(57)【要約】【課題】被検体内部深くまで検出磁場を透過させ、高精度で被検体の探傷を行うパルス励磁探傷装置の提供。【解決手段】被検体に入射する磁場を発生する励磁コイル、及び被検体からの前記応答磁場を誘導電流又は誘導電圧として検出する検出コイルを具備するプローブと、励磁コイルに対し、０．１秒以上１秒以下のパルス幅のパルス電流を通電することにより、励磁コイルにより被検体に入射する入射磁場を発生させるロングパルス生成手段を備えた。ロングパルス磁場は低周波成分を多く含み、保温材などの表皮材をよく透過するとともに、被検体内の表皮効果の影響を受けにくく、被検体の深部にまで到達する。従って、被検体には、被検体の深部からの応答磁場も発生し、これをプローブの検出コイルにより検出することにより、被検体の深部の検査も精度よく行うことが可能となる。【選択図】図５
2012078349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対してパルス励磁を行いその応答磁場を検出するパルス励磁検査装置であって、
前記被検体に入射する磁場を発生する励磁コイル、及び前記被検体からの前記応答磁場を誘導電流又は誘導電圧として検出する検出コイルを具備するプローブと、
前記励磁コイルに対し、０．１秒以上２秒以下のパルス幅のパルス電流を通電することにより、前記励磁コイルにより前記被検体に入射する入射磁場を発生させるロングパルス生成手段と、を備えたことを特徴とするパルス励磁検査装置。
【請求項２】
前記ロングパルス生成手段は、前記励磁コイルに通電するパルス電流を発生させるための電荷を蓄電するコンデンサと、
前記コンデンサの両極に接続された抵抗器と、
前記コンデンサから放電の通断を行うスイッチ回路と、
を備え、
前記励磁コイルは、前記抵抗器と並列に、前記コンデンサの両極に接続されており、
前記抵抗器、前記コンデンサ、及び前記励磁コイルで構成されるＬＣＲ回路の時定数が０．１秒以上２秒以下であることを特徴とする請求項１に記載のパルス励磁検査装置。
【請求項３】
前記被検体は、円柱又は円筒状の形状を有し、
前記プローブは、
湾曲した湾曲部、並びに前記湾曲部の両端を互いに垂直向きとなるように湾曲内側に向かって曲折し直棒状に形成した上部直棒部及び側部直棒部を一体に形成した、右側及び左側のコア片を、左右対称となるように前記上部直棒部同士を対合してなるコアと、
それぞれ前記左右のコア片の前記湾曲部に巻回された左側励磁コイル及び右側励磁コイルと、
対合する左右の前記上部直棒部に巻回された中央励磁コイルと、
対合する左右の前記上部直棒部の前記中央励磁コイルよりも下端側に巻回された第１の検出コイルと、
対合する左右の前記上部直棒部の下端の側方に並置された第２の検出コイルと、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス励磁検査装置。
【請求項４】
応答磁場波形のデータを記憶する波形データ記憶手段と、
前記検出コイルにより検出される前記応答磁場による誘導電流又は誘導電圧の波形をデジタルデータとして取り込み、応答磁場波形のデータとして前記波形データ記憶手段に保存する波形取得手段と、
前記波形データ記憶手段に記憶された前記応答磁場波形のデータをフーリエ変換し、周波数スペクトルデータを生成するフーリエ変換手段と、
前記周波数スペクトルデータのうち、所定の閾値周波数以下の周波数から、前記被検体の異常の有無の判定を行う異常判定手段と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のパルス励磁検査装置。
【請求項５】
被検体に対してパルス励磁を行いその応答磁場を検出するパルス励磁検査方法であって、
前記被検体に入射する磁場を発生する励磁コイル、及び前記被検体からの前記応答磁場を誘導電流又は誘導電圧として検出する検出コイルを具備するプローブを前記被検体に接触させ又は非接触で近接させた状態で配置し、
前記プローブの前記励磁コイルに対し、０．１秒以上２秒以下のパルス幅のパルス電流を通電することにより、前記励磁コイルにより前記被検体に入射する入射磁場を発生させ、
前記入射磁場に対して前記プローブの前記検出コイルにおいて検出される前記応答磁場を誘導電流又は誘導電圧の波形である応答磁場波形データをデジタルデータとして取り込み、
前記応答磁場波形データにより前記被検体の異常の判定を行うことを特徴とするパルス励磁検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス励磁により非破壊検査を行うための検査技術に関し、特に、被検体である磁性体の内部深くまで検出磁場を透過させることが可能で、高精度で被検体の検査を行うことが可能なパルス励磁検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
非破壊評価技術は、建物や機器の傷や欠陥の程度を調査するための重要な技術である。特に、近年では原子力発電所などのように一度の事故で甚大な被害が発生する大規模な設備の運用期間が長期に及んできており、かかる施設などにおいて配管等の傷や欠陥を的確に求めることが特に重要となってきている。
【０００３】
非破壊評価の方法としては、渦電流探傷法が知られている。渦電流探傷法は、励磁コイルによって磁場を発生させ被検体の内部に渦電流を発生させ、この渦電流が引き起こす磁場を検出し検出磁場の変化を検出することによって、被検体の内部の亀裂等を検査する方法である。この渦電流探傷法は、非破壊評価として比較的容易かつ高速に行うことができるという利点がある。現在、検出磁場から傷を評価する評価制度を向上させる様々な研究が行われており、その中の一つとしてパルス励磁検査法がある。検出磁場としてパルス磁場を用いるパルス励磁検査は、検出磁場として周期的な連続磁場を用いる正弦波励磁法と比較して、被検体内部に大きな瞬間電流を励起させることで多くの励起磁場を発生させることができる。また、実効電流を低減させるとともに、検出パルスが広帯域の周波数成分を含むので非破壊評価による検査精度の向上を図ることが可能となる。
【０００４】
従来のパルス励磁検査技術としては、例えば、特許文献１，２に記載のものが知られている。
【０００５】
特許文献１に記載のパルス励磁型渦電流検査方法では、内側励磁コイルと外側励磁コイルとを同心軸Ｚに対して同心に配置し、両者が反対方向に通電するように直列に結線し、さらに前記同心軸Ｚ上にホール素子からなる検出素子を配設した構成のプローブを使用する。これにより、同心軸Ｚ上では内側励磁コイルの磁場と外側励磁コイルとの磁場が打ち消し合い、励磁電流による磁束を低減している。被検体としては、金属配管や保温剤で被覆された金属配管等が想定されており、検査を行う際にはプローブは配管又は保温材の外側に配置され、前記同心軸Ｚが配管又は保温材の表面に対し垂直となるように設置される。そして、検出素子にＤＣ電圧を印加し、励磁コイルには、１周期が４０ｍｓで０〜２０ｍｓと２０〜４０ｍｓで正負が反転した矩形状のパルス電圧を印加してパルス電流を通電させ、被検体である配管内に渦電流を発生させる。そして、この渦電流により生じる励起磁場を検出素子によって電圧検出し、この検出電圧の応答波形から被検体の肉厚を評価している。
【０００６】
特許文献２に記載のパルス励磁検査方法では、円筒状の励磁コイルと、励磁コイルと同径で所定の距離だけ隔離して同軸上に配置された磁界検出コイルとから構成される婦ロームを使用する。このプローブは、被検体である導体又は強磁性体の間の内部に配置される。励磁コイルと磁界検出コイルとの距離は被検体の管の直径の２倍以上とされている。励磁コイルにパルス電流を印加すると、励磁コイルから磁場が発生し、被検体である管の内部に直接磁場が形成されるとともに、管の外部に間接磁場（パルスリモートフィールド）が生じる。間接磁場は再び管の内部に侵入し、磁界検出コイルに達する。磁界検出コイルの直接磁場はすぐに減衰し、遅れて間接磁場が検出されるので、この間接磁場の検出波形を評価することによって被検体の検査を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−８５２９８号公報
【特許文献２】特開２００４−２９４３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来のパルス励磁検査方法では、励磁コイルを励磁する際に非常に短いパルスを使用する。例えば、特許文献１では励磁パルス幅は１０ｍｓ、特許文献２では０．１ｍｓのものが用いられている。
【０００９】
しかしながら、このように短い励磁パルスは、高周波成分を多く含んでいるため、被検体の表面に保温材などのカバーがされていた場合には減衰が大きくなる。また、被検体が磁性体の場合、被検体内部に発生する表皮効果によって、被検体内部への磁場の侵入が妨害される。特に、パルス幅が短いと、励起磁束の発生が一瞬であるために検出磁場は磁性体の内部まで透過することができず、磁性体の深部に存在する傷の評価を正しく行うことができないという欠点を有する。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、被検体である磁性体の内部深くまで検出磁場を透過させることを可能とし、高精度で被検体の検査を行うことが可能なパルス励磁検査装置及びパルス励磁検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るパルス励磁検査装置の第１の構成は、被検体に対してパルス励磁を行いその応答磁場を検出するパルス励磁検査装置であって、
前記被検体に入射する磁場を発生する励磁コイル、及び前記被検体からの前記応答磁場を誘導電流又は誘導電圧として検出する検出コイルを具備するプローブと、
前記励磁コイルに対し、０．１秒以上２秒以下のパルス幅のパルス電流を通電することにより、前記励磁コイルにより前記被検体に入射する入射磁場を発生させるロングパルス生成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、ロングパルス生成手段は、０．１秒以上２秒以下のパルス幅のパルス電流を励磁コイルに通電することにより、励磁コイルからはロングパルス磁場が被検体に入射される。このロングパルス磁場は低周波成分を多く含んでおり、保温材などの表皮材をよく透過するとともに、被検体内の表皮効果の影響を受けにくく、被検体の深部にまで到達する。従って、被検体には、被検体の深部からの応答磁場も発生し、これをプローブの検出コイルにより検出することにより、被検体の深部の検査も精度よく行うことが可能となる。
【００１３】
ここで、「パルス幅」とは、パルス電流の立ち上がり時点からパルス電流がパルス最大値の１％となる時点までの時間幅と定義する。パルス電流のパルス幅を０．１秒以上としたのは、シミュレーションによる解析及び実際の測定の結果得られたパルス波形を周波数分析すると、１０Ｈｚ以下の周波数成分において減肉に対する変化が得られたが、この１０Ｈｚは周期０．１秒に相当するからである。すなわち、１０Ｈｚ以下の周波数成分を多く含むパルス電流波形で評価するためには、パルス幅が０．１秒以上であることが必要だからである。また、後述するように、パルス幅に対する減肉の変化率Ｒ５０の計算機シミュレーションによる計算により、減肉の変化率Ｒ５０（（減肉の変化率Ｒ５０）＝（Ｉｍａｘ５０％−Ｉｍａｘ０％）／Ｉｍａｘ０％［％］，Ｉｍａｘ０％：被検体Ｐの減肉率０％のときの最大パルス電流，Ｉｍａｘ５０％：被検体Ｐの減肉率５０％のときの最大パルス電流）が上記従来のパルス励磁検査方法の２倍以上となるパルス幅の範囲は０．１−２秒であり、この範囲のパルス幅とすることにより従来の２倍以上の検出感度が得られ、減肉をより有効的に評価できる。
【００１４】
本発明に係るパルス励磁検査装置の第２の構成は、上記第１の構成において、前記ロングパルス生成手段は、前記励磁コイルに通電するパルス電流を発生させるための電荷を蓄電するコンデンサと、
前記コンデンサの両極に接続された抵抗器と、
前記コンデンサから放電の通断を行うスイッチ回路と、
を備え、
前記励磁コイルは、前記抵抗器と並列に、前記コンデンサの両極に接続されており、
前記抵抗器、前記コンデンサ、及び前記励磁コイルで構成されるＬＣＲ回路の時定数が０．１秒以上２秒以下であることを特徴とする。
【００１５】
この構成により、０．１秒以上２秒以下のパルス幅のパルス電流を励磁コイルに通電することができる。
【００１６】
本発明に係るパルス励磁検査装置の第３の構成は、上記第１又は２の構成において、
前記被検体は、円柱又は円筒状の形状を有し、
前記プローブは、
湾曲した湾曲部、並びに前記湾曲部の両端を互いに垂直向きとなるように内側に向かって曲折し直棒状に形成した上部直棒部及び側部直棒部を一体に形成した、右側及び左側のコア片を、左右対称となるように前記上部直棒部同士を対合してなるコアと、
それぞれ前記左右のコア片の前記湾曲部に巻回された左側励磁コイル及び右側励磁コイルと、
対合する左右の前記上部直棒部に巻回された中央励磁コイルと、
対合する左右の前記上部直棒部の前記中央励磁コイルよりも下端側に巻回された第１の検出コイルと、
対合する左右の前記上部直棒部の下端の側方に並置された第２の検出コイルと、を備えていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、プローブの励磁コイルにおいて、左側励磁コイル及び右側励磁コイルは湾曲部に巻回されており巻数を多くとることができ、さらに中央励磁コイルにより巻数が稼ぐことができるので、励磁コイルのインダクタンスＬを大きくすることが可能となる。従って、励磁コイルの時定数を大きくできるため、固有振動数の周期を長くすることができる。これにより、ロングパルスによる励磁が可能となり、被検体の深部の傷や摩耗を検査することが可能となる。
【００１８】
また、コア内に励起される磁束は、上部直棒部の下端に集中し、この上部直棒部の下端から被検体に入射される。これにより、上部直棒部直下の被検体内に集中磁場が発生し、パルス励磁検査装置の感度を向上させることができる。
【００１９】
本発明に係るパルス励磁検査装置の第４の構成は、上記第１乃至３の何れか一の構成において、応答磁場波形のデータを記憶する波形データ記憶手段と、
前記検出コイルにより検出される前記応答磁場による誘導電流又は誘導電圧の波形をデジタルデータとして取り込み、応答磁場波形のデータとして前記波形データ記憶手段に保存する波形取得手段と、
前記波形データ記憶手段に記憶された前記応答磁場波形のデータをフーリエ変換し、周波数スペクトルデータを生成するフーリエ変換手段と、
前記周波数スペクトルデータのうち、所定の閾値周波数以下の周波数から、前記被検体の異常の有無の判定を行う異常判定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
このように、検出された応答磁場波形のうち、直流成分と所定の閾値周波数以下の低周波成分により被検体の異常の有無の判定を行うことで、より精度の高い異常評価を行うことができる。
【００２１】
本発明に係るパルス励磁検査方法は、被検体に対してパルス励磁を行いその応答磁場を検出するパルス励磁検査方法であって、
前記被検体に入射する磁場を発生する励磁コイル、及び前記被検体からの前記応答磁場を誘導電流又は誘導電圧として検出する検出コイルを具備するプローブを前記被検体に接触させ又は非接触で近接させた状態で配置し、
前記プローブの前記励磁コイルに対し、０．１秒以上２秒以下のパルス幅のパルス電流を通電することにより、前記励磁コイルにより前記被検体に入射する入射磁場を発生させ、
前記入射磁場に対して前記プローブの前記検出コイルにおいて検出される前記応答磁場を誘導電流又は誘導電圧の波形である応答磁場波形データをデジタルデータとして取り込み、
前記応答磁場波形データにより前記被検体の異常の判定を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明に係るパルス励磁検査装置及びパルス励磁検査方法によれば、０．１秒以上２秒以下のパルス幅のパルス電流を励磁コイルに通電し、励磁コイルからはロングパルス磁場を被検体に照射してその応答磁場から被検体の異常の有無を評価することとしたので、被検体表面の表皮材の影響や、被検体内部の表皮効果の影響を受けにくく、被検体の深部の検査も精度よく行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１に係るパルス励磁検査装置の構成を表す機能ブロック図である。
【図２】図１のバイポーラ電源２，放電回路３，コンデンサ４，サイリスタ５，ゲート制御部６，及び励磁コイル１１の接続関係を示す回路図である。
【図３】図１のプローブ７の構造を表す図である。
【図４】図３の第２検出コイル１３であるロゴスキー・チャトック・コイルの構造を表す図である。
【図５】従来のパルス励磁検査装置で用いられている励磁パルス電流波形と、本発明に於けるロングパルス励磁による励磁パルス電流波形とを比較した図である。
【図６】本実施例のパルス励磁検査装置１により被検体Ｐからの応答磁場を測定した実測例である。
【図７】図６の応答磁場強度波形をフーリエ変換部１０ｃによりフーリエ変換したときの各周波数成分を表した図である。
【図８】図３の被検体Ｐの減肉の有無による応答磁場波形の変化を表す図である。
【図９】図８のパルス波形を高速フーリエ変換した周波数スペクトルである。
【図１０】図２のコンデンサ４のコンデンサ容量Ｃを変化させた場合の励磁コイル１１に流れる励磁パルス電流の変化を表す図である。
【図１１】コンデンサ容量Ｃが励磁パルス電流波形に及ぼす影響を調査する計算機シミュレーションで使用した解析モデルを表す図である。
【図１２】コンデンサ４の容量Ｃに対する励磁パルス電流波形の変化を表す図である。
【図１３】コンデンサ容量Ｃに対する最大パルス電流及び減肉の変化率の関係を表す図である。
【図１４】励磁パルス電流波形を表す図である。
【図１５】励磁パルス電流波形のパルス幅と減肉の変化率との関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の実施例１に係るパルス励磁検査装置の構成を表す機能ブロック図、図２は、図１のバイポーラ電源２，放電回路３，コンデンサ４，サイリスタ５，ゲート制御部６，及び励磁コイル１１の接続関係を示す回路図である。図１，図２において、パルス励磁検査装置１は、バイポーラ電源２、放電回路３、コンデンサ４、サイリスタ５、ホウロウ抵抗３ｂ、ゲート制御部６、プローブ７、消磁用交流電源８、増幅器９、及びコンピュータ１０を備えている。また、プローブ７は、励磁コイル１１、第１検出コイル１２、及び第２検出コイル１３を備えている。
【００２６】
バイポーラ電源２は、励磁用の電力を供給するための電源である。放電回路３は、スイッチ回路３ａとホウロウ抵抗３ｂを備えている。スイッチ回路３ａは、コンデンサ４をバイポーラ電源２との接続か、ホウロウ抵抗３ｂとの接続かの何れかの接続に切り替えるスイッチである。このスイッチ回路３ａの切り替えは、ゲート制御部６により制御される。
【００２７】
ホウロウ抵抗３ｂは、図２に示すように、スイッチ回路３ａを介して、プローブ７と並列にコンデンサ４の両極に接続されている。
【００２８】
コンデンサ４は、励磁電流を供給するための電荷を蓄電するためのコンデンサである。コンデンサ４には、アルミ電解コンデンサが使用される。コンデンサ４はコンデンサ容量Ｃ０を有し、コンデンサ４に充電された電荷量をＱ０とする。
【００２９】
サイリスタ５は、アルミ電解コンデンサ４から励磁コイル１１への電流の通断を行う。ゲート制御部６は、サイリスタ５のオンオフ制御をする。プローブ７は、被検体である管状の磁性体に対してパルス磁場を入射するとともに、その応答磁場を検出するプローブである。プローブ７は、インダクタンスＬと内部抵抗Ｒ１を有する励磁コイル１１を備えている。消磁用交流電源８は、プローブ７内の励磁コイル１１のコアの消磁を行うための交流電源である。
【００３０】
図２において、コンデンサ４、ホウロウ抵抗３ｂ、及び励磁コイル１１は、ＬＣＲ回路を構成している。このＬＣＲ回路の時定数が、０．１秒以上２秒以下となるように調整されている。
【００３１】
増幅器９は、プローブ７で検出された磁場信号の電圧を増幅する。コンピュータ１０は、プローブ７で検出された磁場信号の電圧波形を取り込み、波形解析を行う。
【００３２】
コンピュータ１０は、波形取得部１０ａ、波形データ記憶部１０ｂ、フーリエ変換部１０ｃ、及び異常判定部１０ｄを備えている、これらはコンピュータ１０に備えられたインタフェースや記憶装置及びコンピュータ１０において実行されるプログラムによって実現される。
【００３３】
波形取得部１０ａは、検出コイル（第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３）により検出される応答磁場による誘導電流又は誘導電圧の波形を、Ａ／Ｄ変換することによってデジタルデータとして取り込み、応答磁場波形データとして波形データ記憶部１０ｂに保存する。波形データ記憶部１０ｂは、この応答磁場波形データを記憶する。
フーリエ変換部１０ｃは、波形データ記憶部１０ｂに記憶された応答磁場波形データをフーリエ変換し、周波数スペクトルデータを生成する。異常判定部１０ｄは、応答磁場波形のピーク、又は周波数スペクトルデータのうち所定の閾値周波数ｆｔｈ以下の周波数から、被検体の異常の有無の判定を行う。ここで閾値周波数ｆｔｈは、使用者によって設定される値であるが、通常は、１５Ｈｚ程度の大きさに設定される。
【００３４】
図３は、図１のプローブ７の構造を表す図である。図７において、被検体Ｐは、管状磁性体２０の外側面に保温材２１が被覆されたものである。このプローブ７は、被検体Ｐ内の管状磁性体２０の肉厚を検査するためのプローブである。
【００３５】
プローブ７は、励磁コイル１１、第１検出コイル１２、第２検出コイル１３、左側コア片１５、及び右側コア片１６、並びに被検体カバー１７を備えている。
【００３６】
励磁コイル１１のコアは、磁性体からなり、左右対称の形状に形成された左側コア片１５及び右側コア片１６を、左右対称に対合してなる。左側コア片１５は、被検体Ｐの外周に沿って湾曲した湾曲部１５ａと、湾曲部１５ａの両端を互いに垂直向きとなるように湾曲内側に向かって曲折し直棒状に形成された上部直棒部１５ｃ及び側部直棒部１５ｂとが一体に形成された形状を有している。同様に、右側コア片１６は、被検体Ｐの外周に沿って湾曲した湾曲部１６ａと、湾曲部１６ａの両端を互いに垂直向きとなるように湾曲内側に向かって曲折し直棒状に形成された上部直棒部１６ｃ及び側部直棒部１６ｂとが一体に形成された形状を有している。被検体カバー１７は、半円筒形の樹脂薄板からなるカバーであり、左側コア片１５及び右側コア片１６並びに第２検出コイル１３と被検体Ｐとの間に、被検体Ｐを被覆するように配設されている。
【００３７】
左側コア片１５及び右側コア片１６としては、例えば、厚さ２３ｍｍの方向性電磁鋼板を４５枚程度積層した巻鉄心を使用することができる。
【００３８】
励磁コイル１１は、中央励磁コイル１１ａ、左側励磁コイル１１ｂ、及び右側励磁コイル１１ｃが直列接続されたものである。中央励磁コイル１１ａは、対合する左右のコア片１５，１６の上部直棒部１５ｃ，１６ｃに巻回されたコイルである。左側励磁コイル１１ｂは、左側コア片１５の湾曲部１５ａに巻回されたコイルである。右側励磁コイル１１ｃは、右側コア片１６の湾曲部１６ａに巻回されたコイルである。湾曲部１５ａ，１６ａは長いため、中央励磁コイル１１ａより巻数が稼ぐことができ、励磁コイル１１全体の巻数を大きくし、励磁コイル１１全体のインダクタンスＬを大きくすることができる。
【００３９】
例えば、中央励磁コイル１１ａの巻数を100 turn、左側励磁コイル１１ｂ及び右側励磁コイル１１ｃの巻数をそれぞれ1000 turnとすれば、励磁コイル１１全体の巻数は2100 turnとなる。
【００４０】
第１検出コイル１２は、左右のコア片１５，１６の上部直棒部１５ｃ，１６ｃを通る磁束密度を検出するためのコイルである。第１検出コイル１２は、上部直棒部１５ｃ，１６ｃの中央励磁コイル１１ａよりも下端側に巻回されている。
【００４１】
第２検出コイル１３，１３，１３は、被検体Ｐ内に発生する磁界を検出するためのロゴスキー・チャトック・コイル（Rogowski-Chattock coil）である。第２検出コイル１３，１３，１３は、上部直棒部１５ｃ，１６ｃの下端の側方に、被検体Ｐの外周表面に沿うように並置されている。
【００４２】
ここで、検出コイルとして、第１検出コイル１２と第２検出コイル１３の２種類の検出コイルを使用するのは、両者で検出される磁場の傾向が、被検体Ｐの損傷の形態によって相違するためである。従って、様々な形態の損傷に対して的確に検出することができるように、２種類の検出コイルを使用するようにしている。
【００４３】
尚、第１検出コイル１２は、励磁コイル１１によって発生する磁束量を検出する。第１検出コイル１２の出力波形を積分し、換算することにより、励磁コイル１１によって発生した磁束密度を求めることができる。また、第２検出コイル１３は、被検体の表面に発生する磁界強度成分を検出する。第２検出コイル１３の出力波形を積分し、換算することにより、被検体の表面に発生した磁界強度を求めることができる。
【００４４】
図４は、図３の第２検出コイル１３であるロゴスキー・チャトック・コイルの構造を表す図である。第２検出コイル１３は、半弧状のフェライトコア１３ａの全体にわたり導線１３ｂが巻回された構成を有する。励磁コイル１１によって励磁パルス磁界が入力されると、被検体Ｐの管状磁性体２０に渦電流が励起され、被検体Ｐの内部には被検体内部磁界Ｈｓが生じる。このとき、アンペールの法則により、被検体内部磁界Ｈｓとフェライトコア１３ａ内のコイル内部磁界Ｈｅｆｆは等しくなる。第２検出コイル１３の起電圧からコイル内部磁界Ｈｅｆｆが検出され、これにより、被検体内部磁界Ｈｓを検出することができる。
【００４５】
以上のように構成された本実施例のパルス励磁検査装置において、以下その動作を説明する。
【００４６】
まず、コンデンサ４の充電を行う。この場合、ゲート制御部６はサイリスタ５をオフ状態とするとともに、スイッチ回路３ａをバイポーラ電源２の側に接続するように切り替え、バイポーラ電源２によりコンデンサ４の充電を行う。
【００４７】
次に、コンデンサ４の充電が完了すると、ゲート制御部６はサイリスタ５をオン状態とするとともに、スイッチ回路３ａをホウロウ抵抗３ｂの側に接続するように切り替える。これにより、励磁コイル１１に励磁パルス電流が流れる。ここで、コンデンサ４、ホウロウ抵抗３ｂ、及び励磁コイル１１は、ＬＣＲ回路の時定数は０．１秒以上２秒以下であるので、励磁パルス電流のパルス幅も０．１秒以上２秒以下となる。
【００４８】
図５は、従来のパルス励磁検査装置で用いられている励磁パルス電流波形と、本発明に於けるロングパルス励磁による励磁パルス電流波形とを比較した図である。励磁パルス電流のパルス幅は、図５に示すように、励磁パルス電流の立ち上がり時刻から、励磁パルス電流がパルス最大値の１％となる時点までの時間幅によって定義されている。従来のパルス励磁検査装置で用いられている励磁パルス電流は、パルス幅が２０〜４０ｍｓｅｃであるのに対して、本発明のロングパルス励磁による励磁パルス電流のパルス幅は０．１〜１ｓｅｃと、非常に長いことが分かる。
【００４９】
このようなロングパルス励磁を行うことにより、励磁コイル１１により励起されるパルス磁場は、従来のものよりも直流成分及び低周波成分（ここでは、１５Ｈｚ以下の成分をいう。）を非常に多く含むこととなる。このように、直流成分及び低周波成分の磁場は、被検体Ｐの表面を被覆する保温材２１による減衰が小さく、また、被検体Ｐ内部に生じる表記効果の影響を受けにくいため、被検体Ｐの深部にまで到達することができる。
【００５０】
また、励磁コイル１１のコアは、左側コア片１５及び右側コア片１６が、上部直棒部１５ｃ，１６ｃで対合した構造を有するため、左側コア片１５及び右側コア片１６の内部に励起される磁場は、対合した上部直棒部１５ｃ，１６ｃの下端部に特に集中する。従って、この上部直棒部１５ｃ，１６ｃの下端部の直下の被検体Ｐには、集中磁場が入射されることになり、この部分に特に大きな渦電流が励起されるため、検査感度を向上させることができる。
【００５１】
被検体Ｐ内に励起される渦電流によって、応答磁場が励起され、この応答磁場により第１検出コイル１２及び第２検出コイル１３に起電力（又は起電流）が発生する。この起電力（又は起電流）は、増幅器９で増幅された後、波形取得部１０ａによりＡ／Ｄ変換され、応答磁場波形データとして波形データ記憶部１０ｂに保存される。フーリエ変換部１０ｃは、この応答磁場波形データをフーリエ変換し、周波数スペクトルデータを生成する。最後に、異常判定部１０ｄが、周波数スペクトルデータの直流成分及び閾値周波数以下の周波数成分から、被検体Ｐの異常の有無を判定する。
【００５２】
図６は、本実施例のパルス励磁検査装置１により被検体Ｐからの応答磁場を測定した実測例である。図６の横軸は時間、縦軸は第２検出コイル１３で検出された磁界強度は径である。
【００５３】
被検体Ｐの管状磁性体２０としては、炭素鋼Ｓ４５Ｃを材質とする厚さ６ｍｍの配管を使用し、この管状磁性体２０の周囲を厚さ３ｍｍのアクリルからなる保温材２１で被覆した。管状磁性体２０として、減肉０％，２３％，５０％の３種類のものを用意し、これら３種類の被検体Ｐの評価を行った。また、プローブ７としては、左側コア片１５、右側コア片１６には厚さ２３ｍｍの方向性電磁鋼板を４５枚重ねた巻鉄心を使用し、中央励磁コイル１１ａの巻数を１００turn、左側励磁コイル１１ｂ及び右側励磁コイル１１ｃの巻数を１０００turnとし、励磁コイル１１は合計で２１００turnとした。コンデンサ４は静電容量１００００μＦのアルミ電解コンデンサを使用し、励磁コイル１１に入力するパルス電流のパルス幅は０．１ｓｅｃとした。
【００５４】
図６において、「metal loss 0%」，「metal loss 23%」，「metal loss 50%」は、それぞれ、減肉０％，２３％，５０％の被検体Ｐの測定結果を表している。減肉０％の応答磁場強度波形に対して、減肉２３％及び減肉５０％の応答磁場強度波形は最大値が異なっており、この最大値の大きさによって被検体Ｐの減肉量の評価を行うことができることが分かる。
【００５５】
従って、異常判定部１０ｄは、応答磁場強度波形のピーク検出を行い、このピーク値の減肉０％の場合に対する比率から、被検体Ｐの異常の判定を行うことができる。
【００５６】
図７は、図６の応答磁場強度波形をフーリエ変換部１０ｃによりフーリエ変換したときの各周波数成分を表した図である。図７より、直流成分及び１．７９Ｈｚ，３．５８Ｈｚの周波数成分において減肉の影響が最も顕著に現れており、周波数が高くなるにつれて減肉の影響が現れにくくなる傾向があることが分かる。これは、高周波成分になるほど、保温材２１による減衰や管状磁性体２０内の表皮効果の影響によって磁場が管状磁性体２０の深部に届かなくなるためであると考えられる。
【００５７】
従って、異常判定部１０ｄは、図７のような周波数スペクトルデータのうち、所定の閾値周波数以下の周波数から、被検体Ｐの異常の有無の判定を行うことで、精度の良い判定を行うことが可能となる。
【００５８】
（ロングパルスのパルス幅の検討１）
最後に、本発明で使用するロングパルス励磁による励磁パルス電流のパルス幅の最適な範囲について検討する。
【００５９】
図８は、図３の被検体Ｐの減肉の有無による応答磁場波形の変化を表す図である。図８の波形は、有限要素法を用いた計算機シミュレーションにより算出した。計算条件としては、Ｃ＝１００００μF、Ｒｌ＝０．１０７Ωとし、印加電圧は１００Ｖとした。入力した励磁パルス電流のパルス幅は０．１秒程度であり、応答磁場波形は被検体Ｐの減肉によって変化している。ここで、被検体Ｐは断面円形の管体とした。図８の縦軸の磁束密度Ｂθは、図１１（ｂ）に示したように、被検体Ｐの管中心軸を原点、原点を通りプローブ７の側部直棒部１５ｂ，１６ｂに平行な直線を水平基準線としたとき、水平基準線に対して４５．６°の位置における被検体Ｐの管外表面近傍における円周方向の磁束密度である。
【００６０】
図９は、図８のパルス波形を高速フーリエ変換した周波数スペクトルである。図９より、ＤＣ（直流）成分から１０Ｈｚ以下の周波数成分の領域において減肉に対する周波数スペクトル成分の変化が大きいことが分かる。従って、ＤＣ（直流）成分から１０Ｈｚ以下の周波数成分のスペクトルの積分値を用いることで、減肉の評価が可能であることが分かる。
【００６１】
