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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor-
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richtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken aus elektrisch
leitendem Material, wie z.B. Formkörpern, Metalltafeln, Rohlingen, Drähten, Flüssigkeiten,
Pulvern u. dgl., hinsichtlich Änderungen, wie Fehlern, Fehlstellen, Abweichungen,
Dimensionsänderungen, Materialänderungen, Änderungen der elektrischen Eigenschaften,
einschließlich durch äußere Einflüsse verursachte Änderungen, wie z.B. Geschwindigkeit,
Kraft usw. Das Verfahren und die Vorrichtung dient dem Aufsuchen und Auswerten der
Änderungen, z.B. der Art der Änderung, der Größe, der Position usw. Eine gefundene
Änderung, z.B. infolge Dimensionsänderungen, wird zum Messen angepaßt, indem ein
Maß für die Dimension und die Dimensionsänderung geschaffen wird. Wenn die Änderung
von mechanischen Kräften herrührt, die an dem Probenstück angreifen, z.B. von einer
von außen einwirkenden Kraft auf das Probenstück, dann wird die Kraft gemessen und
man erhält ein Maß der Kraft und der Kraftänderung. Wenn die Änderung teilweise
oder vollständig in einer Relativbewegung zwischen dem Probenstück und dem Signalabnehmer
begründet ist1 erhält man ein Maß für die Geschwindigkeit des Probenstückes, welches
durch den Signalabnehmer läuft. Eine Integration über der Geschwindigkeit führt
zu einem Längenmaß des Probenstückes. Die Änderung oder der Fehler kann auch ganz
einfach in der Anwesenheit oder Abwesenheit von Material bestehen; in diesem Fall
dient die Vorrichtung dem Erkennen von Metallteilen.
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Vorrichtungen zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung sind bereits
bekannt und schließen mindestens einen Signalabnehmer ein, der durch Wechselstrom
angeregt wird. Das magnetische Feld der Spule ruft Wirbelströme hervor in dem Probenstück;
es erscheinen Änderungen in dem Probenstück in Form von Änderungen der Verteilung
der Wirbelströme. Die Wirbelströme werden mit Signalabnehmern untersucht, die bei
den bekannten Vorrichtungen oft Teil einer ausgeglichenen Brücke oder anderer ähnlicher
ausgeglichener
Kreise sind.
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Die bekannten Einrichtungen arbeiten oft vergleichend, nämlich indem
ein Teil des Probenstückes ein Vergleichs-oder Bezugsobjekt für einen anderen Teil
des Probenstückes bildet. Es ist verständlich, daß derartige Einrichtungen nicht
geeignet sind, Fehler aufzuspüren, die sich in Laufrichtung erstrecken, wie beispielsweise
lange Risse.
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Es ist weiterhin bekannt, Gebrauch zu machen von Vorrichtungen, bei
denen der Signalabnehmer mit mehrfachen Frequenzen erregt wird, wie es beispielsweise
in dem Verfahren nach H.L.Libby beschrieben wird in "Introduction to Electromagnetic
Nondestructive Test Methods/Whiley o Sons, Inc. 1971". Dieses Verfahren basiert
auf der Fourier-Transformation.
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Bei den bekannten Vorrichtungen ist es schwierig, wenn nicht gar unmöglich,
das sog. Fehlersignal einfach und praktikabel zu separieren; unter dem Fehlersignal
wird ein Signal verstanden, welches von einer Änderungerrührt oder ausstrahlt von
Positionssignalen, die ihre Ursache von der Lage des Signalabnehmers relativ zu
dem Probenstück haben. Dies impliziert, daß diese Vorrichtungen nicht zufriedenstellend
arbeitenlwenn das Probenstück beispielsweise vibriert. Da bei den meisten praktischen
Anwendungsfällen das Probenstück vibriert, wenn die sog. Signalabnehmer nach dem
Durchlaufprinzip benutzt werden, wird impliziert, daß die Bewegung des Probenstückes
relativ zu dem radialen Abmaß des Signalabnehmers in einem Positionssignal resultiert,
welches durch diese Bewegung moduliert wird. Dieses modulierte Signal dominiert
oft über das Fehlersignal, welches charakteristisch für den Fehlentst. Bei der Benutzung
der sog. Oberflächensignalabnehmer erhält man ebenfalls eine Modulation in der beschriebenen
Weise, die durch die Positionsvariation zwischen dem Signalabnehmer und dem Probenstück
entsteht.
