(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な操作のみでパイプラインの減肉を測定できる渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置及び減肉パルス検出方法を提供する。【解決手段】渦電流プローブはサーチコイル１５１及びホール（磁気）センサ１５２、１５２’より構成され、渦電流プローブを用いる減肉パルス検出のための装置及び方法では、直径が大きな誘導サーチコイルによって被覆材で覆われたパイプライン又は厚いパイプラインの平均厚を測定でき、同時に、中心部分に配置されたホールセンサによって、パイプラインの局所的欠陥を検出できる。パイプラインの減肉を定量的に測定できるだけではなく、専門的な作業を必要とすることなく、簡単な操作であらゆる欠陥を検出できる。【選択図】図３
2016008964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置において、
パルス電流を供給する供給ユニットと、
前記供給されたパルス電流によってパルス磁界を生成する磁気生成ユニットと、
前記パルス磁界によって、パイプライン内に誘起されたパルス誘起磁束を検出し、前記パルス誘起磁束の変化を感知した後に検出信号を生成する磁気センサユニットと、
前記磁気センサユニットが生成した検出信号を増幅及びフィルタリングする信号増幅／フィルタリングユニットと、
前記信号増幅／フィルタリングユニットによって増幅及びフィルタリングされた検出信号を受信し、前記パイプラインの厚さの変化及び減肉を算出する信号処理ユニットとを備え、前記磁気センサユニットは、前記パイプラインの平均厚を測定するサーチコイルと、前記パイプラインの厚さの局所的変化を測定するホールセンサとから構成される装置。
【請求項２】
前記供給ユニットは、両極性のパルス電流を生成し、前記パルス電流のパルス幅は、０．２〜２．０秒の範囲で制御され、デューティ比は、０．１〜０．５の範囲で制御される請求項１記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項３】
前記磁気生成ユニットは、前記パイプラインに接触しないように前記パイプラインから独立して配置された磁化ヨークを含み、前記磁化ヨークは、前記磁化コイルを包囲し、被検査物内にパルス磁界を生成する請求項１記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項４】
前記磁化ヨークは、一端の直径が他端の直径より大きい中空の形状を有する請求項３記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項５】
前記磁化ヨークは、フェライト又は電磁鋼板（ＳｉＦｅ）を含む高透磁率磁性材料から形成されている請求項３記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項６】
前記磁化コイルは、磁化ヨークの外側に巻回されている（１〜５ｍｍの銅線、巻き数５０〜３００）請求項３記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項７】
前記ホールセンサの少なくとも１つは、磁気生成ユニットの中心に配置され、２つのホールセンサがある場合、前記２つのホールセンサは、前記磁気生成ユニットの中心の両端に配置され、異なるタイプのセンサである請求項１記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項８】
前記サーチコイルは、前記磁化コイルの外側に巻回され、前記磁化コイルに電気的に接続されていない請求項１記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項９】
前記磁化コイルを巻回する前記サーチコイルの巻き数は、２００〜１０００である請求項１記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項１０】
前記ホールセンサ及び前記サーチコイルは、パルス誘起磁束の変化によって変化した電圧を測定し、前記測定された電圧のレベルに基づいて、パイプラインの減肉及び厚さの変化を算出する請求項１記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項１１】
前記信号処理ユニットは、前記サーチコイルによって検出される、パルス誘起磁束信号の最大点における振幅を測定し又はパラメータを用いて時間依存減衰の度合いを測定することによって減肉の度合いを算出し、又はパルス誘起磁束信号の時間遅延をフーリエ変換することによって得られる周波数スペクトルを用いて減肉の度合いを算出する請求項１記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項１２】
前記信号処理ユニットが１つのホールセンサを有する場合、前記減肉の度合いは、前記ホールセンサにおいて検出されたパルス誘起磁束信号の遷移領域の時間遅延を測定し、前記パルス誘起磁束信号を微分し、前記差分信号の最大点における振幅又はその時間遅延を解析することによって、又は電力スペクトル密度を用いて遷移領域信号をフーリエ変換することによって算出され、
前記信号処理ユニットが２つのホールセンサを有する場合、前記減肉の度合いは、差動的に設けられた前記２つのホールセンサの差動電圧のサイズを測定することによって算出される請求項１１記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項１３】
前記パイプラインは、発電所又は化学工場内の磁性体で構成されたパイプライン又は熱交換器である請求項１記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置。
【請求項１４】
渦電流プローブを用いる減肉パルス検出方法において、
磁化コイルにパルス電流を供給することによってパルス磁界を生成するステップと、
サーチコイル及びホールセンサを用いて、前記パルス磁界によって、パイプラインにおいて誘起されるパルス誘起磁束を検出するステップと、
パイプラインの厚さの変化によって生じるパルス誘起磁束の変化が検出されたとき、前記サーチコイル及びホールセンサによって検出信号を生成するステップと、
前記検出信号を増幅及びフィルタリングするステップと、
前記増幅及びフィルタリングされた検出信号を処理することによって、前記パイプラインの減肉又は厚さの変化を算出するステップと、を有する渦電流プローブを用いる減肉パルス検出方法。
【請求項１５】
前記サーチコイル及びホールセンサによって検出を行うステップは、前記サーチコイルによる検出と、前記ホールセンサによる検出とを同時に実行することを特徴とする請求項１４記載の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦電流プローブを用いる減肉パルス検出（thinning pulse detection）装置及び減肉パルス検出方法に関し、詳しくは、サーチコイル及びホール（磁気）センサを使用した、パイプ欠陥によって生成される誘導磁束（induced magnetic flux）の測定に有利であり、一般的なパイプ欠陥だけではなく、特定のパイプ欠陥も同時に検出する渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置及び減肉パルス検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所又は化学工場においては、通常、被覆材によって覆われているパイプ又は貯蔵槽の被覆材と母材との間に生じる腐食、又は曲がったダクト内の流体によって引き起こされる流れ加速型腐食（flow-accelerated corrosion）に起因する減肉（thinning）による設備の損傷又は破壊を防止するために、予め母材（base metal）の厚さを事前に検査することが重要である。これに関連する従来の技術として、韓国特許第１０−１１５０４８６号には、特に、被覆材を取り除くことなく、炭素鋼等の強磁性体から形成された内部パイプ又は貯蔵槽の厚さを測定するための装置が開示されている。韓国特許第１０−１１５０４８６号に開示されている方法では、円形の駆動コイルの周囲に巻回された誘導コイルを用いて、駆動コイル（actuating coil）にパルス電流を流すことによって誘起された信号を検出し、この信号を解析することによって、物体の厚さの変化を検出する。
【０００３】
理論的には、サーチコイルは、コイルの内側の領域を通過する磁束の強度のみを検出する。したがって、コイルの内側にある何らかの欠陥の相対的方向又は位置は、単純に無視される。電磁検査で検出される誘導磁束の変化は、多くの場合、物体の欠陥に関する有益な情報を含む。しかしながら、コイルのサイズに対して欠陥が比較的小さい場合、欠陥によって引き起こされる局所的な磁界の変化は、磁束が通過するコイルの面積が広いと、検出できない。コイルによって検出される信号は、磁束の空間的な方向にかかわらず、コイルの周囲の磁束の包括的な変化を表す。これは、サーチコイルの内部を通る誘導磁束（induced magnetic flux）の強度しか測定できないことを意味し、すなわち、誘導磁束が通過する物体の平均的な体積の変化しか測定できないことを意味する。誘導磁束が通過する面積は、サーチコイルの面積に等しい。したがって、従来の手法では、サーチコイルの面に対向する物体の平均厚変化しか測定できなかった。駆動コイルのサイズを小さくすれば、分解能を高めることができる。しかしながら、これによって、物体を通過する渦電流の侵入深度も浅くなり、したがって、この手法は、本発明の目的には適さない。駆動コイルの体積及び面積を考慮すると、サーチコイルの直径は、実際には、１０ｃｍ以上である必要があり、これは、８０ｃｍ２以下の面積の物体の厚さの変化を検出することが非常に難しいことを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】韓国特許第１０−１１５０４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、パイプラインの外部を覆う被覆材を取り除くことなく、パイプの平均厚変化を検出できる渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置及び減肉パルス検出方法を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、パイプラインの平均厚変化に加えて、パイプ内のあらゆる局所的変化を簡単にリアルタイムで検出できる渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置及び減肉パルス検出方法を提供することである。
