JP2006138784A - 渦電流探傷プローブおよび渦電流探傷システム - Google Patents

Abstract

【課題】 非接触かつ非磁性の距離センサを渦電流探傷測定コイルに併設し、渦電流探傷信号と距離センサ信号を同時に計測することで被検体とコイルとの距離および傾斜角に起因する渦電流探傷信号を補正する渦電流探傷プローブを提供することを課題とする。
【解決手段】 渦電流探傷コイル１に光３を送受信する非接触かつ非磁性の距離センサ２を併設し、距離センサ２より得られる信号を渦電流探傷信号と同時計測することにより、リフトオフに起因する渦電流探傷信号を補正し、きずや材質の変化４に起因する渦電流探傷信号とを分離する。また、渦電流探傷コイル１に併設する距離センサ２を複数にした場合、各距離センサ２で得られる信号の演算でコイルの傾き７を算出することができ、高精度な渦電流探傷信号の補正が可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子力発電プラントなどの表面・表層欠陥の検査技術として、非接触で高速な検査が実施できる渦電流探傷試験に用いられる渦電流探傷システムに関し、特に渦電流探傷プローブに関する。

原子力発電プラントなどの表面・表層欠陥の検査技術として、渦電流探傷試験は、非接触で高速な検査が実施できる有力な手法である。加圧水型原子力発電プラントの蒸気発生器伝熱管の検査では、近年の渦電流探傷試験に関する数値シミュレーション技術の大幅な進展を背景に、数値非破壊評価により検査の迅速化・高精度化が達成されている。

渦電流探傷信号を入力データとして、渦電流場の支配方程式をベースに欠陥形状を計算機上で再現し、欠陥のサイジングをする際、試験対象物−渦電流探傷センサ間の距離、すなわちリフトオフは既知情報である。試験対象の電磁的特性が一定であることを前提に、渦電流探傷信号から直接リフトオフ情報と欠陥情報を分離する方法が提案されている。しかし、検出性と欠陥サイジング評価精度が問題となっている溶接部における応力腐食割れでは、試験対象の電磁的特性が空間的に変化する場合があり、渦電流探傷試験とは異なる方法でリフトオフ計測を実施する必要がある。

従来、渦電流探傷プローブは1個ないしは数個を組み合わせたコイルから構成されていた。渦電流探傷法は表面近傍の金属のきずや材質に応じた渦電流探傷信号を検出する方法なので、被検体の表面形状のためにコイルが傾いて信号出力が変化するという問題があった。

このような技術は、例えば非特許文献１に開示されている。非特許文献１に開示された方法は、あらかじめ数値解析で求めたデータベースを用いて渦電流探傷信号の信号強度と位相情報からプローブと被検体間の距離を推定可能であるが、被検体の材質の変化ときずが混在したときの問題を解決できていない。

上記のように従来の技術では、被検体に対してコイルが傾いたり被検体に凹凸があると信号出力が減少或いは増大するという問題があった。換言すれば、渦電流探傷法は表面近傍の金属のきずや材質に応じた渦電流探傷信号を検出する方法なので、被検体の表面形状のためにコイルが傾いて信号出力が変化すると、きずによって生じる信号の変化と区別が困難であるという問題を有している。

また、特許文献１および２には、渦電流探傷試験においてリフトオフ信号を除去する方法について記載されているが、本発明のようにリフトオフ情報そのものを積極的に利用して検査精度、信頼性の向上を図るものではない。

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆａｔｉｇｕｅ、第２３巻（２００１年）、Ｓ４７７−Ｓ４８５頁 特開平１０−１９７４９３号公報 特開平１０−１１１２７９号公報

本発明は、非接触かつ非磁性の距離センサを渦電流探傷測定コイルに併設し、渦電流探傷信号と距離センサ信号を同時に計測することで被検体とコイルとの距離および傾斜角に起因する渦電流探傷信号を補正する渦電流探傷プローブを提供することを課題としている。

上記課題を解決するための手段として、本発明は以下の特徴を有している。
請求項１に記載の渦電流探傷プローブでは、前記渦電流プローブは、光を送受信する非磁性の距離センサを渦電流探傷測定コイルに併設し、前記距離センサが受信する被検体との距離信号によって渦電流探傷信号を補正することを特徴とする。
請求項２に記載の渦電流探傷プローブでは、さらに、前記渦電流探傷プローブは、複数個の前記距離センサによって被検体とコイルとの傾斜角を補正することを特徴とする。
請求項３に記載の渦電流探傷プローブでは、さらに、前記渦電流探傷プローブは、光センサの信号を光ファイバーによって送受信することを特徴とする渦電流探傷プローブ。
請求項４に記載の渦電流計測システムでは、表面・表層欠陥の検査技術として、渦電流探傷プローブを用いた数値非破壊評価により非接触で高速な検査を行う渦電流計測システムにおいて、前記計測システムは、請求項１ないし３のいずれかに記載の渦電流探傷プローブを用いることを特徴とする。

本発明によれば、渦電流探傷法において常に問題となる被検体と渦電流コイルとの距離変化、及びコイルの傾きを光センサによって検知して、補正したので渦電流探傷法による非破壊検査の精度、信頼性を向上できるという効果が得られる。

本発明の実施の形態は、光ファイバーによって被検体表面を照明し、その反射光強度を測定する光センサ1個ないし数個を渦電流探傷測定用のコイルとを一体化した渦電流探傷プローブである。以下、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態による渦電流探傷プローブの概略図で、（ａ）は本発明による渦電流探傷プローブの実施イメージ、（ｂ）は渦電流探傷コイル１と被検体５との距離が変化時の図、（ｃ）は、渦電流探傷コイル１と被検体５との間に傾斜ができたときの図である。渦電流探傷コイル１に光３を送受信する非接触かつ非磁性の距離センサ２を併設し、距離センサ２より得られる信号を渦電流探傷信号と同時計測することにより、リフトオフに起因する渦電流探傷信号を補正し、きずや材質の変化４に起因する渦電流探傷信号とを分離する。

ここで、リフトオフ６とは、渦電流探傷コイル１と被検体５との距離を意味し、従来の渦電流探傷試験ではコイルの傾き７もリフトオフ６として表現されていた。

図１（ｂ）、（ｃ）を参照すると、渦電流探傷コイル１に併設する距離センサ２を複数にした場合、各距離センサ２で得られる信号の演算でコイルの傾き７を算出することができ、高精度な渦電流探傷信号の補正が可能である。

図２は距離センサ２として用いる光センサの概略図である。光源１１から発せられた光は、光ファイバー通じて送信され、ハーフミラー９で反射し、レンズ１０によって光を集束すると、光スポットの面積が最小となる焦点１２の位置において光スポット単位面積当たりの明るさは最大となる。また、焦点１２からの距離が増すにつれて単位面積当たりの明るさは減少する。従って、集束された光スポットの明るさを測定することによりレンズと被検体の距離を測定できる。スポットの明るさは反射光１３としてハーフミラー９を透過し、光ファイバーを通して受光体８で受信され、渦電流探傷コイル１と被検体５との距離の信号に変換され、渦電流探傷信号の補正に用いられる。

ここでハーフミラー９、レンズ１０、光源１１は、必要とされるリフトオフ計測範囲に応じて適宜選択することで焦点１２の位置、反射光１３の強度を変更できるとことはいうまでもない。

本発明に係る渦電流探傷プローブは、金属構造物欠陥の非破壊検査や金属材料特性測定等の様々な分野に適用できる。

本発明の渦電流探傷システムの概念図を図３に示す。本発明に係る距離センサ組み込み型渦電流探傷プローブを用いたリフトオフ同時計測により得られた渦電流探傷信号とリフトオフ信号をパラメータにした評価により、欠陥サイジング精度向上が可能となる。

本発明の実施の形態による渦電流探傷プローブの概略図である。 距離センサとして用いる光センサの距離計測の概略図である。 本発明の渦電流探傷システムの概念図である。

符号の説明

１ 渦電流探傷コイル
２ 距離センサ
３ 光
４ きずや材質の変化
５ 被検体
６ リフトオフ
７ コイルの傾き
８ 受光体
９ ハーフミラー
１０ レンズ
１１ 光源
１２ 焦点
１３ 反射光

Claims (4)

1. 光を送受信する非磁性の距離センサを渦電流探傷測定コイルに併設し、前記距離センサが受信する被検体との距離信号によって渦電流探傷信号を補正する
   ことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
2. 請求項１に記載の渦電流探傷プローブにおいて、
   前記渦電流探傷プローブは、複数個の前記距離センサによって被検体とコイルとの傾斜角を補正する
   ことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
3. 請求項１または２に記載の渦電流探傷プローブにおいて、
   前記渦電流探傷プローブは、光センサの信号を光ファイバーによって送受信する
   ことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
4. 表面・表層欠陥の検査技術として、渦電流探傷プローブを用いた数値非破壊評価により非接触で高速な検査を行う渦電流計測システムにおいて、
   前記計測システムは、請求項１ないし３のいずれかに記載の渦電流探傷プローブを用いる
   ことを特徴とする渦電流計測システム。

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