DE2656111B2 - Wirbelstrompriifgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelstromprüfgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Wirbelstromprüfung beruht in erster Linie auf Leitfähigkeitsänderungen zur Bestimmung von Rissen und Fehlern oder ganz allgemein jedwelcher Unregelmäßigkeiten, die den Fluß von Wirbelströmen ände.-n. 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. Änderungen der Wirbelströme werden festgestellt und angezeigt. Beim Prüfen von magnetischem Material rufen Unregelmäßigkeiten der Permeabilität des Materials ein Untergrundrauschen hervor, das von Rissen und ähnlichem 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 aber können sehr wichtig sein, insbesondere wenn der Zustand beispielsweise eines Rohres vor seinem Bruch festgestellt werden soll.

Es ist bereits bekannt, zur Sättigung des magnetischen Materials ein mit Gleichstrom erzeugtes Magnetfeld zu verwenden, um dadurch den Einfluß von Permeabilitätsänderungen auszuschalten. Bei einem bekannten Wirbelstromprüfgerät gemäß der GB-PS 9 36 033 werden kontinuierlich mit Gleichstrom betriebene Spulen verwendet. Solche Spulen werden überhitzt, sobald sie klein genug sind, um in ein Rohr eingeschoben werden zu können. Diese Überhitzung tritt insbesondere dann auf, wenn bei Materialien, die zu ihrer Sättigung eine hohe Feldstärke erfordern, mit starkem Strom gearbeitet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Wirbelstromprüfgerät derart weiterzubilden, daß eine Prüfung von Rohren und Ähnlichem auf kleine Risse und Unregelmäßigkeiten auch von innen her möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruehes gelöst.

Demnach liegt ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin, daß der magnetische Fluß zur Magnetisierung eines Prüflings bis in den Sättigungsbereich durch Gleichspannungsimpulse, d. h. durch eine

nicht kontinuierlich erfolgende Beaufschlagung der Primärspule mit Gleichspannung, erzeugt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Wirbelstrom ist es möglich, einen Prüfkopf bzw. eine Sonde so klein auszubilden, daß er bzw. sie in Rohre eingebracht werden kann, welche in situ geprüft werden können. Beispielsweise wurden mit Prüfköpfen mit einem Durchmesser zwischen 1,5 und 5,7 cm Feldstärken von 1000 Oersted und mehr erreicht. Mit erfindungsgemä-Qen Wirbelstromprüfgeräten können somit Rohre geprüft werden, ohne daß ein Entfernen von Kopfplatten der Rohre notwendig ist Bei Feststellen von Rissen muß nur das mit Rissen behaftete Rohr ausgewechselt werden. Es sind regelmäßige Prüfungen von Rohren während des Betriebs der Rohre möglich.

Um den Strom zu bestimmen, der zu einer ausreichenden Sättigung des Rohres oder Prüflings führt, können Vorversuche mit einem Prüfling durchgeführt werden, der einen künstlich erzeugten Riß aufweist Der Strom kann auch unter Prüfbedingungen erhöht werden, bis das Untergrundrauschen auf ein Minimum vermindert ist. Vorteilhaft ist, eine kontinuierliche Anzeige dafür zu haben, daß der Prüfling in seinen Sättigungsbereich gebracht isi.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise erläutert.

Es stellen dar:

F i g. 1 eine Sonde zur Innenprüfung eines Rohres,

F i g. 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 F i g. 2a darstellt,

Fig. 3 typische normale Magnetisierungs- und Permeabilitätskurven eines magnetischen Materials,

Fig.4 zusammengesetzte Gleichspannungsimpulswellenformen,

F i g. 5 ein Blockschaltbild eines Wirbelstromprüfgerätes,

F i g. 6 einen in dem Gerät gemäß F i g. 5 verwendbaren Impulsgenerator,

F i g. 7 Wellenformen des Generators gemäß F i g. 6,

Fig. 8 einen im Gerät gemäß Fig. 5 verwendbaren Impulstreiber,

Fig. 9 Wellenformen des Impulstreibers gemäß Fig. 8,

Fig. 10eineCRT-(Kathodenstrahl-Oszilloskop)-Darstellung des Ausganges des abgestimmten Verstärkers gemäß F i g. 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 Brückenschaltungund

Fig. 18 ein Gerät des Komparatortyps mit einem elektrisch erzeugten Bezugssignal.

F i g. 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 werden, so daß der Zustand des Rohres ohne dessen Ausbau geprüft werden kann.

F i g. 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 Schraubbolzen 15, beispielsweise aus Roheisen. mit einer aufgeschrauben Endkappe 16, hält den Kein 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 F i g. 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 Ausführungsform 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 Verfugung stehei.. Die Anzahl der erforderlichen Ampere-Winciungen hängt sowohl davon ab, wie leicht oder schwer das Rohrmaterial zu sättigen ist als auch von den Sondenabmessungen, der Rohrwanddicke usw. Es können Feldstärken 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 sehr geringen 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 im Säitigungsbereich abflacht. Die dargestellte Kurve ist in herkömmlicher Weise halblogarithrnisch aufgetragen, so daß der große Magnetisierungsbereich sichtbai 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 \n allgemeinen bei geringen Flußdichten klein, bei mittleren Fiußdichten 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 ABIAH 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, um so kleiner ist die differentielle Permeabilität. Auch gilt, wenn das Gleichstrommagnetfeld nahe dem Knickpunkt der ß-f/-Kurve ist, daß die differentielle Permeabilität um so kleiner ist, je kleiner die Wechselstrom-Amplitude ist.

Gegenwärtig wird vorgezogen, mit einem ausreichend großen Gleichstrommagnetfeld 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 F i g. 3 dargestellt.

Die Form der in F i g. 3 dargestellten Kurven kann je nach dem magnetischen Material und der Stärke des für die Sättigung erforderlichen Magnetfeldes merklich unterschiedlich sein. In einigen 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 v/erden.

F i g. 4a zeigt eine Reihe zusammengesetzter Impulse zum Beaufschlagen der Treiber- oder Primärspule einer Prüfkopfsondc, 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 Irppulses 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 I erreicht, kann ein Knick auftreten, nachdem eine andere Steigung vorhanden ist. Die Kurven 34 und 35 stellen somit nur einen allgemeinen Trend dar.

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 Gleichstrommagnelisierung. 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 '/2% gearbeitet, was einen mittleren Aufheizstrom von etwa 12 bis '/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 1OkHz 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 zeigt 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 Gleichspa;inungskomponente des zusammengesetzten Impulses während dessen letzterem Teil etwas verringert, 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.4c 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 kön-

nen 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 Dauer erzeugt. Der Ausgang des Teilers 55 ist mit einem Anfangsimpulsgenerator 56 verbunden, der breite Gleichspannungsimpulse mit erwünschter Dauer und erwünschtem Tastenverhältnis 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 Impulsireiber 58 zugeführt, der die in F i g. 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 NuIl-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 sie sich jedoch innerhalb des Rohres, wie in F i g. 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 37 86 347 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- 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 F i g. 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 Obergangsbedingungen 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 F i g. 4a, so daß für

in 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 Been-

2» digung 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 '56 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.

Des weiteren können erforderlichenfalls Alarmschaltungen usw. vorgesehen sein.

F ii g. 6 zeigt den in dem gestrichelten Kästchen 60 der F i g. 5 enthaltenen Teil. Die Buchstaben in F i g. 6 bezeichnen in F i g. 7 dargestellte Wellen.

In F i g. 6 ist die Frequenz des Oszillators 51 höher als die PRF der Prüf impulse 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 : !-Multiplexer dargestellt, der ermöglicht, daß jedwelcher von acht Eingängen auf die Ausgangsleitung 73 gelegt wird. Prüfimpulsfrequenzen von 5 bis 8OkHz 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 FFl 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 (^-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 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 Fzu erzeugen. Die Verbindung zwischen FF2 und FFl liefert zusammen mit dem Eingang Deinen Ausgang E, der die gleiche Frequenz wie Fhat, gegenüber Faber 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 W mit 78 Hertz gewählt.

Damit Platz für nachfolgende Wellenformen ist, wird die Welle H um ihren halben Zyklus nach links in die Lage //'bewegt, wie strichpunktiert dargestellt.

Der Ausgang H' wird direkt einem NOR-Glied 75 zugeführt. Er wird weiter einem Dekaden-Zähler-Teiler 76 zugeführt, der bei jedem zehnten Impuls H einen Impuls /erzeugt. Beim Zählen hält der Teiler 76 seinen Ausgang den vollen Zyklus von H, so daß die Breite des Impulses in /gleich einem vollen Zyklus von Wist. Der Impuls / wird invertiert und bildet K, das dem NOR-Glied 75 zugeführt wird. Das NOR-Glied funktioniert in herkömmlicher Weise und ergibt einen niederen (0) Ausgang, wenn immer ein Eingang hoch (1) ist und einen hohen (1) Ausgang, wenn beide Eingänge niedrig (0) sind. Die Eingänge H' und K des NOR-Gliedes 75 ergeben einen Ausgang L, der hoch ist, wenn Wund K niedrig sind.

Das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen in / und K ist aufgrund der Teilung durch 10 im Dekadenzähler 76 das Neunfache der Impulslänge. Dies ist in F i g. 7 schlecht darzustellen. Das Intervall aber ist in F i g. 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 Fund Eauf hohe Pegel gehen. Die Ausgänge Mund N bleiben bis zu den positiven Anstiegen von Fund Ehoch, 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 Λ/dem NOR-Glied

78 zusammen mit der Welle E zugeführt, wodurch ein Ausgang Verzeugt wird, der zu Einvertiert ist, aber nur innerhalb der unteren Abweichung von ^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 investiert 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 gehender.

Flanken von L/und ^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 F i g. 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

ίο Eingang des NOR-Gliedes 82 ist geerdet Auf diese Weise ist der Ausgang Fund wird dem NOR-Glied 81 zusammen mit M zugeführt. Entsprechend ist der Ausgang bei 85 derjenige Teil von F, der während des niederen Teils von M vorhanden ist, der dem hohen

π Bereich von M, wie dargestellt, entspricht Die entstehenden Gruppen sind bei TA dargestellt. Wie im weiteren erklärt werden wird, verwendet der Impulsiv eiber 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 Eund Fniedrig sind. Dies wird durch das NOR-Glied 81 invertiert und auf den niederen Bereich von M begrenzt Die in der Leitung 85 entstehende Prüfimpulsgruppe ist bei Γ-2 dargestellt.

Für Impulse mit einem Tastverhältnis von 25%

jo werden die Wellen Eund Febenfalls 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

r> Tastverhältnis von 75% invertiert, wie bei T-3 dargestellt.

Der breite Anfangsimpuls wird vom NOR-Glied 88 erzeugt, dessen Eingänge /, /Vund M sind. Der Ausgang P ist niedrig, wenn irgendeiner der Eingänge hoch ist.

Entsprechend geht der Anfangsimpuls P nach unten, wenn / 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. Des weiteren 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 Anfangsimpulses erfolgt. Irgendwelche zusätzlichen am Ende von P erzeugten Impulse beeinflussen daher die einwandfreie Funktion der Schaltung nicht.

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-Impulsausgänge 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.

F i g. 8 zeigt eine Schaltung für den Impulstreiber 58 und den zweiten Tast-Impulsgenerator 67 innerhalb des Kästchens 91 der F i g. 5. F i g. 9 zeigt zur Erklärung Wellenformen, die an den entsprechend numerierten <-, Stellen in F i g. 8 im normalen Betrieb auftreten.

Die Anfangsimpulswellenform P gemäß F i g. 7 wird der Eingangsleitung 92 zugeführt und dann durch eine Diode D1 und einen Widerstand zur Basis des Transistors Qi. Qt ist als Emitterfolger geschaltet und ι ο seine Ausgangsspannung wird von Widerständen R 1, R 2 geteilt und der Basis des Transistors Q 2 zugeführt. Die Versorgungsspannung V2 wird durch eine Zener-Diode 93 auf einer erwünschten Spannung unter V gehalten.

Zur Zeit fc ist der Anfangsimpuls hoch, Qi ist an (durchlässig) und Q2 ist an. Wenn der Anfangsimpuls zum Zeitpunkt t\ auf niederen Wert geht, wird der Transistor Ql ebenso wie Q 2 abgeschaltet. Die Spannung V3 wird normalerweise von der Versorgungsspannungsleitung mit der Spannung V über Q 9 zugeführt, dessen Funktion später erläutert wird. Der Widerstand Λ3 in der Kollektorschaltung von Q2 erzeugt eine vorgewählte Amplitude des Anfangsimpulses, wie bei 4 dargestellt. Dieser wird über die Diode D 2 r, den Basen der Transistoren QA und Q5 zugeführt. Durch die Widerstände R 3 und RS erfolgt eine Spannungsteilung, die hier zur Darstellung als Vs V3 gewählt ist.

Die Prüfimpulsgruppe aus der Leitung 86 der F i g. 6 x> wird der Basis von Q6 zugeführt, der als Emitterfolger funktioniert. Ein Teil des Emitterausgangs, bestimmt durch die Spannungsteiler R 6, R 7 wird der Basis von Q 3 zugeführt. Q6 ist anfänglich an und Q 3 ist ebenfalls an. Zum Zeitpunkt h schalten Q6 und Q3 aus und gehen r> danach entsprechend den Prüfimpulsen an und aus.

Der Kollektorausgang von Q 3 erzeugt auf diese Weise eine Prüfimpulsgruppe, wie bei 3 dargestellt. Diese Prüf impulsgruppe wird über die Diode D 3 Transistoren QA und QS zugeführt, wobei die Amplitude von RA und R 5 spannungsgeteilt wird. RA ist kleiner als R 3 und die Spannungsteilung für die Prüfimpulse ist hier der Darstellung halber mit ³A V3 angenommen. Während Q 2 zwischen fi und i2 aus ist, spannt die höhere Spannung bei 94 D3 vor. Wenn aber 4'> Q 3 zwischen f2 und i3 ausgeht (undurchlässig wird), gelangt die höhere Spannung der Welle 3 durch D 3 zur Stelle 94 und spannt D 2 vor. Danach ändern sich die Bedingungen alternierend für aufeinanderfolgende Testimpulse.

Die Wellenform an den Basen von QA und Q 5 ist in Fig.9 mit 5 dargestellt. Diese Wellenform ist die gleiche wie die des zusammengesetzten Impulses gemäß F i g. 4a, wobei die Amplitude der überlagerten Prüfimpulse 32 25% der Amplitude des breiten Impulses 31 beträgt Die Emitterausgänge von QA und Q 5 werden über eine Leitung 95 dem Spulentreiber 59 der F i g. 5 zugeführt

Im Betrieb ist es wünschenswert den Strom in der Primärspule 13 der F i g. 5 regeln zu können. Dazu ist »0 der Widerstand RS 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.

Ein erwünschter Bruchteil dieser Spannung wird vom Potentiometer 96 abgegriffen und der Basis von Ql zugeführt Ersichtlicherweise liegt diese Spannung unter der Spannung in der Spannungsversorgungsleitung 97. Die Diode DA schützt gegen eine mögliche Polaritätsumkehr. Die Ausgangsspannung von Q7 wird mittels R 9, RiO geteilt und der Basis von Q8 zugeführt. Der Kollektorausgang von QS wird der Basis von Q9 zugeführt. Im normalen Betiieb sind Q7, QS 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 Q 9 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 Spulcntrcibcrstufc von einer Schaltung 99 begrenzt, urn 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 den Widerstand R S an. Wenn diese Spannung zu hoch ist, wird der Transistor leitfähig, um den Eingang von Q 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 F i g. 5 werden ebenfalls in der Schaltung gemäß Fig.8 erzeugt Dazu wird der Emitterausgang von Q1 über All dem Kondensator C2 zugeführt und der letztere ist über R 12 mit Erde verbunden. Wenn der Anfangsimpuls 1 an seinem Ende hoch geht, wird Q 1 leitfähig und erzeugt in der Leitung 102 einen positiven Impuls, wie durch die Welle 6 dargestellt. Danach entlädt sich C2 über /?*1 und Ri2, 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 gestrichelt dargestellt, ein negativer differenzierter 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 Q 3 über Dioden D 5 und D 6 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 F i g. 6 werden aus der Leitung 86 dem Transistor Q 6 kontinuierliche Priifimpulse zugeführt, so daß eine kontinuierliche Reihe von Prüfimpulsen von Q 3 erzeugt wird und der Ausgangsleitung 95 zugeführt wird. Qi und Q 2 werden durch Betätigen des Schalters 105 abgeschaltet so daß an der Leitung 106 eine positive Spannung liegt Diese wirkt über die Diode Dl und schaltet Q1 und daher Q2 an. Die positive Spannung in der Leitung 102 wird über DS 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 Q 10 zugeführt, wodurch Q 10 angeschaltet wird und den Eingang von QS kurzschließt Die Regulierschaltung ist daher unwirksam und

ζ) 9 hat seine maximale Leitfähigkeit, die durch RH gegeben ist

Fig. 10 zeigt eirie CRT-Oszilloskop-Darstellung des Ausgangs des Verstärkers 62 (F i g. 5) unter normalen Betriebsbedingungen. Das Oszilloskop ist mit den zusammengesetzten Impulsen synchronisiert. Nach einem anfänglichen Übergangszustand bei 111 bleibt der Ausgang 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 F i g. 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 Permeabilitätsändtrungen ein gewisser Rauschpegel. Die Amplitude der zusammengesetzten Impulse kann dann erhöht 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 F i g. 5 ist der Ausgang einer Null-Detektorspule 18 mit einer C-/?-Differenzierschaltung 121 und dann über einen Verstärker 122 mit einem Oszilloskop 123 verbunden. Wenn das Material in den Sättigungsbereich kommt, treten in dem von der DetektorsDule 18 aufgenommenen Signal Verformungsprodukte bzw. Verzerrungen auf, die durch die Differenzierschaltung hervorgehoben werden.

F i g. 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 Impulses gemäß 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

:o 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 tatsachlich bis in die Sättigung getrieben wird.

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

so Ausführungsform bezieht sich vor allem auf die zusammengesetzten Impulse gemäß Fig.4a. Wenn ein Betrieb entsprechend F i g. 4b erwünscht ist, können die Impulstreiberschaltungen der Fig. 8 entsprechend abgeändert werden oder es können zu diesem Zweck andere Schaltungen entwickelt werden. Beispielsweise kann Q 3 anders geschaltet werden, so daß ein Teil von R 3 normalerweise kurzgeschlossen ist, wobei der Kurzschluß während des Prüfimpulses aufgehoben ist, um dadurch die Teilwirkung von R 3 und Λ 5 zu ändern.

Oder ähnlich kann ein Teil von Λ 5 durch Q 3 während des Auftretens von Prüfimpulsen kurzgeschlossen werden.

Wenn ein Betrieb entsprechend F i g. 4c erwünscht ist, kann der Impulsgenerator gemäß Fig.6 so verändert

h5 werden, daß er die Prüfimpulsgruppe unmittelbar nach dem Anfangsimpuls erzeugt und können gleiche Widerstände R 3 und /?4 in Fig. 8 gewählt werden. Oder es könnte eine zusammengesetzte GruDDe eemäß

F i g. 4c in F i g. 6 erzeugt werden und jedem Impulseingang der F i g. 8 zugeführt werden.

Es wird vorgezogen, zur Erzeugung der zusammengesetzten Impulse gemäß F i g. 4, wie dargestellt, Gleichspannungsimpulse 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 Gleichstrom 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 annähernd 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 F i g. 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.

F i g. 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 Transformators 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 F i g. 4a und 4b \orliegen und kann in Art der Welle 3 in F i g. 8, 9 erzeugt werden oder kann unmittelbar nach den Sättigungsimpulsen ähnlich der F i g. 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 Gegen-Standes 10 zu verringern, wie oben beschrieben.

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 Ausgangs wicklung 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 ^ind 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. Auch hier kann mit einer Differentiation des Ausgangssignals einer der Detektorspulen 18 und 18' gearbeitet werdei, die, wie anhand der F ig. 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 w Prüfspulenanordnung angeordnet oder wird relativ dazu bewegt. Die Prüfspulenanordnung enthält eine Primärspule 147 und eine Sekundär- oder Aufnahmespule 151. Eine Bezugsspulenanordnung mit einer Primärspule 148 und eine Sekundärspule 152 ist für den f>5 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 F i g. 5 aufgebaut sein können. Unter Steuerung der Signale aus 149 werden Auftastimpulse für die Quadratur- und zweiten Detektoren i;i 154 erzeugt und 153 zugeführt Erforderlichenfalls können in bekannter Weise Abgleichschaltungen 155 verwendet werden. Auch kann der Ausgang einer der Sputen 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.

Fig. 17 zeigt einen Komparator mit einer Brückenschaltung ähnlich der F i g. 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 Auftastsignale für die Quadratur- und zweiten Detektoren erzeugt werden.

Die Widerstandszweige 161 und 162 sind hier in der Brückenschaltung und nicht in einem Transformator 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

ίο 18,18' des Riß-Detektors gemäß F i g. 5 oder 15 oder die Prüfspule 151 eines !Comparators 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.

Vom Generator 174 werden Quadratur-Tastimpulse 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 Verstärker- und 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 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

J5 anfänglichen Bezugsgegenstand sowie die Richtung der Abweichung angezeigt werden können.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Wirbelstromprüfgerät zur Prüfung von Gegenständen aus magnetischem Material auf in ihnen enthaltene Unregelmäßigkeiten mit einem Prüfknopf, der eine von einem Gleichspannungsgenerator gespeiste Primärspule zum Erzeugen von magnetischem Fluß einer solchen Größe in dem Gegenstand aufwei.it, daß der Gegenstand bis in seinen Sättigungsbereich magnetisiert wird, wo die Permeabilität des Gegenstandes klein ist im Vergleich zu seiner maximalen Permeabilität, der ferner eine von Wechselspannungssignalen gespeiste Erregerspulenanordnung zum Induzieren von Wirbelströmen in dem Gegenstand und eine Detektorspuleneinrichtung zum Feststellen von Veränderungen der Wirbelströme aufweist, mit einer mit dem Ausgang der Detektorspuleneinrichtung verbundenen Detektoreinrichtung zum Erzeugen von Signalen, die Unregelmäßigkeiten im Gegenstand entsprechen, und mit einer Anzeigeeinrichtung, die auf die Signale anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungsgenerator (51—59; 141, 149) so ausgebildet ist, daß er Gleichspannungsimpulse mit einer gegenüber der Impulsdauer großen Wiederholungsdauer erzeugt, und daß eine Tasteinrichtung (65, 67; 154) vorgesehen ist. die dafür sorgt, daß Fehlerfeststellsignale nur in einem Zeitintervall der Anzeigeeinrichtung (69) zugeführt werden, das unmittelbar dem Abklingen von Übergangsvorgängen folgt, die wiederum im Fall, daß die Wechselspannungssignale während der Gleichspannungsimpulse erzeugt werden, der Vorderflanke des Gleichspannungsimpulses folgen und im Fall, daß die Wechselspannungssignale als Wechselspannungskomponente unmittelbar nach der reinen Gleichspannungskomponcnte des intermittierend zusammengesetzten Gleichspannungsimpulses erzeugt und der Primärspule (13; 147) als Erregerspulenanordnung zugeführt werden, dem Beginn des Auftretens der Wechselspannungskomponente folgen.

2. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1 zum Prüfen von Rohren aus magnetischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (Sonde U) 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.

3. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung 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. Wirbelstromprüfj,erät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorspulen (18, 18') zu einer abgeglichenen Brückenschaltung zusammengeschaltet sind, wobei die Spannung mit einer Wechselspannungskomponente den Detektorspulen (18, 18') zugeführt ist.

5. Wirbelsiromprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator zur Erzeugung der der Primärspule (13; 147) zugeführten Gleichspannungsinipulse so aufgebaut ist. claG die Gleichspannungsimpulse einen relativ langandauernden Anfangswert (31,37,42) aufweisen, dem mehrere wesentlich kürzere Gleichspannungsimpulse (32,36,41) folgen.

-,

6. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenwerte der kürzeren Gleichspannungsimpulse (32, 36) etwa gleich oder größer als der Anfangswert (31, 37) und die minimalen Werte der kürzeren Impulse gleich

ι» oder größer als der minimale Wert des zusammengesetzten Impulses sind.

7. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Differenzierschaltung (121), der Signale aus der Detektorspuleneinrichtung

ι, (Detektorspule 18) zugeführt werden, die Veränderungen im magnetischen Fluß des Gegenstandes während der Gieichspannungsimpulse entsprechen, und eine Einrichtung (Oszilloskop 123) zum Anzeigen des Ausgangs der Differenzierschaltung.