JPS63149559A - 超音波探傷装置における欠陥信号抽出回路 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えば、原子炉用核燃料棒を構成する燃料
被覆管等の非破壊検査に用いられろ超音波探傷装置に係
り、この超音波探傷装置の出力信号から不連続に発生ず
る雑音成分を除去し、欠陥部から得られる欠陥エコーに
対応した欠陥信号のみを抽出する欠陥信号抽出回路に関
する。

「従来の技術Ｊ 第２図は発電用原子炉の一種であろＰＷＲ（加圧水型原
子炉）の炉心内部に収納される核燃料棒の構成を示す図
である。この図に示すように、核燃料棒Ａは、中空棒状
の燃料被覆管■と、その内部に充填された複数個の二酸
化ウラン燃料ペレット２・・・と、燃料ペレット２を押
さえるコイルバネ３と、燃料被覆管２の両端を封止する
上部端栓４および下部端栓５を主体として構成されてい
る。

前記燃料被覆管ｌと端栓４および５は共にジルカロイ−
４合金によって構成され、端栓４および５は燃料被覆管
２に溶接によって固着されている。

この種の核燃料棒へにおいては、その製造工程において
厳重な品質管理が必要である。特に、外観検査では発見
できないような欠陥、例えば、燃料被覆管ｌの表面に達
しない管肉内部に生じている割れ、または燃料被覆管！
と端栓４および５間の溶接部Ｗに生じている欠損や気泡
等の欠陥については、その有無を非破壊検査によって検
査する必要がある。この場合、欠陥検査の方法としては
、従来、第３図に示すような超音波探傷装置が用いられ
ていた。この図において、６は表示器としてＣＲＴ７を
有する超音波探傷装置本体、８は圧電素子（電気−音響
変換素子）によって構成される探触子であり、これらは
ケーブル９を介して接続されている。また、１０は水が
注入された水槽であり、この水槽１０の一側面の水面下
に形成された挿入口１０ａから燃料被覆管Ｉが挿入され
、この燃料被覆管ｌは、水槽１０の他側面に形成された
排出口１０ｂから取り出されるようになっている。

そして、探触子８を水槽１０内の水中に配置し、パルス
反射を超音波探傷装置本体６のスイッチをオンとして動
作を開始させろと、第４図（イ）に示すように、超音波
パスルＰを発生さＵ・るためのパルス電圧１）　Ｖが一
定周期で発生し、このパルス電圧ＰＶによって、探触子
８から超音波パルスＰが一定周期で放射される。ここで
、超音波パルスＰの挙動を承けば第４図（ロ）に示す通
りである。この図に示すように、探触子８から放射され
た超音波パルスＰは、水を媒体として燃料被覆管ｌの表
面１１まで伝搬し、その一部が表面Ｈで反射する。

この表面１１で反射した表面エコーＴは、水中を放射時
とは逆方向（図面左方向）へ伝搬して再び探触子８まで
戻ってくる。一方、表面Ｈから燃料被覆管１の内部へ進
入した超音波パルスＰは燃料被覆管ｌ内を図面右方向へ
伝搬し、燃料被覆管Ｉの内部の欠陥部Ｆで反射する。こ
の欠陥部Ｆで反射した欠陥エコーＦ１は燃料被覆管ｌ内
を放射時とは逆方向へ伝搬し、さらに水中を伝搬して再
び探触子８まで戻ってくる。また、欠陥エコーＦ１の一
部は燃料被覆管１の表面■！と欠陥部Ｆとの間を往復し
て欠陥エコーＦ、となり、さらに、欠陥エコーＦｔは燃
料被覆管ｌ内を往復して欠陥エコーＦ。

となる。これは多重反射と呼ばれる現象であるが、この
多重反射によって最初の欠陥エコーＦ１に引き続き、２
＠目、３回目、・・・ｎ回目の欠陥エコーＦ＊、Ｆａ、
・・・Ｆｎが順次探触子８に戻ってくる。なお、欠陥エ
コーＰ　１．Ｆ　ｔ、Ｆ　ｓ・・・Ｆｎは燃料被覆管１
内を減衰しつつ伝搬し、次第に消滅する。同様に、上記
欠陥部Ｆにかからなかった超音波パルスＰの一部は、燃
料被覆管１の裏面Ｂで反射し、裏面エコー［３１，Ｂ　
ｔ　、　Ｂ　ｓ・・・１３ｎとなって順次探触子８へ戻
ってくる。これら、表面エコーＴ、欠陥エコーＦｌ＋Ｆ
　＝、　Ｆ　、ｌ−Ｆ　ｎ１裏面エコーＢ１．［３！、
Ｂ　ｓ”’　Ｉ３　ｎｌは探触子８で電気信号に変換さ
れ、第４図（ハ）に示す受信信号として超音波探傷装置
本体６へ供給され、この受信信号の波形がＣｎＴ７の表
示画面上に表示される。また、この受信信号は超音波探
傷装置本体ｌｌ内で増幅され、この増幅された信号から
第４図（ニ）に示す時間ゲート信号が“Ｉビレベルとな
っている所定期間Ｔｇ内におけるピーク値が検出され、
このピーク値（欠陥エコーＦ１に対応した値）が次のパ
ルス電圧ＰＶが発生ずる時点まで保持され、この信号が
、第４図（ホ）に示ず出力信号Ｂ　ｏｕｔとして出力さ
れる。さらに、出力信号ｆｌｏｕｔは、通常では記録計
が追従して動作し得るようにダンピングの時定数を大と
した出力信号Ｂｓｔｒｅｃｈｅｄとして、記録計へ供給
され、これにより、記録計が記録紙上に出力信号［１５
ｔｒｅｃｈｅｄのレベルを順次記録していく。

一方、検査日は記録紙上に記録された出力信号Ｕ）＋　
５Ｌｒｃｃｈｅｄに基づいて欠陥の有無を判定する。こ
の場合、例えば、燃料被覆管１に人工的に欠陥を刻み込
んだ標亭欠陥品から得られる標章欠陥エコ一信号と、検
査対象である燃料被覆管１から得られる反射エコー信号
とを比較して欠陥の有無を判定する比較検査法が用いら
れる。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上述した超音波探傷装置において、その探触
子８から供給される受信信号には、欠陥エコーＦ１〜Ｆ
０に対応した正規の欠陥信号以外に、例えば回りこみ多
重反射エコー、林状エコーおよび電気的ノイズなどの雑
音成分が含まれている。

このような雑音成分を除去するために、従来は、欠陥信
号をそのレベルの大きさだけで選別抽出していた。すな
わち、第４図（ホ）に示すように所定の閾値Ｖｓを設定
して、出力信号Ｂ　ｏｕｔから上記閾値Ｖｓ以下の信号
を除去した信号を欠陥信号（第４図（へ）参照）として
出力していた。しかしながら、雑音成分によっては、閾
値Ｖｓより大きい場合があり、ノイズカットフィルター
として有効に機能し得るものではなかった。この場合、
出力信号Ｂｏｕｔをデジタル化してコンピュータによっ
てデータ処理する過程において、雑音成分を除去するこ
とか考えられるか、処理時間を要し、コストがかさむと
いう問題点があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、簡単
な構成で超音波探傷装置の出力信号から雑音成分を除去
し、欠陥信号のみを抽出することができる超音波探傷装
置における欠陥信号抽出回路を提供することを目的とし
ている。

［問題点を解決するための手段」 この発明は、被検査物に対して、探触子から超音波パル
スを周期的に放射さ仕る一方、前記被検査物の谷部で反
射してきた超音波パルスを前記探触子で捕らえ、前記超
音波パルスが放射された後の所定期間内において、前記
探触子から出力される受信信号のピーク値を検出し、こ
のピーク値を次の超音波パルスの放射時点まで保持して
出力信号として外部へ出力する超音波探傷装置本体と、
前記出力信号が設定値以上の場合、この出力信号を通過
さＵ゛る選別手段と、前記選別手段を通過した出力信号
を順次デジタルデータに変換する第１の変換手段と、前
記第１の変換手段から順次供給されるデジタルデータを
複数個分順次取り込むと」（に、該デジタルデータを取
り込んだ順に順次出力する一時記憶手段と、前記超音波
パルスが放射される毎に、前記出力信号が前記選別手段
を連続して通過した回数を計数し、この計数結果が所定
の設定数に満たないｎ回であった場合、前記一時記憶手
段に取り込まれたｎ１分のデジタルデータを消去するキ
ャンセル手段と、前記一時記憶手段から順次出力される
デジタルデータをアナログ信号に変換して出力する第２
の変換手段とを具備することを特徴としている。

