(57)【要約】【課題】検査員が冷却剤による窒息や低温やけどを負う危険がなく、安全性、習熟の問題を解決することができ、しかも高抵抗率材料に対しても深部欠陥が検出可能な非破壊検査装置を提供する。【解決手段】ＳＱＵＩＤ素子を用いた非破壊検査装置において、試料に外部から交流磁界を印加するコイルと、該コイルで発生する磁束密度を増倍して試料内部に印加する磁束密度増倍手段と、ＳＱＵＩＤ素子を冷却するために電気的に作動する冷凍機とを具備することを特徴とする非破壊検査装置。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＱＵＩＤ素子を用いた非破壊検査装置において、試料に外部から交流磁界を印加するコイルと、該コイルで発生する磁束密度を増倍して試料内部に印加する磁束密度増倍手段と、ＳＱＵＩＤ素子を冷却するために電気的に作動する冷凍機とを具備することを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項２】
前記磁束密度増倍手段が高透磁率材料から構成されてい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】
前記高透磁率材料として、Ｕ字型形状のフェライトを用い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】
前記冷凍機が、パルスチューブ冷凍機からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非破壊検査装置。
【請求項５】
前記冷凍機が、パルスチューブ冷凍機本体と、冷却部を真空に保つ取外し可能なクライオスタットと、該冷凍機本体から切り離されたバルブ切り替えモータと、冷却用ガスの運搬及びガス冷却を行うコンプレッサーからなることを特徴とする請求項４に記載の非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＱＵＩＤ素子を用いた非破壊検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非破壊検査として用いられている手法に、Ｘ線検査、超音波検査、ＳＱＵＩＤ非破壊検査の各手法が知られている。
Ｘ線検査では、内部の二次元的あるいは三次元的な視覚情報を得ることができる。この手法は金属を対象とした場合、数十ｍｍの厚板にも適用が可能である。しかし、カーボンなどの軽元素材料ではコントラストが低下して使用できないという欠点がある。また、検査員が被爆したり、試料の背面にフィルムを取り付けなければならないという問題がある。
【０００３】
また、超音波検査は、深部欠陥が検出可能であり、非接触検査が可能であり、金属を対象とした場合、数十ｍｍの厚板に適用可能である利点がある。しかし、この手法は、積層構造に対してはその界面で超音波が反射するため内部減衰が大きく実用に供し得ない、超音波を伝達するために水などの媒介が必要で非接触検査ができないという問題がある。
【０００４】
ＳＱＵＩＤ非破壊検査は、深部の欠陥の検出が可能で非接触検査が可能であり、金属を対象とした場合、数十ｍｍの厚板にも適用可能である利点がある。しかし、この手法は、カーボンなどの高抵抗材料に対しては渦電流の発生が困難なため適用することができず、また、検査員が冷却剤による窒息や低温やけどを負う危険性があり、それを回避するための知識、習熟が必要であるという問題がある。
【０００５】
前記ＳＱＵＩＤ非破壊検査は、非接触の渦流探傷法であり、大型構造物の非破壊検査において広範囲を走査するために検査スピードを確保することができる利点がある。この検査において用いる誘導コイルが十分な感度を得るためには、通常１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ以上の周波数磁界が使用される。このため、金属材料に適用する場合、表皮効果により表面近傍１ｍｍ以下の深さの欠陥しか検査が行えないという問題があった。
【０００６】
一方、建築や航空宇宙分野などの様々な分野において、近年ではＣＦＲＰやＣ／Ｃのような炭素繊維系複合材料の使用が増加している。これらの複合材料では積層構造がよく用いられているが、このような構造体には衝撃に対する脆弱性が指摘されており、低速度で低エネルギーの衝撃であっても、内部に欠陥が発生しやすいという問題がある。この点からも非接触な検査が強く望まれている。しかしこれらの複合材料は電気抵抗率が金属材料と比較しておよそ１桁〜３桁程度高い。したがって、通常の誘導コイルを用いた渦流探傷法ではその欠陥検出のために十分な量の渦電流を発生させることが金属材料よりも困難である。電気抵抗率が高い材料の方が表皮効果による電流の深さ方向の減衰は小さいため、より高い周波数の誘導磁界を用いることで渦電流の増加が可能であるが、例えば炭素繊維系複合材料の導電率として電気抵抗率１０−５［Ωｍ］を仮定し、この材料に１ＭＨｚの誘導磁界を適用した場合、電流の侵入深さは６ｍｍ程度となる。このように金属材料及び複合材料の欠陥、特に１０ｍｍを超えるような深部欠陥探傷法はこれまで確立されていなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、検査員が冷却剤による窒息や低温やけどを負う危険がなく、安全性、習熟の問題を解決することができ、しかも高抵抗率材料に対しても深部欠陥が検出可能な非破壊検査装置を提供することをその課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題は下記の技術的手段により解決される。
