JP6109036B2 - Ultrasonic measuring device and calibration method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜状の圧電素子からなる超音波振動子を有し、簡単な手段で該超音波振動子の校正を可能にした超音波計測装置及びその校正方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic measurement apparatus having an ultrasonic transducer composed of a thin film piezoelectric element, and capable of calibrating the ultrasonic transducer with simple means, and a calibration method thereof.
発電プラントなどの配管の傷や減肉状況を検査する方法として、超音波を用いた検査方法がある。この方法は、超音波を被検体に照射してその反射波を受信し、その波形から傷や減肉状況を把握するものである。超音波を発生させる手段として、圧電効果を有する圧電体が用いられている。即ち、下部電極と上部電極との間に圧電体を挟持した圧電素子からなる超音波振動子を用い、超音波振動子に電圧を付加することで、被検体に超音波を発信するようにしている。 There is an inspection method using ultrasonic waves as a method for inspecting a flaw or a thinning state of a pipe of a power plant or the like. This method irradiates a subject with an ultrasonic wave, receives a reflected wave, and grasps a scratch and a thinning state from the waveform. As a means for generating ultrasonic waves, a piezoelectric body having a piezoelectric effect is used. In other words, an ultrasonic transducer composed of a piezoelectric element having a piezoelectric body sandwiched between a lower electrode and an upper electrode is used, and an ultrasonic wave is transmitted to the subject by applying a voltage to the ultrasonic transducer. Yes.
被検体に発信された超音波は被検体の傷や境界で反射する。その反射波を受信機で受信し、高周波電圧に変換し、該高周波電圧の波形をブラウン管で表示することで、欠陥や減肉の有無，存在位置及び大きさを知ることができる。
超音波振動子は信号レベルの低下や、信号を発信する時間軸のズレ等の経年変化が起るため、感度や時間軸の校正を行う必要がある。肉厚計測を行う超音波振動子の場合、一般的に、計測前後に既知の板厚を有する校正片を計測することで校正している。また，これらの校正は規格などにより，一定期間ごとに実施することが義務付けられている。
The ultrasonic wave transmitted to the subject is reflected at the scratch or boundary of the subject. The reflected wave is received by the receiver, converted into a high-frequency voltage, and the waveform of the high-frequency voltage is displayed with a cathode ray tube, so that it is possible to know the presence / absence, location, and size of defects and thinning.
Ultrasonic transducers must be calibrated for sensitivity and time axis because the signal level decreases and the secular change of the time axis for transmitting signals occurs. In the case of an ultrasonic transducer that performs wall thickness measurement, calibration is generally performed by measuring a calibration piece having a known plate thickness before and after measurement. In addition, these calibrations are required to be performed at regular intervals according to standards.
特許文献１には、超音波を用いた流量計の校正を行う方法が開示されている。流路を流れる被測定流体の流量は、流路を伝搬する超音波の伝搬時間に基づいて算出される。従来は、伝搬時間の計測起点を超音波振動子に入力される駆動信号の入力タイミングとしていた。この場合、駆動信号の入力タイミングから超音波の被測定流体への放出タイミングに至る遅延時間が一定である間は補正可能であるが、この遅延時間に経年変化が出てくれば補正が不可となる。そこで、特許文献１では、遅延時間を定期的に計測し、駆動信号の入力タイミングから超音波が受信部に到達するまでの計測時間ｔｘから遅延時間ｔｏを減算することで、経年変化が起っても伝搬時間を正確に計測できるようにしている。
近年、高温耐熱性を有する薄膜状の超音波振動子が開発されている。この超音波振動子は下部電極、上部電極及び圧電体がミクロン単位の薄膜状に形成され、配管などの被検体の表面に貼り付けられる。これによって、１年以上の長期間常時モニタリングすることが可能になる。特許文献２には、かかる薄膜状の超音波振動子が開示されている。
In recent years, thin-film ultrasonic vibrators having high temperature heat resistance have been developed. In this ultrasonic transducer, a lower electrode, an upper electrode, and a piezoelectric body are formed in a thin film form in units of microns, and are attached to the surface of an object such as a pipe. As a result, it becomes possible to constantly monitor for a long period of time of one year or more.
特許文献１に開示された校正手段は、複雑な計測回路及び補正回路を必要とし高コストとなるという問題がある。
また、長期間の高精度な連続モニタリングを実現するためには，校正のために被検体からセンサを外したり再度設置したりする作業により生じる誤差を抑える必要があり，センサは被検体から外さず，常時設置した方がよい。そのため，前述のような、既知の板厚及び材質を有する校正片を用いる校正方法を採用できない。
The calibration means disclosed in
Also, in order to achieve long-term, high-accuracy continuous monitoring, it is necessary to suppress errors caused by the work of removing or re-installing the sensor from the subject for calibration. The sensor must be removed from the subject. , It is better to always install. For this reason, the calibration method using the calibration piece having the known thickness and material as described above cannot be adopted.
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、薄膜状の超音波振動子の校正を、簡易かつ低コストな手段で被検体に設置したまま可能にすることを目的とする。 An object of the present invention is to make it possible to calibrate a thin-film ultrasonic transducer while it is installed on a subject by simple and low-cost means in view of the problems of the prior art.
本発明の超音波検査装置は、下部電極と上部電極との間に圧電体を挟持してなり、被検体の表面に固定されて被検体に向けて超音波を発信し、被検体で反射した反射波を受信して高周波電圧に変換する薄膜状の超音波振動子と、該高周波電圧の波形を表示する表示部とを有する超音波計測装置に適用される。 The ultrasonic inspection apparatus of the present invention includes a piezoelectric body sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, is fixed to the surface of the subject, transmits ultrasonic waves toward the subject, and is reflected by the subject. The present invention is applied to an ultrasonic measurement apparatus having a thin film ultrasonic transducer that receives a reflected wave and converts it into a high-frequency voltage, and a display unit that displays the waveform of the high-frequency voltage.
そして、前記目的を達成するため、既知の板厚及び材質を有して超音波振動子に固定され、超音波振動子から発信される超音波が伝搬する板状の校正部材を備え、該校正部材で反射した超音波の反射波であって、表示部で表示された該反射波の高周波電圧の波形及び時間軸（時間軸上の位置）に係る情報とから超音波振動子を含む計測装置の時間軸と信号レベルを校正するものである。 In order to achieve the above-mentioned object, a plate-like calibration member having a known plate thickness and material and fixed to the ultrasonic transducer and through which the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transducer propagates is provided. A measuring device including an ultrasonic transducer based on a reflected wave of an ultrasonic wave reflected by a member, and information relating to a waveform of a high-frequency voltage of the reflected wave displayed on the display unit and a time axis (position on the time axis) This calibrates the time axis and signal level.
校正部材を伝搬する超音波の伝搬速度は校正部材の材質によって異なる。本発明では、被検体から反射する反射波の波形及び時間軸と共に、既知の板厚及び材質を有する校正部材から反射する反射波の波形及び時間軸を表示部に表示させる。既知の板厚及び材質を有する校正部材から反射する反射波の波形及び時間軸は既知である。この反射波の波形及び時間軸を用い、既知の波形及び時間軸と被検体の反射波の波形及び時間軸とを比較することで、被検体の板厚検出と同時に、超音波振動子を含む計測装置の校正を行うことができる。 The propagation speed of the ultrasonic wave propagating through the calibration member varies depending on the material of the calibration member. In the present invention, the waveform and time axis of the reflected wave reflected from the calibration member having a known plate thickness and material are displayed on the display unit together with the waveform and time axis of the reflected wave reflected from the subject. The waveform and time axis of the reflected wave reflected from the calibration member having a known plate thickness and material are known. By using the waveform and time axis of this reflected wave and comparing the known waveform and time axis with the waveform and time axis of the reflected wave of the subject, an ultrasonic transducer is included at the same time as detecting the plate thickness of the subject. Calibration of the measuring device can be performed.
このように、超音波振動子に既知の板厚及び材質を有する校正部材を組み込むだけの簡易かつ低コストな手段で、薄膜状の超音波振動子を配管などの被検体に被着したままで、超音波振動子を含む計測装置の校正が可能となる。また、被検体に対する超音波計測時に、同時に校正を行うことができる。
なお、校正部材は、例えば被検体が高温となる場合や、高温雰囲気に配置される場合、耐熱性材料で構成するとよい。
In this way, with a simple and low-cost means that simply incorporates a calibration member having a known plate thickness and material into the ultrasonic transducer, the thin-film ultrasonic transducer remains attached to the subject such as a pipe. The calibration of the measuring device including the ultrasonic transducer becomes possible. Further, calibration can be performed at the same time as ultrasonic measurement on the subject.
Note that the calibration member may be made of a heat resistant material, for example, when the subject has a high temperature or is placed in a high temperature atmosphere.
また、物質内を伝搬する超音波の速度はその物質の温度によっても異なってくる。そこで、本発明の一実施態様として、被検体及び校正部材の温度を検出する温度センサと、被検体と校正部材との材質及び温度の違いにより生じる被検体と校正部材との超音波伝搬速度の差を相殺する補正手段とをさらに備え、この補正手段で補正された被検体及び校正部材の超音波伝搬速度に基づいて、超音波振動子を含む計測装置の時間軸及び信号レベルを校正するようにすることができる。
これによって、被検体と校正部材の材質や温度環境が異なる場合でも、精度良い校正データを採取できる。
In addition, the speed of the ultrasonic wave propagating through the substance varies depending on the temperature of the substance. Therefore, as one embodiment of the present invention, the temperature sensor for detecting the temperature of the subject and the calibration member, and the ultrasonic propagation velocity between the subject and the calibration member caused by the difference in material and temperature between the subject and the calibration member A correction unit that cancels the difference, and calibrates the time axis and the signal level of the measuring device including the ultrasonic transducer based on the ultrasonic propagation velocity of the subject and the calibration member corrected by the correction unit. Can be.
Thereby, even when the material and temperature environment of the subject and the calibration member are different, accurate calibration data can be collected.
