JP2020169965A - 多連発パルス電磁力音響診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で多連発パルスの発生させ、これによって迅速かつ大量の測定を可能にした非破壊検査用の多連発パルス電磁力音響診断装置を提供する。【解決手段】多連発パルス電磁力音響診断装置は、パルスコイル２、多連発パルス供給回路１、センサ１１、計測解析部１５とで構成されている。回路１は、パルスコイル２に複数回、間欠的に供給する充放電用コンデンサ３、ゲート信号の入力により順方向の放電電流ｉを前記パルスコイル２に流すサイリスタ４、サイリスタ４に逆並列接続された反転電流用ダイオード５、及び充放電用コンデンサ３を充電する直流高電圧電源１０とで構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物（例えば、金属材とＣＦＲＰとの接合部材の接合部分の微細な剥離、鉄筋コンクリートの内部欠陥）を短時間且つ高精度で検出できる多連発パルス電磁力を用いた非破壊音響診断装置に関する。

非破壊検査とは“物を壊さずに”その検査対象物の内部の傷や表面の傷、或いは劣化の状況を検出する検査技術である。工業製品や各種設備には、その目的に合わせて多種多様な素材が使用され日々稼働している。稼働製品や設備は時間と共に劣化して行くので、それらの安全性を確認しながら可能な限り長期間にわたって利用することが重要である。

非破壊試験は、素材の時点からの加工工程、及び完成時の製品の検査、設備の建設時の検査、保守点検などに適用することにより、製品や設備の信頼性と寿命を長くすることが出来る。主な非破壊検査適用物としては原子力発電所・プラント・鉄道・航空機・橋梁・ビル（鉄筋コンクリート）・地中埋設物などがある。
主な非破壊検査方法としては、目視検査、放射線透過検査、超音波探傷検査、磁気探傷検査、浸透探傷検査、渦流探傷検査、ひずみ測定、漏れ試験、アコースティックエミッション法（以下、ＡＥ法という。）、赤外線検査法、パルス電磁力を用いた音響診断法などがある。

上記の内、パルス電磁力を用いた音響診断法はパルスコイルより発生したパルス磁場を印加することにより、検査対象物内に弾性波を発生させ、その弾性波を検査対象物の表面に設置したセンサ（圧電素子センサ等）によって電気信号に変換して検出し、 且つこれを分析して内部欠陥や表面欠陥を検出する手法である。一般に弾性波は主に超音波領域(数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚ)の高い周波数成分を持つ。

上記音響診断法に用いられる装置（特許文献１）としては、検査対象物６００の表面に近接して設置されるパルスコイル２００と、該パルスコイル２００にスイッチ４００を介して直列接続された充放電用コンデンサ３００と、該充放電用コンデンサ３００に並列接続されたダイオード５００と、該パルスコイル２００から所定距離Ｌだけ離間させ、且つ検査対象物６００の表面に接して設置されるセンサ７００（音響信号を電気信号に変換するアコースティックエミッションセンサー、又は加速度センサ、或いはマイクロホンと、前記充放電用コンデンサ３００を充電するための電流を供給する電流源１００と、センサ７００からの出力波形を計測・解析する計測解析部１５０（ＡＤ変換装置１２０，アンプ１３０と波形解析装置１４０）とで構成されている。

電流源１００による充放電用コンデンサ３００の充電が完了した処で、制御装置４００ａからの指示により、スイッチ４００をオンにして充放電用コンデンサ３００から順方向放電電流ｉを瞬時にパルスコイル２００に流して該パルスコイル２００よりパルス磁場を発生させる。このパルス磁場より、検査対象物６００の内部におけるその表面近傍の導体６０１に渦電流Ｕが発生し、この渦電流Ｕとパルス磁界によるローレンツ力が該導体６０１に働く。またこの導体６０１が磁性体であれば、ローレンツ力に加えて、磁界勾配による磁気力および磁歪による歪が該導体６０１に加わる。これらの複合的な要因により導体６０１より弾性波Ｄが発生する。
この弾性波Ｄは、検査対象物６００に欠陥Ｎがある場合、欠陥Ｎのない波形と比較してその欠陥Ｎに起因した波形に変わる。この弾性波Ｄを上記計測解析部１５０で計測解析し、欠陥Ｎの有無、位置、大きさなどを検出する。

特許３７３８４２４号公報

特許文献１で用いられる回路（図７）は、充放電用コンデンサ３００より電荷をパルスコイル２００に放電した際に、パルスコイル２００を通過した逆方向電流−ｉは充放電用コンデンサ３００に並列接続されたダイオード５００を通ることになり、パルス磁界発生後において、充放電用コンデンサ３００には電荷が残らない。それ故、充放電用コンデンサ３００を順方向で放電させると、充放電用コンデンサ３００は０Ｖとなり、次の放電に備えて充放電用コンデンサ３００に充電しようとすると０Ｖからの充電となる。その結果、充電時間が長くなり、迅速かつ大量の計測が妨げられる。
ここで、上記順方向放電電流ｉと充電電流の波形を図７左上のグラフで、放電時間はこの場合では０．３ミリ秒から０．４ミリ秒であり、充電時間は５秒程度であった。

そこで充電時間を短縮しようとすると、電流源１００の（１）高圧電圧を発生させる昇圧トランスの高圧化・大容量化、（２）昇圧トランスからの電圧を整流するブリッジ回路部の大容量化、（３）充電電流を制限する制限抵抗の大容量化、（４）場合によっては、複数のコンデンサおよび充電回路による多チャンネルシステムの採用が必要となる。これらは、すべて装置サイズ・重量・消費電力の大幅な増大を意味している。このために、非破壊音響診断に適用される、連続パルス発生回路は大きく且つ重く、しかも消費電力が大きいものにならざるを得ない。
しかしながら非破壊音響診断装置は、あらゆる現場に適用することが求められており、軽量小型のハンディタイプのものが要求されている。そして、計測データが多い程、計測結果の精度が向上するので、充放電用コンデンサの充電時間が短いものが要求されている。

本発明はこのような従来装置の問題点に鑑みてなされたもので、回路構成の改善により、充放電用コンデンサの充電時間を大幅に短縮して短時間で多連発パルスの発生を可能にし、これによって迅速かつ大量の測定を可能にした、非破壊検査用の多連発パルス電磁力音響診断装置を提供するものである。

本発明（多連発パルス電磁力音響診断装置）は、以下の技術を用いて上記の課題を解決した。請求項１に記載の発明（図１（ａ）（ｂ）、図２（ａ）（ｂ））は、
検査対象物２０の検査対象部位２１に渦電流Ｕを生じさせるパルスコイル２と、
前記パルスコイル２に順方向及びこれに続く逆方向の放電電流ｉ（−ｉ）を所定間隔で供給する多連発パルス供給回路１と、
前記パルスコイル２から離間させ、且つ検査対象物２０に接触させ又は近接させて配置され、前記渦電流Ｕに起因する弾性波Ｄを録取して電気信号に変換するセンサ１１と、
前記センサ１１からの出力電気信号を解析して検査対象物２０の内部欠陥Ｎの有無を推定するためのデータを出力する計測解析部１５とで構成され、
多連発パルス供給回路１は、
前記パルスコイル２に接続され、充電された電荷を順方向及びこれに続く反転方向の放電電流ｉ（−ｉ）として前記パルスコイル２に複数回、間欠的に供給する充放電用コンデンサ３と、
前記パルスコイル２と前記充放電用コンデンサ３との間に接続され、ゲート信号の入力により前記順方向の放電電流ｉを前記パルスコイル２に流し、前記パルスコイル２を通過した前記順方向の放電電流ｉを前記充放電用コンデンサ３に逆極性に充電するサイリスタ４と、
前記サイリスタ４に逆並列接続され、逆極性に充電された前記充放電用コンデンサ３から反転方向の放電電流−ｉを前記パルスコイル２に流し、前記パルスコイル２を通過した前記逆方向の放電電流-ｉを前記充放電用コンデンサ３に正極性にて充電する反転電流用ダイオード５と、
前記充放電用コンデンサ３に接続され、該充放電用コンデンサ３を充電する直流高電圧電源１０と、で構成されたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明（図１（ａ）（ｂ）、図２（ａ）（ｂ））は、請求項１に記載の多連発パルス電磁力音響診断装置において、
計測解析部１５は、
センサ１１からの音響アナログ信号をＡＤ変換してデジタル化し、この音響デジタルデータを出力するＡＤ変換装置１２と、
前記検査対象物２０の欠陥の有無を非破壊的に推定するために前記音響デジタルデータを数値解析をするＣＰＵ１４と、
音響デジタルデータ及び数値解析されたデータを記憶するメモリ１３とを備え、
該ＣＰＵ１４は、取り込んだ音響デジタルデータから各パルス磁場に対する応答波形を切り分ける処理と、切り分けた複数の応答波形を加算し、パルス数で割って平均化する処理を行い、平均化された応答波形を出力する機能を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の多連発パルス電磁力音響診断装置において、
前記平均化された応答波形に対しフーリエ変換処理を行い、平均化されたフーリエ変換結果を出力することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の多連発パルス電磁力音響診断装置において、
上記ＣＰＵ１４は、取り込んだ音響デジタルデータから各パルス磁場に対する応答波形を切り分ける処理の後に行われる、切り分けた複数の応答波形の加算とパルス数で割る平均化処理に代えて、
切り分けた複数の応答波形に対しフーリエ変換処理を行い、複数のフーリエ変換結果を加算し、パルス数で割って平均化する処理を行い、平均化されたフーリエ変換結果を出力することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の多連発パルス電磁力音響診断装置において、
サイリスタ４へのゲート信号を、取り込んだ音響デジタルデータから各パルス磁場に対する応答波形を切り分ける処理の信号とすることを特徴とする。

本発明によれば、サイリスタ４に対して反転電流用ダイオード５を逆並列に接続してあるので、充放電用コンデンサ３からパルスコイル２に流れた順方向放電電流ｉの大部分は前記充放電用コンデンサ３に逆極性に充電され、この逆極性に充電された電荷が反転方向放電電流（−ｉ）としてパルスコイル２を逆方向に流れ、反転電流用ダイオード５を介して充放電用コンデンサ３に順方向の電荷として充電される（図５）。
上記のように該充放電用コンデンサ３には、戻ってきた電荷（図５では逆流電流量と表示）による充電量の嵩上げがなされているので、直流高電圧電源１０による充電は残部（必要充電量と表示）で足る。換言すれば、嵩上げ分が充電時間の短縮となる。それ故、短時間で多数の音響データを取ることが出来、これを平均化することで測定作業の時間短縮と測定精度の向上が図られる。

（ａ）は本発明の多連発パルス電磁力音響診断装置の第１実施例の説明図、（ｂ）はその変形例である。 （ａ）は本発明の多連発パルス電磁力音響診断装置の第２実施例の説明図、（ｂ）はその変形例である。 本発明における異種材料接合体の検査状態を示す断面図である。 （ａ）本発明における内部欠陥を有する積層体の検査状態を示す断面図、（ｂ）本発明における内部欠陥を有する鉄筋コンクリートの検査状態を示す断面図である。 本発明の放電時の充電波形と放電波形の図である。 （ａ）は間欠的に録取された音響波形図と放電電流、及び切り分け用のサイリスタオン信号との相関図、（ｂ）はパルス同期信号で切り分けたパルス磁場に対する各応答波形である。 従来例の説明図である。

以下、本発明を図示実施例に従って説明する。
図１、２は、本発明の多連発パルス電磁力音響診断装置の概略構成であり、図１（ａ）は第１実施例、同図（ｂ）はその変形例、図２（ａ）は第２実施例、同図（ｂ）はその変形例である。いずれも回路構成が若干異なるだけで、その作用効果は同じである。
図１、２の多連発パルス電磁力音響診断装置は、パルスコイル２と、電源ケーブルを介してこのパルスコイル２に順（逆）方向の放電パルス電流ｉ（−ｉ）を印加する多連発パルス供給回路１と、検査対象物２０の表面に接して又は僅かに離間させた状態で取り付けたセンサ１１と、信号ケーブルでこのセンサ１１に接続された計測解析部１５、直流高電圧電源１０及び必要に応じて設けられる表示装置１６とで構成されている。

パルスコイル２は、螺旋状に巻かれた電線で構成された単一のコイルから構成されている。パルスコイル２内にコアを用いても良い。
このパルスコイル２は、検査対象物２０の表面に隙間（高さ）Ｈを設けて取り付けられる。検査時点では隙間Ｈは一定に保持される。

センサ１１は公知のセンサであって、検査対象物２０に発生した弾性波Ｄ（音響信号）を検出し、アナログ電気信号に変換する器具である。センサ１１としては、例えば音響信号を電気信号に変換するＡＥセンサ、加速度センサ、光計測センサ又はマイクロホンが使われる。ここではマイクロホンが採用されている。センサ１１は、検査対象物２０の測定面に接して又は僅かに離間させて設置される。

計測解析部１５は、センサ１１からの音響アナログ信号をＡＤ変換してデジタル化するＡＤ変換装置１２と、音響デジタル信号を数値的に解析する演算装置よりなるＣＰＵ１４と、ＡＤ変換装置１２からのデジタル化した音響信号とＣＰＵ１４による演算結果を記憶するメモリ１３とを備える。

計測解析部１５では、センサ１１の出力波形をサンプリングし、これをアンプリファイア（図示せず）により増幅すると共に、例えばノイズのような不要な信号をフィルタ（図示せず）などにより除去した後、ＡＤ変換装置１２でフィルタリングされた前記出力波形をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータをメモリ１３に記憶する。
そして、計測解析部１５では、音響デジタルデータをメモリ１３から随時、読み出し、ＣＰＵ１４にてこの音響デジタルデータを所定の信号処理手順を有するプログラム（例えば、後述する平均処理演算プログラム）に従い所定の演算を行い、その結果をメモリ１３に蓄積、または表示装置１６を介して表示する。

平均処理演算プログラムは、メモリ１３に格納されており、ＣＰＵ１４が随時これを読み出して使用する。これを図６に従って説明する。
図６（ａ）の上段の波形図は、メモリ１３に記憶された、センサ１１で録取され、Ａ／Ｄ変換された一連の音響デジタル波形を表示装置１６に出力した図で、短時間で間欠的に記憶された、複数のパルス磁場に対する音響信号と、パルス同期信号及び放電パルス電流ｉ（−ｉ）との関係を示す図である。
上記一連の音響デジタル波形には、複数のパルス磁場に対する音響信号が連なっているため、複数のパルス磁場に対する各音響信号の切り分けのためにパルス同期信号（サイリスタ４のゲート信号）を用いる。パルス同期信号（サイリスタ４のゲート信号）の入力と同時に順方向の放電パルス電流ｉが流れる。

平均処理演算プログラムの第１は、
（１）メモリ１３から読み込んだ一連の音響デジタル信号から、パルス同期信号を基準に、パルス電流ｉ（−ｉ）に起因するパルス磁場に対する応答波形をひとつひとつを切り分けるステップ、
（２）切り分けた複数の応答波形、数値的に加算し、パルス数で割って応答波形を平均化するステップ、
（３）平均化された応答波形をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ等のフーリエ変換）を行い平均化されたスペクトルを得るステップ、
（４）得られた、平均化されたスペクトルを表示装置１６に表示する又は別の演算過程（例えば、欠陥Ｎの存在やその位置、大きさなどを非破壊でその推定を可能にさせるピーク検出を行うような演算過程）に出力するステップからなる機能を有する。

平均処理演算プログラムの第２は、
（１）メモリ１３から読み込んだ一連の音響デジタル信号から、パルス同期信号を基準に、パルス電流ｉ（−ｉ）に起因するパルス磁場に対する応答波形をひとつひとつを切り分けるステップ、
（２）切り分けた応答波形にＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ等のフーリエ変換）を行いスペクトルを得るステップ、
（３）ＦＦＴ変換された複数のスペクトルを、数値的に加算し、パルス数で割って応答波形またはスペクトルを平均化するステップ、
（４）平均化されたスペクトルを表示装置１６に表示する、または別の演算過程（例えば、欠陥Ｎの存在やその位置、大きさなどを非破壊でその推定を可能にさせるピーク検出を行うような演算過程）に出力するステップからなる機能を有する。

多連発パルス供給回路１の実施例は、既述のように図１（ａ）（ｂ）、図２（ａ）（ｂ）に示す通りで、その作用は同じである。
図１（ａ）において、パルスコイル２の一方のラインは直流高電圧電源１０のプラス端子に接続され、他方のラインはマイナス端子に接続されている。
充放電用コンデンサ３は、両ライン間に設置され、両ラインにてパルスコイル２に接続されている。
サイリスタ４は、パルスコイル２の一方のライン（図の実施例ではプラス側）に於いて、充放電用コンデンサ３の一方の接続端とパルスコイル２のプラス側の接続端との間に接続され、そのカソード側が前記パルスコイル２側に接続され、アノード側が前記充放電用コンデンサ３側に接続されている。即ち、充放電用コンデンサ３からの順方向放電電流ｉをパルスコイル２に供給するように接続されている。このサイリスタ４のゲートには、サイリスタ４をオン・オフする制御装置４ａが接続されている。

反転電流用ダイオード５は、サイリスタ４に逆並列接続され、サイリスタ４に対して反対方向に反転放電電流（−ｉ）を流すように接続されている。
直流高電圧電源１０は、上記のように充放電用コンデンサ３に接続され、該充放電用コンデンサ３を充電する。

サイリスタ４にゲート信号が入力されると、充放電用コンデンサ３から順方向の放電パルス電流ｉがパルスコイル２に流れる。この順方向の放電パルス電流ｉの一部は消費されるが大半の順方向の放電パルス電流ｉは充放電用コンデンサ３に流れ込み、これを逆極性に充電する。逆極性の充電が終了すると直ちに逆方向に放電し、パルスコイル２で一部消費されて反転方向の放電パルス電流−ｉが充放電用コンデンサ３に流れ込み、これを正極性に充電する。正極性に充電される電荷は、最初の１／２程度であり、消費された分を補充することで、再放電が可能となる（図５）。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の変形例で、サイリスタ４は、パルスコイル２の他方のライン（図の実施例ではマイナス側）に於いて、充放電用コンデンサ３の一方の接続端とパルスコイル２のプラス側の接続端との間に接続され、そのカソード側が前記充放電用コンデンサ３側に接続され、アノード側が前記パルスコイル２側に接続されている。反転電流用ダイオード５はサイリスタ４に逆並列接続されている。作用は図１（ａ）と同じである。

図２（ａ）は、本発明の多連発パルス供給回路１の第２実施例で、図１（ａ）に対して並接続されたサイリスタ４と反転電流用ダイオード５の組と、充放電用コンデンサ３の位置が逆で、充放電用コンデンサ３の一方の接続端がパルスコイル２、他方の接続端がサイリスタ４のアノード側に接続されている。作用は図１（ａ）と同じである。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の変形例で、パルスコイル２の他方のライン（図の実施例ではマイナス側）に於いて、充放電用コンデンサ３の一方の接続端とパルスコイル２のマイナス側の接続端とが接続され、サイリスタ４のアノード側が前記パルスコイル２側に接続され、そのカソード側が前記充放電用コンデンサ３側に接続されている。反転電流用ダイオード５はサイリスタ４に逆並列接続されている。作用は図１（ａ）と同じである。

本発明の多連発パルス供給回路１の各実施例の作用は同じなので、以下、図１（ａ）の多連発パルス供給回路１を代表例とする。

次に、本装置を用いた検査対象物２０の測定に付いて説明する。パルスコイル２と、パルスコイル２から一定距離Ｌだけ離したセンサ１１とを測定範囲内で一定の間隔で複数点の計測を行う。
測定者が本装置の測定開始ボタン（図示せず）を押して測定を開始すると、それ以後の時点で充放電用コンデンサ３の充電が完了していることを受けて制御装置４ａからサイリスタ４をオンにするゲート信号が出力され、充放電用コンデンサ３から順方向の放電電流ｉがパルスコイル２に流れる。これにより既に述べたように高導電性材料２０ａに「ローレンツ力と磁界勾配と磁歪の複合」による弾性波Ｄが、高導電性材料２０ａを覆う非又は低導電性材料２０ｂ（２０ｃ）に発生する（図３）。この弾性波Ｄが前記ノイズと共にセンサ１１に録取され、ノイズアナログ信号が重畳した音響アナログ信号がセンサ１１から出力される。
これと同時に、上記ゲート信号はＣＰＵ１４に送られ、メモリ１３に記憶される。

上記充放電用コンデンサ３による充放電は短時間で繰り返されるので、短時間の間に大量の音響アナログ信号がセンサ１１から出力される。
そしてこのノイズアナログ信号が重畳した音響アナログ信号は増幅され、Ａ／Ｄ変換されて順次メモリ１３に記憶される。
このよう計測は、検査対象物２０の各計測点で行われる。

検査対象物２０には、高導電性材料２０ａ、非導電性材料２０ｂ、及び低導電性材料２０ｃの単体又はこれらの組み合わせがある。ただし、非導電性材料２０ｂの単体は対象とならない。
高導電性材料２０ａとは、一般的には合金鋼やアルミニウムなどの金属材料で、電気伝導率が１０⁶Ｓ／ｍを越える素材である。
非導電性材料２０ｂとは、電気伝導率が１０^-4Ｓ／ｍを下回る素材で、セラミックス、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、プラスチックスなどが代表例である。
低導電性材料２０ｃとは、電気伝導率が１０^-4〜１０⁴Ｓ／ｍの範囲内の素材で、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ＣＦＲＣ（炭素繊維強化コンクリート）、ＣＮＦ複合材料（カーボンナノファイバー複合材料で、カーボンナノファイバーをポリエチレンやポリプロピレンなどの高分子材料に分散させた複合体）、ＣＮＴ複合材料（カーボンナノチューブ複合材料）、固体高分子電解膜などが代表例である。

高導電性材料２０ａの単体とは、例えば、金属ブロック、金属配管などや、低導電性材料２０ｃの積層体（シートやフィルム、単板などを何枚か重ね合わせて接着したものである。代表的なものは炭素繊維織物のプリプレグを、その繊維方向を違えて重ね合わせ、硬化させたＣＦＲＰがある）が挙げられる。
接合体（強度，剛性，軽量化などの特性向上のために、２種類以上の性質が異なる素材をそれぞれの相を保ったまま界面で強固に結合し，合体・複合した材料をいう）としては、高導電性材料２０ａに非導電性材料２０ｂを接着した接合体や、高導電性材料２０ａに低導電性材料２０ｃを接着した接合体が挙げられる。
構造体としては、例えば、鉄筋コンクリートのように、コンクリートのような非導電性材料２０ｂの内部に鉄筋のような高導電性材料２０ａを埋設したものが挙げられる。

単体の欠陥Ｎにはひび割れが挙げられる。
接合体の欠陥Ｎには内層材と外殻体間の接着接合部分、或いは異種材料構造体の接着接合部分の部分的な境界剥離、外殻体内部の層間剥離・内部剥離、内層材の減肉や疲労亀裂などが挙げられる。
積層体の欠陥Ｎとしては、層間剥離やトランスバースクラックが挙げられる。
構造体の欠陥Ｎとしては、鉄筋コンクリートを例に取ると、鉄筋２０ａの錆や腐食による鉄筋とコンクリートとの間の隙間発生が挙げられる。

なお、接合体や積層体の接合は、接着剤を用いた接着を代表例として説明したが、融着接合でもよい。また、層間剥離は、例えば層間の接合部が接合後に衝撃等で剥離した部分であるが、気泡や異物の存在等により接合が不完全な融着不良部も含む。

次に、本検査におけるパルスコイル２とセンサ１１の設置方法について説明する。図３は内部欠陥Ｎのある検査対象物（接合体）２０を用いる場合を模式的に表したものである。この場合、内部欠陥Ｎとして接着接合部分Ｓに幅Ｋの境界剥離を設けた。勿論、内部欠陥Ｎは境界剥離に限られず、既述のようなものがある。ここでは、境界剥離を代表例とする。そして、検査対象物２０の比較基準となる、内部欠陥Ｎのないものを基準体（図示せず）とする。基準体は、内部欠陥Ｎ以外は検査対象物２０と同じ構造を持つ。

本検査におけるパルスコイル２とセンサ１１の設置方法（検査対象物２０、基準体）は、積層体（単体）、構造体の場合も接合体と同じである（図４（ａ）（ｂ））。検査の基準となるのは、検査対象物２０と同一の構造の内部欠陥のない上記基準体である。
いずれの場合も、パルスコイル２は、検査対象物２０が接合体又は構造体の場合（図３、図４（ｂ））、その測定面である非又は低導電性材料２０ｂ・２０ｃの上面から離間させて（或いは接して）設置し、積層体（単体：図４（ａ））の場合は一方の面から離間させて（或いは接して）設置する。離間高さをＨとする。

センサ１１は、上記のように検査対象物２０が接合体、構造体の場合、非又は低導電性材料２０ｂ・２０ｃ側の表面（即ち、パルス磁場照射面）に接して又は若干離して設置される。検査対象物２０が積層体（単体）の場合、その表面（パルス磁場照射面）に接して、又は若干離して設置される。
パルスコイル２との関係では、パルスコイル２から距離Ｌだけ離れた位置にセンサ１１を設置する。

本検査については概略を説明したが、以下、より詳しく説明する。直流高電圧電源１０にて充放電用コンデンサ３に充電し、本装置のスタートボタン（図示せず）を押し、制御装置４ａの指示によりサイリスタ４をオンにする。これと同時に充放電用コンデンサ３に溜まった電荷が順方向放電パルス電流ｉとなって、サイリスタ４を通りパルスコイル２に流れる。パルスコイル２に順方向放電パルス電流ｉが印加されると、パルスコイル２側から検査対象物２０（又は基準体）の内部方向にパルス磁場が発生する。

パルスコイル２を通過し、消費されなかった残りの順方向放電パルス電流ｉは、充放電用コンデンサ３に流れ込んでこれを逆極性に荷電し、然る後、この逆極性の電荷が充放電用コンデンサ３から逆方向に反転放電電流（−ｉ）となってパルスコイル２を逆方向に流れる。そして消費されなかった残りの反転放電電流（−ｉ）が反転電流用ダイオード５を通って充放電用コンデンサ３に戻る。この戻った電荷（図５では逆流電流量と表示）が嵩上げとなり、次回の放電のための充電は残部（図５では必要充電量と表示）で足り、嵩上げ分が充電時間の短縮となる。その結果、従来の装置に比べて充放電の間隔を大幅に短くでき、同じ測定時間であれば、大量のデータを得ることが出来る。
なお、図５に示す実施例では、順及び反転方向の放電時間は０．３ミリ秒、充電時間は２００ミリ秒と、図６の従来回路（順方向の放電のみで、０．１５ミリ秒、充電時間は５秒）より短時間で充放電できる。

上記のように順（逆）方向放電パルス電流ｉ（−ｉ）によるパルスコイル２側から検査対象物２０（又は基準体）の内部方向に順方向の（又は、内部方向から逆方向の）パルス磁場が発生すると、このパルス磁場が、検査面の反対側の、検査対象物２０（又は基準体）の高導電性材料２０ａ（又は、高導電性材料２０ａよりも弱いものの導電性を有する低導電性材料２０ｃ）に順方向（逆方向）の渦電流Ｕを誘起する。
そして、この渦電流Ｕに伴う磁場とパルス磁場との相互作用力によって、高導電性材料２０ａ（又は低導電性材料２０ｃ）が励振され、接合体の場合は、高導電性材料２０ａ（又は低導電性材料２０ｃ）、積層体（単体）の場合はその全体（特に、渦電流Ｕが発生する範囲内）から、鉄筋コンクリートのような構造体からは内部の高導電性材料２０ａである鉄筋から弾性波Ｄが発せられる。この弾性波Ｄは、非又は低導電性材料２０ｂ・２０ｃであるコンクリート内を伝達する（図３、図４（ｂ））。
これに対して検査対象物２０（又は基準体）が積層体の場合、検査対象物２０に渦電流Ｕが発生し、この渦電流Ｕに起因する弾性波Ｄが検査面に伝わる（図４（ａ））。

上記弾性波Ｄは、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚという周波数成分を持つ。金属材料では主に１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの周波数成分を持つ信号が多く放出される。周波数の高い信号は、空気中では減衰が大きいので、弾性波Ｄは主に材料中に伝播する。この場合、高導電性材料２０ａが磁性体であれば、磁気エネルギーに伴う力も励振力に付加され弾性波Ｄが強化される。（なお、逆方向の渦電流Ｕは順方向の渦電流Ｕの終了後、これに続けて発生するが、互いに干渉するようなことはない。）

既に述べたように、検査面に伝達された弾性波Ｄを非又は低導電性材料２０ｂ・２０ｃの表面に設置されたセンサ１１で検出し、これをの音響アナログ信号に変換する。センサ１１はこれを計測解析部１５に設置された増幅器（図示せず）に出力する。出力された音響アナログ信号は、増幅器で増幅された後、ＡＤ変換装置１２に出力される。
増幅された音響アナログ信号は、ＡＤ変換装置１２でデジタル信号に変換され、メモリ１３に出力されてストアされる。
メモリ１３には、上記入力した一連の音響データ（時間軸に対して間欠的に録取された音響データ（図６（ａ）））及びパルス同期信号に関するデータ、その他測定に関するデータが入力され、記憶されている。

ＣＰＵ１４は、測定結果の向上のため、１つの測定点における多量の一連の音響データを放電パルス電流ｉ（−ｉ）に対する応答波形に切り分けて平均化処理する必要がある。
そこで、メモリ１３から一連の音響データ及びパルス同期信号に関するデータを読み出し、取り込んだ音響データを、パルス同期信号を基準としてひとつひとつの放電パルス電流ｉ（−ｉ）に対する応答波形に切り分ける。

平均化処理は上記の通りである。

得られた平均化された応答波形またはスペクトルをメモリ１３に記憶させると共に必要に応じて表示装置１６に表示、又は／及び下記（イ）〜（ニ）に示す別の演算過程に出力する。

なお、内部欠陥のない基準体についても上記と同じ手順で予めそのデータを入手し、メモリ１３に記憶させておく。

然る後、基準データ（基準弾性波の波形、及びその基準ＦＦＴスペクトル）と検査データ（検査弾性波の波形、及びその検査ＦＦＴスペクトル）とを比較し、基準体のデータに対する検査データの下記（イ）〜（ニ）に示す１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、その特徴部分を抽出し、検査対象物２０の内部欠陥Ｎの有無を推定する。これは、接合体、積層体、構造体、単体いずれの場合も同様に行われる。
（イ） 前記基準弾性波の波形に現れる音の強度と、検査対象物２０の弾性波の波形に現れる音の強度の差
（ロ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物２０の弾性波の波形の時間ずれ
（ハ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物２０の弾性波の波形の減衰状態
（ニ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物２０の弾性波の波形の周波数

本装置を用いた非破壊検査の上記結果（イ）〜（ニ）に基づいて、検査対象物２０の欠陥Ｎの有無、欠陥Ｎがある場合にはその位置、大きさなどを推定する。本発明では、短時間で大量のデータを得ることが出来るので、平均処理演算を行う事により、より高い精度の検査結果を得ることが出来る。

１：多連発パルス供給回路、２：パルスコイル、３：充放電用コンデンサ、４：サイリスタ、４ａ：制御装置、５：反転電流用ダイオード、１０：直流高電圧電源、１１：センサ、１２：ＡＤ変換装置、１３：メモリ、１４：ＣＰＵ、１５：計測解析部、１６：表示装置、２０：検査対象物、２０ａ：高導電性材料、２０ｂ：非導電性材料、２０ｃ：低導電性材料、２１：検査対象部位、１００：電流源、２００：パルスコイル、３００：充放電用コンデンサ、４００：スイッチ、４００ａ：制御装置、５００：ダイオード、６００：検査対象物、７００：センサ、Ｄ：弾性波、Ｈ：隙間（高さ）、Ｋ：欠陥の幅、Ｌ：間隔、Ｎ：欠陥、Ｕ：渦電流ｉ：順方向放電電流（パルス電流）、−ｉ：反転方向放電電流（パルス電流）

Claims (5)

1. 検査対象物の検査対象部位に渦電流を生じさせるパルスコイルと、
   前記パルスコイルに順方向及びこれに続く逆方向の放電電流を所定間隔で供給する多連発パルス供給回路と、
   前記パルスコイルから離間させ、且つ検査対象物に接触させ又は近接させて配置され、前記渦電流に起因する弾性波を録取して電気信号に変換するセンサと、
   前記センサからの出力電気信号を解析して検査対象物の内部欠陥の有無を推定するためのデータを出力する計測解析部とで構成された多連発パルス電磁力音響診断装置において、
   前記多連発パルス供給回路は、
   前記パルスコイルに接続され、充電された電荷を順方向及びこれに続く反転方向の放電電流として前記パルスコイルに複数回、間欠的に供給する充放電用コンデンサと、
   前記パルスコイルと前記充放電用コンデンサとの間に接続され、ゲート信号の入力により前記順方向の放電電流を前記パルスコイルに流し、前記パルスコイルを通過した前記順方向の放電電流を前記充放電用コンデンサに逆極性に充電するサイリスタと、
   前記サイリスタに逆並列接続され、逆極性に充電された前記充放電用コンデンサから反転方向の放電電流を前記パルスコイルに流し、前記パルスコイルを通過した前記逆方向の放電電流を前記充放電用コンデンサに正極性にて充電する反転電流用ダイオードと、
   前記充放電用コンデンサに接続され、該充放電用コンデンサを充電する直流高電圧電源と、で構成されたことを特徴とする多連発パルス電磁力音響診断装置。
2. 計測解析部は、
   センサからの音響アナログ信号をＡＤ変換してデジタル化し、この音響デジタルデータを出力するＡＤ変換装置と、
   前記検査対象物の欠陥の有無を非破壊的に推定するために前記音響デジタルデータを数値解析をするＣＰＵと、
   音響デジタルデータ及び数値解析されたデータを記憶するメモリとを備え、
   該ＣＰＵは、取り込んだ音響デジタルデータから各パルス磁場に対する応答波形を切り分ける処理と、切り分けた複数の応答波形を加算し、パルス数で割って平均化する処理を行い、平均化された応答波形を出力する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の多連発パルス電磁力音響診断装置。
3. 前記平均化された応答波形に対しフーリエ変換処理を行い、平均化されたフーリエ変換結果を出力することを特徴とする請求項２に記載の多連発パルス電磁力音響診断装置。
4. 上記ＣＰＵは、取り込んだ音響デジタルデータから各パルス磁場に対する応答波形を切り分ける処理の後に行われる、切り分けた複数の応答波形の加算とパルス数で割る平均化処理に代えて、
   切り分けた複数の応答波形に対しフーリエ変換処理を行い、複数のフーリエ変換結果を加算し、パルス数で割って平均化する処理を行い、平均化されたフーリエ変換結果を出力することを特徴とする請求項２に記載の多連発パルス電磁力音響診断装置。
5. サイリスタへのゲート信号を、取り込んだ音響デジタルデータから各パルス磁場に対する応答波形を切り分ける処理の信号とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多連発パルス電磁力音響診断装置。

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