DE4410987A1

DE4410987A1 - Eddy current probe for measuring conductor surface irregularities

Info

Publication number: DE4410987A1
Application number: DE19944410987
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Grad Geweke; Rudolph Prof Dr Rer N Huebener; Wolfgang Dipl Phys Patzwaldt; Kirstin Dipl Phys Wegendt
Original assignee: Institut Dr Friedrich Foerster Pruefgeraetebau GmbH and Co KG
Current assignee: Institut Dr Friedrich Foerster Pruefgeraetebau GmbH and Co KG
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1995-10-05
Also published as: JPH07280774A

Abstract

The eddy current probe (1) checks for surface irregularities in electrically conducting objects (10). It comprises a coil (3) to generate and/or detect an alternating magnetic field. Within the coil (3) is a longitudinal probe core (2), positioned with its face side (7) a short distance (9) from the upper surface of the object. The cross-section of the probe core (2) in the region of the field transfer surface has an expanded area of less than 0.5 mm, vertical to the axis of the core. The probe core consists of soft ferro-magnetic material. Probes may be used in pairs to respectively generate and measure magnetic fields.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelstromsonde zur Prüfung von zumindest teilweise elektrisch leitenden Prüfgegenständen auf oberflächennahe Inhomogenitäten nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.The invention relates to an eddy current probe for testing at least partially electrically conductive test objects near-surface inhomogeneities according to the generic term of the An saying 1.

Background of the Invention

Bei vielen Anwendungen können kleinste oberflächennahe Mate rialinhomogenitäten bzw. -fehler, wie z. B. Risse mit einigen Mikrometern Tiefe und/oder Länge, darüber entscheiden, ob ein Zwischenprodukt oder ein Bauteil die ihm zugedachte Funktion sicher und dauerhaft ausführen kann oder als Ausschuß ausge sondert werden muß. Das Auftreten von unerwünschten Material inhomogenitäten kann auch auf Fehler in Herstellungsprozessen hindeuten, die möglichst frühzeitig erkannt und beseitigt werden sollten. Materialprüfung, insbesondere auch solche mit zerstörungsfrei arbeitenden Prüfmethoden, kann somit zur Qualitätskontrolle und -sicherung und damit auch zur wirt schaftlicher Fertigung beitragen. In many applications, the smallest near-surface mate rial inhomogeneities or errors, such as. B. cracks with some Microns depth and / or length, decide whether a Intermediate product or a component the function intended for it can run safely and permanently or as a committee must be separated. The appearance of unwanted material inhomogeneities can also be due to defects in manufacturing processes suggest that recognized and eliminated as early as possible should be. Material testing, especially those with non-destructive testing methods can therefore be used for Quality control and assurance and thus also to the host contribute to economic production.

Zur Detektion von Inhomogenitäten in der Größenordnung eini ger oder einiger zehn Mikrometern, ggf. sogar darunter, wer den Prüfmethoden mit hoher Ortsauflösung benötigt. Inhomo genitäten dieser geringen Dimensionen können insbesondere in solchen Materialien kritisch sein, wo Oberflächen bzw. ober flächennahe Bereiche und Grenzflächen eigenschaftsbestimmend sein können. Zu denken ist hier beispielsweise an Anwendungen in der Halbleitertechnik oder bei dünnen Filmen. Insbesondere ist hier die Untersuchung von Dünnfilm-Hochtemperatur-Supra leitern (HTSC) zu nennen. Deren Eigenschaften hängen ent scheidend von beispielsweise durch den Herstellungsprozeß bedingten Fehlstellen wie Rissen und normal leitenden Berei chen ab. Hier werden Prüfmethoden mit hoher Ortsauflösung benötigt, um aus einer genaueren Fehlergröße und -vertei lungs-Analyse auf Verbesserungsmöglichkeiten im Herstel lungsprozeß zu schließen. Pauschale, die Eigenschaften des Gesamtfilmes oder größerer Bereiche davon prüfende Methoden, wie etwa die Bestimmung der kritischen Stromstärke oder der Sprungtemperatur, lassen häufig nur qualitative Aussagen im Sinne von "besser als vorher/ schlechter als vorher" zu. Die Ortsauflösung sollte in der Größenordnung der zu detektieren den Inhomogenitäten liegen. In Anlehnung an die Optik wird hier als Ortsauflösung der minimale Abstand verstanden, den zwei benachbarte Fehler haben dürfen, um von einer Prüfmetho de noch getrennt nachgewiesen werden zu können.For the detection of inhomogeneities of the order of one ger or a few tens of micrometers, possibly even less, who the test methods with high spatial resolution. Inhomo genities of these small dimensions can be found in particular in such materials be critical where surfaces or upper near-surface areas and interfaces determine property could be. One example is applications in semiconductor technology or thin films. Especially here is the investigation of thin film high temperature supra leaders (HTSC). Their properties depend departing from, for example, the manufacturing process conditioned defects such as cracks and normal conductive areas take off. Here are test methods with high spatial resolution needed to come from a more accurate error size and distribution Analysis of possible improvements in manufacturing to close the process. Flat rate, the characteristics of the Entire film or larger areas of it such as determining the critical current or the Jump temperature, often leave only qualitative statements in the Sense of "better than before / worse than before" too. The Spatial resolution should be of the order of magnitude to be detected the inhomogeneities. Based on the optics here understood as the spatial resolution the minimum distance two adjacent errors may have to differ from a test method de can still be detected separately.

State of the art

Eine in der zerstörungsfreien Materialprüfung häufig angewen dete Technik ist die Wirbelstromtechnik. Dabei werden die ak tiven Komponenten einer Wirbelstromsonde, typischerweise Feld-, Meß- und ggf. Abstandswicklungen, in einem geringen Prüfabstand zu einer zu prüfenden Oberfläche eines zumindest teilweise elektrisch leitenden Materials gebracht. Das von einer Feldspule der Prüfsonde erzeugte hochfrequente elektro magnetische Wechselfeld dringt dabei in das Prüfmaterial ein und erzeugt im wesentlichen in einer oberflächennahen Haut des Prüfgegenstandes Wirbelströme, die durch Gegeninduktion auf die Meßspule in der Sonde zurückwirken, wobei Feld- und Meßspule identisch sein können. Die Intensität der induzier ten Wechselströme hängt bei gleichbleibendem Prüfabstand von der Erregerfrequenz sowie von der Leitfähigkeit und der Per meabilität des Prüfmaterials ab. Ein Defekt im Prüfbereich verändert die Wirbelstromintensität und macht sich im Prüf signal wie ein Ort geänderter Leitfähigkeit bemerkbar. Feh lersignale werden jeweils aus dem Vergleich von Signalen feh lerbehafteter und fehlerfreier Bereiche des Prüfmaterials ge wonnen.Use one frequently in non-destructive material testing The technology is eddy current technology. The ak tive components of an eddy current probe, typically Field, measurement and possibly distance windings, in a small Test distance to a surface to be tested at least one brought partially electrically conductive material. That from a field coil of the test probe generated high-frequency electro alternating magnetic fields penetrate the test material and produces essentially in a skin close to the surface of the test object eddy currents caused by mutual induction act back on the measuring coil in the probe, field and Measuring coil can be identical. The intensity of the induced th alternating currents depends on the same test distance the excitation frequency as well as the conductivity and the per meability of the test material. A defect in the test area changes the eddy current intensity and makes itself in the test signal noticeable like a place of changed conductivity. Feh ler signals are missed from the comparison of signals areas of the test material that are subject to defects and free of defects won.

Die Wirbelstromtechnik ist auch schon angewandt worden, um durch fließende Ströme bedingte Eigenschaftsänderungen von Prüfmaterialien herbeizuführen und zu detektieren. So ist beispielsweise in: Review of Progress in Quantitative Non destructive Evaluation, Vol. 11 (1992) 1853 vorgeschlagen worden, durch Wirbelstromspulen in Supraleitern in Bereichen mit einigen Millimetern Durchmesser Ströme wachsender Stärke zu induzieren, um so lokal kritische Stromstärken zu ermit teln, bei denen die Supraleiter ihre besonderen Eigenschaften einbüßen.Eddy current technology has also been applied to property changes due to flowing currents of Create and detect test materials. So is for example in: Review of Progress in Quantitative Non Destructive Evaluation, Vol. 11 (1992) 1853 through eddy current coils in superconductors in areas streams of increasing strength with a few millimeters in diameter to induce so as to determine locally critical current strengths where the superconductors have their special properties lose.

Bei dynamischen Messungen wird eine Prüfsonde relativ zu einem Prüfgegenstand, im wesentlichen parallel zu seiner Oberfläche, bewegt. Überstreicht der Meßbereich einer derar tig bewegten Prüfsonde eine oberflächennahe Inhomogenität, so entsteht ein Fehlersignal, aus dessen prüfgeschwindigkeits abhängiger Signalform, ggf. über nachgeschaltete elektroni sche Nachbearbeitung, z. B. durch Hoch- und Tiefpaßfilter, Fehlersignale mit günstigem Signal-Rauschverhältnis extra hiert werden können. Bei bewegten Sonden wird die Ausdehnung ihres Prüfbereiches senkrecht zur Bewegungsrichtung als Spur breite bezeichnet, wogegen die Ausdehnung des Wirkbereiches in Bewegungsrichtung als Wirkbreite bezeichnet wird. Die Wirkbreite bestimmt die Ortsauflösung in Bewegungsrichtung.With dynamic measurements, a test probe becomes relative to a test object, essentially parallel to it Surface, moving. The measuring range sweeps over one of them test probe moves a near-surface inhomogeneity, so an error signal arises from its test speed dependent signal form, possibly via downstream electronics cal postprocessing, e.g. B. by high and low pass filters, Error signals with a favorable signal-to-noise ratio extra can be hated. With moving probes, the expansion their test area perpendicular to the direction of movement as a track denotes width, whereas the extension of the effective range is referred to as the effective width in the direction of movement. The The effective width determines the spatial resolution in the direction of movement.

Eine bekannte Wirbelstromsonde hat einen mit einer Spule um wickelten, feldverstärkenden Sondenkern aus Ferrit mit einem Durchmesser von 0,5 mm. Ferrit ist das bevorzugte Material für Sondenkerne, da Ferrit zwar magnetisierbar ist und somit zur Feldverstärkung beiträgt, andererseits aber elektrisch praktisch nicht leitend ist, so daß bei der Ummagnetisierung zwar Spannungen im Material induziert werden, diese aber nicht zu Wirbelströmen und damit auch nicht zu Wirbelstrom verlusten im Sondenkern führen. Dies erlaubt insbesondere auch hohe Prüffrequenzen und damit geringe Eindringtiefen des erzeugten Magnetfeldes in das Prüfmaterial. Typische Ein dringtiefen in Kupfer liegen etwa bei 70 µm bei 1 MHz und etwa 20 µm bei 10 MHz. Den bei Ferritkernen praktisch wirbel stromverlustfrei erreichbaren geringen Eindringtiefen steht als Nachteil gegenüber, daß Ferritkerne aufgrund ihrer Sprö digkeit nur mit Aufwand mit Durchmessern kleiner als 0,5 mm herstellbar sind. Die Spur- und Wirkbreite solcher Kerne mit 0,5 mm Durchmesser beträgt 1 bis 1,5 mm, was zu einer Orts auflösung von etwa dieser Größenordnung führt.A known eddy current probe has a coil around it wound, field-strengthening ferrite probe core with a Diameter of 0.5 mm. Ferrite is the preferred material for probe cores, since ferrite is magnetizable and therefore contributes to field strengthening, but on the other hand electrically is practically non-conductive, so that the magnetization tensions are induced in the material, but these not to eddy currents and therefore not to eddy currents lead to losses in the probe core. This allows in particular also high test frequencies and therefore low penetration depths of the generated magnetic field in the test material. Typical one penetration depths in copper are around 70 µm at 1 MHz and about 20 µm at 10 MHz. The practically vortex with ferrite cores low penetration depths achievable without power loss as a disadvantage compared to that ferrite cores due to their brittle only with effort with diameters less than 0.5 mm are producible. The track and effective width of such cores with 0.5 mm diameter is 1 to 1.5 mm, resulting in a location resolution of about this order of magnitude.

Zur Verbesserung der Ortsauflösung wurden anordnungs- und schaltungstechnische Maßnahmen versucht. Bei einer Wirbel stromsonde mit einem Ferritkern von 1 mm Durchmesser, der auf seiner gesamten Länge in der Mitte geteilt ist, wobei die beiden Kernhälften von in Differenz zueinander geschalteten Meßwicklungen umgeben sind und die Gesamtanordnung von einer Feldwicklung umgeben ist, wird die Wirkbreite mit 1,4 mm an gegeben. Durch die Differenzschaltung der Meßwicklungen in dieser Differenzsonde beträgt die Ortsauflösung jedoch etwa 0,5 mm.To improve the spatial resolution, arrangement and circuitry measures tried. With a vortex current probe with a ferrite core of 1 mm in diameter, on its entire length is divided in the middle, the two core halves of connected in difference to each other Measuring windings are surrounded and the overall arrangement of one Field winding is surrounded, the effective width is 1.4 mm given. Due to the differential connection of the measuring windings in this difference probe, however, is approximately the spatial resolution 0.5 mm.

Weiterhin wurde eine Wirbelstromsonde untersucht, bei der zwei Ferritkerne mit jeweils 0,5 mm Durchmesser vorgesehen sind, wobei die um den einen Kern gewickelte Spule als Feld spule und die um den anderen Kern gewickelte Spule als Meß spule geschaltet ist. Die Kerne sind derart zueinander ange ordnet, daß nur ein Teil von 0,3 bis 0,5 mm Durchmesser des von der Feldspule angeregten Bereichs signifikant zu einem Signal in der Meßspule beiträgt. Durch diese Maßnahme kann mit Ferritkernen von 0,5 mm Durchmesser eine Ortsauflösung von 0,3 bis 0,5 mm erreicht werden, allerdings auf Kosten der Intensität des Meßsignals. Die getrennte Anordnung von Feld- und Meßspule mit einer magnetischen Kopplung im wesentlichen durch die im Prüfmaterial erzeugten Wirbelströme wird als Re flexionsstellung oder transformatorische Anordnung bezeich net.Furthermore, an eddy current probe was examined in which two ferrite cores, each 0.5 mm in diameter, are provided are, with the coil wound around the one core as a field coil and the coil wound around the other core as a measuring coil is switched. The cores are so mutually attached orders that only a part of 0.3 to 0.5 mm in diameter of the area excited by the field coil significantly to a Contributes signal in the measuring coil. This measure can spatial resolution with ferrite cores of 0.5 mm diameter of 0.3 to 0.5 mm can be achieved, but at the expense of Intensity of the measurement signal. The separate arrangement of field and measuring coil with a magnetic coupling essentially through the eddy currents generated in the test material is called Re Designated inflection or transformative arrangement net.

Task and solution

Die Erfindung macht sich zur Aufgabe, für die zerstörungs freie Materialprüfung eine Wirbelstromsonde für Oberflächen prüfung mit verbesserter Ortsauflösung zu schaffen.The invention sets itself the task for the destruction free material testing an eddy current probe for surfaces to create a test with improved spatial resolution.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung eine Wirbel stromsonde mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.To achieve the object, the invention strikes a vortex current probe with the features of claim 1 before.

Erfindungsgemäß weist dabei der Querschnitt des Sondenkerns im Bereich einer Felddurchtrittsfläche in mindestens einer Richtung senkrecht zur Kernlängsachse eine Ausdehnung von weniger als 0,5 mm auf. Dadurch kann erreicht werden, daß das durch den Sondenkern verstärkte magnetische Wechselfeld im Bereich um die Kernlängsachse räumlich konzentriert ist. Das Feld tritt dann im wesentlichen im Bereich der Felddurch trittsfläche stirnseitig aus dem Sondenkern aus und in das Prüfmaterial ein. Dadurch wird insbesondere bei geringem Prüfabstand auch das vom Spulenfeld angeregte Probenvolumen im Bereich der Verlängerung der Kernlängsachse konzentriert. Damit ist auch praktisch die volle Wirbelstromaktivität im Probenmaterial auf einen Bereich geringer Ausdehnung in min destens eine Richtung senkrecht zur Kernlängsachse be schränkt. Eine natürliche Grenze des Auflösungsvermögens, nämlich die Ausdehnung des angeregten Probevolumens, kann da durch mit Vorteil verringert werden.According to the invention, the cross section of the probe core in the area of a field passage area in at least one Direction perpendicular to the core longitudinal axis an extension of less than 0.5 mm. This can be achieved that the alternating magnetic field in the probe core Area around the core longitudinal axis is spatially concentrated. The The field then essentially passes through in the field front face out of the probe core and into the Test material. This makes it especially easy Test distance also the sample volume excited by the coil field concentrated in the area of the extension of the core longitudinal axis. This is practically the full eddy current activity in the Sample material on a small expansion area in min at least be a direction perpendicular to the core longitudinal axis limits. A natural limit of resolution, namely the expansion of the excited sample volume, can be reduced by with advantage.

Durch die geringe Ausdehnung des Kernquerschnitts zumindest in einer Richtung senkrecht zur Kernlängsachse kann gleich zeitig der Raum, in dem sich im Sondenkern Wirbelströme aus breiten können, so wirksam verringert werden, daß es zu einer geometriebedingten Verringerung der Wirbelstromintensität und damit der Wirbelstromverluste kommen kann. Durch diesen bis her unbeachtet gebliebenen, überraschenden geometrischen Ef fekt ist es möglich, als Material für den Sondenkern solche elektrisch leitenden Materialien zu verwenden, die einerseits aufgrund ihrer Magnetisierbarkeit einen feldverstärkenden Ef fekt erzeugen, andererseits aber mechanisch so stabil sind, daß auch Sondenkerne der erfindungsgemäßen kleinen Dimensio nen mechanisch so stabil sind, daß sie eine felderzeugende Spule tragen können.At least due to the small expansion of the core cross section in a direction perpendicular to the core longitudinal axis can be the same the space in which eddy currents develop in the probe core can be reduced so effectively that it becomes a geometry-related reduction in eddy current intensity and so that the eddy current loss can come. Through this up unexpected, surprising geometric Ef It is perfectly possible to use such material for the probe core to use electrically conductive materials, on the one hand a field-enhancing Ef due to its magnetizability generate perfectly, but on the other hand are mechanically stable, that probe cores of the small dimensions according to the invention NEN are mechanically stable enough to generate a field Can wear coil.

Generell ist also anzustreben, Materialien mit möglichst ge ringer elektrischer Leitfähigkeit bei gleichzeitig möglichst hoher Permeabilität zu wählen.In general, the aim should be to use materials with the greatest possible ge Ringer electrical conductivity at the same time if possible high permeability.

Es ist denkbar, als Material für den Sondenkern weichmagne tische Ferromagneten einzusetzen, z. B. solche aus Eisen- Silizium, insbesondere aber auch solche aus Permalloy-Legie rungen. In Permalloy-Legierungen können die Wirbelstromver luste durch Beschränkung der Sondenkern-Ausdehnung bei den anzustrebenden hohen Prüffrequenzen dadurch ausreichend ver ringert werden, daß der kleinere Kerndurchmesser etwa bei, besser aber unterhalb von 0,2 mm gewählt wird.It is conceivable to use soft magma as the material for the probe core use table ferromagnets, e.g. B. those made of iron Silicon, but in particular also from Permalloy alloy stanchions. In permalloy alloys, the eddy current ver loss by limiting the probe core expansion in the sufficient test frequencies to be aimed at that the smaller core diameter is about better but is chosen below 0.2 mm.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Sondenkern aus weich magnetischem, ferromagnetischem amorphem Metall besteht. Die ses elektrisch leitende Material, auch Metallglas genannt, weist im Vergleich zu den Ferritkernen deutlich höhere Per meabilität und kleinere Koerzitivfeldstärken auf. Dies bedeu tet eine hohe Verstärkung des von einer Spule erzeugten Ma gnetfeldes und gleichzeitig geringere Hystereseverluste bei der Ummagnetisierung. Durch die nur geringen Hysteresever luste werden die im Vergleich zu Ferritkernen höheren Wirbel stromverluste in Metallgläsern teilweise kompensiert. Die Wirbelstromverluste selbst sind in metallischen Gläsern im Vergleich zu kristallinen Metallen deutlich geringer, da der spezifische elektrische Widerstand von metallischen Gläsern aufgrund der "Unordnung" auf atomarer Ebene etwa drei- bis zehnmal größer ist als der von kristallinem Material gleicher Zusammensetzung.It is particularly advantageous if the probe core is made of soft magnetic, ferromagnetic amorphous metal. The This electrically conductive material, also called metal glass, has significantly higher per compared to the ferrite cores meability and smaller coercive field strengths. This means Tet a high gain of the Ma produced by a coil gnetfeldes and at the same time lower hysteresis losses the magnetic reversal. Due to the low hysteresis server the higher eddies compared to ferrite cores are lost power losses in metal glasses partially compensated. The Eddy current losses themselves are in metallic glasses in the Compared to crystalline metals, significantly less because of the specific electrical resistance of metallic glasses due to the "disorder" at the atomic level about three to is ten times larger than that of crystalline material Composition.

Die vorteilhafte Kombination elektrischer und magnetischer Eigenschaften von metallischen Gläsern erlaubt die Verwendung als erfindungsgemäße Sondenkerne auch bei hohen Prüffrequen zen, so etwa bei 6, aber auch bis zu 10 MHz, ggf. auch dar über. Als besonders vorteilhaft erweisen sich hochpermeable amorphe Ferromagnetika auf Kobalt-Silizium-Bor-Basis. Amorphe Metalle sind weiterhin gekennzeichnet durch hohe mechanische Festigkeit und mechanische Härte. Dies erleichtert ihre Ver wendung als Sondenkern-Material, unter anderem deshalb, weil das Anbringen einer Spule auf dem Sondenkern, z. B. durch Wickeln, auch bei sehr dünnen Sondenkernen ermöglicht wird.The advantageous combination of electrical and magnetic Properties of metallic glasses allow use as probe cores according to the invention even at high test frequencies zen, for example at 6, but also up to 10 MHz, possibly also above. Highly permeable have proven to be particularly advantageous amorphous ferromagnetics based on cobalt-silicon-boron. Amorphous Metals are still characterized by high mechanical Strength and mechanical hardness. This facilitates their ver use as probe core material, among other things because attaching a coil to the probe core, e.g. B. by Winding, even with very thin probe cores.

Für die Feldverstärkung besonders günstig kann es sein, den Spulenkern auch in einem von der Spule umfaßten, der Feld durchtrittsfläche zugewandten Spulenendbereich in den erfin dungsgemäß kleinen Dimensionen auszubilden, vorzugsweise auch zwischen Spulenende und Felddurchtrittsfläche. Ein vorteil hafter Kompromiß zwischen mechanischer Festigkeit des Sonden kerns, gleichzeitig wirksamer geometriebedingter Wirbelstrom verlust-Minimierung durch Verringerung des Kernquerschnitts und Verbesserung der Ortsauflösung kann dadurch erreicht wer den, daß der Sondenkern-Durchmesser im Bereich der Felddurch trittsfläche in mindestens einer Richtung senkrecht zur Kern längsachse weniger als 0,2 mm, vorzugsweise etwa 0,1 mm be trägt. Diese Dimensionen können mit Vorteil auch im Spulen endbereich, insbesondere aber auch über den gesamten Sonden kern von dem von der Spule umschlossenen Bereich bis zur Felddurchtrittsfläche vorliegen.It can be particularly favorable for the field reinforcement Coil core also in a field covered by the coil passage area facing coil end area in the inventions form small dimensions according to the invention, preferably also between coil end and field passage area. An advantage serious compromise between mechanical strength of the probes core, at the same time effective eddy current due to geometry Loss minimization by reducing the core cross-section and improvement of the spatial resolution can be achieved that the probe core diameter in the field through tread in at least one direction perpendicular to the core longitudinal axis less than 0.2 mm, preferably about 0.1 mm wearing. These dimensions can also advantageously be used in winding end range, but especially over the entire probes core from the area enclosed by the coil to Field passage area is available.

Die untere Grenze sinnvoller Kernquerschnitte ist einerseits durch die mechanische Stabilität des Sondenkerns gegeben. Andererseits ist zu beachten, daß der Sondenkern mit geringer werdendem Querschnitt auch schon bei geringeren Frequenzen und/oder Spannungen der an der Erregerspule anliegenden Wech selspannung bis zur Sättigung magnetisierbar ist und die vom Sondenkern "getragene" magnetische Feldstärke immer geringer wird. Damit wird auch die Stärke eines potentiellen Fehler signals immer geringer. Hier ist die Grenze sinnvoller Kern querschnitts-Minimierung dann erreicht, wenn die Stärke des Fehlersignals etwa dem Rauschpegel der Prüfanordnung ent spricht. Diese Grenze kann prüfmaterialabhängig sein und für normalleitende Materialien bei etwa 0,05 mm, bei Supraleiter auch bei etwa 0,01 mm Durchmesser des Sondenkerns liegen.The lower limit of reasonable core cross sections is on the one hand given by the mechanical stability of the probe core. On the other hand, it should be noted that the probe core is smaller increasing cross-section even at lower frequencies and / or voltages of the change applied to the excitation coil voltage can be magnetized up to saturation and from Probe core "carried" magnetic field strength is becoming less and less becomes. It also shows the strength of a potential mistake signals ever lower. Here is the limit of meaningful core Cross-section minimization achieved when the strength of the Error signal about the noise level of the test arrangement ent speaks. This limit can depend on the test material and for Normally conductive materials around 0.05 mm, with superconductors are also about 0.01 mm in diameter of the probe core.

Möglich ist die Verwendung von Flachbändern mit diesen Dicken. Bei diesen kann die Spurbreite größer sein als die Wirkbreite. Bevorzugt ist es, wenn der Sondenkern im Bereich der Spule im Querschnitt rund, insbesondere kreisrund ist, vorzugsweise bis zur Felddurchtrittsfläche durchgehend. Sol che runden Sondenkerne können aus kommerziell erhältlichen Drähten, insbesondere auch solchen aus Metallglas, herge stellt werden. Drähte aus amorphem Material sind, insbeson dere, wenn sie nach der Herstellung durch Abschrecken durch Ziehen in ihrem Querschnitt verdünnt und in ihrer mechani schen Festigkeit erhöht werden, besonders zur kostengünstigen Herstellung hochleistungsfähiger Sondenkerne verwendbar. Runde, insbesondere kreisrunde Sondenkern-Querschnitte haben zudem den Vorteil, daß die magnetische Feldstärke optimal um die Kernlängsachse konzentrierbar ist und ein besonders gün stiges Verhältnis von Kernquerschnitt zu Kernquerschnitts fläche erreichbar ist. Die von einer Spulenwindung umschlos sene Querschnittsfläche bestimmt bei gegebener Stromstärke durch die Spulenwindung die Stärke des induzierten Magnetfel des, die für die Erreichung hoher Feldstärken im Bereich der Felddurchtrittsfläche möglichst hoch sein sollte.It is possible to use flat tapes with these Thick. With these, the track width can be larger than that Effective width. It is preferred if the probe core is in the area the coil is round in cross section, in particular circular, preferably continuously up to the field passage area. Sol Round probe cores can be obtained from commercially available Wires, especially those made of metal glass be put. Wires are made of amorphous material, in particular when they are made by quenching after Draw thinned in its cross section and in its mechani strength can be increased, especially at low cost Manufacture of high-performance probe cores usable. Have round, especially circular probe core cross sections also the advantage that the magnetic field strength is optimal the core longitudinal axis is concentratable and a particularly fine constant ratio of core cross-section to core cross-section area is accessible. That is enclosed by a coil turn its cross-sectional area determines at a given current by the coil turn the strength of the induced magnetic field of those responsible for achieving high field strengths in the range of Field passage area should be as high as possible.

Es ist denkbar, die Spule derart um den Umfang des Sondenker nes anzuordnen, daß zwischen dem Innenumfang der Spule und dem Außenumfang des Sondenkernes zumindest bereichsweise ein Abstand verbleibt. Der bestehende Zwischenraum kann durch andere feldverstärkende Materialien, etwa Ferrit, ganz oder teilweise ausgefüllt sein. Mit Vorteil kann die Spule entlang ihres vorzugsweise gesamten Innenumfangs direkt auf dem Au ßenumfang des Sondenkerns aufliegen. Dadurch kann eine op timale Kopplung zwischen dem Feld der Spule und dem feld verstärkenden Sondenkern erreicht werden. Gleichzeitig ist die laterale Ausdehnung des von der Spule erzeugten Feldes durch eine direkte Aufwicklung der Spule auf dem Sondenkern auf ein Minimum reduziert, was die Konzentration der magne tischen Feldstärke im Bereich um die Kernlängsachse fördert. Diese Konzentration hat zur Folge, daß die magnetische Streu feldstärke, die direkt von der Spule in das Prüfmaterial ge langen könnte, die Ortsauflösung der Wirbelstromsonde durch laterale Verbreiterung des zu Wirbelstromaktivität angeregten Bereiches nicht signifikant verschlechtert. Das von dem Streufeld der Spule verursachte Signal sollte das gegenüber der Felddurchtrittsfläche im Prüfgegenstand entstehende Feh lersignal nicht überdecken.It is conceivable to coil the coil around the circumference of the probe core to arrange that between the inner circumference of the coil and the outer circumference of the probe core at least in some areas Distance remains. The existing space can be other field-reinforcing materials, such as ferrite, entirely or partially filled out. The coil can advantageously be moved along their entire inner circumference, preferably directly on the meadow the outer circumference of the probe core. As a result, an op temporal coupling between the field of the coil and the field reinforcing probe core can be achieved. At the same time the lateral extent of the field generated by the coil by winding the coil directly on the probe core reduced to a minimum what the concentration of magne table field strength in the area around the core longitudinal axis. This concentration has the consequence that the magnetic stray field strength directly from the coil into the test material the spatial resolution of the eddy current probe lateral broadening of the stimulated to eddy current activity The area did not deteriorate significantly. That from that Stray field caused by the coil should oppose the signal the field passage area in the test object Do not cover the signal.

Zur Erreichung einer Konzentration eines möglichst starken Magnetfeldes im Bereich der Kernlängsachse bei gleichzeitiger Minimierung des Streufeldes, das direkt von der Spule in den Prüfgegenstand gelangen könnte, ist es vorteilhaft, wenn die Spule zumindest in einem der Felddurchtrittsfläche zugewand ten Spulenendbereich einlagig gewendet ausgebildet ist. Dies reduziert die laterale Ausdehnung des Streufelder der Spule nahe an der Meßstelle auf ein Minimum. Um gleichzeitig auch im Bereich nahe der Felddurchtrittsfläche ein möglichst star kes magnetisches Feld zu erzeugen, kann es vorteilhaft sein, die Spule im Spulenendbereich einlagig gewendelt auszubilden, in einem an den Spulenendbereich angrenzenden Bereich aber mehrlagig, vorzugsweise zweilagig gewendelt auszubilden. Diese Wicklungsausbildung bietet einen guten Kompromiß von möglichst starker Feldstärke in möglichst großer Nähe zur Kernlängsachse und zur Felddurchtrittsfläche bei Minimierung der Streufeldstärke der Spule in den Prüfgegenstand.To achieve a concentration as strong as possible Magnetic field in the area of the core longitudinal axis with simultaneous Minimization of the stray field directly from the coil into the Test object, it is advantageous if the Coil facing at least one of the field passage area th coil end region is turned in one layer. This reduces the lateral expansion of the stray field of the coil close to the measuring point to a minimum. To at the same time as star as possible in the area near the field passage area generating no magnetic field, it can be advantageous to form the coil in the coil end area in a single layer, in an area adjacent to the coil end area to be multilayered, preferably twisted in two layers. This winding design offers a good compromise of field strength as close as possible to the Core longitudinal axis and to the field passage area with minimization the stray field strength of the coil in the test object.

Die Felddurchtrittsfläche kann etwa im Bereich des Spulenen des angeordnet sein. Zur Vermeidung oder Verminderung des Einstreuens von magnetischer Feldstärke direkt von der Spule in das Prüfmaterial kann es zweckmäßig sein, wenn der Spulen kern auf der Seite der Felddurchtrittsfläche über die Spule hinausragt. Dadurch wird der Spitzenabstand zwischen dem Ende der Spule und der Felddurchtrittsfläche vergrößert, so daß direkt von der Spule austretende magnetische Feldstärke, wenn überhaupt, dann nur in sehr geringer Intensität zum Prüfge genstand gelangen kann. Diese Maßnahme verbessert das Ver hältnis zwischen der Stärke des Nutzsignals und der des Stör signals der Wirbelstromsonde. Vorteilhaft sind Verhältnisse von Spitzenabstand zu mittlerem Windungsdurchmesser im Spu lenendbereich von etwa 3:1 bis 10:1. Es ist auch möglich, das Streufeld der Spule zumindest teilweise abzuschirmen, indem eine magnetische Blende vorgesehen ist, die das Spulenende gegen den Bereich der Felddurchtrittsfläche und des Prüfge genstandes abschirmt, den Sondenkern aber, etwa durch einen mittigen Durchlaß, hindurchläßt. Hierbei kann ausgenutzt wer den, daß das Streufeld, im Gegensatz zum im wesentlichen pa rallel zur Kernlängsachse verlaufenden "Nutzfeld", gekrümmt ist, also auch Komponenten senkrecht zur Kernlängsachse auf weist. The field passage area can be in the area of the coil be arranged. To avoid or reduce the Scattering of magnetic field strength directly from the coil in the test material it may be appropriate if the coils core on the side of the field passage area over the coil protrudes. This will make the tip distance between the end the coil and the field passage area enlarged so that magnetic field strength emerging directly from the coil, if at all, then only in very low intensity to the test object. This measure improves the ver Ratio between the strength of the useful signal and that of the interference signals from the eddy current probe. Relationships are advantageous from tip distance to medium winding diameter in the spu lenend range from about 3: 1 to 10: 1. It is also possible that Shield the stray field of the coil at least partially by a magnetic aperture is provided which is the coil end against the area of the field passage area and the test area shields the object, but the probe core, for example by a central passage, lets through. Who can be used here that the stray field, in contrast to the essentially pa "Useful field" running parallel to the core longitudinal axis, curved is, so also components perpendicular to the core longitudinal axis points.

Eine weitere Konzentration der nutzbaren Feldstärke um den Bereich der Kernlängsachse kann dadurch erreicht werden, daß der Spulenkern im Bereich der Felddurchtrittsfläche verjüngt ist, insbesondere in Form einer Spitze ausgebildet ist. Sol che Spitzen können im wesentlichen konisch zulaufen oder, beispielsweise durch schräges Anschleifen des Sondenkerns, in Form einer scharfen Kante ausgebildet sein. Die Verjüngung des Spulenkerns im Bereich der Felddurchtrittsfläche kann zu einer weiteren Verringerung der lateralen Ausdehnung des von der Wirbelstromsonde angeregten Probenvolumens und damit zu einer weiteren Verbesserung der Ortsauflösung führen.A further concentration of the usable field strength around the Area of the core longitudinal axis can be achieved in that the coil core tapers in the area of the field passage area is, in particular in the form of a tip. Sol che tips can be tapered or for example by obliquely grinding the probe core, in Be shaped like a sharp edge. The rejuvenation of the coil core in the area of the field passage area can be too a further reduction in the lateral extent of the the eddy current probe excited sample volume and thus lead to a further improvement of the spatial resolution.

Durch den Aufbau und die Formgebung der Wirbelstromsonde ins besondere im Bereich der Felddurchtrittsfläche kann die Form und Ausdehnung des Prüfbereichs im Prüfgegenstand, in dem Wirbelströme angeregt werden, bestimmt werden. Darüber hinaus können mit Vorteil an der Wirbelstromsonde Feldverzerrungs mittel zur Beeinflussung der Verteilung des magnetischen Fel des im Bereich der Felddurchtrittsfläche vorgesehen sein. Durch Feldverzerrung kann in einer bestimmten Vorzugsrichtung die Ortsauflösung verbessert werden, indem die Ausdehnung des Feldes in der Vorzugsrichtung verringert wird.Due to the structure and shape of the eddy current probe The shape can be particularly important in the area of the field passage area and extension of the test area in the test object in which Eddy currents are excited, determined. Furthermore can with advantage on the eddy current probe field distortion means for influencing the distribution of the magnetic field be provided in the area of the field passage area. Field distortion can be in a particular preferred direction the spatial resolution can be improved by extending the Field in the preferred direction is reduced.

In Analogie zu einem Joch mit Spule können die Feldverzer rungsmittel eine Feldrückführung mit einer im Bereich der Felddurchtrittsfläche angeordneten, durch einen Spalt von dieser getrennten zweiten Felddurchtrittsfläche und eine Kopplung zwischen dem Magnetfeld der Felddurchtrittsfläche und der Feldrückführung aufweisen. Der Spalt zwischen den beiden Felddurchtrittsflächen kann zur Vergrößerung der Feld stärke im Spaltbereich möglichst klein ausgebildet sein. Wäh rend im Bereich einer konischen Spitze die Feldstärke radial von der Spitze nach außen weg in alle Richtungen gleichmäßig abfällt, kann im Bereich zweier durch einen Spalt getrennter Felddurchtrittsflächen das Feld in Richtung der Verbindungs linie der Felddurchtrittsflächen verzerrt sein, so daß die Ausdehnung des Feldes senkrecht zu der Verbindungslinie kleiner wird als ohne Feldverzerrung. Dadurch kann die Orts auflösung in dieser Richtung verbessert werden.Analogous to a yoke with a coil, the field distorters a field repatriation with one in the field of Field passage area arranged through a gap of this separate second field passage area and one Coupling between the magnetic field of the field passage area and the field feedback. The gap between the Both field passage areas can be used to enlarge the field strength in the gap area should be as small as possible. Wuh radial field strength in the area of a conical tip evenly from the tip outwards in all directions drops, can be separated by a gap in the area of two Field passage areas the field in the direction of the connection line of the field passages be distorted so that the Extension of the field perpendicular to the connecting line becomes smaller than without field distortion. This allows the local resolution in this direction can be improved.

Feldverstärkung und Feldverzerrung können durch eine Kopplung zwischen dem Magnetfeld der Felddurchtrittsfläche und der Feldrückführung zweckmäßig unterstützt werden. Die Kopplung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß ein den Son denkern bildender Draht auf der der Felddurchtrittsfläche ab gewandten Seite der Spule umgebogen und mit seinem anderen, ggf. ebenfalls verjüngten Ende zum Bereich der Felddurch trittsfläche hin gerichtet ist. Es kann auch eine getrennte, zumindest abschnittsweise gekrümmte Feldrückführung vorge sehen sein, die im Bereich der Felddurchtrittsfläche mit einem Abstand zu dieser angeordnet ist, auf die Seite jen seits der Spule geführt ist und dort in magnetisch leitendem Kontakt mit dem Sondenkern gebracht ist.Field amplification and field distortion can be achieved by coupling between the magnetic field of the field passage area and the Field feedback should be supported appropriately. The coupling can be achieved, for example, that a Son think wire forming on the field passage area opposite side of the coil and bent with its other, possibly also tapered end to the area of the field stepping surface is directed. It can also be a separate, field feedback curved at least in sections be seen with in the field passage area a distance from this is arranged on the side that is guided by the coil and there in magnetically conductive Is brought into contact with the probe core.

Mit Vorteil kann die Feldrückführung auch als Sondenkern mit eigener Spule ausgebildet sein, wobei der Sondenkern mit der Feldrückführung mit seiner Felddurchtrittsfläche im Bereich der Felddurchtrittsfläche des ersten Sondenkerns angeordnet ist, und wobei die beiden die Sondenkerne umschließenden Spu len in Reihe zueinander geschaltet sind. Die Kopplung zwi schen dem Magnetfeld der Felddurchtrittsfläche und der Feld rückführung wird in dieser Anordnung durch die Reihenschal tung der Spulen besonders günstig, was zu einer schärferen Verzerrung und damit Verbesserung der Ortsauflösung der Son de führt.The field feedback can also be used as a probe core be designed own coil, the probe core with the Field return with its field passage area in the area the field passage area of the first probe core and where the two Spu surrounding the probe cores len are connected in series to each other. The coupling between the magnetic field of the field passage area and the field In this arrangement, feedback is provided by the row scarf tion of the coils particularly cheap, resulting in a sharper Distortion and thus improvement of the spatial resolution of the son de leads.

In den bisher beschriebenen Fällen kann die Spule sowohl als felderzeugende Spule (Feldspule) als auch als Spule verwendet werden, an der das Meßsignal abgegriffen wird (Meßspule). Eine derartige Sonde, bei der Feld- und Meßspule identisch sind, die mit eingeprägtem Strom betrieben wird und bei der das Meßsignal als Spannungsänderung durch Induktivitätsände rung erzeugt wird, ist eine parametrische Sonde.In the cases described so far, the coil can be used both as field-generating coil (field coil) and used as a coil at which the measurement signal is tapped (measuring coil). Such a probe, identical in the field and measuring coil are, which is operated with impressed current and at which the measurement signal as a voltage change due to changes in inductance is a parametric probe.

Mit Vorteil ist auch eine Wirbelstromsonde einsetzbar, bei der eine Spule mit Sondenkern als Feldsonde betreibbar ist, die das Wirbelströme induzierende Magnetfeld im Prüfgegen stand erzeugt, und bei der mindestens eine weitere Spule, ggf. mit Sondenkern, vorgesehen ist, die als Meßsonde betrie ben wird, die mit ihrer Meßfelddurchtrittsfläche derart zu der Feldsonde angeordnet und in einem Meßabstand zum Prüfge genstand anordenbar ist, daß das induzierte Magnetfeld von durch die Feldsonde in dem Prüfgegenstand induzierten Wirbel ströme auf die Meßsonde einwirkt. Für die Erreichung einer hohen Ortsauflösung kann es prinzipiell ausreichen, wenn der zu Wirbelstromaktivität angeregte Prüfbereich im Prüfgegen stand in seinen Abmessungen möglichst klein wird. Maßgeblich ist dann die Ausdehnung des von der Feldsonde angeregten Pro benvolumens.An eddy current probe can also be used with advantage a coil with a probe core can be operated as a field probe, the magnetic field inducing the eddy currents in the test counter generated, and at least one additional coil, if necessary with a probe core is provided, which operated as a measuring probe ben, the way with their measuring field passage area the field probe arranged and at a measuring distance to the test can be arranged that the induced magnetic field of vertebrae induced by the field probe in the test object currents acts on the probe. To achieve one high spatial resolution, it can in principle be sufficient if the Test area stimulated to eddy current activity in the test counter stood as small as possible in its dimensions. Essential is then the extent of the pro excited by the field probe benvolumens.

Eine Meßsonde, die die von Defekten verursachten Änderungen der Wirbelstromaktivität aufnehmen kann, kann in ihrer Form und Ausbildung beliebig sein, solange die angeregten Wirbel ströme im Prüfgegenstand in ihr ein signifikantes Meßsignal erzeugen. Mit Vorteil sind Meßsonden einsetzbar, deren zur Messung beitragender Bereich ebenfalls räumlich konzentriert ist, etwa so wie der durch die Feldsonde angeregte Bereich. Dadurch können Signale, die direkt von der Feldsonde in dem Bereich der Meßsonde gelangen, die somit also nicht auf Wir belströme im Prüfgegenstand zurückgehen, und die somit zur Störintensität beitragen, wirksam verringert werden.A probe that shows the changes caused by defects the eddy current activity can take up in their form and training can be any as long as the excited vertebrae a significant measurement signal flows in the test object produce. Measuring probes can be used with advantage Measurement-contributing area also spatially concentrated is something like the area excited by the field probe. This allows signals to be sent directly from the field probe in the Range of the measuring probe, which is therefore not on We belstromen decrease in the test object, and thus to Contribute interference intensity, be effectively reduced.

Mit Vorteil kann die Meßsonde als Spule mit Sondenkern aus gebildet sein, die ähnlich, insbesondere genauso wie die Feldspule aufgebaut ist. Feldspule und Meßspule können bei spielsweise im spitzen Winkel zueinander derart V-förmig an geordnet sein, daß eine Meßfelddurchtrittsfläche der Meß spule durch einen Spalt getrennt von der Felddurchtritts fläche der Feldspule angeordnet ist. Dadurch kann der zur Messung beitragende Bereich so mit dem angeregten Probenvo lumen in Übereinstimmung gebracht werden, daß die in der Meß spule induzierten Spannungen im wesentlichen auf die Wirbel ströme zurückgehen, die in dem Prüfgegenstand durch die Feld sonde angeregt werden. Diese Anordnung liefert eine aus geo metrischer Sicht optimierte Wirbelstromsonde mit günstigem Verhältnis von Nutzsignal zu Störsignal.The measuring probe can advantageously be a coil with a probe core be formed that are similar, especially just like that Field coil is built. Field coil and measuring coil can at for example at an acute angle to each other in such a V-shape be ordered that a measuring field passage area of the measuring coil separated by a gap from the field passage surface of the field coil is arranged. This allows the Measurement contributing area so with the excited sample vo lumens are brought into agreement that the in the measuring coil induced voltages essentially on the vertebrae currents decrease in the test item through the field be stimulated. This arrangement provides one from geo Metric view optimized eddy current probe with cheap Ratio of useful signal to interference signal.

Eine weitere Verbesserung des Verhältnisses von Nutzsignal zu Störsignal kann durch eine Abschirmung der Meßsonde gegen das außerhalb des Prüfgegenstandes von der Feldsonde erzeugte Ma gnetfeld erreicht werden. Mit Vorteil kann diese Abschirmung als ein unter seine Sprungtemperatur kühlbar, zwischen Feld sonde und Meßsonde anordenbarer Film aus supraleitendem Ma terial ausgebildet sein. Eine Abschirmung aus supraleitendem Material kann zu einer vollständigen Entkopplung von Feldson de und Meßsonde außerhalb des Prüfgegenstandes eingesetzt werden. Dadurch "sieht" die Meßsonde allein das Magnetfeld, was durch die von der Feldsonde im Prüfgegenstand induzierten Wirbelströme induziert worden ist. Abgesehen von abstandsbe dingten Änderungen wird dann jede Meßsignaländerung direkt der Änderung der Wirbelstromaktivität im Prüfgegenstand zuor denbar, wodurch praktisch das gesamte Meßsignal ein Nutzsig nal wird.Another improvement in the ratio of useful signal to Interference signal can be shielded against the Ma generated by the field probe outside the test object gnetfeld be reached. This shielding can be advantageous as a coolable below its crack temperature, between field film and probe can be arranged from superconducting material be trained material. A shield made of superconducting Material can completely decouple from Feldson de and measuring probe used outside of the test object become. As a result, the measuring probe "sees" the magnetic field alone, what is induced by the field probe in the test object Eddy currents has been induced. Apart from distance Subject to changes, each measurement signal change is then direct the change in eddy current activity in the test object denbar, whereby practically the entire measurement signal is useful nal will.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu meh reren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungs form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführun gen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. These and other features go beyond the claims also from the description and the drawings, wherein the individual features individually or too much reren in the form of sub-combinations in one execution form of the invention and realized in other fields his and advantageous as well as protectable execution can represent conditions for which protection is claimed here. Embodiments of the invention are in the drawings shown and are explained in more detail below.

Brief description of the figures

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde in der Nähe eines Prüfgegen standes im Schnitt, Fig. 1 is a side view of an eddy current probe according to the invention in the vicinity of a prior Prüfgegen in section,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer erfin dungsgemäßen Wirbelstromsonde mit einer schematischen Aufsicht auf eine durch die Wirbelstromsonde erzeugte Feldverteilung, Fig. 2 is a schematic side view of an eddy current probe to the invention OF INVENTION with a schematic plan view of a generated by the eddy current probe field distribution,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer erfin dungsgemäßen Wirbelstromsonde mit gekoppelter Feldrückführung sowie eine schematische Auf sicht auf die von dieser Wirbelstromsonde er zeugte verzerrte Feldverteilung, Fig. 3 is a schematic side view of an eddy current probe to the invention OF INVENTION with coupled feedback field and a schematic In view of this eddy current probe, he testified distorted field distribution,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer Wirbel stromsonde mit Feldrückführung, Fig. 4 is a schematic side view of an eddy current probe with field recirculation,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer Wirbel stromsonde mit getrennter Feld- und Meßsonde und einer Abschirmung, Fig. 5 is a schematic side view of an eddy current probe with separate field and measuring probe and a shield,

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht einer Wirbel stromsonde mit Sondenkernen aus Flachmaterial, Fig. 6 is a schematic side view of an eddy current probe with probe cores made of flat material,

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer erfin dungsgemäßen Wirbelstromsonde mit getrennter Feld- und Meßsonde in Transmissionsstellung. Fig. 7 is a schematic side view of an inventive eddy current probe with separate field and measuring probe in the transmission position.

Description of the embodiments

In Fig. 1 ist eine Wirbelstromsonde 1 gezeigt, bei der ein im Querschnitt runder Sondenkern 2 aus einer amorphen Fe-Si-B- Legierung von einer Spule 3 umwickelt ist, wobei die Spule 3 nahe dem gezeigten Spulenende 4 einlagig und daran nach oben angrenzend über den gesamten Bereich der Spule zweilagig ge wendelt ist. Der Sondenkern 2 ragt unterhalb des Spulenendbe reiches 5 über diesen hinaus aus der Spule heraus und ist zur Spitze 6 hin verjüngt. Im Bereich der Spitze 6 wird der Sondenkern 2 durch eine im wesentlichen stirnseitige Feld durchtrittsfläche 7 begrenzt, durch die hindurch ein durch Feldlinien 8 symbolisiertes magnetisches Wechselfeld tritt. Die Wirbelstromsonde 1 wird mit ihrer Felddurchtrittsfläche 7 in einen möglichst geringen Prüfabstand 9 zur Oberfläche eines Prüfgegenstandes 10 gebracht. Über den Prüfabstand 9 zwischen Felddurchtrittsfläche und Oberfläche des Prüfgegen standes 10 hinweg dringt das magnetische Wechselfeld in den Prüfgegenstand 10 ein. Dort, wo das Feld 8 in den Prüfgegen stand 10 eindringt, werden im elektrisch leitenden Prüfgegen stand durch den Pfeil 11 symbolisierte Wirbelströme indu ziert.In Fig. 1, an eddy current probe 1 is shown, in which a round in cross-section probe core 2 is wrapped with an amorphous Fe-Si-B alloy from a reel 3, the coil 3 near the illustrated coil end 4 ply and adjacent to the top is coiled over the entire area of the coil in two layers. The probe core 2 protrudes below the Spulenendbe range 5 beyond this out of the coil and is tapered towards the tip 6 . In the area of the tip 6 , the probe core 2 is delimited by an essentially frontal field passage surface 7 , through which a magnetic alternating field symbolized by field lines 8 passes. The eddy current probe 1 is brought with its field passage area 7 as close as possible to a test distance 9 from the surface of a test object 10 . Over the test interval prior between 9 field passage area and surface of the Prüfgegen 10 across an alternating magnetic field in the test object 10 penetrates. Where the field 8 penetrates into the test object 10 , eddy currents symbolized by the arrow 11 are induced in the electrically conductive test object.

Je geringer der Prüfabstand, desto geringer die laterale Ausdehnung des zu Wirbelstromaktivität angeregten Proben volumens. Typische Prüfabstände erfindungsgemäßer Wirbel stromsonden können in der Größenordnung einiger Mikrometer liegen. Der Prüfabstand kann über Auswertung eines Abstands signals geregelt sein, er kann aber auch durch Zwischenlegen einer elektrisch nicht leitenden Schicht, beispielsweise einer Teflonschicht zwischen Wirbelstromsonde und Prüfgegen stand, etwa konstant gehalten werden. Die Prüfsonde kann im Bereich der Felddurchtrittsfläche auch eine vorzugsweise im wesentlichen etwa senkrecht zur Kernlängsachse ausgerichtete Gleitfläche aufweisen. Dadurch kann eine bewegte Prüfsonde etwa auf einem Gas- oder Flüssigkeitsfilm, z. B. auch auf einer Schicht aus flüssigem Stickstoff, die zur Kühlung eines zu prüfenden Films aus supraleitendem Material auf dieser aufgebracht wurde, in konstantem Prüfabstand zum Prüfgegen stand über diesen hinweggleiten. Eine Konstanz des Prüfab standes erleichtert die Auswertung der Meßsignale.The smaller the test distance, the smaller the lateral one Expansion of the sample stimulated for eddy current activity volume. Typical test distances for vertebrae according to the invention Current probes can be of the order of a few micrometers lie. The test distance can be evaluated by evaluating a distance signals can be regulated, but it can also be by interposing an electrically non-conductive layer, for example a Teflon layer between eddy current probe and test counter stood, be kept constant. The test probe can be Area of the field passage area also preferably in essentially aligned approximately perpendicular to the core longitudinal axis Have sliding surface. This allows a moving test probe about on a gas or liquid film, e.g. B. also on a layer of liquid nitrogen used to cool a film of superconducting material to be tested on this was applied at a constant test distance to the test object stood gliding over this. A constancy of the test It facilitates the evaluation of the measurement signals.

Die Wirbelstromsonde kann im wesentlichen parallel zur Prüf oberfläche bewegt werden, so daß eine Linie in der Breite der Spurbreite der Prüfsonde geprüft wird. Durch geeignete Rasterung der Bewegung der Prüfsonde relativ zum Prüfgegen stand mit teilweiser Überlappung der Prüfbahnen kann erreicht werden, daß eine Prüfoberfläche insgesamt lückenlos geprüft wird. Dies kann durch Bewegung der Prüfsonde allein, aber auch durch Bewegung von Prüfsonde und Prüfgegenstand oder nur des Prüfgegenstandes erreicht werden. Die Überlagerung kann durch Rasterung im wesentlichen geradliniger, koplanarer Prüfbahnen geschehen, eine Prüfsonde kann aber auch durch Überlagerung einer linearen und einer Kreisbewegung oder zweier koplanarer Kreisbewegungen eine flächig zusammenhän gende Prüffläche mit hoher Ortsauflösung prüfen. Die Prüf information, die bei den erfindungsgemäßen Wirbelstromsonden aus Bereichen sehr kleiner lateraler Ausdehnung stammen, kön nen über geeignete, an sich bekannte Auswertemittel zu zwei dimensionalen Inhomogenitäts-Verteilungsbildern umgewandelt werden.The eddy current probe can essentially run parallel to the test surface to be moved so that a line in width the track width of the test probe is checked. By suitable Rasterization of the movement of the test probe relative to the test counter Stand with partial overlap of the test tracks can be reached be that a test surface is completely tested becomes. This can be done by moving the test probe alone, however also by moving the test probe and test object or only of the test object. The overlay can by screening essentially straight, coplanar Test lanes happen, but a test probe can also pass through Superposition of a linear and a circular movement or two coplanar circular movements one flatly connected Check the test area with high spatial resolution. The test information in the eddy current probes according to the invention can come from areas of very small lateral extent, NEN using suitable, known evaluation means to two dimensional inhomogeneity distribution images become.

Außer aus der Felddurchtrittsfläche 7 treten auch an den Seitenflächen 12 der Spitze 6 im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Sondenkerns 2 magnetische Feldlinien aus dem Sondenkern aus. Diese dringen jedoch praktisch nicht in den Prüfgegenstand 10 ein und tragen somit praktisch nicht zur Wirbelstromaktivität im Prüfgegenstand bei. Auch das durch die Feldlinien 13 symbolisierte Magnetfeld, das im unteren Bereich des Spulenendbereiches 5 aus der Spule austritt, gelangt nur zu einem geringen Bruchteil bis zum Prüfgegen stand 10, weil zwischen Felddurchtrittsfläche 7 und dem Ende 4 der Spule 3 ein Spitzenabstand 14 verbleibt. Zur Wirbel stromaktivität im Prüfgegenstand 10 trägt somit im wesentli chen die im Bereich um die durch die Felddurchtrittsfläche tretende Kernlängsachse konzentrierte magnetische Feldstärke signifikant bei. Die Beaufschlagung der Spule 3 mit Wechsel strom erfolgt durch die Anschlüsse 15. Bei der in Fig. 1 ge zeigten Ausführungsform wird auch das Meßsignal an den An schlüssen 15 abgegriffen.In addition to the field passage surface 7 , magnetic field lines also emerge from the probe core on the side surfaces 12 of the tip 6 , essentially perpendicular to the surface of the probe core 2 . However, these practically do not penetrate the test object 10 and thus practically do not contribute to the eddy current activity in the test object. The magnetic field symbolized by the field lines 13 , which emerges from the coil in the lower region of the coil end region 5 , only reaches a small fraction up to the test object 10 because a tip distance 14 remains between the field passage area 7 and the end 4 of the coil 3 . The magnetic field strength concentrated in the area around the longitudinal axis of the core passing through the field passage area thus contributes significantly to the eddy current activity in the test object 10 . The application of the coil 3 with alternating current takes place through the connections 15 . In the embodiment shown in FIG. 1, the measurement signal is also tapped at the connections 15 .

In Fig. 1 ist ein Sondenkern von 100 µm Durchmesser mit iso liertem Draht von ca. 40 µm Durchmesser umwickelt. Die Er zeugung von Spulen um feldverstärkende Sondenkerne kann na türlich nicht nur durch Wickeln, sondern auch durch Beschich tungs- und Strukturierungstechniken erfolgen, wie sie zum Beispiel in der Mikroelektronik und -mechanik bekannt sind.In Fig. 1, a probe core of 100 microns in diameter is wrapped with insulated wire of about 40 microns in diameter. The production of coils around field-reinforcing probe cores can of course be done not only by winding, but also by coating and structuring techniques, as are known for example in microelectronics and mechanics.

Unterhalb der in Fig. 2 gezeigten schematischen Seitenansicht einer Ausführungsform der Wirbelstromsonde ist in schemati scher Aufsicht die radialsymmetrische Verteilung des magneti schen Feldes im Bereich der Felddurchtrittsfläche 7 gezeigt. Der im Uhrzeigersinn umlaufende Pfeil gibt die Richtung des von dem Feld induzierte Stromes an. Außer aus der Eindring tiefe des magnetischen Feldes in dem Prüfgegenstand, die bei gegebenem Material im wesentlichen eine Funktion der Prüffre quenz ist, wird die Ortsauflösung durch die laterale Ausdeh nung A desjenigen Bereiches bestimmt, in dem die Feldstärke stark genug ist, um in dem Prüfgegenstand Wirbelströme zu induzieren, die durch Gegeninduktion über die Felddurch trittsfläche 7 und den Sondenkern 2 auf die Spule 3 zurück wirken können. Die im Schema vergrößert dargestellte laterale Ausdehnung A ist im gezeigten Beispiel in alle Richtungen gleich, so daß auch die Ortsauflösung dieser Ausführungsform richtungsunabhängig ist. Im realen Material fällt die Feld stärke mit radialer Entfernung von der Felddurchtrittsfläche sehr stark ab, etwa wie sin x/x, und ist weiter außen stark gedämpft. Below the schematic side view of an embodiment of the eddy current probe shown in FIG. 2, the radially symmetrical distribution of the magnetic field in the region of the field passage area 7 is shown in schematic view. The clockwise rotating arrow indicates the direction of the current induced by the field. Except for the penetration depth of the magnetic field in the test object, which for a given material is essentially a function of the test frequency, the spatial resolution is determined by the lateral extent A of the area in which the field strength is strong enough to be in the test object To induce eddy currents which can act back on the coil 3 by mutual induction on the field passage surface 7 and the probe core 2 . The lateral extension A, shown enlarged in the diagram, is the same in all directions in the example shown, so that the spatial resolution of this embodiment is also direction-independent. In real material, the field strength drops very sharply with a radial distance from the field passage area, like sin x / x, and is strongly damped further out.

Bei der Wirbelstromsonde in Fig. 3 wird die Verteilung des magnetischen Feldes im Prüfgegenstand, die in der schemati schen Darstellung unterhalb der Wirbelstromsonde gezeigt ist, nicht allein durch die Ausbildung und Anordnung eines Sonden kerns bestimmt. Einem linken Sondenkern 16 steht ein iden tisch dimensionierter rechter Sondenkern 17 derart gegenüber, daß die Sondenkerne 16, 17 eine einen spitzen Winkel ein schließend V-Form bilden, wobei im Bereich der Spitze des "V" der linken Felddurchtrittsfläche 18 eine rechte Felddurch trittsfläche 19 durch einen Spalt 20 getrennt gegenübersteht. Die um den linken Sondenkern 16 gewickelte linke Spule 21 ist in Reihe geschaltet mit der um den rechten Sondenkern ge wickelten rechten Spule 22, wobei der linke Anschluß 23 und der rechte Anschluß 24 dem elektrischen Anschluß der in Reihe geschalteten Spulen dient. Die Polung der durch die Spulen 21 und 22 erzeugten Magnetfelder ist zu jedem Zeitpunkt so, daß sich an den Felddurchtrittsflächen 18, 19 jeweils ungleichar tige magnetische Pole gegenüberstehen. Die um die Felddurch trittsflächen 18, 19 umlaufenden, die Richtung der induzier ten Ströme veranschaulichenden Pfeile zeigen dies ebenfalls. Die jeweils andere Spule dient somit als Feldrückführung für die gegenüberliegende Spule, wobei die Kopplung der Magnet felder der beiden Sondenkerne über die Verschaltung der Spulen 21, 22 erfolgt.In the eddy current probe in Fig. 3, the distribution of the magnetic field in the test object, which is shown in the schematic representation below the eddy current probe, is not determined solely by the formation and arrangement of a probe core. A left probe core 16 is an identically dimensioned right probe core 17 opposite such that the probe cores 16 , 17 form an acute angle including V-shape, in the area of the top of the "V" of the left field passage surface 18, a right field passage surface 19th faces separated by a gap 20 . The left coil 21 wound around the left probe core 16 is connected in series with the right coil 22 wound around the right probe core, the left connector 23 and the right connector 24 serving for the electrical connection of the coils connected in series. The polarity of the magnetic fields generated by the coils 21 and 22 is at all times such that the magnetic passage poles face each other at the field passage surfaces 18 , 19 . The arrows circulating around the field passages 18 , 19 and illustrating the direction of the induced currents also show this. The other coil thus serves as a field feedback for the opposite coil, the coupling of the magnetic fields of the two probe cores via the interconnection of the coils 21 , 22 .

Diese Feldrückführung mit magnetischer Kopplung führt zu einer Verzerrung des magnetischen Feldes im Bereich des Spal tes 20. In der Darstellung unterhalb der Wirbelstromsonde ist schematisch in Aufsicht der Feldverlauf im Prüfgegenstand 25 gezeigt. Das Feld ist mit einer Vorzugsrichtung parallel zur Verbindungslinie der Felddurchtrittsflächen 18, 19 verzerrt, so daß die Ausdehnung des Feldes in die Richtung 26 senkrecht zur Verbindungslinie im Vergleich zu der Darstellung in Fig. 2 verringert ist. Bei einer Bewegung der Wirbelstrom sonde senkrecht zu der Richtung 26 ist die Ortsauflösung durch Verringerung der Spurbreite (in Richtung 26) und der Wirkbreite (senkrecht zur Richtung 26) verbessert. Die Ver ringerung der Spur- und Wirkbreite wird durch die Feldver zerrung und die damit einhergehende Konzentration der Strom dichte unter dem Spalt 20 hervorgerufen. Beides ist auf die Überlagerung der Felder bzw. der Wirbelströme zurückzuführen.This field feedback with magnetic coupling leads to a distortion of the magnetic field in the area of the gap 20 . In the illustration below the eddy current probe, the course of the field in the test object 25 is shown schematically in supervision. The field is distorted with a preferred direction parallel to the connecting line of the field passage surfaces 18 , 19 , so that the extension of the field in the direction 26 perpendicular to the connecting line is reduced compared to the illustration in FIG. 2. When the eddy current probe moves perpendicular to the direction 26 , the spatial resolution is improved by reducing the track width (in the direction 26 ) and the effective width (perpendicular to the direction 26 ). The reduction in the track and effective width is caused by the field distortion and the associated concentration of the current density under the gap 20 . Both are due to the superimposition of the fields or eddy currents.

Bei der Ausführungsform der Wirbelstromsonde nach Fig. 4 wird ein ähnlicher Feldverzerrungseffekt dadurch erreicht, daß eine als gekrümmter Draht ausgebildete Feldrückführung 27 mit dem oberen Ende 28 des Sondenkerns 29 in magnetisch leitende Verbindung, zweckmäßigerweise in Berührungskontakt gebracht ist. Dieser Kontakt führt zur Kopplung zwischen Feldrückfüh rung 27 und dem Feld im Sondenkern 29, das durch die Spule 30 erzeugt wird. Es ist auch möglich, mehrere Feldrückführungen einzusetzen, um das für die Messung maßgebliche Feld einer Prüfaufgabe entsprechend zu verzerren. Sondenkern und Feld rückführung können auch aus einem einzigen durchgehenden Joch, etwa einem teilweise gebogenen Draht, bestehen, dessen Enden im Bereich eines Spaltes 31 nahe zueinander geführt sind.In the embodiment of the eddy current probe according to FIG. 4, a similar field distortion effect is achieved in that a field feedback 27 designed as a curved wire is expediently brought into magnetic contact with the upper end 28 of the probe core 29 . This contact leads to the coupling between Feldrückfüh tion 27 and the field in the probe core 29 , which is generated by the coil 30 . It is also possible to use several field feedbacks in order to distort the field relevant for the measurement according to a test task. Probe core and field feedback can also consist of a single continuous yoke, such as a partially bent wire, the ends of which are guided close to one another in the region of a gap 31 .

Bei der Ausführungsform der Wirbelstromsonde nach Fig. 5 sind für Felderzeugung und Aufnahme des Meßsignals getrennte Spu len vorgesehen. Bei der Feldsonde 32 ist der Sondenkern 33 mit einer Feldspule 34 umwickelt, die über die Anschlüsse 35 mit Wechselspannung beaufschlagt werden kann, so daß über die Felddurchtrittsfläche 36 ein magnetisches Wechselfeld in den Prüfgegenstand 37 eindringt. Durch einen Spalt 38 von der Felddurchtrittsfläche 36 getrennt ist die Meßfelddurchtritts fläche 39 der Meßsonde 40 angeordnet, die in ihrem Aufbau mit Sondenkern 41 und Meßspule 42 der Feldsonde 32 gleich ist. Über die Meßanschlüsse 43 wird das Meßsignal abgegriffen, das dadurch entsteht, daß Wirbelströme, die durch das Feld der Feldsonde im Prüfgegenstand 37 induziert werden, über den Sondenkern 41 vermittelt in der Meßspule 42 ein Signal indu zieren, welches sich ändert, wenn zum Beispiel durch eine In homogenität im Prüfgegenstand 37 sich die Intensität der Wir belströme im Prüfgegenstand ändert. Bei der dargestellten so genannten transformatorischen Schaltung erfolgt die Kopplung zwischen Feldsonde 32 und Meßsonde 40 im wesentlichen über die Wirbelströme im Material selbst.In the embodiment of the eddy current probe according to FIG. 5, separate spools are provided for field generation and recording of the measurement signal. In the field probe 32 , the probe core 33 is wound with a field coil 34 , which can be supplied with AC voltage via the connections 35 , so that an alternating magnetic field penetrates into the test object 37 via the field passage surface 36 . Separated by a gap 38 from the field passage surface 36 , the measuring field passage surface 39 of the measuring probe 40 is arranged, which is identical in its construction with the probe core 41 and the measuring coil 42 of the field probe 32 . Via the measuring connections 43 , the measuring signal is tapped, which arises from the fact that eddy currents which are induced by the field of the field probe in the test object 37 , mediate via the probe core 41 in the measuring coil 42, induce a signal which changes, for example when an In homogeneity in the test object 37 the intensity of the eddy currents in the test object changes. In the so-called transformer circuit shown, the coupling between field probe 32 and measuring probe 40 takes place essentially via the eddy currents in the material itself.

Eine magnetische Kopplung zwischen Feldsonde 32 und Meßsonde 40 außerhalb des Prüfgegenstandes ist unerwünscht und führt zu einer Verschlechterung des Verhältnisses von Nutzsignal zu Störsignal. Besonders zweckmäßig ist es, Feldsonde und Meß sonde magnetisch völlig zu entkoppeln, indem zwischen beiden eine Abschirmung 44 angeordnet wird. Diese weist im gezeigten Beispiel eine Schicht aus supraleitendem Material auf, durch die unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters, also dann, wenn der Supraleiter im supraleitenden Zustand ist, kein Magnetfeld hindurchdringt. Die Abschirmung kann bei spielsweise durch flüssigen Stickstoff gekühlt werden. Es kann unter anderem aus Gründen der Fertigungsvereinfachung günstig sein, Feld- und Meßsonde identisch auszubilden. Dies ist aber nicht zwingend.A magnetic coupling between field probe 32 and measuring probe 40 outside the test object is undesirable and leads to a deterioration in the ratio of the useful signal to the interference signal. It is particularly expedient to completely decouple the magnetic field probe and measuring probe by arranging a shield 44 between the two. In the example shown, this has a layer of superconducting material through which no magnetic field penetrates below the transition temperature of the superconductor, that is to say when the superconductor is in the superconducting state. The shield can be cooled with liquid nitrogen, for example. For reasons of production simplification, among other things, it may be favorable to design the field probe and measuring probe identically. However, this is not mandatory.

Bei einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform sind neben einer Feldsonde zwei in Differenz zueinander geschaltete Meß sonden vorgesehen, deren Meßbereiche jeweils mit dem Anre gungsbereich der Feldsonde zumindest überwiegend überlappen. Durch die Differenzschaltung zweier Meßspulen wird die Emp findlichkeit der Wirbelstromsonde gegen Abstandsänderungen zwischen der Oberfläche des Prüfgegenstandes und den Feld durchtrittsflächen der Sonde herabgesetzt.In another embodiment, not shown, are next to a field probe two measuring connected in difference to each other probes are provided, whose measuring ranges each with the Anre range of the field probe at least predominantly overlap. Due to the differential connection of two measuring coils, the Emp sensitivity of the eddy current probe against changes in distance between the surface of the test object and the field passage areas of the probe reduced.

Bei der als Differenzsonde ausgebildeten Wirbelstromsonde in Fig. 6 sind zwei Sondenkerne 45, 46 aus Flachmaterial so pa rallel zueinander angeordnet, daß zwischen ihren einander zugewandten Breitseiten ein Spalt 47 verbleibt, der insbeson dere auch zwischen den beiden Felddurchtrittsflächen 48, 49 der Sondenkerne 45, 46 besteht. Eine Meßspule 50 ist in "8" förmigen Wicklungen jeweils abwechselnd um die beiden Sonden kerne 45, 46 herum gewickelt. An den Meßanschlüssen 51 kann ein Differenz-Meßsignal abgegriffen werden, das dadurch ent steht, daß jeweils direkt aufeinanderfolgende Teilwicklungen um den linken bzw. um den rechten Sondenkern herum jeweils unterschiedlichen Wicklungssinn haben. Ein Differenzsignal entsteht in einem Paar zueinandergehöriger, gegensinnig ge wickelter Teilschleifen nur dann, wenn die jeweils durch die gleich großen Teilschleifen hindurchtretende Feldstärke in beiden Sondenkernen unterschiedlich ist. Dies kann beispiels weise dadurch geschehen, daß das Probenmaterial unter dem Sondenkern 45 im Bereich der Felddurchtrittsfläche 48 eine Inhomogenität aufweist, so daß die durch die Feldspule 52 über die Sondenkerne 45, 46 im Probenmaterial induzierten Wechselströme unter der Felddurchtrittsfläche 48 weniger in tensiv oder intensiver sind als unter der Felddurchtritts fläche 49.In the eddy current probe designed as a differential probe in FIG. 6, two probe cores 45 , 46 made of flat material are arranged parallel to one another in such a way that a gap 47 remains between their mutually facing broad sides, which in particular also between the two field passage surfaces 48 , 49 of the probe cores 45 , 46 exists. A measuring coil 50 is wound in "8" -shaped windings alternately around the two probe cores 45 , 46 around. At the measurement connections 51 , a differential measurement signal can be tapped, which is ent in that each directly successive partial windings around the left or around the right probe core each have different winding senses. A difference signal arises in a pair of related, oppositely wound partial loops only if the field strength passing through the same size partial loops is different in the two probe cores. This can be done, for example, in that the sample material under the probe core 45 in the area of the field passage area 48 has an inhomogeneity, so that the alternating currents induced by the field coil 52 via the probe cores 45 , 46 in the sample material are less intensive or more intense under the field passage area 48 than under the field passage area 49 .

Wie in der schematischen Unteransicht unter der Differenz sonde zu sehen ist, umgibt die Feldspule 52 die in "8"-förmi gen Wicklungen verlaufende Meßspule 50. Die direkt von der Feldspule 52 in der Meßspule 50 induzierten Spannungen heben sich aber durch die Differenzschaltung der Teilspulen jeweils auf, so daß als Meßsignal lediglich solche Signale übrig bleiben, die von Inhomogenitäten im Prüfgegenstand im Bereich der Felddurchtrittsflächen 48, 49 verursacht werden.As can be seen in the schematic bottom view under the difference probe, the field coil 52 surrounds the measuring coil 50 running in "8" -shaped windings. However, the voltages induced directly by the field coil 52 in the measuring coil 50 cancel each other out by the differential connection of the partial coils, so that only those signals remain as the measuring signal which are caused by inhomogeneities in the test object in the area of the field passage areas 48 , 49 .

Durch die Differenzschaltung kann die Ortsauflösung der Wir belstromsonde in Richtung 53 senkrecht zu den Breitseiten der Sondenkerne erhöht werden. Während die effektive Wirkbreite in die Richtung 53 verringert wird, ist durch die Ausbildung der Sondenkerne als flache Bänder die Spurbreite, also die Breite senkrecht zur Richtung 53, vergrößert. Dadurch kann eine Oberfläche eines Prüfgegenstandes in relativ breiten Bahnen abgetastet werden. Wenn sich zur lückenloser Prüfung die Bahnen zumindest teilweise überlappen sollen, sind mit einer solchen Flachsonde größere Flächen schneller abtastbar als mit vergleichbaren punktförmig wirkenden Sonden, wie sie in den vorherigen Beispielen dargestellt sind. Selbstver ständlich können Differenzsonden auch aus Rundmaterial gefer tigt sein. Besonders zweckmäßig können auch Differenzsonden sein, deren Kerne aus den durch Teilung in Längsrichtung er hältlichen Hälften eines einzigen Rundmaterials bestehen, die also im Querschnitt eine Doppel-D-Form aufweisen, wobei die Rücken der D, zwischen denen der Spalt liegt, einander zugewandt sind.By means of the differential circuit, the spatial resolution of the eddy current probe can be increased in the direction 53 perpendicular to the broad sides of the probe cores. While the effective effective width is reduced in the direction 53 , the design of the probe cores as flat strips increases the track width, that is to say the width perpendicular to the direction 53 . This enables a surface of a test object to be scanned in relatively wide paths. If the webs should at least partially overlap for complete testing, larger areas can be scanned faster with such a flat probe than with comparable punctiform probes, as shown in the previous examples. Differential probes can of course also be made from round material. Differential probes can also be particularly expedient, the cores of which consist of halves of a single round material obtainable by division in the longitudinal direction, which thus have a double D shape in cross section, the backs of the D, between which the gap lies, facing one another .

In Fig. 7 sind eine Feldsonde 54 und eine Meßsonde 55 auf beiden Seiten eines flachen, dünnen Prüfgegenstandes 56 mit ihren Felddurchtrittsflächen 57, 58 aufeinander zu gerichtet angeordnet. Die Dicke des Prüfgegenstandes 56 sollte in die ser Transmissionsstellung in der Größenordnung der Eindring tiefe des magnetischen Feldes in dem Prüfgegenstand sein. In der Transmissionsstellung sind die in dem Prüfgegenstand 56 induzierten Wirbelströme optimal, also im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Meßsonde 55 ausge richtet, so daß sie mit maximaler Intensität auf diese Meß sonde rückwirken können.In FIG. 7, a field probe 54 and a measuring probe 55 are arranged on both sides of a flat, thin test object 56 with their field passage surfaces 57 , 58 facing each other. The thickness of the test object 56 in this transmission position should be of the order of the depth of penetration of the magnetic field in the test object. In the transmission position, the eddy currents induced in the test object 56 are optimal, ie essentially aligned in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the measuring probe 55 , so that they can react with maximum intensity on this measuring probe.

Claims

1. Eddy current probe ( 1 ) for testing at least partially electrically conductive test objects ( 10 ; 25 ; 37 ) for inhomogeneities close to the surface with at least one coil ( 3 ; 21 , 22 ; 30 ; 34 ; 42) provided for generating and / or detecting a magnetic alternating field ; 50 , 52 ) and at least one elongate probe core ( 2 ; 16 , 17 ; 29 ; 33 , 41 ; 45 , 46 ) at least partially enclosed by the coil, with an essentially end-side one that can be arranged at a test distance ( 9 ) from the surface of the test object Field passage area ( 7 ; 18 , 19 ; 36 , 39 ; 48 , 49 ; 57 , 58 ), characterized in that the cross section of the probe core in the area of the field passage area in at least one direction perpendicular to the longitudinal axis of the core is less than 0.5 mm having.

2. Eddy current probe according to claim 1, characterized in that the probe core ( 2 ; 16 , 17 ; 29 ; 33 , 41 ; 45 , 46 ) consists of soft magnetic ferromagnetic material, in particular of ferromagnetic amorphous metal.

3. eddy current probe according to claim 1 or 2, characterized in that the probe core ( 2 ; 16 , 17 ; 29 ; 33 , 41 ; 45 , 46 ) in cross section in one of the field passage area ( 7 ; 18 , 19 ; 36 , 39 ; 48 , 49 ; 57 , 58 ) facing the coil end region ( 5 ), which is encompassed by the coil, has an extent of less than 0.5 mm in at least one direction perpendicular to the longitudinal axis of the core, preferably also from there to the field passage area.

4. Eddy current probe according to one of the preceding claims, characterized in that the probe core ( 2 ; 16 , 17 ; 29 ; 33 , 41 ; 45 , 46 ) in cross section in the area of the field passage area ( 7 ; 18 , 19 ; 36 , 39 ; 48 , 49 ; 57 , 58 ) in at least one direction perpendicular to the longitudinal axis of the core has an extent of less than 0.2 mm, preferably about 0.1 mm, preferably also in the coil end area ( 5 ), preferably in the entire area enclosed by the coil Area and up to the field passage area.

5. eddy current probe according to claim one of the preceding claims, characterized in that the probe core ( 2 ; 16 , 17 ; 29 ; 33 , 41 ) in the region of the coil ( 3 ; 21 , 22 ; 30 ; 34 ; 42 ) round in cross section, is in particular circular, preferably going all the way to the field passage area.

6. eddy current probe according to one of the preceding claims, characterized in that the coil ( 3 ; 21 , 22 ; 30 ; 34 ; 42 ; 50 ) along its preferably entire inner circumference directly on the outer circumference of the probe core ( 2 ; 16 , 17 ; 29 ; 33 , 41 ; 45 , 46 ) rests.

7. eddy current probe according to any one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the coil near the field passage surface ( 7 ; 18 , 19 ; 36 , 39 ; 57 , 58 ) facing the coil end ( 4 ) is formed coiled in one layer, preferably that the coil is then coiled in two layers.

8. eddy current probe according to one of the preceding claims, characterized in that the probe core ( 2 ; 16 , 17 ; 29 ; 33 , 41 ; 45 , 46 ) on the side of the field passage surface ( 7 ; 18 , 19 ; 36 , 39 ; 48 , 49 ; 57 , 58 ) protrudes beyond the coil.

9. eddy current probe according to one of the preceding claims, characterized in that the probe core ( 2 ; 16 , 17 ; 29 ; 33 , 41 ; 45 , 46 ) in the area of the field passage area ( 7 ; 18 , 19 ; 36 , 39 ; 48 , 49 ; 57 , 58 ) is tapered, in particular in the form of a tip.

10. Eddy current probe according to one of the preceding claims, characterized by field distortion means for influencing the distribution of the magnetic field in the region of the field passage area ( 18 , 19 ).

11. Eddy current probe according to claim 10, characterized in that the field distortion means a field feedback ( 16 , 17 ; 27 ) with an area in the field passage area ( 18 ) arranged by a gap ( 20 ; 31 ) from this second field passage area ( 19th ) and a coupling between the magnetic field of the field passage area and the field feedback.

12. Eddy current probe with a coil for generating a magnetic alternating field with electrical alternating voltage be open with a probe core according to one of claims 1 to 9 (field probe ( 32 ; 54 )) and with at least one measuring probe provided for detecting a magnetic alternating field ( 40 ; 55 ), which is arranged with a measuring field passage surface ( 39 ; 58 ) in such a way to the field probe and can be arranged at a measuring distance from the test object that the induced magnetic field from eddy currents induced by the field probe in the test object acts on the measuring probe.

13. Eddy current probe according to claim 12, characterized in that the measuring probe ( 40 ; 55 ) and the field probe ( 32 ; 54 ) are constructed identically, the measuring field passage surface ( 39 ; 58 ) of the measuring probe in the field passage area ( 36 ; 57 ) of the field probe and separated from it by a gap ( 38 ).

14. Eddy current probe according to claim 12 or 13, marked by a shield ( 44 ) of the measuring probe ( 40 ) against the outside of the test object ( 37 ) from the field probe ( 32 ) generated magnetic field, the shielding preferably a coolable below its transition temperature Ren , arranged between field probe and measuring probe film made of superconducting material.

15. A method for spatially resolving testing of at least partially electrically conductive test objects ( 10 ; 25 ; 37 ) for near-surface inhomogeneities, in which at least one eddy current probe ( 1 ) is moved at a test distance ( 9 ) relative to the test object, essentially parallel to its surface , wherein at least one coil ( 3 ; 21 ; 22 ; 30 ; 34 ; 42 ; 50 ; 52 ) generates an alternating magnetic field, this from at least one elongated probe core ( 2 ; 16 , 17 ; 29 ; 33 , 41 ; 45 , 46 ) is intensified, essentially emerges at the end face around the core along the longitudinal axis and locally concentrated over the test distance in the test object. We induced eddy currents ( 11 ) which are induced by mutual induction on at least one detection coil ( 3 ; 21 ; 22 ; 30 ; 34 ; 42 ; 50 ; 52 ) react, the signals of which are processed by an evaluation unit, characterized in that the alternating field sen exits in at least one direction perpendicular to the core longitudinal axis is essentially concentrated to an extent of less than 0.5 mm.

16. The method according to claim 15, characterized in that the alternating field when leaving in at least one rich tion essentially perpendicular to the longitudinal axis of the core an extent of less than 0.2 mm, preferably is concentrated to about 0.1 mm.

17. The method according to claim 15 or 16, characterized in that the detection coil and the coil ( 3 ; 21 ; 22 ; 30 ; 34 ; 42 ; 50 ; 52 ) are identical.

18. The method according to any one of claims 15 to 17, characterized characterized in that the eddy currents in a thin Film can be induced, especially from for superconductivity suitable material, preferably from a high quality temperature superconductor (HTSC).