(57)【要約】【目的】管状体のきず又は欠陥の検査の為の装置構成を簡素化し低コスト化することができる管状体のきず又は欠陥の検査方法及び装置を提供する。【構成】導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置した唯一つの励磁コイルである直流バイアス矩形波励磁コイルに、唯一つの電源から直流の矩形波電流を流して上記励磁コイルの周囲に直流バイアス矩形波交流磁界を発生させて、前記管状体を直流バイアス矩形波交流磁界に晒し、前記管状体に誘導電圧を発生させ、さらに、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出するようにした管状体のきず又は欠陥の検査方法である。【選択図】    図１
2019215282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置した唯一つの励磁コイルに、唯一つの電源から直流の矩形波電流を流して上記励磁コイルの周囲に直流バイアス矩形波交流磁界を発生させ、これにより、前記管状体を直流バイアス矩形波交流磁界に晒し、前記管状体に誘導電圧を発生させる直流バイアス矩形波交流磁界発生ステップと、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出ステップとを含むことを特徴とする管状体のきず又は欠陥の検査方法。
【請求項２】
唯一つの電源から直流の矩形波電流が供給されて直流バイアス矩形波交流磁界を発生させる唯一つの励磁コイルを、導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置させて、前記管状体を直流バイアス矩形波交流磁界に晒し、これにより前記管状体に誘導電圧を発生させる直流バイアス矩形波交流磁界発生ステップと、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出ステップと、前記唯一つの励磁コイル及び前記２つの検出コイルを、前記管状体の長手方向において所定速度で移動させながら又は所定距離毎の移動及び停止を繰り返させながら、前記直流バイアス矩形波交流磁界発生及び前記差動電圧検出の各動作を、所定時間毎に又は所定距離毎に行う繰り返しステップとを含むことを特徴とする管状体のきず又は欠陥の検査方法。
【請求項３】
前記直流バイアス矩形波交流磁界発生ステップは、前記唯一つの励磁コイルに、５０〜３００ｋＨｚの矩形波励磁電流を流すものである、請求項１又は２のいずれかに記載の管状体のきず又は欠陥の検査方法。
【請求項４】
導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置した唯一つの励磁コイルに、唯一つの電源から直流の矩形波電流を流して上記励磁コイルの周囲に直流バイアス矩形波交流磁界を発生させ、これにより、前記管状体を直流バイアス矩形波交流磁界に晒し、前記管状体に誘導電圧を発生させる直流バイアス矩形波交流磁界発生部と、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出部とを含むことを特徴とする管状体のきず又は欠陥の検査装置。
【請求項５】
唯一つの電源から直流の矩形波電流が供給されて直流バイアス矩形波交流磁界を発生させる唯一つの励磁コイルを、導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置させて、前記管状体を直流バイアス矩形波交流磁界に晒し、これにより前記管状体に誘導電圧を発生させる直流バイアス矩形波交流磁界発生部と、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出部とを備え、前記直流バイアス矩形波交流磁界発生部及び前記差動電圧検出部は、前記唯一つの励磁コイル及び前記２つの検出コイルが、前記管状体の長手方向において所定速度で移動しながら又は所定距離毎の移動及び停止を繰り返しながら、前記直流バイアス矩形波交流磁界発生及び前記差動電圧検出の各動作を、所定時間毎に又は所定距離毎に行うものである、管状体のきず又は欠陥の検査装置。
【請求項６】
前記直流バイアス矩形波交流磁界発生部は、前記唯一つの励磁コイルに、５０〜３００ｋＨｚの矩形波励磁電流を流すものである、請求項４又は５のいずれかに記載の管状体のきず又は欠陥の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状体のきず又は欠陥の検査方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、管状体を直流磁化しながら渦流探傷コイルのインピーダンス変化を検出することにより当該管状体の欠陥を評価する管状体の欠陥評価方法として、直流電源に接続された直流磁化コイル（直流励磁コイル）と、交流電源に接続された渦流探傷コイル（交流励磁コイルとしても機能するコイル）とを備えたセンサ（管状体の内部に挿入される移動可能な内挿式センサ）を用い、予め、内外面に複数種の模擬欠陥を設けた前記管状体と同一又は同等の試験管を前記センサにより直流磁化すると共に渦流探傷を行うことで、透磁率変化及び渦電流変化の双方により前記模擬欠陥が検出可能で且つ前記模擬欠陥が前記試験管の内外面のいずれに位置するのかを識別可能な直流磁化の強さ及び前記渦流探傷コイルの試験周波数を選定しておき、前記センサを前記管状体内に挿入し、前記選定した直流磁化の強さ及び試験周波数により前記管状体を直流磁化させながら渦流探傷を行い、前記透磁率変化及び前記渦電流変化に基づく前記渦流探傷コイルの検出信号により前記欠陥が前記管状体の内外面のいずれに位置するのかを識別する管状体の欠陥評価方法及び装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５２６９５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような従来の管状体の欠陥評価方法及び装置においては、直流電源に接続された直流励磁コイルにより管状体を直流磁化しながら、交流電源から正弦波交流電流を渦流探傷コイルに供給して交流磁束を発生させ、管状体を励磁して渦電流を発生させ、管状体の欠陥等に伴う渦電流変化による渦流探傷コイルのインピーダンス変化により前記管状体のきず又は欠陥を評価していたので、管状体のきず又は欠陥の検査のための装置の構成が複雑となり検査装置が高コスト化してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような従来技術の問題点に着目して為されたものであって、管状体の外面側及び内面側のきず又は欠陥の有無や大きさ又は減肉深さ等の検査又は評価等を行うための装置の構成を大幅に簡素化し低コスト化することができる、管状体のきず又は欠陥の検査方法又は装置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】
【０００６】
以上のような課題を解決するための本発明による管状体のきず又は欠陥の検査方法又は装置は、導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置した唯一つの励磁コイルに、唯一つの電源から直流の矩形波電流を流して上記励磁コイルの周囲に直流バイアス矩形波交流磁界を発生させ、これにより、前記管状体を直流バイアス矩形波交流磁界に晒し、前記管状体に誘導電圧を発生させる直流バイアス矩形波交流磁界発生ステップ又は同発生部と、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出ステップ又は同検出部とを含むものである。
【０００７】
また、本発明による管状体のきず又は欠陥の検査方法は、唯一つの電源から直流の矩形波電流が供給されて直流バイアス矩形波交流磁界を発生させる唯一つの励磁コイルを、導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置させて、前記管状体を直流バイアス矩形波交流磁界に晒し、これにより前記管状体に誘導電圧を発生させる直流バイアス矩形波交流磁界発生ステップ又は同発生部と、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出ステップ又は同検出部とを含み、前記唯一つの励磁コイル及び前記２つの検出コイルを、前記管状体の長手方向において所定速度で移動させながら又は所定距離毎の移動及び停止を繰り返させながら、前記直流バイアス矩形波交流磁界発生及び前記差動電圧検出の各動作を、所定時間毎に又は所定距離毎に行うようにしたものである。
【０００８】
また、本発明による管状体のきず又は欠陥の検査方法において、前記直流バイアス矩形波交流磁界発生ステップ又は同発生部は、前記唯一つの励磁コイルに数十Ｈｚ〜数百ｋＨｚの矩形波励磁電流を流すものであってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、前述のように、導体（磁性体及び非磁性体のいずれでもよい）から成る管状体の近傍に配置された唯一つの励磁コイル（唯一つの電源から直流の矩形波電流が供給される唯一つの励磁コイル）により直流バイアス矩形波交流磁界を発生させて、前記管状体を直流バイアス矩形波交流磁界に晒し、前記管状体に誘導電圧を発生させるようにしている。その結果、本発明では、従来の管状体のきず等の検査装置（特許文献１など参照）のように、直流電源と交流電源（発振器）との計２つの電源と、直流励磁コイル（直流磁化コイル）と渦流探傷コイル（交流励磁コイルとしても機能するコイル）との計２つの励磁コイルとを備えることを不要とすることができる。すなわち、本発明では、唯一つの電源（直流の矩形波電流を供給する電源）と唯一つの励磁コイル（直流バイアス矩形波交流磁界を発生させる励磁コイル）とを備えるだけで、前記管状体に誘導電圧を発生させることができる。よって、本発明によれば、従来の管状体のきず等の検査装置（特許文献１など参照）における装置の構成と異なって、管状体を励磁するための電源としては直流の矩形波電流を供給する唯一つの電源を備えるだけでよく、且つ、管状体を励磁するためのコイルとしても直流バイアス矩形波交流磁界を発生させる唯一つの励磁コイルを備えるだけでよいこととなるので、管状体のきず等を検査するための装置を大幅に簡素化し且つ低コスト化することが可能になる。
【００１０】
また、本発明においては、前記唯一つの励磁コイル（直流バイアス矩形波励磁コイル）により管状体の周囲で直流バイアス矩形波交流磁界を発生させ当該管状体に誘電電圧を発生させるようにしたので、従来の管状体のきず等の検査装置（特許文献１など参照）のように正弦波交流磁界を発生させる場合と比較して、前記誘導電圧の差動電圧の振幅がより大きく表れるようになり、前記各検出コイルによる差動電圧の検出感度が大幅に高められるようになる。よって、本発明では、従来技術（特許文献１など参照）におけるように渦流探傷コイルのインピーダンス変化を検出することなく、前記管状体に発生した誘導電圧の差動電圧を検出するだけで、前記管状体の外面側及び内面側のきず等を高精度に検出できるようになる。よって、本発明によれば、従来技術において必要であった渦流探傷コイルのインピーダンス変化を検出するための構成が不要となり、管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイル等による各誘導電圧の差動電圧を検出するための構成を備えるだけで管状体の内面側及び外面側のきず等の検出が可能になるので、管状体のきず等を検査するための装置を大幅に簡素化し且つ低コスト化することができる。
【００１１】
また、本発明においては、前記直流バイアス矩形波交流磁界発生ステップ又は同発生部において前記唯一つの励磁コイルに５０〜３００ｋＨｚの矩形波励磁電流を流すようにしたときは、管状体の各欠陥の減肉深さに対応する前記差動電圧の振幅及びピーク値をより大きく且つ高精度に出力させることができるので、管状体の外面側及び内面側のきず又は欠陥の有無や大きさ又は減肉深さ等の検査又は評価をより高精度に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る管状体のきず又は欠陥の検査装置に含まれる電磁気センサの構成を示す概略図、（ｂ）は本実施形態中の直流バイアス矩形波励磁コイルに流される直流バイアス矩形波励磁電流の波形の一例を示す図である。
【図２】本実施形態による管状体のきず又は欠陥の検出に関する概略的な動作（鋼管の外面側に欠陥等がある場合の直流バイアス矩形波交流磁界の磁束分布）を示す概念図である。
【図３】本実施形態に係る管状体のきず又は欠陥の検出に関する概略的な動作（鋼管の内面側に欠陥等がある場合の直流バイアス矩形波交流磁界の磁束分布）を示す概念図である。
【図４】本実施形態に関する本発明者側による効果確認実験（以下「本実験」という）において検査対象として使用した鋼管を示す図である。
【図５】本実験において検査対象として使用した鋼管を示す図である。
【図６】本実験で使用した測定装置のシステム構成図を示す図である。
【図７】本実験において３０％減肉の欠陥を有する鋼管を直流バイアス矩形波交流磁界に晒した状態で２つの検出コイルが測定した各誘導電圧の差動電圧（ｍＶ）の検出波形を示すグラフである。
【図８】鋼管を直流バイアス矩形波交流磁界に晒した状態で２つの検出コイルが測定した各誘導電圧の差動電圧（ｍＶ）の検出波形のピーク値電圧と鋼管外面の各欠陥の減肉深さとの関係を示すグラフである。
【図９】励磁コイル３に流される直流バイアス矩形波励磁電流の周波数と測定された各誘導電圧の差動電圧（ｍＶ）のピーク値（鋼管の欠陥が３０％の減肉深さの場合）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る管状体のきず又は欠陥の検査装置に含まれる電磁気センサの構成を示す概略図、図１（ｂ）は前記図１（ａ）中の直流バイアス矩形波励磁コイル３に流される直流バイアス矩形波励磁電流の波形の一例を示す図である。図１（ａ）において、１は導体（磁性体又は非磁性体のいずれでもよい）から成る管状体の一例としての鋼管、２はヨーク材、３は前記ヨーク材２に巻回された直流バイアス矩形波励磁コイル、５は前記直流バイアス矩形波励磁コイル３の上側に巻回された２つのコイルであって前記鋼管１に発生した誘導電圧を検出するための一対の差動検出コイルである。
【００１４】
本実施形態において、前記直流バイアス矩形波励磁コイル３は、直流バイアス矩形波電流の発生部（後述の図６のファンクションジェネレーター及びバイポーラ電源など参照）から所定周波数の直流の矩形波電流（図１（ｂ）に示すような、例えば１Ａ〜１０Ａの直流バイアスが加えられているため電流の正負は変わらないが、例えば０．０１Ａ〜０．５Ａの範囲内で電流の振幅の大きさが変化する矩形波電流（矩形波成分の周波数は例えば約１０ｋＨｚ〜約４００ｋＨｚ）が供給されることにより、対応する直流バイアス矩形波交流磁界を発生させて前記鋼管１を励磁する。なお、図１において、前記鋼管１の外径ａは任意のサイズとすることが可能であるが例えば２５．４ｍｍ、前記鋼管１の厚さｂは任意のサイズとすることが可能であるが例えば
２．６ｍｍである。
【００１５】
また、図１において、前記のヨーク材２、直流バイアス矩形波励磁コイル３及び差動検出コイル５，５などから構成される本実施形態の検査装置の長さｃは任意のサイズとすることが可能であるが例えば８０ｍｍである。また、本実施形態に係る検査装置は、図１に示すように、前記鋼管１の内部に挿入されて図示しない移動機構部により一定速度で移動しながら、所定時間毎に（又は例えば約１ｍｍ毎などの所定距離毎に）前記の鋼管１の励磁及び差動電圧の検出を繰り返すように構成されている（なお、所定距離の移動及びその後の停止を繰り返しながら、前記各停止時において前記鋼管１の励磁と差動電圧の検出とを繰り返すように構成されていてもよい）。
【００１６】
次に、図２は、本実施形態において前記鋼管１に外面欠陥１ａがある場合の直流バイアス矩形波交流磁界の磁束分布を示す概念図である。本実施形態では、図２に示すように、直流バイアス矩形波励磁コイル３（図１参照）により、直流バイアス矩形波交流磁界が発生する。前記直流バイアス矩形波交流磁界中の直流成分である直流バイアス磁界６により、当該磁界６に対向する前記鋼管１の内面側から外面側までの部分が直流磁化される。また、前記直流バイアス矩形波交流磁界中の交流成分である矩形波交流磁界７により、当該磁界７に対向する前記鋼管１中の内面側部分に誘導電圧が発生する。この場合、前記外面欠陥１ａにより、前記鋼管１の内側部分にも交流磁束の変化が生じるので、前記外面欠陥１ａの近傍の前記鋼管１の長手方向において異なる２つの位置（前記鋼管１の内面側に近い位置）に配置された各検出コイル５，５によりそれぞれ検出された誘導電圧から差動電圧が検出される。
【００１７】
次に、図３は、本実施形態において前記鋼管１に内面欠陥１ｂがある場合の直流バイアス矩形波交流磁界の磁束分布を示す概念図である。本実施形態では、図３に示すように、直流バイアス矩形波励磁コイル３（図１参照）により、直流バイアス矩形波交流磁界が発生する。前記直流バイアス矩形波交流磁界中の直流成分である直流バイアス磁界６により、当該磁界６に対向する前記鋼管１の内面側から外面側までの部分が直流磁化される。また、前記直流バイアス矩形波交流磁界中の交流成分である矩形波交流磁界７により、前記鋼管１の内面側部分に誘導電圧が発生する。この場合、前記内面欠陥１ｂにより、前記内面欠陥１ｂの周辺部分に交流磁束の変化及び誘導電圧の変化が生じるので、前記内面欠陥１ｂの近傍の前記鋼管１の長手方向において異なる２つの位置に配置された各検出コイル５，５によりそれぞれ検出された誘導電圧から差動電圧が検出される。
【００１８】
詳細は後述するが、本実施形態では、前記のヨーク材２、直流バイアス矩形波励磁コイル３及び各差動検出コイル５，５などから構成される検査装置を図示しない移動機構により所定速度で移動させながら、所定時間毎に又は所定距離毎に（例えば０．５〜数ｍｍ毎に、より望ましくは１ｍｍ毎に）、前記直流バイアス矩形波交流磁界を発生させながら前記一対の差動検出コイル５，５により当該場所での前記鋼管１に発生した誘導電圧の差動電圧を検出する。これにより、前記各場所近傍における誘導電圧の差動電圧が検出できるので、それらの各検出結果から、前記各場所のいずれに外面欠陥１ａ又は内面欠陥１ｂが存在しているかについて（及び後述のように、きず又は欠陥の大きさ又は減肉深さについても）評価、判定等することができる。なお、前述のように前記検査装置を移動させながら前記検出等を行うのではなく、所定時間毎に又は所定距離毎に移動と停止を繰り返しながら各停止時に前記検出等を行うようにしてもよい。
【００１９】
