JP2020159984A - 渦電流探傷用プローブ及び渦電流探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管の内面及び外面に形成された微小欠陥や欠陥形状を的確に検出することができる渦電流探傷用プローブを提供する。【解決手段】渦電流探傷用プローブ１は、本体２の第１の中心軸Ｏ１に沿って、直接磁場を利用した第１の渦電流探傷系３と、間接磁場を利用した第２の渦電流探傷系４とを備える。第１の渦電流探傷系３は、第１の中心軸Ｏ２と平行な軸方向に並列して配置された一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂを備え、第２の渦電流探傷系４は、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂの軸方向外側にそれぞれ配置された一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂと、一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂの軸方向外側にそれぞれ配置された一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂとを備え、一対の検出コイル群４０Ａ、４０Ｂの各々は、第１の中心軸１を中心として周方向に所定の間隔でそれぞれ配置された複数の検出コイル４００Ａ、４００Ｂにより構成されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、渦電流探傷用プローブ及び渦電流探傷装置に関する。

従来、磁性材料で形成された配管の探傷試験において、配管内に渦電流探傷用プローブを挿入し、配管の内面及び外面に対する探傷試験を行う渦電流探傷装置が用いられている。

例えば、特許文献１には、直接磁場を利用した渦電流探傷試験（Eddy Current Testing：ＥＣＴ）を行うＥＴプローブ７と、間接磁場を利用した渦電流探傷試験（Remote Field-Eddy Current Testing：ＲＦ−ＥＣＴ）を行うＲＦＥＴプローブ３とを備える渦電流探傷装置が開示されている。

特許文献１に開示された渦電流探傷装置は、ＥＴプローブ７を構成するＥＴ励磁コイル８及びＥＴ検出コイル９と、ＲＦＥＴプローブ３を構成するＲＦＥＴ励磁コイル５及びＲＦＥＴ検出コイル６とを同軸に配置するとともに、ＥＴプローブ７とＲＦＥＴプローブ３との間に、磁場の干渉を防止するシールド材１２を設けたものである。

特開平１０−３１８９８７号公報

特許文献１に開示された渦電流探傷装置では、ＥＴプローブ７とＲＦＥＴプローブ３との間にシールド材１２を設けたものであり、シールド材１２が存在する分だけＥＴプローブ７とＲＦＥＴプローブ３との間の距離を近づけることができない。したがって、ＥＴプローブ７とＲＦＥＴプローブ３とが離れて配置された状態では、配管の同一場所を同一条件で探傷試験を行うことができず、ＥＴプローブ７及びＲＦＥＴプローブ３がそれぞれ検出した信号には、軸方向のずれ量が含まれている。そのため、このずれ量を信号処理等によって補正する必要がある。しかし、ＥＴプローブ７及びＲＦＥＴプローブ３が配管内を通過するとき、両者の速度や姿勢は微妙に異なることから、上記のように補正したとしてもずれ量が僅かに存在するため、ＥＴプローブ７及びＲＦＥＴプローブ３により微小欠陥の検出や欠陥形状の評価を行うことは極めて困難である。

また、特許文献１に開示された渦電流探傷装置では、ＥＴ検出コイル９及びＲＦＥＴ検出コイル６は、所謂、ボビンコイル型と呼ばれるものであり、１つの検出コイルで配管の全周に亘って渦電流の変化を検出するものである。しかし、ボビンコイル型では、その構造上、配管の周方向に対する検出性能を向上させるには限界があるため、ＥＴプローブ７及びＲＦＥＴプローブ３により微小欠陥の検出や欠陥形状の評価を行うことは極めて困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、配管の内面及び外面に形成された微小欠陥の検出や欠陥形状の評価を的確に行うことができる渦電流探傷用プローブ及び渦電流探傷装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係る渦電流探傷用プローブは、
配管内に挿入されて前記配管と同軸に配置される本体の第１の中心軸に沿って、直接磁場を利用した第１の渦電流探傷系と、間接磁場を利用した第２の渦電流探傷系とを備える渦電流探傷用プローブであって、
前記第１の渦電流探傷系は、
前記第１の中心軸に沿って前記第１の中心軸と平行な軸方向に並列して配置されて、前記第１の中心軸をコイルの中心とする一対の励磁兼検出コイルを備え、
前記第２の渦電流探傷系は、
前記第１の中心軸に沿って前記一対の励磁兼検出コイルの前記軸方向外側にそれぞれ配置された一対の検出コイル群と、
前記第１の中心軸に沿って前記一対の検出コイル群の前記軸方向外側に配置されて、前記第１の中心軸をコイルの中心とする励磁コイルとを備え、
前記一対の検出コイル群の各々は、
前記第１の中心軸を中心として周方向に所定の間隔でそれぞれ配置されて、前記第１の中心軸に平行な複数の第２の中心軸をコイルの中心とする複数の検出コイルにより構成されている、ことを特徴する。

また、上記渦電流探傷用プローブは、
前記一対の励磁兼検出コイル及び前記一対の検出コイル群が巻回された第１の磁性体コア群をさらに備え、
前記第１の磁性体コア群は、
前記複数の第２の中心軸に沿ってそれぞれ配置されて、前記複数の検出コイルと同数の複数の第１の磁性体コアにより構成されており、
前記一対の励磁兼検出コイルの各々は、
前記複数の第１の磁性体コアに外接すように巻回されており、
前記一対の検出コイル群の各々を構成する前記複数の検出コイルの各々は、
前記複数の第１の磁性体コアにそれぞれ巻回されている、ことを特徴する。

また、上記渦電流探傷用プローブにおいて、
前記複数の第１の磁性体コアの各々は、
周方向に４つの周溝を有するとともに、軸方向が前記複数の第２の中心軸に沿ってそれぞれ配置された棒状部材により構成されており、
前記一対の励磁兼検出コイルの各々は、
前記４つの周溝のうち前記軸方向内側の一対の内側周溝に外接すように巻回されており、
前記一対の検出コイル群の各々を構成する前記複数の検出コイルの各々は、
前記４つの周溝のうち前記軸方向外側の一対の外側周溝にそれぞれ巻回されている、ことを特徴する。

また、上記渦電流探傷用プローブは、
前記励磁コイルとして、前記第１の中心軸に沿って前記一対の検出コイル群の前記軸方向外側にそれぞれ配置された一対の励磁コイルを備える、ことを特徴する。

また、上記渦電流探傷用プローブは、
前記一対の励磁コイルがそれぞれ巻回された一対の第２の磁性体コアをさらに備える、ことを特徴する。

また、本発明の一実施形態に係る渦電流探傷装置は、
上記渦電流探傷用プローブと、
前記渦電流探傷用プローブにより検出された検出信号を処理する処理装置とを備える、ことを特徴する。

本発明の一実施形態に係る渦電流探傷用プローブ及び渦電流探傷装置によれば、直接磁場を利用した第１の渦電流探傷系が、第１の中心軸に平行な軸方向に並列して配置された一対の励磁兼検出コイルを備え、間接磁場を利用した第２の渦電流探傷系が、一対の励磁兼検出コイルの軸方向外側にそれぞれ配置された一対の検出コイル群を備えるので、第１の渦電流探傷系及び第２の渦電流探傷系により配管の同一の場所に対してＥＣＴ及びＲＦ−ＥＣＴを同時に行うことで、配管の内面及び外面に存在する微小欠陥の検出や欠陥形状の評価を的確に行うことができる。

また、一対の検出コイル群の各々は、第１の中心軸を中心として周方向に所定の間隔で配置された複数の検出コイルにより構成されているので、配管の周方向に対する欠陥検出分解能を向上させることができ、配管Ｐの内面及び外面に存在する微小欠陥の検出や欠陥形状の評価を的確に行うことができる。

本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置１００の全体構成の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るプローブ１の一例を示し、（ａ）はプローブ１が配管Ｐに挿入されていない状態、（ｂ）はプローブ１が配管Ｐに挿入された状態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るプローブ１の内部構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るプローブ１の内部構造を示し、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施形態に係る第１の磁性体コア５０の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 本発明の実施形態に係るプローブ１及び処理装置１１の接続状態を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る処理装置１１を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置１００により配管支持構造物Ｓで支持された配管Ｐに対して渦電流探傷試験を行った検出結果（Ｘ信号及びＹ信号）を示し、（ａ）は、欠陥がない配管Ｐに対する第１の渦電流探傷系３による検出結果、（ｂ）は、欠陥がある配管Ｐに対する第１の渦電流探傷系３による検出結果、（ｃ）は、欠陥がない配管Ｐに対する第２の渦電流探傷系４による検出結果、（ｄ）は、欠陥がある配管Ｐに対する第２の渦電流探傷系４による検出結果を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置１００の全体構成の一例を示す模式図である。渦電流探傷装置１００は、被検体である配管Ｐ内に挿入可能な渦電流探傷用プローブ（以下、「プローブ」という）１と、プローブ１にケーブル１２を介して接続された処理装置１１とを備える。

配管Ｐは、例えば、磁性材料で形成されており、原子力プラントの各種熱交換器の伝熱管や、石油プラント、化学プラント等の各種プラントの小口径配管として用いられる。配管Ｐは、例えば、二重伝熱管であり、その外径Ｒ１が、１９．０ｍｍ程度、その内径Ｒ２が、１２．８ｍｍ程度、管肉厚が、３．１ｍｍ程度である。また、配管Ｐは、所定の間隔で配管支持構造物Ｓにより支持されている。

プローブ１は、配管Ｐの内径Ｒ２よりも小径の円筒状に形成された本体２を備え、配管Ｐ内に挿入されたとき、本体２の第１の中心軸Ｏ１が、配管Ｐの配管中心軸ＯＰと同軸に配置される。また、プローブ１は、本体２の第１の中心軸Ｏ１に沿って、直接磁場を利用した自己比較方式の第１の渦電流探傷系３と、間接磁場を利用した自己比較方式の第２の渦電流探傷系４とを備える。

処理装置１１は、プローブ１により検出された検出信号を処理する装置である。具体的には、処理装置１１は、第１の渦電流探傷系３に励磁電流を出力する第１の励磁出力部１１０と、第２の渦電流探傷系４に励磁電流を出力する第２の励磁出力部１１１と、第１の渦電流探傷系３により検出された信号を入力する第１の検出入力部１１２と、第２の渦電流探傷系４により検出された信号を入力する第２の検出入力部１１３と、第１の検出入力部１１２及び第２の検出入力部１１３に入力された信号を処理する信号解析部１１４と、信号解析部１１４により処理された処理結果を各種表示形式で表示する表示部１１５とを備える。なお、処理装置１１は、第１の検出入力部１１２及び第２の検出入力部１１３に入力された信号、並びに、信号解析部１１４により処理された処理結果を記憶する記憶部を備えていてもよい。

図２は、本発明の実施形態に係るプローブ１の一例を示し、（ａ）はプローブ１が配管Ｐに挿入されていない状態、（ｂ）はプローブ１が配管Ｐに挿入された状態を示す模式図である。図３は、本発明の実施形態に係るプローブ１の内部構造を示す斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係るプローブ１の内部構造を示し、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。

プローブ１は、上記したように、本体２と、第１の渦電流探傷系３と、第２の渦電流探傷系４とを備える。

第１の渦電流探傷系３は、第１の励磁兼検出コイル３０Ａ及び第２の励磁兼検出コイル３０Ｂからなる一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂを備える。

一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂは、図２（ａ）、図３に示すように、第１の中心軸Ｏ１に沿って第１の中心軸Ｏ１に平行な軸方向に並列して配置されている。また、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂは、所謂、ボビンコイル型と呼ばれるものであり、図４（ａ）に示すように、第１の中心軸Ｏ１をコイルの中心として、巻線が巻回されている。

一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂは、ケーブル１２を介して第１の励磁出力部１１０に接続されているとともに、差動結線により第１の検出入力部１１２に接続されている。一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂの外周は、例えば、絶縁性シート等により被覆されて保護されている。

第１の渦電流探傷系３では、第１の励磁出力部１１０から一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂに所定の周波数（例えば、１０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ程度）の交流電流が励磁電流として供給されることにより、図２（ｂ）に示すように、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂは、配管Ｐの内面領域に流れる磁束３００の流路（直接磁場）を形成する。そして、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂは、磁束３００により配管Ｐ内に発生する渦電流の変化（欠陥が存在する場合には、渦電流の流れが乱れる）を検出することにより、直接磁場を利用した渦電流探傷試験（ＥＣＴ）を行う。

第２の渦電流探傷系４は、第１の励磁コイル４０Ａ及び第２の励磁コイル４０Ｂからなる一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂと、第１の検出コイル群４１Ａ及び第２の検出コイル群４１Ｂからなる一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂとを備える。

一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂは、図２（ａ）、図３に示すように、第１の中心軸Ｏ１に沿って一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂの軸方向外側にそれぞれ配置されている。一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂは、図２（ａ）、図３に示すように、第１の中心軸Ｏ１に沿って一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂの軸方向外側にそれぞれ配置されて、第１の中心軸Ｏ１をコイルの中心として、巻線が巻回されている。

一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂは、所謂、マルチコイル型と呼ばれるものである。すなわち、一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂの各々は、図４（ｂ）に示すように、第１の中心軸Ｏ１を中心とする所定の半径Ｒ３の円周上に対して周方向に所定の間隔でそれぞれ配置された複数の検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂにより構成されている。そして、複数の検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂの各々は、第１の中心軸Ｏ１に平行な複数の第２の中心軸Ｏ２をコイルの中心として、巻線が巻回されている。

なお、本実施形態では、第１の検出コイル群４１Ａを構成する複数の検出コイル４１０Ａの個数は１２個、第２の検出コイル群４１Ｂを構成する複数の検出コイル４１０Ｂの個数は１２個であるものとして説明するが、検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂの個数は、８個でもよいし、９個でもよいし、これら以外の個数でもよい。

一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂは、ケーブル１２を介して第２の励磁出力部１１１に接続されている。一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂは、ケーブル１２を介して差動結線により第２の検出入力部１１３に接続されている。一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂ及び一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂの外周は、例えば、絶縁性シート等により被覆されて保護されている。

第２の渦電流探傷系４では、第２の励磁出力部１１１から一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂに所定の周波数（例えば、１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ程度）の交流電流が励磁電流として供給されることにより、図２（ｂ）に示すように、一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂは、配管Ｐを貫通して配管Ｐの外側に沿って流れた後に一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂが配置された位置で配管Ｐ内に流れ込む磁束４００の流路（間接磁場）を形成する。そして、一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂは、磁束４００により配管Ｐ内に発生する渦電流の変化（欠陥が存在する場合には、渦電流の流れが乱れる）を検出することにより、間接磁場を利用した渦電流探傷試験（ＲＦ−ＥＣＴ）を行う。

したがって、プローブ１は、第１の渦電流探傷系３と、第２の渦電流探傷系４とを併用し、配管Ｐの同一の場所に対してＥＣＴ及びＲＦ−ＥＣＴを同時に行うことにより配管Ｐの内面及び外面に対する探傷試験を行う。

本体２は、図２（ａ）に示すように、本体２の軸方向外側端部に取り付けられたガイド部２０Ａ、２０Ｂと、第１の励磁コイル４０Ａ及び第１の検出コイル群４１Ａの間を連結する第１の連結部２１Ａと、第２の励磁コイル４０Ｂ及び第２の検出コイル群４１Ｂの間を連結する第２の連結部２１Ｂと、ケーブル１２を挿通可能な筒状部２２とを備える。

ガイド部２０Ａ、２０Ｂは、配管Ｐの直径Ｒ２よりも大径であって、弾性を有する材料で形成されている。ガイド部２０Ａ、２０Ｂは、配管Ｐ内に挿入されたときに小径に弾性変形することにより、図２（ｂ）に示すように、本体２の第１の中心軸Ｏ１が、配管Ｐの配管中心軸ＯＰと同軸に配置される。

第１の連結部２１Ａ及び第２の連結部２１Ｂは、ケーブル１２を挿通可能な円筒状であって、例えば、樹脂材料等で形成されている。筒状部２２は、第１の連結部２１Ａ及び第２の連結部２１Ｂに取り付けられることで、第１の中心軸Ｏ１に沿って配置されている。また、筒状部２２は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂ及び一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂの内側に配置されている。

また、プローブ１は、図２（ａ）、図３に示すように、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂ及び一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂが巻回された第１の磁性体コア群５と、一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂがそれぞれ巻回された一対の第２の磁性体コア６Ａ、６Ｂとをさらに備える。

第１の磁性体コア群５及び一対の第２の磁性体コア６Ａ、６Ｂは、例えば、フェライト、パーマロイ、ケイ素鋼板等の透磁率が高い磁性材料で形成されている。本実施形態では、フェライトで形成されているものとして説明する。

第１の磁性体コア群５は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂと同数（本実施形態では、１２個）の複数の第１の磁性体コア５０により構成されている。複数の第１の磁性体コア５０の各々は、第１の中心軸Ｏ１を中心とする所定の半径Ｒ３の円周上に対して周方向に所定の間隔で配置されており、本実施形態では、第１の中心軸Ｏ１を中心とする円周上において、隣接する第１の磁性体コア５０と第１の中心軸Ｏ１との間のなす角度が３０度となるように配置されている。

一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂの各々は、図４（ａ）に示すように、複数の第１の磁性体コア５０に外接すように巻回されている。一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂの各々を構成する複数の検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂの各々は、図４（ｂ）に示すように、複数の第１の磁性体コア５０にそれぞれ巻回されている。

一対の第２の磁性体コア６Ａ、６Ｂの各々は、図３に示すように、ケーブル１２を挿通可能な円筒状に形成されており、第１の中心軸Ｏ１に沿って配置されている。

図５は、本発明の実施形態に係る第１の磁性体コア５０の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。複数の第１の磁性体コア５０の各々は、例えば、断面が円形状の棒状部材５００により構成されている。複数の棒状部材５００の各々は、棒状部材５００の周方向に対して全周に亘って形成された４つの周溝５０１Ａ、５０１Ｂ、５０２Ａ、５０２Ｂを有する。なお、棒状部材５００は、周溝５０１Ａ、５０１Ｂ、５０２Ａ、５０２Ｂの軸方向外側に対して鍔状に形成された鍔状部（巻線を巻くためのボビンケースとして機能する）を備えていてもよい。

また、複数の棒状部材５００の各々は、その軸方向両端部が、例えば、第１の連結部２１Ａ及び第２の連結部２１Ｂに取り付けられることで、棒状部材５００の軸方向が複数の第２の中心軸Ｏ２に沿ってそれぞれ配置されている。

一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂの各々は、４つの周溝５０１Ａ、５０１Ｂ、５０２Ａ、５０２Ｂのうち軸方向内側の一対の内側周溝５０１Ａ、５０１Ｂに外接するように巻回されている。

一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂの各々を構成する複数の検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂの各々は、４つの周溝５０１Ａ、５０１Ｂ、５０２Ａ、５０２Ｂのうち軸方向外側の一対の外側周溝５０２Ａ、５０２Ｂにそれぞれ巻回されている。

ここで、プローブ１Ａの外形、特に軸方向の長さについて、図２（ａ）、図５（ｂ）を参照しつつ説明する。まず、図２（ａ）に示すように、励磁コイル４０Ａ、４０Ｂのコイル長さＬ２は、例えば、３０ｍｍ〜１００ｍｍ程度であり、コイル直径は、配管Ｐの内径Ｒ２よりも小さく、例えば、６ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。第２の磁性体コア６Ａ、６Ｂは、励磁コイル４０Ａ、４０Ｂの軸方向両側に対して第２のコア長さＬ１、Ｌ３だけ長く配置されており、第２の磁性体コア６Ａ、６Ｂの第２のコア長さＬ１、Ｌ３は、例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ程度である。第１の連結部２１Ａ及び第２の連結部２１Ｂの長さ、すなわち、第１の磁性体コア群５と第２の磁性体コア６Ａ、６Ｂとの間のコア間長さＬ４は、例えば、２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。

図５（ｂ）に示すように、一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂを構成する検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂのコイル長さＬ６は、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度であり、コイル直径は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂのコイル長さＬ８は、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度であり、コイル直径は、例えば、配管Ｐの内径Ｒ２よりも小さく、例えば、６ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

第１の検出コイル群４１Ａを構成する検出コイル４１０Ａと第１の励磁兼検出コイル３０Ａとの間のコイル間長さＬ７、及び、第２の検出コイル群４１Ｂを構成する検出コイル４１０Ｂと第２の励磁兼検出コイル３０Ｂとの間のコイル間長さＬ７は、例えば、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度である。第１の励磁兼検出コイル３０Ａと第２の励磁兼検出コイル３０Ｂとの間のコイル間長さＬ９は、例えば、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

第１の磁性体コア群５を構成する第１の磁性体コア５０は、検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂの軸方向外側に第１のコア長さＬ５だけ長く配置されており、第１の磁性体コア５０の第１のコア長さＬ５は、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。したがって、棒状部材５００において、一対の外側周溝５０２Ａ、５０２Ｂは、軸方向両端部５０３Ａ、５０３Ｂから第１のコア長さＬ５だけ軸方向内側の位置にそれぞれ形成されている。

図６は、本発明の実施形態に係るプローブ１及び処理装置１１の接続状態を示すブロック図である。

第１の渦電流探傷系３において、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂは、芯線１２０ａ及びシールド線１２０ｂを介して第１の励磁出力部１１０に接続されるとともに、芯線１２２ａ及びシールド線１２２ｂを介して差動結線により第１の検出入力部１１２に接続される。

第１の励磁出力部１１０は、励磁電流を一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂに出力すると、この励磁電流が一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂを流れることにより直接磁場を生成する。この直接磁場による電磁誘導作用によって配管Ｐ内に渦電流が発生し、この渦電流により発生する磁束が、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂに電圧を誘起することにより検出電流を発生する。この検出電流が、第１の検出信号として第１の検出入力部１１２に入力される。なお、配管Ｐに欠陥が存在する場合には、第１の検出信号に乱れ（欠陥による渦電流の乱れ）が発生する。

第２の渦電流探傷系４において、一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂは、芯線１２１ａ及びシールド線１２１ｂを介して第２の励磁出力部１１１に接続される。また、一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂは、芯線１２３ａ及びシールド線１２３ｂを介して差動結線により第２の検出入力部１１３に接続される。

第２の励磁出力部１１１は、励磁電流を一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂに出力すると、この励磁電流が一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂを流れることにより生成された間接磁場を生成する。この間接磁場による電磁誘導作用によって配管Ｐ内に渦電流が発生し、この渦電流により発生する磁束が、一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂに電圧を誘起することにより検出電流を発生する。この検出電流が、第２の検出信号として第２の検出入力部１１３に入力される。配管Ｐに欠陥が存在する場合には、第２の検出信号に乱れ（欠陥による渦電流の乱れ）が発生する。

なお、芯線１２０ａ〜１２３ａ及びシールド線１２０ｂ〜１２３ｂは、ケーブル１２を構成する。また、図６では図示していないが、第２の検出入力部１１３は、合計２４個の入力チャンネル（１個の入力チャンネルは、芯線４２ｂ及びシールド線４３ｂが接続可能な１組の入力端子で構成される）を備え、各入力チャンネルには、第１の検出コイル群４１Ａを構成する１２個の検出コイル４１０Ａと、第２の検出コイル群４１Ｂを構成する１２個の検出コイル４１０Ｂとが独立に接続されて、合計２４個の検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂの各々から検出信号が独立して入力される。

図７は、本発明の実施形態に係る処理装置１１を示すブロック図である。処理装置１１は、信号解析部１１４として、第１の渦電流探傷系３に対する第１の処理回路１１４０と、第２の渦電流探傷系４に対する第２の処理回路１１４１と、判定回路１１４２とを備える。

第１の処理回路１１４０は、励磁信号発振器１１４０ａ、位相器１１４０ｂ、ブリッジ回路１１４０ｃ、増幅回路１１４０ｄ、位相検波回路１１４０ｅ、フィルタ１１４０ｆ、及び、ＸＹ処理回路１１４０ｇを備える。第２の処理回路１１４１は、励磁信号発振器１１４１ａ、位相器１１４１ｂ、ブリッジ回路１１４１ｃ、増幅回路１１４１ｄ、位相検波回路１１４１ｅ、フィルタ１１４１ｆ、及び、ＸＹ処理回路１１４１ｇを備える。

第１の処理回路１１４０では、励磁信号発振器１１４０ａの発振出力を、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂと、位相器１１４０ｂに分配して入力する。一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂに入力された励磁信号は、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂに励磁電流を流して直接磁場を発生させる。

位相器１１４０ｂは、励磁信号発振器１１４０ａから入力された励磁信号をシフトして位相検波用の基準信号を生成する。ブリッジ回路１１４０ｃは、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂと、可変抵抗器で構成し、可変抵抗器を変化させることで配管Ｐの系全体でバランスが取れるように調整されており、配管Ｐに欠陥が存在する場所では、ブリッジ回路１１４０ｃのバランスが崩れ、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂのインピーダンス変化に応じた電圧（第１の検出信号）が得られるように構成する。この第１の検出信号（電圧）は、非常に小さいことから、増幅回路１１４０ｄにより増幅する。

位相検波回路１１４０ｅは、位相器１１４０ｂの出力信号と、増幅回路１１４０ｄの出力信号の位相を比較して検出信号として出力し、フィルタ１１４０ｆで直接磁場に基づく検出信号成分のみを抽出し、ＸＹ処理回路１１４１ｇにより検出信号の位相のずれを処理して、Ｘ信号及びＹ信号として出力する。

第２の処理回路１１４１では、励磁信号発振器１１４１ａの発振出力を一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂと、位相器１１４１ｂに分配して入力する。一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂに入力された励磁信号は、一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂに励磁電流を流して間接磁場を発生させる。

位相器１１４１ｂは、励磁信号発振器１１４１ａから入力された励磁信号をシフトして位相検波用の基準信号を生成する。ブリッジ回路１１４１ｃは、一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂと可変抵抗器で構成し、可変抵抗器を変化させることで配管Ｐの系全体でバランスが取れるように調整しておくことにより、配管Ｐに欠陥が存在する場所ではブリッジ回路１１４１ｃのバランスが崩れ、一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂのインピーダンス変化に応じた電圧（第２の検出信号）が得られるように構成する。この第２の検出信号（電圧）は、非常に小さいことから、増幅回路１１４１ｄにより増幅する。

位相検波回路１１４１ｅは、位相器１１４１ｂの出力信号と、増幅回路１１４１ｄの出力信号の位相を比較して検出信号として出力し、フィルタ１１４１ｆで間接磁場に基づく検出信号成分のみを抽出し、ＸＹ処理回路１１４１ｇにより検出信号の位相のずれを処理して、Ｘ信号及びＹ信号として出力する。

判定回路１１４２は、第１の処理回路１１４０から出力されたＸ信号及びＹ信号と、第２の処理回路１１４１から出力されたＸ信号及びＹ信号とを、平滑化して評価することにより、配管Ｐに欠陥があるか否かを判定する。そして、判定回路１１４２は、欠陥があると判定した場合には、その欠陥が、配管Ｐにおける外面の傷か内面の傷かを判定する。具体的には、判定回路１１４２は、第１の渦電流探傷系３と第２の渦電流探傷系４の双方により欠陥が検出されたときには、内面の傷と判定し、第２の渦電流探傷系４のみにより欠陥が検出されたときには、外面の傷と判定する。

図８は、本発明の実施形態に係る渦電流探傷装置１００により配管支持構造物Ｓで支持された配管Ｐに対して渦電流探傷試験を行った検出結果（Ｘ信号及びＹ信号）を示し、（ａ）は、欠陥がない配管Ｐに対する第１の渦電流探傷系３による検出結果、（ｂ）は、欠陥がある配管Ｐに対する第１の渦電流探傷系３による検出結果、（ｃ）は、欠陥がない配管Ｐに対する第２の渦電流探傷系４による検出結果、（ｄ）は、欠陥がある配管Ｐに対する第２の渦電流探傷系４による検出結果を示す図である。なお、図８（ａ）〜（ｄ）に示すグラフは、表示部１１５に表示される。

第１の渦電流探傷系３は、配管Ｐの内面領域を通る直接磁場を利用するものであるため、図８（ａ）に示すように、第１の処理回路１１４０から出力されたＸ信号及びＹ信号において、配管支持構造物Ｓや配管Ｐの外面に付着するナトリウムによる影響は小さい。そのため、配管Ｐに欠陥がある場合には、図８（ｂ）に示すように、欠陥によるＸ信号及びＹ信号の変化が相対的に大きくなる。

