(57)【要約】【課題】センサと被検体との距離が大きい状態であっても被検体の探傷を精度よく行う。【解決手段】非破壊検査装置は、被検体２に対向した励磁コイル１０１と、励磁コイル１０１に電磁的に結合した参照コイル１０５と、被検体２に対向した検出コイル１０４と、励磁コイル１０１を交番電圧で励振し、参照コイル１０５に発生する電圧と検出コイル１０４に発生する電圧との差である被測定信号の振幅および位相を、励磁コイル１０１または参照コイル１０５の電圧を基準信号として検出する測定処理部４と、を備える。【選択図】図１
2015087168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対向した第１のコイルと、
前記第１のコイルに電磁的に結合した第２のコイルと、
前記被検体に対向した第３のコイルと、
前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第２のコイルに発生する電圧と前記第３のコイルに発生する電圧との差である被測定信号の振幅および位相を、前記第１または前記第２のコイルの電圧を基準信号として検出する測定処理部と、
を備えることを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項２】
前記測定処理部は、前記基準信号と前記被測定信号とが入力されるステップと、
入力された前記被測定信号と前記基準信号との振幅比および位相差を、高速フーリエ変換により求めるステップと、
前記振幅比および前記位相差を変数とする連立方程式を立て、前記被検体の複数点の既知の厚さとその各点での振幅比および位相差の測定値により前記連立方程式の各係数を求めるステップと、
求まった各前記係数と未知の点での振幅比および位相差の測定値とから、該未知の点の被検体の厚さを推定するステップと、
を実行することを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
【請求項３】
前記連立方程式の各係数を求めるステップでは、前記被検体の特定較正点で前記被検体と前記第３のコイルとの間の距離であるリフトオフを変化させることを特徴とする請求項２に記載の非破壊検査装置。
【請求項４】
前記測定処理部は、前記被測定信号と前記基準信号との振幅比の測定と、前記被測定信号と前記基準信号との位相差の測定とを、互いに異なった周波数で前記第１のコイルを励磁して行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の非破壊検査装置における非破壊検査方法であって、
前記第１および前記第３のコイルを前記被検体に対向させた状態で、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、
前記第１のコイルを励振する交番電圧または前記第２のコイルに発生する電圧と、前記第３のコイルに発生する電圧と前記第２のコイルに発生する電圧の差の電圧を前記測定処理部に入力し、
前記測定処理部で、入力された前記交番電圧と前記差の電圧とについて、高速フーリエ変換によりそれぞれ振幅および位相を求め、
前記交番電圧を基準信号とした前記差の電圧との振幅比および位相差を検出することを特徴とする非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導を利用して被検体の非破壊検査を行う非破壊検査装置および非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜５に示すように、電磁誘導を利用した過流探傷装置において、正弦波発生器、励磁コイルを駆動する駆動回路、励磁コイルおよび検出コイルからなるセンサ、検出コイルの出力を増幅する増幅回路および同期検波回路を含む解析回路等で構成された装置が提案され、使用されている。
【０００３】
図２３は、従来技術によるセンサの一例である。
この図２３に示すように、センサは、被検体に強力な磁場を印加することを目的として、珪素鋼板、フェライト等の磁性体からなる励磁コア１０２に励磁コイル１０１を巻回してなる励磁器を被検体２に対向させ、その励磁コイル１０１を一定電圧の正弦波で励磁する。励磁コイル１０１の内側には、検出コイル１０４を配置している。
【０００４】
例えば特許文献６には、上記したようなセンサにおいて、検出コイル１０４の出力に基づき、同期検波等の手段により被検体深部に生ずる渦電流の変化を検出し、減肉、傷等の検出を管の外部から行う構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７５３４９９号公報
【特許文献２】特許第３２６６１２８号公報
【特許文献３】特開２０１０−４８５５２号公報
【特許文献４】特許第３８９６４８９号公報
【特許文献５】特開３０１０−５４３５２号公報
【特許文献６】特許第４７５６４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、実際の被検体としての管は磁性と導電性をともに有する炭素鋼管である。しかも、管は、グラスウール等の保温材で覆われ、更にその外側はアルミ、トタン等の防露材で覆われている場合が多い。磁性と導電性をともに有する炭素鋼管等にあっては渦電流効果のため励磁交番磁界が被検体内部に浸透しにくい。さらに、被検体となる管が保温材で覆われているために、被検体とセンサ間の距離、即ちリフトオフが大きくならざるを得ない。その結果、検出信号が極端に小さくなるので、被検体の管の内壁部の減肉、傷等の検出が著しく困難となる。
しかも、検出信号が小さくなると、センサの温度特性の影響をより強く受けるようになり、測定値が温度変化により漂動するという欠点があった。即ち、センサの巻線に使用されるホルマル線等銅線の電気抵抗の温度係数の影響を相対的に大きく受けるようになり、測定装置として温度的に不安定になるという欠点があった。
そこでなされた本発明の目的は、センサの被検体に対向する端面と被検体との距離、即ちリフトオフが大きい状態であっても被検体の探傷を精度よく行うことのできる非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の非破壊検査装置は、被検体に対向した第１のコイルと、前記第１のコイルに電磁的に結合した第２のコイルと、前記被検体に対向した第３のコイルと、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第２のコイルに発生する電圧と前記第３のコイルに発生する電圧との差である被測定信号の振幅および位相を、前記第１または前記第２のコイルの電圧を基準信号として検出する測定処理部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、第１のコイルを交番電圧で励振することによって、第１のコイルに電磁的に結合した第２のコイルに発生する電圧と、第３のコイルに発生する電圧との間に差が生じる。この第２のコイルの発生電圧と第３のコイルの発生電圧との差である被測定信号の振幅および位相を、第１または第２のコイルの電圧を基準信号として検出することによって、センサと被検体との距離であるリフトオフや、温度変化の影響を抑えることができる。
【０００９】
前記測定処理部は、前記基準信号と前記被測定信号とが入力されるステップと、入力された前記被測定信号と前記基準信号との振幅比および位相差を、高速フーリエ変換により求めるステップと、前記振幅比および前記位相差を変数とする連立方程式を立て、前記被検体の複数点の既知の厚さとその各点での振幅比および位相差の測定値により前記連立方程式の各係数を求めるステップと、求まった各前記係数と未知の点での振幅比および位相差の測定値とから、該未知の点の被検体の厚さを推定するステップと、を実行するようにしてもよい。
【００１０】
このようにして、被検体の複数点の既知の厚さに基づいて係数を設定した連立方程式を用いることによって、温度変化等に関わらず、バラツキの少ない測定結果を得ることができる。
【００１１】
前記連立方程式の各係数を求めるステップでは、前記被検体の特定較正点で前記被検体と前記第３のコイルとの間の距離であるリフトオフを変化させるようにしてもよい。
【００１２】
これにより、実際の被検体により近似した連立方程式とすることができる。これにより、未知の点の被検体の厚さを、より高精度に推定し、検査精度をさらに高めることができる。
【００１３】
前記測定処理部は、前記被測定信号と前記基準信号との振幅比の測定と、前記被測定信号と前記基準信号との位相差の測定とを、互いに異なった周波数で前記第１のコイルを励磁して行うようにしてもよい。
【００１４】
これにより、振幅、位相ともに大きな出力を得ることができるので、被検体の厚さの変化による検出信号の変化をより高感度に検出できる。
【００１５】
本発明は、上記したような非破壊検査装置における非破壊検査方法であって、前記第１および前記第３のコイルを前記被検体に対向させた状態で、前記第１のコイルを交番電圧で励振し、前記第１のコイルを励振する交番電圧または前記第２のコイルに発生する電圧と、前記第３のコイルに発生する電圧と前記第２のコイルに発生する電圧の差の電圧を前記測定処理部に入力し、前記測定処理部で、入力された前記交番電圧と前記差の電圧とについて、高速フーリエ変換によりそれぞれ振幅および位相を求め、前記交番電圧を基準信号とした前記差の電圧との振幅比および位相差を検出することを特徴とする。
【００１６】
これにより、第２コイルの発生電圧と第３のコイルの発生電圧との差である被測定信号の振幅および位相を、第１のコイルの交番電圧または第２のコイルの発生電圧を基準信号として検出することによって、センサと被検体との距離であるリフトオフや、温度変化の影響を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、センサと被検体との距離が大きい状態であっても被検体の探傷を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る非破壊検査装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１の非破壊検査装置を構成するセンサを示す図である。
【図３】第２の実施形態に係る非破壊検査装置を示す図である。
【図４】図３の非破壊検査装置を構成するセンサを示す図である。
【図５】第３の実施形態に係る非破壊検査装置を示す図である。
【図６】図５の非破壊検査装置を構成するセンサを示す図である。
【図７】第４の実施形態に係る非破壊検査装置を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の実施例において、検出コイルと参照コイルとの電圧の差の振幅比を、高速フーリエ変換により測定した結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施例において、検出コイルと参照コイルとの電圧の差の位相差を、高速フーリエ変換により測定した結果を示す図である。
【図１３】比較例として、検出コイルの電圧の振幅比を測定した結果を示す図である。
【図１４】比較例として、検出コイルの電圧の位相差を測定した結果を示す図である。
【図１５】振幅の測定と位相の測定とで周波数を異ならせて測定を行った結果を示す図であり、振幅比の測定結果を示す図である。
【図１６】振幅の測定と位相の測定とで周波数を異ならせて測定を行った結果を示す図であり、位相差の測定結果を示す図である。
【図１７】図１６の縦軸を拡大して一部を示した図である。
【図１８】連立方程式により被検体の管壁厚を推定した結果を示す図であり、管壁厚４．２ｍｍの場合の管壁厚推定結果である。
【図１９】連立方程式により被検体の管壁厚を推定した結果を示す図であり、管壁厚２．４ｍｍの場合の管壁厚推定結果である。
【図２０】被検体２の特定較正点で被検体２と検出コイル１０４との間の距離であるリフトオフを変化させた、較正点と測定値を示すベクトル図である。
【図２１】図２０におけるＢ較正点付近の拡大図である。
【図２２】図２０におけるＣ較正点付近の拡大図である。
【図２３】従来の非破壊検査装置のセンサの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明による非破壊検査装置および非破壊検査方法を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る非破壊検査装置の第１の実施形態を示す図である。図２は、非破壊検査装置を構成するセンサを示す図である。
図１、図２に示すように、非破壊検査装置は、センサ１と、測定装置（測定処理部）４と、を備えている。
【００２１】
センサ１は、被検体２に対向した開口部を有する磁性体からなる励磁コア（コア）１０２と、それに電磁的に結合した励磁コイル（第１のコイル）１０１と、前記励磁コア１０２に同じく電磁的に結合した参照コイル（第２のコイル）１０５と、励磁コア１０２の開口部の内方に配置された検出コア１０３と、検出コア１０３に電磁的に結合し、被検体２に対向した検出コイル（第３のコイル）１０４を備えている。
【００２２】
このセンサ１は、励磁コイル１０１を交番信号で励振し、参照コイル１０５に発生する電圧と第３のコイルに発生する電圧との差を被測定信号として出力できるよう端子１０７ｂ，１０８ｂに電気的に接続されている。
【００２３】
なお、図２においては、参照コイル１０５は励磁コイル１０１の外側に巻回されているが、励磁コイル１０１の内側または第１のコイルが多層巻きの場合は層間にサンドイッチ状に巻き、結合を密にする等としてもよい。
【００２４】
測定装置４は、コンピュータ４０５、表示記録器４０６、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）４０１、電力増幅器４０２、マルチプレクサー４０３、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）４０４から構成されている。なお、マルチプレクサー４０３とアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）４０４と説明したが、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）２個で構成してもよい。
【００２５】
測定装置４は、コンピュータ４０５で発生させた複数周波数の正弦波を合成したデジタル信号または単一周波数の正弦波デジタル信号を、デジタル・アナログ変換器４０１でアナログ信号に変換する。変換されたアナログ信号は、電力増幅器４０２で増幅され、センサ１の端子１０６ａ、１０６ｂを介して励磁コイル１０１を励振する。
【００２６】
この測定装置４は、励磁コイル１０１を交番電圧で励振し、参照コイル１０５に発生する電圧と検出コイル１０４に発生する電圧との差である被測定信号を受け取る。そして、測定装置４は、被測定信号の振幅および位相を、励磁コイル１０１の電圧を基準信号として処理し、被検体２の厚さを推定する。
【００２７】
以下、測定装置４において、被検体２の厚さを推定する処理の流れについて説明する。
まず、センサ１の検出コイル１０４と参照コイル１０５の発生電圧の差を被測定信号として出力する出力端子１０７ｂ、１０８ｂの電圧が、マルチプレクサー４０３に入力される。