本発明の一実施態様として、校正部材の板厚及び材質を、被検体の反射波と校正部材の反射波とが表示部の時間軸上で重ならない板厚及び材質とすることができる。これによって、被検体に対する超音波計測時に、被検体の反射波及び校正部材の反射波の波形や時間軸を両方とも明瞭に表示できるので、被検体の計測に悪影響を与えない。 As an embodiment of the present invention, the plate thickness and material of the calibration member can be set to a plate thickness and material in which the reflected wave of the subject and the reflected wave of the calibration member do not overlap on the time axis of the display unit. This makes it possible to clearly display both the waveform of the reflected wave of the subject and the reflected wave of the calibration member and the time axis at the time of ultrasonic measurement on the subject, so that the measurement of the subject is not adversely affected.
本発明装置の一実施態様として、校正部材の板厚及び材質を、校正部材の反射波が被検体の反射波の波形及び時間軸の把握を妨げないほど校正部材の反射波の振幅が小さくなる板厚及び材質とすることができる。これによって、被検体に対する超音波計測時に、被検体の反射波及び校正部材の反射波の波形や時間軸を両方とも明瞭に表示できるので、被検体の計測に悪影響を与えない。
校正部材の材質は、例えば、金属又は樹脂を用いることができる。高温雰囲気で樹脂を用いるときは耐熱樹脂を用いる。
As an embodiment of the apparatus of the present invention, the thickness and the material of the calibration member are set such that the amplitude of the reflected wave of the calibration member is so small that the reflected wave of the calibration member does not interfere with the grasp of the waveform and time axis of the reflected wave of the subject. The thickness and material can be used. This makes it possible to clearly display both the waveform of the reflected wave of the subject and the reflected wave of the calibration member and the time axis at the time of ultrasonic measurement on the subject, so that the measurement of the subject is not adversely affected.
As the material of the calibration member, for example, metal or resin can be used. When using a resin in a high temperature atmosphere, a heat resistant resin is used.
また、校正部材の材質を被検体の材質と同一とすれば、被検体を伝搬する超音波の伝搬速度と校正部材を伝搬する超音波の伝搬速度とは同一となる。これによって、表示部に表示部される校正部材の反射波の時間軸上の位置を推定しやすくなる。
例えば、被検体が発電プラントに用いられる配管であり、該配管の材質が低合金鋼、高Ｃｒ鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金等のとき、これらと同一の材料を用いる。
If the material of the calibration member is the same as the material of the subject, the propagation speed of the ultrasonic wave propagating through the subject and the propagation speed of the ultrasonic wave propagating through the calibration member are the same. This makes it easy to estimate the position on the time axis of the reflected wave of the calibration member displayed on the display unit.
For example, when the subject is a pipe used in a power plant, and the material of the pipe is low alloy steel, high Cr steel, stainless steel, Ni-base alloy, etc., the same materials as these are used.
本発明装置の一実施態様として、校正部材を下部電極と被検体との間に配置することができる。これによって、校正部材が上部電極などの配置のじゃまにならず、かつ校正部材と被検体の温度条件をほぼ同一にできる。物質を伝搬する超音波の伝搬速度は、物質の材質だけでなく、温度によっても影響を受ける。本実施態様では、校正部材の温度と被検体の温度をほぼ同一とすることで、表示部に表示される被検体の反射波と校正部材の反射波の時間軸上の位置は、両者の板厚で一義的に決まる。そのため、両者の反射波の重なりをなくすように表示させることが容易になる。 As one embodiment of the apparatus of the present invention, the calibration member can be disposed between the lower electrode and the subject. As a result, the calibration member does not interfere with the arrangement of the upper electrode and the temperature conditions of the calibration member and the subject can be made substantially the same. The propagation speed of ultrasonic waves propagating a substance is affected not only by the material of the substance but also by the temperature. In this embodiment, by making the temperature of the calibration member and the temperature of the subject substantially the same, the position of the reflected wave of the subject displayed on the display unit and the reflected wave of the calibration member on the time axis is determined by both plates. It is uniquely determined by the thickness. Therefore, it becomes easy to display so as to eliminate the overlapping of the reflected waves of both.
本発明装置の一実施態様として、校正部材を上部電極の表面に固定することができる。これによって、圧電素子と被検体との間に校正部材がなくなるので、超音波が被検体に達するまでの超音波の減衰を低減できる。そのため、被検体で反射される反射波を高感度で計測できる。 As one embodiment of the apparatus of the present invention, the calibration member can be fixed to the surface of the upper electrode. This eliminates the calibration member between the piezoelectric element and the subject, so that attenuation of the ultrasonic wave until the ultrasonic wave reaches the subject can be reduced. Therefore, the reflected wave reflected from the subject can be measured with high sensitivity.
本発明装置の一実施態様として、下部電極を既知の板厚及び材質を有する板状の校正部材で構成することができる。このように、下部電極を校正部材として兼用させることで、別途校正部材を設ける必要がなくなり、超音波振動子の構成を簡素化かつ低コスト化できる。
この場合、下部電極は校正部材の反射波と被検体の反射波とが表示部の時間軸上で重ならない厚さ及び材質を有しているとよい。これによって、被検体の超音波計測時に、被検体の反射波及び校正部材の反射波の波形や時間軸を両方とも明瞭に把握できる。これによって、被検体の計測に悪影響を与えることなく、被検体の傷や板厚を正確に計測できる。
As one embodiment of the apparatus of the present invention, the lower electrode can be constituted by a plate-like calibration member having a known plate thickness and material. Thus, by using the lower electrode also as a calibration member, it is not necessary to provide a separate calibration member, and the configuration of the ultrasonic transducer can be simplified and reduced in cost.
In this case, the lower electrode may have a thickness and a material so that the reflected wave of the calibration member and the reflected wave of the subject do not overlap on the time axis of the display unit. This makes it possible to clearly grasp both the waveform of the reflected wave of the subject and the reflected wave of the calibration member and the time axis during ultrasonic measurement of the subject. As a result, it is possible to accurately measure the scratch and thickness of the subject without adversely affecting the measurement of the subject.
本発明の超音波計測装置の校正方法は、下部電極と上部電極との間に圧電体を挟持してなり、被検体の表面に固定されて被検体に向けて超音波を発信し、被検体で反射した反射波を受信して高周波電圧に変換する超音波振動子と、高周波電圧の波形を表示する表示部とを有する超音波計測装置に適用されるものである。 The ultrasonic measurement apparatus calibration method of the present invention includes a piezoelectric body sandwiched between a lower electrode and an upper electrode, is fixed to the surface of the subject, transmits ultrasonic waves toward the subject, The present invention is applied to an ultrasonic measurement apparatus having an ultrasonic transducer that receives a reflected wave reflected by the laser beam and converts it into a high-frequency voltage and a display unit that displays a waveform of the high-frequency voltage.
本発明方法は、前記目的を達成するため、被検体及び既知の板厚及び材質を有して超音波振動子に固定された板状の校正部材に超音波を伝搬させる第１工程と、被検体及び校正部材で夫々反射した超音波の反射波を超音波振動子で受信し、高周波電圧に変換する第２工程と、被検体及び校正部材の高周波電圧の波形を表示部に表示させ、校正部材の高周波電圧の波形及び時間軸に係る情報から、超音波振動子を含む計測装置の時間軸及び信号レベルを校正する第３工程とを含むものである。 In order to achieve the above object, the method of the present invention includes a first step of propagating ultrasonic waves to a subject and a plate-like calibration member having a known plate thickness and material and fixed to the ultrasonic transducer, The second step of receiving the reflected ultrasonic waves reflected by the specimen and the calibration member by the ultrasonic transducer and converting them to a high frequency voltage, and displaying the waveform of the high frequency voltage of the subject and the calibration member on the display unit for calibration And a third step of calibrating the time axis and the signal level of the measuring device including the ultrasonic transducer from the information on the waveform of the high frequency voltage of the member and the time axis.
本発明方法では、超音波振動子から被検体に超音波を照射した時、表示部に表示される被検体からの反射波の波形及び時間軸と、既知の板厚及び材質を有する校正部材からの反射波の波形及び時間軸を比較することで、被検体の板厚の計測と同時に、超音波振動子を含む計測装置の校正を行うことができる。
従って、超音波振動子に既知の板厚及び材質を有する校正部材を組み込むだけの簡易かつ低コストな手段で、超音波振動子を配管などの被検体に被着したままで、被検体から反射する反射波の校正が可能となる。
In the method of the present invention, when the subject is irradiated with ultrasonic waves from the ultrasonic transducer, the waveform and time axis of the reflected wave displayed from the subject displayed on the display unit, and a calibration member having a known plate thickness and material are used. By comparing the waveform of the reflected wave and the time axis, the measurement apparatus including the ultrasonic transducer can be calibrated simultaneously with the measurement of the thickness of the subject.
Therefore, the ultrasonic transducer can be reflected from the subject while being attached to the subject such as a pipe with a simple and low-cost means by simply incorporating a calibration member having a known thickness and material into the ultrasonic transducer. Calibration of reflected waves is possible.
本発明方法の一実施態様として、被検体及び校正部材の温度を検出する温度検出工程と、被検体と校正部材との材質及び温度の違いにより生じる被検体と校正部材との超音波伝搬速度の差を補正する補正工程とをさらに含み、前記第３工程では、補正工程で補正された被検体及び校正部材の超音波伝搬速度に基づいて、超音波振動子を含む計測装置の時間軸及び信号レベルを校正することができる。
これによって、被検体と校正部材の材質や温度環境が異なる場合でも、精度良い校正データを採取できる。
As one embodiment of the method of the present invention, the temperature detection step of detecting the temperature of the subject and the calibration member, and the ultrasonic propagation speed of the subject and the calibration member caused by the difference in material and temperature between the subject and the calibration member A correction step for correcting the difference, and in the third step, based on the ultrasonic propagation velocity of the subject and the calibration member corrected in the correction step, the time axis and signal of the measuring device including the ultrasonic transducer The level can be calibrated.
Thereby, even when the material and temperature environment of the subject and the calibration member are different, accurate calibration data can be collected.
本発明によれば、薄膜状の超音波振動子に校正部材を組み込むことで、超音波振動子を含む計測装置を、簡易かつ低コストで被検体に設置したまま可能となる。また、被検体の計測と同時に校正を行うことができる。 According to the present invention, by incorporating a calibration member into a thin-film ultrasonic transducer, a measurement apparatus including the ultrasonic transducer can be easily and inexpensively installed on the subject. Further, calibration can be performed simultaneously with measurement of the subject.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that unless otherwise specified.
（実施形態１）
次に、本発明の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態は、発電プラントに用いられた配管の傷や減肉状況を検査する例である。図１は、本実施形態に係る超音波計測装置１０の構成を示す。図１において、被検体である配管Ｔの表面に超音波振動子１２Ａが固定されている。超音波振動子１２Ａは、圧電素子１４と圧電素子１４に固定された校正板２２とで構成されている。圧電素子１４は、四角形を有した膜状の圧電体１６と、圧電体１６の上面に被着された銀製の膜状の上部電極１８と、圧電体１６より大きな面積を有し、圧電体１６の下面に被着された四角形の膜状の下部電極２０とで構成されている。
(Embodiment 1)
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an example of inspecting a flaw or a thinning state of piping used in a power plant. FIG. 1 shows a configuration of an
圧電体１６はセラミックス製で下部電極２０の表面に焼付けにより固着されている。下部電極２０はステンレス鋼で構成されている。圧電体１６、上部電極１８及び下部電極２０は、夫々ミクロン単位の膜厚を有している。下部電極２０の下面には校正板２２が固着されている。校正板２２は、下部電極２０と同一形及び同一面積を有し、配管Ｔと同一の材質で構成されているとよい。例えば、配管Ｔが低合金鋼、高Ｃｒ鋼、ステンレス鋼、Ｎｉ基合金等で構成されているとき、校正板２２もこれらの材質で構成される。
The
図２に示すように、超音波振動子１２Ａは、校正板２２が耐熱性の接触媒質２４に接触した状態で、接触媒質２４を介して配管Ｔの表面に固定されている。超音波振動子１２Ａを配管Ｔの表面に固定する固定方法は、例えば、超音波振動子１２Ａを粘着性のフィルムで覆うことで配管Ｔの表面に固定する。あるいは接着性を有する接触媒質２４を用いて配管Ｔに接着するようにする。
図３に示すように、超音波振動子１２Ａは、傷の有無や減肉状況の検査を必要とする配管Ｔの領域に、複数箇所に亘って固定される。
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIG. 3, the
上部電極１８及び下部電極２０は、夫々導線２６及び２８で探傷器本体３０に接続されている。導線２６及び２８はコード２９に束ねられている。超音波振動子１２Ａから超音波パルスが配管Ｔ及び校正板２２に発信される。超音波は音響特性の異なる媒体間で反射するという特性がある。そのため、超音波振動子１２Ａから発信された超音波パルスは、下部電極２０、校正板２２及び配管Ｔの表面及び裏面で反射する。各反射波は超音波振動子１２Ａで受信され高周波電圧に変換される。探傷器本体３０は表示部３２を有している。前記高周波電圧は導線２６及び２８を介して表示部３２に送られ、表示部３２に横軸を時間軸とした該高周波電圧の波形が表示される。
The
超音波振動子１２Ａが固定された領域に隣接した配管Ｔの表面には熱電対３４が貼設されている。熱電対３４で検出した温度は、ケーブル３６を介して探傷器本体３０に送信される。校正板２２を伝搬する超音波パルスの伝搬速度は、校正板２２の板厚及び材質のみならず、校正板２２の温度で決められる。図１１は、ある材質の金属を伝搬する超音波の温度と伝搬速度との関係を示す線図の一例である。
A
本実施形態では、校正板２２と配管Ｔとは隣接配置されているので、校正板２２の温度は熱電対３４で検出した配管Ｔの温度と同等とみなすことができる。
図１に示すように、熱電対３４で検出した検出信号はケーブル３６を介して探傷器本体３０に内蔵された伝搬速度算出部３８に入力される。伝搬速算出部３８では、検出した検出信号と、配管Ｔ及び校正板２２の材質から配管Ｔ及び校正板２２を伝搬する超音波の伝搬速度を算出する。補正部４０では、配管Ｔと校正板２２との材質及び温度の違いにより生じる配管Ｔと校正板２２との超音波伝搬速度の差を相殺する補正処理を行う。
In this embodiment, since the
As shown in FIG. 1, the detection signal detected by the
本実施形態では、配管Ｔ及び校正板２２の温度条件を同一とみなしているので、温度の違いを考慮する必要はない。さらに、配管Ｔ及び校正板２２の材質が同じであるならば、補正部４０による補正処理を行う必要はない。従って、補正部４０は不要となる。
補正部４０による補正処理を行った後、出力部４２に配管Ｔの減肉状況の計測結果が出力される。表示部３２に表示された波形及び時間軸に関するデータ、及び出力部４２に出力されたデータは記憶部４４に記憶される。
In the present embodiment, since the temperature conditions of the pipe T and the
After performing the correction process by the
この処理フローを図４に示す。図４において、熱電対３４で校正板２２に隣接した配管Ｔの表面温度を検出する（Ｓ１０）。この検出温度は校正板２２の温度とみなすことができる。次に、必要な場合、補正部４０による補正処理を行い（Ｓ１４）、その後、配管Ｔの減肉状況の計測と校正とが同時に行われる（Ｓ１６）。
This processing flow is shown in FIG. In FIG. 4, the surface temperature of the pipe T adjacent to the
図５は、表示部３２に表示された各反射波の高周波電圧の波形を示している。図中、横軸が時間軸である。図５（Ａ）は、比較例として超音波振動子１２Ａに校正板２２を組み込まない場合の前記高周波電圧の波形を示している。図中、波形Ｓは配管Ｔの表面で反射した反射波の波形であり、Ｂ１及びＢ２は配管Ｔの裏面で１回以上反射した多重反射波の波形である。ｈ１は配管Ｔの肉厚を示している。
図５（Ｂ）は、本実施形態の超音波振動子１２Ａで受信した反射波を高周波電圧に変換した波形を示している。図中、Ｓ１は校正板２２の表面で反射した反射波の波形であり、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４は、校正板２２の裏面で１回以上反射した多重反射波の波形である。ｈ２は校正板２２の板厚を示している。
FIG. 5 shows the waveform of the high-frequency voltage of each reflected wave displayed on the
FIG. 5B shows a waveform obtained by converting the reflected wave received by the
なお、図５（Ｃ）も、本実施形態の超音波振動子１２Ａで受信した反射波を高周波電圧に変換した波形であるが、図５（Ｂ）は、板厚が厚く、かつ超音波の伝搬速度が遅い材質の校正板を用いた場合であり、これに対し、図５（Ｃ）は、板厚が薄く、かつ超音波の伝搬速度が速い校正板を用いた場合である。
本実施形態では、配管Ｔで反射した反射波Ｓ、Ｂ１、Ｂ２と校正板２２で反射した反射波Ｓ１〜Ｓ４とを比較し、両者の波形及び時間軸の差異に基づき、前記処理工程を経て、配管Ｔの減肉状況の計測を行う。校正は計測と同時になされる。
FIG. 5C is also a waveform obtained by converting the reflected wave received by the
In this embodiment, the reflected waves S, B1, and B2 reflected by the pipe T are compared with the reflected waves S1 to S4 reflected by the
図６は、配管Ｔに固定された超音波振動子１２Ａの校正作業を行う時期を示している。まず、校正板２２が組み込まれた超音波振動子１２Ａを配管Ｔに固定する（Ｓ２０）。次に、超音波振動子１２Ａの経時変化の校正を行った後（Ｓ２２）、配管Ｔの傷及び減肉状況の検査を定期的に行う（Ｓ２４及びＳ２６）。次に、前回の校正（Ｓ２２）から一定期間Ｐが過ぎたら、超音波振動子１２Ａの経時変化の校正を行う（Ｓ２８）。期間Ｐは例えば６か月〜１年とする。こうして発電プラントの運転を継続しながら配管Ｔの傷や減肉状況を検査し、配管Ｔの寿命が来たら配管Ｔを廃却する。
FIG. 6 shows the time when the
本実施形態によれば、超音波振動子１２Ａに既知の板厚及び材質を有する校正部材２２を組み込むだけの簡易かつ低コストな手段で、超音波振動子１２Ａを配管Ｔに被着したままの状態で、薄膜状の超音波振動子１２Ａの校正が可能となる。また、配管Ｔの超音波検査と同時に、配管Ｔの反射波の校正を行うことができる。
According to the present embodiment, the
また、図５（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、本実施形態では、校正板２２の温度条件を考慮しつつ、校正板２２の板厚及び材質を、配管Ｔの反射波の波形と校正板２２の反射波の波形とが重ならないか、あるいは配管Ｔの反射波の波形及び時間軸の把握を妨げないように選定している。これによって、配管Ｔの傷や減肉状況の検査に悪影響を与えることなく、これらを正確に把握できると共に、超音波振動子１２Ａの経時変化を正確に把握できる。
5B and 5C, in the present embodiment, the thickness and material of the
また、校正板２２及び配管Ｔの温度及び材質を同一とすれば、校正板２２を伝搬する超音波パルスの伝搬速度と配管Ｔを伝搬する超音波パルスの伝搬速度とが同一となる。そのため、表示部３２に表示される校正板２２の反射波の時間軸上の位置が推定しやすくなり、配管Ｔの反射波と重ならない位置に表示するのが容易になる。
また、校正板２２を下部電極２０と配管Ｔとの間に配置しているので、校正板２２が上部電極１８の配置にじゃまにならない。さらに、校正板２２と配管Ｔとの温度条件を同一としているので、表示部３２に表示される配管Ｔの反射波と校正部材２２の反射波の時間軸上の位置は、両者の板厚で一義的に決まり、両者の反射波の重なりをなくすことがさらに容易になる。
Further, if the temperature and material of the
Further, since the
以下、校正板２２の具体的構成の例を示す。
（１）反射波Ｓ２が反射波Ｂ１より後に現れるケース（図５（Ｂ）のケース）
配管Ｔが低合金鋼（伝搬速度５，９００ｍ／秒）で板厚が１０ｍｍの場合、
・校正板２２が低合金鋼のとき、校正板２２の板厚を１０ｍｍより厚くする。
・校正板２２が耐熱樹脂（伝搬速度２，３６０ｍｍ／秒）のとき、校正板２２の板厚を４ｍｍより厚くする。
（２）反射波Ｓ２が反射波Ｂ１より前に現れるケース（図５（Ｃ）のケース）
配管Ｔが低合金鋼（伝搬速度５，９００ｍ／秒）で板厚が１０ｍｍの場合、
