JPS6256857A - 高周波磁心を用いた横波用電磁超音波トランスジユ−サ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘導電流に働くローレンツ力を利用した非接触
型の横波用電磁超音波トランスジューサに関するもので
、金属被検体の厚さや内部欠陥なとを非破壊でチェック
できる送信、受信一体型構造で反射型のこの種トランス
ジューサに関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

本出願人は、誘導渦電流に働くローレンツ力を利用した
横波用電磁超音波トランスジューサ全特願昭５９−６５
，１８０号で提案している。

その原理を第５図により説明する。

第５図において、Ｅ形高周波磁心２１の中央の脚に巻装
したバイアス磁界発生用励砒コイル（バイアスコイル）
２２に直流の電流全光すと磁心２１には直流の磁束２３
が発生し、被検体２４の表面にはこれと垂直となるよう
な磁界が印加される。次に送信コイル２５はコイル電流
の作る磁束がＳ心の外側の両脚を環流するような極性の
接続とし、これに高周波電流を流すと磁心２１には図の
破線で示した高周波磁束２６が発生するが、この磁束２
６は被検体２４に入り得ないため、被検体表面には境界
条件全満足するように誘導渦電流２７が流れる。この結
果Ｅ形磁心２１の中央０脚の直下の部分において、バイ
アス磁界２３と誘導発生し、平面板の横波が励振される
ことになる。

上記のように、Ｅ形コアと２１とバイアスコイル２２と
送信コイル２３とからなる送信部を構成し、一方この受
信部と同じ構造で送信コイルの代りに受信コイルを用い
て受信部とし、これら送信部と受信部とを被検体の両側
に配置して、送信コイルに高周波電流を流して、前述の
ように被検体へ横波の送信を行なえば２被検体を透過し
た横波が受信部の対向する表面に現われ、受信部にて検
出される。この受信部の検出出方から被検体の厚さや２
表面の腐食状況、あるいは内部欠陥全チェックすること
ができる。

このように送信部と受信部とを別々に構成する透過型に
対して、Ｅ形コアに上記送信コイルと並べて受信コイル
を巻装して、この受信コイルから検出出力を得るように
した反射型のものも実現できる。

いずれに１−ても、非接触、非破壊的に非検体内部をチ
ェックできるが、透過型では２つのトランスジューサ全
必要とし、必然的に大型となる。一方、前述の反射型で
は、送信コイルに流す電流によって、直接受信コイルに
大きな誘導電流が流れてしまい、被検体からの受信信号
全妨害してしまう重大な欠陥がある。

〔問題点全解決するための手段〕

本発明は２反射型の小型である利点に着目し。

送信信号による受信信号への影響を極力抑制した送受一
体構造の横波用電磁超音波トランスジューサ全提供する
ことを目的とする。

本発明では、送信コイルから受信コイルへ直接電磁誘導
が生ずることｔ極カ避けるために、受信コイル全２つの
巻き方向を逆向きとした渦巻き形のコイル全平面的に並
べた構造とし、これをバイアス磁界と高周波磁界の直交
する活性領域にバイアス磁界と直交するように配置した
ものである。

すなわち２本発明は、金属被検体の表面にほぼ垂直にバ
イアス磁界を与えるためのバイアス磁界発生手段と、該
バイアを磁界領域において上記被検体表面に平行な高周
波磁界を発生するための送信コイル２備えた高周波磁界
発生手段と、上記バイアス磁界と高周波磁界と交叉する
活性領域に少なくとも部分的に存在するようにかつ前記
被検体表面に平行となるように並置された２つの互いに
巻方向を逆向きとした渦巻状フラットコイルからなる受
信コイルとを備え、これにより上記高周波磁界の方向の
振動変位をもつ横波超音波を発生・検出すること全特徴
とする横波用電磁超音波トランスジューサである。

なお、前記２つの渦巻状コイルが高周波磁界の方向に並
ぶように並置され、それぞれの中心よりも互いに近い方
の導体部分に流れる受信電流の向きが同一となるように
接続され、かつ該互いに近い方の導体部分が前記バイア
ス磁界と鎖交し、遠い方の導体部分がバイアス磁界の外
に位置されていることを最善とする。

バイアス磁界発生手段および高周波磁界発生手段として
は、前述の第５図で示したＥ形コアにバイアスコイルと
送信コイルを巻装したものを用いることができる。

以下余日 〔実施例〕 以下２本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本願の横波用電磁超音波トランスジューサーの
構造を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は送信コイ
ルを省略した底面図である。

第１図において１はＥ形高周波磁心で、中央脚１ｃにバ
イアス磁界発生用バイアスコイル２を巻装し１両脚１ａ
、ｌｃに送信用コイル３を巻装する。このＥ字状磁心１
の開口端に対向して金属被検体を第５図と同様に配置し
、それぞれのコイル２．３に通電すると、第５図と同様
に、バイアスコイル２により中央脚からのバイアス磁界
は被検体の表面に垂直（第１図Ｚ方向）に印加され、ま
た、送信コイル３に流れる高周波電流により両脚１　ａ
　＊　ｌ　ｂ間に被検体表面をはうよう（第１図Ｘ方向
）に高周波磁界が発生する。

