JP2011033510A - 渦電流探傷プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎ個の導電板を積層した導電板（積層導電板）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、導電板が１個のときのＮ倍の励磁磁束を発生すること。
【解決手段】図１（ａ１），（ａ２）の長さＬ、幅Ｗ、厚みｔの導電板Ｄと同じ導電板Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を、絶縁材Ｓを介して図１（ｂ）のように積層して積層導電板ＤＳを形成する。導電板Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、励磁電流ｉ１，ｉ２，ｉ３の方向が同じになるように直列に接続してある。積層導電板ＤＳは、図１（ｃ）のように、長尺の導電板ＤＬ１を積層して積層導体板ＤＬＳを形成し、その積層導体板ＤＬＳ上に検出コイル２１を複数個一列に配置してもよい。
【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３により従来の渦電流探傷プローブを説明する。
図３（ａ１）は、渦電流探傷プローブの平面図、図３（ａ２）は、図３（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３（ｂ）は、３個の導電板を積層した積層導電板を用いている渦電流探傷プローブで、図３（ａ２）に対応する正面図である。
図３（ｂ）の積層導電板は、図３（ａ１）の導電板Ｄと同じ導電板Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を所定の間隔で厚みｔ方向に積層して、それらの導電板を並列に接続してある。

特開２００６−１８４１２３号公報

図３（ｂ）の渦電流探傷プローブの場合、励磁電源２２から供給される励磁電流ｉは、導電板Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に分流して流れるから、各導電板の励磁電流ｉ１，ｉ２、ｉ３は、ｉ１＝ｉ２＝ｉ３＝ｉ／３となり、ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＝ｉとなる。したがって各導電板の励磁電流ｉ１，ｉ２、ｉ３により発生する全体の励磁磁束は、励磁電流ｉにより発生する励磁磁束と同じになる。即ちＮ個の導電板を図３（ｂ）のように並列接続すると、インピーダンスが小さくなるから励磁電流ｉは大きくなるが、Ｎ個の導電板により発生する励磁磁束は、励磁電流ｉにより発生する励磁磁束と同じになる。したがって導電板の個数を増やしても、導電板によって発生する全励磁磁束は、励磁電流ｉによって発生する励磁磁束以上にはならない。
本願発明は、その点に鑑み、Ｎ個の導電板を積層した積層導電板を励磁素子に用いた渦電流探傷プローブにおいて、励磁電流ｉのＮ倍の励磁電流（ｉ×Ｎ）により発生する励磁磁束と同程度の励磁磁束を発生できる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、複数の導電板を絶縁材を介して厚み方向に積層し、その複数の導電板を励磁電流の方向が同じになるように直列接続した積層導電板の幅広面に磁束検出素子を配置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、複数の積層導電板を、積層導電板の厚み端面が励磁電流の方向に平行になるように配置し、磁束検出素子を千鳥状に配置して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２に記載の渦電流探傷プローブにおいて、複数の積層導電板は、横方向の複数の積層導電板と縦方向の複数の積層導電板からなり、横方向と縦方向の積層導電板は、励磁電流の方向が直交するように配置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３に記載の渦電流探傷プローブにおいて、横方向の積層導電板と縦方向の積層導電板は絶縁材を介して積層し、磁束検出素子毎に独立してい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、請求項３に記載の渦電流探傷プローブにおいて、横方向の複数の積層導電板と縦方向の複数の積層導電板は交互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、請求項３、請求項４叉は請求項５に記載の渦電流探傷プローブにおいて、横方向の積層導電板と縦方向の積層導電板に周波数の異なる励磁電流を印加し、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で同期検波することを特徴とする。

本願発明は、Ｎ個の導電板を積層して積層導電板を形成し、各導電板の励磁電流の方向が同じになるように直列接続することにより、積層導電板によって発生する励磁磁束は、導電板が１個の場合のＮ倍になる。したがって本願発明の積層導電板を用いた渦電流探傷プローブは、大きな検出信号を取り出すことができ、検出感度が高くなる。
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、かつ横方向の積層導電板と縦方向の積層導電板を配置することにより、全方向のキズを確実に検出できるアレイ状渦電流探傷プローブを形成することができる。

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、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３は、従来の渦電流探傷プローブの構成を示す。

図１〜図３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），（ｂ）は、図３（ａ１），（ａ２），（ｂ）に対応するが、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（被検査体は、記載を省略してある）。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）（ａ２）の導電板を３個積層した積層導電板からなる渦電流探傷プローブの正面図である。図１（ｃ）は、検出コイルを複数個配置した渦電流探傷プローブの平面図で、被検査体側から見た図である。

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、例えば厚み０．１ｍｍの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と平行になるように（コイル軸は直交するように）、幅広面Ｄｍ１の略中央に配置してある。なお幅広面Ｄｍ１は、被検査体（図しせず）の探傷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）の渦電流探傷プローブは、図１（ａ１），（ａ２）の導電板Ｄと同じ導電板Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を、各導電板の幅広面が平行になるように、絶縁材Ｓを介して厚みｔ方向に積層した導電板（積層導電板）ＤＳを用いている。そして導電板Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３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１（ｂ）において、導電板Ｄ１の左端を導電板Ｄ２の右端に、導電板Ｄ２の左端を導電板Ｄ３の右端に接続してある。また検出コイル２１は、図１（ａ１）と同様に、コイル面が導電板Ｄ３の幅広面と平行になるように（コイル軸は直交するように）、幅広面の略中央に配置してある。なお検出コイル２１は、導電板Ｄ１の幅広面に配置してもよい。

積層導電板ＤＳの導電板Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３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、ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＝３ｉになる。即ち３個の導電板を積層して直列接続したときの励磁磁束は、導電板が１個のときの３倍になり、導電板がＮ個（Ｎは２以上）のときは、Ｎ倍になる。
なお従来の励磁素子にコイルを用いた渦電流探傷プローブは、コイルの巻数を多くすると励磁磁束は大きくなるが、反面巻数が多くなるとインピーダンスが大きくなって励磁電流が小さくなる。しかし本実施例は、導電板の個数を多くしてもインピーダンスは、それ程大きくならないから、略個数倍の励磁磁束を発生できる。即ち本実施例は、積層した導電板を直列接続するだけで、励磁磁束を大きくすることができる。

図１（ｃ）の渦電流探傷プローブは、励磁電流の方向に長い導電板（長尺の導電板）ＤＬ１を、図１（ｂ）と同様に積層して直列接続した導電板（積層導電板）ＤＬＳを用いて、導電板ＤＬ１の幅広面に複数の検出コイル２１を励磁電流の方向（導電板ＤＬ１の長手方向）へ一列に配置してある。図１（ｃ）において、渦電流探傷プローブを導電板ＤＬ１の長手方向と直交する方向へ走査すると、複数の検出コイル２１がカバーする広い範囲を一度の走査で探傷できる。
なお図１（ｃ）の渦電流探傷プローブは、隣接する検出コイル２１の間隔が大きくなると、検出コイルがカバーできない範囲（探傷できない範囲）が生じる場合もあるが、その場合には、後述するように積層導電板ＤＬＳを２個以上用いて、検出コイル２１を千鳥状に配置すればよい。千鳥状に配置した場合には、隣接する検出コイル２１の間隔を大きくすることでき、渦電流探傷プローブの作製が容易になる。

図２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２（ａ）の渦電流探傷プローブは、図１（ｃ）の積層導電板ＤＬＳと同じように積層した導電板（積層導電板）Ｄｘ１〜Ｄｘ４を、隣接する積層導電板の各導電板の厚み端面が励磁電流の方向に平行になるように配置し、積層導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４の幅広面に複数の検出コイルを励磁電流の方向へ一列に配置してある。積層導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４の検出コイルは、図２（ａ）において、積層導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２，Ｄｘ３，Ｄｘ４の順に右方向（励磁電流の方向）へ位置をずらして千鳥状に配置してある。そして積層導電板Ｄｘ１〜Ｄｘ４上の検出コイルは、隣接する積層導電板上の検出コイル、例えば、積層導電板Ｄｘ１上の検出コイルと積層導電板Ｄｘ２上の検出コイルは、一部が重なるように配置し、探傷漏れの範囲が生じないように配置してある。
図２（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確実に探傷できる。

図２（ｂ１），（ｂ２）の渦電流探傷プローブは、積層導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２（横方向の積層導電板）と積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ１７，Ｄｙ２１〜Ｄｙ２７（縦方向の積層導電板）からなり、横方向の積層導電板と縦方向の積層導電板は、交互に配置してある。そして横方向の積層導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２と縦方向の積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ２７は、夫々後述する励磁電流の方向に平行に配置してある。
なお横方向の積層導電板と縦方向の積層導電板の呼び方は、相対的で、積層導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２、積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ２７のいずれか一方が横方向の積層導電板で、他方が縦方向の積層導電板になる。
検出コイル（二重丸）は、横方向の積層導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２上に複数個一列に配置し、縦方向の積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ２７上に１個ずつ配置してある。そして積層導電板Ｄｘ１上の検出コイルと積層導電板Ｄｘ２上の検出コイルは、千鳥状に配置し、積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ１７上の検出コイルと積層導電板Ｄｙ２１〜Ｄｙ２７上の検出コイルも、千鳥状に配置してある。

横方向の積層導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２と縦方向の積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ２７には、図２（ｂ２）のように、励磁電流の方向（矢印）が直交するように励磁電流を印加する。また横方向の積層導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２と縦方向の積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ２７には、周波数の異なる励磁電流を印加する。即ち積層導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２に周波数Ｆ１の励磁電流を印加し、縦方向の積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ２７に周波数Ｆ２（Ｆ１≠Ｆ２）の励磁電流を印加する。各検出コイルの検出信号は、励磁電流の周波数と同じ周波数の搬送波で同期検波して、キズ信号（被検査体のキズに起因して発生する誘起電圧）を抽出する。

なお図２（ｂ１）の横方向の積層導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２は、長尺のものを用いているが、縦方向の積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ１７，Ｄｙ２１〜Ｄｙ２７と同様に、検出コイル毎に独立したものを用いて、両方向の積層導電板を絶縁材を介して積層し、その上に検出コイルを１個ずつ配置してもよい。その場合には、同じ検出コイルの検出信号を周波数の異なる搬送波で別々に同期検波してキズ信号を別々に抽出する。両方向の積層導電板を積層する場合には、検出コイルの個数が少なくなり、積層導電板の設置面積も小さくなる。

図２（ａ）の渦電流探傷プローブは、積層導電板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２（ｂ１），（ｂ２）の渦電流探傷プローブは、積層導電板ｘ１，Ｄｘ２と積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ２７に直交する方向の励磁電流を印加することにより、積層導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ２７の励磁磁束を用いて４５度、１３５度のキズを検出できる。即ち１度の走査で全方向のキズを検出できる。
図２において、積層導電板の個数は、例示した個数に限らない。また積層導電板Ｄｘ１，Ｄｘ２は、直列に接続し、導電板Ｄｙ１１〜Ｄｙ２７も、直列に接続する。

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，Ｄ３ 導電板
ＤＬ１ 長尺の導電板
Ｄｘ１〜Ｄｘ４ 積層導電板
Ｄｙ１１〜Ｄｙ１７，Ｄｙ２１〜Ｄｙ２７ 積層導電板
ＤＳ 積層導電板
２１ 検出コイル
２２ 励磁電源

Claims (6)

1. 複数の導電板を絶縁材を介して厚み方向に積層し、その複数の導電板を励磁電流の方向が同じになるように直列接続した積層導電板の幅広面に磁束検出素子を配置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、複数の積層導電板を、積層導電板の厚み端面が励磁電流の方向に平行になるように配置し、磁束検出素子を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。
3. 請求項２に記載の渦電流探傷プローブにおいて、複数の積層導電板は、横方向の複数の積層導電板と縦方向の複数の積層導電板からなり、横方向と縦方向の積層導電板は、励磁電流の方向が直交するように配置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３に記載の渦電流探傷プローブにおいて、横方向の積層導電板と縦方向の積層導電板は絶縁材を介して積層し、磁束検出素子毎に独立していることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
5. 請求項３に記載の渦電流探傷プローブにおいて、横方向の複数の積層導電板と縦方向の複数の積層導電板は交互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. 請求項３、請求項４叉は請求項５に記載の渦電流探傷プローブにおいて、横方向の積層導電板と縦方向の積層導電板に周波数の異なる励磁電流を印加し、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で同期検波することを特徴とする渦電流探傷プローブ。

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