DE1473461B2

DE1473461B2 - Schaltungsanordnung für die zerstörungsfreie Materialprüfung mittels Wirbelströmen

Info

Publication number: DE1473461B2
Application number: DE19631473461
Authority: DE
Inventors: Kunio Hitachi Ono (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1962-04-12
Filing date: 1963-04-11
Publication date: 1970-06-18
Also published as: US3340466A; DE1473461A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße

anordnung für die zerstörungsfreie Materialprüfung Schaltungsanordnung näher beschrieben, das in der

mit einem abwechselnd ein hochfrequentes und ein Zeichnung veranschaulicht ist. In dieser Zeichnung

niederfrequentes Prüfsignal erzeugenden Prüfsignal- zeigt

generator, mindestens einer mit den Prüfsignalen 5 F i g. 1 ein Blockschaltbild für eine erfindungs-

gespeisten und dadurch in einem Prüfling Wirbel- gemäße Anordnung,

ströme erzeugenden Erregerspule, einer diese Wirbel- F i g. 2 eine Darstellung der an verschiedenen

ströme in Meßspannungen umsetzenden Meßspule Stellen der Schaltung von F i g. 1 auftretenden

und mindestens einem Meßkanal mit einem In- Signalformen,

strument zur getrennten Anzeige der von den beiden io F i g. 3 a und 3 b Darstellungen eines beim Be-

Prüfsignalen verursachten Meßspannungen. triebe der Anordnung nach F i g. 1 verwendbaren

Derartige Anordnungen dienen der zerstörungs- gedämpften niederfrequenten und eines ebensolchen

freien Untersuchung von elektrisch leitfähigen Ma- hochfrequenten Prüfsignales und

terialien und geben insbesondere über Inhomogeni- F i g. 4 a und 4 b Darstellungen entsprechender

täten in der Materialstruktur oder sonstige Ände- 15 ungedämpfter niederfrequenter bzw. hochfrequenter

rungen im elektrischen Verhalten der untersuchten Prüfsignale.

Materialien und deren Lage Aufschluß. Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Schaltungs-Beispiele für Anordnungen der oben erwähnten anordnung enthält einen Prüfsignalgenerator mit Art finden sich insbesondere in der USA.-Patent- einem Generator 1 zur Erzeugung eines rechteckigen schrift 2 965 840 und mit gewissen Abwandlungen 20 Synchronisiersignales, das einer ersten Differenzierauch in den USA.-Patentschriften 2 423 891, stufe 2 und einer zweiten Differenzierstufe 3, deren 2 744 233 und 2 992 390 sowie in der deutschen Ausgangsimpuls in seiner Phase gegenüber dem Aus-Patentschrift 885 489. Allen diesen bekannten An- gangsimpuls der ersten Differenzstufe umgekehrt ist,' Ordnungen ist der Umstand gemeinsam, daß zur zugeführt wird. Ein erster Impulsgenerator 4, der nur Trennung der auf die verschiedenen Prüfsignale 25 auf die positiven Impulse am Ausgang der ersten zurückgehenden Meßspannungen in dem bzw. den Differenzierstufe 2 anspricht und gedämpfte nieder-Meßkanälen Filter vorgesehen sind, die jeweils nur frequente Schwingungszüge liefert, und ein zweiter für Signale einer ganz bestimmten Frequenz bzw. Impulsgenerator 5, der nur auf die positiven Impulse eines eng begrenzten Frequenzbereiches durchlässig am Ausgang der zweiten Differenzierstufe 3 ansind. Damit ist man bei den bekannten Anordnungen 30 spricht und hochfrequente gedämpfte Schwingungsjedoch hinsichtlich der Frequenz der einzusetzenden züge liefert, speisen ein Spulensystem 6.
Prüfsignale von vornherein festgelegt. Dies wirkt sich Das Spulensystem 6 enthält eine erste Erregerinsofern nachteilig aus, als die Frequenz der Prüf- spule 7, die bei einem niederfrequenten Ausgangssignale für deren Eindringtiefe in das zu unter- signal des ersten Impulsgenerators 4 in einem Prüfsuchende Material bestimmend ist und man also bei 35 ling 10 Wirbelströme erzeugt, weiterhin eine zweite fest vorgegebener Prüfsignalfrequenz gleichzeitig Erregerspule 8, die bei einem hochfrequenten Ausauch Begrenzungen hinsichtlich der jeweils erreich- gangssignal des zweiten Impulsgenerators 5 in dem baren Eindringtiefe unterworfen ist. Eine Änderung Prüfling 10 Wirbelströme erzeugt, und schließlich der Eindringtiefe für eine bestimmte Messung ist so eine Meßspule 9 zur Feststellung des von den Wirbelbei den bekannten Anordnungen nur durch einen 40 strömen hervorgerufenen Magnetfeldes.
Umbau in der Weise zu erreichen, daß die ver- Die Schaltungsanordnung enthält weiterhin eine wendeten Filter durch andere ersetzt werden. Außer- an den Generator 1 angeschlossene Verzögerungsdem haftet den bekannten Anordnungen infolge der stufe 11, die Ausgangsimpulse liefert, die in ihrer Trennung der einzelnen Meßspannungen mit Hilfe Phase gegenüber den Impulsen des Generators 1 um von Filtern noch ein weiterer Nachteil insofern an, 45 einen vorgegebenen Wert verzögert sind und zwei als die für die Messungen verwendeten Frequenzen Torschaltungen 12 und 13 betätigen Verstärker 14, nicht beliebig nahe beieinander liegen dürfen, da 15, Gleichrichterstufen 16,17 und Registrier- bzw. andernfalls ihre einwandfreie Trennung mit Hilfe Anzeigeinstrumente 18 zur Aufzeichnung bzw. An-» eines tragbaren Aufwandes an Filtern nicht gewähr- zeige des von den Gleichrichterstufen 16 bzw. 17 leistet werden kann. 50 gelieferten Ausgangssignales bilden die beiden Meß-Ausgehend von diesem bekannten Stande der kanäle. Die Torschaltung 12 wird so gesteuert, daß Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, sie nur den niederfrequenten Anteil des von der eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit deren Meßspule 9 gelieferten Ausgangssignales durchläßt, Hilfe sich eine zerstörungsfreie Materialprüfung während die Torschaltung 13 nur den hochfrequenten mittels Wirbelströmen bei zwei verschiedenen 55 Anteil dieses Ausgangssignales durchläßt.
Frequenzen durchführen läßt, ohne daß irgendwelche Als nächstes sei im folgenden an Hand von F i g. 2 Einschränkungen hinsichtlich der Wahl der Meß- auf die Wirkungsweise der vorstehend in ihrem Auffrequenzen hinzunehmen sind. bau erläuterten Anordnung näher eingegangen:

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer An- Der Generator 1 liefert Rechteckimpulse, die in

Ordnung der eingangs erwähnten Art erfindungs- 60 F i g. 2 a veranschaulicht sind. Diese Impulse werden

gemäß in der Weise gelöst, daß der Meßkanal zwei durch die Differenzierstufe 2 differenziert, so daß

mit ihren Steuereingängen über eine Verzögerungs- sich die Wellenform von F i g. 2 b ergibt, die dem

stufe an den Prüfsignalgenerator angeschlossene Tor- Niederfrequenz-Impulsgenerator 4 zugeführt wird,

Schaltungen enthält, die abwechselnd jeweils die zu der Impulse gemäß F i g. 2 d liefert. F i g. 3 a zeigt

einem der beiden Prüfsignale gehörigen Meßspan- 65 einen dieser Impulse aus F i g. 2 d in vergrößertem

nungen durchlassen. Maßstab. Diese Impulse werden der Erregerspule 7

Zur weiteren Erläuterung der Merkmale und Vor- zugeführt, die in dem Prüfling 10 entsprechende

teile der Erfindung wird im folgenden ein mögliches Wirbelströme erzeugt.

Die Differenzierstufe 3 liefert Impulse, die den von der Differenzierstufe 2 erzeugten Impulsen ähnlich sind, jedoch die umgekehrte Phase aufweisen (in Fig. 2 c veranschaulicht). Diese Impulse werden dem Hochfrequenz-Impulsgenerator 5 zugeführt und von diesem in gedämpfte hochfrequente Schwingungszüge (F i g. 2 e) umgeformt, die der zweiten Erregerspule 8 zugeführt werden. F i g. 3 b zeigt einen dieser hochfrequenten Impulse in vergrößertem Maßstab. Wie man aus der Zeichnung sieht, sind die hochfrequenten gedämpften Oszillatorimpulse (F i g. 2 e) zeitlich gegenüber den niederfrequenten Oszillatorimpulsen (F i g. 2 d) verschoben.

Die niederfrequenten und die hochfrequenten gedämpften Schwingungszüge werden infolgedessen den jeweils zugehörigen Erregerspulen 7 bzw. 8 abwechselnd zugeführt. Die von diesen Spulen erzeugten Magnetfelder rufen daher abwechselnd niederfrequente und hochfrequente Wirbelströme im »Prüfling 10 hervor. Die Meßspule 9 liegt infolgedessen in einem Magnetfeld, das abwechselnd von niederfrequenten und hochfrequenten Wirbelströmen erzeugt wird (vgl. Fig. 2 f). Sie liefert demgemäß eine diesem wechselnden Magnetfeld entsprechende Ausgangsspannung. Die Meßspule 9 kann dabei entweder eine einfache Spule oder eine Differenzspule sein.

Das von der Meßspule 9 gelieferte Ausgangssignal wird durch die Torschaltungen 12 und 13 in seine niederfrequenten und hochfrequenten Bestandteile zerlegt. Die Torschaltungen 12 und 13 werden durch die in F i g. 2 g und 2 h veranschaulichten Rechteckimpulse gesteuert. Diese Rechteckimpulse sind durch die Verzögerungsstufe 11 gegenüber dem Ausgangssignal des Generators 1 (F i g. 2 a) verzögert. Die Torschaltungen 12 und 13 lassen die von der Meßspule 9 kommenden Signale nur dann durch, wenn sich die der betreffenden Torschaltung zugeführte Ausgangsspannung der Verzögerungsstufe 11 auf ihrem oberen Wert befindet. Fig. 2i und 2j zeigen die jeweiligen Ausgangsspannungen der Torschaltungen 12 und 13, die den Verstärkern 14 und 15 zugeführt werden.

Durch die erste Gleichrichterstufe 16 erfolgt eine Dimodulation und Gleichrichtung des Ausgangssignales des Verstärkers 14; Fig. 2 k und 2 m veranschaulichen die demodulierten Impulse bzw. das Ausgangssignal des Gleichrichters 16. Die zweite Gleichrichterstufe 17 bewirkt die Demodulation und Gleichrichtung des Ausgangssignales des Verstärkers 15. Fig. 21 zeigt die demodulierten Impulse und F i g. 2 η das Ausgangssignal der Gleichrichterstufe 17. Die Ausgangssignale der beiden Gleichrichterstufen 16 und 17 werden den Registrier- bzw. An-Zeigeinstrumenten 18 und 19 zugeführt. Wenn der Prüfling 10 einen Fehler aufweist, so zeigt sich dies an den Registrierinstrumenten 18 bzw. 19 in einer dem Fehler entsprechenden Spitze.

Die in den F i g. 3 a und 3 b dargestellten niederfrequenten und hochfrequenten gedämpften Schwingungszüge lassen sich ohne Schwierigkeit durch plötzliches Anlegen einer Gleichspannung an einen geeigneten LC-Resonanzkreis erzeugen. In diesem Falle entspricht die Schwingungsfrequenz etwa der Resonanzfrequenz des LC-Kreises. Werden einem Prüfling zwei Signale zugeführt, von denen das eine ein niederfrequentes und das andere ein hochfrequentes Signal ist, so läßt sich mit dem hochfrequenten Signal jeder Fehler im Oberflächenbereich des Prüflings und mit dem niederfrequenten Signal jeder Fehler im Innern des Prüflings feststellen.
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung,

ίο bei der durch Verwendung hochfrequenter und niederfrequenter gedämpfter Schwingungszüge zwei gesonderte Fehlersignale erhalten werden, zeigt daher eine Spitze im Registrierwert des Registrierinstruments 19 einen Fehler im Oberflächenbereich des Prüflings 10 und eine Spitze im Anzeigewert des Registrierinstruments 18 einen Fehler im Innern des Prüflings 10 an.

Während bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel gedämpfte Schwingungszüge vorgesehen sind, können auch ungedämpfte Oszillatorimpulse, wie sie in F i g. 4 a und F i g. 4 b veranschaulicht sind, benutzt werden. Die Verwendung derartiger gedämpfter Schwingungszüge vermindert · den Temperaturanstieg in den Spulen.

Während ferner bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 die Meßspule 9 über dem Prüfling 10 angeordnet ist, sind auch Lösungen möglich, bei denen der Prüfling in die Meßspule 9 eingeführt wird. Ist der Prüfling ein Hohlkörper, so kann die Meßspule 9 auch in dem Prüfling angeordnet werden. An Stelle der beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 vorgesehenen zwei Spulen 7 und 8 kann auch eine einzige Spule zur Wirbelstromerzeugung Verwendung finden, solange die dieser Spule zugeführten hochfrequenten und niederfrequenten Oszillatorimpulse zeitlich gegeneinander verschoben sind.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht auch darin, daß alle Störeinflüsse, die im Raum zwischen dem Prüfling und den Prüfspulen vorhanden sind, durch einen Vergleich zwischen dem hochfrequenten und dem niederfrequenten Bestandteil des Ausgangssignales der Meßspule erfaßt werden können.

Claims

Patentanspruch:

Schaltungsanordnung für die zerstörungsfreie Materialprüfung mit einem abwechselnd ein hochfrequentes und ein niederfrequentes Prüfsignal erzeugenden Prüfsignalgenerator, mindestens einer mit den Prüfsignalen gespeisten und dadurch in einem Prüfling Wirbelströme erzeugenden Erregerspule, einer diese Wirbelströme in Meßspannungen umsetzenden Meßspule und mindestens einem Meßkanal mit einem Instrument zur getrennten Anzeige der von den beiden Prüfsignalen verursachten Meßspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal zwei mit ihren Steuereingängen über eine Verzögerungsstufe (11) an den Prüfsignalgenerator (1 bis 5) angeschlossene Torschaltungen (12 und 13) enthält, die abwechselnd jeweils die zu einem der beiden Prüfsignale gehörigen Meßspannungen durchlassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen