CH386560A - Appareil pour la vérification d'un échantillon de matière conductrice par des courants de Foucault - Google Patents

Description

  
 



   Appareil pour la vérification d'un échantillon de matière conductrice par des courants de Foucault
 La présente invention a pour objet un appareil pour la vérification d'un échantillon de matière conductrice par des courants de Foucault, comprenant au moins un ensemble de bobines coaxiales comportant deux bobines extérieures connectées électriquement ensemble et une bobine intérieure disposée entre elles.



   L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce que les bobines extérieures sont connectées en série et en phase, en ce que les dimensions radiales de chaque bobine sont grandes comparativement à sa longueur axiale et à la distance axiale entre les centres des bobines extérieures, et en ce que des couches conductrices sont disposées entre la bobine intérieure et chaque bobine extérieure pour constituer un blindage magnétique et concentrer le couplage magnétique sur une courte longueur de l'échantillon.



   Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.



   La fig. 1 est une coupe longitudinale de deux ensembles de bobines.



   La fig. 2 est une vue d'une des bobines à spire unique.



   La fig. 3 est un schéma simplifié d'un appareil.



   Les fig. 4 et 5 sont des diagrammes indiquant le type de champ magnétique produit par une bobine et la manière suivant laquelle ses composantes varient avec le déplacement le long de l'axe.



   La forme d'exécution particulière représentée est destinée à l'essai par courants de Foucault à vitesse élevée de tubes et de tiges et en particulier d'un tube présentant un diamètre extérieur de l'ordre de 3 mm (1/8"). Comme représenté à la fig. 1, l'appareil comprend deux ensembles de bobines comprenant chacun une bobine primaire 10 disposée entre une paire de bobines secondaires 12 et 14 conjointement avec quatre disques annulaires de blindage en une matière magnétique de perméabilité élevée dont deux numérotés 16 sont montés entre l'enroulement primaire et les enroulements secondaires adjacents et les deux autres 18 sont montés sur les côtés opposés des enroulements secondaires.



   Comme représenté à la fig. 2, chaque bobine primaire et chaque bobine secondaire consiste en une spire unique d'une matière conductrice telle que du cuivre constituée par un disque annulaire présentant une fente radiale 20 et des pattes inclinées 21 pour la connexion extérieure. Chaque disque magnétique peut également présenter une fente radiale pour diminuer l'amplitude des courants de Foucault induits dans celui-ci. Les diamètres intérieurs des bobines et des disques de blindage sont tous égaux de manière à laisser le jeu requis minimum entre eux et l'échantillon. Chaque bobine et chaque anneau de blindage peut avoir une épaisseur de   0,051mu.   



   Chaque ensemble de bobinage en   sandwich  est assemblé pour former une unité pleine ou bloc en intercalant, entre les blindages et les bobines, de l'isolation sous forme de disques minces en papier imprégnés d'une substance isolante et adhésive telle qu'une résine époxy (par exemple, celle connue sous le nom de   Araldite  ), et les deux ensembles de bobinages sont montés entre trois organes d'espacement tubulaires isolants 24 et 25.



   Dans le schéma de lafig. 3, les deux enroulements primaires 10 des deux ensembles de bobinages sont connectés en série l'un avec l'autre et avec une résistance 30 à une source de courant alternatif tel qu'un amplificateur basse fréquence 28 de 15 watts alimenté à partir d'un oscillateur 29 de 10 kilocycles  par seconde. Un courant primaire d'un ampère peut convenir. Les deux enroulements secondaires de chaque ensemble sont connectés ensemble en phase et les deux paires d'enroulements secondaires sont connectées en opposition aux bornes de l'enroulement primaire d'un transformateur d'entrée 31.

   L'enroulement secondaire de ce transformateur est connecté à un amplificateur 32 de sélection de fréquence dont la sortie alimente une unité de compensation 33 dans laquelle la tension de sortie est équilibrée par rapport à une tension de polarisation constante obtenue à partir de l'amplificateur 28. De là, tout signal d'erreur dû à un manque d'équilibrage ou d'accord précis entre les deux ensembles de bobinages ou à d'autres facteurs extérieurs, peut tre équilibré de sorte qu'un échantillon uniforme donne une tension de sortie nulle à partir de l'unité de compensation 33 et un signal n'est obtenu que lorsqu'une discontinuité traverse les ensembles de bobinages.



  La tension de sortie de l'unité de compensation est amenée à un amplificateur 34 et à un détecteur 35 sensible à la phase, dans lequel la phase du signal est comparée à celle de la tension d'entrée provenant de l'amplificateur 28. La tension continue provenant du détecteur sensible à la phase alimente un amplificateur à courant continu et un enregistreur 36.



   Les bobines secondaires d'un ensemble de bobinages sont placées près de leur bobine primaire et sont blindées de manière à limiter leur effet à une courte longueur du spécimen ou échantillon, mais les deux ensembles de bobinages sont séparés d'une distance suffisante pour s'assurer que l'action réciproque magnétique entre eux soit négligeable et qu'une discontinuité affectant   l'un    n'affectera pas l'autre.



   Divers types d'ensembles de bobines ont été utilisés jusqu'à présent pour l'essai d'échantillons allongés par courants de Foucault. Dans quelques cas, la disposition est telle qu'elle induit des courants de
Foucault sur une longueur relativement grande du tube, ce qui rend difficile d'obtenir des indications notables à partir de petits défauts, puisque le défaut ne représente qu'une très petite proportion de la longueur de l'échantillon dans lequel des courants de
Foucault sont produits et détectés.



   Pour surmonter cette difficulté, il a été proposé de localiser les courants de Foucault par un blindage magnétique, par exemple par un écran de forme toroidale avec un espace d'air annulaire entourant l'échantillon. Cependant, la fuite du flux à partir de l'espace d'air dans la pièce d'essai peut devenir négligeable et les amplitudes des courants induits deviennent trop petites pour permettre la détection de défauts. Egalement lorsque le champ magnétique est localisé sur une courte longueur de l'échantillon, la proportion de composantes radiales par rapport aux composantes axiales augmente. La fig. 4 montre le type général de champ produit par un enroulement primaire.

   Comme indiqué à la fig. 5, le champ axial
Hz est symétrique par rapport au plan de la bobine de sorte que les courants engendrés par ce champ dans l'échantillon dans les plans des deux bobines secondaires placées symétriquement sur les côtés opposés de celui-ci seront en phase. D'autre part, le champ radial Hr change de signe en passant à travers le plan de l'enroulement primaire, de sorte que des courants engendrés par celui-ci seront de phases opposées dans les plans secondaires. En outre, tandis que des courants de Foucault dus à la composante axiale sont indépendants de la vitesse à laquelle l'échantillon est déplacé à travers la bobine primaire, des courants de Foucault induits par la composante radiale (désignés souvent comme courants induits dynamiquement) ont une amplitude proportionnelle à la vitesse relative entre la pièce d'essai et la bobine.



   En utilisant un bobinage symétrique avec les deux enroulements secondaires connectés en phase, la tension totale induite dans les deux enroulements secondaires n'est affectée que par des variations de la composante axiale du champ et non par des variations de sa composante radiale.



   Les deux ensembles de bobinages doivent tre suffisamment espacés   l'un    de l'autre. En premier lieu, si les deux ensembles sont près   l'un    de l'autre, une condition asymétrique apparaît dans chaque ensemble du fait de la proximité de l'autre ensemble et un signal déséquilibré est engendré, proportionnel à la vitesse de déplacement de la pièce d'essai. Ceci est parfois un inconvénient en pratique car une vitesse constante ne peut pas toujours tre maintenue.



  En outre, avec deux ensembles de bobinages espacés d'une distance suffisante pour s'assurer qu'une discontinuité particulière dans l'échantillon affecte   l'un    d'eux et pas l'autre, toutes les perturbations seront pratiquement équilibrées à l'exception de celles dues à une telle discontinuité.



   L'appareil décrit comprend deux ensembles de bobines compacts qui induisent des courants de Foucault dans un volume très réduit de la pièce d'essai et permettent la détection de défauts extrmement petits. Etant donné qu'aucune carcasse ou support de bobine n'est nécessaire, le jeu entre les périphéries intérieures des bobines primaire et secondaires et des blindages, d'une part, et l'échantillon d'autre part, peut tre réduit à un chiffre très petit (0,3 mm   (0,012")    dans la forme d'exécution décrite) de sorte qu'un couplage magnétique de rendement élevé est réalisé. Ceci peut tre obtenu mme avec des échantillons de section transversale non circulaire, par exemple elliptique ou mme de sections irrégulières. Ce couplage serré et la forme des bobines permettent d'utiliser suffisamment de courant pour induire un flux satisfaisant dans l'échantillon.



   Il est possible d'exciter les bobines primaires avec un courant comprenant des composantes de différentes fréquences comportant des fréquences relativement basses pour pénétrer profondément dans l'échantillon et des fréquences plus élevées pour déceler des discontinuités superficielles. Le courant peut tre dérivé d'une source donnant une propor  tion élevée d'harmoniques mais de préférence il a une forme d'onde carrée. Ceci peut, par exemple, tre produit par un interrupteur mécanique ou électronique à trembleur relié directement dans le circuit des enroulements primaires, ou dans le circuit d'entrée d'un amplificateur ayant sa sortie reliée aux enroulements primaires.

   La vitesse rapide de variation du courant dans une forme d'onde carrée améliore le rapport entre la tension de sortie désirée en réponse à un défaut et des tensions de sortie indésirables dues par exemple, au déplacement de l'échantillon.



   Diverses formes de bobines peuvent tre utilisées, telles que des bobines spirales ayant de préférence des spires d'une dimension radiale sensiblement plus grande que leur dimension axiale. De telles bobines peuvent tre formées par des techniques de circuit imprimé ou par placage ou encore par dépôt de métal sur un support isolant qui peut, par exemple, comprendre une mince couche isolante appliquée sur un disque magnétique adjacent formant écran. Chaque bobine peut comprendre une paire de telles spirales reliées ensemble à leurs rayons intérieurs et connectées respectivement à l'entrée ou à la sortie à leurs rayons extérieurs.



   Lorsque la bobine consiste en une seule spire, elle   esit    de préférence usinée de façon précise à des dimensions prédéterminées. L'importance des caractéristiques d'uniformité et de stabilité ainsi que l'équilibrage des bobines est très grande puisque les signaux produits par un défaut ont souvent approximativement la mme amplitude que le signal qui serait produit si l'impédance de l'une des bobines variait d'un dix millième par rapport à l'impédance des autres bobines.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION Appareil pour la vérification d'un échantillon de matière conductrice par des courants de Foucault, comprenant au moins un ensemble de bobines coaxiales comportant deux bobines extérieures connectées électriquement ensemble et une bobine intérieure disposée entre elles, caractérisé en ce que les bobines extérieures sont connectées en série et en phase, en ce que les dimensions radiales de chaque bobine sont grandes comparativement à sa longueur axiale et à la distance axiale entre les centres des bobines extérieures, et en ce que des couches conductrices sont disposées entre la bobine intérieure et chaque bobine extérieure pour constituer un blindage magnétique et concentrer le couplage magnétique sur une courte longueur de l'échantillon.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que chaque bobine est constituée par une spire unique dont la largeur est égale à plusieurs fois l'épaisseur axiale.

   2. Appareil selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que chaque bobine est constituée par un disque annulaire présentant une fente radiale et ayant une épaisseur égale à environ 0,13 mm.

   3. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que ledit blindage est également disposé sur les côtés extérieurs des deux bobines extérieures.

   4. Appareil selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce que le blindage comprend des disques annulaires de matière magnétique montés coaxialement aux bobines.

   5. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que le blindage comprend quatre disques annulaires de perméabilité élevée ayant chacun une épaisseur égale à environ 0,13 mm.

   6. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que les faces des bobines situées en regard de l'échantillon s'étendent sensiblement à fleur les unes des autres.

   7. Appareil selon la sous-revendication 6, dont les bobines sont destinées à entourer un échantillon allongé, caractérisé en ce que les surfaces intérieures de toutes les bobines sont toutes à fleur les unes avec les autres.

   8. Appareil selon la sous-revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble de bobines est rigide et n'a pas de carcasse.

   9. Appareil selon la sous-revendication 6, dont les bobines sont destinées à passer le long de l'intérieur d'un échantillon tubulaire, caractérisé en ce que les surfaces extérieures des bobines sont à fleur les unes avec les autres.

   10. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comprend deux ensembles de bobines consistant chacun en une bobine intérieure et une paire de bobines extérieures, les deux ensembles étant montés de manière à tre espacés le long de la direction du mouvement relatif de l'échantillon.

   11. Appareil selon la sous-revendication 10, oaractérisé en ce que les courants de sortie des deux ensembles de bobines sont équilibrés pour donner une résultante nulle aussi longtemps que l'échantillon est homogène mais pour donner un signal résultant lorsqu'une discontinuité passe par l'un ou l'autre des ensembles.

   12. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que lesdites bobines intérieure et extérieures constituent la première une bobine primaire, et les deux autres des bobines secondaires, et en ce qu'il comprend une source d'alimentation en tension d'entrée pour la bobine primaire et des moyens pour ajouter au signal provenant des bobines secondaires une tension de polarisation d'équilibrage à partir de ladite source d'alimentation pour compenser tout défaut de symétrie et produire un signal nul à partir d'un échantillon homogène.