JPH11337527A - バルクハウゼンノイズの検出方法 - Google Patents
バルクハウゼンノイズの検出方法Info
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- JPH11337527A JPH11337527A JP16421398A JP16421398A JPH11337527A JP H11337527 A JPH11337527 A JP H11337527A JP 16421398 A JP16421398 A JP 16421398A JP 16421398 A JP16421398 A JP 16421398A JP H11337527 A JPH11337527 A JP H11337527A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 種々ある組織因子の中で知りたい組織因子、
あるいは、知りたい応力情報を主として含んでいるバル
クハウゼンノイズを簡便に検出する方法を提供する。 【解決手段】 被測定部位を磁化してバルクハウゼンノ
イズを測定するために、励磁コイル１に通常流す交流励
磁電流に直流電流を重畳させることによって、その直流
電流を重畳している間、バルクハウゼンノイズの発生を
抑制する。さらに、交流励磁電流ｉと被測定部位の磁束
密度Ｂの関係を表わすＢ−ｉループを測定し、バルクハ
ウゼンノイズを測定したい磁束密度範囲にもとづいて、
該Ｂ−ｉループから直流電流を重畳させるタイミングを
設定する。
あるいは、知りたい応力情報を主として含んでいるバル
クハウゼンノイズを簡便に検出する方法を提供する。 【解決手段】 被測定部位を磁化してバルクハウゼンノ
イズを測定するために、励磁コイル１に通常流す交流励
磁電流に直流電流を重畳させることによって、その直流
電流を重畳している間、バルクハウゼンノイズの発生を
抑制する。さらに、交流励磁電流ｉと被測定部位の磁束
密度Ｂの関係を表わすＢ−ｉループを測定し、バルクハ
ウゼンノイズを測定したい磁束密度範囲にもとづいて、
該Ｂ−ｉループから直流電流を重畳させるタイミングを
設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼材などの強磁性
材料のバルクハウゼンノイズを検出する方法に関する。
材料のバルクハウゼンノイズを検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】材料の磁気的性質が、結晶粒径や析出物
などの組織や歪みに依存することを利用して、被測定物
の材質や応力を非破壊的に検査することが試みられてい
る。例えば、透磁率を利用して鋼材の引っ張り強さを見
積もる方法、保磁力によって焼き入れ硬度を見積る方法
などがある。また、磁化の不連続変化に起因するバルク
ハウゼンノイズを用いて軟鋼の疲労強度を推定する方法
（L.P. Karjalainenら,IEEE Trans. Mag. MAG-16, 514
(1980)）や工具鋼の靱性を推定する方法（仲居ら、鉄と
鋼、75,833(1989)）などが提唱されている。炭素鋼のα
-Fe結晶粒径および析出したセメンタイト粒径とバルク
ハウゼンノイズの相関関係も理論的に考察されている
（H. Sakamotoら、IEEE Trans. Mag. MAG-23,2236(198
7)）。
などの組織や歪みに依存することを利用して、被測定物
の材質や応力を非破壊的に検査することが試みられてい
る。例えば、透磁率を利用して鋼材の引っ張り強さを見
積もる方法、保磁力によって焼き入れ硬度を見積る方法
などがある。また、磁化の不連続変化に起因するバルク
ハウゼンノイズを用いて軟鋼の疲労強度を推定する方法
（L.P. Karjalainenら,IEEE Trans. Mag. MAG-16, 514
(1980)）や工具鋼の靱性を推定する方法（仲居ら、鉄と
鋼、75,833(1989)）などが提唱されている。炭素鋼のα
-Fe結晶粒径および析出したセメンタイト粒径とバルク
ハウゼンノイズの相関関係も理論的に考察されている
（H. Sakamotoら、IEEE Trans. Mag. MAG-23,2236(198
7)）。
【０００３】バルクハウゼンノイズは、鋼材などの強磁
性材料に外部から磁場を印加してそれらを磁化させる時
に、磁化の変化が不連続的に変化することに起因して発
生する。通常の鋼材においては、磁化は主として磁壁の
移動によって変化するため、磁化の不連続変化は、主と
して、磁壁が析出物、結晶粒界、転位などの組織や応力
にピンニングされる動作と、外部磁場の増加にともなっ
て磁壁がそのピンニングを離脱する動作を繰り返すこと
によって生じる現象である。これらのピンニングの強さ
は析出物の大きさ、転位密度などの組織や局所的な応力
の大きさに依存しているため、外部磁場の強さに応じて
異なった組織や応力状態を反映したバルクハウゼンノイ
ズが発生する。言い換えれば、鋼材などの被測定部位の
磁束密度の大きさによって、それぞれ異なった組織や応
力の情報を持ったバルクハウゼンノイズが発生してい
る。
性材料に外部から磁場を印加してそれらを磁化させる時
に、磁化の変化が不連続的に変化することに起因して発
生する。通常の鋼材においては、磁化は主として磁壁の
移動によって変化するため、磁化の不連続変化は、主と
して、磁壁が析出物、結晶粒界、転位などの組織や応力
にピンニングされる動作と、外部磁場の増加にともなっ
て磁壁がそのピンニングを離脱する動作を繰り返すこと
によって生じる現象である。これらのピンニングの強さ
は析出物の大きさ、転位密度などの組織や局所的な応力
の大きさに依存しているため、外部磁場の強さに応じて
異なった組織や応力状態を反映したバルクハウゼンノイ
ズが発生する。言い換えれば、鋼材などの被測定部位の
磁束密度の大きさによって、それぞれ異なった組織や応
力の情報を持ったバルクハウゼンノイズが発生してい
る。
【０００４】従来のバルクハウゼンノイズの検出方法の
主流は、被測定部位の磁束密度が磁気飽和している状態
から反対の極性の磁気飽和状態まで磁化反転する間に発
生するバルクハウゼンノイズを全て検出し、その実効値
電圧や波高値を用いて評価するものである。しかし、こ
れら従来の検出方法では、例えば、結晶粒界の情報を知
りたい場合でも、析出物や転位の影響が入ってしまい診
断精度が低下する問題が生じる。ある組織因子とバルク
ハウゼンノイズの関係を表す検量線を作成する場合に
も、バルクハウゼンノイズに影響する他の組織因子ごと
に異なった検量線を作成しなければならず、非破壊試験
を実施する場合、管理が煩雑になってしまう。
主流は、被測定部位の磁束密度が磁気飽和している状態
から反対の極性の磁気飽和状態まで磁化反転する間に発
生するバルクハウゼンノイズを全て検出し、その実効値
電圧や波高値を用いて評価するものである。しかし、こ
れら従来の検出方法では、例えば、結晶粒界の情報を知
りたい場合でも、析出物や転位の影響が入ってしまい診
断精度が低下する問題が生じる。ある組織因子とバルク
ハウゼンノイズの関係を表す検量線を作成する場合に
も、バルクハウゼンノイズに影響する他の組織因子ごと
に異なった検量線を作成しなければならず、非破壊試験
を実施する場合、管理が煩雑になってしまう。
【０００５】従って、バルクハウゼンノイズを用いて組
織や応力を診断する場合、被測定部位の磁束密度範囲を
最適に選び、診断したい情報を主として含んだバルクハ
ウゼンノイズを得ることが簡便にできれば診断手法とし
て有用になり得ると考えられる。この方法で測定される
バルクハウゼンノイズには必要としない組織や応力情報
を極力含まないようにできるため、診断精度も向上す
る。バルクハウゼンノイズに影響を与える組織因子を分
離し、知りたい情報のみを取り出す考え方は、伊藤ら
（非破壊検査、45巻、第2号、91（1996））にも記載さ
れているが、測定手法に関しては、バルクハウゼンノイ
ズの時間−電圧波形上で時間を分割すると述べられてい
るだけであり、具体的な手法は記載されていない。市販
のスペクトラムアナライザーにバルクハウゼンノイズを
取り込み、時間軸上でカーソルを使って時間分割するこ
とは可能である。しかし、同じ被測定部位でその材質が
変化するような場合には、バルクハウゼンノイズが発生
する時間も変化するために、時間軸を分割するだけで
は、十分な測定精度は得られない。バルクハウゼンノイ
ズの発生時間が変化する度にカーソルを動かして時間範
囲を調整することも可能であるが、処理に時間がかか
り、煩雑な作業となってしまう。
織や応力を診断する場合、被測定部位の磁束密度範囲を
最適に選び、診断したい情報を主として含んだバルクハ
ウゼンノイズを得ることが簡便にできれば診断手法とし
て有用になり得ると考えられる。この方法で測定される
バルクハウゼンノイズには必要としない組織や応力情報
を極力含まないようにできるため、診断精度も向上す
る。バルクハウゼンノイズに影響を与える組織因子を分
離し、知りたい情報のみを取り出す考え方は、伊藤ら
（非破壊検査、45巻、第2号、91（1996））にも記載さ
れているが、測定手法に関しては、バルクハウゼンノイ
ズの時間−電圧波形上で時間を分割すると述べられてい
るだけであり、具体的な手法は記載されていない。市販
のスペクトラムアナライザーにバルクハウゼンノイズを
取り込み、時間軸上でカーソルを使って時間分割するこ
とは可能である。しかし、同じ被測定部位でその材質が
変化するような場合には、バルクハウゼンノイズが発生
する時間も変化するために、時間軸を分割するだけで
は、十分な測定精度は得られない。バルクハウゼンノイ
ズの発生時間が変化する度にカーソルを動かして時間範
囲を調整することも可能であるが、処理に時間がかか
り、煩雑な作業となってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来
は、種々ある組織因子の中で知りたい組織因子、あるい
は、知りたい応力情報を主として含んでいるバルクハウ
ゼンノイズを簡便に検出する方法はなかった。
は、種々ある組織因子の中で知りたい組織因子、あるい
は、知りたい応力情報を主として含んでいるバルクハウ
ゼンノイズを簡便に検出する方法はなかった。
【０００７】本発明は、被測定部位の磁束密度を検出
し、励磁ヘッドへ送流している交流励磁電流に、その磁
束密度に基づいて制御された直流電流を重畳させること
によって、被測定部位の任意の磁束密度範囲において発
生するバルクハウゼンノイズを簡便に精度良く検出する
ことを可能にする方法を提供することを目的とする。
し、励磁ヘッドへ送流している交流励磁電流に、その磁
束密度に基づいて制御された直流電流を重畳させること
によって、被測定部位の任意の磁束密度範囲において発
生するバルクハウゼンノイズを簡便に精度良く検出する
ことを可能にする方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記の通りである。 （１）：励磁ヘッドと空心検出コイルから構成される磁
気ヘッドを用いて、交流励磁電流を励磁コイルに送流し
て被測定部位のバルクハウゼンノイズを測定する方法に
おいて、バルクハウゼンノイズの発生を抑制したい時に
該交流励磁電流に直流電流を重畳させる。
ろは下記の通りである。 （１）：励磁ヘッドと空心検出コイルから構成される磁
気ヘッドを用いて、交流励磁電流を励磁コイルに送流し
て被測定部位のバルクハウゼンノイズを測定する方法に
おいて、バルクハウゼンノイズの発生を抑制したい時に
該交流励磁電流に直流電流を重畳させる。
【０００９】（２）：（１）の場合で、交流励磁電流値
ｉと被測定部位の磁束密度Ｂの関係を表すＢ−ｉループ
を測定し、バルクハウゼンノイズを測定する磁束密度範
囲にもとづいて該Ｂ−ｉループから直流電流を重畳させ
るタイミングを設定する。
ｉと被測定部位の磁束密度Ｂの関係を表すＢ−ｉループ
を測定し、バルクハウゼンノイズを測定する磁束密度範
囲にもとづいて該Ｂ−ｉループから直流電流を重畳させ
るタイミングを設定する。
【００１０】（３）：（１），（２）の場合で、Ｕ字型
鉄心と励磁コイルからなる励磁ヘッドに被測定部位を励
磁するための交流励磁電流を送流し、被測定部位の磁束
密度ＢをＵ字型鉄心の両脚の中心位置から一方の脚寄り
に設置した検出コイルで検出し、交流励磁電流ｉと該部
位の磁束密度Ｂの関係を表すＢ−ｉループを測定した
後、該交流励磁電流の最大値ｉmax から該Ｂ−ｉループ
を用いて求めた第１の所定の磁束密度Ｂ1 に対応する電
流値ｉ1 まで交流励磁電流が変化している間、被測定部
位を飽和磁束密度Ｂs に磁化させることができる程度の
直流電流を該交流励磁電流に重畳させる制御を実施し、
電流値がｉ1 から同様に求めた第２の所定の磁束密度Ｂ
2 に対応する電流値ｉ2 まで変化している間は該直流電
流を重畳させず、電流値がｉ2 から交流励磁電流の最小
値ｉmin まで変化している間、再び被測定部位を飽和磁
束密度（−Ｂs ）に磁化させることができる程度の直流
電流を該交流励磁電流に重畳させる制御を実施すること
によって、該Ｕ字型鉄心の両脚の中心位置に設置した空
心検出コイルで、被測定部位の磁束密度がＢ1 からＢ2
に変化する時に発生するバルクハウゼンノイズの検出を
可能にする。
鉄心と励磁コイルからなる励磁ヘッドに被測定部位を励
磁するための交流励磁電流を送流し、被測定部位の磁束
密度ＢをＵ字型鉄心の両脚の中心位置から一方の脚寄り
に設置した検出コイルで検出し、交流励磁電流ｉと該部
位の磁束密度Ｂの関係を表すＢ−ｉループを測定した
後、該交流励磁電流の最大値ｉmax から該Ｂ−ｉループ
を用いて求めた第１の所定の磁束密度Ｂ1 に対応する電
流値ｉ1 まで交流励磁電流が変化している間、被測定部
位を飽和磁束密度Ｂs に磁化させることができる程度の
直流電流を該交流励磁電流に重畳させる制御を実施し、
電流値がｉ1 から同様に求めた第２の所定の磁束密度Ｂ
2 に対応する電流値ｉ2 まで変化している間は該直流電
流を重畳させず、電流値がｉ2 から交流励磁電流の最小
値ｉmin まで変化している間、再び被測定部位を飽和磁
束密度（−Ｂs ）に磁化させることができる程度の直流
電流を該交流励磁電流に重畳させる制御を実施すること
によって、該Ｕ字型鉄心の両脚の中心位置に設置した空
心検出コイルで、被測定部位の磁束密度がＢ1 からＢ2
に変化する時に発生するバルクハウゼンノイズの検出を
可能にする。
【００１１】（４）：（１），（２）の場合で、交流励
磁電流がその最大値ｉmax から第１の所定の磁束密度Ｂ
1 に対応する電流値ｉ1 まで変化する間、該交流励磁電
流と直流電流の電流値の和がｉmax の値を維持するよう
に直流電流を該交流励磁電流に重畳させる制御を実施
し、交流励磁電流が第２の所定の磁束密度Ｂ2 に対応す
る電流値ｉ2 から最小値ｉmin まで変化する間、該交流
励磁電流と直流電流の和がｉmin の電流値を維持するよ
うに直流電流を交流励磁電流に重畳させる制御を実施す
る。
磁電流がその最大値ｉmax から第１の所定の磁束密度Ｂ
1 に対応する電流値ｉ1 まで変化する間、該交流励磁電
流と直流電流の電流値の和がｉmax の値を維持するよう
に直流電流を該交流励磁電流に重畳させる制御を実施
し、交流励磁電流が第２の所定の磁束密度Ｂ2 に対応す
る電流値ｉ2 から最小値ｉmin まで変化する間、該交流
励磁電流と直流電流の和がｉmin の電流値を維持するよ
うに直流電流を交流励磁電流に重畳させる制御を実施す
る。
【００１２】（５）：（１）〜（４）の場合で、バルク
ハウゼンノイズの測定時間をΔＴとする場合、直流電流
を該交流励磁電流に重畳させている状態と非重畳の状態
の間のスイッチング時間をΔＴ／１０以下にする。
ハウゼンノイズの測定時間をΔＴとする場合、直流電流
を該交流励磁電流に重畳させている状態と非重畳の状態
の間のスイッチング時間をΔＴ／１０以下にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明を実施するために使用する
装置構成を図１を用いて詳細に説明する。ケイ素鋼板、
アモルファスなどの軟質磁性材料からなるＵ字型鉄心２
に励磁コイル１を巻いた励磁ヘッド、および、バルクハ
ウゼンノイズを検出するための空心検出コイル４、被測
定部位の磁束密度の変化（ｄＢ／ｄｔ）を検出するため
の空心検出コイル３から構成される磁気ヘッドを用い
る。この磁気ヘッドは、本発明者らが既に発明している
ものである（特開平７−１７４７３０号公報）。
装置構成を図１を用いて詳細に説明する。ケイ素鋼板、
アモルファスなどの軟質磁性材料からなるＵ字型鉄心２
に励磁コイル１を巻いた励磁ヘッド、および、バルクハ
ウゼンノイズを検出するための空心検出コイル４、被測
定部位の磁束密度の変化（ｄＢ／ｄｔ）を検出するため
の空心検出コイル３から構成される磁気ヘッドを用い
る。この磁気ヘッドは、本発明者らが既に発明している
ものである（特開平７−１７４７３０号公報）。
【００１４】本発明の特徴とするところは、被測定部位
を磁化してバルクハウゼンノイズを測定するために、励
磁コイル１に通常流す交流励磁電流に直流電流を重畳さ
せることによって、その直流電流を重畳している間、バ
ルクハウゼンノイズの発生を抑制するものである。さら
に、交流励磁電流ｉと被測定部位の磁束密度Ｂの関係を
表わすＢ−ｉループを測定し、バルクハウゼンノイズを
測定したい磁束密度範囲にもとづいて、該Ｂ−ｉループ
から直流電流を重畳させるタイミングを設定することに
ある。この方法によって、簡便に、かつ、精度良く任意
の磁束密度範囲において発生するバルクハウゼンノイズ
を測定することが可能になる。
を磁化してバルクハウゼンノイズを測定するために、励
磁コイル１に通常流す交流励磁電流に直流電流を重畳さ
せることによって、その直流電流を重畳している間、バ
ルクハウゼンノイズの発生を抑制するものである。さら
に、交流励磁電流ｉと被測定部位の磁束密度Ｂの関係を
表わすＢ−ｉループを測定し、バルクハウゼンノイズを
測定したい磁束密度範囲にもとづいて、該Ｂ−ｉループ
から直流電流を重畳させるタイミングを設定することに
ある。この方法によって、簡便に、かつ、精度良く任意
の磁束密度範囲において発生するバルクハウゼンノイズ
を測定することが可能になる。
【００１５】本発明では、先ず、バルクハウゼンノイズ
を測定する前に空心検出コイル３を用いて被測定部位の
磁束密度変化（ｄＢ／ｄｔ）を測定し、その時間積分を
行うことによって磁束密度Ｂを求め、図２（ａ）に示し
たような励磁電流ｉと被測定部位の磁束密度Ｂの関係を
表すヒステリシスループを予め求める。励磁電流ｉとＵ
字型鉄心２によって、被測定部位を励磁するための磁場
Ｈが作られるが、Ｕ字型鉄心に磁気ヒステリシスの少な
いものを用いれば、励磁電流ｉと発生磁場Ｈとの位相は
無視できる程度まで小さくできる。ここで、励磁電流ｉ
と発生磁場Ｈは直線関係がある範囲で使用する。
を測定する前に空心検出コイル３を用いて被測定部位の
磁束密度変化（ｄＢ／ｄｔ）を測定し、その時間積分を
行うことによって磁束密度Ｂを求め、図２（ａ）に示し
たような励磁電流ｉと被測定部位の磁束密度Ｂの関係を
表すヒステリシスループを予め求める。励磁電流ｉとＵ
字型鉄心２によって、被測定部位を励磁するための磁場
Ｈが作られるが、Ｕ字型鉄心に磁気ヒステリシスの少な
いものを用いれば、励磁電流ｉと発生磁場Ｈとの位相は
無視できる程度まで小さくできる。ここで、励磁電流ｉ
と発生磁場Ｈは直線関係がある範囲で使用する。
【００１６】バルクハウゼンノイズは、空心検出コイル
４で検出し、電圧増幅後、必要に応じて、バンド・パス
・フィルターを通して、実効値電圧、あるいは、波高値
などを求めるデータ処理を行うことによって測定するこ
とができる。上記した空心検出コイル３，４によって、
磁束密度Ｂおよびバルクハウゼンノイズをそれぞれ求め
る方法は、従来公知の方法である。
４で検出し、電圧増幅後、必要に応じて、バンド・パス
・フィルターを通して、実効値電圧、あるいは、波高値
などを求めるデータ処理を行うことによって測定するこ
とができる。上記した空心検出コイル３，４によって、
磁束密度Ｂおよびバルクハウゼンノイズをそれぞれ求め
る方法は、従来公知の方法である。
【００１７】本発明の特徴は、被測定部位が任意の磁束
密度状態、すなわち、任意の磁化状態にある時のバルク
ハウゼンノイズを測定するために、通常の交流励磁電流
に所定の時間範囲のみ直流電流を重畳させる制御を実施
することにある。どの磁束密度範囲のバルクハウゼンノ
イズを測定するか、については、被測定部位の材質（結
晶粒径、析出物の状態など）の何を知りたいのかによっ
て、測定者がその都度設定する。本発明によって、予め
測定したＢ−ｉループにもとづいて、任意の測定したい
磁束密度範囲を指定するだけで、簡便に、かつ、精度良
くその範囲のバルクハウゼンノイズを測定することがで
きるようになる。
密度状態、すなわち、任意の磁化状態にある時のバルク
ハウゼンノイズを測定するために、通常の交流励磁電流
に所定の時間範囲のみ直流電流を重畳させる制御を実施
することにある。どの磁束密度範囲のバルクハウゼンノ
イズを測定するか、については、被測定部位の材質（結
晶粒径、析出物の状態など）の何を知りたいのかによっ
て、測定者がその都度設定する。本発明によって、予め
測定したＢ−ｉループにもとづいて、任意の測定したい
磁束密度範囲を指定するだけで、簡便に、かつ、精度良
くその範囲のバルクハウゼンノイズを測定することがで
きるようになる。
【００１８】具体的に、図２を用いて説明する。図２
（ａ）は、図２（ｂ）の交流励磁電流ｉによって被測定
部位が磁化された場合に得られる励磁電流ｉと被測定部
位の磁束密度Ｂの関係を表すヒステリシス曲線である。
図２（ｂ）は励磁電流がｓｉｎ波形の場合の例である。
この励磁電流波形に三角波、など用いても良い。
（ａ）は、図２（ｂ）の交流励磁電流ｉによって被測定
部位が磁化された場合に得られる励磁電流ｉと被測定部
位の磁束密度Ｂの関係を表すヒステリシス曲線である。
図２（ｂ）は励磁電流がｓｉｎ波形の場合の例である。
この励磁電流波形に三角波、など用いても良い。
【００１９】励磁電流がｉmax のとき、被測定部位の磁
束密度をＢmax 、飽和磁束密度をＢs とすると、Ｂmax
≦Ｂs の関係にある。したがって、被測定部位を飽和磁
束密度にするためには、通常、電流値をｉmax よりも大
きくする必要がある。ここで、図２（ａ）に示したよう
に、磁束密度がヒステリシスループ上をａ→ｂ→ｃ→ｄ
の順に変化する中で、ｂ→ｃへ磁束密度が変化する時に
発生するバルクハウゼンノイズを測定する場合を考える
ことにする。一般的にバルクハウゼンノイズはａ→ｂ、
およびｃ→ｄへ磁束密度が変化する時に、すなわち、交
流励磁電流がｉmax からｉ1 に、およびｉ2 からｉmin
に変化する時にも発生するが、その時に、図２（ｃ）に
示したような直流電流ｉd1を交流励磁電流がｉmax から
ｉ1 に変化する間、該交流励磁電流に重畳させる。この
ｉd1は、交流励磁電流が小さくなっても被測定部位が飽
和磁束密度Ｂs を保てるだけの大きさとする。さらに、
直流電流ｉd2を交流励磁電流がｉ2 からｉmin に変化す
る間、該交流励磁電流に重畳させる。このｉd2は、交流
励磁電流が変化しても被測定部位が飽和磁束密度（−Ｂ
s ）を保てるだけの大きさとする。このような直流電流
を交流励磁電流に重畳させることによって、ａ→ｂ、お
よびｃ→ｄでは磁束密度は飽和状態にあるため、ほとん
ど変化しなくなり、バルクハウゼンノイズの発生を抑制
できる。
束密度をＢmax 、飽和磁束密度をＢs とすると、Ｂmax
≦Ｂs の関係にある。したがって、被測定部位を飽和磁
束密度にするためには、通常、電流値をｉmax よりも大
きくする必要がある。ここで、図２（ａ）に示したよう
に、磁束密度がヒステリシスループ上をａ→ｂ→ｃ→ｄ
の順に変化する中で、ｂ→ｃへ磁束密度が変化する時に
発生するバルクハウゼンノイズを測定する場合を考える
ことにする。一般的にバルクハウゼンノイズはａ→ｂ、
およびｃ→ｄへ磁束密度が変化する時に、すなわち、交
流励磁電流がｉmax からｉ1 に、およびｉ2 からｉmin
に変化する時にも発生するが、その時に、図２（ｃ）に
示したような直流電流ｉd1を交流励磁電流がｉmax から
ｉ1 に変化する間、該交流励磁電流に重畳させる。この
ｉd1は、交流励磁電流が小さくなっても被測定部位が飽
和磁束密度Ｂs を保てるだけの大きさとする。さらに、
直流電流ｉd2を交流励磁電流がｉ2 からｉmin に変化す
る間、該交流励磁電流に重畳させる。このｉd2は、交流
励磁電流が変化しても被測定部位が飽和磁束密度（−Ｂ
s ）を保てるだけの大きさとする。このような直流電流
を交流励磁電流に重畳させることによって、ａ→ｂ、お
よびｃ→ｄでは磁束密度は飽和状態にあるため、ほとん
ど変化しなくなり、バルクハウゼンノイズの発生を抑制
できる。
【００２０】ｉd1およびｉd2は、装置の小型化、バッテ
リーの長寿命化の観点からできるだけ小さくすることが
望ましい。この場合には、交流励磁電流がｉmax から第
１の所定の磁束密度Ｂ1 に対応する電流値ｉ1 まで変化
する間、該交流励磁電流と直流電流の電流値の和がｉ
max の値を維持するように直流電流を該交流励磁電流に
重畳させる制御を実施し、交流励磁電流が第２の所定の
磁束密度Ｂ2 に対応する電流値ｉ2 から最小値ｉmin ま
で変化する間、該交流励磁電流と直流電流の和がｉmin
の電流値を維持するように直流電流を交流励磁電流に重
畳させる制御を実施する。このように制御された直流電
流を重畳させることによって、それが重畳させている
間、被測定部位の磁化の変化を抑制でき、バルクハウゼ
ンノイズの発生も抑えられる。
リーの長寿命化の観点からできるだけ小さくすることが
望ましい。この場合には、交流励磁電流がｉmax から第
１の所定の磁束密度Ｂ1 に対応する電流値ｉ1 まで変化
する間、該交流励磁電流と直流電流の電流値の和がｉ
max の値を維持するように直流電流を該交流励磁電流に
重畳させる制御を実施し、交流励磁電流が第２の所定の
磁束密度Ｂ2 に対応する電流値ｉ2 から最小値ｉmin ま
で変化する間、該交流励磁電流と直流電流の和がｉmin
の電流値を維持するように直流電流を交流励磁電流に重
畳させる制御を実施する。このように制御された直流電
流を重畳させることによって、それが重畳させている
間、被測定部位の磁化の変化を抑制でき、バルクハウゼ
ンノイズの発生も抑えられる。
【００２１】以上の説明は、交流励磁電流の半周期につ
いてであるが、それが連続している場合についても、重
畳させる直流電流の制御法に関しての考え方は同じであ
る。
いてであるが、それが連続している場合についても、重
畳させる直流電流の制御法に関しての考え方は同じであ
る。
【００２２】ここで、重要なことは、直流電流を交流励
磁電流に重畳させている状態から非重畳の状態、すなわ
ち、直流電流がオンからオフ、あるいはオフからオンに
変わる時のスイッチングに関してである。通常ならば、
これらのスイッチングによって磁束密度が大きく変化
し、それにともなって検出コイルには大きな誘起電圧が
発生すると予想されるが、本発明に使用する図１に示し
た空心検出コイル１を鉄心２の両脚の中心に設置された
磁気ヘッドを使用することによって、その誘起電圧の発
生を抑制することができる。この原理の詳細は、特開平
７−１７４７３０号公報にも記載されているが、簡単に
いえば、励磁電流変化に起因して発生する電圧波形は位
相が同じであるため、空心検出コイル４の中で打ち消し
合うからである。位相がランダムであるバルクハウゼン
ノイズの打ち消し合いは起こらない。
磁電流に重畳させている状態から非重畳の状態、すなわ
ち、直流電流がオンからオフ、あるいはオフからオンに
変わる時のスイッチングに関してである。通常ならば、
これらのスイッチングによって磁束密度が大きく変化
し、それにともなって検出コイルには大きな誘起電圧が
発生すると予想されるが、本発明に使用する図１に示し
た空心検出コイル１を鉄心２の両脚の中心に設置された
磁気ヘッドを使用することによって、その誘起電圧の発
生を抑制することができる。この原理の詳細は、特開平
７−１７４７３０号公報にも記載されているが、簡単に
いえば、励磁電流変化に起因して発生する電圧波形は位
相が同じであるため、空心検出コイル４の中で打ち消し
合うからである。位相がランダムであるバルクハウゼン
ノイズの打ち消し合いは起こらない。
【００２３】バルクハウゼンノイズの測定時間をΔＴと
する場合、直流電流のスイッチング時間がΔＴ／１０よ
り長くなると、バルクハウゼンノイズにスイッチングの
影響が入り、被測定部位の材質診断などを行う場合に、
診断精度が低下する。したがって、スイッチング時間を
ΔＴ／１０以下にする。
する場合、直流電流のスイッチング時間がΔＴ／１０よ
り長くなると、バルクハウゼンノイズにスイッチングの
影響が入り、被測定部位の材質診断などを行う場合に、
診断精度が低下する。したがって、スイッチング時間を
ΔＴ／１０以下にする。
【００２４】以上説明した励磁電流制御システム、電圧
信号処理システムは、図１に示したように、携帯タイプ
のものとして構成可能である。
信号処理システムは、図１に示したように、携帯タイプ
のものとして構成可能である。
【００２５】
【実施例】以下、実施例にもとづき、本発明を詳細に説
明する。
明する。
【００２６】（実施例１）図１に示したシステムを使用
して、Ｆｅ−０．２％Ｃ系の鋼材のバルクハウゼンノイ
ズを測定し、従来の交流励磁電流のみで測定した場合、
および、それに直流電流を重畳させた場合を比較した。
磁気ヘッドは、ケイ素鋼板のＵ字型鉄心にエナメル線で
１０００ターンの励磁コイルを巻いた励磁ヘッド、断面
積が３×８ｍｍ2 のアクリル製ボビンに５００ターンの
エナメル線を巻いたバルクハウゼンノイズ検出用空心コ
イル、その空心コイルと鉄心の片脚の間に設置した２０
ターンのエナメル線を巻いた磁束密度検出用コイルから
構成される。交流励磁電流は、図３（ｂ）に示したｓｉ
ｎ波形とし、周波数は１０Ｈｚ、励磁電流の最大値ｉ
max （＝−ｉmin ）は鋼材の被測定部位がほぼ飽和磁束
密度に達する程度とした。
して、Ｆｅ−０．２％Ｃ系の鋼材のバルクハウゼンノイ
ズを測定し、従来の交流励磁電流のみで測定した場合、
および、それに直流電流を重畳させた場合を比較した。
磁気ヘッドは、ケイ素鋼板のＵ字型鉄心にエナメル線で
１０００ターンの励磁コイルを巻いた励磁ヘッド、断面
積が３×８ｍｍ2 のアクリル製ボビンに５００ターンの
エナメル線を巻いたバルクハウゼンノイズ検出用空心コ
イル、その空心コイルと鉄心の片脚の間に設置した２０
ターンのエナメル線を巻いた磁束密度検出用コイルから
構成される。交流励磁電流は、図３（ｂ）に示したｓｉ
ｎ波形とし、周波数は１０Ｈｚ、励磁電流の最大値ｉ
max （＝−ｉmin ）は鋼材の被測定部位がほぼ飽和磁束
密度に達する程度とした。
【００２７】先ず、従来の方法でバルクハウゼンノイズ
を測定した。励磁電流の１．５波長分の結果を図３
（ｂ）に示す。ここで、バルクハウゼンノイズの検出周
波数は、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとした。次に、この
１．５波長分の励磁電流に本発明による直流電流を図３
（ａ）に示したタイミングで重畳させた。重畳させるタ
イミングは、先ず、磁束密度検出コイルで測定したＢ−
ｉループにもとづいて、磁化反転の初期（ΔＴ１）、中
期（ΔＴ2 ）、後期（ΔＴ3 ）のバルクハウゼンノイズ
を検出できるように設定した。ただし、今回の実験で
は、ｉd1＝−ｉd2とし、直流電流が重畳されている間は
被測定部位の磁束密度が飽和磁束密度状態にあるように
設定した。なお、直流電流のスイッチング時間は０．１
ｍｓｅｃとした。このスイッチング時間は、ΔＴ1 ／１
０、ΔＴ2 ／１０、ΔＴ3 ／１０のそれぞれの値よりも
十分小さい。
を測定した。励磁電流の１．５波長分の結果を図３
（ｂ）に示す。ここで、バルクハウゼンノイズの検出周
波数は、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとした。次に、この
１．５波長分の励磁電流に本発明による直流電流を図３
（ａ）に示したタイミングで重畳させた。重畳させるタ
イミングは、先ず、磁束密度検出コイルで測定したＢ−
ｉループにもとづいて、磁化反転の初期（ΔＴ１）、中
期（ΔＴ2 ）、後期（ΔＴ3 ）のバルクハウゼンノイズ
を検出できるように設定した。ただし、今回の実験で
は、ｉd1＝−ｉd2とし、直流電流が重畳されている間は
被測定部位の磁束密度が飽和磁束密度状態にあるように
設定した。なお、直流電流のスイッチング時間は０．１
ｍｓｅｃとした。このスイッチング時間は、ΔＴ1 ／１
０、ΔＴ2 ／１０、ΔＴ3 ／１０のそれぞれの値よりも
十分小さい。
【００２８】直流電流を重畳した場合の結果を図３
（ｃ）に示した。この波形から明らかなように、直流電
流が重畳されている間は、バルクハウゼンノイズの発生
が抑制されており、直流電流が重畳されていない範囲で
のみ、バルクハウゼンノイズが得られていることがわか
る。すなわち、制御した直流電流を重畳させることによ
って、任意の範囲のバルハウゼンノイズが得られること
がわかる。このことは、図２（ａ），（ｂ）から明らか
なように、本発明によって、被測定部位の任意の磁束密
度範囲におけるバルクハウゼンノイズの測定が可能にな
ることを示している。
（ｃ）に示した。この波形から明らかなように、直流電
流が重畳されている間は、バルクハウゼンノイズの発生
が抑制されており、直流電流が重畳されていない範囲で
のみ、バルクハウゼンノイズが得られていることがわか
る。すなわち、制御した直流電流を重畳させることによ
って、任意の範囲のバルハウゼンノイズが得られること
がわかる。このことは、図２（ａ），（ｂ）から明らか
なように、本発明によって、被測定部位の任意の磁束密
度範囲におけるバルクハウゼンノイズの測定が可能にな
ることを示している。
【００２９】（実施例２）α−Ｆｅとマルテンサイト組
織からなる２相鋼板のバルクハウゼンノイズを検出し、
α−Ｆｅの結晶粒径の診断ができるか否かを調べた。試
料はＦｅ−０．３％Ｃ系組成のものをα−γ領域で等温
熱処理した後、水冷して作製した。熱処理温度を変える
ことによって、α−Ｆｅ粒径を制御した。比較として、
α−Ｆｅ単相の試料も準備した。バルクハウゼンノイズ
検出システム、交流励磁周波数、バルクハウゼンノイズ
検出周波数、直流電流のスイッチング時間、などは実施
例１と同じである。
織からなる２相鋼板のバルクハウゼンノイズを検出し、
α−Ｆｅの結晶粒径の診断ができるか否かを調べた。試
料はＦｅ−０．３％Ｃ系組成のものをα−γ領域で等温
熱処理した後、水冷して作製した。熱処理温度を変える
ことによって、α−Ｆｅ粒径を制御した。比較として、
α−Ｆｅ単相の試料も準備した。バルクハウゼンノイズ
検出システム、交流励磁周波数、バルクハウゼンノイズ
検出周波数、直流電流のスイッチング時間、などは実施
例１と同じである。
【００３０】α−Ｆｅとマルテンサイト組織からなる２
相鋼の場合、α−Ｆｅの保磁力はマルテンサイトの保磁
力より小さいため、α−Ｆｅの結晶粒径の情報は磁化反
転初期のバルクハウゼンノイズに入っていると推定でき
る。したがって、図３（ａ）のΔＴ1 の場合と同じ条件
で直流電流を交流励磁電流に重畳させた。ｉd1およびｉ
d2の大きさは、一定値ではなく、それぞれ交流励磁電流
と直流電流の和が交流励磁電流ｉmax およびｉmin を維
持するように制御した。それぞれの試料において、４０
回の連続したバルクハウゼンノイズの実効値電圧を測定
し、それらの平均値を求めた。比較のために、２相鋼お
よびα−Ｆｅ単相の試料の実効値電圧を従来の交流励磁
電流のみで測定した。
相鋼の場合、α−Ｆｅの保磁力はマルテンサイトの保磁
力より小さいため、α−Ｆｅの結晶粒径の情報は磁化反
転初期のバルクハウゼンノイズに入っていると推定でき
る。したがって、図３（ａ）のΔＴ1 の場合と同じ条件
で直流電流を交流励磁電流に重畳させた。ｉd1およびｉ
d2の大きさは、一定値ではなく、それぞれ交流励磁電流
と直流電流の和が交流励磁電流ｉmax およびｉmin を維
持するように制御した。それぞれの試料において、４０
回の連続したバルクハウゼンノイズの実効値電圧を測定
し、それらの平均値を求めた。比較のために、２相鋼お
よびα−Ｆｅ単相の試料の実効値電圧を従来の交流励磁
電流のみで測定した。
【００３１】各実効値電圧と光学顕微鏡で実測したα−
Ｆｅ結晶粒径との関係を評価した。ここで、α−Ｆｅ結
晶粒径（Ｄ）と実効値電圧（ＲＭＳ）との関係は、理論
的、実験的にＲＭＳ∝Ｄ(-1/2)の関係にあることが示さ
れていることから（H. Sakamotoら、IEEE Trans. Mag.
MAG-23,2236(1987)）、この関係式を用いて最小自乗法
で整理して求めた相関係数を表１に示す。
Ｆｅ結晶粒径との関係を評価した。ここで、α−Ｆｅ結
晶粒径（Ｄ）と実効値電圧（ＲＭＳ）との関係は、理論
的、実験的にＲＭＳ∝Ｄ(-1/2)の関係にあることが示さ
れていることから（H. Sakamotoら、IEEE Trans. Mag.
MAG-23,2236(1987)）、この関係式を用いて最小自乗法
で整理して求めた相関係数を表１に示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】表１から明らかなように、本発明に従っ
て、２相鋼のα−Ｆｅ結晶粒径を測定することによっ
て、従来法でα−Ｆｅ単相組織を測定した場合と同程度
の高い相関係数が得られる。この結果から、交流励磁電
流に制御された直流電流を重畳させることによって、バ
ルクハウゼンノイズに影響する組織因子が複数ある場合
でも、不要な因子を取り除き、簡便に高精度で知りたい
組織因子の情報が得られることがわかる。
て、２相鋼のα−Ｆｅ結晶粒径を測定することによっ
て、従来法でα−Ｆｅ単相組織を測定した場合と同程度
の高い相関係数が得られる。この結果から、交流励磁電
流に制御された直流電流を重畳させることによって、バ
ルクハウゼンノイズに影響する組織因子が複数ある場合
でも、不要な因子を取り除き、簡便に高精度で知りたい
組織因子の情報が得られることがわかる。
【００３４】（実施例３）実施例２で用いた２相鋼のバ
ルクハウゼンノイズを直流電流のスイッチング時間を変
えて測定した。バルクハウゼンノイズの検出範囲は図３
（ｂ）のΔＴ1 である。なお、スイッチング時間を変え
た場合でもｉd1の直流電流をオフにする時、およびｉd2
の電流をオンにする時の被測定部位の磁束密度はそれぞ
れ一定とした。
ルクハウゼンノイズを直流電流のスイッチング時間を変
えて測定した。バルクハウゼンノイズの検出範囲は図３
（ｂ）のΔＴ1 である。なお、スイッチング時間を変え
た場合でもｉd1の直流電流をオフにする時、およびｉd2
の電流をオンにする時の被測定部位の磁束密度はそれぞ
れ一定とした。
【００３５】それぞれの試料で連続した４０回の実効値
電圧を測定し、それらの平均値を求めた。実施例２と同
様にして相関係数を求めた結果を表２に示す。
電圧を測定し、それらの平均値を求めた。実施例２と同
様にして相関係数を求めた結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】表２から明らかなように、スイッチング時
間がΔＴ1 ／１０以下にすることによって相関係数が
０．９以上となり診断精度が向上することがわかる。ス
イッチング時間がΔＴ1 ／１０より大きくなると、ｉd1
の直流電流側ではα−Ｆｅ結晶粒径の情報が減少し、ｉ
d2の直流電流側ではマルテンサイト組織の影響が入って
くるために相関係数が低下すると考えられる。
間がΔＴ1 ／１０以下にすることによって相関係数が
０．９以上となり診断精度が向上することがわかる。ス
イッチング時間がΔＴ1 ／１０より大きくなると、ｉd1
の直流電流側ではα−Ｆｅ結晶粒径の情報が減少し、ｉ
d2の直流電流側ではマルテンサイト組織の影響が入って
くるために相関係数が低下すると考えられる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、被測定部位の磁束密度
を検出し、励磁ヘッドへ送流している交流励磁電流に、
その磁束密度に基づいて制御された直流電流を重畳させ
ることによって、被測定部位の任意の磁束密度範囲にお
いて発生するバルクハウゼンノイズを簡便に精度良く検
出することが可能になった。これによって、種々ある組
織因子の中で知りたい組織因子、あるいは、知りたい応
力情報を主として含んでいるバルクハウゼンノイズを簡
便に、かつ、高精度で検出できるようになった。
を検出し、励磁ヘッドへ送流している交流励磁電流に、
その磁束密度に基づいて制御された直流電流を重畳させ
ることによって、被測定部位の任意の磁束密度範囲にお
いて発生するバルクハウゼンノイズを簡便に精度良く検
出することが可能になった。これによって、種々ある組
織因子の中で知りたい組織因子、あるいは、知りたい応
力情報を主として含んでいるバルクハウゼンノイズを簡
便に、かつ、高精度で検出できるようになった。
【図１】本発明によるバルクハウゼンノイズの検出シス
テムを示す模式図である。
テムを示す模式図である。
【図２】励磁電流と被測定部位の磁束密度の関係、従来
の交流励磁電流、本発明による交流励磁電流に重畳させ
る直流電流を示す特性図である。
の交流励磁電流、本発明による交流励磁電流に重畳させ
る直流電流を示す特性図である。
【図３】本発明による交流励磁電流に重畳させる直流電
流、従来の交流励磁電流とバルクハウゼンノイズ波形、
本発明によるバルクハウゼンノイズ波形を示す特性図で
ある。
流、従来の交流励磁電流とバルクハウゼンノイズ波形、
本発明によるバルクハウゼンノイズ波形を示す特性図で
ある。
１ 励磁コイル ２ Ｕ字型鉄心 ３ 磁束密度検出コイル ４ バルクハウゼンノイズ検出空心コイル ５ バルクハウゼンノイズ検出装置 ６ 被測定物
Claims (5)
- 【請求項１】 励磁ヘッドと空心検出コイルから構成さ
れる磁気ヘッドを用いて、交流励磁電流を励磁コイルに
送流して被測定部位のバルクハウゼンノイズを測定する
方法において、 バルクハウゼンノイズの発生を抑制したい時に前記交流
励磁電流に直流電流を重畳させることを特徴とするバル
クハウゼンノイズの検出方法。 - 【請求項２】 交流励磁電流値ｉと被測定部位の磁束密
度Ｂの関係を表すＢ−ｉループを測定し、バルクハウゼ
ンノイズを測定する磁束密度範囲にもとづいて前記Ｂ−
ｉループから直流電流を重畳させるタイミングを設定す
ることを特徴とする請求項１記載のバルクハウゼンノイ
ズの検出方法。 - 【請求項３】 Ｕ字型鉄心と励磁コイルからなる励磁ヘ
ッドに被測定部位を励磁するための交流励磁電流を送流
し、被測定部位の磁束密度ＢをＵ字型鉄心の両脚の中心
位置から一方の脚寄りに設置した検出コイルで検出し、
交流励磁電流ｉと被測定部位の磁束密度Ｂの関係を表す
Ｂ−ｉループを測定した後、前記交流励磁電流の最大値
ｉmax から前記Ｂ−ｉループを用いて求めた第１の所定
の磁束密度Ｂ1 に対応する電流値ｉ1 まで交流励磁電流
が変化している間、被測定部位を飽和磁束密度Ｂs に磁
化させることができる程度の直流電流を前記交流励磁電
流に重畳させる制御を行い、電流値がｉ1 から同様に求
めた第２の所定の磁束密度Ｂ2 に対応する電流値ｉ2 ま
で変化している間は前記直流電流を重畳させず、電流値
がｉ2 から交流励磁電流の最小値ｉmin まで変化してい
る間、再び被測定部位を飽和磁束密度（−Ｂs ）に磁化
させることができる程度の直流電流を前記交流励磁電流
に重畳させる制御を行うことによって、前記Ｕ字型鉄心
の両脚の中心位置に設置した空心検出コイルで、被測定
部位の磁束密度がＢ1 からＢ2 に変化する時に発生する
バルクハウゼンノイズの検出を可能にすることを特徴と
する請求項１又は２に記載のバルクハウゼンノイズの検
出方法。 - 【請求項４】 交流励磁電流がその最大値ｉmax から第
１の所定の磁束密度Ｂ1 に対応する電流値ｉ1 まで変化
する間、前記交流励磁電流と直流電流の電流値の和がｉ
max の値を維持するように直流電流を前記交流励磁電流
に重畳させる制御を行い、交流励磁電流が第２の所定の
磁束密度Ｂ2 に対応する電流値ｉ2 から最小値ｉmin ま
で変化する間、前記交流励磁電流と直流電流の和がｉ
min の電流値を維持するように直流電流を交流励磁電流
に重畳させる制御を行うことを特徴とする請求項１又は
２に記載のバルクハウゼンノイズの検出方法。 - 【請求項５】 バルクハウゼンノイズの測定時間をΔＴ
とする場合、直流電流を前記交流励磁電流に重畳させて
いる状態と非重畳の状態の間のスイッチング時間をΔＴ
／１０以下にすることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項に記載のバルクハウゼンノイズの検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16421398A JPH11337527A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | バルクハウゼンノイズの検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16421398A JPH11337527A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | バルクハウゼンノイズの検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337527A true JPH11337527A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=15788825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16421398A Withdrawn JPH11337527A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | バルクハウゼンノイズの検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11337527A (ja) |
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1998
- 1998-05-28 JP JP16421398A patent/JPH11337527A/ja not_active Withdrawn
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