JP2014219205A

JP2014219205A - 交番磁場を使用した非破壊検査の方法または装置

Info

Publication number: JP2014219205A
Application number: JP2013096222A
Authority: JP
Inventors: 一真高倉; Kazuma Takakura; 義純出井; Yoshizumi Idei; 眞生貝塚; Masao Kaizuka
Original assignee: Dainichi Machine and Engineering Co Ltd
Current assignee: Dainichi Machine and Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-05-01
Filing date: 2013-05-01
Publication date: 2014-11-20

Abstract

【課題】励磁器に温度特性があってもその影響を低減するか除去できる検出方法の提供、および、リフト・オフ等の影響を少なくする電磁誘導による減肉、探傷の手段を提供することにある。【解決手段】被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルを備え、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第２のコイルに発生する電圧を他と比較するための基準信号とすることにより温度による影響を低減するか除去する。【選択図】図３

Description

本発明は、導電性を有する被検体に交番磁場を印加し、被検体に生ずる渦電流による磁場の影響を検出することにより被検体の減肉、探傷を行う電磁誘導を利用した検査の方法およびその装置に関するものである。

電磁誘導を利用した過流探傷装置において、正弦波発生器、励磁コイルを駆動する駆動回路、励磁コイルおよび検出コイルからなるセンサー、検出コイルの出力を増幅する増幅回路および同期検波回路を含む解析回路等で構成された装置が提案され、使用されている。

肉厚の厚い被検体、例えば肉厚の厚い管状の被検体の管の内壁部に生ずる減肉、傷等を管の外部に設置したセンサーから効率良く検出するためには、強力な交番磁場を被検体に印加する必要があるため、その駆動コイルとして空芯コイルではなく、磁性体からなるコアを使用した励磁器を使用する必要があった。そのためにコアとして使用する磁性体の特性、ことに温度特性の影響を強く受け、センサーの検出出力が安定しないという欠点があった。

図１は、従来技術の一例で、被検体に強力な磁場を印加することを目的として、珪素鋼板、フェライト等の磁性体からなる励磁コア１０２に励磁コイル１０１を巻回してなる励磁器を被検体に対向させ、その励磁コイル１０１を一定電圧の正弦波で励磁していた。励磁器の内側には、検出コイル１０４を置き、その出力を特許４７５６４０９で開示された技術等を使用して、同期検波等の手段を講じて被検体深部に生ずる渦電流の変化を検出して減肉、裏傷等の検出を行っていた。しかしながら、珪素鋼板、フェライト等の磁性体の比透磁率は一定ではなく、常温付近で正の温度係数を有している。そのために、励磁コイルをたとえ一定の交番電圧で駆動しても、励磁コア内の磁束は一定ではなく、温度によって変化し、従って検出コイルの出力も変化し、測定装置として温度的に不安定な欠点があった。図１の回路による装置を、センサー部１のみを断熱材で覆い、温風送風機によりセンサー部１のみを１３．１℃から２７．２℃まで加熱した場合の装置の出力の変化の一例を図５に示す。図５に示すように大きな温度変化を示す欠点がある。殊に、同期検波器の出力のうち位相変化の影響を大きく受ける９０°出力の方が変動が大きい。これは、比透磁率の変化により、位相遅れ変化による影響がより大きいことを示している。

また従来技術では、センサーと被検体間の距離、リフト・オフが検出出力に与える影響が大きいという欠点があった。

特許第３７５３４９９号公報特許第３２６６１２８号公報特開２０１０−４８５５２号公報特許第３８９６４８９号公報特開３０１０−５４３５２号公報特許第４７５６４０９号公報

温度特性が良く、しかも十分な強度の磁場を印加できる励磁器の提供、および、励磁器に温度特性があってもその影響を低減するか除去できる検出方法を提供することにある。また、リフト・オフ等の影響を少なくする手段を提供することにある。

課題を解決するための本発明の手段は、励磁コイルが巻回されて結合された磁性体コアに同じく結合して磁性体コア内部の磁束を検出する励磁磁束検出コイルを設け、その出力を励磁磁束の基準とすることである。より具体的な第１の手段は、励磁コイルが巻回されて結合された磁性体コアに同じく結合して磁性体コア内部の磁束を検出する励磁磁束検出コイルを設け、その出力を一定にして基準となるごとく励磁回路に負帰還することにより、励磁磁束を基準となるごとく一定に制御することにより温度による影響をなくするか低減することを特長とする手段をとる。更に、より具体的な第２の手段は、励磁コイルが巻回されて結合された磁性体駆動コアに同じく結合して磁性体コア内部の磁束を検出する励磁磁束検出コイルを設け、その出力を基準信号とし、センサー検出コイルの出力をその絶対値ではなく前記基準信号との振幅比、位相差を検出することにより温度による影響をなくするか低減することを特長とする手段をとる。より具体的な他の手段は、被検体の厚さ等を連立近似方程式を用いて推定する手段をとる。また、前記連立近似方程式中にリフト・オフ等測定値に与える影響の大きい要素を包含することによりその影響を低減する手段をとる。

本発明の手段、方法を講じることにより、温度変化の影響を著しく低減した電磁誘導検出装置を提供することが可能になった。即ち、図２に示すごとく、第１の手段として励磁コイルが巻回されて結合された磁性体コアに同じく結合して磁性体コア内部の磁束を検出する励磁磁束検出コイルを設け、その出力が一定になるよう負帰還をかけた励磁回路により駆動することを特長とした手段または装置をとることにより、図６に示すとおり、センサーの雰囲気温度を１３．１℃から２７．２℃に変化させた場合、従来技術による図５に比較し、図６のとおり温度特性がほぼ平坦な著しい効果が得られた。

図３は、本発明の第２の手段を示し、励磁コイルが巻回されて結合された磁性体コアに同じく結合して磁性体コア内部の磁束を検出する励磁磁束検出コイルを設け、その出力を基準信号としてセンサー検出コイルの出力との比ないし差を検出することを特長とする電磁誘導検出手段または方法を用いた装置により、励磁コイルそれ自身は一定交番電圧で駆動されているが、温度変化により比透磁率が変化して磁束そのものが変化しても、その変化後の磁束を磁束検出コイルにより検出し、それを基準として、アナログ・デジタル変換(ＡＤＣ)により取り込み、高速フーリエ変換(ＦＦＴ)の手段により、磁束検出コイルの出力を基準信号として、検出コイル出力をその絶対値ではなく前記基準信号との振幅比および位相差を検出するので、図７、図８に示す如く、著しく温度変化の低減された出力が得られた。即ち、図７は振幅比の変化を示すもので、比較を容易にするため初期の振幅比を 1.0 に正規化して示している。初期を１４℃に保ち、７分後より３５℃にいたるまでセンサーのみの周囲温度を徐々に上げていったもので、励磁磁束検出コイルを使用した場合は、使用しない場合に比し温度特性が改善されていることを示す。図８は、正規化した位相差の変化を示すもので、比較を容易にするため、初期位相差を０に正規化して示している。図８から明らかなごとく、励磁磁束検出コイルを使用した場合は使用しない場合に比し温度特性を著しく改善することが可能となった。

上記高速フーリエ変換(FFT)により得られた振幅比、位相差の温度による変化が互いに逆方向であることを見出し、これらを共に変数として含み、被検体の厚さを推定する線形近似を含む曲線近似による連立方程式を用いる手段をとり、その較正点として被検体の特定点での厚さを同一とし、その測定値に影響を与える被検体と前記第３のコイルとの間隔即ちリフト・オフを変化させる、または被検体が複合体から構成される場合は被検体内部の位置関係を変化させることによる測定値を含めることにより、図８に示すごとく、それらの変化による影響を除去するか低減し、且つ、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を著しく改善することが可能になった。

更に、上記手段を講じてもなお残る僅かな温度変化も図１5に示す如く、励磁コア１０２を検出コイル１０４の軸線方向に角度をつけ、且つ検出コイル１０４の被検体に近い端部より前記励磁コア１０２の端部を被検体と反対方向に離して配置し、その距離を調節することにより、極小にすることが可能となった。

図１は従来技術の例図２は本発明の実施例を示す図（実施例１、実施例２）図３は本発明の実施例を示す図（実施例３、実施例４、実施例５）図４は本発明の実施例を示す図（実施例３、実施例４、実施例５）図５は従来技術による温度変化を示す図図６は本発明の温度変化の効果を示す図図７は振幅比の温度変化につき従来技術と本発明の効果を対比させた図図８は位相差の温度変化につき従来技術と本発明の効果を対比させた図図９は被検体の厚さ推定値の温度変化につき従来技術と本発明の効果を対比させた図図１０は本発明による較正点を示す図図１１は図１０の部分拡大図図１２は振幅比と厚さ推定値の関係を示す図図１３は位相差と厚さ推定値の関係を示す図図１４は本発明の実施例を示す図（実施例６）図１５は本発明の実施例を示す図（実施例７）

本発明の第１の形態は被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルを備え、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第２のコイルに発生する電圧を他と比較するための基準信号とする形態をとる。

本発明の第２の形態は、被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと増幅器を備え、前記増幅器の出力を前記第１のコイルに接続し、前記第２のコイルに発生する信号を前記増幅器の入力に負帰還することにより、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減し、前記コア内の磁束を一定に保つことを特長とする形態をとる。

本発明の第３の形態は、被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと前記コアによる磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイルと、第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログデジタル変換器、信号処理装置を備え、前記第１のコイルを交番電圧で励磁し、前記第２のコイルに発生する電圧を基準信号として前記第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイルに発生する電圧を前記第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力を前記信号処理装置により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力の比または差を検出することにより、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、および前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする形態をとる。

本発明の第４の形態は、被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと前記コアによる磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイルと、第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログ・デジタル変換器、信号処理装置を備え、前記第１のコイルを交番電圧で励磁し、前記第２のコイルに発生する電圧を基準信号として前記第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイルに発生する電圧を前記第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力を前記信号処理装置により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力を各々高速フーリエ変換(ＦＦＴ)により、各々、交番信号の振幅および位相を求め、前記第２のコイルと前記第３のコイルに発生する信号の振幅比および位相差を検出することにより、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、および前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする形態をとる。

本発明の第５の形態は、被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと前記コアによる磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイルと、第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログ・デジタル変換器、信号処理装置を備え、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第２のコイルに発生する電圧を基準信号として前記第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイルに発生する電圧を前記第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力を前記信号処理装置により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力を各々高速フーリエ変換（FFT）により、各々、交番信号の振幅および位相を求めその振幅比および位相差を検出し、その結果に基づき線形近似を含む曲線近似により被検体の厚さ、傷の推定値を導出することを特長とし、且つ、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、および前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする形態をとる。

本発明の第６の形態は、被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと前記コアによる磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイルと、第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログデジタル変換器、信号処理装置を備え、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第２のコイルに発生する電圧を基準信号として前記第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイルに発生する電圧を前記第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力を前記信号処理装置により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力を各々高速フーリエ変換(ＦＦＴ)により、各々、交番信号の振幅および位相を求めその振幅比および位相差を検出し、その結果に基づき線形近似を含む曲線近似により被検体の厚さ、傷の推定値を導出するにあたり、その較正点として被検体の特定点での厚さを同一とし、その測定値に影響を与える被検体と前記第３のコイルとの間隔即ちリフト・オフを変化させる、または被検体が複合体から構成される場合は被検体内部の位置関係を変化させることによる測定値を含めることにより、それらの変化による影響を除去するか低減することを特長とし、且つ、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする形態をとる。

図２は、本発明の第１の実施例で、被検体２に対向した開口部を有する磁性体からなるコア１０２とそれに電磁的に結合した第１のコイル（励磁コイル）１０１と、前記コア１０２に同じく電磁的に結合した第２のコイル（励磁磁束検出コイル）１０５を備え、前記第１のコイル１０１を交番電圧で励振し、前記第２のコイル１０５に発生する電圧を他と比較するための基準信号としている。

本発明の第２の実施例を同じく図２により説明する。即ち、被検体２に対向した開口部を有する磁性体からなるコア１０２とそれに電磁的に結合した第１のコイル（励磁コイル）１０１と、前記コア１０２に同じく電磁的に結合した第２のコイル（励磁磁束検出コイル）１０５と増幅器３０８を備え、前記増幅器３０８の出力を前記第１のコイル１０１に接続し、前記第２のコイル１０５に発生する信号を抵抗器Rf およびR3により前記増幅器３０８の負相入力に接続され、全体として負帰還回路を構成している。また交番信号源３０１の電圧は抵抗R1,R2 で分圧されて増幅器３０８の正相入力に加えられているので、前記第２コイル１０５に生ずる信号電圧をRf, R3により分圧された電圧と、交番信号源３０１の電圧をR1,R2で分圧された電圧に等しくなるよう前記増幅器３０８は動作する。一方、交番信号源３０１は一定なので、前記第２のコイル１０５に発生する電圧は一定に保持される。即ち、温度により、前記第１のコイル１０１の巻線の電気抵抗や前記コア１０２の比透磁率に温度による変化が生じてもその影響を除去することが出来る。また、前記コア１０２内の磁束は、前記第１のコイル１０１による電磁界だけでなく、対向した被検体に生ずる渦電流による電磁界の影響も受け、この渦電流による電磁界は入射する電磁界の磁力線と反対方向の磁力線となるので、前記コア１０２内の磁束はこれらの総合されたものとなる。従って、この総合された磁束は、センサーと被検体との距離リフト・オフの影響も受ける。本発明の手段により、前記第２のコイルの出力電圧即ちコア１０２内の総合磁束が一定に保持されるので、リフト・オフの影響を低減する効果もある。検出コイル１０４の出力電圧は、引算回路３０５、遅延回路３０３、レベル調整３０４、増幅回路３０６、同期検波３０７からなる回路により特許第４７５６４０９号公報により開示された技術により同期検波されて出力される

図５は、従来技術図１の場合の測定結果の例、即ち前記第２のコイルを用いない場合の測定結果で、コア１０２として珪素方向性電磁鋼板よりなるU型コアを使用し、被検体として厚さ３０ｍｍのステンレスSUS３０４の板を使用し、リフト・オフ１ｍｍ、１３．１℃の環境で当初測定し、その途中で厚さ１ｍｍのSUS３０４板を３０ｍｍステンレス板のセンサーと反対側、即ち被検体の裏側に貼り付け、一体型ではないが厚さ３１ｍｍ相当の被検体として測定した例である。更にその後で、厚さ１ｍｍの板を取り外し、もとの３０ｍｍの被検体の状態で、センサー部のみを２７．２℃まで徐々に加熱した場合で、出力、特に９０°出力の方が大きく変動していることがわかる。これは、温度によりコアの比透磁率が変化し、第１のコイル１０１のインダクタンスが変化し、位相遅れに変化が生じているものと推測される。図６は本発明による第２のコイル１０５を使用した図２の実施例の場合で、２７．２℃まで温度を上昇させてもほぼ平坦な良い温度特性を示していることがわかる。

本発明の第３の実施例を図３により説明する。即ち、被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコア１０２とそれに電磁的に結合した第１のコイル１０１と、前記コア１０２に同じく電磁的に結合した第２のコイル１０５と前記コア１０２による磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイル１０４と、マルチプレクサ４０３とアナログ・デジタル変換器(ＡＤＣ)４０４とで等価的に第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログ・デジタル変換器を実現した回路と、コンピュータ４０５、表示・記録器４０６を備え、前記第１のコイル１０１をデジタル・アナログ変換器(ＤＡＣ)４０１により発生させた交番電圧を電力増幅器４０２で増幅して励振し、前記第２のコイル１０５に発生する電圧を基準信号として前記等価的な第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイル１０４に発生する電圧を前記等価的な第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力をコンピュータ４０５により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力の比または差を検出することにより、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、および前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする装置を構成している。

かくすることにより、前記第２のコイル１０５に発生する電圧は、前記第１のコイル１０１巻線の温度による電気抵抗の変化、前記コア１０２の温度による比透磁率の変化の影響を受けてはいるが、前記第２のコイル１０５に発生する電圧そのものを基準として、即ちこれをアナログ・デジタル変換した値を分母として比をとるか、それを基準として差をとるので、温度変化の影響を受けないか、低減できる装置を実現している。

図４は前記、第２および第３の実施例において使用されたコイル１０５出力の代りにコイル１０１の両端の信号をアッテネータ（信号減衰器）１０６経由で使用する方法を示す。図２、図３で示されたコイル１０５はコイル１０１に拠って発生した交流磁力線変化の検出である。その磁力線はコア１０２に拠って伝播され、コイル１０５の起電力となるが、同様の起電力はコイル１０１にも発生し、その両端に現れることになる。それらの端子は電力増幅器の出力端子でもあり、信号強度は大きく、検出コイル１０４の信号強度とバランスを取る為にアッテネーターが必要となる可能性が高い。

前記のセンサー構造のバリエーションは全ての実施例（１から３、および、後述の実施例４および５）に適用可能である。

本発明の第４の実施例を同じく図３により説明する。即ち、被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコア１０２とそれに電磁的に結合した第１のコイル１０１と、前記コア１０２に同じく電磁的に結合した第２のコイル１０５と前記コア１０２による磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイル１０４と、マルチプレクサ４０３とアナログ・デジタル変換器(ＡＤＣ)４０４とで等価的に第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログデジタル変換器を実現した回路と、コンピュータ４０５、記録・表示器４０６を備え、前記第１のコイル１０１をデジタル・アナログ変換器(ＤＡＣ)４０１により発生させた交番電圧を電力増幅器４０２で増幅して励振し、前記第２のコイル１０５に発生する電圧を基準信号として前記第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイル１０４に発生する電圧を前記第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力を前記コンピュータ４０５により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力を各々高速フーリエ変換(ＦＦＴ)することにより、各々、交番信号の振幅および位相を求めその振幅比および位相差を検出することにより、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、および前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする装置を構成している。かくすることにより、前記第２のコイル１０５に発生する電圧は、前記第１のコイル１０１巻線の温度による電気抵抗の変化、および前記コア１０２の温度による比透磁率の変化の影響を受けてはいるが、前記第２のコイル１０５に発生する電圧そのものを基準として、即ちこれをアナログ・デジタル変換して高速フーリエ変換(ＦＦＴ)した値を基準としているので、温度変化の影響を受けないか、その影響を著しく低減できる装置を実現している。

交番電圧、例えば正弦波はその周波数、振幅と位相により一意的に表され、一般的な交番電圧も多数の周波数、振幅、位相の異なる正弦波の集合として表されるが、高速フーリエ変換(ＦＦＴ)はそれらを効率良く、個々に分離検出できる。図７、図８は、その測定結果で、コア１０２として珪素方向性電磁鋼板よりなるU型コアを使用し、被検体として厚さ３０ｍｍのステンレスＳＵＳ３０４の板を使用し、リフト・オフ１ｍｍ、１４℃の環境で当初測定し、その途中で厚さ１ｍｍのＳＵＳ３０４板を３０ｍｍステンレス板のセンサーと反対側、即ち被検体の裏側に貼り付け、一体型ではないが厚さ３１ｍｍ相当の被検体として測定した例である。
その後で、厚さ１ｍｍの板を取り除き、もとの厚さ３０ｍｍの被検体に戻し、センサー部のみを３５℃まで徐々に加熱した場合で、図７は高速フーリエ変換(ＦＦＴ)により得られた前記第２のコイル１０５と前記第３のコイル１０４の電圧の振幅比の温度変化を示している。第２のコイル（磁束検出コイル）１０５を使用しない場合は、デジタル・アナログ変換器（DAC）４０１の出力を基準にしている。図７から明らかなごとく、第２のコイル(磁束検出コイル)１０５を使用する場合は温度変化の影響が低減されていることが明らかである。図８は位相差についてプロットしたもので、第２のコイル(磁束検出コイル)１０５の効果が極めて高いことを示している。

本発明の第５の実施例を同じく図３により説明する。即ち、被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコア１０２とそれに電磁的に結合した第１のコイル１０１と、前記コア１０２に同じく電磁的に結合した第２のコイル１０５と前記コア１０２による磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイル１０４と、マルチプレクサ４０３とアナログ・デジタル変換器(ＡＤＣ)４０４とで等価的に第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログデジタル変換器を実現した回路と、コンピュータ４０５、記録・表示器４０６を備え、前記第１のコイル１０１をデジタル・アナログ変換器(ＤＡＣ)４０１により発生させた交番電圧を電力増幅器４０２で増幅して励振し、前記第２のコイル１０５に発生する電圧を基準信号として前記第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイル１０５に発生する電圧を前記第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力を前記コンピュータ４０５により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力を各々高速フーリエ変換(ＦＦＴ)により、各々、交番信号の振幅および位相を求めその振幅比および位相差を検出し、その結果に基づき線形近似を含む曲線近似により被検体の厚さ、傷の推定値を導出することを特長とし、且つ、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする形態をとっている。また、実施例６とは関連性があるので、両者を以下に共通に説明する。

高速フーリエ変換による演算処理の結果、個々の正弦波の振幅と位相とが同一測定点位置で同時に得られる。これらは、互いに無関係に変化するわけではなく、互いに相関性をもって変化している。従って各々単独で測定評価するよりも、振幅および位相を変数とし、被検体の厚さを推定する近似式を用いて測定評価することの有効性を見出した。近似式として線形近似とし、数式（１）を用いて説明する。即ち振幅比を x, 位相差を y 、被検体の厚さを D とすれば、x, y は本来 D の関数であるが、Dを x, y の逆関数として数式（１）の如き線形式として定義する。係数 a, b および定数項 c は厚さの異なる３点の較正点を測定しその測定値に基づき、数式（２）の如き連立方程式を解けば求まる。なお、厚さの異なる３点として説明したが、３点のうち、被検体の厚さの異なる２点をとり、そのどちらか一方の厚さの点で、測定値に与える変動要素の大きい要素を含ませることが得策である。その変動要素の大きなものとしてリフト・オフをとることが有効であることを見出した。即ち被検体の厚さの異なる２点、B、C点をとり、その部分の厚さを物理的に測定し、D2、D3 とする。 B点即ち厚さD２の点でリフト・オフを微小変化させた点をA点とすれば、数式（３）の如き連立方程式(D１＝D２であることに注意)が成立し、A, B, C 点での測定値（x1,y1）, (x2,y2), (x3,y3) から連立方程式（３）を解くことにより a, b, c が求まり、任意の点の x, y 測定値からその点の被検体の厚さ D は数式（１）により求めることが可能となる。連立方程式（３）の解を、数式（４）で表す分母ｔを用いて、数式（５)、（６）、（７）に示す。かくすることにより、リフトオフ変化の影響の少ない装置とすることが可能となる。

コア１０２として珪素方向性電磁鋼板よりなるU型コアを使用し、被検体として厚さ３０ｍｍのステンレスＳＵＳ３０４の板を使用し、リフト・オフ１ｍｍ、とし、この較正点をＢ点とし、厚さ１mm のステンレスＳＵＳ３０４板を前記３０mmステンレス板の裏側に貼り付け３１ｍｍ相当とした較正点をＣ点とし、Ａ点としてはＢ点のステンレス板３０ｍｍの状態でリフト・オフを１ｍｍよりわずかに大きく、１．１ｍｍにした点をA点として較正した。これにより較正を行い、測定し、較正した諸元を表１に示す。図10は、振幅比x, 位相差 y をプロットしたもので、A点較正、即ちリフト・オフによる変動がいかに大きいかが明らかである。図１1は、図10の B, C 点の近傍を拡大したもので、その後の測定点 P1〜P6の場合も同時に示している。表２は、前記、A, B, C 3点の測定値を用いて連立方程式を解いた結果の各係数 a, b, c の値を示している。図９は、この各係数 a, b, c を使用し、式（１）により、リアルタイムで厚さ推定値を表示・記録させたもので、温度やリフト・オフ等による測定値の変動を顕著に抑制することが可能となった。表３は、その推定値の一例を示し、P1、P2は１４℃の状態での被検体の厚さ３０ｍｍ、および３１ｍｍを測定した値と、それによる厚さの推定値、P3,〜P6は、図９のグラフの最後のほう、即ち３５℃で被検体厚さ３０ｍｍを測定した数例を示している。図１２は振幅比に対して推定厚さをプロットしたもの、図１３は、位相差に対してプロットしたもので、P3〜P6の動向を見ると振幅比と位相差は互いに反対方向、即ち温度が上昇するに従い、振幅比は減少方向に、位相差は増加方向に変移している。一方表２に示す係数 a, b は共に正であるので、振幅比または位相差、おのおの単独で厚さを推定する連立方程式を解くよりも、振幅比、位相差をともに変数として含む連立方程式を解く方が、温度変化による影響が低減されていることが明らかである。これにより、温度変化が少なく、またリフト・オフ等の影響の少ない、減肉・探傷を行う測定装置が実現できる。

また、渦電流の性質上、励磁周波数が高くなると被検体の深層部まで達せず、比較的表層部の影響を反映することとなるので、高速フーリエ変換(ＦＦＴ)の特徴をいかして励磁周波数の高い領域での振幅比u、位相差vを独立に求め、D =ｆ(x,y,u,v) として連立方程式を解くことも可能で、表層部の影響を低減する効果も可能である。また、u,v に対して重み付けすることも可能である。

図１４に第６の実施例を示す。即ち励磁コイル１０１としてU型励磁コア１０２の両脚部、および中間部に全て巻き、励磁力を強くし、一方磁束検出コイル１０５は励磁コア内部の磁束を検出できるよう励磁コア１０２に近接するよう励磁コイル１０１の内側に巻かれている。

図１５は第７の実施例で、検出コイル１０４の軸線を被検体の法線と同じ方向に配置し、且つ、厚い被検体の裏側にまで磁束を集中して透過させるため、励磁コア１０２の検出コイル１０４に近いほうの端部を前記検出コイルの軸線と角度をつけて被検体に対向させ、励磁コア１０２の先端部が検出コイル１０４の被検体に近い端部より被検体から離れた位置に配置されている。また磁束検出コイル１０５は、励磁コアの先端部で、かつ励磁コア１０２に最接近して配置されている。かくすることにより、更に精密な温度補正が可能となることを見出した。即ち、検出コイル１０４の先端部と励磁コア１０２の先端部との被検体表面に垂直方向の距離が小さい間は、温度が上昇すると、被検体の厚さがあたかも厚い方向の変化を示し、前記垂直方向の距離を大きくすると被検体の厚さがあたかも薄い方向の変化を示し、その中間で実質的に温度変化がゼロになる位置があることが判明した。従って、実施例７は、磁束検出コイル１０５の励磁磁束検出出力を基準として測定することに加え、更に検出コイル１０４の被検体に近いほうの端部より励磁コイル１０２の端部を被検体に垂直方向の距離で被検体より離す、換言すれば、励磁コア１０２の端部より検出コイル１０４の端部を被検体に近く配置することにより、更に精密な温度補正を行える利点がある。また、図１５は、励磁コイル１０１、励磁コア１０２、励磁磁束検出コイル１０５の組合せを検出コイル１０４を中心として左右２個配置して示したが、これは検出コイル１０４を中心として円周状に複数個配置して励磁磁束を集中させて検出感度を高めることも可能である。

周囲温度変化の影響の少ない電磁誘導による被検体裏面の減肉、傷の検出が可能となるので、悪環境化の現場での測定、探傷作業が可能となり、産業上の利便性が高い。

１センサー
１０１励磁コイル
１０２励磁コア
１０３検出コア
１０４検出コイル
１０５励磁磁束検出コイル
１０６励磁磁束検出信号用減衰器
２被検体
３測定装置
３０１励磁信号源
３０２駆動回路
３０３遅延回路
３０４レベル調整器
３０５引算器
３０６増幅回路
３０７同期検波回路
３０８増幅器
４測定装置
４０１デジタル・アナログ変換機（DAC）
４０２電力増幅器
４０３マルチプレクサ
４０４アナログ・デジタル変換機(ADC)
４０５コンピュータ
４０６表示・記録器

Claims

被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルを備え、前記第１のコイルを交番信号で励振し、前記第２のコイルに発生する信号を他と比較するための基準信号とすることを特長とする電磁誘導による被検体の厚さ、傷を測定・検査する方法または装置。
請求項１において、第１のコイルと電磁的に結合した第２のコイルに生じる信号の代りに第１のコイルの両端の信号を利用し、第２のコイルを省略した構造を持ち、請求項１と同様の機能を有した、電磁誘導による被検体の厚さ、傷を測定・検査する方法または装置の構造。
被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと前記コアによる磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイルを備え、前記第３のコイルの被検体に近い端部を前記コアの被検体に近い端部より被検体に近い位置に配置し、前記第２のコイルに発生する電圧を他と比較するための基準信号とすることを特長とする請求項１または請求項２の電磁誘導による被検体の厚さ、傷を測定・検査する方法または装置。
被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと前記コアによる磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイルを備え、前記第３のコイルの軸線を被検体の法線と同方向に配置し、前記コアの軸線を前記第３のコイルの軸線と角度をつけ、且つ前記コアの第３のコイルに近い側の端部を前記第３のコイルの被検体に近い端部より被検体から離れた方向に距離をとって配置し、前記第２のコイルに発生する電圧を基準信号とし、且つ第３のコイルの前記端部とコアの前記端部との距離を調節することにより前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする請求項１または請求項２の電磁誘導による被検体の厚さ、傷を測定・検査する方法または装置。
被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと増幅器を備え、前記増幅器の出力を前記第１のコイルに接続し、前記第２のコイルに発生する信号を前記増幅器の入力に負帰還することにより、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、および前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減し、前記コア内の磁束を一定に保つことを特長とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４の電磁誘導による被検体の厚さ、傷を測定・検査する方法または装置。
被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと前記コアによる磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイルと、第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログ・デジタル変換器、信号処理装置を備え、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第２のコイルに発生する電圧を基準信号として前記第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイルに発生する電圧を前記第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力を前記信号処理装置により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力の比または差を検出することにより、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４の電磁誘導による被検体の厚さ、傷を測定・検査する方法または装置。
被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと前記コアによる磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイルと、第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログ・デジタル変換器、信号処理装置を備え、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第２のコイルに発生する電圧を基準信号として前記第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイルに発生する電圧を前記第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力を前記信号処理装置により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力を各々高速フーリエ変換（FFT）により、各々、交番信号の振幅および位相を求めその振幅比および位相差を検出することにより、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする請求項６の電磁誘導による被検体の厚さ、傷を測定・検査する方法または装置。
被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと前記コアによる磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイルと、第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログ・デジタル変換器、信号処理装置を備え、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第２のコイルに発生する電圧を基準信号として前記第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイルに発生する電圧を前記第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力を前記信号処理装置により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力を各々高速フーリエ変換(ＦＦＴ)により、各々、交番信号の振幅および位相を求めその振幅比および位相差を検出し、その結果に基づき線形近似を含む曲線近似により被検体の厚さ、傷の推定値を導出することを特長とし、且つ、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする請求項６の電磁誘導による被検体の厚さ、傷を測定・検査する方法または装置。
被検体に対向した開口部を有する磁性体からなるコアとそれに電磁的に結合した第１のコイルと、前記コアに同じく電磁的に結合した第２のコイルと前記コアによる磁束により影響を受けた被検体からの信号を検出する第３のコイルと、第１のアナログ・デジタル変換器、第２のアナログ・デジタル変換器、信号処理装置を備え、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第２のコイルに発生する電圧を基準信号として前記第１のアナログ・デジタル変換器に入力し、前記第３のコイルに発生する電圧を前記第２のアナログ・デジタル変換器に入力し、これら２つのアナログ・デジタル変換器の出力を前記信号処理装置により処理し、前記第１のアナログ・デジタル変換器と第２のアナログ・デジタル変換器の出力を各々高速フーリエ変換(ＦＦＴ)により、各々、交番信号の振幅および位相を求めその振幅比および位相差を検出し、その結果に基づき線形近似を含む曲線近似により被検体の厚さ、傷の推定値を導出するにあたり、その較正点として被検体の特定点での厚さを同一とし、その測定値に影響を与える被検体と前記第３のコイルとの間隔リフト・オフ、または被検体が複合体から構成される場合は被検体内部の位置関係をパラメータとした方程式を連立近似方程式中に含み、前記パラメータによる影響を除去するか低減することを特長とし、且つ、前記コイルの巻き線の温度による抵抗変化、前記コアの比透磁率の温度による変化の影響を低減することを特長とする請求項６の電磁誘導による被検体の厚さ、傷を測定・検査する方法または装置。