(57)【要約】構造物の二次元像を通常リアルタイムで生成することができる、渦電流プローブおよび関連する構造物を検査方法が提供される。渦電流プローブは、互いに交差して複数の検知素子を規定する、複数の第１および第２のコイルを有する渦電流プローブ配列を含む。渦電流プローブ配列はさらに、複数の透磁性のある磁心素子を含む。渦電流プローブは、それぞれの第１および第２のコイルに少なくとも部分的に囲まれた、複数の第１および第２のコイルを有する渦電流プローブ配列を含む。渦電流プローブはさらに、第２のコイルに誘導される電流を検知するための検知エレクトロニクスと、第１のコイルに電気的に接続される交流電源とをさらに含み得る。動作において、第２のコイルにおいて検知された電流は、構造物の導電率などの、構造物の少なくとも１つの特性を表示する。
2006520477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦電流プローブであって、
第１の方向に配向される複数の第１のコイルと、
前記複数の第１のコイルの１つずつに電気的に接続される交流電源と、
複数の第２のコイルが前記複数の第１のコイルと交差してそれぞれの検知素子を規定するように、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向される、複数の第２のコイルと、
前記複数の第２のコイルの１つずつに誘導される電流を検知するための検知エレクトロニクスを含む、渦電流プローブ。
【請求項２】
前記交流電源は前記第１のコイルの各々に逐次的に接続され、前記交流電源がそれぞれの第１のコイルに電流を与える間、前記検知エレクトロニクスは前記第２のコイルの各々に誘導される電流を逐次的に検知する、請求項１に記載の渦電流プローブ。
【請求項３】
前記交流電源を前記第１のコイルの各々に逐次的に接続するためのマルチプレクサをさらに含む、請求項２に記載の渦電流プローブ。
【請求項４】
前記検知エレクトロニクスは、前記第２のコイルの各々に誘導される電流を検知するための、前記第２のコイルの各々に逐次的に接続するマルチプレクサを含む、請求項２に記載の渦電流プローブ。
【請求項５】
前記検知エレクトロニクスは、それぞれの第２のコイル内に誘導される電流をそれぞれの検知素子に関連付けるための処理素子を含み、前記処理素子は、前記交流電源が電気的に接続される前記第１のコイルとそれぞれの前記第２のコイルとによって規定される、請求項１に記載の渦電流プローブ。
【請求項６】
前記処理素子に応答する表示部をさらに含み、前記表示部は、前記第２のコイルの１つずつに誘導された電流および前記関連付けられた検知素子に基づいて、検査中の目的物の少なくとも１つの特性を表示する、請求項５に記載の渦電流プローブ。
【請求項７】
前記第１および第２のコイルの各々は引き延ばされ、各第１のコイルは前記第１の方向に延びる主軸を規定し、各第２のコイルは前記第２の方向に延びる主軸を規定する、請求項１に記載の渦電流プローブ。
【請求項８】
前記第１および第２のコイルは第１および第２の方向にそれぞれ配向され、互いに直角に延びる、請求項１に記載の渦電流プローブ。
【請求項９】
前記第１および第２のコイルのそれぞれの対によって少なくとも部分的に囲まれた、複数の透磁性のある磁心素子をさらに含む、請求項１に記載の渦電流プローブ。
【請求項１０】
渦電流プローブ配列であって、
第１の方向に配向される複数の引き延ばされた第１のコイルと、
複数の第２のコイルが前記複数の第１のコイルと交差してそれぞれの検知素子を規定するように、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向される、複数の引き延ばされた第２のコイルとを含む、渦電流プローブ配列。
【請求項１１】
前記第１および第２のコイルのそれぞれの対によって少なくとも部分的に囲まれた、複数の透磁性のある磁心素子をさらに含む、請求項１０に記載の渦電流プローブ配列。
【請求項１２】
複数の透磁性のある磁心素子をさらに含み、前記磁心素子は、
複数の内側磁心素子と、
前記内側磁心素子の周りに配置される複数の周辺磁心素子とを含む、請求項１０に記載の渦電流プローブ配列。
【請求項１３】
前記複数の磁心素子は前記磁心素子の直線配列を複数有する二次元配列に配置され、少なくとも１つの直線配列は、前記第１および第２のコイルの１つが前記１対の周辺磁心素子の周りに巻きつけられ、かつ、その間に配置される前記複数の内側磁心素子をも囲むように、１対の周辺磁心素子の間に配置される複数の内側磁心素子を含む、請求項１２に記載の渦電流プローブ配列。
【請求項１４】
各第１のコイルは前記第１の方向に延びる主軸を規定し、各第２のコイルは前記第２の方向に延びる主軸を規定する、請求項１０に記載の渦電流プローブ配列。
【請求項１５】
前記第１および第２のコイルは第１および第２の方向にそれぞれ配向され、互いに直角に延びる、請求項１０に記載の渦電流プローブ配列。
【請求項１６】
構造物の渦電流検査を行なうための方法であって、
第１の方向に配向される複数の第１のコイルの少なくとも１つに交流を供給するステップと、
複数の第２のコイルが前記複数の第１のコイルと交差してそれぞれの検知素子を規定するように、前記第１の方向とは異なる第２の方向に配向される前記複数の第２のコイルの少なくとも１つに誘導される電流を検知するステップとを含み、
それぞれの第２のコイルで検知された電流は、対応する前記検知素子に最も近い構造物の少なくとも１つの特性を表示し、前記検知素子は、それぞれの、前記第２のコイルと電流が供給される前記第１のコイルとの交差によって規定される、方法。
【請求項１７】
交流は前記第１のコイルの各々に逐次的に供給され、それぞれの第１のコイルに交流が与えられる間、前記第２のコイルの各々に誘導される電流が逐次的に検知される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
交流が各第１のコイルに供給され、かつ、各第１のコイルに電流が供給される間に各第２のコイルに誘導された電流が検知されると、検査中の構造物に相対して前記複数の第１および第２のコイルを動かすステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
それぞれの第２のコイルに誘導された電流をそれぞれの検知素子に関連付けるステップをさらに含み、前記検知素子は、交流が供給される前記第１のコイルとそれぞれの前記第２のコイルとによって規定される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２のコイルの１つずつに誘導された電流および関連付けられた前記検知素子に基づいて、検査中の構造物の少なくとも１つの特性を表示するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般に、渦電流プローブおよび関連する検査方法に関し、より特定的には、互いに相対して直角に延び得る複数のコイルによって規定される検知素子の二次元配列を有する、渦電流プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
非破壊検査（ＮＤＩ）または非破壊試験（ＮＤＴ）によくある１つの種類が渦電流検査である。この検査プロセス中、渦電流センサは、構造物、特に金属構造物および他の導電性構造物において渦電流を与え、検知する。渦電流センサによって得られるデータは、構造物内の亀裂および／または構造物上の腐食を特定するために処理され、表示され得る。渦電流検査が亀裂の探知に有利である一方、渦電流検査は、凹みのプロファイルマッピング、落雷評価、火災損害評価などの、当業者には公知である他の適用例にも用いられ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
自動化された、および手動の渦電流検査システムの両方が開発されてきた。自動化された検査システムにおいては、１つ以上の渦電流センサが、検査されている構造物に沿って、制御された態様で動かされる。渦電流センサによって収集されるデータは処理されて、そのデータが得られた構造物上の位置に関連付けられる。自動化された渦電流検査システムが比較的迅速かつ正確な検査に備える一方で、自動化されたシステムはかなり高額である。多くの場合、構造物は現場で検査されなければならず、そのため、たとえば、検査のために現場から離れた実験室に構造物を運ぶことが実現不可能であったり、高額になりすぎたり、および／または時間がかかりすぎたりすることがある。これらの場合において、自動化された渦電流検査システムは、定期的な現場検査には嵩張り過ぎることが証明され得る。さらに、自動化されたシステムはバッテリなどの局部電源によっては動かないので、自動化された渦電流検査システムを現場で用いることがさらに妨げられ得、自動化された渦電流検査システムは、局部電源の代わりに、嵩張る電力ケーブルを介して遠隔電源に接続される必要があり得る。
【０００４】
このように、構造物の定期的な現場検査中に技術者によって手動で走査され得る渦電流センサが入手可能である。典型的には、訓練された技術者がセンサを保持し、渦電流センサが構造物の所望の部分すべてを検査するよう、センサを構造物に沿って動かす。典型的な渦電流プローブは単一の検知素子を含むが、直線配列のコイルを含む渦電流プローブもある。渦電流センサによって与えられる交流（ＡＣ）入力から典型的に構成される入力駆動信号と、ＡＣ入力信号の結果としてコイルに最も近い構造物の部分に誘導される電流とに基づいて、コイルに電流が誘導され得る。各コイル内に誘導された電流に基づいて、それぞれのコイルに最も近い構造物のその部分の、たとえば導電率などの少なくとも１つの特性が求められ得る。
【０００５】
構造物の手動検査に適合された従来の渦電流センサは、一般に、位置エンコーダをさらに含む。位置エンコーダは、渦電流センサが構造物に相対して所定の基準位置に配置されると同時に初期化される。したがって、位置エンコーダの出力が分析され得、構造物に相対した渦電流センサの現在の位置を求めることができる。このように、各コイル内に誘導された電流の測定値は、構造物の表面上の対応する位置に関連付けられ得る。このように
、構造物の少なくとも１つの特性の空間的マップが構成されることができ、そこから亀裂または腐食などが特定され得る。
【０００６】
構造物の手動検査中に従来の渦電流センサを用いると、渦電流センサの各位置において測定される電流のうち各コイルに誘導される電流を伴ってセンサが構造物の表面に沿って動かされることで初めて、構造物の二次元像、および、特に構造物の少なくとも１つの特性の二次元像が構築され得る。したがって、構造物の二次元像はリアルタイムでは生成されない。さらに、渦電流センサの各コイルに誘導された電流の測定値が意味をなし、その結果としての二次元像が正確であるためには、渦電流センサの位置が位置エンコーダによって正確に与えられなければならない。したがって、位置エンコーダとその下にある構造物との間にずれがあると、続いて得られるコイルに誘導された電流の測定値は不正確となる。なぜなら、構造物の表面上の、これらの測定値が得られた相対的な位置が正確に規定され得ないからである。さらに、二次元像の生成はセンサの一方向への動きに依存するので、渦電流センサの他のいかなる方向への動きも、構造物の二次元像が正確に生成されることを妨げる。このように、検査の品質は、構造物の表面に沿って渦電流センサを動かす技術者の能力に大きく依存する。したがって、従来の渦電流センサを用いた構造物の手動走査は、時間がかかり、労働集約的で、人為的過誤を生じがちである。さらに、構造物の表面上を渦電流センサで手動走査することは、技術者を疲労させ得る。
【０００７】
このように、構造物の表面に沿っていかなる所望の方向にも渦電流プローブが動かされ得る一方で構造物がより迅速に走査され得るような、向上された渦電流プローブと関連する検査方法とを開発することが望ましい。さらに、検査中の構造物の少なくとも１つの特性のリアルタイム表示を生成し得る、向上された渦電流プローブと関連する検査方法とを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
本発明によって、向上された渦電流プローブ、および、目的物を検査するための関連する方法が提供される。本発明の渦電流プローブは、検査中の構造物の少なくとも一部の二次元像を生成することができ、そのため、落雷、火災などによる亀裂、腐食、凹みまたは損傷が容易に判断され得る。一実施例による渦電流プローブおよび関連する検査方法はリアルタイムで二次元像を生成することができ、それにより、従来の手動渦電流プローブで要求されたような、検査中の構造物の表面に相対したプローブの位置を追尾する必要をなくす。したがって、本発明の渦電流プローブは、従来の手動渦電流検査システムよりも自由に構造物上を動かされ得る。さらに、本発明の一実施例による渦電流プローブおよび検査方法によって、検査中の構造物の二次元像をリアルタイムで生成することで、検査される構造物は、従来のシステムよりさらに迅速に検査されることができ、それにより、さもなければ技術者が体験したであろう疲労を低減する。
【０００９】
一実施例による渦電流プローブは、第１の方向に配向される複数の第１のコイルを含む。たとえば、コイルは、第１の方向に延びる各第１のコイルの主軸に沿って引き延ばされ得る。渦電流プローブは、第２の方向に配向される複数の第２のコイルをさらに含む。複数の第２のコイルは、第１のコイルと同様、第２の方向に延びる主軸を規定するように引き延ばされ得る。第２の方向は第１の方向と異なり、そのため、複数の第２のコイルは複数の第１のコイルと交差してそれぞれの検知素子を規定する。第１および第２のコイルはさまざまな態様で配向され得るが、一実施例における第１および第２のコイルは互いに直角である。一般に、複数の第１および第２のコイルが、配向にかかわらず、渦電流プローブ配列を規定する。
【００１０】
渦電流プローブ配列は、第１および第２のコイルのそれぞれの対によって少なくとも部
分的に囲まれた、複数の透磁性のある磁心素子をも含み得る。一実施例において、磁心素子は、複数の内側磁心素子、および、内側磁心素子の周りに配置される複数の周辺磁心素子を含む。この関連で、磁心素子の直線配列を複数有する二次元配列に複数の磁心素子が配置され得る。少なくとも１つの直線配列は、１対の周辺磁心素子の間に配置される複数の内側磁心素子を含み得る。このように、第１のコイルまたは第２のコイルのいずれかが、その１対の周辺磁心素子のまわりに巻きつけられ得、それにより、その間に配置される複数の内側磁心素子をも囲む。
【００１１】
渦電流プローブは、第１のコイルの１つずつに電気的に接続される交流電源と、第２のコイルの１つずつに誘導される電流を検知するための検知エレクトロニクスとをさらに含み得る。したがって、動作において、それぞれの第２のコイルで検知された電流は、対応する検知素子に最も近い構造物の少なくとも１つの特性を表わし、検知素子は、それぞれ、第２のコイルと電流が供給される第１のコイルとの交差によって規定される。たとえば、それぞれの第２のコイルによって検知される電流は、対応する検知素子に最も近い構造物の導電率を表わすことができ、それは次に、亀裂、腐食などの表示および探知に用いられ得る。
【００１２】
有利な一実施例によれば、交流電源は、第１のコイルの各々に電流を逐次的に供給する。さらに、第２のコイルの各々に誘導された電流は、それぞれの第１のコイルに交流が与えられる間、逐次的に検知され得る。このように、第１のコイルの１つに交流が与えられることができ、第２のコイルの各々に誘導された電流が逐次的に検知され得る。その後、別の第１のコイルの１つに電流が与えられることができ、第２のコイルの各々に誘導された電流が、再び逐次的に検知され得る。第１のコイルの各々に電流が供給されてしまうまで、このプロセスが継続され得る。このプロセス中、渦電流プローブ配列は、目的物の別の部分を検査するために動かされ得る。
【００１３】
渦電流プローブは、第１のコイルの各々に交流電源を逐次的に接続するためのマルチプレクサをも含み得る。同様に、検知エレクトロニクスは、第２のコイルの各々に誘導される電流を検知するための、第２のコイルの各々に逐次的に接続するマルチプレクサを含み得る。検知エレクトロニクスは、それぞれの第２のコイルに誘導される電流をそれぞれの検知素子に関連付けるための処理素子をも含み得、処理素子は、交流電源が電気的に接続される第１のコイルとそれぞれの第２のコイルとの交差点によって規定される。さらに、渦電流プローブは表示部を含み得、表示部は、第２のコイルの１つずつに誘導された電流および関連付けられた検知素子に基づいて、検査中の構造物の少なくとも１つの特性を表示する。有利な一実施例において、表示部は、構造物の少なくとも１つの特性をリアルタイムで表示することができ、そのため、検査中の構造物に対する渦電流プローブ配列の相対的な位置が位置エンコーダなどによって監視される必要はない。なぜなら、現在検査されている構造物の部分が、亀裂、腐食などを有しているか否かを判断するために、検査中の構造物の表示を技術者がリアルタイムで見ることができるからである。
【００１４】
このように本発明を一般的用語で説明してきたが、ここで添付の図面が参照される。図面は必ずしも縮尺どおりではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
発明の詳細な説明
ここで、本発明のすべてではないがいくつかの実施例を示す添付の図面を今後参照し、ここでさらに完全に本発明が説明される。実際、これらの発明は、多くの異なる形式において実現されることができ、ここに記載される実施例に限定されるよう解されてはならない。そうではなく、これらの実施例が提供されるのは、この開示が、適用され得る法的要件を満たすためである。全体を通じて、同じ番号は同じ要素を示す。
【００１６】
図１に例示されるように、本発明により、さまざまな目的物の渦電流検査を行うための渦電流プローブ１０が提供される。図１は、航空機の表面の部分の検査を表わすが、本発明の渦電流プローブおよび関連する検査方法を用いて、他の種類の輸送機器、橋、建物、および、少なくとも一部に導電性を持つ他の構造物を含む、幅広い他の目的物を検査することができる。図１にさらに示されるように、本発明の渦電流プローブおよび関連する検査方法は、現場での構造物の手動検査に特に有利である。しかしながら、渦電流プローブおよび関連する検査方法は、自動化された検査プロセスに関連して利用されることができ、および／または、所望であれば、実験室の環境で利用されることができる。
【００１７】
下記に説明されるように、渦電流プローブ１０は、構造物内のさまざまな深さにおいて渦電流検査をもたらすよう構成されることができ、それは、深部渦電流検査、浅部渦電流検査、および表面検査を含む。検査されている構造物の種類、構造物が検査される環境、および行なわれる渦電流検査の種類にかかわらず、本発明の渦電流プローブおよび関連する検査方法は、技術者が従来の手動渦電流検査技術よりもさらに迅速に目的物を検査することを可能にし、かつ、検査中の構造物のリアルタイム表示が与えられ得るので、技術者が構造物の表面上を渦電流プローブを動かす際に、より大きな柔軟性を与える。それにより、従来の手動検査システムの有していた、検査中の構造物の表面に対する渦電流プローブの位置を位置エンコーダなどによって追尾しなければならない必要性をなくす。
【００１８】
図２に示されるように、渦電流プローブ１０は、第１の方向に配向される複数の第１のコイル１２、および、第２の方向に配向される複数の第２のコイル１４を含む。この関連で、各第１のコイルおよび各第２のコイルは一般に引き延ばされている。このように、各第１のコイルが、第１の方向に延びる主軸を典型的に規定する一方で、各第２のコイルは、第２の方向に延びる主軸を規定する。第２の方向は第１の方向とは異なり、有利な一実施例においては第１の方向に直角であって、そのため、複数の第２のコイルは複数の第１のコイルと交差して、交差点においてそれぞれの検知素子１６を規定する。そのうちいくつかが図２において特定される。各コイルは、１つ以上の巻き数の素線から構成され得、素線の巻き数は一般に、適用例によって決定付けられる。たとえば、深部渦電流検査に利用される渦電流プローブは、一般に、１０００巻き以上の比較的多くの巻き数から構成されるコイルを有し、そのため、強力かつ侵入性のある磁場を比較的低周波数で生成する。表面検査を含む、より浅部の渦電流検査では、一般に、一例として３２巻きなどのごく少ない巻き数から構成される、比較的低インピーダンスを有する素線コイルが必要となる。第１および第２のコイルは、導電性のあるさまざまな部材で形成され得るが、有利な一実施例においては、エナメルなどの絶縁材料でコーティングされた銅のコアを有するマグネティックワイヤから形成され得る。一般にコイルは絶縁素線によって形成されるので、第１および第２のコイルは、第１および第２のコイルが互いに交差する位置で互いに物理的に接触し得る。しかしながら、第１および第２のコイルを形成する素線に絶縁コーティングがなされる結果、第１および第２のコイルは直接的な電気的接触はしない。
【００１９】
一般に、複数の第１のコイル１２および第２のコイル１４が渦電流プローブ配列１８を規定する。第１および第２のコイルは互いに相対して異なる態様で配向され得るが、一実施例による渦電流プローブ配列は、図２に示されるように直交配列である。異なる数の第１および第２のコイルが用いられ得るが、一実施例による渦電流プローブ配列は、１０個、１６個，またはそれ以上の第１のコイルおよび同数の第２のコイルなどの、等しい数の第１および第２のコイルを含み、そのため、正方形の渦電流プローブ配列を規定する。さらに、第１のコイルの各々の間隔および第２のコイルの各々の間隔は、さまざまな態様で規定され得る。しかしながら一実施例においては、所望の分解能に依存して、各第１のコイルは、隣接する他の第１のコイルから、１．０インチ、０．１００インチ、０．０４０インチ、０．０２０インチまたは別の間隔などの、等距離間隔で隔てられる。この実施例
において、一般に、第２のコイルの各々は、隣接する第２のコイルから等距離間隔で隔てられる。当業者には明らかなように、一般に、第１および第２のコイルの間隔が渦電流プローブ１０の分解能を規定する一方で、第１および第２のコイルの間隔と、渦電流プローブ配列を構成する第１および第２のコイルの数との組合わせが、渦電流プローブ配列のサイズを規定し、それが次に、一度に検査される構造物の部分のサイズを規定する。
【００２０】
渦電流プローブ配列１８と検査中の構造物との電磁的結合を強めるために、渦電流プローブ配列は、複数の透磁性のある磁心素子２０をも含み得る。図２に示されるように、磁心素子は、第１のコイル１２および第２のコイル１４のそれぞれの対によって少なくとも部分的に囲まれ得る。示されるように、渦電流プローブ配列は、各検知素子１６と一致する磁心素子を含み得る。換言すると、渦電流プローブ配列は、第１のコイルが第２のコイルと交差する各位置においてそれぞれの磁心素子を含み得る。代替として、渦電流プローブ配列は、所望であれば、より少ない数の磁心素子を含み得る。典型的には、磁心素子は、筒状または長方形などのさまざまな形状を有することができ、細長く、または棒状であり得ることにより、第１および第２のコイルによって規定されるそれぞれの平面に直角に延びる軸を規定する。磁心素子は、渦電流プローブ配列の分解能を増大するために第１および第２のコイルがより緊密に束ねられ得るような、より小さな磁心素子を含む、さまざまなサイズを有し得る。しかしながら、一般に、より小さな磁心素子はより壊れやすく、機械加工がより困難である。さらに、より小さな磁心素子は、表面検査に有利なより浅い磁場を生成しがちであるが、深く浸入する磁場が望ましい準表面の渦電流検査には有利ではない。
【００２１】
一実施例において、各磁心素子２０は、各辺が０．０２０インチの方形の断面と０．１００インチの長さとを有する直方体の形状である。この実施例において、隣接する磁心素子間に０．０２０インチの間隙が与えられ、この隣接する磁心素子間の間隙のサイズは、一般に、第１の素線コイル１２および第２素線コイル１４に必要とされる間隔に依存し、それは、次に、典型的には、素線の巻き数および巻き径に依存する。前述の例示的実施例が渦電流表面検査に有利である一方で、準表面検査のために設計される渦電流プローブは、一般に、その磁心素子の周りにより大きな素線コイルの巻きつけを可能にするために、素子間の間隔がより大きい、より大きな磁心素子が必要とする。別の例によれば、１辺が０．５００インチの直方体の形状および長さが１．００インチの方形の断面を有する磁心素子が作られ、そのため、空間分解能を犠牲にするが、渦電流検査が行なわれる構造物内での深さを増大する。
【００２２】
磁心素子２０は、下記に説明されるように、第１のコイル１２を通って流れる電流によって生成される磁場を強化するため、多くの透磁性材料のいずれで形成されてもよい。たとえば、磁心素子はフェライトまたは強磁性鋼から構成され得る。図２には示されないが、磁心素子は、基板またはベース部材に装着され得るか、または別の方法でそこから延びることができ、それにより、磁心素子と、次に、第１および第２のコイルとを正しい相対位置に維持する。基板またはベース部材は、プリント回路基板などのさまざまな材料から形成され得る。代替として、一片の強磁性鋼が、磁心素子と基板またはベース部材との両方を規定し得る。たとえば、強磁性鋼片において、第１および第２の方向の両方に溝が切り込まれ得る。溝は、強磁性鋼片を完全に切断しないので、複数の溝によって規定される磁心素子は完全には独立ではなく、強磁性鋼片の切り込まれていない部分を通じて他の磁心素子と一体的に結合し続ける。
【００２３】
次に、基板および磁心素子２０はより平らでもよく、それは、平坦な、または殆ど平坦な構造物の渦電流検査のために有利である。しかしながら、渦電流プローブ１０は、いくつかの適用例において、湾曲した構造物などの、平坦でない輪郭を有する構造物を検査するよう設計される。この関連で、磁心素子は、構造物の輪郭に近似する形状に配置され得
る。たとえば、磁心素子を担持する基板は、所望の形状または輪郭を有するよう形成されることができ、それにより、形状に沿った構造物の渦電流検査を容易にする。
【００２４】
一実施例においては、渦電流プローブ配列１８のそれぞれの検知素子１６と一致して、磁心素子２０が配置されるのみである。しかしながら、図２に表わされる別の実施例においては、磁心素子は、それぞれの検知素子と一致して配置される複数の内側磁心素子２０ａ、および、内側磁心素子の周りに配置される複数の周辺磁心素子２０ｂの両方を含む。この実施例において磁心素子は、磁心素子の直線配列を複数有する二次元配列に配置され得る。少なくとも１つの直線配列、より典型的には各直線配列が、１対の周辺磁心素子の間に配置される複数の内側磁心素子を含む。したがって、第１のコイル１２または第２のコイル１４のいずれかなどのそれぞれのコイルは、１対の周辺磁心素子の周りに巻きつけられることができ、それにより、その間に配置される複数の内側磁心素子をも囲む。それぞれのコイルを巻きつける周辺磁心素子を利用することにより、渦電流プローブ配列は、さらに均一な測定値を与えることができる。なぜなら、それぞれの検知素子と一致して配置される内側磁心素子は、それぞれの第１のコイルおよびそれぞれの第２のコイルによって少なくとも部分的に、同じ程度に囲まれるからである。すなわち、それぞれの第１のコイルは磁心素子の反対側を通過し、その上、対応する第２のコイルも、それぞれの第１のコイルと異なる側面であるが、磁心素子の反対側を通過するからである。
【００２５】
本発明の渦電流プローブ１０は、渦電流プローブ配列１８に加えて、複数の第１のコイル１２の１つずつに電気的に接続される交流（ＡＣ）電源２２を含む。図３に示されるように、ＡＣ電源は、第１のコイルの各々に逐次的に接続されるよう、好ましくは渦電流プローブ配列に電気的に接続される。この関連で、渦電流プローブは、第１のコイルのそれぞれにＡＣ電源を次々に逐次的に接続するための、下記に説明されるように典型的には処理素子２６の制御下で動作する、マルチプレクサ２４をも含み得る。
【００２６】
渦電流プローブ１０は、複数の第２のコイル１４の１つずつに誘導される電流を検知するための、検知エレクトロニクスをさらに含む。この関連で、ＡＣ電源２２がそれぞれの第１のコイル１２に電流を与える間、検知エレクトロニクスは、第２のコイルの各々に誘導された電流を、好ましくは逐次的に検知する。このように、検知エレクトロニクスは、下記に説明されるように典型的には処理素子２６の制御下で動作するマルチプレクサ２８をも含むことができ、マルチプレクサは、第２のコイルの各々に誘導される電流を検知するために、第２のコイルの各々に逐次的に接続する。代替として、検知エレクトロニクスは、ＡＣ電源がそれぞれの第１のコイルに電流を与える間、いくつか、またはすべての第２のコイルの電流を同時に検知することができる。
【００２７】
検知エレクトロニクスは、増幅器および／または信号調整エレクトロニクス３０をも含むことができ、第２のコイル１４に誘導された信号を適正に調整する。当業者には明らかであるように、第２のコイルに誘導される電流は、それぞれの検知素子１６に最も近い構造物のその部分の、抵抗成分および誘導性リアクタンス成分を有する複素インピーダンスを表わす。したがって、信号調整エレクトロニクスは、受信された信号の位相変化を伝えるために用いられることができ、そのため、複素インピーダンスのそれぞれの成分を強調するか、または代替的に、抑圧する。上述のように、複数の第２のコイルに誘導される電流を同時に検知することは、誘導される電流が測定され得る速度を増大し得るが、この同時的な検知は、複数組の増幅器および／または信号調整エレクトロニクスを必要とし得、そのうち１つは第２のコイルの各々と関連付けられる。
【００２８】
図３に示されるように、渦電流プローブ１０は、一般に、マイクロプロセッサ、パーソナルコンピュータなどのコンピュータ、または他の高水準のプロセッサなどの処理素子２６をさらに含む。構造物の渦電流検査中、処理素子は、ＡＣ電源２２および関連するマル
チプレクサ２４、ならびに検知エレクトロニクスを好ましくは制御する。図４に示されるように、処理素子は、ＡＣ電源および関連するマルチプレクサがそれぞれの第１のコイル１２に電流を供給するよう導き得る。ステップ４０を参照されたい。当業者には公知のように、第１のコイルを通じて流れるＡＣ電流によって生成される磁場が、検査中の構造物に電流を誘導し得る。第１のコイルを通じて流れるＡＣ電流および検査中の構造物に誘導された電流から生成される結果としての磁場は、電流が流れる第１のコイルと交差する、第２のコイル１４に電流を誘導し得る。いくつか、またはすべての第２のコイルに誘導される電流が同時に検知され得る一方で、一実施例の処理素子は、検知エレクトロニクス、および、特にマルチプレクサ２８が、第２のコイルの各々に誘導される電流を次々に検知するよう導き、そのため、それぞれの第１のコイルを通じて電流が流れ続ける間、第２のコイルに誘導された電流が逐次的な態様で検知される。ステップ４２、４６、および４８を参照されたい。第２のコイルの各々に誘導された電流が検知されてしまうと、処理素子は、ＡＣ電源および関連するマルチプレクサが、励磁されていた第１のコイルにＡＣ電流を供給するのを中止するよう導き、その代わり、別の第１のコイルの１つに電流を供給するよう導くことができる。ステップ５０および５２を参照されたい。次に、第２のコイルの各々に誘導された電流が再び検知される。第１のコイルの各々に電流が供給されてしまい、第１のコイルの各々を通じて電流が流れる間に第２のコイルの各々に誘導された電流が検知されてしまうまで、このプロセスが繰返され得る。
【００２９】
各第２のコイル１４で検知された電流に関連して、処理素子２６は、それぞれの第２のコイルに誘導された電流とそれぞれの検知素子１６とをさらに関連付ける。ステップ４４を参照されたい。それぞれの検知素子は、ＡＣ電源２２が電気的に接続されている第１のコイル１２が、誘導された電流が検知されるそれぞれの第２のコイルと交差する地点に位置する。渦電流プローブ１０が検査中の構造物に相対して同じ位置に維持される間、処理素子は、検知された電流をそれぞれの検知素子の各々と関連付けることができる。
【００３０】
渦電流プローブ１０は、処理素子２６によって駆動される表示部３２をさらに含むことができ、表示部は、第２のコイル１４の１つずつに誘導された電流と、そこに関連付けられた検知素子１６の相対的位置とに基づいて、導電率など、検査中の構造物の少なくとも１つの特性を表示する。図４のステップ５４を参照されたい。上述のように、第２のコイルに誘導された電流は、それぞれの検知素子に最も近い構造物のその部分の、無効成分および誘導リアクタンス成分を有する複素インピーダンスを表示する。検知された電流を予め規定されたしきい値と比較することによって、雷または火災などによる亀裂、腐食、凹み、損傷が、検知された電流と予め規定されたしきい値との間の変動の結果として特定され得る。予め規定されるしきい値は多様な態様で規定され得るが、予め規定されるしきい値は、亀裂、腐食、凹み、または他の、インピーダンスを増大し、そのため結果的に検知される電流を減じるような損傷がない場合に予想される電流を示し得る。予め規定されたしきい値と対照的に、ある位置で渦電流プローブによって検知された電流は、２つの異なる位置において信号が与えられるインピーダンスの相対的差異を求めるために、構造物上の別の位置で渦電流プローブによって検知された電流と比較され得る。次に、このインピーダンスにおける相対的差異が利用されて、亀裂、腐食、凹み、または他の損傷を特定する。このように、処理素子は、検査中の目的物の亀裂、腐食などを有し得る部分を図形的に表わすための表示部を駆動することができる。たとえば、図１および図３に表わされる例示的な表示部は、穴から右方向に延びる亀裂を有する締付穴などの穴を示す。
【００３１】
渦電流プローブ１０は、リアルタイムで有利に表示を生成する。このように、渦電流プローブは、従来の手動渦電流検査装置で必要であったような、検査中の構造物上の基準位置に相対する渦電流プローブの位置を追尾するための位置エンコーダまたは他の位置決定装置を含む必要はない。その代わり、技術者は、構造物上の部分に渦電流プローブを置き、構造物のその部分の亀裂、腐食などを特定するためリアルタイムに生成される表示を見
るだけでよい。各第１のコイル１２に電流が供給されてしまい、電流が各第１のコイルに供給される間に各第２のコイル１４に誘導された電流が検知されてしまうと、技術者は、所望のとおり、構造物の表面にわたって渦電流プローブ配列１８を動かし得る。図４のステップ５６および５８を参照されたい。技術者は、たとえば亀裂の伝搬を追尾することが所望であれば、渦電流プローブをいかなる所望のパターンにも動かすことができ、非直線または他の非定形の経路を辿ることができる。さらに、技術者は、電流が比較的間断なくコイルに与えられる限り、構造物の表面にわたって継続的に渦電流プローブ配列を動かすことができる。
【００３２】
図１に示されるように、渦電流プローブ１０全体が、技術者によって保持されるハウジング内に装着されることができ、検査中の構造物上を動かされ得る。一般にハウジングは電気絶縁材料から形成され、いくつかの実施例においては断熱材料から形成される。たとえば、ハウジングは、部品がエポキシなどによってその中に接着される、プラスチック材料から形成され得る。この実施例において、渦電流プローブは、同じくハウジング内にあるバッテリによって電力供給されてもよく、または、電気ケーブルなどによって渦電流プローブに接続される遠隔電源によって電力供給されてもよい。
【００３３】
代替として、渦電流プローブ配列１８、および、いくつかの実施例においてはマルチプレクサ２４、２８の１つまたは両方が、技術者によって保持されるハウジング内に配置され得、検査中の構造物の表面上を動かされ得る一方で、ＡＣ電源２２、処理素子２６、および表示部３２などの他の部品は、渦電流プローブ配列に電気的に接続されてはいるが、渦電流プローブ配列から遠隔である。この関連で、たとえば、ＡＣ電源、処理素子および表示部は、検査中の目的物に最も近く位置決めされ得、有線接続または無線接続のいずれかを介して渦電流プローブ配列に電気的に接続され得る。渦電流プローブ配列まで延びるケーブルの数を減らすために、マルチプレクサの１つまたは両方がハウジング内に配置され得る。代替として、マルチプレクサはハウジングから遠隔に配置されてもよく、その場合は追加のケーブルがハウジングに向かって、およびハウジングから延びなければならない。
【００３４】
表示部３２が渦電流プローブ配列１８から遠隔である実施例において、表示部は、技術者が渦電流プローブ配列を含むハウジングを検査中の構造物の表面にわたって動かす間、技術者が表示部を見ることができるように、有利に位置する。たとえば、表示部は液晶表示などであって技術者の手首に括りつけられることができ，そのため構造物の検査プロセス中、技術者が容易に表示部を見ることができる。この実施例において、処理素子２６、ＡＣ電源２２および必要なバッテリなどの追加的部品は、バックパック、ファニーパックなどの中に配置されることができ、渦電流プローブの携帯性を促進する。
【００３５】
好ましくはハウジングは、ハウジング内に配置される部品に拘らず、渦電流プローブ配列と構造物の表面との間の間隔を小さくするため、渦電流プローブ配列１８と検査される構造物の表面との間に比較的薄い壁を有するプラスチックエポキシから構成される。代替として、ハウジングは、ガラスまたはプラスチックなどの他の非導電性材料から構成されていてもよい。一実施例において、プラスチックエポキシに部品を入れることにより、プラスチックエポキシが素線を接着するようにも機能し、それにより有害な信号雑音を低減する。
【００３６】
さらに、検査中の構造物の表面に最も近く位置するハウジングの表面は、比較的滑らかな摺動表面を与えるように仕上げられる。それにより、ハウジングは構造物に接触して置かれ、それに沿って摺動され得る。構造物の表面の他の部分から数千分の１インチだけ外方向に突出し得る皿ボルトなどの僅かな突起を有する構造物の渦電流検査のために、ハウジングは、検査中の構造物の表面に最も近いハウジングの表面から延びる、１つ以上のそ
り状の（ski-like）突出部を含んでもよく、それにより、突出した要素に突き当たったり、他の方法で接触したりすることなく、構造物の表面上でハウジングを摺動することを容易にする。追加的に、ハウジングは、比較的粗い表面を有する構造物上をハウジングを摺動させることを容易にするために、検査中の構造物に接触するハウジングの表面を面取りするように斜めの端部を有してもよい。
【００３７】
ここに説明された多くの本発明の変形例および他の実施例が当業者には思い浮かぶであろう。それらに対し、本発明は、前述の説明および関連する図面に示された教示の利益を保持する。したがって、本発明は、開示された特定の実施例に限定されるものではなく、変形例および他の実施例は添付される請求項の範囲内に含まれることが意図されることが理解される。特定の用語がここで利用されているが、それらは総称的で説明的な意味にのみ用いられ、限定する目的ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例による渦電流プローブを用いて、航空機の一部などの構造物を検査する技術者の斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による渦電流プローブの渦電流プローブ配列の概略図である。
【図３】本発明の一実施例による渦電流プローブのブロック図である。
【図４】本発明の一実施例による渦電流検査を行う方法に従って実行される動作を示すフロー図である。
【図１】
2006520477.tif 000003
【図２】
2006520477.tif 000004
【図３】
2006520477.tif 000005
【図４】
2006520477.tif 000006
【国際調査報告】
2006520477.tif 000007
2006520477.tif 000008
2006520477.tif 000009