JPS6261884B2 - - Google Patents

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JPS6261884B2
JPS6261884B2 JP6112682A JP6112682A JPS6261884B2 JP S6261884 B2 JPS6261884 B2 JP S6261884B2 JP 6112682 A JP6112682 A JP 6112682A JP 6112682 A JP6112682 A JP 6112682A JP S6261884 B2 JPS6261884 B2 JP S6261884B2
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JP
Japan
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steel pipe
coil
transmitting
electromagnetic ultrasonic
measuring device
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JP6112682A
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JPS58179305A (ja
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Hisao Yamaguchi
Kazuo Fujisawa
Takashi Kadowaki
Susumu Ito
Soji Sasaki
Kazuya Sato
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Hitachi Ltd
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Hitachi Ltd
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Priority to DE8282302944T priority patent/DE3275315D1/de
Priority to EP82302944A priority patent/EP0067065B1/en
Priority to US06/386,445 priority patent/US4450725A/en
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Publication of JPS6261884B2 publication Critical patent/JPS6261884B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating 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
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2412Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電磁超音波計測装置に係り、更に具体
的には鋼管に縦波の超音波を発生させ、その反射
波又は透過波を測定することにより鋼管の厚みを
計測する電磁超音波計測装置に関する。
従来、金属材料の厚み測定、探傷等の計測には
圧電素子を用いた超音波厚み計、超音波探傷器な
どが使用されている。かかる装置は超音波を被検
材中に効率良く伝えるために音源(探触子)と被
検材との間に接触媒質(通常は水)を必要とす
る。このため、高温材やスケールあるいは表面の
凹凸の著しい材料の計測は困難であつた。
従つて被検材の温度や表面状態などに影響され
ることなく超音波の送受信を行うことが強く要求
されている。かかる要求を満足すべく前記媒質を
不要にする方法として磁界と渦電流の相互作用に
よるローレンツ力を利用した電磁超音波探傷装置
が特公昭44−24867号などで提案されている。
電磁超音波計測に最も一般的に用いられる超音
波の波動モードには縦波と横波の二種類がある。
いずれのモードの波動を用いるかは被検材との組
合せで決まり、当然、検出効率の良い方を採用す
ることになる。
ところで、縦波と横波は以下の如く相違する。
即ち、縦波は圧縮波とも云われ、波の進行方向
と同一方向に振動し、気体、液体、固体中で存在
する。これに対し、横波は剪断波とも云われ、波
の進行方向と垂直な方向に振動し、固体中でのみ
存在する。この横波は被検材が高温(鉄では約
800℃以上)になると材料中での減衰が大きくな
る。
本発明は特に高温状態にある被検材の厚み計測
に有効な縦波の超音波を用いる電磁超音波計測装
置に関するものである。
縦波の超音波を用いる電磁超音波計測装置の構
造は電磁石磁極の外周部に送受信コイルを設けた
ものが一般的である。
第1図には電磁超音波計測装置の従来例の構成
を示し、第2図はその電磁石部分の底面図を示
す。
第1図、第2図において、直流励磁コイル2と
断面E字状の鉄心3により構成される直流電磁石
4が配置され、鉄心3の中央磁極5の外周部には
超音波送受信コイル6が取付られている。7は直
流励磁コイル2に直流電圧を印加するための直流
電源、8は送受信コイル6にパルス電圧を印加す
るためのパルス発生器、9は送受信コイル6より
検出された検出信号を増幅する増幅器、10は表
示器である。
この構成において、直流励磁コイル2を直流電
源7で励磁し被検材1に直流磁界(図中点線で示
す)を与える。次に送受信コイル6にパルス発生
器8よりパルス電圧を印加すると変化磁束が発生
し、変化磁束により鋼管1の表面に渦電流iが発
生する。渦電流iと予め与えておいた前記直流磁
界の鋼管表面と平行方向の磁界成分の磁束密度B
yとが相互作用し、鋼管1表面と垂直な方向(Z
方向)に変化歪Fz(フレミングの左手の法則)
が発生し、該変化歪Fzは鋼管1の表面と垂直な
方向(Z方向)に伝播する。即ち、縦波が発生す
る。変化歪Fzは磁束密度Byと渦電流iとの積に
比例し、 Fz∝By・i ………………(1) と表わされる。そしてこの超音波は被検材1内部
を伝播し、被検材1中の底面からの反射超音波は
前述と逆の過程(フレミングの右手の法則)によ
り送受信コイル6で渦電流により発生する起電力
として検出され、その検出信号レベルVRは次式
に示す如くByの自乗に比例する。
R∝(By・i ………………(2) 尚、渦電流iと直流磁界の他の方向成分Bz
のみ相互作用すると横波が発生するがこれは本発
明とは直接関係ないのでその説明は省略する。
ところで、高温状態にある鋼管の厚みを計測す
る目的は製造工程において鋼管の厚み変動(又は
偏肉量)を計測して圧延機の制御のために厚み変
動量を帰還し鋼管の厚みの変化を極力小さくする
ことである。従つて、鋼管の円周方向全面計測あ
るいは円周方向多点計測(一般的に4〜8点計
測)を行うことが必要となる。鋼管の円周方向全
面厚み計測は厚み計を鋼管の外径にそつて回転さ
せることにより行える。しかし、製造工程中での
鋼管は必ずしも真円状ではなく多少の変形(例え
ば楕円状)が生じていたり、鋼管自体が振動して
いたりする。このため、鋼管の円周方向全面厚み
計測は実用するのが難しく、一般的には円周方向
多点計測することが有利と考えられている。
上述した従来の電磁超音波計測装置を用いて鋼
管の厚み計測を行う際の最大の問題点は、直流電
磁石4と送受信コイル6より構成される電磁超音
波送受信部分の大きさが特に高温状態にある鋼管
に適用しようとすると冷却構造まで含めるときの
外径が150mmから200mmになるということであ
る。電磁超音波送受信部分の大きさが外径
150mmもあつたのでは外径100mm程度の鋼管の
厚みは上下方向2点の計測しか物理的に不可能と
なる。
従来の電磁超音波計測装置の他の問題点は超音
波検出信号レベルVRが小さいことにある。信号
レベルVRを向上しようとするには式(2)より明ら
かな如く、直流磁界の被検材1表面と平行方向の
磁場Byを増大すれば良い。しかし、従来の電磁
石4の磁極の構造では中央磁極5より発生した磁
束の大半は被検材1中を通過、又は貫通して被検
材表面に集中しなくなる。そのため、縦波超音波
を送受信する被検材表面に平行な磁界の磁束密度
yは、3000Gauss程度が限度となる。信号レベ
ルVRを大きくするには渦電流iを増大させるこ
とも考えられるが、電流の増大は必然的に印加パ
ルス電流、電圧の増大をきたし、安全上の問題が
生じる。
以上の理由で縦波電磁超音波計測装置の検出感
度は低く、実用化の大きな問題となつていた。
本発明の目的は上記した従来技術の欠点を解消
し、鋼管の円周方向多点計測が可能でかつ検出感
度の向上を図つた電磁超音波計測装置を提供する
ことにある。
本発明の特徴は電磁超音波計測装置において、
直流磁場を発生する直流励磁コイルを被検材を包
囲する如く巻回しかつ該直流励磁コイルが被検材
を包囲する空間内にパルス磁場を発生する送受信
コイルを配設したことにある。
次に第3図に本発明に係る電磁超音波計測装置
の一実施例の要部の構成を示す。
第3図において、鋼管1を包囲する如く直流励
磁コイル12が巻回されており、該直流励磁コイ
ル12の中央部における鋼管1と対向する位置に
送受信コイル11が配設されている。
かかる構成において、直流励磁コイル12より
発生する直流磁束はその大半が鋼管1の表面と平
行となる。即ち、縦波電磁超音波を送受信するの
に必要な鋼管表面と平行な磁場Byとなる。
第3図の実施例において磁場発生効率を改善す
る為に鉄心を設けることが考えられる。その実施
例を第4図に示す。同図において、鉄心13は直
流励磁コイル12を包囲するように構成されてい
る。
以上の実施例において送受信コイル11は直流
励磁コイル12中央部の鋼管1表面との対向位置
に配置されるように構成されている。従来法では
一個の送受信コイルに対し必ず一個の直流電磁石
が必要であつたが、本発明によれば送受信コイル
は直流励磁コイル間の空間内であれば被検材の全
周どの位置でも良く、又、単一の送受信コイルの
みならず、複数の送受信コイルを被検材に対向配
置することが可能である。
この構成にした場合の電磁超音波送受信部分は
冷却構造まで含せても、その外径は40mm程度あれ
ば充分である。このため、鋼管の外径が100mmの
場合には円周方向に少なくとも8個の送受信コイ
ルを配置することが可能となる。したがつて、鋼
管の円周方向多点計測が1個の直流励磁コイルを
配するだけで容易に実現できる。
一方、第3図、第4図の構成において、直流励
磁コイル12により発生する直流磁束はその大半
が縦波電磁超音波を送受信するのに必要な鋼管1
表面と平行な成分の磁場Byであり、直流励磁コ
イル12の励磁量を増大すれば、ほぼ比例的に磁
場Byは増大し、この磁場Byは10000Gauss以上
の値を得ることは容易である。縦波電磁超音波の
検出信号レベルVRは従来法に比べて(2)式より約
11倍〔=(10000/3000)2〕の感度の向上が図れ、
その効果は非常に大である。
次に、第3図、第4図の実施例では、より強い
磁場を得るため直流励磁コイルをなるべく鋼管近
傍に巻回してある。このため、送受信コイルを配
置する空間が狭くなるため設置しずらくなる。
第5図、第6図はこの点を解決した実施例であ
る。なお、第6図は第5図の実施例において更に
磁場発生効率を改善するために鉄心を設けた実施
例である。
第5図、第6図において、2個の直流励磁コイ
ル14,15は各々が独立して鋼管1を包囲する
如く巻回されており、2個の直流励磁コイル1
4,15から発生する直流磁束(図中点線で示
す)は加え合わされるように励磁される。2個の
直流励磁コイル14,15の間の空間に鋼管1と
対向して送受信コイル11が配置されている。
尚、第7図に2個の直流励磁コイルの励磁電流
の流れる方向を図中矢印で示す。
また、上記実施例で用いた電磁石の代りに超電
導マグネツトを用いれば磁場Byを大きくとるこ
とが可能となるので更に検出感度の向上が図れる
ことは勿論である。
なお上述の説明では送受信コイルは一体である
ような説明をしたが、送信専用コイルと受信専用
コイルとは別々に分割されていても良い。
又、第8図に示すごとく、鋼管外側表面に送信
専用コイル16を配置し、鋼管内側表面に受信専
用コイル17を配置、又はその逆の配置をすれ
ば、透過形超音波計測法が可能である。
以上、説明した如く本発明によれば直流磁場の
向上による検出感度の向上が図れ、かつ、1個あ
るいは2個の直流電磁石を配するだけで、複数の
送受信コイルを鋼管に対向配置することが可能で
あり、全周にわたる厚み計測が可能な電磁超音波
計測装置を容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電磁超音波計測装置の構成を示
すブロツク図、第2図は第1図の電磁超音波計測
装置の電磁石の底面図、第3図〜第6図はそれぞ
れ本発明に係る電磁超音波計測装置の一実施例の
要部の構成を示す斜視図、第7図は第5図におけ
る2個の直流励磁コイルの励磁電流の流れる方向
を図中矢印で示した図、第8図は透過形電磁超音
波計測装置の一実施例の構成を示す斜視図であ
る。 1…被検材(鋼管)、2…直流励磁コイル、3
…鉄心、4…直流電磁石、5…中央磁極、6…送
受信コイル、7…直流電源、8…パルス発生器、
9…増幅器、10…表示器、11…送受信コイ
ル、12…直流励磁コイル、13…鉄心、14,
15…直流励磁コイル、16…送信専用コイル、
17…受信専用コイル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 直流電源により励磁される直流励磁コイル
    と、パルス発生器出力により励磁される送受信コ
    イルとを有し、前記直流励磁コイルにより発生す
    る磁場と、送受信コイルを励磁することにより鋼
    管表面に発生する渦電流との相互作用により鋼管
    に超音波を発生させ、その反射波又は透過波を測
    定することにより鋼管の厚みを計測する電磁超音
    波計測装置において、前記直流励磁コイルを鋼管
    を包囲する如く巻回しかつ該直流励磁コイルが鋼
    管を包囲する空間内に前記送受信コイルを配置し
    たことを特徴とする電磁超音波計測装置。 2 第1項記載の電磁超音波計測装置において、
    複数個の直流励磁コイルを各々鋼管を包囲する如
    く巻回し、該直流励磁コイル間の空間に送受信コ
    イルを配置するようにしたことを特徴とする電磁
    超音波計測装置。
JP6112682A 1981-06-10 1982-04-14 電磁超音波計測装置 Granted JPS58179305A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6112682A JPS58179305A (ja) 1982-04-14 1982-04-14 電磁超音波計測装置
DE8282302944T DE3275315D1 (en) 1981-06-10 1982-06-08 Electromagnetic-acoustic measuring apparatus
EP82302944A EP0067065B1 (en) 1981-06-10 1982-06-08 Electromagnetic-acoustic measuring apparatus
US06/386,445 US4450725A (en) 1981-06-10 1982-06-09 Electromagnetic-acoustic measuring apparatus

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