(57)【要約】【課題】簡素化された構成で極めて高精度に２０ｍｍ程度以上の板厚を非接触で測定することができる板厚測定装置及び板厚測定方法を提供する。【解決手段】被測定物１９の厚さを高温超伝導コイル１１を用いて測定する板厚測定装置１において、前記高温超伝導コイル１１により低周波磁場を励磁する励磁部２と、前記被測定物１９の測定処理における磁束変位の抵抗値の変化成分を測定する計測部４と、非測定状態における電圧値に基づいて、測定時状態における出力電圧を調整するキャリブレーション部３と、前記キャリブレーション部３によるキャリブレーション処理と、前記被測定物の測定処理とを切り替えるスイッチ１７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の厚さを超伝導コイルを用いて測定する板厚測定装置において、
前記超伝導コイルにより低周波磁場を励磁する低周波励磁手段と、
前記被測定物の測定処理における磁束変位の抵抗値の変化成分を測定する測定手段と、
非測定状態における電圧値に基づいて、測定時状態における出力電圧を調整するキャリブレーション手段と、
前記キャリブレーション手段によるキャリブレーション処理と、前記被測定物の測定処理とを切り替えるスイッチとを備えることを特徴とする板厚測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の板厚測定装置において、
前記キャリブレーション手段が、任意の交流電圧を生成するファンクションジェネレータを少なくとも有し、前記ファンクションジェネレータで生成された交流電圧と前記超伝導コイルの電圧値との差分が測定状態において０に近づくように調整されることを特徴とする板厚測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の板厚測定装置において、
前記キャリブレーション手段が、前記ファンクションジェネレータに直列に接続される第１抵抗器と、当該ファンクションジェネレータ及び前記第１抵抗器に並列に接続される第２抵抗器とを有し、前記第１抵抗器と前記第２抵抗器との割合に応じて前記ファンクションジェネレータで生成された交流電圧を制御することを特徴とする板厚測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の板厚測定装置において、
前記低周波励磁手段が、前記超伝導コイルに直流成分を重畳して低周波磁場を励磁することを特徴とする板厚測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の板厚測定装置において、
前記超伝導コイルの両端に電圧を測定するための端子を有することを特徴とする板厚測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の板厚測定装置において、
前記超伝導コイルに交流電流を供給する交流電流源を有し、当該交流電流源が、前記超伝導コイルに前記交流電流を供給すると共に、当該交流電流に同期した矩形波信号を前記測定手段に供給することを特徴とする板厚測定装置。
【請求項７】
請求項３に記載の板厚測定装置において、
前記第１抵抗器及び／又は前記第２抵抗器の抵抗値が可変であることを特徴とする板厚測定装置。
【請求項８】
被測定物の厚さを超伝導コイルを用いて測定する板厚測定方法において、
前記超伝導コイルにより低周波磁場を励磁する低周波励磁ステップと、
非測定状態における電圧値を調整するキャリブレーションステップと、
キャリブレーション処理後に、前記被測定物の測定処理に切り替える切替ステップと、
前記被測定物の測定処理における磁束変位の抵抗値の変化成分を測定する測定ステップとを含むことを特徴とする板厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導コイルを用いて板厚を測定する板厚測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度経済成長期を中心に整備された橋梁やトンネル、鉄筋コンクリート構造物が老朽化するのに対し、それらの長寿命化を図るための適切な維持管理を行う必要がある。これらの構造物には鉄などの鋼材が多用されており、その鋼材の腐食による減肉を高感度に検知する技術の開発が望まれている。
【０００３】
非破壊検査の手法として、超音波の伝播時間変化や飽和磁気化の渦電流の磁束の密度変化を計測して板厚を測定する技術が一般的に知られている。超音波による板厚測定は、トランスデューサー（プローブ、探触子）と呼ばれるセンサーから発信した超音波が、測定物の反対面に反射し戻ってくる時間（伝播時間）をもとに厚さを算出するものであり、磁気飽和渦電流探傷法は、直流磁化された部材内に板厚に応じた均一な磁束が発生し、腐食部により断面積が減少している箇所を磁束密度の増加により検出するものである。
【０００４】
しかしながら、超音波による板厚測定は計測面の表面処理及び接触が必須であるため、作業の手間が大きくなってしまうという問題があった。また、渦電流の磁束密度変化を用いた板厚測定は、高周波で磁気を発生させて計測するが、その表皮効果のため表面層の計測に限られていた（〜５ｍｍ程度であり、例えば２０ｍｍ程度の厚板計測は不可能であった）。
【０００５】
また、超伝導コイルを用いて板厚を測定する技術として、特許文献１、２に示す技術が開示されている。特許文献１に示す技術は、検出コイル、永久磁石又は磁化コイル、前記磁化コイル用電源、検出コイル用ブリッジ、前記検出コイル用ブリッジに電圧を供給する発振器、前記検出コイル用ブリッジの出力電圧を増幅する増幅器、前記発振器の位相を調整する位相器、前記増幅器からの信号を前記位相器からの信号を用いて検波する検波回路、前記検波回路の出力を表示する表示器、前記出力を記憶する記録器を含むうず電流探傷装置において、前記永久磁石又は前記磁化コイル部に、超伝導磁化コイル、前記超伝導磁化コイルを冷却する冷却材、前記冷却材を保持する容器、前記容器に冷却材を供給する冷却材供給装置を備え、前記超伝導磁化コイルを冷却すること、又は、前記超伝導磁化コイル及び前記検出コイルを冷却するものである。
【０００６】
特許文献２に示す技術は、非破壊検査装置１０は、断熱材２２に覆われた配管２１に対して、断熱材２２を介して配管２１の上に載置されるセンサ１１と、センサ１１を駆動する測定装置１９とを含み、センサ１１は、所定の距離離れた位置にある配管２１の腐食部の寸法を測定可能であり、測定装置１９はセンサ１１からの出力を入力して配管２１の腐食部の厚さを演算するパソコン１８を含むものである。
【０００７】
さらに、より大きい板厚を測定する技術として、発明者により非特許文献１に示す技術が開示されている。非特許文献１に示す技術は、厚い鋼材の検査を低周波磁場で行うものであり、磁束密度の変化量（Ｖ＝Ａ／Ω）のうち、板厚と抵抗値の変化量との相関を利用して板厚を測定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６４−４４８４５号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２９２３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】石田  智樹、笹山  瑛由、松尾政晃、円福  敬二、「高温超伝導コイルを用いた鉄板厚さの測定」、第６２回応用物理学会春季学術講演会  講演予稿集、応用物理学会、２０１５年３月３日、１０−１３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１、２及び非特許文献１に示す技術は、いずれも２０ｍｍ程度以上の板厚を測定することができないという課題を有する。特許文献２には、１５０Ｈｚ以下の周波数が低い磁場を印加することで配管厚みが１０ｍｍ程度の腐食を検出できる旨が記載されているが、２０ｍｍ程度の板厚を測定する場合には、１０Ｈｚ以下の低周波計測が必要となり、より高精度に測定するための技術が必要となる。
【００１１】
また、非特許文献１の技術は、低周波で１３ｍｍ程度の厚みを測定することが可能であるが、２０ｍｍ以上の厚みを正確に測定するには、まだ精度が十分ではない。
【００１２】
本発明は、簡素化された構成で極めて高精度に２０ｍｍ程度以上の板厚を非接触で測定することができる板厚測定装置及び板厚測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る板厚測定装置は、被測定物の厚さを超伝導コイルを用いて測定する板厚測定装置において、前記超伝導コイルにより低周波磁場を励磁する低周波励磁手段と、前記被測定物の測定処理における磁束変位の抵抗値の変化成分を測定する測定手段と、非測定状態における電圧値に基づいて、測定時状態における出力電圧を調整するキャリブレーション手段と、前記キャリブレーション手段によるキャリブレーション処理と、前記被測定物の測定処理とを切り替えるスイッチとを備えるものである。
【００１４】
このように、本発明に係る板厚測定装置は、超伝導コイルにより低周波磁場を励磁する低周波励磁手段と、被測定物の測定処理における磁束変位の抵抗値の変化成分を測定する測定手段と、非測定状態における電圧値に基づいて、測定時状態における出力電圧を調整するキャリブレーション手段と、前記キャリブレーション手段によるキャリブレーション処理と、前記被測定物の測定処理とを切り替えるスイッチとを備えるため、キャリブレーションにより非測定状態における基準が正確に設定され、高精度な測定を実現することができるという効果を奏する。
【００１５】
本発明に係る板厚測定装置は、前記キャリブレーション手段が、任意の交流電圧を生成するファンクションジェネレータを少なくとも有し、前記ファンクションジェネレータで生成された交流電圧と前記超伝導コイルの電圧値との差分が測定状態において０に近づくように調整されるものである。
【００１６】
このように、本発明に係る板厚測定装置は、前記キャリブレーション手段が、任意の交流電圧を生成するファンクションジェネレータを少なくとも有し、前記ファンクションジェネレータで生成された交流電圧と前記超伝導コイルの電圧値との差分が測定状態において０に近づくように調整されるため、非測定状態における初期値に応じてファンクションジェネレータの値を正確に設定することができ、出力値を制御して高精度な測定を実現することができるという効果を奏する。
【００１７】
本発明に係る板厚測定装置は、前記キャリブレーション手段が、ファンクションジェネレータに直列に接続される第１抵抗器と、当該ファンクションジェネレータ及び前記第１抵抗器に並列に接続される第２抵抗器とを有し、前記第１抵抗器と前記第２抵抗器との割合に応じて前記ファンクションジェネレータで生成された交流電圧を制御するものである。
【００１８】
このように、本発明に係る板厚測定装置は、キャリブレーション手段が、ファンクションジェネレータに直列に接続される第１抵抗器と、当該ファンクションジェネレータ及び前記第１抵抗器に並列に接続される第２抵抗器とを有し、前記第１抵抗器と前記第２抵抗器との割合に応じて前記ファンクションジェネレータで生成された交流電圧を制御するため、高性能なファンクションジェネレータを用いることなく、非常に簡素化された構成で交流電圧を微調整することが可能になるという効果を奏する。
【００１９】
本発明に係る板厚測定装置は、前記低周波励磁手段が、前記超伝導コイルに直流成分を重畳して低周波磁場を励磁するものである。
【００２０】
このように、本発明に係る板厚測定装置は、低周波励磁手段が、超伝導コイルに直流成分を重畳して低周波磁場を励磁するため、被測定物を磁気飽和状態にすることができ、磁気ノイズを減少して測定精度を上げることができるという効果を奏する。また、被測定物に直流成分により生じる磁場が印加されることで、被測定物の比透磁率を変化させて磁束変位の抵抗値の変化成分を検出しやすくすることができるという効果を奏する。
【００２１】
本発明に係る板厚測定装置は、前記超伝導コイルの両端に電圧を測定するための端子を有するものである。
【００２２】
このように、本発明に係る板厚測定装置は、超伝導コイルの両端に電圧を測定するための端子を有するため、４端子法による接続が可能となり、配線抵抗や接触抵抗による影響を排除して正確な測定を行うことができるという効果を奏する。
【００２３】
本発明に係る板厚測定装置は、超伝導コイルに交流電流を供給する交流電流源を有し、当該交流電流源が、前記超伝導コイルに前記交流電流を供給すると共に、当該交流電流に同期した矩形波信号を測定手段に供給するものである。
【００２４】
このように、本発明に係る板厚測定装置は、超伝導コイルに交流電流を供給する交流電流源を有し、当該交流電流源が、前記超伝導コイルに前記交流電流を供給すると共に、当該交流電流に同期した矩形波信号を測定手段に供給するため、測定手段における位相のずれを防止して、正確な測定を行うことが可能になるという効果を奏する。
【００２５】
本発明に係る板厚測定装置は、前記第１抵抗器及び／又は前記第２抵抗器の抵抗値を可変とするものである。
【００２６】
このように、本発明に係る板厚測定装置は、前記第１抵抗器及び／又は前記第２抵抗器の抵抗値を可変とするため、非測定状態における初期値に応じて抵抗値の値を正確に設定し、その出力値を制御して高精度な測定を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態に係る板厚測定装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の構成を詳細に示す回路図である。
【図３】第１の実施形態に係る板厚測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態に係る板厚測定装置の回路図である。
【図５】第３の実施形態に係る板厚測定装置における高温超伝導コイルの接続部分を示す図である。
【図６】第４の実施形態に係る板厚測定装置の具体的な回路図を示す図である。
【図７】第５の実施形態に係る板厚測定装置の回路図である。
【図８】実施例で用いた高温超伝導コイルを示す図である。
【図９】実施例における実験結果を示すグラフである。
【図１０】実施例において鋼材に対して複数の周波数で板厚測定した場合の結果を示す図である。
【図１１】実施例においてアルミに対して複数の周波数で板厚測定した場合の結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。
【００２９】
（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る板厚測定装置について、図１ないし図３を用いて説明する。鉄などの鋼材は高い透磁率を持ち、表皮深さが銅材などに比べて極めて短くなる。このため、厚い鋼材の測定のためには低周波を用いる必要がある。本実施形態に係る板厚測定装置は、超伝導コイルにより低周波磁場を励磁し、被測定物の測定処理における磁束変位（Ｖ＝Ａ／Ω）の抵抗値の変化成分を測定するものである。このとき、非測定状態における電圧値に基づいて、測定時状態における出力電圧を調整するキャリブレーションを行い、キャリブレーション処理と、被測定物の測定処理とをスイッチで切り替えるものである。
【００３０】
図１は、本実施形態に係る板厚測定装置の構成を示す機能ブロック図である。板厚測定装置１は、高温超伝導コイルに交流電流を印加して低周波磁場を励磁する励磁部２と、非測定状態において測定された電圧値に基づいて出力値の調整を行うキャリブレーション部３と、被測定対象が低周波磁場の影響下に設置された際の磁束変位の抵抗値の変化成分を電圧値として計測する計測部４と、計測結果を出力する出力制御部５とを備える。
【００３１】
励磁部２で低周波磁場が励磁された状態でキャリブレーション部３によるキャリブレーションが行われる。キャリブレーションが終了すると被測定物が低周波磁場の環境下に設置されると共に、板厚測定が開始される。キャリブレーション処理と板厚測定処理とは、スイッチにより切り替えられる。
【００３２】
図２は、図１の構成を詳細に示す回路図である。励磁部２は、高温超伝導コイル１１と当該高温超伝導コイル１１に交流電流を供給する交流電流源１２とを有する。この交流電流源１２から低周波の交流電流が高温超伝導コイル１１に供給されることで、高温超伝導コイル１１に低周波磁場を励磁する。
【００３３】
キャリブレーション部３は、ファンクションジェネレータ１３と当該ファンクションジェネレータ１３に直列に接続する第１の抵抗器１４と、ファンクションジェネレータ１３及び第１の抵抗器１４に並列に接続する第２の抵抗器１５とを有する。ファンクションジェネレータ１３で生成された電圧は第１の抵抗器１４と第２の抵抗器１５との抵抗比率に応じて分圧される。すなわち、例えば第１の抵抗器１４と第２の抵抗器１５との抵抗比率が１００：１であるような場合には、オペアンプ１６のマイナス側の入力は、ファンクションジェネレータ１３の出力をＶＦとすると、１／１０１×ＶＦとなる。つまり、ファンクションジェネレータ１３の性能に依らず生成された交流電圧を微細に調整して制御することが可能となる。
【００３４】
なお、ファンクションジェネレータ１３の性能（極めて高性能である場合）によっては、上記のような第１の抵抗器１４及び第２の抵抗器１５に依らずに電圧を調整するようにしてもよい。その場合、第１の抵抗器１４及び第２の抵抗器１５は構成要件から除外してもよい。
【００３５】
計測部４は、ファンクションジェネレータ１３で生成された交流電圧と高温超伝導コイル１１の電圧とを入力信号とするオペアンプ１６と、オペアンプ１６の出力端に接続されるスイッチ１７と、その後段に接続される被測定物１９の板厚に対応する抵抗値の変化を測定するためのロックインアンプ１８とを有する。オペアンプ１６は、高温超伝導コイルの電圧値を増幅することで高精度な測定を実現する。スイッチ１７は、キャリブレーション処理と板厚測定処理とを切り替えるものであり、キャリブレーション処理の際にはスイッチＰ１側に接続され、板厚測定処理の際にはスイッチＰ２側に接続される。キャリブレーション処理においては、板厚測定処理のとき（すなわち、スイッチＰ２に接続されているとき）に、ロックインアンプ１８の値が０に近づくようにファンクションジェネレータ１３の交流電圧が調整される。
【００３６】
すなわち、Ｐ１に接続された状態でロックインアンプ１８で測定される電圧Ｖ１に対して、ファンクションジェネレータ１３で設定される電圧ＶＦＧは、ＶＦＧ＝｛（Ｒ１４＋Ｒ１５）／Ｒ１５｝×Ｖ１となる。なお、Ｒ１４は第１の抵抗器１４の抵抗値、Ｒ１５は第２の抵抗器１５の抵抗値を示す。ファンクションジェネレータ１３の電圧値を上記のようにＶＦＧに設定することで、スイッチがＰ２に切り替えられた場合に、ロックインアンプ１８の値が０に近づくこととなる。
【００３７】
なお、第１の抵抗器１４や第２の抵抗器１５の抵抗値誤差、ロックインアンプ１８の抵抗等があるため、ソフトウェア上では予めそれらを考慮して設定がなされるようにしてもよい。また、測定は被測定物の有無により生じる抵抗値の差分で行われるため、測定前のロックインアンプ１８の値を必ずしも正確に０とする必要はない。
【００３８】
この状態でスイッチ１７をＰ２に切り替え、被測定物１９が低周波磁場の環境下に設置されることで板厚測定処理が実行される。板厚測定処理では被測定物１９の厚みに応じた磁束変位のうち抵抗値の変化が測定され、その測定された値に応じた板厚が出力制御部５により出力される。
【００３９】
次に、板厚測定装置の動作について説明する。図３は、本実施形態に係る板厚測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、交流電流源１２により高温超伝導コイル１１が励磁され（Ｓ１）、スイッチ１７がＰ１側に接続される（Ｓ２）。ロックインアンプ１８により電圧値を測定し（Ｓ３）、この非測定状態において測定された電圧値に基づいて、測定状態における電圧値が０に近づくようにＦＧ（ファンクションジェネレータ１３）の電圧値及び位相が調整される（Ｓ４）。ロックインアンプ１８の電圧値が調整されると、スイッチ１７をＰ２側に接続し（Ｓ５）、被測定物１９を励磁された低周波磁場の環境下に設置する（Ｓ６）。ロックインアンプ１８により電圧値（抵抗成分の変化）を測定し（Ｓ７）、測定された結果に応じた板厚が出力制御部５により出力されて（Ｓ８）、処理を終了する。
【００４０】
このように、本実施形態に係る板厚測定装置においては、超伝導コイルにより低周波磁場を励磁する励磁部２と、被測定物１９の測定処理における磁束変位の抵抗値の変化成分を測定する計測部４と、非測定状態における電圧値に基づいて、測定時状態における出力電圧を調整するキャリブレーション部３と、キャリブレーション処理と被測定物１９の測定処理とを切り替えるスイッチ１７とを備えるため、キャリブレーションにより測定状態における出力電圧が正確に設定され、高精度な測定を実現することができる。
【００４１】
また、キャリブレーション部３が、任意の交流電圧を生成するファンクションジェネレータ１３を少なくとも有し、ファンクションジェネレータ１３で生成された交流電圧と超伝導コイル１１の電圧値との差分が測定状態において０に近づくように調整されるため、非測定状態における初期値に応じてファンクションジェネレータ１３の値を正確に設定することができ、出力値を制御して高精度な測定を実現することができる。
【００４２】
さらに、キャリブレーション部３が、ファンクションジェネレータ１３に直列に接続される第１の抵抗器１４と、当該ファンクションジェネレータ１３及び第１の抵抗器１４に並列に接続される第２の抵抗器１５とを有し、第１の抵抗器１４と第２の抵抗器１５との割合に応じてファンクションジェネレータ１３で生成された交流電圧を制御するため、高性能なファンクションジェネレータを用いることなく、非常に簡素化された構成で交流電圧を微調整することが可能になる。
【００４３】
なお、励磁部２において、高温超伝導コイル１１に直流成分の電流が供給されるようにしてもよい。高温超伝導コイル１１に直流成分が重畳されることで、被測定物１９を磁気飽和状態にすることが可能となり、磁気ノイズを減少して測定精度を上げることができる。また、被測定物１９に直流成分により生じる磁場が印加されることで、被測定物１９の比透磁率を変化させて磁束変位の抵抗値の変化成分を検出しやすくすることができる。すなわち、比透磁率を下げることで表皮効果が下がり、被測定物１９のより深い方向への磁場の侵入を可能にすると共に、比透磁率が下がることで磁束のパスが変化し、測定精度を上げることが可能となる。
【００４４】
（本発明の第２の実施形態）
本実施形態に係る板厚測定装置について、図４を用いて説明する。本実施形態に係る板厚測定装置は、回路の一部にＳＱＵＩＤを利用するものであり、より高精度に板厚を検出することができるものである。なお、本実施形態において、前記第１の実施形態と重複する説明は省略する。
【００４５】
図４は、本実施形態に係る板厚測定装置の回路図である。前記第１の実施形態における図２の場合と異なるのは、オペアンプ１６の代わりに入力コイル４１、ＳＱＵＩＤ４２及びＦＬＬ回路４３を備えることである。その他の構成について、図２の場合と同じである。
【００４６】
図４に示すように、ファンクションジェネレータ１３で生成された交流電圧により入力コイル４１で発生した磁場をＳＱＵＩＤ４２で検出する。このとき、ＳＱＵＩＤ４２はＦＬＬ回路４３で駆動され、その出力値がロックインアンプ１８で計測される。ＳＱＵＩＤ４２及びＦＬＬ回路４３の構成及び動作については、一般的に知られている技術であるため詳細な説明は省略するが、例えば、ＦＬＬ回路４３では、ＳＱＵＩＤ４２で生じた微小な電圧を増幅器で増幅した後に積分回路を用いて積分することで磁束量を得る。また、ＳＱＵＩＤ４２で位相のずれによる電圧変化をなくすために、フードバック回路を用いてＳＱＵＩＤ４２の発生電圧を安定するものである。
【００４７】
このように、板厚測定装置１においてオペアンプに代わってＳＱＵＩＤを用いることで、より高精度に板厚を測定することができる。
【００４８】
（本発明の第３の実施形態）
本実施形態に係る板厚測定装置について、図５を用いて説明する。本実施形態に係る板厚測定装置は、高温超伝導コイル１１の両端部分に電圧を測定するための端子を有することで４端子法による電圧測定を可能にするものである。なお、本実施形態において、前記各実施形態と重複する説明は省略する。
【００４９】
図５は、本実施形態に係る板厚測定装置における高温超伝導コイルの接続部分を示す図である。励磁部２は高温超伝導コイル１１により回路に大電流が流れるため、配線の抵抗や接触抵抗による誤差が大きくなってしまう場合がある。このような誤差をなくすために、本実施形態においては、図５に示すように４端子法を用いて接続する。このように４端子法を用いることで、測定用の配線の抵抗や接触抵抗の影響を排除して正確な測定を実現することが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、回路全体の抵抗誤差等を最小限にするために、回路内の抵抗を金属箔抵抗器として、温度変化による影響を最小限に抑えるようにしてもよい。
【００５１】
このように、本実施形態に係る板厚測定装置においては、高温超伝導コイル１１の両端に電圧を測定するための端子を有するため、４端子法による接続が可能となり、配線抵抗や接触抵抗による影響を排除して正確な測定を行うことができる。また、回路内の抵抗を金属箔抵抗器を用いることで、温度変化による抵抗値の変化を最小限に抑えることが可能となる。
【００５２】
（本発明の第４の実施形態）
本実施形態に係る板厚測定装置について、図６を用いて説明する。本実施形態に係る板厚測定装置は、励磁電流と測定結果との位相のずれを防止して、高精度に測定を行うものである。なお、本実施形態において、前記各実施形態と重複する説明は省略する。
【００５３】
図６は、本実施形態に係る板厚測定装置の具体的な回路図を示す図である。基本的なシステム構成は図２の場合とほぼ同様であるが、図６は、より具体的な回路構成を示す図となっており、図２と異なるのは交流電流源の機能を有するファンクションジェネレータ１３が、高温超伝導コイル１１に供給する交流電流に同期した矩形波信号を測定手段であるロックインアンプ１８に供給することである。
【００５４】
高温超伝導コイル１１に供給される交流電流はｓｉｎ波であるため、ロックインアンプ１８で正確にゼロクロスを特定できない場合がある。そこで、この交流電流に同期している矩形波信号をファンクションジェネレータ１３からロックインアンプ１８に直接入力することで、位相のずれをなくし、正確な測定を実現することが可能となる。
【００５５】
なお、図６においては、制御用ＰＣ５０によるシステム制御を実現しており、キャリブレーションから測定までの一連の処理を制御用ＰＣ５０の自動制御で行うことが可能となっている。
【００５６】
（本発明の第５の実施形態）
本実施形態に係る板厚測定装置について、図７を用いて説明する。本実施形態に係る板厚測定装置は、キャリブレーションにおける電圧調整を可変抵抗で行うものである。なお、本実施形態において、前記各実施形態と重複する説明は省略する。
【００５７】
図７は、本実施形態に係る板厚測定装置の回路図である。基本的なシステム構成は図２の場合と同様であるが、図２と異なるのは、第１の抵抗器１４と第２の抵抗器１５とが可変抵抗となっていることである。すなわち、キャリブレーションにおける電圧値の調整を第１の抵抗器１４及び／又は第２の抵抗器１５の抵抗値を変化させることで行うことができるものである。
【実施例】
【００５８】
本発明に係る板厚測定装置について、以下の実験を行った。図８は、本実施例で用いた高温超伝導コイルを示す図である。本実施例で用いた高温超伝導コイルは、外径６５ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ２．８ｍｍであり、線材として幅２．８ｍｍ、厚さ０．３１ｍｍのＢｉ２２３３  Ｔｙｐｅ  ＳＴＩ線材を１８ターンで巻回したものを用いた。コイルの下１８ｍｍの位置に被測定物である鋼材を設置した。回路構成は図２に示したものと同じであり、鋼材の板厚による抵抗値Ｒの変化をロックインアンプ１８で計測した。
【００５９】
図９は、本実施例における実験結果を示すグラフである。グラフから明らかなように抵抗値の変化量が鋼材の板厚に応じて増加しながら変化している。すなわち、抵抗値の変化量を計測することで、約２２ｍｍ程度までの板厚を測定可能であることが明確である。
【００６０】
上記実験から明らかなように、本発明に係る板厚測定装置を用いることで、少なくとも２２ｍｍ程度の厚みを有する鋼材の板厚を測定することが可能であると言える。
【００６１】
また、図８に示した構成で以下の実験を行った。ここでは、磁性体と非磁性体の材料と測定対象とし、それぞれの測定対象において複数の周波数における板厚に対する抵抗変化を測定した。磁性体の材料として鋼材を用い、非磁性体の材料としてアルミを用いた。実験で用いた高温超伝導コイルは上記と同様であり、回路は図６に示した構成とした。
【００６２】
図１０は、鋼材に対して複数の周波数で板厚測定した場合の結果を示し、図１１は、アルミに対して複数の周波数で板厚測定した場合の結果を示している。鋼材の場合は、６Ｈｚ以上で表皮効果の影響が現れており、６Ｈｚにおいては板厚が１６ｍｍ以上で抵抗値の変化を測定できなくなっている。すなわち、鋼材の場合は、６Ｈｚにおいては１６ｍｍ程度まで、それ以下の周波数であれば２０ｍｍ以上の板厚を測定することが可能であることが明確となった。
【００６３】
アルミの場合は、２０Ｈｚ以上で表皮効果の影響が現れており、２０Ｈｚにおいては板厚が１６ｍｍ以上で抵抗値の変化を測定できなくなっている。すなわち、アルミの場合は、２０Ｈｚにおいては１６ｍｍ程度まで、それ以下の周波数であれば２０ｍｍ以上の板厚を測定することが可能であることが明確となった。
【００６４】
このように、鋼材のような磁性体以外のアルミのような良伝導性を有する材料であっても、表皮効果が顕著に現れることが示され、すなわち、鋼材以外の金属であっても、本発明の板厚測定装置を適用できることが明らかとなった。
【００６５】
なお、純度が極めて高い状態における板厚に対する抵抗値の変化が予めわかっている場合は、本発明に係る板厚測定装置を用いることで、測定対象物の純度を測定することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  板厚測定装置
２  励磁部
３  キャリブレーション部
４  計測部
５  出力制御部
１１  高温超伝導コイル
１２  交流電流源
１３  ファンクションジェネレータ
１４  第１の抵抗器
１５  第２の抵抗器
１６  オペアンプ
１７  スイッチ
１８  ロックインアンプ
１９  被測定物
４１  入力コイル
４２  ＳＱＵＩＤ
４３  ＦＬＬ回路
【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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