JP2004294341A - Flaw detection method and flaw detection apparatus by pulsed remote field eddy current - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスリモートフィールド渦電流による探傷方法及びその探傷装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
化学プラントや原子力発電所などにおいて、配管に生じる欠陥を検査することは、それらの安全性及び健全性を維持するために不可欠である。配管の保守検査は、管内部から検査を行う必要があるために、亀裂検査法として、渦電流(渦電流:Eddy Current Testing)探傷法が実用的に用いられている。
渦電流探傷法は、電気配線や、導電体や強磁性体の鋼管内部に所定の間隔で配設された交流電源に駆動される励磁コイルと検出コイルからなるプローブを挿入し、鋼管の傷部における磁束の変化を検知コイルにより検出する非破壊検査方法である(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−145225号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の渦電流探傷法において、被測定物が強磁性体からなる管(以下、強磁性管と呼ぶ)である場合には、強磁性管内の透磁率が不均一であるために、傷部以外からの磁気雑音が大きいために検出が困難であるという課題がある。
また、従来の渦電流探傷法は検出側プローブに近い管内面側の検出感度が高く、逆に検出プローブから離れた管外面の検出感度が低下し、管の内外の傷の検出感度が均一に得られないという課題がある。
【0005】
本発明は上記課題に鑑み、配管などの傷の評価を容易に行い得る、新規なパルスリモートフィールド渦電流による探傷方法及びその評価装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷方法は、被測定物である導電体または強磁性体に隣接して配置される励磁用コイルと、磁界検出部とからなるプローブを用いた、リモートフィールド渦電流による探傷方法であって、励磁用コイルがパルス電流により駆動されるパルス励磁コイルであり、磁界検出部がパルス励磁コイルにより発生したパルス磁界により被測定物の傷部を貫通した磁界のリモートフィールドの変化を検出することより被測定物の傷部を探傷することを特徴とする。
上記構成において、好ましくは、プローブはプローブ駆動装置に載置されて、被測定物の内部または近傍を移動して測定する。このプローブは、好ましくは、複数の前記パルス励磁コイルと複数の磁界検出部を備えている。
また、プローブのパルス励磁コイルを駆動するパルス電流は、そのパルスをフーリエ変換したときの主要な周波数成分として、好ましくは、被測定物を貫通して外部に磁界が生じるような低周波成分を含んでいる。
磁界検出部は、好ましくは、コイル、ホール効果素子、磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗素子、強磁性体応用素子、SQUIDのいずれかから成っている。上記磁界検出部は、異なる方向の磁界の検出または差動出力を得る構成であれば好ましい。被測定物は、好ましくは管状であり、この管の内部にパルス励磁用コイルと磁界検出部が挿入されれば好ましい。
また、磁界検出部は、好ましくは、パルス励磁用コイルから被測定物の管の直径の約2倍以上の距離に配置されている。
また、被測定物が板状であり、この板の外部にパルス励磁用コイルと磁界検出部が配設されれば好ましい。
また、パルス励磁用コイルと磁界検出部との板と対向する部分以外の全面が、好ましくは磁気シールドされる。
【0007】
この構成によれば、導電性管や強磁性管などに生じた傷部を、その内部などに設置したプローブにより、パルスリモートフィールド渦電流により、短時間で、かつ、精度よく探傷できる。
また、パルスリモートフィールドの変化を検出することにより、被測定物のプローブから見て内表面、外表面及び内部の傷部を、同等の感度で探傷できる。
したがって、本発明を現状の強磁性管などの検査に適用すれば、強磁性管に発生した傷部の評価を、短時間で、精度よく、かつ低コストで実施できる。
【0008】
また、本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷装置は、パルス励磁コイルと磁界検出部とからなるプローブと、パルス励磁コイルを駆動するパルス駆動部と、磁界検出部の出力から、被測定物の傷部を探傷する信号処理部と、からなることを特徴とする。
前記プローブは、好ましくは、少なくとも1個以上のパルス励磁コイルと磁界検出部とを備え、被測定物の形状に応じたパルス電流が印加されるように信号処理部により制御される。このプローブは、好ましくはプローブ駆動装置に載置され、信号処理部により制御される。
パルス駆動部は、被測定物の形状に応じたパルス電流が印加されるように信号処理部により制御されれば好ましい。上記信号処理部はコンピュータを具備し、このコンピュータが好ましくはパルス駆動部を制御する一方、コンピュータが磁界検出部の信号を測定し、被測定物の探傷を自動的に計算する。
【0009】
この構成によれば、強磁性管などをパルス励磁コイルで駆動し、それにより強磁性管の内と外に生じるパルスリモートフィールドを磁界検出部により検出することにより、強磁性体の管などに生じている傷の探傷を短時間で測定することができる。これにより、従来精度が悪く、長い測定時間を必要とした、強磁性管などの内表面、外表面及び内部の傷部探傷を、短時間で、かつ、低コストで行うことができる。
したがって、本発明を現状の強磁性管などの検査に適用すれば、強磁性管に発生した傷部の探傷を、短時間で、精度よく、かつ低コストで実施することができる。また、本発明の評価装置は、小型軽量であるので、屋外に設置した強磁性管の傷部の探傷にも使用できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
始めに、本発明の第1の実施の形態であるパルスリモートフィールド渦電流法による探傷方法を説明する。
図1は、本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷方法において用いる測定系の概略構成を示す図である。図1に示すように、測定系は、被測定物1である導電体や強磁性体の管の内部に、励磁コイル2と励磁コイル2から所定の位置に配設される磁界検出部3と、から構成されるプローブ4と、励磁コイル2を駆動するための図示しないパルス駆動部と、磁界検出部3の信号処理部(図示せず)と、から構成されている。
ここで、磁界検出部3は、例えば巻線コイルを用いた検出コイルが使用でき、図においては巻線コイルを2組用いた差動検出コイル3a,3bを示している。このように、磁界検出部3は、異なる方向の磁界の検出または差動出力を得る構成であれば磁界変化を感度よく検出できる。
【0011】
次に、本発明のパルスリモートフィールド渦電流法による探傷方法の原理について説明する。
図示するように、励磁コイル2がパルス駆動部により駆動されると、強磁性管の内部にある励磁コイル2から磁場が発生し、強磁性管の内部に直接磁場8と、強磁性管の外部に間接磁場9が生じる。
さらに、被測定物1である強磁性管の外部に生じる間接磁場9は再び、被測定物1の内部に侵入する間接磁場10を生じさせる。このとき、被測定物1の外部表面に生じる間接磁場を、間接磁場11とする。ここで、間接磁場9,10,11を、適宜パルスリモートフィールドと呼ぶことにする。
この際、パルスリモートフィールド10は、直接磁場8よりも位相が遅れるので、磁界検出部3により、直接磁場8と区別して検出することができる。
このとき、強磁性管1に傷部12が生じている場合には、傷部12の空間には強磁性体がないので、間接磁場が減衰しない分だけ間接磁場の強度が変化するので、傷部12の探傷ができる。
この際、励磁コイル2と磁界検出部3とから構成されるプローブ4を、所定の測定範囲毎に移動させて測定することにより、強磁性管1の傷部12の探傷を行うことができる。
ここで、プローブ4は、電池駆動のモータによる移動機構を有する台車を備えた自走ロボットなどのプローブ駆動装置に載置することができる。また、プローブ4は、複数の励磁コイル2と磁界検出部3を備えることで、多数点の測定を一度に行うことができる。
なお、強磁性管1の傷部12の判定においては、別途、傷部のない正常な強磁性管1における、パルスリモートフィールド渦電流による探傷方法で測定したデータを、校正データとして使用できる。
【0012】
次に、励磁コイル2から発生する、直接磁場と間接磁場についてさらに詳しく説明する。
図2は、図1の管内表面の直接磁場8と管外表面の間接磁場11の強磁性管の中心軸方向の磁束密度分布を示す図である。図において、横軸は、励磁コイル2からの距離(mm)を示し、縦軸は、磁束密度(T:テスラ)を示す。この磁束密度分布の計算方法は後述する。また、図中の◆は管内表面の直接磁場8を、■は管外表面の間接磁場11を示している。ここで、強磁性管1は、外径が31.8mmであり、内径が23.4mmである。
【0013】
図から明らかなように、管内表面の磁場のうち、直接磁場8の磁束密度は、励磁コイルから離れると急激に減衰し、おおよそ、強磁性管1の外径の2倍(約60mm)以上の距離になると、管外表面の間接磁場11の磁束密度よりも小さくなることが分かる。
また、管外表面の間接磁場11の磁束密度は、励磁コイルからの距離がおおよそ強磁性管1の外径の3倍(約90mm)以上になると、直接磁場8の磁束密度よりも3桁程度大きくなることが分かる。
したがって、この領域では管内には直接磁場8よりも管外表面の間接磁場11が大きくなり、磁束は管外から管内に侵入してくる。この侵入してくる磁場がパルスリモートフィールド10である(図2参照)。これにより、管外面及び管内面の傷が同じレベルで測定できる。
また、パルスリモートフィールド10を精度よく測定するためには、直接磁場8の影響を受けないように、磁界検出部3は、励磁コイルから強磁性管1の外径の2倍以上の距離となるように配設すればよいことが分かる。
【0014】
次に、励磁コイル2から発生する、直接磁場と間接磁場のパルス応答について詳しく説明する。
図3は、本発明のパルスリモートフィールドECT法による探傷方法のパルス応答を計算した軸対象二次元解析モデルを示す図である。図は、強磁性管1の右側の断面図を示していて、図示するように励磁コイル2と磁界検出部3が配置されている。
また、傷部12がある場合の計算も行った。計算は、マクスウェルの電磁界方程式を用いて、強磁性管1の中心軸1aに対する軸対象の二次元における解析を行った。解析方法は、励磁コイル2の要素部にパルス電流を流し、そのときの検出コイル3要素部のベクトルポテンシャルや、図2に示した各部の磁束密度などを、時間毎に計算した。このときの、X−Y平面の要素数は30039、接点数は14812とした。
【0015】
ここで、計算に使用した励磁コイル2と磁界検出部3の検出コイル、傷部などの寸法を以下に示す。
【0016】
図4は、図3の軸対象二次元解析に用いたパルス波形を示す図である。計算に使用したパルス波形は、いずれも単一パルス(インパルス)であり、図4(a)が単波パルスであり、図4(b)が全波パルスである。図において、横軸は時間を示し、縦軸は電流Iを示す。パルス幅(周期)がtp である。
【0017】
次に、上記で説明した本発明のパルスリモートフィールドECT法による探傷方法のパルス応答の計算例について説明する。
(計算例1)
図5は、正常な強磁性管1において、検出コイル3を励磁コイル2から強磁性管1の外径の2倍の距離に配設したときに、検出コイル3に生じるベクトルポテンシャルの時間変化を計算した図である。図において、横軸は励磁コイル2へのパルス印加後の時間経過(ミリ秒:ms) を示し、縦軸はベクトルポテンシャルを示す。印加したパルスは、周期が0.1msの全波パルスである。
【0018】
図示するように、原点側の波形が直接磁場8によるものであり、パルスリモートフィールド10の波形は、直接磁場8よりも強度が弱くかつ、遅れて生じていることが分かる。これにより、本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷方法においては、検出コイル3を励磁コイル2よりも強磁性管1の外径の2倍程度離した距離に配設することで、パルスリモートフィールド10を直接磁場8と分離して測定できることが分かる。
【0019】
(計算例2)
図6は、正常な強磁性管1において、検出コイル3を励磁コイル2から強磁性管1の外径の3倍の距離に配設したときに、検出コイル3に生じるベクトルポテンシャルの時間変化を計算した図である。印加したパルスは、図5と同じ、周期が0.1msの全波パルスである。
図示するように、原点側の波形が直接磁場8によるものであるが、図2で説明したように、検出コイル3が励磁コイル2から強磁性管1の外径の3倍の距離に配設されているので、パルスリモートフィールド10の波形は、直接磁場8よりも強度が増大し、かつ、遅れて生じていることが分かる。これにより、本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷方法においては、検出コイルを励磁コイルよりも強磁性管1の外径の2倍程度以上離した距離に配設することで、パルスリモートフィールド10を直接磁場8と分離して測定できることが分かる。
【0020】
(計算例3)
次に、正常部と傷部のある強磁性管1の計算例を示す。
図7は、正常部と傷部のある強磁性管1において、差動検出コイルを励磁コイルから強磁性管の外径の2倍の距離に配設したときに、差動検出コイルに生じる電圧の時間変化を計算した図である。図において、横軸は、励磁コイル2へのパルス印加後の時間経過(ms)を示し、縦軸は検出コイルに生じる電圧(V:ボルト)を示す。また、図中の◆は傷のない正常部の場合、□は強磁性管1の外表面側の傷部の場合、△は強磁性管1の内表面側の傷部の場合である。印加したパルスは、周期が0.2msの全波パルスである。
図から明らかなように、強磁性管1に傷部がある場合のパルスリモートフィールド10による波形は、強磁性管1の正常部とは異なる波形が生じることが分かる。また、外表面と内表面の傷部が同じ感度で検出できていることが分かる。
これにより、本発明のパルスリモートフィールド渦電流法による探傷方法においては、パルスリモートフィールド10を時間が0〜0.2msの領域の直接磁場8と分離して測定することができる。そして、傷部のある場合と正常な場合とのそれぞれのパルスリモートフィールド10の波形が異なることにより、強磁性管1の傷部を精度よく測定できる。この際、従来の渦電流探傷法では困難であった、強磁性管などの外表面と内表面の傷部を同じ感度で検出することができる。
【0021】
以上、本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷方法を強磁性管に適用する場合について説明したが、同様に、導電体や強磁性体からなる板にも適用することができる。
図8は、本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷方法を使用して強磁性板を探傷する場合の概略構成を示す断面図である。図8に示すように、測定系は、被測定物15である導電体や強磁性体の板の下部に、励磁コイル2と、励磁コイル2から所定の位置に磁界検出部3とから構成されるプローブ16と、図示しない励磁コイルを駆動するためのパルス駆動部と、磁界検出部3の信号処理部とから構成されている。
ここで、励磁コイル2と磁界検出部3は、図示するように、被測定物15の板と対向する部分を除く全面に、直接磁場を減衰させたり、パルスリモートフィールド10を感度よく検出するために、強磁性体を用いた磁気シールド17を施せばよい。これにより、板形状の被測定物15も、強磁性管1と同様に、パルスリモートフィールド渦電流による探傷方法を適用できる。
【0022】
次に、本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷装置に係る第2の実施の形態を示す。
図9は、本発明に係る第2の実施の形態によるパルスリモートフィールド渦電流による探傷装置の構成を模式的に示すブロック図である。パルスリモートフィールド渦電流による探傷装置20は、被測定物1となる強磁性管などに挿入される励磁コイル2と磁界検出部3とからプローブ4と、励磁コイル2を駆動するパルス駆動部5と、信号処理部6と、から構成されている。
上記プローブ4は、強磁性管1内を移動できるように、自走ロボットなどのプローブ駆動装置22に載置されてもよい。このとき、自走ロボット22の測定点に対する移動は、信号処理部6により制御される。
【0023】
パルス駆動部5は信号処理部6により制御されている。そして、パルス駆動部5から励磁コイル2へパルスが印加されたときに、強磁性管1を貫通して外部に適度な強度のパルスリモートフィールド10が生じるような低周波成分を含むパルスを発生する。パルスの周波数成分は、印加するパルスのフーリエ変換により求めることができる。
【0024】
磁界検出部3は、磁束分布を検知できる検出コイルや差動型検出コイルの他に各種の磁界センサを使用できる。例えば、ホール効果素子、磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗効果素子、トンネル磁気抵抗効果素子などの磁性材応用素子、ジョセフソン接合を利用した磁界センサ素子であるSQUID等を用いてもよい。
また、磁界検出部3からのセンサ出力電圧は、増幅器21により十分に増幅されて、信号処理部6へ出力される。ここで、増幅器21は、プローブ4に内蔵されていてもよい。
【0025】
信号処理部6は、パーソナルコンピュータなどのコンピュータ6aと、磁界検出部3からのセンサ出力を測定する波形測定部6b、自走ロボットなどのプローブ駆動装置22の駆動制御部(図示せず)などから構成されている。
【0026】
本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷装置20は、以上のように構成されており、次のように動作する。
信号処理部6により、パルス駆動部5からパルスを励磁コイル2に印加する。励磁コイル2に印加された電圧または電流パルスから発生したパルスリモートフィールド10が磁界検出部3により検出され、増幅器により増幅されて信号処理部6の波形測定部6bに出力される。
信号処理部6の波形測定部6bからの信号波形データが、コンピュータ6aに送出されて、正常な被測定物の波形との比較を行う演算などのデータ処理がされて、コンピュータ6aのメモリに保存すると共に、ディスプレー装置やプリンタに出力する。
上記の測定が、プローブ4の移動毎に行われることで、被測定物のパルスリモートフィールド渦電流法による探傷を行うことができる。
ここで、正常な被測定物のパルスリモートフィールドの波形は、予めコンピュータ6aのメモリに記憶させておけばよい。
【0027】
次に、本発明のパルスリモートフィールド渦電流法による探傷方法による測定についての実施例を示す。
ここで、測定した強磁性管1は計算例の場合と同じで、外径、内径、肉厚は、それぞれ、31.8mm、23.4mm、4.2mmである。また、その材質は2Cr−1Moである。そして、傷部は、強磁性管1の外側外周に幅2mm、深さが肉厚の半分の2.4mmとした。また、プローブ4内の励磁コイルと差動型の検出コイルの間隔は、強磁性管1外径の2倍の63.6mmとした。また、プローブ4の移動は1mmピッチで行い、その点毎の測定を行った。
【0028】
(実施例1)
図10から図12は、周期2msの全波パルスを使用して、パルスリモートフィールド渦電流法により測定した強磁性管1の測定データを示す図である。図10は、強磁性管1の傷部12のない正常部における励磁コイル2の電圧波形と、差動検出コイル3により検出される電圧波形を示す図である。図11は、強磁性管1の傷部12における励磁コイル2の電圧波形と、差動検出コイル3により検出される電圧波形を示す図である。横軸は時間(ms)であり、左縦軸は励磁コイル電圧(V)であり、右縦軸は検出コイル電圧(V)である。図中の◆は励磁コイル電圧で、●は検出コイルに生じる電圧である。
図から明らかなように、傷部12のない正常な強磁性管1におけるパルスリモートフィールド10により生じる検出電圧波形(図10のa,c参照)と、傷部12のある強磁性管1におけるパルスリモートフィールド10により生じる検出電圧波形(図11のb,c参照)は、大きく異なっている。即ち、傷部12のある場合の検出電圧が約2.5倍と大きくなっている。さらに、直接波を除いたパルスリモートフィールド10の電圧(図10及び図11のc’参照)のみの領域において、傷なしの場合と傷ありの場合の比を計算すると約3倍の違いがあり、直接磁場8の影響を受けずに検出できることが分かる。
これにより、本発明のパルスリモートフィールド渦電流法によれば、強磁性管1外部の傷部からの検出電圧が大きく、強磁性管1の内部に設置するプローブ4により、非破壊で、かつ、精度よく測定できる。
【0029】
図12は、図10及び図11の測定においてプローブ4を移動したときの検出電圧を測定した例を示す図である。横軸は移動距離(mm)で、縦軸は検出電圧(任意目盛り)を示している。ここで、検出電圧は、図10及び図11のcに示すようにパルスリモートフィールド10のピーク間電圧(p−p電圧)である。図から明らかなように、強磁性管1の傷部における検出電圧(図12d参照)が、傷部12のない正常部よりも大きく、かつ、雑音がなく検出できることが分かる。
【0030】
(実施例2)
図13及び図14は、周期1msの半波パルスを使用して、パルスリモートフィールド渦電流法により測定した強磁性管1の測定データを示す図である。図13は、強磁性管1の傷部12のない正常部における励磁コイル2の電圧波形と、差動検出コイル3により検出される電圧波形を示す図であり、図14は、強磁性管1の傷部12における励磁コイル2の電圧波形と、差動検出コイル3により検出される電圧波形を示す図である。横軸は時間(ms)で、縦軸は電圧(V)である。図中の◆は励磁コイル電圧であり、●は検出コイルに生じる電圧である。図から明らかなように、傷部12のない正常な強磁性管1におけるパルスリモートフィールド10により生じる検出電圧波形(図13のe参照)と、傷部12のある強磁性管1におけるパルスリモートフィールド10により生じる検出電圧波形(図14のf参照)は、特に図示するAとBの近傍の波形が変化している。これにより、本発明のパルスリモートフィールド渦電流法によれば、励磁コイル2に半波パルスを印加しても、強磁性管1外部の傷部12からの検出電圧の変化が大きく、強磁性管1の内部に設置するプローブ4により、非破壊で、かつ、精度よく測定できる。
【0031】
(実施例3)
図15から図17は、周期0.5msの全波パルスを使用して、パルスリモートフィールド渦電流法により測定した強磁性管1の測定データを示す図である。図15は、強磁性管1の傷部12のない正常部における励磁コイル2の電圧波形と、差動検出コイル3により検出される電圧波形を示す図であり、図16は、強磁性管1の傷部12における励磁コイル2の電圧波形と、差動検出コイル3により検出される電圧波形を示す図である。横軸は時間(ms)、縦軸は電圧(V)である。図中の◆は励磁コイル電圧、●は検出コイルに生じる電圧である。
図から明らかなように、傷部12のない正常な強磁性管1におけるパルスリモートフィールド10により生じる検出電圧波形(図15のg参照)と、傷部12のある強磁性管1におけるパルスリモートフィールド10により生じる検出電圧波形(図16のh参照)は、異なっている。これにより、本発明のパルスリモートフィールド渦電流法によれば、強磁性管1外部の傷部からの検出電圧が大きく、強磁性管1の内部に設置するプローブ4により、非破壊で、かつ、精度よく測定できる。
【0032】
図17は、上記の測定におけるプローブ4を移動したときの検出電圧を測定した例を示す図である。横軸は移動距離(mm)で、縦軸は、検出電圧(任意目盛り)を示している。
ここで、検出電圧は、図15及び図16のiに示すようにパルスリモートフィールド10のピーク間電圧(p−p電圧)である。
図から明らかなように、強磁性管1の傷部12における検出電圧(図17のj参照)が、傷部12のない正常部よりも大きく、かつ、雑音がなく検出できることが分かる。
【0033】
(実施例4)
図18及び図19は、周期0.25msの半波パルスを使用して、パルスリモートフィールド渦電流により測定した強磁性管1の測定データを示す図である。図18は、強磁性管1の傷部12のない正常部における励磁コイル2の電圧波形と、差動検出コイル3により検出される電圧波形を示す図であり、図19は、強磁性管1の傷部12における励磁コイル2の電圧波形と、差動検出コイル3により検出される電圧波形を示す図である。横軸は時間(ms)で、縦軸は電圧(V)である。図中の◆は励磁コイル電圧であり、●は検出コイルに生じる電圧である。
図から明らかなように、傷部12のない正常な強磁性管1におけるパルスリモートフィールド10により生じる検出電圧波形(図18のk参照)と、傷部12のある強磁性管1におけるパルスリモートフィールド10により生じる検出電圧波形(図19のm参照)は、特に図示するCとDの近傍の波形が変化している。
これにより、本発明のパルスリモートフィールド渦電流法によれば、励磁コイル2に半波パルスを印加しても、強磁性管1外部の傷部12からの検出電圧が大きく、強磁性管1の内部に設置するプローブ4により、非破壊で、かつ、精度よく測定できる。
【0034】
本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷方法及び装置は、例えば次のような用途に使用することができる。
導電性管や強磁性管の製造に際して、傷部の検査に用いれば、センサや目視による検査ではできない内部やプローブから見て裏面を、同等感度で、かつ、非破壊で、傷部の検査を行うことができる。
導電性管や強磁性管を用いた配管の使用場所において、傷部が生じている場合にその傷部を短時間に非破壊で探傷できる。また、導電性管や強磁性管を用いた配管の使用場所において、定期的に傷部の探傷を行えば、早期に傷部を発見することができ、配管の交換修理を速やかに行うことで各種装置の安全管理を確実に実施できると共に、各種装置の維持点検と定期的な新規な配管の交換補修に伴うコストを低減できる。
【0035】
本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、本実施の形態では、被測定物の形状は管や板の場合について説明したが、被測定物の形状や材料の厚さ、比透磁率などに応じたプローブや、パルス波形などは適宜、設計して使用することなども、本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【0036】
【発明の効果】
上記説明から理解されるように、本発明によれば、導電性管や強磁性管などに生じた内面と外面及び内部の傷部を、その内部などに設置したプローブにより、パルスリモートフィールド渦電流を用いて、短時間で、非破壊で、かつ、精度よく探傷できる探傷方法及び探傷装置を得ることができる。
したがって、本発明を現状の強磁性管などの検査に適用すれば、強磁性管に発生した内面と外面及び内部の傷部傷部の評価を、短時間で、非破壊で、精度よく、かつ低コストで実施することができる。また、本発明の評価装置は、小型軽量であるので、屋外に設置した強磁性管の傷部の探傷にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパルスリモートフィールド渦電流による探傷方法及び装置に用いる測定系の概略構成を示す図である。
【図2】図1の直接磁場と間接磁場の強磁性管の中心軸方向の磁束密度分布を示す図である。
【図3】本発明のパルスリモートフィールドECT法による探傷方法のパルス応答を計算した軸対象二次元解析モデルを示す図である。
【図4】図3の軸対象二次元解析に用いたパルス波形を示す図である。
【図5】正常な強磁性管において、検出コイルを励磁コイルから強磁性管の外径の2倍の距離に配設したときに、検出コイルに生じるベクトルポテンシャルの時間変化を計算した図である。
【図6】正常な強磁性管において、検出コイルを励磁コイルから強磁性管の外径の3倍の距離に配設したときに、検出コイルに生じるベクトルポテンシャルの時間変化を計算した図である。
【図7】正常な強磁性管と傷部のある強磁性管において、差動検出コイルを励磁コイルから強磁性管の外径の2倍の距離に配設したときに、差動検出コイルに生じる電圧の時間変化を計算した図である。
【図8】本発明のパルスリモートフィールド渦電流法による探傷方法を使用して強磁性板を探傷する場合の概略構成を示す断面図である。
【図9】本発明に係る第2の実施の形態によるパルスリモートフィールド渦電流による探傷装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図10】強磁性管の傷部のない正常部における励磁コイルの電圧波形と、差動検出コイルにより検出される電圧波形を示す図である。
【図11】強磁性管の傷部における励磁コイルの電圧波形と、差動検出コイルにより検出される電圧波形を示す図である。
【図12】図10及び図11の測定においてプローブを移動したときの検出電圧を測定した例を示す図である。
【図13】強磁性管の傷部のない正常部における励磁コイルの電圧波形と、差動検出コイルにより検出される電圧波形を示す図である。
【図14】強磁性管の傷部における励磁コイルの電圧波形と、差動検出コイルにより検出される電圧波形を示す図である。
【図15】強磁性管の傷部のない正常部における励磁コイルの電圧波形と、差動検出コイルにより検出される電圧波形を示す図である。
【図16】強磁性管の傷部における励磁コイルの電圧波形と、差動検出コイルにより検出される電圧波形を示す図である。
【図17】図15及び図16の測定におけるプローブを移動したときの検出電圧を測定した例を示す図である。
【図18】強磁性管の傷部のない正常部における励磁コイルの電圧波形と、差動検出コイルにより検出される電圧波形を示す図である。
【図19】強磁性管の傷部における励磁コイルの電圧波形と、差動検出コイルにより検出される電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
1,15 被測定物
1a 中心軸
2 励磁コイル
3 磁界検出部
4,16 プローブ
5 パルス駆動部
6 信号処理部
6a コンピュータ
6b 波形測定部
8 直接磁場
9 被測定物の外部に生じる間接磁場(パルスリモートフィールド)
10 被測定物の内部に侵入する間接磁場(パルスリモートフィールド)
11 被測定物の外部表面の間接磁場(パルスリモートフィールド)
12 傷部
17 磁気シールド
20 探傷装置
21 増幅器
22 プローブ駆動装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a flaw detection method using a pulsed remote field eddy current and a flaw detection apparatus therefor.
[0002]
[Prior art]
In a chemical plant, a nuclear power plant, and the like, inspecting for defects occurring in piping is indispensable for maintaining their safety and soundness. Since the maintenance inspection of the pipe needs to be performed from inside the pipe, an eddy current (eddy current testing) flaw detection method is practically used as a crack inspection method.
In the eddy current flaw detection method, a probe consisting of an excitation coil and a detection coil driven by an AC power source arranged at a predetermined interval inside an electric wiring or a conductive or ferromagnetic steel pipe is inserted, and a damaged part of the steel pipe is inserted. This is a non-destructive inspection method in which a change in magnetic flux in the sensor is detected by a detection coil (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-145225
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional eddy current flaw detection method, when an object to be measured is a ferromagnetic tube (hereinafter referred to as a ferromagnetic tube), since the magnetic permeability in the ferromagnetic tube is non-uniform, a portion other than the damaged portion is not used. There is a problem that the detection is difficult due to the large magnetic noise from the light source.
In addition, the conventional eddy current flaw detection method has a high detection sensitivity on the inner surface of the tube close to the detection probe, and conversely, a lower detection sensitivity on the outer surface of the tube far from the detection probe, so that the detection sensitivity of the inside and outside of the tube is uniform. There is a problem that it cannot be obtained.
[0005]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a novel flaw detection method using pulsed remote field eddy current and a device for evaluating the flaw, which can easily evaluate a flaw in a pipe or the like.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for detecting flaws by a pulsed remote field eddy current according to the present invention provides a probe comprising: an excitation coil disposed adjacent to a conductor or a ferromagnetic material as an object to be measured; and a magnetic field detector. A flaw detection method using a remote field eddy current, wherein the excitation coil is a pulse excitation coil driven by a pulse current, and the magnetic field detection unit is configured to detect a flaw on the object to be measured by a pulse magnetic field generated by the pulse excitation coil. And detecting a change in the remote field of the magnetic field penetrating the object to detect a flaw in the object to be measured.
In the above configuration, preferably, the probe is mounted on the probe driving device, and moves inside or near the object to be measured to perform measurement. This probe preferably includes a plurality of the pulse excitation coils and a plurality of magnetic field detection units.
The pulse current for driving the pulse excitation coil of the probe preferably includes a low-frequency component as a main frequency component when the pulse is Fourier-transformed such that a magnetic field is generated outside through the DUT. In.
The magnetic field detecting section is preferably made of any one of a coil, a Hall effect element, a magnetoresistive element, a giant magnetoresistive element, a ferromagnetic application element, and a SQUID. It is preferable that the magnetic field detecting section has a configuration in which a magnetic field in a different direction is detected or a differential output is obtained. The device under test is preferably tubular, and it is preferable that the pulse excitation coil and the magnetic field detection unit are inserted inside the tube.
Further, the magnetic field detector is preferably arranged at a distance from the pulse excitation coil that is at least about twice the diameter of the tube of the DUT.
Further, it is preferable that the object to be measured has a plate shape, and that a pulse excitation coil and a magnetic field detection unit are provided outside the plate.
In addition, the entire surface other than the portion of the pulse excitation coil and the magnetic field detection unit other than the portion facing the plate is preferably magnetically shielded.
[0007]
According to this configuration, it is possible to detect a flaw in a conductive tube, a ferromagnetic tube, or the like in a short time and with high accuracy by a pulse remote field eddy current using a probe installed inside the tube.
Further, by detecting a change in the pulse remote field, it is possible to detect flaws on the inner surface, the outer surface, and the internal flaws with the same sensitivity as viewed from the probe of the measured object.
Therefore, if the present invention is applied to the current inspection of a ferromagnetic tube or the like, the evaluation of a flaw generated in the ferromagnetic tube can be performed in a short time, accurately, and at low cost.
[0008]
In addition, the pulse remote field eddy current flaw detection device of the present invention includes a probe including a pulse excitation coil and a magnetic field detection unit, a pulse drive unit that drives the pulse excitation coil, and an output of the magnetic field detection unit. A signal processing unit for flaw detection of the flaw.
The probe preferably includes at least one or more pulse excitation coils and a magnetic field detection unit, and is controlled by the signal processing unit so that a pulse current according to the shape of the device under test is applied. The probe is preferably mounted on a probe driving device and controlled by a signal processing unit.
It is preferable that the pulse driving unit is controlled by the signal processing unit so that a pulse current according to the shape of the device under test is applied. The signal processor comprises a computer, which preferably controls the pulse driver, while the computer measures the signal of the magnetic field detector and automatically calculates the flaw detection of the measured object.
[0009]
According to this configuration, the ferromagnetic tube or the like is driven by the pulse excitation coil, and thereby the pulse remote field generated inside and outside the ferromagnetic tube is detected by the magnetic field detection unit, so that the ferromagnetic tube or the like is generated. It is possible to measure the flaw detection of a flaw in a short time. This makes it possible to detect a flaw on the inner surface, the outer surface, and the inside of a ferromagnetic tube or the like, which has conventionally required poor accuracy and a long measurement time, in a short time and at low cost.
Therefore, if the present invention is applied to the current inspection of ferromagnetic tubes and the like, flaw detection of flaws generated in ferromagnetic tubes can be performed in a short time, accurately, and at low cost. Further, since the evaluation device of the present invention is small and lightweight, it can be used for flaw detection of a ferromagnetic tube installed outdoors.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a flaw detection method using a pulsed remote field eddy current method according to a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a measurement system used in the pulse remote field eddy current flaw detection method of the present invention. As shown in FIG. 1, a measuring system includes an
Here, the magnetic
[0011]
Next, the principle of the flaw detection method using the pulsed remote field eddy current method of the present invention will be described.
As shown, when the
Further, the indirect
At this time, the phase of the pulse
At this time, if the
At this time, the
Here, the
In the determination of the
[0012]
Next, the direct magnetic field and the indirect magnetic field generated from the
FIG. 2 is a diagram showing the magnetic flux density distribution of the direct
[0013]
As is apparent from the figure, of the magnetic field on the inner surface of the tube, the magnetic flux density of the direct
Further, the magnetic flux density of the indirect
Therefore, in this region, the indirect
In order to accurately measure the pulse
[0014]
Next, the pulse response of the direct magnetic field and the indirect magnetic field generated from the
FIG. 3 is a diagram showing an axially symmetric two-dimensional analysis model obtained by calculating a pulse response of the flaw detection method using the pulse remote field ECT method of the present invention. The figure shows a cross-sectional view of the right side of the
In addition, the calculation in the case where there is a
[0015]
Here, dimensions of the
[0016]
FIG. 4 is a diagram showing a pulse waveform used in the axial symmetric two-dimensional analysis of FIG. Each of the pulse waveforms used for the calculation is a single pulse (impulse), FIG. 4A shows a single-wave pulse, and FIG. 4B shows a full-wave pulse. In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents current I. The pulse width (period) is t p It is.
[0017]
Next, a description will be given of a calculation example of the pulse response of the flaw detection method using the pulse remote field ECT method of the present invention described above.
(Calculation example 1)
FIG. 5 shows a time change of the vector potential generated in the
[0018]
As shown in the figure, the waveform on the origin side is directly caused by the
[0019]
(Calculation example 2)
FIG. 6 shows a time change of the vector potential generated in the
As shown in the figure, although the waveform on the origin side is directly caused by the
[0020]
(Calculation example 3)
Next, a calculation example of the
FIG. 7 shows a voltage generated in the differential detection coil when the differential detection coil is disposed at a distance twice the outer diameter of the ferromagnetic tube from the excitation coil in the
As is apparent from the figure, the waveform generated by the pulse
Thus, in the flaw detection method using the pulsed remote field eddy current method of the present invention, the pulsed
[0021]
The case where the flaw detection method using the pulsed remote field eddy current of the present invention is applied to a ferromagnetic tube has been described above. However, it can be similarly applied to a plate made of a conductor or a ferromagnetic material.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration when a ferromagnetic plate is inspected using the pulse remote field eddy current inspection method of the present invention. As shown in FIG. 8, the measurement system includes an
Here, as shown in the figure, the
[0022]
Next, a second embodiment of the pulse remote field eddy current flaw detector according to the present invention will be described.
FIG. 9 is a block diagram schematically showing a configuration of a flaw detector using pulsed remote field eddy current according to the second embodiment of the present invention. The
The
[0023]
The
[0024]
The magnetic
The sensor output voltage from the magnetic
[0025]
The
[0026]
The
The
The signal waveform data from the
Since the above-described measurement is performed every time the
Here, the waveform of the pulse remote field of the normal DUT may be stored in the memory of the
[0027]
Next, an example of measurement by the flaw detection method using the pulse remote field eddy current method of the present invention will be described.
Here, the measured
[0028]
(Example 1)
FIGS. 10 to 12 are diagrams showing measurement data of the
As is clear from the figure, the detected voltage waveform (see FIGS. 10A and 10C) generated by the pulse
Thus, according to the pulsed remote field eddy current method of the present invention, the detection voltage from the flaw outside the
[0029]
FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which the detection voltage when the
[0030]
(Example 2)
FIGS. 13 and 14 are diagrams showing measurement data of the
[0031]
(Example 3)
FIGS. 15 to 17 are diagrams showing measurement data of the
As is clear from the figure, the detected voltage waveform (see FIG. 15g) generated by the pulse
[0032]
FIG. 17 is a diagram illustrating an example in which a detection voltage when the
Here, the detection voltage is a peak-to-peak voltage (pp voltage) of the pulse
As is clear from the figure, the detection voltage (see j in FIG. 17) at the
[0033]
(Example 4)
FIGS. 18 and 19 are diagrams showing measurement data of the
As is apparent from the figure, the detected voltage waveform (see k in FIG. 18) generated by the pulse
Thus, according to the pulse remote field eddy current method of the present invention, even if a half-wave pulse is applied to the
[0034]
The pulse remote field eddy current flaw detection method and apparatus of the present invention can be used, for example, in the following applications.
In the manufacture of conductive tubes and ferromagnetic tubes, if it is used for inspection of flaws, the same sensitivity and non-destructive inspection of the flaws on the back as seen from the inside or the probe, which can not be done by sensors or visual inspection, It can be carried out.
When a flaw is formed in a place where a pipe using a conductive tube or a ferromagnetic tube is used, the flaw can be detected in a short time without destruction. In addition, if the flaws are regularly inspected at the place where the pipes using conductive tubes or ferromagnetic tubes are used, the flaws can be found early, and the pipes can be replaced and repaired promptly. The safety management of various devices can be reliably performed, and the costs associated with maintenance and inspection of various devices and periodic replacement and repair of new piping can be reduced.
[0035]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that they are also included in the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the case where the shape of the object to be measured is a tube or a plate has been described, but the shape of the object to be measured, the thickness of the material, the probe corresponding to the relative magnetic permeability, the pulse waveform, etc. It goes without saying that designing, using, and the like are also included in the scope of the present invention.
[0036]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, according to the present invention, the inner surface, the outer surface, and the internal flaws generated in the conductive tube, the ferromagnetic tube, and the like are subjected to the pulse remote field eddy current by the probe installed in the inside thereof. By using the method, it is possible to obtain a flaw detection method and a flaw detection apparatus capable of performing non-destructive and accurate flaw detection in a short time.
Therefore, if the present invention is applied to the current inspection of ferromagnetic tubes and the like, the evaluation of the inner and outer surfaces and the internal flaws and scratches generated in the ferromagnetic tube can be performed in a short time, non-destructively, accurately, and It can be implemented at low cost. Further, since the evaluation device of the present invention is small and lightweight, it can be used for flaw detection of a ferromagnetic tube installed outdoors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a measurement system used in a method and an apparatus for flaw detection by pulsed remote field eddy current of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a magnetic flux density distribution of a direct magnetic field and an indirect magnetic field in FIG. 1 in a central axis direction of a ferromagnetic tube.
FIG. 3 is a diagram showing an axially symmetric two-dimensional analysis model in which a pulse response of a flaw detection method by the pulse remote field ECT method of the present invention is calculated.
FIG. 4 is a diagram showing a pulse waveform used in the axially symmetric two-dimensional analysis of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram illustrating a time change of a vector potential generated in a detection coil when a detection coil is disposed at a distance twice the outer diameter of the ferromagnetic tube from an excitation coil in a normal ferromagnetic tube. .
FIG. 6 is a diagram illustrating a time change of a vector potential generated in the detection coil when the detection coil is disposed at a distance of three times the outer diameter of the ferromagnetic tube from the excitation coil in a normal ferromagnetic tube. .
FIG. 7 shows a case where a differential detection coil is disposed at a distance of twice the outer diameter of a ferromagnetic tube from an excitation coil in a normal ferromagnetic tube and a ferromagnetic tube having a flaw; It is the figure which calculated the time change of the generated voltage.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration in a case where a ferromagnetic plate is flaw-detected using the flaw detection method based on the pulse remote field eddy current method of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram schematically showing a configuration of a flaw detector using a pulsed remote field eddy current according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a voltage waveform of an exciting coil and a voltage waveform detected by a differential detection coil in a normal portion of a ferromagnetic tube having no scratches.
FIG. 11 is a diagram showing a voltage waveform of an excitation coil at a damaged portion of a ferromagnetic tube and a voltage waveform detected by a differential detection coil.
FIG. 12 is a diagram showing an example of measuring a detection voltage when a probe is moved in the measurements of FIGS. 10 and 11;
FIG. 13 is a diagram showing a voltage waveform of an exciting coil and a voltage waveform detected by a differential detection coil in a normal portion of a ferromagnetic tube having no scratches.
FIG. 14 is a diagram showing a voltage waveform of an excitation coil at a damaged portion of a ferromagnetic tube and a voltage waveform detected by a differential detection coil.
FIG. 15 is a diagram showing a voltage waveform of an exciting coil and a voltage waveform detected by a differential detection coil in a normal portion where a ferromagnetic tube has no flaws.
FIG. 16 is a diagram showing a voltage waveform of an excitation coil at a damaged portion of a ferromagnetic tube and a voltage waveform detected by a differential detection coil.
FIG. 17 is a diagram showing an example of measuring a detection voltage when the probe is moved in the measurements of FIGS. 15 and 16;
FIG. 18 is a diagram showing a voltage waveform of an excitation coil and a voltage waveform detected by a differential detection coil in a normal portion of a ferromagnetic tube having no scratches.
FIG. 19 is a diagram showing a voltage waveform of an excitation coil at a damaged portion of a ferromagnetic tube and a voltage waveform detected by a differential detection coil.
[Explanation of symbols]
1,15 DUT
1a Central axis
2 Excitation coil
3 Magnetic field detector
4,16 probe
5 pulse driver
6 signal processing section
6a Computer
6b Waveform measurement unit
8 Direct magnetic field
9 Indirect magnetic field generated outside the DUT (pulse remote field)
10 Indirect magnetic field (pulse remote field) that penetrates into the measured object
11 Indirect magnetic field on the external surface of the DUT (pulse remote field)
12 wound
17 Magnetic shield
20 flaw detector
21 Amplifier
22 Probe drive
Claims (15)
上記励磁用コイルがパルス電流により駆動されるパルス励磁コイルであり、
上記磁界検出部が上記パルス励磁コイルにより発生したパルス磁界により上記被測定物の傷部を貫通した磁界のリモートフィールドの変化を検出することより上記被測定物の傷部を探傷することを特徴とする、パルスリモートフィールド渦電流による探傷方法。A flaw detection method using a remote field eddy current using a probe composed of an excitation coil and a magnetic field detection unit arranged adjacent to a conductor or a ferromagnetic material that is an object to be measured,
The exciting coil is a pulse exciting coil driven by a pulse current,
The magnetic field detector detects a flaw in the object by detecting a change in a remote field of a magnetic field penetrating the flaw in the object by a pulse magnetic field generated by the pulse excitation coil. Flaw detection method using pulsed remote field eddy current.
上記パルス励磁コイルを駆動するパルス駆動部と、
上記磁界検出部の出力から被測定物の傷部を探傷する信号処理部と、
からなることを特徴とする、パルスリモートフィールド渦電流による探傷装置。A probe including a pulse excitation coil and a magnetic field detection unit,
A pulse drive unit for driving the pulse excitation coil,
A signal processing unit for detecting flaws on the object to be measured from the output of the magnetic field detection unit,
A flaw detector using a pulsed remote field eddy current, comprising:
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- 2003-03-27 JP JP2003089337A patent/JP2004294341A/en active Pending
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