(57)【要約】【課題】  磁性材料の配管にも適用可能であると共に、配管の腐食を広範囲に亘って効率よく検出することができる腐食検出装置を提供する。【解決手段】  腐食検出装置１０は、配管３２を周回するソレノイドコイル１２を備えており、可変周波数発振器１４によりソレノイドコイル１２に交流電流を流す。電磁誘導により配管３２に交流の二次電流が流れ、これによって発生した磁界の強さを磁力計１６により検出する。駆動装置１８は、磁力計１６が配管３２の周面上を移動しながら配管３２の軸方向へ移動するように駆動する。データレコーダ２０は、磁力計１６から出力された磁力データを記録し、ＦＦＴアナライザ２２は、データレコーダ２０に記録された磁力データに対してＦＦＴ処理を行い、周波数特性データを出力する。演算部２４は、ＦＦＴアナライザ２２から出力された周波数特性データに基づいて腐食量等を演算して出力部２６に出力する。出力部２６は、演算結果を出力する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管に交流電流を供給する電流供給手段と、
前記配管と接続され、前記配管に流れる交流電流を共振させる共振手段と、
前記配管に流れた交流電流によって生じた磁界の強さを検出する磁界検出手段と、
前記磁界の強さに基づいて、少なくとも前記配管の腐食位置を検出する腐食検出手段と、
を備えた腐食検出装置。
【請求項２】
前記電流供給手段は、中心が前記配管を周回するように配置されたコイルと、前記コイルに交流電流を供給する交流電流供給手段と、を含むことを特徴とする請求項１記載の腐食検出装置。
【請求項３】
前記腐食検出手段は、前記磁界の強さを周波数変換した周波数特性データを出力する周波数変換手段と、前記周波数特性データに基づいて腐食が発生しているか否かを求める演算手段と、を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の腐食検出装置。
【請求項４】
前記演算手段は、前記周波数特性データに基づいて腐食量を演算することを特徴とする請求項３記載の腐食検出装置。
【請求項５】
前記磁界検出手段を前記配管の周方向に移動させながら、前記配管の軸方向に移動させる駆動手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の腐食検出装置。
【請求項６】
前記磁界検出手段を前記配管の周方向に沿って複数備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の腐食検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食検出装置に係り、より詳しくは、建物の配管等の腐食を検出することが可能な腐食検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物の配管等の腐食を検出する方法としては、放射線透過検査法、超音波肉厚測定法、渦電流探傷法等が知られている。
【０００３】
これらのうち、放射線透過検査法では、放射線を用いるため人体に対して悪影響を及ぼす可能性がある。また、定量的に判断することができる手法はあるものの、その精度が粗く、腐食位置を確定するのが困難である。
【０００４】
また、超音波肉厚測定法は、配管に探触子を接触させて超音波を発信し、配管の裏面で反射された超音波を測定して超音波の往復時間を計測し、この計測した時間から腐食位置を検出するものである。
【０００５】
しかしながら、この方法では、探触子を直接配管に接触させなければならないため、配管の被覆を外さなければならず、配管の劣化や作業性の面で好ましくない。また、定量的に測定することができるものの、ピンポイントでの測定となるため、広範囲に亘って測定するためには、膨大な回数の測定及び分析が必要となり、作業効率が著しく悪化する。
【０００６】
これに対し、例えば特許文献１〜３にも記載されている渦電流探傷法は、配管にコイルを巻き付け、このコイルに交番電流を流すことにより配管に渦電流を生起させ、この渦電流によって生じた磁界の強度を測定することにより、配管の腐食位置を検出するものであり、人体に無害であると共に、配管に対して非接触で測定することができる。
【特許文献１】特開２００１−１８３３４６号公報
【特許文献２】特開平６−１４８１４２号公報
【特許文献３】特開２０００−８１４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、渦電流探傷法では、配管が磁性材料の場合には、ヒステリシス損が大きく、電流が歪みやすいことから精密に測定することが困難であると共に、配管に巻き付けたコイルの近傍でしか測定することができない、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事実に鑑みて成されたものであり、磁性材料の配管にも適用可能であると共に、配管の腐食を広範囲に亘って効率よく検出することができる腐食検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、配管に交流電流を供給する電流供給手段と、前記配管に流れる交流電流を共振させる共振手段と、前記配管に流れた交流電流によって生じた磁界の強さを検出する磁界検出手段と、前記磁界の強さに基づいて、少なくとも前記配管の腐食位置を検出する腐食検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、電流供給手段は、配管に交流電流を供給する。このため、本発明に適用される配管は、少なくとも電流を流すことができる部材で構成されればよい。電流供給手段は、例えば請求項２に記載したように、中心が前記配管を周回するように配置されたコイルと、前記コイルに交流電流を供給する交流電流供給手段と、を含む構成とすることができる。
【００１１】
コイルは、その中心が配管を周回するように配置される。このコイルに交流電流供給手段によって所定周波数の交流電流が供給される。これにより、電磁誘導によって配管に磁界が発生して起電力が生起し、交流の二次電流が配管に供給される。なお、コイルの中心に鉄心を設けたソレノイドコイルを用いてもよい。
【００１２】
共振手段は、配管と接続され、この配管に流れる交流電流を共振させる。共振手段は、例えばインダクタンス、コンデンサ、抵抗等を含んで構成される。このように、配管と共振手段とで回路を構成して交流電流を共振させて流すことにより、配管に流れる交流電流を可能な限り最大化することができ、腐食の検出を正確に行うことが可能となる。
【００１３】
磁界検出手段は、配管に流れた交流電流によって生じた磁界の強さを検出する。磁界検出手段は、例えば配管の表面に垂直な方向の磁界の強さについて検出する。
【００１４】
腐食検出手段は、磁界検出手段により検出された磁界の強さに基づいて、少なくとも配管の腐食位置を検出する。腐食が発生していない場合には、腐食が発生していない場合と比較して、磁界の強さが変化すると考えられる。従って、腐食検出手段は、例えば磁界の強さの変化量が所定閾値以上か否かを判断し、所定閾値以上の場合には、その時の磁界検出手段の位置に腐食が発生していると判断することができる。
【００１５】
このように、配管に交流電流を流し、これによって発生した磁界の強さに基づいて腐食を検出する構成としているため、配管に被覆が施されている場合でも、被覆を剥がす必要はなく、また、配管に直接磁界を印加するものではないため磁性材料の配管にも適用可能であり、配管の腐食を広範囲に亘って正確に検出することができる。
【００１６】
なお、請求項３にも記載したように、前記腐食検出手段は、前記磁界の強さを周波数変換した周波数特性データを出力する周波数変換手段と、前記周波数特性データに基づいて腐食が発生しているか否かを求める演算手段と、を含む構成とすることができる。
【００１７】
周波数変換手段は、例えばフーリエ変換処理等により、磁界の強さを周波数変換して周波数特性データ、すなわち、周波数と磁界の強さのレベルとの関係を表すデータに変換する。この場合、周波数特性データで表される周波数特性は、配管に流した交流電流の周波数の位置にピークが存在するような特性となるが、腐食が発生している場合には、そのピークが減少すると考えられる。
【００１８】
このため、演算手段では、例えばピーク位置のレベルが所定閾値以上減少しているか否かを判断し、所定閾値以上減少している場合を腐食が発生していると判断することができる。
【００１９】
また、請求項４にも記載したように、前記演算手段は、前記周波数特性データに基づいて腐食量を演算するようにしてもよい。
【００２０】
ピーク位置のレベルの変化の度合いは、腐食の度合いに相当すると考えられる。このため、演算手段は、ピーク位置のレベルの変化量に基づいて、この変化量に対応する腐食量を求める。このように、腐食量を求めることにより、どの程度腐食が進んでいるかや、配管の寿命を予測することが可能となる。
【００２１】
また、請求項５にも記載したように、前記磁界検出手段を前記配管の周方向に移動させながら、前記配管の軸方向に移動させる駆動手段をさらに備えた構成としてもよい。これにより、広範囲に亘って配管の腐食を調査する場合でも、効率よく速やかに行うことができる。
【００２２】
さらに、請求項６に記載したように、前記磁界検出手段を前記配管の周方向に沿って複数備えた構成としてもよい。これにより、配管の腐食の調査をより効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、腐食位置及び腐食量を広範囲に亘って効率よく検出することができる、という優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例について詳細に説明する。
【００２５】
図１に示すように、本発明に係る腐食検出装置１０は、ソレノイドコイル１２、可変周波数発振器１４、磁力計１６、駆動装置１８、データレコーダ２０、ＦＦＴアナライザ２２、演算部２４、出力部２６、共振回路２８、オシロスコープ３０を含んで構成されている。
【００２６】
ソレノイドコイル１２は、円筒形状の配管３２を周回するドーナツ形状の鉄心３４と、鉄心３４を周回するように巻き付けられたコイル３６と、から成る。なお、本実施の形態では、ソレノイドコイル１２は、コイル３６の中心に鉄心３４が設けられた構成としているが、鉄心３４を設けずにコイル３６のみを配管３２に周回させるようにしてもよい。ただし、この場合、鉄心３４をコイル３６の中心に設ける場合よりも、巻き線数を多くする必要がある。
【００２７】
そして、図２に示すように、鉄心３４は、支点Ｐの反対側が着脱可能となっており、所謂蝶番のように支点Ｐを中心として図中矢印方向に回動するようになっている。このため、配管３２の途中でも容易に着脱することができる。
【００２８】
コイル３６は、可変周波数発振器１４に接続されている。可変周波数発振器１４は、設定された周波数の交流電流をコイル３６に流すものであり、周波数及び出力レベルを可変にすることができる。
【００２９】
磁力計１６は、一例として数十ｐＴ（ピコテスラ）から測定可能な３軸型のフラックスゲート型磁力計で構成される。一例として磁力計１６のＸ軸が配管３２の軸方向と一致し、磁力計１６のＹ軸が配管３２の周方向と一致し、Ｚ軸が配管３２の表面と直交する方向と一致するように配置される。磁力計１６は、この互い直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸における磁界の強さを検出して磁力データとして出力する。
【００３０】
駆動装置１８は、図１に示すように、磁力計１６が配管３２の周面上を図中矢印Ａ方向に所定速度で移動しながら配管３２の軸方向である図中矢印Ｂ方向へ所定速度で移動するように制御する。
【００３１】
データレコーダ２０は、磁力計１６から出力された各軸の磁力データを記録する。ＦＦＴアナライザ２２は、データレコーダ２０に記録された各軸の磁力データに対してＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、周波数特性データを出力する。
【００３２】
演算部２４では、ＦＦＴアナライザ２２から出力された各軸の周波数特性データに基づいて腐食が発生しているか否かや、その腐食量、腐食位置等を演算して出力部２６に出力する。出力部２６は、例えば演算結果を記録媒体に記録するための記録装置、ディスプレイ、プリンタ等で構成され、演算部２４によって特定された配管３２に腐食が発生しているか否かや、その腐食量、腐食位置等を画面又は紙等の記録媒体に出力する。これにより、容易に配管３２に腐食が発生しているか否か、その腐食量、腐食位置等を確認することができる。
【００３３】
測定対象の配管３２の両端には、導電性の配線３８、４０の一方の端部が接続される。配管３２は、通常は断熱材等で被覆されているため、バルブのハンドル等の断熱材が被覆されていない部分に接続される。
【００３４】
配線３８の他方の端部は、抵抗４２の一端に接続され、抵抗４２の他端は共振回路２８の一方の端部に接続される。共振回路２８の他方の端部は、配線４０の他方の端部に接続されている。これにより、配管３２、配線３８、抵抗４２、共振回路２８、配線４０によりループ回路が形成される。なお、抵抗４２の両端には、オシロスコープ３０が接続されている。
【００３５】
配管３２の腐食量をＷ（ｇ）は、配管が腐食する際に流れた電流をＩ1（Ａ）、時間をｔ（ｓ）とした場合、ファラデー則によって次式で表すことができる。
【００３６】
Ｗ＝ｋＩ1ｔ      …（１）
ここで、ｋは電気化学当量である。腐食を電気物理現象として見た場合、エネルギーが消費されることによって、配管３２に錆びが生じ、電気抵抗が変化する。従来のように、錆びが生じた結果としての電気抵抗を測定するよりは、エネルギーを直に消費している配管３２に流れる電流Ｉ2によって発生する磁界の強さを測定する方が確実に腐食を検出することができると考えられる。
【００３７】
このため、本実施の形態では、配管３２に電流を流し、この電流によって生じる磁界の強さを磁力計１６によって測定し、これを周波数変換処理した周波数特性データに基づいて腐食が発生しているか否か、その腐食量、腐食位置等を検出する。
【００３８】
可変周波数発振器１４によってコイル３６に一次電流としての所定周波数の交流電流を流すと、配管３２の周方向に交流磁界が形成される。このため、トランス回路と同様に、電磁誘導により二次側である配管３２に起電力が生起され、交流の二次電流Ｉ2が流れる。この二次電流がＩ2が流れることにより、腐食位置にはファラデー則による電流Ｉ1が流れるため、配管３２には、ｉ＝Ｉ1＋Ｉ2の電流が流れることとなる。なお、一次側であるコイル３６に発生する起電力と、二次側である配管３２に生起する起電力との比は一定であり、各々の起電力は同じ相互磁束によって生じるため、位相は等しい。
【００３９】
このように、トランス回路と同等の理論により、コイル３６に一次電流としての交流電流を流すことにより、配管３２に二次電流Ｉ2が流れる。
【００４０】
ここで、配管３２に二次電流Ｉ2が流れることによって発生する磁界の強さを広範囲に亘って正確に測定するためには、二次電流Ｉ2を可能な範囲で最大にすることが好ましい。このため、腐食検出装置１０は、共振回路２８を備えている。
【００４１】
共振回路２８は、可変インダクタンス４４、可変コンデンサ４６、及び抵抗４８で構成されており、例えば可変インダクタンス４４のインダクタンス値及び可変コンデンサ４６の容量値は、それぞれ任意に調整することができる。
【００４２】
従って、二次電流Ｉ2が歪まない範囲で最大となるように、オシロスコープ３０で確認しながら可変周波数発振器１４の周波数、可変インダクタンス４４、可変コンデンサ４６の少なくとも１つを調整する。これにより、二次電流Ｉ2を歪まない範囲で最大とすることができ、正確に二次電流Ｉ2によって生じる磁界の強さを正確に測定することができる。なお、二次電流Ｉ2が歪まない範囲で最大となるように自動的に可変周波数発振器１４の周波数、可変インダクタンス４４、可変コンデンサ４６を調整する調整手段を設けるようにしてもよい。
【００４３】
配管３２に電流ｉが流れたとすると、ビオサバールの法則により、磁力計１６の位置における磁界の強さＨ（Ａ／ｍ）は次式で表される。
【００４４】
Ｈ＝ｉ／２Ｒ    …（２）
ここで、Ｒは、図３に示すように、配管３２の中心位置Ｃから磁力計１６までの距離である。
【００４５】
配管３２の中心位置Ｃから磁力計１６までの距離Ｒを一定とすると、配管３２に腐食が発生している位置では、腐食がない位置と比較して電流ｉが変化し、これに伴って磁界の強さＨが変化する。従って、磁界の強さＨの変化が所定以上の場合に腐食が発生していると判断することができ、磁界の強さの変化量を腐食量としてとらえることができる。
【００４６】
ここで、０．１（Ａ）の電流が１００φで且つ被覆が５０ｍｍの配管３２に流れたとすると、Ｒ＝０．１（ｍ）、ｉ＝０．１（Ａ）、透磁率μ0＝４π×１０-7として、磁束密度Ｂ（＝μ0Ｈ）は、上記（２）式から約６２８（ｎＴ）となり、ノイズとして認識される磁界の強さよりも十分大きく、ノイズとして誤認識することはない。
【００４７】
駆動装置１８は、例えばソレノイドコイル１２の近傍の位置を始点として、磁力計１６が配管３２の周面上を図中Ａ方向に所定速度で移動しながら配管３２の軸方向である図中矢印Ｂ方向へ所定速度で移動するように駆動する。
【００４８】
コイル３６に一次電流Ｉ1を流した状態で磁力計１６を上記のように移動させることにより、配管３２の表面における磁界の強さがＸ〜Ｙ軸の各々について測定され、データレコーダ２０に順次出力される。データレコーダ２０では、予め定めた所定のサンプリング間隔で、磁力計１６から出力された各軸の磁力データを記録する。これにより、配管３２の表面の各位置における磁界の強さが各軸について順次記録される。
【００４９】
ＦＦＴアナライザ２２は、データレコーダ２０に記録された各位置の各軸における磁力データに対してＦＦＴ処理を行い、周波数特性データを出力する。
【００５０】
演算部２４では、ＦＦＴアナライザ２２から出力された各位置の各軸における周波数特性データに基づいて、その位置に腐食が発生しているか否かの検出や、その腐食量を演算するが、最も腐食量の演算一番注目すべきはＺ軸の周波数特性であり、本実施形態では、Ｚ軸における周波数特性データに基づいて、腐食が発生しているか否かや、その腐食量を求める。もちろん、Ｘ軸、Ｙ軸における周波数特性データも考慮して総合的に腐食量等を演算するようにしてもよい。
【００５１】
腐食がない位置の周波数特性は、例えば図４の実線で示すように、コイル３６に流した交流電流の周波数にピークが存在し、腐食がある場合には、図４の点線で示すように、ピークが小さくなる、すなわち出力レベルが小さくなると考えられる。
【００５２】
このため、演算部２４は、予め定めた腐食がない場合における出力レベルと、ＦＦＴアナライザ２２から出力されたＺ軸の周波数特性データから定まる出力レベルとのレベル差を求め、この値が所定閾値以上の場合を腐食が発生していると判断する。所定閾値は、レベル差がこの値以上の場合に腐食が発生していると判断できる値に設定される。
【００５３】
また、求めたレベル差は、腐食量の度合いを示すものと考えられるため、演算部２４は、レベル差に基づいて腐食量を演算することもできる。これは、例えば前記レベル差と腐食量との対応関係を予め求めておき、この対応関係を記憶したルックアップテーブルを予め図示しない記憶部に記憶しておけば、求めたレベル差に対応する腐食量を前記ルックアップテーブルから容易に求めることができる。
【００５４】
なお、腐食が発生していると判断された時点で駆動装置１８に対して磁力計１６の移動を停止するように指示し、磁力計１６の移動を停止させれば、その位置を腐食が発生している位置として特定することができる。また、演算部２４において、計測開始してから腐食が発生していると判断されるまでの経過時間、磁力計１６の出力をサンプリングするサンプリング間隔、磁力計１６の移動速度、配管３２の円周の長さ等の関係から、腐食の発生している位置を求めるようにしてもよい。さらに、演算部２４において、腐食量に基づいて配管３２の寿命を予測するようにしてもよい。配管３２の寿命は、例えば、求めた腐食量に基づいて現在の配管３２の厚みを求め、過去に同様に測定した配管３２の厚みとの比較により配管３２の厚みの減少傾向を求めることにより、予測することができる。
【００５５】
出力部２６では、例えば演算部２４で求めた腐食が発生している位置の腐食量等を記録媒体に記録したり、ディスプレイに出力したりする。このとき、演算部２４で腐食位置を求めた場合には、配管３２の表示画像と共に腐食位置を示した画像を出力するようにしてもよい。これにより、どの位置に腐食が発生しているのかを視覚的に容易に認識することができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態では、配管３２に配線３８、４０を介して共振回路２８を接続してループ回路を形成し、配管３２に巻き付けたソレノイドコイル１２に電流を流して電磁誘導により配管３２に誘導電流を流し、これによって発生した磁界の強さを測定することによって腐食の発生や腐食量、腐食位置を検出している。
【００５７】
このように、配管３２に誘導電流を流す構成としているため、配管３２に被覆が施されている場合でも、被覆を剥がす必要はなく、また、配管３２に直接磁界を印加するものではないため磁性材料の配管にも適用可能であり、配管の腐食を広範囲に亘って正確に検出することができる。検出可能な範囲については、配管３２に流すことが可能な電流の値にもよるが、例えば上記のように配管３２に０．１（Ａ）の電流を流すことができれば、２０〜３０ｍの範囲に亘って腐食の測定が可能である。
【００５８】
なお、本実施の形態では、１つの磁力計１６を備えた構成について説明したが、これに限らず、図５に示すように、複数の磁力計１６を備えた構成としてもよい。これにより、より効率よく配管の腐食を検出することができる。
【００５９】
また、ソレノイドコイル１２に電流を流すことにより配管３２に二次電流を流すのではなく、配管３２に直接電流を流すようにしてもよい。
【００６０】
また、本実施の形態では、建物の円筒形状の配管に本発明を適用した場合について説明したが、配管の形状は円筒形状に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】腐食検出装置の概略構成を示す図である。
【図２】ソレノイドコイルを開いた状態を示す図である。
【図３】磁力計の位置における磁界の強さについて説明するための図である。
【図４】周波数特性について説明するための図である。
【図５】変形例に係る腐食検出装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  腐食検出装置
１２  ソレノイドコイル（交流電流供給手段）
１４  可変周波数発振器（交流電流供給手段）
１６  磁力計（磁界検出手段）
１８  駆動装置（駆動手段）
２０  データレコーダ
２２  ＦＦＴアナライザ（周波数変換手段）
２４  演算部（演算手段）
２６  出力部
２８  共振回路（共振手段）
３０  オシロスコープ
３２  配管
３４  鉄心
３６  コイル
３８、４０  配線
４２  抵抗
４４  可変インダクタンス
４６  可変コンデンサ
４８  抵抗
【図１】
2005069883.tif 000003
【図２】
2005069883.tif 000004
【図３】
2005069883.tif 000005
【図４】
2005069883.tif 000006
【図５】
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