JP6378554B2 - 非破壊検査装置および非破壊検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導を利用して被検体の非破壊検査を行う非破壊検査装置および非破壊検査方法に関する。

特許文献１〜５に示すように、電磁誘導を利用した渦流探傷装置において、正弦波発生器、励磁コイルを駆動する駆動回路、励磁コイルおよび検出コイルからなるセンサ、検出コイルの出力を増幅する増幅回路および同期検波回路を含む解析回路等で構成された装置が提案され、使用されている。

図１６は、従来技術によるセンサの一例である。
この図１６に示すように、センサは、被検体に強力な磁場を印加することを目的として、珪素鋼板、フェライト等の磁性体からなる励磁コア１０２に励磁コイル１０１を巻回してなる励磁器を被検体２に対向させ、その励磁コイル１０１を一定電圧の正弦波で励磁する。励磁コイル１０１の内側には、検出コイル１０４を配置している。
例えば特許文献６には、上記したようなセンサにおいて、検出コイル１０４の出力に基づき、同期検波等の手段により被検体深部に生ずる渦電流の変化を検出し、減肉、傷等の検出を管の外部から行う構成が開示されている。

特許第３７５３４９９号公報 特許第３２６６１２８号公報 特開２０１０−４８５５２号公報 特許第３８９６４８９号公報 特開３０１０−５４３５２号公報 特許第４７５６４０９号公報

しかし、実際の被検体２は、磁性と導電性をともに有する金属性の管本体２ａであることがある。このような管本体２ａは、グラスウール等の保温材２ｂで覆われ、更にその外側はアルミ、トタン、ステンレス等の防露材２ｃで覆われている場合が多い。磁性と導電性をともに有する金属管等にあっては渦電流効果のため励磁交番磁界が被検体内部に浸透しにくい。特に磁性がある場合は、周波数の影響を強く受け、周波数が高くなるにつれ減衰が極めて大きくなる。その結果、被検体２の内部に交番磁界が極端に浸透しにくくなる。さらに、被検体２となる管本体２ａが保温材２ｂで覆われているために、被検体２である管本体２ａとセンサ間の距離、即ちリフトオフが大きくならざるを得ない。これにより、検出信号の出力が極端に小さくなってしまう。
さらに、防露材２ｃや保温材２ｂの厚さが、部位によって変動することもある。
その結果、これらの影響によって、被検体２の管本体２ａの厚さ、減肉や傷等の検出の精度を確保するのが困難となる。
そこでなされた本発明の目的は、センサと被検体との距離、すなわちリフトオフが大きい状態であっても被検体の検査を精度よく行うことのできる非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、被検体に対向する励磁コイルと、前記被検体に対向する検出コイルと、前記検出コイルに生ずる電圧の振幅および位相を検出する信号処理部と、を備え、交番信号を前記励磁コイルに印加することにより前記被検体を励磁し、前記被検体に生じた渦電流による磁束を含む磁界変化を前記検出コイルにより検出する非破壊検査装置であって、前記励磁コイルは、前記励磁コイルの中心軸が、前記検出コイルの中心軸に対して傾斜し、かつ前記検出コイルの前記中心軸に交差するよう設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、励磁コイルを被検体に対向させて配置し、交番電圧により被検体を励磁すると、被検体に渦電流を生じる。この渦電流による磁束は励磁磁束と逆方向の磁束となるため、総合的な磁界が変化する。この総合的な磁界変化を検出コイルにより信号電圧として検出し、その信号電圧の振幅および位相を検出することによって、被検体の厚さを測定して、減肉や傷等の有無を検査することができる。
そして、励磁コイルの中心軸が、検出コイルの中心軸に交差するよう設けられているので、励磁コイルの中心軸と検出コイルの中心軸との交差位置が、被検体の内部または被検体よりセンサに近い側となるように設定することで、被検体の部分に磁界を集中させることができる。

また、前記検出コイルが中央部に配置され、前記励磁コイルは、前記検出コイルの外周部に周方向に間隔をあけて複数設けられ、複数の前記励磁コイルの中心軸が前記検出コイルの中心軸の同一位置に集中して交差するよう設けられているようにしてもよい。
これにより、被検体の部分に、より一層強い磁界を集中させることができる。

また、前記励磁コイルと電磁的に結合された参照コイルをさらに備え、前記信号処理部は、前記磁界を前記検出コイルの交番信号電圧として検出し、その交番信号電圧の振幅および位相を、前記参照コイルに発生する電圧の振幅および位相を基準として検出するようにしてもよい。
これにより、センサと被検体との距離であるリフトオフや、励磁コイルの直流抵抗の温度変化、励磁コイルに磁性体を使用している場合はその透磁率の温度変化等の影響を抑えることができる。

また、前記信号処理部は、前記検出コイルに発生する電圧の振幅および位相を変数として含む連立方程式を立て、前記被検体の厚さが既知の較正点における前記被検体の既知の厚さ、電圧および位相の測定値に基づき、前記連立方程式を解くことにより、前記変数の前記被検体の厚さに対する係数または定数を求め、求められた前記係数または前記定数を用いて各測定点での前記電圧の振幅値および位相値から前記被検体の厚さを推定するようにしてもよい。
さらに、前記信号処理部は、前記連立方程式に、前記被検体の厚さに影響を与える要素値を変数として含めて立てるようにしてもよい。これにより、被検体の厚さに影響を与える要素の影響を抑えることができる。
ここで、前記被検体が厚さ方向に複数の層を有している場合、前記要素値として、前記被検体の複数の前記層どうしの間隔、前記被検体において前記検出コイルに近い側の前記層の厚さの少なくとも一つを設定するようにしてもよい。
これにより、被検体の層間間隔や、検出コイルに近い側の層の厚さの影響を抑え、目的とする被検体の層の厚さを推定することができる。

また、前記信号処理部は、前記要素値と前記被検体の厚さとの積を変数として含む前記連立方程式を立て、前記要素値と、前記要素値と前記被検体の厚さとの交互作用と、を含んで前記被検体の厚さを推定するようにしてもよい。
これによって、被検体の厚さをより高精度に推定することができる。

また、本発明は、上記したような非破壊検査装置における非破壊検査方法であって、前記励磁コイルを前記被検体に対向させた状態で、前記励磁コイルを交番電圧で励振することによって、前記検出コイルから出力される電圧を前記信号処理部に入力し、前記信号処理部で、入力された前記電圧の振幅および位相を検出することによって、前記被検体の厚さを推定するようにしてもよい。

本発明によれば、センサの被検体に対向する端面と被検体との距離、即ちリフトオフが大きい状態であっても被検体の検査を精度よく行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る非破壊検査装置の構成を示す図である。 上記非破壊検査装置を構成するセンサを示す図である。 上記センサにおける励磁器の配置例を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態の実施例の測定結果であって、被検体を測定したときの振幅比を示す図である。 同、被検体を測定したときの位相差を示す図である。 同、振幅比と位相差のベクトル図を示す図である。 同、測定結果に３元連立方程式を適応した場合を示す図である。 同、４元連立方程式を用いた場合を示す図である。 同、管本体と防露材との間隔Ｇと、管本体の厚さＴとの交互作用を示す図である。 同、５元連立方程式を用いた場合を示す図である。 同、５元連立方程式を用い、図１０とは変数を異ならせた場合を示す図である。 同、６元連立方程式を用いた場合を示す図である。 同、防露材の厚さｔと管本体の厚さＴとの交互作用を示す図である。 同、７元連立方程式を用いた場合を示す図である。 同、７元連立方程式を用いた場合を示す図である。 従来のセンサの構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による非破壊検査装置および非破壊検査方法を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る非破壊検査装置の実施形態を示す図である。図２は、非破壊検査装置を構成するセンサを示す図である。図３は、上記センサにおける励磁器の配置例を示す平面図である。
図１、図２に示すように、非破壊検査装置は、センサ１と、測定装置（信号処理部）４と、を備えている。

ここで、検査対象となる被検体２は、磁性と導電性をともに有する金属製の管本体２ａと、管本体２ａの外周部を覆うグラスウール等の保温材２ｂと、保温材２ｂの外周側を覆うアルミ、トタン、ステンレス等からなる防露材（検出コイルに近い側の層）２ｃと、を備えている。なお、管本体等は断面図のうち中心軸線より上の部分のみを示している。

図２に示すように、センサ１は、励磁器１２と、検出器１１と、を備えている。
センサ１は、中央部に検出器１１を備え、検出器１１の外周部に複数の励磁器１２を備えている。

検出器１１は、検出コイル１１２を備えている。

検出コイル１１２は、空芯コイルであり、センサ１の中央部に配置されている。なお検出コイル１１２は、フェライト等の磁性体からなるコア材を用いても良いが、励磁磁束が上記コア材に直接誘引されるため、磁界が乱れ、リフトオフを大きく取らざるを得ない場合は、得策ではない。

このような検出器１１は、検出コイル１１２の中心軸Ｃｋを被検体２に直交させた状態で、検出コイル１１２を被検体２に対向させて配置される。

複数の励磁器１２は、検出器１１の外周部に放射状に配置されている。ここで、図３に示すように、励磁器１２は、検出器１１を中心として、例えばその両側に３個ずつ、計６個が放射状に配置されている。

図２に示すように、各励磁器１２は、励磁コア１２１と、励磁コイル１２２と、参照コイル１２３と、を備えている。

励磁コア１２１は、フェライト等磁性体からなる。励磁コア１２１は、第一コア部１２１ａと、第一コア部１２１ａの一端から直交して延びる第二コア部１２１ｂと、を有し、逆略Ｌ字状をなしている。
ここで、励磁コア１２１は、第二コア部１２１ｂよりも第一コア部１２１ａの方が長く形成されている。そして、励磁コア１２１は、第一コア部１２１ａを検出器１１側に向けて配置されている。

励磁コイル１２２は、励磁コア１２１の第一コア部１２１ａ，第二コア部１２１ｂの外周側にそれぞれ巻き回され、互いに直列に接続されている。

参照コイル１２３は、第一コア部１２１ａの先端部において、励磁コイル１２２の内側に巻き回されている。なお、この参照コイル１２３は、励磁コイル１２２の外側に巻き回してもよい。

これら励磁コイル１２２，参照コイル１２３は、それぞれ励磁コア１２１に電磁的に接続されている。また、複数の励磁器１２間において、複数の励磁コア１２１に巻き回された励磁コイル１２２および参照コイル１２３は、それぞれ直列に接続されている。また、全ての励磁コイル１２２の極性は同相とされている。これにより、ある瞬間の磁力線の向きは、例えば、検出コイル１１２の中心軸Ｃｋと重なって図２の下向きになるごとく、励磁コイル１２２は巻き方向、巻き始め、巻き終わり等が選択して配作されている。

このように励磁コイル１２２および参照コイル１２３を備えた励磁コア１２１は、第一コア部１２１ａの中心軸Ｃｒが、検出器１１の中心軸Ｃｋと、被検体２側で交差するよう配置されている。複数の励磁器１２間で、励磁コア１２１の中心軸Ｃｒは、検出器１１の中心軸Ｃｋに対して同一位置で交差するよう、励磁コア１２１が配置されている。さらに、複数の励磁器１２の励磁コア１２１の中心軸Ｃｒと、検出器１１の中心軸Ｃｋとの交差位置は、被検体２の表面よりも上方に位置するよう設定するのが好ましい。
このようにして、複数の励磁器１２で発生する励磁磁束が、センサ１において被検体２に対向する側の端面２ｔに対して被検体２側で集中するようになっている。そして、複数の励磁器１２の励磁コア１２２による磁力線は、円弧状に湾曲しているので、励磁コア１２１の中心軸Ｃｒと検出器１１の中心軸Ｃｋとが幾何学的に交差する位置より下側で、被検体２の外表面に直交する方向（中心軸Ｃｋ方向）を向く。したがって、被検体２に垂直な励磁磁束を生成し、感度のよいセンサ１を構成することができる。

また、検出器１１において被検体２に近い端面１１ｆよりも、励磁器１２において被検体２に近い端面１２ｆの方が、被検体２から離れた位置に配置されている。励磁器１２端面１２ｆが、検出器１１の端面１１ｆよりも被検体２に近い位置にあると、励磁コイル１２２から出た磁力線のうち被検体２から離れる方向（図２の上方）に向かう磁力線が、より多く検出コイル１１２に鎖交し、感度が低下する。そこで、励磁器１２を検出器１１よりも被検体２から離すことで、励磁コイル１２２の磁力線のうち被検体２側に向かう磁力線をより多く検出器１１に鎖交させ、前記被検体２から離れる方向へ向かう磁束を相殺して、感度の低下を抑えるのである。

図１に示すように、測定装置４は、コンピュータ４０５、表示・記録器４０６、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）４０１、電力増幅器４０２、マルチプレクサ４０３、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）４０４から構成されている。

測定装置４は、コンピュータ４０５で発生させた複数周波数の正弦波を合成したデジタル信号または単一周波数の正弦波デジタル信号を、デジタル−アナログ変換器４０１でアナログ信号に変換する。変換されたアナログ信号は、電力増幅器４０２で増幅され、励磁コイル１２２を励振する。

この測定装置４は、励磁コイル１２２を交番電圧で励振し、参照コイル１２３に発生する電圧と検出コイル１１２に発生する電圧との差である被測定信号を受け取る。
検出コイル１１２の出力は、マルチプレクサ４０３を介してアナログ−デジタル変換器４０４によりデジタル信号に変換され、コンピュータ４０５に供給される。
また、参照コイル１２３の出力は、マルチプレクサ４０３を介してアナログ−デジタル変換器４０４に入力されてデジタル信号に変換され、コンピュータ４０５に入力される。

コンピュータ４０５においては、デジタル信号に変換された前記参照コイル１２３の出力信号と、検出コイル１１２の出力信号とを、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により振幅と位相を算定する。

一般的に正弦波信号は、その周波数、振幅と位相の組み合わせで一意的に表現することが可能である。検出コイル１１２の出力は、その値そのものは温度や電圧変動等の変動要因で変動する場合が多い。そこで、検出コイル１１２とともに温度や電圧変動等の変動を受ける参照コイル１２３の出力と、検出コイル１１２の出力を対比することで、精度の高いデータ集録が可能である。
より具体的には検出コイル１１２の出力の振幅は、参照コイル１２３の出力を分母とする振幅比として表す。また、検出コイル１１２の出力の位相は、参照コイル１２３の出力の位相を基準とした位相差として表す。これにより、精度の良い測定出力を得られる。

また、励磁器１２における励磁磁束は、励磁コイル１２２の直流抵抗値の温度変化、励磁コア１２１の透磁率の温度変化に影響される。そこで、励磁磁束そのものを参照コイル１２３で検出し、高速フーリエ変換して取得された振幅の絶対値を基準値と比較し、その差が限りなく零に近くなるよう前記励磁信号をコンピュータ４０５により制御する。即ち、コンピュータ４０５では、デジタル的に負帰還を施すようにしてもよい。
一般的に、励磁コイル１２２のごときインダクティブ負荷にアナログ負帰還を施すことは、位相回転が大きいために発振し易く、非常に困難である。しかし、デジタル負帰還を施せば、マルチプレクサ４０３は一種の高速サンプリングであるので、サンプリング制御が可能である。

上述したような非破壊検査装置、非破壊検査方法によれば、励磁コイル１２２は、励磁コイル１２２の中心軸Ｃｒが、検出コイル１１２の中心軸Ｃｋに対して傾斜し、かつ検出コイル１１２の中心軸Ｃｋに交差するよう設けられている。これにより、励磁コイル１２２の中心軸Ｃｒと検出コイル１１２の中心軸Ｃｋとの交差位置が、被検体２の表面よりセンサ１に近い位置となるように設定することで、センサ１と被検体２との距離であるリフトオフの影響を抑え、被検体２に入射する励磁磁束の垂直成分を大きく出来るので、測定・検査の感度・精度を高めることが可能となる。

また、センサ１は、検出コイル１１２が中央部に配置され、励磁コイル１２２は、検出コイル１１２の外周部に周方向に間隔をあけて複数設けられ、複数の励磁コイル１２２の中心軸Ｃｒが検出コイル１１２の中心軸Ｃｋの同一位置に集中して交差するよう設けられている。このようにして複数の励磁コイル１２２で同一位置を集中的に励磁することで、被検体２の管本体２ａの厚さＴを、より高精度に検出することが可能となる。

また、励磁コイル１２２と電磁的に結合された参照コイル１２３をさらに備え、コンピュータ４０５は、励磁コイル１２２を励磁することによって検出コイル１１２に発生する電圧の振幅および位相を、参照コイル１２３に発生する電圧の振幅および位相を基準として検出するようにした。これにより、センサ１と被検体２との距離であるリフトオフや、温度変化の影響を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、センサ１からの出力信号に基づき、コンピュータ４０５で被検体２の管本体２ａの肉厚を検出する手法については、何ら限定するものではない。

（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる非破壊検査装置および非破壊検査方法の第２の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第２の実施形態においては、上記第１の実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
この第２の実施形態では、上記第１の実施形態に対し、センサ１および測定装置４の構造については何らの変更はない。この実施形態では、コンピュータ４０５で被検体の管本体２ａの肉厚を検出する具体的な手法の一例を開示する。

コンピュータ４０５では、例えば、以下のようにして被検体２の管本体２ａの厚さを検出する。
非破壊検査装置では、被検体２の肉厚が既知の特定点で測定装置を較正し、その較正値に基づき、被検体２の外表面に沿ってセンサ１を移動させながら、複数個所で検出を行っていく。較正の方法としては、まず、振幅比、位相差等の測定要素を変数とし、これから被検体２の厚さを推定する方程式を作り、被検体２の肉厚が既知の前記較正点での測定要素値と前記既知の肉厚値を前記方程式に代入した連立方程式を解いて、各要素変数の被検体厚さに与える寄与係数や定数を求める。これにより、前記肉厚推定方程式の係数、定数を確定、即ち被検体肉厚推定方程式を確立する。各測定点での被検体肉厚は、その測定点での要素測定値を前記被検体肉厚推定方程式に代入して求める。
より具体的には、較正点における検出コイル１１２、参照コイル１２３からの出力信号に基づき、コンピュータ４０５は、連立方程式を立てる。コンピュータ４０５は、この連立方程式を解くことで、被検体２の管本体２ａの厚さＴを推定する推定方程式の係数、定数を確定する。

ここで、管本体２ａの厚さＴを推定する方程式として、管本体２ａの厚さＴの推定に変動を与える要素値を含む推定方程式を用いるのが好ましい。
さらに、管本体２ａの厚さＴを推定する方程式中に、管本体２ａの厚さＴの推定に変動を与える要素値と防露材２ｃの厚さとの交互作用を含むのが好ましい。
特に好ましいのは、管本体２ａの厚さＴの推定に変動を与える要素値と、管本体２ａの厚さＴの推定に変動を与える要素値と防露材２ｃの厚さｔとの交互作用と、を含むようにすることである。

以下、コンピュータ４０５において、被検体２の管本体２ａの厚さを検出するのに用いる連立方程式の例を示す。
式（１）は、管本体２ａの厚さを推定する７元一次連立方程式である。
この７元一次連立方程式は、管本体２ａの厚さの測定に変動を与える要素値として、管本体２ａと防露材２ｃとの間隔Ｇと、防露材２ｃの厚さｔと、管本体２ａと防露材２ｃとの間隔Ｇと防露材２ｃの厚さｔとの積である交互作用Ｇ＊Ｔと、防露材２ｃの厚さｔと管本体２ａの厚さＴさとの積である交互作用ｔ＊Ｔと、を含んでいる。
ここで、Ｘは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）にて直接測定された振幅比、Ｙは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）にて直接測定された位相差、ａ〜ｇは、各変数の係数である。

この連立方程式（１）において、係数ａ〜ｇを求める方法は種々あるが、例えば行列式を使用したクラメルの公式を使用する方法が直感的でわかりやすい。
式（２）は、係数ａ〜ｇを求めるのに用いる分母Ｍ０を表わす行列式で、最右端の第７欄を全て１とした行列式を示す。

この式（２）に基づき、係数ａ〜ｇを求める。
係数ａを求める式（３）は、行列式（２）の第１欄に式（１）の右辺Ｔ１〜Ｔ７を入れた行列式を分子とし、これを分母Ｍ０で割った値となる。
係数ｂを求める式（４）は、行列式（２）の第２欄に式（１）の右辺Ｔ１〜Ｔ７を入れた行列式を分子とし、これを分母Ｍ０で割った値となる。
このように、係数ｃを求めるには、行列式（２）の第３欄に式（１）の右辺Ｔ１〜Ｔ７を入れた行列式を分子とする。係数ｄを求めるには、行列式（２）の第４欄に式（１）の右辺Ｔ１〜Ｔ７を入れた行列式を分子とする。係数ｅを求めるには、行列式（２）の第５欄に式（１）の右辺Ｔ１〜Ｔ７を入れた行列式を分子とする。係数ｆを求めるには、行列式（２）の第６欄に式（１）の右辺Ｔ１〜Ｔ７を入れた行列式を分子とする。係数ｇを求めるには、行列式（２）の第７欄に式（１）の右辺Ｔ１〜Ｔ７を入れた行列式を分子とする（式（５））。そして、これらの分子を分母Ｍ０で割った値が、係数ｃ〜ｇとなる。

かくして、任意に測定された数値より、管本体２ａの厚さＴを推定する方程式は、管本体２ａの厚さＴの推定に変動を与える要素値による較正で求められた係数ａ〜ｇを使用し、式（６）のように示される。

この式（６）から、移項して式（７）となり、最終的に管本体２ａの厚さＴは式（８）のように表わされる。
なおここで、式（８）において０での除算を防ぐため、式（９）が条件となる。

このようにして、較正点で求めた数値から連立方程式により各係数を求め、それにより管本体２ａの厚さＴを推定する。

上述した構成によれば、上記第１の実施形態と同様、センサ１と被検体２との距離であるリフトオフや、温度変化の影響を抑え、被検体２の肉厚変化、内面傷等による信号の変化分を精度よく検出することが可能となる。

さらに、管本体２ａの厚さを推定する方程式として、管本体２ａの厚さＴの推定に変動を与える要素値を含む連立方程式を用いるようにした。これにより、被検体２の管本体２ａの厚さＴに影響を与える要素の影響を抑えることができる。
さらに、管本体２ａの厚さを推定する方程式中に、管本体２ａの厚さＴの推定に変動を与える要素値と、被検体２において検出コイル１１２に近い側の層である防露材２ｃの厚さｔとの交互作用を含むことで、より一層、高精度な測定が行える。

また、管本体２ａの厚さを推定する方程式中に、管本体２ａの厚さＴの推定に変動を与える要素値と、管本体２ａの厚さＴの推定に変動を与える要素値と防露材２ｃの厚さとの交互作用と、を含むようにすることで、さらにより一層、高精度な測定が行える。

（その他の実施形態）
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。

例えば、上記実施形態では、７元一次連立方程式を用い、条件が互いにできるだけ異なる７点の較正点を選択するようにしたが、これに限らない。３元、４元といった、元数が低い連立方程式を用いてもよい。
従って、目的に応じて、管本体２ａの厚さＴに与える変動要素とその変動要素と管本体２ａの厚さＴとの交互作用を適宜選択し、必要とする部位のみ７元連立方程式等の多元連立方程式で高精度測定を行うという方法も可能である。

また、本実施例は、被検体２がステンレス鋼ＳＵＳ３０４の場合で説明したが、被検体２は、他の金属体、例えばアルミ等の導電体、または炭素鋼のごとく導電性と磁性をともに有する材料等にも適用可能である。

また、被検体２の構成については何ら限定するものではなく、被検体２はいかなる構成であってもよい。例えば、単にセンサより遠く離れた被検体２であっても、上記構成により、高精度な測定を行うことができる。

また、励磁コア１２１の両脚のうち長い方の第一コア部１２１ａに参照コイル１２３が巻かれ、この長い第一コア部１２１ａの方が検出器１１に対向するように配置されている。これは、その方が検出結果が良いからであるが、逆の配置としても良い。
また、６個の励磁器１２は３個づつ左右に集中するごとく配設されているが、円周上に均等に配置してもよい。また、励磁器１２の数は、６個に限らず、例えば、８個、１２個等としてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

次に、上記実施形態に示した構成のセンサの実施例として、実証実験を行ったのでその結果を以下に示す。
本実施例のセンサの諸元は以下の通りである。
励磁コア１２１としてフェライトコアを使用し、断面積１７０平方ｍｍ，Ｌ字型の励磁コア１２１の第一コア部１２１ａの中心長さ１５０ｍｍ，励磁コア１２１の第二コア部１２１ｂの中心長さ８０ｍｍとした。また、参照コイル１２３として直径０．３ｍｍフォルマル線を１２０回巻回し、励磁コイル１２２は直径１ｍｍのフォルマル線を長短両脚全長にわたり２１０回巻回した。

検出器１１は、直径５５ｍｍ，高さ４５ｍｍの空芯コイルで直径０．２ｍｍのフォルマル線を９０００回巻回した。この検出器１１を中心とし、６個の励磁器１２の先端部分が半径７０ｍｍに位置するよう配設した。

また、較正、測定においては、６本の励磁コイル１２２を直列接続し、３５Ｈｚ，波高値３Ｖの正弦波で励振した。また検出コイルの軸線と励磁コイルの軸線との角度は３０°以上であると結果が良好で、本実施例では５５°を採用した。

図１において、被検体２の管本体２ａの厚さＴを他の諸条件に影響されず独立に測定出来ることが理想であるが、現実は大きく異なる。そこで、それら諸条件の影響を明確に把握するため、保温材２ｂまたは間隔Ｇと、被検体２の防露材２ｃの厚さｔを大きくとり測定を実施した。
また、被検体２は管体または缶体で円弧または円周をともなうが、本質を把握するため、要素を単純化し、平板状の被検体２として測定した。
具体的には、リフトオフＬ＝０，防露材２ｃの厚さｔ＝３０ｍｍ，間隔Ｇ＝８０ｍｍ，管本体２ａの厚さＴ＝３５ｍｍを基準とした。そして、管本体２ａの厚さＴを３０ｍｍに変化させた時の測定値が、リフトオフＬ，防露材２ｃの厚さｔ，間隔Ｇを変化させた時にどのように影響されるかを測定した。

表１は、測定点名と測定した条件を示す。

即ち、被検体２としてステンレスＳＵＳ３０４を使用し、防露材２ｃの厚さｔとして３０ｍｍと３２．６ｍｍ，管本体２ａの厚さＴとして３０ｍｍと３５ｍｍ，両層の間隔Ｇとして８０ｍｍと９０ｍｍ，リフトオフＬとして０と２ｍｍの各組み合わせで、それぞれ５回ずつ測定した。
図４は、本発明の第２の実施形態の実施例の測定結果であって、被検体を測定したときの振幅比を示す図である。図５は、被検体を測定したときの位相差を示す図である。
測定した結果を図４，図５に示す。図４は振幅比を、図５は位相差（ｒａｄ）で示す。図６は、振幅比と位相差のベクトル図を示す図である。

図４、図５に示すように、大型の被検体２においても、再現性よく、高精度で、高い信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）の測定値を取得することが可能となった。
振幅比は正弦波の波高値で言わばベクトルの絶対値で、位相差はその角度なので、ベクトルスコープとしては本来円グラフとして表現しなければならない。しかし、振幅比をＸ軸とし、位相差をＹ軸としてＸＹ直交座標で表現すれば、図６に示すように、高精度な測定が可能であることを示している。

このように、図４〜図６から明らかなように、振幅比、位相差ともリフトオフＬ、間隔Ｇ，防露材２ｃの厚さｔにより大きく変化する。

現実の測定においては、リフトオフは実際にセンサを被検体２に当てる当て方により微妙に異なり、これを制御することは困難である。しかし、間隔Ｇ，防露材２ｃの厚さｔは、位置の関数として把握することが可能である場合が多い。例えば、間隔Ｇは、一定の傾斜で拡大または縮小している場合が多い。また、被検体２において防露材２ｃは外周側に位置しているので、防露材２ｃの厚さｔは、例えば超音波厚み計等で予め計測が可能である。かかる観点より、リフトオフの影響は無視できるような測定法がのぞましい。

そこで、管本体２ａの厚さＴを推定する方程式として振幅比Ｘ，位相差Ｙとする、３元連立方程式（１０）を用いた。

そして、リフトオフの異なる点Ｂ１を含む３個の較正点Ｂ０，Ｃ０，Ｂ１での測定値から係数および定数ａ，ｂ，ｃを求め、その係数を用いて、任意の測定点での測定値から管本体２ａの厚さＴを推定した。
図７は、測定結果に３元連立方程式を適応した場合の管本体の厚さの推定結果を示す図である。
図７に示すように、較正点Ｂ０，Ｂ１では、Ｔ＝３５ｍｍ，較正点Ｃ０，Ｃ１ではＴ＝３０ｍｍと正しい結果が得られるが、較正点Ｄ０，Ａ０，Ｄ１，Ａ１点での推定値は大きく異なった。
また、ｔ＝３２．６ｍｍの場合は、較正点Ａ２が近い値を示すが、他は大きく異なっていた。

そこで、間隔Ｇを厚さ推定方程式中に取り込んだ４元連立方程式とした場合を図８に示す。
その結果、図７の推定結果に比べればかなり改善されたが、較正点Ｄ０，Ｄ１に違いが残る。較正点Ｄ０，Ｄ１は、管本体２ａの厚さＴと間隔Ｇがともに変化した場合である。

図９は、Ｌ＝０，ｔ＝３０ｍｍ一定の状態で、管本体２ａの厚さＴと間隔Ｇを変化させた場合の交互作用を示す。
この図９から明らかなように、管本体２ａの厚さＴと間隔Ｇとの相関は、完全な平行四辺形ではない。このことから、間隔Ｇと管本体２ａの厚さＴとの間に交互作用があることが判明した。

そこで、交互作用として、間隔Ｇと管本体２ａの厚さＴの積ＧＴを変数として取り込んだ５元連立方程式を用いた。そして、較正点をＢ０，Ｃ０，Ｄ０，Ａ０，Ｂ１とした場合の結果を図１０に示す。
図１０から明らかなように、較正点Ｃ０，Ｄ０，Ｃ１では正確なＴ値を示し、較正点Ｄ１もかなり精度が良くなっている。

図１１は、５元連立方程式を用い、図１０とは変数を異ならせた場合の管本体の厚さの推定結果を示す図である。ここでは、較正点としてＢ０，Ｃ０，Ａ０，Ｂ１，Ｂ２を選択した。
その結果、図１１に示すように、ｔ＝３２．６ｍｍの場合であっても高い精度、ことに基準点であるＴ＝３５ｍｍ付近では高い精度を得ることが可能である。

図１２は、６元連立方程式を用いた場合の管本体の厚さの推定結果を示す図である。
図１２は、更に変数として防露材２ｃの厚さｔを取り込んだ６元連立方程式とした場合であり、精度は更に改善される。

図１３は、防露材の厚さｔと管本体の厚さＴとの交互作用を示す図である。
ここで、防露材２ｃの厚さｔと管本体２ａの厚さＴとの間には、図１３に示すように交互作用がある。
そこで、防露材２ｃの厚さｔと管本体２ａの厚さＴとの間の交互作用をそれらの積ｔＴとして変数に取り込んだ７元連立方程式とした場合を図１４に示す。
図１４に示すように、リフトオフＬ、間隔Ｇ，防露材２ｃの厚さｔに無関係に２層目の管本体２ａの厚さＴを高精度で測定することが可能となった。この場合において７元連立方程式をクラメル法で解き、各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，および定数ｇを実際に求めた一例を表２に示す。

図１５は、７元連立方程式を用いた場合の管本体の厚さの推定結果を示す図である。
リフトオフの変動が少ない場合には、防露材２ｃの厚さｔの変動に、より注目して較正点を選択すれば、図１５のように防露材２ｃの厚さｔの変動、間隔Ｇの変動に関係なく、管本体２ａの厚さＴを正確に測定することが可能となる。

１ センサ
２ 被検体
２ａ 管本体
２ｂ 保温材
２ｃ 防露材（検出コイルに近い側の層）
４ 測定装置
１１ 検出器
１１ｆ 端面
１２ 励磁器
１２ｆ 端面
２１ 被検体
２２ 被検体
１１２ 検出コイル
１２１ 励磁コア
１２１ａ 第一コア部
１２１ｂ 第二コア部
１２２ 励磁コイル
１２３ 参照コイル
４０１ アナログ変換器
４０２ 電力増幅器
４０３ マルチプレクサ
４０４ デジタル変換器
４０５ コンピュータ（信号処理部）
４０６ 表示記録器
Ｃｋ 中心軸線
Ｃｒ 中心軸線

Claims (6)

1. 被検体に対向する励磁コイルと、
   前記被検体に対向する検出コイルと、
   前記検出コイルに生ずる電圧の振幅および位相を検出する信号処理部と、を備え、
   交番信号を前記励磁コイルに印加することにより前記被検体を励磁し、前記被検体に生じた渦電流による磁束を含む磁界変化を前記検出コイルにより検出する非破壊検査装置であって、
   前記励磁コイルは、前記励磁コイルの中心軸が、前記検出コイルの中心軸に対して傾斜し、かつ前記検出コイルの前記中心軸に交差するよう設けられ、
   前記信号処理部は、前記検出コイルに発生する電圧の振幅および位相を変数として含む連立方程式を立て、前記被検体の推定対象の厚さが既知の較正点における前記被検体の既知の推定対象の厚さ、電圧の振幅および位相の測定値に基づき、前記連立方程式を解くことにより、前記変数の前記被検体の推定対象の厚さに対する係数または定数を求め、求められた前記係数または前記定数を用いて各測定点での前記電圧の振幅値および位相値から前記被検体の推定対象の厚さを推定し、
   前記信号処理部は、前記連立方程式に、前記被検体の推定対象の厚さに影響を与える要素値を変数として含めて立てられ、
   前記被検体が厚さ方向に複数の層を有し、
   前記要素値として、前記被検体の複数の前記層どうしの間隔、前記被検体において前記検出コイルに近い側の前記層の厚さの少なくとも一つを設定することを特徴とする非破壊検査装置。
2. 前記検出コイルが中央部に配置され、
   前記励磁コイルは、前記検出コイルの外周部に周方向に間隔をあけて複数設けられ、
   複数の前記励磁コイルの中心軸が前記検出コイルの中心軸の同一位置に集中して交差するよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
3. 前記励磁コイルと電磁的に結合された参照コイルをさらに備え、
   前記信号処理部は、前記磁界を前記検出コイルの交番信号電圧として検出し、その交番信号電圧の振幅および位相を、前記参照コイルに発生する電圧の振幅および位相を基準として検出することを特徴とする請求項１または２に記載の非破壊検査装置。
4. 前記信号処理部は、前記要素値と前記被検体の推定対象の厚さとの積を変数として含む前記連立方程式を立て、前記要素値と、前記要素値と前記被検体の推定対象の厚さとの交互作用と、を含んで前記被検体の推定対象の厚さを推定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
5. 前記励磁コイルは、コアの一端が前記検出コイルと被検体に対向し、前記コアの他の一端も被検体に対向するごとく配置された励磁コアに巻回されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の非破壊検査装置における非破壊検査方法であって、
   前記励磁コイルを前記被検体に対向させた状態で、前記励磁コイルを交番電圧で励振することによって、前記検出コイルから出力される電圧を前記信号処理部に入力し、
   前記信号処理部で、入力された前記電圧の振幅および位相を検出することによって、前記被検体の推定対象の厚さを推定することを特徴とする非破壊検査方法。
   

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