（１）ＳＱＵＩＤ素子を用いた非破壊検査装置において、試料に外部から交流磁界を印加するコイルと、該コイルで発生する磁束密度を増倍して試料内部に印加する磁束密度増倍手段と、ＳＱＵＩＤ素子を冷却するために電気的に作動する冷凍機とを具備することを特徴とする非破壊検査装置。
（２）前記磁束密度増倍手段が高透磁率材料から構成されていることを特徴とする前記（１）に記載の非破壊検査装置。
（３）前記高透磁率材料として、Ｕ字型形状のフェライトを用いることを特徴とする前記（２）に記載の非破壊検査装置。
（４）前記冷凍機が、パルスチューブ冷凍機からなることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の非破壊検査装置。
（５）前記冷凍機が、パルスチューブ冷凍機本体と、冷却部を真空に保つ取外し可能なクライオスタットと、該冷凍機本体から切り離されたバルブ切り替えモータと、冷却用ガスの運搬及びガス冷却を行うコンプレッサーからなることを特徴とする前記（４）に記載の非破壊検査装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の非破壊検査装置について詳述する。
本発明の非破壊検査装置は、ＳＱＵＩＤ素子を用いた非破壊検査装置において、試料に外部から交流磁界を印加するコイルと、該コイルで発生する磁束密度を増倍して試料内部に印加する磁束密度増倍手段と、ＳＱＵＩＤ素子を冷却するために電気的に作動する冷凍機とを具備することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の非破壊検査装置では、フェライトコアと誘導コイルを組み合わせた電磁石を用いた渦電流誘導システムを利用する。一般的なＳＱＵＩＤ素子を用いた非破壊検査では、誘導コイルから交流磁界を発生させ、この磁束を導電性サンプルに鎖交させて検査対象物内部に渦電流を誘導させ、欠陥があった場合に、その欠陥による渦電流の乱れを磁気による欠陥信号としてＳＱＵＩＤ素子で検出するが、本発明では誘導コイルにフェライトコアを組み合わせて使用する。これにより測定対象物に外部から強力な磁界を印加し、高抵抗材料からなる測定対象物への深部欠陥の検出を可能とする。
【００１１】
ＳＱＵＩＤを用いた非破壊検査において、渦電流を利用する場合、一般に、誘導磁界の磁束が直接ＳＱＵＩＤ素子に鎖交し、また欠陥がない部分で発生した渦電流による磁束がＳＱＵＩＤに鎖交することにより、ＳＱＵＩＤ素子の広いダイナミックレンジを活かせなく、磁束量がダイナミックレンジを超えるとＦＬＬ回路が正常動作しなくなり測定不能となる問題が発生することがある。これに対しては、本発明の一実施形態では、２個のピックアップコイルに鎖交する磁束の差分を検出するＳＱＵＩＤグラジオメータを用い、２個のピックアップコイルに鎖交する磁束量の総和が零になるように配置させることにより、磁界を発生する電磁石がＳＱＵＩＤグラジオメータ近傍に存在してもＳＱＵＩＤグラジオメータの出力が零となるようにし、誘導磁界をＳＱＵＩＤに対して不感とする。また、Ｕ字状フェライトコアを採用することにより、欠陥がない部分で発生した渦電流による磁束をＳＱＵＩＤグラジオメータに対して不感とさせる。そして欠陥により渦電流分布が乱されたときのみ電流の対称性が崩れ、それの欠陥信号を検出することにより非破壊検査を行う。
【００１２】
本発明において、測定対象に印加する交流磁界の周波数は１Ｈｚ〜数ｋＨｚであり、測定対象に印加する磁束密度は数〜数十ｍＴである。このような範囲の磁界周波数及び磁束密度であると、測定対象の深部欠陥検出が可能となる。
【００１３】
また、現場で利用できるＳＱＵＩＤ非破壊検査システムのためにＳＱＵＩＤ素子を冷却しなければならないが、本発明では小型パルスチューブ冷凍機を用いてその冷却を行う。非破壊検査のセンサに用いるＨＴＳ−ＳＱＵＩＤの超伝導臨界温度Ｔｃは高品質な場合でも９０Ｋ程度であり、十分な特性を持った状態で使用するには８０Ｋ以下に冷却する必要がある。このため、従来は液体窒素等が使用されていた。しかし、液体窒素等の冷媒を扱うには窒息や凍傷などの危険を回避しなければならず、そのための知識と扱いの習熟が要求されていた。また、大型の構造物における欠陥検出のためには小型で扱いの容易なＳＱＵＩＤ冷却手段が必要となる。そこで、本発明では、冷却部から磁性体モータを分離した構造を持ち、他の冷凍機と比較して低振動で小型なパルスチューブ冷凍機を用いる。
【００１４】
図１に本発明で用いるパルスチューブ冷凍機の概略構成を示す。このパルスチューブ冷凍機は、パルスチューブ冷凍機本体と、冷却部（コールドヘッド）を真空に保つ取外し可能なクライオスタット（低温真空容器）と、本体から切り離されたバルブ切り替えモータと、冷却用ガスである気体ヘリウムの運搬及びガス冷却を行うコンプレッサーから構成される。このようなパルスチューブ冷凍機は、冷凍機由来の磁気ノイズ、冷凍機の振動、コンプレッサーやモータからの磁気ノイズを可能な限り低減させ、高い温度安定性を有している。この冷凍機の冷却部到達温度は５５Ｋである。本発明では、冷却部とサンプルステージを分離し、銅線で接続した機構を用い、これにより磁気ノイズ発生源からＳＱＵＩＤ素子を遠ざけ、振動の影響を低減させ、ＳＱＵＩＤ素子の温度安定性を確保する。また、振動の影響をより低減させるため、ガス管の振動が小さい同軸型パルスチューブ冷凍機を用いる。
【００１５】
【実施例】
以下実施例に基づき本発明を詳述する。
（実施例１）
図２は、本発明による第１の実施例に係る非破壊検査装置の概略構成を模式的に示す図で、ＳＱＵＩＤ素子と、これを冷却するための冷凍機と、誘導コイルを巻回したＵ字状フェライトコアから構成される。このような構成において、測定対象物（サンプル）に本非破壊検査装置を設置し、交流電流を、フェライトコアに巻回した誘導コイルに印加し、フェライトコア端面から交流誘導磁界を発生させる。この誘導磁界をフェライトコアの測定対象物に印加し、測定対象物内に渦電流を誘起させる。測定対象物に欠陥がない場合、ＳＱＵＩＤ素子は不感となる。測定対象物に欠陥がある場合、その欠陥が渦電流の流れを乱し、それを冷凍機冷却したＳＱＵＩＤ素子が検出する。
このような構成によれば、カーボン等の高電気抵抗材料の深部欠陥が検出可能となり、また検査員が冷却剤による窒息や低温やけどの危険性を被ることがなくなり、極めて安全に非破壊検査を行うことができる。
【００１６】
（実施例２）
図３は、本発明による第２の実施例に係る非破壊検査装置の概略構成を模式的に示す図で、２つのＵ字型フェライトコアを用いたケースである。冷凍機の両脇に配置したフェライトコアに巻回した誘導コイルに交流電流を印加して、フェライトコア端面から交流誘導磁界を発生させる。この誘導磁界をフェライトコアの測定対象物に印加し、測定対象物内に渦電流を誘起させる。測定対象物に欠陥がない場合、ＳＱＵＩＤ素子は不感となる。測定対象物に欠陥がある場合、その欠陥が渦電流の流れを乱し、それを冷凍機冷却したＳＱＵＩＤ素子が検出する。
このような構成によれば、第１の実施例と同様、カーボン等の高電気抵抗材料の深部欠陥が検出可能となり、また検査員が冷却剤による窒息や低温やけどの危険性を被ることがなくなり、極めて安全に非破壊検査を行うことができる。
【００１７】
（実施例３）
図４は、本発明による第３の実施例に係る非破壊検査装置の概略構成を模式的に示す図で、水道管やガス管などのパイプ状の測定対象物に対して検査を行うケースである。測定対象物（サンプル）をフェライトコアの両端面で挟み込むように本非破壊検査装置を設置し、交流電流を、フェライトコアに巻回した誘導コイルに印加し、フェライトコア端面から交流誘導磁界を発生させる。この誘導磁界をフェライトコアの測定対象物に印加し、測定対象物内に渦電流を誘起させる。測定対象物に欠陥がない場合、ＳＱＵＩＤ素子は不感となる。測定対象物に欠陥がある場合、その欠陥が渦電流の流れを乱し、それを冷凍機冷却したＳＱＵＩＤ素子が検出する。
このような構成によれば、管状の高電気抵抗材料の深部欠陥が検出可能となり、また検査員が冷却剤による窒息や低温やけどの危険性を被ることがなくなり、極めて安全に非破壊検査を行うことができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば上記構成を採用したので、検査員が冷却剤による窒息や低温やけどを負う危険がなく、安全性、習熟の問題を解決することができ、しかも高抵抗率材料に対しても深部欠陥が検出可能な非破壊検査装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非破壊検査装置において用いる冷却機の概略構成を示す図である。
【図２】本発明による第１の実施例に係る非破壊検査装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明による第２の実施例に係る非破壊検査装置の概略構成を示す図である。
【図４】本発明による第３の実施例に係る非破壊検査装置の概略構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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