(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材に、２つの励磁コイルを離して巻回配設して前記鋼材内に向きが反対で透過磁束密度の同じ磁束が透過するように励磁し、前記２つの励磁コイルの中間位置に巻回配設して前記鋼材内を透過する透過磁束密度を透過磁束密度検出コイルで検出し、前記鋼材に対して前記２つの励磁コイルと前記透過磁束密度検出コイルを相対的に移動させ、前記透過磁束密度検出コイルで検出される透過磁束密度の変化により前記鋼材の腐食または亀裂等の存在を検出する鋼材の腐食または亀裂等の検出装置において、第１のフレキシブル基板上に矩形渦巻き状のパターンを設け、この第１のフレキシブル基板を前記鋼材に１ターン巻回して前記２つの励磁コイルを形成し、第２のフレキシブル基板上の両端部に複数の端子を有し接続分離自在なコネクタをそれぞれに配設するとともに、これらのコネクタを略平行で前記端子が１つづつずれて接続されて前記コネクタが接続された状態で一本のラインに電気的接続されるようにパターンを設け、この第２のフレキシブル基板を前記鋼材に１ターン巻回するとともに前記コネクタを接続して前記透過磁束密度検出コイルを形成し、前記第１と第２のフレキシブル基板を重ねて配設固定して、前記２つの励磁コイルと前記透過磁束密度検出コイルの相対的位置が変化しないようにして構成したことを特徴とする鋼材の腐食または亀裂等の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管等の鋼材の亀裂およびその内面の腐食の有無を検出するための鋼材の腐食または亀裂等の検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
送電線用の鉄塔等にあっては、一般的に鋼管を構造材として建設されている。そこで、鉄塔の安全性の観点から、これらの鋼管の腐食や亀裂が問題となっている。特に、工業地帯などの大気汚染の厳しい地域にあっては、腐食が大きな問題である。また、豪雪地帯などにあっては、電線への着雪により鉄塔に過大な力が繰り返して作用し、鋼管に亀裂が生ずる虞がある。
【０００３】
鋼管の外面に関しては、目視検査により比較的容易に腐食状況が判別でき、万一にも腐食が確認されれば、適宜な塗装によって腐食の進行を阻止することができる。しかるに、鋼管の内面の腐食状況は、容易には目視検査をすることができない。そこで、従来は、鋼管内に光ファイバースコープを挿入して内面の確認がなされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の鋼管の内面を光ファイバースコープにより確認する作業は、点検装置自体が高価であるとともに、鋼管の内面の腐食状況を目視により検査員が判別するので、その判別結果は個人差が大きく、正確な判断が困難であった。
【０００５】
また、鋼管の亀裂にあっては、目視では確認することが困難な場合が多く、熟練者の経験と勘に依存せざるを得ないものであった。
【０００６】
本発明は、上述のごとき従来技術の事情に鑑みてなされたもので、鋼材の腐食および亀裂を、作業員の勘などに依存することなしに、磁気を用いて正確に判別することのできる鋼材の腐食または亀裂等の検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の鋼材の腐食または亀裂等の検出装置は、鋼材に、２つの励磁コイルを離して巻回配設して前記鋼材内に向きが反対で透過磁束密度の同じ磁束が透過するように励磁し、前記２つの励磁コイルの中間位置に巻回配設して前記鋼材内を透過する透過磁束密度を透過磁束密度検出コイルで検出し、前記鋼材に対して前記２つの励磁コイルと前記透過磁束密度検出コイルを相対的に移動させ、前記透過磁束密度検出コイルで検出される透過磁束密度の変化により前記鋼材の腐食または亀裂等の存在を検出する鋼材の腐食または亀裂等の検出装置において、第１のフレキシブル基板上に矩形渦巻き状のパターンを設け、この第１のフレキシブル基板を前記鋼材に１ターン巻回して前記２つの励磁コイルを形成し、第２のフレキシブル基板上の両端部に複数の端子を有し接続分離自在なコネクタをそれぞれに配設するとともに、これらのコネクタを略平行で前記端子が１つづつずれて接続されて前記コネクタが接続された状態で一本のラインに電気的接続されるようにパターンを設け、この第２のフレキシブル基板を前記鋼材に１ターン巻回するとともに前記コネクタを接続して前記透過磁束密度検出コイルを形成し、前記第１と第２のフレキシブル基板を重ねて配設固定して、前記２つの励磁コイルと前記透過磁束密度検出コイルの相対的位置が変化しないようにして構成されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図４を参照して説明する。図１は、本発明の鋼材の腐食または亀裂等の検出装置の一実施例の構成図である。図２は、本発明の鋼材の腐食または亀裂等の検出装置の動作原理を説明する図であり、（ａ）は検出電圧を示し、（ｂ）は検出対象とされた鋼管を示す。図３は、図１における２つの励磁コイルの構造例を示し、（ａ）は一般的なコイル構造を示し、（ｂ）は変形したコイル構造を示す。図４は、２つの励磁コイルと透過磁束密度検出コイルを１ターンの巻回で形成する構造例を示し、（ａ）は図３（ｂ）に示す構造の２つの励磁コイルを形成する第１のフレキシブル基板の平面図を示し、（ｂ）は透過磁束密度検出コイルを形成する第２のフレキシブル基板の平面図であり、（ｃ）は第１のフレキシブル基板に第２のフレキシブル基板を重ねて固定配設した平面図である。
【０００９】
まず、図１を参照して構造を説明する。測定の対象となる鋼管１０には、離して２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂが巻回配設される。そして、これらの２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂの中間位置で鋼管１０に透過磁束密度検出コイル１４が巻回配設される。これらの２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂと透過磁束密度検出コイル１４は、その相対的位置が変化せずに、鋼管１０に対して軸方向に相対的位置を移動できるように構成される。さらに、これらの２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂと透過磁束密度検出コイル１４の軸方向の移動距離を検出するロータリエンコーダ１６が設けられる。
【００１０】
そして、発振器１８から出力される正弦波交流電圧が増幅器２０で電力増幅されて、直列接続された２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂに印加される。ここで、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂは同じターン数であり、しかも発生させる磁束の向きが反対となるように形成されている。そこで、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂにより、鋼管１０内の２つの離れた位置で、反対方向に透過するとともに同じ透過磁束密度の磁束が励磁される。そして、透過磁束密度検出コイル１４で検出された検出電圧が、増幅器２２で電圧増幅されてＡ／Ｄ変換器２４に与えられるとともに、オシログラフ２６に与えられる。このオシログラフ２６は、検出電圧の変化を目視により確認できるようにするものである。また、ロータリエンコーダ１６の検出信号は、カウンタ２８に与えられ、移動距離に応じた信号が出力されてＡ／Ｄ変換器２４に与えられる。
【００１１】
Ａ／Ｄ変換器２４は、透過磁束密度検出コイル１４による検出電圧とロータリエンコーダ１６による移動距離に応じた信号をそれぞれデジタルデータに変換する。そして、これらのデジタルデータが中央演算装置３０に与えられ、検出電圧と移動距離との対応したデータとして記憶装置３２に記憶される。
【００１２】
この記憶装置３２に記憶されたデータが、演算処理部３４に読み込まれ、キー入力部３６の操作による処理命令および判定用データベース３８からの判定用データに基づいて、適宜に処理され、腐食および亀裂などの有無が判別され、その結果が表示部４０で表示され、またこれらの処理データが記憶部４２に記憶保存される。
【００１３】
なお、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂと透過磁束密度検出コイル１４およびロータリエンコーダ１６により、励磁検出部４４が構成されている。また、発振器１８と増幅器２０、２２とＡ／Ｄ変換器２４とカウンタ２８と中央演算装置３０および記憶装置３２により、計測部４６が構成されている。そして、励磁検出部４４と計測部４６が鉄塔上に持ち上げられて検査作業がなされる。また、演算処理部３４とキー入力部３６と判定用データベース３８と表示部４０および記憶部４２により、本体部４８が構成され、この本体部４８は地上に設置されている。オシログラフ２６も地上に設置されており、地上の検査員が監視し、検出電圧の変動から鋼管１０の腐食および亀裂などが存在しそうな箇所で、必要により鉄塔上の作業員に適宜な指示を与える。なお、鉄塔上の検査作業で記憶装置３２に記憶されたデータを、作業後に本体部４８の演算処理部３４に読み込んで、鋼管１０の腐食および亀裂などの有無の判別を行うようにしても良い。
【００１４】
かかる構成において、本発明装置は以下のごとく動作する。まず、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂは、透過磁束密度が同じで向きが反対な磁束を励磁するので、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂが設けられた両位置と中央位置の間の鋼管１０の磁気抵抗が均一であるならば、その中間位置では磁束が互いにうち消しあってその透過磁束密度は零となる。そこで、透過磁束密度検出コイル１４で検出される検出電圧は零である。また、鋼管１０に腐食および亀裂などがあって、両位置と中間位置までの磁気抵抗のバランスが崩れていると、中間位置において一方の励磁コイルによる透過磁束密度が大きく、磁気抵抗の大きい側の他方の励磁コイルによる透過磁束密度は小さなものとなる。すると、透過磁束密度検出コイル１４を透過する透過磁束密度が大きくなって、検出電圧が大きくなる。そこで、この検出電圧の変動から腐食および亀裂などの有無を検出できる。
【００１５】
さらに、図２を参照して、より具体的に磁気抵抗の変化により腐食および亀裂の存在を検出できることを説明する。鋼管１０には、腐食および亀裂などに代えて、図２（ａ）のごとく、距離Ｐの位置に２つの穴１０ａ、１０ａが穿設され、また距離Ｑの位置に１つの穴１０ａが穿設されている。２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂが鋼管１０に対して図２（ｂ）で左側から移動され、距離Ｐの位置に未だ到達してない状態では、鋼管１０の磁気抵抗は２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂとその間の透過磁束密度検出コイル１４の間でほぼ均一であり、透過磁束密度検出コイル１４による検出電圧は小さい。そして、一方の励磁コイルが距離Ｐの位置を越えると、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂの間に鋼管１０の穴１０ａ、１０ａが存在することとなり、一方の励磁コイルと透過磁束密度検出コイル１４の間と他方の励磁コイルと透過磁束密度検出コイル１４の間で、鋼管１０の磁気抵抗のバランスが崩れ、透過磁束密度検出コイル１４の検出電圧が大きなものとなる。さらに、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂが移動されて、透過磁束密度検出コイル１４が鋼管１０の距離Ｐの位置に至ると、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂと透過磁束密度検出コイル１４間の鋼管１０の磁気抵抗はバランスして、透過磁束密度検出コイル１４の検出電圧は再び小さいものとなる。そして、さらに移動されて透過磁束密度検出コイル１４が鋼管１０の距離Ｐの位置を越えると、再び一方の励磁コイルと透過磁束密度検出コイル１４の間と他方の励磁コイルと透過磁束密度検出コイル１４の間で、鋼管１０の磁気抵抗のバランスが崩れ、透過磁束密度検出コイル１４の検出電圧が大きなものとなる。さらに、移動されて他方の励磁コイルが鋼管１０の距離Ｐの位置を越えると検出電圧は小さなものとなる。
【００１６】
また、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂと透過磁束密度検出コイル１４が、鋼管１０の距離Ｑの位置を越えるように移動された場合も、透過磁束密度検出コイル１４の検出電圧は同様に変動する。これらの透過磁束密度検出コイル１４の検出電圧の変動が図２（ａ）に示されている。この図２（ａ）において、距離Ｐの位置の検出電圧の大きさに比較して、距離Ｑの位置の検出電圧の大きさは小さいものとなる。これは、距離Ｐの位置に設けた２つの穴１０ａ、１０ａによる磁気抵抗の変化よりも、距離Ｑの位置に設けた１つの穴１０ａによる磁気抵抗の変化が小さいためである。
【００１７】
図２で示すごとく、検査の対象となる鋼管１０において、磁気抵抗が均一でなく、何らかの要因によりその一部分で磁気抵抗が変化していれば、これを検出することができる。したがって、鋼管１０の内面に腐食が生じた状態では、その箇所で磁気抵抗が増大するため検出が可能である。また、鋼管１０の亀裂によっても、磁気抵抗が増加しその検出が可能である。そこで、発明者らは、鉄塔の構造材であった鋼管１０を対象として本発明装置による検査を行ったところ、腐食されておらずまたは僅かな腐食箇所では、透過磁束密度検出コイル１４による検出電圧は小さく、その変動も僅かなものであった。これに対して、腐食がかなり進行した箇所ほど透過磁束密度検出コイル１４による検出電圧が大きく、その変動も大きなものであった。そこで、透過磁束密度検出コイル１４による検出電圧の大きさおよび変動の大きさから、鋼管１０の内面の腐食を確実に判別できることが確認された。
【００１８】
なお、腐食は、通常は面としての広がりを有するために、透過磁束密度検出コイル１４の検出電圧が大きくその変動も大きな状態が、ある幅をもって継続して検出される。これに対して、鋼管１０に亀裂がある場合には、透過磁束密度検出コイル１４の検出電圧は大きくなるが、それが継続する幅は狭いものとして検出される。そこで、大きな検出電圧の継続する幅から、腐食と亀裂を識別することが可能である。
【００１９】
ところで、図３（ａ）に示す直列接続された２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂは、、図３（ｂ）のごとく、１ターン毎に一方と他方で交互に巻回しても２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂを構成することができる。ここで、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂを１ターン毎に連結接続する連結線は、交互に電流の方向が逆であり、該電流により発生する磁束は互いにうち消し合い、何ら不具合を生じさせるものでない。
【００２０】
そこで、図４（ａ）に示すごとく、第１のフレキシブル基板５０上に矩形渦巻き状のパターン５２が設けられ、この第１のフレキシブル基板５０を鋼管１０に１ターンだけ巻き付けることで、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂが構成できる。
【００２１】
また、図４（ｂ）に示すごとく、第２のフレキシブル基板５４の両端部に接続分離自在で複数の端子を有する１対のコネクタ５６ａ、５６ｂが設けられ、これらのコネクタ５６ａ、５６ｂ間が略平行でしかも複数の対応する端子が１つづつずれた状態に接続するパターン５８が設けられる。このパターン５８は、コネクタ５６ａ、５６ｂが接続されると、一本のラインとして電気的接続される。そこで、この第２のフレキシブル基板５４を鋼管１０に１ターンだけ巻き付けてコネクタ５６ａ、５６ｂを接続すれば、透過磁束密度検出コイル１４を構成することができる。
【００２２】
さらに、図４（ｃ）に示すごとく、第１のフレキシブル基板５０上に第２のフレキシブル基板５４が重ねて固定配設される。この構成により、２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂと透過磁束密度検出コイル１４との相対位置が固定されてずれるようなことがない。しかも、これを鋼管１０に１ターンほど巻き付けてコネクタ５６ａ、５６ｂを接続するだけで、実質的に鋼管１０に２つの励磁コイル１２ａ、１２ｂと透過磁束密度検出コイル１４を容易に巻回して装着することができる。
【００２３】
なお、発振器１８から発信される励磁用の交流周波数は例えば５〜２０ＫＨｚを用いるが、発明者らの実験によれば２０ＫＨｚ近くの高い周波数で最も検出感度が優れているようである。また、腐食および亀裂の検出の対象は、強磁性体からなる鋼材であれば良く、鋼管１０に限られるものでない。そして、励磁手段を適宜に構成するならば、平面状の鋼板の裏面に発生した腐食等も検出することができる。さらに、鋼管１０に対する相対的な移動距離の測定は、ロータリエンコーダ１６に限られるものでなく、移動距離の測定ができるとともに中央演算装置３０で処理できるデータとして出力できるならば、いかなる手段であっても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の鋼材の腐食または亀裂等の検出装置は構成されているので、以下のごとき格別な効果を奏する。
【００２５】
請求項１記載の鋼材の腐食または亀裂等の検出装置では、鋼材の離れた２つの位置で、向きが反対で透過磁束密度が同じ磁束を励磁コイルによって確実に励磁することができるとともに、２つの励磁コイルの中央位置に配設した透過磁束密度検出コイルで、中央位置での透過磁束密度の変化を検出するので、２つの励磁コイルとその中央位置に配設した透過磁束密度検出コイル間で腐食および亀裂などにより磁気抵抗のバランスが崩れた状態ではその磁気抵抗の差に応じた検出電圧が得られ、バランスのとれた状態では検出電圧は小さく、検出感度が優れており、腐食または亀裂等の検出を確実になし得る。しかも、第１と第２のフレキシブル基板を鋼材に１ターン巻回するとともにコネクタを接続することで、鋼材に２つの励磁コイルと透過磁束密度検出コイルを巻回装着することができ、検出作業が容易である。さらに、２つの励磁コイルに透過磁束密度検出コイルが重ねて固定配設されているので、その相対的位置が変化するようなことがなく、その相対的位置ずれによる検出精度の低下を生じさせる虞がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の鋼材の腐食または亀裂等の検出装置の一実施例の構成図である。
【図２】  本発明の鋼材の腐食または亀裂等の検出装置の動作原理を説明する図であり、（ａ）は検出電圧を示し、（ｂ）は検出対象とされた鋼管を示す。
【図３】  図１における２つの励磁コイルの構造例を示し、（ａ）は一般的なコイル構造を示し、（ｂ）は変形したコイル構造を示す。
【図４】  ２つの励磁コイルと透過磁束密度検出コイルを１ターンの巻回で形成する構造例を示し、（ａ）は図３（ｂ）に示す構造の励磁コイルを形成する第１のフレキシブル基板の平面図を示し、（ｂ）は透過磁束密度検出コイルを形成する第２のフレキシブル基板の平面図であり、（ｃ）は第１のフレキシブル基板に第２のフレキシブル基板を重ねて固定配設した平面図である。
【符号の説明】
１０  鋼管
１２ａ、１２ｂ  励磁コイル
１４  透過磁束密度検出コイル
１６  ロータリエンコーダ
１８  発振器
３０  中央演算装置
３４  演算処理部
５０  第１のフレキシブル基板
５２、５８  パターン
５４  第２のフレキシブル基板
５６ａ、５６ｂ  コネクタ
【図１】
0003770512.tif 000002
【図２】
0003770512.tif 000003
【図３】
0003770512.tif 000004
【図４】
0003770512.tif 000005