DE4302984A1 - Horizontal eddy current sensor - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Horizontal-Wirbel stromsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a horizontal vortex Current sensor according to the preamble of patent claim 1.
Bekannt sind Wirbelstromsensoren, die in der zerstö rungsfreien Prüfung zur Erkennung von Merkmalen an Prüfge genständen und bei berührungslos arbeitenden Näherungs schaltern eingesetzt werden. Derartige Sensoren gibt es in verschiedenen Varianten. Bezüglich der Bauform unterschei det man im allgemeinen zwischen Außendurchlauf-, Innen durchlauf- und Tastsensor, wobei sich für den Tastsensor in der Praxis drei Grundtypen herausgebildet haben: Spule(n) ohne Kern, Spule(n) mit Stiftkern und Spule(n) mit Topf kern. Bei allen drei Typen ist/sind die Spule(n) derart über dem Prüfgegenstand angeordnet, daß ihre Achse(n) in Richtung der Flächennormalen der Prüffläche zeigt/zeigen. Die Bauform mit Topfkern hat sich auch bei den berührungs los arbeitenden Näherungsschaltern durchgesetzt. Seltener werden in der Fachliteratur und in der Patentliteratur Horizontal-Wirbelstromsensoren beschrieben, bei denen die Achse(n) der Spule(n) horizontal zur Prüffläche liegt/lie gen, d. h. senkrecht zur Flächennormalen. Bezüglich der Ein bindung des Sensors in die meßtechnische elektrische Schal tung und der elektromagnetischen Kopplung mit dem Prüf gegenstand gibt es ebenfalls verschiedene Varianten, z. B. Ausführungen in Absolut- oder Differenzanordnung, mit gal vanisch entkoppelten Primär- und Sekundärkreisen (Transfor matorprinzip), usw.Eddy current sensors are known, which in the destroy test for the detection of features on test devices objects and in the case of non-contact proximity switches are used. Such sensors exist in different variants. Different in terms of design one generally detects between outside, inside flow and push button sensor, whereby for the push button sensor in in practice have developed three basic types: coil (s) without core, coil (s) with pin core and coil (s) with pot core. In all three types, the coil (s) are arranged above the test object that its axis (s) in Shows / show the direction of the surface normal of the test surface. The design with pot core has also changed in the touch working proximity switches. Less common are in the specialist literature and in the patent literature Horizontal eddy current sensors described in which the The axis (s) of the coil (s) lie / lie horizontally to the test surface gen, d. H. perpendicular to the surface normal. Regarding the one binding of the sensor in the metrological electrical scarf device and the electromagnetic coupling with the test there are also different variants, z. B. Versions in absolute or differential arrangement, with gal vanically decoupled primary and secondary circuits (Transfor principle), etc.
Vorrichtungen mit Wirbelstromsensoren zur Erkennung von Merkmalen verfügen in der Regel über Mittel zur Herbeifüh rung einer Relativbewegung zwischen dem Prüfgegenstand und dem Sensor. D.h., die Oberfläche des Prüfgegenstandes (Prüffläche) wird sequentiell abgetastet. Dabei treten in der Praxis Schwierigkeiten auf, die sich als Störsignale in den Signalen des Sensors abbilden und die Erkennung von Merkmalen erschweren oder sogar ganz verhindern. Zu diesen Schwierigkeiten gehören insbesonders:Devices with eddy current sensors for the detection of Characteristics usually have means to bring them about tion of a relative movement between the test object and the sensor. That is, the surface of the test object (Test area) is scanned sequentially. Doing so difficulties in practice, which can be seen as interference signals map the signals from the sensor and the detection of Complicate features or even prevent them altogether. To this Difficulties include:
- a) Schwankungen des Abstandes Sensor - Prüfgegenstand. Zum einen verursachen diese Schwankungen selber Störsignale (Abhebeeffekt), zum anderen nimmt die Meßempfindlichkeit der bekannten Sensoren mit dem Abstand rapide ab.a) Fluctuations in the distance between sensor and test object. To the some of these fluctuations themselves cause interference signals (Lift-off effect), on the other hand the measuring sensitivity decreases the known sensors with the distance rapidly.
- b) Störungen durch Materialinhomogenitäten. Besonders die Sensoren mit Topfkern weisen ein bauartbedingt schlechtes Ortsauflösungsvermögen auf, was die Erkennung von klein flächigen Merkmalen erschwert, wenn großflächige Material inhomogenitäten vorliegen, auch wenn sich deren elektri schen und/oder magnetischen Eigenschaften nur geringfügig von denen des Grundwerkstoffes unterscheiden. Durch die integrale Messung des Sensors über der gesamten Wechselwir kungsfläche liefern großflächige schwache Merkmale die gleiche Signalamplitude wie kleinflächige Merkmale mit aus geprägten Änderungen der elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften. Beide Merkmale können nicht voneinander unterschieden werden.b) Disruptions due to material inhomogeneities. Especially that Sensors with a pot core have a bad design Spatial resolution on what the detection of small flat features difficult when large area material inhomogeneities exist, even if their electri and / or magnetic properties only marginally differ from those of the base material. Through the integral measurement of the sensor over the entire interaction large weak areas provide the same signal amplitude as small area features embossed changes in electrical and / or magnetic Properties. Both characteristics cannot differ from each other be distinguished.
- c) Störungen durch die Länge des Luftspaltes. Sensoren mit Stiftkernen weisen zwar ein besseres Ortsauflösungsvermögen auf als Sensoren mit Topfkernen (siehe b), können aber das magnetische Wechselfeld bauartbedingt schlecht bündeln: an beiden Enden des Stiftkerns tritt das magnetische Wechsel feld aus und schließt sich über den umgebenden freien Raum. Der Anteil der Luftstrecke an der Gesamtlänge des magneti schen Kreises ist sehr hoch. Wie wichtig jedoch ein gerin ger Luftspalt ist, zeigt die Tatsache, daß in ihm der Groß teil der Feldstärke verbraucht wird. Nimmt der Abstand δ zwischen dem Sensor und dem Prüfgegenstand zu, so dreht sich die Scherungsgerade des magnetischen Kreises im Uhr zeigersinn. D.h., ein immer größerer Anteil der Feldstärke wird im Spalt verbraucht, der magnetische Fluß Φ wird immer geringer. Dabei kann von der Annahme ausgegangen werden, daß die gesamte zur Verfügung stehende Feldstärke, die die Erregerspule des Sensors zur Verfügung stellt, unabhängig von der Spaltweite nahezu konstant ist: HSensor ≈ const.Den besten technischen Kompromiß bei hohem Ortsauf lösungsvermögen bieten bisher Sensoren mit Stiftkernen in Differenzanordnung. Nachteilig ist bei diesen Sensoren jedoch - neben den bereits genannten - die teure und auf wendige Herstellung. Es ist weiterhin schwer, einen einmal gebauten Sensor präzise bezüglich seiner Eigenschaften zu reproduzieren.c) disturbances due to the length of the air gap. Although sensors with pin cores have a better spatial resolution than sensors with pot cores (see b), they are difficult to bundle the alternating magnetic field due to their design: the alternating magnetic field emerges at both ends of the pin core and closes over the surrounding free space. The proportion of the air gap in the total length of the magnetic circuit is very high. How important a small air gap is, however, is shown by the fact that most of the field strength is consumed in it. If the distance δ between the sensor and the test object increases, the shear line of the magnetic circuit rotates clockwise. This means that an increasing proportion of the field strength is consumed in the gap, the magnetic flux Φ is becoming ever smaller. It can be assumed that the total available field strength, which the excitation coil of the sensor provides, is almost constant regardless of the gap width: H sensor ≈ const. The best technical compromise with high spatial resolution has so far been provided by sensors Pin cores in a differential arrangement. A disadvantage of these sensors, however, is - besides those already mentioned - the expensive and agile manufacture. It is still difficult to precisely reproduce the properties of a sensor once it has been built.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbel stromsensor zu schaffen, der unempfindlich gegen Abstands änderungen ist, ein hohes Ortsauflösungsvermögen aufweist, das magnetische Feld gezielt und ohne großen Verlusten in den Prüfgegenstand einleitet, bei der Herstellung preiswert ist und in größeren Stückzahlen mit reproduzierbaren Eigen schaften herstellbar ist.The invention has for its object a vortex to create a current sensor that is insensitive to distance changes, has a high spatial resolution, the magnetic field in a targeted manner and without major losses initiates the test object, inexpensive to manufacture is and in larger quantities with reproducible properties can be produced.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeich net.An inventive solution to this problem is with characterized their further training in the claims net.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher be schrieben, in der zeigenThe invention is based on execution examples with reference to the drawings wrote in the show
Fig. 1 die Grundform des erfindungsgemäßen Sensors in einer isometrischen Darstellung, Fig. 1 shows the basic form of the sensor of the invention in an isometric view,
Fig. 2 eine erste mögliche Einbindung des erfindungsgemäßen Sensors in die meßtechnische elektrische Schaltung, Fig. 2 shows a first possible integration of the sensor according to the invention in which metrological electrical circuit,
Fig. 3 eine zweite mögliche Einbindung des erfindungsge mäßen Sensors in die meßtechnische elektrische Schaltung, Fig. 3 shows a second possible involvement of erfindungsge MAESSEN sensor into the metrological electrical circuit,
Fig. 4 einige mögliche Varianten zur Ausgestaltung der Ferritkern-Schenkel in der Y-Richtung, Fig. 4 shows some possible variants to the embodiment of the ferrite core limb in the Y direction,
Fig. 5 einige mögliche Varianten zur Ausgestaltung der Ferritkern-Schenkel in der X-Richtung, Fig. 5 some possible variants for the configuration of the ferrite core leg in the X-direction,
Fig. 6 beispielhaft einen erfindungsgemäßen Sensor über einem Rohr mit Längsnaht, Fig. 6 by way of example a sensor according to the invention via a tube with a longitudinal seam,
Fig. 7 einen Vergleich das Verhaltens bei Abstandsänderun gen zwischen dem erfindungsgemäßen Sensor und einem konven tionellen Sensor in Differenzanordnung, Fig. 7 shows a comparison with the behavior Abstandsänderun gen between the sensor according to the invention and a conven tional sensor in a differential assembly,
Fig. 8 einen erfindungsgemäßen Sensor, der zur Vormagneti sierung um eine weitere Spule ergänzt ist. Fig. 8 shows a sensor according to the invention, which is supplemented by a further coil for biasing.
Fig. 1 zeigt die Grundform des erfindungsgemäßen Sen sors mit seinen Einzelteilen. Die Wicklungen der Erreger spule (1) und der Meßspule (2) werden in ihrer Achsrichtung von einem Ferritkern (3) durchdrungen, dessen beiden Enden als Schenkel (4) und (5) ausgestaltet sind, die in Richtung zur Oberfläche des Prüfgegenstandes hin abgewinkelt sind und sich an den Enden verjüngern. Der Sensor wird derart über der Prüffläche (7) des Prüfgegenstandes (6) angeord net, daß die Achse der Spulen (1) und (2) senkrecht zur Flächennormalen (8) der Prüffläche (7) zu liegen kommt und daß die Schenkel (4) und (5) über zwei Luftspalte (10) und (11) einen geringen Abstand zur Prüffläche (7) aufweisen. Der magnetische Kreis (9) schließt sich über den Ferritkern (3), den Prüfgegenstand (6) und die beiden Luftspalte (10) und (11). Fig. 1 shows the basic shape of the sensor according to the invention with its individual parts. The windings of the excitation coil ( 1 ) and the measuring coil ( 2 ) are penetrated in their axial direction by a ferrite core ( 3 ), the two ends of which are designed as legs ( 4 ) and ( 5 ) which are angled towards the surface of the test object and taper at the ends. The sensor is arranged over the test surface ( 7 ) of the test object ( 6 ) in such a way that the axis of the coils ( 1 ) and ( 2 ) comes to lie perpendicular to the surface normal ( 8 ) of the test surface ( 7 ) and that the legs ( 4 ) and ( 5 ) have a small distance from the test surface ( 7 ) via two air gaps ( 10 ) and ( 11 ). The magnetic circuit ( 9 ) closes via the ferrite core ( 3 ), the test object ( 6 ) and the two air gaps ( 10 ) and ( 11 ).
Fig. 2 zeigt beispielhaft eine erste mögliche Einbin dung des erfindungsgemäßen Sensors in die meßtechnische elektrische Schaltung. Die elektrische Spannung (21) speist die Erregerspulen (23) und (26) zweier erfindungsgemäßer Sensoren (22) und (25) mit einer der Aufgabenstellung ange paßten Frequenz und Amplitude, wobei der erste der beiden Sensoren (22) nahe dem Prüfgegenstand angeordnet ist und zur Messung dient, der andere Sensor (25) fern vom Prüf gegenstand angeordnet ist und zur Kompensation dient. Die elektrische Spannung (28) an der Meßspule (24) und an der Kompensationsspule (27) wird einer Auswerteschaltung zuge führt. Die Erregerspulen (23) und (26) sind galvanisch von der Meßspule (24) und der Kompensationsspule (27) getrennt (Transformator-Prinzip). Gemäß DIN 54 140, Teil 3 handelt es sich um einen Wirbelstromsensor der Bauart AK-T-TS (Absolutspule mit Kompensationsspule - Transformatorische Schaltung - Tastspule). Fig. 2 shows an example of a first possible binding of the sensor according to the invention in the metrological electrical circuit. The electrical voltage ( 21 ) feeds the excitation coils ( 23 ) and ( 26 ) of two sensors ( 22 ) and ( 25 ) according to the invention with a frequency and amplitude adapted to the task, the first of the two sensors ( 22 ) being arranged close to the test object and serves for measurement, the other sensor ( 25 ) is arranged far from the test object and is used for compensation. The electrical voltage ( 28 ) on the measuring coil ( 24 ) and on the compensation coil ( 27 ) is supplied to an evaluation circuit. The excitation coils ( 23 ) and ( 26 ) are electrically isolated from the measuring coil ( 24 ) and the compensation coil ( 27 ) (transformer principle). According to DIN 54 140, part 3 , it is an eddy current sensor of the AK-T-TS type (absolute coil with compensation coil - transformer circuit - probe coil).
Fig. 3 zeigt beispielhaft eine zweite mögliche Ein bindung des erfindungsgemäßen Sensors in die meßtechnische elektrische Schaltung. Die elektrische Spannung (31) mit einer der Aufgabenstellung angepaßten Frequenz und Ampli tude speist ein induktives Spulensystem in Brückenschaltung (35), in der die Erregerspule (33) eines erfindungsgemäßen Sensors (32) einen Teil der Meßbrücke bildet. Die Meßspule (34) des Sensors wird in dieser Schaltung nicht verwendet und kann weggelassen werden. Das Ausgangssignal der Meß brücke (36) wird einer Auswerteschaltung zugeführt (Wheat stone-Brücken-Prinzip). Fig. 3 shows an example of a second possible binding of the sensor according to the invention in the metrological electrical circuit. The electrical voltage ( 31 ) with a frequency and amplitude adjusted to the task feeds an inductive coil system in a bridge circuit ( 35 ) in which the excitation coil ( 33 ) of a sensor ( 32 ) according to the invention forms part of the measuring bridge. The measuring coil ( 34 ) of the sensor is not used in this circuit and can be omitted. The output signal of the measuring bridge ( 36 ) is fed to an evaluation circuit (Wheat stone bridge principle).
Fig. 4 zeigt beispielhaft einige mögliche Varianten zur Ausgestaltung der Ferritkern-Schenkel in Y-Richtung. In Ab hängigkeit von unterschiedlichen Zielsetzungen oder Rand bedingungen können die Schenkel an ihren Unterseiten abge flacht (41), spitz (42), abgerundet (43) oder auch der Geo metrie des Prüfgegenstandes angepaßt (44) sein. Für Anwen dungen in Differenzanordnung können zwei erfindungsgemäße Sensoren so angeordnet sein, daß sie beide nebeneinander ((45) und (46)), hintereinander oder auch versetzt nahe dem Prüfgegenstand in einer Ebene parallel zur Prüffläche liegen. Fig. 4 shows an example of some possible variants for the configuration of the ferrite core limb in the Y direction. Depending on different objectives or boundary conditions, the legs can be flattened on their undersides ( 41 ), pointed ( 42 ), rounded ( 43 ) or adapted to the geometry of the test object ( 44 ). For applications in a differential arrangement, two sensors according to the invention can be arranged so that they are both side by side (( 45 ) and ( 46 )), one behind the other or also offset close to the test object in a plane parallel to the test surface.
Fig. 5 zeigt beispielhaft einige mögliche Varianten zur Ausgestaltung der Ferritkern-Schenkel in X-Richtung. In Ab hängigkeit von unterschiedlichen Zielsetzungen oder Rand bedingungen können die Schenkel gerade (51), innen angefast (52), außen angefast (53) oder auch der Geometrie des Prüf gegenstandes (55) angepaßt (54) sein. Fig. 5 shows by way of example some possible variants for the configuration of the ferrite core leg in the X direction. Depending on different objectives or boundary conditions, the legs can be straight ( 51 ), chamfered on the inside ( 52 ), chamfered on the outside ( 53 ) or adapted to the geometry of the test object ( 55 ) ( 54 ).
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile gegenüber konventionellen Sensoren bestehen insbesondere im folgen den:The advantages achieved with the invention compared conventional sensors consist in particular in the following the:
- a) Die Gesamtlänge des Luftspaltes (bestehend aus (10) und (11) ist wesentlich geringer. Dadurch kann mit geringerem Erregerstrom mehr Fluß erzeugt werden. Da die Kopffläche durch die Verjüngungen außerdem sehr klein ist, ergibt sich gemäß der Gleichung B = ≈/A eine extrem hohe Flußdichte im Spalt - auch im Vergleich zu Topfkernspulen, deren Kopf fläche relativ groß ist.a) The total length of the air gap (consisting of ( 10 ) and ( 11 ) is considerably shorter. This means that more flux can be generated with a lower excitation current. Since the head area is also very small due to the tapering, the equation B = ≈ / A an extremely high flux density in the gap - also compared to pot core coils, the head area of which is relatively large.
- b) Die Abhebeempfindlichkeit ist wesentlich geringer. Dies hat einerseits zur Folge, daß Schwankungen des Abstands ge ringere Störsignale liefern, zum anderen, daß der erfin dungsgemäße Sensor bei geeigneten Randbedingungen selbst bei einem Abstand zur Prüffläche von mehr als 10 Milli metern Merkmale noch zuverlässig erkennt. Laut Veröffent lichungen in der Fachliteratur, insbesondere in [Burke, S.K.: Impedance of a Horizontal Coil Above a Conducting Half-Space. Journal of Physics D, Applied Physics 19 (1986) 07, p. 1159-1173.] und in [Palanisamy, R.: Prediction of Eddy Current Pro Sensitivity for the Sizing of Case Depth in Ferrous Components. IEEE Transactions on Magnetics 23 (1987)5, p. 3308-3311.] ist die Abhebeempfindlichkeit bei Horizontalspulen auch theoretisch tendenziell geringer als bei Vertikalspulen.b) The lifting sensitivity is much lower. This on the one hand has the consequence that fluctuations in the distance ge deliver less interference, on the other hand that the invent sensor according to the invention itself with suitable boundary conditions at a distance from the test area of more than 10 milli features reliably recognized. According to published clearings in the specialist literature, especially in [Burke, S.K .: Impedance of a Horizontal Coil Above a Conducting Half space. Journal of Physics D, Applied Physics 19 (1986) 07, p. 1159-1173.] And in [Palanisamy, R .: Prediction of Eddy Current Pro Sensitivity for the Sizing of Case Depth in Ferrous Components. IEEE Transactions on Magnetics 23 (1987) 5, p. 3308-3311.] Is the lifting sensitivity at Horizontal coils also tend to be less than for vertical coils.
- c) Die Verjüngung der Ferritkernschenkel (4) und (5) und die in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Möglichkeiten der Anpassung an die Geometrie des Prüfgegenstandes ((44) und (54)) bzw. der Anfasung ((52) und (53)) erlauben eine gute Bündelung des magnetischen Wechselfeldes und eine gezielte Einleitung dieses Feldes in den Prüfgegenstand an den interessierenden Stellen. Bei gleichbleibender Baugröße des Sensors selber werden dadurch das Ortsauflösungsvermögen verbessert und die Wechselwirkungsfläche zwischen Sensor und Prüffläche vermindert. Das heißt, daß der Sensor selber auch bei sehr gutem Ortsauflösungsvermögen eine sehr große Baugröße aufweisen kann. Das macht seine Herstellung ein facher, billiger und reproduzierbarer (das Prinzip ist ver gleichbar mit dem der Schreib-/Leseköpfe von Diskettenlauf werken, bei denen es auch weniger auf die absolute Größe des Ferritkerns als vielmehr auf die Breite seines Spaltes ankommt).c) The taper of Ferritkernschenkel (4) and (5) and the possibilities of adaptation to the geometry of the test object ((44 shown in FIG. 4 and FIG. 5) and (54)) or the chamfer ((52) and ( 53 )) allow a good bundling of the magnetic alternating field and a targeted introduction of this field into the test object at the points of interest. If the size of the sensor itself remains the same, the spatial resolution capability is improved and the interaction area between the sensor and the test area is reduced. This means that the sensor itself can have a very large size even with very good spatial resolution. This makes its manufacture easier, cheaper and more reproducible (the principle is comparable to that of the read / write heads of disk drives, for which the absolute size of the ferrite core is less important than the width of its gap).
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des erfindungs gemäßen Sensors bei der Erkennung von Merkmalen mit einer ausgeprägten Orientierung, wie der in Fig. 6 beispielhaft aufgezeigten Erkennung von Schweißnähten (63) an längsge schweißten Rohren (62). Der Ablauf dieser Erkennung ist wie folgt:The use of the sensor according to the invention is particularly advantageous in the detection of features with a pronounced orientation, such as the detection of weld seams ( 63 ) shown in FIG. 6 on longitudinally welded pipes ( 62 ). The process of this detection is as follows:
1. Der erfindungsgemäße Sensor (61) wird derart am Rohr angesetzt, daß die Achse der Sensorspulen parallel zur Rohrachse zu liegen kommt,1. The sensor ( 61 ) according to the invention is attached to the tube in such a way that the axis of the sensor coils comes to lie parallel to the tube axis,
2. das Rohr wird um die Längsachse gedreht (Rotation),2. the tube is rotated about the longitudinal axis (rotation),
3. wenn der Sensor die Naht detektiert hat, wird die Rota tion gestoppt. Die Erkennung ist erfolgreich beendet.3. If the sensor has detected the seam, the Rota tion stopped. The recognition has ended successfully.
Bei diesem Anwendungsfall ergeben sich durch den erfin dungsgemäßen Sensor weitere Vorteile gegenüber konventio nellen Sensoren:In this application, the inventions sensor according to the invention further advantages over conventional nellen sensors:
- d) Die Ausdehnung der Meßfläche in tangentialer Rohrrich tung ist wesentlich geringer. Das macht die Messungen un empfindlicher gegen (großflächige aber schwache) Inhomo genitäten im Grundwerkstoff des Rohres.d) The extent of the measuring surface in tangential pipe direction tion is much lower. That makes the measurements un more sensitive to (large-scale but weak) Inhomo in the basic material of the pipe.
- e) Die Ausdehnung der Meßfläche in Richtung der Rohrachse ist dagegen wesentlich größer. Dies macht die Messungen unempfindlicher gegen Beschädigungen der Rohroberfläche.e) The extent of the measuring surface in the direction of the pipe axis is much larger. This makes the measurements less sensitive to damage to the pipe surface.
