JPH0543062B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘導電流に働くローレンツ力を利用し
た非接触型の横波用電磁超音波トランスジユーサ
に関するもので、金属被検体の厚さや内部欠陥な
どを非破壊でチエツクできる送信、受信一体型構
造で反射型のこの種トランスジユーサに関するも
のである。

〔従来技術とその問題点〕

本出願人は、誘導渦電流に働くローレンツ力を
利用した横波用電磁超音波トランスジユーサを特
願昭59−65180号で提案している。

その原理を第５図により説明する。

第５図において、Ｅ形高周波磁心２１の中央の
脚に巻装したバイアス磁界発生用励磁コイル（バ
イアスコイル）２２に直流の電流を流すと磁心２
１には直流の磁束２３が発生し、被検体２４の表
面にはこれと垂直になるような磁界が印加され
る。次に送信コイル２５はコイル電流の作る磁束
が磁心の外側の両脚を還流するような極性の接続
とし、これに高周波電流を流すと磁心２１には図
の波線で示した高周波磁束２６が発生するが、こ
の磁束２６は被検体２４に入り得ないため、被検
体方面には境界条件を満足するように誘導渦電流
２７が流れる。この結果Ｅ形磁心２１の中央の脚
の直下の部分において、バイアス磁界２３と誘導
渦電流２７の相互作用により被検体表面に平行な
方向にほぼ一様な分布をもつローレンツ力２８が
発生し、平面板の横波が励振されることになる。

上記のように、Ｅ形コアと２１とバイアスコイ
ル２２と送信コイル２３とからなる送信部を構成
し、一方この受信部と同じ構造で送信コイルの代
わりに受信コイルを用いて受信部とし、これら送
信部と受信部とを被検体の両側に配置して、送信
コイルに高周波電流を流して、前述のように被検
体へ横波の送信を行なえば、被検体を透過した横
波が受信部の対向する表面に現われ、受信部にて
検出される。この受信部の検出出力から被検体の
厚さや、表面の腐食状況、あるいは内部欠陥をチ
エツクすることができる。

このように送信部と受信部とを別々に構成する
透過型に対して、Ｅ形コアに上記送信コイルと並
べて受信コイルを巻装して、この受信コイルから
検出出力を得るようにした反射型のものも実現で
きる。

いずれにしても、非接触、非破壊的に非検体内
部をチエツクできるが、透過型では２つのトラン
スジユーサを必要とし、必然的に大型となる。一
方、前述の反射型では、送信コイルに流す電流に
よつて、直接受信コイルに大きな誘導電流が流れ
てしまい、被検体からの受信信号を妨害してしま
う重大な欠陥がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、反射型の小型である利点に着目し、
送信信号による受信信号への影響を極力抑制した
送受一体構造の横波用電磁超音波トランスジユー
サを提供することを目的とする。

本発明では、送信コイルから受信コイルへ直接
電磁誘導が生ずることを極力避けるために、受信
コイルを２つの巻き方向を逆向きとした渦巻き形
のコイルを平面的に並べた構造とし、これをバイ
アス磁界と高周波磁界の直交する活性領域にバイ
アス磁界と直交するように配置したものである。

すなわち、本発明は、金属被検体の表面にほぼ
垂直にバイアス磁界を与えるためのバイアス磁界
発生手段と、該バイアス磁界領域において上記被
検体表面に平行な高周波磁界を発生するための送
信コイルを備えた高周波磁界発生手段と、上記バ
イアス磁界と高周波磁界と交叉する活性領域に少
なくとも部分的に存在するようにかつ前記被検体
表面に平行となるように並置された２つの互いに
巻方向を逆向きとした渦巻状フラツトコイルから
なる受信コイルとを備え、これにより上記高周波
磁界の方向の振動変位をもつ横波超音波を発生・
検出することを特徴とする横波用電磁超音波トラ
ンスジユーサである。

なお、前記２つの渦巻状コイルが高周波磁界の
方向に並ぶように並置され、それぞれの中心より
も互いに近い方の導体部分に流れる受信電流の向
きが同一となるように接続され、かつ該互いに近
い方の導体部分が前記バイアス磁界と鎖交し、遠
い方の導体部分がバイアス磁界の外に位置されて
いることを最善とする。

バイアス磁界発生手段および高周波磁界発生手
段としては、前述の第５図で示したＥ形のコアに
バイアスコイルと送信コイルを巻装したものを用
いることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

第１図は本願の横波用電磁超音波トランスジユ
ーサーの構造を示すもので、ａは断面図、ｂは送
信コイルを省略した底面図である。

第１図において１はＥ形高周波磁心で、中央脚
１ｃにバイアス磁界発生用バイアスコイル２を巻
装し、両脚１ａ，１ｃに送信用コイル３を巻装す
る。このＥ字状磁心１の開口端に対向して金属被
検体を第５図と同様に配置し、それぞれのコイル
２，３に通電すると、第５図と同様に、バイアス
コイル２により中央脚からのバイアス磁界は被検
体の表面に垂直（第１図Ｚ方向）に印加され、ま
た、送信コイル３に流れる高周波電流により両脚
１ａ，１ｂ間に被検体表面をはうよう（第１図Ｘ
方向）に高周波磁界が発生する。

中央脚１ｃの真下では、バイアス磁界と高周波
磁界とは直交し、活性領域を形成し、第５図で説
明したと全く同じように、２つの磁界の相互作用
によりＸ方向に変位を持つ横波の超音波（ローレ
ンツ力）が発生する。そして、この横波はその変
位方向をとりながら、被検体下方に伝搬してい
く。

４は受信コイルで、２つの渦巻形フラツトコイ
ル４ａ，４ｂを並置したもので、両渦巻形コイル
の隣部が中央部１ｃの直下の活性領域にあるよう
に配置される。

第２図を参照して、受信コイル４は、左巻きの
コイル４ａと右巻きのコイル４ｂとを高周波磁界
の方向（Ｘ方向）に並べたものである。２のコイ
ル４ａ，４ｂの中心部より互いに近い方の導体部
分４a′，４b′とは同じ巻回方向であり、この両導
体部分が活性領域にあるように配置されている。
またコイル４ａ，４ｂの中心部より互いに遠い方
の導体部分４a″，４b″も同じ巻回方向であるが、
活性領域外に置かれている。

以上の構造によれば、超音波の送受を行うのは
中央脚１ｃの真下だけで、この活性領域ではバイ
アス磁界は被検体表面に垂直である。送信コイル
３に高周波電流を流すと被検体表面に誘導渦電流
が流れ、バイアス磁界との相互作用で図のＸ方向
に変位をもつ横波の超音波が発生する。同時に、
いわゆる無バイアス電磁超音波トランスジユーサ
の原理で、送信電流の２倍の周波数の縦食も送信
される。受信はＸ方向の変位の横波に対しＹ方向
に電流が流れ、双渦巻状フラツトコイル４で受信
される。フラツトコイルの活性領域からはずれた
部分では、バイアス磁界が被検体表面に平行にな
り、縦波が受信されるが、バイアス磁界の向きが
左右で逆になるので、互いに打ち消されて実際に
は受信されない。また、送信の高周波磁界にたい
しても左右のコイル４ａ，４ｂの向きが逆だから
打ち消しあつて、原理的には誘導を受けない。

なお、第１図において、５は銅板で磁心表面や
コイル巻線の表面絶縁材等に渦電流の発生するこ
とを抑制するためのものである。６は磁心開口部
を塞ぐベークライト板である。

受信用コイル４としては、マグネツトワイヤを
渦巻状に巻いて成型したものでも良い、プリント
基板上にエツチングによつて渦巻き状導電パター
ンを形成したプリント型のものでも良い。被検体
との距離を小さくする上で、プリント型の方が好
ましい。

第３図は第１図のトランスジユーサを用い、鉄
を被検体とした場合の受信信号を示すものであ
る。この場合のトランスジユーサの仕用は次のと
おりである。

断面15×15mmで高さ40ｍのＵ字形磁心に同じ断
面のＩ形磁石を組合わせてＥ字形磁心１とした。
バイアスコイル２は25回巻きとし、送信コイル３
としては片脚１ａ，１ｂにそれぞれ５回巻きのも
のを並列接続した。受信コイル４としてはテフロ
ン上にプリントしたものを用いた。送信はコンデ
ンサの放電によるほぼ0.5μs幅（1MHz）の単パル
スに近い電流で行つた。送信側は１：３のトラン
ス、バツフアアンプ、帯域通過フイルタ（650k
Hz〜1650kHz）、アンプ（40dB）を通してオシロ
スコープで観測した。ノイズを軽減するために、
受信信号を４回または８回加算平均した（ソニー
テクトロ製デジタルストレイジオシロ468使用）。
バイアス電流は約１ｍｓ幅の単パルスで行つた
が、これは超音波の送受の時間に比べ十分長いの
で直流と考えてさしつかえない。

第３図を参照して、第１回目のエコーは送信の
高周波磁界にうもれて明確ではないが、第２回目
以降のエコーB₂，B₃……が得られ、隣りあう時
間差が、被検体での横波伝搬時間である。これか
ら被検体中の音速が明らかであれば被検体の厚さ
が測定できる。

第４図は本発明の他の実施例を示すもので、こ
の実施例ではＥ字状磁心１にはその中央脚にバイ
アスコイル２を巻装しただけでバイアス磁界発生
装置とし、別にＵ字形磁心７を用意し、この両脚
に送信コイル３を巻装して高周波磁界発生装置と
し、両磁心１と７を互いに直角をなすように角度
をずらせて組み合わせたものである。

