JP2555335Y2

JP2555335Y2 - 渦電流探傷装置

Info

Publication number: JP2555335Y2
Application number: JP9206591U
Authority: JP
Inventors: 武男神村; 雅博片山; 保夫荒木; 直也清水; 弘次木寺; 保広大橋
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1997-11-19
Anticipated expiration: 2006-11-11
Also published as: JPH0543065U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、熱交換器伝熱管等の検
査に適用する渦電流探傷器に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器伝熱管の検査に適用されている
渦電流探傷プローブとして複数個例えば８個のセンサか
ら構成するものがある。図４はこのプローブの構成及び
検査時の状態を示したものである。

【０００３】この図４において、２０はプローブ内に設
けられるセンサで、同図（ｂ）に示すように円周上に一
定間隔を保って８個設けられる。各センサ２０は、それ
ぞれ２個の検出コイル１Ａ，１Ｂ〜８Ａ，８Ｂで構成さ
れ、その外側に同図（ａ）に示すように調芯バネ２１が
設けられる。上記検出コイル１Ａ，１Ｂ〜８Ａ，８Ｂ
は、ケーブル２３を介して渦電流探傷装置本体に接続さ
れる。また、プローブは、検査時に伝熱管２２内への挿
入をガイドするための案内チューブ２４を備えている。
上記プローブは、伝熱管２２内に挿入された際、調芯バ
ネ２１が伝熱管２２の内面に当接し、センサ２０と伝熱
管２２の内面との間隔が常に一定に保たれる。

【０００４】これらの各センサ２０は、２個の検出コイ
ル例えば１Ａ，１Ｂのインピーダンス変化の差（Ｄｉｆ
モード：自己比較モード）、および２個の検出コイルの
うち１個のコイルのインピーダンス変化（Ａｂｓモー
ド：標準比較モード）が電気信号として変換され、検査
信号として利用される。

【０００５】この時、コイルインピーダンスの変化は、
例えば１〜４種類の周波数によるものを検出する。従っ
て、図４に示したプローブによる場合、最大１２８点
（８個（センサ数）×２（Ａｂｓ−Ｄｉｆモード）×４
（周波数）×２（コイルインピーダンスのベクトル成分
／抵抗成分、リアクタンス成分））の信号が検出され
る。更に、検査に際してプローブは伝熱管２２内を高速
で走行し、この過程で測定される。この場合、例えば走
行速度を２０cm／秒とし、管の長さ方向の０．２mm毎に
測定するものとすると、１２８，０００点／秒（＝２０
０／０．２×１２８）の検出信号が得られる。

【０００６】図５はこのために適用されてきた従来の渦
電流探傷装置の回路構成を示したもので、特にセンサ部
は１センサ対応分のみを示している。図５において、１
は任意波形発生回路で、１波〜数波でステップ状に周波
数が変化する正弦波を発生する。この任意波形発生回路
１で発生した正弦波信号は、増幅器２を介してブリッジ
３に印加される。ブリッジ３は、試験用ブリッジ３１、
参照用ブリッジ３２から構成され、これらのブリッジ３
１，３２からＤｉｆモード、Ａｂｓモードの信号が得ら
れる。このブリッジ３１，３２から出力される信号は、
各々増幅器４１，４２で増幅され、位相検波器５１，５
２によりコイルインピーダンス変化に比例するベクトル
信号に変換された後、マルチプレクサ６を介してＡ／Ｄ
変換器７に入力され、ディジタル信号として測定され
る。なお、上記位相検波器５１，５２には、参照信号発
生回路８から参照信号が与えられ、マルチプレクサ６及
びＡ／Ｄ変換器７には、タイミング制御回路９からタイ
ミング信号が与えられる。

【０００７】図６は上記渦電流探傷装置における各部の
信号波形を示したものである。同図において、（イ）は
任意波形発生回路１から出力されてブリッジ３に印加さ
れる信号で、時間と共に周波数がｆ₁〜ｆ₄で変化する
正弦波である。

