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JP4286980B2 - Electromagnetic ultrasonic sensor - Google Patents
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JP4286980B2 - Electromagnetic ultrasonic sensor - Google Patents

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JP4286980B2 JP20264399A JP20264399A JP4286980B2 JP 4286980 B2 JP4286980 B2 JP 4286980B2 JP 20264399 A JP20264399 A JP 20264399A JP 20264399 A JP20264399 A JP 20264399A JP 4286980 B2 JP4286980 B2 JP 4286980B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いた金属の非破壊検査に使用する電磁超音波センサーの改良に関するものであり、主として金属内部の欠陥、熱時効や機械的応力による材質劣化等の検出に用いられるものである。
【0002】
近年、ステンレス鋼等の金属の内部に生じた欠陥や材質劣化の検出方法として、超音波を用いた検査方法が多方面で開発されている。
しかし、金属内を通過する超音波ビームは、金属結晶粒によって著しく散乱されるため、ビームの減衰やバックグランドノイズとしてのエコーを生ずることになり、SN比が大幅に低下することになる。
また、金属内を通過する超音波ビームは、金属結晶の異方性に起因する音響異方性により、その進行方向がゆがめられたり(スキュー)、音速が通過方向よって大きく変動することになる。
その結果、従前の圧電式マイクロプローブのような分解能の比較的低い超音波センサーでは、オーステナイト系ステンレス鋳鋼の如き結晶粒が粗大で且つその分布が不均一であり、しかも結晶異方性を有しているような場合には、材料内部の欠陥や材質劣化の位置や大きさを高精度で能率よく検出することができないと云う問題があった。
【0003】
上述のような従前の超音波センサーに係る問題を解決するため、本願発明者等は先きに図7に示す如き構造の磁気マイクロプローブ(電磁超音波センサー)を開発し、特願平10−363453号及び特願平10−363454号としてこれを公開している。
即ち、当該電磁超音波センサーAは、フロッピーディスクやハードディスクの読み取りに用いられている公知の磁気読み取りヘッドとほぼ同様の構成を有するものであり、具体的には0.5μm以下の検出用間隙Gを有するコアー体20aと、これに巻回した検出用コイル20bを備えた磁気マイクロプローブが用いられている。
【0004】
尚、図7に於いて、20cはスライダー、21・22はギャップGの近傍に設けた磁極である。また、スライダー20cは、その接触面が被検査体の外表面と接触した状態で、被検査体の外表面に沿って適宜の速度で移動される。
【0005】
前記永久磁石21・22は、被検査体の表層に一様でない磁場を形成するためのものであり、具体的には図7に示すように、コアー体20aの間隙Gの両側近傍に斜状のN磁極21及びS磁極22が設けられており、コアー体20aが対向する近傍の被検査体の外表層に、所定の強さの一様でない磁場を形成する。
【0006】
また、図7では、N・S一対の磁極21・22を対向状に配設しているが、図8及び図9に示すような磁極配置としてもよく、一様でない磁場を形成し易い磁極配置であれば、如何な磁極配置であってもよい。
【0007】
電磁超音波センサーAを被検査体の外表面に接触させた状態とする。そして、発信用超音波探触子(図示省略)から入射された超音波(表面SH波又は表面SV波)が被検査体の表層部に到達すると、超音波の有するエネルギーによって被検査体の表層が振動する。
その結果、N・S磁極21・22が被検査体の表層に形成している磁場も振動的に変動し、被検査体表層の磁場の変動が電磁超音波センサーAによって読み取られ、増幅器を経てディスプレイ(図示省略)上に表示される。
例えば、被検査体がオーステナイトステンレス鋳鋼の場合、その表層が超音波(表面SH波)のエネルギーによって振動すると、組織を形成する幅10μm程度で材料中に分布するα相(フェライト相・約10〜20%の割合でランダムに混在)が振動する。その結果、α相の粒界近傍の磁場は、α相が磁場内で振動することによって生じた誘導電流の生ずる磁場によって乱され、強弱のある不均一な磁場となる。
【0008】
上記図7の構造の電磁超音波センサーAは、被検査体の表面の所定の範囲を適宜の速度でスキャンニングしつつ検出信号を処理することにより、熱時効による材質劣化範囲を検出したり、検出した磁場変動の状態から超音波の到達点を検知することにより、被検査体の内部の欠陥部の大きさや位置を検知することができ、優れた実用的効用を有するものである。
【0009】
しかし、前記図7の電磁超音波センサーAにも解決すべき多くの問題が残されている。その中でも特に問題となる点は、▲1▼磁極21・22を設ける構成としているため、センサーの構造が著しく複雑になること、▲2▼リング型のコアー体を用いているため、検出感度が低いこと、▲3▼磁極21・22の磁気特性の経年変化等により、検出感度が変動し易いこと、▲4▼検出感度を高めるために磁極21・22の強度を高めると、必然的にセンサーそのものが大型になること等の点である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前の図7に示す如き構成の電磁超音波センサーに於ける上述の如き問題を解決することを課題とするものであり、磁極21・22の使用を排してバイアス用コイルによる直流磁界を活用すると共に、センターコアー型のコアー体を用いて再生コイルにより磁場変動により生じた交番磁界のみを検出することにより、センサー構造の簡素及び小型化と検出感度の大幅な向上を図ることを発明の課題とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、被検査体の内部を送信用超音波探触子からの超音波を伝播させ、内部を伝播してきた超音波のエネルギーを用いて被検査体の表層を振動させることにより被検査体の表層の磁場を変動させ、当該磁場の変動を被検査体の表面に移動自在に配設した検出コイルにより検出して超音波の伝播を検知するようにした電磁超音波センサーに於いて、電磁超音波センサーを、センターコアー1aとその両側に配設したフートコアー1b・1bとを備え且つセンターコアー1aと両フートコアー1bとの間隙Gを0.01〜0.05mmとしたセンターコアー型コアー体1と,前記両フートコアー1b・1bに夫々巻回され、各フートコアー1b・1bに同一強度で且つ逆方向の磁界を発生させるバイアス用コイル2・2と,前記センターコアー1aに巻回した再生用コイル4とを発明の基本構成とするものである。
【0012】
請求項2の発明は、請求項1の発明に於いて、コアー体1をMn−Znフェライトを用いて形成すると共に、コアー体1の厚さtを0.1〜0.2mmとするようにしたものである。
【0013】
請求項3の発明は、請求項1の発明に於いて、センターコアー1aの先端部の正面視に於ける形状を、横幅W2 が0.02〜0.05mmの長方形とすると共に、前記センターコアー1aに対向する両フートコアー1b・1bの先端部の正面視に於ける形状を、斜辺の傾斜角θが30°〜60°の三角形とするようにしたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る電磁超音波センサーの第1実施形態を示す斜面図であり、図2は本発明に係る電磁超音波センサーの第2実施形態を示す正面図である。図1及び図2に於いて、1はセンタコアー型のコアー体、1aはセンターコアー、1bはフートコアー、2はバイアス用コイル、3は再生用コイル、G1 ・G2 は検出用のギャップW1 ・W2 はセンターコアーの横幅、t1 ・t2 はコアーの厚みである。
【0015】
前記コアー体1はMn−Znフェライトから形成されており、0.5〜2(T)以下の磁束密度に於いては磁気飽和を起すことがないように選定されている。また、コアー体1の外形寸法は、t1 =0.1mm、H1 =1.1mm、L1 =0.65mm、G1 =0.05mm、W1 =0.1mmに夫々選定されている(図1の第1実施形態の場合)。
【0016】
更に、図2の第2実施形態に於いては、コアー体1の外形寸法は、t2 (厚み)=0.2mm、H2 =2.1mm、H3 =0.3mm、H4 =0.01mm、L2 =0.7mm、L3 =0.3mm、G2 =0.01mm、W2 =0.02mm、W3 =0.2mm、バイアスコイル2のAT=100T×0.025A、再生コイル3の巻数=200Tに夫々選定されている。
【0017】
即ち、第2実施形態に於いては、センターコアー1aの先端部1a′の形状が細幅の長方形状に形成されており、その横幅W2 は0.02mmに選定されている。尚、当該横幅W2 としては0.02mm〜0.05mmの範囲が加工性や磁場変動の検出感度等の点から最適である。
【0018】
また、当該第2実施形態に於いては、センターコアー先端部1a′に対向する両フートコアー1bの先端部1b′の形状が、斜辺の傾斜角θが45の三角形に形成されている。尚、前記傾斜角θは30°〜60°の範囲とするのが加工性や磁場変動の検出感度等の点から最適であることが、実験により確認されている。
【0019】
更に、センターコアー1aと平行状に対向するフートコアー先端部1b′の垂直面の高さH4 は、間隙Gと同じ0.01mmに選定されており、当該H4 の大きさは0.01〜0.05mmの範囲とするのが最適である。
【0020】
前記各バイアスコイル2・2には、夫々逆方向の0.025Aの直流電流が励磁電流として供給されており、これにより定常時に於けるセンターコアー1a内の磁界Hyは零となっている。
図3は、定常時に於ける被検査体B内部に於けるセンサーAの高さ方向の磁界分布Hyを示すものであり、センターコアー1a内の磁界Hyは零である。
【0021】
後述するように、発信用超音波探触子から被検査体Bに超音波が加えられ、この超音波が被検査体Bの内部(又は外表層部)を伝播してセンサーAの下方位置へ到達したとする。そうすると、被検査体Bの表層部は伝播して来た超音波のエネルギーにより振動する。
【0022】
図4に示すように被検査体Bの表層部が振動により矢印U方向へ移動する際には、センサーAに対向する被検査体Bの表層部内にa及びb方向の渦電流が誘起され、これによって磁界hyがセンターコアー1a内に発生する。
このセンターコアー1a内の磁界hyは、被検査体表層部の振動周波数(即ち、超音波の振動周波数)と同じ周波数の交番磁界となり、センターコアー1aに巻回した再生コイル3と鎖交する。これにより、再生コイル3には、前記交番磁界hyと同周波数の超音波の伝播を示す検出信号が、誘起されることになる。
【0023】
図5は、本発明に係る電磁超音波センサーAの使用の一例を示すものであり、センサーAを用いてステンレス鋳鋼の材質劣化を検出する場合を示すものである。図5に於いて、Aは電磁超音波センサー、5はプリアンプ、4は送信用超音波探触子、6はアンプ、7はディスプレイ、Lは送信用探触子の入射点とセンサーAのセンターコアー1aとの間隔、Bは被検査体(金属体)である。
【0024】
先ず、被検査体Bの表面(検査面)を清浄面とし、その後、送信用超音波探触子4と電磁超音波センサーAとを適宜の間隔例えばL=20mm〜300mm程度離して被検査体B上にセットする。
各機器のセッチングが終ると、送信用超音波探触子4を作動させる。これにより、送信用超音波探触子4からは、周波数が0.5MHZ〜5MHZ程度の超音波(波長λ=約6mm〜0.6mm)が被検査体Bの表面に沿って発信される。尚、送信用の超音波としては縦波(SV波)であっても、或いは横波(SH波)であってもよく、また送信用超音波探触子4の種類は如何なるものであってもよく、圧電式や電磁式のものが最適である。
発信された超音波の表面SV波(又は表面SH波)は、被検査体Bの表面から波長λの約1/2程度の寸法(即ち、約2〜3mm程度)の深さまで浸透し、被検査体Bの表層を進行する。
【0025】
超音波の表面SV波(又は表面SH波)が被検査体Bの表層内を進行すると、超音波の有するエネルギーによって被検査体Bの表層が振動する。その結果、電磁超音波センサーAが被検査体Bの表層に形成している磁場も振動的に変動し、この被検査体Bの表層の磁場の変動は電磁超音波センサーAの再生コイル3で検出され、ディスプレイ7上に表示される。
【0026】
尚、図5に於いては、本発明に係る電磁超音波センサーAをステンレス鋼材の材質劣化検査に用いた場合を説明したが、ステンレス鋼材の内部欠陥の検査に用いる場合も同様であり、この場合には送信用超音波探触子4から所定の入射角でもって超音波が被検査体Bの内方へ入射され、欠陥部から反射して来た超音波を検出することにより、欠陥部の位置や大きさが検出されることになる。
また、被検査体Bとしては、ステンレス鋼のみならずあらゆる種類の金属を被検査体Bとすることができることは勿論である。
【0027】
【実施例】
被検査体Bとしてステンレス鋼(厚さ25mm、外形100mm×200mm)を、また、送信用超音波探触子4として周波数が5MHZの表面SV波を発信する圧電式の探触子を、更に、電磁超音波センサーAとして図2に示した分解能(ギャップG)が約0.01mmの電磁超音波センサーAを夫々使用し、電磁超音波センサーAと送信用超音波探触子4との間隔Lを30mm、40mm及び50mmとした場合について、被検査体Bの表面の磁場の変化の状態を電磁超音波センサーAにより検出した。
【0028】
尚、使用した被検査体Bの表面は機械加工仕上げされており、且つ被検査体Bには、熱時効を加える等の特別な処理が施されていない。
【0029】
図6は、電磁超音波センサーAの検出信号をオッシレータで測定したものであり、曲線AがL=30mmの場合を、曲線BがL=40mmの場合を、曲線CがL=50mmの場合を夫々示すものである。
各曲線A、B、Cに於いては、矢印A′、B′及び矢印C′を付した部分からも明らかなように、被検査体Bの表面付近の振動による磁場の変動を明確に見ることができ、超音波の伝播を高精度で検知できることが判る。
【0030】
【発明の効果】
本発明に於いては、電磁超音波センサーのコアー体をセンターコアー型のコアー体とすると共に、コアー体を形成するセンターコアーに再生コイルを、また各フートコアーに同一強度で逆方向の磁界を夫々生ずるバイアスコイルを夫々巻回するようにしているため、超音波の伝播による金属被検査体外表層の磁場の交番的な変動を高感度で検出することができ、超音波の高精度検知が可能となる。
また、コアー体の検出用ギャップGを0.01〜0.05mmとしているため、センサーとしての分解能がより高かくなり、超音波の検出精度の向上が可能となる。
本発明は上述の通り、金属内を伝播して来た超音波を電磁気的に検出するセンサーとして優れた実用的効用を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電磁超音波センサーの第1実施形態を示す斜面図である。
【図2】本発明に係る電磁超音波センサーの第2実施形態を示す正面図である。
【図3】定常時に於ける被検査体内部の高さ方向の磁界分布を示す線図である。
【図4】超音波の検出時に於ける被検査体Bの表層部の磁界の状態を示す線図である。
【図5】本発明に係る電磁超音波センサーの使用の一例を示す説明図である。
【図6】電磁超音波センサーによる超音波の検出波形の一例を示すものである。
【図7】先きに開発をした電磁超音波センサーの概要を示す斜面図である。
【図8】先きに開発をした電磁超音波センサーの磁極配置の他の例を示すものである。
【図9】先きに開発をした電磁超音波センサーの磁極配置の更に他の例を示すものである。
【符号の説明】
