JPS6014162A - キユリ−温度を超える温度にある金属体の表面および表面下の欠陥を測定するための測定装置 - 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】 本発明はキュリ一温度よシ高い温度にある導体の表面お
よび表面下の欠陥を検知する装置に関する。この釉の測
定は現在のととろく高周波数誘霜体によって励起される
〕表層うす巻き電流を包含するｉ１］】常の診断法によ
ってなされており、彷って薄い分析帯域について欠点を
もっている。

本発明によれば、この目的は検査すべき壁に近づくよう
に製造しうる磁極片をもつ磁石コアと該コアの本体に巻
きつけた電線コイルとによって構成されるセンサと、該
コイルに交流電流を供給する部材と、該コイルのインピ
ーダンスを測定する部材と、このインピーダンスの測定
値から欠陥の存在をめる処理装置とを備えて成る測定装
置によって達成される。

測定中の合金がキュリ一温度を超える温度にあるならば
、それはもはや強磁性の状態にはなく（−！た強磁性相
もしくは沈殿物をも含まず）、その代９に反磁性または
常磁性の状態にある。強磁性（鉄磁性）の不在は磁場の
磁力線を材料中に浸透させることを可能にする。高温は
、合金がうす巻き電流効果による磁場エネルギーの消散
を限定するに十分に高い電気抵抗をもち、従って交流磁
場の良好な浸透を保証することを意味する。

本発明の特徴は添付の図面を参照して説明する以下の実
施例によって更に明らかになるであろう。

第１図は本発明によるセンサの基本図を示すものである
。

第２図は欠陥の存在の検査を受ける壁と組み合せたセン
サの同等の磁石回路を示すものである。

第３図、第４図および第５図はコイルを供給し、そのイ
ンピーダンスを測定し、そしてその測定値を処理するの
に好適な３種の可能な回路配列の実例のダイヤグラムで
ある。

第６図は本発明による測定装置用の異なった種類のセン
サの基本図を示すものである。

第７図は本発明による？１ｔｌｊ定装置用のセンサにコ
イルを取付けるための異々つだ態様を示すものであるう
第１図は強磁性コアＮ（Ｅ型のもの〕によって構成され
るセンサＳを示し、その磁極片は測定すべき導体壁Ｐに
面していてそこから短い距離をおいて配置されている。

強磁性コアＮの中心にけコイルＢがまきつけられており
、このコイルに正弦波交流電流■が供給され、そしてこ
のコイルはインピーダンス２をもっている。

上記の組立体は第２図の同等の磁石回路に相当し、この
回路は強磁性コアＮに相当する枝１、コアＮと壁Ｐとの
間の磁束の空気の通路に相当する枝２、および壁Ｐ中の
通路に相当する枝３から成る。

これら３本の枝は次のように異なった磁気抵抗イ直によ
って特徴づけられる： 枝１には抵抗Ｒ１があるが、これはコアＮを構成する鉄
磁性物質の高い浸透性のために他の２本の枝に比べて無
視しうる大きさであるう 枝２には抵抗Ｒ２があシ、これは壁Ｐの空気の上流によ
って決定される。

枝３には抵抗Ｒ３があシ、これは壁Ｐによって決定され
る。

コイルＢの巻き数ｎは枝１に結合するが、１巻きｐは導
体壁Ｐを表わす第３の枝を結合するものと考えられ、そ
の構成物質の抵抗に比例する抵抗γをもつ。

この秤の状態において、コイルＢに正弦波交流電流工（
角周波数ω〕を伊、給すると次の起磁力（ｆ、　ｍ、　
ｍ、）が生ずる。

ｆ、ｍ、ｍ、＝ｎＩ 枝１において次の磁束がこれに対応する。

φｌ−φ２＋φ３ （ここにφ２およびφ３は枝２および枝３にそれぞれ存
在する磁束によって与えられる寄与を表わす□）φ２は
抵抗Ｒ２のみを考えることによって計ぶてきる。

