JPS6020045Y2 - 微小傷探傷装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、被検金属体表面の微小な傷を探傷できる電磁
誘導型の微小傷探傷装置に関する。

金属体表面に点在する傷を探査するに際して最近は次第
により微小な傷を精度よく探査することが要求されて来
ている。

特に、原子力産業におけるウラン等の燃料の被覆管の内
外表面に存する傷の探査、更には露出した異種金属の積
層又は蒸着境界線の識別、追従判定等には高分解能の探
査装置の出現が待たれている。

ところで従来におけるこの種の探傷装置は主として電磁
誘導現象を応用し、重液又は複捲で形成されたドーナツ
型プローブコイルあるいはパンケーキ型プローブコイル
を使用して探傷している。

しかしながらこれらの形状のプローブコイルでは、傷が
小さく即ち長さ、幅が小さく深みのある傷の探傷が問題
であり、検出端であるプローブコイルから生じる全有効
磁束分布区域と傷の各面積の比が大きくなって、傷検出
能力が低下してしまう。

微小な傷に対する検出能力を向上するには、傷に見合っ
てプローブコイルを小さくする必要があり、この目的で
従来はパンケーキ型プローブコイルの寸法を小さくすべ
く細い線材を使用し、さらに磁化力を向上させるためフ
ェライトコア棒、パーマロイ線等高透磁率を有する材料
を磁芯に用いていた。

第１図Ａは細い線材を使用したパンケーキ型プローブコ
イル式の検出端を示し、１はそのパンケーキ型プローブ
コイル、２は被検金属体である。

この型のプローブコイルは小型ではあるが、コアがない
ので磁気抵抗が高く、従ってで磁化力および起電力など
が弱い。

これを向上させるために、第１図Ｂに示すようにプロー
ブコイル１にフェライト磁芯３を設けたもの、および第
１図Ｃに示すようにつぼ型フェライトコア４をプローブ
コイル１に嵌装したものなどが考えられている。

ところが、これらの方法でも微小な傷に対する検出能力
には限界がある。

即ち、プローブコイルの捲線径を小さくすると磁化力の
低下を来たし、また第１図Ｂ、Ｃの例のように磁化力向
上のため高透磁率材を用いても透磁率の値には自ずと限
界があるから、満足すべき皮果は得られない。

即ち、被検金属体に充分な磁束密度を与えられず、ひい
ては該金属体内に生ずべき渦電流値の低下を来たし、そ
の結果として検査能力の低下となる。

ところで、パンケーキ型プローブコイル単体では、その
平均径又は外径が決定されると被検金属体に対する磁束
従って渦流の分布状態も決定されてしまうが、磁気回路
を工夫して限定された範囲内のみに磁束が分布するよう
にすれば、第１図の例のようにプローブコイルの検査端
の円周方向に広い磁界拡がりを見せる従来のプローブに
代って、尖鋭度のある従って微小傷の検出が可能なプロ
ーブの出現が期待できる。

また探傷に当ってはプローブと被検体とは相対運動を行
なうが、主として経済性の観点からこの相対運動機構は
比較的単純であり、プローブと被検材との間の距離変動
は従来不可避的なものであった。

しかしこと点については空気噴射を利用すると、該距離
を高精度に一定に保持することが比較的容易にできる。

しかし微小傷の検出に当っては該距離は極めて小さい必
要があり、しかも距離が小さくなると距離変動がプロー
ブ出力に与える影響が大になる。

これは距離検出を行なってプローブ出力信号の増幅器の
利得を制御することにより、補償することができるが、
距離検出用に別個の検出器を設けると装置の複雑化、コ
スト増大を招いてしまう。

本考案はか）る観点からなされたもので、つぼ型の外筐
部材とその内部中心軸方向に配設された柱状部材とから
なり、該外筐部材の前面を覆う蓋部材には該柱状部材の
端面が露出する開口部が設けられ、該開口部の径は狭い
環状空隙が形成されるように該柱状部材の径よりや）大
きくかつ該開口部周面ば前面から内部に至るほど径が大
きくなる斜面とされたつぼ型フェライト磁心と、該磁心
。

の前記柱状部材に巻装した励磁コイルおよび検出コイル
とからなる探傷プローブ、および該プローブの出力信号
を処理して傷検出出力を生じる回路を備えることを特徴
とし、また探傷プローブの出力信号を処理する回路が、
該探傷プローブの出力から、被検体と探傷プローブとの
間の距離信号を抽出する位相検波回路、および該位相検
波回路の出力により利得調整される補償増幅器、該補償
増幅器の出力を位相検波して傷信号を出力する位相検波
回路を備えることを特徴とするものである。

次に実施例を参照しながら本考案を詳細に説明する。

第２図Ａは本考案のプローブＰＢの構造を示；し、フェ
ライト等の高透磁率材料で作ったつぼ型磁心５にコイル
７．８を捲回してなる。

磁心５はつぼ型外筐部材５ａと、該部材の内部中心線に
沿って設けられた柱状部材５ｂからなり部材５ａの表面
側を覆う蓋部材５ｃには開口５ｄがあり、該開口に柱状
部材５ｂの端面が露出し、かつ該開口部は柱状部材５ｂ
より径がや）大きく、従って開口部周面と柱状部材との
間には環状空隙５ｄが形成される。

更にこの開口部の周面ば、表面側が最も径が小さく、内
部に行くに従って径が大となる斜面となっている。

柱状部材５ｂには検出コイル８および励磁コイル７が巻
装される。

この装置では励磁コイル７により発生した磁力線はフェ
ライト磁心５の柱状部材５ｂ、その周囲を包囲している
つぼ型外筐部材５ａを矢印方向に周回して再び柱状部５
ｂに戻る。

この過程で、第２図Ｂに示す如く空隙５ｄに漏洩磁束９
が発生し、該漏洩磁束９がプローブＰＢと対向する金属
体２に入り、該金属体２内に過電流を誘起する。

第２図Ｃに示す如くフェライト磁心の外筐部材５ａは円
筒形であり、従って空隙５ｄも円形を威す。

円柱状のフェライト磁心柱状部材５ｂとこれを包囲する
閉磁路化フェライト磁心外筐部材５ａの開口部の直径は
前述の如く柱状部５ｂの直径よりも若干大きく、従って
両者の間には円環状空隙５ｄが形成され、そして該開口
部は上述の如き斜面を有するので内方へ至るに応じて空
隙部は磁気抵抗が大きくなる。

従って、交流電圧を励磁コイル７に印加すると、該励磁
コイル７による磁束は空隙長が最も小さな表面側空隙部
から漏洩し、該表面側に対向配置された金属体２に効率
よく侵入し、該金属体２内に渦電流を発生させる。

そして該金属体２の表面に傷が存在すると、該渦電流の
大きさおよび分布状態が変化し、これを検出コイル８が
検出する。

ここで、環状空隙５ｄの直径および空隙幅を適宜加減す
ることにより、各種の目的に合った検出端を任意に設計
・製作することができる。

例えば、極微小の傷に対しては環状空隙５ｄの直径およ
び空隙幅を小さくして漏洩磁束の拡ばりが小さくなるよ
うにし、そして検出端と被検体との距離を短かくすれば
よく、また傷が中位、更には大きい場合には順次上記と
逆の処理をすればよい。

このフェライト磁心では探傷端となる表面空隙部は狭小
の反面、閉磁路化外筐部材５ａで包囲された内部空間は
比較的広く、励磁コイル７および検出コイル８捲回用の
占有空間を広くとることができるので、第１図Ｂに示し
た開放型のもの程可使用空間はないものの上記内部空間
の範囲内で多数回コイルを巻装して充分な起磁力を得、
またその起磁力を任意の値に選択することができ、環状
空隙径と幅の任意選択と相俟って無指向性、高分解能の
プローブコイルを作ることが可能である。

微小傷検出はどプローブコイルと被検体金属表面との距
離は短くする必要があるが、この距離は短くすればする
程該距離の変化に伴う検出出力の変動が著しくなる。

次にこの検出出力の変動に対する補償を回路について説
明する。

第３図はこの回路例を示すブロック図であり、１２は電
磁誘導探傷用交番電圧発振器、７は励磁コイル、８は検
出コイルである。

これらのコイルは第２図に示したように柱状部材５ｂに
装着され、コイル８が空隙部５ｄ側に位置する。

１１は交流ブリッヂ又は打ち消電圧回路網、１３は増幅
器、１４は距離変化補償増幅器、１５は距離補償直線等
化器、１６は距離補償信号出力用位相検波器、１７は半
固定移相器、１８は位相検波器、１９は可変移相器であ
る。

発振器１２により励磁コイル７に交番電圧を印加し、前
述のように金属体２を磁化する。

励磁コイル７と電磁的に結合し空隙部５ｄに接近して捲
回された検出コイル８は渦電流が流れる金属表面の傷を
インピーダンス又は誘起電圧としてとらえ、該検出コイ
ルの出力は交流ブリッヂ又は打ち消電圧回路網１１に加
えられる。

該回路網１１の出力は増幅器１３で電圧又は電流増幅さ
れたのち、補償増幅器１４に入力され、こ）で距離変動
補償されたのち位相検波器１８に入力されて既知のよう
に傷信号が抽出されるが、この距離変動補償は次のよう
にしてなされる。

即ち補償増幅器１４の他の入力端即ち利得制御入力端に
は直線等化器１５からの補償制御電圧が与えられるが、
該直線等化器の入力は位相検波器１６の出力により与え
られる。

この位相検波器１６には発振器１２の出力の一部を分岐
し、これを半固定移相器１７により適当に移相して得た
基準信号が入力している。

位相検波器１６はまた増幅器１３の出力を入力され、こ
れを上記基準信号で位相検波する。

増幅器１３の出力には傷による変化と共に、プローブＰ
Ｂと金属体２との距離の変動に伴なう変化が含まれてお
り通常両者には位相差が認められるので、後者の情報を
最大に得られるように位相を合せて検波することにより
傷信号を排除して距離変動信号のみを得ることができる
。

この方式は距離変動を検出する特別のセンサーを必要と
することなく、検出コイル８の出力を利用して行なうこ
とができるので装置の簡単化、低廉化に寄与する所が大
きい。

こうして位相検波器６により取出された距離信号は直線
等化器１５により、距離変動に伴なう傷信号の検出出力
の変動を打消し補償するに適当な利得制御電圧に変換さ
れたのち増幅器１４に加わり、その利得を制御する。

位相検波器１８の出力信号は図示しないが従来通り記録
計、リレー回路等に接続される。

なお、本実施例における発振器１２から出力される交番
電圧は第４図Ａに示すような一定の振幅を有した連続波
であり、これが励磁コイル７に直接印加されるが、これ
は定電流源を介して印加するようにしてもよい。

また発振器１２が発生する交番電圧は連続波ではなく第
４図Ｂに示すようなトーンバースト状に区切られた一定
の振幅を有した断続波または第４図Ｃに示すような周期
的に発生するパルス状減衰波であってもよく、同様に目
的をはたすことができる。

またプローブＰＢは第５図Ａ、Ｂ、Ｃのようにすること
も考えられる。

これらの図で第２図と同じ部分には同じ符号が付されて
おり、そして第５図Ａの２０は樹脂モールドであって柱
状部材５ｂと表面側蓋部材５Ｃのみのフェライト磁心５
をコイル７．８と共に一体に固める。

検出コイル８は１個でもまた複数個からなってもよい。

第５図Ｂの２１は取付脚であってプローブを支持する。

本例では蓋部材５ｃが截頭円錐柱状に傾斜している。

また第５図Ｃ２２はプローブを支持する円筒であって支
持体２３に螺合される。

以上詳細に説明したように本考案によれば、磁力線の余
分な拡がりがなく、かつ大きな起磁力が得られるため極
微小な傷に対しても良好なる探傷能力が得られる。

また検出コイルには傷信号の他に距離信号が含まれ、こ
れは傷信号とは異なる信号ベクトル軌跡を持つことに着
目し、位相検波において距離信号ベクトル軌跡に沿った
位相角設定をして距離信号のみを抽出するようにしたの
で別個の距離検出器を設けることなく距離信号を得て、
傷信号の距離変化による変動を補償することができ、こ
うして装置を簡単化し得る利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、 Ｂ、 Ｃは従来装置の構造を説明する説明
図、第２図Ａは本考案装置のプローブ部分の実施例を示
す説明図、第２図Ｂは同図Ａの空隙部の拡大図、第２図
Ｃは同図Ａの端面図、第３図は本考案装置の信号処理回
路部分の構成を示すブロック図、第４図Ａ、 Ｂ、 Ｃ
は本考案に使用可能な励磁用入力の波形図、第５図Ａ、
Ｂ、 Ｃは本考案装置のプローブ部分の変形例を示す
説明図である。 図面で５はつぼ型フェライト磁心、５ａはその外筐部材
、５ｂは柱状部材、５Ｃは蓋部材、５ｄは開口部、７は
励磁コイル、８は検出コイル、ＰＢは探傷プローブ、１
１〜１９は信号処理回路、１６．１８は位相検波回路
１４は補償増幅器である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ■ つぼ型の外筐部材とその内部中心軸方向に配設され
   た柱状部材とからなり、該外筐部材の前面を覆う蓋部材
   には該柱状部材の端面が露出する開口部が設けられ、該
   開口部の径は狭い環状空隙が形成されるように該柱状部
   材の径よりやや大きくかつ該開口部周面は前面から内部
   に至るほど径が大きくなる斜面とされたつぼ型フェライ
   ト磁心と、該磁心の前記柱状部材に巻装した励磁コイル
   および検出コイルとからなる探傷プローブ、および該プ
   ローブの出力信号を処理して傷検出出力を生じる回路を
   備えることを特徴とする電磁誘導型の微小傷探傷装置。 ２ 探傷プローブの出力信号を処理して傷検出出力を生
   じる回路が、該探傷プローブの出力から被検材と探傷プ
   ローブとの間の距離信号を抽出する位相検波回路、およ
   び該位相検波回路の出力により利得調整され前記探傷プ
   ローブの出力を増幅する補償増幅器、該補償増幅器の力
   を位相検波して傷信号を出力する位相検波回路を備える
   ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   微小傷探傷装置。