DE2530816C3 - Eddy current testing device for scanning the surface of a test part - Google Patents
Eddy current testing device for scanning the surface of a test partInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Wirbelstromprüfgerät zum Abtasten der Oberfläche eines Prüfteüs auf Inhomogenitäten, mit mindestens einer Prüfsonde, die in der zu prüfenden Oberfläche Wirbelströme hervorruft, auf deren Rückwirkungen reagiert und aufgrund dieser Rückwirkungen in Abhängigkeit von den Inhomogenitäten der Oberfläche Prüfsignale abgibt, deren Höhe vom Abstand der Prüfsonde zur zu prüfenden Oberfläche moduliert wird, mit einer Führungseinrichtung, die die Prüfsonde in einer vorgesehenen Bahn entlang der zu prüfenden Oberfläche führt, mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Höhe der Prüfsignale, mit Mitteln zum Ableiten einer Steuerspannung, deren Höhe vom Abstand der Prüfsonde zur zu prüfenden Oberfläche abhängt und mit Mitteln zum Anschließen der Steuerspannung an die Steuereinrichtung.The invention relates to an eddy current test device for scanning the surface of a test part for inhomogeneities, with at least one test probe which is in the to surface to be tested causes eddy currents, which reacts to their repercussions and as a result of them Reactions depending on the inhomogeneities of the surface emits test signals, their level is modulated by the distance between the test probe and the surface to be tested, with a guide device that guides the test probe in a designated path leads along the surface to be tested, with a control device for controlling the level of the test signals, with means for deriving a control voltage, the height of which depends on the distance between the test probe and the surface to be tested and with means for Connect the control voltage to the control device.
Ein solches Wirbelstromprüfgerät ist bekannt z. B. aus der Offenlegungsschrift DE-OS 17 73 501. Die in Figur 10 der genannten Druckschrift dargestellte Prüfanordnung enthält eine Wirbelstromsonde zum Ableiten von Prüfsignalen in Abhängigkeit von Inhomogenitäten der zu prüfenden Oberfläche und einen steuerbaren Verstärker zum Verstärken dieser Prüfsignale. Die Steuersignale zum Steuern des Verstärkers werden aus der Erregerwicklung der Wirbelstromsonde gewonnen, die einen speziell für diesen Zweck entworfenen besonderen Aufbau aufweist. Die Erregerwicklung besteht nämlich aus zwei Teilwicklungen, von denen die eine mit der Prüfteiloberfläche eng gekoppelt ist, die andere von ihr weitgehend entkoppelt ist, von denen also die eine sehr stark, die andere nur in geringem Maße auf Änderungen des Abstandes zwischen Prüfteiloberfläche und Wirbelstromsonde reagiert. Beide Teilwicklungen sind in Brücke geschaltet, so daß am Brückenausgang eine Steuerspannung ansteht, die eine bestimmte Funktion des Prüfteilabstandes darstellt. Ziel der Verstärkungssteuerung ist es, solche Verstärkungswerte einzustellen, die geeignet sind, die Änderungen der Höhe der Prüfsignale in Abhängigkeit vom Prüfteilabstand zu kompensieren. Soll dieses Ziel erreicht werden, so müssen innerhalb des ganzen Regelbereichs drei Funktionen recht genau aufeinander abgestimmt sein: die Funktion der Steuerspannung vom Prüfteilabstand,Such an eddy current tester is known, for. B. from the patent application DE-OS 17 73 501. The in Figure 10 of the cited document illustrated test arrangement contains an eddy current probe for Deriving test signals depending on the inhomogeneities of the surface to be tested and a controllable amplifier for amplifying these test signals. The control signals for controlling the Amplifiers are obtained from the excitation winding of the eddy current probe, which is specially designed for has a special structure designed for this purpose. The excitation winding consists of two Partial windings, one of which is closely coupled to the test part surface, the other largely from it is decoupled, of which one is very strongly affected, the other only to a minor extent to changes in the Distance between test part surface and eddy current probe reacts. Both partial windings are in Bridge switched so that a control voltage is present at the bridge output which has a specific function of the test part distance. The aim of the gain control is to set such gain values, which are suitable for the changes in the level of the test signals depending on the test part distance compensate. If this goal is to be achieved, three must be within the entire control range Functions must be precisely coordinated with one another: the function of the control voltage from the test part distance,
die Funktion der Prüfsignalhöhe vom Prüfteilabstand und die Funktion der Verstärkung des steuerbaren Verstärkers von der Steuerspannung.the function of the test signal height from the test part distance and the function of the gain of the controllable Amplifier from the control voltage.
Obwohl diese drei Funktionen durch eine Reihe von Parametern beeinflußt werden können, gelang es in Wirklichkeit immer nur in einem kleinen Prüfteilabstandsbereich, die gewünschte genaue Abstimmung herzustellen, je weiter man sich von der Mitte dieses Bereiches entfernte, umso größere Abweichungen mußten in Kauf genommen werden. Darüber hinaus war ι ο das Herstellen dieser Abstimmung in jedem Fall eine schwierige und unübersichtliche Aufgabe, die überdies für jede abweichende SondencharakteristiU neu durchzuführen war. In der Praxis wurde als steuerbarer Verstärker ein Röhrenverstärker benutzt, dessen Regelkennlinie durch die Wahl des Arbeitspunktes bestimmt wurde, wobei natürlich mit jeder Änderung des Arbeitspunktes auch die mittlere Verstärkung nachgestellt werden mußte. Aus den oben angegebenen Gründen, d.h. wegen der Unmöglichkeit die drei _>o Funktionen über einen größeren Bereich aufeinander abzustimmen, war auch in der Praxis eine statische Steuerung nicht durchführbar. Der Gleichstromanteil der Steuerspannung mußte durch einen Kondensator abgetrennt werden, so daß nur die Änderungen des Prüfteilabstandes, z. B. durch exzentrische Lage eines rundum abgetasteten zylindrischen Prüfteils, nicht aber der Prüfteilabstand an sich, zur Steuerung herangezogen wurde. Erlaubte Dimensionstoleranzen des Prüfteils konnten so nach wie vor die Prüfsignalhöhe beeinflussen und so die Anzeige der Größe von Inhomogenitäten verzerren, z. B. die Durchmessertoleranzen eines rundum abgetasteten zylindrischen Prüfteils.Although these three functions can be influenced by a number of parameters, in Reality only ever in a small test part distance range, the further you are from the center of this, the further you get to produce the exact tuning you want The greater the deviations had to be accepted. In addition, ι ο was the establishment of this coordination is in any case a difficult and confusing task, moreover had to be carried out anew for each different probe characteristics. In practice it was considered controllable Amplifier uses a tube amplifier whose control characteristic is determined by the choice of the operating point was determined, with every change in the operating point, of course, the mean gain as well had to be readjusted. For the reasons given above, i.e. because of the impossibility of the three _> o Coordinating functions over a larger area was also a static one in practice Control cannot be carried out. The direct current component of the control voltage had to go through a capacitor be separated so that only the changes in the test part distance, z. B. by eccentric position of a cylindrical test part scanned all around, but not the test part distance per se, used for control became. Allowed dimensional tolerances of the test part could still influence the test signal level and thus distort the display of the size of inhomogeneities, e.g. B. the diameter tolerances of a cylindrical test part scanned all around.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wirbelstromprüfgerät der eingangs beschriebenen i> Gattung zu schaffen, bei dem in einem erheblich größeren Abstandsbereich als bisher durch genaue Kompensation die Höhe des Prüfsignals von Änderungen des Prüfteilabstandes und vom absoluten Betrag des Prüfteilabstandes unabhängig gemacht werden kann. Der dazu erforderliche Abgleichvorgang soll einfach durchzuführen und für jede beliebige Sondencharakteristik anwendbar sein.The invention is based on the object of providing an eddy current test device of the type described at the outset Generate to create in which in a significantly larger distance range than before by exact Compensation of the level of the test signal from changes in the test part distance and from the absolute amount of the Test part distance can be made independent. The adjustment process required for this should be simple be carried out and be applicable to any probe characteristic.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in einem Wirbelstromprüfgerät gemäß Patentanspruch « I. In dem so definierten Wirbelstromprüfgerät sind die beiden Funktionen »Prüfsignalhöhe in Abhängigkeit vom Prüfteilabstand« und »Steuerspannung in Abhängigkeit vom Prüfteilabstand« nicht miteinander verknüpft durch ein Regelglied mit relativ starr gegebener w Regelkennlinie, sondern durch ein Netzwerk, das den jeweiligen Bedürfnissen durch die Wahl der Teilerelemente leicht angepaßt werden kann. Ein Umrüsten auf Sonden beliebiger Charakteristik wird leicht durchführbar. Der ausnutzbare Abstandsbereich ist praktisch π unbegrenzt, solange die zur Verfügung stehende Steuerspannung einen ausreichenden Gradienten aufweist. Die Auflösung der Kompensation ist eine Frage des Aufwandes, je größer bei gegebenem Abstandsbereich die Zahl der Spannungsdiskriminatoren gewählt t>o wird, in umso feineren Stufen kann die Kompensation erfolgen.The inventive solution to the problem consists in an eddy current test device according to claim "I. In the eddy current test device so defined, the two functions" test signal level as a function of test part distance "and" control voltage as a function of test part distance "are not linked by a control element with a relatively rigidly given w control characteristic , but rather through a network that can be easily adapted to the respective needs through the choice of the divider elements. It is easy to convert to probes of any characteristic. The usable distance range is practically π unlimited as long as the available control voltage has a sufficient gradient. The resolution of the compensation is a question of the effort, the greater the number of voltage discriminators selected for a given distance range t> 0, the finer steps the compensation can take place.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in einer einfachen Möglichkeit zur Anzeige des momentanen Prüfteilabstandes durch Leuchtsignale. Bei der Umfangsablastuiiy von zylindrischen Prüfteilen ergibt sich damit eine einfache Hilfe für das zentrische Einstellen des Prüfteils bezüglich der rotierendenAn advantageous embodiment of the invention consists in a simple way of displaying the momentary test part distance through light signals. With the circumferential ablation of cylindrical test parts This results in a simple aid for the centric adjustment of the test part with respect to the rotating one
Abtasteinrichtung, da Exzentrizität des Prüfteils ein Band von Leuchtsignalen verursacht, das beim Herstellen der zentrischen Lage des Prüfteils auf ein einziges Leuchtsignal zusammenschrumpft Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen genanntScanning device, since the eccentricity of the test part Band of light signals caused that when producing the central position of the test part on a single Light signal shrinks. Further refinements of the invention are set out in the subclaims called
In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung an Hand von Beispielen mit Hilfe einiger Figuren
erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen
F i g. 1 eine Wirbelstromsonde
F i g. 2 die Kennlinien der Sonde nach F i g. 1
F i g. 3 die schematische Darstellung einer Abtasteinrichtung In the following description, the invention is explained by means of examples with the aid of a few figures. The figures show in detail
F i g. 1 an eddy current probe
F i g. 2 the characteristics of the probe according to FIG. 1
F i g. 3 shows the schematic representation of a scanning device
Fig.4 das Schaltbild eines Wirbelstromprüfgerätes
mit Abstandskompensation
F i g. 5 eine andere Wirbelstromsonde
F i g. 6 die Kennlinien der Sonde nach F i g. 5
F i g. 7 das Schaltbild eines Wirbelstromprüfgerätes mit abgewandelter Abstandskompv nation.4 shows the circuit diagram of an eddy current test device with distance compensation
F i g. 5 another eddy current probe
F i g. 6 the characteristics of the probe according to FIG. 5
F i g. 7 the circuit diagram of an eddy current tester with a modified distance compv nation.
