JPH1054825A - 電磁誘導試験評価方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】試験体の性状変化に伴う波形変調の度合や性状
変化の種類を推定可能にして、高精度の試験を行うこと
にある。 【解決手段】金属等の導電性を有する試験体１に近接さ
せて設けられた送信用コイル２と、この送信用コイル２
に間断的な正弦波を印加して磁場を発生させる正弦波発
生器５と、送信用コイル２から発生する磁場により試験
体１に流れる渦電流の変化を検出する受信用コイル３
と、この受信用コイル３により検出された電流波形の波
形パターンを絶対評価して波形の特徴量を抽出する波形
形状パターン化装置７と、この波形形状パターン化装置
７によりパターン化された波形形状の特徴量を出力する
出力装置８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁誘導作用を利
用した電磁誘導試験評価方法及び装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁誘導探傷試験に使用されてい
る電磁誘導試験評価方法及び装置は、社団法人日本非破
壊検査協会発行の渦流探傷試験III （１９９０）図３．
２９に示されているように送信用コイルに印加される信
号として一般に連続的な正弦波が用いられており、受信
した信号は送信波との同期検波によって０°方向と９０
°方向の信号の心服値によって評価されるのが通例であ
る。

【０００３】ここで、従来の電磁誘導試験装置の構成例
について図７により説明する。図７に示すように試験品
を中心軸として配置された送信コイル１００は、連続的
に正弦波を発生、印加する発振器１０１に接続され、こ
の発振器１０１より定常的に一定周周波数の正弦波が印
加される。

【０００４】一方、試験品を中心軸として送信コイル１
００と適宜離間させて配置された受信コイル１０２は増
幅器１０３に接続され、受信コイル１０２の出力を増幅
して同期検波回路１０４に送られる。

【０００５】この同期検波回路１０４は発振器１０１の
出力を移相器１０５により移相して取出された０°及び
９０°位相のずれた波形を基に同期検波を行い、それぞ
れの出力はＸ軸出力及びＹ軸出力としてブラウン管１０
６に表示される。また、この同期検波回路１０４の出力
はフィルター１０７を通して予めリジェクション１０８
によって設定された閾値を超える出力値について警報器
１０９や記録装置等に出力されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電磁誘導試験装置においては、次のような問
題点があった。即ち、従来の電磁誘導試験装置では、位
相器１０５により送信正弦波を０°及び９０°位相のず
れた波形とし、これを同期検波回路１０４に入力して同
期検波しているので、その出力から試験体の性状変化に
伴って渦電流の大きさが変化した場合にはその変化を試
験コイルのインピーダンス変化として捕えることにより
印加正弦波周波数におけるコイルインピーダンスの虚数
部と実数部の値を知ることが可能である。しかし、同期
検波回路の同期検波出力は単一周波数応答での結果のみ
得られるだけであり、試験体の性状変化に伴う波形の変
調の度合いや複数の周波数に対する応答を同時に得るこ
とは困難である。

【０００７】従来、複数の周波数に対する応答を同時に
得る方法として多重周波数法と称する方法がある。この
多重周波数法は発振器として複数の周波数の連続波を同
時に試験コイルに印加し、各周波数でのコイルの周波数
応答を検出するものであるが、この方法でも印加できる
周波数に限りがあるため、広い範囲の周波数応答を一度
に得ることはできず、また性状変化に伴う波形変調の度
合いや性状変化の種類を検出することは困難である。

【０００８】一般に試験体の性状変化としては、導電率
の差異、透磁率の差異、欠陥の有無、形状変化などがあ
り、これらの変化に伴って受信波形が変調されることは
知られているが、これらの変調度合やその原因を定量的
に識別評価できる有効な手段がないのが現状である。

【０００９】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的は試験体の性状変化に伴う波形変調
の度合や性状変化の種類を推定可能にして、高精度の試
験を行うことができる電磁誘導試験評価方法及び装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような方法及び手段を講じたものであ
る。請求項１に対応する発明は、金属等の導電性を有す
る試験体に近接させて設けられた送信用コイルに間断的
な正弦波を印加して前記試験体に渦電流を発生させ、前
記試験体の性状変化に伴う渦電流の変化を受信用コイル
によって検出し、その検出波形のパターンを絶対評価又
は印加した正弦波の波形パターンと比較評価して波形の
特徴量を抽出することによって前記試験体の性状変化を
試験評価する。

【００１１】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の電磁誘導試験評価方法において、波形パタ
ーンの比較手法は波形の周波数領域でのパターン評価と
して高速フーリエ変換による評価を行う。

【００１２】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の電磁誘導試験評価方法において、送信用コ
イルに印加される間断的な正弦波は複数の周波数を重畳
させた波形とする。

【００１３】請求項４に対応する発明は、金属等の導電
性を有する試験体に近接させて設けられた送信用コイル
と、この送信用コイルに間断的な正弦波を印加して磁場
を発生させる正弦波発生手段と、前記送信用コイルから
発生する磁場により前記試験体に流れる渦電流の変化を
検出する受信用コイルと、この受信用コイルにより検出
された電流波形の波形パターンを絶対評価して波形の特
徴量を抽出する波形形状パターン化手段と、この波形形
状パターン化手段によりパターン化された波形形状の特
徴量を出力する出力手段とを備える。

【００１４】請求項５に対応する発明は、請求項４に対
応する発明の電磁誘導試験評価装置において、正弦波発
生手段は複数の周波数を重畳させた間断的な正弦波を発
生するものである。

【００１５】請求項６に対応する発明は、請求項４に対
応する発明の電磁誘導試験評価装置において、波形形状
パターン化手段として波高値出力手段を用いる。請求項
７に対応する発明は、請求項４に対応する発明の電磁誘
導試験評価装置において、波形形状パターン化手段とし
て高速フーリエ変換手段を用いる。

【００１６】請求項８に対応する発明は、請求項４に対
応する発明の電磁誘導試験評価装置において、波形形状
パターン化手段の出力と送信用コイルに印加した間断的
な正弦波の波形形状パターンと比較評価又は比較表示す
る手段を備える。

【００１７】請求項９に対応する発明は、請求項４に対
応する発明の電磁誘導試験評価装置において、試験体の
性状により変化する波形形状パターンをデータベース化
し、このデータベース化した波形形状パターンと受信コ
イルにより受信した波形の波形形状パターンとを比較評
価する手段を備える。

【００１８】請求項１０に対応する発明は、請求項４に
対応する発明の電磁誘導試験評価装置において、棒状又
は管状の試験体に送信用コイルと受信用コイルとを同軸
上に配設する。

【００１９】請求項１１に対応する発明は、請求項４に
対応する発明の電磁誘導試験評価装置において、試験体
に配置される送信用コイルと受信用コイルとの間隔をコ
イルの外径の２倍以上に広げる。

【００２０】従って、上記請求項１乃至請求項１１に対
応する発明の電磁誘導試験評価方法及び装置にあって
は、送信用コイルに印加する信号を間断的な正弦波又は
複数の正弦波を重畳した波形とし、受信コイルにより受
信した信号波形から波形の特徴量を表すために予め定め
た波形パラメータを抽出することによって波形のけ以上
変化を検出し、波形変調を引起こした試験体の性状変化
を推定することによって、従来に比べてより高精度の試
験を行うことが可能である。

【００２１】ここで、特徴量を表す波形パラメータとし
ては、受信波形の波高値、位相変化、波形のエネルギ変
化、波形の上昇、下降時間、波形の幅、波形のフーリエ
変換結果での中心周波数、最大周波数、バンド幅、フー
リエ変換結果の傾き等が考えられる。これらの波形パラ
メータ変化を試験体の性状の変化に伴う波形パラメータ
変化によって試験体の性状の変化を推定することが可能
であり、従来の単一周波数に対するコイルのインピーダ
ンス変化だけの試験体の性状の推定に対して大幅な情報
量の向上と評価の高精度化を図ることが可能である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明による電磁誘導試験評
価装置の第１の実施の形態を示すブロック構成図であ
る。

【００２３】図１において、１は導電性を有する例えば
管路のような試験体、２はこの試験体１を中心軸として
配置された送信用コイル、３は同じく試験体１を中心軸
とし、且つ送信用コイル２と適宜離間させて配置した受
信用コイルである。

【００２４】また、４は所定の間隔でパルス信号を出力
するトリガ発信器、５はこのトリガ発信器４よりパルス
信号が入力される毎に１波長乃至数波長の正弦波を出力
して送信用コイル２に印加する正弦波発信器である。

【００２５】一方、６は受信用コイル３により検出され
た試験体１の表面近傍に流れる渦電流を増幅する増幅
器、７はトリガ発信器４より与えられるパルス信号に同
期して増幅器６により増幅された渦電流を取込む波形形
状パターン化装置で、この波形形状パターン化装置７は
渦電流波形の特徴量を抽出してその波形を認識するもの
で、その特徴量は外部の表示装置や記録装置等の出力装
置８に出力されるようになっている。

【００２６】次に上記のように構成された電磁誘導試験
評価装置の作用を述べる。トリガ発信器４より所定の間
隔でパルス信号が正弦波発信器５に入力されると、この
正弦波発信器５はパルス信号が入力される毎に１波長乃
至数波長の正弦波を出力し、送信用コイル２を印加す
る。すると、送信用コイル２からは印加された正弦波波
形による励磁に伴って磁束が発生し、試験体１の表面近
傍に磁束に応じた渦電流が発生する。

【００２７】いま、試験体１の表面に図示するような欠
陥があるものとすれば、試験体１の表面近傍に発生する
渦電流は試験体１の性状に応じて変化し、それに伴って
受信用コイル３で検出される電流波形も変化する。この
試験体性状に伴う波形変化は単に渦電流の振幅値に影響
を及ぼすばかりでなく、送信用コイル２に印加される正
弦波の周波数に対する周波数成分の変化、波形形状の変
化等となって現れるため、単純に渦電流が試験体性状に
応じて変調されると言える。

【００２８】受信用コイル３で検出された変調波形電流
は増幅器６で増幅された後、トリガ発信器４の出力と同
期しながら波形形状パターン化装置７で波形の特徴量を
抽出して変調波形の形を認識する。この波形形状パター
ン化装置７により抽出された特徴量は外部の出力装置
８、例えば表示装置に出力される。

【００２９】ここで、試験体１の性状変化として考え得
る導電率の差異、透磁率の差異、欠陥の有無、形状変化
等に伴う受信波形については、その変調度合を定量的に
評価する方法が必要であるが、本方法では図２に示すよ
うな波形の特徴量を定量的に評価するパラメータを定め
ることによって実現している。

【００３０】図２は波形形状パターン化装置７で変調受
信波形の特徴量として抽出するパラメータの一例を示し
てある。即ち、１波長の正弦波を送信波として用いた場
合、（ａ）に示すような送信波形がそのまま送信用コイ
ル２に印加されるが、受信用コイル３では試験体１の電
磁気的な性質の違いによって（ｂ）に示すような変調さ
れた受信波形（原波形）として受信される。

【００３１】この場合、送信波と受信波との変調の度合
（波形の差異）を定量的に把握するには、波形の形状を
特徴量として表すために波形の各部位を定量化するパラ
メータを設定する必要がある。

【００３２】この受信原波形特徴量を表すパラメータと
しては、波形の振幅、位相、ある一定のレベルの振幅値
での波形の幅、一定レベルから最大値までの上昇時間、
最大値から一定レベルまでの下降時間が考えられる。ま
た、（ｃ）に示すように受信原波形を整流した整流波形
からは波形のエネルギ−の合計値、一定レベルでの波形
幅等のパラメータが考えられる。

【００３３】一方、変調受信波形を高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）等で変換し、周波数成分を表示させた場合に
はパラメータとして（ｄ）に示すように最大周波数、中
心周波数、バンド幅、一定レベルから最大周波数までの
上昇周波数、最大周波数から一定レベルまでの下降周波
数等が考えられる。

【００３４】このような種々の波形特徴量による波形パ
ターンの評価を行うことによって従来法にはない効果を
得ることができる。例えばある種の欠陥が試験体に存在
した場合、渦電流は周波数変調されて送信波の基本周波
数成分の他に他の周波数成分を含む場合がある。

【００３５】このような場合、従来法の連続波による位
相検波方式では図３（ａ）に示すように試験体性状の明
確な変化となって出力されず、単にコイルインピーダン
スの変化としてインピーダンスプレーン上の位置が分か
るのみであるが、本発明方法では図３（ｂ）に示すよう
に送信波が一定の波長の正弦波であるため、性状変化に
伴う受信波形の周波数変調成分（送信波の基本周波数成
分以外に試験体の性状変化によって異なる周波数成分が
重畳された場合等）を効率良く作り出すことができる。
これは連続波を送信波に用いた場合は、周波数変調成分
が連続する送信波の基本周波数成分の影響で隠れてしま
い効率的な検出ができないが、送信波が一定波長である
と受信波は送信波の影響を受け難くなる。このため、例
えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて受信波形の周
波数成分を分析すれば、送信波の基本周波数成分の他の
周波数成分が混在していることは明白になる。

【００３６】よって、ＦＦＴ出力の中心周波数を監視す
れば、試験体性状の変化に伴う周波数変調の度合や試験
体性状の種類等を知ることができる。この場合、図２
（ｂ）〜（ｄ）に示したような他の種類の波形特徴量パ
ラメータを単独または併用して用いることによってさら
に正確な判定を行うことが可能となる。例えば２つの波
形特徴量パラメータの併用の方法としては、波形特徴量
パラメータの予め予想される試験体の性状変化の程度に
伴うそれぞれの最大パラメータ変化量（Ｐｍ１，Ｐｍ
２）に対して、実際に得られたパラメータの変化量（Ｐ
ａ１，Ｐａ２）を正規化（Ｐａ１／Ｐｍ１，Ｐａ２／Ｐ
ｍ２）した値を論理和（（Ｐａ１／Ｐｍ１）Ｘ（Ｐａ２
／Ｐｍ２））すること等の方法が考えられる。この手法
は３つ以上のパラメータの併用にも応用できる。

【００３７】次に本発明の他の実施の形態ついて述べ
る。図４は本発明の第２の実施の形態の要部を示すブロ
ック構成図である。第２の実施の形態では、トリガ発信
器からパルス信号が入力されるとそれぞれ異なる周波数
及び位相の間断的な正弦波を発生する複数台の正弦波発
信器５ａ〜５ｎを設け、これら各正弦波発信器５ａ〜５
ｎの出力を波形合成器９により合成し、その合成出力に
より送信用コイルを励磁するようにしたものである。

【００３８】従って、このような構成とすれば、トリガ
発信器より入力されるパルス間隔に応じて各正弦波発信
器５ａ〜５ｎはそれぞれ異なる周波数及び位相の間断的
な正弦波を発生し、これらの出力を波形合成器９により
合成することで、送信用コイルに印加される周波数成分
が複数になるので、より詳細な情報を得ることができ
る。

【００３９】図５は本発明の第３の実施の形態における
発信部のブロック構成図である。第３の実施の形態で
は、発信器として任意波形発生器１０を用い、トリガ発
信器から入力されるパルス間隔に応じて波形データメモ
リ１１より予め設定した波形データを取込み、この波形
データに基づいて波形を発生させて送信用コイルに与え
るようにしたものである。

【００４０】この場合、任意波形発生器１０の出力とし
ては、高帯域正弦波、周波数変調波、矩形波等が考えら
れる。従って、このような構成とすれば、試験体の性状
変化に伴う波形変調の度合を効率良く検出することが可
能である。

【００４１】図６は本発明の第３の実施の形態を示す電
磁誘導試験評価装置のブロック構成図であり、図１と同
一部分には同一符号を付して示す。第３の実施の形態で
は、図６に示すようにトリガ発信器４からのパルス間隔
に応じて図示しない送信用コイルに印加する発信器５の
送信波形と、図示しない増幅器を介して入力される受信
用コイルにより検出された変調受信波とを波形形状パタ
ーン化装置７にそれぞれ与え、この波形形状パターン化
装置７の変調受信波の波形パターン化出力と送信波形の
波形パターン出力とを比較器１２により比較し、その比
較結果について波形パターンデータベース１３に格納さ
れている波形パターンの変化を基に試験体の性状変化を
識別するようにしたものである。

【００４２】従って、このような構成の電磁誘導試験評
価装置によれば、波形パータンデータベース１３に予め
判明している試験体の性状に伴う波形パターンの変化を
設定しておくことにより、比較器１２により変調受信波
の波形パターン化出力と送信波形の波形パターン化出力
との比較結果、即ち試験体の性状変化の識別判定を迅速
に行うことが可能である。

【００４３】上記各実施の形態おいて、送信用コイルと
受信用コイルの配列については試験体の性状変化に伴う
渦電流の変化を検出できれば特に限定を加えるものでは
ないが、送信用コイルと受信用コイルとを同軸上に配列
することによって送信用コイルにより発生する渦電流の
変化を効率良く捕えることができ、特に棒状、管状の検
査体に対して有効である。

【００４４】また、送信用コイルと受信用コイルの間隔
をコイルの外径寸法の２〜３倍以上に広げることによっ
て送信用コイルからの直接磁界の影響を減少させること
ができるため（本領域をリモートフィールド領域と一般
に称する：日刊工業新聞社発行、（社）日本非破壊検査
協会編 “新非破壊検査便覧”2.9.4(ii) 章参照）、試
験体の性状変化に伴う波形変調をより効率よく検出する
ことができる。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、試験
体に近接して設けられた送信用コイルに印加する信号を
間断的な正弦波又は複数の正弦波を合成した波形とし、
試験体に流れる渦電流に応じて検出される受信信号波形
から波形の特徴量を表すために予め定めた波形パラメー
タを抽出することによって波形の形状変化を検出し、波
形変調を引起こした試験体の性状変化の種類及び度合を
推定することによって従来に比べてより高精度の試験を
行うことができる電磁誘導試験評価方法及び装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電磁誘導試験評価方法及び装置の
第１の実施の形態を示すブロック構成図。