「作用」 超音波探傷装置本体から出力された出力信号の内、設定
値以上の出力信号のみが選別手段を通過し、第１の変換
手段によってデジタルデータに変換された後、一時記憶
手段に順次取り込まれるが、前記出力信号が選別手段を
連続して通過した回数が、所定の設定数に満たないｎ回
であった場合、一時記憶手段に取り込まれたｒ＋Ｌ”４
分のデジタルデータが欠陥エコーに対応した欠陥データ
とみなされずに消去される。一方、前記出力信号が選別
手段を連続して通過した回数が、所定の設定数に達した
場合、これらデジタルデータが欠陥エコーに対応した欠
陥データとみなされ、一時記憶手段から順次用〕Ｊされ
、第２の変換手段によってアナログ信号に変換されて出
力される。

「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。この図において、１２は超音波探（！６装置本体
６から出力される出力信号Ｂｏｕｔ（第４図（ホ）参照
）と、可変抵抗器１３によって設定された設定電圧Ｖと
を比較するコンパレータであり、このコンパレータ１２
の出力は、出力信号ｒ３　ｏｕｔが設定電圧Ｖ未１シク
の場合、“Ｌ”レベルとなり、設定電圧■以上の場合、
′Ｉビレベルとなる。！４はコンパレータ１２の出力に
応じてオン／オフするアナログスイッチであり、このア
ナログスイッチ１４はコンパレータ！２から“０“レベ
ルの信号が供給された場合にオンとなり、超音波探傷装
置本体６から供給される出力信号ＢｏｕｔをＡ／Ｄ変換
器Ｉ５へ供給する。Ａ／Ｄ変換器１５は、後述するタイ
ミングコントローラ１７から供給される変換タイミング
信号′ｒへに基づいて、アナログスイッヂ１４を介して
供給される出力信号Ｂｏｕｔを８ビツトのデジタルデー
タに変換するらので、このＡ／Ｄ変換器１５から出力さ
れたデジタルデータはメモリ１６の入力端に並列に供給
される。メモリ１６は８ビツト２５段分のパラレルイン
・パラレルアウトのシフトレジスタによって構成され、
第１段目〜第２５段目のレジスタＲ３〜Ｒ１，を有して
いる。このメモリ１６は、タイミングコントローラ１７
からシフトパルスＳＰが供給される毎に、Ａ／Ｄ変換器
１５から出力されたデータを第１段目のレジスタＲ１に
並列に取り込むと共に、各レジスタＲ１〜Ｒ，４内のデ
ータを各々次段の各レジスタＲ，〜ｎｔ５に並列にシフ
トし、第２５段目のレジスタ内のデータを並列に出力す
る機能を有し、また後述する判別回路■８からメモリク
リア信号ＣＬ　、〜ＣＬｔｓが供給された場合、各レジ
スタＲ３〜Ｒ１，内のデータが６々消去されるようにな
っている。このメモリ１６の出力端から並列に出力され
たデータは、Ｄ／Δ変換器１つに供給される。

Ｄ／Δ変換器１つはタイミングコントローラ１７から供
給される変換タイミング信号Ｔ　Ｄに基づいて、メモリ
１６から出力されたデジタデータを順次アナログ信号に
変換し、このＤ／Δ変換器１９から出力されたアナログ
信号は、ストレッチャアンプ２０へ０１給される。スト
レッチャアンプ２０はＤ／Δ変換器１９から供給された
アナログ信号を記録に適した信号に増幅するしので、そ
の出力は記録計２１に供給される。記録計２１はペンレ
コーダまたはハイブリッドレコーダ等で構成され、スト
レッチャアンプ２０から供給された信号波形を記録紙上
に記録するものである。

上記タイミングコントローラ１７は、探触子８から超音
波パルスＰが放射され、これと同期し、超音波探傷装置
本体６からタイミングパルスＴＰが供給されると、この
タイミングパルスＴＰから所定の遅延時間が経過した時
点で、変換タイミング信号ＴＡ、ＴＤと、シフトパルス
ＳＰと、判別タイミング信号ＦＴを出力するものである
。この場合、タイミングコントローラ１７はタイミング
パルスＴＰが供給された時点から、第４図（ハ）に示す
所定の遅延時間Ｔｄｈ＜経過した時点で判別タイミング
信号ＦＴを判別回路１８へ供給する。

