(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査配管の欠陥を非破壊検査するパルス磁気を用いた非破壊検査装置であって、
前記被検査配管を挿通し、当該被検査配管に対して任意の位置に配置可能な一対の励磁コイルと、
当該一対の励磁コイルの少なくとも一つにパルス電圧を印加するパルス電源と、
前記被検査配管の外周面上で、前記一対の励磁コイルの間に配置され、前記被検査配管の中心軸方向に平行な磁場を検出する磁気センサと、
前記一対の励磁コイルの少なくとも一つを前記パルス電源で駆動した際に発生するパルス磁場を前記磁気センサにより検出し、当該磁気センサにより検出したパルス磁場の信号のピーク値及び信号の時間減衰を解析する信号解析手段と、
前記一対の励磁コイルの一方の励磁コイルと他方の励磁コイルの電流の方向をそれぞれ同じ方向あるいは反対方向に切り替え、あるいは前記一対の励磁コイルの片方だけ駆動するように切り替える電源切り替え回路と、を備え、
前記パルス電源は、前記一対の励磁コイルを駆動することで、前記被検査配管に対して、方形波であって、所定の繰り返し周波数及びデューティ比のパルス磁場を印加し、
前記信号解析手段は、前記被検査配管の欠陥の有無におけるパルス磁場の信号のピーク値及び信号の時間減衰を比較することで欠陥を特定することを特徴とするパルス磁気を用いた非破壊検査装置。
【請求項２】
前記一対の励磁コイルの両方または一方の励磁コイルに対して、隣接した位置もしくは同じ位置に、当該一対の励磁コイルのそれぞれに対応する磁気検出用磁気コイルを設け、当該一対の励磁コイルのどちらか一方だけにパルス磁場を発生させ、パルス磁場を発生した一方の励磁コイルから離れた位置にある磁気検出用磁気コイルで得られたパルス磁場応答を解析する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のパルスを用いた非破壊検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の非破壊検査装置を用いて、
前記被検査配管の欠陥を非破壊検査する方法であって、
前記一対の励磁コイルに前記被検査配管を挿通し、前記パルス電源により前記一対の励磁コイルを駆動することで、前記被検査配管に対してパルス磁場を印加する工程と、
前記一対の励磁コイルにより発生した前記被検査配管の中心軸方向に平行な磁場を前記磁気センサにより検出する工程と、
前記磁気センサの出力信号におけるパルス強度および信号時間減衰を解析する工程と、
前記一対の励磁コイルのどちらか一方だけをパルス電源で駆動してパルス磁場を発生させ、当該パルス磁場を発生した励磁コイルから離れた位置にある磁気検出用磁気コイルで得られたパルス磁場応答を解析することで前記被検査配管の欠陥を特定する工程と、を有することを特徴とするパルス磁気を用いた非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼材料等でできた配管および断熱材で保温等がなされ、さらに外装板金で覆われた多重配管における腐食や疲労、亀裂などの欠陥を非破壊で探傷するパルス磁気を用いた非破壊検査装置及び非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼材の欠陥を検査する方法として、磁気を用いた渦電流探傷方法や漏洩磁束探傷方法がある。渦電流探傷方法は、測定対象に交流の磁場を印加させて、測定対象に発生する渦電流の変化をみるものである。すなわち、測定対象に交流の磁場を印加した場合、測定対象の欠陥のない部分に対して欠陥がある部分は渦電流の分布が変化するので、渦電流が作る磁場も変化することになる。この渦電流の変化をサーチコイルや、磁気抵抗素子（ＭＲ）等の磁気センサで検出することで欠陥検査が行われている。一方、漏洩磁束探傷法は、測定対象に直流あるいは交流の磁場を印加させ、欠陥部から漏れ出る磁束をサーチコイルあるいは磁気センサで検出するものである。
【０００３】
磁気を用いた渦電流探傷方法や漏洩磁束探傷方法の測定対象の形状としては様々なものがあるが、鉄鋼材料でできた配管を検査する方法としては、貫通コイルや内挿コイルあるいは上置コイルによるものなどが知られている（非特許文献１参照）。特に測定対象として配管を計測するコイルの形態としては、配管をコイルの中に貫通させて計測する貫通コイルや、配管の中にコイルを挿入して検査する内挿コイルが良く知られている。例えば、一層構造の配管を検査する場合、貫通コイルがよく使われ、配管表面の欠陥が検査されている。
【０００４】
もう一つの方法である内挿コイルを使用する方法では、一般には配管内部の溶液などを空にして配管内にコイルを挿入し、励磁コイルにより磁場を印加して、サーチコイルあるいは磁気センサで欠陥による磁場の変化を検知している。この励磁コイルにより印加する磁場としては、正弦波などのような周期的なものや、パルスなどの時間波形のもの（パルス法）が使われている。このパルス法を使ったものとしては、励磁コイルから検出部を所定間隔離して構成し、該励磁コイルにより磁場が配管に印加され、印加磁場が配管を伝わって傷のあるところで漏れてきた磁場を検出部により検出するリモートフィールド法がある。
