JP2019086497A - Inspection device - Google Patents

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瑛由 笹山
Teruyoshi Sasayama
瑛由 笹山
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Abstract

To provide an inspection device that has an exciting coil, a detection coil and a compensation coil coaxially disposed, conducts an inspection of a measured object by a difference between a detection result of the compensation coil and a detection result of the detection coil, and thereby miniaturizes the device, and stabilizes detection accuracy.SOLUTION: The inspection device comprises: an exciting coil 4 that is connected to an AC voltage source 2; a detection coil 5 that detects an amount of magnetic flux of an eddy current generating in a measured object 9 due to a magnetic field of the exciting coil 4; a compensation coil 6 that has almost the same magnetic characteristic as the detection coil 5; and a measurement unit that measures the amount of magnetic flux of the measured object 9 detected by the detection coil 5 on the basis of outputs of the detection coil 5 and the compensation coil 6. The exciting coil 4, the detection coil 5 and the compensation coil 6 are parallely arranged with a magnetic flux direction of the exciting coil 4 as the same axis, and respective coils are an air core coil, and with respect to the measured object 9, the detection coil 5 and the compensation coil 6 are disposed at a position different in a distance in the magnetic flux direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、渦電流探傷法を用いて被測定物を検査する検査装置に関する。   The present invention relates to an inspection apparatus for inspecting an object to be measured using an eddy current flaw detection method.

渦電流探傷法を用いた検査に関する技術が特許文献1、2に開示されている。特許文献1に示す技術は、非破壊検査装置は、被検体2に対向した励磁コイル101と、励磁コイル101に電磁的に結合した参照コイル105と、被検体2に対向した検出コイル104と、励磁コイル101を交番電圧で励振し、参照コイル105に発生する電圧と検出コイル104に発生する電圧との差である被測定信号の振幅および位相を、励磁コイル101または参照コイル105の電圧を基準信号として検出する測定処理部4と、を備えるものである。   Patent Documents 1 and 2 disclose techniques related to inspection using an eddy current flaw detection method. According to the technique disclosed in Patent Document 1, the nondestructive inspection device includes an excitation coil 101 facing the subject 2, a reference coil 105 electromagnetically coupled to the excitation coil 101, and a detection coil 104 facing the subject 2. Excitation coil 101 is excited with an alternating voltage, and the amplitude and phase of the signal under test, which is the difference between the voltage generated in reference coil 105 and the voltage generated in detection coil 104, are referenced to the voltage of excitation coil 101 or reference coil 105. And a measurement processing unit 4 that detects a signal.

特許文献2に示す技術は、被検査材1に近接する周方向に、各プローブが励磁コイルM及び検出コイルDを含む2つのプローブS1,S2を一定間隔で配置し、前記2つのプローブS1,S2の各励磁コイルM1,M2に交流電流を発振器3より供給して被検査材1に渦電流を発生させ、前記2つのプローブS1,S2の各検出コイルD1,D2による誘起電圧e1,e2の差分値e0を求め、このe0により欠陥を検出するものである。 In the technique shown in Patent Document 2, two probes S 1 and S 2 each including an excitation coil M and a detection coil D are disposed at regular intervals in the circumferential direction in proximity to the inspection material 1, and the two probes An alternating current is supplied from the oscillator 3 to the excitation coils M 1 and M 2 of S 1 and S 2 to generate eddy currents in the test material 1, and the detection coils D 1 of the two probes S 1 and S 2 , D 2 to find the difference value e 0 of the induced voltages e 1 , e 2 and detect a defect by this e 0 .

特開2015−087168号公報JP, 2015-087168, A 特開2000−227420号公報JP, 2000-227420, A

しかしながら、特許文献1、2に示す技術は、いずれも複数の励磁コイルに対してそれぞれに対応する検出コイルや参照コイルを有する構造となっているため、装置の小型化に限界があると共に、それぞれの励磁コイルごとに異なる箇所での測定が行われるため、検出精度が安定しない可能性がある。   However, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 have a structure in which each has a detection coil and a reference coil respectively corresponding to a plurality of excitation coils, so there is a limit to the miniaturization of the device, and Because the measurement is performed at different points for each of the exciting coils in the above, the detection accuracy may not be stable.

本発明は、励磁コイル、検出コイル及び補償コイルを同軸上に配設し、補償コイルの検出結果と検出コイルの検出結果との差により、被測定物の検査を行うことで、装置を小型化すると共に、検出精度を安定化する検査装置を提供する。   In the present invention, the excitation coil, the detection coil, and the compensation coil are coaxially disposed, and the device is miniaturized by inspecting the object to be measured based on the difference between the detection result of the compensation coil and the detection result of the detection coil. And provide an inspection device that stabilizes detection accuracy.

本発明に係る検査装置は、交流電源に接続される励磁コイルと、励磁コイルの磁界により被測定物に生じる渦電流の磁束量を検出する検出コイルと、当該検出コイルと略同一の磁気特性を有する補償コイルと、検出コイル及び補償コイルの出力に基づいて、前記検出コイルで検出された被測定物の磁束量を計測する計測部とを備え、励磁コイル、検出コイル及び補償コイルが、励磁コイルの磁束方向を同軸として並列に配置され、それぞれのコイルが空心コイルとなっており、被測定物に対して検出コイルと補償コイルとが磁束方向に異なる距離となる位置に配設されているものである。   The inspection apparatus according to the present invention includes an excitation coil connected to an AC power supply, a detection coil for detecting an amount of magnetic flux of an eddy current generated on an object to be measured by a magnetic field of the excitation coil, and magnetic characteristics substantially the same as the detection coil. And a measurement unit for measuring the amount of magnetic flux of the object detected by the detection coil based on the output of the detection coil and the compensation coil, the excitation coil, the detection coil and the compensation coil being an excitation coil Are arranged in parallel with each other in the same direction of magnetic flux, and each coil is an air core coil, and the detection coil and the compensation coil are disposed at different positions in the magnetic flux direction with respect to the object to be measured It is.

このように、本発明に係る検査装置においては、交流電源に接続される励磁コイルと、励磁コイルの磁界により被測定物に生じる渦電流の磁束量を検出する検出コイルと、当該検出コイルと略同一の磁気特性を有する補償コイルと、検出コイル及び補償コイルの出力に基づいて、前記検出コイルで検出された被測定物の磁束量を計測する計測部とを備え、励磁コイル、検出コイル及び補償コイルが、励磁コイルの磁束方向を同軸として並列に配置され、それぞれのコイルが空心コイルとなっており、被測定物に対して検出コイルと補償コイルとが磁束方向に異なる距離となる位置に配設されているため、1つの励磁コイルに対して、検出コイル及び補償コイルを同軸上に配設して装置を小型化することができるという効果を奏する。   As described above, in the inspection apparatus according to the present invention, the excitation coil connected to the AC power supply, the detection coil for detecting the amount of magnetic flux of the eddy current generated on the object by the magnetic field of the excitation coil, and the detection coil An excitation coil, a detection coil, and a compensation, comprising: a compensation coil having the same magnetic characteristic; and a measurement unit that measures an amount of magnetic flux of an object detected by the detection coil based on outputs of the detection coil and the compensation coil. The coils are arranged in parallel, with the magnetic flux direction of the exciting coil as the coaxial, and each coil is an air core coil, and arranged at a position where the detection coil and the compensation coil are different distances in the magnetic flux direction Since the detection coil and the compensation coil are coaxially provided for one excitation coil, the apparatus can be miniaturized.

また、それぞれのコイルを空心コイルとしているため、検出コイルと被測定物との距離、補償コイルと被測定物との距離をそれぞれ異ならせることで、検出コイルと補償コイルとで被測定物の渦電流による検出磁束の大きさを異ならせることができ、その差分により被測定物を正確に検査することができるという効果を奏する。すなわち、例えば、鉄心等の透磁率が高いコアを有する場合は、被測定物に対する検出コイルと補償コイルとの距離を異ならせた場合であっても、それぞれのコイルを同軸上に配設してしまうと、被測定物の渦電流による検出磁束を同じように検出してしまい、その差を正確に検出することができないが、本発明では、空心コイルとすることで、そのような問題を解消することができる。   In addition, since each coil is an air core coil, the distance between the detection coil and the object to be measured and the distance between the compensation coil and the object to be measured are different from each other. The magnitude of the magnetic flux detected by the current can be made different, and the difference can be used to accurately inspect the object to be measured. That is, for example, in the case of having a core having a high permeability such as an iron core, even if the distance between the detection coil and the compensation coil with respect to the object to be measured is different, the respective coils are disposed coaxially Then, the detected magnetic flux due to the eddy current of the object to be measured is detected in the same manner, and the difference can not be accurately detected. However, in the present invention, such a problem is solved by using an air core coil. can do.

さらに、それぞれのコイルを空心コイルとすることで、磁気ヒステリシスによる損失の影響を無視して高精度な検査を実現することができるという効果を奏する。   Furthermore, by setting each coil as an air-cored coil, the effect of the loss due to the magnetic hysteresis can be ignored to realize a highly accurate inspection.

さらにまた、それぞれのコイルを空心コイルとすることで、コイルと被測定物との間に生じる磁力による吸引力を抑え、被測定物上でコイルを自由に動かすことができるという効果を奏する。   Furthermore, by setting each coil as an air-cored coil, the attraction force due to the magnetic force generated between the coil and the object to be measured can be suppressed, and the coil can be freely moved on the object to be measured.

さらにまた、3つのコイル(例えば、コイル支持体に3つの銅コイルを巻回したもの)と電源と計測部のみで検査装置を構成することができるため、極めて簡単で安価に製造することができるという効果を奏する。   Furthermore, since the inspection apparatus can be configured only with three coils (for example, one obtained by winding three copper coils on a coil support), a power supply, and a measuring unit, it can be manufactured extremely easily and inexpensively. It plays an effect.

本発明に係る検査装置は、検出コイル及び補償コイルが、励磁コイル及び検出コイルの磁束方向の距離と励磁コイル及び補償コイルの磁束方向の距離とが同一となる位置に配設されているものである。   In the inspection apparatus according to the present invention, the detection coil and the compensation coil are disposed at positions where the distance between the excitation coil and the detection coil in the magnetic flux direction is equal to the distance between the excitation coil and the compensation coil in the magnetic flux direction. is there.

このように、本発明に係る検査装置においては、検出コイル及び補償コイルが、励磁コイル及び検出コイルの磁束方向の距離と励磁コイル及び補償コイルの磁束方向の距離とが同一となる位置に配設されているため、検出コイルと補償コイルとが受ける励磁コイルによる励磁磁界の影響をほぼ同一にすることができ、測定結果に無関係な励磁磁界や外乱を打ち消して、検出磁束のみを測定することができるという効果を奏する。   Thus, in the inspection apparatus according to the present invention, the detection coil and the compensation coil are disposed at positions where the distance between the excitation coil and the detection coil in the magnetic flux direction is equal to the distance between the excitation coil and the compensation coil in the magnetic flux direction. Therefore, the influence of the excitation magnetic field by the excitation coil received by the detection coil and the compensation coil can be made almost the same, and the excitation magnetic field and the disturbance unrelated to the measurement result can be cancelled, and only the detected magnetic flux can be measured. The effect of being able to

本発明に係る検査装置は、検出コイルと補償コイルとが、相互の磁界を打ち消すように逆極性に接続されているものである。   In the inspection apparatus according to the present invention, the detection coil and the compensation coil are connected in reverse polarity so as to cancel each other's magnetic fields.

このように、本発明に係る検査装置においては、検出コイルと補償コイルとが、相互の磁界を打ち消すように逆極性に接続されているため、検出コイルや補償コイルに対する励磁磁界の影響や外乱の影響を排除して、被測定物からの磁束のみを高感度に検出することができるという効果を奏する。   As described above, in the inspection apparatus according to the present invention, since the detection coil and the compensation coil are connected in reverse polarity so as to cancel each other's magnetic field, the effect of the excitation magnetic field on the detection coil or the compensation coil or disturbance is With the effect of eliminating the influence, only the magnetic flux from the object to be measured can be detected with high sensitivity.

本発明に係る検査装置は、励磁コイルが中心から順次径が大きくなる渦巻状に巻回されるものである。   In the inspection apparatus according to the present invention, the exciting coil is wound in a spiral shape whose diameter gradually increases from the center.

このように、本発明に係る検査装置においては、励磁コイルが中心から順次径が大きくなる渦巻状に巻回されるため、励磁磁界をコアの中心部分から生じさせることができ、被測定物に対してコイルの周縁部分だけではなく、中心部分から周縁部分まで面で検査することができるという効果を奏する。   As described above, in the inspection apparatus according to the present invention, since the exciting coil is wound in a spiral shape whose diameter gradually increases from the center, the exciting magnetic field can be generated from the central portion of the core. On the other hand, not only the peripheral portion of the coil but also the surface can be inspected from the central portion to the peripheral portion.

本発明に係る検査装置は、励磁コイルに対する検出コイルの磁束方向の距離、及び/又は励磁コイルに対する補償コイルの磁束方向の距離を変化させる配置変更手段を備えるものである。   The inspection apparatus according to the present invention includes arrangement changing means for changing the distance of the magnetic flux direction of the detection coil to the excitation coil and / or the distance of the magnetic flux direction of the compensation coil to the excitation coil.

このように、本発明に係る検査装置においては、励磁コイルに対する検出コイルの磁束方向の距離、及び/又は励磁コイルに対する補償コイルの磁束方向の距離を変化させる配置変更手段を備えるため、仮に検出コイルと補償コイルとの磁界特性に誤差があった場合であっても、励磁磁界の検出コイルや補償コイルへの影響を当該検出コイルや補償コイルの配置を変更することで調整し、誤差を最小限に抑えることができるという効果を奏する。   As described above, in the inspection apparatus according to the present invention, since the arrangement changing means for changing the distance of the magnetic flux direction of the detection coil to the excitation coil and / or the distance of the magnetic flux direction of the compensation coil to the excitation coil is provided Even if there is an error in the magnetic field characteristics of the motor and the compensation coil, the influence of the excitation magnetic field on the detection coil and the compensation coil is adjusted by changing the arrangement of the detection coil and the compensation coil to minimize the error. The effect of being able to be reduced to

本発明に係る検査装置は、励磁コイル、検出コイル及び/又は補償コイルを超伝導コイルとするものである。   The inspection apparatus according to the present invention uses the excitation coil, the detection coil and / or the compensation coil as a superconducting coil.

このように、本発明に係る検査装置においては、励磁コイル、検出コイル及び/又は補償コイルを超伝導コイルとするため、超伝導コイルに流れる大電流で大きな磁界を作ることができ、検出感度を格段に向上させることができるという効果を奏する。   As described above, in the inspection apparatus according to the present invention, since the excitation coil, the detection coil, and / or the compensation coil is a superconducting coil, a large magnetic field can be produced with a large current flowing through the superconducting coil. The effect is that it can be improved dramatically.

本発明に係る検査装置は、被測定物と検出コイルとの距離に応じて励磁コイルに印加する電圧を調整する調整手段を備えるものである。   The inspection apparatus according to the present invention is provided with adjusting means for adjusting the voltage applied to the exciting coil in accordance with the distance between the object to be measured and the detection coil.

このように、本発明に係る検査装置においては、被測定物と検出コイルとの距離に応じて励磁コイルに印加する電圧を調整する調整手段を備えるため、被測定物に対して常に適正な励磁磁界を与えることができるという効果を奏する。   As described above, the inspection apparatus according to the present invention includes the adjustment means for adjusting the voltage applied to the excitation coil in accordance with the distance between the object to be measured and the detection coil. The effect of being able to apply a magnetic field is exerted.

本発明に係る検査装置は、被測定物を配置した状態で検出コイルの出力と補償コイルの出力とを較正する較正手段を備えるものである。   The inspection apparatus according to the present invention comprises calibration means for calibrating the output of the detection coil and the output of the compensation coil in a state where the object to be measured is arranged.

このように、本発明に係る検査装置においては、被測定物を配置した状態で検出コイルの出力と補償コイルの出力とを較正する較正手段を備えるため、例えば、被測定物が磁性体であるような場合には、励磁磁界が被測定物の透磁率により均等な分布でなくなり、検出コイルに対する励磁磁界の影響と補償コイルに対する励磁磁界の影響とがアンバランスになってしまうが、較正手段によりそのバランスを調整し、検出コイルに対する励磁磁界の影響と補償コイルに対する励磁磁界の影響を同一にすることができるという効果を奏する。   As described above, in the inspection apparatus according to the present invention, since the calibration means for calibrating the output of the detection coil and the output of the compensation coil in a state where the object to be measured is arranged, the object to be measured is, for example, a magnetic body In such a case, the excitation magnetic field is not evenly distributed due to the permeability of the object to be measured, and the influence of the excitation magnetic field on the detection coil and the influence of the excitation magnetic field on the compensation coil become unbalanced. The balance is adjusted, and the effects of the excitation magnetic field on the detection coil and the effects of the excitation magnetic field on the compensation coil can be made identical.

第1の実施形態に係る検査装置の構成を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the test | inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る検査装置におけるコイルの配置構成を示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the arrangement configuration of the coil in the test | inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る検査装置におけるコイルの配置構成を示す第2の図である。It is a 2nd figure showing the arrangement composition of the coil in the inspection device concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係る検査装置におけるコイルの接続構造を示す図である。It is a figure which shows the connection structure of the coil in the test | inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment. その他の実施形態に係る検査装置におけるコイルの構成を示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the structure of the coil in the inspection apparatus which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る検査装置におけるコイルの構成を示す第2の図である。It is a 2nd figure showing the composition of the coil in the inspection device concerning other embodiments. その他の実施形態に係る検査装置におけるコイルの構成を示す第3の図である。It is a 3rd figure which shows the structure of the coil in the test | inspection apparatus which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る検査装置の他の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the other circuit structure of the test | inspection apparatus which concerns on other embodiment. 実施例において用いた検査装置のシステム概要を示す図である。It is a figure which shows the system outline | summary of the test | inspection apparatus used in the Example. 実施例において用いた検査装置のコイル寸法を示す図である。It is a figure which shows the coil dimension of the inspection apparatus used in the Example. 試験体がSM490A鋼板の場合の板厚dに対するインピーダンス変化の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the impedance change with respect to the plate thickness d in case a test body is SM490A steel plate. 試験体がアルミ板の場合の板厚dに対するインピーダンス変化の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the impedance change with respect to the plate thickness d in case a test body is an aluminum plate. ハンドヘルド型の検査装置においてSM490A鋼板の板厚dに対するインピーダンス変化の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the impedance change with respect to the plate | board thickness d of SM490A steel plate in a hand-held type inspection apparatus.

以下、本発明の実施の形態を説明する。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In addition, the same reference numerals are given to the same elements throughout the present embodiment.

(本発明の第1の実施形態)
本実施形態に係る検査装置について、図1ないし図4を用いて説明する。本実施形態に係る検査装置は、渦電流探傷法を用いて被測定物の板厚、腐食、磁気特性等を測定するものであり、磁気飽和しない低磁場で且つ低周波での測定を可能とするものである。
First Embodiment of the Present Invention
An inspection apparatus according to the present embodiment will be described using FIGS. 1 to 4. The inspection apparatus according to the present embodiment measures the thickness, corrosion, magnetic properties, etc. of the object to be measured using the eddy current flaw detection method, and it is possible to perform measurement with low magnetic field and low frequency without magnetic saturation. It is

図1は、本実施形態に係る検査装置の構成を示す回路構成図である。図1において、検査装置1は、被測定物9の近傍に配置され当該被測定物9に対して垂直な方向に磁界を生じる励磁コイル4と、当該励磁コイル4と同軸上に並列に配設される検出コイル5と、当該検出コイル5に対する励磁コイル4による磁場を打ち消して補償する補償コイル6と、励磁コイル4に交流電圧を印加する交流電圧源2と、交流電圧源2からの電圧による励磁電流を制御するための電流制限抵抗3と、検出コイル5で検出された信号を増幅する増幅器7と、増幅された信号の電圧を計測するロックインアンプ8とを備える。   FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a configuration of an inspection apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, the inspection apparatus 1 is disposed in parallel to the exciting coil 4 coaxially with the exciting coil 4 disposed in the vicinity of the DUT 9 and generating a magnetic field in the direction perpendicular to the DUT 9. Detection coil 5, a compensation coil 6 for canceling and compensating the magnetic field of the excitation coil 4 for the detection coil 5, an AC voltage source 2 for applying an AC voltage to the excitation coil 4, and a voltage from the AC voltage source 2 A current limiting resistor 3 for controlling the excitation current, an amplifier 7 for amplifying a signal detected by the detection coil 5, and a lock-in amplifier 8 for measuring the voltage of the amplified signal.

検出コイル5と補償コイル6とは、それぞれに影響する励磁磁界を打ち消すために、同一の磁気特性を有する構成で逆極性に接続されている。また、検出コイル5への励磁磁界の影響と、補償コイル6への励磁磁界の影響とを同一にするために、励磁コイル4から検出コイル5までの距離と励磁コイル4から補償コイル6までの距離とが同一となる位置に配設されている。さらに、被測定物9の渦電流に誘導される磁束を確実に検出するために、励磁コイル4を挟んで検出コイル5を被測定物9が配置される側、補償コイル6を被測定物9が配置されない側に配設している。さらにまた、各コイルは空心コイルとなっており、コイルが巻回されたコイル巻枠は、非磁性・非導電性となっている。このような回路構成でロックインアンプ8により電圧を計測することで、被測定物の厚さや減肉等を推定することが可能となっている。   The detection coil 5 and the compensation coil 6 are connected in reverse polarity in a configuration having the same magnetic characteristic in order to cancel the excitation magnetic field that affects them. Moreover, in order to make the influence of the excitation magnetic field on the detection coil 5 and the influence of the excitation magnetic field on the compensation coil 6 identical, the distance from the excitation coil 4 to the detection coil 5 and the distance from the excitation coil 4 to the compensation coil 6 It is disposed at the same position as the distance. Furthermore, in order to reliably detect the magnetic flux induced by the eddy current of the object to be measured 9, the side on which the object to be measured 9 is disposed with the detection coil 5 interposed between the excitation coil 4 and the object to be measured 9. Is placed on the side where is not placed. Furthermore, each coil is an air-cored coil, and the coil winding on which the coil is wound is nonmagnetic and nonconductive. By measuring the voltage by the lock-in amplifier 8 with such a circuit configuration, it is possible to estimate the thickness, thickness reduction and the like of the object to be measured.

図1に示すように、本実施形態においては、励磁コイルとは別に検出コイルを設ける相互誘導法により励磁コイルの抵抗変化を間接的に検出する。相互誘導法においては、補償コイル6が排除され、励磁コイル4と検出コイル5のみで構成される回路が考えられるが、検出コイル5に鎖交する磁束に関して、励磁コイル4により発生する磁束の方が、被測定物9に流れる渦電流により誘導される磁束よりも大きいため、後者の磁束を測定することは困難である。そこで、図1に示したように補償コイル6を備える構成が極めて有効となる。補償コイル6を設けることで、励磁コイル4により発生する磁束の影響を打ち消して無視することが可能となり、励磁磁界により被測定物9に流れる渦電流で誘導される磁束のみを検出コイル5で検出することが可能となる。   As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the resistance change of the exciting coil is detected indirectly by the mutual induction method in which the detecting coil is provided separately from the exciting coil. In the mutual induction method, the compensation coil 6 is excluded, and a circuit consisting only of the exciting coil 4 and the detecting coil 5 can be considered. However, with regard to the magnetic flux linked to the detecting coil 5, the direction of the magnetic flux generated by the exciting coil 4 However, since it is larger than the magnetic flux induced by the eddy current flowing to the object to be measured 9, it is difficult to measure the magnetic flux of the latter. Therefore, the configuration provided with the compensation coil 6 as shown in FIG. 1 is extremely effective. By providing the compensation coil 6, the influence of the magnetic flux generated by the excitation coil 4 can be canceled out and ignored, and the detection coil 5 detects only the magnetic flux induced by the eddy current flowing to the object 9 by the excitation magnetic field. It is possible to

また、仮に励磁コイルと検出コイルとが同一のコイルとなっている自己誘導法を用いる場合、測定される電圧は次式で表される。   Further, if using the self-induction method in which the exciting coil and the detecting coil are the same coil, the measured voltage is expressed by the following equation.

ここで、Iは励磁コイルの励磁電流、Vは励磁コイルの電圧、ωは励磁電流の角周波数、R及びLは励磁コイルの抵抗及びインダクタンス、ΔR及びΔLは被測定物によって生じる励磁コイルの抵抗及びインダクタンスの変化量である。励磁コイルが一般の銅コイルで、低周波且つ低磁場で計測を行った場合、ΔRが励磁コイル自身の抵抗Rよりも遥かに小さくなるため、ΔRの計測が困難となる。また、ΔRにより生じる電圧|ΔRI|が、励磁コイルのインダクタンスLで生じる電圧|jωLI|よりも小さいため、ΔRの計測が困難となる。さらに、Rが温度により変化し、その変化量がΔRよりも大きいため、ΔRを計測する際には励磁コイルの温度を一定しなければならない等の問題がある。   Where I is the excitation current of the excitation coil, V is the voltage of the excitation coil, ω is the angular frequency of the excitation current, R and L are the resistance and inductance of the excitation coil, and ΔR and ΔL are the resistances of the excitation coil produced by the object to be measured And the amount of change in inductance. When the excitation coil is a general copper coil and measurement is performed at a low frequency and a low magnetic field, since ΔR is much smaller than the resistance R of the excitation coil itself, measurement of ΔR becomes difficult. Further, since the voltage | ΔRI | generated by ΔR is smaller than the voltage | jω LI | generated by the inductance L of the excitation coil, measurement of ΔR becomes difficult. Furthermore, since R changes with temperature and the amount of change is larger than ΔR, there is a problem that the temperature of the exciting coil must be kept constant when measuring ΔR.

これに対して、本実施形態のように相互誘導法を用いる場合は、R及びLの影響を無視することができ、また、検出コイルの抵抗及びインダクタンスはその先に接続される増幅器の入力インピーダンスが十分大きければ無視できる。これは、入力インピーダンスが十分大きければ二次側、すなわち検出コイル及び補償コイルに電流が流れないからである。このことについて、以下に式を用いて説明する。   On the other hand, when the mutual induction method is used as in the present embodiment, the effects of R and L can be ignored, and the resistance and inductance of the detection coil are input impedances of the amplifier connected thereto. Can be ignored if is large enough. This is because if the input impedance is sufficiently large, no current flows in the secondary side, that is, the detection coil and the compensation coil. This will be described below using equations.

検出コイル5の電圧Vは、次式で表される。 The voltage V d of the detection coil 5 is expressed by the following equation.

ここで、Mは励磁コイル4と検出コイル5との間のコイル相互インダクタンス、ΔRは被測定物9によって生じる見かけ上の抵抗(以下、相互等価抵抗と言う)の変化量、ΔMは被測定物9によって生じる相互インダクタンス変化量である。一方、補償コイル6の電圧Vは、被測定物9の影響を無視すれば、次式で表される。 Here, M coil mutual inductance between the detection coil 5 and the exciting coil 4, [Delta] R M resistance apparent caused by the object to be measured 9 (hereinafter, referred to as mutual equivalent resistance) variation, .DELTA.M is measured This is the mutual inductance change amount caused by the object 9. On the other hand, the voltage V of the compensation coil 6 is expressed by the following equation, ignoring the influence of the object 9 to be measured.

ただし、励磁コイル4と補償コイル6との間のコイル相互インダクタンスが励磁コイル4と検出コイル5との間のコイル相互インダクタンスMと等しいと仮定した。ゆえに、差分電圧ΔVは、次式で表される。 However, it was assumed that the mutual coil inductance between the exciting coil 4 and the compensating coil 6 was equal to the mutual coil inductance M between the exciting coil 4 and the detecting coil 5. Therefore, the differential voltage ΔV M is expressed by the following equation.

上記式から、励磁コイル4、検出コイル5及び補償コイル6自身の抵抗及びインダクタンスによる計測制度の悪化を回避することができる。   From the above equation, it is possible to avoid the deterioration of the measurement accuracy due to the resistance and inductance of the exciting coil 4, the detecting coil 5 and the compensating coil 6 itself.

励磁コイル4を安定した電流を通電するため、コイルの線径を太く且つ巻数を少なくすることで励磁コイル4のインピーダンスを小さくし、さらに、励磁コイル4のインピーダンスに対し十分大きな電流制限抵抗3を直列に接続することで、安定した定電流を通電できるようになる。ただし、大電流を通電しても、電流制限抵抗3の温度変化による抵抗変化が生じないように放熱性を十分に高めておく。   In order to supply a stable current to the exciting coil 4, the impedance of the exciting coil 4 is reduced by increasing the wire diameter of the coil and reducing the number of turns, and further, the current limiting resistor 3 large enough for the impedance of the exciting coil 4 By connecting in series, a stable constant current can be supplied. However, even if a large current is supplied, the heat dissipation is sufficiently enhanced so that the resistance change due to the temperature change of the current limiting resistor 3 does not occur.

より具体的なコイルの配置構成について説明する。図2は、本実施形態に係る検査装置におけるコイルの配置構成を示す図である。図2に示すように、平板状の被測定物に対して、コイルの軸が垂直方向となるように、励磁コイル4、検出コイル5及び補償コイル6が配置される。   A more specific arrangement of coils will be described. FIG. 2 is a view showing an arrangement configuration of coils in the inspection apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the excitation coil 4, the detection coil 5, and the compensation coil 6 are arranged such that the axis of the coil is in the vertical direction with respect to the flat object to be measured.

上述したように、励磁コイル4による励磁磁界の影響が、検出コイル5と補償コイル6とで同一とする必要があるため、検出コイル5と補償コイル6との磁気特性は同一のものとなっている。また、励磁コイル4からの距離もそれぞれ同一の距離となる位置に配置されている。検出コイル5及び補償コイル6は励磁コイル4を挟んで両端に配置されており、検出コイル5は被測定物9に近い側、補償コイル6は被測定物9から遠い側に配置され、検出コイル5と補償コイル6とは極性が逆になるように接続されている。すなわち、励磁磁界の影響は相互に打ち消しあうことができると共に、被測定物9の渦電流に誘導される磁束の影響は検出コイル5と補償コイル6とで異ならせることができ、その差分により被測定物9からの磁束のみを検出することが可能となる。   As described above, since the influence of the excitation magnetic field by the excitation coil 4 needs to be the same for the detection coil 5 and the compensation coil 6, the magnetic characteristics of the detection coil 5 and the compensation coil 6 are the same. There is. Further, the distances from the exciting coil 4 are also arranged at the same distance. The detection coil 5 and the compensation coil 6 are disposed at both ends with the exciting coil 4 interposed therebetween. The detection coil 5 is disposed closer to the object 9 to be measured, and the compensation coil 6 is disposed farther to the object 9 to be measured. 5 and the compensation coil 6 are connected so as to be opposite in polarity. That is, the influence of the excitation magnetic field can mutually cancel each other, and the influence of the magnetic flux induced to the eddy current of the object to be measured 9 can be made different between the detection coil 5 and the compensation coil 6. It becomes possible to detect only the magnetic flux from the object 9 to be measured.

このとき、それぞれのコイルのコアは空心となっている。つまり、コアが非磁性・非導電性となっていることで透磁率が極めて低く、被測定物9の渦電流に誘導される磁束が補償コイル6にまで影響を及ぼさないようになっている。したがって、検出コイル5では励磁磁界+被測定物9からの磁界が検出され、補償コイル6では励磁磁界のみが検出され、それらの差分を取ることで、被測定物9からの磁界のみを高感度に検出することが可能となる。   At this time, the core of each coil is empty. That is, since the core is nonmagnetic and nonconductive, the magnetic permeability is extremely low, and the magnetic flux induced by the eddy current of the DUT 9 does not affect the compensation coil 6. Therefore, the detection coil 5 detects the excitation magnetic field + the magnetic field from the object to be measured 9, and the compensation coil 6 detects only the excitation magnetic field. Taking the difference between them detects only the magnetic field from the object to be measured 9 with high sensitivity. It is possible to detect

また、空心コイルとすることで、励磁コイル4により生じる磁力が被測定物9を吸引する力を抑え、被測定物9上で自由にコイルを移動させることができるため、検査時における操作性を格段に向上させることが可能となる。   In addition, by using an air-cored coil, the magnetic force generated by the exciting coil 4 can suppress the force of attracting the object to be measured 9 and the coil can be freely moved on the object to be measured 9. It is possible to improve dramatically.

なお、上記においては、検出コイル5及び補償コイル6の磁気特性を同一とし、励磁コイル4から検出コイル5までの距離lと、励磁コイル4から補償コイル5までの距離lとを同一(l=l)としたが、例えば図3に示すように、励磁コイル4から検出コイル5までの距離lと、励磁コイル4から補償コイル5までの距離lとは同一でなく(l≠l)てもよく、また、検出コイル5及び補償コイル6の磁気特性を同一としなくてもよい。この場合、励磁磁界の影響が検出コイル5及び補償コイル6の差分として検出されてしまうため、予めキャリブレーションを行うためのキャリブレーション手段(図示しない)を備える構成とする。すなわち、励磁コイル4を励磁した状態で、検出コイル5及び補償コイル6の差分が0となるように予め調整し、その状態で被測定物9にコイルを近づけることで、被測定物9からの磁束のみを検出することが可能となる。このときの検出コイル5及び補償コイル6の調整は、例えば、コンピュータ上で数値を補正をするようにしてもよいし、コイルの巻き数、導線の太さ、コイル径、コイル位置等を機械的に変更することで調整してもよい。 In the above, the magnetic characteristics of the detection coil 5 and the compensation coil 6 is the same, the same as the distance l 1 from the exciting coil 4 to the detecting coil 5, and a distance l 2 from the excitation coil 4 until the compensation coil 5 ( Although it is assumed that l 1 = l 2 ), for example, as shown in FIG. 3, the distance l 1 from the excitation coil 4 to the detection coil 5 and the distance l 2 from the excitation coil 4 to the compensation coil 5 are not the same ( l 1 ≠ l 2 ) may be used, and the magnetic properties of the detection coil 5 and the compensation coil 6 may not be the same. In this case, since the influence of the excitation magnetic field is detected as the difference between the detection coil 5 and the compensation coil 6, calibration means (not shown) for performing calibration in advance is provided. That is, in the state where the exciting coil 4 is excited, the difference between the detection coil 5 and the compensation coil 6 is previously adjusted so as to be 0, and the coil is brought close to the object 9 in this state. It becomes possible to detect only the magnetic flux. At this time, for adjustment of the detection coil 5 and the compensation coil 6, for example, numerical values may be corrected on a computer, or the number of turns of the coil, the thickness of the conducting wire, the coil diameter, the coil position, etc. You may adjust by changing to.

また、上記においては、検出コイル5及び補償コイル6を極性を逆にする接続としたが、検出コイル5及び補償コイル6を接続せずに、それぞれの検出結果から演算により差分を求めるようにしてもよい。この場合も、上記のようにキャリブレーション手段(図示しない)を備える構成とすることで、励磁コイル4を励磁した状態で、検出コイル5及び補償コイル6の差分が0となるように予め調整するようにしてもよい。これに関連して、例えば図4に示すように、検出コイル5及び補償コイル6の接続を切り替えるようにしてもよい。すなわち、検出コイル5及び補償コイル6を極性を逆にする接続とした状態と、検出コイル5と補償コイル6とをそれぞれ接続しない状態とに切り替える図4のようなスイッチ部40を備えるような構成としてもよい。   Further, in the above description, the detection coil 5 and the compensation coil 6 are connected in reverse polarity, but without connecting the detection coil 5 and the compensation coil 6, the difference is obtained by calculation from the respective detection results. It is also good. Also in this case, by providing the calibration means (not shown) as described above, in the state where the exciting coil 4 is excited, the difference between the detection coil 5 and the compensation coil 6 is adjusted in advance so as to be zero. You may do so. In connection with this, for example, as shown in FIG. 4, the connection of the detection coil 5 and the compensation coil 6 may be switched. That is, the configuration is provided with a switch unit 40 as shown in FIG. 4 that switches between the state in which the detection coil 5 and the compensation coil 6 are connected in reverse polarity and the state in which the detection coil 5 and the compensation coil 6 are not connected. It may be

特に、被測定物9が磁性体である場合は、励磁磁界が被測定物9の透磁率により均等な分布でなくなり、検出コイル5に対する励磁磁界の影響と補償コイル6に対する励磁磁界の影響とがアンバランスになってしまうが、上記のキャリブレーション手段によりそのバランスを調整し、検出コイル5に対する励磁磁界の影響と補償コイル6に対する励磁磁界の影響を同一にすることができる。   In particular, when the object to be measured 9 is a magnetic body, the excitation magnetic field is not evenly distributed due to the permeability of the object to be measured 9, and the influence of the excitation magnetic field on the detection coil 5 and the influence of the excitation magnetic field on the compensation coil 6 Although the balance is unbalanced by the above calibration means, the influence of the excitation magnetic field on the detection coil 5 and the influence of the excitation magnetic field on the compensation coil 6 can be made the same.

(本発明のその他の実施形態)
本実施形態に係る検査装置について、図5ないし図8を用いて説明する。なお、本実施形態において前記第1の実施形態と重複する説明は省略する。
(Other Embodiments of the Present Invention)
The inspection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 8. In addition, the description which overlaps with the said 1st Embodiment in this embodiment is abbreviate | omitted.

図5は、本実施形態に係る検査装置におけるコイルの構成を示す第1の図である。図5において、励磁コイル4は、コイルの中心部分から順次コイル径が大きくなるように渦巻状に導線を巻回して形成されている。励磁コイル4がこのように巻回されることで、励磁磁界がコイルの中心部分からコイル周縁部分にかけて全体的に面で分布するため、被測定物9に腐食や減肉があった場合に、それを検出できる範囲を広げて検出精度を上げることが可能となる。   FIG. 5 is a first view showing a configuration of a coil in the inspection apparatus according to the present embodiment. In FIG. 5, the exciting coil 4 is formed by winding a conducting wire spirally so that the coil diameter gradually increases from the central portion of the coil. When the excitation coil 4 is wound in this manner, the excitation magnetic field is distributed in a plane from the central portion of the coil to the periphery of the coil as a whole. It becomes possible to expand the range which can detect it and to raise detection accuracy.

図6は、本実施形態に係る検査装置におけるコイルの構成を示す第2の図である。図6において、励磁コイル4、検出コイル5及び補償コイル6の配置位置を機械的に可変できる構成となっている。この機能は、主に第1の実施形態において上述したキャリブレーション手段(図示しない)によりキャリブレーションを行う場合に利用される。すなわち、励磁コイル4が励磁する磁界が、検出コイル5及び補償コイル6に同じ磁束量だけ鎖交するように各コイルの配置を調整する。   FIG. 6 is a second view showing the configuration of the coil in the inspection apparatus according to the present embodiment. In FIG. 6, the arrangement positions of the excitation coil 4, the detection coil 5 and the compensation coil 6 can be mechanically varied. This function is mainly used when performing calibration by the calibration means (not shown) described above in the first embodiment. That is, the arrangement of each coil is adjusted so that the magnetic field excited by the exciting coil 4 interlinks with the detecting coil 5 and the compensating coil 6 by the same amount of magnetic flux.

第1の実施形態にも示したように、検出コイル5と補償コイル6とは磁気特性が同一で、励磁コイル4からの距離も同じ位置に配設されることで、励磁磁界を完全に打ち消すことが可能であるが、設計上はそのように構成されていても、製造誤差等により励磁磁界を完全に打ち消せない可能性がある。そのような場合には、キャリブレーション手段によりキャリブレーションを行い、図6に示すように各コイルの配置を微調整することで、励磁磁界を完全に打ち消すことが可能となる。   As shown in the first embodiment, the detection coil 5 and the compensation coil 6 have the same magnetic characteristics, and the distance from the excitation coil 4 is also the same position, thereby completely canceling out the excitation magnetic field. Although it is possible in the design, even if it is configured as such, there is a possibility that the excitation magnetic field can not be completely canceled due to a manufacturing error or the like. In such a case, it is possible to completely cancel out the exciting magnetic field by performing the calibration by the calibration means and finely adjusting the arrangement of the coils as shown in FIG.

図7は、本実施形態に係る検査装置におけるコイルの構成を示す第3の図である。図7において、励磁コイル4、検出コイル5及び補償コイル6が超伝導コイルとなっており、冷媒71に浸漬した状態で使用される。各コイルを超伝導にすることで、大電流で励磁することができ、検出感度を格段に向上させることが可能となる。また、コイルの抵抗や温度変化を無視することができるため、より高精度な検出が可能となる。さらに、検出回路としてSQUID(超伝導量子干渉計)を利用することで、さらに高精度且つ好感度に検出を行うことが可能となる。   FIG. 7 is a third diagram showing the configuration of the coil in the inspection apparatus according to the present embodiment. In FIG. 7, the excitation coil 4, the detection coil 5, and the compensation coil 6 are superconductive coils, and are used in a state of being immersed in the refrigerant 71. By making each coil superconducting, it is possible to excite with a large current, and it is possible to dramatically improve the detection sensitivity. Further, since the resistance of the coil and the temperature change can be ignored, more accurate detection can be performed. Furthermore, by using a SQUID (superconducting quantum interferometer) as a detection circuit, it is possible to perform detection with higher accuracy and sensitivity.

なお、ここでは、励磁コイル4、検出コイル5及び補償コイル6が全て超伝導コイルとしているが、例えば、励磁コイル4のみを超伝導コイル、検出コイル5及び補償コイル6を常伝導コイル(例えば銅コイル)としてもよいし、逆に励磁コイル4のみを常伝導コイル(例えば銅コイル)、検出コイル5及び補償コイル6を超伝導コイルとしてもよい。この場合、超伝導コイルのみを冷媒71に浸漬させてもよいし、全てのコイルを冷媒71に浸漬させてもよい。   Here, although the exciting coil 4, the detecting coil 5 and the compensating coil 6 are all superconducting coils, for example, only the exciting coil 4 is a superconducting coil, the detecting coil 5 and the compensating coil 6 are normal conducting coils (for example, copper Alternatively, only the exciting coil 4 may be a normal conducting coil (for example, a copper coil), and the detecting coil 5 and the compensating coil 6 may be superconducting coils. In this case, only the superconducting coil may be immersed in the refrigerant 71, or all the coils may be immersed in the refrigerant 71.

図8は、本実施形態に係る検査装置の他の回路構成を示す図である。ここでは、検査装置1の持ち運びに便利なように小型化したハンドヘルド型の構成を示している。計測の原理は、前記第1の実施形態における図1の場合と同じであるが、図8の場合は、励磁コイル4のインピーダンスによる電流位相のずれを検出するため、シャント抵抗81を挿入し、その電圧を測定することで電流を求める構成となっている。その際、リレー回路82で接続を切り替えてシャント抵抗81の電圧及び検出コイル5の電圧を計測する。   FIG. 8 is a view showing another circuit configuration of the inspection apparatus according to the present embodiment. Here, a hand-held type configuration is shown which is miniaturized so as to be convenient for carrying the inspection apparatus 1. The principle of measurement is the same as in the case of FIG. 1 in the first embodiment, but in the case of FIG. 8, a shunt resistor 81 is inserted to detect a current phase shift due to the impedance of the exciting coil 4; The current is obtained by measuring the voltage. At this time, the connection is switched by the relay circuit 82, and the voltage of the shunt resistor 81 and the voltage of the detection coil 5 are measured.

マイコン83のD/Aコンバータを用いて正弦波を生成し、パワーアンプ84を用いて信号を増幅する。励磁コイル4とパワーアンプ84との間には抵抗85を挿入し、所定の振幅の正弦波電流が流れるようにD/Aコンバータの出力電圧値を設定する。用いた励磁コイル4、検出コイル5及び補償コイル6は、第1の実施形態において説明したものと同一である。検出コイル5の電圧は、増幅器7で増幅を行い、その信号をロックインアンプ8で同期検波し、最後にマイコン83に内蔵のΔ−Σ方式のA/Dコンバータで電圧の計測を行う。   A sine wave is generated using the D / A converter of the microcomputer 83, and a signal is amplified using the power amplifier 84. A resistor 85 is inserted between the exciting coil 4 and the power amplifier 84, and the output voltage value of the D / A converter is set so that a sine wave current of a predetermined amplitude flows. The excitation coil 4, the detection coil 5 and the compensation coil 6 used are the same as those described in the first embodiment. The voltage of the detection coil 5 is amplified by the amplifier 7, the signal is synchronously detected by the lock-in amplifier 8, and finally the voltage is measured by the Δ-Σ A / D converter built in the microcomputer 83.

使用するマイコン83のΔ−Σ方式のA/Dコンバータが一機だけである場合は、マイコン83内のマルチプレクサで接続を切り替えながら、同相及び直交成分の電圧を計測する。計測された電圧値はパソコン等(図示しない)に転送し、パソコン上にΔR及びΔMの計測結果を出力する。このような構成とすることで、持ち運びが自在のハンドヘルド型の検査装置1を実現することができる。 When there is only one A-D converter of the .DELTA .-. SIGMA. System of the microcomputer 83 to be used, voltages of in-phase and quadrature components are measured while switching the connection with a multiplexer in the microcomputer 83. Measured voltage value is transferred to a personal computer or the like (not shown), and outputs the measurement result of [Delta] R M and ΔM on your computer. With such a configuration, it is possible to realize a handheld inspection apparatus 1 that is portable.

なお、前記第1の実施形態及び本実施形態における上記各構成においては、検出コイル5と被測定物9との距離(リフトオフ)に応じて励磁コイル4に印加する電圧を制御、又は励磁コイル4の励磁電流に応じてリフトオフを制御するようにしてもよい。例えば、本実施形態の検査装置の使用環境によっては、リフトオフをゼロ(被測定物9に検出コイルを接触した状態での計測)にすることができず、被測定物9から離隔した状態で検査が必要になる場合がある。このような場合に、リフトオフが大きいと検出感度がリフトオフに応じて低くなってしまうため、励磁電流が多く流れるように制御し、検出感度を維持するようにしてもよい。   In each of the configurations in the first embodiment and the present embodiment, the voltage applied to the exciting coil 4 is controlled according to the distance (lift-off) between the detection coil 5 and the object 9 to be measured, or The liftoff may be controlled in accordance with the excitation current of For example, depending on the use environment of the inspection apparatus of the present embodiment, the lift-off can not be made zero (measurement in a state in which the detection coil is in contact with the object 9), and inspection in a state separated from the object 9 May be required. In such a case, if the lift-off is large, the detection sensitivity is lowered according to the lift-off, so the excitation sensitivity may be controlled so as to flow more and the detection sensitivity may be maintained.

逆に、励磁電流が多く流れているにも関わらず、リフトオフをゼロにしてしまうと検出精度が低下してしまう可能性があるため、コイルを被測定物9から浮かしてリフトオフを制御するようにしてもよい。   On the contrary, even if a large amount of excitation current is flowing, if the lift-off is made zero, the detection accuracy may decrease, so the coil is floated from the object 9 to control the lift-off. May be

また、リフトオフを0より大きくした状態で安定したい場合は、例えば検出コイル5の被測定物9側のコイル面に一定の厚みを有する誘電体を設け、この誘電体を挟んで検出コイル5、誘電体及び被測定物9が接触した状態で計測することで、リフトオフを常に一定に保つことができる。   Further, when it is desired to stabilize in a state where the liftoff is greater than 0, for example, a dielectric having a certain thickness is provided on the coil surface of the detection coil 5 on the side of the object 9 to be measured. By measuring with the body and the object 9 in contact, it is possible to keep liftoff constant at all times.

本発明に係る検査装置について、実際に検査装置を作製して以下の実験を行った。図9は、本実施例において用いた検査装置のシステム概要を示す図である。ファンクションジェネレータ(WF1974、NF Corp.)で正弦波を生成し、パワーアンプ(HSA4014、NF Corp.)で信号を増幅して励磁コイルを励磁した。なお、ファンクションジェネレータの電圧振幅や周波数は、コンピュータからUSBインタフェースを介して制御した。パワーアンプと励磁コイルとの間には抵抗(10Ω)を挿入し、振幅1Aの正弦波電流が流れるようにファンクションジェネレータの電圧値を設定した。   About the inspection apparatus which concerns on this invention, the inspection apparatus was actually produced and the following experiments were done. FIG. 9 is a diagram showing a system outline of the inspection apparatus used in the present embodiment. A sine wave was generated by a function generator (WF1974, NF Corp.) and a signal was amplified by a power amplifier (HSA 4014, NF Corp.) to excite the exciting coil. The voltage amplitude and frequency of the function generator were controlled from a computer via a USB interface. A resistor (10 Ω) was inserted between the power amplifier and the excitation coil, and the voltage value of the function generator was set so that a sine wave current with an amplitude of 1 A would flow.

図10は、本実施例において用いた検査装置のコイル寸法を示す図である。補償コイルと検出コイルとは同一形状のコイルで逆接続としており、励磁コイルからの磁場を打ち消すようにした。励磁コイル、検出コイル及び補償コイルのいずれも、内径20mm、外形28mmであり、励磁コイルは50Turn、検出コイル及び補償コイルは600Turnである。   FIG. 10 is a diagram showing coil dimensions of the inspection apparatus used in the present embodiment. The compensation coil and the detection coil are reversely connected by a coil of the same shape, so as to cancel the magnetic field from the excitation coil. Each of the excitation coil, detection coil and compensation coil has an inner diameter of 20 mm and an outer diameter of 28 mm, the excitation coil is 50Turn, and the detection coil and compensation coil are 600Turn.

差動接続された検出コイルの電圧はプリアンプ(SA−400F3、NF Corp.)で増幅し、ロックインアンプ(LI5640、NF Corp.)で励磁電流と位相が同相および直交の電圧を取得し、GPIBインタフェースを介してコンピュータにデータを収集した。上記式(4)においてIはファンクションジェネレータへの電圧指令値と周波数より計算でき、ロックインアンプでΔVを計測しているため、ΔRおよびΔMを得ることができる。被測定物として、SM490A鋼板およびアルミ板を使用した。 The voltage of the differentially connected detection coil is amplified by the preamplifier (SA-400F3, NF Corp.), and the lock-in amplifier (LI 5640, NF Corp.) acquires voltages in phase and in phase with the excitation current, and GPIB Data was collected on the computer through the interface. In the above equation (4), I can be calculated from the voltage command value to the function generator and the frequency, and since ΔV M is measured by the lock-in amplifier, ΔR M and ΔM can be obtained. SM490A steel plate and aluminum plate were used as the object to be measured.

図11は、試験体がSM490A鋼板の場合の板厚dに対するインピーダンス変化の測定結果を示すグラフである。図11(A)は相互等価抵抗変化、図11(B)は最大値で規格化した相互等価抵抗変化、図11(C)は相互インダクタンス変化、図11(D)は最大値で規格化した相互インダクタンス変化を示す。すなわち、図11(A)、(B)が板厚dに対するΔRの結果、図11(C)、(D)が板厚dに対するΔMの結果である。また、図11(B)、(D)は周波数fを固定として板厚dを変化させた時の最大値で規格化している。なお、図11(A)、(C)は、f=1〜10Hzの結果を示しているが、図11(B)、(D)は、簡略化のためf=1〜4Hzの結果のみを表示している。 FIG. 11 is a graph showing the measurement results of the change in impedance with respect to the plate thickness d when the test body is a SM 490 A steel plate. 11 (A) shows mutual equivalent resistance change, FIG. 11 (B) shows mutual equivalent resistance change normalized with the maximum value, FIG. 11 (C) shows mutual inductance change, and FIG. 11 (D) shows the maximum value. Indicates mutual inductance change. That is, FIG. 11 (A), (B) the results of [Delta] R M for the plate thickness d, FIG. 11 (C), the the result of ΔM for the plate thickness d is (D). 11B and 11D are normalized with the maximum value when the plate thickness d is changed with the frequency f fixed. 11 (A) and 11 (C) show the results of f = 1 to 10 Hz, while FIGS. 11 (B) and 11 (D) show only the results of f = 1 to 4 Hz for simplification. it's shown.

図11(A)、(B)に示す通り、f<4Hzの場合、板厚dに対して単調増加であることが分かる。一方、f≧4Hzの場合、表皮効果によりd≧12mmでは単調増加にはなっていない。つまり、f<4であればΔRを測定することで板厚dを推定できる。 As shown in FIGS. 11A and 11B, in the case of f <4 Hz, it can be seen that the thickness monotonically increases with respect to the plate thickness d. On the other hand, in the case of f ≧ 4 Hz, the skin effect does not increase monotonically at dd12 mm. That is, if the f <4 by measuring the [Delta] R M can estimate the thickness d.

図11(C)、(D)に示す通り、板厚dが変化してもΔMはほとんど一定あることが分かる。これは、強磁性体によるコイル鎖交磁束変化が、渦電流によるコイル鎖交磁束変化よりも大きいため、板厚dが変化したとしてもコイル鎖交磁束の大きさはほとんど変化しないからであると考えられる。このことは,板厚dの変化によらずリフトオフによりΔMが決まり、ΔMを計測してリフトオフを推定できることを示している。   As shown in FIGS. 11C and 11D, it can be seen that ΔM is almost constant even if the plate thickness d changes. This is because the change in coil linkage flux due to the ferromagnetic material is larger than the change in coil linkage flux due to the eddy current, so the magnitude of coil linkage flux hardly changes even if the plate thickness d changes. Conceivable. This indicates that .DELTA.M is determined by the lift-off regardless of the change of the plate thickness d, and the .DELTA.M can be measured to estimate the lift-off.

図12は、試験体がアルミ板の場合の板厚dに対するインピーダンス変化の測定結果を示すグラフである。図12(A)は相互等価抵抗変化、図12(B)は最大値で規格化した相互等価抵抗変化、図12(C)は相互インダクタンス変化、図12(D)は最大値で規格化した相互インダクタンス変化を示す。すなわち、図12(A)、(B)が板厚dに対するΔRの結果、図12(C)、(D)が板厚dに対するΔMの結果である。また、図12(B)、(D)は周波数fを固定として板厚dを変化させた時の最大値で規格化している。なお、図12(A)、(C)は、f=1〜10Hzの結果を示しているが、図12(B)、(D)は、簡略化のためf=1〜4Hzの結果のみを表示している。 FIG. 12 is a graph showing the measurement results of the change in impedance with respect to the plate thickness d when the test body is an aluminum plate. Fig. 12 (A) shows mutual equivalent resistance change, Fig. 12 (B) shows mutual equivalent resistance change normalized by the maximum value, Fig. 12 (C) shows mutual inductance change, and Fig. 12 (D) is normalized by the maximum value. Indicates mutual inductance change. That is, FIG. 12 (A), (B) the results of [Delta] R M for the plate thickness d, FIG. 12 (C), the the result of ΔM for the plate thickness d is (D). 12B and 12D are normalized with the maximum value when the thickness d is changed with the frequency f fixed. 12 (A) and 12 (C) show the results of f = 1 to 10 Hz, but FIGS. 12 (B) and 12 (D) show only the results of f = 1 to 4 Hz for simplification. it's shown.

図12(A)に示す通り、f≦8Hzの場合、板厚dに対して単調増加であることが分かる。一方、f>8Hzの場合、表皮効果によりd≧19mmでは単調増加にはなっていない。図12(B)に示す通り、表皮効果が小さいf≦4Hzの場合、fが変化してもほとんど変化がないことが分かる。   As shown in FIG. 12A, in the case of f ≦ 8 Hz, it can be seen that the thickness monotonically increases with the plate thickness d. On the other hand, in the case of f> 8 Hz, the skin effect does not increase monotonically at d で は 19 mm. As shown in FIG. 12B, it can be seen that in the case of f ≦ 4 Hz where the skin effect is small, there is almost no change even if f changes.

図11(A)と図12(A)との結果を比較すると、アルミ板の方がSM490A鋼板より表皮効果は小さいと言えるが、アルミも良導体で表皮効果が比較的強いため、板厚が20mm以上の場合では10Hz以上で板厚測定を行うことが困難であることを示唆している。   It can be said that the skin effect of the aluminum plate is smaller than that of the SM490A steel plate when comparing the results of FIG. 11 (A) and FIG. 12 (A), but aluminum is also a good conductor and the skin effect is relatively strong. In the above case, it is suggested that it is difficult to measure the plate thickness at 10 Hz or more.

図12(C)、(D)に示す通り、計測時のノイズが大きかった1Hzの結果を除いて、ΔMは単調減少の傾向がある。これは、渦電流によるコイル鎖交磁束変化を表しており、板厚dの変化により変化するからであると考えられる。このことは、磁性体を試験体とした時の結果(図3(C)、(D))とは異なる特徴である。   As shown in FIGS. 12 (C) and 12 (D), ΔM tends to monotonically decrease except for the 1 Hz result where the noise at the time of measurement is large. This represents a change in coil linkage flux due to an eddy current, and is considered to be a change due to a change in plate thickness d. This is a feature different from the results (FIGS. 3C and 3D) when the magnetic body is used as a test body.

次に、ハンドヘルド型の検査装置を作製して実験を行った。検査装置のシステム構成は、図8に示したものである。計測原理は、上記とほぼ同じである。マイコン(PSoC 5LP CY8CKIT−059、サイプレス・セミコンダクター社)のD/Aコンバータ(分解能:10bit)を用いて正弦波を生成し、パワーアンプ(OPA569、テキサス・インスツルメンツ社)を用いて信号を増幅した。D/Aコンバータとパワーアンプとの間には抵抗(5Ω)を挿入し、振幅800mAの正弦波電流が流れるようにD/Aコンバータの出力電圧値を設定した。用いた励磁コイルおよび検出コイルは図10に示すものと同一である。検出コイルの電圧は、計装アンプ(AD8429、アナログデバイセズ社)で増幅を行い、その信号をロックインアンプで同期検波し、最後に、マイコンに内蔵のΔ‐Σ方式A/Dコンバータ(分解能:20bit)で電圧の計測をした。使用したマイコンにはΔ‐Σ方式A/Dコンバータは一機だけであるので、マイコン内のマルチプレクサで接続を切り替えながら同相および直交成分の電圧を計測した。計測された電圧値はパソコン等に転送し、パソコン上にΔRおよびΔMの計測結果を表示した。なお,試験体としてSM490A鋼板を使用した。 Next, a hand-held type inspection apparatus was produced and experimented. The system configuration of the inspection apparatus is as shown in FIG. The measurement principle is almost the same as above. A sine wave was generated using a D / A converter (resolution: 10 bits) of a microcomputer (PSoC 5LP CY8CKIT-059, Cypress Semiconductor), and a signal was amplified using a power amplifier (OPA 569, Texas Instruments). A resistor (5Ω) was inserted between the D / A converter and the power amplifier, and the output voltage value of the D / A converter was set so that a sine wave current with an amplitude of 800 mA flows. The excitation coil and detection coil used are the same as those shown in FIG. The voltage of the detection coil is amplified by an in-amp (AD 8429, Analog Devices, Inc.), the signal is synchronously detected by a lock-in amplifier, and finally, the Δ-Σ A / D converter (resolution: The voltage was measured at 20 bit). Since only one Δ‐ system A / D converter is used in the microcomputer used, the voltages of the in-phase and quadrature components were measured while switching the connection with the multiplexer in the microcomputer. Measured voltage value is transferred to a computer or the like, and displays the measurement result of [Delta] R M and ΔM on your computer. In addition, SM490A steel plate was used as a test body.

図13は、ハンドヘルド型の検査装置においてSM490A鋼板の板厚dに対するインピーダンス変化の測定結果を示すグラフである。図13(A)は相互等価抵抗変化、図13(B)は相互インダクタンス変化を示す。すなわち、図13(A)が板厚dに対するΔRの結果、図13(B)が板厚dに対するΔMの結果である。図11の結果と同様、図13(A)においては板厚dに対して単調増加であり、図13(B)においては板厚dが変化してもほとんど一定あることが分かる。 FIG. 13 is a graph showing the measurement results of the change in impedance with respect to the thickness d of the SM 490A steel plate in a hand-held type inspection apparatus. FIG. 13A shows mutual equivalent resistance change, and FIG. 13B shows mutual inductance change. That is, FIG. 13 (A) is the result of [Delta] R M for the plate thickness d, FIG. 13 (B) is the result of ΔM for the plate thickness d. Similar to the result of FIG. 11, in FIG. 13 (A), it is monotonically increasing with respect to the plate thickness d, and in FIG. 13 (B), it can be seen that it is almost constant even if the plate thickness d changes.

以上のように、本発明に係る検査装置において、板厚が10mmを超える鉄鋼板の板厚測定ができることが分かった。また、実用化に向けてハンドヘルド型の検査装置を試作したが、こちらも10mmを超える板厚測定ができることが示された。有限要素解析により励磁電流量や周波数、コイルの巻数や寸法最適設計を行えばさらに安定した計測が見込めると考えられる。   As described above, it has been found that in the inspection apparatus according to the present invention, it is possible to measure the thickness of a steel plate whose thickness exceeds 10 mm. In addition, for practical use, a prototype of a hand-held type inspection device was made, but it was shown that the thickness of more than 10 mm can be measured. It is thought that more stable measurement can be expected if the amount of excitation current and frequency, the number of coil turns and dimensions are optimized by finite element analysis.

1 検査装置
2 交流電圧源
3 電流制限抵抗
4 励磁コイル
5 検出コイル
6 補償コイル
7 増幅器
8 ロックインアンプ
9 被測定物
40 スイッチ部
71 冷媒
81 シャント抵抗
82 リレー回路
83 マイコン
84 パワーアンプ
85 抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 inspection apparatus 2 AC voltage source 3 current limiting resistance 4 excitation coil 5 detection coil 6 compensation coil 7 amplifier 8 lock-in amplifier 9 measured object 40 switch part 71 refrigerant 81 shunt resistance 82 relay circuit 83 microcomputer 84 power amplifier 85 resistance

Claims (8)

交流電源に接続される励磁コイルと、
励磁コイルの磁界により被測定物に生じる渦電流の磁束量を検出する検出コイルと、
当該検出コイルと略同一の磁気特性を有する補償コイルと、
検出コイル及び補償コイルの出力に基づいて、前記検出コイルで検出された被測定物の磁束量を計測する計測部とを備え、
励磁コイル、検出コイル及び補償コイルが、励磁コイルの磁束方向を同軸として並列に配置され、それぞれのコイルが空心コイルとなっており、被測定物に対して検出コイルと補償コイルとが磁束方向に異なる距離となる位置に配設されていることを特徴とする検査装置。
An exciting coil connected to an AC power supply,
A detection coil that detects the amount of magnetic flux of an eddy current generated on an object to be measured by the magnetic field of the excitation coil;
A compensation coil having substantially the same magnetic characteristics as the detection coil;
And a measurement unit configured to measure an amount of magnetic flux of the object detected by the detection coil based on outputs of the detection coil and the compensation coil.
The excitation coil, the detection coil and the compensation coil are arranged in parallel with the magnetic flux direction of the excitation coil as the same axis, and each coil is an air core coil, and the detection coil and the compensation coil are in the magnetic flux direction An inspection apparatus characterized in that the inspection apparatus is disposed at different distances.
請求項1に記載の検査装置において、
検出コイル及び補償コイルが、励磁コイル及び検出コイルの磁束方向の距離と励磁コイル及び補償コイルの磁束方向の距離とが同一となる位置に配設されている検査装置。
In the inspection apparatus according to claim 1,
An inspection apparatus in which a detection coil and a compensation coil are disposed at positions where the distance between the excitation coil and the detection coil in the magnetic flux direction is equal to the distance between the excitation coil and the compensation coil in the magnetic flux direction.
請求項1又は2に記載の検査装置において、
検出コイルと補償コイルとが、相互の磁界を打ち消すように逆極性に接続されている検査装置。
In the inspection device according to claim 1 or 2,
An inspection device in which a detection coil and a compensation coil are connected in reverse polarity so as to cancel each other's magnetic fields.
請求項1ないし3のいずれかに記載の検査装置において、
励磁コイルが中心から順次径が大きくなる渦巻状に巻回される検査装置。
The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3.
An inspection device in which an exciting coil is wound in a spiral shape in which the diameter gradually increases from the center.
請求項1ないし4のいずれかに記載の検査装置において、
励磁コイルに対する検出コイルの磁束方向の距離、及び/又は励磁コイルに対する補償コイルの磁束方向の距離を変化させる配置変更手段を備える検査装置。
The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 4.
An inspection apparatus comprising arrangement changing means for changing a distance of a magnetic flux direction of a detection coil to an excitation coil and / or a distance of a magnetic flux direction of a compensation coil to the excitation coil.
請求項1ないし5のいずれかに記載の検査装置において、
励磁コイル、検出コイル及び/又は補償コイルが超伝導コイルである検査装置。
In the inspection apparatus according to any one of claims 1 to 5,
An inspection apparatus in which the excitation coil, the detection coil and / or the compensation coil are superconducting coils.
請求項1ないし6のいずれかに記載の検査装置において、
被測定物と検出コイルとの距離に応じて励磁コイルに印加する電圧を調整する調整手段を備える検査装置。
The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 6.
An inspection apparatus comprising adjustment means for adjusting a voltage applied to an excitation coil according to a distance between an object to be measured and a detection coil.
請求項1ないし7のいずれかに記載の検査装置において、
被測定物を配置した状態で検出コイルの出力と補償コイルの出力とを較正する較正手段を備える検査装置。

The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 7.
An inspection apparatus comprising calibration means for calibrating an output of a detection coil and an output of a compensation coil in a state in which an object to be measured is placed.

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