- f) Desweiteren läßt sich die Störgröße "Abstandsänderung" (Abhebeeffekt) gezielter als bei konventionellen Sensoren durch unterschiedliche Phasenwinkel der Signalbestandteile ausfiltern. Fig. 7 verdeutlicht die Zusammenhänge: es ver gleicht die Bewegungen der Arbeitspunkte in der Impedanz ebene zwischen dem erfindungsgemäßen Sensor (links) (71) und einem konventionellen Sensor mit Stiftkern in Differenzan ordnung (mit radial zum Rohr ausgerichteter Achse) (rechts) (72), wenn der Sensor über dem stillstehenden Rohr bewegt wird (Wackeleffekt). Oben in Fig. 7 sind die Sensoren über dem Rohr (73) schematisch dargestellt. Die Pfeile zeigen die Richtungen an, in denen die Sensoren über dem Rohr be wegt werden können. Unten in Fig. 7 sind die entsprechenden Verschiebungen des Meßsignals in der Impedanzebene als Aus schläge der Arbeitspunkte (74) dargestellt. Die Darstellung macht deutlich, daß bei einem Sensor in Differenzanordnung nicht von einer Abheberichtung gesprochen werden kann, son dern mehrere Abheberichtungen auftreten. Besonders seit liche Bewegungen des Sensors führen zu Schwierigkeiten, weil dann der Abstand der einen Spule zum Rohr verringert, der der anderen hingegen vergrößert wird. Die Folge sind ausgeprägte Differenzsignale, die sich erheblich von den Signalen "echter" Abstandsänderungen unterscheiden. Der er findungsgemäße Sensor kennt diese Probleme nicht: alle Ab hebesignale liegen in einer Geraden und lassen sich so leicht von Nahtsignalen - die in eine andere Richtung zeigen - unterscheiden.f) Furthermore, the disturbance variable "change in distance" (lift-off effect) can be filtered out more specifically than with conventional sensors by different phase angles of the signal components. Fig. 7 illustrates the relationships: it compares the movements of the working points in the impedance level between the sensor according to the invention (left) ( 71 ) and a conventional sensor with pin core in a differential arrangement (with the axis aligned radially to the tube) (right) ( 72 ) when the sensor is moved over the stationary pipe (wiggle effect). The sensors above the tube ( 73 ) are shown schematically at the top in FIG . The arrows indicate the directions in which the sensors can be moved over the pipe. At the bottom of Fig. 7, the corresponding shifts of the measurement signal in the impedance plane are shown from the operating points ( 74 ). The illustration makes it clear that with a sensor in a differential arrangement one cannot speak of one lifting direction, but several lifting directions occur. Especially since Liche movements of the sensor lead to difficulties because then the distance of one coil to the tube is reduced, while the other is increased. The result is pronounced difference signals which differ significantly from the signals of "real" changes in distance. The sensor according to the invention does not know these problems: all lifting signals lie in a straight line and can thus be easily distinguished from seam signals which point in a different direction.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors, in dem dem Sensor eine weitere Spule (81) hinzugefügt wird, die zur Vormagnetisierung des Prüfgegenstandes dient, bei der dieser durch ein magne tisches Gleichfeld bis zur Sättigung magnetisiert wird. Diese Maßnahme kann helfen, durch Kaltverfestigungen her vorgerufene Störsignale zu unterdrücken. Fig. 8 shows a further embodiment of the sensor according to the invention, in which a further coil ( 81 ) is added to the sensor, which serves to premagnetize the test object, in which it is magnetized by a constant magnetic field until saturation. This measure can help suppress interference signals caused by strain hardening.
Vorstehend ist die Erfindung exemplarisch ohne Be schränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens und/oder des Anwendungsbereiches beschrieben worden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Zeichnungen und ihre Beschreibungen mögliche Varianten einer Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Sensors darstellen. Die Zeichnungen nehmen nicht für sich in Anspruch, bezüglich Maßstab und Größen- bzw. Längenverhältnisses verbindlich zu sein. Sie sind vielmehr als Beispiele gedacht, die das Prinzip der Erfindung auf zeigen.Above, the invention is exemplary without Be limitation of the general inventive concept and / or Scope of application has been described. It will be on it noted that the drawings and their descriptions possible variants of an embodiment of the invention represent appropriate sensor. The drawings don't take claim for themselves in terms of scale and size or Aspect ratio to be binding. Rather, they are thought as examples that illustrate the principle of the invention demonstrate.
Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Sensor auch für andere Prüf- oder Positionieraufgaben herangezogen werden, bei denen Merkmale mit einer deutlichen Orientie rung vorliegen oder bei denen sich die Bauform des Sensors wegen den geometrischen Verhältnissen anbietet, beispiels weise bei der Verfolgung von Konturen, Kanten, Wülsten, Nuten oder ähnlichen Gebilden.Of course, the sensor according to the invention can also used for other testing or positioning tasks with characteristics with a clear orientation tion or where the design of the sensor is concerned offers because of the geometric relationships, for example wise in tracking contours, edges, beads, Grooves or similar structures.
Bezugszeichen-Liste (Begriffe in Anlehnung an DIN 54 140, Teil 2):List of reference symbols (terms based on DIN 54 140, Part 2):
1 Erregerspule (Primär-Wicklung)
2 Meßspule (Sekundär-Wicklung)
3 Ferritkern
4 Schenkel
5 Schenkel
6 Prüfgegenstand
7 Prüffläche
8 Flächennormale
9 magnetischer Kreis
10 Luftspalt
11 Luftspalt
21 elektrische Spannung an den Erregerspulen (U E) (Signal
eingang)
22 erfindungsgemäßer Sensor (für die Messung)
23 Erregerspule
24 Meßspule
25 erfindungsgemäßer Sensor (für die Kompensation)
26 Erregerspule
27 Kompensationsspule
28 elektrische Spannung an den Meß- und Kompensations
spulen (U M) (Signalausgang)
31 Signaleingang
32 erfindungsgemäßer Sensor
33 Erregerspule = Meßspule
34 inaktive Meßspule
35 Spulensystem in Brückenschaltung
36 Signalausgang
41 Ferritkern mit abgeflachter Unterseite
41 Ferritkern mit spitzer Unterseite
41 Ferritkern mit abgerundeter Unterseite
41 Ferritkern mit an den Prüfgegenstand angepaßter Unter
seite
45 Ferritkern für Differenzanordnung
46 Ferritkern für Differenzanordnung
47 Prüfgegenstand
51 Ferritkern in Grundform
52 Ferritkern mit innen angefasten Schenkeln
53 Ferritkern fit außen angefasten Schenkeln
54 Ferritkern mit an den Prüfgegenstand angepaßter Unter
seite
55 Prüfgegenstand
61 erfindungsgemäßer Sensor
62 Rohr
63 Schweißnaht
71 erfindungsgemäßer Sensor
72 konventioneller Sensor in Differenzanordnung
73 Rohr
74 Arbeitspunkte in Ruhestellung
81 Spule zur Vormagnetisierung 1 excitation coil (primary winding)
2 measuring coil (secondary winding)
3 ferrite core
4 legs
5 legs
6 test item
7 test area
8 surface normals
9 magnetic circuit
10 air gap
11 air gap
21 electrical voltage at the excitation coils ( U E ) (signal input)
22 sensor according to the invention (for the measurement)
23 excitation coil
24 measuring coil
25 sensor according to the invention (for compensation)
26 excitation coil
27 compensation coil
28 electrical voltage at the measuring and compensation coils ( U M ) (signal output)
31 signal input
32 sensor according to the invention
33 excitation coil = measuring coil
34 inactive measuring coil
35 coil system in bridge circuit
36 signal output
41 ferrite core with flattened underside
41 ferrite core with a pointed underside
41 ferrite core with rounded bottom
41 ferrite core with underside adapted to the test object
45 ferrite core for differential arrangement
46 ferrite core for differential arrangement
47 test object
51 ferrite core in basic form
52 ferrite core with chamfered legs on the inside
53 ferrite core fit outside chamfered legs
54 ferrite core with underside adapted to the test object
55 test item
61 sensor according to the invention
62 tube
63 weld
71 sensor according to the invention
72 conventional sensor in differential arrangement
73 pipe
74 working points at rest
81 coil for premagnetization
Claims (7)
7. Wirbelstromsensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei erfindungsgemäße Sen soren nebeneinander, hintereinander oder versetzt nahe dem Prüfgegenstand in einer Ebene parallel zur Prüf fläche angeordnet sind (Differenzanordnung).6. Eddy current sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a sensor according to the invention is arranged close to the test object, a second sensor according to the invention is arranged remote from the test object (comparison arrangement)
7. Eddy current sensor according to one of the preceding claims, characterized in that two sensors according to the invention are arranged side by side, one behind the other or offset near the test object in a plane parallel to the test surface (differential arrangement).
Priority Applications (2)
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1993
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1994
- 1994-02-02 WO PCT/DE1994/000111 patent/WO1994018575A1/en active Application Filing
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWAN |
|
| 8181 | Inventor (new situation) |
Free format text: RUSS, ROBERT, 73728 ESSLINGEN, DE |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |