(57)【要約】【課題】ＳＱＵＩＤを用いて、非接触で磁束密度の変化を空間的に計測することにより、劣化の発生位置を特定でき、絶縁状態の観察を可能とする超電導量子干渉素子による非破壊検査方法および非破壊検査装置を提供する。【解決手段】絶縁性プラスチクス３に取付けた電極４，５に測定用電源６から所定の電圧を印加し、超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤセンサ１）を走査して印加した電圧から生じる電流密度の変化を求め、劣化した部分に電流が流れる方向に対して直角にＳ極とＮ極とが対になって現われる画像データを計測制御ＰＣ１３で処理することにより絶縁性プラスチクス３の劣化現象を検査することを特徴とする。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導量子干渉素子を用いて絶縁性樹脂材料およびセラミクス材料の劣化現象を非破壊で検査する方法であって、
前記絶縁性樹脂材料およびセラミクス材料に取付けた電極に所定の電圧を印加し、前記超電導量子干渉素子を前記絶縁樹脂性材料およびセラミクス材料上で走査し、印加した電圧から生じる電流密度の変化を求め、求めた画像データを処理することにより前記絶縁性樹脂材料およびセラミクス材料の劣化現象を検査することを特徴とする、超電導量子干渉素子による非破壊検査方法。
【請求項２】
前記劣化した画像は、劣化した部分に電流が流れる方向に対して直角にＳ極とＮ極とが対になって現われることを特徴とする、請求項１に記載の超電導量子干渉素子による非破壊検査方法。
【請求項３】
超電導量子干渉素子を用いて絶縁性樹脂材料およびセラミクス材料の劣化現象を非破壊で検査する装置であって、
前記絶縁性樹脂材料およびセラミクス材料の両端間に所定の電圧を印加する電源と、
前記超電導量子干渉素子を冷却するための冷却手段と、
前記超電導量子干渉素子によって前記絶縁性樹脂材料およびセラミクス材料上を走査したときに得られる電流密度の変化を画像データとして処理し、基準データと比較することにより前記絶縁性樹脂材料およびセラミクス材料の劣化を判断する画像処理手段とを備えたことを特徴とする、超電導量子干渉素子による非破壊検査装置。
【請求項４】
前記絶縁性樹脂材料およびセラミクス材料の両端には、前記電源から電圧が印加される電極を含むことを特徴とする、請求項３に記載の超電導量子干渉素子による非破壊検査装置。
【請求項５】
前記画像処理手段は、前記絶縁性樹脂材料およびセラミクス材料の劣化した部分に、電流が流れる方向に対して直角にＳ極とＮ極とが対になって現われる画像データを検出し、基準の画像データと比較して前記絶縁性樹脂およびセラミクス材料の劣化を判断することを特徴とする、請求項３に記載の超電導量子干渉素子による非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超電導量子干渉素子による非破壊検査方法および非破壊検査装置に関し、特に、超電導量子干渉素子（以下、ＳＱＵＩＤ：Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ＱＵａｎｔｕｍ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｄｅｖｉｃｅと呼ぶ）を用いて絶縁性プラスチクス材料およびセラミクス材料を対象として、内部欠陥や劣化を検査する超伝導量子干渉素子による非破壊検査方法および非破壊検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エポキシ樹脂，ポリエチレン，ＰＥＴフィルム，ＰＰを初めとする絶縁性プラスチクスや酸化亜鉛を初めとするセラミクス材料は、電気絶縁材料として多量に使用されている。絶縁性プラスチクスやセラミクス材料は、劣化していくとクラックやピンホールが発生したり、吸湿を起こしたりして電気的に劣化が進んでいく。トリーイングやイオンマイグレーションが発生すると、一気に劣化が進行し、最終的に絶縁破壊に至る。
【０００３】
電気的劣化を検出する方法として、絶縁抵抗測定法や部分放電検出法が一般的に適用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、絶縁抵抗測定法や部分放電検出法は、電気的劣化そのものは検出できても、劣化の発生位置が分からないという不便さがあった。また、絶縁性プラスチクスやセラミクス材料の空間的な絶縁状態を観察する方法は従来より考えられていなかった。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、高感度の磁気センサであるＳＱＵＩＤを用いて、非接触で磁束密度の変化を空間的に計測することにより、劣化の発生位置を特定でき、絶縁状態の観察を可能とする超電導量子干渉素子による非破壊検査方法および非破壊検査装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、超電導量子干渉素子を用いて絶縁性樹脂材料やセラミクス材料の劣化現象を非破壊で検査する方法であって、絶縁性樹脂材料やセラミクス材料に取付けた電極に所定の電圧を印加し、超電導量子干渉素子を走査して印加した電圧から生じる電流密度の変化を求め、求めた画像データを処理することにより絶縁性樹脂材料やセラミクス材料の劣化現象を検査することを特徴とする。
【０００７】
また、劣化した画像は劣化した部分に電流が流れる方向に対して直角にＳ極とＮ極とが対になって現われることを特徴とする。
【０００８】
他の発明は、超電導量子干渉素子を用いて絶縁性樹脂材料やセラミクス材料の劣化現象を非破壊で検査する装置であって、絶縁性樹脂材料やセラミクス材料の両端間に所定の電圧を印加する電源と、超電導量子干渉素子を冷却するための冷却手段と、超電導量子干渉素子によって絶縁性樹脂材料やセラミクス材料上を走査したときに得られる電流密度の変化を画像データとして処理し、基準データと比較することにより絶縁性樹脂材料やセラミクス材料の劣化を判断する画像処理手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、絶縁性樹脂材料やセラミクス材料の両端には、電源から電圧が印加される電極を含むことを特徴とする。
【００１０】
さらに、画像処理手段は絶縁性樹脂材料やセラミクス材料の劣化した部分に、電流が流れる方向に対して直角にＳ極とＮ極とが対になって現われる画像データを検出し、基準の画像データと比較して絶縁性樹脂やセラミクスの劣化を判断することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明はＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）を用いることを特徴としている。鉄の強磁性を生じさせている分子磁界は約１０３Ｔ（テスラ）程度である。このように強い磁界は定常的には得られないが、もう少し低い磁界は磁界濃縮法によりパルス的に得られている。
【００１２】
一方、脳神経活動に関係した磁界は１０−１２〜１０−１４Ｔ程度と極めて弱い磁界である。ＳＱＵＩＤはこのような微弱磁界を計測できる超高感度磁気センサであり、非接触，非破壊的に直流から交流の１０−１４Ｔ程度以上の微弱な磁界を計測できる特徴がある。
【００１３】
図１はＳＱＵＩＤの模式図であり、図２はＳＱＵＩＤの最大電流の外部磁束依存性を示す図である。
【００１４】
図１において、ＳＱＵＩＤは超電導線でできたリングＲに、量子力学現象を示すジョセフソン接合Ｊ１，Ｊ２を組込み、測定用の磁束検出コイルを超電導リングと組合せたものが用いられる。ジョセフソン結合は超電動体の間に薄い絶縁層を挟んだものであり、電圧がゼロでも２つの超電動体間に電流が流れるという量子力学的なトンネル効果によるものである。
【００１５】
図１に示すＳＱＵＩＤにおいて、外部から流し得る超電導電流の最大値ＩｍａｘはリングＲを通過する外部磁束をΦＡとすると、
Ｉｍａｘ＝２Ｉ０ｃｏｓ（πΦＡ／Φ０）
で表され、外部磁束に対してΦ０を周期とする関数となり、図２に示すような変化を示す。ここで、Ｉ０はジョセフソン最大電流で絶縁体の厚さなどで決まる電流であり、Φ０は磁束量子と呼ばれるもの（２．０７×１０−１５Ｗｂ）である。
【００１６】
図３はこの発明の一実施形態におけるＳＱＵＩＤ非破壊検査装置の具体的なブロック図である。
【００１７】
図３において、ＳＱＵＩＤセンサ１は冷却のためのクライオスタット２の下部に設けられており、測定中はクライオスタット２によって冷却される。このＳＱＵＩＤセンサ１によって被測定物である絶縁性材料樹脂としての絶縁性プラスチック３の上を走査する。絶縁性プラスチック３の両端には電極４，５が取付けられており、測定用電源６から電源が供給される。供給される電源としては測定用電源６より電極４，５には１００Ｖ〜５５０ｋＶの電圧が印加される。電極４，５に印加する電圧が交流電圧の場合はロックインアンプ１１に同期した電圧がファンクションジェネレータ８を介して測定用電源６から供給される。直流電圧の場合は測定用電源６から直接印加される。
【００１８】
ＳＱＵＩＤセンサ１は電源部９からの電源電圧によりセンサ駆動部１０により駆動され、絶縁性プラスチック３の上を走査することにより磁束密度の測定が行なわれる。測定した磁束密度の信号はセンサ駆動部１０を介してロックインアンプ１１に与えられて増幅される。ロックインアンプ１１はノイズ成分に埋もれた信号を高感度で取出すアンプであり、取出された信号成分はＡ／Ｄコンバータ１２によりデジタルデータに変換される。得られた磁束密度のデータは計測制御パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１３に送られてデータ保存・処理され、必要に応じてモニタ１４に表示される。
【００１９】
図４は測定に使用される絶縁性プラスチクスの一例であり、エポキシバルク材が使用され、中心に１０ｍｍの孔が形成されている。図５は図４の絶縁性プラスチクスの孔を測定したときの検査画像を示し、図６は同じく磁束密度の立体画を示す。
【００２０】
次に、図３〜図６を参照して、この発明の一実施形態の動作について説明する。絶縁性プラスチック３には測定用電源６から印加した電圧により電流が生じるが、絶縁が劣化した部分に高い電流密度分布が発生する。図４に示すように絶縁性プラスチクス３に孔が形成されていると、孔の部分の表面電流がなくなるため、孔の周囲に高い電流密度分布が発生する。図５においては電流は右から左に流れており、この電流密度分布から生じる磁束密度の分布をＳＱＵＩＤセンサ１により計測する。
【００２１】
ＳＱＵＩＤセンサ１により計測したデータはセンサ駆動部１０を介してロックインアンプ１１で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１２でデジタル信号に変換された後、計測制御ＰＣ１３で画像処理することにより、絶縁プラスチクス３の劣化部位をモニタ１４上で可視化する。図６に示すように、孔に沿って電流の方向と直角にＳ極とＮ極とが対になって磁極のピークが現われており、孔の部分に円形の磁石があるかのような特徴的な磁束分布が立体的な画像として示されている。
【００２２】
このようなＳ極とＮ極とが対になった画像の変異と予め測定しておいた未劣化のプラスチクスのデータとを比較することにより、劣化程度を判別することで非破壊検査が行なわれる。
【００２３】
図７は絶縁性プラスチクス板に電流を印加した場合のシミュレーションモデル図であり、図８はシミュレーションによる検査結果を示す図である。
【００２４】
図７に示す絶縁性プラスチクス６０．５ｍｍ四方の板の直径が２０ｍｍの孔が空いており、電流は図の右から左に流れている。この孔を図３に示したＳＱＵＩＤセンサ１で走査すると図８に示すように孔に沿って１５ｍｍの間隔を有して電流の方向と直角に磁極のピークが現われており、孔の部分に円形の磁石があるかのような特徴的な磁束分布を示している。このような特徴的な磁束密度分布を見つけることにより劣化を判別できる。
【００２５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、絶縁性樹脂材料およびセラミクス材料に取付けた電極に所定の電圧を印加し、超電導量子干渉素子で絶縁性樹脂材料やセラミクス材料上を走査し、印加した電圧から生じる電流密度の変化を用いて求め、求めた画像データを処理することにより絶縁性樹脂材料やセラミクス材料の劣化現象を検査するようにしたので、劣化の発生位置を特定でき、非接触で絶縁状態の観察が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＱＵＩＤの模式図である。
【図２】ＳＱＵＩＤの最大電流の外部磁束依存性を示す図である。
【図３】この発明の一実施形態におけるＳＱＵＩＤ非破壊検査方法の概念図である。
【図４】測定に使用される絶縁性プラスチクスの一例を示す図である。
【図５】図４の絶縁性プラスチクスの孔を測定したときの検査画像を示す図である。
【図６】図４の絶縁性プラスチクスの孔を測定したときの磁束密度の立体画を示す図である。
【図７】絶縁性プラスチクス板に電流を印加した場合のシミュレーションモデル図である。
【図８】シミュレーションによる検査結果を示す図である。
【符号の説明】
１　ＳＱＵＩＤセンサ、２　クライオスタット、３　絶縁性プラスチクス、４，５　電極、６　測定用電源、８　ファンクションジェネレータ、９　電源部、１０　センサ駆動部、１１　ロックアンプ、１２　Ａ／Ｄコンバータ、１３　計測制御ＰＣ，１４　モニタ。
【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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