JP2023092658A - 検出装置及び厚さ測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】渦電流を用いた測定に与える影響を低減しつつ、受信アンプを保護する。【解決手段】処理装置６は、直列接続された第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４と、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４が接続された受信アンプ５１と、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４に並列に接続された保護回路５２とを備えている。保護回路５２は、直列接続された第１抵抗素子５３ａ及び第１ダイオード５４ａを含み、第１検出コイル１３の第１端１３ａと第２端１３ｂとの間に第１検出コイル１３と並列に接続された第１保護回路５２Ａと、直列接続された第２抵抗素子５３ｂ及び第２ダイオード５４ｂを含み、第２検出コイル１４の第１端１４ａと第２端１４ｂとの間に第２検出コイル１４と並列に接続された第２保護回路５２Ｂとを有する。【選択図】図６

Description

ここに開示された技術は、検出装置及び厚さ測定装置に関する。

従来より、対象物に生じた渦電流を検出コイルで検出する装置が知られている。例えば、特許文献１には、コイル部が交流磁場を発生させて対象物に渦電流を誘起すると共に、対象物に誘起された渦電流をコイル部で検出する装置が開示されている。

この装置においては、コイル部によって検出された誘導電圧は、検出部に入力され、検出部が出力波形の変化を検出する。

国際公開第２０１３／０４７５２１号

ところで、前述のような渦電流の検出では、検出コイルに生じる誘導起電力を検出する。特に大きな渦電流が発生した直後には、検出コイルに大きな誘導起電力が生じる。その場合、検出コイルが接続された受信アンプにも大きな電圧が入力されることになる。

受信アンプを大きな電圧から保護するために、保護回路を設けることが考えられる。しかし、保護回路は、渦電流を用いた測定に影響を与える虞がある。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、渦電流を用いた測定に与える影響を低減しつつ、受信アンプを保護することにある。

ここに開示された検出装置は、励磁コイルによって対象物に誘起された渦電流を検出する、直列接続された第１検出コイル及び第２検出コイルと、前記第１検出コイル及び前記第２検出コイルが接続された受信アンプと、前記第１検出コイル及び前記第２検出コイルに並列に接続された保護回路とを備え、前記第１検出コイルの第１端は、前記受信アンプの非反転入力端子に接続され、前記第１検出コイルの第２端は、前記第２検出コイルの第１端に接続され、前記第２検出コイルの第２端は、前記受信アンプの反転入力端子に接続され、前記保護回路は、直列接続された第１抵抗素子及び第１ダイオードを含み、前記第１検出コイルの前記第１端と前記第２端との間に前記第１検出コイルと並列に接続された第１保護回路と、直列接続された第２抵抗素子及び第２ダイオードを含み、前記第２検出コイルの前記第１端と前記第２端との間に前記第２検出コイルと並列に接続された第２保護回路とを有する。

また、ここに開示された検出装置は、励磁コイルによって対象物に誘起された渦電流を検出する検出コイルと、非反転入力端子に前記検出コイルの第１端が接続され、反転入力端子に前記検出コイルの第２端が接続された受信アンプと、前記検出コイルの前記第１端と前記第２端との間に前記検出コイルと並列に接続された保護回路とを備え、前記保護回路は、直列接続された抵抗素子及びダイオードを含む。

ここに開示された厚さ測定装置は、前記検出装置と、前記受信アンプの出力電圧に基づいて前記対象物の厚さを求める厚さ導出部をさらに備える。

前記検出装置によれば、渦電流を用いた測定に与える影響を低減しつつ、受信アンプを保護することができる。

前記厚さ測定装置によれば、渦電流を用いた測定に与える影響を低減しつつ、受信アンプを保護することができる。

図１は、厚さ測定装置のブロック図である。 図２は、処理装置の制御部の制御系統の構成を示すブロック図である。 図３は、演算装置の制御部の制御系統の構成を示すブロック図である。 図４は、渦電流に対応する電圧信号Ｖ（ｔ）の時間変化を示すグラフである。 図５は、厚さ測定のフローチャートである。 図６は、受信部の回路図である。 図７は、励磁部に入力されている励磁信号を示すグラフである。 図８は、第１検出コイル及び第２検出コイルに発生する誘導電圧を示すグラフである。 図９は、受信アンプの出力電圧を示すグラフである。 図１０は、変形例に係る受信部の回路図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、厚さ測定システム１００のブロック図である。厚さ測定システム１００は、プローブ１と、厚さ測定装置１０とを備えている。厚さ測定装置１０は、パルス渦電流探傷（ＰＥＣ:Pulsed Eddy Current）によって対象物９の厚さを測定する。厚さ測定装置１０は、プローブ１を制御する処理装置６と対象物９の厚さを求める演算装置８とを備えている。例えば、対象物９は、蒸気又はドレンが流通する金属製の配管である。配管は、円管状に形成されている。