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In der schwedischen Patentschrift 75.07857-6 ist eine Vorrichtung
beschrieben, die zur Fehlersuche in Werkstücken geeignet ist unabhängig von der
Position des Signalabnehmers relativ zu dem Probenstück. Die dort beschriebene Vorrichtung
weist ebenso wie die vorliegende Erfindung mindestens einen Signalabnehmer oder
mindestens eine Drahtschleife auf, die mit mindestens zwei verschiedenen Frequenzen
erregt wird. Wie die vorliegende Erfindung so ist auch diese Vorrichtung kalibriert
gegenüber beispielsweise einem Referenz-Probestück.
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Diese Kalibrierung findet in einem gewissen Abstand zwischen dem Referenz-Probestück
und dem Signalabnehmer statt. Die kalibrierte Vorrichtung wird dann zu Prüfzwecken
benutzt.
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Wenn der Signalabnehmer in einem gewissen Abstand (.imin in Fig. 4),
der von der Änderung abhängt, von dem Probenstück ist, kann die Änderung bzw. der
Fehler nicht mehr festgestellt werden. Dies ist natürlich ein.Nachteil. Die vorliegende
Erfindung ist darauf gerichtet, dieses Problem zu lösen, ebenso wie andere damit
verbundene Probleme.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung
weiter beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Signalabnehmer,
der das Probenstück umgibt, Fig. 2 ein Diagramm,telches die sog. Variable des Signalabnehmers
als eine Funktion der Position dieses Abnehmers relativ zu dem Probenstück zeigt,
wobei die Variable mit zwei verschiedenen Frequenzen gemessen wird und auch dieselbe
Variable des Signalabnehmers zu einem Referenz-Probenstück bei beiden Frequenzen
gemessen wird,
Fig. 3 ein komplexes Impedanzdiagramm oder zumindest
Teile davon für den Signalabnehmer gemäß Fig. 1, Fig. 4 ein vereinfachtes komplexes
Impedanzdiagramm zur Darstellung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung
mit Anwendung der Amplitudendetektoren; dieses Verfahren dient dem Auffinden von
Änderungen und Fehlern in oder an dem Probenstück mit maximaler Empfindlichkeit
unabhängig von der Richtung und Größe des Fehlers, Fig. 5 ein Blockdiagramm eines
bevorzugten Ausführungsbeispieles der Vorrichtung nach der Erfindung mit amplitudenmodulierten
Gleichrichtern, Fig. 6 ein Blockdiagramm eines modifizierten Ausführungsbeispieles
ähnlich wie bei dem Beispiel in Fig. 5, wobei die Differenz darin besteht daß die
Detektoren phasenkontrollierte Gleichrichter sind, nämlich synchrone Demodulatoren
oder kontrollierte Gleichrichter, Fig 7a ein Spannungsdiagramm, welches das Differenzsignal
zeigt, welches entsteht, wenn keine Änderung in oder an dem zu prüfenden Werkstück
vorliegt und Fig. 7b ein Spannungsdiagramm ähnlich zu dem Fig. 7a, aber für eine
Probe mit einem Fehler.
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In Fig. 1 ist ein Signalabnehmerlnach dem Durchlaßtyp gezeigt, der
das Werkstück 2 umgibt, welches geprüft wird. Das Werkstück 2, welches auch als
Probenstück bezeichnet wird, ist exzentrisch und zwar mit einem Abstand r von der
Zentralachse des Signalabnehmers positioniert.
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Der Prüfkörper kann z.B. aus einem Draht bestehen, der kontinuierlich
bewegt wird. Der Signalabnehmer ird durch mindestens einen Generator angeregt, der
Ausgangssignale mindestens zweier verschiedener Frequenzen produziert. Die Ausgangssignale
dieses Generators können sinusförmig ausgebildet sein oder auch in Form von Impulsen
oder Impulsfolgen. Die Ausgangssignale können eine variable Amplitude und beidseitig
unveränderliche oder variable Phasenwinkel besitzen. Darüber hinaus können die Ausgangssignale
dieses Generators frequenzmoduliert sein, insbesondere entsprechend einer geeigneten
Zeitfunktion.
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In Fig. 2 ist die variable Größe des Signalabnehmers dargestellt,
im speziellen Fall als Spannung, und zwar als eine Funktion der Position bzw. des
Mittenabstandes r des Prüflings, gemessen bei zwei verschiedenen Frequenzen w1 und
w2. Die Spannungsamplituden sind einmal gezeigt für ein Probenstück mit einer Änderung,
die in der Zeichnung und im folgenden als Fehler bezeichnet wird, und zum anderen
für ein Probenstück ohne Änderung, also ohne Fehler.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Betrag von /A/ (absoluter
Wert), der unter anderem eine Funktion der Änderung oder des Fehlers in dem Probenstück
ist, größer als der Betrag von /B/ (absoluter Wert) für alle sinnvollen Werte von
r. Dies wird benutzt zur Fehlersuche in Übereinstimmung mit dem genannten schwedischen
Patent.
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Um die Signalverarbeitung zu vereinfachen wird das variable Signal
des Signalabnehmers so kompensiert, daß ein Minimum für jede der Frequenzen bei
ein und demselben Wert von r, vorzugsweise r = =0, entsteht, wenn ein Probenstück
ohne Änderungen geprüft wird.
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Eine derartige Kompensation kann das einschließen was als ausgeglichene
oder Null-Kompensation bezeichnet wird. Eine solche Null-Kompensation kann vorzugsweise
mit Hilfe eines Servomechanismusses erreicht werden.
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Abhängig von der Art der Änderung werden die optimale elektrische
Größe und geeignete Frequenzen ausgewählt, um optimale Prüfergebnisse zu erhalten.
Der Ausdruck elektrische Größe, wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf direkte
Variable, wie z.B. der Widerstand, die Induktion usw., wie auch auf indirekte Variable,
wie z.B.
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die Spannung, die Stromgröße, die Phase usw. Alle genannten Variablen
unterliegen dem möglichen Einfluß auf dem Weg des Probestückes über die elektrische
Ankopplung zwischen dem Probenstück und dem Signalabnehmer. Die elektrischen Größen
werden beeinflußt durch graduelle Veränderung bei verschiedenen Frequenzen, wenn
eine Änderung des Probenstückes auftritt.
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Die elektrischen Eigenschaften des Signalabnehmers werden vorzugsweise
mit Hilfe des sog. Impedanzdiagramms beschrieben, welches oft normalisiert wird.
In Fig. 3 sind Teile eines vereinfachten Impedanzdiagramms dargestellt, und zwar
bezogen auf einen speziellen Signalabnehmer. Auf den Achsen ist der Widerstand R
des Signalabnehmers in bezug auf die Impedanz des Signalabnehmers ohne Probenstück
wLg dargestellt. Die Impedanz des Signalabnehmers mit eingesetztem Probenstück ist
mit*L bezeichnet.
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Aus Vereinfachungsgründen beschränkt sich die folgende Abhandlung
auf die Anwendung von lediglich zwei Frequenzen W1 und w2, obwohl die Ausführungen
selbstverständlich für mehr als zwei Frequenzen gültig sind.
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Wenn die Position des Signalabnehmers relativ zu dem Probenstück verändert
wird, ändert sich die Impedanz der Probe bei einer Frequenz w1 entlang der Linie
von a1 zu b1; dies bedeutet daß die Änderung in einer bestimmten Richtung stattfindet
(genannt Abheberichtung im Falle eines sog.
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Oberflächensignalabnehmers) und in gleicher Weise wird die Impedanz
des Signalabnehmers entlang der Linie von a2 zu b2 für-die Frequenz w2 geändert.
Die beschriebene Positionsänderung ghört zu einem Positionssignal (oder besser Positons-Vektor)
für jede der beiden Frequenzen. In Fig. 3 werden die Positionsänderungen dargestellt
durch die Positionssignale L1 und L2 bei den beiden Frequenzen w1 und w2. Wenn das
Probenstück eine Änderung zeigt, z.B. einen Fehler, dann wird sich diese Änderung
in einer Impedanzänderung im Signalabnehmer auswirken. Diese Impedanzänderungen
erscheinen in dem komplexen Impedanzdiagramm. Abhängig von der Art des Fehlers werden
die Impedanzänderungen verschiedene Größe und Richtungen für verschiedene Frequenzen
aufweisen. In Fig. 4 sind solche Impedanzänderungen, die von Änderungen oder Fehlern
in dem Probenstück herrühren durch Fehlersignale (besser Fehler-Vektoren) Fw1 und
Fw2 für jede Frequenz w1 und w2 dargestellt.
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Die Vektoren U1 und U2 repräsentieren die Impedanz (oder Spannung)
des Signalabnehmers wenn keine Änderung am Probenstück eintritt. In der praktischen
Anwendung wird das Probenstück mit einem Strom angeregt, der vielfache Frequenzen
besitzt, wie z.B. w1 und w2. Über die Probe findet ein Spannungsabfall statt,*wie
er aus den beiden Vektoren U1 und U2 ersichtlich ist, dessen Betrag und Phase direkt
abhängig von der
Impedanz des Signalabnehmers. Bei den folgenden
Ausführungen sei vorausgesetzt, daß der Signalabnehmer mit Strom mit den beiden
Frequenzen w1 und w2 angeregt wird.
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Wenn der Signalabnehmer über einem Prüfling ohne Fehler plaziert wird,
also beispielsweise über einen Prüfkörper, der als Referenzobjekt oder Normalobjekt
dient, dann ist es einfach, die Spannung wegzukompensieren ( zu Null zu kompensieren)
über dem Abnehmer in dieser speziellen Lage des Abnehmers, die als Kompensationspunkt
bezeichnet wird, in-dem entgegengesetzt gerichtete Spannungen (oder besser Kompensationsvektoren)
aufgegeben werden von denen nur der Kompensations-Vektor UCOmp U für den Spannungsabfall
U2 comp II in gestrichelter Linienführung in Fig. 3 dargestellt ist.
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Prinzipiell betrachtet macht es keinen Unterschied, welche elektrische
Größe, das ist die Variable des Signalabnehmers oder Kombinationen von solchen Variablen,
benutzt und gemessen werden. Unter der Voraussetzung, daß die Kompensation bei den
Punkten B1 und B2 in Fig. 3 erreicht wird bedeutet dies, daß B1 und B2 zu ein und
derselben Position des Signalabnehmers relativ zu dem Probenstück gehören. Wenn
diese Kompensation durchgeführt ist, werden Abweichungen oder Änderungen in der
relativen Lage Abnehmer/Probenstück direkt oder indirekt über Kompensationskreise
zu eektrischen Signalen (Vektoren) führen, beispielsweise zu Spannungs-Vektoren,
die von dem Signalabnehmer ausgehen.
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Unter dem Ausdruck Kompensationskreise, wie er im folgenden benutzt
wird, werden sowohl analoge als auch digitale Kompensationseinrichtungen verstanden,
einschließlich programmierte elektronische Einrichtungen, wie z.B. Computer usw.
Derartige elektrische Signale (Vektoren) die herrühren von Änderungen oder Abweichungen
zu dem Kompensationspunkt, werden oft als
Abweichung bezeichnet,
beispielsweise als Positionsabweichung, Fehlerabweichung, Dimensionsabweichung usw.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist nun der Bezug
hergestellt zwischen den Vektoren L1 und L2 von dem in Rede stehenden Meßpunkt;
dies wird im folgenden als Normalisierung bezeichnet.
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Um die Normalisierung auszuführen, kann das folgende Verfahren angewendet
werden; der auf den Signalabnehmer auf gegebene Strom erhält für jede Frequenz w1
und w2 einen solchen Betrag, daß die absoluten Größen /L1/ und L2/ einander entsprechen.
Dies kann direkt oder indirekt in den Signalverarbitungskreisen geschehen. Durch
Auswahl einer geeigneten Form des Signalabnehmers und durch Auswahl entsprechender
Frequenzen kann die Übereinstimmung zwischen den Positionsvektoren (das sind die
Positionssignale) L1 und L2 über ein relativ großes Intervall a1-b1 aufrechterhalten
bleiben.
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Es ist nun vorausgesetzt, daß die Detektoren, die die Normalisierungssignale
auffangen nicht phasenempfindlich, aber amplitudenempfindlich ausgebildet sind.
Infolge der Normalisierung können die Kurvenabschnitte a1-b1 und a2-b2 in Fig. 3
in ein einziges Positionssignal (Positons-Vektor) L transformiert werden, wie dies
in Fig. 4 geschehen ist.
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So lange, als keine Fehlersignale (Fehler-Vektoren) auftauchen, bleibt
die Differenz zwischen den Beträgen /L1 und /L2/ infolge der Normalisierung konstant,
beispielsweise Null, unabhängig von der Position P in Fig. 4 also des Abstandes
des Signalabnehmers relativ zu der Probe. Wenn jetzt Fehlersignale Fw und Fw auftreten,
die von einer Änderung herrühren, wie sie anhand von Fig. 3 erläutert wurde, findet
eine
Addition dieser Signale zu dem normalisierten Positions-Vektor L (Fig. 4) statt.
Als Ergebnis dieser Addition resultieren die Vektoren R und R . Die Differenz zwischen
den Beträgen-/Rw1/ und /Rw2/ beträgt nicht Null (mit Ausnahme des einen Punktes,
nämlich wenn der Punkt P mit dem Punkt Pmin zusammenfällt); diese Tatsache wird
benutzt um -Fehler aufzufinden in dem Probestück, unabhängig von der relativen Lage
des Signalabnehmers zum Probenstück.
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Es kann beim praktischen Gebrauch auftreten, daß sich der oben erwähnte
Kompensationspunkt entlang der Kurve a-b in Richtung auf den Punkt B bewegt; dies
bedeutet, daß in einem speziellen Punkt Pmin der absolute Wert /Rw / gleich sein
wird dem Betrag von /Rw / so daß die Differenz @R der resultierenden Vektoren Rw
und Rw Null sein wird. Dies bedeutet, daß in diesem Punkt Pmin jede Änderung an
dem Probenstück nicht mehr aufgespürt werden kann. Die vorliegende Erfindung löst
dieses Problem und andere damit in Zusammenhang stehende Probleme. In der Theorie
kann das Problem gelöst werden durch Änderung der gegenseitigen Position zwischen
Signalabnehmer und Probenstück. Eine äquivalente Maßnahme besteht darin, elektrisch
eine Positionsänderung zwischen dem Signalabnehmer und dem Probenstück zu simulieren,
anders gesagt, eine Bewegung entlang des Kurvenstückes a-a in Fig. 4 zu erreichen.
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Dies kann durchgeführt werden durch eine Kompensation bei mindestens
zwei verschiedenen Positionen zwischen Signalabnehmer und Probenstück. Diese Positionen
sind in Fig. 4 durch die zwei verschiedenen Punkte COMPI und COMPII auf dem Kurvenabschnitt
a-b wiedergegeben. Die erste Kompensation (entsprechend der Spannung U ) eliminiert
die Vektoren U1 und U2 (in Fig. 3) während die andere Kompensation (entsprechend
der Spannung UCOmp ) nur die Impedanzvariation eliminiert, die durch die ve«schiedenen
Lagen der Kompensationspunkte bewirkt wird. Durch die Variation von U (Vgl. Fig.
5) compII
wird eine ersichtliche Bewegung entlang des Kurvenstückes
a-b erreicht. Während dieser geplanten Bewegung in der komplexen Impedanz entsprechend
dem Kurvenabschnitt a-b wird die Differenz@R = /Rw / Fw / sofern eine Änderung am
Probenstück stattfindet, mit einem Verstärkungseffekt in Erscheinung treten wenn
der Punkt P näher an den Punkt max heranwandert. Im Punkt PmaX ergibt sich die Differenz
zu zu einem Maximum und sein absoluter Wert@ Rmax ist Fig. 4 eingezeichnet. Im Punkt
B beträgt diese Differenz #RB. Die Änderung der Kompensationsvariablen-kann rhythmisch
durchgeführt werden und kann einen Takt oder Betrag aufweisen, der oft niedriger
liegt als w1 und w2. Bei der Summation wird bR größer sein, wenn der Punkt P innerhalb
eines bestimmten Intervalls (in der Nähe von P ) des Kurvenabschnittes a-b max liegt
als innerhalb anderer Intervalle (Pmin). Dies wird dazu benutzt, eine sichere und
kraftvolle Aufspürung in oder an den Probestücken zu erzielen. Wenn diese Veränderung
bei einer bestimmten Frequenz durchgeführt wird oder in Übereinstimmung mit einer
anderen ausgewählten Funktion, dann erscheint #R als ein Signal, welches mit dieser
Frequenz oder mit dieser Funktion "moduliert" ist. Das "Maß der Modulation" enthält
dann eine Information über die Abweichung bzw. den Fehler. Dementsprechend ist auch
der Fehler mit optimaler Empfindlichkeit aufgespürt, unabhängig von der relativen
Lage zwischen Signalabnehmer und Probenstück und/ oder dem Phasenwirkel dieser Änderung
(das ist der Phasenwinkel eines Fehler-Vektors in Abhängigkeit zu irgendeiner ausgewählten
Referenzrichtung).
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Die vorher erwähnte Normalisierung, die ein charakteristisches Merkmal
der vorliegenden Erfindung darstellt impliziert das LI'L1NQ12 (vgl. Fig. 3 und 4)
ist, und zwar unabhängig von dem absoluten Wert von L. In anderen Worten, wenn das
Probenstück
keine Änderungen oder Fehler aufweist dann wird die
oben beschriebene Änderung von L keinen Anlaß geben für irgendwelches ist oder irgendwelche
Änderung von R. Beispiele davon sind in den Fig. 7a und 7b dargestellt. Oft wird
ein Gewichtungsverfahren benutzt, um L1 = L2 zu machen, was bedeutet, daß L1 und
L2 nicht unbedingt identische Größen (Beträge) besitzen müssen, um als äquivalent
vom Meßpunkt aus zu erscheinen.
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Der Begriff "Gewichtung", wie er hier benutzt wird, wird jetzt anhand
von Fig. 2 erläutert, in dem eine der Variablen des Signalabnehmers als Funktion
der Lage zwischen Probenstück und Signalabnehmer gezeigt ist. Diese Variable wird
gemessen bei zwei verschiedenen Frequenzen w1 und w2. Wenn die Variable des Abnehmers
wie folgt bestimmt wird G = (w, r) dann gelten die folgenden Beziehungen, sofern
am Probenstück kein Fehler auftritt; wenn das Verhältnis zwischen G und G w1 w2
von 1 verschieden ist, dann ist G /Gw = k und k = konstant w Z 1. Dann gilt Gw =
k x Gw und Gw stellt die gewichtete Größe dar, z.B. in diesem Kompensationskreis.
Wenn k Gw entspricht ist dadurch eine konstante Differenz zwischen1 G und denheuen
Wert von G erreicht, dieser neue Wert ist w1 w k x G . Dies bedeutet, daß iie Erfindung
auch den Fall einw schlieit, wenn das Verhältnis zwischen Gw und Gw konstant ist
und verschieden von 1. 1 2 Wenn die Differenz (B) zwischen G und G in verschiedenen
w1 w2 Punkten nicht konstant ist, muß auch eine aewichtung durchgeführt werden;
diese Abweichung kann somit durch die sog.
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Linearisation eliminiert werden. Der Ausdruck "Linearisation", wie
er hier benutzt wird, bedeutet, daß Gw1 und/oder Gw2, z.B.
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durch eine Funktion, so verändert werden, aaß diese Differenz (B)
konstant bleibt.
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In der Summierung bedeutet dies, daß die vorliegende Erfindung prinzipiell
bei jeder ausgewählten Funktion von Proben-Variablen angewendet werden kann. Dies
stellt einen Vorteil dar, wie er bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik
nicht angetroffen wird.
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Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einr ersten Ausführungsform der Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung. Neben dem Signalabnehmer
1 und dem Probenstück 2 weist die Vorrichtung vier Blöcke auf, nämlich einen Block
3, der die Stromkreise aufnimmt, die zur Erregung des Signalabnehmers dienen, sowie
Block 4, der die Stromkreise enthält, die für die Fehlersuche und die Behandlung
der vorherbeschriebenen elektrischen Größen dient. Weiterhin ist ein Block 5 vorgesehen,
der die Stromkreise aufnimmt, durch die die Kompensationsspannung variiert wird.
