JPH10123097A

JPH10123097A - 減肉探傷センサ

Info

Publication number: JPH10123097A
Application number: JP29791496A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kitagawa; 茂北川; Michio Matsushita; 道雄松下
Original assignee: NIPPON HIHAKAI KEISOKU KENKYUSHO KK; Japan Energy Corp
Current assignee: NIPPON HIHAKAI KEISOKU KENKYUSHO KK; Eneos Corp
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】励磁コイルの励磁効率を高め、しかも、磁場
検出感度を高めることによって、強磁性管の外面に生じ
た腐食減肉をリモートフィールド法によって極めて正確
に、精度良く検知することのできる減肉探傷センサを提
供する。【解決手段】減肉探傷センサ１は、強磁性管１００を
その内部に配置した励磁コイル２により交流磁化し、任
意の距離だけ離れた管内に配置された磁気センサ３にて
交流磁場の位相の変化を検知して管の減肉を検査する。
励磁コイル２は、管１００と同軸に配置された磁芯２１
にコイル２３を巻回して形成し、更に、磁芯２１の一端
或は両端には管１００の内径より小さい直径とされる磁
性材よりなる円板２２を設ける。又、磁気センサ３はア
モルファス磁気センサとされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性管の、特に
外面に生じた腐食減肉をリモートフィールド法にて探傷
するための減肉探傷センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば鋼管のような強磁性管の外
面に生じた腐食減肉を、管内から検査する方法としてリ
モートフィールド法が使用されている。この方法は、強
磁性管の内部に配置した励磁コイルにて強磁性管を交流
磁化し、任意の距離だけ離れた管内に配置された磁気セ
ンサにて、管内を伝播する交流磁場の位相が腐食減肉に
よって変わることを検知することによって強磁性管の外
面に生じた腐食減肉を検知するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このリモートフィール
ド法による減肉探傷方法は、渦流法に比べて遥かに優れ
てはいるものの、励磁コイルによる励磁効率が悪く、
又、磁気センサは励磁コイルからかなり離れたところに
配置されており、しかも、使用される励磁周波数が１０
０〜２００Ｈｚと比較的低いこともあって、磁気センサ
は管内を伝播する極めて弱い交流磁気を検出することが
必要とされる。そのために、励磁コイルの交流電流を大
きくしたり、励磁コイルを長くしたり、磁気センサの検
出コイルの巻数を多くしたりする工夫がなされている。
磁気センサからの弱い検出信号を増幅することも試みら
れてはいるが、混入したノイズを排除する方法に苦心が
多く、極めて高価な装置となっており、未だ十分満足な
解決はなされていない。

【０００４】本発明者らは、このような問題を解決する
べく多くの研究実験を行なった結果、詳しくは後述する
ような特異な形状の励磁コイルを使用してコイルの磁極
を管内壁に近づけて磁化を強め励磁効率をよくし、更
に、磁気センサとして高感度アモルファス磁気センサを
用いて磁場検出感度を高めることにより、上記諸問題を
解決し得ることを見出した。又、使用するアモルファス
磁気センサは小型とすることができるために、局部減肉
も容易に検出し得ることが分かった。

【０００５】従って、本発明の目的は、励磁コイルの励
磁効率を高め、しかも、磁場検出感度を高めることによ
って、強磁性管の外面に生じた腐食減肉をリモートフィ
ールド法によって極めて正確に、精度良く検知すること
のできる減肉探傷センサを提供することである。

【０００６】本発明の他の目的は、小型のアモルファス
磁気センサを使用することにより、局部減肉も容易に検
出し得る減肉探傷センサを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
減肉探傷センサにて達成される。要約すれば、本発明
は、強磁性管をその内部に配置した励磁コイルにより交
流磁化し、任意の距離だけ離れた管内に配置された磁気
センサにて交流磁場の位相の変化を検知して管の減肉を
検査するための減肉探傷センサであって、前記励磁コイ
ルは、前記管と同軸に配置された磁芯にコイルを巻回し
て形成し、更に、前記磁芯の一端又は両端には前記管の
内径より小さい直径とされる磁性材よりなる円板を設
け、前記磁気センサはアモルファス磁気センサとされる
ことを特徴とする減肉探傷センサである。

【０００８】本発明の好ましい実施態様によれば、前記
アモルファス磁気センサは、複数本の磁性アモルファス
素線を束ねたものを磁芯と、この磁芯に巻回されたコイ
ルとにて構成される。又、前記アモルファス磁気センサ
の前記コイルには３０〜２００ｋＨｚの交流電流に、前
記磁芯が半ば飽和磁化する程度の直流電流が重畳して流
される。

【０００９】又、本発明では、好ましくは、前記励磁コ
イルには、３０〜３００Ｈｚ、過熱しない程度の交流電
流が与えられる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る減肉探傷セン
サを図面に則して更に詳しく説明する。

【００１１】実施例１図１に、本発明の一実施例に係る減肉探傷センサの概略
全体構成を示し、図２（Ａ）にはその減肉探傷センサの
外形状を示す。又、図３には磁気センサーの構成を示
し、図４には減肉探傷センサの回路構成を示す。

【００１２】図１及び図２（Ａ）を参照すると、本実施
例にて、減肉探傷センサ１は、励磁コイル２と磁気セン
サ３とを有する。励磁コイル２は、細長形状の支持体
４、例えば直径１０ｍｍのロッド状ベークライトの一端
に取付けられ、磁気センサ３は、この支持体４の他端に
近接して該支持体４の外周に取付けられる。本実施例で
は、図２（Ｂ）を参照するとより良く理解されるよう
に、支持体４の端部にて直径方向に対向して溝４Ａ、４
Ｂが形成され、この溝４Ａ、４Ｂ内に磁気センサ３（３
Ａ、３Ｂ）がそれぞれ設置される。尚、支持体４に設置
される磁気センサ３の数はこれに限定されるものではな
く、被検査強磁性管１００の管径に応じて、例えば図２
（Ｃ）に示すように、支持体４の端部外周上に３個以上
複数個、本実施例では互に９０°間隔にて４個の溝４
Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄを形成し、各溝に磁気センサ３
（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）をそれぞれ設置することも
できる。

【００１３】このように、管径に応じて、磁気センサ３
を上下２方向（図２（Ｂ））に、或は、９０°づつ４方
向（図２（Ｃ））に取付けることにより、管１００の外
面に生じた局部減肉を正確に捕らえることが可能であ
る。

【００１４】又、磁気センサ３が取付けられた側の支持
体４の先端部には、センサ１を強磁性管１００内にて案
内するためのプラスチック、例えばテフロン（デュポン
社のポリテトラフルオロエチレンの商品名）などにて形
成されたガイド５が取付けられる。又、前記励磁コイル
２が設けられた側の支持体４の端部にも同様のガイド６
が設けられる。更に、本実施例では、このガイド６にプ
ラスチック製のやや硬質のチューブ７が接続され、内部
には励磁コイル２、磁気センサ３などのための電気的導
線が収納される。このように一体として構成された減肉
探傷センサ１は、被検査管１００内に対し挿入・引き出
しを行なうことによって、管１００の欠陥検出が行なわ
れる。

【００１５】次に、本発明の一つの特徴をなす励磁コイ
ル２の構造について説明する。本発明によれば、励磁コ
イル２は、図１に示すように、管１００の軸線方向に延
在する磁性材、例えば鉄棒又はパーマロイなどにて作製
された磁芯２１を有し、この磁芯２１の片側端部には、
同じく磁性材にて作製された円板２２が一体に取付けら
れる。又、前記磁芯２１にはコイル２３が巻回され、励
磁用の電磁石、即ち、励磁コイル２が形成される。前記
円板２２の外径（Ｄ）は、検査すべき管１００の内径
（Ｄ_IN）に応じて種々に変更されるが、管１００の内径
（Ｄ_IN）より約１ｍｍ程度小さくされるのが好ましい。
又、ガイド５、６の径（Ｄ_G ）は、管の内径（Ｄ_IN）よ
り約０．５ｍｍ程度小さくされる。

