JP2015225068A - 渦電流探傷装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この渦電流探傷試験装置は、励磁コイル及び検出コイルを一つのコイルセンサで構成する自己比較型と、それぞれ別々に構成する相互誘導型とがある。
そこで、被検査体が強磁性体の場合は、コイルセンサの近傍に直流磁場を発生する磁石を設け、被検査体表面を強制的に磁化して透磁率の変化を抑制する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、被検査体における欠陥の誤検出を防止する渦電流探傷技術を提供することを目的とする。
図1に示すように実施形態に係る渦電流探傷装置10は、被検査体30に対向するセンジング面が十字交差するクロスコイル21に入力させる第1周波数の励磁信号を送信する第1送信部11と、この第1周波数の励磁信号の入力に伴い被検査体30に生成した第1渦電流による誘導磁場を検出したクロスコイル21の第1応答信号を受信する第1受信部13と、クロスコイル21と同軸に環状配置されたパンケーキコイル22(22a,22b)に入力させる第2周波数の励磁信号を送信する第2送信部12と、この第2周波数の励磁信号の入力に伴い被検査体30に生成した第2渦電流による誘導磁場を検出したパンケーキコイル22(22a,22b)の第2応答信号を受信する第2受信部14と、第1応答信号の第1強度P及び第1位相角θ並びに第2応答信号の第2強度Q及び第2位相角φを導出する導出部15と、導出されたこれら第1強度P、第1位相角θ、第2強度Q及び第2位相角φを閾値16に照らし被検査体30における欠陥の存在を判定する判定部17と、を備えている。
被検査体30は、狭隘な形状、例えば、原子炉内構造物の溶接部、原子炉管台の管曲面部等を対象にすることができる。
このようにセンサユニット20は、素線を巻回させた二つのコイルを二点で直角に交差させこの二つの交差点を結ぶ直線が回転対称軸になるように構成したクロスコイル21と、それぞれの交差点が中心となるようにかつ回転対称軸がクロスコイル21と一致するように環状配置されるパンケーキコイル22(22a,22b)とから構成されている。
実施形態においてクロスコイル21は欠陥検出用の主コイルとして、パンケーキコイル22は被検査体30の電磁気的性質の変化に依存したノイズ識別用の補助コイルとして機能する。
クロスコイル21及びパンケーキコイル22は、被検査体30上の同じ位置を同じタイミングで検出する必要があるため、互いに回転対称軸を共有するように構成されることが望まれる。
また、これまで説明した実施形態においてパンケーキコイル22(22a,22b)は、クロスコイル21の軸方向に二つ配置されるものを開示したが、配置される数に限定はない。パンケーキコイル22は、クロスコイル21の下側に一つのみ配置される場合もあるし、所定の間隔で三つ以上配置される場合もある。
この図4に示すように、クロスコイル21は、被検査体30の表面が曲面形状を有する場合であっても、平面形状である場合と同じ欠陥検出感度を示す特性を有している。
図5(A)はクロスコイル21が自己誘導型のものであり、図5(B)はクロスコイル21が相互誘導型のものであり、パンケーキコイル22はいずれも自己誘導型となっている。
このように、自己誘導型は、直列接続した二つのコイルに連結する一つの回路で、励磁と検出を実行するものである。これに対し相互誘導型は、二つのコイルがそれぞれ別々の回路を形成し、励磁と検出をそれぞれ別々のコイルで実行するものである。
第1送信部11からクロスコイル21に送信される励磁信号の第1周波数と、第2送信部12からパンケーキコイル22(22a,22b)に送信される励磁信号の第2周波数とはそれぞれ異なるものである。
これら第1周波数と第2周波数の選び方としては、クロスコイル21の第1応答信号とパンケーキコイル22の第2応答信号との混信を防止するために、高調波成分を含まない組み合わせとする。
そして、この渦電流により発生する第1周波数の誘導磁場がクロスコイル21に鎖交すると、このクロスコイル21に発生した第1周波数の誘導起電圧が第1応答信号として第1受信部13に受信される。
そして、この渦電流により発生する第2周波数の誘導磁場がパンケーキコイル22に鎖交すると、このパンケーキコイル22に発生した第2周波数の誘導起電圧が第2応答信号として第2受信部14に受信される。
また、欠陥が存在していなくても被検査体30の表面に錆等の電磁気的性質が異なる領域が存在する場合も誘導磁場の分布が変化する。
このため被検査体30の表面における、錆等の電磁気的性質が異なる領域が存在すると、欠陥として誤検出されるおそれがある。
被検査体30の表面における誘導磁場の分布の変化は、クロスコイル21及びパンケーキコイル22のインピーダンス変化としてそれぞれ第1応答信号及び第2応答信号に反映される。
導出部15は、第1応答信号の第1強度P及び第1位相角θ並びに第2応答信号の第2強度Q及び第2位相角φを導出する
この第1強度Pは、クロスコイル21のインピーダンス変化を表しており、振れ幅が大きい位置に、欠陥の存在が推定される。
クロスコイル21が欠陥を検出した場合、第1応答信号の第1位相角θは所定の範囲を示すことが知られている。
図7においては、|θ−π/2|<α又は|θ−3π/2|<αの範囲を、欠陥検出に対応付けしている。
この第2強度Qは、パンケーキコイル22のインピーダンス変化を表しており、振れ幅が大きい位置に、錆の存在が推定される。
パンケーキコイル22が錆を検出した場合、第2応答信号の第2位相角φは所定の範囲を示すことが知られている。
図9においては、|φ|<β又は|φ−π|<βの範囲を、錆検出に対応付けしている。
同様に、第2強度Q及び第2位相角φは、パンケーキコイル22の第2励磁信号及び受信された第2応答信号と被検査体30の表面の電磁気的性質との関係から定まる。
パンケーキコイル22の第2応答信号の第2強度Q及び第2位相角φについても同様の調整を行う。
このように、クロスコイル21で欠陥が検出された場合は、極座標系内の軌跡が、原点を中心とする偏角が±π/2の近傍で、原点からの距離が所定の閾値よりも大きくなるように描画される。
そのような場合は、クロスコイル21の第1応答信号のみに欠陥の判定基準を委ねると、欠陥が存在していないにもかかわらず、存在していると誤判定するリスクがある。
このように、パンケーキコイル22で錆等が検出された場合は、極座標系内の軌跡が、原点を中心とする偏角がπ又は0の近傍で、原点からの距離が所定の閾値よりも大きくなるように描画される。
そのような場合は、クロスコイル21の第1応答信号から欠陥の存在が疑われる場合であっても、パンケーキコイル22の第2応答信号から欠陥ではないことが確認される。
ます、クロスコイル21に第1周波数の励磁信号を送信し(S12)、パンケーキコイル22には第2周波数の励磁信号を送信する(S13)。
一方で、(S19:No)の場合は、再検証の必要がある(S21)。
一方で、(S22:No)又は(S24:No)の場合は、欠陥は存在しないとの正常判定となる(S23)。
一方で、(S26:Yes)の場合は、正常判定となる(S23)。
これら、欠陥判定(S20)、再検証(S21)、正常判定(S23)の結果は、表示部23(図1)に表示される。
クロスコイル21の上端と下端に位置する二つのパンケーキコイル22a,22bは、素線の巻回方向が互いに逆方向であることとする。
二つのパンケーキコイル22a,22bが直列接続されていれば、それぞれに送信される励磁信号の第2位相角φは共に等しくなるが、巻回方向が互いに逆方向であるために、クロスコイル21の配置される空間に形成される誘導磁場が互いにキャンセルされる。
これにより、クロスコイル21の第1応答信号に含まれるノイズを低減させる効果が得られる。
これにより、クロスコイル21の第1応答信号のS/N比を最適化することができる。
図13(A)は、平面を有する被検査体用途向けに複数のセンサユニット20を配列させて構成したセンサアレイ24aを示す斜視図である。図13(B)は、曲面を有する被検査体用途向けのセンサアレイ24bを示す斜視図である。
図13(B)は被検査体30の曲率変化に応じて、可撓性を有する構造としてもよい。またアレイ状に配列するセンサユニット20の列数、間隔、距離を適宜変更することができる。
センサユニット20の回転方向の位置が配列の順番に従って異なるように、センサユニット20が複数配列している。
これは、十字型に巻線されたクロスコイル21は検出感度が高い方向と低い方向が45°間隔で交互に存在する。そこで、図14に示す様に、1列目と2列目を同一の方向で、3列目と4列目を45°回転した方向に配置する。これによって、1列目と2列目の欠陥検出感度が低い方向を3列目と4列目が補う効果が得られる。
センサユニット20の間隔が狭いセンサアレイ24では、特に可撓性を有する場合に、センサユニット20の相互間の距離が変動することがある。
この場合、あるセンサユニット20から漏洩している磁場が、他のセンサユニット20へ影響してノイズを発生させる要因になる。
そこで、図15に示すようにセンサユニット20の周囲に磁性体25を配置して、他のユニット20側への磁場の漏れを防止する方法が考えられる。
磁性体25の代表的なものとしてはフェライト、パーマロイが挙げられる。
センサユニット20の相互間の影響を低減させるために、図16に示す様に、励磁信号を送信するタイミングをずらすこととする。
図16は4つのセンサユニット20を、ずらして励磁する例を示している。
励磁信号を供給するタイミングは任意に指定できるが、互いに距離が離れたセンサユニット20が順番に励磁されるようにすれば、漏洩磁場の影響を低減する効果が得られる。
また、渦電流探傷装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能である。
Claims (7)
- 被検査体に対向するセンジング面が十字交差するクロスコイルに入力させる第1周波数の励磁信号を送信する第1送信部と、
前記第1周波数の励磁信号の入力に伴い被検査体に生成した第1渦電流による誘導磁場を検出した前記クロスコイルの第1応答信号を受信する第1受信部と、
前記クロスコイルと同軸に環状配置されたパンケーキコイルに入力させる第2周波数の励磁信号を送信する第2送信部と、
前記第2周波数の励磁信号の入力に伴い被検査体に生成した第2渦電流による誘導磁場を検出した前記パンケーキコイルの第2応答信号を受信する第2受信部と、
前記第1応答信号の第1強度及び第1位相角並びに前記第2応答信号の第2強度及び第2位相角を導出する導出部と、
導出された前記第1強度、前記第1位相角、前記第2強度及び前記第2位相角を閾値に照らし前記被検査体における欠陥の存在を判定する判定部と、を備えることを特徴とする渦電流探傷装置。 - 前記クロスコイルの軸方向に、複数の前記パンケーキコイルが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の渦電流探傷装置。
- 送信される励磁信号の前記第2位相角が共に等しく巻回方向が互いに逆方向である二つの前記パンケーキコイルが前記クロスコイルの上端と下端に位置することを特徴とする請求項2に記載の渦電流探傷装置。
- 前記パンケーキコイルのそれぞれに送信される励磁信号の前記第2位相角を別々に変更できることを特徴とする請求項2に記載の渦電流探傷装置。
- 前記判定部は、
前記第1強度が第1閾値を超え前記第1位相角が第1範囲である場合と、
前記第1強度が第2閾値から前記第1閾値の間をとり前記第1位相角が第1範囲でありさらに前記第2強度が第3閾値を超えない場合と、
前記第2強度が第3閾値を超えた場合であっても前記第2位相角が第2範囲を外れる場合とは、前記被検査体の対応する位置に欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の渦電流探傷装置。 - 前記クロスコイルと前記パンケーキコイルとで構成されるセンサユニットが複数配列してなり前記センサユニットの回転方向の位置が配列の順番に従って異なるセンサアレイを適用することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の渦電流探傷装置。
- 被検査体に対向するセンジング面が十字交差するクロスコイルに入力させる第1周波数の励磁信号を送信するステップと、
前記第1周波数の励磁信号の入力に伴い被検査体に生成した第1渦電流による誘導磁場を検出した前記クロスコイルの第1応答信号を受信するステップと、
前記クロスコイルと同軸に環状配置されたパンケーキコイルに入力させる第2周波数の励磁信号を送信するステップと、
前記第2周波数の励磁信号の入力に伴い被検査体に生成した第2渦電流による誘導磁場を検出した前記パンケーキコイルの第2応答信号を受信するステップと、
前記第1応答信号の第1強度及び第1位相角並びに前記第2応答信号の第2強度及び第2位相角を導出するステップと、
導出された前記第1強度、前記第1位相角、前記第2強度及び前記第2位相角を閾値に照らし前記被検査体における欠陥の存在を判定するステップと、を備えることを特徴とする渦電流探傷方法。
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