DE69712759T2

DE69712759T2 - Wirbelstromprüftechnik

Info

Publication number: DE69712759T2
Application number: DE69712759T
Authority: DE
Inventors: Theodoor Looijer; Maarten Lorenz; Eduardo Meyer; Willem Van Andel
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2017-07-12
Also published as: CN1250931C; US6291992B1; ES2177994T3; CN1544932A; EP0910784A1; RU2183008C2; CN1155795C; DE69712759D1; EP0910784B1; NO990105D0; NO331373B1; JP2000514559A; JP4263244B2; NO990105L; WO1998002714A1; CN1225167A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Prüfen eines Objektes aus elektrisch leitfähigem Material. In der Beschreibung und in den Ansprüchen wird der Ausdruck "Prüfen eines Objektes" verwendet, um solche Handlungen wie das Messen der Dicke des Objektes, das Prüfen des Objektes auf die Anwesenheit von Defekten unter der Oberfläche und das Messen der Dicke einer Schicht aus nicht-leitfähigem Material rund um das Objekt zu bezeichnen. Das Objekt kann beispielsweise die Wand eines Behälters oder die Wand eines Rohres sein.
Die effektive Dicke eines Objektes, beispielsweise einer Wand eines Stahlbehälters, eines Rohres oder eines Gefäßes, kann durch äußere oder innere Korrosion lokal beeinträchtigt sein. In dem Fall, daß das Objekt mit einer Schicht aus Isolationsmaterial versehen ist, beinhaltet eine Korrosionserkennung durch visuelle Überprüfung im allgemeinen eine vorübergehende Entfernung des Isolationsmaterials, was zeitaufwendig und kostspielig ist.
Die europäische Patentschrift Nr. 321 112 offenbart eine Container- oder Rohrwandprüfvorrichtung, bei welcher die Wand aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt ist und eine nahe Oberfläche besitzt, wobei die Prüfvorrichtung einen Sender für ein nicht-statisches Signal aufweist, um ein elektromagnetisches Feld in der Wand zu erzeugen, und einen Empfänger zum Messen der Änderungen des Wirbelstromes, der von dem nichtstatischen elektromagnetischen Feld erzeugt wird, und zum Erzeugen eines Signales, welches für das Abklingen des Wirbelstromes repräsentativ ist.
Um die Dicke der Wand zu bestimmen, wird das Abklingen des empfangenen Signales über eine Zeitspanne mit dem Abklingen eines Referenzsignales verglichen, das für eine bekannte Wanddicke kennzeichnend ist.
Der Sender enthält eine Sendespule und der Empfänger eine Empfangsspule. Die Spulen sind um einen Kern gewickelt und im normalen Betrieb ist die zentrale Längsachse des Kernes senk-, recht zu einer Oberfläche der Wand.
Mit der bekannten Vorrichtung können Korrosionsstellen mit einer Größe, die mit jener der Sendespule vergleichbar ist, detektiert werden, es wurde jedoch gefunden, daß Stellen, die verhältnismäßig klein im Vergleich zu der Spulengröße sind, nicht detektiert werden können. Solche kleine Korrosionsstellen können jedoch lokal die Wanddicke in beträchtlichem Ausmaß verringern. Die Größe einer solchen kleinen Stelle kann rasch wachsen, beispielsweise wenn flüssiges Wasser zwischen dem Rohr und der das Rohr umgebenden Isolationsschicht vorhanden ist.
Es sei nun auf die britische Patentschrift Veröffentlichungsnr. 2 225 856 verwiesen. Diese Veröffentlichung befaßt sich mit der Bestimmung der Anwesenheit und der Dicke von versteckten festen Stäben. Wie aus Fig. 3 dieser Veröffentlichung ersehen werden kann, wird ein Emitter in Form der Ziffer Acht verwendet, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches in Längsrichtung durch den Stab geht. Beim Abschalten des Emitters werden Wirbelströme erzeugt, die um den Umfang des Stabes rotieren. Bei dem Verfahren dieser Veröffentlichung wird die Dicke des Stabes aus einer Interpretation des Abklingens der rotierenden Wirbelströme bestimmt. Die rotierenden Wirbelströme werden beim Abschalten eines Emitters erzeugt serung der Empfindlichkeit einer Sonde für kleine Defekte durch Ausnützen der Richtungen von Strömen, die durch die Spulen in einer Wirbelstrom-Fehlerstellendetektionssonde fließen, mit Hilfe von Flachscheibenspulen.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen,, die eine verbesserte Auflösung bietet, um eine ausführlichere Prüfung der Wand zu ermöglichen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Interpretieren der Meßdaten zu schaffen, um die Wanddicke zu bestimmen.
Zu diesem Zweck schafft die vorliegende Erfindung Verwendungen, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen 1, 3 und 6 beansprucht sind, und ein Verfahren, wie es im unabhängigen Anspruch 9 beansprucht ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispieles ausführlicher unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen
Fig. 1 schematisch eine Perspektivansicht einer Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2 einen Querschnitt eines Teiles der Vorrichtung von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab zeigt;
Fig. 3 eine Draufsicht des in Fig. 2 gezeigten Teiles zeigt;
Fig. 4 schematisch eine alternative Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 5 schematisch noch eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 6 schematisch noch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 7 Wirbelstromabklingkurven in einem doppelt-logarithmischen Diagramm zeigt;
Fig. 8 eine lineare Kalibrierungskurve zeigt, die zur Bestimmung der Wanddicke angewandt wird; und
Fig. 9 die Auswirkungen des Abstandes zwischen Sonde und Wand auf die Abklingkurven in einem doppelt-logarithmischen Diagramm zeigt.
In der folgenden Beschreibung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten.
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, welche eine Sonde 1 zug Prüfen eines Objektes aus elektrisch leitfähigem Material zeigt, z. B. zum Messen der Dicke einer Wand 2 eines Rohres 3, um das Vorhandensein von Korrosion an der Wand 2 festzustellen. Die Korrosion kann auf der Außen- oder Innenoberfläche der Wand 2 liegen. Eine Schicht 5 aus isolierendem Material, umhüllt von einem dünnen Metallstahlmantel 7, welcher die Schicht 5 aus isolierendem Material umgibt, ist rund um das Rohr 3 vorgesehen. Die Sonde 1 weist eine Vorrichtung 9 zum Prüfen eines Objektes aus elektrisch leitfähigem Material auf, welches im normalen Betrieb gegen die Außenoberfläche des Stahlmantels 7 gehalten wird.
Es wird nun auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen; die Vorrichtung 9 zum Prüfen des Objektes aus elektrisch leitfähigem Material weist einen Sender (nicht gezeigt) für ein nichtstatisches Signal zum Erzeugen eines nichtstatischen elektromagnetischen Feldes in dem Objekt in Form der Wand 2 und einen Empfänger (nicht gezeigt) zum Messen der Änderungen der Wirbelströme auf, die durch das nicht-statische elektromagnetische Feld erzeugt werden, und zum Erzeugen eines Signales, welches für das Abklingen des Wirbelstromes repräsentativ ist.
Der Sender für das nicht-statische Signal weist zumindest zwei seitlich voneinander beabstandete Emitter zum Aussenden eines elektromagnetischen Feldes auf, und zwar in Form einer ersten Sendespule 11 und einer zweiten Sendespule 12, die in einer Richtung seitlich zu der Richtung ihrer zentralen Längsachsen 13 bzw. 14 beabstandet sind. Zwischen den Sendespulen 11 und 12 gibt es einen verhältnismäßig kleinen Spalt 16. Im normalen Betrieb werden die Sendespulen parallel zu einer nahen Oberfläche 17 des Objektes in Form der Wand 2 angeordnet, so daß ihre zentralen Längsachsen 13 und 14 senkrecht zu der nahen Oberfläche 17 sind.
Der Sender enthält ferner Mittel (nicht gezeigt), welche die Emitter in Form der Sendespulen 11 und 12 speisen.
Der Empfänger enthält zumindest eine Empfangsspule, die so angeordnet ist, daß sie das von dem Wirbelstrom in dem Objekt in Form der Wand 2 erzeugte elektromagnetische Feld empfangen, und zwar in Form einer ersten Empfangsspule 20 und einer zweiten Empfangsspule 22 mit zentralen Längsachsen 23 bzw. 24. Die Empfangsspulen 20 und 22 sind ident und haben einen quadratischen Querschnitt. Sie werden im wesentlichen parallel zu der nahen Oberfläche 17 des Objektes in Form der Wand 2 angeordnet. Die beiden Empfangsspulen 20, 22 sind mit dem korrespondierenden Paar von Sendespulen 11, 12 ausgerichtet, d. h. die zentralen Längsachsen 13 und 14 sowie 23 und 24 der Spulen sind im wesentlichen parallel zueinander und verlaufen in derselben Ebene (d. h. der Zeichnungsebene von Fig. 2). Die Größe der Empfangsspulen 20 und 22 ist kleiner als die Größe der Sendespulen 11 und 12 und die zentralen Längsachsen 23 und 24 der Empfangsspulen 20 und 22 verlaufen zwischen den zentralen Längsachsen 13 und 14 der Sendespulen 11 und 12. Die Spannung an den Anschlüssen der Empfangsspulen ist das Signal, welches für das Abklingen des Wirbelstromes im Objekt repräsentativ ist.
Im normalen Betrieb werden die Emitter in Form der Sendespulen 11 und 12 so angetrieben, daß das resultierende elektromagnetische Feld im zentralen Bereich zwischen den Mittelpunkten 25 der Emitter 11 und 12 verstärkt wird. Der zentrale Bereich ist mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet. Dies wird gemacht, indem der Strom durch jede der Sendespulen 11 und 12 so durchgeleitet wird, daß die Richtung der Ströme in den Sendespulen nicht gleich ist. In Fig. 3 ist die Richtung der Ströme durch die Pfeile A angedeutet. Als Folge davon wird das elektromagnetische Feld im zentralen Bereich 26 verstärkt, d. h. es ist stärker im Bereich zwischen den Sendespulen 11 und 12 und schwächer außerhalb des zentralen Bereiches 26. Folglich gibt es im Objekt 2 einen Bereich 27, wo die Dichte des elektromagnetischen Feldes größer ist als außerhalb des Bereiches 27. Nachstehend wird der Bereich 27 verstärkter Dichte des elektromagnetischen Feldes als Detektionsbereich 27 bezeichnet. Auf diese Weise wird eine bessere Auflösung erzielt und verhältnismäßig kleine Korrosionsstellen können erkannt werden.
Um den Empfang zu verbessern, sind die Empfangsspulen 20 und 22 in Serie geschaltet und liegen auf gegenüberliegenden Seiten des Spaltes 16 und des Detektionsbereiches 27.
Geeigneterweise ist der Durchmesser jeder Sendespule 11 und 12 im wesentlichen gleich der Dicke der Isolationsschicht 5. Beispielsweise werden für eine Isolationsdicke von 70 mm zwei Sendespulen mit 200 Windungen aus 0,5 mm-Draht mit einem Durchmesser von 70 mm verwendet.
Der Spalt 16 liegt über dem Detektionsbereich 27 der Wand 2 des Rohres 3, welcher auf Korrosion geprüft werden soll.
In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei welcher die Anordnung der Sendespulen 41 und 42 gleich der Anordnung der Sendespulen 11 und 12 ist, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind. Anstatt daß zwei Empfangsspulen in einer Ebene parallel zu jener der Sendespulen angeordnet sind, ist hier jedoch nur eine Empfangsspule 46 vorgesehen. Die Empfangsspule 46 liegt zwischen den Sendespulen 41 und 42 und ihre zentrale Längsachse 47 verläuft senkrecht zu den zentralen Längsachsen 43 und 44 der Sendespulen 41 und 42.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, welche eine weitere Ausführungsform von Spulen mit einem ersten Paar von Sendespulen 50 und 52 und einem zweiten Paar von Sendespulen 54 und 56 zeigt, wobei die Paare in zueinander senkrechten Richtungen liegen. Der Pfeil A zeigt die Richtungen der elektrischen Ströme in den Sendespulen 50, 52, 54 und 56 an. Das erste Paar von Sendespulen 50 und 52 auf der einen Seite und das zweite Paar von Sendespulen 54 und 56 auf der anderen Seite induzieren Wirbelströme erhöhter Dichte in unterschiedlichen Richtungen in dem ausgewählten Wandabschnitt zwischen den Sendespulen 50, 52, 54 und 56. In der gezeigten Ausführungsform strömen Wirbelströme erhöhter Dichte in wechselweise senkrechten Richtungen. Jedes Paar von Sendespulen ist mit einem korrespondierenden Paar von Empfangsspulen (nicht gezeigt) versehen, wobei die Empfangsspulen jedes Paares von gleichem Typ sind und in derselben Weise bezüglich der korrespondierenden Sendespulen angeordnet sind wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Diese Ausführungsform hat gegenüber der Ausführungsform von Fig. 3 den Vorteil, daß die Vorrichtung noch besser auf den interessierenden Wandabschnitt fokussiert ist und daß die Messung symmetrischer ist. Anstelle zweier Spulenpaare kann jede andere geeignete Anzahl von Spulenpaaren in analoger Art und Weise verwendet werden.
Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen, welche eine alternative Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei die Mittelpunkte 59 der Sendespulen 60, 62, 64, 66, 68 und 70 auf einem Halbkreisbogen 71 liegen, der in einer Ebene senkrecht zu einer nahen Oberfläche des Objektes (nicht gezeigt) liegt, und wobei die Sendespulen 60, 62, 64, 66, 68 und 70 senkrecht zu dem Bogen 71 liegen. Auf diese Weise wird der Einfluß von anderen leitfähigen Oberflächen als der zu messenden Oberfläche reduziert.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist ein halbkreisförmiger Stab aus ferromagnetischem Material (nicht gezeigt) in den Sendespulen angeordnet.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die seitlich voneinander beabstandeten Emitter so angetrieben werden, daß das resultierende elektromagnetische Feld im zentralen Bereich zwischen den Emittern verstärkt wird. In der vorangehenden Beschreibung wurde dieser Effekt mit zwei oder vier oder sechs Sendespulen beschrieben. In einer alternativen Ausführungsform bestehen die seitlich voneinander beabstandeten Emitter aus einer Sendespule in Form der Ziffer Acht, die im wesentlichen parallel zu einer nahen Oberfläche des Objektes liegt.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Ein geeignetes nichtstatisches Signal ist ein Impuls. Im normalen Betrieb der Sonde 1 werden gepulste elektrische Ströme so erzeugt, daß sie in den Sendespulen 11 und 12 in entgegengesetzten Drehrichtungen strömen. Ein konstanter Strom fließt während jeder Impulszeit T durch die Sendespulen 11 und 12. Der Strom und sein zugeordnetes elektromagnetisches Feld werden bei den jeweiligen ansteigenden und fallenden Flanken des Impulses ein- bzw. ausgeschaltet. Die Sendespulen 11 und 12 sind ausreichend groß, so daß zumindest einige der elektromagnetischen Feldlinien durch den Mantel 7, die Isolationsschicht 5 und die Wand 2 des Stahlrohres 3 hindurchgehen. Die elektromagnetischen Feldlinien in der Wand 2 konzentrieren sich hauptsächlich in der Nähe der nahen Oberfläche 17. Eine elektromagnetische Flußänderung tritt auf, wenn das elektromagnetische Feld ein- oder ausgeschaltet wird, welche Flußänderung einen Wirbelstrom in der Wand 2 des Rohres 3 nahe der äußeren Oberfläche 7 induziert. Die sich aus den einzelnen Sendespulen 11 und 12 ergebenden Wirbelströme fließen in entgegengesetzten Drehrichtungen in der Wand 2, so daß sich ein Wirbelstrom erhöhter Dichte in dem Detektionsbereich 27 der Wand 2 des Rohres 3 unterhalb des Spaltes 16 ergibt. Die erzeugten Wirbelströme diffundieren durch die Wand 2 und werden von der Innenoberfläche der Wand 2 zurück zur Außenoberfläche 14 reflektiert. Die Impulsdauer T wird so gewählt, daß sie länger als die typische Diffusionszeit ist, um zu gewährleisten, daß eine Stufenantwort gemessen wird. Der Impulsdauerbereich liegt typischerweise zwischen 50 und 300 ms, abhängig von der Dicke der Wand 2 des Rohres 3.
