探傷方法及び探傷装置
【課題】磁束密度の変化を、ファラデー効果を利用して偏光面の回転角の変化として検出することにより、磁性体である被探傷部材の傷を検出する場合において、磁束密度の測定領域を高分解能化して高精度の探傷を実現し得る探傷装置を提供する。
【解決手段】磁性体である被探傷部材２に渦電流を流すための交番磁界を発生するコイル１と、被探傷部材２の表面と相対向する端面に反射膜を有して前記コイル１の内周部の中心に配設した磁気光学素子３と、光源５からの光を前記反射膜に向けサーキュレータ９を介して前記磁気光学素子３に入射させる光ファイバ４と、反射膜で反射した反射光をサーキュレータ９を介して検光子１０に入射させる光ファイバ４と、前記検光子１０の出力光を電気信号に変換する光電変換素子１１と、この光電変換素子１１の出力信号を処理して前記反射光の偏向面の回転角に基づき前記被探傷部材２の傷を検出する演算処理装置１２とを有する。
【解決手段】磁性体である被探傷部材２に渦電流を流すための交番磁界を発生するコイル１と、被探傷部材２の表面と相対向する端面に反射膜を有して前記コイル１の内周部の中心に配設した磁気光学素子３と、光源５からの光を前記反射膜に向けサーキュレータ９を介して前記磁気光学素子３に入射させる光ファイバ４と、反射膜で反射した反射光をサーキュレータ９を介して検光子１０に入射させる光ファイバ４と、前記検光子１０の出力光を電気信号に変換する光電変換素子１１と、この光電変換素子１１の出力信号を処理して前記反射光の偏向面の回転角に基づき前記被探傷部材２の傷を検出する演算処理装置１２とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は探傷方法及び探傷装置に関し、特にコイルが発生する交番磁界により磁性体である被探傷部材に渦電流を発生させ、傷の存在により乱れる前記渦電流に起因する磁束密度の変化に基づき前記被探傷部材の非破壊検査を行う場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
電力設備の部品（例えば火力発電設備のガスタービン翼）に用いられる金属材料の表面乃至内部の傷を検知する探傷方法として渦電流探傷法が知られている。この渦電流探傷法は、コイルが発生する交番磁界により被探傷部材に渦電流を発生させ、その傷の存在により乱れる前記渦電流に起因する磁束密度の変化を検知することで所定の探傷を行うものである。
【０００３】
かかる探傷法を、その原理を示す図２０に基づきさらに詳細に説明する。同図（ａ）に示すように、先ずコイル０１に電流０２を流すことにより磁束０３を発生させる。次に、図２０（ｂ）に示すように、コイル０１を磁性体である被探傷部材０４に接近させることによりこの被探傷部材０４に渦電流０５を発生させる。この結果、図２０（ｃ）に示すように、渦電流０５による磁束０６が発生する。このとき、図２０（ｄ）に示すように、被探傷部材０４に傷０７が発生していると渦電流０５が乱され、結果として渦電流０５による磁束０６が変化する。かかる磁束０６の変化により被探傷部材０４の傷０７を検出する。
【０００４】
ところが、近年、探傷精度のさらなる向上が望まれており、従来技術に係る渦電流探傷法の精度では、特に傷の位置の特定の際の精度において不十分なものとなってしまっていた。
【０００５】
一方、磁束密度の変化を、ファラデー効果（磁化した結晶中を直線偏光が透過したときに、偏光面が回転する現象）を利用して偏光面の回転角の変化として検出することにより、磁性体である被探傷部材の傷を検出する探傷方法が提案されている。例えば、特開平２−１８９４５７号公報に開示する探傷方法である。
【０００６】
この探傷方法は、図２１及び図２２に示すように、磁性体からなる被検査材料０１１の被検査面０１２を含む部分に磁化手段０１３で磁界を与え、この状態で被検査材料０１１とこれに近接して配置されたファラデー素子０１６を内蔵するセンサ部０１５との何れか一方を移動する。同時に、ファラデー素子０１６内に光Ｌを入射させ、このファラデー素子０１６から出射する光Ｌの光強度を測定することによって被検査材料０１１からの漏洩磁束Ａの変動を検知し、上記被検査材料０１１の欠陥部０１４を検出する。ここで、センサ部０１５は、ファラデー素子０１６とともに偏光子０１７、検光子０１８及びミラー０１９と一つの筐体の内部に一体的に収納してある。
【０００７】
かくして、光発信機０２０から出射した光Ｌが入力用光ファイバ０２１を介して偏光子０１７に至り、ファラデー素子０１６、検光子０１８及びミラー０１９を介してセンサ部０１５の外部に至り、出射用光ファイバ０２２を介して光受信機０２３に入射される。光受信機０２３に入射された光Ｌは電気信号θに変換され、演算部０２４で所定の処理をした後、この処理結果がＸ−Ｙレコーダ等の表示部０２５に表示される。
【０００８】
ところが、かかる探傷方法では、偏光子０１７を介してファラデー素子０１６に入射した光Ｌがファラデー素子０１６を横断して検光子０１８に入射するようになっているので、ファラデー素子０１６に入射してから出射するまでの全域で光Ｌが磁界の影響を受けてしまい、その分磁束密度の測定領域が広がり、分解能が劣るものとなってしまう。
【０００９】
なお、本発明に関連のある公知技術としては、上記公開特許公報とともに、次の特許文献を挙げることができる（特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開平２−１８９４５７号公報
【特許文献２】特開平６−２９４７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来技術に鑑み、磁束密度の変化を、ファラデー効果を利用して偏光面の回転角の変化として検出することにより、磁性体である被探傷部材の傷を検出する場合において、磁束密度の測定領域を高分解能化して高精度の探傷を実現し得る探傷方法及び探傷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】
【００１２】
上記目的を達成する本発明は、次の知見を基礎とするものである。
【００１３】
（１） 磁性体である被探傷部材の傷に起因して発生する磁束密度変化の計算例を示す。図１に示すようなコイル１に印加する交流電圧の周波数を５００ｋＨｚ、電流値を１ＡＴ、コイル１と被探傷部材２との間の距離が０．５ｍｍとした場合、コイル１から発生する磁束の磁束密度Ｂ０は４．１７３９Ｇで、被探傷部材２に形成した深さｄが０．２ｍｍの傷による磁束密度変化ΔＢは１０ｍＧとなる。以下、同様の計算を繰り返すことによって、傷の深さｄに対応させて磁束密度変化ΔＢの値を求めることができる。
【００１４】
これは、一定の条件の下で、予め傷の深さｄと磁束密度変化ΔＢとの関係を求めておき、これをデータベースとして記憶しておけば、このデータベースを参照して計測データと比較することにより傷の深さｄを求めることができることを示唆している。
【００１５】
このとき、コイル１が形成する内周円の中心位置に磁気光学素子３を占位させておけばこの磁気光学素子３に入射する光は、ファラデー効果によりその偏波面が回転する。したがって、コア径が小さな光ファイバ４で光を磁気光学素子３に入射するとともに、この磁気光学素子３の端面で反射した反射光を取り出して偏波面の回転量を検出してやれば磁束密度の変化を高分解能で検出することができる。このときの分解能は、光ファイバ４の径に依存するからである。ちなみに、かかる用途に好適なシングルモード光ファイバにはコア径が１０μｍのものが存在する。
【００１６】
（２） 図２は種類が異なる各種の傷を被探傷部材に形成した場合の探傷の様子を概念的に示す説明図である。同図に示すように、被探傷部材２ａは貫通傷、被探傷部材２ｂは表面からの亀裂、被探傷部材２ｃは裏面からの亀裂を形成したものである。また、図３乃至図５は、順に被探傷部材２ａ乃至２ｃを探傷した結果を示す特性図である。すなわち、光ファイバ４を介して検出した、磁束による偏波面の回転を、これを表す電圧信号として検出したものであり、各図はコイル１及び磁気光学素子３を被探傷部材２ａ、２ｂ、２ｃの表面に沿って移動しつつ各部の磁界を計測したものである。ここで、位相とはコイル１が発生する磁界と、磁気光学素子３が検出する磁界とを表す電圧信号同士の位相差である。
【００１７】
図３乃至図５を参照すれば、各傷の性状により得られる信号形状に差異が認められ、傷は出力電圧の最大値近傍に存在していることが分かる。
【００１８】
このことは、かかるデータを集積することにより傷の状態を特定するデータベースを構築し得ることを示唆している。
【００１９】
（３） 図６は磁気光学素子３の感度を調べたもので、傷のない被探傷部材２にコイル１で磁界を発生させ、測定可能な磁界を求めた際の特性を示す図である。ここで、印加磁束密度は４Ｇ、印加電圧の周波数は１００ｋＨｚ、分解能帯域幅は１０Ｈｚ、平均化は２０回とした。かかる条件で計測すると、信号強度は−４５．７５ｄＢｍ、雑音は−１０５．８１ｄＢｍ、ＳＮＲは６０．１６ｄＢとなり、雑音平衡磁界は４Ｇ／１００７＝４．０４ｍＧが得られた。すなわち、１．４ｍＧ以上であれば計測が可能である。これは、上記（１）における計算結果の１０ｍＧの傷を十分測定可能であることを示唆している。
【００２０】
かかる知見に基づく本発明の第１の態様は、
コイルが発生する交番磁界により磁性体である被探傷部材に渦電流を発生させる一方、前記渦電流が形成する磁界中に配設した磁気光学素子に光ファイバを用いて入射させた光を前記磁気光学素子の端面で反射させて取り出し、前記被探傷部材の傷による磁束密度の変化をファラデー効果による前記反射光の偏光面の回転角に基づき検出することにより前記被探傷部材の探傷を行うようにしたことを特徴とする探傷方法である。
【００２１】
本発明の第２の態様は、
磁性体である被探傷部材に渦電流を流すための交番磁界を発生するコイルと、
一端面に反射膜を設けて前記コイルの近傍部分に配設した磁気光学素子と、
光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる入射用光ファイバと、
前記反射膜で反射した反射光を検光子に入射させる出射用光ファイバと、
前記検光子の出力光を電気信号に変換する光電変換素子と、
この光電変換素子の出力信号を処理して前記反射光の偏光面の回転角に基づき前記被探傷部材の傷を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする探傷装置である。
【００２２】
本発明の第３の態様は、
上記第２の態様に記載する探傷装置において、
入射用光ファイバと出射用光ファイバとを１本の光ファイバで形成するとともにその光路の途中にサーキュレータを介在させ、光源からサーキュレータを介して磁気光学素子に光を入射させるとともに、この磁気光学素子からの反射光をサーキュレータを介して検光子に入射させるようにしたことを特徴とする探傷装置である。
【００２３】
本発明の第４の態様は、
上記第２又は第３の態様に記載する探傷装置において、
前記光ファイバの出力光が前記検光子の位置で直線偏光となるように調整した偏光子を光ファイバで形成する光路の途中に配設したことを特徴とする探傷装置である。
【００２４】
本発明の第５の態様は、
上記第２又は第３の態様に記載する探傷装置において、
前記光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする探傷装置である。
【００２５】
本発明の第６の態様は、
上記第２乃至第５の態様のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記反射光を前記出射用光ファイバの入射端面に集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする探傷装置である。
【００２６】
本発明の第７の態様は、
磁性体である被探傷部材に渦電流を流すための交番磁界を発生するコイルと、
一端面に反射膜を設けて前記コイルの近傍部分に配設した磁気光学素子と、
光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる２系統の入射用光ファイバと、
前記反射膜で反射した反射光をそれぞれ検光子に入射させる２系統の出射用光ファイバと、
前記各検光子の出力光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換素子と、
各光電変換素子の出力信号を処理して前記各反射光の偏光面の回転角に基づき前記被探傷部材の傷を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする探傷装置である。
【００２７】
本発明の第８の態様は、
上記第７の態様に記載する探傷装置において、
各入射用光ファイバと各出射用光ファイバとを１本づつの光ファイバで形成するとともに各光路の途中にサーキュレータを介在させ、光源から各サーキュレータを介して前記磁気光学素子に光を入射させるとともに、この磁気光学素子からの反射光を各サーキュレータを介して各検光子に入射させるようにしたことを特徴とする探傷装置である。
【００２８】
本発明の第９の態様は、
上記第７又は第８の態様に記載する探傷装置において、
前記各光ファイバの出力光が前記各検光子の位置で直線偏光となるように調整した偏光子を各光ファイバで形成する各光路の途中に配設したことを特徴とする探傷装置である。
【００２９】
本発明の第１０の態様は、
上記第７又は第８の態様に記載する探傷装置において、
前記各光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする探傷装置である。
【００３０】
本発明の第１１の態様は、
上記第７乃至第１０の態様のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記各反射光を前記各出射用光ファイバの入射端面にそれぞれ集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする探傷装置である。
【００３１】
本発明の第１２の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子を、前記コイルの内周部の中心に配設したことを特徴とする探傷装置である。
【００３２】
本発明の第１３の態様は、
上記第２乃至第１１の態様のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子を、前記コイルの周面に接して配設したことを特徴とする探傷装置である。
【００３３】
本発明の第１４の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子を、前記コイルの内周面から中心までの距離の３分の１の位置に配設したことを特徴とする探傷装置である。
【００３４】
本発明の第１５の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルの外周部にも複数の磁気光学素子を配設し、これらの磁気光学素子を配設した部位の探傷もそれぞれ同時に行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置である。
【００３５】
本発明の第１６の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルの内周部に複数の磁気光学素子を配設し、各磁気光学素子を配設した部位の探傷をそれぞれ同時に行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置である。
【００３６】
本発明の第１７の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
内周部にそれぞれ前記磁気光学素子が配設されたコイルを２個有し、各コイルが発生する磁束が相互に重畳されるように各コイルに相互に逆方向の電流を供給するとともに、前記コイルの一方と他方との間に、他の磁気光学素子を配設して前記重畳された磁束による偏光面の回転角に基づく探傷を行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置である。
【００３７】
本発明の第１８の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子が、前記被探傷部材の面と平行成分の磁界変化を検出し得るよう前記平行方向に光を入射するとともにこの平行方向と直角な面に形成された反射膜で前記平行方向に前記光を反射させるように構成したことを特徴とする探傷装置である。
【００３８】
本発明の第１９の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルを矩形に成形するとともに、このコイルの直線部分に近接させて前記磁気光学素子を配設したことを特徴とする探傷装置である。
【発明の効果】
【００３９】
上記構成の本発明によれば、偏光面の回転に基づくファラデー効果を利用した探傷の際の分解能は、光ファイバのコア径により規定されるが、この光ファイバの径は１０μｍ程度のものが存在する。したがって、μｍオーダの領域で被探傷部材の傷を探傷することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００４１】
＜第１の実施の形態＞
図７は本発明の第１の実施の形態に係る探傷装置を概念的に示す説明図である。同図に示すように、コイル１は、磁性体である被探傷部材２に渦電流を流すための交番磁界を発生する。このコイル１は、例えば内径が０．５〜２０ｍｍで、印加電圧の周波数が１ｋＨｚ〜５ＭＨｚ、印加磁束密度が１Ｇ〜１００Ｇのものを用いる。
【００４２】
磁気光学素子３は被探傷部材２の表面と相対向する端面に反射膜を有して前記コイル１が形成する磁界中に置かれるよう、その内周部の中心に配設してあり、光ファイバ４を介して入射させる入射光の偏光面を回転させた反射光を光ファイバ４を介して出射するように構成してある。すなわち、前記入射光はファラデー効果により磁界の強さに応じて偏光面が回転するようになっており、したがって前記反射光における偏光面の回転角に基づき被探傷部材２の傷に起因する磁束の変化を表す探傷信号を形成し得る。
【００４３】
ここで、光ファイバ４はシングルモード光ファイバを好適に適用し得るが、このシングルモード光ファイバの端部のコア径を拡大したＴＥＣ光ファイバ（商品名）であればさらに好ましい。開口（ＮＡ）が小さく、その分反射光を効率良く入射させることができるからである。また、磁気光学素子３はフローティングゾーン法又は液相エピタキシーで作成することができる。組成は、例えば次のものを用いる。
【００４４】
Ａ３−ｘＣｅｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２，Ａ３−ｘＢｉｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２
【００４５】
ここで、Ａは希土類元素、Ｂは１３族元素である。また、組成比ｘ，ｙは次の範囲になる。
【００４６】
ｘ＝０〜３、ｙ＝０〜３
【００４７】
磁気光学素子３の端面３ａは、図８に示すように、前記反射光を光ファイバ４の入射端面に集光させるように反射膜１４の反射面を曲面としてある。この反射膜１４は金属膜（例えば金）又は誘電体多層膜（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５多層膜）で好適に形成することができる。
【００４８】
このように端面３ａを曲面にすることで反射光を光ファイバに集光させる。例えば、６００μｍ角の磁気光学素子３の結晶を、コア３０μｍ、ＮＡ０．０３３のＴＥＣ光ファイバ（商品名）に接続するとき、片道で８．９μｍ広がるため、直径１．０１ｍｍの曲面にすることで集光する。
