(57)【要約】【課題】中空金属体１１の板厚の変化傾向を短時間に検出できる中空金属体１１の板厚検出装置を提供することである。【解決手段】中空金属体１１の外周に中空金属体１１の軸方向に移動可能となるようにリング状に磁界発生部１２を装着し、電源部１３から中空金属体１１の種別に応じて所定の周波数の交流電源を磁界発生部１２に供給し、磁界発生部１２から中空金属体１１の軸方向に磁界を発生させる。誘導電圧検出部１４は、磁界発生部１２の近傍の中空金属体１１の外周に磁界発生部１２と連動して中空金属体１１の軸方向に移動するようにリング状に装着され、中空金属体１１の軸方向の磁界により板厚に応じて変化する誘導電流又は磁束の状態を誘導電圧として検出し、中空金属体の板厚を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空金属体の外周に前記中空金属体の軸方向に移動可能となるようにリング状に装着され磁界を発生させる磁界発生部と、前記中空金属体の種別に応じて所定の周波数の交流電源を前記磁界発生部に供給する電源部と、前記磁界発生部の近傍の前記中空金属体の外周に前記磁界発生部と連動して前記中空金属体の軸方向に移動するようにリング状に装着され前記磁界発生部の磁界により前記中空金属体の板厚に応じて変化する誘導電流又は磁束の状態を誘導電圧として検出する誘導電圧検出部とを備えたことを特徴とする中空金属体の板厚検出装置。
【請求項２】
前記誘導電圧検出部の近傍の前記中空金属体の外周に前記誘導電圧検出部と所定の間隔を保って前記中空金属体の軸方向に移動するようにリング状に装着され、前記誘導電圧検出部の誘導電圧の検出感度を調節するための感度調節部を備えたことを特徴とする請求項１記載の中空金属体の板厚検出装置。
【請求項３】
中空金属体の外周に所定の間隔を保って前記中空金属体の軸方向に移動可能となるようにリング状に装着され磁界を発生させる一対の磁界発生部と、前記中空金属体の種別に応じて所定の周波数の交流電源を前記一対の磁界発生部に供給する電源部と、前記一対の磁界発生部の中間位置の前記中空金属体の外周に前記磁界発生部と連動して前記中空金属体の軸方向に移動するようにリング状に装着され前記磁界発生部の磁界により前記中空金属体の板厚に応じて変化する誘導電流又は磁束の状態を誘導電圧として検出する誘導電圧検出部とを備えたことを特徴とする中空金属体の板厚検出装置。
【請求項４】
前記誘導電圧検出部は、１巻きのコイルであることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の中空金属体の板厚検出装置。
【請求項５】
前記電源部は、中空金属体の表面（外面および内面、以下同じ）にメッキが施されていない場合には周波数の高い交流電源を印加することを特徴とする請求項１又は請求項３記載の中空金属体の板厚検出装置。
【請求項６】
前記電源部は、前記中空金属体が磁性体である場合には周波数の低い交流電源を印加することを特徴とする請求項１又は請求項３記載の中空金属体の板厚検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空金属体の腐食による板厚の減少箇所を迅速的確に検出できる中空金属体の板厚検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気事業や通信事業では多くの鋼管鉄塔設備を有し、水道事業では水道管、ガス供給事業や石油精錬事業ではガス管やパイプライン設備を有し、道路管理事業や一般建物管理事業では中空金属体の照明灯支柱やフェンスを有する。これら中空金属体の腐食による板厚の減少や強度の低下箇所を迅速的確に検出し、設備の保安や保全確保を図ることは重要なことである。
中空金属体の内面腐食による板厚減少箇所の検出は、内部に人が入ることのできる大径の中空金属体である場合には、内部に点検員が入り目視で点検することが可能であるが、小径の中空金属体の内面腐食については、そのような目視による点検ができない。そこで、中空金属体の外面から超音波を照射し、その反射時間を計測して板厚を求め、板厚が減少している箇所を検出することが行われている。
【０００３】
また、鋼管表面に交流を流したコイルを近づけ鋼管表面に渦電流を発生させてその渦電流により誘起される電圧を検出して鋼管表面の欠陥を検出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３５０４０６号公報（図２参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２００２−３５０４０６号公報のものは、鋼管表面の欠陥を検出するものであり鋼管の板厚を検出するものではない。また、中空金属体の外面から超音波を照射し、その反射時間を計測して板厚を求めるものでは、中空金属体の全体にわたって板厚を測定しようとした場合には、中空金属体の各所を１点１点について隈なく計測しなければならない。例えば、中空金属体が鋼管鉄塔や水道橋などの長大な物体である場合には、その全体の板厚状態を把握するには膨大な時間を要し現実的ではない。
【０００６】
本発明の目的は、中空金属体の板厚の変化傾向を短時間に検出できる中空金属体の板厚検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る中空金属体の板厚検出装置は、中空金属体の外周に前記中空金属体の軸方向に移動可能となるようにリング状に装着され磁界を発生させる磁界発生部と、前記中空金属体の種別に応じて所定の周波数の交流電源を前記磁界発生部に供給する電源部と、前記磁界発生部の近傍の前記中空金属体の外周に前記磁界発生部と連動して前記中空金属体の軸方向に移動するようにリング状に装着され前記磁界発生部の磁界により前記中空金属体の板厚に応じて変化する誘導電流又は磁束の状態を誘導電圧として検出する誘導電圧検出部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明に係る中空金属体の板厚検出装置は、請求項１の発明において、前記誘導電圧検出部の近傍の前記中空金属体の外周に前記誘導電圧検出部と所定の間隔を保って前記中空金属体の軸方向に移動するようにリング状に装着され、前記誘導電圧検出部の誘導電圧の検出感度を調節するための感度調節部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明に係る中空金属体の板厚検出装置は、中空金属体の外周に所定の間隔を保って前記中空金属体の軸方向に移動可能となるようにリング状に装着され磁界を発生させる一対の磁界発生部と、前記中空金属体の種別に応じて所定の周波数の交流電源を前記一対の磁界発生部に供給する電源部と、前記一対の磁界発生部の中間位置の前記中空金属体の外周に前記磁界発生部と連動して前記中空金属体の軸方向に移動するようにリング状に装着され前記磁界発生部の磁界により前記中空金属体の板厚に応じて変化する誘導電流又は磁束の状態を誘導電圧として検出する誘導電圧検出部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明に係る中空金属体の板厚検出装置は、請求項１又は請求項３の発明において、前記誘導電圧検出部は、１巻きのコイルであることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明に係る中空金属体の板厚検出装置は、請求項１又は請求項３の発明において、前記電源部は、中空金属体の表面にメッキが施されていない場合には周波数の高い交流電源を印加することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明に係る中空金属体の板厚検出装置は、請求項１又は請求項３の発明において、前記電源部は、前記中空金属体が磁性体である場合には周波数の低い交流電源を印加することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る中空金属体の板厚検出装置の構成図である。中空金属体１１の外周には磁界を発生させる磁界発生部１２が装着される。磁界発生部１２はリング状の導電部材に絶縁材料を被覆して形成され、中空金属体１１の軸方向に移動可能となっている。磁界発生部１２には、電源部１３から所定の周波数の交流電源が供給される。これにより、交流電流が通電され、時間的に変化する交流磁界が中空金属体１１の軸方向に発生する。中空金属体１１に交流磁界が発生すると、中空金属体１１にはその交流磁界を打ち消す方向の誘導電流が発生する。この誘導電流は中空金属体１１の板厚に応じた値を示す。
【００１４】
誘導電圧検出部１４はこの誘導電流を検出するものであり、磁界発生部１２と同様にリング状の導電部材に絶縁材料を被覆して形成され、磁界発生部１２と連動して中空金属体１１の軸方向に移動可能となっている。例えば、磁界発生部１２と誘導電圧検出部１４とを撚り合わせて一体として用いる。誘導電圧検出部１４で検出された誘導電圧は測定装置１５に出力される。測定装置１５は検出された誘導電圧を記憶すると共に図示省略の表示装置に表示する。誘導電圧は中空金属体１１の板厚に応じた値を示すので、測定装置１５では必要に応じて誘導電圧の値から板厚を算出し記憶する。また、電源部１３及び測定装置１５は、磁界発生部１２及び誘導電圧検出部１４に一体的に組み込まれ、作業員一人で携帯可能としている。
【００１５】
中空金属体１１の板厚の検出にあたっては、磁界発生部１２及び誘導電圧検出部１４を中空金属体１１の軸方向に移動させて、誘導電圧検出部１４により中空金属体１１の外周の軸方向各位置の誘導電圧を順次検出する。すなわち、磁界発生部１２に電源部１３から交流電源を供給した状態で、磁界発生部１２及び誘導電圧検出部１４を中空金属体１１の軸方向に移動させ、中空金属体１１の外周の誘導電圧を順次検出し測定装置１５に出力する。
【００１６】
これにより、中空金属体１１の軸方向で最も腐食している箇所（外周あたりの平均板厚が最小となる箇所）を特定すると共に、中空金属体１１の全体にわたって平均板厚の変化を短時間に検出する。
【００１７】
ここで、磁界発生部１２を流れる交流電流により交流磁界が中空金属体１１に加えられると、中空金属体１１には誘導電流と磁束との作用が生じる。磁界発生部１２の交流電流の周波数が高くなると、中空金属体１１に流れる誘導電流の作用の方が中空金属体１１に生じる磁束の作用より顕著となる。逆に、磁界発生部１２の交流電流の周波数が低くなると、中空金属体１１に流れる誘導電流の作用より中空金属体１１に生じる磁束の作用の方が顕著となる。そこで、以下、両者を区別して中空金属体１１の板厚の検出について説明する。
【００１８】
（１）誘導電流作用の検出（交流電源の周波数が高い場合）
電源部１３からの交流電源の周波数が高い場合には、磁界発生部１２を流れる交流電流によって中空金属体１１に流れる誘導電流は、表皮効果により中空金属体１１の表面である外面及び内面により多く流れるが、それでも板厚が厚いほど多く流れる。従って、中空金属体１１の外面及び内面が腐食して、中空金属体１１の板厚が減少している部分は少なく、中空金属体１１の板厚が健全な部分は多く流れる。従って、中空金属体１１を流れる誘導電流の状態を検出することにより、中空金属体１１の腐食状態（腐食による鋼管板厚の減少状態）を把握することができる。
【００１９】
この誘導電流は、誘導電圧検出部１４に発生する誘導電圧として検出される。誘導電圧検出部１４に発生する誘導電圧は、磁界発生部１２の交流電流と中空金属体１１に流れる誘導電流によって定まる。すなわち、中空金属体１１を流れる誘導電流により誘導電圧検出部１４に誘導される電圧をＶ１１、磁界発生部１２を流れる電流により誘導電圧検出部１４に誘導される電圧をＶ１２とすると、電圧Ｖ１１は電圧Ｖ１２と逆向きに加わるので、誘導電圧検出部１４の誘導電圧Ｖ１４は、下記の（１）式で示される。
【００２０】
Ｖ１４＝Ｖ１２−Ｖ１１    …（１）
中空金属体１１の板厚の減少している箇所ほど電圧Ｖ１１が小さくなるので、誘導電圧検出部１４の誘導電圧Ｖ１４が最大となる箇所が、最も腐食している箇所（板厚最小箇所）として特定できる。
【００２１】