第２の渦電流探傷系４は、配管Ｐの外側を通る間接磁場を利用するものであり、図８（ｃ）に示すように、第２の処理回路１１４１から出力されたＸ信号及びＹ信号において、配管支持構造物Ｓや配管Ｐの外面に付着するナトリウムによる影響は大きい。そのため、配管Ｐに欠陥がある場合には、図８（ｄ）に示すように、欠陥によるＸ信号及びＹ信号の変化が相対的に小さくなる。

したがって、処理装置１１は、配管支持構造物Ｓで支持されていない場所では、第１の処理回路１１４０から出力されたＸ信号及びＹ信号の変化と、第２の処理回路１１４１から出力されたＸ信号及びＹ信号の変化とに基づいて欠陥の有無を判定し、配管支持構造物Ｓで支持された場所では、処理装置１１は、第１の処理回路１１４０から出力されたＸ信号及びＹ信号の変化に基づいて欠陥の有無を判定することが可能である。

以上のように、本発明の実施形態に係るプローブ１及びプローブ１を備える渦電流探傷装置１００によれば、直接磁場を利用した第１の渦電流探傷系３が、第１の中心軸Ｏ１に平行な軸方向に並列して配置された一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂを備え、間接磁場を利用した第２の渦電流探傷系４が、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂの軸方向外側にそれぞれ配置された一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂを備えるので、第１の渦電流探傷系３及び第２の渦電流探傷系４により配管Ｐの同一の場所に対してＥＣＴ及びＲＦ−ＥＣＴを同時に行うことで、配管Ｐの内面及び外面に存在する微小欠陥の検出や欠陥形状の評価を的確に行うことができる。

また、一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂの各々は、第１の中心軸Ｏ１を中心として周方向に所定の間隔で配置された複数の検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂにより構成されているので、配管Ｐの周方向に対する欠陥検出分解能を向上させることができ、配管Ｐの内面及び外面に存在する微小欠陥の検出や欠陥形状の評価を的確に行うことができる。

また、直接磁場を利用した第１の渦電流探傷系３（一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂ）は、軸方向内側に配置されており、間接磁場を利用した第２の渦電流探傷系４（一対の励磁コイル群４０Ａ、４０Ｂ及び一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂ）は、軸方向外側に配置されているので、第１の渦電流探傷系３及び第２の渦電流探傷系４による双方の磁場が互いに悪影響を与えることなく、ＥＣＴ及びＲＦ−ＥＣＴを行うことができる。

また、プローブ１は、第１の磁性体コア群５をさらに備え、第１の磁性体コア群５は、複数の検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂと同数の複数の第１の磁性体コア５０により構成されており、一対の励磁兼検出コイル３０Ａ、３０Ｂの各々は、図４（ａ）に示すように、複数の第１の磁性体コア５０に外接すように巻回されており、一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂの各々を構成する複数の検出コイル４１０Ａ、４１０Ｂの各々は、図４（ｂ）に示すように、複数の第１の磁性体コア５０にそれぞれ巻回されているので、磁性体により磁化力を高めることにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができるとともに、軸方向に並列して配置された複数のコイル間でコアを共通化して複数のコイルを一体化することにより、複数の第１の磁性体コア５０の内側にケーブル１２を配置する空間を確保しつつ、渦電流を検出する検出部分の構造の簡素化及び小型化を図ることできる。

例えば、上記実施形態では、第１の励磁兼検出コイル３０Ａが１個、第２の励磁兼検出コイル３０Ｂが１個、第１の検出コイル群４１Ａを構成する検出コイル４１０Ａが１２個、第２の検出コイル群４１Ｂを構成する検出コイル４１０Ｂが１２個であるから、渦電流の検出部分には、全部で２６個のコイルが配置されているが、複数のコイル間でコアを共通化して複数のコイルを一体化することにより、第１の磁性体コア群５は、１２個の第１の磁性体コア５０により構成されている。また、１２個の第１の磁性体コア５０の内側には、ケーブル１２が配置する空間が確保されている。

また、複数の第１の磁性体コア５０の各々は、周方向に４つの周溝を有する棒状部材５００により構成されているので、簡単な加工で製造することができる。

また、プローブ１は、一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂがそれぞれ巻回された一対の第２の磁性体コア６Ａ、６Ｂをさらに備えるので、磁性体により磁化力を高めることにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、第２の渦電流探傷系４は、第１の中心軸Ｏ１に沿って一対の検出コイル群４１Ａ、４１Ｂの軸方向外側にそれぞれ配置された一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂを備えるものとして説明したが、第２の渦電流探傷系４は、一対の励磁コイル４０Ａ、４０Ｂのうち、いずれか一方の励磁コイルを備えるようにしてもよい。

１…渦電流探傷用プローブ、２…本体、３…第１の渦電流探傷系、
４…第２の渦電流探傷系、５…第１の磁性体コア群、６Ａ、６Ｂ…第２の磁性体コア、
１１…処理装置、１２…ケーブル、２０Ａ、２０Ｂ…ガイド部、
２１Ａ…第１の連結部、２１Ｂ…第２の連結部、２２…筒状部、
３０Ａ…第１の励磁兼検出コイル、３０Ｂ…第２の励磁兼検出コイル、
４０Ａ…第１の励磁コイル、４０Ｂ…第２の励磁コイル、
４１Ａ…第１の検出コイル群、４１Ｂ…第２の検出コイル群、
５０…第１の磁性体コア、１００…渦電流探傷装置、
１１０…第１の励磁出力部、１１１…第２の励磁出力部、１１２…第１の検出入力部、
１１３…第２の検出入力部、１１４…信号解析部、１１５…表示部、
１２０ａ〜１２３ａ…芯線、１２０ｂ〜１２３ｂ…シールド線、
３００…磁束、４００…磁束、４１０Ａ、４１０Ｂ…検出コイル、５００…棒状部材、
５０１Ａ、５０１Ｂ…内側周溝、５０２Ａ、５０２Ｂ…外側周溝、
５０３Ａ、５０３Ｂ…端部、
１１４０…第１の処理回路、１１４０ａ…励磁信号発振器、１１４０ｂ…位相器、
１１４０ｃ…ブリッジ回路、１１４０ｄ…増幅回路、１１４０ｅ…位相検波回路、
１１４０ｆ…フィルタ、１１４０ｇ…ＸＹ処理回路、
１１４１…第２の処理回路、１１４１ａ…励磁信号発振器、１１４１ｂ…位相器、
１１４１ｃ…ブリッジ回路、１１４１ｄ…増幅回路、１１４１ｅ…位相検波回路、
１１４１ｆ…フィルタ、１１４１ｇ…ＸＹ処理回路、１１４２…判定回路、
Ｏ１…第１の中心軸、Ｏ２…第２の中心軸、ＯＰ…配管中心軸、
Ｐ…配管、Ｓ…配管支持構造物

Claims (6)

1. 配管内に挿入されて前記配管と同軸に配置される本体の第１の中心軸に沿って、直接磁場を利用した第１の渦電流探傷系と、間接磁場を利用した第２の渦電流探傷系とを備える渦電流探傷用プローブであって、
   前記第１の渦電流探傷系は、
   前記第１の中心軸に沿って前記第１の中心軸と平行な軸方向に並列して配置されて、前記第１の中心軸をコイルの中心とする一対の励磁兼検出コイルを備え、
   前記第２の渦電流探傷系は、
   前記第１の中心軸に沿って前記一対の励磁兼検出コイルの前記軸方向外側にそれぞれ配置された一対の検出コイル群と、
   前記第１の中心軸に沿って前記一対の検出コイル群の前記軸方向外側に配置されて、前記第１の中心軸をコイルの中心とする励磁コイルとを備え、
   前記一対の検出コイル群の各々は、
   前記第１の中心軸を中心として周方向に所定の間隔でそれぞれ配置されて、前記第１の中心軸に平行な複数の第２の中心軸をコイルの中心とする複数の検出コイルにより構成されている、
   ことを特徴する渦電流探傷用プローブ。
2. 前記一対の励磁兼検出コイル及び前記一対の検出コイル群が巻回された第１の磁性体コア群をさらに備え、
   前記第１の磁性体コア群は、
   前記複数の第２の中心軸に沿ってそれぞれ配置されて、前記複数の検出コイルと同数の複数の第１の磁性体コアにより構成されており、
   前記一対の励磁兼検出コイルの各々は、
   前記複数の第１の磁性体コアに外接すように巻回されており、
   前記一対の検出コイル群の各々を構成する前記複数の検出コイルの各々は、
   前記複数の第１の磁性体コアにそれぞれ巻回されている、
   ことを特徴する請求項１に記載の渦電流探傷用プローブ。
3. 前記複数の第１の磁性体コアの各々は、
   周方向に４つの周溝を有するとともに、軸方向が前記複数の第２の中心軸に沿ってそれぞれ配置された棒状部材により構成されており、
   前記一対の励磁兼検出コイルの各々は、
   前記４つの周溝のうち前記軸方向内側の一対の内側周溝に外接すように巻回されており、
   前記一対の検出コイル群の各々を構成する前記複数の検出コイルの各々は、
   前記４つの周溝のうち前記軸方向外側の一対の外側周溝にそれぞれ巻回されている、
   ことを特徴する請求項２に記載の渦電流探傷用プローブ。
4. 前記励磁コイルとして、前記第１の中心軸に沿って前記一対の検出コイル群の前記軸方向外側にそれぞれ配置された一対の励磁コイルを備える、
   ことを特徴する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の渦電流探傷プローブ。
5. 前記励磁コイルが巻回された第２の磁性体コアをさらに備える、
   ことを特徴する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の渦電流探傷用プローブ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の渦電流探傷用プローブと、
   前記渦電流探傷用プローブにより検出された検出信号を処理する処理装置とを備える、
   ことを特徴する渦電流探傷装置。