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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wirbelstrominspektionssysteme
zum Detektieren fehlerhafter Stellen in elektrisch leitenden Artikeln, und
insbesondere eine von Hand zu haltende Sonde für ein Wirbelstrominspektionssystem.
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Aus
dem Stand der Technik ist die Verwendung von Wirbelstrominspektionssystemen
bekannt, die Wirbelströme
benutzen, um zerstörungsfrei
auf das Vorhandensein von an der Oberfläche oder nahe der Oberfläche befindlichen
fehlerhaften Stellen oder Defekten in elektrisch leitenden Objekten
zu testen. Solche Inspizierungssysteme verwenden gewöhnlich runde
Wirbelstromsonden, die jeweils eine Wirbelstromtreiberspule und
eine Wirbelstrommessspule enthalten, die auf derselben Spule basieren
können oder
auch nicht. Allerdings ist eine Wirbelstromsonde bekannt, die zahlreiche,
individuell erfasste, im Wesentlichen identische, nachgiebige Wirbelstrommessspulen
in einer mehrere Zeilen und mehrere versetzte Spalten aufweisenden
rechteckigen Matrix enthält,
wobei jede Messspule eine rechteckige Gestalt mit einem Längen-Breiten-Verhältnis von
im Wesentlichen zwei aufweist. Optimale Effizienz der Wirbelstrommessspulen
tritt auf, wenn die Sensoren in unmittelbarer Berührung mit
einem zu untersuchenden Abschnitt angeordnet sind. Um konsistente
und wiederholbare Untersuchungsergebnisse mit einem ausreichenden
Signal/Rausch-Verhältnis
zu erzeugen, ist ein gleichmäßiger Druck
erforderlich. Daher sind gekrümmte
Flächen
(d.h. stetig wechselnde konkave und konvexe Flächen mit abgerundeten Ecken)
für Wirbelstrom
verwendende Fehlstellenerfassungssysteme problematisch. Eine bekannte
Lösung
verwendet ein komprimiertes Gas, das einen kontrol lierten Druck
auf die Rückseite
einer nachgiebigen Wirbelstrommessspulenmatrix in einer Wirbelstromsonde
ausübt,
die durch ein mehrachsiges mechanisches Steuerungssystem gesteuert
wird, um die Sonde präzise über einen
zu inspizierenden Abschnitt zu führen.
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Eine
aufblasbare Wirbelstromuntersuchungssonde wird in dem Patent
US 4 303 884 A erläutert. Eine
Wirbelstromsonde mit einer elastischen Membrane, die dazu dient,
mit der untersuchten Oberfläche
in Berührung
zu kommen ist in dem Patent
US
5 442 286 A offenbart.
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Es
besteht ein Bedarf nach einer Wirbelstromsonde, die kostengünstig ist,
sich mit der Hand führen
lässt,
autonom einen gleichmäßigen Druck gegen
eine gerade oder gleichmäßig gekrümmte Fläche ausübt, und
die im Wesentlichen dieselbe oder eine bessere Empfindlichkeit aufweist,
wie bzw. als eine herkömmliche
Sonde, die mit einem mechanischen Positionssteuerungssystem verbunden
ist.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Wirbelstromsonde geschaffen, zu der gehören: a) ein Trägerelement;
b) ein im Wesentlichen toroidförmiges
erstes nachgiebiges Element mit einer im Wesentlichen länglichen
Achse und einer Außenfläche, wobei
die Außenfläche einen
im Wesentlichen radial nach innen weisenden Abschnitt, der eine
Bohrung umgibt, einen im Wesentlichen radial nach außen weisenden Abschnitt,
sowie im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnete
erste und zweite seitliche Abschnitte aufweist, die jeweils mit
dem radial nach innen weisenden Abschnitt und dem radial nach außen weisenden
Abschnitt verbunden sind, und wobei der erste seitliche Abschnitt
mit dem Trägerelement
in Berührung
steht; c) eine elastische Membrane, die sich weit gehend über die
gesamte Bohrung erstreckt und einander gegenüberliegende erste und zweite
Flächen
aufweist, wobei die erste Fläche
den zweiten seitlichen Abschnitt berührt und nicht an dem radial nach
innen weisenden Abschnitt der Außenfläche des ersten nachgiebigen
Elements angebracht ist; d) ein zweites nachgiebiges Element mit
einem Elastizitätskoeffizienten,
der größer als
der Elastizitätskoeffizient
des ersten nachgiebigen Elements ist, wobei das zweite nachgiebige
Element in der Bohrung angeordnet ist und nicht an dem ersten nachgiebigen Element
angebracht ist, sowie einander im Wesentlichen gegenüberliegende
erste und zweite Seiten aufweist, und wobei die erste Seite mit
der zweiten Oberfläche
der elastischen Membrane in Berührung steht;
und e) eine elastische Wirbelstrommessspule, die über einen
Abschnitt der zweiten Seite des zweiten nachgiebigen Elements liegt.
