JPH10508374A - 渦電流ハイブリッドプローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 伝導性長状部材の非破壊検査用渦電流プローブは、前記長状部材の横切り方向周面に向かう磁場を発生させる振動磁場発生器を含んでいる。当該磁場発生器は前記長状部材に沿う方向に互いに離間された一対のコイルを含んでおり、これにより当該コイルの間の空間において前記周面に垂直に延びる強化された組合わせ磁場成分及び前記長状部材の長手方向に延びる低減された磁場成分を提供する。前記コイルの間に位置する前記横切り方向周面に沿う地点において前記磁場を変更すべく、強磁性部材が移動可能に設けられている。前記発生器が前記長状部材に沿って移動し且つ前記磁場変更部材が前記周面に沿って移動するにつれて、検出及び分析システムが前記コイルのインピーダンスを測定する。より強度の信号が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 渦電流ハイブリッドプローブ技術分野 本願発明は、チューブ、パイプ及びロッドを対象とする非破壊検査に関し、特 に、金属製チューブ及びロッドに生じた欠陥の位置を特定し、その寸法を測定す るための渦電流プローブ及び測定方法に関するものである。背景技術 金属製品の非破壊検査においては、渦電流を利用する方法が広く用いられてい る。基本的には、この方法はコイルを検査物体に沿って動かすことにより行われ る。コイルの磁界が検査物体と交差すると、当該物体の表面付近に渦電流が発生 する。この渦電流により、コイル周辺の当初の磁界を妨げる方向に別の磁界が生 じ、その結果コイルの磁界が部分的に弱められる。このようにコイルを通る磁束 が減少すると、コイルのインピーダンスが変化する。渦電流によって当該インピ ーダンスが影響を受けるということは、渦電流を流している検査物体の当該電流 に対する抵抗によって上記インピーダンスが変化するということである。したが って、物体表面の欠陥（例えばクラックや窪み、局所的に厚みの小さな領域など ）により欠陥存在領域の抵抗は高くなるから、渦電流を測定することによって欠 陥の位置を特定することが可能となる。渦電流を用いる検査は、本質的にプロー ブのインピーダンスの変化を測定することによって行われる。 交流ブリッジ回路（渦電流検査において通常用いられる）において、コイルの インピーダンス変化は当該回路の電圧及び位相の変化を反映するものである。こ れらの変化を適切な装置により分析及び表示することにより、欠陥の全体像が特 徴づけられる。一般に分析の際に、交流信号はその抵抗分及び無効分（これらは Ｘ及びＹ成分あるいは実軸及び虚軸成分ともいわれる）ごとに復調される。これ らの成分は類似の波形を呈するが、欠陥の存在に影響を受けた交流信号の位相に よって振幅は異なるものとなる。復調信号により、時間とともに変動する電圧振 幅を知ることができ、これにより検査物体上の欠陥部分の位置を特定することが 可能となる。 上述の抵抗分及び無効分はベクトル的に足し算することができる。このベクト ル和は位相図と呼ばれるＸ−Ｙ平面上に表示する。当該位相図は一定時間におけ る上記交流信号の振幅及び位相の変化を示すものである。欠陥により生ずる位相 図上の形状を分析することにより、当該欠陥がクラックであるか、熱により変形 したものであるか、錆びあとであるかなどの特徴付けをさらに行うことが可能で ある。 渦電流検査は、例えば核反応による蒸気発生器の熱交換器において使用される パイプ又はチューブの検査など、様々な分野で行われる。最近では、原子炉の中 心部において使用する制御棒の検査にも渦電流検査が用いられている。一般に、 このような制御棒には中性子の良吸収体である物質が充填されており、その外殻 は合金製である。制御棒は、核反応の速度をコントロールするために各燃料棒の 間に配置される。制御棒を引き抜くと、一の燃料棒から別の燃料棒へ中性子が自 由に移動できるようになるため、上記反応速度が増加する。制御棒は、孔を有す るプレートに案内されて燃料棒の間の位置で変位する。当該制御棒及び燃料棒は ともに水の中に浸けられるが、水中では僅かな振動が常に生じる。そのために制 御捧は上記プレートの案内孔の縁と摩擦する傾向があり、その結果制御棒の表面 に傷がつくことになる。 一般に、渦電流検査において使用する従来のプローブの形状には以下の２つの がある。すなわち円形プローブと回転プローブである。従来技術に係る円形プロ ーブは図１Ａに示すような構成を特徴とする。コイル２０が欠陥２４の上を通過 すると図１Ｂに示すようなアウトプット信号が得られる。 円形プローブ（図１Ａ）の場合、環状コイル２０が円柱状の検査物体２２の周 囲を取り囲んでおり、その長さ方向に沿って移動する。欠陥２４（例えば長手方 向に延びるクラックや錆びた領域など）に出会うと、上記プローブは検査回路に おける電圧変化を記録する。復調信号は、単に一定時間における電圧変化を示す だけである（図１Ｂ）。欠陥の大まかな位置及び全体的規模はその後に推定する ことが可能である。 上述の態様を実際の機械として実現するのは容易であるが、これでは正確な欠 陥のサイズや位置は分からない。例えば、上記プローブによって得られた反応で は、小さな穴が４つある場合と大きな穴が１つある場合との違いを区別すること ができない。また、得られる情報は、欠陥がロッド（又はチューブ）の長手方向 に見てどの位置にあるかということと欠陥の相対的サイズであって、周回転方向 に関する欠陥の位置及び正確な寸法は分からない。 