電磁音響変換器
電磁音響変換器(12,24)が、試験材料(4,25)にDEC磁場を加えるための1つ以上の磁石と、試験材料内にAC磁束を提供するための、交流電源によって供給された、電気コイル(2,23)と、を有している。摩耗プレート(16,26)は、試験材料の表面に沿ってスライドしながら触れ合う。摩耗プレート(16,26)は、導電性強磁性材料でできており、中に開口(17,31)を有している。したがって、DC磁界及びACT磁束の両方が、試験材料を貫通でき、その材料の超音波振動を造る。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
(発明の背景)
(発明の分野)
本発明は、超音波によって、例えばパイプラインのような金属部材の完全性を検査するための、電磁音響変換器(以下、EMATSと称する)に関するものである。
【0002】
(従来技術の概要)
従来のEMATsは、1つ以上の永久磁石によってしばしば生成された定常磁場と、電気巻線によって生成された過渡高周波磁場と、の共同作用によって、試験材料と相互作用する。試験標本とEMATとの相互作用は、変換器の動的部品と試験材料との間の隙間が最小であるときに、通常は最大である。
【0003】
しかしながら、EMATsは、試験材料と接触した状態で動くと、摩耗しやすい。
【0004】
したがって、試験材料の表面に沿って動かされるEMATsは、EMATの動的部品と表面との間に、保護層又は摩耗プレートを設ける必要がある。この層は、相反する条件に晒される。層の厚さが増すと、耐摩耗性は向上するが、EMATの音響性能は、層の厚さが増すと減少し、また、材料特性及び保護層の形態に依存する。
【0005】
EMATsに通常組み込まれた保護層の材料は、EMATと極僅かな相互作用を行うものが選択され、その存在は、EMATの動的面と試験材料との間に空の隙間を導入した場合のものよりも、音響性能に影響しないものである。これらの材料で作られた保護層は、一般に非常に薄い。何故なら、EMATの音響性能は、隙間が増大すると、急落するからである。試験材料が薄いので、これが被る摩滅が、例えば内部検査手段やパイプラインピッグによるパイプ壁の長距離高速検査において、非常に重大である場合には、摩耗層の寿命は短くなる。
【0006】
保護層として導電性及び/又は強磁性の材料を使用することは、従来は、禁じ手であった。何故なら、そのような材料からなるプレートをEMATと試験材料との間に介設すると、EMATの音響性能が非常に悪くなるからである。
【0007】
特にそのようなプレートの存在は、電気表皮厚さ現象の故に、EMATから試験材料への高周波磁場の貫通を減少させ、試験材料におけるDC磁場が、代わりの閉鎖通路によって、試験材料からDCフラックスが取り除かれる故に、低減される。
【0008】
(発明の概要)
幾つかのそのような材料の優れた摩耗特性を考慮して、導電性及び強磁性の特性を有する摩耗プレートが、EMATからの効果的な音響性能を維持しながら、EMATsに組み込まれることが、望まれている。
【0009】
本発明によれば、試験材料に超音波を励起するための電磁音響変換器が提供される。その変換器は、試験材料にDC磁場を加えるための磁気手段と、試験材料内にAC磁束を提供するための、交流電源によって供給された、電気コイルと、試験材料の表面と触れ合い、表面に沿ってスライドするようになっている、摩耗プレートと、を備えている。そして、摩耗プレートが、導電性強磁性材料からなっており、中に開口を有しており、摩耗プレート中に電気的及び磁気的な不連続性を提供するよう、且つ、DC磁場及びAC磁束の両方を、それらの相互作用によって試験材料の超音波振動を造るために、試験材料中へ貫通させるのを可能とさせるよう、形成されている。
【0010】
摩耗プレートの開口の正確な形態は、EMATのタイプに適応するよう選択され、また、試験材料におけるDC磁場及びAC磁束の確立を保証するよう選択される。
【0011】
磁気手段としては、1つ以上の永久磁石や1つ以上の電磁石を使用できる。
【0012】
本発明のEMATの導電性強磁性材料からなる摩耗プレートは、音響性能を維持しながらも、従来の非強磁性非導電性の摩耗プレートを大きく上回る厚さを有するよう、設けることができる。摩耗プレートにとっての、この増大した厚さ及び材料特性の選択性の広さは、EMATの作動寿命を、従来の摩耗プレートで可能であったもの以上に、増大させることができる。
【0013】
本発明の幾つかの実施形態では、開口が、摩耗プレートの複数の平行なスロットからなっている。それらのスロットは、それぞれ、試験材料におけるイメージ電流の流れの方向に対して実質的に垂直に延びているが、他の配向も、試験材料において生成される波に依存して、可能である。
【0014】
本発明の変換器では、その磁気手段を、縦方向に並んだ複数の磁石で構成してもよい。これらの磁石は、その一つ一つが隣接しており、それらは互いに接する反対極を有している。そして、スロットは、隣接する磁石の間の境界の下方に設けられるのが、好ましい。そのような配置では、EMAT及びその摩耗プレートは、試験材料に、水平分極音響S波を生成し、試験材料の動きは、試験表面に平行であり、且つ、波方向に対して直角である。但し、本発明は、そのような配置に限るものではない。
【0015】
摩耗プレートの厚さは、好ましくは、摩耗プレート内で励起された主波モードの波長の1/4に等しい。
【0016】
上述したように、磁気手段は、縦方向に並んだ複数の磁石で構成できる。或いは、磁気手段は、少なくとも1つの磁石で構成してもよく、電気コイルは、少なくとも1つの磁石と摩耗プレートとの間、例えば摩耗プレートに隣接して、配置される。コイルは、その中に複数の蛇行路を有している。そして、コイルは、摩耗プレートと概ね平行な面を並べるよう設けられる。蛇行路は、好ましくは、180度を経てコイルの方向を変更し、その結果、コイルは、蛇行路によって結合された、概ね真っ直ぐで略平行な複数の部分を、備えている。そのような配置では、真っ直ぐな部分は、摩耗プレートにおいて対応する複数の平行なスロットと、並んでいる。更に、そのような配置では、摩耗プレートがスロット間に延在部を有することが、望まれ、その結果、コイルの真っ直ぐな部分の対が、対応する延在部によって分離されている。
【0017】
(詳細な説明)
添付の図面を参照して、実施例のみによって、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0018】
図を参照すると、図1は、水平分極S波を発生させるためにEMATで一般的に使用される単純巻線によって作られたAC電流を示している。この図は、試験サンプル4の上方に平面的巻線2を示している。AC電流は、巻線を通り、電流矢印6で示されている。これらの電流の流れは、ある時点で凍結して示されており、任意の一方向を循環している。イメージ電流8は、AC巻線電流6によって試験サンプル4中に誘導されており、AC巻線電流6とは反対方向に流れている。それらは、試験サンプル4の上面の面内を循環している。
【0019】