判別回路■８は、判別タイミング信号Ｆ’Ｔと、コンパ
レータ１２の出力と、設定器２２から供給される設定値
Ｎ＝０〜２４とに基づいて、メモリクリア信号ＣＬ、−
ＣＬ、６、および欠陥判別信号Ｓ「を出力するものであ
る。すなわち、判別回路１８はカウンタＣを有し、タイ
ミングコントローラＩ７から判別タイミング信号ＦＴが
供給された時点において、コンパレータ１２の出力が“
■ビレベルであった場合は、カウンタＣのカウント値ｎ
をインクリメント（＋１）する。そして、判別タイミン
グ信号ＦＴが供給される毎に連続してコンパレータ１２
の出力が“トビレベルであって、カウンタＣのカウント
値ｎが設定器２２によって予め設定された設定値Ｎに達
した場合は、メモリ１６内に一旦取り込まれたデジタル
データが欠陥エコーＦ１に対応した欠陥データであるも
のと判別して欠陥判別信号Ｓｒを欠陥表示装置２３へ供
給する。

この欠陥表示装置２３は判別回路１８から欠陥判別信号
Ｓｒが供給された場合に、ブザーを鳴動すると共に表示
ランプを点灯して欠陥を判別した旨を表示する乙のであ
る。

ここで、カウンタＣのカウント値ｎが設定値Ｎに達する
以前において、判別タイミング信号ＦＴと共に供給され
たコンパレータ■２の出力信号か“Ｌ”レベルであった
場合、メモリ１６内に一旦取り込まれたデジタルデータ
が欠陥エコーＦ１に対応した欠陥データではないものと
判別し、カウント値ｎを０にリセツトし、これと同時に
メモリ１６の各レジスタＲ１〜Ｒ，ヘクリア信号ＣＬ、
〜ＣＬｎを各々供給する。つまり、検知すべき欠陥エコ
ーＦ、（第４図（ハ）参照）は、超音波パルスＰか放射
される毎に発生し、これにより、連続的な超音波パスル
Ｐの放射に伴って、連続的に発生ずる条件で超音波探傷
する。これに対し、各種雑音は連続的には発生しない。

したがって、設定電圧７以上の出ツノ信号１３ｏｕｔが
連続してデジタルデータに変換されてメモリ１６内に順
次格納された場合においてら、これらデジタルデータの
個数が設定ｆｉｌ　Ｎ　ｌ：満たない場合は雑音成分と
見なしてメモリクリアすることにより除去することがで
きろ。

次に、上述した一実施例において、設定器２２によって
Ｎ＝ＩＯを設定した場合の動作について説明する。

超音波探傷装置本体６から出力された出力信号Ｉ３　ｏ
ｕｔの内、設定電圧７以上の出力信号ｌ３ｏｕｔがアナ
ログスイッチ１４を通過してΔ／Ｄ変換器Ｉ５に供給さ
れ、このＡ／Ｄ変換？５１５でデジタルデータに変換さ
れた後、メモリ１Ｇの入力端に供給され、このメモリ１
６内に順次並列に取り込まれる。ここで、判別回路１８
は、判別タイミング信号ＦＴが供給される毎に、コンパ
レータ１２の出力が“１ルベルであった場合、カウンタ
Ｃのカウント値ｎをインクリメントしており、このカウ
ント値１が、設定器２２によって設定された設定ＧＴＮ
Ｈとなった場合、アナログスイッチ１４を通過してメモ
リ１６に取り込まれた１０個のデジタルデータが欠陥エ
コーＦ１に対応した欠陥データであると判別し、欠陥判
別信号Ｓｒを欠陥表示装置２３に供給する。この欠陥判
別信号Ｓ「を受けた欠陥表示装置２３はブザーを鳴動し
て、表示ランプを点灯し、欠陥を判別した旨を検’１ｉ
ｆｅに知らせろ。また、一旦メモリ１６内の取り込まれ
たデータは、メモリＩ６の出力端から順次並列に出力さ
れ、Ｄ／Ａ変換器１９によってアナログ信号に変換され
てストレッチャアンプ２０に供給される。そして、この
ストレッチャアンプ２０で記録に適した信号に増幅され
、その信号波形はレーコーダ２１によって記録紙上に記
録される。

一方、カウンタＣのカウント値ｎが設定値「１０」に達
する以前において、判別タイミング信号Ｆ　Ｔと共に供
給されたコンパレータＩ２の出力信号が“Ｌ°レベルで
あった場合、メモリ１６内に一旦取り込まれたデジタル
データが欠陥エコーＦ１に対応した欠陥データではない
ものと判別し、カウント値ｎを０にリセツトし、これと
同時にメモリ１６の６レジスタｎ、−Ｒ，ヘクリア信号
ＣＬｌ〜ＣＬｎを各々供給し、レジスタＲ３〜Ｒｎの記
憶内容を消去する。

このように、上述した一実施例によれば、超音波探傷装
置、′１本体６から出力された出力信号［３ｏｕｔの内
、設定電圧７以上の信号のみがアナログスイッチ１４を
通過してＡ／Ｄ変換器１５へ供給され、このＡ　／　Ｄ
変換器１５によってデジタルデータに変換された後、メ
モリ１６内に順次取り込まれるが、出力信号Ｂｏｕｔが
アナログスイッチＩ４を連続して通過した回数が、設定
値Ｎにに１″４たない１回であった場合、メモリ１６に
取り込まれたｎ個分のデジタルデータが欠陥に対応した
欠陥データとみなされずに消去され、これにより、従来
のように、出力信号Ｂｏｕｔの大きさのみで雑音成分を
除ノコしようとした場合と比較して、雑音成分を有効に
除去することかできる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、超音波探傷装
置の出力信号から、その信号の大きさのみで雑音成分を
除去していた従来の場合と比較して、不連続に発生ずる
雑音成分を有効に除去することができ、また、通常の論
理回路によってノイズカットフィルターとして機能する
ように構成したので、コンピュータを用いたデータ処理
により雑音成分を除去する場合と比較して、簡単かつ安
価な構成で、高速に欠陥信号の抽出を行うことができる
できろという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は従来の超音波探傷装置の非破壊検査の対象とな
る核燃料棒の構成を示す断面図、第３図は従来の超音波
探傷装置を用いて核燃料棒の非破壊検査を行う場合の構
成を示す斜視図、第４図（イ）〜（へ）は従来の超音波
探傷装置の探触子から放射された超音波パルスの伝搬経
過と、超音波探傷装置各部の信号波形を説明するための
図である。 ６・・・・・・超音波探傷装置本体、８・・・・・・探
触子、Ｉ２・・・・・・コンパレータ、＋４・・・・・
・アナログスイッチ、１５・・・・・・Ａ／Ｄ変換器（
第１の変換手段）、＋６・・・・・・メモリ（一時記憶
手段）、１７・・・・・・タイミングコントローラ、＋
８・・・・・・判別回路（キャンセル手段）、１９・・
・・・・Ｄ／Ａ変換？：ｉ（第２の変換手段）、２２・
・・・・・設定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検査物に対して、探触子から超音波パルスを周期的に
   放射させる一方、前記被検査物の各部で反射してきた超
   音波パルスを前記探触子で捕らえ、前記超音波パルスが
   放射された後の所定期間内において、前記探触子から出
   力される受信信号のピーク値を検出し、このピーク値を
   次の超音波パルスの放射時点まで保持して出力信号とし
   て外部へ出力する超音波探傷装置本体と、前記出力信号
   が設定値以上の場合、この出力信号を通過させる選別手
   段と、前記選別手段を通過した出力信号を順次デジタル
   データに変換する第１の変換手段と、前記第１の変換手
   段から順次供給されるデジタルデータを複数個分順次取
   り込むと共に、該デジタルデータを取り込んだ順に順次
   出力する一時記憶手段と、前記超音波パルスが放射され
   る毎に、前記出力信号が前記選別手段を連続して通過し
   た回数を計数し、この計数結果が所定の設定数に満たな
   いｎ回であった場合、前記一時記憶手段に取り込まれた
   ｎ個分のデジタルデータを消去するキャンセル手段と、
   前記一時記憶手段から順次出力されるデジタルデータを
   アナログ信号に変換して出力する第２の変換手段とを具
   備することを特徴とする超音波探傷装置における欠陥信
   号抽出回路。