【００４９】
光源５は探傷用の光を発生するもので、例えば波長が１．５５、１．３、０．８μｍ、出力が１〜４ｍＷのレーザダイオードで好適に構成し得る。
【００５０】
光アンプ６は、光源５が出射した光を増幅するもので、必要に応じて設ければ良い。λ／２板７、λ／４板８は、光ファイバ４を伝送される光の偏光状態を調節するもので、光ファイバ４を伝送中に種々の原因、例えば光ファイバ４の振動等で乱れる偏光状態を調整し、検光子１０に入射する光が直線偏光になるようにするためのものである。
【００５１】
サーキュレータ９は光源５の光を磁気光学素子３に向けて案内するとともに、磁気光学素子３で反射した反射光を検光子１０に向けて案内するものである。したがって、本実施の形態の如く、サーキュレータ９を光路の途中に介在させれば、磁気光学素子３に光を入射させる光路と磁気光学素子３で反射した光を導出する光路とを兼用することができる。すなわち、光ファイバ４が１本で済む。
【００５２】
検光子１０は被探傷部材２の傷による磁束密度の変化が最大になる角度（透過光に対して４５度）に設定してある。すなわち、図９に示すように、被探傷部材２が無傷のとき４５度とし、この４５度を中心とする直線部分を利用するように調整してある。
【００５３】
光電変換素子１１は、検光子１０を透過した光をその強度を表す電気信号に変換するもので、フォトダイオードで好適に構成することができる。
【００５４】
演算処理装置１２は光電変換素子１１の出力信号を処理して前記反射光の偏向面の回転角に基づく被探傷部材２の傷を検出するものである。具体的な構成は種々のものが考えられるが、特定の周波数の信号のレベルを検出するスペクトラムアナライザ乃至ロックインアンプの機能を最低限度有するものであれば良い。ここで、各種の傷に対してその性状（貫通傷、表面からの亀裂、裏面からの亀裂等）に関するデータベース、傷の深さと信号レベルとの相関関係を表すデータベースを構築しておき、これらのデータベースを前記信号の処理の際に参照することにより傷の性状及び傷の深さ等のデータも得ることができる。
【００５５】
表示装置１３は演算処理装置１２が処理したデータを可視化して表示する。例えば、傷の位置、形状等である。
【００５６】
かかる探傷装置において、光源５から出射する光は、光アンプ６、λ／２板７、λ／４板８、サーキュレータ９を介して磁気光学素子３に入射するとともに、磁気光学素子３の反射膜１４（図８参照）で反射されて検光子１０に至る。このとき、検光子１０を透過する偏光は、磁気光学素子３が置かれた磁界の影響を受け、その磁束密度に応じて偏波面が回転する。したがって、被探傷部材２の傷により磁界が乱された場合、それは偏波面の回転角の変化として反映される。この結果、検光子１０の出力光を光電変換素子１１で変換して得る電気信号は被探傷部材２の傷の情報を含む信号となる。この電気信号を適正に処理することで探傷情報を得ることができる。
【００５７】
このとき、探傷の分解能は、光ファイバ４のコア径に依存する。すなわち、μｍオーダまで小さくすることができる。
【００５８】
＜第２の実施の形態＞
図１０は本発明の第２の実施の形態に係る探傷装置を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態に係る探傷装置は、入射用の光ファイバ１５と出射用の光ファイバ１６とを独立に設けたものである。このためサーキュレータ９（図７参照）は不要になる。
【００５９】
他の構成は図７に示す第１の実施の形態と同様である。そこで、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００６０】
かかる、本実施の形態によれば、磁気光学素子３に対する光の入射光路及び反射光の出射光路が異なるだけで、第１の実施の形態と同様の作用、効果を得る。
【００６１】
＜第３の実施の形態＞
図１１は本発明の第３の実施の形態に係る探傷装置を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態に係る探傷装置は、磁気光学素子３の異なる２点の磁界密度を同構成の２つの光系統で検出するようにしたものである。すなわち、図７に示す光源５、光アンプ６、λ/２板７、λ/４板８、サーキュレータ９、光ファイバ４、検光子１０及び光電変換素子１１と同構成の光系統である光源３５、光アンプ３６、λ/２板３７、λ/４板３８、サーキュレータ３９、光ファイバ３４、検光子４０及び光電変換素子４１を有しており、磁気光学素子３の異なる２点で反射した反射光を演算処理装置１２に供給するようになっている。
【００６２】
他の構成は図７に示す第１の実施の形態と同様である。そこで、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００６３】
かかる、本形態によれば、同一磁気光学素子３の異なる２つの部分を用いて、例えば図１２に示すように、被探傷部材２（図１１参照）の状態に起因する磁束密度の変化を検出することができる。すなわち、被探傷部材２に対して同一の磁気光学素子３の位置を相対的に移動させることにより、磁気光学素子３の異なる２つの位置で被探傷部材２の同一箇所の磁界の乱れを検出することができる。その後、両位置での検出値の差に基づく特性図を得る。図１２に示す特性のピーク間の距離で傷の幅を、ピーク間の真中の位置で傷の位置を正確に検出することができる。このときの検出精度は図７に示す第１の実施の形態の場合よりも勿論向上する。第１の実施の形態の場合、特性の一つのピークで検出しているので、特にピーク近傍の変化率が小さい場合等、本形態の場合よりも幅を持った値となるからである。
【００６４】
また、一方の光系統で検出した特性のピーク値から、同位置で検出した他方の光系統による検出値を差し引くことでノイズ成分を除去して正確なピーク値を求めることができる。したがって、前記ピーク値に基づく傷の深さも正確に検出することができる。
【００６５】
＜他の実施の形態＞
図１１に示す第３の実施の形態では、図７に示す第１の実施の形態における光系統と同様の光系統を一系統追加したが、図１０に示す第２の実施の形態における光系統を２系統とした実施の形態も考えられる。本形態においても第３の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００６６】
＜実施例＞
上記各実施の形態では、コイル１及び磁気光学素子３が１個であり、また磁気光学素子３はコイル１の内周の中央に位置するように配設してあるが、コイル１と磁気光学素子３との相対的な位置関係及びこれらの数に関しては種々の態様が考えられる。そこで、いくつかの代表的な態様を実施例として説明しておく。
【００６７】
第１の実施例
図１３に示すように、磁気光学素子３は、コイル１の内周面に接して配設してある。この位置はコイル１に最近接しているので、比較的大きな磁束密度の変化を検出し得ると同時に、磁気光学素子３をコイル１の内周面に接着すれば良いので、その位置合わせを容易に行うことができる。なお、磁気光学素子３はコイル１の外周面に接していても良く、この場合でも同様の作用効果を得ることができる。ちなみに、コイル１による渦電流はコイル１の真下が最も大きいが、真下に磁気光学素子３を配設することはできない。コイル１が被探傷部材２の表面からリフトオフ状態となるからである。
【００６８】
第２の実施例
図１４に示すように、磁気光学素子３は、コイル１の内周面から中心Ｏまでの距離Ｒの３分の１の位置に配設してある。この位置は、コイル１が形成する電磁界解析の結果、コイル１の真下以外で最も渦電流が大きくなる位置であり、その分傷等による磁束密度の変化も最大になる。したがって、良好な検出精度を得ることができる。
【００６９】
第３の実施例
図１５に示すように、コイル１の外周部には相互に９０度の位相差を設けて磁気光学素子４３、４４が配設してある。この場合には３箇所の探傷を同時に行うことができる。したがって、傷の伸展方向も含めた探傷を行うことができる。
【００７０】
第４の実施例
図１６に示すように、コイル１の内周部に複数個（図では２個）の磁気光学素子３，５３を配設して同時に複数部位の探傷を行い得るようにしても良い。この場合には、探傷効率の向上に資することができる。
【００７１】
第５の実施例
図１７に示すように、各内周部にそれぞれ磁気光学素子３，６３が配設されたコイル１，６１を２個有し、各コイル１，６１が発生する磁束が相互に重畳されるように各コイル１，６１に相互に逆方向の電流を供給するとともに、コイル１，６１の一方と他方との間に、他の磁気光学素子６４を配設してある。このことにより重畳された磁束による偏光面の回転角に基づく探傷を行い得る。
【００７２】
第６の実施例
図１８に示すように、磁気光学素子７３は、被探傷部材２（図７参照）の面と平行成分の磁界変化を検出し得るよう前記平行方向に光ファイバ４を介して光を入射するとともにこの平行方向と直角な面に形成された反射膜７４で前記平行方向に光を反射させるように構成してある。本実施例によれば被探傷部材２（図７参照）の面に平行成分の磁束密度の変化のみを検出しているので、傷の存在自体を高精度に検出することができる。
【００７３】
第７の実施例
図１９に示すように、本実施例ではコイル８１を矩形に成形するとともに、このコイル８１の直線部分に近接させて磁気光学素子８３を配設している。本実施例では、磁気光学素子８３の近傍部分の磁束密度変化分布を小さくでき、高分解能の検出にしすることができる。
【００７４】
なお、上記各実施例は第１乃至第２の実施の形態のみならず、第３の実施の形態にも同様に適用できる。２つの光系統を有する第３の実施の形態等の場合には、光ファイバ４，３４の端面を各磁気光学素子３等に当接させてある。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は配管等の金属材料の表面乃至内部の傷を検知する等、磁性体で形成した被探傷部材の非破壊検査を行う産業分野及びかかる検査装置を製造する産業分野で有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】磁界を発生するコイル、被探傷部材及び傷との関係を計算する際のこれらの関係を概念的に示す説明図である。
【図２】種類が異なる各種の傷を被探傷部材に形成した場合の探傷の様子を概念的に示す説明図である。
【図３】貫通傷を有する被探傷部材を探傷した結果を示す特性図である。
【図４】表面からの亀裂を有する被探傷部材を探傷した結果を示す特性図である。
【図５】裏面からの亀裂を有する被探傷部材を探傷した結果を示す特性図である。
【図６】磁気光学素子の感度を調べたもので、傷のない被探傷部材にコイルで磁界を発生させ、測定可能な磁界を求めた際の特性を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る探傷装置を概念的に示す説明図である。
【図８】図７の磁気光学素子を抽出してその構成を詳細に示す拡大図である。
【図９】図７の検光子の特性を示す特性図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る探傷装置を概念的に示す説明図である。
【図１１】１個のコイルに対して複数個の磁気光学素子を組み合わせた本発明の第３の実施の形態を概念的に示す説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態により得られる測定結果を示す特性図である。
【図１３】本発明の第１の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１５】本発明の第３の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１６】本発明の第４の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１７】本発明の第５の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１８】本発明の第６の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１９】本発明の第７の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図２０】従来技術に係る渦電流探傷法の原理を示す説明図である。
【図２１】磁束密度の変化を、ファラデー効果を利用して偏光面の回転角の変化として検出する従来技術に係る探傷方法の原理を示す説明図である。
【図２２】図２１に示す探傷方法を実現する探傷装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ コイル
２ 被探傷部材
３，４３，４４，５３，６３，６４，７３，８３ 磁気光学素子
４，３４ 光ファイバ
５，３５ 光源
９，３９ サーキュレータ
１０，４０ 検光子
１１，４１ 光電変換素子
１２ 演算処理装置
１４，７４ 反射膜
１５，１６ 光ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は探傷方法及び探傷装置に関し、特にコイルが発生する交番磁界により磁性体である被探傷部材に渦電流を発生させ、傷の存在により乱れる前記渦電流に起因する磁束密度の変化に基づき前記被探傷部材の非破壊検査を行う場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
電力設備の部品（例えば火力発電設備のガスタービン翼）に用いられる金属材料の表面乃至内部の傷を検知する探傷方法として渦電流探傷法が知られている。この渦電流探傷法は、コイルが発生する交番磁界により被探傷部材に渦電流を発生させ、その傷の存在により乱れる前記渦電流に起因する磁束密度の変化を検知することで所定の探傷を行うものである。
【０００３】
かかる探傷法を、その原理を示す図２０に基づきさらに詳細に説明する。同図（ａ）に示すように、先ずコイル０１に電流０２を流すことにより磁束０３を発生させる。次に、図２０（ｂ）に示すように、コイル０１を磁性体である被探傷部材０４に接近させることによりこの被探傷部材０４に渦電流０５を発生させる。この結果、図２０（ｃ）に示すように、渦電流０５による磁束０６が発生する。このとき、図２０（ｄ）に示すように、被探傷部材０４に傷０７が発生していると渦電流０５が乱され、結果として渦電流０５による磁束０６が変化する。かかる磁束０６の変化により被探傷部材０４の傷０７を検出する。
【０００４】
ところが、近年、探傷精度のさらなる向上が望まれており、従来技術に係る渦電流探傷法の精度では、特に傷の位置の特定の際の精度において不十分なものとなってしまっていた。
【０００５】
一方、磁束密度の変化を、ファラデー効果（磁化した結晶中を直線偏光が透過したときに、偏光面が回転する現象）を利用して偏光面の回転角の変化として検出することにより、磁性体である被探傷部材の傷を検出する探傷方法が提案されている。例えば、特開平２−１８９４５７号公報に開示する探傷方法である。
【０００６】
この探傷方法は、図２１及び図２２に示すように、磁性体からなる被検査材料０１１の被検査面０１２を含む部分に磁化手段０１３で磁界を与え、この状態で被検査材料０１１とこれに近接して配置されたファラデー素子０１６を内蔵するセンサ部０１５との何れか一方を移動する。同時に、ファラデー素子０１６内に光Ｌを入射させ、このファラデー素子０１６から出射する光Ｌの光強度を測定することによって被検査材料０１１からの漏洩磁束Ａの変動を検知し、上記被検査材料０１１の欠陥部０１４を検出する。ここで、センサ部０１５は、ファラデー素子０１６とともに偏光子０１７、検光子０１８及びミラー０１９と一つの筐体の内部に一体的に収納してある。
【０００７】
かくして、光発信機０２０から出射した光Ｌが入力用光ファイバ０２１を介して偏光子０１７に至り、ファラデー素子０１６、検光子０１８及びミラー０１９を介してセンサ部０１５の外部に至り、出射用光ファイバ０２２を介して光受信機０２３に入射される。光受信機０２３に入射された光Ｌは電気信号θに変換され、演算部０２４で所定の処理をした後、この処理結果がＸ−Ｙレコーダ等の表示部０２５に表示される。
【０００８】
ところが、かかる探傷方法では、偏光子０１７を介してファラデー素子０１６に入射した光Ｌがファラデー素子０１６を横断して検光子０１８に入射するようになっているので、ファラデー素子０１６に入射してから出射するまでの全域で光Ｌが磁界の影響を受けてしまい、その分磁束密度の測定領域が広がり、分解能が劣るものとなってしまう。
【０００９】
なお、本発明に関連のある公知技術としては、上記公開特許公報とともに、次の特許文献を挙げることができる（特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開平２−１８９４５７号公報
【特許文献２】特開平６−２９４７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来技術に鑑み、磁束密度の変化を、ファラデー効果を利用して偏光面の回転角の変化として検出することにより、磁性体である被探傷部材の傷を検出する場合において、磁束密度の測定領域を高分解能化して高精度の探傷を実現し得る探傷方法及び探傷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】
【００１２】
上記目的を達成する本発明は、次の知見を基礎とするものである。
【００１３】
（１） 磁性体である被探傷部材の傷に起因して発生する磁束密度変化の計算例を示す。図１に示すようなコイル１に印加する交流電圧の周波数を５００ｋＨｚ、電流値を１ＡＴ、コイル１と被探傷部材２との間の距離が０．５ｍｍとした場合、コイル１から発生する磁束の磁束密度Ｂ０は４．１７３９Ｇで、被探傷部材２に形成した深さｄが０．２ｍｍの傷による磁束密度変化ΔＢは１０ｍＧとなる。以下、同様の計算を繰り返すことによって、傷の深さｄに対応させて磁束密度変化ΔＢの値を求めることができる。
【００１４】
これは、一定の条件の下で、予め傷の深さｄと磁束密度変化ΔＢとの関係を求めておき、これをデータベースとして記憶しておけば、このデータベースを参照して計測データと比較することにより傷の深さｄを求めることができることを示唆している。
【００１５】
このとき、コイル１が形成する内周円の中心位置に磁気光学素子３を占位させておけばこの磁気光学素子３に入射する光は、ファラデー効果によりその偏波面が回転する。したがって、コア径が小さな光ファイバ４で光を磁気光学素子３に入射するとともに、この磁気光学素子３の端面で反射した反射光を取り出して偏波面の回転量を検出してやれば磁束密度の変化を高分解能で検出することができる。このときの分解能は、光ファイバ４の径に依存するからである。ちなみに、かかる用途に好適なシングルモード光ファイバにはコア径が１０μｍのものが存在する。
【００１６】
（２） 図２は種類が異なる各種の傷を被探傷部材に形成した場合の探傷の様子を概念的に示す説明図である。同図に示すように、被探傷部材２ａは貫通傷、被探傷部材２ｂは表面からの亀裂、被探傷部材２ｃは裏面からの亀裂を形成したものである。また、図３乃至図５は、順に被探傷部材２ａ乃至２ｃを探傷した結果を示す特性図である。すなわち、光ファイバ４を介して検出した、磁束による偏波面の回転を、これを表す電圧信号として検出したものであり、各図はコイル１及び磁気光学素子３を被探傷部材２ａ、２ｂ、２ｃの表面に沿って移動しつつ各部の磁界を計測したものである。ここで、位相とはコイル１が発生する磁界と、磁気光学素子３が検出する磁界とを表す電圧信号同士の位相差である。
【００１７】
図３乃至図５を参照すれば、各傷の性状により得られる信号形状に差異が認められ、傷は出力電圧の最大値近傍に存在していることが分かる。
【００１８】
このことは、かかるデータを集積することにより傷の状態を特定するデータベースを構築し得ることを示唆している。
【００１９】
（３） 図６は磁気光学素子３の感度を調べたもので、傷のない被探傷部材２にコイル１で磁界を発生させ、測定可能な磁界を求めた際の特性を示す図である。ここで、印加磁束密度は４Ｇ、印加電圧の周波数は１００ｋＨｚ、分解能帯域幅は１０Ｈｚ、平均化は２０回とした。かかる条件で計測すると、信号強度は−４５．７５ｄＢｍ、雑音は−１０５．８１ｄＢｍ、ＳＮＲは６０．１６ｄＢとなり、雑音平衡磁界は４Ｇ／１００７＝４．０４ｍＧが得られた。すなわち、１．４ｍＧ以上であれば計測が可能である。これは、上記（１）における計算結果の１０ｍＧの傷を十分測定可能であることを示唆している。
【００２０】
かかる知見に基づく本発明の第１の態様は、
コイルが発生する交番磁界により磁性体である被探傷部材に渦電流を発生させる一方、前記渦電流が形成する磁界中に配設した磁気光学素子に光ファイバを用いて入射させた光を前記磁気光学素子の端面で反射させて取り出し、前記被探傷部材の傷による磁束密度の変化をファラデー効果による前記反射光の偏光面の回転角に基づき検出することにより前記被探傷部材の探傷を行うようにしたことを特徴とする探傷方法である。
【００２１】
本発明の第２の態様は、
磁性体である被探傷部材に渦電流を流すための交番磁界を発生するコイルと、
一端面に反射膜を設けて前記コイルの近傍部分に配設した磁気光学素子と、
光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる入射用光ファイバと、
前記反射膜で反射した反射光を検光子に入射させる出射用光ファイバと、
前記検光子の出力光を電気信号に変換する光電変換素子と、
この光電変換素子の出力信号を処理して前記反射光の偏光面の回転角に基づき前記被探傷部材の傷を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする探傷装置である。
【００２２】
本発明の第３の態様は、
上記第２の態様に記載する探傷装置において、
入射用光ファイバと出射用光ファイバとを１本の光ファイバで形成するとともにその光路の途中にサーキュレータを介在させ、光源からサーキュレータを介して磁気光学素子に光を入射させるとともに、この磁気光学素子からの反射光をサーキュレータを介して検光子に入射させるようにしたことを特徴とする探傷装置である。
【００２３】
本発明の第４の態様は、
上記第２又は第３の態様に記載する探傷装置において、
前記光ファイバの出力光が前記検光子の位置で直線偏光となるように調整した偏光子を光ファイバで形成する光路の途中に配設したことを特徴とする探傷装置である。
【００２４】
本発明の第５の態様は、
上記第２又は第３の態様に記載する探傷装置において、
前記光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする探傷装置である。
【００２５】
本発明の第６の態様は、
上記第２乃至第５の態様のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記反射光を前記出射用光ファイバの入射端面に集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする探傷装置である。
【００２６】
本発明の第７の態様は、
磁性体である被探傷部材に渦電流を流すための交番磁界を発生するコイルと、
一端面に反射膜を設けて前記コイルの近傍部分に配設した磁気光学素子と、
光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる２系統の入射用光ファイバと、
前記反射膜で反射した反射光をそれぞれ検光子に入射させる２系統の出射用光ファイバと、
前記各検光子の出力光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換素子と、
各光電変換素子の出力信号を処理して前記各反射光の偏光面の回転角に基づき前記被探傷部材の傷を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする探傷装置である。
【００２７】
本発明の第８の態様は、
上記第７の態様に記載する探傷装置において、
各入射用光ファイバと各出射用光ファイバとを１本づつの光ファイバで形成するとともに各光路の途中にサーキュレータを介在させ、光源から各サーキュレータを介して前記磁気光学素子に光を入射させるとともに、この磁気光学素子からの反射光を各サーキュレータを介して各検光子に入射させるようにしたことを特徴とする探傷装置である。
【００２８】
本発明の第９の態様は、
上記第７又は第８の態様に記載する探傷装置において、
前記各光ファイバの出力光が前記各検光子の位置で直線偏光となるように調整した偏光子を各光ファイバで形成する各光路の途中に配設したことを特徴とする探傷装置である。
【００２９】
本発明の第１０の態様は、
上記第７又は第８の態様に記載する探傷装置において、
前記各光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする探傷装置である。
【００３０】
本発明の第１１の態様は、
上記第７乃至第１０の態様のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記各反射光を前記各出射用光ファイバの入射端面にそれぞれ集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする探傷装置である。
【００３１】
本発明の第１２の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子を、前記コイルの内周部の中心に配設したことを特徴とする探傷装置である。
【００３２】
本発明の第１３の態様は、
上記第２乃至第１１の態様のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子を、前記コイルの周面に接して配設したことを特徴とする探傷装置である。
【００３３】
本発明の第１４の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子を、前記コイルの内周面から中心までの距離の３分の１の位置に配設したことを特徴とする探傷装置である。
【００３４】
本発明の第１５の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルの外周部にも複数の磁気光学素子を配設し、これらの磁気光学素子を配設した部位の探傷もそれぞれ同時に行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置である。
【００３５】
本発明の第１６の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルの内周部に複数の磁気光学素子を配設し、各磁気光学素子を配設した部位の探傷をそれぞれ同時に行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置である。
【００３６】
本発明の第１７の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
内周部にそれぞれ前記磁気光学素子が配設されたコイルを２個有し、各コイルが発生する磁束が相互に重畳されるように各コイルに相互に逆方向の電流を供給するとともに、前記コイルの一方と他方との間に、他の磁気光学素子を配設して前記重畳された磁束による偏光面の回転角に基づく探傷を行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置である。
【００３７】
本発明の第１８の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子が、前記被探傷部材の面と平行成分の磁界変化を検出し得るよう前記平行方向に光を入射するとともにこの平行方向と直角な面に形成された反射膜で前記平行方向に前記光を反射させるように構成したことを特徴とする探傷装置である。
【００３８】
本発明の第１９の態様は、
上記第２乃至第１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルを矩形に成形するとともに、このコイルの直線部分に近接させて前記磁気光学素子を配設したことを特徴とする探傷装置である。
【発明の効果】
【００３９】
上記構成の本発明によれば、偏光面の回転に基づくファラデー効果を利用した探傷の際の分解能は、光ファイバのコア径により規定されるが、この光ファイバの径は１０μｍ程度のものが存在する。したがって、μｍオーダの領域で被探傷部材の傷を探傷することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００４１】
＜第１の実施の形態＞
図７は本発明の第１の実施の形態に係る探傷装置を概念的に示す説明図である。同図に示すように、コイル１は、磁性体である被探傷部材２に渦電流を流すための交番磁界を発生する。このコイル１は、例えば内径が０．５〜２０ｍｍで、印加電圧の周波数が１ｋＨｚ〜５ＭＨｚ、印加磁束密度が１Ｇ〜１００Ｇのものを用いる。
【００４２】
磁気光学素子３は被探傷部材２の表面と相対向する端面に反射膜を有して前記コイル１が形成する磁界中に置かれるよう、その内周部の中心に配設してあり、光ファイバ４を介して入射させる入射光の偏光面を回転させた反射光を光ファイバ４を介して出射するように構成してある。すなわち、前記入射光はファラデー効果により磁界の強さに応じて偏光面が回転するようになっており、したがって前記反射光における偏光面の回転角に基づき被探傷部材２の傷に起因する磁束の変化を表す探傷信号を形成し得る。
【００４３】
ここで、光ファイバ４はシングルモード光ファイバを好適に適用し得るが、このシングルモード光ファイバの端部のコア径を拡大したＴＥＣ光ファイバ（商品名）であればさらに好ましい。開口（ＮＡ）が小さく、その分反射光を効率良く入射させることができるからである。また、磁気光学素子３はフローティングゾーン法又は液相エピタキシーで作成することができる。組成は、例えば次のものを用いる。
【００４４】
Ａ３−ｘＣｅｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２，Ａ３−ｘＢｉｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２
【００４５】
ここで、Ａは希土類元素、Ｂは１３族元素である。また、組成比ｘ，ｙは次の範囲になる。
【００４６】
ｘ＝０〜３、ｙ＝０〜３
【００４７】
磁気光学素子３の端面３ａは、図８に示すように、前記反射光を光ファイバ４の入射端面に集光させるように反射膜１４の反射面を曲面としてある。この反射膜１４は金属膜（例えば金）又は誘電体多層膜（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５多層膜）で好適に形成することができる。
【００４８】
このように端面３ａを曲面にすることで反射光を光ファイバに集光させる。例えば、６００μｍ角の磁気光学素子３の結晶を、コア３０μｍ、ＮＡ０．０３３のＴＥＣ光ファイバ（商品名）に接続するとき、片道で８．９μｍ広がるため、直径１．０１ｍｍの曲面にすることで集光する。
【００４９】
光源５は探傷用の光を発生するもので、例えば波長が１．５５、１．３、０．８μｍ、出力が１〜４ｍＷのレーザダイオードで好適に構成し得る。
【００５０】
光アンプ６は、光源５が出射した光を増幅するもので、必要に応じて設ければ良い。λ／２板７、λ／４板８は、光ファイバ４を伝送される光の偏光状態を調節するもので、光ファイバ４を伝送中に種々の原因、例えば光ファイバ４の振動等で乱れる偏光状態を調整し、検光子１０に入射する光が直線偏光になるようにするためのものである。
【００５１】
サーキュレータ９は光源５の光を磁気光学素子３に向けて案内するとともに、磁気光学素子３で反射した反射光を検光子１０に向けて案内するものである。したがって、本実施の形態の如く、サーキュレータ９を光路の途中に介在させれば、磁気光学素子３に光を入射させる光路と磁気光学素子３で反射した光を導出する光路とを兼用することができる。すなわち、光ファイバ４が１本で済む。
【００５２】
検光子１０は被探傷部材２の傷による磁束密度の変化が最大になる角度（透過光に対して４５度）に設定してある。すなわち、図９に示すように、被探傷部材２が無傷のとき４５度とし、この４５度を中心とする直線部分を利用するように調整してある。
【００５３】
光電変換素子１１は、検光子１０を透過した光をその強度を表す電気信号に変換するもので、フォトダイオードで好適に構成することができる。
【００５４】
演算処理装置１２は光電変換素子１１の出力信号を処理して前記反射光の偏向面の回転角に基づく被探傷部材２の傷を検出するものである。具体的な構成は種々のものが考えられるが、特定の周波数の信号のレベルを検出するスペクトラムアナライザ乃至ロックインアンプの機能を最低限度有するものであれば良い。ここで、各種の傷に対してその性状（貫通傷、表面からの亀裂、裏面からの亀裂等）に関するデータベース、傷の深さと信号レベルとの相関関係を表すデータベースを構築しておき、これらのデータベースを前記信号の処理の際に参照することにより傷の性状及び傷の深さ等のデータも得ることができる。
【００５５】
表示装置１３は演算処理装置１２が処理したデータを可視化して表示する。例えば、傷の位置、形状等である。
【００５６】
かかる探傷装置において、光源５から出射する光は、光アンプ６、λ／２板７、λ／４板８、サーキュレータ９を介して磁気光学素子３に入射するとともに、磁気光学素子３の反射膜１４（図８参照）で反射されて検光子１０に至る。このとき、検光子１０を透過する偏光は、磁気光学素子３が置かれた磁界の影響を受け、その磁束密度に応じて偏波面が回転する。したがって、被探傷部材２の傷により磁界が乱された場合、それは偏波面の回転角の変化として反映される。この結果、検光子１０の出力光を光電変換素子１１で変換して得る電気信号は被探傷部材２の傷の情報を含む信号となる。この電気信号を適正に処理することで探傷情報を得ることができる。
【００５７】
このとき、探傷の分解能は、光ファイバ４のコア径に依存する。すなわち、μｍオーダまで小さくすることができる。
【００５８】
＜第２の実施の形態＞
図１０は本発明の第２の実施の形態に係る探傷装置を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態に係る探傷装置は、入射用の光ファイバ１５と出射用の光ファイバ１６とを独立に設けたものである。このためサーキュレータ９（図７参照）は不要になる。
【００５９】
他の構成は図７に示す第１の実施の形態と同様である。そこで、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００６０】
かかる、本実施の形態によれば、磁気光学素子３に対する光の入射光路及び反射光の出射光路が異なるだけで、第１の実施の形態と同様の作用、効果を得る。
【００６１】
＜第３の実施の形態＞
図１１は本発明の第３の実施の形態に係る探傷装置を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態に係る探傷装置は、磁気光学素子３の異なる２点の磁界密度を同構成の２つの光系統で検出するようにしたものである。すなわち、図７に示す光源５、光アンプ６、λ/２板７、λ/４板８、サーキュレータ９、光ファイバ４、検光子１０及び光電変換素子１１と同構成の光系統である光源３５、光アンプ３６、λ/２板３７、λ/４板３８、サーキュレータ３９、光ファイバ３４、検光子４０及び光電変換素子４１を有しており、磁気光学素子３の異なる２点で反射した反射光を演算処理装置１２に供給するようになっている。
【００６２】
他の構成は図７に示す第１の実施の形態と同様である。そこで、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００６３】
かかる、本形態によれば、同一磁気光学素子３の異なる２つの部分を用いて、例えば図１２に示すように、被探傷部材２（図１１参照）の状態に起因する磁束密度の変化を検出することができる。すなわち、被探傷部材２に対して同一の磁気光学素子３の位置を相対的に移動させることにより、磁気光学素子３の異なる２つの位置で被探傷部材２の同一箇所の磁界の乱れを検出することができる。その後、両位置での検出値の差に基づく特性図を得る。図１２に示す特性のピーク間の距離で傷の幅を、ピーク間の真中の位置で傷の位置を正確に検出することができる。このときの検出精度は図７に示す第１の実施の形態の場合よりも勿論向上する。第１の実施の形態の場合、特性の一つのピークで検出しているので、特にピーク近傍の変化率が小さい場合等、本形態の場合よりも幅を持った値となるからである。
【００６４】
また、一方の光系統で検出した特性のピーク値から、同位置で検出した他方の光系統による検出値を差し引くことでノイズ成分を除去して正確なピーク値を求めることができる。したがって、前記ピーク値に基づく傷の深さも正確に検出することができる。
【００６５】
＜他の実施の形態＞
図１１に示す第３の実施の形態では、図７に示す第１の実施の形態における光系統と同様の光系統を一系統追加したが、図１０に示す第２の実施の形態における光系統を２系統とした実施の形態も考えられる。本形態においても第３の実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００６６】
＜実施例＞
上記各実施の形態では、コイル１及び磁気光学素子３が１個であり、また磁気光学素子３はコイル１の内周の中央に位置するように配設してあるが、コイル１と磁気光学素子３との相対的な位置関係及びこれらの数に関しては種々の態様が考えられる。そこで、いくつかの代表的な態様を実施例として説明しておく。
【００６７】
第１の実施例
図１３に示すように、磁気光学素子３は、コイル１の内周面に接して配設してある。この位置はコイル１に最近接しているので、比較的大きな磁束密度の変化を検出し得ると同時に、磁気光学素子３をコイル１の内周面に接着すれば良いので、その位置合わせを容易に行うことができる。なお、磁気光学素子３はコイル１の外周面に接していても良く、この場合でも同様の作用効果を得ることができる。ちなみに、コイル１による渦電流はコイル１の真下が最も大きいが、真下に磁気光学素子３を配設することはできない。コイル１が被探傷部材２の表面からリフトオフ状態となるからである。
【００６８】
第２の実施例
図１４に示すように、磁気光学素子３は、コイル１の内周面から中心Ｏまでの距離Ｒの３分の１の位置に配設してある。この位置は、コイル１が形成する電磁界解析の結果、コイル１の真下以外で最も渦電流が大きくなる位置であり、その分傷等による磁束密度の変化も最大になる。したがって、良好な検出精度を得ることができる。
【００６９】
第３の実施例
図１５に示すように、コイル１の外周部には相互に９０度の位相差を設けて磁気光学素子４３、４４が配設してある。この場合には３箇所の探傷を同時に行うことができる。したがって、傷の伸展方向も含めた探傷を行うことができる。
【００７０】
第４の実施例
図１６に示すように、コイル１の内周部に複数個（図では２個）の磁気光学素子３，５３を配設して同時に複数部位の探傷を行い得るようにしても良い。この場合には、探傷効率の向上に資することができる。
【００７１】
第５の実施例
図１７に示すように、各内周部にそれぞれ磁気光学素子３，６３が配設されたコイル１，６１を２個有し、各コイル１，６１が発生する磁束が相互に重畳されるように各コイル１，６１に相互に逆方向の電流を供給するとともに、コイル１，６１の一方と他方との間に、他の磁気光学素子６４を配設してある。このことにより重畳された磁束による偏光面の回転角に基づく探傷を行い得る。
【００７２】
第６の実施例
図１８に示すように、磁気光学素子７３は、被探傷部材２（図７参照）の面と平行成分の磁界変化を検出し得るよう前記平行方向に光ファイバ４を介して光を入射するとともにこの平行方向と直角な面に形成された反射膜７４で前記平行方向に光を反射させるように構成してある。本実施例によれば被探傷部材２（図７参照）の面に平行成分の磁束密度の変化のみを検出しているので、傷の存在自体を高精度に検出することができる。
【００７３】
第７の実施例
図１９に示すように、本実施例ではコイル８１を矩形に成形するとともに、このコイル８１の直線部分に近接させて磁気光学素子８３を配設している。本実施例では、磁気光学素子８３の近傍部分の磁束密度変化分布を小さくでき、高分解能の検出にしすることができる。
【００７４】
なお、上記各実施例は第１乃至第２の実施の形態のみならず、第３の実施の形態にも同様に適用できる。２つの光系統を有する第３の実施の形態等の場合には、光ファイバ４，３４の端面を各磁気光学素子３等に当接させてある。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は配管等の金属材料の表面乃至内部の傷を検知する等、磁性体で形成した被探傷部材の非破壊検査を行う産業分野及びかかる検査装置を製造する産業分野で有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】磁界を発生するコイル、被探傷部材及び傷との関係を計算する際のこれらの関係を概念的に示す説明図である。
【図２】種類が異なる各種の傷を被探傷部材に形成した場合の探傷の様子を概念的に示す説明図である。
【図３】貫通傷を有する被探傷部材を探傷した結果を示す特性図である。
【図４】表面からの亀裂を有する被探傷部材を探傷した結果を示す特性図である。
【図５】裏面からの亀裂を有する被探傷部材を探傷した結果を示す特性図である。
【図６】磁気光学素子の感度を調べたもので、傷のない被探傷部材にコイルで磁界を発生させ、測定可能な磁界を求めた際の特性を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る探傷装置を概念的に示す説明図である。
【図８】図７の磁気光学素子を抽出してその構成を詳細に示す拡大図である。
【図９】図７の検光子の特性を示す特性図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る探傷装置を概念的に示す説明図である。
【図１１】１個のコイルに対して複数個の磁気光学素子を組み合わせた本発明の第３の実施の形態を概念的に示す説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態により得られる測定結果を示す特性図である。
【図１３】本発明の第１の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１５】本発明の第３の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１６】本発明の第４の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１７】本発明の第５の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１８】本発明の第６の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図１９】本発明の第７の実施例に係る磁気光学素子とコイルとの関係を示す説明図である。
【図２０】従来技術に係る渦電流探傷法の原理を示す説明図である。
【図２１】磁束密度の変化を、ファラデー効果を利用して偏光面の回転角の変化として検出する従来技術に係る探傷方法の原理を示す説明図である。
【図２２】図２１に示す探傷方法を実現する探傷装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７７】
１ コイル
２ 被探傷部材
３，４３，４４，５３，６３，６４，７３，８３ 磁気光学素子
４，３４ 光ファイバ
５，３５ 光源
９，３９ サーキュレータ
１０，４０ 検光子
１１，４１ 光電変換素子
１２ 演算処理装置
１４，７４ 反射膜
１５，１６ 光ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが発生する交番磁界により磁性体である被探傷部材に渦電流を発生させる一方、前記渦電流が形成する磁界中に配設した磁気光学素子に光ファイバを用いて入射させた光を前記磁気光学素子の端面で反射させて取り出し、前記被探傷部材の傷による磁束密度の変化をファラデー効果による前記反射光の偏光面の回転角に基づき検出することにより前記被探傷部材の探傷を行うようにしたことを特徴とする探傷方法。
【請求項２】
磁性体である被探傷部材に渦電流を流すための交番磁界を発生するコイルと、
一端面に反射膜を設けて前記コイルの近傍部分に配設した磁気光学素子と、
光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる入射用光ファイバと、
前記反射膜で反射した反射光を検光子に入射させる出射用光ファイバと、
前記検光子の出力光を電気信号に変換する光電変換素子と、
この光電変換素子の出力信号を処理して前記反射光の偏光面の回転角に基づき前記被探傷部材の傷を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする探傷装置。
【請求項３】
請求項２に記載する探傷装置において、
入射用光ファイバと出射用光ファイバとを１本の光ファイバで形成するとともにその光路の途中にサーキュレータを介在させ、光源からサーキュレータを介して磁気光学素子に光を入射させるとともに、この磁気光学素子からの反射光をサーキュレータを介して検光子に入射させるようにしたことを特徴とする探傷装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する探傷装置において、
前記光ファイバの出力光が前記検光子の位置で直線偏光となるように調整した偏光子を光ファイバで形成する光路の途中に配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載する探傷装置において、
前記光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記反射光を前記出射用光ファイバの入射端面に集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする探傷装置。
【請求項７】
磁性体である被探傷部材に渦電流を流すための交番磁界を発生するコイルと、
一端面に反射膜を設けて前記コイルの近傍部分に配設した磁気光学素子と、
光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる２系統の入射用光ファイバと、
前記反射膜で反射した反射光をそれぞれ検光子に入射させる２系統の出射用光ファイバと、
前記各検光子の出力光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換素子と、
各光電変換素子の出力信号を処理して前記各反射光の偏光面の回転角に基づき前記被探傷部材の傷を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする探傷装置。
【請求項８】
請求項７に記載する探傷装置において、
各入射用光ファイバと各出射用光ファイバとを１本づつの光ファイバで形成するとともに各光路の途中にサーキュレータを介在させ、光源から各サーキュレータを介して前記磁気光学素子に光を入射させるとともに、この磁気光学素子からの反射光を各サーキュレータを介して各検光子に入射させるようにしたことを特徴とする探傷装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載する探傷装置において、
前記各光ファイバの出力光が前記各検光子の位置で直線偏光となるように調整した偏光子を各光ファイバで形成する各光路の途中に配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１０】
請求項７又は請求項８に記載する探傷装置において、
前記各光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記各反射光を前記各出射用光ファイバの入射端面にそれぞれ集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする探傷装置。
【請求項１２】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子は、前記コイルの内周部の中心に配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１３】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子は、前記コイルの周面に接して配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１４】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子は、前記コイルの内周面から中心までの距離の３分の１の位置に配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１５】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルの外周部にも複数の磁気光学素子を配設し、これらの磁気光学素子を配設した部位の探傷もそれぞれ同時に行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１６】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルの内周部に複数の磁気光学素子を配設し、各磁気光学素子を配設した部位の探傷をそれぞれ同時に行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１７】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
内周部にそれぞれ前記磁気光学素子が配設されたコイルを２個有し、各コイルが発生する磁束が相互に重畳されるように各コイルに相互に逆方向の電流を供給するとともに、前記コイルの一方と他方との間に、他の磁気光学素子を配設して前記重畳された磁束による偏光面の回転角に基づく探傷を行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１８】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子は、前記被探傷部材の面と平行成分の磁界変化を検出し得るよう前記平行方向に光を入射するとともにこの平行方向と直角な面に形成された反射膜で前記平行方向に前記光を反射させるように構成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１９】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルを矩形に成形するとともに、このコイルの直線部分に近接させて前記磁気光学素子を配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１】
コイルが発生する交番磁界により磁性体である被探傷部材に渦電流を発生させる一方、前記渦電流が形成する磁界中に配設した磁気光学素子に光ファイバを用いて入射させた光を前記磁気光学素子の端面で反射させて取り出し、前記被探傷部材の傷による磁束密度の変化をファラデー効果による前記反射光の偏光面の回転角に基づき検出することにより前記被探傷部材の探傷を行うようにしたことを特徴とする探傷方法。
【請求項２】
磁性体である被探傷部材に渦電流を流すための交番磁界を発生するコイルと、
一端面に反射膜を設けて前記コイルの近傍部分に配設した磁気光学素子と、
光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる入射用光ファイバと、
前記反射膜で反射した反射光を検光子に入射させる出射用光ファイバと、
前記検光子の出力光を電気信号に変換する光電変換素子と、
この光電変換素子の出力信号を処理して前記反射光の偏光面の回転角に基づき前記被探傷部材の傷を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする探傷装置。
【請求項３】
請求項２に記載する探傷装置において、
入射用光ファイバと出射用光ファイバとを１本の光ファイバで形成するとともにその光路の途中にサーキュレータを介在させ、光源からサーキュレータを介して磁気光学素子に光を入射させるとともに、この磁気光学素子からの反射光をサーキュレータを介して検光子に入射させるようにしたことを特徴とする探傷装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する探傷装置において、
前記光ファイバの出力光が前記検光子の位置で直線偏光となるように調整した偏光子を光ファイバで形成する光路の途中に配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載する探傷装置において、
前記光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記反射光を前記出射用光ファイバの入射端面に集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする探傷装置。
【請求項７】
磁性体である被探傷部材に渦電流を流すための交番磁界を発生するコイルと、
一端面に反射膜を設けて前記コイルの近傍部分に配設した磁気光学素子と、
光源からの光を前記反射膜に向けて前記磁気光学素子に入射させる２系統の入射用光ファイバと、
前記反射膜で反射した反射光をそれぞれ検光子に入射させる２系統の出射用光ファイバと、
前記各検光子の出力光をそれぞれ電気信号に変換する光電変換素子と、
各光電変換素子の出力信号を処理して前記各反射光の偏光面の回転角に基づき前記被探傷部材の傷を検出する演算処理手段とを有することを特徴とする探傷装置。
【請求項８】
請求項７に記載する探傷装置において、
各入射用光ファイバと各出射用光ファイバとを１本づつの光ファイバで形成するとともに各光路の途中にサーキュレータを介在させ、光源から各サーキュレータを介して前記磁気光学素子に光を入射させるとともに、この磁気光学素子からの反射光を各サーキュレータを介して各検光子に入射させるようにしたことを特徴とする探傷装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載する探傷装置において、
前記各光ファイバの出力光が前記各検光子の位置で直線偏光となるように調整した偏光子を各光ファイバで形成する各光路の途中に配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１０】
請求項７又は請求項８に記載する探傷装置において、
前記各光ファイバを偏波保持ファイバで形成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記各反射光を前記各出射用光ファイバの入射端面にそれぞれ集光させるように前記反射膜で形成する反射面を曲面としたことを特徴とする探傷装置。
【請求項１２】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子は、前記コイルの内周部の中心に配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１３】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子は、前記コイルの周面に接して配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１４】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子は、前記コイルの内周面から中心までの距離の３分の１の位置に配設したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１５】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルの外周部にも複数の磁気光学素子を配設し、これらの磁気光学素子を配設した部位の探傷もそれぞれ同時に行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１６】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルの内周部に複数の磁気光学素子を配設し、各磁気光学素子を配設した部位の探傷をそれぞれ同時に行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１７】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
内周部にそれぞれ前記磁気光学素子が配設されたコイルを２個有し、各コイルが発生する磁束が相互に重畳されるように各コイルに相互に逆方向の電流を供給するとともに、前記コイルの一方と他方との間に、他の磁気光学素子を配設して前記重畳された磁束による偏光面の回転角に基づく探傷を行い得るように構成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１８】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記磁気光学素子は、前記被探傷部材の面と平行成分の磁界変化を検出し得るよう前記平行方向に光を入射するとともにこの平行方向と直角な面に形成された反射膜で前記平行方向に前記光を反射させるように構成したことを特徴とする探傷装置。
【請求項１９】
請求項２乃至請求項１１のいずれか一つに記載する探傷装置において、
前記コイルを矩形に成形するとともに、このコイルの直線部分に近接させて前記磁気光学素子を配設したことを特徴とする探傷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００６−２１５０１８（Ｐ２００６−２１５０１８Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２０７２３（Ｐ２００５−３２０７２３）
【出願日】平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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