DE3824948C2

DE3824948C2 -

Info

Publication number: DE3824948C2
Application number: DE19883824948
Authority: DE
Inventors: Valerij Valentinovic Riga Su Gavrilin
Original assignee: FIZIKO-ENERGETICESKIJ INSTITUT AKADEMII NAUK LATVIJSKOJ SSR RIGA SU
Current assignee: FIZIKO-ENERGETICESKIJ INSTITUT AKADEMII NAUK LATVIJSKOJ SSR RIGA SU
Priority date: 1988-07-22
Filing date: 1988-07-22
Publication date: 1991-01-31
Also published as: DE3824948A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken, insbesondere zur Prüfung der Stärke von metallischen Überzugsschichten. Es geht dabei z. B. um die Dicke reflektierender und absorbierender dünner Metallüberzüge in der Spiegelindustrie, Optik, UHF-, Weltraumtechnik, zur Prüfung von Kontaktbelägen auf Halbleiter- und Isolierwerkstoffen in der Mikroelektronik, dem Kondensatorenbau oder ähnliche Anwendungsfälle.The invention relates to an eddy current device for non-destructive testing of workpieces, in particular for testing the thickness of metallic coating layers. It is z. B. reflecting and absorbing the thickness thin metal coatings in the mirror industry, Optics, UHF, space technology, for testing contact pads on semiconductor and insulation materials in microelectronics, capacitor construction or similar applications.

Aus den SU-Erfinderscheinen 5 08 734 oder 8 62 063 sind Wirbelstrom-Einrichtungen zur Dickenmessung eines Metallüberzugs bekannt, bei denen durch gegenphasige Schaltung der Wicklungen eines parametrischen Zweiwicklungswandlers und durch Weiterverarbeitung der Signale der Einfluß des Spaltes zwischen dem Wandler und dem Metallüberzug beseitigt und so eine Genauigkeitssteigerung erzielt wird.From the SU inventions 5 08 734 or 8 62 063 are eddy current devices for measuring the thickness of a metal coating known in which by winding the windings in phase opposition a parametric two-winding converter and through further processing the signals the influence of the gap between the Transducer and the metal coating eliminated and so an increase in accuracy is achieved.

Die bekannten Einrichtungen müssen jedoch während der Messungen manuell nachgestimmt werden, was die Meßleistungen beeinträchtigt. Außerdem sind die Meßergebnisse durch eine niedrige Stabilität, besonders in Bezug auf den Nullpegel des Ausgangssignals, gekennzeichnet, was die Anwendung im industriellen Maßstab hemmt.The known devices must, however, during the measurements manually tuned, which affects the measurement performance. In addition, the measurement results are low Stability, especially with respect to the zero level of the output signal, characterized what the application in industrial Scale inhibits.

Aus der DE-OS 30 05 915 ist ein Wirbelstrom-Prüfgerät für Oberflächenfehler bekannt, bei dem eine Prüfspule ohne Differentialschaltung zweier Meßwicklungen Anwendung findet und deren Abstand vom Werkstück keinen Einfluß auf die Geräteempfindlichkeit haben soll, wozu die Prüffrequenz entsprechend diesem Abstand geregelt wird. Eine automatische Nachstimmung während der Messungen und Nachstellung des Nullpegels findet hier nicht statt. DE-OS 30 05 915 is an eddy current tester for Known surface defects in which a test coil without Differential circuit of two measuring windings is used and whose distance from the workpiece should have no influence on the sensitivity of the device, which is why the test frequency is appropriate this distance is regulated. An automatic retuning during the measurements and readjustment of the zero level not held here.

In einem Aufsatz in "Materials Evaluation", Juni 1977, Seite 39-44 sind Techniken der zerstörungsfreien Wirbelstromprüfung beschrieben, die jedoch keinen Hinweis auf den Bau eines schnell ansprechenden Prüfgeräts mit automatischer Nachstimmung während der Messungen und Nachstellung des Nullpegels geben.In an essay in "Materials Evaluation", June 1977, page 39-44 are non-destructive eddy current testing techniques described, however, no reference to the construction of a quickly responding test device with automatic retuning during measurements and readjustment of the zero level give.

Aus dem "Nondestruktive Testing Handbook", Volume 4, 1987, S. 164-171 und 287, 288 ist ein Prüfgerät bekannt, bei dem eine Kompensation von Meßspaltänderungen nicht stattfindet und auch keine automatische Einstellung auf den optimalen Meßbetrieb während der Messungen oder Herstellung des Nullpegels in den Pausen zwischen den Messungen.From the "Nondestructive Testing Handbook", Volume 4, 1987, Pp. 164-171 and 287, 288 a test device is known in which compensation of changes in the measuring gap does not take place and also no automatic adjustment to the optimal one Measuring operation during measurements or production of the zero level in the breaks between measurements.

Die Erfindung geht aus von einer aus dem SU-Erfinderschein 5 38 213 bekannten Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung, mit einem Hochfrequenzgenerator (HF-Generator), einem Hochfrequenz-Amplitudendemodulator, einem Differential-Wirbelstromwandler, dessen Erregerwicklung an den Ausgang des HF-Generators angeschlossen und dessen gegensinnige Meßwicklungen über einen Mittelanschluß miteinander gekoppelt und elektrisch mit dem HF-Amplitudendemodulator verbunden sind, wobei ein freies Ende der Meßwicklung mit einer Nullschiene gekoppelt ist, mit einem Gleichstromverstärker, dessen Eingang mit dem Ausgang des HF-Amplitudendemodulators elektrisch verbunden ist, und mit einer Anzeigevorrichtung, die an den Ausgang des Gleichstromverstärkers angeschlossen ist.The invention is based on one from the SU inventor's license 5 38 213 known eddy current device for non-destructive Testing with a high frequency generator (HF generator), a high-frequency amplitude demodulator, a differential eddy current converter, its excitation winding to the output of the HF generator and its opposite Measuring windings coupled together via a center connection and electrically connected to the RF amplitude demodulator are, with a free end of the measuring winding with a zero rail is coupled to a DC amplifier, its input with the output of the RF amplitude demodulator is electrically connected, and with a display device, connected to the output of the DC amplifier is.

Auch bei dieser bekannten Einrichtung läßt sich der Meßbetrieb während der Messungen nicht in optimaler Weise nachstimmen und auch der Nullpegel des Ausgangssignals in den Pausen zwischen den Messungen wird nicht automatisch nachgestimmt. Die Abstimmung der bekannten Einrichtung im Meßvorgang und in den Pausen zwischen den Messungen (Nullpegeleinstellung) erfolgen von Hand vor jeder Messung, was deren Prüfleistung, Stabilität und Genauigkeit wesentlich herabsetzt.The measuring operation can also be carried out with this known device do not tune in an optimal way during the measurements and also the zero level of the output signal in the pauses there is no automatic tuning between measurements. The coordination of the known device in the measuring process and in the pauses between measurements (zero level setting) take place manually before each measurement, which means their test performance, Stability and accuracy significantly reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung zu schaffen, die eine optimale automatische Nachstimmung während der Meßvorgänge unter gleichzeitiger automatischer Nachstellung des Nullpegels des Ausgangssignals in den Pausen zwischen den Messungen gestattet. Die neuen Geräte zur zerstörungsfreien Prüfung sollen sich durch eine hohe Prüfleistung, Stabilität und Genauigkeit auszeichnen, wobei manuelle Nachstimmungen im Meßvorgang entbehrlich werden sollen.The invention has for its object an eddy current device for non-destructive testing to create the an optimal automatic retuning during the measuring processes with automatic adjustment of the Zero level of the output signal in the pauses between the Measurements allowed. The new devices for non-destructive Testing should stand out through high testing performance, stability and accuracy, with manual retuning should become unnecessary in the measuring process.

Ausgehend von einer Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung der vorstehend betrachteten gattungsgemäßen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.Starting from an eddy current device for non-destructive Examination of the generic considered above This type of object is achieved according to the invention by specified in the characterizing part of the claim Characteristics.

In den erfindungsgemäßen Geräten zur zerstörungsfreien Prüfung ist der Meßvorgang unter Erhöhung der Stabilität und Genauigkeit der Prüfung automatisiert, was besonders wichtig beim Einsatz dieser Geräte in automatischen Taktstraßen ist.In the devices according to the invention for non-destructive testing is the measuring process with increased stability and accuracy automated the test, which is particularly important for Use of these devices in automatic cycle lines is.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below by the description of a Embodiment with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung; Figure 1 shows the block diagram of an eddy current device according to the invention for non-destructive testing.

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf eines Signals am Ausgang eines ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers bei dessen symmetrischer Einstellung; Fig. 2 shows the time course of a signal at the output of a resistive-capacitive voltage divider at the symmetrical adjustment;

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf eines Signals am Ausgang des ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers bei dessen asymmetrischer Einstellung; Figure 3 shows the time course of a signal output by the resistive-capacitive voltage divider at the asymmetric setting.

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf eines Signals am Ausgang des HF-Amplitudendemodulators bei symmetrischer Einstellung des ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers; Fig. 4 shows the time course of a signal at the output of the RF amplitude demodulator for a symmetrical adjustment of the ohmic-capacitive voltage divider;

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf des Signals am Ausgang des HF-Amplitudendemodulators bei asymmetrischer Einstellung des ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers; Figure 5 shows the time course of the signal at the output of the RF amplitude demodulator in case of asymmetrical adjustment of the ohmic-capacitive voltage divider.

Fig. 6 den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals bei symmetrischer Einstellung des ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers; Fig. 6 shows the time course of the output signal with a symmetrical adjustment of the ohmic-capacitive voltage divider;

Fig. 7 den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals bei asymmetrischer Einstellung des ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers. Fig. 7 shows the time course of the output signal with asymmetrical setting of the ohmic-capacitive voltage divider.

Die Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung, beispielsweise der Stärke eines dünnen Metallüberzuges 1 auf einem Dielektrikum 2 enthält einen im Abstand h eines Arbeitsluftspaltes von dem zu messenden dünnen Metallüberzug 1 liegenden Differential-Wirbelstromwandler 3, einen HF-Generator 4, einen HF-Amplitudendemodulator 5, einen Gleichstromverstärker 6 und eine Anzeigevorrichtung 7. Die Erregerwicklung 8 des Differential-Wirbelstromwandlers 3 ist an den HF-Generator 4 angeschlossen, die Meßwicklungen 9, 10 sind gegeneinandergeschaltet und ein freies Ende der Wicklung 10 ist mit der Nullschiene 11 verbunden.The eddy current device for non-destructive testing, for example the thickness of a thin metal coating 1 on a dielectric 2, contains a differential eddy current converter 3 , an HF generator 4 , an HF amplitude demodulator 5, which is at a distance h of a working air gap from the thin metal coating 1 to be measured , a DC amplifier 6 and a display device 7 . The excitation winding 8 of the differential eddy current transformer 3 is connected to the HF generator 4 , the measuring windings 9, 10 are connected to one another and a free end of the winding 10 is connected to the neutral rail 11 .

Die Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung enthält auch einen ohmsch-kapazitiven Spannungsteiler, der in Form einer Wheatstone-Brücke ausgeführt ist, bei der in ein Paar gegenüberliegender Brückenzweige ein Widerstand 12 und ein Kondensator 13, dessen einer Anschluß mit der Nullschiene 11 verbunden ist, geschaltet sind. In das andere Paar der gegenüberliegenden Brückenzweige des ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers sind ein Widerstand 14, dessen einer Anschluß an die Nullschiene 11 angelegt ist, und eine Reihenschaltung aus einer Varikap 15 und einem Kondensator 16 geschaltet.The eddy current device for non-destructive testing also contains an ohmic-capacitive voltage divider, which is designed in the form of a Wheatstone bridge, in which a pair of opposing bridge branches has a resistor 12 and a capacitor 13 , one connection of which is connected to the zero rail 11 , are switched. In the other pair of opposite bridge branches of the ohmic capacitive voltage divider, a resistor 14 , one connection of which is connected to the zero rail 11 , and a series circuit comprising a varicap 15 and a capacitor 16 are connected.

Der Verbindungspunkt 18 der Anode der Varikap 15 und des Kondensators 13 ist mit dem Verbindungspunkt 17 der Widerstände 12, 14 und mit dem Mittelanschluß 19 der Meßwicklungen 9, 10 des Differential-Wirbelstromwandlers 3 elektrisch leitend verbunden.The connection point 18 of the anode of the Varikap 15 and the capacitor 13 is electrically conductively connected to the connection point 17 of the resistors 12 , 14 and to the center connection 19 of the measuring windings 9, 10 of the differential eddy current transformer 3 .

Der Verbindungspunkt 20 des die Widerstände 12, 14 aufweisenden ohmschen Brückenzweiges mit dem die Varikap 15 aufweisenden kapazitiven Brückenzweig ist mit dem Ausgang des Differential-Wirbelstromwandlers 3 und über einen Trennkondensator 21 mit dem Eingang des HF-Amplitudendemodulators 5 verbunden.The connection point 20 of the ohmic bridge branch having the resistors 12 , 14 to the capacitive bridge branch having the varicap 15 is connected to the output of the differential eddy current converter 3 and, via a separating capacitor 21, to the input of the RF amplitude demodulator 5 .

Die Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung weist auch einen Niederfrequenzgenerator (NF-Generator) 22 auf, dessen Ausgang über einen Trennkondensator 23 mit dem Verbindungspunkt 24 der Kathode der Varikap 15 und des Kondensators 16 gekoppelt ist. Dieser Verbindungspunkt 24 ist auch über einen Spannungsteiler aus Widerständen 25, 26 an eine positive Gleichspannungsquelle 27 gelegt.The eddy current device for non-destructive testing also has a low-frequency generator (LF generator) 22 , the output of which is coupled via a separating capacitor 23 to the connection point 24 of the cathode of the varicap 15 and the capacitor 16 . This connection point 24 is also connected to a positive DC voltage source 27 via a voltage divider composed of resistors 25, 26 .

Die Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung enthält außerdem eine Meßschaltung für den Wert der minimalen Amplitude eines NF-Signals, die aus einem Operationsverstärker 28 aufgebaut ist, dessen nicht invertierender Eingang an den Ausgang des HF-Amplitudendemodulators 5 angeschlossen und dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 29 an die positive Gleichspannungsquelle 27 und über einen Widerstand 30 an den Eingang des Gleichstromverstärkers 6 geschaltet ist. Dieser Eingang ist außerdem über einen Widerstand 31 mit der positiven Gleichspannungsquelle 27, über einen Kondensator 32 mit der Nullschiene 11 sowie mit der Anode einer Diode 33, deren Kathode an den Ausgang des Operationsverstärkers 28 angeschlossen ist, verbunden.The eddy current device for non-destructive testing also contains a measuring circuit for the value of the minimum amplitude of an LF signal, which is constructed from an operational amplifier 28 , whose non-inverting input is connected to the output of the HF amplitude demodulator 5 and whose inverting input is connected via a resistor 29 is connected to the positive DC voltage source 27 and via a resistor 30 to the input of the DC amplifier 6 . This input is also connected via a resistor 31 to the positive DC voltage source 27 , via a capacitor 32 to the zero rail 11 and to the anode of a diode 33 , the cathode of which is connected to the output of the operational amplifier 28 .

Die Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung enthält auch eine Wandlereinheit 34 für geringe negative Abweichungen des Ausgangssignals des Gleichstromverstärkers 6, deren Eingang mit dem Ausgang des Gleichstromverstärkers 6 und dem Eingang des Anzeigers 7 verbunden ist. Eine steuerbare Spannungsquelle 35 ist mit ihrem Eingang an den Ausgang der Wandlereinheit 34 für geringe negative Abweichungen des Ausgangssignals des Gleichstromverstärkers 6 angeschlossen und ihr Ausgang beaufschlagt über einen Widerstände 36, 37 und einen Kondensator 38 aufweisenden Verzögerungskreis den Eingang des HF-Amplitudendemodulators 5.The eddy current device for non-destructive testing also contains a converter unit 34 for small negative deviations in the output signal of the direct current amplifier 6 , the input of which is connected to the output of the direct current amplifier 6 and the input of the indicator 7 . A controllable voltage source 35 has its input connected to the output of the converter unit 34 for small negative deviations in the output signal of the direct current amplifier 6 , and its output acts on the input of the RF amplitude demodulator 5 via a delay circuit having resistors 36 , 37 and a capacitor 38 .

Im Betrieb der Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung induziert das elektromagnetische HF-Feld des Differential-Wirbelstromwandlers 3 in dem im Abstand h des Arbeitsluftspaltes liegenden zu messenden Metallüberzug 1 Wirbelströme, die eine Änderung des Ausgangssignals der Wirbelstrom-Einrichtung hervorrufen, die proportional zur Stärke des Metallüberzuges 1 ist, d. h. es werden Fernmessungen (Arbeitsluftspalt h) ohne Zerstörung des Metallüberzuges 1 vorgenommen.During operation of the eddy current device for non-destructive testing, the electromagnetic RF field of the differential eddy current converter 3 induces eddy currents in the metal coating 1 to be measured, which is at a distance h of the working air gap, which cause a change in the output signal of the eddy current device, which is proportional to the strength of the Metal coating 1 is, ie remote measurements (working air gap h) are carried out without destroying the metal coating 1 .

Im einzelnen verlaufen die Abstimmung und der Betrieb der Wirbelstrom-Einrichtung wie folgt:The coordination and operation of the Eddy current setup as follows:

Bei der Einschaltung der Wirbelstrom-Einrichtung wird der Erregerwicklung 8 des Differential-Wirbelstromwandlers 3 eine HF-Spannung vom HF-Generator 4 zugeführt. In den mit der Wicklung 8 induktiv gekoppelten Meßwicklungen 9, 10 werden HF-Signale induziert, die proportional der Windungszahl jeder Wicklung 9, 10 und dem Abstand jeder Wicklung 9, 10 von der Erregerwicklung 8 sind.When the eddy current device is switched on, the excitation winding 8 of the differential eddy current converter 3 is supplied with an HF voltage from the HF generator 4 . In the measuring windings 9, 10 inductively coupled to the winding 8 , RF signals are induced which are proportional to the number of turns of each winding 9, 10 and the distance of each winding 9, 10 from the excitation winding 8 .

Bei Fehlen eines Metallüberzuges 1 stellt man ein Nullpegel-Signal im Punkt 20 ein, wozu man die Kapazitätswerte der Kondensatoren 16, 13 und die Widerstandswerte der Widerstände 12, 14 bei abgeschaltetem NF-Generator 22 unter Konstanthaltung der der Kathode der Varikap 15 über die Widerstände 25, 26 von der positiven Gleichspannungsquelle 27 zugeführten Spannung, die gleich der mittleren Arbeitsspannung der Varikap 15 ist, wählt.In the absence of a metal coating 1 , a zero level signal is set at point 20 , for which purpose the capacitance values of the capacitors 16, 13 and the resistance values of the resistors 12, 14 with the AF generator 22 switched off while keeping the cathode of the varicap 15 constant via the resistors 25, 26 from the positive DC voltage source 27 , which is equal to the average working voltage of the Varikap 15 , selects.

Nach der Einschaltung des NF-Generators 22 tritt im Punkt 20 so bei Fehlen des Metallüberzuges 1 wie auch bei dessen Aufbringung im Abstand h des Arbeitsluftspaltes bei einer symmetrischen Einstellung des ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers ein niederfrequenzmoduliertes HF-Signal 39 (Fig. 2) auf. Das Nutzsignal richtet sich nach der Größe des minimalen Amplitudenwertes der NF-Signalkomponente, die sich in Abhängigkeit von der Stärke des Metallüberzuges 1 ändert.After switching on the AF generator 22 , a low-frequency-modulated RF signal 39 ( FIG. 2) occurs at point 20 in the absence of the metal coating 1 and also when it is applied at a distance h from the working air gap with a symmetrical setting of the ohmic-capacitive voltage divider. The useful signal depends on the size of the minimum amplitude value of the LF signal component, which changes as a function of the thickness of the metal coating 1 .

Bei einer Änderung von Blindparametern der Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung (Frequenz des HF-Generators, Parameter des Differential-Wirbelstromwandlers 3, Parameter der Blindschaltelemente) kommt es zu einer Verschiebung der Lage der Minimalamplitude des NF-Signals 40 (Fig. 3), wobei die Einstellung des ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers asymmetrisch ist und sich der Wert dieser Minimalamplitude geringfügig ändert. Auf diese Weise geschieht eine optimale automatische Nachstimmung Der Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung im Meßvorgang.A change in the blind parameters of the eddy current device for non-destructive testing (frequency of the HF generator, parameters of the differential eddy current converter 3 , parameters of the dummy switching elements) results in a shift in the position of the minimum amplitude of the LF signal 40 ( FIG. 3), the setting of the ohmic-capacitive voltage divider is asymmetrical and the value of this minimum amplitude changes slightly. In this way, an optimal automatic re-adjustment takes place.

Vom HF-Amplitudendemodulator 5 wird das Signal 41 oder 42 dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 28 zugeführt. Bei Ausbleiben des Signals am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 28 läßt sich der Kondensator 32 über den Widerstand 31 großen Widerstandswertes von der positiven Gleichspannungsquelle 27 auf, welche +15 V liefert. Mit Erscheinen der Signale 41 oder 42 am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 28 gelangen diese Signale zum Ausgang des Operationsverstärkers 28, die Diode 33 wird leitend, und der Kondensator 32 entlädt sich rasch auf einen Wert, der gleich der Höhe der Minimal amplitude der Signale 41 oder 42 ist.The signal 41 or 42 is fed from the RF amplitude demodulator 5 to the non-inverting input of the operational amplifier 28 . If there is no signal at the non-inverting input of the operational amplifier 28 , the capacitor 32 can be released via the resistor 31 with a large resistance value from the positive DC voltage source 27 , which supplies +15 V. When signals 41 or 42 appear at the non-inverting input of operational amplifier 28 , these signals arrive at the output of operational amplifier 28 , diode 33 becomes conductive, and capacitor 32 quickly discharges to a value which is equal to the minimum amplitude of signals 41 or 42 .

In den Zeiträumen zwischen den Minimalwerten der Amplituden dieser Signale wird der Kondensator 32 von der positiven Gleichspannungsquelle 27 über den Widerstand 31 langsam geladen. Dadurch steht am Eingang des Gleichstromverstärkers 6 ein Signal 43 oder 44 an, dessen Wert gleich dem der Minimalamplitude der NF-Signale 41 oder 42 ist. Dieses Signal gelangt zur Anzeigevorrichtung 7. Sein Wert hängt von der Änderung der Blindparameter der Einrichtung (Frequenz des HF-Generators, Parameter des Differential-Wirbelstromwandlers, Parameter der Blindschaltelemente) nicht ab. Obwohl sich die Signale 39 und 40 sowie die Signale 41 und 42 wegen der Änderung der Blindparameter der Einrichtung voneinander unterscheiden, fallen die Ausgangssignale 43 und 44 betragsmäßig zusammen. In dieser Weise wird die Wirbelstrom-Einrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung im Meßvorgang automatisch auf Optimalbetrieb nachgestellt.In the periods between the minimum values of the amplitudes of these signals, the capacitor 32 is slowly charged by the positive DC voltage source 27 via the resistor 31 . As a result, a signal 43 or 44 is present at the input of the direct current amplifier 6 , the value of which is equal to that of the minimum amplitude of the LF signals 41 or 42 . This signal reaches the display device 7 . Its value does not depend on the change in the blind parameters of the device (frequency of the HF generator, parameters of the differential eddy current converter, parameters of the dummy switching elements). Although the signals 39 and 40 and the signals 41 and 42 differ from one another because of the change in the blind parameters of the device, the output signals 43 and 44 coincide in terms of amount. In this way, the eddy current device for non-destructive testing in the measuring process is automatically adjusted for optimal operation.

An den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 28 (Fig. 1) wird über den Widerstand 29 großen Widerstandswertes eine positive Vorspannung von der positiven Gleichspannungsquelle 27 angelegt. Am Ausgang des Gleichstromverstärkers 6 und an den Eingängen der Anzeigevorrichtung 7 und der Wandlereinheit 34 für geringe Abweichungen des Ausgangssignals des Gleichstromverstärkers 6 tritt bei Fehlen des Metallüberzuges 1 eine der Vorspannung proportionale negative Gleichspannung auf, die Einheit 34 wird ausgelöst und an ihrem Ausgang erscheint ein Signal, das eine Änderung (Erhöhung) der positiven Ausgangsspannung am Ausgang der steuerbaren Spannungsquelle 35 bewirkt. Diese positive Ausgangsspannung wird über den Verzögerungskreis 36, 37, 38 auf den Eingang des HF-Amplitudendemodulators 5 geliefert, wodurch das Signal um den Wert dieser positiven Ausgangsspannung so lange verschoben wird, bis diese Verschiebung die durch die Zuführung der positiven Gleichspannung zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 28 hervorgerufene Verschiebung des Ausgangssignals ausgeglichen hat. Am Ausgang des Gleichstromverstärkers 6 und an der Anzeigevorrichtung 7 wird bei Abwesenheit eines Metallüberzuges 1 ein Nullwert des Ausgangssignals erreicht.A positive bias voltage from the positive DC voltage source 27 is applied to the inverting input of the operational amplifier 28 ( FIG. 1) via the resistor 29 with a large resistance value. At the output of the DC amplifier 6 and at the inputs of the display device 7 and the converter unit 34 for small deviations in the output signal of the DC amplifier 6 , in the absence of the metal coating 1, a negative DC voltage proportional to the bias voltage occurs, the unit 34 is triggered and a signal appears at its output , which causes a change (increase) in the positive output voltage at the output of the controllable voltage source 35 . This positive output voltage is supplied via the delay circuit 36 , 37 , 38 to the input of the RF amplitude demodulator 5 , whereby the signal is shifted by the value of this positive output voltage until this shift is caused by the supply of the positive DC voltage to the inverting input of the Operational amplifier 28 has compensated for the shift in the output signal. A zero value of the output signal is reached at the output of the direct current amplifier 6 and on the display device 7 in the absence of a metal coating 1 .

Mit Erscheinen einer geringfügigen negativen Spannung am Eingang der Anzeigevorrichtung 7 (Nulldrift) wegen der inneren Instabilität der Bauelemente der Einrichtung oder der Änderung der äußeren Bedingungen wird diese geringfügige negative Spannung auf den Eingang der Einheit 34 gegeben, die ausgelöst wird und eine Erhöhung der positiven Ausgangsspannung der Quelle 35 bewirkt, bis der Nullwert (Null) am Eingang des Anzeigers 7 wiederhergestellt ist.With the appearance of a slight negative voltage at the input of the display device 7 (zero drift) due to the internal instability of the components of the device or the change in the external conditions, this slight negative voltage is applied to the input of the unit 34 , which is triggered and an increase in the positive output voltage the source 35 causes until the zero value (zero) at the input of the indicator 7 is restored.

Beim Erscheinen einer positiven Spannung am Eingang der Anzeigevorrichtung 7 werden die Einheit 34 und die steuerbare Quelle 35 nicht ausgelöst, die Vorspannung am Eingang des HF-Amplitudendemodulators 5 wird durch die Spannung am Kondensator 38 definiert, die wegen der Entladung des letzteren langsam abnimmt, das Ausgangssignal fällt langsam ab, wobei es sich dem Nullwert nähert.When a positive voltage appears at the input of the display device 7 , the unit 34 and the controllable source 35 are not triggered, the bias voltage at the input of the RF amplitude demodulator 5 is defined by the voltage on the capacitor 38 , which slowly decreases due to the discharge of the latter, that Output signal slowly drops, approaching zero.

Es sei nun der Betrieb der Einrichtung bei Vorhandensein eines Metallüberzuges 1 auf dem Dielektrikum 2 im Abstand h des Luftspaltes vom Differential-Wirbelstromwandler 3 betrachtet.The operation of the device in the presence of a metal coating 1 on the dielectric 2 at a distance h from the air gap from the differential eddy current converter 3 will now be considered.

Das elektromagnetische HF-Feld des Differential-Wirbelstromwandlers 3 induziert im Metallüberzug 1 Wirbelströme, deren Wert sich nach der Dicke und der spezifischen Leitfähigkeit des Metallüberzuges 1 richtet. Diese Wirbelströme bewirken eine proportionale Änderung der HF-Spannungen in den Meßwicklungen 9, 10 des Differential-Wirbelstromwandlers 3 und demzufolge eine Änderung (Zunahme) des Signals am Eingang des HF-Amplitudendemodulators 5, wobei die Höhe des minimalen Amplitudenwertes des Signals 39 oder 40 zunimmt. Dementsprechend nimmt auch der Wert des minimalen Amplitudenwertes des NF-Signals 41 oder 42 am Ausgang des HF-Amplitudendemodulators 5 zu, und an der Anzeigevorrichtung 7 erscheint eine der Stärke des zu messenden Metallüberzuges 1 proportionale positive Ausgangsspannung.The electromagnetic RF field of the differential eddy current transformer 3 induces eddy currents in the metal coating 1 , the value of which depends on the thickness and the specific conductivity of the metal coating 1 . These eddy currents cause a proportional change in the RF voltages in the measuring windings 9, 10 of the differential eddy current converter 3 and consequently a change (increase) in the signal at the input of the RF amplitude demodulator 5 , the level of the minimum amplitude value of the signal 39 or 40 increasing . Accordingly, the value of the minimum amplitude value of the LF signal 41 or 42 at the output of the RF amplitude demodulator 5 also increases, and a positive output voltage proportional to the thickness of the metal coating 1 to be measured appears on the display device 7 .

Diese Spannung am Ausgang des Gleichstromverstärkers 6 wird bei einer längeren Verweildauer des zu messenden Metallüberzuges 1 am Differential-Wirbelstromwandler 3 wegen der Entladung des Kondensators 38 langsam abnehmen. Die Entladezeitkonstante des Kondensators 38 wird über 100 s gewählt. Infolge dieser Verringerung der Spannung am Kondensator 38 erscheint nach der Entfernung des zu messenden Metallüberzuges 1 vom Differential-Wirbelstromwandler 3 am Eingang der Anzeigevorrichtung 7 eine geringe negative Spannung, die Einheiten 34, 35 werden betätigt, wodurch der Kondensator 38 aufgeladen wird, bis der Nullpegel der Spannung am Ausgang der Wirbelstrom-Einrichtung wiederhergestellt ist.This voltage at the output of the direct current amplifier 6 will slowly decrease with a longer dwell time of the metal coating 1 to be measured on the differential eddy current transformer 3 due to the discharge of the capacitor 38 . The discharge time constant of the capacitor 38 is chosen to be over 100 s. As a result of this reduction in voltage across capacitor 38 , after removal of the metal coating 1 to be measured from differential eddy current converter 3, a small negative voltage appears at the input of display device 7 , units 34, 35 are actuated, thereby charging capacitor 38 until the zero level the voltage at the output of the eddy current device is restored.

