JP2008190984A - 非接触探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁超音波探触子を移動させることなく、被検体中に存在する欠陥を高い精度で探傷することができる非接触探傷装置を得る。
【解決手段】被検体７に渦電流を発生させるコイル２、及び渦電流が発生する領域に静磁界を印加させる磁石３ａ、３ｂを有し、前記被検体７の表面に配置され、前記渦電流及び前記静磁界の相互作用で発生するローレンツ力により超音波を前記被検体中に送信するとともに、前記被検体中の音響的不連続部９により反射された超音波を受信する電磁超音波探触子１と、前記電磁超音波探触子１を複数の駆動周波数で動作させるとともに、前記電磁超音波探触子１で受信した前記複数の駆動周波数に対応する複数の超音波の波形を比較して前記音響的不連続部９の位置を検出する駆動制御／受信処理部１００とを設けた。
【選択図】図３

Description

この発明は、電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を用いた非接触探傷装置に関し、特に、被検体の深さ方向の欠陥や、材料変化領域の位置を高精度で計測することができる非接触探傷装置に関するものである。

金属の板や管等の被検体に非接触で超音波の発生や検出を行う方法の一つとして、ＥＭＡＴを利用した方法が知られている。一般に、ＥＭＡＴは、高周波電流を流すコイルと、静磁界を与える磁石とから構成されている。ＥＭＡＴは、コイルを流れる電流の高周波振動により、被検体表面近傍に生じる渦電流と、磁石によって被検体中に作られる静磁界との相互作用によりローレンツ力を発生させ、このローレンツ力で被検体表面近傍を振動させることにより、被検体中に超音波を発生させるものである。また、逆の物理現象により被検体中の超音波を検出することができる。このため、接触媒質を必要とせず、非接触で超音波の送受信を行うことができ。また、磁石やコイルの構成により種々のモードの超音波を発生、検出することができる。このＥＭＡＴを利用して、金属に対する探傷や、音速測定、厚み測定、材質測定等を調べる技術として、例えば電磁超音波探傷装置などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６０−１０８７４９号公報

しかしながら、上述した従来の電磁超音波探傷装置では、非接触で超音波を発生、検出できるというメリットがあるものの、被検体中に存在する欠陥を探傷する場合、送受信器を移動させて探傷しなくてはならず、検査方法が複雑であるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、電磁超音波探触子を用いた探傷において、電磁超音波探触子を移動させることなく、被検体中に存在する欠陥を高い精度で探傷することができる非接触探傷装置を得るものである。

この発明に係る非接触探傷装置は、被検体に渦電流を発生させるコイル、及び渦電流が発生する領域に静磁界を印加させる磁石を有し、前記被検体の表面に配置され、前記渦電流及び前記静磁界の相互作用で発生するローレンツ力により超音波を前記被検体中に送信するとともに、前記被検体中の音響的不連続部により反射された超音波を受信する電磁超音波探触子と、前記電磁超音波探触子を複数の駆動周波数で動作させるとともに、前記電磁超音波探触子で受信した前記複数の駆動周波数に対応する複数の超音波の波形を比較して前記音響的不連続部の位置を検出する駆動制御／受信処理部とを設けたものである。

この発明に係る非接触探傷装置は、電磁超音波探触子を用いた探傷において、電磁超音波探触子を移動させることなく、被検体中に存在する欠陥を高い精度で探傷することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る非接触探傷装置について図１から図５までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る非接触探傷装置の電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ）の概略構造を示す図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は断面図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この実施の形態１に係る非接触探傷装置のＥＭＡＴ１は、コイル２と、２つの磁石３（３ａ、３ｂ）とから構成されている。コイル２は、銅等の導線を円形、楕円形、または矩形の渦巻き状に中心部から数周から数十周巻いたもの、メアンダ状にしたもの、または、プリント基板上に同様の渦巻き状やメアンダ状のパターンを作成したものである。磁石３は、永久磁石あるいは電磁石等であり、静磁界を発生させる手段である。また、磁石３は、静磁界がコイル２により生じる渦電流に作用するように配置されている。

ここで、ＥＭＡＴ１による超音波の発生原理について図２を用いて説明する。図２は、ＥＭＡＴ１による超音波の発生原理を説明するための図である。ＥＭＡＴ１による超音波の駆動力としては、ローレンツ力を用いる。図２（ａ）に示すように、被検体（図示せず）に対して、Ｙ軸の負方向に静磁界４を与えるとともに、Ｚ軸の正方向に渦電流５を与えて、Ｘ軸の負方向に発生するローレンツ力６が、渦電流５の高周波振動に従って周期的に変動することにより、被検体を振動させ、超音波を発生させる。

同様に、図２（ｂ）に示すように、被検体（図示せず）に対して、Ｙ軸の負方向に静磁界４を与えるとともに、Ｚ軸の負方向に渦電流５を与えて、Ｘ軸の正方向に発生するローレンツ力６が、渦電流５の高周波振動に従って周期的に変動することにより、被検体を振動させ、超音波を発生させる。

さらに、ＥＭＡＴ１の送受信の原理について図３を用いて説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る非接触探傷装置の動作を説明するための図である。図３に示すように、上記構造のＥＭＡＴ１を、導電性材料からなる被検体７に配置する。磁石３は、被検体７の深さ方向に静磁界４を形成している。この状態で、駆動制御／受信処理部１００からの交流電流をコイル２に流すと、被検体７の表層部に交流電流と逆向きの渦電流５が発生する。この渦電流５と静磁界４の相互作用により、被検体７にローレンツ力６が働き、被検体７が静磁界４の方向と渦電流５の方向に垂直な運動をすることにより、超音波８を発生させる。

被検体７に欠陥や材質変化領域等の音響的不連続部９（以下、欠陥９と記す）が存在する場合、超音波８は、欠陥９により反射され、再びＥＭＡＴ１の方向へ伝搬していく。超音波８がＥＭＡＴ１の近傍へ達すると、超音波８の変位によって、静磁界４が存在する領域の磁界が時間的に変化する。この磁界変化を妨げようとする方向に渦電流５が生じる。この渦電流５を再びコイル２により検出することで、駆動制御／受信処理部１００は、被検体７中に存在する欠陥９からの反射波を受信することができる。

上述のように、ＥＭＡＴ１から送信された超音波８が、欠陥９で反射され、再びＥＭＡＴ１で受信されるまでの時間を計測することで、駆動制御／受信処理部１００は、欠陥９の位置を計測することができる。なお、超音波８の伝搬方向は、ローレンツ力６の振動方向により決定できるため、コイル２の配置方法や、磁石３の配置方法により任意に設定することができる。

次に、渦電流５について説明する。コイル２を流れる交流電流により被検体７に生じる渦電流５は、表皮効果の影響を受ける。ここで、表皮効果とは、信号の周波数が高くなればなるほど、被検体７の表面に電流が集中する現象のことである。また、その電流の流れる深さを表皮深さと呼び、表皮深さをδ、信号の角周波数をω、導体の透磁率をμ、導体の導電率をσとすると、次の式（１）の関係がある。

δ＝√（２／ωμσ） 式（１）

このため、コイル２を流れる交流電流の周波数、すなわち駆動制御／受信処理部１００によるＥＭＡＴ１の駆動周波数が高周波の場合には、コイル２により生じる渦電流５の存在範囲は、被検体７の表面近傍となる。一方、ＥＭＡＴ１の駆動周波数が低周波数の場合には、コイル２によって生じる渦電流の存在範囲が、被検体７の表面からより深い部分へと広がる。

したがって、上述のように、ＥＭＡＴ１の駆動周波数により、被検体４に生じる渦電流５の存在範囲が変化するため、磁石３による静磁界４との相互作用であるローレンツ力６が生じる範囲も変化する。すなわち、ＥＭＡＴ１の駆動周波数を変化させることにより、超音波８の発生源の存在範囲を変化させることができ、ＥＭＡＴ１の駆動周波数が高周波数の場合、超音波８は被検体７の表面近傍に集中し、駆動周波数が低周波数の場合、被検体７の深さ方向の広い範囲に集中することになる。

次に、超音波８の発生源と被検体７中の欠陥９の位置の関係について図４を参照しながら説明する。図４は、超音波８の発生源１０と被検体７中の欠陥９の位置の関係を説明するための図であり、図４（ａ）は、超音波８の発生源１０が被検体７の表面近傍に集中する場合であり、図４（ｂ）は、超音波８の発生源１０が被検体７の深さ方向の広い範囲に集中している場合である。図４のように被検体７中に存在する欠陥９の探傷を行う場合、図４（ａ）の場合、超音波８は欠陥９で反射されず、被検体７の端面でのみ反射される。一方、図４（ｂ）の場合、超音波８は欠陥９で反射される波と、さらに被検体７の端面でも反射される波が存在する。

図５は、図４のように探傷した場合の受信波形を示すものであり、図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図４（ａ）及び（ｂ）に対応している。図４（ａ）のように、超音波８の発生源１０が被検体７の表面近傍に集中している場合は、被検体７の端面で反射された超音波のみが強く検出される。一方、図４（ｂ）のように、超音波８の発生源１０が被検体７の深さ方向の広い範囲に集中している場合は、欠陥９で反射された超音波と、被検体７の端面で反射された超音波が強く検出される。駆動制御／受信処理部１００は、この両者の受信波形を比較することで欠陥９の有無を判定することができる。さらに、周波数間隔を小さくして、ＥＭＡＴ１の駆動周波数を変化させ、複数の周波数で探傷を行い、それぞれの周波数における受信波形を比較することにより、欠陥９からの反射波が検出される周波数を識別することができる。上記の識別した周波数より算出される超音波８の発生源１０の位置が欠陥９の被検体７の深さ方向の位置と等しくなるため、駆動制御／受信処理部１００は、欠陥９の深さ方向の位置を計測することができる。よって、ＥＭＡＴ１を走査することなく、被検体７中に存在する欠陥９を検出することが可能となる。

なお、図１では、コイル２は、１層の渦巻き状コイルを形成しているが、これに限るものではなく、多層の渦巻き状として形成することで、欠陥９を高精度に検出することが可能である。

また、図１では、コイル２は、空芯コイルとして示しているが、これに限るものではなく、コアを用いたコイルとすることで、欠陥９を高精度に検出することが可能である。

さらに、図１では、２つの磁石３ａ、３ｂはそれぞれ独立したものとして示しているが、これに限るものではなく、継鉄等を用いて磁石３ａ、３ｂ同士を接続することで、欠陥９を高精度に検出することが可能である。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る非接触探傷装置について図６から図８までを参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態２に係る非接触探傷装置を説明するための図である。

図６において、駆動制御部１００Ａに接続された送信用ＥＭＡＴ１ａと、受信処理部１００Ｂに接続された受信用ＥＭＡＴ１ｂは、被検体７上に一定の間隔を隔てて配置されている。送信用ＥＭＡＴ１ａによって発生する超音波８が、被検体７中を伝搬し、受信用ＥＭＡＴ１ｂで受信されることにより、被検体７中に存在する欠陥９の探傷を行う。

次に、図６に示したＥＭＡＴの動作について説明する。ＥＭＡＴ１の構成及び動作原理は、上記の実施の形態１と同様なので、ここでは省略する。図６において、送信用ＥＭＡＴ１ａによって発生する超音波８の発生源１０の範囲は、送信用ＥＭＡＴ１ａの駆動周波数により変化する。すなわち、送信用ＥＭＡＴ１ａの駆動周波数が高周波数の場合、超音波８の発生源１０は、被検体７の表面近傍に集中し、送信用ＥＭＡＴ１ａの駆動周波数が低周波数の場合、超音波８の発生源１０は、被検体７の深さ方向の広い範囲に集中する。

よって、駆動制御部１００Ａにより、送信用ＥＭＡＴ１ａの駆動周波数を変えながら、受信処理部１００Ｂにより、送信用ＥＭＡＴ１ａと受信用ＥＭＡＴ１ｂ間の通過特性を測定すると、周波数により、超音波８の伝搬経路に欠陥９が存在する場合と、欠陥９が存在しない場合とに分けられ、受信用ＥＭＡＴ１ｂでの受信信号が異なる。

図７を用いてさらに説明する。図７（ａ）は、超音波８の伝搬経路に欠陥９が存在しない場合であり、図７（ｂ）は、超音波８の伝搬経路に欠陥９が存在する場合を示す図である。図７（ａ）において、送信用ＥＭＡＴ１ａにより送信された超音波８は、受信用ＥＭＡＴ１ｂの方向へ伝搬していく。送信用ＥＭＡＴ１ａにより送信された超音波８は、受信用ＥＭＡＴ１ｂの方向へ伝搬していく伝搬経路において、欠陥９が存在しないため、受信用ＥＭＡＴ１ｂで受信される信号強度は強くなる。

一方、図７（ｂ）では、超音波８の伝搬経路に欠陥９が存在するので、超音波８の一部もしくは全てが、欠陥９で反射、散乱され、受信用ＥＭＡＴ１ｂで受信される信号強度は弱くなってしまう。

図８は、受信用ＥＭＡＴ１ｂでの受信強度を示す図である。図８のように、ある周波数から、受信強度は低下する。この周波数から超音波８の発生源１０の位置を算出することで、超音波８の発生源１０と同じ深さに存在する欠陥９の位置を計測することができる。よって、ＥＭＡＴ１ａ及びＥＭＡＴ１ｂを走査することなく被検体７中に存在する欠陥９を検出することが可能となる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置について図９から図１６までを参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置の電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ）の概略構造を示す図であり、図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は断面図である。

図９において、ＥＭＡＴ１は、被検体の表面に対して導線が形成する面が平行となるように配置された１つのコイル２ａと、被検体の表面に対して導線が形成する面が垂直となるように配置された２つのコイル２ｂと、静磁界を与える手段である２つの磁石３（３ａ、３ｂ）とから構成されている。

コイル２ａ、２ｂは、銅等の導線を円形、楕円形、または矩形の渦巻き状に中心部から数周から数十周巻いたもの、メアンダ状にしたもの、または、プリント基板上に同様の渦巻き状やメアンダ状のパターンを作成したものである。また、導線が形成する面とは、導線を渦巻き状に巻くことにより形成される面のことである。磁石３は、永久磁石あるいは電磁石等であり、静磁界を発生させる手段である。上記構造のＥＭＡＴ１は、導電性材料からなる被検体７に配置され、駆動制御／受信処理部１００（図１３参照）によって、コイル２ａあるいはコイル２ｂに交流電流を流すことにより、被検体７に渦電流を発生させる。磁石３は、渦電流に静磁界が作用するように配置されている。ＥＭＡＴ１の動作原理については、上記の実施の形態１と同様なので、ここでは省略する。

ここで、コイル２ａ、２ｂについて説明する。図１０は、コイル２ａの配置方法を説明するための図である。また、図１１は、コイル２ｂの配置方法を説明するための図である。図１０（ａ）は、被検体７の表面に平行に配置したコイル２ａを示す上面図であり、図１０（ｂ）は、側面図である。図１１（ａ）は、被検体７の表面に垂直に配置したコイル２ｂを示す上面図であり、図１１（ｂ）は、側面図である。

コイル２ａ、２ｂに交流電流を流すことにより被検体７に生じる渦電流の分布の様子は、コイル２ａ、２ｂの配置方法によって変化する。この現象をシミュレーションにより明らかにした。シミュレーションでは、被検体７は、８０×５０×１ｍｍ（長さ、幅、厚さ）のアルミニウム板を想定し、コイル２ａ、２ｂは、直径０．２８ｍｍの銅線を楕円状に１５巻きしたものを想定した。被検体７の中央にコイル２ａ、２ｂを配置し、被検体７の表面からコイル２ａ、２ｂまでの距離を１ｍｍとし、コイル２ａ、２ｂに流れる交流電流の周波数を４ＫＨｚとした場合の被検体７における渦電流分布について、図１０及び図１１に示す２つの配置方法で計算した。

図１２は、図１０で示したコイル２ａを被検体７に平行に配置した場合と、図１１で示したコイル２ｂを被検体７に垂直に配置した場合の計算結果（表）を示す図である。図１２に示した計算結果は、図１０及び図１１中に示す点Ｏと点Ａにおける渦電流密度であり、被検体７の表面と裏面について求めたものである。

計算結果を比較すると、コイル２ａ、２ｂの配置により渦電流密度が異なり、被検体７における渦電流分布が異なることがわかる。また、被検体７の裏面の渦電流密度を比較すると、被検体７に対して平行に配置したコイル２ａの方が渦電流密度は大きくなっており、被検体７の深さ方向に、より多くの渦電流が発生している。

この発明の実施の形態３の非接触探傷装置は、上述の現象を利用するものであり、配置方法の異なる少なくとも２つ以上のコイルのうち、駆動制御／受信処理部１００により、駆動するコイルを変えることにより、被検体７中で、ＥＭＡＴ１によって発生させる超音波の集中する領域を変化させることが可能となる。

なお、図９〜図１１では、コイル２ａ及びコイル２ｂは、１層の渦巻き状コイルを形成しているが、これに限るものではなく、多層の渦巻き状として形成することで、欠陥９を高精度に検出することが可能である。

また、図９〜図１１では、コイル２ａ及びコイル２ｂは、空芯コイルとして示しているが、これに限るものではなく、コアを用いたコイルとすることで、欠陥９を高精度に検出することが可能である。

また、図９では、２つの磁石３ａ、３ｂはそれぞれ独立したものとして示しているが、これに限るものではなく、継鉄等を用いて磁石３ａ、３ｂ同士を接続することで、欠陥９を高精度に検出することが可能である。

さらに、図１３に示すように、２つのコイル２ｂの代わりとして、１つのソレノイドコイルを用いても同様の効果を得ることが可能である。

図１４は、この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置を説明するための図である。図１４において、ＥＭＡＴ１の構造は、上述したように、被検体７の表面に対して平行となるように配置されたコイル２ａと、被検体７の表面に対して垂直となるように配置された２つのコイル２ｂと、静磁界を与える手段である２つの磁石３ａ、３ｂとから構成されている。ＥＭＡＴ１は、被検体７上に配置されており、ＥＭＡＴ１によって発生する超音波８が、被検体７中を伝搬することにより、被検体７中に存在する欠陥９の探傷を行う。なお、非接触探傷装置は、ＥＭＡＴ１と、駆動制御／受信処理部１００とから構成されている。

超音波８の発生源１０と被検体７中の欠陥９の位置の関係について図１５を参照しながら説明する。図１５は、超音波８の発生源１０と被検体７中の欠陥９の位置の関係を説明するための図であり、図１５（ａ）は、被検体７の表面に対して平行となるように配置されたコイル２ａを駆動制御／受信処理部１００により駆動させた場合であり、図１５（ｂ）は、被検体７の表面に対して垂直となるように配置されたコイル２ｂを駆動制御／受信処理部１００により駆動させた場合である。

図１５（ａ）のコイル２ａを駆動させた場合では、上述したように、コイル２ａは、被検体７のより深い部分まで渦電流を発生させるため、超音波８の発生源１０は被検体７の深い位置まで広がるため、超音波８が集中する領域は広くなる。このとき、図１５（ａ）のように、被検体７中に存在する欠陥９の探傷を行う場合、超音波８は、欠陥９で反射される波と、被検体７の端面で反射する波が存在する。

一方、図１５（ｂ）のコイル２ｂを駆動させた場合では、上述したように、コイル２ｂは、被検体７の表面近傍に集中して渦電流を発生させるため、超音波８の発生源１０も被検体７の表面近傍に集中し、超音波８の集中する領域は狭くなる。このとき、図１５（ｂ）のように、被検体７中に存在する欠陥９の探傷を行う場合、超音波８は、欠陥９では反射されず、被検体７の端面でのみ反射される。

図１６は、図１５のように探傷した場合の受信波形を示すものであり、図１６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１５（ｂ）及び（ａ）に対応している。図１５（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、超音波８の発生源１０が被検体７の深い部分まで広がっている場合は、欠陥９で反射された超音波と、被検体７の端面で反射された超音波が強く検出される。なお、コイル２ａを駆動させた場合、コイル２ａ、コイル２ｂのいずれかで反射波を受信する。同様に、コイル２ｂを駆動させた場合、コイル２ａ、コイル２ｂのいずれかで反射波を受信する。

したがって、駆動制御／受信処理部１００は、駆動コイルを変えて探傷を行い、両者の受信波形を比較することにより、ＥＭＡＴ１を走査させることなく、被検体７中に存在する欠陥９を検出することができる。さらに、あらかじめ、駆動コイルの配置による超音波８の発生源１０の位置情報を得ていれば、受信強度が低下する駆動コイルによる超音波８の発生源１０の位置情報から、欠陥９の深さ方向の位置を計測することができる。したがって、駆動コイルを変え、探傷を行い、両者の受信波形を比較することにより、ＥＭＡＴ１を走査させることなく、被検体７中に存在する欠陥９を検出することができる。

また、ＥＭＡＴ１の駆動周波数を変化させ、さらに駆動コイルを変化させ探傷を行うことで、被検体７中の欠陥９に対する情報が増えるため、欠陥９の検出精度を向上させることができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る非接触探傷装置について図１７から図１９までを参照しながら説明する。図１７は、この発明の実施の形態４に係る非接触探傷装置を説明するための図である。

図１７において、駆動制御部１００Ａに接続された送信用ＥＭＡＴ１ａと、受信処理部１００Ｂに接続された受信用ＥＭＡＴ１ｂの構造は、上記の実施の形態３と同様であり、被検体７の表面に対して平行となるように配置されたコイル２ａと、被検体７の表面に対して垂直となるように配置された２つのコイル２ｂと、静磁界を与える手段である２つの磁石３とから構成されている。送信用ＥＭＡＴ１ａと受信用ＥＭＡＴ１ｂは、被検体７上に一定の間隔を隔てて配置されている。送信用ＥＭＡＴ１ａによって発生する超音波８が、被検体７中を伝搬し、受信用ＥＭＡＴ１ｂで受信されることにより、被検体７中に存在する欠陥９の探傷を行う。

次に、図１７に示したＥＭＡＴ１の動作について説明する。図１７において、送信用ＥＭＡＴ１ａによって発生する超音波８の発生源１０の範囲は、送信用ＥＭＡＴ１ａの駆動コイルを変えることにより変化する。すなわち、送信用ＥＭＡＴ１ａの駆動コイルが被検体７に対して平行に配置されたコイル２ａである場合、超音波８の発生源１０は、被検体７の深い部分まで広がり、送信用ＥＭＡＴ１ａの駆動コイルが被検体７に対して垂直に配置されたコイル２ｂである場合、超音波８の発生源１０は、被検体７の表面近傍に集中する。

よって、送信用ＥＭＡＴ１ａの駆動コイルを変えて、送信用ＥＭＡＴ１ａと受信用ＥＭＡＴ１ｂ間の通過特性を測定すると、駆動コイルにより、超音波８の伝搬経路に欠陥９が存在する場合と、欠陥９が存在しない場合とに分けられ、受信用ＥＭＡＴ１ｂでの受信信号が異なる。

図１８を用いてさらに詳細に説明する。図１８（ａ）は、送信用ＥＭＡＴ１ａの駆動コイルを被検体７に平行に配置したコイル２ａとした場合で、超音波８の発生源１０が被検体７の深い部分にまで広がり、超音波８の伝搬経路に欠陥９が存在する場合である。図１８（ｂ）は、送信用ＥＭＡＴ１ａの駆動コイルを被検体７に垂直に配置したコイル２ｂとした場合で、超音波８の発生源１０が被検体７の表面近傍に集中し、超音波８の伝搬経路に欠陥９が存在しない場合を示す図である。なお、送信用ＥＭＡＴ１ａのコイル２ａを駆動させた場合、受信用ＥＭＡＴ１ｂのコイル２ａ、コイル２ｂのいずれかで反射波を受信する。同様に、送信用ＥＭＡＴ１ａのコイル２ｂを駆動させた場合、受信用ＥＭＡＴ１ｂのコイル２ａ、コイル２ｂのいずれかで反射波を受信する。

図１８（ａ）において、送信用ＥＭＡＴ１ａにより送信された超音波８は、受信用ＥＭＡＴ１ｂの方向へ伝搬していく。超音波８の伝搬経路に欠陥９が存在すると、超音波８は、その一部または全てが欠陥９で反射、散乱し、受信用ＥＭＡＴ１ｂで受信される信号強度は弱くなってしまう。

一方、図１８（ｂ）では、送信用ＥＭＡＴ１ａにより送信された超音波８は、受信用ＥＭＡＴ１ｂの方向へ伝搬していく伝搬経路において、欠陥９が存在しないため、受信用ＥＭＡＴ１ｂで受信される信号強度は強くなる。

図１９は、受信用ＥＭＡＴ１ｂでの受信強度を示す図である。図１９のように、駆動コイルにより、受信強度が異なる。よって、受信強度を比較することで、被検体７中の欠陥９を検出することができる。さらに、あらかじめ、駆動コイルの配置による超音波８の発生源１０の位置情報を得ていれば、受信強度が低下する駆動コイルによる超音波８の発生源１０の位置情報から、欠陥９の深さ方向の位置を計測することができる。したがって、駆動コイルを変え、探傷を行い、両者の受信波形を比較することにより、ＥＭＡＴ１を走査させることなく、被検体７中に存在する欠陥９を検出することができる。

また、ＥＭＡＴ１ａの駆動周波数を変化させ、さらに駆動コイルを変化させ探傷を行うことで、被検体７中の欠陥９に対する情報が増えるため、欠陥９の検出精度を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る非接触探傷装置の電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ）の概略構造を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る非接触探傷装置のＥＭＡＴによる超音波の発生原理を説明するための図である。 この発明の実施の形態１に係る非接触探傷装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１に係る非接触探傷装置による超音波の発生源と被検体中の欠陥の位置の関係を説明するための図である。 この発明の実施の形態１に係る非接触探傷装置のＥＭＡＴの受信波形を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る非接触探傷装置を説明するための図である。 この発明の実施の形態２に係る非接触探傷装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態２に係る非接触探傷装置の受信用ＥＭＡＴの受信強度を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置の電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ）の概略構造を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置のＥＭＡＴの平行コイルの配置方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置のＥＭＡＴの垂直コイルの配置方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置のＥＭＡＴの平行コイルと垂直コイルによる渦電流密度の比較表を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置のＥＭＡＴの別の構造を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置を説明するための図である。 この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置による超音波の発生源と被検体中の欠陥の位置の関係を説明するための図である。 この発明の実施の形態３に係る非接触探傷装置のＥＭＡＴの受信波形を示すものである。 この発明の実施の形態４に係る非接触探傷装置を説明するための図である。 この発明の実施の形態４に係る非接触探傷装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態４に係る非接触探傷装置の受信用ＥＭＡＴの受信強度を示す図である。

符号の説明

１ 電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ）、１ａ 送信用電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ）、１ｂ 受信用電磁超音波探触子（ＥＭＡＴ）、２、２ａ、２ｂ コイル、３、３ａ、３ｂ 磁石、７ 被検体、９ 音響的不連続部（欠陥）、１００ 駆動制御／受信処理部、１００Ａ 駆動制御部、１００Ｂ 受信処理部。

Claims (4)

1. 被検体に渦電流を発生させるコイル、及び渦電流が発生する領域に静磁界を印加させる磁石を有し、前記被検体の表面に配置され、前記渦電流及び前記静磁界の相互作用で発生するローレンツ力により超音波を前記被検体中に送信するとともに、前記被検体中の音響的不連続部により反射された超音波を受信する電磁超音波探触子と、
   前記電磁超音波探触子を複数の駆動周波数で動作させるとともに、前記電磁超音波探触子で受信した前記複数の駆動周波数に対応する複数の超音波の波形を比較して前記音響的不連続部の位置を検出する駆動制御／受信処理部と
   を備えたことを特徴とする非接触探傷装置。
2. 前記コイルは、
   前記被検体の表面に対して、渦巻き状の導線が形成する面が平行となるよう配置された平行コイルと、
   前記被検体の表面に対して、渦巻き状の導線が形成する面が垂直となるよう配置された垂直コイルとを含み、
   前記駆動制御／受信処理部は、
   前記平行コイルを第１の駆動周波数で動作させ、前記垂直コイルを第２の駆動周波数で動作させて、前記平行コイル、前記垂直コイルを切り替えて動作させる
   ことを特徴とする請求項１記載の非接触探傷装置。
3. 被検体に渦電流を発生させる第１のコイル、及び渦電流が発生する領域に静磁界を印加させる第１の磁石を有し、前記被検体の表面に配置され、前記渦電流及び前記静磁界の相互作用で発生するローレンツ力により超音波を前記被検体中に送信する送信用電磁超音波探触子と、
   前記被検体に渦電流を発生させる第２のコイル、及び渦電流が発生する領域に静磁界を印加させる第２の磁石を有し、前記被検体の表面の前記送信用電磁超音波探触子から一定の間隔を隔てて配置され、前記被検体中の音響的不連続部により散乱された超音波を受信する受信用電磁超音波探触子と、
   前記送信用電磁超音波探触子を複数の駆動周波数で動作させる駆動制御部と、
   前記受信用電磁超音波探触子で受信した前記複数の駆動周波数に対応する複数の超音波の波形を比較して前記音響的不連続部の位置を検出する受信処理部と
   を備えたことを特徴とする非接触探傷装置。
4. 前記第１のコイルは、
   前記被検体の表面に対して、渦巻き状の導線が形成する面が平行となるよう配置された第１の平行コイルと、
   前記被検体の表面に対して、渦巻き状の導線が形成する面が垂直となるよう配置された第１の垂直コイルとを含み、
   前記第２のコイルは、
   前記被検体の表面に対して、渦巻き状の導線が形成する面が平行となるよう配置された第２の平行コイルと、
   前記被検体の表面に対して、渦巻き状の導線が形成する面が垂直となるよう配置された第２の垂直コイルとを含み、
   前記駆動制御部は、
   前記第１の平行コイルを第１の駆動周波数で動作させ、前記第１の垂直コイルを第２の駆動周波数で動作させて、前記第１の平行コイル、前記第１の垂直コイルを切り替えて動作させる
   ことを特徴とする請求項３記載の非接触探傷装置。

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