JPH0249659B2 - - Google Patents

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JPH0249659B2
JPH0249659B2 JP58107313A JP10731383A JPH0249659B2 JP H0249659 B2 JPH0249659 B2 JP H0249659B2 JP 58107313 A JP58107313 A JP 58107313A JP 10731383 A JP10731383 A JP 10731383A JP H0249659 B2 JPH0249659 B2 JP H0249659B2
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JP
Japan
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JP58107313A
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JPS59231445A (ja
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Katsuhiro Kawashima
Masaaki Hatsuta
Hiroshi Yada
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Priority to PCT/JP1984/000309 priority patent/WO1985000058A1/ja
Priority to US06/705,467 priority patent/US4740747A/en
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Publication of JPH0249659B2 publication Critical patent/JPH0249659B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9046Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents by analysing electrical signals
    • G01N27/9053Compensating for probe to workpiece spacing

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鋼等の結晶変態即ちオーステナイ
トからフエライトへのあるいはその逆の過程にお
いて生じる電磁気的な変化を検出して、被検体の
変態量率を測定するために用いる変態量率の測定
方法に関するものである。
従来、変態量率の測定方法として、枚射線を利
用した方法や、直流磁界を利用した直流磁界法お
よび、変態過程において生じる電磁気的な変化を
コイルインピーダンスの変化として検出する方法
がある。放射線利用した変態量率の測定装置はオ
ーステナイトからフエライトの変化における格子
定数の変化によりX線回折角が変化する事を利用
したものであるが、X線は被検体に浸透しにくい
ため表層(数10μ)の情報しかえられないとか、
被検体のバタツキに対して弱いという欠点を有す
る。直流磁界法は被検体に直流磁界を与え、ホー
ル素子で磁界を測定するものであるが、変態量率
と測定値との間に著しい非線形性があるととも
に、変態が始まつて、被検体が強磁性体になる
と、直流磁界が表層部のみに流れるため、変態の
開始点近傍しか測定出来ないという欠点がある。
次に、本発明と同じような変態過程における電
磁気的な変化をコイルで検知する変態量率の測定
方法について詳しく述べる。この種の変態量率の
測定方法として、第1図に示すようなものがあ
る。図において、1は被検体の変態量の測定にた
いして、適切な周波数の正弦波電流を作るための
発振器、2は変態量の測定の対象となる板状の被
検体で、被検体2の上部に近接して置かれてい
る。3は被検体2の変態量の変化を検出するため
のセンサーの役目をする検出コイルで、4は検出
コイル3のインピーダンスの変化を検知するため
のブリツジ回路で、5はブリツジ回路の検出信号
を利用し易い形態に変化させる信号処理装置、6
は信号の表示部を表す。次に動作について説明す
る。
第1図に示す従来の電磁気的な変化をコイルに
よつて検知する方法では板状の被検体2の近傍に
検出コイル3を置いて、発振器1によつて発生し
た連続した正弦波電流を該検出コイル3に流す。
この場合、被検体2の表面には渦電流が生じ、
コイルのみかけのインピーダンスは変化する。こ
のコイルインピーダンスに影響を与える渦電流の
大きさは、被検体の材質(透磁率、伝導率、セン
サーと被検体の距離、その他)に依存するが、被
検体がオーステナイトからフエライトに変態しつ
つある場合、被検体中にはオーステナイトに対し
てフエライトの占める比率が大きくなるため、透
磁率は大きく変わる。その結果、被検体の表面を
ながれている渦電流は変化して、被検体の近傍に
置かれている検出コイル3のインピーダンスは変
化する。このコイルのインピーダンスの変化をコ
イルに続くブリツジ回路4によつて検出して、信
号処理装置5および表示部6によつて、被検体の
変態量と検出コイルのインピーダンスの変化を関
連づけたのが従来の変態量率の測定方法である。
従来のコイルを利用した変態量率の測定方法は
以上のように構成されているので、板状の被検体
の透磁率の変化を感知するばかりでなく、その他
の因子、特に被検体と検出コイルとの間隔に鋭敏
に反応するので、被検体と検出コイルとの間隔を
一定に保つ事が必要で、また、センサー出力と変
態量率の間には著しい非線型性が存在して、変態
の開始点近傍の量を測定する事ができたとして
も、変態の開始点から終了点までの広い範囲の変
態量率を測定する事ができないなどの欠点が存在
した。
この発明は上記のような従来の方法の欠点を除
去するためになされたもので、送信コイルと受信
コイルにコイルを分割し、板状の被検体を挾んで
相対して位置することによつて、測定対象とセン
サーの間隔の影響をほとんど無視できるようにし
たとともに、変態の開始点から終了点までの広い
範囲の変態量率の測定が可能な変態量率測定装置
を提供することを目的としている。以下、この発
明の一実施例を図について説明する。
第2図において、21は送信コイル、22は受
信コイルであり、板状の被検体23を挾んで送信
コイル21に相対した位置に置かれている。24
は送信コイルに被検体の変態量の測定に適切な周
波数の正弦波状連続電流を流すための発振器、2
5は高周波電流にパワーをあたえるためのパワー
アンプ、26は受信コイルに生じた電圧を増幅す
るためのチユーンドアンプ、27は受信信号を信
号処理するための信号処理回路である。信号処理
回路は受信し、増幅した高周波電流を直流変化し
て、所定の変態量率の基準値におきかえるための
回路である。28は信号処理された信号の表示部
である。
次に動作について説明する。送信コイル21に
正弦波状連続電流を流した場合、周知のごとく、
板状の被検体の表面には渦電流が生じる。この渦
電流は板中を下方に伝播していき、22の周囲に
高周波の磁場を作る。この磁場の変化によつて2
2のコイルの両端に電圧が誘起される。コイルに
誘起される電圧Vは近似的に次式で表される事は
良く知られている。
V=V0exp(−√d) ……(1) :周波数 μ:透磁率 σ:伝導率 d:
板厚 ところで、前述のごとく、被検体の変態の進行
にともなつて、被検体のオーステナイトがフエラ
イト組織に変わり、被検体の透磁率は全量(オー
ステナイト+フエライト)に対するフエライトの
比率に従つて大きくなつていく。全量に対するフ
エライトの比率をKとして、オーステナイトとフ
エライトの透磁率、伝導率をそれぞれ、μ1,μ2
σ1,σ2とすると受信コイル22の両端の生じる誘
起電圧Vは V=V0exp(−√1 1(1−K)d−√
μ2σ2Kd)) ……(2) μ1,μ2:オーステナイトの透磁率、フエライ
トの透磁率 σ1,σ2:オーステナイトの伝導率、フエライ
トの伝導率 :周波数 K:フエライト/(オーステナイト+フエラ
イト) となる。ここで、Kは変態量率と対応していて、
K以外の値が既知のため、誘起電圧を測定する事
で目的の変態量率Kを求める事ができる。このよ
うに、本発明の基本原理は(2)式に従つている。と
ころで、(2)式においては、センサーと板状の被検
体の間隔を表す項はなく、誘起電圧はセンサーと
板状の被検体の間隔とは無関係であり、誘起電圧
からひきだされる変態量率もセンサーと板状の被
検体の間隔には影響を受けない。また、(2)式の対
数をとると、オーステナイトの誘磁率に比べて、
フエライトの誘磁率が十分に大きいため、(3)式の
ごとく誘起電圧の対数は変態量率Kに線形とな
る。
1n(V/V0)=−(√1 1(1−K)d+√
πμ2σ2Kd)μ2≫μ1であるから、 1n(V/V0)=−√2 2Kd ……(3) となる。このことから、広い変態量率Kの範囲
で、一様な測定が可能となる。ところで、式(3)か
らわかるように、誘起電圧は変態量率Kのみの関
数でなくて、被検体の板厚にも依存する。従つ
て、被検体板厚dが大きく、変態が十分に進行し
ている場合には、第3図で示されるような、透過
信号30に依つて生じる誘起電圧Vは板をまわり
こんでくる信号31によつて生じるVεによつて
埋もれてしまう。このように、まわりこみ電圧が
ある場合には式(2)はまわりこみの項を考慮して(4)
式になる。
V=V0exp(−√2 2Kd) +Vε ……(4) したがつて、変態量率100%、すなわち、K=
1で、まわりこみを防止するのに必要な条件を求
めるため、Kdが大きくて次式がほぼ成立する場
合を考える。
V0exp(−√2 2d)=Vε となる。この式を満たす周波数をεとして、この
周波数εの8割より低い周波数、すなわち、
<0.8εに対して、 V0exp(−√2 2d)≫Vε となり、0.8εにおいては変態の開始(K=
0)より終了(K=1)まで近似的に(3)式に従う
のは明らかである。従つて、 0.8ε=K0/μσd2 ここでK0=0.8(ln(Vε/V0))2/πK0:空間的
配 置にかかわる因子を満たす範囲にすると、変態の
開始点から終了点まで、広い範囲で測定が可能と
なる。以上にのべたような方法で測定したバツチ
状態の実施例結果を第4図に示す。第4図の〜
は被検体23の変態の進行の度合を示す写真を
模擬した図で、測定曲線Cの点1〜5に対応す
る。この写真模写図の中で白い大きな領域はフエ
ライトを示していて、左(変態量率0%)から右
(変態量率80%)になるにつれて、フエライトの
領域は大きくなり、変態が進行していることが判
る。それにともなつて、受信コイルから得られる
測定値は減少していく。このように得られた測定
値を式(3)にあてはめて、変態量率Kに信号処理装
置27によつて変換し、表示部28で表示する。
以上のごとく、本発明は測定する板厚に応じ
て、発振器の周波数を調整して、変態の開始点よ
り、終了点までの広い範囲に対して、最も感度の
良い測定を行える。なお、上記の実施例では被検
体の板厚が厚くなる場合、低い周波数を使用する
事が必要であるが、低い周波数を使用する場合に
は受信信号の感度が小さくなるという欠点が生じ
る。この欠点を解決するために、基本となるシス
テムを第5図のように改良した。基本システムに
おいて、被検体の厚みに対応した周波数の制限を
おこなわなければならないが、これはまわりこみ
磁界によるものなので、受信センサーに達するま
わりにこみ磁界を小さくするのがよい。このため
に、受信センサーを送信センサーに対する面のみ
を開放にした透磁率の大きな材質でできた遮蔽板
40、および遮蔽カツプ41で覆つた。遮蔽、お
よび遮蔽カツプの外形を第6図に示す。このよう
に改良する事で、(5)式におけるK0の値をたかめ
る事ができ、同じ板厚でも高い周波数を使用する
ことができる。
この実施例において、遮蔽板と遮蔽カツプと両
方を使用した場合を述べたが、第7図に示すよう
な派生的な使用法でも良い。ここで、aは遮蔽板
40のみの場合、bは遮蔽カツプ41のみの場
合、cは遮蔽カツプのかわりに、高い透過率を持
つ円筒管42を利用した場合、dは送信コイル2
1、受信コイル22の両方を遮蔽カツプ41,4
3で覆つた場合を示す。また、上記実施例では、
受信コイルに生じる誘起電圧の大きさの情報を使
用したが、誘起電圧の位相成分についても同様の
情報をもつているので、位相情報を誘起電圧の振
幅情報のかわりに利用してもよい。なお、基本シ
ステム、および遮蔽システムにおいて、発信コイ
ルの直前にパワーアンプを置いたが、パワーアン
プは省いてもよい。また、受信コイルの直後に受
信電圧の増幅のためにチユーンドアンプを使用し
たが、必ずしも必要ではなく、省いてもよい。ま
た、その部分をロツクインアンプを使つてもよ
い。
以上のように、この発明によれば、送信コイル
と受信コイルを測定対象を挾んで、相対しておく
ように構成したため、測定対象は送信コイルと受
信コイルの間のどの位置にあつても、受信信号は
ほとんど変わらないので、センサー間での被検体
のバタツキに対して、効果がある。また、受信信
号の対数値が広い範囲で線型性をもつこと、およ
び測定のための周波数を板厚、透磁率、伝導率に
依つて、設定するため、変態量率の開始から終了
まで連続して精度良く測定することが可能となる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のコイルを利用した変態量率の測
定方法の構成を示すブロツク図、第2図は本発明
の実施例を示すブロツク図、第3図はまわりこみ
現象を説明する図、第4図は被検体の変態の進行
状況を示す図とそれに対応した測定値の変化を示
すグラフ、第5図はまわりこみを防止するための
本発明の他の実施例を示すブロツク図、第6図は
第5図の実施例に使用した遮蔽板および遮蔽カツ
プの形状を示す斜視図、第7図はわりこみ防止の
その他の実施例を示す断面図である。 符号の説明、1……発振器、2……被検体、3
……検出コイル、4……ブリツジ回路、5……信
号処理装置、6……表示部、21……送信コイ
ル、22……受信コイル、23……被検体、24
……発振器、25……パワーアンプ、26……チ
ユーンドアンプ、27……信号処理回路、28…
…表示部、30……透過信号、31……まわりこ
み信号、41……遮蔽板、42……遮蔽カツプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 送信コイルと、被検体を挟んで相対して位置
    する受信コイルとを設け、交番電流を前記送信コ
    イルに供給し、受信コイルの電気信号により被検
    体の変態量率を検出するようにし、被検体の変態
    の開始点より終了点まで全体にわたつて測定する
    事ができるように、連続波の周波数を被検体の誘
    磁率、伝導率、板厚に対応して K0/d2μσ d:板厚 :周波数 μ:透磁率 K0
    測定系の形状に依存する係数 σ:伝導率 とした事を特徴とする変態量率の測定方法。 2 被検体をまわりこんでくる信号を防止するた
    めに、送信センサーに相対する面のみ開放した遮
    蔽板および遮蔽カツプで受信センサーを覆うこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の変態
    量率の測定方法。
JP10731383A 1983-06-15 1983-06-15 交番電流による変態量率の測定方法 Granted JPS59231445A (ja)

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