F i g. 1 zeigt eine Wirbelstromsonde ί, ähnlich der in den eingangs erwähnten, schon bekannten Wirbelstromprüfgerät verwendeten, die auch in dem Schaltbild von F i g. 4 wiedergegeben wird. Sonde 1 besitzt einen Kern ?. aus ferromagnetischem Material, der z. B. aus zwei Rücken an Rücken geklebten ZT-Kernen bestehen kann und der drei obere, der Oberfläche des Prüfteils zugewandte Arme 3, 4, 5 sowie drei untere derselben abgewandte Arme 6, 7, 8 aufweist Der mittlere obere Arm 4 ist durch einen Einschnitt in zwei Enden 9 und 10 aufgeteilt. Die drei Wicklungen 11, 13, 17 der Sonde 1 bestehen aus Teilwicklungen, von denen der Einfachheit halber zumeist nur eine einzige Windung dargestellt ist und die in bestimmter Weise um die Arme des Kernes 2 geschlungen sind.F i g. 1 shows an eddy current probe ί, similar to that used in the already known eddy current testing device mentioned at the beginning, which is also shown in the circuit diagram of FIG. 4 is played. Probe 1 has a core ?. made of ferromagnetic material, the z. B. can consist of two back-to-back ZT cores and the three upper arms 3, 4, 5 facing the surface of the test piece and three lower arms 6, 7, 8 facing away from the same. The middle upper arm 4 is through an incision divided into two ends 9 and 10. The three windings 11, 13, 17 of the probe 1 consist of partial windings, of which, for the sake of simplicity, mostly only a single turn is shown and which are wrapped around the arms of the core 2 in a certain way.
Erregerwicklung 11 besitzt Anschlüsse 12 und ist um die Arme 3, 5, 6 und 8 geschlungen. Gespeist von einer geeigneten Wechselstromquelle erzeugt die Erregerwicklung 11 in den Armen 3, 5, 6 und 8 einen magnetischen Fluß. Der von den Armen 3 und 5 ausgehende Fluß durchdringt die den Armen 3 und 5 gegenüberliegende Oberfläche des hier nicht dargestellten Prüfteils und erzeugt in diesem Wirbelströme.Excitation winding 11 has terminals 12 and is around arms 3, 5, 6 and 8 looped. The excitation winding is generated by a suitable alternating current source 11 in arms 3, 5, 6 and 8 a magnetic flux. The one from arms 3 and 5 outgoing flow penetrates the arms 3 and 5 opposite surface of the not shown here Test part and generates eddy currents in this.
Empfängerwicklung 13 mit Anschlüssen 14 besteht aus zwei Teilwicklungen 15,16, die in entgegengesetztem Wickelsinn um die beiden Enden 9,10 des Armes 4 gewickelt sind. Alternativ dazu kann die Empfängerwicklung 11 sich auch aus einer Anzahl 8-förmig um die beiden Enden 9, 10 geschlungener Einzelwindungen zusammensetzen. Im Normalfall heben sich die vom sekundären Wirbelstromfeld in den Teilwicklungen 15, 16 induzierten Spannungssignale auf, so daß an den Anschlüssen 14 keine Spannung ansteht. Überlaufen jedoch beim Abtasten einer Prüfteiloberfläche die beiden Enden 9, 10 des Kernes 2 nacheinander eine Inhomogenität der Oberfläche, z. B. einen Riß, so bewirkt die von diesem hervorgerufene Verzerrung des Wirbelstromfeldes unterschiedliche induzierte Spannungen in den Teilwicklungen 15, 16 und somit eine Prüfsignalspannung an den Anschlüssen 14. Die Höhe der Prüfsignalspannung ist umso größer, je geringer der Abstand zwischen den Oberflächen der Enden 9,10 und der Oberfläche des Prüfteils, im folgenden kurz der Prüfteilabstand ist.Receiver winding 13 with connections 14 consists of two partial windings 15, 16, which are in opposite directions Direction of winding around the two ends 9, 10 of the arm 4 are wound. Alternatively, the receiver winding 11 also consists of a number of 8-shaped individual windings looped around the two ends 9, 10 put together. Normally, the secondary eddy current field in the partial windings 15, 16 induced voltage signals, so that no voltage is present at the connections 14. Run over however, when scanning a test part surface, the two ends 9, 10 of the core 2 one after the other Inhomogeneity of the surface, e.g. B. a crack, it causes the distortion of the Eddy current field different induced voltages in the partial windings 15, 16 and thus a Test signal voltage at the connections 14. The level of the test signal voltage is greater, the lower the Distance between the surfaces of the ends 9,10 and the surface of the test piece, hereinafter referred to as the Test part distance is.
