JPH06331601A

JPH06331601A - 渦電流探傷器

Info

Publication number: JPH06331601A
Application number: JP5124213A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Hirama; 豊平間; Takeo Yuminaka; 武雄弓仲; Chiyouko Saitou; 兆古斎藤
Original assignee: Hitachi Building Systems Engineering and Service Co Ltd; Hitachi Building Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Building Systems Engineering and Service Co Ltd; Hitachi Building Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】電源周波数や結合係数に大きく影響されるこ
となく、感度の良い探傷を行うことができる渦電流探傷
器を提供すること。【構成】平衡三相交流電源の各相１ａ、１ｂ、１ｃに
同一のコイル２ａ、２ｂ、２ｃを接続し、かつ、平衡三
相交流電源の各相１ａ、１ｂ、１ｃの中性点Ｎ₁とコイ
ル２ａ、２ｂ、２ｃの中性点Ｎ₂ との間に検出器３を接
続する。試料に傷がない場合、この回路は電気的に平衡
し、零相電圧は発生せず、検出器３の検出値は０であ
る。試料に傷が存在する場合、この傷により試料に発生
する渦電流の強さと分布が変化し、この回路は電気的に
不平衡となり、零相電圧が発生し、これが検出器３によ
り感度良く検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検査対象部材（以下、
試料という）の欠損、クラック等の傷の有無や大きさ
を、試料に渦電流を発生させることにより非破壊検出を
行う渦電流探傷器に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種部品や構造物に、疲労、腐食、外力
等により傷が発生した場合、その傷を放置しておくとそ
れら部品や構造物が破損するおそれがある。特に、原子
力発電プラントの各種構成要素のように高度の安全性、
信頼性が求められるものについては、それらに発生した
傷の検出（探傷）は不可欠であり、しかも非破壊による
探傷が必要である。従来、このような非破壊探傷には、
超音波検査方法、放射線透過法、磁粉探傷法、浸透探傷
法、電気抵抗法、渦電流探傷法等が採用されているが、
特に、原子力発電所の伝熱管等の検査には、表面欠陥の
検出に優れ、高速、高能率の検査が可能である渦電流探
傷器が多く使用されている。

【０００３】渦電流探傷器は、例えば、特開平４−３５
３７５７号公報に記載されているように筒状のプローブ
にコイルを配置して構成される。このコイルを試料と対
向させた状態で当該コイルに電流を供給すると、コイル
から発生する磁界により試料に渦電流が生じ、この渦電
流による磁界により上記コイルに供給電流とは逆方向の
電流が流れる。ここで、試料に傷が存在すると、傷がな
い場合に比較して試料の渦電流の強さと分布が変化し、
これに応じて上記コイルの電圧、電流も変化する。この
電圧、電流の変化を検出することにより、試料の傷を見
出すことができる。このような渦電流探傷器の検出原理
を等価回路を用いてさらに説明する。

【０００４】図１０は渦電流探傷器の検出原理を説明す
る等価回路図である。この図において、Ｖは交流電源、
Ｌ₁ は上記コイルの自己インダクタンス、Ｒ₁ はコイル
の抵抗、Ｌ₂ は試料側の自己インダクタンス、Ｒ₂ は試
料側の抵抗、Ｍは相互インダクタンス、ｉ₁ はコイルに
流れる電流、ｉ₂ は渦電流を示す。コイルに電流が流れ
ると、その自己インダクタンスＬ₁ および相互インダク
タンスＭにより試料に渦電流ｉ₂ が発生し、この渦電流
ｉ₂ が流れると自己インダクタンスＬ₂ および相互イン
ダクタンスＭによりコイルに電流ｉ₂ と逆方向の電流が
流れる。渦電流探傷器の検出感度は、図１０に示す等価
回路から、コイル側からみた入力インピーダンスの変化
量により決定され、この変化量は、周波数が大きいほど
大きく、又、コイルと試料の結合係数（相互インダクタ
ンスに比例する）が大きいほど大きい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、従来
の渦電流探傷器は、理論上、電源周波数と結合係数のい
ずれか一方又は両方を大きくすれば検出感度を向上させ
ることが可能であることとなるが、電源周波数を大きく
すると周知の表皮効果のため、探傷はコイルが面してい
る試料表面の浅い部分のみとなって探傷範囲が著しく限
定されることとなるので、電源周波数の増加には限度が
ある。又、結合係数を大きくするにはコイルを試料表面
にできるだけ接近させればよいが、両者の間隔を０に近
付ける以上のことはできず限度があり、しかも、特に配
管内面から当該配管の探傷を行うような場合、大きな結
合係数を得るには各種配管の径に応じて複数の渦電流探
傷器を用意しなければならず、コストの増大を招くとい
う問題も生じる。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、電源周波数や結合係数に大きな影響を受け
ることなく良好な感度で探傷を行うことができる渦電流
探傷器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、試料に渦電流を発生させ、この渦電流に
基づいて当該試料の傷を見出す渦電流探傷器において、
平衡多相交流電源と、この平衡多相交流電源の各相にそ
れぞれ接続されたコイルと、これら各コイルの零相電圧
又は零相電流を検出する零相検出手段とを設けたことを
特徴とする。

【０００８】さらに本発明は、試料に渦電流を発生さ
せ、この渦電流に基づいて当該試料の欠損を見出す渦電
流探傷器において、平衡多相交流電源と、この平衡多相
交流電源の各相にそれぞれ接続された励磁コイルと、こ
れら各励磁コイルとそれぞれ磁気的に結合された各検出
コイルと、これら各検出コイルの零相電圧又は零相電流
を検出する零相検出手段とを設けたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】平衡多相交流電源からの電流は各コイルに供給
され、それらコイルに発生した磁界により試料に渦電流
が発生する。このとき、試料に傷が存在しなければ渦電
流により各コイルに誘起される電圧は均一であり、零相
電流又は零相電圧は発生しない。しかし、試料に傷が存
在すると、渦電流の強さと分布が変化し、渦電流により
各コイルに誘起される電圧は同一ではなくなり、回路に
電気的不平衡状態が発生し、零相電流又は零相電圧が発
生する。

【００１０】さらに、平衡多相交流電源に接続されたコ
イル（励磁コイル）以外に検出コイルを設けたものにお
いては、上記電気的不平衡の状態を当該検出コイルで検
出する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る渦電流探傷器の電気
回路図である。この図で、１ａ、１ｂ、１ｃは平衡三相
交流電源の各相、２ａ、２ｂ、２ｃは平衡三相交流電源
の各相１ａ、１ｂ、１ｃにそれぞれ接続されたコイルで
ある。平衡三相交流電源の各相１ａ、１ｂ、１ｃおよび
コイル２ａ、２ｂ、２ｃは星型結線とされ、各中性点が
符号Ｎ₁ 、Ｎ₂ で示されている。３は中性点Ｎ₁ 、Ｎ₂
間に接続された検出器であり、零相電圧を検出する。

【００１２】平衡三相交流電源の各相１ａ、１ｂ、１ｃ
の出力電圧はそれぞれ振幅および周波数が等しく、位相
が互いに２π／３異なる。このような平衡三相交流電源
は回転電機、例えば、同一円周上に空間的に２π／３ず
つ角度をずらせてコイルを配置し、中心で所定角速度の
回転磁界を発生させる機構により得られる。この場合、
回転電機の各コイルが平衡三相交流電源の各相１ａ、１
ｂ、１ｃに相当することとなる。一方、各コイル２ａ、
２ｂ、２ｃは均一に構成されている。

【００１３】図２は図１に示す各コイルの配置を示す正
面図、図３は図２に示す矢印ＩＩＩ方向からみた平面図
である。各図で、２ａ、２ｂ、２ｃは図１に示すものと
同じコイル、４は各コイル２ａ、２ｂ、２ｃを支持する
支持体である。支持体４は円柱又は円筒に形成されてい
る。各コイル２ａ、２ｂ、２ｃは、支持体４の表面円周
方向に等間隔に配置され、かつ、それらコイルの中心軸
が支持体４の径方向となるように巻回されている。各コ
イル２ａ、２ｂ、２ｃおよび支持体４でプローブ５が構
成されている。

【００１４】次に、本実施例の動作を、配管内にプロー
ブ５を挿入して当該配管の探傷を行う場合について説明
する。各コイル２ａ、２ｂ、２ｃは平衡三相交流電源の
各相１ａ、１ｂ、１ｃにより励磁されて磁界を発生し、
これら各磁界により配管に渦電流が発生し、これら渦電
流により各コイル２ａ、２ｂ、２ｃに電圧が誘起され
る。この場合、配管内にクラックや欠損等の傷がなけれ
ば、発生する各渦電流は等しく各コイル２ａ、２ｂ、２
ｃに誘起される電圧も等しく、即ち、負荷は平衡負荷と
なり、図１に示す電気回路も平衡状態に保持される。こ
の結果、各中性点Ｎ₁ 、Ｎ₂ 間の電位は等しく（零相電
圧は０）、検出器３の検出電圧は０である。

【００１５】一方、配管内に傷が存在すると、傷が存在
する部分の渦電流の強さおよび分布が他の渦電流の経路
と異なることとなり（抵抗値が異なることとなり）、し
たがって、各コイル２ａ、２ｂ、２ｃに誘起される電圧
のうち当該傷が存在する部分の渦電流に対応するコイル
の誘起電圧が他のコイルの誘起電圧と異なり、電気回路
に不平衡が発生する。このため、各中性点Ｎ₁ 、Ｎ₂ 間
の電位に差が生じ、零相電圧が発生し、これが検出器３
により検出される。そして、検出された零相電圧の大き
さが傷の大きさに相当することとなる。

【００１６】このように、本実施例では、平衡三相交流
電源により３つのコイルを励磁し、零相電圧の有無、大
きさを検出するようにしたので、電源周波数に影響され
ることなく、感度の良い探傷を行うことができる。又、
零相電圧は精度良く検出できるので、結合係数が小さく
ても感度の良い探傷ができる。

【００１７】なお、本実施例の説明では、各コイル２
ａ、２ｂ、２ｃを支持体４の表面に沿って巻回してゆく
例について説明したが、当該表面に垂直方向に重ねて巻
回してもよい。又、各コイル２ａ、２ｂ、２ｃを支持体
４の同一円周上に等間隔に配置する例について説明した
が、支持体４の軸方向に順に配置することもできる。さ
らに、各コイル２ａ、２ｂ、２ｃを磁性材料のコアに巻
回すれば検出感度をより一層向上させることができる。

【００１８】図４は本発明の他の実施例に係る渦電流探
傷器の電気回路図である。この図で、図１に示す部分と
同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略す
る。７ａ，７ｂ、７ｃはそれぞれコイル２ａ、２ｂ、２
ｃに対応して設けられたコイルである。本実施例では、
コイル２ａ、２ｂ、２ｃを励磁コイルと称し、コイル７
ａ，７ｂ、７ｃを検出コイルと称する。８は図１に示す
検出器３に相当する検出器である。

【００１９】図５は図４に示す渦電流探傷器の正面図、
図６は図５の矢印ＶＩ方向からみた側面図である。これ
ら各図で、図４に示す部分と同一部分には同一符号が付
してある。９は磁性材料で形成されたコア体であり、９
０はその支持部である。支持部９０の一方端には、互い
に１８０度異なる方向に突出したコア９２ａ、９２ｂ、
９２ｃが、又、支持部９０の他方端には、コア９２ａ、
９２ｂ、９２ｃとほぼ同一方向で互いに１８０度異なる
方向に突出したコア９７ａ、９７ｂ、９７ｃがそれぞれ
設けられている。各コア９２ａ、９２ｂ、９２ｃにはそ
れぞれ各励磁コイル２ａ、２ｂ、２ｃが巻回され、か
つ、各コア９７ａ、９７ｂ、９７ｃにはそれぞれ各検出
コイル７ａ、７ｂ、７ｃが巻回されている。このような
コア体９と各励磁コイルおよび各検出コイルとでプロー
ブ１０が構成される。

【００２０】本実施例の動作はさきの実施例の動作と基
本的には同じである。即ち、さきの実施例と同様、本実
施例のプローブ１０を配管内に挿入して当該配管の探傷
を行う場合、配管に傷がないときには、各励磁コイル２
ａ、２ｂ、２ｃは電気的に平衡状態にある。このため、
各励磁コイル２ａ、２ｂ、２ｃの磁界も平衡状態とな
り、これらと磁気的に結合されている各検出コイル７
ａ、７ｂ、７ｃの間も電気的に平衡状態となる。この結
果、検出器８では零相電圧は検出されない。

【００２１】これに対して、配管に傷が存在すると、さ
きの実施例の説明で述べたように、各励磁コイル２ａ、
２ｂ、２ｃは電気的に不平衡状態となり、各励磁コイル
２ａ、２ｂ、２ｃの磁界も不平衡状態となり、これらと
磁気的に結合されている各検出コイル７ａ、７ｂ、７ｃ
の間も電気的に不平衡状態となる。このため、各検出コ
イル７ａ、７ｂ、７ｃ間に零相電圧が発生し、この電圧
が検出器８で検出され、これにより配管の傷の存在とそ
の大きさが判明する。

【００２２】このように、本実施例では、励磁コイルと
は別に検出コイルを設けたので、例示コイルのみの場合
よりも、より一層感度良く探傷を行うことができ、か
つ、励磁コイルと検出コイルをコアを介して磁気的に結
合したので、さらに感度を向上させることができる。

【００２３】なお、上記実施例の説明では、原子力発電
プラント等の配管の探傷を例示して説明したが、これに
限ることはなく、種々の被探傷物に適用可能である。こ
れら被探傷物の例を２つ例示する。

【００２４】図７は被探傷物としてのエレベーターのワ
イヤロープを示す図である。この図で、１１はシーブ、
１２は複数本（通常３〜８本）のワイヤロープを示す。
各ワイヤロープ１２はシーブ１１に巻回され、一端には
エレベーターのかごが、他端にはカウンターウエイトが
結合されている。シーブ１１は図示しない電動機により
駆動され、ワイヤロープ１２を介してかごを昇降させ
る。１３は図１に示す各相のコイル２ａ〜２ｃが装着さ
れたプローブである。

【００２５】１つのワイヤロープ１２は、約１ｍｍ径の
素線多数をより合わせて構成され、その径は約１２ｍｍ
である。又、各ワイヤロープ１２相互の間隔は３〜４ｍ
ｍとされている。これらワイヤロープ１２は使用中、表
面や内部の素線に断線、打ち傷、曲損等の損傷を発生
し、損傷の大きいワイヤロープ１２は安全上交換が必要
である。このため、これらワイヤロープ１２に対しては
定期的な検査が行なわれるが、通常のテスターでは、ワ
イヤロープ１２相互の間隔が上記のとおり狭く、かつ、
素線が細いので検査が面倒で損傷の検出が困難であっ
た。

【００２６】上記プローブ１３は、各ワイヤロープ１２
を一括し、それらの測定部分全体に対して磁気回路を構
成し、損傷部分の磁気抵抗の変化に基づいて検出を行な
うものであり、プローブ１３を上下方向に順次ずらせて
ゆくことにより、容易にかつ感度良く検査を行なうこと
ができる。

【００２７】図８は被探傷物としてのエスカレータの踏
み台を示す斜視図である。この図で、１４は踏み台、１
４１はクリート、１４２はライザー、１４３はアームで
ある。これらクリート１４１、ライザー１４２、アーム
１４３の検査も本発明の探傷器を用いて容易に感度良く
検査を行なうことができる。

【００２８】又、上記実施例の説明では、各コイルの中
心軸の方向は、プローブの軸方向に垂直な方向である例
について説明したが、プローブの軸方向と同一方向であ
ってもよい。即ち、一相のコイルをプローブの周囲に所
要回数巻回し、このように巻回された各相をプローブの
軸方向に沿って順次配置してもよい。このような構成の
プローブについての一実験例を示す。この実験では、巻
回されたコイル全体の幅が２０ｍｍ、巻数が５０ターン
のプローブを用い、測定対象として貫通欠損のある外径
４０ｍｍ、内径３７ｍｍのアルミ管を使用した。

【００２９】図９は実験結果のグラフである。このグラ
フで、横軸にはコイルと欠損個所間の距離が、縦軸には
零相インピーダンスのインダクタンス分がとってある。
図９に示すグラフから明らかなように、インダクタンス
分の変化は貫通欠損に対して極めて鋭く、したがって、
プローブの感度が非常に大きいことが判る。

【００３０】さらに、上記各実施例の説明では、平衡三
相交流電源を例示して説明したが、三相以上の平衡多相
交流に対しても適用可能であるのは明らかである。又、
接続を星型結線とした例について説明したが、環状結線
（デルタ結線）に対しても適用可能であり、この場合に
は零相電圧に代えて、零相電流（各コイル又は各検出コ
イルの循環電流）が検出されることになる。

【００３１】さらに又、上記各実施例において、各励磁
コイル、検出コイルを窒素ガス等で冷却し、それらの抵
抗分を０又は微小な値にすることにより、検出感度を飛
躍的に向上させることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、平衡多
相交流電源およびこれに対応するコイルを設け、又は当
該コイルとともにこれらコイルに対応する検出コイルを
設け、零相電圧又は零相電流を検出するようにしたの
で、電源周波数や結合係数に大きく影響されることな
く、感度の良い探傷を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る渦電流探傷器の電気回路
図である。

【図２】図１に示す渦電流探傷器の正面図である。

【図３】図２に示す矢印ＩＩＩ方向からみた平面図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例に係る渦電流探傷器の電気
回路図である。

【図５】図４に示す渦電流探傷器の正面図である。

【図６】図５に示す矢印ＶＩ方向からみた側面図であ
る。

【図７】被探傷物としてのエレベーターのワイヤロープ
を示す図である。

【図８】被探傷物としてのエスカレータの踏み台を示す
斜視図である。

【図９】実験結果のグラフである。

【図１０】従来の渦電流探傷器の電気的等価回路図であ
る。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ平衡三相交流電源の各相２ａ、２ｂ、２ｃコイル３検出器Ｎ₁ 、Ｎ₂ 中性点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に渦電流を発生させ、この渦電流に
基づいて当該試料の傷を見出す渦電流探傷器において、
平衡多相交流電源と、この平衡多相交流電源の各相にそ
れぞれ接続されたコイルと、これら各コイルの零相電圧
又は零相電流を検出する零相検出手段とを設けたことを
特徴とする渦電流探傷器。
【請求項２】請求項１において、前記各コイルは、支
持体円周方向に等間隔に配置されていることを特徴とす
る渦電流探傷器。
【請求項３】請求項１において、前記各コイルは、磁
性材のコアに巻回されていることを特徴とする渦電流探
傷器。
【請求項４】試料に渦電流を発生させ、この渦電流に
基づいて当該試料の欠損を見出す渦電流探傷器におい
て、平衡多相交流電源と、この平衡多相交流電源の各相
にそれぞれ接続された励磁コイルと、これら各励磁コイ
ルとそれぞれ磁気的に結合された各検出コイルと、これ
ら各検出コイルの零相電圧又は零相電流を検出する零相
検出手段とを設けたことを特徴とする渦電流探傷器。
【請求項５】請求項４において、前記各励磁コイルお
よび各検出コイルは１つの支持体の円周方向に等間隔に
配置されていることを特徴とする渦電流探傷器。
【請求項６】請求項４において、前記各励磁コイルお
よび前記各検出コイルは、磁性材のコアに巻回されてい
ることを特徴とする渦電流探傷器。
【請求項７】請求項１又は請求項４において、前記各
励磁コイルおよび前記各検出コイルは、冷却手段により
冷却されることを特徴とする渦電流探傷器。