(57)【要約】【課題】配管等の肉厚測定装置において、超音波方式に変えて電磁方式を採用して配管の保温材等の被覆材を解体除去することなく肉厚を測定すること。【解決手段】励磁コイル３１とＧＭＲセンサ３２は、配管２０を挟んで対向するように配置してある。制御部３３から励磁コイル３１に励磁電流（送信信号）を流すと、磁束Ｂ１が発生する。磁束Ｂ１は、配管２０を通過してＧＭＲセンサ３２に受信される。ＧＭＲセンサ３２は、磁束Ｂ１に対応する出力電圧（検出信号）を発生して制御部３３へ供給する。制御部３３は、送信信号と検出信号に基づいて磁束Ｂ１の配管２０の通過時間を測定する。その通過時間は、配管２０の健全部と減肉部とで相違するから、両部の通過時間の差から減肉部の深さを測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁電流によって磁束を発生する励磁コイルと金属の検査対象を通過した磁束によって検出信号を発生するＧＭＲセンサを備え、励磁コイルとＧＭＲセンサは前記検査対象を挟んで対向するように配置することを特徴とする肉厚測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の肉厚測定装置において、前記検出信号に基づいて前記検査対象の減肉部の有無を検出することを特徴とする肉厚測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の肉厚測定装置において、前記検出信号に基づいて前記検査対象の磁束の通過時間を測定することを特徴とする肉厚測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の肉厚測定装置において、前記磁束の通過時間と前記検査対象を構成する金属の磁束の通過速度とにより前記検査体の肉厚を測定することを特徴とする肉厚測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の肉厚測定装置において、前記検査対象の健全部と減肉部の磁束の通過時間を測定し、その両部の通過時間差と検査対象を構成する金属の磁束の通過速度とにより検査体の減肉部の深さを測定することを特徴とする肉厚測定装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載の肉厚測定装置において、前記検査対象は管状体であることを特徴とする肉厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、金属配管等の金属検査対象の肉厚を磁気的に測定する肉厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来金属配管等の肉厚測定装置は、超音波を用いたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
図７により従来の超音波を用いた肉厚測定装置の概要を説明する。
図７（ａ）は、平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＹ１部分の矢印方向の断面図である。
金属の配管１０は、その表面に減肉部（凹状部）１１を有する。減肉部１１の肉厚の測定は、減肉部１１の両側に送信探触子１２１と受信探触子１２２を配置して行う。
送信探触子１２１は、可変周波数パルサー（図示せず）のバースト信号により駆動して超音波を発生する。超音波は、配管１０を伝播して受信探触子１２２に到達し、受信探触子１２２によって電気信号に変換される。超音波は、配管１０の健全部と減肉部とで伝播速度が異なるため、両部の伝播時間差を検出して減肉部の肉厚を測定する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０１５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の超音波を用いた肉厚測定装置の場合、超音波は、減肉部において種々のモード変換（高次モードが発生する）が起きるため、減肉部の肉厚情報をもつ有意な受信信号の抽出が困難になる。また配管等は、多くの場合周囲を非金属の保温材（珪酸カルシウム、グラスウール、ポリスチレンフォーム、ロックウール等）や耐火材等で覆われているため、肉厚測定の際、少なくとも送信探触子と受信探触子を接触させる個所や両探触子間の保温材等を解体除去し、測定後配管を交換する必要がないときは再度保温材等で配管の露出部分を覆う作業をしなければならない。そのため肉厚測定時の付帯工事の負担が大きくなる。
本願発明は、従来の超音波を用いた肉厚測定装置の前記問題を解決することを目的とし、減肉部の肉厚を簡単に、高精度で測定でき、肉厚測定時の付帯工事の不要な肉厚測定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】
【０００５】
本願発明は、その目的を達成するため、請求項１に記載の肉厚測定装置は、励磁電流によって磁束を発生する励磁コイルと金属の検査対象を通過した磁束によって検出信号を発生するＧＭＲセンサを備え、励磁コイルとＧＭＲセンサは前記検査対象を挟んで対向するように配置することを特徴とする。
請求項２に記載の肉厚測定装置は、請求項１に記載の肉厚測定装置において、前記検出信号に基づいて前記検査対象の減肉部の有無を検出することを特徴とする。
請求項３に記載の肉厚測定装置は、請求項１に記載の肉厚測定装置において、前記検出信号に基づいて前記検査対象の磁束の通過時間を測定することを特徴とする。
請求項４に記載の肉厚測定装置は、請求項３に記載の肉厚測定装置において、前記磁束の通過時間と前記検査対象を構成する金属の磁束の通過速度とにより前記検査体の肉厚を測定することを特徴とする。
請求項５に記載の肉厚測定装置は、請求項４に記載の肉厚測定装置において、前記検査対象の健全部と減肉部の磁束の通過時間を測定し、その両部の通過時間差と検査対象を構成する金属の磁束の通過速度とにより検査体の減肉部の深さを測定することを特徴とする。
請求項６に記載の肉厚測定装置は、請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載の肉厚測定装置において、前記検査対象は管状体であることを特徴とする
【発明の効果】
【０００６】
本願発明は、検査対象を挟んで励磁コイルと磁束の検出手段を対向するように配置して、励磁コイルに励磁電流を流し、磁束の検出手段によって検出信号を検出するのみで、検出信号の波形（変化）から検査対象の減肉部の有無を検出でき、また磁束の通過時間から検査対象の健全部や減肉部の肉厚、或いは減肉部の深さを高精度で測定できる。
本願発明は、検査対象に保温材等を被覆してある場合にも、その保温材等を解体除去することなく測定作業を行うことができるから、測定現場の付帯工事が不要になる。
本願発明は、磁束の検出手段にＧＭＲセンサを用いるから、所定方向の磁束、即ち検査体を通過した磁束のみを検出でき、かつその磁束が微弱であっても検出できる。またＧＭＲセンサは、空間分解能が高いから、検査体の減肉部を高精度で検出して測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１〜図６により本願発明の実施例を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
【実施例】
【０００８】
図１は、本願発明の実施例に係る配管の肉厚測定装置の構成を示す。
図１（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ１部分の矢印方向の断面図、図１（ｃ）は、ＧＭＲセンサの斜視図（拡大図）である。
図１において、２０は検査対象の金属からなる配管、３１は励磁コイル、３２は検出信号（検出電圧）を発生する巨大磁気抵抗効果センサ（以下ＧＭＲセンサと呼ぶ）、３３は送受信装置を含む制御部、３３は表示部である。励磁コイル３１は、コイル軸が配管２０の管軸と直交するように配置してある。
【０００９】
励磁コイル３１は、制御部３３の送信装置（図示せず）から供給される励磁電流（送信信号）によって励磁され、コイル軸方向の磁束Ｂ１を発生する。励磁電流は、短時間（例えば０．１ｍｓｅｃ）パルス状に供給する。磁束Ｂ１は、配管２０の管材部（金属層）、中空部、管材部を通過してＧＭＲセンサ３２に到達し受信される。ＧＭＲセンサ３２は、受信した磁束Ｂ１により検出電圧（検出信号）を発生して制御部３３の受信装置（図示せず）へ供給する。磁束Ｂ１は、管材部を通過するときに減衰するとともに、渦電流によって位相が変化する。磁束の減衰量は、配管の体積によって略決まり、位相は、管材部の肉厚に依存する。磁束Ｂ１は、空間（空気中）や中空部では略光の速度で通過するが、金属の管材部ではゆっくり通過する（磁束の通過速度は金属の種類によって異なるが、例えばアルミニウムの場合２８ｍ／ｓｅｃである）。そのため磁束Ｂ１が配管２０を通過する時間は、配管２０の管材部の肉厚によって相違する。したがって配管２０の健全部と減肉部の検出信号の大きさの変化(波形)と位相（後述する通過時間）を比較することによって減肉部の有無を検出し、減肉部の深さを測定することができる。なお管材部の肉厚は、「肉厚＝磁束が管材部を通過する時間×管材（金属）の磁束の通過速度」の関係にある。
【００１０】
制御部３３は、ＧＭＲセンサ３２の出力電圧（検出信号）の変化に基づいて減肉部の有無を検出するとともに、磁束Ｂ１の配管２０の通過時間を測定する。その通過時間は、送信信号を発生してから（励磁コイル３１の励磁を開始してから）検出信号が発生するまでの時間であるから、送信信号と検出信号に基づいて測定することができる。そして配管２０の健全部と減肉部の通過時間を夫々測定して、両部の通過時間の差を求める。その通過時間差は、健全部の管材部の肉厚と減肉部の管材部の肉厚の差に対応し、減肉部の深さに対応している。制御部３３は、その通過時間差と配管を構成する金属の磁束の通過速度とによって減肉部の深さを求め、表示装置３４に表示する。なお表示装置３４には、各測定毎のＧＭＲセンサ３２の出力電圧（検出信号）の波形や位相（通過時間）特性、各測定値の差、或いは磁束の通過速度に基づいて求めた健全部と減肉部の管材部の肉厚や減肉部の深さを表示してもよい。制御部３３における通過時間、通過時間差、肉厚等の測定或いは演算、送受信信号等の信号処理、制御等は、コンピュータによって行う。
【００１１】
ＧＭＲセンサ３２は、図１（ｃ）のように巨大磁気抵抗効果素子３２３、入・出力電極３２１，３２２からなり、磁界の大きさに対応する出力電圧（検出信号）を発生するが、感磁特性に方向性がある。図１（ｃ）の場合、ＧＭＲセンサ３２は、磁束Ｂ１に感磁するが、磁束Ｂ２には感磁しない。したがって図１（ｂ）の場合、磁束Ｂ１以外の磁束、例えば図１（ｃ）の磁束Ｂ２のように磁束Ｂ１と直交する方向等の磁束には感磁しないから、ＧＭＲセンサ３２は、主として配管２０を通過した磁束Ｂ１を検出することができる。またＧＭＲセンサ３２は、感磁感度が非常に高いから微弱な磁束Ｂ１を検出でき、かつＧＭＲセンサ３２は、小サイズであり、例えば厚さ数十ｎｍのものも使用できるから、配管２０の管軸方向の空間分解能が高くなり、減肉部を高精度で測定できる。
本実施例は、ＧＭＲセンサ３２を用いることにより、従来の渦電流探傷装置に用いられている渦電流検出用の検出コイルでは、検出が困難であった磁束Ｂ１、即ち配管２０を通過した磁束を検出することができた。
【００１２】
図２は、周囲にリング状の減肉部を有する配管の肉厚を測定する例を示す。図２（ａ）は、平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ２部分の矢印方向の断面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＸ３部分の矢印方向の断面図である。
配管２０は、表面にリング状の減肉部２１を有する。配管２０の管材部の肉厚をＷＴ、減肉部２１の深さをＷＴ１、減肉部の管材部２２の肉厚をＷＴ２とすると、磁束Ｂ１が配管２０を通過する時間は、健全部は肉厚（ＷＴ＋ＷＴ）の金属を通過する時間に相当し、減肉部は肉厚（ＷＴ２＋ＷＴ２）の金属を通過する時間に相当する。なお磁束Ｂ１は、減肉部２１及び配管２０の中空部を光速に近い速度で通過するから、両部の通過時間は無視できる。
【００１３】
ここで図３と図６によりＧＭＲセンサの検出信号の波形と磁束が配管を通過する時間の測定結果について説明する。
図３は、測定に用いた配管の管軸方向の断面及び励磁コイル・ＧＭＲセンサの位置関係を示し、図６は、ＧＭＲセンサの出力電圧（検出信号）を示す。
【００１４】
まず図３について説明する。
測定には、配管２０として外径４２．７ｍｍ、肉厚３．５ｍｍのＧＰＳ３２Ａ（外径４２．７ｍｍの配管用炭素鋼鋼管）を用い、その表面に幅３０ｍｍ、肉厚の５０％の減肉部を形成し、外周を厚さ２５ｍｍの保温材（珪酸カルシウム）５０で覆った状態で測定した。励磁コイル３１は、内径２５ｍｍのボビンに線径０．１ｍｍの導線を９００回巻いたものを用いた。励磁コイル３１には、直流電圧を印加して、１通電時間０．１ｍｓｅｃ、通電間隔３ｍｓｅｃでパルス状に励磁電流を流した。その励磁電流のピーク値（通電時間０．１ｍｓｅｃの最終時の電流値）は、１０Ａに設定した。励磁コイル３１とＧＭＲセンサ３２の間隔は、１００ｍｍに保持した。
励磁コイル３１によって発生した磁束は、配管を通過する際管材部の肉厚に対応する通過時間を要するから、ＧＭＲセンサ３２の出力電圧（検出信号）は、励磁コイル３１に励磁電流を流してから所定時間後に発生する。
【００１５】
次に図６について説明する。
図６（ａ）は、励磁コイル３１とＧＭＲセンサ３２を、図３（ａ）の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３方向へ移動したときのＧＭＲセンサ３２の出力電圧（検出信号）を示す。図６（ａ）において、縦軸は検出信号と配管の肉厚を示し、横軸は配管の軸方向の位置を示す。
検出信号は、配管の健全部（肉厚３．５ｍｍの部分）と減肉部（肉厚１．７５ｍｍの部分）とで大きく相違している。即ち検出信号の波形は、健全部と減肉部とで相違するから、検出信号の波形によって配管の減肉部の有無を検出することができる。
【００１６】
図６（ｂ）は、励磁コイル３１とＧＭＲセンサ３２を図３（ａ）の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に設置したときのＧＭＲセンサ３２の出力電圧（検出信号）を示す。図６（ｂ）において、縦軸は検出信号を示し、横軸は磁束の通過時間を示す。
検出信号のピークは、励磁コイル３１とＧＭＲセンサ３２が位置Ｐ１（健全部）にあるとき、約０．７８ｍｓｅｃの時点に現れ、位置Ｐ３（減肉部の中心）にあるとき、約０．７６ｍｓｅｃの時点に現れる。そして励磁コイルに励磁電流を供給してから検出信号のピークが現れるまでの時間は、磁束が配管の健全部と減肉部を通過したときの通過時間に相当し、その通過時間は、健全部と減肉部の管材部の肉厚に対応しているから、両ピークが現れる時間差、即ち通過時間差は、減肉部の深さ（磁束は減肉部を２回通過するから深さの２倍に相当する）に対応している。したがってその通過時間差と管材の磁束の通過速度とによって、減肉部の深さを求めることができる。なお保温材２５の磁束の通過速度は、金属に比べて速いから保温材２５の厚みの影響は無視できる。
本実施例は、検出信号のピークが図６（ｂ）のように明確に現れるから、前記磁束の通過時間差、即ち磁束が配管を通過する際の健全部と減肉部の通過時間差は、その両ピークの現れる時点から容易に求めることができる。
【００１７】
管材の磁束の通過速度が分からない場合には、管材部の肉厚を測定するか或いは事前に知ることができれば、磁束の管材部の通過時間を測定して磁束の通過速度を求めることもできる。
図３（ａ）のＰ２は、励磁コイル３１とＧＭＲセンサ３２が減肉部の端（エッジ）付近にあるときの位置を示す。
【００１８】
図３（ａ）は、減肉部２１が配管２０の外周面に生成した場合の例であるが、図３（ｂ）のように減肉部２１が配管２０の内面に生成した場合にも、図３（ａ）の場合と同様に減肉部２１の深さを測定することができる。
【００１９】
図４は、表面に凹状の減肉部を有する配管の肉厚を測定する例である。
図４（ａ）は、平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸ２部分の矢印方向の断面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＸ３部分の矢印方向の断面図である。
配管２０に凹状の減肉部２１が生成している場合、図４（ｃ）のように励磁コイル・ＧＭＲセンサを配管２０の管軸を中心に回転して、例えば３１・３２、３１´・３２´のように励磁コイル３１とＧＭＲセンサ３２の位置を変え、各位置のＧＭＲセンサ３２の検出信号を比較することにより減肉部２１を検出することができる。
【００２０】
図５は、検出コイル等の変形例を示す。
図５（ａ）は、検出コイル３１を配管２０の外周面の形状に合わせて鞍状に湾曲した例である。図５（ａ）の場合、検出コイル３１は配管２０の外周面にヒットするから励磁効率が向上してＧＭＲセンサ３２の検出電圧が１．２〜１．６倍に上昇する。
図５（ｂ）は、検出コイル３１を覆うように湾曲した反射板４１を設けた例で、反射板４１は、電気抵抗の小さい金属材料からなる。図５（ｂ）の場合には、検出コイルが発生する磁束を有効に利用することができるから、ＧＭＲセンサ３２の検出電圧が１．２〜１．６倍に上昇する。
【００２１】
図５（ｃ）は、ＧＭＲセンサ３２の周囲に磁気シールド部材４２を施した例である。磁気シールド部材４２は、ＧＭＲセンサ３２の励磁コイル３１と対向する面が露出するように形成する。ＧＭＲセンサ３２は、磁気シールド部材４２を設けることにより配管２０を通過した磁束のみを受信するから、ノイズの影響が小さくなる。磁気シールド部材４２は、周波数の高いノイズには電気抵抗の小さい銅板等が有効であり、周波数の低い（ＤＣを含む）ノイズには透磁率の高い磁性材料が有効である。そしてノイズの周波数が低くなるほど磁性材料を厚くするとより有効である。また磁気シールド部材４２は、電気抵抗の小さい銅板等のシートと磁性材料のシートとを積層して構成すると、周波数範囲の広いノイズをシールドすることができる。
【００２２】
前記実施例は、配管の肉厚測定について説明したが、検査対象は、配管等の管状体に限らず板状体であってもよい。また励磁コイルとＧＭＲセンサ対は、１対に限らず複数対を管状体の周囲に配置して、１度に複数箇所を測定するように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本願発明の実施例に係る配管の肉厚測定装置の構成を示す。
【図２】本願発明の実施例に係る周囲にリング状の減肉部を有する配管の肉厚測定例を示す。
【図３】本願発明の実施例に係る周囲にリング状の減肉部を有する配管の肉厚測定時の励磁コイルとＧＭＲセンサの設置位置を示す。
【図４】本願発明の実施例に係る周囲に凹状の減肉部を有する配管の肉厚測定例を示す。
【図５】本願発明の実施例に係る励磁コイル等の変形例を示す。
【図６】本願発明の実施例に係る検出信号の測定結果を示す。
【図７】従来の超音波を用いた配管の肉厚測定装置の概要を示す。
【符号の説明】
【００２４】
２０    配管
２１    減肉部
２２    減肉部の管材部
３１    励磁コイル
３２    ＧＭＲセンサ
３３    制御部
３４    表示部
４１    反射板
４２    磁気シールド部材
５０    保温材
Ｂ１，Ｂ２    磁束
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３    励磁コイル・ＧＭＲセンサの設置位置
ＷＴ    配管の健全部の管材部の肉厚
ＷＴ１    配管の減肉部の深さ
ＷＴ２    配管の減肉部の管材部の肉厚
【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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