JPS6082960A - 電磁超音波探触子 - Google Patents
電磁超音波探触子Info
- Publication number
- JPS6082960A JPS6082960A JP58190809A JP19080983A JPS6082960A JP S6082960 A JPS6082960 A JP S6082960A JP 58190809 A JP58190809 A JP 58190809A JP 19080983 A JP19080983 A JP 19080983A JP S6082960 A JPS6082960 A JP S6082960A
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- JP
- Japan
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- iron core
- magnetic fluid
- magnetic
- magnetic field
- coil
- Prior art date
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- Pending
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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
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/028—Material parameters
- G01N2291/02854—Length, thickness
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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】
〔発明の第１」用分野〕
本発り」は電磁的な方法で超篩波を発生又は検出する電
磁超音波探触子に関する。
磁超音波探触子に関する。
従来、金属材料の厚み測定、探傷等の計測には超晋阪厚
み計、探傷器等が使用されている。かかる装置は超皆波
ケ被検利に到達させる為に探触子と□ｔｌ’ｉ 侯材と
の間に媒体（通當は水）を必要とする。
み計、探傷器等が使用されている。かかる装置は超皆波
ケ被検利に到達させる為に探触子と□ｔｌ’ｉ 侯材と
の間に媒体（通當は水）を必要とする。
この為、尚温材やスケールわるいは表面凹凸の著しい材
料の計測は困難である。
料の計測は困難である。
れることなく超音波の送受１Ｂを行うことが独く要求さ
れている。
れている。
か〃）る要求を満足する為に前記媒体を不要にした方法
として特公昭４４−２４８６７号が提案きれている。特
公昭４４−２４８６７号は電磁的な方法で超音波を送受
信するもので（以下亀磁超廿波６１゛測装置という）あ
る。電鰍超オ波計測表１トｉ、に用いられる探触子はし
１えば電磁石の鉄心が凹面Ｅ字形で内極鉄心下部に超音
波送受信コイルを設けたものが用いられる。
として特公昭４４−２４８６７号が提案きれている。特
公昭４４−２４８６７号は電磁的な方法で超音波を送受
信するもので（以下亀磁超廿波６１゛測装置という）あ
る。電鰍超オ波計測表１トｉ、に用いられる探触子はし
１えば電磁石の鉄心が凹面Ｅ字形で内極鉄心下部に超音
波送受信コイルを設けたものが用いられる。
一則を第１図、第２図により説明する。なお、第２図１
こおいては破恢材は省略しである。
こおいては破恢材は省略しである。
第１〜２図において、扱恢材１の上に直流励磁コイル２
とＥ−ｉ：形の鉄心３よす赫成される直流電磁石が配置
される。Ｅ手形鉄心３の内極磁極脚４の先端を絞り、該
先端にはクリえば渦巻状の超音波送９：１ａコイル６及
び送受・１６コイル６を保歳するだめの非導電性の保獲
クー２７が取付られ、他の磁極脚５は被侠材１にメ］向
し、電磁超音波探触子を裏専「−サート ｚ この構成において、励磁コイル２を図示しない直流電源
で励磁し被検材１に直航磁界を与える。
とＥ−ｉ：形の鉄心３よす赫成される直流電磁石が配置
される。Ｅ手形鉄心３の内極磁極脚４の先端を絞り、該
先端にはクリえば渦巻状の超音波送９：１ａコイル６及
び送受・１６コイル６を保歳するだめの非導電性の保獲
クー２７が取付られ、他の磁極脚５は被侠材１にメ］向
し、電磁超音波探触子を裏専「−サート ｚ この構成において、励磁コイル２を図示しない直流電源
で励磁し被検材１に直航磁界を与える。
直航磁界を加えた状態で送受信コイル６に図示しないパ
ルス発生器よりパルス電流を印加すると変化磁界が発生
し、この変化磁界によシ被検材１に渦′龜流が発生する
。この渦電流と前もって加えておいた直り１毛磁界との
相互作用により被検材中に変化歪が発生する。変化止の
大きさＦは渦電流を１１直流磁界の磁束密度をＢとする
と次式で表わせる。
ルス発生器よりパルス電流を印加すると変化磁界が発生
し、この変化磁界によシ被検材１に渦′龜流が発生する
。この渦電流と前もって加えておいた直り１毛磁界との
相互作用により被検材中に変化歪が発生する。変化止の
大きさＦは渦電流を１１直流磁界の磁束密度をＢとする
と次式で表わせる。
Ｆαｊ３ｉ ・・・・・・・・・（１）変化歪が超音波
として被検材中を伝播し、被検材１中の欠陥及び１ｍ面
からの反射超音波は前述と逆の過程に従い送受１言コイ
ル６で検出される。送受信コイル６の検出信号レベルＶ
Ｒは下記（２）式で示す如く磁束密度Ｂの自乗に比１＋
１１する。
として被検材中を伝播し、被検材１中の欠陥及び１ｍ面
からの反射超音波は前述と逆の過程に従い送受１言コイ
ル６で検出される。送受信コイル６の検出信号レベルＶ
Ｒは下記（２）式で示す如く磁束密度Ｂの自乗に比１＋
１１する。
ＶｘＱ：Ｂ２ｊ ・・・・・・・・・（２）なお、鉄心
３の内極磁極脚端４の先端を絞ってできるだけ大きい直
ωＬ磁界を得る方法が通常行なわれている。
３の内極磁極脚端４の先端を絞ってできるだけ大きい直
ωＬ磁界を得る方法が通常行なわれている。
この泳な眠磁超皆波計測装置においては探触子全手動で
操作して計測作業を行なうのが普通である。手動操作の
ため探触子は小形軽量であることが必要である。長時間
の計測作業を考えると探触子の重量は１．５に７以下に
することが望まｎる。しかし、電磁超音波計測装置は前
述した即く、その百号レベルは磁束密度Ｂの自乗に比し
ｌｌする。従って、磁束密度Ｂが大きければ大きいほど
情号レベル、つまシ、計測感度全長くできる。しかるに
、磁束密度Ｂを増大させるには必然的に鉄心を大きくし
なければならない。このため、探触子が大形になり重量
増大となシ、実用的な計測感度を維持しようとすると、
その重量はレリえは２〜３に９程度となｐ長時間の手動
操作が困難となる。
操作して計測作業を行なうのが普通である。手動操作の
ため探触子は小形軽量であることが必要である。長時間
の計測作業を考えると探触子の重量は１．５に７以下に
することが望まｎる。しかし、電磁超音波計測装置は前
述した即く、その百号レベルは磁束密度Ｂの自乗に比し
ｌｌする。従って、磁束密度Ｂが大きければ大きいほど
情号レベル、つまシ、計測感度全長くできる。しかるに
、磁束密度Ｂを増大させるには必然的に鉄心を大きくし
なければならない。このため、探触子が大形になり重量
増大となシ、実用的な計測感度を維持しようとすると、
その重量はレリえは２〜３に９程度となｐ長時間の手動
操作が困難となる。
探触子を小形＠量化するための１つの方法として本出願
人は、高透磁率材にて鉄心を構成することを％禎昭５５
−３９３６３号で提案した。すなわち、′亀峰超音彼計
測で必要な磁束密度は１．５〜２テスラ程度が望ましく
、機械的にもろく溶接困難な高透磁率材を鉄心内に組込
んで鉄心を構成し小形軽量化を図るものでめる。探触子
を小形＠量化するもう１つの方法として送受信コイル６
に流れる・くルスｄ流が作る高周波磁界を有効に被検材
１に作用させることが考えられる。送受１ｄコイル６は
極ｑ４！ｉのエナメル線を巻回するか写真製版してプリ
ントコイル状にして出来るだけ薄くするが、被検材１と
の間には〃・ならず保ｄカッく−７を設けるため第３図
に示すように送受１ｇコイル６の中心から内極鉄心４の
先端部までの距＊ ｇ ｔと被検材１までの距ｐｉｌｔ
ｇ ２の間では実用的な保より／く−７を用いるとｇ
２＞ｇ＋ となってしまう。
人は、高透磁率材にて鉄心を構成することを％禎昭５５
−３９３６３号で提案した。すなわち、′亀峰超音彼計
測で必要な磁束密度は１．５〜２テスラ程度が望ましく
、機械的にもろく溶接困難な高透磁率材を鉄心内に組込
んで鉄心を構成し小形軽量化を図るものでめる。探触子
を小形＠量化するもう１つの方法として送受信コイル６
に流れる・くルスｄ流が作る高周波磁界を有効に被検材
１に作用させることが考えられる。送受１ｄコイル６は
極ｑ４！ｉのエナメル線を巻回するか写真製版してプリ
ントコイル状にして出来るだけ薄くするが、被検材１と
の間には〃・ならず保ｄカッく−７を設けるため第３図
に示すように送受１ｇコイル６の中心から内極鉄心４の
先端部までの距＊ ｇ ｔと被検材１までの距ｐｉｌｔ
ｇ ２の間では実用的な保より／く−７を用いるとｇ
２＞ｇ＋ となってしまう。
そのため、送受１ぎコイル６が作る高周波磁界は被検材
１の表面上９も内極鉄心４の先端部によｐ多く作用ずゐ
ことになる。
１の表面上９も内極鉄心４の先端部によｐ多く作用ずゐ
ことになる。
この高周波磁界の４＞ｋ子を調べるため本発明者等は直
径＄ ＝ ２０ ＋ｎｍの送受信コイルの場合について
磁界シミュレーションを実施した。その結果を第４図に
示す。第４図に於いて送受信コイル６は被検材１より内
極鉄心４の先端部へ近いため高周波磁界は鉄心４の先端
部へ集中していることが磁界＋リ−ｙ’ ｏ’）Ｔ ？
ｋ １ＨＡ Ｉ’ Ｊｓ、１１式、 ７、７／７）点
ｍ ｉ虜Ｋｌｔ、’Ａ Ｖ ｋ’９鉄心４の先端部と被
検材１の表面には渦ｒｉ流が発生するが、この渦ル、流
分イＩｉを、内＋ｍ鉄・し・４の先端部での最大値を１
００％として被倹材表面と内極獣心先端表面を比較して
示すと第５図のようにｆｘル。本シミュレーションの則
ではｇ １” Ｏ−３＋ｇｚ＝１．２ｍｍの場合である
が被、倹材衣面の渦電流が内・、％鉄心表面の渦電流の
１／４に・よりている。
径＄ ＝ ２０ ＋ｎｍの送受信コイルの場合について
磁界シミュレーションを実施した。その結果を第４図に
示す。第４図に於いて送受信コイル６は被検材１より内
極鉄心４の先端部へ近いため高周波磁界は鉄心４の先端
部へ集中していることが磁界＋リ−ｙ’ ｏ’）Ｔ ？
ｋ １ＨＡ Ｉ’ Ｊｓ、１１式、 ７、７／７）点
ｍ ｉ虜Ｋｌｔ、’Ａ Ｖ ｋ’９鉄心４の先端部と被
検材１の表面には渦ｒｉ流が発生するが、この渦ル、流
分イＩｉを、内＋ｍ鉄・し・４の先端部での最大値を１
００％として被倹材表面と内極獣心先端表面を比較して
示すと第５図のようにｆｘル。本シミュレーションの則
ではｇ １” Ｏ−３＋ｇｚ＝１．２ｍｍの場合である
が被、倹材衣面の渦電流が内・、％鉄心表面の渦電流の
１／４に・よりている。
すなわち送受信コイル６に印加したノくルス電流の作る
高周波磁界の励振パワーの約８０％は内極鉄心４側に漏
洩していることになる。この漏洩による内極鉄心の表面
の渦′亀流ロスを低減する方法として、鉄心３を電磁鋼
板で作る方法も考えられるが、第１図の様な丸形の探触
子の場合非常に作り難く父、直流電磁石全体の鉄心を電
磁鋼板を積層して作ることは鉄心断面積の占積率が悪く
探触子が大形となってしまい得策でない。
高周波磁界の励振パワーの約８０％は内極鉄心４側に漏
洩していることになる。この漏洩による内極鉄心の表面
の渦′亀流ロスを低減する方法として、鉄心３を電磁鋼
板で作る方法も考えられるが、第１図の様な丸形の探触
子の場合非常に作り難く父、直流電磁石全体の鉄心を電
磁鋼板を積層して作ることは鉄心断面積の占積率が悪く
探触子が大形となってしまい得策でない。
本発明の目的は前述の如き従来技術の欠点を除くために
成されたもので、充分な計測感度を確保しかつ小形軽量
な電磁超音波探触子を提供することにある。
成されたもので、充分な計測感度を確保しかつ小形軽量
な電磁超音波探触子を提供することにある。
本発明は普通鋼又は電磁純鉄で作らＧた鉄心内に強磁性
体の微粒子を溶媒中でコロイド状にした磁性流体を組込
むことによシ送受信コイルが作る高周波磁界による渦電
流ロスを大幅に低減させて同一の送受信コイルの大きさ
と同一のパルス電流で被検査材表面に流れる渦電流を十
分な太きさまで確保し、かつ鉄心を小形軽量化するよう
にしたものでるる。
体の微粒子を溶媒中でコロイド状にした磁性流体を組込
むことによシ送受信コイルが作る高周波磁界による渦電
流ロスを大幅に低減させて同一の送受信コイルの大きさ
と同一のパルス電流で被検査材表面に流れる渦電流を十
分な太きさまで確保し、かつ鉄心を小形軽量化するよう
にしたものでるる。
第６図に本発明の一実施し１ｊの断面図を示す。同底面
図は第２図と略同−であり省略する。第１゜第２図と同
一符号を付したものは同一であシその説明は省略する。
図は第２図と略同−であり省略する。第１゜第２図と同
一符号を付したものは同一であシその説明は省略する。
普通鋼又は電磁純鉄で作られたＥ字状鉄心３の内極鉄心
４の先端部は第７図に示す様に溝部８が設けてあり、該
溝部８にはその溝に適合する高飽和磁束密度で粒子が最
大に磁気的に整列する磁性流体９が組込１れている。磁
性流体９は強磁性粒子をｌｌかくして溶媒中に懸濁した
コロイド状の液体でいかなる外部からの強磁場を印加し
ても凝集せず、磁化さｎても液体の状態を保つものであ
る。
４の先端部は第７図に示す様に溝部８が設けてあり、該
溝部８にはその溝に適合する高飽和磁束密度で粒子が最
大に磁気的に整列する磁性流体９が組込１れている。磁
性流体９は強磁性粒子をｌｌかくして溶媒中に懸濁した
コロイド状の液体でいかなる外部からの強磁場を印加し
ても凝集せず、磁化さｎても液体の状態を保つものであ
る。
この外部からの磁場を強くすると磁性流体の平らな表面
は突然分裂し、とがったスパイクが六角形状に並んだ模
様ができる。この表面の不安定性は磁性流体の電気伝導
度を著しく低下させる為送受信コイル６が作る２ＭＨ２
以上の高周波磁界による渦ば流ロスｒはとんど遮断でさ
被検材１の表面の渦′成流を大きくすることが目ｆ能と
なる。又同時に送受信コイル６が作る電ｍｍ晋波の探触
子鉄心４側への謂れ込みも磁性流体９が音身的遅延材と
なる為著しく低下することが可能となる。
は突然分裂し、とがったスパイクが六角形状に並んだ模
様ができる。この表面の不安定性は磁性流体の電気伝導
度を著しく低下させる為送受信コイル６が作る２ＭＨ２
以上の高周波磁界による渦ば流ロスｒはとんど遮断でさ
被検材１の表面の渦′成流を大きくすることが目ｆ能と
なる。又同時に送受信コイル６が作る電ｍｍ晋波の探触
子鉄心４側への謂れ込みも磁性流体９が音身的遅延材と
なる為著しく低下することが可能となる。
この構成の電磁超音波探触子においてはＥ字状の鉄心３
の内極鉄心４先端のｉ’に流ロスが大幅に低減するため
送受１ゴコイル６と被検材ｌの表面の渦電流の結合係数
は従来に比べて大幅に向上し、計測感度を確保するのに
必要な磁場（Ｂ ＝ １．５〜２テスン）を発生させ従
来に比べて小形軽量化することが出来る。具体的には約
１． ＯＫｇ以下の探触子を製作することが出来る。
の内極鉄心４先端のｉ’に流ロスが大幅に低減するため
送受１ゴコイル６と被検材ｌの表面の渦電流の結合係数
は従来に比べて大幅に向上し、計測感度を確保するのに
必要な磁場（Ｂ ＝ １．５〜２テスン）を発生させ従
来に比べて小形軽量化することが出来る。具体的には約
１． ＯＫｇ以下の探触子を製作することが出来る。
以上説明した如く本発明によＩｔｌＩ′ｆ電磁超音波探
融子の計１Ｉｉｉ１感度を良くでさると共に軽量にする
ことかで０る。
融子の計１Ｉｉｉ１感度を良くでさると共に軽量にする
ことかで０る。
なお、上述の説明は鉄心のＥ字状のものについて述べた
が、萌ばｉＵ字状のものであっても同僚に成しイ々ｆる
のは勿論である。
が、萌ばｉＵ字状のものであっても同僚に成しイ々ｆる
のは勿論である。
図面のＩ１１〕阜な説１３Ｊ」
第１図（佳従来の探触子の一部断面した榴成図、第２図
は従来の探）舷子の底面図、第３図は第１図の要部５広
太図、第４図はシミュレーション特性図、Ｗ、５図は渦
、れ流分布特性図、第６図は本発明の一部がｉ ６１１
と示す一部断面した講成図、第７図は第６図の要部拡大
図である。
は従来の探）舷子の底面図、第３図は第１図の要部５広
太図、第４図はシミュレーション特性図、Ｗ、５図は渦
、れ流分布特性図、第６図は本発明の一部がｉ ６１１
と示す一部断面した講成図、第７図は第６図の要部拡大
図である。
１・・・被検材、２・・・直流励磁コイル、３・・・鉄
心、４・・・内極磁極脚、６・・・送受信コイル、９・
・・磁性流体。
心、４・・・内極磁極脚、６・・・送受信コイル、９・
・・磁性流体。
代理人 弁理士 高橋明夫と・□
第 １ 口
′Ｉ）２ 口
弗３図
第 ４０
１呆触ｊ中・し
！
第 ５ 図
第１頁の続き
０発 明 者 犬 川 宏 男 日立市国分町場内
Claims (1)
- １、鉄心に励磁コイルを巻装した直流電磁石の磁極端に
送受１汀コイルを取付けてなる′電磁超音波探触子にお
いて、前記鉄心先端部内にｇｉ磁性体の微粒子を溶媒中
でコロイド状にした磁性流体を組込んだことｔ特徴とす
る電磁超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58190809A JPS6082960A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電磁超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58190809A JPS6082960A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電磁超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6082960A true JPS6082960A (ja) | 1985-05-11 |
Family
ID=16264104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58190809A Pending JPS6082960A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 電磁超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6082960A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03110184U (ja) * | 1990-02-28 | 1991-11-12 | ||
| JP2014209059A (ja) * | 2013-04-16 | 2014-11-06 | 三菱電機株式会社 | 振動測定用センサ装置 |
| US20220026293A1 (en) * | 2020-07-23 | 2022-01-27 | Beijing Institute Of Technology | Device and method for ultrasonic detecting of rotating member based on magnetic fluid coupling |
-
1983
- 1983-10-14 JP JP58190809A patent/JPS6082960A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03110184U (ja) * | 1990-02-28 | 1991-11-12 | ||
| JP2014209059A (ja) * | 2013-04-16 | 2014-11-06 | 三菱電機株式会社 | 振動測定用センサ装置 |
| US20220026293A1 (en) * | 2020-07-23 | 2022-01-27 | Beijing Institute Of Technology | Device and method for ultrasonic detecting of rotating member based on magnetic fluid coupling |
| US11680858B2 (en) * | 2020-07-23 | 2023-06-20 | Bejing Institute Of Technology | Device and method for ultrasonic detecting of rotating member based on magnetic fluid coupling |
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