Ein gepulster Wirbelstrom diffundiert in der Tiefenrichtung (d. h. in Richtung zur Innenoberfläche) und in der radialen Richtung bezüglich seiner eigenen Schleife (d. h. nach außen, so daß sich der Wirbelstromschleifenradius erhöht). Darüber hinaus erfolgt ein Ladungstransport entlang der Wirbelstromschleife. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist etwa hundert Mal höher als die Geschwindigkeit des Ladungstransportes entlang der Wirbelstromschleife. Dies bedeutet, daß ein Wirbelstrom durch die Wand 2 diffundieren und von der Innenoberfläche reflektieren kann, während nur eine kleine Ladungsbewegung entlang der Schleife erfolgt. Die Diffusion im Detektionsbereich 27 ist daher weitgehend unabhängig von der Diffusion und dem Stromfluß außerhalb des Detektionsbereiches 27. Dies macht es möglich, Messungen vorzunehmen, die nur für einen Bruchteil der Wirbelströme empfindlich sind. Geeigneterweise werden die Elektronik, die Sende- und die Empfangsspulen für gepulste Wirbelstrom-Teilmessungen so ausgelegt, daß Impedanzänderungen die Messung nicht beeinflussen.
Die Empfangsspulen 20 und 22 sind kleiner als die Sendespulen 11 und 12, so daß die Empfangsspulen 20 und 22 nur für Feldlinien von Wirbelströmen empfindlich sind, die im Detektionsbereich 27 fließen. Der Wicklungssinn der Empfangsspulen 20 und 22 ist so, daß eine absolute Sonde für Wirbelstromfeldlinien geschaffen wird, d. h. die in den Empfangsspulen 20 und 22 durch die Feldlinien induzierten Ströme einander verstärken. Gleichzeitig wird eine Differenzsonde für Rauschen (50/60 Hz) geschaffen, d. h. die in den Empfangsspulen durch Rauschen induzierten Ströme heben einander auf. Typischerweise haben die rechteckigen Empfangsspulen 20 und 22 eine Größe von 30 mm · 30 mm · 2 mm und haben 100 Windungen aus 0,1 mm-Draht.
Die normale Verwendung der alternativen Ausführungsform der Fig. 4, 5 und 6 ist ähnlich der normalen Verwendung der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschriebenen Vorrichtung.
Das Signal, welches das Abklingen der Wirbelströme repräsentiert, ist die Spannung an den Empfangsspulen, deren Amplitude A (in Volt, V) als Funktion der Zeit ausgewertet wird, nachdem der Strom und das zugeordnete elektromagnetische Feld beim Abfallen des Impulses ausgeschaltet worden ist. Fig. 7 zeigt ein doppelt-logarithmisches Diagramm, in welchem die Amplituden A (in V) von sechs Wirbelstromabklingkurven über der Zeit t (in Millisekunden, ms) aufgetragen sind. Die Wirbelstromabklingkurven wurden erhalten, indem eine entsprechende Wirbelstromsonde an Stahlbehälterwänden unterschiedlicher Dicken angewendet wurde. Die Kurven a, b, c, d, e und f zeigen das Abklingen für Wände mit einer Dicke von 2, 4, 6, 8, 10 bzw. 12 mm. Die Anfangsteile der Kurven nähern sich geraden Linien in dem doppelt-logarithmischen Diagramm. Die Anmelderin hat gefunden, daß es eine lineare Beziehung zwischen der Wanddicke und der Zeit gibt, die für das Abklingen des Wirbelstromes von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert verstreicht, beispielsweise von 1 V auf 0,05 V. Diese lineare Beziehung wird in der vorliegenden Erfindung verwendet, um die Dicke einer unbekannten Wand zu messen.
Die Kurven von Fig. 7 werden dazu verwendet, um die Konstanten in der linearen Beziehung zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird die Wanddicke als Funktion der Zeit aufgetragen, welche für ein Abklingen des Wirbelstromes von 1 V auf 0,5 V verstrichen ist, und dies ist in Fig. 8 gezeigt.
