DE3140848A1

DE3140848A1 - "wirbelstrompruefgeraet"

Info

Publication number: DE3140848A1
Application number: DE19813140848
Authority: DE
Inventors: Clyde J. 98006 Bellevue Wash. Denton; Lloyd T. 98027 Issaquah Wash. Lamb
Original assignee: Zetec Inc
Current assignee: Zetec Inc
Priority date: 1980-10-14
Filing date: 1981-10-14
Publication date: 1982-05-27
Also published as: GB2086057A; FR2492104A1; CA1181487A; GB2086057B; US4424486A; FR2492104B1; JPS5796254A

Description

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER

"3U0848

PATENTANWÄLTE

^ PATENT A

A, GRÜNECKER. ο«ν·~α DR H KINKELDEY. an.-wo DR W STOCKMAIR. d»l »«- DH K SCHUMANM. Mit »wr P H JAKOB, nit »β Ott G BE/OLD. γ»*λ. <mCw W MEISTER. IA ».o H. HILGERS. DPv .r-a DR H MEYER-PLATH. IWl-I

8OOO MÜNCHEN 22 MAXlMILtANSTRASSe 43

13-10.81

P 16 696-405/W

20 Zetec, Inc.

1320 N.W. Mall Issaquah, Washington 98027 U.S.A.

Beschreibung

Wirbelstromprüfgerät

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gerät zur Untersuchung auf Fehler in Materialien und insbesondere auf ein Gerät, das die Technik der Komplex-Iinpedanz-Ebene der Wirbelstromprüfung verwendet, um Fehler in Metallbauteilen aufzuspüren.

Es ist bekannt, daß Änderungen in der Leitfähigkeit und Permeabilität eines Materials das Vorhandensein von struk-

turellen Fehlern, wie Rissen, Brüchen und Körrosion, anzeigen. Bei den meisten Prüf-Anwendungsfallen legt ein Oszillator ein sinusförmiges elektrisches Signal parallel zu einer Bezugsspule und einer Prüfspule, wobei die Prüfspule dem zu untersuchenden Material benachbart liegt, so daß das sinusförmige elektrische Signal in der Prüfspule in dem unter Prüfung befindlichen Material Wirbelströme induziert. Die Wirbelströme erzeugen ein entsprechendes Magnetfeld, das mit dem Magnetfeld der Prüfspule außer Phase ist. Diese Felder haben deshalb das Bestreben, einander zu löschen, was die Prüfspulenspannung herabsetzt. Die Prüfspulenspannung ist somit eine Funktion der Größe des Wirbelstromflusses im Prüfstück.

Die Größe der Wirbelströme im Prüfstück, und damit die Prüfspulenspannung, hängt von der Permeabilität und Leitfähigkeit des zu prüfenden Materials ab. Bei Materialien, wie z.B. rostfreier Stahl der Serie 300 und Aluminiumlegierungen, ist gewöhnlich die Leitfähigkeit die einzige kennzeichnende Veränderliche. Fehler oder Schäden in solchen Materialien setzen die Leitfähigkeit herab, was die Wirbelströme unterbricht, und das führt dazu, daß deren Größe, abnimmt. Deshalb steigt die Prüf spulenspannung an, um anzuzeigen, daß die Prüfspule einer Fehlstelle benachbart liegt.
*

Bei den meisten Prüf-Anwendungsfällen erzeugen Änderungen im Abstand zwischen der Sonde und dem Material eine unerwünschte Signalkomponente, die ganz bedeutsam die Genauigkeit sowie Zuverlässigkeit der Wirbelstrom-Prüfergebnisse beeinträchtigt. Das unerwünschte Signal ist als Sondenabstand, Sondenbewegung, Sondenwobbel oder Abheben geläufig. Im folgenden wird das unerwünschte Signal als

"Abhebesignal" bezeichnet.
35

Bei einer bekannten Anordnung zur Kompensation von Abhebe-

sr

Veränderungen ist eine Bedienungsperson erforderlich, urn ein Meßgerät abzulesen und von Hand ein Potentiometer einzuregeln, so daß das Abheben über einen gegebenen Dickenbereich für das Prüfmaterial minimiert wird. Um diese Hand eichung auszuführen, kann es notwendig sein_} daß die Bedienungsperson mehrere Einregelungen des Potentiometers vornehmen muß, um dessen richtige Einstellung zu erhalten.

Bei einer anderen bekannten Anordnung für die Kompensation von Abhebesignal-Veränderungen in einem Wirbelstromprüfgerät kommt ein Doppelkanälempfänger zur Anwendung, der auf Signale von einer Prüfsonde anspricht. Eine Prüfsonde bildet den induktiven Teil eines abgestimmten Oszillatorschaltkreises j der an den Empfänger angeschlossen ist. Das in dem Prüfstück induzierte und wechselnde Magnetfeld erzeugt Wirbelströme, und ein Fehler in dem Prüfstück ruft eine Änderung in der Amplitude und Frequenz des Oszillatorausgangs hervor. Weil sowohl die Amplitude, als auch die Frequenz des Oszillatorausgangs sowohl von der Beabstandung der Sondenoberfläche, als auch von Oberflächenfehlern abhängen, lehrt der Stand der Technik, daß die Amplitudenveränderungen primär von der Beabstandung der Sondenoberfläche - oder dem Abheben - abhängig sind, während die Frequenzänderungen mehr von Oberflächenfehlern als vom Abheben abhängen. Die zweite bekannte Vorrichtung enthält Summier·- und Differenzverstärker, die die Amplituden- und Frequenzinformation verarbeiten, um Ausgangssignale zu erzeugen, die für Fehler und das Abheben kennzeichnend sind.

®^ Beide, bekannten Vorrichtungen machen dauernde Energieeingänge notwendig, die diese Vorrichtungen für einen batteriegespeisten Betrieb ungeeignet machen.

Es besteht demzufolge ein Bedürfnis in der Technik der zerstörungsfreien Wert Ttoffprüfung für ein Wirbelstromprüfgerät, das eine Erleichterung in der Eichung bietet

·;· ^u - ""■ -· --3HQ848

und einen batteriegespeisten Betrieb erlaubt, so daß die Anwendbarkeit des Geräts nicht vom Vorhandensein von Netzleitungen zur Zufuhr von Elektrizität zum System abhängig ist.

Durch die vorliegende Erfindung werden die bekannten Wirbelstromprüfgeräten anhaftenden Schwierigkeiten und Unzuträglichkeiten überwunden. Ein Wirbelstromprüfgerät gemäß der Erfindung ist ein tragbares Gerät mit veränderbarer Frequenz, bei dem die Technik der Komplex-Impedanz-Ebene der Wirbelstromprüfung zur Anwendung kommt. Die Frequenz . des Prüfsignals wird mit typischen Frequenzen, die im Bereich von 100 Hz bis 990 kHz liegen, digital mit quarzgesteuerter Genauigkeit und Stabilität ausgewählt.

Der Erfindungsgegenstand enthält eine Phasendrehschaltung, die da:-. x-y-Koordinatensystem dreht, bis das unerwünschte Signal, üblicherweise das Abheben, eine vertikale Komponente von null Volt hat. Die Phasendrehschaltung enthält einen löschbaren, programmierbaren Festwertspeicher (Eprom), der Sinus-Cosinus-Werte enthält, die zum Drehen des Koordinatensystems in Übereinstimmung mit bekannten trigonometrischen Gleichungen herangezogen werden. Der Festwert-. speicher nimmt Energie nur während des Eichens der Phasendrehschaltung auf und liefert die passenden digitalen Sinus-Cosinus-Signale an Verriegelungen, die die Sinus-Cosinus-Signale als Eingang für eine Schaltung speichern, welche die Berechnungen für die Drehung der Koordinaten

ausführt. -

·

Nachdem die Phase in geeigneter Weise eingeregelt ist, haben lediglich für fehler kennzeichnende Signale eine vertikale Komponente, die von einem Meßgerät oder einer

passenden Einrichtung erfaßt wird.
35

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen er-

-3U0848

läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Wirbelstromprüfgeräts gemäß der Erfindung;

■ 5 ■

Fig. 2A und 2B eine schematische Darstellung der Koordinaten-Drehschaltung von Fig. 1 =

Gemäß Fig. 1 gibt einer 1 MHz-Quarz 1 ein Rechteckwellensignal an einen Zähler 2, der die Frequenz durch 100 dividiert, um ein 10 kHz-Signal einem phasenstarren, spannungsgesteuerten Oszillator 3 zuzuführen. Ein digitaler Frequenzwahlschalter 4 liefert ein Eingangssignal f an einen zweiten Zähler 6, der f durch eine ganze Zahl N teilt, so daß f/N = 10 kHz ist. Der spannungsgesteuerte Oszillator •3 gibt ein Signal mit einer Frequenz f = N . 10 kHz an eine Bereichsmultiplexschaltung (Mehrbereichsschaltung) 7 und an einen dritten Zähler 8 ab.

Der Zähler 8 dividiert f durch 10 und hat Ausgänge, die an die Mehrbereichsschaltung 7 sowie an einen vierten Zähler 9 angeschlossen sind. Der Zähler 9 teilt in gleichartiger Weise seine Eingangsfrequenz durch 10 und hat an die Mehrbereichsschaltung 7 sowie an einen fünften Zähler 11 angeschlossene Ausgänge, und der Zähler 11 teilt seine Eingangsfrequenz durch 10 und liefert an die Mehrbereichsschaltung 7 einen Ausgang. Somit erlaubt die Mehrbereichsschaltung 7 die Wahl von Prüffrequenzen mit f; 0,1 f;

0,01 f und 0,001 f.
30

Der Rechteckwellenausgang der Mehrbereichswahlschaltung ist an eine Rechteck- in Sinuswellen umwandelnde Schaltung 12 angeschlossen, die an einen Leistungsverstärker 13 einen Si.nuswellenausgang abgibt, und dieser Verstärker 13 be-3^ treibt eine Bczugssonde 14 und eine Meßsonde 16 über Widerstände 17 bzw. 18j die für den Leistungsverstärker 13 einen

Kurzschlußschutz bilden. Die Bezugssonde 14- und Meßsonde 16 sind vorzugsweise einander angepaßte Doppelspulensonden, die im Handel sind· '

Die Ausgänge der Bezugssonde 14 und der Prüfsonde 16 sind an einen Differenzverstärker 19 angeschlossen, dessen Ausgang über ein Verstärkungs-Regelpotentiometer 22 mit einem Verstärker 21 verbunden ist. Dessen Ausgang und ein Ausgang der Mehrbereichsschaltung 7 sind an einen abgeglichenen Demodulator 23 angeschlossen, der sein Eingangssignal, das eine Sinuswelle auf der Prüffrequenz ist, in zwei Gleichstromsignale V und H umwandelt, die den reaktiven und resistiven Komponenten (Blind- und Widerstandskomponenten) in der Phasendarstellung des Sinuswellensignals vom Verstärker 21 entsprechen. Da der Ausgang des Differenzverstärkers der Differenz der Ausgänge der Bezugssonde 14 und der Meßsonde 16 proportional ist, stellen die Signale V und H die Unterschiede der entsprechenden Komponenten der Bezugs- und Meßsondenspulenphasen dar.

■ ^; ■ ■

Die V- und Η-Signale vom abgeglichenen Demodulator werden an eine symmetrische Gleichstromschaltung 24 gelegt, die einen Symmetrieschalter 26 und Verstärker 27, 28,. 29 und 30 enthält. Die Signale V und H sollen auf Null' in der komplexen Ebene unter Ruhebedingungen abgeglichen werden. Ein Schließen des Schalters 26, um die den Verstärker 27 sowie den Verstärker 28 enthaltende Schleife für das V-Signal und die den Verstärker 29 sowie den Verstärker 30 · enthaltende Schleife für das Η-Signal zu schließen, liefert die notwendige Versetzung, um die Signale auf den Nullpunkt in der komplexen Ebene abzugleichen.

Nachdem das Instrument abgeglichen ist, wird bewußt ein Abhebesignal eingeführt, indem der Abstand zwischen der Spule und einem Normstück mit einer nichtleitenden Zwischenlage verändert wird. Das Einschalten eines Phasen-

,31 4.08Λ8

regelschalters 31 bewirkt, daß das Signal von der Phasendrehschaltung 32 verarbeitet wird, um das Koordinatensystem zu drehen, bis die vertikale Komponente des Abhebesignals gleich Null ist. Wenn die Zwischenlage entfernt und die Meßsonde mit dem Normstück in Berührung gebracht wird, so kehrt das Wirbelstromsignal zum Mullpunkt der komplexen Ebene zurück. Nachdem die Phase eingeregelt worden ist, ist das Wirbelstromprüfgerät betriebsbereit.

Die Signale V und H sind der Eingang für multiplizierende Digital-Analog-Wandler (D/A-Wandler) 33 bzw. 34, die, Ausgänge an den Phasendreher 36 liefern, der die Eingangssignale verarbeitet, um die Koordinaten nach den Gleichungen

V_aiie = Vcos θ - Hsin θ

^Haus ^{= Hcos θ} " ^{Vsin θ}

*' zu drehen, und das sind die Gleichungen zum Drehen des

x-y-Koordlnatensystems um den Winkel Θ. Der Phasendreher 36 hat einen vertikalen Ausgang 37 sowie einen horizontalen Ausgang 38 zum Anschluß an eine geeignete Anzeigeeinrichtung. Der vertikale Ausgang des Phasendrehers 36 bildet auch einen Eingang für einen Verstärker 40 (UIB), der ein Meßinstrument 39 steuert. Ein Potentiometer 41 dient der Einregelung der Verstärkung des Verstärkers 40. Der vertikale Ausgang des Phasendrehers 36 ist ferner an eine Nullpunkt-Feststellschaltung 42 angeschlossen, deren Ausgang mit einem Auf/Ab-Zähler 43 verbunden ist. Dieser Zähler "~ 43 empfängt auch das 10 kHz-Bezugssignal vom Zähler 2 und einen Eingang vom Phasenregelschalter 31. Der Auf/Ab-Zähler 43 ist an einen Binärzähler 44 angeschlossen, um dessen Zählrichtung zu regeln. Der Ausgang des Binärzählers 44. liegt an einem löschbaren, programmierbaren Festwertspeieher (Eprom) 46> der ""in 1024 χ 8 Eprom ist. Die eine Hälfte der Speicherplätze enthält eine 8-Bit-Gosinus~Stellenwerttabelle, die andere Hälfte der Speicherplätze ent-

hält eine 8-Bit-Sinus-Stellenwerttabelle. Der Festwertspeicher 46 ist normalerweise ohne Energie und wird nur betätigt, wenn der Phasenregelschalter 31 angeschaltet ist, was es möglich macht, daß ein Wirbelstromprüfgerät gemäß der Erfindung batterie- oder netzbetrieben sein kann. Der Ausgang des Festwertspeichers 46 ist an eine Verriegelungsschaltung 47 angeschlossen, die auch einen Eingang vom Auf/Ab-Zähler 43 erhält. Die Verriegelungsschaltung liefert Ausgänge an die multiplizierenden D/A-Wandler 33 IQ . und 34, die. Differenzstromausgänge an den Phasendreher abgeben.

Wenn der Ausgang der Nullpunkt-Feststellschaltung 42 bei eingeschaltetem Phasenregelschalter 31 positiv ist, dann läßt der Auf/Ab-Zähler 43 den Binärzähler 44 abwärts zählen, bis der vertikale Ausgang Null erreicht oder der Phasenregelschalter abgeschaltet wird, wodurch die Energie vom Auf/Ab-Zähler 43, vom Binärzähler 44 und vom Festwertspeicher abgetrennt wird. Da der Binärzähler 44 zählt, werden die 8-Bit-Worte, -- die die Sinus- und Cosinus-Werte darstellen, in Aufeinanderfolge adressiert und in die Abtastschaltung 47 zu passenden Zeitfolgen kantenseitig eingetaktet. Die Schaltung 47 hält die Sinus- und Cosinuswerte fest und liefert dafür kennzeichnende digitale Signale an die multiplizierenden D/A-Wandler 33, 34. Der Phasendreher 36 verarbeitet die Ausgänge der D/A-Wandler 33 und 34, um die Koordinaten gemäß den. oben angegebenen Gleichungen zu drehen.

Wenn der Phasenregelschalter 31 eingeschaltet und der Ausgang der Nullpunkt-Feststellschaltung 42 positiv ist, so fährt der Binärzähler im Abwärtszählen fort, und der Foiitwcrtspoj eher 46 liefert einen weiteren Satz von Sinus-Coslnuswerten in die Verriegelungsschalturig 47. Die Koordinaten drehen, bis der Ausgang der Nullpunkt-Feststellschaltung 42 negativ ist, was bewirkt, daß der Auf/Ab-

Zähler 43 den Binärzähler 44 zum Aufwärtszählen steuert, und das führt dazu, daß die. Koordinaten in zur vorherigen Drehrichtung entgegengesetzter Richtung drehen, bis der Ausgang der Nullpunkt-Feststellschaltung 42 wieder Zustände ändert. Das System pendelt quer über die horizontale Achse hin und her, bis der Phasenregelschalter 31 abgeschaltet wird, zu'welcher Zeit die Verriegelungsschaltung 4? die letzte ihr zugeführte Sinus-Cosinus-Information festhält. Nachdem der Phasenregelschalter 31 ausge- schaltet ist, wird jegliches durch die Komponenten V und H von den Sonden 14, 16 angegebene Phasensignal durch den Phasendreher 36 gedreht, und zwar über den durch die Sinus und Cosinus, die in der Verriegelungssohaltung 47 gespeichert sind, angegebenen Winkel θ„

Nachdem die Phase eingeregelt worden ist, wird jegliches Abhebesignal nur eine horizontale Komponente haben, und Fehler, wie Brüche und Korrosion, in einem Prüfstück werden sich in einem Signal niederschlagen, das eine vertikale Komponente hat, die leicht am Meßinstrument 39 abgelesen oder einer anderen geeigneten Anzeigeeinrichtung zugeleitet werden kann.

Gemäß den Fig. 2A und 2B ist das Signal V ein Eingang für einen ersten D/A-Wandler U5 an dessen Stift 15 sowie für einen zweiten D/A-Wandler U11 an ebenfalls dessen Stift Das Signal H liegt als Eingang am Stift 15 eines D/A-Wandlers U4 und eines D/A-Wandlers U10. Die Wandler U4 und U5 empfangen Signale, die für den Sinus des Winkels einer Koordinatendrehung kennzeichnend sind, von einer jeden aus einem Paar von Abtastverriegelungen U6 und U7; in gleichartiger Weise empfangen die D/A-Wandler U10 und U11 jeweils Eingänge, die für da3 Negativum des Cosinus des Winkels kennzeichnend sind, von einem Paar von Abtastver-

riegelungen U12 und U1-. Der D/A-Wandler U4 hat Ausgänge 1 und 2, die mit den negativen Eingangsklemmen je eines

FunktionsverstärkersU2A bzw. U2B verbunden sind.. Die positiven Eingänge dieser Verstärker U2A, U2B sind geerdet, und ein Widerstand R7 ist zwischen den negativen Eingang des Funktionsveratärkers U2A und den Ausgang des Verstärkere U2B geschaltet. Zwischen den Ausgang von U2B und dessen negativen Eingang ist ein Widerstand R8 geschaltet. Die Funktionsverstärker U2A, U2B und die Widerstände R7, R8 stellen eine Multiplizierschaltung dar, die am Stift 1 von U2A einen Ausgang abgi.bt, der dem Produkt der Signale, die als Eingang an den Funktionsverstärkern U2A und U2B liegen, proportional ist. Die Eingänge an U2A und U2B· sind H bzw. sin Θ. Zusätzlich zur Multiplikation der Eingänge führen die Funktionsverstärker eine Vorzeichenänderung durch, so daß der Ausgang am Stift 1 des Funktionsver-

!5 stärkers U2A gleich -H sin θ ist. Gleicherweise stellen die Funktionsverstärker U2C, U2D mit zugeordneten Widerständen R9 sowie R10, die Funktionsverstärker U8A, U8B mit zugeordneten Widerständen R24 sowie R25 und die Funktionsverstärker U8C, U8D mit zugeordneten Widerständen R26 sowie R27 weitere. Multiplizierschaltungen, die der oben beschriebenen Multiplizierschaltung gleichartig sind, dar. Da'das Signal V an den Stift 15 des D/A~Wandlers Ü5 gelegt wird, ist der Ausgang am Stift 14 von U2C gleich -Vsin Θ, während der Ausgang am Stift 1" von'UBA gleich ■ +Hcos Θ und der Ausgang am Stift 14 von U8C gleich 4-Vcos Θ sind'.

Der am Stift 14 von U8C liegende Ausgang ist mit einem Summierinverter verbunden, der einen Funktionsverstärker

U3A und Widerstände R11, R14, R15 sowie R30 enthält. Der am Stift 7 des Funktionsverstärkers U3A liegende Ausgang ist der Eingang für einen Inverter,, der einen Funktionsverstärker U3B, Widerstände R17, R18, R31 und einen Kondensator CI enthält. Der am Stift 14 des" Funktionsver-

■ -

stärkers U3B liegende Ausgang ist Y = Vcos Θ -Hsin Θ.

3-U. S

3U0848

yc

Der Ausgang Hcos θ von Stift 1 des Funktionsverstärkers U8A ist an einen Inverter angeschlossen, der einen Funktionsverstärker U3C sowie Widerstände R12, R13 umfaßt. Der Ausgang des Funktionsverstärkers U3C und der Ausgang von Stift 14 des Funktionsverstärkers U2C sind an einen Summierinverter angeschlossen, der einen Funktionsverstärker. U3D, einen Kondensator C2 sowie Widerstände R16, R19 und R20 umfaßt. Der Ausgang von U3D ist somit

H = Hcos θ + Vsin Θ. aus

Der Ausgang von U3A, nämlich

~^Vaus ⁼ ~^{Vcos θ + Hsin θ}

ist der Eingang für einen Inverter, der einen Funktions-15

verstärker UIB, eine Diode CWP. sowie Widerstünde R3, R¹I enthält. Die Diode CR2 hindert den Ausgang am Stift 8 des Funktionsverstärkers U1B ins Negative zu gehen, wodurch ein Rückstrom durch die Bewegung des in Fig. 1 gezeigten _on Meßinstruments 39 _s das über einen Widerstand R5 vom Funktionsverstärker U1B betrieben wird, verhindert wird.

Der Ausgang V von Stift 14 de.s Funktionsverstärkers U3B ist ein Eingang zu einem Vergleicher, der einen an die

-c negative Eingangsklemme eines Funktionsverstärkers U1A und die Anode einer Diode CRI, deren Kathode mit dem Ausgang des Verstärkers U1A verbunden ist, angeschlossenen Widerstand R2 enthält. Die Diode CR1 verhindert, daß der Ausgang des Funktionsverstärkers U1A Ins Negative geht.

Die Logik des Systems ist so ausgelegt, daß Null der eine logische Pegel und +5 der andere logische Pegel ist; deshalb ist ein negativer Ausgang vom Funktionsverstärker U1A unerwünscht.

Der Ausgang vom Vergleicher ist über einen Widerstand Rl an den Dateneingang eiies Dual-D-Flip-Flop U14 angeschlos-

sen, dessen C- und D-Anschlüsse mit den Eingängen von dekadischen Binärzählern U15, U16 und U17 verbunden sind. Der Funktionsverstärker U1A und die Flip-Flop-Schaltung U14 arbeiten zusammen, um als eine Steuerungsverriegelung zu wirken, die die Zählrichtung der dekadischen Binärzähler U15 bis U17 regelt. Wenn der Ausgang von U1A angibt, daß der Eingang hierhin positiv ist, dann wird die Flip-Flop-Schaltung U1.H bewirken, daß die Binärzähler Ü15 bis U17 abwärts zählen- Die Zahlen, die die Binärzähler U15 bis U17 zählen, entsprechen den Sinus- und Cosinus-Werten, die in einem löschbaren, programmierbaren Festwertspeicher (Eprom) U18 gespeichert sind. Dieser Speicher Ul8 speichert 512 Sinuswerte und 512 Cosinuswerte, so daß der Winkel, der aufeinanderfolgenden Adressen innerhalb des Festwertspeichers Ui8 entspricht, gleich 2JT/512 ist. Das 10 kHz-Bezugssignal wird als Taktgeber benutzt und an die Takteingänge der Flip-Flop-Schaltung U14 sowie der Binärzähler U15 bis U17 über ein NOR-Glied U9A und einen Widerstand R28 gelegt. Da die Zählung sich durch den Stift 14 des Binärzählers U15 überträgt, wird durch den §-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung U14 sowie einer Mehrzahl von NOR-Gliedern U9B, U9C und U9D-ein Abtastimpuls zwischen Adressenänderungen im Festwertspeicher U.18 erzeugt. Dieser Abtastimpuls überführt die Sinus-Tabellenzahl vom Festwertspeicher U18 in die Verriegelungen U6 sowie U7 und blendet die Negativa der Cosinus-Zahlen in die Verriegelungsschaltungen U12, U13 ein.

Die Verriegelungen U6, Ü7, Ö12 und U13 liefern Signale an die D/A-Wandler U4, U5, UTO· und U11, wie vorher beschrieben wurde. Die Binärzähler U15 bis .ÜT7 zählen abwärts und adressieren aufeinanderfolgende Stellen Im Festwertspeicher U18, um zu bewirken, daß die Ausgänge der D/A-Wandler eine Folge von Werten durchschreiten und das Koordinatensystem ^S drehen, um den Signaleingang in den Funktlonsverstäker U1A herabzusetzen. Wenn das Signal V ins Negative geht, so

aus

3U0848

wird der Ausgang des Funktionsverstärkers U1A Null und die Flip-Flop-Schaltung U14 bringt die Binärzähler U15 bis U17 dazu, aufwärts zu zählen, um Sinus- und Cosinuswerte im Festwertspeicher U18 zu adressieren, um die vertikale Komponente wieder gegen Null hin zu bewegen. Der Ausgang am Stift 14 des Funktionsverstärkers U3B pendelt um Null, solange als der Phasenregelschalter 31 (Fig. 1) eingeschaltet ist -

Wird der Phasenregelschalter 31 abgeschaltet, dann liefert eine Diode CR3, die zwischen eine geeignete Stromquelle, z.B. eine (nicht gezeigte) 5 V-Stromquelle, geschaltet ist, eine Spannung an den Stift 16 der Verriegelungen U6, Ü7, U12 und U13- Die Spannung zu den V -Anschlüssen der Verriegelungen geht von geregelten +5 V bis etwa 4 V Gleichspannung, die die Sinus-Cosinus-Information in den Verriegelungen hält, wenn der Phasenregelschalter abgeschaltet wird» Ein Widerstand R21 ist zwischen die 5 V-Stromquelle und die Basis eines Transistors Q1, der einen geerdeten Emitter hat und dessen Kollektor mit dem Stift 1, dem Abschalteingang, der Verriegelungen verbunden ist, geschaltet. Wenn die Gerätenergie abgeschaltet wird, sperrt der Transistor Q1 ab, der den Abschalteingang der Verriegelungen hochzieht, wodurch die Verriegelungsausgänge in hohe Impedanzzustände gelangen, um zu verhindern, daß die Verriegelungsausgänge Strom zu anderen Schaltkreisen abgeben. Ein Halteanschluß 16 ist mit der Stromquelle verbunden, um den Verriegelungen allzeit Energie zuzuführen.

Leer seite

Claims

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER

" ^:" 31408 4

PATENTANWÄLTE

FU«(X^AN "*TCNT ATTOHKEYS

Λ GNl (NCCKf-H. ca·, .,o DM H KlNKF LDEy, Cl. ~. OR W OTOCKMAIR. vn. k DH K SCHUMANN, on, ~» • P H JAKOB, o-i i>«i OR G SEZOLQ. ο*ν o«M W MEISTtTR. »pi. »o H HILGCFiG. t>*v '^i ü« H MEYCH-PLATH an

8OOO MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE 43

13.VO.81

P 16 696-405/W

20 Zetee, Inc. 1320 N.W. Mall Issaquah, Washington 98027 U.S.A.

Patentansprüche

Wirbelstromprüfgerät

( 1 .^)Wirbelstromprüfgerät zur Feststellung von Fehlern in 30 einem leitenden, der Prüfung unterworfenen Material, gekennzeichnet

a) durch eine Signaleinrichtung, die ein elektrisches Signal einer vorbestimmten Frequenz erzeugt,

b) durch eine zum Empfang des Ausgangs der Signaleinrichtung geschaltete Wirbelstromsonde, die die Ober-

"•3UÖ848

fläche des zu prüfenden Materials abtastet und ein

Wirbelstromausgangssignal erzeugt, das für Änderungen in der Leitfähigkeit sowie Permeabilität des zu prüfenden Material kennzeichnend ist,

c) durch eine Einrichtung zur Auflösung des Ausgangssignals der Wirbelstromsonde in eine reaktive Komponente und eine resistive Komponente und

d) durch eine Phasendreheinrichtung, die im. wesentlichen ■^ reaktive, durch Änderungen im Abstand zwischen der

Wirbelstromsonde und dem zu prüfenden Material erzeugte Komponenten des Ausgangssignals der Wirbelstromsonde eliminiert, so daß die reaktive Komponente des Ausgangs der Phasendreheinrichtung lediglich, für Fehler in dem zu prüfenden Material kennzeichnend ist.

2. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch !,gekennzeichnet durch digitale Frequenzwähleinrich-

20

tungen, die die vorbestimmte Frequenz wählen.

3. Wirbelstromprüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet

a) durch eine das zu prüfende Material abtastende Prüfsonde ,

b) durch eine an einem Normmaterial anzubringende Bezugssonde,

: 30

c> durch eine an die Prüf- sowie Bezugssonde ange- schlossene, deren Ausgangssignale verstärkende Ver-

j Stärkereinrichtung und

ι . " ■

. d) durch eine mit der Verstärkereinrichtung verbundene,

^° das von dieser empfangene Signal in eine erste sowie zweite Komponente auflösende Demodulatoreinrichtung_}

■ -3U0848

wobei die erste Komponente für die Differenz zwischen den reaktiven Signalausgängen der Prüf- sowie der Bezugssonde, und die zweite Komponente für die Differenz zwischen Teilen der Ausgänge der Prüf- sowie Bezugssonde kennzeichnend sind.

4. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Abgleicheinrichtung zur Einregelung der ersten und zweiten Komponente auf Null unter Ruhebetriebsbedingungen der Prüf- und Bezugssonde.

5. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasendreheinrichtung

a) eine den Sinus und Cosinus des Phasenwinkels eines eine reaktive sowie eine resistive Eichsignalkomponente aufweisenden Eichsignals bestimmende' Eichein- richtung enthält,

b) eine mit der Eicheinrichtung verbundene erste Multipliziereinrichtung enthält-, die die erste Komponente mit dem Sinus und Cosinus des Phasenwinkels multipliziert und einen ersten Ausgang hat, der gleich dem Produkt der ersten Komponente sowie des Sinus des Phasenwinkels ist, und die einen zweiten Ausgang hat, der gleich dem Produkt der ersten Komponente sowie des Cosinus des Phasenwinkels ist,

c) eine zweite Multipliziereinrichtung enthält, die die zweite Komponente mit dem Sinus und Cosinus des Phasenwinkels multipliziert und einen ersten Ausgang hat, der gleich dem Produkt der zweiten Komponente sowie des Sinus des Phasenwinkels ist, und· die einen zweiten Ausgang hat, der gleich dem Produkt der zweiten Komponente sowie des Cosinus des Phasenwinkels

ist, und

d) eine mit der ersten sowie zweiten Multipliziereinrichtung verbundene Recheneinrichtung enthält, die

die Ausgänge der Multipliziereinrichtungen zur ο

Drehung der ersten sowie zweiten Komponente um einen Winkel, der dem Phasenwinkel des Eichsignals gleich . ist, zusammenfaßt derart, daß die Recheneinrichtung eine reaktive Ausgangssignalkomponente, die im wesentlichen gleich der Differenz zwischen der ersten Komponente und der reaktiven Komponente des Eich- . signals ist, aufweist.

6. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine die reaktive Komponente des Ausgangs der Recheneinrichtung selektiv auf Null einregelnde Einrichtung, um reaktive, durch Änderungen im Abstand zwischen der Prüfsonde und dem zu prüfenden Material erzeugte Komponenten zu eliminieren.- ^:

7. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6,. gekennzeichnet durch einen an den vertikalen Ausgang der Addiereinrichtung angeschlossenen,. einen Nullpunkt durchlaufenden Fühler.

8. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einregelung der reaktiven Komponente des Ausgangs der Rechnereinrichtung auf Null

a) einen Festwertspeicher aufweist, der für die Sinui! und Cosinus der darin gespeicherten Winkel kennzeichnende Signal enthält,

b) eine Zähleinrichtung aufweist, die selektiv dem 'Sinus und Cosinus eines Winkels entsprechende

'" " " "■;■ ·^:-3Η0848

5
Speicherstellen in dem Festwertspeicher adressiert,

c) eine mit dem Festwertspeicher verbundene Verriegelung aufweist, welche eine Einrichtung zur Speicherung von für den Sinus und Cosinus eines Winkels kennzeichnenden Signalen darin enthält, und

d) eine Einrichtung aufweist, die in Aufeinanderfolge Signale, welche für die Sinus und Cosinus

von Winkeln kennzeichnend sind, vom Festwertspeicher zur Verriegelung überführt, wobei die Verriegelung Signale, die für den Sinus und Cosinus eines ausgewählten Winkels kennzeichnend sind,

an die erste sowie zweite Multipliziereinrichtung 15

abgibt,

9. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Festwertspeicher sowie der Zähleinrichtung und durch eine die Einrichtung zur Energiezufuhr von dem Festwertspeicher sowie der Zähleinrichtung selektiv abtrennende Einrichtung, so daß der Festwertspeicher _o_ sowie die Zähleinrichtung lediglich während der Eichung der Phasendreheinrichtung mit der Einrichtung zur Energiezufuhr verbunden ist-

10. Phasendrehschaltung, gekennzeichnet

. a) durch eine ein Eichsignal sowie ein Prüfsignal

liefernde Signaleinrichtung, wobei das Eichsignal eine reaktive sowie eine resistive Eichsignalkomponente und das Prüfsignal eine reaktive sowie

eine resistive Prüfsignalkomponente haben,-35

"' * - ^ *"^k "-314Q848

b) durch eine den Sinus .und Cosinus des von der

reaktiven sowie der resistiven Eichsignalkomponente festgelegten Phasenwinkels bestimmende Einrichtung,

c) durch eine den Sinus und Cosinus des Phasenwinkels

speichernde Einrichtung,

d) durch eine mit der Speichereinrichtung verbundene erste Multipliziereinrichtung, die das Produkt des Sinus sowie Cosinus des Phasenwinkels und der · reaktiven Prüfsignalkomponente bildet,

c) durch eine mit der Speichereinrichtung"verbundene

zweite MuI tipiizierei.nrichtung, die das Produkt ¹^ des Sinus sowie Cosinus des Phasenwinkels und der

resistiven Prüfsignalkomponente bildet, und

f) durch eine Phasendreheinrichtüng, die die Produkte zusammenfaßt und einen Phasendreherausgang, der u^m den Phasenwinkel von dem Prüfsignal gedreht

ist, erzeugt, so daß der Phasendreher eine reaktive Phasendreher-Ausgangskorriponente aufweist, die der Differenz der reaktiven Prüfsignalkomponente und der reaktiven Eichsignalkomponente gleich ist.

■

11. Phasendrehschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die den Sinus und Cosinus des Phasenwinkels bestimmende Einrichtung einen Nullpunkt-Durchgangsfühler enthält, der NuIlpunktdurchgänge der reaktiven Komponente des Phasendreherausgangs feststellt und einen logischen, für das Vorzeichen des ihm zugeführten Signaleingangs . . kennzeichnenden Ausgang liefert.

12. Phasendrehschaltung nach Anspruch 10 oder 11, ge kennzeichnet durch eine auf den Ausgang

■ "' " -·" -3H0848

des Nullpunkt-Durchgangsfühlers ansprechende Phaseneinregeleinrichtung, die selektiv die reaktive Phasendreher-Ausgangskomponente zu Null werden läßt.

13V Phasendrehachaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet

a) durch eine Zähleinrichtung, deren Zählrichtung von dem Ausgang des Nullpunkt-Durchgangsfühlers abhängig ist,

b) durch einen mit der Zähleinrichtung verbundenen Festwertspeicher mit einer Tabelle von Sinus von Winkeln sowie Cosinus von Winkeln, die in ihm

gespeichert sind, wobei der Sinus und Cosinus

eines Winkels selektiv durch die Zähleinrichtung

adressierbar ist,

c) durch eine mit dem Festwertspeicher verbundene Verriegelung, die Einrichtungen zur Speicherung von für den Sinus und Cosinus eines darin ent

haltenen Winkels aufweist, und

d) durch Einrichtungen zur Überführung von Signalen in Aufeinanderfolge, die für die Sinus sowie Cosinus von Winkeln kennzeichnend sind, vom Fest

wertspeicher zur Verriegelung, wobei die Verriegelung Signale, die für den Sinus und Cosinus eines gewählten Winkels kennzeichnend sind, zur ersten sowie zweiten Multipliziereinrichtung ausgibt«

14. Phasendrehschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis j gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Festwertspeicher sowie der Zähleinrichtung und durch eine die Einrichtung zur Energiezufuhr von dem Fest-

Wertspeicher sowie der Zähleinrichtung selektiv abtrennende Einrichtung, so daß der Festwertspeicher sowie die Zähleinrichtung lediglich während der Eichung der Phasendreheinrichtung mit der Einrichtung zur Energiezufuhr verbunden ist-»