DE2044331A1 - Device for non-destructive testing of materials - Google Patents

Device for non-destructive testing of materials

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DE2044331A1
DE2044331A1 DE19702044331 DE2044331A DE2044331A1 DE 2044331 A1 DE2044331 A1 DE 2044331A1 DE 19702044331 DE19702044331 DE 19702044331 DE 2044331 A DE2044331 A DE 2044331A DE 2044331 A1 DE2044331 A1 DE 2044331A1
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Description

DIPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSELDIPL-ING. HORST ROSE DIPL-ING. PETER KOSEL PATENTANWÄLTE Z U A A «5 J IPATENTANWÄLTE Z U A A «5 J I

3353 Bad Gand.rsheim, 7. September 19703353 Bad Gand.rsheim, September 7, 1970

Hohenhöfen 5Hohenhöfen 5

Telefon: (05382)2842Telephone: (05382) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent GandereheimTelegram address: Siedpatent Gandereheim

Charles ileviLle OwstonCharles ileviLle Owston

Unser· Akten-Nr.: 2668/1Our file no .: 2668/1

Patent^esueh vom 7. Sept. 1970 Patent dated Sept. 7, 1970

Charles Neville OwstonCharles Neville Owston

3 iJchool Lane, .jherington, Newport Pagnell, Buckinghamshire,3 iJchool Lane, .jherington, Newport Pagnell , Buckinghamshire,

EnglandEngland

Vorrichtung für die zerstörungsfreie WerkstoffprüfungDevice for non-destructive testing of materials

Die Erfindung betrifft eine mit Hochfrequenz arbeitende Vorrichtung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mit Hilfe von Wirbelströmen, mit einem induktiven Fühler, der im Abstand von dem zu prüfenden Werkstoff angeordnet wird; sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung dieser Art, die zum Abtasten einer Oberfläche mit unregelmäßiger Topographie geeignet ist, ohne diese mechanisch zu berühren.The invention relates to a high-frequency device for non-destructive testing of materials Using eddy currents, with an inductive sensor, which is placed at a distance from the material to be tested; it relates in particular to a device of this type which is used for scanning a surface with an irregular topography is suitable without touching it mechanically.

Verfahren zur Werkstoffprüfung mit Hilfe von Wirbel strömen sind bis zu Frequenzen von etwa 1 MHz bekannt. Zur Verbesserung der Auflösung und zum Feststellen von Oberflächenfehlern, wie z.B. Kissen oder Einschlüssen, sind Anstrengungen unternommen worden um bei höheren Frequenzen zuMethods for testing materials with the aid of eddy currents are known up to frequencies of about 1 MHz. For improvement The resolution and detection of surface imperfections such as pillows or inclusions is an effort has been made to work at higher frequencies too

arbeiten.work.

10 9 8 12/1236 u/ 10 9 8 12/1236 u /

Ha/rHa / r

20ΑΛΊ3120-31

Bei einer normalen zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Wirbelströmen wird ein induktiver Fühler, z.B. eine auf einen Ferritstab gewickelte Spule, nahe dem zu prüfenden Werkstoff angeordnet. In Abwesenheit des zu prüfenden Werkstoffs hat die Impedanz des Fühlers zwei Komponenten: Eine ohmsche Komponente R^, und eine Blindkomponente ω JC1 Die Anwesenheit des zu prüfenden Werkstoffs bewirkt eine Veränderung der Impedanz des Fühlers, und zwar ist die Kombination von Fühler und Werkstoff elektrisch etwa einem schwach gekoppelten Überträger gleichwertig, an dessen Sekundärwicklung eine ohmsehe Last angeschlossen ist. In Anwesenheit des Werkstoffs wird die Impedanz des FühlersIn normal non-destructive material testing with eddy currents, an inductive sensor, for example a coil wound on a ferrite rod, is placed near the material to be tested. In the absence of the material to be tested, the impedance of the sensor has two components: an ohmic component R ^, and a reactive component ω JC 1 The presence of the material to be tested causes a change in the impedance of the sensor, namely the combination of sensor and material is electrical roughly equivalent to a weakly coupled transmitter with an ohmic load connected to its secondary winding. In the presence of the material, the impedance of the sensor

Ohmsche Komponente » R^ + H0
Blindkomponente » 0*-Ζ< - w
Ohmic component »R ^ + H 0
Reactive component » 0 * -Ζ < - w

Hierbei sind R1 und L^ der Widerstand und die Induktivität des Fühlers, R2 und L2 der Widerstand und die Induktivität, die dem zu prüfenden Werkstoff zugeordnet sind, und K ist der Kopplungsfaktor und gleich M , wobeiHere R 1 and L ^ are the resistance and inductance of the sensor, R 2 and L 2 are the resistance and inductance associated with the material to be tested, and K is the coupling factor and is equal to M , where

M die Gegeninduktivität zwischen Fühler und Werkstoff ist. Der Kopplungsfaktor K ist bestimmt durch die Form des Fühlers und den Abstand zwischen dem Fühler und dem zu prüfenden Werkstoff.M is the mutual inductance between the sensor and the material. The coupling factor K is determined by the shape of the sensor and the distance between the sensor and the to testing material.

Bei Frequenzen in der Größenordnung von 1 MHz und größer und einem geeigneten Durchmesser des Fühlers kann man theo retisch und experimentell nachweisen, daß R2 vielkleinerAt frequencies of the order of magnitude of 1 MHz and greater and with a suitable diameter of the probe, one can theoretically and experimentally prove that R 2 is much smaller

10981 2/ 1 23610981 2/1 236

wird als (*>· Lp. Unter dieser Voraussetzung wird die Impedanz des Fühlers zu:is called (*> · Lp. With this assumption, the Impedance of the sensor to:

2 1M Ohmsche Komponente « R,. + R,-,*^ · r.— ... (1)2 1 M Ohmic component «R ,. + R, -, * ^ r .— ... (1)

d ^2 d ^ 2

Blindkomponente « u) -L1(I - K) ... (2)Reactive component « u) -L 1 (I - K) ... (2)

Bei einem gegebenen Fühler wird also die Blindkomponente nur durch den Kopplungsfaktor K zwischen Fühler und Werkstoff beeinflußt, d.h. durch den Abstand zwischen ihnen, und er ist unabhängig vom spezifischen Widerstand des Werk« Stoffs. In gleicher Weise wird die ohmsche Komponente von dem spezifischen Widerstand Rp des zu prüfenden Werkstoffs und dem Kopplungsfaktor K beeinflußt.With a given sensor, the reactive component is only influenced by the coupling factor K between the sensor and the material, that is, by the distance between them, and it is independent of the specific resistance of the material. In the same way, the ohmic component is influenced by the specific resistance Rp of the material to be tested and the coupling factor K.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die eingangs genannte Vorrichtung zu verbessern und insbesondere, die Messung des spezifischen Widerstands des zu prüfenden Werkstoffs von der Größe des Kopplungsfaktors unabhängig zu machen.It is therefore an object of the invention to improve the device mentioned at the outset and, in particular, the Measurement of the specific resistance of the material to be tested independent of the size of the coupling factor close.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs genannten Vorrichtung dadurch erreicht, daß ein einen Schwingkreis aufweisender Oszillator vorgesehen ist, wobei der induktive Fühler als Induktivität dieses Schwingkreises geschaltet ist, so daß die Anwesenheit eines zu prüfenden Werkstoffs eine Änderung der Frequenz und der Amplitude der Schwingungen des Oszillators hervorruft, und daß eine auf Frequenzänderungen des Oszillators ansprechende Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, welche ein für die Abweichung der Oszillatorfrequenz von einer vorgegebenen Frequenz kennzeichnendes Signal abgibt. Eine Änderung der Blindkomponente des Fühlers führt also zu einer Änderung der Oszillatorfrequenz, und diese Frequenzänderung ist ein direktes Maß für den Kopplungsfaktor; mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kannAccording to the invention, this is achieved in a device mentioned at the outset in that an oscillating circuit having oscillator is provided, the inductive sensor connected as the inductance of this resonant circuit is, so that the presence of a material to be tested causes a change in the frequency and amplitude of the vibrations of the oscillator, and that a monitoring device responsive to frequency changes of the oscillator is provided, which is a characteristic of the deviation of the oscillator frequency from a predetermined frequency Emits signal. A change in the reactive component of the sensor therefore leads to a change in the oscillator frequency, and this change in frequency is a direct measure of the coupling factor; with the device according to the invention can

1 0981 2/12361 0981 2/1236

20ΑΑ33Ί20ΑΑ33Ί

diese Änderung sehr leicht erfaßt und durch Änderung des Abstands zwischen Fühler und Werkstoff auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, der einem bestimmten Kopplungsfaktor entspricht; danach kann der spezifische Widerstand direkt gemessen werden.this change is very easily detected and by changing the distance between the sensor and the material to a desired one A value can be set which corresponds to a certain coupling factor; after that, the resistivity can be directly be measured.

In weiterer Fortbildung der Erfindung wird die erfindungsge« mäße Vorrichtung so ausgebildet, daß dem Fühler ein Stellglied zugeordnet ist, welch letzteres auf das von der Uberwachungs= einrichtung abgegebene Signal anspricht und dazu ausgebildet ist, den Fühler relativ zum geprüften Werkstoff zu verstellen, um die Oszillatorfrequenz wieder auf die genannte vorgegebene Frequenz zu bringen. Hierdurch wird der Kopplungsfaktor durch automatische Regelung des Abstands zwischen Fühler und Werk« stoff stets auf einem konstanten Wert gehalten und man kann den spezifischen Widerstand direkt messen. Eine solche Vor= richtung erlaubt auch kontinuierliche Messungen an Werkstük« ken mit unregelmäßiger Oberflächentopographie, da sich der Fühler stets selbsttätig auf den richtigen Abstand einstellt.In a further development of the invention, the invention is Permitted device designed so that an actuator is assigned to the sensor, which the latter on the of the Uberwachungs = device responds and is designed to adjust the sensor relative to the tested material, to bring the oscillator frequency back to the specified frequency mentioned. This makes the coupling factor through automatic control of the distance between the sensor and the material is always kept at a constant value and you can measure the specific resistance directly. Such a device also allows continuous measurements on work pieces. with irregular surface topography, as the sensor always automatically adjusts itself to the correct distance.

Mit Vorteil wird die Vorrichtung ferner so ausgebildet, daß das Stellglied einen Vibrator mit beweglicher Spule aufweist, der mechanisch mit dem Fühler verbunden ist. Ein solches Stellglied arbeitet schnell und ohne störendes Spiel.The device is also advantageously designed so that the actuator has a vibrator with a movable coil, which is mechanically connected to the sensor. Such an actuator works quickly and without disruptive play.

Die Überwachungseinrichtung weist mit Vorteil einen Frequenz= diskriminator auf; das Ausgangssignal dieses Diskriminators wird in bevorzugter Weise zum Regeln der Stellung des Fühlers benutzt.The monitoring device advantageously has a frequency discriminator; the output of this discriminator is preferably used to regulate the position of the sensor.

Die gewünschte Information hinsichtlich des spezifischen Widerstands des zu prüfenden Werkstoffs hängt wie oben darge» legt vom Widerstand des Fühlers ab, und die erfindungsgemäße Vorrichtung weist deshalb vorzugsweise ein Meßgerät, z.B. ein Voltmeter, zum Anzeigen des Fühlerwiderstands auf.The desired information with regard to the specific resistance of the material to be tested depends as shown above » detracts from the resistance of the probe and the device according to the invention therefore preferably comprises a measuring device, e.g. a voltmeter to display the sensor resistance.

Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können komplexe Oberflächen automatisch abgetastet werden, um InformationenWith a device according to the invention, complex surfaces can be scanned automatically in order to obtain information

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20/»/: 33120 / »/: 331

hinsichtlich folgender Punkte zu erhalten: a) Änderungen der Oberflächentopographie; b) Änderungen des spezifischen Ober=» flächenwiderstands; c) mechanische Fehler wie Eisse oder Einschlüsse an oder nahe bei der Oberfläche.with regard to the following points: a) Changes to the Surface topography; b) Changes to the specific upper = » surface resistance; c) mechanical defects such as ice or Inclusions on or near the surface.

Da der itihler automatisch auf den richtigen Abstand vom zu prüfenden Werkstoff eingestellt wird und auch relativ un=» empfindlich gegenüber einem Verkanten ist, kann der !"ühler auf einem Wagen befestigt werden und relativ komplexe Ober=« flächen abtasten. Die Resultate solcher Abtastvorgänge können z.B. auf einem TintenschisLber, einem Paksimileschreiber oder einem sonstigen Meßschreiber aufgezeichnet und dargestellt werden.Since the itihler automatically moves to the correct distance from the to test material is set and is also relatively insensitive to tilting, the! "ühler be mounted on a cart and scan relatively complex surfaces. The results of such scans can e.g. on an ink pen, a paksimile pen or recorded and displayed by another measuring recorder.

1 0981 2/ 1 2361 0981 2/1 236

_6_ 2044131_6_ 2044131

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Further details and advantageous developments of the invention emerge from what is described below and Exemplary embodiment of a device according to the invention shown in the drawing.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrich= tung zur Werkstoffprüfung, und1 shows a block diagram of a device according to the invention for materials testing, and

Fig. 2 ein ausführliches Schaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1.FIG. 2 shows a detailed circuit diagram of the device according to FIG. 1.

In Fig. 1 ist ein zu untersuchender Metallgegenstand mit 10 und ein Fühler mit 12 bezeichnet. Der Fühler 12 wies bei einer bestimmten experimentellen Form einen Ferritstab mit einem Durchmesser von 4,8 mm und einer Gesamtlänge vom 9»5 nun. aufi an einem Ende verjüngte er sich unter 45 auf einen Durchmesser von etwa 3,45 mm (3/22 Zoll). Die Wicklung bestand aus vier Windungen von Kupferlackdraht, die auf den zylindri= sehen Teil des Ferritstabs aufgewickelt sind. Der Fühler 12 ist über einen Stab 14 mechanisch mit einem elektromechani» sehen Wandler 16 verbunden, der einen Vibrator mit beweglicher Spule aufweisen kann. In FIG. 1, a metal object to be examined is designated by 10 and a sensor by 12 . In a certain experimental form, the sensor 12 had a ferrite rod with a diameter of 4.8 mm and an overall length of 9 »5 now. at one end it tapered at 45 to a diameter of about 3.45 mm (3/22 inches). The winding consisted of four turns of enamelled copper wire, which are wound onto the cylindrical part of the ferrite rod. The sensor 12 is mechanically connected via a rod 14 to an electromechanical transducer 16 which can have a vibrator with a movable coil.

Bei den hohen Frequenzen, für die die erfindungsgemäße Vor» richtung ausgelegt ist, sind die Streukapazitäten störender als bei niederen Frequenzen, und der Fühler 12 wird deshalb zum Teil eines Schwingkreises gemacht. Deshalb ist ein Ab» Stimmkondensator 18 zu ihm parallelgeschaltet, und der Schwingkreis wird von einem Oszillator 20 erregt. Die Regelung der Lage des Fühlers wird durch einen Regelkreis bewirkt, der einen Frequenzdiskriminator 22 aufweist, welcher mit dem Oszillatorschwingkreis verbunden ist, und der ferner einen an den Wandler 16 angeschlossenen Verstärker 24 aufweist.At the high frequencies for which the inventive method » Direction is designed, the stray capacitances are more disruptive than at lower frequencies, and the sensor 12 is therefore made part of an oscillating circuit. Therefore an ab » Voice capacitor 18 connected in parallel to it, and the resonant circuit is excited by an oscillator 20. The regulation the position of the sensor is effected by a control circuit which has a frequency discriminator 22, which with the Oscillator circuit is connected, and which also has an amplifier 24 connected to the converter 16.

Um die gewünschte Information hinsichtlich des spezifischen Oberflächenwiderstands des Metalls 10 zu erhalten, weist die Vorrichtung einen Demodulator 26 auf, der ebenfalls anIn order to obtain the desired information regarding the surface resistivity of the metal 10, has the device on a demodulator 26, which is also on

10981 2/123610981 2/1236

ORiSiNAL SUSPECTEDORiSiNAL SUSPECTED

_7_ 204/· 331_ 7 _ 204/331

den Oszillatorschwingkreis angeschlossen und so ausgebildet ist, daß er ein Ausgangssignal abgibt, welches der Amplitude der Schwingungen des Oszillators 20 proportional ist.connected to the oscillator circuit and designed so that it emits an output signal which the amplitude the vibrations of the oscillator 20 is proportional.

Pig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mehr im Detail. Der Oszillator ist ein amplitudenbegrenzter Oszillator und wird von zwei jeweils als integrierte Schaltungen ausgebil* deten Verstärkern IC 1 und IC 2 sowie dem Fühler 12 gebildet. Jede Verstärkerstufe, z.B. die integrierte Schaltung IC 1 und der ihr zugeordnete Schwingkreis weisen eine Spannungs= verstärkung von etwa 12 dB bei 26 MHz und über eine Band» breite von 3 MHz auf. Da der Eingangswiderstand der Verstärker= einheit IC 1 einen so niederen Wert wie 1 kOhm aufweisen kann, und da dies zu einer zu starken Dämpfung führen könnte, falls der Fühler 12 direkt an den Verstärkereingang angeschlossen würde, wird der Abstimmkondensator des Fühlerkreises in drei Kondensatoren 18a, 18b und 18c aufgeteilt und als Impedanz= wandler benutzt. Die Verstärkereinheit IC 2 ist der Amplitu= denbegrenzer und liefert eine konstante Wechselspannung an einen Rückkopplungswiderstand 28. Diese Spannung wird über eine Diode 30 gemessen und überwacht. Der Rückkopplungs= widerstand 28 und der Fühler 12 bilden einen Wecha&spannungs-Spannungsteiler für das Rückkopplungssignal und geben eine Eingangsspannung an die Verstärkereinheit IC 1, welche dar Impedanz des Fühlers 12 bei Resonanz im wesentlichen propor= tional ist.Pig. 2 shows the device according to the invention in more detail. The oscillator is an amplitude limited oscillator and is designed by two each as integrated circuits * Deten amplifiers IC 1 and IC 2 and the sensor 12 are formed. Each amplifier stage, e.g. the integrated circuit IC 1 and the resonant circuit assigned to it have a voltage gain of around 12 dB at 26 MHz and over a band » width of 3 MHz. Since the input resistance of the amplifier unit IC 1 can have a value as low as 1 kOhm, and since this could lead to excessive attenuation if the sensor 12 is connected directly to the amplifier input would, the tuning capacitor of the sensor circuit is divided into three capacitors 18a, 18b and 18c and as impedance = converter used. The amplifier unit IC 2 is the amplitude limiter and supplies a constant alternating voltage a feedback resistor 28. This voltage is measured via a diode 30 and monitored. The feedback = Resistor 28 and the sensor 12 form an AC & voltage voltage divider for the feedback signal and give an input voltage to the amplifier unit IC 1, which represent The impedance of the sensor 12 at resonance is essentially proportional.

Die Verstärkereinheit IC 1 arbeitet als Trennverstärker, der bei einem genügend niedrigen Signalpegel arbeitet, um eine Begrenzung seines Ausgangssignals zu verhindern, wobei dieser Pegel «jedoch hoch genug ist, um eine wirksame Demodulation durch die Diode 36 zu ermöglichen. An den Ausgang der Ver= Stärkereinheit IC 1 ist eine weitere Verstärkereinheit IC 3 angeschlossen, an deren Ausgang seinerseits der Frequenzdis= kriminator 22 angeschlossen ist, welch letzterer vom Foster Seeley - Typ ist. Die Verstärkereinheit IC 3 und der züge» hörige Diskriminator 22 sind so abgestimmt, daß bei 26 MHz ihrThe amplifier unit IC 1 works as an isolating amplifier, which works at a sufficiently low signal level to a To prevent limiting of its output signal, however, this level is high enough to allow effective demodulation through the diode 36 to enable. Another amplifier unit IC 3 is connected to the output of the amplifier unit IC 1 connected to the output of which in turn the frequency discriminator 22 is connected, the latter from Foster Seeley - type is. The amplifier unit IC 3 and the trains » subordinate discriminator 22 are tuned so that at 26 MHz her

10 9 8 12/123610 9 8 12/1236

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

20/- A33 120 / - A33 1

Ausgang gleich. Null ist. Das Ausgangssignal des Diskriminators 22 wird mittels eines als integrierte Schaltung ausgebildeten Verstärkers 32 und einer mit 34 bezeichneten Transistor Verstärkerstufe verstärkt. Das Ausgangssignal der Stufe 34 ist eine Gleichspannung, deren Amplitude und Vorzeichen (Polarität) proportional zur Abweichung der Oszillatorfrequenz von der gewählten Normfrequenz sind; dieses Ausgangssignal wird dem eine bewegliche Spule aufweisenden Vibrator 16 züge=» führt.Exit the same. Is zero. The output of the discriminator 22 is by means of an amplifier 32 designed as an integrated circuit and a transistor amplifier stage designated by 34 reinforced. The output of stage 34 is a direct voltage whose amplitude and sign (polarity) are proportional to the deviation of the oscillator frequency are of the selected standard frequency; this output signal is sent to the vibrator 16, which has a moving coil. leads.