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Vorzugsweise
ist die Wirbelstrommessspule die einzige Wirbelstrommessspule, die über der
zweiten Seite des zweiten nachgiebigen Elements liegt, und eine
derartige Spule weist eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt mit
einer Längsachse
und einem Längen/Breiten-Verhältnis von
wenigstens drei auf.
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In
einer exemplarischen Verwirklichung ist das Trägerelement eine Grundplatte,
die Wirbelstrommessspule ist drehbar an der Grundplatte angebracht
und ist im Wesentlichen um die Längsachse des
ersten nachgiebigen Elements drehbar, und die Sonde enthält ferner
eine Anordnung, die dazu dient, den Drehwinkel der Längsachse
der Wirbelstrommessspule um die Längsachse relativ zu einer bezüglich der
Grundplatte festgelegten Referenzrichtung zu erfassen.
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Vorzugsweise
enthält
die Sonde ferner einen an der Grundplatte angebrachten Signalvorverstärker, wobei
dieser auf diese Weise sich naturgemäß in der Nähe der Wirbelstrommessspule
befindet.
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Einige
nützliche
und vorteilhafte Eigenschaften leiten sich aus der Erfindung ab.
Die erfindungsgemäße Wirbelstromsonde
ermöglicht
es einem Anwender, die Sonde von Hand zu führen, und erlaubt es der Sonde,
einen im Wesentlichen konstanten Druck auf die Rückseite der flexiblen Wirbelstrommessspule
auszuüben,
der im Wesentlichen von dem veränderlichen
Druck entkoppelt ist, den der Benutzer einsetzt, um die Sonde gegen
die untersuchte Oberfläche
anzulegen und sie entlang der Oberfläche zu bewegen, wobei dies
alles ohne die Erfordernis kostspieliger mehrachsiger mechanischer
Steuerungssysteme und komplizierter Druckgasfördereinrichtungen erreicht
wird. Die bevorzugte schmale rechteckig gestaltete einzige Wirbelstrommessspule bietet
den gleichen Untersuchungsüberstreichungsbereich
wie bekannte, mehrere Spulen aufweisende Systeme. Die bevorzugte
drehbare Spule ermöglicht es,
die Sonde bequem längs
einer Richtung zu bewegen, während
die Wirbelstrommessspule längs
einer anderen Richtung ausgerichtet ist, was den Nachweis von Fehlstellen
ermöglicht,
die durch herkömmliche
Wirbelstrom- Fehlstellenerfassungstechniken nicht so leicht zu erfassen
sind. Die bevorzugte Position eines Signalvorverstärkers verbessert
den Signal/Rausch-Abstand gegenüber
bekannten Wirbelstrominspektionssystemen.
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Die
Erfindung wird nun exemplarisch mit Bezug auf die Zeichnungen eingehender
beschrieben:
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1 zeigt
in einer schematischen geschnittenen Seitenansicht ein erstes bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde,
die ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des ersten nachgiebigen Elements enthält;
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2 zeigt
eine Unteransicht der Wirbelstromsonde nach 1 längs der
Schnittlinien 2-2 nach 1;
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3 zeigt
in einer schematischen geschnittenen Seitenansicht ein zweites bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
des ersten nachgiebigen Elements (wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Querschraffur
verzichtet ist) sowie benachbarte Elemente der erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde;
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4 zeigt
eine Ansicht wie in 3, allerdings eines dritten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
des ersten nachgiebigen Elements sowie benachbarte Elemente der
erfindungsgemäßen Sonde;
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5 zeigt
eine Ansicht wie in 3, jedoch eines vierten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
des ersten nachgiebigen Elements sowie benachbarte Elemente der
erfindungsgemäßen Sonde;
und
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6 zeigt
eine Ansicht wie in 1, allerdings lediglich eines
Abschnitts eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wirbelstromsonde.
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Mit
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleichartige Bezugszeichen
gleichartige oder entsprechende Teile bezeichnen, zeigen 1 und 2 ein
erstes bevorzugtes Aus führungsbeispiel der
Wirbelstromsonde 10 der Erfindung. Zu beachten ist, dass
ein Wirbelstrominspektionssystem von der Wirbelstromsonde 10 stammende
Signale verarbeitet und auf einem Display anzeigt, wobei die Verarbeitung
und Anzeige derartiger Signale im Stand der Technik gut bekannt
sind und nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind. Die Wirbelstromsonde 10 der
Erfindung enthält
ein Trägerelement 12,
ein im Wesentlichen toroidförmiges
erstes nachgiebiges Element 14, eine elastische Membrane 16,
ein zweites nachgiebiges Element 18 und eine nachgiebige
Wirbelstrommessspule 20. Typischerweise enthält die Sonde 10 ferner,
wie für
den Fachmann einsichtig, eine (in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassene)
nachgiebige Wirbelstromtreiberspule.
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Das
Trägerelement 12 basiert
vorzugsweise auf einer Kunststoffgrundplatte 22 mit einander
gegenüberliegenden
ersten und zweiten Flächen 24 und 26.
Allerdings kann das Trägerelement 12 auch eine
beliebige andere Form aufweisen. Ein bevorzugter Werkstoff für das Trägerelement 12 ist
Kunststoff.
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Das
im Wesentlichen toroidförmige
erste nachgiebige Element 14 weist einen ersten Elastizitätskoeffizienten,
eine im Wesentlichen längliche Achse 28 und
eine Außenfläche 30 auf.
Zu der Außenfläche 30 gehören: ein
im Wesentlichen radial nach innen weisender Abschnitt 32,
der eine Öffnung 33 umgibt,
ein im Wesentlichen radial nach außen weisender Abschnitt 34 und
im Wesentlichen einander gegenüberliegend
angeordnete erste und zweite seitliche Abschnitte 36 und 38,
die jeweils mit dem radial nach innen weisenden Abschnitt 32 und
dem radial nach außen
weisenden Abschnitt 34 verbunden sind. Der erste seitliche
Abschnitt 36 steht in Berührung mit dem Trägerelement 12.
Vorzugsweise berührt
der erste seitliche Abschnitt 36 der Außenfläche 30 des ersten
nachgiebigen Elements 14 die ersten Fläche 24 der Grundplatte 22 und
ist daran angebracht. In einem in 1 gezeigten
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das erste nachgiebige Element 14 ein einzelner monolithischer
Ring aus einem nachgiebigen Material, beispielsweise, jedoch ohne
darauf beschränkt
zu sein, (bei Raumtemperatur vulkanisierendes) RTV-(Room Temperature
Vulcanizing)-Silikon.
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In
einem in 3 gezeigten zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
gehören
zu dem ersten nachgiebigen Element 114: ein Gelring 140,
der im Wesentlichen koaxial zu der Längsachse 28 angeordnet
ist und an der ersten Fläche 24 der
Grundplatte 22 angebracht ist; ein Schaumring 142,
der im Wesentlichen koaxial zu der Längsachse 28 angeordnet ist
und in Längsrichtung
an dem Gelring 140 befestigt ist; und ein ringförmiger Gummikontaktschild 144, der
im Wesentlichen koaxial zu der Längsachse 28 angeordnet
und in Längsrichtung
an dem Schaumring 142 befestigt ist. Der Schaumring 142 ist
in Längsrichtung
zwischen dem Gelring 140 und dem ringförmigen Gummikontaktschild 144 angeordnet. Zu
beachten ist, dass der Gelring 140, der Schaumring 142 und
der ringförmige
Gummikontaktschild 144 im Wesentlichen konzentrisch sind.
Vorzugsweise basiert der Gelring 140 im Wesentlichen auf RTV-Silikon,
der Schaumring 142 besteht im Wesentlichen aus Neoprenschaumgummi,
und der ringförmige
Gummikontaktschild 144 basiert im Wesentlichen auf Schaumgummi.
Der ringförmige
Gummikontaktschild 144 sorgt für Verschleißfestigkeit, der Gelring 140 (der
in jedem Fall nachgiebiger als der Schaumring 142 ist)
ermöglicht
es dem ersten nachgiebigen Element 114, sich besser an
die (in 1 gezeigte) zu untersuchende
Fläche 45 anzupassen,
und der Schaumring 142 bietet die grundlegende mechanische
Stütze
für die
nachgiebige Abstandsentfernung der Grundplatte 22 von der
zu untersuchenden Oberfläche 45.
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In
einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Geometrie des Gelrings 240 und des Schaumrings 242,
die gemeinsam mit dem ringförmigen
Gummikontaktschild 144 das erste nachgiebige Element 214 bilden,
wie in 4 gezeigt umgruppiert. Im vorliegenden Fall ist
der Schaumring 242 im Wesentlichen koaxial zu der Längsachse 28 angeordnet
und an dem Gelring 240 radial befestigt. Der Innendurchmesser
des Schaumrings 242 ist im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser
des Gelrings 240. Eine derartige Konstruktion wird sich
besser an eine zu untersuchende Fläche 45 anpassen, die
eine konkave Form aufweist.
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In
einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Geometrie des Gelrings 340 und des Schaumring 342,
die gemeinsam mit dem ringförmigen
Gummikontaktschild 144 das erste nachgiebige Element 314 bilden,
wie in 5 gezeigt umgruppiert. Der Außendurchmesser des Schaumrings 342 ist
im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Gelrings 340.
Eine derartige Konstruktion wird sich besser an eine zu untersuchende
Fläche 45 anpassen,
die eine konvexe Form aufweist.
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Die
elastische Membrane 16 erstreckt sich im Wesentlichen über die
gesamte Öffnung 33 und weist
einander gegenüberliegende
erste und zweite Oberflächen 46 und 48 auf.
Die erste Oberfläche 46 steht
in Berührung
mit dem zweiten seitlichen Abschnitt 38 der Außenfläche 30 des
ersten nachgiebigen Elements 14 und ist nicht an dem radial
nach innen weisenden Abschnitt 32 der Außenfläche 30 des ersten
nachgiebigen Elements 14 befestigt. In einer exemplarischen
Konstruktion ist die erste Oberfläche 46 der elastischen
Membrane 16 an dem zweiten seitlichen Abschnitt 38 der
Außenfläche 30 des
ersten nachgiebigen Elements 14 angebracht. Bevorzugt ist
die elastische Membrane 16 ebenfalls an der Grundplatte 22 angebracht.
Vorzugsweise basiert die elastische Membrane 16 im Wesentlichen
auf Latexgummi. Wenn das erste nachgiebige Element 114, wie
in 3 gezeigt, den ringförmigen Gummikontaktschild 144 enthält, ist
in der exemplarischen Konstruktion die erste Oberfläche 46 der
elastischen Membrane 16 an dem ringförmigen Gummikontaktschild 144 befestigt.
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Das
zweite nachgiebige Element 18 weist einen zweiten Elastizitätskoeffizienten
auf, der größer ist
als der erste Elastizitätskoeffizient
des ersten nachgiebigen Elements 14. Das zweite nachgiebige Element 18 ist
in der Öffnung 33 angeordnet,
ist nicht an dem ersten nachgiebigen Element 14 angebracht und
weist im Wesentlichen einander gegenüberliegende erste und zweite
Seiten 50 und 52 auf. Zu beachten ist, dass die
erste Seite 50 des zweiten nachgiebigen Elements 18 mit
der zweiten Oberfläche 48 der
elastischen Membrane 16 in Berührung steht.
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Die
nachgiebige Wirbelstrommessspule 20 liegt über einem
Abschnitt der zweiten Seite 52 des zweiten nachgiebigen
Elements 18. Vorzugsweise ist die Wirbelstrommessspule 20 die
einzige Wirbelstrommessspule, die über der zweiten Seite 52 des zweiten
nachgiebigen Elements 18 liegt. In einer bevorzugten Konstruktion
weist die Wirbelstrommessspule 20 eine im Wesentlichen
rechteckige Gestalt mit einer Längsachse 54 und
einem Längen-Breiten-Verhältnis von
wenigstens drei (und vorzugsweise von wenigstens sechs) auf. Zu
beachten ist, dass die bevorzugte in Form eines schmalen Rechtecks gestaltete
einzige Wirbelstrommessspule 20 den gleichen Untersuchungsüberstreichungsbereich
ermöglicht,
wie bekannte Systeme, die mehrere Spulen aufweisen. Im Zusammenhang
mit einer derartigen bevorzugten Konstruktion ist es gewünscht, dass
das zweite nachgiebige Element 18 eine im Wesentlichen elliptische
Gestalt aufweist, mit einer Hauptachse, die im Wesentlichen parallel
zu der Längsachse 54 der
Wirbelstrommessspule 20 ausgerichtet ist. Allerdings kann
die Wirbelstrommessspule 20 eine beliebige Geometrie aufweisen
oder sogar auf einer beliebigen Kombination von beabstandeten elektrisch
verbundenen Sub-Spulen basieren.
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Vorzugsweise
ist die Wirbelstrommessspule 20 drehbar an der Grundplatte 22 angebracht
und ist im Wesentlichen um die Längsachse 28 drehbar.
Im Falle einer drehbaren Wirbelstrommessspule 20 ist es
gewünscht,
dass die Wirbelstromsonde 10 auch ein Mittel enthält, um den
Drehwinkel der Längsachse 54 der
Wirbelstrommessspule 20 um die Längsachse 28 relativ
zu einer bezüglich
der Grundplatte 22 festgelegten Referenzrichtung zu erfassen.
Vorzugsweise weisen derartige Mittel, wie in 2 gezeigt,
auf der ersten Fläche 24 der
Grundplatte 22 Winkelmarkierungen auf. Andere derartige
Mittel basieren auf einem digitalen Auslesen derartiger Winkel und
dergleichen, wie es dem Fachmann bekannt ist. Die Anmelder der Erfindung
haben entdeckt, dass sich gewisse Fehlstellen mit der Wirbelstrommessspule 20 leichter
erfassen lassen, wenn diese gegenüber der über die zu untersuchende Fläche 45 verlaufenden
Bewegungsrichtung der Wirbelstromsonde 10 um einen Winkel
versetzt ist.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gehört zu der
Wirbelstromsonde 10 ferner ein nachgiebiger Polyimidfilm 56,
der mit nachgiebigen elektrischen Anschlussleitungen 58 und 60 versehen
ist. Die Wirbelstrommessspule 20 ist in dem Polyimidfilm 56 angeordnet
und ist mit den elektrischen Anschlussleitungen 58 und 60 verbunden.
In einer gewünschten
Konstruktion ist der Polyimidfilm 56 an der Grundplatte 22 angebracht
(und zwar vorzugsweise drehbar befestigt).
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In
einer exemplarischen Verwirklichung enthält die Wirbelstromsonde 10 ferner
ein Polyamide-Netzgewebe 62, das über dem Polyimidfilm 56 liegt.
Es ist das Polyamide-Netzgewebe 62,
das tatsächlich
mit der zu untersuchenden Fläche 45 in
Berührung
steht. Das Polyamide-Netzgewebes 62, das sich problemlos
austauschen lässt,
dient dazu, den Berührungsverschleiß mit der
zu untersuchenden Fläche 45 aufzunehmen.
Zu beachten ist, dass für diesen
Zweck auch ein Teflon®-Band verwendet werden
kann.
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In
einer bevorzugten Konstruktion enthält die Wirbelstromsonde 10 zusätzlich einen
Signalvorverstärker 64,
der an der zweiten Fläche 26 der
Grundplatte 22 befestigt und mit der Wirbelstrommessspule 20 elektrisch
verbunden ist. Hierdurch ist der Signalvorverstärker 64 im Gegensatz
zu herkömmlichen Wirbelstrominspektionssystemen
naturgemäß in Nähe der Wirbelstrommessspule 20 angeordnet.
Die im Wesentlichen benachbarte Anordnung des Signalvorverstärkers 64 und
der Wirbelstrommessspule 20 verbessert den Signal/Rausch-Abstand
und erleichtert dementsprechend die Entdeckung von Fehlstellen.
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Zu
beachten ist, dass die oben beschriebene Wirbelstromsonde 10 es
einem Anwender ermöglicht,
die Sonde 10 von Hand zu führen und es der Sonde erlaubt
einen im Wesentlichen konstanten Druck auf die Rückseite der elastischen Wirbelstrommessspule 20 auszuüben, der
im Wesentlichen von dem veränderlichen
Druck entkoppelt ist, den der Benutzer einsetzt, um die Sonde 10 gegen
die zu untersuchende Fläche 45 anzulegen
und die Sonde 10 entlang der Fläche zu bewegen. Falls gewünscht, kann
die Sonde 10 durch ein mechanisches Steuerungssystem bewegt
werden, jedoch basiert ein bevorzugter Betriebsmodus auf einer Bewegung
der Sonde 10 von Hand. Aus Gründen der Stabilität kann eine
Spannvorrichtung genutzt werden, um die von Hand ausgeführte Bewegung
der Sonde zu führen. 1 zeigt
zusätzlich
ein an eine Hand anpassbares Kunststoffgehäuse 66, das die zweite
Fläche 26 der Grundplatte 22 bedeckt,
und ein Kabel 68, das zu den Signalverarbeitungs- und Bildanzeigeabschnitten
des Wirbelstrominspektionssystems führt, wobei derartige sonstige
Abschnitte in den Zeichnungen nicht gezeigt sind.
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Bei
Würdigung
der zuvor beschrieben speziellen Ausführungsform der Wirbelstromsonde 10 wird der
Fachmann verstehen, dass die grundlegende Erfindung in einem weiteren
Sinne (unter Verwendung von Begriffen, die zuvor beschriebene Sondenkomponenten
beinhalten) als eine Sonde wie die Wirbelstromsonde 10 beschrieben
ist, zu der ein Trägerelement 12,
das in Nähe
einer Fläche 45 eines
auf Fehlstellen zu untersuchenden Objekts zu bewegen ist, und erste
Mittel gehören,
die dazu dienen, zwischen dem Trägerelement 12 und
der Fläche 45 eine
Abstandsentfernung zu erzeugen, wenn das Trägerelement 12 in Nähe der Fläche 45 bewegt
wird. Das erste Mittel befindet sich mit der Fläche 45 und dem Trägerelement 12 in
Berührung,
wenn das Trägerelement 12 in
Nähe der
Fläche 45 bewegt
wird. Eine solche nahe Bewegung beinhaltet eine nahe Bewegung unmittelbar
in Richtung der Oberfläche 45 und
beinhaltet zusätzlich
vorzugsweise auch eine nahe Bewegung über die Fläche 45. Vorzugsweise
enthält
ein derartiges erstes Mittel das zuvor beschriebene erste nachgiebige
Element 14, den aufliegenden Abschnitt der zuvor beschriebenen
elastischen Membrane 16 und den aufliegenden Abschnitt
des zuvor beschrieben Polyamide-Netzgewebes 62. Andere
derartige erste Mittel basieren auf einem oder mehreren beliebig
gestalteten starren und/oder nachgiebigen Blockelement(en), wobei
die Elastizität
durch Federn, Gabe, Flüssigkeiten,
Elastomere, usw. vorgesehen sein kann.
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Die
allgemeiner beschriebene Sonde 10 enthält ferner zweite Mittel, die
dazu dienen auf die Fläche 45 eine
vorbestimmte Kraft auszuüben,
wenn das erste Mittel mit der Fläche 45 in
Berührung
steht. Das gesamte zweite Mittel ist in Nähe des Trägerelements 12 angeordnet
und wird in Nähe
der Fläche 45 bewegt,
wenn das Trägerelement 12 in
Nähe der
Fläche 45 bewegt
wird. Das zweite Mittel befindet sich in Berührung mit der Fläche 45,
wenn das erste Mittel mit der Fläche 45 in
Berührung
steht. Die vorbestimmte Kraft ist im Wesentlichen von jeder Kraft
entkoppelt, die auf die Fläche 45 durch
das erste Mittel ausgeübt
wird, wenn das erste Mittel mit der Fläche 45 in Berührung steht.
Das zweite Mittel enthält
einen nachgiebigen Sensor (beispielsweise die nachgiebige Wirbelstrommessspule 20),
die in Nähe
der Fläche 45 angeordnet
ist, wenn das erste Mittel mit der Fläche 45 in Berührung steht.
Vorzugsweise enthält ein
derartiges zweites Mittel ferner die zuvor beschriebene elastische
Membrane 16, das zuvor beschriebene zweite nachgiebige
Element 18, den zuvor beschriebenen nachgiebigen Polyimidfilm 56 und den überlappenden
Abschnitt des zuvor be schrieben Polyamide-Netzgewebes 62.
Ein anderes derartiges zweites Mittel enthält ferner einen mit Gas oder
Flüssigkeit
gefüllten
Balg, Federn, Elastomere, usw., die hinter der Wirbelstrommessspule 20 angeordnet sind,
nicht an dem ersten Mittel befestigt sind und an dem Trägerelement 12 angebracht
sind (oder in sonstiger Weise darauf beschränkt sind, in dessen Nähe zu verbleiben).
Wie für
den Fachmann einsichtig erzeugen solche beschriebene zweite Mittel
eine vorbestimmte und im Wesentlichen konstante Kraft, die im Wesentlichen
von jeder Kraft entkoppelt ist, die auf die Fläche 45 durch das erste
Mittel ausgeübt wird.
Die Wahl für
den nachgiebigen Sensor beinhaltet, ohne darauf beschränken zu
wollen, die zuvor beschriebene Wirbelstrommessspule 20,
ein ferroelektrisches Polymer, beispielsweise Poly(vinylidenfluorid)
für Ultraschallprüfverfahren,
zwei Kondensatorplatten zum Drucktesten, ein Thermoelement, und dergleichen,
sowie Kombinationen davon, wie für den
Fachmann einsichtig. Zu beachten ist, dass das zweite Mittel gewöhnlich auch
einen nachgiebigen Treiber (beispielsweise eine nachgiebige Wirbelstromtreiberspule)
beinhalten würde,
die in einigen Anwendungen zeitlich gestaffelt dieselbe Konstruktion
nutzen kann, wie der Sensor (wie es beispielsweise ein herkömmlicher
Sende-Empfangs-Wandler tut, der in gewissen Ultraschall-Anwendungen
verwendet wird).
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Die
folgende Beschreibung erläutert
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der allgemeiner beschriebenen Sonde 10. Das Trägerelement 12,
erste Mittel und zweite Mittel lassen sich gemeinsam von Hand führen. Das
zweite Mittel erzeugt die vorbestimmte Kraft ausschließlich durch
die Bewegung des Trägerelements 12 in
Nähe der
Fläche 45.
Das gesamte zweite Mittel ist innerhalb der Abstandsentfernung zwischen
dem Trägerelement 12 und
der Fläche 45 angeordnet,
wenn das erste Mittel mit der Fläche
in Berührung
steht. Das zweite Mittel ist nachgiebiger als das erste Mittel.
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Vorzugsweise
ist die Wirbelstrommessspule 20 die einzige Wirbelstrommessspule,
die in dem zweiten Mittel enthalten ist, und die Wirbelstrommessspule 20 weist
eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt mit einer Längsachse 54 und
einem Längen-Breiten-Verhältnis von
wenigstens drei (und vorzugsweise von wenigstens sechs) auf. Die
Wirbelstrommessspule 20 ist drehfest an dem Trägerelement 12 befestigt.
Die Sonde 10 enthält
ferner dritte Mittel, um den Drehwinkel der Längsachse 54 der Wirbelstrommessspule 20 relativ
zu einer bezüglich des
Trägerelements 12 festgelegten
Referenzrichtung zu erfassen. Ein solches drittes Mittel ist äquivalent
zu der zuvor beschriebenen Winkelmesseinrichtung. Die Sonde 10 enthält ferner
einen Signalvorverstärker 64,
der an dem Trägerelement 12 angebracht und
mit der Wirbelstrommessspule 20 elektrisch verbunden ist.
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In
einem in 6 gezeigten abgewandelten Ausführungsbeispiel
enthält
die Wirbelstromsonde 10':
ein Trägerelement 12'; ein im Wesentlichen
toroidförmiges
erstes nachgiebiges Element 14' mit einer im Wesentlichen longitudinalen
Achse 28';
ein zweites nachgiebiges Element 18'; eine nachgiebige Wirbelstrommessspule 20'; und ein Polyamide-Netzgewebe 62'.
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Die
vorausgehende Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele
wurde für
Zwecke einer Veranschaulichung unterbreitet. Die Beschreibung ist
nicht als erschöpfend
zu bewerten, noch soll sie die Erfindung genau auf die offenbarte
Ausführungsform
beschränken,
und es sind offensichtlich viele Modifikationen und Veränderungen
mit Blick auf die oben erwähnte
Lehre möglich.
Der Schutzumfang der Erfindung soll durch die beigefügten Ansprüche definiert
sein.