従来技術に基づく回転プローブを図２Ａにおいて概略的に示し、そのアウトプ ット信号を図２Ｂに示す。回転プローブ（図２Ａ）の場合には、電圧を印加され た小さなコイル２６が、円柱状の検査物体２２の長さ方向に沿って移動しつつ、 その周囲を旋回する。その結果として軌跡はらせん状となる。このように、コイ ル２６は、欠陥に対してある角度をもって当該欠陥の周りを延びるような軌跡を 描くので、上記プローブにより欠陥の幅を記録することができる。上記コイルは チューブの回りを旋回する際に欠陥上を何度か通過する。このようなプローブに よって得られる信号（抵抗分及び無効分）は、一定時間の間に現れる一連の“こ ぶ”２５（図２Ｂ）を有する波形となる。各こぶ２５はコイルにより検出された クラックの幅に対応するものである。チューブの直径とコイルの移動速度が既知 であれば、当該チューブ又はロッドにおける欠陥の長さ及びその位置を正確に測 定できる。このようにして、上記プローブによれば欠陥のサイズ、正確な位置及 びその程度を決定することが可能である。 クラークジュニアその他に付与された米国特許第４，８５５，６７７号は、上 記原理に基づくチューブ内側用プローブを開示する。この特許における旋回コイ ルはチューブの内側表面に沿って移動する。 しかしながら、渦電流プローブは過酷な環境（水中又は原子力発電所の放射能 汚染領域など）において使用されることが多い。ロッドやチューブの外表面を検 査する場合において、高周波交流信号を印加しながらコイルにロッド（又はチュ ーブ）の回りを旋回させようとすると、当該回転プローブの機械的構成は複雑に ならざるを得ない。交流信号発生装置をプローブとともに回転するように構成す ることは極めて非実用的であるから、回転するプローブに交流信号を供給するた めにはスリップリングが必要となる。これらの部品が慴動的に接触する際に生ず る摩擦は、検査結果に影響を与える不要なノイズを発生する。また、これらの装 置は錆に弱く、汚れも蓄積しやすい。上記原理に基づくプローブは頻繁に機能不 良を起こし、早期に磨耗する。これが回転プローブの主な欠点である。 さらに回転プローブの場合、ロッドを旋回するコイルの軌跡のピッチによって は、ロッドの周囲を２回転する間に当該コイルが小さな欠陥を見逃すということ もありうる。また回転プローブには、リフトオフと呼ばれる別の問題がある。検 査の最中にプローブが細かく振動することにより、コイルと検査表面との間にわ ずかなギャップが生ずるのである。一般に、このギャップにより検査の正確さが 損なわれる。 様々な特許発明がこれらの問題を解決すべく提案されてきた。これら従来技術 による発明は、一般に図３Ａに示す構成を有するものであり、そのアウトプット 信号を図３Ｂに示す。これらの発明は以下の原理に基づく。すなわち、円形の検 出コイル２８（図３Ａ）を、円筒状検査物体２２における軸心方向の異なる位置 に配置する。当該検出コイルの反応を強化すべく、大きな透磁率を有する磁場変 更部材３０をコイルの近傍に設ける。このような構成により磁場変更部材は、検 査物体２２に沿って連続的に変化する位置及びコイル２８の近くの位置における コイル磁場を乱す。 上述の組合わせ装置がチューブに沿って移動して欠陥上を通過するとき、２つ の事柄が生ずる。すなわち、コイル２８が欠陥に達すると最初の電圧変化が分析 回路によって記録される。しかしコイル２８を周回する磁場変更部材３０もこの 欠陥２４上を通過するときには、付加的な電圧変化が記録される。この変化は上 記欠陥の容積及び幅の関数である。この結果、抵抗分及び無効分は２つの信号が 重なり合った状況を呈する（図６）。その１つは円形プローブ２７から得られる ものであり、他方は回転プローブ２９から得られるものである。一方は欠陥の長 さに比例し、他方はその幅を特徴付けるものである。そしてこの双方の組合せに より容積を特徴付けている。 デービスの米国特許第４，２０３，０６９号は、上記原理に基づきチューブ内 側を検査するためのプローブを開示している。この装置は励磁／検出コイルと、 バレルの周囲に設けられたフェライト要素を含んでおり、当該バレルは上記コイ ルの内側を回転する。上記コイルは高周波信号を印加されており、これにより上 記チューブには渦電流が発生する。この装置がチューブ内側を移動する間におい て、上記フェライトの回転によりコイルによって発生した磁場が乱される。当該 プローブが欠陥上を通過する際の反応は、２つの信号が重なり合う望ましい形態 となる。しかしながら上記特許は、ロッド又はチューブの外側を検査するための 実際的な方法は開示していない。 コイル／磁場変更部材のコンビネーションを利用するまた別の装置が、ハリス その他の者に付与された米国特許第４，６７３，８７９号に開示されており、そ こでは円筒状の金属製スリーブが、ワークピースの移動経路回りに回転可能に支 持されている。異なる状態に巻かれた２つの印加コイルが、上記スリーブに設け られた２つの開口近傍において当該スリーブを取り囲んでいる。当該コイルには 高周波数の信号が印加され、これにより上記ワークピースに渦電流が発生する。 上記開口は、磁場を発生する渦電流を周期的に乱すとともに、ワークピースに欠 陥があることを示すコイルからの信号を強める作用を有する。 ハリスその他の者に付与された米国特許第４，６８３，４３０号は、円形コイ ルと磁場変更部材との組合わせを提案している。この場合は２つの円形コイルが 使用されており、その内の１つはチューブ状の通路を含んでいる。この通路はコ イルとロッドとの間に位置する。磁場変更部材としてはスチール製のボールが前 記通路の内側で回転する。しかしながら、磁場変更部材としてスチール製ボール を使用することはあまり実用的ではない。その性質上スチールは極めて電気電導 性が高いので、当該ボール自体にも渦電流が発生する。この渦電流がプローブの 反応に影響を与え、分析を難しくしてしまうのである。 本発明者が行った試験によれば、１つのコイルに１つの磁場変更部材を組み合 わせた場合には信号の分析が困難になることが判明した。その理由は、磁場変更 部材によって発生する信号が円形コイルの全体信号よりも弱いからである。一般 的には、磁場変更部材によって発生する信号の比率は、上記全体信号のほぼ２０ ％か、あるいはそれよりも少ない程度である。このため、信号分析段階において 当該信号の内のどれくらいが前記磁場変更部材により発生したものかを決定する ことが大変難しくなっている。例えば小さな欠陥の場合、磁場変更部材と円形プ ローブのそれぞれによって発生する信号は、区別することがほとんど不可能であ る。 また別のアプローチが、ベルグシュトランドの米国特許第３，６９４，７４０ 号に提案されており、この場合は２組の検出要素を協働態様で使用している。第 １の組は、ブリッジ接続されたあるいは差動的に接続された２つのコイルからな る。回路の電位差によって欠陥の存在が示される。しかしながら、１つの長い欠 陥上に２つのコイルが同時に位置する場合には、当該回路は欠陥が存在しないも のとして反応する。この欠点を補うべく、差動増幅器に接続された一対のホール 効果要素からなる第２の組が、上記コイル近傍の検査物体の周囲を旋回するよう に構成されている。そして当該増幅器の正又は負の出力により欠陥の存在が示さ れる。この種のプローブには２つの大きな欠点がある。第１に、当該欠陥が２次 元的である場合（例えば長い錆びた領域がある場合）、上記２つのホール効果要 素が同時に当該欠陥上に位置する可能性が非常に高い。この場合にも差動増幅器 は欠陥がないものとして反応する。その結果、上述の錆びた領域は検出されない ままとなる。第２の欠点は、電力を供給し且つ回転要素から信号を取り出すため にスリップリングとブラシが必要となることである。このため、上述し且つクラ ークが開示する回転プローブと同様、この種のプローブは早期に磨耗しやすく、 容易に破損してしまう。発明の目的 上述の欠点を解消すべく、本願発明は複数の目的を有する。 本願発明の第１の目的は、回転プローブと同様の欠陥測定能力を有するととも に、スリップリングを必要としないハイブリッド型渦電流プローブを提供するこ とである。 第２の目的は、機械的構造が単純で信頼性にすぐれたプローブを提供すること である。 第３の目的は、相対的に小さな欠陥も見逃すことなく、欠陥のサイズ、位置及 び進行具合を特定可能なハイブリッド渦電流プローブを提供することである。 第４の目的は、欠陥に対するプローブの全反応に対して、磁場変更部材からの 信号がそのうちの約５０％を占めているハイブリッド渦電流プローブを提供する ことである。このように信号比を高めることによって、円形コイル及び磁場変更 部材によりそれぞれ発生する信号を区別することが容易となる。 第５の目的は、欠陥に対するプローブの反応が、磁場変更部材により発生する 信号のみからなるようなプローブを提供することにある。この場合の信号は、回 転プローブにより発生する信号と同一のものである。 本願発明の別の目的は、一度に複数のロッドを検査可能なロッド検査装置を提 供することである。 さらに別の目的は、チューブ内側の検査に使用するための本願発明の原理に基 づくプローブを提供することにある。本願発明の概要 本願発明は基本的には、米国特許第４，６７３，８７９号が開示するタイプの 方法及び装置を提供する。伝導性長状部材を非破壊検査するための本願発明に係 る渦電流プローブは、前記長状部材の横切り方向周面に向かう振動磁場を発生す る手段を有している。当該発生手段は、前記長状部材に沿って離間配置された一 対のコイルを含んでおり、これにより、当該コイルの間の空間において前記周面 に垂直に延びる強化された組み合わせ磁場成分及び前記長状部材に沿う方向に延 びる低減された磁場成分を発生させる。さらに、可動あるいは回転可能手段が含 まれており、前記コイルの間に位置する前記横切り方向周面に沿う地点において 前記磁場を変更する機能を果たす。また、前記発生手段が前記長状部材に沿って 移動し且つ前記回転可能変更手段が前記周面上を移動するにつれて前記発生手段 のインピーダンスを検出及び分析するための手段が設けられている。 本願発明によれば、伝導性長状部材を渦電流によって非破壊的に検査する方法 が提供される。当該方法は、前記長状部材に沿って互いに離間配置された一対の コイルを利用して当該長状部材の横切り方向周面に向かう振動磁場を発生させる ことにより、当該コイルの間の空間において前記周面に垂直に延びる強化された 組み合わせ磁場成分及び前記長状部材に沿う方向に延びる低減された磁場成分を 発生させるステップと、前記コイルの間に位置する前記周面に沿う地点において 前記磁場を変更するステップと、前記長状部材の透磁率を当該長状部材に沿う方 向において及び前記周面に沿う地点において検出及び分析するステップと、を含 んている。図面の簡単な説明 図１Ａは、従来技術による円形プローブの概略図である。 図１Ｂは、従来技術の円形プローブの欠陥に対する反応を示す電圧／時間のグ ラフである。 図２Ａは、従来技術による回転プローブの概略図である。 図２Ｂは、従来技術の回転プローブの欠陥に対する反応を示す電圧／時間のグ ラフである。 図３Ａは、従来技術の磁場変更部材を組み合わせた円形プローブの概略図であ る。 図３Ｂは、従来技術の磁場変更部材を組み合わせた円形プローブの反応を示す 電圧／時間のグラフである。 図４は、ロッドに使用された本願発明に係るハイブリッドプローブの概略図で ある。 図５は、チューブの内側で使用された本願発明に係るハイブリッドプローブの 概略図である。 図６は、本願発明に係るハイブリッドプローブの反応を示す電圧／時間のグラ フである。 図７は、本願発明の好適な実施例を用いたブリッジ回路の概略図である。 図８は、ロッドの検査に用いる本願発明のプローブを示す等縮尺図である。 図９は、図８のプローブの頂面図である。 図１０は、図９の１０−１０線に沿う断面図である。 図１１は、図８のプローブの分解図である。 図１２は、典型的な検査プローブの配置を示す等縮尺図である。好適な実施例の詳細な説明 既に述べたように、従来技術におけるプローブの性能は、欠陥に対するプロー ブ反応の全強度のうち、その約２０％が磁場変更部材からの寄与によるものであ ることから分かる。この比率を５０％以上にすべく、好適な実施例では図４に示 す構成を採用する。使用するコイルは１つではなく、２つのコイル３２及び３４ を互いの近傍に並置する。ここで、磁場変更部材３６は２つのコイルの間を回転 する。磁場変更部材３６は非常に大きな透磁率と可能な限り小さな電気伝導率を 有することが好ましい。２つのコイル３２及び３４には同一の高周波信号を印加 するが、それぞれのコイルには逆方向の電流が流れるように接続しておく。これ により、各コイルによって発生する磁場４０及び４２の組合わせに直接的な影響 が見られる。すなわち、２つのコイルの間における磁場変更部材の経路３８に沿 う方向においては、上記２つの磁場の向きは同じであり、よって互いに足し合わ される。一方、検査物体２２の表面４４ではこれらの磁場は互いに逆向きである ので減じあう。その結果、磁場変更部材３６による反応信号は部分的に強化され る一方、上記表面におけるコイル３２及び３４による影響は減少する。このよう な構成により、磁場変更部材からの信号の割合が、欠陥２４に対するプローブの 全反応の内の約５０％に、また場合によっては７０％にまで増大することを本発 明者は見出した。復調した抵抗分及び無効分信号は図６のようになる。 円形コイル３２、３４と上記表面４４との間の距離は検査条件によって依存し うるが、磁場変更部材３６をできるだけ上記表面４４に近づけることが重要であ る。また、磁場変更部材３６の一方の端部が常に２つのコイルの間にあることも 重要である。好適な実施例では、磁場変更部材３６は円柱状であり、円筒状検査 物体２２の表面４４に対して常に垂直であるようにコイル３２及び３４の間を旋 回する。コイル３２及び３４は、磁場変更部材３６の動きを妨げないようにしつ つ、できるだけ当該部材の近傍に配置すべきである。 図５に示すように、上記構成はチューブの内側での使用に対応できるように改 変可能である。このときも一対のコイル３２及び３４及び磁場変更部材３６を使 用する。この場合には各コイルを流れる電流の向きを逆転させるが、それでもや はりそれぞれのコイルによる磁束４０及び４２はチューブの内壁４６において互 いに減じあうことになる。また一方でこの場合にも、コイル間の経路３８に沿う 位置では磁束は足し合わされる。この構成による欠陥に対する反応はやはり図６ のようになる。 ほとんどの渦電流検査装置は、検出コイルと基準インピーダンスとの間の僅か なインピーダンス変化を検出するためにＡＣブリッジを利用する。原子炉内の制 御棒の検査にも使用しうる好適な実施例が図７に示されており、この図は基本的 な励起／検出用回路を示すものである。当該実施例において、典型的なハイブリ ッドプローブ４８は、全部で４つからなる２組に分かれた円形コイルを特徴とす る。第１の組は検出コイル５０及び５２を含んでおり、その間を磁場変更部材が 回転する。一方、第２の組は補正コイル５３及び５４を含んでいる。検出コイル ５０及び５２と補正コイル５３及び５４とは、互いの磁場が影響しないように必 要な間隔で離間している。コイル５０、５２及び磁場変更部材は、図４に示す形 態に基づき配置される。磁場変更部材が無い点を除き、補正コイル５３及び５４ も同様な配置とする。補正コイル５３及び５４が発する信号は後の段階で、検出 コイル５０及び５２が発する信号から差し引かれる。プローブが欠陥箇所を通過 するときの当該ハイブリッドプローブの反応信号は、回転プローブの反応信号と 同様のものである。 プローブにおけるインピーダンスの変化は欠陥によって生じるだけでなく、他 の要因、例えば周囲の温度によっても影響される。ブリッジ回路の平衡状態を確 保するためには基準信号が必要である。基準信号は、ロッドの無欠陥部分が挿入 された、同一構成のプローブ（基準プローブ５６）から得られる。基準プローブ ５６が発する信号は、検出プローブ４８が発する信号から（ＡＣブリッジにおい て）差し引かれる。その結果得られる反応は、可能な限りにおいて欠陥の存在に のみ影響を受けたものとなる。基準プローブ５６は、一対の検出コイル５８及び ６０と、一対の制御コイル６２及び６４とを含んでいる。磁場変更部材はまた、 上記コイル５８及び６０の間にも設けられる。しかしながら、基準プローブにお いては、磁場変更部材を回転させることは必要ではない。一連の複数のロッドに 対してこれに対応する一連のプローブを使用する場合には、ただ１つの基準プロ ーブを当該一連のプローブすべてに対して用いればよい。基準プローブ５６は、 実際に検査を行うプローブ４８と同様の環境に配置することが重要である。これ 以外の場合には、環境に起因するインピーダンス変化が相殺されずに残る。 図７に示す構成によれば、全てのプローブにおけるコイルの各対は並列に接続 されており、コイルを巻く方向は逆となっている。 検査を行うには、上記２つのプローブ４８及び５６（図７）のコイルが２つの 交流ブリッジ回路を構成するように接続する。第１のブリッジ回路６５の場合、 第１のアームは、検査プローブ４８の（磁場変更部材により強化された）コイル ５０及び５２の組によって構成される。第２のアームは基準プローブのコイル５ ８及び６０によって構成される。第３及び第４のアームは抵抗素子６８及び７０ を含んでいる。構成的には、抵抗素子６８及び７０は、上記ブリッジ回路の交流 電源６６を含む交流信号ドライバの一部である場合が多い。接続点７２及び７４ は差動増幅器７６に接続されている。接続点７２は当該増幅器の正の入力側に接 続されており、接続７４は負の入力側に接続されている。 抵抗素子６８及び７０は、プローブ４８が無欠陥領域を通過するときに当該ブ リッジ回路が平衡状態となるように選択されている。平衡状態にあることが判明 するのは差動増幅器７６からのゼロ反応によってであるが、これは接続点７２及 び７６における特定瞬間の電圧が同じであることを意味する。プローブ４８及び 基準プローブ５６の環境は同じであるから、温度に起因するインピーダンス変化 は、上記差動増幅器では補償又は相殺される。 その後、上記増幅器からの交流信号は分析器又は復調器７８に送られて、抵抗 分８０及び無効分８２に分けられる。この時点において、欠陥が存在する場合の 当該交流信号の抵抗分及び無効分は図６に示すようになる。復調された信号８０ 及び８２は可変利得増幅器８４及び８６によって増幅された後、アナログ・デジ タル変換器８８及び９０によってデジタル信号に変換される。その後、当該デジ タル信号は分析ソフトウェアによって処理可能である。差動増幅器７０、復調器 ７８、可変利得増幅器８０、８６及びアナログ・デジタル変換器８８及び９０は すべて、プローブの出力を供給する信号獲得装置の構成要素である。このような 信号獲得装置は、渦電流検査装置のメーカーから容易に入手可能である。 第２のブリッジ回路６７は第１のものと同様のレイアウトを有している。しか しながらこの場合は、第１のアームは検査プローブ４８のコイル５３及び５４か らなる組によって構成され、第２のアームは基準プローブ５６のコイル６２及び ６４によって構成され、第３及び第４のアームは抵抗素子９２及び９４を含んで いる。構成的には、当該抵抗素子は交流電源９６を含む交流信号ドライバの一部 である場合がほとんどである。接続点９６及び９８は差動増幅器１００に接続さ れている。接続点９６は当該増幅器１００の正の入力側に接続されており、接続 点９８は負の入力側に接続されている。 抵抗素子９２及び９４は、プローブ４８が無欠陥領域を通過するときには第２ のブリッジ回路６７が平衡状態となるように選択されている。平衡状態にあるか 否かは差動増幅器１００からの反応がゼロてあるか否かによって示される。プロ ーブ４８及び基準プローブ５６の環境は同じであるから、例えば温度に起因する インピーダンス変化は、上記差動増幅器において補償又は相殺される。 その後、上記増幅器からの交流信号は復調器１０２に送られて、抵抗分１０２ 及び無効分１０６に分かれる。この段階における欠陥が存在する場合の当該交流 信号の成分は図２Ｂに示すごとくなる。復調信号１０２及び１０６は可変利得増 幅器１０８及び１１０によって増幅された後、アナログ・デジタル変換器１１２ 及び１１４によってデジタル信号に変換される。その後当該デジタル信号は分析 ソフトウェアによって処理可能である。上記差動増幅器１００、復調器１０２、 可変利得増幅器１０８、１１０及びアナログ・デジタル変換器１１２及び1１４ はまた、第１のブリッジ回路に使用されるのと同じ信号獲得ハードウェアの構成 要素である。 分析に関する部分は、デジタル信号を受け入れるために必要なハードウェアを 備えたデスクトップ型コンピュータによって行うことが多い。その場合には上記 分析ソフトウェアは２種類の信号を使用することが可能である。すなわち、第１ のブリッジ回路６５から送られてくる信号（磁場変更部材によって影響を受けた 信号）と、第２のブリッジ回路６７からの信号である。 上述のように、第１のブリッジ回路から送られる復調信号８０及び８２は図６ て示すような波形を有する。上記の２つの信号のうちのどちらを用いても、直接 に欠陥の幅、長さ及び容積を特定することが可能である。磁場変更部材によって 見逃されるような小さな欠陥も、円形コイルによって発生する信号部分において 示されることになる。 しかしながら、回転する磁場変更部材は磁場を乱すので、プローブがロッドの 無欠陥領域を通過する場合であっても、当該部材によりわずかな“寄生”信号が 発生する。これはデータ分析ソフトウェアによって取り除くことができる。この 除去処理は簡単である。最初に、無欠陥のロッドを通過するプローブの信号にお ける一連のデジタル“プリント”を渦電流ハードウェアによって記録し、これら 信号の平均を計算する。その結果得られる信号をプローブによって提供される信 号から差し引く。この引き算はデータ分析ソフトウェアによってデジタル的に行 われる。 回転プローブ（図２Ｂ）の出力と同じ抵抗分及び無効分信号が得られると便利 なことが多い。これは第２ブリッジ回路６７からの信号が関係するときである。 データ分析ソフトウェアに送られる第２ブリッジ回路６７からの信号は円形プロ ーブ（図１Ｂ）の信号と同じである。それらを第１ブリッジ回路６５（図６）か らの信号から差し引くと、その結果得られる出力は回転プローブ（図２Ｂ）の場 合と同様のものとなる。この場合も、当該差し引きは分析ソフトウェアによって デジタル的に行われる。もちろん当該ソフトウェアは、第１ブリッジ回路からの 信号と第２ブリッジ回路からの信号との間の遅れを考慮に入れたものである。 最終結果は２つの復調信号、すなわち抵抗分及び無効分からなる。これらは所 望の態様で分析・検討可能であり、位相図に表示することも可能である。 本願発明の好適な実施例に基づくハイブリッドプローブは非常に簡単なもので ある。実施例の一つを図８に示す。そこには中空の本体１４２、当該本体の底部 に挿入される三重コイル支持部１４４、及び前記本体の頂部を閉鎖するための単 一コイル支持部１４６を有する完成体としてのプローブ４８が描かれている。三 重コイル支持部１４４（図１１）は、３つの溝１４８、１５０、１５２を有して おり、その各々が１つのコイルを受容する。単一コイル支持部１４６は、溝１５ ４に１つのコイルを受容する。単一コイル支持部１４６及び三重コイル支持部１ ４４は中空状であり、ロッド又はチューブを挿入することが可能である。 好適な実施例の励起／検出回路において、溝１４６はコイル５０を受容する。 また、溝１４８、１５０及び１５２は、コイル５２、５８及び６０をそれぞれ受 容する。コイル５０と５２の間を旋回する磁場変更部材は回転スリーブ１５６に よって支持される。ここで使用する磁場変更部材は小型のフェライトである。フ ェライトは、高い透磁率に加えて低い電気伝導性を有しているため非常に有利で ある。当該フェライトは回転スリーブ１５６に挿入され、位置決め孔１５８（図 １０）に配置される。 回転スリーブ１５６（図１１）は本体１４２の内部において、外方リング１６ ０、第１ボールベアリング１６２及び第２ボールベアリング１６４によって支持 される。第１離間リング１６６がベアリング１６２の直後に挿入され、この位置 決めを行う。離間リング１６６の外径は外方リング１６０の内径よりも小さいの で、外方リング１６０は自由に回転可能である。ベアリング１６４は、第２の離 間リング１６８によって（離間リング１６６に対して）位置決めされる。回転ス リーブは、本体１４２の孔１７０及び外方リング１６０の孔１７２を利用し、ネ ジによって本体１４２の内側に固定される。中心位置決め指状部材１７６が単一 コイル支持部１４６の頂部（ロッド入口）及び三重コイル支持部１４４の底部（ ロッド出口）に円形に設けられている。中心位置決め指状部材１７６は、ロッド 周りにおいてプローブの中心を正確に位置合わせするために使用する。また、当 該指状部材は、回転プローブのリフトオフと同様の影響を及ぼしうるプローブの ぐらつきを解消する機能も有する。 回転運動は、回転スリーブ１５６の頂部に固定されたギア１７４を介して回転 スリーブ１５６に伝えられる。このような構成によれば、複数のプローブをテー ブル１８０（図１２）に垂直に設けることができる。また、各プローブのフェラ イトを一連のギア１８２を介して単一のモータで動かすことも可能であり、ある いはそれぞれのギア１７４が互いに係合するように各プローブを十分近くに設け るようにしてもよい。この場合、回転はギアからギアへ直接に伝達される。基準 プローブをテーブル１８０に設けてもよい。すでに述べたように、これらのプロ ーブは磁場変更部材の回転を必要としない。後は、欠陥の無いロッドを基準プロ ーブに挿入するだけである。検査中、上記各ロッドはプローブを貫通するように 一定の速度で同時に下げられる。このようにすれば、運動は相対的には同じであ るので、プローブの方をロッドに沿って移動させる必要が無くなる。 プローブが配備されると、上記フェライトはコイルの間において溝１５４及び １４８（図１０）の中を回転する。これにより図４の構成が実現される。もしコ イルを１つだけしか使用しないとすれば、フェライト１５８の移動により発生す る付加的な信号は、溝１５４に位置する円形コイルからの信号に比較して小さな （約５、６倍ほど小さな）ものとなろう。回転するフェライトを対向する磁場を 生ずるコイルの間に（接触することなく）挟み込むことにより、上記２つの信号 の比は１：１に、場合によっては２：１に近くなる。溝１５４及び１４８にそれ ぞれ設けられるコイルは、図７に示す回路の第１ブリッジに使用するものに対応 する。 ベアリング１６２及び１６４、ギア１７４、フェライト１５８、そして上記各 コイルを除き、全ての構成要素は、軽量プラスチックであるポリエーテルエーテ ポリエーテルエーテルケトンは優れた耐燃性及び高い耐熱性を特徴とする材料で ある。しかし、最も重要なことは当該材料が耐ガンマ放射線性を有しているとい うことであって、これは原子力発電所での使用にとって非常に重要である。この 材料を用いれば、プローブを大変軽量に且つ容易に製造することができる。 本願発明のプローブは、チューブの内側検査に適するように改変することも可 能である。この場合には、フェライトと円形コイルの双方がチューブの内側を運 動することとなる。適用される原理も同じであるが、図５に示すように、検査面 が円形コイルと回転フェライトの組合せを取り囲んでいるという点が異なる。こ のようなプローブは、コイルとフェライトをチューブの内側面近傍に位置させる 内部回転機構を含んでいる。フェライトはプローブ内部の小さなモーターによっ て駆動する。本願発明の詳細について主に好適な実施例を参照して説明したが、 これにより以下の請求の範囲によって規定される本願発明の範囲が制限されるも のと解してはならない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１１月１１日 【補正内容】 請求の範囲 １．伝導性長状部材（４４）の非破壊検査用渦電流プローブであって、当該プロ ーブは上記部材の横切り方向周面に向かう振動磁場（４０、４２）を発生する手 段（３２、３４、５０、５２）を具備しており、当該発生手段は前記長状部材に 沿って互いに離間された一対のコイル（３２、３４）を含むことにより、当該コ イルの間の空間において前記周面に垂直に延びる強化された組合わせ磁場成分と 前記長状部材に沿う方向に延びる低減された磁場成分とを発生させるものであり 、前記周面に沿う地点において前記磁場を変更するための可動手段（３６）がさ らに設けられた構成において、当該可動手段（３６）が前記コイル（３２、３４ ）の間に配置されていることを特徴とする渦電流プローブ。 ２．前記可動手段は前記周面に沿う地点をカバーする小さな検査領域内において 前記磁場を変更する強磁性部材である、請求項１に記載のプローブ。 ３．前記可動手段は回転可能であり、前記長状部材は円形の横切り断面を有して いる、請求項１に記載のプローブ。 ４．基準プローブ手段を更に具備する、請求項１に記載のプローブ。 ５．前記プローブは前記長状部材を取り囲むように構成されており、前記振動磁 場は前記横切り方向周面に向かって内側に向けられている、請求項１に記載のプ ローブ。 ６．前記プローブは前記伝導性長状部材の内部に配置され、前記磁場は当該長状 部材の横切り方向周面に向かって外側に向けられている、請求項１に記載のプロ ーブ。 ７．前記発生手段の前記コイルと実質的に同一に構成された一対のコイルを含む 補正プローブ手段を更に具備する、請求項１に記載のプローブ。 ８．前記可動手段は、前記周面に沿う地点をカバーする小さな検査領域内におい て前記磁場を変更する強磁性部材である、請求項３又は４又は５又は６又は７に 記載のプローブ。 ９．前記可動手段は回転可能であり、前記長状部材は円形の横切り断面を有して いる、請求項２又は４又は５又は６又は７に記載のプローブ。 10．前記可動手段は外方リングギア（１７４）と、当該リングギアが少なくとも １つの側面で露出するように前記プローブを固定面に回転可能に支持するための 取付け手段（１４２、１４６）とを含んでおり、前記リングギアのサイズ設定は 、当該ギアが隣接するプローブにおける同様の隣接リングギアと噛み合う際に、 連動ロッドアセンブリにおける隣接した連動ロッド間の所定の離間距離に対応し て所定距離だけ離間した回転軸心回りに前記リングギア及び前記隣接リングギア が同一の速度で回転するようになされている、請求項２又は３又は４又は５又は ６又は７に記載のプローブ。 11．前記発生手段が前記長状部材に沿って移動し且つ前記回転可能な変更手段が 前記周面に沿って移動するにつれて、当該発生手段のインピーダンスを検出及び 分析するための手段をさらに具備する、請求項１又は２又は３又は４又は５又は ６又は７に記載の渦電流プローブ。 12．前記可動手段は、前記周面に沿う前記地点をカバーする小さな検査領域内に おいて前記磁場を変更するための強磁性部材を含んでいる、請求項１１に記載の プローブ。 13．前記検出及び分析手段は、前記発生手段の前記一対のコイルから出る信号を 前記補正プローブの前記コイルから出る信号から差し引くための手段を含んでい る、請求項１１に記載のプローブ。 14．渦電流を用いた伝導性長状部材の非破壊検査方法であって、 上記長状部材に沿って互いに離間した一対のコイルを利用して上記部材の横 切り方向周面に向かう振動磁場を発生させ、前記コイルの間の空間において前記 周面に垂直に延びる強化された組合わせ磁場成分及び前記長状部材に沿う方向に 延びる低減された磁場成分を発生させるステップと、前記周面に沿う地点におい て前記磁場を変更するステップと、前記長状部材の透磁率を当該長状部材に沿う 方向において及び前記周面に沿う地点において検出及び分析するステップを含ん でいる構成において、前記変更ステップは前記コイルの間における前記強化され た磁場の変更を含んでいることを特徴とする検査方法。 １５．〜２０．（削除）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．伝導性長状部材（４４）の非破壊検査用渦電流プローブであって、 上記部材の横切り方向周面に向かう振動磁場（４０、４２）を発生する手段 （３２、３４、５０、５２、６６）と、 前記磁場を前記周面に沿う地点において変更させる為の可動手段（３６）と 、 前記発生手段が前記長状部材に沿って移動し且つ回転可能な前記変更手段が 前記周面上を移動するときに、前記発生手段のインピーダンスを検出及び分析す るための手段と、を具備する構成において、 前記発生手段が前記長状部材に沿って離間配置された一対のコイルを含んで おり、これにより、当該コイルの間の空間において前記周面に垂直に延びる強化 された組み合わせ磁場成分及び前記長状部材に沿う方向に延びる低減された磁場 成分を発生させ、且つ、前記可動変更手段が前記コイルの間に設けられているこ とを特徴とする、渦電流プローブ。 ２．前記可動手段は前記周面に沿う地点をカバーする小さな検査領域内において 前記磁場を変更する強磁性部材である、請求項１に記載のプローブ。 ３．前記可動手段は回転可能であり、前記長状部材は円形の横切り断面を有して いる、請求項１に記載のプローブ。 ４．基準プローブ手段を更に具備する構成において、前記検出及び分析手段が前 記一対のコイルと前記基準プローブ手段との間のインピーダンスの変化を検出す るための交流ブリッジ手段を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のプ ローブ。 ５．前記プローブは前記長状部材を取り囲むように構成されており、前記振動磁 場は前記横切り方向周面に向かって内側に向けられている、請求項１に記載のプ ローブ。 ６．前記プローブは前記伝導性長状部材の内部に配置され、前記磁場は当該長状 部材の横切り方向周面に向かって外側に向けられている、請求項１に記載のプロ ーブ。 ７．前記発生手段の前記コイルと実質的に同一に構成された一対のコイルをふく む補正プローブ手段を更に具備する構成において、前記発生手段の前記一対のコ イルから出る信号を前記補正プローブの前記コイルから出る信号から差し引くた めの手段を前記検出及び分析手段が含んでいることを特徴とする、請求項１に記 載のプローブ。 ８．前記可動手段は、前記周面に沿う地点をカバーする小さな検査領域内におい て前記磁場を変更する強磁性部材である、請求項３又は４又は５又は６又は７に 記載のプローブ。 ９．前記可動手段は回転可能であり、前記長状部材は円形の横切り断面を有して いる、請求項２又は４又は５又は６又は７に記載のプローブ。 10．前記可動手段は外方リングギア（１７４）と、当該リングギアが少なくとも １つの側面で露出するように前記プローブを固定面に回転可能に支持するための 取付け手段（１４２、１４６）とを含んでおり、前記リングギアのサイズは隣接 するプローブにおける同様の隣接リングギアと係合するように構成されており、 このとき前記リングギア及び前記隣接リングギアは、連結ロッドアセンブリの隣 接した連結ロッドの所定の離間距離に対応する所定の距離だけ離間した回転軸心 回りに同一の速度で回転する、請求項２又は３又は４又は５又は６又は７に記載 のプローブ。 11．伝導性長状部材（４４）の非破壊検査用渦電流プローブであって、 前記部材の横切り方向周面に向かう振動磁場（４０、４２）を発生する手段 （３２、３４、５０、５２）と、 前記周面に沿う地点において前記磁場を変更させる為の可動手段（３６）と 、 を具備する構成において、前記発生手段は前記長状部材に沿って離間配置さ れた一対のコイルを含んでおり、これにより、当該コイルの間の空間において前 記周面に垂直に延びる強化された組み合わせ磁場成分及び前記長状部材に沿う方 向に延びる低減された磁場成分を発生させ、且つ、前記可動変更手段が前記コイ ルの間に設けられていることを特徴とする、渦電流プローブ。 12．前記可動手段は、前記周面に沿う地点をカバーする小さな検査領域内におい て前記磁場を変更する強磁性部材である、請求項１１に記載のプローブ。 13．前記可動手段は回転可能であり、前記長状部材は円形の横切り断面を有して いる、請求項１１に記載のプローブ。 14．基準プローブ手段をさらに具備する、請求項１１に記載のプローブ。 15．前記プローブは前記長状部材を取り囲むように構成されており、前記振動磁 場は前記横切り方向周面に向かって内側に延びている、請求項１１に記載のプロ ーブ。 16．前記プローブは前記伝導性長状部材内部に配置されており、前記磁場は前記 長状部材の横切り方向周面に向かって外側に向けられている、請求項１１に記載 のプローブ。 17．前記可動手段は、前記周面に沿う地点をカバーする小さな検査領域内におい て前記磁場を変更する強磁性部材である、請求項１３又は１４又は１５又は１６ に記載のプローブ。 18．前記可動部材は回転可能であり、前記長状部材は円形の断面を有している、 請求項１２又は１４又は１５又は１６に記載のプローブ。 19．前記可動手段は外方リングギア（１７４）と、当該リングギアが少なくとも １つの側面で露出するように前記プローブを固定面に回転可能に支持するための 取付け手段（１４２、１４６）とを含んでおり、前記リングギアのサイズは隣接 するプローブにおける同様の隣接リングギアと係合するように構成されており、 このとき前記リングギア及び前記隣接リングギアは、連結ロッドアセンブリの隣 接した連結ロッドの所定の離間距離に対応する所定の距離だけ離間した回転軸心 回りに同一の速度で回転する、請求項１２又は１３又は１４又は１５又は１６に 記載のプローブ。 20．渦電流を用いた伝導性長状部材の非破壊検査方法であって、 上記部材の横切り方向周面に向かう振動磁場を発生し、 前記周面に沿う地点において前記磁場を変更し、 前記長状部材の透磁率を当該長状部材に沿う方向において及び前記周面に沿 う地点において検出及び分析する、各ステップを含んでいる構成において、 上記発生ステップは前記長状部材に沿って離間配置された一対のコイル設け る工程を含み、これにより当該コイルの間の空間において前記周面に垂直に延び る強化された組み合わせ磁場成分及び前記長状部材に沿う方向に延びる低減され た磁場成分を発生させるとともに、前記変更ステップは前記コイルの間における 前記強化された磁場を変更することを含んでいることを特徴とする、検査方法。