JP2006300854A - Piping plate thickness measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は,例えば,原子力発電所,火力発電所等における蒸気配管,天然ガス,水素ガス等のガスを輸送するガス配管等の配管の板厚を測定する配管板厚測定装置に関する。 The present invention relates to a pipe thickness measuring device that measures the thickness of a pipe such as a steam pipe in a nuclear power plant, a thermal power plant, etc., or a gas pipe that transports a gas such as natural gas or hydrogen gas.
従来,配管板厚測定装置は,各種の配管の板厚を測定するのに超音波を用いており,基本的には底面での反射に基づいており,その点からは配管の板厚を局所的に測定するスポット測定といえる。 Conventionally, pipe thickness measuring devices have used ultrasonic waves to measure the thickness of various pipes, and are basically based on reflection from the bottom surface. It can be said that it is a spot measurement to measure automatically.
また,従来知られている管厚測定装置は,超音波反射エコーを用いて鋼管の厚さを連続的に測定する手段と,異常データ処理手段を備えた超音波管厚測定装置である。該管厚測定装置は,エコーをあらかじめ設定した強度に増幅する増幅器と,エコーをあらかじめ定めた強度範囲にあるか否かを判定する判定回路を備え,異常データ処理手段を通過したデータを前回値と比較し,順次トラッキングする複数の前回値トラッキング手段を備えたものである(例えば,特許文献1参照)。 A conventionally known pipe thickness measuring apparatus is an ultrasonic pipe thickness measuring apparatus provided with means for continuously measuring the thickness of a steel pipe using an ultrasonic reflection echo and an abnormal data processing means. The tube thickness measuring device includes an amplifier that amplifies the echo to a preset intensity and a determination circuit that determines whether or not the echo is within a predetermined intensity range. And a plurality of previous value tracking means for sequentially tracking (see, for example, Patent Document 1).
また,材料厚さ測定方法及び装置として,材料温度が変動しても,材料厚さを簡易な構成で高精度に測定できるものが知られている。該材料厚さ測定装置は,材料の表面にレーザを照射して材料内部に超音波を発生させ,材料中の縦波及びモード変換波の伝搬時間に基づいて材料厚さを算出するものである(例えば,特許文献2参照)。 Further, a material thickness measuring method and apparatus are known that can measure the material thickness with high accuracy with a simple configuration even if the material temperature fluctuates. The material thickness measuring device is for irradiating a laser on the surface of the material to generate ultrasonic waves inside the material, and calculating the material thickness based on the propagation time of the longitudinal wave and the mode converted wave in the material. (For example, refer to Patent Document 2).
また,配管の非破壊検査方法が知られている。該配管の非破壊検査方法は,容易に短時間で配管内表面の広い範囲にわたる水蒸気酸化スケールの付着形態を検査することができるものであり,電磁超音波検査装置により,ボイラ鋼管等の配管の外側から配管と非接触で配管を配管周方向及び配管長手方向に走査して,配管の内表面に付着している水蒸気酸化スケールの厚さ,剥離及び浮き上がりを検査する。また,電磁超音波検査装置による検査結果に基づき,配管内表面を周方向に展開した状態で水蒸気酸化スケールの付着形態を色分けして表示する。また,水蒸気酸化スケールの厚さも,厚さに応じて色の階調を変えて表示してもよいものである(例えば,特許文献3参照)。
しかしながら,配管板厚測定装置としては,原子力発電所,火力発電所等の蒸気配管,化学プラント等の配管,ガス管,水道管等の配管について,配管の板厚を全領域にわたって測定できることが望まれており,例えば,配管の所定の区間での板厚の平均厚さを測定することによってその領域に板厚の薄くなった領域が無いか否かを判断することができ,その時,配管を損傷させることなく,配管に対して非破壊によって簡易に且つ精度良く測定できることが望まれていた。 However, it is hoped that the pipe thickness measuring device will be able to measure the thickness of pipes over the entire area for steam piping at nuclear power plants, thermal power plants, etc., piping for chemical plants, gas piping, water piping, etc. For example, it is possible to determine whether there is no thinned area in the area by measuring the average thickness of the pipe in a predetermined section of the pipe. It has been desired that the piping can be measured easily and accurately without damage without damaging it.
この発明の目的は,上記の問題を解決するため,原子力発電所,火力発電所,化学プラント等の配管の板厚を測定するのに,配管中を伝わる超音波が板厚と周波数に依存した速度分散性を有するラム波という波で伝搬することに着目し,この速度分散特性を利用して,配管の板厚を非破壊で簡易に精度良く測定すると共に,その測定結果の正確さを容易に判断でき,測定結果を表示できるものであり,具体的には,複数のセンサを離して配管に設置してセンサ間の平均板厚を測定可能としたものであり,その面の平均板厚も測定できる配管板厚測定装置を提供することである。 In order to solve the above problems, the object of the present invention is to measure the plate thickness of piping in nuclear power plants, thermal power plants, chemical plants, etc., and the ultrasonic wave transmitted through the piping depends on the plate thickness and frequency. Focusing on the propagation of waves with velocity dispersion, the Lamb wave is used to measure the thickness of pipes easily and accurately with non-destructive use of this velocity dispersion characteristic, and the accuracy of the measurement results is easy. In particular, the measurement results can be displayed. Specifically, multiple sensors can be separated from each other and installed in the pipe to measure the average plate thickness between the sensors. It is providing the pipe plate thickness measuring apparatus which can also measure.
この発明は,予め任意に設定された超音波による入力信号を配管に対して入力するための1つの信号入力センサと,前記信号入力センサの前記入力信号に応答して発生するラム波を検出する1つ以上の検出センサとを有し,前記信号入力センサと前記検出センサとの間において特定の周波数機械振動のセンサ間の伝搬速度を前記ラム波の伝搬速度分散に基づき求めることによって前記配管の板厚を測定することを特徴とする配管板厚測定装置に関する。 The present invention detects one signal input sensor for inputting an input signal by an ultrasonic wave arbitrarily set in advance to a pipe, and a Lamb wave generated in response to the input signal of the signal input sensor. One or more detection sensors, and determining the propagation speed between sensors of a specific frequency mechanical vibration between the signal input sensor and the detection sensor based on the propagation speed dispersion of the Lamb waves. The present invention relates to a pipe plate thickness measuring apparatus characterized by measuring a plate thickness.
前記信号入力センサは,前記入力信号の1つ又は2つ以上の周波数,前記信号入力センサと前記検出センサとの間のセンサ間距離,配管等の板部材の材料,及び各種の設定条件を入力する機能を有し,前記入力信号の前記周波数に対する前記板厚と,それらの平均値をそれぞれ個別の数値として,或いは前記ラム波の伝搬速度と前記周波数との特性上にプロットして表示する機能を有するものである。 The signal input sensor inputs one or more frequencies of the input signal, the distance between the signal input sensor and the detection sensor, the material of a plate member such as a pipe, and various setting conditions. A function of displaying the plate thickness with respect to the frequency of the input signal and the average value thereof as individual numerical values or plotting them on the characteristics of the propagation speed of the Lamb wave and the frequency It is what has.
前記入力信号は,前記配管の前記板厚に応じて変化させ,実質的に100Hz〜20MHzの範囲内での単一周波数成分で構成される信号である。また,前記入力信号の前記周波数は,前記ラム波の最低次の反対称モードであるA1モード以上を含まないA0モードの範囲で使用するものである。例えば,配管がアルミニウム板の場合に,A1モードを含まないA0モードの周波数(f)と板厚(w)との積(fw)は,およそfw<1.5MHzmmである。板厚wが10mmであるなら,周波数fは,f<150kHzとなり,この値以下の周波数成分を用いて測定を行うものである。 The input signal is a signal composed of a single frequency component in a range of 100 Hz to 20 MHz, which is changed according to the thickness of the pipe. The frequency of the input signal is used in the range of the A0 mode not including the A1 mode or higher which is the lowest-order antisymmetric mode of the Lamb wave. For example, when the pipe is an aluminum plate, the product (fw) of the frequency (f) of the A0 mode not including the A1 mode and the plate thickness (w) is approximately fw <1.5 MHz mm. If the plate thickness w is 10 mm, the frequency f is f <150 kHz, and measurement is performed using frequency components below this value.
更に,前記入力信号の入力は,前記単一周波数成分で構成される信号が1つだけ,或いは複数の異なる周波数成分を複数入力するかを選択して入力できる機能を有するものである。例えば,150kHz以下で,20,50,80,100kHz等の複数の単一周波数成分で測定を行うということであり,これにより伝搬速度−周波数特性のカーブ上に複数の点がプロットされることになる。 Further, the input signal has a function of selecting and inputting only one signal composed of the single frequency component or a plurality of different frequency components. For example, the measurement is performed with a plurality of single frequency components such as 20, 50, 80, and 100 kHz at 150 kHz or less, and a plurality of points are plotted on the propagation velocity-frequency characteristic curve. Become.
前記信号入力センサと前記検出センサは,測定対象物である前記配管の前記板部材との接触或いは非接触を問わず,前記測定対象物にA0モードの前記ラム波を誘起させ,前記検出信号を取得できるものを使用するものである。また,前記検出センサによる前記検出信号は,アンプで増幅され,前記入力信号と同じ周波数成分だけを抽出するフイルタ機能を有するものである。 The signal input sensor and the detection sensor induce the Lamb wave in the A0 mode in the measurement object regardless of contact or non-contact with the plate member of the pipe, which is the measurement object, and output the detection signal. Use what you can get. The detection signal from the detection sensor is amplified by an amplifier and has a filter function for extracting only the same frequency component as the input signal.
また,この配管板厚測定装置は,前記入力信号と前記検出信号を複数回アベレージングして前記入力信号と前記検出信号のS/Nを良くする機能を有するものである。
前記アベレージングについては,1つの周波数を1回,周波数fを変化させて1回,同一の周波数fで複数回,異なった各周波数fで複数回,或いはこれらの各平均,又は全ての平均を指している。即ち,アベレージングについては,例えば,周波数f1,f2,f3,及びf4に対して,1つ目のアベレージングは,f1による複数回の測定によるアベレージがa1,f2による複数回の測定によるアベレージがa2,f3による複数回の測定によるアベレージがa3,及びf4による複数回の測定によるアベレージがa4である。2つ目のアベレージングは,a1,a2,a3,及びa4のアベレージがaである。3つ目のアベレージングは,f1,f2,f3,及びf4の各周波数による1回の測定によるアベレージがAであり,これらのアベレージが含まれている。
The pipe plate thickness measuring apparatus has a function of averaging the input signal and the detection signal a plurality of times to improve the S / N of the input signal and the detection signal.
For the averaging, one frequency is changed once, the frequency f is changed once, the same frequency f is changed a plurality of times, different frequencies f are changed a plurality of times, or the average of all or all of these averages are calculated. pointing. That is, with respect to averaging, for example, for the frequencies f1, f2, f3, and f4, the first averaging is an average of multiple measurements by f1 and an average of multiple measurements by a1 and f2. The average of a plurality of measurements by a2 and f3 is a3, and the average of a plurality of measurements by f4 is a4. In the second averaging, the average of a1, a2, a3, and a4 is a. In the third averaging, the average obtained by one measurement at each frequency of f1, f2, f3, and f4 is A, and these averages are included.
また,この配管板厚測定装置は,入力信号発振から検出信号到達までの伝搬時間Δtを測定するものである。更に,前記信号入力センサと前記検出センサとの間の距離は,任意に設定できる長さLであって,前記長さLとして前記信号入力センサに信号が入力されるものである。又は,事前に複数のセンサ距離を記憶しておき,その距離に対応して即座にセンサ取付け位置を設定できる治具を付属してもよいものである。更に,この配管板厚測定装置は,前記伝搬時間Δtと前記長さLから前記入力信号に対する伝搬速度vfを求める機能を有するものである。また,この配管板厚測定装置は,前記配管の材料を入力する機能を有し,前記材料の前記ラム波の非対象モードであるA0モードの理論的な速度分散特性のデータベースを有するものである。 Further, this pipe plate thickness measuring apparatus measures a propagation time Δt from the input signal oscillation to the detection signal arrival. Furthermore, the distance between the signal input sensor and the detection sensor is a length L that can be arbitrarily set, and a signal is input to the signal input sensor as the length L. Alternatively, a plurality of sensor distances may be stored in advance, and a jig that can immediately set the sensor mounting position corresponding to the distances may be attached. Further, this pipe plate thickness measuring device has a function of obtaining a propagation velocity vf for the input signal from the propagation time Δt and the length L. Further, this pipe plate thickness measuring device has a function of inputting the material of the pipe, and has a database of theoretical velocity dispersion characteristics of the A0 mode which is the non-target mode of the Lamb wave of the material. .
また,この配管板厚測定装置は,前記伝搬速度vfの表示として,前記伝搬速度と前記周波数との関係の特性をプロットする機能を有するものである。なお,伝搬速度−周波数特性上には,各配管厚に対する板厚,例えば,0.1mm,0.5mm,1mm,2mm,3mm,5mm,10mm等の厚さに対する理論的な曲線を表示できる機能を有することである。この理論的な厚み曲線と求めたプロットの相関を一目するだけで,容易に,はっきり且つ信頼性に富んで板厚を読み取ることができる。 This pipe plate thickness measuring device has a function of plotting the characteristic of the relationship between the propagation speed and the frequency as an indication of the propagation speed vf. In addition, on the propagation velocity-frequency characteristics, a function that can display a theoretical curve for the thickness of each pipe thickness, for example, 0.1 mm, 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 10 mm, etc. It is to have. By simply looking at the correlation between this theoretical thickness curve and the obtained plot, the thickness can be easily and clearly read with high reliability.
また,この配管板厚測定装置は,前記配管の前記板厚のデータは,表示部に表示すると共に,無線又は有線で前記データを遠隔地に送信して表示する機能を有するものである。また,この配管板厚測定装置は,前記配管の前記板厚のデータを保存するメモリを有し,異なるセンサ位置で測定した結果を併せて表示できる機能を有するものである。これにより,同一配管で位置を変えて板厚を測定することによって,配管の板厚が同一であれば,同一結果が表示され,板厚の測定結果が信頼性を有して即座に確認できる。また,板厚の測定結果が異なれば,細分化してセンサ距離を変化させてその周辺の板厚を測定することによって,面的な板厚の分布を測定することができる。 The pipe plate thickness measuring device has a function of displaying the plate thickness data of the pipe on a display unit and transmitting and displaying the data to a remote place wirelessly or by wire. Further, this pipe plate thickness measuring device has a memory for storing the plate thickness data of the pipe and has a function of displaying the results measured at different sensor positions. As a result, if the plate thickness of the pipe is the same by changing the position of the same pipe and measuring the plate thickness, the same result is displayed, and the measurement result of the plate thickness can be confirmed immediately with reliability. . If the measurement results of the plate thickness are different, the distribution of the plate thickness can be measured by subdividing and changing the sensor distance and measuring the plate thickness in the vicinity.
この配管板厚測定装置は,上記のように構成されているので,原子力発電所,火力発電所,化学プラント等の配管に機械振動,例えば,超音波信号を入力すると,配管の板厚とその信号の周波数に依存する速度分散を有するラム波という波が配管中を伝搬する。そのため,入力信号の周波数を設定して,その既知の周波数成分の伝搬速度を測定することによって,ラム波の速度分散特性の理論に基づき配管の板厚を測定できる。また,入力信号の周波数を変化させて複数の信号を入力すること,及び測定結果を速度−周波数特性におように直感的に配管の板厚を読み取れるように表示することによって,測定の信頼性を向上させることができる。 Since this pipe thickness measuring device is configured as described above, when mechanical vibrations, for example, an ultrasonic signal is input to the piping of a nuclear power plant, thermal power plant, chemical plant, etc., the pipe thickness and its A wave called a Lamb wave having velocity dispersion depending on the frequency of the signal propagates through the pipe. Therefore, the pipe thickness can be measured based on the theory of Lamb wave velocity dispersion characteristics by setting the frequency of the input signal and measuring the propagation velocity of the known frequency component. In addition, by inputting multiple signals by changing the frequency of the input signal, and displaying the measurement results so that the pipe thickness can be read intuitively as in the speed-frequency characteristics, the reliability of the measurement Can be improved.
この発明による配管板厚測定装置は,概して,原子力発電所,火力発電所,化学プラント,ガス,水道,水素システム等の配管の板厚を測定するのに,配管中を伝わる超音波が板厚と周波数に依存した速度分散性を有するラム波という波で伝搬することに着目し,この速度分散特性を利用して,配管の板厚を測定するものである。この配管板厚測定装置は,具体的には,入力用センサと出力用センサとの少なくとも2つの超音波センサを用いて,既知である伝搬信号の周波数成分とセンサ距離及び測定された伝搬速度が求められ,その値から板厚を算出するものである。この時,周波数を変化させて複数の速度を求め,「速度−周波数特性」をプロットすることで直感的に配管の板厚を読み取れるようにすると共に,その特性が有る板厚の理論曲線に一致しない場合には,局所的に板厚が異なっている場所が存在するか,測定に誤りがあるかが一目で確認でき,信頼性の高い板厚の測定が可能になる。また,センサの取付け位置とセンサの間隔を変えることによって三次元的な配管の板厚の分布を求めることができる。この配管板厚測定装置は,円筒の配管に適用して好ましいものであり,角形等の配管では,反射等の諸条件を補正する必要があることは勿論である。 The pipe thickness measuring device according to the present invention is generally used to measure the thickness of pipes of nuclear power plants, thermal power plants, chemical plants, gas, water, hydrogen systems, etc. Focusing on the propagation of waves with a Lamb wave with velocity-dependent velocity dispersion, the pipe thickness is measured using this velocity dispersion characteristic. Specifically, this pipe thickness measuring device uses at least two ultrasonic sensors, ie, an input sensor and an output sensor, to determine the frequency component of the propagation signal, the sensor distance, and the measured propagation velocity. The thickness is calculated from this value. At this time, changing the frequency to obtain multiple speeds and plotting the “speed-frequency characteristics” makes it possible to intuitively read the pipe thickness, and matches the theoretical curve of the thickness with the characteristics. If not, it is possible to confirm at a glance whether there is a place where the thickness is locally different or whether there is an error in the measurement, which makes it possible to measure the thickness with high reliability. Further, the distribution of the plate thickness of the three-dimensional pipe can be obtained by changing the sensor mounting position and the sensor interval. This pipe plate thickness measuring apparatus is preferably applied to a cylindrical pipe, and it is needless to say that various conditions such as reflection must be corrected for a square pipe or the like.
以下,図面を参照して,この発明による配管板厚測定装置の実施例を説明する。この配管板厚測定装置は,原子力発電所,火力発電所,化学プラント等の配管の板厚の厳密な管理が必要な箇所の板厚の検査を非破壊で簡易に精度良く実施できるものであり,従来の装置のように,配管の板厚の数値を表示するだけでなく,可視的に即ちビジョアル的に配管の板厚を表示するため,詳しくは,速度−周波数特性曲線で表示するため,配管の板厚の測定値が直感的に正しいか否かの判断ができ,板厚について信頼性に富んだ測定が可能になった。 Hereinafter, embodiments of a pipe plate thickness measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. This pipe thickness measuring device is capable of nondestructive and simple and accurate inspection of the thickness of parts that require strict control of the pipe thickness of nuclear power plants, thermal power plants, chemical plants, etc. In addition to displaying the pipe thickness values as in the conventional equipment, the pipe thickness is displayed visually, that is, visually, in detail, in order to display the speed-frequency characteristic curve in detail. It was possible to intuitively judge whether the measured value of the pipe thickness was correct, and it was possible to measure the thickness of the pipe with high reliability.
図1には,この発明による配管板厚測定装置の一実施例が示されている。この配管板厚測定装置は,予め任意に設定された超音波による入力信号を配管3に対して入力するための1つの信号入力センサ1と,信号入力センサ1の入力信号に応答して発生するラム波を検出する1つ以上の検出センサ2とを有しており,信号入力センサ1と検出センサ2との間において特定の周波数機械振動のセンサ間の伝搬速度を,ラム波の伝搬速度分散に基づき求めることによって配管3の板厚を測定するものである。
FIG. 1 shows an embodiment of a pipe plate thickness measuring apparatus according to the present invention. This pipe plate thickness measuring device is generated in response to an input signal of one signal input sensor 1 for inputting an input signal by an ultrasonic wave arbitrarily set in advance to the
この配管板厚測定装置は,具体的には,配管3には,配管3の板厚を測定する場所に信号入力センサ1と,信号入力センサ1から距離Lだけ隔置した位置に検出センサ2とがセットされている。検出センサ2は,配管3に対して複数箇所に設けることができるものである。信号入力センサ1には,信号発生回路4からの入力信号が入力される。信号発生回路4は,入力部5からの信号発生の処理によって作動し,予め決められた超音波による入力信号を発生させる。また,入力部5は,周波数,配管3の板部材の材料,及び信号入力センサ1と検出センサ2との距離Lの情報が予めセットされており,それらの情報に応じて決められた入力信号が信号発生回路4から発せられる。また,信号発生回路4で発生した入力信号は,測定解析部7に送り込まれる。また,入力部5からの情報は,配管材料物性データベース6に入力され,配管材料物性データベース6において,配管材料と周波数により求まる理論的な板厚と伝搬速度の情報は,測定解析部7に送り込まれる。
Specifically, this pipe plate thickness measuring device includes a
一方,検出センサ2で測定された信号は,配管3の板厚とその信号の周波数に依存する速度分散を有するラム波の情報についての検出信号であり,アンプ8に送り込まれて増幅される。増幅された信号は,アンプ8から入力周波数成分抽出フイルタ9に送られて入力周波数成分が取り出される。フイルタ9で取り出された入力周波数成分は,測定解析部7に入力される。また,この配管板厚測定装置における測定解析部7は,入力検出信号の時間差即ち伝搬時間Δtと長さLから入力信号周波数に対する伝搬速度vfを求め,これと配管材料の物性データベース6からの理論的な伝搬速度とを比較し解析することで板厚を導出する機能を有するものである。測定解析部7では,検出された入力周波数成分が,配管材料物性データベース6と信号発生回路4との情報を考慮して解析される。測定解析部7で解析導出された板厚とラム波の伝搬時間Δtと伝搬速度vfとの検出結果は,表示部10で表示されると共に,メモリ11に記録される。
On the other hand, the signal measured by the
この配管板厚測定装置は,入力信号の1つ又は2つ以上の周波数,信号入力センサ1と検出センサ2との間のセンサ間距離L,配管3の板部材の材料,及び各種の設定条件を入力する機能を有し,入力信号の周波数に対する板厚と,それらの平均値をそれぞれ個別の数値として,或いはラム波の伝搬速度と周波数との特性上にプロットして表示する機能を有するものである。ここで,入力信号は,配管3の板厚に応じて変化させ,実質的に100Hz〜20MHzの範囲内での単一周波数成分で構成される信号である。また,入力信号の周波数は,最低次の反対称モードであるAlモード以上を含まない範囲で使用するものである。非対称モードは,位相速度に低い方からA0,A1,A2・・・で示され,また,対称モードは,位相速度に低い方からS0,S1,S2・・・で示される。ラム波のそれぞれの固有振動モードは,周波数によって伝搬速度Δtが異なる強い分散性を示す。例えば,配管3がアルミニウム板の場合に,Alモードを含まないA0モードの範囲の周波数(f)と板厚(w)との積(fw)は,およそfw<1.5MHzmmである。配管3の板厚wが10mmであるなら周波数fは,f<150kHzmmとなり,この値以下の周波数成分を用いて測定を行うものである。
This pipe plate thickness measuring apparatus includes one or more frequencies of an input signal, a distance L between sensors between the signal input sensor 1 and the
また,入力信号の入力は,単一周波数成分で構成される信号が1つだけ,或いは複数の異なる周波数成分を複数入力するかを選択して入力できる機能を有するものである。例えば,配管3の板厚wは,150kHz以下で,20kHz,50kHz,80kHz,100kHz等の複数の単一周波数成分で測定を行うということであり,これにより伝搬速度−周波数特性のカーブ上に複数の点がプロットされることになる。また,配管3の板厚wは,同一の周波数f又は複数の異なる周波数fで,何回も入力し,これらの値の平均を出すことによっても測定できる。
The input signal has a function of selecting and inputting only one signal composed of a single frequency component or a plurality of different frequency components. For example, the thickness w of the
この配管板厚測定装置において,信号入力センサ1と検出センサ2は,測定対象物である配管3の板部材との接触或いは非接触を問わず,測定対象物にA0モードのラム波を誘起させ,検出信号を取得できるものを使用するものである。また,検出センサ2による検出信号は,アンプ8で増幅され,フイルタ機能を持つ入力周波数成分抽出フイルタ9によって入力信号と同じ周波数成分だけを抽出される。
In this pipe plate thickness measuring device, the signal input sensor 1 and the
また,この配管板厚測定装置は,信号入力センサ1による入力信号と検出センサ2による検出信号は,1回だけの測定,又は複数回をアベレージングして入力信号と検出信号とのシグナル/ノイズ(S/N)を良くする機能を有するものである。また,この配管板厚測定装置は,入力信号発振から検出信号到達までの伝搬時間Δtを測定するものであり,これらの情報は測定解析部7で解析して得られる情報である。また,信号入力センサ1と検出センサ2との間の距離即ち長さLは,任意に設定できるものであり,入力部5から配管材料物性データベース6を通じて測定解析部7に長さLの信号が入力されるものである。この配管板厚測定装置は,伝搬時間Δtと長さLから伝搬速度vfを求め,材料,周波数f及び伝搬速度vfから配管3の板厚wが求められる。或いは,CPUが事前に複数のセンサ距離を記憶しておき,その距離に対応して即座にセンサ距離を設定できる治具を付属してもよいものである。
In addition, this pipe plate thickness measuring apparatus uses only one measurement of the input signal from the signal input sensor 1 and the detection signal from the
また,この配管板厚測定装置は,配管3の板部材の材料を入力する機能を有し,前記材料の前記ラム波の非対象モードであるA0モードの理論的な速度分散特性のデータベースを有するものである。また,この配管板厚測定装置は,伝搬速度vfの表示として,伝搬速度と周波数との関係の特性をプロットする機能を有するものである。なお,伝搬速度−周波数特性上には,各配管厚に対する厚さ,例えば,0.1mm,0.5mm,1mm,2mm,3mm,5mm,10mm等の厚さに対する理論的な曲線を表示できる機能を有することである。この理論的な厚み曲線と求めたプロットの相関を一目するだけで,容易に,信頼性に富んだはっきりと的確に板厚を読み取ることができる。
In addition, this pipe plate thickness measuring device has a function of inputting the material of the plate member of the
また,この配管板厚測定装置は,配管3の板厚のデータは,表示部10に表示すると共に,無線又は有線でデータを遠隔地に送信して表示する機能を有するものである。また,この配管板厚測定装置は,配管3の板厚のデータを保存するメモリ11を有し,異なるセンサ位置で測定した結果を併せて表示できる機能を有するものである。これにより,同一配管で位置を変えて板厚を測定することによって,配管の板厚が同一であれば,同一結果が表示され,板厚の測定結果が信頼性を有して即座に確認できる。また,この配管板厚測定装置は,細分化してセンサ距離を変化させてその周辺の板厚を測定することによって,面的な板厚の分布を詳細に測定することができる。
The pipe thickness measuring device has a function of displaying the thickness data of the
図2には,表示部10に表示される伝搬速度−周波数特性が曲線として示されている。配管3の板厚w(mm)について,横軸の周波数:f(kHz)に対する縦軸の伝搬装置(m/s)の関係が示されている。図2における配管3の板厚は,0.1mm,0.5mm,1.0mm,2.0mm,3.0mm,5.0mm,及び10.0mmである。また,表示部10では,図示していないが,配管3の板厚w,周波数f及び伝搬速度vfをデジタル表示にすることもできるように構成されている。この配管板厚測定装置は,板厚wを各周波数f又は同一周波数fでの値,又は全ての周波数fでの平均値と各値をデジタル表示することができる。
In FIG. 2, the propagation velocity-frequency characteristic displayed on the
図3及び図4には,配管3の板材料が鉄(Fe)からなる場合の伝搬速度−周波数特性の曲線が示されている。配管3の板厚wにより横軸の周波数fの数値が異なっている。伝搬速度は,m/sであり,周波数fは,単位がkHz又はMHzである。
図3の(A)における曲線は,配管3の板厚wが0.1mm,0.5mm,1.0mm,2.0mm,3.0mm,5.0mm,及び10.0mmであり,周波数fの数値は,0〜200kHzである。また,図3の(B)における曲線は,配管3の板厚wが5.0mm,10.0mm,15.0mm,20.0mm,30.0mm,及び50.0mmであり,周波数fの数値は,0〜40kHzである。
また,図4における曲線は,配管3の板厚wが30.0mm,50.0mm,80.0mm,及び100.0mmであり,周波数fの数値は,0〜20kHzである。
図3及び図4から分かるように,配管3の板厚が厚くなるほど低い周波数になる。
3 and 4 show curves of propagation velocity-frequency characteristics when the plate material of the
The curve in FIG. 3A shows that the plate thickness w of the
In the curve in FIG. 4, the plate thickness w of the
As can be seen from FIGS. 3 and 4, the frequency becomes lower as the thickness of the
図5及び図6には,配管3の板材料がアルミニウム(Al)からなる場合の伝搬速度−周波数特性の曲線が示されている。配管3の板厚wにより横軸の周波数fの数値が異なっている。伝搬速度は,m/sであり,周波数fは,単位がkHz又はMHzである。
図5の(A)における曲線は,配管3の板厚wが0.1mm,0.5mm,1.0mm,2.0mm,3.0mm,5.0mm,及び10.0mmであり,周波数fの数値は,0〜20kHzである。また,図5の(B)における曲線は,配管3の板厚wが5.0mm,10.0mm,15.0mm,20.0mm,30.0mm,及び50.0mmであり,周波数fの単位は,0〜40kHzである。
また,図6の(A)における曲線は,配管3の板厚wが30.0mm,50.0mm,80.0mm,及び100.0mmであり,周波数fの数値は,0〜20kHzである。また,図6の(B)における曲線は,配管3の板厚wが0.01mm,0.02mm,0.03mm,0.04mm,0.05mm,及び0.1mmであり,周波数fの数値は,0〜20MHzである。
図5及び図6から分かるように,配管3の板厚が厚くなるほど低い周波数になる。
5 and 6 show curves of propagation velocity-frequency characteristics when the plate material of the
The curve in FIG. 5A shows that the plate thickness w of the
Moreover, the curve in (A) of FIG. 6 is that the plate | board thickness w of the
As can be seen from FIGS. 5 and 6, the frequency becomes lower as the thickness of the
図7には,配管3が鉄管の場合の伝搬速度−周波数特性の曲線が示されている。配管3の板厚wにより横軸の周波数fの数値が異なっている。伝搬速度は,m/sであり,周波数fは,単位がkHz又はMHzである。
曲線は,配管3の板厚wが3.0mm,及び5.8mmであり,周波数fの数値が,0〜300kHzの場合で示されている。図7から分かるように,配管3の板厚が厚くなるほど低い周波数になる。
FIG. 7 shows a curve of propagation velocity-frequency characteristics when the
The curves are shown in the case where the plate thickness w of the
次に,図8を参照して,ラム波の速度分散特性を説明する。
有限の厚さの板を伝わる波は,板波又はラム波と呼ばれる。ラム波は,対称モードと反対称モード(非対称モード)とがあり,単にSモード,Aモードともいう。ラム波は,分散性の波であり,周波数fと板厚wの積fwによってその位相速度cが変化する。そこで,ラム波の1例として,アルミニウム板におけるラム波の位相速度を図8に示す。図8において,横軸は周波数fと配管3の板厚wとの積の値(MHz・mm)であり,縦軸がラム波の位相速度c(m/s)である。図中,Clはアルミニウム中の縦波音速,Csはアルミニウム中の横波音速,及びCRはアルミニウムの表面波音速を示す。図8から分かるように,f・wの値が大きくなるにつれて,多くのモードが伝搬し得るようになるが,A0モード,S0モードの位相速度cは,表面波音速CRに近づき,他のモードは横波音速Csに近づくことが分かる。
Next, the velocity dispersion characteristic of the Lamb wave will be described with reference to FIG.
A wave that travels through a plate of finite thickness is called a plate wave or Lamb wave. Lamb waves have a symmetric mode and an anti-symmetric mode (asymmetric mode), and are also simply referred to as S mode and A mode. The Lamb wave is a dispersive wave, and its phase velocity c changes depending on the product fw of the frequency f and the plate thickness w. Therefore, as an example of the Lamb wave, the Lamb wave phase velocity in the aluminum plate is shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the product value (MHz · mm) of the frequency f and the plate thickness w of the
この発明による配管板厚測定装置は,例えば,原子力発電所,火力発電所等の蒸気配管,化学プラントの配管,ガス管,水道管等の配管について,配管の板厚を全領域にわたって測定することに適している。 The pipe thickness measuring apparatus according to the present invention measures the thickness of pipes over the entire area of, for example, steam pipes of nuclear power plants, thermal power plants, etc., pipes of chemical plants, gas pipes, water pipes, etc. Suitable for
1 信号入力センサ
2 検出センサ
3 配管
4 信号発生回路
5 入力部
6 配管材料物性データベース
7 測定解析部
8 アンプ
9 入力周波数成分抽出フイルタ
10 表示部
11 メモリ
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