DE1773036B2 - Mit Wirbelstrom arbeitender Rißdetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Wirbelstrom arbeitenden Rißdetektor mit ein«r wechselstromgespcistcn Brückenschaltung, die eine mit dem zu prüfenden Material in magnetischem Kontakt zu bringende Dctcktorspule enthält und deren Ausgangssignal nach Amplitude und Phase zur Fehlererkennung auswertbar ist.

Es ist bekannt, Wirbelstrom-Rißdetektoren zur Feststellung von Rissen oder Fehlerstellen in Rohren, Stäben. Drähten oder anderen metallischen Gütern zu verwenden (US-PS 33 02 105). Normalerweise wird eine Brückcnschaltung mit vier Zweigen verwendet, von denen zwei durch Detektorspulen gebildet werden, durch die das zu prüfende Material hindurchgeführt wird. Bei Erregung mit einem Wechselstrom beispielsweise einer Frequenz von 1 bis 100 kHz induzieren die Detektorspulen einen Wirbelstrom, der im Querschnitt des geprüften Materials zirkuliert. Enthält das Material eine Fehlerstelle, so ändern sich die Bedingungen für den Wirbelstrom und damit die Impedanz der Detektorspulen. Bekanntlich zeigt sich diese Irnpedanzänderung als Amplitudenänderung der Wechselspannung. Durch Verstärkung und Feststellung dieser Amplitudenänderung wird eine eine Fehlerstelle des Materials repräsentierende Spannung erzeugt, die auf einem Aufzeichnungsträger registriert werden kann. Die Brücke ist im allgemeinen so eingestellt, daß sich eine Null-Anzeige ergibt, solange keine Fehlerstelle festgestellt wird. Die Einstellung der Brücke kann mit Hilfe eines Potentiometers von Hand oder durch einen Servomotor durchgeführt werden. An sich ist auch ein elektronischer Abgleich oder eine Nachsteuerung der Brücke mit Hilfe einer Elektronenröhre bekannt (DT-PS 7 18 580).

Bei einer abgeglichenen Brücke kann jedoch außer kurzzeitigen Abweichungen vom abgeglichenen Zustand auf Grund eines fehlerhaften Materialstücks auch eine längere Auswanderung vom abgeglichenen Zu stand auf Grund sonstiger Einflüsse, die sich mit der Zeit ändern, eintreten, beispielsweise durch eine Änderung der geprüften Materialqualität oder durch den

Einfluß verschiedener Matcriaigcschwindigkcit. Eine

solche Auswanderung führt schließlich zu einer unzu-

. treffenden Fehleranzeige. Die Brücke muß dann erneut abgeglichen werden, was durch eine Impcdanzändcrung in einem der Brückenzweige durchgeführt werden kann. Es hat sich jedoch erwiesen, daß solche Impedanzänderungen Fehlabgleiche dieser Art nicht zufriedenstellend beseitigen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brükke automatisch so nachzustellen, daß solche Auswanderungen auf die verschiedenen Arten der Auswertung des Fehlersignals keinen Einfluß haben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brücke elektronisch mit träger Anlwortgeschwindigkeit auf Brückenabgleich mit Hilfe einer Spannungsquelle geregelt ist, die in einen Zweig der Brücke eine nach Amplitude und Phase unter Steuerung durch das Abgieichsignal veränderbare Spannung einspeist, deren Frequenz gleich der. Frequenz der die Brückenschaltung speisenden Spannung ist. Der Fchlabgleich wird also durch geeignete Justierung der Amplitude und Phase einer zusätzlichen Wechselspannungsquelle beseitigt. Hiermit ist eine Frequenzanalyse mit unabhängiger Phase durchführbar und damit wird auch die axiale Länge am Materialende, in der eine Fehlerfeststellung nicht möglich ist, kürzer. Die Brücke kann während der gesamten Federprüfung genau im abgeglichenen Zustand gehalten werden, ohne daß in die Schaltung eingegriffen werden müßte.

Anspruch 2 betrifft eine Ausgestaltung d~r Erfindung, wonach die Ausgangssignale zweier Verstärker von unterschiedlichem Verstärkungsgrad und aufeinander senkrecht stehenden Ausgangsspannungen vektoriell in einer Additionsschaltung addiert werden. Der erhaltene Strom wird zur Erzeugung der veränderbaren Spannung in die Brückenschaltung eingespeist.

Die Erfindung wird im folgenden näher beschrieben. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeigt

F i g. 1 einen Blockschaltplan nut einer veränderlichen Spannungsquelle in einem Zweig einer Brückenschaltung,

F i g. 2 einen Blockschaltplan einer abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung mit Schaltungsteilen, die eine automatisch um 90° zur anliegenden Fehlerfeststellungsphase phasenverschobene Komponente erzeugen,

F i g. 3 einen Blockschaltplan einer weiteren abgewandelten Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Phasendifferenz zwischen der Fehlabgleich-Spannung und einer zur Fehlerfeststellung angelegten Spannung stets konstant gehalten wird, wenn sich eine Komponente der in F i g, 1 gezeigten veränderlichen Spannungsquelle ändert, und

F i g. 4 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine Änderung der Frequenz der die Brückenschaltung speisenden Stromquelle deren Arbeitsweise nicht beeinflußt.

Eine Wechselstrombrücke hat allgemein zwei Freite heitsgrade, so daß also zwei unabhängige Operationen notwendig sind, um sie in abgeglichenem Zustand zu halten. Die Verwendung der veränderlichen Spannungsquelle stellt ein Äquivalent zum Ersatz eines der freien, also keine Detektorspule enthaltenden Brükkenzweige durch eine zweite Wechselstromquelle dar, die von der Stromquelle zur Speisung der Brücke unabhängig ist. Die zweite Wechselstromquelle muß die gleiche Frequenz wie die Stromquelle zur Speisung der

Brücke haben und mit ihr synchron sein. Die zweite Wechselspannung oder veränderliche Spannungsquelle wird erhalten, indem die Ausgänge zweier Verstärker ; mit veränderbarem Verstärkungsgrad vektoriell addiert werden, deren Eingangsspannungen aufeinander senkrecht stehen und mit der Brückenspeimngsquelle synchronisiert sind.

Zur Feststellung der von der Brückenschaltung erzeugten Tchlabgleich-Spannung in Form zweier aufeinander senkrechter Komponenten dienen zwei synchronc Gleichrichterschaltungen, an weiche die Fehlabglcichspannung und eine von zwei aufeinander senkrechten Spannungen angelegt werden. Mit Hilfe der Ausgangssignale dieser Gleichrichterschaltungen wird der Verstärkungsgrad der Verstärker unabhängig gesteuert und so die Brückenschaltung automatisch abgeglichen. Durch Wahl der Zeilkonstante der Gleichstrom-Ausgangskreise können die Antwortsgeschwindigkeiten leicht auf voneinander unabhängige Werte festgesetzt werden. Ist die Antwortgeschwindigkeit des automatischen Abgleichs zu hoch, so beeinträchtigt dies die Fehlerfeststellungsfunklion. Bei einem Phasendiskriminator-Wirbelstrom-Rißdetektor mit synchronen Gleichrichterschaltungen ist jedoch die Eliminierung der Fchlabgleich-Spannungskomponente, die auf der angelegten Spannung senkrecht steht, nicht nachteilig. Obendrein ist ein schneller und zwangläufiger Abgleich einer solchen Fehlabgleich-Spannungskomponentc sehr wirksam und von erheblicher Bedeutung. Die angelegte Spannung zur Fehlerfeststellung und die angelegte Spannung zum automatischen Abgleich, die an einem der freien, keine Detektorspule enthaltenden Zweige anliegt, können leicht auf derselben Phase gehalten werden. Wenn diese beiden angelegten Spannungen phasensynchron für jede beliebige Fehlerfeststcllungsphace sind, kann also ein phasendiskriminierender automatischer Abgleich leicht verwirklicht werden. Hierin liegt eine der Eigenschaften der Erfindung.

