DE102013222523A1

DE102013222523A1 - Eddy current probe and eddy current tester

Info

Publication number: DE102013222523A1
Application number: DE201310222523
Authority: DE
Inventors: Timur Kudyakov
Original assignee: MAGNETISCHE PRUEFANLAGEN GmbH
Current assignee: MAGNETISCHE PRUEFANLAGEN GmbH
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2015-05-07
Also published as: EP3066460A1; WO2015067483A1

Abstract

Eine Wirbelstromsonde umfasst eine Erregeranordnung (110) mit mindestens einem elektrischen Leiter, der zum Anschluss an eine Wechselspannungsquelle vorgesehen ist, und eine Empfängeranordnung (130) mit mindestens einer von der Erregeranordnung gesonderten Empfängerspule (140), die eine oder mehrere Windungen aufweist. Die Erregeranordnung weist einen Erregerabschnitt (115) auf, in welchem ein Leiterabschnitt oder mehrere Leiterabschnitte derart verlaufen, dass durch den Leiterabschnitt oder die Leiterabschnitte des Erregerabschnitts bei Anschluss an eine Wechselspannungsquelle ein primäres magnetisches Wechselfeld (PF) mit um den Erregerabschnitt herum verlaufenden magnetischen Feldlinien (FL) erzeugt wird. Die Empfängerspule (140) ist in Bezug auf den Erregerabschnitt (115) derart angeordnet, dass die Empfängerspule vom primären magnetischen Wechselfeld des Erregerabschnitts derart symmetrisch durchsetzt wird, dass eine zeitliche Änderung dφ/dt des magnetischen Flusses φ des primären magnetischen Wechselfeldes durch die Empfängerspule im Wesentlichen verschwindet.An eddy current probe includes an exciter assembly (110) having at least one electrical conductor for connection to an AC source, and a receiver assembly (130) having at least one receiver coil (140) separate from the exciter assembly and having one or more turns. The exciter arrangement has an excitation section (115), in which a conductor section or several conductor sections run such that a primary alternating magnetic field (PF) with magnetic field lines extending around the excitation section (FIG. FL) is generated. The receiver coil (140) is arranged with respect to the excitation section (115) such that the receiver coil is symmetrically interspersed by the primary alternating magnetic field of the excitation section such that a temporal change dφ / dt of the magnetic flux φ of the primary alternating magnetic field by the receiver coil in Essentially disappears.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKAREA OF APPLICATION AND PRIOR ART

Die Erfindung betrifft eine Wirbelstromsonde gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Wirbelstrom-Prüfgerät mit mindestens einer solchen Wirbelstromsonde.The invention relates to an eddy current probe according to the preamble of claim 1 and to an eddy current testing device having at least one such eddy current probe.

Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (non-destructive testing, NDT) elektrisch leitender Materialien hat sich die Wirbelstromprüfung in vielen Anwendungsgebieten bewährt, beispielsweise bei der automatisierten zerstörungsfreien Prüfung an Halbzeugen für die metallerzeugende und metallverarbeitende Industrie, zur Durchführung von Prüfungen an sicherheitsrelevanten und funktionskritischen Bauteilen für Land- und Luftfahrzeuge oder im Anlagenbau. Die für die Wirbelstromprüfung eingesetzten Sensorsysteme werden üblicherweise als „Wirbelstromsonden“ bezeichnet. In non-destructive testing (NDT) electroconductive materials, eddy current testing has been proven in many applications, such as automated nondestructive testing of semi-finished products for the metalworking and metalworking industries, for testing safety-critical and mission-critical components for land - and aircraft or in plant construction. The sensor systems used for eddy current testing are commonly referred to as "eddy current probes".

Bei der Wirbelstromprüfung wird eine Wirbelstromsonde in einem geringen Abstand (Prüfabstand) zu einer Oberfläche eines zu prüfenden Prüflings angeordnet, der zumindest im Bereich der Oberfläche aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Für die Prüfung wird in der Regel eine Relativbewegung zwischen Prüfling und Wirbelstromsonde erzeugt, beispielsweise indem die Wirbelstromsonde den zu prüfenden Bereich der Oberfläche überfährt. In the eddy current test, an eddy current probe is arranged at a small distance (test distance) to a surface of a test specimen to be tested, which consists at least in the region of the surface of an electrically conductive material. As a rule, a relative movement between the test specimen and the eddy current probe is generated for the test, for example by the eddy current probe passing over the area of the surface to be tested.

Eine gattungsgemäße Wirbelstromsonde hat einer Erregeranordnung mit mindestens einem elektrischen Leiter, der zum Anschluss an eine Wechselspannungsquelle vorgesehen ist, und eine Empfängeranordnung mit mindestens einer von der Erregeranordnung gesonderten Empfängerspule, die eine oder mehrere Windungen aufweist. Typischerweise bildet der elektrische Leiter der Erregeranordnung mindestens eine Spule, die als Erregerspule oder Feldspule bezeichnet wird. Eine Empfängerspule wird häufig auch als Messspule bezeichnet.A generic eddy current probe has an exciter arrangement with at least one electrical conductor which is provided for connection to an AC voltage source, and a receiver arrangement with at least one receiver coil which is separate from the excitation arrangement and has one or more windings. Typically, the electrical conductor of the exciter assembly forms at least one coil, which is referred to as exciter coil or field coil. A receiver coil is often referred to as a measuring coil.

Die Erregerspule wird zur Durchführung der Prüfung an einer Wechselspannungsquelle angeschlossen und kann dann ein primäres elektromagnetisches Wechselfeld (magnetisches Primärfeld) erzeugen, welches bei der Prüfung in das Prüfmaterial eindringt und im Wesentlichen in einer oberflächennahen Schicht des Prüfmaterials Wirbelströme erzeugt, die durch Gegeninduktion auf die Empfängerspule(n) der Wirbelstromsonde zurückwirken. Das durch die Wirbelströme verursachte sekundäre Magnetfeld (magnetisches Sekundärfeld) ist dabei nach der Lenz’schen Regel dem primären Magnetfeld entgegengesetzt. Ein Defekt im geprüften Bereich, beispielsweise ein Riss, eine Verunreinigung oder eine andere Materialinhomogenität, stört die Ausbreitung der Wirbelströme im Prüfmaterial und verändert somit die Wirbelstromintensität und dadurch auch die Intensität des auf die Empfängerspule rückwirkenden magnetischen Sekundärfeldes. Die dadurch verursachten Änderungen der elektrischen Eigenschaften einer Empfängerspule, z.B. insbesondere der Impedanz der Empfängerspule, führen zu elektrischen Messsignalen, die mittels einer Auswerteeinrichtung ausgewertet werden können, um Defekte zu identifizieren und zu charakterisieren. The excitation coil is connected to an AC voltage source to perform the test and can then generate a primary electromagnetic alternating field (primary magnetic field) which penetrates the test material during testing and generates eddy currents substantially in a near-surface layer of the test material by mutual induction on the receiver coil (n) react back the eddy current probe. The secondary magnetic field (secondary magnetic field) caused by the eddy currents is opposite to the primary magnetic field according to Lenz's rule. A defect in the tested area, such as a crack, contamination or other material inhomogeneity, interferes with the propagation of the eddy currents in the test material and thus alters the eddy current intensity and thereby also the intensity of the secondary magnetic field applied to the receiver coil. The resulting changes in the electrical characteristics of a receiver coil, e.g. in particular the impedance of the receiver coil lead to electrical measurement signals that can be evaluated by means of an evaluation device to identify and characterize defects.

Wirbelstromsonden, bei denen die Erregerspule und die Empfängerspule durch dieselbe Spule gebildet werden, werden als parametrische Wirbelstromsonden bezeichnet. Wirbelstromsonden, die eine Erregerspule und eine davon gesonderte Empfängerspule aufweisen, wobei eine Kopplung zwischen der Erregerspule und der Empfängerspule vermittelt über das Prüflingsmaterial erfolgt, werden als transformatorische Wirbelstromsonden bezeichnet. Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine transformatorische Wirbelstromsonde.Eddy current probes in which the exciter coil and the receiver coil are formed by the same coil are referred to as parametric eddy current probes. Eddy current probes having an exciter coil and a receiver coil separate therefrom, with coupling between the exciter coil and the receiver coil mediated over the specimen material, are referred to as transformer eddy current probes. The present application relates to a transformer eddy current probe.

Die Erregerspule und die Empfängerspule haben normalerweise zueinander parallele Spulenachsen, so dass das primäre magnetische Wechselfeld der Erregerspule in der Empfängerspule eine Wechselspannung induziert. Die Spannung bzw. der Spannungsverlauf in der Empfängerspule verändert sich, wenn die Wirbelstromsonde in die Nähe eines elektrisch leitenden Prüflings gebracht wird. Diese Änderungen werden für Messzwecke ausgewertet.The exciter coil and the receiver coil normally have coil axes parallel to each other so that the primary alternating magnetic field of the exciter coil induces an AC voltage in the receiver coil. The voltage or voltage curve in the receiver coil changes when the eddy current probe is brought into the vicinity of an electrically conductive specimen. These changes are evaluated for measurement purposes.

Nach der Art des Aufbaus der Empfängerspule und der dadurch bedingten Art der Messwerterfassung unterscheidet man üblicherweise zwischen sogenannten Absolutspulen (Empfängerspulen in Absolutanordnung) und sogenannten Differenzspulen (Empfängerspulen in Differenzanordnung), die jeweils spezifische Vorteile und Nachteile haben.According to the nature of the structure of the receiver coil and the consequent type of measured value detection is usually distinguished between so-called absolute coils (receiver coils in absolute arrangement) and so-called differential coils (receiver coils in difference arrangement), each having specific advantages and disadvantages.

Eine Absolutspule hat eine oder mehreren gleichsinnig verlaufende Windungen, die vom primären und vom sekundären Magnetfeld durchsetzt werden. Die Stärke des Messsignals hängt u.a. stark von der elektrischen Leitfähigkeit des Prüflingsmaterials, vom Abstand zwischen Empfängerspule und Probenoberfläche („Abstandseffekt“ oder „Lift-Off-Effekt“), von der Neigung der Empfängerspule gegenüber der Prüflingsoberfläche („Kippeffekt“ oder „Neigungseffekt“) und vom sogenannten „Kanteneffekt“ ab. Der Abstandseffekt drückt sich darin aus, dass die Signalamplitude des Messsignals mit größer werdendem Abstand zur Prüflingsoberfläche stark abfällt. Wird die Wirbelstromsonde bei der Messwertaufnahme gegenüber der Prüflingsoberfläche leicht verkippt bzw. geneigt, so wirkt sich das stark auf das Messsignal aus. Der Rand eines Prüflings, also der Übergang zu Luft oder einem Material mit anderer elektrischer Leitfähigkeit, beeinträchtigt das Messsignal schon bei relativ großem Randabstand (lateraler Abstand zwischen der Messposition und dem Rand). Diesen Nachteilen steht als Vorteil gegenüber, dass Absolutspulen mit kleinen Dimensionen hergestellt werden können, so dass hohe Ortsauflösung erzielbar ist.An absolute coil has one or more coils running in the same direction, which are penetrated by the primary and the secondary magnetic field. Among other things, the strength of the measuring signal depends strongly on the electrical conductivity of the specimen material, on the distance between the receiver coil and the specimen surface ("distance effect" or "lift-off effect"), on the inclination of the receiver coil with respect to the specimen surface ("tilt effect" or "inclination effect"). ) and the so-called "edge effect". The distance effect is expressed by the fact that the signal amplitude of the measurement signal decreases sharply as the distance to the test object surface increases. If the eddy current probe is slightly tilted or tilted with respect to the specimen surface during the measured value recording, this has a strong effect on the measurement signal. The edge of a test object, ie the transition to air or a material with another electrical conductivity, affects the measurement signal even at relatively large edge distance (lateral distance between the measuring position and the edge). These disadvantages are offset by the advantage that absolute coils can be produced with small dimensions, so that high spatial resolution can be achieved.

Eine typische Variante einer Differenzspule hat zwei möglichst identisch dimensionierte, subtraktiv geschaltete Teilspulen, wobei jede Teilspule eine oder mehrere gleichsinnig verlaufende Windungen hat und die Windungen der Teilspulen gegensinnig zueinander verlaufen. Werden die Teilspulen vom primären und vom sekundären Magnetfeld durchsetzt, repräsentiert das Messsignal die Differenz der in den Teilspulen induzierten Spannungen. Im Gegensatz zu Absolutspulen wird in Luft und über „gesundem“, d.h. homogenem, defektfreien Material jeweils keine Signalspannung erzeugt, da unterhalb der Teilspulen gleiche Bedingungen und somit gleiche induzierte Spannungen vorliegen, so dass die Differenzspannung gleich Null ist. Das Messsignal ist weniger stark vom Abstand zur Prüflingsoberfläche abhängig als bei Absolutspulen. Im Vergleich zur Absolutspule hat eine Differenzspule in der Regel eine höhere Dynamik und kann daher Defekte wie Risse sehr empfindlich detektieren. Allerdings müssen bei der Herstellung von Differenzspulen enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden, um den gewünschten Kompensationseffekt der Teilspulen vollständig zu erhalten. Außerdem nimmt die Empfindlichkeit einer Differenzspule trotz der geringeren Abstandsabhängigkeit der Signalamplitude mit zunehmendem Prüfabstand ab. Der Kanteneffekt ist bei Differenzspulen normalerweise stärker als bei Absolutspulen. Schließlich ergeben sich prinzipbedingt größere Baugrößen, so dass die erzielbare Ortsauflösung geringer ist als bei Absolutspulen.A typical variant of a differential coil has two as possible identically dimensioned, subtractive switched partial coils, wherein each partial coil has one or more coils running in the same direction and the turns of the coil sections run in opposite directions to each other. If the partial coils are penetrated by the primary and the secondary magnetic field, the measuring signal represents the difference between the voltages induced in the partial coils. In contrast to absolute coils, in air and over "healthy", i. Homogeneous, defect-free material in each case generates no signal voltage, since below the sub-coils same conditions and thus the same induced voltages are present, so that the differential voltage is zero. The measurement signal is less dependent on the distance to the DUT surface than on absolute coils. In comparison to the absolute coil, a differential coil usually has a higher dynamic and can therefore detect defects such as cracks very sensitively. However, in the production of differential coils, close manufacturing tolerances must be maintained in order to obtain the desired compensation effect of the partial coils completely. In addition, the sensitivity of a differential coil decreases with increasing test distance despite the smaller distance dependence of the signal amplitude. The edge effect is usually stronger with differential coils than with absolute coils. Finally, in principle larger sizes result, so that the achievable spatial resolution is lower than in absolute coils.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Wirbelstromsonde bereitzustellen, welche einige Vorteile von Absolutspulen und Differenzspulen vereinigt, ohne deren Nachteile in gleichem Maße aufzuweisen. Insbesondere soll die Wirbelstromsonde Materialprüfungen mit hoher örtlicher Auflösung und Empfindlichkeit ermöglichen und relativ unempfindlich gegenüber Schwankungen des Prüfabstands sein. Weiterhin soll eine gute Lokalisierung von Defekten erzielt werden.It is an object of the invention to provide an eddy current probe which combines some advantages of absolute coils and differential coils without having their disadvantages to the same extent. In particular, the eddy current probe should allow material testing with high spatial resolution and sensitivity and be relatively insensitive to variations in the test distance. Furthermore, a good localization of defects should be achieved.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben stellt die Erfindung eine Wirbelstromsonde mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.To solve these and other objects, the invention provides an eddy current probe having the features of claim 1. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.

Bei der Wirbelstromsonde gemäß der beanspruchten Erfindung wird durch eine besondere Anordnung von Leiterabschnitten des Erregerabschnitts (ein Leiterabschnitt oder mehrere Leiterabschnitte) in Bezug auf die (mindestens eine) Empfängerspule erreicht, dass die Empfängerspule in Bezug auf den Erregerabschnitt bzw. auf diejenigen Leiterabschnitte, die den Erregerabschnitt bilden, in der Weise „magnetisch symmetrisch“ angeordnet ist, dass das vom Erregerabschnitt erzeugte magnetische Primärfeld die Empfängerspule zwar durchsetzt, in der Empfängerspule jedoch insgesamt keine Spannung induziert wird, wenn sich die Empfängerspule in Luft oder im korrekten Prüfabstand ohne Verkippung oder dergleichen gegenüber einem gesunden, defektfreien Prüflingsmaterial befindet. Es existieren schräg zur Spulenebene verlaufende Komponenten der Feldlinien des Primärfeldes. Diese durchsetzen die Empfängerspule jedoch derart in unterschiedlichen Richtungen und mit unterschiedlichen Vorzeichen, dass insgesamt eine Magnetflusskompensation des Primärfeldes in der Empfängerspule erreicht wird. Defekte im Prüflingsmaterial stören diese Symmetrie und führen dann zu Messspannungen, die ausgewertet werden können. Da in der defektfreien Referenzsituation theoretisch keine Messspannung erzeugt wird, kann die Auswertung mit hoher Empfindlichkeit durchgeführt werden, um Abweichungen vom Referenzzustand (keine elektrische Spannung am Ausgang der Empfängeranordnung) präzise hinsichtlich Amplitude und Phase in Bezug auf den Erregerstrom der Wechselspannungsquelle auswerten zu können. In the eddy current probe according to the claimed invention, it is achieved by a particular arrangement of conductor sections of the excitation section (one conductor section or several conductor sections) with respect to the (at least one) receiver coil, that the receiver coil with respect to the excitation section or to those conductor sections, the Exciter section form arranged in a "magnetically symmetrical" way that the primary magnetic field generated by the excitation section passes through the receiver coil, but in the receiver coil, no total voltage is induced when the receiver coil in air or at the correct test distance without tilting or the like a healthy, defect-free specimen is located. There are obliquely to the coil plane extending components of the field lines of the primary field. However, these enforce the receiver coil in different directions and with different signs, that overall a magnetic flux compensation of the primary field is achieved in the receiver coil. Defects in the specimen disturb this symmetry and then lead to measuring voltages that can be evaluated. Since no measurement voltage is theoretically generated in the defect-free reference situation, the evaluation can be carried out with high sensitivity in order to be able to evaluate deviations from the reference state (no electrical voltage at the output of the receiver arrangement) precisely with respect to amplitude and phase with respect to the excitation current of the AC voltage source.

Für die Funktion der Wirbelstromsonde ist die beschriebene magnetische Symmetrie der Empfängerspule in Bezug auf das durch die Erregeranordnung erzeugte primäre magnetische Wechselfeld anzustreben. Besonders vorteilhaft kann dies dadurch erreicht werden, dass die Erregeranordnung und die Empfängerspule(n) nach gewissen Symmetrieüberlegungen zueinander angeordnet werden. Bei manchen Ausführungsformen definiert eine Empfängerspule eine Empfängerspulenachse und eine senkrecht zur Empfängerspulenachse orientierte Empfängerspulenebene sowie eine senkrecht zur Empfängerspulenebene orientierte Symmetrieebene, und der Leiterabschnitt oder die Leiterabschnitte des Erregerabschnitts verlaufen symmetrisch zu der Symmetrieebene parallel zu der Empfängerspulenebene. Die Symmetrieebene kann die Spulenfläche einer Empfängerspule in zwei Teilflächen aufteilen, die so gewählt sind, dass eine magnetische Flussänderung des Primärfeldes durch eine der Teilflächen entgegengesetzt gleich der Flussänderung des Primärfeldes durch die andere der Teilflächen ist, so dass sich die angesprochenen Magnetflusskompensation ergibt. Werden die Leiterabschnitte dann in gleicher Weise vom Erregerstrom durchflossen, ergibt sich aufgrund der geometrischen Symmetrie automatisch die angestrebte magnetische Symmetrie.For the function of the eddy current probe, the described magnetic symmetry of the receiver coil with respect to the primary alternating magnetic field generated by the exciter arrangement is to be aimed for. This can be achieved particularly advantageously by arranging the exciter arrangement and the receiver coil (s) after certain symmetry considerations. In some embodiments, a receiver coil defines a receiver coil axis and a receiver coil plane oriented perpendicular to the receiver coil axis, and a plane of symmetry oriented perpendicular to the receiver coil plane, and the conductor section or sections of the exciter section are symmetrical about the plane of symmetry parallel to the receiver coil plane. The plane of symmetry can divide the coil surface of a receiver coil into two partial surfaces, which are chosen so that a magnetic flux change of the primary field through one of the partial surfaces is equal to the flux change of the primary field through the other of the partial surfaces, resulting in the mentioned magnetic flux compensation. If the conductor sections then flow in the same way from the exciter current, the desired magnetic symmetry automatically results due to the geometric symmetry.

Bei manchen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Erregeranordnung einen geradlinigen Erregerabschnitt aufweist, in welchem ein geradliniger Leiterabschnitt oder mehrere zueinander parallele geradlinige Leiterabschnitte verlaufen. Hierdurch kann auf besonders einfache Weise die angestrebte Symmetrie bezüglich des Magnetflusses des primären magnetischen Wechselfeldes erreicht werden. Die geradlinigen Leiterabschnitte können z.B. durch gerade Abschnitte von Rechteckspulen gebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Erregerabschnitt einen oder mehrere gekrümmte Leiterabschnitte hat, die z.B. durch Abschnitte von gerundeten Spulenwindungen gebildet werden. In some embodiments, it is provided that the excitation arrangement has a rectilinear excitation section, in which run a straight line section or a plurality of rectilinear conductor sections parallel to one another. As a result, the desired symmetry with respect to the magnetic flux of the primary alternating magnetic field can be achieved in a particularly simple manner. The rectilinear conductor sections may be formed, for example, by straight sections of rectangular coils. However, it is also possible that the excitation section has one or more curved conductor sections, which are formed for example by sections of rounded coil turns.

Eine Empfängerspule kann z.B. eine annähernd rechteckige, ggf. quadratische Spulenform mit geradlinigen Leiterabschnitten aufweisen oder aber eine gerundete Spulenform ohne geradlinige Leiterabschnitte, z.B. eine kreisrunde Spulenform.A receiver coil may e.g. have an approximately rectangular, possibly square coil shape with straight conductor sections or a rounded coil shape without straight conductor sections, e.g. a circular coil shape.

Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Erregerabschnitt senkrecht zur Empfängerspulenachse mittig diagonal über die Empfängerspule verläuft. Dadurch kann erreicht werden, dass die vom Erregerabschnitt erzeugte magnetische Feldstärke am Ort der Empfängerspule besonders hoch ist, so dass im Prüfling starke Wirbelströme erzeugt werden können, wenn die Wirbelstromsonde in die Nähe der Prüflingsoberfläche gebracht wird. Es ist jedoch auch möglich, dass einige oder alle Leiterabschnitte des Erregerabschnitts außerhalb der durch die Windungen der Empfängerspule definierten Spulenfläche liegen. Beispielsweise können Leiterabschnitte des Erregerabschnitts symmetrisch zu einer Symmetrieebene der Empfängerspule an diametral gegenüberliegenden Seiten jeweils außerhalb der Empfängerspule angeordnet sein in der Weise, dass sich die von den außenliegenden Leiterabschnitten erzeugten Komponenten des primären magnetischen Wechselfeldes im Bereich der Empfängerspule in der oben beschriebenen Weise magnetisch kompensieren. Die Spulenfläche selbst kann frei von Leiterabschnitten der Erregeranordnung sein.Particularly advantageous embodiments are those in which the excitation section runs perpendicular to the receiver coil axis centrally diagonally across the receiver coil. It can thereby be achieved that the magnetic field strength generated by the exciter section is particularly high at the location of the receiver coil, so that strong eddy currents can be generated in the test object when the eddy current probe is brought into the vicinity of the test object surface. However, it is also possible that some or all of the conductor sections of the excitation section lie outside the coil surface defined by the windings of the receiver coil. For example, conductor sections of the excitation section may be arranged symmetrically to a plane of symmetry of the receiver coil on diametrically opposite sides each outside the receiver coil in such a way that the components of the primary alternating magnetic field generated by the outer conductor sections in the region of the receiver coil in the manner described above compensate magnetically. The coil surface itself may be free of conductor sections of the exciter arrangement.

Obwohl es möglich ist, dass die Wirbelstromsonde wenigstens teilweise mit Hilfe von elektrischen Leitern aufgebaut wird, die nicht in Form von Spulen vorliegen, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass die Erregeranordnung eine erste Erregerspule mit einer oder mehreren ersten Windungen und eine zweite Erregerspule mit einer oder mehreren zweiten Windungen aufweist, dass die Windungen der ersten und der zweiten Erregerspule spiegelsymmetrisch zu der Symmetrieebene der Empfängerspule angeordnet sind und dass bei Anschluss an die Wechselspannungsquelle diese Windungen elektrisch spiegelsymmetrisch geschaltet sind.Although it is possible for the eddy current probe to be constructed at least in part by means of electrical conductors which are not in the form of coils, in preferred embodiments it is provided that the excitation arrangement comprises a first exciter coil with one or more first windings and a second exciter coil with one or a plurality of second windings, that the turns of the first and the second excitation coil are arranged mirror-symmetrically to the plane of symmetry of the receiver coil and that when connected to the AC voltage source, these windings are electrically mirror-symmetrically connected.

Insbesondere kann die Anordnung so getroffen werden, dass die erste Erregerspule einen der zweiten Erregerspule zugewandten inneren Leiterabschnitt und einen entfernt von der zweiten Erregerspule angeordneten äußeren Leiterabschnitt aufweist und dass die zweite Erregerspule einen der ersten Erregerspule zugewandten inneren Leiterabschnitt und einen entfernt von der ersten Erregerspule angeordneten äußeren Leiterabschnitt aufweist, wobei die inneren Leiterabschnitte den Erregerabschnitt bilden und bei Anschluss der Erregeranordnung an die Wechselspannungsquelle gleichsinnig von Strom durchlaufen werden und die äußeren Leiterabschnitte gleichsinnig miteinander und gegensinnig zu den inneren Leiterabschnitten von Strom durchlaufen werden. Dadurch dass die inneren Leiterabschnitte gleichsinnig durchlaufen werden, addieren sich die durch diese Leiterabschnitte erzeugten Anteile des primären magnetischen Wechselfeldes konstruktiv und verstärken sich so gegenseitig, so dass im Bereich der inneren Leiterabschnitte hohe magnetische Feldstärken erreicht werden können. Die äußeren Leiterabschnitte können dagegen bei entsprechender Anordnung dazu dienen, das magnetische Primärfeld besser im Bereich der inneren Leiterabschnitte zu konzentrieren, indem die Dichte der Magnetfeldlinie in diesem Bereich erhöht wird.In particular, the arrangement may be made such that the first exciting coil has an inner conductor portion facing the second exciting coil and an outer conductor portion spaced away from the second exciting coil, and the second exciting coil has an inner conductor portion facing the first exciting coil and one remote from the first exciting coil outer conductor section, wherein the inner conductor sections form the excitation section and are in the same direction of current traversed upon connection of the excitation device to the AC voltage source and the outer conductor sections are passed in the same direction and in opposite directions to the inner conductor portions of electricity. The fact that the inner conductor sections are traversed in the same direction, the proportions of the primary alternating magnetic field generated by these conductor sections add constructively and reinforce each other, so that high magnetic field strengths can be achieved in the inner conductor sections. On the other hand, the outer conductor sections can, with a corresponding arrangement, serve to concentrate the magnetic primary field better in the region of the inner conductor sections, by increasing the density of the magnetic field line in this area.

Eine Wirbelstromsonde kann eine einzige Empfängerspule aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, eine Wirbelstromsonde mit einer Array-Anordnung auszugestalten, die mehrere Empfängerspulen in geeigneter Anordnung umfasst, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Empfängerspulen. Für jede der Empfängerspulen kann die Bedingung der Magnetfeldkompensation erfüllt sein, so dass sich Vorteile der beanspruchten Erfindung auch bei Array-Sonden realisieren lassen. An eddy current probe may have a single receiver coil. However, it is also possible to design an eddy current probe with an array arrangement comprising a plurality of receiver coils in a suitable arrangement, for example two, three, four, five, six or more receiver coils. For each of the receiver coils, the condition of the magnetic field compensation can be fulfilled, so that advantages of the claimed invention can also be realized with array probes.

Bei einer Ausführungsform hat die Empfängeranordnung mindestens eine geradlinige Empfängerspulen-Reihe mit zwei oder mehr Empfängerspulen, die derart angeordnet sind, dass sich die beschriebene Magnetfeldkompensation ergibt. Mit Hilfe eines derartigen Linien-Arrays kann eine der Länge des Linien-Arrays entsprechende Prüfbreite eines Prüflings geprüft werden, wobei gleichzeitig in jeder von einer einzigen Empfängerspule überstrichenen Prüfspur eine hohe Ortsauflösung der Wirbelstromsonde erzielt werden kann. Es können auch mehrere in einer Bewegungsrichtung hintereinander geschaltete Linien-Arrays vorgesehen sein, deren Empfängerspulen z.B. derart „auf Lücke“ zu Empfängerspulen eines anderen Linien-Arrays angeordnet sind, dass eine lückenlose Prüfung über eine große Prüfbreite möglich ist. In one embodiment, the receiver assembly has at least one rectilinear receiver coil row having two or more receiver coils arranged to provide the described magnetic field compensation. With the aid of such a line array, it is possible to check a test specimen width corresponding to the length of the line array, wherein at the same time a high spatial resolution of the eddy current probe can be achieved in each test track swept by a single receiver coil. It is also possible to provide a plurality of line arrays connected in series in one direction of movement, the receiver coils of which are connected, for example. are arranged so "gap" to receiver coils of another line array that a complete test over a wide test width is possible.

Bei einem Sonden-Array mit zwei oder mehr Empfängerspulen können die Signale jeder der Empfängerspulen unabhängig von den Signalen der anderen Empfängerspulen ausgewertet werden. Es ist auch möglich, eine gemeinsame Auswertung der Signale von einigen oder allen der Empfängerspulen vorzusehen. Bei manchen Ausführungsformen sind Empfängerspulen der Empfängerspulen-Reihe elektrisch in Reihe geschaltet, so dass die Empfängerspulen-Reihe insgesamt ein Summensignal erzeugt, welches sich aus der Addition von Spannungen oder Spannungsanteilen ergibt, die in den einzelnen Empfängerspulen induziert werden. Dadurch wird es u.a. möglich, größere Flächen mit höherer Fehlerauflösung zu prüfen.In a probe array with two or more receiver coils, the signals of each of the receiver coils can be independent of the signals of the receiver coils other receiver coils are evaluated. It is also possible to provide a common evaluation of the signals from some or all of the receiver coils. In some embodiments, receiver coils of the receiver coil row are electrically connected in series, such that the receiver coil row as a whole generates a sum signal resulting from the addition of voltages or voltage components induced in the individual receiver coils. This makes it possible, among other things, to check larger areas with higher error resolution.

Die Erfindung betrifft auch ein Wirbelstrom-Prüfgerät mit mindestens einer Wirbelstromsonde gemäß der beanspruchten Erfindung. Das Wirbelstrom-Prüfgerät hat eine Versorgungs- und Auswerteeinheit, die eine Wechselspannungsquelle und eine Auswerteeinrichtung aufweist. Die Erregeranordnung einer Wirbelstromsonde ist an die Wechselspannungsquelle angeschlossen, um im Prüfbetrieb ein primäres magnetisches Wechselfeld erzeugen zu können. Die Empfängeranordnung der Wirbelstromsonde ist an die Auswerteeinrichtung angeschlossen, die dafür konfiguriert ist, an der Empfängeranordnung auftretende elektrische Messsignale zu verarbeiten. The invention also relates to an eddy current testing device having at least one eddy current probe according to the claimed invention. The eddy current testing device has a supply and evaluation unit, which has an AC voltage source and an evaluation device. The exciter arrangement of an eddy current probe is connected to the AC voltage source in order to be able to generate a primary alternating magnetic field during test operation. The receiver arrangement of the eddy current probe is connected to the evaluation device, which is configured to process electrical measurement signals occurring at the receiver arrangement.

Bei manchen Ausführungsformen sind der Erregeranordnung zwei oder mehr Empfängerspulen zugeordnet, die ein Spulen-Array bilden, beispielsweise in Form einer geradlinigen Empfängerspulen-Reihe. Vorzugsweise ist jede der Empfängerspulen an einen Kanal einer Empfängerspulen-Verbindungseinrichtung angeschlossen, die dafür konfiguriert ist, Ausgangssignale der einzelnen Empfängerspulen in getrennten Kanälen aufzunehmen und der Auswerteeinrichtung zuzuführen. Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung so konfiguriert, dass sie in einem Auswertungsmodus betrieben werden kann, der ein Summensignal ermittelt, indem Ausgangssignale von mindestens zwei Empfängerspulen mittels einer Addierungsoperation addiert werden. Obwohl es möglich ist, dass Ausgangssignale nur von einer ausgewählten Untergruppe von Empfängerspulen addiert werden, werden vorzugsweise im Addierungsmodus die Ausgangssignale aller Empfängerspulen eines Empfängerspulen-Arrays synchron addiert. Hierdurch können unter anderem relativ breite Prüfspuren mit hoher Ortsauflösung entsprechende Ortsauflösung einer einzelnen Empfängerspule geprüft werden. Es ist auch möglich, die Empfängerspulen in zwei oder mehr Untergruppen zu unterteilen, die jeweils als Array geschaltet sind, und dann Signale von Empfängerspulen innerhalb der Untergruppen zu addieren. Dadurch kann u.a. erreicht werden, dass auch bei einer begrenzten Anzahl von Auswertungskanälen größere Flächen mit hoher Ortsauflösung geprüft werden können.In some embodiments, the exciter assembly is associated with two or more receiver coils that form a coil array, such as a rectilinear receiver coil row. Preferably, each of the receiver coils is connected to a channel of a receiver coil connection means configured to receive output signals of the individual receiver coils in separate channels and to supply them to the evaluation means. Preferably, the evaluation device is configured such that it can be operated in an evaluation mode which determines a sum signal by adding output signals from at least two receiver coils by means of an adding operation. Although it is possible for output signals to be added only from a selected subset of receiver coils, it is preferable to synchronously add the output signals of all the receiver coils of a receiver coil array in the add mode. As a result, it is possible, inter alia, to test relatively wide test tracks with a high spatial resolution corresponding spatial resolution of a single receiver coil. It is also possible to divide the receiver coils into two or more subgroups, each connected in an array, and then to add signals from receiver coils within the subgroups. This can u.a. be achieved that even with a limited number of evaluation channels larger areas can be checked with high spatial resolution.

Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung alternativ oder zusätzlich dafür konfiguriert, in einem Auswertungsmodus die Ausgangssignale jeder einzelnen der Empfängerspulen separat zu verarbeiten und der Position der jeweiligen Empfängerspule in einem Empfängerspulen-Array zuzuordnen. Hierdurch ist eine Lokalisierung von Defekten über die Prüfbreite eines Sensor-Arrays möglich.Preferably, the evaluation device is alternatively or additionally configured to process the output signals of each one of the receiver coils separately in an evaluation mode and to assign them to the position of the respective receiver coil in a receiver coil array. This makes it possible to locate defects over the test width of a sensor array.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:Further advantages and aspects of the invention will become apparent from the claims and from the following description of preferred embodiments of the invention, which are explained below with reference to the figures. Showing:

1 zeigt schematisch ein Wirbelstrom-Prüfgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 schematically shows an eddy current testing apparatus according to an embodiment of the invention;

2 zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch die Wirbelstromsonde des Wirbelstrom-Prüfgeräts aus 1; 2 shows a schematic vertical section through the eddy current probe of the eddy current tester 1 ;

3 zeigt eine Erregerspule einer herkömmlichen Wirbelstrom-Tastsonde im Betrieb mit Abstand zur Oberfläche eines Prüflings; 3 shows an exciter coil of a conventional eddy current probe in operation at a distance from the surface of a specimen;

4 zeigt die Erregerspule aus 3 in 4A in Kombination mit einer Absolutspule und in 4C in Kombination mit einer Differenzspulenanordnung, jeweils mit Messsignalen in 4B bzw. 4D; 4 shows the exciter coil 3 in 4A in combination with an absolute coil and in 4C in combination with a differential coil arrangement, each with measuring signals in 4B respectively. 4D ;

5 zeigt schematisch eine Wirbelstromsonde gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in der Nähe der Oberfläche eines Prüflings; 5 schematically shows an eddy current probe according to an embodiment of the invention in the vicinity of the surface of a specimen;

6 illustriert schematisch die Magnetflusskompensation des Primärfeldes in der Empfängerspule aus 5; 6 schematically illustrates the magnetic flux compensation of the primary field in the receiver coil 5 ;

7 zeigt eine Wirbelstromsonde mit einer Variante der Anordnung aus 5, wobei auf beiden Seiten des Erregerabschnitts gegensinnig durchströmte Leiterabschnitte angeordnet sind; 7 shows an eddy current probe with a variant of the arrangement 5 , wherein on both sides of the excitation section oppositely flowed through conductor sections are arranged;

8 zeigt die Wirbelstromsonde aus 7 beim Überfahren eines Defekts sowie einen Teil eines zugehörigen Messsignals; 8th shows the eddy current probe 7 when passing over a defect as well as a part of an associated measurement signal;

9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Array-Wirbelstromsonde mit vier in gerader Reihe angeordneten Empfängerspulen; 9 shows an embodiment of an array eddy current probe with four receiver coils arranged in a straight row;

10 bis 12 zeigen verschiedene Prüfszenarien und Möglichkeiten der Signalauswertung von Signale der Empfängerspulen einer Array-Wirbelstromsonde ohne und mit Signaladdition. 10 to 12 show various test scenarios and possibilities of signal evaluation of signals of the receiver coils of an array eddy current probe with and without signal addition.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

In 1 ist ein Wirbelstrom-Prüfgerät 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Das Wirbelstrom-Prüfgerät weist eine Wirbelstromsonde 100 auf, die über elektrische Anschlussleitungen an eine Versorgungs- und Auswerteeinheit 190 elektrisch angeschlossen ist. Die Wirbelstromsonde 100 umfasst eine Erregeranordnung 110 mit mehreren elektrischen Leitern, die über Anschlusselemente an eine Wechselspannungsquelle 120 der Versorgungs- und Auswerteeinheit angeschlossen sind. Weiterhin hat die Wirbelstromsonde eine Empfängeranordnung 130 mit einer Empfängerspule 140, die elektrisch von der Erregeranordnung isoliert ist und ein oder mehrere Windungen aufweist, welche über Anschlussleitungen an eine Auswerteeinrichtung 180 der Versorgungs- und Auswerteeinheit 190 angeschlossen sind. Die 2 zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch die Wirbelstromsonde des Wirbelstrom-Prüfgeräts aus 1.In 1 is an eddy current tester 200 represented schematically according to an embodiment of the invention. The eddy current tester has an eddy current probe 100 on, via electrical connection cables to a supply and evaluation unit 190 electrically connected. The eddy current probe 100 includes a pathogen assembly 110 with multiple electrical conductors, which have connection elements to an AC source 120 the supply and evaluation unit are connected. Furthermore, the eddy current probe has a receiver arrangement 130 with a receiver coil 140 , which is electrically isolated from the exciter assembly and has one or more windings, which via connecting lines to an evaluation device 180 the supply and evaluation unit 190 are connected. The 2 shows a schematic vertical section through the eddy current probe of the eddy current tester 1 ,

Die Wirbelstromsonde 100 ist als Mehrschicht-Wirbelstromsonde mit Mitteln der Leiterplatten-Technologie hergestellt. Die Empfängerspule 140 ist eine Flachspule, deren Windungen in einer gemeinsamen Ebene (Empfängerspulenebene 142) liegen und eine Empfängerspulenachse 144 definieren, die senkrecht zur Empfängerspulenebene verläuft. Die Windungen der Empfängerspule sind auf einer Oberfläche einer elektrisch isolierenden Trägerschicht 170 aufgebracht. Auch die elektrischen Leiter der Erregeranordnung sind auf einer Oberfläche einer elektrisch isolierenden Trägerschicht (dieselbe Trägerschicht 170 oder eine andere Trägerschicht) aufgebracht in der Weise, dass mindestens eine elektrisch isolierende Trägerschicht zwischen diesen elektrischen Leitern und den Windungen der Empfängerspule liegt, so dass diese voneinander elektrisch isoliert sind. The eddy current probe 100 is manufactured as a multilayer eddy current probe using printed circuit board technology. The receiver coil 140 is a flat coil whose turns in a common plane (receiver coil plane 142 ) and a receiver coil axis 144 define that is perpendicular to the receiver coil plane. The windings of the receiver coil are on a surface of an electrically insulating carrier layer 170 applied. The electrical conductors of the exciter arrangement are also on a surface of an electrically insulating carrier layer (same carrier layer 170 or another carrier layer) in such a way that at least one electrically insulating carrier layer lies between these electrical conductors and the windings of the receiver coil, so that they are electrically insulated from one another.

Die elektrischen Leiter der Erregeranordnung 110 bilden eine erste Erregerspule 110-1 und eine zweite Erregerspule 110-2, die jeweils eine oder mehrere Windungen haben können und jeweils als Flachspulen mit Spulenebenen parallel zur Empfängerspulenebene ausgebildet sind. Die Windungen der ersten und der zweiten Erregerspule sind spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene 145 angeordnet, die mittig durch die Empfängerspule verläuft und die Empfängerspulenachse 144 enthält.The electrical conductors of the excitation system 110 form a first exciter coil 110-1 and a second excitation coil 110-2 , which may each have one or more turns and are each formed as flat coils with coil planes parallel to the receiver coil plane. The turns of the first and the second excitation coil are mirror-symmetrical to a plane of symmetry 145 arranged centrally through the receiver coil and the receiver coil axis 144 contains.

Die erste Erregerspule 110-1 hat einen der zweiten Erregerspule 110-2 zugewandten gradlinigen inneren Leiterabschnitt 1A und einen in größerem Abstand zur Symmetrieebene entfernt von der zweiten Erregerspule angeordneten äußeren Leiterabschnitt 110-1B, der parallel zum inneren Leiterabschnitt 110-1A verläuft. Entsprechend hat die zweite Erregerspule 110-2 einen geradlinigen inneren Leiterabschnitt 110-2A in der Nähe der ersten Erregerspule, sowie einen entfernt von der ersten Erregerspule angeordneten gradlinigen äußeren Leiterabschnitt 110-2B, der parallel zum inneren Leiterabschnitt 110-2A verläuft. The first exciter coil 110-1 has one of the second exciter coil 110-2 facing straight inner conductor section 1A and an outer conductor portion spaced from the second exciting coil at a greater distance from the plane of symmetry 110-1B , which is parallel to the inner conductor section 110-1A runs. Accordingly, the second exciter coil 110-2 a straight inner conductor section 110-2A in the vicinity of the first exciting coil, and a straight outer conductor portion disposed away from the first exciting coil 110-2B , which is parallel to the inner conductor section 110-2A runs.

Bei Anschluss an die Wechselspannungsquelle 120 werden die beiden symmetrisch zur Symmetrieebene 145 angeordneten, nahe beieinander liegenden und mittig quer über die Empfängerspule hinweg verlaufenden inneren Leiterabschnitte 110-1A und 110-2B gleichsinnig vom Erregerstrom durchlaufen, während die weiter außen liegenden äußeren Leiterabschnitte 110-1B und 110-2B jeweils gegensinnig zu den inneren Leiterabschnitten, aber gleichsinnig miteinander und d.h. in die gleiche Richtung, vom Strom durchlaufen werden. Die rechteckigen Erregerspulen liegen somit spiegelsymmetrisch zur Symmetrieebene 145 und werden auch spiegelsymmetrisch zu dieser Symmetrieebene elektrisch betrieben. When connected to the AC voltage source 120 the two become symmetrical to the symmetry plane 145 arranged, located close to each other and centrally across the receiver coil away extending inner conductor sections 110-1A and 110-2B in the same direction of the excitation current, while the outer outer conductor sections 110-1B and 110-2B each in opposite directions to the inner conductor sections, but in the same direction with each other and that is, in the same direction to be traversed by the current. The rectangular excitation coils are thus mirror-symmetrical to the plane of symmetry 145 and are also electrically operated mirror-symmetrically to this plane of symmetry.

Die inneren Leiterabschnitte 110-1A und 110-2A bilden gemeinsam den geradlinig verlaufenden Erregerabschnitt 115 der Erregeranordnung. Der Erregerabschnitt 115 verläuft senkrecht zur Empfängerspulenachse mittig diagonal über die Empfängerspule 140. Die inneren Leiterabschnitte werden bei Anschluss an die Wechselspannungsquelle 120 phasengleich von Wechselstrom durchlaufen und erzeugen gemeinsam ein primäres magnetisches Wechselfeld PF, dessen Feldlinien FL um den Erregerabschnitt 115 herum verlaufen (vgl. 2). The inner conductor sections 110-1A and 110-2A together form the rectilinear exciter section 115 the exciter arrangement. The pathogen section 115 runs perpendicular to the receiver coil axis in the middle diagonally across the receiver coil 140 , The inner conductor sections become when connected to the AC voltage source 120 go through the same phase of alternating current and produce together a primary alternating magnetic field PF, whose field lines FL around the exciter section 115 to run around (cf. 2 ).

Die Empfängerspule 140 ist in Bezug auf den Erregerabschnitt 115 in der Weise „magnetisch symmetrisch“ angeordnet, dass die Empfängerspule zwar vom primären magnetischen Wechselfeld PF des Erregerabschnitts durchlaufen wird, wobei jedoch die Empfängerspule derart symmetrisch vom primären magnetischen Wechselfeld durchsetzt wird, dass eine zeitliche Änderung dΦ/dt des magnetischen Flusses Φ des primären magnetischen Wechselfeldes durch die Empfängerspule insgesamt möglich vollständig verschwindet. Dies hat zu Folge, dass das magnetische Primärfeld die Empfängerspule zwar durchsetzt, in dieser Empfängerspule aber insgesamt keine elektrische Spannung induziert. Dieser Effekt wird hier als „Magnetflusskompensation“ bzw. „Primärfeldkompensation“ bezeichnet. Dies wird dadurch erreicht, dass die Symmetrieebene 145 der Empfängerspule 140 derart liegt, dass die Empfängerspule in zwei magnetisch gleichwertige Teilflächen 146-1 und 146-2 geteilt wird, wobei die magnetische Flussänderung durch eine der Teilflächen entgegengesetzt gleich der Flussänderung durch die andere Teilfläche ist, so dass sich die Änderungen der Magnetflüsse kompensieren. Wenn Φ₁ der magnetische Fluss durch die erste Teilfläche 146-1 und Φ₂ der magnetische Fluss durch die zweite Teilfläche 146-2 ist, gilt somit für die induzierte Spannung V die Bedingung: V = –(dΦ₁ + dΦ₂)/dt ≈ 0 The receiver coil 140 is in relation to the pathogen section 115 arranged in the manner "magnetically symmetrical" that the receiver coil is indeed traversed by the primary alternating magnetic field PF of the excitation section, but the receiver coil is so symmetrically interspersed by the primary alternating magnetic field that a temporal change dΦ / dt of the magnetic flux Φ of the primary magnetic Alternating field by the receiver coil total possible completely disappears. This has the consequence that although the primary magnetic field penetrates the receiver coil, it does not induce any electrical voltage in this receiver coil. This effect is referred to herein as "magnetic flux compensation" or "primary field compensation". This is achieved by the symmetry plane 145 the receiver coil 140 such is that the receiver coil in two magnetically equivalent sub-areas 146-1 and 146-2 is divided, wherein the magnetic flux change through one of the faces is equal to the same flux change through the other face, so that compensate for the changes in the magnetic fluxes. When Φ _{1 is} the magnetic flux through the first face 146-1 and Φ ₂ the magnetic flux through the second partial surface 146-2 is, then applies to the induced voltage V, the condition: V = - (dΦ ₁ + dΦ ₂ ) / dt ≈ 0

Zum besseren Verständnis der Funktion und der Vorteile dieser Anordnung gegenüber herkömmlichen Wirbelstromsonden werden in Bezug auf die 3 und 4 einige Eigenschaften herkömmlicher Wirbelstromsonden in Absolutanordnung und Differenzanordnung erläutert.To better understand the function and advantages of this arrangement over conventional eddy current probes, with respect to the 3 and 4 some properties of conventional eddy current probes in absolute arrangement and difference arrangement explained.

3 zeigt eine Erregerspule 310 einer herkömmlichen Wirbelstrom-Tastsonde im Betrieb mit Abstand zur Oberfläche 382 eines elektrisch leitenden Prüflings 380. Die Erregerspule wird typischerweise so zur Prüflingsoberfläche orientiert, dass die Erregerspulenachse 312 möglichst senkrecht zur Prüflingsoberfläche ausgerichtet ist. Die Erregerspule erzeugt ein primäres magnetisches Wechselfeld PF, das im leitenden Prüflingsmaterial Wirbelströme EC induziert. Die magnetische Feldstärke nimmt dabei aufgrund des frequenzabhängigen Skin-Effekts mit der Eindringtiefe des Primärfeldes exponentiell ab. Bei dieser Anordnung nimmt die Dichte der magnetischen Feldlinien im Prüfvolumen V in der Nähe der Spulenachse 312 mit zunehmender Eindringtiefe stark ab. 3 shows an excitation coil 310 a conventional eddy current probe in operation at a distance from the surface 382 an electrically conductive specimen 380 , The exciter coil is typically oriented to the specimen surface such that the exciter coil axis 312 is aligned as perpendicular to the specimen surface. The excitation coil generates a primary alternating magnetic field PF, which induces eddy currents EC in the conductive specimen material. Due to the frequency-dependent skin effect, the magnetic field strength decreases exponentially with the penetration depth of the primary field. In this arrangement, the density of the magnetic field lines in the test volume V increases in the vicinity of the coil axis 312 strongly with increasing penetration depth.

Eine derartige Erregerspule kann mit unterschiedlichen Typen von Empfängerspulenanordnungen kombiniert werden. 4A zeigt die Erregerspule 310 in Kombination mit einer Absolutspule ABS. Das von der Erregerspule erzeugte magnetische Wechselfeld induziert in der Absolutspule eine Messspannung. Die Spannung ändert sich bei Anwesenheit eines elektrisch leitenden Materials und Defekte im Material können analysiert werden. Bei einer derartigen Absolutanordnung hängt die Stärke des Messsignals stark vom Prüfabstand A zwischen der Empfängerspule und der Prüflingsoberfläche und der Leitfähigkeit des Prüflingsmaterials ab. Weiterhin sind die Messspannungen empfindlich gegenüber Verkippungen der Wirbelstromsonde (Kipp-Effekt). Zuverlässige Messwerte können auch nur aus Bereichen erzielt werden, die einen ausreichenden lateralen Abstand B (Randabstand) von der Kante des Prüflings haben, weil ansonsten ein nachteiliger Kanteneffekt auftritt. Vorteile von Absolutspulen liegen u.a. darin, dass sehr kleine Baugrößen bzw. kleine Spulenflächen möglich sind, so dass eine hohe Ortsauflösung erzielt werden kann. Mit Absolutsonden ist es auch möglich, in gewissem Umfang die Defektlängen zu bestimmen. Außerdem sind die Messsignale relativ unabhängig von der Richtung, in welcher eine Tastsonde über einen defektbehafteten Bereich geführt wird. Such an exciting coil may be combined with different types of receiver coil arrangements. 4A shows the exciter coil 310 in combination with an absolute coil ABS. The alternating magnetic field generated by the exciting coil induces a measuring voltage in the absolute coil. The voltage changes in the presence of an electrically conductive material and defects in the material can be analyzed. In such an absolute arrangement, the strength of the measurement signal depends strongly on the test distance A between the receiver coil and the sample surface and the conductivity of the sample material. Furthermore, the measuring voltages are sensitive to tilting of the eddy current probe (tilting effect). Reliable readings can only be obtained from areas that have a sufficient lateral distance B (edge distance) from the edge of the sample, otherwise a disadvantageous edge effect occurs. Advantages of absolute coils include the fact that very small sizes or small coil areas are possible, so that a high spatial resolution can be achieved. With absolute probes it is also possible to determine the defect lengths to a certain extent. In addition, the measurement signals are relatively independent of the direction in which a probe is guided over a defective area.

4B zeigt schematisch ein typisches Messsignal einer herkömmlichen Absolutspule beim Überfahren eines elektrisch leitenden Prüflings. In Luft wird durch das Primärfeld in der Absolutspule eine konstante endliche Messspannung V1 induziert. Diese Messspannung ändert sich in der Nähe des Prüflings und zeigt bei Überfahren von Defekten charakteristische Änderungen. 4B schematically shows a typical measurement signal of a conventional absolute coil when driving over an electrically conductive specimen. In air, a constant finite voltage V1 is induced by the primary field in the absolute coil. This measuring voltage changes in the vicinity of the test object and shows characteristic changes when passing over defects.

In 4C ist die Erregerspule 310 in Kombination mit einer Empfängerspulenanordnung DIFF in Differenzschaltung gezeigt. Die Empfängerspulenanordnung hat eine erste Empfängerspule S1 und eine gegensinnig zu dieser gewickelte zweite Empfängerspule S2 mit ansonsten gleichen elektrischen Eigenschaften. Die Spulen sind symmetrisch zur Erregerspule 310 angeordnet, so dass das primäre Wechselfeld der Erregerspule sowohl in der ersten Spule S1 als auch in der zweiten Spule S2 jeweils eine Spannung induziert. Diese Spannungen kompensieren sich jedoch aufgrund der Differenzschaltung auf eine Messspannung V = 0, so lange die Differenzsonde in Luft oder gegenüber einem defektfreien Material betrieben wird. Ein Defekt im Prüflingsmaterial stört die Symmetrie und führt zu einem von 0 verschiedenen Messsignal. Zur Erzielung der gewünschten vollständigen Kompensation der Messspulen müssen enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden. Auch bei Differenzspulen ist die Sensitivität vom Prüfabstand abhängig. Nachteilig bei Differenzspulenanordnungen ist u.a. deren durch die Bauart bedingte Mindestgröße, so dass die Ortsauflösung begrenzt ist. Die Bestimmung von Defektlängen ist schwieriger als bei Absolutsonden. Außerdem beeinträchtigt der Kanteneffekt die Messergebnisse bei Differenzspulen stärker als bei Absolutspulen. In 4C is the exciter coil 310 shown in combination with a receiver coil arrangement DIFF in differential circuit. The receiver coil arrangement has a first receiver coil S1 and a second receiver coil S2, wound in the opposite direction to the latter, with otherwise identical electrical properties. The coils are symmetrical to the exciter coil 310 arranged so that the primary alternating field of the excitation coil in both the first coil S1 and in the second coil S2 each induces a voltage. However, these voltages compensate each other due to the difference circuit to a measuring voltage V = 0, as long as the differential probe is operated in air or against a defect-free material. A defect in the specimen disturbs the symmetry and leads to a measuring signal different from 0. To achieve the desired complete compensation of the measuring coils tight manufacturing tolerances must be complied with. Even with differential coils, the sensitivity depends on the test distance. A disadvantage of differential coil arrangements is, inter alia, their minimum size due to the design, so that the spatial resolution is limited. The determination of defect lengths is more difficult than with absolute probes. In addition, the edge effect affects the measurement results with differential coils more than with absolute coils.

4D zeigt ein typisches Messsignal einer Differenzspulenanordnung bei Überfahren eines elektrisch leitenden Prüflings. Entsprechende Signalformen ergeben sich auch bei Überfahren eines Defekts. 4D shows a typical measurement signal of a differential coil arrangement when driving over an electrically conductive specimen. Corresponding signal forms also result when passing over a defect.

