JPS58179305A - 電磁超音波計測装置 - Google Patents

電磁超音波計測装置

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JPS58179305A
JPS58179305A JP6112682A JP6112682A JPS58179305A JP S58179305 A JPS58179305 A JP S58179305A JP 6112682 A JP6112682 A JP 6112682A JP 6112682 A JP6112682 A JP 6112682A JP S58179305 A JPS58179305 A JP S58179305A
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steel pipe
coil
electromagnetic ultrasonic
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excitation
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JP6112682A
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Hisao Yamaguchi
久雄 山口
Kazuo Fujisawa
藤沢 和夫
Takashi Kadowaki
門脇 孝志
Susumu Ito
伊東 将
Soji Sasaki
佐々木 荘二
Kazuya Sato
佐藤 弌也
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Hitachi Ltd
Nippon Steel Corp
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Hitachi Ltd
Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2412Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は電磁超音波計測装置に係り、更に具体的には鋼
管に縦波の超音波を発生させ、その反射波又は透過波會
測足することにより鋼管の厚みを計測する電磁超音波計
測装置に関する。 従来、金属材料の厚み測定、探傷等の計測には圧電素子
を用い次超音波厚み計、超音波探傷器などが使用されて
いる。かかる装置は超音波を被検材中に効率良く伝える
ために音源(探触子Jと被検材との間に接触媒質(通常
は水)を必要とする。 このため、高温材やスケールあるいは表面の凹凸の著し
い材料の計測は困難であった。 従って被検材の温度や表面状態などに影響されることな
く超音波の送受信を行うことが強く要求されている。か
かる要求を満足すべく前記媒質を工費にする方法として
磁界と渦電流の相互作用によるローレンツ力を利用した
電磁超音波探傷装置が特公昭44−24867号などで
提案されている。 電磁超音波計測に最も一般的に用いられる超音波の波動
モードには縦波と横波の二種類がある。 いずれのモードの波動を用いるかは被検材との組合せで
決まり、当然、検出効率の曳い万を採用することになる
。 ところで、縦波と横波は以下の如く相違する。 即ち、縦波は圧縮波とも云われ、波の進行方向と同一方
向に振動し、気体、液体、固体中で存在する。これに対
し、横波は剪断波とも云わn、波の進行方向と垂直な方
向に振動し、固体中でのみ存在する。この横波は被検材
が高温(鉄では約800C以上]になると材料中での減
衰が大きくなる。 本発明は特に高温状態にある被検材の厚み計測に有効な
縦波の超音波を用いる電磁超音波計測装置に関するもの
である。 縦波の超音波を用いる電磁超音波計測装置の構造は電磁
石磁極の外周部に送受信コイルを設けたtのが一般的で
ある。 第1図には電磁超音波計測装置の従来例の構成を示し、
第2図はその電磁石部分の底面図を示す。 第1図、第2図において、直流励磁コイル2と断面8字
状の鉄心3により構成される直流電磁石4が配置され、
鉄心3の中央磁極5の外周部には超音波送受信コイル6
が取付られている。7は直流励磁コイル2に直流電圧を
印加する九めの直流電源、8は送受信コイル6にパルス
電圧を印加する之めのパルス発生器、9は送受信コイル
6よシ検出された検出信号を増幅する増幅器、1OFi
表示器である。 この構成において、直流励磁コイル2を直流電源7で励
磁し被検材lに直流磁界(図中点線で示すJk与える。 次に送受信コイル6にパルス発生器8よりパルス電圧を
印加すると変化磁束が発生し、変化磁束により鋼管lの
表面に渦電流1が発ち 生する。渦電流iと予め与えて束い九前記直流磁界の鋼
管表面と平行方向の磁界成分の磁束密度B、とが相互作
用し、鋼管1表面と垂直な方向(2方向)に変化歪vs
c7vミンクの左手の法則)が発生し、該変化歪F、は
鋼管10表面と垂直な方向(2方向)に伝播する。即ち
、縦波が発生する。変化歪F、は磁束密度B、と渦電流
iとの積に比例し、 F、−Bア・五        ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・fl)と表わされる。そしてこの超音
波に被検材1内部會伝播し、被検材1中の底面からの反
射超音波に前述と逆の過程
【フレミングの右手の法則】
により送受信コイル6で渦電流によシ発生する起電力と
して検出され、その検出信号レベルVlは次式に示す如
くBアの自乗に比例する。 Vm値(Bye” ・1    ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・(21崗、渦電流ゑと直流磁界の他の
方向成分B、と鬼相互作用すると横波が発生するがこれ
は本発明とは直接関係ないのでその説明は省略する。 ところで、高温状態にある鋼管の厚みを計測する目的は
製造工程に訃いて鋼管の厚み変m(又は偏肉量)t−計
測して圧延機の制御のために厚み変動量鷺帰還し鋼管の
厚みの変化を極力小さくすることである。従って、鋼管
の円周方向全面計測あるいは円周方向多点計測(一般的
に4〜8点計測)を行うことが必要となる。鋼管の円周
方向全面厚み計量は厚み計を鋼管の外径にそって回転さ
せることにより行える。しかし、製造工程中での鋼管は
必ずしも真円状ではなく多少の変形(例えば楕円状]が
生じていたり、鋼管自体が振動してい友すする。この次
め、鋼管の円周方向全面厚み計測に実用するのが1しく
、一般的には円周方向多点計測することが有利と考えら
れている。 上述した従来の電磁超音波計測装置を用いて鋼管の厚み
計測を行う際の最大の問題点は、直流電磁石4と送受信
コイル6より構成される電磁超音波送受信部分の大きさ
が特に高温状態にある鋼管に適用しようとすると冷却構
造まで含めるときの外径が150mmから2QQfnm
になるということである。電磁超音波送受信部分の大き
さが外径150111mもあったのでは外径100mm
程度の鋼管の厚みは上下方向2点の計測しか物理的に不
可能となる。 従来のく磁超音波計測装置の他の問題点は超音波検出信
号レベルVmが小さいとと唖ある。信号レベル■稟を向
上しようとするには式(2)より明らかな如く、直流磁
界の被検材1表面と平行方向の磁*By’r:増大すれ
ば良い。しかし、従来の電磁石4の磁極の構造では中央
磁極5より発生した磁束の大半は被検材1中七通過、又
は貫通して被検材表面に集中しなくなる。その几め、縦
波超音波を送受信する被検材表面に平行な磁界の磁束密
度Bアはh 3000Gauss8i度が限度となる。 信号レベルVat−大きくするにく渦電流蓋を増大させ
ることも考えられるが、電流の増大は必然的に印加パル
ス電流、電圧の増大をき几し、安全上の問題が生じる。 以上の理由で縦波電磁超音波計測装置の検出感度は低く
、実用化上の大きな問題となっていた。 本発明の目的は上記した従来技術の欠点を解消し、鋼管
の円周方向多点計測が可能でかつ検出感度の向上を図つ
次電磁超音波計測装置を提供することにある。 本発明の特徴は電磁超音波計測装置において、直流磁場
を発生する直流励磁コイルを被検材を包囲する如く巻回
しかつ該直流励磁コイルが被検材を包囲する空間内にパ
ルス磁場を発生する送受信コイルを配設したことKある
。 次に83図に本発明に係る電磁超音波計測装置の一実施
圀の要部の構成を示す。 第3図において、鋼管1を包囲する如く直流励磁コイル
12が巻回されており、該直流励磁コイル12の中央部
における鋼管1と対向する位置に送受信コイル11が配
設されている。 かかる構成において、直流励磁コイル12より発生する
直流磁束はその大半が鋼管10表面と平行となる。即ち
、縦波電磁超音波を送受信するのに必要な鋼管表面と平
行な磁場B、となる。 第3図の実施例において磁場発生効率を改善する為に鉄
心全役けることが考えられる。その実施例を第4図に示
す。同図において、鉄心13は直流励磁コイル12を包
囲するように構成されている。 以上の実施例において送受信コイル11は直流励磁コイ
ル12中央部の鋼管1表面との対向位置に配置されるよ
うに構成されている。従米尚では一個の送受信コイルに
対し必ず一個の直流電磁石が必要であったが、本発明に
よれば送受信コイルは直流励磁コイル間の空間内であれ
ば被検材の全周どの位置でも良く、又、単一の送受信コ
イルのみならず、複数の送受信コイルを被検材に対向配
置することが可能である。 この構成にした場合の電磁超音波送受信部分は階動構造
まで含せても、その外径は40図程度あれば充分である
。この九め、鋼管の外径が100−の場合には円周方向
に少なくとも8個の送受信コイルを配置することが可能
となる。したがって、鋼管の円周方向多点計測が1個の
直流励磁コイルを配するだけで容易に実現できる。 一方、第3図、に4図の構成において、直流励磁コイル
12によシ発生する直流磁束はその大半が縦波電磁超音
波を送受信するのに必要な鋼管1表面と平行な成分の磁
場Bアであり、直流励磁コイル12の励磁量を増大すれ
ば、はぼ比例的に磁場B、は増大し、この磁場Byは1
0001″’j′?3auss以上の値會得ることは容
易である。縦波電磁層。f波の検出信号レベルV+aは
従来法に比べて(2)式より約11倍(=(1,000
9’3,000)”]の感度の向上が図れ、その効果は
非常に大である。 次に、第3図、第4図の実施例では、より強い磁場を得
る皮め直流励磁コイルをなるべく鋼管近傍に巻回しであ
る。この九め、送受旧コイルを配置する空間が狭くなる
九め設置しずら(なる。 第5図、第6図はこの点を解決した実施例である。なお
、第6図は第5図の実施例において更に磁場発生効率を
改善するために鉄心を設は友実施例である。 第5図、第6図において%2個の直流励磁コイル14.
15は各々が独立して鋼管1t−包囲する如く巻回され
ておシ、2個の直流励磁コイル14゜15から発生する
直流磁束(図中点線で示す]は加え合わされるように励
磁される。2個の直流励磁コイル14.15の閣の空間
に鋼管1と対向して送受信コイル11が配置されている
。 #、第7図に2個の直流励磁コイルの励磁電流の流れる
方向を図中矢印で示す。 また、上記実施例で用い次電磁石の代りに超電導マグネ
ットを用いれは磁場B、を大きくとることが可能となi
ので更に検出感度の向上が図れることは勿論である。 なお上述の説明では送受信コイルは一体であるような説
明をし九が、送信専用コイルと受信専用コイルとは別々
に分割されていても良い。 又、!118図に示すごとく、鋼管内側表面に送信専用
コイルL6’を配置し、鋼管内側表面に受信専用コイル
17t−配置、又はその逆の配atすれば。 透過形超音波計欄法が可能である。 以上、説明し次如く本発明によれば直流磁場の向上によ
る検出感度の向上が図れ、かつ、1個あるいは2個の直
流電磁石奮起するだけで、複数の送受信コイルを鋼管に
対向配置することが可能であり、−全周にわたる厚み計
測が可能な電磁超音波計測装g1t−容易に実現できる
【図面の簡単な説明】
−IE1図は従来の電磁超音波計測装置の構成を示すブ
ロック図、第2図は第1図の電磁超音波計測装置の電磁
石の底面図、第3図〜第6図はそれぞれ本発明に係る電
磁超音波計棚装置の一実施例の要部の構成金示す斜視図
、第7図F′i第5図における2個の直流励磁コイルの
励1di%流の流れる方向を図中矢印で示した図、第8
図は透過形11磁超?鴫波計測装置の一実施例の構成を
示す科睨丙であめ。 l・・・被検材(鋼管J、2・・・直流励磁コイル、3
・・鉄心、4・・・直流電磁石、5・・・中央磁極、6
・・・送受信コイル、7・・・直流電源、8・・・パル
ス詑生器、9・・・増幅器、lO・・・表示器、11・
・・送受信コイル。 12・・・直流励磁コイル、13・・・鉄心、14.1
5・・・直流励磁コイル、16・・・送信専用コイル、
17・・・受信専用コイル。 − 代理人 弁理士 高僑明★ ′べ\J 第  7  図 第 2 国 一第 3 国 早 4 図 早 5  図 第 乙 に 夢 7  図 早 8  国 第1頁の続き 0発 明 者 佐藤弐也 日立市幸町3丁目1番1号株式 %式% @出 願 人 株式会社日立製作所 東京都千代田区丸の内−丁目5 番1号

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、直流電源により励磁される直流励磁コイルと。 パルス発生器出力にょシ励磁される送−5:1Bコイル
    とを有し、前記直流励磁コイルにより発生する磁場と、
    送受信コイルを励磁することにより鋼管表面に発生する
    渦電流との相互作用により鋼管に超音波を発生させ、゛
    その反射波又は透過波を測定することにより鋼管の厚み
    t計測する電磁超音波計測装置において、前記直流励磁
    コイルを鋼管を包囲する如く巻回しかつ該直流励磁コイ
    ルが鋼管を包囲する空間内に前記送受信コイル全配置し
    たことを特徴とする電磁超音波計測装置。 2、第1項記載の電磁超音波計測装置において、複数個
    の直流励磁コイルを各々鋼管を包囲する如く巻回し、該
    直流励磁コイル間の全問に送受信コイルを配置するよう
    にしたことを特徴とする電磁超音波計測装置。
JP6112682A 1981-06-10 1982-04-14 電磁超音波計測装置 Granted JPS58179305A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6112682A JPS58179305A (ja) 1982-04-14 1982-04-14 電磁超音波計測装置
DE8282302944T DE3275315D1 (en) 1981-06-10 1982-06-08 Electromagnetic-acoustic measuring apparatus
EP82302944A EP0067065B1 (en) 1981-06-10 1982-06-08 Electromagnetic-acoustic measuring apparatus
US06/386,445 US4450725A (en) 1981-06-10 1982-06-09 Electromagnetic-acoustic measuring apparatus

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JP6112682A JPS58179305A (ja) 1982-04-14 1982-04-14 電磁超音波計測装置

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Cited By (6)

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