DE4126162C2

DE4126162C2 - Fehlerdetektor für Metalle

Info

Publication number: DE4126162C2
Application number: DE4126162A
Authority: DE
Inventors: Yasuharu Hosohara; Kiwamu Suzuki; Shigeru Fujiwara; Toshihide Kawabe
Original assignee: CXR CO; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: CXR CO; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-08-08
Also published as: US5461312A; CA2048496C; FR2675579B1; DE4126162A1; FR2675579A1; US5365169A; CA2048496A1; GB2255184A; US5210492A; GB2255184B; GB9116817D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Fehlerdetektor für Metalle zur Wartung und zum Betrieb von Rohrleitungen wie erdverlegten Gasleitungen, Rohrleitungen in Chemiefabriken und Heizlei tungen durch ein Fernfeld-Wirbelstrom-Verfahren und einen Fernfeld-Wirbelstromsensor zum Gebrauch in einem Fehlerde tektor.

Zur Erfassung von Fehlern von Metallmaterialien wie Rohr leitungen durch Verwendung eines Fernfeld-Wirbelstrom-Ver fahrens wird ein Fernfeld-Wirbelstromsensor mit einem Kabel zur Übermittlung von Signalen in die Rohrleitung ein gebracht und eine Anregungsspannung dem Sensor zugeführt. Der Sensor umfaßt eine Anregungsspule und eine oder mehrere Empfangsspulen, die vom Sensor in der Längsrichtung der Rohrleitung in einem vorgegebenen Abstand, der doppelt so groß ist wie der Rohrdurchmesser, plaziert sind. Relativ niedrige Frequenzen, beispielsweise von zehn Hz bis einigen hundert Hz werden als das zugeführte Anregungssignal ver wendet, wobei Spannungen von einigen V bis einigen zehn V als Anregungsspannungen verwendet werden.

Die von dem Anregungssignal erzeugten elektromagnetischen Wellen werden in zwei Gruppen unterteilt; eine dringt durch die Dicke der zu prüfenden Rohrleitung, und die andere pflanzt sich in der Rohrleitung fort. Die letztere wird schnell gedämpft und kaum übertragen, da, falls die Rohr leitung als Wellenleiter angesehen wird, sie eine sehr ge ringe Abschneidefrequenz aufweist. Andererseits wird die erstere als indirekt übertragene Welle bezeichnet, die ent lang der Außenseite der Rohrleitung übertragen wird und allmählich gedämpft wird. Gleichzeitig dringt ein Teil der ersteren Welle wieder durch die Dicke der Rohrleitung, dringt in die Rohrleitung ein und wird durch eine Empfangs spule empfangen.

Das durch die Empfangsspule erfaßte Signal ist relativ ge ring (von einigen µV bis einigen zehn µV), da es zweimal durch die Rohrleitung dringt, und seine Phase wird durch den Skin-Effekt und durch das Durchdringen der Dicke der Rohr leitung geändert. In dem Fernfeld-Wirbelstrom-Verfahren hat die Phase eine relativ gute Linearität bezüglich der Dicke der Rohrleitung und wird häufig als Information verwendet.

Bei dem Fernfeld-Wirbelstrom-Verfahren wird die Amplitude des empfangenen Signals geändert, und die phasenerfaßten Fehlerdaten mit Phasenerfassungsstörungen vermischt, da die dielektrische Konstante der zu prüfenden Rohrleitung nicht gleichförmig ist und der Wirbelstromsensor mit der Vor wärtsbewegung vibriert, wenn der Wirbelstromsensor ein schließlich der Anregungsspule und der Empfangsspule in die zu prüfende Rohrleitung eingebracht wird und mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. Auf diese Weise können die er faßten Fehlerdaten verfälscht werden. Wenn eine andere Art von Wirbelstromsensoren eingesetzt wird, bei denen eine Anzahl von Empfangsspulen ringförmig auf der inneren Wandung der Rohrleitung angeordnet ist, ist eine akkurate Diagnose der Rohrleitung schwierig, da un regelmäßige bzw. verfälschte Fehlerdaten aufsummiert wer den.

Fernfeld-Wirbelstrom-Verfahren können in zwei Bauarten unterteilt werden: Eine absolute Bauart, bei der eine Anzahl von Empfangsspulen konzentrisch am hinteren Ende der Anre gungsspule angeordnet ist, und eine Differenzbauart, die eine Vordergruppe von konzentrisch angeordneten Empfangs spulen und eine Rückgruppe von Empfangsspulen, die rücksei tig der Vordergruppe angeordnet sind, aufweist. Bei der ab soluten Bauart ist die Anzahl von Windungen jeder Spule der Gruppe von Empfangsspulen die gleiche, und die Anzahl der Empfangsspulen ist mit einer Meßvorrichtung durch die er forderliche Anzahl von Kabelpaaren zur Erzeugung eines Sen sorsignals verbunden. Andererseits ist bei der Differenzbau art die Anzahl von Windungen jeder Spule der Front gruppe und der Rückgruppe der Empfangsspule die gleiche, und die Frontspule und die Rückspule sind miteinander dif ferentiell verbunden und mit einer Meßvorrichtung durch die erforderliche Anzahl von Kabelpaaren verbunden.

Während bei dem Sensor der absoluten Bauart das empfangene Signal auch in einem Teil empfangen werden kann, der keinen Fehler aufweist, kann bei einem Sensor in Differenzbauart das empfangene Signal wegen der Differenzverbindung kaum empfangen werden, mit der Ausnahme, daß eine Formänderung in einem Teil vorliegt, wie bei einem lokalen Fehler. Dieser Effekt kann auch beobachtet werden, wenn eine andere Bauart von Empfangsspulen verwendet wird (Normal richtungsspulen), wobei ein Magnetpfad durch Fernfeld-Wir belstrom normal zur Achse der Erregungsspule angeordnet ist.

Bei Verwendung der Gruppe von Empfangsspulen mit der Spule der Differenzbauart oder der Spule mit Normalrichtungsbau art beim Fernfeld-Wirbelstrom-Verfahren ist es schwierig, im normalen Bereich des zu prüfenden Materials ein geeignetes Empfangssignal zu erhalten, um die Phasenerfassung zu sta bilisieren, und die phasenerfaßten Fehlerdaten werden mit Störungen gemischt. Auf diese Weise können Fehlerdaten zu verfälschten Fehlerdaten umgewandelt werden.

Wenn ferner der Fernfeld-Wirbelstromsensor, bei dem eine Anzahl von Empfangsspulen ringförmig an der inneren Wandung der Rohrleitung angeordnet ist, verwendet wird, ist es schwierig, eine genaue Diagnose der Rohrleitung durch zuführen, da sich die unregelmäßigen Fehlerdaten summieren.

Beim Differenzsensor ist die Anzahl der Windungen jeder Empfangsspule in der Vordergruppe und der Hintergruppe der Empfangsspulen die gleiche, und die erforderliche Anzahl von Spulen sind parallel oder in Reihe in der Vordergruppe oder der Rückgruppe verbunden, und die Vorderspule und die Rückspule sind differentiell durch die erforderliche Anzahl von Kabelpaaren miteinander und mit der Meßvorrichtung verbunden.

Bei dem Fernfeld-Wirbelstromsensor der absoluten Bauart mit dem oben beschriebenen Aufbau kann zwar eine stabile Dia gnose aufgrund des relativ hohen Signalpegels des Sensorsi gnals erreicht werden, und der Sensor ist zur Erfassung von sich allmählich verändernden Fehlerbereichen FW der zu prü fenden Rohrleitung geeignet, jedoch ist die Erfassungs empfindlichkeit für lokalisierte Fehlerbereiche FS gering, und häufig ist es nicht möglich, mit diesem Detektor ge ringe lokale Fehlerbereiche FS zu erfassen. Andererseits kann bei der differentiellen Bauart des Fernfeld-Wirbelstromsen sors der Fehlerbereich durch die Pegeldifferenz zwischen der Vordergruppe von Empfangsspulen und der Rückgruppe von Empfangsspulen erfaßt werden, und der Sensor ist wegen seiner hohen Empfindlichkeit vorteilhaft hinsichtlich lokaler Fehlerbereiche FS, jedoch ist es schwierig, von sich allmählich fortpflanzenden Fehlerteilen Differenzsignale zu erlangen. Des weiteren ist es wegen des geringen Differenz signals schwierig, eine stabile Phasenerfassung durchzufüh ren.

Bei beiden Bauarten der Fernfeld-Wirbelstromsensoren ist es wichtig, Stabilität der Phasenerfassung zu erlangen, da die Messung nicht nur durch die Stärke und Schwäche des Sensor signalpegels durchgeführt wird, sondern auch durch Berech nung der Breite oder Tiefe der Fehler durch Phasenverschie bungseigenschaften des empfangenen Sensorsignals.

Aus der US-A-4742298 ist ein Gerät zur Überprüfung eines Metallrohres bekannt, mit einer primären Anregungsspule und mit einer Anzahl von sekundären Empfangsspulen. Dieses Ge rät basiert auf der normalen Wirbelstromerfassung, d. h. die Spulenanordnung dient der sogenannten Nahfeld-Wirbel stromerfassung. Des weiteren umfaßt das Gerät eine Fehler detektorschaltung mit Mitteln zum Einstellen des Verstär kungsfaktors, wodurch ein Fehler aufgrund veränderten Ab standes zwischen jeder der Sekundärspulen und der Innenum fangsfläche der Rohrleitung korrigiert werden kann.

Aus der DE 29 05 399 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung von Oberflächenfehlern an metallischen Gegenständen be kannt, die eine Phasenschiebereinrichtung zum Verschieben des Signals einer Wechselstromerzeugungseinrichtung um eine feste Phase und eine Phasendetektionseinheit zum Detektie ren der Phase des Wechselstromsignals und des empfangenden Signals sowie eine nachgeordnete Auswerteeinrichtung zur Erzeugung von Fehlerdaten aufweist.

Die EP 0370691-A1 beschreibt ein Gerät zum zerstörungs freien Prüfen von Rohrmaterialien mittels Wirbelstrom unter Verwendung von zwei Primärspulen, die durch eine ringför mige Lücke getrennt sind. Die Primärspulen werden abwech selnd angeregt, und Flußstörungen werden durch Sekundärspu len, die in der Lücke zwischen den Primärspulen angeordnet sind, erfaßt. Die US-A-4292589 zeigt drei koaxiale Empfangs spulen, die nahe beieinander angeordnet sind, wobei die mittlere Spule entgegengesetzt zu den beiden äußeren Spulen gewickelt ist und die doppelte Windungszahl der äußeren Spulen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Fehlerdetek tor für Metallmaterialien zu schaffen, bei dem Störeinflüsse in der Phasenerfassung minimiert sind.

Diese Aufgabe wird durch Fehlerdetektoren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 2 oder 3 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Fehlerdetektor für Metalle werden die Phasenerfassungs störungen durch Stabilisierung des empfangenen Signalpegels vermindert, und zwar durch automatisches Einstellen des empfangenen Signals, das durch die Empfangsspule erzeugt wird, auf einen vorgegebe nen Pegel, wodurch das Signal-Rauschver hältnis der Fehlerdaten verbessert ist.

Wenn ein Fernfeld-Wirbelstromsensor einschließlich einer Anzahl von Empfangsspulen verwendet wird, wird die Ansammlung von verfälschten Fehlerdaten durch Phasenerfassungsstörun gen in den Fehlerdaten verhindert.

Durch Überlagerung des empfangenen Signals, das von der Empfangsspule erzeugt wird, mit einem Wechselstromsignal, das eine vorgegebene Phase und Amplitude aufweist, kann die Erzeugung von verfälschten Fehlerdaten verhindert werden.

Durch Verwendung einer An zahl von Empfangsspulen, die auf der inneren Wandung der Rohrleitung ringförmig angeordnet sind, kann die Ansammlung von verfälschten Fehlerdaten aufgrund von Phasenerfassungs störungen, die in den Fehlerdaten enthalten sind, vermieden werden.

Wenn ein Aufbau verwendet wird, bei dem die Anzahl von Windungen der vorderen Empfangsspule größer ist als die Anzahl der Windungen der rückwärtigen Empfangsspulen, können stabile Phasendaten für sowohl sich allmählich verändernde Fehler als auch für Lokalfehler erhalten werden.

Bei dem Fehlerdetektor nach Anspruch 1 wird das Anregungssignal, das vom Bezugssignalgenerator gelie fert wird, an die Anregungsspule übertragen. Das von der Empfangsspule erzeugte Empfangssignal wird einem Emp fangssignal-Verarbeitungsmodul in einer Empfangssignal- Schaltung zugeführt. Ein Vergleichssignal, das durch einen Vergleichssignalgenerator in der Anregungssignalerzeugungsein richtung erzeugt wird und an das Empfangssignalverarbei tungsmodul weitergegeben wird, wird durch den Fehlerdatengenerator phasenverglichen, und der Amplitudenpegel des emp fangenen Signals wird automatisch in der automatischen Amplitudeneinstellvorrichtung (AGC-Schaltung; automatic gain control) eingestellt. Auf diese Weise wer den Phasenerfassungsstörungen, die in den durch den Phasen vergleicher erzeugten Fehlerdaten enthalten sind, vermin dert, und das Signal-Rausch-Verhältnis der Fehlerdaten kann verbessert werden.

Des weiteren kann der Fehlerdetektor für Metalle gemäß der Erfindung eine Anzahl von Empfangsspulen, automatischen Amplitudeneinstelleinrichtungen und Fehlerdatengeneratoren umfassen.

Wenn bei dem Fehlerdetektor gemäß Anspruch 2 das Anregungssignal der Anregungsspule des Fernfeld-Wirbelstromsensors zugeführt wird, wird das Empfangssignal in den Empfangsspulen erzeugt. Nachdem durch einen Diffe rentialverstärker einer Empfangssignalschnittstelle die In- Phasenstörungen des empfangenen Signals entfernt wurden und seine Hochfrequenzkomponente durch ein Tiefpaßfilter ent fernt wurden, wird das empfangene Signal dem anderen Ein gang des Signaladdierers zugeführt. Andererseits wird das Anre gungssignal, das dem Additionsanschluß des Additionssignal- Verarbeitungsmoduls zugeführt wird, auf eine durch eine Amplitudeneinstelleinrichtung des Dämpfers eines Additions signals-Erzeugungsmoduls vorgegebenen Pegel gedämpft. Dann, falls der Phasenwinkel durch eine Phasenwinkel-Einstellvor richtung in dem Phasenschieber beispielsweise zu 15° vorge geben ist, wird ein addiertes Signal mit 15°-Phasenwinkel verschiebung einem Eingang des Empfangssignals-Verarbei tungsmoduls zugeführt.

Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Fehlerdetektors für Metallmaterialien gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Fehlerdetektors für Metallmaterialien gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Fernfeld-Wirbelstromsen sors gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein der Fig. 1 zugeordnetes Signalvektor-Diagramm einer normalen Rohrleitung;

Fig. 5 ein der Fig. 1 zugeordnetes Signalvektor-Verände rungsdiagramm eines sich allmählich verändernden Fehlers;

Fig. 6 ein der Fig. 1 zugeordnetes Signalvektor-Verände rungsdiagramm eines lokalen Fehlers; und

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Eigenschaften des Signalpegels abhängig vom Abstand zwischen der An regungsspule und einer Empfangsspule.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Fehlerde tektors für Metallmaterialien gemäß der Erfindung anhand der Fig. 1 erläutert.

In Fig. 1 umfaßt ein Fehlerdetektor für Metalle gemäß der Erfindung einen Wirbelstromsensor PRB mit einer Anregungs spule EC und einer Anzahl von Empfangsspulen RCn (zum Zweck der Beschreibung wird n als 1 bis 9 angesehen), eine Anre gungssignal-Erzeugerschaltung 101 mit einem Bezugssignal generator 102, einem Anregungssignal-Ausgangsverstärker 103 und einer Vergleichssignal-Erzeugerschaltung 104, und eine Empfangssignalschaltung RCC mit einer Anzahl von Empfangs signal-Verarbeitungsmodulen RQ₁ bis RQ₉. Ein anregungssei tiger Anschluß T₀ der Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 101 und empfangsseitige Anschlüsse RT₂ und RT_{2 . . .} der Emp fangssignal-Verarbeitungsmodule RQ₁ bis RQ₉ der Empfangs signalschaltung RCC sind mit Kabelpaaren P₀ bis P₉ von Kabeln CBL verbunden. Das durch das Kabelpaar P₀ gelieferte Anregungssignal f₀ wird durch die Anregungsspule EC empfan gen, und empfangene Signale f₁ bis f₉ werden durch die Ka belpaare P₁ bis P₉ übertragen. Falls ein Spezialkabel CBL eingesetzt wird, bei dem das Anregungssignal eine höhere Spannung als das empfangene Signal f₁ bis f₉ aufweist, kann das Vergleichssignal F₁ bis F₉ die gleiche Phase wie das Anregungssignal f₀ aufweisen.

Jeder Eingangsanschluß RT₁ bis RT₂ der Empfangssignalverar beitungsmodule RQ₁ bis RQ₉ der Empfangssignalschaltung RCC ist mit der Eingangsseite eines Differenzverstärkers einer Empfangssignalschnittstelle 105 verbunden. Die Ausgangs seite des Differenzverstärkers ist mit der Eingangsseite einer AGC-Schaltung 110 über ein Tiefpaßfilter 107, einen Empfangsverstärker 108 und ein Bandpaßfilter 109 verbunden. In den Kabelpaaren P₁ bis P₉ erzeugte gleichpolare Störungen werden durch den Differenzverstärker entfernt. Die Hoch frequenzkomponenten der empfangenen Signale f₁ bis f₉, die durch den Differenzverstärker 106 erzeugt werden, werden durch das Tiefpaßfilter 107 entfernt. Die empfangenen Signale f₁ bis f₉, deren Hochfrequenzkomponente durch das Tiefpaßfilter 107 entfernt wurden, werden der Eingangsseite der AGC-Schaltung 110 durch das Bandpaßfilter 109 zuge führt. Nach der Umwandlung auf einen vorgegebenen Amplitu denpegel durch die AGC-Schaltung 110 wird das empfangene Signal einem Signalformer 111 zugeführt. Die Ausgangsseite des Signalformers 111 ist mit der Eingangsseite eines Pha senkomparators 112 verbunden. Die andere Eingangsseite des Phasenkomparators 112 ist mit einem Empfangsanschluß RT₃ über eine Fehlererfassungs-Signalerzeugungsvorrichtung 113 verbunden.

Jeder Eingangsanschluß RT_{4 . . .} des Empfangssignal-Verarbei tungsmoduls RQ₁ bis RQ₉ ist mit Erregungsanschlüssen T₁ bis T₉ der Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 101 verbunden. Jeder Phasenkomparator 112 der Empfangssignalmodule RQ₁ bis RQ₉ vergleicht das ihm an einer Eingangsseite zugeführte Empfangssignal f₁ bis f₉ mit den Vergleichssignalen F₁ bis F₉, die seiner anderen Eingangsseite zugeführt wurden.

Da in dem Ausführungsbeispiel des Fehlerdetektors mit dem oben beschriebenen Aufbau der Amplitudenpegel des emp fangenen Signals f₁ bis f₉ an der Ausgangsseite des Bandpaß filters 109 automatisch durch die AGC-Schaltung 110 auf einen vorgegebenen Pegel eingestellt wird, ändert sich der Pegel des an den Phasenkomparator 112 gelieferten empfangenen Signals nicht, selbst wenn die magnetische Permeabilität der zu prüfenden Rohrleitung nicht gleichförmig ist. Aufgrund dessen können Phasenerfassungsstörungen, die zu den vom Phasenkomparator 112 erzeugten Fehlerdaten gemischt sind, vermindert werden, und das Signal-Rauschverhältnis der Fehlererfassungsdaten kann durch eine solche Abnahme der Phasenerfassungsstörungen verbessert werden. Falls eine Anzahl von Empfangsspulen, Amplitudeneinstelleinrichtungen und Fehlerdatengeneratoren vorgesehen ist, kann eine auf grund der in den Fehlerdaten enthaltenen Phasenerfassungs störungen auftretende Summierung von verfälschten Fehlerda ten verhindert werden.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbei spieles eines Fehlerdetektors für Metallmaterialien gemäß der Erfindung.

In Fig. 2 umfaßt einen Fehlerdetektor einen Fernfeld-Wirbel stromsensor PRB mit einer Anregungsspule EC und einer Viel zahl von Empfangsspulen RCn (zur einfacheren Beschreibung bezieht sich n auf 1 bis 9, und eine Differentialspule kann verwendet werden), eine Anregungssignal-Generatorschaltung 201 mit einem Bezugssignalgenerator 202, einem Anregungs signal-Generatorverstärker 203, einer Vergleichssignal-Ge neratorschaltung 204 und Empfangssignalschaltungen RCC₁ bis RCC₉ mit Empfangssignal-Verarbeitungsmodulen RQ₁ bis RQ₉, Additionssignal-Erzeugermodulen RA₁ bis RA₉ und Empfangs signal-Schnittstellen RB₁ bis RB₉.

Die Ausgangsseite des Bezugssignalgenerators 202 der An regungssignal-Erzeugerschaltung 201 ist mit der Eingangs seite des Anregungssignal-Generatorverstärkers 203 verbunden, und die Ausgangsseite des Anregungssignal-Generatorverstärkers 203 ist mit einem Anschluß T₀ verbunden. Der Übermittlungs anschluß T₀ ist über die Anregungsspule EC des Fernfeld- Wirbelstromsensors PRB über ein Paar Kabel P₀ des Kabels CBL verbunden. Jede Empfangsspule RC₁ bis RC₉ ist mit Emp fangsanschlüssen RT₂ und RT₃ der Empfangssignalschaltungen RC₁ bis RC₉ über Kabelpaare P₁ bis P₉ des Kabels CBL verbun den. Das Kabelpaar P₀ erhält ein Anregungssignal f₀, und die Kabelpaare P₁ bis P₉ übermitteln das Übermittlungssignal f₁ bis f₉. Der Übermittlungsanschluß T₀ ist mit einem Addi tionsanschluß RT₁ der Empfangssignalschaltungen RCC₁ bis RCC₉ verbunden.

Die Ausgangsseite des Bezugssignalgenerators 202 der An regungssignal-Erzeugerschaltung 201 ist mit der Eingangs seite der Vergleichssignal-Erzeugerschaltung 204 verbunden, und neun Ausgangsseiten der Bezugssignal-Erzeugerschal tung 204 sind mit den Bezugssignalanschlüssen T₁ bis T₉ verbunden. Die Bezugssignalanschlüsse T₁ bis T₉ sind mit Vergleichsanschlüssen RT₄ der Empfangssignalschaltungen RCC₁ bis RCC₉ verbunden.

Die Additionssignal-Erzeugermodule RA₁ bis RA₉ umfassen einen Dämpfer 205, eine Amplituden-Einstellvorrichtung 205a, einen Phasenschieber 206 und eine Phasenwinkel-Ein stellvorrichtung 206a. Die Eingangsseite des Dämpfers 205 ist mit einem Additionsanschluß RT₁ verbunden, und seine Ausgangsseite ist mit einer Eingangsseite des Phasenschiebers 206 verbunden. Die Ausgangsseite des Phasenschiebers 206 ist mit einer Eingangsseite eines Signaladdierers, der später beschrieben wird, der Empfangssignal-Verarbeitungsmodule RQ₁ bis RQ₉ verbunden.

Empfangssignal-Schnittstellen RB₁ bis RB₉ sind mit einem Differenzverstärker 207, einem Tiefpaßfilter 208, einem Empfangsverstärker 209 bzw. einem Bandpaßfilter 210 verbun den. Die Ausgangsseite des Differenzverstärkers 207 ist mit einer anderen Eingangsseite des Signaladdierers 211 durch das Tiefpaßfilter 208, den Empfangsverstärker 209 und das Band paßfilter 210 verbunden.

Die Empfangssignal-Verarbeitungsmodule RQ₁ bis RQ₉ umfassen den Signaladdierer 211, eine Signalformschaltung 212, einen Pha senvergleicher 213 und eine Phasendaten-Erzeugungsvorrich tung 214. Die Ausgangs seite des Signaladdierers 211 ist mit einem Fehlerda tenanschluß RT₅ über die Signalformschaltung 212, den Pha senvergleicher 213 und die Fehlersignal-Erzeugervorrichtung 214 verbunden. Die Vergleichsdatenanschlüsse T₁ bis T₉ der Anregungs signal-Erzeugerschaltung 201 sind mit einer Vergleichs-Ein gangsseite des Phasenvergleichers 213 über jeden Ver gleichsanschluß RT₄ jeder Modulseite jedes Empfangssignal- Verarbeitungsmoduls RQ₁ bis RQ₉ verbunden.

Falls bei dem Fehlerdetektor für Metallmaterialien mit dem in Fig. 2 dargestellten Aufbau ein Anregungssignal f₀ der Anregungsspule EC des Fernfeld- Wirbelstromsensors PRB zugeführt wird, werden Empfangs signale f₁ bis f₉ in den Empfangsspulen RC₁ bis RC₉ er zeugt. Die Empfangssignale f₁ bis f₉, deren In-Phasenstö rung durch den Differenzverstärker 207 entfernt wurde und deren Hochfrequenzkomponente durch das Tiefpaßfilter 208 entfernt wurde, werden der anderen Eingangsseite des Signaladdie rers 211 zugeführt. Andererseits wird das Anregungssignal f₀, das dem Additionsanschluß RT₁ des Additionssignal-Ver arbeitungsmoduls RCC₁ bis RCC₉ zugeführt wurde, auf einen Pegel gedämpft, der in der Amplitudeneinstellvorrichtung 205a des Dämpfers 205 des Additionssignal-Generatormoduls RA₁ bis RA₉ eingestellt wurde. Falls dann in dem Phasen schieber 206 ein Phasenwinkel auf einen vorgegebenen Pha senwinkel eingestellt wird, beispielsweise 15 Grad in einer Phasenwinkel-Einstellvorrichtung 206a, wird ein Additions signal, dessen Phasenwinkel um 15 Grad verzögert ist, durch eine Eingangsseite der Empfangssignal-Verarbeitungsmodule RQ₁ bis RQ₉ übertragen. Da in dem Signaladdierer 211 die Emp fangssignale f₀ bis f₉, die in der zu prüfenden Leitung er zeugt wurden, zu dem Additionssignal addiert wurden, wer den Phasenstörungen durch den Addierer 211 sicher entfernt, und die empfangenen Signale f₀ bis f₉ mit konstantem Pegel werden von der Ausgangsseite des Addierers 211 dem Phasen vergleicher 213 zugeführt. Auf diese Weise kann im Phasen vergleicher eine stabile Phasenerfassung durchgeführt wer den. Da die stabile Phasenerfassung durchgeführt werden kann, werden normale Fehlerdaten dem Fehlerdatenanschluß RT₅ zugeführt, und eine fehlerhafte Diagnose der Form, Tiefe und des Ortes des Fehlerbereichs aufgrund der Ansamm lung von durch Störungen verfälschten Fehlerdaten kann ver hindert werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Fernfeld- Wirbelstromsensors gemäß der Erfindung.

In Fig. 3 ist MC eine Anregungsspule. Vordere Empfangsspu len FCn (n=1 bis 6) sind an der Rückseite der Anregungs spule MC in einer vorgegebenen Distanz vorgesehen (etwa doppelter Rohrleitungsdurchmesser). Die vorderen Empfangs spulen FC₁ bis FC₆ sind voneinander um 60 Grad bezüglich einer zu prüfenden Rohrleitung beabstandet. Das heißt, die vordere Empfangsspule FC₁ ist in einer 12 Uhr entsprechen den Richtung, FC₂ in einer 2 Uhr entsprechenden Richtung, FC₆ in einer 10 Uhr entsprechenden Richtung angeordnet, wo bei jede der vorderen Empfangsspulen FC₁ bis FC₆ in Reihe verbunden ist und Kabel FL₁ bis FL₂, die von ihnen ausge hen, mit Anschlüssen 302c und 302a von Differenzspulen 302 verbunden sind. Des weiteren sind rückwärtige Empfangsspu len RC_n (n=1 bis 6) an der Rückseite der vorderen Emp fangsspulen FC₁ bis FC₆ vorgesehen. Die Anzahl der Windun gen der rückwärtigen Empfangsspulen RC₁ bis RC₆ ist gerin ger als die der vorderen Empfangsspulen FC₁ bis FC₆. Die rückwärtigen Spulen RC₁ bis RC₆ sind in der gleichen Rich tung wie die vorderen Empfangsspulen FC₁ bis FC₆ angeord net. Das heißt, die rückwärtigen Empfangsspulen RC₁ sind in Richtung von 12 Uhr vorgesehen.

Die rückwärtigen Empfangsspulen RC₁ bis RC₆ sind in Reihe geschaltet und mit Anschlüssen 302c und 302b der Differenz spulen 302 über Kabel RL₁ und RL₂ verbunden.

Ein Ende der rückwärtigen Empfangsspulen RCn und ein Ende der vorderen Empfangsspulen FCn sind miteinander verbunden, und ein Ende der rückwärtigen und der vorwärtigen Empfangsspu len sind zum Aufbau einer Differenzdrahtverbindung zwischen den vorderen Empfangsspulen FCn und den rückwärtigen Emp fangsspulen RCn geführt. Bei diesem Drahtverbundaufbau kann die Differenzspule entfallen.

Wenn der Fernfeld-Wirbelstromsensor mit dem oben beschrie benen Aufbau an einem normalen Teil einer Rohrleitung ange bracht wird, hat ein Signalvektor I (bei der Beschreibung beziehen sich I, II . . . auf Vektoren) aufgrund der vor deren Empfangsspulen FCn die gleiche Phase R wie ein Signalvektor II aufgrund der rückwärtigen Empfangsspulen RCn, da beide Spulen in aneinandergrenzenden Positionen an geordnet sind. Der Vektor III ist ein Differenzvektor auf grund der Differenzdrahtverbindung. Vektor III ist gleich I minus II und hat die Phase R, da ihre Richtungen gleich sind. Wenn Signalvektor III durch einen Referenzsignalvek tor XI erfaßt wird, können Phasendaten R des normalen Teils erhalten werden. Da normalerweise Vektor III einen geringen Wert in der Gleichung I-II=III hat, wird die Phasen detektion instabil, und stabile Daten können nicht erhalten werden. Bei dem Fernfeld-Wirbelstromsensor gemäß der Erfin dung wird jedoch nicht nur der Signalpegel der vorderen Empfangsspulen FCn größer als der der rückwärtigen Emp fangsspulen RCn, da deren Distanz von der Anregungsspule MC größer als die der vorderen Empfangsspulen FCn ist, sondern weil auch die Anzahl der Windungen der vorderen Empfangs spulen FCn größer ist als die der rückwärtigen Empfangsspu len. Auf diese Weise wird ein zusätzlicher Signalpegel ad diert, und ein ausreichender Pegel für den Differenzvektor III kann erhalten werden, um stabile Phasenerfassung durch zuführen.

Fig. 5 erläutert die Änderung des Signalpegels aufgrund eines großen, sich allmählich verändernden Fehlerbereichs FW. In der Zeichnung ist der Signalvektor I ein Signalvek tor eines Normalteils aufgrund der vorderen Empfangsspulen FCn, II ist ein Signalvektor des Normalteils aufgrund der rück wärtigen Empfangsspulen FCn und III ist ein Signalvektor des Normalteils aufgrund der Differenzverbindung. Da der sich allmählich verändernde Fehlerbereich FW einen weiteren Be reich einnimmt, sind sowohl die vorderen Empfangsspulen als auch die hinteren Empfangsspulen im Fehlerbereich ein geschlossen, und beide Vektoren verändern sich gleichzei tig. Des weiteren ist IV ein Signalvektor eines sich all mählich verändernden Fehlerfortschrittsbereichs aufgrund der Empfangsspulen FCn, V ist ein Signalvektor des sich allmählich verändernden Fehlerbereichs aufgrund der hinteren Emp fangsspulen RCn und VI ist ein Signalvektor des sich verändern den Fehlerbereichs aufgrund der Differenzverdrahtung. VI ist in dem sich allmählich verändernden Fehlerfortschritt bereich FW enthalten, und der sich verändernde Fehlerbe reich FW kann unter Verwendung der Phasendifferenz zwischen III und VI erfaßt werden.

In Fig. 6 ist I ein Signalvektor eines Normalbereichs auf grund der vorderen Empfangsspulen FCn, und II ist ein Signalvektor des Normalbereichs aufgrund der hinteren Emp fangsspulen RCn, und III ist ein Signalvektor des Normalbe reichs aufgrund der Differenzverdrahtung. Da der lokale Fehlerbereich sich über einen kleinen Bereich erstreckt, werden nur die vorderen Empfangsspulen FCn im Fehlerbereich enthalten sein. Wenn der Fall betrachtet wird, in dem sich nur der Signalvektor I verändert, ist IV der Signalvektor des lokalen Fehlerbereichs aufgrund der vorderen Empfangs spulen FCn, und V ist der Signalvektor des lokalen Fehler bereichs aufgrund der Differenzverdrahtung. Der lokale Fehlerbereich FS kann durch eine Differenzphase zwischen V und III erfaßt werden.

Fig. 7 erläutert den Empfangspegel aufgrund der Entfer nung zwischen der Anregungsspule MC und den vorderen und hinteren Empfangsspulen FCn und RCn. In der Zeichnung be zeichnet die horizontale Achse die Differenzentfernung (MC - FCn oder RCn), und die vertikale Achse bezeichnet den Signalpegel. Wenn Empfangsspulen mit einer größeren Anzahl von Windungen als die der hinteren Empfangsspulen RCn ver wendet werden, um den erforderlichen Signalpegel zu erhal ten, muß die Windungszahl erhöht werden, um die Abnahme des Empfangspegels zu kompensieren. Aufgrund dessen ist es von Seiten der Eigenschaften ersichtlich, daß, wenn vordere Emp fangsspulen FCn mit einer größeren Anzahl von Windungen als der hinteren Empfangsspulen RCn vorne vorgesehen sind, ein Signalpegel, der aufgrund der Anordnung in der Nähe der An regungsspule erhöht ist, und ein Signalpegel, der aufgrund der erhöhten Anzahl von Windungen erhöht ist, addiert wer den, um einen stabilen Signalpegel zu erhalten.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die An zahl der vorderen Empfangsspulen und der hinteren Empfangs spulen nicht auf sechs begrenzt. Die Empfangsspulen können parallel verbunden sein, und jede beliebige Anzahl von Spu len kann ausgewählt werden. Die Art der Verbindung zwischen den vorderen und hinteren Empfangsspulen FCn und RCn ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel be schränkt, jede Verbindung, die den Differenzbetrieb ermög licht, kann die gleichen Vorteile erzielen.

Der Fernfeld-Wirbelstromsensor gemäß der Erfindung hat sol che Vorteile, daß stabilere Phasendaten mit Bezug auf so wohl sich langsam verändernde Fehlerbereiche als auch lo kale Fehlerbereiche im Vergleich mit bekannten Systemen er halten werden können.

Claims

1. Fernfeld-Wirbelstrom-Fehlerdetektor zur Erfassung von Fehlern in einer Metallrohrleitung mit:

einem Bezugssignalgenerator (102) zur Erzeugung eines Bezugssignals,
einer Anregungsspule (EC), die aufgrund eines Anre gungssignals mit derselben Phase wie das Bezugssignal ein Fernfeld-Wirbelstromsignal in der Metallrohrleitung er zeugt,
zumindest einer Empfangsspule (RC), die in einem vorgegebenen Axialabstand von der Anregungsspule (EC) angeordnet ist und das Fernfeld-Wirbelstromsignal empfängt, das die Rohrleitung passiert hat, zur Erzeugung eines Empfangssignals,
einer automatischen Amplitudeneinstelleinrichtung (110) zum kontinuierlichen Einstellen der Amplitude des Empfangssignals auf einen konstanten Pegel während der Feh lererfassung und
einem Fehlerdatengenerator (112, 113) zum Phasenver gleichen des durch die automatische Amplitudeneinstellvor richtung eingestellten Empfangssignals mit dem Bezugssignal zur Erzeugung eines Fehlersignals.

2. Fernfeld-Wirbelstrom-Fehlerdetektor zur Erfassung von Fehlern in einer Metallrohrleitung mit:

einem Bezugssignalgenerator (202) zur Erzeugung eines Bezugssignals,
einer Anregungsspule (EC) zur Erzeugung eines Fern feld-Wirbelstromsignals in der zu untersuchenden Metall rohrleitung aufgrund eines Anregungssignals mit derselben Phase wie das Bezugssignal,
zumindest einer Empfangsspule (RC), die um einen vorgegebenen Axialabstand von der Anregungsspule (EC) beab standet ist, zum Empfang des Fernfeld-Wirbelstromsignals, das die Rohrleitung passiert hat, zur Erzeugung eines Empfangssignals,
einem Dämpfer (205) zum Abstimmen des Anregungssignals auf einen vorgegebenen Pegel,
einen Phasenverschieber (206) zum Verzögern des abge stimmten Signals um einen vorgegebenen Phasenwinkel,
einem Signaladdierer (211) zum Addieren des abgestimm ten und verzögerten Signals zu dem Empfangssignal und einem Fehlersignalgenerator (213, 214) zum Phasenvergleichen des durch den Signaladdierer erzeugten Signals mit dem Bezugs signal zur Erzeugung eines Fehlersignals.

3. Fernfeld-Wirbelstrom-Fehlerdetektor zur Erfassung von Fehlern in einer Metallrohrleitung mit:

einer Anzahl von Fernfeld-Wirbelstrom-Fehlerdetektoren zur Erfassung von Fehlern in einer Metallrohrleitung mit:
einer Anzahl von Spulen, die axial in die Metallrohr leitung eingebracht sind, mit:
einer Anregungsspule (MC) die einen Wechselstrom empfängt und ein Fernfeld-Wirbelstromsignal erzeugt,
zumindest einer ersten Empfangsspule (RC), die von der Anregungsspule (MC) um einen vorgegebenen Axialabstand beabstandet ist, zur Erfassung von Fernfeld-Wirbelstrom signalen, die die Rohrleitung passiert haben, und
zumindest einer zweiten Empfangsspule (RC), die von der ersten Empfangsspule (FC) so beabstandet ist, daß die zweite Empfangsspule (RC) von der Anregungsspule (MC) in einem größeren Axialabstand angeordnet ist als der erste vorgegebene Abstand, zur Erfassung der Fernfeld-Wirbel stromsignale, wobei die erste Empfangsspule eine größere Windungszahl aufweist als die zweite Empfangsspule,
einer Verdrahtungsschaltung (302), die mit der ersten und der zweiten Empfangsspule verbunden ist, zum Bestimmen eines Differenzsignals, das die Vektordifferenz zwischen erfaßten Fernfeld-Wirbelstromsignalen, die in der ersten bzw. der zweiten Empfangsspule erzeugt werden, angibt, und einem Phasenvergleicher (112, 213) zum Vergleichen der Phase des Differenzsignals mit der eines Bezugssignals zur Erfassung der Anwesenheit von lokal fehlerhaften, ausge dehnt fehlerhaften und nichtfehlerhaften Bereichen der Rohrleitung.