In Fig.2 gibt Kurvt E die relative Höhe der Prüfsignalspannung für einen Riß bestimmter Tiefe in Abhängigkeit vom Prüfteilabstand wieder. Wie man sieht, fällt die Prüfsignalspannung bei einer Abstandszunahme von nur 1 mm auf einen Bruchteil ihresIn FIG. 2, curve E shows the relative level of the test signal voltage for a crack of a certain depth as a function of the test part distance. As you can see, the test signal voltage drops to a fraction of its own with an increase in distance of only 1 mm
vorherigen Wertes ab. so daß eine wesentlich geringere Rißtiefe vorgetäuscht wird als die tatsächlich vorliegende. previous value. so that a much smaller crack depth is simulated than the actual one.
Wicklung 17, die sogenannte Abstandswicklung, ist ebenfalls auf die Arme 3, 5, 6, 8 gewickelt, jedoch besitzen die auf die unteren, dem Prüfteil abgewandten Arme 6. 8 gewickelten Teilwicklungen bezüglich der Erregerwicklung den umgekehrten Wickelsinn. Sind beispielsweise alle Teilwicklungen der Erregerwicklung 11 und der Abstandswicklung 17 gleich dimensioniert, so ergibt sich an den Anschlüssen 18 die Spannung Null, wenn der Prüfteilabstand sehr groß wird. Verringert man den Prüfteilabstand, so steigt die Spannung der Abstandswicklung rasch an. Kurve A in Fig. 2 gibt die relative Höhe dieser Spannung, die im folgenden wegen ihrer Verwendung als Steuerspannung bezeichnet wird, in Abhängigkeit vom Priilteüabstand wieder.Winding 17, the so-called spacer winding, is also wound on the arms 3, 5, 6, 8, but the partial windings wound on the lower arms 6, 8 facing away from the test part have the opposite winding direction with respect to the excitation winding. If, for example, all partial windings of the field winding 11 and the spacer winding 17 have the same dimensions, then the voltage at the connections 18 is zero if the test part spacing becomes very large. If the test piece spacing is reduced, the tension in the spacer winding increases rapidly. Curve A in FIG. 2 shows the relative level of this voltage, which is referred to below as a control voltage because of its use, as a function of the test distance.
Fig. 3 vermittelt eine stark vereinfachte Darstellung eines Schnittes durch eine Abtasteinrichtung mit einem Rotierkopf 21, der zum spiraligen Abtasten der Oberfläche eines langgestreckten zylindrischen Prüfteils 22 durch zwei Sonden 1 dient. Der Rotierkopf 21 wird angetrieben von einem Motor 23 über einen Treibriemen 25. Das Prüfteil 22 ist bezüglich der Achse des Rotierkopfes 21 exzentrisch angeordnet. Infolgedessen ändert sich der Prüfteilabstand für beide Sonden 1 periodisch mit jedem Umlauf. Das bedeutet jedoch, daß ohne eine entsprechende Kompensation die Höhe der Prüfsignalspannung eines Risses 24 von der zufälligen Lage dieses Risses abhängen würde.3 gives a greatly simplified representation a section through a scanning device with a rotating head 21, which is used for spiral scanning of the Surface of an elongated cylindrical test part 22 by two probes 1 is used. The rotating head 21 is driven by a motor 23 via a drive belt 25. The test part 22 is with respect to the axis of the Rotating head 21 arranged eccentrically. As a result, the test part spacing changes for both probes 1 periodically with each revolution. However, this means that without a corresponding compensation, the amount of Test signal voltage of a crack 24 would depend on the random location of this crack.
Fig. 4 stellt das vereinfachte Blockschaltbild eines Wirbelstromprüfgerätes dar, in dem die Abstandsabhängigkeit voll auskompensiert wird. Die Erregerwicklung 11 der Sonde 1 wird gespeist von einer Wechselstromquelle 31. Die Prüfsignalspannung der Empfängerwicklung 13 gelangt über einen Vorverstärker 32 zum Eingang eines phasenselektiven Gleichrichters 33, der seine Referenzspannung über einen Phasenschieber 29 aus der Wechselstromquelle 31 «»»•hol« r\oc AnmexAttltarto Dt-ijfcitrnol <τρ|αησ! vnm Ausgang des phasenselektiven Gleichrichters 33 über einen Tiefpaß 34 zur Unterdrückung der Trägerrestspannung, über eine Teilerstufe 35 zur Einstellung der Geräteempfindlichkeit und über einen Hochpaß 36 zur Unterdrückung von Störsignalen zum invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 37. dessen Verstärkung praktisch ausschließlich vom Teilungsverhältnis der eingesetzten Gegenkopplungswiderstände bestimmt wird. Im ,orliegenden Falle ergibt sich das Teilungsverhältnis der Gegenkopplung und damit die Verstärkung des Operationsverstärkers 37 aus dem Widerstand 47 und der Parallelschaltung des Widerstandes 48 mit einer Reihe weiterer Widerstände, wie weiter unten noch näher erläutert wird. In einem weiteren Tiefpaß 38 kann die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 37 von eventuell auftretenden Umschaltspitzen gereinigt werden. Die an Klemme 30 anstehende Prüfsignalspannung wird in bekannter Weise weiter verarbeitet, etwa durch Anzeige am Bildschirm eines Oszillograph 39, durch einen oder mehrere auf bestimmte Fehlertiefe eingestellte Amplitudendiskriminatoren, die eine Markierung der Fehlerstelle auslösen oder durch Aufzeichnen mittels Registriergerät.Fig. 4 shows the simplified block diagram of an eddy current testing device in which the distance dependency is fully compensated. The excitation winding 11 of the probe 1 is supplied from an AC power source 31. The Prüfsignalspannung the receiver coil 13 passes through a preamplifier 32 to the input of a phase-selective rectifier 33 via a phase shifter 29 from the AC source 31 """•hol" r \ oc its reference voltage AnmexAttltarto Dt-ijfcitrnol <τρ | αησ! From the output of the phase-selective rectifier 33 via a low-pass filter 34 to suppress the residual carrier voltage, a divider stage 35 to adjust the device sensitivity and a high-pass filter 36 to suppress interference signals to the inverting input of an operational amplifier 37. The gain of which is determined almost exclusively by the division ratio of the negative feedback resistors used . In the present case, the division ratio of the negative feedback and thus the gain of the operational amplifier 37 results from the resistor 47 and the parallel connection of the resistor 48 with a number of other resistors, as will be explained in more detail below. In a further low-pass filter 38, the output voltage of the operational amplifier 37 can be cleaned of any switching peaks that may occur. The test signal voltage present at terminal 30 is further processed in a known manner, for example by displaying it on the screen of an oscilloscope 39, by one or more amplitude discriminators set to a specific defect depth, which trigger a marking of the defect location or by recording with a recorder.
Die Steuerspannung aus der Abstandswicklung 17 gelangt über einen Vorverstärker 28, einen Tiefpaß 40 zur Unterdrückung eventueller Oberwellen, ein Teilerglied 41 zur Einstellung der Verstärkung im Steuerspannungskanal an den Eingang eines Demodulators 42. Die demodulierte Steuerspannung wird in einem liefpaß 43 von Trägerrestspannung befreit, in einem Verstärker 44 weiter verstärkt und kann durch ein Voltmeter 45 angezeigt werden.The control voltage from the spacer winding 17 is passed through a preamplifier 28, a low-pass filter 40 to suppress possible harmonics, a divider element 41 to adjust the gain in the control voltage channel to the input of a demodulator 42. The demodulated control voltage is fed into a flow pass 43 Freed from residual carrier voltage, further amplified in an amplifier 44 and can be measured by a voltmeter 45 are displayed.
■> Weiter gelangt die demodulierte Steuerspannung an den Eingang eines Spannungsteilers 46 mit den Widerständen 51—55, die bis auf Widerstand 51 gleich groß sein können. Die Ausgänge des Spannungsteilers 46 sind jeweils mit dem positiven Eingang eines von fünf■> Next, the demodulated control voltage arrives at the input of a voltage divider 46 with the Resistors 51-55, which can be of the same size with the exception of resistor 51. The outputs of the voltage divider 46 are each one of five with the positive input
in Komparatoren 61—65 verbunden. Am negativen F.ingang jedes der Komparatoren 61—65 liegt eine gemeinsame Referenzspannung Ur, die von der Versorgungsspannung Ub mittels eines Vorwiderstandes 56 und einer Referenzdiode 57 gewonnen wird. Die Komparatoren 61—65 sind so ausgelegt, daß an ihrem Ausgang nur zwei stabile Signale möglich sind, nämlich »I« bei Überschreiten der Referenzspannung ür durch die Spannung an den positiven Eingängen und »0« beim Unterschreiten derselben. Die Komparatoren 61—65connected in comparators 61-65. A common reference voltage U r , which is obtained from the supply voltage Ub by means of a series resistor 56 and a reference diode 57, is applied to the negative F. input of each of the comparators 61-65. The comparators 61-65 are designed so that only two stable signals are possible at their output, namely "I" when the voltage at the positive inputs exceeds the reference voltage u r and "0" when the voltage falls below it. The comparators 61-65
M stellen zusammen mit dem Teiler 46 eine Reihe von Spannungsdiskriminatoren dar, deren Ausgangssignale anzeigen, ob die Steuerspannung am Eingang des Teilers 46 eine bestimmte Schwellenspannung überschritten hat. Mit wachsender Stcuerspannung, d. h. mitM together with the divider 46 represent a series of voltage discriminators, their output signals indicate whether the control voltage at the input of the divider 46 exceeded a certain threshold voltage Has. With increasing control voltage, i. H. with
-'■> abnehmendem Prüfteilabstand, wird erst am Ausgang des Kon^arators 65 danach sukzessive auch an den übrigen Ausgängen 64—61 das Signal»!« erscheinen.- '■> decreasing test part distance, is only at the exit of the comparator 65 then successively the signal "!" also appear at the other outputs 64-61.
Eine Alternative zur vorliegenden Spannungsdiskri minatorschaltung besteht darin, an die positivenAn alternative to the present voltage discriminator circuit is to use the positive
i" Eingänge der Komparatoren 61—65 gemeinsam die Steuerspannung zu führen und an die negativen Eingänge eine Reihe unterschiedlicher Referenzspannungen zu legen, die man durch Teilen einer Referenzspannung oder durch eine Serie von Referenz-i "inputs of the comparators 61-65 share the To lead control voltage and to the negative inputs a number of different reference voltages which can be obtained by dividing a reference voltage or by a series of reference
ii dioden gewonnen hat. Für beide Alternativen gilt, daß eine umso feinere Auflösung der Stcuerspannung erfolgt, je größer die Anzahl der verwendeten Komparatoren ist.ii diodes won. For both alternatives it is true that The greater the number of used, the finer the resolution of the control voltage Comparators is.
Die Ausgänge der Komparatoren 61 —65 sind mit denThe outputs of the comparators 61-65 are with the
.in PincräriiT^n ,alAWtrrmicrhpr ^rhaltpr 7t—75 vprhnnHpn deren Ausgänge bei vorliegendem Eingangssignal die Widerstände 81 —85 parallel zu Gegenkopplungswiderstand 48 schalten. Liegt bei keinem der elektronischen Schalter 71 —75 ein Eingangssignal vor. also bei großem .in PincräriiT ^ n, alAWtrrmicrhpr ^ rhaltpr 7t-75 vprhnnHpn whose outputs switch the resistors 81-85 parallel to the negative feedback resistor 48 when the input signal is present. No input signal is present at any of the electronic switches 71-75. so at large
■>'> Prüfteilabstand. ist keiner der Widerstände 81—85 eingeschaltet Aus den Widerständen 47 und 48 ergibt sich die maximal mögliche Verstärkung. Mit abnehmenden Prüfteilabstand werden der Reihe nach die Widerstände 85—81 parallel zu Widerstand 48 gewgt■> '> Test part distance. If none of the resistors 81-85 is switched on, the resistors 47 and 48 result the maximum possible gain. As the test part spacing decreases, the Resistors 85-81 weighed parallel to resistor 48
ίο und damit die Verstärkung schrittweise reduziert, bis im Extremfall alle Widerstände 85—81 parallel zu Widerstand 48 geschaltet sind, wenn die Steuerspannung die Schwellenspannung des letzten Komparators 61 überschritten hat.ίο and thus the gain gradually reduced until im In the extreme case, all resistors 85-81 are connected in parallel to resistor 48 when the control voltage is the The threshold voltage of the last comparator 61 has exceeded.
Beim Abgleich kann man wie folgt vorgehen. Man legt zunächst die Grenzen des auszuregelnden Prüfbereichs fest. Dazu stellt man erst die Sonde auf den größten noch zu kompensierenden Prüfteilabstand ein und stellt den Teiler 41 so ein, daß Komparator 65You can proceed as follows when comparing. First you set the limits of the test area to be regulated fixed. To do this, first set the probe to the largest test part distance still to be compensated and sets the divider 41 so that the comparator 65
to soeben anspricht. Danach stellt man die Sonde auf den kleinsten noch auszuregelnden Prüfteilabstand ein und stellt Widerstand 51 auf einen solchen Wert, daß Komparator 61 soeben noch anspricht Damit sind die Grenzen des gewünschten Regelbereiches bestimmt Sodann gleicht man die Steuerwiderstände 81—85 ab. Dazu läßt man die Sonde über einen mittleren Fehler laufen und variiert den Prüfteilabstand so, daß nacheinander die Komparatoren 65—61 ansprechen.to just addressed. Then you put the probe on the smallest test part distance to be regulated and sets resistor 51 to such a value that Comparator 61 just responds. The limits of the desired control range are thus determined The control resistors 81-85 are then adjusted. To do this, the probe is left over a mean error run and vary the test part spacing in such a way that the comparators 65-61 respond one after the other.
Dabei werden jeweils die Widerstände 85—81 so eingestellt, daß die Höhe der am Oszillographen 39 angezeigten PrUfsignalspannung für alle Prüfteilabstande gleich bleibt.The resistors 85-81 are each set so that the height of the oscilloscope 39 The displayed test signal voltage remains the same for all test part distances.
