JP7269141B2

JP7269141B2 - プローブ

Info

Publication number: JP7269141B2
Application number: JP2019165173A
Authority: JP
Inventors: 一成萩原; 大介一瀬
Original assignee: Tlv Co Ltd
Current assignee: Tlv Co Ltd
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2023-05-08
Anticipated expiration: 2039-09-11
Also published as: JP2021043059A

Description

この発明は、対象物に渦電流を発生させ且つ対象物の渦電流を検出するためのプローブに関する。

従来より、渦電流を利用した探傷に用いられるプローブ（渦流探傷プローブ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、検査の対象物等から受ける熱的な影響を軽減してその検出特性の安定化を図るべく、プローブの検出ヘッドに空気を供給するエアノズルの構成が開示されている。

特開２００６－２２０５４１号公報

上述したプローブの構成では、空気の供給によって熱的な影響は軽減されるかもしれないが、対象物（測定面）の正確な温度を測定できない虞がある。そのため、対象物の渦電流の検出値（測定値）に対して適切な温度補正を行うことが困難である。

この発明は、対象物等から受ける熱的な影響を軽減しつつ、対象物の正確な温度を測定することができるプローブを提供することを目的とする。

本発明によって提供される対象物に渦電流を発生させ且つ対象物の渦電流を検出するためのプローブは、励磁コイル、検出コイル、温度センサ、ケーシング及び断熱材を備える。励磁コイルは、励磁電流による磁束で対象物に渦電流を発生させる。検出コイルは、対象物の渦電流を検出する。温度センサは、対象物が放射する赤外線を非接触で検出する検出部を有する。ケーシングは、励磁コイル、検出コイル及び温度センサを収容する。断熱材は、ケーシングの外周面に配置され、対象物に対向する。また、検出部は、赤外線が入射するように、少なくとも一部が前記ケーシングの開口部を介して対象物に対向し、断熱材は、赤外線が通過する通過孔であって、検出部と検出部に対向する対象物とを連通する通過孔を有する。

上記通過孔には、筒が嵌入されていていもよい。

上記通過孔には、赤外線が通過可能なガラス素材の棒状体が嵌入されていてもよい。

上記通過孔における少なくとも対象物側の端部は、赤外線が通過可能なガラス素材の蓋部材で閉栓されていもよい。

この発明によれば、赤外線が通過する通過孔を有する断熱材を、対象物に対向するようにケーシングの外周面に配置しているので、対象物等から受ける熱的な影響を軽減しつつ、対象物の正確な温度を測定することができる。これにより、対象物の渦電流の検出値（測定値）に対して適切な温度補正を行うことができ、プローブの検出精度を向上させることができる。

この発明の実施形態に係るプローブの配置例を示す斜視図である。この発明の実施形態に係るプローブの分解図である。図１のＩ－Ｉ線におけるプローブの部分的な縦断面図である。この発明の別の実施形態に係るプローブの部分的な縦断面図である。この発明の別の実施形態に係るプローブの部分的な縦断面図である。この発明の別の実施形態に係るプローブの部分的な縦断面図である。この発明の別の実施形態に係るプローブの部分的な縦断面図である。

図面を参照してこの発明の実施形態に係るプローブについて説明する。なお、この発明の構成は、実施形態に限定されるものではない。

図１は、この発明の実施形態に係るプローブ１の配置例を示す斜視図である。図２は、プローブ１の分解図である。図３は、図１のＩ－Ｉ線におけるプローブ１の部分的な縦断面図である。

プローブ１は、蒸気プラント等で使用される配管５００に固定的に配置され、パルス渦電流探傷（ＰＥＣ:Pulsed Eddy Current）によって、金属製の配管５００に渦電流を発生させ且つ発生した渦電流を検出する。これにより、非接触で配管（対象物）５００の厚さ等を測定（検出）でき、配管５００の腐食等を発見することができる。また、プローブ１は、配管５００の温度も検出（測定）する。例えば、プローブ１は図示しない制御装置に検出結果を送出可能であり、また制御装置はコンピュータ（外部機器）と有線又は無線の通信を行って各検出結果を送信可能である。作業者はコンピュータ（外部機器）において各検出結果を確認することができる。なお、複数のプローブ１を複数の検査箇所のそれぞれに設置しておき、複数のプローブ１からの検出結果を制御装置を介してコンピュータに送信するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、検査の対象物として配管５００を用いているが、渦電流が発生する炭素鋼等の種々の物体（平板、円筒形）を対象物として適用可能である。

プローブ１は、カバー１１、ケーシング１２、断熱材１３及び取付部１４等から構成される。カバー１１は、ケーシング１２の上部を覆うように配置される。ケーシング１２は、励磁コイル２１、検出コイル２２、温度センサ３１等を収容する。励磁コイル２１は、励磁電流による磁束で配管５００に渦電流を発生させる。検出コイル２１は、配管５００の渦電流を検出する。温度センサ３１は、検出部３２等を有し、配管５００の温度を測定する。本実施形態の温度センサ３１は、サーモパイル３２２を用いて、非接触で配管５００の温度を測定する放射温度計である。詳細は後述する。

断熱材１３は、凹型形状を呈し、凹部においてケーシング１２の下部を収容する。取付部１４は、蓋部材１４１、収容部材１４２及び固定部材１４４等を備え、ケーシング１２を配管５００に固定する。

蓋部材１４１は、ケーシング１２とネジ結合する。なお、ケーシング１２は、蓋部材１４１とネジ結合した状態で断熱材１３に収容される。収容部材１４２は、凹部において断熱材１３を収容する。また、収容部材１４２は、フリンジ部１４３において、蓋部材１４１及び第一固定部材１４４Ａ（フリンジ部１５１）とネジ結合する。

固定部材１４４は、断面が半円形状の第一固定部材１４４Ａ及び第二固定部材１４４Ｂ等から構成される。第一固定部材１４４Ａと第二固定部材１４４Ｂとは、フリンジ部１４５Ａ，１４５Ｂにおいて配管５００を内包した状態でネジ結合する。また、固定部材１４４は、固定ネジによって配管５００に固定される。

第一固定部材１４４Ａは、外周面に形成された開口部１５０において収容部材１４２を挿通するとともに、フリンジ部１５１において、蓋部材１４１及び収容部材１４２（フリンジ部１４３）とネジ結合する。

次に、ケーシング１２の内部の構成について説明する。図３に示すように、ケーシング１２は、励磁コイル２１、検出コイル２２及び温度センサ３１等を収容する。また、ケーシング１２は、図示しないが、プローブ１の全体を制御する制御部（マイクロコンピュータ）、制御装置と通信を行う通信部等を収容する。制御部は、制御装置からの要求に応じて、各検出結果を通信部を介して制御装置に送信する。

励磁コイル２１及び検出コイル２２は、それぞれの軸心が一直線上になるように配列されている。また、励磁コイル２１及び検出コイル２２には、コア２３が挿入されている。コア２３は、例えばパーマロイで形成された略Ｕ字状の複数の薄板で積層されて形成されている。制御部は、励磁コイル２１に一定期間だけ励磁電流を出力させ、励磁電流の出力停止後に検出コイル２２による検出信号を取得する。

温度センサ３１は、検出部３２を有し、検出部３２において対象物が放射する赤外線を非接触で検出する。検出部３２は、レンズ３２１及びサーモパイル３２２等を有し、少なくとも一部がケーシング１２の開口部１２Ａを介して配管５００に対向する。具体的には、開口部１２Ａを介してレンズ３２１が配管５００に対向する。

ケーシング１２の開口部１２Ａは、断熱材１３に形成された通過孔１３Ａの一端側に対向する。また、断熱材１３の通過孔１３Ａの他端側は、収容部材１４２の底面に形成された開口部１４２Ａと対向する。すなわち、開口部１２Ａ、通過孔１３Ａ及び開口部１４２Ａは、連結されており、配管５００から放射された赤外線が通過する通路を形成する。レンズ３２１は、配管５００から放射された赤外線をサーモパイル３２２に集光する。サーモパイル３２２は、複数の熱電対であり、入射された赤外線エネルギーに応じた出力信号等をＡＤ変換器（不図示）等を経由して制御部に送出する。

次に、上述したプローブ１の使用形態について説明する。プローブ１は、例えば、所定期間の経過毎に検出を実行し、検出結果を記憶部（不図示）に記憶する。そして、制御部の要求に応じて、記憶部に記憶された検出結果を、通信部から制御部に送出する。検出を実行する際、制御部は、励磁コイル２１に所定期間だけ励磁電流を出力させる。

励磁コイル２１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。一方の励磁コイル２１と他方の励磁コイル２１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ように電流が印加される。その結果、コア２３には、コア２３の長手方向に沿った磁場が形成される。励磁コイル２３に印加する電流を変動させることによって、配管５００に発生する磁場が変動し、配管５００に渦電流が発生する。

一方、配管５００のうち検出コイル２２の近傍の部分に発生した渦電流によって、検出コイル２２を貫通する磁束が形成される。検出コイル２２を貫通する磁束が変化すると、検出コイル２２に誘導起電力が発生する。検出コイ２２は、この誘導起電力を検出することによって、配管５００の渦電流を検出する。なお、定期的な渦電流の過渡変化の取得に際し、励磁コイル２１に印加される励磁電流の大きさは一定である。

また、制御部は、検出コイル２２による検出信号を取得するタイミングで、温度センサ３０による検出信号も取得する。これにより、渦電流の過渡変化を取得したときの配管５００の温度が取得される。

作業者は、例えば、プローブ１の各検出結果（渦電流及び温度）を制御装置を介してコンピュータで受信する。コンピュータでは、各検出結果に基づいて、配管（対象物）５００の厚さが算出される。この場合、配管５００の渦電流の検出値（測定値）に対して、検出された配管５００の温度に基づく適切な温度補正が行われる。なお、プローブにおいて配管５００の厚さ等を算出してもよい。

以上のように、対象物（配管）から放射される赤外線が通過する通過孔を有する断熱材を、対象物に対向するようにケーシングの外周面に配置しているので、対象物等から受ける熱的な影響を軽減しつつ、対象物の正確な温度を測定することができる。これにより、対象物の渦電流の検出値（測定値）に対して適切な温度補正を行うことができ、プローブの検出精度を向上させることができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、プローブが配管（対象物）に固定されているが、固定しない構成としてもよい。例えば、作業者が携帯可能なプローブに本発明を適用してもよい。

上述の実施形態では、サーモパイルを用いた温度センサについて説明しているが、対象物が放射する赤外線を非接触で検出する構成を有する温度センサであれば、特にこれに限定されるものではない。

上述の実施形態の断熱材は、ケーシングの下部（側面及び底面）を覆っているが、特にこれに限定されるものではない。少なくとも赤外線の通過孔を有し、且つ、対象物に対向する位置のケーシングの外周面に配置されていれば、種々の形状の断熱材を採用してもよい。例えば、図４に示すプローブ１００１のように、通過孔１３０Ａを有する板状の断熱材１３０を、対象物に対向するケーシング１２の底部の外周面に配置した構成としてもよい。

上述の実施形態では、断熱材の通過孔には、特に何も配置されていないが、配置する様にしてもよい。以下、複数の例について説明する。

例えば、図５に示すプローブ１００２のように、断熱材１３１の通過孔１３１Ａに、金属製の中空の筒（パイプ）３００が嵌入された構成としてもよい。すなわち、筒３００によって通過孔１３１Ａが形成されている。これにより、通過孔１３１Ａの形状をより長期に保持することができる。

また、例えば、図６に示すプローブ１００３のように、断熱材１３２の通過孔１３２Ａに、ガラス素材の棒状体３０１が嵌入された構成としてもよい。これにより、通過孔１３２Ａを介しての対象物の熱の影響を防止できる（熱保護）。なお、ガラス素材としては、対象物から放射される赤外線を十分に透過できる素材であることが望ましい。例えば、３～１５μｍの測定波長が可能なＣａＦ２やＢａＦ２ｇａが望ましい。

さらに、例えば、図７に示すプローブ１００４のように、断熱材１３３の通過孔１３３Ａの対象物側の端部を、ガラス素材の蓋部材３０２で閉栓した構成としてもよい。これにより、通過孔１３３Ａ内の対象物の熱の滞留を防止できる。

この発明は、検査の対象物に渦電流を発生させ且つ対象物の渦電流を検出するためのプローブにおいて、対象物等から受ける熱的な影響を軽減しつつ、対象物の正確な温度を測定するのに有用である。

１プローブ
１１励磁コイル
１２検出コイル
１３，１３０，１３１，１３２，１３３断熱材
１３Ａ，１３０Ａ，１３１Ａ，１３２Ａ，１３３Ａ通過孔
３１温度センサ
３２検出部
５００配管

Claims

対象物に渦電流を発生させ且つ対象物の渦電流を検出するためのプローブであって、
励磁電流による磁束で対象物に渦電流を発生させる励磁コイルと、
対象物の渦電流を検出する検出コイルと、
対象物が放射する赤外線を非接触で検出する検出部を有する温度センサと、
前記励磁コイル、前記検出コイル及び前記温度センサを収容するケーシングと、
前記ケーシングの外周面に配置され、対象物に対向する断熱材と、
を備え、
前記検出部は、赤外線が入射するように、少なくとも一部が前記ケーシングの開口部を介して対象物に対向し、
前記断熱材は、赤外線が通過する通過孔であって、前記検出部と該検出部に対向する対象物とを連通する通過孔を有することを特徴とするプローブ。
前記通過孔には、筒が嵌入されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
前記通過孔には、赤外線が通過可能なガラス素材の棒状体が嵌入されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
前記通過孔における少なくとも対象物側の端部は、赤外線が通過可能なガラス素材の蓋部材で閉栓されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。