JPH039013Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、縦波電磁超音波発生検出器、特に該
検出器を構成する超音波発生用コイル及び検出コ
イルの構造改良に関するものである。

（従来技術） 電磁超音波の発生原理は、導電性材料の表面近
傍に磁界を形成すると共に、コイルを配置し、こ
れに高周波パルス電流を流して、材料表面に渦電
流を発生させ、該磁界と渦電流との相互作用によ
り材料中に超音波を透入させるものであり、ま
た、材料中の超音波と磁界との相互作用により、
材料表面に生じた渦電流を電磁誘導の法則により
コイルよつて検出するものである。

この材料中での超音波伝播時間を測定すること
によつて、材料の厚みや内部欠陥検出を行うこと
は、通常の超音波探傷技術と同様でるが、原理的
に材料に非接触であることから、その利点を活用
した適用が広まつている。

従来、この電磁超音波・縦波の発生検出につい
ては、特開昭54−95288（第１図ａに示す電磁超音
波発生検出器を参照）に記載されているように、
外部磁界を利用しないで超音波を発生する場合
と、特開昭52−92781及び特開昭54−28163（第１
図ｂ及びｃに示す電磁超音波発生検出器を参照）
に記載の、外部磁界を利用して超音波を発生する
方法がある。

第１図で１は導電性の測定対象材例えば鋼材で
あり、２，２′，２″は電磁超音波発生検出器であ
る。これらの検出器はマグネツトコアー３，３′，
３″、該コアーに装着された磁界発生用コイル４，
４′，４″、超音波発生用コイル５，５′，５″、及
び検出コイル６，６′，６″を有する。７はパルス
磁界、８，８″，８″は渦電流、９，９′，９″はこ
れらにより生じる振動力つまり超音波、１０，１
０′，１０″はその発生した超音波の進行方向を示
す。１１，１１′，１１″は他面で反射して戻つて
きた超音波の進行方向を示し、１２，１２′，１
２″は反射超音波による振動力、１３，１３′，１
３″は静磁界、１４，１４′，１４″は該振動力と
静磁界により発生する渦電流である。１５，１
５′は回転対称軸を示す。超音波発生、検出動作
は既知の通りであるから詳細な説明は省略する。

これらの方法では、マグネツトコアーの近傍の
非常に制限された領域に、超音波発生用コイル、
検出コイルを近接配置し、かつ、測定対象材に対
向して両コイルを平面的に配置する必要がある。
従つて、超音波発生用コイルに流れる高周波パル
ス電流によつて生ずる過大な誘導信号が検出コイ
ルによつて検出される。第２図はその検出信号波
形の模式図であり、６は送信パルスによる誘導ノ
イズ１７，１７′，１７″は測定対象材内を伝播
し、底面で反射した底面反射エコーである。この
検出信号の送信パルス、即ち、誘導ノイズの占め
る時間域t_Dは、不感帯といわれ、検出しようとす
る反射エコーが、この時間領域に入ると検出不可
となる。第２図の１８は該不感帯を示し、１９，
１９′，１９″は伝播時間を示す。

しかし、第１図ａ，ｂ，ｃの電磁超音波発生検
出器では、この不感帯１８がいづれの場合も大き
くなる欠点がある。また、制限された領域に配置
される超音波発生用コイル、検出コイルのコイル
サイズは大きく制約を受ける。このコイルサイズ
は発生する超音波の周波数やその検出感度に直接
影響を与えることから、適正なコイルサイズを選
択する必要がある。だが、使用する超音波周波数
が一定であれば、コイルサイズは大きい方が検出
感度は向上すると考えてよい。

（考案の目的） そこで、本考案では外部磁界を利用しない方法
で、渦巻状の超音波発生用コイルと直線状の検出
コイルを重ね合わせることによつて形成される超
音波発生・検出コイルを用い、不感帯を減少し、
かつ、コイル配置スペースを拡げることにより、
検出感度、Ｓ／Ｎ共に良好な縦波電磁超音波発生
検出器を提供するものである。

（考案の構成） 以下、実施例を用いて詳細に説明する。

第３図ａは、本考案による縦波電磁超音波発
生、検出の原理を示す概略図であり、第３図ｂ及
びｃは本考案における超音波発生用コイル及び検
出コイル形式の概略図を示す。

第３図ａにおいて、導電性測定対象材１の近傍
に磁界発生用コイル２０ならびに、マグネツトコ
アー２１を配置して、磁界発生用電源２２から磁
界発生用コイル２０に電圧を印加すると、導電性
測定対象材１内に点線矢印で示す静磁界２３が発
生する。一方、渦巻状の超音波発生用コイル２４
に高周波パルス電源２５により高周波パルス電流
を流すと、導電性材料１内には誘導により渦電流
２６，２６′が誘起されると同時にパルス磁界２
７，２７′が発生する。この渦電流２６，２６と
パルス磁界２７，２７′は相互作用して、フレミ
ングの左手の法則によつて矢印で示す方向のパル
ス状振動力２８，２８′を生ずる。この渦電流２
６，２６′の生ずる方向は逆であるが、パルス磁
界２７，２７′の方向も互いに逆であるので、振
動力２８，２８′は図示すように同じ方向となる。
この振動力２８，２８′は以後電磁超音波として
矢印２９，２９′の方向に進行する。この電磁超
音波は、導電性測定対象材１の他面に達すると反
射されて矢印３０の方向に戻つてくる。矢印３０
の方向の電磁超音波は、測定対象材表面近くに達
すると振動力３１として、前もつて形成された静
磁界２３と相互作用して、フレミングの右手の法
則により誘導電流３２が発生する。この誘導電流
３２は直線状の検出コイル３３によつて検出さ
れ、増幅器３４によつて増幅され、表示器３５に
表示される。この表示される検出信号の例を第２
図に示したが、この信号波形における反射エコー
間隔ｔを測定すれば、別途測定された測定対象材
の超音波伝播速度ｖとの積によつて、対象材の板
厚ｄを求めることができる。

次に、本考案の構成によつて、第２図に示す誘
導ノイズ１６が消去される原理について、第３図
ａ，ｂ，ｃを参照しながら説明する。超音波発生
用コイル２４および検出コイル３３とは、第３図
ａに示ように、導電性測定対象材１の面に垂直な
方向に近接して積層される如く配設される。第３
図ｂに超音波発生用コイル２４を、また第３図ｃ
に検出コイル３３を示す。超音波発生用コイル２
４は、面内で電流の方向が逆になる２つの部分を
もつように渦巻状に構成される。従つて、超音波
発生用コイル２４に、高周波パルス電流を流す
と、一側および他側のコイル電流３６とコイル電
流３６′は、互に逆方向に流れる。検出コイル３
３は、一つの面内では、一方向に電流が流れるよ
うに、第３図ｃに示すように構成される。

超音波発生用コイル２４と検出コイル３３は、
導電性測定対象材１の面に垂直な方向に近接して
積層される如く配設されているから超音波発生用
コイル２４に流された互に逆方向に流れる電流３
６，３６′によつて検出コイル３３に誘導電流３
７，３７′が誘起される。検出コイル３３に誘起
される誘導電流３７，３７′は、大きさが等しく
向きが逆であるからほぼ相殺される。

従つて、検出コイル３３によつて検出される誘
導信号、即ち第２図に示す送信パルスによる誘導
ノイズ１６は非常に小さくなり、誘導ノイズ１６
によつて占められる不感帯１８は顕著に減少す
る。一方、コイル電流３６，３６′によつて導電
性材料１の表面に誘起される渦電流２６，２６′
と同時に生ずるパルス磁界２７，２７′の発生方
向も各々逆方向となり（第３図ａ参照）、渦電流
２６，２６′とパルス磁界２７，２７′は各々相互
作用して、同方向の振動力２８，２８′を生じる。
即ち同位相、同方向の電磁超音波となつて材料内
を進行する。この超音波が反射されて材料表面近
傍に戻り、静磁界２３と相互作用して生ずる誘導
電流３２も同位相、同方向であるから、直線状の
検出コイル３３にて完全に検出できることにな
る。故に、検出コイル３３による検出信号の送信
パルス１６によつて占められる不感帯１８（t_D）
は小さく、材料中を伝播した反射超音波エコーは
良好な検出感度で検出されることになり、検出信
号のＳ／Ｎも著しく向上する。

なお、第３図ｂ，ｃに示す超音波発生用コイル
２４と検出コイル３３は重ね合せた後、超音波発
生用コイル２４を測定対象側に向けて配置される
ため、従来の制約されたマグネツト磁極間であつ
ても、コイルサイイズは約２倍の自由度をもたせ
ることができるから、コイルサイズに基づく検出
感度の向上も併せて得ることができる。

実施例として、マグネツトコアー３０〓、磁路
長280mm、磁極ギヤツプ15mmとし、磁界発生用コ
イルに起磁力12000ATを加えたところ導電性材
料の表面域に5KGの磁界が得られ高周波パルス
電源からの出力電圧を10KVとし、これにコンデ
ンサー容量0.001〜0.01μFと、一対の放電電極を
有するスパークギヤツプと、超音波発生用コイル
とを、放電時に直列となるよう回路構成したとこ
ろ、電磁超音波の周波数として1.0〜4.0MHzが得
られ、鋼材の板厚測定に適用すると、板厚3.0〜
250mmの測定対象について、実用上十分な検出感
度を得ることができた。測定精度も0.1mm以下と
良好であつた。

（考案の効果） 以上のように、本考案による渦巻状超音波発生
用コイルと直鎖状検出コイルを重ね合わせてなる
超音波発生、検出コイルを用いた電磁超音波発生
検出器を利用すれば、不感帯の小さい、かつ、検
出感度良好な縦波電磁超音波発生検出器を提供す
ることが可能である。

なお、実施例では、超音波発生、検出コイル共
に平面状として示しているが、測定対象表面が、
例えば鋼管のように曲面であれば、超音波発生・
検出コイルを測定対象材に合わせて湾曲させれば
よい。また、超音波発生、検出コイルのコイルサ
イズや、使用する超音波周波数を変化しても、本
考案の効果は変らない。信号検出に必要な静磁界
発生用マグネツトは、測定対象材表面近傍に適正
な水平方向磁界を形成するものであれば、その形
状を制約しない。また、その水平磁界は、信号を
検出するタイミングに形成されていればよいの
で、静磁界でもパルス磁界でもよく、その磁界発
生用マグネツトは、電磁石、永久磁石を問わな
い。

更に、実施例では反射法を用いて説明したが、
超音波発生コイルを測定対象の一面に配置し、検
出コイル及び、磁界発生用マグネツトを他面に配
置する透過法でも同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは外部磁界を使用しない電磁超音波発
生検出器の概略図と原理を示す。第１図ｂ及びｃ
は、外部磁界を使用する電磁超音波発生検出器の
概略図と原理を示す。第２図は電磁超音波・検出
信号波形の模式図を示す。第３図ａは本考案によ
る縦波電磁超音波発生検出器の概略図と原理を示
す。第３図ｂ及びｃは、本考案による超音波発生
用コイル及び検出コイルの概略図を示す。 １：導電性測定対象材、２，２′，２″：電磁超
音波発生検出器、３，３′，３″：マグネツトコア
ー、４，４′，４″：磁界発生用コイル、５，５′，
５″：超音波発生用コイル、６，６′，６″：検出
コイル、７：パルス磁界、８，８′，８″：渦電
流、９，９′，９″：振動力、１０，１０′，１
０″：発生超音波進行方向、１１，１１′，１
１″：反射超音波進行方向、１２，１２″：振動
力、１３，１３′，１３″：静磁界、１４，１
４″：渦電流、１５，１５″：回転対称軸、１６：
誘導ノイズ、１７，１７′，１７″：底面反射エコ
ー、１８：不感帯、１９，１９′，１９″：伝播時
間、２０：磁界発生用コイル、２１：マグネツト
コアー、２２：磁界発生用電源、２３：静磁界、
２４：超音波発生用コイル、２５：高周波パルス
電源、２６，２６′：渦電流、２７，２７′：パル
ス磁界、２８，２８′：振動力、２９，２９′：発
生超音波進行方向、３０：反射超音波進行方向、
３１：振動力、３６，３６′：コイル電流、３７，
３７′：誘導電流、３３：検出コイル、３２：誘
導電流、３４：増幅器、３５：表示器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 導電性の測定対象近傍に設けられる磁界発生装
   置と、渦電流を測定対象に発生させる超音波発生
   用コイルと、測定対象からの反射超音波により励
   起される渦電流を検出する検出コイルと、前記超
   音波発生用コイルに高周波パルス電流を流す高周
   波パルス電源とよりなる電磁超音波発生検出器に
   おいて、前記超音波発生用コイルを渦巻状とし、
   検出コイルを直線状として、両コイルを重ね合わ
   せた構造をもたせてなる縦波電磁超音波発生検出
   器。