JPH02162276A

JPH02162276A - 磁気測定方法及び磁気測定装置

Info

Publication number: JPH02162276A
Application number: JP11010989A
Authority: JP
Inventors: Seigo Ando; 安藤　静吾
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1990-06-21
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: JP2617571B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明は、例えば漏洩磁束探傷法等に使用される磁気２
１−１定方法及び磁気測定装置に関する。

［従来の技術］例えば鋼管や鉄板等に発生する欠陥を検査する方法とし
て、超音波探傷法、渦電流探傷法、漏洩磁束探傷法等が
用いられている。

このうち漏洩磁束探傷法は肉厚鉄板の両面を片面から探
傷可能であること、また鋼管の内外面に発生する欠陥に
対して高い検出感度を（−ｊすることから比較的広く使
用されている。

漏洩磁束探傷法について従来から公知の技術について述
べると、第７図に示すように、磁化ヨーク１に巻装され
た電磁石用コイル２に直流電源３から直流電力を供給し
ている。磁化ヨーク１の上には試験片４が設置され磁化
されるようになっている。そして試験片４に欠陥部５が
あればその欠陥部５から試験片４の外側に磁束の一部が
図中点線で示すように漏洩する。そこで磁気センサ６に
より漏洩磁束を検出して電気信号に変換することによっ
て欠陥部５を間接的に検出する。

なお、詳細については非破壊検査便覧（日本非破壊検査
協会編）第■編（Ｐ５７３〜５９９）を参照。

ところで欠陥部５から漏洩する磁束密度は第８図に鋼材
表面と磁気センサであるホール素子との距離との関係で
示されているように非常に微弱である。なお、ＴＳ９図
は第８図の７１１１定に使用される鋼材を示すもので、
Ｗは欠陥幅、ｄは欠陥の深さを示している。

このこと・から漏洩磁束を検出する磁気センサ６として
は、■微少磁界に対する検出感度が高いこと、■磁気セ
ンサの初期バイアス電圧のバラツキが小さいこと、■温
度特性が良好であること、が要求される。

しかし現在市販されている磁気センサの微少磁束に対す
る検出感度は第１０図に示すように極めて小さい。なお
、図中グラフａは磁気センサとして磁気ダイオードを使
用したものであり、グラフｂは磁気抵抗素子を使用した
ものであり、またグラフＣはホール素子を使用したもの
である。

また磁気抵抗素子の初期バイアス電圧のバラツキについ
て見ると１２個の磁気抵抗素子に対して第１１図に示す
バラツキがあり、このため各セン。

す毎に初期バイアスを：Ｓ！Ｉ！Ｌないと増幅時に飽和
して探傷不能となる場合が発生する。

さらに第１２図に示すように磁気ダイオード７を抵抗８
を介して直流電源９に接続して温度変化特性をΔｐ１定
したところＴｓ１３図に示す特性となり、温度による出
力変化が大きい問題があった。

そこで本発明者は先にこれらの問題を解決できるものと
して可飽和形磁気センサを使用して漏洩磁束探傷を行う
磁気ｉ１？１定装置を提案し出願した。

（実願昭６３−５０５３９号）この基本原理について述べると、第１４図に示すように
パルス電流を発生する発振器１１に固定インピーダンス
】２と強磁性体コア１３に巻回されたコイル１４との直
列回路において、発振器１１から第１５図の（ｂ）に示
すような波形のパルス電流をコイル１４に供給したとす
ると、コイル１４の両端に発生する電圧は固定インピー
ダンス１２の抵抗値Ｒとコイル１４のインピーダンスＺ
Ｓに対応して決定される。すなわち、ｅＱ　−ｅ−Ｚｓ
　／　（Ｒ＋Ｚｓ　）で示される。なお、ｅＱはコイル
１４の両端電圧、ｅは発振器１１の出力電圧である。

そしてコイル１４は強磁性体コア１３に巻回されている
のでその強磁性体コア１３の透磁率に比例してコイル１
４のインピーダンスが変化する。

今、外部磁界を与えるための磁石１５を離した状態で、
すなわち外部磁界を加えない状態でコイル１４にパルス
電流を流したとすると、第１５図の（ａ）に実線で示す
ように強磁性体コア１３のヒステリシス特性によって強
磁性体コア１３の透磁率特性は第１５図の（ｃ）に示す
ようになる。

なお、第１５図の（ａ）においてｎはコイル巻数、ｉは
コイル電流である。

このためコイル１４の両端に発生する出力電圧は第１６
図の（ａ）に示すような波形となる。そして外部磁界を
加えられない状態では波形は正、負対称波形となり、正
方向の電圧ｖ１と負方向の電圧ｖ２は等しくなる。

しかし磁石１５を第１４図中点線で示すようにコイル１
４に近接させると強磁性体コア１３を交差する磁束はコ
イル１４で発生する磁界と外部磁界との合成磁束となる
。このため強磁性体コア１３の磁気特性は第１５図の（
ａ）に点線で示すように上下方向にシフトする。しかし
てコイル１４の両端に発生する出力電圧は第１６図の（
ｂ）に示すように電圧Ｖ、と電圧ｖ２とは等しくならず
ｖ、＞ｖ、となる。

従ってコイル１４の両端に発生する出力電圧の正方向電
圧Ｖ、と負方向電圧ｖ２との差を求めることによって間
接的に外部磁界を計Ａ１できることになる。そして外部
磁界は欠陥によっても発生するのでこの基本原理を適用
すれば欠陥を探傷できることになる。

具体的には第１７図に示すようにコイル１４の両端に発
生する出力電圧ｅｏを正極性検波器１６及び負極性検波
器１７にｔｔｔ給してそれぞれ正方向電圧Ｖ、と負方向
７ｄ圧ｖ２を検出し、それぞれに比例する電圧Ｖ、　、
Ｖ２を加算器１８にＯ（給してＶｌ＋（Ｖ２）の加算を
行うことによって電圧差Ｖ。を求めるようにしている。

この方式を使用１することによって第１８図に示すよう
に０〜数ガウスという微少な磁束密度に対して０〜略５
００ｍＶという高い出力電圧Ｖ。が得られるようになっ
た。なお、図中ａ、ｂ、＝　ｃの各グラフは従来の磁気
ダイオード、磁気抵抗素子及びホール素子を使用したと
きのもので、第１０図のグラ′フａ、ｂ、ｃと対応して
いる。

［発明が解決しようとする課題］このように可飽和形磁気センサを漏洩磁束探傷法に使用
すれば、微少磁界に対する検出感度が高いことなどの利
点を奏するが、以下の問題点もある。

すなわち第１９図に示すように、電磁石２１の電磁石用
コイル２２に直流電流を流し探傷材２３を磁化すると、
電磁石２１で発生した磁界はＦＴ４傷材２３が閉磁気回
路となり、主に探傷材２３中を磁束が通る。しかし磁化
力（磁化電流）をアップすると、一部の磁束は空気中に
漏洩する。この漏洩磁束は欠陥２４が存在するとその部
分の磁気抵抗が増加するのでより多くの磁束が発生する
。

そこで探傷材２３の上にセットした可飽和形磁気センサ
２５を矢印で示す方向に走査して欠陥２４から発生する
磁束を計測することにより、間接的に欠陥２４を検知で
きることになる。

第２０図は第１９図に示すセンサ２５を探傷材２３全体
に亙ってセットし電磁石２１のコイル２２に磁化電流を
供給し、その磁化電流を０〜７Ａに変更したときのセン
サ出力電圧を測定したものである。

この結果から磁化電流がＯ〜２６７Ａで線形特性が得ら
れるが、約２．７Ａの磁束電流では飽和特性を示し、そ
れ以上の磁化電流では磁化電流にλ・ｔして逆特性を示
し、センサの測定スパンが狭くなる問題があった。そし
てセンサのａｔ＋定スパスパンいと漏洩磁束探傷におい
て探傷性能を悪化させるという問題があった。

そこで本発明は可飽和形磁気センサを使用した漏洩磁束
探傷において、磁気センサの測定スパンを拡大し、探傷
性能を向上できる磁気７１−１定方法及び磁気ａｐ３定
装蓋装置（Ｉｌ、　Ｌようとするものである。

［課題を解決するための手段］請求項（１）記載の発明は、固定インピーダンスを介し
て強磁性体コアに巻回されたコイルに直流バイアスを加
算したパルス電流を供給し、・コイルの両端に発生する
電圧の直流分レベルにより磁気７１−１定を行うことに
ある。、。

請求項・（２）記載の発明は、強磁性体をコアとするコ
イルとこのコイルと直列に接続された固定インピーダン
スとからなる直列回路と、この直列回路にパルス電流を
供給する発振器と、この発振器から直列回路へのパルス
電流に直流バイアスを加算するバイアス加算手段と、コ
イルの両端に発生する電圧の直流分を検出する直流分検
出手段を設け、直流分検出手段が検出した直流分レベル
により磁気測定を行うものである。

また請求項（３）記載の発明は、さらに直流分検出手段
が検出した直流分レベルを予め設定された基準電圧と比
較し、その差分電圧に応じてバイアス加算手段によって
加算される直流バイアスを可変制御する制御手段を設け
たものである。

［作用］請求項（１）及び（２）記載の発明においては、探傷材
に欠陥が無い状態であっても必ずある値の漏洩磁束が発
生するが、磁気センサにパルス電流に直流バイアスを加
算した電流が供給されるので、漏洩磁束が磁気センサと
交差しても磁気センサ内でそれを補償することができる
。これにより磁気センサのａ−１定スパンの向上を図っ
ている。

また請求項（３）記載の発明においては、磁気センサに
流す直流バイアスをコイルの両端に発生する直流分レベ
ルに応じて可変し漏洩磁束の程度に応じて直流バイアス
を可変できる。

次に本発明の基本原理について述べる。

第１図に示すように電磁石２１のコイル２２に直流電流
を供給して探傷材２３を磁化すると、探傷材２３に欠陥
が存在しなく、でも一部の磁束φが漏洩して磁気センサ
２５と交差し、磁化電流に対して前述した第２０図に示
すような出力電圧が磁気センサ２５から得られる。

そこで磁気センサ２５に近接して局部磁界を発生する磁
石２６を設置する。そしてその磁石２６の極性をコイル
２２によって発生する磁界の極性と反々・１となるよう
にし、かつ磁界強さの絶対値を等しくすると、磁気セン
サの出力はＯｖとなり、見掛は上の測定スパンを拡大す
ることができる。

この磁石２６の役目を発振器からのパルス電流に加算さ
せる直流バイアスが担うようにしている。

すなわち、第２図に示すように、発振器３１から出力さ
れる高周波電圧（パルス電流）を加算器３２に０（給し
ている。また直流電源３３を設け、この直流電源３３か
ら直流バイアスを前記加算器３２に供給している。

前記加算器３２は発振器３１からの高周波電圧に直流電
源３３からの直流バイアスを加算しその合成出力を電力
増幅器３４に供給している。前記電力増幅器３４で増幅
されて得られる出力を固定インピーダンスである抵抗３
５を介して磁気センサを構成する強磁性体コア３６に巻
回されたコイル３７に供給している。

この構成においては、磁気センサのコイル３７に直流電
流が流れるとコイル３７の巻＠Ｈによって直流磁界Ｈ−
Ｎｌ　（ＡＴ）が発生する。例えば今磁気センサの上側
がＳ極であるとする。

次に上側がＮ極の外部磁石３８が矢印方向に移動してそ
の外部磁石３８による磁界が交差すると、外部磁石３８
による磁界と磁気センサによる磁界が相互に反発して磁
気センサ内を交差する磁界が打ち消される。すなわち磁
気センサのコイル３７に直流電流を０（給することは第
３図の（ａ）に示すように磁気センサの強磁性体コア３
６の磁気特性を実線で示す特性から点線で示すように負
側にシフトさせる。従って磁気センサの出力電圧特性も
第３図の（ｂ）に示す特性から第３図の（ｃ）に示す特
性へと変化する。

このように直流バイアスの印加によって特性を負側にシ
フトして動作点を負側に偏位させる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第４図に示すように、発振器４１から高周波電圧（パル
ス電流）を加算器４２に供給するとともに直流電源４３
から直流バイアスを加算器４２に供給している。前記加
算器４２は発振器４１からの高周波電圧と直流電源４３
からの直流バイアスを加算し、その合成出力を電力増幅
器４４に供給している。

前記型・力増幅器４４は・入力された合成電圧を増幅し
、固定インピーダンスとしての抵抗４５と強磁性体コア
４７に巻回された磁気センサ４６のコイル４８との直列
接続体に供給している。

前記コイル４８の両端に発生する出力電圧を正極性振幅
検波器４９及び負極性振幅検波器５ｏにそれぞれ供給し
ている。そして前記各検波器４９゜５０からの検波出力
を加算器５１に供給して加算し出力電圧ｖｏを出力する
ようになっている。

なお、前記各検波器４９．５０及び加算器５１は直流分
検出手段を構成するものである。

このような構成の本実施例においては、発振器４１から
高周波電圧が加算器４２に供給されるとともに直流電源
４３がら直流バイアスが加算器４２に供給される。しか
して加算器４２では高周波電圧に直流バイアスを加算し
て合成電圧を発生し、その合成電圧が電力増幅器４４で
増幅されてから抵抗４５を介して磁気センサ４６に供給
される。

こうして磁気センサ４６のコイル４８の両端には出力電
圧ｅ。が発生し、その電圧ｅ０がそれぞれ検波器４９．
５０で検出される。そして正極性振幅検波器４９ではコ
イル４８に発生する出力電圧ｅ。の正７１　）ｆ　Ｖ　
＋に比例した直流電圧■１を得る。また負極性振幅検波
器５０ではコイル４８に発生する出力電圧ｅ□の負電圧
ｖ２に比例した直流電圧ｖ２を得る。

しかしてこの各直流電圧Ｖ　ｌ、　　Ｖ　２が加算器５
１に１共給され、Ｖ＋　＋　（Ｖ２　）”加算が行われ
て出力電圧ｖｏが出力されることになる。

この実施例において直流電源４３からの直流ノ（イアス
を直流電流としてその値を０１Ａ％　５０１Ａ％１００
鋼Ａ、　１５０ｍＡ、　２００ｓ＾と変化させたときの
磁気センサ４６の磁化電流−出力電圧特性をδ−１定し
たところ第５図に示す結果が得られた。

これからも分るように、磁気センサ４６に直流電流を１
００ｓ＾供給すると直流電流が０會＾のときに比べて線
形特性が得られる範囲が磁化°電流の０〜略４．５Ａと
なり約２倍の７１１１定スパンが得られることになる。

このように測定スパンを拡大することができるので探傷
性能を向上できる。

そして直流電流を１００ｓ＾からさらに多くすると測定
スパンは変化しないが磁界強度の測定エリアがシフトす
るようになる。

次に本発明の他の実施例を図面を参照して説明する。な
お、前記実施例と同一の部分には同一符号を付して詳細
な説明は省略する。

これは′ｖ５６図に示すように直流電源として出力され
る直流バイアスが可変可能な直流電源４３′を設けてい
る。

また加算器５１からの出力電圧■ｏをローパスフィルタ
５２を介して差動増幅器５３に供給している。前記差動
増幅器５３は入力される出力電圧を基準電圧発生器５４
からの基準電圧と比較しその差電圧を前記直流電源４３
′に供給している。

前記直流電源４３′では差動増幅器５３からの電圧に応
じて加算器４２に出力する直流バイアスを可変するよう
にしている。

なお、前記ローパスフィルタ５２、差動増幅器５３、基
準電圧発生″ａ５４は直流バイアスを可変制御する制御
手段を構成するものである。

第４図に示すような構成の本実施例においては、例えば
電磁石の磁化電流を一定に固定しても電磁石と探傷材と
の接触条件や探傷材の厚み等の変動によって探傷材の健
全部における漏洩磁束が変化する。

このため探傷精度を向上させるためには磁気センサ４６
の測定スパンの例えば中央に動作点を自動的に補償する
とよい。

そこで第６図に示すような構成を取ることにより、加算
器５１の出力電圧によって磁気センサ４６の動作点を検
出し、基準電圧発生器５４の基準電圧との差電圧を差動
増幅器５３で求めて直流電源４３′からの直流バイアス
を制御することによって欠陥が無い状態での加算″Ｗ５
１の出力電圧ｖ０が常にＯｖになるように自動的に補償
する。

このようにすれば測定条件が変化しても常に良好な測定
スパンを確保でき、探傷性能をさらに向上させることが
できる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、可飽和形磁気セン
サを使用した漏洩磁束探傷において、磁気センサのｌＴ
１１定スパンを拡大し、探傷性能を向上できる磁気Δｐ
１定方法及び磁気Δｐ１定装置を提供できるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の基本原理を説明するための
もので、第１図は構成図、第２図は回路ブロック図、第
３図は特性図、第４図及び第５図は本発明の一実施例を
示すもので、第４図は回路ブロック図、第５図は磁化電
流−出力電圧特性図、第６図は本発明の他の実施例を示
す回路ブロック図、第７図は従来の漏洩磁束探傷法を説
明するための構成図、第８図は第７図における鋼材表面
とホール素子との距離に対する漏れ磁束密度特性を示す
特性図、第９図は第８図の特性を得るための鋼材におけ
る欠陥例を示す図、第１０図は従来の各種磁気センサの
磁束密度−出力電圧特性を示す特性図、第１１図は従来
の磁気抵抗素子の初期バイアス電圧のバラツキを示すグ
ラフ、第１２図は従来の磁気ダイオードの温度−出力電
圧特性をａＦＪ定するための回路図、第１３図は第１２
図での温度−出力電圧特性を示す特性図、第１４図乃至
第２０図は先願を示すもので、第１４図は基本原理を説
明するための回路図、第１５図は磁気センサのヒステリ
シス特性、透磁率特性及び入力電流を示す図、第１６図
は磁気センサの出力波形図、第１７図は回路例を示すブ
ロック図、第１８図は磁束密度−出力電圧特性を示す特
性図、第１９図は構成図、第２０図は磁化電流−出力電
圧特性を示す特性図である。２１・・・電磁石、２２・・・電磁石用コイル、２３・
・・探傷材、２４・・・欠陥、２５・・・「−１飽和形磁気センサ、２６・・・局部磁石、３１．４１・・・発振器、３２．４２・・・加算器、３３．４３．４３’　・・・直流電源、３５．４５・・
・抵抗（固定インピーダンス）４６・・・磁気センサ、３６．４７・・・強磁性体コア、３７．４８・・・コイル、４９・・・正極性振幅検波器、５０・・・負極性振幅検波器、５１・・・加算器、５３・・・差動増幅器、５４・・・
基準電圧発生器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）固定インピーダンスを介して強磁性体コアに巻回
されたコイルに直流バイアスを加算したパルス電流を供
給し、前記コイルの両端に発生する電圧の直流分レベル
により磁気測定を行うことを特徴とする磁気測定方法。
（２）強磁性体をコアとするコイルとこのコイルと直列
に接続された固定インピーダンスとからなる直列回路と
、この直列回路にパルス電流を供給する発振器と、この
発振器から前記直列回路へのパルス電流に直流バイアス
を加算するバイアス加算手段と、前記コイルの両端に発
生する電圧の直流分を検出する直流分検出手段を設け、
前記直流分検出手段が検出した直流分レベルにより磁気
測定を行う磁気測定装置。
（３）強磁性体をコアとするコイルとこのコイルと直列
に接続された固定インピーダンスとからなる直列回路と
、この直列回路にパルス電流を供給する発振器と、この
発振器から前記直列回路へのパルス電流に直流バイアス
を加算するバイアス加算手段と、前記コイルの両端に発
生する電圧の直流分を検出する直流分検出手段と、この
直流分検出手段が検出した直流分レベルを予め設定され
た基準電圧と比較し、その差分電圧に応じて前記バイア
ス加算手段によって加算される直流バイアスを可変制御
する制御手段を設け、前記直流分検出手段が検出した直
流分レベルにより磁気測定を行う磁気測定装置。