プローブ１は、対象物９に渦電流を発生させ且つ発生した渦電流を検出するために用いられる。プローブ１は、非接触型のプローブであり、対象物９に近接して配置される。尚、「非接触型」とは、非接触でも使用可能であることを意味し、接触状態での使用を除外するものではない。プローブ１は、対象物９の表面に対向するように設置される。例えば、プローブ１は、断熱性を有するスペーサ（図示省略）を介して対象物９に設置される。

プローブ１は、変動磁場を形成することによって対象物９に渦電流を発生させる。また、プローブ１は、対象物９に発生した渦電流の変化を誘導電圧として検出する。具体的には、プローブ１は、励磁電流による磁束で対象物９に渦電流を誘起させる励磁コイル１１と、対象物９の渦電流を検出する検出コイル１２とを備える。プローブ１は、励磁コイル１１によって対象物９に渦電流を誘起させ、誘起した渦電流を検出コイル１２で検出する。プローブ１は、励磁コイル１１及び検出コイル１２を収容するケーシングをさらに備えていてもよい。

この例では、励磁コイル１１は、第１励磁コイル１１Ａ及び第２励磁コイル１１Ｂを含んでいる。検出コイル１２は、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４を含んでいる。

詳しくは、第１励磁コイル１１Ａの軸心と第１検出コイル１３の軸心とが一直線状になるように、第１励磁コイル１１Ａと第１検出コイル１３とが配列されている。このとき、第１検出コイル１３の方が第１励磁コイル１１Ａよりも対象物９の近くに配置されている。第２励磁コイル１１Ｂ及び第２検出コイル１４の位置関係も同様である。尚、第１励磁コイル１１Ａと第２励磁コイル１１Ｂとを区別しない場合には、単に「励磁コイル１１」と称する。第１検出コイル１３と第２検出コイル１４とを区別しない場合には、単に「検出コイル１２」と称する。

さらに、プローブ１は、励磁コイル１１及び検出コイル１２に挿入されたコア１５を備えていてもよい。コア１５は、全体として概ねＵ字状に形成されている。より詳しくは、コア１５は、パーマロイで形成された、概ねＵ字状の複数の薄板が積層されて形成されている。コア１５の一方の端部における直線状の部分は、第１励磁コイル１１Ａ及び第１検出コイル１３に挿入されている。コア１５の他方の端部における直線状の部分は、第２励磁コイル１１Ｂ及び第２検出コイル１４に挿入されている。コア１５は、２組の励磁コイル１１及び検出コイル１２を磁気的に接続している。

励磁コイル１１は、電流が印加されることによって、その軸心の方向に磁場を形成する。第１励磁コイル１１Ａと第２励磁コイル１１Ｂとは、軸心の方向において互いに反対向きの磁場、即ち、対象物９に対して反対向きの磁場を形成するように電流が印加される。その結果、コア１５には、コア１５の長手方向に沿った磁場が形成される。すなわち、コア１５の一方の端部がＮ極となるときには、コア１５の他方の端部はＳ極となる。逆に、コア１５の一方の端部がＳ極となるときには、コア１５の他方の端部はＮ極となる。例えば、第１励磁コイル１１Ａから対象物９へ向かって磁束が発生し、対象物９から第２励磁コイル１１Ｂへ向かって磁束が発生する。詳しくは、第１励磁コイル１１Ａから発せられる大部分の磁束は、第１励磁コイル１１Ａの軸心の方向に出て対象物９内へ入り、対象物９内を略円弧状に通過し、第２励磁コイル１１Ｂの軸心の方向へ向かい第２励磁コイル１１Ｂに入っていく。励磁コイル１１に印加する電流を変動させることによって、対象物９に発生する磁場が変動し、対象物９に渦電流が発生する。

一方、対象物９のうち検出コイル１２の近傍の部分に発生した渦電流によって、検出コイル１２を貫通する磁束が形成される。検出コイル１２を貫通する磁束が変化すると、検出コイル１２に誘導起電力が発生する。検出コイル１２は、この誘導起電力を検出することによって、対象物９の渦電流を検出する。つまり、検出コイル１２によって誘導起電力を検出することを、渦電流を検出するともいう。尚、第１検出コイル１３を貫通する磁束と第２検出コイル１４を貫通する磁束とは、対象物９に対して反対向きとなる。

処理装置６は、プローブ１を用いて、対象物９に渦電流を発生させ且つ発生した渦電流を検出する。処理装置６は、検出装置の一例である。演算装置８は、処理装置６によって検出された渦電流の継続時間（詳しくは後述するが、渦電流が急激に減衰するまでの時間）に基づいて対象物９の厚さを求める。

処理装置６は、例えば、対象物９に近接して配置される。例えば、処理装置６は、スペーサを介して対象物９上に設置される。処理装置６は、送信部６１と受信部６２と通信部６５と制御部６６と記憶部６７とを有している。

