JP3092837B2 - バルクハウゼンノイズ検出用磁気ヘッドおよびそれを用いた検出システム - Google Patents
バルクハウゼンノイズ検出用磁気ヘッドおよびそれを用いた検出システムInfo
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Description
出用磁気ヘッドおよびそれを用いた検出システムに係わ
り、特に、被測定物の磁気的性質からその組織、応力、
疲労度等を非破壊で検査するために用いられる磁気ヘッ
ドおよび検出システムに関し、例えば鉄鋼材料等へ適用
して好適である。
径や析出物などの組織、ひずみ等に依存することを利用
して、被測定物の材質を非破壊的に検査することが試み
られている。すなわち、被測定物を励磁すると、被測定
物の磁化が変化するが、この変化から被測定物の組織や
ひずみの状態を知ることができるのを利用して検査する
ようにしている。
材の引っ張り強さを見積もる方法や保磁力によって焼き
入れ強度を見積もる方法等がある。また、最近では磁化
の不連続性に起因するバルクハウゼンノイズを用いた方
法が注目されており、それを用いて軟鋼の疲労強度
(L.P.Karjalainenら、IEEE Tr
ans.Mag.MAG16、514(1980))
や、工具鋼の靱性を推定する方法などが提唱されてい
る。
強さを見積もる方法、保磁力によって焼き入れ強度を見
積もる方法等がある。また、最近では磁化の不連続性に
起因するバルクハウゼンノイズを用いた方法が注目され
ている。
励磁すると、被測定物の内部では励磁磁場の変化に伴い
磁化が変化する。通常、磁化の変化は磁壁移動によって
行われ、この磁壁の移動は析出物、結晶粒界、ひずみの
存在する領域で不連続な動きをする。
変化し、検出コイルには不連続変化に対応した高周波な
パルス状の電圧波形が誘起される。このパルス状の電圧
波形をバルクハウゼンノイズと言う。このバルクハウゼ
ンノイズは析出物、結晶粒界、ひずみ等と密接に相関す
るために、被測定物を磁気的な方法で非破壊検査すると
きには重要なパラメータとなる。例えば、軟鋼の疲労強
度(L.P.Karjalainenら、IEEE T
rans.Mag.MAG16,514(1980))
や工具鋼の靱性をバルクハウゼンノイズを用いて推定す
る方法(仲居他,鉄と鋼,75,833(1989))
などが提唱されている。
流貫通法、通電法、コイル法、およびヨーク法などがあ
る。これらの方法の中で、ヨーク法は実ラインで製造さ
れる鉄鋼製品や既設構造物などの比較的大きな製品の一
部分に当てるだけで簡便にそれを励磁できる利点がある
ので、上記した材質検査用の励磁用として使用されてい
る。
法に関しては、コイル法、ヨーク法、ホール素子法、磁
気抵抗素子法などがあるが、被測定物の温度の影響を受
けにくいコイル法やヨーク法が簡便である。
ウゼンノイズ検出システムを示す。この検出システム
は、磁気ヘッドと信号処理システムとから構成されてい
る。磁気ヘッドは、励磁ヘッドコア11、検出ヘッドコ
ア12および各コアに巻かれた励磁コイル13、検出コ
イル14から構成されている。
12の材質としては、珪素鋼、パーマロイ、ソフトフェ
ライト等の軟質磁性材料が用いられる。そして、磁気シ
グナルを検出するために、励磁ヘッドコア11で被測定
物15を交流励磁する。
または正弦波の交流電流を発生させ、これを電流増幅器
18で電流を増幅する。この交流電流を励磁コイル13
に流し、磁気ヘッドを被測定物15の表面に接触させて
局部的に励磁する。励磁された被測定物15の内部に
は、励磁方向に応じて磁束16が発生する。
も高い透磁率を持つ検出ヘッドコア12を接触させる
と、上記検出ヘッドコア12内に磁束の一部が流れ込
み、検出コイル14に誘起電圧が発生する。
を持つ低周波の電圧波形に高周波なバルクハウゼンノイ
ズ波形が重畳したものである。上記バルクハウゼンノイ
ズ波形の大きさは、低周波波形の大きさに比べて微小で
あるので、通常オシロスコープ21の解析ダイナミック
レンジ内ではバルクハウゼンノイズ波形のみを十分に増
幅することはできない。
取り出すために、従来は低周波成分を周波数フィルタリ
ング装置19でカットし、さらに電圧増幅器20で増幅
するシステムを用いている。
らなる磁気ヘッドを用いて、バルクハウゼンノイズ波形
の検出を行っているが、励磁ヘッドと検出ヘッドの相対
位置が適正化されていないので、検出システムには周波
数フィルタリング装置が必須である(配管技術、Vo
k.35,No.2,PP86−89,1993)。
コイルに空芯コイルを用いた磁気ヘッドでバルクハウゼ
ンノイズの検出を行っている(Internation
alJournal of Nondestructi
ve Testing,1971,Vol.3,pp1
31−169)。この場合にも、バルクハウゼンノイズ
波形を取り出すために、空芯コイルで誘起された電圧波
形を周波数フィルタリング装置に通してフィルタリング
処理を行っている。
のバルクハウゼンノイズ検出システムは、周波数フィル
タリング装置を必須な構成要件としていた。このため、
従来のバルクハウゼンノイズ検出システムは、システム
全体の体積が大きくなるとともに、電力も多くかかって
いた。したがって、上記周波数フィルタリング装置が高
価であることから、システムのコストアップの原因にも
なっていた。
フィルタリング装置を用いることなくバルクハウゼンノ
イズを簡単に検出できるようにすることを目的とする。
ノイズ検出用磁気ヘッドは、磁性体の局部領域を励磁す
るための励磁ヘッドと、上記局部領域の磁化の変化を検
出するための検出ヘッドとから構成される磁気ヘッドに
おいて、上記励磁ヘッドを、励磁コイルが巻かれた金属
系の軟質磁性材料のU型コアにより構成し、かつ上記U
型コアの両脚部内側の形状を互いに平行となる平面形状
に構成し、検出ヘッドを、空芯コイルにより構成すると
ともに、上記空芯コイルの検出面を被測定面に対して平
行に配置するとともに、上記U型コアの両脚部内側の距
離をaとし、上記脚部内側の距離a方向に対して垂直方向
に測定した上記U型コアの厚みをbとし、上記両脚部の
厚みbの中点同志を結んだ線の中点を原点0、上記原点0
から上記両脚部に沿う方向にX軸を定義し、上記X軸に対
して垂直方向にY軸を定義した場合、上記空芯コイルの
検出面の重心を上記励磁ヘッドに対して、|x|≦0.2
a、|y|≦0.8bで囲まれる領域内に固定することによ
り、上記空芯コイルに誘起される2つの電圧波形成分で
ある、上記低周波の電圧波形成分、及びバルクハウゼン
ノイズと呼ばれる高周波の電圧波形成分のうち、上記高
周波の電圧波形成分の比率が大きくなるようにしたこと
を特徴としている。
るところは、上記検出ヘッドが、上記空芯コイルの中に
金属系の軟質磁性材料を配置している。
ハウゼンノイズ検出システムは、被測定物に励磁電流を
流すための波形発生器と、上記波形発生器から導出され
る電流を増幅するための電流増幅器と、上記被測定物か
ら検出される電圧波形を増幅するための電圧増幅器と、
上記増幅された波形を解析するオシロスコープとから構
成される。
来の信号処理で必要とされていた周波数フィルタリング
装置を省略してもバルクハウゼンノイズを通常のダイナ
ミックレンジのオシロスコープ等で解析できるようにな
る。すなわち、従来に比べて小型軽量であるとともに省
電力であり、かつ廉価な信号処理装置を提供できるよう
になり、それを用いた非破壊検査が可能となる。
ハウゼンノイズ検出用磁気ヘッド及びそれを用いた検出
システムの実施の形態を説明する。本実施の形態による
バルクハウゼンノイズ検出用磁気ヘッドの概略を、図1
に示す。図1に示したように、励磁ヘッドは、金属系の
軟質磁性材料で作られたU型コア1、それに巻かれてい
る励磁コア2で構成される。
軟質磁性材料を用いる。望ましくは、方向性珪素鋼板の
ような飽和磁化の高いものを選び、被測定物表面から離
れても十分に被測定物を励磁できるようにする。ここ
で、上記U型コアの両脚部内側の距離をaとし、両脚部
内側の距離aの方向に対して垂直方向に測定した当該U
型コア1の厚みをbとする。
だ線の中点を原点0、原点0からa方向にX軸,X軸に
垂直方向にY軸を定義する。ここでa,bの大きさは、 5mm ≦ a≦150mm, 3mm ≦ b≦50mm 以下であることが望ましい。
コイル2を十分な回数だけ巻くことができなくなるため
であり、a >150mm ,b >50mmでは励磁電力が大きくな
るためである。被測定物を励磁コアで磁化すると、被測
定物の内部では励磁磁場の変化に伴い磁化が変化する。
そして、被測定物の表面からは磁化による漏れ磁束が発
生し、磁化の変化に伴い漏れ磁束量が変化する。この磁
束の変化の中に不連続磁化変化を起因とするバルクハウ
ゼンジャンプが含まれている。
明領域内において、励磁周波数と同じ周波数を持つ低周
波の電圧波形が小さくなり、相対的に、その低周波の電
圧波形に重畳しているバルクハウゼンノイズの電圧が大
きくなることを見いだした。かつ、バルクハウゼンノイ
ズを発生させる磁束が、被測定面に垂直方向で大きくな
ることも見いだした。
を被測定面に平行に配置することによって、周波数フィ
ルタリング装置を用いなくても、電圧増幅のみによって
直接オシロスコープでバルクハウゼンノイズの測定が可
能になり、その波形解析も可能となる。ここで、構成コ
イルとして用いる空芯コイル3は、アクリルやベークラ
イト等の非磁性芯材にエナメル細線を巻いたものであ
る。
る。図2および図3に、空芯コイルの検出面の重心位置
を変えて、それに伴う低周波の電圧波形とバルクハウゼ
ンノイズ波形の変化について調べた結果を示す。ここで
は、周波数フィルタリング装置を用いて二つの波形を分
離した。この結果より、|x|≦0.2a ,|y|≦0.8bで
示される領域において、バルクハウゼンノイズの実効値
電圧が低周波波形の実効値電圧に比べてほぼ等しいか、
それ以上の大きさであることが判った。
コイルの検出面の重心が存在するようにする。検出面の
重心が上記領域に位置しない場合には、バルクハウゼン
ノイズの実効値電圧は低周波波形の電圧に比べて著しく
小さくなる。特に、0.2a≦|x|≦0.5a ,|y|≦0.8b
で示される領域では、バルクハウゼンノイズの実効値電
圧は低周波波形の電圧に比べて著しく小さいので、バル
クハウゼンノイズの分離には周波数フィルタリング装置
を必要とする。
表面に垂直な漏れ磁束成分が小さいので、S/N比の高
いバルクハウゼンノイズは得られない。以上のように、
本発明領域に空芯コイルの検出面の重心を配置すること
によって、初めてバルクハウゼンノイズを周波数フィル
タリング装置なしで解析することができる。
に金属系の軟質磁性材料からなるコアを配置することに
よって、さらに磁気シグナルの誘起電圧を高くできる。
例えば、コア材としてパーマロイやFe系あるいはCo
系アモルファス材を用いることによって、さらに高感度
な磁気ヘッドを構成できる。
クハウゼンノイズ検出システムを、図4に示す。本シス
テムは、励磁電流を流すための波形発生器17および電
流増幅器18、検出される電圧波形を増幅する電圧増幅
器20、増幅された波形を解析するデジタルオシロスコ
ープ21から構成される。したがって、従来に比べて周
波数フィルタリング回路を用いる必要がなく、その分だ
け全体重量および消費電力を小さくすることが可能であ
る。
に説明する。図1に示した本発明の磁気ヘッドを用い
て、バルクハウゼンノイズ波形の検出実験を行った。被
測定物は40mm×30mm×15mmの低炭素鋼である。そして、
40mm×30mmの部分を被測定面とした。
その断面形状が矩形状のものを用い、コアの両脚部内側
の形状が互いに平行となるようにした。コアの寸法は、
両脚部内側の距離aが20mmであり、両脚部内側の距
離a方向に対して垂直に測定したコアの厚みbが10m
mである。励磁はコイルに周波数が2.5Hzの正弦波
電流を入力して行った。被測定面に対して励磁ヘッドが
1.0mm離れるように励磁コイルを設置した。上述の
ように、励磁U型コアの両脚部内側の形状が互いに平行
である平面形状とすることで、U型コアの両脚部内側の
表面から出る磁束を、図1において斜線で示している被
測定面に集中させることができる。
メル細線を巻き付けた空芯コイルを用いた。空芯コイル
の方向は検出面が被測定面と平行になるようにした。ま
た、空芯コイルの下部と被測定面の間の距離を1 mmと
し、空芯コイルの検出面の重心をx−y座標面で移動さ
せた。比較のために、検出コイルとして従来型のU型コ
アにはパーマロイ板を積層したものを用いて、被測定物
表面にヘッド面が密着するようにした。
がX軸に平行になるようし、実験ではU型コアの中心軸
をx−y座標上で移動させた。ここで、本発明の空芯コ
イルの検出面の重心位置およびU型検出ヘッドの中心軸
は、|x|≦4mm,|y|≦8.0mm の領域内にあるように
した。
電圧をアンプによって同じ増幅率で増幅し、オシロスコ
ープを用いて波形解析した。下記の表1には、空芯コイ
ルの位置を変えて磁気シグナルを検出した結果と、比較
としてU型検出コア用いた結果を示す。
に、本発明のバルクハウゼンノイズ検出用磁気ヘッドを
用いると、低周波波形の実効値電圧に比べて高い実効値
電圧のバルクハウゼンノイズが得られる。なお、表1に
おける比較例1,2では、従来の磁気ヘッドの検出ヘッ
ドを発明例1,2の空芯コイルと同じ位置に設置した
が、低周波波形の実効値電圧はバルクハウゼンノイズに
比べて著しく大きいことが判る。
積層したコアを挿入し、この検出ヘッドを用いてバルク
ハウゼンノイズの検出を行った。その結果、空芯コイル
を用いたときに比べて約2倍の実効値電圧を持つバルク
ハウゼンノイズを検出することができた。
ノイズ検出用磁気ヘッドを用いることによって、低周波
波形の実効値電圧に比べて同程度もしくは大きな実効値
電圧を持つバルクハウゼンノイズが被測定物から得られ
ることが判った。
第1の実施例で示した励磁ヘッドと空芯コイルを用い
て、バルクハウゼンノイズ波形の空芯コイル位置依存性
を調べた。表2にその結果を示した。
コイルの位置が本発明の条件を満たさないと、バルクハ
ウゼンノイズが著しく小さかったり、低周波波形の実効
値電圧がバルクハウゼンノイズに比べて著しく大きいこ
とが判る。
ば、バルクハウゼンノイズを高感度で検出することがで
きるので、本発明のバルクハウゼンノイズ検出用磁気ヘ
ッドおよびそれを用いた検出システムを用いることによ
って、従来の信号処理システムに比べて周波数フィルタ
リングを省略することができ、信号処理システム全体の
計量小型化を可能とすることができる。また、周波数フ
ィルタリングを省略することで省電力化も実現すること
ができるので、バルクハウゼンノイズを測定するために
必要な電力を低減することができる。
ドの概略を示す図である。
値電圧と空芯コイル検出面の重心位置との関係を示す図
である。
値電圧と空芯コイル検出面の重心位置との関係を示す図
である。
す図である。
の概略を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 磁性体の局部領域を励磁するための励磁
ヘッドと、上記局部領域の磁化の変化を検出するための
検出ヘッドとから構成される磁気ヘッドにおいて、 上記励磁ヘッドを、励磁コイルが巻かれた金属系の軟質
磁性材料のU型コアにより構成し、かつ上記U型コアの
両脚部内側の形状を互いに平行となる平面形状に構成
し、検出ヘッドを、空芯コイルにより構成するととも
に、上記空芯コイルの検出面を被測定面に対して平行に
配置するとともに、 上記U型コアの両脚部内側の距離をaとし、上記脚部内
側の距離a方向に対して垂直方向に測定した上記U型コ
アの厚みをbとし、上記両脚部の厚みbの中点同志を結ん
だ線の中点を原点0、上記原点0から上記両脚部に沿う方
向にX軸を定義し、上記X軸に対して垂直方向にY軸を定
義した場合、上記空芯コイルの検出面の重心を上記励磁
ヘッドに対して、 |x|≦0.2a、|y|≦0.8b で囲まれる領域内に固定することにより、上記空芯コイ
ルに誘起される2つの電圧波形成分である、上記低周波
の電圧波形成分、及びバルクハウゼンノイズと呼ばれる
高周波の電圧波形成分のうち、上記高周波の電圧波形成
分の比率が大きくなるようにしたことを特徴とするバル
クハウゼンノイズ検出用磁気ヘッド。 - 【請求項2】 上記磁気ヘッドが、上記空芯コイルの中
に金属系の軟質磁性材料を配置していることを特徴とす
る請求項1に記載のバルクハウゼンノイズ検出用磁気ヘ
ッド。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の磁気ヘッドを
用いるとともに、被測定物に励磁電流を流すための波形
発生器と、上記波形発生器から導出される電流を増幅す
るための電流増幅器と、上記被測定物から検出される電
圧波形を増幅するための電圧増幅器と、上記増幅された
波形を解析するためのオシロスコープとを具備すること
を特徴とするバルクハウゼンノイズ検出システム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05301063A JP3092837B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | バルクハウゼンノイズ検出用磁気ヘッドおよびそれを用いた検出システム |
US08/336,207 US5565773A (en) | 1993-11-05 | 1994-11-04 | Arrangement of excitation and detection heads for detecting the magnetic properties of an object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05301063A JP3092837B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | バルクハウゼンノイズ検出用磁気ヘッドおよびそれを用いた検出システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07128296A JPH07128296A (ja) | 1995-05-19 |
JP3092837B2 true JP3092837B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=17892423
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05301063A Expired - Lifetime JP3092837B2 (ja) | 1993-11-05 | 1993-11-05 | バルクハウゼンノイズ検出用磁気ヘッドおよびそれを用いた検出システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3092837B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19631311C2 (de) * | 1996-08-02 | 1998-09-24 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Materialcharakterisierung |
JP6675676B2 (ja) * | 2015-03-06 | 2020-04-01 | 高周波熱錬株式会社 | 硬化層深さ測定装置 |
CN109407018A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-03-01 | 北京工业大学 | 高分辨率巴克豪森噪声与增量磁导率扫查成像*** |
-
1993
- 1993-11-05 JP JP05301063A patent/JP3092837B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
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