(57)【要約】【課題】高温超伝導線材を使った渦電流探傷装置において、インバータ回路とブリッジ回路を用いて装置の小型化及び低コスト化を図り、可搬性を向上することが可能な渦電流探傷装置等を提供する。【解決手段】直流電流を供給する直流電源２１と、直流電源２１からの直流電流を交流電流に変換するインバータ２２と、少なくとも高温超伝導コイル１１を有する計測部３０ａと、少なくとも抵抗器を有する平衡調整部３０ｂとが、並列接続されて形成されるブリッジ回路２３とを備える。計測部３０ａは、高温超伝導コイル１１及びシャント抵抗器３１が直列に接続された回路からなり、平衡調整部３０ｂは、可変抵抗器３３及び平衡用コンデンサ３２が直列に接続された回路からなるものである。【選択図】図２
2018189530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流を供給する直流電源と、
前記直流電源からの直流電流を交流電流に変換するインバータと、
少なくとも高温超伝導コイルを有する計測部と、少なくとも抵抗器を有する平衡調整部とが、並列接続されて形成されるブリッジ回路とを備えることを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項２】
請求項１に記載の渦電流探傷装置において、
前記計測部が、前記高温超伝導コイル及びシャント抵抗器が直列に接続された回路からなり、前記平衡調整部が、可変抵抗器及びコンデンサが直列に接続された回路からなることを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項３】
請求項２に記載の渦電流探傷装置において、
少なくとも前記高温超伝導コイル及び前記シャント抵抗器が直結し、超伝導用の冷媒に浸漬されていることを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の渦電流探傷装置において、
前記平衡調整部が、前記可変抵抗器に直列に接続される金属箔抵抗器を有することを特徴とする渦電流探傷装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の渦電流探傷装置において、
前記シャント抵抗器の電圧値、及び前記ブリッジ回路におけるブリッジ部分の電圧値を切り替えて測定する測定手段を備えることを特徴とする渦電流探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導コイルを用いた渦電流探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度経済成長期を中心に整備された橋梁やトンネル、鉄筋コンクリート構造物が老朽化するのに対し、それらの長寿命化を図るための適切な維持管理を行う必要がある。これらの構造物には鉄などの鋼材が多用されており、その鋼材の腐食による減肉を高感度に検知する技術の開発が望まれている。
【０００３】
非破壊検査の手法として、超音波の伝播時間変化や飽和磁気化の渦電流の磁束の密度変化を計測して板厚や内部の傷を測定する技術が一般的に知られている。超音波による非破壊検査では、トランスデューサー（プローブ、探触子）と呼ばれるセンサーから発信した超音波が、測定物の反対面に反射し戻ってくる時間（伝播時間）をもとに板厚や内部の傷の有無を算出するものであり、磁気飽和渦電流探傷法は、直流磁化された部材内に板厚や傷の有無に応じた磁束が発生し、腐食部により断面積が減少している箇所を磁束密度の増加により検出するものである。
【０００４】
しかしながら、超音波による測定は計測面の表面処理及び接触が必須であるため、作業の手間が大きくなってしまうという問題があった。また、渦電流の磁束密度変化を用いた測定は、高周波で磁気を発生させて計測するが、その表皮効果のため表面層の計測に限られていた（〜５ｍｍ程度であり、例えば２０ｍｍ程度の厚板計測は不可能であった）。すなわち、鋼板のような磁性体又は銅などの良導体は、特に表皮効果が大きいため、従来の渦電流探傷法では表面層の検査に限られていた。
【０００５】
そのため、板厚が２０ｍｍを超えるような試験体（鋼板）に対する減肉検査のための板厚測定を渦電流探傷法によって検査するためには、表皮効果の影響を回避するために励磁周波数を下げる必要がある。しかしながら、励磁周波数を下げると、渦電流そのものが小さいため、銅コイルによる励磁では抵抗変化量を測定することが困難になる。そこで、非特許文献１に示すように、抵抗が小さい高温超伝導線材を用いたコイルにより、板厚が２０ｍｍを超えるような試験体の減肉検査ができるシステムが開示されている。
【０００６】
また、渦電流探傷器においてブリッジ回路で平衡化する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に示す技術は、一方が被検査材の柱状組織の延伸方向に平行な方向に一様渦電流を流すことができ他方が被検査材の柱状組織の延伸方向に直角な方向に一様渦電流を流すことができる第一のコイル１１１および第二のコイル１１２（第一のブリッジ回路）と、被検査材に円形の渦電流を流すことができる第三のコイル１２１および第四のコイル１２２（第二のブリッジ回路）とで構成され、被検査材のある位置に第三のコイル１２１および第四のコイル１２２により渦電流を流した場合に渦電流探傷器１４により検波された不平衡電位から、第一のコイル１１１および第二のコイル１１２により二つの一様渦電流を流した場合の渦電流探傷器１３により検波された不平衡電位を減算処理する演算処理手段１５４とを備えるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１７１５８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Teruyoshi Sasayama, Tomoki Ishida, Masaaki Matsuo, and Keiji Enpuku, “Thickness Measurement of an Iron Plate Using Low-Frequency Eddy Current Testing With an HTS Coil”, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Feb 26 2016
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
高温超伝導線材は、一般的に数十〜数百アンペアの大電流を線材に流すことが可能なため、非特許文献１の技術にこの性質を利用すれば、コイルと板との距離（リフトオフ）が離れたとしても、大電流をコイルに通電させて検査対象物に磁場計測に十分な渦電流を発生させることができる。このことより、理論上リフトオフが大きくても、通電電流を大きくすることで板厚や傷によるコイルの微小なインピーダンス変化を捉えることが可能である。
【００１０】
しかしながら、非特許文献１に示す技術の高温超伝導線材に大電流を流すためには、交流正弦波を大電流で出力できる交流電源装置を用意する必要がある。この場合、電源装置の重量が重くなるほか、商用電源が必要となる。このことは、可搬性が低くなることを意味する。例えば、２０Ａの交流正弦波の電流を出力できるバイポーラ電源の製品の重量は２０ｋｇ程度であり、価格も極めて高いものとなり、コストが嵩んでしまう。
【００１１】
特許文献２に示す技術は、超伝導を用いたものではなく、また、大電流を流す場合には、上記と同様に装置のサイズ及び重量が非常に大きくなり、可搬性が低くなると共に、コストも嵩んでしまう。
【００１２】
本発明は、高温超伝導線材を使った渦電流探傷装置において、インバータ回路とブリッジ回路を用いて装置の小型化及び低コスト化を図り、可搬性を向上することが可能な渦電流探傷装置等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る渦電流探傷装置は、直流電流を供給する直流電源と、前記直流電源からの直流電流を交流電流に変換するインバータと、少なくとも高温超伝導コイルを有する計測部と、少なくとも抵抗器を有する平衡調整部とが、並列接続されて形成されるブリッジ回路とを備えるものである。
【００１４】
このように、本発明に係る渦電流探傷装置においては、直流電流を供給する直流電源と、前記直流電源からの直流電流を交流電流に変換するインバータと、少なくとも高温超伝導コイルを有する計測部と、少なくとも抵抗器を有する平衡調整部とが、並列接続されて形成されるブリッジ回路とを備えるため、インバータを用いることで、大型の交流電源装置を用いることなく、小型化して高効率且つ容易に大電流の交流を供給することができるという効果を奏する。また、効率が良いことから、電源部分での電力損失が少なく、重量のある放熱板等の放熱機構の規模を小さくすることができ、装置の更なる小型化を図ることができる。さらに、高効率化することで、商用電源を用いることなく電池から電力を供給させて動作させることも可能となり、上記の小型化と併せて装置の可搬性を格段に向上させることができるという効果を奏する。
【００１５】
さらにまた、ブリッジ回路を用いることで、コイルのインダクタンス成分を容易に除去することが可能となり、抵抗変化を正確に測定することができるという効果を奏する。
【００１６】
本発明に係る渦電流探傷装置は、前記計測部が、前記高温超伝導コイル及びシャント抵抗器が直列に接続された回路からなり、前記平衡調整部が、可変抵抗器及びコンデンサが直列に接続された回路からなるものである。
【００１７】
このように、本発明に係る渦電流探傷装置においては、計測部が、高温超伝導コイル及びシャント抵抗器が直列に接続された回路からなり、平衡調整部が、可変抵抗器及びコンデンサが直列に接続された回路からなるため、平衡を保つために同一の高温超伝導コイルを用意する必要がなく、コンデンサを用いて安価に実現することが可能になるという効果を奏する。
【００１８】
本発明に係る渦電流探傷装置は、少なくとも前記高温超伝導コイル及び前記シャント抵抗器が直結し、超伝導用の冷媒に浸漬されているものである。
【００１９】
このように、本発明に係る渦電流探傷装置においては、少なくとも前記高温超伝導コイル及び前記シャント抵抗器が直結し、超伝導用の冷媒に浸漬されているため、シャント抵抗器と高温超伝導コイルとの間の導体の影響を抑制すると共に、シャント抵抗器の温度変化による抵抗値の変化を抑制して、ブリッジの平衡度を向上することができるという効果を奏する。
【００２０】
本発明に係る渦電流探傷装置は、平衡調整部が、可変抵抗器に直列に接続される金属箔抵抗器を有するものである。
【００２１】
このように、本発明に係る渦電流探傷装置においては、平衡調整部が、可変抵抗器に直列に接続される金属箔抵抗器を有するため、高精度で且つ温度係数が小さい金属箔抵抗器で固定となる抵抗値を生じつつ、可変抵抗器の抵抗値を小さくすることで、可変抵抗器の温度係数を小さくすることができ、平衡を高精度に保つことができるという効果を奏する。
【００２２】
本発明に係る渦電流探傷装置は、前記シャント抵抗器の電圧値、及び前記ブリッジ回路におけるブリッジ部分の電圧値を切り替えて測定する測定手段を備えるものである。
【００２３】
このように、本発明に係る渦電流探傷装置においては、前記シャント抵抗器の電圧値、及び前記ブリッジ回路におけるブリッジ部分の電圧値を切り替えて測定する測定手段を備えるため、フィルタ回路、差動増幅器及び測定手段（例えば、ロックインアンプ）等をそれぞれの電圧値測定ごとに配置する必要がなくなり、装置を安価で且つ小型化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】交流電源からの電力を利用して高温超伝導コイルで渦電流探傷測定を行う渦電流探傷装置の構成の一例を示す回路図である。
【図２】第１の実施形態に係る渦電流探傷装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係る渦電流探傷装置のブリッジ回路の構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る渦電流探傷装置のブリッジ回路における計測部の構造を示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る渦電流探傷装置の詳細な回路構成図である。
【図６】本実施形態に係る渦電流探傷装置のブリッジ回路における平衡調整部の抵抗器の構成を示す図である。
【図７】第１の実施形態に係る渦電流探傷装置のブリッジ回路の他の構成を示す図である。
【図８】実施例に係る渦電流探傷装置における高温超伝導コイル１１を示す図である。
【図９】実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。
【００２６】
（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る渦電流探傷装置について、図１ないし図７を用いて説明する。本実施形態に係る渦電流探傷装置は、直流電源とインバータ回路を用いて高温超伝導コイルに大電流を供給し、高温超伝導コイルを用いたブリッジ回路を形成することで、測定対象物のインピーダンス変化を正確に計測するものである。
【００２７】
まず、交流電源から供給される電力を利用して、高温超伝導コイルで渦電流探傷測定を行う渦電流探傷装置について説明する。図１は、交流電源からの電力を利用して高温超伝導コイルで渦電流探傷測定を行う渦電流探傷装置の構成の一例を示す回路図である。
【００２８】
渦電流探傷装置１は、被測定物１９を励磁する高温超伝導コイル１１と、当該高温超伝導コイル１１に交流電流を供給する交流電流源１２と、キャリブレーションを行う際に電圧調整をするファンクションジェネレータ１３と、当該ファンクションジェネレータ１３に直列に接続する第１の抵抗器１４と、ファンクションジェネレータ１３及び第１の抵抗器１４に並列に接続する第２の抵抗器１５と、ファンクションジェネレータ１３で生成された交流電圧と高温超伝導コイル１１の電圧とを入力信号とするオペアンプ１６と、オペアンプ１６の出力端に接続されるスイッチ１７と、その後段に接続される被測定物１９に対応する抵抗値の変化を測定するためのロックインアンプ１８とを備える。
【００２９】
高温超伝導コイル１１は、交流電流源１２から低周波の交流電流が供給されることで、低周波磁場を励磁する。ファンクションジェネレータ１３で生成された電圧は第１の抵抗器１４と第２の抵抗器１５との抵抗比率に応じて分圧される。すなわち、例えば第１の抵抗器１４と第２の抵抗器１５との抵抗比率が１００：１であるような場合には、オペアンプ１６のマイナス側の入力は、ファンクションジェネレータ１３の出力をＶＦとすると、１／１０１×ＶＦとなる。つまり、ファンクションジェネレータ１３の性能に依らず生成された交流電圧を微細に調整して制御することが可能となる。
【００３０】
なお、ファンクションジェネレータ１３の性能（極めて高性能である場合）によっては、上記のような第１の抵抗器１４及び第２の抵抗器１５に依らずに電圧を調整するようにしてもよい。その場合、第１の抵抗器１４及び第２の抵抗器１５は構成要件から除外してもよい。
【００３１】
オペアンプ１６は、高温超伝導コイル１１の電圧値を増幅することで高精度な測定を実現する。スイッチ１７は、キャリブレーション処理と板厚測定処理とを切り替えるものであり、キャリブレーション処理の際にはスイッチＰ１側に接続され、板厚測定処理の際にはスイッチＰ２側に接続される。キャリブレーション処理においては、板厚測定処理のとき（すなわち、スイッチＰ２に接続されているとき）に、ロックインアンプ１８の値が０に近づくようにファンクションジェネレータ１３の交流電圧が調整される。
【００３２】
すなわち、スイッチ１７がＰ１に接続された状態でロックインアンプ１８で測定される電圧Ｖ１に対して、ファンクションジェネレータ１３で設定される電圧ＶＦＧは、ＶＦＧ＝｛（Ｒ１４＋Ｒ１５）／Ｒ１５｝×Ｖ１となる。なお、Ｒ１４は第１の抵抗器１４の抵抗値、Ｒ１５は第２の抵抗器１５の抵抗値を示す。ファンクションジェネレータ１３の電圧値を上記のようにＶＦＧに設定することで、スイッチ１７がＰ２に切り替えられた場合に、ロックインアンプ１８の値が０に近づくこととなる。
【００３３】
なお、第１の抵抗器１４や第２の抵抗器１５の抵抗値誤差、ロックインアンプ１８の抵抗等があるため、ソフトウェア上では予めそれらを考慮して設定がなされるようにしてもよい。また、測定は被測定物１９の有無により生じる抵抗値の差分で行われるため、測定前のロックインアンプ１８の値を必ずしも正確に０とする必要はない。
【００３４】
この状態でスイッチ１７をＰ２に切り替え、被測定物１９が低周波磁場の環境下に設置されることで渦電流探傷法による測定が実行される。被測定物１９の板厚を測定するような場合には、被測定物１９の厚みに応じた磁束変位のうち抵抗値の変化が測定され、その測定された値に応じた板厚を算出することができる。
【００３５】
このように、高温超伝導線材を用いたコイルにより、板厚が２０ｍｍを超えるような試験体の減肉検査ができる。
【００３６】
ここで、高温超伝導線材は一般的に数十〜数百アンペアの大電流を線材に流すことが可能なため、図１の回路にこの性質を利用すれば、コイルと板との距離（リフトオフ）がさらに離れたとしても、大電流をコイルに通電させて被測定物１９に磁場計測に十分な渦電流を発生させることができる。すなわち、交流電流源１２を交流正弦波で大電流が出力できるものとすることで高温超伝導線材に大電流を流し、リフトオフが大きくても板厚や傷等によるコイルの微小なインピーダンス変化を捉えることが可能となる。
【００３７】
一方、交流正弦波で大電流を出力できる交流電流源１２は、装置の重量が重くなると共に商用電源が必要となる。すなわち、可搬性が低くなってしまう可能性がある。そこで、本実施形態においては、図１に示す回路を改良し、インバータを利用するものとする。直流電流から交流電流を生成する場合、インバータが一般的に知られている。インバータを適用した場合には、例えば、２０Ａ以上の直流電流を出力できる直流電源の重量は３ｋｇ程度で価格も非常に安価となる。また、インバータの回路の重量は１ｋｇ未満で、これも非常に安価で作成することができる。なお、本実施形態におけるインバータは、直流を交流に変換するものであれば適用可能であり、例えばＰＷＭインバータや方形波インバータ等を適用することができる。以下の説明においては、主にＰＷＭインバータを用いる。
【００３８】
また、本実施形態においては、高温超伝導コイル１１のインダクタンス成分の影響を抑制するためにブリッジ回路による平衡法を利用する。すなわち、図１の回路図で示した渦電流探傷装置の場合は、被測定物１９が未配置時の時の高温超伝導コイル１１の誘導電圧と同じ電圧を、ファンクションジェネレータ１３並びに第１の抵抗器１４及び第２の抵抗器１５の分圧回路で生成し、高温超伝導コイル１１のインダクタンスの成分を除去するものであり、これは、低周波の正弦波であれば容易に補償できる。これに対して、高温超伝導コイル１１をインバータで励磁した際に生ずる誘導電圧を同方法で生成することは、複雑な電圧波形であるほか周波数が高いため、配線のインダクタンスや抵抗成分の影響を考慮すると極めて困難となってしまう。そのため、ブリッジ回路による平衡法を適用する。
【００３９】
以下、インバータ及びブリッジ回路を利用した場合の渦電流探傷装置の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る渦電流探傷装置の構成を示す機能ブロック図である。渦電流探傷装置１は、直流電流を供給する直流電源２１と、当該直流電源２１から供給される直流電流を交流電流に変換するインバータ２２と、少なくとも計測部としての高温超伝導コイル１１、及び平衡調整部としての抵抗器を有するブリッジ回路２３と、ブリッジ回路２３内の素子の電圧を測定する箇所を切り替えるための切替器２４と、当該切替器２４から出力される電圧からインバータ２２で生成される高周波ノイズや商用電源ノイズ等を除去するフィルタ回路２５と、フィルタ回路２５から出力された微小電圧を増幅させる差動増幅器２６と、最終的に高温超伝導コイル１１に生じた抵抗値の変化及びインダクタンスの変化量を計測するロックインアンプ２７とを備える。
【００４０】
被測定物１９は、高温超伝導コイル１１の励磁磁界が影響を及ぼす位置に配置され、高温超伝導コイル１１が通電される交流電流により励磁されることで被測定物１９に渦電流が生じ、高温超伝導コイル１１の抵抗値が変化することとなる。この抵抗値の変化量は、被測定物１９の厚さや傷の有無によって変化するため、抵抗値の変化量を測定することで被測定物１９の厚さや傷の有無を測定することができる。
【００４１】
高温超伝導コイル１１の抵抗値の変化量を直接ロックインアンプ２７を用いてコイル両端の電圧を測定し、シャント抵抗器で電流を計測するなどして被測定物１９の板厚や傷の有無を測定するには、高温超伝導コイル１１のインダクタンスが大きく、且つ高温超伝導コイル１１の渦電流による抵抗値の変化量がそれに対し非常に微小である場合に極めて困難となる。したがって、本実施形態においては、高温超伝導コイル１１のインダクタンスの影響を抑制するためにブリッジ回路２３を構成し、抵抗値の変化量の観測を容易にする。
【００４２】
図３は、本実施形態に係る渦電流探傷装置のブリッジ回路の構成を示す図である。ここでは、コンデンサを用いて平衡を取るマクスウェルブリッジ回路を用いて、高温超伝導コイル１１の微小抵抗変化ΔＲ及びインダクタンス変化ΔＬの計測を行う。図３に示すように、本実施形態に係る渦電流探傷装置のブリッジ回路２３は、シャント抵抗器３１及び高温超伝導コイル１１が直結して直列接続される計測部３０ａと、当該計測部３０ａに並列接続され、平衡用コンデンサ３２及び可変抵抗器３３が直列接続される平衡調整部３０ｂとを備える。
【００４３】
なお、図３において、マクスウェルブリッジ回路以外にも、例えばアンダーソンブリッジ回路を適用することが可能である。
【００４４】
また、図３における高温超伝導コイル１１は、渦電流によって高温超伝導コイル１１に生じる見かけの抵抗ΔＲと、高温超伝導コイル１１及び渦電流によって生じる見かけのインダクタンス（Ｌ＋ΔＬ）とを成分として有している。
【００４５】
図３の回路において、高温超伝導コイル１１のインダクタンスＬを平衡用コンデンサ３２及び可変抵抗器３３を用いて、ＱＲ間の電圧値ΔＶｂ＝０となるように調整する。そして、被測定物１９を配置したときに高温超伝導コイル１１に生じる微小電圧変化ΔＶは、次式のようにΔＶｂを計測することで推定できる。
【００４６】
【数１】
2018189530.tif 000003
【００４７】
シャント抵抗器３１は、高精度かつ温度係数の低い素子を用いることでＶｓを計測すれば、高精度かつ安定的に高温超伝導コイル１１に流れる電流値ＩＬを計測できる（ＩＬ＝Ｖｓ／Ｒｓ）。また、
【００４８】
【数２】
2018189530.tif 000004
【００４９】
の関係式を用いれば，ΔＲ及びΔＬを求めることができる（ωは励磁電流の基本波の角周波数）。つまり、電圧の測定を点Ｐと点Ｑ間、又は点Ｑと点Ｒ間等、切替器２４によって測定点を切り替えることによってΔＶｂやＶｓを計測すればΔＲおよびΔＬを求めることができる。なお、切替器２４は測定点を切り替えて電圧ΔＶｂやＶｓを計測する目的のものであって、フィルタ回路２５、差動増幅器２６及びロックインアンプ２７を２台用意することができるのであれば、切替器２４は省略することが可能である。
【００５０】
また、本実施形態における渦電流探傷装置においては、図４に示すように、ブリッジ回路の計測部３０ａとして用いられるシャント抵抗器３１と高温超伝導コイル１１とを直結し、且つシャント抵抗器３１を高温超伝導コイル１１を冷却するための冷却容器４１に充てんした液体窒素４２で高温超伝導コイル１１と共に浸漬冷却する。こうすることで、シャント抵抗器３１と高温超伝導コイル１１間の導体の影響やシャント抵抗器３１の温度変化の影響を抑制できることから、ブリッジの平衡度を向上することが可能となる。
【００５１】
なお、被測定物１９を配置する前後における電圧値の変化さえ安定して測定可能であれば、ＱＲ間の電圧値ΔＶｂは必ずしも０に調整される必要はない。
【００５２】
図５は、本実施形態に係る渦電流探傷装置の詳細な回路構成図である。インバータ２２は、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いたＨブリッジ構成のインバータ回路であり、Ｔｒ１〜Ｔｒ４は別途ゲート回路を用いて制御され、ゲート信号はコンピュータによって生成される。ゲート回路の実装及びゲート信号の生成は、一般的によく知られているので、詳細な説明は省略する。
【００５３】
なお、抵抗器５１は、直流電源２１が生成する直流電圧の変動を抑制する目的で挿入するものであり、高温超伝導コイル１１のインダクタンスが大きい場合は省略することができる。また、コモンモードノイズが大きい場合、又は電位差が大きく異なる場合などには、差動増幅器２６として入出力間で絶縁が施されたアイソレーションアンプを用いるようにしてもよい。
【００５４】
切替器２４は、スイッチ５２とスイッチ５３とを有している。スイッチ５２は、Ｓ点との接続とＲ点との接続とを切り替えるスイッチであり、このスイッチ５２とスイッチ５３とを組み合わせて制御することで、ＰＱ間、ＱＲ間又はＱＳ間の電圧測定を行う。
【００５５】
なお、被測定物１９を測定をする上ではＱＳ間の電圧を計測することは不要ではあるため、スイッチ５２を省略することは可能ではあるが、高温超伝導コイル１１の電圧であるＱＳ間の電圧を直接計測すれば、高温超伝導コイル１１のインピーダンス変化量（ΔＲ及びΔＬ）だけでなく、被測定物１９を未配置時のインピーダンス（Ｌ）が分かるため計測されることが望ましい。
【００５６】
フィルタ回路２５内のフィルタ用抵抗器５４やフィルタ用コンデンサ５５は、励磁周波数の信号が通過し、且つ高周波ノイズ及び商用電源ノイズが遮断するようカットオフ周波数が設定される。また、ブリッジ回路２３の平衡に影響を与えないように、励磁周波数において高インピーダンスになるよう設定される。さらに、高インピーダンスにする際、差動増幅器２６の入力インピーダンスも考慮する必要があることから、それに対応して適正にフィルタ用抵抗器５４やフィルタ用コンデンサ５５の定数が設定される。
【００５７】
なお、室温下に配置されるブリッジ回路２３の素子である平衡用コンデンサ３２や可変抵抗器３３は、ブリッジ回路２３の安定度に影響を与えるため、例えば、温度係数が小さいポリプロピレンコンデンサ等を使用することが望ましい。
【００５８】
また、可変抵抗器３３に関しては、一般に温度係数が小さい固定抵抗に匹敵するほどに温度係数が小さいような可変抵抗器３３を用意することは困難であることから、図６に示すように、固定抵抗器６１と可変抵抗器３３とを組み合わせる。
【００５９】
図６は、本実施形態に係る渦電流探傷装置のブリッジ回路における平衡調整部の抵抗器の構成を示す図である。図６（Ａ）は可変抵抗器３３のみで構成した場合を示し、図６（Ｂ）は可変抵抗器３３と固定抵抗器６１とを組み合わせて構成した場合を示している。図６（Ａ）の場合は、上述したように、温度係数が小さい可変抵抗器３３を用意することは難しい。そこで、図６（Ｂ）のように、金属箔抵抗などの高精度且つ温度係数が小さい固定抵抗器６１と可変抵抗器３３とを直列接続で接続することで、ブリッジ回路の平衡を高精度に保つのを容易にすると共に、温度変化による抵抗値の変化を最小限に抑えることができる。
【００６０】
例えば、具体的には、１．１ｋΩに可変抵抗器３３を設定する場合、１０ｋΩの可変抵抗器１３を採用するのではなく、１ｋΩの固定抵抗器６１と１ｋΩの可変抵抗器３３とを直列接続することで、平衡の調整が容易且つ温度安定性を高めることが可能となる。
【００６１】
このように、図５のような回路構成とすることで、ブリッジ回路２３の平衡度を向上させると共に、高温超伝導コイル１１を利用して小型のコイルであっても大電流を通電することを可能とし、被測定物１９との距離が離れたとしても磁場計測に十分な渦電流を発生させることができる。また、交流電流源では困難である電源装置の小型化をインバータ２２を用いることで実現し、ブリッジ回路２３を併用することで高温超伝導コイル１１のインダクタンスの影響を容易に排除することが可能となっている。
【００６２】
なお、ブリッジ回路２３は、図７に示すような２つの同じ高温超伝導コイル１１を用いるものであってもよい。
【実施例】
【００６３】
本発明に係る渦電流探傷装置について、以下の実験を行った。図８は、本実施例で使用する高温超伝導コイル１１を示す図である。コイルの内径は内径４０ｍｍφ、巻数は３０ターンであり、高温超伝導線材は厚さ０．３１ｍｍ、幅２．８ｍｍである。高温超伝導コイル１１を液体窒素中に浸漬し、被測定物１９を高温超伝導コイルの９８ｍｍ下にコイル断面と平行に配置した。なお、被測定物１９の比透磁率は２００、導電率は４．１ＭＳ／ｍの鋼材である。被測定物１９の板厚は、６ｍｍから２２ｍｍまで用意した。
【００６４】
図９は、測定結果を示す図である。ここでは、リフトオフが９８ｍｍで４Ｈｚの基本波周波数にて交流磁場で励磁し、鋼材板厚に対する抵抗値変化量を測定した。横軸が鋼材板厚ｄ、縦軸が鋼材未配置時からの抵抗値変化量ΔＲを示している。図９から明らかなように、板厚が２２ｍｍ以下の鋼材に関しては、鋼材板厚に対して抵抗変化量は単調増加であるため、板厚が２０ｍｍを超えるような厚い鋼材でも板厚を算出することが可能であることが示された。
【００６５】
なお、上記実施例においては、鋼材の板厚を測定する実験を行ったが、本発明に係る渦電流探傷装置はこれ以外にも、例えば鋼材のような磁性体以外の良伝導性を有する材料であれば表皮効果が現れることが示され、すなわち、鋼材以外の材料であっても、表皮効果が現れる伝導性の材料であれば本発明を適用できるものである。  
【００６６】
また、板厚に対する抵抗値の変化が予めわかっている場合は、本発明に係る渦電流探傷装置を用いることで、被測定物の純度、導電率、透磁率変化等を測定することが可能である。
【００６７】
さらに、鉄板（鋼材）の場合には応力が掛かる場所で透磁率変化があるため、応力のかかっている場所の検出することも可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１  渦電流探傷装置
１１  高温超伝導コイル
１２  交流電流源
１３  ファンクションジェネレータ
１４  第１の抵抗器
１５  第２の抵抗器
１６  オペアンプ
１７  スイッチ
１８  ロックインアンプ
１９  被測定物
２１  直流電源
２２  インバータ
２３  ブリッジ回路
２４  切替器
２５  フィルタ回路
２６  差動増幅器
２７  ロックインアンプ
３０ａ  計測部
３０ｂ  平衡調整部
３１  シャント抵抗器
３２  平衡用コンデンサ
３３  可変抵抗器
４１  冷却容器
４２  液体窒素
５１  抵抗器
５２，５３  スイッチ
５４  フィルタ用抵抗器
５５  フィルタ用コンデンサ
６１  固定抵抗器
【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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