Aは電磁超音波センサー、Bは被検査体、Lは間隔、G1 ・G2 はギャップ、W1 ・W2 はセンターコアーの横幅、t1 ・t2 はコアー体の厚み、θはフートコアー先端の斜辺の傾斜角、1はコアー体、1aはセンターコアー、1bはフートコアー、2はバイアス用コイル、3は再生用コイル、4は送信用超音波探触子、5はプリアンプ、6はアンプ、7はディスプレイ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of an electromagnetic ultrasonic sensor used for nondestructive inspection of metals using ultrasonic waves, and is mainly used for detection of defects in metal, material deterioration due to thermal aging and mechanical stress, and the like. It is.
[0002]
In recent years, an inspection method using ultrasonic waves has been developed in various fields as a method for detecting defects or material deterioration in a metal such as stainless steel.
However, since the ultrasonic beam passing through the metal is remarkably scattered by the metal crystal grains, the beam is attenuated and echoes as background noise are generated, and the S / N ratio is greatly reduced.
In addition, the traveling direction of the ultrasonic beam passing through the metal is distorted (skew) due to the acoustic anisotropy caused by the anisotropy of the metal crystal, and the sound speed greatly varies depending on the passing direction.
As a result, an ultrasonic sensor with a relatively low resolution such as a conventional piezoelectric microprobe has a coarse crystal grain such as austenitic stainless cast steel and a non-uniform distribution, and has crystal anisotropy. In such a case, there has been a problem that it is impossible to efficiently detect the position and magnitude of the defect inside the material and the material deterioration with high accuracy.
[0003]
In order to solve the problems related to the conventional ultrasonic sensor as described above, the inventors of the present application have previously developed a magnetic microprobe (electromagnetic ultrasonic sensor) having a structure as shown in FIG. This is disclosed as No. 363453 and Japanese Patent Application No. 10-363454.
That is, the electromagnetic ultrasonic sensor A has substantially the same configuration as a known magnetic reading head used for reading a floppy disk or a hard disk, and specifically, a detection gap G of 0.5 μm or less. A magnetic microprobe provided with a core body 20a having a coil and a detection coil 20b wound around the core body 20a is used.
[0004]
In FIG. 7, 20c is a slider, and 21 and 22 are magnetic poles provided in the vicinity of the gap G. The slider 20c is moved at an appropriate speed along the outer surface of the object to be inspected in a state where the contact surface is in contact with the outer surface of the object to be inspected.
