JPH1048068A - 電磁超音波トランスデューサ - Google Patents
電磁超音波トランスデューサInfo
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- JPH1048068A JPH1048068A JP20438896A JP20438896A JPH1048068A JP H1048068 A JPH1048068 A JP H1048068A JP 20438896 A JP20438896 A JP 20438896A JP 20438896 A JP20438896 A JP 20438896A JP H1048068 A JPH1048068 A JP H1048068A
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- electromagnetic ultrasonic
- tube
- transverse wave
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 音弾性に基づく応力測定を実施したい測定点
で正確に偏波方向が９０度異なる２つの横波を励起する
ことができる電磁超音波トランスデューサを提供するこ
と。 【解決手段】 被検査物表面に対して垂直な磁界成分を
発生させるように配置された磁石ユニット（１１）と、
前記被検査物表面に平行で第１方向に沿って渦電流を前
記被検査物に生成する第１コイル（１３）と、前記被検
査物表面に平行で前記第１方向と直交する第２方向に沿
って渦電流を前記被検査物に生成する第２コイル（１
５）と、前記第１コイルと前記第２コイルに選択的に高
周波電流を供給する給電手段とから構成されている電磁
超音波トランスデューサ。
で正確に偏波方向が９０度異なる２つの横波を励起する
ことができる電磁超音波トランスデューサを提供するこ
と。 【解決手段】 被検査物表面に対して垂直な磁界成分を
発生させるように配置された磁石ユニット（１１）と、
前記被検査物表面に平行で第１方向に沿って渦電流を前
記被検査物に生成する第１コイル（１３）と、前記被検
査物表面に平行で前記第１方向と直交する第２方向に沿
って渦電流を前記被検査物に生成する第２コイル（１
５）と、前記第１コイルと前記第２コイルに選択的に高
周波電流を供給する給電手段とから構成されている電磁
超音波トランスデューサ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波による非破
壊検査に用いらる電磁超音波トランスデューサ、特に音
弾性に基づく応力測定に適した電磁超音波トランスデュ
ーサに関する。
壊検査に用いらる電磁超音波トランスデューサ、特に音
弾性に基づく応力測定に適した電磁超音波トランスデュ
ーサに関する。
【０００２】
【従来の技術】音弾性に基づく応力測定とは、例えば日
本機械学会論文集（Ａ編）49巻440 号（昭58-4）”音弾
性による応力解析”福岡秀和、から知られているよう
に、応力によって力学的に異方性となった弾性体が超音
波に対して複屈折性を示すこと、つまり主応力方向（通
常直交したＸ方向とＹ方向の２方向）に偏波した２つの
横波（以後この２つの横波を第１横波と第２横波と呼ぶ
ことがある）の速度差が主応力差に比例することを利用
して、鋼材等の弾性体に作用している応力を評価するこ
とである。
本機械学会論文集（Ａ編）49巻440 号（昭58-4）”音弾
性による応力解析”福岡秀和、から知られているよう
に、応力によって力学的に異方性となった弾性体が超音
波に対して複屈折性を示すこと、つまり主応力方向（通
常直交したＸ方向とＹ方向の２方向）に偏波した２つの
横波（以後この２つの横波を第１横波と第２横波と呼ぶ
ことがある）の速度差が主応力差に比例することを利用
して、鋼材等の弾性体に作用している応力を評価するこ
とである。
【０００３】音弾性効果を利用する場合、高精度の音速
測定、ないしは被測定体の厚さが既知の場合その厚さ測
定が（音速は超音波の伝播距離をその伝播時間で割るこ
とで得られるが、伝播距離つまり管厚が一定であると仮
定すると音速は伝播時間の関数とみなされるので、音速
測定を伝播時間測定で置き換えても本発明の技術的思想
は何ら変わるものではない。この事実から、本明細書で
は、音速測定と伝播時間測定は同一に解釈されるべきで
ある）必須条件となるが、従来の圧電式超音波トランス
デューサを用いたパルス反射方式では、被検査物の表面
状態や超音波パルスが反射する反射面の状態が悪いと、
十分な精度が期待できない。このため、音弾性測定に使
用できる高精度測定を非接触で簡便に行える手法とし
て、例えば日本機械学会論文集（Ａ編）60巻569 号（19
94-1）”電磁超音波共鳴法による金属薄板の音弾性応力
測定”荻博次、平尾雅彦、福岡秀和、では電磁超音波ト
ランスデューサと共鳴厚さ測定法の組み合わせが提案さ
れている。この手法では、横波を励起する電磁超音波ト
ランスデューサを用いて、測定すべき箇所で被検査物内
を伝播する横波の偏波方向が第１の主応力方向に一致す
るように位置合わせし、その状態で音速測定を行い、次
は電磁超音波トランスデューサを９０度回転して被検査
物内を伝播する横波の偏波方向を９０度変えて音速測定
を行う。
測定、ないしは被測定体の厚さが既知の場合その厚さ測
定が（音速は超音波の伝播距離をその伝播時間で割るこ
とで得られるが、伝播距離つまり管厚が一定であると仮
定すると音速は伝播時間の関数とみなされるので、音速
測定を伝播時間測定で置き換えても本発明の技術的思想
