非破壊検査装置及び非破壊検査方法
【課題】断熱配管検査等に適用可能であり、断熱配管外側の鋼板の変形に影響されることなく、配管本体の欠陥による真の信号が精度良くとらえられる非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供する。
【解決手段】被検査配管の欠陥を非破壊検査する非破壊検査装置であって、前記被検査配管を挿通し、当該被検査配管に対して当該被検査配管中心軸方向に平行な磁束を発生させる複数の励磁コイルと、前記複数の励磁コイルの各々と対となるように配置され、前記複数の励磁コイルにより発生した前記被検査配管中心軸方向の磁場を検出する複数の検出コイルと、当該複数の検出コイルにおける各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記複数の励磁コイルと同じ周波数の信号を検波するロックイン検波手段と、当該ロックイン検波手段の出力信号の信号強度と位相変化を解析する信号解析手段と、を備えた。
【解決手段】被検査配管の欠陥を非破壊検査する非破壊検査装置であって、前記被検査配管を挿通し、当該被検査配管に対して当該被検査配管中心軸方向に平行な磁束を発生させる複数の励磁コイルと、前記複数の励磁コイルの各々と対となるように配置され、前記複数の励磁コイルにより発生した前記被検査配管中心軸方向の磁場を検出する複数の検出コイルと、当該複数の検出コイルにおける各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記複数の励磁コイルと同じ周波数の信号を検波するロックイン検波手段と、当該ロックイン検波手段の出力信号の信号強度と位相変化を解析する信号解析手段と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼材料等でできた配管および断熱材で保温等がなされた多重配管における腐食や疲労、亀裂などの欠陥を探傷する非破壊検査装置および非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼材の欠陥を検査する方法として、磁気を用いた渦電流探傷方法や漏洩磁束探傷方法がある。渦電流探傷方法は、測定対象に交流の磁場を印加させて、測定対象に発生する渦電流の変化をみるものである。すなわち、測定対象に交流の磁場を印加した場合、測定対象の欠陥のない部分に対して欠陥がある部分は渦電流の分布が変化するので、渦電流が作る磁場も変化することになる。この渦電流の変化をサーチコイルや、磁気抵抗素子（ＭＲ）等の磁気センサで検出することで欠陥検査が行われている。一方、漏洩磁束探傷法は、測定対象に直流あるいは交流の磁場を印加させ、欠陥部から漏れ出る磁束をサーチコイルあるいは磁気センサで検出するものである。
【０００３】
磁気を用いた渦電流探傷方法や漏洩磁束探傷方法の測定対象の形状としては様々なものがあるが、鉄鋼材料でできた配管を検査する方法としては、貫通コイルや内挿コイルあるいは上置コイルによるものなどが知られている（非特許文献１参照）。特に測定対象として配管を計測するコイルの形態としては、配管をコイルの中に貫通させて計測する貫通コイルや、配管の中にコイルを挿入して検査する内挿コイルが良く知られている。例えば、一層構造の配管を検査する場合、貫通コイルがよく使われている。
【０００４】
渦電流探傷方法に使われるコイルとしては、測定対象に磁場を印加するための励磁コイルと、磁場変化を検出する検出コイルとの組み合わせからなるが、これら２つのコイルの機能を一つのコイルで行う場合と、それぞれ別のコイルとして構成したもの、つまり励磁コイルと検出コイルを組み合わせて行う場合とがある。この２つの方式において、前者は自己誘導方式、後者は相互誘導方式と呼ばれている。また、自己誘導方式や相互誘導方式においても、様々な方式が知られており、標準配管と測定対象配管を同時に計測してその差を取る標準比較方式や、配管の２か所の測定を同時に行いその差をとる自己比較方式等がある。
【０００５】
配管の周囲を断熱材によって保温し、さらに断熱材の外側に薄い鋼板等の金属板で覆っている２重配管構造の断熱配管は、プラント等で多く使われている。しかし、このような断熱配管の欠陥検査を行う場合、２重配管構造という複雑な構造となっているため、渦電流探傷方法の適用が困難になっている。このため２重配管構造の断熱配管の検査としては、配管の内側の腐食検査として、管の中にコイルを挿入する内挿コイルを使う検査が一般的に行われている。また、配管外側表面つまり断熱材に覆われた配管表面の腐食を検査する方法としては、配管表面を覆う断熱材をはがして目視検査等を行うことが一般的に行われている。
【０００６】
断熱配管の外側から磁気を用いて検査を行った場合、断熱材によって励磁コイルと検出コイル（磁気センサ）との距離が遠くなったり、貫通コイルの場合ではコイル径が配管径よりかなり大きくなることや、断熱材外側の薄い鋼板により、欠陥による信号変化が小さくなってしまう問題がある。このため、磁気センサとして高感度な超伝導量子干渉素子ＳＱＵＩＤを用いるとともに、さらに環境雑音などを取り除き微弱な信号だけを取り出すために２つ以上ＳＱＵIＤを用いてその差を取る方法が報告されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、磁気センサからの信号のうち欠陥に対応した磁場信号を顕著に抽出する方法として、磁気センサの信号をロックイン検波回路により信号強度と位相に分け、さらに、それら信号強度に三角関数を掛け合わせ、当該三角関数の角度として位相と調整位相を足し合わせたものを使うことが報告されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１３２９２３号公報
【特許文献２】特許第４４８７０８２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】非破壊検査技術シリーズ「渦電流探傷試験Ｉ」社団法人日本非破壊検査協会、ｐｐ.３２−４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の断熱配管検査用の磁気探傷方法では、配管の欠陥による信号が微小なため、当該欠陥による信号が欠陥以外の部分からの信号に埋もれてしまう問題があった。また、断熱配管の外側から磁気センサで計測した場合、断熱配管の外側の鋼板は長期的に用いていると機械的に変形している場合が多いため、検出した磁気信号の変化が外側の鋼板の変形による変化なのか配管本体の欠陥による変化なのかを判断することができなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、断熱配管検査等に適用可能であり、断熱配管外側の鋼板の変形に影響されることなく、配管本体の欠陥による真の信号が精度良くとらえられる非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の第一の形態は、
被検査配管の欠陥を非破壊検査する非破壊検査装置であって、
前記被検査配管を挿通し、当該被検査配管に対して当該被検査配管中心軸方向に平行な磁束を発生させる複数の励磁コイルと、
前記複数の励磁コイルの各々と対となるように配置され、前記複数の励磁コイルにより発生した前記被検査配管中心軸方向の磁場を検出する複数の検出コイルと、
当該複数の検出コイルにおける各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記複数の励磁コイルと同じ周波数の信号を検波するロックイン検波手段と、
当該ロックイン検波手段の出力信号における信号強度と位相変化を解析する信号解析手段と、を備えた非破壊検査装置である。
【００１３】
本発明の第２の形態は、
前記励磁コイルと、当該励磁コイルと一対となるように同軸上に形成される前記検出コイルとから構成された相互誘導コイルを２組備え、
前記２組の相互誘導コイルにおける一方の励磁コイルと他方の励磁コイルは、前記被検査配管に対して同じ方向に磁場を印加するように同じ巻き方向とするとともに、前記一方の励磁コイルと前記他方の励磁コイルを直列接続し、
前記２組の相互誘導コイルにおける一方の検出コイルと他方の検出コイルは、それぞれが逆方向の磁場を検出するように反対巻き方向とするとともに、前記一方の検出コイルと前記他方の検出コイルを直列接続した非破壊検査装置である。
【００１４】
本発明の第３の形態は、
前記被検査配管は、断熱配管である非破壊検査装置である。
【００１５】
本発明の第４の形態は、
前記相互誘導コイルにおける励磁コイルと検出コイルの各々のコイル円周上における所定位置で各々のコイルを分割及び接続可能な電気的接続コネクタを設けた非破壊検査装置である。
【００１６】
本発明の第５の形態は、
前記断熱配管の円周上に沿うように所定の曲率を持った複数の長方形状の励磁コイルを並設し、当該並設された励磁コイルにおける前記断熱配管中心軸に平行なコイル配線部分の隣り合う同士を近接するあるいは重なり合うようにして、前記並設された励磁コイルのうち任意の励磁コイルに電流を流すための電流切換手段を設けるとともに、前記並設された励磁コイルにおける前記断熱配管円周方向に平行なコイル配線部分と近接するあるいは重なり合うように２つの検出コイルを設けた非破壊検査装置である。
【００１７】
本発明の第６の形態は、
前記断熱配管を挿通可能である円筒状の円筒母材を備え、
前記円筒母材は、
当該円筒母材の一部を軸方向に沿って分割して前記断熱配管の長手方向における任意の位置に取付け可能であるとともに、前記並設された励磁コイルの長手方向両端に前記２つの検出コイルを設け、前記円筒母体の分割位置を前記電気的接続コネクタの分割及び接続可能である部分と一致するように構成した非破壊検査装置である。
【００１８】
本発明の第７の形態は、
請求項１に記載の非破壊検査装置を用いて、
前記被検査配管の欠陥を非破壊検査する非破壊検査方法であって、
前記複数の励磁コイルに前記被検査配管を挿通し、前記複数の励磁コイルにより前記被検査配管に対して前記被検査配管中心軸方向に平行な磁束を発生させる工程と、
前記複数の励磁コイルにより発生した前記被検査配管中心軸方向の磁場を前記複数の検出コイルにより検出する工程と、
前記ロックイン検波手段により前記複数の検出コイルにおける各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記複数の励磁コイルと同じ周波数の信号を検波して、前記信号解析手段に入力する工程と、
前記信号解析手段により前記ロックイン検波手段における出力信号により、当該出力信号の信号強度と位相変化を解析することで前記被検査配管の欠陥を特定する工程と、を有する非破壊検査方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１の形態によれば、複数の励磁コイルにより被検査配管の所定の場所に被検査配管の中心軸方向の磁場を印加することができる。また、複数の検出コイルにより各検出コイルが配置された箇所において被検査配管から発生した信号をそれぞれ捉えることができる。各検出コイルでとらえる信号は、各検出コイルが配置された箇所における被検査配管全体の信号と欠陥による信号変化分とが一緒になったものである。このため、各検出コイル間から検出コイル信号の差を取得することにより被検査配管全体の信号を減衰させ、欠陥由来の信号を精度よく抽出することができる。また、検出コイル信号の差をロックイン検波手段によりより雑音を除去した信号強度を得ることができるとともに、位相変化を得ることができる。ロックイン検波手段からの出力信号の信号強度と位相を組み合わせることにより、欠陥による信号変化をより精度よく抽出することができる。
【００２０】
本発明の第２の形態によれば、励磁コイルと検出コイルを一体化した２組の相互誘導コイルの差を取得するとともに、２つの励磁コイルは同方向に磁場を印加するので、被検査配管により大きな磁場をかけることができる。また、２つの検出コイルは互いに逆方向の磁場を検出するので被検査配管全体の信号は除去でき、欠陥による信号変化分だけを抽出することができる。
【００２１】
本発明の第３の形態によれば、２重配管構造等の断熱配管を精度良く非破壊検査することができる。
【００２２】
本発明の第４の形態によれば、相互誘導コイルにおける励磁コイルと検出コイルをコイル円周上における所定位置で分割及び接続可能な電気的接続コネクタを設けることにより、断熱配管を相互誘導コイルに貫通させて検査を行う場合であっても相互誘導コイルを断熱配管から適宜分離することができる。例えば、従来の貫通型の相互誘導コイルにおいては、断熱配管に相互誘導コイルを導入すべき端部がない場合、断熱配管を切り離さないと相互誘導コイルを設置することができないが、本発明の相互誘導コイルを適用することにより断熱配管のどの部分でも、相互誘導コイルを分割して断熱配管に取り付けることができる。
【００２３】
本発明の第５の形態によれば、複数の励磁コイルが有する全てのコイルに対して、同時に同じ方向と同じ値の電流を流した場合、並設された励磁コイルにおける断熱配管中心軸に平行なコイル配線部分の隣り合う同士を近接するあるいは重なりあうようにしているので、隣り合うコイル間で電流の方向は逆向きになり磁場を発生しない。一方、並設された励磁コイルにおける断熱配管円周方向に平行な一側のコイル配線では電流の方向は同じ方向になり、並設された励磁コイルの一側のコイル配線全体でひとつの貫通コイルを形成することとなる。また、他側のコイル配線でも同様にひとつの貫通コイルが形成されるので、通電時に２つの貫通型の励磁コイルが形成されることになる。また、電流切換手段により、並設された励磁コイルの一部だけに電流を流すことができる。例えば、並設された励磁コイルの一部だけに電流を流す場合は、検出コイルは貫通型であるので検出コイルが検出する磁場成分は、並設された励磁コイルにおける断熱配管円周方向に平行なコイル配線の一部が作る磁場だけになる。このため、断熱配管の円周上の一部だけに磁場を印加することができるので、並設された複数の励磁コイルにおいて印加する励磁コイルを適宜切り替えることにより、例えば亀裂や穿孔などの欠陥が配管の一部にある場合、断熱配管の円周上のどの位置に欠陥があるのか場所を特定して検出することができる。
【００２４】
本発明の第６の形態によれば、断熱配管を切り離さなくても、断熱配管の任意の位置に断熱配管を取り付けることができる。
【００２５】
本発明の第７の形態によれば、複数の励磁コイルにより被検査配管の所定の場所に被検査配管の中心軸方向の磁場を印加することができる。また、複数の検出コイルにより各検出コイルが配置された箇所において被検査配管から発生した信号をそれぞれ捉えることができる。各検出コイルでとらえる信号は、各検出コイルが配置された箇所における被検査配管全体の信号と欠陥による信号変化分とが一緒になったものである。このため、各検出コイル間から検出コイル信号の差を取得することにより被検査配管全体の信号を減衰させ、欠陥由来の信号を精度よく抽出することができる。また、検出コイル信号の差をロックイン検波手段によりより雑音を除去した信号強度を得ることができるとともに、位相変化を得ることができる。ロックイン検波手段からの出力信号の信号強度と位相を組み合わせることにより、欠陥による信号変化をより精度よく抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態である非破壊検査装置の基本構成を示す概略図である。
【図２】欠陥を有する断熱配管の内部の鋼管を示す概略図である。
【図３】各点ｉにおけるＢｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）を求め、共通の調整位相αを１４０度に変化させた時の断熱配管の測定結果を示す図である。
【図４】検出部母材の円周上に長方形の４個の励磁コイルを備え、その両端に貫通型の検出コイルをひと組備えた非破壊検査装置の構成の一部を示す概略図である。
【図５】長方形励磁コイルの電流駆動の原理を示す原理図。
【図６】断熱配管を示す概略図であり、（ａ）は断熱配管の側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を、添付する図面を参照して詳細に説明する。
また、同様の用途及び機能を有する部材には同符号を付してその説明を省略する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態である非破壊検査装置である磁束探傷装置１０の基本構成を示す概略図である。
磁束探傷装置１０は、被検査配管である断熱配管１（図６参照）に流れる磁束の変化を検出することにより断熱配管１の欠陥を探傷する非破壊検査装置であり、図１に示すように、検査部２、ロックイン検波手段であるロックイン検波器７、信号解析手段である信号解析装置８及び表示機構９を主に具備している。
【００２９】
断熱配管１は、図６に示すように、磁束探傷装置１０により検査される円筒形の被検査材であって、長さが１ｍであり、断熱配管１の内部には厚さ７．２ｍｍの鋼管１ａを有する。この鋼管１ａの周囲は、厚さ５０ｍｍの断熱材１ｂで覆われており、当該断熱材１ｂの周囲は外筒１ｃとして厚さ０．３ｍｍの溶融亜鉛鉄板で覆われている。
【００３０】
検査部２は、被検査配管である断熱配管１に取り付けて磁場を印加するとともに、発生した磁場を検出する磁場印加検出手段である。検査部２は、断熱配管１を挿通可能である円筒状の円筒母材である検査部母材２−１と、当該検査部母材２−１上の長手方向一端に配置される、励磁コイル３−１と検出コイル４−１とを組合わせた第一相互誘導コイルと、前記検査部母材２−１上の長手方向他端に配置される、励磁コイル３−２と検出コイル４−２とを組合わせた第二相互誘導コイルと、発信器６と、励磁コイル用電源５と、コイル接続コネクタ１１−１、１１−２により主に構成される。すなわち、検査部２は、前記励磁コイル３−１、３−２と、当該励磁コイル３−１、３−２とそれぞれ一対となるように同軸上に形成される前記検出コイル４−１、４−２とから構成された相互誘導コイルを２組備え、前記２組の相互誘導コイルである第一相互誘導コイル、第二相互誘導コイルにおける一方の励磁コイル３−１と他方の励磁コイル３−２は、前記被検査配管である断熱配管１に対して同じ方向に磁場を印加するように同じ巻き方向とするとともに、前記一方の励磁コイルと前記他方の励磁コイルを直列接続し、前記２組の相互誘導コイルにおける一方の検出コイル４−１と他方の検出コイル４−２は、それぞれが逆方向の磁場を検出するように反対巻き方向とするとともに、前記一方の検出コイル４−１と前記他方の検出コイル４−２を直列接続したものである。また、第一相互誘導コイルと、第二相互誘導コイルとは、それぞれが検査部母材２−１上の両端に配設された状態で、断熱配管１の周囲に実装可能である。つまり、磁束探傷装置１０では、相互誘導コイルを２組用いている。検査部２は、励磁コイル用電源５より交流電流を励磁コイル３−１、３−２に通電することで励磁コイル３−１、３−２を励磁し、当該励磁コイル３−１、３−２に検査部母材２−１を介して断熱配管１を挿通させて配置することで断熱配管１中心軸方向に（図１に示すｘ方向に）磁束を生じさせることができる。さらに、検査部２は、当該検査部２が有する検出コイル４−１、４−２により励磁コイル３−１、３−２の磁場印加方向（前記励磁コイル３−１、３−２の中心軸に平行な方向：ｘ方向）と平行な方向の磁場成分を検出することができる。検査部２は、断熱配管１の周囲に外装して、断熱配管１の非破壊検査を行うことが可能である。
【００３１】
検査部母材２−１は、当該検査部母材２−１の一部を検査部母材２−１軸方向に沿って分割して前記断熱配管１の長手方向における任意の位置に取付け可能である。すなわち、検査部母材２−１は、当該検査部母材２−１を断熱配管１に取り付けるために、半分に分割可能であり（図１においては上下半分に分割可能であり）、かつ断熱配管１に対して脱着可能となっている。
なお、本実施例においては、検査部母材２−１を用いた構成としているが、特に限定するものではなく、検査部母材２−１を用いないで検査部２を構成とすることもできる。
【００３２】
励磁コイル３−１、３−２は、被検査配管である断熱配管１に磁場を印加する磁場印加手段である。すなわち、励磁コイル３−１、３−２は、前記断熱配管１を挿通し、当該断熱配管１に対して当該断熱配管１中心軸方向に平行な磁束を発生させる複数の励磁コイル（本実施例においては、２つの励磁コイルを使用）である。具体的には、励磁コイル３−１、３−２は、当該励磁コイル３−１、３−２が有する各コイルが同じ巻き方向になっており、励磁コイル３−１と励磁コイル３−２とは配線Ｌ１により直列に接続されている。すなわち、励磁コイル３−１、３−２は、前記検査部母材２−１の両端部に各々同じ巻き方向に巻回されている。また、励磁コイル３−１、３−２は、それぞれ励磁コイル用電源５に接続されている。
【００３３】
検出コイル４−１、４−２は、被検査配管である断熱配管１に発生した磁場を検出する磁場検出手段である。すなわち、検出コイル４−１、４−２は、前記複数の励磁コイル３−１、３−２の各々と対となるように配置され、前記複数の励磁コイル３−１、３−２により発生した前記断熱配管１中心軸方向の磁場を検出する複数の検出コイル（本実施例においては、２つの検出コイルを使用）である。具体的には、検出コイル４−１、４−２は、当該検出コイル４−１、４−２が有する各コイルが逆巻き方向になっており、検出コイル４−１と検出コイル４−２とは配線Ｌ２により直列に接続されている。すなわち、検出コイル４−１、４−２は、前記検査部母材２−１の両端部に巻回された励磁コイル３−１、励磁コイル３−２の一側（図１においては左側）にそれぞれ隣接するように巻回されている。検出コイル４−１、４−２は、当該検出コイル４−１、４−２が有するコイル部分を逆向きに巻回し、かつ直列に接続するように構成することで、微分コイルを形成しており、検出コイル４−１の出力と検出コイル４−２の出力の差を検出することができる。このように検出コイル４−１、４−２により微分コイルを構成し、検出コイル４−１と検出コイル４−２の間から検出コイル信号の差を取得することにより断熱配管１全体に由来する磁場信号を減衰させ、断熱配管１が有する欠陥由来の信号を精度よく検出することができる。また、検出コイル４−１、４−２は、ロックイン検波器７に接続されており、検出コイル４−１、４−２の出力はロックイン検波器７に入力される。
なお、本実施例では、励磁コイルと検出コイルとを並行して配設し、相互誘導コイルを構成しているが、特に限定するものではなく、例えば、検出コイルの上部に励磁コイルを、あるいは励磁コイルの上部に検出コイルを配設するように構成してもかまわない。また、励磁コイル３−１と３−２を逆向きにした場合には、検出コイル４−１と４−２を同じ巻き方向にした組み合わせでもかまわない。
【００３４】
発信器６は、励磁コイル３−１、３−２に流す交流電流の信号を作る手段である。
【００３５】
励磁コイル用電源５は、交流電流を励磁コイル３−１、３−２に通電するための電源である。励磁コイル用電源５は、発信器６と接続されており、当該発信機６によって励磁の周波数を変更することができる。
【００３６】
こうして、磁場印加検出手段である検査部２は、励磁コイル用電源５により交流電流を励磁コイル３−１、３−２に通電することで励磁コイル３−１、３−２を励磁し、当該励磁コイル３−１、３−２を検査部母材２を介して断熱配管１表面に近接させることで断熱配管１の表面と平行となるように磁束を生じさせることができる。つまり、検査部２は、励磁コイル３−１、３−２により交流磁場を所定の磁場印加方向（本実施例においては、断熱配管１中心軸方向）に印加して断熱配管１の表面と平行な磁束を発生させることができるとともに、検出コイル４−１、４−２により断熱配管１に流れる磁束の変化を検出することができる。
【００３７】
コイル接続コネクタ１１−１、１１−２は、前記第一相互誘導コイル、前記第二相互誘導コイルにおける励磁コイル３−１、３−２と検出コイル４−１、４−２の各々のコイル円周上における所定位置で各々のコイルを分割及び接続可能な電気的接続コネクタである。すなわち、コイル接続コネクタ１１−１は、当該コイル接続コネクタ１１−１の両端側（図１においては、上下両端側）に励磁コイル３−１、検出コイル４−１のそれぞれを構成するコイル配線部分を分割し、当該分割部分の各端部に設けられた接続端子部（図示せず）のそれぞれを挿入して励磁コイル３−１、検出コイル４−１の各接続端子部同士を電気的に接続するための中継端子である。コイル接続コネクタ１１−１は、励磁コイル３−１、検出コイル４−１の各コイル円周上におけるコイル接続コネクタ１１−１が配置された位置で励磁コイル３−１、検出コイル４−１の各接続端子部をコイル接続コネクタ１１−１端部から取り外して励磁コイル３−１、検出コイル４−１のそれぞれを構成するコイル配線部分を分割したり、励磁コイル３−１、検出コイル４−１の各接続端子部をコイル接続コネクタ１１−１の両端に接続してコイル配線として通電可能に接続したりすることができる。また、上記コイル接続コネクタ１１−１の場合と同様に、コイル接続コネクタ１１−２により、励磁コイル３−２、検出コイル４−２の各コイル配線部分を分割したり接続したりすることができる。さらに、励磁コイル３−１、３−２及び検出コイル４−１、４−２コイルは、コイル接続コネクタ１１−１、１１−２が設けられた反対側（図１においては、２−１の後ろ側）の各コイル配線部分にも上記同様に接続端子部とコイル接続コネクタを設けることで、コイル接続コネクタ１１−１、１１−２と反対側に設けたコイル接続コネクタにより検出コイル４−１、４−２コイルをそれぞれ半分に分割して（図１においては上下半分に分割して）取り外すことも可能である。
【００３８】
ロックイン検波器７は、２つの検出コイル４−１、４−２における各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記２つの励磁コイル３−１、３−２と同じ周波数の信号を検波するロックイン検波手段である。すなわち、ロックイン検波器７は、前述したように微分コイルを構成する検出コイル４−１、４−２から取得した、検出コイル４−１の出力と検出コイル４−２との出力との差（出力差信号）を前記交流磁場と同じ周波数で位相が互いに直交する２つの信号に検波するロックイン検波手段である。ロックイン検波器７は、励磁コイル３−１、３−２に流された交流電流の交流周波数に同期した信号のみを検出する。つまり、ロックイン検波器７は、入力信号を励磁コイル３−１、３−２と同じ周波数で位相が互いに９０度異なる２つの信号に検波する。ロックイン検波器７は、信号解析装置８に接続されている。
【００３９】
信号解析装置８は、ロックイン検波器７の出力信号における信号強度と位相変化を解析する信号解析手段である。すなわち、前記検出コイル４−１、４−２から前記ロックイン検波器７を介して出力された信号の強度と当該信号の位相の変化を解析する手段である。信号解析装置８は、発信器６と接続されており、当該発信器６からの信号により励磁コイル用電源５を駆動し、当該励磁コイル用電源５に接続された励磁コイル３−１、３−２に交流電流を流すことが可能である。また、信号解析装置８は、ロックイン検波器７によって検波された信号を所定の解析方法により解析するものである。すなわち、信号解析装置８は、ロックイン検波器７により検波された２つの信号によって、所定の位置（断熱配管１上における検査部２の位置）における磁場の大きさのデータと前記位相のデータを算出し、当該位相に対して校正用の補正位相を加えたデータの正弦値あるいは余弦値を求め、前記磁場の大きさのデータと前記正弦値あるいは前記余弦値との積を求め、前記所定の位置における前記積の値を用いて欠陥を特定することができる。信号解析装置８には、表示機構９が接続されている。
また、信号解析装置８には、前記校正用の補正位相を入力する入力手段（図示せず）が接続されている。
ここで、前記校正用の補正位相とは、磁場検出手段である検出コイル４−１、４−２の校正を行う際に、当該検出コイル４−１、４−２に対して共通して適用される位相調整用の位相のことである（以下、共通の調整位相αという）。
【００４０】
表示機構９は、前記信号解析装置８による解析結果を表示する表示手段である。表示機構９は、例えば、前記ロックイン検波器７を介して出力された信号と当該信号の位相の変化や前記磁場の大きさのデータと前記正弦値あるいは前記余弦値との積の値のような被検査配管である断熱配管１表面の欠陥を特定する際に必要な情報を表示することができる。
【００４１】
次に、前記磁束探傷装置１０に適用する磁束探傷方法を具体的に説明する。
【００４２】
磁束探傷装置１０に適用する磁束探傷方法は、前記被検査配管である断熱配管１の欠陥を非破壊検査する非破壊検査方法であって、前記２つの励磁コイル３−１、３−２に前記断熱配管１を挿通し、当該２つの励磁コイル３−１、３−２により前記断熱配管１中心軸方向に平行な磁束を発生させる工程と、前記２つの励磁コイル３−１、３−２により発生した前記断熱配管１中心軸方向の磁場を前記２つの検出コイル４−１、４−２により検出する工程と、前記ロックイン検波手段であるロックイン検波器７により前記２つの検出コイル４−１、４−２における各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記２つの励磁コイル３−１、３−２と同じ周波数の信号を検波して、前記信号解析手段である信号解析装置８に入力する工程と、前記信号解析装置８により前記ロックイン検波器７の出力信号の信号強度と位相変化を解析することで前記断熱配管１の欠陥を特定する工程と、を有する。以下、各工程について具体的に説明する。
【００４３】
図１に示すように、被検査材である断熱配管１を、検査部２に挿通した状態で、励磁コイル３−１、３−２には、発信器６の信号により励磁コイル用電源５を駆動することで、交流電流が流される。すなわち、励磁コイル３−１、３−２により交流磁場を所定の印加方向(本実施形態においては、矢印ｘ方向)に印加して、前記断熱配管１のｘ方向に磁束が導入される。具体的には、励磁コイル３−１、３−２は、円筒状の検査部母材２−１上に並列して配置されており、当該検査部母材２−１に挿通される断熱配管１の中心方向と平行となる方向に磁束が導入される。
【００４４】
一方、検出コイル４−１、４−２は、２つの励磁コイル３−１、３−２により発生した前記断熱配管１中心軸方向の磁場を検出する。すなわち、検出コイル４−１、４−２は、当該検出コイル４−１、４−２のそれぞれが有するコイルの巻き方向が逆であって、かつ直列に接続されていることにより、微分コイルを形成しており、検出コイル４−１の出力と検出コイル４−２の出力の差を検出する。ここで、例えば、断熱配管１に欠陥があると、その直上において磁束が変化し、磁場が変化する。この磁場変化を検出コイル４−１、４−２により検出する。すなわち、検出コイル４−１、４−２は、検査部母材２−１の長手方向、つまり磁束を導入した方向の磁束密度成分Ｂｘを検出している。また、直列に接続されている検出コイル４−１と検出コイル４−２の出力（検出コイル４−１と検出コイル４−２との出力差）は、ロックイン検波器７に入力される。
【００４５】
ロックイン検波器７では、２つの検出コイル４−１、４−２における各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より２つの励磁コイル３−１、３−２と同じ周波数の信号を検波して、信号解析装置８に入力する。具体的には、ロックイン検波器７では、検出コイル４−１、４−２の出力が検波されて、この検波により、信号解析装置８は励磁コイル３−１、３−２に流す交流電流の信号を作っている発信器６に同期した信号だけを検出することができるのである。検波された信号は、信号解析装置８に入力される。
【００４６】
信号解析装置８では、前記ロックイン検波器７の出力信号における信号強度と位相変化を解析することで前記断熱配管１の欠陥を特定する。具体的には、信号解析装置８では、ロックイン検波器７によって発信器６の信号に対する同相の信号と、９０度位相がずれている信号の２つに分離して検出される。この同相信号と直交信号によって、断熱配管１における任意の計測点ｉでの検出コイル４−１と検出コイル４−２の差出力の信号強度Ｂｘｉと位相θｉを算出することができる。そして、信号解析装置８においてＢｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）を計算し、データを表示機構９に表示する。ここで、このデータを見ながら解析処理を進め、共通の調整位相αを変化させ、最適な最終表示を行う。すなわち、この最適な最終表示を行うことにより、共通の調整位相αを任意に変化させた場合に最適な信号変化を容易に求めることができ、より正確な欠陥位置や大きさを特定することが可能となる。
なお、上述した共通の調整位相αを変化させて、欠陥位置や大きさを検出するための最適なＢｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）を求める方法としては、Ｂｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）として所定の閾値を予め設定しておき、信号解析装置８が有する図示しない演算手段により所定のプログラムを実行して最適なＢｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）を自動的に求めることも可能である。
【００４７】
次に、磁束探傷装置１０の基本性能を示すため、被検査配管として用いた断熱配管１の内部の鋼管１ａとして図２に示すように、腐食による減肉を想定して、鋼管１ａ表面の周方向に沿って深さの異なる溝を３か所形成したものを用いて欠陥の検査を行った。この被検査配管である断熱配管１は、断熱配管１内部の鋼管１ａ表面に欠陥Ａ、欠陥Ｂ、欠陥Ｃを有し、欠陥Ａ、欠陥Ｂ、欠陥Ｃの各溝の溝幅は１０ｍｍであり、鋼管の肉厚７．２ｍｍに対して各欠陥の深さを順に３．６ｍｍ、１．８ｍｍ、１．１ｍｍとしたものである。この断熱配管１に対して図１の磁束探傷装置１０を用いて欠陥の検査を行った。
【００４８】
図３は、磁束探傷装置１０を用いて断熱配管１を測定した結果である。この測定結果は、励磁コイル３−１、３−２と検出コイル４−１、４−２を実装した検査部母材２−１に断熱配管１を挿通し、当該検査部母材２−１を断熱配管１に対して断熱配管１長手方向（図１における矢印ｘ方向）に１ｍｍずつ移動させながら測定を行ったものである。図３において、グラフの横軸が検査部母材２−１を断熱配管１長手方向に移動させた距離（ｃｍ）であり、縦軸が信号強度（ｍＶ）である。すなわち、図３に示す測定結果は、断熱配管１における任意の測定点である各点ｉにおける磁場強度（Ｂｘｉ）変化と、位相θｉ変化を用いた解析によって得られた結果を示しており、具体的には、断熱配管１における任意の測定点である各点ｉにおける磁場強度Ｂｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）を求め、ここで、共通の調整位相αを１４０度とした時の結果を示すものである。この共通の調整位相αはいったん決定されれば、各計測時に調整する必要は特になく、欠陥のない標準サンプルなどを使って非破壊検査装置を校正しておけばよい。図３の結果から溝の位置に対応した信号変化と深さに応じた信号強度変化が得られていることが確認できる。つまり、信号解析装置８では、磁場強度と位相情報を掛け合わせることによって、さらに共通の調整位相αを調整することにより欠陥による磁場変化のみが顕著に抽出できる。ここで、図３では共通の調整位相αが１４０度の時であるが、欠陥Ａ、Ｂ、Ｃの位置に対応した信号変化（３つの下向きピーク）を確認することができる。
なお、前記共通の調整位相αとしては、磁束探傷装置１０に設けられた図示しない入力手段により任意の値を信号解析装置８に入力することが可能である。
【００４９】
以上により、磁束探傷装置１０は、２つの励磁コイル３−１、３−２により断熱配管１の所定の場所に断熱配管１の中心軸方向の磁場を印加することができる。また、２つの検出コイル４−１、４−２により各検出コイル４−１、４−２が配置された箇所において断熱配管１から発生した信号をそれぞれ捉えることができる。各検出コイル４−１、４−２でとらえる信号は、各検出コイルが配置された箇所における断熱配管１全体の信号と欠陥により信号変化分とが一緒になったものである。このため、各検出コイル４−１、４−２間から検出コイル信号の差を取得することにより断熱配管１全体の信号を減衰させ、欠陥由来の信号を精度よく抽出することができる。また、検出コイル信号の差をロックイン検波器７によりより雑音を除去した信号強度を得ることができるとともに、位相変化を得ることができる。ロックイン検波器７からの出力信号の信号強度と位相を組み合わせることにより、欠陥による信号変化をより精度よく抽出することができる。
【００５０】
また、磁束探傷装置１０は、励磁コイルと検出コイルを一体化した２組の相互誘導コイル（前記第一相互誘導コイルと前記第二相互誘導コイル）の差を取得するとともに、２つの励磁コイルは同方向に磁場を印加するので、断熱配管１により大きな磁場をかけることができる。また、２つの検出コイル４−１、４−２は互いに逆方向の磁場を検出するので断熱配管１全体の信号は除去でき、欠陥による信号変化分だけを抽出することができる。こうして、断熱配管１のような２重配管構造においても精度良く非破壊検査をすることができる。
【００５１】
また、磁束探傷装置１０は、相互誘導コイルが有する励磁コイル３−１、３−２と検出コイル４−１、４−２をコイル円周上における所定位置で分割及び接続可能な電気的接続コネクタであるコイル接続コネクタ１１−１、１１−２を設けることにより、断熱配管１を相互誘導コイルに貫通させて検査を行う場合であっても相互誘導コイルを断熱配管１から適宜分離することができる。
例えば、従来の貫通型の相互誘導コイルにおいては、断熱配管に相互誘導コイルを導入すべき端部がない場合、断熱配管を切り離さないとを設置することができないが、本発明の相互誘導コイルを適用することにより断熱配管のどの部分でも、相互誘導コイルを分割して断熱配管に取り付けることができる。
【実施例２】
【００５２】
次に、本発明に係る磁束探傷方法を適用する磁束探傷装置の別実施例について図４を用いて説明する。
【００５３】
本実施例に係る磁束探傷装置２０は、被検査配管である断熱配管１（図６参照）に流れる磁束の変化を検出することにより欠陥を探傷する非破壊検査装置であり、図４に示すように、検査部１２、及び図４には図示しないが図１においてすでに示した、ロックイン検波器７、信号解析装置８及び表示機構９を主に具備している。検査部１２を除いたロックイン検波器７、信号解析装置８及び表示機構９については、実施例１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００５４】
検査部１２は、被検査配管である断熱配管１に取り付けて磁場を印加するとともに発生する磁場を検出する磁場印加検出手段である。検査部１２は、断熱配管１を挿通可能である円筒状の円筒母材である検査部母材２−２と、当該検査部母材２−２円周上の長手方向中央部に配設される励磁コイル１３と、前記検査部母材２−２上の前記励磁コイル１３の長手方向両端に近接配置される検出コイル４−３、４−４と、電気的接続コネクタであるコイル接続コネクタ１５−１、１５−２と、電流切換手段である励磁コイル切り替えスイッチ１４と、図４には図示しない発信器６と、励磁コイル用電源５等により構成される。励磁コイル１３と、検出コイル４−３、４−４とは、検査部母材２−２を介して断熱配管１の周囲に実装可能である。検査部１２は、断熱配管１の周囲に外装して、断熱配管１の非破壊検査を行うことが可能である。
【００５５】
検査部母材２−２は、当該検査部母材２−２の一部を検査部母材２−２軸方向に沿って分割して前記断熱配管１の任意の検査位置に取付け可能である。すなわち、検査部母材２−２は、当該検査部母材２−２を断熱配管１に取り付けるために、半分に分割可能であり（図４においては上下半分に分割可能であり）、かつ断熱配管１に対して脱着可能となっている。
【００５６】
励磁コイル１３は、被検査配管である断熱配管１に磁場を印加する磁場印加手段である。すなわち、励磁コイル１３は、前記断熱配管１を挿通し、当該断熱配管１に対して断熱配管１中心軸方向に平行な磁束を発生させる複数の磁場印加手段である。励磁コイル１３は、それぞれが長方形状である複数個の長方形励磁コイル１３−１、１３−２等により構成されている（本実施例では、４つの長方形励磁コイルにより形成されており、長方形励磁コイル１３−１、１３−２を除く残り２つは図４において検査部母材２−２の後ろ側に形成されている）。また、複数個の長方形励磁コイルは、検査部母材２−２の円周方向に沿って検査部母材２−２上に並設されている。具体的には、本実施例で示す励磁コイル１３が実施例１に示す励磁コイル３−１、３−２と異なるところは、検査部母材２−２周囲に連続的に並設される励磁コイルの形状が複数の長方形状の励磁コイルからなるものであり、断熱配管１を囲うように長方形励磁コイルが所定の曲率を持っていることである。また、４つの長方形励磁コイルは隣り合うコイル同士において巻き方向が逆方向になるように構成されている。また、４つの長方形励磁コイルは、それぞれ励磁コイル切り替えスイッチ１４を介して励磁コイル用電源５に接続されている。また、このように励磁コイル１３を構成することで、４つの長方形励磁コイル１３−１、１３−２等に対して、励磁コイル用電源５により通電された場合、４つの長方形励磁コイル１３−１、１３−２等の長手方向両端部はお互い逆方向の電流が流れる。詳しくは後述する。
【００５７】
検出コイル４−３、４−４は、断熱配管１に発生した磁場を検出する磁場検出手段である。すなわち、検出コイル４−３、４−４は、検査部母材２−２周囲に並設されている励磁コイル１３の長手方向両端にそれぞれ隣接配置され、前記励磁コイル１３により発生した所定方向の磁場を検出する複数の磁場検出手段（本実施例においては、２つの検出コイル４−３、４−４を使用）である。具体的には、検出コイル４−３、４−４は、当該検出コイル４−３、４−４が有する各コイルが同じ巻き方向になっており、検出コイル４−３と検出コイル４−４とは配線Ｌ３により直列に接続されている。すなわち、検出コイル４−３、４−４は、前記検査部母材２−２円周上の中央部に並設された励磁コイル１３の両側（図４においては左右両側）に隣接するように巻回されている。検出コイル４−３、４−４は、当該検出コイル４−３、４−４が有するコイル部分が同じ向きに巻回し、かつ直列に接続するように構成することで、微分コイルを形成しており、検出コイル４−３の出力と検出コイル４−４の出力の差を検出することができる。
このように検出コイル４−３、４−４が有するコイル部分を同じ向きに巻回し、励磁コイル１３への通電時において電流の流れが逆方向となることで励磁コイル１３の長手方向両端部のコイル部分は実質的に２つコイルを形成し、検出コイル４−３、４−４により微分コイルを構成し、検出コイル４−３と検出コイル４−４の間から検出コイル信号の差を取得することにより断熱配管１全体に由来する磁場信号を減衰させ、断熱配管１が有する欠陥由来の信号を精度よく検出することができる。また、検出コイル４−３、４−４は、ロックイン検波器７に接続されており、検出コイル４−３、４−４の出力はロックイン検波器７に入力される。
なお、本実施例では、励磁コイル１３の長手方向両端部と検出コイル４−３、４−４とを並行かつ近接して配設し、相互誘導コイルを構成しているが、特に限定するものではなく、例えば、検出コイル４−３、４−４の上部に励磁コイルの長手方向両端部の円周方向に平行なコイル部分を、あるいは当該コイル部分の上部に検出コイル４−３、４−４を重ねるように配設する構成としてもかまわない。
【００５８】
コイル接続コネクタ１５−１、１５−２は、検出コイル４−３、４−４の各々のコイル円周上における所定位置で各々のコイルを分割及び接続可能な電気的接続コネクタである。すなわち、コイル接続コネクタ１５−１は、当該コイル接続コネクタ１５−１の両端側（図４においては、上下両端側）に検出コイル４−３を構成するコイル配線部分を分割し、当該分割部分の各端部に設けられた接続端子部（図示せず）のそれぞれを挿入して検出コイル４−３の接続端子部同士を電気的に接続するための中継端子である。コイル接続コネクタ１５−１は、検出コイル４−３のコイル円周上におけるコイル接続コネクタ１５−１が配置された位置で検出コイル４−３の各接続端子部をコイル接続コネクタ１５−１端部から取り外して検出コイル４−３を構成するコイル配線部分を分割したり、検出コイル４−３の各接続端子部をコイル接続コネクタ１５−１の両端に接続してコイル配線として通電可能に接続したりすることができる。また、上記コイル接続コネクタ１５−１の場合と同様に、コイル接続コネクタ１５−２により、検出コイル４−３のコイル配線部分を分割したり接続可能である。さらに、検出コイル４−３、４−４は、コイル接続コネクタ１５−１、１５−２が設けられた反対側（図１においては、２−２の後ろ側）の各コイル配線部分にも上記同様に接続端子部とコイル接続コネクタを設けることで、コイル接続コネクタ１５−１、１５−２と反対側に設けたコイル接続コネクタにより検出コイル４−３、４−４をそれぞれ半分に分割して（図４においては上下半分に分割して）取り外すことも可能である。
【００５９】
また、本実施例の磁束探傷装置２０は、全ての長方形励磁コイル１３−１、１３−２等に所定の電流を同方向に直列に流して使ったり、一つの長方形励磁コイルだけを選択して駆動させたりするための励磁コイル切り替えスイッチ１４を備える。励磁コイル切り替えスイッチ１４は、励磁コイル用電源５と４つの長方形励磁コイル１３−１、１３−２等の間に設けられている。こうして、磁束探傷装置２０では、励磁コイル切り替えスイッチ１４の入り切り操作によって、励磁コイル１３（４つの長方形励磁コイル）全てを駆動したり、もしくは任意の長方形励磁コイルを駆動させることができる。
【００６０】
このように、磁束探傷装置２０は、前記断熱配管１の円周上に沿うように所定の曲率を持った複数の長方形状の長方形励磁コイル１３−１、１３−２等を、前記断熱配管１の円周方向に並設し、当該並設された各長方形励磁コイル１３−１、１３−２等における前記断熱配管１中心軸に平行なコイル配線部分同士を近接するあるいは重なり合うように配設し、前記並設された長方形励磁コイル１３−１、１３−２等のうち任意の長方形励磁コイル１３−１、１３−２等に電流を流すための電流切換手段である励磁コイル切り替えスイッチ１４を設けるとともに、前記並設された各長方形励磁コイル１３−１、１３−２等における円周方向に平行なコイル配線部分と近接するあるいは重なり合うように２つの検出コイル４−３、４−４を設けたものである。
【００６１】
さらに、磁束探傷装置２０は、前記断熱配管１を挿通可能である円筒状の円筒母材である検査部母材２−２を備え、前記検査部母材２−２は、当該検査部母材２−２の一部を軸方向に沿って分割して前記断熱配管１の任意の検査位置に取付け可能であるとともに、前記検査部母材２−２の円周方向に沿って前記励磁コイル１３が並設され、当該並設された励磁コイル１３の長手方向両端に前記検出コイル４−３、４−４を設け、前記検査部母材２−２の分割部分を前記電気的接続コネクタであるコイル接続コネクタ１５−１、１５−２の分割及び接続可能である部分とを一致するように構成したものである。こうすることで、断熱配管１を切り離さなくても、断熱配管１の任意の位置に断熱配管１を取り付けることができる。
【００６２】
こうして、磁場印加検出手段である検査部１２は、励磁コイル用電源５により交流電流を励磁コイル１３に通電することで励磁コイル１３を励磁し、当該励磁コイル１３を検査部母材２−２を介して断熱配管１表面に近接させることで断熱配管１の表面と平行となるように磁束を生じさせることができる。つまり、検査部１２は、励磁コイル１３により交流磁場を所定の磁場印加方向（本実施例においては、断熱配管１中心軸方向）に印加して断熱配管１の表面と平行な磁束を発生させることができるとともに、検出コイル４−３、４−４により断熱配管１に流れる磁束の変化を検出することができる。
【００６３】
図５は、図４で示した実施例２における長方形励磁コイルの動作原理を示している。励磁コイル切り替えスイッチ１４を操作して、全ての長方形励磁コイルに電流を流した時には、隣り合った、つまり断熱配管１の長手方向（ｘ方向）に平行な辺（例えば、辺Ｃ１及び辺Ｃ２）では電流がお互いに反対方向を向くために、お互いがキャンセルされ、磁場を発生させない。一方、断熱配管１の円周方向に平行な辺（例えば、辺Ｃ３及び辺Ｃ４）では電流方向にそろっているので、実質的に実施例１における貫通型の励磁コイルと同じ作用を生じさせることができる。ここで、励磁コイル１３のうち一つの長方形励磁コイルだけを、例えば長方形励磁コイル１３−１だけを動作させると、断熱配管１の表面において垂直な方向に磁場を発生させることができるが、長方形励磁コイル１３−１の辺のうち、円周に平行な辺（例えば、Ｃ４）の直下及びその近傍では、断熱配管１の長手方向に磁場を発生させることができる。従って、励磁コイル１３のうち一つの長方形励磁コイルだけを動作させると、検出コイル４−３や検出コイル４−４の近くで、動作させた長方形励磁コイルに対応する断熱配管１の一部の部分に対して断熱配管１の長手方向に磁場を発生させることが可能となる。断熱配管１に亀裂や穿孔など一部の欠陥が発生した場合、実施例１に示す磁束探傷装置１０では、長手方向（ｘ方向）での欠陥の位置は判定することができるが、断熱配管１円周上でどの位置にあるかが判定できない。しかし、実施例２に示す磁束探傷装置２０では欠陥が断熱配管１円周上のどの位置にあるかまでも判定することができる。
【００６４】
以上のように、磁束探傷装置２０では、複数の長方形励磁コイルが有する全てのコイルに対して、同時に同じ方向と同じ値の電流を流した場合、並設された長方形励磁コイルにおける断熱配管１中心軸に平行なコイル配線部分の隣り合う同士を近接するあるいは重なりあうようにしているので、隣り合うコイル間で電流の方向は逆向きになり磁場を発生しない。一方、並設された長方形励磁コイルにおける断熱配管１円周方向に平行な一側のコイル配線では電流の方向は同じ方向になり、並設された長方形励磁コイルの一側のコイル配線全体でひとつの貫通コイルを形成することとなる。また、他側のコイル配線でも同様にひとつの貫通コイルが形成されるので、通電時に２つの貫通型の励磁コイルが形成されることになる。また、電流切換手段である励磁コイル切り替えスイッチ１４により、並設された長方形励磁コイルの一部だけに電流を流すことができる。例えば、並設された長方形励磁コイルの一部だけに電流を流す場合は、検出コイル４−３、４−４は貫通型であるので検出コイル４−３、４−４が検出する磁場成分は、並設された長方形励磁コイルにおける断熱配管１円周方向に平行なコイル配線の一部が作る磁場だけになる。このため、断熱配管１の円周上の一部だけに磁場を印加することができるので、並設された複数の長方形励磁コイルにおいて印加する長方形励磁コイルを適宜切り替えることにより、例えば亀裂や穿孔などの欠陥が配管の一部にある場合、断熱配管１の円周上のどの位置に欠陥があるのか場所を特定して検出することができる。
【００６５】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例・設計変更などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、石油プラントや化学プラントなど多くのところで使われている鉄鋼配管あるいは断熱材で覆われた鉄鋼配管の表面や内部、内側にある欠陥を検出する非破壊検査装置である。従来の磁気を用いた探傷検査方法では、欠陥による信号変化が微弱なため断熱材を用いた鉄鋼配管には適応できなかったため、断熱材を取り除いて検査されていた。本発明により、鉄鋼配管単体のみならず断熱材をつけた状態での配管の表面や内部、内側にある欠陥の検査に適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 断熱配管
２ 検査部
２−１ 検査部母材
３−１ 励磁コイル
３−２ 励磁コイル
４−１ 検出コイル
４−２ 検出コイル
５ 励磁コイル用電源
６ 発信器
７ ロックイン検波器
８ 信号解析装置
９ 表示機構
１０ 磁束探傷装置
１１−１ コイル接続コネクタ
１１−２ コイル接続コネクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼材料等でできた配管および断熱材で保温等がなされた多重配管における腐食や疲労、亀裂などの欠陥を探傷する非破壊検査装置および非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼材の欠陥を検査する方法として、磁気を用いた渦電流探傷方法や漏洩磁束探傷方法がある。渦電流探傷方法は、測定対象に交流の磁場を印加させて、測定対象に発生する渦電流の変化をみるものである。すなわち、測定対象に交流の磁場を印加した場合、測定対象の欠陥のない部分に対して欠陥がある部分は渦電流の分布が変化するので、渦電流が作る磁場も変化することになる。この渦電流の変化をサーチコイルや、磁気抵抗素子（ＭＲ）等の磁気センサで検出することで欠陥検査が行われている。一方、漏洩磁束探傷法は、測定対象に直流あるいは交流の磁場を印加させ、欠陥部から漏れ出る磁束をサーチコイルあるいは磁気センサで検出するものである。
【０００３】
磁気を用いた渦電流探傷方法や漏洩磁束探傷方法の測定対象の形状としては様々なものがあるが、鉄鋼材料でできた配管を検査する方法としては、貫通コイルや内挿コイルあるいは上置コイルによるものなどが知られている（非特許文献１参照）。特に測定対象として配管を計測するコイルの形態としては、配管をコイルの中に貫通させて計測する貫通コイルや、配管の中にコイルを挿入して検査する内挿コイルが良く知られている。例えば、一層構造の配管を検査する場合、貫通コイルがよく使われている。
【０００４】
渦電流探傷方法に使われるコイルとしては、測定対象に磁場を印加するための励磁コイルと、磁場変化を検出する検出コイルとの組み合わせからなるが、これら２つのコイルの機能を一つのコイルで行う場合と、それぞれ別のコイルとして構成したもの、つまり励磁コイルと検出コイルを組み合わせて行う場合とがある。この２つの方式において、前者は自己誘導方式、後者は相互誘導方式と呼ばれている。また、自己誘導方式や相互誘導方式においても、様々な方式が知られており、標準配管と測定対象配管を同時に計測してその差を取る標準比較方式や、配管の２か所の測定を同時に行いその差をとる自己比較方式等がある。
【０００５】
配管の周囲を断熱材によって保温し、さらに断熱材の外側に薄い鋼板等の金属板で覆っている２重配管構造の断熱配管は、プラント等で多く使われている。しかし、このような断熱配管の欠陥検査を行う場合、２重配管構造という複雑な構造となっているため、渦電流探傷方法の適用が困難になっている。このため２重配管構造の断熱配管の検査としては、配管の内側の腐食検査として、管の中にコイルを挿入する内挿コイルを使う検査が一般的に行われている。また、配管外側表面つまり断熱材に覆われた配管表面の腐食を検査する方法としては、配管表面を覆う断熱材をはがして目視検査等を行うことが一般的に行われている。
【０００６】
断熱配管の外側から磁気を用いて検査を行った場合、断熱材によって励磁コイルと検出コイル（磁気センサ）との距離が遠くなったり、貫通コイルの場合ではコイル径が配管径よりかなり大きくなることや、断熱材外側の薄い鋼板により、欠陥による信号変化が小さくなってしまう問題がある。このため、磁気センサとして高感度な超伝導量子干渉素子ＳＱＵＩＤを用いるとともに、さらに環境雑音などを取り除き微弱な信号だけを取り出すために２つ以上ＳＱＵIＤを用いてその差を取る方法が報告されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、磁気センサからの信号のうち欠陥に対応した磁場信号を顕著に抽出する方法として、磁気センサの信号をロックイン検波回路により信号強度と位相に分け、さらに、それら信号強度に三角関数を掛け合わせ、当該三角関数の角度として位相と調整位相を足し合わせたものを使うことが報告されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１３２９２３号公報
【特許文献２】特許第４４８７０８２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】非破壊検査技術シリーズ「渦電流探傷試験Ｉ」社団法人日本非破壊検査協会、ｐｐ.３２−４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の断熱配管検査用の磁気探傷方法では、配管の欠陥による信号が微小なため、当該欠陥による信号が欠陥以外の部分からの信号に埋もれてしまう問題があった。また、断熱配管の外側から磁気センサで計測した場合、断熱配管の外側の鋼板は長期的に用いていると機械的に変形している場合が多いため、検出した磁気信号の変化が外側の鋼板の変形による変化なのか配管本体の欠陥による変化なのかを判断することができなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、断熱配管検査等に適用可能であり、断熱配管外側の鋼板の変形に影響されることなく、配管本体の欠陥による真の信号が精度良くとらえられる非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の第一の形態は、
被検査配管の欠陥を非破壊検査する非破壊検査装置であって、
前記被検査配管を挿通し、当該被検査配管に対して当該被検査配管中心軸方向に平行な磁束を発生させる複数の励磁コイルと、
前記複数の励磁コイルの各々と対となるように配置され、前記複数の励磁コイルにより発生した前記被検査配管中心軸方向の磁場を検出する複数の検出コイルと、
当該複数の検出コイルにおける各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記複数の励磁コイルと同じ周波数の信号を検波するロックイン検波手段と、
当該ロックイン検波手段の出力信号における信号強度と位相変化を解析する信号解析手段と、を備えた非破壊検査装置である。
【００１３】
本発明の第２の形態は、
前記励磁コイルと、当該励磁コイルと一対となるように同軸上に形成される前記検出コイルとから構成された相互誘導コイルを２組備え、
前記２組の相互誘導コイルにおける一方の励磁コイルと他方の励磁コイルは、前記被検査配管に対して同じ方向に磁場を印加するように同じ巻き方向とするとともに、前記一方の励磁コイルと前記他方の励磁コイルを直列接続し、
前記２組の相互誘導コイルにおける一方の検出コイルと他方の検出コイルは、それぞれが逆方向の磁場を検出するように反対巻き方向とするとともに、前記一方の検出コイルと前記他方の検出コイルを直列接続した非破壊検査装置である。
【００１４】
本発明の第３の形態は、
前記被検査配管は、断熱配管である非破壊検査装置である。
【００１５】
本発明の第４の形態は、
前記相互誘導コイルにおける励磁コイルと検出コイルの各々のコイル円周上における所定位置で各々のコイルを分割及び接続可能な電気的接続コネクタを設けた非破壊検査装置である。
【００１６】
本発明の第５の形態は、
前記断熱配管の円周上に沿うように所定の曲率を持った複数の長方形状の励磁コイルを並設し、当該並設された励磁コイルにおける前記断熱配管中心軸に平行なコイル配線部分の隣り合う同士を近接するあるいは重なり合うようにして、前記並設された励磁コイルのうち任意の励磁コイルに電流を流すための電流切換手段を設けるとともに、前記並設された励磁コイルにおける前記断熱配管円周方向に平行なコイル配線部分と近接するあるいは重なり合うように２つの検出コイルを設けた非破壊検査装置である。
【００１７】
本発明の第６の形態は、
前記断熱配管を挿通可能である円筒状の円筒母材を備え、
前記円筒母材は、
当該円筒母材の一部を軸方向に沿って分割して前記断熱配管の長手方向における任意の位置に取付け可能であるとともに、前記並設された励磁コイルの長手方向両端に前記２つの検出コイルを設け、前記円筒母体の分割位置を前記電気的接続コネクタの分割及び接続可能である部分と一致するように構成した非破壊検査装置である。
【００１８】
本発明の第７の形態は、
請求項１に記載の非破壊検査装置を用いて、
前記被検査配管の欠陥を非破壊検査する非破壊検査方法であって、
前記複数の励磁コイルに前記被検査配管を挿通し、前記複数の励磁コイルにより前記被検査配管に対して前記被検査配管中心軸方向に平行な磁束を発生させる工程と、
前記複数の励磁コイルにより発生した前記被検査配管中心軸方向の磁場を前記複数の検出コイルにより検出する工程と、
前記ロックイン検波手段により前記複数の検出コイルにおける各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記複数の励磁コイルと同じ周波数の信号を検波して、前記信号解析手段に入力する工程と、
前記信号解析手段により前記ロックイン検波手段における出力信号により、当該出力信号の信号強度と位相変化を解析することで前記被検査配管の欠陥を特定する工程と、を有する非破壊検査方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１の形態によれば、複数の励磁コイルにより被検査配管の所定の場所に被検査配管の中心軸方向の磁場を印加することができる。また、複数の検出コイルにより各検出コイルが配置された箇所において被検査配管から発生した信号をそれぞれ捉えることができる。各検出コイルでとらえる信号は、各検出コイルが配置された箇所における被検査配管全体の信号と欠陥による信号変化分とが一緒になったものである。このため、各検出コイル間から検出コイル信号の差を取得することにより被検査配管全体の信号を減衰させ、欠陥由来の信号を精度よく抽出することができる。また、検出コイル信号の差をロックイン検波手段によりより雑音を除去した信号強度を得ることができるとともに、位相変化を得ることができる。ロックイン検波手段からの出力信号の信号強度と位相を組み合わせることにより、欠陥による信号変化をより精度よく抽出することができる。
【００２０】
本発明の第２の形態によれば、励磁コイルと検出コイルを一体化した２組の相互誘導コイルの差を取得するとともに、２つの励磁コイルは同方向に磁場を印加するので、被検査配管により大きな磁場をかけることができる。また、２つの検出コイルは互いに逆方向の磁場を検出するので被検査配管全体の信号は除去でき、欠陥による信号変化分だけを抽出することができる。
【００２１】
本発明の第３の形態によれば、２重配管構造等の断熱配管を精度良く非破壊検査することができる。
【００２２】
本発明の第４の形態によれば、相互誘導コイルにおける励磁コイルと検出コイルをコイル円周上における所定位置で分割及び接続可能な電気的接続コネクタを設けることにより、断熱配管を相互誘導コイルに貫通させて検査を行う場合であっても相互誘導コイルを断熱配管から適宜分離することができる。例えば、従来の貫通型の相互誘導コイルにおいては、断熱配管に相互誘導コイルを導入すべき端部がない場合、断熱配管を切り離さないと相互誘導コイルを設置することができないが、本発明の相互誘導コイルを適用することにより断熱配管のどの部分でも、相互誘導コイルを分割して断熱配管に取り付けることができる。
【００２３】
本発明の第５の形態によれば、複数の励磁コイルが有する全てのコイルに対して、同時に同じ方向と同じ値の電流を流した場合、並設された励磁コイルにおける断熱配管中心軸に平行なコイル配線部分の隣り合う同士を近接するあるいは重なりあうようにしているので、隣り合うコイル間で電流の方向は逆向きになり磁場を発生しない。一方、並設された励磁コイルにおける断熱配管円周方向に平行な一側のコイル配線では電流の方向は同じ方向になり、並設された励磁コイルの一側のコイル配線全体でひとつの貫通コイルを形成することとなる。また、他側のコイル配線でも同様にひとつの貫通コイルが形成されるので、通電時に２つの貫通型の励磁コイルが形成されることになる。また、電流切換手段により、並設された励磁コイルの一部だけに電流を流すことができる。例えば、並設された励磁コイルの一部だけに電流を流す場合は、検出コイルは貫通型であるので検出コイルが検出する磁場成分は、並設された励磁コイルにおける断熱配管円周方向に平行なコイル配線の一部が作る磁場だけになる。このため、断熱配管の円周上の一部だけに磁場を印加することができるので、並設された複数の励磁コイルにおいて印加する励磁コイルを適宜切り替えることにより、例えば亀裂や穿孔などの欠陥が配管の一部にある場合、断熱配管の円周上のどの位置に欠陥があるのか場所を特定して検出することができる。
【００２４】
本発明の第６の形態によれば、断熱配管を切り離さなくても、断熱配管の任意の位置に断熱配管を取り付けることができる。
【００２５】
本発明の第７の形態によれば、複数の励磁コイルにより被検査配管の所定の場所に被検査配管の中心軸方向の磁場を印加することができる。また、複数の検出コイルにより各検出コイルが配置された箇所において被検査配管から発生した信号をそれぞれ捉えることができる。各検出コイルでとらえる信号は、各検出コイルが配置された箇所における被検査配管全体の信号と欠陥による信号変化分とが一緒になったものである。このため、各検出コイル間から検出コイル信号の差を取得することにより被検査配管全体の信号を減衰させ、欠陥由来の信号を精度よく抽出することができる。また、検出コイル信号の差をロックイン検波手段によりより雑音を除去した信号強度を得ることができるとともに、位相変化を得ることができる。ロックイン検波手段からの出力信号の信号強度と位相を組み合わせることにより、欠陥による信号変化をより精度よく抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態である非破壊検査装置の基本構成を示す概略図である。
【図２】欠陥を有する断熱配管の内部の鋼管を示す概略図である。
【図３】各点ｉにおけるＢｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）を求め、共通の調整位相αを１４０度に変化させた時の断熱配管の測定結果を示す図である。
【図４】検出部母材の円周上に長方形の４個の励磁コイルを備え、その両端に貫通型の検出コイルをひと組備えた非破壊検査装置の構成の一部を示す概略図である。
【図５】長方形励磁コイルの電流駆動の原理を示す原理図。
【図６】断熱配管を示す概略図であり、（ａ）は断熱配管の側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を、添付する図面を参照して詳細に説明する。
また、同様の用途及び機能を有する部材には同符号を付してその説明を省略する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態である非破壊検査装置である磁束探傷装置１０の基本構成を示す概略図である。
磁束探傷装置１０は、被検査配管である断熱配管１（図６参照）に流れる磁束の変化を検出することにより断熱配管１の欠陥を探傷する非破壊検査装置であり、図１に示すように、検査部２、ロックイン検波手段であるロックイン検波器７、信号解析手段である信号解析装置８及び表示機構９を主に具備している。
【００２９】
断熱配管１は、図６に示すように、磁束探傷装置１０により検査される円筒形の被検査材であって、長さが１ｍであり、断熱配管１の内部には厚さ７．２ｍｍの鋼管１ａを有する。この鋼管１ａの周囲は、厚さ５０ｍｍの断熱材１ｂで覆われており、当該断熱材１ｂの周囲は外筒１ｃとして厚さ０．３ｍｍの溶融亜鉛鉄板で覆われている。
【００３０】
検査部２は、被検査配管である断熱配管１に取り付けて磁場を印加するとともに、発生した磁場を検出する磁場印加検出手段である。検査部２は、断熱配管１を挿通可能である円筒状の円筒母材である検査部母材２−１と、当該検査部母材２−１上の長手方向一端に配置される、励磁コイル３−１と検出コイル４−１とを組合わせた第一相互誘導コイルと、前記検査部母材２−１上の長手方向他端に配置される、励磁コイル３−２と検出コイル４−２とを組合わせた第二相互誘導コイルと、発信器６と、励磁コイル用電源５と、コイル接続コネクタ１１−１、１１−２により主に構成される。すなわち、検査部２は、前記励磁コイル３−１、３−２と、当該励磁コイル３−１、３−２とそれぞれ一対となるように同軸上に形成される前記検出コイル４−１、４−２とから構成された相互誘導コイルを２組備え、前記２組の相互誘導コイルである第一相互誘導コイル、第二相互誘導コイルにおける一方の励磁コイル３−１と他方の励磁コイル３−２は、前記被検査配管である断熱配管１に対して同じ方向に磁場を印加するように同じ巻き方向とするとともに、前記一方の励磁コイルと前記他方の励磁コイルを直列接続し、前記２組の相互誘導コイルにおける一方の検出コイル４−１と他方の検出コイル４−２は、それぞれが逆方向の磁場を検出するように反対巻き方向とするとともに、前記一方の検出コイル４−１と前記他方の検出コイル４−２を直列接続したものである。また、第一相互誘導コイルと、第二相互誘導コイルとは、それぞれが検査部母材２−１上の両端に配設された状態で、断熱配管１の周囲に実装可能である。つまり、磁束探傷装置１０では、相互誘導コイルを２組用いている。検査部２は、励磁コイル用電源５より交流電流を励磁コイル３−１、３−２に通電することで励磁コイル３−１、３−２を励磁し、当該励磁コイル３−１、３−２に検査部母材２−１を介して断熱配管１を挿通させて配置することで断熱配管１中心軸方向に（図１に示すｘ方向に）磁束を生じさせることができる。さらに、検査部２は、当該検査部２が有する検出コイル４−１、４−２により励磁コイル３−１、３−２の磁場印加方向（前記励磁コイル３−１、３−２の中心軸に平行な方向：ｘ方向）と平行な方向の磁場成分を検出することができる。検査部２は、断熱配管１の周囲に外装して、断熱配管１の非破壊検査を行うことが可能である。
【００３１】
検査部母材２−１は、当該検査部母材２−１の一部を検査部母材２−１軸方向に沿って分割して前記断熱配管１の長手方向における任意の位置に取付け可能である。すなわち、検査部母材２−１は、当該検査部母材２−１を断熱配管１に取り付けるために、半分に分割可能であり（図１においては上下半分に分割可能であり）、かつ断熱配管１に対して脱着可能となっている。
なお、本実施例においては、検査部母材２−１を用いた構成としているが、特に限定するものではなく、検査部母材２−１を用いないで検査部２を構成とすることもできる。
【００３２】
励磁コイル３−１、３−２は、被検査配管である断熱配管１に磁場を印加する磁場印加手段である。すなわち、励磁コイル３−１、３−２は、前記断熱配管１を挿通し、当該断熱配管１に対して当該断熱配管１中心軸方向に平行な磁束を発生させる複数の励磁コイル（本実施例においては、２つの励磁コイルを使用）である。具体的には、励磁コイル３−１、３−２は、当該励磁コイル３−１、３−２が有する各コイルが同じ巻き方向になっており、励磁コイル３−１と励磁コイル３−２とは配線Ｌ１により直列に接続されている。すなわち、励磁コイル３−１、３−２は、前記検査部母材２−１の両端部に各々同じ巻き方向に巻回されている。また、励磁コイル３−１、３−２は、それぞれ励磁コイル用電源５に接続されている。
【００３３】
検出コイル４−１、４−２は、被検査配管である断熱配管１に発生した磁場を検出する磁場検出手段である。すなわち、検出コイル４−１、４−２は、前記複数の励磁コイル３−１、３−２の各々と対となるように配置され、前記複数の励磁コイル３−１、３−２により発生した前記断熱配管１中心軸方向の磁場を検出する複数の検出コイル（本実施例においては、２つの検出コイルを使用）である。具体的には、検出コイル４−１、４−２は、当該検出コイル４−１、４−２が有する各コイルが逆巻き方向になっており、検出コイル４−１と検出コイル４−２とは配線Ｌ２により直列に接続されている。すなわち、検出コイル４−１、４−２は、前記検査部母材２−１の両端部に巻回された励磁コイル３−１、励磁コイル３−２の一側（図１においては左側）にそれぞれ隣接するように巻回されている。検出コイル４−１、４−２は、当該検出コイル４−１、４−２が有するコイル部分を逆向きに巻回し、かつ直列に接続するように構成することで、微分コイルを形成しており、検出コイル４−１の出力と検出コイル４−２の出力の差を検出することができる。このように検出コイル４−１、４−２により微分コイルを構成し、検出コイル４−１と検出コイル４−２の間から検出コイル信号の差を取得することにより断熱配管１全体に由来する磁場信号を減衰させ、断熱配管１が有する欠陥由来の信号を精度よく検出することができる。また、検出コイル４−１、４−２は、ロックイン検波器７に接続されており、検出コイル４−１、４−２の出力はロックイン検波器７に入力される。
なお、本実施例では、励磁コイルと検出コイルとを並行して配設し、相互誘導コイルを構成しているが、特に限定するものではなく、例えば、検出コイルの上部に励磁コイルを、あるいは励磁コイルの上部に検出コイルを配設するように構成してもかまわない。また、励磁コイル３−１と３−２を逆向きにした場合には、検出コイル４−１と４−２を同じ巻き方向にした組み合わせでもかまわない。
【００３４】
発信器６は、励磁コイル３−１、３−２に流す交流電流の信号を作る手段である。
【００３５】
励磁コイル用電源５は、交流電流を励磁コイル３−１、３−２に通電するための電源である。励磁コイル用電源５は、発信器６と接続されており、当該発信機６によって励磁の周波数を変更することができる。
【００３６】
こうして、磁場印加検出手段である検査部２は、励磁コイル用電源５により交流電流を励磁コイル３−１、３−２に通電することで励磁コイル３−１、３−２を励磁し、当該励磁コイル３−１、３−２を検査部母材２を介して断熱配管１表面に近接させることで断熱配管１の表面と平行となるように磁束を生じさせることができる。つまり、検査部２は、励磁コイル３−１、３−２により交流磁場を所定の磁場印加方向（本実施例においては、断熱配管１中心軸方向）に印加して断熱配管１の表面と平行な磁束を発生させることができるとともに、検出コイル４−１、４−２により断熱配管１に流れる磁束の変化を検出することができる。
【００３７】
コイル接続コネクタ１１−１、１１−２は、前記第一相互誘導コイル、前記第二相互誘導コイルにおける励磁コイル３−１、３−２と検出コイル４−１、４−２の各々のコイル円周上における所定位置で各々のコイルを分割及び接続可能な電気的接続コネクタである。すなわち、コイル接続コネクタ１１−１は、当該コイル接続コネクタ１１−１の両端側（図１においては、上下両端側）に励磁コイル３−１、検出コイル４−１のそれぞれを構成するコイル配線部分を分割し、当該分割部分の各端部に設けられた接続端子部（図示せず）のそれぞれを挿入して励磁コイル３−１、検出コイル４−１の各接続端子部同士を電気的に接続するための中継端子である。コイル接続コネクタ１１−１は、励磁コイル３−１、検出コイル４−１の各コイル円周上におけるコイル接続コネクタ１１−１が配置された位置で励磁コイル３−１、検出コイル４−１の各接続端子部をコイル接続コネクタ１１−１端部から取り外して励磁コイル３−１、検出コイル４−１のそれぞれを構成するコイル配線部分を分割したり、励磁コイル３−１、検出コイル４−１の各接続端子部をコイル接続コネクタ１１−１の両端に接続してコイル配線として通電可能に接続したりすることができる。また、上記コイル接続コネクタ１１−１の場合と同様に、コイル接続コネクタ１１−２により、励磁コイル３−２、検出コイル４−２の各コイル配線部分を分割したり接続したりすることができる。さらに、励磁コイル３−１、３−２及び検出コイル４−１、４−２コイルは、コイル接続コネクタ１１−１、１１−２が設けられた反対側（図１においては、２−１の後ろ側）の各コイル配線部分にも上記同様に接続端子部とコイル接続コネクタを設けることで、コイル接続コネクタ１１−１、１１−２と反対側に設けたコイル接続コネクタにより検出コイル４−１、４−２コイルをそれぞれ半分に分割して（図１においては上下半分に分割して）取り外すことも可能である。
【００３８】
ロックイン検波器７は、２つの検出コイル４−１、４−２における各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記２つの励磁コイル３−１、３−２と同じ周波数の信号を検波するロックイン検波手段である。すなわち、ロックイン検波器７は、前述したように微分コイルを構成する検出コイル４−１、４−２から取得した、検出コイル４−１の出力と検出コイル４−２との出力との差（出力差信号）を前記交流磁場と同じ周波数で位相が互いに直交する２つの信号に検波するロックイン検波手段である。ロックイン検波器７は、励磁コイル３−１、３−２に流された交流電流の交流周波数に同期した信号のみを検出する。つまり、ロックイン検波器７は、入力信号を励磁コイル３−１、３−２と同じ周波数で位相が互いに９０度異なる２つの信号に検波する。ロックイン検波器７は、信号解析装置８に接続されている。
【００３９】
信号解析装置８は、ロックイン検波器７の出力信号における信号強度と位相変化を解析する信号解析手段である。すなわち、前記検出コイル４−１、４−２から前記ロックイン検波器７を介して出力された信号の強度と当該信号の位相の変化を解析する手段である。信号解析装置８は、発信器６と接続されており、当該発信器６からの信号により励磁コイル用電源５を駆動し、当該励磁コイル用電源５に接続された励磁コイル３−１、３−２に交流電流を流すことが可能である。また、信号解析装置８は、ロックイン検波器７によって検波された信号を所定の解析方法により解析するものである。すなわち、信号解析装置８は、ロックイン検波器７により検波された２つの信号によって、所定の位置（断熱配管１上における検査部２の位置）における磁場の大きさのデータと前記位相のデータを算出し、当該位相に対して校正用の補正位相を加えたデータの正弦値あるいは余弦値を求め、前記磁場の大きさのデータと前記正弦値あるいは前記余弦値との積を求め、前記所定の位置における前記積の値を用いて欠陥を特定することができる。信号解析装置８には、表示機構９が接続されている。
また、信号解析装置８には、前記校正用の補正位相を入力する入力手段（図示せず）が接続されている。
ここで、前記校正用の補正位相とは、磁場検出手段である検出コイル４−１、４−２の校正を行う際に、当該検出コイル４−１、４−２に対して共通して適用される位相調整用の位相のことである（以下、共通の調整位相αという）。
【００４０】
表示機構９は、前記信号解析装置８による解析結果を表示する表示手段である。表示機構９は、例えば、前記ロックイン検波器７を介して出力された信号と当該信号の位相の変化や前記磁場の大きさのデータと前記正弦値あるいは前記余弦値との積の値のような被検査配管である断熱配管１表面の欠陥を特定する際に必要な情報を表示することができる。
【００４１】
次に、前記磁束探傷装置１０に適用する磁束探傷方法を具体的に説明する。
【００４２】
磁束探傷装置１０に適用する磁束探傷方法は、前記被検査配管である断熱配管１の欠陥を非破壊検査する非破壊検査方法であって、前記２つの励磁コイル３−１、３−２に前記断熱配管１を挿通し、当該２つの励磁コイル３−１、３−２により前記断熱配管１中心軸方向に平行な磁束を発生させる工程と、前記２つの励磁コイル３−１、３−２により発生した前記断熱配管１中心軸方向の磁場を前記２つの検出コイル４−１、４−２により検出する工程と、前記ロックイン検波手段であるロックイン検波器７により前記２つの検出コイル４−１、４−２における各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記２つの励磁コイル３−１、３−２と同じ周波数の信号を検波して、前記信号解析手段である信号解析装置８に入力する工程と、前記信号解析装置８により前記ロックイン検波器７の出力信号の信号強度と位相変化を解析することで前記断熱配管１の欠陥を特定する工程と、を有する。以下、各工程について具体的に説明する。
【００４３】
図１に示すように、被検査材である断熱配管１を、検査部２に挿通した状態で、励磁コイル３−１、３−２には、発信器６の信号により励磁コイル用電源５を駆動することで、交流電流が流される。すなわち、励磁コイル３−１、３−２により交流磁場を所定の印加方向(本実施形態においては、矢印ｘ方向)に印加して、前記断熱配管１のｘ方向に磁束が導入される。具体的には、励磁コイル３−１、３−２は、円筒状の検査部母材２−１上に並列して配置されており、当該検査部母材２−１に挿通される断熱配管１の中心方向と平行となる方向に磁束が導入される。
【００４４】
一方、検出コイル４−１、４−２は、２つの励磁コイル３−１、３−２により発生した前記断熱配管１中心軸方向の磁場を検出する。すなわち、検出コイル４−１、４−２は、当該検出コイル４−１、４−２のそれぞれが有するコイルの巻き方向が逆であって、かつ直列に接続されていることにより、微分コイルを形成しており、検出コイル４−１の出力と検出コイル４−２の出力の差を検出する。ここで、例えば、断熱配管１に欠陥があると、その直上において磁束が変化し、磁場が変化する。この磁場変化を検出コイル４−１、４−２により検出する。すなわち、検出コイル４−１、４−２は、検査部母材２−１の長手方向、つまり磁束を導入した方向の磁束密度成分Ｂｘを検出している。また、直列に接続されている検出コイル４−１と検出コイル４−２の出力（検出コイル４−１と検出コイル４−２との出力差）は、ロックイン検波器７に入力される。
【００４５】
ロックイン検波器７では、２つの検出コイル４−１、４−２における各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より２つの励磁コイル３−１、３−２と同じ周波数の信号を検波して、信号解析装置８に入力する。具体的には、ロックイン検波器７では、検出コイル４−１、４−２の出力が検波されて、この検波により、信号解析装置８は励磁コイル３−１、３−２に流す交流電流の信号を作っている発信器６に同期した信号だけを検出することができるのである。検波された信号は、信号解析装置８に入力される。
【００４６】
信号解析装置８では、前記ロックイン検波器７の出力信号における信号強度と位相変化を解析することで前記断熱配管１の欠陥を特定する。具体的には、信号解析装置８では、ロックイン検波器７によって発信器６の信号に対する同相の信号と、９０度位相がずれている信号の２つに分離して検出される。この同相信号と直交信号によって、断熱配管１における任意の計測点ｉでの検出コイル４−１と検出コイル４−２の差出力の信号強度Ｂｘｉと位相θｉを算出することができる。そして、信号解析装置８においてＢｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）を計算し、データを表示機構９に表示する。ここで、このデータを見ながら解析処理を進め、共通の調整位相αを変化させ、最適な最終表示を行う。すなわち、この最適な最終表示を行うことにより、共通の調整位相αを任意に変化させた場合に最適な信号変化を容易に求めることができ、より正確な欠陥位置や大きさを特定することが可能となる。
なお、上述した共通の調整位相αを変化させて、欠陥位置や大きさを検出するための最適なＢｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）を求める方法としては、Ｂｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）として所定の閾値を予め設定しておき、信号解析装置８が有する図示しない演算手段により所定のプログラムを実行して最適なＢｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）を自動的に求めることも可能である。
【００４７】
次に、磁束探傷装置１０の基本性能を示すため、被検査配管として用いた断熱配管１の内部の鋼管１ａとして図２に示すように、腐食による減肉を想定して、鋼管１ａ表面の周方向に沿って深さの異なる溝を３か所形成したものを用いて欠陥の検査を行った。この被検査配管である断熱配管１は、断熱配管１内部の鋼管１ａ表面に欠陥Ａ、欠陥Ｂ、欠陥Ｃを有し、欠陥Ａ、欠陥Ｂ、欠陥Ｃの各溝の溝幅は１０ｍｍであり、鋼管の肉厚７．２ｍｍに対して各欠陥の深さを順に３．６ｍｍ、１．８ｍｍ、１．１ｍｍとしたものである。この断熱配管１に対して図１の磁束探傷装置１０を用いて欠陥の検査を行った。
【００４８】
図３は、磁束探傷装置１０を用いて断熱配管１を測定した結果である。この測定結果は、励磁コイル３−１、３−２と検出コイル４−１、４−２を実装した検査部母材２−１に断熱配管１を挿通し、当該検査部母材２−１を断熱配管１に対して断熱配管１長手方向（図１における矢印ｘ方向）に１ｍｍずつ移動させながら測定を行ったものである。図３において、グラフの横軸が検査部母材２−１を断熱配管１長手方向に移動させた距離（ｃｍ）であり、縦軸が信号強度（ｍＶ）である。すなわち、図３に示す測定結果は、断熱配管１における任意の測定点である各点ｉにおける磁場強度（Ｂｘｉ）変化と、位相θｉ変化を用いた解析によって得られた結果を示しており、具体的には、断熱配管１における任意の測定点である各点ｉにおける磁場強度Ｂｘｉ・ＳＩＮ（θｉ＋α）を求め、ここで、共通の調整位相αを１４０度とした時の結果を示すものである。この共通の調整位相αはいったん決定されれば、各計測時に調整する必要は特になく、欠陥のない標準サンプルなどを使って非破壊検査装置を校正しておけばよい。図３の結果から溝の位置に対応した信号変化と深さに応じた信号強度変化が得られていることが確認できる。つまり、信号解析装置８では、磁場強度と位相情報を掛け合わせることによって、さらに共通の調整位相αを調整することにより欠陥による磁場変化のみが顕著に抽出できる。ここで、図３では共通の調整位相αが１４０度の時であるが、欠陥Ａ、Ｂ、Ｃの位置に対応した信号変化（３つの下向きピーク）を確認することができる。
なお、前記共通の調整位相αとしては、磁束探傷装置１０に設けられた図示しない入力手段により任意の値を信号解析装置８に入力することが可能である。
【００４９】
以上により、磁束探傷装置１０は、２つの励磁コイル３−１、３−２により断熱配管１の所定の場所に断熱配管１の中心軸方向の磁場を印加することができる。また、２つの検出コイル４−１、４−２により各検出コイル４−１、４−２が配置された箇所において断熱配管１から発生した信号をそれぞれ捉えることができる。各検出コイル４−１、４−２でとらえる信号は、各検出コイルが配置された箇所における断熱配管１全体の信号と欠陥により信号変化分とが一緒になったものである。このため、各検出コイル４−１、４−２間から検出コイル信号の差を取得することにより断熱配管１全体の信号を減衰させ、欠陥由来の信号を精度よく抽出することができる。また、検出コイル信号の差をロックイン検波器７によりより雑音を除去した信号強度を得ることができるとともに、位相変化を得ることができる。ロックイン検波器７からの出力信号の信号強度と位相を組み合わせることにより、欠陥による信号変化をより精度よく抽出することができる。
【００５０】
また、磁束探傷装置１０は、励磁コイルと検出コイルを一体化した２組の相互誘導コイル（前記第一相互誘導コイルと前記第二相互誘導コイル）の差を取得するとともに、２つの励磁コイルは同方向に磁場を印加するので、断熱配管１により大きな磁場をかけることができる。また、２つの検出コイル４−１、４−２は互いに逆方向の磁場を検出するので断熱配管１全体の信号は除去でき、欠陥による信号変化分だけを抽出することができる。こうして、断熱配管１のような２重配管構造においても精度良く非破壊検査をすることができる。
【００５１】
また、磁束探傷装置１０は、相互誘導コイルが有する励磁コイル３−１、３−２と検出コイル４−１、４−２をコイル円周上における所定位置で分割及び接続可能な電気的接続コネクタであるコイル接続コネクタ１１−１、１１−２を設けることにより、断熱配管１を相互誘導コイルに貫通させて検査を行う場合であっても相互誘導コイルを断熱配管１から適宜分離することができる。
例えば、従来の貫通型の相互誘導コイルにおいては、断熱配管に相互誘導コイルを導入すべき端部がない場合、断熱配管を切り離さないとを設置することができないが、本発明の相互誘導コイルを適用することにより断熱配管のどの部分でも、相互誘導コイルを分割して断熱配管に取り付けることができる。
【実施例２】
【００５２】
次に、本発明に係る磁束探傷方法を適用する磁束探傷装置の別実施例について図４を用いて説明する。
【００５３】
本実施例に係る磁束探傷装置２０は、被検査配管である断熱配管１（図６参照）に流れる磁束の変化を検出することにより欠陥を探傷する非破壊検査装置であり、図４に示すように、検査部１２、及び図４には図示しないが図１においてすでに示した、ロックイン検波器７、信号解析装置８及び表示機構９を主に具備している。検査部１２を除いたロックイン検波器７、信号解析装置８及び表示機構９については、実施例１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００５４】
検査部１２は、被検査配管である断熱配管１に取り付けて磁場を印加するとともに発生する磁場を検出する磁場印加検出手段である。検査部１２は、断熱配管１を挿通可能である円筒状の円筒母材である検査部母材２−２と、当該検査部母材２−２円周上の長手方向中央部に配設される励磁コイル１３と、前記検査部母材２−２上の前記励磁コイル１３の長手方向両端に近接配置される検出コイル４−３、４−４と、電気的接続コネクタであるコイル接続コネクタ１５−１、１５−２と、電流切換手段である励磁コイル切り替えスイッチ１４と、図４には図示しない発信器６と、励磁コイル用電源５等により構成される。励磁コイル１３と、検出コイル４−３、４−４とは、検査部母材２−２を介して断熱配管１の周囲に実装可能である。検査部１２は、断熱配管１の周囲に外装して、断熱配管１の非破壊検査を行うことが可能である。
【００５５】
検査部母材２−２は、当該検査部母材２−２の一部を検査部母材２−２軸方向に沿って分割して前記断熱配管１の任意の検査位置に取付け可能である。すなわち、検査部母材２−２は、当該検査部母材２−２を断熱配管１に取り付けるために、半分に分割可能であり（図４においては上下半分に分割可能であり）、かつ断熱配管１に対して脱着可能となっている。
【００５６】
励磁コイル１３は、被検査配管である断熱配管１に磁場を印加する磁場印加手段である。すなわち、励磁コイル１３は、前記断熱配管１を挿通し、当該断熱配管１に対して断熱配管１中心軸方向に平行な磁束を発生させる複数の磁場印加手段である。励磁コイル１３は、それぞれが長方形状である複数個の長方形励磁コイル１３−１、１３−２等により構成されている（本実施例では、４つの長方形励磁コイルにより形成されており、長方形励磁コイル１３−１、１３−２を除く残り２つは図４において検査部母材２−２の後ろ側に形成されている）。また、複数個の長方形励磁コイルは、検査部母材２−２の円周方向に沿って検査部母材２−２上に並設されている。具体的には、本実施例で示す励磁コイル１３が実施例１に示す励磁コイル３−１、３−２と異なるところは、検査部母材２−２周囲に連続的に並設される励磁コイルの形状が複数の長方形状の励磁コイルからなるものであり、断熱配管１を囲うように長方形励磁コイルが所定の曲率を持っていることである。また、４つの長方形励磁コイルは隣り合うコイル同士において巻き方向が逆方向になるように構成されている。また、４つの長方形励磁コイルは、それぞれ励磁コイル切り替えスイッチ１４を介して励磁コイル用電源５に接続されている。また、このように励磁コイル１３を構成することで、４つの長方形励磁コイル１３−１、１３−２等に対して、励磁コイル用電源５により通電された場合、４つの長方形励磁コイル１３−１、１３−２等の長手方向両端部はお互い逆方向の電流が流れる。詳しくは後述する。
【００５７】
検出コイル４−３、４−４は、断熱配管１に発生した磁場を検出する磁場検出手段である。すなわち、検出コイル４−３、４−４は、検査部母材２−２周囲に並設されている励磁コイル１３の長手方向両端にそれぞれ隣接配置され、前記励磁コイル１３により発生した所定方向の磁場を検出する複数の磁場検出手段（本実施例においては、２つの検出コイル４−３、４−４を使用）である。具体的には、検出コイル４−３、４−４は、当該検出コイル４−３、４−４が有する各コイルが同じ巻き方向になっており、検出コイル４−３と検出コイル４−４とは配線Ｌ３により直列に接続されている。すなわち、検出コイル４−３、４−４は、前記検査部母材２−２円周上の中央部に並設された励磁コイル１３の両側（図４においては左右両側）に隣接するように巻回されている。検出コイル４−３、４−４は、当該検出コイル４−３、４−４が有するコイル部分が同じ向きに巻回し、かつ直列に接続するように構成することで、微分コイルを形成しており、検出コイル４−３の出力と検出コイル４−４の出力の差を検出することができる。
このように検出コイル４−３、４−４が有するコイル部分を同じ向きに巻回し、励磁コイル１３への通電時において電流の流れが逆方向となることで励磁コイル１３の長手方向両端部のコイル部分は実質的に２つコイルを形成し、検出コイル４−３、４−４により微分コイルを構成し、検出コイル４−３と検出コイル４−４の間から検出コイル信号の差を取得することにより断熱配管１全体に由来する磁場信号を減衰させ、断熱配管１が有する欠陥由来の信号を精度よく検出することができる。また、検出コイル４−３、４−４は、ロックイン検波器７に接続されており、検出コイル４−３、４−４の出力はロックイン検波器７に入力される。
なお、本実施例では、励磁コイル１３の長手方向両端部と検出コイル４−３、４−４とを並行かつ近接して配設し、相互誘導コイルを構成しているが、特に限定するものではなく、例えば、検出コイル４−３、４−４の上部に励磁コイルの長手方向両端部の円周方向に平行なコイル部分を、あるいは当該コイル部分の上部に検出コイル４−３、４−４を重ねるように配設する構成としてもかまわない。
【００５８】
コイル接続コネクタ１５−１、１５−２は、検出コイル４−３、４−４の各々のコイル円周上における所定位置で各々のコイルを分割及び接続可能な電気的接続コネクタである。すなわち、コイル接続コネクタ１５−１は、当該コイル接続コネクタ１５−１の両端側（図４においては、上下両端側）に検出コイル４−３を構成するコイル配線部分を分割し、当該分割部分の各端部に設けられた接続端子部（図示せず）のそれぞれを挿入して検出コイル４−３の接続端子部同士を電気的に接続するための中継端子である。コイル接続コネクタ１５−１は、検出コイル４−３のコイル円周上におけるコイル接続コネクタ１５−１が配置された位置で検出コイル４−３の各接続端子部をコイル接続コネクタ１５−１端部から取り外して検出コイル４−３を構成するコイル配線部分を分割したり、検出コイル４−３の各接続端子部をコイル接続コネクタ１５−１の両端に接続してコイル配線として通電可能に接続したりすることができる。また、上記コイル接続コネクタ１５−１の場合と同様に、コイル接続コネクタ１５−２により、検出コイル４−３のコイル配線部分を分割したり接続可能である。さらに、検出コイル４−３、４−４は、コイル接続コネクタ１５−１、１５−２が設けられた反対側（図１においては、２−２の後ろ側）の各コイル配線部分にも上記同様に接続端子部とコイル接続コネクタを設けることで、コイル接続コネクタ１５−１、１５−２と反対側に設けたコイル接続コネクタにより検出コイル４−３、４−４をそれぞれ半分に分割して（図４においては上下半分に分割して）取り外すことも可能である。
【００５９】
また、本実施例の磁束探傷装置２０は、全ての長方形励磁コイル１３−１、１３−２等に所定の電流を同方向に直列に流して使ったり、一つの長方形励磁コイルだけを選択して駆動させたりするための励磁コイル切り替えスイッチ１４を備える。励磁コイル切り替えスイッチ１４は、励磁コイル用電源５と４つの長方形励磁コイル１３−１、１３−２等の間に設けられている。こうして、磁束探傷装置２０では、励磁コイル切り替えスイッチ１４の入り切り操作によって、励磁コイル１３（４つの長方形励磁コイル）全てを駆動したり、もしくは任意の長方形励磁コイルを駆動させることができる。
【００６０】
このように、磁束探傷装置２０は、前記断熱配管１の円周上に沿うように所定の曲率を持った複数の長方形状の長方形励磁コイル１３−１、１３−２等を、前記断熱配管１の円周方向に並設し、当該並設された各長方形励磁コイル１３−１、１３−２等における前記断熱配管１中心軸に平行なコイル配線部分同士を近接するあるいは重なり合うように配設し、前記並設された長方形励磁コイル１３−１、１３−２等のうち任意の長方形励磁コイル１３−１、１３−２等に電流を流すための電流切換手段である励磁コイル切り替えスイッチ１４を設けるとともに、前記並設された各長方形励磁コイル１３−１、１３−２等における円周方向に平行なコイル配線部分と近接するあるいは重なり合うように２つの検出コイル４−３、４−４を設けたものである。
【００６１】
さらに、磁束探傷装置２０は、前記断熱配管１を挿通可能である円筒状の円筒母材である検査部母材２−２を備え、前記検査部母材２−２は、当該検査部母材２−２の一部を軸方向に沿って分割して前記断熱配管１の任意の検査位置に取付け可能であるとともに、前記検査部母材２−２の円周方向に沿って前記励磁コイル１３が並設され、当該並設された励磁コイル１３の長手方向両端に前記検出コイル４−３、４−４を設け、前記検査部母材２−２の分割部分を前記電気的接続コネクタであるコイル接続コネクタ１５−１、１５−２の分割及び接続可能である部分とを一致するように構成したものである。こうすることで、断熱配管１を切り離さなくても、断熱配管１の任意の位置に断熱配管１を取り付けることができる。
【００６２】
こうして、磁場印加検出手段である検査部１２は、励磁コイル用電源５により交流電流を励磁コイル１３に通電することで励磁コイル１３を励磁し、当該励磁コイル１３を検査部母材２−２を介して断熱配管１表面に近接させることで断熱配管１の表面と平行となるように磁束を生じさせることができる。つまり、検査部１２は、励磁コイル１３により交流磁場を所定の磁場印加方向（本実施例においては、断熱配管１中心軸方向）に印加して断熱配管１の表面と平行な磁束を発生させることができるとともに、検出コイル４−３、４−４により断熱配管１に流れる磁束の変化を検出することができる。
【００６３】
図５は、図４で示した実施例２における長方形励磁コイルの動作原理を示している。励磁コイル切り替えスイッチ１４を操作して、全ての長方形励磁コイルに電流を流した時には、隣り合った、つまり断熱配管１の長手方向（ｘ方向）に平行な辺（例えば、辺Ｃ１及び辺Ｃ２）では電流がお互いに反対方向を向くために、お互いがキャンセルされ、磁場を発生させない。一方、断熱配管１の円周方向に平行な辺（例えば、辺Ｃ３及び辺Ｃ４）では電流方向にそろっているので、実質的に実施例１における貫通型の励磁コイルと同じ作用を生じさせることができる。ここで、励磁コイル１３のうち一つの長方形励磁コイルだけを、例えば長方形励磁コイル１３−１だけを動作させると、断熱配管１の表面において垂直な方向に磁場を発生させることができるが、長方形励磁コイル１３−１の辺のうち、円周に平行な辺（例えば、Ｃ４）の直下及びその近傍では、断熱配管１の長手方向に磁場を発生させることができる。従って、励磁コイル１３のうち一つの長方形励磁コイルだけを動作させると、検出コイル４−３や検出コイル４−４の近くで、動作させた長方形励磁コイルに対応する断熱配管１の一部の部分に対して断熱配管１の長手方向に磁場を発生させることが可能となる。断熱配管１に亀裂や穿孔など一部の欠陥が発生した場合、実施例１に示す磁束探傷装置１０では、長手方向（ｘ方向）での欠陥の位置は判定することができるが、断熱配管１円周上でどの位置にあるかが判定できない。しかし、実施例２に示す磁束探傷装置２０では欠陥が断熱配管１円周上のどの位置にあるかまでも判定することができる。
【００６４】
以上のように、磁束探傷装置２０では、複数の長方形励磁コイルが有する全てのコイルに対して、同時に同じ方向と同じ値の電流を流した場合、並設された長方形励磁コイルにおける断熱配管１中心軸に平行なコイル配線部分の隣り合う同士を近接するあるいは重なりあうようにしているので、隣り合うコイル間で電流の方向は逆向きになり磁場を発生しない。一方、並設された長方形励磁コイルにおける断熱配管１円周方向に平行な一側のコイル配線では電流の方向は同じ方向になり、並設された長方形励磁コイルの一側のコイル配線全体でひとつの貫通コイルを形成することとなる。また、他側のコイル配線でも同様にひとつの貫通コイルが形成されるので、通電時に２つの貫通型の励磁コイルが形成されることになる。また、電流切換手段である励磁コイル切り替えスイッチ１４により、並設された長方形励磁コイルの一部だけに電流を流すことができる。例えば、並設された長方形励磁コイルの一部だけに電流を流す場合は、検出コイル４−３、４−４は貫通型であるので検出コイル４−３、４−４が検出する磁場成分は、並設された長方形励磁コイルにおける断熱配管１円周方向に平行なコイル配線の一部が作る磁場だけになる。このため、断熱配管１の円周上の一部だけに磁場を印加することができるので、並設された複数の長方形励磁コイルにおいて印加する長方形励磁コイルを適宜切り替えることにより、例えば亀裂や穿孔などの欠陥が配管の一部にある場合、断熱配管１の円周上のどの位置に欠陥があるのか場所を特定して検出することができる。
【００６５】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例・設計変更などをその技術的範囲内に包含することは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、石油プラントや化学プラントなど多くのところで使われている鉄鋼配管あるいは断熱材で覆われた鉄鋼配管の表面や内部、内側にある欠陥を検出する非破壊検査装置である。従来の磁気を用いた探傷検査方法では、欠陥による信号変化が微弱なため断熱材を用いた鉄鋼配管には適応できなかったため、断熱材を取り除いて検査されていた。本発明により、鉄鋼配管単体のみならず断熱材をつけた状態での配管の表面や内部、内側にある欠陥の検査に適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 断熱配管
２ 検査部
２−１ 検査部母材
３−１ 励磁コイル
３−２ 励磁コイル
４−１ 検出コイル
４−２ 検出コイル
５ 励磁コイル用電源
６ 発信器
７ ロックイン検波器
８ 信号解析装置
９ 表示機構
１０ 磁束探傷装置
１１−１ コイル接続コネクタ
１１−２ コイル接続コネクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査配管の欠陥を非破壊検査する非破壊検査装置であって、
前記被検査配管を挿通し、当該被検査配管に対して当該被検査配管中心軸方向に平行な磁束を発生させる複数の励磁コイルと、
前記複数の励磁コイルの各々と対となるように配置され、前記複数の励磁コイルにより発生した前記被検査配管中心軸方向の磁場を検出する複数の検出コイルと、
当該複数の検出コイルにおける各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記複数の励磁コイルと同じ周波数の信号を検波するロックイン検波手段と、
当該ロックイン検波手段の出力信号における信号強度と位相変化を解析する信号解析手段と、を備えたことを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項２】
前記励磁コイルと、当該励磁コイルと一対となるように同軸上に形成される前記検出コイルとから構成された相互誘導コイルを２組備え、
前記２組の相互誘導コイルにおける一方の励磁コイルと他方の励磁コイルは、前記被検査配管に対して同じ方向に磁場を印加するように同じ巻き方向とするとともに、前記一方の励磁コイルと前記他方の励磁コイルを直列接続し、
前記２組の相互誘導コイルにおける一方の検出コイルと他方の検出コイルは、それぞれが逆方向の磁場を検出するように反対巻き方向とするとともに、前記一方の検出コイルと前記他方の検出コイルを直列接続したことを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
【請求項３】
前記被検査配管は、断熱配管であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非破壊検査装置。
【請求項４】
前記相互誘導コイルにおける励磁コイルと検出コイルの各々のコイル円周上における所定位置で各々のコイルを分割及び接続可能な電気的接続コネクタを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の非破壊検査装置。
【請求項５】
前記断熱配管の円周上に沿うように所定の曲率を持った複数の長方形状の励磁コイルを並設し、当該並設された励磁コイルにおける前記断熱配管中心軸に平行なコイル配線部分の隣り合う同士を近接するあるいは重なり合うようにして、前記並設された励磁コイルのうち任意の励磁コイルに電流を流すための電流切換手段を設けるとともに、前記並設された励磁コイルにおける前記断熱配管円周方向に平行なコイル配線部分と近接するあるいは重なり合うように２つの検出コイルを設けたことを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
【請求項６】
前記断熱配管を挿通可能である円筒状の円筒母材を備え、
前記円筒母材は、
当該円筒母材の一部を軸方向に沿って分割して前記断熱配管の長手方向における任意の位置に取付け可能であるとともに、前記並設された励磁コイルの長手方向両端に前記２つの検出コイルを設け、前記円筒母体の分割位置を前記電気的接続コネクタの分割及び接続可能である部分と一致するように構成したことを特徴とする請求項５に記載の非破壊検査装置。
【請求項７】
請求項１に記載の非破壊検査装置を用いて、
前記被検査配管の欠陥を非破壊検査する非破壊検査方法であって、
前記複数の励磁コイルに前記被検査配管を挿通し、前記複数の励磁コイルにより前記被検査配管に対して前記被検査配管中心軸方向に平行な磁束を発生させる工程と、
前記複数の励磁コイルにより発生した前記被検査配管中心軸方向の磁場を前記複数の検出コイルにより検出する工程と、
前記ロックイン検波手段により前記複数の検出コイルにおける各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記複数の励磁コイルと同じ周波数の信号を検波して、前記信号解析手段に入力する工程と、
前記信号解析手段により前記ロックイン検波手段の出力信号における信号強度と位相変化を解析することで前記被検査配管の欠陥を特定する工程と、を有することを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項１】
被検査配管の欠陥を非破壊検査する非破壊検査装置であって、
前記被検査配管を挿通し、当該被検査配管に対して当該被検査配管中心軸方向に平行な磁束を発生させる複数の励磁コイルと、
前記複数の励磁コイルの各々と対となるように配置され、前記複数の励磁コイルにより発生した前記被検査配管中心軸方向の磁場を検出する複数の検出コイルと、
当該複数の検出コイルにおける各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記複数の励磁コイルと同じ周波数の信号を検波するロックイン検波手段と、
当該ロックイン検波手段の出力信号における信号強度と位相変化を解析する信号解析手段と、を備えたことを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項２】
前記励磁コイルと、当該励磁コイルと一対となるように同軸上に形成される前記検出コイルとから構成された相互誘導コイルを２組備え、
前記２組の相互誘導コイルにおける一方の励磁コイルと他方の励磁コイルは、前記被検査配管に対して同じ方向に磁場を印加するように同じ巻き方向とするとともに、前記一方の励磁コイルと前記他方の励磁コイルを直列接続し、
前記２組の相互誘導コイルにおける一方の検出コイルと他方の検出コイルは、それぞれが逆方向の磁場を検出するように反対巻き方向とするとともに、前記一方の検出コイルと前記他方の検出コイルを直列接続したことを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
【請求項３】
前記被検査配管は、断熱配管であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非破壊検査装置。
【請求項４】
前記相互誘導コイルにおける励磁コイルと検出コイルの各々のコイル円周上における所定位置で各々のコイルを分割及び接続可能な電気的接続コネクタを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の非破壊検査装置。
【請求項５】
前記断熱配管の円周上に沿うように所定の曲率を持った複数の長方形状の励磁コイルを並設し、当該並設された励磁コイルにおける前記断熱配管中心軸に平行なコイル配線部分の隣り合う同士を近接するあるいは重なり合うようにして、前記並設された励磁コイルのうち任意の励磁コイルに電流を流すための電流切換手段を設けるとともに、前記並設された励磁コイルにおける前記断熱配管円周方向に平行なコイル配線部分と近接するあるいは重なり合うように２つの検出コイルを設けたことを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
【請求項６】
前記断熱配管を挿通可能である円筒状の円筒母材を備え、
前記円筒母材は、
当該円筒母材の一部を軸方向に沿って分割して前記断熱配管の長手方向における任意の位置に取付け可能であるとともに、前記並設された励磁コイルの長手方向両端に前記２つの検出コイルを設け、前記円筒母体の分割位置を前記電気的接続コネクタの分割及び接続可能である部分と一致するように構成したことを特徴とする請求項５に記載の非破壊検査装置。
【請求項７】
請求項１に記載の非破壊検査装置を用いて、
前記被検査配管の欠陥を非破壊検査する非破壊検査方法であって、
前記複数の励磁コイルに前記被検査配管を挿通し、前記複数の励磁コイルにより前記被検査配管に対して前記被検査配管中心軸方向に平行な磁束を発生させる工程と、
前記複数の励磁コイルにより発生した前記被検査配管中心軸方向の磁場を前記複数の検出コイルにより検出する工程と、
前記ロックイン検波手段により前記複数の検出コイルにおける各検出コイル間からの検出コイル信号の差を取得し、当該取得した検出コイル信号の差より前記複数の励磁コイルと同じ周波数の信号を検波して、前記信号解析手段に入力する工程と、
前記信号解析手段により前記ロックイン検波手段の出力信号における信号強度と位相変化を解析することで前記被検査配管の欠陥を特定する工程と、を有することを特徴とする非破壊検査方法。
【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２０１２−９３０９５（Ｐ２０１２−９３０９５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３７８６９（Ｐ２０１０−２３７８６９）
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【特許番号】特許第４７６６４７２号（Ｐ４７６６４７２）
【特許公報発行日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（５０４１４７２４３）国立大学法人 岡山大学 (444)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【特許番号】特許第４７６６４７２号（Ｐ４７６６４７２）
【特許公報発行日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（５０４１４７２４３）国立大学法人 岡山大学 (444)
【Ｆターム（参考）】
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