JP7585154B2

JP7585154B2 - Ultrasonic Sensor System

Info

Publication number: JP7585154B2
Application number: JP2021121063A
Authority: JP
Inventors: 明紀田村; 忍大城戸; 俊介沖田
Original assignee: Hitachi-GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Vernova Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2024-11-18
Anticipated expiration: 2041-07-21
Also published as: JP2023016604A

Description

本発明は、被検体の厚さを計測する超音波センサシステムに関する。 The present invention relates to an ultrasonic sensor system that measures the thickness of a test object.

例えば使用中の被検体の厚さを計測するために、被検体の表面に超音波センサ（詳細には、電気信号と超音波の変換を行う圧電素子）を固定したいものの、何らかの理由により、超音波センサと制御装置の間のケーブルの接続が困難な場合がある。特許文献１は、このような課題を解決するための超音波センサシステムを開示する。 For example, to measure the thickness of an object being tested during use, it is desirable to attach an ultrasonic sensor (more specifically, a piezoelectric element that converts between an electrical signal and ultrasonic waves) to the surface of the object, but for some reason it may be difficult to connect a cable between the ultrasonic sensor and the control device. Patent Document 1 discloses an ultrasonic sensor system to solve this problem.

特許文献１の超音波センサシステムは、被検体の表面に配置される圧電素子（圧電変換器）と、ケーブルを介し圧電素子に接続され、被検体の表面に配置される素子コイル（変換器コイル）と、電磁結合（言い換えれば、電磁誘導による結合）によって素子コイルとの間で信号の送受信が可能な送受信コイルと、送受信コイルに接続された制御装置とを備える。このシステムでは、素子コイルと送受信コイルの間のケーブルを不要とする。 The ultrasonic sensor system of Patent Document 1 includes a piezoelectric element (piezoelectric transducer) placed on the surface of the subject, an element coil (transducer coil) connected to the piezoelectric element via a cable and placed on the surface of the subject, a transmitting/receiving coil capable of transmitting and receiving signals to and from the element coil by electromagnetic coupling (in other words, coupling by electromagnetic induction), and a control device connected to the transmitting/receiving coil. This system does not require a cable between the element coil and the transmitting/receiving coil.

特許文献１の超音波センサシステムは、素子コイルと被検体の間に配置された電磁波遮断シートを更に備える。これにより、電磁誘導による被検体の渦電流の発生を抑制する。 The ultrasonic sensor system of Patent Document 1 further includes an electromagnetic wave blocking sheet disposed between the element coil and the subject. This suppresses the generation of eddy currents in the subject due to electromagnetic induction.

特表２０１７－５２４９０８号公報Special table 2017-524908 publication

ところで、国内の原子力プラントにおける配管肉厚検査方法は、日本機械学会が定める発電用設備規格に準拠することが求められている。本設備規格では、配管の周方向及び軸方向に１００ｍｍ以下の間隔で格子状に複数の計測点を設け、各計測点で超音波による肉厚の計測を行うことが規定されている。配管の肉厚を計測するため、特許文献１に記載の技術を採用した場合を想定すれば、次のような課題が生じる。 Meanwhile, pipe wall thickness inspection methods in domestic nuclear power plants are required to comply with the power generation equipment standard established by the Japan Society of Mechanical Engineers. This equipment standard stipulates that multiple measurement points be set in a grid pattern at intervals of 100 mm or less in the circumferential and axial directions of the pipe, and that the wall thickness be measured using ultrasonic waves at each measurement point. If we assume that the technology described in Patent Document 1 is used to measure the wall thickness of the pipe, the following problems arise.

配管の計測点毎に圧電素子、素子コイル、及び電磁波遮断シートを取付ける必要があり、それらの取付時間が増大する。また、圧電素子などを配管の表面に固定するために接着剤を用いるが、接着剤の接着機能が発現するまで、圧電素子などを保持した状態で接着剤を加熱する必要がある。ここで、圧電素子などを保持するための治具を用いれば、接着剤の接着機能が発現するのを待ってから、治具を取外さなければならない。この観点からも、取付時間が増大する。 It is necessary to attach a piezoelectric element, element coil, and electromagnetic wave blocking sheet to each measurement point on the pipe, which increases the installation time. In addition, adhesive is used to secure the piezoelectric elements and other elements to the surface of the pipe, but the adhesive must be heated while holding the piezoelectric elements and other elements until the adhesive's adhesive function is exerted. If a jig is used to hold the piezoelectric elements and other elements, the jig must be removed after waiting for the adhesive's adhesive function to be exerted. From this perspective as well, installation time increases.

本発明の目的は、複数の圧電素子などを被検体に短時間で取付けることができる超音波センサシステムを提供することにある。 The object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor system that can quickly attach multiple piezoelectric elements to a test object.

上記目的を達成するために、本発明は、被検体の表面に沿って互いに離間して配置される複数の圧電素子と、複数のケーブルを介し前記複数の圧電素子に接続され、前記被検体の表面に沿って互いに離間して配置される複数の素子コイルと、前記複数の素子コイルのうちのいずれか１つに対向するように移動可能とし、対向した前記素子コイルとの間で電磁結合によって信号の送受信が可能な送受信コイルと、前記送受信コイル及び前記素子コイルを介し前記圧電素子へパルス信号を出力して超音波を発生させ、前記被検体で反射された超音波が前記圧電素子で受信されて変換された波形信号を前記素子コイル及び前記送受信コイルを介し入力する制御装置と、を備えた超音波センサシステムにおいて、全体的に格子状に形成され、複数の格子交点に形成された複数の拡大部にて前記複数の圧電素子及び前記複数の素子コイルを保持すると共に、前記被検体の表面に取付けられるバンドを備え、前記バンドは、前記複数の圧電素子を前記被検体の表面に接触させると共に、前記複数の素子コイルと前記被検体の表面との間の電磁波を遮断しており、前記複数の圧電素子と前記複数の素子コイルは、複数対１の関係で、前記複数のケーブルを介し接続され、且つ、前記バンドを介し重なるように配置される。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for measuring a volume of a piezoelectric element by a method comprising the steps of: providing a piezoelectric element having a width of about 100 mm; a piezoelectric element having a width of about 100 mm; a piezoelectric element having a width of about 100 mm; a piezoelectric element having a width of about 100 mm; a piezoelectric element having a width of about 100 mm; and a control device for inputting through the transmit/receive coil and the transmit/receive coil, the ultrasonic sensor system is formed in a lattice shape overall, holds the multiple piezoelectric elements and the multiple element coils at multiple enlarged sections formed at multiple lattice intersections , and is provided with a band that is attached to the surface of the subject, the band brings the multiple piezoelectric elements into contact with the surface of the subject and blocks electromagnetic waves between the multiple element coils and the surface of the subject , the multiple piezoelectric elements and the multiple element coils are connected via the multiple cables in a multiple-to-one relationship, and are arranged so as to overlap via the band.

本発明によれば、バンドを用いることにより、複数の圧電素子などを被検体に短時間で取付けることができる。 According to the present invention, by using a band, multiple piezoelectric elements can be attached to the subject in a short time.

本発明の第１の実施形態における超音波センサシステムの構成を表す概略図であり、超音波センサユニットが配管の表面に取付けられた状態を示す。1 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic sensor system according to a first embodiment of the present invention, illustrating a state in which an ultrasonic sensor unit is attached to a surface of a pipe. 本発明の第１の実施形態における超音波センサユニットの構造を表す断面図であり、超音波センサユニットが配管の表面に取付けられた状態を示す。1 is a cross-sectional view showing a structure of an ultrasonic sensor unit according to a first embodiment of the present invention, illustrating a state in which the ultrasonic sensor unit is attached to a surface of a pipe. 本発明の第１の実施形態における超音波センサユニットの構造を表す平面図であり、超音波センサユニットが配管の表面に取付けられていない状態を示す。1 is a plan view showing a structure of an ultrasonic sensor unit according to a first embodiment of the present invention, in which the ultrasonic sensor unit is not attached to a surface of a pipe. FIG. 本発明の第１の実施形態における超音波センサユニットの取付方法を表すフローチャートである。4 is a flowchart showing a method for attaching an ultrasonic sensor unit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態における超音波センサユニットの構造を表す平面図であり、超音波センサユニットが配管の表面に取付けられていない状態を示す。FIG. 11 is a plan view showing a structure of an ultrasonic sensor unit according to a second embodiment of the present invention, in which the ultrasonic sensor unit is not attached to the surface of a pipe. 本発明の第３の実施形態における超音波センサユニットの構造を表す平面図であり、超音波センサユニットが配管の表面に取付けられていない状態を示す。FIG. 11 is a plan view showing the structure of an ultrasonic sensor unit according to a third embodiment of the present invention, in which the ultrasonic sensor unit is not attached to the surface of a pipe.

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。 The first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態における超音波センサシステムの構成を表す概略図であり、超音波センサユニットが配管の表面に取付けられた状態を示す。図２は、本実施形態における超音波センサユニットの構造を表す断面図であり、超音波センサユニットが配管の表面に取付けられた状態を示す。図３は、本実施形態における超音波センサユニットの構造を表す平面図であり、超音波センサユニットが配管の表面に取付けられていない状態を示す。 Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of the ultrasonic sensor system in this embodiment, showing the ultrasonic sensor unit attached to the surface of the pipe. Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of the ultrasonic sensor unit in this embodiment, showing the ultrasonic sensor unit attached to the surface of the pipe. Figure 3 is a plan view showing the structure of the ultrasonic sensor unit in this embodiment, showing the ultrasonic sensor unit not attached to the surface of the pipe.

本実施形態の被検体である配管１は、例えば炭素鋼製であり、プラント運転中に液体もしくは気体が流れて高温となる。そのため、例えばケイ酸カルシウム製、ロックウール製、グラスウール製、無定形水練製、もしくは硬質ウレタンフォーム製の保温材２で覆われている。 The pipe 1, which is the subject of this embodiment, is made of, for example, carbon steel, and becomes hot as liquid or gas flows through it during plant operation. For this reason, it is covered with a heat insulating material 2 made of, for example, calcium silicate, rock wool, glass wool, amorphous water-kneaded material, or hard urethane foam.

本実施形態の超音波センサシステムは、配管１の表面（外面）に取付けられた超音波センサユニット１１と、保温材２の表面（外面）に配置される送受信コイル１２と、送受信コイル１２に接続された制御装置１３と、制御装置１３に接続された表示装置１４（ディスプレイ）とを備える。 The ultrasonic sensor system of this embodiment includes an ultrasonic sensor unit 11 attached to the surface (outer surface) of the pipe 1, a transmitting/receiving coil 12 placed on the surface (outer surface) of the thermal insulation material 2, a control device 13 connected to the transmitting/receiving coil 12, and a display device 14 connected to the control device 13.

超音波センサユニット１１は、例えば格子状に形成されたバンド１５と、バンド１５の格子交点に（詳細には、配管１の周方向及び軸方向にそれぞれ対応するバンド１５の長さ方向及び幅方向に所定の間隔Ｌで）配置され、複数のバッキング材１６を介しバンド１５の内面側（図２の下側、図３の紙面に対して奥側）に固定された複数の圧電素子１７と、バンド１５の格子交点に配置され、バンド１５の外面側（図２の上側、図３の紙面に対して手前側）に固定された複数の素子コイル１８とを備える。なお、本実施形態ではＬ＝１００ｍｍであるが、１００ｍｍ未満であってもよい。 The ultrasonic sensor unit 11 comprises a band 15 formed, for example, in a lattice shape, a number of piezoelectric elements 17 arranged at the lattice intersections of the band 15 (specifically, at a predetermined interval L in the length and width directions of the band 15 corresponding to the circumferential and axial directions of the pipe 1, respectively) and fixed to the inner surface side of the band 15 (the lower side in FIG. 2, the rear side of the paper in FIG. 3) via a number of backing materials 16, and a number of element coils 18 arranged at the lattice intersections of the band 15 and fixed to the outer surface side of the band 15 (the upper side in FIG. 2, the front side of the paper in FIG. 3). Note that, although L = 100 mm in this embodiment, it may be less than 100 mm.

バンド１５は、長さ方向の一端側（図３の左側）に複数のバックル１９Ａ（留め具）が設けられ、長さ方向の他端側（図３の右側）に複数のバックル１９Ｂ（留め具）が設けられている。複数のバックル１９Ａは、複数のバックル１９Ｂにそれぞれ着脱可能とし、且つ、バンド１５の有効長さを調整可能としている。 The band 15 has multiple buckles 19A (fasteners) at one end in the length direction (left side in FIG. 3) and multiple buckles 19B (fasteners) at the other end in the length direction (right side in FIG. 3). The multiple buckles 19A are detachable from the multiple buckles 19B, and the effective length of the band 15 is adjustable.

バンド１５は、配管１の周方向に延在するように配置され、複数のバックル１９Ａと複数のバックル１９Ｂの装着や、複数のバックル１９Ａによるバンド１５の有効長さの調整により、配管１の表面に取付けられる。これにより、複数の圧電素子１７を配管１の表面に接触させると共に、複数の素子コイル１８と配管１の表面の間の電磁波を遮断する。バンド１５の材質は、例えば、ソフトフェライト、センダスト、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、又はパーメンジュールなどの軟磁性材料の粉末を、シリコンゴムなどの柔軟性樹脂に練りこんだものである。 The band 15 is arranged to extend in the circumferential direction of the pipe 1, and is attached to the surface of the pipe 1 by attaching multiple buckles 19A and multiple buckles 19B and adjusting the effective length of the band 15 using the multiple buckles 19A. This brings the multiple piezoelectric elements 17 into contact with the surface of the pipe 1 and blocks electromagnetic waves between the multiple element coils 18 and the surface of the pipe 1. The material of the band 15 is, for example, soft ferrite, sendust, iron, silicon steel, permalloy, permendur, or other soft magnetic material powder kneaded into a flexible resin such as silicone rubber.

複数の圧電素子１７は、配管１における複数の計測点にそれぞれ対応し、配管１の周方向及び軸方向に所定の間隔Ｌで離間されて配置される。各圧電素子１７は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛またはニオブ酸リチウム等の材質で構成されている。 The piezoelectric elements 17 correspond to the measurement points on the pipe 1, and are spaced apart at a predetermined interval L in the circumferential and axial directions of the pipe 1. Each piezoelectric element 17 is made of a material such as lead zirconate titanate or lithium niobate.

複数の圧電素子１７と複数の素子コイル１８は、１対１の関係で、複数のケーブル２０を介し接続され、且つ、バンド１５及びバッキング材１６を介し重なるように配置されている。すなわち、複数の素子コイル１８は、複数の圧電素子１７と同様、配管１の周方向及び軸方向に所定の間隔Ｌで離間されて配置されている。 The multiple piezoelectric elements 17 and multiple element coils 18 are connected in a one-to-one relationship via multiple cables 20, and are arranged so as to overlap via the band 15 and backing material 16. That is, the multiple element coils 18, like the multiple piezoelectric elements 17, are arranged at a predetermined interval L in the circumferential and axial directions of the pipe 1.

送受信コイル１２は、検査員又は移動装置（図示せず）によって配管１の周方向及び軸方向に移動可能とし、複数の素子コイル１８のうちのいずれか１つに対向する。送受信コイル１２は、対向した素子コイル１８との間で電磁結合によって信号の送受信を可能としている。 The transmitting/receiving coil 12 can be moved in the circumferential and axial directions of the pipe 1 by an inspector or a moving device (not shown), and faces one of the multiple element coils 18. The transmitting/receiving coil 12 is capable of transmitting and receiving signals with the opposing element coil 18 through electromagnetic coupling.

制御装置１３は、送受信コイル１２に接続されたパルサ２１及びレシーバ２２と、信号処理部２３と、記憶部２４とを有する。信号処理部２３は、プログラムに従って処理を実行するプロセッサ等で構成され、記憶部２４は、ハードディスクやメモリ等で構成されている。 The control device 13 has a pulser 21 and a receiver 22 connected to the transmitting/receiving coil 12, a signal processing unit 23, and a storage unit 24. The signal processing unit 23 is composed of a processor that executes processing according to a program, and the storage unit 24 is composed of a hard disk, memory, etc.

送受信コイル１２は、制御装置１３のパルサ２１からのパルス信号（電気信号）を磁束に変換し、素子コイル１８は、前述した磁束をパルス信号に変換し、ケーブル２０を介し圧電素子１７へ出力する。圧電素子１７は、素子コイル１８からのパルス信号によって振動し、配管１の内面に向けて超音波を送信する。 The transmitting/receiving coil 12 converts a pulse signal (electrical signal) from the pulser 21 of the control device 13 into magnetic flux, and the element coil 18 converts the magnetic flux into a pulse signal and outputs it to the piezoelectric element 17 via the cable 20. The piezoelectric element 17 vibrates due to the pulse signal from the element coil 18, and transmits ultrasonic waves toward the inner surface of the pipe 1.

その後、圧電素子１７は、配管１の内面で反射した超音波を受信し、受信した超音波を波形信号（電気信号）に変換し、ケーブル２０を介し素子コイル１８へ出力する。素子コイル１８は、圧電素子１７からの波形信号を磁束に変換し、送受信コイル１２は、前述した磁束を波形信号に変換して制御装置１３のレシーバ２２へ出力する。 Then, the piezoelectric element 17 receives the ultrasonic waves reflected by the inner surface of the pipe 1, converts the received ultrasonic waves into a waveform signal (electrical signal), and outputs it to the element coil 18 via the cable 20. The element coil 18 converts the waveform signal from the piezoelectric element 17 into magnetic flux, and the transmission/reception coil 12 converts the aforementioned magnetic flux into a waveform signal and outputs it to the receiver 22 of the control device 13.

制御装置１３の信号処理部２３は、レシーバ２２を介して入力された波形信号を、送受信コイル１２の走査位置（言い換えれば、送受信コイル１２に対向する素子コイル１８に接続された圧電素子１７の位置であって、配管１の計測点の位置）と関連付けながら、記憶部２４に記憶させる。そして、波形信号から得られた超音波の伝播時間と音速に基づき、対応する計測点の厚さを演算し、表示装置１４に表示させる。 The signal processing unit 23 of the control device 13 stores the waveform signal input via the receiver 22 in the memory unit 24 while associating it with the scanning position of the transmitting/receiving coil 12 (in other words, the position of the piezoelectric element 17 connected to the element coil 18 facing the transmitting/receiving coil 12, which is the position of the measurement point of the pipe 1). Then, based on the propagation time and sound speed of the ultrasonic waves obtained from the waveform signal, the thickness of the corresponding measurement point is calculated and displayed on the display device 14.

複数のバッキング材１６は、上述した波形信号のノイズを低減するため、複数の圧電素子１７からバンド側に送信された超音波を吸収する。また、複数のバッキング材１６は、弾性を有し、バンド１５から複数の圧電素子１７に付与される押付力を分散する。各バッキング材１６は、例えば、ポリウレタン樹脂を母材とし、フィラーとしてマンガン金属粉末などを含む材質で構成されている。 The multiple backing materials 16 absorb the ultrasonic waves transmitted from the multiple piezoelectric elements 17 to the band side to reduce noise in the waveform signal described above. The multiple backing materials 16 also have elasticity and distribute the pressing force applied from the band 15 to the multiple piezoelectric elements 17. Each backing material 16 is made of a material that uses polyurethane resin as a base material and contains manganese metal powder as a filler, for example.

次に、本実施形態における超音波センサユニットの取付方法を説明する。図４は、本実施形態における超音波センサユニットの取付方法を表すフローチャートである。 Next, a method for installing the ultrasonic sensor unit in this embodiment will be described. Figure 4 is a flowchart showing a method for installing the ultrasonic sensor unit in this embodiment.

ステップＳ１にて、配管１から保温材２を除去する。その後、ステップＳ２にて、超音波センサユニット１１を配管１の表面に仮付けする（すなわち、バンド１５の有効長さを調整する）。 In step S1, the insulation material 2 is removed from the pipe 1. Then, in step S2, the ultrasonic sensor unit 11 is temporarily attached to the surface of the pipe 1 (i.e., the effective length of the band 15 is adjusted).

ステップＳ３にて、超音波センサユニット１１を一旦取外し、複数の圧電素子１７の接着面に接着剤（詳細には、耐熱性を有する熱硬化型の接着剤）を塗布してから、超音波センサユニット１１を配管１の表面に本付けする。 In step S3, the ultrasonic sensor unit 11 is temporarily removed, and adhesive (specifically, a heat-resistant thermosetting adhesive) is applied to the bonding surfaces of the multiple piezoelectric elements 17, and then the ultrasonic sensor unit 11 is attached to the surface of the pipe 1.

ステップＳ４にて、配管１の保温材２を復旧する。その後、ステップＳ５にて、プラントの運転を開始して液体もしくは気体を配管１に流すことにより、接着剤を加熱する。これにより、接着剤が硬化して、接着剤の接着機能が発現する。
In step S4, the heat insulating material 2 of the pipe 1 is restored. After that, in step S5 , the plant is started to operate and the adhesive is heated by flowing a liquid or gas through the pipe 1. This causes the adhesive to harden and exert its adhesive function.

以上のように本実施形態においては、バンド１５を用いて、複数の圧電素子１７及び複数の素子コイル１８などと共に超音波センサユニット１１を構成するので、超音波センサユニット１１を配管１の表面に容易に取付けることができる。例えば、バンド１５を用いず、複数の圧電素子１７及び複数の素子コイル１８を個別に配管１の表面に取付ける場合と比べ、取付時間を短縮することができる。また、圧電素子１７の間隔が予め設定されているから、取付時間を短縮することができる。また、バンド１５が電磁波遮断機能を有するため、複数の素子コイル１８に対応する複数の電磁波遮断シートを用意する必要が無く、それらの取付時間も不要となる。 As described above, in this embodiment, the ultrasonic sensor unit 11 is configured with the multiple piezoelectric elements 17 and multiple element coils 18 using the band 15, so that the ultrasonic sensor unit 11 can be easily attached to the surface of the pipe 1. For example, compared to attaching the multiple piezoelectric elements 17 and multiple element coils 18 individually to the surface of the pipe 1 without using the band 15, the installation time can be shortened. Also, since the spacing between the piezoelectric elements 17 is preset, the installation time can be shortened. Also, since the band 15 has an electromagnetic wave blocking function, there is no need to prepare multiple electromagnetic wave blocking sheets corresponding to the multiple element coils 18, and the installation time is also eliminated.

また、本実施形態においては、バンド１５を用いているので、複数の圧電素子１７に塗布した接着剤の接着機能が発現するまでの間、複数の圧電素子１７を保持するための治具を用意する必要がないし、接着剤の接着機能が発現するのを待ってから、治具を取外す必要もない。そのため、接着剤の接着機能が発現するのを待たなくても、配管１の保温材２を復旧することができる。このような観点からも、取付時間を短縮することができる。 In addition, in this embodiment, since the band 15 is used, there is no need to prepare a jig to hold the multiple piezoelectric elements 17 until the adhesive function of the adhesive applied to the multiple piezoelectric elements 17 is exerted, and there is no need to remove the jig after waiting for the adhesive function of the adhesive to be exerted. Therefore, the insulation material 2 of the pipe 1 can be restored without waiting for the adhesive function of the adhesive to be exerted. From this perspective, the installation time can be shortened.

本発明の第２の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。 The second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, parts equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted as appropriate.

図５は、本実施形態における超音波センサユニットの構造を表す平面図であり、超音波センサユニットが配管の表面に取付けられていない状態を示す。 Figure 5 is a plan view showing the structure of the ultrasonic sensor unit in this embodiment, showing the state in which the ultrasonic sensor unit is not attached to the surface of the pipe.

本実施形態では、超音波センサユニット１１Ａのバンド１５Ａは、全体的に格子状に形成されるものの、格子交点に拡大部（詳細には、素子コイル１８よりも面積が大きい部分）が形成されている。そして、前述した拡大部毎に、例えば４つの圧電素子１７と１つの素子コイル１８の組合せが配置されている。すなわち、複数の圧電素子１７と複数の素子コイル１８は、４対１の関係で（詳細には、４つの圧電素子１７が１つの素子コイル１８に対し並列となるように）、複数のケーブル２０を介し接続され、且つ、バンド１５及びバッキング材１６を介し重なるように配置されている。 In this embodiment, the band 15A of the ultrasonic sensor unit 11A is generally formed in a lattice pattern, but has enlarged sections (more specifically, sections with an area larger than that of the element coil 18) at the intersections of the lattice. Then, for example, a combination of four piezoelectric elements 17 and one element coil 18 is arranged in each of the enlarged sections. That is, the multiple piezoelectric elements 17 and the multiple element coils 18 are connected via multiple cables 20 in a 4:1 relationship (more specifically, so that the four piezoelectric elements 17 are parallel to one element coil 18), and are arranged so as to overlap via the band 15 and backing material 16.

４つの圧電素子１７は、１つの素子コイル１８からのパルス信号によって振動し、配管１の内面に向けて超音波を送信する。その後、４つの圧電素子１７は、配管１の内面で反射した超音波を受信し、受信した超音波を波形信号に変換し、ケーブル２０、素子コイル１８、及び送受信コイル１２を介し制御装置１３のレシーバ２２へ出力する。 The four piezoelectric elements 17 vibrate in response to a pulse signal from one element coil 18, and transmit ultrasonic waves toward the inner surface of the pipe 1. The four piezoelectric elements 17 then receive the ultrasonic waves reflected by the inner surface of the pipe 1, convert the received ultrasonic waves into waveform signals, and output them to the receiver 22 of the control device 13 via the cable 20, the element coil 18, and the transmission/reception coil 12.

制御装置１３のレシーバ２２に入力された波形信号は、４つの圧電素子１７でそれぞれ得られた４つの波形信号を重ねたものになる。制御装置１３の信号処理部２３は、レシーバ２２を介して入力された波形信号から得られた超音波の伝播時間と音速に基づき、４つの計測点の厚さのうちの最小厚さを演算し、表示装置１４に表示させる。 The waveform signal input to the receiver 22 of the control device 13 is a superposition of the four waveform signals obtained by the four piezoelectric elements 17. The signal processing unit 23 of the control device 13 calculates the minimum thickness of the four measurement points based on the ultrasonic propagation time and sound speed obtained from the waveform signal input via the receiver 22, and displays it on the display device 14.

上述した本実施形態においても、第１の実施形態と同様、バンド１５Ａを用いて、複数の圧電素子１７及び複数の素子コイル１８などと共に超音波センサユニット１１Ａを構成するので、超音波センサユニット１１Ａを配管１の表面に容易に取付けることができる。また、超音波センサユニット１１Ａを配管１の表面に短時間で取付けることができる。 In the present embodiment described above, as in the first embodiment, the ultrasonic sensor unit 11A is constructed using the band 15A together with the multiple piezoelectric elements 17 and multiple element coils 18, etc., so that the ultrasonic sensor unit 11A can be easily attached to the surface of the pipe 1. In addition, the ultrasonic sensor unit 11A can be attached to the surface of the pipe 1 in a short time.

また、本実施形態においては、素子コイル１８の直径より、圧電素子１７の間隔Ｌを小さくすることができる（例えばＬ＝２０ｍｍ）。これにより、例えば、第１の実施形態の超音波センサユニット１１を用いて配管１の減肉の進行が確認された場合に、超音波センサユニット１１Ａに交換して、計測点の間隔を小さくすることが可能である。また、素子コイル１８の直径を小さくする必要がないため、素子コイル１８と送受信コイル１２の間の電磁結合を維持することが可能である。 In addition, in this embodiment, the spacing L of the piezoelectric elements 17 can be made smaller than the diameter of the element coil 18 (for example, L = 20 mm). As a result, for example, if the progression of thinning of the pipe 1 is confirmed using the ultrasonic sensor unit 11 of the first embodiment, it is possible to replace it with the ultrasonic sensor unit 11A and reduce the spacing between the measurement points. Also, since there is no need to reduce the diameter of the element coil 18, it is possible to maintain the electromagnetic coupling between the element coil 18 and the transmission/reception coil 12.

本発明の第３の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。 The third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, parts equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted as appropriate.

図６は、本実施形態における超音波センサユニットの構造を表す平面図であり、超音波センサユニットが配管の表面に取付けられていない状態を示す。 Figure 6 is a plan view showing the structure of the ultrasonic sensor unit in this embodiment, showing the state in which the ultrasonic sensor unit is not attached to the surface of the pipe.

本実施形態の超音波検査システムは、１つ若しくは複数の超音波センサユニット１１Ｂを備える。超音波センサユニット１１Ｂのバンド１５Ｂは、直線部２５と、直線部２５の幅方向の一方側及び反対側（図６の上側及び下側）に形成された複数の拡大部２６（詳細には、素子コイル１８よりも面積が大きい部分）とを有する。バンド１５Ａの直線部２５は、長さ方向の一端側（図６の左側）にバックル１９Ａが設けられ、長さ方向の他端側（図６の右側）にバックル１９Ｂが設けられている。 The ultrasonic inspection system of this embodiment includes one or more ultrasonic sensor units 11B. The band 15B of the ultrasonic sensor unit 11B has a straight portion 25 and a plurality of enlarged portions 26 (more specifically, portions having a larger area than the element coil 18) formed on one side and the opposite side in the width direction of the straight portion 25 (upper and lower sides in FIG. 6). The straight portion 25 of the band 15A has a buckle 19A at one end in the length direction (left side in FIG. 6) and a buckle 19B at the other end in the length direction (right side in FIG. 6).

複数の圧電素子１７は、直線部２５に（詳細には、配管１の周方向に対応する直線部２５の長さ方向に所定の間隔Ｌで）配置され、複数のバッキング材１６を介し直線部２５の内面側（図６の紙面に対して奥側）に固定されている。複数の素子コイル１８は、複数の拡大部２６にそれぞれ配置され、複数の拡大部２６の外面側（図６の紙面に対して手前側）に固定されている。 The multiple piezoelectric elements 17 are arranged in the straight section 25 (specifically, at a predetermined interval L in the length direction of the straight section 25 corresponding to the circumferential direction of the pipe 1) and are fixed to the inner surface side of the straight section 25 (the back side of the paper in FIG. 6) via multiple backing materials 16. The multiple element coils 18 are arranged in the multiple expansion sections 26, respectively, and are fixed to the outer surface side of the multiple expansion sections 26 (the front side of the paper in FIG. 6).

上述した本実施形態においても、第１の実施形態と同様、バンド１５Ｂを用いて、複数の圧電素子１７及び複数の素子コイル１８などと共に超音波センサユニット１１Ｂを構成するので、超音波センサユニット１１Ｂを配管１の表面に容易に取付けることができる。また、超音波センサユニット１１Ｂを配管１の表面に短時間で取付けることができる。 In the present embodiment described above, as in the first embodiment, the ultrasonic sensor unit 11B is configured using the band 15B together with the multiple piezoelectric elements 17 and multiple element coils 18, etc., so that the ultrasonic sensor unit 11B can be easily attached to the surface of the pipe 1. In addition, the ultrasonic sensor unit 11B can be attached to the surface of the pipe 1 in a short time.

また、本実施形態においては、第１の実施形態とは異なり、複数の圧電素子１７と複数の素子コイル１８が、バンド１５Ｂ及びバッキング材１６を介し重ならないように配置されている。そのため、圧電素子１７の間隔Ｌより、素子コイル１８の直径を大きくすることができる。これにより、電磁結合を維持しつつ、素子コイル１８と送受信コイル１２の間の距離を大きくすることが可能である。 In addition, in this embodiment, unlike the first embodiment, the multiple piezoelectric elements 17 and multiple element coils 18 are arranged so as not to overlap with each other via the band 15B and the backing material 16. Therefore, the diameter of the element coil 18 can be made larger than the spacing L of the piezoelectric elements 17. This makes it possible to increase the distance between the element coil 18 and the transmission/reception coil 12 while maintaining electromagnetic coupling.

また、本実施形態においては、例えば、複数の超音波センサユニット１１Ｂを配管エルボの表面に取付ける場合に、複数の超音波センサユニット１１Ａの向きを互いに異ならせることが可能であり、配管エルボの腹側の計測点の間隔と配管エルボの背側の計測点の間隔を異ならせることが可能である。 In addition, in this embodiment, for example, when multiple ultrasonic sensor units 11B are attached to the surface of a pipe elbow, the orientation of the multiple ultrasonic sensor units 11A can be made different from each other, and the spacing between the measurement points on the ventral side of the pipe elbow can be made different from the spacing between the measurement points on the dorsal side of the pipe elbow.

なお、以上においては、配管１が保温材２で覆われている場合を例にとって説明したが、これに限られず、保温材２で覆われていなくてもよい。また、被検体が配管１である場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば容器の側壁であってもよい。 In the above, the pipe 1 is covered with the heat-insulating material 2, but this is not limited to this, and the pipe 1 does not have to be covered with the heat-insulating material 2. Also, the pipe 1 is covered with the heat-insulating material 2, but this is not limited to this, and the pipe 1 may be, for example, the side wall of a container.

１配管（被検体）
１２送受信コイル
１３制御装置
１５，１５Ａ，１５Ｂバンド
１７圧電素子
１８素子コイル
２０ケーブル
２５直線部
２６拡大部 1 Pipe (test object)
12 Transmitting/receiving coil 13 Control device 15, 15A, 15B Band 17 Piezoelectric element 18 Element coil 20 Cable 25 Straight portion 26 Enlarged portion

Claims

A plurality of piezoelectric elements spaced apart from one another along a surface of the subject;
a plurality of element coils connected to the plurality of piezoelectric elements via a plurality of cables and disposed spaced apart from one another along a surface of the subject;
a transmission/reception coil that is movable so as to face any one of the plurality of element coils and is capable of transmitting and receiving signals between the facing element coil and the transmission/reception coil through electromagnetic coupling;
a control device that outputs a pulse signal to the piezoelectric element via the transmission/reception coil and the element coil to generate an ultrasonic wave, and inputs a waveform signal obtained by receiving the ultrasonic wave reflected by the subject and converting it into a waveform signal via the element coil and the transmission/reception coil,
a band that is formed in a lattice shape overall, holds the plurality of piezoelectric elements and the plurality of element coils at a plurality of enlarged portions formed at a plurality of lattice intersections , and is attached to a surface of the subject;
the band brings the piezoelectric elements into contact with a surface of the subject and blocks electromagnetic waves between the element coils and the surface of the subject;
An ultrasonic sensor system characterized in that the multiple piezoelectric elements and the multiple element coils are connected in a multiple-to-one relationship via the multiple cables and are arranged so as to overlap via the band .

2. The ultrasonic sensor system according to claim 1,
1 is a schematic diagram of an ultrasonic sensor system according to the first embodiment of the present invention;