特許 6999234 超音波検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-24

(45)【発行日】2022-01-18

(54)【発明の名称】超音波検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/521 20060101AFI20220111BHJP

   G01S 15/89 20060101ALI20220111BHJP

【ＦＩ】

G01S7/521 A

G01S15/89 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018056323

(22)【出願日】2018-03-23

(65)【公開番号】P2019168329

(43)【公開日】2019-10-03

【審査請求日】2020-02-19

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、経済産業省、「高速炉の国際協力等に関する技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の規定の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】307041573

【氏名又は名称】三菱ＦＢＲシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(72)【発明者】

【氏名】平松 貴志

【審査官】九鬼 一慶

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１８７５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－１１３６００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１６－１７６９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－００１０９８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ １／７２－ １／８２

Ｇ０１Ｓ ３／８０－ ３／８６

Ｇ０１Ｓ ５／１８－ ５／３０

Ｇ０１Ｓ ７／５２－ ７／６４

Ｇ０１Ｓ １５／００－１５／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

媒質中に存在する被測定対象物に対して超音波を送信する送信センサと、
貫通孔を有する板状の支持体、並びに前記貫通孔及び前記支持体の表面を覆う金属膜体を有する受信センサと、
前記送信センサと前記受信センサとを収容する筐体と、
を備え、
前記被測定対象物によって反射された前記超音波の反射波による前記金属膜体の振動を解析して前記被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置であって、
前記支持体における前記金属膜体と接する側の面の全部が磁力を発生するとともに、
前記金属膜体が強磁性体からなり、
前記金属膜体の外周縁が前記筐体に溶接され、前記外周縁以外の部分が前記磁力により前記支持体に吸着されている
ことを特徴とする超音波検査装置。

【請求項2】

前記支持体の全部が板状に形成された磁石により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項3】

前記支持体が、強磁性体からなり前記貫通孔を有する金属材と、前記金属材に当接されて当該金属材に磁力を付与する磁石とから構成され、前記金属膜体が前記磁力により前記金属材に吸着されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。

【請求項4】

前記磁石が前記金属膜体の外周縁に沿う枠状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波検査装置に関し、より詳しくは、媒質中に存在する被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、超音波を出射する超音波送信手段と、レーザ光を照射及び入射する光ファイバとを備え、前記超音波送信手段から出射された超音波の被測定対象物による反射波（受信信号）を前記光ファイバを介して受信し、受信信号を解析することにより被測定対象物の画像化を行う超音波検査装置が公知となっている（例えば、下記特許文献１，２参照）。

【0003】

しかしながら、上述した従来の技術にあっては、例えば図９に示すように被測定対象物からの反射波６２の一部６５，６６が、センサ本体０１の内部及び受信面０２を伝播して受信点Ｐに到達することによって本来の受信信号（実信号）のノイズとなり、被測定対象物を画像化する際に画像の劣化要因になるという問題があった。また、一つの送信センサに対し複数の受信センサを設けて開口合成処理により画像化を行う場合、受信感度を向上させるためには多数の受信センサを設ける必要があり、受信センサの高密度配置を要して装置のコスト増加につながるという問題もあった。

【0004】

これに対し、センサ本体０１と受信面０２との間にフッ素ゴム等からなる伝播防止板（図示せず）を設け、反射波６２の大部分を音響インピーダンスの違いにより反射させて反射波６２がセンサ本体０１の内部を伝播することを抑制するようにしたものも公知となっている（例えば、下記特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第３０２１１７６号公報

【文献】特許第４８９８２４７号公報

【文献】特開２０１６－１７６９０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、上記特許文献３に記載された発明は、常温環境下においては優れた超音波減衰効果が得られる一方、環境条件により超音波減衰効果が変化し、とくに高温環境下においては常温環境下に比較して超音波減衰効果が低減して、例えば不透明な液体ナトリウムを冷却材とする高速炉において、運転停止中に高温（２００℃）の液体ナトリウムが容器等にある状態で、この容器内の内部構造を画像化しようとした場合等には、常温環境下と同等の超音波減衰効果を得ることが難しいという問題があった。

【0007】

このようなことから本発明は、環境条件によらずに、受信信号に重畳されるノイズを低減し、画像化における視認性を向上させることを可能とした超音波検査装置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】

【0008】

上記の課題を解決するための第１の発明に係る超音波検査装置は、
媒質中に存在する被測定対象物に対して超音波を送信する送信センサと、
貫通孔を有する支持体、並びに前記貫通孔及び前記支持体の表面を覆う金属膜体を有する受信センサとを備え、
前記被測定対象物によって反射された前記超音波の反射波による前記金属膜体の振動を解析して前記被測定対象物の可視化を行う超音波検査装置であって、
前記支持体の全部又は一部が磁石からなるとともに、
前記金属膜体が強磁性体からなり、
前記金属膜体が磁力により前記支持体に吸着されている
ことを特徴とする。

【0009】

また、第２の発明に係る超音波検査装置は、第１の発明に係る超音波検査装置において、
前記支持体の全部が板状に形成された前記磁石により構成されている
ことを特徴とする。

【0010】

また、第３の発明に係る超音波検査装置は、第１の発明に係る超音波検査装置において、
前記支持体が、強磁性体からなり前記貫通孔を有する金属材と、前記金属材に当接されて当該金属材に磁力を付与する前記磁石とから構成され、
前記金属膜体が磁力により前記金属材に吸着されている
ことを特徴とする。

【0011】

また、第４の発明に係る超音波検査装置は、第３の発明に係る超音波検査装置において、
前記磁石が前記金属膜体の外周縁に沿う枠状に形成されている
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

上述した本発明に係る超音波検査装置によれば、環境条件によらずに受信信号に重畳されるノイズを低減し、相対的に受信信号の信号強度を向上させることができる。これにより、高温環境下であっても、画像処理により被測定対象物を可視化した際の視認性を向上させることができる。また、高温環境下であっても、一つの送信センサに対し複数の受信センサを備えて開口合成処理により被測定対象物の可視化を行う場合、有効受信点数を低減しても従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例１に係る超音波検査装置の概略構成図である。

【図2】図１に示すセンサ部のII－II矢視部を示す断面図である。

【図3】図２に示すセンサ部のIII部における受信センサの構造を説明する図である。

【図4】図２の要部拡大図である。

【図5A】本発明の実施例１に係る超音波検査装置により高温環境下で取得した受信超音波波形の一例を示すグラフである。

【図5B】従来のフッ素ゴムからなる伝播防止板を適用した超音波検査装置により高温環境下で取得した受信超音波波形の一例を示すグラフである。

【図6A】本発明の実施例１に係る超音波検査装置により常温環境下で取得した受信超音波波形の一例を示すグラフである。

【図6B】従来のフッ素ゴムからなる伝播防止板を適用した超音波検査装置により常温環境下で取得した受信超音波波形の一例を示すグラフである。

【図7】本発明の実施例２に係る超音波検査装置のセンサ部を示す断面図である。

【図8】図７のVIII部拡大図である。

【図9】従来のセンサ本体の内部及び受信面を伝播する反射波の例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しつつ本発明に係る超音波検査装置の詳細を説明する。

【実施例1】

【0015】

図１から図６Ｂを用いて本発明の実施例１に係る超音波検査装置について説明する。
図１に示すように、本実施例に係る超音波検査装置は、送信センサ１１及び受信センサ１２を有するセンサ部１０と、光信号を電気信号に変換する光学処理部２０と、光学処理部２０から入力される電気信号に基づき開口合成処理（画像処理）を行って被測定対象物５０（図２参照）を画像化する可視化部（例えば、モニタ等）３０とを備えている。
なお、光学処理部２０、可視化部３０の構成は既知のものと同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

【0016】

図１及び図２に示すように、本実施例において送信センサ１１は、枠状の筐体１３の内部に複数（例えば、９個）設けられ、後述する支持体としてのバックアッププレート１４に形成された送信センサ用貫通孔に、相互に一定間隔で離間するように二次元的かつ間欠的に配設され固定されている。この送信センサ１１は例えば圧電素子からなり、被測定対象物５０に対して超音波を出射する。
なお、図２中の符号４０は媒質（例えば、不透明な液体ナトリウム等）である。

【0017】

また、受信センサ１２は多数（例えば、約２５００個）の貫通孔（以下、受信センサ用貫通孔という）１４ｃを有して前記筺体１３の開口部を覆うバックアッププレート１４と、当該バックアッププレート１４の表面及び受信センサ用貫通孔１４ｃを覆うダイヤフラム（金属膜体）１６とを備えている。

【0018】

本実施例においてバックアッププレート１４は、板状に形成された磁石（例えば、キュリー温度が２００℃を超えるネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等）から構成され、筺体１３の内周面に固定されている。受信センサ用貫通孔１４ｃは各送信センサ１１の周囲に相互に一定間隔で離間するように二次元的にそれぞれ複数配列されている。

【0019】

また、ダイヤフラム１６は例えばニッケル等の強磁性体を材料とする金属箔により形成されている。当該ダイヤフラム１６の送信センサ１１に対向する部分は開口しており、これにより、送信センサ１１の送信面は露出した状態となっている。ダイヤフラム１６は、その外周縁のみが筺体１３に溶接され、他の部分はバックアッププレート１４に磁力により吸着されている。

【0020】

また、図３及び図４に示すように、バックアッププレート１４の受信センサ用貫通孔１４ｃには、それぞれ光ファイバ１５がダイヤフラム１６とは非接触に固定されており、光ファイバ１５の先端がダイヤフラム１６によって非接触に覆われた状態となっている。より具体的には、図４に示すように光ファイバ１５はその先端がバックアッププレート１４のダイヤフラム１６側の面より内側（ダイヤフラム１６とは反対側）に位置付けられるようにフェルール１７を介してバックアッププレート１４に固定されている。

【0021】

これにより、ダイヤフラム１６は、図３に破線で示すように、受信センサ用貫通孔１４ｃを覆う部分が、送信センサ１１（図１，２参照）から出射された超音波６１の、被測定対象物５０によって反射された反射波６２により振動することができるようになっている。

【0022】

また、受信センサ１２では、光ファイバ１５を介してダイヤフラム１６に対しレーザ光（以下、検査用レーザ光という）６３が照射され、検査用レーザ光６３のダイヤフラム１６によって反射された反射レーザ光６４が光ファイバ１５に入射されるようになっている。すなわち、受信センサ１２は、ダイヤフラム１６の振動を反射レーザ光６４の検査用レーザ光６３に対する変調として捉え、これを受信信号（パルス）として受信するように構成されている。

【0023】

なお、図３及び図４では、光ファイバ１５とダイヤフラム１６との関係を分かり易くするため、光ファイバ１５とダイヤフラム１６との間の距離を誇張して示している。また、図２，４に示すバックアッププレート１４の厚さは一例であって、必要に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。

【0024】

以下に、本実施例に係る超音波検査装置による作用効果を説明する。
図３に示すように、送信センサ１１（図１，２参照）から出射された超音波６１は、被測定対象物５０によって反射され、反射波６２としてセンサ部１０（図１，２参照）に戻ってくる。一方、光ファイバ１５から照射された検査用レーザ光６３は、上述したようにダイヤフラム１６によって反射され、反射レーザ光（受信信号）６４として光ファイバ１５に入射する。

【0025】

ここで、送信センサ１１から出射され被測定対象物５０によって反射された反射波６２がダイヤフラム１６に到達すると、上述したようにダイヤフラム１６が振動し、これによりダイヤフラム１６によって反射された反射レーザ光６４が検査用レーザ光６３に比較して変調される。

【0026】

本実施例の超音波検査装置では、この受信センサ１２によって得られた検査用レーザ光６３と反射レーザ光６４との間の光の変調を光学処理部２０において電気信号に変換し、可視化部３０によって開口合成処理することにより、被測定対象物５０の形状を画像化する。

【0027】

次に、図５Ａから図６Ｂを用いて、本実施例に係る超音波検査装置による受信超音波波形と、従来のフッ素ゴムからなる伝搬防止板を採用した超音波検査装置による受信超音波波形とを比較した結果について説明する。

【0028】

まず、図５Ａに示すように、本実施例に係る超音波検査装置では、高温環境下（具体的には、２００℃の液体ナトリウム中）において受信信号とノイズとの信号レベルの比率が約±１１０（ｍＶ）：±２５（ｍＶ）、換言すると、受信信号に対するノイズの信号レベルが０．２３程度であるのに対し、図５Ｂに示すように、従来のフッ素ゴム等からなる伝搬防止板を設けたものでは、高温環境下において受信信号とノイズとの信号レベルの比率が約±４０（ｍＶ）：±２０（ｍＶ）、換言すると、受信信号に対するノイズの信号レベルが０．５程度であり、本実施例の超音波検査装置では、高温環境下において、従来のものに比較して受信信号に対するノイズの信号レベルが大幅に低減していることが分かる。

【0029】

また、図６Ａに示すように、本実施例に係る超音波検査装置では、常温環境下（具体的には、２０℃の水中）において受信信号とノイズとの信号レベルの比率が約±８０（ｍＶ）：±２０（ｍＶ）、換言すると、受信信号に対するノイズの信号レベルが０．２５程度であるのに対し、図６Ｂに示すように、従来のフッ素ゴム等からなる伝搬防止板を設けたものでは常温環境下において受信信号とノイズとの信号レベルの比率が約±７０（ｍＶ）：±１５（ｍＶ）、換言すると、受信信号に対するノイズの信号レベルが０．２１程度であり、本実施例の超音波検査装置が、常温環境下において、従来のものに比較して同等の性能を有し、受信信号に対するノイズの信号レベルを十分に抑制できていることが分かる。

【0030】

すなわち、本実施例に係る超音波検査装置では、バックアッププレート１４を磁石により形成し、ダイヤフラム１６を磁力によりバックアッププレート１４に吸着させるように構成したことにより、バックアッププレート１４とダイヤフラム１６とを接着により固定する場合に比較して、バックアッププレート１４とダイヤフラム１６との実質的な接触面積を小さくすることができる。このため、図９に示し上述したような従来の超音波検査装置に比較して、被測定対象物５０によって反射された反射波６２に対し、バックアッププレート１４の内部に入射する一部の反射波６５を低減し、この一部の反射波６５が本来の受信信号のノイズとなることを抑制することができる。
さらに、磁石の吸着力によるダンパ効果によりダイヤフラム１６の振動を抑制することが可能となり、図９に示し上述したような従来の超音波検査装置に比較して、ダイヤフラム１６（即ち、受信面）の表面を伝播する一部の反射波６６がノイズとして本来の受信信号に影響することも低減できる。

【0031】

このようにして、本実施例に係る超音波検査装置では、常温環境下においては従来の性能を維持しつつ、高温環境下においては従来に比較して受信信号に対するノイズの信号レベルを低減させる（信号強度を向上させる）ことができ、高温環境下であっても一部の超音波６５がバックアッププレート１４の内部で反射されてダイヤフラム１６に到達することを抑制することができ、受信信号に重畳するノイズを低減して相対的に受信信号の信号強度を向上させることが可能となり、可視化された画像の視認性を向上させることができる。また、高温環境下において、有効受信点数を低減しても可視化された画像について従来の超音波検査装置と同等の視認性を確保することができるため、受信センサ数の低減による製作コストの削減が可能となる。

【0032】

なお、上述した実施例においては、センサ部１０の構成として、送信センサ１１と受信センサ１２とを一体的に備えた例を示したが、送信センサ１１と受信センサ１２とは一体的に設けられる必要はなく、超音波を出射する送信センサと、被測定対象物により反射された反射波を受信する受信センサとを備える装置であれば適用することが可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。これは以下に示す実施例においても同様である。

【0033】

また、上述した実施例においては、複数の送信センサ１１を二次元的に配置するとともに、この送信センサ１１の周囲に受信センサ用貫通孔１４ｃを二次元的に配置する例を示したが、送信センサ１１は一つであってもよく、また、送信センサ１１及び受信センサ用貫通孔１４ｃの配置は一次元的であってもよく、必要に応じて配置すればよい。

【0034】

また、上述した実施例においては、ダイヤフラム１６の振動を検知する手段として光ファイバ１５を介して伝送されるレーザ光を利用する例を示したが、ダイヤフラム１６の振動を検知する手段としては、例えば振動子等、他の手段を用いることができる。

【実施例2】

【0035】

図７及び図８を用いて本発明の実施例２に係る超音波検査装置について説明する。
本実施例に係る超音波検査装置は、図１から図４に示し上述した実施例１の構成に対し、バックアッププレートの構成が異なるものである。その他の構成は、上述した実施例１と概ね同様であり、以下、実施例１と異なる構成のみ説明し、実施例１と同様の構成については詳細な説明は省略する。

【0036】

図７及び図８に示すように、本実施例は、図１から図４に示し上述したバックアッププレート１４に代えて、支持体として、強磁性体からなる金属材７１と、バックアッププレート１４と同様の材料からなる磁石７２とを採用するものである。

【0037】

金属材７１は、板状に形成されてフェルール１７を挿通する多数の受信センサ用貫通孔７１ｃを有し、筺体１３の開口部を覆っており、この金属材７１の表面及び受信センサ用貫通孔７１ｃがダイヤフラム１６によって覆われている。金属材７１は筺体１３に固定され、ダイヤフラム１６は、外周縁のみが溶接により金属材７１に固着されている。

【0038】

また、磁石７２は、ダイヤフラム１６の外周縁に沿って（より詳細には、筺体１３の内周面に沿って）枠状に形成され、金属材７１の裏面（ダイヤフラム１６によって覆われる面とは反対側の面）に当接されるとともに、筺体１３に固定されている。

【0039】

このように構成されることにより、本実施例の超音波検査装置では、筺体１３の開口部を覆う金属材７１に磁石７２を当接させて金属材７１に磁力を付与し、磁力によって金属材７１にダイヤフラム１６を吸着させることができる。

【0040】

従って、本実施例に係る超音波検査装置においても、筺体１３の開口部を覆う金属材７１にダイヤフラム１６を磁力により吸着させることで、金属材７１にダイヤフラム１６を接着して固定する場合に比較して、金属材７１とダイヤフラム１６との実質的な接触面積を小さくすることができ、これにより上述した実施例１と同等の作用効果を得ることができる。

【0041】

なお、図７及び図８に示す金属材７１及び磁石７２の形状（厚さや幅等）は一例であって、必要に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。また、磁石７２は、金属材７１に磁力を付与することができればよく、必ずしも枠状である必要はない。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本発明は、媒質中に存在する被測定対象物を、離隔した位置から可視化する超音波検査装置に適用して好適なものである。
利用の例としては、不透明な液体ナトリウムを冷却材とする高速炉において、運転停止中に高温（２００℃）の液体ナトリウムが容器等にある状態で、容器内の液体ナトリウム中に挿入されて内部構造等の状態を可視化するために用いられる超音波検出装置に適している。

【符号の説明】

【0043】

０１ センサ本体
０２ 受信面
１０ センサ部
１１ 送信センサ
１２ 受信センサ
１３ 筺体
１４ バックアッププレート（磁石）
１４ｃ 受信センサ用貫通孔
１５ 光ファイバ
１６ ダイヤフラム
１７ フェルール
２０ 光学処理部
３０ 可視化部
４０ 媒質
５０ 被測定対象物
６１ 超音波
６２ 反射波
６３ 検査用レーザ光
６４ 反射レーザ光
６５ 一部の反射波
６６ 一部の反射波
７１ 金属材
７１ｃ 受信センサ用貫通孔
７２ 磁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】