JP2006337039A

JP2006337039A - 金属体の欠陥検出方法及びスキャニング式磁気検出器

Info

Publication number: JP2006337039A
Application number: JP2005158751A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Toyoda; 一実豊田; Yosuke Muranaga; 陽介村永; Kazuyuki Izawa; 和幸井澤
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP4600989B2

Abstract

【課題】磁性金属体の欠陥を漏洩磁束探傷試験方法により磁気インピーダンス効果型センサを用いて良好に検出できるようにする。
【解決手段】金属体の磁化状態を一様とするように脱磁または着磁処理を施し、次で金属体に磁界を加えるコイルと金属体の欠陥箇所での漏洩磁束を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有する磁気検出器で金属体の表面を前記コイルにより磁界を加えつつスキャニングする。金属体が局部的に磁気的に変歪され局部的に残留磁気を帯びて漏洩磁束ノイズが発生していても、これに磁気インピーダンス効果型センサが反応しないように脱磁または着磁処理して磁化状態を一様にしたうえで、漏洩磁束探傷試験方法により磁気インピーダンス効果型センサを用いて欠陥を検出しているから、前記残留磁気による漏洩磁束ノイズの影響を排除して磁気インピーダンス効果に基づく本来の高感度で金属体の欠陥箇所を検出できる。
【選択図】なし

Description

本発明は金属体の欠陥検出方法及びその方法に使用するスキャニング式磁気検出器に関するものである。

磁性金属体に傷等の欠陥が存在すると、その欠陥箇所のリラクタンスが増し、金属体に磁束を通過させるとその欠陥箇所において磁束が漏洩する。
そこで、磁性金属体の欠陥を検出するのに、金属体を磁化し、金属体の表面を磁気センサでスキャニングし、磁束漏洩箇所を検出して欠陥位置を検知することが、所謂、漏洩磁束探傷試験方法として知られている。
この試験方法では、試験品の形状、寸法等に応じ磁化方法を異ならしめており、試験品に応じて軸通電法、直角通電法、プロッド法、電流貫通法、コイル法、極間法、磁束貫通法の何れかを選択している。
従来の漏洩磁束探傷試験方法では、磁気センサに、ホールセンサ、磁気抵抗素子、フラックスゲートセンサ等を使用しており、前記の磁化方法を選択しても、感度や空間分解能の面から、軽度の欠陥や表面から深い位置に存在する欠陥を検出することは困難である。

近来、ホールセンサ、磁気抵抗素子、フラックスゲートセンサ等に較べて高感度、高空間分解能、高速応答の磁気センサとして磁気インピーダンス効果を利用したセンサが開発され、そのセンサを使用した磁気検出方法も提案されている。（特許文献１）。
特開平７−１８１２３９号公報

周知の通り、磁化は磁気双極子（微小磁石）が一方向に揃う現象である。而るに、金属体を磁化するまえでも、局部的に磁気的に変歪され残留磁気を帯有して局部的に漏洩磁束が発生していることが往々にしてある。
本発明者等の鋭意検討結果によれば、前記した磁気インピーダンス効果型センサを漏洩磁束探傷試験方法の磁気センサとして使用すると、磁気インピーダンス効果型センサが磁化前に既に発生している微小漏洩磁束にも反応してこれが検出エラーとなることが判明した。

従来、板状金属体の欠陥を漏洩磁束探傷試験方法により探傷する場合、磁化をプロッド法（手で自由に移動できる電極を用い、探傷しようとする試験品の個々の領域に電流を流して局部的に磁化する方法）や極間法（馬蹄型電磁石における２つの電極と試験品とで磁気回路を形成し、一方の電極から他方の電極に向け磁界を流し、その磁場の表面を磁気センサでスキャニングする方法）により行っているが、磁界強度が場所により異なり、同一寸法の欠陥でも場所により漏洩磁束の大きさが異なって欠陥の傷の軽重を判別し難い不具合もある。

本発明の目的は、磁性金属体の欠陥を漏洩磁束探傷試験方法により磁気インピーダンス効果型センサを用いて良好に検出できるようにすることにある。

請求項１に係る金属体の欠陥検出方法は、金属体の磁化状態を一様とするように脱磁または着磁処理を施し、次で金属体に磁界を加えるコイルと金属体の欠陥箇所での漏洩磁束を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有する磁気検出器で金属体の表面を前記コイルにより磁界を加えつつスキャニングすることを特徴とする。ここで、欠陥とは傷だけではなく、減肉、錆、亀裂、劣化等も含まれる(以下、同じ)。
請求項２に係る金属体の欠陥検出方法は、金属体の磁化状態を一様とするように脱磁または着磁処理を施し、次で金属体に磁界を加えるコイルと金属体の欠陥箇所での漏洩磁束の法線成分を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有する磁気検出器で金属体の表面を前記コイルにより磁界を加えつつスキャニングすることを特徴とする。
請求項３に係る金属体の欠陥検出方法は、金属体に磁界を加えるコイルと金属体の欠陥箇所での漏洩磁束を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有する磁気検出器で金属体の表面を前記コイルにより所定周波数の交流磁界を加えつつスキャニングし、このスキャニング中、前記所定の周波数を通過域に含み直流の通過を阻止するフィルターを通してセンサ出力を検出することを特徴とする。
請求項４に係る金属体の欠陥検出方法は、金属体に磁界を加えるコイルと金属体の欠陥箇所での漏洩磁束の法線成分を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有する磁気検出器で金属体の表面を前記コイルにより所定周波数の交流磁界を加えつつスキャニングし、このスキャニング中、前記所定の周波数を通過域に含み直流の通過を阻止するフィルターを通してセンサ出力を検出することを特徴とする。
請求項５に係る金属体の欠陥検出方法は、請求項１〜４何れかの金属体の欠陥検出方法において、金属体の欠陥の方向に対し、磁界を交差方向、好ましくは直交方向に加えることを特徴とする。
請求項６に係る金属体の欠陥検出方法は、請求項１〜４何れかの金属体の欠陥検出方法において、互いに交差する二方向、好ましくは直交する二方向にスキャニングすることを特徴とする。
請求項７に係る金属体の欠陥検出方法は、請求項１〜４何れかの金属体の欠陥検出方法において、互いに交差する二方向、好ましくは直交する二方向及びこれら両方向の中間方向にスキャニングすることを特徴とする。
請求項８に係るスキャニング式磁気検出器は、請求項１〜７何れかの金属体の欠陥検出方法に使用する磁気検出器であり、金属体に磁界を加えるコイルと欠陥箇所での漏洩磁束を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有し、前記センサの磁気インピーダンス効果素子をスキャニング方向に対し所定の距離を隔てた２個とし、検出部をこれら両素子の差動出力を検出する差動式としたことを特徴とする。
請求項９に係るスキャニング式磁気検出器は、請求項１〜７何れかの金属体の欠陥検出方法に使用する磁気検出器であり、金属体の欠陥箇所での漏洩磁束を検出する磁気インピーダンス効果型センサをフレーム内に収容し、金属体に磁界を加えるコイルをＵ字型鉄芯に巻装したＵ字型コイルを前記フレームの外側にＵ字開放側を金属体表面に近接させ得るように装着したことを特徴とする。

（１）金属体が局部的に磁気的に変歪され局部的に残留磁気を帯びて漏洩磁束ノイズが発生していても、これに磁気インピーダンス効果型センサが反応しないように脱磁または着磁処理して磁化状態を一様にしたうえで、漏洩磁束探傷試験方法により磁気インピーダンス効果型センサを用いて欠陥を検出しているから、前記残留磁気による漏洩磁束ノイズの影響を排除して磁気インピーダンス効果に基づく本来の高感度で金属体の欠陥箇所を検出できる。
または、磁化に所定周波数の交流磁界を使用し、この所定周波数成分は通過させ直流の通過は阻止するフィルターに通して検出しているから、前記残留磁気による漏洩磁束ノイズを遮断して磁気インピーダンス効果に基づく本来の高感度で欠陥を検出できる。
（２）磁気インピーダンス効果型センサと磁化用コイルとの相対的位置関係を固定としているから、磁気インピーダンス効果型センサの移動中の位置に関係なしに磁気インピーダンス効果素子直下の磁界強度・方向を一定にでき、従って、磁気インピーダンス効果素子が通過する欠陥箇所での磁束漏洩が一定の磁界のもとで発生され、同じ基準で欠陥の重軽傷度を適切に評価できる。
（３）磁界方向と欠陥の方向との相対的関係により欠陥箇所の漏洩磁束の大きさが影響されることも考慮して検出しているから、かかる面からも欠陥の重軽傷度を正確に評価できる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は磁気インピーダンス効果素子を使用した磁気センサの一例の回路構成を示している。
図１において、１は磁気インピーダンス効果素子であり、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが使用される。かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波励磁電流を流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μ_θは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。而るに、この通電中のアモルファスワイヤの軸方向に被検出磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と被検出磁界磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μ_θが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。この変動現象は磁気インダクタンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流（搬送波）が被検出波（信号波）で変調される現象ということができる。更に、上記通電電流の周波数がＭＨｚオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ＝（２ρ／wμ_θ）^１／２（μ_θは前記した通り円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数をそれぞれ示す)がμ_θにより変化し、このμ_θが前記した通り、被検出磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も被検出磁界で変動するようになる。この変動現象は磁気インピーダンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流（搬送波）が被検出波（信号波）で変調される現象ということができる。

図１において、２は磁気インピーダンス効果素子に高周波励磁電流を加えるための高周波電源回路、３は磁気インピーダンス効果素子の軸方向に作用する被検出磁界（信号波）で前記高周波励磁電流（搬送波）を変調させた被変調波を復調する検波回路、４は復調波を増幅する増幅回路、５は出力端、６は負帰還用コイル、７はバイアス磁界用コイルである。
磁気インピーダンス効果素子１には、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤの外、アモルファスリボン、アモルファススパッタ膜等も使用できる。

磁気インピーダンス効果素子１においては、前記した通り励磁電流に基づく円周方向磁束と被検出磁界による軸方向磁束との合成により、円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずらされるために、周方向透磁率μ_θが変化し、インダクタンスが変動され、この円周方向透磁率μ_θの高周波表皮効果の表皮深さの変化でインピーダンスが変動される。従って、被検出磁界の±により上記合成磁界による周方向ずれφも±φになるが、周方向の磁界の減少倍率cos(±φ)は変わらず、従ってμ_θの減少度は被検出磁界の方向の正負によっては変化されない。従って、被検出磁界−出力特性は、図２の（イ）のように被検出磁界をｘ軸に、出力をｙ軸にとると、ｙ軸に対してほぼ左右対称となる。この被検出磁界−出力特性は非線形である。非線形特性では、高感度の測定が困難である。そこで、負帰還用コイルで負帰還をかけて図２の（ロ）に示すように出力特性を直線化している。図２の（ロ）において、Δｗは、負帰還無しのときの利得Ａが非常に大きく帰還率βのみにより利得が定まるリニア範囲である。しかし、この出力特性では、被検出磁界の極性判別を行ない得ないので、バイアス用コイル７でバイアス磁界をかけ、図２の（ハ）に示すように極性判別可能としている。すなわち、図２の（ロ）の特性を、バイアス磁界によりｘ軸のマイナス方向に移動させ、被検出磁界の最大範囲を単斜め線領域の範囲内−Ｈmax〜＋Ｈmaxに納めている。更に、図２の（ニ）に示すように０点調整により原点を通る直線特性（勾配係数ｋは変わらない）としている。従って、図２の（ニ）において被検出磁界を＋Ｈeとすると出力が＋Ｅoとなり、被検出磁界を−Ｈeとすると出力が−Ｅoとなって被検出磁界を極性判別のもとで正確に測定できる。

図３は磁気インピーダンス効果素子を使用した上記とは別の磁気センサの回路構成を示している。
図３において、１ａ，１ｂは実質的に同一特性の磁気インピーダンス効果素子、２は両磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂに励磁電流を流す高周波電源回路、３ａ，３ｂは各磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂの軸方向に作用する被検出磁界（信号波）で高周波励磁電流（搬送波）を変調させた被変調波を復調する検波回路、４０は両検波回路の復調波出力を差動増幅する差動増幅回路、５は出力端、６ａ，６ｂは差動増幅回路４０の出力を各磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂに負帰還させる負帰還用コイル、７ａ，７ｂは各磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂのバイアス磁界用コイルである。
図３において、各磁気インピーダンス効果素子の軸方向に作用する磁界をＨexa及びＨexbとすると、差動出力Ｅoutは、Ｅout＝ｋ（Ｈexa−Ｈexb）で与えられる。

上記磁気インピーダンス効果素子１、１ａ、１ｂとしては、遷移金属と非金属の合金で非金属が１０〜３０原子％組成のもの、特に遷移金属と非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％を占め、遷移金属がＦｅとＣｏで非金属がＢとＳｉであるかまたは遷移金属がＦｅで非金属がＢとＳｉである組成のものを使用することができ、例えば、組成Ｃｏ_７０．５Ｂ_１５Ｓｉ_１０Ｆｅ_４．５、長さ２０００μｍ〜６０００μｍ、外径３０μｍ〜５０μｍφのものを使用できる。

図２の（ニ）の磁界検出限界−Ｈmax〜＋Ｈmaxは、通常＋２．５Gauss〜−２．５Gaussとされる。

上記において、高周波励磁電流には、例えば連続正弦波、パスル波、三角波等の通常の高周波を使用でき、高周波励磁電流源としては、例えばハートレー発振回路、コルピッツ発振回路、コレクタ同調発振回路、ベース同調発振回路のような通常の発振回路の外、水晶発振器の矩形波出力を直流分カットコンデンサを経て積分回路で積分しこの積分出力の三角波を増幅回路で増幅する三角波発生器、ＣＯＭＳ−ＩＣを発振部として使用した三角波発生器等を使用できる。

上記の検波回路としては、例えば被変調波を演算増幅回路で半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成、被変調波をダイオードで半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成等を使用できる。
また、被変調波（周波数ｆｓ）に同調させた周波数ｆｓの方形波を被変調波に乗算して信号波をサンプリングする同調検波を使用することができる。
上記の実施例では、被変調波の復調によって被検出磁界を取り出しているが、これに限定されず、磁気インピーダンス効果素子に作用する被検出磁界（信号波）で変調された高周波励磁電流波（搬送波）から被検出磁界を検波し得るものであれば、適宜の検波手段を使用できる。

前記負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルは磁気インピーダンス効果素子に巻き付けることができる。また、図４に示すように磁気インピーダンス効果素子とループ磁気回路を構成する鉄芯に負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルを巻き付けることもできる。図４の（イ）は鉄芯コイル付き磁気インピーダンス効果ユニットの一例を示す側面図、図４の（ロ）は同じく底面図、図４の（ハ）は図４の（ロ）におけるハ−ハ断面図である。
図４において、１００は基板チップであり、例えばセラミックス板を使用できる。１０１は基板片の片面に設けた電極であり、磁気インピーダンス効果素子接続用突部１０２を備えている。この電極は導電ペースト、例えば銀ペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。１ｘは電極１０１，１０１の突部１０２，１０２間にはんだ付けや溶接により接続した磁気インピーダンス効果素子であり、前記した通り零磁歪乃至負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等を使用できる。１０３は鉄やフェライト等からなるＣ型鉄芯、６ｘはＣ型鉄芯に巻装した負帰還用コイル、７ｘは同じくバイアス磁界用コイルであり、磁気インピーダンス効果素子１ｘとＣ型鉄芯１０３とでループ磁気回路を構成するように、Ｃ型鉄芯１０３の両端を基板片１００の他面に接着剤等で固定してある。鉄芯材料としては、残留磁束密度の小さい磁性体であればよく、例えば、パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の他、磁性体粉末混合プラスチック等を挙げることができる。

図５は本発明において使用する磁気検出器８の一例を示し、図５の（イ）は正面図を、図５の（ロ）は側面図を、図５の（ハ）は図５の（イ）におけるハ−ハ断面図をそれぞれ示している。
図５において、８１はフレームであり、２枚のプレート８１１，８１１をスペーサ８１２で締結してある。Ａは磁気インピーダンス効果型センサであり、図２に示した差動式に属し、図５の（ハ）に示すように、基板片１００に２箇の磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂを配設し、各磁気インピーダンス効果素子に図４で示したように鉄芯を設け、各鉄芯に各磁気インピーダンス効果素子に対する負帰還用磁界コイル及びバイアス用磁界コイルを巻付けた鉄芯コイル付き磁気インピーダンス効果ユニットＢを備え、図５の（ハ）に示すように、各磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂに対する検波回路及び差動増幅回路並びに高周波励磁電流発生回路からなる駆動回路ｂや差動増幅回路並びに高周波励磁電流発生回路の電源としてのバッテリーｃを搭載した回路板Ｃに前記鉄芯コイル付き磁気インピーダンス効果ユニットＢを導体バーｅにより接続してあり、回路板Ｃをフレーム８１内に収容してホルダー８１３でフレーム８１に固定してある。
８２は磁化用のＵ字型コイルであり、Ｕ字型鉄芯にコイルを巻き付けてあり、図６に示すように両磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂに対し同一方向・同一強度の磁界を作用させるようにフレーム８１の外側に装着してある。Ｕ字型鉄芯には、パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の他、磁性体粉末混合プラスチック等を使用できる。

図５において、Ｅは被検出体としての金属体の表面を示し、磁気検出器８はこの表面に磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂを法線方向に向け、かつ各素子の先端を表面Ｅに近接させると共にＵ字型コイル８２の鉄芯端８２０を表面Ｅに近接させるようにして移動される。

欠陥を検出しようとする磁性金属体においては、局部的に磁気的に変歪され残留磁気を帯有して局部的に漏洩磁束を発生していることが往々にしてある。この局部的漏洩磁束の磁界強度は磁気インピーダンス効果型センサの検出磁界レンジ±２．５Gaussの範囲内にある。
この残留磁気帯有箇所は傷ではなく、この残留磁気に基づく局部的漏洩磁束を検出してしまうと、エラーとなる。
本発明により磁性金属体の欠陥を検出するには、脱磁器または着磁器により金属体の磁化状態を０または有値の一様状態にしておく。金属体の磁化状態を一様にすれば、通常、表面からの漏洩磁束は存在し得ないし、万一存在しても一様であり、前記のように差動式を使用すれば検出され得ない。

脱磁処理には、例えば図７の（イ）に示すように、残留磁束密度が0ａであるとすれば、脱磁器により正の磁界を作用させて破線に沿いｂを経て飽和磁界の点ｃに達しさせ、而るのち、飽和磁化の状態からの磁界の正負反転及び徐々に磁界を減少させる操作を繰返し、次第にヒステリシス環線を小さくして残留磁化をなくしていくことを、脱磁器を検出領域に移動させつつ行っていく方法を使用できる。
着磁処理には、例えば図７の（ロ）に示すように、残留磁束密度が01〜0nに存在しているとすれば、着磁器により正の磁界を作用させて破線に沿い点1〜nを飽和磁界の点ｃに達しさせ、而るのち、飽和磁化の状態から徐々に磁界を減少させ、残留磁束密度を点1〜nよりも高い点mに定着させることを、着磁器を検出領域に移動させつつ行っていく方法を使用できる。

このようにして、脱磁または着磁の前処理を行ったのち、金属体の表面Ｅに前記の気検出器８を磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂをその表面Ｅに法線方向で近接させるように配置し、コイル８２に直流電流を通電して金属体を直流磁界で磁化しつつ金属体表面を磁界検出器８で図８の（イ）や（ロ）に示すように所定の方向Ｘ、Ｙで走査していく。走査はロボットで行うことができる。

傷が存在する金属体に磁界を通すと、傷箇所のリラクタンスが高いために、図９の（イ）〔断面図〕及び図９の（ロ）〔平面図〕に示すように傷箇所で磁束が漏洩し、その漏洩磁束の法線成分は図９の（ハ）に示すようになる。
磁気双極子による欠陥モデルによれば、磁気双極子の磁気強度をσ、傷の巾を２ａ、傷の深さをｄとすると、漏洩磁束の法線成分ΔＢzは

で与えられる。
図１０は図９の（ハ）に示す漏洩磁束の法線成分に対する前記差動式磁気インピーダンス効果の検出出力を示している。
而して、図９の（ハ）においてピークが傷の巾両端で生じ、図１０の（イ）におけるピーク間の間隔Δｔは、傷の巾をｗ、走査速度をｖとすれば、
Δｔ＝ｗ／ｖ
で与えられる。
磁気インピーダンス効果素子間の間隔をＤとすれば、前方の磁気インピーダンス効果素子の検出出力Ｅａと後方の磁気インピーダンス効果素子の検出出力Ｅｂとが時間Ｄ／ｖ＝ΔＴの間隔で離隔され、傷の巾ｗに較べて磁気インピーダンス効果素子間の間隔Ｄが充分に広いと、両出力は重ならない。磁気インピーダンス効果素子間の間隔Ｄに対し傷の巾ｗが広くなって両出力が重なっても、差動のために図１０の（ロ）に示すように重畳部分では検出波高値が加算により大きくされる。傷の巾ｗ（２ａ）が広くなると、前記の数式からも明らかなように、漏洩磁束密度が小さくなり検出値がそれだけ減少されるが、前記の重なりによる検出波高値の増加のために、巾の広い傷でも充分に検出可能である。

また、差動検出のために地磁気等の外部ノイズや回路素子の温度変化等で生じる検波回路等での内部ノイズも差動検出のために検出されない。
従って、漏洩磁束密度が小となる巾の広い傷や金属体表面から深い位置に存在する欠陥でも、充分に検出できる。

前記漏洩磁束の強度は、磁界に対する傷の方向により異なり、直交の場合が最大となり、その相対角度が狭まっていくに伴い減少していき、両者の方向が一致する場合に最小となる。
図１１において、Ｓは傷方向と磁化方向とが直交する場合の漏洩磁束の法線成分の分布を、Ｗは傷方向と磁化方向とが一致する場合の漏洩磁束の法線成分の分布をそれぞれ示し、傷方向と磁化方向との間の角度が９０°→０°に近づくにつれて点線Ｍで示すようにピーク間の間隔が増すと共にピーク値が減少して漏洩磁束分布が平坦化し、検出感度が低下していく。
従って、輸送管のように傷等の欠陥の方向が既知の場合は、磁界の方向と欠陥の方向とを直交させるように、前記Ｕ字型コイルの向きを設定することが望ましい。
傷等の欠陥の方向が未知の場合は、互いに直交する二方向、更にはこの二方向に加えて中間方向のそれぞれを走査方向として検出し、これらの検出結果を総合的に評価したり、走査方向は同じでＵ字型コイルの向きを変えて複数回検出を行い、これらの検出結果を総合的に評価することが好ましい。

前記の実施形態では、漏洩磁束の法線成分（垂直成分）を検出しているが、接線成分（平行成分）を検出してもよい。
図１２はこの場合に使用する磁気検出器における磁気センサを示し、磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂが共通の軸線上に長手方向に間隔を隔てて配設されている点及びＵ字型コイル８２の配設位置を、図１２の（ロ）に示すように、その鉄芯両端８２０，８２０を結ぶ線を両磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂ間の対称中央線に一致させるように設定した点を除けば、図５に示したものに実質的に同じである。
図１２において、Ｅは被検出体の金属体の表面を示し、磁気検出器はこの表面Ｅに磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂを平行に向け、かつ各素子１ａ，１ｂの側面を表面Ｅに近接させると共にＵ字型コイル８２の鉄芯端８２０，８２０を表面Ｅに近接させるようにして移動される。

前記の実施形態では、金属体を直流磁界で磁化しているが、交流磁界で磁化することもできる。金属体を磁化するまえに、局部的に磁気的に変歪されて残留磁気を帯有し局部的に漏洩磁束ノイズが発生していても、この漏洩磁束ノイズには交流成分が含まれていない。従って、コイルで交流磁界を発生させ、この交流磁界で金属体の欠陥箇所に漏洩磁界を発生させ、その交流の周波数を通過域に含み直流の通過を阻止する高域通過型フィルター若しくは帯域通過型フィルターを通して検出すれば漏洩磁束ノイズを阻止でき、前記した脱磁や着磁の前処理を省略できる。
また、広い周波数帯で外部磁界を印加することにより、印加磁界周波数に応じた傷深さの情報を検出することができる。

また、前記外部ノイズや内部ノイズの周波数帯域をも阻止できる高域通過型フィルター若しくは帯域通過型フィルターを通して検出すれば、図１に示した単一の磁気インピーダンス効果素子使用の磁気インピーダンス効果型センサを用いることもできる。

なお、図６に示す磁場において、磁気インピーダンス効果１ａ，１ｂを位置させる２ヵ所は、その２箇所の磁界強度の差が±１０％以内である２ヵ所であることが好ましい。

本発明で使用する磁気インピーダンス効果型センサの一例の回路を示す図面である。本発明で使用する磁気インピーダンス効果型センサの出力特性を示す図面である。本発明で使用する磁気インピーダンス効果型センサの別例の回路を示す図面である。本発明で使用する磁気インピーダンス効果型センサにおける鉄芯コイル付き磁気インピーダンス効果素子を示す図面である。本発明で使用する磁気検出器を示す図面である。図５の磁気検出器における印加磁界と磁気インピーダンス効果素子との位置関係を示す図面である。本発明における脱磁または着磁処理を示す図面である。本発明における磁気検出器のスキャニング軌跡を示す図面である。傷箇所の漏洩磁束を示す図面である。本発明による傷に対する検出波形を示す図面である。傷箇所の漏洩磁束分布の磁界による変化状態を示す図面である。本発明で使用する磁気検出器の別例を示す図面である。

符号の説明

１磁気インピーダンス効果素子
１ａ磁気インピーダンス効果素子
１ｂ磁気インピーダンス効果素子
８磁気検出器
８１フレーム
８２Ｕ字型コイル

Claims

金属体の磁化状態を一様とするように脱磁または着磁処理を施し、次で金属体に磁界を加えるコイルと金属体の欠陥箇所での漏洩磁束を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有する磁気検出器で金属体の表面を前記コイルにより磁界を加えつつスキャニングすることを特徴とする金属体の欠陥検出方法。
金属体の磁化状態を一様とするように脱磁または着磁処理を施し、次で金属体に磁界を加えるコイルと金属体の欠陥箇所での漏洩磁束の法線成分を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有する磁気検出器で金属体の表面を前記コイルにより磁界を加えつつスキャニングすることを特徴とする金属体の欠陥検出方法。
金属体に磁界を加えるコイルと金属体の欠陥箇所での漏洩磁束を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有する磁気検出器で金属体の表面を前記コイルにより所定周波数の交流磁界を加えつつスキャニングし、このスキャニング中、前記所定の周波数を通過域に含み直流の通過を阻止するフィルターを通してセンサ出力を検出することを特徴とする金属体の欠陥検出方法。
金属体に磁界を加えるコイルと金属体の欠陥箇所での漏洩磁束の法線成分を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有する磁気検出器で金属体の表面を前記コイルにより所定周波数の交流磁界を加えつつスキャニングし、このスキャニング中、前記所定の周波数を通過域に含み直流の通過を阻止するフィルターを通してセンサ出力を検出することを特徴とする金属体の欠陥検出方法。
金属体の欠陥の方向に対し、磁界を交差方向に加えることを特徴とする請求項１〜４何れか記載の金属体の欠陥検出方法。
互いに交差する二方向にスキャニングすることを特徴とする請求項１〜４何れか記載の金属体の欠陥検出方法。
互いに交差する二方向及びこれら両方向の中間方向にスキャニングすることを特徴とする請求項１〜４何れか記載の金属体の欠陥検出方法。
請求項１〜７何れかの金属体の欠陥検出方法に使用する磁気検出器であり、金属体に磁界を加えるコイルと欠陥箇所での漏洩磁束を検出する磁気インピーダンス効果型センサを有し、前記センサの磁気インピーダンス効果素子をスキャニング方向に対し所定の距離を隔てた２個とし、検出部をこれら両素子の差動出力を検出する差動式としたことを特徴とするスキャニング式磁気検出器。
請求項１〜７何れかの金属体の欠陥検出方法に使用する磁気検出器であり、金属体の欠陥箇所での漏洩磁束を検出する磁気インピーダンス効果型センサをフレーム内に収容し、金属体に磁界を加えるコイルをＵ字型鉄芯に巻装したＵ字型コイルを前記フレームの外側にＵ字開放側を金属体表面に近接させ得るように装着したことを特徴とするスキャニング式磁気検出器。