JP2000235019A - 渦流探傷プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号線数をケーブル内に収容可能な数に押さ
えつつ、コイル群と探傷モードを増やして空間解像度及
び周軸両方の欠陥検出性を向上させた渦流探傷プローブ
を提供する。 【解決手段】 複数の磁場励起素子１３と、複数の磁場
検出素子１４と、これらの素子１３，１４を時分割駆動
するためのスイッチング回路１６、１８及び前記複数の
検出素子１４を時分割駆動するスイッチング回路よりも
計測器側に設けた検出信号増幅回路２０からなる渦流探
傷プローブである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器内部にあ
る細管等の非破壊検査に用いる渦流探傷プローブに関す
るものである。

【０００２】

【従来技術】複数の磁場励起素子と磁場検出素子を搭載
した渦流探傷プローブとしては、例えば特開平６−１６
０３５７号記載のものがある。これは図１５に示すよう
に円筒形の母体１１１上に３個１組のパンケーキコイル
群を配置したものであり、１コイル群は１個の励起コイ
ル１１２と差動接続された２個の検出コイル１１３とか
ら構成されている。このプローブの特徴は１コイル群で
伝熱管の円周方向に存在する欠陥と軸方向に存在する欠
陥の両方を検出することであり、またコイル群間での検
出性低下を防止するためコイル群を２段互い違いに配置
し、合計８コイル群を内部に備えている。

【０００３】一方、空間的配置パターンの異なる磁場励
起・検出対を持つ渦流探傷プローブとしては例えば図１
６に示すような磁場検出コイル１２３と周方向（欠陥検
出用）磁場励起コイル１２２及び軸方向（欠陥検出用）
磁場励起コイル１２１からなる回転型渦流探傷プローブ
があり、このプローブは管の軸方向欠陥検出用のコイル
配置と周方向欠陥検出用のコイル配置を持ち、周方向欠
陥、軸方向欠陥ともに検出性が最大となる配置で使用さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記記
載のプローブ では空間分解能がコイル群の数によって
規制を受けるため、空間分解能を向上するにはコイル数
を増やさざるを得ないが、その場合、探傷装置とプロー
ブ間の信号線が増えるため、信号線を内包しプローブヘ
ッドと探傷装置を繋ぐシース内に信号線が収容仕切れな
くなる。勿論、各信号線の径を細くすれば格納可能であ
るが、３０ｍ以上の長さにわたり信号を送受信するに
は、信号線が細い場合は信号減衰度が大きくなるので、
ＳＮ比が低下し、さらに近接する信号線間におけるクロ
ストークの増大、機械的強度の低下による断線確率の増
大などから信号線の細径化は現実的ではない。

【０００５】なお、以上は内挿型渦流探傷プローブにつ
いて論じているわけであるが、一方、信号径に強い制限
のない貫通型プローブや上置型プローブについては信号
ケーブル全体の重量増、大径化は装置の大型化およびプ
ローブ固定部の強化を招くので、やはり信号線の増加は
好ましくない。このためコイル数に上限が存在するとい
う問題は依然残存している。また、一般に励起素子と検
出素子の配置について、周方向欠陥で検出性が最大にな
るとき軸方向欠陥の検出性は最低になり、軸方向欠陥で
検出性が最大のときは周方向欠陥で検出性は最低となっ
てしまう。

【０００６】前記特開平６−１６０３５７号公報記載の
ものは軸方向欠陥と周方向欠陥の感度がバランスするよ
うに配置されているが、これは逆に考えれば周軸両方の
欠陥で検出性を低下させていることにもなっている。と
は云え、各方向の欠陥に最適な複数の探傷モードを搭載
するためには異なる配置のコイル群が必要であり、さら
なる信号線の増加を招く。

【０００７】本発明は上述の如き実状に鑑み、これに対
処してその問題を解決すべく、信号線数をケーブル内に
収容可能な数に押さえつつ、コイル群と探傷モードを増
やして空間解像度及び周軸両方の欠陥検出性を向上させ
た渦流探傷プローブを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
る本発明の渦流探傷プローブの構成は、複数の磁場励起
素子と、複数の磁場検出素子と、これらの素子を時分割
駆動するためのスイッチング回路および前記複数の検出
素子を時分割駆動するスイッチング回路よりも計測機器
側に設けた検出信号増幅回路からなることを特徴とす
る。

【０００９】また本発明は複数の磁場励起兼検出素子を
備え、同一素子に励起素子を時分割駆動するためのスイ
ッチング回路と検出素子を時分割駆動するためのスイッ
チング回路の双方を接続してタイミングによって該同素
子を励起素子または検出素子として用いることも特徴と
する。そして、この場合、検出素子を時分割するための
スイッチング回路の出力側に検出信号増幅回路を設ける
ことが好ましいことは上記構成と同様である。更に、上
記の各構成において、複数の磁場励起素子・磁場検出素
子について、複数の空間的配置をもち、かつ、磁場励起
素子・磁場検出素子の組み合わせの変更が可能であるこ
とも好適な実施の態様である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、更に添付図面を参照し、本
発明の具体的な実施の形態を説明する。

【００１１】図１は本発明に係る渦流探傷プローブの１
例を示す外観図であり、この渦流探傷プローブはケーブ
ル１５に結合された円筒形の母体１１上に８個のコイル
１２を円周方向に沿って並べ、更にこれを軸方向に２
段、計１６個並べて形成されている。このうち、上段の
コイル群１３は管内に渦電流が発生するよう磁場励磁装
置に結合されている励磁専用コイル、下段のコイル群１
４は前記励磁装置に結合された励磁専用コイルに発生す
る電流を検出し、管内に欠陥があることを示す信号を発
生する検出専用コイルとなっており、励起・検出コイル
対としては検出コイルと隣接する励起コイルを対として
考えるため、全部で８対のセンサー対を具備している。

【００１２】図２は上記各コイルのプローブ内部におけ
る回路ブロックであり、スイッチング回路としてマルチ
プレクサが用いられ、同図に示す如く、前記コイルの励
起コイル群１３は励起信号線２１に接続する励起コイル
用８チャンネル（ｃｈ）マルチプレクサ１６へ、一方、
検出コイル群１４は検出用８ｃｈマルチプレクサ１８へ
夫々接続されている。そして、検出用マルチプレクサ１
８の出力は検出信号線２２に接続され、途中に設けられ
た増幅アンプ２０を含む検出信号増幅回路により増幅さ
れて計測器、即ち、探傷器側へ出力される。なお、図中
の１７は励起用マルチプレクサ制御信号線、１９は検出
用マルチプレクサ制御信号線である。

【００１３】ここで、上記回路で必要な信号線はマルチ
プレクサを用いない場合には少なくとも１８本必要なの
に比べ、励起用マルチプレクサ制御信号線１７が４本、
検出用マルチプレクサ制御信号線１９が４本、励起信号
線２１が２本、検出信号線２２が２本、回路駆動用電源
が３本の計１５本と削減される。当然ながらコイルが増
えた場合でも多チャンネルマルチプレクサを用いること
で信号線の増加は押さえられる。従って信号線を細径化
する必要がなくなるか、または従来ほど細径化する必要
がなくなり、この結果、信号ケーブル全体の径を変える
ことなく検出対象の形状や位置に関する空間分解能の向
上が達せられる。同時に探傷器とケーブルを接続するコ
ネクターの芯数も削減されるため、より小型のコネクタ
ーが使用可能になり、ケーブル接続時の操作性も向上す
る。

【００１４】なお、前記実施例はある励起コイルと、隣
接する検出コイルを対にして考えているが、図３におけ
る励起コイルＴと隣接しない検出コイルＲの組み合わせ
も可能であり、その場合は異なる配置状態のコイル対が
増加することになる。コイル対の配置状態が異なるとい
うことは、欠陥に対する検出感度が最大になる位置が変
化することと同じなので、故にコイル数を増やすことな
く空間分解能が向上する。また、欠陥に対する感度特性
を変化させることでもあり、目的とする欠陥の検出に最
適な状態にすることも１種類の渦流探傷プローブで可能
になる。

【００１５】このコイル対の組み合わせは探傷器および
制御回路からの指令により容易に変更可能なためプロー
ブを変更することなく異なる感度特性でプローブを用い
ることが出来る。またマルチプレクサによる検出信号を
増幅するため、増幅回路は通常必要であるが、とくに検
出信号の劣化が問題にならないような場合は増幅アンプ
を省略することも可能である。

【００１６】図４は本発明渦流探傷プローブの第２の実
施例を示す外観図であり、プローブ母体４１の円周上
に、円周方向に沿ってコイル４２を等間隔に８個並べた
ものである。ここで各コイルは図５に示す如く励起用マ
ルチプレクサ４３と検出用マルチプレクサ４４の両方に
接続しており、当然ながら、あるコイルが励起コイルＴ
として作動しているときに、当該コイル以外のコイルが
検出コイルＲとして作動する。時分割駆動時における各
コイルの状態を図６に示す。

【００１７】図示の如くタイムスロット１〜８におい
て、タイムスロット１にはａコイルが励起コイルＴで、
これに隣接するｂコイルが検出コイルＲとなり、次のタ
イムスロット２にはさきに検出したｂコイルが励起コイ
ルＴで、隣接するｃコイルが検出コイルＲとして用いら
れる。このようにして、上記形態では次々に励起・検出
コイルを切り替えてゆくので、コイル総数は８個である
にもかかわらず、全部で８対の励起・検出コイル対とし
て用いることが出来る。

【００１８】また、上記第２の実施例は、もう１つの使
い方として、上記の如く隣接するコイル同士で励起・検
出コイル対とするのではなく、図７に示すようにコイル
１つ飛ばしに励起・検出コイル対とすることもできる。
例えば、図７でａコイルが励起状態の時、ｃコイルを検
出コイルＲにし、タイムスロット２でｂコイルを励起コ
イル、ｄコイルを検出コイルにすることが可能である。

【００１９】更に前記図６に示す隣接するコイル同士で
励起・検出コイル対を作る場合を探傷モードＡとし、図
７の如く１つ置きに励起・検出コイル対を作る場合を探
傷モードＢとすると、両モード合わせて１６対の組み合
わせが８個のコイルで作り出せ、Ａモード又はＢモード
のみの使用も可能であるし、時分割数を増すことで両モ
ードを同時に使用することも可能である。この場合、構
成するコイル群はＡモード、Ｂモードで同じであるが、
個々の素子対でみると、両モードでは構成素子は空間的
な配置パターンが異なるため、空間分解能や欠陥に対す
る感度特性などは当然異なる。

【００２０】次に、図８は本発明の第３の実施例であ
り、円筒形８１の円周上に８個のコイルが３段、計２４
個のコイルを装備し、その内部においては図９の如く励
起コイル用８ｃｈマルチプレクサ９０、検出コイル用８
ｃｈマルチプレクサ８６、８８、９１、９２、信号増幅
アンプ８７，８９，９３，９４が具備されている。

【００２１】この図９に示す回路の接続を詳しく説明す
ると、３段の配置されているコイル群のうち上段８個の
コイル群８２と下段８個のコイル群８４は検出専用コイ
ル群であり、夫々８ｃｈマルチプレクサ８６及び８８に
接続され、その出力側には増幅アンプ８７及び８９が介
設されている。

【００２２】また中段８個のコイル群８３は励起兼検出
コイル群であり、励起用８ｃｈマルチプレクサ９０と検
出用８ｃｈマルチプレクサ９１と同じく検出用８ｃｈマ
ルチプレクサ９２に接続され、各検出用マルチプレクサ
の出力側には夫々、増幅アンプ９３及び９４が接続され
ている。当然ながら、マルチプレクサ９１，９２は常に
別々のコイルを動作状態にしている。

【００２３】図１０はこの各コイル群の動作状態を示し
たものであり、ある励起コイルＴに隣接するコイル４個
が検出コイルＲとして動作し、結局、５個のコイルが一
群として動作していることを示している。コイル群の切
り替えは第２の実施例と同様で、各タイムスロット毎に
励起・検出コイル群を切り替えていく。

【００２４】この実施例では伝熱管の軸方向欠陥と周方
向欠陥夫々について最大感度を持つコイル配置になって
いるため、夫々の欠陥に対して探傷モードを持ってお
り、更にこれらを一度に探傷することが可能となってい
る。また、探傷器側において、片線接地入力と差動入力
のチャンネルを用意することにより、プローブを絶対型
としても差動型としても使用することが可能である。軸
方向欠陥用センサー対を差動型として使用する場合は、
上段コイル群８２の検出信号を探傷器の差動増幅器の非
反転入力へ、下段コイル群８４の検出信号を反転入力へ
接続すればよい。同様にマルチプレクサ９１の出力を非
反転入力へ、マルチプレクサ９２の出力を反転入力へ接
続すれば周方向欠陥用センサー対も差動型として使用す
ることが出来る。勿論、これは探傷器内部の結線なので
同時に絶対型チャンネルとしても使用できる。

【００２５】絶対型チャンネルを使用しないことを前提
とするならば、増幅アンプ８７及び８９をひとまとめに
して差動入力アンプとしておけばよく、その場合は回路
実装スペースの削減や信号線数の低減が可能となる。こ
のことは、増幅アンプ９３及び９４についても同様であ
る。

【００２６】図１１は、本発明の第４の実施例として、
周方向欠陥検出用にコイル１０１〜１０８及びコイル２
０１〜２０８を用い、軸方向欠陥検出用にコイル１０１
〜１０８とコイル３０１〜３０８を用いるものである。
この場合、図示例においては軸方向検出モードにおい
て、軸方向の感度低下領域を無くすためにコイル３０１
〜３０８はコイル１０１〜１０８、２０１〜２０８とは
角度をずらして配置されている。例えばコイル３０１は
コイル１０１とコイル１０２の中間点とコイル２０１と
コイル２０２の中間点を結ぶ直線上に配置される。駆動
に関してはコイル１０２が励起状態にあるときコイル３
０１及びコイル３０２が検出状態に入り、さらに制御装
置で３０１の信号と３０２の信号が差分される。また、
同様に周方向欠陥検出モードはコイル１０１が励起状態
の時、コイル１０３が検出状態に入る。その後、コイル
２０１が励起状態に入りコイル２０３が検出状態に入
る。 制御装置においてコイル１０３の出力とコイル２
０３の出力を差分することで周方向欠陥の差分信号が得
られる。

【００２７】図１２は上記図１１に示す各コイル群の動
作状況を示すものであり、これを時分割駆動例として例
示表記すると、下記表１の如くである。表中、ｓ１は第
１スロット、ｓ２は第２スロットなどを示し、例えば第
１スロットｓ１ではコイル１０１を励起コイルとして、
コイル１０３、コイル３０８、コイル３０１が検出コイ
ルとして動作することを示している。

【００２８】

【表１】

【００２９】なお、上記各実施例の外、更に図１３に示
す配置や図１４に示す配置、動作状況も可能である。以
上、本発明の実施例について説明したが、この説明では
磁場励起素子・磁場検出素子として共にコイルを用いた
が、勿論、これに限らず、その他の素子でも有効であ
る。また、コイル数やスイッチング回路であるマルチプ
レクサのチャンネル数についても同様に、特に８ｃｈで
ある必要は一切なく、必要に応じて適宜、増減すればよ
い。また回路を内蔵する場所について、プローブ母体内
部が最も望ましいが、物理的に不可能な場合は一般にシ
ースと呼ばれる信号線を内包するチューブ内部やその周
囲に設けることも可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明した如く、本発明渦流探傷プ
ローブは、複数の磁場励起素子と、複数の磁場検出素子
と、これらの素子を時分割駆動するためのスイッチング
回路と、更に加えて複数の検出素子を時分割駆動するス
イッチング回路よりも計測器側に検出信号増幅回路を設
けた構成からなるものであり、多チャンネルマルチプレ
クサを用いることにより信号線の増加が押さえられ、従
って、信号線を細径化する必要はなく、信号ケーブル全
体の径を変えることなく検出素子数を増やすことができ
て、内挿型渦流探傷プローブの空間分解能の向上を達成
することができると共に、探傷器とケーブルを接続する
コネクターの芯数も削減され、小型コネクターの使用が
可能となり、ケーブル操作性の向上も得られる顕著な効
果を奏する。

【００３１】また、本発明渦流探傷プローブでは、検出
側スイッチング回路の出力側に増幅回路を設けたことに
より信号線内での電圧降下が無視できるようになったと
同時に、スイッチング回路を用いて同一素子を検出素子
兼励起素子として使用することにより、物理的な素子配
列を変更することなく感度特性の異なる複数の探傷モー
ドを使用することが可能となる効果も達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明渦流探傷プローブの１例を示す外観概要
図である。

【図２】上記図１の渦流探傷プローブの電気的接続を示
す回路ブロックである。

【図３】図１の実施例によるコイルの配列態様を平面化
した説明図である。

【図４】本発明渦流探傷プローブの第２の実施例に係る
外観概要図である。

【図５】上記図４の渦流探傷プローブの電気的接続を示
す回路ブロック図である。

【図６】上記実施例の時分割駆動時における各コイルの
１つの状態を示す説明図である。

【図７】同じく図５の実施例の時分割駆動時における各
コイルの他の状態を示す説明図である。

【図８】本発明渦流探傷プローブの第３の実施例を示す
外観概要図である。

【図９】図８の実施例における電気的接続を示す回路ブ
ロック図である。

【図１０】上記図８の実施例の各コイル群の時分割駆動
時における動作状態を示す説明図である。

【図１１】本発明渦流探傷プローブの第４の実施例を示
す外観概要図である。

【図１２】図１１の第４実施例の時分割駆動時における
各コイルの動作状態を示す説明図である。

【図１３】本発明渦流探傷プローブの更に他のコイル配
置態様と動作状態を示す説明図である。

【図１４】本発明渦流探傷プローブの更に別のコイル配
置状態と時分割駆動時における動作状態を示す説明図で
ある。

【図１５】従来の渦流探傷プローブの１例を示す外観概
要図である。

【図１６】従来の渦流探傷プローブの別の例を示す外観
概要図である。

【符号の説明】

１３ 励起コイル（磁場励起素子） １４ 検出コイル（磁場検出素子） １６，４３，９０ 励起用マルチプレクサ（スイッチン
グ回路） １８，４４，８６，８８，９１，９２ 検出用マルチプ
レクサ（スイッチング回路） ２０，４７，８７，８９，９３，９４ 増幅アンプ（検
出信号増幅回路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599019948 4495 Ｗｉｌｆｒｉｄ−Ｈａｍｅｌ Ｑｕ ｅｂｅｃ，Ｑｅｂｅｃ， Ｃａｎａｄａ (72)発明者 原田 豊 大阪市西区土佐堀一丁目３番７号 株式会 社原子力エンジニアリング内 (72)発明者 下根 純理 大阪市西区土佐堀一丁目３番７号 株式会 社原子力エンジニアリング内 (72)発明者 フローリアン ハーディ カナダ国．ケベック州 セント−オーガス チン リュ デ ラバンディエーレ 121 (72)発明者 ロック サムソン カナダ国 ケベック州 セント−ニコラス ド ラ ショーディエル 177 Ｆターム(参考） 2F063 AA03 BC02 BD07 CA08 CA09 CA34 DA01 DD07 DD09 EB24 GA08 LA09 LA11 2G053 AA11 AB21 BA12 BA23 CB19 DB02 DB04 DB27

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁場励起素子と、複数の磁場検出
   素子と、これらの素子を時分割駆動するためのスイッチ
   ング回路および前記複数の検出素子を時分割駆動するス
   イッチング回路よりも計測器側に設けた検出信号増幅回
   路からなることを特徴とする渦流探傷プローブ。
2. 【請求項２】 複数の磁場励起素子・磁場検出素子が、
   複数の空間的配置パターンを持っている請求項１記載の
   渦流探傷プローブ。
3. 【請求項３】 複数の磁場励起兼検出素子を備え、同一
   素子に励起素子を時分割駆動するためのスイッチング回
   路と検出素子を時分割駆動するためのスイッチング回路
   の双方を接続してタイミングによって該同一素子を励起
   素子または検出素子として用いることを特徴とする渦流
   探傷プローブ。
4. 【請求項４】 検出素子を時分割するためのスイッチン
   グ回路の出力側に検出信号増幅回路を設けた請求項３記
   載の渦流探傷プローブ。
5. 【請求項５】 複数の磁場励起素子・磁場検出素子が、
   複数の空間的配置を持ち、かつ磁場励起素子・磁場検出
   素子の組み合わせの変更が可能なことを特徴とする請求
   項３または４記載の渦流探傷プローブ。