Anhand der 5 bis 8 sollen nun wichtige Unterschiede zwischen Wirbelstromsonden gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und herkömmlichen Wirbelstromsonden erläutert werden. 5 zeigt schematisch eine Wirbelstromsonde 500 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in der Nähe der Oberfläche 582 eines elektrisch leitenden Prüflings 580. Die Erregeranordnung besteht bei diesem einfachen Ausführungsbeispiel aus einem einzigen geradlinigen elektrischen Leiter 510, der den Erregerabschnitt 515 bildet und für den Prüfbetrieb an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen wird. Die ebene Empfängerspule 540 definiert eine Empfängerspulenebene 542, die für den Betrieb möglichst parallel zur Prüflingsoberfläche ausgerichtet sein sollte. Eine Symmetrieebene 545 der Empfängerspule verläuft mittig diagonal über die Empfängerspule senkrecht zur Empfängerspulenebene. Der Erregerabschnitt 515 verläuft in einer parallel zur Spulenebene verlaufenden Leiterebene 512 entlang der Schnittlinie zwischen der Symmetrieebene 545 und der Leiterebene. Based on 5 to 8th Now important differences between eddy current probes according to embodiments of the present invention and conventional eddy current probes will be explained. 5 schematically shows an eddy current probe 500 according to an embodiment of the invention in the vicinity of the surface 582 an electrically conductive specimen 580 , The exciter assembly consists in this simple embodiment of a single rectilinear electrical conductor 510 that the pathogen section 515 forms and is connected to the test operation to an AC voltage source. The plane receiver coil 540 defines a receiver coil level 542 , which should be aligned for operation as parallel as possible to the specimen surface. A symmetry plane 545 the receiver coil runs diagonally in the middle via the receiver coil perpendicular to the receiver coil plane. The pathogen section 515 runs in a direction parallel to the coil plane conductor plane 512 along the line of intersection between the plane of symmetry 545 and the ladder level.

Wird der Erregerabschnitt mit Wechselstrom durchflossen, wird ein magnetisches Primärfeld PF erzeugt, dessen Feldlinien FL in senkrecht zum Verlauf des Erregerabschnitts liegenden Ebenen um den Erregerabschnitt herum verlaufen. Ein wesentlicher Teil der magnetischen Feldlinien in der Nähe des Erregerabschnitts durchtritt dabei die Empfängerspule und dringt in oberflächennahe Bereiche des Prüflings ein, wo Wirbelströme EC induziert werden. If the excitation section is traversed by alternating current, a primary magnetic field PF is generated whose field lines FL run in planes lying perpendicular to the path of the exciter section around the exciter section. A substantial portion of the magnetic field lines in the vicinity of the excitation section passes through the receiver coil and penetrates into near-surface regions of the test specimen, where eddy currents EC are induced.

Eine Besonderheit besteht darin, dass bei dieser Anordnung in der Empfängerspule 540 insgesamt keine Spannung induziert wird, obwohl ein magnetisches Wechselfeld durch die Spule hindurchtritt. Die Empfängerspule 540 ist zwar eine Absolutspule in dem Sinne, dass keine Signalkompensation mit einer anderen Empfängerspule erfolgt. Dennoch hat bei dieser Anordnung die Empfängerspule auch Charakteristika einer Differenzspulenanordnung. Bei dieser Anordnung wird nämlich eine Kompensation der induzierten Spannungen dadurch erreicht, dass die Empfängerspule vom primären magnetischen Wechselfeld des Erregerabschnitts in der Weise magnetisch symmetrisch durchsetzt wird, dass die zeitliche Änderung dΦ/dt des magnetischen Flusses des primären magnetischen Wechselfeldes durch die Empfängerspule insgesamt verschwindet. Dabei erzeugt jede nicht parallel zur Empfängerspulenebene verlaufene Komponente K1 des magnetischen Flusses beim Durchtritt durch die Spulenebene eine induzierte Spannung. Aufgrund der magnetischen Symmetrie existiert jedoch eine entsprechende entgegengesetzt gerichtete Komponente K2, welche eine entsprechende Spannung mit entgegengesetzter Polung induzieren würde, so dass insgesamt kein Ausgangssignal (Messspannung = 0 V) resultiert (6). A special feature is that with this arrangement in the receiver coil 540 no voltage is induced overall, although an alternating magnetic field passes through the coil. The receiver coil 540 Although an absolute coil in the sense that no signal compensation with another receiver coil. Nevertheless, in this arrangement, the receiver coil also has characteristics of a differential coil arrangement. In this arrangement, namely, a compensation of the induced voltages is achieved in that the receiver coil is permeated magnetically symmetrically by the primary alternating magnetic field of the excitation section in such a way that the temporal change dΦ / dt of the magnetic flux of the primary alternating magnetic field by the receiver coil altogether disappears. In this case, each component K1 of the magnetic flux which does not run parallel to the receiver coil plane generates an induced voltage as it passes through the coil plane. Due to the magnetic symmetry, however, there is a corresponding oppositely directed component K2, which would induce a corresponding voltage with opposite polarity, so that overall no output signal (measurement voltage = 0 V) results ( 6 ).

Die Signalkompensation erfolgt also durch direkte Kompensation von Magnetfeldflüssen des Primärfeldes in der Empfängerspule. Diese Magnetschlusskompensation oder Primärfeldkompensation führt dazu, dass bei Anordnung dieser Wirbelstromsonde in Luft oder in der Nähe eines defektfreien Materials die totalen Flussänderungen des vom Erregerabschnitt erzeugten primären magnetischen Wechselfeldes und des von den Wirbelströmen des Prüflings erzeugten sekundären Magnetfeldes insgesamt verschwinden, so dass in der Empfängerspule in diesem Fall keine Spannung induziert wird. Die zwischen den Ausgängen der Empfängerspule 540 gemessene elektrische Spannung ist also in diesem Falle gleich 0. Hierbei ist wichtig festzuhalten, dass diese Magnetflusskompensation nur für den Bereich innerhalb der Empfängerspule erforderlich ist. Die Verhältnisse außerhalb des Erfassungsbereichs der Empfängerspule haben dagegen keinen Einfluss auf das Ausgangssignal der Empfängerspule. The signal compensation thus takes place by direct compensation of magnetic field fluxes of the primary field in the receiver coil. This magnetic field compensation or primary field compensation means that when this eddy current probe is placed in or near a defect-free material, the total flux changes of the primary alternating magnetic field generated by the exciting section and the secondary magnetic field generated by the eddy currents of the device under test disappear altogether, so that in the receiver coil in FIG In this case no voltage is induced. The between the outputs of the receiver coil 540 Measured electrical voltage is therefore equal to 0 in this case. It is important to note that this magnetic flux compensation is required only for the area within the receiver coil. By contrast, the conditions outside the detection range of the receiver coil have no influence on the output signal of the receiver coil.

Schon bei dieser einfachen Anordnung ist erkennbar, dass die Dichte der Magnetfeldlinien FL im Prüfvolumen V unmittelbar unter dem Erregerabschnitt nicht in der Weise divergiert, wie dies bei der konventionellen Erregeranordnung in 3 der Fall ist. Die Wirkung des primären Wechselfeldes ist also besser räumlich konzentriert bzw. fokussiert als im Falle konventioneller Wirbelstromsonden. Hierdurch ergibt sich u.a. eine wesentliche Verringerung des oben erläuterten Kanteneffektes, weil die Auswirkung der Kante des Prüflings auf das Messsignal erst bei geringerem Randabstand im Messsignal erkennbar wird.Even with this simple arrangement, it can be seen that the density of the magnetic field lines FL in the test volume V immediately below the exciter section does not diverge in the same way as in the conventional excitation system in FIG 3 the case is. The effect of the primary alternating field is therefore better spatially concentrated or focused than in the case of conventional eddy current probes. This results, inter alia, in a significant reduction of the edge effect explained above, because the effect of the edge of the test object on the measurement signal is only recognizable at a smaller edge distance in the measurement signal.

Eine verbesserte Magnetfeldkonzentration im zentralen Bereich des Prüfvolumens mittig unter der Empfängerspule kann dadurch erreicht werden, dass auf beiden Seiten neben dem Erregerabschnitt Leiterabschnitte der Erregeranordnung vorgesehen werden, die ebenfalls vom Erregerstrom durchflossen werden, jedoch in gegensinniger Richtung zum Erregerabschnitt. Dadurch werden beidseitig des Erregerabschnitts magnetische Wechselfelder erzeugt, die dem magnetischen Wechselfeld des Erregerabschnitts entgegengerichtet sind und dessen laterale Ausdehnung begrenzen, so dass eine stärkere Fokussierung des primären Magnetfeldes des Erregerabschnittes im Prüfvolumen resultiert. „Fokussierung“ bedeutet hierbei, dass die räumliche Dichte der Magnetfeldlinien im Bereich der Fokussierung erhöht wird. 7 zeigt dazu eine Wirbelstromsonde 700 mit einer Variante der Anordnung aus 5, wobei auf beiden Seiten des Erregerabschnitts 715 in definierten lateralen Abstand zu diesem zwei Leiterabschnitte 710-1A bzw. 710-1B angeordnet sind, die zu jedem gegebenen Zeitpunkt in umgekehrter Richtung wie der Erregerabschnitt 715 von Strom durchflossen werden und daher entgegengesetzt gerichtete primäre Wechselfelder erzeugen. Diese schwächen das primäre Wechselfeld des Erregerabschnitts außerhalb des Prüfbereichs, so dass das primäre Wechselfeld stärker im Prüfvolumen unterhalb des Erregerabschnitts konzentriert wird. Die fette Linie im Prüfling deutet den Verlauf der Wirbelstromdichte an.An improved magnetic field concentration in the central region of the test volume centrally under the receiver coil can be achieved by providing conductor sections of the excitation arrangement on both sides next to the exciter section, which are also traversed by the exciter current, but in the opposite direction to the exciter section. As a result, alternating magnetic fields are generated on both sides of the exciter section, which are opposite to the alternating magnetic field of the exciter section and limit its lateral extent, so that a stronger focusing of the primary magnetic field of the exciter section results in the test volume. "Focusing" here means that the spatial density of the magnetic field lines in the focus is increased. 7 shows an eddy current probe 700 with a variant of the arrangement 5 , where on both sides of the pathogen section 715 in defined lateral distance to this two conductor sections 710-1A respectively. 710-1B are arranged at any given time in the opposite direction as the exciter section 715 are flowing through current and therefore generate oppositely directed primary alternating fields. These weaken the primary alternating field of the pathogen section outside the test area, so that the primary alternating field is concentrated more in the test volume below the pathogen section. The bold line in the test specimen indicates the course of the eddy current density.

Wie z.B. aus 2 ersichtlich ist, sind diese Maßnahmen zur Primärfeldfokussierung auch bei der Ausführungsform von 1 vorhanden, da dort die jeweils weiter außen liegenden Leiterabschnitte 110-1B, 110-2B der Erregerspulen in umgekehrter Richtung zum Erregerabschnitt von Primärstrom durchlaufen werden. Im Unterschied zur Variante von 7 weist der Erregerabschnitt 115 jedoch nicht nur einen einzigen elektrischen Leiter auf, sondern zwei zueinander parallele, geradlinige Leiterabschnitte 110-1A und 110-2A, die gemeinsam das primäre Wechselfeld der Erregeranordnung erzeugen.Such as out 2 can be seen, these measures for primary field focusing are also in the embodiment of 1 present, since there are each further outward conductor sections 110-1B . 110-2B the excitation coils are traversed in the opposite direction to the exciter section of primary current. In contrast to the variant of 7 indicates the pathogen section 115 However, not only a single electrical conductor, but two mutually parallel, rectilinear conductor sections 110-1A and 110-2A , which together produce the primary alternating field of the exciter array.

Durch diese lokale Konzentration des Wirkungsbereiches des primären Magnetfeldes PF auf den Bereich mittig unterhalb der Empfängerspule wird eine besonders effiziente Defektprüfung mit hoher Ortsauflösung möglich. Dies wird anhand der schematischen 8A erläutert, die die Wirbelstromsonde 700 aus 7 bei der Prüfung eines Prüflings 780 zeigt, der unterhalb der Prüflingsoberfläche 782 ein Defekt D z.B. in Form eines Risses oder eines Lunkers aufweist. Zur Durchführung der Prüfung wird die Wirbelstromsonde in geringem Abstand zur Prüflingsoberfläche angeordnet und eine Relativbewegung zwischen Wirbelstromsonde und Prüfling beispielsweise in der Weise durchgeführt, dass die Wirbelstromsonde relativ zum ruhenden Prüfling im Wesentlichen parallel zu dessen Oberfläche bei konstantem Prüfabstand bewegt wird. Wenn sich der Defekt in den Prüfbereich unterhalb der Empfängerspule 740 bewegt, führt dies zu einer Veränderung des vom Prüfling ausgehenden induzierten magnetischen Sekundärfeldes, welches sich mit dem Primärfeld der Wirbelstromsonde überlagert. Die fette Linie im Prüfling deutet den Verlauf der Wirbelstromdichte an. Resultierend daraus wird die magnetische Symmetrie des magnetischen Feldes innerhalb der Empfängerspule 740 gestört, so dass keine vollständige Magnetflusskompensation mehr vorliegt. Als Folge davon steigt die Spannung am Ausgang der Empfängerspule vom Wert 0 (bei homogenen, defektfreien Prüflingsmaterial) auf einen endlichen Wert an. Das daraus resultierende Messsignal, welches von einer Teilfläche der Empfängerspule erzeugt wird, (8B) ähnelt in der Form dem Messsignal einer konventionellen Absolutspule. Die andere Teilfläche erzeugt beim Überlaufen des Defekts ein ähnliches Signal, jedoch mit Amplitude in entgegengesetzter Richtung. Da die Signale Absolutsignal-Charakter haben, ist eine Signaladdition möglich, was im Zusammenhang mit 9 bis 12 noch erläutert wird. Due to this local concentration of the effective range of the primary magnetic field PF on the area centrally below the receiver coil, a particularly efficient defect inspection with high spatial resolution becomes possible. This is based on the schematic 8A explains the eddy current probe 700 out 7 during the examination of a test object 780 shows that below the specimen surface 782 has a defect D, for example in the form of a crack or a voids. To carry out the test, the eddy current probe is arranged at a small distance from the test object surface and a relative movement between eddy current probe and test specimen is carried out, for example, in such a way that the eddy current probe is moved relative to the stationary test specimen substantially parallel to its surface at a constant test distance. If the defect is in the test area below the receiver coil 740 moves, this leads to a change in the starting of the test specimen induced secondary magnetic field, which overlaps with the primary field of the eddy current probe. The bold line in the test specimen indicates the course of the eddy current density. As a result, the magnetic symmetry of the magnetic field within the receiver coil becomes 740 disturbed, so that there is no longer complete magnetic flux compensation. As a result, the voltage at the output of the receiver coil increases from the value 0 (for homogeneous, defect-free test object material) to a finite value. The resulting measurement signal, which is generated by a partial surface of the receiver coil, ( 8B ) is similar in shape to the measurement signal of a conventional absolute coil. The other sub-surface generates a similar signal when overflowing the defect, but with amplitude in the opposite direction. Since the signals have absolute signal character, signal addition is possible, which is related to 9 to 12 will be explained.

Da das ungestörte Prüflingsmaterial keine Messspannung erzeugt, kann die Auswertung des Messsignals mit wesentlich höherer Empfindlichkeit erfolgen, so dass auch relativ kleine Absolutsignale zuverlässig von nicht auf Defekte zurückgehenden geringfügigen Störsignalen unterschieden werden können. Es ergibt sich somit eine erhebliche Steigerung der Sensitivität der Empfängerspule bei gleichzeitiger Reduktion des Störpegels im Vergleich zu konventionellen Absolutspulen gleicher Spulengröße und Windungsanzahl. Die Ortsauflösung kann dabei derjenigen konventioneller Absolutspulen gleicher Größe und Windungszahl entsprechen.Since the undisturbed Prüflingsmaterial generates no measurement voltage, the evaluation of the measurement signal can be done with much higher sensitivity, so that even relatively small absolute signals can be reliably distinguished from not due to defects minor interference signals. This results in a significant increase in the sensitivity of the receiver coil while reducing the noise level compared to conventional absolute coils same coil size and number of turns. The spatial resolution can correspond to that of conventional absolute coils of the same size and number of turns.

Eine Wirbelstromsonde kann eine einzige Empfängerspule aufweisen (vgl. z.B. 1). Es ist jedoch auch möglich, dass der Erregeranordnung zwei oder mehr Empfängerspulen zugeordnet sind, die ein Spulen-Array bilden. Beispielhaft zeigt 9 als Ausführungsbeispiel eine Wirbelstromsonde 900 mit einer Erregeranordnung 910, der vier identische, in einer geradlinigen Reihe angeordnete Empfängerspulen 940A bis 940D zugeordnet sind. Die Erregeranordnung 910 hat prinzipiell den gleichen Aufbau wie die Erregeranordnung 110 aus 1, weshalb gleiche oder entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichen, erhöht um 800, tragen. Die zwei Erregerspulen 910-1 und 910-2 bilden mit ihren einander zugewandten inneren Leiterabschnitten 910-1A bzw. 910-2A einen geradlinigen Erregerabschnitt 915 mit zwei zueinander parallelen Leiterabschnitten, die bei Anschluss an eine Wechselspannungsquelle 920 phasengleich in der gleichen Richtung vom Erregerstrom durchflossen werden. Die Empfängerspulen 940A bis 940D sind in einer geraden Empfängerspulen-Reihe 940 symmetrisch zum Erregerabschnitt so angeordnet, dass sich in Bezug auf das vom Erregerabschnitt erzeugte primäre Wechselfeld in jeder der Messspulen in Luft die oben beschriebene Magnetflusskompensation und damit prinzipiell eine Spannung von 0 Volt als Messsignal ergibt. An eddy current probe may have a single receiver coil (cf., eg 1 ). However, it is also possible for the excitation arrangement to be associated with two or more receiver coils forming a coil array. Exemplary shows 9 as an embodiment of an eddy current probe 900 with a pathogen arrangement 910 , the four identical receiver coils arranged in a rectilinear row 940A to 940d assigned. The exciter arrangement 910 in principle has the same structure as the exciter arrangement 110 out 1 , why the same or corresponding elements the same reference numerals, increased by 800 , wear. The two excitation coils 910-1 and 910-2 form with their inner conductor sections facing each other 910-1A respectively. 910-2A a rectilinear exciter section 915 with two parallel conductor sections, which when connected to an AC voltage source 920 To be traversed in phase in the same direction by the excitation current. The receiver coils 940A to 940d are in a straight receiver coil series 940 arranged symmetrically to the excitation section so that in relation to the primary alternating field generated by the exciting section in each of the measuring coils in air results in the magnetic flux compensation described above and thus in principle a voltage of 0 volts as a measuring signal.

Jede der Empfängerspulen ist an einen Kanal einer Empfängerspulen-Verbindungseinrichtung 985 angeschlossen, die es ermöglicht, die Ausgangssignale der einzelnen Empfängerspulen in getrennten Kanälen aufzunehmen und einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung 980 zuzuführen. Each of the receiver coils is connected to a channel of a receiver coil connector 985 connected, which makes it possible to record the output signals of the individual receiver coils in separate channels and a downstream evaluation 980 supply.

Die Auswerteeinrichtung kann in verschiedenen Auswertungsmodi betrieben werden. In einem ersten Auswertungsmodus („Einzelsignal“) werden die Ausgangssignale jeder der Empfängerspulen separat verarbeitet und der Position der jeweiligen Empfängerspule in der Reihe zugeordnet. Hierdurch ist eine Lokalisierung von Defekten über die Breite des Sensor-Arrays möglich. Ein anderer Auswertungsmodus ermittelt ein „Summensignal“, indem die Ausgangssignale von mindestens zwei Empfängerspulen der Empfängerspulen-Reihe mittels einer Addierungsoperation addiert werden. Vorzugsweise werden in diesem Addierungsmodus die Ausgangssignale aller Empfängerspulen 940A–940D der Empfängerspulen-Reihe synchron addiert. Die Addierungsoperation entspricht in elektrischer Hinsicht einer Reihenschaltung der entsprechenden Empfängerspulen. Es können mehrere unterschiedliche Auswertungsmodi zeitgleich oder zeitversetzt ausgeführt werden.The evaluation device can be operated in different evaluation modes. In a first evaluation mode ("single signal"), the output signals of each of the receiver coils are separately processed and assigned to the position of the respective receiver coil in the series. This makes it possible to locate defects across the width of the sensor array. Another evaluation mode determines a "sum signal" by adding the output signals from at least two receiver coils of the receiver coil row by means of an adding operation. Preferably, in this adding mode, the output signals of all receiver coils 940A - 940d the receiver coil row synchronously added. The adding operation corresponds in electrical terms to a series connection of the respective receiver coils. Several different evaluation modes can be executed at the same time or with a time delay.

Eine Array-Anordnung mit mehreren Empfängerspulen erlaubt es unter anderem, bei einer scannenden Prüfung einer Prüflingsoberfläche größere Prüfbreiten mit hoher Ortsauflösung zu prüfen, indem die Wirbelstromsonde und der Prüfling in einer Relativbewegungsrichtung R senkrecht zur Längsrichtung der Empfängerspulen-Reihe bzw. des Spulen-Arrays relativ zueinander bewegt werden. Anhand der 10 bis 12 werden verschiedene Prüfsituationen und typische Messsignale erläutert. An array arrangement with a plurality of receiver coils makes it possible, inter alia, to examine larger test widths with high spatial resolution in a scanning examination of a test object surface by the eddy current probe and the test object in a relative direction of movement R perpendicular to the longitudinal direction of the receiver coil row or the coil array relative be moved to each other. Based on 10 to 12 various test situations and typical measuring signals are explained.

Der Prüfling P in 10 hat einen quer zur Relativbewegungsrichtung R verlaufenden, linienförmigen ersten Defekt D1 und einen kleineren, eher punktförmigen zweiten Defekt D2. Die Wirbelstromsonde W hat eine Reihe mit vier identischen Empfängerspulen E1 bis E4, die symmetrisch zum Erregerabschnitt EA der Erregeranordnung in gerader Reihe angeordnet sind. Der kleine Defekt D2 liegt nur in der von der ersten Empfängerspule E1 überfahrenen Prüfspur, während der längere Defekt D1 sich über die gesamte Breite der Empfängerspulen-Reihe, also über alle vier Empfängerspulen erstreckt. In der rechten Teilfigur sind die entsprechenden Messsignale schematisch dargestellt. The examinee P in 10 has a transverse to the relative direction of movement R extending, line-shaped first defect D1 and a smaller, more punctiform second defect D2. The eddy current probe W has a row with four identical receiver coils E1 to E4, which are arranged symmetrically to the exciter section EA of the exciter array in a straight line. The small defect D2 lies only in the test track run over by the first receiver coil E1, while the longer defect D1 extends over the entire width of the receiver coil row, ie over all four receiver coils. In the right part of the figure, the corresponding measurement signals are shown schematically.

