CN105518449A - 用于确定机械的表面应力和/或组织状态的传感器装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测铁磁性的工件的表面应力和/或组织状态的传感器装置，其中设有至少一个第一基础线圈系统，所述第一基础线圈系统具有第一方向和第一方向敏感性；设有至少一个第二基础线圈系统，所述第二基础线圈系统具有第二方向和第二方向敏感性；设有至少一个第三基础线圈系统，所述第三基础线圈系统具有第三方向和第三方向敏感性，并且其中至少第一基础线圈系统和第二基础线圈系统构成第一角差，而第二基础线圈系统和第三基础线圈系统构成第二角差，并且其中第一基础线圈系统设置在第二方向敏感性和第三方向敏感性之外，所述第二基础线圈系统设置在第一方向敏感性和第三方向敏感性之外，并且第三基础线圈系统设置在所述第一方向敏感性和所述第二方向敏感性之外，使得能够至少部分地确定工件的机械的表面应力。此外，本发明涉及一种用于确定机械的表面应力的方法。

Description

用于确定机械的表面应力和/或组织状态的传感器装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测铁磁性的工件的表面应力和/或组织状态的传感器装置和一种用于确定机械的表面应力和/或组织状态的方法。
背景技术
确定表面应力状态和组织状态是在监控机械工件的应变时的重要的任务。对此存在不同的测量方法。最常应用的方法中的一种借助于应变仪来工作，所述应变仪为了该目的必须借助于耗费的方法施加在表面上的测量点处。在工件运动时附加地需要用于主动地馈给和传输测量值的遥测设施。此外也已知无接触地进行工作的光学方法。然而两者都是非常耗费的。
发明内容
因此本发明的第一目的是提出一种传感器装置，所述传感器装置解决在上文中所提到的问题。另一目的是提出一种用于确定铁磁性的工件的机械的表面应力和组织状态的方法。
根据本发明，第一目的借助于提出一种用于检测铁磁性的工件的表面应力和/或组织状态的传感器装置来实现，其中：
-设有至少一个第一基础线圈系统，所述第一基础线圈系统具有第一方向和第一方向敏感性，
-设有至少一个第二基础线圈系统，所述第二基础线圈系统具有第二方向和第二方向敏感性，
-设有至少一个第三基础线圈系统，所述第三基础线圈系统具有第三方向和第三方向敏感性，
-并且其中至少第一基础线圈系统和第二基础线圈系统构成第一角差并且第二基础线圈系统和第三基础线圈系统构成第二角差，
-并且其中第一基础线圈系统设置在第二方向敏感性和第三方向敏感性之外，第二基础线圈系统设置在第一方向敏感性和第三方向敏感性之外并且第三基础线圈系统设置在第一方向敏感性和第二方向敏感性之外，使得可至少部分地确定工件的机械的表面应力。
本发明基于专门设计和设置的由多个基础线圈系统构成的传感器装置的应用。下游的计算算法确定起作用的机械的表面应力的量值和方向。为了与方向相关地确定磁导率从而确定机械的应力状态，也需要工件表面的尽可能方向灵敏的磁通势。机械的应力的检测在此以无接触的方式进行，即传感器装置不直接与表面接触。只要关于传感器装置提供特定的粗糙度或平坦度，那么也不必将任何辅助机构施加到表面上并且不必进行对工件表面的处理。传感器装置能够在测量点中求得主应力状态。随后能够从主应力状态中计算拉应力或压应力的矢量分量和沿着任意的取向方向的剪切应力。传感器装置也能够有利地应用于运动的工件、即例如旋转的轴。本发明允许无接触的和自由应用的测量原理，通过所述测量原理能够在短时间内测量工件上的极其多的测量点，或者甚至能够进行表面绘图。显然，传感器装置也还能够包括其它基础线圈系统。通过使用多于三个的这种基础线圈系统能够产生附加的冗余，或者例如也执行可信度检验。
优选地，基础线圈系统包括至少一个励磁线圈和接收线圈。这是基础线圈系统的一个非常简单的实施方案。
在优选的设计方案中，励磁线圈还有接收线圈具有线圈芯，所述线圈芯具有线圈芯直径。方向敏感性此时通过这两个线圈芯的距离的比例和/或通过这两个线圈芯直径的比例给出。
从线圈芯的直径和距离的比例中得出所述装置的方向灵敏性。小的芯直径和大的芯距离得出极其方向灵敏的传感器装置。当然，在芯距离大的情况下观察到，在影响区域中能够产生不均匀的应力分布，所述应力分布随后通过线圈系统进行准积分、即以面积的形式取中间值。因此在确定线圈系统的尺寸时有利的是，在方向敏感性和空间分辨率之间进行折衷。
在优选的设计方案中，第一基础线圈系统和/或第二基础线圈系统和/或第三基础线圈系统包括励磁线圈和接收线圈，所述励磁线圈和接收线圈设置到U形铁氧体芯上。优选地，第一基础线圈系统和/或第二基础线圈系统和/或第三基础线圈系统包括励磁线圈和第一接收线圈以及第二接收线圈，所述励磁线圈和第一接收线圈以及第二接收线圈设置在U形铁氧体芯和/或EI形铁氧体芯上，其中励磁线圈设置在、尤其居中地设置在第一接收线圈和第二接收线圈之间。显然，其它设置方案也能够是可行的。
优选地，三个基础线圈系统的至少两个励磁线圈具有串联电路。除了平衡接收器线圈系统以外，在此还尤其要注意相同的励磁。通过励磁线圈的例如电串联电路，此时在第一基础线圈系统的和第二基础线圈系统的以及第三基础线圈系统的电布线中实现尽可能相同的灵敏性。其它的用于实现不同的基础线圈系统的尽可能相同的灵敏性的电的或者电子的措施也是可行的。
除了设置具有不同的铁氧体芯的独立的基础线圈系统以外，这些基础线圈系统还能够在铁氧体芯上、例如在复合线圈上组合。当然，为此需要将装置几何结构转换到铁氧体芯(或者通常线圈芯)的构造中。这意味着：之前在三个基础线圈系统中所实现的功能性、即表面区域的沿着至少三个不同方向的磁通势，此时借助于仅一个线圈载体或铁氧体芯实现。
优选地，至少三个基础线圈系统通过复合线圈系统提供，所述复合线圈系统包括：复合励磁线圈和第一复合接收线圈作为第一基础线圈系统；复合励磁线圈和第二复合接收线圈作为第二基础线圈系统；和复合励磁线圈和第三复合接收线圈以及另一第四复合接收线圈作为第三基础线圈系统，并且其中复合励磁线圈和四个复合接收线圈设置在共同的铁氧体芯上。优选地，此外四个接收线圈具有距复合励磁线圈的相同的距离，其中相邻的接收线圈彼此间分别以相同的距离设置。这除了对称的设置方式以外还具有简单的方程组的优点，所述方程组对于计算表面应力是有利的。此外，以这种方式补偿制造传感器装置中的不对称性。
优选地，至少三个基础线圈系统通过复合线圈系统提供，所述复合线圈系统包括：复合励磁线圈和第一复合接收线圈作为第一基础线圈系统；复合励磁线圈和第二复合接收线圈作为第二基础线圈系统；和复合励磁线圈和第三复合接收线圈作为第三基础线圈系统，并且其中三个复合接收线圈以及复合励磁线圈设置在共同的铁氧体芯上。在优选的设计方案中，三个复合接收线圈具有距复合励磁线圈相同的距离，其中相邻的接收线圈彼此间分别以相同的距离设置。在优选的设计方案中，至少三个基础线圈系统通过复合线圈系统提供，所述复合线圈系统包括：复合励磁线圈和第一复合接收线圈作为第一基础线圈系统；复合励磁线圈和第二复合接收线圈作为第二基础线圈系统；和复合励磁线圈以及第三复合接收线圈、第四复合接收线圈、第五复合接收线圈和第六复合接收线圈作为第三基础线圈系统，并且其中六个复合接收线圈以及复合励磁线圈设置在共同的铁氧体芯上。优选地，六个接收线圈具有距复合励磁线圈的相同的距离，其中相邻的接收线圈彼此间分别以相同的距离设置。这(如在上文中那样)除了对称的设置方式以外还具有简单的方程组的优点，所述方程组是对于计算表面应力有利的。此外，以这种方式补偿在传感器装置的制造中的不对称性。在此，所有复合线圈也设置在共同的铁氧体芯上。
这些复合系统的接收线圈在每个方向系统具有多个线圈的情况下优选在串联电路方式运行。
独立的基础线圈系统和/或在共同的铁氧体芯上的配属于取向方向的线圈系统彼此间以特定的角差取向设置。
优选地，第一角差与第二角差相同并且尤其为45度。替选地，第一角差和第二角差为60度。第一角差和第二角差也能够为120度。在此，除了对称的设置方式以外也能够列举用于随后确定工件的表面应力的简单的方程组的优点。此外，也以这种方式补偿在传感器装置的制造中的在此确定的不对称性。同样地，任意的角差是可行的。
线圈轴线通过如下方式限定：该线圈轴线在线圈的中部垂直地伸展穿过下述平面，所述平面由线圈的绕组形成。基础线圈系统和/或复合线圈系统关于工件的表面的设置方式在此被选择为，使得实现线圈轴线相对于工件表面的正交的定向，也就是说，线圈臂(Spulenschenkel)的敞开的横截面平行于工件表面。在此，传感器装置相对于铁磁性的工件的该表面具有额定距离，其中至少第一基础线圈系统和第二基础线圈系统以及第三基础线圈系统朝向彼此具有该额定距离的最大20％的距离。然而，如果传感器装置具有稳健的距离补偿，那么该值显然也能够是更高的。传感器装置还能够在工件表面的所有点处以小的距离定位。
在优选的设计方案中，至少第一基础线圈系统还有第二基础线圈系统以及第三基础线圈系统设置在适当的保持设备上。这简化了操作。
关于所述方法的第二目的通过一种用于确定铁磁性的工件的机械的表面应力和/或组织状态的方法通过如下步骤来实现：
-通过根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置确定三个不相关的测量值，
-通过计算算法求得在特定的测量点中与方向相关的磁导率。
借助于所述方法实现工件表面的方向灵敏的磁通势以与方向相关地确定磁导率从而确定机械的应力状态。紧随其后机械的应力状态的求得通过应用磁弹性效应来实现。机械应力的检测借助于该方法无接触地进行，也就是说，传感器装置不与表面直接接触。也不必将辅助机构施加到表面上并且不必进行对工件表面的任何加工。由此，所提出的方法无接触地并且应用自由地工作，也就是说，测量能够在工件的任意的表面点处进行，而不必在该处安置任何设备。无接触的并且应用自由的方法由此允许：能够在一个对象上在短时间内测量非常多的测量点，或者甚至能够进行表面绘图。
优选地，确定工件的多个测量点并且由此实现对与方向相关的磁导率的确定，从而实现内应力张量的绘图。
附图说明
本发明的其它的特征、特性和优点参考附图从接下来的描述中得出。在附图中示意性地示出：
图1示出单个的基础线圈系统与所属的工件的第一实例，
图2示出单个的基础线圈系统与所属的工件的第二实例，
图3示出单个的基础线圈系统与所属的工件的第三实例，
图4示出图3、图2、图1中的基础线圈系统的示意图(俯视图)，
图5示出具有45°的角差的根据本发明的传感器装置的第一实例，
图6示出具有60°的角差的根据本发明的传感器装置的第二实例，
图7示出具有120°的角差的根据本发明的传感器装置的第三实例，
图8示出第一复合线圈系统作为根据本发明的传感器装置的第四实例，
图9示出第二复合线圈系统作为根据本发明的传感器装置的第五实例，
图10示出第三复合线圈系统作为根据本发明的传感器装置的第六实例。
具体实施方式
在受机械负荷的工件上，多轴线的应力状态通过作用的力和力矩表现，所述应力状态在无限薄的表面层中能够视为是二维的。借助于磁弹性效应实现与方向相关的应力状态的确定。该效应描述机械特性(机械的应力状态)和材料磁性即磁导率之间的相互关系。
本发明基于专门设计和设置的由多个基础线圈系统构成的传感器装置的应用。连接在下游的计算算法确定作用的机械的表面应力的量值和方向。为了与方向相关地确定磁导率从而确定机械的应力状态，工件表面的尽可能方向灵敏的磁通势也是必需的。
图1示出基础线圈系统的第一实例。该基础线圈系统包括至少一个励磁线圈6和接收线圈5。在此，励磁线圈6和接收线圈5设置在共同的U形铁氧体芯7上。接收线圈5包括具有线圈芯直径5b的线圈芯5a并且励磁线圈6同样包括具有线圈芯直径6b的线圈芯6a。在此，线圈芯5a和线圈芯6a设置在U形铁氧体芯的臂上。通过线圈芯6a的和线圈芯5a的距离的比例以及通过线圈芯直径6b的和线圈芯直径5b的比例预设方向敏感性。
图2示出另一基础线圈系统的第二实例。该基础线圈系统包括励磁线圈6、第一接收线圈5和第二接收线圈9，所述励磁线圈、第一接收线圈和第二接收线圈设置在U形铁氧体芯7上。励磁线圈6居中地设置在第一接收线圈5和第二接收线圈9之间。在此，这两个接收线圈5、9设置在U形铁氧体芯7的臂上。
图3示出另一基础线圈系统的第三实例。该基础线圈系统包括励磁线圈6、第一接收线圈5和第二接收线圈9，所述励磁线圈、第一接收线圈和第二接收线圈设置在E形铁氧体芯8上。在此，励磁线圈6居中地设置在第一接收线圈5和第二接收线圈9之间。在此，这两个接收线圈5、9还有励磁线圈6设置在E形铁氧体芯8的臂上。
显然，也能够考虑其它铁氧体芯、尤其EI形铁氧体芯或者也能够考虑C形铁氧体芯等。所示出的基础线圈系统由此仅是示例性的并且用于理解。
图1、2或3的基础线圈系统接下来(如在图4中所示出的那样)示意性地一律作为划阴影线的条示出。在此，条能够根据其是第一基础线圈系统、第二基础线圈系统还是第三基础线圈系统，而分别用1、2或3编号。这意味着：对于在下述附图中的划阴影线的条，能够分别使用在上文中所描述的基础线圈系统中的一个。显然，也能够使用其它的例如在EI形铁氧体芯上的基础线圈系统，所述基础线圈系统不被详细描述或者解释。
图5极其示意地示出用于检测表面应力的根据本发明的第一传感器装置的第一实例。传感器装置由至少一个第一基础线圈系统1构成，所述第一基础线圈系统具有第一方向101和第一方向敏感性。在此，作为基础线圈系统1能够使用在上文中提到的基础线圈系统中的一个。显然，也能够具有EI形铁氧体芯等的基础线圈系统。
此外，传感器装置包括至少一个第二基础线圈系统2，所述第二基础线圈系统具有第二方向102和第二方向敏感性。此外，传感器装置包括至少一个第三基础线圈系统3，所述第三基础线圈系统具有第三方向103和第三方向敏感性。第一基础线圈系统1和第二基础线圈系统2构成第一角差α并且第二基础线圈系统2和第三基础线圈系统3构成第二角差β。在此，基础线圈系统1、2、3分别对应于图1、2或3的基础线圈系统中的一个。
在此，第一方向101和第二方向102以及第三方向103分别构成角差α、β，其中α、β大于0度。此外，方向101、102、103设置为，使得第一基础线圈系统1设置在第二和第三方向敏感性之外，第二基础线圈系统2设置在第一和第三方向敏感性之外，并且第三基础线圈系统3设置在第一和第二方向敏感性之外。
在图5的实例中，第一基础线圈系统1和第二基础线圈系统2此外具有角差α，并且第二基础线圈系统2和第三基础线圈系统3具有角差β，其中第一角差α和第二角差β分别具有45度。在此，三个基础线圈系统1、2、3安置在保持装置(未示出)上。
图6示出具有根据本发明的基础线圈系统的根据本发明的第二传感器装置的第二实例，在所述基础线圈系统中，第一基础线圈系统1和第二基础线圈系统2具有第一角差α并且第二基础线圈系统2和第三基础线圈系统3具有第二角差β，其中第一角差α和第二角差β为60度。在此，能够使用在上文中提出的基础线圈系统中的一个作为相应的基础线圈系统。显然，也能够使用具有EI形铁氧体芯等的基础线圈系统。相应的基础线圈系统的方向敏感性在此也位于其它两个基础线圈系统的其它两个方向敏感性之外。
图7示出具有根据本发明的基础线圈系统的根据本发明的第三传感器装置的第三实例，在所述基础线圈系统中，第一基础线圈系统1和第二基础线圈系统2具有第一角差α并且第二基础线圈系统2和第三基础线圈系统3具有角差β，其中第一角差α和第二角差β为120度。在此能够使用在上文中所提到的基础线圈系统中的一个作为基础线圈系统1、2或3。显然，也能够使用具有EI形铁氧体芯等的基础线圈系统。相应的基础线圈系统的方向敏感性在此也位于其它两个基础线圈系统的其它两个方向敏感性之外。
以例如45度、60度、90度(未示出)或者120度的角差的设置方式除了对称性以外还具有简单的方程组的优点，所述方程组是对于确定表面应力有利的。此外，必要时以这种方式补偿存在于传感器装置的制造或操作中的不对称性。
在此，能够考虑将在上文中描述的基础线圈系统中的任意一个作为基础线圈系统，所述基础线圈系统显然也能够彼此组合。显然也能够考虑未提及的、例如设置在C形芯或者EI形芯上的基础线圈系统。
从线圈芯6a、5a、9a的直径和距离的比例中得出装置的方向灵敏性。小的芯直径和大的芯距离得出非常方向灵敏的传感器装置。然而，在芯距离大时必须注意，在影响区域中产生不均匀的应力分布，所述应力分布随后通过线圈系统进行准积分，也就是说以面积的形式取平均值。因此，在确定线圈系统的尺寸时致力于方向敏感性和空间分辨率之间的折衷。
在改变工件10的组织结构时(图1、2、3)，同样改变材料的磁导率，所述磁导率基本上能够借助于内应力张量描述。如果监控、尤其连续地监控工件10的磁导率，那么能够通过改变与方向关联的磁导率推测工件10的组织结构的改变。在借助于磁弹性的测量原理确定空间分辨的内应力张量时，此时实现对测量特性或其改变的识别。为此必须求得全部的内应力张量。内应力张量包含主应力的振幅和主应力体系的位置或角取向作为信息参数。
这能够通过根据本发明的传感器装置来实现。借助于这三个不相关的测量值，尤其要么能够求得三个应力分量要么能够求得主应力状态的特征值，借助于其又能够确定内应力张量。优选地，工件10的表面涂抹有传感器装置。因为工件10的磁导率作为应变的函数改变，所以所述磁导率能够考虑用于确定工件的应变和疲劳。
在此无接触地进行机械应力的检测，也就是说，传感器装置不与工件10的表面直接接触。只要关于传感器头大小给定特定的粗糙度或平坦度，那么也不必将辅助机构施加到表面上并且不需要进行对工件表面的处理。根据本发明的传感器装置无接触地并且应用自由地工作，也就是说，测量能够在工件10的任意的表面点处进行，而不必在该处安置设备。只要给定表面相对于传感器装置的直径的特定的平坦度，那么根据本发明的传感器装置能够在工件表面10的所有点上以小的距离、尤其以在0.5mm和1mm之间的距离定位。在基础线圈系统1、2、3内部的彼此间的最大的距离差不应大于沿着朝向表面200(图1、2、3)的方向的额定距离的20％。
为了无损坏地检验材料特性，传感器装置能够连续地涂抹工件10；在此甚至能够进行表面绘图。
除了设置独立的基础线圈系统以外，这些基础线圈系统也能够在铁氧体芯上组合。然而为此需要将装置几何结构转换到铁氧体芯(或通常线圈芯)的构造中，如接下来在一些实例中所示出的那样。
图8示出这种第一传感器装置，所述第一传感器装置通过复合线圈系统20给定。该第一传感器装置具有：复合励磁线圈21和第一复合接收线圈22a作为第一基础线圈系统，所述第一复合接收线圈具有第一方向101和第一方向敏感性；复合励磁线圈21和第二复合接收线圈22b、第二方向102和第二方向敏感性作为第二基础线圈系统。第三基础线圈系统是复合励磁线圈21和第三复合接收线圈22c、第三方向103以及第三方向敏感性。复合励磁线圈21和第四复合接收线圈22d是具有第四方向104和第四方向敏感性的另一基础线圈系统，其中复合励磁线圈21和四个复合接收线圈22a、b、c、d设置在一个共同的铁氧体芯25上。在此，四个复合接收线圈22a至d分别具有距复合励磁线圈21相同的距离并且彼此间也以相同的距离设置。在该实例中，四个复合接收线圈22a至d彼此间以各90度的角差设置。第五方向敏感性能够通过评估复合接收线圈22a和22b或者22d和22c的信号实现。第六方向敏感性能够通过评估复合接收线圈22b和22c或者22a和22d的信号实现。用于产生其它附加的方向敏感性的相同的简图也能够应用于在下文中所提到的复合线圈系统30和40。
图9示出这种第二传感器装置，所述第二传感器装置通过第二复合线圈系统30提供。该第二复合线圈系统包括：复合励磁线圈31和具有第一方向101和第一方向敏感性的第一复合接收线圈32a作为第一基础线圈系统；和复合励磁线圈31和具有第二方向102和第二方向敏感性的第二复合接收线圈32b作为第二基础线圈系统；以及复合励磁线圈31和具有第三方向103和第三方向敏感性的第三复合接收线圈32c作为第三基础线圈系统，并且其中三个复合接收线圈32a、b、c设置在一个共同的铁氧体芯35上。在此，三个复合接收线圈32a至c具有距复合励磁线圈31相同的距离并且彼此间以相同的距离设置。在该实例中，三个复合接收线圈32a至c彼此间以120度的角差设置。
图10示出这种第三传感器装置，所述第三传感器装置通过第三复合线圈系统40提供。该第二复合线圈系统包括：复合励磁线圈41和具有第一方向101和第一方向敏感性的第一复合接收线圈42a作为第一基础线圈系统；和复合励磁线圈41和具有第二方向102和第二方向敏感性的第二复合接收线圈42b作为第二基础线圈系统；以及复合励磁线圈41和具有第三方向103和第三方向敏感性的第三复合接收线圈42c作为第三基础线圈系统。此外，该传感器装置包括复合励磁线圈41和具有第四方向104和第四方向敏感性的第四复合接收线圈42d作为其它的基础线圈系统。此外，该传感器装置包括复合励磁线圈41和具有第五方向105和第五方向敏感性的第五复合接收线圈42e作为其它的基础线圈系统。附加地，该传感器装置包括复合励磁线圈41和具有第六方向106和第六方向敏感性的第六复合接收线圈42f作为其它的基础线圈系统。在此，六个复合接收线圈42a至f和复合励磁线圈41设置在一个共同的铁氧体芯45上。在此，六个复合接收线圈42a至f具有距复合励磁线圈41相同的距离并且彼此间以相同的距离设置。在该实例中，六个复合接收线圈42a至f彼此间具有60度的角差。
显然，复合接收线圈22a至d、32a至c、42a至f的数量是不受限的，不像复合励磁线圈21、31、41的数量那样。如在上文中已经提到的那样，具有45度、60度、90度(未示出)或者120度的角差的设置方式除了对称的设置方式以外还具有简单的方程组的优点，所述方程组是对于计算有利的。
通过如在复合线圈系统中那样使用多于三个的基础线圈系统，能够产生附加的冗余，或者例如也执行可信度检验。
应用多个基础线圈系统1a至c的优点在于简单的可制造性和U形、E形、EI形或者其它芯形状、优选铁氧体芯的可用性以及与其相应的基础线圈系统的设置方式的可用性。
在为这些基础线圈系统的电布线时必须注意的是，对于所有的基础线圈系统实现尽可能相同的灵敏性。除了平衡接收线圈以外在此尤其注意相同的励磁。这能够有利地通过励磁线圈的电串联连接来保证。所示出的实例的接收线圈在多个基础线圈系统的情况下沿着一个方向优选以串联连接的方式运行(U形基础线圈系统、EI形基础线圈系统、复合线圈系统)。将适用于基础线圈的不同的方向的角取向(或方向101至106)用于莫尔圆应力的方程组中以计算应力张量。通过使用多于三个的这种基础线圈系统能够产生附加的冗余，或者例如也执行可信度检验。
通过借助于根据本发明的传感器装置检验工件10能够无损坏地推断其组织结构的改变。此外，根据本发明的传感器装置借助于根据本发明的方法适合于长期地监控设施中的工件10。由此例如在损坏可见之前就可以识别材料的疲劳。由此能够避免断裂或者裂纹。根据本发明的传感器装置和根据本发明的方法无接触地并且应用自由地工作，也就是说，能够在工件10的任意的表面点处进行所述测量，而不必在该处安置设备。

Claims (20)

1.一种用于检测铁磁性的工件(10)的表面应力和/或组织状态的传感器装置，
其特征在于，
-设有至少一个第一基础线圈系统(1，22a，32a，42a)，所述第一基础线圈系统具有第一方向(101)和第一方向敏感性，
-设有至少一个第二基础线圈系统(2，22b，32b，42b)，所述第二基础线圈系统具有第二方向(102)和第二方向敏感性，
-设有至少一个第三基础线圈系统(3，22c，32c，42c)，所述第三基础线圈系统具有第三方向(103)和第三方向敏感性，
-并且其中至少所述第一基础线圈系统(1，22a，32a，42a)和所述第二基础线圈系统(2，22b，32b，42b)构成第一角差(α1)，并且所述第二基础线圈系统(2，22b，32b，42b)和所述第三基础线圈系统(3，22c，32c，42c)构成第二角差(β1)，
-并且其中所述第一基础线圈系统(1，22a，32a，42a)设置在所述第二方向敏感性和所述第三方向敏感性之外，所述第二基础线圈系统(2，22b，32b，42b)设置在所述第一方向敏感性和所述第三方向敏感性之外，并且所述第三基础线圈系统(3，22c，32c，42c)设置在所述第一方向敏感性和所述第二方向敏感性之外，使得能够至少部分地确定所述工件的机械的表面应力。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，
其特征在于，
基础线圈系统包括至少一个励磁线圈(6)和接收线圈(5)。
3.根据权利要求2所述的传感器装置，
其特征在于，
所述励磁线圈(6)和所述接收线圈(5)具有线圈芯(5a，6a)，所述线圈芯具有线圈芯直径(5b，6b)，并且方向敏感性通过两个所述线圈芯(5a，6a)的距离的比例和/或通过两个所述线圈芯直径(5b，6b)的比例给定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
所述第一基础线圈系统(1)和/或所述第二基础线圈系统(2)和/或所述第三基础线圈系统(3)包括励磁线圈(6)和接收线圈(5)，所述励磁线圈和接收线圈设置在U形铁氧体芯(7)上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
所述第一基础线圈系统(1)和/或所述第二基础线圈系统(2)和/或所述第三基础线圈系统(3)包括励磁线圈(6)和第一接收线圈(5)以及第二接收线圈(9)，所述励磁线圈和第一接收线圈以及第二接收线圈设置在U形铁氧体芯(7)上，其中所述励磁线圈(6)设置在所述第一接收线圈(5)和所述第二接收线圈(9)之间、尤其居中地设置在所述第一接收线圈(5)和所述第二接收线圈(9)之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
所述第一基础线圈系统(1)和/或所述第二基础线圈系统(2)和/或所述第三基础线圈系统(3)包括励磁线圈(6)和第一接收线圈(5)以及第二接收线圈(9)，所述励磁线圈和第一接收线圈以及第二接收线圈设置在E形铁氧体芯(8)上，其中所述励磁线圈(6)设置在所述第一接收线圈(5)和所述第二接收线圈(9)之间、尤其中央地设置在所述第一接收线圈(5)和所述第二接收线圈(9)之间。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
三个所述基础线圈系统(1，2，3)中的至少两个励磁线圈(6)具有串联电路。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
至少三个所述基础线圈系统(1，2，3)通过复合线圈系统(20)提供，
所述复合线圈系统包括：复合励磁线圈(21)和第一复合接收线圈(22a)作为第一基础线圈系统；所述复合励磁线圈(21)和第二复合接收线圈(22b)作为第二基础线圈系统；和所述复合励磁线圈(21)和第三复合接收线圈(22c)以及另一第四复合接收线圈(22d)作为第三基础线圈系统，并且其中所述复合励磁线圈(21)和四个所述复合接收线圈(22a、b、c、d)设置在一个共同的铁氧体芯(25)上。
9.根据权利要求8所述的传感器装置，
其特征在于，
四个所述复合接收线圈(22a至d)具有距所述复合励磁线圈(21)相同的距离，并且相邻的复合接收线圈(22a至d)彼此间分别以相同的距离设置。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
至少三个所述基础线圈系统(1，2，3)通过复合线圈系统(30)提供，所述复合线圈系统包括：复合励磁线圈(31)和第一复合接收线圈(32a)作为第一基础线圈系统；所述复合励磁线圈(31)和第二复合接收线圈(32b)作为第二基础线圈系统；和所述复合励磁线圈(31)和第三复合接收线圈(32c)作为第三基础线圈系统，并且其中所述复合励磁线圈(31)和三个所述复合接收线圈(32a、b、c)设置在一个共同的铁氧体芯(35)上。
11.根据权利要求10所述的传感器装置，
其特征在于，
三个所述复合接收线圈(32a、b、c)具有距所述复合励磁线圈(31)相同的距离，并且相邻的接收线圈(32a、b、c)彼此间分别以相同的距离设置。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
至少三个所述基础线圈系统(1，2，3)通过复合线圈系统(40)提供，所述复合线圈系统包括：复合励磁线圈(41)和第一复合接收线圈(42a)作为第一基础线圈系统；所述复合励磁线圈(41)和第二复合接收线圈(42b)作为第二基础线圈系统；和所述复合励磁线圈(41)和第三复合接收线圈(42c)以及第四复合接收线圈(42d)、第五复合接收线圈(42e)和第六复合接收线圈(42f)作为第三基础线圈系统，并且其中所述复合励磁线圈(41)和六个所述复合接收线圈(42a至f)设置在一个共同的铁氧体芯(45)上。
13.根据权利要求12所述的传感器装置，
其特征在于，
六个所述复合接收线圈(42a至f)具有距所述复合励磁线圈(41)相同的距离，并且相邻的接收线圈(42a至f)彼此间分别以相同的距离设置。
14.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
所述第一角差(α1)与所述第二角差(β1)相同，并且尤其为45度。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
所述第一角差(α1)和所述第二角差(β1)为60度。
16.根据权利要求1至13中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
所述第一角差(α1)和所述第二角差(β1)为120度。
17.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
包括至少一个线圈轴线，并且其中所述传感器装置关于所述工件的表面设置为，使得实现所述线圈轴线相对于所述工件的表面的正交的定向，并且其中所述传感器装置具有距铁磁性的所述工件(10)的所述表面的额定距离，其中至少所述第一基础线圈系统(1，22a，32a，42a)和所述第二基础线圈系统(2，22b，32b，42b)和所述第三基础线圈系统(3，22c，32c，42c)彼此间具有所述额定距离的最大20％的距离。
18.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置，
其特征在于，
至少所述第一基础线圈系统(1，22a，32a，42a)和所述第二基础线圈系统(2，22b，32b，42b)以及所述第三基础线圈系统(3，22c，32c，42c)设置在适合的保持设备上。
19.一种用于通过下述步骤确定铁磁性的工件的机械的表面应力和/或组织状态的方法：
-通过根据权利要求1至18中任一项所述的传感器装置确定至少三个不相关的测量值，
-通过计算算法求得在特定的测量点中与方向相关的磁导率。
20.根据权利要求19所述的方法，
其特征在于，
确定所述工件(10)的多个测量点并且由此实现与方向相关的磁导率的确定，从而进行内应力张量的绘图。
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