつけたコイル（Ｌｌ）で
実行する。コイルは、磁壺素子（２３）の軸方向に巻い
てあり、これに約Ｉ　ＭＨＺの高周波電流を流して磁歪
素子（２３）Ｖｒ−歪が加わり、超音波が、０方向に発
生できる様にしである。逆に磁歪素子にエコーが到達し
た時、コイル（Ｌ、）には、高周波電流が誘起され、振
巾の大小からエコー強度を検出できる様にしである。こ
の場合高周波電場が磁歪素子まで浸透しやすくするため
、アーム（７ンの壁の一部はセラミンクで作っておく方
がよい。

一方、軸の回転（自転）のためには、従来のパルスモー
タによくにた方法を採る。回転軸（２３）の上の方には
等ピッチで永久磁石（２５）　ｅＮ極。

Ｓ極そろえて埋め込んである。外側のアーム（７）の中
には永久磁石の数より一つ多い歯数をもつ固定子（２６
）ｔ−取付けである。固定子の各歯端（２７）にはコイ
ル（Ｌ、）を直列に巻いである。このコイルにパルス状
の電流を流すと、歯端（２７）は電磁石（内側がＮ極）
となる。今固定子の歯数が、永久磁石の数より一つ多い
から１回転子は１ピツチだけ回転する事になる。つぎに
コイル（Ｌ２）に逆方向のパルス状′亀流ｋｔＮ、すと
、固定子歯端では極性が逆（内側Ｓ極）の電磁石が形成
される。このため、回転子はさらに１ピツチ回転するこ
とになる。この様に、正逆方向のパルス列全コイル（Ｌ
２）に加えてゆく事により軸（２４）を回転させる事が
できる。この場合の回転速度にパルスの周波数によって
決する。

本実施例においては、信号ケーブルと電源ケーブルの本
数を削減するため、コイル（Ｌ、）と−フィル（Ｌ２）
を直列に結線しである。第６図はコイルの結線回路と信
号処理系の構成を示す。また、第７図はコイルに表われ
る電圧（電流）と、信号処理のタイミングを示す。まず
（ロ）転軸を１ピツチ回転させるため、パルス発生器（
２８）より一つの正パルス（２９）　’に発生し、コイ
ル（１，２）　？励磁する。

ついで、高周波電圧発生器（３０）より、高周波・電圧
（３１）を発生し、コイル＋Ｌ、ｌ介して磁歪素子（第
５図内２３）′Ｊｋ励磁する。上記高周波発生は、モー
タ駆動パルス（２９）の負のエアヂと同期させる。高周
波電圧発生後高周波電圧発生装置はエコー信号が戻るま
で待期し、戻るまでの時間（τ）とエコー信号（３２）
を検知（−１後段のエコー信号処理装置１　（１９）に
入力する。ある一定時間待期してもエコー信号が戻らな
い場合は次のステップに進む様にしである。つづいて、
自転軸をさらに１ピツチ回転させるために、パルス発生
器（２８）より負パルス（２３）を発生し、コイル（Ｌ
２）を励磁する。この励磁は、エコー信号（３２）が到
達し、一定時間Ｔだけ（〜ｌ　ｍ　ｓ　）経た時点と同
期させる。

パルス発生器（２８）はまた、パルス（２９）　ｋ発生
させる時点と同期した信号＋３４１後段の演算器（３５
）　ＶＣ送り、ここで、センサの向きに関ｆる信号（１
６）に変換する。また演算器（１３）には、アーム走査
用のモ〜り制御器（１１）からの回転角信号（３６）が
入力してあり、ここで、センサの位置信号＋１５）　’
に算出できる様になっている。センサの向きに関した信
号（１６）と位置に関した信号（１５）はゲート（２１
）を介して映像化装置（３２）に戻る様になっている。

エコー信号処理装＆（１９）。

グー）　（２１）　、映像化装置ｆ！１（２２）の動作
については、第４図で説明した内容と同じである。

第８図に、超音波センサおよび自転用モータに関したも
う一つの実施例を示す。この例においても、超音波の送
受信に磁歪素子（２３）’ｉ用いる。

磁歪素子は平板状の形状で回転軸の中央に埋め込んであ
る。前の実施例と同じく、軸を回転するために、永久磁
石（２５）と、固定子（２６）　’に取付けである。固
定子の各歯端（２７）に直列にコイル（Ｌ、）が巻いて
あり、前実施例と同じ方法で、軸（２４）ｋ回転できる
様に々っている。上記、磁歪素子（２５）の励磁と磁歪
素子からのエコー信号の抽出には、いずれも、コイル（
Ｌｓ）ｋ並用する様にしである。すなわち、第９図に示
す様にコイル（Ｌ３）には、固定子（２６）の歯端を磁
化するためのパルス（２９）と超音波信号を送受信する
ための商周波電圧信号（３１）が同時に印加さね、るこ
とになる。この例では、コイル（Ｌ３）が、軸の回転（
自転）と超音波の送受信を兼用しているため、永久磁石
（２５）と磁歪素子の励磁部（３６）　ｔま同じ位置Ｖ
こ配置しである。コイル（Ｌ３）に高周波電圧全印加す
ると、磁歪素子の励磁部（３６）に歪が生じ、これが磁
歪素子の下部に伝帳してゆく。このため磁歪素子の下部
からは超音波（４）が発振される様になっている。

以上二つの実施例によりセンサおよび自転用モータの構
成を示した。いずれの例においてモ、軸を駆動（回転）
するための力は（間接的に）非接触で伝帳さｒし、かつ
可動部分が一切ないため、軸の回転（自転）駆動の信頼
性が著しく向上する。

また、信号（超音波信号）の伝送に用いるケーブルと、
軸の回転駆動用の電源ケーブルは一つのコイルで兼ねて
いるので駆動装楡（モータ）が小型になり、回転中にケ
ーブルは可動し々いので、ナトリウム中におけるケーブ
ルの信頼性は大巾に向上する。

〔発明の効果〕

以上述べたことく本発明によれば、ナトリウム等不透明
な液体全域中の曲面構造物を高い信頼性で映像化できる
＃ｃｗ’ｉ提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の映像化装置の構成を説明する図、第２図
第３図は本発明の詳細な説明する図、第４１ｇＩは本発
明となる映像化装置の基本構成を示す図、第５図は本発
明の超音波センサおよび自転用モータに関する一笑施Ｉ
Ｆ’ｌＪ’に示す図、第６図は上記実施例におけるコイ
ルの結線回路と信号処理系の構成を示す図、第７図は前
記実施例においてコイルに現ハる電圧と信号処理のタイ
ミングを示す図、第８図は本発明の超音波センサおよび
自転用モータＶζ関する他の実施例を示す図、ｋ４Ｊ９
図は第８図に示す実施例において、コイルＶＣ現われる
電圧信号を示す図である。 １・・・超音波送受信センサ、２川ナトリウム、３・・
・構造物、４・・・超音波、５・・・アーム走査用モー
タ、６・・・曲面構造物、７・・・走査アーム、８・・
・自転用モータ、９・・・駆動軸、１ｏ・・・歯車、１
１・・・走査用モータ制御器、１２・・・自転用モータ
制御器、１３・・・演算部、１４・・・演３１Ｌ邪、１
５・・・センサ位負に関する信号、１６・・・センザ向
きに関する信号、１７・・・超音波送受信制御器、１８
・・・エコー信号、１９・・・エコー信号処理装置、２
ｏ・・・パ／Ｌ、／（，２１・・・ゲート、２２・・・
映像化装置、２３・・・磁歪素子、２４・・・回転（自
転）軸、２５・・・永久磁石、２６・・・固定享、２７
・・・歯端、２８・・・パルス発生器、２９・・・正パ
ルス、３０・・・高周波電圧発生器、３１・・・高周波
電圧、３２・・・エコー信号、３３・・・負パルス、３
４・・・同期用の信号、３５・・・演算器、３６・・・
回転角信号、τ・・・超音波送受信間の時間、Ｔ・・・
エコー到達後モータ駆動用パルスを発生するまでの時間
、Ｌ、・・・コ第１（￥］ ＄２　固 茅３目 １軌膚〆 沼４目 第Ｓ　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体金属中に浸漬した超音波送受信センサとこれを
   液体金属中で走査する装置からｈす、上記センサから液
   体金属内の構造物に向けて発した超音波のエコー波を処
   理して、上記構造物の形状を映像化する装置において、
   センサ自体に自転の機能を付加するとともに、各走査位
   置において、自転角とエコー強度との関係全検索できる
   手段を有ぜしめ、いか々る曲面構造物に対しても、発信
   超音波ビームの方向を物体に対して直角に制御できる機
   能を有した事を特徴とする液体金属中構造物映像化鉄肴
   。 ２、上記超音波センサの自転軸の中に永久磁石を埋込み
   、上記軸を支持する固定アーム内にコイル全般（至）し
   て、該コイルが作る磁界と上記永久磁石の相互作用力で
   回転せしめる機能をもたせた事を特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の液体金属中構造物映像化装隨。 ３、上記、自転軸の中に、磁歪素子を埋め込みかつ上記
   固定アーム内に磁φ素子の軸に沿ってコイルを巻き、該
   コイルに高周波電圧を印加できる手段を取付けることに
   より、超音波の送受信を磁歪素子を通じて間接的に行な
   わしめる機能を有した事を特徴とする特許請求の範囲第
   １項および第２項記載の液体金蝿中構造物映像化装置。 ４、上記軸の回転のために用いるコイルと、磁歪素子の
   ためのコイルを１本のコイルで並用した事を特徴とする
   特許請求の範囲第２項、第３項記載の液体金属中構造物
   映像化装置。