JPH0113533B2

JPH0113533B2 -

Info

Publication number: JPH0113533B2
Application number: JP57049789A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimizu; Michio Sato; Toshihiro Mori; Nobutada Sugaya
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1982-03-27
Filing date: 1982-03-27
Publication date: 1989-03-07
Also published as: JPS58166256A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、例えば連続鋳造工程等での熱間素材
の探傷に用いて有用な電磁超音波受信用トランス
ジユーサに関する。

被検査材中の超音波を非接触で励振並びに検出
することのできる電磁超音波トランスジユーサと
しては、例えば次のような構成のものがある。即
ち、第１図に示すように、厚み方向に磁化した複
数枚の永久磁石板１１，１１₁，１１₂，１１₃…
……を、高透磁率磁性材１２，１２₁，１２₂，１
２₃………で挟んで交互に極性が逆になるように
厚み方向に配列してなる磁界発生機構を有し、こ
の磁界発生機構の端部近傍に前記永久磁石板１１
の配列に沿つて蛇行する波型状コイル１３を配置
して構成された周期構造マグネツト構造の電磁超
音波探傷用トランスジユーサがある。

このようなトランスジユーサにおいて、いま、
波型状コイル１３に電流を流すと、被検査材１４
表面の永久磁石板１１直下の各部に図示極性の渦
電流Ｉが発生する。この渦電流Ｉと永久磁石板１
１直下の水平方向の磁界Ｈとの相互作用により、
被検査材１４表面部には図示極性のローレンツ力
Ｆが働く。従つて、波型状コイル１３に交流電流
を流すことによつて、振動方向と伝播方向が共に
垂直方向である縦波の超音波が被検査材１４に励
起されることになる。

このようにして被検査材１４中に超音波を励起
し、その超音波の欠陥部からの反射波を上述した
超音波励起と逆の変換過程をたどつて例えば波型
状コイル１３により検出することで探傷が行われ
る。このようなトランスジユーサによれば、その
磁界発生機構の構成上、強力な磁界が得られ、こ
れと波型状コイルにより誘導する渦電流との相互
作用によつて、均一でかつ広い探傷面を得ること
ができる。

ところで、連続鋳造工程等での熱間素材の探傷
をこのような電磁超音波トランスジユーサで行う
場合には、冷間での場合と異なつていくつかの配
慮が必要となる。特に重要な点は、トランスジユ
ーサと被検査材との間の空隙距離を十分大きく、
例えば５mm程度とらなければならないことであ
る。その理由は、熱間素材の場合、素材の温度が
きわめて高温であること、表面の凹凸が激しいこ
と、トランスジユーサを冷却構造としてトランス
ジユーサの端面と被検査材の間の空隙に冷却媒体
を流さなければならないこと、等にある。

したがつてこのような観点から見ると、上記し
た周期構造マグネツトを用いた電磁超音波探傷用
トランスジユーサにあつては、他のトランスジユ
ーサに比較すれば被検査材との間の空隙距離をあ
る程度大きくとつた状態での探傷が可能となる利
点を有してはいるが、なお、十分なものではなか
つた。

そこで、従来、被検査材との間の空隙距離を十
分保ちながら被検査材を超音波励振するトランス
ジユーサが開発されている。このトランスジユー
サの構成は、第２図に示すようにＵ字状に形成さ
れた高周波磁心２１の外側に、絶縁層２２、高周
波磁心２１の途中での磁束の漏れを減らす銅板よ
りなるシールド板２３および絶縁層２４の順序で
覆い、更にその最外部の絶縁層２４の上側に送信
コイル２５を巻装してなる電磁超音波送信用トラ
ンスジユーサである。

而して、このトランスジユーサは、Ｕ字形の高
周波磁心２１に巻き付けた送信コイル２５に高周
波電流を流し、これにより被検査材表面に高周波
磁束と高周波渦電流を誘導せしめ、これら両者の
相互作用により被検査材に超音波を励振するもの
である。このとき、励振された超音波は被検査材
内を進行し、欠陥があるとそこで反射されて戻つ
てくる。この戻つてくる超音波を全く別体の検出
コイルで検出することにより被検査材の探傷を行
なうものである。従つて、上記トランスジユーサ
は、高周波磁心２１を用いたことにより、被検査
材表面から充分離れた位置に設けても大きな磁束
密度の高周波磁束を被検査材表面に導くことがで
き、しかも送信コイル２５に直接高周波の大電流
を流すことができるので、バイアス用静磁界を必
要とせずに無バイアスで被検査材に超音波を励振
させることができる。

しかし、上述する無バイアス・トランスジユー
サは、バイアス用静磁界がないために、逆に超音
波を受信することができない不具合がある。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもの
で、無バイアスのトランスジユーサと同様に被検
査材との空隙距離を大きくとつて超音波を受信す
ることが可能であり、これによつて例えば高温材
料の非破壊検査などに用いて有効な電磁超音波受
信用トランスジユーサを提供することを目的とす
る。

以下、本発明の実施例について第３図及び第４
図を参照して説明する。

第３図は本発明の第１実施例を示し、Ｕ字状に
形成された高周波磁心３１の両脚部端面３２、つ
まり被検査材との対面を除いて磁心全体を絶縁層
３３で被覆し、その外側全体を例えば0.2mm厚さ
の銅板などで作られた第１シールド板３５で覆つ
ている。更に両脚部先端付近のみ第１シールド板
３５の外側に再度絶縁層３８を施し、その外側に
例えば0.5mm厚さの銅板よりなる第２シールド板
３４が被着されている。しかも、これらシールド
板３５，３４は高周波磁心３１を取巻く短絡路を
形成することのないように部分的に切断、絶縁さ
れている。（以下の実施例でもシールド板に関し
この点は同様である。）そして磁心両脚部の第１シールド板３５上に、
バイアス用励磁コイル３６ａ，３６ｂが巻装さ
れ、また各脚部の第２シールド板３４上にも受信
コイル３７ａ，３７ｂが巻装されている。

前記励磁コイル３６ａ，３６ｂは、バイアス用
静磁界を作るものであつて、両コイル３６ａ，３
６ｂの接続はコイル電流によつて生ずる磁束がＵ
字状高周波磁心３１を還流するように接続されて
いる。なお、各励磁コイル３６ａ，３６ｂの巻数
はこれに流す励磁電流が磁心３１をほぼ飽和する
まで磁化することができるような数、例えばそれ
ぞれ50回巻きとし、必要により２層以上をもつて
巻装するものである。

また受信コイル３７ａ，３７ｂも励磁コイルと
同様にコイル電流によつて生ずる磁束が磁心内を
還流するように接続されている。なお、この場合
の受信コイル３７ａ，３７ｂは各々が例えば23回
巻きとし、単層巻きをもつて巻装されている。

前記シールド板３５及び３４は到来超音波によ
り発生する高周波磁束を能率よく受信コイル３６
ａ，３６ｂに導くことを意図したものである。

前記第２シールド板３４は磁心３１の両磁極間
にも施されているが、第２シールド板３４の形状
としてはただ単に高周波磁心３１の両脚部に短絡
ループを形成しないように巻付けただけのもので
も良く、さらにシールド板、特に第２シールド板
３４はなくしてもトランスジユーサの動作原理に
変りはなく、本発明の範囲を越えるものではな
い。

次に第４図は、本発明の第２の実施例を示すも
のである。これは絶縁層３３の外側全体に例えば
0.2mm厚さの銅板からなるシールド板３５を短絡
ループを作らないように配慮して施したものであ
る。そしてそのシールド板３５の外側にバイアス
用励磁コイル３６ａ，３６ｂを磁心脚部の下端寄
りに巻装し、一方、高周波磁心３１の胴部側に受
信コイル３７を巻装している。この受信用トラン
スジユーサにあつては、シールド板３５によつて
被検査材への到来超音波により発生する高周波を
効率よく高周波磁心３１内に還流させることがで
きる。

次に、以上のような受信用トランスジユーサの
特性を得るための実験用ブロツクダイヤグラムに
ついて第５図を参照して説明する。この場合の被
検査材６１としてはアルミニウムブロツクを用
い、かつ送信用トランスジユーサ６２は第２図に
示す無バイアスのものを使用し、受信用トランス
ジユーサ６３は第３図及び第４図のものを使用
し、かつこれらのトランスジユーサ６２，６３の
高周波磁心には50μｍ厚硅素鋼板巻鉄心を用い
た。同図において６４はトリガパルス発生器、６
５は直流電源、６６は第６図のような構成を有す
るバイアス用瞬間大電流発生回路であつて、同回
路６６は電源６５によつて充電せられたコンデン
サＣの電荷をトリガパルス発生器６４のトリガパ
ルスでSCRをオンとすることにより、チヨーク
コイルＬを通して共振放電させて大電流を励磁コ
イル３６に供給するものである。第６図に示すチ
ヨークコイルＬは励磁コイルが短絡状態になり、
受信コイルの電圧を低下させるのを防ぐためのも
のである。送信用トランスジユーサ６２の駆動は
励磁コイル３６への放電電流がほぼ最大になつた
とき超音波を発生するように遅延回路６７でトリ
ガパルスを遅延させた後、送信用衝撃大電流発生
回路６８に加えている。６９は高圧直流電源であ
る。一方、受信用トランスジユーサ６３による受
信コイル３７ａ，３７ｂの受信出力は高域通過フ
イルタ７０、前置増幅器７１、低域通過フイルタ
７２および増幅器７３を介してオシロスコープ７
４で観察される。なお、高域通過フイルタ７０は
例えばカツトオフが120KHzのCRフイルタを用
い、前置増幅器７１は後段の低域通過フイルタ７
２の整合の用に供されるものであつて、電圧利得
が１で入力インピーダンスは10KΩ程度、出力イ
ンピーダンスは50Ωものを使用する。低域通過フ
イルタ７２は例えばカツトオフが706kHzの影像
パラメータフイルタを使用する。増幅器７３は例
えば利得が32dB、出力開放で80倍となり、入力
インピーダンスが50Ωのものを使用する。

以上のような実験用ブロツクダイヤグラムに基
づいて得た特性図を第７図および第８図に示す。
先ず、第７図は、励磁電流と受信電圧との関係を
示す特性図である。但し、この実験例では、送受
信用トランスジユーサ６２，６３とも空隙距離を
ほぼ零とし、かつ送信用高圧直流電源の電圧を
16KVdcとした。また第６図のチヨークコイルＬ
にはインダクタンス81.4μHのものを使用し、ま
た高域通過フイルタ７０としてカツトオフ周波数
が120〜170kHzのものを使用した。この特性図か
ら検討するに、第４図の構造の方が励磁電流が少
なくても第３図の構造より、受信電圧が高いこと
がわかる。これは励磁コイルの位置を磁心端部に
まで下げたために、被検査材には、大きなバイア
ス磁界が印加されたことを意味する。

次に第８図は、第４図の構造について受波感度
と空隙距離の関係を示す特性図である。但し、こ
の実験例では、送信用トランスジユーサ６２の空
隙距離を50μｍ、送信用高圧直流電源の電圧を
16KVdc、励磁電流を200Aとし、増幅器７３は
利得が40dBのものを使用した。なお比較のため、
第１図の周期構造マグネツトを用いたトランスジ
ユーサについても同様の実験を行い、これを第８
図に併記した。

この特性図から検討するに、本発明の受信用電
磁超音波トランスジユーサは、従来の周期構造マ
グネツトを用いたものに比べ、大きな空隙距離を
とつても感度の低下の割合が少いため、被検査材
から十分な空隙距離をとつて配置することが可能
である。

以上詳記したように本発明によれば、無バイア
ストランスジユーサと同種の高周波磁心を用いる
とともに、同高周波磁心に励磁コイルと受信コイ
ルを備えたことにより、受信用トランスジユーサ
として使用することができ、送信用トランスジユ
ーサと同様に被検査材から十分空隙距離をとつて
配置することができる。また、シールド板被覆を
施したことにより、励磁コイル電流によるバイア
ス磁界が増して受信効率が高くなり、受信コイル
を被検体面から十分離れた位置に巻装することも
可能となり、例えば高温の材料の非破壊検査など
に非常に有利となる電磁超音波受信用トランスジ
ユーサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の周期構造マグネツトを用いたト
ランスジユーサの一例を示す側面図、第２図は従
来の高周波磁心を用いた無バイアスの送信用トラ
ンスジユーサの正面断面図、第３図及び第４図は
本発明に係る電磁超音波受信用トランスジユーサ
の第１、第２の実施例を示す正面断面図、第５図
は同実施例の実験用ブロツクダイヤフラム図、第
６図は第５図に示すバイアス用瞬間大電流発生回
路の構成図、第７図及び第８図はそれぞれ実験の
結果得られた特性図である。３１……高周波磁心、３３，３８……絶縁層、
３４，３５……シールド板、３６ａ，３６ｂ……
励磁コイル、３７，３７ａ，３７ｂ……受信コイ
ル。

Claims

【特許請求の範囲】

１超音波励振によつて被検査体中を伝搬してく
る超音波を受信し被検査体の欠陥や異常を検知す
るものにおいて、Ｕ字状に形成された高周波磁心
と、この高周波磁心の両脚部端面を除いて全体に
被着されたシールド板と、このシールド板の上側
に巻装されたバイアス磁界用励磁コイルと、前記
シールド板の上側に巻装され前記被検査体中を伝
搬してくる超音波を受信する受信コイルとを具備
したことを特徴とする電磁超音波受信用トランス
ジユーサ。