図２は、中空金属体１１が磁性体で表面にメッキが施されていない鋼管の外面及び内面に板厚に対して２０％の凹部１７ａ、１７ｂを持たせ、周波数１００ｋＨｚの交流電源を磁界発生部１２に印加した場合の誘導電圧検出部１４で検出した誘導電圧Ｖ１４の特性図である。外面の凹部１７ａ及び内面の凹部１７ｂで誘導電圧Ｖ１４が大きな値を示しており、この部分で板厚が減少していることが分かる。
【００２２】
一方、図３は、中空金属体１１が磁性体で表面にメッキが施されている鋼管の外面及び内面に板厚に対して２０％の凹部１７ａ、１７ｂを持たせ、周波数１００ｋＨｚの交流電源を磁界発生部１２に印加した場合の誘導電圧検出部１４で検出した誘導電圧Ｖ１４の特性図である。鋼管（鉄）よりも導電率が高い亜鉛を表面にメッキしたものでは、表面のメッキ部分（亜鉛部分）に誘導電流が多く流れるので、外面の凹部１７ａは精度良く検出できているが、内面の凹部１７ｂは検出できていない。そこで、中空金属体１１が磁性体で外面にメッキが施されているものについては、以下に述べる中空金属体１１に生じる磁束の作用で検出する。
【００２３】
（２）磁束作用の検出（交流電源の周波数が低い場合）
電源部１３からの交流電源の周波数が低くなると、磁界発生部１２を流れる交流電流の周波数も低くなり、中空金属体１１には誘導電流はほとんど流れなくなる。この場合、磁界発生部１２を流れる交流電流によって中空金属体１１に交流磁界が発生する。中空金属体１１が磁性体である場合には、この交流磁界による磁束は、腐食して中空金属体１１の板厚が減少している部分は少なく、中空金属体１１の板厚が健全な部分は多くなる。従って、中空金属体１１に発生する磁束の状態を検出することにより中空金属体１１の腐食状態（腐食による鋼管板厚の減少状態）を把握することができる。
【００２４】
すなわち、中空金属体１１に発生する磁束が少ないほど誘導電圧検出部１４の誘導電圧Ｖ１４は小さくなるので、磁束作用の検出の場合は、誘導電圧検出部１４の誘導電圧Ｖ１４が最小となる箇所が、最も腐食している箇所（板厚最小箇所）として特定できる。なお、磁束作用の検出は、アルミやステンレスなどの非磁性体には適用できない。
【００２５】
図４は、中空金属体１１が磁性体である鋼管の外面及び内面に板厚に対して２０％の凹部１７ａ、１７ｂを持たせ、周波数１ｋＨｚの交流電源を磁界発生部１２に印加した場合の誘導電圧検出部１４で検出した誘導電圧Ｖ１４の特性図である。外面の凹部１７ａ及び内面の凹部１７ｂで誘導電圧Ｖ１４が小さな値を示しており、この部分で板厚が減少していることが分かる。
【００２６】
以上の説明では、磁界発生部１２と誘導電圧検出部１４とは、撚り合わせて一体として用いる場合について説明したが、保持部材により誘導電圧検出部１４の外側に一定の間隔を隔てて磁界発生部１２を配置するようにしても良い。また、磁界発生部１２は１巻き又は複数巻きのコイルで形成する。複数巻きの場合は発生磁界が大きくなる。一方、誘導電圧検出部１４も１巻き又は複数巻きのコイルで形成するが、複数巻きの場合よりも一巻きの場合の方が、誘導電圧検出部１４を装着した中空金属体１１の外周部分の極狭い範囲の平均板厚を検出できるので、板厚検出の分解能を高めることができる。従って、好ましくは１巻きとする。
【００２７】
電源部１３によって通電する交流電流の波形は、正弦波のほか三角波やパルスなど検出対象である中空金属体１１の種類に応じて適切な波形を選定する。また周波数も任意に設定できるが、通常は  ０．１〜１００ｋＨｚの範囲内であり１ｋＨｚ前後以下の低い周波数は磁束作用の検出に適しており、１０ｋＨｚ前後以上の高い周波数は誘導電流作用の検出に適している。
【００２８】
また、測定装置１５は、磁界発生部１２と誘導電圧検出部１４とを装着した中空金属体１１の円周部分の平均板厚に関係する値をリアルタイムで表示できるほか、中空金属体１１の一方端から他方端まで装着した磁界発生部１２及び誘導電圧検出部１４を移動させて得られる中空金属体１１の円周部分の平均板厚の変化に関する情報を蓄積し、磁界発生部１２及び誘導電圧検出部１４を再び移動させることにより、蓄積情報の極値と再移動時の検出値とが一致した箇所をもって、最も腐食した箇所（鋼管の中で平均板厚の最小となる箇所）を特定する機能も備えている。
