JPS6080760A - 電磁超音波トランスデユ−サ - Google Patents
電磁超音波トランスデユ−サInfo
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- JPS6080760A JPS6080760A JP58189598A JP18959883A JPS6080760A JP S6080760 A JPS6080760 A JP S6080760A JP 58189598 A JP58189598 A JP 58189598A JP 18959883 A JP18959883 A JP 18959883A JP S6080760 A JPS6080760 A JP S6080760A
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- JP
- Japan
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- wound
- transducer
- wave
- voltage signal
- bands
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating 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
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2412—Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
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- G01N2291/0427—Flexural waves, plate waves, e.g. Lamb waves, tuning fork, cantilever
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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。
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、例えば配管等の導電性構造部材を超音波で
探傷する探傷装置μの電磁超音波トランスデー−サに関
する。
探傷する探傷装置μの電磁超音波トランスデー−サに関
する。
例えは水道配管等の細管の円部に存在する欠陥を超音波
で探傷するには、第１図に示すような超音波トランスデ
ー−サが用いられる。このトランスデー−サは、それぞ
れ異なった４ａ性を有する例えば６本の棒状の磁石２０
ａ〜２０ｆを、円柱コア２ノの周囲表面に対して、その
Ｎ極およびＳ極が同一のピッチＴｍで交互にら旋状に並
ぶように巻回し、このそれぞれの磁石２０８〜２０ｆ群
の上面および隣接する磁石２０ａ〜２０ｆそれぞれの間
とに沿って高周波電流コイル２２を巻装して円柱状に一
体化して、構成される。
で探傷するには、第１図に示すような超音波トランスデ
ー−サが用いられる。このトランスデー−サは、それぞ
れ異なった４ａ性を有する例えば６本の棒状の磁石２０
ａ〜２０ｆを、円柱コア２ノの周囲表面に対して、その
Ｎ極およびＳ極が同一のピッチＴｍで交互にら旋状に並
ぶように巻回し、このそれぞれの磁石２０８〜２０ｆ群
の上面および隣接する磁石２０ａ〜２０ｆそれぞれの間
とに沿って高周波電流コイル２２を巻装して円柱状に一
体化して、構成される。
上記円柱コア２１に巻回されるそれぞれの磁石２０ｇ〜
２０１は、第２図（ａ）に示すようなストリップ状のゴ
ム磁石２３を用いるか、または第２図（ｂ）に示すよう
な小形磁石２４を直列に並べて用いるかして形成される
もので、このようなゴム磁石２３もしくは小形磁石２４
でなる磁気回路に巻装されるコイル２２は、第３図に第
２図を展開して示すようにピッチＴｏの巻装状態でなり
、この巻装したコイル２２に高周波串；流Ｉｈを供給す
るようにしている。ここでそれぞれの磁石２０ａ〜２０
１のピッチＴｍ、およびコイル２２の巻装ピッチ１゛０
は次式を満足する間隔に設定されている。
２０１は、第２図（ａ）に示すようなストリップ状のゴ
ム磁石２３を用いるか、または第２図（ｂ）に示すよう
な小形磁石２４を直列に並べて用いるかして形成される
もので、このようなゴム磁石２３もしくは小形磁石２４
でなる磁気回路に巻装されるコイル２２は、第３図に第
２図を展開して示すようにピッチＴｏの巻装状態でなり
、この巻装したコイル２２に高周波串；流Ｉｈを供給す
るようにしている。ここでそれぞれの磁石２０ａ〜２０
１のピッチＴｍ、およびコイル２２の巻装ピッチ１゛０
は次式を満足する間隔に設定されている。