[0005]
The permanent magnets 21 and 22 are for forming a non-uniform magnetic field on the surface layer of the object to be inspected. Specifically, as shown in FIG. 7, the permanent magnets 21 and 22 are inclined in the vicinity of both sides of the gap G of the core body 20a. N magnetic pole 21 and S magnetic pole 22 are provided, and a non-uniform magnetic field having a predetermined strength is formed on the outer surface layer of the object to be inspected near the core body 20a.
[0006]
In FIG. 7, the pair of N · S magnetic poles 21 and 22 are arranged to face each other. However, the magnetic poles may be arranged as shown in FIGS. 8 and 9, and the magnetic poles easily form a non-uniform magnetic field. Any magnetic pole arrangement may be used as long as it is an arrangement.
[0007]
The electromagnetic ultrasonic sensor A is brought into contact with the outer surface of the object to be inspected. When the ultrasonic wave (surface SH wave or surface SV wave) incident from the transmitting ultrasonic probe (not shown) reaches the surface layer portion of the inspection object, the surface layer of the inspection object is generated by the energy of the ultrasonic wave. Vibrates.
As a result, the magnetic field formed on the surface layer of the object to be inspected by the N / S magnetic poles 21 and 22 also fluctuates oscillatingly, and the fluctuation of the magnetic field on the surface of the object to be inspected is read by the electromagnetic ultrasonic sensor A and passes through the amplifier. It is displayed on a display (not shown).
For example, when the object to be inspected is austenitic stainless cast steel, when the surface layer is vibrated by the energy of ultrasonic waves (surface SH waves), the α phase (ferrite phase, about 10 to 10 μm) distributed in the material with a width of about 10 μm forming the structure. Randomly mixed at a rate of 20%). As a result, the magnetic field in the vicinity of the α-phase grain boundary is disturbed by the magnetic field generated by the induced current generated by the vibration of the α-phase in the magnetic field, and becomes a strong and inhomogeneous magnetic field.
[0008]
The electromagnetic ultrasonic sensor A having the structure shown in FIG. 7 detects a material deterioration range due to thermal aging by processing a detection signal while scanning a predetermined range of the surface of the inspection object at an appropriate speed, By detecting the arrival point of the ultrasonic wave from the detected magnetic field fluctuation state, it is possible to detect the size and position of the defective portion inside the object to be inspected, and has excellent practical utility.
[0009]
However, many problems to be solved still remain in the electromagnetic ultrasonic sensor A of FIG. Among them, the problems that are particularly problematic are: (1) The structure of the magnetic poles 21 and 22 is provided, so that the structure of the sensor is remarkably complicated, and (2) the detection sensitivity is high because the ring-type core body is used. It is low, and (3) the detection sensitivity is likely to fluctuate due to changes in the magnetic characteristics of the magnetic poles 21 and 22. (4) Increasing the strength of the magnetic poles 21 and 22 inevitably increases the detection sensitivity. The point is that it becomes large in size.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-described problems in the electromagnetic ultrasonic sensor having the configuration shown in FIG. 7, and the use of the magnetic poles 21 and 22 eliminates the use of the bias coil. In addition to utilizing a DC magnetic field, only the alternating magnetic field generated by magnetic field fluctuations is detected by the regenerative coil using a center core type core body, thereby simplifying the sensor structure and reducing the size and greatly improving the detection sensitivity. Is the subject of the invention.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the ultrasonic wave from the transmitting ultrasonic probe is propagated inside the object to be inspected, and the surface layer of the object to be inspected is vibrated using the energy of the ultrasonic wave propagated through the inside. In an electromagnetic ultrasonic sensor that detects the propagation of ultrasonic waves by changing the magnetic field of the surface layer of the object to be inspected and detecting the fluctuation of the magnetic field by a detection coil that is movably disposed on the surface of the object to be inspected. In addition, the electromagnetic ultrasonic sensor includes a center core 1a and foot cores 1b and 1b disposed on both sides thereof, and a center core type in which a gap G between the center core 1a and both foot cores 1b is 0.01 to 0.05 mm. The core body 1, the bias coils 2 and 2 wound around the foot cores 1b and 1b, respectively, and generating a magnetic field in the opposite direction with the same strength, are respectively formed on the foot cores 1b and 1b. A reproducing coil 4 wound around the Koa 1a is for a basic configuration of the invention.
[0012]
According to the invention of claim 2, in the invention of claim 1, the core body 1 is formed using Mn-Zn ferrite, and the thickness t of the core body 1 is set to 0.1 to 0.2 mm. It is a thing.
[0013]
The invention according to claim 3, in the invention of claim 1, the in shape viewed from the front of the front end portion of the center core 1a, with the width W 2 is a rectangular 0.02 to 0.05 mm, the center The shape of the front ends of the foot cores 1b and 1b facing the core 1a in a front view is a triangle having an inclination angle θ of the hypotenuse of 30 ° to 60 °.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of an electromagnetic ultrasonic sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a front view showing a second embodiment of the electromagnetic ultrasonic sensor according to the present invention. In Figures 1 and 2, 1 is Sentakoa type core body, 1a the center core, 1b is Futokoa, 2 bias coil, 3 reproducing coil, a gap W 1 for detecting G 1 · G 2 · W 2 is the width of the center core, t 1 · t 2 is the thickness of the core.
[0015]
The core body 1 is made of Mn—Zn ferrite and is selected so as not to cause magnetic saturation at a magnetic flux density of 0.5 to 2 (T) or less. In addition, the outer dimensions of the core body 1 are selected as t 1 = 0.1 mm, H 1 = 1.1 mm, L 1 = 0.65 mm, G 1 = 0.05 mm, and W 1 = 0.1 mm, respectively. (In the case of the first embodiment in FIG. 1).
[0016]
Further, in the second embodiment of FIG. 2, the outer dimensions of the core body 1 are t 2 (thickness) = 0.2 mm, H 2 = 2.1 mm, H 3 = 0.3 mm, H 4 = 0. 0.01 mm, L 2 = 0.7 mm, L 3 = 0.3 mm, G 2 = 0.01 mm, W 2 = 0.02 mm, W 3 = 0.2 mm, bias coil 2 AT = 100T × 0.025A, The number of turns of the reproduction coil 3 is selected to be 200T.
[0017]
That is, at the second embodiment, the shape of the tip portion 1a of the center core 1a 'is formed in a rectangular shape narrow, the width W 2 is selected to be 0.02 mm. The width W 2 is optimally in the range of 0.02 mm to 0.05 mm from the viewpoint of processability, magnetic field fluctuation detection sensitivity, and the like.
[0018]
Further, in the second embodiment, the shape of the tip portions 1b 'of both foot cores 1b facing the center core tip portion 1a' is formed into a triangle having a hypotenuse inclination angle θ of 45. It has been experimentally confirmed that the inclination angle θ is optimally set in the range of 30 ° to 60 ° from the viewpoint of processability, magnetic field fluctuation detection sensitivity, and the like.
[0019]
Further, the height H 4 of the vertical surface of the foot core tip 1b ′ facing in parallel with the center core 1a is selected to be 0.01 mm, which is the same as the gap G, and the size of the H 4 is 0.01˜ The range of 0.05 mm is optimal.
[0020]
Each of the bias coils 2 and 2 is supplied with a direct current of 0.025 A in the opposite direction as an exciting current, so that the magnetic field Hy in the center core 1 a at the normal time is zero.
FIG. 3 shows a magnetic field distribution Hy in the height direction of the sensor A inside the inspection object B in a steady state, and the magnetic field Hy in the center core 1a is zero.
[0021]
As will be described later, an ultrasonic wave is applied to the inspection object B from the transmitting ultrasonic probe, and this ultrasonic wave propagates through the inside (or the outer surface layer) of the inspection object B to a position below the sensor A. Suppose that it has reached. If it does so, the surface layer part of to-be-inspected object B will vibrate with the energy of the ultrasonic wave which has propagated.
[0022]
As shown in FIG. 4, when the surface layer portion of the inspection object B moves in the direction of arrow U due to vibration, eddy currents in the a and b directions are induced in the surface layer portion of the inspection object B facing the sensor A, As a result, a magnetic field hy is generated in the center core 1a.
The magnetic field hy in the center core 1a becomes an alternating magnetic field having the same frequency as the vibration frequency of the surface layer of the object to be inspected (that is, the vibration frequency of ultrasonic waves), and is linked to the reproduction coil 3 wound around the center core 1a. As a result, a detection signal indicating the propagation of ultrasonic waves having the same frequency as the alternating magnetic field hy is induced in the reproduction coil 3.
[0023]
FIG. 5 shows an example of the use of the electromagnetic ultrasonic sensor A according to the present invention, and shows a case where the sensor A is used to detect material deterioration of stainless cast steel. In FIG. 5, A is an electromagnetic ultrasonic sensor, 5 is a preamplifier, 4 is a transmission ultrasonic probe, 6 is an amplifier, 7 is a display, L is an incident point of the transmission probe and the center of the sensor A. An interval B from the core 1a, B is an object to be inspected (metal body).
[0024]
First, the surface (inspection surface) of the object to be inspected B is a clean surface, and then the object to be inspected is separated from the transmitting ultrasonic probe 4 and the electromagnetic ultrasonic sensor A by an appropriate distance, for example, L = 20 mm to 300 mm. Set on B.
When the setting of each device is completed, the transmitting ultrasonic probe 4 is operated. Thereby, ultrasonic waves (wavelength λ = about 6 mm to 0.6 mm) having a frequency of about 0.5 MHZ to 5 MHZ are transmitted from the transmitting ultrasonic probe 4 along the surface of the inspection object B. The transmission ultrasonic wave may be a longitudinal wave (SV wave) or a transverse wave (SH wave), and any type of transmission ultrasonic probe 4 may be used. A piezoelectric or electromagnetic type is most suitable.
The transmitted ultrasonic surface SV wave (or surface SH wave) penetrates from the surface of the inspected object B to a depth of about ½ of the wavelength λ (that is, about 2 to 3 mm). The surface layer of the test object B is advanced.
[0025]
When the ultrasonic surface SV wave (or surface SH wave) travels in the surface layer of the inspection object B, the surface layer of the inspection object B vibrates by the energy of the ultrasonic wave. As a result, the magnetic field formed on the surface layer of the inspection object B by the electromagnetic ultrasonic sensor A also fluctuates in vibration, and the fluctuation of the magnetic field on the surface layer of the inspection object B is caused by the reproducing coil 3 of the electromagnetic ultrasonic sensor A. Detected and displayed on the display 7.
[0026]
In addition, in FIG. 5, although the case where the electromagnetic ultrasonic sensor A which concerns on this invention was used for the material deterioration test | inspection of stainless steel material was demonstrated, it is the same also when using it for the inspection of the internal defect of stainless steel material, In this case, the ultrasonic wave is incident on the inside of the inspection object B from the transmitting ultrasonic probe 4 at a predetermined incident angle, and the ultrasonic wave reflected from the defective part is detected, thereby detecting the defective part. Will be detected.
Of course, as the inspection object B, not only stainless steel but also any kind of metal can be used as the inspection object B.
[0027]
【Example】
Stainless steel (thickness 25 mm, outer dimensions 100 mm × 200 mm) as the inspected object B, and a piezoelectric probe that transmits a surface SV wave with a frequency of 5 MHz as the transmitting ultrasonic probe 4, As the electromagnetic ultrasonic sensor A, the electromagnetic ultrasonic sensor A having a resolution (gap G) shown in FIG. 2 of about 0.01 mm is used, and the distance L between the electromagnetic ultrasonic sensor A and the transmitting ultrasonic probe 4 is L. Was set to 30 mm, 40 mm, and 50 mm, the state of change in the magnetic field on the surface of the test object B was detected by the electromagnetic ultrasonic sensor A.
[0028]
Note that the surface of the used object B to be inspected is machine-finished, and the object to be inspected B is not subjected to any special treatment such as thermal aging.
[0029]
FIG. 6 shows the measurement signal of the electromagnetic ultrasonic sensor A measured by an oscillator. The curve A is L = 30 mm, the curve B is L = 40 mm, and the curve C is L = 50 mm. Each one is shown.
In each of the curves A, B, and C, as clearly seen from the portions marked with the arrows A ′, B ′, and the arrow C ′, the fluctuation of the magnetic field due to the vibration near the surface of the inspection object B is clearly seen. It can be seen that the propagation of ultrasonic waves can be detected with high accuracy.
[0030]
【The invention's effect】
In the present invention, the core body of the electromagnetic ultrasonic sensor is a center core type core body, a reproduction coil is formed on the center core forming the core body, and a reverse magnetic field with the same intensity is applied to each foot core. Since the generated bias coils are wound respectively, alternating fluctuations in the magnetic field on the outer surface of the metal object to be inspected due to the propagation of ultrasonic waves can be detected with high sensitivity, and high accuracy detection of ultrasonic waves is possible. Become.
Further, since the detection gap G of the core body is set to 0.01 to 0.05 mm, the resolution as a sensor becomes higher and the detection accuracy of ultrasonic waves can be improved.
As described above, the present invention has an excellent practical utility as a sensor for electromagnetically detecting ultrasonic waves propagating in a metal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of an electromagnetic ultrasonic sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a second embodiment of the electromagnetic ultrasonic sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a magnetic field distribution in the height direction inside an object to be inspected in a steady state.
FIG. 4 is a diagram showing a state of a magnetic field in a surface layer portion of an inspection object B when detecting an ultrasonic wave.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of use of the electromagnetic ultrasonic sensor according to the present invention.
FIG. 6 shows an example of an ultrasonic detection waveform by an electromagnetic ultrasonic sensor.
FIG. 7 is a perspective view showing an outline of the electromagnetic ultrasonic sensor developed earlier.
FIG. 8 shows another example of the magnetic pole arrangement of the previously developed electromagnetic ultrasonic sensor.
FIG. 9 shows still another example of the magnetic pole arrangement of the electromagnetic ultrasonic sensor developed earlier.
[Explanation of symbols]
A is an electromagnetic ultrasonic sensor, B is an object to be inspected, L is a gap, G 1 and G 2 are gaps, W 1 and W 2 are widths of the center core, t 1 and t 2 are thicknesses of the core body, and θ is a foot core. Inclination angle of the hypotenuse of the tip 1 is a core body, 1a is a center core, 1b is a foot core, 2 is a bias coil, 3 is a reproduction coil, 4 is an ultrasonic probe for transmission, 5 is a preamplifier, 6 is an amplifier , 7 is a display.

Claims (3)

被検査体の内部を送信用超音波探触子からの超音波を伝播させ、内部を伝播してきた超音波のエネルギーを用いて被検査体の表層を振動させることにより被検査体の表層の磁場を変動させ、当該磁場の変動を被検査体の表面に移動自在に配設した検出コイルにより検出して超音波の伝播を検知するようにした電磁超音波センサーに於いて、電磁超音波センサーを、センターコアー(1a)とその両側に配設したフートコアー(1b)・(1b)とを備え且つセンターコアー(1a)と両フートコアー(1b)との間隙Gを0.01〜0.05mmとしたセンターコアー型コアー体(1)と,前記両フートコアー(1b)・(1b)に夫々巻回され、各フートコアー(1b)・(1b)に同一強度で且つ逆方向の磁界を発生させるバイアス用コイル(2)・(2)と,前記センターコアー(1a)に巻回した再生用コイル(4)とから構成したことを特徴とする電磁超音波センサー。A magnetic field on the surface of the object to be inspected by propagating the ultrasonic wave from the transmitting ultrasonic probe through the inside of the object to be inspected and vibrating the surface layer of the object to be inspected using the energy of the ultrasonic wave that has propagated inside. In the electromagnetic ultrasonic sensor that detects the propagation of the ultrasonic wave by detecting the fluctuation of the magnetic field by a detection coil arranged movably on the surface of the object to be inspected, the electromagnetic ultrasonic sensor is And a center core (1a) and foot cores (1b) and (1b) disposed on both sides thereof, and a gap G between the center core (1a) and both foot cores (1b) is set to 0.01 to 0.05 mm. A bias core that is wound around a center core type core body (1) and both the foot cores (1b) and (1b) to generate a magnetic field in the same strength and in the opposite direction on each of the foot cores (1b) and (1b). Le (2) (2) and the electromagnetic ultrasonic wave sensor, characterized by being configured from said center core reproducing coil wound on (1a) (4). コアー体(1)をMn−Znフェライトを用いて形成すると共に、コアー体(1)の厚さ(t)を0.1〜0.2mmとするようにした請求項1に記載の電磁超音波センサー。The electromagnetic ultrasonic wave according to claim 1, wherein the core body (1) is formed using Mn-Zn ferrite and the thickness (t) of the core body (1) is 0.1 to 0.2 mm. sensor. センターコアー(1a)の先端部の正面視に於ける形状を、横幅W2 が0.02〜0.05mmの長方形とすると共に、前記センターコアー(1a)に対向する両フートコアー(1b)・(1b)の先端部の正面視に於ける形状を、斜辺の傾斜角θが30°〜60°の三角形とするようにした請求項1に記載の電磁超音波センサー。The in shape viewed from the front of the front end portion of the center core (1a), with the width W 2 is a rectangular 0.02 to 0.05 mm, both Futokoa (1b) · facing the center core (1a) ( 2. The electromagnetic ultrasonic sensor according to claim 1, wherein a shape of the front end portion of 1 b) in a front view is a triangle having an inclination angle θ of a hypotenuse of 30 ° to 60 °.
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