DE1925354B2 - Wirbelstromfehlerdetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelstromfehlerdetektor mit einer wechselstromgespeisten Brückenschaltung, die mit dem zu prüfenden Material in magnetischen Kontakt zu bringende Detektorspulen enthält und 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 und aus zwei Wechselspannungsverstärkern besteht, deren Ausgangssignale gegeneinander um 90° phasenverschoben sind und in einer Additionsschaltung zur einzuspeisenden Spannung addiert werden und die über zwei Gleichrichterschaltungen mittels des Ausgangssignals der Brückenschaltung gesteuert werden.

Ein derartiger Wirbelstromfehlerdetektor ist Gegenstand des deutschen Patents 17 73 036.

Wirbelstromfehlerdetektoren werden zum Ermitteln von Fehlern oder Störstellen in Rohren, Stäben, Drähten oder anderen metallischen Materialien verwandt. Dabei besteht die Brückenschaltung im allgemeinen aus vier Zweigen, in zwei von denen Detektorspulen liegen. Werden diese mit einer Wechselspannung mit einer Frequenz von im allgemeinen 1 bis 100 kHz beaufschlagt, so wird eine die Spulen beeinflussende Wirbelstrominduktion im Material erzeugt. Ist das Material mit Fehlern behaftet, so äußern sich Änderungen der Spulenimpedanz, die durch die Fehlerstellen verursacht werden, in Amplitudenänderungen der Wechselspannung, die, in geeigneter Weise verstärkt, meßtechnisch ausgewertet und an einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise auf einem Papierstreifen, angezeigt wird.

Es ist bekannt, daß der Brückenabgleich einer derartigen Brückenschaltung besonders schwer exakt einzuhalten ist, wenn die Detektorspulen ersetzt werden, wenn sich das zu prüfende Material ändert, wenn das durchzuprüfende Material plötzlich angehalten oder erneut vorgeschoben wird und wenn die Meßempfindlichkeit gesteigert wird.

Durch die Erfindung soll ein Wirbelstromfehlerdetektor mit automatischem Brückenabgleich geliefert werden, bei dem die am Anfang und am Ende eines zu prüfenden Materialstückes auftretenden Störungen beseitigt sind.

Das wird erfindungsgemäß bei einem Wirbelstromfehlerdetektor der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß eine Schaltung zum Erhöhen der Antwortgeschwindigkeit zwischen einen der beiden getrennt gesteuerten Wechseispannungsverstärker und den zugehörigen Gleichrichter geschaltet ist

Dadurch, dall' die Schaltung zum Erhöhen der Antwortgeschwindigkeit in der erfindungsgemäßen Weise vorgesehen ist, wird das am Anfang eines zu prüfenden Materialstückes auftretende Störsignal sehr schnell abgegeben und wird das am Ende des Materialstückes auftretende Störsignal verzögert

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wirbelstromfehlerdetektors;

F i g. 2 zeigt in einem Blockschaltbild einen Teil des in F i g. 1 dargestellten Wirbelstrcmfehlerdetektors;

Fig.3 zeigt in einem B!ocksciialtbild ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ausbildung der Spannungsquelle für die Brückenschaltung eines Wirbelstromfehlerdetektors;

F i g. 4 zeigt ein einfaches Zeitglied;

F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zeitgliedes für die in F i g. 3 dargestellte Schaltung zum Erhöhen der Antwortgeschwindigkeit.

Eine Wechselstrombrücke hat im allgemeinen zwei Freiheitsgrade, so daß die Brücke zweifach abgeglichen werden muß. Erfolgt dieser Abgleich automatisch, so w kann in der Brücke keine unsymmetrische Spannung mehr auftreten. Das läßt sich durch die Verwendung einer steuerbaren Spannungsquelle erreichen, die zwei um 90° zueinander phasenverschobene Ausgangssignale abgibt, die einem Zweig der Brücke zugeführt und vektoriell addiert werden.

