JP2011027603A - 渦電流探傷プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】導電板からなる励磁素子と磁束検出素子を備えた渦電流探傷プローブにおいて、導電板、磁束検出素子の配置や導電板の接続の仕方を変えることにより検出信号を大きくして検出感度を高くすること。
【解決手段】図１（ｂ）の長さＬ、幅Ｗ、厚みｔの導電板Ｄを３分割して、図１（ｃ１）、（ｃ２）のように導電板Ｄ１，Ｄ２を平行に配置し、導電板Ｄ１，Ｄ２の間を覆うように検出コイル２１を配置してある。図１（ｄ１）は、導電板Ｄ１，Ｄ２を並列に接続し、図１（ｄ２）は、導電板Ｄ１，Ｄ２を励磁電流ｉ１，ｉ２の方向が同じになるように直列に接続してある。導電板Ｄ１，Ｄ２は、夫々複数の導電板を積層し、直列に接続して積層した導電板にすることもできる。
【選択図】図１

Description

本願発明は、励磁素子と磁束検出素子を備えた渦電流探傷プローブに関し、特に励磁素子に導電板を用いた渦電流探傷プローブに関する。

従来渦電流探傷プローブの一つとして励磁素子に導電板を用いた渦電流探傷プローブが提案されている（例えば特許文献１参照）。
図５により従来の渦電流探傷プローブを説明する。
図５（ａ１）は、渦電流探傷プローブの平面図、図５（ａ２）は、図５（ａ１）のＸ１方向の正面図である。
渦電流探傷プローブは、励磁素子用の平板状の導電板Ｄと磁束検出素子用のパンケーキ状の検出コイル２１からなり、検出コイル２１は、導電板Ｄの幅広面の中央に配置してある。導電板Ｄは、長さＬ，幅Ｗ，厚みｔの四角形（平行四辺形）の板状体で、幅広面は、被検査体ＴＰの探傷面（キズＦのある面）に対向している。
導電板Ｄに高周波の励磁電源２２を接続し、渦電流探傷プローブをキズＦに向かって反Ｘ１方向へ移動すると、励磁電流ｉが導電板Ｄを流れ、被検査体ＴＰに渦電流が発生する。被検査体ＴＰにキズＦがあるときは、渦電流探傷プローブがキズＦを通過するとき渦電流に乱れが生じて、検出コイル２１に検出信号（誘起電圧）が発生する。
図５（ｂ）は、図５（ａ２）に対応する図で、図５（ａ１）の導電板Ｄと同じ導電板Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを所定の間隔で厚みｔ方向に積層して並列接続し、インピーダンスを小さくして大きな励磁電流が流れるように構成してある。

特開２００６−１８４１２３号公報

本願発明は、励磁素子に導電板を用いた渦電流探傷プローブにおいて、導電板の配置や磁束検出素子の配置、導電板の接続の仕方を変えることにより、検出感度、即ち検出信号の大きさが変わることに着目して、導電板や磁束検出素子の配置を工夫して検出感度の高い渦電流探傷プローブを提供するとともに、多数の磁束検出素子をアレイ状に配置して検出感度の高いアレイ状の渦電流探傷プローブを提供することを目的とする。

本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の渦電流探傷プローブは、導電板の厚み端面が対向し励磁電流の方向へ平行になるように導電板を配置し、隣接する導電板の間を覆うように磁束検出素子を配置し、平行に配置した導電板は励磁電流の方向が同じになるように接続してあることを特徴とする。
請求項２に記載の渦電流探傷プローブは、請求項１に記載の渦電流探傷プローブにおいて、前記平行に配置した導電板は、夫々複数の導電板を絶縁材を介して積層し各導電板の励磁電流の方向が同じになるように直列に接続した導電板であることを特徴とする。
請求項３に記載の渦電流探傷プローブは、請求項１叉は請求項２に記載の渦電流探傷プローブにおいて、前記平行に配置した導電板は、直列に接続してあることを特徴とする。
請求項４に記載の渦電流探傷プローブは、請求項１、請求項２叉は請求項３に記載の渦電流探傷プローブにおいて、前記平行に配置した導電板は、横方向に平行に配置した導電板と縦方向に平行に配置した導電板からなり、横方向の導電板と縦方向の導電板には周波数の異なる励磁電流を直交する方向に印加し、磁束検出素子の検出信号を励磁電流と同じ周波数の搬送波により同期検波することを特徴とする。
請求項５に記載の渦電流探傷プローブは、請求４に記載の渦電流探傷プローブにおいて、前記横方向に平行に配置した導電板と縦方向に平行に配置した導電板は夫々３個以上で、前記磁束検出素子を複数個千鳥状に配置してあることを特徴とする。
請求項６に記載の渦電流探傷プローブは、請求５に記載の渦電流探傷プローブにおいて、前記縦方向に平行に配置した導電板は、前記横方向に配置した導電板の間に配置してあることを特徴とする。

本願発明は、導電板を平行に配置して隣接する導電板の間を覆うように磁束検出素子を配置することにより、導電板を用いた従来の渦電流探傷プローブよりも検出感度を高くすることができる。そして導電板を平行に配置し、その平行に配置した導電板を直列接続することにより、検出感度を一層高くすることができる。また複数の導電板を積層して直列接続した導電板を用いることにより検出感度をさらに高くすることができる。
本願発明は、検出感度の高いアレイ状渦電流探傷プローブを形成することができ、かつアレイ状渦電流探傷プローブの磁束検出素子の密度を高くすることができる。また本願発明の渦電流探傷プローブは、横方向に平行する導電板の間に縦方向に平行する導電板を配置することにより、全方向のキズを検出できる。

図１は、本願発明の実施例に係る渦電流探傷プローブの構成を示す。 図２は、図１の導電板を複数積層した構成を示す。 図３は、本願発明の実施例に係るアレイ状の渦電流探傷プローブの構成を示す。 図４は、図１の渦電流探傷プローブの実験結果を示す。 図５は、従来の渦電流探傷プローブの構成を示す。

図１〜図４により本願発明の実施例に係る渦電流探傷プローブを説明する。

まず図１について説明する。
図１（ａ１），（ａ２）は、従来の渦電流探傷プローブの構成を示す図で、図５（ａ１），（ａ２）に相当するが、従来の渦電流探傷プローブと本願発明の実施例との関係を説明するため再掲してある。図１（ａ１）は、渦電流探傷プローブの平面図、図１（ａ２）は、図１（ａ１）のＸ２方向の正面図、図１（ｂ）は、図１（ａ１）の導電板を分割する位置を示す図である。図１（ｃ１）は、本願発明の実施例に係る渦電流探傷プローの平面図、図１（ｃ２）は、図１（ｃ１）の側面図である。図１（ｄ１），（ｄ２）は、図１（ｃ１），（ｃ２）の導電板の接続の仕方を示す図である。なお図１（ｂ）〜（ｄ２）は、導電板と検出コイルの位置を明瞭にするため、被検査体側からみた図を記載し、被検査体は記載を省略してある。

図１（ａ１），（ａ２）において、励磁素子用の導電板Ｄは、長さＬ、幅Ｗ、厚みｔの四角形（平行四辺形）の平らな板状体で、銅等の導体からなる。磁束検出用のパンケーキ状の検出コイル２１は、コイル面が導電板Ｄの幅広面Ｄｍ１と並行するように（コイル軸は直交するように）配置してある。なお幅広面Ｄｍ１は、被検査体ＴＰの探傷面（キズＦのある面）に対向する面である。
ここで導電板の「幅広面」（Ｄｍ１）は、厚みより寸法（幅）が大きく、厚み方向と直交する面（長さＬ、幅Ｗの面）と定義し、また幅広面に直交し励磁電流の方向（励磁電流を流す方向）と平行な端部の面（長さＬ、厚みｔの面）を「厚み端面」（Ｄｍ２）と呼ぶ。

図１（ｂ）において、導電板Ｄは、破線の位置で励磁電流の方向（長さＬ方向）に３分割し、中央部分を除いて、両側の長さＬ、幅Ｗ１、Ｗ２（Ｗ１＝Ｗ２），厚みｔの導電板Ｄ１，Ｄ２を、図１（ｃ１），（ｃ２）のように配置する。即ち導電板Ｄ１，Ｄ２の幅広面Ｄｍ１，Ｄｍ１は、被検査体の探傷面に対向し、厚み端面Ｄｍ２，Ｄｍ２は、互いに対向し、励磁電流の方向（励磁電流ｉ１，ｉ２の方向）に平行するように配置してある。また検出コイル２１は、導電板Ｄ１，Ｄ２の間（厚み端面Ｄｍ２とＤｍ２の間）を覆うように配置してある。
なお「導電板Ｄ１，Ｄ２の間を覆う」とは、図１（ｃ１），（ｃ２）のように導電板Ｄ１，Ｄ２の間と導電板Ｄ１，Ｄ２の幅広面Ｄｍ１の一部を覆う場合と、導電板Ｄ１，Ｄ２の間のみを覆う場合とがある。

次に図１（ｄ１），（ｄ２）により導電板Ｄ１，Ｄ２の接続の仕方について説明する。
図１（ｄ１）は、図１（ｃ１）のように配置した導電板Ｄ１，Ｄ２を並列に接続してあり、図１（ｄ２）は、導電板Ｄ１，Ｄ２を励磁電流の方向が同じになるように直列に接続してある。即ち図２（ｄ２）において、導電板Ｄ１の左端を導電板Ｄ２の右端に接続してある。また導電板Ｄ１，Ｄ２を流れる励磁電流ｉ１，ｉ２は、図１（ｄ１）の場合ｉ１＝ｉ２＝ｉ／２となり、図１（ｄ２）の場合ｉ１＝ｉ２＝ｉとなる。

次に図４により図１（ａ１）、図１（ｄ１），（ｄ２）の渦電流探傷プローブの実験結果について説明する。
実験に用いた導電板等の数値は、次の通りである。
導電板Ｄ，Ｄ１，Ｄ２は、夫々幅Ｗ＝１２ｍｍ、幅Ｗ１＝Ｗ２＝４ｍｍ、長さＬ＝１８ｍｍ、厚みｔ＝０．１ｍｍの銅製のものを用い、被試験体ＴＰは、ＳＳ４００鋼板に深さ２ｍｍ、長さ２５ｍｍのキズを形成したものを用いた。励磁電源２２の周波数は、１２８ｋＨｚに設定し、リフト２ｍｍで探傷した。

図４（ａ１），（ａ２），（ａ３）は、図１（ａ１）、図１（ｄ１），（ｄ２）の渦電流探傷プローブの検出コイル２１に誘起した検出信号を検波して得られたキズ信号（キズに起因して発生する誘起電圧）の波形を示す。
図４において、縦軸は、キズ信号の振幅（Ｖ）を表し、横軸は、渦電流探傷プローブを被検査体ＴＰの探傷面に沿ってキズＦに向かって反Ｘ２方向へ走査したときの渦電流探傷プローブの位置を時間（ｓ（秒））で表してある。
実験結果によると、キズ信号は、図４（ａ１），（ａ２），（ａ３）の順に大きくなる。

ここで図１（ａ１）、図１（ｄ１），（ｄ２）の導電板Ｄ，Ｄ１，Ｄ２と検出コイル２１の配置面積（設置面積）についてみると、配置面積は、いずれの場合も幅Ｗ×長さＬで同じになる。一方キズ信号は、１個の導電板を配置した図１（ａ１）よりも、２個の導電板を平行に配置した図１（ｄ１），（ｄ２）の方が大きくなる。即ちキズ信号は、導電板の配置面積が同じ場合、１個の導電板を配置するよりも２個の導電板を平行に配置した方が大きくなる。したがって渦電流探傷プローブは、１個の導電板を用いてその導電板の中央に検出コイルを配置するよりも、２個の導電板を平行に配置して両導電板の間を覆うように検出コイルを配置する方が、大きなキズ信号が得られ、検出感度が高くなる。そのことは、図１（ｃ１）の導電板Ｄ１，Ｄ２の断面積は、図１（ｂ）の導電板Ｄの断面積の１／３（合計の断面積は２／３）であるから、導体板の電流密度は、図１（ｃ１）の方が図１（ｂ）よりも高くなり、その高い電流密度が励磁磁束の発生に寄与しているものと考えられる。

また図１（ｄ１），（ｄ２）のキズ信号は、図４（ａ２），（ａ３）から分かるように、図１（ｄ２）の方が、図１（ｄ１）より大きくなる。即ちキズ信号は、導電板Ｄ１，Ｄ２を直列接続すると並列接続する場合よりも大きくなる。そのことは、導電板Ｄ１，Ｄ２に流れる励磁電流ｉ１，ｉ２は、図１（ｄ１）の場合ｉ１＝ｉ２＝ｉ／２であるのに対して、図１（ｄ２）場合ｉ１＝ｉ２＝ｉであるから、励磁磁束の発生に寄与する励磁電流は、図１（ｄ２）の方が図１（ｄ１）よりも大きくなることによるものと考えられる。

次に図２について説明する。
図２（ａ１），（ａ２）は、導電板を複数（３個）積層して直列に接続した導電板の例で、図２（ａ１）は、平面図、図２（ａ２）は、正面図である。
積層した導電板ＤＳ１は、絶縁材Ｓを介して導電板Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３を導電板の厚み方向に積層してある。導電板Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３は、夫々の励磁電流が同じ方向へ流れるように直列に接続してある。即ち図２（ａ２）において、導電板Ｄ１１の左端を導電板Ｄ１２の右端に、導電板Ｄ１２の左端を導電板Ｄ１３の右端に接続してある。導電板Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３を流れる励磁電流ｉ１，ｉ２，ｉ３は、ｉ１＝ｉ２＝ｉ３＝ｉとなるから、励磁磁束の発生に寄与する励磁電流は、３ｉ（３倍のｉ）になる。即ち３個の導電板を直列に接続し積層した導電板ＤＳ１の励磁磁束は、導電板が１層のときの３倍になる。なお導電板は、３個に限らず２個以上任意に積層することができる。

図２（ｂ１），（ｂ２）は、図１（ｄ１），（ｄ２）に対応する図で、同じ構成の積層した導電板ＤＳ１，ＤＳ２を両導電板の厚み端面Ｄｍ２が平行になるように配置してある。図２（ｂ１）は、積層した導電板ＤＳ１，ＤＳ２を並列に接続し、図２（ｂ２）は、積層した導電板ＤＳ１，ＤＳ２を直列に接続してある。積層した導電板ＤＳ１，ＤＳ２が発生する励磁磁束は、前述したように導電板が１層の場合よりも大きくなるから、図２（ｂ１），（ｂ２）の渦電流探傷プローブは、図１（ｄ１），（ｄ２）の渦電流探傷プローブよりも検出信号が大きくなり、検出感度が高くなる。

図３は、検出コイルをアレイ状に配置した渦電流探傷プローブの例である。
図３（ａ）は、導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４を平行に配置し、隣接する導電板の間を覆うように複数の検出コイルを列状に配置してある。隣接する列の検出コイルは、導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４の長手方向の位置が重ならないように千鳥状に配置してある。なお導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２のみを配置し、検出コイルは、１列のみでもよい。
図３（ａ）の渦電流探傷プローブは、一度の走査で広い範囲のキズを探傷することができる。

図３（ｂ１），（ｂ２）は、導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４（横方向の導電板）の隣接する導電板の間に、導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ１８，Ｄｙ２１〜Ｄｙ２８，Ｄｙ３１〜Ｄｙ３８（縦方向の導電板）を配置し、隣接する横方向の導電板と隣接する縦方向の導電板、例えば導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２，Ｄｙ１１，Ｄｙ１２の間を覆うように検出コイルを配置してある。そして横方向の導電板と縦方向の導電板には、周波数の異なる励磁電流を、図３（ｂ２）の矢印のように直交する方向へ印加する。各検出コイルに発生する検出信号は、両励磁電流の周波数と同じ周波数の搬送波（試験周波数）により同期検波して、別々にキズ信号を取り出す。なお横方向の導電板と縦方向の導電板の呼び方は、相対的で、導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４、導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ３８のいずれか一方が横方向の導電板で、他方が縦方向の導電板になる。
なお図３（ｂ１）において、導電板Ｄｙ２１〜Ｄｙ２８とその上の検出コイルは除き、導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ１８を導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２の外端まで延長し、絶縁材を介して導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２と積層し、同様に導電板Ｄｙ３１〜Ｄｙ３８と導電板Ｄｘ３，Ｄｘ４を積層してもよい。また検出コイルの間の縦方向の導電板、例えばＤｙ１２とＤｙ１３は、１個の導電板で形成することもできる。

図３（ａ）の渦電流探傷プローブは、導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４の長手方向と直交する方向へ走査すると、その走査方向のキズ、走査方向と直交する方向のキズは、検出できるが、キズの中心を通過したときにその走査方向と４５度、１３５度のキズは検出できない。一方図３（ｂ１），（ｂ２）の渦電流探傷プローブは、導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４と導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ３８に直交する方向の励磁電流を印加することにより、導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ３８の励磁磁束を用いて４５度、１３５度のキズを検出することができる。即ち１度の走査で全方向のキズを検出することができる。
図３において、導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４、導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ３８は、積層した導電板でもよいし、また個数は、例示した個数に限らない。また導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４は、直列にも並列にも接続できるし、導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ３８も、直列にも並列にも接続できる。

前記実施例は、磁束検出素子としてパンケーキ状のコイルを例に説明したが、他の形状のコイルであってもよいし、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗素子）であってもよい。

Ｄ，Ｄ１，Ｄ２ 導電板
Ｄｘ１〜Ｄｘ４ 導電板
Ｄｙ１１〜Ｄｙ１８，Ｄｙ２１〜Ｄｙ２８，Ｄｙ３１〜Ｄｙ３８ 導電板
ＤＳ１，ＤＳ２ 積層した導電板
２１ 検出コイル
２２ 励磁電源

Claims (6)

1. 導電板の厚み端面が対向し励磁電流の方向へ平行になるように導電板を配置し、隣接する導電板の間を覆うように磁束検出素子を配置し、平行に配置した導電板は励磁電流の方向が同じになるように接続してあることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
2. 請求項１に記載の渦電流探傷プローブにおいて、前記平行に配置した導電板は、夫々複数の導電板を絶縁材を介して積層し各導電板の励磁電流の方向が同じになるように直列に接続した導電板であることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
3. 請求項１叉は請求項２に記載の渦電流探傷プローブにおいて、前記平行に配置した導電板は、直列に接続してあることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
4. 請求項１、請求項２叉は請求項３に記載の渦電流探傷プローブにおいて、前記平行に配置した導電板は、横方向に平行に配置した導電板と縦方向に平行に配置した導電板からなり、横方向の導電板と縦方向の導電板には周波数の異なる励磁電流を直交する方向に印加し、磁束検出素子の検出信号を励磁電流と同じ周波数の搬送波により同期検波することを特徴とする渦電流探傷プローブ。
5. 請求４に記載の渦電流探傷プローブにおいて、前記横方向に平行に配置した導電板と縦方向に平行に配置した導電板は夫々３個以上で、前記磁束検出素子を複数個千鳥状に配置してあることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
6. 請求５に記載の渦電流探傷プローブにおいて、前記縦方向に平行に配置した導電板は、前記横方向に平行に配置した導電板の間に配置してあることを特徴とする渦電流探傷プローブ。

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