JP2017009549A - 非破壊検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内側の配管の微弱な欠陥信号を抽出することができ、高精度で断熱配管の欠陥を検査できる非破壊検査装置を提供すること。【解決手段】非破壊検査装置１００は、励磁部１０と、磁気センサー２０と、パルス電源４０と、磁気センサー回路５０と、移動機構６０と、制御部７０とを有する。ここで、励磁部１０は、断熱配管１の中心軸ＡＸに略直交して断熱配管１に入り込むとともに断熱配管１の配管本体１ａを貫く磁束ＭＦ０を発生させる。これにより、内側の配管本体１ａに対して比較的高い密度の磁束ＭＦ０を入れることになり、内側の配管本体１ａから欠陥信号を比較的抽出しやすくなる。これにより、配管本体１ａの欠陥に対する検出の精度や信頼度を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、断熱配管の欠陥を磁気により非破壊で検査する非破壊検査装置に関する。

断熱配管の欠陥を磁気により非破壊で検査する方法として、断熱配管の外周面に複数のコイルを巻き付けることによって断熱配管の軸方向に延びる磁束を発生させるとともに、断熱配管の外周面に配置されて断熱配管の軸方向の磁場を検出する検出コイルを用い、ロックイン検波により欠陥による信号変化を抽出するものが公知となっている（特許文献１参照）。

また、配管の内部からではあるが、配管の欠陥を磁気により検査する別の方法として、例えばアレイ状の渦流探傷センサーを有する管探傷装置を用いて、アレイ状の渦流探傷センサーを順次スイッチング走査することにより欠陥を抽出するものがある（特許文献２参照）。

上記特許文献１の装置は、配管に対してその中心軸に平行な磁束を入れて、配管の欠陥を測定するものであり、外装板が磁性材の場合、配管の欠陥信号に外装板の欠陥信号が重畳されて検出される。この時、外装板の欠陥信号に対し、配管の欠陥信号が十分に大きければ、断熱配管の減肉を検出することができるが、一般的に外側の外装板の欠陥信号が大きくなる。つまり、内側の配管に対して十分な密度の磁束を入れることができず、内側の配管の微弱な欠陥信号を抽出するためには、複雑な信号処理が必要な上、精度が低下するといった問題がある。また、断熱配管の外周面にコイルを巻き付ける構成であるため、検査の都度、非破壊検査装置の断熱配管への装着すなわちコイルの巻き付けをしなおす必要が生じる。

上記特許文献２の装置は、配管の内部から配管の欠陥を検査するものであり、磁性材からなる外装板を有する断熱配管を外部から非破壊で検査しようとした場合、特許文献１と同様の問題が生じる。すなわち、内側の配管に対して十分な密度の磁束を入れることができず、内側の配管の微弱な欠陥信号を抽出するためには、複雑な信号処理が必要な上、精度が低下するといった問題がある。

特許第４７６６４７２号公報 特開平８−２０１３４７号公報

本発明は、内側の配管の微弱な欠陥信号を抽出することができ、高精度で断熱配管の欠陥を検査できる非破壊検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る非破壊検査装置は、断熱配管の中心軸に略直交して断熱配管に入り込むとともに断熱配管の配管本体を貫く磁束を発生させる励磁部と、配管本体の減肉により発生する磁気信号を検出する磁気センサーと、磁気センサーの検出出力を演算処理する信号処理部と、を備える。

上記非破壊検査装置では、励磁部が断熱配管の中心軸に略直交して断熱配管に入り込むとともに断熱配管の配管本体を貫く磁束を発生させるので、内側の配管本体に対して比較的高い密度の磁束を入れることになり、内側の配管本体から欠陥信号を比較的抽出しやすくなる。これにより、配管本体の欠陥に対する検出の精度や信頼度を高めることができる。

本発明の具体的な側面又は態様では、上記非破壊検査装置において、励磁部は、断熱配管の周囲を一部開放しつつ覆うように配置される。つまり、励磁部は、開環筒状の外形を有し断熱配管のまわりを部分的に囲むように配置される。この場合、断熱配管への励磁部の装着等に関して、測定現場での組み立て性を向上させることができる。

本発明の別の側面では、励磁部は、電流を流すコイルと、当該コイルによって形成される磁束を導くコア部材とを有し、コア部材は、断熱配管を挟むように配置された一対の磁極部分を有する。この場合、一対の磁極部分から発生させた磁束を、断熱配管を横切るように断熱配管に入り込ませることになる。

本発明のさらに別の側面では、コイルには、パルス状の励磁用電流が供給され、信号処理部は、励磁用電流と同期して磁気センサーの検出出力を解析する。これにより、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、励磁部は、断熱配管の周囲に沿って円弧状に延びる。この場合、励磁部を円弧状に延びる１つ以上の部分で構成することになり、励磁部の断熱配管への装着等に関して、測定現場での組み立て性を向上させることができる。

本発明のさらに別の側面では、コア部材は、断熱配管の周囲に沿って半円状に延び、一対の磁極部分は、コア部材の一対の端部に形成されている。この場合、励磁部を簡単な構造とでき、測定現場での作業性を向上させることができる。また、励磁部をＳ極及びＮ極用に個別に作製する必要が無くなり、設計、製造等も容易となる。

本発明のさらに別の側面では、コア部材は、断熱配管を挟んで配置される半円状の一対の対向部分からなり、一対の磁極部分は、一対の対向部分にそれぞれ振り分けられて、断熱配管の周囲に沿って連続的に延び又は連続的に複数配列される。この場合、局所的な磁束の完結を回避することが容易になり、内側の配管本体に対して比較的高い密度の磁束を入れることができる。

本発明のさらに別の側面では、励磁部は、断熱配管の中心軸方向に沿った複数箇所に近接して設けられる。この場合、断熱配管の中心軸方向の外側に漏れる磁束を低減でき、配管本体を貫く磁束を発生させやすくなる。

本発明のさらに別の側面では、磁気センサーは、断熱配管の中心軸を通って当該中心軸に垂直な半径方向に沿った複数箇所に設けられる。この場合、欠陥の半径方向の位置を特定しやすくなり、外装板の傷と配管本体の傷とを区別しやすくなる。

本発明のさらに別の側面では、磁気センサーは、断熱配管の中心軸方向に関する位置が異なる複数箇所に設けられる。この場合、断熱配管の中心軸方向の位置に対応する磁束を検出でき、より多様な検査が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、励磁部と磁気センサーとは、断熱配管とともに磁気シールド部材で覆われている。この場合、局所的な磁束の完結を回避することができ、外乱を遮断することにもなるので、欠陥の検出精度を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、励磁部を断熱配管の周囲に沿って回転可能にするとともに、励磁部を断熱配管の中心軸方向に沿って移動可能にする移動機構をさらに備える。この場合、断熱配管の周囲に沿っての欠陥の検出がより簡易になる。

第１実施形態の非破壊検査装置を概念的に説明する配管断面側の図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示す非破壊検査装置を説明する概念的な側面図及び断面図である。 図１の非破壊検査装置のうち制御部の基本構成を説明するブロック図である。 配管検査方法の一例を説明するフローチャートである。 第２実施形態の非破壊検査装置を概念的に説明する図である。 （Ａ）は、第３実施形態の非破壊検査装置を説明する断面図であり、（Ｂ）は、励磁部の断面構造を説明する部分拡大断面図である。 （Ａ）は、第４実施形態の非破壊検査装置を説明する断面図であり、（Ｂ）は、励磁部の一部を説明する部分拡大斜視図である。 第５実施形態の非破壊検査装置を概念的に説明する図である。 第６実施形態の非破壊検査装置を概念的に説明する図である。 検出動作を概念的に説明する図である。 第７実施形態の非破壊検査装置を概念的に説明する図である。

〔第１実施形態〕
図１等に示す非破壊検査装置１００は、検査対象である断熱配管１にパルス磁場を印加して、断熱配管１に形成されるパルス磁場を検出することにより、断熱配管１の欠陥である減肉を検査するものである。ここで、断熱配管１の減肉とは、腐食、疲労、亀裂等の配管の劣化を意味する。

被検査対象である断熱配管１は、鋼製の配管本体１ａと、配管本体１ａの周囲を覆う断熱材１ｂと、断熱材１ｂを覆う外装板１ｃとを有する。つまり、断熱配管１は、配管本体１ａを断熱材１ｂと外装板１ｃとで筒状に覆った三重配管構造となっている。欠陥は、配管本体１ａの内側又は外側に減肉として発生する。

非破壊検査装置１００は、断熱配管を覆うように構成され、励磁部１０と、磁気センサー２０と、パルス電源４０と、磁気センサー回路５０と、移動機構６０と、制御部７０とを有する。非破壊検査装置１００のうち励磁部１０及び磁気センサー２０は、検査部８０として機能する。検査部８０は、断熱配管１に対して移動可能であり、断熱配管１の存在下で励磁部１０によって発生させた磁場又は磁界を磁気センサー２０によって検出する。

励磁部１０は、パルス磁場を発生させるものである。励磁部１０は、電流を流すコイル１０ａと、コイル１０ａによって形成される磁束を目的とする方向に導くコア部材１０ｂとを有する。コイル１０ａは、例えば銅で形成され、コア部材１０ｂは、例えばフェライトで形成される。励磁部１０すなわちコア部材１０ｂは、断熱配管１の周囲に沿って円弧状に延びる。具体的には、コア部材１０ｂは、断熱配管１の周囲に沿って半円状に延びる。このように、コア部材１０ｂをリング状とせず、半分を開放することで、励磁部１０の断熱配管１への装着を容易にできる。つまり、励磁部１０を断熱配管１の周囲にセットする作業が行われる測定現場での組み立て性を向上させることができる。
なお、励磁部１０は、断熱配管１の周囲を一部開放しつつ覆うように配置されていると見ることができる。つまり、励磁部１０は、開環筒状の外形を有し断熱配管１のまわりを部分的に囲むように配置されている。結果的に、励磁部１０の下部が開放されており、断熱配管１の下面を励磁部１０の外側に露出させている。

コア部材１０ｂは、コイル１０ａを周囲に巻いた本体部１１ａと、本体部１１ａから延びる一対のヨーク部１１ｂ，１１ｂとを有する。コア部材１０ｂの一対の端部１２ａ，１２ｂ、すなわち一対のヨーク部１１ｂ，１１ｂの先端部には、断熱配管１を挟むように配置された一対の磁極部分１０ｐ，１０ｑが設けられている。一対の磁極部分１０ｐ，１０ｑは、それぞれＮ極及びＳ極となっており、断熱配管１の表面である外周側面１ｓに向かって突起している。

一方の磁極部分１０ｐから延びる磁束ＭＦ０は、断熱配管１の中心軸ＡＸに略直交するように断熱配管１に入り込んで配管本体１ａの一方側（−Ｘ側）に入射又は侵入する。磁束ＭＦ０は、配管本体１ａ内で大きく曲げられて配管本体１ａに沿って進む。配管本体１ａの反対側（＋Ｘ側）では、配管本体１ａ内を通った磁束ＭＦ０が外側に射出し、このように射出した磁束ＭＦ０は、断熱配管１の外において中心軸ＡＸに略直交するように延びて他方の磁極部分１０ｑに向かう。つまり、励磁部１０によって、配管本体１ａを貫く磁束ＭＦ０を発生させることができる。
なお、図１では、説明の便宜上配管本体１ａを貫くような磁束ＭＦ０のみを描いているが、一方の磁極部分１０ｐから他方の磁極部分１０ｑに向かう磁束には、配管本体１ａを貫通する磁束ＭＦ０だけでなく、断熱配管１の外装板１ｃのみを貫通する磁束もあれば、外装板１ｃの外側に沿って延びる磁束もある。一対の磁極部分１０ｐ，１０ｑを断熱配管１を挟んで対向配置することにより、特に中心軸ＡＸを挟んだ正反対の位置に配置することにより、コイル１０ａへの印加電流を増加させないでも、配管本体１ａを貫くような磁束ＭＦ０を多くすることができる。また、一対の磁極部分１０ｐ，１０ｑを断熱配管１に近づけることにより、配管本体１ａを貫くような磁束ＭＦ０を多くすることができる。

磁気センサー２０は、例えば断熱配管１の中心軸ＡＸと直交する周方向の磁界、断熱配管１の中心軸ＡＸと直交する半径方向の磁界等を磁気信号として検出するものである。これにより、磁気センサー２０は、断熱配管１を伝わる磁場又は磁界の変化を検出することができる。図１の例では、１つの磁気センサー２０が、コイル１０ａを巻いた本体部１１ａの内側に配置されている。なお、図示を省略しているが、検査部８０には励磁部１０や磁気センサー２０を支持する支持体が設けられており、磁気センサー２０は、励磁部１０に対して安定した状態で相対的に固定されている。磁気センサー２０として、例えばＴＭＲセンサー、ＡＭＲセンサー等が用いられる。
図示のように、磁気センサー２０を本体部１１ａの内側に配置する場合、すなわち磁気センサー２０を断熱配管１の外周側面１ｓに近接させて一対の磁極部分１０ｐ，１０ｑから略等距離の位置に配置する場合、磁気センサー２０の位置においては、断熱配管１の外周側面１ｓの周方向（図面ではＸ方向）に沿って平行磁束が形成される。よって、磁気センサー２０に近い配管本体１ａの部分に欠陥が存在する場合、つまり磁気センサー２０の−Ｙ方向の配管部分に欠陥が存在する場合、欠陥による磁場又は磁界の乱れは、Ｘ方向に関しては励磁部１０の影響でＳ／Ｎ比が低下して観察しにくくなるが、Ｙ方向に関しては比較的強く観察される。
磁気センサー２０の位置は、本体部１１ａの内側に限らず、断熱配管１の外周側面１ｓに近接する様々な箇所とできる。励磁部１０の偏りによる影響を除く観点からは、欠陥が存在しない場合の磁気センサー２０の出力値を参照値とすることができる。つまり、欠陥が存在する可能性がある検出値から上記参照値を差し引いた差分として、欠陥による磁場の乱れ成分を抽出することができる。

なお、検査部８０には、外乱を遮断するため、励磁部１０及び磁気センサー２０を覆う磁気シールド部材を設けることができる。

パルス電源４０は、励磁部１０のコイル１０ａにパルス電圧を印加する。パルス電源４０は、パルス状の励磁用電流として方形波を出力し、所定の周波数及びデューティ比で励磁部１０を駆動する。パルス電源４０は、コイル１０ａに流す電流の方向を適宜変更することもできる。

磁気センサー回路５０は、磁気センサー２０を駆動し、磁場又は磁界を計測するものである。磁気センサー回路５０は、磁気センサー２０の検出出力に基づいて、励磁部１０により発生する所望の磁気の方向に関する磁界の強度又は磁場の強さを計測する。

移動機構６０は、検査部８０を断熱配管１の外周側面１ｓに沿って中心軸ＡＸ方向に移動させることができる。移動機構６０は、検査部８０を断熱配管１の外周側面１ｓに沿って中心軸ＡＸのまわりに回転移動させることもできる。検査部８０を中心軸ＡＸ方向に移動させることで、断熱配管１の長手方向に沿った検査が可能になる。また、検査部８０を中心軸ＡＸのまわりに回転移動させることで、断熱配管１の横断面に沿った周方向の検査が可能になる。
移動機構６０は、制御部７０の制御下で自動で動作するものに限らず、手動で動作するものであってもよく、例えば車輪やレールを用いたものでもよい。

制御部７０は、パルス電源４０や磁気センサー回路５０等を動作させて、励磁部１０や磁気センサー２０を駆動させることにより、検出動作を行わせる。また、制御部７０は、移動機構６０を動作させて、検査部８０を移動させる。また、制御部７０は、磁気センサー２０により検出したパルス磁場の応答を解析する。つまり、制御部７０は、信号処理部として、パルス電源４０からの励磁用電流と同期して磁気センサー２０の検出出力を解析する。制御部７０は、磁気センサー２０の検出出力を演算処理することにより、断熱配管１内における欠陥の有無を判定する。

以下、制御部７０について具体的に説明する。図３に示すように、制御部７０は、表示部７１と、入力部７２と、記憶部７３と、インターフェース部７４と、主制御部７５とを有する。

主制御部７５は、表示部７１、入力部７２、記憶部７３、インターフェース部７４との間で相互にデータの授受が可能になっている。主制御部７５は、オペレーターが操作する入力部７２からの指示やプログラムに基づいて、入力部７２、記憶部７３等を介して入力されたデータを処理し、パルス電源４０や磁気センサー回路５０等の他の装置を動作させる。また、主制御部７５は、入力部７２からの指示やプログラムに基づいて、インターフェース部７４を介して入手した磁気データを処理又は判定する。
表示部７１は、ディスプレイ等から構成され、主制御部７５からの出力信号に基づいて、オペレーターに提示すべき表示を行う。
入力部７２は、キーボード、タッチパネル等から構成され、オペレーターからの指示を主制御部７５に出力する。
記憶部７３は、制御部７０を動作させるプログラム、磁気センサー２０で検出した磁気データ等を記憶することができる。
インターフェース部７４は、主制御部７５と、パルス電源４０や磁気センサー回路５０とのデータ通信を可能にする。

以下、図４を参照しつつ、非破壊検査装置１００を用いた配管検査方法について説明する。
まず、検査部８０を断熱配管１の被検査部位に設置する（ステップＳ１１）。制御部７０により移動機構６０を動作させて、検査部８０を所定の位置に配置させることができる。

次に、断熱配管１の磁気データを取得及び保存する（ステップＳ１２）。制御部７０によりパルス電源４０を動作させ、励磁部１０にパルス電圧を印加する。そして、制御により磁気センサー回路５０を動作させ、励磁部１０により断熱配管１に発生した磁場を磁気センサー２０で検出する。ここで、磁気センサー２０によって検出される所望の磁気の方向の磁気強度は、例えばＸ方向又はＹ方向の磁界強度（例えば、ピーク値）である。磁気センサー２０によって検出された磁気データは、記憶部７３に保存される。

次に、ステップＳ１２で得られた磁気データに配管欠陥信号が含まれるか否かを判断する（ステップＳ１３）。磁気データに所定の閾値以上の配管欠陥信号が含まれる場合（ステップＳ１３のＹ）、断熱配管１に減肉部が存在すると判断し、減肉部ありとして断熱配管１の位置情報とともに記憶部７３に記憶し、対応箇所を表示部７１に表示する（ステップＳ１４）。磁気データに所定の閾値以上の配管欠陥信号が含まれない場合（ステップＳ１３のＮ）、断熱配管１に減肉が存在しないと判断し、正常部のみであるとして位置情報とともに記憶部７３に記憶する（ステップＳ１５）。

次に、断熱配管１の別の部位を続けて検査する場合（ステップＳ１６のＹ）、制御部７０により移動機構６０を動作させ、検査部８０を次の被検査部位に移動させ（ステップＳ１７）、ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理を繰り返す。断熱配管１の別の部位の検査を行わない場合（ステップＳ１６のＮ）、検査を終了する。

以上説明した非破壊検査装置１００では、励磁部１０が断熱配管１の中心軸ＡＸに略直交して断熱配管１に入り込むとともに断熱配管１の配管本体１ａを貫く磁束ＭＦ０を発生させるので、内側の配管本体１ａに対して比較的高い密度の磁束ＭＦ０を入れることになり、内側の配管本体１ａから欠陥信号を比較的抽出しやすくなる。これにより、配管本体１ａの欠陥に対する検出の精度や信頼度を高めることができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の非破壊検査装置について説明する。第２実施形態の非破壊検査装置は、第１実施形態の非破壊検査装置を部分的に変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態の非破壊検査装置と同様である。

図５に示すように、励磁部１０は、本体部１１ａから延びる一対のヨーク部１１ｂ，１１ｂの先端部として、対向する一対の端部１２ａ，１２ｂを有する。両端部１２ａ，１２ｂには、断熱配管１を挟んで正反対の位置に配置された一対の磁極部分１０ｐ，１０ｑが設けられている。一対の磁極部分１０ｐ，１０ｑは、それぞれＮ極及びＳ極となっており、断熱配管１の表面である外周側面１ｓに向かって突起している。
また、一方の端部１２ａにおいて、例えばＮ極となる磁極部分１０ｐを周方向に沿った上下から挟むように、一対の磁極部分１１ｐ，１２ｐが隣接して配置されて、断熱配管１の外周側面１ｓに向かって突起している。同様に、他方の端部１２ｂにおいて、例えばＳ極となる磁極部分１０ｑを周方向に沿った上下から挟むように、一対の磁極部分１１ｑ，１２ｑが隣接して配置されて、断熱配管１の外周側面１ｓに向かって突起している。上側の磁極部分１１ｐ，１１ｑは対を成し、下側の磁極部分１２ｐ，１２ｑも対を成している。

一対の磁極部分１０ｐ，１０ｑ間に延びる磁束ＭＦ０は、断熱配管１の中心軸ＡＸに略直交するように断熱配管１に入り込んで配管本体１ａを通過する。配管本体１ａから射出した磁束ＭＦ０は、断熱配管１の外において中心軸ＡＸに略直交するように延びて他方の磁極部分１０ｑに向かう。つまり、励磁部１０によって、配管本体１ａを貫く磁束ＭＦ０を発生させることができる。
一対の磁極部分１１ｐ，１１ｑ間に延びる主な磁束ＭＦ１は、断熱配管１に入り込むが、配管本体１ａを貫通しない。同様に、一対の磁極部分１２ｐ，１２ｑ間に延びる主な磁束ＭＦ１は、断熱配管１に入り込むが、配管本体１ａを貫通しない。よって、外側の磁束ＭＦ１は、配管本体１ａに形成された欠陥の検査に対して直接的には殆ど寄与しない。しかながら、配管本体１ａを貫通しない磁束ＭＦ１は、配管本体１ａを貫通する磁束ＭＦ０を挟んでおり、磁束ＭＦ０を中心に閉じこめる効果を有する。つまり、上側の磁極部分１１ｐ，１１ｑと下側の磁極部分１２ｐ，１２ｑとは、中間の磁極部分１０ｐ，１０ｑからの磁束ＭＦ０が配管本体１ａからそれないように、磁束ＭＦ０が配管本体１ａに入りやすくなるようにしている。結果的に、配管本体１ａを通る磁束ＭＦ０の磁束密度を高めることができる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の非破壊検査装置について説明する。第３実施形態の非破壊検査装置は、第１実施形態の非破壊検査装置を部分的に変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態の非破壊検査装置と同様である。

図６（Ａ）は、第３実施形態の非破壊検査装置のうち、検査部８０の拡大断面図である図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の部分Ａ１を中心軸ＡＸを通る面に沿って切断した拡大断面図である。

図６（Ａ）に示すように、励磁部１０は、第１の対向部分である第１半円部１０Ａと、第２の対向部分である第２半円部１０Ｂとを有し、全体で断熱配管１の周囲を取り巻く環状体となる。なお、両半円部（一対の対向部分）１０Ａ，１０Ｂの一方の対向する端部の間には、連結部材１０ｊが設けられており、半円部１０Ａ，１０Ｂの開閉を可能にしている。
なお、励磁部１０は、断熱配管１の周囲を一部開放しつつ覆うように配置されていると見ることができる。つまり、励磁部１０は、開環筒状の外形を有し断熱配管１のまわりを部分的に囲むように配置されている。結果的に、励磁部１０の下部が開放されており、断熱配管１の下面の一部を励磁部１０の外側に露出させている。

第１半円部１０Ａは、半円状のコア部材１０ｂの側面１０ｓに沿ってコイル１０ａを巻いたものである。つまり、コイル１０ａは、コア部材１０ｂの側面１０ｓに沿った一対の円弧状の部分と、コア部材１０ｂの端面１０ｅに沿った一対の短い直線状の部分とを有している。コア部材１０ｂの内側は、周方向に沿って細く延びる半円状の磁極部分１０ｐとなっている。

図６（Ｂ）に示すように、コア部材１０ｂの側面１０ｓには、コイル１０ａを保持するホルダ−１０ｈを設けることもできる。

第２半円部１０Ｂの構造は、第１半円部１０Ａの構造と同様であり、第１半円部１０Ａの磁化の方向と異なる方向に磁化させるだけであるので、その説明を省略する。なお、第２半円部１０Ｂにおいて、コア部材１０ｂの内側は、周方向に沿って細く延びる半円状の磁極部分１０ｑとなっている。

結果的に、一対の磁極部分１０ｐ，１０ｑは、一対の半円部（一対の対向部分）１０Ａ，１０Ｂにそれぞれ振り分けられて、断熱配管１の周囲に沿って連続的に延びている。

第１半円部１０Ａの中央領域Ｒ１と、第２半円部１０Ｂの中央領域Ｒ１との間に形成される磁束ＭＦ０は、断熱配管１の中心軸ＡＸに略直交するように断熱配管１に入り込んで配管本体１ａを通過する。配管本体１ａから射出した磁束ＭＦ０は、断熱配管１の外において中心軸ＡＸに略直交するように延びて他方の磁極部分１０ｑに向かう。つまり、励磁部１０によって、配管本体１ａを貫く磁束ＭＦ０を発生させることができる。
第１半円部１０Ａの周辺領域Ｒ２と、第２半円部１０Ｂの周辺領域Ｒ２との間に形成される磁束は、配管本体１ａを貫通しないが、配管本体１ａを貫通する磁束ＭＦ０を挟んでおり、磁束ＭＦ０の分散を防止して中心に閉じこめる効果を有する。つまり、半円部１０Ａ，１０Ｂの周辺領域Ｒ２からの磁束によって、配管本体１ａを通る磁束ＭＦ０の磁束密度を高めることができる。

なお、図６（Ａ）では、第２半円部１０Ｂの中央内側に磁気センサー２０を配置しているが、例えば第１半円部１０Ａと第２半円部１０Ｂとの境界に近い範囲、具体的には、連結部材１０ｊの内側に磁気センサー２０を配置することもできる。

検査部８０は、励磁部１０及び磁気センサー２０の他に、これらを周囲から覆う環状の磁気シールド部材８１を備える。磁気シールド部材８１は、透磁率の高い鋼その他の素材で形成される。励磁部１０及び磁気センサー２０を断熱配管１とともに磁気シールド部材８１で覆うことにより、局所的な磁束の完結を回避することができ、外乱を遮断することにもなるので、欠陥の検出精度を高めることができる。

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態の非破壊検査装置について説明する。第４実施形態の非破壊検査装置は、第１又は第３実施形態の非破壊検査装置を部分的に変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態等の非破壊検査装置と同様である。

図７（Ａ）は、第４実施形態の非破壊検査装置のうち、検査部８０の拡大断面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の部分Ａ２を部分的に拡大した斜視図である。

図７（Ａ）に示すように、励磁部１０は、第１の半円部１０Ａと、第２の半円部１０Ｂとを有し、全体で断熱配管１の周囲を取り巻く環状体となる。なお、両半円部１０Ａ，１０Ｂの一方の対向する端部の間には、連結部材１０ｊが設けられており、半円部１０Ａ，１０Ｂの開閉を可能にしている。

第１の半円部１０Ａは、コア部材１０ｂを有し、コア部材１０ｂの内側には、多数の突起が磁極部分１１０ｐとして形成されている。各磁極部分１１０ｐは、図７（Ｂ）に示すように柱状の突起であり、その側面にコイル１１０ａを巻き付けている。つまり、各磁極部分１１０ｐが電磁石１０Ｅとして機能する。

第２の半円部１０Ｂも、コア部材１０ｂを有し、コア部材１０ｂの内側には、多数の突起が磁極部分１１０ｑとして形成されている。各磁極部分１１０ｑは、柱状の突起であり、その側面にコイル１１０ａを巻き付けている。つまり、各磁極部分１１０ｑが電磁石１０Ｅとして機能する。

結果的に、一対の磁極部分１１０ｐ，１１０ｑは、一対の半円部（一対の対向部分）１０Ａ，１０Ｂにそれぞれ振り分けられて、断熱配管１の周囲に沿って連続的に複数配列されている。

第１の半円部１０Ａの中央領域Ｒ１と、第２の半円部１０Ｂの中央領域Ｒ１との間に形成される磁束ＭＦ０は、断熱配管１の中心軸ＡＸに略直交するように断熱配管１に入り込んで配管本体１ａを通過する。配管本体１ａから射出した磁束ＭＦ０は、断熱配管１の外において中心軸ＡＸに略直交するように延びて他方の磁極部分１１０ｑに向かう。つまり、励磁部１０によって、配管本体１ａを貫く磁束ＭＦ０を発生させることができる。
第１の半円部１０Ａの周辺領域Ｒ２と、第２の半円部１０Ｂの周辺領域Ｒ２との間に形成される磁束は、配管本体１ａを貫通しないが、配管本体１ａを貫通する磁束ＭＦ０を挟んでおり、磁束ＭＦ０の分散を防止して中心に閉じこめる効果を有する。つまり、半円部１０Ａ，１０Ｂの周辺領域Ｒ２からの磁束によって、配管本体１ａを通る磁束ＭＦ０の磁束密度を高めることができる。

なお、図７（Ａ）では、第２半円部１０Ｂの中央内側に磁気センサー２０を配置しているが、例えば第１半円部１０Ａと第２半円部１０Ｂとの境界に近い範囲、具体的には、連結部材１０ｊの内側に磁気センサー２０を配置することもできる。

〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態の非破壊検査装置について説明する。第５実施形態の非破壊検査装置は、第１実施形態の非破壊検査装置を部分的に変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態の非破壊検査装置と同様である。

図８に示すように、第５実施形態の場合、断熱配管１の中心軸ＡＸ方向に沿った２箇所に２つの検査部８０が設けられている。つまり、断熱配管１の中心軸ＡＸ方向に沿った２箇所に２つの励磁部１０が設けられている。この場合、断熱配管１の中心軸ＡＸ方向に漏れる磁束を低減でき、配管本体１ａを貫く磁束を発生させやすくなる。つまり、各励磁部１０から中心軸ＡＸに向けて射出される磁束は、中心軸ＡＸに沿った±Ｚ方向に広がる傾向があるが、一対の励磁部１０を近接して並べることで磁束の発散を抑えることができ、配管本体１ａを貫通する磁束ＭＦ０の磁束密度を高めることができる。

〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態の非破壊検査装置について説明する。第６実施形態の非破壊検査装置は、第１又は第４実施形態の非破壊検査装置を部分的に変更したものであり、特に説明しない事項は、第１又は第４実施形態の非破壊検査装置と同様である。

図９に示すように、第６実施形態の場合、検査部８０に設けた検出部２０Ｇが３つの磁気センサー２０を含んでいる。３つの磁気センサー２０は、断熱配管１の中心軸ＡＸを通って中心軸ＡＸに垂直な半径方向に沿った３箇所に設けられている。

図１０に示すように、断熱配管１の半径方向の位置において検出される磁場は、配管本体１ａの欠陥に起因するか、外装板１ｃの欠陥に起因するかによって変化の状態が異なる。具体的には、欠陥に起因する磁束源の強度に比例するが、欠陥からの距離の２乗の逆数で減衰する磁界強度が計測される。よって、特定の半径位置において磁界強度とその減衰の傾きとが分かれば、磁束源（近似的には磁気双極子）の強度と当該磁束源までの距離とが分かる。つまり、磁束源に相当する欠陥の大きさと欠陥までの距離とを見積もることができる。磁界強度の減衰の傾きは、半径方向の複数位置における磁界強度の差と考えることもできるので、半径方向の複数位置で磁界強度の変化を検出することによっても、同様の理由で磁束源に相当する欠陥の大きさと欠陥までの距離とを見積もることができる。

本実施形態の場合、３つの磁気センサー２０によって、それらの位置における磁場又は磁界強度を計測することとしている。この際、２点以上の観測点での磁界強度を、配管本体１ａからの距離の２乗の逆数の曲線と、外装板１ｃからの距離の２乗の逆数の曲線とで近似するフィッティングを行う。近似には、例えば最小自乗法を用いることができる。この結果、平方和がより小さい方のフィッティング結果を適正とすることができ、欠陥が配管本体１ａと外装板１ｃとのいずれにあるかを明確に判定することができる。以上のような演算処理は、詳細な説明を省略するが、図１の制御部７０にて行われる。

以上において、検出部２０Ｇを構成する磁気センサー２０の数は、３つに限らず、２つ又は４つ以上とすることができる。磁気センサー２０の配置は、断熱配管１に近い範囲内で互いになるべく離れていることが望ましい。

図９に示す例では、第１の半円部１０Ａと第２の半円部１０Ｂとの間に磁気センサー２０が配置されている。これは、この領域において、周方向に延びる平行磁場が形成されていることを考慮したものであり、一対の半円部１０Ａ，１０Ｂからの直接の影響を略相殺することができる。つまり、磁気センサー２０によって半径方向又はＹ方向の磁場の強さ又は磁界強度のみを検出すれば、欠陥に起因する磁界強度のみを抽出してＳ／Ｎ比を上げることができる。ただし、欠陥が存在しない場合の磁気センサー２０の出力値を参照値として予め取得しておき、欠陥が存在する可能性がある検出値又は計測値から上記参照値を差し引いた差分とすることによって、欠陥による磁場の乱れ成分のみを抽出する場合、上記のような配置を配慮する必要性は少なくなる。

〔第７実施形態〕
以下、第７実施形態の非破壊検査装置について説明する。第７実施形態の非破壊検査装置は、第１実施形態の非破壊検査装置を部分的に変更したものであり、特に説明しない事項は、第１実施形態の非破壊検査装置と同様である。

図１１に示すように、第７実施形態の場合、検査部８０に設けた検出部２０Ｇが３つの磁気センサー２０を含んでいる。３つの磁気センサー２０は、断熱配管１の中心軸ＡＸ方向に関する位置が異なる３箇所に設けられている。具体手的には、３つの磁気センサー２０は、断熱配管１の外周側面１ｓに近接して、Ｚ方向に等間隔で配列されている。この場合、断熱配管１の中心軸ＡＸ方向の複数位置における磁束を検出でき、より多様な検査が可能になる。具体的には、軸方向に位置微分して軸方向の磁束の変化を強調し、欠陥のない正常管と比較してその差が閾値を越えたら傷と判断する等の処理が可能である。
〔具体例〕

以下、具体例について説明する。具体例１の励磁部として、第３実施形態の装置に組み込まれた励磁部１０（図６（Ａ）参照）を用いた。その他、比較例１として、リモートパルス型の励磁部を用い、比較例２として、渦流探傷型の励磁部を用いた。外径２６５ｍｍの断熱配管１に対して、具体例１及び比較例１，２についてシミュレーションを行った。なお、図示を省略しているが、比較例１は、ヘルムホルツ型に類似する一対のコイルを、その中心に断熱配管１を通すように配置するとともに中心軸ＡＸ方向に互いに離間させたものであり、比較例２は、小径のコイルを、断熱配管１の側面に沿って近接させ当該側面の法線をコイルの軸とするように配置したものである。

具体例１の場合、コイル内径を３０５ｍｍとし、コイル軸方向の内幅を４０ｍｍとし、磁気センサーの位置を、断熱配管１の中心軸ＡＸを基準とし中心軸ＡＸ上にＺ軸を配置した座標で（１５２．５，０，０）とし、欠陥の位置は、中心軸ＡＸのＹ方向側にあるとする。つまり、磁気センサーの位置は、図６（Ａ）に示すものと類似し、欠陥の位置は、図６（Ａ）において位置ｄ１，ｄ２にあるとする。比較例１の場合、一対のコイル内径を３０５ｍｍとし、一対のコイルの間隔を４００ｍｍとし、磁気センサーの位置を、断熱配管１の中心軸ＡＸを基準する座標で（０，１５２．５，０）とし、中心軸ＡＸのＹ方向側にあってコイル間の中間位置とした。欠陥の位置は、具体例１と同様とした。比較例２の場合、コイル内径を１２０ｍｍとし、コイル及び外装板間の間隔を１９．７ｍｍとし、磁気センサーの位置を、断熱配管１の中心軸ＡＸを基準する座標で（０，１５２．５，０）とし、中心軸ＡＸのＹ方向側であるとした。欠陥の位置は、具体例１と同様とした。
結果を以下の表１にまとめた。
〔表１〕

表１において、上段が具体例１に対応し、中段が比較例１に対応し、下段が比較例２に対応する。具体例１の上段において、「配管傷−正常」は、配管本体に欠陥がある場合であって、欠陥のない正常な断熱配管との差をとった信号値（磁場強度）を示し、「外管傷−正常」は、外装板に欠陥がある場合であって、欠陥のない正常な断熱配管との差をとった信号値を示し、「両管傷−正常」は、配管本体及び外装板に欠陥がある場合であって、欠陥のない正常な断熱配管との差をとった信号値を示し、「（配管傷−正常）／（外管傷−正常）〔％〕」は、上記配管本体に欠陥がある場合の信号値を外装板に欠陥がある場合の信号値で割った比を％で表示したものである。各項目の右側のうち半径方向は、断熱配管の半径方向の磁場成分を意味し、回転方向は、断熱配管の周方向の磁場成分を意味し、軸方向は、断熱配管の中心軸方向の磁場成分を意味する。半径方向の磁場成分は、配管本体を貫くような磁束を発生させる場合に検出信号を高くできると考えられる。

結果についてまとめると、（配管傷−正常）／（外管傷−正常）の比等は、具体例１、比較例１、比較例２の順で大きいといえる。つまり、具体例１の手法を用いることで、配管本体の欠陥を外装板の欠陥から区別することが比較的容易になると考えられる。

以上、実施形態に係る非破壊検査装置について説明したが、本発明に係る非破壊検査装置は、上記例示のものには限られない。例えば、配管欠陥信号の有無を判定する演算方法や閾値は、環境に応じて適宜設定することができる。

１…断熱配管、 １ａ…配管本体、 １ｂ…断熱材、 １ｃ…外装板、 １ｓ…外周側面、 １０…励磁部、 １０Ａ，１０Ｂ…半円部、 １０Ｅ…電磁石、 １０ａ…コイル、 １０ｂ…コア部材、 １０ｐ，１０ｑ…磁極部分、 １１ａ…本体部、 １１ｂ，１１ｂ…ヨーク部、 １１ｐ，１１ｑ…磁極部分、 １２ａ…端部、 １２ａ，１２ｂ…端部、 ２０…磁気センサー、 ４０…パルス電源、 ５０…磁気センサー回路、 ６０…移動機構、 ７０…制御部、 ７５…主制御部、 ８０…検査部、 ８１…磁気シールド部材、 １００…非破壊検査装置、 １１０ａ…コイル、 １１０ｐ，１１０ｑ…磁極部分、 ＡＸ…中心軸、 Ｒ１…中央領域、 Ｒ２…周辺領域

Claims (12)

1. 断熱配管の中心軸に略直交して前記断熱配管に入り込むとともに前記断熱配管の配管本体を貫く磁束を発生させる励磁部と、
   前記配管本体の減肉により発生する磁気信号を検出する磁気センサーと、
   前記磁気センサーの検出出力を演算処理する信号処理部と、
   を備えることを特徴とする非破壊検査装置。
2. 前記励磁部は、前記断熱配管の周囲を一部開放しつつ覆うように配置される請求項１に記載の非破壊検査装置。
3. 前記励磁部は、電流を流すコイルと、当該コイルによって形成される磁束を導くコア部材とを有し、
   前記コア部材は、前記断熱配管を挟むように配置された一対の磁極部分を有することを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
4. 前記コイルには、パルス状の励磁用電流が供給され、前記信号処理部は、前記励磁用電流と同期して前記磁気センサーの検出出力を解析することを特徴とする請求項３に記載の非破壊検査装置。
5. 前記励磁部は、前記断熱配管の周囲に沿って円弧状に延びることを特徴とする請求項３及び４のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
6. 前記コア部材は、前記断熱配管の周囲に沿って半円状に延び、前記一対の磁極部分は、前記コア部材の一対の端部に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の非破壊検査装置。
7. 前記コア部材は、前記断熱配管を挟んで配置される半円状の一対の対向部分からなり、前記一対の磁極部分は、前記一対の対向部分にそれぞれ振り分けられて、前記断熱配管の周囲に沿って連続的に延び又は連続的に複数配列されることを特徴とする請求項５に記載の非破壊検査装置。
8. 前記励磁部は、前記断熱配管の中心軸方向に沿った複数箇所に近接して設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
9. 前記磁気センサーは、前記断熱配管の中心軸を通って当該中心軸に垂直な半径方向に沿った複数箇所に設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
10. 前記磁気センサーは、前記断熱配管の中心軸方向に関する位置が異なる複数箇所に設けられることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
11. 前記励磁部と前記磁気センサーとは、前記断熱配管とともに磁気シールド部材で覆われていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
12. 前記励磁部を前記断熱配管の周囲に沿って回転可能にするとともに、前記励磁部を前記断熱配管の中心軸方向に沿って移動可能にする移動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。

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