Mit einfachen Mitteln kann der Signalzustand der Ko^paratoren 61—63 und damit der Prüfteilabstand der Sonde durch Signallampen zur Anzeige gebracht werden. In der im folgenden beschriebenen Schaltung wird darüber hinaus durch das Aufleuchten der beiden äußeren Signallampen angezeigt, daß der gewünschte Prüfbereich unter- bzw. überschritten wurde. Die Ausgänge der Komparatoren 61—65 sind einerseits mit den Eingängen invertierender Gatter 91—95 und andererseits mit je einem Eingang von Und-Gattern 101 — 105 verbunden. Die Ausgänge der invertierenden Gatter 91—95 sind mit den zweiten Eingängen der Und-Gatter 102—105 und mit einem Eingang eines Und-Gatters 106 verbunden. An je einem Eingang der beiden Und-Gatter 101 und 106 liegt dauernd ein dem Signal »1« entsprechendes Potentiat. An die Ausgänge der Und-Gatter 101-106 sind Signallampen 111-116, z. B. Leuchtdioden, angeschlossen, von denen die beiden äußeren (111 und 116) rot, die übrigen gelb und eine in der Mitte des Bereichs gelegene grün eingefärbt sein können. Führt der Ausgang des !Comparators 65 das Signal »0«, ist also der Prüfteilabstand der Sonde so groß, daß er außerhalb des gewünschten Meßbereichs liegt, so erhalten beide Eingänge des Und-Gatters 106 d".s Signal »1« und die rote Signallampe 116 leuchtet. Sobald Komparator 65 Signal »I« an seinem Ausgang führt, verliert ein Eingang des Und-Gatters 106 über Invertiergatter 95 seine Signalbasis und Signallampe 116 erlischt. Beide Eingänge des Und-Gatters 105 erhalten jetzt Signal »1« und Signallampe 115 leuchtet auf. So geht es fort, bis nach Ansprechen des Komparators 61. also nach Unterschreiten des kleinsten gewünschten Prüfteiläbstandes der Sonde, die beiden Eingänge des Und-Gatters 101 Signal »1« führen und die rote Signallampe 111 aufleuchtet.With simple means, the signal status of the comparators 61-63 and thus the test part distance of the probe can be indicated by signal lamps. In the circuit described below is also indicated by the lighting of the two outer signal lamps that the desired The test range has been exceeded or fallen short of. The outputs of the comparators 61-65 are on the one hand with the inputs of inverting gates 91-95 and, on the other hand, each with an input of AND gates 101 - 105 connected. The outputs of the inverting gates 91-95 are connected to the second inputs of the AND gates 102-105 and connected to an input of an AND gate 106. At each entrance of the Both AND gates 101 and 106 have a constant potential corresponding to the signal "1". To the exits the AND gate 101-106 are signal lamps 111-116, z. B. LEDs connected, of which the two outer (111 and 116) red, the remaining yellow and one in in the middle of the area can be colored green. If the output of the! Comparator 65 does the Signal "0" means that the test part distance of the probe is so large that it is outside the desired measuring range is, both inputs of the AND gate 106 receive d ".s signal" 1 "and the red signal lamp 116 lights up. As soon as comparator 65 has signal “I” at its output, one input of AND gate 106 loses over Inverting gate 95 its signal basis and signal lamp 116 goes out. Both inputs of the AND gate 105 now receive signal "1" and signal lamp 115 lights up on. It continues like this until after the comparator 61 has responded, that is, after the value falls below the smallest value desired test part distance of the probe, the two inputs of the AND gate 101 lead signal "1" and the red signal lamp 111 lights up.
Aus Gründen der Anschaulichkeit hat man sich im vorliegenden Beispiel aui die Darstellung von !um Spannungsdiskriminatoren und fünf Schaltern beschränkt. In einem praktischen Anwendungsfall sind jeweils 24 Sätze eingesetzt worden, womit eine genügend feine Unterteilung des Abstandsbereichs gewährleistet war.For the sake of clarity, in the present example the representation of! Um has been used Voltage discriminators and five switches limited. In a practical use case, are 24 sentences each have been used, which is a sufficiently fine subdivision of the distance range was guaranteed.
Wie schon weiter oben mitgeteilt, kann die mittlere Signallampe eine andere Farbe haben und durch ihr Aufleuchten anzeigen, daß die Sonde sich in der Mitte des vorgesehenen Abstandsbereiches befindet. Bei rotierender Abtastung zylindrischer Prüfteile wird man in der Regel die Einstellung so wählen, daß bei zentrischer Lage des Prüfteils, also bei gleichbleibendem Prüfteilabstand, der letztere mit der Mitte des gewählten Abstandsbereichs übereinstimmt. Dann brennt, wenn nacheinander Prüfteile gleichen Durchmessers geprüft werden, solange nur die mittlere grüne Lampe, wie die Prüfteile zentrisch den Rotierkopf durchlaufen. Ist die Einstellung des Prüfteils exzentrisch, so leuchten während eines Umlaufs mehrere Signallampen auf, die wegen der Trägheit des menschlichen Auges von diesem als ein Band leuchtender Signallampen wahrgenommen werden. Eine Einstellung der genauen Zentrizität ist im allgemeinen nicht erforderlich, solange sich dieses Band leuchtender Signallampen innerhalb des von den roten Signallampen eingegrenzten Bereichs befindet. Soll jedoch aus irgendwelchen Gründen die genaue zentrische Lage des Prüfteils eingestellt werden, so kann dies geschehen, indem man das Band leuchtender Signallampen auf eine einzige leuchtende Signallampe zurückführt.As already mentioned above, the middle signal lamp can have a different color and through it The lights indicate that the probe is in the middle of the intended distance range. at rotating scanning of cylindrical test parts one will usually choose the setting so that with centric position of the test part, i.e. with constant test part spacing, the latter with the center of the the selected distance range. Then it burns when test parts of the same diameter one after the other can be checked as long as only the middle green lamp, as the test parts centric the rotating head run through. If the setting of the test part is eccentric, several signal lamps light up during one cycle on that because of the inertia of the human eye of this as a band of luminous signal lamps be perceived. It is generally not necessary to set the exact centricity while this is taking place this band of illuminated signal lamps is within the area delimited by the red signal lamps is located. However, if the exact centric position of the test part is to be set for any reason, so this can be done by placing the band of luminous signal lamps on a single luminous one Signal lamp returns.
Fig.5 zeigt eine Sonde 121 von gegenüber Fig. 1 abweichender Bauart, die keine besondere Abstandswicklung hat. Vielmehr wird hier die Steuerspannung aus dem Strom durch die Erregerwicklung 122FIG. 5 shows a probe 121 from opposite FIG. 1 different design that has no special spacing. Rather, the control voltage is here from the current through the excitation winding 122
ίο abgeleitet. Die Empfängerwicklung 123 ist mit zwei gegeneinander geschalteten Teilwicklungen um die Enden 124 des stiftförmigen Kernes 125 geschlungen. Entsprechend der anderen Bauart sind auch die in Fig.6 dargestellten Kennlinien der Sonde 121 von denen der Sonde 1 verschieden. So geht z. B. auch bei sehr großem Prüfteilabstand s die Steuerspannung A nicht auf 0, sondern läuft schon bei relativ niederem Abstand in einen Endwerl ein. Trotz der völlig anderen Sondencharakteristik kann ohne weiteres mit der zuvor beschriebenen Regelanordnung eine vollständige Kompensation der Abhängigkeit der Prüfsignalspannung E von Prüfteilabstand 5 erfolgen. Um jedoch die Möglichkeit von Alternativen aufzuzeigen, wird die Anwendung der Sonde 121 mit einer abgewandelten, einfachen Regelanordnung nach F i g. 7 beschrieben.ίο derived. The receiver winding 123 is looped around the ends 124 of the pin-shaped core 125 with two partial windings connected against one another. Corresponding to the other design, the characteristics of the probe 121 shown in FIG. 6 are also different from those of the probe 1. So goes z. B. even with a very large test part distance s, the control voltage A does not set to 0, but runs into a final value even at a relatively small distance. Despite the completely different probe characteristics, a complete compensation of the dependency of the test signal voltage E on the test part distance 5 can easily take place with the control arrangement described above. However, in order to show the possibility of alternatives, the use of the probe 121 with a modified, simple control arrangement according to FIG. 7 described.
Eine Wechselstromquelle 127 speist die Erregerwicklung 122 der Sonde 131 und einen in Serie geschalteten kleinen Widerstand 128. Die Prüfsignaispannung aus der Empfängerwicklung 123 wird verstärkt in Vorverstärker 129, demoduliert in Demodulator 130, der seine Referenzspannung aus der Wechselstromquelle 127 ableitet, und schließlich in Tiefpaß 131 von Trägerrestspannung befreit. Die demodulierte Prüfsignalspannung gelangt dann zu einem Spannungsteiler 135, der aus dem Widerstand 132 und einer weiter unten näher erläuterten Kette von Widerständen besteht. Der Ausgang des Spannungsteilers ist mit einem Schaltblock 133 verbunden, der die weitere Verarbeitung der Prüfsignalspannung darstellen soll.An alternating current source 127 feeds the excitation winding 122 of the probe 131 and one connected in series small resistor 128. The test signal voltage from the receiver winding 123 is amplified in the preamplifier 129, demodulated in demodulator 130, which derives its reference voltage from AC power source 127 derives, and finally freed in low-pass filter 131 of residual carrier voltage. The demodulated test signal voltage then arrives at a voltage divider 135, which is made up of resistor 132 and one below explained chain of resistors. The output of the voltage divider is with a switching block 133 connected, which is intended to represent the further processing of the test signal voltage.
Die an Widerstand 128 abfallende Spannung, die oicuci spannung, wnu vciaidliii in VciaiüiNci ijt. iji-L Spannungsdiskriminatoren bestehen auch hier wieder in einer Reihe von Komparatoren 151 — 155, an deren einem Eingang eine feste aus Referenzdiode 146 und Vorwiderstand 147 abgeleitete Referenzspannung (Λ liegt und deren andere Eingänge mit den Ausgängen eines aus den Widerständen 141 — 145 bestehenden Spannungsteilers 148 verbunden sind. Die Ausgänge der Komparatoren 151 — 155 sind an die Eingänge vonThe voltage drop across resistor 128, the oicuci voltage, wnu vciaidliii in VciaiüiNci ijt. Here, too, iji-L voltage discriminators consist of a number of comparators 151-155, at one input of which there is a fixed reference voltage (Λ derived from reference diode 146 and series resistor 147 and the other inputs to the outputs of a voltage divider consisting of resistors 141-145 148. The outputs of the comparators 151-155 are connected to the inputs of
so elektronischen Schaltern 161 — 165 angeschlossen. Die Ausgänge der Schalter 161 — 165 liegen jeweils parallel zu einem Widerstand einer Kette in Serie geschalteten Widerstände 171 — 175, die zusammen mit dem an Masse liegenden Widerstand 176 den unteren Arm des Spannungsteilers 135 bilden.so connected to electronic switches 161-165. the The outputs of the switches 161-165 are each connected in series in parallel with a resistor in a chain Resistors 171 - 175, which together with the grounded resistor 176, the lower arm of the Voltage divider 135 form.
Bei wachsender Steuerspannung, also kleiner werdenden Prüfteilabstand, wird zunächst Komparator 151 ansprechen, danach sukzessive die Komparatoren 152—155, bis schließlich alle Komparatoren das Signal »1« am Ausgang führen. Dementsprechend werden von den Schaltern 161 — 165 nacheinander eine wachsende Zahl der Widerstände 171 — 175 kurzgeschlossen. Die Widerstände 171 — 176 sind so gewählt, daß die Prafsignalspannung am Ausgang des Spannungsteilers 135 für alle vorgesehenen Abstandsstufen konstant bleibtWhen the control voltage increases, that is to say when the test part distance becomes smaller, the comparator 151 is initially activated respond, then successively the comparators 152-155, until finally all the comparators the signal Run »1« at the exit. Correspondingly, one of the switches 161-165 becomes an increasing number one after the other Number of resistors 171-175 short-circuited. The resistors 171-176 are chosen so that the The test signal voltage at the output of the voltage divider 135 is constant for all provided distance steps remain
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |