DE2637201A1

DE2637201A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerstoerungsfreien pruefen mittels wirbelstrom

Info

Publication number: DE2637201A1
Application number: DE19762637201
Authority: DE
Inventors: Michel Pigeon
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1975-09-09
Filing date: 1976-08-18
Publication date: 1977-03-17
Also published as: BE845928A; FR2324003B1; FI59302C; FI762581A; FI59302B; IT1074264B; JPS602619B2; JPS5233791A; CA1070766A; BR7605858A; FR2324003A1; NL7609666A; ZA764982B; NL184387C; SE7609913L; GB1521203A; SE418905B; DD126270A5; DE2637201C2; ES451374A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R.BEETZ sen. Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. B E E T Z jr.

410-25.91OP

8000 München 22

Steinsdorfstraße 1O

Tel. (0 89)227201/227244/295910

Telegr. Allpatent München Telex 522O48

18. August 1976

Commissariat a" 1^!Energie Atomique 29j rue de la Federation

Paris 15e (Prankreich)

Verfahren und Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen mittels Wirbelstrom

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen mittels Wirbelstrom.

Die Erfindung ist anwendbar bei der Prüfung von Metallgegenständen, insbesondere von Rohrbündeln für Wärmetauscher, Kondensatoren oder Dampferzeuger.

Bekanntlich besteht die Prüfung mittels Wirbelstrom, oder Wirbelstromprüfung,^ der Untersuchung der Änderungen von Strömen, die in einem Metallgegenstand durch das Magnetfeld einer von einem Erregungs-Wechselstrom durchflossenen Spule induziert sind. Derartige Ströme erzeugen in Rückwir-

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kung ein Feld, das dem induzierenden oder Primärfeld entgegengesetzt ist und verändern dadurch die Impedanz der Erregungsspule. Die Spule ist in einer Sonde angeordnet, die längs des zu prüfenden Gegenstands verschoben wird. Jeder Fehler des untersuchten Gegenstands, der in Höhe der Sonde auftritt, z. B. eine Dimensionsänderung, eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, Risse, usw., verändern den Stromlauf oder die Intensität oder Stärke der Wirbelströme und abhängig davon die Impedanz der Spule.

Im allgemeinen wird eine derartige Sonde durch zwei benachbarte Spulen gebildet, die in Gegenrichtung versorgt sind, und die in zwei benachbarten Zweigen einer Meßbrücke angeordnet sind. Der Vorbeilauf eines Fehlers im Feld der Sonde bringt die Brücke zweimal aus dem Gleichgewicht, nämlich in die eine und dann in die andere Richtung. Die durch die Sonde abgegebene Spannung wird verstärkt und kann nach Analyse oder Auswertung auf dem Schirm einer Bildröhre (Elektronenstrahlröhre oder Kathodenstrahlröhre) dargestellt werden. Diese Darstellung erfolgt durch Anzeigen des Real- oder Wirkanteils X der gemessenen Spannung und des Imaginär- oder Blindanteils Y. Die durch die Sonde abgegebene komplexe Spannung wird somit durch einen Punkt mit den Koordinaten X, Y dargestellt . Wenn ein Fehler durch das Feld der Sonde tritt, durchläuft der darstellende Punkt eine Kurve, die im allgemeinen die Form einer Acht besitzt. Jeder Fehler kann daher aufgrund der Phase der Schleife oder Keule der Acht, nämlich der Neigung gegenüber einer Bezugsachse, und aufgrund deren Amplitude bestimmt werden. :

Herkömmliche Wirbelstromprüfverfahren und -vorrichtungen, die eine einzige Erregungsfrequenz verwenden, sind an bestimmte Probleme schlecht angepaßt, bei denen ein Gegen-

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·. TC «.

stand geprüft werden soll, der einerseits bekannte und annehmbare Verformungen und andererseits ünstetigkeiten besitzt, die sich aus z. E. der Anwesenheit eines Metall-Vollkörpers nahe dem Gegenstand ergeben. Das ist beispielsweise der Fall bei Rohren für Wärmetauscher, die in einem Rohrboden an einem Querträger oder an Schwingungsdämpfungsstäben befestigt sind. Diese Unstetigkeiten zeigen sich im Prüfgerät durch stark hervortretende Signale, die mögliche Signale maskieren oder überdecken können, die zu entdeckenden Fehlern entsprechen.

Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen üblich, um als unerwünscht beurteilte Parameter zu beseitigen, und um lediglich in der die Änderungen des von der Sonde abgegebenen Signals wiedergebenden Kurve die Bestandteile zu bewahren, die zu erkennenden Fehlern entsprechen. Bei dieser Art von Verfahren werden Mehrfrequenz-Erregungssignale verwendet, und wird die entsprechende Kurve derart aufeinanderfolgend gedreht, daß die Signale schwinden, die den unerwünschten Parametern entsprechen (vgl. z. B. US-PS 3 706 029).

Durch die Erfindung soll ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, bei der die Erregung ebenfalls mit mehreren Frequenzen erfolgt und bei der der Bestandteil mindestens eines Parameters im Meßsignal beseitigt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die die Beseitigung des Parameters auf einfache Weise ermöglicht.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Verlauf der das Erregungssignal wiedergebenden Kurven von der Untersuchungs- oder Prüffrequenz abhängt. Es ist daher möglich, den Bestandteil eines Parameters zu beseitigen, durch

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geeignetes Kombinieren der bei verschiedenen Frequenzen erhaltenen Kurven, derart, daß der Bestandteil des unerwünschten Parameters durch den Bestandteil des gleichen Parameters bei einer anderen Frequenz kompensiert wird.

Dabei ist mittels der Erfindung nicht nur die Beseitigung eines einzigen Parameters möglich, vielmehr erlaubt sie die Beseitigung von n-1 Parametern mittels eines Erregungssignals, das aus η verschiedenen Frequenzen zusammengesetzt ist.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen mittels Wirbelstrom, bei dem eine Sonde nahe dem zu prüfenden Gegenstand verschoben wird, die Sonde von einem Erregungsstrom - mit η verschiedenen Frequenzen versorgt wird, und im von der Sonde gelieferten Meßsignal die Komponenten bei jeder der η Frequenzen ausgewertet werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede Komponente dessen Wirkanteil X in Phase mit dem Erregungsstrom bei einer der Frequenzen und dessen Blindanteil Y mit 90° Phasendrehung bestimmt werden, daß Wirk- und Blindanteil X., Y. einer Komponente bei einer ersten Frequenz so geändert werden, daß sie im Bereich eines Fehlers eines zu beseitigenden Parameters mit Wirk- und Blindanteil X₂, Yp einer Komponente bei der zweiten Frequenz übereinstimmen, daß von dem so geänderten Wirk- und Blindanteil X₁, Y₁ der Wirk- bzw. Blindanteil X₂, Y₂ zur Bildung eines neuen Wirkanteils X¹ und eines neuen Blindanteils Y' abgezogen werden, wodurch eine Kurve erhältlich wird, bei der der Bestandteil des unerwünschten Parameters beseitigt ist, und daß das Signal mit neuem Wirk- und Blindanteil X', Y¹ in einer Ebene dargestellt wird.

Die Beseitigung mehrerer Parameter kann dabei in

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gleicher Weise erfolgen durch geeignetes Kombinieren von Wirk- und Blindanteil X, Y, die die Komponenten bei zwei verschiedenen Frequenzen kennzeichnen, oder durch Kombinieren von Wirk- und Blindanteil X¹, Y¹, die sich aus einer ersten Beseitigung ergeben, mit den eine Komponente bei einer anderen Frequenz kennzeichnenden Wirk- und Blindanteilen.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einer nahe dem zu prüfenden Gegenstand angeordneten Sonde, wobei Sonde und Gegenstand während der Prüfung gegeneinander zu verschieben sind, mit einer Versorgung der Sonde, mit einem Gesamt-Erregungsstrom aufgrund der überlagerung von η Erregungsströmen mit η verschiedenen Frequenzen, mit einem Empfänger, um aus dem erhaltenen Meßsignal die Komponenten bei jeder der η Frequenzen abzuzweigen, der aus η Auswertschaltungen besteht, die für je eine der Frequenzen den Wirkanteil X in Phase mit dem Erregungsstrom bei dieser Frequenz und dem Blindanteil Y mit 90° Phasenverschiebung abgeben, und mit einer Einrichtung zur Darstellung des Meßsignals in einer Ebene, die zwei zueinander senkrechte Achsen für einerseits den Wirkanteil X und andererseits den Blindanteil Y der Komponenten des Meßsignals aufweist, derart, daß für jede der Frequenzen der Punkt der Ebene mit den Koordinaten X und Y während der Prüfung des Gegenstandes eine keulenförmige Kurve beschreibt, wobei jede der Keulen einem Fehler eines Parameters des zu prüfenden Gegenstandes entspricht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine Unterdrückungseinrichtung aufweist, die, um bei der Darstellung des Meßsignals die Anteile der Kurve zu beseitigen, die bestimmten unerwünschten Parametern zugeordneten Fehlern entspricht, so viel Unterdrückungsschaltungen enthält, wie Parameter zu beseitigen sind, deren jede

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aufweist: Veränderungsglieder zum so Verändern von Wirk- und Blindanteil X₁, Y₁ einer Komponenten bei einer ersten Frequenz, daß sie in einem einem Fehler des zu beseitigenden Parameters entsprechenden Bereich mit Wirk- und Blindanteil X₂, Yp einer Komponenten bei einer zweiten Frequenz übereinstimmen, und Differenzglieder, um von dem veränderten Wirk- und Blindanteil X₁, Y₁ den Wirk- bzw. Blindanteil X„, Y„ zur Bildung eines neuen Wirk- und Blindanteils X', Y¹ abzuziehen, die der Einrichtung zur Darstellung des Meßsignals zugeführt sind, und die zu einer Kurve führen, die von der Keule, die dem beseitigten Parameter entspricht, befreit ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das herkömmliche Prinzip zur Darstellung

einer Komponente der Meßspannung durch Darstellung auf einem Schirm eines Punktes, dessen Koordinaten jeweils den Anteilen der Komponente in Phase und mit 90° Phasenverschiebung zur Erregung gleich sind;

Fig. 2 die verschiedenen Formen, die eine Darstellungskurve bei einem Gegenstand mit jeweils veränderter Erregungsfrequenz einnehmen kann;

Fig. 3 das Prinzip zur Beseitigung eines Parameters gemäß der Erfindung durch Kompensation der Effekte, die durch den Parameter bei zwei verschiedenen Frequenzen erzeugt sind;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Schaltung für zwei Frequenzen, um die Wirkanteile X und Blindanteile Y jeder der beiden Komponenten des

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Meßsignals zu erhalten;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur erfindungsgemäßen Beseitigung eines Parameters aufgrund zweier Komponenten verschiedener Frequenzen;

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Beseitigung zweier Parameter in den Signalen ausgehend von drei verschiedenen Frequenzen.

Fig. 1 zeigt das herkömmliche Prinzip der Darstellung der Meßspannung, die von einer Wirbelstrom-Sonde abgegeben ist. Die Ebene ist durch zwei rechtwinklige Achsen Ox-Oy festgelegt, an denen einerseits der Wirkanteil X des Meßsignals in Phase mit dem Erregungssignal und andererseits der Blindanteil Y mit 90° Phasenverschiebung mit dem Erregungssignal aufgetragen sind. Bei einer solchen komplexen Darstellung gibt ein Punkt M mit Koordinaten X und Y in jedem Moment die Meßspannung bei einer der Erregungsfrequenzen wieder,und die von dem dargestellten Punkt durchlaufene oder beschriebene Kurve gibt die Änderungen der Komponente bei dieser Frequenz wieder, wenn die Sonde und der zu prüfende Gegenstand sich gegeneinander verschieben. Die von dem Punkt M beschriebene Kurve besitzt die allgemeine Form einer Acht, wie das üblich ist. Diese Kurve 10 ist in Fig. nur skizziert dargestellt.

Bekanntlich hängen Amplitude und Neigung der erhaltenen Kurve von der Prüffrequenz ab. Diese Abhängigkeit ist in Fig. 2 dargestellt, in einem Fall, bei dem der Gegenstand ein Inconel-Rohr der Dur'chmesserabmessungen 22,2 mm bzw. 20,7 mm ist, in deren Innerem die Sonde verschoben wird. Zur Erläuterung sei angenommen, daß das Rohr einen Fehler D. an der Innenfläche, einen Fehler D_e an der Außenfläche

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sowie eine Metall-Zwischenplatte aufweist, die am Rohr befestigt ist und eine Diskontinuität oder Unstetigkeit P verursacht. Fig. 2 zeigt Kurven, die für diese drei Unregelmäßigkeiten bei drei verschiedenen Frequenzen erhalten werden, nämlich bei 20 kHz (Fig. 2a), 100 kHz (Fig. 2b) bzw. 240 kHz (Fig. 3c).

Bei der Frequenz von 20 kHz haben der Innenflächen-Fehler D. und der Außenflächen-Fehler D die gleiche Phase und besitzen geringe Amplitude gegenüber der, die der Unstetigkeit aufgrund der Zwischenplatte entspricht. Das ergibt sich daraus, daß bei dieser niedrigen Frequenz die Eindringung des magnetischen Feldes erheblich ist, wodurch das Feld die Platte erreicht.

Bei der Zwischenfrequenz von 100 kHz ist das Amplitudenverhältnis weniger erheblich, und ist das Auftreten einer Phasenverschiebung zwischen dem Innenflächen-Fehler und dem Außenflächen-Fehler erkennbar.

Die Frequenz von 240 kHz entspricht dem Fall, in dem die Phasenverschiebung zwischen dem Innenflächen-Fehler und dem Außenflächen-Fehler 90° beträgt. Es ist bekannt, daß es im allgemeinen eine Frequenz gibt, für die die Phasenverschiebung zwischen Fehlern an der Innenseite eines Rohrs und Fehlern an der Außenseite eines Rohrs diesen besonderen Wert annimmt (vgl. Michel Pigeon, "Contribution a l'etude des courants de Foucault et application au controle multiparametre des tubes", Bericht Nr. R4O73 des Commissariat a 1'Energie Atomique, Oktober 1970). Beim betrachteten Beispiel ist bei der Frequenz 240 kHz die Eindringtiefe der Wirbelströme in der Größenordnung der Wanddicke des Rohrs. Folglich gibt es außerhalb des Rohrs lediglich ein geringes Feld, wodurch die Amplitudenverringerung des dem Vorhanden-

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sein der Zwischenplatte entsprechenden Signals erklärbar ist. Das Verhältnis zwischen den Amplituden des Innenflächen-Fehlers D. und des Außenflächen-Fehlers D ist in der Größenordl e

nung von 0,4.

Wenn der der Platte entsprechende Fehler, das Unstetigkeit ssignal P, vollkommen beseitigt werden soll, muß daher die Frequenz erhöht werden, was jedoch unvermeidbar zur Beseitigung oder Unterdrückung der Fehler an der Außenfläche führt. Eine derartige Vorgehensweise ist daher unzweckmäßig. Die Erfindung ermöglicht, unter Beseitigung dieses Nachteils, eben diese Beseitigung durch ein Verfahren,dessen Prinzip schematisch in Fig. 3 wiedergegeben ist.

In Fig. 3 sind die Zipfel, Schleifen oder Keulen, die die durch den Punkt M während der Rohrprüfung beschriebene Kurve bilden, schematisch und zur Vereinfachung durch Vektoren dargestellt, deren Richtung der mittlerenRichtung der Keule und deren Amplitude der größten Amplitude der Keule entspricht. In Fig. 3 sind ebenfalls drei Fehler dargestellt, die den in Fig. 2 dargestellten Fehlern entsprechen, nämlich einem Innenflächen-Fehler D^, einem Außenflächen-Fehler D und einem Unstetigkeits-Fehler P durch eine Zwischenplatte.

In Fig. 3a sind diese Fehler entsprechend einer ersten Frequenz A und in Fig. 3b entsprechend einer zweiten Frequenz B dargestellt. Beispielsweise beträgt die erste Frequenz A 100 kHz und die zweite Frequenz B 240 kHz. Jeder Darstellung eines Fehlers ist daher ein Index A bzw. B entsprechend der jeweiligen Frequenz beigefügt. D. h., die Bezeichnung DA entspricht der Darstellung des Außenflächen-Fehlers bei der Frequenz A.

Die Fig. 3c zeigt die Fehler, die ausgehend von der Fig. 3a erhalten sind durch Transformieren der Fig. 3a

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durch eine Größenänderung im Verhältnis k, wobei der Paktor k so gewählt ist, daß die Amplitude des Vektors kPA bei der Frequenz A entsprechend dem Signal P der Zwischenplatte gleich der Amplitude des Vektors PB bei der Frequenz B wird. Selbstverständlich unterliegen auch die Amplituden der Vektoren D A und D.A für die Frequenz A der gleichen Größenänderung und werden zu Vektoren kD A bzw. kD.A. Selbstverständlich können

e ι

neben der beispielsweisen Größenveränderung und dem Faktor k auch Größenveränderungen so erfolgen, daß die Koordinate X mit einem ersten Koeffizienten k und die Koordinate Y mit einem zweiten Koeffizienten k multipliziert werden.

In Fig. 3d ist die Änderung gezeigt, die mit der Fig. 3c durchgeführt wird, wenn diese so um einen Winkel gedreht wird, daß der Vektor kPA parallel zum Vektor PB wird, der den gleichen Fehler bei der Frequenz B darstellt. Bei der durchgeführten Drehung unterliegen die Vektoren kD A

-> ™

und kD.A selbstverständlich der gleichen Drehung und werden

¹ -» -»
zu Vektoren kD^T A bzw. kD'-A.

In Fig. 3e ist das Ergebnis wiedergegeben, das erhalten wird, wenn die Vektordarstellung gemäß Fig. 3d von der Vektordarstellung gemäß Fig. 3b abgezogen oder subtrahiert wird. Da die Vektoren, die der Unstetigkeit infolge der Platte entsprechen, die gleiche Amplitude und die gleiche Phasenlage in den Vektordarstellungen gemäß den Fig. 3b und 3d besitzen, verschwinden diese Vektoren beim Subtrahieren und in der Vektordarstellung gemäß Fig. 3e treten lediglich nur mehr die Vektoren auf, die deffi. Innenflächen-Fehler und dem Außenflächen-Fehler entsprechen, nämlich ein Vektor (E^B-kD^A) und ein Vektor CD B-kD*' A).

Selbstverständlich bedeutet die in der Fig. 3 wiedergegebene vereinfachte Darstellung,die eine Keule durch einen Vektor ersetzt, nicht notwendigerweise, daß diese

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Keule lediglich einer Größenänderung und einer Drehung unterliegt, denn bei einer Multiplikation mit k und k kann die Keule deformiert werden, wenn k i k„ ."

χ y

Durch diese Transformationen, die das erfindungsgemäße Verfahren darstellen, ist daher die Kurve, die die Änderungen des Meßsignals wiedergibt, befreit von dem Bestandteil, der durch den unerwünschten Parameter, nämlich die Zwischenplatte, ausgedrückt durch das Signal P, hinzugefügt worden war. Das Verfahren ist vorteilhaft, wenn die dem unerwünschten Parameter entsprechende Keule von den anderen Keulen, wie in Fig. 2 dargestellt, deutlich getrennt ist, darüber hinaus aber auch, wenn der zu entdeckende Fehler nahe dem Teil oder Stück angeordnet ist, das dem unerwünschten Parameter entspricht. Das ist beispielsweise der Fall, wenn ein dem zu prüfenden Rohr zuzuordnender Fehler nahe der Platte angeordnet ist. In diesem Fall sind die beiden Keulen, die der Platte (dem zu beseitigenden unerwünschten Parameter) und dem Fehler, der zu erfassen ist, entsprechen, miteinander vermischt und die zweite kann, wenn sie gering ist, in der ersten untergehen. Wenn die Einstellung der Vorrichtung so getroffen ist, daß die der Platte entsprechende Keule gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren beseitigt werden soll, so tritt die dem Fehler entsprechende Keule nun deutlich und klar auf, und der Fehler kann analysiert oder ausgewertet und identifiziert werden.

Die das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichenden Transformationen werden vorzugsweise auf den Wirkanteil X und den Blindanteil Y jeder Komponente des Meßsignals ausgeübt. Wirk- und Blindanteile können dadurch erhalten werden, daß eine Auswertung des durch die Meßsonde erhaltenen Signals mittels üblicher Verfahren durchgeführt wird (vgl. z. B. US-PS 3 229 198).

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Als Beispiel ist in Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Schaltung für zwei Frequenzen dargestellt, durch die Wirk- und Blindanteile X und Y für jede der beiden Komponenten des Meßsignals erhalten werden können.

In Fig. 4 weist eine Meßsonde 12 eine erste Wicklung 14 auf, die mit einer zweiten Wicklung 16 gekoppelt ist in einer abgeglichenen Brückenanordnung, die zwei Widerstände 18 und zwei Induktivitäten 20 aufweist. Die Sonde 12 besitzt einen Eingang 22 und einen Ausgang 24. Die Versorgung zur Erregung einer derartigen Sonde ist von einem ersten Oszillator 26, der einen Strom der Frequenz A abgibt, und einem zweiten Oszillator 28 gebildet, der einen Strom der Frequenz B abgibt. Die von den beiden Oszillatoren 26, 28 abgegebenen Ströme werden in einem Summierglied überlagert, an das> sich gegebenenfalls ein Verstärker 32 anschließt. Der Ausgang des Verstärkers 32 ist mit dem Eingang 22 der Sonde 12 verbunden.

Das von der Sonde 12 abgegebene Meßsignal wird am Ausgang 24 übertragen. Das Signal kann von einem Vorverstärker 34 vorverstärkt werden, beispielsweise mit einem Verstärkungsfaktor von 10 dB, damit die Meßsignale einen ausreichend großen Pegel besitzen, um die Ausgleich-Betriebsschritte durchführen zu können. Diese Betriebsschritte bestehen in der Kompensation des Ungleichgewichts oder der Fehlanpassung des Sondenaufbaus und erfolgen in einer Kompensationsschaltung 36, die mit den Oszillatoren 26 und 28 über Verbindungen 38 bzw. 40 verbunden ist, um Signale zuzuführen, die mit den von den Oszillatoren abgegebenen Strömen in Phase und um 90° phasenverschoben sind. Das angepaßte oder ausgeglichene Meßsignal wird in einem Verstärker 42 verstärkt, beispielsweise mit einem Verstärkungsfaktor von 30 dB,

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wobei diese Verstärkung so ist, daß das Signal nicht gesättigt wird.

Das von dem Verstärker 42 abgegebene Meßsignal enthält Signale bei zwei Frequenzen A und B, die getrennt gefiltert werden, mittels eines ersten Bandpaß-Filters 44 der Mittenfrequenz A und einem zweiten Bandpaß-Filter 46 der Mittenfrequenz B. Die Filter 44, 46 weisen vorteilhaft große Steilheit auf, beispielsweise 24 dB pro Oktave. Die so gefilterten Signale werden mittels Verstärker 48 bzw. 50 verstärkt und durch Speicher-Zerhacker 52 bzw. 54 analysiert oder ausgewertet. Die Speicher-Zerhacker 52, 54 empfangen über Verbindungen 56, 58 zwei Bezugssignale der Frequenzen A bzw. B jeweils in Phase und mit 90° Phasenverschiebung zu den von den Oszillatoren 26, 28 abgegebenen Strömen. Die Speicher-Zerhacker 52, 54 geben an ihren Ausgangs-Verbindungen 60, 62 bzw. 64, 66 die Wirkanteile X in Phase und die Blindanteile Y mit 90° Phasenverschiebung zum Erregungsstrom ab. An die Speicher-Zerhacker 52, 54 können sich gegebenenfalls Tiefpaß-Filter 68 bzw. 70 anschließen, durch die ein restliches Grundrauschen durch das Zerhacken beseitigbar ist. Diese gesamte Schaltung gibt daher schließlich den Wirkanteil X^ und den Blindanteil Y. für die Komponenten der Frequenz A und den Wirkanteil X_n und den Blindanteil Y„ für die Komponenten der Frequenz B ab. Diese Signale X und Y sind Gleichspannungen, die sich mit der Verschiebung der Sonde verändern.

Diese Gesamtschaltung stellt lediglich eine Möglichkeit dar, mit der diese Wirk- und Blindanteile bei jeder Frequenz erhalten werden. Diese Signale, die auch auf andere Weise erhalten werden können, werden an eine Unterdrückungsschaltung angeschlossen, die anhand der Fig. 5 näher erläutert wird.

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- Ill -

Die Schaltung: der Pig. 5 ist mit dem Ausgang der Auswertschaltung gemäß Fig. 5 verbunden, und empfängt daher an seinen Eingängen die Wirk- und Blindanteile X_A, Y., entsprechend der Frequenz A, und X_n, Y_, entsprechend der Frequenz B. Die Unterdrückungsschaltung enthält ein durch zwei Bewertun^ssehaltungen 8Ox und 8Oy gebildetes Bewertungsglied in dem der Frequenz A entsprechenden Zweig. Das Bewertungsglied 80 multipliziert Wirk- und Blindanteil X_A und Y_A mit

Koeffizienten k bzw. k , die möglicherweise gleich sind, χ y

und gibt einen Wirkanteil X'_A und einen Blindanteil Y'_A ab, die so sind, daß die Amplitude UX¹ _A ² + Y'_A ² für das dem zu beseitigenden Parameter entsprechenden Signal gleich der Amplitude \/^xb ^{+ Y} _B ^{des dem} gleichen Parameter für die Frequenz B zugehörigen Signals ist. D. h., das Bewertungsglied 80 bewirkt den Betriebsschritt,der dem in Fig. 3c dargestellten entspricht, wenn k = k . Diese Bewertung kann simultan für den Zweig B erfolgen, wenn ein zweites Bewertungsglied an diesem Zweig aus zwei Bewertungsschaltungen 82x und 82y verwendet wird. Dem Bewertungsglied 80 schließt sich ein Phasenschieber 84 an, der Wirk- und Blindanteil X^f _A und Y'_A verändert und einen Wirkanteil X"_A und einen Blindanteil Y"_A so abgibt, daß für den Fehler des zu beseitigenden Parameters diese Wirk- und Blindanteile den Wirk- und Blindanteilen X_n und Y„, die der Frequenz B entsprechen, gleich sind. D. h., der Phasenschieber 84 bewirkt den in Fig. 3d dargestellten Betriebsschritt der Drehung. Subtrahierer 86, 88 bilden anschließend die Differenz zwischen den Wirkanteilen X_ß und X"_A und den Blindanteilen Y_n und Y"_A· Am Ausgang der Subtrahierer 86, 88 sind ein neuer Wirkanteil X¹ und ein neuer Blindanteil Y^f verfügbar, in denen der unerwünschte Parameter beseitigt worden ist. Diese Anteile werden an eine Darstellungseinrichtung 90 angelegt, gegebenenfalls nach Durchtritt durch einen Phasenschieber 92, der ein Ausrichten oder Orientieren der auf dem Bildschirm der Einrichtung 90 erhaltenen Kurven ermög-

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licht.

Die Darstellungseinrichtung 90 ist vorteilhaft einer elektronischen Schalteinrichtung 94 Zugeordnet, dureh die auf dem Bildschirm die Kurve darstellbar ist, die die Komponente bei der Frequenz A nach der Bewertung oder Gewichtung und der Drehung entspricht, was durch Anlegen des vom Phasenschieber 84 erhaltenen Wirkanteils X"_A und Blindanteils Y". an die Darstellungseinrichtung 90 erhalten wird. Durch die elektronische Schalteinrichtung 94 kann auch die Darstellung der der Frequenz B entsprechenden Kurve auf dem Bildschirm ermöglicht werden. Wenn die Schalteinrichtung 94 elektronisch umschaltbar ist, können abwechselnd die beiden Kurven dargestellt werden, und können daher das Bewertungsglied 80 und der Phasenschieber 84 so eingestellt werden, daß nach dem Subtrahieren der unerwünschte Parameter ausreichend unterdrückt oder beseitigt ist. Die Schalteinrichtung 94 ermöglicht auch eine Verbindung der Darstellungseinrichtung 90 mit dem Ausgang des Phasenschiebers 92 zur Darstellung der nach Beseitigung des unerwünschten Parameters erhaltenen Kurve. Eine Schaltung für den Phasenschieber 84, die eine Phasenschiebung des Wirkanteils X und des Blindanteils Y gegeneinander so ermöglicht, daß die repräsentative Kurve einer Drehung um den Ursprung unterliegt, ist an sich bekannt (vgl. z. B. US-PS 3 706 029).

Selbstverständlich ist die elektronische Schalteinrichtung 94 lediglich schematisch in Fig. 5 dargestellt. Sie kann beispielsweise zum Teil in der Darstellungseinrichtung 90 enthalten sein, insbesondere dann, wenn diese von einer Zweistrahl-Bildröhre (Elektronenstrahlröhre;Kathodenstrahlröhre) gebildet ist. Die Schalteinrichtung 94 kann außerdem mit einer Einrichtung zum Löschen oder Rückstellen des Licht-

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flecks auf dem Bildschirm verbunden sein, wenn von einer Kurve zu einer anderen übergegangen wird. Eine derartige Schaltung ist ebenfalls an sich bekannt, daher nicht dargestellt^und kann außerdem in der Darstellungseinrichtung 90 enthalten sein.

Die Beseitigung oder Unterdrückung mehrerer Parameter kann aufeinanderfolgend bewirkt werden, wie das schematisch in Pig. 6 dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung,durch die zwei Parameter aus drei Signalen bei drei verschiedenen Frequenzen beseitigbar sind. Eine Auswertschaltung 100 gibt Wirk- und Blindanteil X., Y. einer Komponente der Frequenz A, Wirk- und Blindanteil Χ_β, Y_ß einer Komponente der Frequenz B und Wirk- und Blindanteil X_n, Y_n einer Komponente der Frequenz C ab. Diese Komponenten hängen von drei Parametern ot , ß, "2Tab. Eine erste Unterdrückungsschaltung 102 entsprechend der in Fig. 5 dargestellten beseitigt den Parameter ^f, unter Verwendung der Komponenten der Frequenzen A und B, und gibt Wirk- und Blindanteil X¹, Y¹ ab, die nur mehr von den beiden Parametern oi und ß abhängen. Eine zweite Unterdrückungsschaltung 1OM identisch zur Unterdrückungsschaltung 102 ermöglicht die Beseitigung des gleichen Parameters If aus den Signalen der Frequenzen B und C. Die zweite Unterdrückungsschaltung 104 gibt Wirk- und Blindanteil X", Y" ab, die ebenfalls nur mehr von den Parametern α und ß abhängen. Eine dritte Unterdrückungsschaltung 106 beseitigt den Parameter ß unter Verwendung einerseits von Wirk- und Blindanteil X', Y¹ und andererseits von Wirk- und Blindanteil X", Y". Diese Unterdrückungsschaltung 106 gibt einen Wirkanteil X" ^f und einen Blindanteil Y^{1 f} · ab, die nur mehr von dem Parameter 0( abhängen. Die Parameter ß und ψ sind daher beseitigt worden.

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Claims

Patentansprüche

ly Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen mittels Wirbelstrom, bei dem

eine Sonde nahe dem zu prüfenden Gegenstand verschoben wird,

die Sonde von einem Erregungsstrom mit η verschiedenen Frequenzen versorgt wird, und

im von der Sonde gelieferten Meßsignal die Komponenten bei jeder der η Frequenzen ausgewertet werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß für jede Komponente dessen Wirkanteil X in Phase mit dem Erregungsstrom bei einer der Frequenzen und dessen Blindanteil Y mit 90° Phasenverschiebung bestimmt werden,

daß Wirk- und Blindanteil X₁, Y₁ einer Komponente bei einer ersten Frequenz so geändert werden, daß sie im Bereich eines Fehlers eines zu beseitigenden Parameters mit Wirk- und Blindanteil X_?, Y₂ einer Komponente bei einer zweiten Frequenz übereinstimmen,

daß von dem so geänderten Wirk- und Blindanteil X₁, Y₁ der Wirk- bzw. Blindanteil X₂, Y zur Bildung eines neuen Wirkanteils X¹ und eines neuen Blindanteils Y¹ abgezogen werden, wodurch eine Kurve erhältlich wird, bei der der Bestandteil des unerwünschten Parameters beseitigt ist, und

daß das Signal mit neuem Wirk- und Blindanteil X^!, Y^f in einer Ebene dargestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beseitigung eines ersten unerwünschten Parameters ein

