NL9302247A

NL9302247A - Puls-echo systeem met een meervoudig reflectiesysteem.

Info

Publication number: NL9302247A
Application number: NL9302247A
Authority: NL
Original assignee: Hoogovens Tech Services
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1993-12-23
Publication date: 1995-07-17
Also published as: JPH07218478A; CA2138487A1; FR2714472A1

Description

PULS-ECHO SYSTEEM MET EEN MEERVOUDIG REFLECTIESYSTEEM

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd:

Johan ZWART te STATE COLLEGE, USA

De uitvinding heeft betrekking op een puls-echo systeem met een meervoudig reflectiesysteem omvattende een transducent voor het uitzenden en ontvangen van pulsvormige ultra-geluidssignalen over een eerste transmissiepad gelegen tussen de transducent en het meervoudig reflectiesysteem, welk eerste transmissiepad in hoofdzaak evenwijdig verloopt aan een te onderzoeken pijpwand, en welk meervoudig reflec-tiesyteem een eerste reflectievlak en een tweede reflectievlak omvat.

Een dergelijk puls-echo systeem is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift US 4,022,055. Deze publikatie beschrijft de toepassing van een tweetal reflectievlakken voor ultra-geluidsgolven waarbij het transmissiepad gelegen tussen de transducent en de reflectiemiddelen in hoofdzaak evenwijdig aan de te onderzoeken wand verloopt. De reflectiemiddelen volgens dit octrooischrift definiëren ieder een verder transmissiepad tussen de reflectiemiddelen en de te onderzoeken wand. Eén van beide verdere transmissiepaden is loodrecht gericht op de te onderzoeken wand en het tweede transmissiepad is onder een hoek op genoemde wand gericht. Het loodrecht gerichte transmissiepad dient ervoor reflectiesignalen op te wekken welke informatie bieden omtrent de dikte van de te onderzoeken wand. Met het onder een hoek gerichte transmissiepad dienen onregelmatigheden zoals scheuren in de pijpwand gedetecteerd te worden.

Puls-echo systemen als waar de uitvinding betrekking op heeft worden in de praktijk gebruikt om scheurtjes te detecteren in de stoompijpen van watergekoelde nucleaire installaties waarbij om veiligheidsredenen een vroegtijdige detectie van deze scheuren van belang is.

In de praktijk blijkt het merendeel van de optredende scheuren een reflectievlak te hebben dat loodrecht staat op de wand van de pijp waarin zich de scheur bevindt. De energie van de geluidsgolven welke volgens de bekende stand van de techniek dienen voor detectie van de wanddikte en daartoe loodrecht op de pijpwand zijn gericht, dragen zodoende niet bij aan het signaleren van dergelijke scheuren. Slechts het deel van de uitgezonden energie waarmee de te onderzoeken wand onder een hoek wordt aangestraald is geschikt om deze scheuren te detecteren. Ter plaatse van een dergelijke scheur vindt alsdan reflectie plaats waarbij een deel van de ultra-geluidsgolf zich in omgekeerde richting voortplant in de richting van de .transducent, alwaar de reflectie gedetecteerd wordt. Een groot deel van de energie wordt echter verstrooid in de pijpwand en wordt niet nuttig aangewend voor detectie van de scheur noch anderszins.

Met de uitvinding wordt nu beoogd een puls-echo systeem te verschaffen dat een grotere gevoeligheid heeft voor detectie van scheuren van de beschreven soort en waarbij gelijktijdig informatie over de dikte van de wand en het binnenprofiel van de wand kan worden verkregen.

Volgens de uitvinding wordt het puls-echo systeem daartoe zo uitgevoerd dat tijdens gebruik zowel het eerste als het tweede reflectievlak ieder een verder transmissiepad definiëren volgens welke de ultra-geluidsgolven afkomstig van de transducent onder een hoek naar de pijpwand worden geprojecteerd, welke hoek van ieder van beide verdere transmissiekanalen groter is dan de kritische hoek van inval zodat de op de pijpwand geprojecteerde ultra-geluidsgolven zich in hoofdzaak in de pijpwand verder verplaatsen, en waarbij de hoek van beide transmissiekanalen zodanig is vastgesteld dat de via beide verdere transmissiekanalen naar de pijpwand gebrachte ultra-geluidsgolven samenkomen in de omgeving van de pijpwand.

In een bepaald aspect van de uitvinding is deze erdoor gekenmerkt dat de hoek van het eerste reflectievlak met het eerste transmissiepad en de hoek van het tweede reflectievlak met het tweede transmissiepad tezamen circa 90° bedraagt. Geluidsenergie welke door de transducent wordt uitgezonden en gereflecteerd door het eerste reflectievlak geeft reflecties tegen de binnenkant van de pijpwand, en na intreden in de wand tevens aan de buitenkant van de pijpwand. Deze reflecties verlopen deels volgens dezelfde weg maar dan in omgekeerde richting als volgens welke zij de wand bereikt hebben, en deels vindt reflectie plaats volgens een tweede pad dat ligt tussen de te onderzoeken pijpwand, het tweede reflectievlak en de transducent. De transmissiepaden tussen transducent, eerste reflectievlak en pijpwand en tussen transducent, tweede reflectievlak en pijpwand sluiten volgens de uitvinding op elkaar aan zodat eventuele reflecties gevormd door binnenkant en buitenkant van de te onderzoeken pijpwand alsmede van onregelmatigheden welke zich in de pijpwand bevinden, via beide wegen de transducent weer kunnen bereiken. Hierdoor wordt een optimale opbrengst verkregen van de totale door de transducent uitgezonden energie, zodat de gevoeligheid voor detectie van scheuren optimaal is. Bovendien wordt de mogelijkheid verschaft om uit de reflecties die ontstaan bij de binnenkant en de buitenkant 4 van de pijpwand dikte-informatie omtrent de pijpwand te verkrijgen en - in verband met de reflecties van de binnenkant van de wand - tevens informatie over het profiel van deze pijpwand.

Volgens de uitvinding worden de beste resultaten verkregen indien de hoek van het eerste reflectievlak met het eerste trans-missiepad ligt in het traject 35-37° en de hoek van het tweede reflectievlak met het eerste transmissiepad ligt in het traject 55-53°. Het is gebleken dat ten opzichte van de optimale hoek-instelling een hoekkeuze welke daarvan 1° afwijkt een opbrengst-verschil teweegbrengt ten bedrage van 6 decibel.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening waarin fig. 1 het uitgevonden puls-echo systeem toont bij onderzoek aan een pijpwanddeel zonder scheuren en fig. 2 het puls-echo systeem volgens de uitvinding toont bij onderzoek aan een pijpwanddeel waarin zich een scheur bevindt. Gelijke verwijzingscijfers betreffen gelijke onderdelen.

Een pijpwand 4 met een binnenwand 5 en een buitenwand 6 wordt met het puls-echo systeem volgens de uitvinding onderzocht. Daartoe wordt door een transducent 1 een pulsvormig geluidssignaal gezonden in de richting van de met transducent 1 samenwerkende reflectie-vlakken 2 en 3. Reflectievlakken 2 en 3 zijn onder verschillende hoeken ten opzichte van de transducent 1 en onderling verschoven op-gesteld. Het transmissiepad 7 dat ligt tussen transducent 1 en het meervoudige reflectiesysteem dat de reflectievlakken 2 en 3 omvat, verloopt in hoofdzaak evenwijdig aan de te onderzoeken pijpwand 4. Reflectievlakken 2 en 3 reflecteren de via het transmissiekanaal 7 ontvangen geluidssignaal in de richting van de pijpwand 4 zodanig dat zowel vanaf reflectievlak 2 als vanaf reflectievlak 3 tot aan de pijpwand twee verdere transmissiepaden gedefinieerd worden welke samenkomen in de omgeving van de pijpwand 4.

Volgens een bepaald aspect van de uitvinding bedraagt de hoek van het eerste reflectievlak 2 met transmissiepad 7 tezamen met de hoek van reflectievlak 3 met transmissiepad 7 circa 90°, Bij voorkeur is de hoek van het eerste reflectievlak 2 met het eerste transmissiepad 7 gelegen in het traject 35-37° en de hoek van het tweede reflectievlak 3 met het eerste transmissiepad 7 gelegen in het traject gelegen van 55-53°. Geluidsgolven welke pijpwand 4 bereiken via transmissiepad 7 na gereflecteerd te zijn door reflectievlak 2 of 3, bereiken de pijpwand 4 via zowel transmissiepad 8 als transmissiepad 9. Aangekomen bij de binnenkant van de pijpwand 4 vindt een gedeeltelijke reflectie van de geluidsgolven plaats welke voor het deel dat de binnenkant 5 heeft bereikt via transmissiepad 8, deels dezelfde weg vervolgt maar dan in omgekeerde richting, en deels de transducent 1 weer bereikt via de weg gevormd door transmissiepad 9 en transmissiepad 7.

Een overeenkomstige route wordt gevolgd door de geluidsgolven welke de binnenkant 5 van de pijpwand 4 bereiken via transmissiepad 9. Deze worden eveneens ten dele gereflecteerd welke reflecties de transducent 1 weer bereiken door aflegging van transmissiepad 9 en transmissiepad 7 in omgekeerde richting, en deels vindt reflectie plaats waarbij de geluidsgolven zich in de richting van transducent 1 voortplanten via transmissiepad 8 en transmissiepad 7. Het grootste deel van de geluidsenergie welke de pijpwand 4 via de transmissie-paden 8 en 9 bereikt, treedt echter de pijpwand 4 in en veroorzaakt daar slechts verdere reflecties tegen de buitenkant 6 van de pijpwand 4 (zoals getoond in fig. 1) in het geval er geen scheurvorming in de pijpwand 4 aanwezig is, of (zoals getoond in fig. 2) geeft voorts reflecties welke de transducent 1 via de onderscheiden trans-missiepaden 7, 8 en 9 bereiken in het geval zich in de pijpwand 4 een scheur bevindt.

Claims

1. Puls-echo systeem met een meervoudig reflectiesysteem omvattende een transducent voor het uitzenden en ontvangen van pulsvormige ultra-geluidssignalen over een eerste transmissiepad gelegen tussen de transducent en het meervoudig reflectiesysteem, welk eerste transmissiepad in hoofdzaak evenwijdig verloopt aan een te onderzoeken pijpwand, en welk meervoudig reflectiesyteem een eerste reflectievlak en een tweede reflectievlak omvat, met het kenmerk, dat tijdens gebruik zowel het eerste als het tweede reflectievlak ieder een verder transmissiepad definiëren volgens welke de ultra-geluidsgolven afkomstig van de transducent onder een hoek naar de pijpwand worden geprojecteerd, welke hoek van ieder van beide verdere transmissiekanalen groter is dan de kritische hoek van inval zodat de op de pijpwand geprojecteerde ultra-geluidsgolven zich in hoofdzaak in de pijpwand verder verplaatsen, en waarbij de hoek van beide transmissiekanalen zodanig is ingesteld dat de via beide verdere transmissiekanalen naar de pijpwand gebrachte ultra-geluidsgolven samenkomen in de omgeving van de pijpwand.

2. Puls-echo systeem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoek van het eerste reflectievlak met het eerste transmissiepad en de hoek van het tweede reflectievlak met het tweede transmissiepad tezamen circa 90° bedraagt.

3. Puls-echo systeem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de hoek van het eerste reflectievlak met het eerste transmissiepad ligt in het traject 35-37® en de hoek van het tweede reflectievlak met het eerste transmissiepad ligt in het traject 55-53®.