一方、励磁コイル１０１の端子１０６ａ，１０６ｂ間の電圧も基準信号としてマルチプレクサー４０３に入力される。
【００２８】
マルチプレクサー４０３においては、これら２系統の入力アナログ信号（被測定信号、基準信号）は、互いに独立にアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）４０４によりデジタル信号に変換され、コンピュータ４０５に入力される。
コンピュータ４０５は、入力された被測定信号および基準信号を、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により信号処理し、処理結果を表示記録器４０６に出力する。
【００２９】
ここで、測定装置４における処理について、更に詳しく説明する。
測定装置４における高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による演算処理の結果、個々の正弦波の振幅と位相とが同一測定点位置で同時に得られる。
これらは、互いに無関係に変化するわけではなく、互いに相関性をもって変化している。従って各々単独で測定評価するよりも、振幅および位相を変数とし、被検体２の厚さＤを推定する近似式を用いて測定評価するのが有効である。
被検体２の厚さＤの近似式は線形近似とし、数式（２１）を用いて説明する。振幅比をｘ，位相差をｙ、被検体の厚さをＤとすれば、ｘ，ｙは本来Ｄの関数であるが、Ｄをｘ，ｙの逆関数として数式（２１）に示す線形式として定義する。
【００３０】
【数１】
2015087168.tif 000003
【００３１】
数式（２１）において
係数ａ，ｂおよび定数項ｃは、厚さの異なる３点の較正点を測定し、その測定値に基づき、数式（２２）の如き連立方程式を解くことにより求める。
【００３２】
【数２】
2015087168.tif 000004
【００３３】
なお、厚さの異なる３点として説明したが、３点のうち、被検体の厚さの異なる２点をとり、そのどちらか一方の厚さの点で、測定値に与える変動要素の大きい要素を含ませるようにするのが好ましい。
その変動要素の大きな要素としては、リフトオフを用いるのが有効である。これには、被検体の厚さの異なる２点、Ｂ、Ｃ点をとり、その部分の厚さを物理的に測定し、Ｄ２、Ｄ３とする。
厚さＤ２のＢ点でリフトオフを微小変化させた点をＡ点とすれば、Ｄ１＝Ｄ２であるので、数式（２３）の如き連立方程式が成立する。
【００３４】
【数３】
2015087168.tif 000005
【００３５】
そこで、Ａ，Ｂ，Ｃ３組の測定値（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３）から連立方程式（２３）を解くことにより、係数ａ，ｂおよび定数項ｃが求まる。連立方程式の解を数式（２５）、（２６）、（２７）に示す。数式表現を簡潔にするため、分母に相当する式をｔとすれば、数式（２４）のように表される。
【００３６】
【数４】
2015087168.tif 000006
【数５】
2015087168.tif 000007
【００３７】
このようにして係数ａ，ｂおよび定数項ｃが定まることによって、任意の点のｘ，ｙ測定値から、その点の被検体の厚さＤを、数式（２１）により求めることが可能となる。
このようにして、リフトオフ変化の影響を抑えて、被検体２の厚さを検出することが可能となる。
【００３８】
さらに、上記したような手法により被検体２の厚さを高精度に推定することができる。以下、その理由について説明する。
角度の相違した一般的な二つの三角関数の和は公式（１）、（２）、（３）で表される。
【００３９】
【数６】
2015087168.tif 000008
【００４０】
ここで式（１）のｃとβは、式（２）、（３）で表わされる。この場合、検出コイル１０４の出力がｂで、参照コイル１０５の出力がａと想定している。
【００４１】
【数７】
2015087168.tif 000009
【００４２】
一方ｓｉｎｘ，ａｒｃｔａｎｘのティラー展開は（４）、（５）式で表される。
【００４３】
【数８】
2015087168.tif 000010
【００４４】
微小角度差を取り扱うのであるから（６）式の条件が成立し、（４）、（５）式の第１項のみをとれば（７）、（８）式が成立する。
【００４５】
【数９】
2015087168.tif 000011
【数１０】
2015087168.tif 000012
【００４６】
本件の場合二つの一般的三角関数の差であるので、改めてγを用いてａの絶対値としてｂより僅かに小さく符号が逆のものとして（９）式のとおりとしておけば、（１０）式を得る。
【００４７】
【数１１】
2015087168.tif 000013
【００４８】
ここでγ＝０．１即ち｜ａ｜を、例えばｂの９０％にとればβ＝１０αとなり、角度差が１０倍に拡大される。しかしながらγを著しく小さくすると無限大に発散してしまうので注意を要する。
【００４９】
一方、ｃｏｓαは、ほぼ１であるので、振幅は（１１）〜（１２）式の通りとなる。
【００５０】
【数１２】
2015087168.tif 000014
【００５１】
微小変化分は（１２）式のとおり相加となる。本実施例の場合、参照コイル１０５と検出コイル１０４は逆極性に接続されている。したがって、Δａはマイナスなので、変化分は相殺されて小さくなる。
従って、励磁コイル１０１の巻線の抵抗の温度による変化は、参照コイル１０５、検出コイル１０４にはほぼ同等に作用するので、これらは相殺されることになり、より安定な測定が可能となる。
【００５２】
一方、被検体２の厚さ変化に対する変化分は、後に示す図１５，図１７に示すとおり、互いに反対方向なので、これら変化分は相加されることになり、感度が増加する。
【００５３】
また、振幅比と位相差の測定に際して、振幅比の測定と、位相差の測定とを、互いに異なった周波数で、励磁コイル１０１を励磁して行うようにしてもよい。互いに異なる周波数を用いて励磁コイル１０１を励磁することにより、被検体２の管壁厚の変化による検出信号をより大きく出来るので、連立方程式による管壁厚推定の精度を高められる。
【００５４】
上述した非破壊検査装置によれば、励磁コイル１０１を交番電圧で励振することによって励磁コイル１０１に電磁的に結合した参照コイル１０５に発生する電圧と、検出コイル１０４に発生する電圧との間に差が生じる。この参照コイル１０５の発生電圧と検出コイル１０４の発生電圧との差である被測定信号の振幅および位相を、励磁コイル１０１の電圧を基準信号として検出することによって、センサ１と被検体２との距離であるリフトオフや、温度変化の影響を抑えることができる。
このようにして、リフトオフが大きい状態であっても、被検体２の肉厚変化、内面傷等による信号の変化分を精度よく検出することが可能となり、検査精度を高めることができる。
【００５５】
また、被検体２の特定較正点で被検体２と検出コイル１０４との間の距離であるリフトオフを変化させることで、実際の被検体２により近似した連立方程式とすることができる。これにより、未知の点の被検体の厚さＤを、より高精度に推定し、検査精度をさらに高めることができる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、基準信号と被測定信号とを、マルチプレクサー４０３と１個のアナログ・デジタル変換器４０４で処理する構成を示したが、マルチプレクサー４０３を用いず、２個のアナログ・デジタル変換器で基準信号と被測定信号とをそれぞれ処理する構成としてもよい。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる非破壊検査装置および非破壊検査方法の第２の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第２の実施形態においては、上記第１の実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
図３は、第２の実施形態に係る非破壊検査装置を示す図である。図４は、非破壊検査装置を構成するセンサを示す図である。
図３、図４に示すように、本実施形態における非破壊検査装置は、上記第１の実施形態で示した構成に対し、検出コイル１０４と参照コイル１０５の極性により逆接続してその差をとる検出出力端子１０７ｂ，１０８ｂ以外に、参照コイル１０５の出力そのものを取り出す端子１０８ａが設けられている。そして、端子１０８ａ，１０８ｂは、端子１０８ａ，１０８ｂ間の電圧を基準信号としてマルチプレクサー４０３に入力するように電気的に接続されている。
【００５８】
このようにすることで、上記第１の実施形態と同様、センサ１と被検体２との距離であるリフトオフや、温度変化の影響を抑え、被検体２の肉厚変化、内面傷等による信号の変化分を精度よく検出することが可能となる。
しかも、上記第１の実施形態とは異なり、第２のコイルである参照コイル１０５の出力電圧を基準としているので、そこに至るまでの変化、即ち巻線抵抗の温度による変化を無視することが可能となる。さらに、被検体２の厚さの違いによる変化分は、参照コイル１０５の変化分を相加的に取り込むことになるので、温度変化の少ない大きな検査出力を得ることが可能となる。
【００５９】
なお、上記第２の実施形態において、端子１０８ａとして、参照コイル１０５と検出コイル１０４の逆接続点から取られているがこれに限らない。例えば、参照コイル１０５にタップを設け、逆接続点、端子１０８ａの取り出し点を互いに独立に任意のタップから取り出しするようにしても良い。また、基準信号取得のために、励磁コイル１０１に結合した別のコイルを設けても良い。
【００６０】
（第３の実施形態）
次に、本発明にかかる非破壊検査装置および非破壊検査方法の第３の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第３の実施形態においては、上記第１の実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
図５は、第３の実施形態に係る非破壊検査装置を示す図である。図６は、非破壊検査装置を構成するセンサを示す図である。
【００６１】
図５、図６に示すように、本実施形態における非破壊検査装置は、上記第１の実施形態で示した構成に対し、センサ１は、検出コイル１０４と参照コイル１０５とに、それぞれ独立に端子１０７ａ，１０７ｂ、１０８ａ，１０８ｂを設け、これら端子１０７ａ，１０７ｂ、１０８ａ，１０８ｂを介して測定装置４に出力するようにした。
また、測定装置４は、参照コイル１０５の電圧を基準信号としてマルチプレクサー４０３に入力するようにした。さらに、測定装置４には、演算増幅器４０７と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３からなる加算回路とが設けられている。この加算回路は、検出コイル１０４と参照コイル１０５の出力の差をとるように電気的に接続されている。なお、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３からなる回路そのものは加算回路であるが、参照コイル１０５の出力は逆極性で抵抗Ｒ２に入力されているので、実質的に検出コイル１０４の出力から参照コイル１０５の出力を減算する減算回路として機能する。また、抵抗Ｒ２は半固定とされ、引算する度合いを調節できるようにしている。
【００６２】
このようにすることで、上記第１の実施形態と同様、センサ１と被検体２との距離であるリフトオフや、温度変化の影響を抑え、被検体２の肉厚変化、内面傷等による信号の変化分を精度よく検出することが可能となる。
さらに、リフトオフが大きい場合であっても、温度ドリフトが少なく、被検体２の管壁厚変化に対応した大きな振幅、位相変化出力を取り出すことが可能となった。
【００６３】
なお、上記実施形態において、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３からなる加算回路における減算機能は、例えば、アナログ・デジタル変換器４０４におけるアナログ・デジタル変換後にコンピュータ４０５で処理することで実施してもよい。ただし、上記実施形態で示したように、より信号源である端子１０７ａ，１０７ｂ、１０８ａ，１０８ｂに、より近い前段側に加算回路を設けて演算処理を行うほうが、高い信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を確保できる利点がある。
【００６４】
（第４の実施形態）
次に、本発明にかかる非破壊検査装置および非破壊検査方法の第４の実施形態について説明する。なお、以下に説明する第４の実施形態においては、上記第３の実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
【００６５】
参照コイル１０５の出力信号と検出コイル１０４の出力信号の間に固定的な位相差Ｐがあり、その状態で被検体２の厚さの変動による位相の微小変化ΔＰがあるような場合、参照コイル１０５と検出コイル１０４の出力の差の信号をとるように接続しても、前記固定的な位相差Ｐのために前記差の信号の振幅を小さく出来ない。そのような場合、前記固定的な位相差Ｐの影響を除去する必要がある。
図７は、第４の実施形態に係る非破壊検査装置を示す図である。この非破壊検査装置は、固定的な位相差Ｐの影響を除去することができる。ここでは、検出コイル１０４の出力信号が参照コイル１０５の信号より位相Ｐだけ遅れている場合について説明する。
【００６６】
図７に示すように、本実施形態における非破壊検査装置は、上記第３の実施形態で示した構成に加え、演算増幅器４０８、抵抗Ｒ４、Ｒ６、半固定抵抗Ｒ５、容量Ｃ１からなる演算回路が設けられている。このような演算回路の入力に、参照コイル１０５の出力が入力されている。
【００６７】
この演算回路は遅延移相器として機能する。即ち、Ｒ４＝Ｒ６の場合、半固定抵抗Ｒ５を変化させると演算増幅器４０８の出力は位相のみが変化し、振幅は変化しないように機能する。このような遅延移相器により、参照コイル１０５の出力信号を位相Ｐだけ遅らせ、その信号を基準信号としてマルチプレクサー４０３に入力するとともに、差をとるための信号として演算増幅器４０７、抵抗Ｒ１、Ｒ３、半固定抵抗Ｒ２からなる演算回路のＲ２に入力されている。
【００６８】
このようにすることで、定的な位相差Ｐの影響を除去して被検体の厚さ変化等による微小位相変化を拡大して検出することが可能となる。
【００６９】
（その他の実施形態）
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
図８〜図１０に本発明の他の実施形態を示す。
例えば、図８に示すように、励磁コイル１０１、これに電磁的に結合した参照コイル１０５、被検体に対向した検出コイル１０４の全てを空芯コイルとすることができる。励磁コイル１０１と参照コイル１０５は、例えば合成樹脂製の曲げやすいパイプに巻回したもので、検出コイル１０４の電圧と参照コイル１０５の電圧との差の電圧をとるごとく電気的に接続されている。
このように、励磁コイル１０１、参照コイル１０５、検出コイル１０４が空芯であるので、磁性コアを使用した場合のように磁極を生ずることがない。したがって、リフトオフに対する変化がゆるやかとなる。
【００７０】
また、図９に示すように、励磁コイル１０１、参照コイル１０５、検出コイル１０４の全てを空芯コイルとすることができる。ここで、参照コイル１０５は、励磁コイル１０１の内周側に密着して設けることで、励磁コイル１０１に電磁的に結合した。また、検出コイル１０４は、励磁コイル１０１および参照コイル１０５よりも、被検体２に接近した位置に配置した。
このような構成によれば、簡易な検査に利便性がある。
【００７１】
また、図１０に示すように、励磁コイル１０１、参照コイル１０５、検出コイル１０４の全てを空芯コイルとし、被検体を貫通させるようにした。さらに、励磁コイル１０１、参照コイル１０５、検出コイル１０４は、各コイルの中心軸Ｃ１と被検体２の中心軸Ｃ２を一致させず、敢えて偏芯させるようにした。
このような構成によれば、被検体２の中心軸線に近い内部傷の探傷に有効である。
【００７２】
また、上記実施形態においては、被検体２が磁性と導電性がある炭素鋼管で、しかも保温材上という大きなリフトオフをとった状態で、管壁厚、内面傷等の検出の著しく困難な場合にも有効な実施例で示したが、被検体については何ら限定するものではない。例えば、検出が比較的容易な、磁性がなく、導電性のみある被検体例えばオーステナイト系ステンレス鋼管等にも本発明は適応可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【実施例】
【００７３】
［実施例］
上記第１の実施形態で示した構成について、検証を行ったので、その結果を以下に示す。
被検体２を、図１に示した非破壊検査装置により測定した。
被検体２は保温材３で覆われている。
被検体２は、磁性を有する炭素鋼管６５ＡＳＧＰで、外直径約７６．３ｍｍ、肉厚４．２ｍｍとし、一部を肉厚２．４ｍｍになるよう内側を切削加工した。
保温材３は厚さ２０ｍｍのグラスウールとした。保温材３の外表面は厚さ０．１ｍｍの熱反射と防露を兼ねたアルミ箔で覆った。
そして、被検体２の外表面とセンサ１の被検体２に対向する面の距離、即ちリフトオフは、可動空間を含めて２３ｍｍとした。
【００７４】
センサ１は、励磁コア１０２として断面積２平方ｃｍ、磁路長１７ｃｍの積層方向性珪素電磁鋼板を使用し、励磁コイル１０１として直径１ｍｍのホルマル線を両脚合計で２１０回巻回した。
また、参照コイル１０５として、直径０．２ｍｍのホルマル線を６４０回巻回した。
検出コア１０３は、断面積０．７５平方ｃｍ、磁路長１０ｃｍの積層方向性珪素電磁鋼板を使用した。検出コイル１０４は、直径０．２ｍｍのホルマル線を両脚合計で２４００回巻回した。
【００７５】
端子１０６ａ，１０６ｂ間の電圧即ち検出コイル１０４の電圧を、参照コイル１０５の電圧を基準として、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により、波高値３Ｖ、周波数３５Ｈｚで測定した結果を図１１、図１２に示す。
また、比較例として、参照コイル１０５の出力との差をとることなく、検出コイル１０４の出力をそのまま測定した結果を図１３，図１４に示す。これらのグラフは比較を容易にするため、縦軸の幅を振幅、位相ともにそれぞれ同一にしてある。
【００７６】
図１１、図１３は振幅比の測定結果を示し、端子１０８ｂ，１０７ｂ間の検出電圧の振幅（波高値）を端子１０６ａ，１０６ｂ間の電圧、即ち励磁コイル１０１の電圧の振幅（波高値）で割ることにより振幅比を得た。この振幅比は、アナログ・デジタル変換器４０４の測定レンジの関係で３倍の数値になっており、実際の比はこの１／３になる、
図１２、図１４は位相差（ｒａｄｉａｎ）の測定結果を示す。
図１１〜図１４において、前半は被検体の管壁厚４．２ｍｍの部位を測定し、後半は管壁厚２．４ｍｍの部位を測定している。
【００７７】
図１１、図１３に示すように、振幅比はほぼ同じであるが、図１２、図１４に示すように、位相差は、本実施例の方が、管壁厚４．２ｍｍと２．４ｍｍの厚さの違いによる偏差信号出力が大きい。
表１、表２は、図１１〜１４の詳細データである。このデータからわかるように、参照コイル１０５（後述）と検出コイル１０４（後述）の出力の差を取って検出信号とする本実施例は、保温材上で２３ｍｍという大きなリフトオフをとっているにもかかわらず、位相差において、比較例に対し、約４１倍の感度がある。
【００７８】
【表１】
2015087168.tif 000015
【表２】
2015087168.tif 000016
【００７９】
図１２〜図１３，表１、表２は単一周波数３５Ｈｚで測定した結果であるが、次に、振幅の測定と位相の測定とで周波数を異ならせて測定を行った。
これには、コンピュータ４０５によりデジタル的に複数の周波数の正弦波の合成信号を発生させ、それをデジタル・アナログ変換器４０１によりアナログ信号に変換して電力増幅器４０２を介して励磁コイル１０１を励振し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により、各周波数ごとの振幅、位相を測定した。このとき、振幅比は周波数１５Ｈｚ，位相差は周波数３５Ｈｚとして、励磁コイル１０１を励磁して測定を行った。
被検体の管壁厚２．４ｍｍの時の値から管壁厚４．２ｍｍの時の値を引いた結果の振幅比を図１５に、位相差を図１６に示す。図１７は図１６の縦軸を拡大して一部を示した図である。
【００８０】
図１５における振幅比の各コイル出力の比較から明らかなように、被検体の厚さによる変化は、参照コイル１０５と検出コイル１０４とではその変化の方向が逆である。したがって、参照コイル１０５と検出コイル１０４との差を取る本実施例では、これらの被検体の厚さによる変化分が相加され、１５Ｈｚ付近で大きな振幅比となっている。
また、図１６に示すように、本実施例は、比較例にくらべて極めて大きな位相差の変化を示し、３５Ｈｚ付近に位相差変化のピークがあることを示す。
即ち、振幅比の変化最大の周波数と位相差変化の最大の周波数は必ずしも一致しないことが明らかである。したがって、振幅比、位相差変化のそれぞれ最良の周波数を選択することが有効である。つまり、振幅比と位相差を異なる周波数とすることにより、被検体の管壁厚の変化による検出信号をより大きく出来る。
また、図１７においても参照コイル１０５と検出コイル１０４の被検体管壁厚の違いによる変化分が逆であり、差をとる本実施例の場合は相加的になることが明らかである。
【００８１】
次に、図１の回路を用い、リフトオフ２３ｍｍ（保温材上）で高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により、振幅比、位相差を求め、それより連立方程式により被検体２の管壁厚を推定する方法で測定した。
また、比較例として、図２３に示すように、検出コイル１０４のみの出力を使用して、被検体２の管壁厚を検出した。
なお、被検体２の管壁厚は、４．２ｍｍと２．４ｍｍの２通りとした。
【００８２】
その結果を、図１８，図１９に示す。なお、図１８は、管壁厚４．２ｍｍの場合の管壁厚推定結果であり、図１９は、管壁厚２．４ｍｍの場合の管壁厚推定結果を示している。
図１８，図１９に示すように、いずれの管壁厚においても検出コイル１０４のみの従来手法では検出結果バラツキが大きく、温度変化等によるドリフトも大きい。
これに対し、実施例では、バラツキが少なく、ドリフトもごく僅かである。
【００８３】
表３は詳細な数値を示すが、推定値の標準偏差は本発明の実施例では従来技術の１／１０以下で、精度の良い測定が可能であることを示している。
【００８４】
【表３】
2015087168.tif 000017
【００８５】
次に、被検体２の特定較正点で被検体２と検出コイル１０４との間の距離であるリフトオフを変化させた。
図２０は較正点と測定値を示すベクトル図である。図２１は図２０におけるＢ較正点付近の拡大図である。図２２は図２０におけるＣ較正点付近の拡大図である。
図２０に示すように、Ｂ較正点は、リフトオフ２３ｍｍ，管壁厚４．２ｍｍ，Ｃ較正点はリフトオフ２３ｍｍで、管壁厚２．４ｍｍで較正している。Ａ較正点は、Ｂ較正点と同一の管壁厚であるが、リフトオフを僅かに小さくし、２３−０．２＝２２．８ｍｍで較正している。したがって、ＢＣ直線上またはその延長上に管壁厚が分布していることとなる。
そして、図２１、図２２に示すように、連立方程式の性質上、各測定値の位置からＡＢ直線に平行に直線を引き、ＢＣ直線との交点を、各測定値より推定した管壁厚推定値とすることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１     センサ
２     被検体
４     測定装置（測定処理部）
１０１ 励磁コイル
１０２ 励磁コア（コア）
１０３ 検出コア（第１のコイル）
１０４ 検出コイル（第３のコイル）
１０５ 参照コイル（第２のコイル）
【図１】
2015087168.tif 000018
【図２】
2015087168.tif 000019
【図３】
2015087168.tif 000020
【図４】
2015087168.tif 000021
【図５】
2015087168.tif 000022
【図６】
2015087168.tif 000023
【図７】
2015087168.tif 000024
【図８】
2015087168.tif 000025
【図９】
2015087168.tif 000026
【図１０】
2015087168.tif 000027
【図１１】
2015087168.tif 000028
【図１２】
2015087168.tif 000029
【図１３】
2015087168.tif 000030
【図１４】
2015087168.tif 000031
【図１５】
2015087168.tif 000032
【図１６】
2015087168.tif 000033
【図１７】
2015087168.tif 000034
【図１８】
2015087168.tif 000035
【図１９】
2015087168.tif 000036
【図２０】
2015087168.tif 000037
【図２１】
2015087168.tif 000038
【図２２】
2015087168.tif 000039
【図２３】
2015087168.tif 000040