DD224946B1

DD224946B1 - Anordnung zur magnetinduktiven zerstoerungsfreien werkstoffpruefung nach der resonanzmethode

Info

Publication number: DD224946B1
Application number: DD26258283A
Authority: DD
Inventors: Hartmut Ewald; Lothar Arscholl; Friedrich Lorenz
Original assignee: Paedagogische Hochschule L Her
Priority date: 1983-11-01
Filing date: 1983-11-01
Publication date: 1989-04-12
Also published as: DD224946A1

Abstract

Die erfindungsgemäße Anordnung dient zur Erhaltung der Resonanzbedingungen in einem Reihenschwingkreis, der aus der Prüfspule und einer entsprechenden Kapazität gebildet wird. Als Meßinformation kann der Resonanzstrom und die Resonanzfrequenz ausgewertet werden. Die Erhaltung der Resonanzbedingungen im Schwingkreis wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine automatische Frequenznachsteuerung des Speisegenerators 8 bis zur Resonanzfrequenz des Schwingkreises aus dem Phasenvergleich (5) der Eingangswechselspannung und des Schwingkreisstromes erfolgt. Somit können auch Prüfspulen niedrigster Güte bei der magnetinduktiven Werkstoffprüfung nach der Resonanzmethode verwendet werden.

Description

Anwendungsgebiete der Erfindung

Angewendet in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung für Wirbelstrom verfahren, bei denen die Spule (Meßwertaufnehmer) im Resonanzbetrieb arbeitet. Hierzu gehören die Schichtdickenmessungen von Isolationsschichten auf Eisen- und Nichteisenmetallen, das Feststellen von Inhomogenitäten in elektrisch leitenden Stoffen gegenüber einem Eichzustad sowie das Erfassen von geometrischen Abmessungen bei elektrisch leitenden Teilen. Mit einer speziell konstruktiv und elektrisch gestalteten Sonde ist weiterhin das Feststellen von Unterrostungserscheinungen an beschichteten Stahlteilen möglich (vgl. WP 230933).

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei den Resonanzverfahren wird die Spule (Meßwertaufnehmer) mit einem entsprechenden Kondensator als Schwingkreis geschaltet und der Resonanzstrom, die Resonanzspannung oder die Resonanzfrequenz ausgewertet. Sensorspulen in der magnetinduktiven Werkstoffprüfung besitzten auf Grund der großen Bedämpfung meist kleine Güten. Der Resonanzzustand wird durch rückgekoppelte Verstärker (harmonische Oszillatoren und Oszillatoren mit nichtharmonischem Ausgangssignal) erreicht, wobei die Spule ein frequenzbestimmendes Bauelement ist. Bekannt ist weiterhin die Entdämpfung des Schwingkreises mittels negativem Widerstand bis zur stabilen Dauerschwingung. Bringt man in das Wirkungsfeld der Spule den zu prüfenden Körper (elektrisch leitend), dann kommt es zu einer Änderung des Resonanzstromes auf Grund der Parametervariation der Spule. Die Änderung der Resonanzfrequenz kann ebenfalls als Meßinformation genutzt werden. Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen ist die Tatsache, daß auf Grund der niedrigen Güte der Prüfspulen — bedingt durch die hohen Wirbelstromverluste— stabile Dauerschwingungen mit konstanter Frequenz bei großer Variation der Spulenparameter schwer zu erzeugen sind. Bei starken Änderungen der Spulenparameter führt dieses oft zum Abreißen der selbsterregten Schwingung. Auch mit der in der US-PS 4187462 vorgestellten Vorrichtung kann keine parametrische Sensorspule kontinuierlich in Verbindung mit einem Kondensator und einem Reihenwiderstand auf der Reihenresonanzfrequenz des Schwingkreises gehalten werden. Ähnliches gilt für die Vorrichtungen des SU-US 557311 und der US-PS 4290008, wobei beim letzteren Resonanzkreise prinzipiell nicht ausgemessen werden können (auf der Resonanzfrequenz).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (Wirbelstromverfahren), die den Meßfühler (Sensorspule o. -kapazität) auch bei niedriger Sensorgüte und großer Parametervariation, auf Resonanz hält bzw. steuert. Als Meßinformation kann dabei der Resonanzstrom und (oder) die Resonanzfrequenz genutzt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabenstellung besteht darin, eine Anordnung zu schaffen, mit der eine parametrische Sensorspule (oder Kapazität), welche mit einem verlustarmen Kondensator (Spule) und einem Serienwiderstand als Reihenresonanzkreis geschaltet ist, auch bei niedrigen Spulengüten und großer Parametervariation, auf Resonanz gehalten bzw. gesteuert werden kann. Eine dem Schwingkreisstrom proportionale Spannung wird über dem Serienwiderstand gewonnen. Durch die Wahl der Größe des Serienwiderstandes im Verhältnis zum Spulenwicklungswiderstand kann das Verhalten der Anordnung bei Parametervariation des Sensors beeinflußt werden.

Bestimmendes Merkmal der Erfindung ist die automatische Frequenznachsteuerung des Speisegenerators bis zur Resonanzfrequenz des Schwingkreises aus dem Phasenvergleich der Eingangswechselspannung und des Schwingkreisstromes. Es gelingt somit auch bei Prüfspulen niedrigster Güte, den Resonanzzustand stabil aufrecht zu erhalten. Damit unterscheidet sich die Anordnung grundsätzlich von Anordnungen, die auf der Basis selbstschwingender Oszillatoren oder der Entdämpfung mittels negativer Widerstände arbeiten

Bei der erfindungsgemäßen Anordung stellt der Resonanzstrom und die Frequenz des Generators die Meßinformation dar.

Ausführungsbeispiel

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung kann anhand des Blockschaltbildes (Bild 1) wie folgt erklärt werden: Die Schaltungsanordnung zur Frequenznachsteuerung besteht aus den Baugruppen 1 bis 9. Die Vorverstärker 1 und 2 liefern in Verbindung mit den Begrenzerstufen 3 und 4 die pegelgerechten Signale für den phasenempfindlichen Gleichrichter 5. Die Ausgangsspannung des Diskriminators wird über den Tiefpaß 6 auf den Verstärker 7 geführt. Das verstärkte Gleichspannungssignal gelangt auf den Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 8. Der Leistungsverstärker 9 dient zur niederohmigen Auskopplung der Erregerspannung. Durch den Taster S1 kann die Schaltung zwangsweise „eingerastet" werden.

Die Messung der Änderung des Resonanzsiromes erfolgt durch die Baugruppen 10 bis 15. Die dem Resonanzstrom proportionale Spannung am Widerstand Rs wird verstärkt (10), gleichgerichtet (11) und auf den Summierverstärker 12 geführt. Die variable Spannungsquelle 13 dient zur Kompensation der Spannung URs im Eichzustand der Prüfsonde. Die Ausgangsspannung (Änderung gegenüber dem Eichzustand) wird analog (14) oder digital (15) angezeigt. Die Resonanzfrequenz kann direkt am spannungsgesteuerten Oszillator 8 gemessen werden. Mit der variabel ausgeführten Kapazität kann für die jeweilige Prüfspule die optimale Arbeitsfrequenz, d.h. das Gütemaximum auf die Mittenfrequenz des Generators 8 und damit auf die Mitte des „Fangbereiches" (ähnlich wie bei einer Phasenregelschleife) der Schaltungsanordnung eingestellt werden. An die erfindungsgemäße Anordnung zur magnetinduktiven zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach der Resonanzmethode sind alle bekannten Prüfspulenformen vom Parametertyp (gekennzeichnet durch nur eine Wicklung) anschließbar. Kernmaterial, Windungszahl der Spule und die geometrische Form müssen so gewählt werden, daß für das Prüfproblem die Spule und die Kapazität im entsprechenden Frequenzbereich ein Gütemaximum aufweisen.

Die gesamte erfindungsgemäße Anordnung zur magnetinduktiven zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach der Resonanzmethode ist mit integrierten Schaltkreisen der Standardserien aufgebaut, ausschließlich der Vorverstärker 1 und 2. Der Phasengang der Vorverstärker und der Begrenzerstufen 1 bis 4 beeinflußt und Funktionsweise der Schaltung nicht, solange er in beiden Kanälen gleich ist.

Die Prüfspule ist im Anwendungsfail der zerstörungsfreien Korrosionszustandsprüfung beschichteter Stahlteile (vgl. Wirtschaftspatent 230933) über ein abgeschirmtes Kabel an die Vorrichtung ansteckbar. Über die variable Spannungsquelle 13 wird beim Aufsetzen der Prüfsonde auf die blanke Metalloberfläche die Vorrichtung geeicht.

Auf Grund der speziell gestalteten Prüfsonde (vgl. WP 230933) und bei der Arbeit in einem bestimmten Frequenzbereich zwischen 300 und 700 kHz wird erreicht, daß die Abhebung der Prüfsonde von den Wirkungen der Oberflächenkorrosion unterschieden werden kann.

Claims

Anordnung zur magnetinduktiven zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach der Resonanzmethode, bei der die Prüfspule mit einem Kondensator als Reihenschwingkreis geschaltet ist und aus einem niederohmigen Generator gespeist wird und der Rosonanzstrom über einem Serienwiderstand durch variierbare Verstärkung mit anschließender Gleichrichtung und Kompensation der Eichspannung digital oder analog gemessen wird, gekennzeichnet dadurch, daß als Generator ein spannungsgesteuerter Oszillator (8) angeordnet ist, dessen Ausgang ebenso wie der Angriff zwischen Schwingkreiskondensator (C) und Serienwiderstand (Rs) mit den Eingängen eines Phasenvergleichers (5) verbunden ist, dessen Ausgang über einen Tiefpaß (6) mit dem Frequenzsteuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators (8) verschaltet ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung