磁気センサ
【課題】 複数のコイルを有する磁気センサにおいて、測定精度を確保しつつ、測定の際に使用するコイルの配置間隔を容易に変えることができる磁気センサの提供。
【解決手段】この発明は、磁気検出部１、励磁電源２、選択回路３、差動増幅器４などを備えている。磁気検出部１は、励磁用コイル１１ｄと、検出用コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、１１ｅ，１１ｆ，１１ｇとを有する。選択回路３は、欠陥検出の際に、コイル１１ａ〜１１ｇの一端側を選択的に接地させるスイッチ３１ａ〜３１ｇを備えている。また、選択回路３は、欠陥検出の際に、検出用コイルのうちから所定の２つのコイルを選択し、この選択した２つのコイルの検出信号を差動増幅器４の入力側に導くとともに、その選択されない残余のコイルについては各コイルの両端をフローティング状態で短絡させるための切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆを備えている。
【解決手段】この発明は、磁気検出部１、励磁電源２、選択回路３、差動増幅器４などを備えている。磁気検出部１は、励磁用コイル１１ｄと、検出用コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、１１ｅ，１１ｆ，１１ｇとを有する。選択回路３は、欠陥検出の際に、コイル１１ａ〜１１ｇの一端側を選択的に接地させるスイッチ３１ａ〜３１ｇを備えている。また、選択回路３は、欠陥検出の際に、検出用コイルのうちから所定の２つのコイルを選択し、この選択した２つのコイルの検出信号を差動増幅器４の入力側に導くとともに、その選択されない残余のコイルについては各コイルの両端をフローティング状態で短絡させるための切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のコイルを有する磁気センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサは、金属板、金属管、金属帯などの金属材料の内部、表面、または表層欠陥の検知、金属板との距離の計測、回転体の回転速度の検出、電流値や磁場の大きさの計測など、各種の計測や検出に使用される。
以下では、磁気センサの適用例として、磁性金属材料（特に、鉄鋼材料）の表面、内部（介在物など）の欠陥検知について説明するが、本発明はこのような適用例について限定されるものではない。
【０００３】
近年、磁性金属製品に求められる品質レベルの高度化により、表面または内部欠陥などの有害欠陥の少ない磁性金属材料に対する要望がますます強くなっている。このような磁性金属製品としては、例えば鉄鋼薄板製品では自動車用、製缶用の冷延鋼板、めっき鋼板などがある。また、厚板鋼材、鋼管などにおいても、欠陥が割れの起源となり得ることから、欠陥を減少させることは非常に重要である。このような欠陥の有無は、鋼以外の磁性金属を使用した磁性金属材料でも、品質上、非常に重要であることは同様である。
【０００４】
そのため、磁性金属材料を製造する際には、製造ラインにおいて、または出荷前に欠陥を検知し、客先（ユーザ）への流出を防ぐことが必要となる。
このような欠陥を検知する１つの手段として、磁気探傷方法が知られている。この磁気探傷方法に使用される磁気センサには、各種のものがあるが、その一例として図６に示すＥ型の強磁性体のコアを有するものが知られている。以下に、図６に示す磁気センサをＥ型センサと呼ぶものとする。
【０００５】
このＥ型センサは、図６に示すように、Ｅ型の強磁性体１００と、強磁性体１００の中央の脚部に巻回される励磁用コイル１０１ａと、強磁性体１００の両側の脚部に巻回される検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃと、磁化電源１０２と、差動増幅器１０４とを備え、例えば被検査体ａのピット状の欠陥ａ１を検出するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
次に、このような構成からなる図６に示すＥ型センサの探傷動作について説明する。
励磁用コイル１０１ａは、磁化電源１０２から供給される交流電流により、交流磁束を発生させる。この発生した交流磁束は被検査体ａに作用すると、その相互作用に応じて、検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃには電圧がそれぞれ誘起される。その両誘起電圧は差動増幅器１０４に導かれると、差動増幅器１０４はその両誘起電圧の差に対応する電圧を出力する。
【０００７】
このため、被検査体ａに欠陥がないときには、検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃに誘起する電圧は同じになるので、差動増幅器１０４の出力電圧はゼロになる。一方、図６に示すように、検出用コイル１０１ｃの近傍にのみ被検査体ａの欠陥ａ１が存在する場合には、検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃの誘起電圧には差があるので、差動増幅器１０４の出力電圧はゼロではなくその欠陥ａ１に応じたものとなる。
【０００８】
従って、検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃの誘起電圧の差分を差動増幅器１０４で求めれば、被検査体ａの欠陥の有無を検出できる。
【特許文献１】特開２００３−２４０７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、磁気測定では、励磁用コイルと検出用コイルの配置間隔、または検出用コイル間の配置間隔を変えることで、測定条件を変えることができる。
例えば、２極式電磁膜厚測定においては、コイルが巻回されている極の間隔を変えることで、膜厚測定の領域を変えることができる。このため、その極の間隔を大きくすることで、局部的な変化の影響を受けにくい膜厚を測定でき、逆に、その極の間隔を小さくすることで、狭い領域のみの膜厚を測定することができる。
【００１０】
また、図６に示すＥ型センサでは、コイル１０１ａ〜１０１ｃが巻回される強磁性体１００の脚部の間隔を変えることにより、検出できる欠陥の大きさを変えることができる。通常、その脚部の間隔は、主に検査対象である欠陥の大きさから決定されるが、実際の検査対象にはいろいろな大きさの欠陥がある。このため、そのいろいろな大きさの欠陥に対応する必要がある。
【００１１】
例えば、小さな欠陥の場合には、図６に示すＥ型センサにおいて、強磁性体１００の脚部の間隔を狭くすることで欠陥の検出ができる。逆に、大きな欠陥の場合には、検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃの誘起電圧の差分をとるため、欠陥の大きさよりも脚部の間隔が狭い場合には誘起電圧が打ち消されてしまい、欠陥を適切に検出できない。
そのため、大きな欠陥の場合には、脚部の間隔を広くする必要がある。また、脚部の間隔が広い方が、表面粗さ、リフトオフなどの検査対象の局部的な変化の影響を小さくできる等の利点がある。
【００１２】
以上の説明からわかるように、磁気測定では、コイルの配置間隔を変えることで、測定条件を変えた検出が可能となる。
しかし、通常の磁気測定に使用される磁気センサは、図６に示すＥ型センサのように強磁性体１００のコアを有し、そのコアにコイルが巻回されているので、コイルの配置間隔を変えることができないという不具合がある。また、たとえコアを有していなくても、コイルの位置を機械的に固定しているため、コイルの位置を変えることは容易ではない。
【００１３】
このような不具合に対処するために、磁気センサごと取り替えることも可能である。しかし、オンラインでの測定などの場合には、磁気センサを取り替えることは容易ではない。また、オンライン以外の測定で、仮に磁気センサを取り替えることができたとしても、リフトオフの調整など、諸条件の調整を再度やり直す必要があるなど、大きな手間のかかる作業が必要になるという新たな不具合が発生する。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、複数のコイルを有する磁気センサにおいて、測定精度を確保しつつ、測定の際に使用するコイルの配置間隔を容易に変えることができる磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は以下のように構成するようにした。
すなわち、請求項１に係る発明は、複数のコイルを有する磁気センサであって、磁束の検出時に、前記複数のコイルのうちから１以上の励磁用のコイルと１以上の検出用のコイルの組を選択する選択手段と、前記選択手段で選択されない残余のコイルはコイル毎にその両端を短絡する短絡手段とを備え、前記選択手段で選択された励磁用のコイルを励磁し、前記選択手段で選択された検出用のコイルで磁束を検出するようになっている。
【００１６】
請求項２に係る発明は、複数のコイルを有する磁気センサであって、前記複数のコイルのうちから１以上の励磁用コイルと１以上の検出用のコイルの組を選択する選択手段と、前記選択手段で選択されない残余のコイルはコイル毎にその両端をフローティング状態で短絡する短絡手段とを備え、前記選択手段で選択された励磁用のコイルを励磁し、前記選択手段で選択された検出用のコイルで磁束を検出するようになっている。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の磁気センサにおいて、前記選択手段は、前記コイルの組の選択の切り替えができるようになっている。
請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の磁気センサにおいて、前記複数のコイルは、一列に配置されている。
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の磁気センサにおいて、前記選択手段で選択するコイルは等間隔に配置される３つのコイルであり、前記選択手段の選択時にそのコイルの間隔を変更できるようになっており、かつ、前記選択手段で選択された３つのコイルのうち、中央のコイルを励磁用に使用し、両側の２つのコイルを検出用とし使用し、前記２つの検出用のコイルの出力の差分信号を求めるようになっている。
【発明の効果】
【００１８】
このような構成からなる本発明によれば、測定精度を確保しつつ、測定の際に使用するコイルの配置間隔を容易に変えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の磁気センサの実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の磁気センサの第１実施形態の全体の構成を示すブロック図である。
この第１実施形態に係る磁気センサは、図１に示すように、磁気検出部１と、磁化電源２と、選択回路３と、差動増幅器４と、位相検波器５と、欠陥レベル判別器６と、制御回路７とを備えている。
【００２０】
磁気検出部１は、例えば７つの脚部１０ａ〜１０ｇを有する櫛型の磁性体１０と、中央の脚部１０ｄに巻回される励磁用コイル１１ｄと、他の脚部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇに巻回される検出用コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇと、を備えている。
従って、磁気検出部１の複数のコイル１１ａ〜１１ｇは、一列であって等間隔に配置されている。また、脚部１０ａ〜１０ｇの各先端面は、図２に示すように、被検査体ａの欠陥検出の際には、その検出面と対向するようになっている。
【００２１】
磁化電源２は、励磁用コイル１１ｄを励磁するものであり、その一端側が励磁用コイル１１ｄに接続され、その他端側が接地されている。そして、磁化電源２は、選択回路３のスイッチ３１ｄが閉じたときに、励磁コイル１１ｄを励磁するようになっている。
選択回路３は、欠陥検出の際に、コイル１１ａ〜１１ｇの一端側を選択的に接地させるスイッチ３１ａ〜３１ｇを備えている。すなわち、スイッチ３１ａ〜３１ｇは、欠陥検出の際に、コイル１１ａ〜１１ｇのうちから検出に必要なコイルを選択し、その選択したコイルの一端側を接地するものである。
【００２２】
また、選択回路３は、欠陥検出の際に、検出用コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇのうちから所定の２つのコイルを選択し、この選択した２つのコイルの検出信号を差動増幅器４の入力側に導くとともに、その選択されない残余のコイルについては各コイルの両端をフローティング状態で短絡させるための切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆを備えている。
【００２３】
このため、スイッチ３１ａ〜３１ｇの各一端側がコイル１１ａ〜１１ｇの各一端側に接続され、スイッチ３１ａ〜３１ｇの各他端側が接地されている。また、切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆの一端側の各固定接点は、検出用コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇの各一端側に接続されている。
また、切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆの各切り替え接点は、検出用コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇの各他端側に接続されている。さらに、切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｃの他端側の各固定接点は差動増幅器４の一方の入力端子に接続され、切り替えスイッチ３２ｄ〜３２ｆの他端側の各固定接点は差動増幅器４の他方の入力端子に接続されている。
【００２４】
スイッチ３１ａ〜３１ｇは、欠陥検出の際に、後述のように制御回路７の制御に従って開閉制御されるようになっている。また、切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆは、欠陥検出の際に、後述のように制御回路７の制御に従って切り替え接点が切り替え制御されるようになっている。
ここで、スイッチ３１ａ〜３１ｇおよび切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆは、トランジスタのような電子スイッチ、またはリレーのような機械的な接点などが使用される。
【００２５】
差動増幅器４は、選択回路３で選択された２の検出用コイルの両誘起電圧を入力し、その両誘起電圧の差分に応じた信号を位相検波器５に出力するようになっている。
位相検波器５は、差動増幅器４からの出力信号を入力し、この入力信号を磁化電源２の波形に同期した信号をより位相検波し、これにより被検査体の欠陥の大きさに応じた信号を得るものである。
【００２６】
欠陥レベル判別器６は、位相検波器５からの出力信号を入力し、これをあらかじめ定めてあるしきい値と比較することにより、被検査体の欠陥のレベルを判別し、その判別結果を出力するものである。
制御回路７は、欠陥検出の指示があると、その指示に基づいてあらかじめ定められた手順で、選択回路３のスイッチ３１ａ〜３１ｇの開閉制御、および切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆの切り替え接点の切り替え制御を行うものである。
【００２７】
次に、このような構成からなる第１実施形態による被検査体の欠陥の検出方法について、図１および図２を参照して説明する。
この欠陥の検出では、図１に示す磁気検出部１の各脚部１０ａ〜１０ｇを、図２に示すように被検査体ａの検査面に対向させて行う。
まず、被検査体ａの大きな欠陥を検出する場合について、図１および図２（ａ）を参照して説明する。
【００２８】
この場合には、励磁用コイル１１ｄを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ａ、１１ｇを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ｂ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇの両端をフローティング状態で短絡させ、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
このときには、制御回路７により選択回路３のスイッチ３１ａ、３１ｄ、３１ｇがそれぞれオンとなる。また、制御回路７により、選択回路３の切り替えスイッチ３２ａ、３２ｆの各切り替え接点が図１中の上側の各固定接点と接続され、切り替えスイッチ３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅの各切り替え接点が図１中の下側の各固定接点と接続される。
【００２９】
このときのコイルの両端の接続状態は、図２（ａ）に示すようになる。ここで、図２では、コイル１１ａ，１１ｄ，１１ｇについてはその一端側の接続のみ表示され、その他端側の接地の表示は省略されている。
この結果、励磁用コイル１１ｄは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ａ，１１ｇにより検出された検出信号（誘起電圧）が差動増幅器４に入力される。差動増幅器４の出力は位相検波器５に入力され、磁化電源２の波形に同期した信号により位相検波されると、位相検波器５からは被検査体ａの欠陥の大きさに応じた信号が出力される。欠陥レベル判別器６は、その出力信号を入力し、これをあらかじめ定めてあるしきい値と比較することにより、被検査体の欠陥のレベルを判別し、その判別結果を出力する。
【００３０】
ここで、被検査体ａに欠陥がないときには、検出用コイル１１ａ，１１ｇの誘起電圧は同じであるので、差動増幅器４の出力電圧はゼロになる。一方、検出用コイル１１ａ，１１ｇのいずれか一方の検出用コイルの近傍にのみ大きな欠陥が存在する場合には、検出用コイル１１ａ，１１ｇの誘起電圧には差があるので、差動増幅器４の出力電圧はゼロではなくその欠陥に応じたものとなる。従って、検出用コイル１１ａ，１１ｇの誘起電圧の差分を差動増幅器４で求めれば、被検査体ａの欠陥の有無を検出できる。
【００３１】
次に、被検査体ａの小さい欠陥を検出する場合について、図１および図２（ｂ）を参照して説明する。
この場合には、励磁用コイル１１ｄを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ｂ、１１ｆを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇの両端をフローティング状態で短絡させ、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
【００３２】
このときには、制御回路７により選択回路３のスイッチ３１ｂ、３１ｄ、３１ｆがそれぞれオンとなる。また、制御回路７により、選択回路３の切り替えスイッチ３２ｂ、３２ｅの各切り替え接点が図１中の上側の各固定接点と接続され、切り替えスイッチ３２ａ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｆの各切り替え接点が図１中の下側の各固定接点と接続される。このときのコイルの両端の接続状態は、図２（ｂ）に示すようになる。
【００３３】
この結果、励磁用コイル１１ｄは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ｂ，１１ｆにより検出された検出信号が差動増幅器４に入力される。
次に、被検査体ａのさらに小さい欠陥を検出する場合について、図１および図２（ｃ）を参照して説明する。
この場合には、励磁用コイル１１ｄを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ｃ、１１ｅを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｆ，１１ｇの両端をフローティング状態で短絡させ、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
【００３４】
このときには、制御回路７により選択回路３のスイッチ３１ｃ、３１ｄ、３１ｅがそれぞれオンとなる。また、制御回路７により、選択回路３の切り替えスイッチ３２ｃ、３２ｄの各切り替え接点が図１中の上側の各固定接点と接続され、切り替えスイッチ３２ａ、３２ｂ、３２ｅ、３２ｆの各切り替え接点が図１中の下側の各固定接点と接続される。このときのコイルの両端の接続状態は、図２（ｃ）に示すようになる。
【００３５】
この結果、励磁用コイル１１ｄは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ｃ，１１ｅにより検出された検出信号が差動増幅器４に入力される。
ところで、第１実施形態では、図６に示すＥ型センサによる測定と比較すると、図２（ａ）（ｂ）の場合には、実際に検出に使用する検出用コイルを巻回している脚部と、励磁用コイルを巻回している脚部との間に、検出の際に直接使用しない検出用コイルが巻回される脚部がある。このため、その使用しない検出用コイルが巻回される脚部にも磁束が流れ、実際に使用する検出用コイルに鎖交する磁束が減少することが懸念される。
【００３６】
しかし、第１実施形態では、上記のように、使用しない検出用コイルは短絡させるようにした。このため、使用しない検出用コイルには、電磁誘導現象により磁束が流れにくくなる方向に電流が流れるので、磁束の流入が難しくなる。この結果、検出に使用する検出用コイルに鎖交する磁束は、殆ど減少せず、第１実施形態では図６に示すＥ型センサと同等の測定を行うことが可能となる。
【００３７】
そこで、第１実施形態における使用しない検出用コイルの短絡による効果を確認するために、人工欠陥を用いて、以下の条件の下で比較実験を行った。
この比較実験では、被検査体の測定対象となる人工欠陥として、幅０．５〔ｍｍ〕、深さ０．５〔ｍｍ〕のものを用意し、図３（ａ）〜（ｄ）の右側の図のような条件で実験を行った。すなわち、図３（ａ）（ｃ）（ｄ）の場合には、強磁性体の脚部の間隔を１．５〔ｍｍ〕、図３（ｂ）の場合には、強磁性体の脚部の間隔を３〔ｍｍ〕とした。また、脚部の幅はいずれも０．５〔ｍｍ〕、脚部の奥行きはいずれも２〔ｍｍ〕、脚部の長さはいずれも３〔ｍｍ〕とした。さらに、励磁信号は、いずれの場合も周波数が７５０〔ｋＨｚ〕で、電圧は２〔Ｖ〕とした。
【００３８】
図３（ａ）の実験は、脚部の配置間隔が１．５〔ｍｍ〕であり、その各脚部に巻回されるコイルのうち連続する３つのコイルを使用するものであり、これは脚部の間隔が１．５〔ｍｍ〕の図６に示すＥ型センサに相当する。同図（ｂ）の実験は、脚部の配置間隔が３〔ｍｍ〕であり、その各脚部に巻回されるコイルのうち連続する３つのコイルを使用するものであり、これは脚部の間隔が３〔ｍｍ〕の図６に示すＥ型センサに相当する。
【００３９】
同図（ｃ）の実験は、脚部の配置間隔が１．５〔ｍｍ〕であり、その各脚部に巻回されるコイルを１つおきに３つ使用し、使用しないコイルは各コイル毎にその両端を開放させている。同図（ｄ）の実験は、脚部の配置間隔が１．５〔ｍｍ〕であり、その各脚部に巻回されるコイルを１つおきに３つ使用し、使用しないコイルは各コイル毎にその両端を短絡させ、フローティング状態にさせている。
【００４０】
このような条件の下で行った４つの比較実験の結果を、図３（ａ）〜（ｄ）の各左側に示す。
この比較実験の結果によれば、欠陥の信号出力はピーク・ピーク値で、（ａ）の場合が１．１〔Ｖ〕、（ｂ）の場合が０．８〔Ｖ〕、（ｃ）の場合が０．４〔Ｖ〕、（ｄ）の場合が０．７５〔Ｖ〕である。
【００４１】
（ａ）と（ｂ）の比較によれば、脚部の間隔を変えることで、欠陥に対する検出性能が変わることが確認できる。また、（ｂ）（ｃ）（ｄ）の比較により、使用しないコイルが使用するコイルの間に存在しても、（ｄ）に示すようにその使用しないコイルの両端を短絡し、フローティング状態にすることで、（ｂ）に示すように図６に示すＥ型センサと同等の結果を得ることが確認できた。
【００４２】
以上説明したように、この第１実施形態によれば、欠陥の測定精度を確保しつつ、測定の際に検出対象である欠陥の大きさに応じて、使用するコイルの配置間隔を容易に変えることができる。
なお、この第１実施形態では、検出に直接使用しないコイルは、図３（ｄ）に示すように、その両端を短絡してフローティング状態とするのが最適である。しかし、これに代えて、使用しないコイルの両端を短絡して接地するようにしても、その使用しないコイルへの磁束の流入を防ぐことができ、実用上問題はない。
【００４３】
（第２実施形態）
図４は、本発明の磁気センサの第２実施形態の全体の構成を示すブロック図である。
この第２実施形態に係る磁気センサは、図４に示すように、磁気検出部１Ａと、磁化電源２と、選択回路３Ａと、信号処理回路８と、欠陥レベル判別器９と、制御回路７Ａとを備え、図１に示す第１実施形態と比較して全体の構成の簡易化を図ったものである。
【００４４】
磁気検出部１Ａは、例えば４つの脚部１０ｈ〜１０ｋを有する櫛型磁性体１０Ａと、一端側の脚部１０ｈに巻回される励磁用コイル１１ｈと、残りの脚部１０ｉ、１０ｊ、１０ｋに巻回される検出用コイル１１ｉ、１１ｊ、１１ｋと、を備えている。
従って、磁気検出部１Ａの複数のコイル１１ｈ〜１１ｋは、一列であって等間隔に配置されている。また、脚部１０ｈ〜１０ｋの各先端面は、図５に示すように、被検査体の欠陥検出の際には、その検出面と対向するようになっている。
【００４５】
磁化電源２は、励磁用コイル１１ｈを励磁するものであり、その一端側が励磁用コイル１１ｈに接続され、その他端側が接地されている。そして、磁化電源２は、選択回路３Ａのスイッチ３１ｈが閉じたときに、励磁コイル１１ｈを励磁するようになっている。
選択回路３Ａは、欠陥検出の際に、コイル１１ｈ〜１１ｋの一端側を選択的に接地させるスイッチ３１ｈ〜３１ｋを備えている。すなわち、スイッチ３１ｈ〜３１ｋは、欠陥検出の際に、コイル１１ｈ〜１１ｋのうちから検出に必要なコイルを選択し、その選択したコイルの一端側を接地するものである。
【００４６】
また、選択回路３Ａは、欠陥検出の際に、検出用コイル１１ｉ〜１１ｋのうちから所定の１つのコイルを選択し、この選択したコイルの検出信号を信号処理回路８の入力側に導くとともに、その選択されない残余のコイルについては各コイルの両端をフローティング状態で短絡させるための切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋを備えている。
このため、スイッチ３１ｈ〜３１ｋの各一端側がコイル１１ｈ〜１１ｋの各一端側に接続され、スイッチ３１ｈ〜３１ｋの各他端側が接地されている。また、切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋの一端側の各固定接点は、検出用コイル１１ｉ〜１１ｋの各一端側に接続されている。また、切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋの各切り替え接点は、検出用コイル１１ｉ〜１１ｋの各他端側に接続されている。さらに、切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋの他端側の各固定接点は、信号処理回路８の入力側に接続されている。
【００４７】
スイッチ３１ｈ〜３１ｋは、欠陥検出の際に、後述のように制御回路７Ａの制御に従って開閉制御されるようになっている。また、切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋは、欠陥検出の際に、後述のように制御回路７Ａの制御に従って切り替え接点が切り替え制御されるようになっている。
ここで、スイッチ３１ｈ〜３１ｋおよび切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋは、トランジスタのような電子スイッチ、またはリレーのような機械的な接点などが使用される。
【００４８】
信号処理回路８は、検出用コイル１１ｉ，１１ｊ，１１ｋからの各検出信号を選択的に入力し、その入力した検出信号を増幅回路で増幅するとともに、その増幅した検出信号中からフィルタ回路により所望の成分を抽出し、その抽出した信号を出力するようになっている。
欠陥レベル判別器９は、信号処理回路８からの出力信号を入力し、これをあらかじめ定めてあるしきい値と比較することにより、被検査体の欠陥のレベルを判別し、その判別結果を出力するものである。
【００４９】
制御回路７Ａは、欠陥検出の指示があると、その指示に基づいてあらかじめ定められた手順で、選択回路３のスイッチ３１ｈ〜３１ｋの開閉制御、および切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋの切り替え接点の切り替え制御を行うものである。
次に、このような構成からなる第２実施形態による被検査体の欠陥の検出方法について、図４および図５を参照して説明する。
【００５０】
この欠陥の検出では、図４に示す磁気検出部１Ａの各脚部１０ｈ〜１０ｋを、図５に示すように被検査体ａの検査面に対向させて行う。
まず、被検査体ａの大きな欠陥を検出する場合について、図４および図５（ａ）を参照して説明する。
この場合には、励磁用コイル１１ｈを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ｋを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ｉ，１１ｊの両端を短絡させてフローティング状態とし、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
【００５１】
このときには、制御回路７Ａにより選択回路３Ａのスイッチ３１ｈ、３１ｋがそれぞれオンとなる。また、制御回路７Ａにより、選択回路３Ａの切り替えスイッチ３２ｋの各切り替え接点が図４中の上側の各固定接点と接続され、切り替えスイッチ３２ｉ、３２ｊの各切り替え接点が図４中の下側の各固定接点と接続される。
このときのコイルの両端の接続状態は、図５（ａ）に示すようになる。ここで、図５では、コイル１１ｈ，１１ｋについてはその一端側の接続のみ表示され、その他端側の接地の表示は省略されている。
【００５２】
この結果、励磁用コイル１１ｈは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ｋにより検出された検出信号（誘起電圧）が信号処理回路８に入力される。信号処理回路８は、その検出信号の増幅およびフィルタ処理を行い、欠陥信号を強調して出力する。欠陥レベル判別器９は、その出力信号を入力し、これをあらかじめ定めてあるしきい値と比較することにより、被検査体の欠陥のレベルを判別し、その判別結果を出力する。
【００５３】
次に、被検査体ａの小さい欠陥を検出する場合について、図４および図５（ｂ）を参照して説明する。
この場合には、励磁用コイル１１ｄを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ｊを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ｉ，１１ｋの両端を短絡させてフローティング状態とし、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
【００５４】
このときには、制御回路７Ａにより選択回路３Ａのスイッチ３１ｈ、３１ｊがそれぞれオンとなる。また、制御回路７Ａにより、選択回路３Ａの切り替えスイッチ３２ｊの各切り替え接点が図４中の上側の各固定接点と接続され、切り替えスイッチ３２ｉ、３２ｋの各切り替え接点が図４中の下側の各固定接点と接続される。このときのコイルの両端の接続状態は、図５（ｂ）に示すようになる。
【００５５】
この結果、励磁用コイル１１ｈは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ｊにより検出された検出信号が信号処理回路８に入力される。
次に、被検査体ａのさらに小さい欠陥を検出する場合について、図４および図５（ｃ）を参照して説明する。
この場合には、励磁用コイル１１ｈを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ｉを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ｊ，１１ｋの両端を短絡させ、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
【００５６】
このときには、制御回路７Ａにより選択回路３Ａのスイッチ３１ｈ、３１ｉがそれぞれオンとなる。また、制御回路７Ａにより、選択回路３Ａの切り替えスイッチ３２ｊ、３２ｋの各切り替え接点が図４中の上側の各固定接点と接続される。このときのコイルの両端の接続状態は、図５（ｃ）に示すようになる。
この結果、励磁用コイル１１ｈは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ｉにより検出された検出信号は信号処理回路８に入力される。
【００５７】
以上説明したように、この第２実施形態によれば、欠陥の測定精度を確保しつつ、測定の際に検出対象である欠陥の大きさに応じて、使用するコイルの配置間隔を容易に変えることができる。
また、この第２実施形態では、第１実施形態と同様に、検出に直接使用しないコイルはその両端を短絡してフローティング状態としたが、これによる効果は第１実施形態の場合と同様である。
【００５８】
なお、上記の第１実施形態および第２実施形態では、図１および図４に示すように、磁気検出部を有し、その磁気検出部は複数の脚部を有する櫛型磁性体と、その各脚部に巻回される複数のコイルと、を備えるものとした。
しかし、本発明は、複数のコイルを有すれば良く、欠陥などの検出時に、その複数のコイルのうちから励磁用のコイルと検出用のコイルとを少なくとも１つずつ選択できるとともに、その選択の際に使用するコイルの間隔が容易に変わるようになっており、かつ、使用しないコイルはその両端が短絡できるようになっていれば良い。
【００５９】
また、上記の実施形態は、欠陥検出の場合について説明したが、本発明は２極式電磁膜厚計による膜厚計測などのように、欠陥検出以外にも適用できる。
さらに、本発明に係る磁気センサは、測定時に、必ずしも機械的に固定して使用する必要はなく、走査させるようにしても良い。磁気センサを走査させる場合には、例えば、被検査体と平行に脚部の配列方向に走査させたり、脚部の配列方向と直交方向に走査させたり、あるいは斜め方向に走査させるようにしても良い。
【００６０】
さらにまた、上記の実施形態では、励磁用コイルを１つだけ選択して使用する場合について説明したが、励磁用コイルを２つ選択して使用するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の磁気センサの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】その第１実施形態による検出例を説明する図である。
【図３】その第１実施形態において、不使用の検出用コイルを短絡してフローティング状態とした場合の効果を確認するための比較実験の結果を示す図である。
【図４】本発明の磁気センサの第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】その第２実施形態による検出例を説明する図である。
【図６】従来の磁気センサの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
ａ 被検査体
１、１Ａ 磁気検出部
２ 磁化電源
３、３Ａ 選択回路
４ 差動増幅器
５ 位相検波器
６、９ 欠陥レベル判別器
７、７Ａ 制御回路
１０ 櫛型の強磁性体
１０ａ〜１０ｋ 脚部
１１ｄ、１１ｈ 励磁用コイル
１１ａ〜１１ｃ，１１ｅ〜１１ｆ，１１ｉ〜１１ｋ 検出用コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のコイルを有する磁気センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサは、金属板、金属管、金属帯などの金属材料の内部、表面、または表層欠陥の検知、金属板との距離の計測、回転体の回転速度の検出、電流値や磁場の大きさの計測など、各種の計測や検出に使用される。
以下では、磁気センサの適用例として、磁性金属材料（特に、鉄鋼材料）の表面、内部（介在物など）の欠陥検知について説明するが、本発明はこのような適用例について限定されるものではない。
【０００３】
近年、磁性金属製品に求められる品質レベルの高度化により、表面または内部欠陥などの有害欠陥の少ない磁性金属材料に対する要望がますます強くなっている。このような磁性金属製品としては、例えば鉄鋼薄板製品では自動車用、製缶用の冷延鋼板、めっき鋼板などがある。また、厚板鋼材、鋼管などにおいても、欠陥が割れの起源となり得ることから、欠陥を減少させることは非常に重要である。このような欠陥の有無は、鋼以外の磁性金属を使用した磁性金属材料でも、品質上、非常に重要であることは同様である。
【０００４】
そのため、磁性金属材料を製造する際には、製造ラインにおいて、または出荷前に欠陥を検知し、客先（ユーザ）への流出を防ぐことが必要となる。
このような欠陥を検知する１つの手段として、磁気探傷方法が知られている。この磁気探傷方法に使用される磁気センサには、各種のものがあるが、その一例として図６に示すＥ型の強磁性体のコアを有するものが知られている。以下に、図６に示す磁気センサをＥ型センサと呼ぶものとする。
【０００５】
このＥ型センサは、図６に示すように、Ｅ型の強磁性体１００と、強磁性体１００の中央の脚部に巻回される励磁用コイル１０１ａと、強磁性体１００の両側の脚部に巻回される検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃと、磁化電源１０２と、差動増幅器１０４とを備え、例えば被検査体ａのピット状の欠陥ａ１を検出するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
次に、このような構成からなる図６に示すＥ型センサの探傷動作について説明する。
励磁用コイル１０１ａは、磁化電源１０２から供給される交流電流により、交流磁束を発生させる。この発生した交流磁束は被検査体ａに作用すると、その相互作用に応じて、検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃには電圧がそれぞれ誘起される。その両誘起電圧は差動増幅器１０４に導かれると、差動増幅器１０４はその両誘起電圧の差に対応する電圧を出力する。
【０００７】
このため、被検査体ａに欠陥がないときには、検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃに誘起する電圧は同じになるので、差動増幅器１０４の出力電圧はゼロになる。一方、図６に示すように、検出用コイル１０１ｃの近傍にのみ被検査体ａの欠陥ａ１が存在する場合には、検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃの誘起電圧には差があるので、差動増幅器１０４の出力電圧はゼロではなくその欠陥ａ１に応じたものとなる。
【０００８】
従って、検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃの誘起電圧の差分を差動増幅器１０４で求めれば、被検査体ａの欠陥の有無を検出できる。
【特許文献１】特開２００３−２４０７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、磁気測定では、励磁用コイルと検出用コイルの配置間隔、または検出用コイル間の配置間隔を変えることで、測定条件を変えることができる。
例えば、２極式電磁膜厚測定においては、コイルが巻回されている極の間隔を変えることで、膜厚測定の領域を変えることができる。このため、その極の間隔を大きくすることで、局部的な変化の影響を受けにくい膜厚を測定でき、逆に、その極の間隔を小さくすることで、狭い領域のみの膜厚を測定することができる。
【００１０】
また、図６に示すＥ型センサでは、コイル１０１ａ〜１０１ｃが巻回される強磁性体１００の脚部の間隔を変えることにより、検出できる欠陥の大きさを変えることができる。通常、その脚部の間隔は、主に検査対象である欠陥の大きさから決定されるが、実際の検査対象にはいろいろな大きさの欠陥がある。このため、そのいろいろな大きさの欠陥に対応する必要がある。
【００１１】
例えば、小さな欠陥の場合には、図６に示すＥ型センサにおいて、強磁性体１００の脚部の間隔を狭くすることで欠陥の検出ができる。逆に、大きな欠陥の場合には、検出用コイル１０１ｂ，１０１ｃの誘起電圧の差分をとるため、欠陥の大きさよりも脚部の間隔が狭い場合には誘起電圧が打ち消されてしまい、欠陥を適切に検出できない。
そのため、大きな欠陥の場合には、脚部の間隔を広くする必要がある。また、脚部の間隔が広い方が、表面粗さ、リフトオフなどの検査対象の局部的な変化の影響を小さくできる等の利点がある。
【００１２】
以上の説明からわかるように、磁気測定では、コイルの配置間隔を変えることで、測定条件を変えた検出が可能となる。
しかし、通常の磁気測定に使用される磁気センサは、図６に示すＥ型センサのように強磁性体１００のコアを有し、そのコアにコイルが巻回されているので、コイルの配置間隔を変えることができないという不具合がある。また、たとえコアを有していなくても、コイルの位置を機械的に固定しているため、コイルの位置を変えることは容易ではない。
【００１３】
このような不具合に対処するために、磁気センサごと取り替えることも可能である。しかし、オンラインでの測定などの場合には、磁気センサを取り替えることは容易ではない。また、オンライン以外の測定で、仮に磁気センサを取り替えることができたとしても、リフトオフの調整など、諸条件の調整を再度やり直す必要があるなど、大きな手間のかかる作業が必要になるという新たな不具合が発生する。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、複数のコイルを有する磁気センサにおいて、測定精度を確保しつつ、測定の際に使用するコイルの配置間隔を容易に変えることができる磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は以下のように構成するようにした。
すなわち、請求項１に係る発明は、複数のコイルを有する磁気センサであって、磁束の検出時に、前記複数のコイルのうちから１以上の励磁用のコイルと１以上の検出用のコイルの組を選択する選択手段と、前記選択手段で選択されない残余のコイルはコイル毎にその両端を短絡する短絡手段とを備え、前記選択手段で選択された励磁用のコイルを励磁し、前記選択手段で選択された検出用のコイルで磁束を検出するようになっている。
【００１６】
請求項２に係る発明は、複数のコイルを有する磁気センサであって、前記複数のコイルのうちから１以上の励磁用コイルと１以上の検出用のコイルの組を選択する選択手段と、前記選択手段で選択されない残余のコイルはコイル毎にその両端をフローティング状態で短絡する短絡手段とを備え、前記選択手段で選択された励磁用のコイルを励磁し、前記選択手段で選択された検出用のコイルで磁束を検出するようになっている。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の磁気センサにおいて、前記選択手段は、前記コイルの組の選択の切り替えができるようになっている。
請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の磁気センサにおいて、前記複数のコイルは、一列に配置されている。
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の磁気センサにおいて、前記選択手段で選択するコイルは等間隔に配置される３つのコイルであり、前記選択手段の選択時にそのコイルの間隔を変更できるようになっており、かつ、前記選択手段で選択された３つのコイルのうち、中央のコイルを励磁用に使用し、両側の２つのコイルを検出用とし使用し、前記２つの検出用のコイルの出力の差分信号を求めるようになっている。
【発明の効果】
【００１８】
このような構成からなる本発明によれば、測定精度を確保しつつ、測定の際に使用するコイルの配置間隔を容易に変えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の磁気センサの実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の磁気センサの第１実施形態の全体の構成を示すブロック図である。
この第１実施形態に係る磁気センサは、図１に示すように、磁気検出部１と、磁化電源２と、選択回路３と、差動増幅器４と、位相検波器５と、欠陥レベル判別器６と、制御回路７とを備えている。
【００２０】
磁気検出部１は、例えば７つの脚部１０ａ〜１０ｇを有する櫛型の磁性体１０と、中央の脚部１０ｄに巻回される励磁用コイル１１ｄと、他の脚部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇに巻回される検出用コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇと、を備えている。
従って、磁気検出部１の複数のコイル１１ａ〜１１ｇは、一列であって等間隔に配置されている。また、脚部１０ａ〜１０ｇの各先端面は、図２に示すように、被検査体ａの欠陥検出の際には、その検出面と対向するようになっている。
【００２１】
磁化電源２は、励磁用コイル１１ｄを励磁するものであり、その一端側が励磁用コイル１１ｄに接続され、その他端側が接地されている。そして、磁化電源２は、選択回路３のスイッチ３１ｄが閉じたときに、励磁コイル１１ｄを励磁するようになっている。
選択回路３は、欠陥検出の際に、コイル１１ａ〜１１ｇの一端側を選択的に接地させるスイッチ３１ａ〜３１ｇを備えている。すなわち、スイッチ３１ａ〜３１ｇは、欠陥検出の際に、コイル１１ａ〜１１ｇのうちから検出に必要なコイルを選択し、その選択したコイルの一端側を接地するものである。
【００２２】
また、選択回路３は、欠陥検出の際に、検出用コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇのうちから所定の２つのコイルを選択し、この選択した２つのコイルの検出信号を差動増幅器４の入力側に導くとともに、その選択されない残余のコイルについては各コイルの両端をフローティング状態で短絡させるための切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆを備えている。
【００２３】
このため、スイッチ３１ａ〜３１ｇの各一端側がコイル１１ａ〜１１ｇの各一端側に接続され、スイッチ３１ａ〜３１ｇの各他端側が接地されている。また、切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆの一端側の各固定接点は、検出用コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇの各一端側に接続されている。
また、切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆの各切り替え接点は、検出用コイル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇの各他端側に接続されている。さらに、切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｃの他端側の各固定接点は差動増幅器４の一方の入力端子に接続され、切り替えスイッチ３２ｄ〜３２ｆの他端側の各固定接点は差動増幅器４の他方の入力端子に接続されている。
【００２４】
スイッチ３１ａ〜３１ｇは、欠陥検出の際に、後述のように制御回路７の制御に従って開閉制御されるようになっている。また、切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆは、欠陥検出の際に、後述のように制御回路７の制御に従って切り替え接点が切り替え制御されるようになっている。
ここで、スイッチ３１ａ〜３１ｇおよび切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆは、トランジスタのような電子スイッチ、またはリレーのような機械的な接点などが使用される。
【００２５】
差動増幅器４は、選択回路３で選択された２の検出用コイルの両誘起電圧を入力し、その両誘起電圧の差分に応じた信号を位相検波器５に出力するようになっている。
位相検波器５は、差動増幅器４からの出力信号を入力し、この入力信号を磁化電源２の波形に同期した信号をより位相検波し、これにより被検査体の欠陥の大きさに応じた信号を得るものである。
【００２６】
欠陥レベル判別器６は、位相検波器５からの出力信号を入力し、これをあらかじめ定めてあるしきい値と比較することにより、被検査体の欠陥のレベルを判別し、その判別結果を出力するものである。
制御回路７は、欠陥検出の指示があると、その指示に基づいてあらかじめ定められた手順で、選択回路３のスイッチ３１ａ〜３１ｇの開閉制御、および切り替えスイッチ３２ａ〜３２ｆの切り替え接点の切り替え制御を行うものである。
【００２７】
次に、このような構成からなる第１実施形態による被検査体の欠陥の検出方法について、図１および図２を参照して説明する。
この欠陥の検出では、図１に示す磁気検出部１の各脚部１０ａ〜１０ｇを、図２に示すように被検査体ａの検査面に対向させて行う。
まず、被検査体ａの大きな欠陥を検出する場合について、図１および図２（ａ）を参照して説明する。
【００２８】
この場合には、励磁用コイル１１ｄを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ａ、１１ｇを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ｂ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇの両端をフローティング状態で短絡させ、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
このときには、制御回路７により選択回路３のスイッチ３１ａ、３１ｄ、３１ｇがそれぞれオンとなる。また、制御回路７により、選択回路３の切り替えスイッチ３２ａ、３２ｆの各切り替え接点が図１中の上側の各固定接点と接続され、切り替えスイッチ３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅの各切り替え接点が図１中の下側の各固定接点と接続される。
【００２９】
このときのコイルの両端の接続状態は、図２（ａ）に示すようになる。ここで、図２では、コイル１１ａ，１１ｄ，１１ｇについてはその一端側の接続のみ表示され、その他端側の接地の表示は省略されている。
この結果、励磁用コイル１１ｄは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ａ，１１ｇにより検出された検出信号（誘起電圧）が差動増幅器４に入力される。差動増幅器４の出力は位相検波器５に入力され、磁化電源２の波形に同期した信号により位相検波されると、位相検波器５からは被検査体ａの欠陥の大きさに応じた信号が出力される。欠陥レベル判別器６は、その出力信号を入力し、これをあらかじめ定めてあるしきい値と比較することにより、被検査体の欠陥のレベルを判別し、その判別結果を出力する。
【００３０】
ここで、被検査体ａに欠陥がないときには、検出用コイル１１ａ，１１ｇの誘起電圧は同じであるので、差動増幅器４の出力電圧はゼロになる。一方、検出用コイル１１ａ，１１ｇのいずれか一方の検出用コイルの近傍にのみ大きな欠陥が存在する場合には、検出用コイル１１ａ，１１ｇの誘起電圧には差があるので、差動増幅器４の出力電圧はゼロではなくその欠陥に応じたものとなる。従って、検出用コイル１１ａ，１１ｇの誘起電圧の差分を差動増幅器４で求めれば、被検査体ａの欠陥の有無を検出できる。
【００３１】
次に、被検査体ａの小さい欠陥を検出する場合について、図１および図２（ｂ）を参照して説明する。
この場合には、励磁用コイル１１ｄを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ｂ、１１ｆを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇの両端をフローティング状態で短絡させ、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
【００３２】
このときには、制御回路７により選択回路３のスイッチ３１ｂ、３１ｄ、３１ｆがそれぞれオンとなる。また、制御回路７により、選択回路３の切り替えスイッチ３２ｂ、３２ｅの各切り替え接点が図１中の上側の各固定接点と接続され、切り替えスイッチ３２ａ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｆの各切り替え接点が図１中の下側の各固定接点と接続される。このときのコイルの両端の接続状態は、図２（ｂ）に示すようになる。
【００３３】
この結果、励磁用コイル１１ｄは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ｂ，１１ｆにより検出された検出信号が差動増幅器４に入力される。
次に、被検査体ａのさらに小さい欠陥を検出する場合について、図１および図２（ｃ）を参照して説明する。
この場合には、励磁用コイル１１ｄを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ｃ、１１ｅを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｆ，１１ｇの両端をフローティング状態で短絡させ、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
【００３４】
このときには、制御回路７により選択回路３のスイッチ３１ｃ、３１ｄ、３１ｅがそれぞれオンとなる。また、制御回路７により、選択回路３の切り替えスイッチ３２ｃ、３２ｄの各切り替え接点が図１中の上側の各固定接点と接続され、切り替えスイッチ３２ａ、３２ｂ、３２ｅ、３２ｆの各切り替え接点が図１中の下側の各固定接点と接続される。このときのコイルの両端の接続状態は、図２（ｃ）に示すようになる。
【００３５】
この結果、励磁用コイル１１ｄは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ｃ，１１ｅにより検出された検出信号が差動増幅器４に入力される。
ところで、第１実施形態では、図６に示すＥ型センサによる測定と比較すると、図２（ａ）（ｂ）の場合には、実際に検出に使用する検出用コイルを巻回している脚部と、励磁用コイルを巻回している脚部との間に、検出の際に直接使用しない検出用コイルが巻回される脚部がある。このため、その使用しない検出用コイルが巻回される脚部にも磁束が流れ、実際に使用する検出用コイルに鎖交する磁束が減少することが懸念される。
【００３６】
しかし、第１実施形態では、上記のように、使用しない検出用コイルは短絡させるようにした。このため、使用しない検出用コイルには、電磁誘導現象により磁束が流れにくくなる方向に電流が流れるので、磁束の流入が難しくなる。この結果、検出に使用する検出用コイルに鎖交する磁束は、殆ど減少せず、第１実施形態では図６に示すＥ型センサと同等の測定を行うことが可能となる。
【００３７】
そこで、第１実施形態における使用しない検出用コイルの短絡による効果を確認するために、人工欠陥を用いて、以下の条件の下で比較実験を行った。
この比較実験では、被検査体の測定対象となる人工欠陥として、幅０．５〔ｍｍ〕、深さ０．５〔ｍｍ〕のものを用意し、図３（ａ）〜（ｄ）の右側の図のような条件で実験を行った。すなわち、図３（ａ）（ｃ）（ｄ）の場合には、強磁性体の脚部の間隔を１．５〔ｍｍ〕、図３（ｂ）の場合には、強磁性体の脚部の間隔を３〔ｍｍ〕とした。また、脚部の幅はいずれも０．５〔ｍｍ〕、脚部の奥行きはいずれも２〔ｍｍ〕、脚部の長さはいずれも３〔ｍｍ〕とした。さらに、励磁信号は、いずれの場合も周波数が７５０〔ｋＨｚ〕で、電圧は２〔Ｖ〕とした。
【００３８】
図３（ａ）の実験は、脚部の配置間隔が１．５〔ｍｍ〕であり、その各脚部に巻回されるコイルのうち連続する３つのコイルを使用するものであり、これは脚部の間隔が１．５〔ｍｍ〕の図６に示すＥ型センサに相当する。同図（ｂ）の実験は、脚部の配置間隔が３〔ｍｍ〕であり、その各脚部に巻回されるコイルのうち連続する３つのコイルを使用するものであり、これは脚部の間隔が３〔ｍｍ〕の図６に示すＥ型センサに相当する。
【００３９】
同図（ｃ）の実験は、脚部の配置間隔が１．５〔ｍｍ〕であり、その各脚部に巻回されるコイルを１つおきに３つ使用し、使用しないコイルは各コイル毎にその両端を開放させている。同図（ｄ）の実験は、脚部の配置間隔が１．５〔ｍｍ〕であり、その各脚部に巻回されるコイルを１つおきに３つ使用し、使用しないコイルは各コイル毎にその両端を短絡させ、フローティング状態にさせている。
【００４０】
このような条件の下で行った４つの比較実験の結果を、図３（ａ）〜（ｄ）の各左側に示す。
この比較実験の結果によれば、欠陥の信号出力はピーク・ピーク値で、（ａ）の場合が１．１〔Ｖ〕、（ｂ）の場合が０．８〔Ｖ〕、（ｃ）の場合が０．４〔Ｖ〕、（ｄ）の場合が０．７５〔Ｖ〕である。
【００４１】
（ａ）と（ｂ）の比較によれば、脚部の間隔を変えることで、欠陥に対する検出性能が変わることが確認できる。また、（ｂ）（ｃ）（ｄ）の比較により、使用しないコイルが使用するコイルの間に存在しても、（ｄ）に示すようにその使用しないコイルの両端を短絡し、フローティング状態にすることで、（ｂ）に示すように図６に示すＥ型センサと同等の結果を得ることが確認できた。
【００４２】
以上説明したように、この第１実施形態によれば、欠陥の測定精度を確保しつつ、測定の際に検出対象である欠陥の大きさに応じて、使用するコイルの配置間隔を容易に変えることができる。
なお、この第１実施形態では、検出に直接使用しないコイルは、図３（ｄ）に示すように、その両端を短絡してフローティング状態とするのが最適である。しかし、これに代えて、使用しないコイルの両端を短絡して接地するようにしても、その使用しないコイルへの磁束の流入を防ぐことができ、実用上問題はない。
【００４３】
（第２実施形態）
図４は、本発明の磁気センサの第２実施形態の全体の構成を示すブロック図である。
この第２実施形態に係る磁気センサは、図４に示すように、磁気検出部１Ａと、磁化電源２と、選択回路３Ａと、信号処理回路８と、欠陥レベル判別器９と、制御回路７Ａとを備え、図１に示す第１実施形態と比較して全体の構成の簡易化を図ったものである。
【００４４】
磁気検出部１Ａは、例えば４つの脚部１０ｈ〜１０ｋを有する櫛型磁性体１０Ａと、一端側の脚部１０ｈに巻回される励磁用コイル１１ｈと、残りの脚部１０ｉ、１０ｊ、１０ｋに巻回される検出用コイル１１ｉ、１１ｊ、１１ｋと、を備えている。
従って、磁気検出部１Ａの複数のコイル１１ｈ〜１１ｋは、一列であって等間隔に配置されている。また、脚部１０ｈ〜１０ｋの各先端面は、図５に示すように、被検査体の欠陥検出の際には、その検出面と対向するようになっている。
【００４５】
磁化電源２は、励磁用コイル１１ｈを励磁するものであり、その一端側が励磁用コイル１１ｈに接続され、その他端側が接地されている。そして、磁化電源２は、選択回路３Ａのスイッチ３１ｈが閉じたときに、励磁コイル１１ｈを励磁するようになっている。
選択回路３Ａは、欠陥検出の際に、コイル１１ｈ〜１１ｋの一端側を選択的に接地させるスイッチ３１ｈ〜３１ｋを備えている。すなわち、スイッチ３１ｈ〜３１ｋは、欠陥検出の際に、コイル１１ｈ〜１１ｋのうちから検出に必要なコイルを選択し、その選択したコイルの一端側を接地するものである。
【００４６】
また、選択回路３Ａは、欠陥検出の際に、検出用コイル１１ｉ〜１１ｋのうちから所定の１つのコイルを選択し、この選択したコイルの検出信号を信号処理回路８の入力側に導くとともに、その選択されない残余のコイルについては各コイルの両端をフローティング状態で短絡させるための切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋを備えている。
このため、スイッチ３１ｈ〜３１ｋの各一端側がコイル１１ｈ〜１１ｋの各一端側に接続され、スイッチ３１ｈ〜３１ｋの各他端側が接地されている。また、切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋの一端側の各固定接点は、検出用コイル１１ｉ〜１１ｋの各一端側に接続されている。また、切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋの各切り替え接点は、検出用コイル１１ｉ〜１１ｋの各他端側に接続されている。さらに、切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋの他端側の各固定接点は、信号処理回路８の入力側に接続されている。
【００４７】
スイッチ３１ｈ〜３１ｋは、欠陥検出の際に、後述のように制御回路７Ａの制御に従って開閉制御されるようになっている。また、切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋは、欠陥検出の際に、後述のように制御回路７Ａの制御に従って切り替え接点が切り替え制御されるようになっている。
ここで、スイッチ３１ｈ〜３１ｋおよび切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋは、トランジスタのような電子スイッチ、またはリレーのような機械的な接点などが使用される。
【００４８】
信号処理回路８は、検出用コイル１１ｉ，１１ｊ，１１ｋからの各検出信号を選択的に入力し、その入力した検出信号を増幅回路で増幅するとともに、その増幅した検出信号中からフィルタ回路により所望の成分を抽出し、その抽出した信号を出力するようになっている。
欠陥レベル判別器９は、信号処理回路８からの出力信号を入力し、これをあらかじめ定めてあるしきい値と比較することにより、被検査体の欠陥のレベルを判別し、その判別結果を出力するものである。
【００４９】
制御回路７Ａは、欠陥検出の指示があると、その指示に基づいてあらかじめ定められた手順で、選択回路３のスイッチ３１ｈ〜３１ｋの開閉制御、および切り替えスイッチ３２ｉ〜３２ｋの切り替え接点の切り替え制御を行うものである。
次に、このような構成からなる第２実施形態による被検査体の欠陥の検出方法について、図４および図５を参照して説明する。
【００５０】
この欠陥の検出では、図４に示す磁気検出部１Ａの各脚部１０ｈ〜１０ｋを、図５に示すように被検査体ａの検査面に対向させて行う。
まず、被検査体ａの大きな欠陥を検出する場合について、図４および図５（ａ）を参照して説明する。
この場合には、励磁用コイル１１ｈを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ｋを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ｉ，１１ｊの両端を短絡させてフローティング状態とし、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
【００５１】
このときには、制御回路７Ａにより選択回路３Ａのスイッチ３１ｈ、３１ｋがそれぞれオンとなる。また、制御回路７Ａにより、選択回路３Ａの切り替えスイッチ３２ｋの各切り替え接点が図４中の上側の各固定接点と接続され、切り替えスイッチ３２ｉ、３２ｊの各切り替え接点が図４中の下側の各固定接点と接続される。
このときのコイルの両端の接続状態は、図５（ａ）に示すようになる。ここで、図５では、コイル１１ｈ，１１ｋについてはその一端側の接続のみ表示され、その他端側の接地の表示は省略されている。
【００５２】
この結果、励磁用コイル１１ｈは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ｋにより検出された検出信号（誘起電圧）が信号処理回路８に入力される。信号処理回路８は、その検出信号の増幅およびフィルタ処理を行い、欠陥信号を強調して出力する。欠陥レベル判別器９は、その出力信号を入力し、これをあらかじめ定めてあるしきい値と比較することにより、被検査体の欠陥のレベルを判別し、その判別結果を出力する。
【００５３】
次に、被検査体ａの小さい欠陥を検出する場合について、図４および図５（ｂ）を参照して説明する。
この場合には、励磁用コイル１１ｄを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ｊを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ｉ，１１ｋの両端を短絡させてフローティング状態とし、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
【００５４】
このときには、制御回路７Ａにより選択回路３Ａのスイッチ３１ｈ、３１ｊがそれぞれオンとなる。また、制御回路７Ａにより、選択回路３Ａの切り替えスイッチ３２ｊの各切り替え接点が図４中の上側の各固定接点と接続され、切り替えスイッチ３２ｉ、３２ｋの各切り替え接点が図４中の下側の各固定接点と接続される。このときのコイルの両端の接続状態は、図５（ｂ）に示すようになる。
【００５５】
この結果、励磁用コイル１１ｈは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ｊにより検出された検出信号が信号処理回路８に入力される。
次に、被検査体ａのさらに小さい欠陥を検出する場合について、図４および図５（ｃ）を参照して説明する。
この場合には、励磁用コイル１１ｈを選択して使用するとともに、検出用コイル１１ｉを選択して使用し、それ以外の選択されない検出用コイル１１ｊ，１１ｋの両端を短絡させ、これにより被検査体ａの欠陥検出を行う。
【００５６】
このときには、制御回路７Ａにより選択回路３Ａのスイッチ３１ｈ、３１ｉがそれぞれオンとなる。また、制御回路７Ａにより、選択回路３Ａの切り替えスイッチ３２ｊ、３２ｋの各切り替え接点が図４中の上側の各固定接点と接続される。このときのコイルの両端の接続状態は、図５（ｃ）に示すようになる。
この結果、励磁用コイル１１ｈは磁化電源２により励磁されて交流磁束が発生し、検出用コイル１１ｉにより検出された検出信号は信号処理回路８に入力される。
【００５７】
以上説明したように、この第２実施形態によれば、欠陥の測定精度を確保しつつ、測定の際に検出対象である欠陥の大きさに応じて、使用するコイルの配置間隔を容易に変えることができる。
また、この第２実施形態では、第１実施形態と同様に、検出に直接使用しないコイルはその両端を短絡してフローティング状態としたが、これによる効果は第１実施形態の場合と同様である。
【００５８】
なお、上記の第１実施形態および第２実施形態では、図１および図４に示すように、磁気検出部を有し、その磁気検出部は複数の脚部を有する櫛型磁性体と、その各脚部に巻回される複数のコイルと、を備えるものとした。
しかし、本発明は、複数のコイルを有すれば良く、欠陥などの検出時に、その複数のコイルのうちから励磁用のコイルと検出用のコイルとを少なくとも１つずつ選択できるとともに、その選択の際に使用するコイルの間隔が容易に変わるようになっており、かつ、使用しないコイルはその両端が短絡できるようになっていれば良い。
【００５９】
また、上記の実施形態は、欠陥検出の場合について説明したが、本発明は２極式電磁膜厚計による膜厚計測などのように、欠陥検出以外にも適用できる。
さらに、本発明に係る磁気センサは、測定時に、必ずしも機械的に固定して使用する必要はなく、走査させるようにしても良い。磁気センサを走査させる場合には、例えば、被検査体と平行に脚部の配列方向に走査させたり、脚部の配列方向と直交方向に走査させたり、あるいは斜め方向に走査させるようにしても良い。
【００６０】
さらにまた、上記の実施形態では、励磁用コイルを１つだけ選択して使用する場合について説明したが、励磁用コイルを２つ選択して使用するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の磁気センサの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】その第１実施形態による検出例を説明する図である。
【図３】その第１実施形態において、不使用の検出用コイルを短絡してフローティング状態とした場合の効果を確認するための比較実験の結果を示す図である。
【図４】本発明の磁気センサの第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図５】その第２実施形態による検出例を説明する図である。
【図６】従来の磁気センサの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
ａ 被検査体
１、１Ａ 磁気検出部
２ 磁化電源
３、３Ａ 選択回路
４ 差動増幅器
５ 位相検波器
６、９ 欠陥レベル判別器
７、７Ａ 制御回路
１０ 櫛型の強磁性体
１０ａ〜１０ｋ 脚部
１１ｄ、１１ｈ 励磁用コイル
１１ａ〜１１ｃ，１１ｅ〜１１ｆ，１１ｉ〜１１ｋ 検出用コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルを有する磁気センサであって、
磁束の検出時に、前記複数のコイルのうちから１以上の励磁用のコイルと１以上の検出用のコイルの組を選択する選択手段と、
前記選択手段で選択されない残余のコイルはコイル毎にその両端を短絡する短絡手段とを備え、
前記選択手段で選択された励磁用のコイルを励磁し、前記選択手段で選択された検出用のコイルで磁束を検出するようになっていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
複数のコイルを有する磁気センサであって、
前記複数のコイルのうちから１以上の励磁用コイルと１以上の検出用のコイルの組を選択する選択手段と、
前記選択手段で選択されない残余のコイルはコイル毎にその両端をフローティング状態で短絡する短絡手段とを備え、
前記選択手段で選択された励磁用のコイルを励磁し、前記選択手段で選択された検出用のコイルで磁束を検出するようになっていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
前記選択手段は、前記コイルの組の選択の切り替えができるようになっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記複数のコイルは、一列に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記選択手段で選択するコイルは等間隔に配置される３つのコイルであり、前記選択手段の選択時にそのコイルの間隔を変更できるようになっており、
かつ、前記選択手段で選択された３つのコイルのうち、中央のコイルを励磁用に使用し、両側の２つのコイルを検出用とし使用し、前記２つの検出用のコイルの出力の差分信号を求めるようになっていることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ。
【請求項１】
複数のコイルを有する磁気センサであって、
磁束の検出時に、前記複数のコイルのうちから１以上の励磁用のコイルと１以上の検出用のコイルの組を選択する選択手段と、
前記選択手段で選択されない残余のコイルはコイル毎にその両端を短絡する短絡手段とを備え、
前記選択手段で選択された励磁用のコイルを励磁し、前記選択手段で選択された検出用のコイルで磁束を検出するようになっていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
複数のコイルを有する磁気センサであって、
前記複数のコイルのうちから１以上の励磁用コイルと１以上の検出用のコイルの組を選択する選択手段と、
前記選択手段で選択されない残余のコイルはコイル毎にその両端をフローティング状態で短絡する短絡手段とを備え、
前記選択手段で選択された励磁用のコイルを励磁し、前記選択手段で選択された検出用のコイルで磁束を検出するようになっていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
前記選択手段は、前記コイルの組の選択の切り替えができるようになっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記複数のコイルは、一列に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかに記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記選択手段で選択するコイルは等間隔に配置される３つのコイルであり、前記選択手段の選択時にそのコイルの間隔を変更できるようになっており、
かつ、前記選択手段で選択された３つのコイルのうち、中央のコイルを励磁用に使用し、両側の２つのコイルを検出用とし使用し、前記２つの検出用のコイルの出力の差分信号を求めるようになっていることを特徴とする請求項４に記載の磁気センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１０４４０（Ｐ２００６−１０４４０Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８６３２５（Ｐ２００４−１８６３２５）
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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