【０００７】
また、本発明の目的は、簡単な操作のみでパイプラインの減肉を測定できる渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置及び減肉パルス検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明が提供する装置は、パルス電流を供給する供給ユニットと、供給されたパルス電流によってパルス磁界を生成する磁気生成ユニット(Magnetic generating unit)と、パルス磁界によって、パイプライン内に誘起されたパルス誘起磁束を検出し、パルス誘起磁束の変化を感知した後に検出信号を生成する磁気センサユニットと、受信した信号を増幅及びフィルタリングする信号増幅／フィルタリングユニットと、信号増幅／フィルタリングユニットによって増幅及びフィルタリングされた検出信号を受信し、パイプラインの厚さの変化及び減肉を算出する信号処理ユニットとを備え、磁気センサユニットは、パイプラインの平均厚を測定するサーチコイルと、パイプラインの厚さの局所的変化を測定するホールセンサとから構成される。
【０００９】
電源ユニットは、両極性のパルス電流を生成する。パルス電流のパルス幅は、０．２〜２．０秒の範囲で制御し、デューティ比は、０．１〜０．５の範囲で制御してもよい。
【００１０】
磁気生成ユニットは、パイプラインに接触しないようにパイプラインから独立して配置された磁化ヨークを含み、磁化ヨークは、磁化コイルを包囲し、パイプライン内にパルス磁界を生成する。
【００１１】
磁化ヨークは、一端の直径が他端の直径より大きい中空の形状を有する。
【００１２】
磁化ヨークは、フェライト又は電磁鋼板（ＳｉＦｅ）を含む高透磁率磁性材料から形成してもよい。
【００１３】
磁化コイルは、巻き数を５０〜３００として、磁化ヨークの外側に巻回された１〜５ｍｍの銅線であってもよい。
【００１４】
ホールセンサの少なくとも１つは、磁気生成ユニットの中心に配置してもよい。２つのホールセンサがある場合、これらのホールセンサは、磁気生成ユニットの中心軸の両端に配置され、異なるタイプのセンサであってもよい。
【００１５】
サーチコイルは、磁化コイルの外側に巻回され、磁化コイルに電気的に接続されていない。
【００１６】
サーチコイルの巻き数は、２００〜１０００である。
【００１７】
ホールセンサ及びサーチコイルは、パルス誘起磁束の変化によって変化した電圧を測定し、測定された電圧のレベルに基づいて、パイプラインの減肉及び厚さの変化を算出することができる。
【００１８】
信号処理ユニットは、サーチコイルにおいて検出される、パルス誘起磁束信号の最大点における振幅を測定し又はパラメータを用いて時間依存減衰の度合いを測定することによって減肉の度合いを算出し、又はパルス誘起磁束信号の時間遅延をフーリエ変換することによって得られる周波数スペクトルを用いて減肉の度合いを算出する。
【００１９】
信号処理ユニットが１つのホールセンサを有する場合、信号処理ユニットは、遷移領域の時間遅延を観察することによって減肉を測定し、信号を微分し、遷移領域の信号又は微分信号の最大点における振幅をフーリエ変換し、電力スペクトル密度を用いて減肉を算出する。信号処理ユニットが２つのホールセンサを有する場合、信号処理ユニットは、差動ホールセンサの差動電圧サイズを用いて減肉を算出する。
【００２０】
このパイプラインは、発電所又は化学工場内の磁性体で構成されたパイプライン又は熱交換器であってもよい。
【００２１】
本発明の方法は、磁化コイルにパルス電流を供給することによってパルス磁界を生成するステップと、サーチコイル又はホールセンサを用いて、パルス磁界によって、パイプラインにおいて誘起されるパルス誘起磁束を検出するステップと、パイプラインの厚さの変化によって生じるパルス誘起磁束の変化が検出されたとき、サーチコイル及びホールセンサによって検出信号を生成するステップと、検出信号を増幅及びフィルタリングするステップと、増幅及びフィルタリングされた検出信号を処理することによって、パイプラインの減肉又は厚さの変化を算出するステップとを有することができる。
【００２２】
サーチコイル及びホールセンサによって検出を行うステップでは、サーチコイルによる検出と、ホールセンサによる検出とを同時に実行することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置及び減肉パルス検出方法は、より大きい直径を有する磁気生成ユニットによってパイプラインの内部に侵入する磁界の侵入深度を深くできるという利点を有する。これにより、サーチコイルによって欠陥の平均的変化を測定できると同時に、ホールセンサによってパイプラインの内部の局所的変化及びパイプラインの減肉を測定できる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照することによって明瞭となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置を示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置の検出ターゲットであるパイプラインの断面図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置のプローブの断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置のプローブの斜視図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出方法のフローチャートである。
【図６】本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置及び減肉パルス検出方法を実現するソフトウェアを示す図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置内のホールセンサによって測定された、外部環境によって変化したパイプラインの厚さを示すグラフである。
【図８（ａ）】本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置内のホールセンサによって測定された、外部環境によって変化したパイプラインの厚さを示すグラフである。
【図８（ｂ）】本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置内のホールセンサによって測定された、外部環境によって変化したパイプラインの厚さを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照することによって明瞭となる。
【００２７】
以下、添付の図面を参照して、本発明に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置及び減肉パルス検出方法について説明する。添付の図面に示す本発明の構成及び機能は、例示的なものであり、本発明の技術、精神、範囲及び用途を限定するものではない。
【００２８】
本明細書で使用する用語は、本発明の機能を説明できる一般的用語から選択されている。但し、これらの用語は、当分野における意図、慣例、新たな技術の出現等によって、他の用語に置き換えることができる。幾つかの特定の用語は、本発明者の意図に従って選択されており、これらの用語の意味は、以下の本発明の説明によって詳細に記述される。したがって、本明細書で使用する用語は、単なる呼称ではなく、本発明を理解するための意味及び総合的な思想を表していることは明らかである。
【００２９】
本発明は、渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置を提供し、減肉パルス検出装置は、パルス電流を供給する供給ユニットと、供給されたパルス電流によってパルス磁界を生成する磁気生成ユニットと、パルス磁界によって、パイプライン内に誘起されたパルス誘起磁束を検出し、パルス誘起磁束の変化を感知した後に検出信号を生成する磁気センサユニットと、磁気センサユニットが生成した検出信号を増幅及びフィルタリングする信号増幅／フィルタリングユニットと、信号増幅／フィルタリングユニットによって増幅及びフィルタリングされた検出信号を受信し、パイプラインの厚さの変化及び減肉を算出する信号処理ユニットとを備える。磁気センサユニットは、パイプラインの平均厚を測定するサーチコイルと、パイプラインの厚さの局所的変化を測定するホールセンサとを備える。
【００３０】
以下、渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置について、図１〜図４を用いて更に詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置を示す図である。
【００３２】
図１に示すように、渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置（１）は、プローブユニット（１００）と、電源ユニット（３００）と、信号増幅／フィルタリングユニット（５００）と、信号処理ユニット（７００）とを備えていてもよい。
【００３３】
プローブユニット（１００）は、パイプライン（１０）から独立して設置され、パルス電流を供給すると、パルス磁界を生成することができる。また、プローブユニット（１００）は、パイプライン（１０）内のパルス磁界によって誘起されたパルス誘起磁束を検出し、パルス誘起磁束の変化を検出した後に、検出信号を生成することができる。
【００３４】
電源ユニット（３００）は、プローブユニット（１００）がパルス磁界を生成するための電力を供給する。この場合、電力は、パルス電流として供給することができる。電源ユニット（３００）は、パルス電流のデューティ比を制御でき、この場合、パルス電流は、バイポーラ型パルス電力であってもよい。電源ユニット（３００）から提供される電力は、０．２〜２．０秒のパルス幅及び０．１〜５．０のデューティ比の範囲で調整できるが、必ずしもこの範囲に制限されるわけではない。電源ユニット（３００）は、パルス幅及びデューティ比の制御によって許容される範囲内に電流のサイズを規制するように設計することが好ましい。
【００３５】
信号増幅／フィルタリングユニット（５００）は、プローブユニット（１００）が生成した欠陥信号を受信し、これを増幅及びフィルタリングする。
【００３６】
信号処理ユニット（７００）は、１つのホールセンサを有することができる。この場合、遷移領域信号を微分して、差動信号の最大点の振幅及び遷移領域信号の時間遅延を解析することによって壁の減肉（wall thinning）を算出することができ、又は遷移領域信号をフーリエ変換し、電力スペクトル密度を用いて、壁の減肉を算出することができる。また、信号処理ユニット（７００）は、２つのホールセンサを有していてもよい。この場合、これらの２つのホールセンサは、分離して配置され、異なる信号の異なる振幅を検出し、パイプライン（１０）の厚さに基づく信号の変化を判定し、これによって、パイプライン（１０）の局所的欠陥(interim defect)の位置及びサイズを検出できる。
【００３７】
減肉の度合いは、サーチコイルによって検出されるパルス誘起磁束信号の最大点で観測される振幅を解析し又はパラメータを用いて時間依存減衰（time dependent attenuation）の度合いを解析することによって算出でき、又はパルス誘起磁束信号の時間遅延をフーリエ変換することによって得られる周波数スペクトルを用いて算出できる。
【００３８】
また、信号処理ユニット（７００）は、増幅及びフィルタリングした欠陥信号を積分し、パイプライン（１０）の厚さの変化に応じた信号変化の正確な判定を支援する。信号処理ユニット（７００）は、オペレーティングシステムと共にプログラムコードを実行し、データを生成し、データを運用する。オペレーティングシステムは、周知のものであり、ここでは、詳細に説明しない。例えば、オペレーティングシステムは、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＯＳ、Ｕｎｉｘ（登録商標）、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、Ｐａｌｍ  ＯＳ、ＤＯＳ、Ａｎｄｒｏｉｄ又はＭａｃｉｎｔｏｓｈ等であってもよい。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態では、渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置は、図１に示すように、パイプライン（１０）にプローブユニット（１００）を移動させるスキャナを備えることができる。
【００４０】
図２は、本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置の検出ターゲットであるパイプライン（１０）の断面図である。
【００４１】
パイプライン（１０）は、フェライト又は強磁性体から形成されたパイプ又は貯蔵タンク等であってもよい。この場合、強磁性体は、炭素鋼であってもよい。パイプライン（１０）は、被覆材（２０）によって覆われていてもよい。詳しくは、パイプラインは、外部の温度から保護するために被覆材によって覆われたパイプライン又は熱交換器であってもよい。本発明の好ましい実施形態では、本発明の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置は、パイプライン（１０）を覆う被覆材（２０）を取り除くことなく、パイプライン（１０）の壁の減肉を測定することができる。
【００４２】
図３は、本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置のプローブの断面図であり、図４は、本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置のプローブの斜視図である。
【００４３】
図３及び図４に示すように、プローブユニット（１００）は、磁気生成ユニット（１１０）及び磁気センサユニット（１５０）を備えていてもよい。
【００４４】
磁気生成ユニット（１１０）は、電源ユニット（３００）から提供されるパルス電流によってパルス磁界を生成する。磁気生成ユニット（１１０）は、磁化ヨーク（１１１）を包囲する磁化コイル（１１２）を備えていてもよい。磁化ヨーク（１１１）は、パイプライン（１０）の外部に配置され、磁化コイル（１１２）によって巻回されていてもよい。磁化ヨーク（１１１）の形状は、以下に限定されるわけではないが、例えば、中空の円錐形状であってもよい。
【００４５】
磁化ヨーク（１１１）は、傾斜を有する中空の円錐形状であり、各端部の直径が異なる。磁化ヨーク（１１１）が中空の円筒形状であれば、磁気生成ユニット（１１０）が磁界を生成すると、磁気生成ユニット（１１０）の内部の上側の又は下側の一部だけではなく、磁気生成ユニット（１１０）の外側にも磁束が放出され、このため、磁束の収束効率が低下する。一方、磁化ヨーク（１１１）が中空の円錐形状であれば、磁気生成ユニット（１１０）が生成するパルス磁界は、磁化ヨーク（１１１）の中心に収束し、高い効率が期待される。磁化ヨーク（１１１）は、フェライト又は電磁鋼板（ＳｉＦｅ）等の高透磁率磁性材料から形成することができる。
【００４６】
フェライトは、鉄等の強磁性体金属とは完全に異なる構造を有する磁性体である。フェライトの磁化メカニズムは、そのフェリ磁性に依存する。フェライトの構造は、Ｍを二価金属原子として、ＭＯ・Ｆｅ２Ｏ３として表され、ＭがＺｎのフェライトは、亜鉛フェライトと呼ばれる。これは、原料の微粉体を混合及び成形し、少なくとも１，０００℃で焼結することによって得られるセラミックの一種である。これは、導体ではないため、金属のように渦電流によって破損することがなく、したがって、高周波用途における優れた磁心として使用できる。
【００４７】
また、上述した電磁鋼板（ＳｉＦｅ）は、電気鋼板又はケイ素鋼板とも呼ばれる。これは、一般的な鋼板と比べてより多くのシリコンを含み、電気的特性及び磁気的特性が優れているという特徴を有する。例えば、この材料は、鉄損（電気と磁気との間のエネルギ交換の間に失われるエネルギ）が小さく、磁化のしやすさを示す指標である磁束密度が高い。電磁鋼板は、以下に限定されるわけではないが、内部の結晶が一方向に向けられ、磁気特性が高度に高められた方向性電磁鋼板と、内部の結晶が全て異なる方向に向けられた無方向性電磁鋼板とに分類でき、これらは、用途に応じて選択される。
【００４８】
磁化コイル（１１２）は、電源ユニット（３００）に電気的に接続され、磁化ヨーク（１１１）の周囲に巻回され、右ねじの法則に従って、磁界を生成する。磁化コイル（１１２）の直径は、以下に限定されるわけではないが、好ましくは、５〜１０ｃｍである。磁化コイル（１１２）の直径が５ｃｍ未満であると、実効面積が減少するため、口径の小さなパイプラインについての検出しかできなくなる。一方、磁化コイル（１１２）の直径が１０ｃｍより大きいと、検出のための面積が大きくなり過ぎ、検出効率が低下する。磁化コイル（１１２）は、５０〜１００Ａの電流を２０秒間流した際に磁化コイル（１１２）内に発生する熱によって破壊されない。磁化コイルは、以下に限定されるわけではないが、好ましくは、１〜５ｍｍの直径を有する銅線を用いて形成される。磁化コイルの巻き数は、好ましくは、５０〜３００である。巻き数を３００より大きくすると、磁化コイルの時定数が増加しパルス電流を生成することが困難になる。一方、巻き数を５０より小さくすると、磁化コイルが生成する磁界の強度が不十分になる。
【００４９】
磁気センサユニット（１５０）は、磁気生成ユニット（１１０）が生成したパルス磁界によってパイプライン（１０）内で誘起されたパルス誘起磁束を検出し、パルス誘起磁束の変化を感知して検出信号を生成する。磁気センサユニット（１５０）は、サーチコイル（１５１）及びホールセンサ（１５２）を備えていてもよい。
【００５０】
サーチコイル（１５１）は、磁気生成ユニット（１１０）の外側に配置でき、例えば、磁化コイル（１１２）に電気的に接触することなく、磁化コイル（１１２）の外側を包囲するように配置してもよい。
【００５１】
このように、磁気生成ユニット（１１０）の外側に巻回されるサーチコイル（１５１）は、可能な限りパイプラインの近くなるように配置することが望ましい。サーチコイル（１５１）は、パイプライン（１０）内で発生するパルス誘起磁束を測定するためのツールである。磁気生成ユニットの周囲のサーチコイルの巻き数は、以下に限定されるわけではないが、２００〜１，０００とする。巻き数を２００より小さくすると、サーチコイル（１５１）がパイプライン（１０）内で生じるパルス誘起磁束を検出することが困難になり、巻き数を、１，０００より大きくすると、サーチコイル（１５１）の体積が大きくなってしまう。したがって、巻き数は、２００〜１，０００が好ましい。
【００５２】
磁気生成ユニット（１１０）及び磁気センサユニット（１５０）を設計するためには、磁化コイル（１１２）及びサーチコイル（１５１）のインダクタンス、磁化コイル（１１２）及びサーチコイル（１５１）の抵抗、空間内の電磁場分布、パイプライン（１０）材料に対するコイル応答、リフトオフ（Lift-off）特性、及び不連続性に応答するのためのパラメータが必要である。リフトオフとは、検査試料とプローブコイルとの間の距離が変化した際の磁気カップリングの変化に起因する渦電流検査システムのアウトプットとして観測される効果を表す。しかしながら、これらのパラメータは、実際の構造においては、不規則なアウトプットを示す。したがって、検査を繰り返して観察された最適なパラメータを適用することが好ましい。
【００５３】
サーチコイル（１５１）は、パイプライン（１０）において誘起されたパルス誘起磁束によって電圧を生成でき、生成された電圧に基づいて、パイプライン（１０）の欠陥の位置及びサイズを推定できる。特に、サーチコイルによって、パイプライン（１０）の平均厚を測定することができる。サーチコイル（１５１）は、パイプライン（１０）内で生じたパルス誘起磁束を検出する。この場合、経時的な減肉の度合い又はパルス誘起磁束信号の最大点の振幅は、パラメータを用いて算出でき、又は減肉の度合いは、パルス誘起磁束信号の時間遅延をフーリエ変換することによって得られる周波数スペクトルを用いて算出できる。
【００５４】
ホールセンサ（１５２）は、磁気生成ユニット（１１０）の中心軸に配置してもよい。少なくとも１つ又は２つのホールセンサ（１５２）を設けることができる。ホールセンサが１つのみの場合、ホールセンサ（１５２）は、被検査物の近くに配置し、２つのホールセンサ（１５２，１５２’）を用いる場合、これらは、直線上にある磁化ヨーク（１１１）の中心軸の上部及び下部に配置し、差動増幅器によって信号を生成する。ホールセンサは、磁気生成ユニットの中心に配置する。ホールセンサ（１５２）は、電流が流れている導体に磁界を印加したときに電流及び磁界に直交する電圧が発生する現象であるホール効果を利用して、磁界の方向及びサイズを算出する。すなわち、発生する電圧によって生じる電流には、差があり、このセンサは、この差を利用する。発生する電圧は、電流及び磁界の強度に比例し、電流が通常であれば、磁界の強度に比例した出力が誘導される。ホールセンサは、従来のコイルセンサによって検出可能な電圧又はインピーダンスの変化を測定して、広範囲の周波数に亘って、均等に応答することができる。この応答信号は、全ての周波数成分において、磁束密度の相対的なサイズに応じて線形に変化する。ホールセンサのこの特徴を利用することによって、パイプライン（１０）を量的に測定できる。また、専門的な作業を必要とすることなく、簡単な操作でパイプライン（１０）の欠陥も検出できる。ホールセンサ（１５２）は、パルス電流が増加又は減少したとき、パイプライン（１０）によって誘起されるパルス誘起磁束を検出できる。ホールセンサ（１５２）によって検出されるパルス誘起磁束信号内の遷移領域は、増幅され、増幅された遷移領域の時間遅延を測定することによって、減肉の度合いを算出できる。
【００５５】
１つのホールセンサ（１５２）のみを設けている場合、遷移領域信号を微分して、差動信号の最大点の振幅及び遷移領域信号の時間遅延を解析することによってパイプライン（１０）の壁の減肉（wall thinning）を算出することができ、又は遷移領域信号をフーリエ変換し、電力スペクトル密度を用いて、壁の減肉を算出することができる。２つのホールセンサ（１５２、１５２’）を用いる場合、これらを磁化ヨーク（１１１）の上部及び下部に個別に配置し、パイプライン（１０）の減肉を評価する。
【００５６】
本発明は、以下のステップを有する渦電流プローブを用いる減肉パルス検出方法を提供する。減肉パルス検出方法は、磁化ヨークを包囲する磁化コイルにパルス電流を供給することによってパルス磁界を生成するステップと、サーチコイル及びホールセンサを用いて、パルス磁界によって、パイプラインにおいて誘起されるパルス誘起磁束を検出するステップと、パイプラインの厚さの変化によって生じるパルス誘起磁束の変化が検出されたとき、サーチコイル及びホールセンサによって検出信号を生成するステップと、検出信号を増幅及びフィルタリングするステップと、増幅及びフィルタリングされた検出信号を処理することによって、パイプラインの減肉又は厚さの変化を算出するステップとを有する。
【００５７】
以下、図５を参照して、本発明の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出方法を更に詳細に説明する。
【００５８】
図５は、本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出方法のフローチャートである。
【００５９】
図５に示すように、まず、磁化ヨークを包囲する磁化コイルにパルス電流を供給して、パルス磁界を生成する（Ｓ１００）。磁化ヨークを包囲する磁化コイルは、磁化コイルに流された電流を磁界に変換する手段として広く知られている電磁石から形成され、ここにパルス電流を流すことによってパルス磁界が生成される。
【００６０】
次に、サーチコイル及びホールセンサを用いて、パルス磁界によって、パイプラインにおいて誘起されたパルス誘起磁束を検出する（Ｓ１１０）。パイプラインは、上述したステップ（Ｓ１００）において生成されたパルス磁界によって磁化され、パイプラインにおいて、このパルス磁界から誘起されたパルス誘起磁界が生成される。そして、サーチコイル及びホールセンサが、パルス誘起磁界の磁束の変化であるパルス誘起磁束を検出する。
【００６１】
次に、パイプラインの厚さの変化のためにパルス誘起磁束に変化が生じると、サーチコイル及びホールセンサがこれを検出し、検出信号を生成する（Ｓ１２０）。このとき、サーチコイル及びホールセンサは、パルス誘起磁束を同時に検出できる。特に、サーチコイルは、パイプラインの平均厚を検出でき、ホールセンサは、パイプラインの局所的変化を検出できる。周知の通り、ホールセンサは、優れた空間分解能を有し、これは、低い周波数においても、インピーダンスの何らかの変化によって特性が容易に変化しないことを意味する。ホールセンサによって誘起される信号は、磁束密度の実際のサイズに比例し、その強度は、直流から高周波領域までの広範囲の周波数に亘って一定である。ホールセンサのサイズは、検出端子を含んでも約１ｍｍ２であり、したがって、複数のホールセンサを配置して、欠陥分解能を高めパイプラインの減肉を測定することができる。
【００６２】
そして、検出信号を増幅及びフィルタリングする（Ｓ１３０）。上のステップ（Ｓ１２０）で生成されたパルス誘起磁束は、検出信号に変換できるが、この間、雑音が発生し、信号が弱くなることがある。このため、信号を増幅及びフィルタリングしてもよい。
【００６３】
最後に、増幅及びフィルタリングされた検出信号を処理することによってパイプラインの減肉又は厚さの変化を算出する（Ｓ１４０）。信号処理は、遷移領域信号を微分すること又は遷移領域信号をフーリエ変換することによって実行できる。又はパイプラインの減肉又は厚さの変化の算出は、ソフトウェアを用いて実行できる。
【００６４】
図６は、本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置及び方法を実現するソフトウェアを示す図である。
【００６５】
図６に示すように、グラフ（６１０）・（６３０）は、磁気生成ユニットにおいて、磁界を生成するために供給された電流を示している。この電流は、パルス電流であってもよく、具体的には、両極性の矩形波パルスであってもよい。以下に限定されるわけではないが、電流のパルス幅は、０．２〜２．０秒であり、デューティ比は、０．１〜０．５の範囲で制御できる。
【００６６】
図７は、本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置内のホールセンサによって測定された、外部環境によって変化したパイプラインの厚さを示すグラフである。
【００６７】
図７に示すように、パイプラインを覆う被覆材の１０ｃｍ上に０．４ｍｍのステンレス板を配置し、これに対して、本発明の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置を動作させた。そして、ホールセンサによって測定されたパイプラインの厚さを表示させた。グラフ（７１０）は、８ｍｍの平均厚を表し、グラフ（７２０）は、５ｍｍの平均厚を表し、グラフ（７３０）は、２．５ｍｍの平均厚を表している。パイプラインが厚くなる程、ホールセンサによって誘起される信号の時間遅延が大きくなった。
【００６８】
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明の好ましい実施形態に基づく渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置内のホールセンサによって測定された、外部環境によって変化したパイプラインの厚さを示すグラフである。
【００６９】
図８（ａ）に示すように、パイプラインを覆う被覆材の１０ｃｍ上にプローブユニットを配置し、サーチコイルを用いてパイプラインの厚さを測定した。グラフ（８１０）は、８ｍｍの平均厚を表し、グラフ（８２０）は、５ｍｍの平均厚を表し、グラフ（８３０）は、２．５ｍｍの平均厚を表している。
【００７０】
図８（ｂ）に示すように、パイプラインを覆う被覆材の１０ｃｍ上に０．４ｍｍのステンレス（錆びない）板を配置し、これに対して、本発明の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置によって測定を行った。特に、パイプラインの厚さをサーチコイルで測定し、表示した。グラフ（８６０）は、８ｍｍの平均厚を表し、グラフ（８７０）は、５ｍｍの平均厚を表し、グラフ（８８０）は、２．５ｍｍの平均厚を表している。
【００７１】
以上説明したように、本発明の渦電流プローブを用いる減肉パルス検出装置及び減肉パルス検出方法は、より大きい直径を有する磁気生成ユニットによってパイプラインの内部に侵入する磁界の侵入深度を深くできるという利点を有する。これにより、サーチコイルによって欠陥の平均的変化を測定できると同時に、ホールセンサによってパイプラインの内部の局所的変化及びパイプラインの減肉を測定できる。
【００７２】
上述の説明で明らかにされた本発明の概念及び特定の実施形態に基づいて、これらを修正し又は他の実施形態を設計して、本発明の同じ目的を達成できることは、当業者にとって明らかである。このような同等な実施形態は、特許請求の範囲で定義する本発明の精神及び範囲内にあることは、当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００７３】
１０：パイプライン
２０：被覆材
１００：プローブユニット
１１０：磁気生成ユニット
１１１：磁化ヨーク
１１２：磁化コイル
１５０：磁気センサユニット
１５１：サーチコイル
１５２、１５２’：ホールセンサ
【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（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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