Der vorgeschlagene Anschluß des NF-Generators 22 an die Varikap 15 des ohmsch-kapazitiven Spannungsteilers sowie der Einsatz der Meßschaltung für den Wert der minimalen Amplitude des NF-Signals in Verbindung mit der Wandlereinheit für geringe Abweichungen des Ausgangssignals des Gleichstromverstärkers und der steuerbaren Spannungsquelle ermöglicht also eine optimale automatische Nachstimmung der Wirbelstrom-Einrichtung im Meßvorgang unter gleichzeitiger automatischer Nachstellung des Nullpegels des Ausgangssignals in den Pausen zwischen den Messungen. Die so ausgebildeten Geräte zur zerstörungsfreien Prüfung sprechen schnell an und liefern Meßergebnisse guter Stabilität und Genauigkeit, wobei eine manuelle Nachstimmung im Meßvorgang entfällt.The proposed connection of the low-frequency generator 22 to the varicap 15 of the ohmic capacitive voltage divider and the use of the measuring circuit for the value of the minimum amplitude of the low-frequency signal in connection with the converter unit for small deviations in the output signal of the direct current amplifier and the controllable voltage source thus enables an optimal automatic retuning of the eddy current device in the measuring process with simultaneous automatic re-adjustment of the zero level of the output signal in the pauses between the measurements. The devices designed in this way for non-destructive testing respond quickly and provide measurement results of good stability and accuracy, whereby manual retuning in the measurement process is not necessary.

Claims

Eddy current device for non-destructive testing, with a high frequency generator (HF generator) ( 4 ), a high frequency amplitude demodulator ( 5 ), a differential eddy current converter ( 3 ), the excitation winding ( 8 ) of which is connected to the output of the HF generator ( 4 ) connected and whose measuring windings ( 9, 10 ) are coupled to one another via a center connection ( 19 ) and are electrically connected to the HF amplitude demodulator ( 5 ), a free end of the measuring winding ( 10 ) being coupled to a zero rail ( 11 ), to a DC amplifier ( 6 ), the input of which is electrically connected to the output of the RF amplitude demodulator ( 5 ), and to a display device ( 7 ) which is connected to the output of the DC amplifier ( 6 ),
characterized by an ohmic capacitive voltage divider, which is designed in the form of a Wheatstone bridge, in which in a pair of opposite bridge branches, a resistor ( 12 ) and a capacitor ( 13 ), one connection of which is connected to the zero rail ( 11 ), and in the other pair of opposite bridge branches, a resistor ( 14 ), one connection of which is connected to the zero rail ( 11 ), and a series connection of a varicap ( 15 ) with a capacitor ( 16 ) are connected, the connection point ( 18 ) Anode of the Varikap ( 15 ) and the capacitor ( 13 ) with the connection point ( 17 ) of the resistors ( 12, 14 ) with the center connection ( 19 ) of the measuring windings ( 9, 10 ) of the differential eddy current transformer ( 3 ) is electrically connected and the connection point ( 20 ) of the bridge branch having the resistors ( 12, 14 ) with the bridge branch having the varicap ( 15 ) with the output of the differential W irbelstromwandlers (3) and connected via a separating capacitor (21) to the input of the RF amplitude demodulator (5),
by a low-frequency generator (LF generator) ( 22 ), the output of which is connected via a separating capacitor ( 23 ) to the connection point ( 24 ) of the cathode of the Varikap ( 24 ) connected to a positive DC voltage source ( 27 ) via an ohmic divider with resistors ( 25, 26 ) 15 ) and the capacitor ( 16 ) are connected in a bridge branch of the ohmic capacitive voltage divider,
by a measuring circuit for the value of the minimum amplitude of an LF signal, which is made up of an operational amplifier ( 28 ), whose non-inverting input is coupled to the output of the RF amplitude demodulator ( 5 ) and whose inverting input is connected via a resistor ( 29 ) the positive DC voltage source ( 27 ) is connected via a resistor ( 30 ) to the input of the DC amplifier ( 6 ), the input of the DC amplifier ( 6 ) via a resistor ( 31 ) to the positive DC voltage source ( 27 ), via a capacitor ( 32 ) is connected to the zero rail ( 11 ) and to the anode of a diode ( 33 ), the cathode of which is connected to the output of the operational amplifier ( 28 ),
by a converter unit ( 34 ) for small negative deviations of the output signal, the DC amplifier ( 6 ) whose input is connected to the output of the DC amplifier ( 6 ) and the input of the display device ( 7 ),
and by a controllable voltage source ( 35 ), the input of which is connected to the output of the converter unit ( 34 ) for small negative deviations in the output signal of the DC amplifier ( 6 ) and the output of which is connected to the input of the RF amplitude demodulator via a delay circuit ( 36, 37, 38 ) ( 5 ) is connected.