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weiterer unerwünschter Parameter so beseitigt wird, daß die gleichen Verfahrensschritte mit dem nach Beseitigung des ersten Parameters erhaltenen neuen Wirk- und Blindanteil X¹, Y' und mit Wirk- und Blindanteil \X , Y einer dritten Komponente bei einer dritten Frequenz durchgeführt werden.
3. Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen mittels Wirbelstrom zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,

mit einer nahe dem zu prüfenden Gegenstand angeordneten Sonde, wobei Sonde und Gegenstand während der Prüfung gegeneinander zu verschieben sind,

mit einer Versorgung der Sonde mit einem Gesamt-Erregungsstrom aufgrund der überlagerung von η Erregungsströmen mit η verschiedenen Frequenzen,

mit einem Empfänger, um aus dem erhaltenen Meßsignal die Komponente bei jeder der η Frequenzen abzuzweigen, der aus η Auswertschaltungen besteht, die für je eine der Frequenzen den Wirkanteil .X in Phase mit dem Erregungsstrom bei dieser Frequenz und den Blindanteil 'Y mit Phasenverschiebung abgeben, und

mit einer Einrichtung zur Darstellung des Meßsignals in einer Ebene, die zwei zueinander senkrechte Achsen für einerseits den Wirkanteil X und andererseits den Blindanteil Y der Komponenten des Meßsignals aufweist, derart, daß für jede der Frequenzen der Punkt der Ebene mit den Koordinaten X und Y während der Prüfung des Gegenstandes eine keulenförmige Kurve beschreibt, wobei jede der Keulen einem Fehler eines Parameters des zu prüfenden Gegenstandes entspricht,

dadurch gekennzeichnet,

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daß die Vorrichtung eine Unterdrückungseinrichtung aufweist, die, um bei der Darstellung des Meßsignals die Anteile der Kurve zu beseitigen, die bestimmten unerwünschten Parametern zugeordneten Fehlern entsprechen, so viele Unterdrückungsschaltungen (102, 104, 106) enthält, wie Parameter zu beseitigen sind, deren jede aufweist:

Veränderungsglieder zum so Verändern von Wirk- und Blindanteil X₁, Y. einer Komponente bei einer ersten Frequenz, daß sie in einem einem Fehler des zu beseitigenden Parameters entsprechenden Bereich mit Wirk- und Blindanteil X₂, Yp einer Komponente bei einer zweiten Frequenz übereinstimmen, und

Differenzglieder, um von dem veränderten Wirk- und Blindanteil X₁, Y den Wirk- bzw. Blindanteil X , Y zur Bildung eines neuen Wirk- bzw. Blindanteils ,X^f, Y¹ abzuziehen, die der Einrichtung zur Darstellung des Meßsignals zugeführt sind, und die zu einer Kurve führen, die von der Keule, die dem beseitigten Parameter entspricht, befreit ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß jede Unterdrückungsschaltung (102, 104, 106) aufweist:

ein mit der der ersten Frequenz entsprechenden Auswertschaltung (14-70; 100) verbundenes Bewertungsglied (80; 8Ox, 8Oy) zum Multiplizieren des von der Auswertschaltung (14-70; 100) abgegebenen Wirk- und Blindanteils .X₁, Y₁. mit Koeffizienten (k) und zum so Abgeben eines neuen Wirk- und Blindanteils X₁', Y₁ ¹ , daß UX₁'² +Y₁'² für das dem zu beseitigenden Parameter entsprechenden Signal der ersten Frequenz gleich der Amplitude \J^₂ ⁺ ^X2^ ^des S^leichen Signals für den Parameter bei einer zweiten Frequenz ist,

einen Phasenschieber (84) am Ausgang des Bewertungsglieds (80; 80x, 8Oy) zum Verändern des von diesem abgegebenen

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Wirk- und Blindanteils X.', Y ' und zum Abgeben eines neuen Wirk- bzw. Blindanteils X ", Y." , die dem Wirk- und Blindanteil X«, Y₂ gleich sind, die der zweiten
Frequenz entsprechen, und

einen Subtrahierer (86, 88) zum Empfang einerseits der
Gruppe von Wirk- und Blindanteil X^", Y." entsprechend der ersten Frequenz vom Phasenschieber (84) und andererseits der Gruppe von Wirk-und Blindanteil X_?, Y₂ entsprechend der zweiten Frequenz von der Auswertschaltung (12-70j 100) bei der zweiten Frequenz, und zum so Differenzbilden zwischen den Wirk- und Blindanteilen, daß ein neuer Wirkanteil X¹ und ein neuer Blindanteil Y¹ gebildet ist, bei denen der Parameter beseitigt ist.

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