Gemäß F i g. 1 wird eine Brückenschaltung 1 mit zwei (nicht gezeigten) Detektorspulen in zweien ihrer Zweige über einen Leistungsverstärker 2 von einem Hochfrcqucnzoszillator 8 gespeist. Das Ausgangssignal der Brückcnschaltung 1 wird einer synchronen Gleichrichtcrschaltung 6 zugeführt. Außerdem wird das Ausgangssignal des Hochfrequenzoszillators 8 über einen 4S Phasenschieber 4 der synchronen Gleichrichterschaltung 6 und einem KathodenstrahlosziUographen 5 zugeführt. Die Glcichrichterschaltung 6 liefert an eine Ausgangsschaltung 7 ein Ausgangssignal, daß dem Cosinus der Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignalcn proportional ist. Diese soweit beschriebene Schaltung ist an sich bekannt.

Zur automatischen Stabilisierung ihrer Wirkungsweise sind dieser Schaltung die Teile 9 bis 15 hinzugefügt, nitmlk'h ein 90°-Phasenschieber 9, synchrone Gleichrichtcrschaltungcn 10 und II, die identisch aufgebaut sind wie die Glcichrichterschaltung 6, Verstärker 12 und 13 mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, eine Additionsschaltung 14 und ein Phasenschieber 15. Die Additionsschaltung 14 ist an die freien Zweige der *·> Hrüekenschaltung angeschlossen. Die Verstärker 12 und 13 dienen als zweite Spannungsquelle für die Brükko. wobei die Höhe zweier aufeinander senkrecht stehender Komponenten, die mit der Spannung der Brükkcnspcisungsschallung 8, 2 synchronisiert sind, unabhangig voneinander einstellbar sind. Die Ausgangssigiinlc der Verstärker 12 und 13 werden von der Additionsschaltung 14 vektoriell addiert, und die Summe wird der Brücke zugeführt. Vorteilhafterweise ist die der Brücke von der Additionsschaltung 14 zugeführte Spannung so klein wie möglich. Die aus den verschiedenen erwähnten Ursachen an der Brücke entstehende Fehlabgleich-Spannung wird von einem schmalbandigen Verstärker 3 verstärkt und das entstehende Signal wird dann von den Gleichrichtersrhaltungen 10 und U in zwei aufeinander senkrechte Komponenten aufgeteilt, mit denen die Verstärker 12 bzw. 13, deren Verstärkungsfaktor veränderlich ist, angesteuert werden.

Ist der Phasenschieber 15 so eingestellt, daß die beiden Eingangssignale der Gleichrichterschaltung 10, nämlich die angelegte Spannung und die Signalspannung, gleichphasig sind, dann haben, wenn der abgeglichene Zustand der Brückenschaltung 1 durch Änderung des Ausgangssignals nur des Verstärkers 12 gestört wird, auch die Gleichrichterschaltung 11 und der Verstärker 13, die von einer vom Phasenschieber 9 um 90° verschobenen Spannung gespeist werden, dieselben Verhältnisse. Aus diesem Grund stört keine der Spannungskomponenten die andere Komponente, und es ist ein sehr wirksamer automatischer Abgleich sichergestellt.

Bei einer solchen automatischen Abgleichschaltung kann der Phasenschieber 15 auch an der Seite der angelegten Spannung vorgesehen sein. In der Schaltung gemäß F i g. 1 sind die Fehlerfeststellungsphase und die Koordinierphase für den automatischen Abgleich unabhängig gewählt, und normalerweise stehen diese Phasen in keiner Beziehung zueinander.

In F i g. 2 ist eine Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, bei der die automatische Abgleichphase und die Phase der Spannung zur Fehlerfeststellung eine gegebene Beziehung zueinander einhalten. Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 ist im wesentlichen gleich derjenigen gemäß F i g. 1, außer daß zwischen den Oszillator 8 und den 90°-Phasenschieber 9 ein zweiter Phasenschieber 4' eingeschaltet ist. Diese Anordnung ermöglicht es, die Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignaien der synchronen Gleichrichterschaltung 10 der zwischen den beiden Eingangssignalen der Gleichrichterschaltung 6 durch Einstellung des Phasenschiebers 4' gleichzumachen. Bei dieser Schaltung ist es leicht, unnötige Komponenten unmittelbar abzugleichen, wenn die Zeitkonstante des die Gleichrichterschaltung 10 und den Verstärker 12 enthaltenen Gleichstromkreises geringfügig erhöht wird, um die Antwortgeschwindigkeit zu erniedrigen und damit die eigene Fehlerfeststellungs-Empfindlichkeit am Absinken zu hindern, während die Zeitkonstante des die Gleichrichterschaltung 11 und den Verstärker 13 enthaltenden Gleichstromkreises vermindert wird, um die Antwortgeschwindigkeit zu erhöhen.

In F i g. 3 ist eine andere Ausgestaltung der Grundanordnung der Erfindung veranschaulicht." Die Beziehung zwischen den Phasen der koordinierten Spannungen zum automatischen Abgleich und der Phase der Spannung zur Fehlerfeststcllung der Schaltung gemäß F i g. 3 ist derjenigen gemäß F i g. 2 gleich; die Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen der synchronen Gleichrichterschaltung 6 bzw. 10 sind gleich. Die Schaltung gemäß F i g. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fi g. 2 darin, daß der 90°-Phasenschieber 9, die synchrone Gleichrichterschaltung 10 und der Verstärker 12 mit veränderlichem Verstärkungsfaktor von Phasenschieber 4 der Spannung zur Fehlerfeststellung gespeist werden. Mit dieser Anordnung kann die oben erwähnte gleiche Phasendifferenz leicht erzielt

werden. Selbst wenn eine Komponente der veränderlichen Quelle vom abgeglichenen Zustand abweicht, verbleibt die Phasendifferenz zwischen der Fehiabgleich-Spannung und der mit der Fchlcrfcststellungsphase angelegten Spannung auf dem ursprüngliehen Wert von 0 oder 90" für jeden Wert der Phase der Spannung zur Fchlcrfcststcllung, so daß eine äußerst stabile Arbeitsweise sichergestellt ist.

F i g. 4 zeigt noch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die von Veränderungen der Oszillationsfrequenz nicht beeinflußt wird, so daß die Brückenschaltung automatisch im abgeglichenen Zustand bleibt.

Hierbei ist der die Spannung zur Fchlcrfcslstcllung justierende Phasenschieber 4 zwischen den Oszillator 8 ,. und die brückcnspeiscndc Schaltung oder den Verstärker 2 geschaltet, und an Stelle des 90"-Phascnschicbcrs

9 der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ist eine Schaltung 16 zur Erzeugung zweier-aufeinander senkrechter Komponenten zwischen den Hochfrcquenzoszillator 8 und den Phasenschieber 4 eingefügt. Mit dieser Anordnung bleibt eine Änderung der Oszil-

to lationsfrequenz ohne Auswirkungen auf den automalischen Abgleichvorgang.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mit Wirbelstrom arbeitender Rißdetektor mit einer wcchselstromgespeisten Brückenschallung,

.die eine mit dem zu prüfenden Material in magnetischem Kontakt zu bringende Detektorspule enthält und deren Ausgangssignal nach Amplitude und Phase zur Fehlererkennung auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke (1) elektronisch mit träger Antwortgeschwindigkeit auf Brükkcnabglcich mit Hilfe einer Spannungsqueüe (12.13, 14) geregelt ist, die in einen Zweig der Brücke eine nach Amplitude und Phase unter Steuerung durch das Abgleichsignal veränderbare Spannung einspeist, deren Frequenz gleich der Frequenz der die Brückenschallung speisenden Spannung (von 8) ist.

2. Rißdeteklor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle aus zwei getrennt gesteuerten Wechselspannungsverstärkern (12,13) besteht, deren Ausgangssignale gegeneinander um 90° phasenverschoben sind und in einer Additionsschaltung (14) zur einzuspeisenden Spannung addiert werden.