In Fig. 8 ist die im wesentlichen lineare Beziehung zwischen der Wanddicke Wt (in mm) und der Zeit ti (in ms) gezeigt, die verstrichen ist, bis die Kurven der Fig. 7 von 1 V auf eine ausgewählte Größe von 0,05 V abgeklungen sind. Die angegebenen Punkte entsprechen den Messungen, die zu den Kurven a, b, c, d, e, f von Fig. 7 gehören. Die Beziehung ist Wt = (ti - A)/B; wobei A und B Kalibrierungskonstanten sind, die aus der linearen Kalibrierungskurve von Fig. 8 bestimmt werden.
Die Wirbelstromsonde kann kalibriert werden, indem die Größe von A so eingestellt wird, daß Variationen in der Permeabilität, der Temperatur und der Wandkrümmung kompensiert werden. Eine einzige Messung an einem Ort mit einer bekannten Wanddicke ist ausreichend, um die Größe von A zu finden. Kleine Schwankungen in der Größe von B können zu Abweichungen in den Wanddickenmessungen von etwa 10% (oder etwa 1 mm) führen. Eine solche Genauigkeit ist für die Detektion von Korrosion unter einer Schicht Isolationsmaterial ausreichend.
Es wird nun auf Fig. 9 Bezug genommen. Es wurde gefunden, daß zumindest nach einer anfänglichen Zeitspanne nach dem Ende des letzten Senderstromimpulses die Auswirkung eines Abstandes zwischen der Wirbelstromempfangseinrichtung und der Wand aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aufgrund eines Abhebens oder einer Schicht aus Isolationsmaterial, ein vertikaler Versatz der Kurve in dem doppelt-logarithmischen Diagramm ist. Dieser Effekt ist in Fig. 9 für eine Messung an einer 8 mm dicken Stahlplatte gezeigt, die mit einem 1 mm-Aluminiummantel und einer Isolationsschicht zwischen der Stahlplatte und dem Aluminiummantel versehen ist, wobei die Isolationsschicht eine Dicke von 20, 40, 80 bzw. 100 mm für die Kurven g, h, i bzw. j hat. Die Kurve k bezieht sich auf eine Messung an einer Stahlplatte ohne eine Isolationsschicht oder einen Mantel.
Der Abstand wird bei der Messung berücksichtigt, indem die Kurve in dem doppelt-logarithmischen Diagramm so vertikal versetzt wird, daß die Größe des Signales ihren ersten Wert, z. B. 1 V, bei einer ausgewählten Zeit, z. B. zwischen 10 und 20 ms, bevorzugt 15 ms, nach dem Ende eines Senderstromimpulses hat. Durch Berücksichtigen des Abstandes auf diese Weise haben die Signalabklingkurven einen gemeinsamen Schnittpunkt. Dies ist beispielsweise in Fig. 7 gezeigt, wo die Signalabklingkurven vertikal versetzt worden sind, so daß sie einen gemeinsamen Schnittpunkt zur Zeit = 15 ms nach dem Ende des letzten Impulses haben.
Die Auswirkung des Aluminiummantels, welcher die Isolationsschicht umgibt, ist eine Veränderung der Amplitude und Verzögerung des Signales, wenn das elektromagnetische Feld den Mantel durchdringt. Amplitudenänderungen beeinträchtigen nicht die Wanddickenmessung, weil sie durch die Amplitudenmessung kompensiert werden, die verwendet wird, um den Schnittpunkt der Kurven einzustellen (auf 15 ms in obigem Beispiel). Die Signalverzögerung tritt aufgrund der Diffusion der im Mantel erzeugten Wirbelströme auf. Die Verzögerung beträgt jedoch nur einige wenige Millisekunden, abhängig vom Mantelmaterial, und die Steigung der Signalabklingkurve wird durch die Anwesenheit des Mantels kaum beeinträchtigt. Die Verzögerung kann kompensiert werden, indem die Größe von B eingestellt wird, beispielsweise durch Sicherstellen, daß während der Kalibrierung ein Mantel vorhanden ist. Andere Einflüsse des Mantels, beispielsweise aufgrund von Überlappungen, Dellen oder Schrauben, treten alle bei relativ frühen Zeiten auf, d. h. vor 15 ms nach dem Ende des letzten Impulses. Daher beeinträchtigen diese Einflüsse keine Wanddickenmessungen, bei denen das Meßzeitintervall 15 ms nach dem Ende des letzten Impulses beginnt.
Die Erfindung kann bei Objekten aus elektrisch leitfähigem Material verschiedenster Strukturen angewandt werden, beispielsweise der Wand eines Rohres, das mit Isolationsschichten ausgestattet ist, oder der Wand eines Speichertanks. In dem Fall, daß die Bodenwand eines großen Speichertankes (z. B. zur Öllagerung) geprüft werden soll, kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung beispielsweise gegen die Unterseite des Bodens gehalten werden, indem zunächst ein im wesentlichen horizontales Loch im Boden unter dem Tank gegraben wird und anschließend die Vorrichtung durch das Bohrloch und gegen den Boden des Tanks bewegt wird.
Darüber hinaus ist die Erfindung besonders interessant für eine Anwendung bei Gefäßen, Schiffen, Rohren und Platten, die mit einer Schicht aus nicht-leitfähigem Material ausgestattet sind, wie Bitumen oder Epoxidharz. Die Beschichtung beeinträchtigt eine Prüfung mittels herkömmlicher Techniken (z. B. Ultraschall oder visuell). Auch Anwendungen mit extrem hohen oder tiefen Temperaturen einer zu prüfenden Wand, welche die Anwendung herkömmlicher Techniken ausschließen, die einen direkten Kontakt mit der Wand erfordern, sind von Interesse, weil mit der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Sonde kein direkter Kontakt mit einer solchen Wand erforderlich ist.

Claims

1. Verwendung einer Vorrichtung (9) zum Prüfen einer Wand (2) aus elektrisch leitfähigem Material mit einer nahen Oberfläche (17), welche Vorrichtung (9) einen Sender für ein nicht-statisches Signal zum Erzeugen eines elektromagnetisches Feldes in der Wand (2) aufweist, und einen Empfänger zum Messen der Änderungen des Wirbelstromes, der durch das nicht-statische elektromagnetische Feld erzeugt wird, und zum Erzeugen eines Signales, welches das Abklingen des Wirbelstromes repräsentiert, wobei der Sender für das nicht-statische Signal zumindest zwei seitlich voneinander beabstandete Emitter (11, 12; 4142; 50, 52, 54, 56; 60, 62, 64, 66, 68, 70) zum Aussenden eines elektrischen Feldes aufweist, zwischen denen ein verhältnismäßig kleiner Spalt (16) ist, wobei die Emitter (11, 12; 4142; 50, 52, 54, 56; 60, 62, 64, 66, 68, 70) durch eine oder mehrere Spulen gebildet und im normalen Betrieb so gespeist sind, daß die Ströme in Paaren voneinander seitlich beabstandeter Emitter (11, 12; 4142; 50, 52, 54, 56; 60, 62, 64, 66, 68, 70) in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger zumindest zwei Empfangsspulen (20, 22) aufweist, die zum Empfang des elektromagnetischen Feldes angeordnet sind, welches durch den Wirbelstrom in der Wand (2) erzeugt wird, daß jedes Paar von Empfangsspulen (20, 22) so angeordnet ist, daß die zentralen Längsachsen (13, 14) der Sendespulen (11, 12) und die zentralen Längsachsen (23, 24) der Empfangsspulen (20, 22) zueinander parallel sind, und daß die Größe der Empfangsspule (20, 22) kleiner als die Größe der korrespondierenden Sendespulen (11, 12) ist.

2. Verwendung nach Anspruch 1, bei welcher der Sender für das nicht-statische Signal zumindest ein paar seitlich voneinander beabstandeter Sendespulen (11, 12; 41, 42) aufweist, die im normalen Betrieb im wesentlichen parallel zur nahen Oberfläche (17) der Wand (2) angeordnet werden.

