JPS59231445A - 交番電流による変態量率の測定方法 - Google Patents

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】 この発明は、鋼等の結晶変態即ちオーステナイトからフ
ェライトへのあるいはその逆の過程において生じる電ｈ
ｍ気的な変化を検出して、被検体の変態量率を測定する
ために用いる変態量率の測定方法に関するものである。

従来、変態量率の測定方法として、放射線を利用した方
法や、直流磁界を利用した直流磁界法および、変態過程
において生じる電磁気的な変化をコイルインピーダンス
の変化として検出する方法がある。放射線利用した変態
量率の測定装置はオーステナイトからフェライトの変化
における格子定数の変化によりＸ線回折角が変化する事
を利用したものであるが、Ｘ線は被検体に浸透しにくい
ため表層（数１０μ）の情報しかえられないとか、被検
体のバタツキに対して弱いという欠点を有する。直流磁
界法は被検体に直流磁界を与え、ホール素子で磁界を測
定するものであるが、変態量率とｕ（１］定値との間に
著しい非線形性があるとともに、変態が始まって、被検
体が強磁性体になると、直流磁界が表層部のみに流れる
ため、変態の開始点近傍しか測定出来ないという欠点が
ある。

次に、本発明と同じような変態過程における電磁気的な
変化をコイルで検知する変態量率の測定方法について詳
しく述べる。この棟の変態量率の測定方法として、第１
図に示すようなものがある。

図において、１は被検体の変態量の測定にだいして、適
切な周波数の正弦波電流を作るだめの発振器、２は変態
量の測定の対象となる板状の被検体で、被検体２の上部
に近接して附かれている。３は被検体２の変態−の変化
を検出するだめのセンサーの役目をする検出コイルで、
４は検出コイル３のインピーダンスの変化を検知するた
めのブリッジ回路で、５はブリッジ回路の検出信号を利
用し易い形態に変化させる信号処理装置、６は信号の表
示部を表す。次に動作について説明する。

第１図に示す従来の電磁気的な変化をコイルによって検
知する方法では板状の被検体２の近傍にた連続した正弦
波電流を該検出コイル３に流す。

この場合、被検体２の表面には渦電流が生じ、コイルの
みかけのインピーダンスは変化する。このコイルインピ
ーダンスに影響を与える渦電流の大きさは、被検体の材
質（透磁率、伝導率、センサーと被検体の距離、その他
）に依存するが、被検体がオーステナイトからフェライ
トに変態しつつある場合、被検体中にはオーステナイト
に対してフェライトの占める比率が大きくなるため、透
磁率は大さく変わる。その結果、被検体の表面をながれ
ている渦電流は変化して、被検体の近傍に置かれている
検出コイル３のインピーダンスは変化する。このコイル
のインピーダンスの変化をコイルに続くブリッジ回路４
によって検出して、信号処理装置４５および表示部６に
よって、被検体の変態量と検出コイルのインピーダンス
の変化全関連づけたのが従来の変態量率の測定方法であ
る。

従来のコイルを利用した変態量率の測定方法は以上のよ
うに構成されているので、板状の被検体の透磁率の変化
を感知するばかシでなく、その他の因子、特に被検体と
検出コイルとの間隔に鋭敏に反応するので、被検体と検
出コイルとの間隔を一定に保つ都が必要で、また、セン
サー出力と変態量率の間には著しい非線型性が存在して
、変態の開始点近傍の量を測定する事ができたとしても
、変態の開始点から終了点までの広い範囲の変態量率を
測定する事かで゛きないなどの欠点が存在した。

この発明は上記のような従来の方法の欠点を除去するた
めになされたもので、送信コイルと受信コイルにコイル
を分割し、板状の被検体を挾んで相対して位１百するこ
とによって、測定対象とセンサーの間隔の彫物を龜とん
ど無視できるようにしたとともに、変態の開始点から終
了点１での広い範囲の変態量率の測定がｈ」能な変態量
率測定装置を提供することを目的としている。以下、こ
の発明の一実施例を図について説明する。

第２図において、２１は送信コイル、２２は受信コイル
であシ、板状の被検体２３を挾んで送信コイル２１に相
対１した位置に置かれている。２４は送信コイルに被検
体の変態量の測定に適切な周波数の正弦波状連続電流を
流すだめの発振器、２５は高周波電流にパワーをあたえ
るだめのパワーアンプ、２６は受信コイルに生じた電圧
を増幅するためのチーーンドアンブ、２７は受イ８信号
を信号処理するための信号処理回路である。信号処理回
路は受信し、増幅した高周波電流を直流化して、所定の
変態＃率の基準値におきかえるだめの回路である。２８
は信号処理された信号の表示部である。

次に動作について説明する。送信コイル２１に正弦波状
連続電流を流しだ場合、周知のごとく、板状の被検体の
表面には渦電流が生じる。この渦電流は板中を下方に伝
播していき、２２の周囲に高周波の磁場を作る。この磁
場の変化によって２２のコイルの両端に電圧が誘起され
る。コイルに誘起される↑玩圧Ｖは近似的に次式で表さ
れる事は良く知られている。

Ｖ　＝　ＶＯｅｘｐ　（−５日ｊ７ｄ　）　　　　　　
　　、−９−（４）ｆ：周波数　μ＝透磁率　σ：伝導
率　ｄ：板厚ところで、前述のごとく、被検体の変態の
進行にともなって、被検体のオーステナイトがフェライ
ト組織に変わ９、被検体の透（！Ｒ率は全量（オーステ
ナイト＋フェライト）に対する７エライトの比率に従っ
て大きくなっていく。全量に対するフェライトの比率を
Ｋとして、オーステナイトとフェライトの透磁率、伝導
率をそれぞれ、μ２．μ２゜σ１．σ２とすると受信コ
イル２２の両端の生じる誘起電圧Ｖは ｖ＝ｖ。ｅｘｐ（−Ｊｒｒｆｔｔ、ａ、（１−Ｋ）ｄ−
ｙ’ｙｒｆｕｚｒｚｚＫｄ））　　−＝（２１７’ｌｙ
μ２ニオ−ステナイトの透磁率、フェライトの透磁率 σ、、σ、ニオ−ステナイトの伝導率、フェライトの伝
導率 ｆ：周波数 に：フェライト／（オーステナイト」−フェライト）と
なる。ここで、Ｋは変態量率と対応していて、イＬ Ｋ以外の−が既知のため、誘ｙ（す電圧を測定する事で
目的の変態Ｉｉ１率Ｋを求める４）ができる。このよう
に、本発明の基本原理は（２）式に従っている。ところ
で、（２）式においては、センサーと板状の被検体の間
隔を表す項はなく、誘起電圧はセンサーと板状の被検体
の間隔とは無関係であり、誘起電圧からひきだされる変
態率量もセンサーと板状の被検体の間隔には影響を受け
ない。また、（２）式の対数をとると、オーステナイト
の透磁率に比べて、フェライトの透磁率が十分に太きい
ため、（３）式のごとく誘起電圧の対数は変態：（盪率
Ｋに線形となる。

１ｎ（Ｖ／　Ｖｏ）　−（ｙｒｒ　ｆｐ、　ａ＠　（Ｉ
　Ｋ　）　ｃｉ＋　荀弱Ｋ　ｄ　）μ２）μｍであるか
ら、 Ｉｎ　（Ｖ／Ｖ６　）　−−４Ｋ　ｄ　　　　　　　−
＝　（３）となる。このことから、広い変態量率にの範
囲で、一様な測定が可能となる。ところで、式（３）か
られかるように、誘起電圧は変態量率にのみの関数でな
くて、被検体の板厚にも依存する。従って、被検体板厚
ｄが大きく、変態が十分に進行している場合には、第３
図で示されるような、透過信号３０に依って生じる誘起
電圧■は板を寸わりこんでくる信号３１によって生じる
Ｖ６によって埋もれてしまう。このように、まわりこみ
電圧がある場合には式（２）はまわりこみの項を考慮し
て（４）式になる。

Ｖ：＝Ｖ、　ｅｘｐ　（−ｆπｆμ、σ；　Ｋ　ｄ）　
＋　ｖ、　　　　・・−（４）しだがって、変態量率１
００％、すなわち、Ｋ＝１で、まわりこみを防止するの
に必要な東件を求めるため、Ｋｄが犬きくで次式がほは
成立する場合を考える。

ＶＯｅｘｐ　（−Ｗμ２σｚｄ）＝Ｖｇとなる。この式
を満たず周波数をｆ、として、この周波数ｆ、の８割よ
り低い周波数ｆ１すなわち、ｆ＜０．８ｆ、に対して、 Ｖｏ　ｅｘｐ　（−ｙπｆμ、σ２　ｄ　）　＞＞　Ｖ
ｅとなシ、ｆ≦０，８ｆεにおいては変態の開始（Ｋ＝
０）より終了（Ｋ＝１）ｔで近似的に（３）式に従うの
は明らかである。従って、 ユユアえ。＝０・８　（ｉｎ　（Ｖｉ／　Ｖ・））′、
。、ヶ間的π 配快１にかかわる因子 を満たす範囲にすると、変態の開始点から終了点まで、
広い範囲でれ（１１定が可能となる。以上にのべたよう
な方法で測定したバッチ状態での実施例結果を第４図に
示す。第４図の■〜■は被検体２３の変態の進行の度合
を示す写真を模擬した図で、ｍ１１ｊ定曲線Ｃの点１〜
５に対応する。この写真模写図の中で白い大きな領域は
フェライトを示していて、左（変態量率Ｏ％）から右（
変態量率８０％）になるにつれて、フェライトの領域は
太きくなシ、変態が進行していることが判る。それにと
もなって、受信コイルから得られる測定値は減少してい
く。このように得られた測定値を式（３）にあてはめて
、変態量率Ｋに信号処理装置２７によって変換し、表示
部２８で表示する。

以上のごとく、本発明は測定する板厚に応じて、元振器
の周波数を調整して、変が（」の開始点より、終了点ま
での広い範囲に対して、最も感度の良いｄ１１１定を行
える。なお、上記の実施例では被検体の板厚が厚くなる
場合、低い周波数を使用する事が必要であるが、低い周
波数を使用する場合には受信信号の感度が小さくなると
いう欠点が生じる。

この欠点を解決するために、基本となるシステムを第５
図のように改良した。基本システムにおいて、被検体の
厚みに対応した周波数の制限をおこなわなければならな
いが、これはまわりこみ磁界によるものなので、受信セ
ンサーに達するまわりこみ磁界を小さくするのがよい。

このために、受信センサーを送信センサーに対する面の
みを開放にした透磁率の大きな材質でできた遮蔽板４０
、および遮蔽カップ４１でθっだ。遮蔽、および遮蔽カ
ップの外形を第６図に示す。このように改良する事で、
（５）式における烏の値をだかめる事ができ、同じ板厚
でも高い周波数を使用することができる。

この実施例において、遮蔽板と遮蔽カップと両方を使用
した場合を述べたが、第７図に示すような派生的な使用
法でも良い。ここで、（ａ）は遮蔽板４０のみの場合、
（ｂ）は遮蔽カップ４１のみの場合、（ｃ）は遮蔽カッ
プのかわシに、高い透磁率を持つ円筒管４２を利用した
場合、（ｄ）は送信コイル２１、受信コイル２２の両方
を遮蔽カップ４１．ｊ３でωった場合を示す。また、上
記実施例では、受信コイルに生じる誘起電圧の大きさの
情報を使用したが、誘起電圧の位相成分についても同様
の情報をもっているので、位相情報を誘起電圧の振幅情
報のかわりに利用してもよい。なお、基本システム、お
よび唾ｍ＋にシステムにおいて、発イ１ζコイルの直前
にパワーアンプを１行いたが、パワーアンプは省いても
よい。まだ、受信コイルの直後に受信電圧の増幅のため
にチーーンドアンプを使用したが、必ずしも必要ではな
く、省いてもよい。また、その部分をロックインアンプ
を使ってもよい。

以上のように、この発明によれは、送信コイルと受（Ｍ
コイルを測定対象を挾んで、相対しておくように構成し
たため、測定対象は送信コイルと受信コイルの間のどの
位置にあっても、受信信号はほとんど変わらないので、
センサー間での被検体のバタツキに対して、効果がある
。また、受信信号の対数値が広い範囲で線型性をもつこ
と、および測定のだめの周波数を板厚、透磁率、伝導率
に依って、設定するため、変態量率の開始から終了まで
連続して精度良く測定することが可能となる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のコイルを利用した変態量率の測定方法の
構成を示すブロック図、第２図は本発明の実施例を示す
ブロック図、第３図はまわりこみ現象を説明する図、第
４図は被検体の変態の進行状況を示す図とそれに対応し
た測定値の変化を示すグラフ、第５図はまわシこみを防
止するだめの本発明の他の実施例を示すブロック図、第
６図は第５図の実施例に使用した遮蔽板および遮蔽カッ
プの形状を示す斜視図、第７図はまわりこみ防止のその
他の実施例を示す断面図である。 符号の説明 １・・・発振器　２・・・被検体　３・・・検出コイル
　４・・・ブリッジ回路　５・・・信号処理装置　６・
・・表示部２１・・・送信コイル　２２・・・受信コイ
ル　２３．・・被検体　２４・・・発振器　２５・・・
パワーアンプ　２６・・・チーーンドアンプ　２７・・
・イδ号処理回路　２８・・・表示部　３０・・・透過
信号　３１・・・まわ９こみ信号　４１・・・遮蔽板　
４２・・・遮蔽カップ出願人　　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　　　青　　　柳　　　　　稔第６図 第７図 （ａ） （ｂ） −＝＝ｒ〜２１２３

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信コイルと、被検体を挾んで相対して位置する
   受信コイルとを設け、交番電流を前記送信コイルに供給
   し、受信コイルの電気信号によυ被検体の変態量率を検
   出するようにしたことを特徴とする変態量率の測定方法
   。
2. （２）被検体の変態の開始点よシ終了点まで全体にわた
   って測定する事ができるように、連続波の周波数を被検
   体の透磁率、伝導率、板厚に対応して ｆ≦に、／ｄ”μσ ｄ：板　厚　　　　ｆ：周波数 μ：透磁率　　　　ＫＯ＝測定系の形状に依σ：伝導率
   　　　　　　存する係数 とした事を特徴とする変態量率の測定方法。
3. （３）被検体をまわりこんでくる信号を防止するために
   、送信センサーに相対する面のみ開放した遮蔽板および
   遮蔽カップで受信センサーを覆うことを特徴とする変態
   量率の測定方法。