JPH10318989A - アレイ式集束型電磁超音波探触子 - Google Patents

アレイ式集束型電磁超音波探触子

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JPH10318989A
JPH10318989A JP9127168A JP12716897A JPH10318989A JP H10318989 A JPH10318989 A JP H10318989A JP 9127168 A JP9127168 A JP 9127168A JP 12716897 A JP12716897 A JP 12716897A JP H10318989 A JPH10318989 A JP H10318989A
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JP
Japan
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ultrasonic probe
electromagnetic ultrasonic
electromagnetic
magnet
subject
Prior art date
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Pending
Application number
JP9127168A
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English (en)
Inventor
Iwao Takeuchi
五輪男 竹内
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、個々の電磁超音波探触子エレメント
の超音波の主な伝播方向を1か所にあつめることが出来
るアレイ式集束型電磁超音波探触子を提供することを目
的とする。 【解決手段】電磁超音波探触子エレメントを複数個並べ
て構成した電磁超音波探触子において、電磁超音波探触
子エレメントは、複数の磁石セグメントを組合わせた磁
石と、披検体表面に渦電流を発生させるために配置した
コイルにより構成し、各電磁超音波探触子エレメントを
構成する磁石セグメントの幅は、被検体4のターゲット
20の位置から遠い方の電磁超音波探触子エレメントの
ものほど小さくし、近い方の電磁超音波探触子エレメン
トのものほど大きくすることにより、各電磁超音波探触
子エレメントにより被検体4に発生する超音波の伝播す
る主方向を被検体のターゲット20に集まるようにした
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種プラント等の
容器や配管の非破壊検査に用いられるアレイ式電磁超音
波探触子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術を図2〜図6に示す。図2は
電磁超音波探触子の原理を示した図。図3は斜角電磁超
音波探触子の構成を示した図。
【0003】図4は斜角電磁超音波探触子の原理を示し
た図。図5はアレイ式電磁超音探触子の各エレメントの
配置の例を示した図。図6は従来のアレイ式電磁超音波
探触子を示した図。
【0004】電磁超音波探触子(以下、EMATともい
う)とは、導電性被検体の非破壊検査に使用される超音
波探触子の一種である。その原理は、図2に示す如く、
永久磁石もしくは電磁石からなる磁石5から発生する磁
束Bと、導電性の被検体7の表面に生じた渦電流Jとの
相互作用により生じるローレンツ力Fを振動源として超
音波Sを発生し、また、受信については、その逆の過程
で超音波を電気信号に変換するようになされている。
【0005】この電磁超音波探触子において、導電性被
検体7の表面に渦電流Jを生じさせる手段としては、磁
石5と被検体7の間に被検体7の表面に近接しておかれ
たコイル6に、パルス状の高周波電流Iを流し、渦電流
Jを誘発する方法がよく知られている。
【0006】そして、電磁超音波探触子は、磁石の磁極
の周期やコイルの構成方法を変えることにより、SH波
と呼ばれる振動モードの超音波を発生することが出来
る。SH波の斜角電磁超音波探触子の構成の例を図3に
示す。
【0007】磁石セグメント8を多数組合わせ、一定ピ
ッチで磁界方向が変化する周期磁界を発生させる。他
方、この磁石セグメント8とは別に、磁石セグメント8
と被検面の間に、磁石セグメント8の周期磁界の方向に
電流が流れるコイル形状9のコイルとする。
【0008】このように電磁超音波探触子を構成するこ
とにより、被検体7の表層に図4に示すように、コイル
に流れる高周波電流Iにより、水平方向の渦電流Jが発
生する。
【0009】このとき、磁石セグメント8による磁界の
方向が一定周期で変化しているため、各位置で発生する
超音波の位相は、磁石の幅Wの周期で180°毎に変化
する。
【0010】そして、各点での超音波の位相は、式
(1)で示される方向θで一致し合成波面を形成する。 W・sinθ=λ/2 式(1) 但し、λは被検体中での超音波の波長を示す。
【0011】そして、被検体中での超音波の波長はλ
は、被検体中での超音波の音速を超音波の周波数で割る
ことで求められる。 λ=音速/周波数 これより、超音波は合成波面方向であるθ方向に、主に
強く伝播していくことになる。
【0012】なお、図4では、実際の超音波の振動方向
は紙面方向であるが、便宜上、紙面と平行に示してい
る。図5に、4個のエレメントのアレイ式電磁超音波探
触子における各エレメントの配置を示す。
【0013】ターゲットとする位置に対して被検体上面
からみて、ターゲットとする位置で送受信センサ間角度
αで交差する直線に中心を合わせ、送信側および受信側
の各電磁超音波探触子のエレメントが、逆Vの字状に配
置されている。
【0014】これらの電磁超音波探触子のエレメントを
構成する磁石セグメント8については、各々のエレメン
トとも磁石幅を含め同じ寸法の磁石で構成される。ま
た、コイル9も同様に同じ寸法形伏のものが用いられ
る。
【0015】送受信センサ間角度αは、各電磁超音波探
触子のエレメントが、物理的寸法で配置可能な適当な角
度に決められる。図5のア−ア視の断面で見た場合、ア
レイ式電磁超音波探触子10から、個々の探触子エレメ
ントの超音波は、被検体4の材質や使用する超音波の周
波数により決まる被検体中での超音波の波長λと、電磁
超音波探触子エレメントの磁石の幅Wから、 θ=sin-1(λ/2W) 式(1A) の方向に入射される。
【0016】ここで、一般に超音波探触子の周波数につ
いては、特定の周波数fを用いている。従って、アレイ
式電磁超音波探触子10とターゲットとする位置までの
水平距離は、その内蔵する探触子エレメントの全体の中
心位置から、超音波の入射角θでターゲットとする位置
に超音波が入る距離となる。
【0017】従って、例えば、ターゲットとする位置の
深さ方向をTとした場合、 T×tanθ の位置にアレイ式電磁超音波探触子10を置くことにな
り、それに応じて各電磁超音波探触子エレメントが配置
される。
【0018】このように、通常、各電磁超音波探触子エ
レメントは、基本的に同一の磁石やコイルで構成されて
おり、その物理的寸法によって配置が決定され、複数エ
レメントのアレイ式電磁超音波探触子が構成されてい
る。
【0019】そして、ターゲットとする位置に、きず等
があった場合、送信側と対称に配置された受信側のエレ
メントで、きずが反射源となって超音波が反射してくる
のを受信することで、きずの有無を判別している。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術に
は、次のような問題がある。 (1)従来の方法では、アレイ式電磁超音波探触子の各
電磁超音波探触子エレメントは、基本的に同一の磁石幅
の磁石やコイルで構成されているため、各電磁超音波探
触子エレメントの超音波の入射方向は、全て同じ方向に
なっている。
【0021】従って、各電磁超音波探触子エレメント
は、その物理的寸法により、隣のエレメントと一定距離
はなして配置することが必要である。ところが、アレイ
式電磁超音波探触子10に対して、被検体4の板厚Tが
小さい場合や、そのターゲットとする位置までの距離が
小さい場合には、図6に示すように、各電磁超音波探触
子エレメントからの超音波の主な伝播方向θは平行とな
り、ターゲットとする位置に、主な超音波の伝播方向θ
が一致するエレメントは限られたものになる。
【0022】ところで、各電磁超音波探触子エレメント
からの超音波は、被検体中で、ある程度の音のひろがり
を持つ為、主な超音波の伝播方向θからずれていても、
到達する超音波のレベルが低くなるけれども超音波は伝
播していく。
【0023】しかしながら、主な超音波の伝播方向θか
らずれると、ずれ量に応じて伝播していく超音波のレベ
ルは急激に低下する。そのため、ターゲットとする位置
に到達する超音波のトータルの量が低くなり、十分な検
出感度が得られない等の不具合があった。 (2)また、ある電磁超音波探触子エレメントの主な超
音波の伝播方向θに、別の超音波の反射源があった場
合、その反射源からの信号が高いレベルで受信されるこ
とがあり、本来のターゲットとする位置の検査におい
て、反射源がない場合でも反射源(きず)があるとの誤
った判定を引起こす等の間題があった。本発明は、これ
らの問題を解決することができるアレイ式集束型電磁超
音波探触子を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
(第1の手段)本発明に係るアレイ式集束型電磁超音波
探触子は、電磁超音波探触子エレメントを複数個並べて
構成した電磁超音波探触子において、(A)前記電磁超
音波探触子エレメント(a〜d)は、複数の磁石セグメ
ントを組合わせた磁石(3a〜3d)と、披検体表面に
渦電流を発生させるために配置したコイル(2a〜2
d)により構成し、(B)前記各電磁超音波探触子エレ
メント(a〜d)を構成する磁石セグメントの幅(Wa
〜Wd)は、被検体4のターゲット20の位置から遠い
方の電磁超音波探触子エレメントのものほど小さくし、
近い方の電磁超音波探触子エレメントのものほど大きく
することにより、各電磁超音波探触子エレメント(a〜
d)により被検体4に発生する超音波の伝播する主方向
を被検体のターゲット20に集まるようにしたことを特
徴とする。
【0025】したがって、次のように作用する。 (1)特定の周波数fの超音波を用いる超音波探傷にお
いて、被検体中での超音波の波長λとしたとき、磁石の
幅Wよって超音波の伝播する主方向θは、 W・sinθ=λ/2 式(1) により求めることが出来る。
【0026】そこで、複数のエレメントを持つアレイ式
電磁超音波探触子において、各エレメントを構成する電
磁超音波探触子について、ターゲットとする位置から遠
い方の電磁超音波探触子エレメントから順に、用いる磁
石の幅Wを厚くし、超音波の伝播する主方向θが、順々
に、深さ方向に平行となる方向に少しずつ変化するよう
にした。
【0027】具体的には、式(1)を用いて、ターゲッ
トとする位置と各電磁超音波探触子エレメントの幾何学
的位置関係から逆に、ターゲットとする位置に対し最適
な超音波の伝播する主方向θとなるように各エレメント
の磁石の幅Wを決める。
【0028】そうすることで、各エレメントで発生する
超音波の伝播する主方向が、一か所に集まるようにし
た。その為、ターゲットとする位置に伝播する超音波の
レベルを上げることが出来、きずの検出性を向上するこ
とが出来る。 (2)また、各電磁超音波探触子エレメントの主な超音
波の伝播方向θを揃えることで、別の場所の反射源を強
く捉えることが少なくなり、きずの有無について誤った
判定を生じにくくなった。
【0029】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)本発明の第1の実施の形態を図1
に示す。図1は、第1の実施の形態に係るアレイ式集束
型電磁超音波探触子の構成を示す図である。
【0030】なお、図5は、図1を説明する上で、従来
の技術の上に本発明の技術が使われているために、第1
の実施の形態の説明にも使用する。電磁超音波探触子の
各電磁超音波探触子エレメントの配置は、基本的には、
図5に示すように、送受信間角度αで交わる直線上に、
送信側と受信側それぞれのエレメントの中心線を合わ
せ、ターゲットとする位置に対し、被検体の上面から見
て、逆Vの字に対称に配置する。
【0031】各電磁超音波探触子エレメント(a〜d)
の配置は、図1に示すように、それぞれ異なる磁石の幅
Wや、個数に応じて異なる長さのコイルを用いる。磁石
の幅Wについては、(a)被検体4を伝播するときの超
音波の波長λを4.5mm、(超音波の周波数700k
Hz、音速3150m/sec)とし、(b)ターゲッ
トとする位置を板厚18mmの底面とし、(c)エレメ
ント間の中心間距離を10mmとした場合、表1に示す
ように計算される。
【0032】 ( 表 1 ) エレメント 主な超音波の伝播方向 エレメントの磁石幅W a θa=76.8° Wa=2.31mm b θb=75.0° Wb=2.33mm c θc=72.5° Wc=2.36mm d θd=69.1° Wd=2.41mm これらの寸法値の磁石幅の電磁超音波探触子エレメント
を持つ、アレイ式電磁超音波探触子とすることにより、
10mm間隔では、それぞれターゲットとする位置から
遠いエレメントから、主な超音波の伝播方向θが、 76.8°〜69.1° となり、ターゲットとする深さ18mmにおいて1か所
に集まる。
【0033】このようなアレイ式集束型超音波探触子と
することにより、超音波の主な伝播方向を揃えることが
でき、超音波のパワーを集中することが出来る。そのた
め、小さなきずからの反射信号のレベルでも高い精度で
検出することが出来る。
【0034】また、各電磁超音波探触子エレメントにつ
いて、主な超音波の伝播方向が集まることから、ターゲ
ットとする位置以外にある反射源からの反射信号を誤っ
て検出することも少なく、信頼性の高い検査が可能にな
る。
【0035】
【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 (1)個々の電磁超音波探触子エレメントの超音波の主
な伝播方向を1か所にあつめることが出来る。即ち、タ
ーゲットとする位置へ超音波のパワーを集中することが
出来る。そのため、きずの検出性を向上することが出来
る。 (2)ターゲットとする位置に超音波の主な伝播方向を
揃えるため、ターゲットとする位置以外の反射源からの
信号を受け難くなり、誤検出の可能性が低くなる。その
ため信頼性の高い検査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るアレイ式集束
型電磁超音波探触子の構成を示す図。
【図2】電磁超音波探触子の原理を示した図。
【図3】斜角電磁超音波探触子の構成を示した図。
【図4】斜角電磁超音波探触子の原理を示した図。
【図5】従来のアレイ式電磁超音探触子の各エレメント
の配置の例を示した図。
【図6】従来のアレイ式電磁超音波探触子の構成を示し
た図。
【符号の説明】
1 …電磁超音波探触子 2 …コイル 3 …磁石 4 …被検体 5 …磁石 6 …コイル 7 …被検体 8 …磁石セグメント 9 …コイル 10…電磁超音波探触子 20…ターゲット(焦点) B …磁束または正磁界 J …渦電流 F …ローレンツ力 I …コイル中の電流 S …超音波 W …磁石の幅 a〜d …アレイ探触子の各エレメント 2a〜2d…コイル 3a〜3d…磁石 θ …超音波の屈折角 θa〜θd…各エレメントの超音波の屈折角 f …送信パルス信号の周波数 fa〜fd…各エレメントの超音波の励振周波数

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電磁超音波探触子エレメントを複数個並べ
    て構成した電磁超音波探触子において、(A)前記電磁
    超音波探触子エレメント(a〜d)は、複数の磁石セグ
    メントを組合わせた磁石(3a〜3d)と、披検体表面
    に渦電流を発生させるために配置したコイル(2a〜2
    d)により構成し、(B)前記各電磁超音波探触子エレ
    メント(a〜d)を構成する磁石セグメントの幅(Wa
    〜Wd)は、被検体(4)のターゲット(20)の位置
    から遠い方の電磁超音波探触子エレメントのものほど小
    さくし、近い方の電磁超音波探触子エレメントのものほ
    ど大きくすることにより、各電磁超音波探触子エレメン
    ト(a〜d)により被検体(4)に発生する超音波の伝
    播する主方向を被検体のターゲット(20)に集まるよ
    うにしたことを特徴とするアレイ式集束型電磁超音波探
    触子。
JP9127168A 1997-05-16 1997-05-16 アレイ式集束型電磁超音波探触子 Pending JPH10318989A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100951410B1 (ko) 2007-09-28 2010-04-07 한국과학기술원 전자기력을 이용한 세포 자극기
JP2010517034A (ja) * 2007-01-26 2010-05-20 レントゲン テクニシュ ディエンスト ベー.フェー. 粗粒異方性溶接部の超音波検査のための改良された手法およびフェーズドアレイトランスデューサ

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JP2010517034A (ja) * 2007-01-26 2010-05-20 レントゲン テクニシュ ディエンスト ベー.フェー. 粗粒異方性溶接部の超音波検査のための改良された手法およびフェーズドアレイトランスデューサ
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010515