配管検査方法、配管検査装置および電磁超音波センサ
【課題】配管の減肉等の検査において、ガイド波を送受信する電磁超音波センサの健全性確認や感度校正を容易に行なえるようにする。
【解決手段】磁極が配管３０に対向しコイル軸が配管の周方向を向くように電磁超音波センサを配置し、コイルに交流電流を流すことにより配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて反射して戻ってきたガイド波によってコイルに生じる軸方向エコー電流を検出する。磁極が配管に対向しコイル軸が管軸方向を向くように電磁超音波センサを配置し、コイルに交流電流を流すことにより周方向に伝播するガイド波を発生させて反射せずに戻ってきたガイド波によってコイルに生じる周回エコー電流を検出する。周回エコー検出ステップで得られた周回エコー電流に基づいて電磁超音波センサの感度を校正する。
【解決手段】磁極が配管３０に対向しコイル軸が配管の周方向を向くように電磁超音波センサを配置し、コイルに交流電流を流すことにより配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて反射して戻ってきたガイド波によってコイルに生じる軸方向エコー電流を検出する。磁極が配管に対向しコイル軸が管軸方向を向くように電磁超音波センサを配置し、コイルに交流電流を流すことにより周方向に伝播するガイド波を発生させて反射せずに戻ってきたガイド波によってコイルに生じる周回エコー電流を検出する。周回エコー検出ステップで得られた周回エコー電流に基づいて電磁超音波センサの感度を校正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁超音波センサ、ならびに、これを利用した配管検査方法および配管検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種プラントに敷設されている配管には、敷設後ある程度の期間が経過すると腐食進行により配管板厚が薄くなる個所すなわち減肉部が発生する場合がある。したがって、保守作業員は定期または不定期に実施されるメンテナンス作業において、このような減肉部の発生の有無を検査するために超音波厚さ計による板厚測定を実施している。この検査は、検査対象物である配管の外周に取り付けられている保温材を取り外して、配管外表面に超音波センサを直接接触させて超音波信号を取得し、取得信号を解析することで板厚を得る方法である。校正方法は、検査対象物と同一材から成る板厚が既知の校正用試験体を用い、この校正用試験体での超音波信号を基準として感度校正が行なわれている。
【０００３】
それに対して、近年、ガイド波またはガイドウェーブと呼ばれる超音波を用いた検査方法および装置が提案されている。ガイド波法は、配管の軸方向に伝播する超音波を発生させ、減肉個所で反射して戻ってくる反射エコーを解析することで減肉部の有無や板厚を検査する方法である。センサ設置個所の保温材は取り外す必要があるが、設置個所以外の保温材は取り外すことなくセンサ設置位置から数十ｍ先の広範囲に渡る減肉の有無を一度に検査できる特徴がある。
【０００４】
しかしながら、ガイド波法の校正方法は確立されていない。一般的には板厚計による板厚検査と同様に検査対象物と同一材の校正用試験体による校正が行なわれているが、校正用試験体を用いる方法では、検査対象物に対してそれぞれに校正用試験体を製作する必要があり、大口径配管が検査対象になった場合、同一材の配管の入手はもちろん運搬、加工、および保管、管理が必要となり、膨大な時間とコストがかかるという問題が生じる。
【０００５】
特許文献１には、配管を伝播するガイド波を強制的に反射させる反射部材を配管外表面または内面に設置するもので、反射部材からの信号振幅を基準としてセンサ感度や減肉の大きさを推定するものが記載されている。反射部材には金属性ブロックや磁石などを用い、設置位置は超音波センサから配管軸方向に離れた位置で、配管周方向に対してー部位または複数部位に設けることとしている。
【０００６】
特許文献２には、測定に用いる検査用の超音波センサ、校正用の超音波センサの２つのセンサを使用し、校正用の超音波センサの取得信号を基準として検査用の超音波センサの取得信号を校正するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２９３９８１号公報
【特許文献２】特開２００９−２３６６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および２に記載された方法は、いずれも校正用試験体を用いること無く校正できる方法であるが、特許文献１では反射部材の設置および撤去といった付随作業が発生する問題がある。特許文献２では校正用の超音波センサを用意する必要があるためセンサコストが上昇する問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、ガイド波を用いた配管の減肉等の検査において、電磁超音波センサの健全性確認や感度校正を容易に行なえるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る配管検査方法の一つの態様は、第１の端部に第１の磁極が形成され第１の端部の反対側に第２の磁極が形成される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直なコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられたコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて、配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの感度を校正する校正ステップと、前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記校正ステップによって得られた前記電磁超音波センサの感度に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る配管検査方法の他の一つの態様は、第１の端部に第１の磁極が形成され第１の端部の反対側に第２の磁極が形成される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直なコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられたコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより、前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの健全性を判定するセンサ健全性判定ステップと、前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記センサ健全性判定ステップによって得られた前記電磁超音波センサの健全性の判定結果に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る配管検査方法の他の一つの態様は、第１の磁極と第２の磁極が互いに反対方向に向いている永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて、配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記第１のコイル軸が前記配管の周方向を向いて前記第２のコイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置するセンサ配置ステップと、前記センサ配置ステップの後に前記第１のコイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記第１のコイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、前記センサ配置ステップの後に前記第２のコイルに交流電流を流すことにより、前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記第２のコイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの感度を校正する校正ステップと、前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記校正ステップによって得られた前記電磁超音波センサの感度に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る配管検査装置の一つの態様は、配管の管壁内部を進行する超音波であるガイド波を送受信する電磁超音波センサを有する配管検査装置であって、前記電磁超音波センサは、第１の磁極が前記配管の管壁面の一部に対向し、第２の磁極が前記管壁面の一部から遠ざかる方向に向くように配置される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、を備え、前記第１のコイルおよび第２のコイルに交流電流を供給できるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る電磁超音波センサの一つの態様は、配管の管壁内部を進行する超音波であるガイド波を送受信する電磁超音波センサであって、第１の磁極が前記配管の管壁面の一部に対向し、第２の磁極が前記管壁面の一部から遠ざかる方向に向くように配置される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガイド波を用いた配管の減肉等の検査において、電磁超音波センサの健全性確認や感度校正を容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る配管検査装置の電磁超音波センサの送信時の状態を示す模式図である。
【図２】図１の電磁超音波センサの受信時の状態を示す模式図である。
【図３】図１の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の軸方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【図４】図３に示す配管の軸方向に超音波を送受信したときの受信信号の例を示すタイムチャートである。
【図５】図１の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【図６】図５に示す配管の周方向に超音波を送受信したときの受信信号の例を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る配管検査装置を用いた配管検査方法における振幅レベルと減肉サイズの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る配管検査装置を用いた配管検査方法における超音波エコーの伝播時間と振幅レベルの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置の電磁超音波センサの構成と作用を示す模式図である。
【図１０】図９の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の軸方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【図１１】図９の電磁超音波センサをＸ軸方向から見た模式図である。
【図１２】図９および図１１に示す電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置を用いて検査対象となる配管の軸方向および周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置を用いて検査対象となる配管に超音波を送信する状況を示す平面図であって、配管の周方向に超音波を送信する場合を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置を用いて検査対象となる配管に超音波を送信する状況を示す平面図であって、配管の周方向に対して傾いた方向に超音波を送信する場合を示す図である。
【図１６】図１４および図１５の状況における周回エコーの周回数と周回エコーレベルの関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る配管検査装置の各電磁超音波センサの出力波形の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１ないし図６を参照して、本発明の第１の実施形態に係る配管検査装置を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る配管検査装置の電磁超音波センサの送信時の状態を示す模式図である。電磁超音波センサ１は、永久磁石２とコイル３から構成される。永久磁石２は配管３０の外周面から内周面への方向に磁化されおり、図１では配管３０の壁面に近い側がＮ極、遠い側がＳ極になっている。コイル３は、永久磁石２のＮ極とＳ極を結ぶ線に対して垂直なコイル軸５０の周りで永久磁石２の周囲に複数巻回されている。コイル３には交流電圧を印加して交流電流４を流すことができるようになっている。
【００２０】
配管３０には永久磁石２により白抜き矢印で示す磁束６が加わるが、コイル３に交流電流４を流すと配管３０の表面には渦電流７が誘導される。渦電流７の方向が図１のように奥行方向とすると、磁束６と渦電流７は直交していることからフレミングの左手の法則により、配管３０には黒矢印で示す方向にローレンツ力８が発生する。このローレンツ力８は交流電流４によって誘導された渦電流７によって発生するので時間的に変化し、図示した矢印方向とは１８０度反転となり、その後再び、図示の矢印方向と同方向となることを繰り返す。このローレンツ力８の振動は交流電流４によるものであることから、配管３０には交流電流４と同じ周波数の振動（超音波）が発生することとなる。
【００２１】
上記説明は超音波発生の動作であるが、超音波を受信する動作は逆のプロセスとなる。図２は図１の電磁超音波センサの受信時の状態を示す模式図である。図２の電磁超音波センサ１において、磁束６が加わった状態で、配管３０に振動が到達すれば、フレミングの右手の法則によって配管表面に電界が発生する。この電界によって配管３０の表面には渦電流７が発生し、この渦電流７によって鎖交磁束９が発生する。この鎖交磁束９はコイル３と鎖交するので、コイル３の両端には鎖交磁束９によるファラデーの法則に基づく起電力１０が発生する。この起電力１０を電気信号として、超音波を検出することができる。
【００２２】
したがって、図１に示した電磁超音波センサ１によって、超音波を送信できるとともに受信することも可能となる。
【００２３】
たとえば、配管３０の板厚を１０ｍｍ、音速度を３０００ｍ／ｓとして考えると、超音波の周波数をたとえば５ＭＨｚの高周波にした場合にはガイド波の波長は０．６ｍｍとなり板厚よりも短くなる。このため超音波は板厚方向に伝播する。一方、超音波の周波数をたとえば５０ｋＨｚにすれば波長は６０ｍｍとなり、板厚よりも長くなることから、図３に示すようにガイド波２０として配管３０の軸方向に伝播する。このことから電磁超音波の周波数は一般的には数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲になると考えらえる。
【００２４】
図３は図１の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の軸方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。ガイド波２０は、図３に示すように振動方向が配管３０の周方向、伝搬方向が配管３０の軸方向となる。振動方向とは上述したローレンツ力８の振動方向であり、ガイド波２０はコイル３の巻回方向と同じ方向に伝播することになる。
【００２５】
このように、配管３０の軸方向にガイド波２０が伝播すれば、図３のように減肉部３１で反射し、反射ガイド波２２として電磁超音波センサ１で検出される。図４は図３に示す配管の軸方向に超音波を送受信したときの受信信号の例を示すタイムチャートである。
【００２６】
反射源となる減肉部３１がなければガイド波２０は反射されずに配管３０の軸方向に伝播し続けながら減衰するため、受信信号の中に反射エコーは検出されない。
【００２７】
つぎに、図５に示すように電磁超音波センサ１を９０度回転させて配置する。図５は、図１の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。この場合、ガイド波２０は配管３０の軸方向に振動しながら周方向に伝播する。このように伝播させれば周回したガイド波を電磁超音波センサ１で検出することが可能となる。図６は図５に示す配管の周方向に超音波を送受信したときの受信信号の例を示すタイムチャートである。
【００２８】
一般的にガイド波は長距離まで伝播する特徴があり、１０ｍ程度は伝播することから周方向に伝播する周回ガイド波は数周回検出することができる。この実施形態では、この周回ガイド波の信号を校正のためのリファレンス信号とする。
【００２９】
超音波探傷で一般的に用いる圧電素子を用いてガイド波を送受信する方式のセンサでは、センサを配管に密着させる必要があるため、この実施形態のようにセンサを回転させることはできない。センサの取り付けの向きによって配管の曲率が異なるからである。一方、電磁超音波センサ１では先の図１および図２に示したように配管自体が振動発生源となることから、センサと配管との間に数ｍｍの隙間があったとしても配管に振動を与えることが可能である。また、電磁超音波センサ１は内蔵する永久磁石２の磁力によって配管３０に一定の押し付け圧で吸着されるため、取り付け再現性が高く、センサ設置方向を９０度変えても安定的な受信信号を得ることができる。
【００３０】
このように電磁超音波センサを用いることで、反射源を用いることなく、配管の軸方向と周方向の両方向へのガイド波を伝播することができる。
【００３１】
図５および図６に示す方法で、配管３０の周方向に周回した上で検出される周回ガイド波の振幅を、検査対象物を同形状の円筒体を用いて予め求めておき、これを基準強度として実際の検査対象物で同様に周回した上で検出される周回ガイド波の振幅を校正強度とし、基準強度と校正強度との差分からセンサの劣化程度を定量的に得ることができる。これにより、検査の信頼性が確保される。また、センサが故障しガイド波が送信または受信できなければ図６に示した周回ガイド波は検出されないことから故障の有無も容易に確認することができる。
【００３２】
ガイド波は、配管３０の減肉部が大きければ反射ガイド波の振幅も大きくなる相関関係があり、この相関性を用いることで減肉の大きさを推定することが可能である。ここで、センサ感度の変動を補正すれば相関性がより強くなり推定精度を向上することができる。
【００３３】
センサ感度の補正として前述の基準強度と校正強度の差分を用いれば、感度変動が定量的に得られる。この感度変動を、ガイド波の伝播方向を配管軸方向とした減肉測定時に検出される受信信号の校正に用いれば、減肉の大きさを推定することができる。
【００３４】
さらに、図６の周回ガイド波のエコー間隔から配管周方向に１周回にガイド波の伝播時間を得ることができる。図６にて受信信号の中のガイド波送信エコーと１周目に検出される周回波との時間差（ｔ１）と、周回ごとに検出される受信信号の時間差（ｔ２、ｔ３）は同経路を巡回することから一定であり、いずれの時間間隔を用いても伝搬時間となる。また、ｔ１〜ｔ３の平均時間差を用いてもよい。
【００３５】
ここから得られる伝播時間Ｔと検査対象物である円筒体の外形サイズ（伝播距離Ｌ）から、配管を伝播するガイド波の音速度Ｖを、Ｖ＝Ｌ／Ｔの式で容易に求めることができる。
【００３６】
上述の周回ガイド波から求めた音速度を用いて、配管３０の軸方向に伝播した場合の受信信号を伝播距離に換算すれば、実測した音速度からの換算であることから減肉部の位置（センサからの距離）を正確に同定することができる。
【００３７】
図７は、この第１の実施形態に係る配管検査装置を用いた配管検査方法における振幅レベルと減肉サイズの関係を示すグラフである。図８は、この第１の実施形態に係る配管検査装置を用いた配管検査方法における超音波エコーの伝播時間と振幅レベルの関係を示すグラフである。
【００３８】
減肉部で発生する反射エコーの振幅レベルは、図７に示すように減肉の大きさと比例性がある。この場合に、管壁内の超音波の減衰率を考慮する必要がある。したがって、予め減肉サイズと振幅レベルの相関係数を取得しておけば振幅レベルから減肉の大きさを推定することができる。しかしながら、図８に示すように、減衰率により振幅レベルが変動する。すなわち、振幅レベルは配管の固体差などによって、伝播減衰率が変わるため推定値に誤差が生じる。このため、ガイド波の伝播方向を配管周方向とした場合に検出される周回エコーの振幅レベルからガイド波の伝播減衰率を計算することで振幅レベルの補正を行なう。
【００３９】
伝播減衰率は単位伝播時間（＝伝播距離）での振幅レベルの低下率であることから、図６の周回エコーの周回ごとの振幅レベルから定量的な伝播減衰率が得られる。このように伝播減衰率を補正することによって、誤差が少なくなり、減肉サイズの推定精度を向上することができる。
【００４０】
以上説明した第１の実施形態によれば、ガイド波を用いた配管の減肉等の検査において、電磁超音波センサの健全性確認や感度校正を容易に行なうことができる。また、配管の管壁内を伝播する音速度を実測できるので、配管の減肉等の位置を正確に特定することができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
図９ないし図１５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置を説明する。
【００４２】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置の電磁超音波センサの構成と作用を示す模式図である。図１０は、図９の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の軸方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。図１１は、図９の電磁超音波センサをＸ軸方向から見た模式図である。図１２は、図９および図１１に示す電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【００４３】
電磁超音波センサ５１は、永久磁石２と、第１のコイル５３と、第２のコイル５４とから構成されている。永久磁石２は、配管３０の外周面から内周面の方向（Ｙ方向）に磁化されおり、図９では配管３０に近い側をＮ極、遠い側をＳ極としている。第１のコイル５３は、永久磁石２のＮ極とＳ極を結ぶ線（Ｙ方向）に対して垂直なＸ方向の第１コイル軸６０の周りで永久磁石２の周囲に複数巻回されている。第２のコイル５４は永久磁石２のＮ極とＳ極を結ぶ線（Ｙ方向）に対して垂直なＺ方向の第２コイル軸６１（図１１参照）の周りで永久磁石２の周囲に複数巻回されている。第１コイル軸６０と第２コイル軸６１は互いに直交しており、第２のコイル５４は第１のコイル５３の外側に巻回されている。
【００４４】
この構成により、永久磁石２と第１のコイル５３によってガイド波を送受信する第１の送受信部、永久磁石２と第２のコイル５４によってガイド波を送受信する第２の送受信部が形成される。電磁超音波センサ５１は永久磁石２を内蔵しているため、配管３０が磁性体であれば磁力によって一定の押し付け圧で配管３０に吸着される。また、電磁超音波センサ５１には図示しないがセンサを駆動させる電気信号を送るガイド波送受信器が接続される。
【００４５】
この構成により配管３０の軸方向に伝播するガイド波の送受信動作は以下のとおりである。
【００４６】
まず、第１の送受信部の動作を図９にて説明する。配管３０には永久磁石２によりＹ方向の磁束６が加わるが、第１のコイル５３に交流電流５５を流すと配管３０の表面に渦電流５７が誘導される。渦電流５７の方向が図９の奥行方向（Ｚ方向）であるから磁束６と渦電流５７は直交関係にあり、フレミングの左手の法則により、配管３０にはローレンツ力５８がＸ方向に発生する。このローレンツ力５８は交流電流５５によって誘導された渦電流５７によって発生するため時間的に変化し、ローレンツ力５８の方向が１８０度反転となった後、再び、元の方向になることを繰り返し、これが配管３０を伝播するガイド波となる。
【００４７】
このように配管３０に発生する振動は交流電流５５によるものであり交流電流５５の周波数でガイド波の周波数を設定することができる。
【００４８】
上記説明はガイド波の発生動作であるが、受信する動作は逆のプロセスとなる。すなわち、磁束６が加わった状態で、配管３０に振動が到達すれば、フレミングの右手の法則によって配管３０の表面に電界が発生する。この電界によって配管表面には渦電流５７が発生し、この渦電流５７によって鎖交磁束が発生する。鎖交磁束は第１のコイル５３と鎖交するので、第１のコイル５３の両端には鎖交磁束によるファラデーの法則に基づく起電力が発生し、電気信号として超音波を検出することができる。
【００４９】
ここで、たとえば、配管の板厚を１０ｍｍ、音速度を３０００ｍ／ｓとして、ガイド波の周波数をたとえば５ＭＨｚの高周波とすれば、ガイド波の波長は０．６ｍｍとなり、板厚よりも短くなる。このため超音波は板厚方向（Ｙ方向）に伝播する。一方、超音波の周波数をたとえば周波数を５０ｋＨｚとすれば、波長は６０ｍｍとなり板厚よりも長くなることから、図１０に示すようにガイド波２０として配管３０の軸方向（Ｚ方向）に伝播する。このことから電磁超音波で使用する周波数は一般的には数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲となる。
【００５０】
また、ガイド波２０は、図１０に示したように振動方向が配管周方向（Ｘ方向）、伝搬方向が配管軸方向（Ｚ方向）となる。
【００５１】
図１０に示すように、減肉部３１ではガイド波２０の一部が反射し、反射ガイド波２２として電磁超音波センサ５１で検出され、第１の実施形態で説明した図４に示すような受信信号が検出される。反射源となる減肉部３１がなければ反射されずに伝播し続けながら減衰するため反射エコーは検出されない。これら作用によって、第１の送受信部によって図１０に示す配管軸方向（Ｚ方向）へのガイド波送受信が可能となる。
【００５２】
次に、第２の送受信部の動作を図１１にて説明する。配管３０には永久磁石２によりＹ方向の磁束６が加わるが、第２のコイル５４に交流電流６５を流すと配管３０の表面に渦電流６７が誘導される。第２のコイル５４はコイル巻きつけ方向が第１のコイル５３と直交関係であることから、この渦電流６７は先の渦電流５７とは直交方向（Ｘ方向）に発生する。ここで、磁束６と渦電流６７は直交していることから、フレミングの左手の法則により、配管３０には図１１に示す方向にローレンツ力６８が発生する。このローレンツ力６８は、第２のコイル５４のコイル巻きつけ方向が第１のコイル５３の巻き付け方向と直交関係であることから、振動方向は第１の送受信部による振動方向に対して直交方向となり、配管周方向（Ｘ方向）に伝播する周回ガイド波２１が発生する。
【００５３】
また、第２の送受信部は、第１の送受信部と基本構成は同じであることから、第１の送受信部と同様に受信も可能となる。これら作用によって、第２の送受信部では図１２に示すように振動方向が配管軸方向（Ｚ方向）、伝搬方向が配管周方向（Ｘ方向）となるガイド波の送受信が可能となる。ガイド波は長距離まで伝播する特徴があり、１０ｍ程度は伝播することから、配管周方向（Ｘ方向）に伝播する周回ガイド波２１は、前出の図６のように複数の周回エコーまで検出することができる。
【００５４】
以上の構成から成る電磁超音波センサ５１によって、配管軸方向（Ｚ方向）に伝播するガイド波２０と、配管周方向（Ｘ方向）に伝播する周回ガイド波２１の２つのガイド波を発生させることができる。
【００５５】
なお、電磁超音波センサ５１の配管３０への取り付け方向を９０度回転させれば、第１の送受信部で発生するガイド波が配管周方向に伝播する周回ガイド波２１となり、第２の送受信部で発生するガイド波が配管軸方向に伝播するガイド波２０となる。
【００５６】
ガイド波を配管軸方向と配管周方向の２方向に伝播させることは電磁超音波法以外の圧電センサを用いた方法でも可能であるが、圧電センサではガイド波の伝搬方向が異なるように最低でも２つの圧電素子が必要となる。これに対して本実施形態の電磁超音波センサでは構成部材である永久磁石が共有できることから、巻きつけ方向を変えた２つのコイルを設けることでガイド波を２方向に伝播させることが可能となる。
【００５７】
図１３は、この第２の実施形態の配管検査装置を用いて検査対象となる配管の軸方向および周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【００５８】
電磁超音波センサ５１内の第１の送受信部および第２の送受信部と、ガイド波送受信器４０との接続が、一方のみへ任意に選択できる接続切り替え器４１を介して接続されている。ガイド波送受信器４０はデータ処理部７０に接続されている。
【００５９】
データ処理部７０は、校正部７１と、センサ健全性判定部７２と、配管評価部７３とを備えている。
【００６０】
校正部７１は、配管３０の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって第２のコイル５４に生じる周回エコー電流に基づいて、電磁超音波センサ５１の感度を校正する。センサ健全性判定部７２は、配管３０の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって第２のコイル５４に生じる周回エコー電流に基づいて、電磁超音波センサ５１の健全性を判定する。
【００６１】
配管評価部７３は、配管３０の管壁内を管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって第１のコイル５３に生じる軸方向エコー電流と、校正部７１で校正された電磁超音波センサ５１の感度とに基づいて配管３０の管壁内の状態を評価する。配管評価部７３は、音速評価部７４と距離特定部７５とを含んでいる。
【００６２】
音速評価部７４は、配管３０の管壁内を伝播するガイド波の音速を周回エコー電流に基づいて求める。距離特定部７５は、音速評価部７４で求められた音速を用いて、配管３０の管壁内を配管軸方向に伝播して戻ってきたガイド波が反射した位置と電磁超音波センサ５１との距離を求める。
【００６３】
この実施形態では、接続切り替え器４１を介して第１の送受信部および第２の送受信部がガイド波送受信器４０に接続されているため、切り替えによって、配管軸方向のガイド波２０と配管周方向の周回ガイド波２１の２つの受信信号を重複することなく個別に検出することができる。
【００６４】
一般にガイド波法の運用では電磁超音波センサおよび送受信装置の動作確認がまず行なわれる。動作確認は反射エコーの有無で確認できるが、配管軸方向に伝播するガイド波で確認するには伝播経路上に反射源が無いと反射エコーが検出できないため、動作確認ができない可能性がある。一方、配管周方向に伝播するガイド波も動作確認に用いれば周回エコーが検出されることから、この周回エコーから動作確認を容易に行なうことができる。たとえば、図６に示す送信波が検出されなければガイド波送受信器の送信側の不具合、周回エコーが検出されなければガイド波送受信器の受信側の不具合、送信波および周回エコーが共に検出されなければ電磁超音波センサ５１の不具合となるようにエコーから識別可能となる。
【００６５】
図１４は、この第２の実施形態に係る配管検査装置を用いて検査対象となる配管に超音波を送信する状況を示す平面図であって、配管の周方向に超音波を送信する場合を示す図である。図１５は、この第２の実施形態に係る配管検査装置を用いて検査対象となる配管に超音波を送信する状況を示す平面図であって、配管の周方向に対して傾いた方向に超音波を送信する場合を示す図である。図１６は、図１４および図１５の状況における周回エコーの周回数と周回エコーレベルの関係を示すグラフである。
【００６６】
配管軸方向に伝播するガイド波２０、配管周方向に伝播する周回ガイド波２１のいずれか一方のみに任意に切り替えることによってガイド波の伝播方向の最適化を行なうことができる。この最適化には配管軸方向に伝播する周回ガイド波２１を使用する。周回ガイド波２１は配管周方向に周回した上で電磁超音波センサ５１に到達するため受信信号には周回エコーが複数回に渡って検出される（図６参照）。
【００６７】
ガイド波の伝播軸と配管周方向の軸が成す角度θがゼロでなければ、周回ガイド波２１は図１５に示すように配管軸方向へ螺旋状に伝播する。そのため、電磁超音波センサ５１で検出される周回エコーの振幅レベルは低下する。また、図１５に示す角度θが大きければ周回を重ねる度にエコーの到達位置が電磁超音波センサ５１の位置から配管軸方向に外れていくため、複数検出される周回エコー減衰率も大きくなる。この角度θと周回エコーの周回ごとの振幅レベルの関係は図１６のようになる。
【００６８】
よって、周回エコーの特定周回での振幅レベルが最大となるか、周回ごとの振幅レベルの減衰率が最小となるように電磁超音波センサ５１の設置角度を調整すれば、ガイド波の伝播軸を配管周方向の軸と合致させることができる。また、この軸調整によって配管軸方向に伝播するガイド波の伝播軸も配管軸方向の軸に合致することになる。
【００６９】
配管周方向への伝播で得られる受信信号は先の図６に示すように、送信波と周回エコーが検出されるが、同じ経路を周回することから周回ごとの伝播距離は同じであり、送信波と１週目の周回エコーの時間差ｔ１と、１週目と２週目の周回エコーの時間差ｔ２は等間隔、その他周回回数での周回エコーの時間差も等間隔である。よって、時間差ｔ１〜ｔＮの一部または全てを用いた平均としても時間差は同じとなる。
【００７０】
ガイド波の音速度は同一材としても不純物などによる固体差によって変化するため測定対象ごとに校正する必要があるが、周回エコーの伝播時間ｔｘと、図面や実測から得られる配管の外周長さ（伝播距離）をＬから、配管を伝播するガイド波の音速度Ｖが、Ｖ＝Ｌ／ｔｘで求めることができる。
【００７１】
上述の周回ガイド波から求めた音速度を用いて、配管３０の軸方向に伝播した場合の受信信号を伝播距離に換算すれば、実測した音速度からの換算であることから減肉部の位置（センサからの距離）を正確に同定することができる。
【００７２】
以上説明した第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ガイド波を用いた配管の減肉等の検査において、電磁超音波センサの健全性確認や感度校正を容易に行なうことができる。また、配管の管壁内を伝播する音速度を実測できるので、配管の減肉等の位置を正確に特定することができる。
【００７３】
さらに、第２の実施形態によれば、電磁超音波センサの向きを変えずに配管軸方向に伝播するガイド波の送受信と配管周方向に伝播するガイド波の送受信の両方を行なうことができるので作業効率がよい。さらに、電磁超音波センサのコイルの向きを、配管軸方向と配管周方向に正確に向けることができる。
【００７４】
［第３の実施形態］
図１７は、本発明の第３の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。この実施形態では、複数個（図示の例では４個）の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが配管周方向に互いに等間隔で（図示の例では９０度ごとに）設置された構成となっている。また、複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの全てが直列に接続されている。なお、図１７では４個の電磁超音波センサを配置した場合を示しているが、センサ個数はそれ以外でもよい。
【００７５】
この第３の実施形態によれば、複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが直列に接続されていることから、複数センサから同時にガイド波を送受信することが可能となる。
【００７６】
使用するセンサ数が増加することから、配管軸方向では伝播するガイド波の送信パワーを上げることができる。また、受信側も複数センサで行なうことから受信信号の反射エコーレベルも上げることができる。配管周方向でもセンサ間隔が同じで全ての電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを同タイミングで駆動することから、いずれの電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄでも同じ伝播時間で周回エコーが検出される。全ての周回エコーは加算されて受信されるため周回エコーレベルも上げることができる。
【００７７】
［第４の実施形態］
図１８は、本発明の第４の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。この実施形態は第３の実施形態の変形であって、電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが配管周方向に複数設置された構成となっており、これら複数個が配管周方向に等間隔で設置されている。この実施形態では、複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの全てが並列に接続されている。
【００７８】
この実施形態では、複数個の電磁超音波センサ５１が並列に接続されていることから、接続ケーブルの一つが断線したとしてもガイド波を送受信することが可能となる。
【００７９】
また、センサ個々で検出信号を加算することで配管軸方向に伝播する反射ガイド波２２および配管周方向に伝播する周回ガイド波２１の受信信号の振幅レベルを上げることができる。また、接続ケーブルが破断したとしても残る接続ケーブルで送受信が可能となることから、連続的なガイド波送受信をする場合の信頼性が向上する。
【００８０】
［第５の実施形態］
図１９は、本発明の第５の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。図２０は、この第５の実施形態における各電磁超音波センサの出力波形の例を示すグラフである。
【００８１】
この実施形態は第４の実施形態の変形であって、複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが、配管周方向に等間隔で設置されている。また、複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの全てが並列に接続されている。これら複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄには、第１の送受信部と第２の送受信部に接続されるガイド波送受信器４０が、第１の送受信部と第２の送受信部への接続を一方のみへ任意に切り替えられる機能を持つ接続切り替え器４１と、駆動する電磁超音波センサを一つまたは特定個数へ任意に選択できる駆動センサ選択器４２を介してガイド波送受信器に接続されている。
【００８２】
この実施形態によれば、ガイド波を配管軸方向に伝播させる測定駆動と、ガイド波を配管周方向に伝播させる校正駆動のいずれの駆動をするか任意に切り替えることができる。また、駆動する電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを任意に選択できるため、センサ校正を個別に行なうことができる。
【００８３】
これにより、複数個の電磁超音波センサ５１の測定方向や特定センサの駆動が一つのガイド波送受信器で行なえることから低コスト化が図れる。
【００８４】
さらに、この実施形態によれば、接続切り替え器４１と、駆動センサ選択器４２によって、いずれか一つの電磁超音波センサのみから配管周方向へガイド波を伝播させ、全ての電磁超音波センサで周回ガイド波をセンサごとに取得することができる。たとえば、送信として使用するセンサを図１９に示す第１の電磁超音波センサ５１ａとすると、各センサで受信される周回ガイド波２１は図２０のようになる。
【００８５】
第１の電磁超音波センサ５１ａでは送信センサとして使用するため送信波と周回波が検出される。第２の電磁超音波センサ５１ｂでは第１の電磁超音波センサ５１ａから送信されるガイド波の伝播方向が図１９に示す矢印Ｒ、矢印Ｌの２方向となることからＲ側を伝播して１／４周回で検出される第１受信波と、Ｌ側を伝播して３／４周回で伝播する第３受信波が検出される。第３の電磁超音波センサ５１ｃでは矢印Ｒ、矢印Ｌの２つのガイド波とも伝播距離が同じとなることから２／４周回に第３受信波が受信される。第４の電磁超音波センサ５１ｄは、第２の電磁超音波センサ５１ｂと反対側位置関係であることから、ここでも第２の電磁超音波センサ５１ｂとほぼ同様に第１受信波と第３受信波が検出される。
【００８６】
ここで、第１の電磁超音波センサ５１ａの周回波の振幅レベルの変化から第１〜第３受信波（１／４周回〜３／４周回）に相当する伝播時間での振幅レベルを計算し、計算値と測定された振幅レベルを比較する。センサの感度が劣化していれば、検出される第１〜第３受信波の振幅レベルも低下することからセンサ感度劣化を検出することができる。
【００８７】
なお、図２０では使用する周回ガイド波２１を１周目までとしているが、周回波は複数周回が検出されるため、２周目以降の周回信号を使用してもよい。
【００８８】
このようにして、複数センサの感度劣化を一度の測定で評価することができる。また、計算値と測定された振幅レベルの比率から、感度の減少程度を定量的に把握することができる。
【００８９】
ここで、第１の電磁超音波センサ５１ａの送信波と周回波の伝播時間差から第１〜第３受信波（１／４周回〜３／４周回）に相当する位置の伝播時間を計算する。設置間隔が均等であればｔ１／４が１／４周回ごとに受信されるエコーの時間差である。この計算値と検出された伝播時間を比較する。ここで隣接するセンサの設置間隔が全て同じであればｔ１／４で求められる伝播時間と、検出された受信波の伝播時間差ｔ１−１〜ｔ１−４は一致するが、センサの設置間隔が異なっていれば伝播時間差が異なる。
【００９０】
たとえば、第３の電磁超音波センサ５１ｃの設置位置が２／４周回相当位置に無ければ、Ｒ側からの伝播距離とＬ側からの伝播距離が異なるために、第２受信波は、第３の電磁超音波センサ５１ｃで、図２０の点線で示したように２つのエコーが検出される。第２の電磁超音波センサ５１ｂの設置位置が異なっていれば、図２０にて破線で示したように第１受信波と受信波が異なる時間で受信される。この破線は第２の電磁超音波センサ５１ｂが第１の電磁超音波センサ５１ａ側に寄っている場合の受信エコーを示したものである。
【００９１】
このように計算された伝播時間と、検出された第１〜第３受信波の伝播時間からセンサ設置間隔の均一性を検出することができる。
【００９２】
［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９３】
たとえば、上記各実施形態では、配管の外側に電磁超音波センサを配置するものとしたが、配管の内側に電磁超音波センサを配置することもできる。ガイド波の送受信に圧電素子などを用いる場合には圧電素子が振動発生源となることから、センサは測定対象に密着させる必要があるが、配管の内外面では曲率が異なるため設置場所に合わせて曲率を変える必要がある。一方、電磁超音波センサでは、センサではなく配管自体が振動発生源となることから、電磁超音波センサと配管の管壁面との間に数ｍｍの隙間があったとしても配管に振動を与えることが可能であり、曲率があったとしてもガイドを送受信することができる。
【００９４】
また、上記実施形態の説明では配管の減肉部での超音波の反射を利用してその減肉を検出するものとしたが、減肉以外の欠陥などでも超音波が反射するものであればその検出をすることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１ … 電磁超音波センサ
２ … 永久磁石
３ … コイル
４ … 交流電流
６ … 磁束
７ … 渦電流
８ … ローレンツ力
９ … 鎖交磁束
２０ … ガイド波
２１ … 周回ガイド波
２２ … 反射ガイド波
３０ … 配管
３１ … 減肉部
４０ … ガイド波送受信器
４１ … 接続切り替え器
４２ … 駆動センサ選択器
５０ … コイル軸
５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ … 電磁超音波センサ
５３ … 第１のコイル
５４ … 第２のコイル
５５ … 交流電流
５７ … 渦電流
５８ … ローレンツ力
６０ … 第１コイル軸６０
６１ … 第２コイル軸６１
６５ … 交流電流
６７ … 渦電流
６８ … ローレンツ力
７０ … データ処理部
７１ … 校正部
７２ … センサ健全性判定部
７３ … 配管評価部
７４ … 音速評価部
７５ … 距離特定部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁超音波センサ、ならびに、これを利用した配管検査方法および配管検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種プラントに敷設されている配管には、敷設後ある程度の期間が経過すると腐食進行により配管板厚が薄くなる個所すなわち減肉部が発生する場合がある。したがって、保守作業員は定期または不定期に実施されるメンテナンス作業において、このような減肉部の発生の有無を検査するために超音波厚さ計による板厚測定を実施している。この検査は、検査対象物である配管の外周に取り付けられている保温材を取り外して、配管外表面に超音波センサを直接接触させて超音波信号を取得し、取得信号を解析することで板厚を得る方法である。校正方法は、検査対象物と同一材から成る板厚が既知の校正用試験体を用い、この校正用試験体での超音波信号を基準として感度校正が行なわれている。
【０００３】
それに対して、近年、ガイド波またはガイドウェーブと呼ばれる超音波を用いた検査方法および装置が提案されている。ガイド波法は、配管の軸方向に伝播する超音波を発生させ、減肉個所で反射して戻ってくる反射エコーを解析することで減肉部の有無や板厚を検査する方法である。センサ設置個所の保温材は取り外す必要があるが、設置個所以外の保温材は取り外すことなくセンサ設置位置から数十ｍ先の広範囲に渡る減肉の有無を一度に検査できる特徴がある。
【０００４】
しかしながら、ガイド波法の校正方法は確立されていない。一般的には板厚計による板厚検査と同様に検査対象物と同一材の校正用試験体による校正が行なわれているが、校正用試験体を用いる方法では、検査対象物に対してそれぞれに校正用試験体を製作する必要があり、大口径配管が検査対象になった場合、同一材の配管の入手はもちろん運搬、加工、および保管、管理が必要となり、膨大な時間とコストがかかるという問題が生じる。
【０００５】
特許文献１には、配管を伝播するガイド波を強制的に反射させる反射部材を配管外表面または内面に設置するもので、反射部材からの信号振幅を基準としてセンサ感度や減肉の大きさを推定するものが記載されている。反射部材には金属性ブロックや磁石などを用い、設置位置は超音波センサから配管軸方向に離れた位置で、配管周方向に対してー部位または複数部位に設けることとしている。
【０００６】
特許文献２には、測定に用いる検査用の超音波センサ、校正用の超音波センサの２つのセンサを使用し、校正用の超音波センサの取得信号を基準として検査用の超音波センサの取得信号を校正するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２９３９８１号公報
【特許文献２】特開２００９−２３６６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および２に記載された方法は、いずれも校正用試験体を用いること無く校正できる方法であるが、特許文献１では反射部材の設置および撤去といった付随作業が発生する問題がある。特許文献２では校正用の超音波センサを用意する必要があるためセンサコストが上昇する問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、ガイド波を用いた配管の減肉等の検査において、電磁超音波センサの健全性確認や感度校正を容易に行なえるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る配管検査方法の一つの態様は、第１の端部に第１の磁極が形成され第１の端部の反対側に第２の磁極が形成される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直なコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられたコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて、配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの感度を校正する校正ステップと、前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記校正ステップによって得られた前記電磁超音波センサの感度に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る配管検査方法の他の一つの態様は、第１の端部に第１の磁極が形成され第１の端部の反対側に第２の磁極が形成される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直なコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられたコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより、前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの健全性を判定するセンサ健全性判定ステップと、前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記センサ健全性判定ステップによって得られた前記電磁超音波センサの健全性の判定結果に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る配管検査方法の他の一つの態様は、第１の磁極と第２の磁極が互いに反対方向に向いている永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて、配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記第１のコイル軸が前記配管の周方向を向いて前記第２のコイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置するセンサ配置ステップと、前記センサ配置ステップの後に前記第１のコイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記第１のコイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、前記センサ配置ステップの後に前記第２のコイルに交流電流を流すことにより、前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記第２のコイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの感度を校正する校正ステップと、前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記校正ステップによって得られた前記電磁超音波センサの感度に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る配管検査装置の一つの態様は、配管の管壁内部を進行する超音波であるガイド波を送受信する電磁超音波センサを有する配管検査装置であって、前記電磁超音波センサは、第１の磁極が前記配管の管壁面の一部に対向し、第２の磁極が前記管壁面の一部から遠ざかる方向に向くように配置される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、を備え、前記第１のコイルおよび第２のコイルに交流電流を供給できるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る電磁超音波センサの一つの態様は、配管の管壁内部を進行する超音波であるガイド波を送受信する電磁超音波センサであって、第１の磁極が前記配管の管壁面の一部に対向し、第２の磁極が前記管壁面の一部から遠ざかる方向に向くように配置される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガイド波を用いた配管の減肉等の検査において、電磁超音波センサの健全性確認や感度校正を容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る配管検査装置の電磁超音波センサの送信時の状態を示す模式図である。
【図２】図１の電磁超音波センサの受信時の状態を示す模式図である。
【図３】図１の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の軸方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【図４】図３に示す配管の軸方向に超音波を送受信したときの受信信号の例を示すタイムチャートである。
【図５】図１の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【図６】図５に示す配管の周方向に超音波を送受信したときの受信信号の例を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る配管検査装置を用いた配管検査方法における振幅レベルと減肉サイズの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る配管検査装置を用いた配管検査方法における超音波エコーの伝播時間と振幅レベルの関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置の電磁超音波センサの構成と作用を示す模式図である。
【図１０】図９の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の軸方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【図１１】図９の電磁超音波センサをＸ軸方向から見た模式図である。
【図１２】図９および図１１に示す電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置を用いて検査対象となる配管の軸方向および周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置を用いて検査対象となる配管に超音波を送信する状況を示す平面図であって、配管の周方向に超音波を送信する場合を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置を用いて検査対象となる配管に超音波を送信する状況を示す平面図であって、配管の周方向に対して傾いた方向に超音波を送信する場合を示す図である。
【図１６】図１４および図１５の状況における周回エコーの周回数と周回エコーレベルの関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る配管検査装置の各電磁超音波センサの出力波形の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１ないし図６を参照して、本発明の第１の実施形態に係る配管検査装置を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る配管検査装置の電磁超音波センサの送信時の状態を示す模式図である。電磁超音波センサ１は、永久磁石２とコイル３から構成される。永久磁石２は配管３０の外周面から内周面への方向に磁化されおり、図１では配管３０の壁面に近い側がＮ極、遠い側がＳ極になっている。コイル３は、永久磁石２のＮ極とＳ極を結ぶ線に対して垂直なコイル軸５０の周りで永久磁石２の周囲に複数巻回されている。コイル３には交流電圧を印加して交流電流４を流すことができるようになっている。
【００２０】
配管３０には永久磁石２により白抜き矢印で示す磁束６が加わるが、コイル３に交流電流４を流すと配管３０の表面には渦電流７が誘導される。渦電流７の方向が図１のように奥行方向とすると、磁束６と渦電流７は直交していることからフレミングの左手の法則により、配管３０には黒矢印で示す方向にローレンツ力８が発生する。このローレンツ力８は交流電流４によって誘導された渦電流７によって発生するので時間的に変化し、図示した矢印方向とは１８０度反転となり、その後再び、図示の矢印方向と同方向となることを繰り返す。このローレンツ力８の振動は交流電流４によるものであることから、配管３０には交流電流４と同じ周波数の振動（超音波）が発生することとなる。
【００２１】
上記説明は超音波発生の動作であるが、超音波を受信する動作は逆のプロセスとなる。図２は図１の電磁超音波センサの受信時の状態を示す模式図である。図２の電磁超音波センサ１において、磁束６が加わった状態で、配管３０に振動が到達すれば、フレミングの右手の法則によって配管表面に電界が発生する。この電界によって配管３０の表面には渦電流７が発生し、この渦電流７によって鎖交磁束９が発生する。この鎖交磁束９はコイル３と鎖交するので、コイル３の両端には鎖交磁束９によるファラデーの法則に基づく起電力１０が発生する。この起電力１０を電気信号として、超音波を検出することができる。
【００２２】
したがって、図１に示した電磁超音波センサ１によって、超音波を送信できるとともに受信することも可能となる。
【００２３】
たとえば、配管３０の板厚を１０ｍｍ、音速度を３０００ｍ／ｓとして考えると、超音波の周波数をたとえば５ＭＨｚの高周波にした場合にはガイド波の波長は０．６ｍｍとなり板厚よりも短くなる。このため超音波は板厚方向に伝播する。一方、超音波の周波数をたとえば５０ｋＨｚにすれば波長は６０ｍｍとなり、板厚よりも長くなることから、図３に示すようにガイド波２０として配管３０の軸方向に伝播する。このことから電磁超音波の周波数は一般的には数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲になると考えらえる。
【００２４】
図３は図１の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の軸方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。ガイド波２０は、図３に示すように振動方向が配管３０の周方向、伝搬方向が配管３０の軸方向となる。振動方向とは上述したローレンツ力８の振動方向であり、ガイド波２０はコイル３の巻回方向と同じ方向に伝播することになる。
【００２５】
このように、配管３０の軸方向にガイド波２０が伝播すれば、図３のように減肉部３１で反射し、反射ガイド波２２として電磁超音波センサ１で検出される。図４は図３に示す配管の軸方向に超音波を送受信したときの受信信号の例を示すタイムチャートである。
【００２６】
反射源となる減肉部３１がなければガイド波２０は反射されずに配管３０の軸方向に伝播し続けながら減衰するため、受信信号の中に反射エコーは検出されない。
【００２７】
つぎに、図５に示すように電磁超音波センサ１を９０度回転させて配置する。図５は、図１の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。この場合、ガイド波２０は配管３０の軸方向に振動しながら周方向に伝播する。このように伝播させれば周回したガイド波を電磁超音波センサ１で検出することが可能となる。図６は図５に示す配管の周方向に超音波を送受信したときの受信信号の例を示すタイムチャートである。
【００２８】
一般的にガイド波は長距離まで伝播する特徴があり、１０ｍ程度は伝播することから周方向に伝播する周回ガイド波は数周回検出することができる。この実施形態では、この周回ガイド波の信号を校正のためのリファレンス信号とする。
【００２９】
超音波探傷で一般的に用いる圧電素子を用いてガイド波を送受信する方式のセンサでは、センサを配管に密着させる必要があるため、この実施形態のようにセンサを回転させることはできない。センサの取り付けの向きによって配管の曲率が異なるからである。一方、電磁超音波センサ１では先の図１および図２に示したように配管自体が振動発生源となることから、センサと配管との間に数ｍｍの隙間があったとしても配管に振動を与えることが可能である。また、電磁超音波センサ１は内蔵する永久磁石２の磁力によって配管３０に一定の押し付け圧で吸着されるため、取り付け再現性が高く、センサ設置方向を９０度変えても安定的な受信信号を得ることができる。
【００３０】
このように電磁超音波センサを用いることで、反射源を用いることなく、配管の軸方向と周方向の両方向へのガイド波を伝播することができる。
【００３１】
図５および図６に示す方法で、配管３０の周方向に周回した上で検出される周回ガイド波の振幅を、検査対象物を同形状の円筒体を用いて予め求めておき、これを基準強度として実際の検査対象物で同様に周回した上で検出される周回ガイド波の振幅を校正強度とし、基準強度と校正強度との差分からセンサの劣化程度を定量的に得ることができる。これにより、検査の信頼性が確保される。また、センサが故障しガイド波が送信または受信できなければ図６に示した周回ガイド波は検出されないことから故障の有無も容易に確認することができる。
【００３２】
ガイド波は、配管３０の減肉部が大きければ反射ガイド波の振幅も大きくなる相関関係があり、この相関性を用いることで減肉の大きさを推定することが可能である。ここで、センサ感度の変動を補正すれば相関性がより強くなり推定精度を向上することができる。
【００３３】
センサ感度の補正として前述の基準強度と校正強度の差分を用いれば、感度変動が定量的に得られる。この感度変動を、ガイド波の伝播方向を配管軸方向とした減肉測定時に検出される受信信号の校正に用いれば、減肉の大きさを推定することができる。
【００３４】
さらに、図６の周回ガイド波のエコー間隔から配管周方向に１周回にガイド波の伝播時間を得ることができる。図６にて受信信号の中のガイド波送信エコーと１周目に検出される周回波との時間差（ｔ１）と、周回ごとに検出される受信信号の時間差（ｔ２、ｔ３）は同経路を巡回することから一定であり、いずれの時間間隔を用いても伝搬時間となる。また、ｔ１〜ｔ３の平均時間差を用いてもよい。
【００３５】
ここから得られる伝播時間Ｔと検査対象物である円筒体の外形サイズ（伝播距離Ｌ）から、配管を伝播するガイド波の音速度Ｖを、Ｖ＝Ｌ／Ｔの式で容易に求めることができる。
【００３６】
上述の周回ガイド波から求めた音速度を用いて、配管３０の軸方向に伝播した場合の受信信号を伝播距離に換算すれば、実測した音速度からの換算であることから減肉部の位置（センサからの距離）を正確に同定することができる。
【００３７】
図７は、この第１の実施形態に係る配管検査装置を用いた配管検査方法における振幅レベルと減肉サイズの関係を示すグラフである。図８は、この第１の実施形態に係る配管検査装置を用いた配管検査方法における超音波エコーの伝播時間と振幅レベルの関係を示すグラフである。
【００３８】
減肉部で発生する反射エコーの振幅レベルは、図７に示すように減肉の大きさと比例性がある。この場合に、管壁内の超音波の減衰率を考慮する必要がある。したがって、予め減肉サイズと振幅レベルの相関係数を取得しておけば振幅レベルから減肉の大きさを推定することができる。しかしながら、図８に示すように、減衰率により振幅レベルが変動する。すなわち、振幅レベルは配管の固体差などによって、伝播減衰率が変わるため推定値に誤差が生じる。このため、ガイド波の伝播方向を配管周方向とした場合に検出される周回エコーの振幅レベルからガイド波の伝播減衰率を計算することで振幅レベルの補正を行なう。
【００３９】
伝播減衰率は単位伝播時間（＝伝播距離）での振幅レベルの低下率であることから、図６の周回エコーの周回ごとの振幅レベルから定量的な伝播減衰率が得られる。このように伝播減衰率を補正することによって、誤差が少なくなり、減肉サイズの推定精度を向上することができる。
【００４０】
以上説明した第１の実施形態によれば、ガイド波を用いた配管の減肉等の検査において、電磁超音波センサの健全性確認や感度校正を容易に行なうことができる。また、配管の管壁内を伝播する音速度を実測できるので、配管の減肉等の位置を正確に特定することができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
図９ないし図１５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置を説明する。
【００４２】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る配管検査装置の電磁超音波センサの構成と作用を示す模式図である。図１０は、図９の電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の軸方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。図１１は、図９の電磁超音波センサをＸ軸方向から見た模式図である。図１２は、図９および図１１に示す電磁超音波センサを用いて検査対象となる配管の周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【００４３】
電磁超音波センサ５１は、永久磁石２と、第１のコイル５３と、第２のコイル５４とから構成されている。永久磁石２は、配管３０の外周面から内周面の方向（Ｙ方向）に磁化されおり、図９では配管３０に近い側をＮ極、遠い側をＳ極としている。第１のコイル５３は、永久磁石２のＮ極とＳ極を結ぶ線（Ｙ方向）に対して垂直なＸ方向の第１コイル軸６０の周りで永久磁石２の周囲に複数巻回されている。第２のコイル５４は永久磁石２のＮ極とＳ極を結ぶ線（Ｙ方向）に対して垂直なＺ方向の第２コイル軸６１（図１１参照）の周りで永久磁石２の周囲に複数巻回されている。第１コイル軸６０と第２コイル軸６１は互いに直交しており、第２のコイル５４は第１のコイル５３の外側に巻回されている。
【００４４】
この構成により、永久磁石２と第１のコイル５３によってガイド波を送受信する第１の送受信部、永久磁石２と第２のコイル５４によってガイド波を送受信する第２の送受信部が形成される。電磁超音波センサ５１は永久磁石２を内蔵しているため、配管３０が磁性体であれば磁力によって一定の押し付け圧で配管３０に吸着される。また、電磁超音波センサ５１には図示しないがセンサを駆動させる電気信号を送るガイド波送受信器が接続される。
【００４５】
この構成により配管３０の軸方向に伝播するガイド波の送受信動作は以下のとおりである。
【００４６】
まず、第１の送受信部の動作を図９にて説明する。配管３０には永久磁石２によりＹ方向の磁束６が加わるが、第１のコイル５３に交流電流５５を流すと配管３０の表面に渦電流５７が誘導される。渦電流５７の方向が図９の奥行方向（Ｚ方向）であるから磁束６と渦電流５７は直交関係にあり、フレミングの左手の法則により、配管３０にはローレンツ力５８がＸ方向に発生する。このローレンツ力５８は交流電流５５によって誘導された渦電流５７によって発生するため時間的に変化し、ローレンツ力５８の方向が１８０度反転となった後、再び、元の方向になることを繰り返し、これが配管３０を伝播するガイド波となる。
【００４７】
このように配管３０に発生する振動は交流電流５５によるものであり交流電流５５の周波数でガイド波の周波数を設定することができる。
【００４８】
上記説明はガイド波の発生動作であるが、受信する動作は逆のプロセスとなる。すなわち、磁束６が加わった状態で、配管３０に振動が到達すれば、フレミングの右手の法則によって配管３０の表面に電界が発生する。この電界によって配管表面には渦電流５７が発生し、この渦電流５７によって鎖交磁束が発生する。鎖交磁束は第１のコイル５３と鎖交するので、第１のコイル５３の両端には鎖交磁束によるファラデーの法則に基づく起電力が発生し、電気信号として超音波を検出することができる。
【００４９】
ここで、たとえば、配管の板厚を１０ｍｍ、音速度を３０００ｍ／ｓとして、ガイド波の周波数をたとえば５ＭＨｚの高周波とすれば、ガイド波の波長は０．６ｍｍとなり、板厚よりも短くなる。このため超音波は板厚方向（Ｙ方向）に伝播する。一方、超音波の周波数をたとえば周波数を５０ｋＨｚとすれば、波長は６０ｍｍとなり板厚よりも長くなることから、図１０に示すようにガイド波２０として配管３０の軸方向（Ｚ方向）に伝播する。このことから電磁超音波で使用する周波数は一般的には数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲となる。
【００５０】
また、ガイド波２０は、図１０に示したように振動方向が配管周方向（Ｘ方向）、伝搬方向が配管軸方向（Ｚ方向）となる。
【００５１】
図１０に示すように、減肉部３１ではガイド波２０の一部が反射し、反射ガイド波２２として電磁超音波センサ５１で検出され、第１の実施形態で説明した図４に示すような受信信号が検出される。反射源となる減肉部３１がなければ反射されずに伝播し続けながら減衰するため反射エコーは検出されない。これら作用によって、第１の送受信部によって図１０に示す配管軸方向（Ｚ方向）へのガイド波送受信が可能となる。
【００５２】
次に、第２の送受信部の動作を図１１にて説明する。配管３０には永久磁石２によりＹ方向の磁束６が加わるが、第２のコイル５４に交流電流６５を流すと配管３０の表面に渦電流６７が誘導される。第２のコイル５４はコイル巻きつけ方向が第１のコイル５３と直交関係であることから、この渦電流６７は先の渦電流５７とは直交方向（Ｘ方向）に発生する。ここで、磁束６と渦電流６７は直交していることから、フレミングの左手の法則により、配管３０には図１１に示す方向にローレンツ力６８が発生する。このローレンツ力６８は、第２のコイル５４のコイル巻きつけ方向が第１のコイル５３の巻き付け方向と直交関係であることから、振動方向は第１の送受信部による振動方向に対して直交方向となり、配管周方向（Ｘ方向）に伝播する周回ガイド波２１が発生する。
【００５３】
また、第２の送受信部は、第１の送受信部と基本構成は同じであることから、第１の送受信部と同様に受信も可能となる。これら作用によって、第２の送受信部では図１２に示すように振動方向が配管軸方向（Ｚ方向）、伝搬方向が配管周方向（Ｘ方向）となるガイド波の送受信が可能となる。ガイド波は長距離まで伝播する特徴があり、１０ｍ程度は伝播することから、配管周方向（Ｘ方向）に伝播する周回ガイド波２１は、前出の図６のように複数の周回エコーまで検出することができる。
【００５４】
以上の構成から成る電磁超音波センサ５１によって、配管軸方向（Ｚ方向）に伝播するガイド波２０と、配管周方向（Ｘ方向）に伝播する周回ガイド波２１の２つのガイド波を発生させることができる。
【００５５】
なお、電磁超音波センサ５１の配管３０への取り付け方向を９０度回転させれば、第１の送受信部で発生するガイド波が配管周方向に伝播する周回ガイド波２１となり、第２の送受信部で発生するガイド波が配管軸方向に伝播するガイド波２０となる。
【００５６】
ガイド波を配管軸方向と配管周方向の２方向に伝播させることは電磁超音波法以外の圧電センサを用いた方法でも可能であるが、圧電センサではガイド波の伝搬方向が異なるように最低でも２つの圧電素子が必要となる。これに対して本実施形態の電磁超音波センサでは構成部材である永久磁石が共有できることから、巻きつけ方向を変えた２つのコイルを設けることでガイド波を２方向に伝播させることが可能となる。
【００５７】
図１３は、この第２の実施形態の配管検査装置を用いて検査対象となる配管の軸方向および周方向に超音波を送受信する状況を示す斜視図である。
【００５８】
電磁超音波センサ５１内の第１の送受信部および第２の送受信部と、ガイド波送受信器４０との接続が、一方のみへ任意に選択できる接続切り替え器４１を介して接続されている。ガイド波送受信器４０はデータ処理部７０に接続されている。
【００５９】
データ処理部７０は、校正部７１と、センサ健全性判定部７２と、配管評価部７３とを備えている。
【００６０】
校正部７１は、配管３０の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって第２のコイル５４に生じる周回エコー電流に基づいて、電磁超音波センサ５１の感度を校正する。センサ健全性判定部７２は、配管３０の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって第２のコイル５４に生じる周回エコー電流に基づいて、電磁超音波センサ５１の健全性を判定する。
【００６１】
配管評価部７３は、配管３０の管壁内を管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって第１のコイル５３に生じる軸方向エコー電流と、校正部７１で校正された電磁超音波センサ５１の感度とに基づいて配管３０の管壁内の状態を評価する。配管評価部７３は、音速評価部７４と距離特定部７５とを含んでいる。
【００６２】
音速評価部７４は、配管３０の管壁内を伝播するガイド波の音速を周回エコー電流に基づいて求める。距離特定部７５は、音速評価部７４で求められた音速を用いて、配管３０の管壁内を配管軸方向に伝播して戻ってきたガイド波が反射した位置と電磁超音波センサ５１との距離を求める。
【００６３】
この実施形態では、接続切り替え器４１を介して第１の送受信部および第２の送受信部がガイド波送受信器４０に接続されているため、切り替えによって、配管軸方向のガイド波２０と配管周方向の周回ガイド波２１の２つの受信信号を重複することなく個別に検出することができる。
【００６４】
一般にガイド波法の運用では電磁超音波センサおよび送受信装置の動作確認がまず行なわれる。動作確認は反射エコーの有無で確認できるが、配管軸方向に伝播するガイド波で確認するには伝播経路上に反射源が無いと反射エコーが検出できないため、動作確認ができない可能性がある。一方、配管周方向に伝播するガイド波も動作確認に用いれば周回エコーが検出されることから、この周回エコーから動作確認を容易に行なうことができる。たとえば、図６に示す送信波が検出されなければガイド波送受信器の送信側の不具合、周回エコーが検出されなければガイド波送受信器の受信側の不具合、送信波および周回エコーが共に検出されなければ電磁超音波センサ５１の不具合となるようにエコーから識別可能となる。
【００６５】
図１４は、この第２の実施形態に係る配管検査装置を用いて検査対象となる配管に超音波を送信する状況を示す平面図であって、配管の周方向に超音波を送信する場合を示す図である。図１５は、この第２の実施形態に係る配管検査装置を用いて検査対象となる配管に超音波を送信する状況を示す平面図であって、配管の周方向に対して傾いた方向に超音波を送信する場合を示す図である。図１６は、図１４および図１５の状況における周回エコーの周回数と周回エコーレベルの関係を示すグラフである。
【００６６】
配管軸方向に伝播するガイド波２０、配管周方向に伝播する周回ガイド波２１のいずれか一方のみに任意に切り替えることによってガイド波の伝播方向の最適化を行なうことができる。この最適化には配管軸方向に伝播する周回ガイド波２１を使用する。周回ガイド波２１は配管周方向に周回した上で電磁超音波センサ５１に到達するため受信信号には周回エコーが複数回に渡って検出される（図６参照）。
【００６７】
ガイド波の伝播軸と配管周方向の軸が成す角度θがゼロでなければ、周回ガイド波２１は図１５に示すように配管軸方向へ螺旋状に伝播する。そのため、電磁超音波センサ５１で検出される周回エコーの振幅レベルは低下する。また、図１５に示す角度θが大きければ周回を重ねる度にエコーの到達位置が電磁超音波センサ５１の位置から配管軸方向に外れていくため、複数検出される周回エコー減衰率も大きくなる。この角度θと周回エコーの周回ごとの振幅レベルの関係は図１６のようになる。
【００６８】
よって、周回エコーの特定周回での振幅レベルが最大となるか、周回ごとの振幅レベルの減衰率が最小となるように電磁超音波センサ５１の設置角度を調整すれば、ガイド波の伝播軸を配管周方向の軸と合致させることができる。また、この軸調整によって配管軸方向に伝播するガイド波の伝播軸も配管軸方向の軸に合致することになる。
【００６９】
配管周方向への伝播で得られる受信信号は先の図６に示すように、送信波と周回エコーが検出されるが、同じ経路を周回することから周回ごとの伝播距離は同じであり、送信波と１週目の周回エコーの時間差ｔ１と、１週目と２週目の周回エコーの時間差ｔ２は等間隔、その他周回回数での周回エコーの時間差も等間隔である。よって、時間差ｔ１〜ｔＮの一部または全てを用いた平均としても時間差は同じとなる。
【００７０】
ガイド波の音速度は同一材としても不純物などによる固体差によって変化するため測定対象ごとに校正する必要があるが、周回エコーの伝播時間ｔｘと、図面や実測から得られる配管の外周長さ（伝播距離）をＬから、配管を伝播するガイド波の音速度Ｖが、Ｖ＝Ｌ／ｔｘで求めることができる。
【００７１】
上述の周回ガイド波から求めた音速度を用いて、配管３０の軸方向に伝播した場合の受信信号を伝播距離に換算すれば、実測した音速度からの換算であることから減肉部の位置（センサからの距離）を正確に同定することができる。
【００７２】
以上説明した第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ガイド波を用いた配管の減肉等の検査において、電磁超音波センサの健全性確認や感度校正を容易に行なうことができる。また、配管の管壁内を伝播する音速度を実測できるので、配管の減肉等の位置を正確に特定することができる。
【００７３】
さらに、第２の実施形態によれば、電磁超音波センサの向きを変えずに配管軸方向に伝播するガイド波の送受信と配管周方向に伝播するガイド波の送受信の両方を行なうことができるので作業効率がよい。さらに、電磁超音波センサのコイルの向きを、配管軸方向と配管周方向に正確に向けることができる。
【００７４】
［第３の実施形態］
図１７は、本発明の第３の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。この実施形態では、複数個（図示の例では４個）の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが配管周方向に互いに等間隔で（図示の例では９０度ごとに）設置された構成となっている。また、複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの全てが直列に接続されている。なお、図１７では４個の電磁超音波センサを配置した場合を示しているが、センサ個数はそれ以外でもよい。
【００７５】
この第３の実施形態によれば、複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが直列に接続されていることから、複数センサから同時にガイド波を送受信することが可能となる。
【００７６】
使用するセンサ数が増加することから、配管軸方向では伝播するガイド波の送信パワーを上げることができる。また、受信側も複数センサで行なうことから受信信号の反射エコーレベルも上げることができる。配管周方向でもセンサ間隔が同じで全ての電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを同タイミングで駆動することから、いずれの電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄでも同じ伝播時間で周回エコーが検出される。全ての周回エコーは加算されて受信されるため周回エコーレベルも上げることができる。
【００７７】
［第４の実施形態］
図１８は、本発明の第４の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。この実施形態は第３の実施形態の変形であって、電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが配管周方向に複数設置された構成となっており、これら複数個が配管周方向に等間隔で設置されている。この実施形態では、複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの全てが並列に接続されている。
【００７８】
この実施形態では、複数個の電磁超音波センサ５１が並列に接続されていることから、接続ケーブルの一つが断線したとしてもガイド波を送受信することが可能となる。
【００７９】
また、センサ個々で検出信号を加算することで配管軸方向に伝播する反射ガイド波２２および配管周方向に伝播する周回ガイド波２１の受信信号の振幅レベルを上げることができる。また、接続ケーブルが破断したとしても残る接続ケーブルで送受信が可能となることから、連続的なガイド波送受信をする場合の信頼性が向上する。
【００８０】
［第５の実施形態］
図１９は、本発明の第５の実施形態に係る配管検査装置を配管に取り付けた状況を配管軸方向から見た模式図である。図２０は、この第５の実施形態における各電磁超音波センサの出力波形の例を示すグラフである。
【００８１】
この実施形態は第４の実施形態の変形であって、複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが、配管周方向に等間隔で設置されている。また、複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの全てが並列に接続されている。これら複数個の電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄには、第１の送受信部と第２の送受信部に接続されるガイド波送受信器４０が、第１の送受信部と第２の送受信部への接続を一方のみへ任意に切り替えられる機能を持つ接続切り替え器４１と、駆動する電磁超音波センサを一つまたは特定個数へ任意に選択できる駆動センサ選択器４２を介してガイド波送受信器に接続されている。
【００８２】
この実施形態によれば、ガイド波を配管軸方向に伝播させる測定駆動と、ガイド波を配管周方向に伝播させる校正駆動のいずれの駆動をするか任意に切り替えることができる。また、駆動する電磁超音波センサ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを任意に選択できるため、センサ校正を個別に行なうことができる。
【００８３】
これにより、複数個の電磁超音波センサ５１の測定方向や特定センサの駆動が一つのガイド波送受信器で行なえることから低コスト化が図れる。
【００８４】
さらに、この実施形態によれば、接続切り替え器４１と、駆動センサ選択器４２によって、いずれか一つの電磁超音波センサのみから配管周方向へガイド波を伝播させ、全ての電磁超音波センサで周回ガイド波をセンサごとに取得することができる。たとえば、送信として使用するセンサを図１９に示す第１の電磁超音波センサ５１ａとすると、各センサで受信される周回ガイド波２１は図２０のようになる。
【００８５】
第１の電磁超音波センサ５１ａでは送信センサとして使用するため送信波と周回波が検出される。第２の電磁超音波センサ５１ｂでは第１の電磁超音波センサ５１ａから送信されるガイド波の伝播方向が図１９に示す矢印Ｒ、矢印Ｌの２方向となることからＲ側を伝播して１／４周回で検出される第１受信波と、Ｌ側を伝播して３／４周回で伝播する第３受信波が検出される。第３の電磁超音波センサ５１ｃでは矢印Ｒ、矢印Ｌの２つのガイド波とも伝播距離が同じとなることから２／４周回に第３受信波が受信される。第４の電磁超音波センサ５１ｄは、第２の電磁超音波センサ５１ｂと反対側位置関係であることから、ここでも第２の電磁超音波センサ５１ｂとほぼ同様に第１受信波と第３受信波が検出される。
【００８６】
ここで、第１の電磁超音波センサ５１ａの周回波の振幅レベルの変化から第１〜第３受信波（１／４周回〜３／４周回）に相当する伝播時間での振幅レベルを計算し、計算値と測定された振幅レベルを比較する。センサの感度が劣化していれば、検出される第１〜第３受信波の振幅レベルも低下することからセンサ感度劣化を検出することができる。
【００８７】
なお、図２０では使用する周回ガイド波２１を１周目までとしているが、周回波は複数周回が検出されるため、２周目以降の周回信号を使用してもよい。
【００８８】
このようにして、複数センサの感度劣化を一度の測定で評価することができる。また、計算値と測定された振幅レベルの比率から、感度の減少程度を定量的に把握することができる。
【００８９】
ここで、第１の電磁超音波センサ５１ａの送信波と周回波の伝播時間差から第１〜第３受信波（１／４周回〜３／４周回）に相当する位置の伝播時間を計算する。設置間隔が均等であればｔ１／４が１／４周回ごとに受信されるエコーの時間差である。この計算値と検出された伝播時間を比較する。ここで隣接するセンサの設置間隔が全て同じであればｔ１／４で求められる伝播時間と、検出された受信波の伝播時間差ｔ１−１〜ｔ１−４は一致するが、センサの設置間隔が異なっていれば伝播時間差が異なる。
【００９０】
たとえば、第３の電磁超音波センサ５１ｃの設置位置が２／４周回相当位置に無ければ、Ｒ側からの伝播距離とＬ側からの伝播距離が異なるために、第２受信波は、第３の電磁超音波センサ５１ｃで、図２０の点線で示したように２つのエコーが検出される。第２の電磁超音波センサ５１ｂの設置位置が異なっていれば、図２０にて破線で示したように第１受信波と受信波が異なる時間で受信される。この破線は第２の電磁超音波センサ５１ｂが第１の電磁超音波センサ５１ａ側に寄っている場合の受信エコーを示したものである。
【００９１】
このように計算された伝播時間と、検出された第１〜第３受信波の伝播時間からセンサ設置間隔の均一性を検出することができる。
【００９２】
［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９３】
たとえば、上記各実施形態では、配管の外側に電磁超音波センサを配置するものとしたが、配管の内側に電磁超音波センサを配置することもできる。ガイド波の送受信に圧電素子などを用いる場合には圧電素子が振動発生源となることから、センサは測定対象に密着させる必要があるが、配管の内外面では曲率が異なるため設置場所に合わせて曲率を変える必要がある。一方、電磁超音波センサでは、センサではなく配管自体が振動発生源となることから、電磁超音波センサと配管の管壁面との間に数ｍｍの隙間があったとしても配管に振動を与えることが可能であり、曲率があったとしてもガイドを送受信することができる。
【００９４】
また、上記実施形態の説明では配管の減肉部での超音波の反射を利用してその減肉を検出するものとしたが、減肉以外の欠陥などでも超音波が反射するものであればその検出をすることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１ … 電磁超音波センサ
２ … 永久磁石
３ … コイル
４ … 交流電流
６ … 磁束
７ … 渦電流
８ … ローレンツ力
９ … 鎖交磁束
２０ … ガイド波
２１ … 周回ガイド波
２２ … 反射ガイド波
３０ … 配管
３１ … 減肉部
４０ … ガイド波送受信器
４１ … 接続切り替え器
４２ … 駆動センサ選択器
５０ … コイル軸
５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ … 電磁超音波センサ
５３ … 第１のコイル
５４ … 第２のコイル
５５ … 交流電流
５７ … 渦電流
５８ … ローレンツ力
６０ … 第１コイル軸６０
６１ … 第２コイル軸６１
６５ … 交流電流
６７ … 渦電流
６８ … ローレンツ力
７０ … データ処理部
７１ … 校正部
７２ … センサ健全性判定部
７３ … 配管評価部
７４ … 音速評価部
７５ … 距離特定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端部に第１の磁極が形成され第１の端部の反対側に第２の磁極が形成される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直なコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられたコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて、配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、
前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、
前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、
前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの感度を校正する校正ステップと、
前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記校正ステップによって得られた前記電磁超音波センサの感度に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、
を有することを特徴とする配管検査方法。
【請求項２】
第１の端部に第１の磁極が形成され第１の端部の反対側に第２の磁極が形成される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直なコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられたコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、
前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、
前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより、前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、
前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの健全性を判定するセンサ健全性判定ステップと、
前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記センサ健全性判定ステップによって得られた前記電磁超音波センサの健全性の判定結果に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、
を有することを特徴とする配管検査方法。
【請求項３】
前記配管評価ステップは、
前記配管の管壁内を伝播するガイド波の音速を前記周回エコー電流に基づいて求める音速評価ステップと、
前記音速評価ステップにより求められた音速を用いて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して戻ってきたガイド波が反射した位置と前記電磁超音波センサとの距離を求める距離特定ステップと、
を具備していること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の配管検査方法。
【請求項４】
前記周回エコー検出ステップは、前記配管の管壁内を周方向に伝播して複数回周回して戻ってきたガイド波を検出するものであって、
前記音速評価ステップは、前記配管の管壁内を周方向に伝播して複数回周回して戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる周回エコー電流を用いて音速を求めること、を特徴とする請求項３に記載の配管検査方法。
【請求項５】
前記配管の管壁内の状態は、前記配管の減肉であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の配管検査方法。
【請求項６】
第１の磁極と第２の磁極が互いに反対方向に向いている永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて、配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、
前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記第１のコイル軸が前記配管の周方向を向いて前記第２のコイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置するセンサ配置ステップと、
前記センサ配置ステップの後に前記第１のコイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記第１のコイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、
前記センサ配置ステップの後に前記第２のコイルに交流電流を流すことにより、前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記第２のコイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、
前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの感度を校正する校正ステップと、
前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記校正ステップによって得られた前記電磁超音波センサの感度に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、
を有することを特徴とする配管検査方法。
【請求項７】
前記センサ配置ステップは、複数個の前記電磁超音波センサを前記配管の周方向に互いに間隔をあけて配置するものであって、
前記周回エコー検出ステップは、前記複数個の電磁超音波センサのうちの第１の電磁超音波センサの前記第２のコイルに交流電流を流すことにより、前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記複数個の電磁超音波センサのうちの第１の電磁超音波センサ以外の電磁超音波センサの前記第２のコイルに生じる周回エコー電流を検出する他センサ周回エコー検出ステップを含み、
前記校正ステップは、前記他センサ周回エコー検出ステップによって得られた結果を加味して各電磁超音波センサの校正を行なうこと、
を特徴とする請求項６に記載の配管検査方法。
【請求項８】
前記他センサ周回エコー検出ステップによって得られた結果に基づいて前記複数個の前記電磁超音波センサ同士の間隔を確認する間隔確認ステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の配管検査方法。
【請求項９】
配管の管壁内部を進行する超音波であるガイド波を送受信する電磁超音波センサを有する配管検査装置であって、
前記電磁超音波センサは、
第１の磁極が前記配管の管壁面の一部に対向し、第２の磁極が前記管壁面の一部から遠ざかる方向に向くように配置される永久磁石と、
前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、
前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、
を備え、前記第１のコイルおよび第２のコイルに交流電流を供給できるように構成されていることを特徴とする配管検査装置。
【請求項１０】
前記第１のコイル軸が前記配管の周方向を向き、前記第２のコイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置して前記第２のコイルに交流電流を供給して前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記第２のコイルに生じる周回エコー電流に基づいて、前記電磁超音波センサの感度を校正する校正部と、
前記第１のコイル軸が前記配管の周方向を向き、前記第２のコイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置して前記第１のコイルに交流電流を供給して前記配管の管壁内を管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記第１のコイルに生じる軸方向エコー電流と、前記校正部で校正された前記電磁超音波センサの感度とに基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価部と、
をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の配管検査装置。
【請求項１１】
前記第１のコイル軸が前記配管の軸方向を向き、前記第２のコイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置して前記第２のコイルに交流電流を供給して前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記第２のコイルに生じる周回エコー電流に基づいて、前記電磁超音波センサの健全性を判定するセンサ健全性判定部と、
前記第１のコイル軸が前記配管の軸方向を向き、前記第２のコイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置して前記第１のコイルに交流電流を供給して前記配管の管壁内を管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記第１のコイルに生じる軸方向エコー電流と、前記センサ健全性判定部で得られた前記電磁超音波センサの健全性の判定結果に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価部と、
をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の配管検査装置。
【請求項１２】
前記配管評価部は、
前記配管の管壁内を伝播するガイド波の音速を前記周回エコー電流に基づいて求める音速評価部と、
前記音速評価部で求められた音速を用いて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して戻ってきたガイド波が反射した位置と前記電磁超音波センサとの距離を求める距離特定部と、
を具備していること、を特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の配管検査装置。
【請求項１３】
前記音速評価部は、前記配管の管壁内を周方向に伝播して複数回周回して戻ってきたガイド波によって前記第２のコイルに生じる周回エコー電流を用いて音速を求めること、を特徴とする請求項１２に記載の配管検査装置。
【請求項１４】
前記配管の管壁内の状態は、前記配管の減肉であることを特徴とする請求項９ないし請求項１３のいずれか一項に記載の配管検査装置。
【請求項１５】
任意に選択された前記第１のコイルおよび第２のコイルの一方のみに交流電流を流すように電気的接続を切り替える切り替え器をさらに有することを特徴とする請求項９ないし請求項１４のいずれか一項に記載の配管検査装置。
【請求項１６】
前記電磁超音波センサは複数個あって、複数個の前記電磁超音波センサが、前記配管の周方向に互いに間隔をあけて配列されていること、を特徴とする請求項１５に記載の配管検査装置。
【請求項１７】
前記複数個の電磁超音波センサの前記第１のコイル同士および前記第２のコイル同士が電気的に直列に接続されていること、を特徴とする請求項１６に記載の配管検査装置。
【請求項１８】
前記複数個の電磁超音波センサの前記第１のコイル同士および前記第２のコイル同士が電気的に並列に接続されていること、を特徴とする請求項１６に記載の配管検査装置。
【請求項１９】
前記複数個の電磁超音波センサのうちの任意の一部の電磁超音波センサのみを選択的に動作させる駆動センサ選択器をさらに有すること、を特徴とする請求項１８に記載の配管検査装置。
【請求項２０】
配管の管壁内部を進行する超音波であるガイド波を送受信する電磁超音波センサであって、
第１の磁極が前記配管の管壁面の一部に対向し、第２の磁極が前記管壁面の一部から遠ざかる方向に向くように配置される永久磁石と、
前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、
前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、
を備えたことを特徴とする電磁超音波センサ。
【請求項１】
第１の端部に第１の磁極が形成され第１の端部の反対側に第２の磁極が形成される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直なコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられたコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて、配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、
前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、
前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、
前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの感度を校正する校正ステップと、
前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記校正ステップによって得られた前記電磁超音波センサの感度に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、
を有することを特徴とする配管検査方法。
【請求項２】
第１の端部に第１の磁極が形成され第１の端部の反対側に第２の磁極が形成される永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直なコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられたコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、
前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、
前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記コイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置し、前記コイルに交流電流を流すことにより、前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、
前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの健全性を判定するセンサ健全性判定ステップと、
前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記センサ健全性判定ステップによって得られた前記電磁超音波センサの健全性の判定結果に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、
を有することを特徴とする配管検査方法。
【請求項３】
前記配管評価ステップは、
前記配管の管壁内を伝播するガイド波の音速を前記周回エコー電流に基づいて求める音速評価ステップと、
前記音速評価ステップにより求められた音速を用いて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して戻ってきたガイド波が反射した位置と前記電磁超音波センサとの距離を求める距離特定ステップと、
を具備していること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の配管検査方法。
【請求項４】
前記周回エコー検出ステップは、前記配管の管壁内を周方向に伝播して複数回周回して戻ってきたガイド波を検出するものであって、
前記音速評価ステップは、前記配管の管壁内を周方向に伝播して複数回周回して戻ってきたガイド波によって前記コイルに生じる周回エコー電流を用いて音速を求めること、を特徴とする請求項３に記載の配管検査方法。
【請求項５】
前記配管の管壁内の状態は、前記配管の減肉であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の配管検査方法。
【請求項６】
第１の磁極と第２の磁極が互いに反対方向に向いている永久磁石と、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、を備えた電磁超音波センサを用いて、配管の管壁内を伝播する超音波であるガイド波を送受信して配管の管壁を検査する配管検査方法であって、
前記第１の磁極が配管の管壁面の一部に対向し、しかも前記第１のコイル軸が前記配管の周方向を向いて前記第２のコイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置するセンサ配置ステップと、
前記センサ配置ステップの後に前記第１のコイルに交流電流を流すことにより前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記第１のコイルに生じる軸方向エコー電流を検出する軸方向エコー検出ステップと、
前記センサ配置ステップの後に前記第２のコイルに交流電流を流すことにより、前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記第２のコイルに生じる周回エコー電流を検出する周回エコー検出ステップと、
前記周回エコー検出ステップで得られた前記周回エコー電流に基づいて前記電磁超音波センサの感度を校正する校正ステップと、
前記軸方向エコー検出ステップによって得られた前記軸方向エコー電流と前記校正ステップによって得られた前記電磁超音波センサの感度に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価ステップと、
を有することを特徴とする配管検査方法。
【請求項７】
前記センサ配置ステップは、複数個の前記電磁超音波センサを前記配管の周方向に互いに間隔をあけて配置するものであって、
前記周回エコー検出ステップは、前記複数個の電磁超音波センサのうちの第１の電磁超音波センサの前記第２のコイルに交流電流を流すことにより、前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記複数個の電磁超音波センサのうちの第１の電磁超音波センサ以外の電磁超音波センサの前記第２のコイルに生じる周回エコー電流を検出する他センサ周回エコー検出ステップを含み、
前記校正ステップは、前記他センサ周回エコー検出ステップによって得られた結果を加味して各電磁超音波センサの校正を行なうこと、
を特徴とする請求項６に記載の配管検査方法。
【請求項８】
前記他センサ周回エコー検出ステップによって得られた結果に基づいて前記複数個の前記電磁超音波センサ同士の間隔を確認する間隔確認ステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の配管検査方法。
【請求項９】
配管の管壁内部を進行する超音波であるガイド波を送受信する電磁超音波センサを有する配管検査装置であって、
前記電磁超音波センサは、
第１の磁極が前記配管の管壁面の一部に対向し、第２の磁極が前記管壁面の一部から遠ざかる方向に向くように配置される永久磁石と、
前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、
前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、
を備え、前記第１のコイルおよび第２のコイルに交流電流を供給できるように構成されていることを特徴とする配管検査装置。
【請求項１０】
前記第１のコイル軸が前記配管の周方向を向き、前記第２のコイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置して前記第２のコイルに交流電流を供給して前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記第２のコイルに生じる周回エコー電流に基づいて、前記電磁超音波センサの感度を校正する校正部と、
前記第１のコイル軸が前記配管の周方向を向き、前記第２のコイル軸が前記配管の管軸方向を向くように前記電磁超音波センサを配置して前記第１のコイルに交流電流を供給して前記配管の管壁内を管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記第１のコイルに生じる軸方向エコー電流と、前記校正部で校正された前記電磁超音波センサの感度とに基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価部と、
をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の配管検査装置。
【請求項１１】
前記第１のコイル軸が前記配管の軸方向を向き、前記第２のコイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置して前記第２のコイルに交流電流を供給して前記配管の管壁内を周方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を周方向に伝播して反射せずに戻ってきたガイド波によって前記第２のコイルに生じる周回エコー電流に基づいて、前記電磁超音波センサの健全性を判定するセンサ健全性判定部と、
前記第１のコイル軸が前記配管の軸方向を向き、前記第２のコイル軸が前記配管の周方向を向くように前記電磁超音波センサを配置して前記第１のコイルに交流電流を供給して前記配管の管壁内を管軸方向に伝播するガイド波を発生させて、前記配管の管壁内を管軸方向に伝播して反射して戻ってきたガイド波によって前記第１のコイルに生じる軸方向エコー電流と、前記センサ健全性判定部で得られた前記電磁超音波センサの健全性の判定結果に基づいて前記配管の管壁内の状態を評価する配管評価部と、
をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の配管検査装置。
【請求項１２】
前記配管評価部は、
前記配管の管壁内を伝播するガイド波の音速を前記周回エコー電流に基づいて求める音速評価部と、
前記音速評価部で求められた音速を用いて、前記配管の管壁内を配管軸方向に伝播して戻ってきたガイド波が反射した位置と前記電磁超音波センサとの距離を求める距離特定部と、
を具備していること、を特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の配管検査装置。
【請求項１３】
前記音速評価部は、前記配管の管壁内を周方向に伝播して複数回周回して戻ってきたガイド波によって前記第２のコイルに生じる周回エコー電流を用いて音速を求めること、を特徴とする請求項１２に記載の配管検査装置。
【請求項１４】
前記配管の管壁内の状態は、前記配管の減肉であることを特徴とする請求項９ないし請求項１３のいずれか一項に記載の配管検査装置。
【請求項１５】
任意に選択された前記第１のコイルおよび第２のコイルの一方のみに交流電流を流すように電気的接続を切り替える切り替え器をさらに有することを特徴とする請求項９ないし請求項１４のいずれか一項に記載の配管検査装置。
【請求項１６】
前記電磁超音波センサは複数個あって、複数個の前記電磁超音波センサが、前記配管の周方向に互いに間隔をあけて配列されていること、を特徴とする請求項１５に記載の配管検査装置。
【請求項１７】
前記複数個の電磁超音波センサの前記第１のコイル同士および前記第２のコイル同士が電気的に直列に接続されていること、を特徴とする請求項１６に記載の配管検査装置。
【請求項１８】
前記複数個の電磁超音波センサの前記第１のコイル同士および前記第２のコイル同士が電気的に並列に接続されていること、を特徴とする請求項１６に記載の配管検査装置。
【請求項１９】
前記複数個の電磁超音波センサのうちの任意の一部の電磁超音波センサのみを選択的に動作させる駆動センサ選択器をさらに有すること、を特徴とする請求項１８に記載の配管検査装置。
【請求項２０】
配管の管壁内部を進行する超音波であるガイド波を送受信する電磁超音波センサであって、
第１の磁極が前記配管の管壁面の一部に対向し、第２の磁極が前記管壁面の一部から遠ざかる方向に向くように配置される永久磁石と、
前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直な第１のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第１のコイルと、
前記第１の磁極と第２の磁極を結ぶ直線に垂直でかつ前記第１のコイル軸に垂直な第２のコイル軸の周りで前記永久磁石の周りに巻き付けられた第２のコイルと、
を備えたことを特徴とする電磁超音波センサ。
【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】
【公開番号】特開２０１２−９８２２６（Ｐ２０１２−９８２２６Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４７９９１（Ｐ２０１０−２４７９９１）
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]