JP4392129B2 - プレートタイプの強磁性構造体の長レンジ検査のための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
本出願は、１９９９年３月１７日に出願された米国仮特許出願第６０／１２４，７６３号の優先権を主張する特許出願である。
【０００２】
１．発明の分野
本発明は、一般に、材料の非破壊検査に関し、特に、強磁性材料で作られたプレートタイプの（プレートで形成された）構造体の長レンジ検査のための磁歪(磁気ひずみ)センサーに関する。
【０００３】
２．従来技術の説明
磁歪作用とは、磁化の変化を通して生じる強磁性体の物理的寸法の変化（伸縮）現象のことをいう。磁歪技術分野においては、通常、強磁性材料（以下、「強磁性物体」又は「強磁性体」又は単に「物体」とも称する）に近接させた送信コイルにパルス電流を導入することによって機械的波動を発生させ、それを検出する。送信コイルの近傍に置かれた物体内の磁化を変化させると、物体の長さを印加された磁界に平行な方向に局部的に変化させる。この急激な局部的寸法変化、即ち、磁歪作用は、強磁性物体内で音速で移動する機械的波動（以下、単に「機械波」と称する）を発生する。機械波が強磁性物体の端部から、又は、強磁性物体内の瑕疵から反射され、検出コイルに到達すると、機械波は、磁歪が逆転された結果として検出コイル内に変動する磁束を発生する。この変動磁束は、検出コイル内に機械波の大きさに比例する電圧を誘導する。送信コイルと検出コイルとは、同じ構造のものであってよい。
【０００４】
非破壊検査（ＮＤＥ）法に磁歪作用を用いることの利点としては、（ａ）磁歪センサーの感度が高いこと、（ｂ）磁歪センサーの耐久性が高いこと、（ｃ）センサーを被検査物体に結合する必要がないこと、被検査物体内に生じる機械波の伝送距離（レンジ）が長いこと、（ｅ）具体化（検査方法の実施又は装置化）が容易であること、（ｆ）具体化のコストが安いことなどがある。
【０００５】
材料の非破壊検査（ＮＤＥ）に磁歪センサー（ＭｓＳ）を使用することは、いろいろなタイプの強磁性又は非強磁性構造体内の瑕疵、異質含有物又は介在物、腐食等を特定する上で非常に有効であることが判明している。ＭｓＳは、被検査構造体内に短時間の弾性被きょう導波（パルス）を発し、構造体内の瑕疵等の異常から反射された被きょう導波信号を検出する。被きょう導波は長い距離に亘って（通常、１００ｆｔ以上）伝搬することができるので、ＭｓＳ法は、構造体の広範囲の区域を非常に迅速に点検することができる。これに比べて、超音波や渦電流を用いる他の在来のＮＤＥ法は、使用するプローブの直近の局部的な区域しか検査することができない。従って、磁歪センサーの使用は、ストランド（撚り線）、ケーブル、パイプ、チューブ等の鋼構造体の広い区域を、鋼構造体の表面の下準備準備、支持枠組み、絶縁材除去等の支持要件を最少限にし、かつ、迅速に点検するための非常に費用効果の高い手段を提供する。このように磁歪センサーは被検査物体の準備作業をほとんど必要とせずに使用できるのは、センサーと被検査物体とを物理的に直接接触させる必要がないということに起因している。
【０００６】
強磁性材料及び非強磁性材料の両方の点検に磁歪センサーを利用するための研究は、従来から行われてきた。これらの研究の結果として、いずれも本出願人の米国特許第５，４５６，１１３号、５，４５７，９９４号及び５，５０１，０３７号に記載されたシステムが知られている。これらの米国特許第５，４５６，１１３号、５，４５７，９９４号及び５，５０１，０３７号の開示内容は、磁歪作用及びそのＮＤＥへの応用の背景知識を提供しており、その記載内容が本明細書に編入されているものとする。過去のこれらの研究は、主として、長さに比して断面直径が小さい（即ち、細長い）形状寸法を有するパイプ、チューブ、鋼ストランド及びケーブルに主眼を置いている。これらのシステム及びそれらの縦長構造体への適用は重要な用途を開発するものであるが、磁歪式ＮＤＥを有利に利用することができる更に他の構造体もあると考えられる。
【０００７】
構造材料内の磁束及び、又は音波を測定するセンサーを利用する研究も、従来から行われてきた。これらの研究としては、下記の各特許に開示された研究が知られている。
【０００８】
１９７１年１月１９日に発行された「磁歪作用を用いて電気音響的異常を電気音響的に点検するための、そして、電気音響的壁厚を測定するための装置」と題する米国特許第３，５５５，８８７号。この特許は、機械波を縦長チューブ状部材の壁厚方向に通すように設計されたシステムを開示している。しかしながら、この装置は、その感度からして、波面を被検査物体の表面に対して直角に差し向け、反対側の壁又は異常部から反射されたとき波面をセンサーに直ちに戻す方法に限定される。
【０００９】
１９８９年１１月１４日に発行された「表面被膜又はコーチングを除去する必要なしに金属物体内の構造的瑕疵を検出するための渦電流式方法及び装置」と題する米国特許第４，８８１，０３１号。この特許は、強磁性物体内に局部的渦電流を設定し、コーチングの下の腐食を確認し、定量化するためにコーチングの存在と効果を認識する方法を開示している。しかしながら、他の渦電流式方法と同様に、この方法の物体を検査する能力は、センサーの直近の区域に限定される。
【００１０】
１９９６年８月６日に発行された「原子炉の圧力容器のオーバーレイクラッドの厚さを測定するための装置」と題する米国特許第５，５４４，２０７号。この特許は、磁界を厚さが変動するオーバーレイを通して分配することによって生じる磁界の変動を測定することにのみ向けられたシステムを開示している。このシステムは、圧力容器のオーバーレイクラッドの表面に密に接触させて配置した磁気ヨークを用いるものである。
【００１１】
１９９７年１１月１１日に発行された「原子炉の圧力容器の表面の劣化を点検するための方法及び装置」と題する米国特許第５，６８７，２０４号。この特許は、同特許の出願人の先行特許のものと類似したシステムを開示しており、圧力容器の内壁に密に接触させて配置した、励磁コイルと磁束測定コイルを有する磁気ヨークを用いるものである。この磁気ヨークと圧力容器の壁によって形成されるヒステリシス磁化特性を測定し、磁化のヒステリシス特性を分析することによって得られた保磁力から算定された素材の硬度の算定結果から圧力容器の素材の劣化を推定する。
【００１２】
磁歪作用の背景
磁歪センサーを用いての非破壊検査は、磁歪作用とその逆作用に基づいている。磁歪作用とは、強磁性物体が磁化又は消磁されたとき、あるいは変動する磁界を受けたとき、物体の物理的寸法を僅かに変化させる現象である。逆磁歪作用とは、物体に応力を加えたとき、物体内の磁束を変化させる現象である。磁歪センサーを用いるシステムは、磁歪作用とその逆作用を利用して強磁性物体内を移動する被きょう導波を発生させ、それを検出する。
【００１３】
一般に、磁歪センサーは、導電コイルと、被検査構造体内にＤＣバイアス磁界を創生するための手段とから成る。バイアス磁界を創生するための手段は、永久磁石又は電磁石のどちらかを使用することができる。送信側の磁歪センサーにおいては、ＡＣ電流パルスがコイルに印加される。発生したＡＣ磁界（変動する磁界）は、磁歪作用により近接する強磁性物体内に弾性波（被きょう導波とも称される）を創生する。被検査物体がパイプ、ケーブル、チューブ等である場合、その縦長構造体の長手に沿って波が発出される。受信側の磁歪センサーにおいては、（物体中の異常部から伝送又は反射された）弾性波がセンサーのある部位を通過したとき、逆磁歪作用により導電コイル内に応答電圧信号が生じる。
【００１４】
ＭｓＳ法の場合、通常、超音波技術分野において周知のパルス−エコー法を用いることによって瑕疵が検出される。これに用いられるセンサーは強磁性物体内に生じる磁歪挙動に依存しているので、この技術は、主として、炭素鋼パイプ又は鋼ストランドのような強磁性部品の検査に適用することができるが、被検査部品の、磁歪センサーに近接する部位にニッケルのような強磁性材料の薄層をメッキ又は結合しておけば、非強磁性部品の検査にも適用することができる。
【００１５】
磁歪センサー法は、単一のセンサー位置から物体の広い区域を検査することができるという利点を有する。磁歪センサーは、例えば、１００ｆｔよりかなり長いパイプ又はケーブルを正確に検査するのに用いられてきた。更に、磁歪センサー法は、内部及び外部の両方の瑕疵を検出することができ、それによって１００％の体積（三次元）検出を実施することができるという点で、包括的な検査ができる。磁歪センサー法は、又、パイプ、チューブあるいはロッド等の円筒形構造体の合計金属断面積の１％未満の断面積の瑕疵を検出することができる。最後に、磁歪センサー法は、被検査部品の表面とセンサー自体とを直接物理的に接触させる必要がないという利点を有する。従って、被検査部品の表面の下準備や、接触媒質の使用を不要にする。
【００１６】
プレートタイプの構造体及び封じ込め構造体への応用
近年、商業用原子力発電所の鋼ライナー付き封じ込め容器が劣化しているという多くの事例が報告されている。原子力設備の老化と、点検要件の厳格化により、劣化の事例が増加する傾向にある。ライナーは核物質を封じ込めるための漏れ止め圧力境界を形成するように設計されているので、それらのライナーの構造的劣化、特に腐食損傷は、重大な関心事である。その他の多くの工業用用途に使用されているプレートタイプの強磁性材料は、劣化の状態、欠陥の発生部位及び破損の可能性を検出するために点検の頻度を高めるのが有利である。従来は大抵の場合、大型のプレートタイプの物体の点検は、非常に費用のかかるオフライン点検か、あるいは、ランダムに選択された局部的区域の統計的サンプル検査を必要とした。オフライン点検も、サンプル検査も、多くの場合、決して信頼性の高いものではない。従って、プレートタイプの構造体、又は、複数のプレートタイプのシート材から成る構造体の徹底的な検査を、高いコストをかけずに、かつ、その被検査物体のダウンタイム（休止時間）を長くすることなく、実施することは従来は困難であった。プレートタイプの物体内のいろいろな異常シグナチャー（特徴）を検出し、その位置を突き止めるために磁歪センサー法を用いることができれば、それが望ましい。磁歪センサー法は、例えば経時腐食によって惹起される、上述したようなライナーの壁厚減少を検出し、その位置を突き止めるために用いることができるであろう。そのようなシステムを適用することができれば、封じ込めライナー等のコンクリートに埋設されていたり、あるいは、移動することができないフローリング又は設備に近接している、磁歪センサー法以外の方法ではアクセスできないような区域を検査することが可能になるであろう。
【００１７】
従って、プレートタイプの構造体の検査が、プレートの表面に完全にアクセスする必要のない能率的な態様で実施することができれば、それが望ましい。そのよう磁歪センサーシステムは、プレートタイプの構造体の大きな容積領域を検査することができ、プレートタイプの構造体の費用効率の高い広範な区域の検査を可能にするであろう。
【００１８】
発明の概要
従って、本発明の目的は、プレートタイプの構造体の状態を検査し、亀裂、劣化等を示す異常の存在を検出するために、プレートタイプの構造体のための磁歪式ＮＤＥを具現するためのセンサーデバイスを提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、プレートタイプの構造体内で被きょう導波を伝送して受け取り、プレートタイプの構造体内の異常を検出し分析するのに適する、被きょう導波の特性を表す信号を発生することができる、プレートタイプの構造体検査に使用するのに適した磁歪センサーを提供することである。
【００２０】
本発明の更に他の目的は、異常、腐食、亀裂等を発見するためにプレートタイプの構造体全体を費用効率の高い態様で検査する、プレートタイプの構造体の検査に使用するのに適した磁歪センサーデバイスを提供することである。
【００２１】
本発明の更に他の目的は、被きょう導波をプレートタイプの構造体内へ差し向け、プレートタイプの構造体内の異常部から反射されてくる被きょう導波を検出するように特別に構成された磁歪センサーを用いることを特徴とする、プレートタイプの構造体の検査方法を提供することである。
【００２２】
本発明の更に他の目的は、プレートタイプの構造体のプレートの全表面にアクセスする必要なしにプレートタイプの構造体の大容積領域を検査することができる磁歪センサーを用いるプレートタイプの構造体の非破壊検査方法及び装置を提供することである。
【００２３】
本発明の更に他の目的は、対称又は反対称ラム波モードで作動することができる磁歪センサーを用いることによって強磁性材料を有するプレートタイプの構造体又は封じ込め容器を検査するための非破壊検査方法及び装置を提供することである。
【００２４】
本発明の更に他の目的は、被検査物体内に剪断水平波を発生させ、それを検出する磁歪センサーを用いた、プレートタイプの構造体の非破壊検査方法及び装置を提供することである。
【００２５】
本発明の更に他の目的は、低周波（２００ｋＨｚ未満）作動に適し、良好な感度と長い検査レンジを有し、リフトオフ（センサーの被検査物体からの浮き上がり）に対する許容性が比較的高い磁歪センサーを提供することである。
【００２６】
本発明の更に他の目的は、磁歪センサーを用いて電気抵抗溶接部を検査するための方法及び装置を提供することである。
【００２７】
本発明の更に他の目的は、被きょう導波を被検パイプの周りに円周方向に伝搬させる磁歪センサーを用いてパイプの非破壊検査をするための方法及び装置を提供することである。
【００２８】
上記及びその他の目的を達成するために、本発明は、壁、容器、エンクロージャ（カバー、閉鎖容器、囲い壁等）のプレートタイプの構造体の非破壊検査のために磁歪センサー法を実施するための方法及び装置を提供する。本発明のシステムは、プレートタイプの構造体のプレート内にプレートの表面に平行な方向にプレート内を移動する被きょう導波を発生する、プレートタイプの構造体に適用するために特別に設計された磁歪センサーを含む。被きょう導波（入射波と反射波の両方）を検出し、それらの被きょう導波の特性を表す信号を発生させるために、被きょう導波を発生する磁歪センサーと同様な構造のセンサーを配置する。このシステムは、別個の磁歪送信器（トランスミッター、送信側磁歪センサー）と磁歪受信器（レシーバー、受信側磁歪センサー）を使用するか、あるいは、被きょう導波を送信し、かつ、それを検出することができる単一の磁歪センサーを用いることができる。センサーの構造は、基本的に縦長であり、センサーの長手方向に平行な波面を有する被きょう導波を発生する。被きょう導波を発生させ、発生した波の伝搬方向を磁歪送信器を介して制御し、被きょう導波を磁歪受信器で検出し、濾波子、増幅させる工程に関わる適当なエレクトロニクス（電子装置）は、斯界において周知である。プレートタイプの構造体内の異常を識別するために、やはり斯界において周知の分析法が用いられる。即ち、この方法は、パターン認識法、並びに、被検査構造体を設置した時点から劣化や損傷が生じた後の時点までの期間中のいろいろな時点で収集された信号特性間の比較を用いる。
【００２９】
磁界を９０°回転させることによって、磁歪センサーを検査すべき強磁性物体に対して対称又は反対称ラム波モードから水平剪断波モードで作動するように切り換えることができる。水平剪断波モードでは、ＤＣバイアス磁界は、波伝搬の方向に垂直な方向である。
【００３０】
磁歪センサーは、又、継ぎ目に沿って溶接されたパイプ等の電気抵抗溶接部の瑕疵を検出するのにも用いることができる。例えば、磁歪送信器を被検査パイプの一側に設置し、磁歪受信器を被検査パイプの他側に設置することができる。パイプの周りに被きょう導波を発生させることにより、パイプの溶接部区域等の瑕疵を即座に検出することができる。
【００３１】
好ましい実施形態の詳細な説明
先に述べたように、本発明は、既開発の磁歪センサー法の基本的な方法論の手法をパイプ、チューブ等の円筒形構造体の検査に利用する。即ち、本発明は、そのような技術の基本的システムをプレートタイプの構造体に適用するために新規な磁歪センサーと組み合わせる。まず最初に図１を参照して、プレートタイプの構造体の検査を実施するのに利用されるシステム全体の概略説明を行う。検査システム１０は、磁歪センサー送信器制御装置１２と、それに組合わされた送信器コイル／コア（送信側の磁歪センサー、送信コイル）１４を含む。送信器コイル／コア１４は、プレートタイプの構造体３４に近接して配置されている。又、プレートタイプの構造体３４の近傍には、受信器コイル／コア２０（受信側の磁歪センサー、受信コイル）も配置されている。受信器コイル／コア２０は、プレートタイプの構造体３４内の反射波を検出し、それによって、構造体内に存在する瑕疵から反射された波特性を表す信号を発生するように配置されている。受信器コイル／コア２０は、プリアンプ／フィルタ１８に接続され、後者はコンピュータシステム１６に接続されている。