は何ら変わるものではない。この事実から、本明細書で
は、音速測定と伝播時間測定は同一に解釈されるべきで
ある）必須条件となるが、従来の圧電式超音波トランス
デューサを用いたパルス反射方式では、被検査物の表面
状態や超音波パルスが反射する反射面の状態が悪いと、
十分な精度が期待できない。このため、音弾性測定に使
用できる高精度測定を非接触で簡便に行える手法とし
て、例えば日本機械学会論文集（Ａ編）60巻569 号（19
94-1）”電磁超音波共鳴法による金属薄板の音弾性応力
測定”荻博次、平尾雅彦、福岡秀和、では電磁超音波ト
ランスデューサと共鳴厚さ測定法の組み合わせが提案さ
れている。この手法では、横波を励起する電磁超音波ト
ランスデューサを用いて、測定すべき箇所で被検査物内
を伝播する横波の偏波方向が第１の主応力方向に一致す
るように位置合わせし、その状態で音速測定を行い、次
は電磁超音波トランスデューサを９０度回転して被検査
物内を伝播する横波の偏波方向を９０度変えて音速測定
を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、偏波
方向が９０度異なる２つの横波での音速測定のために測
定点において電磁超音波トランスデューサ自体を９０度
回転させる必要があるが、十分な作業スペースが確保で
きないプラント等の検査現場において電磁超音波トラン
スデューサを正確な測定点で９０度回転することは困難
である。偏波方向が９０度異なる２つの横波の励起ポイ
ントが異なると応力測定の精度が低下することになる。
本発明の目的は、音弾性に基づく応力測定を実施したい
測定点で正確に偏波方向が９０度異なる２つの横波を励
起することができる電磁超音波トランスデューサを提供
することである。
方向が９０度異なる２つの横波での音速測定のために測
定点において電磁超音波トランスデューサ自体を９０度
回転させる必要があるが、十分な作業スペースが確保で
きないプラント等の検査現場において電磁超音波トラン
スデューサを正確な測定点で９０度回転することは困難
である。偏波方向が９０度異なる２つの横波の励起ポイ
ントが異なると応力測定の精度が低下することになる。
本発明の目的は、音弾性に基づく応力測定を実施したい
測定点で正確に偏波方向が９０度異なる２つの横波を励
起することができる電磁超音波トランスデューサを提供
することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】同じ測定点において偏波
方向が９０度異なる２つの横波を励起するという上記目
的を達成するため、本発明による電磁超音波トランスデ
ューサでは、被検査物表面に対して垂直な磁界成分を発
生させるように配置された磁石ユニットと、前記被検査
物表面に平行で第１方向に沿って渦電流を前記被検査物
に生成する第１コイルと、前記被検査物表面に平行で前
記第１方向と直交する第２方向に沿って渦電流を前記被
検査物に生成する第２コイルと、前記第１コイルと前記
第２コイルに選択的に高周波電流を供給する給電手段
と、を備えている。
方向が９０度異なる２つの横波を励起するという上記目
的を達成するため、本発明による電磁超音波トランスデ
ューサでは、被検査物表面に対して垂直な磁界成分を発
生させるように配置された磁石ユニットと、前記被検査
物表面に平行で第１方向に沿って渦電流を前記被検査物
に生成する第１コイルと、前記被検査物表面に平行で前
記第１方向と直交する第２方向に沿って渦電流を前記被
検査物に生成する第２コイルと、前記第１コイルと前記
第２コイルに選択的に高周波電流を供給する給電手段
と、を備えている。
【０００６】この構成によれば、第１コイルを励起する
ことにより一方の方向に偏波した第１横波を被検査物表
面に対して垂直な方向に伝播させることができ、第２コ
イルを励起することにより９０度ずれて偏波した第２横
波を被検査物表面に対して垂直な方向に伝播させること
ができる。しかも、第１コイルと第２コイルの選択的な
励起は、電磁超音波トランスデューサを被検査物表面に
押し当てたまま可能であるため、偏波方向が９０度異な
る２つの横波を励起する際に測定点がずれることはな
い。これにより、同じ測定点で偏波方向が９０度異なる
横波、つまり２つの主応力方向に一致する偏波方向をも
つ第１横波と第２横波による音速測定が可能となり、精
度の高い音弾性に基づく応力測定が簡単に実現する。
ことにより一方の方向に偏波した第１横波を被検査物表
面に対して垂直な方向に伝播させることができ、第２コ
イルを励起することにより９０度ずれて偏波した第２横
波を被検査物表面に対して垂直な方向に伝播させること
ができる。しかも、第１コイルと第２コイルの選択的な
励起は、電磁超音波トランスデューサを被検査物表面に
押し当てたまま可能であるため、偏波方向が９０度異な
る２つの横波を励起する際に測定点がずれることはな
い。これにより、同じ測定点で偏波方向が９０度異なる
横波、つまり２つの主応力方向に一致する偏波方向をも
つ第１横波と第２横波による音速測定が可能となり、精
度の高い音弾性に基づく応力測定が簡単に実現する。
【０００７】本発明による、上述した第１コイルと第２
コイルの好適な実施の形態として、第１コイルと第２コ
イルを楕円状に巻かれたコイルシートとして形成し、こ
の第１コイルと第２コイルを互いに９０度変位させて重
ね合わせることが提案される。楕円状コイルの直線状部
分が有効コイル部として働くので、９０度変位させて重
ね合わせられた２つのコイルシートがそれぞれ２つの主
応力方向に一致する第１横波と第２横波を励起するコイ
ルとなる。コイルシートとして形成しているので、その
