JPH09166581A

JPH09166581A - 相互誘導形貫通探傷試験コイルおよび渦流探傷装置

Info

Publication number: JPH09166581A
Application number: JP33008295A
Authority: JP
Inventors: Akira Saeki; 朗佐伯
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【解決手段】相互誘導形貫通探傷試験コイルは、渦流
探傷装置の被検査材を通すための貫通穴の周りに装着さ
れる励磁コイルと、貫通穴の周りであって且つ励磁コイ
ルの内周にそって同軸的に巻回された検出コイルおよび
第３のコイルとを備え、検出コイルおよび第３のコイル
は、両端部および中央部を外部回路に接続しうるような
ものとされている。この相互誘導形貫通探傷試験コイル
は、探傷信号を出力する交流ブリッジと共に用いて渦流
探傷装置を構成し、検出コイルが交流ブリッジの２辺を
構成し、第３のコイルが並列共振回路を構成する。【効果】被検査材の健全部が走行中に発生する速度効
果による疑似妨害雑音の抑制、低減化と、いわゆるガタ
雑音の低減化とによって、被検査材表面の浅いきず信号
とのベクトル軌跡との振幅の比を大きくすることがで
き、更に、複数のきず相互間の信号ベクトル位相角度差
を調整制御することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁誘導作用によ
って金属等導電体に誘導されて発生する渦電流を利用し
た非破壊試験に用いる相互誘導形貫通探傷試験コイルお
よび渦流探傷装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】渦流探傷に用いる探傷試験コイル等に関
する従来技術としては、例えば、特公昭５２−２８３８
８号公報、特公昭５５−２３３８２号公報、特公平７−
３７９６３号公報、および特開平４−６５６６７号公報
（米国特許第５１４６１６４号明細書参照）に開示され
たものがある。

【０００３】これら従来技術のうち、特開平４−６５６
６７号公報に開示された渦流探傷装置は、同軸かつ離間
して配置された一対の検出コイルと、検出コイルが生じ
た磁界が逆相となるように各検出コイルにより交流ブリ
ッジ回路を形成し、各検出コイルの間に一対の共振コイ
ルを検出コイルと同軸に配置し、共振コイルには、交流
ブリッジが平衡したとき一対の共振コイルがが、検出コ
イルの発振周波数で共振させられるように、容量回路が
接続されている。この渦流探傷装置では、その容量回路
の容量の調製手段およびＱ調整手段として演算増幅器を
用いることにより、異常（きず）検出感度を高めること
ができるとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の渦流探
傷装置では、２対のコイルのうち検出コイルと同軸に巻
回されて且つ検出コイルに離間してその内側に配設した
コイルを共振させる手段を設けることにより、異常（き
ず）検出感度を最適値に設定できるとしている。しかし
なら、細分化されている検出コイルに交流を印加すると
共に磁界が逆相となるように接続されているために被検
査材表面に発生する渦電流も検出コイルと対比されるよ
うに近接してコイルの直下にて且つ各々の検出コイルの
電流と逆相の電流が発生する。かかる状態にあって、被
検査材と試験コイルとの相対運動（産業界における実用
例の多数は、コイルが固定され被検査材がコイルの軸方
向に走行する）に伴って発生した過電流と印加している
励磁の磁束との相互干渉によって速度効果、すなわち、
ドラッグ効果が生じることが原理的に知られている。

【０００５】この速度効果は、試験コイルの作る磁界中
を被検査材が移動すると、速度に比例した起電圧が試験
コイルに発生する現象をいう。これが被検査材表面の過
電流の流れ方を変えるため、速度が高くなると、欠陥に
よるインピーダンス変化が、被検査材が静止していると
きと異なってくる。このような速度効果は、特に、前述
の従来の渦流探傷装置の如く、検出コイルを励磁する電
流位相が互いに逆相の場合に顕著に現れることが知られ
ている。それにも関わらず、前述した従来の渦流探傷装
置では、このような速度効果を低減または消去するため
の対策はなんらとられておらず、その結果次のような不
具合があった。

【０００６】すなわち、被検査材の表面状態が健全であ
ってきずまたは欠陥が存在していなくても、試験コイル
内を被検査材が通過すると、印加している磁束とその磁
束により誘導発生した被検査材表面の過電流と印加して
いる磁束との相互干渉によって疑似の妨害雑音電圧が発
生する。また、その雑音電圧は、特定の位相角度を有し
ていると共に被検査材の速度が速くなると共に、その速
度に比例して大きくなるという不具合がある。このよう
に、被検査材が走行中に探傷試験コイルで被検査材の健
全部を探傷中に従来用いられている一般的な試験コイル
にあっては、探傷速度に比例した不平衡電圧が発生する
と共に、健全部（きずが全く存在しないにも関わらず）
探傷時に疑似雑音が発生することが知られている。速度
効果は、一般的に試験コイルと被検査材との相対的な走
査、走行速度に比例して位相検波出力に現れることも知
られている。

【０００７】前述したような従来の渦流探傷装置におい
て速度効果によりどのような疑似妨害雑音が発生するか
について実験してみた。添付図面の図１８は、実験に用
いた一般的なブリッジ回路を示している。このブリッジ
回路の一方の側の二辺には、自己比較の試験コイルＬ１
およびＬ２が接続されており、他方の側の二辺には、抵
抗Ｒ１およびＲ２が接続されており、試験コイルと抵抗
との接続点の間に、交流電源ＡＣが接続され、試験コイ
ルの接続点と抵抗の接続点との間に出力信号検出用の増
幅器ＡＰが接続されている。このような交流ブリッジに
接続された自己比較の試験コイルＬ１およびＬ２の中
で、被検査材を往復運動させたときの位相検波出力の記
録結果を、図１９に示している。この図１９に示される
正弦波状の繰り返し周期は、被検査材の往復運動の長短
を示す。この図１９から分かることは、記録の周期が短
くなるにしたがって記録された振幅が大きくなっている
ことである。また、図２０の(A) は、自己比較の試験コ
イルの接続が差動である場合の記録結果を示し、図２０
の(B) は、自己比較の試験コイルの接続が和動である場
合の記録結果を示しており、これら記録結果から分かる
ように、自己比較の試験コイルの接続が差動であっても
和動であっても、同様に速度効果が現れている。

【０００８】すなわち、速度効果は、位相検波出力に、
速度に比例した直流電圧を発生せしめるものであること
がわかった。したがって、被検査材と試験コイルとの相
対速度が微少に変化すると、その変化が微分されて位相
検波出力となる。被検査材が定尺材の場合、先端部がロ
ーラーコンベアに逐次乗り上げる都度、機械的振動を伴
って瞬間的に速度変化が発生している。この速度の微少
変化は、位相検波出力に疑似妨害信号として現れること
となる。この事実は、試験コイルから発生している励磁
磁束と被検査材の表面に電磁誘導された渦電流との相互
干渉によるものである。

【０００９】従来技術で被検査材の健全部が探傷試験貫
通コイル内を通過したとき、速度効果によって疑似妨害
雑音が記録された例を図２１に示している。この図２１
の(A) の欄は、非磁性管に加工されたドリル穴部を往復
走査して探傷試験した場合の記録を示すもので、この記
録は、1.５往復（１往復半）させた場合のものである。
上側は、位相検波出力のＸ軸がバンドパスフィルタ（Ｂ
ＰＦ）を通過した出力の記録、下側は、Ｙ軸出力の記録
である。一方、図２１の(B) の欄は、健全部を1.５往復
した場合における同様の記録である。図２１の(A) およ
び(B) の欄の何れも、Ｘ軸の記録結果を見ると、緩やか
なうねりが認められる。このうねりが速度効果による妨
害雑音である。一方、図２１の(A) および(B) の欄のい
ずれも、Ｙ軸の記録結果を見ると、Ｘ軸の記録結果に見
られたような緩やかなうねりは見られない。このよう
に、一般的には、主にＹ軸出力を用いると共にハイパス
フィルタを用いることにより、速度効果による妨害雑音
を除去することができることは知られている。しかしな
がら、この種の妨害雑音は、探傷試験速度の上昇に伴っ
てきず信号の周波数に近接またはきず信号に混入してし
まう。その上、後述するようなきず信号の位相角度の差
を開閉する操作を行う場合には、抽出する信号がＹ軸出
力に限定されてしまうこと、また、健全部の外表面を探
傷試験したときに生じる速度効果起因の妨害雑音と近似
の位相角を有するきずを検出するとき特に避けられない
妨害雑音となっているのであるから、このような速度効
果は低減しなければならない技術的テーマである。

【００１０】また、被検査材が走行中の健全部を探傷中
になんらのきずが存在しないにもかかわらず疑似信号が
発生することも判っており、このときに発生が認められ
るものとしては次のようなものがある。疑似雑音が発生
する状況は、前述の速度効果によるものとは異なり、例
えば、定尺の被検査材は、先端部がコンベアローラ等に
被検査材の搬送進行と共に、逐次乗り上げる。又、電
線、線材等が走行中に弦振動を伴っている。このときの
機械的振動があたかもきずを検出したかのように疑似の
信号指示となって探傷を妨害する。当該産業界において
は、被検査材が搬送中にがたつく都度に疑似妨害雑音の
指示が認められるが、これを通称ガタ雑音指示と称して
いる。貫通渦流探傷にて通常行われている対策の大半が
位相または同期検波の特性を活用し、疑似雑音出力指示
が最小となるように移相器を調整することによってい
る。図２２は、このようなガタ雑音対策として従来行わ
れている欠陥、雑音の位相特性と位相設定法を説明する
ための図であり、図２２の(A)および(B) は、ブラウン
管におけるベクトル表示を利用した位相設定において、
指示信号をブラウン管でベクトル的に表示した例を示し
ており、図２２の(C) は、位相角の設定と指示の関係を
例示している。これら図から分かるように、きず信号雑
音比（Ｓ／Ｎ）を最大とする位相の設定は送りのガタ振
動による雑音の消去等に用いられ、指示信号をブラウン
管でベクトル的に表示する装置では、記録計指示として
得られるＸ成分で雑音指示が最小となるよう位相角を設
定する。例えば、図２２の(A) において、座標軸を角度
θだけ回転するとＸ成分値の雑音指示が最小となる。こ
こで雑音指示と表現されているものの大半は被検査材が
走行しているときに試験コイル内の被検査材が上下、前
後または斜め方向に振動したときに発生する。機械的振
動起因の雑音が避けられない雑音、いわゆる、ガタ雑音
として知られている。従来技術によった場合の、このよ
うなガタ雑音の実記録例を図２３に示しており、図２３
の(A) は、被検査材を探傷試験コイル内部で機械的に振
動させたときのガタ雑音のベクトル軌跡、図２３の(B)
は、ドリル穴を探傷試験したときのベクトル軌跡の記録
例を示し、また、図２３の(C) は、被検査材の表面に浅
く軸方向に長さのあるノッチきずを探傷したときのベク
トル軌跡記録を示している。

【００１１】図２４は、前述したような従来の渦流探傷
器の信号処理電子装置の構成例を示しており、この図２
４のブロック図からも分かるように、従来装置において
は、前述したような雑音を除去するために、位相調整が
必要であり、そのために、移相器や同期検波器（位相検
波器）が必要とされていたのである。

【００１２】さらにまた、従来までの渦流探傷装置にお
いて、きずの種類、例えば、金属管の貫通した孔、例え
ば、貫通しているドリル加工穴と管の外表面の浅いき
ず、例えば、管軸方向に所定の長さを有する放電加工ノ
ッチきずの両者を探傷試験する。このときの探傷試験結
果の多くは、貫通しているきずは、渦電流の浸透深さに
対比されてきずの部分における渦電流の位相遅れが如実
にあらわれてきず信号のベクトル軌跡にてその現象が容
易に現出する。一方、管の外表面に浅く加工されている
ノッチきず等は、きずの部分における浸透深さが浅いた
め、貫通ドリル穴に比べてきず信号の位相の遅れ量が少
ない。この物理現象がきず信号のベクトル軌跡として記
録、認識されている。しかしながら、管表面状態が健全
であっても、被検査材の管の機械的振動、いわゆる、ガ
タツキ振動によって発生する疑似妨害雑音を、ガタ雑音
と称している。この被検査材表面が探傷試験コイルの中
で機械的に振動したときには、該管の表面の浅いきずの
場合と近似の位相角度を有するベクトル軌跡を描くこと
が知られている。このような状況にあって渦流探傷試験
を実施する場合に最も強い切実な要求は、いわゆる、ガ
タ雑音と表面の微細で且つ浅いきず信号とのベクトル軌
跡との位相角度を広げることにより、ガタ雑音がきず信
号に混入し誤った探傷結果が生じないように未然に防止
するような手段を講じることであった。

【００１３】一方では、近年の品質管理は従来よりもよ
り小さな浅いきずをより高速で全数検査することの厳し
さがますます強化されてきている。前述したように、従
来の技術では、疑似の妨害雑音と近接している微少表面
きずを探傷速度が高くなるにしたがって、大きなＳ／Ｎ
で検出することは不可能であった。

【００１４】本発明の目的は、前述したよう従来の技術
の問題点を解消し且つ従来あった要求に十分に応えうる
ような相互誘導形貫通探傷試験コイルおよび渦流探傷装
置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による相互誘導形
貫通探傷試験コイルは、渦流探傷装置の被検査材を通す
ための貫通穴の周りに装着される励磁コイルと、前記貫
通穴の周りであって且つ前記励磁コイルの内周にそって
同軸的に巻回された検出コイルおよび第３のコイルとを
備えており、該検出コイルおよび第３のコイルは、両端
部および中央部を外部回路に接続しうるようなものとさ
れており、前記検出コイルと前記第３のコイルとの前記
励磁コイルに対する配置は、前記検出コイルのインピー
ダンス変化に対して前記第３のコイルが干渉することが
できるように、前記検出コイルの前記励磁コイルおよび
前記被検査材に対する電磁気結合の程度と前記第３のコ
イルの前記励磁コイルおよび前記被検査材に対する電磁
気結合の程度とが互いに異なるようなものとされてお
り、前記励磁コイルの巻幅は、前記検出コイルの受感領
域と同等またはそれを越える範囲に亘って励磁磁束の垂
直磁束分力成分を低減化するに十分なものであることを
特徴とする。

【００１６】本発明の一つの好ましい実施例によれば、
前記励磁コイルは、主コイル部分と、該主コイル部分の
両側端に積層して巻回した付加コイルとから構成され
る。

【００１７】本発明の別の好ましい実施例によれば、前
記検出コイルは、前記中央部を中心として、少なくとも
１対のコイルの形に分割されている。

【００１８】本発明のさらに別の好ましい実施例によれ
ば、前記第３のコイルは、前記中央部を中心として、少
なくとも１対のコイルの形に分割されている。

【００１９】本発明の別の特徴によれば、相互誘導形貫
通探傷試験コイルおよび探傷信号を出力する交流ブリッ
ジを用いた渦流探傷装置において、前記相互誘導形貫通
探傷試験コイルは、前記渦流探傷装置の被検査材を通す
ための貫通穴の周りに装着される励磁コイルと、前記貫
通穴の周りであって且つ前記励磁コイルの内周にそって
同軸的に巻回された検出コイルおよび第３のコイルとを
備えており、該検出コイルおよび第３のコイルは、両端
部および中央部を外部回路に接続しうるようなものとさ
れており、前記検出コイルと前記第３のコイルとの前記
励磁コイルに対する配置は、前記検出コイルのインピー
ダンス変化に対して前記第３のコイルが干渉することが
できるように、前記検出コイルの前記励磁コイルおよび
前記被検査材に対する電磁気結合の程度と前記第３のコ
イルの前記励磁コイルおよび前記被検査材に対する電磁
気結合の程度とが互いに異なるようなものとされてお
り、前記励磁コイルの巻幅は、前記検出コイルの受感領
域と同等またはそれを越える範囲に亘って励磁磁束の垂
直磁束分力成分を低減化するに十分なものであり、前記
検出コイルは、その中央部を前記交流ブリッジの接地点
と共に接地接続し且つその両端部を該交流ブリッジの前
記接地点に接続された各辺の他端に接続するようにして
該交流ブリッジの２辺を構成しており、該２辺のうちの
各辺を構成している前記検出コイルの各部分は、磁束お
よび誘起される電圧が同相となるように接続されてお
り、前記第３のコイルは、その中央部を前記交流ブリッ
ジの前記接地点と共に接地接続し、その両端部の間に電
気回路素子を接続して並列共振回路が構成されるように
されている。

【００２０】本発明の好ましい実施例によれば、前記
電気回路素子は、電気的可変素子であり、前記並列共振
回路のＱ値を連続的または断続的に変更しうるようにし
ている。。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、添付図面の図１から図１７
を特に参照して、本発明の実施例について、本発明をよ
り詳細に説明する。

【００２２】図１は、本発明による相互誘導形貫通探傷
試験コイルの一実施例の構造を示す概略部分断面図であ
る。この実施例の相互誘導形貫通探傷試験コイルにおい
ては、丸棒鋼の如き被検査材１を貫通させる貫通穴を中
心部に有するボビン１０の周りに巻回された１次の励磁
コイル２０および２１を備えている。この励磁コイル
は、主コイル部分２０の両側端に積層して巻回した付加
コイル２１を設けたものとされている。この励磁コイル
の巻幅Ｗは、励磁コイルの内径Ｄを係数とした所定の倍
数を乗じた値としている。励磁コイルの巻線方法と構造
については、後述する他の実施例においても同様とす
る。この実施例の相互誘導形貫通探傷試験コイルにおい
ては、さらに、励磁コイル２０および２１の内周に沿っ
て一対の隣接した２次となる第２のコイルとしての検出
コイル３１および３２が巻回されている。さらにまた、
検出コイル３１および３２の下側には、第３のコイル４
１および４２が、被検査材１と最も強く結合するように
巻回されている。これら励磁コイル２０、２１および検
出コイル３１および３２、並びに第３のコイル４１およ
び４２は、同軸的に渦流探傷装置の貫通穴の周りに巻回
されており、以下の他の実施例においても、これら同じ
である。

【００２３】前述したように、速度効果による疑似妨害
信号の発生は、試験コイルから発生している励磁磁束と
被検査材の表面に電磁誘導された渦流電流との相互干渉
によるものであり、本発明者は、この相互干渉を除去す
ることに着目した。すなわち、相互干渉が発生しない試
験コイルとすることを目指し、試験コイルから発生させ
る励磁磁束は、励磁専用として適している相互誘導形と
した。加えて、励磁コイルの構造は、励磁コイルの巻幅
をある程度広く選ぶことによって被検査材表面には軸方
向に平行な磁束分布が得られるということから、励磁コ
イルの平均径に対して所定の倍率を有する巻幅とするこ
とが考えられる。

【００２４】一方、前述したような従来の技術において
は発生していたようなガタ雑音の発生を減少させるため
に、被検査材に印加する励磁磁束分布の形態を改善する
検討の過程において、ガタ雑音の主たる発生要因として
は、検出コイル内周周辺における励磁磁束のうち垂直分
力成分φｖが存在していることがあると判明した。した
がって、本発明者は、速度効果による雑音およびガタ雑
音を低減するために、励磁磁束のうち垂直分力成分φｖ
を積極的に低減することができるように、励磁コイルを
次のような構造とすると良いことを見出した。すなわ
ち、イ）励磁コイルの巻幅Ｗは、励磁コイルの直径Ｄを係数
とした所定の比率（Ｗ≧Ｄ）の巻幅として構成して励磁
磁束分布の状態を任意に選択して製作する。ロ）励磁の主コイル部分の両側端に積層して巻回した付
加コイルを設けることによって製作する。

【００２５】これらの方法によって製作された励磁コイ
ルは、いずれも励磁磁束のうち垂直分力成分φｖが低減
し、前記ロ）の方法によった場合には、励磁コイルの巻
幅を短縮せしめても短縮前と同等またはそれ以上の励磁
コイル内部の磁束分布、特に垂直分力成分の低減を図る
ことができた。この場合には、探傷試験コイルの軸方向
長さを短縮することが可能となるから、探傷試験コイル
の設置占有空間が制限される場合に効果的である。

【００２６】図１０は、励磁コイルが主コイル部分２０
のみで付加コイル２１を有していない構造であって、巻
幅Ｗが１２０mmのときの励磁コイル巻線端部の励磁コイ
ル内周部の垂直磁束分力成分φｖを１とした時、励磁コ
イル内周部で0.１φｖとなる領域が約３０mmとなってい
る例を示し、図１１は、同様の構造であって、巻幅Ｗが
３００mmのときの励磁コイル巻線端部の垂直磁束分力成
分φｖを前述と同様の１とした時0.１φｖとなる領域が
約１９０mmとなっている例を示している。これら図で
は、0.１φｖとなる領域は、斜線を付して示されてお
り、この領域が検出コイルの受感領域と同等または受感
領域よりも広いことが重要である。

【００２７】図１２は、励磁コイルの巻幅Ｗが１８０mm
であって、励磁コイルの主コイル部分２０の両側端に積
層して巻回した付加コイル２１を設けた時、0.１φｖと
なる領域が約１２５mmとなる例を示しており、図１３
は、励磁コイルの巻幅が１８０mmで付加コイルを設けな
い時、0.１φｖとなる領域は約８５mmしか得られない例
を示している。

【００２８】図１４は、励磁コイルの巻幅Ｗが１２０mm
のとき励磁の主コイル部分２０の両側端に積層して巻回
した付加コイル２１を設けた時0.１φｖとなる領域が約
９７mmとなる例を示しており、図１５は、励磁コイルの
巻幅Ｗを１８０mmとして付加コイルを設けない時0.１φ
ｖとなる領域が約８５mmとなっている例を示す。すなわ
ち、これら図１４と図１５とを比較すれば、励磁コイル
の巻線幅を６０mm短縮しても、0.１φｖとなる領域が付
加コイルの効果によって拡張されていることが分かる。

【００２９】図２は、図１に示した構造の相互誘導形貫
通探傷試験コイルを用いた渦流探傷装置における各コイ
ルの接続状態を例示している。図２に示されるように、
検出コイル３１および３２、並びに、第３のコイル４１
および４２は、双方共に、隣接するそれぞれのコイルの
中点が接地されている。交流電力増幅器２は、励磁コイ
ル２０および２１に探傷試験周波数の交流電流を供給す
る。検出コイル３１および３２は、励磁コイル２０、２
１によって被検査材１に発生した渦電流の変化を検知す
る。第３のコイル４１および４２は、静電容量（コンデ
ンサ）４および抵抗５が並列に接続されて並列共振回路
を形成している。第３のコイル４１および４２は、検出
コイル３１および３２と強く電磁気結合されており、検
出コイル３１および３２各々のインピーダンスが変化す
る度に、励磁されている試験周波数とその近傍の周波数
および試験周波数の第二高調波とその近傍の周波数にお
いてのみ、そのコイルインピーダンス変化を干渉するよ
うに機能する。コンデンサ４は、この条件を満たすよう
に適宜その静電容量を選択調整する。

【００３０】第３のコイル４１、４２のインダクタンス
Ｌとコンデンサ４の静電容量Ｃとによって機能する並列
共振現象は次の式で表されることが知られている。ｆ＝２π（１／√ＬＣ）ここで、ｆ：共振周波数、本発明の場合には、探傷試験
周波数またはその２倍の周波数を示す。このとき、イン
ダクタンスＬまたはＣのいずれか或いは双方の値の組み
合わせによって探傷試験周波数またはその２倍の周波数
との共振がその周波数から僅かに高くまたは低く、ずれ
ている状態の時に表れる第３のコイルに誘導されている
電圧の位相角Θは次式で求められる。 Θ＝tan ^-1Ｒ（１／ωＬ−ωＣ）、Ｑ＝ωＬ／Ｒここで、Ｒ：電磁結合している被検査材の交流抵抗を含
む第３のコイルの抵抗（交流）成分、ω：２πｆ、π：
円周率、ｆ：探傷試験コイルに印加されている周波数すなわち、前述のＣとＲとを適宜変化させることによっ
て共振回路のΘとＱとを任意に変化させることができ
る。Ｃを変化させることによって位相角Θ、Ｒを変える
ことによってＱが変わり、これによって検出コイルのイ
ンピーダンス変化干渉の程度を調整することができる。

【００３１】検出コイル３１および３２は、それら検出
コイルに誘起される磁束および電圧が同相になるように
して交流ブリッジ３に接続される。交流ブリッジ３は、
ワーグナー接地平衡調整用としての抵抗Ｒ₁および
Ｒ₂、比例辺としての抵抗Ｒ₃およびＲ₄とで形成され
る。この交流ブリッジの平衡条件は、Ｚ₃₁×Ｒ₄＝Ｚ₃₂
×Ｒ₃である。ここで、Ｚ₃₁は、検出コイル３１、Ｚ₃₂
は検出コイル３２の試験周波数における各々のインピー
ダンスを表す。検出コイル３１および３２、第３のコイ
ル４１および４２の各コイルの中点は、交流ブリッジ３
のワーグナー接地点に接続される。交流ブリッジ３の出
力は、増幅器６に接続される。この交流ブリッジは、演
算増幅器を用いた差動増幅回路に替えてもよい。

【００３２】図３は、本発明による相互誘導形貫通探傷
試験コイルの別の実施例の構造を示す概略部分断面図で
ある。この実施例の相互誘導形貫通探傷試験コイルにお
いては、１次の励磁コイル２０、２１の内周壁に沿って
複数の対をなして巻回されたコイル３３、３４、３５、
３６で構成された検出コイルが励磁コイル２０、２１の
軸方向長さのほぼ中央に位置させて対をなして配設され
ている。隣接して配置されている内側の検出コイル３３
および３５との中間の位置に第３のコイル４３が巻回さ
れている。第３のコイル４３は、励磁コイル２０、２１
から機械的寸法を最も遠く離して位置させて電磁気的結
合を弱く（粗結合）し、更に、被検査材１との電磁気的
結合が最も強く（密結合）なるように配設される。

【００３３】図４は、図３の相互誘導形貫通探傷試験コ
イルを用いた渦流探傷装置における各コイルの接続状態
を例示しており、この例では、第３のコイル４３は、巻
線の中点から中点タップを引き出して接地用端子とす
る。また、２次側を形成する検出コイル３３、３４、３
５、３６と第３のコイル４３のそれぞれの中点が交流ブ
リッジ３と共に接地される。２種の２次コイルの中点が
接地されることによって、前者は、外来雑音などによる
妨害と誤動作を電気的差動動作により未然に防止するよ
うに機能する。後者は、検出コイル３３、３４、３５、
３６が接続されると同時に負荷される交流ブリッジ３に
て平衡（ブリッジバランス）動作を機能させるために不
可欠である。この接地手段については、他の実施例に共
通である。図４において、その他の構成部分について
は、図２に関して説明したものと実質的に同様である。

【００３４】図５は、本発明による相互誘導形貫通探傷
試験コイルのさらに別の実施例の構造を示す概略部分断
面図である。この実施例の相互誘導形貫通探傷試験コイ
ルにおいては、１次の励磁コイル２０、２１の内周壁に
沿って複数の対をなす検出コイル３３、３５、３７、３
８が、励磁コイル２０、２１との電磁気的結合を弱く
（粗結合）、被検査材１との電磁気的結合を最も強く
（密結合）なるように被検査材１に最も近接させて配置
されている。検出コイル３３および３５のコイル巻線
は、第３のコイルの一部を構成するコイル４４および４
５の外周に巻回されるている。コイル４４とコイル４５
との間には、第３のコイルの一部を構成するコイル４３
が巻回されており、このコイル４３は、中央で被検査材
１と近接して電磁気的に密結合させられている。

【００３５】図６は、図５の相互誘導形貫通探傷試験コ
イルを用いた渦流探傷装置における各コイルの接続状態
を例示しており、第３のコイル４３の中点を接地するこ
とについては、図２の場合と同様であるが、該コイル配
線など探傷試験コイルから探傷装置までの固定された配
線の静電容量などの不平衡が少なく且つ外来からの雑音
妨害の影響が軽微であるときに省略することができる。

【００３６】図７は、本発明による相互誘導形貫通探傷
試験コイルのさらに別の実施例の構造を示す概略部分断
面図である。この実施例の相互誘導形貫通探傷試験コイ
ルにおいては、第３のコイル４３Ａが被検査材１との電
磁気的結合を最も強く、検出コイル３１Ａおよび３２
Ａ、励磁コイル２０、２１の順に逐次電磁気結合が弱く
なるようにコイル巻線を配設している。

【００３７】図８は、本発明による相互誘導形貫通探傷
試験コイルのさらに別の実施例の構造を示す概略部分断
面図である。この実施例の相互誘導形貫通探傷試験コイ
ルにおいては、検出コイル３１Ｂおよび３２Ｂが被検査
材１との電磁気結合が最も強く、第３のコイル４３Ｂ、
励磁コイル２０、２１の順に逐次電磁気結合が弱くなる
ようにコイル巻線を配設している。前者は、探傷試験コ
イルがきずを検出するときに、第３のコイルが検出コイ
ルに与える影響を大きく、後者の場合には、第３のコイ
ルが検出コイルに与える影響を少なくするように機能す
る。前者は、小さなきずの位相変化を顕著に期待、後者
は、交流ブリッジの平衡安定性の維持機能に寄与するこ
とが実験的に確認された。

【００３８】図１６は、前述したような本発明の相互誘
導形貫通探傷試験コイルを用いた渦流探傷装置におい
て、被検査材の健全部が探傷試験コイル内を通過したと
き、速度効果による疑似妨害雑音が大きく低減されてい
ることを示す本発明による渦流探傷試験の記録例を例示
している。図１６の(A) の欄は、本発明を実施したとき
の探傷試験ＫＨｚで、ドリル穴部を往復走査して探傷試
験し記録は1.５往復したもので、図２１の(A) の欄と対
比されるものである。図１６の(A) の欄の上側が位相検
波出力のＸ軸がＢＰＦを通過した出力の記録、下側がＹ
軸出力の記録、図１６の(B) の欄は、健全部を1.５往復
したものである。図１６の(A) の欄および(B) の欄いず
れもＸ軸の記録結果をみると、緩やかなうねりが認めら
れない。このような探傷試験記録結果から分かること
は、Ｘ、Ｙ軸何れからでも速度効果による妨害雑音が混
入することなく、出力を取り出すことが可能となってい
る。図２１および図１６の(B) の欄の下側の記録例は、
何れも被検査材の微細きずの検出記録である。

【００３９】また、前述したような本発明による相互誘
導形貫通探傷試験コイルを用いた渦流探傷装置によった
場合には、ガタ雑音が大きく低減すると共に、その妨害
するガタ雑音が振る舞う特定方向を示すベクトル位相角
度が消失することが確認できた。その結果を示す実記録
例を、図１７の(A) に示す。これは、励磁コイル内周の
磁束分布、特に、試験コイルの検出コイルの受感領域範
囲の垂直分力成分を低減した効果である。また、図１７
の(B) は、ドリル穴を探傷試験したときのベクトル軌跡
の記録例を示している。

【００４０】図２３は、従来技術による探傷時のベクト
ル軌跡の記録例を示している。このベクトル軌跡は、同
期検波器出力がバンドパスフィルタを通過したものを記
録してある。図２２とに示されているのと同様にＸ軸か
らきず信号をＳ／Ｎ比を大きく鮮明に抽出するときの位
相調整手法に準じた。図２３の(A) は、被検査材が貫通
コイルの中で機械的振動が発生したときの疑似妨害雑音
出力が最小となるように上下（Ｙ軸）方向最大振幅とな
る位相調整が行われている状態を示している。

【００４１】図２３の(B) は、対比試験片の管の貫通ド
リル穴部を探傷したときのベクトル軌跡の記録である。
このときのベクトル軌跡傾斜角度は、約４５度であるか
らドリル穴のきず振幅がＸ軸上に投影されたとき約１／
√２≒0.７に減少することが示唆される。

【００４２】図２３の(C) は、管の表面に浅く軸方向に
長さのあるノッチきずを探傷したときのベクトル軌跡記
録を示す。ノッチきずは、表面に浅いきずであるため
に、被検査材が貫通コイル内で機械的に振動したときに
発生して検出される、ガタ雑音に近似のベクトル軌跡の
位相角が示されている。このときの傾斜角度を約１７度
としたときＸ軸に投影されるきず信号の大きさは、tan
^-1１７≒0.３、すなわち、ガタ雑音による妨害を低減し
てＳＮ比を高めることを狙った場合、信号振幅の約７０
が無効になってしまうことは自明である。被検査材表面
のノッチきずが更に浅くなるにしたがってそのきず信号
が示すベクトル軌跡の位相角度がますますガタ雑音の位
相角に逐次近接し、ついにはガタ雑音の位相角と一致し
てしまうという不具合が知られている。

【００４３】図１７は、本発明を実施したときの対比試
験片にて前述と同一探傷条件で実施し、その結果を記録
したものである。図１７の(A) 、(B) および(C) は、図
２３の(A) 、(B) および(C) とそれぞれ対応している。
図２３に示す従来技術による探傷時のベクトル軌跡の記
録例と比べて、次の点が大きく異なっていることが分か
る。

【００４４】第一に、従来技術では、ベクトル軌跡に示
される位相角度が異なっている２種のきず信号を同時に
検知しようとするとき妨害雑音を除去するためには、位
相角度の設定に制限があり自由度が制限されていた。す
なわち、被検査材に機械的振動を与えたときに検知され
て記録されるガタ振動起因の、いわゆる、ガタ雑音が示
す、当該ガタ雑音が指示する特定の位相角を避けて位相
角度を設定しなければならなかった。その結果、雑音に
近似の位相角度を示す表面の浅いきず等を検出すると
き、きず信号の指示振幅を犠牲にしてＳＮ比の向上に努
めなければならなかった。これに対し、本発明によれ
ば、ガタ雑音が示すベクトル軌跡に方向性が認められず
且つその振幅が小さい。したがって、従来のように雑音
を避けてきず信号を抽出できるような雑音電圧指示が最
小となるように位相角度を設定するという制限が取り除
かれた。すなわち、きず信号の指示が最大になるように
位相設定をするのみにて、きず信号を容易に且つ鮮明に
指示させることが可能となった。

【００４５】第二に、従来技術では、ベクトル軌跡に示
される位相角度が異なっている２種のきず信号を同時に
検知しようとするとき妨害雑音を除去するためには、位
相角度の設定に制限があり自由度が制限されていた。こ
れに対し、本発明によれば、被検査材が走行したときに
発生する速度効果起因の走行雑音の指示出力を減少する
ことができたので、当該走行雑音ときず信号とのベクト
ル軌跡の相対関係を考慮することなくきず信号ベクトル
軌跡の位相角を任意に調整設定することが可能となっ
た。

【００４６】第三に、従来技術では、きずの種類が異な
る複数の信号が示すベクトル軌跡はそれぞれに異なった
位相角度を有していることが知られている。これに対
し、本発明によれば、第３のコイルの共振周波数を適宜
選択調整することにより、複数のきず信号のベクトル軌
跡が示す位相角度を変更することができる。すなわち、
異なった位相角度を示すきず信号相互間の位相差を調節
して相互の位相差を少なくするように調整設定すれば、
きずの種類の差によって検出力の差があったものを補正
することができる。

【００４７】第四に、従来技術では、きず信号と妨害疑
似雑音とを識別分離してＳＮ比を大きくするための常套
手段として、同期検波または位相検波が知られている。
しかしながら、近年の品質管理体制の強化、さらには従
来よりも更に微小きずをＳＮ比を低下させることなく十
二分に識別検出しなければならない。これに対し、本発
明によれば、各種のきずに特定されるきず信号各々のベ
クトル位相角度に関係なく、また、図２２に示す投影ベ
クトルを出力するという方式の同期検波器または位相検
波器を使用することなく、必要に応じて通常の単純な直
線検波器を用いることができるという利点を有してい
る。すなわち、各々の信号振幅に比例する信号を得るこ
とができる。更に、直線検波器を用いるときには、基準
電圧の位相を調整、設定するための移相器が不要とな
る。

【００４８】図９は、本発明による渦流探傷装置に適用
できる信号処理電子装置の構成例を示しており、この信
号処理電子装置を図２４の従来技術による信号処理電子
装置の構成と比較してみると分かるように、図９の本発
明における信号処理電子装置では、従来必要であった移
相器および同期検波器または位相検波器は設けられてい
ない。

【００４９】

【発明の効果】被検査材の健全部が走行中に発生する速
度効果による疑似妨害雑音の抑制、低減化と、いわゆる
ガタ雑音の低減化とによって、被検査材表面の浅いきず
信号とのベクトル軌跡との振幅の比を大きくすることが
でき、さらにまた、複数のきず相互間の信号ベクトル位
相角度差を調整制御することが可能である。

【００５０】渦流探傷器のハードウエアの構成を単純化
でき、装置を低価格とすることができる。

【００５１】渦流探傷試験を実施するとき位相角度を調
整するという大変な作業が不要となるので、熟練、技能
者のための教育訓練が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による相互誘導形貫通探傷試験コイルの
一実施例の構造を示す概略部分断面図である。

【図２】図１に示した構造の相互誘導形貫通探傷試験コ
イルを用いた渦流探傷装置における各コイルの接続状態
を例示する図である。

【図３】本発明による相互誘導形貫通探傷試験コイルの
別の実施例の構造を示す概略部分断面図である。

【図４】図３に示した構造の相互誘導形貫通探傷試験コ
イルを用いた渦流探傷装置における各コイルの接続状態
を例示する図である。

【図５】本発明による相互誘導形貫通探傷試験コイルの
さらに別の実施例の構造を示す概略部分断面図である。

【図６】図５に示した構造の相互誘導形貫通探傷試験コ
イルを用いた渦流探傷装置における各コイルの接続状態
を例示する図である。

【図７】本発明による相互誘導形貫通探傷試験コイルの
さらに別の実施例の構造を示す概略部分断面図である。

【図８】本発明による相互誘導形貫通探傷試験コイルの
さらに別の実施例の構造を示す概略部分断面図である。

【図９】本発明による渦流探傷装置に適用できる信号処
理電子装置の構成例を示すブロック図である。

【図１０】本発明の相互誘導形貫通探傷試験コイルにお
ける励磁コイルの一実施例における垂直磁束分力成分の
巻幅に亘る分布を示す図である。

【図１１】本発明の相互誘導形貫通探傷試験コイルにお
ける励磁コイルの別の実施例における垂直磁束分力成分
の巻幅に亘る分布を示す図である。

【図１２】本発明の相互誘導形貫通探傷試験コイルにお
ける励磁コイルのさらに別の実施例における垂直磁束分
力成分の巻幅に亘る分布を示す図である。

【図１３】本発明の相互誘導形貫通探傷試験コイルにお
ける励磁コイルのさらに別の実施例における垂直磁束分
力成分の巻幅に亘る分布を示す図である。

【図１４】本発明の相互誘導形貫通探傷試験コイルにお
ける励磁コイルのさらに別の実施例における垂直磁束分
力成分の巻幅に亘る分布を示す図である。

【図１５】図１４に示した励磁コイルと対比するための
励磁コイルにおける垂直磁束分力成分の巻幅に亘る分布
を示す図である。

【図１６】本発明による渦流探傷試験の記録例を例示す
る図である。

【図１７】本発明による探傷時のベクトル軌跡の記録例
を示す図である。

【図１８】従来の渦流探傷装置において速度効果により
どのような疑似妨害雑音が発生するかについての実験に
用いた一般的なブリッジ回路を示す図である。

【図１９】図１８の交流ブリッジに接続された自己比較
の試験コイルの中で、被検査材を往復運動させたときの
位相検波出力の記録結果を示す図である。

【図２０】自己比較の試験コイルの接続が差動(A) およ
び和動(B) である場合試験コイルの中で被検査材を往復
運動させたときの位相検波出力の記録結果を示す図であ
る。

【図２１】従来技術で被検査材の健全部が探傷試験貫通
コイル内を通過したとき、速度効果によって疑似妨害雑
音が記録された例を示す図である。

【図２２】ガタ雑音対策として従来行われている欠陥、
雑音の位相特性と位相設定法を説明するための図であ
る。

【図２３】従来技術による探傷時のベクトル軌跡の記録
例を示す図である。

【図２４】従来の渦流探傷器の信号処理電子装置の構成
例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１被検査材２交流電力増幅器３交流ブリッジＲ₁ 抵抗Ｒ₂ 抵抗Ｒ₃ 抵抗Ｒ₄ 抵抗４コンデンサ５抵抗６増幅器１０ボビン２０励磁コイルの主コイル部分２１励磁コイルの付加コイル３１検出コイル３１Ａ検出コイル３１Ｂ検出コイル３２検出コイル３２Ａ検出コイル３２Ｂ検出コイル３３検出コイル３４検出コイル３５検出コイル３６検出コイル３７検出コイル３８検出コイル４１第３のコイル４２第３のコイル４３第３のコイル４３Ａ第３のコイル４３Ｂ第３のコイル４４第３のコイル４５第３のコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】渦流探傷装置の被検査材を通すための貫
通穴の周りに装着される励磁コイルと、前記貫通穴の周
りであって且つ前記励磁コイルの内周にそって同軸的に
巻回された検出コイルおよび第３のコイルとを備えてお
り、該検出コイルおよび第３のコイルは、両端部および
中央部を外部回路に接続しうるようなものとされてお
り、前記検出コイルと前記第３のコイルとの前記励磁コ
イルに対する配置は、前記検出コイルのインピーダンス
変化に対して前記第３のコイルが干渉することができる
ように、前記検出コイルの前記励磁コイルおよび前記被
検査材に対する電磁気結合の程度と前記第３のコイルの
前記励磁コイルおよび前記被検査材に対する電磁気結合
の程度とが互いに異なるようなものとされており、前記
励磁コイルの巻幅は、前記検出コイルの受感領域と同等
またはそれを越える範囲に亘って励磁磁束の垂直磁束分
力成分を低減化するに十分なものであることを特徴とす
る相互誘導形貫通探傷試験コイル。
【請求項２】前記励磁コイルは、主コイル部分と、該
主コイル部分の両側端に積層して巻回した付加コイルと
から構成される請求項１記載の相互誘導形貫通探傷試験
コイル。
【請求項３】前記検出コイルは、前記中央部を中心と
して、少なくとも１対のコイルの形に分割されている請
求項１または２記載の相互誘導形貫通探傷試験コイル。
【請求項４】前記第３のコイルは、前記中央部を中心
として、少なくとも１対のコイルの形に分割されている
請求項１または２または３記載の相互誘導形貫通探傷試
験コイル。
【請求項５】相互誘導形貫通探傷試験コイルおよび探
傷信号を出力する交流ブリッジを用いた渦流探傷装置に
おいて、前記相互誘導形貫通探傷試験コイルは、前記渦
流探傷装置の被検査材を通すための貫通穴の周りに装着
される励磁コイルと、前記貫通穴の周りであって且つ前
記励磁コイルの内周にそって同軸的に巻回された検出コ
イルおよび第３のコイルとを備えており、該検出コイル
および第３のコイルは、両端部および中央部を外部回路
に接続しうるようなものとされており、前記検出コイル
と前記第３のコイルとの前記励磁コイルに対する配置
は、前記検出コイルのインピーダンス変化に対して前記
第３のコイルが干渉することができるように、前記検出
コイルの前記励磁コイルおよび前記被検査材に対する電
磁気結合の程度と前記第３のコイルの前記励磁コイルお
よび前記被検査材に対する電磁気結合の程度とが互いに
異なるようなものとされており、前記励磁コイルの巻幅
は、前記検出コイルの受感領域と同等またはそれを越え
る範囲に亘って励磁磁束の垂直磁束分力成分を低減化す
るに十分なものであり、前記検出コイルは、その中央部
を前記交流ブリッジの接地点と共に接地接続し且つその
両端部を該交流ブリッジの前記接地点に接続された各辺
の他端に接続するようにして該交流ブリッジの２辺を構
成しており、該２辺のうちの各辺を構成している前記検
出コイルの各部分は、磁束および誘起される電圧が同相
となるように接続されており、前記第３のコイルは、そ
の中央部を前記交流ブリッジの前記接地点と共に接地接
続し、その両端部の間に電気回路素子を接続して並列共
振回路が構成されるようにされていることを特徴とする
渦流探傷装置。
【請求項６】前記電気回路素子は、電気的可変素子で
あり、前記並列共振回路のＱ値を連続的または断続的に
変更しうるようにした請求項５記載の渦流探傷装置。
【請求項７】前記励磁コイルは、主コイル部分と、該
主コイル部分の両側端に積層して巻回した付加コイルと
から構成される請求項５または６記載の相互誘導形貫通
探傷試験コイル。
【請求項８】前記検出コイルは、前記中央部を中心と
して、少なくとも１対のコイルの形に分割されている請
求項５または６または７記載の相互誘導形貫通探傷試験
コイル。
【請求項９】前記第３のコイルは、前記中央部を中心
として、少なくとも１対のコイルの形に分割されている
請求項５または６または７または８記載の相互誘導形貫
通探傷試験コイル。