Der in Pig. 1 mit 26 bezeichnete Demodulator und sein Aus= gangskreis werden von den folgenden Schaltelementen der Fig.2 gebildet; Eine Diode 36 ist an den Ausgang der Verstärker= einheit IC 1 angeschlossen und über einen verstellbaren Widerstand 38, z.B. ein Potentiometer, mit dem Eingang eines Verstärkers 40 verbunden, an dessen Ausgang ein geeignetes Meßinstrument 42 angeschlossen ist, z.B. ein Voltmeter oder ein Meßschreiber.The one in Pig. 1 with 26 designated demodulator and its output circuit from the following switching elements of Fig.2 educated; A diode 36 is connected to the output of the amplifier = unit IC 1 and connected via an adjustable resistor 38, e.g. a potentiometer, to the input of a Amplifier 40, at the output of which a suitable measuring instrument 42 is connected, e.g. a voltmeter or a measuring recorder.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie fol&t: Venn der Fühler 12 weit von allen Metallgegenständen entfernt ist, wird der Oszillator auf eine Standardfrequenz von etwa 25 MHz abgestimmt. Bei dieser Frequenz gibt der Diskriminator 22 eine große Ausgangsspannung ab und der Fühler 12 wird bis zum Ende des Verstellbereichs des Vibrators 16 vorgeschoben. Wird jetzt der Prüfling 10 nahe an den Fühler 12 herangebracht, so steigt die Oszillatorfrequenz infolge der Änderung der Blindkomponente des Fühlers und nähert sich allmählich 26 MHz, der Mittelfrequenz des Frequensdiskriminators 22. Bei der Annäherung an diese Frequenz von 26 MHz sinkt die Ausgangsspannung des Diskriminators 22, dem Vibrator 16 wird eine geringere Spannung zugeführt, und der Fühler 12 bewegt sich vom Prüfling 10 weg. Unter der Voraussetzung, daß die Verstärkung des Verstärkers 32 groß ist und die Bewegungen desThe apparatus described operates as follows: When the sensor 12 is far from any metal objects, the oscillator is tuned to a standard frequency of about 25 MHz. At this frequency, the discriminator 22 emits a large output voltage and the sensor 12 is advanced to the end of the adjustment range of the vibrator 16. If the test item 10 is now brought close to the sensor 12, the oscillator frequency increases as a result of the change in the reactive component of the sensor and gradually approaches 26 MHz, the center frequency of the frequency discriminator 22. When this frequency of 26 MHz is approached, the output voltage of the discriminator drops 22, the vibrator 16 is supplied with a lower voltage, and the feeler 12 moves away from the test object 10. Provided that the gain of the amplifier 32 is large and the movements of the

1 0 9 8 1 ? / 1 2 3 G ___1 0 9 8 1? / 1 2 3 G ___

ORIGSMAl- INSPECTEDORIGSMAl- INSPECTED

yU 331yU 331

Metallgegenstands 10 im Verstellbereich des Vibrators 16 liegen, stellt der Vibrator den Fühler.12 auf einen solchen Abstand vom Metall 10 ein, daß die Oszillatorfrequenz ziemlich, genau 26 MHz beträgt. Daraus folgt, daß der Fühler 12 in einem bestimmten Abstand vom Prüfling 10 gehalten wird und daß der Kopplungskoeffizient K zwischen dem !Fühler 12 und dem Metallgegenstand Ί0 konstant bleibt. Metal object 10 in the adjustment range of vibrator 16 the vibrator places the feeler. 12 on one Distance from metal 10, that the oscillator frequency is quite, is exactly 26 MHz. It follows that the sensor 12 is held at a certain distance from the test object 10 and that the The coupling coefficient K between the sensor 12 and the metal object Ί0 remains constant.

Die Ausgangsspannung der Diode 36 ist eine Punktion der Ein» gangsspannung der Verstärkereinheit IO 1, daher eine Punktion der Impedanz des Fühlers 12, und damit auch des spezifischen Widerstands des Metallgegenstands 10, der nahe beim Fühler 12 angeordnet ist, Jedoch hängt die Ausgangsspannung der Diode auch von der Ausgangsspannung des Begrenzers IC 2 ab, und die größte Stabilität wird deshalb erreicht durch den Vergleich der beiden Ausgangsspannungen von den Dioden 36 und 30 und nicht durch die Messung des absoluten Wertes des Ausgangs=· signals der Diode 36. Die beiden Ausgangssignale von der Diode 36 und der Diode 30 haben eine entgegengesetzte Polari= tat, so daß durch Einstellen des Potentiometer^38 das Ein= gangssignal des Verstärkers 4-0 auf Null eingestellt werden kann. Das Wirbel st:?omin strum ent kann entweder danach geeicht werden, welche Einstellung des Potentiometers 38 erforderlich ist, um bei Metallgegenständen mit verschiedenen ohmschen Komponenten, d. h. spezifischen Widerständen, jeweils die Ausgangsspannung Null abzugeben, oder danach, wie sich die Ausgangsspannung am Meßgerät 42 bezogen auf einen am Potentio» meter 38 voeingestellten Pegel ändert.The output voltage of the diode 36 is a puncture of the input » output voltage of the amplifier unit IO 1, hence a puncture the impedance of the sensor 12, and thus also the specific resistance of the metal object 10, which is close to the sensor 12 is arranged, however, the output voltage of the diode depends also on the output voltage of the limiter IC 2, and the Greatest stability is therefore achieved by comparing the two output voltages from diodes 36 and 30 and not by measuring the absolute value of the output = signals of the diode 36. The two output signals from the Diode 36 and diode 30 have an opposite polarity = did so that by setting the potentiometer ^ 38 the on = output signal of the amplifier 4-0 can be set to zero can. The vortex st:? Omin strum ent can either be calibrated according to which setting of the potentiometer 38 is required is in order to ohmic in metal objects with different Components, d. H. specific resistances, in each case to emit the output voltage zero, or according to how the Output voltage at the measuring device 42 related to one at the potentio » meter 38 changes the preset level.

Im vorstehenden wurde die spezielle Anwendung der erfindungs= gemäßen Vorrichtung zum Studium der Änderung von spezifischen Oberflächenwiderständen besehrieben} diese Vorrichtung kann jedoch auch mit großem Vorteil zum Feststellen von Rissen oder Einschlüssen an Oberflächen verwendet werden. Die An=» Wesenheit eines Bisses ändert den Pfad der Wirbelströme und damit auch den Widerstand (R2) und die Induktivität (L2).In the above, the special application of the device according to the invention for studying the change in specific surface resistances has been described} However, this device can also be used to great advantage for the detection of cracks or inclusions on surfaces. The nature of a bite changes the path of the eddy currents and thus also the resistance (R 2 ) and the inductance (L 2 ).

1098 1 2/ 12 3 G1098 1 2/12 3 G.

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Experimentell wurde beobachtet, daß die Anwesenheit eines Risses gewöhnlich bewirkt, daß sich der Fühler 12 näher zum Metallgegenstand hin bewegt und auch den vom Meßgerät 42 gemessenen wirksamen spezifischen Widerstand vergrößert. Die Bewegung des i^hlers 12 in Richtung zum Metallgegenstand 10 ist verbunden mit einer .änderung der dem Vibrator 16 zugeführt ten Spannung, und diese Spannung kann ebenso aufgezeichnet werden wie die Spannung am Meßgerät 4-2.It has been observed experimentally that the presence of a crack tends to cause the feeler 12 to move closer to the Moves metal object towards and also increases the effective resistivity measured by the measuring device 42. the Movement of the i ^ hlers 12 in the direction of the metal object 10 is associated with a change in the vibrator 16 supplied th voltage, and this voltage can be recorded as well as the voltage on Meter 4-2.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann also dazu benutzt wer= den, Änderungen der Oberflächentopographie, des spezifischen Oberflächenwiderstands und Oberflächenrisse anzuzeigen, und zwar wie folgt:The device according to the invention can therefore be used for who = to indicate changes in surface topography, surface resistivity and surface cracks, and as follows:

a) Änderung der dem Vibrator 16 zugeführten Spannung — Änderung der Oberflächentopographie.a) Change in voltage applied to vibrator 16 - change in surface topography.

b) Änderung der Anzeige des Ausgangs-Meßgeräts 42 — Änderung des spezifischen Oberflächenwiderstands.b) Change in display of output meter 42 - change in surface resistivity.

c) Änderung der Spannung am Vibrator 16 und am Meßgerät 42 — Oberflächenriß oder Einschluß.c) Change in voltage on vibrator 16 and on measuring device 42 - Surface crack or inclusion.

Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter KoselPatent attorneys Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel

2. 9. 1970 Ra/RSeptember 2, 1970 Ra / R

ORiGIMAL !NSPECTEDORiGIMAL! NSPECTED

10981 2/ 123610981 2/1236

Claims (6)

3353 Bad Gaiidersheim, 7 . September 1 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382)2842 Telegramm-Adre8se: Siedpatent Ganderaheim3353 Bad Gaiidersheim, 7. September 1 Hohenhöfen 5 Telephone: (05382) 2842 Telegram address: Siedpatent Ganderaheim Patentgesuch vom 7. Sept. 1970Patent application dated Sept. 7, 1970 Pat en tan sprüchePat en tan claims rl Λ Mit Hochfrequenz arbeitende Vorrichtung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mit Hilfe von Wirbelströmen, mit einem induktiven Mhler, der im Abstand von dem zu prüfenden Werkstoff angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Schwingkreis (12, 18) aufweisender Oszillator (20) vorgesehen ist, wobei der induktive Fühler (12) als Induktivität dieses Schwingkreises geschaltet ist, so daß die Anwesenheit eines zu prüfenden Werkstoffs (10) eine Änderung der Frequenz und der Amplitude der Schwingungen des Oszillators (20) hervorruft, und daß eine auf Itequenzänderungen des Oszillators (20) ansprechende Überwachungseinrichtung (22) vorgesehen ist, welche ein für die Abweichung der Oszillatorfrequenz von einer vorgegebenen Frequenz kennzeichnendes Signal abgibt.rl Λ High-frequency device for non-destructive Material testing with the help of eddy currents, with an inductive grinder spaced from the to material to be tested is arranged, characterized in that an oscillating circuit (12, 18) having an oscillator (20) is provided, the inductive sensor (12) as the inductance of this Resonant circuit is switched, so that the presence of a material to be tested (10) a change in the Frequency and the amplitude of the oscillations of the oscillator (20) causes, and that one on Itequipment changes of the oscillator (20) responsive monitoring device (22) is provided, which is a for the Deviation of the oscillator frequency from a predetermined frequency emits characterizing signal. 10981 2/ 1236 Ra/r10981 2/1236 Ra / r 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fühler (12) ein Stellglied (16) zugeordnet ist, welch letzteres auf das von der Überwachungseinrichtung (22) abgegebene Signal anspricht und dazu ausgebildet ist, den Fühler (12) relativ zum geprüften Werkstoff (10) zu verstellen, um die Oszillatorfrequenz wieder auf die genannte vorgegebene Frequenz zu bringen.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sensor (12) is assigned an actuator (16) which the latter responds to the signal emitted by the monitoring device (22) and is designed to the To adjust the sensor (12) relative to the tested material (10) in order to bring the oscillator frequency back to the above Bring predetermined frequency. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (16) einen Vibrator mit beweglicher Spule aufweist, der mechanisch (14) mit dem Fühler (12) verbunden ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the actuator (16) comprises a movable coil vibrator mechanically connected (14) to the sensor (12) is. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung einen Frequenzdiskriminator (22) aufweist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device has a frequency discriminator (22). 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,5. Device according to one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schwingkreis (12, 18) ein Demodulator (26, 36, 38, 40) verbunden ist, dessen Ausgangssignal (42) der Schwingungsamplitude des Oszilla-" tors (20) etwa proportional ist.characterized in that a demodulator (26, 36, 38, 40) is connected to the resonant circuit (12, 18), whose Output signal (42) of the oscillation amplitude of the oscillator " tors (20) is roughly proportional. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Frequenz des Oszillators (20) größer ist als 1 MHz .6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined frequency of the Oscillator (20) is greater than 1 MHz. PatentanwältePatent attorneys Dipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter KoselDipl.-Ing. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter Kosel 10981 2/123610981 2/1236 ORSGiNAL INSPECTEDORSGiNAL INSPECTED L e e r s e 11 eRead 11 e
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