【０００８】（ロ）、（ハ）は位相検波回路５１，５２
を制御するための参照信号発生回路８から出力される信
号で、（イ）に同期した例えば矩形波で供給される。
（ニ）、（ホ）及び（ヘ）、（ト）は位相検波回路５
１，５２の出力であり、各々コイルインピーダンス変化
に比例するベクトル量である。（ニ）及び（ホ）はＤｉ
ｆモード、（ヘ）及び（ト）はＡｂｓモードに相当す
る。（チ）はマルチプレクサ６の出力信号で、（ニ）〜
（ト）の信号が順次切り換えられてＡ／Ｄ変換器７に入
力される。（リ）はＡ／Ｄ変換器７の出力信号で、ｆ₁
／Ａｂｓモード〜ｆ₄／Ｄｉｆモードまでの信号が直列
に出力される。これらは１個のセンサに対応するもので
あり、図４に示したプローブの場合、これらの信号が各
センサ毎に出力される。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の渦電流探傷装置では、次のような問題がある。

【００１０】（１）図４に示すようなプローブを用い
た場合、近接した各々のセンサ２０が同時に駆動され
る。このため各センサ２０は、互いに隣のコイルの発生
する高周波磁場の影響を受けて検出信号が変化する可能
性がある。（２）Ａｂｓモード信号を得る場合でも、Ａ，Ｂのセ
ンサコイルは同時に駆動され、このため前記（１）と同
様に検出信号に不必要な変化を与える。

【００１１】（３）図６のタイミングチャートに示す
ように、伝熱管２２の長さ方向の一点のデータを得るた
めには、ｔ＝０〜ｔ＝ｔ₄に及ぶ時間が必要となる。ｆ
₁〜ｆ₄の各周波数において、３山で１種類の周波数の
データが得られるものとすると、例えばｆ₁＝１０KHz
、ｆ₂＝２５KHz 、ｆ₃＝１００KHz 、ｆ₄＝２００K
Hz とすると、

【００１２】

【数１】

【００１３】となる。従って、プローブが２０cm／秒で
走行する場合、およそ０．１mm毎に測定することにな
り、このサンプルピッチでは粗すぎる場合が生じ、この
場合、プローブ走行速度を遅くしなければならない。

【００１４】（４）位相検波後の信号（ニ）〜（ト）
は、一般に積分回路に入力し、比較的長い積分を行なう
ことによりスムージングし、これにより信号のＳ／Ｎ
（信号対雑音比）を高める必要となるにもかかわらず、
ｆ₁〜ｆ₄と連続的に信号が変化するため、積分の時定
数を長く設定することが困難であり、従って、Ｓ／Ｎの
向上に問題が生ずる。

【００１５】（５）ｆ₁〜ｆ₄の周波数によって測定
された各々のデータには同時性がなく、厳密に伝熱管２
２の同一部分のインピーダンス変化ではない。従って、
渦電流探傷技術の一手法である信号演算法を適用する場
合、２信号の同時性を得るために複雑な信号処理を必要
とする。（６）位相検波器５１，５２から出力されるアナログ
信号をマルチプレクサ６に入力してスイッチングしてい
るので、Ｓ／Ｎの低下を招き易い。

【００１６】本考案は上記実情に鑑みてなされたもの
で、各センサを構成する２個の検出コイルによる磁界干
渉を防止して検出信号の波形歪みを無くすことができ、
かつ、データサンプリングを同時に可能としてサンプリ
ング周期を短縮できると共に信号の同時性を保ち、信号
演算法の適用に際して信号処理を単純化でき、更にＳ／
Ｎの低下を防止し得る渦電流探傷装置を提供することを
目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本考案に係る渦電流探傷
装置は、複数のセンサからなり、かつ、これらの各セン
サがそれぞれ２つの検出コイルにより構成されたプロー
ブを複数周波数により探傷して同時に多数の出力を得る
渦電流探傷装置において、上記センサを駆動するための
複数周波数の混合波信号を発生する任意波形発生回路
と、この任意波形発生回路から出力される上記混合波信
号を上記センサに対し、隣接するセンサが異なる群とな
るように２群に分けて交互に供給する第１のスイッチ
と、上記各センサを構成する２つの検出コイルの一方を
測定モードが自己比較モードの時に動作状態とし、標準
比較モードの時に非動作状態に切換える第２のスイッチ
と、上記各センサ毎に測定周波数と標準比較モード及び
自己比較モードの測定モードに対応して設けられ、上記
センサ出力信号を位相検波する位相検波回路と、これら
の位相検波回路の出力信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換器と、これらのＡ／Ｄ変換器の出力信号をシリ
アル信号に変換するデジタルマルチプレクサとを備えた
ことを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】任意波形発生回路より複数周波数の混合波信号
を発生し、第１のスイッチを介して２群のセンサに交互
に供給する。更に、この第１のスイッチにより選択的に
供給される混合波信号を第２のスイッチにより各センサ
を構成する２個の検出コイルに交互に供給する。そし
て、上記センサの出力信号を各センサ毎に測定周波数及
び測定モードに対応して設けらた位相検波回路により位
相検波し、その検波出力信号をそれぞれＡ／Ｄ変換器に
よりデジタル信号に変換する。更に、このデジタル化さ
れた信号をデジタルマルチプレクサに入力し、シリアル
信号に変換して出力する。

【００１９】上記のようにプローブを構成する複数のセ
ンサを２群に分け、スイッチにより近接したセンサを交
互に駆動することにより、近接したセンサ同志の磁界の
影響を防止して互いの磁界の干渉を無くすことができ
る。また、任意波形発生回路より複数種類の周波数を混
合してプローブを駆動することにより、サンプリング周
期を短縮できると共に信号の同時性が保たれ、信号演算
法の適用に際して信号処理が単純化される。更に、位相
検波出力をＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換し
た後、デジタルマルチプレクサを介して出力することに
より、マルチプレクサによりデジタル処理が可能とな
り、Ｓ／Ｎの低下が防止される。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本考案の一実施例を説
明する。図１は本考案の一実施例に係る渦電流探傷装置
の基本構成図、図２及び図３は図１における各部の信号
波形図である。

【００２１】図１において１Ａは、任意波形発生回路で
あり、図２（イ）〜（ニ）に示す周波数ｆ₁〜ｆ₄の正
弦波の混合波を出力する。任意波形発生回路１Ａの出力
信号は、２群に分割したセンサ郡へスイッチ１０により
交互に入力される。このスイッチ１０は、スイッチコン
トロール回路１２により切換えられる。上記センサ群
は、互いに隣接するセンサが異なる群となるように、例
えば奇数番目のセンサを第１のセンサ群、偶数番目のセ
ンサを第２のセンサ群としている。なお、図１では、１
センサ対応分のみを示している。

【００２２】上記スイッチ１０により切換えられた混合
波は、増幅器２により増幅された後、直接及びスイッチ
１１を介して通してブリッジ３に入力される。このブリ
ッジ３は、試験用プローブの検出コイルＡ，Ｂを備えた
試験用ブリッジ３１、及び参照用プローブの検出コイル
Ａ′，Ｂ′を備えた参照用ブリッジ３２により構成さ
れ、検出コイルＡ，Ａ′には増幅器２の出力が直接入力
され、検出コイルＢ，Ｂ′には増幅器２の出力がスイッ
チ１１を介して入力される。このスイッチ１１は、Ｄｉ
ｆモード（自己比較モード）では検出コイルＢ，Ｂ′を
増幅器２側に接続し、Ａｂｓモード（標準比較モード）
では検出コイルＢ，Ｂ′を抵抗を介して接地ラインに接
続するスイッチで、スイッチコントロール回路１３によ
り上記スイッチ１０の１／２の周期で動作させる。な
お、上記増幅器２としては、ｆ₁ 〜ｆ₄ の周波数を持つ
同調増幅器を用いても良い。

【００２３】上記試験用ブリッジ３１及び参照用ブリッ
ジ３２の出力は、増幅器４１１，４２１を経てｆ₁周波
数による参照信号発生回路８１から供給される参照信号
によって動作する位相検波回路５１１，５２１を経て、
各々ｆ₁周波数のＡｂｓモード信号（Ｘ・Ｙ成分）及び
ｆ₁周波数のＤｉｆモード信号（Ｘ・Ｙ成分）として出
力される。

【００２４】ここで、試験用ブリッジ３１からの出力で
増幅器４２１を経て位相検波器５２１へ入力される信号
は、スイッチ１１１によりスイッチングされ、コイル
Ａ，Ｂ間のインピーダンスの差異、又は増幅器４２１の
出力が零になるように接続される。また、スイッチ１１
１は、スイッチコントロール回路１３からの信号により
スイッチ１１と同期して作動する。位相検波器５１１，
５２１の出力（４信号）は、各々独立したＡ／Ｄ変換器
７に入力されてディジタル信号となる。

【００２５】同様にブリッジ３の出力は、参照信号発生
回路８２，８３，８４、スイッチ１１２，１１３，１１
４、及び位相検波回路５１２，５２２，５２３，５１
４，５２４によってｆ₂，ｆ₃，ｆ₄周波数による測定
信号として検出され、Ａ／Ｄ変換器７によりディジタル
化した後、デジタルマルチプレクサ６Ａに入力され、シ
リアルのディジタル信号として出力される。

【００２６】次に上記実施例の動作を図２及び図３に示
すタイミングチャートを参照して説明する。図２におい
て、（ホ）は周波数ｆ₁〜ｆ₄の混合波、（ヘ）はスイ
ッチ１０の駆動信号、（ト）はブリッジ３への入力信
号、（チ）は１１，１１１〜１１４スイッチの駆動信
号、（リ）は試験用ブリッジ３１，参照用ブリッジ３２
の検出コイルＢ，Ｂ′に印加される混合波である。ま
た、（ヌ）〜（ワ）は位相検波回路５１１，５２１〜５
１４，５２４に入力される参照信号であり、これにより
ｆ₁〜ｆ₄に相当する出力が得られる。

【００２７】図３に示す（カ）〜（ソ）は、検波後の出
力信号例を示したもので、（カ）、（ヨ）はｆ₁周波数
のＡｂｓモード出力であり、この前半部は近接コイルの
磁場の影響を受けている部分、後半部は近接コイルの影
響を受けない真のＡｂｓモード出力である。また、
（タ）、（レ）はｆ₁周波数のＤｉｆモード出力（Ｘ・
Ｙ成分）であり、この場合、真のＡｂｓモード信号が出
力されている後半部については出力＝０となる。これら
の出力はｆ₁〜ｆ₄、Ａｂｓ／Ｄｉｆモードの全出力に
ついて同時に出力され、図１に示した構成によると合計
１６点の信号が出力される。

【００２８】図３（ツ）はタイミング制御回路９から出
力されるＡ／Ｄ変換器７に対するＡ／Ｄ変換の指令信号
であり、この信号が入ることにより、（ネ）に示すよう
にＡｂｓモード、Ｄｉｆモードの信号がディジタル化さ
れる。また、（ナ）はデジタルマルチプレクサ６Ａの出
力信号であり、タイミング制御回路９からの指令信号に
よりシリアルの情報として並べられて出力される。

【００２９】なお、図１に示した構成によるとスイッチ
１０を一方（増幅器２側）に固定し、スイッチ１１，１
１１〜１１４をＤｉｆモード・Ａｂｓモードの一方に固
定した場合、４センサ対応の機能を持つ装置として対応
することができる。

【００３０】上記実施例で示したようにプローブを構成
する複数のセンサを２群に分け、スイッチ１０により近
接したセンサを交互に駆動させることにより、近接した
センサ同志の磁界の影響を防止して互いの磁界の干渉を
無くすことができる。例えば図４に示した構成のプロー
ブを使用する場合、検出コイル１Ａ，１Ｂが動作するタ
イミングでは、検出コイル２Ａ，２Ｂ及び検出コイル８
Ａ，８Ｂによる磁界は発生せず、コイル１Ａ，１Ｂが発
生する磁界へ影響を与えない。

【００３１】また、２個の検出コイルＡ，Ｂで構成され
る２個のプローブを用い、一方のプローブを試験用プロ
ーブ、他の一方を参照用プローブとし、試験用プローブ
によりＡｂｓモードの信号を得る場合、上記スイッチ１
０の後段に更にモードを切換えるスイッチ１１及びスイ
ッチ１１１〜１１４を設けることにより、試験用プロー
ブの２個のコイルによる磁界の干渉を防止して、検出信
号の波形歪みを無くすることができる。例えば図４に示
したプローブにおいて、コイル１Ａ，１Ｂのうち１Ａの
インピーダンスを測定する際、コイル１Ａにより発生す
る磁界を無くし、コイル１Ｂによるコイル１Ａへの磁界
の干渉を防止できる。

【００３２】更に、任意波形発生回路１Ａよりｆ₁〜ｆ
₄の４種類の周波数を混合してプローブを駆動すること
により、図６で示した従来装置のタイミングチャートで
示した信号（イ）のｔ＝ｔ₀〜ｔ＝ｔ₄にいたる時間を
短縮化し、ｔ＝ｔ₀〜ｔ＝ｔ₁にいたる時間でデータを
サンプリングすることができる。従って、サンプリング
周期を従来装置と同レベルに保持する時には、位相検波
後の出力を積分する出力を積分する時間を長く設定で
き、Ｓ／Ｎを高くすることが可能となる。また、上記の
ようにデータサンプリングを同時に行なえるため、信号
の同時性が保たれ、信号演算法の適用に際して信号処理
が単純化される。

【００３３】更にまた、位相検波出力をＡ／Ｄ変換器７
によりデジタルデータに変換した後、デジタルマルチプ
レクサ６Ａを介して出力するようにしているので、マル
チプレクサによりデジタル処理が可能となり、Ｓ／Ｎの
低下を確実に防止することができる。

【００３４】

【考案の効果】以上詳記したように本考案によれば、各
センサを構成する２個の検出コイルによる磁界干渉を防
止して検出信号の波形歪みを無くすことができ、かつ、
データサンプリングを同時に可能としてサンプリング周
期を短縮できると共に信号の同時性を保ち、信号演算法
の適用に際して信号処理を単純化でき、更にＳ／Ｎの低
下を防止し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る渦電流探傷装置の基本
構成図。

【図２】同実施例の動作を示すタイミングチャート。

【図３】同実施例の動作を示すタイミングチャート。

【図４】マルチセンサプローブの構成図。

【図５】従来の渦電流探傷装置の基本構成図。

【図６】従来装置の動作を示すタイミングチャート。

【符号の説明】１Ａ…任意波形発生回路、２…増幅器、３…ブリッジ、
３１…試験用ブリッジ、３２…参照用ブリッジ、６Ａ…
デジタルマルチプレクサ、７…Ａ／Ｄ変換器、９…タイ
ミング制御回路、１０，１１，１１１〜１１４…スイッ
チ、１２，１３…スイッチコントロール回路、４１１〜
４１４，４２１〜４２４…増幅器、５１１〜５１４，５
２１〜５２４…位相検波器、８１〜８４…参照信号発生
回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者荒木保夫兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)考案者清水直也兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)考案者木寺弘次兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目８番25号高菱エンジニアリング株式会社内 (72)考案者大橋保広兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目８番25号高菱エンジニアリング株式会社内

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】複数のセンサからなり、かつ、これらの
各センサがそれぞれ２つの検出コイルにより構成された
プローブを複数周波数により探傷して同時に多数の出力
を得る渦電流探傷装置において、上記センサを駆動するための複数周波数の混合波信号を
発生する任意波形発生回路と、この任意波形発生回路か
ら出力される上記混合波信号を上記センサに対し、隣接
するセンサが異なる群となるように２群に分けて交互に
供給する第１のスイッチと、上記各センサを構成する２
つの検出コイルの一方を測定モードが自己比較モードの
時に動作状態とし、標準比較モードの時に非動作状態に
切換える第２のスイッチと、上記各センサ毎に測定周波
数と標準比較モード及び自己比較モードの測定モードに
対応して設けられ、上記センサ出力信号を位相検波する
位相検波回路と、これらの位相検波回路の出力信号をそ
れぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、これらのＡ／Ｄ
変換器の出力信号をシリアル信号に変換するデジタルマ
ルチプレクサとを具備したことを特徴とする渦電流探傷
装置。