【００１６】従って、本発明によれば、励磁コイル２
は、円板２２により形成される磁極が磁芯２１の、円板
２２が取付けられた側とは反対側の他端に形成される他
極からは離れており、磁力線の他極への吸収が少なく、
大部分の磁力線は管壁に沿って伝播し、そのために、一
方の磁極の磁気のみが効率良く強磁性管１００を励磁す
ることができる。従って、磁気コイル２によって励磁さ
れた強磁性管１００内の磁束は、一部は管外を空中伝播
するが、その大半は、管壁内を通って遠くまで伝播する
こととなる。本発明者らの実験の結果によれば、上記構
成の励磁コイル２を使用することにより、詳しくは後述
するが、従来の、磁芯及び円板を備えていない所謂空心
ソレノイドタイプの励磁コイルに比較して５倍以上強く
被検査管を励磁することができ、しかも、５０ｍｍ以上
離れた位置においても約１０倍の強さの磁気を検出する
ことができた（図５参照）。

【００１７】尚、リモートフィールド法によれば、励磁
コイル２の励磁には、一般には１００Ｈｚ前後の周波数
が用いられるので５０又は６０Ｈｚの電源誘導（交流磁
場）ノイズの影響を受け易いが、本発明では被検査管の
磁化が強くなったことでその影響を大幅に軽減すること
ができ、励磁コイル２から距離（Ｌ）が通常約１００ｍ
ｍ程度離れた位置に配置された磁気センサ３による検出
も容易となった。

【００１８】次に、本発明の他の特徴である磁気センサ
３について説明する。本発明では、磁気センサ３として
高感度アモルファス磁気センサを用いる点に他の特徴を
有する。高感度アモルファス磁気センサについては、特
開平６−２９４８５０号公報に詳しく説明されている
が、次に簡単に説明する。

【００１９】図３をも参照すると理解されるように、本
発明にて使用する高感度アモルファス磁気センサ３は、
例えば、直径０．１ｍｍ、長さ（ｌ₀ ）１０ｍｍの磁性
アモルファス素線を８本束ねたものを磁芯３１とし、こ
の磁芯３１の中央部周囲に、直径０．０７ｍｍの銅線を
１５０回巻いてコイル３２を形成したものとされる。本
実施例にて、磁気センサ３の外径は、アモルファス磁芯
３１長さは、上述のように１０ｍｍ、コイル３２の長さ
（ｌ₁ ）が６ｍｍ、その直径（ｄ₁ ）が１．５ｍｍであ
り、その体積は１０ｍｍ³ より十分小さく非常に小型と
される。磁性アモルファス素線は、例えば鉄−コバルト
系合金などにて作製される。

【００２０】又、本実施例では、図１にて磁気センサ３
の中心から管の内面までの距離（ｅ）は、本実施例では
約１．５ｍｍとされた。又、実験の結果、リフトオフの
影響は殆どなかった。

【００２１】上記構成の磁気センサ３のコイル３２に
は、３０〜２００ｋＨｚ、例えば約１００ｋＨｚの交流
電流が流されると共に、磁芯３１が半ば、例えば約３０
％程度、飽和磁化する程度の直流電流が重畳して流され
る。更に具体的には、磁気センサ３には、０．５Ｖ
_P-P 、抵抗１０Ωとされる電源回路を介して１００ｋＨ
ｚの交流電流が付与され、更に直流バイアス電流、例え
ば１２０ｍＡが重畳される。斯る構成により、微小な外
部磁気によりコイル３２の両端の交流電圧は大きく変化
するので、極めて高感度の磁気センサ３が得られる。こ
のような構成の磁気センサ３は、１ガウスで交流電圧
（振幅）が３０％以上変化することができる。従って、
この磁気センサにより、上記リモートフィールドの検出
が極めて容易となった。

【００２２】次に、図４を参照して、減肉探傷センサの
回路構成について簡単に説明する。センサの回路は、従
来と同様に構成することができ、励磁用発振回路２００
と、磁気センサ用回路３００と、信号処理部４００とを
備えている。励磁用発振回路２００は、発振器２０１と
増幅器２０２とを有し、励磁コイル２に供給する励磁周
波数は、検出感度が良く、周辺の電源交流磁場の影響が
少なくなるように選択される。本実施例では、３０〜３
００Ｈｚとされ、特に、欠陥検出感度及び信号のシャー
プさは８０〜１００Ｈｚ、特に９２〜９５Ｈｚが最も良
かった。又励磁コイル２には、コイルを過熱しない程度
の交流電流、例えばピーク１Ａの交流電流を与えた。交
流波形は正弦波、矩形波、その他の波形のものでも良
い。

【００２３】磁気センサ用回路３００は、センサ３（３
Ａ、３Ｂ）で受信した信号Ａ、Ｂをセンサ増幅器３０
１、検波器３０２、ゼロセット回路３０３を介して信号
処理部４００へと送信する。信号処理部４００は、増幅
器４０１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４０２、位相
差検出器４０３、位相−電圧変換器４０４、微分回路４
０５を備えている。

【００２４】詳しくは後述するが、強磁性管１００の欠
陥部では位相の変化が生じるので、本実施例では、位相
差検出器４０３にて位相の変化が検出される。即ち、こ
の位相差検出器４０３では、基準波形としては励磁用の
電流波形、即ち、励磁コイル２に直列に接続された抵抗
器２０３の両端の波形を用い、これと検出波形との位相
差が検出される。この位相差は、位相−電圧変換器４０
４にてアナログ電圧に変換して出力される。

【００２５】尚、本実施例では、磁気センサ３Ａ、３Ｂ
により検出された磁気センサ用回路３００からの信号
Ａ、Ｂはそれぞれ、信号処理部４００にて増幅器４０１
により増幅された後、電源周辺の交流磁場と高い周波数
のノイズを除去するために、７０〜２５０Ｈｚのバンド
パスフィルタ４０２を経て位相差検出器４０３に入力す
るようにした。従って、本実施例では、バンドパスフィ
ルタ４０２の影響で位相の絶対値が変化するために、位
相の変化のみに注目し、その位相差を上述のように位相
−電圧変換器４０４にてアナログ電圧に変換して出力し
た。又、探傷信号を強調するために検出信号は微分回路
４０５を通して出力することとした。

【００２６】次に、上記構成の本発明の減肉探傷センサ
の動作について説明する。

【００２７】本実施例で使用した励磁コイル２は、図１
にて直径（ｄ）が６ｍｍ、長さ（ｌ）が１５ｍｍとされ
る鉄心からなる磁芯２１に、線径０．３２ｍｍの銅線を
約２００回巻回してコイル２３を形成したものであっ
た。本実施例で使用した被検査強磁性管としての鋼管１
００は、内径（Ｄ_IN）が１２ｍｍ、外径（Ｄ_OuT ）が１
６ｍｍであったので、この磁芯２１の片側端部には、外
径（Ｄ）が１１ｍｍ、厚さ（Ｔ）２．５ｍｍの、磁芯２
１と同じ磁性材にて作製された円板２２を一体に取付け
た。コイル２３には、コイルを過熱しない程度の交流電
流、即ち、上述したように、±１Ａ（ピーク）の交流電
流を流した。

【００２８】又、磁気センサ３には、上述のように、１
００ｋＨｚの交流電流が付与され、更にアモルファス磁
芯３１が約３０％飽和する程度の直流電流を重畳して流
し、磁場変化に対して最も高感度になるように調整し
た。又、磁気センサ３のコイル３２の両端の電圧を増幅
器３０１にて約１０倍増幅し、検波した後更に増幅器４
０１にて増幅し、７０〜２５０Ｈｚのバンドパスフィル
タ４０２を通した後、励磁交流電流波形（基準波形）と
の位相差を位相差検出器４０３にて検出し、位相−電圧
変換器４０４にてその位相差に比例した電圧信号とし、
微分回路４０５を通して検出信号を得た。

【００２９】先ず、本発明の作動原理について簡単に説
明すると次の通りである。つまり、励磁コイル２にて発
生した１００Ｈｚ前後の交流電流による磁場信号は、図
１に示すように、鋼管のような強磁性管１００内側では
極めて弱い（大気中の１／５以下）が、検出された信号
の大部分は管壁を伝播するものであり、管壁の外側と内
側とでは強さと位相に差がある。もし管壁の肉厚が減少
していて、管壁を伝播する磁場が内側に漏れると合成波
の位相は変化することとなる。従って、励磁電流と検出
波との位相差を調べれば、減肉があれば位相が変わるの
で、外側管壁における減肉の有無を検知することができ
る。

【００３０】ここで、管軸方向に沿って磁気強さを調べ
ると、管の内面及び外面での磁気の波を示す図６にて理
解されるように、管の外面では５０ｍｍ以上離れた位置
で内面に比較して約３倍の強さを検出した。

【００３１】ここで注目されるのは、図６に示すよう
に、管の外面の方が内面より３倍以上強いこと、内面と
外面とではかなり大きく（９０°以上）位相が異なり、
外面の方が進んでいることである。

【００３２】そして、減肉部において、図６に示すよう
に、内面磁気の位相は大きく変わり、外面磁気の位相に
近づく方向に変化していることと、外面磁気が予想以上
に強いことなどにより、管壁伝播の磁束が内側に漏洩し
て、外面欠陥（腐食）を検出可能としていることが分か
る。

【００３３】尚、ここでは、センサは管壁に平行な成分
のみを測定しているが、垂直成分の測定でも同じ傾向を
示す。しかし、垂直成分を測定した場合には、減肉部で
の振幅及び位相の変化が小さく、平行成分を測定する方
が有利である。又、振幅変化からも欠陥検出は可能であ
るが、外部磁気、管の残留磁気などの影響でレベル変動
によるノイズを生じるので、その影響が少ない位相変化
の方を使用するのが好ましい。

【００３４】実施例２図７に本発明の減肉探傷センサ１の第２の実施例を示
す。本実施例の減肉探傷センサ１は、実施例１と同様の
構成とされるが、実施例１では、減肉探傷センサ１の先
端部（図１、図２にて右端部）に磁気センサ３（３Ａ、
３Ｂ）を、後端部（図１、図２にて左端部）に励磁コイ
ル２を配置する構成としたのに対して、本実施例では、
センサ１の後端部（図７にて右端部）に磁気センサ３
（３Ａ、３Ｂ）を、先端部（図７にて左端部）に励磁コ
イル２が配置されている点で、実施例１と異なる。又、
このとき、本実施例では図示するように、励磁コイル２
の円板２２は、磁芯２１のより磁気センサ３より離れた
側の端部に配置されているが、この円板２２は、磁気セ
ンサ３により接近した側に配置することも可能である。

【００３５】本実施例の減肉探傷センサ１のその他の構
成は、実施例１と同様であり、同じ構成及び機能をなす
部材には同じ参照番号を付し、詳しい説明は省略する。

【００３６】実施例３図８に本発明の減肉探傷センサ１の第３の実施例を示
す。本実施例の減肉探傷センサ１は、実施例１と同様の
構成とされるが、実施例１では、磁芯２１の一端に被検
査管１００の内径より小さい直径とされる磁性材よりな
る円板２２が設けられたが、本実施例では、磁芯２１の
両端に円板２２（２２Ａ、２２Ｂ）が設けられる点にお
いて異なる。

【００３７】つまり、本実施例によれば、励磁コイル２
は、管１００の軸線方向に延在する磁性材、例えば鉄棒
又はパーマロイなどにて作製された磁芯２１を有し、こ
の磁芯２１の両端部に、同様の磁性材にて作製された円
板２２（２２Ａ、２２Ｂ）が一体に取付けられる。又、
前記磁芯２１にはコイル２３が巻回される。

【００３８】本実施例の減肉探傷センサ１のその他の構
成は、実施例１と同様であり、同じ構成及び機能をなす
部材には同じ参照番号を付し、詳しい説明は省略する。

【００３９】ただ、実施例１の構成（単極構成）の励磁
コイル２を備えて減肉探傷センサ１に比較して、本実施
例の構成（両極構成）の励磁コイル２を使用した減肉探
傷センサ１によれば、図９に示すように、磁気センサ３
の位置での磁気強さが、２０％程度弱くなることが分か
った。従って、実施例１の構成がより有効である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の減肉探傷
センサは、強磁性管の内部に配置した励磁コイルが、管
と同軸に配置された磁芯にコイルを巻回して、更に、磁
芯の一端或は両端には管の内径より小さい直径とされる
磁性材よりなる円板を設ける構成とされ、更に又、管内
に配置され交流磁場の位相の変化を検知する磁気センサ
はアモルファス磁気センサとされるので、励磁コイルの
励磁効率を高め、しかも、磁場検出感度を高めることが
でき、従って、強磁性管の外面に生じた腐食減肉をリモ
ートフィールド法によって極めて正確に、精度良く検知
することができるといった効果を奏し得る。更に、本発
明によれば、アモルファス磁気センサは極めて小型化す
ることができ、そのために、被検査管の管径に応じて磁
気センサを複数個任意に配置することが可能であり、管
の局部減肉を正確に捕らえることができるといった利点
をも有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る減肉探傷センサの
概略構成を示しており、このセンサを使用して強磁性管
の欠陥を検知する態様をも説明する図である。

【図２】図２（Ａ）は、図１の本発明の減肉探傷センサ
の全体構成を示す図であり、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）
は、図２Ａの線ＩＩ−ＩＩにとった断面図である。

【図３】本発明の減肉探傷センサに使用する磁気センサ
の全体構成図である。

【図４】本発明の減肉探傷センサの回路構成図である。

【図５】本発明の励磁コイルと従来の励磁コイルを使用
した時の磁気強さ示す図である。

【図６】本発明の減肉探傷センサを使用した時の被検査
管の外面と内面の磁化波形の伝播特性を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施例に係る減肉探傷センサの
全体構成を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施例に係る減肉探傷センサの
全体構成を示す図である。

【図９】本発明の第１実施例と第３実施例にて使用する
励磁コイルの磁気性能を示す図である。

【符号の説明】

１減肉探傷センサ２励磁コイル２１磁芯２２（２２Ａ、２２Ｂ）円板２３コイル３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）磁気センサ３１磁芯３２コイル４支持体５、６ガイド１００強磁性管２００励磁用発振回路３００磁気センサ用回路４００信号処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性管をその内部に配置した励磁コイ
ルにより交流磁化し、任意の距離だけ離れた管内に配置
された磁気センサにて交流磁場の位相の変化を検知して
管の減肉を検査するための減肉探傷センサであって、前
記励磁コイルは、前記管と同軸に配置された磁芯にコイ
ルを巻回して形成し、更に、前記磁芯の一端又は両端に
前記管の内径より小さい直径とされる磁性材よりなる円
板を設け、前記磁気センサはアモルファス磁気センサと
されることを特徴とする減肉探傷センサ。
【請求項２】前記アモルファス磁気センサは、複数本
の磁性アモルファス素線を束ねたものを磁芯と、この磁
芯に巻回されたコイルとにて構成される請求項１の減肉
探傷センサ。
【請求項３】前記アモルファス磁気センサの前記コイ
ルには３０〜２００ｋＨｚの交流電流に、前記磁芯が半
ば飽和磁化する程度の直流電流が重畳して流される請求
項２の減肉探傷センサ。
【請求項４】前記励磁コイルには、３０〜３００Ｈ
ｚ、過熱しない程度のの交流電流を与える請求項１、２
又は３の減肉探傷センサ。