Wie es in F i g. 1 dargestellt ist, wird eine Brückenschaltung 1 mit zwei nicht dargestellten Detektorspulen über einen Phasenschieber 4 und eine Spannungsquelle 2 von einem Hochfrequenzgenerator 15 gespeist. Die <>⁰ Ausgangssignale der Brückenschaltung 1 liegen nach einer Verstärkung durch einen Schmalbandverstärker 3 an einem Kathodenstrahloszillographen 5 und gleichzeitig an Gleichrichtern 6,10 und 11. Das Eingangssignal für die Gleichrichter 10 und 11 wird über einen einstellbaren Phasenschieber 8 so eingestellt, daß es die gleiche Phase wie das Signal 17 vom Hochfrequenzgenerator 15 hat. Das Ausgangssignal der Gleichrichter 10 und 11 liegt an steuerbaren Wechselspannungsverstär-

kern 12 und 13 jeweils. Das Signal 17 vom Hochfrequenzgenerator 15 liegt andererseits am Gleichrichter 10 und am Verstärker 12, während ein anderes zum Signal 17 um 90° phasenverschobenes Signal 18 vom Hochfrequenzgenerator am Gleichrichter 11 und am Verstärker 13 liegt. In einer Addierschaltung 14 werden die Ausgangssignale der Verstärker 12 und 13 vektoriell addiert und in einen Zweig der Br.ickenschaltung 1 eingespeist In dieser Weise wird die Brückenschaltung 1 automatisch abgeglichen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einem derartigen Wirbelstromfehlerdetektor an den Enden der zu prüfenden Materialstücke Störeffekte auftreten. Die aufgrund dieser Effekte auftretenden unsymmetrischen Diagonalspannungen lassen sich leicht dadurch beseitigen, daß die am Anfang des zu prüfenden Materialstükkes auftretende unsymmetrische Spannung so schnell wie möglich abgegeben wird, während die am Ende des Materialstückes auftretende Spannung verzögert wird. Dazu sind an der Eingängsseite des steuerbaren Wechselspannungsverstärkers 13 und/oder Jes steuerbaren Wechselspannungsverstärkers 12 Schaltelemente, beispielsweise das in Blockform dargestellte Schaltelement A in F i g. 1 vorgesehen, das in Form eines praktischen Ausführungsbeispiels in F i g. 2 dargestellt ist

Es ist bekannt, daß die Antwortgeschwindigkeit beim Abgleich der gleichphasigen Komponente relativ gering ist, während umgekehrt der Abgleich des um 90° phasenverschobenen Anteils schnell erfolgt. Da nur der Teil des Signals mit positiver oder negativer Polarität zur Aufzeichnung der Meßergebnisse herangezogen werden muß, kann dann, wenn der positive Anteil des Signals zum Bestimmen der Fehler verwandt wird, durch eine Beschleunigung des Abgleiches des negativen Anteils des gleichphasigen Signals die Antwortgeschwindigkeit dieses Abgleiches insgesamt erhöht werden.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des in F i g. 1 mit A bezeichneten Schaltelementes sind Torschaltungen 21—24, 22—25 und 23--26 parallel zwischen den Gleichrichter 11 und den Wechselspannungsverstärker 13 geschaltet. Diese Torschaltungen wirken als Zeitglieder, wobei die Zeitkonstanten 7i, T₃ so klein wie die des Abgleiches des um 90° phasenverschobenen Anteils ist, während die Zeitkonstante T₂ dem normalen Abgleich des gleichphasigen Anteils entspricht. Die drei Torschaltungen werden automatisch den Ausgangssignalen des Gleichrichters U entsprechend ausgewählt. In Fig. 2 ist mit £ die Ausgangsspannung des Gleichrichters 11 bezeichnet, wobei E\ eine vorbestimmte maximale Spannung für

einen ermittelten Fehler ist. Die Torschaltung 21—24 ist dann wirksam, wenn die Ausgangsspannung /?über dem vorbestimmten Spannungspegel E\ liegt, die Torschaltung 22—25 ist dann wirksam, wenn die Ausgangsspannung positiv ist und unter diesem Pegel liegt, und die Torschaltung 23—26 ist dann wirksam, wenn die Ausgangsspannung negativ ist Wenn somit die Zeitkonstanten T_x und T₃ gleich einem Wert gewählt sind, der wesentlich kleiner als die gewöhnliche

lü Zeitkonstante Ti ist, kann die Antwortgeschwindigkeit in der oben angegebenen Weise erhöht werden. F i g. 5 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der in F i g. 2 dargestellten Zeitglieder. Das /?C-Zeitglied von Fig.5 läßt sich als Grundelement im Blockschaltbild von F i g. 3 sowohl als Element B oder Cverwenden. Die in Fig.5 dargestellte Schaltung ist aus Kondensatoren C, und C₂, Widerständen A₁, R₂ und R₃ und Dioden D, und D₂ aufgebaut wobei die folgende Beziehung gilt:

R_x = R₂ < R₃ und QkC₂.

Diese Schaltung arbeitet in dsr folgenden Weise. Wenn das Ausgangssignal des Gleichrichters 11 negativ ist, so wird der Kondensator C₂ nicht negativ aufgeladen. Die Zeitkonstante beträgt dann

Ist das Ausgangssignal des Gleichrichters 11 positiv und nimmt dieses Ausgangssignal zu, so ist die Diode D₁ in Durchlaßrichtung geschaltet, wänrend die Diode D₂ w sperrt. Die Zeitkonstante ergibt sich dann als

T₂ = (C₁-I-C₂)- R₁.

Wenn das Ausgangssignal des Gleichrichters 11 positiv ist und abnimmt, so sperrt die Diode Di, da der r> Kondensator C₂ aufgeladen ist Die Zeitkonstante beträgt dann

T₃ = C, · A₂=Ci · R_x = T₁.

Das heißt, daß nur bei einem Abgleich des •to gleichphasigen Anteils in positiver Richtung die Ze'lkonstante größer wird. In allen anderen Fällen

ergibt sich eine kleinere Zeitkonstante.
Wenn am Anfang eines eingeführten zu prüfenden

Materialstückes eine größere unsymmetrische Span-4) nung entsteht die abnimmt, wird daher der normale Arbeitszustand schnell erreicht, so daß es möglich ist, fortlaufend zu prüfende Materialstücke nachzuführen.

Andererseits läßt sich die am Ende des zu prüfenden

Materialstückes entstehende Spannung verzögern, da ■Ίΐι diese größere unsymmetrische Spannung zunimmt. Auf

diese Weise können Übergangseffekte vermieden werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wirbelstromfehlerdetektor mit einer wechselstromgespeisten Brückenschaltung, die mit dem zu prüfenden Material in magnetischen Kontakt zu bringende Detektorspulen enthält und 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 und aus zwei Wechselspannungsverstärkern besteht, deren Ausgangssignale gegeneinander um 90° phasenverschoben sind und in einer Additionsschaltung zur einzuspeisenden Spannung addiert werden und die über zwei Gleichrichterschaltungen mittels des Ausgangssignals der Brückenschaltung gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine SchaStung (B, C) zum Erhöhen der Antwortgeschwindigkeit zwischen einen der beiden getrennt gesteuerten Wechselspannungsverstärker (12, 13) und den zugehörigen Gleichrichter (10,11) geschaltet ist

2. Wirbelstromfehlerdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (B, C) zur Erhöhung der Antwortgeschwindigkeit aus Torschaltungen (21-24; 22-25; 23-26) besteht, die wahlweise bestimmte Bereiche der um 90° phasenverschobenen Ausgangssignale der Wechselspannungsverstär^er (12,13) unterdrücken.

3. Wirbelstromfehhrdetek'or nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltungen (21-24; 22-25; 23-26) als Ze'»glieder ausgebildet sind.