JP2019128161A - 解析方法、解析プログラム、および解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易、高速、かつ正確に解析対象の特性を解析することができる解析方法を提供する。【解決手段】本発明の解析方法は、所定の周波数の交流電気信号を第１コイルに印加して解析対象を励磁し、前記解析対象に渦電流を生成し、前記渦電流により発生した磁界により、第２コイルに発生した電圧の振幅に応じた第１電気的状態量、および前記交流電気信号と前記電圧との位相差に応じた第２電気的状態量を求め、前記第１電気的状態量および前記第２電気的状態量に基づいて、前記解析対象の厚さ方向の特性を解析する。【選択図】図２

Description

本発明は、解析方法、解析プログラム、および解析装置に関する。

近年、橋梁、道路、ビル、工業施設などの各種構造物の経年劣化の診断を行う手法について研究が進められている。経年劣化を監視することは、安全性や耐久性を把握する上で重要である。例えば、橋梁において生じる劣化の態様としては、亀裂や傷といった物理的な損傷、雨水の滞水や塩分の付着などにより生じる局所的な腐食、腐食の進行に伴う板厚の減少などがある。特に、腐食に起因する劣化は、構造物の安全性や耐久性に大きな影響を及ぼすため、構造物の腐食状態を検知することが重要である。

上記の構造物の腐食状態を解析する方法としては、超音波試験法が知られている。しかしながら、この超音波試験法では、試験前にさび層などの腐食生成物および付着物の除去処理、浸透材の塗布といった事前処理と、それに伴う事後処理とが必要である。また、試験装置を測定対象に接触させて計測する必要がある。さらに、空間的制約を受ける場所、例えば、高所、閉所などの作業者が近接しづらい場所に測定対象が存在する場合には、測定を行うことができないという課題がある。

構造物の腐食状態を解析する他の方法として、渦電流試験における検出電圧の特性を用いた方法が、本発明者によって開示されている（特許文献１参照）。この方法では、構造物と試験装置との距離（リフトオフ）、および構造物のうち健全部分の厚み（板厚）の推定に適した励磁周波数を選択し、その励磁周波数の電流を入力して行う渦電流試験において、検出される電圧に基づいてリフトオフと厚みを推定する。この方法での解析は、構造物に対して非接触で行うことができるため、解析にともなう表面処理が不要であり、また、小型のプローブを用いて行うことができるため、構造物に対する空間的な制約がほとんどない。

特願２０１６−１５６４４１号

検出電圧に基づく推定を行う場合、構造物の表面近傍のリフトオフについては、１００Ｈｚ程度の高周波電流による測定が可能であるが、高周波電流は、厚みのある構造物の内部には伝わりにくい。そのため、構造物の厚さ測定については、１０Ｈｚ程度の低周波電流による測定を行う必要がある。しかしながら、低周波電流は、高周波電流に比べて伝播速度が小さく、１箇所の厚さ方向の測定に長時間を要することになる。そのため、特許文献１の解析方法では、板厚の測定を構造物の複数個所で行うことが難しく、測定精度を向上させにくいことが課題となっている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易、高速、かつ正確に解析対象の特性を解析することができる解析方法、解析プログラム、および解析装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）本発明の一態様に係る解析方法は、所定の周波数の交流電気信号を第１コイルに印加して解析対象を励磁し、前記解析対象に渦電流を生成し、前記渦電流により発生した磁界により、第２コイルに発生した電圧の振幅に応じた第１電気的状態量、および前記交流電気信号と前記電圧との位相差に応じた第２電気的状態量を求め、前記第１電気的状態量および前記第２電気的状態量に基づいて、前記解析対象の厚さ方向の特性を解析する。

（２）上記（１）に記載の解析方法において、前記第１電気的状態量および前記第２電気的状態量と、参照データとを比較することにより、前記解析対象の厚さ方向の特性を解析してもよい。

（３）上記（１）または（２）に記載の解析方法において、前記第１電気的状態量に基づいて、前記解析対象のリフトオフを測定し、前記第２電気的状態量に基づいて、前記解析対象の板厚を測定してもよい。

（４）上記（１）または（２）に記載の解析方法において、前記第１コイルに印加する交流電気信号の周波数を連続的に変化させ、前記解析対象における渦電流により発生した磁界により、前記第２コイルに発生した電圧に応じた時系列の電気的状態量を測定してもよい。

（５）上記（４）に記載の解析方法において、前記時系列の電気的状態量をウェーブレット変換することによって得られるウェーブレット係数と前記周波数との関係を求め、前記周波数に対する前記ウェーブレット係数の変化率に基づいて、前記所定の周波数を決定してもよい。

（６）上記（４）または（５）に記載の解析方法において、前記時系列の電気的状態量に基づいて、前記解析対象の厚さ方向の構造を走査してもよい。

（７）本発明の一態様に係る解析プログラムは、コンピュータに、解析対象の厚さ方向の特性を解析させる解析プログラムであって、所定の周波数の交流電気信号を第１コイルに印加して前記解析対象を励磁させて、前記解析対象に渦電流を生成させ、前記渦電流により発生した磁界により第２コイルに電圧を発生させ、前記電圧の振幅に基づいて測定される第１電気的状態量、および、前記交流電気信号と前記電圧との位相差に基づいて測定される第２電気的状態量、に基づいて行う。

（８）本発明の一態様に係る解析装置は、交流電流が流れることにより解析対象に印加する磁界を生成する第１コイルと、前記解析対象に発生する渦電流に応じて電圧を生成する第２コイルと、所定の周波数の交流電気信号を前記第１コイルに印加する電源部と、前記電源部により生成される前記交流電気信号の周波数を制御する制御部と、前記第２コイルにおいて検出された前記電圧の振幅に基づく第１電気的状態量、前記電圧と前記交流電気信号との位相差に基づく第２電気的状態量、に基づいて前記解析対象の厚さ方向の特性を解析する解析部と、を備える。

本発明の一態様によれば、簡易、高速、かつ正確に、解析対象の特性を解析することができる。

本発明の一実施形態に係る解析装置の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る解析方法における処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）本発明の一実施形態に係る解析方法において得られる、板厚と位相差の関係を示すグラフである。 （ａ）本発明の一実施形態に係る解析方法において得られる、周波数とリフトオフ信号強度の関係を示すグラフである。（ｂ）本発明の一実施形態に係る解析方法において得られる、周波数と板厚・リフトオフ信号強度比の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る解析方法において得られる、リフトオフと検出電圧の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る解析方法において得られる、板厚と位相差の関係を示すグラフである。 （ａ）本発明の実施例１において得られる、周波数とリフトオフ信号強度の関係を示すグラフである。（ｂ）本発明の実施例１において得られる、周波数と板厚・リフトオフ信号強度比の関係を示すグラフである。 本発明の実施例１において得られる、リフトオフと検出電圧の関係を示すグラフである。 本発明の実施例１において得られる、板厚と位相差の関係を示すグラフである。 （ａ）本発明の実施例１、比較例１、２において得られる構造物上の位置とリフトオフの関係を示すグラフである。（ｂ）本発明の実施例１、比較例１、２において得られる構造物上の位置と板厚の関係を示すグラフである。

以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

［解析装置］
図１は、本発明の一実施形態に係る解析装置１の機能ブロック図である。解析装置１は、解析対象における、板厚、リフトオフといった各種特性を解析する装置であり、例えば、解析対象となる各種構造物の保守作業を行う作業者によって操作される。解析装置１は、交流電流に応じた磁界により解析対象において発生する渦電流が、解析対象のリフトオフおよび板厚に応じて変化する性質を利用して解析を行う。具体的には、解析装置１は、リフトオフが大きいほど渦電流に伴う検出電圧が小さくなり、板厚が大きいほど検出電圧と入力電流との位相差が大きくなる傾向を利用することで、解析対象の腐食状態の検査を行う。

解析装置１は、任意の形状の、鉄鋼材、非鉄金属、黒鉛などの様々な導電性材料の解析を行うことができる。なお、解析装置１は、保守作業を行う作業者によって操作される検査装置として使用される他、解析対象となる構造物に予め設置されて、検出結果を継続的に外部に出力するようなセンシング機器として使用されてもよい。

ここで、「リフトオフ」とは、解析装置１のプローブ（後述する第１コイル１２および第２コイル１３）と、解析対象である導電性材料の構造物の表面との間の距離を言う。例えば、解析対象である導電性材料の構造物の表面に腐食層が形成されている場合、「リフトオフ」とは、解析装置１のプローブと腐食層の表面との距離ではなく、解析装置１のプローブと導電性材料の構造物の表面（腐食層を含まない）との距離を言う。また、解析対象である導電性材料の構造物の表面が塗膜で覆われている場合、「リフトオフ」とは、解析装置１のプローブと塗膜との距離ではなく、解析装置１のプローブと導電性材料の構造物の表面との距離を言う。

解析装置１は、例えば、制御部１０と、電源部１１と、第１コイル１２と、第２コイル１３と、検出部１４と、演算部１５（解析部）と、記憶部１６とを備える。

制御部１０は、解析装置１の各部の動作の制御を行う。制御部１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などで実現される。

電源部１１は、制御部１０の制御下において、第１コイル１２に交流電流または交流電圧といった交流電気信号を印加する。電源部１１は、第１コイル１２に印加する交流電気信号の周波数を変更することができる。電源部１１は、例えば、交流電源である。

第１コイル１２は、電源部１１から入力された交流電気信号に応じて、交流磁界を発生するドライバコイルである。この交流磁界により検査対象Ｔが励磁され、検査対象Ｔに渦状の誘導電流（渦電流ＥＣ：Eddy Current）が発生する。

第２コイル１３は、第１コイル１２おいて発生した交流磁界と、渦電流ＥＣに起因して発生した交流磁界と、の双方の影響を受けて励磁され電圧を生成するレシーバコイルである。

検出部１４は、第２コイル１３において発生した電圧に基づく、電気的状態量を検出する。例えば、検出部１４は、第２コイル１３において発生した電圧を測定する電圧計である。

演算部１５は、記憶部１６に記憶されたリフトオフと検出電圧との間の関係を示すリフトオフ参照データおよび板厚と検出電圧との間の関係を示す板厚参照データと、検出部１４により検出された検出電圧とに基づいて、検査対象Ｔの板厚、リフトオフを演算する。

記憶部１６は、腐食損傷推定周波数ｆ_ｃ、リフトオフ参照データ、板厚参照データ、演算部１５の演算結果、検出部１４の検出結果などを記憶する。記憶部１６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどで実現される。

上記の解析装置１の各機能部のうち一部または全部は、プロセッサが、解析プログラム（ソフトウェア）を実行することにより、実現されてもよい。また、解析装置１の各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実現されてもよい。

ここでの解析プログラムとは、コンピュータに、解析対象の厚さ方向の特性を解析させるものである。例えば、所定の周波数の交流電気信号を第１コイル１２に印加して、解析対象Ｔを励磁させて、解析対象Ｔに渦電流ＥＣを生成させ、渦電流ＥＣにより発生した磁界により第２コイル１３に電圧を発生させ、電圧の振幅に基づいて測定される第１電気的状態量、および、交流電気信号と電圧との位相差に基づいて測定される第２電気的状態量、に基づいて行うものが挙げられる。

なお、解析装置１は、解析対象の深さ方向の構造を走査（スキャニング）することもできる。すなわち、スイープ波を第１コイル１２に印加しつつ、時系列の電気的状態量として電圧を検出し、この検出結果と、予め記憶部１６に記憶された正常な（欠陥のない）試験体の参照データとを比較する。これにより、解析対象の内部状態、例えば、空洞、亀裂などの欠陥の有無を検知することができる。

図２は、解析装置１により実行される処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態における解析装置１の処理の流れについて、このフローチャートに即して説明する。

まず、作業者は、解析装置１を解析対象となる構造物に近接して配置し、解析装置１に設けられた操作を受け付ける受付部（不図示）を操作して測定開始を指示する。測定開始の指示を受け付けた解析装置１では、制御部１０が、解析対象の材料に応じて、リフトオフおよび板厚を推定するための所定の周波数（腐食損傷周波数ｆ_ｃ）を、記憶部１６から読み出す（ステップＳ１０１）。なお、空間的制約を受ける場所、例えば、高所、閉所、海中などの作業者が近接しづらい場所に測定対象が存在する場合には、解析装置１を移動式ロボットなどに搭載して、作業者がこの移動式ロボットおよび解析装置１を遠隔操作することにより、測定開始を指示してもよい。

次に、制御部１０の制御下において、電源部１１は、腐食損傷周波数ｆ_ｃの交流電気信号（交流電流）を第１コイル１２に印加する（ステップＳ１０２）。これにより、第１コイル１２には交流磁界（第１磁界）が誘起され、この交流磁界によって励磁された解析対象Ｔにおいて、交流の渦電流ＥＣ（第１渦電流）が発生する。

渦電流ＥＣにより発生した交流磁界と、第１コイル１２により発生した交流磁界との双方の磁界の影響を受け、第２コイル１３に電圧が発生する。ここで、検出部１４は、第２コイル１３において発生した電圧（第１検出電圧）の振幅、振幅に応じた第１電気的状態量を検出（測定）する（ステップＳ１０３）。また、検出部１４は、第１コイル１２に印加した交流電気信号と、第２コイル１３において発生した電圧とを検出し、両者の位相差に応じた第２電気的状態量を算出する（ステップＳ１０４）。得られた振幅および位相差は、記憶部１６に記憶される。

次に、演算部１５は、記憶部１６に記憶された第１電気的状態量および第２電気的状態量に基づいて、解析対象の厚さ方向の特性を解析する。

具体的には、記憶部１６に記憶された振幅と、第１電気的状態量であるリフトオフの参照データと比較することにより、解析対象Ｔのリフトオフを推定する（ステップＳ１０５）。また、記憶部１６に記憶された位相差と、第２電気的状態量である板厚の参照データと比較することにより、解析対象Ｔの板厚を推定する（ステップＳ１０６）。

ここで、推定したリフトオフおよび板厚を、解析装置１に設けられた表示部（不図示）に表示してもよい。また、推定したリフトオフおよび板厚を、外部の管理装置に出力してもよい。以上により、本フローチャートの処理を終了する。

続いて、本実施形態の解析に利用する位相基本特性について説明した上で、本実施形態の解析方法として、腐食損傷周波数ｆ_ｃを設定し、リフトオフおよび板厚の推定する手順について説明する。

［渦電流試験における位相基本特性］
本発明者は、上記解析装置１の電源部１１において正弦波を発生させ、板厚、リフトオフ、励磁周波数をパラメータとして渦電流試験を行った場合に、交流電気信号（入力電流）に対する出力電圧の位相差について、次の特性が得られることを見出した。

図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ励磁周波数を１Ｈｚ、１０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１０００Ｈｚとした場合について、シミュレーションを行って得られた板厚と位相差の関係を示すグラフである。グラフの横軸は、腐食していない部分（健全部）の板厚（ｍｍ）を示している。グラフの縦軸は、コイルにおける電流と電圧の位相差（９０°）を基準とした、位相差の変化量（°）を示している。リフトオフについては、健全状態の０ｍｍとしている。

図３のグラフに示すように、初期の板厚（ここでは９ｍｍ）から減肉するにつれて、位相差の変化量が小さくなる傾向が見られる。また、励磁周波数の高さによらず、位相差の変化量が、板厚の減少にほぼ線形に比例して、小さくなる傾向が見られる。これは、電流密度分布が板厚によらず同様の分布傾向を示すことから、板厚が減少した分だけ渦電流の発生量が減少し、それに伴って位相の変化量が小さくなっているためであると考えられる。

なお、１００Ｈｚを超える高周波数帯では、渦電流損（渦電流の消費電力が熱に変わり、エネルギーが散逸する現象）の影響により、検出電圧の振幅が著しく小さくなり、上記位相特性に見られたような傾向を確認することは難しい。したがって、検出電圧の振幅を、板厚検知の指標とする場合には、励磁周波数を１００Ｈｚよりも十分に低く設定する必要がある。

以上の結果により、位相差は、検出電圧によるリフトオフ推定が容易な１００Ｈｚを超える高い周波数帯域であっても、板厚推定の指標となり得ることが分かる。つまり、リフトオフと板厚の両方の推定を、高い周波数帯域での検出電圧および位相差の測定結果を用いて行うことができる。このことは、検出電圧および位相の測定時間が短縮され、その結果として、構造物の解析の高速化が実現することを示唆している。

［腐食損傷推定周波数ｆ_ｃの設定］
腐食損傷推定周波数ｆ_ｃは、解析対象のリフトオフを推定する場合に、第１コイル１２に印加される交流電気信号の周波数である。腐食損傷推定周波数ｆ_Ｌは、解析対象の材料毎に予め設定されている。腐食損傷推定周波数ｆ_ｃは、以下のような手順により設定される。

はじめに、リフトオフＬと板厚ｔをパラメータとして変化させたときの検出信号データを集める。データベースとして必要な板厚・リフトオフ信号強度比（ＴＬ信号強度比）を得るため、下記（１）、（２）式で示す板厚信号強度ΔＷＣ_ｔとリフトオフ信号強度ΔＷＣ_Ｌを求める。

ＷＣは、第１コイル１２に印加する交流電気信号の周波数を連続的に変化させ、解析対象Ｔにおける渦電流により発生した磁界により、第２コイル１３に発生した電圧に応じた時系列の電気的状態量を、ウェーブレット変換して得られたウェーブレット係数を示す。初期状態の板厚ｔ_０を９ｍｍとし、リフトオフＬ_０を０ｍｍとしている。

得られたウェーブレット係数と周波数との関係を求め、周波数に対するウェーブレット係数の変化率に基づいて、腐食損傷周波数ｆ_ｃを決定する。

図４（ａ）は、リフトオフが０．３ｍｍ増加した場合のリフトオフ信号強度ΔＷＣ_Ｌと、周波数との関係を示すグラフである。図４（ｂ）は、板厚９ｍｍを基準とした板厚信号強度ΔＷＣ_ｔと、リフトオフ０ｍｍを基準としたリフトオフ信号強度ΔＷＣ_Ｌとの比であるＴＬ信号強度比（ΔＷＣ_ｔ／ΔＷＣ_Ｌ）と、周波数との関係を示すグラフである。

図４（ａ）のグラフから、リフトオフ信号強度は低周波数側から徐々に増加し、５００Ｈｚ付近でピークを示した後は減少していることが確認できる。また、図４（ｂ）のグラフからは、周波数が上がるにつれてＴＬ信号強度比の減少する傾向が見られ、高周波数側で検出される信号は、ほとんどがリフトオフに起因する信号であることを確認することができる。

［リフトオフおよび板厚の推定］
選択した腐食損傷推定周波数による正弦波を、交流電気信号としてキャリブレーション用の試験体に入力し、検出電圧の振幅を指標としたリフトオフ推定曲線と、位相差を指標とした板厚推定曲線を算出する。

図５は、腐食損傷推定周波数ｆ_ｃを１００Ｈｚとした場合に得られる、検出電圧とリフトオフ関係を示すグラフである。グラフの横軸がリフトオフ（ｍｍ）を示し、縦軸が検出電圧（Ｖ）を示している。ここでは、板厚を６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍとした場合について４点ずつプロットしているが、板厚の違いによるプロットのずれは見られない。板厚の大きさによらず、リフトオフの増加に伴って検出電圧が単調に減少する傾向を確認することができる。

検出電圧は、ウェーブレット変換を適用せずに得られたものであっても、図５に示すように、板厚によらず、ウェーブレット変換を適用した場合と同様の傾向を示すことが分かっており、リフトオフ推定の指標とすることができる。図５のグラフにおいて、板厚ごとにプロットした４点を結ぶ曲線は、いずれも指数関数で近似することが可能であり、この近似曲線をリフトオフ推定曲線とする。

図６は、腐食損傷推定周波数ｆ_ｃを１００Ｈｚとした場合に得られる、位相差と板厚の関係を示すグラフである。グラフの横軸が板厚（ｍｍ）を示し、縦軸が位相差（°）を示している。図６（ａ）〜（ｄ）は、それぞれリフトオフを０ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍとした場合に対応している。リフトオフの大きさによらず、板厚の増加に伴って位相差が単調に減少する傾向を確認することができる。

図６（ａ）〜（ｄ）の各グラフにおいて、プロットした４点を結ぶ曲線は、いずれも線形補間による多直線近似を行うことが可能であり、この近似曲線を板厚推定曲線とする。この板厚推定曲線は、周波数だけでなく、リフトオフによっても変化することから、近似直線の係数をリフトオフの関数として設定し、リフトオフ推定によって得られた値を用いて板厚推定曲線を算出する。

計測対象の構造物に対し、腐食損傷推定周波数による正弦波を与え、得られた検出電圧の値に対応するリフトオフの値を、リフトオフ推定曲線から推定し、また、得られた位相差の値に対応する板厚の値を、板厚推定曲線から推定する。リフトオフ推定曲線と板厚推定曲線のデータベースは、計測対象ごとに得ることが好ましいが、同じ鋼種の材料からなる構造物について計測する場合には、同じデータベースを援用することができる。

以上で説明した通り、本実施形態に係る解析方法では、構造物の板厚の推定に、入力電流と出力電圧との位相差を指標として用いる。この位相差は、図３で示したように、励磁周波数が１００Ｈｚ程度の高い周波数帯の信号であっても、十分に検知することが可能である。

したがって、板厚の測定をリフトオフと同様に高周波数帯で行うことが可能であり、低周波数帯で測定する場合に比べて測定時間を短縮することができ、解析対象の特性を高速で解析することができる。１箇所での測定時間を短縮することにより、多数の箇所での測定、同じ箇所での繰り返し測定等を行うことが可能となるため、測定精度の向上させた正確な解析を行うことができる。また、板厚とリフトオフの測定を、同じ周波数帯で行うことができるため、別々の周波数帯で行う場合に比べて、解析を簡易化することができる。なお、板厚については、出力電圧の振幅、入力電流と出力電圧との位相差のいずれからも推定可能であるため、両方から推定を行うことにより、測定結果の妥当性を確認することができる。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

（実施例１）
本発明の解析方法を用いて、試験体のリフトオフおよび板厚を推定する試験を行った。試験体として、腐食による減肉を想定し、１方向において、板厚が９ｍｍ〜６ｍｍまで断続的に１ｍｍずつ減少するように構成された、階段状の鋼板を用いた。測定手段の第１コイル、第２コイルとしては、それぞれ、巻き数が４００、直径が１６．４ｍｍ、高さが３．７ｍｍのものを用いた。

厚さ０．１ｍｍのプラスティック製の隙間ゲージを、試験体と第２コイルとの間に挟むことによって、リフトオフを形成した。リフトオフの大きさは、挟む隙間ゲージの厚さで調整した。

（励磁周波数の選択）
試験体の板厚９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍの各部分に対し、それぞれリフトオフを０ｍｍから０．３ｍｍまで変化させた場合の検出信号を、スイープ波により取得した。スイープ波を入力することにより、様々な周波数帯を個別に見ることができるため、透磁率や渦電流損等の影響の確認が可能であることが、利点として挙げられる。シミュレーションによる解析結果を考慮し、高精度なデータベースを取得するために、１０Ｈｚ〜５００Ｈｚまで変化するログスイープ波を５００秒かけて発生させた。

図７（ａ）は、板厚を９ｍｍとし、リフトオフを０ｍｍとした場合のリフトオフ信号強度ΔＷＣ_Ｌと周波数との関係を示すグラフである。グラフの横軸が周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸がリフトオフ信号強度ΔＷＣ_Ｌを示している。リフトオフ信号強度ΔＷＣ_Ｌが特定の周波数（ここでは約１００Ｈｚ）でピークを有する点で、図４（ａ）の解析結果と同様の傾向が見られる。

図７（ｂ）は、板厚９ｍｍを基準とした板厚信号強度ΔＷＣ_ｔと、リフトオフ０ｍｍを基準としたリフトオフ信号強度ΔＷＣ_Ｌとの比であるＴＬ信号強度比（ΔＷＣ_ｔ／ΔＷＣ_Ｌ）と、周波数との関係を示すグラフである。低周波数帯では板厚信号強度の影響が大きく、高周波数帯に向かうにつれてリフトオフ信号強度の影響が大きくなっている点で、図４（ｂ）の解析結果と同様の傾向が見られる。高周波数側での信号のがたつきは、板厚信号が渦電流損の影響を受けるため、安定していないことに起因していると考えられる。

図７（ａ）、（ｂ）のグラフから、ＴＬ信号強度比が十分に小さく、リフトオフ信号強度が最も大きい１００Ｈｚが、腐食損傷推定周波数として妥当であると考えられる。この結果は、上記解析において選択した腐食損傷推定周波数の値が適切であることを意味している。つまり、本発明の解析方法により、構造物の板厚とリフトオフを推定することが可能であると言える。ただし、リフトオフ信号強度、ＴＬ信号強度比は、計測対象の材質、コイルの形状や特性によって異なると考えられるため、事前にデータベースとして取得しておく必要がある。

（データベースの取得）
励磁周波数を１００Ｈｚとし、板厚を９〜６ｍｍの平均値としたときの第２コイルの検出電圧を測定した。図８は、その結果を示すグラフである。グラフの横軸がリフトオフ（ｍｍ）を示し、縦軸が検出電圧（Ｖ）を示している。リフトオフの増加に伴って検出電圧が単調に減少する傾向が見られる。図５のシミュレーションによる解析結果は、この結果と同様であり、その妥当性を確認することができる。つまり、上述した本発明の解析方法により、計測対象のリフトオフの推定が可能であることが確かめられる。

励磁周波数を１００Ｈｚとし、リフトオフを０（ｍｍ）、０．１（ｍｍ）、０．２（ｍｍ）、０．３（ｍｍ）とし、第１コイルへの入力電流と第２コイルからの出力電圧との位相差を測定した。図９は、その結果を示すグラフである。グラフの横軸が板厚（ｍｍ）を示し、縦軸が位相差（°）を示している。板厚の減少に伴って位相差が単調に減少する傾向が見られる。図６のシミュレーションによる解析結果は、この結果と同様であり、その妥当性を確認することができる。つまり、上述した本発明の解析方法により、計測対象の板厚の推定が可能であることが確かめられる。

（計測対象のリフトオフおよび板厚の推定）
計測対象の構造物Ｔとして、腐食損傷を有する鋼板（腐食試験体）を準備し、鋼板上の３箇所Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３を計測点とし、各計測点にプローブを直置きして計測を行った。図８、９に示すリフトオフ推定曲線、板厚推定曲線をデータベースとし、構造物Ｔのリフトオフおよび板厚を、上述した実施形態の手順で推定した。すなわち、解析装置１において、第１コイル１２に対し、１Ａ、１００Ｈｚの入力電流を流し、第２コイル１３からの出力される電圧を測定し、この電圧に対応するリフトオフを、図８のリフトオフ推定曲線から推定した。さらに、入力電流と出力電圧との位相差を測定し、この位相差に対応する板厚を、図９の板厚推定曲線から推定した。

（比較例１）
鋼板上の３箇所Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３を計測点とし、各計測点にプローブを直置きして計測を行った。また、さび層は除去せず、レーザー変位計を用いて鋼板の裏面形状を計測し、腐食による減肉として評価した。本発明でリフトオフとしているさび厚は、膜厚計を用いて計測した。レーザー変位計と膜厚計による計測結果から、鋼板のさび厚と残存板厚を算出した。ただし、レーザー変位計での計測はさび層も含めた値であるため、さび層分の厚さを差し引いた。実施例１と比較するため、算出した残存板厚は、計測点を中心に、渦電流の影響範囲であるコイルと重なる部分と同程度の面積で、平均化した値となっている。

（比較例２）
解析装置１において、第１コイルに対し、１Ａ、１００Ｈｚの入力電流を流し、第２コイルからの出力される電圧を測定し、この電圧に対応するリフトオフを、データベースとして準備したリフトオフ推定曲線から推定した。さらに、解析装置１において、第１コイル１２に対し、１Ａ、１０Ｈｚの入力電流を流し、第２コイル１３からの出力される電圧を測定し、この電圧に対応する板厚を、データベースとして準備した板厚推定曲線から推定した。

図１０（ａ）は、上述した実施例１、比較例１、２で得られたリフトオフの大きさを比較するグラフである。グラフの横軸は鋼板上の位置を示し、縦軸はリフトオフ（ｍｍ）を示している。実施例１でのリフトオフ推定は、ウェーブレット変換を適用しない生の検出電圧を指標としており、その結果を用いて位相差を指標として板厚推定を行っている。実施例１の解析では、得られた生の検出電圧データを用いて評価していること、ノイズの影響が少ない周波数領域で評価していることから、比較例２の解析に比べて、比較例１の実測に対する誤差の低減が認められる。なお、実施例１の計測値は、データベースを用いて算出しているため、膜厚計の計測精度に合わせた値とした。

図１０（ｂ）は、上述した実施例１、比較例１、２で得られた板厚の大きさを比較するグラフである。グラフの横軸は鋼板上の位置を示し、縦軸は板厚（ｍｍ）を示している。実施例１の板厚推定においても、比較例２の実測結果に対する各計測点誤差が、５％以下の精度で算出可能であることが確認できる。実施例１の板厚推定曲線は、得られたリフトオフの値から算出しており、検出電圧をそのまま用いたことによってリフトオフ誤差が低減したことも、板厚推定精度の向上に良い影響を与えたと考えられる。

以上により、位相特性を利用した実施例１の解析方法により、腐食した鋼部材のさび厚（リフトオフ）、残存板厚を、実験的に評価可能であることが示された。比較例２の解析方法では、２つの異なる周波数を用いる必要があったが、実施例１の解析方法によれば、1つの周波数のみでさび厚と残存板厚の２つの腐食損傷情報を得られることが確認された。実際に、最大誤差は５％程度、１点当たりの計測時間は１０秒程度であり、精度向上や計測時間の短縮による計測の省力化を実現することができた。

１・・・解析装置
１０・・・制御部
１１・・・電源部
１２・・・第１コイル
１３・・・第２コイル
１４・・・検出部
１５・・・演算部
１６・・・記憶部

Claims (8)

1. 所定の周波数の交流電気信号を第１コイルに印加して解析対象を励磁し、前記解析対象に渦電流を生成し、
   前記渦電流により発生した磁界により、第２コイルに発生した電圧の振幅に応じた第１電気的状態量、および前記交流電気信号と前記電圧との位相差に応じた第２電気的状態量を求め、
   前記第１電気的状態量および前記第２電気的状態量に基づいて、前記解析対象の厚さ方向の特性を解析する、解析方法。
2. 前記第１電気的状態量および前記第２電気的状態量と、参照データとを比較することにより、前記解析対象の厚さ方向の特性を解析する、請求項１に記載の解析方法。
3. 前記第１電気的状態量に基づいて、前記解析対象のリフトオフを測定し、前記第２電気的状態量に基づいて、前記解析対象の板厚を測定する、請求項１または２に記載の解析方法。
4. 前記第１コイルに印加する交流電気信号の周波数を連続的に変化させ、前記解析対象における渦電流により発生した磁界により、前記第２コイルに発生した電圧に応じた時系列の電気的状態量を測定する、請求項１または２に記載の解析方法。
5. 前記時系列の電気的状態量をウェーブレット変換することによって得られるウェーブレット係数と前記周波数との関係を求め、前記周波数に対する前記ウェーブレット係数の変化率に基づいて、前記所定の周波数を決定する、請求項４に記載の解析方法。
6. 前記時系列の電気的状態量に基づいて、前記解析対象の厚さ方向の構造を走査する、請求項４または５に記載の解析方法。
7. コンピュータに、解析対象の厚さ方向の特性を解析させる解析プログラムであって、
   所定の周波数の交流電気信号を第１コイルに印加して前記解析対象を励磁させて、前記解析対象に渦電流を生成させ、前記渦電流により発生した磁界により第２コイルに電圧を発生させ、
   前記電圧の振幅に基づいて測定される第１電気的状態量、および、前記交流電気信号と前記電圧との位相差に基づいて測定される第２電気的状態量、に基づいて行う、解析プログラム。
8. 交流電流が流れることにより解析対象に印加する磁界を生成する第１コイルと、
   前記解析対象に発生する渦電流に応じて電圧を生成する第２コイルと、
   所定の周波数の交流電気信号を前記第１コイルに印加する電源部と、
   前記電源部により生成される前記交流電気信号の周波数を制御する制御部と、
   前記第２コイルにおいて検出された前記電圧の振幅に基づく第１電気的状態量、前記電圧と前記交流電気信号との位相差に基づく第２電気的状態量、に基づいて前記解析対象の厚さ方向の特性を解析する解析部と、を備える解析装置。

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