特許7414260腐食マッピングのための電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-05
(45)【発行日】2024-01-16
(54)【発明の名称】腐食マッピングのための電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）
(51)【国際特許分類】
G01N 29/24 20060101AFI20240109BHJP
G01N 29/04 20060101ALI20240109BHJP
【ＦＩ】
G01N29/24
G01N29/04
【請求項の数】
23
(21)【出願番号】P 2019547695
(86)(22)【出願日】2018-03-02
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-03-26
(86)【国際出願番号】 US2018020638
(87)【国際公開番号】W WO2018160951
(87)【国際公開日】2018-09-07
【審査請求日】2021-02-03
【審判番号】
【審判請求日】2022-12-02
(31)【優先権主張番号】62/466,264
(32)【優先日】2017-03-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】517017218
【氏名又は名称】クエスト インテグレーテッド， エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】ボンダラント， フィリップ， ディー．
(72)【発明者】
【氏名】マクタティス， アンソニー
(72)【発明者】
【氏名】ドハーティ， リチャード， ライル
【合議体】
【審判長】石井 哲
【審判官】渡戸 正義
【審判官】松本 隆彦
(56)【参考文献】
【文献】英国特許出願公開第２５３１８３５（ＧＢ，Ａ）
【文献】特開昭５６－３１６３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第６２３４０２６（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特表２０１７－５３４０６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許発明第４０１１６８６（ＤＥ，Ｃ）
【文献】特開昭６１－２８８６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第４３９５９１３（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開平９－３０４３５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００７／０１５１３４４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
G01N29/00-29/52
Ｊ－Ｄｒｅａｍ ＩＩＩ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象における腐食又は侵食を検出又は測定するための装置であって電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）を備え、
前記電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）は、
強磁性コア、
前記強磁性コアの周囲に配置され、前記強磁性コアを通る磁場を生成するよう構成される複数の永久磁石、及び
前記強磁性コア及び前記対象の間に構成されるコイル
を備え、
前記コイルは、前記対象と前記強磁性コアとの間に積み重ねられる、送信機（ＴＸ）コイル及び受信機（ＲＸ）コイルを備え、
前記コイルは、前記対象上の第一の領域に渡って配置され、
前記強磁性コアが、前記複数の永久磁石の外側表面からコイルに向かって突出し、かつ、前記第一の領域の平面における前記強磁性コア（１１０）のサイズは、前記第一の領域よりも小さく、
前記強磁性コアは、前記複数の永久磁石に対し、移動可能であり、
前記強磁性コアは、前記複数の永久磁石によって所定の位置に保持される、装置。
【請求項2】
請求項１に記載の装置であって、前記複数の永久磁石は、第一の磁石、第二の磁石、第三の磁石、及び第四の磁石を備え、各磁石は、同じ磁極で前記強磁性コアの側面に面する、装置。
【請求項3】
請求項２に記載の装置であって、前記複数の永久磁石は、前記対象と反対側である、前記強磁性コアの上面に面する第五の磁石をさらに備え、前記第五の磁石は、前記第一、第二、第三、及び第四の磁石と同じ磁極で前記強磁性コアに面する、装置。
【請求項4】
請求項２に記載の装置であって、前記第一の永久磁石は、前記強磁性コアに面する第一の幅を有し、第二の永久磁石は、前記強磁性コアに面する第二の幅を有し、前記第一の幅と前記第二の幅とが異なる、装置。
【請求項5】
請求項１に記載の装置であって、前記複数の永久磁石は、前記強磁性コアの周りに楔形磁石を含む、装置。
【請求項6】
請求項１に記載の装置であって、前記複数の永久磁石は第一の複数の永久磁石であり、前記強磁性コアは第一の強磁性コアであり、前記装置は第二の複数の永久磁石及び第二の強磁性コアをさらに含み、前記第一の複数の永久磁石の少なくとも一つは、一の磁極で前記第一の強磁性コアに面し、他の磁極で前記第二の強磁性コアに面する、装置。
【請求項7】
請求項１に記載の装置であって、前記強磁性コアの断面領域が、約１／４インチ×１／４インチ～約１／２インチ×１／２インチの範囲である、装置。
【請求項8】
請求項１に記載の装置であって、前記強磁性コアの断面の直径が、約１／４インチ～約１／２インチの範囲である、装置。
【請求項9】
請求項１に記載の装置であって、前記ＴＸコイルは前記ＲＸコイルよりも前記対象に近い、装置。
【請求項10】
請求項９に記載の装置であって、前記ＴＸコイルは、第一のＴＸ導電性トレース（ＴＸ１）及び第二のＴＸ導電性トレース（ＴＸ２）を備え、前記ＲＸコイルは、第一のＲＸ導電性トレース（ＲＸ１）及び第二のＲＸ導電性トレース（ＲＸ２）を備え、前記ＴＸ１及び前記ＲＸ１は、前記強磁性コアの下にあり、前記ＲＸ２の巻線は、前記ＲＸ１の巻線の鏡像としてレイアウトされる、装置。
【請求項11】
請求項１に記載の装置であって、前記コイルは、鋸歯状端部を有する導電性トレースを含む、装置。
【請求項12】
請求項１に記載の装置であって、前記コイルは、吸音クラッディングに封入される導電性トレースを含む、装置。
【請求項13】
請求項１に記載の装置であって、前記コイルに電気的に接続された複数のスイッチをさらに備える、装置。
【請求項14】
請求項１３に記載の装置であって、前記複数のスイッチの個々のスイッチは、個々に制御可能な電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である、装置。
【請求項15】
対象における腐食又は侵食を検出又は測定するための方法であって、強磁性コアの周囲に配置される複数の永久磁石によって、前記強磁性コアを通る磁場を生成する工程、
前記強磁性コアと前記対象との間に構成されるコイル中に、電流を生成する工程、
前記対象中に送信超音波を生成する工程、及び
反射超音波を検出する工程を含み、
前記コイルは、前記対象と前記強磁性コアとの間に積み重ねられる、送信機（ＴＸ）コイル及び受信機（ＲＸ）コイルを備え、
前記コイルは、前記対象上の第一の領域に渡って配置され、
前記対象における腐食によって、前記反射超音波の変動が引き起こされ、
前記強磁性コアが、前記複数の永久磁石の外側表面からコイルに向かって突出し、かつ、前記第一の領域の平面における前記強磁性コアのサイズは、前記第一の領域よりも小さく、
前記強磁性コアは、前記複数の永久磁石に対し、移動可能であり、
前記強磁性コアは、前記複数の永久磁石によって所定の位置に保持される、方法。
【請求項16】
請求項１５に記載の方法であって、前記コイルにおける前記電流は、一連の電圧パルスによって生成され、前記一連の電圧パルスにおいて、立ち上がり電圧パルス、又は立ち下がり電圧パルスは、前記一連のパルスにおける中央のパルスより短い、方法。
【請求項17】
請求項１６に記載の方法において、前記コイルにおける前記電流は、前記立ち下がり電圧パルスの終端で実質的にゼロである、方法。
【請求項18】
請求項１６に記載の方法であって、前記立ち上がり電圧パルス又は前記立ち下がり電圧パルスは、前記反射超音波を検出するためにデッドタイムを短縮させるよう調整することができる、方法。
【請求項19】
請求項１５に記載の方法であって、前記コイルにおける前記電流は、独立して開閉可能な電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のセットによって制御される、方法。
【請求項20】
請求項１９に記載の方法であって、前記ＦＥＴを開閉することによって、前記コイルにおける前記電流の方向を変更する工程をさらに備える、方法。
【請求項21】
請求項２０に記載の方法であって、反射超音波を検出する間、少なくとも２つのＦＥＴが閉位置にある、方法。
【請求項22】
請求項１５に記載の方法であって、前記コイルにおけるデッドタイムを相殺する工程をさらに備え、
前記ＴＸコイルは、第一のＴＸ導電性トレース（ＴＸ１）及び第二のＴＸ導電性トレース（ＴＸ２）を備え、
前記ＲＸコイルは、第一のＲＸ導電性トレース（ＲＸ１）及び第二のＲＸ導電性トレース（ＲＸ２）を備え、
前記ＴＸ１及び前記ＲＸ１は前記強磁性コアの下にあり、
前記ＲＸ２の巻線は、前記ＲＸ１の巻線の鏡像としてレイアウトされる、方法。
【請求項23】
請求項１５に記載の方法であって、前記送信超音波が、前記対象の表面に対し、非垂直方向に進む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願への相互参照
この出願は、２０１７年３月２日に出願された米国仮出願６２／４６６２６４号の利益を主張するものであり、この内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
この出願は、２０１７年３月２日に出願された米国仮出願６２／４６６２６４号の利益を主張するものであり、この内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
背景
一般的に、金属構造物は、腐食及び侵食を受けやすい。例えば、パイプラインでは、典型的にはパイプの外側表面上に腐食が発現するが、侵食はその内側表面上で発生する可能性がある。パイプラインのオペレーターは、Ｂ３１Ｇスタンダードを用いてパイプラインの「運転適合性」を評価する。評価の間に、パイプ上の腐食パッチを特定する必要があり、パッチ間の間隔を推定し、間隔の狭いパッチが一つの連続するパッチとみなされるべきか否かを決定する。次いで、パッチの軸方向の範囲及び最大深さを、各パッチに対する評価基準として用いることができる。腐食パッチの最大深さにより、パイプの最小有効壁厚みが決定される。
一般的に、金属構造物は、腐食及び侵食を受けやすい。例えば、パイプラインでは、典型的にはパイプの外側表面上に腐食が発現するが、侵食はその内側表面上で発生する可能性がある。パイプラインのオペレーターは、Ｂ３１Ｇスタンダードを用いてパイプラインの「運転適合性」を評価する。評価の間に、パイプ上の腐食パッチを特定する必要があり、パッチ間の間隔を推定し、間隔の狭いパッチが一つの連続するパッチとみなされるべきか否かを決定する。次いで、パッチの軸方向の範囲及び最大深さを、各パッチに対する評価基準として用いることができる。腐食パッチの最大深さにより、パイプの最小有効壁厚みが決定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
図１は、従来技術に係るクラックの検出の概略図である。いくつかの従来の技術では、圧電トランスデューサ又は電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）によって、固体材料６（例えば、金属プレート）中に超音波が生成される。圧電トランスデューサは、固体材料６（例えば、鉄プレート）に振動を伝達する振動結晶２及び伝達媒質４（例えば、ゲル又は流体）を含む。別の従来の技術において、ＥＭＡＴ１５は、固体材料６中に振動を生成する。ＥＭＡＴ１５は、コイル１２と磁気的に結合された永久磁石１０を含む。コイル１２に交流電流（ＡＣ）が流れるとき、コイル１２におけるＡＣ電流は固体材料６中に渦電流を生成する。永久磁石１０の磁場は、これらの渦電流と（例えば、ローレンツ力又は磁気ひずみを介して）相互作用し、固体材料の結晶格子を通り伝播する超音波を生成する。超音波がクラック又は層間剥離５（又は結晶格子における他の不連続点）に到達すると、反射超音波が生成される。これらの反射波は、ＥＭＡＴでもある受信機によって、検出することができる。受信ＥＭＡＴ（図示せず）で、反射超音波と受信ＥＭＡＴの磁場との相互作用によって、試料材料中に渦電流が誘導され、次に受信ＥＭＡＴコイル回路に電流が誘導される。これらの誘導電流を測定し、さらに分析して試料のクラック、層間剥離、又は壁の厚みの特性を把握することができる。いくつかの適用事例において、ＥＭＡＴ１５は、超音波エミッターと超音波受信機の両方として機能する。
【0004】
腐食は、腐食パッチからの超音波エネルギーを散乱させるため、ＥＭＡＴ及び圧電トランスデューサの壁の厚み測定に関して、特に問題になる可能性がある。さらに、ＥＭＡＴは、比較的薄い壁を有するパイプ上、例えば、腐食のためにさらに薄くなっている、０．２５～０．５インチの壁を有するパイプ上で動作することが困難である。なぜならば、検出可能な振幅を有する唯一のエコーである可能性を有する最初の戻りエコーが、信号の「メインバング」に埋もれてしまう可能性があるためである。したがって、腐食の存在下で伝達媒質を用いずに、パイプの壁の厚みを正確に測定することができる費用対効果が高い試験方法が、依然として求められている。
【図面の簡単な説明】
【0005】
本発明の態様は、以下の図面を参照することによって、よりよく理解されるであろう。図面中の構成要素は、必ずしも縮尺通りではない。代わりに、本開示の原理を明確に示すことに重点が置かれている。
【図12】１２は、本開示の技術の実施形態に係る、鉄及びアルミニウムプレートについてのＥＭＡＴシステムのシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【0006】
詳細な説明
本発明の技術は、パイプライン又はその他の構造物の、残存する壁の厚みを定量化することができるＥＭＡＴ（電磁超音波トランスデューサ）センサーに関する。本発明の技術は、例えば、従来の圧電（ＰＺＴ）システムに必要とされる、液体伝達媒質を欠いたガスパイプライン、又は空のパイプにおいても、用いることができる。一般的に、従来の液体とカップリングされたＰＺＴシステム及びＥＭＡＴ壁損傷システムは共に、パイプが著しく腐食されている場合、測定値を得ることが困難である。特に、腐食パッチの傾斜側面は、衝突する超音波信号を散乱させ、それによって、戻り信号にぶれを生じさせるか、又は完全に反射信号の測定を妨げる。
本発明の技術は、パイプライン又はその他の構造物の、残存する壁の厚みを定量化することができるＥＭＡＴ（電磁超音波トランスデューサ）センサーに関する。本発明の技術は、例えば、従来の圧電（ＰＺＴ）システムに必要とされる、液体伝達媒質を欠いたガスパイプライン、又は空のパイプにおいても、用いることができる。一般的に、従来の液体とカップリングされたＰＺＴシステム及びＥＭＡＴ壁損傷システムは共に、パイプが著しく腐食されている場合、測定値を得ることが困難である。特に、腐食パッチの傾斜側面は、衝突する超音波信号を散乱させ、それによって、戻り信号にぶれを生じさせるか、又は完全に反射信号の測定を妨げる。
【0007】
動作中、ＥＭＡＴセンサーは、腐食パッチ間の間隔、腐食領域の長さ、及び腐食パッチの深さを正確に決定する可能性を最大化する必要がある。いくつかの実施形態において、腐食に代えて、又は腐食に加えて、対象における他の欠陥、例えば、対象におけるクラック又は結晶構造の欠陥を検出することができる。
【0008】
状況によっては、腐食パッチ内の壁の残存厚みを定める深い腐食ピットは、比較的小さい断面を有する可能性がある。特にＢ３１Ｇスタンダードを目的としない場合においても、パイプ又はその他の構造物の残存耐用年数を特定するために、壁の最小残存厚みを見いだすことは重要である。既存のＥＭＡＴ技術は、比較的小さいが深い腐食ピットを適切に検出しない。なぜならば、従来のＥＭＡＴの検知領域は、比較的大きいサイズであるためである。この問題に対処する本技術のいくつかの実施形態を以下に説明する。本技術は、パイプの外側からのハンドルヘルド若しくは自動センサー用途、又はパイプの内側からのインライン検査用途に適用することができる。
【0009】
一般的に、超音波の方向が、腐食ピットの底部に対し垂直である場合、より多くのエネルギーが腐食パッチから反射されるため、ＥＭＡＴの検知フットプリントがより小さいほど、腐食ピットの底部から測定値を取得することができる可能性が高くなる。例えば、比較的大きいフットプリントのセンサーを有するＥＭＡＴセンサーは、比較的大きいが浅い腐食パッチを検出することができるが、一方で比較的小さいが深い腐食パッチは検出できないことがある。典型的なＥＭＡＴセンサーフットプリントが、０．５－１インチのオーダーの長さ寸法を有するのとは対照的に、本技術のいくつかの実施形態では、センサーフットプリントの長さ寸法は、約１／４インチから３／８インチ、又は約１／８インチから１／４インチである。本技術のいくつかの実施形態は、直径約１／４インチから３／８インチ、又は直径約１／４インチから１／２インチの、円形又は略円形のＥＭＡＴセンサーフットプリントを有する。
【0010】
本発明の技術のいくつかの実施形態において、磁場強度が増加すると、小さい領域内での磁場強度がより強くなる結果となり、したがって、ＥＭＡＴセンサーの機能が改善される。一般的に、ＥＭＡＴの感度（例えば、ＥＭＡＴの腐食検出能力）は、磁束密度の二乗に比例して変化する。したがって、磁束が同じままであり、一方で磁場の面積が、例えば２倍小さい場合、ＥＭＡＴセンサーの感度は４倍に増加する。言い換えると、いくつかの実施形態において、本発明の技術は、必ずしもより強い信号に依存するものではないが、同じ強度を有し、より小さな検知フットプリントを覆う信号に依存する。少なくともいくつかの実施形態において、磁場密度の増大によって、軸方向及び周方向の範囲が狭い腐食パッチの底部からの戻りエコー（又は複数のエコー）を受け取る可能性が増大する。
【0011】
本技術のいくつかの実施形態は、試料（例えば、パイプ）の外側又は内側表面上における試料の欠陥（例えば、腐食ピットの深さ）の特性を把握することができる。腐食を有する薄い壁を備えるパイプ及びその他の構造物（例えば、平らな壁）のためのＥＭＡＴセンサーの設計について考慮すべき事項の一部は以下のとおりである。
１．センサーリングダウン／デッドタイム
２．ＯＤ（外径）表面超音波散乱
３．ＩＤ（内径）のカップリング
４．腐食トポロジーに対するセンサーサイズ
１．センサーリングダウン／デッドタイム
２．ＯＤ（外径）表面超音波散乱
３．ＩＤ（内径）のカップリング
４．腐食トポロジーに対するセンサーサイズ
【0012】
センサーリングダウン／デッドタイム
図２Ａは、従来技術に係る腐食を有しない壁を備えるパイプについてのＥＭＡＴ振幅スキャン（ＡＳＣＡＮ）応答である。図２Ａのグラフは、横軸に時間を、縦軸に信号振幅を示す。高強度の信号振幅（「メインバング」とも呼ばれる）によって特徴づけられる開始期間は、コイル１２０がパイプ（試料）に電磁信号を送信する期間に対応する。上述のように、電磁信号はパイプ材料の結晶マトリックスにおいて、超音波信号に変換され、超音波信号は結晶マトリックスにおける欠陥（例えば、腐食、クラック、層間剥離又は材料の端部）で反射し、そして反射波領域がコイル１２０によって検知される。コイル１２０は、時間ｔＤの持続期間（「デッドタイム」又は「リングダウン」時間）の間は、基本的に送信信号（「メインバング」）で飽和しているので、この時間の間、コイル１２０を、検知のために利用することができない。時間ｔＥにおいて、最初の反射信号（「エコー」）が、コイル１２０によって、受信され、検知される。その後、方向１６において前後に伝播する超音波は、時間間隔Δｔで、コイル１２０によって検知される。図示された実施形態において、ｔＤは、約１０μｓの長さであり、ｔＥは、約２２μｓの長さであり、Δｔは約１８μｓの長さである。他の実施形態においては、他の時間間隔を適用することができる。例えば、ｔＥ及び時間間隔Δｔは、パイプの厚みとともに増加する。一般的に、腐食を測定するとき、センサーは多重反射に依存するべきである。
図２Ａは、従来技術に係る腐食を有しない壁を備えるパイプについてのＥＭＡＴ振幅スキャン（ＡＳＣＡＮ）応答である。図２Ａのグラフは、横軸に時間を、縦軸に信号振幅を示す。高強度の信号振幅（「メインバング」とも呼ばれる）によって特徴づけられる開始期間は、コイル１２０がパイプ（試料）に電磁信号を送信する期間に対応する。上述のように、電磁信号はパイプ材料の結晶マトリックスにおいて、超音波信号に変換され、超音波信号は結晶マトリックスにおける欠陥（例えば、腐食、クラック、層間剥離又は材料の端部）で反射し、そして反射波領域がコイル１２０によって検知される。コイル１２０は、時間ｔＤの持続期間（「デッドタイム」又は「リングダウン」時間）の間は、基本的に送信信号（「メインバング」）で飽和しているので、この時間の間、コイル１２０を、検知のために利用することができない。時間ｔＥにおいて、最初の反射信号（「エコー」）が、コイル１２０によって、受信され、検知される。その後、方向１６において前後に伝播する超音波は、時間間隔Δｔで、コイル１２０によって検知される。図示された実施形態において、ｔＤは、約１０μｓの長さであり、ｔＥは、約２２μｓの長さであり、Δｔは約１８μｓの長さである。他の実施形態においては、他の時間間隔を適用することができる。例えば、ｔＥ及び時間間隔Δｔは、パイプの厚みとともに増加する。一般的に、腐食を測定するとき、センサーは多重反射に依存するべきである。
【0013】
さらに、比較的薄いパイプの壁、例えば、約０．２５～０．５インチの腐食を含まないパイプの壁では、デッドタイムの長さが、測定値に影響する場合がある。例えば、０．４インチ及び０．１インチの厚みの壁からの最初の反射は、それぞれ、約６．２μｓ及び１．５μｓであり、これは図示された事例では、約１０μｓの長さのデッドタイムｔＤによってマスクされ得る。
【0014】
ＯＤ表面超音波散乱
図２Ｂは、従来技術に係る腐食された壁を備えるパイプについてのＥＭＡＴ ＡＳＣＡＮ応答である。一般的に、ＥＭＡＴ ＡＳＣＡＮは、腐食されていない表面上で、又は腐食トポロジーの変化がセンサー寸法よりもはるかに大きい表面上で、多重反射を生成する。しかしながら、腐食パッチ６１が、センサー寸法より小さなトポロジーを含む場合、腐食パッチ６１からの反射は、より散乱される。結果として、以下に説明するように、ＥＭＡＴセンサーの腐食領域で測定を行う能力は低下する。
図２Ｂは、従来技術に係る腐食された壁を備えるパイプについてのＥＭＡＴ ＡＳＣＡＮ応答である。一般的に、ＥＭＡＴ ＡＳＣＡＮは、腐食されていない表面上で、又は腐食トポロジーの変化がセンサー寸法よりもはるかに大きい表面上で、多重反射を生成する。しかしながら、腐食パッチ６１が、センサー寸法より小さなトポロジーを含む場合、腐食パッチ６１からの反射は、より散乱される。結果として、以下に説明するように、ＥＭＡＴセンサーの腐食領域で測定を行う能力は低下する。
【0015】
いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴ１５は、腐食パッチ６１に対して超音波１６Ｔを送信し、反射超音波１６Ｒを受信する。しかしながら、凹凸のあるパッチ６１の表面は、反射超音波１６Ｒの散乱を引き起こす。その結果として、観測可能な超音波エコーの数は減少する。図２Ｂのグラフに図示されるように、いくつかの実施形態においては、一つの観測可能なエコーのみが生成される。図示された実施形態において、ＥＭＡＴセンサーのデッドタイムのため、約０．６インチよりも薄いパイプの壁では、最初のエコーを検出することができない場合がある。なぜならば、リングダウン時間（ｔＤ）は最初のエコーをマスクし、オペレーターは、測定を行うために追加のエコーが必要となるためである。腐食により著しく壁が損傷する結果となる状況では、ＥＭＡＴは、単に「読み取りなし」と報告する場合がある。結果として、いくつかの実施形態において、センサーはどんなエコーも受信せず、測定を行うことができない。
【0016】
ＩＤのカップリング
上述のように、ＥＭＡＴセンサーは、パイプ内の渦電流と、同じ場所に位置する静磁場との相互作用を介して、パイプの壁に超音波信号を生成する。この伝達方法は、フィールドにおけるＥＭＡＴの使用に関し利点を供する。なぜならば、超音波カップリング（例えば、カップリング流体又はゲルを経ること）が必要とされないからである。
上述のように、ＥＭＡＴセンサーは、パイプ内の渦電流と、同じ場所に位置する静磁場との相互作用を介して、パイプの壁に超音波信号を生成する。この伝達方法は、フィールドにおけるＥＭＡＴの使用に関し利点を供する。なぜならば、超音波カップリング（例えば、カップリング流体又はゲルを経ること）が必要とされないからである。
【0017】
ＥＭＡＴの送信／受信では、超音波信号は、静磁場強度の２乗に比例し、且つ送信コイル電流に対し線形的である。静磁場及び誘導ＲＦ電流は、センサーと表面との間の距離（「リフトオフ」距離とも呼ばれる）が増加するにつれて、より小さくなる。いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴセンサーのリフトオフ範囲は、約２ｍｍとすることができる。いくつかの実施形態において、パイプの内側表面（ＩＤ）の腐食又は侵食は、リフトオフを事実上増加させ、ＡＳＣＡＮ信号の損失（例えば、システムが「読み取りなし」と報告する）をもたらす結果となる。したがって、いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴツールの機械的設計は、リフトオフ及び／又はリフトオフ変動を最小化するように、確実にパイプの表面に対してセンサーを保持する。いくつかの実施形態において、レーザー表面マッピングのような、増強的測定方法により、ＩＤ表面をマッピングして、ＩＤ腐食の範囲を決定することができる。ＩＤカップリング問題を軽減するために、センサーは、より高い静磁場強度及びより高いＲＦ電流レベルで動作することができる。
【0018】
腐食トポロジーに対するセンサーサイズ
図２Ｃ及び２Ｄは、本開示の技術の実施形態に係る腐食トポロジーに対するセンサーサイズの部分概略図である。いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴセンサー１５のサイズを小さくして、腐食６１によって引き起こされる信号散乱を緩和することができる。例えば、図２Ｄは、腐食６１の傾斜表面における著しい変動に架かる、比較的大きいＥＭＡＴ１５を示す。多くの実際的な状況において、有用な反射超音波１６Ｒは、腐食ピークのみで、又は主に腐食ピークで、反射される。他方、腐食６１の傾斜領域は、ＥＭＡＴ１５の方向に戻る有用な測定方向から、離れる方向に超音波を反射する。
図２Ｃ及び２Ｄは、本開示の技術の実施形態に係る腐食トポロジーに対するセンサーサイズの部分概略図である。いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴセンサー１５のサイズを小さくして、腐食６１によって引き起こされる信号散乱を緩和することができる。例えば、図２Ｄは、腐食６１の傾斜表面における著しい変動に架かる、比較的大きいＥＭＡＴ１５を示す。多くの実際的な状況において、有用な反射超音波１６Ｒは、腐食ピークのみで、又は主に腐食ピークで、反射される。他方、腐食６１の傾斜領域は、ＥＭＡＴ１５の方向に戻る有用な測定方向から、離れる方向に超音波を反射する。
【0019】
そのような反射超音波の散乱は、特定の問題、ぶれを引き起こす信号の経路の長さの相違、モード変換、せん断波偏光回転、及び反射エネルギーの損失を引き起こし、これらは全て、反射信号レベルを低下させるか、及び／又は戻りエコーのぶれを引き起こす。しかしながら、同じエネルギーをより小さな領域に集中させることができる場合、腐食ピーク幅（腐食のもっとも深い部分）の割合は、ＥＭＡＴ検知領域のより大きな割合となり、したがって適切な測定ができる可能性が増加する。いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴ検知領域（すなわち、コイル１２０を通る高い磁束を有する領域）は、約１／４インチ～３／８インチ、又は約１／８インチ～１／４インチの長さ寸法のセンサーフットプリントを有することができる。本技術のいくつかの実施形態は、直径約１／４インチ～３／８インチ又は約１／４インチ～１／２インチの円形又は略円形であるＥＭＡＴセンサーフットプリントを有することができる。いくつかの実施形態において、センサーフットプリントは、１／４インチより小さい長さ寸法又は直径を有することができる。いくつかの実施形態において、上に列挙した領域サイズは、対象腐食ピークの領域に対応する。
【0020】
図３は、本開示の技術の実施形態に係る強磁性コアを有するＥＭＡＴの概略図である。具体的には、図３は、１０ｍｍの正方形の底面を有し、４０ｍｍの高さである強磁性コア１１０の周りにあり、放射状に面している４つの磁石１００に関するモデリング結果を含む。磁石１００は、厚み１０ｍｍ、幅２０ｍｍ、高さ４０ｍｍのＮ３５Ｎｄである。シミュレーションは、いくつかのシミュレーションでは、厚み４ｍｍ及び８ｍｍの鉄プレート上で、他のシミュレーションでは、アルミニウム上で、この構成により実行された。静的シミュレーションで、アルミニウムは空気と同じ透磁率を有する。ベクトル場は、磁石１１０によって引き起こされる磁場を表わす。
【0021】
図示されたＥＭＡＴ１５０は、ＲＦコイル１２０の上に高飽和強磁性コア１１０を含む。試験中のパイプ（図示せず）は、さらにＲＦコイル１２０の下となる。個々の磁石１００は、同じ極、例えば、そのＮ（Ｎｏｒｔｈ）極で強磁性コア１１０に面するように向けられる。いくつかの実施形態において、個々の磁石１００は、そのＳ（Ｓｏｕｔｈ）極で強磁性コア１１０に面することもできる。いくつかの実施形態において、磁石１００は、正方形又は円形の希土類磁石である。いくつかの実施形態において、磁石１００は、磁石１００が必要とされる高さに達するように、強磁性コア１１０の垂直長さに沿って、互いに上に積み重ねられる。
【0022】
従来の、単一磁石ＥＭＡＴによれば、最大磁場は、Ｂｒ又は残留磁化（例えば、ＮｄＮ５２材料の場合、約１．５テスラ）である。この値は、磁石１００の周囲の磁束経路における空隙のため、実際には得られない。空気中においては、単一磁石（従来技術の構成）では、磁石の表面磁場は、約０．６５Ｔであり、これは、磁石１００が鉄又は他の強磁性材料の上に配置された場合、約１Ｔに増加する。本技術のいくつかの実施形態において、磁石１００の対向する極間の比較的短い磁路は、磁場強度（磁束密度とも呼ばれる）を約２．３Ｔまで増加させる場合がある。矢印１１２は、強磁性材料１１０の中央における磁場の方向を示す。従来の単一磁石配置に依拠する従来のＥＭＡＴでは、磁場強度は、典型的には、約１Ｔである。ＥＭＡＴの感度は、磁場強度の２乗で変化するため、一定の検知領域では、磁場強度における２．３倍の増加は、信号レベルの検出（ＥＭＡＴの感度とも呼ばれる）における約５．３倍の増加を引き起こす。したがって、本発明の技術によって、同じ、又はより高いＥＭＡＴ感度を達成しながら検知領域を縮小させることができる。例えば、本発明の技術で、我々が１／４インチの正方形の検知領域で得ることができる信号レベルは、従来のＥＭＡＴセンサーが、１インチの正方形の検知領域で得ることができる信号レベルに匹敵し得る。結果として、センサー面積を考慮した場合、本発明の技術は、１６倍の見かけ上の改善をもたらし得る。さらに、コイル１２０の領域は、検知領域よりも著しく大きい可能性があるため、ＥＭＡＴのリフトオフ機能もまた、改善される。上記の図２Ｃ及び２Ｄを参照して説明したように、検知領域の縮小は、比較的小さな腐食パッチを検出する場合に追加的な利点を有する場合がある。
【0023】
異なる実施形態において、前記コイル１２０は、異なる形状、例えば、渦巻きコイル及びリニアコイルのような形状を有ししていてもよい。渦巻きコイルとリニアコイルは共に、強磁性コア１１０と試料の表面の間に収まる平らなコイルである。リニアコイルは、「Ｄ」又は二つの背中合わせの「Ｄ」の形状で実現することができ、時に「バタフライコイル」と呼ばれることもある。
【0024】
音波的には、渦巻きコイルは放射状に分極したせん断波を生成し、リニアコイルは、一方向に分極したせん断波を生成する。理論的には、放射状に分極したコイルは、ほとんどのエネルギーが材料にまっすぐ入らず、円錐状のエネルギーを生成する。その方向は、巻線の間隔に依存する。リニアコイルは、垂直方向に向いた波を生成する。本発明者らは、リニアコイルは、渦巻きコイルと比較して、より長い一連の多重エコーを生成する点で、より優れている可能性があることを見出した。他方、渦巻きコイルは、より早く減衰する、より強い最初のエコーを生成する場合がある。
【0025】
いくつかの実施形態において、マルチモーダルバルク／ガイド波を用いることができる。いくつかの実施形態において、バルク波トランスデューサは、試料を通り斜めの入射角で伝播する超音波を生成するよう構成される（すなわち、超音波は試料の表面に対して、非垂直方向に進む）。
【0026】
図３Ａは、図３に示されるＥＭＡＴの断面図である。いくつかの実施形態において、強磁性コア１１０は、磁石１００の下面より下に、距離ＺＰだけ突出する。いくつかの実施形態において、強磁性コア１１０は、磁石１００それぞれに対し、垂直方向（方向Ｚ）に移動可能であってもよく、したがって、ＺＰは変数となる。その結果、強磁性コア１１０からコイル１２０まで、さらに試料６までの距離もまた、変化する。試料及びＥＭＡＴ間の引力を低下させることが望まれる場合、例えば、ＥＭＡＴ１５０を、パイプ上のある位置から別の位置に移動する場合、強磁性コア１１０を磁石１００内にスライドすることによって（又は、さもなければ垂直に引っ込めることによって）、強磁性コア１１０と試料との間の距離を増加させることができる。
【0027】
リフトオフ（ＺＬＩＦＴＯＦＦ）は、コイル１２０と試料６の表面との間の距離である。上述のように、より小さなリフトオフは、典型的には、試料６における磁場及び渦電流を増加させ、ＥＭＡＴ１５０の感度を改善する結果をもたらす。さらに、磁石１１０によって生成された磁場は、拡張された強磁性コア１１０を通り、コイル１２０を通り、試料内に進み、それによって、空気中を通る磁場の進行によって引き起こされる損失を低減する。
【0028】
いくつかの実施形態において、強磁性コア１１０の端部は、丸みを帯びていても良い（半径Ｒ１及びＲ２によって示される）。例えば、強磁性コアの下端における半径Ｒ２は、コイルを削る可能性がある角を除去することによって、コイル１２０の摩耗及び千切れを低減させることができる。強磁性コア１１０の上端上の半径Ｒ１は、強磁性コアで生成された音波が、より早く消散することを促進し、パイプにおいて、これらの不要な音波が音波信号に干渉することを、より低減する。
【0029】
図３Ｂは、図３に示されるＥＭＡＴコイルの詳細図である。いくつかの実施形態において、コイル１２０の導電性トレース１２１は、クラッディング１２２に封入される。いくつかの実施形態において、クラッディング１２２は、消音材料又は吸音材料（例えば、充填剤入エポキシ）とすることができ、これによりコイル１２０において生成されるＥＭＡＴ信号が低減され、したがって測定の品質（例えば、ノイズに対する信号比又はＳ／Ｎ比）が改善される。
【0030】
いくつかの実施形態において、導電性トレース１２１の端部は、鋸歯状とすることができる。電磁場が、導電性トレース１２１を通って伝播するとき、鋸歯状部１２１５は、導電性トレースの内部で自然発生する反射の焦点をぼかし、及び／又は散乱させる。結果として、ＥＭＡＴのＳ／Ｎ比は、さらに改善する場合がある。いくつかの実施形態において、トレース１２１はｍｍスケールの直径を有することができ、一方で鋸歯状部１２１５は、トレースの直径よりも一桁以上小さい。
【0031】
図４は、本開示の技術の実施形態に係る、ＥＭＡＴのレイアウトの概略図である。図示された実施形態において、磁石１００は、多重強磁性コア１１０の下に、多重検知領域を生成するように配置される。例えば、磁石１００のＮ極Ｎは、強磁性コア１１０－１及び１１０－４を通る磁束を生成することができ、一方で磁石１００のＳ極Ｓは、磁気コア１１０－２及び１１０－３を通る磁束を生成することができる。結果として、ＥＭＡＴ１５０は、試料の多重領域を検知することができる多重強磁性コア／コイルのペアを含む。
【0032】
磁石のレイアウトに応じて、少なくともいくつかの磁石１００は、強磁性コア１１０を通る磁束の生成に関与する両方の極Ｎ、Ｓを有することができる。いくつかの実施形態において、磁石１００は、異なる長さ、例えば、Ｌ１及びＬ２を有することができる。いくつかの実施形態において、磁石の幅Ｗ１、Ｗ２は、異なるものとすることができる。例えば、いくつかの磁石は、それらが面する強磁性コア１１０－１の側面よりも大きい幅Ｗ２を有するものとすることができる。理論に縛られるものではないが、より大きな幅Ｗ２を有する磁石は、磁場の強度を増加させ得ると考えられる。
【0033】
図５Ａは、本開示の技術の実施形態に係るＥＭＡＴの断面図である。いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴ１５０は、追加の磁石、例えば磁石１００Ｔを含む。動作中、磁石１００ＴのＮ極は、強磁性コア１１０の上部に面する。少なくともいくつかの実施形態において、磁石１００Ｔから追加の磁束は、強磁性コア１１０における磁束密度を増加させる。結果として、磁束密度、したがって、ＥＭＡＴ１５０の感度（例えば、腐食検出のためのＥＭＡＴ１５０の能力）もまた、増加する。
【0034】
図５Ｂは、本開示の技術の実施形態に係るＥＭＡＴの断面図である。いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴ１５０は、楔形の磁石１００を含む。その結果として、強磁性コア１１０に面するように配置される磁石１００の数を増加させることができ、したがって強磁性コアを通る全磁束密度が増加し、同様に、ＥＭＡＴ１５０の感度（例えば、小さな－サイズの腐食を検出するＥＭＡＴ１５０の能力）が増加する。図示された実施形態において、８つの磁石１００は、八角形の強磁性コアに面するが、他の数の磁石及び対応する形状の強磁性コアもまた可能である。いくつかの実施形態において、円柱状強磁性コア１１０は、例えば、そのＮ極を内径に有し、そのＳ極を外径に有する、中空の円柱状の形状の磁石１００によって囲われるものとすることができる。
【0035】
図６Ａ及び６Ｂは、Ｓ／Ｎ比を改善し、受信信号のメインバングのリングダウンを低減させるためのコイル１１０の配置を示す。図６Ａは、本開示の技術の実施形態に係る、ＥＭＡＴコイルの導電性トレースの概略図である。図６Ｂは、本開示の技術の実施形態に係る、コイル信号のグラフである。
【0036】
図６Ａは、コイル１２０の送信機トレース１２０－ＴＸ及び受信機トレース１２０－ＲＸを示す。動作中、強磁性コア１１０－１は、送信機トレース１２０－ＴＸのＴＸ１の部分、及び受信機トレース１２０－ＲＸのＲＸ１の部分の上に垂直に配置することができ、一方で強磁性コア１１０－２は、ＴＸ２の部分及びＲＸ２の部分の上に配置される。強磁性コア１１０－１は、強い磁場にさらされ、一方で強磁性コア１１０－２は、弱い磁場にさらされるか、又は全く磁場にさらされない。簡単にするため、トレース１２０－ＴＸ及び１２０－ＲＸを互いに隣に示す。しかしながら、いくつかの実施形態において、トレース１２０－ＴＸ及び１２０－ＲＸは、互いに重なり合う（例えば、１２０－ＴＸ及び１２０－ＲＸトレースは互いの上となる）。
【0037】
いくつかの実施形態において、送信コイルＴＸ１、ＴＸ２は、２つの受信コイルＲＸ１、ＲＸ２と同様に、直列に接続することができる。受信コイルＲＸ１、ＲＸ２は、互いに逆相で接続されるため、同じ電流を受ける送信コイルＴＸ１、ＴＸ２は、２つの受信コイルＲＸ１、ＲＸ２それぞれにおいて、等しいが反対の電圧を誘導する。例えば、受信コイルＲＸ１の巻線は、受信コイルＲＸ２の巻線と反対の方法でレイアウトされる。以下により詳細に説明するように、結果として、受信コイルＲＸ１、ＲＸ２の直列組み合わせにかかる電圧は、そのリングダウン（デッドタイム）を抑制する。
【0038】
図６Ｂは、図６Ａに図示された配置で得られた、受信機（ＲＸ）信号の複数のグラフを示す。上のグラフは、ＲＸ１の部分によって受信される反射超音波信号を示し、中央のグラフは、ＲＸ２の部分によって受信される反射超音波信号を示し、下のグラフは、ＲＸ１の部分及びＲＸ２の部分によって受信される信号の合計を示す。理論に縛られるものではないが、デッドタイムｔＤの続続期間の間、受信機のＲＸ１の部分及びＲＸ２の部分はともに、比較的強い送信信号を検知すると考えられる。しかしながら、ＲＸ１の部分及びＲＸ２の部分は、反対の鏡像巻線であるため、受信信号の位相は、ずれる。したがって、下のグラフに示されるように、ｔＤ内の受信信号は、大部分が互いに相殺される。いくつかの実施形態において、特にｔＤが比較的長く、試料からの戻り（エコー）超音波に食い込みはじめる場合、そのようなｔＤ内の信号の相殺により、リングダウンが低減されることによって、測定値の正確さが改善される。
【0039】
ｔＤ中の強い信号が消失すると、強磁性コア１１０－１の下のＲＸ１の部分は、ｔＥで超音波エコーを記録する。比較的弱い磁場の下にある強磁性コア１１０－２のＲＸ２の部分は、超音波エコーを弱く記録するか、又は記録しない。結果として、ＲＸ１の部分及びＲＸ２の部分の信号の合計は、ＲＸ１の部分によって受信される超音波エコーに対応する。
【0040】
図７は、本開示の技術の実施形態に係る、ＥＭＡＴに関する回路トポロジーの概略図である。Ｃｔｕｎｅは、典型的には、Ｌコイルと共鳴するように設定される。送信時間の間、Ｒｓは、送信側のブロッキングダイオードの動的抵抗及びその他の損傷を合わせた送信機（ＴＸ）の実効ソースインピーダンスを表わす。一度電圧がブロッキングダイオードの電圧レベルを下回り、受信機スイッチがオンになると、Ｒｓは、受信機側の入力インピーダンスを表わす。回路は、リングダウンの低減を補助するために取り付けられた任意の並行抵抗機をもまた、含むことができる。
【0041】
分析が実行され、特定のリングダウン時間を達成するのに必要とされる構成要素の値をモデル化した。モデルは、Ｌコイルが固定され、Ｃｔｕｎｅが動作周波数で共振するように設定されると仮定している。図７に示される回路では、これは、３．０６ＭＨｚとすることができる。特定のＥＭＡＴコイルのＬコイル及びＲコイルは、鉄試料上のベクトルインピーダンスアナライザーを用いて動作周波数で測定された。
【0042】
分析を簡単にするため、実際の減衰正弦波とは対照的に、減衰エンベロープを仮定したリングダウンを推定する場合がある。ドライブがオフになるとき、Ｃｔｕｎｅが最大電圧になるという開始条件を仮定する場合もある。図示された回路の品質係数は、並列及び直列回路Ｑそれぞれに、Ｑｐ＝Ｒｓ／２πｆＬｃｏｉｌ及びＱｓ＝２πｆＬｃｏｉｌ／Ｒｃｏｉｌと定めることができる。Ｑｅは、Ｑｐ及びＱｓの並列の組み合わせである（すなわち、Ｑｓ＊Ｑｐ／（Ｑｓ＋Ｑｐ））。
【0043】
減衰エンベロープは、以下の式１で供される。
【0044】
【数1】
【0045】
例えば、共振周波数が、３ＭＨｚで、所望のＶ（１．５μｓ）が５０μＶで、パルサー電圧Ｖｉが５００ボルトである場合、Ｑｅの大きさを約０．９とする必要がある。Ｑｓは、ＥＭＡＴコイルによって定められ、このシナリオにおいては、約２．７である。したがって、１．５μｓのリングダウンのために必要とされるＱｐは、１．３５である。よって、Ｒｓの最大値は７６オームである。
【0046】
このサンプルシミュレーションは、図７に図示された回路トポロジーで、より早いリングダウン時間の決定に役立つ。例えば、並列同調コンデンサーを使用すると、送信機の出力インピーダンスがより低くなるため、コイルにおける電流利得は得られない。しかしながら、同調コンデンサーは、一部の送信機にとって有用である可能性のある誘導性リアクタンスを消失させる。並行コンデンサーは、一部のフリー受信機にＱｓに応じた電圧利得をももたらす。なお、Ｒｓが大きい場合、回路にかかり生成され受信機が受ける電圧は、コイルにおいて生成される受信信号よりＱｓ倍大きい。
【0047】
図８は、本開示の技術の実施形態に係る、ＥＭＡＴシステムのための補助電子機器の概略図である。図示された概略図はＨブリッジドライブとも呼ばれる。二点鎖線は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２及び３がＯＮの場合の電流経路を表わす。実線は、ＦＥＴ２及びＦＥＴ４がＯＮの場合、又はＦＥＴ１及びＦＥＴ３がＯＮの場合の、電流経路を表わす。破線は、ＦＥＴ１及びＦＥＴ４が閉じているときの電流経路を表わす。いくつかの実施形態において、例えば、バイポーラトランジスタなどの、他の種類の高速スイッチを用いることができる。
【0048】
いくつかの実施形態において、ＦＥＴ１－４ドライブの開閉により、コイル１２０を通り所望の方向に電流Ｉが駆動される。例えば、Ｈブリッジドライブの下部のＦＥＴ（ＦＥＴ２及び４）は、送信（ＴＸ）サイクルの終わりにＥＭＡＴセンサーからエネルギーを引き出すのを助けるために、受信ウインドウの間オンのままとすることができる。いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴの受信機は、ダイオードブロッキングアレイ及びＦＥＴベースのブロッキング／プロテクションの両方を利用することによって保護することができる。いくつかの実施形態において、デッドタイムｔＤ又はＥＭＡＴコイル１２０における電流をモニターしてもよい。このモニタリングに基づいて、Ｈブリッジドライブを動的に調整することにより、バーストの終わり（例えば、デッドタイムｔＤの終了時）に、ＥＭＡＴセンサーにおける残留電流又はエネルギーを最小化することができる。
【0049】
いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴは、ＴＸに対し、１０００Ｖの駆動信号を用いることができ、駆動をオフにしてマイクロ秒以内に、ＲＸによって、１０－１００μＶの信号が検出され、測定される必要がある。
【0050】
図９及び１０は、本開示の技術の実施形態に係るＥＭＡＴシステムのためのパルス図を示す。図９は、２つのグラフを含む。上のグラフは、コイル１２０での、従来の電圧パルス列２２０－１を示す。従来の電圧パルス列は、パルス列内に同形のパルス幅Ｗを有する方形波である。下のグラフは、本技術のいくつかの実施形態における、コイル１２０に印加される電圧パルス列２２０－２を示す。例えば、電圧パルス列２２０－２は、後続の電圧パルスよりも短い（より短い持続期間を有する）開始パルスＷＢで始まる場合がある。いくつかの実施形態において、電圧パルス列２２０－２は、同様に、先行する電圧パルスよりも短い終了パルスＷＥで終わる。いくつかの実施形態において、開始パルスＷＢ及び／又は終了パルスＷＥは、列の中央のパルス幅の約半分の幅を有する。いくつかの実施形態において、開始パルスＷＢ及び終了パルスＷＥは、同じ幅を有する。開始パルスＷＢ及び終了パルスＷＥの幅は、ハードウェア又はソフトウェアを介して調整可能とすることができる。いくつかの実施形態において、開始パルスＷＢ及び終了パルスＷＥの幅は、測定の間、動的に調整可能とすることができる。以下、図１０に関し、異なる幅を有する開始及び／又は終了パルスのいくつかの利点を説明する。
【0051】
図１０は、本開示の技術の実施形態に係る、電圧及び電流パルス列を示す。電圧パルス列Ｖは、図９に図示された列２２０－２にほぼ対応する。理論に縛られるものではないが、一般的に、電流パルス列Ｉは、伝達関数として、コイル１２０のインダクタンス及び抵抗に依存し、入力変数として電圧パルスＶに依存する。いくつかの実施形態において、終了パルスＷＥの幅を含む電圧パルスの幅は、コイル１２０における電流が、パルス列の終了時にゼロ又はゼロに近づくよう選択することができる。いくつかの実施形態において、ＥＭＡＴコイルにおける電流がＴＸ電圧パルスシークエンス（列）の終了時にゼロに近い場合、リングダウン又はデッドタイムｔＤが短縮される。
【0052】
図１１及び１２は、本開示の技術の実施形態に係る、鉄及びアルミニウムプレートに関するＥＭＡＴシステムについてのシミュレーション結果を、それぞれ示す。両方のグラフで、横軸はコア中心からの距離をｍｍで表わし、縦軸は磁場強度をテスラで表わす。シミュレーション結果では、横軸上のゼロで、強磁性コアの中心から始まることを示す。シミュレートされたフィールドの対称性のため、フィールドの半分のみが、表示を要する。
【0053】
図１１に示されるシミュレーション結果は、４ｍｍ及び８ｍｍの鉄プレートに対応する。図１２に示されるシミュレーション結果は、アルミニウムプレートに対応する。各図において、磁場Ｂｚは、試料の表面に対し垂直であり、磁場Ｂｙは、試料の表面に対し平行である。
【0054】
図示されたシミュレーションは、試料の表面から１ｍｍのリフトオフに対応し、結果は、テストプレートに０．１ｍｍでシミュレートされた（鉄プレートに関する）。鉄上の静電界における著しい増加に加えて、コアの端部付近のＢｚ対Ｂｙの比は約６：１である。より低速で進むＢｚによって生成される所望のせん断波と対照的に、構成要素Ｂｙは縦波を生成するため、原則として、より比が大きくなるにつれて、よりモード純度が高くなる。一般的に、モード純度が高いほど、より正確で解釈しやすい結果が生成される。Ｂｚ：Ｂｙに対して、２：１の比が、一般的にＥＭＴについて望まれる比であり、強磁性コア１１０の中心からの距離が約４．５ｍｍまでの図示されたシミュレーションでは、これを上回っている。さらに、シミュレートされたＢｚは、強磁性コア１１０の中心からの距離が約４ｍｍの間、ほとんど一定であり、強磁性コアにわたって比較的均一な磁場強度Ｂｚを、示す。
【0055】
図１２は、空気と同じ透磁率を有するアルミニウムについてシミュレートされた結果に対応する。シミュレートされたＢｚの約０．８Ｔは、図１１において約２．３Ｔと示される、鉄上でシミュレートされたＢｚより、かなり小さい。言い換えると、単に空気で試料から磁石を隔てるのに代えて、１０×１０×４０ｍｍの強磁性鉄コアを用いることにより、Ｂｚは約３倍に増加する。上述のように、磁場が３倍増加することにより、同じ伝達インピーダンス（又は機器の感度）を維持しながら、３２、すなわち９倍のセンサー領域の低減が許容される結果となる。
【0056】
図１３は、本開示の技術の実施形態に係る、信号強度対リフトオフのグラフである。このシミュレーションでは、同じコイル１２０を有する２つのＥＭＡＴセンサーが、１インチの厚みの鉄プレートの対向する面に配置される。一方のＥＭＡＴセンサーは、送信（ＴＸ）のために用いられ、他方は、受信（ＲＸ）機能のために用いられる。送信機のリフトオフを調整するために０．５ｍｍピッチのシムが用いられる。実験は、受信機の下にシムを用いて、送信機をゼロリフトオフのままとして繰り返された。いくつかの実施形態において、受信コイルは送信コイルと比較してリフトオフに対する感度が低い。１ｍｍのコイルリフトオフの受信機では、受信機は、１ｍｍのコイルリフトオフを有する送信機よりもほぼ４０％強度が強い。したがって、同じＥＭＡＴに対して別々の送信及び受信コイルを用いる場合、位置感度がより低い受信コイルを試料表面からより遠くにし、送信コイルを表面のより近くに配置することができる。少なくともいくつかの実施形態において、そのような受信機コイル及び送信機コイルの配置は、相互インダクタンスを低減させる可能性があり、これは、一般的に受信機に結合される送信エネルギーを低下させる。
【0057】
図１４は、本開示の技術の実施形態に係るＥＭＡＴシステムについての出力電圧対時間のシミュレーション結果を示す。シミュレートされたＥＭＡＴシステムは、Ｈブリッジドライブ、変圧器結合、ブロッキングダイオードアレイ、ＥＭＡＴコイル、共振コンデンサー及び高電圧信号から受信機を分離するためのＭＯＳＦＥＴベースのスイッチを含んだ。システムは、ＬＴＳｐｉｃｅでモデル化された。受信信号がいつ受信機スイッチを通るかをシミュレートするため、０．１Ｖｐ－ｐの電源がＥＭＡＴセンサーコイルと直列に配置された。設計における様々な値が調整され、受信機のＬＴＳｐｉｃｅの出力は、図８に示されるように、切り替わる。３つのトレースは、センサーリフトオフが変化する場合に発生し得る、インダクタンスにおける変動をシミュレートする。実線トレースは、ＥＭＡＴコイルのひとつから測定される公称インダクタンス３μＨである。二点鎖線トレースは、２μＨのインダクタンスに関し、破線トレースは、４μＨのインダクタンスに関する。シミュレーション結果は、３つのインダクタンス（２μＨ、３μＨ、及び４μＨ）間で、リングダウン時間に著しいばらつきがあることを示す。シミュレーションは、３ＭＨｚ、すなわち０．６７μｓ周期の、２サイクルの送信パルスを用いる。受信信号は、最適なインダクタンスのために約１．７μｓで通過を開始する。
【0058】
図１５は、本開示の技術の実施形態に係るＥＭＡＴシステムについての、電流対時間のシミュレーション結果を示す。３つの異なるインダクタンスに関する、ＥＭＡＴコイルを通る送信電流を図１５に示す。最小リングダウン（デッドタイムｔＤ）では、ＥＭＡＴコイルにおける電流は、送信パルスシークエンスの終わりに、最小に近い（図１５の丸で囲った領域）。受信信号の正及び負のピークは、ＥＭＡＴコイルに残る負又は正の電流に対応する。いくつかの実施形態において、送信パルス幅は、送信パルスシークエンスの終わりにＥＭＡＴコイルにおける電流を最小化するように、最適化することができる（図９及び１０に示されるように）。システム実行の観点から、これは、インダクタンスが、バイプの壁からのセンサーのリフトオフとともに変化するという事実により複雑になる可能性がある。システムは、機械的にリフトオフ変動を最小化するべきであるが、システムにはいくらかの変動があり得る。したがって、リングダウンの最適化のため、動作中に動的に、送信パルス調整を行うことができる。３μＨに対するシミュレーション結果は、受信信号の終わりに、比較的低い電流を示しており、これは望ましい事例である。したがって、このシミュレーションに基づいて、ＥＭＡＴ設計者は、３μＨのインダクタンスを有するコイル１２０を選択することができる。
【0059】
上述の技術の多くの実施形態は、プログラム可能なコンピュータ又はコントローラによって実行されるルーチンを含む、コンピュータ又はコントローラで、実行可能な命令の形を取ることができる。関連技術の当業者は、この技術が上記に示され説明されたもの以外のコンピュータ／コントローラシステム上で実施できることを理解するであろう。この技術は、上記のコンピュータで実行可能な命令の１つ又は複数を実行するように特別にプログラム、構成、又は構築された、特別の目的を有するコンピュータ、コントローラ、又はデータプロセッサーで実現される。したがって、本明細書で一般的に使用される「コンピュータ」及び「コントローラ」という用語は、任意のデータプロセッサーを指し、インターネット機器及びハンドヘルドデバイスを含むことができる（パームトップコンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、携帯電話（ｃｅｌｌｕｌａｒ）又は携帯電話（ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅｓ）、マルチプロセッサーシステム、プロセッサベース又はプログラム可能な家電、ネットワークコンピュータ、ミニコンピュータなどを含む）。
【0060】
上記から、本技術の特定の実施形態が例示の目的で本明細書に記載されたが、本開示から逸脱することなく様々な修正がなされ得ることが理解されるであろう。さらに、特定の実施形態に関連する様々な利点及び特徴をそれらの実施形態の文脈で上述したが、他の実施形態もそのような利点及び／又は特徴を示し、また、必ずしもすべての実施形態が、そのような利点及び／又は特徴を示し、技術の範囲内にあるよう示す必要はない。したがって、本開示は、本明細書に明示的に示されていない又は説明されていない他の実施形態を包含することができる。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