図2は、巻線2と試験サンプル4との間に導電性プレート10を導入した場合の効果を示している。ここでは、イメージ電流8は、導電性プレート10の表面を流れている。導電性プレート10は、非常に薄いものでない限り又は導電性の弱いものでない限り、巻線2の電磁効果から試験サンプル4をシールドし、試験サンプル4内でのイメージ電流の循環を防止する。これは、EMAT(図2に一部のみ示されている)が機能するのを防ぐ。
【0020】
図3は、永久磁石12によって造られた試験サンプル4の表面のDC磁界パターンを示しており、永久磁石12は、水平分極S波EMATのための典型的な配置で、設けられている。試験サンプル4は、正常な磁場要素のための異なる極性14の領域を試験サンプル4中に備えた状態で、示されている。図3は、水平分極S波EMATの、最も普通に使用される設計の、全ての主要な構成要素を示している。
【0021】
図4は、磁石12と試験サンプル4との間に、導電性及び強磁性のプレート10を導入した場合の効果を示しており、以前に試験サンプル4中に確立されたDC磁場は、プレート10に捕捉されており、試験サンプル4に届いてはいない。
【0022】
本発明のEMATによれば、開口を中に備えた導電性強磁性摩耗プレートが提供される。そのプレートは、摩耗プレート中に電気的及び磁気的な不連続性を造るよう、且つ、DC磁場及びAC磁束の両方を、それらの相互作用によって試験材料の超音波振動を造るために、試験材料中に貫通させることを、可能とさせるよう、形成されている。
【0023】
図5は、スロット付導電性プレート16を導入した場合のAC電流の効果を示している。プレート16は、一部のみ、すなわち、プレート16が一連のバーのように見えるスロットの領域が、示されており、説明目的で3つの符号が付されている。スロットは、導電性プレート16におけるイメージ電流18の正常な流れに対して概して垂直に設けられている。この場合、イメージ電流は、導電性プレート16及び試験サンプル4の両方を流れ、その流れ方向は、図1の単純な場合と同じである。スロット付プレート16では、イメージ電流18が、スロットの壁に沿って下降し、プレート16の上面の流れに対して反対方向にプレート16の下面に沿って移動する(図5では見えない)ことによって、それらの循環を完成するよう、強制されている。
【0024】
図5において、試験サンプル4のイメージ電流8は、同等な巻線電流振幅として考えても、及び、巻線2と試験サンプル4との間の同等な距離として考えても、図1のそれよりも大きな振幅にできる。これは、とりわけ、スロット付プレート16の厚さが巻線2と試験サンプル4との間の隙間の大部分を占める場合に、当てはまることである。うまく設計されたスロット付プレート16にとって、試験サンプル4の電流8への主たる寄与は、スロット付プレート16を移動する電流によって誘導されたイメージ電流18であり、所々のそれは、試験サンプル4に物理的に非常に近接しており、それ故、強い電流の流れを誘導する。スロット付プレート16の電流18は、それ自身、巻線2からのイメージ電流であり、それは、巻線2がスロット付プレート16に近接しているその上面にて、スロット付プレート16中に非常に強く誘導される。試験サンプル4の誘導された電流8を、巻線2と試験サンプル4との間に同じ距離を有するがスロット付プレート16を組み込んでいない配置に比して、増大できることが、正味の効果である。
【0025】
図6は、図3の配置に対して、巻線2と試験サンプル4との間に強磁性スロット付プレート16を導入した場合のDC磁場パターンの効果を示している。スロット付プレート16は、試験サンプル4のDC磁界パターンを変更するが、磁石12の間の境界の下方にスロットを位置させることによって、試験サンプル4の磁界パターンは、図3のパターン14と概して同じである。うまく設計された強磁性スロット付プレート16によって、試験サンプル4の磁界強度は、磁石と試験サンプルとの間の同等の距離に対して、スロット付プレート16が無い場合の磁界よりもかなり大きくできる。
【0026】
図6は、スロット付摩耗プレート16を備えた水平分極S波EMATの、主要な構成要素を示している。図6に示された試験サンプルのDC磁界パターン20、及び、図5に示されているのと同じになる試験サンプル4のAC電流パターン8は、必要とされるローレンツ力を造る。摩耗プレート16は、導電性強磁性でなければならず、且つ、EMATのACイメージ電流及びDC磁場の両方を向上させる形態のスロットを有しなければならない。
【0027】
図5及び図6は、1つの特有なタイプのEMATのみを示しているが、スロット付導電性強磁性摩耗プレート16を用いるという原則は、異なるスロット配置を備えていても、他の設計に適用できる。
【0028】
図7は、本発明のEMATの一部をより詳細に示している。スロット17を備えた摩耗プレート16は、ハウジング20中に含まれたAC巻線2及びDC磁石12を備えたグリル又はグリッドの形をしている。巻線2は、C−コア22からなっているが、他の形態を用いてもよい。
【0029】
別の実施例により、本発明の第2実施形態を説明する。本実施例では、EMAT及びその摩耗プレートは、試験材料に、音波を生成し、試験材料の動きは、試験表面及び伝播方向の両方に対して、大部分が直角である。生成した波は、レイリー、ラム、又は、垂直分極Sタイプのものであり、試験材料の形態に依存している。本発明は、これらの波タイプを生成するEMATSに限定するものではない。図8及び図9は、摩耗プレートを備えていない従来のEMATの一部を示している。巻線23は、蛇行タイプのものであり、1つの磁石24の極の下に、及び、試験材料25の上方に、配置されている。蛇行コイル23のAC電流の流れは、従来の方法(・及び×の印の円は、それぞれ、紙面から出て来る電流及び紙面に入って行く電流を示す)で示されている。試験材料のイメージ電流の流れは、ある時点で凍結して示されており、蛇行コイルの最も近い導線における流れに対して反対方向で表示している表面に渡って分布している。試験材料の電流密度は、一方向における最大から、蛇行コイル導線の間隔と等しい距離内の反対方向における最大へ、円滑に変化する。その円滑な変化は、略正弦関数である。
【0030】
図10、11は、本発明の第2実施形態のEMATを示しており、それは、図8の全ての特徴を有しているが、更に、スロット付導電性強磁性摩耗プレート26を有している。蛇行コイル巻線は、摩耗プレート26の開いたスロット31の上方に位置している。したがって、蛇行コイル23は、摩耗プレート26のスロット31と並んでいる複数の直線(真っ直ぐな)部分30を備えており、その真っ直ぐな部分30は、180度角又は蛇行路32によって接続されている。したがって、摩耗プレート26は、蛇行コイル23の真っ直ぐな部分30の各々について1つのスロット31を有している。しかも、図10に示されるように、摩耗プレートは、摩耗プレート26と同じ材料からなる、突起又はリガメント27を、有してもよい。それらは、摩耗プレート26から突出して、蛇行コイル23の隣接する真っ直ぐな部分30の間の空間内に延びている。
【0031】
蛇行コイル23のAC電流は、ある時点で凍結して示されており、図9に示された流れとは異なっていない。摩耗プレート26の金属リガメント27は、導電性であるので、イメージ電流28は、図に示すように、摩耗プレートを流れる。これらのイメージ電流は、それ自身、試験材料中に、更なるイメージ電流29を生成させることができる。したがって、試験材料のイメージ電流は、蛇行コイルの電流の流れの結果であり、また、摩耗プレートのイメージ電流である。試験材料のイメージ電流は、試験材料の表面を横切って分布しており、蛇行コイルの巻線間隔と等しい距離を越えて、一方向の最大から他方向の最大へと変動している。しかしながら、試験材料イメージ電流は、摩耗プレートが無い場合の図9に示された元のイメージ電流とは大きく異なっている。蛇行コイルのいずれか1つの直線部分の下方に直接発生する、試験材料の最大AC電流密度が、摩耗プレートが無く且つ他の全ての形態変化が同じである場合に比して、増大されることが、最も重要な違いである。摩耗プレートは、それ故、試験材料のACイメージ電流を増大できる。また、摩耗プレートは、強磁性であるので、本発明の摩耗プレートが無いものに比してEMATの全体的な音響性能が向上されるという効果と共に、DC磁束を磁石24から試験材料へ運ぶのを助ける。
【0032】
更なる説明として、EMATの導電性又は強磁性の摩耗層の効果は、摩耗プレートの面領域に渡る電気的及び磁気的な特性の変化によって、影響される。最も容易に制御される変化は、摩耗プレートの特定領域から例えばスロットを切断することによって材料を除去することにより、作られる。摩耗面を横切って現れた電気的不連続性は、高周波磁場が試験材料と相互作用する程度を大きく変える。また、関連した透磁率変化は、EMATによって与えられたDC磁束パターンに影響する。重要なことに、EMAT摩耗プレートの高周波誘導電流と摩耗プレートのDC磁界との共同作用は、EMAT音響性能を向上させることにおいて新規な役割を果たすことができる。機械的堅牢性の必要性の故に抑制しやすい同じ厚さの従来の摩耗プレートを備えたEMATに比して、EMAT性能が大きく向上されるように、注意深い設計によって、摩耗プレートを設けることができる。摩耗プレートの材料は、従来の摩耗材料に比して、EMATの大きく改善された機械的保護を実現するよう、選択できる。最終的な設計は、EMAT作用によって摩耗プレート内に生成された音響信号、及び、それらによって引き起こされる悪影響を、考慮に入れる必要がある。
【0033】
[AC磁界効果]
摩耗プレートは、幾つかの方法でEMAT性能に影響する。1つは、摩耗プレートが、EMAT及び試験材料の、中及び周りの、AC磁界及び渦電流を、変化させることである。摩耗プレート内を流れる電流は、特に重要である。摩耗プレートの外面で試験材料に近接して流れる高周波渦電流の、大きさ及び表面積は、非常に重要であり、最良の摩耗プレート設計のために、正確に方向付けされて最大化される必要がある。
【0034】
水平分極S波EMAT摩耗プレート内のAC渦電流を最適化するために、スロットは、摩耗プレートの内向きに面した(巻き線側)表面に生じる渦電流の流れラインを横切るように摩耗プレートに切り込まれるのがよい。摩耗プレートの内面に残りスロットを横切るように動く電流が、スロット壁の下に、及び、摩耗プレートの内面の流れに対して反対方向で外面に沿って、移動することによって、循環するよう強制されることを、これらのスロットの間隔及びそれらの長さは、保証しなければならない。摩耗プレートの内面の面内を外面に届かないで完全に循環する代替電流ループは、可能であれば低減される必要がある。何故なら、これらの電流は、EMATの音響性能及び消費電力量に貢献しないからである。
【0035】
特に水平分極S波EMATの内面の面内を完全に循環する無駄なAC電流を低減するための重要な手段は、EMATの最も強いAC磁界を十分に越えてスロットを延ばすことによるものである。これは、スロットを越えた領域に存在しており、内面内をより自由に循環している、渦電流が、弱くて、EMAT効率と殆ど関連していないことを、保証する。内面にてAC電流を低減するための更なる方法は、AC巻線の極に近接した領域のスロットの間の距離を減少させることであり、そこでは、当然に、AC磁束が内面に対して垂直な重要な構成要素を有し、渦電流が内面に対して平行に循環する傾向にある。
【0036】
摩耗プレートの外面を流れる所望のAC電流は、追加の電気巻線のような挙動をし、それは、補完し、又は、EMATの主巻線の効果を左右できる。これらの電流が、物理的に試験材料に隣接している面を流れるので、それらは、EMATの主巻線によって直接生成されるイメージ電流よりも、より強いイメージ電流を、試験材料に誘導し、それは、摩耗プレートが存在する故に、試験材料から、より離れている。EMATの性能は、摩耗プレートの外面電流の大きさに略比例する。
【0037】
電流の所望の循環を確保するために、摩耗プレートの導電性は、高くなければならず、摩耗プレートの厚さは、EMATの作動周波数で摩耗プレート材料と関連した電気表皮厚さよりも、かなり大きくあるべきである。
【0038】
AC電流は、どのような任意の巻線配置でも、摩耗プレートを流れる。そして、全体のプレート寸法は、スロットパターンの適切な設計によって、音響効果に対して最適化できる。しかしながら、スロットパターンは、他の因子を考慮することなく決定できない。他の因子の1つは、EMATのDC磁界性能へのスロットパターンの影響である。
【0039】
[DC磁界効果]
全てのEMATsの事実上の性能は、試験サンプル内で生成されたDC磁界強度の増大により、向上する。DC磁界強度は、スロット分布に影響され、また、EMATの前面のDC磁極面の境界に少なくとも幾つかのスロットを一致するよう配置することによって、最適化される。この配置により、DC磁束は、摩耗プレートの厚さを横断して試験標本を経て閉じることによって、循環させられる。逆に、磁束は、摩耗プレート内で極と極とを移動するのを防止される。何故なら、これは、スロットを横切ることを含み、それは、非常に低減された透磁性の領域であるので、磁束を妨げるからである。
【0040】
DC磁界条件が摩耗プレートの機械的完全性と対立することがあることに注意が必要である。
【0041】
[機械的完全性]
スロット形態についてのDC法則は、厳しく実施することができない。何故なら、スロットは、変換器面の極領域の境界を描く際に、閉じられたループを形成するからである。これは、摩耗プレートを非連結部品に分け、プレートの機械的完全性を弱体化させる。例えば、試験材料に面する1つの極を有する1つの磁石の場合には、スロットは、リングを形成する。そのリングは、残りのプレートによって支持されていない摩耗プレートの大きな中央部分を放置し、また、支持の別の手段の不便さを必要とする。したがって、スロットの理想的なDC磁界設計に関する妥協は、最も実用的な場合に必要とされる。
【0042】
スロット設計に影響する他の要因は、EMATの目的とする移動方向に対して平行な軸を有するスロットが、ある摩耗状態で移動方向を横断するスロットを好む、ということである。これは、狭い間隔で多くのスロットがあり、また、EMATが変換器面をえぐる可能性のある物体に出会う傾向にある、という場合に、特にそうである。横の狭い間隔のスロットを有する場合の逆の結果は、スロットの間の薄いリガメント材料が、えぐっている間に発生した力によって変形することである。
【0043】
[音響効果]
