DE102015218470A1

DE102015218470A1 - Schaltung und Verfahren zum Bereitstellen einer stabilen Anzeige für Wirbelstrominstrumente

Info

Publication number: DE102015218470A1
Application number: DE102015218470.6A
Authority: DE
Inventors: Andrew Thomas
Original assignee: Olympus Scientific Solutions Americas Corp
Current assignee: Olympus Scientific Solutions Americas Corp
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2016-05-25
Also published as: CN105628788A; CN105628788B; US20160146759A1; US9726640B2

Abstract

Schraubenloch-Wirbelstrom-Rotationskontrollscanner, der eine Differentialwirbelstromsonde verwendet, wobei die Schaltungsanordnung des Scanners mit einer Filterschaltung mit drei Filtern verkörpert ist: einem FIR (endliche Impulsantwort), einem Tiefpassfilter und einem Phasensteuerungsfilter (mittels einer Hilbert-Transformation). Das Ergebnis aus einer Abtastung eines Schraubenlochs ist ein Ursprungssignal in einer Impedanzebene, das eine ”Rückwärts-6”-Form mit stabiler Größe zeigt, wenn der Scanner seine Rotationsrate erheblich ändert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf die zerstörungsfreie Prüfung und Kontrolle (NDT/NDI), insbesondere auf eine verbesserte Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung eines Wirbelstromkontrollinstruments mit einer Implementierung eines Rotationsscanners zum Erzielen einer stabilen Anzeige in einem Prüfergebnis.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Wirbelstromsonde verwendet einen Wechselstrom, der durch eine Drahtspule fließt und ein oszillierendes Magnetfeld erzeugt. Falls die Sonde und ihr Magnetfeld nahe an ein leitfähiges Material wie etwa einen Metallprüfkörper gebracht werden, bewegt sich ein kreisförmiger Fluss von Elektronen, der als ein Wirbelstrom bekannt ist, durch das Metall und erzeugt sein eigenes Magnetfeld, das mit der Spule und mit ihrem Feld durch Gegeninduktivität zusammenwirkt.
Änderungen der Metalldicke oder Defekte wie ein Riss in der Nähe der Oberfläche unterbrechen oder ändern die Amplitude und das Muster des Wirbelstroms und das resultierende Magnetfeld. Dies beeinflusst dadurch, dass die elektrische Impedanz der Spule geändert wird, wiederum die Bewegung der Elektronen in der Spule. Das Wirbelstrominstrument stellt Änderungen der Impedanzamplitude und des Phasenwinkels graphisch dar, wobei diese durch einen ausgebildeten Betreiber verwendet werden können, um Änderungen des Prüfkörpers zu identifizieren.
Eine Verwendung von Wirbelstrominstrumenten ist die zum Untersuchen von Rissen innerhalb von Schraubenlöchern, häufig mit automatisierten Rotationsscannern. Die von der Sonde zurückgegebenen Signale werden unter Verwendung eines Impedanzebenendiagramms angezeigt, das den Spulenwiderstand auf der x-Achse und den induktiven Widerstand auf der y-Achse graphisch darstellt. Änderungen in der graphischen Darstellung entsprechen Änderungen in dem Prüfkörper.
Herkömmlich nutzen die Rotationsscanner eine ”duale Sonde” oder Differentialwirbelstromsonde, um den Innenraum der Schraubenlöcher abzutasten. Wenn die Differentialsonde (zwei Sonden) über einen Riss oder über einige Risse geht, zeigt sich die direkte Antwort der Differentialsonde auf der Anzeige als eine ”Ziffer 8”, wobei der Knotenpunkt der zwei Kreise den Moment repräsentiert, in dem der Riss direkt zwischen den zwei Spulensensoren ist. Die Signale von einer Sonde, die in einen Probenblock mit einem Standardrissfehler eingeführt wird, erzeugen üblicherweise Anzeigen in einer Impedanzebene als eine ”Ziffer 8”. Wenn das auf diese Weise konfigurierte Instrument verwendet wird, kann der Analytiker versehentlich einige Fehler übersehen, da sie ein Anzeigemuster erzeugen, das der Standard-Riss-”Ziffer 8” sehr ähnlich ist, aber in der Weise, dass sie sehr ähnlich erscheinen, umgekippt ist.
Beim Kalibrieren des Wirbelstrom-Rotationsscanners ist es eine lange bekannte Praxis, dass Ingenieure auf dem Gebiet der Wirbelströme in der Impedanzebenenanzeige nach ”Rückwärts-6”-Figuren als einer Angabe einer Standardangabe (des Standardrisses) oder des Vorgabestatus der Rohr- oder Schraubenlochkontrolle suchen. Häufig ist dieser Kalibrierungsaufbau eine bevorzugte Alternative zu der ”Ziffer 8” als eine Standardangabeanzeige. Wenn eine Anomalie wie etwa ein Riss oder eine Korrosion vorhanden ist, ändert sich die Form oder die Richtung der ”Rückwärts-6” in gewissem Grad. Obgleich die detektierte Ursprungssignalantwort als eine ”Ziffer 8” dargestellt ist, ist es nicht erwünscht, da sich die Anomalie häufig in dem ersten Gebiet der Koordinate zeigt und die ”Ziffer 8” die Ansicht der Anomalie verworren macht. In der vorhandenen Praxis wird ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR-Filter) verwendet, um die Phase des Frequenzgangs für Signale mit niedrigerer als einer bestimmten Frequenz zu verschieben.
Ein Problem bei diesem Typ des Entwurfs des Standes der Technik ist, dass er veranlasst, dass Kontrolleure auf dem Gebiet eine ”Rückwärts-6” behandeln müssen, deren Größe sich drastisch ändert oder die sich zu einer ”Ziffer 8” ändert, wenn sich die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (min^–1) des Rotationsscanners ändert. Wenn die Frequenz abnimmt, wird die Größe der ”Rückwärts-6” kleiner; wenn die Frequenz zunimmt, wird die Größe der ”Rückwärts-6” größer; und wenn die Frequenz über den Bereich des IIR-Filters hinaus zunimmt, wird die ”Ziffer 8” angezeigt.
Angesichts der obigen Hintergrundinformationen wäre eine Lösung, die durch konstruktive Maßnahmen ohne die Notwendigkeit, die Amplituden- und Frequenzeinstellungen des Instruments nachzustellen, eine stationäre Anzeige eines Wirbelstrom-Kontrollergebnisses schafft, von hohem wirtschaftlichem Wert. Rotationsscanner wie etwa jene für Schraubenlochkontrollen würden in weniger Zeit und mit höherer Effektivität stattfinden. Die Aufgabe der Kontrolle wäre visuell wesentlich angenehmer zu behandeln.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Signalverarbeitungs- und Signaldarstellungsverfahren zu schaffen, das eine gesteuerte und systematische Anzeige der Antwort einer Wirbelstrom-Differentialsonde, die das Innere eines zylindrischen Hohlraums kontrolliert, liefert.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die Phase unabhängig von Tief- und Hochpassfilterparametern zu steuern. Eine Implementierung ist die Verwendung einer Hilbert-Transformation, bei der eine Phasenverschiebung von 90 Grad intrinsisch und definitiv ist und mit der ein Kontrolleur leicht von einem idealen Differentialsondensignal zu einem phasenverschobenen Differentialsignal schalten kann. Wenn die Hoch- und die Tiefpass-Filterfrequenzeinstellung für die Anwendung optimiert worden sind, können sie mit der min^–1-Einstellung des Rotationsschraubenscanners verknüpft werden, um einen sinnvollen Änderungsbereich wegen der Sondenreibung in dem Loch bereitzustellen, während eine größtenteils konstante angezeigte Signalgröße aufrechterhalten wird.
Es ist eine weitere andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Hilbert-Transformation zur Phasenverschiebung der Signale in dem ”flachen” Bereich des Frequenzgangs eines Hochpassfilters zu verwenden, so dass eine Motordrehzahländerung keine erratische Signalamplitude (und somit Bildgröße) verursacht, während die phasenverschobene Variante des Sondensignals angezeigt wird.
Die bevorzugte Ausführungsform der Offenbarung verwendet drei Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR-Filter): Tiefpass, Hochpass und Phasensteuerung (mittels einer Hilbert-Transformation). Die Koeffizienten der FIR-Filter werden in Echtzeit berechnet und geladen, wobei ideale Differentialantworten und phasenverschobene Antworten erzielt werden können. Die Phasensteuerung wird unter Verwendung einer FIR-Hilbert-Transformation vereinfacht, die für alle Frequenzen in dem durch das Tiefpass- und das Hochpassfilter eingestellten Durchlassbereich automatisch eine Phasenverschiebung von 90 Grad bereitstellt. Der Vorteil der Verwendung des Ansatzes der FIR-Hilbert-Transformation ist ihrer Phasenänderung unabhängig von der Frequenz zuzuschreiben. Im Ergebnis können zwischen der Hoch- und der Tiefpassfiltereinstellung und der Scannermotor-Drehzahleinstellung Filterparameter festgesetzt werden. Wenn der Kontrolleur die Drehzahl des Rotationsscanners ändert, können die Filter ebenfalls automatisch auf Frequenzen rekonfiguriert werden, die dieselbe Kontrolle bei der neuen Sondenrotationsrate bereitstellen. Alle Einstellungen erzeugen dieselbe Signalamplitude und Bildgröße.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht der Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2a ist eine schematische Ansicht der Ursprungsschwingungsform und der verarbeiteten Schwingungsform, die durch eine Schaltungsanordnung des Standes der Technik unter Verwendung eines IIR für die Phasenverschiebung verarbeitet worden sind.
2b ist eine schematische Ansicht der Ursprungsschwingungsform und der verarbeiteten Schwingungsform, die durch die Verarbeitungsschaltungsanordnung mit einem FIR und mit einer Hilbert-Transformation gemäß der vorliegenden Offenbarung verarbeitet worden sind.
3 ist eine schematische Ansicht von Stadien von Schwingungsformen von detektierten Ursprungssignalen bis zu verarbeiteten Signalen unter Verwendung der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein alternatives Signalverarbeitungs-Schaltungsanordnungsverfahren, das denselben Zweck wie das in 3 gezeigte erzielt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird angemerkt, dass alle hier als eine digitale Schaltung beschriebenen Funktionen ebenfalls unter Verwendung analoger Schaltungen implementiert werden können. Ein analoges Verfahren wird seit vielen Jahren verwirklicht und ist keine Verbesserung, die nur durch digitale Verfahren ermöglicht wird, und soll im Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Außerdem wird angemerkt, dass das Grundkonzept dieser Erfindung die Aufnahme eines Phasenverschiebungsfilters mit weitem Frequenzbereich ist. Die Verwendung einer Hilbert-Transformation kann, wie in der vorliegenden Offenbarung gezeigt ist, direkt implementiert werden oder kann indirekt unter Verwendung anderer frequenzempfindlicher Schaltungen erfolgen, die zusammen verwendet werden, um ein Verbundfilter herzustellen.
Anhand von 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Wirbelstrom-Front-End-Schaltungsanordnung 2 verwendet, um ein Signal zu digitalisieren, das von einer Sonde 2a zurückkommt, die an einen Schraubenloch-Rotationsscanner (nicht gezeigt) angeschlossen ist. Das digitalisierte Signal wird durch die Schaltungsanordnung 2 bereitgestellt.
Die Schaltungsanordnung der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Front-End-Schaltungsanordnung 2, einen direkten digitalen Synthesizer (DDS) 4, einen Synchrondetektor 6a für Sinusschwingungen, einen Synchrondetektor 6b für Kosinusschwingungen, ein einstellbares Tiefpassfilter 8a für Sinusschwingungen, ein einstellbares Tiefpassfilter 8b für Kosinusschwingungen, ein einstellbares Hochpassfilter 10a für Sinusschwingungen, ein einstellbares Hochpassfilter 10b für Kosinusschwingungen, ein erstes Hilbert-Transformations-Filter 12a für Sinusschwingungen, ein zweites Hilbert-Transformations-Filter 12b für Kosinusschwingungen und einen digitalen Signalprozessor 14.
Der DDS 4, die Synchrondetektoren 6a und 6b, die einstellbaren Tiefpassfilter 8a und 8b, die einstellbaren Hochpassfilter 10a und 10b, die Hilbert-Transformations-Filter 12a und 12b und der digitale Signalprozessor 14 werden hier zusammen eine digitale Signalverarbeitungsschaltung genannt. Es wird angemerkt, dass den digitalisierten Signalen nachgelagerte Signale Antwortsignale genannt werden, während es für jedes Stadium der Antwortsignale wie etwa die detektierten Ursprungssignale S3 und S3' andere spezifische Bezeichnungen gibt.
Weiter anhand von 1 erzeugt der direkte digitale Synthesizer 4 drei Arten von Signalen: eine Referenzsinusschwingung S1, eine Referenzkosinusschwingung S1' und eine Sendesinusschwingung. Die Sendesinusschwingung wird der Front-End-Schaltungsanordnung 2 mit einer einstellbaren Phase und mit einer einstellbaren Amplitude zugeführt. Das digitalisierte Signal wird an Synchrondetektoren 6a bzw. 6b gesendet. Der Synchrondetektor 6a trennt das digitalisierte Signal S2 und erzeugt seine reale Komponente. Der Synchrondetektor 6b detektiert die imaginäre Komponente des digitalisierten Signals S2'.
Das detektierte Signal S2 der realen Komponente und das detektierte Signal S2' der imaginären Komponente werden durch das einstellbare Tiefpassfilter 8a bzw. durch das einstellbare Tiefpassfilter 8b gefiltert, um unerwünschte Sinusschwingungen zu entfernen. Das einstellbare Tiefpassfilter 8a entfernt unerwünschte Sinusschwingungen in dem detektierten Signal S2 der realen Komponente, so dass ein detektiertes Ursprungssignal der realen Komponente S3 nur die Amplitude enthält, die die reale Komponente ist. Das einstellbare Tiefpassfilter 8b entfernt in dem detektierten Signal S2' der imaginären Komponente unerwünschte Kosinusschwingungen, so dass ein detektiertes Ursprungssignal der imaginären Komponente S3' nur die Amplitude enthält, die die imaginäre Komponente ist. ”Detektiertes Ursprungssignal” bezieht sich hier auf ein Antwortsignal, das durch im Folgenden beschriebene Hochpassfilter weiter gefiltert werden soll.
Die detektierten Ursprungssignale der realen Komponente S3 und der imaginären Komponente S3' gehen über ein einstellbares Hochpassfilter 10a bzw. ein einstellbares Hochpassfilter 10b, um alle Frequenzen unter einer gewählten Frequenz zu beseitigen. Das Ergebnis ist ein bandpassgefiltertes Signal der realen Komponente S4 und ein bandpassgefiltertes Signal der imaginären Komponente S4'. Herkömmlich ist die gewählte Frequenz durch die Rotationsrate des Scanners in der Weise bestimmt, dass die Anzeige des Kontrollergebnisses lesbar ist.
Weiter anhand von 1 ist klar, dass der synchrone Detektor 6a, das einstellbare Tiefpassfilter 8a und das einstellbare Hochpassfilter 10a üblicherweise in Wirbelstrominstrumenten enthalten sind. Das Signal S1 und das Signal S1' weisen herkömmlich die Form einer ”Ziffer 8” auf. Die bandpassgefilterten Signale S4 und S4' weisen herkömmlich die Form einer ”Rückwärts-6” auf, die die Kontrollergebnisse repräsentiert. Eines der Probleme bei den bandpassgefilterten Signalen S4 und S4' ist, dass sich die Größe der ”Rückwärts-6” auf der Anzeige drastisch ändert, wenn sich die Rotationsrate des Scanners ändert, was für Außendienstkontrolleure problematisch ist. Einzelheiten der obigen Signalanzeige in Bezug auf die ”Ziffer 8” und auf die ”Rückwärts-6” sind im Zusammenhang mit 2a und 2b erläutert.
Einer der neuen Aspekte der vorliegenden Offenbarung ist die Nutzung eines Hilbert-Transformations-Filters 12a zusammen mit einem Hochpassfilter Hilbert-Transformations-Filter 12a zu dem digitalen Signalprozessor 14. Außerdem detektiert der direkte digitale Synthesizer 4 Kosinusschwingungen von dem Synchrondetektor 6b und sendet die Kosinusschwingungen der Signale des Rotationsschraubenscanners über ein einstellbares Tiefpassfilter 8b, ein einstellbares Hochpassfilter 10b und ein Hilbert-Transformations-Filter 12b an den digitalen Signalprozessor 14.
Das Bandpasssignal der realen Komponente S4 und das Bandpasssignal der imaginären Komponente S4' gehen über eine Verschiebung von 90 Grad in dem Hilbert-Transformations-Filter 12a bzw. eine Verschiebung von 90 Grad in dem Hilbert-Transformations-Filter 12b, wo die Signale in Bezug auf die Phase (unabhängig von der Amplitude) eingestellt werden und als ein Bandpasssignal mit eingestellter Phasen der realen Komponente S5 und ein Bandpasssignal mit eingestellter Phasen der imaginären Komponente S5' an den Digitalsignalprozessor 14 gesendet werden.
Es wird nun Bezug genommen auf 2a, die die Verarbeitung einer Reihe von Sinusschwingungen mit eingestellter Phase mit unterschiedlicher Frequenz gemäß dem Stand der Technik zeigt. In dem in 2a gezeigten Koordinaten-System bildet die x-Achse die Frequenz; die y-Achse ist die Amplitude der Signale. Die ”Frequenzgang”-Kurve erstreckt sich von der linken unteren Ecke zu der rechten oberen Ecke des Koordinaten-Systems, wobei sie die ”Amplitudenantwort” des IIR-Hochpassfilters des Standes der Technik als Antwort auf Änderungen der Frequenz der Antwortsignale repräsentiert. Die Änderungen der Frequenzen der Antwortsignale sind zum größten Teil durch die Änderung der Abtastgeschwindigkeit der Sonde wie etwa der min^–1-Drehzahl verursacht.
Die Ursprungsschwingungsformen RWF-1, RWF-2 und RWF-3 sind die Antwortsignale, nachdem jedes durch Tiefpassfilter 8a und 8b gefiltert worden ist. Wenn der Rotationsscanner die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (min^–1) ändert, weisen sie unterschiedliche Frequenzen auf. Gemäß dem Stand der Technik wird ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR) verwendet, um die Phase des detektierten Ursprungssignals um 90 Grad einzustellen. Nachdem sie durch das IIR-Hochpassfilter verarbeitet worden sind, weisen die Ursprungsschwingungsformen unterhalb des Wendepunkts auf der Kurve des ”Frequenzgangs des Hochpassfilters” eine Phasenverschiebung von 90 Grad auf (RWF-1 und RWF-2), während die Ursprungsschwingungsformen oberhalb des Wendepunkts wie etwa RWF-3 eine Phase von 0 Grad aufweisen. Die komplexen Signale nach dem Durchgang durch die Hochpassfilter 10a und 10b sind in Form von PWF-1, PWF-2 und PWF-3 vorhanden. Es wird angemerkt, dass sich die x-Achse von PWF-1, PWF-2 und PWF-3 auf die realen Komponenten oder 'R'-Komponenten der Antwortsignale bezieht. Die y-Achse bezieht sich auf die imaginären Komponenten oder 'I'-Komponenten der Antwortsignale. Mit anderen Worten, PWF-1, PWF-2 und PWF-3 sind Anzeigen in Impedanzebenen. Wie zu sehen ist, weisen PWF-1, -2 und -3 gelegentlich die Formen einer ”Rückwärts-6” oder gelegentlich einer ”Ziffer 8” auf und ihre Größen ändern sich in den Impedanzebenen.
Es ist eine lange bekannte Praxis, dass Wirbelstromingenieure auf der Anzeige nach ”Rückwärts-6”-Ziffern suchen, die eine Standardangabe während der Kalibrierung für Rohrkontrollen zeigen. Wenn während der Kontrolle eine Anomalie wie etwa ein Riss oder eine Korrosion vorhanden ist, ändert sich die Form der ”Rückwärts-6”. Die Anzeige einer ”Ziffer 8” ist nicht erwünscht, da sich die Anomalie häufig in dem ersten Gebiet der Koordinate zeigt und die ”Ziffer 8” die Betrachtung der Anomalie erschwert. Das Problem im Stand der Technik ist, dass er veranlasst, dass Kontrolleure im Gebiet eine ”Rückwärts-6”, deren Größe sich drastisch ändert oder die sich zu einer ”Ziffer 8” wandelt, wenn sich die min^–1-Drehzahl des Rotationsscanners ändert, behandeln müssen. Wenn die Frequenz abnimmt, wird die Größe der ”Rückwärts-6” kleiner; wenn die Frequenz zunimmt, wird die Größe der ”Rückwärts-6” größer; und wenn die Frequenz über den Bereich des IIR-Filters hinaus zunimmt, wird die ”Ziffer 8” angezeigt.
Insbesondere wird angemerkt, dass die oben erwähnte Phasenverschiebung von 90 Grad keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung ist. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung kann eine Phasenverschiebung in einem Bereich von 70–110 Grad verwendet werden, solange sie dazu dient, die Anzeige in der Impedanzebene von einer ”Ziffer 8” zu einer ”Rückwärts-6” umzuklappen.
Es wird nun Bezug genommen auf 2b, die einen wichtigen neuen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, um das Problem der drastischen Änderung der ”Rückwärts-6” auf dem Anzeigebildschirm unwirksam zu machen, zeigt. In 2b ist ebenfalls die x-Achse die Frequenz des Hochpassfilters und die y-Achse die Amplitude der Antwortsignale. Die ”Frequenzgangkurve” der Hochpassfilter (10a und 12a) ist als flach gegenüber einer Kurve in 2a dargestellt. Dies ist so, da der Bereich der Frequenzen der Antwortsignale in dem Bereich liegt, in dem die Filter mit konstanter Amplitude antworten.
Anhand von 2b und 1 verwendet die Signalverarbeitungsschaltung in der vorliegenden Offenbarung FIR (endliche Impulsantwort) einstellbare Hochpassfilter 10a und 10b anstelle des im Stand der Technik in 2a verwendeten IIR. Wie durch die Frequenzgangkurve in 2a gezeigt ist, behalten die FIR-Filter 10a und 10b bei der Phasenänderung von 90 Grad die konstante Phase und ändern die Phase nicht. Allerdings würde ohne sich ändernde Phase die Vorgabeanzeige des verarbeiteten Signals von den FIR-Filtern als eine ”Ziffer 8” dargestellt. Um die ”Rückwärts-6”-Ziffer zu erhalten, wie sie die Konvention für die Wirbelstromkontrolle erfordert, werden Hilbert-Transformations-Filter 12a und 12b verwendet, die die Phase in dem flachen Teil der Frequenzgangkurve um 90 Grad verschieben. Wie in 2b gezeigt ist, werden dieselben detektierten Ursprungssignale RWF-1, RWF-2 und RWF-3, nachdem sie durch die FIR-Filter 10a und 10b und durch die Hilbert-Transformation-Filter 12a und 12b verarbeitet worden sind, zu verarbeiteten Schwingungsformen in ”Rückwärts-6” mit denselben Größen, wie sie in PWF-a, PWF-b und PWF-c in jeweiligen Impedanzebenen gezeigt sind. Es wird angemerkt, dass sich die x-Achse von PWF-a, PWF-b und PWF-c auf die realen Komponenten oder 'R'-Komponenten der Antwortsignale bezieht. Die y-Achse bezieht sich auf die imaginären Komponenten oder 'I'-Komponenten der Antwortsignale. Dies ist dem Wesen der Hilbert-Transformation zuzuschreiben, die die Phasenverschiebung von 90 Grad ausführt, wenn die Amplitude konstant bleibt, während sich die Frequenz ändert.
Wenn die Phase der Referenzsinusschwingung S1 und der Referenzkosinusschwingung S1' (die ”Ziffer 8”) unter Verwendung der Hilbert-Transformations-Filter 12a und 12b um 90 Grad eingestellt wird, variieren die Größen der Sinusschwingungen (der ”Rückwärts-6”) der drei beispielhaften Ursprungsschwingungsformen in 2a in der Anzeige für PWF-a, PWF-b und PWF-c nicht. Dies ist so, da die Phasenänderung in dem Bereich durchgeführt wird, in dem der Frequenzgang im Wesentlichen konstant ist.
Der Fachmann sollte würdigen, dass ein Wirbelstrominstrument alternativ so konfiguriert sein kann, dass es zwei Signalverarbeitungsdesigns, die in einem Instrument parallel arbeiten, eines mit dem wie in 2a gezeigten Design des Standes der Technik und eines mit dem wie in 2b gezeigten neuartigen Design, aufweist. Kontrolleure können dann in Abhängigkeit von ihrer Präferenz eine Wahl haben, entweder die ”Ziffer 8”-Anzeigebetriebsart oder die verbesserte ”Rückwärts-6”-Anzeigebetriebsart zu wählen.
Anhand von 3 zeigt ein schematisches Diagramm Signale in verschiedenen Stadien der Signalverarbeitung, die durch die digitale Signalverarbeitungsschaltung von dem Synchrondetektor 6a bis zu dem Hilbert-Transformations-Filter 12a (oder von dem Synchrondetektor 6b bis zu dem Hilbert-Transformations-Filter 12b) in 1 erfolgt. Wie in 3 gezeigt ist, wird die Ursprungsschwingungsform (S2, S2') durch das einstellbare Tiefpassfilter 8a und durch das einstellbare Hochpassfilter 10a (oder durch das einstellbare Tiefpassfilter 8b und durch das einstellbare Hochpassfilter 10b) zu einem Ursprungssignal (S4, S4') in einer ”Ziffer 8” verarbeitet. Daraufhin wird das Signal (S4, S4') in der ”Ziffer 8” durch das Hilbert-Transformations-Filter 12a oder 12b in eine ”Rückwärts-6” in dem Anzeigesignal (S5, S5') transformiert.
Es wird nun Bezug genommen auf 4. Der Fachmann sollte außerdem feststellen, dass die Verwendung eines einstellbaren FIR Hochpassfilters 10a und eines Hilbert-Transformations-Filters 12a nicht die einzige Möglichkeit ist, den in 2b gezeigten Frequenzgang zu erzielen. Ein IIR-Filter mit einem Frequenzgang 42 und ein FIR-Filter mit einem Frequenzgang 44 erzielen ebenfalls einen Frequenzgang 46. Der Zweck ist hier, für Frequenzen innerhalb eines Bereichs, in dem der Frequenzgang (die Amplitude) ”flach” oder im Wesentlichen konstant ist, eine Phasenänderung von 90 Grad zu erreichen.
Obgleich die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, gehen für den Fachmann viele andere Änderungen und Abwandlungen und andere Verwendungen hervor. Somit ist es bevorzugt, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die spezifische Offenbarung beschränkt ist. Zum Beispiel kann der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung auf andere Differentialsonden, die kontinuierliche Energieschwingungen erzeugen, wie etwa, aber nicht beschränkt auf, kontinuierliche Ultraschalldifferentialsonden, angewendet werden.

Claims

Schaltungsanordnung für ein Wirbelstromkontrollinstrument, das dafür konfiguriert ist, eine Wirbelstromkontrolle einer Anomalie eines Prüfgegenstands durchzuführen, wobei das Instrument mit einer Wirbelstromsonde gekoppelt ist, die sich mit einer Abtastgeschwindigkeit bewegt, die während der Kontrolle in einem Geschwindigkeitsbereich variiert, wobei die Schaltungsanordnung umfasst: eine Front-End-Schaltung zum Erregen der Sonde, Empfangen einer Wirbelstromantwort, Digitalisieren und Umsetzen der Antwort in Antwortsignale mit einem Bereich von Antwortfrequenzen, die mit der Abtastgeschwindigkeit in Beziehung stehen, eine digitale Verarbeitungsschaltung, die dafür konfiguriert ist, die Antwortsignale zu verarbeiten, um ein Kontrollergebnis anzuzeigen, wobei die Verarbeitungsschaltung ferner eine Filterschaltung umfasst, die dafür konfiguriert ist, die Antwortsignale von detektierten Ursprungssignalen zu verarbeiteten Signalen zu filtern und eine Phasenänderung der detektierten Ursprungssignale in eine Nähe von 90 Grad anzuwenden, während die Filterschaltung innerhalb des Bereichs der Antwortfrequenzen einen im Wesentlichen konstanten Frequenzgang aufrechterhält.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Frequenzgang eine Amplitudenantwort der Filterschaltung als Antwort auf eine Änderung der Frequenzen der Antwortsignale ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die digitale Verarbeitungsschaltung ferner einen direkten digitalen Synthesizer, der eine reale Komponente eines Referenzsignals und eine imaginäre Komponente des Referenzsignals erzeugt, einen ersten Synchrondetektor, der dafür konfiguriert ist, die reale Komponente des Referenzsignals zu detektieren, einen zweiten Synchrondetektor, der dafür konfiguriert ist, die imaginäre Komponente des Referenzsignals zu detektieren, umfasst.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die aus der Front-End-Schaltung kommenden Antwortsignale dem ersten Detektor und dem zweiten Synchrondetektor zugeführt werden, die die entsprechenden detektierten Ursprungssignale erzeugen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die reale Komponente des Referenzsignals die Form von Sinusschwingungen aufweist und die imaginäre Komponente des Referenzsignals die Form von Kosinusschwingungen aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Filterschaltung ferner ein Tiefpassfilter umfasst, das die digitalisierten Signale filtert.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Nähe von 90 Grad in einem Bereich von 70–110 Grad liegt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Sonde eine Differentialsonde ist, die an einem Rotationsscanner vorgesehen ist, der dafür konfiguriert ist, an einer Oberfläche des Prüfgegenstands eine kreisförmige oder schraubenförmige Abtastung vorzunehmen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, wobei der Prüfgegenstand ein Standardkalibrierungsstück mit einer Form eines Lochs oder Rohrs ist, wobei das Kalibrierungsstück eine Standardangabe mit einer bekannten Angabe von Größe und Richtung aufweist, wobei der Scanner die Oberfläche des Prüfgegenstands mit einem Bereich der Drehzahl (min^–1) überquert.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, wobei die Filterschaltung ferner ein Hochpassfilter mit endlicher Impulsantwort, das ein Signal mit einer über den Bereich der Antwortsignalfrequenzen im Wesentlichen konstanten Amplitude bereitstellt, und ein Hilbert-Transformations-Hochpassfilter, das für die Signale eine Phasenänderung in einer Nähe von 90 Grad bereitstellt, umfasst.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, wobei das Hochpassfilter mit endlicher Impulsantwort verarbeitete Signale erzeugt, die in einer Impedanzebene im Wesentlichen in Form einer ”Ziffer 8” gezeigt werden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei das Filter mit endlichem Impuls und das Hilbert-Transformations-Filter verarbeitete Signale erzeugen, die in einer Impedanzebene im Wesentlichen in Form einer ”Rückwärts-6” gezeigt werden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, wobei die Filterschaltung in der Weise konfiguriert ist, dass die Größe der in der Impedanzebene gezeigten ”Rückwärts-6” im Wesentlichen konstant ist, wenn der Scanner die Oberfläche mit dem Bereich der Drehzahl überquert.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, die ferner eine Anzeige mit einer Betriebsartänderung enthält, die die Auswahl zwischen einer Betriebsart zum Anzeigen der ”Ziffer 8” und einer Betriebsart zum Anzeigen der ”Rückwärts-6” ermöglicht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, wobei die Filterschaltung ferner ein Hochpassfilter mit unendlicher Impulsantwort und ein Filter mit endlichem Impuls, die dafür konfiguriert sind, über den Bereich der Antwortfrequenz ein Signal mit einer im Wesentlichen konstanten Amplitude bereitzustellen, um eine Phasenänderung von 90 Grad für die Signale zu erzeugen, umfasst.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, wobei das Hochpassfilter mit unendlicher Impulsantwort und das Hochpassfilter mit endlicher Impulsantwort in einer Impedanzebene gezeigte verarbeitete Signale erzeugen, die im Wesentlichen eine Form der ”Rückwärts-6” aufweisen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, wobei das Hochpassfilter mit unendlicher Impulsantwort und das Hochpassfilter mit endlicher Impulsantwort so konfiguriert sind, dass die Größe der in der Impedanzebene gezeigten ”Rückwärts-6” im Wesentlichen konstant ist, wenn der Scanner die Prüfgegenstandsoberfläche mit dem Bereich der Drehzahl überquert.