JPH0249660B2 - Hentairyoritsunosokuteihoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼等金属材料の組織変態、たとえば
オーステナイト相からフエライト相へ或はその逆
の過程において生じる電磁気的な変化を検出し
て、被検体（金属材料）の変態量率を装置する方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、鋼等金属材料の変態量率を測定する方法
として、放射線を利用する方法や直流磁界を利用
する直流磁界法或は被検体の変態過程において生
じる電磁気的な変化をインピーダンスの変化とし
て検出する方法が知られている。

放射線を利用する変態量率の測定方法は、オー
ステナイトからフエライトへの変化に伴う格子定
数の変化によつてＸ線回折角が変化することを利
用する方法であるがＸ線が被検体を透過し難いた
め、表層（表面から数10μm深さ）の情報しか得
られないとか、被検体がたとえば熱間圧延中の鋼
ストリツプであるような場合、被検体は測定中に
激しく上下方向に変位する（ばたつく）が、この
ような状態下で精度高く変態量率を測定すること
ができない、という欠点がある。

また、直流磁界法は、被検体に直流磁界を与え
ホール素子で磁界を測定する方法であるが、変態
量率と測定値の間に著しい非線型性があるととも
に、変態が始まつて被検体が強磁性体になると、
直流磁界が被検体の表層部のみに流れるようにな
るため、変態の開始点或はその近傍しか測定でき
ない、という欠点がある。

次に、本発明と同じような、被検体の変態過程
における電磁気的な変化をコイルで検出する従来
の変態量率の測定方法について詳しく述べる。こ
の種の変態量率の測定方法として、第１図に示す
ように構成された変態量率測定方法がある。

第１図において、１は発振器であつて、被検体
の変態量の測定に対して適切な周波数の正弦波電
流を出力する。２は被検体であつて、変態量を測
定する対象である。

３は検出コイルであり、被検体２の上部に近接
して置かれ、変態量を検出するセンサーとして機
能する。４はブリツジ回路で、検出コイル３のイ
ンピーダンスの変化を検知する。５は信号処理装
置で、ブリツジ回路４の検出信号を利用し易い形
態に変化させる。この従来の変態量測定装置の動
作を、以下に説明する。

板状の被検体２の近傍に検出コイル３を置い
て、発振器１によつて発生した、連続した正弦波
電流を検出コイル３に流す。而して、被検体２の
表面に渦電流が生じ、コイルの見掛けのインピー
ダンスが変化する。このコイルインピーダンスに
影響を与える渦電流の大きさは、被検体２の材質
（透磁率、伝導率、センサーと被検体２間の距離、
その他）に依存する。被検体２が、オーステナイ
トからフエライトへ変態しつつある場合、被検体
２中にはオーステナイトに対しててフエライトの
占める比率が大きくなるため、透磁率は大きく変
わる。その結果、被検体２の表面を流れている渦
電流は変化して、被検体２の近傍に置かれている
検出コイル３のインピーダンスは変化する。この
検出コイル３におけるインピーダンスの変化を、
検出コイル３に続くブリツジ回路４によつて検出
し、信号処理装置５で検出信号を利用し易い形態
に変化させ、表示部６で表示する。

被検体２の変態過程における電磁気的な変化を
コイルで検出する上記従来技術は、叙上のように
構成されているから、板状の被検体の透磁率の変
化を感知するのみならず、その他の因子、特に被
検体と検出コイルの間の距離に鋭敏に反応し、従
つて、被検体と検出コイルの間隔を一定に保たな
ければならない。また、センサー出力と被検体の
変態量率の間には著しい非線型性が存在するか
ら、変態の開始点或はその近傍における変態量率
は測定できるけれども、変態の開始点から終了点
までの変態量率を測定することができない。この
従来技術には、このような種々の問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記従来技術における問題を解決
し、被検体とセンサーの間の距離が変化する場
合、たとえば熱間圧延中の鋼ストリツプのよう
に、被検体が激しく上下動する（ばたつく）場合
でも被検体の変態量率を精度高く測定できるとと
もに、被検体の板厚の広い範囲に亘つて、変態の
開始点から終了点までの変態量率を測定すること
ができる、変態量率の測定方法を提供することを
目的としてなされた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の特徴とする処は、送信コイルと、被検
体を挟んで相対して位置する受信コイルを設け、
前記送信コイルに交流電流を供給して受信コイル
に生じる電気信号から被検体の変態量率を測定す
る方法であつて、被検体の変態の初期から、出力
信号の大きさと変態量率の関係が線型的に変化す
る間においては、連続波交流電流を送信コイルに
供給して測定を行い、被検体の変態が進行し出力
信号の対数値と変態量率の関係が非線型となると
き以前からパルス波交流電流に切換え送信コイル
に供給して測定を行うことにある。

以下に、本発明を詳細に説明する。

第２図に、本発明の変態量率の測定方法を実施
するときの装置の構成を示す。

第２図において、２１は送信コイルである。２
２は受信コイルであつて、板状の被検体２３を挟
んで送信コイル２１に相対した位置に配置され
る。２４は発振器であつて、送信コイル２１に被
検体２３の変態量率の測定に適した連続した交流
電流たとえば正弦波交流電流、或はパルス波電流
を発生する。本発明では、連続した交流電流たと
えば正弦波交流電流ならびにパルス波交流電流を
総称して交流電流と呼ぶ。

２５は、パルス信号−連続信号切り換え装置、
２６は、パワーアンプであつて、パルス電流或い
は連続した交流電流たとえば正弦波交流電流にパ
ワーを与える。２７は増幅器およびチユーンドア
ンプであつて、受信コイル２２に発生した電圧を
増幅する。

増幅器およびチユーンドアンプ２７は、切り換
え装置２５によつて切り換えられる。

２８は信号処理回路であつて、受信信号を処理
する。信号処理回路２８は受信した透過信号と回
りこみ信号を分離して、所定の変態量率の基準値
に置き替えるための回路である。２９は表示部で
あつて、信号処理回路２８からの信号を表示す
る。

次に、第２図に示す装置の動作を説明する。

本発明においては、被検体２３の変態初期にお
いて、送信コイル２１に連続した交流電流たとえ
ば正弦波交流電流を供給し、変態がある程度進行
した段階で、パルス信号−連続信号切り換え装置
２５によつて、送信コイル２１に供給される電流
を連続した交流電流たとえば正弦波交流電流から
パルス波交流電流に切り換える。

送信コイル２１に連続した交流電流たとえば正
弦波交流電流を供給すると、板状の被検体２３の
表面に渦電流が生じる。この渦電流は、被検体２
３の厚さ方向下方へ伝播して行き、受信コイル２
２の周囲に高周波の磁場を作る。この磁場の変化
によつて、受信コイル２２の両端に電圧が誘起さ
れる。受信２２に誘起される電圧は、近似的に次
式で与えられる。

Ｖ＝V₀・exp（−√ｄ） ……(1) ここで、：周波数 μ：透磁率 σ：伝導率
ｄ：被検体２３の厚さ である。

処で、被検体２３の変態の進行に伴つて、オー
ステナイトからフエライトへ変わり、全量（オー
ステナイト＋フエライト）に対するフエライトの
比率に応じて被検体２３の透磁率は大きくなつて
行く。全量に対するフエライトの比率をＫとし
て、オーステナイトおよびフエライトの透磁率、
伝導率をそれぞれμ₁，μ₂，σ₁，σ₂とすると、受信
コイル２２の両端に生じる誘起電圧は、 Ｖ＝V₀・exp（−√_{1 1}（１−Ｋ）ｄ −√_{2 2}Kd） ……(2) ここで、Ｋ：フエライト／（オーステナイト＋
フエライト） となる。ここで、Ｋは変態量率と対応していて、
Ｋ以外の値は既知であるから、誘起電圧を測定す
ることによつて目的とする変態量率を求めること
ができる。

このように、本発明の基本原理は、(2)に従つて
いる。

処で、(2)式においては、センサーと板状の被検
体２３の距離（間隔）を表す項はなく、誘起電圧
はセンサーと板状の被検体２３間の距離（間隔）
とは無関係であり、誘起電圧によつて得られる変
態量率もセンサーと板状の被検体２３間の距離
（間隔）には影響を受けない。即ち、板状の被検
体２３が送信コイルと受信コイル間で“ばたつ
き”を生じても、変態量率の測定精度を低下させ
ることがない。

また、(2)式の対数をとると、オーステナイトの
透磁率に比しフエライトの透磁率は十分に大きい
から、(3)式に示すように誘起電圧の対数は、変態
量率Ｋに線型となる。

1n（Ｖ／V₀）＝−（√_{1 1}（１−Ｋ）ｄ ＋√_{2 2}Kd）μ₂≫μ₁であるから、近似的
に、 1n（Ｖ／V₀）＝−√_{2 2}Kd ……(3) となる。処で、被検体２３である金属板材の厚さ
ｄが大きく、変態が十分に進行している場合に
は、第３図に示すように、透過信号３０によつて
生じる誘起電圧Ｖは、被検体２３を回り込んでく
る信号３１によつて生じる誘起電圧Vεによつて
埋没してしまう。

そこで、本発明においては、第４図に示すよう
に、(3)式が成立する領域内においては連続する交
流電流たとえば正弦波交流電流を送信コイルに供
給し、それ以外の領域ではパルス波交流電流を使
用するようにしている。

この点を詳細に説明すると、先ず送信コイルに
供給する電流は、連続する交流電流たとえば正弦
波交流電流である方が、被検体２３の変態率の測
定精度を高い水準とすることができる。しかしな
がら、先に述べたように、被検体２３の厚さｄが
大きく変態が進行している場合、（第４図に、“連
続法による測定”を示す実線の右方非線型部分）
被検体２３を回り込んでくる信号３１（第３図参
照）によつて生じる誘起電圧Vεによつて、透過
信号３０によつて生じる誘起電圧Ｖが埋没してし
まい、変態率の測定ができなくなる。しかし、送
信コイル２１にパルス波交流電流を供給して変態
率を測定すると、真の信号（透過信号３０によつ
て生じる誘起電圧Ｖ）と、被検体２３を回り込ん
でくる信号３１（第３図参照）によつて生じる誘
起電圧Vεの分離が可能となり、第４図に、“連続
法による測定”を示す実線の右方非線型部分にお
いても変態率の測定ができる。

しかし、送信コイル２１にパルス波交流電流を
供給して変態率を測定する場合、含まれる周波数
が必ずしも単一とはならない。そのため、受信信
号は、意図した周波数を中心とする周波数群総和
となり、単一の周波数を用いる連続法（連続する
交流電流たとえば正弦波交流電流を送信コイルに
供給して変態率を測定する方法）に比し、本質的
に測定精度は低くなる。従つて本発明では、連続
法で測定可能な部分（第４図における実線の線型
部分）は連続法によつて測定し、連続法による測
定ができない部分は、精度は落ちるけれども測定
可能なパルス法によつて測定するようにしてい
る。こうすることによつて、広い測定範囲を確保
している。

本発明を実施するに際し、連続法からパルス法
に切り換えるタイミングを判別するには、予め第
４図を求めて置き、出力の測定値l_o（Ｖ）が非線
型となる測定値のl_o（Ｖ）_Linitを決定し、この値l_o
（Ｖ）_Linitよりも出力の測定値l_o（Ｖ）が小さくなつ
たときに、連続法からパルス法に切り換える。

次に、パルス法による場合の動作について説明
する。

送信コイル２１にパルス波交流電流を流すと、
板状の被検体２３の表面に渦電流が生じる。この
渦電流は、被検体２３の厚さ方向下方に伝播して
行き、受信コイル２２の周囲にパルス状の磁場を
作る。この磁場の変化によつて、受信コイル２２
の両端に電圧が誘起される。パルス電流Ｉを次式
で定義すると、近似的に、 Ｉ＝I₀（ｔ）（nT≦ｔ＜nT＋t₀） ＝０ （nT＋t₀≦ｔ＜（ｎ＋１）Ｔ） ただし、ｎ＝０，１，２，３…… 中心周波数をとすると、誘起電圧Ｖは、 Ｖ＝K∂／∂t（I₀（ｔ−Δt）exp） −√ｄで与えられる。

伝播時間Δtは、 Δt＝√4×ｄ ここで、μ：透磁率 ：周波数 σ：伝導率
ｄ：被検体の厚さ 透過速度ｖは、 ｖ＝√4 と近似的になる。この渦電流の透過速度ｖは、
＝1kHZ、μ＝150×4μ×10^-7H／ｍ、σ＝８×
10⁶v／ｍ、ｄ＝３mmの場合、約3m／ｓであり、
電磁波の進行速度３×10⁸m／ｓ、即ち回り込み
信号の進行速度に比較して非常に低い。

本発明は、このことを利用している。即ち、被
検体２３を透過してくる信号は、被検体を回り込
んでくる信号に比しΔtだけ遅れるから、被検体
２３を透過してくる信号と被検体を回り込んでく
る信号を分離することが可能となる。

第５図に、送信パルスの形状と、被検体２３の
変態進行に伴う受信パルスの形状の一例を示す。
第５図１は送信波形、２，３，４，５は、変態率
０％、20％、40％、80％の場合の受信パルスの波
形である。この中で、回り込みの成分は、パルス
波形開始から1msまでに含まれている。真の信号
（透過信号）は、２，３，４，５において、時間
的にずれて行くピークに含まれている。２，３で
は、このピークの位置と回り込み信号とは、ほぼ
重なつた位置にあるが、真の信号（透過信号）が
十分大きいため回り込み信号は観察できない。

４については、最初に回り込み信号が見られる
が、真の信号（透過信号）のために形が崩れてい
る。５については、最初の信号が回り込み信号で
あり、次のなだらかなピークが真の信号（透過信
号）である。回り込み信号と真の信号（透過信
号）とが完全に分離している。

このように、パルス法では、回り込み信号が真
の信号（透過信号）に影響を与える部分では、
４，５のように、真の信号（透過信号）が回り込
み信号と分離された形で測定できる。この真の信
号（透過信号）のピーク値によつて予め検量線を
求めて置き、これを基に変態量率を求める。

また、真の信号（透過信号）が回り込み信号に
比し十分に大きい２，３の場合は、そのまま真の
信号（透過信号）のピーク値を使用する。この真
の信号（透過信号）のピークが、回り込み信号と
分離し始めた場合、分離した真の信号（透過信
号）のピーク値使用する。

回り込み信号は、 Ｖ＝Vε（nT≦ｔ＜nT＋t₀）＝０ （nT＋t₀≦ｔ＜（ｎ＋１）Ｔ） となる。従つて、受信コイル２２で受信された信
号を増幅器２７によつて増幅し、信号処理回路２
８において、nT＋t₀≦ｔ＜（ｎ＋１）Ｔのみの信
号に着目すると、回り込み信号の効果を消去する
ことが可能となる。このように、回り込み信号と
真の信号（透過信号）が分離され、この真の信号
（透過信号）の大きさによつて変態量率を計算し、
表示部２８で表示する。

叙上のように、本発明は、交流による金属材料
の変態量率測定方法において、出力である測定値
が変態量率に線型的に変化する領域では、送信コ
イル２１に連続した交流電流たとえば正弦波交流
電流を供給し、線型性が崩れる領域即ち、回り込
み信号の影響がある領域ではパルス波交流電流を
送信コイル２１に供給するように構成している。

本発明の他の実施態様として、連続法におい
て、受信信号の振幅を情報として利用している
が、位相も同様の情報をもつているから、変態量
率を知るために位相を利用してもよい。また、パ
ルス法については、信号処理回路２８において、
回り込み信号と真の信号（透過信号）を分離し、
真の信号（透過信号）の大きさによつて変態量率
を求めたが、真の信号（透過信号）の時間遅れを
調べることによつて、変態量率を求めることも可
能である。

送信コイル２１の直前にあるパワーアンプ、受
信コイルの後段にあるチユーンドアンプ、増幅器
は、本発明の構成における必須の構成要素ではな
く、場合によつては省くことも可能であり、それ
らに準ずるもの、たとえばチユーンドアンプをロ
ツクインアンプによつて代替してもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は、被検体の変態初
期においては、測定の精度を高くするのに好まし
い周波数を使用する連続した交流電流を用いて測
定精度を確保し、連続法が適用できない領域で
は、パルス法を用いることによつて広い測定範囲
を確保している。

このように、本発明は、連続法とパルス法を切
り換え使用することによつて、厚い被検体の変態
量率を変態の開始点から終了点まで広い範囲に亘
つて、精度良く測定することができる効果が奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の変態量率測定装置の構成を示
す説明図、第２図は、本発明の一実施態様を示す
構成図、第３図は、回り込み現象を示す説明図、
第４図は、連続法による測定パルス法による測定
の切り換え点を示す説明図、第５図は、送信パル
スと被検体の変態の進行に伴う受信パルスの変化
を示す波形図である。 １：発振器、２：被検体、３：検出コイル、
４：ブリツジ回路、５：信号処理装置、６：表示
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 送信コイルと、被検体を挟んで相対して位置
   する受信コイルを設け、前記送信コイルに交流電
   流を供給して受信コイルに生じる電気信号から被
   検体の変態量率を測定する方法であつて、被検体
   の変態の初期から、出力信号の大きさと変態量率
   の関係が線型的に変化する間においては、連続波
   交流電流を送信コイルに供給して測定を行い、被
   検体の変態が進行し出力信号の対数値と変態量率
   の関係が非線型となるとき以前からパルス波交流
   電流に切換え送信コイルに供給して測定を行うこ
   とを特徴とする変態量率の測定方法。