JP4568377B1

JP4568377B1 - Ｌモードガイド波センサとその使用方法

Info

Publication number: JP4568377B1
Application number: JP2010101817A
Authority: JP
Inventors: 光喜大黒; 正人吉崎; 秀一佐藤
Original assignee: IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Current assignee: IHI Inspection and Instrumentation Co Ltd
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: US9551691B2; US20130036822A1; WO2011135732A1; EP2565642A4; JP2011232135A; EP2565642A1; EP2565642B1

Abstract

【課題】小型化が可能になるとともに、強磁性材料以外の材料で形成されている物についても検査することを可能にするＬモードガイド波センサを提供する。
【解決手段】Ｌモードのガイド波を用いて被検査体を検査するためのＬモードガイド波センサ１０。被検査体１に取り付けられる振動子３と、振動子３に巻かれ交流電圧が印加されるコイル５とを備える。振動子３は、強磁性材料により形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｌモード（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｍｏｄｅ）のガイド波を用いて被検査体を検査するＬモードガイド波センサとその使用方法に関する。なお、Ｌモードのガイド波は、その伝播方向に振動しながら被検査体中を伝播する。また、当該ガイド波の周波数は、例えば、１ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ（一例では、３２ｋＨｚ、６４ｋＨｚ、１２８ｋＨｚなど）である。

Ｌモードのガイド波は、例えば、図１の構成により発生させられる。図１において、コイル２１が被検査体１（図では配管）に巻かれており、磁石２３が被検査体１に取り付けられている。この状態で、コイル２１に交流電流を流すと、交流磁場が発生する。この交流磁場による磁力と磁石２３による磁場を利用して、強磁性体である被検査体１を磁歪効果により振動させ、これにより音波の一種であるガイド波を発生させる。発生したガイド波は、被検査体１中をその長手方向に沿って伝播していく。

ガイド波の反射波を検出することで、被検査体１の健全性を検査する。ガイド波は、被検査体１における不連続部や、被検査体１の断面積変化などによって反射波として反射される。この反射波を検出することで、被検査体１の健全性を検査する。被検査体１の健全性として、例えば、被検査体１の傷または腐食のなどの欠損部分の有無を検査する。

このようなガイド波は、一般の音波検査で用いる音波と比較して、減衰が少なく、被検査体１の広範囲にわたって被検査体１の健全性を検査できる。一般の音波検査において使用する音波は、例えば、周波数が５ＭＨｚと高く波長が０．６ｍｍと小さいため、減衰しやすい。これに対し、上述のようなガイド波は、例えば、周波数が数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚと小さく波長が１００ｍｍと大きいので、減衰しにくい。

本願の先行技術文献として、例えば下記の特許文献１がある。

特開２００９−３６５１６号公報

Ｌモードのガイド波を用いた検査において、以下の問題（Ａ）、（Ｂ）があった。

（Ａ）装置が、次のように大型化してしまう。図１の構成では、コイル２１を被検査体１に巻くので、被検査体１が大きい場合には、コイル２１の寸法も大きくなってしまう。同様に、被検査体１が大きい場合には、強磁性体である被検査体１内の磁場を保持できる磁力を有する大型の磁石２３が必要であった。このように、コイル２１や磁石２３の寸法が大きくなってしまう。

（Ｂ）被検査体１に、Ｌモードのガイド波を発生させるためには、被検査体１が強磁性材料で形成されている必要があった。そのため、強磁性材料以外の材料で形成されている物については、Ｌモードのガイド波により検査ができなかった。

そこで、本発明の目的は、小型化が可能になるとともに、強磁性材料以外の材料で形成されている物についても検査することを可能にするＬモードガイド波センサとその使用方法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明によると、Ｌモードのガイド波を用いて被検査体を検査するためのＬモードガイド波センサであって、被検査体に取り付けられる振動子と、交流電圧が印加されるコイルと、を備え、前記振動子は、強磁性材料により薄板状に形成されており、前記薄板状の振動子に前記コイルが巻かれており、前記振動子の厚み方向一方側にある前記振動子の側面が被検査体の外面に対向するように、前記振動子が前記被検査体の前記外面に取り付けられた状態で、前記コイルに交流電圧が印加されることで、前記振動子の振動が前記被検査体に伝わることにより、Ｌモードのガイド波が前記被検査体中に発生するようになっている、ことを特徴とするＬモードガイド波センサが提供される。
また、本発明によると、上述のＬモードガイド波センサの使用方法であって、前記振動子の厚み方向一方側にある前記振動子の側面が被検査体の外面に対向するように、前記振動子を前記被検査体の前記外面に取り付けた状態で、前記コイルに交流電圧を印加することで、前記振動子の振動を前記被検査体に伝えることにより、Ｌモードのガイド波を前記被検査体中に発生させる、ことを特徴とするＬモードガイド波センサの使用方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によると、前記振動子には、磁石が取り付けられており、
該磁石において、前記コイルの軸方向一方側がＳ極となっており、前記コイルの軸方向他方側がＮ極となっている。

上述した本発明によると、被検査体に取り付けられる振動子を強磁性材料で形成し、この振動子にコイルを巻くようにしたので、コイルの寸法を被検査体の寸法に合わせる必要がない。従って、Ｌモードガイド波センサを小型化することが可能となる。
また、被検査体とは別個の強磁性体である振動子自体に、コイルによる交流磁場を印加することで、振動子を振動させ、これにより、被検査体にガイド波を発生させる。従って、強磁性材料以外の材料で形成されている物も、被検査体とすることができる。

Ｌモードのガイド波を発生させるために従来用いていた装置を示す。本発明の実施形態によるＬモードガイド波センサを被検査体に取り付けた状態を示す。図１におけるＬモードガイド波センサ付近の部分拡大図である。本発明の実施形態によるＬモードガイド波センサを示す斜視図である。複数のＬモードガイド波センサによりガイド波を多チャンネル化する場合を示す。振動子と被検査体の間に接触媒質を設けた場合を示す。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図２（Ａ）は、本発明の実施形態によるＬモードガイド波センサ１０を被検査体に取り付けた状態を示す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ矢視断面図である。
図３（Ａ）は、図２（Ａ）におけるＬモードガイド波センサ１０付近の部分拡大図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ矢視断面図である。
図４（Ａ）は、Ｌモードガイド波センサ１０において、振動子３と磁石７とを分離した状態を示す斜視図である。図４（Ｂ）は、Ｌモードガイド波センサ１０の斜視図である。

Ｌモードガイド波センサ１０は、Ｌモードのガイド波を用いて被検査体１を検査するための装置である。Ｌモードガイド波センサ１０は、振動子３、コイル５、および磁石７を備える。

振動子３は、強磁性材料で形成されている。好ましくは、図３のように、振動子３を、薄く（薄板状に）形成する。これにより、振動子３が小型であっても、振動子３の振動が、被検査体１へより伝わりやすくなるように、振動子３と被検査体１との接触面積を大きくすることができる。
図３、図４の例では、振動子３における被検査体１に接触する接触面３ａは、平面であるが、曲面であってもよい。すなわち、振動子３を薄く（薄板状に）形成する場合、振動子３の接触面３ａは、接触面３ａが取り付けられる被検査体１の表面の曲面形状に整合した曲面であってもよい。これにより、振動子３の接触面３ａ全体を被検査体１に密着させることができる。
振動子３は、適宜の手段（テープや接着剤）などで被検査体１に取り付けてよい。ただし、被検査体１が磁性材料で形成されている場合には、振動子３に取り付けられた磁石７の磁力を利用して、振動子３を被検査体１に取り付けることができる。

コイル５は、振動子３に巻かれている。コイル５には、交流電圧が印加される。

磁石７は、振動子３に取り付けられている。磁石７において、コイル５の軸方向一方側がＳ極となっており、コイル５の軸方向他方側がＮ極となっている。磁石７は、強磁性体（振動子３）内の磁場を保持するだけの磁力を有していればよい。磁石７は、永久磁石であるのがよい。磁石７は、振動子３の接触面３ａと反対側の面３ｂに取り付けられる。
また、磁石７は、振動子３と同様に薄く（薄板状）に形成するのがよい。これにより、磁石７による磁場を、振動子３内に効率よく作用させることができる。この場合、振動子３の面３ｂに取り付けられる磁石７の取付面７ａは、振動子３における面３ｂの形状に整合した形状であるのがよい。これにより、磁石７の取付面７ａ全体を被検査体１に密着させることができる。

振動子３、コイル５および磁石７は、接着剤などの適宜の結合手段により、一体として結合されているのがよい。

Ｌモードガイド波センサ１０は、図４のように、交流電源９、および検出装置１１をさらに備える。交流電源９は、コイル５に交流電圧を印加する。検出装置１１は、コイル５の両端間の電圧を検出できるようにコイル５に接続されている。なお、図２、図３では、交流電源９と検出装置１１の図示を省略している。

図２、図３のように、コイル５が巻かれ磁石７が取り付けられた振動子３を被検査体１に取り付けた状態で、適宜のスイッチをオンすることで、交流電源９がコイル５に交流電圧を印加する。これにより、振動子３が振動して、Ｌモードのガイド波が被検査体１中に発生し、かつ、当該ガイド波が被検査体１内を伝播していく。このように伝播していったガイド波が、被検査体１における傷や腐食（減肉）などの欠陥部位で反射して、振動子３の位置へ戻って来る。反射波が振動子３の位置に到達することでコイル５の両端間に発生する電圧を検出装置１１により検出する。

上述した本実施形態のＬモードガイド波センサ１０によると、以下の効果（１）〜（７）が得られる。

（１）被検査体１に取り付けられる振動子３を強磁性材料で形成し、この振動子３にコイル５を巻くようにしたので、コイル５の寸法を被検査体１の寸法に合わせる必要がない。従って、Ｌモードガイド波センサ１０を、図１の場合と比較して格段に小型化することが可能となる。

（２）被検査体１とは別個の強磁性体である振動子３に、コイル５による交流磁場を印加することで、振動子３を振動させ、これにより、被検査体１にガイド波を発生させる。従って、強磁性材料以外の材料で形成されている物も、被検査体１とすることができる。

（３）磁石７の磁力を、従来の場合と比較して大幅に小さくすることができるので、磁石７を小型化することができる。従来では、図１のように、強磁性体である被検査体１内の磁場を保持できる磁力を有する大型の磁石が必要であった。これに対し、本実施形態では、小型の振動子３（強磁性体）内の磁場を保持するだけの磁力を有する磁石７であればよいので、磁石７を小型化できる。

（４）振動子３、コイル５および磁石７は、接着剤などの適宜の結合手段により、一体化されているので、振動子３、コイル５および磁石７の取り扱いが容易になる。この場合、一体化した振動子３、コイル５および磁石７を、交流電源９および検査装置１１とコイル５が接続可能なＬモードガイド波センサ１０とすることができ、当該Ｌモードガイド波センサ１０を、交流電源９および検査装置と切り離した製品として販売することもできる。

（５）Ｌモードガイド波センサ１０を小型化することができるので、次のように、被検査体１の多様な形状にも対応可能となる。従来では、被検査体１は、ガイド波発生に必要な分だけコイルが巻き付けられる形状（例えば、円筒形状）を有している必要があった。これに対し、本実施形態では、被検査体１に、小型の振動子３を取り付ければよい。従って、本実施形態では、被検査体１の形状に制限されることなく、様々な形状（例えば、大型の平板）を有する物を被検査体１にすることができる。

（６）Ｌモードガイド波センサ１０を小型化することができるので、被検査体１の狭隘部にもＬモードガイド波センサ１０を取り付けることができる。

（７）Ｌモードガイド波センサ１０を小型化することができるので、図５のように、複数のＬモードガイド波センサ１０を、被検査体１上に配列させて、被検査体１に取り付けることができる。これにより、Ｌモードガイド波の多チャンネル化（図５では、チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４）が可能となる。なお、図５では、各Ｌモードガイド波センサ１０の交流電源９と検査装置１１の図示を省略している。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記の変形例１〜３を、適切に組み合わせて、または、単独で採用してもよい。

（変形例１）
図３の例では、振動子３を被検査体１に直接取り付けていたが、図６のように接触媒質１３を介して振動子３を被検査体１に取り付けてもよい。図６（Ａ）は、図３（Ａ）に対応するが、接触媒質１３を設けた場合を示す。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の６Ｂ−６Ｂ矢視断面図である。
接触媒質１３により、振動子３と被検査体１との接触面積が大きくとれない場合でも、振動子３と被検査体１との間の振動伝達性を良好にすることができる。接触媒質１３は、振動子３と被検査体１とを結合させる接着剤、テープなどの変形可能な固体、振動子３と被検査体１との間の空間を埋める液体であってよい。接触媒質１３として固体を用いる場合には、接触媒質１３は、振動子３と被検査体１との両方に密着できる形状を有するのがよい。接触媒質１３として液体を用いる場合には、適宜の手段（例えば、前記空間を囲むように被検査体１に接着したシール材）により、振動子３と被検査体１との間の前記空間に液体を保持するのがよい。

（変形例２）
磁石７は、永久磁石であったが、電磁石であってもよい。この場合、磁石７は、固体部分（好ましくは、磁性材料で形成された芯部）と、該固体部分に巻かれたコイルとからなる。また、該コイルに直流電流を流すことで、磁場を振動子３に作用させる。

（変形例３）
磁石７を省略してもよい。すなわち、交流電圧をコイル５に印加することで、強磁性体の振動子３に生じる磁場を利用して、Ｌモードのガイド波を被検査体１に伝播させること可能である。この場合には、磁石７を省略してもよく、他の点は、上述と同じである。

１被検査体、３振動子、３ａ振動子の接触面，５コイル、７磁石、９交流電源、１０Ｌモードガイド波センサ、１１検出装置、１３接触媒質

Claims

Ｌモードのガイド波を用いて被検査体を検査するためのＬモードガイド波センサであって、
被検査体に取り付けられる振動子と、
交流電圧が印加されるコイルと、を備え、
前記振動子は、強磁性材料により薄板状に形成されており、前記薄板状の振動子に前記コイルが巻かれており、
前記振動子の厚み方向一方側にある前記振動子の側面が被検査体の外面に対向するように、前記振動子が前記被検査体の前記外面に取り付けられた状態で、前記コイルに交流電圧が印加されることで、前記振動子の振動が前記被検査体に伝わることにより、Ｌモードのガイド波が前記被検査体中に発生するようになっている、ことを特徴とするＬモードガイド波センサ。
前記振動子には、磁石が取り付けられており、
前記磁石において、前記コイルの軸方向一方側がＳ極となっており、前記コイルの軸方向他方側がＮ極となっている、ことを特徴とする請求項１に記載のＬモードガイド波センサ。
請求項１または２に記載のＬモードガイド波センサの使用方法であって、
前記振動子の厚み方向一方側にある前記振動子の側面が被検査体の外面に対向するように、前記振動子を前記被検査体の前記外面に取り付けた状態で、前記コイルに交流電圧を印加することで、前記振動子の振動を前記被検査体に伝えることにより、Ｌモードのガイド波を前記被検査体中に発生させる、ことを特徴とするＬモードガイド波センサの使用方法。