【０００５】
配管の周囲を断熱材によって保温し、さらに断熱材の外側に薄い鋼板等の外装板金で覆っている２重配管構造の断熱配管は、プラント等で多く使われている。しかし、このような断熱配管の欠陥検査を行う場合、２重配管構造という複雑な構造となっているため、貫通コイルの適用が困難になっている。２重配管構造の断熱配管の内側の腐食検査には、そのまま内挿コイルを使うことが可能である。内装コイルを使用する探傷方法のひとつとして、パルス波を用いたリモートフィールド法が報告されている（特許文献１参照）。しかし、断熱配管の場合、配管内部の腐食だけでなく、配管外側表面つまり断熱材に覆われた配管表面の腐食が発生しやすい。このため、内挿コイルを使用する探傷方法では得られる信号が非常に微弱になる。一般には、断熱配管の磁気的検査が困難であるため、配管表面の腐食を検査する方法としては、配管表面を覆う断熱材をはがして目視検査等が行われている。
【０００６】
２重配管構造の断熱配管の外側から磁気を用いて検査を行う場合では、断熱材の存在によって励磁コイルと検出コイル（磁気センサ）との距離が遠くなり、また、貫通コイルの場合ではコイル径が配管径よりかなり大きくなることや、断熱材外側の外装板金の存在により、欠陥による信号変化が小さくなってしまう問題がある。このため、磁気センサとして高感度な超伝導量子干渉素子ＳＱＵＩＤを用いるとともに、さらに環境雑音などを取り除き微弱な信号だけを取り出すために２つ以上ＳＱＵＩＤを用いてその差を取る方法が報告されている。またその方法の一つとして一対の貫通コイルで交流磁場を印加してロックイン検波することにより微弱な磁気信号をとらえている方法が本発明者により報告されている（特許文献２参照）。
【０００７】
また、一対の貫通コイルで交流磁場を断熱配管に印加してロックイン検波する欠陥検査方法としては、磁気抵抗素子（ＭＲ）を用いた磁気センサを用い、配管の中心軸に平行な成分を計測するものを、本発明者は先に報告した。（特許文献３参照）。特許文献３に記載の検査方法では、平行な成分を検出することにより欠陥による微弱な磁場変化を効率良くとらえることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２９４３４１号公報
【特許文献２】特開２０１２−９３０９５号公報
【特許文献３】特許第４４８７０８２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】非破壊検査技術シリーズ「渦電流探傷試験Ｉ」社団法人日本非破壊検査協会、ｐｐ.３２−４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特に断熱配管検査用の磁気検査方法では、配管の欠陥による信号が微小なため、当該欠陥による信号が欠陥以外の部分からの信号に埋もれてしまう問題があった。このため、上述した特許文献２、３のように、一対の貫通コイルで正弦波など交流の磁場を印加して、ロックイン検波し信号強度と位相を解析することにより欠陥の検出を高感度化した検査方法が本発明者により開発された。しかし、当該検査方法により良好な信号を得るためには大きな交流磁場を印加する必要があり、そのための電力供給量が大きな交流電源が必要とされた。例えば、広いプラントなどの配管を検査する場合、大きな電源では可搬性が悪く、また、電源を可搬できない場合どこから電源をとるかといった検査装置への電力供給面の課題が発生し、検査に大きな支障があった。また、検査装置が有する計測回路の構成としてもロックイン検波回路などを必要としない、より簡単な回路構成のものが望まれていた。
【００１１】
そこで、本発明は、断熱配管検査等に適用可能であり、電源容量負荷が小さくてすみ、回路構成としてロックイン検波しなくても良好な磁気信号が得られる、パルス磁気を用いた非破壊検査装置及び非破壊検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の第一の形態は、
被検査配管の欠陥を非破壊検査するパルス磁気を用いた非破壊検査装置であって、
前記被検査配管を挿通し、当該被検査配管に対して任意の位置に配置可能な一対の励磁コイルと、
当該一対の励磁コイルの少なくとも一つにパルス電圧を印加するパルス電源と、
前記被検査配管の外周面上で、前記一対の励磁コイルの間に配置され、前記被検査配管の中心軸方向に平行な磁場を検出する磁気センサと、
前記一対の励磁コイルの少なくとも一つを前記パルス電源で駆動した際に発生するパルス磁場を前記磁気センサにより検出し、当該磁気センサにより検出したパルス磁場の信号のピーク値及び信号の時間減衰を解析する信号解析手段と、
前記一対の励磁コイルの一方の励磁コイルと他方の励磁コイルの電流の方向をそれぞれ同じ方向あるいは反対方向に切り替え、あるいは前記一対の励磁コイルの片方だけ駆動するように切り替える電源切り替え回路と、を備え、
前記パルス電源は、前記一対の励磁コイルを駆動することで、前記被検査配管に対して、方形波であって、所定の繰り返し周波数及びデューティ比のパルス磁場を印加し、
前記信号解析手段は、前記被検査配管の欠陥の有無におけるパルス磁場の信号のピーク値及び信号の時間減衰を比較することで欠陥を特定するパルス磁気を用いた非破壊検査装置である。
【００１６】
本発明の第２の形態は、
前記一対の励磁コイルの両方または一方の励磁コイルに対して、隣接した位置もしくは同じ位置に、当該一対の励磁コイルのそれぞれに対応する磁気検出用磁気コイルを設け、当該一対の励磁コイルのどちらか一方だけにパルス磁場を発生させ、パルス磁場を発生した一方の励磁コイルから離れた位置にある磁気検出用磁気コイルで得られたパルス磁場応答を解析する手段を備えた、パルス磁気を用いた非破壊検査装置である。
【００１８】
本発明の第３の形態は、
請求項２に記載の非破壊検査装置を用いて、
前記被検査配管の欠陥を非破壊検査する方法であって、
前記一対の励磁コイルに前記被検査配管を挿通し、前記パルス電源により前記一対の励磁コイルを駆動することで、前記被検査配管に対してパルス磁場を印加する工程と、
前記一対の励磁コイルにより発生した前記被検査配管の中心軸方向に平行な磁場を前記磁気センサにより検出する工程と、
前記磁気センサの出力信号におけるパルス強度および信号時間減衰を解析する工程と、
前記一対の励磁コイルのどちらか一方だけをパルス電源で駆動してパルス磁場を発生させ、当該パルス磁場を発生した励磁コイルから離れた位置にある磁気検出用磁気コイルで得られたパルス磁場応答を解析することで前記被検査配管の欠陥を特定する工程と、を有する、パルス磁気を用いた非破壊検査方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１の形態によれば、被検査配管を挿通する一対の励磁コイルにより被検査配管の所定の場所に被検査配管の中心軸方向の磁場を印加することができる。また、被検査配管の外周面上において、一対の励磁コイルの間に配置した磁気センサを備えることより、被検査配管中心軸方向に平行な磁場を検出することができる。励磁コイルによって発生した磁場は被検査配管を伝わって磁気センサのところまで伝わっていく。その途中では被検査配管の中心軸方向の磁場が外部に漏れるが、腐食や欠陥によって伝搬される磁場が異なってくる。ここで、励磁コイルをパルス電源で駆動し発生する磁場をパルス磁場とすることにより、パルス磁場の立ち上がり時およびその後一定磁場を印加している時間帯で、磁気センサで検出した立ち上がり磁気信号が時間とともに減衰する。この検出したパルス磁気信号のピーク値や減衰特性を解析することにより配管の腐食や亀裂等の欠陥をより精度よく検知することができる。
【００２０】
本発明の第１の形態によれば、一対の励磁コイルの一方の励磁コイルと他方の励磁コイルの電流の方向をそれぞれ同じ方向あるいは反対方向に切り替え、あるいは一対の励磁コイルの片方だけ駆動するように切り替える電源切り替え回路を備えている。これにより、一対の励磁コイルで同じ方向の電流で駆動した場合には、被検査配管に同じ方向に磁場を印加することができ、信号強度を強くすることができる。また、一対の励磁コイルでそれぞれを逆向きの電流で駆動した場合には磁気センサに入ってくる印加磁場はお互いに打ち消しあうので、欠陥による信号変化分だけが抽出できるようになる。また、被検査配管の検査部位が接続部や端部になっている場合は、その部分から遠い方の励磁コイル一つだけを駆動させることにより、被検査配管の両端側で構造が大きく異なってもその影響を取り
除くことができる。
【００２３】
本発明の第２の形態によれば、一対の励磁コイルの両方あるいは一方だけの励磁コイルと隣接する場所あるいは同じ場所に磁気検出用磁気コイルを設け、励磁コイルのどちらか一方だけにパルス磁場を発生させ、パルス磁場が発生した励磁コイルから離れた方の磁気検出用磁気コイルで得られるパルス磁場応答を解析する手段を設けている。この磁気検出用磁気コイルでは、被検査配管を通ってきた全ての磁場信号の変化を検出することができる。外周面上に設けていた磁気センサのパルス応答だけでなく、この磁気検出用磁気コイルの情報を合わせることにより、配管の腐食や亀裂等の欠陥をさらに精度よく検出することができる。
【００２５】
本発明の第３の形態によれば、磁気検出用磁気コイルによって得られる被検査配管全体を伝わってきたパルス磁場応答の情報を欠陥解析に追加することができる。こうして磁気センサと磁気検出用磁気コイルによる情報を合わせることにより、欠陥による信号変化をより精度よく抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係るパルス磁気検査装置の基本構成を示す概略図である。
【図２】断熱配管の構造を示す概略図である。
【図３】欠陥を有する断熱配管を示す図であり、（ａ）は欠陥を有する断熱配管を示す断面模式図、（ｂ）は欠陥を有する断熱配管の内部の鋼管表面を示す写真である。
【図４】断熱配管が挿通されていない時の磁気センサのパルス磁気応答時間波形である。
【図５】一対の励磁コイルに同じ向きにパルス電流を駆動し、正常断熱配管と欠陥がある断熱配管を計測した時の磁気センサのパルス磁気応答時間波形の比較である。
【図６】一対の励磁コイルに同じ向きにパルス電流を駆動し、正常断熱配管と欠陥がある断熱配管を計測した時の磁気センサのパルス磁気応答時間波形の比較である。
【図７】本発明の実施例２に係るパルス磁気検査装置であり、複数個の磁気センサを並べて配置したパルス磁気検査装置の検査部の概略図である。
【図８】本発明の実施例３に係るパルス磁気検査装置であり、検査部を分割可能にして断熱配管に装着しやすくしたパルス磁気検査装置の検査部の概略図である。
【図９】実施例４に係るパルス磁気検査装置であり、検査部に一対の磁気検出用磁気コイルと、これら磁気検出用磁気コイルの磁気コイル用回路を具備したパルス磁気検査装置を示す概略図である。
【図１０】図９に示すパルス磁気検査装置を用いて、一対の励起コイルのうち一つだけを駆動し、それと反対側の励磁コイルの近傍に設置した磁気検出用磁気コイルで検出したパルス磁気応答時間波形における正常断熱配管と欠陥がある断熱配管の比較である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を、添付する図面を参照して詳細に説明する。
また、同様の用途及び機能を有する部材には同符号を付してその説明を省略する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態であるパルス磁気を用いた非破壊検査装置１−１（以下、パルス磁気検査装置１−１という）の基本構成を示す概略図である。
パルス磁気検査装置１−１は、被検査配管である断熱配管２（図２参照）にパルス磁場を印加して、断熱配管２に流れるパルス磁場の変化を検出することにより断熱配管２の欠陥を探傷する非破壊検査装置であり、一対の励磁コイル３−１、３−２と、磁気センサ４−１と、円筒状の検査部母材５−１とからなる検査部６−１、磁気センサ用回路７−１、パルス電源８、電源切り替え回路９、及び信号解析手段である信号解析装置１０を主に具備している。
【００２９】
励磁コイル３−１、３−２は、一対のコイルであり、断熱配管２を挿通し、当該断熱配管２に対して任意の位置に配置可能である。
【００３０】
磁気センサ４−１は、断熱配管２の外周面上で、前記一対の励磁コイル３−１、３−２の間に配置され、断熱配管２の中心軸方向に平行な磁場を検出する手段である。
【００３１】
断熱配管２は、図２に示すように、本実施形態に係るパルス磁気検査装置１−１により検査される円筒形の被検査材であって、断熱配管２の内部には厚さ７．２ｍｍの鋼管２ａを有する。この鋼管２ａの周囲は、厚さ５０ｍｍの断熱材２ｂで覆われており、当該断熱材２ｂの周囲は外筒２ｃとして厚さ０．３ｍｍの溶融亜鉛鉄板で覆われている。また、本実施形態に係るパルス磁気検査装置１−１の性能を試験評価する際に用いる欠陥がある断熱配管として、図３に示すように、断熱配管２が有する鋼管２ａ表面の中央部の周方向に沿って幅１０ｍｍで、欠陥の深さが鋼管２ａの厚さの半分である３．６ｍｍの凹状の減肉部を形成した断熱配管を用意した。この鋼管２ａ表面に上記欠陥を形成した断熱配管２を、欠陥がない断熱配管２と区別するため、断熱配管２Ａと呼ぶ。
【００３２】
検査部６−１は、被検査配管である断熱配管２を挿入させパルス磁場を印加するとともに、断熱配管２を伝わっていく磁場の変化を磁気抵抗素子からなる磁気センサ４−１で検出する。ここで、磁気センサとしては磁気抵抗素子（ＭＲ素子）のほか、磁気インピーダンス素子、ホール素子、フラックス・ゲート、超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）等の極低周波からの磁気信号を計測できる磁気センサを使うことができる。
【００３３】
磁気センサ用回路７−１は、磁気センサ４−１を駆動し、磁場を計測するための回路である。
【００３４】
パルス電源８は、一対の励磁コイル３−１、３−２の少なくとも一つにパルス電圧を印加することができる。パルス電源８は、方形波を出力することができ、所定の繰り返し周波数及びデューティ比で駆動することができる。パルス電源８は、電源切り替え回路９に電気的に接続されている。
【００３５】
電源切り替え回路９は、一対の励磁コイルの一方の励磁コイルと他方の励磁コイルの電流の方向をそれぞれ同じ方向あるいは反対方向に切り替え、あるいは前記一対の励磁コイルの片方だけ駆動するように切り替え可能な回路である。電源切り替え回路９により、一対の励磁コイル３−１および３−２に流れる電流の方向と、両方あるいはどちらか片方だけを動作させることを選択することができる。ここで、両方の励磁コイル３−１および３−２の電流方向を同じにして動作させると、断熱配管２へは同じ方向のパルス磁場を印加することができる。
【００３６】
信号解析装置１０は、前記一対の励磁コイル３−１、３−２の少なくとも一つを前記パルス電源８で駆動した際に発生するパルス磁場を磁気センサ４−１により検出し、当該磁気センサ４−１により検出したパルス磁場の応答を解析する信号解析手段である。
【００３７】
次に、パルス磁気検査装置１−１を用いて、断熱配管２を検査する方法を説明する。
【００３８】
パルス磁気検査装置１−１に適用する検査方法は、前記被検査配管である断熱配管２の欠陥を非破壊検査する方法であって、前記一対の励磁コイル３−１、３−２に前記断熱配管２を挿通し、前記パルス電源８により前記一対の励磁コイルを駆動することで、前記断熱配管２に対してパルス磁場を印加する工程と、前記一対の励磁コイル３−１、３−２により発生した前記断熱配管２の中心軸方向に平行な磁場を前記磁気センサ４−１により検出する工程と、前記磁気センサ４−１の出力信号におけるパルス強度および信号時間減衰を解析することで前記断熱配管２の欠陥を特定する工程と、を有する。以下において、パルス磁気検査装置１−１を用いて、断熱配管２を非破壊検査する方法を具体的に説明する。
【００３９】
パルス磁気検査装置１−１において、検査部６−１に断熱配管２が挿通されていない場合のパルス磁場波形、つまり一対の励磁コイル３−１、３−２が磁気センサ４−１の配置場所に形成するパルス磁場の波形を図４に示す。この図４においては、磁気センサ４−１は断熱配管２の中心軸に平行な成分を計測した結果を示している。パルス磁場としては５０Ｈｚでデューティ比２５％の方形波を与えた。図４に示すように、被検査配管である断熱配管２が挿通されてない場合は、パルス磁場はほぼ与えた磁場波形のままで検出されている。
なお、図４〜図６、図１０で示す信号強度の単位は、［Ｖ］である。
【００４０】
被検査配管として欠陥がある断熱配管２Ａと、欠陥がない断熱配管２のそれぞれをパルス磁気検査装置１−１に挿通後、断熱配管２Ａ、断熱配管２のそれぞれにパルス磁場を印加して、磁気センサ４−１の出力信号におけるパルス強度（信号強度）及び信号時間の減衰を測定した結果の比較を図５に示す。ここで、この図５に示す時間波形は信号強度のピークを同じ高さになるように規格化している。正常管である断熱配管２に比べ欠陥のある断熱配管２Ａでは信号の減衰が早く、これは欠陥構造として肉厚が薄くなっているため信号減衰が早いものと考えられる。このようにパルス応答特性が欠陥の有無により変化することが分かった。
【００４１】
電源切り替え回路８により、一対の励磁コイルの一方である励磁コイル３−２に流れる電流を、励磁コイル３−１に流れる電流と逆方向になるように切り替えた。切り替えるのは励磁コイル３−１の方でもよく励磁コイル３−１と３−２に流れる方向が逆であれば同じ測定機能が得られる。この逆相の電流により断熱配管２には逆向きの磁場が励磁コイル３−１と励磁コイル３−２のそれぞれから発生するため、磁気センサ４−１の配置場所の磁場はキャンセルされて印加磁場パルス自身の時間波形は計測されない。しかし、断熱配管２が挿通されている場合は配管自身を伝達した磁場が左右の励磁コイル３−１と励磁コイル３−２でキャンセルされない成分が残り信号が小さいながらも検出される。図６は断熱配管２をパルス磁気検査装置１−１に挿入して測定した結果の比較を示している。正常管である断熱配管２では立ち上がりと立下りのところにピークが現れているが、欠陥がある断熱配管２Ａはほとんど信号がでていない。ここで、図６では信号強度の変化も示すため、図５とは異なりピーク値によって規格化はせず、信号強度そのものを示している。このように、逆相で励磁コイル３−１、３−２を動作させた場合では印加磁場そのものはキャンセルできるので、被検査配管による信号変化分だけを抽出することができるようになる。
【００４２】
実施例１によれば、断熱配管２を挿通する一対の励磁コイル３−１、３−２により被検査配管の所定の場所に断熱配管２の中心軸方向の磁場を印加することができる。また、断熱配管２の外周面上において、一対の励磁コイル３−１、３−２の間に配置した磁気センサ４−１を備えることより、断熱配管２の中心軸方向に平行な磁場を検出することができる。励磁コイル３−１、３−２によって発生した磁場は断熱配管２を伝わって磁気センサ４−１のところまで伝わっていく。その途中では断熱配管２の中心軸方向の磁場が外部に漏れるが、腐食や欠陥によって伝搬される磁場が異なってくる。ここで、励磁コイル３−１、３−２をパルス電源で駆動し発生する磁場をパルス磁場とすることにより、パルス磁場の立ち上がり時およびその後一定磁場を印加している時間帯で、磁気センサ４−１で検出した立ち上がり磁気信号が時間とともに減衰する。この検出したパルス磁気信号のピーク値や減衰特性を解析することにより配管の腐食や亀裂等の欠陥をより精度よく検知することができる。
【００４３】
さらに、パルス磁気検査装置１−１では、一対の励磁コイル３−１、３−２の一方の励磁コイルと他方の励磁コイルの電流の方向をそれぞれ同じ方向あるいは反対方向に切り替え、あるいは一対の励磁コイルの片方だけ駆動するように切り替える電源切り替え回路８を備えている。これにより、一対の励磁コイル３−１、３−２で同じ方向の電流で駆動した場合には、断熱配管２に同じ方向に磁場を印加することができ、信号強度を強くすることができる。また、一対の励磁コイル３−１、３−２でそれぞれを逆向きの電流で駆動した場合には磁気センサ４−１に入ってくる印加磁場はお互いに打ち消しあうので、欠陥による信号変化分だけが抽出できるようになる。また、断熱配管２の検査部位が接続部や端部になっている場合は、その部分から遠い方の励磁コイル一つだけを駆動させることにより、被検査配管の両端側で構造が大きく異なってもその影響を取り除くことができる。
【実施例２】
【００４４】
次に、本発明に係るパルス磁気検査装置の別実施例について図７を用いて説明する。
【００４５】
本実施例に係るパルス磁気検査装置１−２は、被検査配管である断熱配管２（図２参照）に伝わるパルス磁場の変化を検出することにより欠陥を探傷する非破壊検査装置であり、図７に示すように検査部６−２、磁気センサ用回路７−２及び図６には図示しないがすでに実施例１で示したパルス電源８、電源切り替え回路９、信号解析手段である信号解析装置１０を主に具備している。一対の励磁コイル３−１、３−２、検査部母材５−１、パルス電源８、電源切り替え回路９、信号解析手段である信号解析装置１０は、実施例１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００４６】
検査部６−２の一対の励磁コイル３−１、３−２の間には実施例１で用いた磁気センサ４−１と同様の磁気センサが断熱配管２の外周面上に複数個（本実施例では、８個）並べて配置されている（図７には図示しないが磁気センサ４−２〜５以外に検査部６−２の後側に４個の磁気センサ４−６〜９が配置されている）。磁気センサ４−２〜９は、励磁コイル３−１、３−２の各々から同じ距離となる位置、すなわち励磁コイル３−１と励磁コイル３−２の間の中央部に配置されている。８個の磁気センサ４−２〜９で得られた磁場の計測データは、信号解析装置１０で解析される。この磁気センサの個数は多いほど空間分解能を向上させることができる。このため、磁気センサ用回路７−２は多チャンネルを同時計測できる回路となっている。実施例１では一個の磁気センサの測定を行うものであり、被検査配管の全周に渡って欠陥がある場合や、磁気センサの直下に欠陥がある場合には検出可能である。しかし、磁気センサの配置場所から離れた位置にある欠陥は捉えづらい。このため、本実施例のように検査部６−２の全周に渡って磁気センサ４−２〜９を配置することにより、計測もれを少なくすることができる。また、検査部６−２を被検査配管に挿通した状態で動かして多点計測することにより面データが得られるので、例えばパルス応答時間波形の減衰率や、パルス強度など各種の取得データを空間位置と対応させたマッピングができるので、視覚的に欠陥情報を得ることができるようになる。
【００４７】
実施例２によれば、一対の励磁コイル３−１、３−２の間において、磁気センサ４−２〜９を断熱配管２の外周面上に複数個配置したことにより、励磁コイル３−１、３−２の各々から同じ距離にある磁気センサ４−２〜９で断熱配管２の円周上のどの位置に欠陥があるかを特定して検出することができる。
【実施例３】
【００４８】
次に、本発明に係るパルス磁気検査装置の別実施例について図８を用いて説明する。
【００４９】
本実施例に係るパルス磁気検査装置１−３は、被検査配管である断熱配管２（図２参照）に伝わるパルス磁場の変化を検出することにより欠陥を探傷する非破壊検査装置であり、図８に示すように検査部６−３、及び図８には図示しないがすでに実施例１で示した磁気センサ４−１、磁気センサ用回路７、パルス電源８、電源切り替え回路９、信号解析手段である信号解析装置１０を主に具備している。磁気センサ４−１、磁気センサ用回路７、パルス電源８、電源切り替え回路９、信号解析手段である信号解析装置１０は、実施例１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００５０】
検査部６−３は、断熱配管２に装着しやすいように、検査部母材５−３を半割できる構造になっており、断熱配管２の任意の位置で挟みこむことができる。ここで、励磁コイル３−３、３−４はコイル接続コネクタ１１−１、１１−２で簡単に切り離しや電気的に接続ができるようになっている。この構造は実施例１および実施例２にも適用できる。
【００５１】
実施例３によれば、一対の励磁コイル３−３、３−４をコイル円周上における所定位置で分割及び接続可能な電気的接続コネクタであるコイル接続コネクタ１１−１、１１−２を設けることにより、断熱配管２を励磁コイル３−３、３−４に貫通させて検査を行う場合であっても励磁コイル３−３、３−４を断熱配管２から適宜分離することができる。例えば、従来の貫通型の励磁コイルにおいては、断熱配管に導入すべき端部がない場合、断熱配管を切り離さないと励磁コイルを設置することができないが、本発明の励磁コイルを適用することにより被検査配管のどの部分でも、励磁コイルを分割して被検査配管に取り付けることができる。
【実施例４】
【００５２】
次に、本発明に係るパルス磁気検査装置の別実施例について図９を用いて説明する。図９は、本発明の第４の実施形態であるパルス磁気検査装置１−４の基本構成を示す概略図である。
【００５３】
本実施例に係るパルス磁気検査装置１−４は、被検査配管である断熱配管２（図２参照）に伝わるパルス磁場の変化を検出することにより欠陥を探傷する非破壊検査装置であり、すでに実施例１で示した一対の励磁コイル３−１、３−２、磁気センサ４−１、検査部母材５−１、磁気センサ用回路７−１、パルス電源８、電源切り替え回路９、信号解析手段である信号解析装置１０は、実施例１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００５４】
パルス磁気検査装置１−４は、該パルス磁気検査装置１−４が有する検査部６−４に一対の励磁コイル３−１、３−２及び磁気センサ４−１を具備している。さらに、励磁コイル３−１、３−２の外側には一対の磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２が隣接して配置されている。磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２には、磁気コイル用回路１３が取り付けられている。磁気コイル用回路１３は、磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２を駆動し、磁場を計測するための回路である。これより、当該一対の励磁コイル３−１、３−２のどちらか一方だけにパルス磁場を発生させ、パルス磁場を発生した一方の励磁コイルから離れた位置にある、磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２の一方の磁気検出用磁気コイルで得られたパルス磁場応答を信号解析装置１０により解析する。つまり、磁気検出用磁気コイル１２−１もしくは１２−２によって得られた出力は、磁気センサ４−１の出力とともに信号解析装置１０に取り込まれ、該信号解析装置１０では欠陥の有無を判定する。
なお、本実施例のように前記一対の励磁コイル３−１、３−２の両方だけでなく、前記一対の励磁コイル３−１、３−２の一方の励磁コイルに対してのみ、磁気検出用磁気コイルを設けてもよい。
また、本実施例では前記一対の励磁コイル３−１、３−２に隣接した位置に磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２を設けたが、特に限定するものではなく、一対の励磁コイル３−１、３−２と同じ位置に磁気検出用磁気コイルを設ける構成であってもよい。
【００５５】
次に、パルス磁気検査装置１−４を用いて、断熱配管２を検査する方法を説明する。
【００５６】
パルス磁気検査装置１−４に適用する検査方法は、前記被検査配管である断熱配管２の欠陥を非破壊検査する方法であって、前記一対の励磁コイル３−１、３−２に断熱配管２を挿通し、前記パルス電源８により前記一対の励磁コイル３−１、３−２を駆動することで、断熱配管２に対してパルス磁場を印加する工程と、前記一対の励磁コイル３−１、３−２により発生した断熱配管２の中心軸方向に平行な磁場を前記磁気センサ４−１により検出する工程と、前記磁気センサ４−１の出力信号におけるパルス強度および信号時間減衰を解析する工程と、前記一対の励磁コイル３−１、３−２のどちらか一方だけをパルス電源で駆動してパルス磁場を発生させ、当該パルス磁場を発生した励磁コイルから離れた位置にある磁気検出用磁気コイル１２−１もしくは磁気検出用磁気コイル１２−２で得られたパルス磁場応答を解析することで断熱配管２の欠陥を特定する、磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２による欠陥特定工程と、を有する。本実施例においては、実施例１で説明した検査方法に加えて、磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２による上記欠陥特定工程が追加されたものである。以下において、磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２を用いてなされる、上記欠陥特定工程を説明する。
【００５７】
前記磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２による欠陥特定工程では、磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２によって得られるパルス磁場応答の情報が用いられる。具体的に説明すると、磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２は、その動作原理として、コイルを貫く磁束の時間変化が電圧出力として得られるので、磁気センサ４−１のように直流磁場などの低周波の信号を検出することはできない。このため、図１０に示した時間応答波形も立ち上がりと立下りの時間変化が大きいところが、信号としても大きくなっている。正常断熱配管２と欠陥がある断熱配管２Ａでは図１０に示すようにパルス磁気応答時間波形に違いが見られ、正常断熱配管２の方が、早い減衰を示した。このように磁気センサ４−１による計測情報に磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２の計測情報を合わせることにより、より検査精度を高めることができる。本実施例のように磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２を磁気センサ４−１や磁気センサ４−２〜９と併用する回路構成は実施例１〜３においても適用することができる。
【００５８】
実施例４によれば、一対の励磁コイル３−１、３−２の両方あるいは一方だけの励磁コイルと隣接する場所あるいは同じ場所に磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２を設け、励磁コイル３−１、３−２のどちらか一方だけにパルス磁場を発生させ、パルス磁場が発生した励磁コイル３−１、３−２のどちらか一方から離れた方の磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２のどちらか一方で得られたパルス磁場応答を解析する手段である信号解析装置１０を設けている。この磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２では、断熱配管２を通ってきた全ての磁場信号の変化を検出することができる。外周面上に設けていた磁気センサ４−１のパルス応答だけでなく、この磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２によるパルス磁場応答の情報を合わせることにより、配管の腐食や亀裂等の欠陥をさらに精度よく検出することができる。つまり、実施例４によれば、実施例１における効果に合わせ、磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２によって得られる被検査配管全体を伝わってきたパルス磁場応答の情報を欠陥解析に追加することができる。こうして磁気センサ４−１と磁気検出用磁気コイル１２−１、１２−２による情報を合わせることにより、欠陥による信号変化をより精度よく抽出することができる。
【００５９】
本発明によれば、交流電源でなくパルス電源を用いているため、電源容量負荷が小さくてすみ、回路構成としてロックイン検波しなくても良好な磁気信号が得られる、パルス磁気を用いた非破壊検査装置及び非破壊検査方法を提供することができる。
【００６０】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例・設計変更などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、石油プラントや化学プラントなど多くのところで使われている鉄鋼配管あるいは断熱材で覆われた鉄鋼配管の表面や内部、内側にある欠陥を検出する非破壊検査装置である。従来の磁気を用いた探傷検査方法では、欠陥による信号変化が微弱なため断熱材を用いた鉄鋼配管には適応できなかったため、断熱材を取り除いて検査されていた。本発明により、鉄鋼配管単体のみならず断熱材をつけた状態での配管の表面や内部、内側にある欠陥の検査に適用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１−１    パルス磁気検査装置
１−２    パルス磁気検査装置
１−３    パルス磁気検査装置
１−４    パルス磁気検査装置
２        断熱配管
２ａ      鋼管
２ｂ      断熱材
２ｃ      溶融亜鉛鉄板
３−１    励磁コイル
３−２    励磁コイル
３−３    励磁コイル
３−４    励磁コイル
４−１〜９  磁気センサ
５−１    検査部母材
５−３    検査部母材
６−１    検査部
６−２    検査部
６−３    検査部
６−４    検査部
７−１    磁気センサ用回路
７−２    磁気センサ用回路
８        パルス電源
９        電源切り替え回路
１０      信号解析装置
１１−１    電気的接続コネクタ
１１−２    電気的接続コネクタ
１２−１    磁気検出用磁気コイル
１２−２    磁気検出用磁気コイル
１３        磁気コイル用回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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