す々わち、 φ２　＝　ｎ　Ｉ／Ｒ２ 磁束φ３も導体壁Ｐ中に（従って巻きｐ中に）誘導され
る電流工ｐに依存する。すなわち、 φｓ　””　（ｎ　Ｉ　−Ｉｐ　）／Ｒｓ電流Ｉｐそれ
自身は時間についてのφ３の誘導関数に及び壁Ｐによっ
て与えられる抵抗γに依存する。ベクトル表示を使用し
て、 工ｐ＝ｊωφ３／γ とな９、これから上記の式を使用して次式かえられる。

コイルＢを横切って適用される電圧Ｖは従って次式から
計算できる。

従ってコイルＢのインピーダンス２け次式によって与え
られる◇ 上記式（１）において、次のパラメータを導入した０こ
こに、αはＢ’＋　Ｐの磁気通路の上流の抵抗とコアの
外部の抵抗との比に、従ってセンサと壁との間の距離に
、依存する。しり導体壁の不在の際のコイルＢのインダ
クタンスに等しく、そしてτは壁によって与えられる抵
抗の逆数に比例する常截である。

上記（１）の１列体式（ｒｉ、以下に述べるようにセン
ーリ゛と壁との距離のパラメータを尋人することによっ
て、コイルＢのインピーダンスＺの（ｉｌｌ定がらｈ：
相”Ａの欠陥についての必袂な情報を得ることを可６）
ζにする。

この目的のために、次の方法のうちの１つで掃作するこ
とが可６１１であ乙− （Ａ）　たとえば静電容量の、光学的な、マイクロ波の
、またはその他のセンサによシセンサと壁との間の距離
の独立した測定を打力うことによって、材料中の欠陥の
存在をコイルＢのインピーダンスについての次のｎｔｓ
：パラメータの１つを測ることによって測定することが
できる。

ａ）　コイルインピーダンスのモジュ′ラスｂ）コイル
インピーダンスの実在部 α　ω２で Ｚγ＝ｌ　＋ｏａ”　ｒ・−Ｌ　（３）リ　コイルイン
ピーダンスの仮想部の係数αω２τ２ Ｚｉ＝（１）ωＬ（４） １＋ω２τ２ パラメータに一ωτは壁Ｐを通る磁場の浸透の係数であ
る。Ｋの値が小さいはど、浸透度は太きい。この点に関
して、浸透が良好であるためには、第３の枝のインピー
ダンスω／Ｒ３は同等の巻きの抵抗γよりも小さくなけ
ればならない。

−くγ　および、従って １？、３ に−ωτ〈１ この関係はτの値が小さいほど満足される。τ＝１／γ
Ｒ３なので、γ−大きいことが必要であり、との条件は
材料が高温でを）るときに満足される。

第１次近似を導入することによって、インピーダンス実
在部ね（ωτ（１の場合〕、 Ｚγ＝αω２τＬ（５） となシ、！居の存在に非常に強い依存性（Ｖｒ　）　を
もつ０式（２）、（３）、（４）、（５）のそれぞれか
ら、Ｌの仙は知られそしてＲ２壮よびＲ３のイＩＩ′１
ユ見出されたので、センサと壁との間の距離の知識から
及び理論側ｑ−と理論捷たは実験の起点の表とを使用し
て、（壁Ｐの平均の抵抗は知られているので）γの値を
めて欠陥の存在を測定することができる。この方法は局
部的抵抗の測定法として実質的に考慮することができる
。欠陥の存在はこの点において局部的な抵抗増加によっ
て表われる。

〔Ｂ〕　コイルＢのインピーダンスにづいて同時測定を
行かう。これらの測定は前述の如く実在部と仮想部とを
与えるものである。

これらの測定は次の方法で処理することができる。

（ａ）　これらの測定値を欠陥の存在およびセンサと壁
との間の距離についての情報を与える実験光と比較する
ことによる方法； （ｂ）　ンγに依存し、Ｒ２／　（Ｒ２＋Ｒ３）なる比
には従ってセンサと壁との間の距離には無関係な次式を
計ｑ、することによる方法。

〔Ｃ）導体壁Ｐが不在のときにコイルＢを横切って存在
する電圧信号ｊωＬＩｆ：壁が存在するときに測定した
電圧から差引き、そして合成イム号とコイルに供給した
電流との間の位相差θを測定する。

この位相差は次式によって力えられる。

この式から そして上記の式から、ひとたびセンサと壁との間の距離
が知られるならば、欠陥の存在を椎論することができる
。

ＣＤＥ　数個のコイルのインピーダンスの測定をイル々
の周波数において行々う。この点に関して、低周波数で
の磁場は材料に入り、欠陥を測定するために使用される
。これに対して高周波数での磁場は、高周波数で導体に
浸透する磁束を限定する表層効果の結果として、センサ
と壁との間の距離に対してより敏感である。センサと壁
との間の距叶は好適な数学的手法により又は表を使用し
て得ることができる。

前記パラグラフ［Ａ）、（Ｂ）および［Ｄ）において説
明した方法を使用するために、第３図に示す回路配列を
使用することができる。然し第３図は非限定的か実施例
としてここに示すものである。第３図において、角周波
数ωの正弦波交流電流を発生する発電機Ｇがセンサコイ
ルＢＶＣ市、流■を供給し、基準電圧Ｖ　ｒ　ｉ　ｆは
位相シフターによ、！１ｌ１９０°だけシフトしてＶ’
ｒｉｆとなる。後者のインピーダンスを示すコイルＢを
横切る電圧■は基準電圧Ｖｒｉｆおよび■’ｒｉｆによ
ってそれぞれ導かれる２個の同期検出器Ｒ３！およびＲ
８２によって整流され、これらの相対出力は処理器ＥＬ
に供給される。この処理器は前記の提案された方法によ
り欠陥の存在を模擬しうるようになっている。種々の周
波数における測定が必要な場合、処理器ＥＬは周波数制
御信号ＣＦによって丁弦波交流発市４機Ｇの周波数を制
御することができる０ 前記パラグラフＣにおいて述べた方法の場合、第４図の
回路配列を使用するのが適切である。第４図において、
二迅の正弦波交流発電機ＧＤが２つのｌｉ−電流Ｉをセ
ンサコイルＢに、および壁が存在しないときのコイルと
同じ係数をもつ誘導子りに、供給する。差動増幅器ＡＤ
によってえられる２つの合成電圧’ＩＮ号ＩＹ１１の差
違は次いで発電機ＧＤによって与えられる基準信号Ｖ　
ｒｉｆと、位相に関して、比較される。この位相比較は
位相比較器兼処理器ＣＥによって行なわれ、これによっ
て欠陥に関する情報かえられる。

方法Ａを使用するとき、およびインピーダンス２のモジ
ュラス値のみを使用することを望むとき、第５図に示す
更に簡単ガ回路配列を使用することができる。第５図に
おいて、角周波数ωをもつ正弦波交流電流を発生する発
電機Ｇは電流ＩをセンサコイルＢに送る。コイルＢのイ
ンピーダンスの指標となるコイルＢを横切る電圧は、Ｒ
８によって整流されて、表面の欠陥の存在を測鐙しうる
処理器ＥＬに供給される。

励磁素およびインダクタンスの両者として作動する単一
コイル（そのインピーダンスの変化を測定する）によっ
て構成させる代りに、センサは信号／ノイズの比および
安定性を改良するために及び電気回路を簡単にするため
に、センサはこれは異なって構成させることができる。

第６図はこのようなセンサの基本図を示すものである。

励磁コイルＢおよび２個の測定コイルＢ！およびＢｘ（
これらはホイートストン橋に接続されている）がコアに
巻きつけられている。電位差計Ｐは測定すべき入力が存
在しないときにホイートストン橋をゼロにすることがで
きる０第７図は実験的に試験を行なった且つ最適の性能
を与える異なったコイル紹立体の図を示すものである。

コアはり型をしており、励磁コイルＢは垂直の中心の枝
に巻きつけられ、２つの枝コイルＢｌおよびＢ２　ｉ：
　Ｊ型の隣接する水平枝に巻きつけられている。

すべての場合に、使用するセンサが如何なる形式のもの
であれ、センサは冷却して測定すべき相打に付随する火
炎および煙霧から保諒すべきである０以上Ｃ責述は平坦
な壁の測定に関してなされているけれども、同紛の方法
によって異なった形の物体を測定することも可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるセンサの基本図を示すものである
。 第２図は欠陥の存在の検査を受ける壁：と組み合せたセ
ンサの同等の磁石回路を示すものである。 第３図、第４図および第５図はコイルを供給し、そのイ
ンピーダンスを測定し、そしてその測定値を処理するの
に好適な３種の可能な回路配列の実例のダイヤグラムで
ある０第６図は本発明による測定装置用の異なった種類
のセンサの基本図を示すものである。 第７図は本発明による測定装置用のセンサにコイルを取
付けるための異なった態様を示すものである。 図中において； Ｂ、　Ｂｌ、Ｂ２・・・励磁コイル；　Ｎ・・・強磁性
コア；Ｐ・・・検査すべき材料の壁：　工・・・電流：
Ｓ・・・センサ：　１・・・コアＮに相当する枝；２・
・・コアＮと壁Ｐとの間の磁束の空気の通路に相当する
枝；３・・・壁Ｐ中の通路に相当する枝：　Ｇ・・・正
弦波発％ｉ、機；■、Ｖ　ｒｉｆ、　Ｙｒｉｉ−’ｐ６
．圧；　Ｒ８，Ｒ８ｔ、Ｒ８ｔ・・同期検出器；ＥＬ・
・・処珂器；　ＧＤ・・・二重正弦波発電枦；ＣＥ・・
・任４４１比紗器兼処工１１器；ＡＤ・・・差動増幅器
；Ｌ・・・肋渚子。 出願　人　シーアイニスイーセントロ　インフォーマチ
オニストウディ　エスペリエンツエ　ニスピーエイ代理
人　弁理士　相溶　良治　、） −′ 同　弁理士　斉　肢　武　彦　′　ン 手続補正書（方式） 昭和５９年７月１３日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第１２２１４２号 ２、発明の名称 ３・補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏名　弁理士　（６３２３）　用瀬艮治　為シ ５、補正の対象　′・１−レ・ 願書に添付の手書きり願書 ６、補正の内容 別紙のとおり明細＠葡タイツ浄書した。ただし内容の補
正はない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、キュリー温ルを越える湯度にある材料の欠陥を測定
   するための測定装めであって；検査すべき壁に近づくよ
   うに製造しうる磁杼片をもつイｍ石コアと該コアの本体
   に巻きつけた電線コイルとによってｆ、Ｐ、成されるセ
   ンサと、該コイルに正弦波交流電流を（！１．給する部
   材と、該コイルのインピーダンスを測定する部相と、こ
   のインピーダンスの測定値から欠陥の存在についての情
   報を得る処理装置とを備えて成る測定装置。 ２、該コアが強磁性制Ａ′・１もしくは非磁性材料のい
   づれがで、あるいは空気で作られている重訂Ｈｒ１求の
   Ｉｉｊ囲第１項記載の６１１１定装置メ帖 ３、正弦波交流電流を供給する部わがコイルに正弦波交
   流電流を与えうる且つ基準電圧を与えうる正弦波交流発
   電機から成シ、インピーダンスを測定する部材が基準電
   、圧によシ及び該基準電圧に対して９０°の角度で位相
   シフトする電圧によりそれぞれコイルを横切って発生す
   る市１圧を整流しうる２個の同期検出器から成シ、これ
   らの検出器の出力を処理装置に供給するようになした特
   許請求の範囲第１項記載の測定装置゛。 ４、正弦波交流電流を供給する部材がコイルに正弦波交
   流電流を与えうる且つ壁が存在しないときの件数に等し
   い係数をもつ誘導子用の等電流を与えうる二重正弦波交
   流発電機から成シ、インピーダンスを測定する部材が２
   つの合成電圧間の差をめうる差動増幅器とこの差と発電
   機によって与えられる基準電圧との間の位相比較を行な
   いうる位相比較器とから成る特許請求の範囲第１項記載
   の也１」定装餘。 ５、正弦波交流電流を供給する部材がコイルへ供給する
   正弦波交流電流を与えうる正弦波交流光Ｎｕから成シ、
   インピーダンスを測定する部材がコイルを横切って発生
   する電圧を整流しうる検出器から成り、検出器の出力を
   処理器に供給して欠陥を測定するようになした特許請求
   の範囲第１項記載の測定装置。 ６、正弦波交流発電機の周波数を検査すべき材料の厚み
   の関数として変化しうるようになした特許請求の範囲第
   ３項〜第５項のいづれかに記載の測定装置。 ７、冷却を行なって、測定中に存在する火炎および煙霧
   から保護するようになした特許請求の範囲第１項記載の
   測定装置− ８、磁石コアもしくはコイルがＣ形、Ｅ形、エロテーシ
   ョン形、υ型、■型などの任意の形体のものであるＷ請
   求の範囲第１項記載の測定装置。 ９、別々の又は自動変圧器の形体の１本またはそれ以上
   の巻き線を備える特許請求の範囲第１項記載の測定装置
   。 １０、センサを励磁コイルと、ホイートストン橋の２枝
   を構成する２個の２次測定コイルによって構成させる特
   許請求の範囲第１項記載の測定装置。 １１．２個の測定コイルを自動変圧器のタップによって
   励磁コイルから得る特許請求の範囲第１項〜第１０項に
   記載の測定装置。 １２、コアかり型であり、そして励磁コイルをこのｖ型
   の中心核に取付け、２個のブリッジコイルをとのソー型
   の隣接する垂直板に取付けて成る特許請求の範囲第１項
   〜第１０項に記載の測定装置。 １３、欠陥の存在に関する情報をコイルの横切る電圧の
   モジュラスからおよび／または実在部および／または仮
   想部から得るようになし、然も該電圧を電流制御された
   発電様によって供給させるようになした特許請求の範囲
   第１項記載の沖１定装置。 １４．１ｍｓ以下の知い時間で測定を有力いうるように
   なした特許請求の範囲第１項配謄の辿）定装置。 １５、　（１，Ｉｉ定装置自体と測定を受ける材料の壁
   との間の距離を測定しうるようになした特許請求の範囲
   第１歩〜第１３項に記載の測定装置。 １６、センサと壁との距離に依存する信号を卵１の周波
   数と同時の又は非同時の第２の高周波数の使用によって
   得るようになした伯許８「請求の範囲第１５項記載の測
   定装置。 １７、センサと壁との距離をインダクタンスの三要素す
   なわちインダクタンスのモジュラス、実在部および仮想
   部から推定する特許請求の範囲第１５項記載の測定装置
   っ１８、センサと壁との距離を、静電容量の、光学的な
   、マイクロ波の、又はうす巻き電流の、別のセンサによ
   って独立に測定する特許請求の範囲第１更記岐の測定装
   置。 １９、キュリ一温度を超える温度の且つセンサに対して
   静止しているかまたは移動している鉄羽料の管の欠陥の
   存在を測定するために使用する特許請求の範囲第１項〜
   第１８項に記載の測定装置。 別、キュリ一温度を超える温度の且っ１ンサに対して静
   止しているかまたは移動している鉄板の欠陥の存在を測
   定するために使用する特許請求の範囲第１項〜第１８項
   に記載の測定装置。 ２１、キュリ一温度を超える温度の且つセンサに対して
   静止しているかまたは移動している鉄棒の欠陥の存在を
   測定するために使用する特許請求の範囲第１項〜第１８
   項に記載の測定装置。 ２２、キュリ一温度を超える温度の且つセンサに対して
   静止しているかまたは移動している鉄スラブの欠陥の存
   在を測定するために使用する特許請求の範囲第１．ｖ！
   〜第１８項に記載の測定装置。 ２３、キュリ一温度を超える温度の鉄板に面［７ている
   １個またはそれ以上のセンサがこの鉄板の横断プロフィ
   ルおよび／捷たけ平坦性を測定しうるようになっている
   特許請求の範囲第２２項記謔、の６１１１定装置。 別、センサが発振回路の誘導部分であって、その自己周
   波数変化を測定して祠料の欠陥を検出するように々した
   センサ装置、