(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルと検出コイルを有し、平面の検査面の欠陥を検査する渦電流探傷装置において、
前記検出コイルは法線軸が前記検査面に垂直となるように検査面側に配置し、前記励磁コイルは法線軸が検査面と水平となるように前記検出コイルの上に配置し、かつ前記励磁コイルのコアとして永久磁石を配置し、該永久磁石の磁極の向きを前記検査面に対して垂直方向となるように配置したことを特徴とする渦電流探傷センサ。
【請求項２】
請求項１において、前記検出コイルの法線軸からの視点で、前記励磁コイルの縦、横の寸法は前記検出コイルのそれより相対的に大きいことを特徴とする渦電流探傷センサ。
【請求項３】
励磁コイルと検出コイルを有し、平面の検査面の欠陥を検査する渦電流探傷装置において、
前記検出コイルは法線軸が前記検査面に垂直となるように検査面側に配置し、前記励磁コイルは法線軸が前記検査面と水平となるように前記検出コイルの上に配置し、かつ前記励磁コイルのコアとして永久磁石を配置し、該永久磁石の磁極の向きを前記励磁コイルの法線軸方向となるように配置したことを特徴とする渦電流探傷センサ。
【請求項４】
請求項３において、前記永久磁石の端部に前記検査面との磁路を構成する磁性材のヨークを設けたことを特徴とする渦電流探傷センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流探傷センサの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントの熱交換器伝熱管等の鋼管を保守点検するために、渦電流探傷試験（Eddy Current Testing ： ＥＣＴ）が行われてきた。近年では、鋼管母材部だけでなく、溶接部の探傷技術としての開発が進められている。渦電流探傷試験では、検査箇所にセンサを近接させて機械的な走査が行われる。センサは励磁コイルと検出コイルで構成され、コイルの配置は検査対象・部位に応じて様々である。管形状の検査対象には、管の内側にコイルを挿入する内挿コイルあるいは管の外面にコイルを巻く貫通コイルと呼ばれるタイプのセンサが用いられている。平板形状の検査対象には、コイルの軸が平板に対して垂直となるように配置した上置コイルや一様渦電流センサが利用されている。
【０００３】
特許文献１には、両端に磁極を有する永久磁石の回りに絶縁体を介してコイルを巻回した構造を持つＥＣＴセンサが開示されている。この永久磁石の磁場により管内表層部の磁化を一様にして磁気ノイズを低減している。
【０００４】
【特許文献１】特開平8−136509号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術は、管形状の試験体を対象とする内層コイルあるいは貫通コイルを用いたタイプのＥＣＴセンサの構造である。しかしながら、磁性材の平板を検査対象とする場合、永久磁石（或いは電磁石）により磁気ノイズを抑制するセンサ構造は開発されておらず、管形状に適用するセンサ構造では対応できない。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、平板を対象として磁気ノイズを抑制できる渦電流探傷センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、平板材の検査面に対し永久磁石または電磁石の磁極を向けて、検査範囲内の平板材の磁化方向が一様となるようにすることで達成される。
【０００８】
本発明は、励磁コイルと検出コイルを有し、平面の検査面の欠陥を検査する渦電流探傷装置において、前記検出コイルは法線軸が前記検査面に垂直となるように検査面側に配置し、前記励磁コイルは法線軸が検査面と水平となるように前記検出コイルの上に配置し、前記励磁コイルの法線軸と平行に永久磁石または電磁石を配置したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、励磁コイルと検出コイルを有し、平面の検査面の欠陥を検査する渦電流探傷装置において、前記検出コイルは法線軸が前記検査面に垂直となるように検査面側に配置し、前記励磁コイルは法線軸が前記検査面と水平となるように前記検出コイルの上に配置し、かつ前記励磁コイルのコアとして永久磁石を配置し、該永久磁石の磁極の向きを前記励磁コイルの法線軸方向となるように配置したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記検出コイルは法線軸が前記検査面に垂直となるように検査面側に配置し、前記励磁コイルは法線軸が検査面と水平となるように前記検出コイルの上に配置し、かつ、前記励磁コイルおよび前記検出コイルをアーチ状に覆う電磁石を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、磁性材の平板を検査対象とする場合に、磁気ノイズを抑制できるのでＥＣＴ信号のＳ／Ｎ比を改善する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
まず、渦電流探傷センサの基本構成である一様渦電流センサについて説明する。図２は一様渦電流センサの構造を示している。一様渦電流センサは、フェライトコア等の磁性材の周りに導線を縦巻きにした励磁コイル４とその下方に配置された平面型の検出コイル５で構成されている。
【００１３】
図３は一様渦電流センサの渦電流分布を示している。検出コイル５の縦横寸法が励磁コイル４より相対的に小さいため、検出コイル５の直下の渦電流は大きさと向きの一様な分布となっている。
【００１４】
励磁コイル４に任意周波数の交流電流を流すと、励磁コイル４と鎖交する磁束が発生する。この磁束が試験体６に侵入すると、電磁誘導により試験体６に渦電流８が生じる。渦電流８の分布は試験体６の導電率や透磁率等の材料特性に影響される。すなわち、欠陥（空隙）のある場所で、渦電流８の分布は大きく変化する。その変化分を検出コイル５との鎖交磁束量の変化として捕らえ、電気信号（ＥＴＣ信号）に変換して観測する。
【００１５】
渦電流探傷試験は上記の検査原理を用いるため、試験体６の物理状態が空間的にバラツキをもつ場合にもＥＣＴ信号が観測される。検査対象が非磁性材である場合には材料特性のバラツキは無視できる程度に小さいが、炭素鋼等の磁性材を検査対象とした場合、試験体６の磁化状態にＥＣＴ信号は強く影響される。これが、磁気ノイズと呼ばれる擾乱ノイズとなる。このため、本発明では検査面を永久磁石（または電磁石）により一様に磁化して磁気ノイズを低減する。
【００１６】
本発明の最良の実施形態は、励磁コイルと検出コイルを有し、平面の検査面の欠陥を検査する渦電流探傷装置である。検出コイルは法線軸が検査面に垂直となるように検査面側に配置し、励磁コイルは法線軸が検査面と水平となるように検出コイルの上に配置し、励磁コイルの法線軸と平行に永久磁石または電磁石を配置する。また、検出コイルの法線軸からの視点で、励磁コイルの縦、横の寸法は検出コイルのそれより相対的に大きくされる。
（実施例１）
図４は本発明の実施例１に係る渦電流探傷システムの構成図である。渦電流探傷システムはＥＣＴセンサ１４の位置制御駆動系と探傷制御系に大別できる。位置制御系は、ＥＣＴセンサ１４を装着したＸＹＺステージ１２を位置制御回路１１を介してコンピュータ１０で制御する。ＸＹＺステージ１２、位置制御回路１１及びコンピュータ１０は市販品で代用できる。探傷制御系では、ＥＣＴセンサ１４と渦電流探傷器１３が電気的に接続されており、コンピュータ１０により制御する。コンピュータ１０による制御の状態はモニタ９で監視される。
【００１７】
次に、ＥＣＴセンサの構造を説明する。図１は実施例１によるＥＣＴセンサの構造を示している。永久磁石３をコアとしてその周りに導線を縦巻きにした励磁コイル４と、その下方に配置された平面型の検出コイル５で構成されている。励磁コイル４の法線軸と検出コイル５の法線軸は垂直となる。励磁コイル４の縦横寸法は検出コイル５のそれより十分に大きく構成される。
【００１８】
永久磁石３の磁束２の方向は平面型の検出コイル５の面に対して垂直な方向で、平面の試験体６に作用する。永久磁石３のN極とS極が反対向きの場合も同様である。永久磁石３及び励磁コイル４と検出コイル５は電磁的に遮蔽されたケース１に封入されており、励磁コイル４および検出コイル５の末端が外部入出力端子と接続されている。
【００１９】
本渦電流探傷システムの動作について説明する。全ての制御は、モニタ９で状態を監視して、コンピュータ１０で設定を変更する。コンピュータ１０での設定情報（ＸＹＺ移動距離と移動速度等）が位置制御回路１１に送信され、位置制御回路はその情報をもとにＸＹＺステージ１２を制御し、各方向にステージが移動する。探傷制御系においては、コンピュータ１０での設定情報（送信周波数や電圧等）が渦電流探傷器１３に送信される。渦電流探傷器１３からＥＣＴセンサ１４の励磁コイル４の外部入力端子に設定周波数の電圧が印加される。ＥＣＴセンサ１４の検出コイル５の外部出力端子からの信号電圧は渦電流探傷器１３に送られる。渦電流探傷器１３は、コンピュータ１０による設定情報（位相や利得等）をもとに信号処理を行い、デジタル信号（ＥＣＴ信号）としてコンピュータ１０に送信する。ＥＣＴ信号はモニタ9で観測される。上記の位置制御系及び探傷制御系の制御は時間的に並行処理され、各移動位置でのＥＣＴ信号がモニタされる。
【００２０】
本実施例のＥＣＴセンサによる試験結果を説明する。図５は検査対象とする試験体の説明図である。SUS304材を母材とする試験体上にクラッド材１６で肉盛溶接したものである。母材１７にはスリット１５が図示のように配置してある。この試験体上を従来の渦電流センサ及び本発明の一様渦電流センサで走査し、それぞれのＥＣＴ信号を観測した。走査範囲は80mm×100mmである。
【００２１】
図６に従来のＥＣＴセンサによるＥＣＴ信号、図７に本実施例によるＥＣＴ信号を示す。図６では、磁気ノイズの影響が大きくスリット１５によるＥＣＴ信号は明瞭には観測できなかった。一方、図７では磁気ノイズが抑制され、スリット１５からのＥＣＴ信号の観測が可能になっている。
（実施例２）
実施例１にあっては、永久磁石３の周囲に励磁コイル４を巻きつけた構造を持つ一様渦電流センサであったが、他の配置であってもよい。
【００２２】
図８は実施例２によるＥＣＴセンサの構造を示している。空芯の励磁コイル４の上方に永久磁石３を配置し、励磁コイル４の下方には平面型の検出コイル５を配置している。永久磁石３による磁束２の方向は平面型の検出コイル５に対して垂直な方向で、N極とS極が反対向きとなる場合も同様である。永久磁石３、励磁コイル４及び検出コイル５は電磁的に遮蔽されたケース１に封入されている。その他の構成や作用は実施例１と同様である。
【００２３】
図８の構成においても、永久磁石３による磁束２は試験体６内に浸透している。その結果、実施例１と同様の作用効果を発揮し、磁気ノイズが抑制できる。
（実施例３）
図９は実施例１を変形した実施例３によるＥＣＴセンサの構造を示す。永久磁石３の磁極の向きを励磁コイル４の軸方向とし、永久磁石３の両端部に磁性材のヨーク２０を取り付け、試験体６との間に磁路を構成している。その他の構成や作用は実施例１と同様である。
【００２４】
図９の構成によれば、永久磁石３の磁束２はヨーク２０を介して試験体６内に浸透するので、浸透する磁束の効率が高い。その結果、実施例１よりも小容量の永久磁石でも同様の作用効果を発揮でき、ＥＣＴセンサを小型化できる。
（実施例４）
実施例１−３にあっては、永久磁石を用いたＥＣＴセンサであったが、電磁石を用いてもよい。図１０は実施例４によるＥＣＴセンサの構造を示す。コア７の周りに導線を縦巻きにした励磁コイル４とその下方に配置された矩形平面型の検出コイル５で構成された一様渦電流センサの上方に、馬蹄形状の電磁石１８を配置している。この場合も電磁石１８による磁束２の方向は試験体６の面に対して水平な方向で、磁極が反対向きとなる場合も同様である。
【００２５】
図１１は実施例４における渦電流探傷システムの構成を示す。実施例４では電磁石駆動装置１９が追加され、センサの外部入出力端子を介して電磁石１８の配線と接続されている。電磁石駆動装置１９により電力が供給されると、電磁石１８より磁束が発生する。電磁石１８による磁束は図１０のように試験体６の表層部に浸透して、磁気ノイズが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１による渦電流探傷センサの構造図。
【図２】一様渦電流センサの構造図。
【図３】一様渦電流センサによる渦電流分布を表す模式図。
【図４】実施例１による渦電流探傷システムの構成を示すブロック図。
【図５】試験体の構成図。
【図６】従来の渦電流探傷センサによる測定結果を表す観測図。
【図７】実施例１の渦電流探傷センサによる測定結果を表す観測図。
【図８】本発明の実施例２による渦電流探傷センサの構造図。
【図９】本発明の実施例３による渦電流探傷センサの構造図。
【図１０】本発明の実施例４による渦電流探傷センサの構造図。
【図１１】実施例４による渦電流探傷システムの構成を表すブロック図。
【符号の説明】
【００２７】
１…ケース、２…磁束、３…永久磁石、４…励磁コイル、５…検出コイル、６…試験体、７…コア、８…渦電流、９…モニタ、１０…コンピュータ、１１…位置制御回路、１２…ＸＹＺステージ、１３…渦電流探傷器、１４…ＥＣＴセンサ、１５…スリット、１６…クラッド材、１７…母材、１８…電磁石、１９…電磁石駆動装置、２０…ヨーク。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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