この場合でも、バイアス磁界と高周波磁界とは
Ｅ字型磁心の中央脚の直下で直交し活性領域を形
成する。

送信コイル４は第１図の場合と同様に２つの渦
巻状コイルを活性領域に並列させたものである。

このトランスジユーサは、第１図の場合と同様
の動作を行なう。

この構成では、バイアス磁界発生用磁心と高周
波磁界発生用磁心とを別々の磁心としたので、被
検体の探傷などの際には、不要な応答の原因と考
えられる縦波はほとんど励磁されないために、検
知精度を向上させるのに有効である。

以上実施例について説明したが、バイアス磁界
発生用には被検体に垂直に磁界を印加するように
永久磁石を用いることもできる。

〔発明の効果〕

本発明では反射型の横波用電磁超音波トランシ
ジユーサにおいて、受信コイルを２つの互いに逆
向きに巻いた渦巻き状のフラツトコイルとして、
バイアス磁界と高周波磁界との直交する活性領域
に配置したので、送信側の高周波磁界によつて受
信コイルに誘導される電流が２つの渦巻きコイル
間で打ち消され、受信信号を妨害することなく、
精度の良い測定を行なうことができる。また受信
コイルも小さくできるので、更に小型の反射型ト
ランスズジユーサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図で、ａ図は
断面図、ｂ図は送信コイルを省略した底面図、第
２図は拡大図で、ａ図は送信コイルを省略した底
面図、ｂ図は受信コイルの部分を示す断面図、第
３図は、第１図のトランスジユーサを用いて被検
体を鉄とした場合の受信波形の一例を示す図、第
４図は他の実施例を示す図で、ａ図は側面図、ｂ
図は底面図、第５図は、従来の送信用トランスジ
ユーサの動作を説明するための図である。 図において、１，２１……Ｅ形高周波磁心、
２，２２……バイアスコイル、３，２５……送信
コイル、４……受信コイル、４ａ，４ｂ……渦巻
き状フラツトコイル、７……Ｕ字形コイル、２４
……被検体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属被検体の表面にほぼ垂直にバイアス磁界
   を与えるためのバイアス磁界発生手段と、前記金
   属被検体の表面側に前記バイアス発生手段を挾ん
   で配された該バイアス磁界領域において上記被検
   体表面に平行な高周波磁界を発生するための送信
   コイルを備えた高周波磁界発生手段と、前記被検
   体に平行になるように並置された２つの互いに巻
   き方向を逆向きとした渦巻状フラツトコイルから
   なり、両渦巻状フラツトコイルのそれぞれが上記
   バイアス磁界と高周波磁界が交叉する活性領域に
   少なくとも部分的に存在するように配置されてな
   る受信コイルとを備え、これにより上記高周波磁
   界の方向の振動変位をもつ横波超音波を発生・検
   出することを特徴とする横波用電磁超音波トラン
   スジユーサ。 ２ 請求項１記載の横波用電磁超音波ランスジユ
   ーサにおいて、前２つの渦巻状フラツトコイルが
   高周波磁界の方向に並ぶように並置され、それぞ
   れの中心よりもお互いに近い方の導体部分に流れ
   る受信電流の向きが同一となるように接続され、
   かつ該互いに近い方の導体部分が前記バイアス磁
   界と鎖交し、遠い方の導体部分がバイアス磁界の
   外に位置されていることを特徴とする横波用電磁
   超音波トランスジユーサ。 ３ 請求項１或いは２記載の横波用電磁超音波ラ
   ンスジユーサにおいて、Ｅ形の形状を有する高周
   波磁心、または略Ｕ形の高周波磁心の中央にＩ形
   の鉄心を付してＥ形の形状にした磁心を用い、該
   磁心の中央の脚にはバイアス磁界発生用の励磁コ
   イルを巻装し、外側の両脚には上記送信コイルを
   巻装し、上記高周波磁束が外側の両脚を通つて還
   流するように、前記バイアス磁界発生手段と前記
   高周波磁界発生手段とを構成し、前記受信コイル
   が上記中央の脚の先端に部分的に対向するように
   配置してなることを特徴とする横波用電磁超音波
   トランスジユーサ。 ４ 請求項１記載の横波用電磁超音波トランスジ
   ユーサにおいて、前記バイアス磁界発生手段が中
   央脚の直下に垂直なバイアス磁界を発生するよう
   に励磁コイルを巻装したＥ形の上記磁心からな
   り、前記高周波磁界発生手段がコイルを巻装した
   略Ｕ形の上記高周波磁心からなり、前記Ｅ形の磁
   心と該略Ｕ形の磁心とを立体的に交差するように
   配置したことを特徴とする横波用電磁超音波トラ
   ンスジユーサ。 ５ 請求項３或いは４記載の横波用電磁超音波ト
   ランスジユーサにおいて、Ｅ形の上記磁心の一部
   を永久磁石にすることにより、上記励磁コイルを
   省き、励磁電流を不要としたことを特徴とする横
   波用電磁超音波トランスジユーサ。 ６ 請求項１記載の横波用電磁超音波ランスジユ
   ーサにおいて、前記受信コイルがプリント型コイ
   ルからなることを特徴とする横波用電磁超音波ト
   ランスジユーサ。