図１０は、図２のコンデンサ４のコンデンサ容量Ｃを変化させた場合の励磁コイル１１に流れる励磁パルス電流の変化を表す図である。計算条件としては、Ｌ＝５４７．２ｍH，Ｃ＝５０００μF，１００００μF，１５０００μF，２００００μF，Ｒｌ＝１７．８Ω、印加電圧：１００Ｖとした。図１０より、コンデンサ容量Ｃの増加に伴い、励磁パルス電流のパルス幅が増加することが確認できる。このようにパルス幅が増加することで、磁束が被検体Ｐの深部にまで浸透するため、減肉に対する応答磁場波形の変化が大きくなり、検出感度の向上が図られる。
【００６２】
以上の解析及び測定結果から得られたパルス波形を周波数分析した結果から、10Hz成分以下から1.79Hz成分に相当する周波数領域において減肉変化が顕著に得られることが分かった。従って、低周波領域を利用した減肉評価を行うためには、パルス幅が0.1秒以上２秒以下が最適であることが分かる。
【００６３】
（ロングパルスのパルス幅の検討２）
次に、コンデンサ４の容量Ｃが励磁パルス電流波形に及ぼす影響について計算機シミュレーションにより調査した結果について説明する。図１１は、コンデンサ容量Ｃが励磁パルス電流波形に及ぼす影響を調査する計算機シミュレーションで使用した解析モデルを表す図である。充電電圧Ｖは３０Ｖ，巻線抵抗Ｒは９．８Ω，巻数は２１００turn，時間刻み幅１ｍｓとする。
【００６４】
図１２は、コンデンサ４の容量Ｃに対する励磁パルス電流波形の変化を表す図である。コンデンサ容量Ｃと励磁器のインダクタンスＬの影響を調査するために、外部電源を考慮した二次元有限要素法を用いて計算機シミュレーションを行った。図１２から分かるように、コンデンサ容量Ｃを大きくするに従って、励磁パルス電流のパルス幅は単調に増加することが分かる。
【００６５】
図１３は、コンデンサ容量Ｃに対する最大パルス電流及び減肉の変化率Ｒ５０の関係を表す図である。「最大パルス電流」とは、図１４に示すような励磁パルス電流波形において、パルス電流Ｉの最大値Ｉｍａｘをいう。また、「パルス幅」は、図１４に示すような励磁パルス電流波形において、最大パルス電流をＩｍａｘ、最大パルス電流の１％の値をＩｍｉｎとするとき、パルスの立ち上がり時刻からパルス電流Ｉが最大値を経てＩ＝Ｉｍｉｎとなるまでの時間で定義される。「減肉の変化率Ｒ５０」は、被検体Ｐの減肉率０％のときの最大パルス電流をＩｍａｘ０％、被検体Ｐの減肉率５０％のときの最大パルス電流をＩｍａｘ５０％とすると、（減肉の変化率Ｒ５０）＝（Ｉｍａｘ５０％−Ｉｍａｘ０％）／Ｉｍａｘ０％［％］により定義される。図１３から、コンデンサ容量Ｃが増加するに従って、減肉の変化率は最初増加し、Ｃ＝５０００〜１００００μＦ付近で最大となり、その後減少することが分かる。コンデンサ容量Ｃの増加に伴い励磁パルス電流のパルス幅は単調に増加するため、パルス幅がある範囲（Ｃ＝５０００〜１００００μＦ付近のパル詞幅の範囲）のときに減肉の変化率がもっとも大きくなることが分かる。
【００６６】
図１５は、パルス幅に対する減肉の変化率を示す図である。従来のパルス励磁検査方法では、［背景技術］で述べたようにパルス幅が１０ｍｓや１ｍｓであったため、これらに合わせて従来の励磁パルス幅を２０ｍｓ以下とした。図１５より，従来のパルス幅において減肉の変化率Ｒ５０は０．３以下となっている。しかしながら、本発明ではパルス幅を増加させることによって、減肉の変化率Ｒ５０が０．６以上となっている。これは、従来の２倍以上の検出感度であり、パルス幅が０．１−２秒では減肉をより有効的に評価できることが分かる。
【符号の説明】
【００６７】
１  パルス励磁検査装置
２  バイポーラ電源
３  放電回路
３ａ  スイッチ回路
３ｂ  ホウロウ抵抗
４  コンデンサ
５  サイリスタ
６  ゲート制御部
７  プローブ
８  消磁用交流電源
９  増幅器
１０  コンピュータ
１０ａ  波形取得部
１０ｂ  波形データ記憶部
１０ｃ  フーリエ変換部
１０ｄ  異常判定部
１１  励磁コイル
１１ａ  中央励磁コイル
１１ｂ  左側励磁コイル
１１ｃ  右側励磁コイル
１２  第１検出コイル
１３  第２検出コイル
１３ａ  フェライトコア
１３ｂ  導線
１５  左側コア片
１５ａ  湾曲部
１５ｂ  側部直棒部
１５ｃ  上部直棒部
１６  右側コア片
１６ａ  湾曲部
１６ｂ  側部直棒部
１６ｃ  上部直棒部
１７  被検体カバー
２０  管状磁性体
２１  保温材
Ｐ  被検体
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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