JPH03135780A - 磁気測定方法およびその装置 - Google Patents

磁気測定方法およびその装置

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JPH03135780A
JPH03135780A JP27891890A JP27891890A JPH03135780A JP H03135780 A JPH03135780 A JP H03135780A JP 27891890 A JP27891890 A JP 27891890A JP 27891890 A JP27891890 A JP 27891890A JP H03135780 A JPH03135780 A JP H03135780A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば鋼管や鉄板等に発生する漏洩磁束を磁
気センサーを用いて測定する磁気測定方法およびこの磁
気測定方法を用いた磁気測定装置に関する。
[従来の技術] 例えば鋼管や鉄板等に発生する欠陥を検査する方法とし
て、超音波探傷法、渦電流探傷法、漏洩磁束探傷法等が
用いられている。
このうち漏洩磁束探傷法は肉厚鋼板の両面を片面側から
探傷可能であること、また鋼管の内外面に発生する欠陥
に対して高い検出感度を有することから比較的広く使用
されている。
漏洩磁束探傷法について従来から公知の技術について述
べると、第6図に示すように、磁化ヨーク1に巻装され
た電磁石用コイル2に直流電源3から直流電力を供給す
るようにしている。磁化ヨーク1の上には試験片4が設
置され磁化されるようになっている。そして試験片4に
欠陥部5があればその欠陥部5から試験片4の外側に磁
束の一部が図中点線で示すように漏洩する。そこで磁気
センサー6により漏洩磁束を検出し電気信号に変換する
ことによって欠陥部5を間接的に検出する。
なお、詳細にっ((ては非破壊検査便覧(日本非破壊検
査協会綿)第■編(P573〜599)を参照。
ところで欠陥部5から漏洩する磁束密度は第7図に鋼材
表面と磁気センサーであるホール素子との距離との関係
で示されているように非常に微弱である。なお、第8図
は第7図の測定に使用される鋼材を示すもので、Wは欠
陥幅、dは欠陥の深さを示している。
このことから漏洩磁束を検出する磁気センサー6として
は、■微少磁界に対する検出感度が高いこと、■磁気セ
ンサーの初期バイアス電圧のバラツキが小さいこと、■
温度特性が良好であること、が要求される。
しかし現在市販されている磁気センサーの微小磁束に対
する検出感度は第9図に示すように極めて小さい。なお
、図中グラフaは磁気センサーとして磁気ダイオードを
使用したものであり、グラフbは磁気抵抗素子を使用し
たものであり、またグラフCはホール素子を使用したも
のである。
また磁気抵抗素子の初期バイアス電圧のバラツキについ
て見ると12個の磁気抵抗素子に対して第10図に示す
バラツキがあった。すなわち各センサー間で大きなバラ
ツキがあり、このため各センサー毎に初期バイアスを調
整しないと増幅時に飽和して探傷不能となる場合が発生
する。
さらに第11図に示すように磁気ダイオード7を抵抗8
を介して直流電源9に接続して温度変化特性を測定した
ところ第12図に示す特性となり、温度による出力変化
が大きい問題があった。
そこで本発明者は、先に微小磁界に対する検出感度が高
く、しかも温度変化に対する出力変化が小さく温度変化
特性の良好な磁気測定装置を開発し出願した。(特願昭
63−50539号)この先願の基本原理を述べると、
第13図に示すように定周波・定電圧電源である発振器
11に固定インピーダンス12と強磁性体コア13に巻
回されたコイル14との直列回路を接続したものにおい
て、発振器11から第14図の(a)に示すような波形
の交流電力をコイル14に供給したとすると、コイル1
4の両端に発生する電圧は固定インピーダンス12の抵
抗値Rとコイル14のインピーダンスZsに対応して決
定される。すなわち、 eo −e−Z s/ (R+Z s)で示される。な
お、eoはコイル14の両端電圧、eは発振器11の出
力電圧である。
そしてコイル14は強磁性体コア13に巻回されている
ので強磁性体コア13の透磁率に比例して変化する。
今、外部磁界を与えるための磁石15を離した状態で、
すなわち外部磁界を加えない状態でコイル14に交流電
流を流したとすると、第15図の(a)に示すように強
磁性体コア13のヒステリシス特性によって強磁性体コ
ア13の透磁率特性は第15図の(b)に示すようにな
る。なお、nはコイル巻数、iはコイル電流である。
このためコイル14の両端に発生する出力電圧は第14
図の(b)に示すような波形となる。そして外部磁界を
加えられない状態では波形は正、負対称波形となり、正
方向の電圧V、と負方向の電圧v2は等しくなる。
しかし磁石15を図中点線で示すようにコイル14に近
接させると強磁性体13を交差する磁束はコイル14で
発生する磁界と外部磁界との合成磁束となる。このため
コイル14の両端に発生する波形は第14図の(C)に
示すようにV、>v2となる。
従ってコイル14の両端に発生する出力電圧の正側の電
圧Vlと負側の電圧v2を比較しその差を求めることに
よって間接的に外部磁界を計測できる。従ってこの原理
を漏洩磁束探傷法に適用すれば外部磁界は欠陥によって
発生するので結局欠陥を探傷できることになる。
このような原理に基づいて具体的には第16図に示す回
路を使用している。これは発振器21に抵抗22と強磁
性体コア23に巻回されたコイル24との直列回路を接
続し、その直列回路に定周波、定電圧の交流電力を供給
している。そして前記コイル24の両端に発生する出力
電圧を正電圧検波器25及び負電圧検波器26にそれぞ
れ供給している。そして前記各検波器25.26からの
検波出力を加算器27に供給して加算し出力電圧vOを
出力するようになっている。
この回路においては、先ず発振器21からコイル24に
抵抗22を介して交流電流を供給して強磁性体23を飽
和するまで磁化する。
そしてコイル24の両端に発生した出力電圧eoをそれ
ぞれ検波器25.26で検出する。正電圧検波器25で
はコイル24に発生する出力電圧e。の正電圧V、に比
例した直流電圧V、を得る。また負電圧検波器26では
コイル24に発生する出力電圧e0の負電圧■2に比例
した直流電圧v2を得る。
しかしてこの各直流電圧V、、V2が加算器27に供給
され、Vl+(−V2)の加算処理が行われその結果が
出力電圧■。とじて出力される。
従って強磁性体コア23に外部磁界が交差しなければl
V+  1=lV21となっているので出力電圧V。は
OVとなる。
また強磁性体コア23に外部磁界が交差すると外部磁界
の極性とその強さに対応して直流電圧V、、V2が変化
するので、加算器27からの出力電圧V。−VI+ (
−V2 )は外部磁界に対応した値となる。しかしてこ
の出力電圧Voによって外部に発生した微小磁束を計測
することができる。
そしてこの方式を使用したところ第17図に示すように
0〜10ガウスという微小な磁束密度に対してO〜略5
00mVという出力電圧V。が得られ検出感度の向上を
図ることができた。
従ってこの磁気測定を鋼管や鋼板等の欠陥を検査する漏
洩磁束探傷法に適用すれば精度の高い欠陥検査が可能と
なる。
[発明が解決しようとする課8] しかしこの先願のものはコイルに交流電力を供給するも
のであるため消費電力が大きい問題がある。特に、バッ
テリ駆動にはあまり適用できないという問題があり、例
えば長距離のバイブラインの欠陥を検査するときには磁
気センサーを備えた検査ヘッドをバイブ内に挿入してケ
ーブルレス方式でその検査ヘッドを駆動して検査を行な
うことになるがこのような場合には検査ヘッドの動力源
はバッテリーとなるので、このような検査には向かない
ことになる。
そこで本発明は、微小磁界に対する検出感度を向上でき
、しかも磁気センサーのコイルをパルス電圧で駆動させ
ることにより、省電力化を図ることができ、従ってバッ
テリー駆動が実現できる磁気測定方法および磁気測定装
置を提供することを目的とする。
また、バイブを検査するためにはバイブの内周面に沿っ
て多数の磁気センサーを並べることになるが、このよう
に多数の磁気センサーを使用すると消費電力がさらに増
大することになる。
従って本発明は、このように多数の磁気センサを使用し
ても各磁気センサーのコイルをパルス電圧で駆動し、各
コイルに発生する電圧を順次択一的に取出すことによっ
て省電力化を図ることができ、バッテリー駆動が実現で
きる磁気測定装置を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解消するために、本発明の磁気11Pj定方
法においては、強磁性体コアにコイルを巻回してなる磁
気センサーを被lp1定磁界に近接させ、この磁気セン
サーのコイルに固定インピーダンスを介して正負のパル
ス電圧を供給し、コイルの両端に発生する電圧の正負の
ピーク値をそれぞれ検出し、この検出された正負のピー
ク値を加算し、この加算値を前記被測定磁界に対応する
測定値としている。
また、本発明の磁気測定装置は、強磁性体コアにコイル
を巻回してなる磁気センサーと、この磁気センサーのコ
イルに固定インピーダンスを介して正負のパルス電圧を
供給するパルス電圧供給源と、コイルの両端に発生する
電圧の正負のピーク値をそれぞれ検出する1対のピーク
値検出手段と、この両ピーク値検出手段にて検出された
正負のピク値を加算して測定出力を送出する加算器を設
けたものである。
また別の発明の磁気測定装置は、パルス電圧供給源から
複数個の磁気センサーのコイルに固定インピーダンスを
介して正負のパルス電圧を供給し、その各コイルの両端
に発生する電圧を選択手段にて順次択一的に取出し、そ
の順次取出される電圧の正負のピーク値を1対のピーク
値検出手段でそれぞれ検出して加算器で加算するもので
ある。
さらに別の発明の磁気n1定装置は、パルス電圧供給源
から複数個の磁気センサーのコイルに固定インピーダン
スを介して正負のパルス電圧を順次択一的に供給し、そ
の各コイルの両端に発生する電圧を選択手段によってパ
ルス電圧供給源から各コイルへのパルス電圧の供給に同
期して順次択一的に取出し、その順次取出される電圧の
正負のピーク値を1対のピーク値検出手段でそれぞれ検
出して加算器で加算するものである。
[作用] このような構成の磁気測定方法および磁気測定装置にお
いては、パルス電圧供給源から被測定磁界に近接された
磁気センサーのコイルに正負のパルス電圧が供給され、
それによってコイル両端に発生する電圧の正負のピーク
値を1対のピーク値検出手段で検出し、その各ピーク値
を加算器で加算することによって磁気センサーが検出す
る被ill定磁界(外部磁界)の変化を電圧レベルの変
化として測定することができる。
また別の発明の磁気測定装置においては、複数個の磁気
センサーのコイルに対して正負のパルス電圧を供給し、
各コイルの両端に発生する電圧を選択手段によって順次
択一的に取出し、その取出された電圧の正負のピーク値
を1対のピーク値検出手段で検出して加算器で加算され
る。従って加算器からは各磁気センサーが検出する被測
定磁界(外部磁界)の変化を電圧信号として順次出力さ
れることになる。
さらに別の発明の磁気測定装置においては、複数個の磁
気センサーのコイルに対して正負のパルス電圧を順次択
一的に供給し、それに同期して各コイルに発生する電圧
を順次択一的に取出すことになる。従ってコイルに対す
るパルス電圧の供給は常に1個毎となり、磁気センサー
1個のときと消費電力は変わらない。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は実施例の磁気測定方法を適用した磁気測定装置
の概略構成を示すブロック図である。
図中101はパルス電圧供給手段を構成するパルス電圧
発生器で、このパルス電圧発生器101からは正負のパ
ルス電圧が一定の間隔で発生するようになっている。こ
のパルス電圧発生器101の出力端子には固定インピー
ダンスである抵抗102と、磁気センサー103のコイ
ル103aとの直列回路が接続されている。前記コイル
103aは強磁性体コア103bに巻回されている。
前記コイル103aの両端に発生する電圧の正負のピー
ク値を1対のピーク値検出手段である正電圧ピーク検波
器104及び負電圧ピーク検波器105で検出している
。これら各ピーク検波器104.105からのピーク検
出出力を加算器106に供給して加算処理し、測定出力
V。を送出するようにしている。
このような構成の本実施例においては、磁気センサー1
03のコイル103aにはパルス電圧発生器101から
パルス電圧が供給され、このパルス電圧によって強磁性
体103bが飽和状態に磁化される。そして強磁性体1
03bに被測定磁界としての外部磁界が交差すると外部
磁界の極性とその強さに対応してコイル103aには正
電圧と負電圧が発生する。
しかして正電圧のピーク値V1が正電圧ピーク検波器1
04によって検出され、負電圧のピーク値V2が負電圧
ピーク検波器105によって検出され、加算器106で
Vl+(V2)の加算処理が行われて測定出力V。が送
出されることになる。
このように磁気センサー103のコイル103aに対し
てパルス電圧を供給しているので、交流電力を供給する
ものに比べて消費電力は少なくなり、省電力化を図るこ
とができる。
例えばパルス電圧のパルス幅τとパルス周期Tとの比を
(10〜100)τ−Tにすれば磁気センサー103に
供給する平均電力を1/10〜1/100程度に抑える
ことができ動力源としてバッテリーを使用することが充
分に可能となる。
また、コイル103aに発生する電圧のピーク値を検出
するようにしているので、T/τを2〜100という広
い幅で変化させても第2図にグラフ■に示すように微小
磁束の検出感度の相対感度はほとんど変化しない。これ
に対して第16図に示すような振幅検波方式では第2図
にグラフ■で示すようにT/τが5以上大きくなると感
度が急激に低下し省電力化を図ることが困難となる。
第3図は本発明の他の実施例に係わる磁気測定装置の概
略構成を示すブロック図である。なお、第1図の実施例
と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説
明を省略する。
この実施例装置においては、パルス電圧供給源を矩形波
発振器107、パルス電圧発生器108及びパルス電力
増幅器109で構成している。前記矩形波発振器107
は第4図の(a)に示す矩形波信号を発生し、前記パル
ス電圧発生器108ではこの矩形波信号の立上がり及び
立下がりに同期して第4図の(C)に示すような正負の
パルス電圧を一定間隔で発生している。そしてこのパル
ス電圧を前記パルス電力増幅器109で増幅して出力し
ている。
またn個の磁気センサー103..103□。
・・・103.を設け、その各磁気センサー103゜〜
103..のコイル103+ a、1032 a、−1
03、aをそれぞれ抵抗102..102□。
・・・102.を介して前記パルス電力増幅器109の
出力端子に接続している。
そして前記各磁気センサー1031〜1031のコイル
両端電圧をそれぞれ選択手段であるマルチプレクサ11
0に供給している。
前記マルチプレクサ110は入力される各コイル103
.a〜103゜aから発生する電圧を順次択一的に取出
して正電圧ピーク検波器104及び負電圧ピーク検波器
105にそれぞれ供給している。
前記各ピーク検波器104,105は人力される各コイ
ル103+ a〜103.aからの出力電圧のピーク値
を順次検出して第4図の(e)、(【)に示す検出信号
を加算器106に出力するようにしている。
また前記矩形波発振器107からの矩形波信号を分周器
111に供給している。そしてこの分周器111で1/
2分周を行ない第4図の(b)に示す分周信号を出力し
ている。
前記分周器111からの分周信号を放電パルス発生器1
12及び移相器113にそれぞれ供給している。
前記放電パルス発生器112は第4図の(d)に示すよ
うに入力される分周信号の立上がりに同期した放電パル
ス信号を発生して前記各ピーク検波器104,105に
それぞれ供給しその各検波器の出力電圧を「0」クリア
するようにしている。
前記移相器113は入力される分周信号を90°移相し
てマルチプレクサ制御器114に供給している。
前記マルチプレクサ制御器114は前記移相器113か
らの信号に同期した第4図の(g)に示すクロック信号
を作り、そのクロック信号を前記マルチプレクサ110
に供給している。
前記マルチプレクサ110はクロック信号によって制御
されて選択切換え動作を行なうようになっている。
このような構成の本実施例においては、パルス電圧発生
器108からの正負のパルス電圧が発生し、このパルス
電圧がパルス電力増幅器109で電力増幅されそれぞれ
抵抗1021〜102.を介して磁気センサー1031
〜103aのコイル103+ a〜103、aに供給さ
れる。
一方、マルチプレクサ110はマルチプレクサ制御器1
14からのクロック信号によって制御されて各コイル1
03.a〜103..aから発生する電圧を順次択一的
に取出して各ピーク検波器104.105にそれぞれ供
給する。
しかして各ピーク検波器104,105からは各コイル
103.a〜103aaから発生する電圧のピーク値が
順次加算器106に供給され、その加算器106で順次
加算されて各磁気センサー1031〜103.の測定出
力が送出されることになる。
このように多数の磁気センサーを使用しても各磁気セン
サーのコイルに供給されるのはパルス電圧であるのです
べての磁気センサーで消費される電力はごく僅かとなる
従ってこのように多数の磁気センサーを使用してもバッ
テリー駆動が実現できる。また通常の交流電力を供給す
るものでは多数の磁気センサーを使用するとそれらに供
給する電力が多大となるため大容量の増幅器等を使用し
なければならないが、本実施例ではパルス電力増幅器1
09の容量が小さくてよい。
従って長距離のパイプラインの欠陥をケーブルレス方式
で検査する場合にきわめて適している。
第5図はさらに別の実施例に係わる磁気測定装置を示す
ブロック図である。前述した第3図の実施例と同一部分
には同一符号を付して重複する説明を省略している。
この実施例装置においては、固定インピーダンスとして
1個の抵抗102を使用し、パルス電力増幅器109か
らのパルス電圧をこの抵抗102を介してマルチプレク
サ110とは別のマルチプレクサ115に供給している
。このマルチプレクサ115の各出力端子には各磁気セ
ンサー103+−103−のコイル103.a〜103
、、aがそれぞれ接続されている。そして、このマルチ
プレクサ115も前記マルチプレクサ110と同様に、
マルチプレクサ制御器114からのクロック信号によっ
て制御されるようになっている。
このような構成の実施例においては、マルチプレクサ1
15によって各磁気センサー103.〜103゜のコイ
ル1031 a〜103.aに順次択一的にパルス電圧
が供給され、かつマルチプレクサ110によって各コイ
ル103+ a〜103、aに発生する電圧が順次択一
的に取出されることになる。
従って、多数の磁気センサー1031〜103゜を使用
しても動作的には1個の磁気センサーを動作させること
と同様となる。すなわちマルチプレクサ115によって
磁気センサー103、にパルス電圧が供給されたとき、
その磁気センサー103.のコイル103.aに発生す
る電圧がマルチプレクサ110によって取出されること
になる。
従って、この実施例装置ではさらに消費電力の省力化を
図ることができ、またパルス電力増幅器109の容量も
さらに小さくできる。
[発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、微小磁界に対する
検出感度を向上でき、しかも磁気センサーのコイルをパ
ルス電圧で駆動させることにより、省電力化を図ること
ができる。したがって、例えば本発明の磁気測定方法お
よび磁気測定装置をバッテリ駆動により実現する上で非
常に有効である。
また、多数の磁気センサーを使用しても各磁気センサー
のコイルをパルス電圧で駆動し、各コイルに発生する電
圧を順次択一的に取出すことによって省電力化を図るこ
とができ、バッテリー駆動による場合に特に有効な磁気
測定方法および磁気測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わる磁気測定方法を適用
した磁気測定装置を示す回路ブロック図、第2図は同実
施例においてT/τを変化したときの微小磁束検出感度
の相対感度特性を示すグラフ、第3図ルび第4図は本発
明の他の実施例装置を示すもので、第3図は回路ブロッ
ク図、第4図は同実施例の各部の出力波形図、第5図は
さらに別の実施例の回路ブロック図、第6図は従来の漏
洩磁束探傷法を説明するための構成図、第7図は第6図
における鋼材表面とホール素子との距離に対する漏れ磁
束密度特性を示す特性図、第8図は第7図の特性を得る
ための鋼材における欠陥例を示す図、第9図は従来の各
種センサーの磁束密度−出力電圧特性を示す特性図、第
10図は従来の磁気抵抗素子の初期バイアス電圧のバラ
ツキを示すグラフ、第11図は従来の磁気ダイオードの
温度−出力電圧特性をn1定するためのITFI定回路
図、第12図は第11図での温度−出力電圧特性を示す
特性図、第13図は可飽和形磁気センサーによる測定原
理を説明するための回路図、第14図は第13図におけ
るコイルへの供給電力波形及びコイルの出力電圧波形を
示す図、第15図は第13図における強磁性体コアのヒ
ステリシス特性及び透磁率を示す特性図、第16図及び
第17図は先願例を示すもので、第16図は回路ブロッ
ク図、第17図は検出感度特性を示すグラフである。 101.108・・・パルス電圧発生器、102゜10
21〜102o・・・抵抗(固定インピーダンス)  
 103,1031〜103.・・・磁気センサー 1
03a、103.a〜103 * a・・・コイル、1
04・・・正電圧ピーク検波器、105・・・負電圧ピ
ーク検波器、106・・・加算器、110゜115・・
・マルチプレクサ。 第1図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)強磁性体コアにコイルを巻回してなる磁気センサ
    ーを被測定磁界に近接させ、この磁気センサーのコイル
    に固定インピーダンスを介して正負のパルス電圧を供給
    し、前記コイルの両端に発生する電圧の正負のピーク値
    をそれぞれ検出し、この検出された正負のピーク値を加
    算し、この加算値を前記被測定磁界に対応する測定値と
    することを特徴とする磁気測定方法。
  2. (2)強磁性体コアにコイルを巻回してなる磁気センサ
    ーと、この磁気センサーのコイルに固定インピーダンス
    を介して正負のパルス電圧を供給するパルス電圧供給源
    と、前記コイルの両端に発生する電圧の正負のピーク値
    をそれぞれ検出する1対のピーク値検出手段と、この両
    ピーク値検出手段にて検出された正負のピーク値を加算
    して測定出力を送出する加算器を設けたことを特徴とす
    る磁気測定装置。
  3. (3)強磁性体コアにコイルを巻回してなる複数個の磁
    気センサーと、この各磁気センサーのコイルに固定イン
    ピーダンスを介して正負のパルス電圧を供給するパルス
    電圧供給源と、前記各コイルの両端に発生する電圧を順
    次択一的に取出す選択手段と、この選択手段にて順次取
    出される電圧の正負のピーク値をそれぞれ検出する1対
    のピーク値検出手段と、この両ピーク値検出手段にて検
    出された各電圧毎の正負のピーク値を加算して前記各磁
    気センサーに対応した測定出力を送出する加算器を設け
    たことを特徴とする磁気測定装置。
  4. (4)強磁性体コアにコイルを巻回してなる複数個の磁
    気センサーと、この各磁気センサーのコイルに固定イン
    ピーダンスを介して正負のパルス電圧を順次択一的に供
    給するパルス電圧供給源と、前記各コイルの両端に発生
    する電圧を前記パルス電圧供給源から各コイルへのパル
    ス電圧の供給に同期して順次択一的に取出す選択手段と
    、この選択手段にて順次取出される電圧の正負のピーク
    値をそれぞれ検出する1対のピーク値検出手段と、この
    両ピーク値検出手段にて検出された各電圧毎の正負のピ
    ーク値を加算して前記各磁気センサーに対応した測定出
    力を送出する加算器を設けたことを特徴とする磁気測定
    装置。
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