3. Verwendung einer Vorrichtung (9) zum Prüfen einer Wand (2) aus elektrisch leitfähigem Material mit einer nahen Oberfläche (17), welche Vorrichtung (9) einen Sender für ein nicht-statisches Signal zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes in der Wand (2) aufweist, und einen Empfänger zum Messen der Änderungen des Wirbelstromes, der durch das nicht-statische elektromagnetische Feld erzeugt wird, und zum Erzeugen eines Signales, welches das Abklingen des Wirbelstromes repräsentiert, wobei der Sender für das nicht-statische Signal zumindest zwei seitlich voneinander beabstandete Emitter (11, 12; 41, 42; 50, 52, 54, 56; 60, 62, 64, 66, 68, 70) zum Aussenden eines elektromagnetischen Feldes aufweist, zwischen denen ein verhältnismäßig kleiner Spalt (16) ist, welche Emitter (11, 12; 41, 42; 50, 52, 54, 56; 60, 62, 64, 66, 68, 70) durch eine oder mehrere Spulen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte (59) der Sendespulen (60, 62, 64, 66, 68, 70) auf einem Halbkreisbogen (71) liegen, der im normalen Betrieb in einer Ebene senkrecht zur nahen Oberfläche (17) der Wand (2) liegt, und wobei die Sendespulen (60, 62, 64, 66, 68, 70) im wesentlichen senkrecht zum Bogen angeordnet sind.

4. Verwendung nach Anspruch 3, bei welcher ein halbkreisförmiger Stab aus ferromagnetischem Material in den Sendespulen liegt.

5. Verwendung nach Anspruch 1, bei welcher die seitlich voneinander beabstandeten Emitter aus einer Spule in Form der Ziffer Acht bestehen, welche im normalen Betrieb im wesentlichen parallel zur nahen Oberfläche (17) der Wand (2) liegt.

6. Verwendung einer Vorrichtung (9) zum Prüfen einer Wand (2) aus elektrisch leitfähigem Material mit einer nahen Oberfläche (17), welche Vorrichtung (9) einen Sender für ein nicht-statisches Signal zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes in der Wand (2) aufweist und einen Empfänger zum Messen der Änderungen des Wirbelstromes, der durch das nicht-statische elektromagnetische Feld erzeugt wird, und zum Erzeugen eines Signales, welches das Abklingen des Wirbelstromes repräsentiert, wobei der Sender für das nicht-statische Signal zumindest zwei seitlich voneinander beabstandete Emitter (11, 12; 41, 42; 50, 52, 54, 56; 60, 62, 64, 66, 68, 70) zum Aussenden eines elektromagnetischen Feldes aufweist, zwischen denen ein verhältnismäßig kleiner Spalt (16) ist, welche Emitter (11, 12; 41, 42; 50, 52, 54, 56; 60, 62, 64, 66, 68, 70) durch eine oder mehrere Spulen gebildet und im normalen Betrieb so gespeist sind, daß die Ströme in Paaren seitlich voneinander beabstandeter Emitter (11, 12; 41, 42; 50, 52, 54, 56; 60, 62, 64, 66, 68, 70) in entgegengesetzten Richtungen fließen, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger eine Empfangsspule (46) aufweist, die zwischen den Sendespulen (41, 42) liegt, wobei die zentrale Längsachse (47) der Empfangsspule (46) senkrecht zu den zentralen Längsachsen (43, 44) der Sendespulen (41, 42) verläuft.

7. Verwendung nach Anspruch 1, bei welcher der Empfänger zumindest ein Paar von Empfangsspulen (20, 22) aufweist, mit einer ersten Empfangsspule (20) und einer zweiten Empfangsspule (22), die im normalen Betrieb auf beiden Seiten des Spaltes (16) liegen.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher jede Empfangsspule (20, 22) zwischen den Sendespulen (11, 12) und der Wand (2) liegt.

9. Verfahren zum Messen einer Dicke eines Objektes aus elektrisch leitfähigem Material, wobei das Verfahren das Induzieren eines gepulsten Wirbelstromes in dem Objekt umfaßt, das Bestimmen des Abklingens des Wirbelstromes und das Erzeugen eines Signales, welches das Abklingen repräsentiert, und das Bestimmen der Dicke des Objektes aus dem Signal, wobei der Schritt des Bestimmens der Dicke des Objektes aus dem Signal das Auswählen eines ersten Wertes und eines zweiten, kleineren Wertes der Amplitude des Signales umfaßt, das Messen der Länge des Zeitintervalles, in welchem das Signal von dem ersten Wert auf den zweiten Wert abklingt, und das Bestimmen der Dicke (Wt) des Objektes aus der Länge des Zeitintervalles (ti) nach der folgenden Gleichung: Wt = (ti - A)/B, wobei A und B vorbestimmte Kalibrierungskonstanten sind.