JPS6316685B2 - - Google Patents

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JPS6316685B2
JPS6316685B2 JP7200881A JP7200881A JPS6316685B2 JP S6316685 B2 JPS6316685 B2 JP S6316685B2 JP 7200881 A JP7200881 A JP 7200881A JP 7200881 A JP7200881 A JP 7200881A JP S6316685 B2 JPS6316685 B2 JP S6316685B2
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JP
Japan
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wave
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frequency
receiver
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JP7200881A
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English (en)
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JPS57187609A (en
Inventor
Kazumichi Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は減肉測定装置に係り、特に超音波を用
いて被検体の減肉を測定するのに好適な減肉測定
装置に関するものである。
例えば、発電プラントでは、冷却系配管を定期
的に検査し、減肉が発見された場合は、配管の最
小肉厚部の位置およびその肉厚を求め、応力的に
その部分が安全かどうかを検討して、配管を交換
するか否かを決定している。このような減肉部分
の肉厚測定には超音波を利用しているが、従来
は、被検体の厚さ方向に超音波を入射し、底面か
らの反射波の伝播時間を測定し、既知の音速との
積から肉厚を求めるようにしていた。しかし、こ
のような方法では、送・受波器を置いた位置だけ
の肉厚しか求めることができず、最小肉厚位置を
知るためには、検査の対象範囲すべてにわたつて
送・受波器を走査する必要があり、検査に多大の
時間と労力を必要とする。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、送・受波器の走査を大幅に低
減でき、しかも、減肉部の存在のみならずそれの
最小肉厚と位置をも短時間で検出できるようにす
ることができる減肉測定装置を提出することにあ
る。
本発明の第1の特徴は、被検体に表面波を送信
する送波器と、上記表面波を受信する受波器とを
設け、上記送波器から送信する表面波の周波数を
周波数変化手段を用いて逐次変化させ、上記送波
器から表面波を送信してからその表面波を上記受
波器で受信するまでの時間を計測して、この時間
が上記表面波の周波数の変化とともに変化するこ
とから減肉を検知するようにした点にある。第2
の特徴は、さらに、上記表面波の周波数を逐次増
大させたときに時間計測値が所定値以下となつた
ら上記被検体に減肉部が存在することを示す信号
を送出させ、また、上記時間計測値が所定値以下
となつたときの上記表面波の周波数を用いて上記
減肉部の最小肉厚を演算する手段を具備させた点
にある。第3の特徴は、さらに、上記送波器から
表面波を送信してからこの表面波が上記減肉部で
反射して上記送波器に到着するまでの時間を用い
て上記減肉部の位置を演算する手段を具備させた
点にある。
まず、本発明の装置における計測原理について
説明する。本発明の装置は、表面波のエネルギー
が材料の表面近傍に集中し、かつ、その集中する
深さが表面波の周波数によつて変化することに着
目してなされたもので、第1図は被検体と送・受
波器の位置関係を示す図である。公称板厚Dの被
検体1に減肉が生じ、厚さdの最小肉厚部2がで
きたとする。この場合、送波器3より周波数1M
Hzの表面波4が発信され、図示矢印の方向に進行
し、受波器5で受信されたとする。いま、表面波
4の音速をCR(m/s)とすると、波長λRは、λR
=CR/で与えられる。表面波4は、そのエネ
ルギーが被検体1の表面からの深さがほぼ2λR
内のところに集中して伝播する。このとき、表面
波4の波長を最小肉厚部2の厚さdにくらべて充
分小さくなるように周波数を選定しておくと、
表面波4は、減肉部の影響を受けずに受波器5で
受信される。
次に、周波数を徐々に低くしていくと、波長
λRが大きくなり、d2λRになると、表面波4は、
最小肉厚部2で一部が反射され、送波器3に戻つ
てくる。また、最小肉厚部2を通過する表面波4
はラム波(板波ともいう。)に変化し、音速が大
きくなる。
第2図は(周波数×板厚)と音速度との関係を
鋼材の場合について示した線図である。この線図
はS0波と呼ばれる波について示してあり、(周波
数×板厚)の値(以下d値と記す。)が5以上で
は、音速が2950m/sと一定値を示し、表面波4
として伝播するが、d4以下ではラム波とし
て伝播することを示している。なお、第2図の関
係は下記の式で表現されることが知られている。
日刊工業新聞発行の「超音波探傷法」という書籍
の第712頁の記載のように、 4pqtanπfd/cq+(p2−1)2tanπfd/cp=0 ………(1) ここに、 p2=(C/CS2−1、q2=(C/CD2−1 CS;横波の音速 CD;縦波の音速 C;ラム波の音速(d値が大きいところでは表
面波4の音速CRに等しくなる。) さて、送波器3と受波器5の間の距離をLとす
ると、表面波4が伝播しているときの伝播時間
T1は、 T1=L/CR ………(2) で与えられる。次に、周波数を低くしていく
と、d4の範囲では、音速が大きくなり、し
たがつて伝播時間が短かくなり、 T2=L/C ………(3) で与えられる。したがつて、伝播時間の変化を検
出することにより、送波器3と受波器5との間に
最小肉厚部2があることを検知することができ
る。また、音速の変化分ΔCは、伝播時間の変化
分 ΔT=T1−T2より、 ΔC=L/ΔT ………(4) となり、したがつて、ラム波の音速CLは、 CL+CR+ΔC ………(5) より求めることができる。この値を第2図の縦軸
から読みとり、それに対応する横軸の値d値を
読みとれば、周波数が与えられているため、dの
値を求めることができる。なお、周波数を変化
させるとき、減肉部板厚dを最も通過しやすい周
波数に対し受波器5の出力が最大になることを
利用して周波数を決定する。
また、最小肉厚部2から反射されて送波器3に
戻つてきた反射表面波の伝播時間τより、送波器
3から最小肉厚部2までの距離lを l=CR・τ/2 ………(6) より求めることができる。
次に、必要な周波数の可変範囲について説明
する。第2図からわかるように、d値が4以下
であればラム波の領域になる。伝播時間変化検出
の精度を考慮して、d=2.5近辺で伝播時間測定
をすると仮定する。下限の周波数1は、、減肉部
がない場合、つまり、公称板厚Dに対応した板波
が発生できるものであればよく、 1=2.5/D ………(7) で示される(1はMHz、Dはmm)。
上限の周波数2は、検出すべき最小肉厚部2に
対しても充分表面波として伝播する周波数でなけ
ればならない。この周波数2はdの値に依存し、
dの値として公称板厚Dの50%、、つま、d=
0.5Dと仮定すれば、第1図より、d55である
ことが必要であるから、 2=5/d=5/0.5D ………(8) となる(2はMHz、Dはmm)。
なお、表面波4は伝播するにしたがつて減衰す
るので、その減衰の大きさによつて送波器3と受
波器5との間の距離L、つまり、検査範囲が決ま
る。鉄材の場合、例えば、2〜2.5MHzの表面波
4に対しては、約0.1dB/cmの割合で減衰する。
そして、探傷器の増幅度は、ダイナミツクレンジ
も考慮に入れると、約40dBは充分とれるので、
400cmの間を検査できることがわかる。
以上述べたように、第1図によれば、原理的に
送・受波器3,5を表面波4の進行方向に走査す
ることなく、減肉した部分の最小肉厚部2を検知
することができ、また、最小肉厚を測定すること
ができ、検査時間を大幅に減少することができ
る。
以下本発明を第3図、第5図、第7図、第8図
に示した実施例および第4図、第6図を用いて詳
細に説明する。
第3図は本発明の装置の送波器の一実施例を示
す構造説明図で、受波器についても同一構造とな
つている。第3図において、1は被検体、3は送
波器で、送波器3は、受波子6を被検体1に密着
させたシユー7の斜面に固着し、送波子6に接続
したリード線をエネクター8を介して外部に取り
出すように構成してある。
表面波を発生させるための送波器3の入射角度
θは、次式によつて決定される。
sinθ=CD/CR ………(9) ここに、 CR;表面波音速 CD;シユー7内の縦波音速 シユー7の材料としては、その音速が被検体1
の音速より小さいことが必要であり、通常、シリ
コンゴムコンパウンドを使用する。この材料の音
速CDは1010m/sであり、CDは鉄の場合は2950
m/sであるから、入射角θは20゜となる。した
がつて、このときは、シユー7の斜面角度を図示
のように20゜とする。図示を省略するが、受波器
5についても同様の構造のものとする。
送波子6に必要な周波数可変範囲は、(7)、(8)式
より、1=0.1MHz(D=25mmの場合)、2=0.4M
Hzとなる。第4図は、上記の周波数範囲を満足す
る市販の送波子の周波数特性の一例を示す線図で
ある。
第5図は本発明の装置の一実施例を示す回路ブ
ロツク図であり、第6図は第5図の各部信号のタ
イムチヤート、第7図は第5図のマイクロプロセ
ツサーにおける処理の一実施例を示すフローチヤ
ートである。以下、これらの図を参照して構成、
作用について説明する。
マイクロプロセツサー9にて発振器10の周波
数を設定する(第7図ステツプS1)。発振器10
から第6図aに示す例えば0.4MHzの連続正弦波
が出力されると、この正弦波をマイクロプロセツ
サー9からのトリガーパルスの発信により(第7
図ステツプS3)ゲート回路11にて所定の時間
幅(例えば10μs)のパルス状正弦波に変換する。
第6図bは変換のためのゲート信号、第6図cは
パルス状正弦波の波形である。このパルス状正弦
波は、パワー増幅器12にて増幅され、送波器3
に印加される。これにより送波器3から表面波が
発信され、受波器5で受信される。(第6図d)。
受波器5からの信号は、増幅器17で増幅され、
パルスシエーバー18でデイジタルパルスに変換
される(第6図e)。一方、パルス発生器13か
らは、ゲート信号と同期した時間計測用パルス
(第6図f)が発信され、カウンタ19により発
信時からデイジタルパルスが入力するまでのパル
ス発生器13からの時間計測用パルスが計数さ
れ、その値、つまり伝播時間がマイクロプロセツ
サー9に記憶される(第7図ステツプS4)。
マイクロプロセツサー9では、送・受波器間距
離L(例えば4m)をカウンタ19の値で割り
(ステツプS5)、音速Cを求める。この値が表面
波音速2950m/s(被検体1が鉄材であるとす
る。)より小さければ、ステツプS6よりステツプ
S2に戻り、さらに周波数を一定値Δだけ変化さ
せ、上記と同じ処理をC>2950m/sになるまで
繰り返す。C>2950m/sになつたら、Cの値を
求め(ステツプS7)、表示装置20に表示する
(ステツプS8)。さらに第2図あるいは(2)式にも
とづき、d値を求め(ステツプS9)、d2.5の条
件を満足しているかどうかを判定する(ステツプ
S10)。もし、満足していなければ、ステツプS2
に戻り、満足するまでをさらに変化させる。
d2.5を満足するの値が得られたら、d値を
で割り(ステツプS11)d、つまり、最小肉厚
の値を求め、表示する(ステツプS12)。
上記の状態では、送波器3には最小肉厚部2か
らの反射波が受信されているから、この信号を増
幅器14で増幅後、パルスシエーパー15でデイ
ジタルパルス(第6図h)に変換し、カウンタ1
6により反射波の伝播時間を測定し、マイクロプ
ロセツサー9に記憶する(第7図ステツプS13)。
この値は、反射点までの往復時間を示しているの
で、この値に表面波の音速を乗じ、2で除するこ
とによつて最小肉厚部2までの距離を求める(第
7図ステツプS14)。そしてこの値を表示装置2
0に表示する(第7図ステツプS15)。
以上述べたような測定および処理を行うことに
より、最小肉厚部2の位置およびその点での最小
肉厚dを自動的に短時間で求めることができる。
第8図は本発明の他の実施例を示す説明図であ
る。平面状の被検体1の全面を被査する場合は、
第8図に示すように、被検体1上にレール21,
22を設置し、それぞれその上に送波器3、受波
器5を一直線上に並ぶように設置する。このた
め、送波器3には、例えば、半導体レーザーのよ
うな発光素子23を取り付け、また、受波器5に
は受光素子24を取り付ける。そして、送波器3
を必要量だけ移動し、次に、受光素子24で発光
素子23からの光25を受光できる位置まで受波
器5を移動する。これにより両者を一直線上に整
列させる。なお、これらの移動は、上記したマイ
クロプロセツサー9を用いて制御するようにして
もよい。このように、送波器3と受波器5とを表
面波進行方向と直角方向に連動して走査するよう
にすれば、被検体1の全面の減肉状態を検査する
ことができる。なお、配管について同様に適用で
きる。
以上説明したように、本発明によれば、送・受
波器の走査を大幅に低減することができ、しか
も、減肉発生部の最小肉厚部の位置と最小肉厚と
を短時間で検出することができ、検査時間を大幅
に減少させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の減肉測定装置の原理を説明す
るための被検体と送・受波器の位置関係を示す
図、第2図d値とラム波の音速との関係を示す
線図、第3図は本発明の減肉測定装置の送波器の
一実施例を示す構造説明図、第4図は送波子の周
波数特性の一例を示す線図、第5図は本発明の減
肉測定装置の一実施例を示す回路ブロツク図、第
6図は第5図の各部信号のタイムチヤート、第7
図は第5図のマイクロプロセツサーにおける処理
の一実施例を示すフローチヤート、第8図は本発
明の他の実施例を示す説明図である。 1……被検体、2……最小肉厚部、3……送波
器、4……表面波、5……受波器、9……マイク
ロプロセツサー、10……発振器、11……ゲー
ト回路、13……パルス発生器、15,18……
パルスシエーパー、16,19……カウンタ、2
0……表示装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被検体に表面波を送信する送波器と、前記表
    面波を受信する受波器と、前記送波器から送信す
    る表面波の周波数を変化させる周波数変化手段
    と、前記送波器から表面波を送信してから該表面
    波を前記受波器で受信するまでの時間を計測する
    時間計測手段とを備え、前記送波器から表面波を
    送信してから前記受波器で受信するまでの時間が
    前記表面波の周波数を変化させたときに変化する
    ことから前記被検体の減肉を検知する構成とした
    ことを特徴とする減肉測定装置。 2 前記送波器と受波器とは表面波進行方向と直
    角方向に連動して走査される構成としてある特許
    請求の範囲第1項記載の減肉測定装置。 3 被検体に表面波を送信する送波器と、前記表
    面波を受信する受波器と、前記送波器から送信す
    る表面波の周波数を変化させる周波数変化手段
    と、前記送波器から表面波を送信してから該表面
    波を前記受波器で受信するまでの時間を計測する
    時間計測手段と、前記表面波の周波数を逐次低下
    させたときに前記時間計測手段による時間計測値
    が所定値以下となつたら前記被検体に減肉部が存
    在することを示す信号を送出する手段と、前記時
    間計測値が所定値以下となつたときの前記表面波
    の周波数を用いて前記減肉部の最小肉厚を演算す
    る手段とを具備することを特徴とする減肉測定装
    置。 4 被検体に表面波を送信する送波器と、前記表
    面波を受信する受波器と、前記送波器から送信す
    る表面波の周波数を変化させる周波数変化手段
    と、前記送波器から表面波を送信してから該表面
    波を前記受波器で受信するまでの時間を計測する
    時間計測手段と、前記表面波の周波数を逐次低下
    させたときに前記時間計測手段による時間計測値
    が所定値以下となつたら前記被検体に減肉部が存
    在することを示す信号を送出する手段と、前記時
    間計測値が所定値以下となつたときの前記表面波
    の周波数を用いて前記減肉部の最小肉厚を演算す
    る手段と、前記送波器から表面波を送信してから
    該表面波が前記減肉部で反射して前記送波器に到
    着するまでの時間を用いて前記減肉部の位置を演
    算する手段とを具備することを特徴とする減肉測
    定装置。
JP7200881A 1981-05-13 1981-05-13 Measuring device for decrease in wall thickness Granted JPS57187609A (en)

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