Der längere Defekt D1 erzeugt in der ersten Empfängerspule E1 ein erstes Signal S1 einer gewissen Signalamplitude. Da dieser Defekt gleichzeitig auch unter den anderen Empfängerspulen vorbeiläuft und dort entsprechende Signale S2, S3 und S4 verursacht, ergibt sich durch die Additionsoperation ein im Vergleich zum Einzelsignal S1 größeres Summensignal ΣSi = S1 + S2 + S3 + S4.The longer defect D1 generates in the first receiver coil E1 a first signal S1 of a certain signal amplitude. Since this defect also passes under the other receiver coils and causes corresponding signals S2, S3 and S4 there, the addition operation results in a larger sum signal ΣSi = S1 + S2 + S3 + S4 compared to the individual signal S1.

Der zweite Defekt D2, der nur auf der Spur der ersten Empfängerspule E1 liegt, erzeugt nur in dieser ein erstes Signal S1. Die anderen Empfängerspulen liegen zur gleichen Zeit über homogenes Prüflingsmaterial und liefern daher keine Ausgangsspannung, so dass das gleichzeitig erfasste Summensignal ΣSi nur aus dem Signal S1 der ersten Empfängerspule besteht.The second defect D2, which lies only on the track of the first receiver coil E1, generates only in this first signal S1. The other receiver coils are at the same time on homogeneous Prüflingsmaterial and therefore provide no output voltage, so that the simultaneously detected sum signal ΣSi consists only of the signal S1 of the first receiver coil.

In 11 ist zum Vergleich eine Situation gezeigt, bei der lediglich auf der Spur der zweiten Empfängerspule E2 ein relativ kleiner Defekt D2 liegt. In dieser Situation ergibt sich im Kanal der zweiten Empfängerspule E2 ein zweites Signal S2. Da die anderen Empfängerspulen gleichzeitig über defektfreies Material fahren, liefern diese keine Ausgangsspannung, so dass das Summensignal ΣSi dem zweiten Signal S2 entspricht.In 11 For comparison, a situation is shown in which only on the track of the second receiver coil E2 is a relatively small defect D2. In this situation, a second signal S2 results in the channel of the second receiver coil E2. Since the other receiver coils simultaneously travel over defect-free material, they do not supply any output voltage, so that the sum signal ΣSi corresponds to the second signal S2.

Durch Zuordnung der einzelnen Signale zum Kanal der entsprechenden Empfängerspule ist somit eine Lokalisierung des Defekts in Breitenrichtung, also senkrecht zur Relativbewegungsrichtung möglich.By assigning the individual signals to the channel of the corresponding receiver coil thus a localization of the defect in the width direction, that is perpendicular to the direction of relative movement possible.

Aus 12 wird ersichtlich, dass eine derartige Array-Wirbelstromsonde relativ unempfindlich gegen den Kanteneffekt ist, wenn die Wirbelstromsonde im Wesentlichen parallel zum Verlauf der Kante geführt wird und diese dabei auch überlappen kann. Im Beispielsfall wird die erste Empfängerspule E1 derart über der Kante K entlang bewegt, dass ein Teil der Empfängerspule, noch das Prüflingsmaterial abdeckt, während ein anderer Teil in Luft verläuft. Da hier in der ersten Empfängerspule sowohl im Bereich des Prüflings als auch in Luft die eingangs beschriebene Magnetflusskompensation erfolgt, liegt am Ausgang der ersten Empfängerspule keine Messspannung an. Auch bei der dritten und vierten Empfängerspule E3, E4, die über defektfreiem Material verlaufen, tritt keine Messspannung auf. Lediglich die zweite Empfängerspule E2 erzeugt beim Überfahren des Defekts D2 ein Messsignal, weil durch diesen die Symmetriebedingung der Magnetflusskompensation beim Überfahren zerstört wird, so dass eine endliche Messspannung bzw. ein endliches Ausgangssignal S2 resultiert. Da die anderen Empfangsspulen keine Ausgangsspannung liefern, entspricht das Summensignal ΣSi diesem Signal S2.Out 12 It can be seen that such an array eddy current probe is relatively insensitive to the edge effect when the eddy current probe is guided substantially parallel to the course of the edge and this can also overlap. In the example case, the first receiver coil E1 is moved over the edge K in such a way that a part of the receiver coil still covers the test piece material while another part runs in air. Since the magnetic flux compensation described above takes place here in the first receiver coil both in the area of the test specimen and in air, no measuring voltage is present at the output of the first receiver coil. Even with the third and fourth receiver coil E3, E4, which run over defect-free material, no measurement voltage occurs. Only the second receiver coil E2 generates a measurement signal when passing over the defect D2, because it destroys the symmetry condition of the magnetic flux compensation when passing over, so that a finite measurement voltage or a finite output signal S2 results. Since the other receiving coils do not supply any output voltage, the sum signal ΣSi corresponds to this signal S2.

Bei den Ausführungsbeispielen werden die Leiterabschnitte der Erregeranordnung und die Windungen der Empfängerspule jeweils durch Leiterbahnen gebildet, die mit Mitteln der Leiterplatten-Technologie z.B. durch Drucken oder eine andere Beschichtungstechnik erzeugt werden. Es ist auch möglich, die Wirbelstromsonden mit aus Draht gewickelten Spulen oder Leiteranordnungen aufzubauen. Es kann sich um eine relativ starre bzw. biegesteife Anordnung von Leitern handeln. Es ist auch möglich, die Wirbelstromsonde als flexible bzw. biegsame Wirbelstromsonde aufzubauen, die sich an unterschiedliche Oberflächenkonturen von Prüflingen anpassen kann.In the embodiments, the conductor sections of the exciter assembly and the windings of the receiver coil are each formed by tracks formed by printed circuit board technology, e.g. be produced by printing or another coating technique. It is also possible to construct the eddy current probes with wire wound coils or conductor assemblies. It may be a relatively rigid or rigid arrangement of conductors. It is also possible to construct the eddy current probe as a flexible or flexible eddy current probe, which can adapt to different surface contours of test specimens.

Claims

Eddy current probe with: a pathogen arrangement ( 110 ) with at least one electrical conductor which can be connected to an AC voltage source ( 120 ) is provided; and a receiver arrangement with at least one receiver coil separate from the exciter arrangement (US Pat. 140 ), which has one or more windings, characterized in that the exciter arrangement comprises an exciter section ( 115 ), in which one or more conductor sections ( 110-1A . 110-2A ) such that a primary alternating magnetic field (PF) with magnetic field lines (FL) running around the excitation section is generated by the conductor section or the conductor sections of the exciter section when connected to an AC voltage source; and the receiver coil ( 140 ) with respect to the exciter section ( 115 ) is arranged such that the receiver coil of the primary alternating magnetic field of the exciter section is interspersed symmetrically such that a temporal change dφ / dt of the magnetic flux φ of the primary alternating magnetic field by the receiver coil substantially disappears.

Eddy current probe according to claim 1, characterized in that a receiver coil ( 140 ) a receiver coil axis ( 144 ) and a perpendicular to the receiver coil axis oriented receiver coil plane ( 142 ) and a plane of symmetry oriented perpendicular to the receiver coil plane ( 145 ), and the conductor section or sections of the excitation section ( 115 ) extend symmetrically to the plane of symmetry parallel to the receiver coil plane.

Eddy current probe according to claim 1 or 2, characterized in that the exciter arrangement ( 110 ) a rectilinear exciter section ( 115 ), in which a straight-line conductor section or a plurality of rectilinear conductor sections ( 110-1A . 110-2A ), wherein preferably the excitation section ( 115 ) perpendicular to the receiver coil axis in the middle diagonally across the receiver coil ( 130 ) runs.

Eddy current probe according to one of the preceding claims, characterized in that the excitation arrangement ( 110 ) a first exciting coil ( 110-1 ) with one or more first windings and a second exciter coil ( 110-2 ) having one or more second windings, that the turns of the first and the second exciting coil mirror-symmetrically to a plane of symmetry ( 145 ) Are arranged the receiver coil and that when connected to the AC voltage source, these windings are electrically mirror-symmetrically connected.

Eddy current probe according to claim 4, characterized in that the first exciting coil ( 110-1 ) one of the second exciting coil ( 110-2 ) facing inner conductor section ( 110-1A ) and a remote from the second excitation coil outer conductor portion ( 110-1B ) and that the second exciter coil ( 110-2 ) one of the first exciting coil ( 110-1 ) facing inner conductor section ( 110-2A ) and a remote from the first excitation coil outer conductor portion ( 110-2B ), wherein the inner conductor sections ( 110-1A . 110-2A ) the exciter section ( 115 ) and when connecting the exciter arrangement to the AC voltage source ( 120 ) are passed through in the same direction of current and the outer conductor sections are passed through in the same direction and in opposite directions to the inner conductor portions of electricity.

Eddy current probe according to one of the preceding claims, characterized in that the receiver arrangement ( 910 ) a receiver coil row ( 940 ) with two or more receiver coils ( 940A - 954D ) which are arranged such that each of the receiver coils with respect to the excitation section ( 915 ) is arranged such that the receiver coil of the primary alternating magnetic field of the exciter section is interspersed symmetrically such that a temporal change dφ / dt of the magnetic flux φ of the primary alternating magnetic field by the receiver coil substantially disappears.

Eddy current probe according to claim 6, characterized in that the receiver coils of the receiver coil row ( 940 ) are electrically connected in series, so that by the receiver coil row, a sum signal can be generated, which results from an addition of voltages or voltage components, which are induced in the individual receiver coils.

Eddy Current Tester ( 200 ) with a supply and evaluation unit ( 190 ), which is an AC voltage source ( 120 ) and an evaluation device ( 180 ), as well as with at least one eddy current probe ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the exciter arrangement ( 110 ) of the eddy current probe to the AC voltage source ( 120 ) and the receiver arrangement ( 130 ) of the eddy current probe to the evaluation device ( 180 ) connected.

Eddy current testing device according to claim 8, characterized in that the exciter arrangement ( 910 ) two or more receiver coils ( 940A - 940d ), which form a receiver coil array, in particular in the form of a rectilinear receiver coil row ( 940 ).

Eddy current testing device according to claim 9, characterized in that each of the receiver coils ( 940A - 940d ) to a channel of a receiver coil connector ( 985 ), which is configured to receive output signals of the individual receiver coils in separate channels and to the evaluation device ( 980 ).

Eddy current testing apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the evaluation device is configured so that it is operable in an evaluation mode, which detects a sum signal by output signals from at least two receiver coils are added by means of an addition operation, preferably the output signals of all receiver coils of a receiver coil array are added synchronously.

Eddy current test device according to claim 9, 10 or 11, characterized in that the evaluation device is configured, in an evaluation mode, the output signals of each of the receiver coils ( 940A - 940d ) separately too and assign the position of the respective receiver coil in the receiver coil array.