DE2656111A1 - Wirbelstrompruefgeraet - Google Patents
WirbelstrompruefgeraetInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Wirbelstromprüfgerät zur Prüfung von
Gegenständen aus magnetischem Material auf in ihnen enthaltene Unregelmäßigkeiten. Die Erfindung beschäftigt sich somit mit der
zerstörungsfreien Prüfung von magnetischen Materialien mittels Wirbelströmen, insbesondere um Risse und Fehler in den Materialien
festzustellen. Speziell beschäftigt sich die Erfindung mit der Prüfung von Rohren aus magnetischem Material von deren Innenseite
aus, wobei besonders schwerwiegende Schwierigkeiten auftreten. Bestimmte Merkmale der Erfindung können jedoch auch für Geräte
zum Prüfen von Rohren, Spulen und ähnlichem von deren Außenseite aus und für als Komparatur arbeitende Geräte angewandt werden.
Die Wirbelstromprüfung beruht in erster Linie auf Leitfähigkeitsänderungen zur Bestimmung von Rissen und Fehlern oder ganz allgemein
jedwelcher Unregelmäßigkeiten, die den Wirbelstromfluß ändern. Der Einfachheit halber wird der Ausdruck 'Risse" im weiteren so
verwendet, daß er ähnliche Fehler und Änderungen einschließt.
Wirbelströme werden in einem zu prüfenden Gegenstand induziert und Änderungen der Wirbelströme werden festgestellt und angezeigt. Beim Prüfen von magnetischem Material rufen Unregelmäßigkeiten
Wirbelströme werden in einem zu prüfenden Gegenstand induziert und Änderungen der Wirbelströme werden festgestellt und angezeigt. Beim Prüfen von magnetischem Material rufen Unregelmäßigkeiten
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ORIGINAL INSPECTED
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CL
in der Permeabilität des Materials ein Untergrundrauschen hervor, das von Rissen usw. hervorgerufene Änderungen der Leitfähigkeit
überdeckt. Solche Permeabilitätsänderungen können u.a. auf lokalen Spannungen und Härtungen beruhen. Relativ große Risse können noch
feststellbar sein, kleine Risse bleiben jedoch unentdeckt. Gerade solche kleinen Risse können aber sehr wichtig sein, insbesondere
wenn der Zustand von beispielsweise einem Rohr vor seinem tatsächlichen Bruch festgestellt werden soll.
Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Sättigung des magnetischen Materials ein mit Gleichstrom erzeugtes Magnetfeld
zu verwenden, um dadurch den Einfluß von Permeabilitätsänderungen auszuschalten. Es wurden mit Gleichstrom betriebene Spulen vorgeschlagen,
die jedoch überhitzt werden, sobald sie klein genug sind, um.in ein Rohr eingeschoben zu werden. Diese Überhitzung
tritt insbesondere auf, wenn bei Materialien, die zu ihrer Sättigung eine hohe Feldstärke erfordern, mit genügend Strom gearbeitet
wird. Auch wird eine zusätzliche Spule verwendet. Es wurden auch Permanentmagnete vorgeschlagen, diese sind jedoch sperrig und
ergeben keine ausreichenden Magnetfelder.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wirbelstromprüfgerät
zu schaffen, mit dem auch kleine Risse und Unregelmäßigkeiten sicher
festgestellt werden können.
Dazu verwendet die Erfindung Gleichspannungsimpulse zum Erzeugen eines magnetischen Flusses in einem zu prüfenden Gegenstand, wobei
dieser magnetische Fluß die Permeabilität des Gegenstandes vermindert und den Gegenstand vorzugsweise bis in seinen Sättigungsbereich
magnetisiert, wo seine Permeabilität verglichen mit seiner maximalen Permeabilität klein ist. Die Gleichspannungsimpulse haben selbst oder werden gefolgt von einer Spannung mit
einer merklichen Wechselspannungskomponente zum Induzieren von Wirbelströmen in dem Gegenstand. Veränderungen dieser Wirbelströme
werden festgestellt und zum Erzeugen von Signalen verwendet, die Rissen in dem Gegenstand entsprechen. Die Frequenz der Wechsel-
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Spannungskomponente ist ausreichend hoch, damit eine wirksame Rißfeststellung sichergestellt ist, und die Komponente ist während
oder unmittelbar nach den Gleichspannungsimpulsen vorhanden, so daß Rißsignale erhalten werden, während die Gleichspannungsimpulse
die Permeabilität des Gegenstandes vermindern.
Grob ausgedrückt werden Gleichspannungsimpulse und eine Spannung mit einer merklichen WechseJspannungskomponentedem Prüf kopf mit
einer Spuleneinrichtung zugeführt, die magnetisch mit dem zu prüfenden Gegenstand gekoppelt ist. Mit der Spulenanordnung ist
eine Schaltung verbunden, die ein Signal erzeugt, das den Änderungen
der Wirbelströme entspricht. Das resultierende Signal wird dann weiter verarbeitet, um eine Rißanzeige zu erzeugen.
Die Wechselspannungskomponente wird vorzugsweise durch Gleichspannungsimpulse
erzeugt, die im Vergleich zu den magnetisierenden Gleichspannungsimpulsen kurz sind, so daß die Gleichspannungskomponente der kurzen Impulse zur Magnetisierung des geprüften
Gegenstandes beiträgt oder zumindest hilft, das magnetische Feld im Gegenstand aufrechtzuerhalten bis Prüfsignale erhalten worden
sind.
Vorteilhafterweise werden zusammengesetzte Gleichspannungsimpulse
mit einer relativ breiten bzw. langen Gleichspannungskomponente und einer Wechselspannungskomponente verwendet, deren Periode
im Vergleich zur Dauer des zusammengesetzten Impulses kurz ist.
Vorzugsweise enthält jeder zusammengesetzte Impuls einen relativ breiten Gleichspannungsimpuls und eine Mehrzahl wesentlich kürzerer
Gleichspannungsimpulse. Vorzugsweise sind die kürzeren Gleichspannungsimpulse dem breiten Gleichspannungsimpuls überlagert oder
bilden einen Teil davon, so daß ihr Gleichspannungswert zu der gesamten Gleichspannungskomponente beiträgt. In den später beschriebenen
speziellen Ausführungsformen sind verschiedene Beispiele erläutert. Die zusammengesetzten Impulse werden intermittierend
zugeführt und können zeitlich weit auseinander liegen, beispielsweise mit einem Tastverhältnis von 12 %, wodurch die
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mittlere Aufheizung stark vermindert wird, während in den Impulsen
hohe Spitzenströme möglich sind.
Der Prüfkopf kann mit verschiedenen Prüfspulenanordnungen
ausgerüstet sein, wie bei der Wirbelstromprüfung bekannt, um eine Spannung mit einer Wechselspannungskomponente zum Erzeugen
von Wirbelströmen in dem zu prüfenden Gegenstand zu empfangen und Unregelmäßigkeiten im Gegenstand zu erkennen, wobei langdauernde Gleichspannungsimpulse empfangen \ve:den, um in dem
Gegenstand in ihrer Richtung einheitliche Magnetfelder zu erzeugen.
Entsprechend bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden die Impulse mit den gewünschten Gleichspannungs- und Wechselspannungskomponenten
einer einzigen Treiberspule des Prüfkopfes zugeführt, die so konstruiert ist, daß sie den notwendigen starken
Strom ohne überhitzung aushält. Aufnahmespulen, vorzugsweise ein Paar von Aufnahmespulen, die zur Bildung einer Null-Schaltung
gegeneinander geschaltet sind, werden zum Feststellen von Änderungen der Wirbelströme verwendet. Soweit es nicht erforderlich
ist, daß durch die Aufnahmespulen starke Ströme fließen, können die Aufnahmespulen entsprechend klein und kurz ausgebildet werden,
wodurch die Feststellung kleiner Risse mit entsprechend hoher Empfindlichkeit unterstützt wird.
Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, eine Sonde so klein auszubilden, daß sie derart in Rohre eingebracht werden kann,
daß die Rohre in situ geprüft werden können. Es wird ein Kern aus magnetischem Material verwendet, so daß hohe magnetisierende
Kräfte erhalten werden können. Beispielsweise wurden magnetisierende Kräfte bzw. Feldstärken von 1000 Oersted und mehr mit
Sonden erreicht, deren Durchmesser zwischen 1,5 und 5,7 cm lag. Dies ist sehr wichtig, weil es damit möglich wird, Rohre zu
prüfen, ohne daß sie von ihren Kopfplatten entfernt werden müssen.
Wenn Risse festgestellt werden, die so ernst sind, daß ein Ersatz erforderlich ist, muß auf diese Weise nur das Rohr, das solche
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Risse zeigt, entfernt werden. Weiter sind regelmäßige Prüfungen als eine Schutzmaßnahme möglich, während die Rohre noch in Betrieb
sind.
Bei der Wirbelstromprüfung ist es vorteilhaft, sowohl Veränderungen
der Amplitude und der Phase der Wirbelstromsignale festzustellen. Beispielsweise kann eine Quadratur-Feststellung verwendet
werden, um ein Paar Signalkomponenten zu erzeugen, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind. Dies erleichtert
die Rißklassifizierung und hilft bei der Feststellung der Gefährlichkeit der Risse. Wenn dem Prüfkopf intermittierend Gleichspannungsimpulse
zugeführt werden, treten zu Beginn jeder Prüfimpulsgruppe Übergancpvorgänge auf; dies gilt ganz allgemein beim
Anfang jeder Wechselspannungskomponente. Während der anfänglichen Übergangsvorgänge erzeugte Detektorsignale sind somit fehlerhaft.
Um Detektorsignale zu erhalten, die stabile Werte darstellen, ist für die Feststellung eine Tasteinrichtung/vorgesehen, so daß
die festgestellten Signale, die für die nachfolgende Verarbeitung verwendet werden, in Zeitintervallen erzeugt werden, die gegenüber
dem jeweiligen Beginn der aufeinanderfolgenden Wechselspannungskomponenten verzögert sind. Die resultierenden festgestellten
Signale sind auf diese Weise frei von Übergangsvorgängen, die aus der intermittierenden Beaufschlagung mit Prüfsignalen
resultieren.
Bei zusammengesetzten Impulsen, von denen jeder eine Gruppe kurzer
Gleichstromimpulse enthält, liegen die Intervalle vorteilhafterweise an oder nahe dem Ende der jeweiligen Gruppe. Bei den im
folgenden beschriebenen speziellen Ausführungsformen sind die Ausgänge
der Quadratur-Detektoren mit zweiten Detektoren verbunden, die so getastet sind, daß die um 90° phasenverschobenen Komponenten
der Signale an den Enden der zusammengesetzten Impulse durchgelassen werden.
Um den Strom zu bestimmen, der zur ausreichenden Sättigung des Rohres oder eines anderen zu prüfenden Gegenstandes erforderlich
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ist, können Vorversuche mit einer Probe durchgeführt werden, die einen künstlich erzeugten Riß aufweist. Oder der Strom
kann unter Prüfbedingungen erhöht werden, bis das Untergrundrauschen
auf ein Minimum vermindert ist. Vorteilhaft ist aber, eine kontinuierliche Anzeige dafür zu haben, daß der zu prüfende
Gegenstand in seinen Sättigungsbereich gebracht ist. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Ausgang des Prüfkopfes,
der dem Aufbaumln seiner Richtung einheitlichen Flusses im Gegenstand entspricht, differenziert und angezeigt. Während
des Aufbaus werden bei dem Treiben des Materials in seinen Sättigungsbereich Verformungsprodukte erzeugt, die durch die
Differentiation hervorgehoben bzw. verdeutlicht werden.
Bei oben beschriebenen Rißdetektoren werden sowohl die Gleichspannungsmagnetisierungsimpulse
als auch die Wechselspannungskomponente einer einzigen Treiberspule des Prüfkopfes oder der
Sonde zugeführt. Es ist auch möglich, die Gleichspannungsmagnetisierungsimpulse
der Treiber- oder Primärspule zuzuführen und eine Prüfspannung mit einer Wechselspannungskomponente dem Paar
von Aufnahme- bzw. Detektorspulen zuzuführen, beispielsweise
indem die Aufnahmespulen in einer Brückenschaltung geschaltet werden, der die Wechselspannungskomponente an einer Diagonale
zugeführt wird und von deren anderer Diagonale das Signal abgenommen wird. Mit Quadratur-Feststellung und einem Tasten bzw.
Gattern ist es möglich, Prüfimpulse (oder, wenn erwünscht, eine sinusförmige Prüfspannung) während der gesamten Dauer der Gleichspannungsmagnetisierungsimpulse
oder sogar kontinuierlich zuzuführen und die Tastintervalle gegenüber den jeweiligen Anfängen
der Gleichspannungsimpulse und Wechselspannungskomponenten, die
während oder unmittelbar nach den Gleichspannungsimpulsen auftreten, zu verzögern. Auf diese Weise entsprechen die festgestellten
bzw. aufgenommenen Signale Messungen, die durchgeführt werden, während der Gegenstand genügend gesättigt ist und nachdem
jedwelche Übergangsvorgänge,die zu Beginn eines Gleichspannungsimpulses oder zu Beginn einer Wechselspannungskomponente auftreten,
genügend abgeklungen sind.
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Desweiteren können Gleichspannungsmagnetisierungsimpulse in einem nach Art eines !Comparators aufgebauten Gerät verwendet
werden, bei dem ein in einem Prüfspulenkopf angeordneter Gegenstand
mit einem Bezugsgegenstand verglichen wird, der in einem Bezugsspulenkopf angeordnet ist, oder bei der ein Bezugssignal
mit einem Bezugsobjekt in dem Prüfspulenkopf erzeugt wird und
zur Bestimmung von Änderungen in nachfolgenden Objekten verwendet wird, die in dem Prüfspulenkopf angeordnet werden. In
solchen Fällen wird mit Quadratur-Feststellung und Tastung gearbeitet,
um Signale zu verzögerten Intervallen zu erzeugen, die einer ausreichenden Sättigung der im Prüfkopf befindlichen
Gegenstände entsprechen und die stabile Werte darstellen, nachdem Übergangsvorgänge genügend abgeklungen sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Darstellungen
beispielsweise und.mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar;
Fig. 1 eine Sonde zur Innenprüfung eines Rohres,
Fig. 2
und 2a eine Ausführungsform einer Sonde, wie sie in einem
erfindungsgemäßen Gerät verwendet wird, wobei Fig.2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 2a darstellt,
Fig. 3 typische normale Magnetisierungs- und Permeabilitätskurven eines magnetischen Materials,
Fig. 4 zusammengesetzte Gleichspannungsimpulswellenformen, wie sie erfindungsgemäß verwendet werden,
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Wirbelstromprüfgerätes,
Fig. 6 einen in dem Gerät gemäß Fig. 5 verwendbaren Impulsgenerator,
Fig. 7 Wellenformen des Generators gemäß Fig. 6,
Fig. 8 einen im Gerät gemäß Fig. 5 verwendbaren Impulstreiber,
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Fig. 9 Wellenformen des Impulstreibers gemäß Fig. 8,
Fig.10 eine CRT-(Kathodenstrahl-Oszillo skop) Darstellung
des Ausganges des abgestimmten Verstärkers gemäß Fig.5,
Fig. 11 .eine CRT-Darstellung des differenzierten Ausganges einer
einzigen Aufnahmespule,
Fig. 12 einen abgeänderten zusammengesetzten Gleichspannungsimpuls ,
Fig. 13
und 14 andere Impulswellenformen zum Prüfen magnetischer Materialien,
Fig. 15 ein Blockschaltbild eines abgeänderten Rißdetektors mit einer Brückenschaltung,
Fig. 16 ein Gerät des Komparatortyps, das mit zusammengesetzten Impulsen arbeitet,
Fig. 17 eine abgeänderte Ausführungsform eines Gerätes des
Komparatortyps mit einer Brückenschaltung und
Fig. 18 ein Gerät des Komparatortyps mit einem elektrisch
erzeugten Bezugssignal.
Fig. 1 zeigt ein mittels einer inneren Sonde 11 zu prüfendes Rohr
10, beispielsweise ein Boiler- oder Wärmetauscherrohr, das in Trägerblechen 12 montiert ist. Normalerweise bestehen solche
Rohre aus magnetischem Material, beispielsweise Stahl mit niederem Kohlenstoffgehalt oder magnetischem Edelstahl, und sind eine
große Anzahl von Rohren in den Wänden angebracht. Die Sonde 12 ist dafür vorgesehen, in situ in ein Rohr eingebracht zu verden,
so daß der Zustand des Rohres ohne dessen Ausbau geprüft werden kann.
Fig. 2 und 2a zeigen eine Prüfsonde. Eine Primärspule 13 ist um
einen geschichteten Kern 14 gewickelt. Vorzugsweise wird ein Kernmaterial
gewählt, das seine Sättigung bei einer höheren Flußdichte als sie für die zu prüfenden Rohre erforderlich ist, erreicht, beispielsweise
Vanadium Permendur. Ein mit einer Endkappe versehener
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Schraubbolzen 15, beispielsweise aus Roheisen, mit einer aufgeschraubten
Endkappe 16, hält den Kern zusammen. Eine eingezogene Aussparung ermöglicht eine einfache Befestigung eines Kabels 17
zum Bewegen der Sonde 11 durch das zu prüfende Rohr 10. Die Primärspule
13 ist von einem Paar Null-Detektorspulen 18, 18' umgeben, die um einen Spulenkörper 19 gewickelt sind. Die Sonde
11 kann von Verkapselungsmaterial 21 gemäß Fig. 1 umschlossen sein, um eine Beschädigung beim Gebrauch zu vermeiden.
Ein Bereich des zu prüfenden Rohres 10 ist mit 10' bezeichnet und
eine Flußbahn durch den Kern und die Rohrwand ist mit 22 bezeichnet, Normalerweise sind zwischen der Sonde und dem Innendurchmesser des
Rohres schmale Luftspalte gebildet, weil es notwendig ist, die Ansammlung von Abschilferungen, Schmutz usw. im Rohr zu ermöglichen,
Insgesamt ist die Sonde so aufgebaut, daß in der Rohrwand so wirkungsvoll
wie ,möglich eine hohe Flußdichte erzeugt wird.
Bei einer speziellen Ausführungform der Sonde besteht die Primärspule
aus etwa 40 Windungen und wird mit spitzenströmen . von 100 Ampere und mehr gearbeitet, wodurch zur Erzeugung des Magnetfeldes
über 4000 Ampere-Windungen zur Verfügung stehen. Die Anzahl der erforderlichen Ampere-Windungen hängt sowohl davon ab, wie leicht
oder schwer das Rohrmaterial zu sättigen ist als auch von den Sondenabmessungen, der Rohrwanddicke usw. Es können Feütärken
von bis zu 18-21 Kilogauss erforderlich sein. Für gegenwärtige Anwendungen liegt ein Konstruktionskriterium für die Feldstärke
der Sonde bei 1000 Oersted, dies Kriterium kann aber merklich variieren.
Bei hohen Stromstärken kann es vorteilhaft sein, eine Einrichtung zur Kühlung der Sonde vorzusehen, beispielsweise zur Luftkühlung.
Fig. 3 zeigt eine typische normale Magnetisierungskurve 25 von magnetischem Material. BeI^giringen Magnetfeldstärken H ist die
Flußdichte B klein und nimmt zu. Die Flußdichte erhöht sich dann mit zunehmendem Magnetfeld deutlich bis der Knickpunkt 26 bzw. eine
deutliche Krümmung der Kurve 25 erreicht ist, woraufhin die Kurve
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im Sättigungsbareich abflacht. Die dargestellte Kurve ist in
herkömmlicher Weise halblogarithmisch aufgetragen, so daß der große Magnetisierungsbereich sichtbar ist. Linear aufgetragen
ist der Knickpunkt wesentlich schärfer.
Die gestrichelte Kurve 27 gibt die Permeabilität (B/H) an. Die Permeabilität hängt von der Flußdichte ab und ist im allgemeinen
bei geringen Flußdichten klein, bei mittleren Flußdichten maximal und nimmt im Sättigungsbereich des Materials dann wieder
auf einen kleinen Wert ab.
Wenn einem durch Gleichstrom erzeugten Magnetfeld
ein wechselndes Magnetfeld überlagert wird, kann die für das wechselnde Magnetfeld wirksame Permeabilität als
"differentielle Permeabilität" bezeichnet werden und als /\ B/Δ .H definiert werden. Bei der Wirbelstromprüfung ist es
vorteilhaft, Permeabilitätsänderungen zu vermeiden, so daß es wünschenswert ist, daß die differentielle Permeabilität sich
der Einheit nähert. Die differentielle Permeabilität hängt von der Größe der Wechselstromkraft bzw. des Wechselfeldes, der
Größe der Gleichstromkraft und den magnetischen Eigenschaften des Materials sowie von dessen Vorgeschichte ab. Im allgemeinen gilt,
daß je größer das Gleichstrommagnetfeld ist, umso kleiner
ist die differentielle Permeabilität. Auch gilt, wenn das. Gleichstrommagnetfeld
nahe dem Knickpunkt der B-H-Kurve ist, daß die differentxelLePermeabilität umso kleiner ist,je kleiner
die Wechselstrom-Amplitude ist.
Gegenwärtig wird vorgezogen, mit einem ausreichend großen Gleichstrommagnet
feld zu arbeiten, um das Material in seinen Sättigungsbereich zu bringen, wo seine Permeabilität im Vergleich zu seiner
maximalen Permeabilität klein ist. Das Letztere ist durch den Scheitel der Kurve 27 in Fig. 3 dargestellt.
Die Form der in Fig. 3 dargestellten Kurven kann je nach dem magnetischen Material und der Stärke des für die Sättigung erforderlichen
Magnetfeldes merklich unterschiedlich sein. In einigen
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Fällen kann es schwierig sein, eine zur Verminderung der differentiellen
Permeabilität auf 1 ausreichend starke Flußdichte zu erzeugen, ohne daß die Sonde in unzulässiger Weise erhitzt und
zerstört wird. Durch Erzeugen einer Flußdichte, die zur Verminderung der Permeabilität auf einen relativ kleinen Wert ausreicht,
kann jedoch eine merkliche Zunahme der Empfindlichkeit des Prüfgerätes·
gegenüber kleinen Rissen erhalten werden.
Fig. 4a zeigt eine Reihe zusammengesetzter Impulse zum Beaufschlagen
der Treiber- oder Primärspule einer Prüfkopfsonde, wie sie
gegenwärtig bevorzugt wird. Jeder zusammengesetzte Impuls 30 enthält einen breiten Gleichspannungsimpuls 31, dem eine Reihe
kurzer Gleichspannungsprüfimpulse 32 überlagert ist, deren Periode
im Vergleich zur Dauer des zusammengesetzten Impulses kurz ist. Nach einer merklichen Verzögerung tritt der zusammengesetzte Impuls
wieder auf, wie durch die unterbrochene Linie 33 dargestellt.
Der breite Impuls 31 ist ein Gleichspannungs- oder unipolarer Impuls
zwischen einem mit Null bezeichneten Bezugspotential, im allgemeinen
dem Erdpotential, und einem höheren Potential V. Insoweit er ein Gleichspannungsimpuls ist, erzeugt er in der Spule einen
Gleichstrom und entsprechend in dem Gegenstand neben der Spule einen magnetischen Fluß einheitlicher Richtung. Weil die Spule
einen induktiven Widerstand hat, steigt der Strom während des Impulses wie durch die gestrichelte Linie 34 angedeutet an.
Am Ende jedes Impulses fällt der Strom wie durch die gestrichelte Linie 35 angedeutet ab. Der induktive Widerstand der Spule wird
teilweise durch das geprüfte magnetische Material bestimmt und entsprechend hängt die Form der Stromkurven zum Teil von dem geprüften
Material ab. Vorteilhafterweise werden der Scheitelwert und die Länge des Impulses so gewählt, daß das Material vor dem
Impulsende seinen Sättigungsbereich erreicht. Wenn sich die Permeabilität ändert, wird sich die Form der Stromwellenform
ebenfalls ändern und, wenn die Permeabilität 1 erreicht, kann ein Knick auftreten,nach dem eine andere Steigung vorhanden ist. Die
Kurven 34 und 35 stellen somit nur einen allgemeinen Trend dar.
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Die Reihe der Prüfimpulse 32 ermöglicht das Feststellen von Rissen
in einem Gegenstand unter Sättigungsbedingungen. Ihre Frequenz (PRF) kann nach bei der Wirbelstromprüfung bekannten Gesichtspunkten
gewählt werden. Beispielsweise können 2,5 - 80 kHz verwendet werden. Soweit sich die Impulse über den Pegel des
breiten Impulses erstrecken, vermindern sie nicht die vom breiten impuls hervorgerufene Gleichstrommagnetisierung. Weil die Prüfimpulse
ebenfalls eine durch ihr Tastverhältnis gegebene Gleichspannungskomponente haben, tragen sie etwas zur Gleichstrommagnetisierung
bei. Beispielsweise können Tastverhältnisse von 25, 50 oder 75 % verwendet werden, was entsprechende Prozentanteile
der Gleichspannungskomponenten ergibt. Es kann auch mit anderen Tastverhältnissen gearbeitet werden.
Nach einer Zeitdauer wiederholt sich der zusammengesetzte Impuls, wie durch 30' angegeben, so daß die zusammengesetzten Impulse
der Primärspule intermittierend zugeführt werden. Das Gesamttastverhältnis kann ausreichend klein gewählt werden, damit eine unzulässige
Aufheizung und eine mögliche Zerstörung der Sonde vermieden werden. Es wurde erfolgreich mit einem Tastverhältnis
von 12 bis 1/2 % gearbeitet, was einen mittleren Aufheizstrom von etwa 12 bis 1/2 % des Scheitel- bzw. Spitzenstromes ergibt.
In Fig. 4a sind nur vier Prüfimpulse dargestellt, praktisch kann
mit einer wesentlich größeren Zahl gearbeitet werden. Beispielsweise betrug bei einem Test die Dauer des zusammengesetzten Impulses
12,6 ms und waren die Prüfimpulse eine Gruppe von 10 kHz
Impulsen, die während der zweiten Hälfte des zusammengesetzten Impulses vorhanden waren. Auf diese Weise waren anstelle der
vier dargestellten Prüfimpulse etwa 60 Prüfimpulse vorhanden.
Dies läßt sich jedoch schlecht darstellen.
Fig'. 4b z-eigt einen ähnlichen zusammengesetzten Impuls, bei dem
die Spitzenwerte der Prüfimpulse 36 gleich dem anfänglichen Wert 37 des breiten Impulses sind. Die minimalen Werte 38 der Prüfimpulse
sind größer als der minimale Wert 39 des zusammengesetzten Impulses. Hier ist die Gleichspannungskomponente des zusammengesetzten
Impulses während dessen letzterem Teil etwas verringert,
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wobei das Ausmaß der Verringerung vom Tastverhältnis der Prüfimpulse,
der Dauer der Prüfimpulsgruppe und dem minimalen Wert 38 der Prüfimpulse abhängt. In vielen Fällen kann diese Verminderung
jedoch unbedeutend sein.
Fig. 4 c zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem die Prüfimpulse
41 am Ende des breiten Impulses 42 auftreten. Die Kombination kann als ein zusammengesetzter Impuls 43 betrachtet werden, der
intermittierend wiederkehrt, wie mit 43" angegeben. Obwohl die Gleichspannungskomponente der Prüfimpulse kleiner ist als die
des breiten Impulses, werden in vielen Anwendungen zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Der induktive Widerstand der
Spule, der die Impulse zugeführt werden, wirkt dem Abfall des Stromes nach dem Ende der Impulskomponente 42 entgegen und jeder
Impuls 41 stellt den Strom teilweise wieder her. Dies kann zum Ermöglichen einer. Prüfung ausreichen, bei der das magnetische
Material noch in seinem Sättigungsbereich ist oder zumindest genügend magnetisiert ist, damit seine Permeabilität auf einen
genügend kleinen Wert vermindert ist.
Beim Beschreiben der Wellenformen wurden bisher die minimalen und maximalen Werte usw. erläutert. Die tatsächlich der Spule
zugeführten Wellenformen können die dargestellte Polarität oder die umgekehrte Polarität haben, wobei die minimalen, maximalen
und ähnliche Werte auf das Bezugspotential Null (normalerweise Erde) bezogen sind.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Wirbelstromprüfgerätes.
Mit 51 ist ein Oszillator und Rechteckwellengenerator bezeichnet. Vorteilhafterweise ist der Oszillator
ein mit Hilfe eines Schwingkreises 52 abstimmbarer Sinuswellengenerator, wobei die Sinuswelle zu einer Rechteckwelle umgewandelt
wird, die an der Leitung 53 liegt. Die Rechteckwelle wird dann im Teiler 54 geteilt, so daß die erwünschte PRF der Prüfimpulse
entsteht. Ein ausgewählter Ausgang 54. wird einem weiteren Teiler 55 zugeführt, der anfängliche breite Impulse der erwünschten
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Dauer erzeugt. Der Ausgang des Teilers 55 ist mit einem Anfangsimpulsgenerator
56 verbunden, der breite Gleichspannungsimpulse mit erwünschter Dauer und erwünschtem Tastverhältnis erzeugt.
Die Ausgänge von 54 und 56 sind mit einem Prüfimpulsgenerator 57 verbunden, der Gruppen von Prüfimpulsen zu den erwünschten
Teilen des anfänglichen breiten Impulses erzeugt. Die Ausgänge von 56 und 57 werden einem Impulstreiber 58 zugeführt, der die
in Fig. 4a dargestellten zusammengesetzten Impulse erzeugt. Die zusammengesetzten Impulse werden einem Spulentreiber 59 und
von dort der primären Treiberspule bzw. Primärspule 13 der Sonde
zugeführt.
Die Gleichspannungskomponente des zusammengesetzten Gleichspannungsimpulses erzeugt in der Wand des zu prüfenden Rohres einen magnetischen
Fluß, der vorzugsweise ausreicht, um die Wand in ihren Sättigungsbereich zu bringen. Die Wechselspannungskomponente erzeugt
in der Wand Wirbelströme. Veränderungen der Wirbelströme aufgrund von Rissen oder anderen Fehlern der Wand werden von Null-Detektorspulen
18 und 18' aufgenommen. Im dargestellten Beispiel sind die Primär- und die Null-Detektorspulen der Einfachheit halber
außerhalb des Rohres 10 dargestellt, tatsächlich befinden sich jedoch innerhalb des Rohres, wie in Fig. 2 dargestellt.
Die Ausgänge der Null-Detektorspulen 18 und 18' werden über einen
Transformator 61 einem Eingangsverstärker 62 zugeführt. Der Eingangsverstärker 62 ist, wie durch den Abstimmkreis 63 dargestellt,
abgestimmt. Normalerweise ist der Verstärker auf die PRF der Prüfimpulse abgestimmt. Bei einigen Anwendungen ist es jedoch vorteilhaft,
ihn auf eine harmonische der PRF oder eine zur Impulsbreite in Beziehung stehenden. Frequenz abzustimmen, wie in der US-PS
3 786 347 beschrieben.
Der Ausgang des Verstärkers 62 ist mit einem Paar von Quadratur-Detektoren
64 und 64' verbunden. In einem Gatter- bzw. Tastimpulsgenerator
65 werden mit Hilfe des Prüfimpulsgenerators 57 Gatter-
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bzw. Tastimpulse für die Quadratur-Detektoren 64 und 64" erzeugt,
die der Prüfimpulsreihe entsprechen. Diese Tastimpulse sind mit Hilfe eines Signals aus dem Anfangs- bzw. Auslöseimpulsgenerator
56 auf gewünschte Intervalle beschränkt.
Wie aus Fig. 4a ersichtlich, sind die Prüfimpulsgruppen intermittierend.
In der Folge tritt zu Beginn einer gegebenen Gruppe ein Übergangszustand auf. In dem abgestimmten Schwingkreis 63
des Verstärkers treten ebenfalls Übergangsbedingungen auf. Um Übergangsantworten auszuschalten und Anzeigesignale nur dann zu
erzeugen, wenn ein stationärer Zustand erreicht ist, werden die Ausgänge der Quadratur-Detektoren 64 und 64' einem Paar zweiter
Detektoren 66 und 66' zugeführt. Diese zweiten Detektoren 66 und 66'
werden von Signalen aus einem, zweiten Tastimpulsgenerator 67
zu Zeitpunkten aufgetastet, die gegenüber dem Beginn aufeinanderfolgender
Prüfimpulsgruppen verzögert sind.
In der im weiteren beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
geschieht die Auftastung am Ende des zusammengesetzten Signals gemäß Fig. 4a, so daß für die Quadratursignale zum Erreichen
stationärer Werte eine maximale Zeit zur Verfügung steht. Dies ermöglicht auch, die PRF der Prüfimpulse und die Dauer des zusammengesetzten
Impulses zu verändern, ohne daß eine Einstellung der Auftastung der zweiten Detektoren notwendig ist. Die zweiten
Detektoren 66 und 66' können Auslese- und Haltedetektoren sein,
so daß ihre Ausgänge konstant bleiben, bis sie sich durch eine nachfolgende Prüfimpulsgruppe ändern. Wenn die Quadratur-Detektoren
ihre Ausgangssignale bei Beendigung der jeweiligen Prüfimpulsgruppe
halten, können die zweiten Detektoren gegebenenfalls nach dem Ende eines zusammengesetzten Impulses aufgetastet bzw.
gegattert werden.
Die entstehenden Quadratursignale aus den Detektoren 66 und 66' werden Verstärkern und Filtern 68 und 68' und dann einer Anzeigevorrichtung
69 zugeführt. Dies kann in herkömmlicher Weise erfolgen. Die Anzeigevorrichtung 69 kann eine Kathodenstrahlröhre
sein, die sowohl Amplitude als auch Phase der Rißsignale anzeigt.
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Desweiteren können erforderlichenfalls Alarmschaltungen usw. vorgesehen sein.
Fig. 6 zeigt den in dem gestrichelten Kästchen 60 der Fig. 5 enthaltenen
Teil. Die Buchstaben in Fig. 6 bezeichnen in Fig. 7 dargestellte Wellen.
In Fig. 6 ist die Frequenz des Oszillators 51 höher als die PRF der Prüfimpulse und ist so gewählt, daß eine herkömmliche
Teilung zum Erzeugen sowohl der Prüfimpulsfrequenz als auch der Dauer der breiten Anfangsimpulse möglich ist. Die Frequenz ist
hier mit 320 kHz gewählt. Der Ausgang des Oszillators wird einem binären Zähler-Teiler 54 zugeführt, der mehrere Ausgänge 71 für
den erwünschten Bereich an PrüfImpulsfrequenzen aufweist. Einer
der Ausgänge des Zähler-Teilers 54 wird unter Steuerung von Eingängen a, b, c von einem Multiplexer 72 ausgewählt. Hier ist ein
8:1-Multiplexer dargestellt, der- ermöglicht, daß jedwelcher
von acht Eingängen auf die Ausgangsleitung 73 gelegt wird.
Prüfimpulsfrequenzen von 5 bis 80 kHz werden gegenwärtig bevorzugt,
erforderlichenfalls können aber auch niedrigere und höhere
Frequenzen verwendet werden.
Zur Vereinfachung der Darstellung der Wellenformen wurde eine
Frequenz von 1250 Hertz gewählt. Die entsprechende Frequenz in
Leitung 73 beträgt 2500 Hertz und ist bei C dargestellt. Diese Frequenz bzw. Wellenform wird zur Bildung der Welle D invertiert.
Diese Wellen werden zugehörigen Flip-Flops FF1 und FF2 zugeführt, deren Funktion darin liegt, sie durch 2 zu teilen und eine 90°-
Phasenverschiebung zwischen ihren Ausgängen zu erzeugen.
Die Flip-Flops können handelsüblicher Bauart sein. Wie hier dargestellt, überträgt die positive Abweichung der Welle bezüglich
des Taktimpulses CL den Zustand am D-Eingang auf den Q-Ausgang. Q ist.die Invertierte von Q und R ist eine Rücksetzklemme. Anfänglich
sind diese Flip-Flops sowie die weiteren Flip-Flops in der
Zeichnung rückgesetzt, so daß Q niedrig (0) und Q hoch (1) ist.
Die Zähler sind ebenfalls rückgestellt. Dies wird durch eine Schaltung 80 erreicht, in der bei Schließen des Schalters der Kondensator
aufgeladen wird und, sobald eine vorgegebene Spannung erreicht
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ist, der Ausgang R des Inverters auf einen niederen Pegel zum Rückstellen bzw. Rücksetzen geht.
FF2 teilt den Eingang C durch 2, um die Welle F zu erzeugen. Die Verbindung zwischen FF2 und FF1 liefert zusammen- mit dem
Eingang D einen Ausgang E, der die gleiche Frequenz wie F hat, gegenüber F aber um 90° phasenverzögert ist. Ein Ausgang G
des Teilers 54 wird einem weiteren Teiler 55 zugeführt, von dem einige Ausgänge einem Multiplexer 74 zugeführt sind, so daß
eine Wahl der Dauer des Anfangsimpulses möglich ist. Hier ist ein Ausgang H mit 78 Hertz gewählt.
Damit Platz für nachfolgende Wellenformen ist, wird die Welle H um ihren halben Zyklus nach links in die Lage H1 bewegt, wie
strichpunktiert dargestellt.
Der Ausgang H1 wird direkt einem NOR-Glied 75 zugeführt.Er wird
weiter einem Dekaden-Zähler-Teiler 76 zugeführt, der bei jedem zehnten Impuls H einen Impuls J erzeugt. Beim Zählen hält der
Teiler 76 seinen Ausgang den vollen Zyklus von H, so daß die Breite des Impulses in J gleich einem vollen Zyklus von H ist.
Der Impuls J wird invertiert und bildet K, das dem NOR-Glied zugeführt wird. Das NOR-Glied funktioniert in herkömmlicher Weise
und ergibt einen niederen (0) Ausgang, wennimmer ein Eingang hoch (1) ist und einen hohen (1) Ausgang, wenn beide Eingänge
niedrig(0) sind. Die Eingänge H1 und K des NOR-Gliedes 75 ergeben
einen Ausgang L, der hoch ist, wenn H' und K niedrig sind.
Das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen in J und K ist aufgrund der Teilung durch 10 im Dekadenzähler 76 das
Neunfache der Impulslänge. Dies ist in Fig. 7 schlecht darzustellen. Das Intervall aber ist in Fig. 4a mit 33 bezeichnet.
Die Welle L wird dem FF3 und FF4 zugeführt, um Ausgänge M und N zu erzeugen, die bei den positiven Anstiegen der ihren Takteingängen
zugeführten Wellen F und E auf hohe Pegel gehen. Die Ausgänge M und N bleiben bis zu den positiven Anstiegen von F und E
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hoch, die dem Zeitpunkt folgen, zu dem L auf niederen Wert geht. Die Ausgänge dienen dazu, in ihrem zeitlichen Verlauf richtige
Gruppen von Quadratur-Gatter und Prüfimpulsen zu erzeugen.
Die invertierten Ausgänge M und N werden einem dreipoligen Dreistellungsfunktionsschalter 77 zugeführt. In den dargestellten
Stellungen wird N dem NOR-Glied 78 zusammen mit der Welle E zugeführt,
wodurch ein Ausgang V erzeugt wird, der zu E invertiert ist, aber nur innerhalb der unteren Abweichung von N erscheint,
die der oberen Abweichung von N entspricht, wie dargestellt. Ähnlich wird die Welle M dem NOR-Glied 79 zusammen mit der Welle
F zugeführt, wodurch ein Ausgang U entsteht, der zu F invertiert ist, aber nur innerhalb der kurzen Dauer von M auftritt, die der
positiven Dauer von M, wie dargestellt, entspricht. Die Wellen U und V sind gegeneinander um 90° bei ihrer Frequenz phasenverschoben,
so daß Quadratur-Gatter-Signale für die. Quadratur-Detektoren 64 und 64' gemäß Fig. 5 geschaffen sind. Die Signale ergeben
nach Differentiation an ihren Flanken kurze Gatter- bzw. Tastimpulse. Jeweilige Paare der Impulse mit einer 90"-Phasenverschiebung
werden dann in bekannter Weise zum Gattern der Detektoren verwendet. In einer speziellen Ausführungsform wurden differenzierte
Impulse verwendet, die an den nach positiv gehenden Flanken von U und V auftreten.
Die Welle M wird einem NOR-Glied 81 zugeführt und erzeugt zusammen
mit dem NOR-Glied 82 Gruppen von Prüfimpulsen, die in richtiger zeitlicher Beziehung mit dem breiten Anfangsimpuls stehen, wie
in Fig. 4a dargestellt. Durch gleichlaufende Schalter 83 und 84 können drei verschiedene Tastverhältnisse der Prüfimpulse gewählt
werden. In den dargestellten Lagen werden Tastverhältnisse von 50% erzeugt. Ein Eingang des NOR-Gliedes 82 ist geerdet. Auf
diese Weise ist der Ausgang P und wird dem NOR-Glied 81 zusammen mit H zugeführt. Entsprechend ist der Ausgang bei 85 derjenige
Teil von F, der während des niederen Teils von H vorhanden ist, der dem hohen Bereich von M, wie dargestellt, entspricht. Die
entstehenden Gruppen sind bei T-1 dargestellt. Wie im weiteren
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erklärt werden wird, verwendet der Impulstreiber die niederen (0) Bereiche der Prüfimpulswellenform zur Erzeugung entsprechender
Treiberimpulse. Entsprechend wird die Welle bei 85 invertiert,
um die Ausgangsprüfimpulsgruppe bei 86 zu erzeugen.
Für Impulse mit einem Tastverhältnis von 75% werden beide Wellen E und F dem NOR-Glied 82 zugeführt. Der Ausgang des NOR-Gliedes
82 ist dann niedrig,wenn E und F niedrig sind. Dies wird durch das NOR-Glied 81 invertiert und auf den niederen Bereich von
H begrenzt. Die in der Leitung 85 entstehende Prüfimpulsgruppe
ist bei T-2 dargestellt.
Für Impulse mit einem Tastverhältnis von 25% werden die Wellen E und F ebenfalls dem NOR-Glied 82 zugeführt, der Ausgang wird
durch den Inverter 87 jedoch invertiert, bevor er dem NOR-Glied 81 zugeführt wird. Entsprechend ist der Ausgang in der Leitung
85 hier zum Ausgang für Impulse mit einem Tastverhältnis
von 75% invertiert, wie bei T-3.dargestellt.
Der breite Anfangsimpuls wird vom NOR-Glied 88 erzeugt, dessen
Eingänge J, N und M sind. Der Ausgang P ist niedrig,wenn irgendeiner der Eingänge hoch ist. Entsprechend geht der Anfangsimpuls P nach unten, wenn J nach oben geht und bleibt niedrig bis
N nach unten geht.
Das Ende der positiven Auslenkung von N tritt etwas nach dem
Ende von M auf. Weil M zur Erzeugung der Prüfimpulsgruppe verwendet
wird, liegt das Ende des Anfangsimpulses P etwas nach dem letzten Prüfimpuls. Desweiteren liegen die Gatter- bzw. Prüfimpulse
U und V zeitlich so, daß durch Auswahl entsprechender Polaritäten der aus ihnen erzeugten differenzierten Impulse das letzte
Gattern der Quadratur-Detektoren vor dem Ende des Anfangsimpülses erfolgt. Irgendwelche zusätzlichen am Ende von P erzeugten Impulse
beeinflussen daher die einwandfreie Funktion der Schaltung nicht.
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Der Funktionsschalter 77 erdet in seiner mittleren Stellung
B einen Eingang der NOR-Glieder 78, 79 und 81. Als Folge wird eine kontinuierliche Reihe von Prüfimpulsen am Ausgang 86 erzeugt
und sind die Tast;-Iinpulsausgänge U und V kontinuierlich.
Dies ermöglicht, das Gerät zum Prüfen nicht magnetischer Materialien zu verwenden, wo zusammengesetzte Impulse nicht notwendig
sind.
In der Kalibrierstellung des Funktionsschalters 77 ist ein Eingang
des NOR-Gliedes 78 und 79 geerdet, so daß kontinuierliche Reihen von Tast-Impulsen erzeugt werden. Ein Eingang des NOR-Gliedes
81 wird von einem Zählerteiler 89 versorgt, so daß zum Kalibrieren
verschiedene Längen der Prüfimpulsgruppen erhalten werden können.
Fig. 8 zeigt eine Schaltung für den Impulstreiber 58 und den zweiten Tast-Impulsgenerator. 67 innerhalb des Kästchens 91 der
Fig. 5. Fig. 9 zeigt zur Erklärung Wellenformen, die an den entsprechend numerierten Stellen in Fig. 8 im normalen Betrieb auftreten.
Die Anfangsimpulswellenform P gemäß Fig. 7 wird der Eingangsleitung 92 zugeführt und dann durch eine Diode D1 und einen Widerstand
zur Basis des Transistors Q1. Q1 ist als Emitterfolger geschaltet
und seine Ausgangsspannung wird von Widerständen R1, R2
geteilt und der Basis des Transistors Q2 zugeführt. Die Versorgungsspannung V2 wird durch eine Zener-Diode 93 auf einer erwünschten
Spannung unter V gehalten.
Zur Zeit t- ist der Anfangsimpuls hoch, Q1 ist an (durchlässig)
und Q2 ist an. Wenn der Anfangsimpuls zum Zeitpunkt t., auf niederen
Wert geht, wird der Transistior Q1 ebenso wie Q2 abgeschaltet. Die Spannung V3 wird normalerweise von der Versorgungsspannungsleitung
mit der Spannung V über Q9 zugeführt, dessen Funktion später erläutert wird. Der Widerstand R3 in der Kollektorschaltung
von Q2 erzeugt eine vorgewählte Amplitude des Anfangsimpulses, wie bei 4 dargestellt. Dieser wird über die Diode D2
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den Basen der Transistoren QA und Q5 zugeführt. Durch die Widerstände
R3 und R5 erfolgt eine Spannungsteilung, die hier zur
3
Darstellung als fV3 gewählt ist.
Darstellung als fV3 gewählt ist.
Die Prüfimpulsgruppe aus der Leitung 86 der Fig.6 wird der Basis
von Q6 zugeführt, der als Emitterfolger funktioniert. Ein Teil des Emitterausgangs, bestimmt durch die Spannungsteiler R6, R7
wird der Basis von Q3 zugeführt. Q6 ist anfänglich an und Q3 ist ebenfalls an. Zum Zeitpunkt t2 schalten Q6 und Q3 aus und gehen
danach entsprechend den Prüfimpulsen an und aus.
Der Kollektorausgang von Q3 erzeugt auf diese Weise eine Prüfimpulsgruppe,
wie bei 3 dargestellt. Diese Prüfimpulsgruppe wird über die Diode D3 Transistoren Q4 und Q5 zugeführt, wobei die
Amplitude' von R4 und r5 spannungsgeteilt wird. R4 ist kleiner
als R3 und die Spannungsteilung■für die Prüfimpulse ist hier der
Darstellung halber mit ^V3 angenommen. Während Q 2 zwischen t-j
und t2 aus ist, spannt die höhere Spannung bei 94 D3 vor.
Wenn aber Q3 zwischen t2 und t3 ausgeht (undurchlässig wird),
gelangt die höhere Spannung der Welle 3 durch D3 zur Stelle 94 und spannt D2 vor. Danach ändern sich die Bedingungen alternierend
für aufeinanderfolgende Testimpulse.
Die Wellenform an den Basen von Q4 und Q5 ist in Fig. 9 mit 5 dargestellt. Diese Wellenform ist die gleiche wie die des zusammengesetzten
Impulses gemäß Fig. 4a, wobei die Amplitude der überlagerten Prüfimpulse 32 25% der Amplitude des breiten Impulses
31 beträgt. Die Emitterausgänge von Q4 und Q5 werden über eine Leitung 95 dem Spulentreiber 59 der Fig. 5 zugeführt.
Im Betrieb ist es wünschenswert, den Strom in der Primärspule 13
der Fig. 5 regeln zu können. Dazu ist der Widerstand R8 in Reihe mit einem Transistor im Spulentreiber 59 geschaltet, dem die
zusammengesetzten Impulse der Leitung 95 zugeführt werden, wodurch eine zum Strom in der Stufe proportionale Spannung erzeugt wird.
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Ein erwünschter Bruchteil dieser Spannung wird vom Potentiometer 9 6 abgegriffen und der Basis von Q7 zugeführt. Ersichtlicherweise
liegt diese Spannung unter der Spannung in der Spannungsversorgungsleitung 97. Die Diode D4 schützt gegen
eine mögliche Polaritätsumkehr. Die Ausgangsspannung von
Q7 wird mittels R9, R10 geteilt und der Bais von Q8 zugeführt. Der Koilektorausgang von Q8 wird der Basis von Q9 zugeführt.
Im normalen Betrieb sind Q7, Q8 und Q9 alle leitend und wird die Leitfähigkeit von Q9 durch die Spannung gesteuert, die vom
Potentiometer 96 abgegriffen wird. Dies hält die Spannung V3 auf einem erwünschten Wert. Ein großer Kondensator 98 liegt zur
Basis von Q9 parallel, so daß die Leitfähigkeit von Impuls zu Impuls konstant ist, aber sich mit dem mittleren, der Treiberstufe
zugeführten Strom verändert.
Zur Sicherheit wird der maximale Strom durch die Spulentreiberstufe
von einer Schaltung 99 begrenzt, um eine Beschädigung zu vermeiden. Die Schaltung ist hier als handelsüblicher optischer
Isolator- 101 ausgeführt. Grob gesagt steuert eine lichtemittierende
Diode einen photoempfindlichen Transistor. Die Diode
spricht auf den Spannungsabfall über daiWiderstand R8 an. Wenn
diese Spannung zu hoch ist, wird der Transistor leitfähig, um den Eingang von 0.9 zu vermindern, wodurch V3 und entsprechend
die Amplitude des zusammengesetzten Impulses in der Leitung 95 reduziert wird.
Die Gatter-Impulse für die zweiten Detektoren 66 und 66' der Fig.5
werden ebenfalls in der.Schaltung gemäß Fig.8 erzeugt. Dazu
wird der Emitterausgang von Q1 über R11 dem Kondensator C2
zugeführt und der letztere ist über R12 mit Erde verbunden. Wenn der Anfangsimpuls 1 an seinem Ende hoch geht, wird Q1 leitfähig
und erzeugt in der Leitung 102 einen positiven Impuls, wie durch die Welle 6 dargestellt. Danach entlädt sich C2 über R11 und R12,
wobei die Zeitkonstante so gewählt ist, daß ein genügend langer Trigger-Impuls zum Betätigen der zweiten Detektoren zur Verfügung
steht. Wenn der nächste Anfangsimpuls ankommt, wird, wie in 6
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gestrichelt dargestellt, ein negativer diffenzierter Impuls
erzeugt, der aber zur Betätigung der zweiten Detektoren nicht wirksam ist.
Vorteilhaft ist, die Sondenspule 13 der Fig. 2 nur dann mit
Leistung zu beaufschlagen, wenn tatsächlich Messungen durchgeführt
werden, damit ein unnötiges Aufheizen vermieden wird. Entsprechend ist ein Schalter 103 vorgesehen, der an die Stelle
104 eine positive Spannung legt, wodurch die Transistoren Q2 und Q3 über Dioden D5 und D6 angeschaltet werden. Dies verhindert,
daß die Transistoren die entsprechenden Komponenten des zusammengesetzten Ausgangsimpulses erzeugen. Der Schalter 103 kann erforderlichenfalls
fußbetätigt sein.
Bei der Kalibrierung und in der Stellung B des Funktionsschalters
77 der Fig. 6 werden aus der Leitung 86 dem Transistor Q6 kontinuierliche Prüfimpulse zugeführt, so daß eine kontinuierliche
Reihe von Prüfimpulsen von Q3 erzeugt wird und der Ausgangsleitung
95 zugeführt wird. Q1 und Q2 werden durch Betätigen des Schalters 105 abgeschaltet, so daß an der Leitung 106 eine positive
Spannung liegt. Diese wirkt über die Diode D7 und schaltet Q1 und daher Q2 an. Die positive Spannung in der Leitung 102
wird über D8 und R13 auch der Leitung 102 zugeführt, wodurch diese Leitung 102 hoch bleibt und die zweiten Detektoren kontinuierlich
offen hält, damit diese Quadratur-Signale durchlassen. Zusätzlich wird die positive Spannung der Leitung 106 der Basis
von Q10 zugeführt, wodurch Q10 angeschaltet wird und den Eingang
von Q8 kurz schließt. Die Regulierschaltung ist daher unwirksam und Q9 hat seine maximale Leitfähigkeit, die durch R 14 gegeben
ist.
Fig. 10 zeigt eine CRT-Oszilloskop-Darstellung des Ausgangs des
Verstärkers 62 (Fig. 5) unter normalen Betriebsbedingungen. Das Oszillokop ist mit den zusammengesetzten Impulsen synchronisiert.
Nach einem anfänglichen Übergangszustand bei 111 bleibt der Ausgang
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während der ersten Hälfte des zusammengesetzten Impulses (Fig. 4a) annähernd auf Null, wie mit 112 bezeichnet. Zu Beginn
der Gruppe von Prüfimpulsen steigt der Ausgang auf 113 an und
fällt danach bei 114 auf einen stabilen Wert. Diesem folgt
eine weitere Übergangsperiode 115 am Ende des Impulses. Wie oben
erläutert, lassen die zweiten Detektoren die Ausgänge der Quadratur-Detektoren am Ende der stabilen Periode 114 zu den
nachfolgenden Schaltungen durch.
Die zweiten Detektoren könnten etwas früher im stabilen Bereich 114 aufgetastet werden. Eine unterschiedliche Wahl der Dauer
der Prüfimpulse PRF und des Anfangsimpulses können den stabilen Bereich jedoch verkürzen, so daß ein Triggern an dessen Ende
vorgezogen wird. Wenn die Quadratur-Detektoren ihre letzten Ausgangswerte halten, wie es bei Auslese- und Halte-Detektoren
der Fall ist, ist ein späteres Triggern bzw. Auftasten der zweiten
Detektoren möglich.
