JP4101110B2 - 渦流探傷センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁などを支える鋼線（ワイヤーロープ）などにおける錆の有無、欠損・断線などを検出する渦流探傷センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケーブル（鋼線）の錆を検出する方法として、渦流探傷装置からなるセンサを用いたケーブルの錆検出方法がある。これは鋼線のパスライン上に渦流探傷装置のセンサを配置して、センサを貫通して通過する鋼線の錆などを電磁気的に検出する技術である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、架空されている活線状態にある電線の錆の発生を非破壊検査する電線検査装置として、開閉できるように分割したコイルをケーブルの周囲を取り囲むように配置して、検査する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、本出願人は、可撓性基板の両端部に設けた接続部と、該接続部間に設けたそれぞれ独立した複数本の配線からなる配線パターンと、該複数本の配線の両端に配置した接続部にそれぞれ接続された接続端子とを設けた可撓性基板からなる探傷検査用コイル素子を、パイプに巻きつけたりパイプに装着したボビンに巻きつけ探傷用検査コイルを形成することを提案している（特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３４６０８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１２８３２８号公報
【特許文献３】
特許第３２４７６６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載された鋼線の検査方法は、中空孔５４に鋼線が貫通するようにセンサコイル１を巻きつけたコイルボビン５０を配置しているので、図７（Ａ）に示すように鋼線束９０の全周囲に所定の間隔ｄを保ってコイルボビン５０が位置するときには、センサコイル１と鋼線束９０の表面の距離は等しくｄ＋Ｔとなり少ない誤差で鋼線の錆や腐食や傷などを検出することができるが、図７（Ｂ）に示すようにコイルボビンと鋼線束を相対的に移動させる必要からコイルボビンの中空孔５４の内径が鋼線束９０の外径より大きく設定されているので、鋼線束を移動するときの生じる偏心によって鋼線束の外周とセンサコイルの内周との間隔が変動して、センサコイル１と鋼線束９０の表面の距離は最大で２ｄ＋Ｔ、最小でＴとなり、いわゆる渦流探傷法におけるガタ信号と呼ばれるノイズ信号を生成して検査に影響するという問題を有している。さらに、表面をモールド材でモールドした鋼線束において、モールド材の内部で鋼線束が偏在するような場合には、モールド材の表面がセンサコイルと一定の間隔を維持していてもセンサと鋼線束の間隔が変化し、前述のノイズ信号を生成して検査に影響を与えるおそれがある。
【０００７】
また、特許文献２に記載される電線検査装置は、切れ目の無い鋼線にセンサを取りつける作業が困難であるという問題点を有しており、また、巻きつけない場合でも周囲に分割したコイルを多数配置する構成は、センサの構造を複雑にするという問題を有している。
【０００８】
同様に、特許文献３に記載される可撓性基板を用いたコイルをボビンに巻いた場合にも、特許文献１と同様に管とボビンとの間隙が偏心して誤差を生じる問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、特許文献３に示される可撓性基板からなるコイル素子を使用して、例えば橋梁などを支える鋼線などの磁性体の線状体の錆や傷などを、現場においてノイズを低減して非破壊検査することができる渦流探傷センサを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、磁性体からなる線状、棒状、ロープ状、管状などの測定対象の錆や傷を検出する渦流探傷センサであって、測定対象に外嵌され測定対象に沿って相対的に移動可能に配置されるコイルボビンと、該コイルボビンのコイル巻きつけ部に巻き回される探傷用検査コイルを有し、前記コイルボビンが、非磁性体材料を用いて中空円筒状に構成されるとともに、コイルボビンのコイル巻きつけ部の外径を２Ｒとしたときに、上記相対的移動時の測定対象とコイルとの距離が常にＲ／π以上となるように、外径と内径との差が２Ｒ／π以上で、測定対象に装着したコイルボビンに前記探傷用検査コイルを巻きつけてセンサコイルを形成するようにした。
【００１１】
さらに、本発明は、上記渦流探傷センサにおいて、前記渦流探傷検査用コイルを、可撓性基板に設けたそれぞれ独立した複数本の配線からなる配線パターンおよび前記可撓性基板の両端部に設けた接続部ならびに前記複数本の配線の両端にそれぞれ接続されるとともに前記接続部にそれぞれ接続された接続端子を有するコイル素子として形成し、前記コイルボビンを該コイルボビンの長手方向の軸を含む面で分割可能に構成した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる渦流探傷センサの構成を、鋼線の錆や傷を検査する場合を例にして、図１を用いて説明する。図１は本発明にかかる渦流探傷センサを鋼線に装着して錆や傷などを検査する状態を模式的に示す概念図である。図２は図１に示す渦流探傷センサのコイルボビン中央部付近で長手方向に直交する面での断面図である。
【００１３】
本発明にかかる渦流探傷センサ５は、鋼線（測定対象）９０に装着したコイルボビン５０に渦流探傷検査用コイル１を巻きつけて構成される。ここで、コイルの巻きつけを現場で容易にするために、コイルボビン５０に溝部５１から成るコイル巻きつけ部を設けても良く、さらに可撓性基板に設けたそれぞれ独立した複数本の配線からなる配線パターンおよび前記可撓性基板の両端部に設けた接続部ならびに前記複数本の配線の両端にそれぞれ接続されるとともに前記接続部にそれぞれ接続された接続端子を有するコイル素子を用いてコイルを構成してもよい。
【００１４】
合成樹脂などの非磁性体で構成されたコイルボビン５０は、中空孔５４を有し、両端部にフランジ５７が、中間部に渦流探傷検査用コイル素子１を巻きつける溝部５１が形成された中空円筒状に形成されており、フランジ５７に設けた蝶番５６で開閉自在にされた分割面５２を有しており、該コイルボビンの長手方向の軸を含む面で２分割して、鋼線９０を挟み込んで装着されるように構成されている。
【００１５】
ここで、測定対象９０がコイルの内側に位置する場所によって、どのようにがたつきによるノイズの影響を受けるかについて検討する。本発明の渦流探傷センサが利用する渦流探傷方法は、以下の二つの原理を利用していると考えられる。すなわち、（ア）コイル内を貫通する磁束の変化を計測する、（イ）測定対象の表面に渦電流を発生させてその変化を計測する（渦流探傷法）。ただし、本発明が使用する方法は、測定対象の物理的な変化（錆や傷の発生など）に基づくコイルのインダクタンス変化を検知するものであるが、双方の原理ともコイルのインダクタンスが変化するので、二つの原理を明確に区別して探傷しているわけではない。
【００１６】
上記（ア）の方法では、コイル内のどの位置に測定対象があっても比較的同じような信号を得ることができるのに対し、（イ）の方法では、コイルと測定対象が接近（通常の渦流探傷法では１〜２ｍｍ程度が望ましい）していないと錆や傷を正確に計測することができない。したがって、本発明は、（ア）の方法を主として（イ）の方法による影響を少なくする方法を用いた渦流探傷センサを提供するものである。
【００１７】
図３および図４を用いて、（イ）の方法（渦流探傷法）による影響がコイル内のどの位置まで及ぶかを下記（１）、（２）式により定義する。（イ）の渦流探傷法が影響する範囲は、コイルに流れる電流が作り出す磁場が測定対象に影響を及ぼす範囲である。そのためには、コイル内の磁場の分布を知る必要がある。コイルを流れる電流（円形電流）がコイルの内部でどのような磁場を形成するかを一般的に簡単に示すことはできない。そこでコイル内部の磁場を次の様に近似して求めることとした。図３（Ａ）に示すように、コイル半径：Ｒ、透磁率：μとすると、電流値Ｉの円形電流がコイルの中心に作る磁場Ｂは、下記（１）式となる。また、図３（Ｂ）に示すように、コイルに流れる直線電流Ｉによって電線から距離ｒ離れたところに作る磁場Ｂは下記（２）式となる
【００１８】
Ｂ＝μＩ／２Ｒ・・・・（１）
Ｂ＝μＩ／２πｒ・・・（２）
【００１９】
コイルの中心部では距離の変化による磁場の変動が少ない（１）式に従い、コイル巻き線の近傍では距離の変化による磁場の変動が大きい（２）式が支配的であると考えられる。図４は、半径Ｒの円形電流線上を原点０とし、中心に向かってどのように磁場が変化するかを近似的に示したものである。円形電流内部の磁場変化は、０からＲ／πの範囲では距離によって磁場が大きく変化する（２）式に従い、Ｒ／πからＲの範囲では距離によって磁場が変化しない（１）式に従うと近似できる。すなわち、（１）式に従う磁場が一定の範囲では、距離の変動が前述の（イ）の方法に対して影響を及ぼさないのに対して、（２）式に従う磁場が変動する範囲では、距離の変動が前述の（イ）の方法に対して大きな影響を与える。したがって、前述の（イ）の方法による影響が少なく、前述（ア）の方法が支配的となる部分は、図３（Ｃ）に示すように、コイルの線上からＲ／π以上離れた斜線以外の部分になる。
【００２０】
すなわち、本発明では、コイルボビンのコイル巻きつけ部の外径を２Ｒとしたときにコイル巻きつけ部の厚みをＲ／π以上として、前述の（イ）の方法による影響を押さえて、（ア）の方法が支配的となるようなセンサの構成とした。
【００２１】
この条件が適切であるか否かを図５および図６に示す実測結果を用いて説明する。図５は、半径Ｒが２７ｍｍのコイルの内部に半径８ｍｍの鉄棒を挿入し、この鉄棒をコイルの内壁からコイルの中心へ向けて移動させたときの渦流探傷装置を介して見たセンサの出力を示している。鉄棒がコイルの内壁に接している場合を距離０ｍｍとし、１９ｍｍ移動した場合には鉄棒はコイル中心に達する。コイルの出力は、鉄棒がコイルの内壁に接しているときには０．４６Ｖであったが、コイルの内壁から６ｍｍ離れたところでは０．２３Ｖ、８ｍｍ離れたところでは０．１９Ｖ、１０ｍｍ離れたところでは０．１６Ｖ、１２ｍｍ離れたところでは０．１５Ｖ、鉄棒がコイルの中心にあるときは０．１３Ｖであった。６ｍｍから８ｍｍで鉄棒が動いたときの出力変化が０．０４Ｖあるのに対して、１０ｍｍから１２ｍｍの間で鉄棒が動いたときの出力変化は、０．０１Ｖである。コイルの半径Ｒが２７ｍｍの場合、Ｒ／πは８．６ｍｍとなり、コイル線上からＲ／π以上離れたときの鉄棒の位置によるセンサ出力変化量は極めて小さくなることがわかる。
【００２２】
図６を用いて、コイルを用いて亜鉛メッキ鋼線を渦流探傷方法により実測した例を説明する。半径Ｒが２７ｍｍのコイルの内部に直径が１５ｍｍの亜鉛メッキ鋼線を挿入し長手方向にコイルを移動する。コイルボビンの厚みを１ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍの３通りとして探傷を行い、がたつきによる影響を調べた。亜鉛メッキ鋼線は長手方向の位置Ａにおいて、亜鉛メッキ部分を除去しているものを使用した。曲線ＢＣ００Ｙは図２に示すコイルボビンの厚みが１ｍｍの場合であり、曲線ＢＣ１０Ｙは図２に示すコイルボビンの厚みが１０ｍｍの場合であり、曲線ＢＣ２０Ｙは図２に示すコイルボビンの厚みが２０ｍｍの場合である。コイルボビンの厚みが１ｍｍの場合は、信号強度は大きいがコイルボビンを移動させたときのがたつきによるノイズが大きく亜鉛メッキ鋼線の亜鉛メッキの有無による出力の変化を容易に見出すことは困難である。コイルボビンの厚みが１０ｍｍの場合は、信号強度が多少減少するもののコイルボビンを移動させたときのがたつきによるノイズは１ｍｍの場合よりも小さくなり、亜鉛メッキの有無による出力の変化を見出すことができる。さらに、コイルボビンの厚みが２０ｍｍの場合は、亜鉛メッキ除去による信号強度は１ｍｍのおよそ７割程度に減少するがコイルボビンを移動させたときのがたつきによるノイズは極めて小さく亜鉛メッキの有無による出力の変化を容易に見出すことができる。
【００２３】
以上の説明では、橋梁の支持鋼索用鋼線を測定対象とした場合について説明したが、測定対象は上記鋼線に限らず、磁性体を用いた、鋳造配管、エレベータケーブルやクレーンブルなどの鋼線束、その他磁性体からなる線状体の錆や腐食などを検査することができる。
【００２４】
また、渦流探傷センサ５のコイルボビン５０における溝部５１の肉厚を厚くする手法としては、コイルボビンを肉厚に一体に形成する手法だけに限らず、溝部５１に取り付けることが可能な非磁性体からなるスペーサを別途設け、これを溝部に取りつけることによって、間隙ｄと肉厚Ｔの比を任意にかつ容易に変更することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、渦流探傷センサのコイルと測定対象との間に一定の距離をとることで、測定対象がコイルボビンの中空孔内で偏心することによるノイズ信号を小さくすることができる。このとき、渦流探傷センサのコイルと測定対象の距離を取ることによる検知能力の減少はほとんど無く偏心によるノイズ信号を大きく減少させることができる。
【００２６】
さらに、渦流探傷センサのコイルを、両端に接続部を有する可撓性プリント基板を用い、接続具によって接続して構成することによって、切れ目のない生きたままの測定対象に対して、渦流探傷センサを簡単に勝つ迅速に装着し、検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる渦流探傷装置の構成の概要を説明する概念図。
【図２】本発明にかかる渦流探傷装置の渦流探傷センサの測定原理を説明する断面図。
【図３】本発明にかかる渦流探傷装置の測定原理を説明する図。
【図４】図３の（１）式と（２）式の特性図。
【図５】本発明にかかる渦流センサ素子の出力コイル内での測定対象の位置に依存した出力の実測図。
【図６】本発明を用いた渦流センサ素子の鋼線束の渦流探傷実測図。
【図７】従来の渦流探傷装置の渦流探傷センサの測定原理を説明する断面図。
【符号の説明】
１ 渦流探傷検査用コイル素子
２０ 配線パターン
３ 渦流探傷演算部
４０ 接続具
５ 渦流探傷センサ
５０ コイルボビン
５１ 溝部（コイル巻きつけ部）
５２ 分割面
５４ 中空孔
５６ 蝶番
５７ フランジ部
９０ 測定対象（鋼線）

Claims (3)

1. 磁性体からなる線状、棒状、ロープ状、管状などの測定対象の錆や傷を検出する渦流探傷センサであって、
   測定対象に外嵌され測定対象に沿って相対的に移動可能なコイルボビンと、
   該コイルボビンのコイル巻きつけ部に巻回される探傷用検査コイルを有し、
   前記コイルボビンは、非磁性体材料を用いて中空円筒状に構成されるとともに、コイルボビンのコイル巻きつけ部の外径を２Ｒとしたときに、上記相対的移動時の測定対象とコイルとの距離が常にＲ／π以上となるように、該外径と該コイルボビンの内径との差が２Ｒ／π以上となっており、
   測定対象に装着したコイルボビンに前記探傷用検査コイルを巻きつける
   ことを特徴とする渦流探傷センサ。
2. 前記探傷用検査コイルが、可撓性基板に設けたそれぞれ独立した複数本の配線からなる配線パターンおよび前記可撓性基板の両端部に設けた接続部ならびに前記複数本の配線の両端にそれぞれ接続されるとともに前記接続部にそれぞれ接続された接続端子を有する探傷用検査コイル素子である
   ことを特徴とする請求項１に記載の渦流探傷センサ。
3. 前記コイルボビンが該コイルボビンの長手方向の軸を含む面で分割可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の渦流探傷センサ。

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