【００２９】
第１の実施の形態によれば、金属管や金属ダクトなど中空金属体１１の外面側から軸方向に磁界を加えて、その磁界によって中空金属体１１に流れる誘導電流又は磁束の状態を検出するので、中空金属体１１の内面が腐食し板厚の減少している箇所を短時間で適切に検出できる。また、誘導電圧検出部１４として１巻きのコイルを採用すると、中空金属体１１の板厚検出の外周面での幅が小さくなるので板厚検出の分解能が向上する。
【００３０】
また、作業員が一人で携帯可能であり、装着した磁界検出部１２及び誘導電圧検出部１４の移動と共に中空金属体１１の外周の板厚状態（平均板厚）に関係する値をリアルタイムに表示できるので、中空金属体１１の内面の腐食状態をその外面から迅速かつ定量的に把握できる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図５は本発明の第２の実施の形態に係る中空金属体の板厚検出装置の構成図である。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対し、誘導電圧検出部１４の誘導電圧の検出感度を調節するための感度調節部１６ａ、１６ｂを追加して設け、感度調節部１６ａ、１６ｂと誘導電圧検出部１４との間隔や感度調節部１６ａ、１６ｂを形成する導電部材の抵抗値を調節することにより、誘導電圧検出部１４に発生する誘導電圧の値を調節するようにしたものである。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３２】
感度調節部１６ａ、１６ｂは、リング状の導電部材に絶縁材料を被覆して形成され、誘導電圧検出部１４の近傍の中空金属体１１の外周に誘導電圧検出部１４を挟んでほぼ等間隔に１対の感度調節部１６ａ、１６ｂとして設けられる。すなわち、誘導電圧検出部１４と所定の間隔を保って中空金属体１１の軸方向に移動可能にリング状に装着され、誘導電圧検出部１４との間隔及び導電部材の抵抗値を調整することにより誘導電圧検出部１４に発生する誘導電圧を調節する。
【００３３】
一対の感度調節部１６ａ、１６ｂは、図示省略の保持部材で磁界発生部１２又は誘導電圧検出部１４に保持され、これらと連動して中空金属体１１の軸方向に移動可能となっており、中空金属体１１の外周の軸方向各位置の誘導電圧を検出する。磁界発生部１２、誘導電圧検出部１４及び一対の感度調節部１６ａ、１６ｂを連動して、中空金属体１１の軸方向に移動し、中空金属体１１の外周の軸方向各位置の誘導電圧を順次検出し測定装置１５に出力することになる。
【００３４】
感度調整部１６ａ、１６ｂを設けたことにより、誘導電圧検出部１４の誘導電圧には、感度調整部１６ａ、１６ｂを流れる電流により誘導電圧検出部１４に誘導される電圧Ｖ１６ａ、Ｖ１６ｂが加味される。すなわち、中空金属体１１を流れる電流により誘導電圧検出部１４に誘導される電圧をＶ１１、磁界発生部１２を流れる電流により誘導電圧検出部１４に誘導される電圧をＶ１２、感度調整部１６ａ、１６ｂを流れる電流により誘導電圧検出部１４に誘導される電圧Ｖ１６ａ、Ｖ１６ｂとすると、電圧Ｖ１１は電圧Ｖ１２と逆向きに加わるので、誘導電圧検出部１４の誘導電圧Ｖ１４は、下記の（２）式で示される。
【００３５】
Ｖ１４＝Ｖ１２−Ｖ１１−Ｖ１６ａ−Ｖ１６ｂ    …（２）
鋼管板厚の減少している箇所ほどＶ１１が小さくなるので、誘導電流作用の検出（交流電源の周波数が高い）の場合には、誘導電圧検出部１４の誘導電圧Ｖ１４が最大となる箇所が、最も腐食している箇所（板厚最小箇所）として特定できる。一方、磁束作用の検出（交流電源の周波数が低い）の場合には、誘導電圧検出部１４の誘導電圧Ｖ１４が最小となる箇所が、最も腐食している箇所（板厚最小箇所）として特定できる。
【００３６】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、誘導電圧検出部１４の誘導電圧を調節できるので、測定装置１５の特性に合わせて感度調節を行うことができる。従って、特性の異なる各種の測定装置１５を使用することができる。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図６は本発明の第３の実施の形態に係る中空金属体の板厚検出装置の構成図である。この第３の実施の形態は、第１の実施の形態に対し、一対の磁界発生部１２ａ、１２ｂを誘導電圧検出部１４を挟んで所定の間隔を保って配置したものであり、誘導電圧検出部１４より検出される誘導電圧を大きくし板厚を拡大して把握できるようにしたものである。図１に示した第１の実施の形態と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３８】
一対の磁界発生部１２ａ、１２ｂは、誘導電圧検出部１４を挟んで所定の間隔を保って中空金属体１１の外周に配置される。また、一対の磁界発生部１２ａ、１２ｂは誘導電圧検出部１４と図示省略の保持部材で保持され、中空金属体１１の軸方向に移動可能となるようにリング状に装着される。通常、一対の磁界発生部１２ａ、１２ｂは、磁界発生部１２と誘導電圧検出部１４との中央位置に装着されるが、磁界発生部１２ａ、１２ｂと誘導電圧検出部１４とを撚り合わせたり沿わせて使用するようにしても良い。
【００３９】
第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態に効果に加え、一対の磁界発生部１２ａ、１２ｂにより交流磁界が中空金属体１１の軸方向に発生するので、誘導電圧検出部１４に発生する誘導電圧が大きくなり、中空金属体１１の腐食状態の変化を拡大して把握できる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、中空金属体の外面側から軸方向に磁界を加えて、その磁界によって中空金属体に流れる軸方向各位置における誘導電流又は磁束の状態を検出するので、中空金属体の内面が腐食し板厚の減少している箇所を短時間で適切に検出できる。また、誘導電圧を検出する誘導電圧検出部として１巻きのコイルを採用した場合には、中空金属体の外周における板厚検出の幅が小さくなるので板厚検出の分解能が向上する。また、作業員が一人で携帯可能であり、中空金属体の外周の板厚状態をリアルタイムに計測できる。
【００４１】
また、必要に応じて誘導電圧検出部の誘導電圧を調節できるので、測定装置の特性に合わせて感度調節を行うことができる。また、一対の磁界発生部を設けた場合には、誘導電圧検出部に発生する誘導電圧が大きくなるので、中空金属体の腐食状態の変化を拡大して把握できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る中空金属体の板厚検出装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における誘導電流作用の検出により外面にメッキが施されていない鋼管に対して誘導電圧検出部で検出した誘導電圧の特性図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における誘導電流作用の検出により外面にメッキが施された鋼管に対して誘導電圧検出部で検出した誘導電圧の特性図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における磁束作用の検出により鋼管に対して誘導電圧検出部で検出した誘導電圧の特性図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る中空金属体の板厚検出装置の構成図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る中空金属体の板厚検出装置の構成図。
【符号の説明】
１１…中空金属体、１２…磁界発生部、１３…電源部、１４…誘導電圧検出部、１５…測定装置、１６…感度調節部、１７…凹部
【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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