送信部６１は、励磁コイル１１にパルス状の励磁電流を印加する。送信部６１は、パルス発生器６１ａと送信アンプ６１ｂとを有している。パルス発生器６１ａは、制御部６６からの指令に基づいてパルス信号を発生する。送信アンプ６１ｂは、パルス発生器６１ａからのパルス信号を増幅して、励磁電流として励磁コイル１１へ出力する。

受信部６２は、対象物９の渦電流に応じて検出コイル１２に発生する誘導起電力を受信する。受信部６２は、検出コイル１２に発生する電圧が入力され、該電圧を増幅する受信アンプ５１を少なくとも有している。受信部６２は、電圧信号にフィルタ処理を施すフィルタをさらに有していてもよい。

通信部６５は、外部機器と無線通信を行う。例えば、通信部６５は、受信部６２によって検出された電圧信号（即ち、検出信号）を演算装置８に送信する。

制御部６６は、処理装置６の全体を制御する。制御部６６は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部６６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部６６は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、システムＬＳＩ等で形成されていてもよい。

例えば、制御部６６は、送信部６１に所定期間だけ励磁電流を出力させる。制御部６６は、励磁電流の出力停止後に受信部６２を介して検出信号を取得する。制御部６６は、受信部６２からの検出信号を記憶部６７に記憶させ、記憶部６７に記憶された検出信号を通信部６５を介して演算装置８に適宜、送信する。

記憶部６７は、制御部６６で実行されるプログラム及び各種データを格納している。例えば、記憶部６７は、制御プログラムが格納されている。記憶部６７は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。

図２は、処理装置６の制御部６６の制御系統の構成を示すブロック図である。制御部６６は、記憶部６７から制御プログラムをメモリに読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部６６は、励磁コイル１１に励磁電流を印加して対象物９に渦電流を誘起させる励磁部７１と、対象物９の渦電流を検出コイル１２を介して検出する検出部７２として機能する。

励磁部７１は、送信部６１に励磁コイル１１へ励磁電流を印加させる。具体的には、励磁部７１は、パルス発生器６１ａに指令を出力し、パルス発生器６１ａにパルス信号を発生させる。その結果、励磁電流が送信アンプ６１ｂから励磁コイル１１へ印加される。

検出部７２は、対象物９の渦電流として、渦電流に対応する電圧信号を検出する。具体的には、検出部７２は、検出コイル１２の誘導起電力に対応する電圧信号を検出する。さらに詳しくは、検出部７２は、励磁コイル１１への励磁電流の印加が停止されてから所定の期間、電圧信号の検出を継続する。つまり、検出部７２は、励磁コイル１１への励磁電流の印加が停止されてからの対象物９の渦電流の計時変化（即ち、過渡変化）を検出している。検出部７２は、検出された渦電流、即ち、電圧信号を記憶部６７に保存する。以下、説明の便宜上、検出部７２によって検出された電圧信号を単に「渦電流」と称する場合がある。例えば、記憶部６７に保存された、渦電流に対応する電圧信号も単に「渦電流」と称する。

演算装置８は、コンピュータ又はコンピュータネットワーク（所謂、クラウド）で形成されている。演算装置８は、図１に示すように、通信部８１と制御部８２と記憶部８３とを有している。

通信部８１は、外部機器と無線通信を行う。例えば、通信部８１は、処理装置６からの信号等を受信する。

制御部８２は、演算装置８の全体を制御する。制御部８２は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部８２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部８２は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、システムＬＳＩ等で形成されていてもよい。

記憶部８３は、制御部８２で実行されるプログラム及び各種データを格納している。例えば、記憶部８３は、制御プログラムが格納されている。記憶部８３は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。また、記憶部８３は、処理装置６から送信される信号等を保存する。具体的には、記憶部８３は、処理装置６によって取得された対象物９の渦電流を保存する。

図３は、演算装置８の制御部８２の制御系統の構成を示すブロック図である。制御部８２は、記憶部８３から制御プログラムをメモリに読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部８２は、厚さ導出部８４として機能する。

厚さ導出部８４は、対象物９の渦電流の継続時間に基づいて対象物９の厚さを求める。詳しくは詳述するが、励磁コイル１１によって対象物９に誘起された渦電流は、対象物９の表面（プローブ１が対向している面）から裏面に浸透し、裏面に到達すると急激に減衰する。対象物９の渦電流の継続時間とは、渦電流が対象物９に誘起されてから急激に減衰するまでの時間である。対象物９の渦電流の継続時間は、対象物９の厚さと相関がある。

厚さ導出部８４は、処理装置６によって検出された渦電流（具体的には、電圧信号）の継続時間を求める。厚さ導出部８４は、継続時間と厚さとの相関関係に基づいて、継続時間から対象物９の厚さを求める。

ここで、渦電流と対象物９の厚さとの関係について詳しく説明する。図４は、渦電流に対応する電圧信号Ｖ（ｔ）の時間変化を示すグラフである。図４のグラフは、両対数グラフである。図４において、電圧信号Ｖ０（ｔ）は、厚さｄ０を有する対象物９の電圧信号であり、電圧信号Ｖ１（ｔ）は、厚さｄ０よりも薄い厚さｄ１を有する対象物９の電圧信号である。

渦電流は、対象物９に浸透していくのに従って減衰していく。渦電流は、対象物９の表面（プローブ１が対向している面）から裏面に到達するまでの間は徐々に減衰し、裏面に到達すると急激に減衰する。電圧信号Ｖ（ｔ）も渦電流と同様の変化を示す。つまり、電圧信号Ｖ（ｔ）の過渡変化は、渦電流の過渡変化に相当する。渦電流が対象物９の裏面に達するまでの間の電圧信号Ｖ（ｔ）の変化は、両対数グラフ上では直線的（線形的）に表される。その後、電圧信号Ｖ（ｔ）は、急激に減衰していく。このように変化する電圧信号Ｖ（ｔ）は、以下の式（１）のように表される。

ここで、Ａは、受信アンプ５１の増幅率である。ｎは、電圧信号Ｖ（ｔ）の減衰の程度に関連する定数であり、－ｎは、両対数グラフにおける電圧信号Ｖ（ｔ）の傾きを表す。

式（１）からもわかるように、電圧信号Ｖ（ｔ）は、徐々に減衰するものの時間τまでは継続し、時間τにおいて急激に減衰する。説明の便宜上、τを「継続時間」と称する。継続時間τは、以下の式（２）で表わされる。

τ＝σμｄ^２ ・・・（２）
ここで、σは、対象物９の導電率であり、μは、対象物９の透磁率であり、ｄは、対象物９の厚さである。

つまり、継続時間τは、対象物９の厚さｄに依存して変化する。対象物９の導電率σ及び透磁率μが一定であると仮定すると、継続時間τは、対象物９の厚さｄに依存して変化する。また、継続時間τ及び厚さｄが変化しても、τ／ｄ^２は、一定である。そのため、既知の厚さｄ０に対する継続時間τ０と、未知の厚さｄに対する継続時間τとがわかれば、以下の式（３）に基づいて、未知の厚さｄを求めることができる。式（３）、既知の厚さｄ０及び継続時間τ０は、記憶部８３に保存されている。

例えば、図４において電圧信号Ｖ０（ｔ），Ｖ１（ｔ）を比較すると、厚さｄ０の対象物９の電圧信号Ｖ０（ｔ）は、継続時間τ０まで継続する。対象物９の厚さｄがｄ０からｄ１に減少すると、継続時間τは、τ０からτ１に減少する。尚、電圧信号Ｖ（ｔ）のうち両対数グラフで直線状の部分の変化態様は、式（１）からわかるように厚さｄに依存しないので、電圧信号Ｖ０（ｔ），Ｖ１（ｔ）で実質的に同じである。厚さｄ０及び継続時間τ０，τ１を式（３）に代入することによって、厚さｄ１を求めることができる。

このような厚さ測定についてフローチャートを用いてさらに詳細に説明する。図５は、厚さ測定のフローチャートである。

厚さ導出部８４は、厚さ測定のフローチャートのステップＳ１０１において所定の測定周期が到来したか否かを判定する。測定周期は、対象物９の厚さ測定を求める周期である。測定周期が到来していない場合には、厚さ導出部８４は、ステップＳ１０１の判定を繰り返して、測定周期の到来を待機する。

測定周期が到来すると、厚さ導出部８４は、処理装置６に指令を出力して、処理装置６に測定データを取得させる。測定データは、対象物９の厚さ測定を行うためのデータであり、具体的には、対象物９の渦電流である。具体的には、処理装置６が演算装置８からの指令を受けると、励磁部７１は、ステップＳ１０２において、励磁コイル１１へ励磁電流を印加して励磁する。励磁コイル１１は、励磁電流の印加によって軸心の方向へ磁場を形成する。一方の励磁コイル１１と他方の励磁コイル１１とは、軸心の方向において互いに反対向きの磁場を形成する。例えば、一方の励磁コイル１１から対象物９へ向かって磁束が発生し、対象物９から他方の励磁コイル１１へ向かって磁束が発生する。

続いて、ステップＳ１０３において、励磁部７１は、励磁電流の出力を停止させ、検出部７２は、対象物９に発生した渦電流の検出を開始する。検出部７２は、電圧信号の検出を所定期間継続する。こうして、検出部７２は、検出コイル１２の誘導起電力の過渡変化（経時変化）、即ち、対象物９に発生する渦電流の過渡変化を検出する。

処理装置６は、測定データとしての渦電流を演算装置８へ送信する。演算装置８は、受信した渦電流を記憶部８３に保存する。

続いて、厚さ導出部８４は、ステップＳ１０４において、記憶部８３に保存された渦電流の継続時間τを求める。さらに、厚さ導出部８４は、ステップＳ１０５において、継続時間τを式（３）に代入して、対象物９の厚さｄを求める。

その後、厚さ導出部８４は、ステップＳ１０６において、厚さ測定を終了するか否かを判定する。例えば、厚さ導出部８４は、厚さ測定の終了指令が入力されているか否かを判定する。例えば、ユーザが演算装置８を操作して、厚さ測定の終了を入力する。終了指令が入力されていない場合には、厚さ導出部８４は、ステップＳ１０１へ戻って、次の測定周期が到来したか否かを判定する。次の測定周期が到来すると、測定データが再び取得され、測定データに基づいて対象物９の厚さｄが求められる。つまり、演算装置８は、測定周期ごとに測定データの取得及び対象物９の厚さｄの導出を繰り返す。

ステップＳ１０６において、終了指令が入力されている場合には、厚さ測定が終了される。

このように、厚さ測定装置１０は、対象物９に渦電流を発生させると共に発生した渦電流を検出し、渦電流の継続時間τに基づいて対象物９の厚さｄを求める。

続いて、受信部６２の構成についてさらに詳しく説明する。図６は、受信部６２の回路図である。

受信部６２は、受信アンプ５１と保護回路５２とを有している。受信アンプ５１には、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４が接続されている。保護回路５２は、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４に並列に接続されている。換言すると、保護回路５２は、受信アンプ５１に並列に接続されている。

受信アンプ５１は、非反転入力端子（＋）と反転入力端子（－）と出力端子とを有するオペアンプである。受信アンプ５１には、正電源と負電源とが接続されている。

第１検出コイル１３と第２検出コイル１４とは、直列に接続されている。詳しくは、第１検出コイル１３は、一端である第１端１３ａと他端である第２端１３ｂとを有している。第２検出コイル１４は、一端である第１端１４ａと他端である第２端１４ｂとを有している。第１検出コイル１３の第２端１３ｂと第２検出コイル１４の第１端１４ａとが接続されている。この例の厚さ測定では励磁コイル１１によって形成される磁界の向きは一定なので、対象物９に発生する渦電流によって誘起され、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４のそれぞれを貫通する誘導磁場の向きも一定である。そのため、対象物９の渦電流を検出する際には、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４に流れる電流の向きが決まっている。第１検出コイル１３では、第２端１３ｂから第１端１３ａの向きに電流が流れる。すなわち、第１端１３ａの方が第２端１３ｂよりも電位が高くなる。第２検出コイル１４では、第２端１４ｂから第１端１４ａの向きに電流が流れる。すなわち、第１端１４ａの方が第２端１４ｂよりも電位が高くなる。第１検出コイル１３の第２端１３ｂと第２検出コイル１４の第１端１４ａとが接続されることによって、第１検出コイル１３に発生する誘導起電力と第２検出コイル１４に発生する誘導起電力とが加算される。

第１検出コイル１３の第１端１３ａは、受信アンプ５１の非反転入力端子（＋）に接続されている。第２検出コイル１４の第２端１４ｂは、受信アンプ５１の反転入力端子（－）に接続されている。

第１検出コイル１３の第２端１３ｂ及び第２検出コイル１４の第１端１４ａには、コモン線Ｃｏｍが接続されている。コモン線Ｃｏｍは、接地されている。

保護回路５２は、第１保護回路５２Ａと第２保護回路５２Ｂとを有する。

第１保護回路５２Ａは、第１検出コイル１３の第１端１３ａと第２端１３ｂとの間に第１検出コイル１３と並列に接続されている。言い換えると、第１保護回路５２Ａは、受信アンプ５１の非反転入力端子（＋）とコモン線Ｃｏｍとの間に接続されている。第１保護回路５２Ａは、直列接続された第１抵抗素子５３ａ及び第１ダイオード５４ａを含んでいる。第１ダイオード５４ａのアノードが第１端１３ａ側で、第１ダイオード５４ａのカソードがコモン線Ｃｏｍ側となるように、即ち、第１ダイオード５４ａに順バイアスがかかるように、第１ダイオード５４ａが接続されている。

第２保護回路５２Ｂは、第２検出コイル１４の第１端１４ａと第２端１４ｂとの間に第２検出コイル１４と並列に接続されている。言い換えると、第２保護回路５２Ｂは、コモン線Ｃｏｍと受信アンプ５１の反転入力端子（－）との間に接続されている。第２保護回路５２Ｂは、直列接続された第２抵抗素子５３ｂ及び第２ダイオード５４ｂを含んでいる。第２ダイオード５４ｂのアノードがコモン線Ｃｏｍ側で、第２ダイオード５４ｂのカソードが第２端１４ｂ側となるように、即ち、第２ダイオード５４ｂに順バイアスがかかるように、第２ダイオード５４ｂが接続されている。

さらに、受信アンプ５１の非反転入力端子（＋）とコモン線Ｃｏｍとの間には、インピーダンス整合のための抵抗素子５５ａが接続されている。コモン線Ｃｏｍと受信アンプ５１の反転入力端子（－）との間には、インピーダンス整合のための抵抗素子５５ｂが接続されている。