Block 6 nimmt die Knse auf, die zur Behandlung des Fehlersignals erforderlich sind,
welches als Information vom Block 4 übernommen wird. Ein Oscillator 7 erzeugt Ströme
mit mindestens zwei Frequenzen w1 und w2. Die Ströme werden in einem Verstärker
8 verstärkt und an eine Primärwindung um das Probenstück abgegeben. Eine Sekundärwindung
an der Probe ist verbunden mit einem ersten Eingang eines Additionsgliedes 9, welches
an einem zweiten und dritten Eingang mit den Kompensationsspannungen UCOmp und U
versorgt wird. Diese Spannungen sind entgegengesetzt comp comp11 entgegengesetzt
gerichtet zu den Spannungs-Vektoren U1 und U2 in Fig. 3. Eine der Kompensationsspannungen,
beispelsweise die Kompensationsspannung UCOmpII wird geändert (moduliert) mit einer
Frequenz wMI die beispielsweise zehnfach langsamer ist als die Frequenz des Stromes
von dem Oscillator 7. Der Ausgang des Additionsgliedes 9 ist mit einem Verstärker
10 verbunden, dessen Ausgang einerseits zu einem Filter 11 führt, welches an die
eine der beiden Frequenzen angepaßt ist, beispielsweise an die Frequenz w1. Andererseits
besteht
Verbindung zu dem zweiten Filter 12, der an die andere der beiden Frequenzen, also
an w2, angepaßt ist.
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Der Ausgang des Filters 11 führt in einen Amplitudengleichrichter
13. Analog führt das Ausgangssignal des Filters 12 zu einem anderen Amplitudengleichrichter
14. Das Ausgangssignal des Gleichrichters 13 ist über ein Potentiometer 15 verbunden
zu dem Eingang eines Differenzverstärkers, während der Ausgang des Gleichrichters
14 über den Widerstand 16 mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden
ist.
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Das Ausgangssignal von dem Gleichrichter 14 wird teilweise zurückgeführt
in einem Linearisierungskreis 17 zu dem vierten Eingang an dem Additionsglid 9.
Das Potentiometer 15 dient der oben beschriebenen Normalisierung der Lagesignale.
Der Ausgang des Differenzverstärkers 18 ist mit einem Filter 19 verbunden, der an
die zuvor erwähnte Variationsfrequenz wM angepaßt ist. Das Ausgangssignal von dem
Filter 19 führt zu einem Stufenschalter 20, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn
das Ausgangssignal des Filters 19 eine bestimmte Stufe überschreitet (diese Stufe
wird mit k1 in Fig. 7a bezeichnet) und wenn gleichzeitig das Ausgangssignal gleich
oder kleiner ist als eine andere, höher angelegte Stufe (diese ist mit k2 in Fig.
7b bezeichnet), wodurch angezeigt wird daß ein Fehler oder eine Änderung an dem
Probenstück vorliegt. Ein Anzeigekreis 21 kann an den Ausgang des Filters 19 angeschlossen
sein und den nachfolgend noch beschriebenen Zwecken dienen.
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In Fig. 6 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung nach
Fig. 5 dargestellt. Anstelle der reinen Amplitudengleichrichter 13, 14 in Fig. 5
werden Phasenkontrollierte Gleichrichter 22 und 23 benutzt. Anstelle der Kompensationsspannung
UCOmp wird eine stetige oder unmodulierte Kompensationsspannung be- II nutzt. Die
Gleichrichter 22, 23 werden jeweils gespeist durch eine separate Kontrollphase t1
und t2 die in gegenseitiger
Phase synchronisiert sind. Die Ausgangssignale
der phasenkontrollierten Gleichrichter werden an den entgegenliegenden Enden eines
Potentiometers 24 zugeführt, während der Schleifkontakt des Potentiometers mit dem
Eingang des beschriebenen Differenzverstärkers 18 verbunden ist. Der andere Eingang
des Differenzverstärkers ist mit der Erde verbunden oder mit einer anderen geeigneten
Referenzspannung. Auch bei dieser Ausführungsform dient das Potentiometer 24 der
Normalisierung. Nach dem Differenzialverstärker 18 ist die Signalverarbeitung die
gleiche wie bei dem Ausführungsbeispfi nach Fig. 5. Die Kontrollphasen t1 und 2
werden variiert mit gleicher Anzahl von elektrischen Graden per Zeiteinheit und
die Kontrollsignale befinden sich in einem festen gegenseitigen Verhältnis zueinander.
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Die beschriebene Vorrichtung ist ein Beispiel davon wie phasenkontrollierte
Detektoren, bei denen die Kontrollphase variiert wird (beispielsweise durch Variation
von L1 und L2), benutzt werden kann, um Differenzen und/oder das Verhältnis z.B.
zwischen Fehler-Vektoren verschiedener Frequenzen gefunden werden kann ohne im Voraus
die Phasenpositionen dieser Vektoren zu kennen.
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Die Amplitudendetektoren 13 und 14 in Fig. 5 können als kontrollierte
Detektoren angesehen werden, wobei das Kontrollsignal UCOmp und Ucom ist, wobei
die Kontrollspannung U variiert wird. In andere Worten besteht eine direkte Analogie
zwischen den Kreisen von Fig. 5 und 6.
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Fig. 7a zeigt ein Diagramm der elektrischen Größe des Signalabnehmers,
und zwar derart daß die Differenz zwischen zwei korrespondierenden elektrischen
Signalen, jedes mit verschiedener Frequenz (wie z.B. w1 und w2), konstant sein kann
(k1) wenn keine Änderung an dem Probenstück stattfindet. Fig. 7b zeigt das entsprechende
Differenzsignal wenn eine Änderung an dem Probenstück
auftritt.
Dieses Signal kann auch konstant sein (k2) und kann die oben erwähnte Variationsfrequenz
wM aufweisen.
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Die Kontrollsignale zu den Detektoren können vorzugsweise auf einer
optimalen Position abgesichert werden mit Hinblick auf die jeweilige Prüfung derart,
daß die Änderung mit größter Empfindlichkeit aufgespürt wird. In Fig. 7b ist das
Kontrollsignal bei den Punkten X und Y gesichert, wobei Udiff ein Maximum ist. Diese
Punkte korrespondieren zu den Punkten wenn die Ableitung von Udiff ihr Vorzeichen
ändert. In Fig. 5 fühlt der vorzeichenempfindliche Kreis 1 diese Vorzeichenumkehr;
er wird benutzt die Kontrollsignale in den beschriebenen Positionen zu sichern.
Nachdem die Vorrichtung auf optimale Position gebracht ist, angepaßt an die zu findende
Änderung, wird die Änderung aufgespürt und ausgewertet z.B. mit Hinblick auf die
Art der Änderung.
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Die Erfindung wurde nur in Verbindung mit einem Signalabnehmer beschrieben.
Natürlich können verschiedene Signalabnehmer in Reihe vorgesehen sein. Diese Abnehmer
können in Verbindung mit einem gemeinsamen Signalgenerator eingesetzt werden. Wenn
die elektrischen Größen von jedem Abnehmer so verzögert werden daß ein kombiniertes
Ergebnissignal entsteht, wird eine ausgezeichnete Geräuschminderung erzielt, insbesondere
wenn eine Relativbewegung zwischen Probenstück und Signalabnehmer stattfindet.
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Die Erfindung wurde am Beispiel mit nur zwei Frequenzen beschrieben.
Dennoch können viele Frequenzen benutzt werden, so daß dann auch eine Vielzahl an
Informationen erhalten wird, die die Änderungen betreffen die in den Eigenschaften
impliziert werden, beispielsweise die Orientierung, Größe od. dgl. Die Eigenschaften
der Änderungen können mit einem hohen Genauigkeitsgrad ausgewertet werden. In der
Praxis ist es üblich eine
aufgespürte Änderung zu markieren, um
auf einfache Weise die Position dieser Änderung in oder an dem Probenstück wieder
auffinden zu können. Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können
variiert und modifiziert werden, ohne daß dies den Umfang der vorliegenden Anmeldung
sprengt.