配管劣化診断装置および方法
【課題】測定点を減らし、検査に掛かる時間および工数を大幅に縮小すること、およびプラントを稼動したまま高温で保温材を取り外すことなく、簡易に検査もしくは常時監視するシステムを実現すること。
【解決手段】配管の厚み方向に超音波入力を与える波形入力手段１１１と、前記波形入力手段が前記配管に与える超音波入力の周波数を指定する周波数指定手段１１２と、前記配管に与えられた超音波入力の入射波、反射波またはその合成波を検出する波形信号検出手段１２２と、前記波形信号検出手段が検出した信号に信号処理を施して波形解析を行う波形解析手段１２３と、前記配管の腐食や減肉などの劣化に関する判定閾値を与える診断データベース１２５と、前記波形解析手段から与えられる原波形や信号処理結果を前記判定閾値と照合して前記配管の劣化度を判定する劣化判定手段１２４とを備えることを特徴とする。
【解決手段】配管の厚み方向に超音波入力を与える波形入力手段１１１と、前記波形入力手段が前記配管に与える超音波入力の周波数を指定する周波数指定手段１１２と、前記配管に与えられた超音波入力の入射波、反射波またはその合成波を検出する波形信号検出手段１２２と、前記波形信号検出手段が検出した信号に信号処理を施して波形解析を行う波形解析手段１２３と、前記配管の腐食や減肉などの劣化に関する判定閾値を与える診断データベース１２５と、前記波形解析手段から与えられる原波形や信号処理結果を前記判定閾値と照合して前記配管の劣化度を判定する劣化判定手段１２４とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントにおける配管の劣化診断技術に係わり、とくに原子力発電プラントや火力発電プラントなどでの高温蒸気による配管減肉や、化学プラントやゴミ焼却プラントなどにおける配管腐食などの異常の有無を判定するとともに、異常部位の同定を可能とする配管劣化診断装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管の減肉や腐食については、定期検査時に、超音波探傷法による検査が行われている。この超音波探傷法は、試験体の表面に超音波を送受信する探触子を押し当てて、内部に各種周波数の超音波を伝搬させ、内部の欠陥や裏面で反射して戻ってきた超音波を受信し、試験体内部の状態を把握する。欠陥位置は、超音波の送信から受信までに掛かる時間から測定し、欠陥の大きさは、受信したエコーの高さや欠陥エコーの出現する範囲の測定によって求められる。
【０００３】
この超音波探傷法は、原子力発電プラントにおいて、主に素材の板厚測定およびラミネーションの検出、溶接による溶融部と母材における溶込み不足、熱影響部に発生するクラックの検出に適用されている。また、原子炉圧力容器回りのノズル開口部、ブランチ、配管継手の補強として行う溶接肉盛に対しては、溶接肉盛部、溶融部および溶着肉盛部直下の母材に対してこの検査が適用されている（非特許文献1参照）。
【０００４】
この他に、断熱材を外さないままでも配管減肉の検出が可能なＸ線透過法があり、Ｘ線ＣＴスキャナなどでは、連続撮影して得たデータを高性能のコンピュータを用いて高速処理することで、Ｘ線透過率の違いを断層映像とし、対象物全体の映像を映し出すことができる。
【０００５】
最近では、本願出願人が提供した技術として、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３原色で発光し、透過量に応じて発光割合の変わるシート状カラーシンチレータ（蛍光板）とＣＣＤカメラとを組み合わせただけの簡便なシステムで、Ｘ線透過率の異なる物質を同時に撮影できる方法があり、火力・原子力発電所や石油、化学コンビナートでの配管減肉観察や異物混入検査に適用している。
【非特許文献１】内ヶ崎 儀一郎ほか著「原子力と設計技術」大河出版、(1980)、p226〜250
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波探傷法を用いた実際の作業では、毎年配管厚さ測定を人海戦術で数多く実施している。
【０００７】
しかしながら、定期点検中での対応に限度があり、温度の制約からプラントを停止した後でしか測定ができない。また、配管の断熱材の上からでも異常を透視できるＸ線法は、注目度が高く板厚分布が測定できる利点はあるが、装置が高価で全面的な適用には至っていない。
【０００８】
本発明はこのような実情を考慮してなされたもので、第１の目的は、測定点を減らし、検査に掛かる時間および工数を大幅に縮小することであり、第２の目的は、プラントを稼動したまま高温で保温材を取り外すことなく、簡易に検査もしくは常時監視するシステムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の各請求項記載の配管劣化診断装置は、次のような特徴を有する。
【００１０】
請求項1記載の発明は、
配管の厚み方向に超音波入力を与える波形入力手段と、
前記波形入力手段が前記配管に与える超音波入力の周波数を指定する周波数指定手段と、
前記配管に与えられた超音波入力の入射波、反射波またはその合成波を検出する波形信号検出手段と、
前記波形信号検出手段が検出した信号に信号処理を施して波形解析を行う波形解析手段と、
前記配管の腐食や減肉などの劣化に関する判定閾値を与える診断データベースと、
前記波形解析手段から与えられる原波形や信号処理結果を前記判定閾値と照合して前記配管の劣化度を判定する劣化判定手段と
を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の配管劣化診断装置における前記波形入力手段が、
電線を巻き付けた磁歪材を前記配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付け、この電線に流す交流電流で前記磁歪材に交流磁場を与えて磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力をほぼ同時に発生させる円環型振動子であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、
請求項２記載の配管劣化診断装置における前記波形入力手段が、前記配管に固定する円環形磁石と前記配管に巻き付けるコイルとの組合せで構成する円環型ＥＭＡＴであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、
前記波形信号検出手段は、配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付けた光ファイバをセンサとしたＦＬＤＶセンサであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【００１４】
請求項５記載の発明は、
前記請求項１ないし３の何れかにおける前記波形信号検出手段が、前記配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付けた光ファイバをセンサとしたＦＬＤＶセンサであり、前記光ファイバを金コーティングやＳＵＳ細管構造で耐熱処理したことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、
請求項１ないし５の何れかにおける前記波形解析手段が、
前記波形信号検出手段で計測した波形から、対象とする配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出す機能と、
信号検出時間および入力波の周波数をそれぞれｘ，ｙ座標軸とする二次元平面上に原波形の振幅をｚ軸として、所望の周波数刻みで１周期分の出力波形を３次元表示する機能と、
１周期分の３次元表示を時間連続的に表示比較する機能とを備え、
前記配管における長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定することを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、
請求項１ないし６の何れかにおける前記波形解析手段が、
前記波形信号検出手段で計測した波形から、対象とする配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出し、この１周期分の原波形やその信号処理結果を時系列に連続に比較することで、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定することを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の発明は、
請求項１乃至７の何れかに記載の装置における光ファイバを、減肉や腐食などの劣化の発生が見込まれる部位や湾曲配管（エルボ）部などに局所集中的に配することを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の発明は、
請求項１乃至８の何れかに記載の装置における前記配管に巻き付けた電線巻き磁歪材が発生する超音波入力が光ファイバセンサに直接伝わらないか、もしくは伝わっても微小な大きさで抑えられるように電線巻き磁歪材と光ファイバとの位置をずらして配置することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、
請求項１ないし９の何れかに記載の装置における前記配管に巻き付ける磁歪材が、超磁歪材であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付け、前記電線に交流電流を流して発生する交流磁場により磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力を与え、前記配管の外壁ないし内壁に巻いた光ファイバで該配管の厚み方向の共振モードを、光ファイバを巻いた全域に亘ってＦＬＤＶセンサ方式でモニタリングすることを特徴とする。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付け、前記電線に交流電流を流して発生する交流磁場により磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力を与え、前記配管の外壁ないし内壁に巻いた光ファイバで該配管の厚み方向の共振モードを、光ファイバを巻いた全域に亘ってＦＬＤＶセンサ方式でモニタリングし、かつ前記配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出し、この１周期分の原波形やその信号処理結果を時系列に連続に比較することで、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定することを特徴とする。
【００２２】
請求項１３記載の発明は、
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付け、前記電線に交流電流を流して磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って前記配管の表面方向への超音波入力のガイド波を発生させ、このガイド波の到着時刻をＦＬＤＶセンサで検出し、前記配管の表面の異常（腐食、減肉、亀裂）などを検出することを特徴とする。
【００２３】
請求項１４記載の発明は、
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付け、この電線に交流電流を流して磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力をほぼ同時に発生させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明の配管劣化診断装置によれば、次のような効果を奏する。
【００２５】
請求項1記載の装置によれば、広い周波数帯域で所望の周波数の超音波入力を配管に与えることができ、配管の減肉や腐食をモニタリングし易くなる。
【００２６】
請求項２記載の配管劣化診断装置によれば、円環配管全面に亘って共振法による厚み計測が可能になる。
【００２７】
請求項３記載の配管劣化診断装置によれば、磁歪材料に電線を巻き付ける方法よりも簡単な構造で波形を入力することができる。
【００２８】
請求項４記載の配管劣化診断装置によれば、簡易に広範囲の配管を対象とした診断を行うことができる。そして、光ファイバをセンサとして配管に巻き付けておけば、必要なときに計測器に取り付けて検査を行ってもよいし、常時モニタリングして配管の状態を確認してもよい。
【００２９】
請求項５記載の配管劣化診断装置によれば、６００℃級の耐久性を持ったＦＬＤＶセンサを実現することができる。
【００３０】
請求項６記載の配管劣化診断装置によれば、対象とする配管長さの全域における波形の共振状態をアニメーション表示して、配管の状態を確認することができる。
【００３１】
請求項７記載の配管劣化診断装置によれば、異常部位の同定と時系列な挙動をモニタリングすることが可能となる。
【００３２】
請求項８記載の配管劣化診断装置によれば、配管全体の平均的な劣化情報を得るのではなく、局所集中的に巻き付けた部位で発生する局部的な劣化状態に対して検出感度を高めることができる。
【００３３】
請求項９記載の配管劣化診断装置によれば、光ファイバは磁歪材が発生する超音波や振動をダイレクトに検出しなくなる。
【００３４】
請求項１０記載の配管劣化診断装置によれば、超高速応答（nsオーダ）と大きな入力信号を得ることが可能となる。
【００３５】
請求項１１記載の配管劣化診断方法によれば、配管内の複数点での計測が要らなくなるとともに、断熱材を取り外す必要や定期検査のためにプラントを止める必要もなくなる。
【００３６】
請求項１２記載の配管劣化診断方法によれば、配管の厚み方向の共振現象を配管の長さに相当する時間で切出して連続的にチェックできるので、異常が長さ方向のどの位置で発生し始めるかを判定できる。
【００３７】
請求項１３記載の配管劣化診断方法によれば、ガイド波の反射波や透過波の到着時刻を検出することで、配管の劣化の有無と位置を推定することができる。
【００３８】
請求項１４記載の円環型振動子によれば、磁歪材を巻き付けたエリアの全面において配管の厚み方向の縦波を発生させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の骨子は、高温配管の劣化状態（減肉や腐食）を、プラントを停止せずにモニタリングでき、また広い範囲に亘って短時間に検査を済ませることができる配管劣化診断装置を提供することである。
【基本的な実施形態】
【００４０】
以下、上記のような考え方に基づく本発明の実施の形態について、図１ないし図７を参照して詳細に説明する。
【００４１】
図１に示すように、厚さ計測の対象に厚さ方向の電磁超音波を発生させる。例えば、磁石１２１ａを端部に持った鉄心１２１ｂを配管１０の一部に見立てた金属板の表面に立てて、鉄心１２１ｂに巻いたコイル１２１ｃへ交流電流を入力すると、配管１０の厚さ方向への縦波を入力することができる。この交流電流を、ファンクションジェネレータを用いて周波数可変とし、所望の周波数帯域をスイープできるものとする。
【００４２】
この縦波を入射波とすると、金属板からの反射波が生じ、この反射波を検出手段であるＦＬＤＶセンサ１２２により検出する。そして、計測対象である金属板の厚さLと電磁超音波の波長λとの間に「λ＝２L」の関係が成り立つとき、入射波と反射波とが共振して出力波の振幅が急激に大きくなる。従って、この共振周波数λから逆算して、対象の厚さLを計測することが可能となる。
【００４３】
図２は、入射波の周波数を横軸に波長を縦軸にとって各種の波とその波長の関係を示したものである。音波に限ってみても、伝播媒質が空気であるか、水であるか、鉄であるかにより周波数と波長との関係は異なり、媒質の密度が高いものほど波長が長くなる。
【００４４】
例えば、図２に示すように、15mm厚の鋼板の場合、500kHzの超音波を入力すると共振が起きる。そして、計測対象が減肉を起こすと、矢印Aで示すように、高周波化する傾向がある。
【００４５】
図３(a)，(b)は、ＦＬＤＶ方式の原理を説明する図である。図３(a)に示す構成では、センサ部と、検出部とを有し、センサ部は図３(b)に拡大して示すように光ファイバ１２１が測定対象の表面に取り付けられている。また、検出部は、光源１２２ａ、ハーフミラー１２２ｂ、カプラ１２２ｃ、ＡＯＭ１２２ｄおよび検出器１２２ｅにより構成されている。
【００４６】
この構成により、測定対象の表面に取り付けた光ファイバ１２１中に光を透過したとき、光ファイバ１２１の伸縮部でのドップラ効果により波長のずれ（ｆD）が生じ、このずれ（ｆD）が材料中に生じた微小なひずみの速度（εX,εY）に対応することを利用して、下式(1)に基づき微小な音や振動の計測を行うことができる。
【００４７】
ｆD＝ｎeqＮπＲav（εX＋εY）／λ０ 式(1)
ｎeq：ファイバの透過屈折率、
Ｎ：巻数
Ｒav：平均巻径
λ０：入射光の波長
図４(a)，(b)に、ＥＭＡＴと呼ばれる電磁超音波変換子をＳＵＳの平板上に取り付け、材料内部へ電磁超音波を入力したときの平板の共振発生例を示す。電磁超音波変換子とは、図１に示したように、鉄心にコイルを巻装して超音波周波数の信号を与えることにより鉄心を振動させるものである。
【００４８】
この変換子を用いて、平板の厚み測定を行うことができる。その測定は、次のような考え方および構成に基づく。
【００４９】
１．基本的な考え方
金属板の厚さをd、超音波の波長をλ とすると、下式(2)により表される、
【数１】
の条件を満たすときに超音波が共鳴する。これを、超音波の周波数f を用いて書き直せば下式(3)のようになる。
【数２】
【００５０】
逆に、共鳴する周波数および音速が分かれば、板厚を求めることができる、ということが基本的な考え方である。
【００５１】
2. 実験系
金属板に超音波を発生させるために、電磁波超音波変換子（EMAT）を用いた。EMAT では、コイルの電流によって誘導される金属内の渦電流と磁石とによって作られる磁場とから、ローレンツ力が金属板内に発生する。コイルには交流が流れているので、ローレンツ力も周期的に変化し、これによって金属板の内部に超音波が発生する。超音波の周波数は、コイルに流す交流の周波数となる。
【００５２】
金属板は、直径200mm で厚さが5、7、10、15、20、25、30mm のSUS304 を用いた。巻き数50の光ファイバセンサを瞬間接着剤で金属表面に固定し、ＥＭＡＴをセンサの真上に置いた。光ファイバセンサは、上述した図３の原理でひずみや振動をドップラ効果として捉えられる。
【００５３】
周波数シンセサイザを用いて正弦波を50 から500kHz まで1kHz 刻みに発生させ、アンプで150Vp-p に増幅してEMAT を200μs 駆動させた。各周波数でのEMAT 駆動前後の波形を、デジタルオシロスコープで500μs（サンプリング速度5MHz）収録した。各板厚で、板厚に対応した波長でのみ共鳴信号が得られている。
【００５４】
この結果から、入力波の周波数と板圧の逆数との間に、グラフに示すような比例関係が成り立つ。実験値が、式（２）を証明している。周波数指定手段は、ファンクションジェネレータまたはファンクションジェネレータとアンプとの組合せ回路とし、入力波の周波数および強度を自由に設定できることが望ましい。
【００５５】
上記の原理の板圧測定を、円環の配管で実現することが本発明の骨子である。超音波および振動の入力方法として、円環タイプのマグネットを配管上に嵌め込んで、マグネット間に電線コイルを巻いてＥＭＡＴ変換子の機能を付加する方法がある。
【００５６】
図５(a)，(b)は、測定対象に対する入射波の入力手段および出射波の取り出し手段の他の例を示したもので、図５(b)は図５(a)の部分拡大図である。この図５に示すように、磁歪材料や超磁歪材料の線材１１１ａや箔を配管の周りに巻き、それらの磁歪材料に電線１１１ｂを巻くことで、電線１１１ｂを巻いた磁歪材１１１ａを伸縮させて配管１０を締め付けたり緩めたりして、配管１０の厚み方向に縦波を入力する方法もある。この電線巻き磁歪材料を配管全体に巻く場合は、配管全体に厚み方向の縦波を入力することができる。
【００５７】
図６(a)，(b)は、測定対象に対する入射波の入力手段および出射波の取り出し手段の更に他の例を示したもので、図６(b)は図６(a)の部分拡大図である。この図６に示すに示すように、配管１０の一部に磁歪材料１１１ａを巻く場合は、巻いた部分での厚さ方向の縦波および配管１０の表面を伝わるガイド波の両方を発生させることができる。
【００５８】
配管１０の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付けた光ファイバをセンサとしたＦＬＤＶセンサ１２１を用いて波形信号を検出するとした場合、配管の所望のエリアに広範囲に振動センサを設置することになり、従来型のＡＥセンサや加速度ピックアップだと多数個必要だったセンサが、一本の光ファイバで代用できるようになる。
【００５９】
また、配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付けた光ファイバを、金コーティングやＳＵＳ細管構造で耐熱処理して高温での信号検出が可能なように高温化することで、６００℃級の高温配管の診断もできるようになる。光ファイバ、磁歪線材、ＥＭＡＴ変換子の何れも省スペースで高温配管の周りに設置できるため、予め配管を覆う断熱材と配管との間に埋め込んでおくことも容易である。
【実施例１】
【００６０】
図７は、本発明に係る配管劣化診断装置の一構成例を示したものである。この装置は、配管１０に対して入射波を入力するために、波形入力手段１１１およびこの波形入力手段１１１に対して所望周波数の信号を与える周波数可変手段１１２を備えるとともに、配管１０からの反射波を取り出すために、光ファイバセンサ部１２１と、この光ファイバセンサ部１２１により取り出した信号を処理する波形信号検出手段１２２と、波形解析手段１２３と、劣化判定手段１２４および診断データベース１２５とを備える。
【００６１】
光ファイバセンサ部１２１で取り出され、波形信号検出手段１２２で検出された波形が与えられる波形解析手段１２３は、
(a)対象とする配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出す機能と、
(b)信号検出時間および入力波の周波数をそれぞれｘ，ｙ座標軸とする二次元平面上に原波形の振幅をｚ軸として、所望の周波数刻みで１周期分の出力波形を３次元表示する機能と、
(c)１周期分の３次元表示を時間連続的に表示比較する機能と
を備え、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定する。
【００６２】
また、波形解析手段１２３は、波形信号検出手段１２２で計測した波形から、対象とする配管１０の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として、１周期ごとの波形を連続的に切出し、この１周期分の原波形やその信号処理結果を時系列に連続に比較することで、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定する。
【００６３】
さらにこの方法では、光ファイバを配管１０の全体に均等に巻き付けるのではなく、減肉や腐食などの劣化の発生が見込まれる部位や湾曲配管（エルボ）部などに局所集中的に巻き付けたり貼り付けたりすることで、配管１０の劣化検出感度を高めることも可能である。
【００６４】
また、配管１０に巻き付けた電線巻き磁歪材が発生する超音波入力が光ファイバセンサに直接伝わらないか、もしくは伝わっても微小な大きさで抑えられるように、電線巻き磁歪材および光ファイバの位置をずらして配置する。例えば、磁歪材と光ファイバとの交わり角を９０度に近付ければよい。
【００６５】
劣化判定手段１２４は、観測した信号や信号処理結果を、予め診断データベース１２５に蓄積されている劣化判定閾値と比較することにより、減肉量や腐食量、亀裂の大きさなどを判定する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】超音波を使った厚さ計測法の原理を説明する図。
【図２】超音波厚さ計測における入力波の波長と周波数の関係を説明する図。
【図３】図３(a)は光ファイバを測定対象に巻き付けるＦＬＤＶ方式の原理の説明図、図３(b)は光ファイバを示す図。
【図４】図4(a)は電磁波超音波変換子（ＥＭＡＴ）による平板の厚み計測例を説明する図、図4(b)は１／厚さを横軸、周波数を縦軸に取った厚み計測例を示す図。
【図５】図５(a)は円環型振動子の構造および実装状態と光ファイバセンサの実装状態を説明する図、図５(b)は磁歪線材およびそこに巻き付ける電線の説明図。
【図６】図６(a)はガイド波発振子の構造および実装状態と光ファイバセンサの実装状態を説明する図、図６(b)は磁歪線材およびそこに巻き付ける電線の説明図。
【図７】本発明の第１の実施例の概略を説明する図。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 配管、１１１ 波形入力手段、１１１ａ 磁歪線材、１１１ｂ 電線、
１１２ 周波数指定手段、１２１ 光ファイバセンサ部、１２２ 波形信号検出手段、
１２２ａ 光源、１２２ｂ ハーフミラー、１２２ｃ カプラ、１２２ｄ ＡＯＭ、
１２２ｅ 検出器、１２３ 波形解析手段、１２４ 劣化判定手段、
１２５ 診断データベース。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントにおける配管の劣化診断技術に係わり、とくに原子力発電プラントや火力発電プラントなどでの高温蒸気による配管減肉や、化学プラントやゴミ焼却プラントなどにおける配管腐食などの異常の有無を判定するとともに、異常部位の同定を可能とする配管劣化診断装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配管の減肉や腐食については、定期検査時に、超音波探傷法による検査が行われている。この超音波探傷法は、試験体の表面に超音波を送受信する探触子を押し当てて、内部に各種周波数の超音波を伝搬させ、内部の欠陥や裏面で反射して戻ってきた超音波を受信し、試験体内部の状態を把握する。欠陥位置は、超音波の送信から受信までに掛かる時間から測定し、欠陥の大きさは、受信したエコーの高さや欠陥エコーの出現する範囲の測定によって求められる。
【０００３】
この超音波探傷法は、原子力発電プラントにおいて、主に素材の板厚測定およびラミネーションの検出、溶接による溶融部と母材における溶込み不足、熱影響部に発生するクラックの検出に適用されている。また、原子炉圧力容器回りのノズル開口部、ブランチ、配管継手の補強として行う溶接肉盛に対しては、溶接肉盛部、溶融部および溶着肉盛部直下の母材に対してこの検査が適用されている（非特許文献1参照）。
【０００４】
この他に、断熱材を外さないままでも配管減肉の検出が可能なＸ線透過法があり、Ｘ線ＣＴスキャナなどでは、連続撮影して得たデータを高性能のコンピュータを用いて高速処理することで、Ｘ線透過率の違いを断層映像とし、対象物全体の映像を映し出すことができる。
【０００５】
最近では、本願出願人が提供した技術として、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３原色で発光し、透過量に応じて発光割合の変わるシート状カラーシンチレータ（蛍光板）とＣＣＤカメラとを組み合わせただけの簡便なシステムで、Ｘ線透過率の異なる物質を同時に撮影できる方法があり、火力・原子力発電所や石油、化学コンビナートでの配管減肉観察や異物混入検査に適用している。
【非特許文献１】内ヶ崎 儀一郎ほか著「原子力と設計技術」大河出版、(1980)、p226〜250
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波探傷法を用いた実際の作業では、毎年配管厚さ測定を人海戦術で数多く実施している。
【０００７】
しかしながら、定期点検中での対応に限度があり、温度の制約からプラントを停止した後でしか測定ができない。また、配管の断熱材の上からでも異常を透視できるＸ線法は、注目度が高く板厚分布が測定できる利点はあるが、装置が高価で全面的な適用には至っていない。
【０００８】
本発明はこのような実情を考慮してなされたもので、第１の目的は、測定点を減らし、検査に掛かる時間および工数を大幅に縮小することであり、第２の目的は、プラントを稼動したまま高温で保温材を取り外すことなく、簡易に検査もしくは常時監視するシステムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の各請求項記載の配管劣化診断装置は、次のような特徴を有する。
【００１０】
請求項1記載の発明は、
配管の厚み方向に超音波入力を与える波形入力手段と、
前記波形入力手段が前記配管に与える超音波入力の周波数を指定する周波数指定手段と、
前記配管に与えられた超音波入力の入射波、反射波またはその合成波を検出する波形信号検出手段と、
前記波形信号検出手段が検出した信号に信号処理を施して波形解析を行う波形解析手段と、
前記配管の腐食や減肉などの劣化に関する判定閾値を与える診断データベースと、
前記波形解析手段から与えられる原波形や信号処理結果を前記判定閾値と照合して前記配管の劣化度を判定する劣化判定手段と
を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の配管劣化診断装置における前記波形入力手段が、
電線を巻き付けた磁歪材を前記配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付け、この電線に流す交流電流で前記磁歪材に交流磁場を与えて磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力をほぼ同時に発生させる円環型振動子であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、
請求項２記載の配管劣化診断装置における前記波形入力手段が、前記配管に固定する円環形磁石と前記配管に巻き付けるコイルとの組合せで構成する円環型ＥＭＡＴであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、
前記波形信号検出手段は、配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付けた光ファイバをセンサとしたＦＬＤＶセンサであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【００１４】
請求項５記載の発明は、
前記請求項１ないし３の何れかにおける前記波形信号検出手段が、前記配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付けた光ファイバをセンサとしたＦＬＤＶセンサであり、前記光ファイバを金コーティングやＳＵＳ細管構造で耐熱処理したことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、
請求項１ないし５の何れかにおける前記波形解析手段が、
前記波形信号検出手段で計測した波形から、対象とする配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出す機能と、
信号検出時間および入力波の周波数をそれぞれｘ，ｙ座標軸とする二次元平面上に原波形の振幅をｚ軸として、所望の周波数刻みで１周期分の出力波形を３次元表示する機能と、
１周期分の３次元表示を時間連続的に表示比較する機能とを備え、
前記配管における長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定することを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、
請求項１ないし６の何れかにおける前記波形解析手段が、
前記波形信号検出手段で計測した波形から、対象とする配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出し、この１周期分の原波形やその信号処理結果を時系列に連続に比較することで、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定することを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の発明は、
請求項１乃至７の何れかに記載の装置における光ファイバを、減肉や腐食などの劣化の発生が見込まれる部位や湾曲配管（エルボ）部などに局所集中的に配することを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の発明は、
請求項１乃至８の何れかに記載の装置における前記配管に巻き付けた電線巻き磁歪材が発生する超音波入力が光ファイバセンサに直接伝わらないか、もしくは伝わっても微小な大きさで抑えられるように電線巻き磁歪材と光ファイバとの位置をずらして配置することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、
請求項１ないし９の何れかに記載の装置における前記配管に巻き付ける磁歪材が、超磁歪材であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付け、前記電線に交流電流を流して発生する交流磁場により磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力を与え、前記配管の外壁ないし内壁に巻いた光ファイバで該配管の厚み方向の共振モードを、光ファイバを巻いた全域に亘ってＦＬＤＶセンサ方式でモニタリングすることを特徴とする。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付け、前記電線に交流電流を流して発生する交流磁場により磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力を与え、前記配管の外壁ないし内壁に巻いた光ファイバで該配管の厚み方向の共振モードを、光ファイバを巻いた全域に亘ってＦＬＤＶセンサ方式でモニタリングし、かつ前記配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出し、この１周期分の原波形やその信号処理結果を時系列に連続に比較することで、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定することを特徴とする。
【００２２】
請求項１３記載の発明は、
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付け、前記電線に交流電流を流して磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って前記配管の表面方向への超音波入力のガイド波を発生させ、このガイド波の到着時刻をＦＬＤＶセンサで検出し、前記配管の表面の異常（腐食、減肉、亀裂）などを検出することを特徴とする。
【００２３】
請求項１４記載の発明は、
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付け、この電線に交流電流を流して磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力をほぼ同時に発生させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明の配管劣化診断装置によれば、次のような効果を奏する。
【００２５】
請求項1記載の装置によれば、広い周波数帯域で所望の周波数の超音波入力を配管に与えることができ、配管の減肉や腐食をモニタリングし易くなる。
【００２６】
請求項２記載の配管劣化診断装置によれば、円環配管全面に亘って共振法による厚み計測が可能になる。
【００２７】
請求項３記載の配管劣化診断装置によれば、磁歪材料に電線を巻き付ける方法よりも簡単な構造で波形を入力することができる。
【００２８】
請求項４記載の配管劣化診断装置によれば、簡易に広範囲の配管を対象とした診断を行うことができる。そして、光ファイバをセンサとして配管に巻き付けておけば、必要なときに計測器に取り付けて検査を行ってもよいし、常時モニタリングして配管の状態を確認してもよい。
【００２９】
請求項５記載の配管劣化診断装置によれば、６００℃級の耐久性を持ったＦＬＤＶセンサを実現することができる。
【００３０】
請求項６記載の配管劣化診断装置によれば、対象とする配管長さの全域における波形の共振状態をアニメーション表示して、配管の状態を確認することができる。
【００３１】
請求項７記載の配管劣化診断装置によれば、異常部位の同定と時系列な挙動をモニタリングすることが可能となる。
【００３２】
請求項８記載の配管劣化診断装置によれば、配管全体の平均的な劣化情報を得るのではなく、局所集中的に巻き付けた部位で発生する局部的な劣化状態に対して検出感度を高めることができる。
【００３３】
請求項９記載の配管劣化診断装置によれば、光ファイバは磁歪材が発生する超音波や振動をダイレクトに検出しなくなる。
【００３４】
請求項１０記載の配管劣化診断装置によれば、超高速応答（nsオーダ）と大きな入力信号を得ることが可能となる。
【００３５】
請求項１１記載の配管劣化診断方法によれば、配管内の複数点での計測が要らなくなるとともに、断熱材を取り外す必要や定期検査のためにプラントを止める必要もなくなる。
【００３６】
請求項１２記載の配管劣化診断方法によれば、配管の厚み方向の共振現象を配管の長さに相当する時間で切出して連続的にチェックできるので、異常が長さ方向のどの位置で発生し始めるかを判定できる。
【００３７】
請求項１３記載の配管劣化診断方法によれば、ガイド波の反射波や透過波の到着時刻を検出することで、配管の劣化の有無と位置を推定することができる。
【００３８】
請求項１４記載の円環型振動子によれば、磁歪材を巻き付けたエリアの全面において配管の厚み方向の縦波を発生させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の骨子は、高温配管の劣化状態（減肉や腐食）を、プラントを停止せずにモニタリングでき、また広い範囲に亘って短時間に検査を済ませることができる配管劣化診断装置を提供することである。
【基本的な実施形態】
【００４０】
以下、上記のような考え方に基づく本発明の実施の形態について、図１ないし図７を参照して詳細に説明する。
【００４１】
図１に示すように、厚さ計測の対象に厚さ方向の電磁超音波を発生させる。例えば、磁石１２１ａを端部に持った鉄心１２１ｂを配管１０の一部に見立てた金属板の表面に立てて、鉄心１２１ｂに巻いたコイル１２１ｃへ交流電流を入力すると、配管１０の厚さ方向への縦波を入力することができる。この交流電流を、ファンクションジェネレータを用いて周波数可変とし、所望の周波数帯域をスイープできるものとする。
【００４２】
この縦波を入射波とすると、金属板からの反射波が生じ、この反射波を検出手段であるＦＬＤＶセンサ１２２により検出する。そして、計測対象である金属板の厚さLと電磁超音波の波長λとの間に「λ＝２L」の関係が成り立つとき、入射波と反射波とが共振して出力波の振幅が急激に大きくなる。従って、この共振周波数λから逆算して、対象の厚さLを計測することが可能となる。
【００４３】
図２は、入射波の周波数を横軸に波長を縦軸にとって各種の波とその波長の関係を示したものである。音波に限ってみても、伝播媒質が空気であるか、水であるか、鉄であるかにより周波数と波長との関係は異なり、媒質の密度が高いものほど波長が長くなる。
【００４４】
例えば、図２に示すように、15mm厚の鋼板の場合、500kHzの超音波を入力すると共振が起きる。そして、計測対象が減肉を起こすと、矢印Aで示すように、高周波化する傾向がある。
【００４５】
図３(a)，(b)は、ＦＬＤＶ方式の原理を説明する図である。図３(a)に示す構成では、センサ部と、検出部とを有し、センサ部は図３(b)に拡大して示すように光ファイバ１２１が測定対象の表面に取り付けられている。また、検出部は、光源１２２ａ、ハーフミラー１２２ｂ、カプラ１２２ｃ、ＡＯＭ１２２ｄおよび検出器１２２ｅにより構成されている。
【００４６】
この構成により、測定対象の表面に取り付けた光ファイバ１２１中に光を透過したとき、光ファイバ１２１の伸縮部でのドップラ効果により波長のずれ（ｆD）が生じ、このずれ（ｆD）が材料中に生じた微小なひずみの速度（εX,εY）に対応することを利用して、下式(1)に基づき微小な音や振動の計測を行うことができる。
【００４７】
ｆD＝ｎeqＮπＲav（εX＋εY）／λ０ 式(1)
ｎeq：ファイバの透過屈折率、
Ｎ：巻数
Ｒav：平均巻径
λ０：入射光の波長
図４(a)，(b)に、ＥＭＡＴと呼ばれる電磁超音波変換子をＳＵＳの平板上に取り付け、材料内部へ電磁超音波を入力したときの平板の共振発生例を示す。電磁超音波変換子とは、図１に示したように、鉄心にコイルを巻装して超音波周波数の信号を与えることにより鉄心を振動させるものである。
【００４８】
この変換子を用いて、平板の厚み測定を行うことができる。その測定は、次のような考え方および構成に基づく。
【００４９】
１．基本的な考え方
金属板の厚さをd、超音波の波長をλ とすると、下式(2)により表される、
【数１】
の条件を満たすときに超音波が共鳴する。これを、超音波の周波数f を用いて書き直せば下式(3)のようになる。
【数２】
【００５０】
逆に、共鳴する周波数および音速が分かれば、板厚を求めることができる、ということが基本的な考え方である。
【００５１】
2. 実験系
金属板に超音波を発生させるために、電磁波超音波変換子（EMAT）を用いた。EMAT では、コイルの電流によって誘導される金属内の渦電流と磁石とによって作られる磁場とから、ローレンツ力が金属板内に発生する。コイルには交流が流れているので、ローレンツ力も周期的に変化し、これによって金属板の内部に超音波が発生する。超音波の周波数は、コイルに流す交流の周波数となる。
【００５２】
金属板は、直径200mm で厚さが5、7、10、15、20、25、30mm のSUS304 を用いた。巻き数50の光ファイバセンサを瞬間接着剤で金属表面に固定し、ＥＭＡＴをセンサの真上に置いた。光ファイバセンサは、上述した図３の原理でひずみや振動をドップラ効果として捉えられる。
【００５３】
周波数シンセサイザを用いて正弦波を50 から500kHz まで1kHz 刻みに発生させ、アンプで150Vp-p に増幅してEMAT を200μs 駆動させた。各周波数でのEMAT 駆動前後の波形を、デジタルオシロスコープで500μs（サンプリング速度5MHz）収録した。各板厚で、板厚に対応した波長でのみ共鳴信号が得られている。
【００５４】
この結果から、入力波の周波数と板圧の逆数との間に、グラフに示すような比例関係が成り立つ。実験値が、式（２）を証明している。周波数指定手段は、ファンクションジェネレータまたはファンクションジェネレータとアンプとの組合せ回路とし、入力波の周波数および強度を自由に設定できることが望ましい。
【００５５】
上記の原理の板圧測定を、円環の配管で実現することが本発明の骨子である。超音波および振動の入力方法として、円環タイプのマグネットを配管上に嵌め込んで、マグネット間に電線コイルを巻いてＥＭＡＴ変換子の機能を付加する方法がある。
【００５６】
図５(a)，(b)は、測定対象に対する入射波の入力手段および出射波の取り出し手段の他の例を示したもので、図５(b)は図５(a)の部分拡大図である。この図５に示すように、磁歪材料や超磁歪材料の線材１１１ａや箔を配管の周りに巻き、それらの磁歪材料に電線１１１ｂを巻くことで、電線１１１ｂを巻いた磁歪材１１１ａを伸縮させて配管１０を締め付けたり緩めたりして、配管１０の厚み方向に縦波を入力する方法もある。この電線巻き磁歪材料を配管全体に巻く場合は、配管全体に厚み方向の縦波を入力することができる。
【００５７】
図６(a)，(b)は、測定対象に対する入射波の入力手段および出射波の取り出し手段の更に他の例を示したもので、図６(b)は図６(a)の部分拡大図である。この図６に示すに示すように、配管１０の一部に磁歪材料１１１ａを巻く場合は、巻いた部分での厚さ方向の縦波および配管１０の表面を伝わるガイド波の両方を発生させることができる。
【００５８】
配管１０の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付けた光ファイバをセンサとしたＦＬＤＶセンサ１２１を用いて波形信号を検出するとした場合、配管の所望のエリアに広範囲に振動センサを設置することになり、従来型のＡＥセンサや加速度ピックアップだと多数個必要だったセンサが、一本の光ファイバで代用できるようになる。
【００５９】
また、配管の一端から他端まで均一に螺旋状に巻き付けた光ファイバを、金コーティングやＳＵＳ細管構造で耐熱処理して高温での信号検出が可能なように高温化することで、６００℃級の高温配管の診断もできるようになる。光ファイバ、磁歪線材、ＥＭＡＴ変換子の何れも省スペースで高温配管の周りに設置できるため、予め配管を覆う断熱材と配管との間に埋め込んでおくことも容易である。
【実施例１】
【００６０】
図７は、本発明に係る配管劣化診断装置の一構成例を示したものである。この装置は、配管１０に対して入射波を入力するために、波形入力手段１１１およびこの波形入力手段１１１に対して所望周波数の信号を与える周波数可変手段１１２を備えるとともに、配管１０からの反射波を取り出すために、光ファイバセンサ部１２１と、この光ファイバセンサ部１２１により取り出した信号を処理する波形信号検出手段１２２と、波形解析手段１２３と、劣化判定手段１２４および診断データベース１２５とを備える。
【００６１】
光ファイバセンサ部１２１で取り出され、波形信号検出手段１２２で検出された波形が与えられる波形解析手段１２３は、
(a)対象とする配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出す機能と、
(b)信号検出時間および入力波の周波数をそれぞれｘ，ｙ座標軸とする二次元平面上に原波形の振幅をｚ軸として、所望の周波数刻みで１周期分の出力波形を３次元表示する機能と、
(c)１周期分の３次元表示を時間連続的に表示比較する機能と
を備え、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定する。
【００６２】
また、波形解析手段１２３は、波形信号検出手段１２２で計測した波形から、対象とする配管１０の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として、１周期ごとの波形を連続的に切出し、この１周期分の原波形やその信号処理結果を時系列に連続に比較することで、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定する。
【００６３】
さらにこの方法では、光ファイバを配管１０の全体に均等に巻き付けるのではなく、減肉や腐食などの劣化の発生が見込まれる部位や湾曲配管（エルボ）部などに局所集中的に巻き付けたり貼り付けたりすることで、配管１０の劣化検出感度を高めることも可能である。
【００６４】
また、配管１０に巻き付けた電線巻き磁歪材が発生する超音波入力が光ファイバセンサに直接伝わらないか、もしくは伝わっても微小な大きさで抑えられるように、電線巻き磁歪材および光ファイバの位置をずらして配置する。例えば、磁歪材と光ファイバとの交わり角を９０度に近付ければよい。
【００６５】
劣化判定手段１２４は、観測した信号や信号処理結果を、予め診断データベース１２５に蓄積されている劣化判定閾値と比較することにより、減肉量や腐食量、亀裂の大きさなどを判定する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】超音波を使った厚さ計測法の原理を説明する図。
【図２】超音波厚さ計測における入力波の波長と周波数の関係を説明する図。
【図３】図３(a)は光ファイバを測定対象に巻き付けるＦＬＤＶ方式の原理の説明図、図３(b)は光ファイバを示す図。
【図４】図4(a)は電磁波超音波変換子（ＥＭＡＴ）による平板の厚み計測例を説明する図、図4(b)は１／厚さを横軸、周波数を縦軸に取った厚み計測例を示す図。
【図５】図５(a)は円環型振動子の構造および実装状態と光ファイバセンサの実装状態を説明する図、図５(b)は磁歪線材およびそこに巻き付ける電線の説明図。
【図６】図６(a)はガイド波発振子の構造および実装状態と光ファイバセンサの実装状態を説明する図、図６(b)は磁歪線材およびそこに巻き付ける電線の説明図。
【図７】本発明の第１の実施例の概略を説明する図。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 配管、１１１ 波形入力手段、１１１ａ 磁歪線材、１１１ｂ 電線、
１１２ 周波数指定手段、１２１ 光ファイバセンサ部、１２２ 波形信号検出手段、
１２２ａ 光源、１２２ｂ ハーフミラー、１２２ｃ カプラ、１２２ｄ ＡＯＭ、
１２２ｅ 検出器、１２３ 波形解析手段、１２４ 劣化判定手段、
１２５ 診断データベース。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の厚み方向に超音波入力を与える波形入力手段と、
前記波形入力手段が前記配管に与える超音波入力の周波数を指定する周波数指定手段と、
前記配管に与えられた超音波入力の入射波、反射波またはその合成波を検出する波形信号検出手段と、
前記波形信号検出手段が検出した信号に信号処理を施して波形解析を行う波形解析手段と、
前記配管の腐食や減肉などの劣化に関する判定閾値を与える診断データベースと、
前記波形解析手段から与えられる原波形や信号処理結果を前記判定閾値と照合して前記配管の劣化度を判定する劣化判定手段と
を備えることを特徴とする配管劣化診断装置。
【請求項２】
前記波形入力手段は、電線を巻き付けた磁歪材を前記配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付け、この電線に流す交流電流で前記磁歪材に交流磁場を与えて磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力をほぼ同時に発生させる円環型振動子であることを特徴とする請求項１記載の配管劣化診断装置。
【請求項３】
前記波形入力手段は、前記配管に固定する円環形磁石と前記配管に巻き付けるコイルとの組合せで構成する円環型ＥＭＡＴであることを特徴とする請求項２記載の配管劣化診断装置。
【請求項４】
前記波形信号検出手段は、配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付けた光ファイバをセンサとしたＦＬＤＶセンサであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項５】
前記波形信号検出手段は、前記配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付けた光ファイバをセンサとしたＦＬＤＶセンサであり、前記光ファイバを金コーティングやＳＵＳ細管構造で耐熱処理したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項６】
前記波形解析手段は、
前記波形信号検出手段で計測した波形から、対象とする配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出す機能と、
信号検出時間および入力波の周波数をそれぞれｘ，ｙ座標軸とする二次元平面上に原波形の振幅をｚ軸として、所望の周波数刻みで１周期分の出力波形を３次元表示する機能と、
１周期分の３次元表示を時間連続的に表示比較する機能とを備え、
前記配管における長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項７】
前記波形解析手段は、
前記波形信号検出手段で計測した波形から、対象とする配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出し、この１周期分の原波形やその信号処理結果を時系列に連続に比較することで、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項８】
光ファイバを、減肉や腐食などの劣化の発生が見込まれる部位や湾曲配管（エルボ）部などに局所集中的に配することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項９】
前記配管に巻き付けた電線巻き磁歪材が発生する超音波入力が光ファイバセンサに直接伝わらないか、もしくは伝わっても微小な大きさで抑えられるように電線巻き磁歪材と光ファイバとの位置をずらして配置することを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項１０】
配管に巻き付ける磁歪材は、超磁歪材であることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項１１】
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付け、
前記電線に交流電流を流して発生する交流磁場により磁歪を発生させ、
前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力を与え、
前記配管の外壁ないし内壁に巻いた光ファイバで該配管の厚み方向の共振モードを、光ファイバを巻いた全域に亘ってＦＬＤＶセンサ方式でモニタリングする
ことを特徴とする配管劣化診断方法。
【請求項１２】
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付け、
前記電線に交流電流を流して発生する交流磁場により磁歪を発生させ、
前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力を与え、
前記配管の外壁ないし内壁に巻いた光ファイバで該配管の厚み方向の共振モードを、光ファイバを巻いた全域に亘ってＦＬＤＶセンサ方式でモニタリングし、かつ前記配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出し、
この１周期分の原波形やその信号処理結果を時系列に連続に比較することで、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定する
ことを特徴とする配管劣化診断方法。
【請求項１３】
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付け、
前記電線に交流電流を流して磁歪を発生させ、
前記配管の長手方向全面に亘って前記配管の表面方向への超音波入力のガイド波を発生させ、
このガイド波の到着時刻をＦＬＤＶセンサで検出し、前記配管の表面の異常（腐食、減肉、亀裂）などを検出する
ことを特徴とする配管劣化診断方法。
【請求項１４】
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付け、この電線に交流電流を流して磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力をほぼ同時に発生させることを特徴とする円環型振動子。
【請求項１】
配管の厚み方向に超音波入力を与える波形入力手段と、
前記波形入力手段が前記配管に与える超音波入力の周波数を指定する周波数指定手段と、
前記配管に与えられた超音波入力の入射波、反射波またはその合成波を検出する波形信号検出手段と、
前記波形信号検出手段が検出した信号に信号処理を施して波形解析を行う波形解析手段と、
前記配管の腐食や減肉などの劣化に関する判定閾値を与える診断データベースと、
前記波形解析手段から与えられる原波形や信号処理結果を前記判定閾値と照合して前記配管の劣化度を判定する劣化判定手段と
を備えることを特徴とする配管劣化診断装置。
【請求項２】
前記波形入力手段は、電線を巻き付けた磁歪材を前記配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付け、この電線に流す交流電流で前記磁歪材に交流磁場を与えて磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力をほぼ同時に発生させる円環型振動子であることを特徴とする請求項１記載の配管劣化診断装置。
【請求項３】
前記波形入力手段は、前記配管に固定する円環形磁石と前記配管に巻き付けるコイルとの組合せで構成する円環型ＥＭＡＴであることを特徴とする請求項２記載の配管劣化診断装置。
【請求項４】
前記波形信号検出手段は、配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付けた光ファイバをセンサとしたＦＬＤＶセンサであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項５】
前記波形信号検出手段は、前記配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付けた光ファイバをセンサとしたＦＬＤＶセンサであり、前記光ファイバを金コーティングやＳＵＳ細管構造で耐熱処理したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項６】
前記波形解析手段は、
前記波形信号検出手段で計測した波形から、対象とする配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出す機能と、
信号検出時間および入力波の周波数をそれぞれｘ，ｙ座標軸とする二次元平面上に原波形の振幅をｚ軸として、所望の周波数刻みで１周期分の出力波形を３次元表示する機能と、
１周期分の３次元表示を時間連続的に表示比較する機能とを備え、
前記配管における長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項７】
前記波形解析手段は、
前記波形信号検出手段で計測した波形から、対象とする配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出し、この１周期分の原波形やその信号処理結果を時系列に連続に比較することで、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項８】
光ファイバを、減肉や腐食などの劣化の発生が見込まれる部位や湾曲配管（エルボ）部などに局所集中的に配することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項９】
前記配管に巻き付けた電線巻き磁歪材が発生する超音波入力が光ファイバセンサに直接伝わらないか、もしくは伝わっても微小な大きさで抑えられるように電線巻き磁歪材と光ファイバとの位置をずらして配置することを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項１０】
配管に巻き付ける磁歪材は、超磁歪材であることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の配管劣化診断装置。
【請求項１１】
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付け、
前記電線に交流電流を流して発生する交流磁場により磁歪を発生させ、
前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力を与え、
前記配管の外壁ないし内壁に巻いた光ファイバで該配管の厚み方向の共振モードを、光ファイバを巻いた全域に亘ってＦＬＤＶセンサ方式でモニタリングする
ことを特徴とする配管劣化診断方法。
【請求項１２】
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付け、
前記電線に交流電流を流して発生する交流磁場により磁歪を発生させ、
前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力を与え、
前記配管の外壁ないし内壁に巻いた光ファイバで該配管の厚み方向の共振モードを、光ファイバを巻いた全域に亘ってＦＬＤＶセンサ方式でモニタリングし、かつ前記配管の長さ分の距離だけ光が透過する時間を１周期として１周期ごとの波形を連続的に切出し、
この１周期分の原波形やその信号処理結果を時系列に連続に比較することで、長手方向のどの位置で減肉や腐食などの異常が発生しているかを特定する
ことを特徴とする配管劣化診断方法。
【請求項１３】
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付け、
前記電線に交流電流を流して磁歪を発生させ、
前記配管の長手方向全面に亘って前記配管の表面方向への超音波入力のガイド波を発生させ、
このガイド波の到着時刻をＦＬＤＶセンサで検出し、前記配管の表面の異常（腐食、減肉、亀裂）などを検出する
ことを特徴とする配管劣化診断方法。
【請求項１４】
電線を巻き付けた磁歪材を配管の一端から他端まで螺旋状に巻き付け、この電線に交流電流を流して磁歪を発生させ、前記配管の長手方向全面に亘って厚み方向への超音波入力をほぼ同時に発生させることを特徴とする円環型振動子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−５４３４９（Ｐ２０１０−５４３４９Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１９７９１（Ｐ２００８−２１９７９１）
【出願日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]