続いて、受信部６２の動作について説明する。図７は、励磁部７１に入力されている励磁信号を示すグラフである。図８は、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４に発生する誘導電圧を示すグラフである。図９は、受信アンプ５１の出力電圧を示すグラフである。

厚さ測定においては、前述のステップＳ１０２において、励磁部７１は、励磁コイル１１へ励磁電流を印加して、対象物９に渦電流を発生させる。その後、励磁部７１が励磁コイル１１への励磁電流の印加を停止することによって、検出部７２による渦電流の検出が開始される。励磁部７１は、励磁信号がＯＮのときに励磁電流を出力する一方、励磁信号がＯＦＦのときに励磁電流の出力を停止する。つまり、図７に示すように、時間ｔ１において、励磁部７１は、励磁電流の出力を停止することによって励磁コイル１１による磁場の形成を停止する。このときの磁場の変動によって対象物９に渦電流が発生し、この渦電流によって検出コイル１２に誘導起電力が発生する。

図８に示すように、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４には、励磁電流の停止直後に大きな絶対値の誘導電圧が発生する。第１検出コイル１３には正の誘導電圧Ｖａ（図中の実線）が発生し、第２検出コイル１４には負の誘導電圧Ｖｂ（図中の破線）が発生する。第１検出コイル１３の誘導電圧Ｖａと第２検出コイル１４の誘導電圧Ｖｂとの電圧差（この例では、第１検出コイル１３の誘導電圧の絶対値と第２検出コイル１４の誘導電圧の絶対値とを加算した電圧）が受信アンプ５１への入力電圧となる。

このとき、第１保護回路５２Ａ及び第２保護回路５２Ｂには、第１ダイオード５４ａ及び第２ダイオード５４ｂの作用によって電流が流れる。図８においては、第１保護回路５２Ａ及び第２保護回路５２Ｂが無い場合の誘導電圧Ｖａ及び誘導電圧Ｖｂがそれぞれ二点鎖線で図示されている。第１保護回路５２Ａ及び第２保護回路５２Ｂによって、第１検出コイル１３の誘導電圧Ｖａの絶対値及び第２検出コイル１４の誘導電圧Ｖｂの絶対値が低減される。結果として、励磁電流の停止直後の受信アンプ５１への入力電圧が低減される。

一方、図９に示すように、受信アンプ５１の出力電圧Ｖｏは、励磁電流の停止後から上昇し、しばらくは上限値で飽和した状態となる。やがて、第１検出コイル１３の誘導電圧Ｖａ及び第２検出コイル１４の誘導電圧Ｖｂの減衰に伴って、受信アンプ５１の出力電圧Ｖｏも減衰し始める。出力電圧Ｖｏが所定の閾値ｘまで減衰したとき、即ち、時間ｔ２において、継続時間τの測定が開始される。時間ｔ１から時間ｔ２までの時間は、励磁電流が停止されてから継続時間τの測定が開始されるまでに要する時間であり、以下、「測定開始時間」と称する。

ここで、第１保護回路５２Ａ及び第２保護回路５２Ｂを流れる電流は、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４へ帰還する。第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４への帰還電流が大きいと、第１検出コイル１３の誘導電圧Ｖａ及び第２検出コイル１４の誘導電圧Ｖｂの減衰に時間を要し、図中の二点鎖線で示すように出力電圧Ｖｏの減衰にも時間を要する。そのため、測定開始時間Ｔが長くなる虞がある。しかし、第１保護回路５２Ａは、第１抵抗素子５３ａを含み、第２保護回路５２Ｂは、第２抵抗素子５３ｂを含んでいる。これら第１抵抗素子５３ａ及び第２抵抗素子５３ｂによって、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４への帰還電流が低減される。その結果、出力電圧Ｖｏの減衰が促進され、測定開始時間Ｔが短縮される。

特に、薄い対象物９の厚さを測定する場合には有効である。図４の渦電流のグラフは模式的であり、実際には誘導起電力の発生直後の電圧は、大きいので適切に検出されない。そのため、測定開始時間Ｔに達するまで、図４に示すような単調に減衰する電圧の変化を観測することができない。つまり、継続時間τを求めることもできない。対象物９の厚さが薄い場合には、継続時間τは短くなる。継続時間τが測定開始時間Ｔよりも短い場合には、継続時間τを求めることができず、結果として、対象物９の厚さを求めることができない。つまり、測定開始時間Ｔが短縮されると、渦電流に相当する電圧信号を適切に観測できる時期を早めることができ、薄い対象物９の厚さを求めることができるようになる。

尚、受信アンプ５１への入力電圧を低減する方法としては、第1保護回路５２Ａ及び第２保護回路５２Ｂの代わりに、第１検出コイル１３の第１端１３ａと正電源との間にダイオードを接続し、第２検出コイル１４の第２端１４ｂと負電源との間にダイオードを接続する構成が考えられる。第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４に大きな誘導起電力が発生した場合には、第１検出コイル１３から正電源側へ、負電源側から第２検出コイル１４へ電流が流れ、受信アンプ５１への入力電圧が低減される。しかし、この構成においては、ダイオードのリーク電流が誘導電圧の信号に重畳され、それが故に、受信アンプ５１の出力電圧Ｖｏの温度依存性が大きくなる。

それに対し、第１保護回路５２Ａ及び第２保護回路５２Ｂを設ける構成では、リーク電流の影響が低減され、受信アンプ５１の出力電圧Ｖｏの温度依存性が低減される。

その結果、受信部６２によれば、受信アンプ５１への入力電圧を低減し、測定開始時間Ｔを短縮し、受信アンプ５１の出力電圧Ｖｏの温度依存性を低減することができる。

以上のように、処理装置６（検出装置）は、励磁コイル１１によって対象物９に誘起された渦電流を検出する、直列接続された第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４と、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４が接続された受信アンプ５１と、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４に並列に接続された保護回路５２とを備え、第１検出コイル１３の第１端１３ａは、受信アンプ５１の非反転入力端子（＋）に接続され、第１検出コイル１３の第２端１３ｂは、第２検出コイル１４の第１端１４ａに接続され、第２検出コイル１４の第２端１４ｂは、受信アンプ５１の反転入力端子（－）に接続され、保護回路５２は、直列接続された第１抵抗素子５３ａ及び第１ダイオード５４ａを含み、第１検出コイル１３の第１端１３ａと第２端１３ｂとの間に第１検出コイル１３と並列に接続された第１保護回路５２Ａと、直列接続された第２抵抗素子５３ｂ及び第２ダイオード５４ｂを含み、第２検出コイル１４の第１端１４ａと第２端１４ｂとの間に第２検出コイル１４と並列に接続された第２保護回路５２Ｂとを有する。

また、厚さ測定装置１０は、処理装置６（検出装置）と、受信アンプ５１の出力電圧Ｖｏに基づいて、具体的には渦電流の継続時間に基づいて対象物９の厚さを求める厚さ導出部８４を備える。

これらの構成によれば、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４に大きな誘導起電力が発生した場合に、第１ダイオード５４ａ及び第２ダイオード５４ｂの作用によって第１保護回路５２Ａ及び第２保護回路５２Ｂに大きな電流が流れるため、受信アンプ５１への入力電圧が低減される。このとき、前述の第１検出コイル１３の第１端１３ａと正電源との間にダイオードを接続し、第２検出コイル１４の第２端１４ｂと負電源との間にダイオードを接続する構成と異なり、第１ダイオード５４ａ及び第２ダイオード５４ｂがそれぞれ正電源及び負電源に対して接続されていないので、受信アンプ５１の出力電圧Ｖｏの温度依存性が低減される。さらに、第１保護回路５２Ａ及び第２保護回路５２Ｂを流れる電流は、第１抵抗素子５３ａ及び第２抵抗素子５３ｂによって低減される。これにより、第１検出コイル１３及び第２検出コイル１４への帰還電流が低減され、測定開始時間Ｔが短縮される。その結果、渦電流を用いた測定、即ち、対象物９の厚さ測定に与える影響を低減しつつ、受信アンプ５１を保護することができる。

また、第１検出コイル１３の第２端１３ｂ及び第２検出コイル１４の第１端１４ａは、コモン線Ｃｏｍに接続されている。

この構成によれば、第１検出コイル１３の誘導電圧と第２検出コイル１４の誘導電圧との電圧差が受信アンプ５１へ入力される。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、厚さ測定装置１０の構成も一例に過ぎない。処理装置６と演算装置８は、一体的に構成されていてもよい。すなわち、１つの装置が処理装置６及び演算装置８の機能を有していてもよい。また、処理装置６と演算装置８とが有線で接続されていてもよい。また、１つの演算装置８に対して複数の処理装置６が接続されていてもよい。また、演算装置８は、無線又は有線により接続された他の装置に対して、演算した厚さに関するデータを送信するようにしてもよい。

プローブ１は、前述の構成に限られない。例えば、プローブ１は、２組の励磁コイル１１及び検出コイル１２を備えているが、励磁コイル１１及び検出コイル１２は、１組でもよく、３組以上であってもよい。励磁コイル１１と検出コイル１２とはそれぞれの軸心が一直線状になるように配置されていなくてもよい。励磁コイル１１と検出コイル１２とはそれぞれの軸心が一直線状になるように配置される場合、検出コイル１２よりも励磁コイル１１の方が対象物９の近くに配置されてもよい。また、プローブ１は、コア１５を備えていなくてもよい。

さらに、厚さ測定装置１０による厚さ測定は、一例に過ぎない。ＰＥＣによる厚さ測定方法は、様々であるので、任意の測定手法を採用することができる。

受信部６２は、一例に過ぎない。例えば、図１０に示すように、受信部２６２の受信アンプ５１は、単電源オペアンプであってもよい。図１０の例では、検出コイル１２は、第１検出コイル１３を１つだけ含んでいる。保護回路５２は、第１保護回路５２Ａを１つだけ含んでいる。受信アンプ５１の反転入力端子（－）は、接地されている。また、第１検出コイル１３の第２端１３ｂも接地されている。つまり、処理装置６は励磁コイル１１によって対象物９に誘起された渦電流を検出する第１検出コイル１３（検出コイル）と、非反転入力端子（＋）に第１検出コイル１３の第１端１３ａが接続され、反転入力端子（－）に第１検出コイル１３の第２端１３ｂが接続された受信アンプ５１と、第１検出コイル１３の第１端１３ａと第２端１３ｂとの間に第１検出コイル１３と並列に接続された第１保護回路５２Ａ（保護回路）とを備え、第１保護回路５２Ａは、直列接続された第１抵抗素子５３ａ（抵抗素子）及び第１ダイオード５４ａ（ダイオード）を含む。このような構成であっても、受信アンプ５１への入力電圧を低減し、測定開始時間Ｔを短縮し、受信アンプ５１の出力電圧Ｖｏの温度依存性を低減することができる。

フローチャートは、一例に過ぎない。フローチャートにおけるステップを適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行ってもよい。また、フローチャートにおけるステップの順番を変更したり、直列的な処理を並列的に処理したりしてもよい。

本明細書中に記載されている構成要素により実現される機能は、当該記載された機能を実現するようにプログラムされた、汎用プロセッサ、特定用途プロセッサ、集積回路、ＡＳＩＣｓ（Application Specific Integrated Circuits）、ＣＰＵ（a Central Processing Unit）、従来型の回路、及び／又はそれらの組合せを含む、回路（circuitry）又は演算回路（processing circuitry）において実装されてもよい。プロセッサは、トランジスタ及びその他の回路を含み、回路又は演算回路とみなされる。プロセッサは、メモリに格納されたプログラムを実行する、プログラマブルプロセッサ（programmed processor）であってもよい。

本明細書において、回路（circuitry）、ユニット、手段は、記載された機能を実現するようにプログラムされたハードウェア、又は実行するハードウェアである。当該ハードウェアは、本明細書に開示されているあらゆるハードウェア、又は、当該記載された機能を実現するようにプログラムされた、又は、実行するものとして知られているあらゆるハードウェアであってもよい。

当該ハードウェアが回路（circuitry）のタイプであるとみなされるプロセッサである場合、当該回路、手段、又はユニットは、ハードウェアと、当該ハードウェア及び又はプロセッサを構成する為に用いられるソフトウェアの組合せである。

１０ 厚さ測定装置
１１ 励磁コイル
１２ 検出コイル
１３ 第１検出コイル
１３ａ 第１端
１３ｂ 第２端
１４ 第２検出コイル
１４ａ 第１端
１４ｂ 第２端
５１ 受信アンプ
５２ 保護回路
５２Ａ 第１保護回路
５２Ｂ 第２保護回路
５３ａ 第１抵抗素子
５３ｂ 第２抵抗素子
５４ａ 第１ダイオード
５４ｂ 第２ダイオード
８４ 厚さ導出部
９ 対象物

Claims (4)

1. 励磁コイルによって対象物に誘起された渦電流を検出する、直列接続された第１検出コイル及び第２検出コイルと、
   前記第１検出コイル及び前記第２検出コイルが接続された受信アンプと、
   前記第１検出コイル及び前記第２検出コイルに並列に接続された保護回路とを備え、
   前記第１検出コイルの第１端は、前記受信アンプの非反転入力端子に接続され、
   前記第１検出コイルの第２端は、前記第２検出コイルの第１端に接続され、
   前記第２検出コイルの第２端は、前記受信アンプの反転入力端子に接続され、
   前記保護回路は、直列接続された第１抵抗素子及び第１ダイオードを含み、前記第１検出コイルの前記第１端と前記第２端との間に前記第１検出コイルと並列に接続された第１保護回路と、直列接続された第２抵抗素子及び第２ダイオードを含み、前記第２検出コイルの前記第１端と前記第２端との間に前記第２検出コイルと並列に接続された第２保護回路とを有する検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置において、
   前記第１検出コイルの前記第２端及び前記第２検出コイルの前記第１端は、コモン線に接続されている検出装置。
3. 励磁コイルによって対象物に誘起された渦電流を検出する検出コイルと、
   非反転入力端子に前記検出コイルの第１端が接続され、反転入力端子に前記検出コイルの第２端が接続された受信アンプと、
   前記検出コイルの前記第１端と前記第２端との間に前記検出コイルと並列に接続された保護回路とを備え、
   前記保護回路は、直列接続された抵抗素子及びダイオードを含む検出装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の検出装置と、
   前記受信アンプの出力電圧に基づいて前記対象物の厚さを求める厚さ導出部とを備える厚さ測定装置。
   
   

Images