【００３２】
磁歪センサー送信器制御装置１２は、関数発生器２２と、電力増幅器２４と、同期回路２６から成る。これらの構成機器が協同して、送信器コイル／コア１４を駆動するための適当な信号を発生し、それによって、プレートタイプの構造体３４内に被きょう導波を発生させる。
【００３３】
コンピュータシステム１６は、メモリー２８と、デジタルプロセッサ３０と、アナログ−デジタル変換器３２から成る。これらの構成機器が協同して、受信器コイル／コア２０から信号を受け取り、それをデジタル化し、分析する。この信号には、プレートタイプの構造体３４内に存在する反射された被きょう導波の特性を表す波特性が包含されている。
【００３４】
送信器コイル／コア１４と受信器コイル／コア２０にそれぞれバイアス磁石３６，３８が組合わされている。バイアス磁石３６，３８は、プレートタイプの構造体３４（以下、単に「構造体」又は「プレート」とも称する）内の被きょう導波の発生を容易にし、かつ、反射された被きょう導波の検出を容易にする目的でバイアス磁界を設定するためにプレートタイプの構造体３４の近傍でコイル／コア１４，２０に近接して配置されている。
【００３５】
次に、図２を参照して本発明に利用される新規な磁歪センサーの構造の詳細な説明を行う。図２に示されるような磁歪センサー１１は、図１に関連して述べた送信器コイル／コア１４と受信器コイル／コア２０のどちらとしても用いることができる。磁歪センサー１１は、断面に比べて長い長手軸線を有するセンサーを形成するように長手方向に積重された複数の断面Ｕ字形のコア（磁心）素子（単に「コア」とも称する）１５から成る。図示の好ましい実施形態では、コア素子１５ａ−１５ｎは、Ｕ字形のフェライト、変圧器用鋼板、軟鋼、又は永久磁石の積重体から構成することができる。これらのコア素子１５ａ−１５ｎは、他の形状とすることもできるが、Ｕ字形又はＥ字形のコア素子が撚り効率的であることが判明している。Ｅ字形のコアを用いた場合は、送信器をＥ字の一方の部分に配置し、受信器をＥ字の他方の部分に配置することができる。
【００３６】
Ｕ字形コア１５ａ−１５ｎの積重体の周りにワイヤコイル１７が巻装されている。コイル１７の巻きの数は、駆動電流とコア１５の透磁率の大きさに依存して決められ、斯界において周知のように変更することができる。
【００３７】
図３は、図２に示されるように構成され、本発明の方法に従って具体化された１対のセンサーの応用例を断面図で示す。図３においては、プレートタイプの構造体３４の断面が、該プレート上に位置づけされた送信器コイル／コア１４及び受信器コイル／コア２０と共に示されている。送信器コイル／コア１４及び受信器コイル／コア２０の図３の図は、プレートタイプの構造体３４内の磁束の態様を示すために断面図である。コイル／コア１４，２０の各々に、バイアス磁石３６，３８が組合わされている。図３においては、バイアス磁石３６，３８は、それぞれ対応するコイル／コア１４，２０を被って配置されてものとして示されている。ただし、本発明の実際の実施においては、バイアス磁石３６，３８の数は１個又は２個とすることができることを理解されたい。必要なことは、送信器コイル／コア１４と受信器コイル／コア２０の下にあるプレートタイプの構造体３４内に磁界を発生させることである。要は、バイアス磁石３６，３８によって設定されるＤＣバイアス磁界が、送信器コイル／コア１４と受信器コイル／コア２０の下のプレートタイプの構造体３４の容積（三次元）領域内に適正に設定されさえすればよい。
【００３８】
送信器コイル／コア１４は、コア材４０とコイル巻線４２から成る。これらの構成部品（コア材４０とコイル巻線４２）は、磁歪センサー送信器制御装置（図３には示されていない）によって駆動され、コア材４０とコイル巻線４２とが協同して、バイアス磁石３６，３８によってプレートタイプの構造体３４内に設定される磁界に変化を起こさせる働きをする。プレートタイプの構造体３４内のこの時間の経過と共に変化する、即ちＡＣ磁界は、プレートタイプの構造体３４の表面に平行な方向に伝搬する機械的な被きょう導波を発生させる。この被きょう導波は、図３に示される波５０として示されており、送信器コイル／コア１４から離れる方向に伝搬する。図３に示されるように送信器コイル／コア１４がその長手軸線を図の紙面に直角に向けてプレートタイプの構造体３４の表面上に置かれているとすると、被きょう導波は、送信器コイル／コア１４の長手軸線から離れる方向と、プレートタイプの構造体３４を貫通する方向との２つの方向に伝搬する。これによって、プレートタイプの構造体３４の、磁歪センサー（送信器コイル／コア１４）の長手（長手軸線）によって囲まれる容積（三次元）領域を検査することを可能にする。かくして、磁歪センサー１４の長さにほぼ等しい幅に亘ってプレートタイプの構造体３４の容積領域の検査「掃引」を実施することができる。
【００３９】
本発明において検出コイル（受信コイル）として用いられる磁歪センサー即ち受信器コイル／コア２０の構成は、送信コイル（送信器コイル／コア１４）の構成と実質的に同じである。即ち、図３において、受信器コイル／コア２０は、コア材４４とコイル巻線４６から成る。バイアス磁石３８が、送信器コイル／コア２０を被って配置される。この構成により、プレートタイプの構造体３４内にバイアス磁界を設定する。このバイアス磁界は、該センサー２０に近接する被検査物体（構造体３４）内における反射された被きょう導波の存在に応じて変動する。図３では、この反射被きょう導波は、受信器コイル／コア２０の近傍に符号５２で示されており、受信器コイル／コア２０によって検出される。かくして、受信器コイル／コア２０の下のプレートタイプの構造体３４内を通る機械波が検出され、コイル４６内で電圧変動に「変換」され、本発明のシステムの電子装置の残部（図示せず）によって分析するのに適する信号を発生する。
【００４０】
先に述べたように、本発明の方法及び装置は、別個の磁歪送信器と磁歪受信器と組合わせて使用してもよく、あるいは、磁歪送信器兼磁歪受信器として作動することができる（被きょう導波を送信し、かつ、それを検出することができる）単一の磁歪センサーと組合わせて使用してもよい。後者の場合、図３に示される示された構成は、送信器コイル／コア１４又は受信器コイル／コア２０として示された構成の単一の磁歪センサーに限定されることになる。
【００４１】
より実用的な別の実施例として、２個の送信器センサーと２個の受信器センサーを使用することができ、その場合、それらのセンサーを適当な位相調整によって制御すればよい。かくして、検査ビーム（送信される被きょう導波）の方向を制御することができる。例えば、送信器が第１の正（＋）方向に波を発生する場合、その戻り信号（反射された被きょう導波）は、負（−）方向に走る波を検出するように制御された受信器によって検出することができる。先に述べたように、この制御は、ＮＤＥ技術の分野で周知の態様で２つのセンサーを適当に位相調整することによって行うことができる。このようにして、プレート（構造体３４）の検査を最初に送信器センサーの一方の側に向けて実施することができ、次いで、単にセンサーの計装を切り換えることによって、プレートの検査を送信器センサーの他方（反対）の側に向けて実施することができる。磁歪センサーに関連して用いられているその他のいろいろな周知の検査技術も、本発明の方法及び装置に適用することができる。
【００４２】
次に、本発明の方法及び装置によって検査された厚さ０．２５ｉｎ、長さ２０ｆｔ、幅４ｆｔの鋼プレートから得られたサンプルデータについて図４及び５を参照して詳しく説明する。
【００４３】
図４に示された信号は、プレート内の第１対称波モード（Ｓ_０）を示し、図５に示された信号は、プレート内の第１反対称波モード（Ａ_０）を示す。図４は、上記形状寸法（厚さ０．２５ｉｎ、長さ２０ｆｔ、幅４ｆｔ）の鋼プレートから得られた６０ｋＨｚの磁歪センサー信号の時間と共に変化する振幅プロット（グラフ）である。波は、センサーの適正な向きによって差し向けられ、鋼プレート内を長手方向に伝搬する。図４に示された信号成分には、初期パルス６０と、端部反射信号（プレートの端部から反射された信号）６２と、立ち下がり信号６４が含まれる。同様にして図５には、初期パルス７０と、端部反射信号７２が示されている。
【００４４】
物体（プレート）内に発生した被きょう導波の経路内に異常が存在すると、その異常部は、斯界において周知のように、図４及び５に示された２つの信号のどちらかの信号内において識別するのに十分な振幅を有する信号成分を発生する。かくして、プレートタイプの構造体内に検出された異常の特性を識別することができ、磁歪センサーから離れる方向の波伝搬方向において異常部の位置を突き止めることができる。斯界において周知のように、異常部が存在すると、その相対位置は、初期パルス（センサーの位置を表す）と端部反射信号６２，７２との時間関係で異常を表す信号特性の位置によって識別することができる。
【００４５】
そのような信号の例が、図６及び７に示されている。図６は、幅４ｆｔ、長さ２０ｆｔ、厚さ０．２５ｉｎの鋼プレートにおいて得られた、４０ｋＨｚのＳ_０波モード信号を用いた場合のパルス−エコー磁歪センサーデータを示す。図６には、センサーからプレートの長さのほぼ２／３の距離だけ離れた地点でプレートに切り込まれた４ｉｎ長の切欠きと、８ｉｎ長の切欠きと、１２ｉｎ長の切欠きに関して収集されたデータに対応する３つの信号が示されている。
【００４６】
図７は、幅４ｆｔ、長さ２０ｆｔ、厚さ０．２５ｉｎの鋼プレートにおいて得られた、２０ｋＨｚのＡ_０波モード信号を用いた場合のパルス−エコー磁歪センサーデータを示す。図７にも、センサーからプレートの長さのほぼ２／３の距離だけ離れた地点でプレートに切り込まれた４ｉｎ長の切欠きと、８ｉｎ長の切欠きと、１２ｉｎ長の切欠きに関して収集されたデータに対応する３つの信号が示されている。
【００４７】
いずれの場合も、切欠きは、検出できるだけでなく、そのサイズ及び位置についても特定することができる。このようなプレートタイプの構造体にみられる切欠き以外の他のタイプの異常を識別し、特定するために、これらの信号にいろいろな信号分析法を適用することができる。個々の亀裂等は、通常、孤立した個々の反射波によって識別され、プレートに存在する広範囲の劣化又は腐食が一定時間に亘って受け取られた群化波によって識別することができる。更に、特定のプレートタイプの構造体のシグナチャー（特徴）信号を、その構造体を使用に供する前に取得しておくこともできる。その場合、構造体を使用に供した後、シグナチャーを周期的に取得して初期基線基準シグナチャーと比較し、プレート内に発生した異常の存在を確認することができる。
【００４８】
本発明が機能することを立証するために、図２に示されるような１２ｉｎ長の磁歪プローブ（センサー）を用いて、対称（Ｓ_０）長手方向波モード信号と、反対称（Ａ_０）長手方向波モード信号を発生させ、検出した。これらの波モードを発生させ、検出するために、バイアス磁石３６，３８には、波伝搬方向に平行な（磁歪プローブの長手に対して垂直な）方向にバイアス磁界を印加する。図２に示されたのと同じ磁歪プローブを用いて、波伝搬方向に垂直な（磁歪プローブの長手に対して平行な）方向にＤＣバイアス磁界を印加することによってプレート内に剪断水平波を発生させ、検出することができる。
【００４９】
４ｉｎ長の磁歪プローブを用いて、厚さ０．２５ｉｎ、幅４ｆｔ、長さ２０ｆｔの鋼プレート内に信号を発生させた。図８ａは、その場合の一定時間に亙って発生し、反射された信号を示す。初期信号１００は、磁歪送信器制御装置１２によって発生されてプレートの遠位端に到達し、遠位端からの信号（１０２）は、受信器コイル／コア２０によって受け取られる。近位端からの信号（１０４）が受け取られるのは、このシステムの不完全な指向性制御に起因する。
【００５０】
この鋼プレートに０．２５ｉｎ径の穴をプレートの長手の約２／３の長さのところに切設した後、プレートに沿って初期信号１００を送ると、遠位端からの信号１０２が受信されるとともに、やはり、システムの不完全な指向性制御に起因する近位端からの信号１０４が受信されるが、０．２５ｉｎ径の穴の存在を表す信号１０６が受信される。従って、図８ａと８ｂとを合わせて観察すれば、剪断水平波を本発明の磁歪検査技術及び磁歪プローブに用いることができることは、明らかである。又、大型のプレートタイプの構造体の磁歪式検査は、低周波（２００ｋＨｚ未満）作動に適し、良好な感度と長い検査レンジを有し、リフトオフに対する許容性が比較的高い。このような利点は、電磁音響トランスジューサのような他の慣用の非破壊検査法を用いた場合には、得られない。
【００５１】
パイプは、円形に単純に湾曲されたプレートとみなすことができる。パイプは、文字通り板金から形成され、板金を円形に湾曲し、その一側を電気抵抗溶接を用いて溶接することによって形成される。このような図９に示され、図９に関連して説明される、電気抵抗溶接を含むパイプを検査するのにも磁歪式検査法を用いることができる。図９には、溶接ライン２０２を有するパイプ２００が示されている。送信器コイル／コア（送信側ＭｓＳプローブ）１４がパイプ２００の一側に配置され、受信器コイル／コア（受信側ＭｓＳプローブ）２０がパイプ２００の他側に配置されている。図には示されていないが、送信器コイル／コア１４と受信器コイル／コア２０に近接して磁気バイアスが設定される。図１に示されるような検査システム１０を用いて、パイプ２００の周りに図１０ａに示されるように初期パルス２０６を始動する。パルスが受信器コイル／コア２０を通過するたびに、信号２０８が受け取られる。信号２０８は、一定時間が経過し、パイプ２００の周りを何回か回った後消滅する。
【００５２】
送信器コイル／コア１４をパイプ２００の周りに受信器コイル／コア２０から１８０°反対側に配置すると、送信器コイル／コア２つの反対向きに移動する波が重なり合って強め合い、それぞれの波の振動を加え合わせた単一の大きい振幅の信号を創生する。初期パルス２０６は、一旦発生されると、その全エネルギーが消散されるまでパイプ２００の円周の周りを回転し続ける。従って、発生した波は、パイプ２００の全周を回る剪断水平波の過渡時間に等しい一定の時間間隔で信号を発生する。溶接ライン２０２に瑕疵があると、その瑕疵は、瑕疵信号として明瞭に表示される。溶接ライン２０２が送信器コイル／コア１４からほぼ９０°の位置にあるとすると、瑕疵は、受信器コイル／コア２０によって受け取られた信号２０８と２０８の間のほぼ中間に存在することになる。
【００５３】
瑕疵の測定ができることを証明するために、図１０ａに示された信号を測定した後、パイプ２００に切欠きを切設した。次いで、パイプ２００の円周の周りに剪断水平波を誘導する初期パルス２０６を発生させて検査を上記検査を繰り返した。やはり、剪断水平波が受信器コイル／コア２０に到達するたびに信号２０８が発生した。しかしながら、この検査では、それらの信号に加えて、パイプ２００に誘導された切欠きからの反射信号によって創生された切欠き（瑕疵）信号２１０が生じる。切欠き信号２１０は、時間の経過とともにその振幅が増大する。なぜなら、初期波は、パイプ２００の周りを回転するたびに、切欠き（瑕疵）を通過し、それによって、切欠き（瑕疵）信号２１０を発生し、それが前の切欠き（瑕疵）信号２１０に加えられる。一定時間、切欠き信号２１０の増大が起った後、切欠き信号２１０は、信号２０８と同様に、そのエネルギーが消散されるまで減少する。
【００５４】
最初の初期波信号２０８の振幅と最初の切欠き（瑕疵）信号２１０の振幅との比率によって瑕疵のサイズについての比較表示を得ることが可能である。図１０ｂに示された例では、切欠きは、パイプの断面積のほぼ８％である。これは、信号２０８対信号２１０の振幅比率がほぼ１０％であることに十分に対応している。もちろん、切欠きが剪断水平波の進行方向に対して垂直であるか、平行であるかなどの他の要因も考慮される。
【００５５】
上述した方法を用いることによって、本発明は、パイプの長手方向の瑕疵及び腐食瑕疵を検査するのに適用することができる。この方法においては、パイプの瑕疵を検出するために磁歪プローブ１４，２０をパイプの長手に沿って移動させる。製造工場では、磁歪送信器１４又は受信器２０を固定し、複数のパイプを送信器と受信器の間を通して移動させ、複数のパイプの瑕疵を同時に検査することができる。
【００５６】
本発明の利点の１つは、センサーの単一の位置づけ位置からプレートタイプの構造体の大きい容積領域の広範な検査を実施することができることであるが、封じ込め容器等を完全に検査するには、センサーをいろいろな異なる位置及び向きに配置する必要がある。例えば、封じ込め容器を検査するには、センサーを構造体（容器）全体の最善の検査を可能にする所定の走査ライン（フロアに対して水平であっても、垂直であってもよい）に沿って複数の位置に順次に配置する必要がある。かくして、封じ込め容器のすべての表面にアクセスする必要なしに、封じ込め容器全体の漸進的な検査を実施することができる。
【００５７】
以上、本発明の方法及び装置の好ましい実施形態を説明したが、本発明の基本的なセンサー構造を利用する態様はいろいろに変更することが可能である。上述したセンサーの特定の寸法は、本発明を限定するものではなく、検査すべき特定のプレートタイプの構造体に応じて決められる。例えば、検査環境の要件に応じていろいろな長さのセンサーを用いることができる。一般的にいえば、上述したセンサーの基本的構造は、プレートの素材が強磁性材料である場合には例外なく利用することができる。円形に巻装されたコイルタイプの磁歪センサーの使用が適当でないような事例では、本発明のセンサー構造は、磁歪検査法の感度と精度を達成することができる機構を提供する。ここに例示した基本的なセンサー構造のその他の応用態様は、材料の非破壊検査の技術分野に精通した当業者には、容易に想到することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明のシステムの構成部品を示す概略ブロック図である。
【図２】 図２は、本発明の磁歪センサーの透視図である。
【図３】 図３は、本発明のセンサーをプレートタイプの構造体に対して実装した構成の断面図である。
【図４】 図４は、幅４ｆｔ、長さ２０ｆｔ、厚さ０．２５ｉｎの鋼プレートに対して６０ｋＨｚのＳ_０波モード信号を用いた場合に、本発明のシステムを通して受信された信号のプロットである。
【図５】 図５は、図４の鋼プレートに対して４０ｋＨｚのＡ_０波モード信号を用いた場合に、本発明のシステムを通して受信された信号のプロットである。
【図６】 図６は、幅４ｆｔ、長さ２０ｆｔ、厚さ０．２５ｉｎの鋼プレートに対して４０ｋＨｚのＡ_０波モード信号を用いた場合に、本発明のシステムを通して受信された信号のプロットである。
【図７】 図７は、幅４ｆｔ、長さ２０ｆｔ、厚さ０．２５ｉｎの鋼プレートに対して２０ｋＨｚのＡ_０波モード信号を用いた場合に、本発明のシステムを通して受信された３つの信号のプロットである。
【図８ａ】 図８ａは、幅４ｆｔ、長さ２０ｆｔ、厚さ０．２５ｉｎの鋼プレートに対して、８０ｋＨｚの剪断水平波を用いた場合に、鋼プレートに０．０５ｉｎ径の穴を切設する前と切設した後とで本発明のシステムを通して受信された剪断水平波のプロットである。
【図８ｂ】 図８ｂは、幅４ｆｔ、長さ２０ｆｔ、厚さ０．２５ｉｎの鋼プレートに対して、８０ｋＨｚの剪断水平波を用いた場合に、鋼プレートに０．０５ｉｎ径の穴を切設する前と切設した後とで本発明のシステムを通して受信された剪断水平波のプロットである。
【図９】 図９は、溶接パイプの両側に配置された磁歪送信プローブと磁歪受信プローブを用いて検査される溶接パイプの断面図である。
【図１０ａ】 図１０ａは、図９に示された外径４．５ｉｎの大径鋼パイプを検査するために、１５０ｋＨｚの剪断水平波モードを用いた場合に、パイプにノッチを切設する前と切設した後とで本発明のシステムを通して受信された信号のプロットである。
【図１０ｂ】 図１０ｂは、図９に示された外径４．５ｉｎの大径鋼パイプを検査するために、１５０ｋＨｚの剪断水平波モードを用いた場合に、パイプにノッチを切設する前と切設した後とで本発明のシステムを通して受信された信号のプロットである。
【符号の説明】
１０ 検査システム
１１ 磁歪センサー
１２ 磁歪センサー送信器制御装置、磁歪送信器制御装置
１４ 送信器コイル／コア、送信側の磁歪センサー、送信コイル磁歪センサー、磁歪プローブ、磁歪送信器
１５ コア
１５ａ、１５ｎ コア素子
１６ コンピュータシステム
１７ コイル、ワイヤコイル
１８ フィルタ
２０ 受信器コイル／コア、受信側の磁歪センサー、受信コイル
２２ 関数発生器
２４ 電力増幅器
２６ 同期回路
２８ メモリー
３０ デジタルプロセッサ
３２ アナログ−デジタル変換器
３４ プレートタイプの構造体
３６，３８ バイアス磁石
４０ コア材
４２ コイル巻線
４４ コア材
４６ コイル巻線
５０ 波
６０ 初期パルス
６２，７２ 端部反射信号
６４ 立ち下がり信号
７０ 初期パルス
１００ 初期信号
１０２ 遠位端からの信号
１０４ 近位端からの信号
１０６ 穴の存在を表す信号
２００ パイプ
２０２ 溶接ライン
２０６ 初期パルス
２０８ 初期波信号
２１０ 切欠き信号

Claims (19)

1. 平坦又は湾曲したプレートタイプの強磁性構造体内の切欠き、切れ目、亀裂、摩耗又は腐食等の瑕疵を表す異常部を検出するために磁歪検査法を用いて該プレートタイプの強磁性構造体を検査するための非破壊検査方法であって、
   最初に、送信器を前記プレートタイプの強磁性構造体に近接して配置する工程と、
   該送信器の近傍のプレートタイプの強磁性構造体内に第１ＤＣバイアス磁界を設定する工程と、
   次いで、前記プレートタイプの強磁性構造体に近接して受信器を配置する工程と、
   該受信器の近傍のプレートタイプの強磁性構造体内に第２ＤＣバイアス磁界を設定する工程と、
   送信器制御回路内にパルス信号を発生させ、該パルス信号を前記送信器へ送給し、該パルス信号により前記第１ＤＣバイアス磁界に変動を惹起させ、該第１ＤＣバイアス磁界の変動によって生じる磁歪作用の結果として前記プレートタイプの強磁性構造体内を通る被きょう導波を創生させる工程と、
   前記被きょう導波が前記プレートタイプの強磁性構造体内を通過したこと、及び、該プレートタイプの強磁性構造体内の異常部からの反射波が発生したことによって生じた逆磁歪作用により前記第２ＤＣバイアス磁界に惹起された変動を検出する工程と、
   前記反射波が、前記プレートタイプの強磁性構造体内に存在していてはならない異常部に起因するものであるかどうかを判定する工程とから成り、
   前記送信器及び受信器は、長手軸線を有するコアと、前記被きょう導波の波面が該長手軸線に平行となり、該長手軸線に対して垂直に移動するように該コアの周りに長手方向に巻回されたコイルを有することを特徴とするプレートタイプの強磁性構造体の非破壊検査方法。
2. 前記送信器及び受信器は、単一のデバイスであり、前記第１ＤＣバイアス磁界と第２ＤＣバイアス磁界とは同一のものであることを特徴とする請求項１に記載のプレートタイプの強磁性構造体の非破壊検査方法。
3. 前記送信器と受信器の前記長手軸線は、互いにほぼ平行であることを特徴とする請求項１に記載のプレートタイプの強磁性構造体の非破壊検査方法。
4. 前記長手軸線の長さは、前記コアの幅の少くとも複数倍であることを特徴とする請求項３に記載のプレートタイプの強磁性構造体の非破壊検査方法。
5. 前記被きょう導波の波面は、対称波、反対称波及び剪断水平波から成る群から選択されたものであることを特徴とする請求項４に記載のプレートタイプの強磁性構造体の非破壊検査方法。
6. 前記コアは、複数のＵ字形コアの積重体から成り、前記長手軸線の長さは、該積重体中のＵ字形コアの数によって決定されることを特徴とする請求項４に記載のプレートタイプの強磁性構造体の非破壊検査方法。
7. 前記パルスは、２００，０００サイクル／秒未満であることを特徴とする請求項１に記載のプレートタイプの強磁性構造体の非破壊検査方法。
8. 良好な感度と長い検査レンジを有し、前記送信器又は受信器のリフトオフに対する許容性が比較的高いことを特徴とする請求項１に記載のプレートタイプの強磁性構造体の非破壊検査方法。
9. 前記コアは、複数のＥ字形コアの積重体から成り、前記長手軸線の長さは、該積重体中のＥ字形コアの数によって決定されることを特徴とする請求項４に記載のプレートタイプの強磁性構造体の非破壊検査方法。
10. パルス信号から磁歪検査法を用いてプレートタイプの強磁性物体を検査する非破壊検査に使用するためのセンサーであって、
    幅よりはるかに長い長さを有する細長コアと、
    該細長コアの長手の周りに巻回されたコイルと、
    該細長コアに沿って前記プレートタイプの強磁性物体内に創生されるＤＣバイアス磁界と、
    該センサーを駆動するために前記パルス信号を発生するための磁歪センサー送信器制御装置とから成り、
    該センサーは、前記パルス信号を受け取って、前記プレートタイプの強磁性物体内に前記細長コアの長手に平行な、かつ、該細長コアの長手に対して垂直な磁歪波面を創生し、該プレートタイプの強磁性物体内の異常部からの反射磁歪波を検出するようになされていることを特徴とするプレートタイプの強磁性物体の非破壊検査に使用するためのセンサー。
11. 前記細長コアは、断面Ｕ字形であることを特徴とする請求項１０に記載のプレートタイプの強磁性物体の非破壊検査に使用するためのセンサー。
12. 前記細長コアは、断面Ｅ字形であることを特徴とする請求項１０に記載のプレートタイプの強磁性物体の非破壊検査に使用するためのセンサー。
13. 前記磁歪波面の強度は、前記コイルの巻き数によって決定されることを特徴とする請求項１０に記載のプレートタイプの強磁性物体の非破壊検査に使用するためのセンサー。
14. 前記コアは、複数のＵ字形コアの積重体から成り、該コアの長さは、該積重体中のＵ字形コアの数によって決定されることを特徴とする請求項１１に記載のプレートタイプの強磁性物体の非破壊検査に使用するためのセンサー。
15. 前記パルス信号及び前記反射磁歪波は、２００，０００サイクル／秒未満であることを特徴とする請求項１３に記載のプレートタイプの強磁性物体の非破壊検査に使用するためのセンサー。
16. 前記ＤＣバイアス磁界は、前記コアによって創生されることを特徴とする請求項１５に記載のプレートタイプの強磁性物体の非破壊検査に使用するためのセンサー。
17. 前記断面Ｕ字形の細長コアは、複数のＵ字形のフェライト、変圧器用鋼板、軟鋼、又は永久磁石から成ることを特徴とする請求項１５に記載のプレートタイプの強磁性物体の非破壊検査に使用するためのセンサー。
18. 良好な感度と長い検査レンジを有し、リフトオフに対する許容性が比較的高いことを特徴とする請求項１５に記載のプレートタイプの強磁性物体の非破壊検査に使用するためのセンサー。
19. 第１ＤＣバイアス磁界と、断面Ｕ字形の細長コアと、コイルとで前記磁歪波面を創生し、第２ＤＣバイアス磁界と、断面Ｕ字形の細長コアと、コイルとで前記反射磁歪波を検出することを特徴とする請求項１０に記載のプレートタイプの強磁性物体の非破壊検査に使用するためのセンサー。

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