JP2003014697A - 強磁性体の材質診断方法及びバルクハウゼンノイズの電圧パルス幅の測定システム - Google Patents
強磁性体の材質診断方法及びバルクハウゼンノイズの電圧パルス幅の測定システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バルクハウゼンノイズ（ＢＨＮ）から強磁性
体の材質を高い精度で診断するための、ＢＨＮ電圧パル
ス幅を測定する方法を提供する。 【解決手段】 本発明の材質診断方法は、強磁性体であ
る被測定物を励磁部で励磁するステップ、被測定物の磁
化変化を検出部に誘起される電圧波形として検出するス
テップ、検出電圧波形から周波数フィルタリングでＢＨ
Ｎ電圧波形を抽出するステップ、ＢＨＮ電圧波形を電圧
−時間領域に示した後に電圧が０となるゼロクロス時刻
Ｔiを求めるステップ、隣り合う時刻ＴiとＴi+1との時
間差Ｔi+1−Ｔiを求めてＢＨＮの電圧パルス幅と規定す
るステップ、電圧パルス幅から被測定物の材質を診断す
るステップから構成される。
体の材質を高い精度で診断するための、ＢＨＮ電圧パル
ス幅を測定する方法を提供する。 【解決手段】 本発明の材質診断方法は、強磁性体であ
る被測定物を励磁部で励磁するステップ、被測定物の磁
化変化を検出部に誘起される電圧波形として検出するス
テップ、検出電圧波形から周波数フィルタリングでＢＨ
Ｎ電圧波形を抽出するステップ、ＢＨＮ電圧波形を電圧
−時間領域に示した後に電圧が０となるゼロクロス時刻
Ｔiを求めるステップ、隣り合う時刻ＴiとＴi+1との時
間差Ｔi+1−Ｔiを求めてＢＨＮの電圧パルス幅と規定す
るステップ、電圧パルス幅から被測定物の材質を診断す
るステップから構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バルクハウゼンノ
イズを利用した非破壊診断方法及びその電圧パルス幅の
測定システムに関し、特に、強磁性体である被測定物の
材質を診断するために用いられ、例えば、鉄鋼材料等の
強磁性体への適用が好適である。
イズを利用した非破壊診断方法及びその電圧パルス幅の
測定システムに関し、特に、強磁性体である被測定物の
材質を診断するために用いられ、例えば、鉄鋼材料等の
強磁性体への適用が好適である。
【０００２】
【従来の技術】従来より、強磁性体の磁気的性質が材質
等に依存して変化することを利用して、強磁性体である
被測定物の材質を磁気的な手法で非破壊的に診断するこ
とが試みられている。最近では、磁化の不連続性に起因
するバルクハウゼンノイズ（以下、ＢＨＮと記す）を用
いた方法が注目されており、それを用いた軟鋼の疲労強
度（L. P. Kajalainenら、IEEE Trans. Mag. MAG 16, 5
14 (1980)）や、工具鋼の靭性（仲居他、鉄と鋼、75, 8
33, (1989)）を推定する方法などが提唱されている。
等に依存して変化することを利用して、強磁性体である
被測定物の材質を磁気的な手法で非破壊的に診断するこ
とが試みられている。最近では、磁化の不連続性に起因
するバルクハウゼンノイズ（以下、ＢＨＮと記す）を用
いた方法が注目されており、それを用いた軟鋼の疲労強
度（L. P. Kajalainenら、IEEE Trans. Mag. MAG 16, 5
14 (1980)）や、工具鋼の靭性（仲居他、鉄と鋼、75, 8
33, (1989)）を推定する方法などが提唱されている。
【０００３】強磁性体である被測定物を交流励磁する
と、励磁磁場の変化に伴い被測定物の内部では磁化が変
化する。通常、磁化の変化は磁壁移動によって行われ、
磁壁移動は析出物、結晶粒界、転位等の位置で抵抗を受
けて不連続的なものとなる。このため、被測定物の磁化
は不連続的に変化し、検出コイルには不連続変化に対応
した高周波のパルス状の電圧波形が誘起されるようにな
る。この不連続的な磁化変化をバルクハウゼンジャンプ
と呼び、このジャンプに応じたパルス状の電圧波形をバ
ルクハウゼンノイズと呼んでいる。不連続磁化の様子は
析出物、結晶粒界、転位等の状態によって変化するた
め、ＢＨＮは被測定物の前述した材質に相関を有し、こ
のためＢＨＮは強磁性体の材質診断の有用なパラメータ
と考えられている。
と、励磁磁場の変化に伴い被測定物の内部では磁化が変
化する。通常、磁化の変化は磁壁移動によって行われ、
磁壁移動は析出物、結晶粒界、転位等の位置で抵抗を受
けて不連続的なものとなる。このため、被測定物の磁化
は不連続的に変化し、検出コイルには不連続変化に対応
した高周波のパルス状の電圧波形が誘起されるようにな
る。この不連続的な磁化変化をバルクハウゼンジャンプ
と呼び、このジャンプに応じたパルス状の電圧波形をバ
ルクハウゼンノイズと呼んでいる。不連続磁化の様子は
析出物、結晶粒界、転位等の状態によって変化するた
め、ＢＨＮは被測定物の前述した材質に相関を有し、こ
のためＢＨＮは強磁性体の材質診断の有用なパラメータ
と考えられている。
【０００４】これまでに鉄鋼材料の結晶粒径や析出物粒
径に相関を有するＢＨＮパラメータとして、電圧波形の
実効値電圧の有効性が示されている（H. Sakamoto, M.
Okada, M. Homma: IEEE Trans. Magn., 23-5 (1989) ,2
236）。具体的には、α-Ｆｅの結晶粒径をｄとすると実
効値電圧が１／√ｄに比例し、析出物粒径をＤとすると
実効値電圧がＤ2に比例する、という実験結果が示され
た。
径に相関を有するＢＨＮパラメータとして、電圧波形の
実効値電圧の有効性が示されている（H. Sakamoto, M.
Okada, M. Homma: IEEE Trans. Magn., 23-5 (1989) ,2
236）。具体的には、α-Ｆｅの結晶粒径をｄとすると実
効値電圧が１／√ｄに比例し、析出物粒径をＤとすると
実効値電圧がＤ2に比例する、という実験結果が示され
た。
【０００５】この中で、Sakamotoらは、一回の磁壁の不
連続移動で発生する電圧パルスの形状をガウスパルスと
し、鉄鋼材料の結晶粒径や析出物間隔がガウスパルス持
続時間に比例する考えに基づいて、その持続時間をガウ
スパルスの標準偏差で定義し、実効値電圧を理論的に計
算した。その結果、計算結果と前述の実験結果が良く一
致した。このSakamotoらの報告は、１回のバルクハウゼ
ンジャンプが鋼材の結晶粒径や析出物間隔等の組織パラ
メータに相関を持つという従来知見に基づいた考え方を
採用したものである。しかし、実際に検出されるバルク
ハウゼンジャンプは同じ時間帯に複数のジャンプが起こ
り、パルスが重なり合うため、個々のバルクハウゼンジ
ャンプを検出するに至っていない。
連続移動で発生する電圧パルスの形状をガウスパルスと
し、鉄鋼材料の結晶粒径や析出物間隔がガウスパルス持
続時間に比例する考えに基づいて、その持続時間をガウ
スパルスの標準偏差で定義し、実効値電圧を理論的に計
算した。その結果、計算結果と前述の実験結果が良く一
致した。このSakamotoらの報告は、１回のバルクハウゼ
ンジャンプが鋼材の結晶粒径や析出物間隔等の組織パラ
メータに相関を持つという従来知見に基づいた考え方を
採用したものである。しかし、実際に検出されるバルク
ハウゼンジャンプは同じ時間帯に複数のジャンプが起こ
り、パルスが重なり合うため、個々のバルクハウゼンジ
ャンプを検出するに至っていない。
【０００６】これより以前には、P.J.Coyneらによって
印加磁場の時間変化率を１０-5〜１０-3Oe/msのレベル
まで低下させて、けい素鋼板で個々のバルクハウゼンジ
ャンプを測定することが試みられた。その結果、得られ
たＢＨＮ電圧波形は必ずしも１回のバルクハウゼンジャ
ンプに対応したパルス波形ではなく、パルスが重なり合
った"pulse cluster"が観察された(P.J. Coyne and J.
Kramer:AIP Conf. Proc., 24(1975),726)。このよう
に、磁場の時間変化率を低下させても、同じ時間帯に発
生した複数のジャンプを分離することは困難であり、個
々のジャンプに対応したＢＨＮ電圧パルスを検出するこ
とは不可能であった。
印加磁場の時間変化率を１０-5〜１０-3Oe/msのレベル
まで低下させて、けい素鋼板で個々のバルクハウゼンジ
ャンプを測定することが試みられた。その結果、得られ
たＢＨＮ電圧波形は必ずしも１回のバルクハウゼンジャ
ンプに対応したパルス波形ではなく、パルスが重なり合
った"pulse cluster"が観察された(P.J. Coyne and J.
Kramer:AIP Conf. Proc., 24(1975),726)。このよう
に、磁場の時間変化率を低下させても、同じ時間帯に発
生した複数のジャンプを分離することは困難であり、個
々のジャンプに対応したＢＨＮ電圧パルスを検出するこ
とは不可能であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、実際に検
出されるＢＨＮの電圧波形では、同じ時間帯で複数の磁
壁が移動するために個々の電圧パルスが重なり合ってい
る。このため個々の電圧パルスを分離して、その時間幅
を測定することは不可能であり、時間幅から強磁性体の
材質を診断することは困難であった。
出されるＢＨＮの電圧波形では、同じ時間帯で複数の磁
壁が移動するために個々の電圧パルスが重なり合ってい
る。このため個々の電圧パルスを分離して、その時間幅
を測定することは不可能であり、時間幅から強磁性体の
材質を診断することは困難であった。
【０００８】そこで本発明は、ＢＨＮ電圧パルスが重な
り合っていても、ＢＨＮ電圧波形から材質と相関を有す
る電圧パルス幅を決定し、強磁性体である被測定物の組
織等の材質を非破壊で正確に診断することを可能とする
方法及び測定システムを提供することを目的とする。
り合っていても、ＢＨＮ電圧波形から材質と相関を有す
る電圧パルス幅を決定し、強磁性体である被測定物の組
織等の材質を非破壊で正確に診断することを可能とする
方法及び測定システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、以下の態様を要旨とする。
めに、本発明は、以下の態様を要旨とする。
【００１０】（１） ＢＨＮを利用した強磁性体の材質
診断方法であって、強磁性体である被測定物を励磁部で
励磁するステップと、前記被測定物の磁化変化を検出部
に誘起される電圧波形として検出するステップと、前記
検出電圧波形から周波数フィルタリングでＢＨＮの電圧
波形を抽出するステップと、前記ＢＨＮの電圧波形を電
圧−時間領域に示した後に電圧が０となるゼロクロス時
刻Ｔiを求めるステップと、隣り合う時刻ＴiとＴi+1と
の時間差Ｔi+1−Ｔiを求めて前記ＢＨＮの電圧パルス幅
と規定するステップと、前記電圧パルス幅から前記被測
定物の材質を診断するステップとを含むことを特徴とす
る強磁性体の材質診断方法。
診断方法であって、強磁性体である被測定物を励磁部で
励磁するステップと、前記被測定物の磁化変化を検出部
に誘起される電圧波形として検出するステップと、前記
検出電圧波形から周波数フィルタリングでＢＨＮの電圧
波形を抽出するステップと、前記ＢＨＮの電圧波形を電
圧−時間領域に示した後に電圧が０となるゼロクロス時
刻Ｔiを求めるステップと、隣り合う時刻ＴiとＴi+1と
の時間差Ｔi+1−Ｔiを求めて前記ＢＨＮの電圧パルス幅
と規定するステップと、前記電圧パルス幅から前記被測
定物の材質を診断するステップとを含むことを特徴とす
る強磁性体の材質診断方法。
【００１１】（２） 少なくとも２つの時間差Ｔi+1−
Ｔiの平均値を求めて、前記平均値を前記ＢＨＮの電圧
パルス幅の代表値として前記被測定物の材質を診断する
ことを特徴とする（１）に記載の強磁性体の材質診断方
法。
Ｔiの平均値を求めて、前記平均値を前記ＢＨＮの電圧
パルス幅の代表値として前記被測定物の材質を診断する
ことを特徴とする（１）に記載の強磁性体の材質診断方
法。
【００１２】（３） 強磁性体の材質診断に使用するＢ
ＨＮの電圧パルス幅を測定するシステムであって、強磁
性体である被測定物を励磁するための励磁部と、前記被
測定物の磁化変化を電圧波形として検出する検出部と、
前記検出電圧波形からＢＨＮの電圧波形を抽出する周波
数フィルタリング部と、前記ＢＨＮの電圧波形において
電圧が０となるゼロクロス時刻Ｔiを求め、隣り合う時
刻ＴiとＴi+1との時間差Ｔi+1−Ｔiを求めて前記ＢＨＮ
の電圧パルス幅とする演算部とを含むことを特徴とする
ＢＨＮの電圧パルス幅の測定システム。
ＨＮの電圧パルス幅を測定するシステムであって、強磁
性体である被測定物を励磁するための励磁部と、前記被
測定物の磁化変化を電圧波形として検出する検出部と、
前記検出電圧波形からＢＨＮの電圧波形を抽出する周波
数フィルタリング部と、前記ＢＨＮの電圧波形において
電圧が０となるゼロクロス時刻Ｔiを求め、隣り合う時
刻ＴiとＴi+1との時間差Ｔi+1−Ｔiを求めて前記ＢＨＮ
の電圧パルス幅とする演算部とを含むことを特徴とする
ＢＨＮの電圧パルス幅の測定システム。
【００１３】（４） 前記演算部において、少なくとも
２つのＴi+1−Ｔiの平均値を求めて、前記平均値を前記
ＢＨＮの電圧パルス幅の代表値とすることを特徴とする
（３）に記載のＢＨＮの電圧パルス幅の測定システム。
２つのＴi+1−Ｔiの平均値を求めて、前記平均値を前記
ＢＨＮの電圧パルス幅の代表値とすることを特徴とする
（３）に記載のＢＨＮの電圧パルス幅の測定システム。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の具体的な強磁性体
の材質診断方法及びＢＨＮの電圧パルス幅の測定方法な
らびに測定システムを示す。被測定物の磁化を変化させ
る方法としては、測定すべき局部領域に外部から磁場を
印加し、磁場を変化させる方法が一般的である。具体的
な手段としては、励磁コイルや軟磁性体のコアに励磁コ
イルを巻きつけた励磁ヘッド等の励磁部を用い、励磁コ
イルの中に強磁性体を配置したり、励磁ヘッドを強磁性
体に当てたりして、励磁コイルに流す電流値を変化させ
て印加する磁場を変化させる。本発明では、ＢＨＮの電
圧パルス幅が磁場の時間変化率に依存して変化する場合
が有るので、ＢＨＮの測定時には磁場の変化率は一定値
が望ましい。磁場の時間変化率は10-8〜数十Oe/ms程度
である。
の材質診断方法及びＢＨＮの電圧パルス幅の測定方法な
らびに測定システムを示す。被測定物の磁化を変化させ
る方法としては、測定すべき局部領域に外部から磁場を
印加し、磁場を変化させる方法が一般的である。具体的
な手段としては、励磁コイルや軟磁性体のコアに励磁コ
イルを巻きつけた励磁ヘッド等の励磁部を用い、励磁コ
イルの中に強磁性体を配置したり、励磁ヘッドを強磁性
体に当てたりして、励磁コイルに流す電流値を変化させ
て印加する磁場を変化させる。本発明では、ＢＨＮの電
圧パルス幅が磁場の時間変化率に依存して変化する場合
が有るので、ＢＨＮの測定時には磁場の変化率は一定値
が望ましい。磁場の時間変化率は10-8〜数十Oe/ms程度
である。
【００１５】磁場の変化に伴って変化する磁化変化を検
出部に誘起される電圧波形として検出する。検出部とし
ては検出コイルや軟磁性体のコアに検出コイルを巻き付
けた検出ヘッドを用い、検出コイルの中に被測定物を配
置させたり、検出ヘッドを被測定物に当てる。特に、診
断しようとする部位に検出コイルを当てると、その領域
からのみのＢＨＮが得られるため、高い精度の測定が効
率よく実施できる。
出部に誘起される電圧波形として検出する。検出部とし
ては検出コイルや軟磁性体のコアに検出コイルを巻き付
けた検出ヘッドを用い、検出コイルの中に被測定物を配
置させたり、検出ヘッドを被測定物に当てる。特に、診
断しようとする部位に検出コイルを当てると、その領域
からのみのＢＨＮが得られるため、高い精度の測定が効
率よく実施できる。
【００１６】検出コイルに誘起される電圧波形は、励磁
磁場の周波数とほぼ同じ周波数の電圧波形に高い周波数
のＢＨＮ電圧波形が重畳した状態である。したがって、
その中からハイパスフィルターとローパスフィルターを
組み合わせた周波数フィルタリング部でＢＨＮ電圧波形
を取り出す。フィルター条件は励磁磁場の時間に対する
変化率と、被測定物の材質種類によって異なるが、通常
ハイパスフィルターの周波数は数十Hz〜数十kHz、ロー
パスフィルターの周波数は数kHz〜数MHz程度の条件であ
る。ここで、ＢＨＮ電圧波形の電圧値は数μVと小さい
ので、予め低ノイズ型の電圧増幅器で電圧増幅すること
が望ましい。フィルタリング部のノイズの影響を小さく
できるため、電圧増幅はフィルタリングの前に行うこと
が望ましい。
磁場の周波数とほぼ同じ周波数の電圧波形に高い周波数
のＢＨＮ電圧波形が重畳した状態である。したがって、
その中からハイパスフィルターとローパスフィルターを
組み合わせた周波数フィルタリング部でＢＨＮ電圧波形
を取り出す。フィルター条件は励磁磁場の時間に対する
変化率と、被測定物の材質種類によって異なるが、通常
ハイパスフィルターの周波数は数十Hz〜数十kHz、ロー
パスフィルターの周波数は数kHz〜数MHz程度の条件であ
る。ここで、ＢＨＮ電圧波形の電圧値は数μVと小さい
ので、予め低ノイズ型の電圧増幅器で電圧増幅すること
が望ましい。フィルタリング部のノイズの影響を小さく
できるため、電圧増幅はフィルタリングの前に行うこと
が望ましい。
【００１７】ＢＨＮ電圧波形の解析は、電圧−時間領域
に示した後に実施する。図１に得られたＢＨＮ電圧波形
の一例を示す。ＢＨＮ電圧波形は正と負の電圧の極性で
ある複数の山形形状の波形から構成されており、山形形
状の波形には、幅の狭い小さなパルス波形が重畳されて
いる場合がある。これは、同じ時間帯で複数の磁壁が移
動するため、個々の電圧パルスが重なり合って検出され
る結果である。本発明者らは数多くの実験から、複数の
電圧パルスが重なり合ったＢＨＮ波形のパルス幅とし
て、電圧が０となる電圧ゼロクロス時刻Ｔiを検出して
隣り合った時刻ＴiとＴi+1との差分Ｔi+1−Ｔiを採用す
ると、該電圧パルス幅は重なり合いがある場合において
も被測定物の材質に強い相関を有することを見出した。
に示した後に実施する。図１に得られたＢＨＮ電圧波形
の一例を示す。ＢＨＮ電圧波形は正と負の電圧の極性で
ある複数の山形形状の波形から構成されており、山形形
状の波形には、幅の狭い小さなパルス波形が重畳されて
いる場合がある。これは、同じ時間帯で複数の磁壁が移
動するため、個々の電圧パルスが重なり合って検出され
る結果である。本発明者らは数多くの実験から、複数の
電圧パルスが重なり合ったＢＨＮ波形のパルス幅とし
て、電圧が０となる電圧ゼロクロス時刻Ｔiを検出して
隣り合った時刻ＴiとＴi+1との差分Ｔi+1−Ｔiを採用す
ると、該電圧パルス幅は重なり合いがある場合において
も被測定物の材質に強い相関を有することを見出した。
【００１８】例えば、図１の第三のパルス波形は２つの
パルスから構成されているが、波形の電圧が０である時
間軸を横切ったゼロクロス時刻Ｔ3とＴ4に着目し、この
第三の波形のパルス幅はその差分であるＴ4−Ｔ3とす
る。これに対して、全体の発生時間をピーク数で割って
パルス幅とする従来の方法、例えば第三のパルスを例に
とると差分Ｔ4−Ｔ3を波形のピーク数２で割った値をパ
ルス幅とする従来の方法では、パルスが重なり合った影
響によって得られたパルス幅と材質の間の相関が極めて
低くなってしまう。本発明者らは、前記したように複数
のパルスが重なり合った場合においても、電圧ゼロクロ
ス時刻の差分から求めた値を電圧パルス幅とすることに
よって、このパルス幅が材質と強い相関を持ち、この相
関関係を用いることによってパルス幅から材質を診断で
きることを見出し、本発明を完成するに至ったものであ
る。
パルスから構成されているが、波形の電圧が０である時
間軸を横切ったゼロクロス時刻Ｔ3とＴ4に着目し、この
第三の波形のパルス幅はその差分であるＴ4−Ｔ3とす
る。これに対して、全体の発生時間をピーク数で割って
パルス幅とする従来の方法、例えば第三のパルスを例に
とると差分Ｔ4−Ｔ3を波形のピーク数２で割った値をパ
ルス幅とする従来の方法では、パルスが重なり合った影
響によって得られたパルス幅と材質の間の相関が極めて
低くなってしまう。本発明者らは、前記したように複数
のパルスが重なり合った場合においても、電圧ゼロクロ
ス時刻の差分から求めた値を電圧パルス幅とすることに
よって、このパルス幅が材質と強い相関を持ち、この相
関関係を用いることによってパルス幅から材質を診断で
きることを見出し、本発明を完成するに至ったものであ
る。
【００１９】次に、ＢＨＮ電圧波形が図２の様な離散的
に発生するパルスから構成される場合の取り扱いを記
す。時刻ＴiとＴi+1との間の電圧が０の場合、そこには
ＢＨＮパルスが存在しないものと考える。したがって、
時刻Ｔ1とＴ2との間には第一の電圧パルスが存在してそ
の電圧パルス幅はＴ2−Ｔ1とし、時刻Ｔ2とＴ3との間は
電圧が０なのでパルスは存在しないものとする。そし
て、時刻Ｔ3とＴ4との間には第二のパルスが存在するた
め、第二の電圧パルス幅はＴ4−Ｔ3とする。
に発生するパルスから構成される場合の取り扱いを記
す。時刻ＴiとＴi+1との間の電圧が０の場合、そこには
ＢＨＮパルスが存在しないものと考える。したがって、
時刻Ｔ1とＴ2との間には第一の電圧パルスが存在してそ
の電圧パルス幅はＴ2−Ｔ1とし、時刻Ｔ2とＴ3との間は
電圧が０なのでパルスは存在しないものとする。そし
て、時刻Ｔ3とＴ4との間には第二のパルスが存在するた
め、第二の電圧パルス幅はＴ4−Ｔ3とする。
【００２０】上記に示したＢＨＮ電圧波形の解析は、ア
ルゴリズムをプログラミングした演算部で行われる。例
えば、ＢＨＮ電圧波形をＡＤ変換等でデジタルデータ化
して、演算部としてコンピュータを用いれば効率的に解
析を実施できる。この場合、ＢＨＮ波形が電圧０となる
電圧ゼロクロス時刻は図３に示したように離散的なデー
タ点の間を補完して求めればよい。
ルゴリズムをプログラミングした演算部で行われる。例
えば、ＢＨＮ電圧波形をＡＤ変換等でデジタルデータ化
して、演算部としてコンピュータを用いれば効率的に解
析を実施できる。この場合、ＢＨＮ波形が電圧０となる
電圧ゼロクロス時刻は図３に示したように離散的なデー
タ点の間を補完して求めればよい。
【００２１】本発明の方法で求めたＢＨＮの電圧パルス
幅で診断できる強磁性体の材質は、析出物の間隔、結晶
粒径、二成分相の割合、転位間隔や転位セルの大きさ、
等であり、磁壁のピニングサイトになりうるものが含ま
れているところに適用可能である。
幅で診断できる強磁性体の材質は、析出物の間隔、結晶
粒径、二成分相の割合、転位間隔や転位セルの大きさ、
等であり、磁壁のピニングサイトになりうるものが含ま
れているところに適用可能である。
【００２２】例えば、図４に示したような析出物間隔の
分布が異なる強磁性体ＡとＢについて、ＢＨＮ電圧パル
ス幅に対するパルス数の分布を測定した結果を図５に模
式的に示す。電圧パルス幅に対するパルス数の分布形状
は強磁性体ＡとＢとも析出物の間隔分布と相似形であっ
た。これらから、電圧パルス幅と析出物間隔の検量線を
作成することは可能であり、析出物の間隔分布が未知の
材質についても、電圧パルス幅に対するパルス数の分布
を測定すれば、検量線から析出物の間隔分布が診断でき
る。
分布が異なる強磁性体ＡとＢについて、ＢＨＮ電圧パル
ス幅に対するパルス数の分布を測定した結果を図５に模
式的に示す。電圧パルス幅に対するパルス数の分布形状
は強磁性体ＡとＢとも析出物の間隔分布と相似形であっ
た。これらから、電圧パルス幅と析出物間隔の検量線を
作成することは可能であり、析出物の間隔分布が未知の
材質についても、電圧パルス幅に対するパルス数の分布
を測定すれば、検量線から析出物の間隔分布が診断でき
る。
【００２３】また、複数の電圧パルス幅について求めた
平均値は測定毎の再現性が高く、正確な診断には最適で
ある。例えば、３個以上の時刻Ｔiから、２個以上の電
圧パルス幅を求めれば複数個の平均値が得られる。そし
て、さらに予め電圧パルス幅の平均値と材質の検量線を
求めておけば、未知の材質に対して電圧パルス幅の平均
値から材質を高い精度で診断することが可能である。
平均値は測定毎の再現性が高く、正確な診断には最適で
ある。例えば、３個以上の時刻Ｔiから、２個以上の電
圧パルス幅を求めれば複数個の平均値が得られる。そし
て、さらに予め電圧パルス幅の平均値と材質の検量線を
求めておけば、未知の材質に対して電圧パルス幅の平均
値から材質を高い精度で診断することが可能である。
【００２４】ここで、ＢＨＮパルス幅と材質の検量線を
求めておき、その検量線を他の材質診断へ利用する事も
可能である。例えば、フェライト中に分散させたセメン
タイトの間隔とＢＨＮパルス幅の検量線を求めておき、
この検量線と測定したＢＨＮパルス幅を使用してフェラ
イト中に析出したその他の析出物の間隔や、フェライト
中に形成された転位の間隔や転位セルサイズの測定も可
能である。
求めておき、その検量線を他の材質診断へ利用する事も
可能である。例えば、フェライト中に分散させたセメン
タイトの間隔とＢＨＮパルス幅の検量線を求めておき、
この検量線と測定したＢＨＮパルス幅を使用してフェラ
イト中に析出したその他の析出物の間隔や、フェライト
中に形成された転位の間隔や転位セルサイズの測定も可
能である。
【００２５】本発明のＢＨＮの電圧パルス幅の測定シス
テムの一例を図６に示す。磁気ヘッド１は、励磁部であ
る励磁ヘッド１１と、検出部である検出コイル１２から
構成されている。励磁ヘッド１１は珪素鋼板製のＵ型コ
アに励磁コイルを巻いたものであり、検出コイル１２は
空心コイルである。検出コイル１２はＵ型コアの両脚の
間に固定配置され、励磁に伴う強磁性体内の磁化変化を
電圧波形として捉えられるようにしてある。この磁気ヘ
ッド１を強磁性体である被測定物の表面上に当てて、検
出コイル１２の位置の磁化変化を検出する。
テムの一例を図６に示す。磁気ヘッド１は、励磁部であ
る励磁ヘッド１１と、検出部である検出コイル１２から
構成されている。励磁ヘッド１１は珪素鋼板製のＵ型コ
アに励磁コイルを巻いたものであり、検出コイル１２は
空心コイルである。検出コイル１２はＵ型コアの両脚の
間に固定配置され、励磁に伴う強磁性体内の磁化変化を
電圧波形として捉えられるようにしてある。この磁気ヘ
ッド１を強磁性体である被測定物の表面上に当てて、検
出コイル１２の位置の磁化変化を検出する。
【００２６】励磁は、磁場の時間に対する変化率が一定
になるように、励磁コイルに流れる電流を波形発生装置
２と電力増幅装置３で制御して行う。検出コイル１２に
誘起された電圧波形は低ノイズ型の電圧増幅装置４で昇
圧させた後、周波数フィルタリング部である周波数フィ
ルター５によってローパス、ハイパスフィルタリング処
理が施される。フィルタリングによって得られたＢＨＮ
電圧波形はデジタルオシロスコープ６でデジタルデータ
に変換される。そして、ＧＰ−ＩＢ等で演算部であるコ
ンピュータ７へ該データは送られ、専用のプログラムに
よって電圧パルス幅を求める解析が行われる。解析は測
定と同時にリアルタイムで行っても良いし、ＢＨＮ波形
データをメモリに記憶させた後、まとめて行うことも可
能である。
になるように、励磁コイルに流れる電流を波形発生装置
２と電力増幅装置３で制御して行う。検出コイル１２に
誘起された電圧波形は低ノイズ型の電圧増幅装置４で昇
圧させた後、周波数フィルタリング部である周波数フィ
ルター５によってローパス、ハイパスフィルタリング処
理が施される。フィルタリングによって得られたＢＨＮ
電圧波形はデジタルオシロスコープ６でデジタルデータ
に変換される。そして、ＧＰ−ＩＢ等で演算部であるコ
ンピュータ７へ該データは送られ、専用のプログラムに
よって電圧パルス幅を求める解析が行われる。解析は測
定と同時にリアルタイムで行っても良いし、ＢＨＮ波形
データをメモリに記憶させた後、まとめて行うことも可
能である。
【００２７】
【実施例】以下、いくつかの実施例をもって本発明を詳
細に説明する。
細に説明する。
【００２８】（実施例１）α−Ｆｅ中に析出させた球状
化セメンタイトの間隔が異なる鋼材を数種類用意して、
ＢＨＮを利用したセメンタイト間隔の診断を実施した。
診断システムは図６に示したものであり、励磁条件は磁
場の変化率で２×１０-4Oe/msの一定値をとり、周波数
フィルタリング条件はローパス周波数が１００kHz、ハ
イパス周波数が５００Hzであった。
化セメンタイトの間隔が異なる鋼材を数種類用意して、
ＢＨＮを利用したセメンタイト間隔の診断を実施した。
診断システムは図６に示したものであり、励磁条件は磁
場の変化率で２×１０-4Oe/msの一定値をとり、周波数
フィルタリング条件はローパス周波数が１００kHz、ハ
イパス周波数が５００Hzであった。
【００２９】電圧パルス幅の平均値とセメンタイトの間
隔の平均値の相関を調べ、同時に、同じＢＨＮ電圧波形
から正と負のピーク数を求め、６４ms／ピーク数で計算
した従来の全発生時間をピーク数で割って求めたパルス
幅との相関を調べた。
隔の平均値の相関を調べ、同時に、同じＢＨＮ電圧波形
から正と負のピーク数を求め、６４ms／ピーク数で計算
した従来の全発生時間をピーク数で割って求めたパルス
幅との相関を調べた。
【００３０】図７にその結果を示す。本発明によれば、
電圧パルス幅の平均値はセメンタイト間隔の平均値と直
線関係にあり、この検量線を用いれば未知の鋼材に関し
てセメンタイトの間隔を診断できることが分かった。他
方、比較例として示した、ピーク数を用いて求める従来
法のパルス幅では、セメンタイトの間隔が大きくなるほ
どパラメータの値のセメンタイト間隔に対する変化率が
小さくなり、実用上測定精度が得られないため診断へ用
いることが出来ないことが分かった。
電圧パルス幅の平均値はセメンタイト間隔の平均値と直
線関係にあり、この検量線を用いれば未知の鋼材に関し
てセメンタイトの間隔を診断できることが分かった。他
方、比較例として示した、ピーク数を用いて求める従来
法のパルス幅では、セメンタイトの間隔が大きくなるほ
どパラメータの値のセメンタイト間隔に対する変化率が
小さくなり、実用上測定精度が得られないため診断へ用
いることが出来ないことが分かった。
【００３１】以上に示したように、本発明の診断方法及
び測定システムを利用すると強磁性体中の析出物の間隔
を非破壊で正確に診断できることが分かった。
び測定システムを利用すると強磁性体中の析出物の間隔
を非破壊で正確に診断できることが分かった。
【００３２】（実施例２）異なる結晶粒径のパーマロイ
を用意して、ＢＨＮを利用した結晶粒径の診断を実施し
た。診断システムは図６に示したものであり、励磁条件
は磁場の変化率で０．１Oe/msの一定値をとり、周波数
フィルタリング条件はローパス周波数が１００kHz、ハ
イパス周波数が２kHzであった。
を用意して、ＢＨＮを利用した結晶粒径の診断を実施し
た。診断システムは図６に示したものであり、励磁条件
は磁場の変化率で０．１Oe/msの一定値をとり、周波数
フィルタリング条件はローパス周波数が１００kHz、ハ
イパス周波数が２kHzであった。
【００３３】解析したＢＨＮ波形の時間は１２８ms間で
あり、その間で波形が電圧０であるゼロクロス時刻から
個々の電圧パルス幅を求め、そこから電圧パルス幅の平
均値を求めた。図８には電圧パルス幅の平均値と組織観
察から求めた平均結晶粒径の相関を示す。電圧パルス幅
の平均値は結晶粒径の平均値と直線関係にあり、この検
量線を用いれば未知の鋼材に関して結晶粒径を診断でき
ることが分かった。
あり、その間で波形が電圧０であるゼロクロス時刻から
個々の電圧パルス幅を求め、そこから電圧パルス幅の平
均値を求めた。図８には電圧パルス幅の平均値と組織観
察から求めた平均結晶粒径の相関を示す。電圧パルス幅
の平均値は結晶粒径の平均値と直線関係にあり、この検
量線を用いれば未知の鋼材に関して結晶粒径を診断でき
ることが分かった。
【００３４】以上に示したように、本発明の診断方法及
び測定システムを利用すると強磁性体の結晶粒径を非破
壊で正確に診断できることが分かった。
び測定システムを利用すると強磁性体の結晶粒径を非破
壊で正確に診断できることが分かった。
【００３５】（実施例３）実施例１で求めたＢＨＮパル
ス幅とセメンタイト間隔の検量線である図７を用いて、
ＢＨＮパルス幅から鋼材内部に形成された転位の間隔、
および、転位セルサイズの測定を実施した。用いた鋼材
はＣ量が０．１６wt％の一般構造用鋼であり、フェライ
ト−パーライト組織を有するものである。断面が正方形
であり、中央部を１０mm角から８mm角にＲ５０mmでくび
れさせた形状の疲労試験片を用意して、この試験片に繰
り返しの圧縮引っ張り荷重を負荷して内部の転位組織を
変化させた。荷重と繰り返し回数を変えて、４種類の異
なる転位間隔、および、転位セルサイズの試験片Ａ〜Ｄ
を作製した。
ス幅とセメンタイト間隔の検量線である図７を用いて、
ＢＨＮパルス幅から鋼材内部に形成された転位の間隔、
および、転位セルサイズの測定を実施した。用いた鋼材
はＣ量が０．１６wt％の一般構造用鋼であり、フェライ
ト−パーライト組織を有するものである。断面が正方形
であり、中央部を１０mm角から８mm角にＲ５０mmでくび
れさせた形状の疲労試験片を用意して、この試験片に繰
り返しの圧縮引っ張り荷重を負荷して内部の転位組織を
変化させた。荷重と繰り返し回数を変えて、４種類の異
なる転位間隔、および、転位セルサイズの試験片Ａ〜Ｄ
を作製した。
【００３６】ＢＨＮ測定は図６に示したシステムで行
い、磁気ヘッド１を試験片の最も疲労損傷が進んでいる
中央部へ押し当ててＢＨＮを測定した。励磁速度は磁場
の変化率で２×１０-4Oe/ms一定であり、試験片の長手
方向へ励磁磁場を印加し、被測定物の磁化が飽和した状
態から逆方向に磁化反転させるように励磁磁場を変化さ
せた。周波数フィルタリング条件はローパス周波数が１
００kHz、ハイパス周波数が５００Hzである。全ＢＨＮ
波形のうち６４msの間のＢＨＮ波形を解析し、電圧が０
となるゼロクロス時刻を求めた後に、個々のＢＨＮ電圧
パルス幅を求め、これらの平均値を電圧パルス幅の代表
値とした。
い、磁気ヘッド１を試験片の最も疲労損傷が進んでいる
中央部へ押し当ててＢＨＮを測定した。励磁速度は磁場
の変化率で２×１０-4Oe/ms一定であり、試験片の長手
方向へ励磁磁場を印加し、被測定物の磁化が飽和した状
態から逆方向に磁化反転させるように励磁磁場を変化さ
せた。周波数フィルタリング条件はローパス周波数が１
００kHz、ハイパス周波数が５００Hzである。全ＢＨＮ
波形のうち６４msの間のＢＨＮ波形を解析し、電圧が０
となるゼロクロス時刻を求めた後に、個々のＢＨＮ電圧
パルス幅を求め、これらの平均値を電圧パルス幅の代表
値とした。
【００３７】ＢＨＮパルス幅から求めた転位組織の診断
結果の精度を確認するために、ＢＨＮパルス幅を測定し
た試験片の中央部の転位組織を電子顕微鏡で観察して、
両者の測定結果を比較した。ここで、同じ試験片の中に
は異なるサイズの転位組織が観察されたが、全てのサイ
ズの平均値を測定値とした。
結果の精度を確認するために、ＢＨＮパルス幅を測定し
た試験片の中央部の転位組織を電子顕微鏡で観察して、
両者の測定結果を比較した。ここで、同じ試験片の中に
は異なるサイズの転位組織が観察されたが、全てのサイ
ズの平均値を測定値とした。
【００３８】ＢＨＮパルス幅と図７の検量線から見積も
った転位間隔、および、転位網サイズはＡが０．２３μ
m、Ｂが１．１μm、Ｃが１．８μm、Ｄが２．５μmであ
った。これに対して、電子顕微鏡で測定したサイズはＡ
が０．３０μm、Ｂが１．４μm、Ｃが２．１μm、Ｄが
２．８μmであり、ＢＨＮパルス幅から見積もったサイ
ズとほぼ一致していることがわかった。
った転位間隔、および、転位網サイズはＡが０．２３μ
m、Ｂが１．１μm、Ｃが１．８μm、Ｄが２．５μmであ
った。これに対して、電子顕微鏡で測定したサイズはＡ
が０．３０μm、Ｂが１．４μm、Ｃが２．１μm、Ｄが
２．８μmであり、ＢＨＮパルス幅から見積もったサイ
ズとほぼ一致していることがわかった。
【００３９】これらのことから、本発明のＢＨＮ電圧パ
ルス幅によって、疲労はもとより各種損傷によって内部
に形成される転位の間隔や、転位セルサイズをも診断で
きることがわかった。また、他の材質で作成した検量線
を用いて材質診断が可能であることも明らかになり、す
なわち、被測定物と検量線の材質が異なるものであって
も材質診断が可能であることが明らかになった。
ルス幅によって、疲労はもとより各種損傷によって内部
に形成される転位の間隔や、転位セルサイズをも診断で
きることがわかった。また、他の材質で作成した検量線
を用いて材質診断が可能であることも明らかになり、す
なわち、被測定物と検量線の材質が異なるものであって
も材質診断が可能であることが明らかになった。
【００４０】
【発明の効果】本発明は、実用上重要な炭素鋼やステン
レス鋼等の鋼材に代表される強磁性体のＢＨＮの電圧パ
ルス幅を測定する方法であって、この本発明による電圧
パルス幅を用いれば外乱ノイズの影響を低減することが
可能であり、ＢＨＮ電圧パルスがたとえ微弱な場合であ
っても、組織等の材質を非破壊で正確に診断できる効果
を発現するものである。
レス鋼等の鋼材に代表される強磁性体のＢＨＮの電圧パ
ルス幅を測定する方法であって、この本発明による電圧
パルス幅を用いれば外乱ノイズの影響を低減することが
可能であり、ＢＨＮ電圧パルスがたとえ微弱な場合であ
っても、組織等の材質を非破壊で正確に診断できる効果
を発現するものである。
【図１】本発明の方法で測定したＢＨＮ電圧パルス幅の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
【図２】本発明の方法で測定したＢＨＮ電圧パルス幅の
一例を示す図である。
一例を示す図である。
【図３】ＢＨＮ波形データが離散的な場合のゼロクロス
時刻Ｔiの決定方法の一例を示す図である。
時刻Ｔiの決定方法の一例を示す図である。
【図４】強磁性体Ａ、Ｂにおける析出物間隔に対する発
生頻度の分布の一例を示す図である。
生頻度の分布の一例を示す図である。
【図５】強磁性体Ａ、ＢにおけるＢＨＮ電圧パルス幅に
対するパルス数の分布の一例を示す図である。
対するパルス数の分布の一例を示す図である。
【図６】本発明の方法を実施するための測定システムの
一例を示す模式図である。
一例を示す模式図である。
【図７】本発明の方法で測定したＢＨＮ電圧パルス幅と
セメンタイト間隔の関係を示す図である。
セメンタイト間隔の関係を示す図である。
【図８】本発明の方法で測定したＢＨＮ電圧パルス幅と
パーマロイの結晶粒径の関係を示す図である。
パーマロイの結晶粒径の関係を示す図である。
１ 磁気ヘッド
２ 波形発生装置
３ 電力増幅装置
４ 電圧増幅装置
５ 周波数フィルター
６ デジタルオシロスコープ
７ コンピュータ
１１ 励磁ヘッド
１２ 検出コイル
Claims (4)
- 【請求項１】 バルクハウゼンノイズを利用した強磁性
体の材質診断方法であって、 強磁性体である被測定物を励磁部で励磁するステップ
と、 前記被測定物の磁化変化を検出部に誘起される電圧波形
として検出するステップと、 前記検出電圧波形から周波数フィルタリングでバルクハ
ウゼンノイズの電圧波形を抽出するステップと、 前記バルクハウゼンノイズの電圧波形を電圧−時間領域
に示した後に電圧が０となるゼロクロス時刻Ｔiを求め
るステップと、 隣り合う時刻ＴiとＴi+1との時間差Ｔi+1−Ｔiを求めて
前記バルクハウゼンノイズの電圧パルス幅と規定するス
テップと、 前記電圧パルス幅から前記被測定物の材質を診断するス
テップとを含むことを特徴とする強磁性体の材質診断方
法。 - 【請求項２】 少なくとも２つの時間差Ｔi+1−Ｔiの平
均値を求めて、前記平均値を前記バルクハウゼンノイズ
の電圧パルス幅の代表値として前記被測定物の材質を診
断することを特徴とする請求項１に記載の強磁性体の材
質診断方法。 - 【請求項３】 強磁性体の材質診断に使用するバルクハ
ウゼンノイズの電圧パルス幅を測定するシステムであっ
て、 強磁性体である被測定物を励磁するための励磁部と、 前記被測定物の磁化変化を電圧波形として検出する検出
部と、 前記検出電圧波形からバルクハウゼンノイズの電圧波形
を抽出する周波数フィルタリング部と、 前記バルクハウゼンノイズの電圧波形において電圧が０
となるゼロクロス時刻Ｔiを求め、隣り合う時刻ＴiとＴ
i+1との時間差Ｔi+1−Ｔiを求めて前記バルクハウゼン
ノイズの電圧パルス幅とする演算部とを含むことを特徴
とするバルクハウゼンノイズの電圧パルス幅の測定シス
テム。 - 【請求項４】 前記演算部において、少なくとも２つの
時間差Ｔi+1−Ｔiの平均値を求めて、前記平均値を前記
バルクハウゼンノイズの電圧パルス幅の代表値とするこ
とを特徴とする請求項３に記載のバルクハウゼンノイズ
の電圧パルス幅の測定システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002113488A JP3863802B2 (ja) | 2001-04-27 | 2002-04-16 | 強磁性体の材質診断方法及びバルクハウゼンノイズの電圧パルス幅の測定システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-132964 | 2001-04-27 | ||
| JP2001132964 | 2001-04-27 | ||
| JP2002113488A JP3863802B2 (ja) | 2001-04-27 | 2002-04-16 | 強磁性体の材質診断方法及びバルクハウゼンノイズの電圧パルス幅の測定システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003014697A true JP2003014697A (ja) | 2003-01-15 |
| JP3863802B2 JP3863802B2 (ja) | 2006-12-27 |
Family
ID=26614502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002113488A Expired - Fee Related JP3863802B2 (ja) | 2001-04-27 | 2002-04-16 | 強磁性体の材質診断方法及びバルクハウゼンノイズの電圧パルス幅の測定システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3863802B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263738A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Nippon Steel Corp | フェライト鋼板の加工硬化特性の評価方法 |
| JP2009074813A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Jfe Steel Kk | 磁性材料の磁気特性変動部位の検出方法および装置 |
| JP2012195618A (ja) * | 2005-01-06 | 2012-10-11 | Velox Semiconductor Corp | 窒化ガリウム半導体素子 |
| CN104330460A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-02-04 | 东莞市豪斯特热冲压技术有限公司 | 一种高强钢的检测装置及其检测方法 |
-
2002
- 2002-04-16 JP JP2002113488A patent/JP3863802B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012195618A (ja) * | 2005-01-06 | 2012-10-11 | Velox Semiconductor Corp | 窒化ガリウム半導体素子 |
| JP2007263738A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Nippon Steel Corp | フェライト鋼板の加工硬化特性の評価方法 |
| JP4580360B2 (ja) * | 2006-03-28 | 2010-11-10 | 新日本製鐵株式会社 | フェライト鋼板の加工硬化特性の評価方法 |
| JP2009074813A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Jfe Steel Kk | 磁性材料の磁気特性変動部位の検出方法および装置 |
| CN104330460A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-02-04 | 东莞市豪斯特热冲压技术有限公司 | 一种高强钢的检测装置及其检测方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3863802B2 (ja) | 2006-12-27 |
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