DE102011122481A1 - Method for monitoring and locating material damages and discontinuities in electrical conductive light-composite structure in aircraft, involves arranging mount coil within structure, and passing measured variables to master instance - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Überwachung und Lokalisierung von Materialschäden und Diskontinuitäten in elektrisch leitfähigen Leichtbau-Verbundstrukturen, welches einerseits bei der Fertigung während eines Konsolidierungsprozesses eines Bauteils als Monitoringsystem in den Werkstoff integriert wird und damit eine permanente und eigenständige Überwachung von internen und externen Eigenschaften von Leichtbau-Verbundstrukturen ermöglicht, oder welches andererseits Informationen für eine ebenso im Werkstoff integrierte aktorische Funktionseinheit und/oder ein externes stationäres Prüfsystem zur Untersuchung und Charakterisierung von Leichtbau-Verbundstrukturen bereit stellt.The invention relates to a method and an arrangement for monitoring and localization of material damage and discontinuities in electrically conductive lightweight composite structures, which is integrated on the one hand during production during a consolidation process of a component as a monitoring system in the material and thus a permanent and independent monitoring of internal and external properties of lightweight composite structures possible, or on the other hand provides information for an integrated as well in the material actuator functional unit and / or an external stationary test system for the investigation and characterization of lightweight composite structures.
Stand der TechnikState of the art
Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Leichtbau-Verbundstrukturen und faserverstärkten Kunststoffen sind bekannt. Viele Prüfgeräte hierfür sind stationärer Natur und erlauben prinzip- und konstruktionsbedingt keine Werkstoffintegration oder sind für eine permanente Überwachung der Leichtbau-Verbundstruktur generell ungeeignet. Viele Prüfverfahren basieren beispielsweise auf der Messung von Transmissions- oder Reflexionseigenschaften (optisch, (Ultra-)Schall, Röntgenstrahlung, usw.), wobei die Anregungs- und Aufnehmerelemente außerhalb des Prüfkörpers appliziert sind.Methods for non-destructive testing of lightweight composite structures and fiber reinforced plastics are known. Many testers for this purpose are of a stationary nature and, due to the principle and design, do not permit material integration or are generally unsuitable for permanent monitoring of the lightweight composite structure. Many test methods are based, for example, on the measurement of transmission or reflection properties (optical, (ultra) sound, X-radiation, etc.), the excitation and transducer elements being applied outside the test specimen.
Des Weiteren existieren Verfahren, welche die elektrische Leitfähigkeit einer Probe analysieren. Je nach Art und Weise, wie der Prüfstrom in die Struktur eingebracht wird, können diese in Verfahren mit galvanischer, kapazitiver oder induktiver Kopplung unterteilt werden. Die beiden erstgenannten sind elektrodenbehaftete Konzepte, die eine Kontaktierung der Probenoberfläche erfordern und damit eine Werkstoffintegration ausschließen oder den Nachteil haben, dass Elektrodeneffekte die Messsignale beeinträchtigen.Furthermore, there are methods that analyze the electrical conductivity of a sample. Depending on the manner in which the test current is introduced into the structure, these can be subdivided into processes with galvanic, capacitive or inductive coupling. The first two are electrode-based concepts that require contacting the sample surface and thus preclude material integration or have the disadvantage that electrode effects affect the measurement signals.