Ｔｍ ＝λ／２
Ｔｏ ＝λ／４
但しλは発生する超音波の波長である。
すなわち第４図にそのトランスデユーサの表面の一部分
を展開して示すように、磁気回路の表面周囲には、それ
ぞれの磁石２０ａ〜２０ｄの磁気作用によシピッチＴｏ
で方向が９０’変化する磁界Ｂ□〜Ｂ７が今生ずる。第
５図はこの磁気回路を細管１？内に挿入した場合に、第
４図のＡ−Ａ面に対応した部分の細管１３の斜断面２５
を示すもので、っまシ磁気回棧にょシ加えられた磁界Ｂ
１〜Ｂ、に対してコイル２２に高周波電流ＩＪ１を流す
と、斜断面２５にはコイル２２と平行にして渦肴、７流
■、〜Ｉ、が発生する。
を展開して示すように、磁気回路の表面周囲には、それ
ぞれの磁石２０ａ〜２０ｄの磁気作用によシピッチＴｏ
で方向が９０’変化する磁界Ｂ□〜Ｂ７が今生ずる。第
５図はこの磁気回路を細管１？内に挿入した場合に、第
４図のＡ−Ａ面に対応した部分の細管１３の斜断面２５
を示すもので、っまシ磁気回棧にょシ加えられた磁界Ｂ
１〜Ｂ、に対してコイル２２に高周波電流ＩＪ１を流す
と、斜断面２５にはコイル２２と平行にして渦肴、７流
■、〜Ｉ、が発生する。
この渦電流１１〜Ｉ、は磁界８１〜Ｂ７との相互作用に
よシビッチＴｏで方向が９００に化するローレンツ力Ｆ
１〜Ｆ７を発生させるもので、このローレンツ力Ｆ、〜
Ｆ７が２Ｔｍ周期で有する破線で示すような方向性に伴
なって斜断面２５には超音波Ｌ（ラム波）が発生し、こ
の超音波りは、第６図に示すように細管１３に対してへ
リカル状に半無限的に伝播されるようになる。
よシビッチＴｏで方向が９００に化するローレンツ力Ｆ
１〜Ｆ７を発生させるもので、このローレンツ力Ｆ、〜
Ｆ７が２Ｔｍ周期で有する破線で示すような方向性に伴
なって斜断面２５には超音波Ｌ（ラム波）が発生し、こ
の超音波りは、第６図に示すように細管１３に対してへ
リカル状に半無限的に伝播されるようになる。
すなわち細管１３の管軸方向ＸＫ沿って超音波りを回転
して伝播させることによシ、例えばひび割れ等の欠陥が
細管の円周方向Ｙに存在する場合のみならず、管軸方向
Ｘに存在するような場合でも、超音波を確実に伝播させ
反射させるようにしている。この場合、第７図に示すよ
うに、送信用トランスデユーサＴ、から左回シに伝播さ
れる超音波り戸」１、欠陥部２３に反射して右°回シに
伝播されるようになるもので、このように、欠陥部２３
に反射して右回シに伝播される超音波Ｌｒを、受信用ト
ランスデー−サＴＲで検出して電気信号に変換すること
により、欠陥部２３の存在を確認している。ここで、上
記受信用トランスデー−ザＴＲＦＪ−％欠陥部２３を挟
んで対向する送信用トランスデー−サＴＴと対称な構造
となっている。
して伝播させることによシ、例えばひび割れ等の欠陥が
細管の円周方向Ｙに存在する場合のみならず、管軸方向
Ｘに存在するような場合でも、超音波を確実に伝播させ
反射させるようにしている。この場合、第７図に示すよ
うに、送信用トランスデユーサＴ、から左回シに伝播さ
れる超音波り戸」１、欠陥部２３に反射して右°回シに
伝播されるようになるもので、このように、欠陥部２３
に反射して右回シに伝播される超音波Ｌｒを、受信用ト
ランスデー−サＴＲで検出して電気信号に変換すること
により、欠陥部２３の存在を確認している。ここで、上
記受信用トランスデー−ザＴＲＦＪ−％欠陥部２３を挟
んで対向する送信用トランスデー−サＴＴと対称な構造
となっている。
しかしこのようにして＃Ｉ管１３内に存在する欠陥部２
３を探傷する場合には、送信用トランスデー−ザＴＴと
受信用トランスデー−サＴＲとを完全に対称な構造に形
成することができない。
３を探傷する場合には、送信用トランスデー−ザＴＴと
受信用トランスデー−サＴＲとを完全に対称な構造に形
成することができない。
これによシ、受信用トランスデー−サＴＲは、送信用ト
ランスデユーサＴＴから直接伝播する超音波Ｌｔを僅に
検出するようになシ、例えば非常に微小な欠陥部２３か
らの微弱な反射超音波りは、上記送信用トランスデー−
サＴ、から直接伝播する超音波Ｌｔに埋もれて検出する
ことができない。
ランスデユーサＴＴから直接伝播する超音波Ｌｔを僅に
検出するようになシ、例えば非常に微小な欠陥部２３か
らの微弱な反射超音波りは、上記送信用トランスデー−
サＴ、から直接伝播する超音波Ｌｔに埋もれて検出する
ことができない。
この発明は上記のような間頌点に鑑みなされたもので、
例えば非常に微細な欠陥部により反射される微弱な超音
波を検出するような場合でも、送信用トランスデー−サ
から直接伝播する超音波信号に埋もれることなく、確実
に検出することかできるようになる電磁超音波トランス
デー−サを提供することを目的とする。
例えば非常に微細な欠陥部により反射される微弱な超音
波を検出するような場合でも、送信用トランスデー−サ
から直接伝播する超音波信号に埋もれることなく、確実
に検出することかできるようになる電磁超音波トランス
デー−サを提供することを目的とする。
すなわちこの発明に係る電磁超音波トランスデユーサは
、同一の軸線に対して周囲方向に交互に極性を異ならせ
一定ピッチで螺旋状に巻回されるように形成した複数の
磁石帯と、この複数の磁石帯それぞれの巻回方向に直角
にして巻装されたコイルとを具備し、欠陥部により反射
されモード変換される超音波信号を、時間的に分離して
検出するようにしたものである。
、同一の軸線に対して周囲方向に交互に極性を異ならせ
一定ピッチで螺旋状に巻回されるように形成した複数の
磁石帯と、この複数の磁石帯それぞれの巻回方向に直角
にして巻装されたコイルとを具備し、欠陥部により反射
されモード変換される超音波信号を、時間的に分離して
検出するようにしたものである。
以下図面によりこの発明の一実施例を説明する。
第８図はその構成を示すもので、それぞれ異なった極性
を有する例えば６本の棒状の磁石３０ａ〜３０１ｆ、同
筒コア３１の周囲表面に対して、そのＮ極およびＳ極が
同一のピンチＴｒで交互に螺旋状に並ぶように巻回する
。そして、この複数の磁石３０ｈ〜、？ Ｏｆ帯の周囲
上面には、磁石３０ｈ〜３０ｆそれぞれの巻回方向に直
角にして高周波電流コイル３２を巻装して構成する。こ
の場合、上記高周波電流コイル３２は１円筒コア３１の
中／Ｕ孔３３’ｅ介して順次巻装されるようにする。
を有する例えば６本の棒状の磁石３０ａ〜３０１ｆ、同
筒コア３１の周囲表面に対して、そのＮ極およびＳ極が
同一のピンチＴｒで交互に螺旋状に並ぶように巻回する
。そして、この複数の磁石３０ｈ〜、？ Ｏｆ帯の周囲
上面には、磁石３０ｈ〜３０ｆそれぞれの巻回方向に直
角にして高周波電流コイル３２を巻装して構成する。こ
の場合、上記高周波電流コイル３２は１円筒コア３１の
中／Ｕ孔３３’ｅ介して順次巻装されるようにする。
ここで、例えば前記第１図乃至第４図におけるトランス
デユーサを送信用とし、この実施例におけるトランスデ
ユーサを受イｇ用とする場合、画θｔｓｉｎθ１ ｃＬ：ラム波の音速 Ｃ８Ｈ： ＳＨ波の音速 また、それぞれの磁石３θａ〜３０１のピッチＴｒを、
次式を満足するような関係に設定する。
デユーサを送信用とし、この実施例におけるトランスデ
ユーサを受イｇ用とする場合、画θｔｓｉｎθ１ ｃＬ：ラム波の音速 Ｃ８Ｈ： ＳＨ波の音速 また、それぞれの磁石３θａ〜３０１のピッチＴｒを、
次式を満足するような関係に設定する。
Ｔｒ＝λ８８／２ −・式２
％式％
すなわちこのように構成されるトランスデーーサにおい
て、例えば第９図に細管１３を展開して示すように、前
記第１図における送信用トランスデー−サからの超音波
Ｌ（ラム波）が欠陥部２３に対して、入射角θ１で入射
した場合には、その反射角は、上記入射角θ、に等しい
角度の方向θ２と、小さい角度の方向θ３とに面と平行
となる超音波５Ｈ（ＳＨ波）にモード変換されるもので
、このように、新たにモード変換された超音波ＳＨｆ：
、この笑施例におけるトランスデユーサによシ受信する
。
て、例えば第９図に細管１３を展開して示すように、前
記第１図における送信用トランスデー−サからの超音波
Ｌ（ラム波）が欠陥部２３に対して、入射角θ１で入射
した場合には、その反射角は、上記入射角θ、に等しい
角度の方向θ２と、小さい角度の方向θ３とに面と平行
となる超音波５Ｈ（ＳＨ波）にモード変換されるもので
、このように、新たにモード変換された超音波ＳＨｆ：
、この笑施例におけるトランスデユーサによシ受信する
。
第１０図は上記第９図における反射角θ、に対応する細
管１３のＢ−Ｂ断面およびこの受信用トランスデユーサ
の展開断面を示すもので、反射超音波ＳＨの振動方向Ｘ
は、それぞれの磁石、？ Ｏａ〜３０ｆのピッチＴｒ毎
に方向が反転するようになる。これによシ、細管１３壁
内の電荷は、その撮動方向Ｘに対応して振動させられる
もので、この電荷は、それぞれの磁石、９０ ａ〜Ｊ
Ｏｆによシ生じた磁界Ｂとの相互作用により、ローレン
ツ力Ｆの方向に移動するようになる。
管１３のＢ−Ｂ断面およびこの受信用トランスデユーサ
の展開断面を示すもので、反射超音波ＳＨの振動方向Ｘ
は、それぞれの磁石、？ Ｏａ〜３０ｆのピッチＴｒ毎
に方向が反転するようになる。これによシ、細管１３壁
内の電荷は、その撮動方向Ｘに対応して振動させられる
もので、この電荷は、それぞれの磁石、９０ ａ〜Ｊ
Ｏｆによシ生じた磁界Ｂとの相互作用により、ローレン
ツ力Ｆの方向に移動するようになる。
このようなローレンツ力Ｆによる電荷の移動は、電流の
流れと等価になるもので、つまシ、ａ管１３壁の表面伺
近には新たな磁界が生じるようになる。これによシ、高
周波電流コイル３２には、電磁誘導作用による電圧Ｖが
発生するもので、この起′亀圧ｖｆ：測定することによ
シ、欠陥部２３からの反射超音波ＳＨが検出されるよう
になる。
流れと等価になるもので、つまシ、ａ管１３壁の表面伺
近には新たな磁界が生じるようになる。これによシ、高
周波電流コイル３２には、電磁誘導作用による電圧Ｖが
発生するもので、この起′亀圧ｖｆ：測定することによ
シ、欠陥部２３からの反射超音波ＳＨが検出されるよう
になる。
この場合、送信用トランスデユーサからの超音波Ｌ（ラ
ム波）が、直接この受信用トランスデユーサに到達し、
微小な電圧信号を誘起することもある。ここで、ラム波
およびＳＨ波それぞれの超音波の伝播速度ＶＬおよびＶ
ＳＢは次式で与えられる。
ム波）が、直接この受信用トランスデユーサに到達し、
微小な電圧信号を誘起することもある。ここで、ラム波
およびＳＨ波それぞれの超音波の伝播速度ＶＬおよびＶ
ＳＢは次式で与えられる。
ＶＬ＝ ＣＬ−虐（θ、） ・・・３式Ｖ８Ｈ＝ Ｃ８
Ｈ１ｓｉｎ （０ｍ） −４式つまシ、例えはθオニ４
５°、周波数を０．５ ＭＨｚとすれば、Ｃｔ、益５３
００ ｍ／ｌ！ ｌ Ｃｓｕ ＝ ３２００ｒｒｖ／８
１ θ３ ン２３°となシ、 ＶＬ ン３７００ ｒｒ
１／ｓ 。
Ｈ１ｓｉｎ （０ｍ） −４式つまシ、例えはθオニ４
５°、周波数を０．５ ＭＨｚとすれば、Ｃｔ、益５３
００ ｍ／ｌ！ ｌ Ｃｓｕ ＝ ３２００ｒｒｖ／８
１ θ３ ン２３°となシ、 ＶＬ ン３７００ ｒｒ
１／ｓ 。
Ｖｓｎ ＝ １２５０ ｒｒＶ／ｓとなるもので、周波
数とモードとを選択すれば、ｖＬＮｖｌｌＨとなシ、そ
れぞれの超音波（ラム波およびＳＨ波）が受信用トラン
スデユーサに到達する時間は異なるようになる。
数とモードとを選択すれば、ｖＬＮｖｌｌＨとなシ、そ
れぞれの超音波（ラム波およびＳＨ波）が受信用トラン
スデユーサに到達する時間は異なるようになる。
したがって１ ラム波による′電圧信号とＳＨ波による
電圧信号とを、時間的に分離して、欠陥部２３からθ８
の方向に反射して伝播する超音波８Ｈのみ検出すること
によシ、イｏ１なる微少欠陥によシ発生する微弱な電圧
信号でも測定可能となシ、確実にその欠陥部２３を探傷
することができるようになる。
電圧信号とを、時間的に分離して、欠陥部２３からθ８
の方向に反射して伝播する超音波８Ｈのみ検出すること
によシ、イｏ１なる微少欠陥によシ発生する微弱な電圧
信号でも測定可能となシ、確実にその欠陥部２３を探傷
することができるようになる。
以上のようにこの発明によれば、例えば非常に微細な欠
陥部によシ反射される微弱な超音波を検出するような場
合でも、送信用トランスデユーサから面接伝播する超音
波信号に埋もれること々く、確実に検出することが可能
となる。
陥部によシ反射される微弱な超音波を検出するような場
合でも、送信用トランスデユーサから面接伝播する超音
波信号に埋もれること々く、確実に検出することが可能
となる。
これによシ、このトランスデユーサによる探傷検出感度
は飛躍的に向上するようになる。
は飛躍的に向上するようになる。
第１図は超音波トランスデユーサを示す図、第２図（ａ
）および（ｂ）はそれぞれ上記トランスデユーサにおい
て磁石として用いることのできるゴム磁石および小形磁
石を示す図、第３図は上記トランスデー−サにおいて巻
装されるコイルを展開して示す図、第４図は上記トラン
スデユーサにおいてその表面の１部分を展開して示す図
、第５図は上記トランスデユーサによる超音波の発生状
態を示す図、第６図は上記トランスデーーサにより細管
に伝播される超音波を示す図〜第７図は上記トランスデ
ユーサによる探傷状態を示す図、第８図はこの発明の一
実施例に係る電磁超音波トランスデユーサを示す図、第
９図は上記実施例において欠陥探傷時の細管を展開して
示す図、第１０図は上記実施例において欠陥探傷時の超
音波の検出状態を示す図である。 １３・・・細管、３０ａ〜３０ ｆ・・・磁石、３ノ・
・・円筒コア、３２・・・高周波電流コイル。 第ｉｅ 第３図 ｈ 第４図 第６図 １ 第７図 １．３ 第８図 第１０図
）および（ｂ）はそれぞれ上記トランスデユーサにおい
て磁石として用いることのできるゴム磁石および小形磁
石を示す図、第３図は上記トランスデー−サにおいて巻
装されるコイルを展開して示す図、第４図は上記トラン
スデユーサにおいてその表面の１部分を展開して示す図
、第５図は上記トランスデユーサによる超音波の発生状
態を示す図、第６図は上記トランスデーーサにより細管
に伝播される超音波を示す図〜第７図は上記トランスデ
ユーサによる探傷状態を示す図、第８図はこの発明の一
実施例に係る電磁超音波トランスデユーサを示す図、第
９図は上記実施例において欠陥探傷時の細管を展開して
示す図、第１０図は上記実施例において欠陥探傷時の超
音波の検出状態を示す図である。 １３・・・細管、３０ａ〜３０ ｆ・・・磁石、３ノ・
・・円筒コア、３２・・・高周波電流コイル。 第ｉｅ 第３図 ｈ 第４図 第６図 １ 第７図 １．３ 第８図 第１０図
Claims (1)
- 同一の軸線に対して周囲方向に交互に極性を異ならせ一
定ピッチで螺旋状に巻回されるように形成した複数の磁
石帯と、この複数の磁石帯それぞれの巻回方向に直角に
して巻装されたコイルとを具備したことを特徴とする電
磁超音波トランスデユーサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58189598A JPS6080760A (ja) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | 電磁超音波トランスデユ−サ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58189598A JPS6080760A (ja) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | 電磁超音波トランスデユ−サ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6080760A true JPS6080760A (ja) | 1985-05-08 |
Family
ID=16243990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58189598A Pending JPS6080760A (ja) | 1983-10-11 | 1983-10-11 | 電磁超音波トランスデユ−サ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6080760A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6267447A (ja) * | 1985-09-20 | 1987-03-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | チユ−ブ軸方向欠陥検出方法およびその装置 |
| US5895856A (en) * | 1994-08-02 | 1999-04-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Electromagnetic acoustic transducer and methods of determining physical properties of cylindrical bodies using an electromagnetic acoustic transducer |
| GB2471386A (en) * | 2009-06-26 | 2010-12-29 | Tdw Delaware Inc | Pipeline inspection tool with double spiral EMAT sensor array |
| CN101936949A (zh) * | 2009-06-26 | 2011-01-05 | Tdw达拉威公司 | 具有双螺旋电磁声换能器传感器阵列的管线检查工具 |
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| US8319494B2 (en) | 2009-06-26 | 2012-11-27 | Tdw Delaware Inc. | Pipeline inspection tool with double spiral EMAT sensor array |
-
1983
- 1983-10-11 JP JP58189598A patent/JPS6080760A/ja active Pending
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| JPS6267447A (ja) * | 1985-09-20 | 1987-03-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | チユ−ブ軸方向欠陥検出方法およびその装置 |
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| GB2471386B (en) * | 2009-06-26 | 2013-06-12 | Tdw Delaware Inc | Pipeline inspection tool with double spiral EMAT sensor array |
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