厚みは薄く、電磁超音波トランスデューサの被検査物表
面に対する接触面に簡単に装着することができる。
コイルの好適な実施の形態として、第１コイルと第２コ
イルを楕円状に巻かれたコイルシートとして形成し、こ
の第１コイルと第２コイルを互いに９０度変位させて重
ね合わせることが提案される。楕円状コイルの直線状部
分が有効コイル部として働くので、９０度変位させて重
ね合わせられた２つのコイルシートがそれぞれ２つの主
応力方向に一致する第１横波と第２横波を励起するコイ
ルとなる。コイルシートとして形成しているので、その
厚みは薄く、電磁超音波トランスデューサの被検査物表
面に対する接触面に簡単に装着することができる。
【０００８】被検査物表面に対して垂直な磁界成分を発
生させるための、簡単な磁石ユニットの配置構成は、一
方の磁極面を被検査物表面に対向するように少なくとも
１つの磁石を配置し、その磁石の磁極面に前述した２つ
の互いに９０度変位させて重ね合わせられたコイルシー
トを装着することである。このような簡単な構造にもか
かわらず、第１コイルと第２コイルに選択的に高周波電
流を供給することにより被検査物内に偏波方向が９０度
異なる２つの横波を励起することができる。
生させるための、簡単な磁石ユニットの配置構成は、一
方の磁極面を被検査物表面に対向するように少なくとも
１つの磁石を配置し、その磁石の磁極面に前述した２つ
の互いに９０度変位させて重ね合わせられたコイルシー
トを装着することである。このような簡単な構造にもか
かわらず、第１コイルと第２コイルに選択的に高周波電
流を供給することにより被検査物内に偏波方向が９０度
異なる２つの横波を励起することができる。
【０００９】さらに本発明の好適な実施形態として、２
つの互いに９０度変位させて重ね合わせられたコイルシ
ートと磁石の磁極面を被検査物表面の湾曲に合わせて湾
曲に形成されているものがある。このような構造を採用
すると、被検査物表面が湾曲していても、電磁超音波ト
ランスデューサの接触面、詳しくは磁極面やコイルと被
検査物表面との距離が接触面全体にわたって密接状態で
一定となり、安定的に電磁超音波を発生し、戻ってきた
超音波を受信することができる。
つの互いに９０度変位させて重ね合わせられたコイルシ
ートと磁石の磁極面を被検査物表面の湾曲に合わせて湾
曲に形成されているものがある。このような構造を採用
すると、被検査物表面が湾曲していても、電磁超音波ト
ランスデューサの接触面、詳しくは磁極面やコイルと被
検査物表面との距離が接触面全体にわたって密接状態で
一定となり、安定的に電磁超音波を発生し、戻ってきた
超音波を受信することができる。
【００１０】第１コイルと第２コイルに選択的に高周波
電流を供給するには、手動又は自動で操作されるスイッ
チングディバイスが必要であるが、このスイッチングデ
ィバイスは、電磁超音波トランスデューサに内蔵しても
よいし、電磁超音波測定装置側に組み込んでもよい。ス
イッチングディバイスを電磁超音波トランスデューサに
内蔵する場合は、電磁超音波測定装置自体は従来の装置
をそのまま使用することができるという利点がある。ス
イッチングディバイスを電磁超音波測定装置に組み込む
場合、電磁超音波トランスデューサには、第１コイルの
ための給電ソケットと第２コイルのための給電ソケット
を設けるだけでスイッチングディバイスを内蔵する必要
がないので電磁超音波トランスデューサの構造は簡単と
なる。また自動測定システムの場合、スイッチングディ
バイスの制御だけでなく電磁超音波トランスデューサの
動きや電磁超音波測定装置の制御も含めて全て中央制御
装置で行なわれるため、スイッチングディバイスを電磁
超音波測定装置に組み込んだ方が便利である。本発明に
よる電磁超音波トランスデューサのその他の特徴及び利
点は以下図面を用いた実施の形態の説明により明らかに
なるだろう。
電流を供給するには、手動又は自動で操作されるスイッ
チングディバイスが必要であるが、このスイッチングデ
ィバイスは、電磁超音波トランスデューサに内蔵しても
よいし、電磁超音波測定装置側に組み込んでもよい。ス
イッチングディバイスを電磁超音波トランスデューサに
内蔵する場合は、電磁超音波測定装置自体は従来の装置
をそのまま使用することができるという利点がある。ス
イッチングディバイスを電磁超音波測定装置に組み込む
場合、電磁超音波トランスデューサには、第１コイルの
ための給電ソケットと第２コイルのための給電ソケット
を設けるだけでスイッチングディバイスを内蔵する必要
がないので電磁超音波トランスデューサの構造は簡単と
なる。また自動測定システムの場合、スイッチングディ
バイスの制御だけでなく電磁超音波トランスデューサの
動きや電磁超音波測定装置の制御も含めて全て中央制御
装置で行なわれるため、スイッチングディバイスを電磁
超音波測定装置に組み込んだ方が便利である。本発明に
よる電磁超音波トランスデューサのその他の特徴及び利
点は以下図面を用いた実施の形態の説明により明らかに
なるだろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】被検査物に対する接触面１０ａを
上に向けた状態の本発明による電磁超音波トランスデュ
ーサ１０が図１に示されている。接触面１０ａは磁石１
１のＮ磁極面を凹面状に加工することにより形成されて
おり、管の表面にぴったりと適合する形状となってい
る。もちろん、管以外の平坦な面をもつ被検査物のため
の電磁超音波トランスデューサ１０の場合その接触面１
０ａは平坦なままでよい。接触面１０ａには、第１コイ
ル１３を埋設している樹脂製の第１コイルシート１２と
第２コイル１５を埋設している樹脂製の第２コイルシー
ト１４が互いに９０度変位させて重ね合わせた状態で接
着されている。第１・第２コイル１３、１５は直線状部
分を有する楕円状に巻かれており、第１コイル１３と第
２コイル１５の直線状部分が直交している。磁石１１の
Ｓ極面には軟鋼製のキャップ１６が接着されており、キ
ャップ１６の中央部には、ここでは図示されていない非
磁性体の取手が取り付けられている。第１コイル１３の
両端には磁石１１とキャップ１６を通り抜けている給電
手段としてのリード線１７が接続されており、リード線
１７はキャップ１６の側面に取り付けられている第１ソ
ケット１８に接続している。第２コイル１５の両端にも
リード線１７が接続されており、このリード線１７はキ
ャップ１６の側面に取り付けられている第２ソケット１
９に接続している。この第１・第２ソケット１８、１９
を通じて、この電磁超音波トランスデューサ１０は後で
詳しく説明する測定装置２０につながれることにより、
超音波を励起し、受信した信号を処理する電磁超音波式
応力測定システムが構築される。
上に向けた状態の本発明による電磁超音波トランスデュ
ーサ１０が図１に示されている。接触面１０ａは磁石１
１のＮ磁極面を凹面状に加工することにより形成されて
おり、管の表面にぴったりと適合する形状となってい
る。もちろん、管以外の平坦な面をもつ被検査物のため
の電磁超音波トランスデューサ１０の場合その接触面１
０ａは平坦なままでよい。接触面１０ａには、第１コイ
ル１３を埋設している樹脂製の第１コイルシート１２と
第２コイル１５を埋設している樹脂製の第２コイルシー
ト１４が互いに９０度変位させて重ね合わせた状態で接
着されている。第１・第２コイル１３、１５は直線状部
分を有する楕円状に巻かれており、第１コイル１３と第
２コイル１５の直線状部分が直交している。磁石１１の
Ｓ極面には軟鋼製のキャップ１６が接着されており、キ
ャップ１６の中央部には、ここでは図示されていない非
磁性体の取手が取り付けられている。第１コイル１３の
両端には磁石１１とキャップ１６を通り抜けている給電
手段としてのリード線１７が接続されており、リード線
１７はキャップ１６の側面に取り付けられている第１ソ
ケット１８に接続している。第２コイル１５の両端にも
リード線１７が接続されており、このリード線１７はキ
ャップ１６の側面に取り付けられている第２ソケット１
９に接続している。この第１・第２ソケット１８、１９
を通じて、この電磁超音波トランスデューサ１０は後で
詳しく説明する測定装置２０につながれることにより、
超音波を励起し、受信した信号を処理する電磁超音波式
応力測定システムが構築される。
【００１２】次に、電磁超音波トランスデューサ１０に
よる第１横波とこの第１横波と９０度異なる偏波方向を
もつ第２横波の励起の原理を図２の模式図を用いて説明
する。図２は、電磁超音波トランスデューサ１０を被検
査物である管１に接触させた状態での第２コイルシート
１４の長手方向に沿った断面図であり、断面で表された
第１コイル１３の異なる断面模様は、電気工学分野でよ
く用いられる電流の流れの識別のためのものである。磁
石１１はＮ極を下にＳ極を上にして配置されているた
め、管外面から管内面へ通過する磁界１１ａが生じる。
第１コイル１３に高周波電流を供給すると、渦電流１３
ａが管表面近くに流れ、管軸方向にローレンツ力が発生
することで、管軸方向に振動するとともに管径方向に伝
播する第１横波が励起する。管内面で反射して戻ってき
た第１横波の検出には、逆のプロセスを経て第１コイル
１３に生じる誘起電圧が利用される。この受信信号を処
理することにより、第１横波による音速ないしは管の厚
さが算定される。次に電磁超音波トランスデューサ１０
は管１に接触させたままで、第１コイル１３への高周波
電流の供給を中断し、第２コイル１５に高周波電流を供
給すると、ここでは図示されていないが、先ほどの渦電
流１３ａとは直交する方向で渦電流が管表面近くに流
れ、管周方向にローレンツ力が発生することで、管周方
向に振動するとともに管径方向に伝播する第２横波が励
起する。この第２横波による受信信号を処理することに
より、第２横波による音速ないしは管の厚さが算定され
る。
よる第１横波とこの第１横波と９０度異なる偏波方向を
もつ第２横波の励起の原理を図２の模式図を用いて説明
する。図２は、電磁超音波トランスデューサ１０を被検
査物である管１に接触させた状態での第２コイルシート
１４の長手方向に沿った断面図であり、断面で表された
第１コイル１３の異なる断面模様は、電気工学分野でよ
く用いられる電流の流れの識別のためのものである。磁
石１１はＮ極を下にＳ極を上にして配置されているた
め、管外面から管内面へ通過する磁界１１ａが生じる。
第１コイル１３に高周波電流を供給すると、渦電流１３
ａが管表面近くに流れ、管軸方向にローレンツ力が発生
することで、管軸方向に振動するとともに管径方向に伝
播する第１横波が励起する。管内面で反射して戻ってき
た第１横波の検出には、逆のプロセスを経て第１コイル
１３に生じる誘起電圧が利用される。この受信信号を処
理することにより、第１横波による音速ないしは管の厚
さが算定される。次に電磁超音波トランスデューサ１０
は管１に接触させたままで、第１コイル１３への高周波
電流の供給を中断し、第２コイル１５に高周波電流を供
給すると、ここでは図示されていないが、先ほどの渦電
流１３ａとは直交する方向で渦電流が管表面近くに流
れ、管周方向にローレンツ力が発生することで、管周方
向に振動するとともに管径方向に伝播する第２横波が励
起する。この第２横波による受信信号を処理することに
より、第２横波による音速ないしは管の厚さが算定され
る。
【００１３】図３には電磁超音波式応力測定システム全
体のブロック図が示されている。測定装置２０の中核を
を構成する端末マイコン２１は、電磁超音波トランスデ
ューサ１０を動作させるため、ドライバー２２を介して
動作信号を可変周波数型高周波発信器（ＲＦ発信器）２
３に送り、高周波発信器２３で生成された所定の周波数
の高周波電流が増幅器２４を通ってスイッチングディバ
イス２５に入り、第１コイル１３又は第２コイル１４に
供給される。スイッチングディバイス２５の切り換え
は、プログラム的に（電子制御式に）又は手動スイッチ
によって行うことができる。第１横波で動作する場合
は、高周波電流が第１コイル１３に供給され、管体中に
第１横波を励起する。所定の伝播経路を経て戻ってきた
第１横波は第１コイル１３によって検出され、この検出
信号は増幅器２６、バンドパスフィルタ（Ｂ. Ｐ. Ｆ）
２７、さらにＡ／Ｄ変換器２８を経て端末マイコン２１
に送られる。第２横波で動作する場合は、高周波電流が
第２コイル１５に供給され、管体中に第２横波を励起す
る。所定の伝播経路を経て戻ってきた第２横波は第２コ
イル１５によって検出され、この検出信号は増幅器２
６、バンドパスフィルタ（Ｂ. Ｐ. Ｆ）２７、さらにＡ
／Ｄ変換器２８を経て端末マイコン２１に送られる。
体のブロック図が示されている。測定装置２０の中核を
を構成する端末マイコン２１は、電磁超音波トランスデ
ューサ１０を動作させるため、ドライバー２２を介して
動作信号を可変周波数型高周波発信器（ＲＦ発信器）２
３に送り、高周波発信器２３で生成された所定の周波数
の高周波電流が増幅器２４を通ってスイッチングディバ
イス２５に入り、第１コイル１３又は第２コイル１４に
供給される。スイッチングディバイス２５の切り換え
は、プログラム的に（電子制御式に）又は手動スイッチ
によって行うことができる。第１横波で動作する場合
は、高周波電流が第１コイル１３に供給され、管体中に
第１横波を励起する。所定の伝播経路を経て戻ってきた
第１横波は第１コイル１３によって検出され、この検出
信号は増幅器２６、バンドパスフィルタ（Ｂ. Ｐ. Ｆ）
２７、さらにＡ／Ｄ変換器２８を経て端末マイコン２１
に送られる。第２横波で動作する場合は、高周波電流が
第２コイル１５に供給され、管体中に第２横波を励起す
る。所定の伝播経路を経て戻ってきた第２横波は第２コ
イル１５によって検出され、この検出信号は増幅器２
６、バンドパスフィルタ（Ｂ. Ｐ. Ｆ）２７、さらにＡ
／Ｄ変換器２８を経て端末マイコン２１に送られる。
【００１４】この電磁超音波トランスデューサ１０は、
自動的に被検査物の表面を走査するためにスキャニング
マシンに装着されているが、このスキャニングマシンの
制御も端末マイコン２１を通じて行われる。端末マイコ
ン２１には、基本的にはプログラムによって種々の機能
が作り出されるが、例えば、検出された信号を超音波共
鳴法用いて処理することにより管の曲げ応力を評価する
応力評価手段２１ａが備えられている。端末マイコン２
１は、光ファイバー４０などの通信ケーブルや無線によ
り相互コミュニケーション可能にホストマイコン３０と
連結されている。このホストマイコン３０は、端末マイ
コン２１から送られてきたデータの処理及び管理を行
う。この目的のため、ホストマイコン３０には、測定デ
ータ等の表示のためのモニター３１、検査データ等の管
理・格納のための外部記憶装置３２、検査データ等のハ
ードコピーのためのプリンター３３、及び管内検査装置
の操作等のためのキーボード３４が接続されている。実
際の測定にあたっては、電磁超音波トランスデューサ１
０を装着したスキャニングマシンは、被検査物としての
管を管軸方向にも管周方向にもスキャン可能であるの
で、任意の測定断面における応力の分布を評価すること
が可能である。
自動的に被検査物の表面を走査するためにスキャニング
マシンに装着されているが、このスキャニングマシンの
制御も端末マイコン２１を通じて行われる。端末マイコ
ン２１には、基本的にはプログラムによって種々の機能
が作り出されるが、例えば、検出された信号を超音波共
鳴法用いて処理することにより管の曲げ応力を評価する
応力評価手段２１ａが備えられている。端末マイコン２
１は、光ファイバー４０などの通信ケーブルや無線によ
り相互コミュニケーション可能にホストマイコン３０と
連結されている。このホストマイコン３０は、端末マイ
コン２１から送られてきたデータの処理及び管理を行
う。この目的のため、ホストマイコン３０には、測定デ
ータ等の表示のためのモニター３１、検査データ等の管
理・格納のための外部記憶装置３２、検査データ等のハ
ードコピーのためのプリンター３３、及び管内検査装置
の操作等のためのキーボード３４が接続されている。実
際の測定にあたっては、電磁超音波トランスデューサ１
０を装着したスキャニングマシンは、被検査物としての
管を管軸方向にも管周方向にもスキャン可能であるの
で、任意の測定断面における応力の分布を評価すること
が可能である。
【００１５】音弾性に基づく応力測定は、前述した文献
に詳しく述べられているので、以下に、管に働く曲げ応
力の音弾性に基づく測定の原理を簡単に説明する。図４
に示すように、曲げ応力が発生している管１から微小部
分１ａを取り出して考察する。図中、σ1 は管軸方向の
応力、σ2 は管周方向の応力を示す。ここで、主応力方
向に偏った２つのせん断波の速度差が主応力差に比例す
るという音弾性理論に基づいて、複屈折量：Ｂを以下の
