| 研究課題/領域番号 |
25289353
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
木倉 宏成 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 准教授 (00302985)
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| 研究分担者 |
古市 紀之 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (10334921)
小池 義和 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (30251672)
村川 英樹 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40467668)
都築 宣嘉 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 特任助教 (50578151)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 計測工学 / 原子力エネルギー / 流体工学 / 超音波 / 流量計測 |
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| 研究実績の概要 |
スペクトラム拡散を用いた際の超音波の金属壁透過では，壁厚さに対する超音波入射条件の選択が必要であり，最適入射条件は配管壁の材質，厚さおよびセンサの設置角度，発振周波数などが透過率に依存するため，前年度に引き続き，音場予備解析にもとづく透過実験を行った。複数の超音波センサを取り付けた複測定線積分法を確立するため，現有のアクリル製水平流路において予備実験を行った。複測定線測定はまず現有のフェイズドアレイ流速分布計測システム(UVPf)を用いて計測し，UVPfの計測精度を調べると共に，UVPfの瞬時流速分布の計測データからオンラインで流量を求めるソフトなど流量計測システムとして必要なソフトを整備した。予備実験には現有のリニアアレイセンサを利用するが，本実験には実験装置に適合したセンサを新たに設計した。現有のUVPfのドップラ法による信号処理アルゴリズムでは，測定分解能に限界があるため，超低速から超高速まで広範囲に測定可能な位相差アルゴリズムを構築するとともに，現有のフェイズドアレイ装置内の超音波パルサ/レシーバと高速デジタル信号処理装置を用いて，超音波時間領域相関法と位相差法を用いた計測システムを構築した。本研究では高速信号処理方法とSN向上技術の確立が必要であり，UVPfの基本プログラムは完成しているが，本研究課題に適応した仕様に改良を行った。実機適用条件の高温条件に適用するための，超音波センサの基本設計を検討し，高温計測には，センサに使用する音圧素子の高温対応と，遅延材を冷却して測定する冷却方法を検討した。また，音圧素子の高温対応に関しては，キューリ温度の高いニオブ酸鉛等を用い，センサ冷却方法を検討した後，試作品を検討した。実機に近い条件で実験を行うためには，産業技術総合研究研所有の小型実験流路での予備調査を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
複測定線測定には8CHフェイズドアレイ流速分布計測システム(UVPf)を２台用いて計測するが，水平円管十分発達乱流を用いてUVPfの有効性および計測精度調べ，有効な知見が得られた。また，UVPfの瞬時流速分布の計測データからオンラインで流量を求めるソフトなど流量計測システムとして必要なソフトを整備できた。本実験には２つのリニアアレイセンサを利用するが，実験装置に適合したセンサを新たに設計する事が出来た。現有のUVPfのドップラ法による信号処理アルゴリズムでは，測定分解能に限界があるため，超低速から超高速まで広範囲に測定可能な位相差アルゴリズムを構築するとともに，現有の超音波パルサ/レシーバと高速デジタル信号処理装置を用いて，超音波時間領域相関法と位相差法を用いた計測システムを構築できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
スペクトラム拡散を用いた際の超音波の金属壁透過では，壁厚さに対する超音波入射条件の選択が必要であり，最適入射条件は配管壁の材質，厚さおよびセンサの設置角度，発振周波数などが透過率に依存するため，前々年度・前年度に引き続き，音場解析にもとづく透過実験を行う必要がある。また，前年度設計・製作した測定部を用いて垂直円管流路実験および水平曲管流路実験を行う。フェイズドアレイ技術を応用した簡単な超音波探傷実験を行い，曲がり管での探傷効果を評価する。また，前年度改良したフェイズドアレイ流速分布計測システム(UVPf)を用いて水平円管流路内速度分布計測を行い，UVPfの有効性を確認する。実機適用条件の高温条件に適用するための，超音波センサの基本設計を検討し，高温計測には，センサに使用する音圧素子の高温対応と，遅延材を冷却して測定する冷却方法を検討する必要がある。ここで，遅延材による冷却実験には，センサ感度の温度依存性，遅延材料，遅延材形状，遅延材長さおよび冷却方法を調べる必要がある。また，音圧素子の高温対応に関しては，キューリ温度の高いニオブ酸鉛等を用いたセンサの感度応答を調べ，常温センサ冷却と高温用センサ使用で銅鑼が優位であるか調べ，実機適用性を調査する。実機に近い条件で実験を行うための産業技術総合研究研所有の実験流路の前年度予備調査に加え，現地調査を行い，現場適用に向けたシステム設計を検討する。計測結果を基に超音波流量計の流量計測における不確かさ評価として，レイノルズ数依存性，温度圧力依存性，上流攪乱要素の影響(偏流，助走区間等) ，配管内面粗さの影響等を検討する。なお，速度分布計測結果にデータ欠損が多い場合は，ディエイリアッシングやフィッティング手法を用いて補正をすることを考える。また，この場合の不確かさ評価を検討する，など今後の研究を推進していく。
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