DE2049486A1 - Material testing device - Google Patents

Material testing device

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DE2049486A1
DE2049486A1 DE19702049486 DE2049486A DE2049486A1 DE 2049486 A1 DE2049486 A1 DE 2049486A1 DE 19702049486 DE19702049486 DE 19702049486 DE 2049486 A DE2049486 A DE 2049486A DE 2049486 A1 DE2049486 A1 DE 2049486A1
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William Charles Ann Arbor Mich Wiers (V St A )
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Description

PATENTANWÄLTE 9 Π / Q / PRPATENT LAWYERS 9 Π / Q / PR DB. O. DlTTMANN K. L,. SCHIFF1 DR. A. ν. FÜNER DIPL. ING. P. STRBHLDB. O. DITTMANN K. L ,. SHIP 1 DR. A. ν. FIVE DIPL. ING. P. STRBHL PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN OB POSTFACH 8B0160 g MÜNCHEN 90PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN OB POSTFACH 8B0160 g MUNICH 90

MAHIAHILFPLATZ 2 ft 3 AUTOMATION TNDIJ<?TRTF<5 ΤΝΓ TELEFON« (0«l) 4B4040 fc 443244MAHIAHILFPLATZ 2 ft 3 AUTOMATION TNDIJ <? TRTF <5 ΤΝΓ TELEFON « ( 0« l) 4B4040 fc 443244

AUIÜMAI1UJN IJMiJUbIHlES, INC. telegr.. buromarcpat München unsere Akte DA-K694 (A-656)AUIÜMAI1UJN IJMiJUbIHlES, INC. telegr .. buromarcpat Munich our file DA-K694 (A-656)

Material-Prüfgerät Priorität: 10. Oktober 1969, USA, N. 865,432 Materials Tester Priority: October 10, 1969, USA, N. 865,432

Die Erfindung bezieht sich auf Material-Prüfgeräte und betrifft insbesondere ein Wirbelstrom-Prüfgerät, das mit einer Induktivitätsbrücke arbeitet. Speziell betrifft die Erfindung ein verhältnismäßig einfaches und billiges Wirbelstrom-Materialprüfgerät, mit dem sich Risse, Fehler oder sonstige Unregelmäßigkeiten in einem Werkstück auffinden lassen; die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dazu verwendet werden, Materialien, Fertigteile, oder sonstige Werkstücke nach Legierungshärte und Härtungstiefe zu sortieren oder auf Risse oder Sprünge zu untersuchen.The invention relates to materials testing devices and, in particular, relates to an eddy current testing device that incorporates an inductance bridge is working. In particular, the invention relates to a relatively simple and inexpensive eddy current material testing device, with which cracks, defects or other irregularities can be found in a workpiece; the device according to the invention can be used to sort materials, finished parts or other workpieces according to alloy hardness and hardening depth or to examine for cracks or fissures.

Gemäß dem Stand der Technik wurden Wirbelstrom-Prüfgeräte des beschriebenen Typs bisher dadurch vermittelt, daß man eine Sonde, die aus einem Kern mit magnetisch gekoppelten Wicklungen bestand, als induktives Gerät in einen Resonanzkreis einsetzte, der gelegentlich als Tank- bzw. Oscillatorschwingkreis bezeichnet wurde. Nähert sich die Sonde einem Fehler in dem Werkstück, so sinkt der aus den Wirbelströmen in dem Werkstück resultierende Energieverlust in der Spule, und der Gütefaktor des Schwingkreises steigt. Bei geeigneter Aussteuerungsenergie des Schwingkreises kann diese Verlustabnahme zu einem Anstieg in der Spannungsamplitude führen.According to the prior art, eddy current test devices were described Type previously conveyed by using a probe that consisted of a core with magnetically coupled windings, used as an inductive device in a resonance circuit, which was sometimes referred to as a tank or oscillator circuit. If the probe approaches a flaw in the workpiece, the energy loss resulting from the eddy currents in the workpiece decreases in the coil, and the quality factor of the resonant circuit increases. With suitable modulation energy of the resonant circuit, this can Loss decrease lead to an increase in the voltage amplitude.

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DR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FONBR DIPL. INO. P. STRBHLDR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FONBR DIPL. IN O. P. STRBHL

Die Amplitudenzunahme kann dann als Anzeige für einen in dem Werkstück vorhandenen Fehler interpretiert werden.The increase in amplitude can then be interpreted as an indication of a defect present in the workpiece.

Ein Problem ergibt sich dann, wenn zwischen der Sonde und dem Werkstück ein Abstand besteht. Änderungen in diesem Abstand infolge der Abtastbewegung und dgl. bewirken nämlich eine ähnliche Veränderung der Ausgangsamplitude des Schwingkreises. Gemäß dem Stand der Technik sind verschiedene Methoden angewandt worden, um die Auswirkung eines solchen Abhebens des Sondenkerns von der Materialoberfläche auf den Schwingkreis zu reduzieren.A problem arises when there is a gap between the probe and the workpiece. Changes in this distance as a result of the scanning movement and the like cause a similar change in the output amplitude of the resonant circuit. According to the state Various methods have been used in the art to counteract the effect of such a lifting of the probe core from the material surface to reduce to the resonant circuit.

Ein zweiter Typ eines Wirbelstrom-Materialprüfgeräts arbeitet mit zwei derartigen Kernen in der Sonde, wobei zwischen den Scheinwiderständen dieser beiden Kerne eine Differenz - Ablesung erfolgt. Nähert sich die Sonde einem Fehler, so befindet sich ein Kern näher an dem Fehler als der andere, was zu einem Impedanz-Unterschied oder Fehlabgleich zwischen den beiden Kernen der Sonde führt. Ein Instrument dieses Typs hat den Vorteil, daß dann, wenn die Sonde von dem Material etwas abgehoben wird, beide Kerne gleichzeitig beeinflußt werden und das Instrument daher gegen ein Abheben oder Abstandsschwankungen zwischen Sonde und Material· grundsätzlich unempfindlich ist. Dieses Materialprüfgerät mit doppeltem Kern leidet jedoch an erheblichen Nachteilen. Wird nämlich die Sonde gegenüber der Werkstück-Oberfläche geneigt oder verächwenkt, so kann essein, daß ein Kern weiter von der Oberfläche abgehoben wird als der andere, was am Ausgang zu einer Anzeige eines Impedanz- Unterschieds oder Fehlabgleichs führt.A second type of eddy current material tester works with two such cores in the probe, with between the apparent resistances of these two nuclei a difference reading is made. If the probe approaches a fault, there is a core closer to the fault than the other, resulting in an impedance difference or mismatch between the two cores of the probe leads. An instrument of this type has the advantage that when the probe is lifted slightly from the material, both cores are simultaneously are influenced and the instrument therefore against lifting or fluctuations in the distance between the probe and the material is insensitive. However, this dual core materials testing device suffers from significant disadvantages. Namely, it will be the probe inclined or tilted relative to the workpiece surface, it may be that a core is lifted further from the surface than the other, which leads to an indication of an impedance difference or mismatch at the output.

Die hier offenbarte Ausführungsform, bildet eine Vorrichtung, die in gewisser Hinsicht dem erwähnten zweiten Typ des Material-Prüf- , The embodiment disclosed here forms an apparatus which in certain respects corresponds to the mentioned second type of material testing ,

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DR. O. DITTMANN K. L. SCHIFK DH. A. τ. FONBR DHPL. ING. P. STHEHI, 2 0 A 9 4 8 6DR. O. DITTMANN K.L. SCHIFK DH. A. τ. FONBR DHPL. ING. P. STHEHI, 2 0 A 9 4 8 6

geräts nach dem Stand der Technik ähnlich ist, jedoch Einrichtungen zur Durchführung eines magnetischen Vergleichs zum Sortieren von Materialien oder Teilen nach Legierungshärte, Härtungstiefe und verschiedenen anderen Merkmalen umfaßt. Die hier beschriebene Ausführungsform umfaßt ferner eine Einrichtung zur Abgabe von Ausgangssignalen, die etwa ermittelte Risse in dem Werkstück anzeigen, wobei die Einrichtung durch Winkelverschwenkungen der Sonde gegenüber der Werkstück-Oberfläche im wesentlichen nicht beeinflußt wird.device according to the prior art is similar, but facilities to perform a magnetic comparison to sort materials or parts according to alloy hardness, hardening depth and various other features included. The embodiment described here also includes a device for emitting output signals, show the approximately detected cracks in the workpiece, the device by angular pivoting of the probe opposite the workpiece surface is essentially not influenced.

Eire der Eigenschaften des vorliegenden Wirbelstrom-Materialprüfgeräts besteht in seiner Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Ausführungsform ist es, daß die Vorrichtung bei der Verwendung zur Ermittlung von Rissen unempfindlich gegen Änderungen der Winkellage und des Abstandes der Sonden relativ zur Werkstück-Oberfläche ist.Eire of the characteristics of the present eddy current material tester consists in its insensitivity to temperature fluctuations. Another feature of the present embodiment is that the Device when used for the detection of cracks insensitive to changes in the angular position and the relative distance of the probes to the workpiece surface.

Die hier beschriebene Ausführungsform weist eine über einen Transformator ausgesteuerte, abgeglichene Brücke zur Ermittlung von Rissen auf; außerdem arbeitet sie mit einem variablen Verhältnis des zur 90 - Komponente des Differenzsignals proportionalen Ausgangs zu dem zur gleJdiphasigen Komponente des Differenzsignals proportionalen Ausgang. Dies gestattet eine Verwendung des Instruments sowohl als Sortiergerät wie auch als Rißdetektor - dies wiederum ermöglicht die Verwendung von derartigen Dfferentialinstrumenten als Fehlermesser, indem die Möglichkeit geschaffen wird, daß die Bedienungsperson WinkelSchwankungen der Sonde kompensiert.The embodiment described here has a transformer controlled, adjusted bridge to determine cracks; it also works with a variable ratio of to 90 - Component of the difference signal output proportional to the output proportional to the equal-phase component of the difference signal Exit. This allows the instrument to be used both as a sorting device and as a crack detector - this in turn enables the Use of such differential instruments as an error measure, by allowing the operator to compensate for angular variations in the probe.

Die hier beschriebene Ausführungsform umfaßt einen Oscillator, der ein Paar periodischer Ausgangssignale, etwa Sinuswellen,vermittelt, die um 90 gegeneinander phasenverschoben sind. Das eine Ausgangssignal bildet ein Aussteuerungssignal für eine abgeglichene Trans-The embodiment described here includes an oscillator that mediates a pair of periodic output signals, such as sine waves, which are 90 out of phase with each other. One output signal forms a modulation signal for a balanced transmission

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DR. O. DlTTMANN K, L. SCHIFF DR. A. Ύ. PON BR DIPL. INO. P. STRBHL Λ Λ DR. O. DlTTMANN K, L. SCHIFF DR. A. Ύ. PON BR DIPL. IN O. P. STRBHL Λ Λ

formator - Brücke, die so geschaltet ist, daß sie ein Paar von Sondenspulen aussteuert. Die Spulen dienen dabei jeweils dazu, in dem Werkstück Magnetfelder gleicher Spannung und entgegengesetzter Phase zu errichten, wobei das Feld in der Mitte zwischen den Sondenspulen O 1st, wenn die Spannungen genau gleich sind.formator - bridge connected to drive a pair of probe coils. The coils each serve to Establish magnetic fields of equal voltage and opposite phase in the workpiece, with the field in the middle between the probe coils O 1st when the voltages are exactly the same.

In bevorzugter Ausführungsform ist ein Transformator vorgesehen, dessen Primärwicklung an den ersten Ausgang des Oscillators angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung einen geerdeten-Mittelabgriff aufweist und einen Zweig der abgeglichenen Brücke bildet. Der andere Brückenzweig wird von den Meßspulen der Sonden gebildet. Das Ausgangssignal der Brücke wird mit dem ersten Ausgangssignal des Oscillators in einem ersten Kanal sowie von dem um 90° phasenverschobenen zweiten Ausgangssignal des Oscillators demoduliert. Das erste demodulierte Signal zeigt Risse oder Sprünge in dem Werkstück an, während das zweite demodulierte Signal Änderungen im Abstand der Meßspulen anzeigt.Die Summe aus dem ersten demodulierten Signal und dem Komplement des zweiten demodulierten Signals zeigt einen Fehler selbst während des Abhebens einer Sonde an.In a preferred embodiment, a transformer is provided, the primary winding of which is connected to the first output of the oscillator and its secondary winding has a grounded center tap and forms a branch of the balanced bridge. The other branch of the bridge is formed by the measuring coils of the probes. The output signal of the bridge is phase-shifted by 90 ° with the first output signal of the oscillator in a first channel and by the one second output signal of the oscillator demodulated. The first demodulated signal indicates cracks or fissures in the workpiece, while the second demodulated signal shows changes in the spacing of the measuring coils. The sum of the first demodulated signal and the complement of the second demodulated signal indicates an error even during the lifting of a probe.

Diese und weitere Eigenschaften und Vorteile des Erfindungsgegenstands erhellen aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; darin zeigen:These and other properties and advantages of the subject matter of the invention will be apparent from the following description in conjunction with the drawing; show in it:

Fig. 1 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und Flg. 2 und 3 Vektordiagramme über die Zuordnung zwischen Spannungsphasen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1. 1 shows a schematic electrical circuit diagram of a preferred embodiment of the invention; and Flg. 2 and 3 vector diagrams relating to the assignment between voltage phases at different points in the circuit according to FIG. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Meßschaltung umfaßt einen Oscillator 10The measuring circuit shown in FIG. 1 comprises an oscillator 10

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DR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. τ. FONBR DIPL. INO. P. STRBHLDR. O. DlTTMANN KL SCHIFF DR. A. τ. FONBR DIPL. IN O. P. STRBHL

mit sinusförmigem oder sonstigem geeigneten periodischen Ausgang. Der hier gezeigte Typ des Oscillators hat 2 Ausgänge 12 und 14, wobei das Ausgangssignal auf der Leitung 14 gegenüber dem Hauptausgangssignal auf der Leitung 12 um 90° vor- oder nacheilt.Die Ausgangsleitung 12 des Oscillators 10 ist an eine Primärwicklung 16 eines Transformators 18 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 20 des Transformators 18 weist eine Mittelabgriffs- Ausgangsleitung 22 auf, die mit einem Ende der Primärwicklung 16 sowie einem Erdbezugspunkt 24 verbunden ist. Der Mittelabgriff 22 ist an der Sekundärwicklung 20 sehr genau angeordnet, so daß an den beiden Enden der Sekundärwicklung gleiche Spannungen entgegengesetzter Phase auftreten. Eine Untersuchungseinheit 9 umfaßt ein Paar von Sonden 24, 26, die in Serie geschaltet sind und parallel an die jeweiligen Enden der Sekundärwicklung 20 des Transformators 18 angeschlossen sind. Der Verbindungspunkt 28 zwischen den Sondenwicklungen 24 und 26 ist an einen Signalverstärker 30 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 20 des Transformators sowie die Spulen 24 und 26 bilden eine abgeglichene Brücke 31. Jede durch Änderungen aufgrund von Impedanzänderungen in den Sonden verursachte Verstimmung der Brücke 51 erzeugt am Verstärker 30 eine Spannung. Diese Spannung ist mit dem Ausgangssignal auf der Leitung 12 des Oscillators 10 phasengleich.with sinusoidal or other suitable periodic output. The type of oscillator shown here has 2 outputs 12 and 14, the output signal on line 14 being 90 ° ahead of the main output signal on line 12. or lagging. The output line 12 of the oscillator 10 is connected to a primary winding 16 of a transformer 18. The secondary winding 20 of the transformer 18 has a center tap output line 22 which connects to one end of the primary winding 16 and a ground reference point 24 is connected. The center tap 22 is arranged very precisely on the secondary winding 20, so that the same voltages of opposite phase occur at the two ends of the secondary winding. A unit of investigation 9 comprises a pair of probes 24, 26 connected in series and in parallel to the respective ends of the secondary winding 20 of the transformer 18 are connected. The connection point 28 between the probe windings 24 and 26 is to a signal amplifier 30 connected. The secondary winding 20 of the transformer and the coils 24 and 26 form a balanced bridge 31. Each Detuning of the bridge 51 caused by changes due to impedance changes in the probes generated at the amplifier 30 a tension. This voltage is in phase with the output signal on line 12 of oscillator 10.

Die Untersuchungseinheit 9 dient zum sukzessiven Abtasten von Werkstücken. Der spezielle Aufbau der Untersuchungseinheit 9 richtet sich nach der Art der Werkstücke und der zu bestimmenden Eigenschaften. Falls die Oberflächenbeschaffenheit ( d.h. ihre Härte, metallurgische Zusammensetzung, usw. ) zu bestimmen ist, kann es zweckmäßig sein, an der Werkstück-Oberfläche oder in der unmittelbar anThe examination unit 9 is used for successive scanning of workpieces. The special structure of the examination unit 9 depends on the type of work piece and the properties to be determined. If the surface condition (i.e. its hardness, metallurgical composition, etc.) needs to be determined, it can be useful be on the workpiece surface or in the immediate area

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PR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. τ. FONBR' DIPL. INO. P. 8TRBHLPR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. τ. FONBR 'DIPL. IN O. P. 8TRBHL

die Oberfläche anschließenden Zone sog,·Wirbelströme zu induzieren und die Schwankungen der Wirbelströme und/oder der von Ihnen wieder ausgestrahlten Magnetfelder zu messen.the area adjacent to the surface is called · to induce eddy currents and to measure the fluctuations in the eddy currents and / or the magnetic fields you re-radiate.

Die Wirbelströme werden normalerweise durch ein Wechsel-Magnetfeld induziert, das mindestens teilweise in das Werkstück-Material hineinreicht. Die Wirbelströme zirkulieren an der Oberfläche oder in der Zone unmitteEaar unter der Oberfläche und strahlen ein entsprechendes Magnetfeld in den Bereich über der Oberfläche zurück.The eddy currents are normally generated by an alternating magnetic field induced, which extends at least partially into the workpiece material. The eddy currents circulate on the surface or in the zone immediately below the surface and emit a corresponding one Magnetic field returns to the area above the surface.

fc Ist des Material in dem Werkstück gleichmäßig, so zirkulieren die Wirbelströme in einem entsprechend gleichmäßigen Muster. Besteht jedoch in dem Material eine Unregelmäßigkeit, so treten entsprechende Unregelmäßigkeiten in dem Wirbelstrommuster und in dem abgestrahlten Feld auf. Beeinflußt die Unregelmäßigkeit die Leitfähigkeit des Materials, so ändert sich die Größe der phasengleichen Komponente; beeinflußt die Unregelmäßigkeit die Permeabilität, so ändert sich die Größe der 90°- Komponente.fc If the material in the workpiece is uniform, the Eddy currents in a correspondingly uniform pattern. However, if there is an irregularity in the material, corresponding ones occur Irregularities in the eddy current pattern and in the radiated field. Does the irregularity affect the conductivity of the Material, the size of the in-phase component changes; If the irregularity affects the permeability, it changes Size of the 90 ° component.

Durch Messen der Größe und Phase des von den Wirbelströmen abgestrahlten Feldes sowie der Schwankungen in diesem Feld ist es also möglich, ™ verschiedene Eigenschaften der Oberfläche und der Oberflächenzone zu bestimmen.By measuring the size and phase of what is radiated from the eddy currents Field as well as the fluctuations in this field it is possible to ™ different properties of the surface and the surface zone to determine.

Indem das Magnetfeld das Werkstück durchsetzt, erzeugt es Wirbelströme in der Oberflächenzone. Die Frequenz des Feldes ist so gewählt, daß die Ströme in die interessierende Zone eindringen. Ist die Frequenz hoch, so sind die Ströme auf die Oberflächennähe beschränkt; mit abnehmender Frequenz dringen sie jedoch tiefer in den Bereich unter der Oberfläche ein.As the magnetic field penetrates the workpiece, it creates eddy currents in the surface zone. The frequency of the field is chosen so that the currents enter the zone of interest. If the frequency is high, the currents are limited to near the surface; however, as the frequency decreases, they penetrate deeper into the area below the surface.

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DH. Ο· DlTTMANl* K. U SCHIFF DR. A. ▼· PONBR DIPb. ING. P. STRBHL 2 04 9486DH. Ο · DlTTMANl * K. U SCHIFF DR. A. ▼ · PONBR DIPb. ING. P. STRBHL 2 04 9486

Dadurch, daß eine der Sonden einen R iß 'passiert oder einer Änderung der Härte oder Legierung des Werkstücks ausgesetzt wird, erfolgt eine Impedanzänderung zwischen den beiden Sonden 24 und Die bewirkte Änderung kann ohmisch, induktiv oder kapazitiv sein; jede Veränderung bewirkt eine Verstimmung der Brücke 31»und dem Verstärker 30 wird ein Ausgangssignal zugeführt, das mit dem Ausgangssignal auf der Leitung 12 des Oscillators 10 phasengleich ist. Ist die Verstimmung durch eine kapazitive Änderung an einer der Sonden 24 oder 26 verursacht worden, so gibt die Brücke 31 ein um 90° phasenverschobenes Ausgangsignal ab. Diese Kapazität kann auf einem Abheben der Untersuchungseinheit 9 beruhen.Because one of the probes passes a crack or one If the hardness or alloy of the workpiece is changed, there is a change in impedance between the two probes 24 and The change brought about can be ohmic, inductive or capacitive; every change causes a detuning of the bridge 31 »and the An output signal is fed to amplifier 30 which is in phase with the output signal on line 12 of oscillator 10. If the detuning was caused by a capacitive change in one of the probes 24 or 26, the bridge 31 inputs by 90 ° phase-shifted output signal. This capacity can be based on the examination unit 9 lifting off.

Parallel zu der Untersuchungseinheit 9» insbesondere zu den Sonden 24 und 26, ist ein Differentialkondensator 32 eingeschaltet, der als ein Paar von Kondensatoren 34, 36 mit einem dazwischen angeordneten veränderbaren Einstellarm gezeigt ist.Der Mittelabgriff 33 des Differentialkondensators 32 ist mit dem Verbindungspunkt 28 und direkt mit dem Signalverstärker 30 verbunden. Parallel zu den Spulen 24 und 26 liegt ferner ein Potentiometer 38. Der Differentialkondensator 32 und das Potentiometer 38 vermitteln in engen Grenzen Justierungen, durch die sich Ausgangssignale aufgrund von unerwünschten Impedanzunterschieden zwischen den Sondenkernen 24 und 26 auf 0 reduzieren lassen. Auf diese Weise kann ein gegebener Impedanzunterschied von der Bedienungsperson zu einem Brücken- Ausgangssignal von 0 gemacht werden. Der Differentialkondensator 32 gehört dem Typ an, bei dem sich der Justierarm derart bewegen läßt, daß die Kapazität in dem einen Kondensator erhöht und gleichzeitig die Kapazität in dem anderen Kondensator reduziert wird. Um die Brücke abzugleichen, wenn die beiden Sonden 24, 26 beispielsweise aus der gleichen Materialart aufgebaut oder mit der gleichen Materialart ver-In parallel with the examination unit 9 'in particular with the probes 24 and 26, a differential capacitor 32 is turned on, which acts as a pair of capacitors 34, 36 with one interposed therebetween changeable adjustment arm is shown. The center tap 33 of the Differential capacitor 32 is connected to connection point 28 and directly to signal amplifier 30. Parallel to the coils 24 and 26 is also a potentiometer 38. The differential capacitor 32 and the potentiometer 38 mediate adjustments within narrow limits, through which output signals due to undesired Allow the impedance differences between the probe cores 24 and 26 to be reduced to zero. In this way, a given impedance difference can be made a bridge output of 0 by the operator. The differential capacitor 32 belongs to the Type in which the adjusting arm can be moved in such a way that the capacitance in one capacitor increases and at the same time the capacitance is reduced in the other capacitor. To align the bridge when the two probes 24, 26, for example, from the constructed with the same type of material or with the same type of material

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DR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. <r. FONBR DIPL. ING. P. STRBHLDR. O. DITTMANN K. L. SCHIFF DR. A. <r. FONBR DIPL. ING. P. STRBHL

bunden sind, ist es erforderlich, beide Induktiven oder kapazitiven Elemente abzugleichen sowie ohmsche Verstimmungen zu beseitigen. Die ohmschen Elemente können dabei durch Änderung des Potentiometers 38 abgeglichen werden.are bound, it is necessary to have both inductive or capacitive Adjusting elements and eliminating ohmic detunings. The ohmic elements can be changed by changing the Potentiometer 38 can be adjusted.

Der Ausgang des Signalverstärkers 30 ist an ein Paar von synchronen Demodulatoren 42, 44 angeschlossen, die die Signale in verschiedene Komponenten auflösen. Die synchronen Demodulatoren werden gdegentlich als Ringdemodulatoren bezeichnet. Sie erzeugen Jeweils ein Ausgangssignal, das proportional ist zu derjenigen Komponente, die mit seiner Bezugsgröße in Phase steht. Ein derartiger Ringdemodulator kann einen Ring von Dioden umfassen, die alle die gleiche Polung aufweisen ( d.h. in der gleichen Richtung zeigen ). Wird die Bezugsgröße zwei gegenüberliegenden Punkten oder Ecken und das andere Signal dem anderen Paar von Punkten oder Ecken des Rings zugeführt, so wird dieses Ausgangssignal zu einem phasendemodulierten Signal.The output of the signal amplifier 30 is connected to a pair of synchronous Demodulators 42, 44 connected, which resolve the signals into various components. The synchronous demodulators are occasionally referred to as ring demodulators. They each generate an output signal that is proportional to the component associated with its Reference value is in phase. Such a ring demodulator can comprise a ring of diodes which all have the same polarity (i.e. point in the same direction). If the reference variable is two opposite points or corners and the other signal is the fed to other pairs of points or corners of the ring, this output signal becomes a phase demodulated signal.

Die Demodulatoren 42 und 44 können zwei phasenempfindliche Detektoren sein. Die Ausgangsleitungen 12 und 14 des Oscillators 10 sind an die Demodulatoren 42 bzw. 44 angeschlossen und versorgen diese mit den Bezugsgrößev wobei die Ausgänge 12 und 14 den Jeweiligen De-The demodulators 42 and 44 can have two phase sensitive detectors be. The output lines 12 and 14 of the oscillator 10 are connected to the demodulators 42 and 44 and also supply them the reference variable where the outputs 12 and 14 represent the respective de-

0 gegeneinander modulatoren 42 bzw. 44 unterschiedliche, d.h. um 90 yjjhasenverschobene, Bezugssignale zuführen. Das Signal auf der Ausgangsleitung 46 des Demodulators 42 hat einen Phasenbezug, der vom Atisgang 12 des Oscillators genommen ist, während der Demodulator 44 einen Phasenbezug von dem um 90° phasenverschobenen Signal am Ausgang 14 des Oscillators 10 aufweist. Das Signal am Ausgang 46 des phasenempfindlichen Demodulators 42 ist daher derjenigen Komponente des Brücken-Ausgangssignals proportional, die mit dem Brücken-Aussteuerungssignal aus dem Oscillator 10 über die Leitung 12 phasengleich ist. Andererseits ist das Signal βμί der Ausgangsleitung 48 des Demodulators 44 0 supply modulators 42 or 44 different reference signals, ie reference signals shifted by 90 yjjhasen. The signal on the output line 46 of the demodulator 42 has a phase reference which is taken from the output 12 of the oscillator, while the demodulator 44 has a phase reference to the signal at the output 14 of the oscillator 10, which is phase-shifted by 90 °. The signal at the output 46 of the phase-sensitive demodulator 42 is therefore proportional to that component of the bridge output signal which is in phase with the bridge modulation signal from the oscillator 10 via the line 12. On the other hand, the signal βμί of the output line 48 of the demodulator 44

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DH. O. DnTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FONBR DIPL. INO. P. STRBHL·DH. O. DnTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FONBR DIPL. IN O. P. STRBHL

derjenigen Komponente des Brücken-Differentialausgangssignals proportional, die um 90° gegenüber dem Brücken-Aussteuerungssignal verschoben ist. proportional to that component of the bridge differential output signal which is shifted by 90 ° with respect to the bridge modulation signal.

In dem Vektordiagramm der Fig. 2 ist die einer Hälfte der Sekundärwicklung 20 entsprechende Spannung mit A und die der anderen Hälfte der Sekundärwicklung 20 entsprechende Spannung mit B bezeichnet. Die beiden Spannungen A und B sind wegen des exakten Abgleichs der Sekundärwicklung 20 des Transformators 18 phasengleich. Da die Gesamtspannung ( A + B ) an der Serienschaltung der Sondenkerne 24 und 26 liegt, muß die Summe der Spannungen an diesen Sondenkernen gleich dieser anliegenden Spannung sein. Das Pfeilende der in Fig. 2 mit C bezeichneten Spannung an der Sonde 24 beginnt daher am Pfeilende der Spannung A an der ersten Hälfte der Sekundärwicklung 20, und das Pfeilende der Spannung D an der Sonde 26 beginnt an der Spitze der Spannung C der Sonde 24 und muß mit der Spitze der Spannung B an der anderen Hälfte der Sekundärwicklung 20 zusammentreffen. Die aus der Brücke stammende Differenzspannung muß daher gleich der Spannung zwischen der Spitze des Spannungspfeils A und der Spitze des Spannungspfeils C sein. Diese Brücken-Ausgangsspannung ist in dem Vektordiagramm der Fig. 2 mit E bezeichnet .In the vector diagram of Figure 2, one half is the secondary winding 20 corresponding voltage is denoted by A and the voltage corresponding to the other half of the secondary winding 20 is denoted by B. The two voltages A and B are in phase because of the exact balancing of the secondary winding 20 of the transformer 18. Since the Total voltage (A + B) at the series connection of the probe cores 24 and 26, the sum of the voltages on these probe cores must be equal to this applied voltage. The end of the arrow the voltage labeled C in FIG. 2 on the probe 24 therefore begins at the end of the arrow of the voltage A on the first half of the secondary winding 20, and the arrow end of the voltage D on the probe 26 begins at the tip of the voltage C of the probe 24 and must begin with the tip the voltage B on the other half of the secondary winding 20 meet. The differential voltage coming from the bridge must therefore be equal to the voltage between the tip of the voltage arrow A and the tip of the voltage arrow C. This bridge output voltage is designated by E in the vector diagram of FIG.

In Fig. 3 ist gezeigt, daß die Spannung E zu der Differenz der Scheinwiderstände der Sondenkerne 24 und 26 ist. Die Spannung E kann nämlich in zwei Komponenten zerlegt werden, von denen eine mit der von der Sekundärwicklung 20 angelgten Spannung in Phase ist und die in diesem Fall mit F bezeichnet ist, während die andere in 90 - Phasenbeziehung zu dieser Spannung steht und in diesem Fall durch den Vektor G dargestellt ist. Da der Winkel zwischen denIn Fig. 3 it is shown that the voltage E to the difference of the Apparent resistances of the probe cores 24 and 26 is. The voltage E can namely be broken down into two components, one of which is in phase with the voltage applied by the secondary winding 20 and which in this case is denoted by F, while the other is in 90 - phase relation to this voltage and in this case is represented by the vector G. Because the angle between the

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DH. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. T. PONBR DIPL·. INO. P. STRBHL O Π / Π / OPDH. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. T. PONBR DIPL ·. IN O. P. STRBHL O Π / Π / OP

zlMy 4 b bzlMy 4 b b

Spannungen C und D wegen der bei Materialschwankungen auftretenden sehr geringen Verstimmung zwischen den Sonden 24 und 26 sehr klein ist, kann die Spannung F als annähernd parallel zuStresses C and D because of the fluctuations in the material very slight detuning between the probes 24 and 26 is very small, the voltage F can be considered approximately parallel to

werden den Spannungen C und D angenommenYuhd gibt in diesem Fall die Längendifferenz der Vektoren C und D und damit die Differenz der Impedanzen zwischen den beiden Hälften der Sonden 24 und 26 wieder.the voltages C and D are assumed, Yuhd gives the in this case The difference in length between the vectors C and D and thus the difference in the impedances between the two halves of the probes 24 and 26 again.

In gleicher Weise ist die in Fig. 3 als G gezeigte Spannung der Phasenwinkel-Differenz zwischen den beiden Impedanzen proportional.In the same way, the voltage shown as G in FIG. 3 is proportional to the phase angle difference between the two impedances.

Gemäß Fig. 1 stellt die Spannung auf der Leitung 46 aus dem Demodulator 42 ein Mittel dar, um eine Anzeige für Materialunterschiede bei Wirbelstrom-Prüfgeräten zu erzielen. Dies hat zahlreiche Vorteile hinsichtlich der Einfachheit der Arbeitsweise und der Schaltung, niedriger Kosten und im wesentlichen vollständiger Frequenzunabhängigkeit. Das Signal auf der Ausgangsleitung 48 des Demodulators 44 wird über einen Inverter 50 einer SummierstufB 52 zugeführt. Das Signal auf der Ausgangsleitung 46 des Demodulators 42 wird ebenfalls der Summierstufe 52 zugeführt. Die Ausgangsleitung 48 des Demodulators 44 ist ferner an eine Klemme 54 eines Schalters 56 angeschlossen, während die Ausgangsleitung 46 des Demodulators 42 mit einer Klemme 58 des Schalters 56 verbunden ist. Die Ausgangsleitung der Summierstufe 52 schließlich ist an eine Klemme 60 des Schalters 56 angeschlossen. Der Schalter verbindet einen gewählten Ausgang mit einem Ablesegerät 62. Auf diese Weise läßt sich ein Vergleich bezüglich des Signals aus dem Demodulator 46 durchführen, indem der Kontaktarm des Schalters 56 auf die Klemme 58 eingestellt wird. Danach kann das Ausgangssignal des Demodulators 44 an dem Ablesegerät 62 beobachtet werden, indem der Kontaktarm des Schalters 56 auf die Klemme eingestellt wird.1 represents the voltage on line 46 from the demodulator 42 provides a means of providing an indication of material differences in eddy current test equipment. This has numerous advantages in terms of simplicity of operation and circuitry, low cost and essentially complete frequency independence. The signal on the output line 48 of the demodulator 44 is fed to a summing stage 52 via an inverter 50. That The signal on the output line 46 of the demodulator 42 is also fed to the summing stage 52. The output line 48 of the demodulator 44 is also connected to a terminal 54 of a switch 56, while the output line 46 of the demodulator 42 is connected to a terminal 58 of the switch 56 is connected. Finally, the output line of summing stage 52 is connected to a terminal 60 of switch 56. The switch connects a selected output to a reading device 62. In this way, a comparison can be made with respect to of the signal from demodulator 46 by setting the contact arm of switch 56 to terminal 58. After that you can the output of demodulator 44 can be observed at reader 62 by placing the contact arm of switch 56 on the terminal is set.

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DH. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FONBH DIPL. ING. P. STHEHL 9 Π A Q A R RDH. O. DITTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FONBH DIPL. ING. P. STHEHL 9 Π A Q A R R

Um das Instrument gemäß der Ausführungs/orm nach Fig. 3 als magnetischen Komperator zu betreiben, d.h. um die Phasenwinkelspannungen aus den Demodulatoren 44 und 42 mit den Signalen von dem Signalverstärker 30 zu vergleichen, wird durch entsprechende Betätigung des Schalters 56 die Impedanzdifferenz-Spannung aus dem Demodulator 42 oder Phasenwinkeldifferenz-Spannung aus dem Demodulator 44 zur * Interpretation durch die Bedienungsperson an dem Ablesegerät 62 angezeigt.In order to use the instrument according to the embodiment of FIG. 3 as a magnetic To operate the comparator, i.e. to compare the phase angle voltages from demodulators 44 and 42 with the signals from the signal amplifier 30, the impedance difference voltage from the demodulator is obtained by actuating the switch 56 accordingly 42 or phase angle difference voltage from the demodulator 44 for interpretation by the operator at the reading device 62 displayed.

Um das Instrument gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform als Rißdetektor zu betreiben, wird die der Phasenwinkeldifferenz entsprechende Ausgangsspannung auf der Leitung 48 einer Seite eines Potentiometers 64 zugeführt sowie in dem Inverter 50 invertiert und an die andere Seite des Potentiometers 64 angelegt* Der Abgriff dieses Potentiometers 64 erhält damit eine Spannung, die entweder der Phasenwinkeldifferenz zwischen den Impedanzen oder der Inversion dieser Größe -je nach der Einstellung des Abgriffs an dem Potentiometer 64 - proportional ist. Wird das Ausgangssignal an diesem Abgriff dann zu dem Impedanzdifferenzsignal von der Ausgangsleitung 46 des Demodulators 42 in der Summierstufe 52hinzu addiert, so läßt sich durch Einstellen des Winkelkompensations-Potentiometers 64, das auf Änderungen des Winkels der Sonden 24 und 26 gegenüber der Werkstückoberfläche im wesentlichen unempfindlich ist, ein Ausgangssignal an der Klemme 6© erzielen. Bei dem vorliegenden speziellen Vielzweckinstrument könnte die der Klemme 60 zugeführte Spannung ebenfalls mittels des Schalters 56 angewählt und in dem Ablesegerät 62 dargestellt werden, was eine Verwendung des Instruments als Rißdetektor gestattet.To the instrument according to the embodiment shown in FIG to operate as a crack detector, the output voltage corresponding to the phase angle difference on the line 48 of one side of a Potentiometer 64 supplied and inverted in the inverter 50 and applied to the other side of the potentiometer 64 * The tap this potentiometer 64 thus receives a voltage that is either the phase angle difference between the impedances or the inversion this size - depending on the setting of the tap on the potentiometer 64 - is proportional. Will the output signal at this Then tap to the impedance difference signal from the output line 46 of the demodulator 42 is added in the summing stage 52, so lets by adjusting the angle compensation potentiometer 64, which is responsive to changes in the angle of the probes 24 and 26 from the Workpiece surface is essentially insensitive, achieve an output signal at terminal 6 ©. With this particular one Multipurpose instrument, the voltage supplied to the terminal 60 could also be selected by means of the switch 56 and in the reading device 62, which allows the instrument to be used as a crack detector.

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Claims (1)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Material-Prüfgerät zur Untersuchung von Werkstücken, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10) zur Erzeugung eines ersten und eines gegenüber diesem phasenverschobenen zweiten periodischen Signals, eine auf das erste periodische Signal ansprechende Brückenschaltung (31) zur Erzeugung eines Ausgangssignals bei Verstimmung der Brücke, eine auf das erste periodische Signal ansprechende Einrichtung (42) und eine auf das zweite periodische Signal ansprechende weitere Einrichtung (44) zur Demodulation des Brücken-Ausgangssignals sowie ein auf das erste und das zweite demodulierte Signal ansprechendes Auswertungsgerät (62).1. Materials testing device for examining workpieces, marked by a device (10) for generating a first and a second periodic period which is phase-shifted with respect to this Signal, a bridge circuit (31) responsive to the first periodic signal for generating an output signal Detuning of the bridge, a device (42) responsive to the first periodic signal and a device (42) responsive to the second periodic signal Signal-responsive further device (44) for demodulating the bridge output signal and one on the first and the second demodulated signal responsive evaluation device (62). 2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (56) zum Anschalten des ersten und des zweiten demodulierten Signal an das Auswertungsgerät (62).2. Apparatus according to claim 1, characterized by a switching device (56) for connecting the first and the second demodulated signal to the evaluation device (62). 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zwischen der Brücke (31) und den Demodulatoren (42, 44) eingeschalteten Signalverstärker (30).3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized by an between the bridge (31) and the demodulators (42, 44) switched on signal amplifier (30). 4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Transformator (18 ), dessen Primärwicklung (16) das erste periodische Signal empfängt und dessen Sekundärwicklung (20) einen Teil der Brücke (31) bildet und mit einem Mittelabgriff (22) auf Erd-Bezugspotential liegt, wobei die Brücke ein Paar von Meßspulen (24, 26) mit einem Mittelabgriff (28) umfaßt, der bei Verstimmung der Brücke ein Signal erzeugt.4. Apparatus according to one of claims 1 to 3, characterized by a transformer (18) whose primary winding (16) is the first receives periodic signal and the secondary winding (20) forms part of the bridge (31) and has a center tap (22) is at ground reference potential, the bridge comprising a pair of measuring coils (24, 26) with a center tap (28) which a signal is generated when the bridge is detuned. 5. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen auf das zweite demodulierte Signal ansprechenden Inverter (50) sowie eine auf5. Apparatus according to claim 1, characterized by one on the second demodulated signal responsive inverter (50) and one on 109817/1408109817/1408 weite dewide de 2020th das erste demodulierte Signal und das invertierte zwe modulierte Signal ansprechende Summierstufe (52), die an das Auswertungsgerät (62) anschließbar ist.the first demodulated signal and the inverted two modulated signal responsive summing stage (52) connected to the Evaluation device (62) can be connected. 6. Gerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen auf das erste periodische Signal ansprechenden Signalverstärker (30) zur Abgabe von Signalen an die Demodulatoren (42, 44).6. Apparatus according to claim 5, characterized by one on the first periodic signal responsive signal amplifier (30) for delivery of signals to the demodulators (42, 44). 7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (56) zum Anschalten des ersten demodulierten Signals, des zweiten demodulierten Signals und des Signals von der Summierstufe (52) an das Auswertungsgerät (62).7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized by a switching device (56) for turning on the first demodulated signal, the second demodulated signal and the signal from the summing stage (52) to the evaluation device (62). 8. Gerät nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspulen (24,26) parallel zur Sekundärwicklung (20) des Transformators (18) geschaltet sind.8. Apparatus according to claim 4 and 5, characterized in that the measuring coils (24,26) parallel to the secondary winding (20) of the transformer (18) are switched. (9y Material-Prüfgerät, gekennzeichnet durch einen Oscillator (10) mit einem ersten Ausgang (12) und einem zweiten Ausgang (14), der gegenüber dem ersten Ausgang phasenverschobene Signale führt, einen Transformator (18) mit einer an den ersten Oscillatorausgang angeschlossenen Primärwicklung (16) und einer Sekundärwicklung (20) mit Mittelabgriff (22), ein Paar von Meßspulen (24,26), eine abgestimmte Brückenschaltung (31 ), die die Sekundärwicklung des Transformators sowie die Meßspulen umfaßt, einen mit der Brücke und dem ersten Oscillatorausgang verbundenen ersten Demodulator (42), einen mit der Brücke und dem zweiten Oscillatorausgang verbundenen zweiten Demodulator (44), ein Auswertungsgerät (62) sowie eine'Schalteinrichtung (56) zum Anschalten der Ausgänge der beiden Demodulatoren an das Auswertungsgerät.(9y materials tester, characterized by an oscillator (10) with a first output (12) and a second output (14) which carries signals which are phase-shifted with respect to the first output, a transformer (18) with a primary winding (16) connected to the first oscillator output and a secondary winding (20) with center tap (22), a pair of measuring coils (24,26), a matched bridge circuit (31) which forms the secondary winding of the transformer and the measuring coils includes a first demodulator connected to the bridge and the first oscillator output (42), a second demodulator (44) connected to the bridge and the second oscillator output, an evaluation device (62) and a switching device (56) for connecting the outputs of the two demodulators to the evaluation device. 109817/1 408109817/1 408 10. Gerät nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen mit dem Ausgang des zweiten Demodulators (A4) verbundenen Inverter (50) sowie eine mit dem Ausgang des ersten Demodulators (42) und dem Inverter verbundene Summierstufe (52) zum Anschluß an das Auswertungsgerät (62) über die Schalteinrichtung (56) .10. Apparatus according to claim 9, characterized by an inverter (50) connected to the output of the second demodulator (A4) and a summing stage (52) connected to the output of the first demodulator (42) and the inverter for connection to the evaluation device (62) ) via the switching device (56). 11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen Signalverstärker (30), der mit dem Mittel-Verbindungspunkt (28) der Sonden (24,26) sowie mit den beiden Demodulatoren (42,44) verbunden ist.11. Apparatus according to claim 9 or 10, characterized by a signal amplifier (30), which is connected to the central connection point (28) of the probes (24,26) and to the two demodulators (42,44) connected is. 12. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized by " einen parallel zu den Meßspulen (24,26) geschalteten Differentialkondensator (32) mit einem Mittelabschnitt (33), der mit dem Mittel Verbindungspunkt (28) der Spulen verbunden ist."a differential capacitor connected in parallel to the measuring coils (24, 26) (32) with a middle section (33) which is connected to the means Connection point (28) of the coils is connected. 13. Gerät nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein parallel zu dem Differentialkondensator (32) und den Spulen (24,26) geschaltetes Potentiometer £38) mit einem Abgriff, der mit dem Mittelabgriff (28,33) der Spulen und des Differentialkondensators verbunden ist.13. Apparatus according to claim 12, characterized by one connected in parallel to the differential capacitor (32) and the coils (24, 26) Potentiometer £ 38) with a tap connected to the Center tap (28,33) of the coils and the differential capacitor is connected. 14. Gerät nach Anspruch 1, 4, 7, 9 oder 12, gekennzeichnet durch einen auf das zweite demodulierte Signal ansprechenden Inverter (50), eine Einrichtung (64) zur Erzeugung einer linearen Kombination aus dem zweiten demodulierten Signal und dem invertierten zweiten demodulierten Signal sowie eine auf das erste demodulierte Signal und das lineare Kombinationssignal ansprechende Summierstufe (52), wobei das Auswertungsgerät (62) mindestens an die Summierstufe anschließbar ist.14. Apparatus according to claim 1, 4, 7, 9 or 12, characterized by an inverter responsive to the second demodulated signal (50), means (64) for generating a linear combination of the second demodulated signal and the inverted second demodulated signal and one responsive to the first demodulated signal and the linear combination signal Summing stage (52), the evaluation device (62) being connectable at least to the summing stage. 109817/U08109817 / U08
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