【図２】同実施の形態において、電磁誘導試験評価方法
のパターン抽出法を説明するための波形図。

【図３】同実施の形態において、電磁誘導試験評価方法
の効果を従来法と比較して説明するための図。

【図４】本発明の第２の実施の形態の要部を示すブロッ
ク構成図。

【図５】本発明の第３の実施の形態における発信部の構
成を示すブロック図。

【図６】本発明による電磁誘導試験評価方法及び装置の
第４の実施の形態を示すブロック構成図。

【図７】従来の電磁誘導試験評価方法及び装置の構成例
を示すブロック図。

【符号の説明】

１……試験体 ２……送信用コイル ３……受信用コイル ４……トリガ発信器 ５，５ａ〜５ｎ……正弦波発信器 ６……増幅器 ７……波形形状パターン化装置 ８……出力装置 ９……合成器 １０……任意波形発生器 １１……波形データメモリ １２……比較器 １３……波形パターンデータベース

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属等の導電性を有する試験体に近接さ
   せて設けられた送信用コイルに間断的な正弦波を印加し
   て前記試験体に渦電流を発生させ、前記試験体の性状変
   化に伴う渦電流の変化を受信用コイルによって検出し、
   その検出波形のパターンを絶対評価又は印加した正弦波
   の波形パターンと比較評価して波形の特徴量を抽出する
   ことによって前記試験体の性状変化を試験評価すること
   を特徴とする電磁誘導試験評価方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電磁誘導試験評価方法に
   おいて、波形パターンの比較手法は波形の周波数領域で
   のパターン評価として高速フーリエ変換による評価を行
   うことを特徴とする電磁誘導試験評価方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電磁誘導試験評価方法に
   おいて、送信用コイルに印加される間断的な正弦波は複
   数の周波数を重畳させた波形としたことを特徴とする電
   磁誘導試験評価方法。
4. 【請求項４】 金属等の導電性を有する試験体に近接さ
   せて設けられた送信用コイルと、この送信用コイルに間
   断的な正弦波を印加して磁場を発生させる正弦波発生手
   段と、前記送信用コイルから発生する磁場により前記試
   験体に流れる渦電流の変化を検出する受信用コイルと、
   この受信用コイルにより検出された電流波形の波形パタ
   ーンを絶対評価して波形の特徴量を抽出する波形形状パ
   ターン化手段と、この波形形状パターン化手段によりパ
   ターン化された波形形状の特徴量を出力する出力手段と
   を備えたことを特徴とする電磁誘導試験評価装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の電磁誘導試験評価装置に
   おいて、正弦波発生手段は複数の周波数を重畳させた間
   断的な正弦波を発生することを特徴とする電磁誘導試験
   評価装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の電磁誘導試験評価装置に
   おいて、波形形状パターン化手段として波高値出力手段
   を用いたことを特徴とする電磁誘導試験評価装置。
7. 【請求項７】 請求項４記載の電磁誘導試験評価装置に
   おいて、波形形状パターン化手段として高速フーリエ変
   換手段を用いたことを特徴とする電磁誘導試験評価装
   置。
8. 【請求項８】 請求項４記載の電磁誘導試験評価装置に
   おいて、波形形状パターン化手段の出力と送信用コイル
   に印加した間断的な正弦波の波形形状パターンと比較評
   価又は比較表示する手段を備えたことを特徴とする電磁
   誘導試験評価装置。
9. 【請求項９】 請求項４記載の電磁誘導試験評価装置に
   おいて、試験体の性状により変化する波形形状パターン
   をデータベース化し、このデータベース化した波形形状
   パターンと受信コイルにより受信した波形の波形形状パ
   ターンとを比較評価する手段を備えたことを特徴とする
   電磁誘導試験評価装置。
10. 【請求項１０】 請求項４記載の電磁誘導試験評価装置
    において、棒状又は管状の試験体に送信用コイルと受信
    用コイルとを同軸上に配設したことを特徴とする電磁誘
    導試験評価装置。
11. 【請求項１１】 請求項４記載の電磁誘導試験評価装置
    において、試験体に配置される送信用コイルと受信用コ
    イルとの間隔をコイルの外径の２倍以上に広げたことを
    特徴とする電磁誘導試験評価装置。