Die Bereiche 113 und 114 stellen den Ausgang der Null-Detektorspulen
18 und 18' nach Verstärken und Filtern durch die abgestimmte
Schaltung des Eingangsverstärkers 62 dar. In Fig.10 ist die Oszilloskopverstärkung sehr hoch, so daß sehr kleine Ungleichgewichte
der Null-Detektorspulen aufgezeigt werden. Wenn Risse auftreten, ändern sich die Amplituden der Bereiche 113 und 114
von Gruppe zu Gruppe und die Änderungen werden von den nachfolgenden Quadratur-Detektoren festgestellt.
Zum Betrieb ist es wichtig zu wissen, daß das geprüfte Material gesättigt ist. Für einige Anwendungen kann es möglich sein, vorher
den zur Sättigung erforderlichen Strom zu bestimmen. Wenn beispielsweise eine Probe des zu prüfenden Rohres erhältlich ist', kann
darin ein Riß bekannter Abmessung ausgebildet werden, wie beispielsweise eine Bezugskerbe. Diese sollte derart ausgebildet
werden, daß dabei jedwelche Änderungen der Permeabilität des Materials aufgrund der Kerbbildung vermieden werden. Wenn das
Rohr dann geprüft wird, entsteht in den Anzeigeschaltungen aufgrund statistischer Permeabilitätsänderungen ein gewisser Rauschpegel.
Die Amplitude der zusammengesetzten Impulse kann dann er-
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höht werden bis ein Kerbsignal ausreichender Amplitude erhalten wird, das beispielsweise das Doppelte des Rauschpegels beträgt.
Nachdem durch diesen Test der erforderliche Strompegel festgestellt ist, können bei der tatsächlichen Prüfung verschiedene
Pegel verwendet werden. Ein solcher Test ist zwar für einige Anwendungen nützlich, für die Praxis muß er jedoch nicht notwendigerweise
ausreichend sein> weil die genaue Zusammensetzung der zu prüfenden Rohre nicht bekannt ist oder eine identische
Probe nicht erhältlich ist.
Die Erfindung schafft daher eine Einrichtung zur Anzeige, ob das geprüfte Material im Sättigungsbereich ist.
In Fig. 5 ist der Ausgang einer Null-Detektorspule 18 mit einer
C-R-Differenzierschaltung 121 und dann über einen Verstärker
mit einem Oszilloskop 123 verbunden. Wenn das Material in den Sättigungsbereich kommt, treten in dem von der Detektorspule 18
c r, · η Tr χ: bzw.. Verzerrungen , , ,.
aufgenommenen Signal Verformungsprodukte/aur, die durch die
Differenzierschaltung hervorgehoben werden.
Fig. 11 zeigt bei 124 die Art der Wellenform an, die im Oszilloskop
123 beobachtet werden kann. Durch die bei dem Erreichen des Sättigungsbereiches des Materials auftretenden Verformungsprodukte
wird ein Signal 125 erzeugt. Die Linie 126 entspricht dem Beginn des zusammengesetzten Irpuiesgemäß Fig. 4a und die Linie 127 entspricht
dem Ende des anfänglichen flachen Bereiches und dem Beginn der Prüfimpulse. Bei einem gegebenen Impulsstrom treten die
Zeichen bzw. Signale 125 bei leichten magnetisierbaren Materialien früher in der Wellenform auf, d.h. in Richtung auf die linke
Linie 126 verschoben. Bei schwer zu sättigenden Materialien bewegt sich die Anzeige bzw. das Signal 125 nach rechts. Ganz
ähnlich bewegen sich bei Rohren aus gleichem Material aber mit verschiedenen Wanddicken bei einer Abnahme der Wanddicke die Signale
125 nach links und bei einer Zunahme der Wanddicke nach rechts, Entsprechend können die Zeichen bzw. Signale 125 für die Wahl
eines Betriebsstrompegels verwendet werden, der ausreichende Sicherheit dafür bietet, daß das Material tatsächlich bis in die
Sättigung getrieben wird.
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Der Bereich rechts von der Linie 127 zeigt die anfänglichen Übergangsbedingungen während einer Gruppe von Prüfimpulsen an,
denen ein relativ stabiler Pegel folgt. Dies gilt selbstverständlich für eine Aufnahme- bzw. Detektorspule, so daß der
Null-Effekt der anderen Spule nicht vorhanden ist.
Es ist schwierig, die Details der Signale 124, 125 mit dem Zustand
des geprüften magnetischen Materials in Beziehung zu setzen, weil dazu Änderungen der normalen und differentiellen Permeabilität,
des induktiven Widerstandes der Spulen, der durch Änderungen der Permeabilität beeinflußt wird, und Größen der Gleichspannungs-
und Wechselspannungskomponenten der Impulse zusammen
mit möglicherweise weiteren Faktoren beitragen. Auch ist der genaue Einfluß der Differentiation unter Berücksichtigung der
vorhergehenden Faktoren nur schwer anzugeben. Bei verschiedenen Strompegeln und verschiedenen Sonden und geprüften Materialien
wurden merkliche Änderungen der Amplitude und der Form der Welle festgestellt. Gegenwärtig ist daher keine adäquate Erklärung
für die erhaltenen Ergebnisse bekannt. Jedoch besteht gegenwärtig Grund zur Annahme, daß die Anzeige in der Praxis nützlich ist.
Die vorangegangene Erläuterung der speziellen Ausführungsform
bezieht sich vor allem auf die zusammengesetzten Impulse gemäß Fig.4a. Wenn ein Betrieb entsprechend Fig.4b erwünscht ist, können
die Impulstreiberschaltungen der Fig. 8 entsprechend abgeändert
werden oder es können zu diesem Zweck andere Schaltungen entwickelt werden. Beispielsweise kann Q3 andeis geschaltet werden,
so daß ein Teil von R3 normalerweise kurz-geschlossen ist, wobei der Kurzschluß während des Prüfimpulses aufgehoben ist, um dadurch
die Teilwirkung von R3 und R5 zu ändern. Oder ähnlich kann ein Teil von R5 durch Q3 während des Auftretens von Prüfimpulsen
kurzgeschlossen werden.
Wenn ein Betrieb entsprechend Fig. 4c erwünscht ist, kann der Impulsgenerator gemäß Fig.6 so verändert werden, daß er die Prüfimpulsgruppe
unmittelbar nach dem Anfangsimpuls erzeugt und können gleiche Widerstände R3 und R4 in Fig. 8 gewählt werden. Oder
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es könnte eine zusammengesetzte Gruppe gemäß Fig.4c in Fig. 6
erzeugt werden und jedem Impulseingang der Fig. 8 zugeführt werden.
Es wird vorgezogen, zur Erzeugung der zusammengesetzten Impulse gemäß Fig. 4, wie dargestellt, GIeichspannungsimpulse zu verwenden.
Es ist jedoch auch möglich, anstelle der dargestellten Prüfimpulsgruppen,sinusförmige Änderungen zu verwenden, um die
Wechselspannungskomponenten zum Induzieren von Wirbelströmen im Gegenstand zu schaffen. Fig. 12 zeigt ein Beispiel. Hier ist
die Sinuswelle 131 dem breiten Impuls 132 überlagert. Auch bei solchen zusammengesetzten Impulsen können die Quadratur-Detektoren
und die zweiten Detektoren verwendet werden.
Es wird zwar vorgezogen, mit zusammengesetzten Impulsen zu arbeiten,
für einige Anwendungen können aber auch einfache Gleichspannungsimpulsschaltungen
verwendbar sein, insbesondere für Materialien, die leicht zu sättigen sind.
Fig. 13 zeigt die Verwendung von Gruppen von Impulsen 133, 133',
die durch vergleichsweise lange Zeitintervalle 134 getrennt sind. Wie oben erläutert, haben die Gleichspannungsimpulse eine Gleichspannungskomponente,
wie durch die gestrichelte Linie 135 angedeutet. Bei einem Tastverhältnis von 50% beträgt der Gleichspannungspegel
die Hälfte des Spitzenwertes. Bei Impulsen mit einem Tastverhältnis von 75% ist der Gleichspannungspegel höher,
bei einem Tastverhältnis von 25 % ist er niederer. Weil die Spule, der die Impulse zugeführt werden, einen induktiven Widerstand hat, baut sich während jedes Impulses ein Strom auf und
fällt zwischen den Impulsen etwas ab, wodurch insgesamt ein Gleich strom entsteht.
In einigen Fällen kann der Gleichspannungs- bzw. der Gleichstrompegel
und die Dauer einer gegebenen Impulsgruppe zur Sättigung des magnetischen Materials ausreichen, wodurch eine zufriedenstellende
Rißfeststellung möglich wird. Es kann mit Quadratur-Detektor gearbeitet werden. Auch kann ein zweiter Detektor
am oder nahe dem Ende einer Impulsgruppe aufgetastet werden, so daß eine Anzeige erzeugt wird, wenn die Sättigung an-
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nähernd vollständig ist und die vorhergehenden Schaltungen einen vergleichsweise stabilen Zustand erreicht haben.
In einigen Fällen kann es bei leicht zu sättigendem Material möglich sein, mit einer kontinuierlichen Reihe von Gleichspannungsimpulsen
zu arbeiten, ohne daß eine unzulässige Aufheizung entsteht. Dies ist in Fig. 14 dargestellt. Das Tastverhältnis
kann hier so gewählt werden, daß ein ausreichender Gleichstrompegel*
entsteht, wie durch die Linie 136 dargestellt. Auch hier kann mit Quadratur-Detektoren gearbeitet werden.
Fig. 15 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Riß-Detektors
gemäß Fig.5. Hier werden nur Gleichspannungsmagnetisierungsimpulse
aus einer Impulsquelle 141 der Primärspule 13 der Sonde
gemäß Fig. 2 zugeführt. Die Impulse können nach Art der Welle 4 in Fig. 8 und 9 erzeugt werden. Die Aufnahme oder Detektorspulen
18 und 18' der Sonde sind hier in einer Brückenschaltung mit
Mittelabgriff an die Primärspule des Transformator 142 geschaltet.
Das Prüfsignal aus der Prüfsignalquelle 143, das eine'
Wechselstromquelle hat, wird der Brücke über eine Diagonale zugeführt. Das Prüfsignal kann in Form intermittierender Gruppen von
Impulsen vorliegen, die während der letzten Hälfte jeweiliger Magnetisierungsimpulse ähnlich Fig. 4a und 4b vorliegen und kann
in Art der Welle 3 in Fig. 8, 9 erzeugt werden oder kann unmittelbar nach den Sättigungsimpulsen ähnlich der Fig.4c erzeugt werden.
Bei Gleichspannungsprüfimpulsen hilft deren Gleichspannungskomponente
eine genügende Sättigung des geprüften Gegenstandes aufrechtzuerhalten, wie oben erläutert. Es können jedoch auch kurze Gruppen
sinusförmiger Wellen ähnlich der Welle 131 in Fig. 12 verwendet werden. Kleine Amplituden der WechselSpannungskomponente können
ausreichen und dazu beitragen, die differentielle Permeabilität des Gegenstandes 10 zu verringern, wie oben beschrieben.
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Die Detektorspulen 18, 18' sind vorteilhafterweise in Reihe
gegeneinander oder in einer Null-Schaltung geschaltet, so daß die in ihnen mittels der Primärspule 13 induzierten Spannungen
sich gegenseitig aufheben. Zum anfänglichen'Abgleich der Brücke
können herkömmliche Abgleichschaltungen verwendet werden. Die Wechselstromkomponente des Prüfsignals in den Detektorspulen
18 und 18' induziert im Gegenstand 10 Wirbelströme, deren Veränderungen
aufgrund von Rissen usw. die Brücke aus dem Abgleichszustand bringen und ein Signal in der Ausgangswicklung
144 des Transformators erzeugen. Dieses Signal wird verstärkt, in Quadratur-Detektoren 90°-phasenverschoben ausgewertet, durch
zweite Detektoren getriggert und dann weiterverarbeitet und angezeigt, wie anhand Fig. 5 beschrieben.
Das Auftasten in den zweiten Detektoren 66 und 66' sollte gegenüber
den Anfängen der Gleichspannungsmagnetisierungsimpulse genügend verzögert sein, damit die resultierenden Signale einer
ausreichenden'Sättigung des Gegenstandes entsprechen. Wenn das
Prüfsignal nur während oder unmittelbar nach einem Gleichspannungsimpuls auftritt, sollte das Auftasten auch gegenüber den
nachfolgenden Anfängen des Prüfsignals verzögert sein, so daß
Übergangszustände eliminiert sind und Ausgangssignale geschaffen
werden, die stabilen Werten entsprechen. Mit den Detektoren und dem Auftasten ist es möglich, eine kontinuierliche Reihe
kurzer Gleichspannungsimpulse oder eine kontinuierliche Sinuswelle als Prüfsignal zu verwenden, vorausgesetzt, daß eine Überhitzung
vermieden wird, weil das Auftasten die Einflüsse des Prüfsignals zwischen Gleichspannungsmagnetisierungsimpulsen
und während des anfänglichen Bereiches jedes Gleichspannungsmagnetisierungsimpulses
ausschalten kann, so daß die resultierenden, festgestellten Signale einer genügenden Sättigung des
Gegenstandes entsprechen. Im allgemeinen erfolgt das Auftasten zu Intervallen, die gegenüber den zugehörigen Anfängen der Gleichspannungsmagnetisierungsimpulse
und der Wechselspannungskomponenten, die während oder unmittelbar nach den Gleichspannungsimpulsen auftreten, verzögert sind.
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Auch hier kann mit einer Differentiation des Ausgangssignals einer der Detektorspulen 18 und 18' gearbeitet werden, die,
wie anhand der Fig. 5, 10 und 11 beschrieben, eine Sättigung
anzeigt.
Fig. 16 zeigt einen Komparator zum Vergleichen eines geprüften
Gegenstandes 145 mit einem Bezugsgegenstand 146. Der geprüfte Gegenstand 145 ist in einer Prüfspulenanordnung angeordnet oder
wird relativ dazu bewegt. Die Prüfspulenanordnung enthält eine
Primärspule 147 und eine Sekundär- oder Aufnahmespule 151. Eine Bezugsspulenanordnung mit einsr Primärspule 148 und eine Sekundärspule
152 ist für den Bezugsgegenstand 146 vorgesehen. Die Spulen können je nach Erfordernissen innerhalb oder außerhalb
der Gegenstände angeordnet sein. Ein solches Gerät ist vorteilhaft zur Bestimmung von Veränderungen der Abmessungen, des Materials
usw. eines Gegenstandes. - .
Den Primärspulen 147 und 148 werden von einer Quelle 149 zusammengesetzte
Signale mit Gleichspannungsmagnetisierungsimpulsen und einer Wechselspannungskomponente zugeführt, ähnlich wie bei dem
Riß-Detektor gemäß Fig.5. Die Ausgänge der Sekundärspulen 151, 152 sind vorteilhafterweise gegeneinander zur Bildung einer Null-Schaltung
geschaltet und werden einem Verstärker, Quadratur- und zweiten Detektoren und Anzeigeschaltungen im Block 153 zugeführt,
die ähnlich der Fig. 5 aufgebaut sein können. Unter Steuerung der Signale aus 149 werden Auftastimpulse für die Quadratur- und
zweiten Detektoren in 154 erzeugt und 153 zugeführt. Erforderlichenfalls
können in bekannter Weise Abgleichschaltungen 155 verwendet werden. Auch kann der Ausgang einer der Spulen 151 und 152 erforderlichenfalls
zur Anzeige der Sättigung differenziert werden, wie oben beschrieben.
Mit Hilfe von Quadratur-Detektoren und Auftastung können Signale erzeugt werden, die einer ausreichenden Sättigung des geprüften
Gegenstandes entsprechen, um die Permeabilität auf einen kleinen Wert zu verringern, und können Übergangszustände ausgeschaltet
werden, so daß Signale stabilen Werten entsprechen.
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r 4P 830
Fig. 17 zeigt einen Komparator mit einer Brückenschaltung ähnlich
der Fig. 15. Hier werden Gleichspannungsmagnetisierungsimpulse
aus einer Quelle 141 den Primärspulen 147 und 148 zugeführt.
Prüfsignale aus einer Quelle 143 werden einer Diagonale der Brücke zugeführt, die durch Spulen 151, 152 und Widerstände
161 und 162 gebildet ist. Das Signal an der anderen Diagonale der Brücke wird über Abgleichschaltungen 163 (falls erforderlich)
Verstärker, Quadratur-Auswertungs-, Auftast- und Anzeigeschaltungen
164 zugeführt. In Impulsgeneratoren 65 und 67 können ähnlich wie oben beschrieben Auf tastsignale für die Quadratur-und zweiten
Detektoren erzeugt werden.
Die Widerstandszweige 161 und 162 sind hier in der Brückenschaltung
und nicht in einem Tranformator mit Mittelabgriff dargestellt; es können auch andere bekannte Brückenschaltungen verwendet werden.
Fig. 18 zeigt eine Anordnung, bei der ein elektrisches Abgleichsignal
erzeugt wird und ein Bezugsgegenstand in einer Prüfspule als Basis für einen Vergleich mit nachfolgenden, zu prüfenden
Gegenständen verwendet wird. Hier kann die Spule 171 eine der Detektorspulen 18, 18' des Riß-Detektors gemäß Fig. 5 oder 15
oder die Prüfspule 151 eines Komparators gemäß Fig. 16 oder 17
sein. Die Spule 171 ist über Kondensatoren 173, die eine Gleichspannungsisolierung
bilden, mit einem Transformator 172 mit Mittelabgriff verbunden. Wenn die Schaltung die Spule 171 unzulässig
belastet, kann ein Isolierverstärker verwendet werden.
Quadratur-Tastimpulse Vom Generator 174 werden/den Abgriffen von Potentiometern 175 und
176 zugeführt, die parallel zur Primärspule des Transformators 172 liegen. Die Sekundärspule des Transformators 172 ist mit
Verstärker-, Quadratur-Detektor-, zweiten Detektor- und Verstärkerund Anzeige-Schaltungen,ähnlich wie oben beschrieben, verbunden.
Der Gegenstand 177 ist zunächst ein Bezugsobjekt und die Potentiometer
175 und 176 werden so eingestellt, daß bei 178 eine Bezugsanzeige erhalten wird. Dann wird der Bezugsgegenstand entfernt
und es werden zu prüfende Gegenstände eingesetzt. Unterschiede
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48 830
zwischen einem Prüfgegenstand und dem Bezugsgegenstand machen sich in Abweichungen von der Bezugsanzeige bei 178 bemerkbar.
Vorteilhafterweise erzeugt die anfängliche Einstellung einen
Abgleich, der eine Null-Bezugsanzeige ergibt, so daß kleine
Abweichungen der Prüfgegenstände von dem anfänglichen Bezugsgegenstand sowie die Richtung der Abweichung angezeigt werden können.
Abgleich, der eine Null-Bezugsanzeige ergibt, so daß kleine
Abweichungen der Prüfgegenstände von dem anfänglichen Bezugsgegenstand sowie die Richtung der Abweichung angezeigt werden können.
Ansprüche:
/33
709828/0587
Claims (30)
1.) Wirbelstromprüfgerät zur Prüfung von Gegenständen aus
magnetischem Material auf in ihnen enthaltene Unregelmäßigkeiten mit einem Prüfkopf, der eine Primärspule zum Erzeugen
von magnetischem Fluß in dem Gegenstand aufweist, gekennzeichnet idurc heine Einrichtung (51-59) zum Zuführen
von Gleichspannungsimpulsen zur Primärspule (13), wobei die Gleichspannungsimpulse eine Gleichspannungskomponente aufweisen,
die ausreichen, um den Gegenstand (Rohr 10) in dessen Sättigungsbereich zu bringen, wo die Permeabilität des Gegenstandes klein
ist im Vergleich zu seiner maximalen Permeabilität^ und wobei die Gleichspannungsimpulse eine Wechselspannungskomponente zum
Induzieren von Wirbelströmen in dem Gegenstand enthalten, eine im Prüfkopf enthaltene Detektorspuleneinrichtung (18,18') zum
Feststellen von Veränderungen der Wirbelströme, eine mit dem Ausgang der Detektorspuleneinrichtung verbundene Verstärkungsund
Detektor-Einrichtung (61-68) zum Erzeugen von Signalen, die Unregelmäßigkeiten im Gegenstand entsprechen, und eine Anzeigeeinrichtung
(69), die auf die Signale anspricht.
2. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1 zum Prüfen von Rohren aus magnetischem Material, dadurch gekennzeichnet ,
daß der Prüfkopf (Sonde 11) in ein Rohr (10) eingesetzt werden kann und einen Kern (14) aus magnetischem Material aufweist, um
den die Primärspule (13) gewickelt ist, und daß die Detektorspuleneinrichtung
(18,18') ein Paar Null-Spulen enthält.
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ORIGINAL INSPECTED
- 3-f- 48 83C
3. Wirbelstromprüf gerät nach Anspruch 2, dadurch <£ e TiPe' rl η zeichnet,
daß die Deteltoreinrichtung ein Paar Quadratur-Detektoren
(64,64') enthält, die von den Null-Spulen (Detektorspulen 18,18') gespeist werden und um 90° gegeneinander phasenverschobene
Signale erzeugen, die Rissen und Fehlern im Gegenstand (Rohr 10) entsprechen.
4. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Primärspule (13) zugeführten Gleichspannungsxmpulse
intermittierende zusammengesetzte Gleichspannungsimpulse sind, von denen jeder eine relativ breite Gleichspannungskomponente (31,37,42) und eine Wechselspannungskomponente mit
einer im Vergleich zur Dauer des zusammengesetzten Impulses kurzen Periode enthält.
5. WirbelStromprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Primärspule (13) zugeführten Gleichspannungsxmpulse
zusammengesetzte Gleichspannungsxmpulse sind, von denen jeder einen relativ langandauernden Anfangswert (31,37,
42) aufweist, dem mehrere wesentlich kürzere Gleichspannungsxmpulse (32;36;41) folgen.
6. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenwerte der kürzeren Gleichspannungsxmpulse
(32,36) etwa gleich oder größer als der Anfangswert (31,37) und die minimalen Werte der kürzeren Impulse größer
als der minimale Wert des zusammengesetzten Impulses sind.
7. WirbelStromprüfgerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet
durch eine Differenzierschaltung (121), der Signale aus der Detektorspuleneinrichtung (Detektorspule 18)
zugeführt werden, die Veränderungen im magnetischen Fluß des Gegenstandes während der Gleichspannungsxmpulse entsprechen, und
eine Einrichtung (Oszilloskop 123) zum Anzeigen des Ausgangs der Differenzierschaltung.
/35
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ORIGINAL INSSPECTED
43 03Ο
8. Wirbelstromprüfgerät zum Prüfen von Gegenständen aus
magnetischem Material auf in ihnen enthaltene Unrelgemäßigkeiten mit einem Prüfkopf, der eine Spuleneinrichtung aufweist,
die magnetisch mit dem zu prüfenden Gegenstand kuppelbar ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung
(51-59; 141, 143) zum Beaufschlagen der Spuleneinrichtung (13, 18,18'j mit intermittierenden Gleichspannungsimpulsen zum Erzeugen
eines magnetischen Flusses in dem Gegenstand und mit einer Spannung, die eine merkliche Wechse]spannungskomponente aufweist,
um Wirbelströme im Gegenstand zu induzieren, wobei die Wechselspannungskomponente zumindest teilweise oder unmittelbar
nach dem jeweiligen Gleichspannungsimpuls vorhanden ist und eine Periode aufweist, die im Vergleich zur Dauer des Impulses kurz ist,
eine an die Spuleneinrichtung angeschlossene Einrichtung (61-63; 142-144) zum Erzeugen eines Signals, das Änderungen der Wirbelströme
entspricht, einer Quadratur-Detektor- und Gatter-Einrichtung (64-68) zum Erzeugen von um 90° gegeneinander phasenverschobenen
Signalen aus den Signalen zu Zeitintervallen, die gegenüber dem jeweiligen Beginn der Gleichspannungsimpulse und der
Wechselspannungskomponenten, die während oder unmittelbar nach den Gleichspannungsimpulsen auftreten, verzögert sind, und eine
Einrichtung (69), die auf die festgestellten Signale zur Anzeige von Unregelmäßigkeiten im Gegenstand anspricht.
9. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Gleichspannungsimpulse eine Gleichspannungskomponente
aufweisen, die ausreicht, um den Gegenstand in seinen Sättigungsbereich zu bringen, wo die Permeabilität des
Gegenstandes klein ist im Vergleich zu seiner maximalen Permeabilität.
10. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung mit einer merklichen Wechselspannungskomponente
eine Reihe von Gleichspannungsimpulsen ist.
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- 48 830
11. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet / daß die Spuleneinrichtung des Prüfkopfes
eine Primärspule (13), der die Gleichspannungsxmpulse
zugeführt werden, und ein Paar Detektorspulen (18,18') zum Erzeugen
des Signals aufweist, das den Veränderungen der Wirbelströme entspricht.
12. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Paar Detektorspulen (18,18')
zu einer Null-Schaltung zusammengeschaltet ist und die Gleichspannungsxmpulse und die Spannungen mit einer Wechselspannungskomponente
der Primärspule (13) zugeführt sind.
13. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Primärspule (13) Gleichspannungsimpulse
zugeführt werden und die Detektorspulen(18,18')
zu einer abgeglichenen Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, wobei die Spannung mit einer Wechselspannungskomponente
den Detektorspulen zugeführt ist.
14. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet
durch eine Einrichtung (Differenzierschaltung 121) zum Differenzieren des Ausgangs einer (18) der Detektorspulen
und einer Einrichtung (123) zum Anzeigen des differenzierten Ausgangs.
15. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Quadratur-Detektor- und Gatter-Einrichtung
ein Paar Quadratur-Detektoren (64,64") zum Erzeugen von gegenseitig
um 90° verschobenen Signalkomponenten und ein Paar zweite Detektoren (66, 66') zum Empfangen der um 90° gegenseitig verschobenen
Signalkomponenten enthält, wobei die Detektoren zu den genannten Zeitintervallen aufgetastet werden, um die Signale zu
erzeugen.
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48 8?ü
16. Wirbelstromprüfgerät zur Prüfung von Rohren aus magnetischem
Material auf Risse oder Fehler, gekennzeichnet durch eine in das Rohr (10) einschiebbare
Sonde (11) mit einem Kern (14) aus magnetischem Material und
einer darum gewickelten Primärspule (13) zum Erzeugen eines magnetischen Flusses in der Rohrwand, eine Einrichtung (51-59)
zum intermittierenden Beaufschlagen der Primärspule mit zusammengesetzten
Gleichspannungsimpulsen, von denen y&er eine relativ lang andauernde Gleichspannungskomponente (31,37,42) zum
Erzeugen des magnetischen Flusses in der Rohrwand und eine Wechselspannungskomponente (32,36,41) mit einer gegenüber der
Dauer des zusammengesetzten Impulses kurzen Periode zum Induzieren von Wirbelströmen in der Rohrwand enthält, ein Paar
Detektorspulen (18,18") in der Sonde zum Feststellen von Veränderungen
der Wirbelströme und eine Schaltung (61-69), der der Ausgang der Detektorspulen zum Anzeigen von Rissen und Fehlern in
der Rohrwand zugeführt wird.
17. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 16, bei der die Gleichspannungskomponente
(31,37,42) eines zusammengesetzten Gleichspannungsimpulses ausreicht, um die Rohrwand in ihren Sättigungsbereich zu bringen, in dem die Permeabilität der Rohrwand klein
ist im Vergleich zu ihrer maximalen Permeabilität.
18. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 16, dadurch g e k e η η
zeichnet, daß der zusammengesetzte Gleichspannungsimpuls (31,37,42) einen relativ breiten Anfangswert hat, dem die Wechselspannungskomponente
(32,36,41) folgt.
19. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß der minimale Wert der Wechselspannungskomponente
(32, 36, 41) nicht kleiner als der minimale Wert des zusammengesetzten Impulses ist.
20. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 16,. dadurch gekennzeichnet , daß der minimale Wert der Wechselspannungskomponente
(32, 36) größer als der minimale Wert des zusammengesetzten Impulses ist.
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/38
r 48 G3G
.6*
21. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß der zusammengesetzte Gleichspannungsimpuls
einen relativ breiten Anfangswert (31,37,42) hat, dem mehrere wesentlich kürzere Glexchspannungsimpulse
(32,36,41) folgen.
22. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der minimale Wert der kürzeren
Gleichspannungsimpulse (32, 36) größer als der minimale Wert des zusammengesetzten Impulses ist.
23. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Spitzenwerte der kürzeren
Gleichspannungsimpulse (32, 36, 41) etwa gleich oder größer als der Anfangswert (31, 37, 42) sind.
24. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 21, dadurch g e kennzeichnet
, daß die kürzeren Gleichspannungsimpulse (32) sich vom Anfangswert (31) zu darüber liegenden Spitzenwerten
erstrecken.
25. WirbelStromprüfgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 24,
dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung eine Detektor- und Gatter-Einrichtung (65,67) zum Erzeugen von festgestellten
Signalen zu Zeitintervallen enthält, die gegenüber den Anfängen der Wechselspannungskomponente verzögert sind.
26. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 25,
dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung einen abstimmbaren Verstärker (62, 63), dem der Ausgang der Detektorspulen
(18,18') zugeführt ist, ein Paar Quadratur-Detektoren (64,
64·), denen der Ausgang des Verstärkers zugeführt ist, und ein Paar zweiter Detektoren (66,66") aufweist, die den Quadratur-Detektoren
nachgeschaltet sind und derart aufgetastet werden, daß
Quadratur-Signale hindurchgelangen, die zu gegenüber den Anfängen der Wechselspannungskomponenten verzögerten Zeitintervallen erzeugt
sind.
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y$ 48 830
Λ-
27. WirbelStromprüfgerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten Detektoren (66, 66')
an oder nahe den Enden der jeweiligen Wechselspannungskomponenten aufgetastet sind.
28. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 16 bis 27, geke'nn ζ e ichnet durch eine Einrichtung (Differenzierschaltung
121) zum Differenzieren des Ausgangs einer der Detektorspulen (18) und einer Einrichtung (122,123) zum Anzeigen des
differenzierten Ausgangssignals.
29. Wirbelstromprüfgerät zum Prüfen von Gegenständen aus magnetischem
Material auf Unregelmäßigkeiten, gekennzeichnet durch eine Treibereinrichtung (13, 59) zum intermittierenden
Erzeugen eines richtungseinheitlichen magnetischen Flusses in dem Gegenstand, um dessen Permeabilität herabzusetzen, und
zum kontinuierlichen Erzeugen eines magnetischen Wechselflusses, um Wirbelströme im Gegenstand zu induzieren, eine Feststelleinrichtung
(18,18'61) zum Erzeugen eines Hilfsausgangs, der sich
mit dem richtungseinheitlichen magnetischen Fluß ändert, und eines Prüfausgangs, der sich mit den Wirbelströmen ändert, eine Einrichtung
(121-123) zum Differenzieren des Hilfsausgangs und zum Anzeigen
des differenzierten Ausgangs und eine Einrichtung (62-69), die auf den pri-jfausgang anspricht und eine Anzeige von Unregelmäßigkeiten
im Gegenstand erzeugt.
30. Wirbelstromprüfgerät zur Prüfung von Gegenständen aus magnetischem
Material auf in ihm enthaltene Unregelmäßigkeiten, mit einem Prüfkopf, der eine magnetisch mit dem zu prüfenden Gegenstand
kuppelbare Spuleneinrichtung enthält, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (51-59) zum Beaufschlagen der Spuleneinrichtung
(Primärspule 13) mit intermittierenden Gleichspannungsimpulsen, um im Gegenstand einen magnetischen Fluß zu erzeugen, und
mit einer Spannung mit einer merklichen Wechselspannungskomponente,
um im Gegenstand Wirbelströme zu induzieren, wobei die Wechselspannungskompönente
wenigstens während oder unmittelbar nach dem jeweiligen Gleichspannungsimpuls auftritt und eine gegenüber der Dauer
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48 83C
des Impulses kurze Periode hat, eine Schaltung (61-68), die mit
der Spuleneinrichtung (13,18,18') verbunden ist und ein Unregelmäßigkeiten
in den Wirbelströmen entsprechendes Prüfsignal erzeugt, eine Einrichtung (69), die auf das Prüfsignal anspricht
und eine Anzeige von Unregelmäßigkeiten im Gegenstand erzeugt, und eine Differenzierschaltung (121), der Signale der Spuleneinrichtung
zugeführt werden, die Änderungen im magnetischen Fluß im Gegenstand während Gleichspannungsimpulsen entsprechen,
und eine Einrichtung (Oszilloskop 123) zum Anzeigen des Ausgangs der Differenzierschaltung.
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