摩耗プレートの厚さ及び他の寸法は、EMATによる直接音響発生によって摩耗プレート中に生じた音波の強さに影響する。これらの波は、EMATの作動に悪影響を与えないように設けられる必要がある。試験材料からの音響信号の受信を隠す摩耗プレート内の長続きする残響は、防止されなければならない。
【0044】
摩耗プレートの厚さは、摩耗プレート内で励起された主波モードの波長の1/4であるのがよい。この厚さでは、摩耗プレートは、通常方向の定在波を支持せず、それは、パルス伝播後にかなり共振し、EMATが特に敏感である信号を生成する。摩耗プレートに接触して配置された音響減衰材料は、摩耗プレートの音響励振を低減させるのに、時々必要である。この要求は、EMATが送信機としてのみ又は受信機としてのみ作動している場合には、あまり重要ではない。このような状況では、伝播パルス残響が受信された信号に影響を与える(いわゆるリングダウン)という問題があり得ない。
【0045】
[概括]
したがって、摩耗プレートスロット配置は、AC磁界挙動、DC磁界挙動、及び機械的問題、すなわち、プレートを分離された部品に分割すること及びEMATの移動方向を十分考慮することを避けること、及び発生するかもしれない事象を損なうこと、を考慮すべきである。摩耗プレートの厚さ及び全体的設計は、摩耗プレート内で内部的に発生した音響活動と、EMAT音響性能へのその影響と、を考慮すべきである。摩耗プレートの材料は、摩耗プレート内のAC電流の満足のいく制御のために必要な透磁性及び導電性を有するべきであり、耐摩耗性でなければならない。
【0046】
3mm厚の工具鋼で構成された摩耗プレートを有する水平分極S波EMATは、従前の設計に対して同等の音響性能を達成できた。従前の設計では、EMATは、0.5mm厚のセラミック層で保護されていた。また、従前の設計は、パイプライン検査目的にとって不十分な堅固さであることが証明されていた。
【0047】
したがって、強磁性及び導電性の材料からなり、EMATによって生成されたDC及びACの磁界成分の両方へのその影響によってEMATの音響性能に有利な材料不連続性を有するよう構成された、摩耗プレート、を備えたEMATが、提供される。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】電気巻線と試験材料との間に摩耗プレートを備えていない、従来の、水平分極S波EMATの一部を示している。
【図2】電気巻線と試験材料との間に介設された導電性プレートを備えた図1の配置を示している。
【図3】試験材料にDC磁場を加える磁気手段を備えた従来のEMATの一部を示している。
【図4】磁気手段と試験材料との間に介設された導電性プレートを備えた図3の配置を示している。
【図5】本発明の一実施形態のEMATの一部を示している。
【図6】本発明の一実施形態のEMATの一部を示している。
【図7】本発明の一実施形態の一部を示している。
【図8】摩耗プレートを備えていない他の従来のEMATの一部を示している。
【図9】図8のEMATの線A−Aに沿った垂直断面を示している。
【図10】図8に相当するが摩耗プレートを有している、本発明の他の実施形態のEMATを、示している。
【図11】図10のEMATの線B−Bに沿った垂直断面を示している。
【発明の詳細な説明】
【0001】
(発明の背景)
(発明の分野)
本発明は、超音波によって、例えばパイプラインのような金属部材の完全性を検査するための、電磁音響変換器(以下、EMATSと称する)に関するものである。
【0002】
(従来技術の概要)
従来のEMATsは、1つ以上の永久磁石によってしばしば生成された定常磁場と、電気巻線によって生成された過渡高周波磁場と、の共同作用によって、試験材料と相互作用する。試験標本とEMATとの相互作用は、変換器の動的部品と試験材料との間の隙間が最小であるときに、通常は最大である。
【0003】
しかしながら、EMATsは、試験材料と接触した状態で動くと、摩耗しやすい。
【0004】
したがって、試験材料の表面に沿って動かされるEMATsは、EMATの動的部品と表面との間に、保護層又は摩耗プレートを設ける必要がある。この層は、相反する条件に晒される。層の厚さが増すと、耐摩耗性は向上するが、EMATの音響性能は、層の厚さが増すと減少し、また、材料特性及び保護層の形態に依存する。
【0005】
EMATsに通常組み込まれた保護層の材料は、EMATと極僅かな相互作用を行うものが選択され、その存在は、EMATの動的面と試験材料との間に空の隙間を導入した場合のものよりも、音響性能に影響しないものである。これらの材料で作られた保護層は、一般に非常に薄い。何故なら、EMATの音響性能は、隙間が増大すると、急落するからである。試験材料が薄いので、これが被る摩滅が、例えば内部検査手段やパイプラインピッグによるパイプ壁の長距離高速検査において、非常に重大である場合には、摩耗層の寿命は短くなる。
【0006】
保護層として導電性及び/又は強磁性の材料を使用することは、従来は、禁じ手であった。何故なら、そのような材料からなるプレートをEMATと試験材料との間に介設すると、EMATの音響性能が非常に悪くなるからである。
【0007】
特にそのようなプレートの存在は、電気表皮厚さ現象の故に、EMATから試験材料への高周波磁場の貫通を減少させ、試験材料におけるDC磁場が、代わりの閉鎖通路によって、試験材料からDCフラックスが取り除かれる故に、低減される。
【0008】
(発明の概要)
幾つかのそのような材料の優れた摩耗特性を考慮して、導電性及び強磁性の特性を有する摩耗プレートが、EMATからの効果的な音響性能を維持しながら、EMATsに組み込まれることが、望まれている。
【0009】
本発明によれば、試験材料に超音波を励起するための電磁音響変換器が提供される。その変換器は、試験材料にDC磁場を加えるための磁気手段と、試験材料内にAC磁束を提供するための、交流電源によって供給された、電気コイルと、試験材料の表面と触れ合い、表面に沿ってスライドするようになっている、摩耗プレートと、を備えている。そして、摩耗プレートが、導電性強磁性材料からなっており、中に開口を有しており、摩耗プレート中に電気的及び磁気的な不連続性を提供するよう、且つ、DC磁場及びAC磁束の両方を、それらの相互作用によって試験材料の超音波振動を造るために、試験材料中へ貫通させるのを可能とさせるよう、形成されている。
【0010】
摩耗プレートの開口の正確な形態は、EMATのタイプに適応するよう選択され、また、試験材料におけるDC磁場及びAC磁束の確立を保証するよう選択される。
【0011】
磁気手段としては、1つ以上の永久磁石や1つ以上の電磁石を使用できる。
【0012】
本発明のEMATの導電性強磁性材料からなる摩耗プレートは、音響性能を維持しながらも、従来の非強磁性非導電性の摩耗プレートを大きく上回る厚さを有するよう、設けることができる。摩耗プレートにとっての、この増大した厚さ及び材料特性の選択性の広さは、EMATの作動寿命を、従来の摩耗プレートで可能であったもの以上に、増大させることができる。
【0013】
本発明の幾つかの実施形態では、開口が、摩耗プレートの複数の平行なスロットからなっている。それらのスロットは、それぞれ、試験材料におけるイメージ電流の流れの方向に対して実質的に垂直に延びているが、他の配向も、試験材料において生成される波に依存して、可能である。
【0014】
本発明の変換器では、その磁気手段を、縦方向に並んだ複数の磁石で構成してもよい。これらの磁石は、その一つ一つが隣接しており、それらは互いに接する反対極を有している。そして、スロットは、隣接する磁石の間の境界の下方に設けられるのが、好ましい。そのような配置では、EMAT及びその摩耗プレートは、試験材料に、水平分極音響S波を生成し、試験材料の動きは、試験表面に平行であり、且つ、波方向に対して直角である。但し、本発明は、そのような配置に限るものではない。
【0015】
摩耗プレートの厚さは、好ましくは、摩耗プレート内で励起された主波モードの波長の1/4に等しい。
【0016】
上述したように、磁気手段は、縦方向に並んだ複数の磁石で構成できる。或いは、磁気手段は、少なくとも1つの磁石で構成してもよく、電気コイルは、少なくとも1つの磁石と摩耗プレートとの間、例えば摩耗プレートに隣接して、配置される。コイルは、その中に複数の蛇行路を有している。そして、コイルは、摩耗プレートと概ね平行な面を並べるよう設けられる。蛇行路は、好ましくは、180度を経てコイルの方向を変更し、その結果、コイルは、蛇行路によって結合された、概ね真っ直ぐで略平行な複数の部分を、備えている。そのような配置では、真っ直ぐな部分は、摩耗プレートにおいて対応する複数の平行なスロットと、並んでいる。更に、そのような配置では、摩耗プレートがスロット間に延在部を有することが、望まれ、その結果、コイルの真っ直ぐな部分の対が、対応する延在部によって分離されている。
【0017】
(詳細な説明)
添付の図面を参照して、実施例のみによって、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0018】
図を参照すると、図1は、水平分極S波を発生させるためにEMATで一般的に使用される単純巻線によって作られたAC電流を示している。この図は、試験サンプル4の上方に平面的巻線2を示している。AC電流は、巻線を通り、電流矢印6で示されている。これらの電流の流れは、ある時点で凍結して示されており、任意の一方向を循環している。イメージ電流8は、AC巻線電流6によって試験サンプル4中に誘導されており、AC巻線電流6とは反対方向に流れている。それらは、試験サンプル4の上面の面内を循環している。
【0019】
図2は、巻線2と試験サンプル4との間に導電性プレート10を導入した場合の効果を示している。ここでは、イメージ電流8は、導電性プレート10の表面を流れている。導電性プレート10は、非常に薄いものでない限り又は導電性の弱いものでない限り、巻線2の電磁効果から試験サンプル4をシールドし、試験サンプル4内でのイメージ電流の循環を防止する。これは、EMAT(図2に一部のみ示されている)が機能するのを防ぐ。
【0020】
図3は、永久磁石12によって造られた試験サンプル4の表面のDC磁界パターンを示しており、永久磁石12は、水平分極S波EMATのための典型的な配置で、設けられている。試験サンプル4は、正常な磁場要素のための異なる極性14の領域を試験サンプル4中に備えた状態で、示されている。図3は、水平分極S波EMATの、最も普通に使用される設計の、全ての主要な構成要素を示している。
【0021】
図4は、磁石12と試験サンプル4との間に、導電性及び強磁性のプレート10を導入した場合の効果を示しており、以前に試験サンプル4中に確立されたDC磁場は、プレート10に捕捉されており、試験サンプル4に届いてはいない。
【0022】
本発明のEMATによれば、開口を中に備えた導電性強磁性摩耗プレートが提供される。そのプレートは、摩耗プレート中に電気的及び磁気的な不連続性を造るよう、且つ、DC磁場及びAC磁束の両方を、それらの相互作用によって試験材料の超音波振動を造るために、試験材料中に貫通させることを、可能とさせるよう、形成されている。
【0023】
図5は、スロット付導電性プレート16を導入した場合のAC電流の効果を示している。プレート16は、一部のみ、すなわち、プレート16が一連のバーのように見えるスロットの領域が、示されており、説明目的で3つの符号が付されている。スロットは、導電性プレート16におけるイメージ電流18の正常な流れに対して概して垂直に設けられている。この場合、イメージ電流は、導電性プレート16及び試験サンプル4の両方を流れ、その流れ方向は、図1の単純な場合と同じである。スロット付プレート16では、イメージ電流18が、スロットの壁に沿って下降し、プレート16の上面の流れに対して反対方向にプレート16の下面に沿って移動する(図5では見えない)ことによって、それらの循環を完成するよう、強制されている。
【0024】
図5において、試験サンプル4のイメージ電流8は、同等な巻線電流振幅として考えても、及び、巻線2と試験サンプル4との間の同等な距離として考えても、図1のそれよりも大きな振幅にできる。これは、とりわけ、スロット付プレート16の厚さが巻線2と試験サンプル4との間の隙間の大部分を占める場合に、当てはまることである。うまく設計されたスロット付プレート16にとって、試験サンプル4の電流8への主たる寄与は、スロット付プレート16を移動する電流によって誘導されたイメージ電流18であり、所々のそれは、試験サンプル4に物理的に非常に近接しており、それ故、強い電流の流れを誘導する。スロット付プレート16の電流18は、それ自身、巻線2からのイメージ電流であり、それは、巻線2がスロット付プレート16に近接しているその上面にて、スロット付プレート16中に非常に強く誘導される。試験サンプル4の誘導された電流8を、巻線2と試験サンプル4との間に同じ距離を有するがスロット付プレート16を組み込んでいない配置に比して、増大できることが、正味の効果である。
【0025】
図6は、図3の配置に対して、巻線2と試験サンプル4との間に強磁性スロット付プレート16を導入した場合のDC磁場パターンの効果を示している。スロット付プレート16は、試験サンプル4のDC磁界パターンを変更するが、磁石12の間の境界の下方にスロットを位置させることによって、試験サンプル4の磁界パターンは、図3のパターン14と概して同じである。うまく設計された強磁性スロット付プレート16によって、試験サンプル4の磁界強度は、磁石と試験サンプルとの間の同等の距離に対して、スロット付プレート16が無い場合の磁界よりもかなり大きくできる。
【0026】
図6は、スロット付摩耗プレート16を備えた水平分極S波EMATの、主要な構成要素を示している。図6に示された試験サンプルのDC磁界パターン20、及び、図5に示されているのと同じになる試験サンプル4のAC電流パターン8は、必要とされるローレンツ力を造る。摩耗プレート16は、導電性強磁性でなければならず、且つ、EMATのACイメージ電流及びDC磁場の両方を向上させる形態のスロットを有しなければならない。
【0027】
図5及び図6は、1つの特有なタイプのEMATのみを示しているが、スロット付導電性強磁性摩耗プレート16を用いるという原則は、異なるスロット配置を備えていても、他の設計に適用できる。
【0028】
図7は、本発明のEMATの一部をより詳細に示している。スロット17を備えた摩耗プレート16は、ハウジング20中に含まれたAC巻線2及びDC磁石12を備えたグリル又はグリッドの形をしている。巻線2は、C−コア22からなっているが、他の形態を用いてもよい。
【0029】
別の実施例により、本発明の第2実施形態を説明する。本実施例では、EMAT及びその摩耗プレートは、試験材料に、音波を生成し、試験材料の動きは、試験表面及び伝播方向の両方に対して、大部分が直角である。生成した波は、レイリー、ラム、又は、垂直分極Sタイプのものであり、試験材料の形態に依存している。本発明は、これらの波タイプを生成するEMATSに限定するものではない。図8及び図9は、摩耗プレートを備えていない従来のEMATの一部を示している。巻線23は、蛇行タイプのものであり、1つの磁石24の極の下に、及び、試験材料25の上方に、配置されている。蛇行コイル23のAC電流の流れは、従来の方法(・及び×の印の円は、それぞれ、紙面から出て来る電流及び紙面に入って行く電流を示す)で示されている。試験材料のイメージ電流の流れは、ある時点で凍結して示されており、蛇行コイルの最も近い導線における流れに対して反対方向で表示している表面に渡って分布している。試験材料の電流密度は、一方向における最大から、蛇行コイル導線の間隔と等しい距離内の反対方向における最大へ、円滑に変化する。その円滑な変化は、略正弦関数である。
【0030】
図10、11は、本発明の第2実施形態のEMATを示しており、それは、図8の全ての特徴を有しているが、更に、スロット付導電性強磁性摩耗プレート26を有している。蛇行コイル巻線は、摩耗プレート26の開いたスロット31の上方に位置している。したがって、蛇行コイル23は、摩耗プレート26のスロット31と並んでいる複数の直線(真っ直ぐな)部分30を備えており、その真っ直ぐな部分30は、180度角又は蛇行路32によって接続されている。したがって、摩耗プレート26は、蛇行コイル23の真っ直ぐな部分30の各々について1つのスロット31を有している。しかも、図10に示されるように、摩耗プレートは、摩耗プレート26と同じ材料からなる、突起又はリガメント27を、有してもよい。それらは、摩耗プレート26から突出して、蛇行コイル23の隣接する真っ直ぐな部分30の間の空間内に延びている。
【0031】
蛇行コイル23のAC電流は、ある時点で凍結して示されており、図9に示された流れとは異なっていない。摩耗プレート26の金属リガメント27は、導電性であるので、イメージ電流28は、図に示すように、摩耗プレートを流れる。これらのイメージ電流は、それ自身、試験材料中に、更なるイメージ電流29を生成させることができる。したがって、試験材料のイメージ電流は、蛇行コイルの電流の流れの結果であり、また、摩耗プレートのイメージ電流である。試験材料のイメージ電流は、試験材料の表面を横切って分布しており、蛇行コイルの巻線間隔と等しい距離を越えて、一方向の最大から他方向の最大へと変動している。しかしながら、試験材料イメージ電流は、摩耗プレートが無い場合の図9に示された元のイメージ電流とは大きく異なっている。蛇行コイルのいずれか1つの直線部分の下方に直接発生する、試験材料の最大AC電流密度が、摩耗プレートが無く且つ他の全ての形態変化が同じである場合に比して、増大されることが、最も重要な違いである。摩耗プレートは、それ故、試験材料のACイメージ電流を増大できる。また、摩耗プレートは、強磁性であるので、本発明の摩耗プレートが無いものに比してEMATの全体的な音響性能が向上されるという効果と共に、DC磁束を磁石24から試験材料へ運ぶのを助ける。
【0032】
更なる説明として、EMATの導電性又は強磁性の摩耗層の効果は、摩耗プレートの面領域に渡る電気的及び磁気的な特性の変化によって、影響される。最も容易に制御される変化は、摩耗プレートの特定領域から例えばスロットを切断することによって材料を除去することにより、作られる。摩耗面を横切って現れた電気的不連続性は、高周波磁場が試験材料と相互作用する程度を大きく変える。また、関連した透磁率変化は、EMATによって与えられたDC磁束パターンに影響する。重要なことに、EMAT摩耗プレートの高周波誘導電流と摩耗プレートのDC磁界との共同作用は、EMAT音響性能を向上させることにおいて新規な役割を果たすことができる。機械的堅牢性の必要性の故に抑制しやすい同じ厚さの従来の摩耗プレートを備えたEMATに比して、EMAT性能が大きく向上されるように、注意深い設計によって、摩耗プレートを設けることができる。摩耗プレートの材料は、従来の摩耗材料に比して、EMATの大きく改善された機械的保護を実現するよう、選択できる。最終的な設計は、EMAT作用によって摩耗プレート内に生成された音響信号、及び、それらによって引き起こされる悪影響を、考慮に入れる必要がある。
【0033】
[AC磁界効果]
摩耗プレートは、幾つかの方法でEMAT性能に影響する。1つは、摩耗プレートが、EMAT及び試験材料の、中及び周りの、AC磁界及び渦電流を、変化させることである。摩耗プレート内を流れる電流は、特に重要である。摩耗プレートの外面で試験材料に近接して流れる高周波渦電流の、大きさ及び表面積は、非常に重要であり、最良の摩耗プレート設計のために、正確に方向付けされて最大化される必要がある。
【0034】
水平分極S波EMAT摩耗プレート内のAC渦電流を最適化するために、スロットは、摩耗プレートの内向きに面した(巻き線側)表面に生じる渦電流の流れラインを横切るように摩耗プレートに切り込まれるのがよい。摩耗プレートの内面に残りスロットを横切るように動く電流が、スロット壁の下に、及び、摩耗プレートの内面の流れに対して反対方向で外面に沿って、移動することによって、循環するよう強制されることを、これらのスロットの間隔及びそれらの長さは、保証しなければならない。摩耗プレートの内面の面内を外面に届かないで完全に循環する代替電流ループは、可能であれば低減される必要がある。何故なら、これらの電流は、EMATの音響性能及び消費電力量に貢献しないからである。
【0035】
特に水平分極S波EMATの内面の面内を完全に循環する無駄なAC電流を低減するための重要な手段は、EMATの最も強いAC磁界を十分に越えてスロットを延ばすことによるものである。これは、スロットを越えた領域に存在しており、内面内をより自由に循環している、渦電流が、弱くて、EMAT効率と殆ど関連していないことを、保証する。内面にてAC電流を低減するための更なる方法は、AC巻線の極に近接した領域のスロットの間の距離を減少させることであり、そこでは、当然に、AC磁束が内面に対して垂直な重要な構成要素を有し、渦電流が内面に対して平行に循環する傾向にある。
【0036】
摩耗プレートの外面を流れる所望のAC電流は、追加の電気巻線のような挙動をし、それは、補完し、又は、EMATの主巻線の効果を左右できる。これらの電流が、物理的に試験材料に隣接している面を流れるので、それらは、EMATの主巻線によって直接生成されるイメージ電流よりも、より強いイメージ電流を、試験材料に誘導し、それは、摩耗プレートが存在する故に、試験材料から、より離れている。EMATの性能は、摩耗プレートの外面電流の大きさに略比例する。
【0037】
電流の所望の循環を確保するために、摩耗プレートの導電性は、高くなければならず、摩耗プレートの厚さは、EMATの作動周波数で摩耗プレート材料と関連した電気表皮厚さよりも、かなり大きくあるべきである。
【0038】
AC電流は、どのような任意の巻線配置でも、摩耗プレートを流れる。そして、全体のプレート寸法は、スロットパターンの適切な設計によって、音響効果に対して最適化できる。しかしながら、スロットパターンは、他の因子を考慮することなく決定できない。他の因子の1つは、EMATのDC磁界性能へのスロットパターンの影響である。
【0039】
[DC磁界効果]
全てのEMATsの事実上の性能は、試験サンプル内で生成されたDC磁界強度の増大により、向上する。DC磁界強度は、スロット分布に影響され、また、EMATの前面のDC磁極面の境界に少なくとも幾つかのスロットを一致するよう配置することによって、最適化される。この配置により、DC磁束は、摩耗プレートの厚さを横断して試験標本を経て閉じることによって、循環させられる。逆に、磁束は、摩耗プレート内で極と極とを移動するのを防止される。何故なら、これは、スロットを横切ることを含み、それは、非常に低減された透磁性の領域であるので、磁束を妨げるからである。
【0040】
DC磁界条件が摩耗プレートの機械的完全性と対立することがあることに注意が必要である。
【0041】
[機械的完全性]
スロット形態についてのDC法則は、厳しく実施することができない。何故なら、スロットは、変換器面の極領域の境界を描く際に、閉じられたループを形成するからである。これは、摩耗プレートを非連結部品に分け、プレートの機械的完全性を弱体化させる。例えば、試験材料に面する1つの極を有する1つの磁石の場合には、スロットは、リングを形成する。そのリングは、残りのプレートによって支持されていない摩耗プレートの大きな中央部分を放置し、また、支持の別の手段の不便さを必要とする。したがって、スロットの理想的なDC磁界設計に関する妥協は、最も実用的な場合に必要とされる。
【0042】
スロット設計に影響する他の要因は、EMATの目的とする移動方向に対して平行な軸を有するスロットが、ある摩耗状態で移動方向を横断するスロットを好む、ということである。これは、狭い間隔で多くのスロットがあり、また、EMATが変換器面をえぐる可能性のある物体に出会う傾向にある、という場合に、特にそうである。横の狭い間隔のスロットを有する場合の逆の結果は、スロットの間の薄いリガメント材料が、えぐっている間に発生した力によって変形することである。
【0043】
[音響効果]
摩耗プレートの厚さ及び他の寸法は、EMATによる直接音響発生によって摩耗プレート中に生じた音波の強さに影響する。これらの波は、EMATの作動に悪影響を与えないように設けられる必要がある。試験材料からの音響信号の受信を隠す摩耗プレート内の長続きする残響は、防止されなければならない。
【0044】
摩耗プレートの厚さは、摩耗プレート内で励起された主波モードの波長の1/4であるのがよい。この厚さでは、摩耗プレートは、通常方向の定在波を支持せず、それは、パルス伝播後にかなり共振し、EMATが特に敏感である信号を生成する。摩耗プレートに接触して配置された音響減衰材料は、摩耗プレートの音響励振を低減させるのに、時々必要である。この要求は、EMATが送信機としてのみ又は受信機としてのみ作動している場合には、あまり重要ではない。このような状況では、伝播パルス残響が受信された信号に影響を与える(いわゆるリングダウン)という問題があり得ない。
【0045】
[概括]
したがって、摩耗プレートスロット配置は、AC磁界挙動、DC磁界挙動、及び機械的問題、すなわち、プレートを分離された部品に分割すること及びEMATの移動方向を十分考慮することを避けること、及び発生するかもしれない事象を損なうこと、を考慮すべきである。摩耗プレートの厚さ及び全体的設計は、摩耗プレート内で内部的に発生した音響活動と、EMAT音響性能へのその影響と、を考慮すべきである。摩耗プレートの材料は、摩耗プレート内のAC電流の満足のいく制御のために必要な透磁性及び導電性を有するべきであり、耐摩耗性でなければならない。
【0046】
3mm厚の工具鋼で構成された摩耗プレートを有する水平分極S波EMATは、従前の設計に対して同等の音響性能を達成できた。従前の設計では、EMATは、0.5mm厚のセラミック層で保護されていた。また、従前の設計は、パイプライン検査目的にとって不十分な堅固さであることが証明されていた。
【0047】
したがって、強磁性及び導電性の材料からなり、EMATによって生成されたDC及びACの磁界成分の両方へのその影響によってEMATの音響性能に有利な材料不連続性を有するよう構成された、摩耗プレート、を備えたEMATが、提供される。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】電気巻線と試験材料との間に摩耗プレートを備えていない、従来の、水平分極S波EMATの一部を示している。
【図2】電気巻線と試験材料との間に介設された導電性プレートを備えた図1の配置を示している。
【図3】試験材料にDC磁場を加える磁気手段を備えた従来のEMATの一部を示している。
【図4】磁気手段と試験材料との間に介設された導電性プレートを備えた図3の配置を示している。
【図5】本発明の一実施形態のEMATの一部を示している。
【図6】本発明の一実施形態のEMATの一部を示している。
【図7】本発明の一実施形態の一部を示している。
【図8】摩耗プレートを備えていない他の従来のEMATの一部を示している。
【図9】図8のEMATの線A−Aに沿った垂直断面を示している。
【図10】図8に相当するが摩耗プレートを有している、本発明の他の実施形態のEMATを、示している。
【図11】図10のEMATの線B−Bに沿った垂直断面を示している。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
試験材料にDC磁場を加えるための磁気手段と、試験材料内にAC磁束を提供するための、交流電源によって供給された、電気コイルと、試験材料の表面と触れ合い、表面に沿ってスライドするようになっている、摩耗プレートと、を備え、試験材料に超音波を励起するための電磁音響変換器において、
摩耗プレートが、導電性強磁性材料からなっており、中に開口を有しており、摩耗プレート中に電気的及び磁気的な不連続性を提供するよう、且つ、DC磁場及びAC磁束の両方を、それらの相互作用によって試験材料の超音波振動を造るために、試験材料中へ貫通させるのを可能とさせるよう、形成されていることを特徴とする変換器。
【請求項2】
開口が、摩耗プレートの複数の平行なスロットからなっている、請求項1記載の変換器。
【請求項3】
磁気手段が、複数の縦方向に並んだ磁石で構成されており、それらの磁石は、その一つ一つが隣接しており、それらは互いに接する反対極を有している、請求項1又は請求項2に記載の変換器。
【請求項4】
スロットが、隣り合った磁石の間の境界の下方に設けられている、請求項3記載の変換器。
【請求項5】
摩耗プレートの厚さが、摩耗プレート内で励起された主波モードの波長の1/4に等しい、上記請求項のいずれか1つに記載の変換器。
【請求項6】
磁気手段が、少なくとも1つの磁石を備えており、電気コイルが、少なくとも1つの磁石と摩耗プレートとの間の蛇行コイルを備えており、蛇行コイルが、蛇行路によって相互接続された複数の真っ直ぐな部分を有している、請求項1又は請求項2に記載の変換器。
【請求項7】
蛇行コイルの複数の真っ直ぐな部分が、平行である、請求項6記載の変換器。
【請求項8】
蛇行コイルの真っ直ぐな部分が、摩耗プレートのスロットと並んでいる、請求項6又は7に記載の変換器。
【請求項9】
摩耗プレートが、複数の突起を有しており、各々の突起が、蛇行コイルの隣接した真っ直ぐな部分の各対の間に突出している、請求項6ないし8のいずれか1つに記載の変換器。
【請求項10】
上記請求項のいずれかに記載の電磁変換を有するパイプラインピッグ。
【請求項11】
試験材料にDC磁場を加えることと、
試験材料中にAC磁束を提供することと、
摩耗プレートを、試験材料に触れ合わせ試験材料に沿ってスライドさせることと、を備え、
電磁音響変換器を用いて、試験材料に超音波を励起する方法において、
摩耗プレートが、中に開口を有し、摩耗プレートに電気的及び磁気的な不連続性を提供する、導電性強磁性材料、からなっており、
それによって、DC磁場及びAC磁束の両方が試験材料中を貫通し、試験材料の超音波振動がDC磁場とAC磁束との相互作用によって発生することを特徴とする方法。
【請求項12】
開口が、摩耗プレートの複数の平行なスロットからなっている、請求項11記載の方法。
【請求項13】
スロットが、試験材料における電流の流れの方向に対して実質的に垂直に延びている、請求項12記載の方法。
【請求項14】
摩耗プレートの厚さが、摩耗プレート内で励起された主波モードの波長の1/4に等しい、請求項11ないし13のいずれか1つに記載の方法。
【請求項15】
超音波振動が、水平分極S波である、請求項11ないし14のいずれか1つに記載の方法。
【請求項16】
磁気手段が、少なくとも1つの磁石を備えており、電気コイルが、少なくとも1つの磁石と摩耗プレートとの間の蛇行コイルを備えており、蛇行コイルが、蛇行路によって相互接続された複数の真っ直ぐな部分を有している、請求項11記載の方法。
【請求項1】
試験材料にDC磁場を加えるための磁気手段と、試験材料内にAC磁束を提供するための、交流電源によって供給された、電気コイルと、試験材料の表面と触れ合い、表面に沿ってスライドするようになっている、摩耗プレートと、を備え、試験材料に超音波を励起するための電磁音響変換器において、
摩耗プレートが、導電性強磁性材料からなっており、中に開口を有しており、摩耗プレート中に電気的及び磁気的な不連続性を提供するよう、且つ、DC磁場及びAC磁束の両方を、それらの相互作用によって試験材料の超音波振動を造るために、試験材料中へ貫通させるのを可能とさせるよう、形成されていることを特徴とする変換器。
【請求項2】
開口が、摩耗プレートの複数の平行なスロットからなっている、請求項1記載の変換器。
【請求項3】
磁気手段が、複数の縦方向に並んだ磁石で構成されており、それらの磁石は、その一つ一つが隣接しており、それらは互いに接する反対極を有している、請求項1又は請求項2に記載の変換器。
【請求項4】
スロットが、隣り合った磁石の間の境界の下方に設けられている、請求項3記載の変換器。
【請求項5】
摩耗プレートの厚さが、摩耗プレート内で励起された主波モードの波長の1/4に等しい、上記請求項のいずれか1つに記載の変換器。
【請求項6】
磁気手段が、少なくとも1つの磁石を備えており、電気コイルが、少なくとも1つの磁石と摩耗プレートとの間の蛇行コイルを備えており、蛇行コイルが、蛇行路によって相互接続された複数の真っ直ぐな部分を有している、請求項1又は請求項2に記載の変換器。
【請求項7】
蛇行コイルの複数の真っ直ぐな部分が、平行である、請求項6記載の変換器。
【請求項8】
蛇行コイルの真っ直ぐな部分が、摩耗プレートのスロットと並んでいる、請求項6又は7に記載の変換器。
【請求項9】
摩耗プレートが、複数の突起を有しており、各々の突起が、蛇行コイルの隣接した真っ直ぐな部分の各対の間に突出している、請求項6ないし8のいずれか1つに記載の変換器。
【請求項10】
上記請求項のいずれかに記載の電磁変換を有するパイプラインピッグ。
【請求項11】
試験材料にDC磁場を加えることと、
試験材料中にAC磁束を提供することと、
摩耗プレートを、試験材料に触れ合わせ試験材料に沿ってスライドさせることと、を備え、
電磁音響変換器を用いて、試験材料に超音波を励起する方法において、
摩耗プレートが、中に開口を有し、摩耗プレートに電気的及び磁気的な不連続性を提供する、導電性強磁性材料、からなっており、
それによって、DC磁場及びAC磁束の両方が試験材料中を貫通し、試験材料の超音波振動がDC磁場とAC磁束との相互作用によって発生することを特徴とする方法。
【請求項12】
開口が、摩耗プレートの複数の平行なスロットからなっている、請求項11記載の方法。
【請求項13】
スロットが、試験材料における電流の流れの方向に対して実質的に垂直に延びている、請求項12記載の方法。
【請求項14】
摩耗プレートの厚さが、摩耗プレート内で励起された主波モードの波長の1/4に等しい、請求項11ないし13のいずれか1つに記載の方法。
【請求項15】
超音波振動が、水平分極S波である、請求項11ないし14のいずれか1つに記載の方法。
【請求項16】
磁気手段が、少なくとも1つの磁石を備えており、電気コイルが、少なくとも1つの磁石と摩耗プレートとの間の蛇行コイルを備えており、蛇行コイルが、蛇行路によって相互接続された複数の真っ直ぐな部分を有している、請求項11記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公表番号】特表2006−527951(P2006−527951A)
【公表日】平成18年12月7日(2006.12.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−516456(P2006−516456)
【出願日】平成16年6月18日(2004.6.18)
【国際出願番号】PCT/GB2004/002648
【国際公開番号】WO2004/113906
【国際公開日】平成16年12月29日(2004.12.29)
【出願人】(504085439)ピーアイアイ・リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】PII LIMITED
【Fターム(参考)】
【公表日】平成18年12月7日(2006.12.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年6月18日(2004.6.18)
【国際出願番号】PCT/GB2004/002648
【国際公開番号】WO2004/113906
【国際公開日】平成16年12月29日(2004.12.29)
【出願人】(504085439)ピーアイアイ・リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】PII LIMITED
【Fターム(参考)】
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