ように定義する； Ｂ：＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／｛（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）×１／２｝ ＝Ｂ0 ＋ＣA （σ1 −σ2 ） 但し、Ｂ0 及びＣA は材料によって決まる定数、 Ｖ1 は管軸方向に振動する第１横波の被測定管内での音
速 Ｖ2 は管周方向に振動する第２横波の被測定管内での音
速 ｛（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）×１／２｝の項は、第１横波と第２横
波の音速差のデータを正規化するためのものである。
に詳しく述べられているので、以下に、管に働く曲げ応
力の音弾性に基づく測定の原理を簡単に説明する。図４
に示すように、曲げ応力が発生している管１から微小部
分１ａを取り出して考察する。図中、σ1 は管軸方向の
応力、σ2 は管周方向の応力を示す。ここで、主応力方
向に偏った２つのせん断波の速度差が主応力差に比例す
るという音弾性理論に基づいて、複屈折量：Ｂを以下の
ように定義する； Ｂ：＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／｛（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）×１／２｝ ＝Ｂ0 ＋ＣA （σ1 −σ2 ） 但し、Ｂ0 及びＣA は材料によって決まる定数、 Ｖ1 は管軸方向に振動する第１横波の被測定管内での音
速 Ｖ2 は管周方向に振動する第２横波の被測定管内での音
速 ｛（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）×１／２｝の項は、第１横波と第２横
波の音速差のデータを正規化するためのものである。
【００１６】なお、被測定管として、地中に埋設された
ガス管等を対象とすると、発生する応力は道路の不等沈
下等による曲げ応力が支配的であり、その場合はσ2 ＝
０とみなすことができる。その場合、複屈折量：Ｂは以
下のようになる； Ｂ：＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／｛（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）×１／２｝ ＝Ｂ0 ＋ＣA ×σ1 このことから、管の周方向１周（０＜＝θ：中心角＜＝
２π）にわたって、第１横波と第２横波の音速を測定す
ることで、管の所定断面における曲げ応力の分布状況を
評価することができる。
ガス管等を対象とすると、発生する応力は道路の不等沈
下等による曲げ応力が支配的であり、その場合はσ2 ＝
０とみなすことができる。その場合、複屈折量：Ｂは以
下のようになる； Ｂ：＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／｛（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）×１／２｝ ＝Ｂ0 ＋ＣA ×σ1 このことから、管の周方向１周（０＜＝θ：中心角＜＝
２π）にわたって、第１横波と第２横波の音速を測定す
ることで、管の所定断面における曲げ応力の分布状況を
評価することができる。
【００１７】前述したように、管径方向に伝播する超音
波の音速の測定は、超音波の伝播時間測定で置き換える
ことができる。そのような仮定のもとに、音速測定を伝
播時間測定として扱っても差し支えない。なお、伝播時
間測定において、電磁超音波では反射法より、共鳴法の
方が大きな検出感度が得られるので効果的である。この
共鳴法では、第１コイル１３又は第２コイル１５に流す
高周波電流の周波数を掃引しつつ、この誘起電圧が最大
となる周波数を検出する。管厚が既知の場合、厚み共鳴
する共鳴周波数を測定すれば、伝播時間を正確に把握す
ることができる。振動方向における応力の発生により、
伝播時間が変化するならば、共鳴周波数も変化するの
で、このことを利用して応力の分布を評価することが可
能である。
波の音速の測定は、超音波の伝播時間測定で置き換える
ことができる。そのような仮定のもとに、音速測定を伝
播時間測定として扱っても差し支えない。なお、伝播時
間測定において、電磁超音波では反射法より、共鳴法の
方が大きな検出感度が得られるので効果的である。この
共鳴法では、第１コイル１３又は第２コイル１５に流す
高周波電流の周波数を掃引しつつ、この誘起電圧が最大
となる周波数を検出する。管厚が既知の場合、厚み共鳴
する共鳴周波数を測定すれば、伝播時間を正確に把握す
ることができる。振動方向における応力の発生により、
伝播時間が変化するならば、共鳴周波数も変化するの
で、このことを利用して応力の分布を評価することが可
能である。
【００１８】次に本発明による電磁超音波トランスデュ
ーサの種々の構造を列挙する； １．図５ａと図５ｂに示された電磁超音波トランスデュ
ーサ１００は、Ｎ極を下にＳ極を上に向けた断面三角形
の第１磁石１１１ａとＳ極を下にＮ極を上に向けた断面
三角形の第２磁石１１１ｂとを三角形の斜面同志を向か
い合わせるように配置することで磁石ユニットを構成し
ており、図５ｂより明らかなように、左右ののコイル部
分が共同して横波を励起し、かつ受信するので、先に実
施の形態のものに比べ受信感度が大きいという利点があ
る。この第１磁石１１１ａと第２磁石１１１ｂは第１コ
イル１３と第２コイル１５の両者に共通に用いられる。
ーサの種々の構造を列挙する； １．図５ａと図５ｂに示された電磁超音波トランスデュ
ーサ１００は、Ｎ極を下にＳ極を上に向けた断面三角形
の第１磁石１１１ａとＳ極を下にＮ極を上に向けた断面
三角形の第２磁石１１１ｂとを三角形の斜面同志を向か
い合わせるように配置することで磁石ユニットを構成し
ており、図５ｂより明らかなように、左右ののコイル部
分が共同して横波を励起し、かつ受信するので、先に実
施の形態のものに比べ受信感度が大きいという利点があ
る。この第１磁石１１１ａと第２磁石１１１ｂは第１コ
イル１３と第２コイル１５の両者に共通に用いられる。
【００１９】２．図６ａと図６ｂに示された電磁超音波
トランスデューサ２００は、Ｎ極を下にＳ極を上に向け
た断面四角形の第１磁石２１１ａとＳ極を下にＮ極を上
に向けた断面四角形の第２磁石２１１ｂとが一対となっ
て第１コイル１３のための磁石ユニットを構成してお
り、各コイルはコイルの直線状部分のちょうど上にねら
いをつけて配置される。第２コイル１５のための磁石ユ
ニットも同様に１対の磁石が用意されている。この構成
では、各磁石は各コイルの直線状部分のちょうど上に配
置することできるため、効率的に磁場を利用することが
できる。
トランスデューサ２００は、Ｎ極を下にＳ極を上に向け
た断面四角形の第１磁石２１１ａとＳ極を下にＮ極を上
に向けた断面四角形の第２磁石２１１ｂとが一対となっ
て第１コイル１３のための磁石ユニットを構成してお
り、各コイルはコイルの直線状部分のちょうど上にねら
いをつけて配置される。第２コイル１５のための磁石ユ
ニットも同様に１対の磁石が用意されている。この構成
では、各磁石は各コイルの直線状部分のちょうど上に配
置することできるため、効率的に磁場を利用することが
できる。
【００２０】３．前述した実施の形態では、スイッチン
グディバイス２５は測定装置２０に備えられていたが、
これに変えてスイッチングディバイス２５を電磁超音波
トランスデューサ１０に組み込んでよい。
グディバイス２５は測定装置２０に備えられていたが、
これに変えてスイッチングディバイス２５を電磁超音波
トランスデューサ１０に組み込んでよい。
【図１】本発明による電磁超音波トランスデューサの斜
視図
視図
【図２】図１による電磁超音波トランスデューサの作用
を示す模式図
を示す模式図
【図３】電磁超音波式応力測定システム全体のブロック
図
図
【図４】管の微少部分に生じた主方向応力と横波の伝播
方向を示す説明図
方向を示す説明図
【図５】本発明による電磁超音波トランスデューサの別
形態を示す模式図
形態を示す模式図
【図６】本発明による電磁超音波トランスデューサのさ
らに別な形態を示す模式図
らに別な形態を示す模式図
１１ 磁石ユニット １３ 第１コイル １５ 第２コイル １７，２５ 給電手段
Claims (5)
- 【請求項１】 偏波方向が９０度異なる２つの横波を励
起する電磁超音波トランスデューサであって、 被検査物表面に対して垂直な磁界成分を発生させるよう
に配置された磁石ユニットと、 前記被検査物表面に平行で第１方向に沿って渦電流を前
記被検査物に生成する第１コイルと、 前記被検査物表面に平行で前記第１方向と直交する第２
方向に沿って渦電流を前記被検査物に生成する第２コイ
ルと、 前記第１コイルと前記第２コイルに選択的に高周波電流
を供給する給電手段と、を備えている電磁超音波トラン
スデューサ。 - 【請求項２】 前記第１コイルと前記第２コイルは楕円
状に巻かれたコイルシートとして形成され、互いに９０
度変位させて重ね合わせている請求項１に記載の電磁超
音波トランスデューサ。 - 【請求項３】 前記磁石ユニットは一方の磁極面を前記
被検査物表面に対向するように配置された少なくとも１
つの磁石から構成され、前記２つのコイルシートは前記
磁石の磁極面に装着されている請求項２に記載の電磁超
音波トランスデューサ。 - 【請求項４】 前記２つのコイルシートと前記磁石の磁
極面は前記被検査物表面の湾曲に合わせて湾曲に形成さ
れている請求項３に記載の電磁超音波トランスデュー
サ。 - 【請求項５】 前記給電手段には、手動又は自動で操作
されるスイッチングディバイスが備えられている請求項
１〜４のいずれか１つに記載の電磁超音波トランスデュ
ーサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20438896A JPH1048068A (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 電磁超音波トランスデューサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20438896A JPH1048068A (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 電磁超音波トランスデューサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1048068A true JPH1048068A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16489719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20438896A Pending JPH1048068A (ja) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | 電磁超音波トランスデューサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1048068A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007527532A (ja) * | 2004-02-26 | 2007-09-27 | オトクリトエ アクツィオネルノエ オブシェストボ ”ノルディンクラフト” | 電磁超音波探触子 |
| JP2008281559A (ja) * | 2007-04-13 | 2008-11-20 | Toshiba Corp | アクティブセンサ、多点アクティブセンサ、配管劣化診断方法および配管劣化診断装置 |
| JP2009081809A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Well Cat:Kk | Ｉｃタグリーダ・ライタ |
| KR101066248B1 (ko) | 2009-08-12 | 2011-09-20 | 서울대학교산학협력단 | 멀티 루프 코일을 구비하는 봉부재용 비접촉식 트랜스듀서 |
| WO2015159378A1 (ja) * | 2014-04-16 | 2015-10-22 | 株式会社日立製作所 | 超音波検査装置及び超音波検査方法 |
| JP2017075849A (ja) * | 2015-10-15 | 2017-04-20 | 株式会社日立製作所 | 超音波検査装置及び超音波検査方法 |
| CN107413610A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-12-01 | 沈阳工业大学 | 一种横波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器 |
| CN112763112A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-07 | 东北林业大学 | 一种铁轨应力测量装置及方法 |
| CN113252796A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种耐高温横波电磁超声换能器 |
-
1996
- 1996-08-02 JP JP20438896A patent/JPH1048068A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007527532A (ja) * | 2004-02-26 | 2007-09-27 | オトクリトエ アクツィオネルノエ オブシェストボ ”ノルディンクラフト” | 電磁超音波探触子 |
| JP4842922B2 (ja) * | 2004-02-26 | 2011-12-21 | オブシェストボ エス オグラニチェンノイ オトベツトベンノスチュ“ノルディンクラフト サンクト−ペテルブルグ” | 電磁超音波探触子 |
| JP2008281559A (ja) * | 2007-04-13 | 2008-11-20 | Toshiba Corp | アクティブセンサ、多点アクティブセンサ、配管劣化診断方法および配管劣化診断装置 |
| JP2009081809A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Well Cat:Kk | Ｉｃタグリーダ・ライタ |
| KR101066248B1 (ko) | 2009-08-12 | 2011-09-20 | 서울대학교산학협력단 | 멀티 루프 코일을 구비하는 봉부재용 비접촉식 트랜스듀서 |
| CN106233134A (zh) * | 2014-04-16 | 2016-12-14 | 株式会社日立制作所 | 超声波检查装置以及超声波检查方法 |
| WO2015159378A1 (ja) * | 2014-04-16 | 2015-10-22 | 株式会社日立製作所 | 超音波検査装置及び超音波検査方法 |
| JPWO2015159378A1 (ja) * | 2014-04-16 | 2017-04-13 | 株式会社日立製作所 | 超音波検査装置及び超音波検査方法 |
| CN106233134B (zh) * | 2014-04-16 | 2019-07-19 | 株式会社日立制作所 | 超声波检查装置以及超声波检查方法 |
| JP2017075849A (ja) * | 2015-10-15 | 2017-04-20 | 株式会社日立製作所 | 超音波検査装置及び超音波検査方法 |
| CN107413610A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-12-01 | 沈阳工业大学 | 一种横波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器 |
| CN107413610B (zh) * | 2017-06-30 | 2022-05-13 | 沈阳工业大学 | 一种横波模式管道外检测电磁超声螺旋导波换能器 |
| CN112763112A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-07 | 东北林业大学 | 一种铁轨应力测量装置及方法 |
| CN113252796A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种耐高温横波电磁超声换能器 |
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