中央脚】Ｃの真下では、バイアス磁界と高周波磁界とは
直交し、活性領域を形成し、第５図で説明したと全く同
じように、２つの磁界の相互作用によシＸ方向に変位を
持つ横波の超Ｍ波（ローレンツ力）が発生する。そして
、この横波はその変位方向をとりながら、被検体下方に
伝搬していく。

４は受信コイルで、２つの渦巻形フラットコイル４ａ、
４ｂを並置したもので１側渦巻形コイルの膜部が中央部
１ｃの直下の活性領域にあるように配置される。

第２図を参照して、受信コイル４は、左巻きのコイル４
ａと右巻きのコイル４ｂとを高周波磁界の方向（Ｘ方向
）に並べたものである。２のコイル４ａ、４ｂの中心部
より互いに近い方の導体部分４ａ’、４ｈ’とは同じ巻
回方向であり、この両溝体部分が活性領域にあるように
配置されている。

またコイル４ａ＊４ｋｌの中心部より互いに遠い方の導
体部分４ａ“、４ｂ“も同じ巻回方向であるが。

活性領域外に置かれている。

以上の構造によれば、超音波の送受を行うのは中央脚１
ｃの真下だけで、この活性領域ではバ・イアス磁界は被
検体表面に垂直である。送信コイル３に高周波電流を流
すと被検体表面に誘導渦電流が流れ、バイアス磁界との
相互作用で図のＸ方向に変位をもつ横波の超音波が発生
する。同時に。

いわゆる無バイアス電磁超音波トランスジューサの原理
で、送信電流の２倍の周波数の縦波も送信される。受信
はＸ方向の変位の横波に対しＹ方向に電流が流れ、双渦
巻状フラットコイル４で受信される。フラットコイルの
活性領域からはずれた部分では、バイアス磁界が被検体
表面に平行になｒ、ｕ波が受信されるが、バイアス磁界
の向きが左右で逆になるので、互いに打ち消されて実際
には受信されない。また、送信の高周波磁界にたいして
も左右のコイル４　ａ　＊　４　ｂの向きが逆だから打
ち消しあって、原理的には誘導を受けない。

なお、第１図において、５は銅板で磁心表面やコイル巻
線の表面絶縁材等に渦電流の発生することを抑制するた
めのものである。６は磁心開口部基板上にエツチングに
よって渦巻き状導電ノ？ターンを形成したグリント型の
ものでも良い。被検体との距離を小さくする上で、　ｆ
　ＩＪント型の方が好ましい。

第３図は第１図のトランスジューサを用い、鉄を被検体
とした場合の受信信号を示すものである。

この場合のトランスジューサの任用は次のとおシである
。

断面１５Ｘ１５ｗｉで高さ４０ｍの１Ｕ字形磁心に同じ
断面の■形磁石を組合せてＥ字７形磁心１とものを並列
接続した。受信コイル４としてはテフロン上にグリント
したものを用いた。送信はコンデンサの放電によるほぼ
０．５μ８幅（Ｉ　ＭＨｚ　）の単パルスに近い電流で
行った。送信側は１：３のトランス、バッファアンプ、
帯域通過フィルタ（６５０ｋＨｚ　〜１６５０　ｋＨｚ
　）　、アンｆ（４０ｄＢ）を通してオシロスコーグで
観測した。ノイズを軽減するために、受信信号を４回ま
たは８回加算平均した（ソニーチクトロ製デジタルスト
レイジオシロ４６８使用）。バイアス電流は約１　ｍｓ
幅の単パルスで行ったが、これは超音波の送受の時間に
比べ十分長いので直流と考えてさしつかえない。

第３図を参照して、第１回目のエコーは送信の高周波磁
界にうもれて明確ではないが、第２回目以降のエコーＢ
２　、Ｂ３・・・が得られ、隣りあう時間差が、被検体
での横波伝搬時間である。これから被検体中の音速が明
らかであれば被検体の厚さが測定できる。

第４図は本発明の他の実施例を示すもので、この実施例
ではＥ字状磁心１にはその中央脚にバイアスコイル２を
巻装しただけでバイアス磁界発生装置とし、別にＵ字形
磁心７を用意し、この両脚に送信コイル３を巻装して高
周波磁界発生装置とし１両磁心１と７を互いに直角をな
すように角度をずらせて組み合わせたものである。

この場合でも、バイアス磁界と高周波磁界とはＥ字型磁
心の中央脚の直下で直交し活性領域を形成する。

送信コイル４は第１図の場合と同様に２つの渦巻状コイ
ルを活性領域に並列さぜたものである。

このトランスジューサは、第１図の場合と同様の動作を
行なう。

この構成では、バイアス磁界発生用磁心と高周波磁界発
生用磁心とを別々の磁心としたので、被検体の探傷など
の際には、不要な応答の原因と考えられる縦波はほとん
ど励振されないために、検知精度を向上させるのに有効
である。

以上実施例について説明したが、バイアス磁界発生用に
は被検体に垂直に磁界を印加するように永久磁石を用い
ることもできる。

〔発明の効果〕

本発明では反射型の横波用電磁超音波トランスジューサ
において、受信コイルを２つの互いに逆向きに巻いた渦
巻き状のフラットコイルとして。

バイアス磁界と高周波磁界との直交する活性領域に配置
したので、送信側の高周波磁界によって受信コイルに誘
導される電流が２つの渦巻きコイル間で打ち消され、受
信信号を妨害することなく。

精度の良い測定を行なうことができる。また受信コイル
も小さくできるので、更に小型の反射型トランスジュー
サを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の〜実施例を示す図で、（ａ）図は断面
図、（ｂ）図は送信コイルを省略した底面図、第２図は
拡大図で、（ａ）図は送信コイルを省略した底面図、（
ｂ）図は受信コイルの部分を示す断面図、第３図は、第
１図のトランスジューサを用いて被検体を鉄とした場合
の受信波形の一例を示す図、第４図は他の実施例を示す
図で、（ａ）図は側面図、（ｂ）図は底面図、第５図は
、従来の送信用トランスジューサの動作を説明するため
の図である。 図において。 １＃２１・・・Ｅ形高周波磁心、２，２２・・・バイア
スコイル、３．２５・・・送信コイル、４・・・受信コ
イル、４ａ　、４ｂ・・・渦巻き状フラットコイル、７
・・・図面の浄書（内容に変更なし） 第１図 （ａ） （ｂ） 工 第２図 （ＣＤ （ｂ） Ｊ　１　田 第４図 手続補正＠（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６０年特許願第１９６７７９号 ２、発明の名称 高周波磁心を用いた横波用電磁超音波 トランスジューサ ５、補正？する者 事件との関係　　特許出願人 氏　名　　　　清　　水　　　　　洋 ４、代理人　〒１０５ 住　所　東京都港区西新橋１丁目４番１０号＠Ｅ！ｅｉ
Ｉ−［５９１−１５０７°１５２３　、、、艷氏　名　
　（５８４１）弁理士　芦　１）　坦　：（２，、ヵ、
２あ）・−９ ６、補正の対象 １）願書の発明の名称の欄 ２）図　面（全　図） ５）特許法第３０条第１項に規定する 発明であること全証明する書面 ｌ　補正の内容 １）別紙訂正願書のとおり ２）図面の浄書　（内容に変更なし） ３）別紙のとおシ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属被検体の表面にほぼ垂直にバイアス磁界を与え
   るためのバイアス磁界発生手段と、該バイアス磁界領域
   において上記被検体表面に平行な高周波磁界を発生する
   ための送信コイルを備えた高周波磁界発生手段と、上記
   バイアス磁界と高周波磁界と交叉する活性領域に少なく
   とも部分的に存在するようにかつ前記被検体表面に平行
   となるように並置された２つの互いに巻方向を逆向きと
   した渦巻状フラットコイルからなる受信コイルとを備え
   、これにより上記高周波磁界の方向の振動変位をもつ横
   波超音波を発生・検出することを特徴とする横波用電磁
   超音波トランスジューサ。 ２、前記２つの渦巻状コイルが高周波磁界の方向に並ぶ
   ように並置され、それぞれの中心よりも互いに近い方の
   導体部分に流れる受信電流の向きが同一となるように接
   続され、かつ該互いに近い方の導体部分が前記バイアス
   磁界と鎖交し、遠い方の導体部分がバイアス磁界の外に
   位置されている前記第１項の横波用電磁超音波トランス
   ジューサ。 ３、Ｅ形の形状を有する高周波磁心、またはＵ形（また
   はＣ形、コの字形など）の高周波磁心の中央にＩ形の鉄
   心を付してＥ形の形状にした磁心を用い、該磁心の中央
   の脚にはバイアス磁界発生用の励磁コイルを巻装し、外
   側の両脚には送信コイルを高周波磁束が外側の両脚を通
   って環流するように巻装して、前記バイアス磁界発生手
   段と高周波磁界発生手段を構成し、前記受信コイルが上
   記中央の脚の先端に部分的に対向するように配置してな
   る前記第１項あるいは第２項の横波用電磁超音波トラン
   スジューサ。 ４、前記バイアス磁界発生手段が中央脚の直下に垂直な
   バイアス磁界を発生するように励磁コイルを巻装したＥ
   形の磁心からなり、前記高周波磁界発生手段がコイルを
   巻装したＵ形（またはＣ形、コの字形など）の高周波磁
   心からなり、前記Ｅ形の磁心とＵ形の磁心とを立体的に
   交差するように配置したことを特徴とする前記第１項あ
   るいは第２項の横波用電磁超音波トランスジューサ。 ５、前記第３項あるいは第４項のトランスジューサにお
   いて、Ｅ形の磁心の一部を永久磁石とすることにより、
   励磁コイルを省き、励磁電流を不要としたことを特徴と
   する横波用電磁超音波トランスジューサ。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記受信コイルが
   プリント型コイルからなることを特徴とするトランスジ
   ューサ。