DE1773036C3 - Mit Wirbelstrom arbeitender Rißdetektor - Google Patents
Mit Wirbelstrom arbeitender RißdetektorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Wirbelstrom arbeitenden Rißdetektor mit einer wechselstromgespeisten
Brückepschaltung. 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.
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 Brückenschaltung 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 Detektonpulen.
Bekanntlich zeigt sich diese Impedanzänderung 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 Zustand
auf Grund sonstiger Einflüsse, die sich mit der Zeit ändern, eintreten, beispielsweise durch eine Änderung
der geprüften Materialqualität oder durch den Einfluß verschiedener Materialgeschwindigkeit. Eine
solche Auswanderung führt schließlich zu einer unzutreffenden Fehleranzeige. Die Brücke muß dann erneut
abgeglichen werden, was durch eine Impedanzänderung 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 Antwortgeschwindigkeit
auf Brückenabgleich mit Hilfe einer Spannungsquelle 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 Brückenschaltung speisenden Spannung ist Der Fehlabgleich
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. kurzer. Die Brücke
k?nn während der gesamten Fehlerprüfung genau im abgeglichenen Zustand gehalten werden, ohne daß in
die Schaltung eingegriffen werden müßte.
Anspruch 2 betrifft eine Ausgestaltung der 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 mit einer veränderlichen Spannungsquelle in einem Zweig einer Brückenschaltung.
F1 g. 2 einen Blockschaltplan einer abgewandelten
Ausgestaltung der Erfindung mit Schaltungstellen, die eine automatisch um 90° zur anliegenden Fehlerfeststellungsphase
phasenverschobene Komponente erzeugen.
F i g. 3 einen Blockschaltplan einer weiteren abgewandelten Ausgestaltung der Frfindung, 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 Bruckenschaltung
speisenden Stromquelle deren Arbeitsweise nicht beeinflußt.
Eine Wechselstrombrücke hat allgemein zwei Freiheitsgrade, 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 Stromquel'e 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 Versiarkungsgrad vektorieü addiert
werden, deren Eingangsspannungen aufeinander senkrecht stehen und mit der Bruckenspeisungsquelle
synchronisiert sind
Zur Feststellung der von der BrücKenschaltung erzeugten
Fehlabgleich-Spannung in Form zweier aufeinander senkrechter Komponenten iienen zwei s>nchrone
Gleichrichterschaltungen, an welche die Fehlabgleichspannung und eine von zwei aufeinander senkrechten
Spannungen angelegt werden. Mit hilfe der Ausgang^bignale dieser Gleichnchterschaltungen wird
der Verstärkungsgrad der Verstärker unabhängig gesteuert und so die Brückenschaltung automatisch abgeglichen.
Durch Wahl der Zeitkonstante der Gleichstrom Ausgangskreise können die Antwortsgeschwindigkeiten
leicht auf voneinander unabhängige Werte festgesetzt werden. 1st die Antwortgeschwindigkeit des
automatischen Abgleichs zu hoch, so beeinträchtigt dies die Fehlerfeststellungsfunktion. Bü einem Phasendisknminator-Wirbelslrom-Rifldetektor
mit synchronen Gleichnchterschaltungen ist jedoch die Eliminierung der Fehlabgleich-Spannungskomponente. die auf
der angelegten Spannung senkrecht steht, nicht nachteilig. Obendrein ist ein schneller und /wangläufiger
Abgleich einer solchen Fehlabgleieh-Spannungskom ponente sehr wirksam und von erheblicher Bedeutung.
Die angelegte Spannung zur Fehlerfestsiellung und die
angelegte Spannung zum automatischen Abgleich, die an einem der freien, keine Detektorspule enthaltender,
Zweige anliegt, können leicht auf derselben Phase ge
halten werden. Wenn diese beiden angelegten Spannungen phasensynchron für jede beliebige Fehlerfest-Stellungsphase
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 L.eistungsverstärker 2 von einem Hochfrequenzoszillator 8 gespeist. Das Ausgangssignal
der Brückenschaltung 1 wird einer synchronen Gleichrichterschaltung 6 zugeführt. Außerdem wird das Ausgangssignal
des Hochfrequenzoszillators 8 über einen Phasenschieber 4 der synchronen Gleichrichterschaltung
6 und einem Kathodenstrahloszillographen 5 zugeführt.
Die Gleichrichterschaltung 6 liefert an eine Ausgangsschaltung 7 ein Ausgangssignal, daß dem Cosinus
der Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen proportional ist. Diese soweit beschriebene
Schaltung ist an sich bekannt.
Zur automatischen Stabilisierung ihrer Wirkungsweise sind dieser Schaltung die Teile 9 bis 15 hinzugefügt,
nämlich ein 90°-Phasenschieber 9. synchrone Gleichrichterschaltungen
10 und 11, die identisch aufgebaut sind wie die Gleichrichterschaltung 6, Verstärker 12
und 13 mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, eine Additionsschaltung 14 und ein Phasenschieber 15. Die
Additionsschaltung 14 ist an die freien Zweige der Brückenschaltung angeschlossen. Die Verstärker 12
und 13 dienen als zweite Spannungsquelle für die Brükke, wobei die Höhe zweier aufeinander senkrecht stehender
Komponenten, die mit der Spannung der Briikkenspeisungsschaltung 8, 2 synchronisiert sind, unabhängig
voneinander einstellbar sind. Die Ausgangssignale der Verstärker 12 und 13 werden von der Additionsschaltune
14 vektoriell addiert, und die Summe wird der Brücke zugeführt. Vorteilhafterweise ist die
der Brücke von der Addhionsschaltung 14 zugcfuhrte
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 Gleichrichterschaltungen 10 und 11
in zwei aufeinander senkrechte Komponenten aufgeteilt, mit denen die Verstärker 12 bzw. 13, deren Ver
Stärkungsfaktor veränderlich ist, angesteuert werden.
1st 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 abgegh
chene 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 Span nungskomponenten 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 Fehlerfeststdlungsphase und die
Koordinierphase für den automatischen Abgleich unabhängig gewählt, und normalerweise stehen diese Phasen
in keiner Beziehung zueinander.
In F 1 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 Fig.? ist im wesentlichen gleich
derjenigen gemalJ Fig. 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
F.ingangssignalen 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 Absin ken /u hindern, während die Zeitkonstante des die
Gleichrichterschaltung 11 und den Verstärker 13 ent haltenden 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 Fehlerfeststellung 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 F i 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 eleiche Phasendifferenz leicht erzielt
werden. Selbst wenn eine Komponente der veränderlichen
Quelle vom abgeglichenen Zustand abweicht, verbleibt die Phasendifferenz zwischen der Fehlabgleich-Spannung
und der mit der Fehlerfeststellungsphase angelegten Spannung auf dem ursprünglichen Wert von 0
oder 90° für jeden Wert der Phase der Spannung zur Fehlerfeststellung, 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 Fehlerfeststellung justierende Phasenschieber 4 zwischen den Oszillator 8
und die brückenspeisende Schaltung oder den Verstärker 2 geschaltet, und an Stelle des 90°-Phasenschiebers
9 der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ist eine Schaltung 16 zur Erzeugung zweier aufeinander
senkrechter Komponenten zwischen den Hochfrequenzoszillator 8 und den Phasenschieber 4 eingefügt.
Mit dieser Anordnung bleibt eine Änderung der Oszillationsfrequenz
ohne Auswirkungen auf den automatischen Abgleichvorgang.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Mit Wirbelstrom arbeitender Rißdetektor mit ei"er wechselstromgespeisten Brückenschaltung. S
die eine mit dem zu prüfenden Material in magnetischem Kontakt zu bringende Detekt&rspule enthält
und deren Ausgangssignal nach Amplitude und Phase zur Fehlererkennung auswertbar ist. dadurch
gekennzeichnet, daß die Brücke (1) elektronisch mit träger Antwortgeschwindigkeit auf Brükkenabgleich
mit Hilfe einer Spannungsquelle (12.13. 14) 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 Bruckenschaltung speisenden Spannung (von 8) ist.
2. Rißdetektor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannungsquelle aus zwei getrennt gesteuerten Wechselspantsungsverstärkern
(IZ 13) besteht, deren Ausgangssignale gegeneinander
um 90° phasenverschoben sind und in einer Additionsschaltung (14) zur einzuspeisenden Spannung
addiert werden.
25
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1770867 | 1967-03-23 | ||
JP1770867 | 1967-03-23 | ||
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JP6882567 | 1967-10-27 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1773036A1 DE1773036A1 (de) | 1971-10-14 |
DE1773036B2 DE1773036B2 (de) | 1975-11-06 |
DE1773036C3 true DE1773036C3 (de) | 1976-08-19 |
Family
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