次に、本発明者らは、本実施形態に係る検査装置を使用して、前記鋼管１の外面欠陥１ａ又は内面欠陥１ｂを検査する実験を行ったので、その実験結果等について図４以下を参照して説明する。
【００２０】
まず、本発明者らは、直流バイアス矩形波電流を用いた内挿プローブによる鋼管１外面欠陥検査手法に関する実験を行ったので、以下に説明する。
【００２１】
１．１  本実験の背景
各種発電プラント等の熱交換器では伝熱鋼管が使用されている。伝熱鋼管は一般的に多管式であり、支持鋼板（バッフル）で固定されているため、鋼管の内外を流れる流体により鋼管が振動し支持鋼板と接触することや、鋼管外面に流れる流体内の不純物が隙間に堆積し、腐食すること等で鋼管の外面または支持鋼板と鋼管の接触部に欠陥や減肉が発生する揚合が多い。したがって安全性を保つために鋼管の定期的な検査が必須である。
【００２２】
伝熱鋼管の検査には高速かつ非接触で試験が可能な電磁気検査法の適用が望まれている。しかし、これらの伝熱鋼管に対して一般的な内挿コイルによる渦電流探傷試験を適用した場合、透磁率の高い鋼管に交流磁界が印加される結果、大きな表皮効果が生じ、鋼管外面まで渦電流が浸透せず、外面欠陥が検出できない。そこで本実験では、直流バイアス矩形波交流磁界を使用した内挿プロープを試作し、厚肉鋼管の外面欠陥の検出を可能にする電磁気検査法を探るための実験を行った。
【００２３】
１．２  本実験の目的及び構成
本実験ではバイアス矩形波交流磁界を利用した鋼管の外面欠陥の評価等を目的とし、次の順序で検討等を行った。
１）検査対象の鋼管及び欠陥
２）差動型内挿プローブ
３）実験装置とシステム
４）差動型内挿プローブによるバイアス矩形波交流磁界を用いた外面欠陥検査の検討
５）結言
【００２４】
１）検査対象の鋼管及び欠陥
本実験で検査対象として使用した鋼管は、図４に示す鋼管（例えばＳＴＢ３４０）で鋼管内にスリット欠陥を３個所有する鋼管である。この鋼管は、図４及び図５に示すような強磁性体の鋼管である。この鋼管に作成した人工の外面欠陥の各寸法の詳細を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2019215282.tif 000003
【００２６】
２）差動型内挿プローブ
内挿する検査プローブの軸となるヨーク材には高透磁率材の軸を使用した。内挿する検査プローブには直流バイアス矩形波励磁コイルを所定ターン巻き、その中央部に２つの検出コイルを巻いた。
【００２７】
３）実験装置とシステム
本実験では以下に示す６種類の測定装置等を使用した実験を行った。図６に、本実験に使用した測定装置のシステム構成図を示す。本実験では、図６に示すように、ファンクションジェネレーターから所定の矩形波信号を発生させ、バイポーラ電源でその信号を増幅させることにより、図１（ｂ）に示すような波形の直流バイアス矩形波励磁電流を生成し、これを前記直流バイアス矩形波励磁コイル３（図１参照）に供給する。前記矩形波信号の周波数はファンクションジェネレーターを操作することで調整、決定する。前記各差動検出コイル５，５から得られた電気信号はメモリハイコーダで測定する。
【００２８】
４）差動型内挿プローブによる直流バイアス矩形波交流磁界を用いた外面欠陥１ａ検査の検討
本実験では、検査手法として、差動型内挿プローブを使用して鋼管１内部から直流バイアス矩形波交流磁界を鋼管１に印加しながら、鋼管１の外面欠陥１ａにより鋼管１の内面に生じた交流磁束変化を検出した。本実験では、鋼管１外面の周回方向に例えば幅２０ｍｍで、深さ０．７８ｍｍ（３０％深さ）及び深さ１．８２ｍｍ（７０％深さ）の各外面全周溝を設け、それらの鋼管１外面の欠陥１ａを探傷した。鋼管１内で内挿コイル（内挿プローブ）を管軸方向（ｚ方向）に移動させることで、ｚ方向において互いに位置の異なる２つの検出コイル５，５に鎖交する交流磁束による誘導電圧を検出する。前記各検出コイル５，５の差動信号を検出することで、理論的には欠陥が存在する場合のみ、出力電圧（差動電圧）が生じる。直流バイアス矩形波交流磁界を用いて、差動電圧を測定した。実験結果を図７に示す。
【００２９】
図７に示すように、内挿プローブが外面欠陥１ａの両端部付近に存在する場合において検出電圧のピークが見られることから、前記差動電圧を検出することにより、鋼管１の外面欠陥１ａの有無を判別できることが分かった。また、３０％減肉の外面欠陥１ａの場合と７０％減肉の外面欠陥１ａの場合とから、鋼管１の外面欠陥１ａの減肉深さの増加に比例して検出電圧（ピーク値電圧）が増加することから、検出電圧の振幅の大きさにより鋼管１の外面欠陥１ａの減肉深さが推測できることが分かった。このような差動電圧の検出による外面欠陥１ａの有無の判別と外面欠陥１ａの減肉深さの推測は、従来技術におけるような正弦波交流磁束ではなく、直流バイアス矩形波交流磁界を用いること（これによる検出感度の増大）により初めて実用的に可能となったことであった。
【００３０】
前記出力電圧（差動電圧）のピーク値は、鋼管１の外面欠陥１ａの減肉深さと比例して増加傾向を示すことが分かった。ピーク値電圧と減肉深さの関係を図８に示す。図８から欠陥の深さが増えるに連れて検出電圧（差動電圧）が直線的に増加傾向を示すことが分かった。
【００３１】
次に、減肉深さの一番小さい３０％の外面欠陥１ａに関して、その検査又は評価のために適した矩形波励磁電流の最適周波数を探るための実験、検討を行った。
【００３２】
また、前記矩形波励磁電流の周波数とピーク値電圧の関係を図9に示す。矩形波励磁電流の周波数が約１００ＫＨｚを超えると、検出電圧は減少傾向を示すことが分かった。よって、このモデルでの矩形波励磁電流の最適周波数は約１００ＫＨｚ又はその付近であることが分かった。
【００３３】
５）結言
本実験で得られた結果の概要をまとめると次のとおりである。
ａ．本検査手法（各種・各サイズの外面欠陥及び内面欠陥が存在する管状体を使用して予め事前に測定しておいた複数の基準とすべき差動電圧と照合することなどをも含む）により、鋼管１の外面欠陥１ａを検出できることが分かった。
ｂ．直流バイアス矩形波交流磁界を用いることにより、従来の正弦波交流磁界を用いる場合と比較して、検出電圧の振幅がより大きく表れることが分かった。
ｃ．励磁周波数が約１００ＫＨｚ前後のときに検出電圧（差動電圧）のピーク値が最も大きく出力された。
【００３４】
なお、以上は、本実施形態に係る差動型内挿プローブを使用しての直流バイアス矩形波交流磁界から生じた誘導電圧の測定による管状体（鋼管１）の外面欠陥１ａの検査のための動作について説明したが、本実施形態に係る差動型内挿プローブを使用しての直流バイアス矩形波交流磁界から生じた誘導電圧の測定による管状体（鋼管１）の内面欠陥１ｂの検査のための動作についても、基本的に、前記外面欠陥１ａの検査時の動作と同様である。すなわち、図３に示すように、前記管状体（鋼管１）の近傍で前記直流バイアス矩形波励磁コイル３により直流バイアス矩形波交流磁界を発生させると、管状体（鋼管１）に誘導電圧が発生するが、管状体（鋼管１）に内面欠陥１ｂが存在する場合は、当該内面欠陥１ｂにより交流磁束が変化し誘導電圧が変化するため、当該誘導電圧の変化を前記一対の差動検出コイル５，５で差動電圧として検出、測定することにより（さらに各種・各サイズの外面欠陥及び内面欠陥が存在する管状体を使用して予め事前に測定しておいた複数の基準とすべき差動電圧と照合することなどにより）、前記内面欠陥１ｂの有無及びその減肉深さ等を知ることができる（前記差動電圧のピーク値が前記鋼管１の外面欠陥１ａの減肉深さに比例して増加傾向を示すことは、図８に関して前述したが、前記差動電圧のピーク値が前記鋼管１の内面欠陥１ｂの減肉深さにも対応して変動することも理論上明らかである）。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態においては、鋼管１の近傍（内周側）に配置された唯一つの励磁コイル（図６に示す唯一つの電源であるバイポーラ電源に接続された直流バイアス矩形波励磁コイル３）により直流バイアス矩形波交流磁界を発生させて、前記鋼管１を直流バイアス矩形波交流磁界に晒し、前記鋼管１に誘導電圧を発生させるようにしている。その結果、本実施形態では、従来の管状体のきず等の検査装置（特許文献１など参照）のように、直流電源と交流電源との計２つの電源と、直流励磁コイル（直流磁化コイル）と渦流探傷コイル（交流励磁コイルとしても機能するコイル）との計２つの励磁コイルとを備えることを不要とすることができる。すなわち、本実施形態では、唯一つの電源（矩形波電流を供給する図６のバイポーラ電源など参照）と唯一つの励磁コイル（直流バイアス矩形波励磁コイル３）とを備えるだけで、前記管状体に誘導電圧を発生させることができる。よって、本実施形態によれば、従来技術（特許文献１など参照）におけると異なって、鋼管１を励磁するための電源としては直流の矩形波電流を供給する唯一つの電源（図６のバイポーラ電源など参照）を備えるだけでよく、且つ、鋼管１を励磁するための励磁コイルとしても直流バイアス矩形波交流磁界を発生させる唯一つの直流バイアス矩形波励磁コイル３を備えるだけでよいこととなるので、鋼管１のきず等を検査するための装置を大幅に簡素化し且つ低コスト化することが可能になる。
【００３６】
また、本実施形態においては、前記唯一つの直流バイアス矩形波励磁コイル３により前記鋼管１の周囲に直流バイアス矩形波交流磁界を発生させて前記鋼管１に誘電電圧を発生させるようにしたので、従来技術（特許文献１など参照）のように正弦波交流磁界を発生させる場合と比較して、前記誘導電圧の差動電圧の振幅がより大きく表れるようになり、前記各差動検出コイル５，５による差動電圧の検出感度が大幅に高められるようになる。よって、本実施形態では、従来技術（特許文献１など参照）のように渦流探傷コイルのインピーダンス変化を検出することなく、前記鋼管１に発生した誘導電圧の差動電圧を検出するだけで、前記鋼管１のきず等を高精度に検出できるようになる。このように、本実施形態によれば、従来技術において必要であった渦流探傷コイルのインピーダンス変化を検出するための構成が不要となり、前記鋼管１の長手方向において互いに異なる位置にある２つの差動検出コイル５，５等による各誘導電圧の差動電圧を検出するための構成を備えるだけで前記鋼管１の内面側及び外面側のきず等の検出が可能になるので、前記鋼管１のきず等を検査するための装置を大幅に簡素化し且つ低コスト化することができるようになる。
【００３７】
また、本実施形態において、前記直流バイアス矩形波励磁コイル３に、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの矩形波交流電流、より望ましくは約１００〜約２００ｋＨｚの矩形波交流電流を流して直流バイアス矩形波交流磁界を発生させるようにしたときは、鋼管１の各欠陥の減肉深さに対応する前記差動電圧の振幅及びピーク値をより大きく且つ高精度に出力させることができるので、鋼管１の外面側及び内面側のきず又は欠陥の有無や大きさ又は減肉深さ等の検査又は評価をより高精度に行えるようになる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態として述べたものに限定されるものではなく、様々な修正及び変更が可能である。例えば、前記実施形態においては、磁性体である鋼管１のきず又は欠陥の有無及び大きさ又は減肉深さ等に関する検査又は評価を扱ったが、本発明は、非磁性体から成る管状体のきず又は欠陥の有無及び大きさ又は減肉深さ等に関する検査又は評価等のためにも適用できることは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
１    鋼管
１ａ  外面欠陥
１ｂ  内面欠陥
２    ヨーク材
３    直流バイアス矩形波励磁コイル
５    差動検出コイル
６    直流バイアス磁界
７    矩形波交流磁界
【図１】
2019215282.tif 000004
【図２】
2019215282.tif 000005
【図３】
2019215282.tif 000006
【図４】
2019215282.tif 000007
【図５】
2019215282.tif 000008
【図６】
2019215282.tif 000009
【図７】
2019215282.tif 000010
【図８】
2019215282.tif 000011
【図９】
2019215282.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月12日(2018.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置した単一の励磁コイルに、単一の電源から、矩形波の交流電流に所定の直流電流が付加された１００〜２００ｋＨｚの脈流の矩形波電流を供給し、これにより上記励磁コイルの周囲に矩形波の交流磁界に所定の直流磁界が付加された脈流の矩形波磁界を発生させて、前記管状体を前記矩形波磁界に晒し、前記管状体に誘導電圧を発生させる矩形波磁界発生ステップと、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出ステップとを含むことを特徴とする管状体のきず又は欠陥の検査方法。
【請求項２】
単一の電源から、矩形波の交流電流に所定の直流電流が付加された１００〜２００ｋＨｚの脈流の矩形波電流を供給してもらうことにより、矩形波の交流磁界に所定の直流磁界が付加された脈流の矩形波磁界を発生させる単一の励磁コイルを、導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置させて、前記管状体を前記矩形波磁界に晒し、これにより前記管状体に誘導電圧を発生させる矩形波磁界発生ステップと、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出ステップと、前記単一の励磁コイル及び前記２つの検出コイルを、前記管状体の長手方向に、所定速度で移動させながら又は所定距離毎の移動及び停止を繰り返させながら、前記矩形波磁界の発生及び前記差動電圧の検出に係る各動作を、所定時間毎に又は所定距離毎に行う繰り返しステップとを含むことを特徴とする管状体のきず又は欠陥の検査方法。
【請求項３】
導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置した単一の励磁コイルに、単一の電源から、矩形波の交流電流に所定の直流電流が付加された１００〜２００ｋＨｚの脈流の矩形波電流を供給し、これにより上記励磁コイルの周囲に矩形波の交流磁界に所定の直流磁界が付加された脈流の矩形波磁界を発生させて、前記管状体を前記矩形波磁界に晒し、前記管状体に誘導電圧を発生させる矩形波磁界発生部と、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出部とを含むことを特徴とする管状体のきず又は欠陥の検査装置。
【請求項４】
単一の電源から、矩形波の交流電流に所定の直流電流が付加された１００〜２００ｋＨｚの脈流の矩形波電流を供給してもらうことにより、矩形波の交流磁界に所定の直流磁界が付加された脈流の矩形波磁界を発生させる単一の励磁コイルを、導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置させて、前記管状体を前記矩形波磁界に晒し、これにより前記管状体に誘導電圧を発生させる矩形波磁界発生部と、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出する差動電圧検出部と、前記単一の励磁コイルにより前記矩形波磁界を発生する動作、及び前記２つの検出コイルにより前記差動電圧を検出する動作が、所定時間毎に又は所定距離毎に行われるように、前記矩形波磁界発生部及び前記差動電圧検出部を、前記管状体の長手方向に、所定速度で移動させ又は所定距離毎の移動及び停止を繰り返すように移動させる移動部と、を備えた管状体のきず又は欠陥の検査装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明は、導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置した単一の励磁コイルに、単一の電源から、矩形波の交流電流に所定の直流電流が付加された１００〜２００ｋＨｚの脈流の矩形波電流を供給し、これにより上記励磁コイルの周囲に矩形波の交流磁界に所定の直流磁界が付加された脈流の矩形波磁界を発生させて、前記管状体を前記矩形波磁界に晒し、前記管状体に誘導電圧を発生させ、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出することを特徴とする管状体のきず又は欠陥の検査方法及び装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、単一の電源から、矩形波の交流電流に所定の直流電流が付加された１００〜２００ｋＨｚの脈流の矩形波電流を供給してもらうことにより、矩形波の交流磁界に所定の直流磁界が付加された脈流の矩形波磁界を発生させる単一の励磁コイルを、導体から成る管状体の内部又は外部の近傍に配置させて、前記管状体を前記矩形波磁界に晒し、これにより前記管状体に誘導電圧を発生させ、前記管状体の長手方向において互いに異なる位置にある２つの検出コイルによりそれぞれ検出された各誘導電圧の差動電圧を検出し、前記単一の励磁コイル及び前記２つの検出コイルを、前記管状体の長手方向に、所定速度で移動させながら又は所定距離毎の移動及び停止を繰り返させながら、前記矩形波磁界の発生及び前記差動電圧の検出に係る各動作を、所定時間毎に又は所定距離毎に行うことを特徴とする管状体のきず又は欠陥の検査方法及び装置である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
なお、以下の本明細書中の発明の効果及び実施形態の説明においては、前記「矩形波の交流電流に所定の直流電流が付加された１００〜２００ｋＨｚの脈流の矩形波電流」を「直流バイアス矩形波電流」などと言い、また前記「矩形波の交流磁界に所定の直流磁界が付加された脈流の矩形波磁界」を「直流バイアス矩形波交流磁界」などと言う。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明においては、前記直流バイアス矩形波交流磁界発生ステップ又は同発生部において前記単一の励磁コイルに１００〜２００ｋＨｚの矩形波励磁電流を流すようにしたときは、管状体の各欠陥の減肉深さに対応する前記差動電圧の振幅及びピーク値をより大きく且つ高精度に出力させることができるので、管状体の外面側及び内面側のきず又は欠陥の有無や大きさ又は減肉深さ等の検査又は評価をより高精度に行えるようになる。