JPS638424B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 加圧水形原子炉や高速増殖炉などでは、内径が
10〜30mm程度の細管を伝熱管とした、蒸気発生器
や過熱器が設置され、これを介して冷却系と原子
炉で発生した熱の授受が行なわれる。

この細管が健全であるか否かを定期的に検査
し、傷などが管肉を貫通する前に対策を行なうこ
とが炉の安全運転上非常に望ましい。

従来この細管を検査する手段としてＸ線検査や
渦電流検査などが適用されているが、一旦構造体
として組み立てられた後、検査を行なうことは、
種々の困難を伴つていた。

特に高速増殖炉の蒸気発生器のごとく、ヘリカ
ルコイル状とした伝熱管の全長が数10ｍにもなる
場合には、管の外側にはそれを支持するための溶
接や構造物が多数設けられ、しかも放射線被ばく
の問題があるため、管の外側から検査することは
事実上不可能であり、管内面にプローブを挿入し
て検査する必要がある。

ところで、蒸気発生器の管は直線状のものとは
限らず、ヘリカル状になつていたり、Ｕ字状であ
つたりするため、管内に超音波の発振、受信など
を行なうプローブを挿入して探傷を行なう場合に
は、プローブの形状ならびにそれに接続するケー
ブルの太さがプローブの挿入性に大きく影響する
ことが実験的に確認された。

すなわち、超音波探傷用のプローブは超音波を
発射するための励振子、超音波を受信しそれを電
気信号に変換する受信子が必要最少限の構成要素
であるが、管の円周方向全面を探傷するためには
何らかの方法でその円周方向全面に超音波の発受
信をしなければならない。これをスキヤンニング
と呼称するが、従来よりスキヤンニングの方法と
しては電気的な方法と、モータなどによる機械的
な方法が使用されていることは周知であり、細管
用プローブもこのスキヤンニングを行なう要素が
必要となる。

内径約20mm、全長約60ｍというようなヘリカル
コイル状細管の内面から探傷する場合の課題は、
高速かつ高精度に探傷できること共に、管の全長
に亘つて挿入できるプローブを実現することであ
つた。

そこで、探傷の高速化を図るには、超音波ビー
ムの回転走査を電気的にスキヤンニングする方法
が最も有効とされているが、このスキヤンニング
を行う要素を管の外部に設置した場合、管内には
各励振子、受信子からの信号線が多数管内を通過
する構造となる。

この様子を第１図を用いて説明する。第１図に
おいて１は探傷対象の管の断面であり、２は超音
波プローブで励振子または受信子２１，２２……
が円周方向に多数配列されており、各々に信号用
ケーブル２１ａ，２２ａ……が接続されている。

３はマルチプレクサで管の円周方向を探傷する
ために順次振動子を切換えて、励振および受信を
行なうためのものである。１００は探傷装置であ
る。

第１図のプローブは励振子と受信子とを共通の
振動子で共用する例を示したものであり、その場
合でもたとえば周方向を16分割程度にすると、少
なくとも管内を通るケーブル本数は16本にもな
る。実際には、周方向の分割数は更に大きくする
必要があり、また超音波の信号パスが短かいと
き、たとえば管内径がが小さいときや管の肉厚が
薄いときは、励振子と受信子とを共通にすると、
励振パルスや管表面からの反射波が十分減衰しな
いうちに次の受信波が帰つてしまうゆえ管内表面
近傍での探傷が不可能となつてしまう。そのよう
な場合には両者を分離する必要があるが、そうす
るとケーブル本数は倍の数となる。

また一般に高周波信号の減衰量はケーブル径に
反比例して増加するので、数ＭHzの信号を扱う超
音波探傷では、ケーブル径をあまり小さくするこ
とは望ましくない。

このようなプローブをヘリカルコイル状細管内
に挿入するためには、たとえばピアノ線等をプロ
ーブに接続して押し込む方法などが考えられる
が、内径20mm程度の細管による実験によると、注
意深く操作してもたかだか10ｍ程度挿入すると、
まつたくそれ以上の挿入が不可能であることが実
験的に確認された。

したがつてプローブは、水圧や空気圧により挿
入する必要のあることが明らかとなつたが、この
場合でもプローブに接続するケーブルの径が数mm
以上となると挿入が非常に困難となることが明ら
かにされ、内径約20mmの数10ｍもある蒸気発生器
伝熱管全長にわたつてプローブを挿入するために
は、ケーブル径を２〜４mm程度に細くする必要の
あることが確認された。

以上述べたように、ヘリカルコイル状の伝熱用
細管を探傷するプローブは、挿入性の点からケー
ブル本数をできるだけ少なくしてケーブルの仕上
り外径を細くする必要があり、反面、探傷精度の
点から励振子と受信子を分離することによりケー
ブル本数が増大し、しかも伝送信号の忠実性を向
上するためにできるだけ太径のケーブルを使用す
る必要があるということになる。

本発明はこれらの相反する要求を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、超
音波ビームのスキヤンニングを管内から電子的に
行うプローブをヘリカルコイル状細管の全長に亘
つて挿入でき、しかも高精度に探傷できるように
構成したヘリカルコイル状細管用超音波探傷装置
を提供することである。

まず本発明プローブを使用した超音波探傷装置
の概要について説明する。

第２図は本発明を適用した探傷装置の１例を示
す図であり、細管１を探傷するプローブ６は、管
の円周方向に並設したｉ（ｉは整数）個の励振用
ならびに受信用振動子２、ｉ個の振動子の受信信
号を順次切換えるためのマルチプレクサ３、受信
信号を増幅するプリアンプ４、マルチプレクサを
切換えるためのチヤンネルセレクタ５とから成つ
ている。すなわち本発明装置の第１の特徴は、短
いパスにおける欠陥検出性を向上するために励振
子と受信子を分離して各々複数個の振動子を円周
方向に併設し、励振子は複数個を同時に励振して
超音波ビームを管全周に照射すると共に、受信子
を順次切換えて反射波を受信するように構成し、
少なくとも前記励振子、受信子及びマルチプレク
サを管内に挿入するようにしてケーブル本数を大
幅に削減したものであるプローブ６の詳細実施例
は第４図のようであり、円周方向に並設したｉ個
の受信用振動子２のいずれかの信号をマルチプレ
クサ３内の電子スイツチ３１〜３ｉの閉成により
端子５ａに円周方向に順次取り出すものである
が、スイツチ３１〜３ｉは、デコーダ５２の出力
によつて制御される。また、該デコーダ５２は、
カウンタ５１の出力に１対１に対応した信号を出
力するもので、これらは周知のものが使用され
る。

またプローブを小形軽量化するため、超音波励
振用振動子は、数100Vの同一の励振パルスで同
時に励振するようになし、送受両振動子の相対位
置は、周知のように受信超音波信号が最大となる
よう各々対をなして好適な位置に配設する。

以上のごとき構成の探傷装置により細管の探傷
を行なう場合、まず第２図のチヤネル切換回路１
１の端子１１ａに第４図のカウンタ５１をリセツ
トするためのパルス（第３図にP_rで示す）をケー
ブル１１ａに出力し、第１の振動子２１の出力を
取り出すため、スイツチ３１を閉成する。次に第
３図P_Eで示す励振パルスを第４図の超音波送信
用振動子２１′〜２i′にケーブル１２ａを介して
与え、超音波信号を出力させる。

この超音波は、探傷対象細管の表面または底面
の境界層から表面反射（第３図S_S）あるいは底面
反射（同じくB_r）として返つてくる。

この両反射波は振動子２１で電気信号に変換さ
せた後電子スイツチ３１を通り、第２図のプリア
ンプ４に入力され、増幅された後ケーブル１３ａ
によつて受信回路１３に導かれる。

受信回路１３はこの信号を受けて、表面波と底
面波との間に一定値以上の反射波（たとえば第３
図のD_r）の有無または表面波の位置により、欠
陥があるか否かを判定するものである。この場合
にプロープは励振子と受振子とが分離してあり、
励振子から管内表面までの超音波ビームのパスが
短いときや管内厚が薄いときにも励振パルス表面
反送波・底面反射波等がそれぞれ時間的に分解さ
れ明らかに識別できる（この際、図示していない
が通常は励振子と受信子との間に遮音板が設けら
れている）。

次にチヤネル切換用パルス（第３図P_a）を切
換回路１１からケーブル１１ｂを介してカウンタ
に与えると、カウンタの計数値が１だけ変化し、
円周方向の次の振動子の信号を受信するため第４
図のスイツチ３２を閉成させ、励振用振動子を励
振する。

以下同様にしてｉ個の振動子の全ての送受信が
完了したら、再度リセツトパルスを出力して繰返
しｉ個の振動子を送受信を行い、超音波ビームを
電気的に走査し高速回転を行う。このカウンタの
リセツトは、管周方向での超音波ビームの送受信
位置を知るために必要である。なお第２図の１０
は全体のタイミングを制御する制御回路である。

このほかプローブ６の各部に電源を供給するた
めのケーブルが３本（交流信号の増幅のため、
正、負ならびに接地線の３本が必要であり、第２
図に１４ａ，１４ｂで示す）必要で、各部の接地
線を共通にしたとしても、必要最小限のゲーブル
芯線数は６本となる。

ところで振動子励振パルスならびに受信信号用
ケーブルは、１mm程度以下とすると電気的に種々
の悪影響が表われ、また機械的引張り強さを弱く
問題がある。

このため本発明装置では、カウンタのリセツト
信号用ケーブルと例えば正極側電源線、ならびに
チヤネル切換パルス用ケーブルと例えば電源の負
極側電源線とをそれぞれ共用し、必要ケーブル芯
線数を４本に減少させたことが第２の特徴であ
る。

これを適用した具体的な一実施例が第４図であ
る。

第４図から明らかなように、本発明のプローブ
ではケーブル芯線は１４ａ，１４ｂ，１３ａ，１
２ａの４本であり、カウンタのリセツト端子P_r
は、抵抗Ｒ１ならびにコンデンサＣ２から成る微
分回路を通して電源の負極線に接続されており、
またチヤネル切換用パルス入力端子P_aは電源の
正極線に接続されている。

すなわち、第３図の動作波形図から明らかなよ
うに、リセツトパルスあるいはチヤネル切換パル
スを印加するときは、探傷パルスの送受信は中断
しており、カウンタの電源電圧のみ保持しておけ
ば探傷自身には何らの影響も与えない。

カウンタ（メモリ部）の電圧はダイオードＤ１
とコンデンサＣ１からなる保持回路によつてパル
ス印加の短時間保持しておくので、前回の計数値
は変化しない。

電源のオンオフを行なわしめるために、チヤネ
ル切換回路１１の出力は、トランジスタT₁，T₂
からなるスイツチ素子に与え、各々数マイクロ秒
の微小時間だけオフにされるような信号P_r，P_a
がベースに与えられる。

以上のようにして線を減少させ、たとえば振振
パルス用ケーブル１２ａと受信信号用ケーブル１
３ａに、一般に市販されていて減衰量もそれほど
大きくない外径1.5mm〜２mm程度の同軸ケーブル
を使用し、電源線としてやはり同程度の径の２芯
シールド線を用いることによつて、全体を３本撚
線とした場合の仕上り外径を3.2〜４mm程度にす
ることが可能となる。

なお、励磁パルス用ケーブル１２ａと受信信号
用ケーブルの使用時間が第３図に示したように異
なるため、両者を共用することも原理的には可能
であるが、実際には送受両端とケーブル特性イン
ピーダンスを完全にマツチングさせることが不可
能であるため、ケーブル内で反射信号が現われ、
両者を共用すると超音波送信信号の影響が受信信
号に大きく現われて、探傷性能を低下させるため
共用が不可能であることは容易に考察されよう。

また、電源線を１本として交流信号を送り、プ
ローブ内で整流、平滑して正、負電圧を得ること
も考えられるが、そうするとチヤネル切換用のケ
ーブルが必要となるのでケーブル本数は減少しな
い。

要するに、探傷性能に影響を与えることなく本
発明装置以下にケーブル本数を減少させること
は、非常に困難なのである。

以上説明したように本発明の探傷装置では、円
周方向に励振子と受信子を分離して複数個配列し
たことにより、小径の管や薄肉の管においても表
面反射波や底面反射波が明瞭に識別され欠陥の検
出性が向上する。また、複数の励振子を同時に励
振し、受信子を順次切換えるように構成し、これ
らの励振子、受信子、マルチプレクサを管内に挿
入するようにしてプローブと管の外に設置された
探傷装置の間の伝送ケーブルを大幅に削減し挿入
性を改善したことにより、ヘリカルコイル状細管
の全長に亘つて探傷できる効果を有する、なお、
複数の励振子を同時に励振することにより管全周
を超音波ビームが照射すると共に、励振用ケーブ
ルが１本で済む他、マルチプレクサ等とのスキヤ
ンニング要求も低減でき、プローブ自体が小型軽
量に構成し得る。又、特許請求の範囲第２項の内
容によれば、さらに信号線を電源線に重畳する手
段によつてケーブル本数を一層減らすことにより
ヘリカルコイル状細管の管内探傷を容易にする効
果も付加され。

なお第４図の実施例において、リセツトパルス
とチヤネル切換パルスを得る電源線を、正負逆に
してもまつたく同一の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波探傷装置の一例図、第２
図は本発明超音波探傷装置の具体的一実施例図、
第３図は第２図実施例の動作波形図、第４図は第
２図実施例の一部詳細図である。 １……細管、２……振動子、３……マルチプレ
クサ、４……プリアンプ、５……チヤネルセレク
タ、６……プローブ、１０……制御回路、１１…
…チヤネル切換回路、１２……励振回路、１３…
…受信回路、１４……電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の超音波振動子を周方向にならべて備
   えたプローブと、前記振動子を探傷装置へ切換接
   続するマルチプレクサと、前記マルチプレクサの
   切換先を指示するチヤネルセクタとを有する管用
   超音波探傷装置において、前記超音波振動子を励
   振子と受信子とに分けて並設し、前記受信子に限
   つて前記マルチプレクサを接続し、前記励振子と
   受信子とマルチプレクサとチヤネルセレクタとを
   前記プローブに設けたことを特徴としたヘリカル
   コイル状細管用超音波探傷装置。 ２ 特許請求の範囲の第１項において、前記プロ
   ーブ内の機器への電源線に前記チヤネルセルクタ
   への送信信号の重畳手段を備えたことを特徴とし
   たヘリカルコイル状細管用超音波探傷装置。