・校正板２２が低合金鋼のとき、校正板２２の板厚を５ｍｍより薄くする。
・校正板２２が耐熱樹脂（伝搬速度２，３６０ｍｍ／秒）のとき、校正板２２の板厚を２ｍｍより薄くする。
Hereinafter, an example of a specific configuration of the
(1) Case in which reflected wave S2 appears after reflected wave B1 (case in FIG. 5B)
When the pipe T is a low alloy steel (propagation speed 5,900 m / sec) and the plate thickness is 10 mm,
When the
When the
(2) Case in which reflected wave S2 appears before reflected wave B1 (case in FIG. 5C)
When the pipe T is a low alloy steel (propagation speed 5,900 m / sec) and the plate thickness is 10 mm,
When the
When the
（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図７及び図８に基づいて説明する。図７において、本実施形態は、超音波振動子１２Ｂに組み込まれる校正板２２が、上部電極１８の上面に固定されている例である。その他の構成は前記第１実施形態と同一である。
図８（Ａ）は、板厚が厚く、かつ超音波の伝搬速度が遅い材質の校正板を用いた場合であり、図８（Ｂ）は、板厚が薄く、かつ超音波の伝搬速度が速い校正板を用いた場合である。図８（Ａ）及び（Ｂ）において、ＢＳ１は圧電素子１４に最も近い校正板２２の底面で反射した反射波の波形であり、ＢＳ２、ＢＳ３及びＢＳ４は校正板２２の表面で１回以上反射した多重反射波である。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 7, the present embodiment is an example in which a
FIG. 8A shows a case where a calibration plate made of a material having a large plate thickness and a low ultrasonic propagation speed is used, and FIG. 8B shows a thin plate thickness and an ultrasonic propagation speed. This is the case where a fast calibration plate is used. 8A and 8B, BS1 is a waveform of a reflected wave reflected from the bottom surface of the
本実施形態においても、校正板２２の板厚及び材質は、校正板２２の温度を考慮しながら、配管Ｔの反射波の波形と重ならないか、あるいは重なっても配管Ｔの反射波を識別できるように波形が十分小さくなる板厚及び材質に選定されている。
Also in the present embodiment, the thickness and material of the
本実施形態によれば、圧電素子１４と配管Ｔとの間に校正板２２がないため、超音波振動子１２Ｂから照射された超音波パルスが校正板２２で減衰されず、かつ校正板２２の境界面で反射されることなく、配管Ｔに伝搬するので、配管Ｔの傷や減肉状況の計測感度を高く維持できる。
According to the present embodiment, since there is no
（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。図９において、本実施形態の超音波振動子１２Ｃでは、下部電極２０は校正板を兼用している。そのため、下部電極２０はミクロン単位以上の板厚（例えば３ｍｍ以上）を有する板状体をなし、配管Ｔと同一材質で構成されている。
また、下部電極２０の板厚は、配管Ｔの想定される減肉の計測範囲に多重反射波が重ならないように、配管Ｔの肉厚と比べて小さくされている。その他の構成は、第１実施形態と同一である。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 9, in the
Further, the plate thickness of the
本実施形態によれば、下部電極２０を校正板２２として兼用させることで、超音波振動子１２Ｃの構成を簡素化かつ低コスト化できる。
なお、下部電極２０の板厚が厚くなることで、配管Ｔの表面への倣い性が低下する懸念がある。そのため、超音波振動子１２Ｃの製造時、予め下部電極２０の形状を配管Ｔの形状に倣う形状としておくとよい。
According to the present embodiment, by using the
In addition, there exists a possibility that the copying property to the surface of the piping T may fall because the plate | board thickness of the
本発明によれば、薄膜状の超音波振動子の経時変化に対し、被検体の計測値の校正が、簡易かつ低コストな手段で、被検体に設置したまま、被検体の計測と同時に可能となる。 According to the present invention, the measurement value of the subject can be calibrated simultaneously with the measurement of the subject while being installed on the subject with a simple and low-cost means with respect to the temporal change of the thin-film ultrasonic transducer. It becomes.
１０ 超音波計測装置
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 超音波振動子
１４ 圧電素子
１６ 圧電体
１８ 上部電極
２０ 下部電極
２２ 校正板
２４ 接触媒質
２６，２８ 導線
２９ コード
３０、５０ 探傷器本体
３２ 表示部
３４ 熱電対
３６ ケーブル
３８ 伝搬速算出部
４０ 補正部
４２ 出力部
４４ 記憶部
Ｂ１、Ｂ２、ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、ＢＳ４、Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３、ＳＳ４ 反射波
Ｔ 配管（被検体）
DESCRIPTION OF
Claims (10)
既知の板厚及び材質を有して前記超音波振動子に固定され、前記超音波振動子から発信された超音波が伝搬する板状の校正部材とを備え、
前記校正部材で反射した超音波の反射波であって、前記表示部で表示された該反射波の高周波電圧の波形及び時間軸に係る情報から、前記超音波振動子を含む計測装置の時間軸及び信号レベルを校正することを特徴とする超音波計測装置。 A piezoelectric body is sandwiched between the lower electrode and the upper electrode, is fixed to the surface of the subject, transmits ultrasonic waves toward the subject, receives reflected waves reflected by the subject, and receives high-frequency waves. In an ultrasonic measurement device having a thin-film ultrasonic transducer that converts voltage, and a display unit that displays the waveform of the high-frequency voltage,
A plate-shaped calibration member that has a known plate thickness and material, is fixed to the ultrasonic transducer, and propagates ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transducer;
It is a reflected wave of the ultrasonic wave reflected by the calibration member, and the time axis of the measuring device including the ultrasonic transducer is obtained from the information on the waveform and time axis of the high frequency voltage of the reflected wave displayed on the display unit. And an ultrasonic measurement apparatus calibrating the signal level.
前記被検体と前記校正部材との材質及び温度の違いにより生じる前記被検体と前記校正部材との超音波伝搬速度の差を相殺する補正手段とをさらに備え、
前記補正手段で補正された前記被検体及び前記校正部材の超音波伝搬速度に基づいて、前記超音波振動子を含む計測装置の時間軸及び信号レベルを校正することを特徴とする請求項１に記載の超音波計測装置。 A temperature sensor for detecting temperatures of the subject and the calibration member;
Correction means for canceling out a difference in ultrasonic propagation speed between the subject and the calibration member caused by a difference in material and temperature between the subject and the calibration member;
The time axis and signal level of the measuring device including the ultrasonic transducer are calibrated based on the ultrasonic propagation velocity of the subject and the calibration member corrected by the correction unit. The ultrasonic measurement apparatus described.
前記被検体及び前記既知の板厚及び材質を有して前記超音波振動子に固定された板状の校正部材に超音波を伝搬させる第１工程と、
前記被検体及び前記校正部材で夫々反射した超音波の反射波を前記超音波振動子で受信し、高周波電圧に変換する第２工程と、
前記被検体及び前記校正部材の高周波電圧の波形を前記表示部に表示させ、前記校正部材の高周波電圧の波形及び時間軸に係る情報から、前記超音波振動子を含む計測装置の時間軸及び信号レベルを校正する第３工程とを含むことを特徴とする超音波計測装置の校正方法。 A piezoelectric body is sandwiched between the lower electrode and the upper electrode, is fixed to the surface of the subject, transmits ultrasonic waves toward the subject, receives reflected waves reflected by the subject, and receives high-frequency waves. In a method for calibrating an ultrasonic measurement device having a thin-film ultrasonic transducer that converts to a voltage and a display unit that displays a waveform of the high-frequency voltage,
A first step of propagating ultrasonic waves to the subject and the plate-like calibration member having the known plate thickness and material and fixed to the ultrasonic transducer;
A second step of receiving reflected waves of ultrasonic waves respectively reflected by the subject and the calibration member by the ultrasonic transducer and converting them into a high-frequency voltage;
The waveform of the high frequency voltage of the subject and the calibration member is displayed on the display unit, and the time axis and signal of the measuring device including the ultrasonic transducer are obtained from the information about the waveform of the high frequency voltage of the calibration member and the time axis. And a third step of calibrating the level. A method for calibrating an ultrasonic measuring device.
前記被検体と前記校正部材との材質及び温度の違いにより生じる前記被検体と前記校正部材との超音波伝搬速度の差を補正する補正工程とをさらに含み、
前記第３工程では、前記補正工程で補正された前記被検体及び前記校正部材の超音波伝搬速度に基づいて、前記超音波振動子を含む計測装置の時間軸及び信号レベルを校正することを特徴とする請求項９に記載の超音波計測装置の校正方法。
A temperature detecting step for detecting temperatures of the subject and the calibration member;
A correction step of correcting a difference in ultrasonic propagation speed between the subject and the calibration member caused by a difference in material and temperature between the subject and the calibration member;
In the third step, the time axis and signal level of the measuring device including the ultrasonic transducer are calibrated based on the ultrasonic wave propagation speed of the subject and the calibration member corrected in the correction step. The method for calibrating an ultrasonic measurement apparatus according to claim 9.
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