Weiterhin sind induktive Wirbelstromprüfverfahren bekannt, wobei eine elektrische Spule ein zeitharmonisches magnetisches Wechselfeld aufbaut, welches in einem Prüfling ein Wirbelstrom erzeugt. Dieser Wirbelstrom ruft ein sekundäres Wechselfeld hervor, welches in einer Messspule eine elektrische Spannung induziert, deren Amplitude und Phase im Zusammenhang mit den elektrischen Eigenschaften des Prüflings stehen. Dabei kann die Sendespule entweder die Funktion der Messspule mit übernehmen oder es ist eine weitere Spule vorgesehen. Die Spulen können zum Beispiel als Zylinderspule oder als Planarspule gestaltet werden. Aus
Aus
In
Technisches ProblemTechnical problem
Der Einsatz von Leichtbau-Verbundstrukturen in sicherheitskritischen Anwendungsbereichen, wie z. B. der Luft- und Raumfahrt, erfordert neben einer Prüfung einer einzelnen Struktur auf Materialschäden und Fertigungsfehlern im laufenden Herstellungsprozess ebenso eine permanente Überwachung von kritischen Zuständen im Betrieb. Insbesondere letztere bildet die Grundlage zur Gestaltung eines „intelligenten Werkstoffes”, welcher in der Lage ist, durch äußerliche Einwirkungen oder kritische Betriebszustände verursachte Materialdefekte entweder bei einer Prüfung festzustellen oder auch permanent selbstständig zu überwachen und gegebenenfalls regulierende Maßnahmen einzuleiten. Das Messsystem muss einerseits den Werkstoffzustand zuverlassig untersuchen und werten können und andererseits miniaturisierbar und kostengünstig sein.The use of lightweight composite structures in safety-critical applications, such. As the aerospace industry, in addition to testing a single structure for material damage and manufacturing errors in the ongoing manufacturing process also requires a permanent monitoring of critical conditions during operation. In particular, the latter forms the basis for the design of a "smart material", which is able to determine by external influences or critical operating conditions caused material defects either during an audit or permanent self-monitoring and initiate regulatory action if necessary. On the one hand, the measuring system must be able to examine and assess the material condition reliably and on the other hand be miniaturized and cost-effective.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Technische Aufgabe der ErfindungTechnical object of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer fortlaufenden und hochgenauen Detektion, Lokalisierung und Klassifizierung von einer oder mehreren Schadensstellen in elektrisch leitfähigen Leichtbau-Verbundstrukturen. Des Weiteren sollen veränderte Bedingungen, die im Umfeld des Bauteils auftreten, erfasst werden.The object of the invention is a continuous and highly accurate detection, localization and classification of one or more points of damage in electrically conductive lightweight composite structures. Furthermore, changed conditions occurring in the environment of the component are to be recorded.
Erfindungsgemäße Lösung der technischen Aufgabe und ihre Vorteile Dem Verfahren und der Anordnung der Erfindung liegt eine mess- und eine informationstechnische Funktionskomponente zugrunde. Für die messtechnische Lösung wird ein Wirbelstromprüfverfahren eingesetzt, wobei in einem Prüfkörper aus elektrisch leitfähigen Leichtbau-Verbundstrukturen zwischen den Lagen der Leichtbau-Verbundstruktur flächig angeordnete Planarspulen sowie senkrecht hierzu angeordnete SMD-Spulen zur Erzeugung und Erfassung der elektromagnetischen Feldgrößen dienen. Die informationstechnische Auswertung der gemessenen Signale erfolgt in einer übergeordneten Instanz, welche die Signale der Messeinheiten mit vorab quantifizierten und in einem Mikrocomputer abgespeicherten Referenzwerten vergleicht, fortlaufend auf Normabweichungen analysiert und diese unterschiedlichen charakteristischen Schadensmerkmalen zuordnet. Die Schadensmerkmale werden vorab ermittelt und sind permanent im Mikrocomputer gespeichert.Inventive Solution of the Technical Problem and its Advantages The method and the arrangement of the invention are based on a measuring and information technology functional component. For the metrological solution, an eddy current test method is used, wherein in a test specimen of electrically conductive lightweight composite structures between the layers of the lightweight composite structure planar arranged planar coils and perpendicular thereto arranged SMD coils for generating and detecting the electromagnetic field quantities are used. The information technology evaluation of the measured signals takes place in a higher-level instance, which compares the signals of the measuring units with previously quantified reference values stored in a microcomputer, continuously analyzes for deviations in the standard and assigns these different characteristic features of damage. The damage characteristics are determined in advance and are permanently stored in the microcomputer.
