JPH01109255A - 電磁式超音波変換法 - Google Patents
電磁式超音波変換法Info
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- JPH01109255A JPH01109255A JP63238659A JP23865988A JPH01109255A JP H01109255 A JPH01109255 A JP H01109255A JP 63238659 A JP63238659 A JP 63238659A JP 23865988 A JP23865988 A JP 23865988A JP H01109255 A JPH01109255 A JP H01109255A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、液を内蔵する囲いの中の液位及び泡形成の
監視のための電磁式超音波変換法に関する。
監視のための電磁式超音波変換法に関する。
[従来の技術]
試験体の導電性材料の中で、送信変換器の準静的磁界と
電磁的高周波磁界とを重畳することにより、動力学的な
力が材料粒子に加えられ、それにより超音波振動が発生
され(送信過程)、又は逆に試験体に入射する超音波と
これにより引き起こされる材料粒子の振動とにより電界
が誘導され、この電界が受信変換器の電磁的高周波磁界
と準静的磁界とに誘導的に影響を与え(受信過程)、こ
うして送信過程では超音波振動の励振が行われ。
電磁的高周波磁界とを重畳することにより、動力学的な
力が材料粒子に加えられ、それにより超音波振動が発生
され(送信過程)、又は逆に試験体に入射する超音波と
これにより引き起こされる材料粒子の振動とにより電界
が誘導され、この電界が受信変換器の電磁的高周波磁界
と準静的磁界とに誘導的に影響を与え(受信過程)、こ
うして送信過程では超音波振動の励振が行われ。
また受信過程ではローレンツの力により、また試験体の
材料が強磁性の場合には更に磁力と磁気ひずみとにより
、電界の誘導が行われる電磁式超音波変換法は、非破壊
検査法のための7ラウンボー77 (Fraunhof
er)研究所発行の報告書、第1−84号掲載のヒュプ
シ、 y (G、 Huebgchen) 、レブリン
ゲル(W、 Repplinger ) 、ザルップル
ゲル(H,−J、 Salzburger )共著「電
磁形変換器による超音波検査(Ultraschall
pruefung mjtelektros+agne
tischen Wandlern) J 、第2Sペ
ージないし第32ページに詳細に記載されている。
材料が強磁性の場合には更に磁力と磁気ひずみとにより
、電界の誘導が行われる電磁式超音波変換法は、非破壊
検査法のための7ラウンボー77 (Fraunhof
er)研究所発行の報告書、第1−84号掲載のヒュプ
シ、 y (G、 Huebgchen) 、レブリン
ゲル(W、 Repplinger ) 、ザルップル
ゲル(H,−J、 Salzburger )共著「電
磁形変換器による超音波検査(Ultraschall
pruefung mjtelektros+agne
tischen Wandlern) J 、第2Sペ
ージないし第32ページに詳細に記載されている。
有利な用途としてこの報告書の中に第4.1項で自由な
波による壁の厚い部品の内部欠陥の検査、第4.2項で
表面及び表面領域の検査また第4.3項で導かれた波(
板上の波、管上の波。
波による壁の厚い部品の内部欠陥の検査、第4.2項で
表面及び表面領域の検査また第4.3項で導かれた波(
板上の波、管上の波。
棒上の波)による検査が述べられている。
ドイツ連邦共和国特許第2855804号明細書には、
送信変換器及び/又は受信変換器として働くことができ
る動電形超音波変換器の種々の実施例が記載されている
。
送信変換器及び/又は受信変換器として働くことができ
る動電形超音波変換器の種々の実施例が記載されている
。
ドイツ連邦共和国特許第29474H号明細書及びドイ
ツ連邦共和国特許出願公開第29473E12号公報に
記載のこの種類に属さない方法と装置によれば、従来液
状の媒体を内蔵する容器及び管路の場合の液位及び泡形
成の監視のために、厚さ方向に振動する縦波を送信又は
受信する圧電形変換器が超音波送信器及び超音波受信器
として採用された。この厚さ方向の振動を容器壁又は管
壁に伝達するために、結合媒体と呼ばれる音を伝える媒
体が必要となる。その際下記の問題が生じる。
ツ連邦共和国特許出願公開第29473E12号公報に
記載のこの種類に属さない方法と装置によれば、従来液
状の媒体を内蔵する容器及び管路の場合の液位及び泡形
成の監視のために、厚さ方向に振動する縦波を送信又は
受信する圧電形変換器が超音波送信器及び超音波受信器
として採用された。この厚さ方向の振動を容器壁又は管
壁に伝達するために、結合媒体と呼ばれる音を伝える媒
体が必要となる。その際下記の問題が生じる。
a) 高温度の部品及び濡らし又は汚すことが許されな
い敏感な表面に対しては、液状の結合媒体の採用は容易
には可能でない、更に長期間にわたり結合の不変性を保
証する装置が構造上高価であり、特に既存の設備への増
設を考慮すれば高価であるということに注意すべきであ
る。
い敏感な表面に対しては、液状の結合媒体の採用は容易
には可能でない、更に長期間にわたり結合の不変性を保
証する装置が構造上高価であり、特に既存の設備への増
設を考慮すれば高価であるということに注意すべきであ
る。
b) 乾燥結合の場合には、センサと容器壁又は管壁と
の間に例えば銀から或る箔が挿入される。
の間に例えば銀から或る箔が挿入される。
そしてばね力を介してセンサが容器又は管路に押し付け
られる。この方法は容器壁の加工に高い要求を課すこと
になる。なぜならば良好な結合を可能にするために、セ
ンサの接触範囲では容器壁は平らでかつ十分に滑らかで
なければならないからである。更に結合箔の特性が時間
の経過につれて変化することが許されないということを
考慮すべきである。この方法は同様にセンサを容器壁に
押し付けることができる装置を必要とし、このことは既
存の設備の増設の際に少なからぬ困難を招くおそれがあ
る。
られる。この方法は容器壁の加工に高い要求を課すこと
になる。なぜならば良好な結合を可能にするために、セ
ンサの接触範囲では容器壁は平らでかつ十分に滑らかで
なければならないからである。更に結合箔の特性が時間
の経過につれて変化することが許されないということを
考慮すべきである。この方法は同様にセンサを容器壁に
押し付けることができる装置を必要とし、このことは既
存の設備の増設の際に少なからぬ困難を招くおそれがあ
る。
[発明が解決しようとする課m1ll
この発明は、超音波プローブの結合のために液状の結合
媒体又は特殊な結合箔の中間層を必要とすること無く、
容器又は管路の形の液特に水を導く囲いの中の液位及び
泡形成の監視を可能にするような、超音波変換法を提供
することを目的とする。
媒体又は特殊な結合箔の中間層を必要とすること無く、
容器又は管路の形の液特に水を導く囲いの中の液位及び
泡形成の監視を可能にするような、超音波変換法を提供
することを目的とする。
[課題を解決するための手段]
この目的は前記の種類の電磁式超音波変換法においてこ
の発明に基づき、容器及び管路の形の液を内蔵するか又
は導く囲いの中の液位及び泡形成を監視するために、少
なくとも一つの送信変換器が囲いの壁に結合され、この
壁の中に超音波振動が発生し、壁により囲まれた囲いの
内部空間の中に液が有るか、又は蒸気/ガスの泡を混入
された液が有るか、又は蒸気/ガス状の流体だけが有る
かに関係して、この超音波振動が、壁に結合された少な
くとも一つの受信変換器の中に、振幅及び/又は位相に
ついて異なる超音波反射波信号を誘導し、この反射波信
号は壁の内側の境界面から反射されるか、又は液の中に
侵入して液の中の或る道程を進んだ後に反射体上に当た
り、この反射体から反射信号が再び液及び壁を通り抜け
て受信変換器にはね返されることにより達成される。
の発明に基づき、容器及び管路の形の液を内蔵するか又
は導く囲いの中の液位及び泡形成を監視するために、少
なくとも一つの送信変換器が囲いの壁に結合され、この
壁の中に超音波振動が発生し、壁により囲まれた囲いの
内部空間の中に液が有るか、又は蒸気/ガスの泡を混入
された液が有るか、又は蒸気/ガス状の流体だけが有る
かに関係して、この超音波振動が、壁に結合された少な
くとも一つの受信変換器の中に、振幅及び/又は位相に
ついて異なる超音波反射波信号を誘導し、この反射波信
号は壁の内側の境界面から反射されるか、又は液の中に
侵入して液の中の或る道程を進んだ後に反射体上に当た
り、この反射体から反射信号が再び液及び壁を通り抜け
て受信変換器にはね返されることにより達成される。
この発明の有利な実施態様は請求項2以下に記載されて
いる。
いる。
[発明の効果]
この発明により得られる長所は特に、電磁式超音波変換
法の原理に基づき作動する送信変換器と受信変換器(以
下EMU3変換器と略称する)の採用により、前記の結
合問題が解決されるということにある。この発明に基づ
く変換法により、導電性材料の中への超音波の送受信が
結合媒体無しにまた容器壁ないし管壁との物理的な接触
無しに可能となる。
法の原理に基づき作動する送信変換器と受信変換器(以
下EMU3変換器と略称する)の採用により、前記の結
合問題が解決されるということにある。この発明に基づ
く変換法により、導電性材料の中への超音波の送受信が
結合媒体無しにまた容器壁ないし管壁との物理的な接触
無しに可能となる。
〔実施例]
次にこの発明に基づく超音波変換法の複数の実施例な示
す図面により、この発明の詳細な説明する。
す図面により、この発明の詳細な説明する。
この発明に基づく方法は第1図ないし第5図に示す第1
の実施例の場合に非常に簡単に実現される。この変換法
の物理的な根拠については、前記の論文、ザルラブルゲ
ル(H,−J。
の実施例の場合に非常に簡単に実現される。この変換法
の物理的な根拠については、前記の論文、ザルラブルゲ
ル(H,−J。
Salzburg@r)他共著、「電磁層変換器による
超音波検査(Ultraschallprusfung
sit elektro−magnetigchen
l1andlern ) J 、非破壊検査法のため
のフラウンホーファ(Fraunhofer)研究所(
ザールブリュッケン)発行の報告書第1−84号、を参
照されたい、第1図及び第4図に示されたEMUS変換
器(E M U S = elektromagne−
tische Ultragchall−Wandlu
ng )は同時に送信変換器及び受信変換器として作動
し、それゆえに符号5EI(第1図の上側の変換器)及
び5E2(第1図の下側の変換器と第4図の変換器)が
付けられている。第1図においてこれらの変換器は、原
子炉特に沸騰水形原子炉の圧力容器の容器壁lの外面上
に載せられ結合されている。この容器壁1は、容器壁l
の内面1.1に対し間隔a1をおいて配置され反射体と
して働く組込壁2と同様に、この発明の対象となる部分
だけが示されている0組込壁は例えば図示されていない
燃料集合体を囲む容器に付設することができる。
超音波検査(Ultraschallprusfung
sit elektro−magnetigchen
l1andlern ) J 、非破壊検査法のため
のフラウンホーファ(Fraunhofer)研究所(
ザールブリュッケン)発行の報告書第1−84号、を参
照されたい、第1図及び第4図に示されたEMUS変換
器(E M U S = elektromagne−
tische Ultragchall−Wandlu
ng )は同時に送信変換器及び受信変換器として作動
し、それゆえに符号5EI(第1図の上側の変換器)及
び5E2(第1図の下側の変換器と第4図の変換器)が
付けられている。第1図においてこれらの変換器は、原
子炉特に沸騰水形原子炉の圧力容器の容器壁lの外面上
に載せられ結合されている。この容器壁1は、容器壁l
の内面1.1に対し間隔a1をおいて配置され反射体と
して働く組込壁2と同様に、この発明の対象となる部分
だけが示されている0組込壁は例えば図示されていない
燃料集合体を囲む容器に付設することができる。
容器壁内面1.1と組込壁2との間の中間空間3.0は
水位3.1まで原子炉冷却水を充填され、この中間空間
は以下で水区間3と呼ばれる。
水位3.1まで原子炉冷却水を充填され、この中間空間
は以下で水区間3と呼ばれる。
第1図及び第4図に略示されたEMUS変換器SE1、
SE2は、ドイツ連邦共和国特許第2855804号明
細書の第4a図、第4b図及び第4C図に示され、明細
書で第5段、第66行ないし第6段、第21行に記載の
よう性基末的に構成できる。EMUS変換器SE1、S
E2の結合のために、結合面を濡らす必要も無くまた特
別な金属箔を間に挟む必要も無い。
SE2は、ドイツ連邦共和国特許第2855804号明
細書の第4a図、第4b図及び第4C図に示され、明細
書で第5段、第66行ないし第6段、第21行に記載の
よう性基末的に構成できる。EMUS変換器SE1、S
E2の結合のために、結合面を濡らす必要も無くまた特
別な金属箔を間に挟む必要も無い。
容器壁1の外面1.2に向かって図示されていない押圧
装置により押し付けられて容器fitに結合されたEM
US変換器のうち、第1図の下側の変換器SR2を考慮
すれば、2種類の反射波信号が認められる。すなわち組
込壁2で反射され、る第1種の反射波信号Elllは水
区間3と続いて容器壁1とを通過してEMUS変換器S
E2へ戻って来る。この変換器には送信波SWが属し、
この送信波はEMUS変換器SE2から送信され容器壁
l及び水区間3を通過し、その後送信波は組込壁2で反
射されそして第1種の反射波信号としてその道程をたど
る。第2種の反射波信号E1Sは、送信波Sl として
容器11’lの中に侵入し、しかし水区間3の中には侵
入することなく、容器壁内面又は内側境界面1.1によ
り直接反射される反射波信号を示す、第1種の反射波信
号Eljlはスクリーン上で時点1−0に関して時間間
隔to、zだけ遅れ、かつその捩輻を低減される。この
ことは第3図の第2種の反射波信号E1Sと比較すれば
明らかであり、第2種の反射波信号の時間遅れは符号t
O’、 I により示され、またその振幅のピークは
第1種の反射波信号の振幅ピークより高い、その原因は
第1種の反射波信号が水区間3を2回通過しなければな
らないということである。従ってm1種の反射波信号E
lllは、EMUS変換器SE2により監視される範囲
に原子炉冷却水又は一般に液が存在するということを示
す、これに反して第1図で変換器SE2の上方に設けら
れたEMUS変換器SEIの前には水区間が存在せず、
ただ空気室又はガス室3.0だけが存在する。それゆえ
にその送信波Slは内側境界面1.1で直接反射され、
第2種の反射波信号E+sとしてEMUS変換器SEI
に戻って来る(第2図をも参照)、この信号E1SはE
MUS変換器SE1.SE2のための総合監視作用をす
る。
装置により押し付けられて容器fitに結合されたEM
US変換器のうち、第1図の下側の変換器SR2を考慮
すれば、2種類の反射波信号が認められる。すなわち組
込壁2で反射され、る第1種の反射波信号Elllは水
区間3と続いて容器壁1とを通過してEMUS変換器S
E2へ戻って来る。この変換器には送信波SWが属し、
この送信波はEMUS変換器SE2から送信され容器壁
l及び水区間3を通過し、その後送信波は組込壁2で反
射されそして第1種の反射波信号としてその道程をたど
る。第2種の反射波信号E1Sは、送信波Sl として
容器11’lの中に侵入し、しかし水区間3の中には侵
入することなく、容器壁内面又は内側境界面1.1によ
り直接反射される反射波信号を示す、第1種の反射波信
号Eljlはスクリーン上で時点1−0に関して時間間
隔to、zだけ遅れ、かつその捩輻を低減される。この
ことは第3図の第2種の反射波信号E1Sと比較すれば
明らかであり、第2種の反射波信号の時間遅れは符号t
O’、 I により示され、またその振幅のピークは
第1種の反射波信号の振幅ピークより高い、その原因は
第1種の反射波信号が水区間3を2回通過しなければな
らないということである。従ってm1種の反射波信号E
lllは、EMUS変換器SE2により監視される範囲
に原子炉冷却水又は一般に液が存在するということを示
す、これに反して第1図で変換器SE2の上方に設けら
れたEMUS変換器SEIの前には水区間が存在せず、
ただ空気室又はガス室3.0だけが存在する。それゆえ
にその送信波Slは内側境界面1.1で直接反射され、
第2種の反射波信号E+sとしてEMUS変換器SEI
に戻って来る(第2図をも参照)、この信号E1SはE
MUS変換器SE1.SE2のための総合監視作用をす
る。
従って第1種の反射波信号Elllは「水が存在する」
という状態に対する指標として働き、また第2種の反射
波信号EI5は総合監視作用をする。
という状態に対する指標として働き、また第2種の反射
波信号EI5は総合監視作用をする。
第4図及び第5図は第3番目の可能性、すなわち「泡を
含む水が存在する」という状態を示す、この場合には水
区間3はガスの泡及び/又は蒸気の泡4を含む、この泡
4の容積率が過大でない場合には、水区間3の中に侵入
する送信波Svの一部は水と泡との間の境界面で反射さ
れ、第3種の反射波信号E211としてEMUS変換器
SE2へ戻って来るが、その際この第3種の反射波信号
は同様に振幅を低減され、第5図に個々の経過時間t3
.I 、 t312などで示すように、分散される。
含む水が存在する」という状態を示す、この場合には水
区間3はガスの泡及び/又は蒸気の泡4を含む、この泡
4の容積率が過大でない場合には、水区間3の中に侵入
する送信波Svの一部は水と泡との間の境界面で反射さ
れ、第3種の反射波信号E211としてEMUS変換器
SE2へ戻って来るが、その際この第3種の反射波信号
は同様に振幅を低減され、第5図に個々の経過時間t3
.I 、 t312などで示すように、分散される。
従来の経験が示すように泡容積率が極めて高くない限り
、EMUS変換器により評価可能な第3種の反射波信号
Ezvが受信できる。
、EMUS変換器により評価可能な第3種の反射波信号
Ezvが受信できる。
第6図に示す第2の実施例では、第1図ないし第5wJ
に示す実施例とは異なって、各−つの別個の送信変換器
Sと受信変換器EとがEMUS変換器として用いられ、
これらの変換器は容器壁1の外面1.2上に相互に間隔
a2をおいて配置され、垂ti l oに対し斜めに容
器壁1の中へ送り込まれた送信波3111を、境界面1
.1で屈折し組込壁2で反射した後に、第1種の反射波
信号EIWとして受信変換器Eが再び受信するようにな
っている。垂線1oに対する送信波5lllの入射角α
は例えば約40°′である。容器壁1はその内面に更に
めっき層1.3を備え、従ってめっき層の表面が境界面
1.1を形成する。この境界面1.1で送信波5N+は
垂線1oからγ中17″′の屈折角のもとに屈折され、
組込壁2で反射される。そして第2種の反射波信号El
jlは送信波5ljlに対する対棒軸線5−5に関して
鏡面対称に組込壁2で反射され、境界面1.2で垂線か
らそれて屈折され受信変換器Eに達する0例えば容器壁
1の厚さは170mm、水区間3の厚さ5Llは100
ないし600mmの範囲にあった。送信変換器Sの送信
波5lllは、垂直に偏向された自由な横波いわゆるS
v波とするのが有利である。この横波は水区間3が存在
する場合には鋼/水の境界面1.1で縦波に変換され、
この縦波は水区間3を通って組込壁2まで伝達される0
組込壁2での反射の後に縦波Elllは境界面1.2で
再び横波に変換され、そして受信変換器Eにより検出さ
れる。このことは「水が存在する」という状態に対して
成り立つ。
に示す実施例とは異なって、各−つの別個の送信変換器
Sと受信変換器EとがEMUS変換器として用いられ、
これらの変換器は容器壁1の外面1.2上に相互に間隔
a2をおいて配置され、垂ti l oに対し斜めに容
器壁1の中へ送り込まれた送信波3111を、境界面1
.1で屈折し組込壁2で反射した後に、第1種の反射波
信号EIWとして受信変換器Eが再び受信するようにな
っている。垂線1oに対する送信波5lllの入射角α
は例えば約40°′である。容器壁1はその内面に更に
めっき層1.3を備え、従ってめっき層の表面が境界面
1.1を形成する。この境界面1.1で送信波5N+は
垂線1oからγ中17″′の屈折角のもとに屈折され、
組込壁2で反射される。そして第2種の反射波信号El
jlは送信波5ljlに対する対棒軸線5−5に関して
鏡面対称に組込壁2で反射され、境界面1.2で垂線か
らそれて屈折され受信変換器Eに達する0例えば容器壁
1の厚さは170mm、水区間3の厚さ5Llは100
ないし600mmの範囲にあった。送信変換器Sの送信
波5lllは、垂直に偏向された自由な横波いわゆるS
v波とするのが有利である。この横波は水区間3が存在
する場合には鋼/水の境界面1.1で縦波に変換され、
この縦波は水区間3を通って組込壁2まで伝達される0
組込壁2での反射の後に縦波Elllは境界面1.2で
再び横波に変換され、そして受信変換器Eにより検出さ
れる。このことは「水が存在する」という状態に対して
成り立つ。
水が存在しないときには前記の第1種の反射波信号は生
じない、そのときは第2種の反射波信号だけが生じ、こ
の反射波信号は境界面1.1で反射又は全反射され、受
信変換器Eの面カバー範囲が十分に広い場合にはこの受
信変換器により、又は別個の受信変換器(図示されてい
ない)により受信できる。「泡を含む水が存在する」と
いう状態の場合には、第1種の反射波信号のほかに、第
4図及び第5図により既に説明したように、第1種の反
射波信号に比べてその振幅を減少されその経過時間に関
して分散された第3種の反射波信号が受信される。
じない、そのときは第2種の反射波信号だけが生じ、こ
の反射波信号は境界面1.1で反射又は全反射され、受
信変換器Eの面カバー範囲が十分に広い場合にはこの受
信変換器により、又は別個の受信変換器(図示されてい
ない)により受信できる。「泡を含む水が存在する」と
いう状態の場合には、第1種の反射波信号のほかに、第
4図及び第5図により既に説明したように、第1種の反
射波信号に比べてその振幅を減少されその経過時間に関
して分散された第3種の反射波信号が受信される。
比較的高い容積率を有する泡形成の場合には、容器の組
込壁2で反射され水区間3を通って伝達される超音波信
号はもはや評価できないことが分かった。この場合にも
再現可能な水位検出及び泡検出が可能なように、第7図
に示す第3の実施例に示すように、「水が存在しない」
という状態に相応する第2種の反射波信号として、容器
壁1の内外の境界面1.1.1.2で1回及び複数回全
反射される送信信号E Is、すなわち第1回のジャン
プ(1,Spr、) 、第2回のジャンプ(2,Spr
、)及びIs3回のジャンプ(3,8pr、)などの後
の全反射信号が利用されるように装置が構成されている
。従って送信変換器Sから送信波として送られた自由な
横波つまりSv波Elsは、空間3.0の中に水が存在
しない場合には第7図に示すように、境界面1.1及び
向かい合った外側の境界面1.2で複数回全反射される
。この実施例ではSv波は第1回のジャンプの後に受信
変換器E。
込壁2で反射され水区間3を通って伝達される超音波信
号はもはや評価できないことが分かった。この場合にも
再現可能な水位検出及び泡検出が可能なように、第7図
に示す第3の実施例に示すように、「水が存在しない」
という状態に相応する第2種の反射波信号として、容器
壁1の内外の境界面1.1.1.2で1回及び複数回全
反射される送信信号E Is、すなわち第1回のジャン
プ(1,Spr、) 、第2回のジャンプ(2,Spr
、)及びIs3回のジャンプ(3,8pr、)などの後
の全反射信号が利用されるように装置が構成されている
。従って送信変換器Sから送信波として送られた自由な
横波つまりSv波Elsは、空間3.0の中に水が存在
しない場合には第7図に示すように、境界面1.1及び
向かい合った外側の境界面1.2で複数回全反射される
。この実施例ではSv波は第1回のジャンプの後に受信
変換器E。
により、また第3回のジャンプの後に受信変換器E2に
より受信される。
より受信される。
第6図に示す実施例と同様に第1種の反射波信号も存在
し、この信号には送信波5111が属する。
し、この信号には送信波5111が属する。
泡の無い水が中間空間3.0の中に存在するときに、こ
の第1種の反射波信号が発生する。更に考察を進めるた
めに、泡容積率が比較的高く、従ってその結果この場合
には第1種の反射波信号E+wが消え、ま・た第1及び
第2の実施例により説明したように、第3種の反射波信
号も発生しないと仮定しよう、この場合には符号E’
HとE’ 2Sで示された別の第4種の反射波信号が用
いられる。
の第1種の反射波信号が発生する。更に考察を進めるた
めに、泡容積率が比較的高く、従ってその結果この場合
には第1種の反射波信号E+wが消え、ま・た第1及び
第2の実施例により説明したように、第3種の反射波信
号も発生しないと仮定しよう、この場合には符号E’
HとE’ 2Sで示された別の第4種の反射波信号が用
いられる。
第4種の反射波信号は第2種の反射波信号E Is、
E 2Sと同じ送信信号から発生し、特に全反射された
反射波信号ではなく、内外の容器壁1.1又は1.2で
複数回反射された反射波信号であり、すなわち第1回の
ジャンプ、第2回のジャンプ、第3回のジャブなどの後
の反射波信号であり、しかしながらこの信号は、各ジャ
ンプと共にその際隣接する水区間3の中へエネルギー放
散を行うために、全反射する第2種の反射波信号より多
くのエネルギーを失う、ガス/蒸気の泡が存在する場合
に、第3種の反射波信号が消えるときにも発生するこの
第4種の反射波信号E’ Is、E’ 2gは、相互に
及び/又は第2種の反射波信号E I S 、E 2
Sに関連づけられるので、第2種の反射波信号と第4種
の反射波信号との間の振幅差は、第1種及び第3種の反
射波信号が存在しない場合に、蒸気スミガスの泡(もち
ろん空気の泡もこれに属する)が水区間の中に存在する
ことに対する指標である。従って一方では「水が存在す
る」ときに受信され、また他方では「水が存在しない」
ときに受信される、受信変換器El 、E2の受信信号
の中に振幅差が生じる。後者の信号の振幅は大きく前者
の信号の一様幅は小さい。
E 2Sと同じ送信信号から発生し、特に全反射された
反射波信号ではなく、内外の容器壁1.1又は1.2で
複数回反射された反射波信号であり、すなわち第1回の
ジャンプ、第2回のジャンプ、第3回のジャブなどの後
の反射波信号であり、しかしながらこの信号は、各ジャ
ンプと共にその際隣接する水区間3の中へエネルギー放
散を行うために、全反射する第2種の反射波信号より多
くのエネルギーを失う、ガス/蒸気の泡が存在する場合
に、第3種の反射波信号が消えるときにも発生するこの
第4種の反射波信号E’ Is、E’ 2gは、相互に
及び/又は第2種の反射波信号E I S 、E 2
Sに関連づけられるので、第2種の反射波信号と第4種
の反射波信号との間の振幅差は、第1種及び第3種の反
射波信号が存在しない場合に、蒸気スミガスの泡(もち
ろん空気の泡もこれに属する)が水区間の中に存在する
ことに対する指標である。従って一方では「水が存在す
る」ときに受信され、また他方では「水が存在しない」
ときに受信される、受信変換器El 、E2の受信信号
の中に振幅差が生じる。後者の信号の振幅は大きく前者
の信号の一様幅は小さい。
既に述べたように、泡含有率が比較的大きい場合には、
第3種の反射波信号はもはや発生しないか又はもはや評
価できない、この場合には第7図に示すように、第1回
のジャンプと第3回のジャンプとの間の振幅差を液位検
出のために利用するのが特に有利である。従って振幅差
Ul =E+5−E2Sが第1回のジャンプの後の第2
種の反射波信号Elsと第3回のジャンプの後の第2種
の反射波信号E2Sとの間で形成される。更に振幅差U
2が第1回のジャンプの後の第4種の反射波信号E’
rsと第3回のジャンプの後の第4種の反射波信号E’
2Sとの間で形成され、レベルしきい値が定義される
。振幅差E1S−E2Sがこのしきい値を超えると、こ
の振幅差は「水が存在しない」という状態に対する指標
として働く、振幅差E′1S−E’2Sがこのしきい値
に満たないと、この振幅差は「水が存在する」又は「泡
を含む水が存在する」という状態に対する指標として働
く。
第3種の反射波信号はもはや発生しないか又はもはや評
価できない、この場合には第7図に示すように、第1回
のジャンプと第3回のジャンプとの間の振幅差を液位検
出のために利用するのが特に有利である。従って振幅差
Ul =E+5−E2Sが第1回のジャンプの後の第2
種の反射波信号Elsと第3回のジャンプの後の第2種
の反射波信号E2Sとの間で形成される。更に振幅差U
2が第1回のジャンプの後の第4種の反射波信号E’
rsと第3回のジャンプの後の第4種の反射波信号E’
2Sとの間で形成され、レベルしきい値が定義される
。振幅差E1S−E2Sがこのしきい値を超えると、こ
の振幅差は「水が存在しない」という状態に対する指標
として働く、振幅差E′1S−E’2Sがこのしきい値
に満たないと、この振幅差は「水が存在する」又は「泡
を含む水が存在する」という状態に対する指標として働
く。
水を通って伝達される信号EHIと、第1回及び第3回
のジャンプを経て受信される信号E1S、E2S又はE
’ Is、 E’ 25との評価の際に、次の表に示さ
れた状態が起こり得るが、これらの状態は受信論理の中
で評価できる。
のジャンプを経て受信される信号E1S、E2S又はE
’ Is、 E’ 25との評価の際に、次の表に示さ
れた状態が起こり得るが、これらの状態は受信論理の中
で評価できる。
表二三つの運転状態に対する指標
論
Elllが存在する 水が存在するEI
$−E2Sがしきい値未満 Btuが存在しない 水が存在するE+5
−E2SGALきい値未 ただし むE+vが
存在しない 水が存在しないE+5−E2
Sがしきい偵 ゛ 第8図には、第1回のジャンプ及び第3回のジャンプの
後の反射波信号の振幅差形成により得らえる二つの信号
レベルUs(r水が存在しない」)及びU2 (「水が
存在する」)が破線で記入されている0両信号レベルの
間隔は困難な条件の例として0.8dBにすぎない、こ
の間隔が陰極線オシログラフのスクリーン上で又は他の
計測塁具で明らかに認識できるように、多数の個々の振
幅値が平均化され、こうして「水が存在しない」という
状態に対する受信振幅差の平均値U1の最大変動幅Δl
と、「水が存在する」という状態に対する受信振幅差の
平均値U2の最大変動幅Δ2とが、与えられたSN比の
場合に最小値に低減され、それにより評価すべきレベル
差U、−U2が、平均化された受信振幅差U1、U2の
最大変動幅Δ1、Δ2の数倍例えば約3倍となる。第8
図に示すグラフで分かるように、測定値ごとの84=2
6個の個々の振幅差の平均化すなわち全数128個の測
定値の平均化との場合には、最大の変動幅は測定値の平
均値の約1%となる。符号nにより平均化の数を示す。
$−E2Sがしきい値未満 Btuが存在しない 水が存在するE+5
−E2SGALきい値未 ただし むE+vが
存在しない 水が存在しないE+5−E2
Sがしきい偵 ゛ 第8図には、第1回のジャンプ及び第3回のジャンプの
後の反射波信号の振幅差形成により得らえる二つの信号
レベルUs(r水が存在しない」)及びU2 (「水が
存在する」)が破線で記入されている0両信号レベルの
間隔は困難な条件の例として0.8dBにすぎない、こ
の間隔が陰極線オシログラフのスクリーン上で又は他の
計測塁具で明らかに認識できるように、多数の個々の振
幅値が平均化され、こうして「水が存在しない」という
状態に対する受信振幅差の平均値U1の最大変動幅Δl
と、「水が存在する」という状態に対する受信振幅差の
平均値U2の最大変動幅Δ2とが、与えられたSN比の
場合に最小値に低減され、それにより評価すべきレベル
差U、−U2が、平均化された受信振幅差U1、U2の
最大変動幅Δ1、Δ2の数倍例えば約3倍となる。第8
図に示すグラフで分かるように、測定値ごとの84=2
6個の個々の振幅差の平均化すなわち全数128個の測
定値の平均化との場合には、最大の変動幅は測定値の平
均値の約1%となる。符号nにより平均化の数を示す。
水区間3が100ないし300mmの場合には1組込壁
の信号EIWのほかに、容器内面1.1での第1回のジ
ャンプを経て反射された信号を、25ないし30dBの
SN比で標準条件のもとに受信変換器!+ (第7図
参照)により受信することは可能であるが、運転中に特
に動的損失が発生するおそれがある。この場合に「水が
存在する」という状態と「水が存在しない」という状態
との間の振幅差の確実な評価を可能にするために、第9
図に示すように信号E1Sの受信のために補助的な受信
変換II E 2 tが用いられる。従って第9図に示
すこの実施例では、特に水区間が大きい場合に、第1種
の反射波信号Elllと第1回のジャンプの後の第2種
の反射波信号EI3とが、各−つの受信変換1!E+又
はE21により受信される。そして第3回のジャンプの
後の第2種の反射波信号E2Sの受信のために別の受信
変換器E3が用いられる。
の信号EIWのほかに、容器内面1.1での第1回のジ
ャンプを経て反射された信号を、25ないし30dBの
SN比で標準条件のもとに受信変換器!+ (第7図
参照)により受信することは可能であるが、運転中に特
に動的損失が発生するおそれがある。この場合に「水が
存在する」という状態と「水が存在しない」という状態
との間の振幅差の確実な評価を可能にするために、第9
図に示すように信号E1Sの受信のために補助的な受信
変換II E 2 tが用いられる。従って第9図に示
すこの実施例では、特に水区間が大きい場合に、第1種
の反射波信号Elllと第1回のジャンプの後の第2種
の反射波信号EI3とが、各−つの受信変換1!E+又
はE21により受信される。そして第3回のジャンプの
後の第2種の反射波信号E2Sの受信のために別の受信
変換器E3が用いられる。
第7図及び第9図に示す原理的な両実施例により、第8
図に示す信号平均化に関連して、容器壁内面1.1から
組込壁2までの距離の通例の範囲において、信頼性の高
い再現可能な第2種及び第4種の反射波信号を得ること
が可能である。これらの反射波信号が「水が存在する」
又は「水が存在しない」又は「泡を含む水が存在する」
という三つの状態の識別を可能にする。
図に示す信号平均化に関連して、容器壁内面1.1から
組込壁2までの距離の通例の範囲において、信頼性の高
い再現可能な第2種及び第4種の反射波信号を得ること
が可能である。これらの反射波信号が「水が存在する」
又は「水が存在しない」又は「泡を含む水が存在する」
という三つの状態の識別を可能にする。
上記の変換法は原子炉圧力容器ここでは特に沸騰水形原
子炉の圧力容器の場合に採用できるばかりでなく、水又
は液を導く管路の場合にも採用できる。管路の場合には
結合されたEMUS変換器と反対側にある管の壁部分が
反射体の働きを引き受ける。
子炉の圧力容器の場合に採用できるばかりでなく、水又
は液を導く管路の場合にも採用できる。管路の場合には
結合されたEMUS変換器と反対側にある管の壁部分が
反射体の働きを引き受ける。
第1図、第4図、第6図、第7図、及び第9図はそれぞ
れこの発明に基づく超音波変換法を実施するための装置
の異なる実施例の配置を示す要部断面図(ただし第6図
、第7図及び第9図は90’回転して示されている)、
第2図、第3図及び第5図はそれぞれ第1図の上側の変
換器、下側の変換器及び第4図の変換器の受信信号を時
間を横軸として示した図、第8図は第7図及び第9図に
示す装置で「水が存在しない」という状態と「水が存在
する」という状態とにおいて第1回のジャンプ後と第3
回のジャンプ後との受信信号の振幅差のレベル及び振幅
差の最大変動幅を平均化に用いた振幅差数を横軸として
棒グラフで示した図である。 l・・・壁 1.1,1.2・・・境界面 2・・・反射体(組込!!り 3・・・液(水区間) 3.0・・・空間 4・・・泡 E、 El 、 E2 、 E3 、 E21、
S、SE1、SE2・・・超音波変換器 E1S、 E2S%E’ rs%!’ 28%E+v、
E2w…反射波信号 10・・・入射垂線 SL、SI1、S1M・・・送信波 Ul 、U2・・・受信振幅差 α・・・角度 Δ1.Δ2・・・最大変動幅
れこの発明に基づく超音波変換法を実施するための装置
の異なる実施例の配置を示す要部断面図(ただし第6図
、第7図及び第9図は90’回転して示されている)、
第2図、第3図及び第5図はそれぞれ第1図の上側の変
換器、下側の変換器及び第4図の変換器の受信信号を時
間を横軸として示した図、第8図は第7図及び第9図に
示す装置で「水が存在しない」という状態と「水が存在
する」という状態とにおいて第1回のジャンプ後と第3
回のジャンプ後との受信信号の振幅差のレベル及び振幅
差の最大変動幅を平均化に用いた振幅差数を横軸として
棒グラフで示した図である。 l・・・壁 1.1,1.2・・・境界面 2・・・反射体(組込!!り 3・・・液(水区間) 3.0・・・空間 4・・・泡 E、 El 、 E2 、 E3 、 E21、
S、SE1、SE2・・・超音波変換器 E1S、 E2S%E’ rs%!’ 28%E+v、
E2w…反射波信号 10・・・入射垂線 SL、SI1、S1M・・・送信波 Ul 、U2・・・受信振幅差 α・・・角度 Δ1.Δ2・・・最大変動幅
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)試験体の導電性材料の中で、送信変換器の準静的磁
界(B_0)と電磁的高周波磁界(B)とを重畳するこ
とにより、動力学的な力が材料粒子に加えられ、それに
より超音波振動が発生され(送信過程)、又は逆に試験
体に入射する超音波とこれにより引き起こされる材料粒
子の振動とにより電界が誘導さ れ、この電界が受信変換器の電磁的高周波磁界(B)と
準静的磁界(B_0)とに誘導的に影響を与え(受信過
程)、こうして送信過程では超音波振動の励振が行われ
、また受信過程ではローレンツの力(F_L)により、
また試験体の材料が強磁性の場合には更に磁力 (F_M)と磁気ひずみ(力F_M_S)とにより、電
界の誘導が行われる電磁式超音波変換法において、容器
及び管路の形の液を内蔵するか又は導く囲いの中の液位
及び泡形成を監視 するために、少なくとも一つの送信変換器 (SE1、SE2)が囲いの壁(1)に結合され、この
壁の中に超音波振動が発生し、壁により囲まれた囲いの
内部空間(3,0)の中に液(3)が有るか、又は蒸気
/ガスの泡(4)を混入された液(3)が有るか、又は
蒸気/ガス状の流体だけが有るかに関係し て、この超音波振動が、壁(1)に結合された少なくと
も一つの受信変換器(SE1、 SE2、E、E_1、E_2、E_2_1、E_3)の
中に、振幅及び/又は位相について異なる超音波反射波
信号を誘導し、この反射波信号は壁(1)の内側の境界
面(1,1)から反射されるか、又は液(3)の中に侵
入して液の中の或る道程を進んだ後に反射体(2)上に 当たり、この反射体から反射信号が再び液 (3)及び壁(1)を通り抜けて受信変換器(SE1、
SE2、E、E_1、E_2、E_2_1、E_3)に
はね返されることを特徴とする電磁式超音波変換法。 2)原子力発電所の原子炉圧力容器の場合に、冷却水の
水位及び泡形成の監視のために用いられ、このために少
なくとも一つの送信変換器(SE1、SE2、S)が外
から円筒形の原子炉圧力容器の容器壁に、正常の水位の
すぐ下の少なくとも一個所に結合され、容器壁(1)と
これに隣接する原子炉冷却水の水区間(3)を通って送
られ、更に水区間の内面に反射体として配置された組込
壁(2)上に当たる超音波送信波(S_W、S_1_W
)が、第1種の反射波信号(E_1_W)として容器壁
(1)の外面(1,2)へ逆送され、そこで受信変換器
(SE1、SE2、E)により「水が存在する」という
信号として受信され、これ に反して水が存在しない場合には、送信波 (S1)が容器壁(1)の内面(1,1) で反射され、そこで第2種の反射波信号 (E_1_S)として前記の受信変換器又は補助的な受
信変換器により「水が存在しない」という信号として受
信され、この第2種の反射波信号は一層短い経過時間と
一層大きい振幅とにより第1種の反射波信号から区別さ
れ、監視される水区間(3)の中に蒸気又はガスの泡(
4)が存在する場合には、泡容積率の或る限界までは、
「水が存在する」という第1種の反射波信号が「泡を含
む水が存在する」という第3種の反射波信号(E_2_
W)に変換され、第3種の反射波信号は複数の反射波部
分信号に分散されかつ振幅を減少されることを特徴とす
る請求項1記載の変換法。 3)沸騰水形原子炉の原子炉圧力容器の場合に、冷却水
の水位と泡形成との監視のために用いられることを特徴
とする請求項2記載の変換法。 4)送信変換器(S)により垂直に偏向された自由な横
波いわゆるSV波が、入射垂線 (l_0)に対して或る角度(α)を成し て入射され、それによりこの斜めの送信 波(S_1_W)が容器壁と水区間との境界面(1,1
)で垂線の方へ屈折され、かつ縦波に変換され、この縦
波が組込体(2)で反射後に水区間と容器壁との境界面
(1,1)を改めて通過する際にSV波に変換して戻さ れ、かつ垂線からそれて屈折され、そして 第1種又は第3種の反射波信号(E_1_W又はE_2
_W)として受信変換器(E)により受信され、水が存
在しない場合に容器壁(1)の内側境界面(1,1)で
全反射され、そこから受信変換器(E)へ屈折されない
で到達する第2種の反射波信号(E_1_S)から、振
幅及び位相に関して区別されることを特徴とする請求項
2又は3記載の変換法。 5)泡容積率が比較的高い場合に水位又は泡の検出のた
めに、「水が存在しない」という 状態に相応する第2種の反射波信号とし て、容器壁(1)の内外の境界面(1,1、1,2)で
1回又は複数回全反射される送信信号(E_1_S、E
_2_S・・・)、すなわち第1回のジャンプ(内側境
界面での反射)、第2回のジャンプ、第3回のジャンプ
などの後の全反射信号が用いられ、組込壁で少なくとも 一度反射され従って2回水区間を通過する送信波(E_
1_W)を含み、「水が存在する」という状態に相応す
る第1種の反射波信号に加えて、別の第4種の反射波信
号が用いられ、この第4種の反射波信号は内外の容器壁
で1回又は複数回反射される送信信号から発生し、すな
わち第1回のジャンプ、第2回のジャンプ、第3回のジ
ャンプなどの後の反射波信号であり、しかしながらこの
反射波信号は各 ジャンプと共に隣接する水区間の中へのエネルギー放射
を行うために、全反射される第2種の反射波信号より多
くのエネルギーを失 い、ガス/蒸気の泡が存在する場合に第3種の反射波信
号が消えるときにも発生するこの第4種の反射波信号(
E′_1_S、E′_2_S)が、相互に及び/又は第
2種の反射波信号に関連づけられ、それにより第2種及
び第4種の反射波信号の間の振幅差が、第1種及び第3
種の反射波信号の存在しない場合に、水区間の中に蒸気
/ガスの泡が存在することに対する指標となることを特
徴とする請求項4記載の変換法。 6)第1回のジャンプと第3回のジャンプとの後の第2
種の反射波信号の間で振幅差 (U_1=E_1_S−E_2_S)が形成され、また
第1回のジャンプと第3回のジャンプとの後 の第4種の反射波信号の間で振幅差(U_2=E′_1
_S−E′_2_S)が形成され、しきい値を超える振
幅差(E_1_S−E_2_S)により「水が存在しな
い」という状態に対する指標 として、またしきい値に満たない振幅差 (E′_1_S−E′_2_S)により「水が存在する
」又は「泡を含む水が存在する」という状態に対する指
標として、レベルしきい値が定義されることを特徴とす
る請求項5記載の変換 法。 7)小さい振幅差を評価するために多数の個々の振幅値
が平均化され、こうして「水が存 在しない」という状態に対する受信振幅差 (U_1)と、「水が存在する」という状態に対する受
信振幅差(U_2)との平均値の最大変動幅(Δ_1、
Δ_2)が、与えられたSN比で最小値に低減され、そ
れにより評価すべき振幅差のレベル差(U_1−U_2
)が、平均化された受信振幅差(U_1、U_2)の最
大変動幅(Δ_1、Δ_2)の複数倍となることを特徴
とする請求項5又は6記載の変換法。 8)特に水区間が大きい場合に、第1種の反射波信号(
E_1_W)と第1回のジャンプの後の第2種の反射波
信号(E_1_S)とが、各一つの受信変換器(E_1
又はE_2_1)により受信され、第3回のジャンプの
後の第2種の反射波信号(E_2_S)の受信のために
別の受信変換器(E_3)が用いられることを特徴とす
る請求項5ないし7の一つに記載の変換法。
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