In einer Ausgestaltung der Erfindung bilden die mess- und informationstechnische Komponenten ein diagnostisches System und werden mit in die elektrisch leitfähigen Leichtbau-Verbundstrukturen integriert. Dabei kann ein diagnostisches Gesamtsystem aus mehreren messtechnischen Komponenten und einer informationstechnischen Komponente bestehen, wobei die Daten der messtechnischen Teilsysteme insgesamt interpretiert und über geeignete Schnittstellen an eine Instanz höherer Ebene ausgegeben werden. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den begleitenden Ansprüchen angegeben. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere in einer permanenten und kostengünstigen sensorischen und zerstörungsfreien Materialprüfung eines Werkstoffes (und seiner Umgebung) vor, welche innerhalb der Leichtbau-Verbundstruktur selbst durchgeführt wird und damit keine externen Anordnungen benötigt. Dies gestattet die Gestaltung autarker Strukturen, welche flexibel in ihrer Anwendung sind und mit selbstständigen und selbstlernenden Überwachungsfunktionen ausgestattet Werkstoffschäden lokalisieren und klassifizieren und deren Auswirkungen auf das Betriebsverhalten der Struktur bestimmen und ihre Restlebensdauer ermitteln können. Dadurch kann zum Beispiel eine Baugruppe rechtzeitig abgeschaltet und ein katastrophales Versagen vermieden werden. Weiterhin kann mit der Erfindung und einer weiteren Aktorik nach Schädigung des Bauteils das vorgesehene Betriebsverhalten wiederhergestellt werden. Insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungsgebieten ist eine zuverlässige Materialprüfung erforderlich, welche den Zustand eines Bauteils hochgenau bestimmt. Im Gegensatz zu sensorischen Ansätzen zur Überwachung des Belastungszustandes, wonach aus Überschreitungen von vorab quantifizierten Lastgrenzwerten mutmaßliche Werkstoffschäden zu schließen sind, kann die Erfindung solche zuverlässig bestimmen, da statt einer Überwachung des Belastungszustandes eine Materialprüfung erfolgt. Darüber hinaus kann eine Lokalisierung und Klassifizierung von etwaigen Materialschäden vorgenommen werden, was sonst nur externen Anordnungen überlassen ist. Weitere Vorteile ergeben sich daraus, dass in-situ Materialprüfungen von Bauteilen auch innerhalb komplexer Baugruppen sowie im Betrieb zulässig sind.In one embodiment of the invention, the measurement and information technology components form a diagnostic system and are integrated into the electrically conductive lightweight composite structures. In this case, an overall diagnostic system may consist of several metrological components and one information technology component, with the data of the metrological subsystems being interpreted as a whole and output via suitable interfaces to a higher-level instance. Further embodiments of the invention are specified in the accompanying claims. The achievable with the invention advantages are in particular in a permanent and inexpensive sensory and non-destructive material testing of a material (and its environment) before, which is carried out within the lightweight composite structure itself and thus requires no external arrangements. This allows the design of self-contained structures, which are flexible in their application and equipped with independent and self-learning monitoring functions localize and classify material damage and determine their impact on the performance of the structure and determine their remaining life. As a result, for example, a module switched off in time and a catastrophic failure can be avoided. Furthermore, the intended operating behavior can be restored with the invention and a further actuator system after damage to the component. Particularly in safety-critical fields of application, reliable material testing is required which determines the state of a component with high precision. In contrast to sensory approaches for monitoring the load state, according to which exceeding of predefined quantified load limits presumptuous material damage is to close, the invention can reliably determine such as instead of a monitoring of the load condition, a material test. In addition, a localization and classification of any material damage can be made, which is otherwise only external arrangements. Further advantages result from the fact that in-situ material testing of components is also permitted within complex assemblies as well as during operation.
Gemäß der Erfindung werden das Verfahren und die ihr zugrunde liegende Anordnung zur Überwachung von elektrisch leitfähigen Leichtbau-Verbundstrukturen eingesetzt. Ein Leichtbau-Werkstoff kann zum Beispiel ein Verbundwerkstoff mit Faserverstärkung sein. Dessen elektrische Leitfähigkeit ist durch leitfähige Kohlefasern oder Glasfasern mit leitfähiger Beschichtung oder/und mit leitfähiger Partikel dotierter Matrix gegeben. Weiterhin ist ein hybrider Aufbau aus leitfähigen und nichtleitfähigen Fasern vorgesehen.According to the invention, the method and the arrangement on which it is based are used for monitoring electrically conductive lightweight composite structures. A lightweight material may be, for example, a fiber reinforced composite. Its electrical conductivity is given by conductive carbon fibers or glass fibers with conductive coating or / and matrix doped with conductive particles. Furthermore, a hybrid structure of conductive and non-conductive fibers is provided.
Die Leichtbau-Verbundstruktur bildet eine anisotrope elektrische Leitfähigkeit aus, wenn leitfähige Fasern eingesetzt werden. Sie ist in der Regel isotrop leitend, wenn die Matrix mit leitfähigen Partikeln dotiert ist.The lightweight composite structure forms an anisotropic electrical conductivity when conductive Fibers are used. It is usually isotropically conductive when the matrix is doped with conductive particles.
Überlastungen oder äußerliche Einwirkungen führen innerhalb von Faserverbundwerkstoffen im Wesentlichen zu Delamination der Lagen, Bruch der Verstärkungsfasern, (Zwischenfaserbrüchen), Matrixbrüchen und Abplatzungen, wodurch das Betriebsverhalten von Bauteilen erheblich negativ beeinflusst wird. Erfindungsgemäß soll die Leichtbau-Verbundstruktur permanent auf derartige Materialfehler hin geprüft werden.Overloading or external effects within fiber composites essentially result in delamination of the layers, breakage of the reinforcing fibers, (inter-fiber breaks), matrix fractures and spalling, which significantly adversely affects the performance of components. According to the lightweight composite structure is to be permanently checked for such material defects out.
Die in der Leichtbauverbundstruktur senkrecht zueinander orientierten Spulenanordnungen dienen zur Erzeugung des Wirbelstromes und zur Erfassung der vom Zustand des Materials abhängigen elektromagnetischen Feldgrößen. Die obengenannten Schäden verursachen im Werkstoff in Abhängigkeit ihrer Klasse und ihres Ausmaßes lokal charakteristische Veränderungen der elektrischen Leitfähigkeitsverteilung, welche sich wiederum auf die elektromagnetische Feldgeometrie der gesamten Anordnung auswirken. Überwiegend aber nicht ausnahmslos ist von einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit auszugehen. In der Regel treten bei einem schädigenden Ereignis mehrere Schadensklassen gleichzeitig auf, welche erfindungsgemäß zu unterscheiden sind. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass sich gewisse Schadensklassen nur in bestimmten Raumrichtungen der anisotropen Leitfähigkeit signifikant auswirken oder aber keine Vorzugsrichtungen besitzen. Delaminationen verändern die Leitfähigkeit der Leichtbau-Verbundstruktur senkrecht zu seinen textilen Lagen, Faserbrüche wirken sich vorzugsweise in Lagenebene aus. Matrixschäden (und Zwischenfaserbrüche) haben keine Vorzugsrichtung per se. Eine Klassifizierung von Materialschäden wird also durch verschiedene Feldgeometrien des Wirbelfeldes erzielt.The coil arrangements oriented perpendicular to one another in the lightweight composite structure serve to generate the eddy current and to detect the electromagnetic field quantities dependent on the state of the material. Depending on their class and extent, the above-mentioned damage causes locally characteristic changes in the electrical conductivity distribution in the material, which in turn affect the electromagnetic field geometry of the entire arrangement. However, predominantly, but not without exception, a reduction in electrical conductivity can be assumed. As a rule, in the case of a damaging event, several damage classes occur simultaneously, which are to be distinguished according to the invention. The invention achieves this object by the fact that certain damage classes only have a significant effect in certain spatial directions of the anisotropic conductivity or have no preferred directions. Delaminations change the conductivity of the lightweight composite structure perpendicular to its textile layers, fiber breaks preferably have an effect in the layer plane. Matrix damage (and inter-fiber fractures) are not preferential per se. Classification of material damage is thus achieved by different field geometries of the vortex field.
Erfindungsgemäß wird der Prüfkörper in bestimmte anisotrope Raumrichtungen bevorzugt angeregt. Die dazu senkrecht zueinander orientierte Spulen induzieren Wirbelströme, die sich parallel oder senkrecht zu den textilen Lagen ausbilden. Hierzu werden einerseits Planarspulen verwendet, welche parallel und flächig zu den Lagen der Leichtbau-Verbundstruktur ausgerichtet überwiegend Wirbelströme mit paralleler Ausrichtung bezüglich der Lagen bilden. Andererseits sieht die Erfindung SMD-Spulen (engl.: surface mounted device, oberflächenmontiertes Bauteil) vor, deren Windungen, welche sich auf einem Ferritkern befinden, senkrecht zur Planarspule orientiert sind und die ein Wirbelfeld erzeugen, welches die Lagen senkrecht durchdringende Raumkomponenten aufweist. Dabei gehören mindestens eine Planarspule und eine SMD-Spule zu einer Messeinheit. Die Messeinheit ist auf verschiedene Schadensklassen unterschiedlich sensitiv, je nachdem wie die Feldlinien des Wirbelfeldes die Leichtbau-Verbundstruktur durchsetzen. Senkrecht durchsetzende Wirbelfelder reagieren überwiegend auf Delaminationen, solche mit paralleler Ausrichtung auf Faserbrüche. Matrixbrüche werden von beiden Feldausrichtungen erkannt.According to the invention, the test specimen is preferably excited in certain anisotropic spatial directions. The coils oriented perpendicular to one another induce eddy currents which form parallel or perpendicular to the textile layers. For this purpose, planar coils are used on the one hand, which form aligned parallel and flat to the layers of lightweight composite structure mainly eddy currents with parallel alignment with respect to the layers. On the other hand, the invention provides SMD (Surface Mounted Device) coils whose turns, which are on a ferrite core, are oriented perpendicular to the planar coil and which produce a vortex field having the layers of vertically penetrating space components. At least one planar coil and one SMD coil belong to a measuring unit. The measuring unit is sensitive to different damage classes, depending on how the field lines of the vortex field enforce the lightweight composite structure. Vertically penetrating vortex fields react predominantly to delaminations, those with a parallel orientation to fiber breaks. Matrix breaks are detected by both field alignments.
Erfindungsgemäß liefert eine Messeinheit separate Messgrößen, indem jeweils eine Planar- oder SMD-Spule den Wirbelstrom erzeugt, während die andere SMD- oder Planarspule die Feldantwort erfasst oder umgekehrt. Dabei wird die Leichtbau-Verbundstruktur an einer Messstelle mindestens einmal von einem parallel und einem senkrecht durchsetzenden Wirbelfeld geprüft.According to the invention, a measuring unit supplies separate measured variables, in each case one planar or SMD coil generates the eddy current, while the other SMD or planar coil detects the field response or vice versa. Here, the lightweight composite structure is tested at a measuring point at least once by a parallel and a vertically interspersed vortex field.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liefert eine Messeinheit separate Messgrößen, indem jeweils eine Spule der Messeinheit den Wirbelstrom gleichzeitig erzeugt und die Feldantwort erfasst. Dabei werden aber gleichermaßen parallel und senkrecht durchsetzende Wirbelfelder gebildet.According to a further advantageous embodiment of the invention, a measuring unit supplies separate measured variables, in each case one coil of the measuring unit simultaneously generates the eddy current and detects the field response. In this case, however, parallel and perpendicular interspersed vortex fields are formed.
Der Erfindung nach sind mehrere Messeinheiten in der Leichtbau-Verbundstruktur eingebracht, die regelmäßig (z. B. arrayförmig) oder unregelmäßig angeordnet sind und an mehreren Anregungsorten Messgrößen bilden. Dabei können mehrere Spulen derselben oder weiterer Messeinheiten gleichzeitig betrieben werden.According to the invention, a plurality of measuring units are incorporated in the lightweight composite structure, which are arranged regularly (eg array-shaped) or irregularly and form measured variables at a plurality of excitation locations. Several coils of the same or further measuring units can be operated simultaneously.
Erfindungsgemäß sind die Messeinheiten an eine übergeordnete Instanz angeschlossen. Diese beinhaltet die Erreger- und Messelektronik und steuert mit einem Mikrocomputer den Messablauf. Die Energieversorgung der übergeordneten Instanz soll drahtgebunden oder drahtlos erfolgen.According to the invention, the measuring units are connected to a higher-level instance. This contains the exciter and measuring electronics and controls the measuring process with a microcomputer. The power supply of the parent instance should be wired or wireless.
Erfindungsgemäß können die Messeinheiten weitere Sensoren enthalten, deren Messgrößen ebenfalls an die übergeordnete Instanz übermittelt werden.According to the invention, the measuring units can contain further sensors whose measured variables are likewise transmitted to the higher-level instance.
Eine Lokalisierung und Klassifizierung von Materialschäden und die Bestimmung deren Ausmaße bedarf einer Auswertung der Messgrößen der jeweiligen Messeinheiten, welche hierzu an die übergeordnete Instanz übergeben werden. Die Auswertung der Messgrößen soll mit deterministischen oder probabilistischen Methoden erfolgen, wobei die ausgewerteten Daten in die Bestimmung des Betriebsverhaltens der Leichtbau-Verbundstruktur einfließen. Hierzu ist in der übergeordneten Instanz ein Mikrocomputer vorgesehen.A localization and classification of material damage and the determination of its dimensions requires an evaluation of the measured variables of the respective measuring units, which are handed over to the higher-level instance. The evaluation of the measured quantities shall be carried out with deterministic or probabilistic methods, the evaluated data being used to determine the operating behavior of the lightweight composite structure. For this purpose, a microcomputer is provided in the higher-level instance.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es unter Anwendung einer magnetisch induktiven Impedanztomographie, die innere Leitfähigkeitsverteilung der Leichtbau-Verbundstruktur zu rekonstruieren, wobei die rekonstruierten Daten in die diagnostische Untersuchung einfließen.A further advantageous embodiment of the invention makes it possible using a magneto-inductive impedance tomography, the to reconstruct the internal conductivity distribution of the lightweight composite structure, the reconstructed data being used in the diagnostic study.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung erlaubt es, mit Methoden der magnetisch induktiven Impedanztomographie oder anderen Verfahren die Verteilung der Leitfähigkeit oder Schäden zweidimensional oder dreidimensional bildlich darzustellen. Dabei erfolgt die Rekonstruktion der Messgrößen in der übergeordneten Instanz innerhalb der Leichtbau-Verbundstruktur. Die rekonstruierten Daten werden von der übergeordneten Instanz an eine Instanz höherer Ebene, welche außerhalb der Leichtbau-Verbundstruktur angeordnet ist, übergeben und an dieser geeignet dargestellt.A further advantageous embodiment of the invention makes it possible to represent the distribution of conductivity or damage two-dimensionally or three-dimensionally using methods of magnetic-inductive impedance tomography or other methods. The reconstruction of the measured variables takes place in the higher-level instance within the lightweight composite structure. The reconstructed data is transferred from the higher-level instance to a higher-level instance, which is arranged outside the lightweight composite structure, and displayed appropriately thereon.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sollen eine oder mehrere Spulen der Messeinheiten für eine drahtlose Daten- oder/und Energieübertragung genutzt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, one or more coils of the measuring units are to be used for wireless data and / or energy transmission.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Lokalisierung und Klassifizierung und Bestimmung der Ausmaße von Schäden in Form einer manuellen Inspektion von zwei- oder dreidimensionalen Darstellungen durch zum Beispiel Wartungspersonal vorgesehen.According to an advantageous embodiment of the invention, a localization and classification and determination of the extent of damage in the form of a manual inspection of two- or three-dimensional representations provided by, for example, maintenance personnel.
Erfindungsgemäß sind die Messeinheiten und die übergeordnete Instanz auf einer Trägerfolie angeordnet und mit einer Isolationsbarriere von der leitfähigen Leichtbau-Verbundstruktur isoliert. Dabei sind alle Komponenten in vorteilhafter Weise miniaturisiert ausgelegt, um die Leichtbau-Verbundstruktur nicht zu schwächen und eine weitgehend unbeeinflusste Ausbreitung der Wirbelfelder zu garantieren. Die Anordnung wird vor dem Verpressen oder Laminieren zwischen die Lagen platziert und mit geeigneten Techniken zu einem Bauteil konsolidiert.According to the invention, the measuring units and the superordinate entity are arranged on a carrier foil and insulated with an insulating barrier from the conductive lightweight composite structure. All components are miniaturized in an advantageous manner in order not to weaken the lightweight composite structure and to guarantee a largely uninfluenced propagation of the vortex fields. The assembly is placed between the layers prior to compression or lamination and consolidated into a component using appropriate techniques.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the accompanying drawings show:
Bezug nehmend auf oben aufgeführte Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens und einer Anordnung zur Überwachung und Lokalisierung von Materialschäden und Diskontinuitäten in elektrisch leitfähigen Leichtbau-Verbundstrukturen erläutert werden.With reference to the above drawings, an embodiment of a method and apparatus for monitoring and locating material damage and discontinuities in electrically conductive lightweight composite structures will be explained.
Die Leichtbau-Verbundstruktur
Das Prüfsystem wird zwischen textile Lagen der Leichtbau-Verbundstruktur eingebracht und in einem geeigneten Prozess zu einem Bauteil konsolidiert.The test system is inserted between textile layers of the lightweight composite structure and consolidated in a suitable process to form a component.
Die Feldgeometrie der Wirbelströme
Bei einer Ausführung der Erfindung soll die Leichtbau-Verbundstruktur
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sollen Schäden von Leichtbau-Verbundstrukturen klassifiziert werden. Dazu wird die Leichtbau-Verbundstruktur
Eine weitere Ausführung der Erfindung sieht nicht-arrayförmige aber regelmäßige oder unregelmäßige Anordnungen, in jedem Falle aber in einer vorteilhaften Weise ausgestaltete Anordnungen, vor.A further embodiment of the invention provides non-array-shaped but regular or irregular arrangements, in any case, but in an advantageous manner configured arrangements before.
Erfindungsgemäß sind im Wesentlichen zwei Verfahren zur Bildung der Messgrößen vorgesehen, welche
Erfindungsgemäß wird zur Bildung der Messgrößen vom Mikrocomputer
Der Messablauf wird vom Mikrocomputer
Erfindungsgemäß sollen die ausgewerteten Messgrößen entweder zur Durchführung einer magnetisch induktiven Impedanztomographie verwendet werden oder in statistische oder deterministische Analyseverfahren einfließen.According to the invention, the evaluated measured variables are to be used either to perform a magneto-inductive impedance tomography or to be included in statistical or deterministic analysis methods.
Abweichend von dem Verfahren nach
Die elektrische Impedanz der Planarspule
Erfindungsgemäß werden Impedanzänderungen mit einem LCR-Oszillator
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Planarspulen
Werden die Planarspulen
Erfindungsgemäß sollen die ausgewerteten Messgrößen ebenfalls in statistische oder deterministische Analyseverfahren einfließen oder mit Methoden der magnetisch induktiven Impedanztomographie verarbeitet werden.According to the invention, the evaluated measured variables should also be included in statistical or deterministic analysis methods or processed with methods of magnetic-inductive impedance tomography.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Planarspuleplanar coil
- 22
- SMD-SpuleSMD coil
- 33
- Trägerfoliesupport film
- 44
- In Abhängigkeit von Materialschäden erfahrene komplexwertige Impedanzänderung der PlanarspuleDepending on material damage experienced complex-valued impedance change of the planar coil
- 55
- parasitärer Kapazitätsbelag der Spuleparasitic capacitance of the coil
- 66
- elektrisch leitfähige Leichtbau-Verbundstrukturelectrically conductive lightweight composite structure
- 77
- übergeordnete Instanzparent instance
- 88th
- Isolationsbarriereisolation barrier
- 99
- in der Leichtbau-Verbundstruktur induzierte Wirbelströmeeddy currents induced in the lightweight composite structure
- 1010
- Kondensator einer kapazitiven DreipunktschaltungCapacitor of a capacitive three-point circuit
- 1111
- RückkoppelkondensatorFeedback capacitor
- 1212
- Bezugspotentialreference potential
- 1313
- Verstärkerschaltungamplifier circuit
- 1414
- kapazitiv rückgekoppelter LCR-OszillatorCapacitive feedback LCR oscillator
- 1515
- Mikrocomputermicrocomputer
- 1616
- Konduktanz der PlanarspuleConductance of the planar coil
- 1717
- Induktivität der PlanarspuleInductance of the planar coil
- 1818
- Konduktanz der SMD-SpuleConductance of the SMD coil
- 1919
- Induktivitat der SMD-SpuleInductance of the SMD coil
- 2020
- In Abhängigkeit von Materialschäden erfahrene komplexwertige Impedanzänderung der SMD-SpuleDepending on material damage experienced complex-valued impedance change of the SMD coil
- 21 21
- parasitärer Kapazitätsbelag der SMD-Spuleparasitic capacitance of the SMD coil
- 2222
- Umschalterswitch
- 2323
- Spulentreibercoil driver
- 2424
- Messverstärkermeasuring amplifiers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 3827229 A1 [0004] DE 3827229 A1 [0004]
- DE 19945944 C2 [0004] DE 19945944 C2 [0004]
- DE 19710743 C2 [0004] DE 19710743 C2 [0004]
- DE 102008017177 A1 [0004] DE 102008017177 A1 [0004]
- EP 019579281 [0004] EP 019579281 [0004]
- WO 2005/043107 A2 [0004] WO 2005/043107 A2 [0004]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- C. Riedel, ”Planare induktive Impedanzmessverfahren”, Dissertation, 2004 [0006] C. Riedel, "Planar Inductive Impedance Measurement Methods", Dissertation, 2004 [0006]
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