ES2847895T3 - Sensor diferencial, sistema de inspección y método para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores - Google Patents

Abstract

Sensor diferencial para la deteccion de anomalias en materiales electricamente conductores con: un iman permanente (PM) de al menos una pieza de un material magnetizable, que mantiene su campo magnetico estatico, sin que sea necesario un flujo de corriente electrica para la produccion del campo magnetico, donde el iman permanente presenta un eje magnetico, que se extiende a lo largo de la linea de conexion entre el polo norte magnetico N y el polo sur S magnetico del iman permanente; una primera bobina (S1) con una o varias primeras espiras, que se extienden alrededor del iman permanente y definen un primer eje de bobinas (A1), donde el primer eje de bobinas (A1) se extiende en paralelo al eje magnetico, y una segunda bobina (S2) con una o varias segundas espiras, que se extienden alrededor del iman permanente y definen un segundo eje de bobinas (A2), que se extiende trasversalmente al primer eje de bobinas.

Description

DESCRIPCIÓN

Sensor diferencial, sistema de inspección y método para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores

Antecedentes y estado de la técnica

[0001] La invención se refiere a un sensor diferencial, un sistema de inspección y un método para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores.

[0002] La detección no destructiva de anomalías en materiales es de gran importancia en la actualidad. Las anomalías pueden consistir por ejemplo en un defecto como una grieta, unas impurezas u otra falta de homogeneidad del material, como p.ej. un desnivel local de la conductividad eléctrica. Una gran necesidad de materiales con una proporción alta de la relación masa-fuerza requiere una calidad particularmente alta de los materiales. Para ahorrar costes y determinar la calidad de cada pieza fabricada, ha aumentado el uso de métodos no destructivos para la detección y localización de defectos y para la determinación de parámetros del material. Dado que los materiales metálicos desempeñan un papel particular para la industria, el examen no destructivo de materiales eléctricamente conductores es objeto de investigación, desarrollo y aplicación.

[0003] Hoy se usan muchos métodos diferentes para el examen de material no destructivo (non-Non testing, NDT) dependiendo del tipo de la persona que examina y las características buscadas del material que se examina. De acuerdo con el artículo "From Fifteen to Two Hundred NDT-Methods in Fifty Years" de T. Aastroem en: XVII Conferencia Mundial de Ensayos no destructivos, 2008, se conocen por el estado de la técnica más de 200 métodos para el examen no destructivo de materiales.

[0004] En particular, los métodos electromagnéticos han mostrado su eficacia para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores. Sin embargo, los métodos que están a disposición presentan limitaciones in parte en los que se refiere a resolución, profundidad de penetración y velocidad de examen o respectivamente, duración del proceso. Pero también debería aumentar aún más la probabilidad de identificar un defecto.

[0005] La disposición de sensores en matrices de sensores más o menos hace posible la reconstrucción de defectos con ayuda de los algoritmos correspondientes. Sin embargo, una disposición de este tipo presupone una construcción compacta de los sensores.

[0006] La prueba de corriente de Foucault (eddy current testing, ECT) ha demostrado su eficacia en el examen de materiales eléctricamente conductores en muchos campos de aplicación, por ejemplo, en el examen automatizado no destructivo de piezas brutas para la industria de fabricación de metales y de tratamiento de metales, para la realización de exámenes en piezas relevantes para la seguridad y fundamentales para la seguridad y componentes para vehículos de transporte terrestre y aeronaves o en la construcción de plantas industriales.

[0007] Un sensor de corriente de Foucault convencional construido con bobinas comprende una o varias bobinas de campo (o bobinas de excitación), que se pueden unir a una fuente de tensión alterna para la realización del examen y pueden producir después un campo electromagnético alterno (campo primario), que durante el examen penetra en el material de examen y produce corrientes parásitas esencialmente en una capa cerca de la superficie del material de examen, que repercuten a través del acoplamiento magnético sobre una o varias bobinas de medición (o bobinas receptoras) de la sonda de corriente de Foucault. Un defecto en la zona examinada, por ejemplo, una grieta, una impureza u otro falta de homogeneidad del material, altera la extensión de las corrientes parásitas en el material de examen y cambia de este modo la intensidad de la corriente de Foucault y por ello también la intensidad del campo magnético secundario que actúa sobre la bobina de medición. Las modificaciones de las características eléctricas causadas de este modo en una bobina de medición, p.ej. la impedancia, conducen a señales de medición eléctrica en forma de cambios de tensión eléctrica, que se pueden evaluar mediante un dispositivo de evaluación, para identificar y caracterizar defectos. Los sensores de corriente de Foucault se pueden utilizar también en material sin defectos para fines de examen o fines de medición, p.ej. en mediciones de la conductividad eléctrica o la permeabilidad magnética.

[0008] La prueba de corriente de Foucault permite un examen de defectos cercanos a la superficie con sensibilidad y resolución espacial elevadas. En particular, la aplicación del dicho "motion induced remote field eddy current testing", descrito en el artículo "Application of Motion Induced Remote-Field Eddy Current Effect to Online Inspection and Quality Examination of Rolling Metallic Strips" de Sun, Y., Udpa, S., Lord, W., Udpa, L. y Ouyang, T. en: AIP Conf. Proc. 557 (2001) pp. 1541-1548 muestra una alta resolución local a velocidades de examen altas.

[0009] También los métodos de imagen, por ejemplo descrito en el artículo "Elektromagnetic Imaging Using Probe

Arrays" von: Mook, G., Michel, F. y Simonin, J. in: Strojni S ki vestnik - Journal of Mecanical Engineering 57 (2011) 3, pp. 227-236 muestran una alta sensibilidad frente a anomalías en el material de examen.

[0010] El uso de campos magnéticos alternos para la producción del campo primario magnético que penetra en el material de examen tiene la desventaja de una profundidad de penetración en el material de examen limitada por la frecuencia. Anomalías situadas más profundamente y las profundidades de anomalías similares a grietas no se pueden determinar generalmente por lo tanto de forma suficientemente buena, cuando la profundidad sobrepasa el triple de la profundidad de penetración (véase el artículo "Deep Penetrating eddy currents and Probes" de Mook, G., Hesse, O. & Uchanin, V. en: 9th European Conference on Non-Destructive-Testing, 2006). Se observó que también ya con anomalías a una profundidad, que corresponde aproximadamente a la profundidad de penetración, tales sistemas de sensor pueden presentar problemas. La resolución espacial del elemento sensor empleado se corresponde con la profundidad de penetración que depende de la frecuencia. Si se quieren detectar anomalías profundas, es necesario una frecuencia más baja. En correspondencia con esto solo son posibles velocidades de examen más bajas, por lo cual aumenta la duración del proceso del objeto de investigación por el sistema de sensores.

[0011] Existen numerosos documentos en los que se describen métodos y sensores para la detección de defectos, donde se realiza un movimiento relativo entre un sensor y el material que se va a examinar.

[0012] El artículo "A new NDT method based on permanent magnetic field pertubation" de Sun, Y., Kang, Y. y Quio, C. en: NDT & E International 44 (2011) pp. 1 - 7 describe un método no destructivo para el examen de materiales ferromagnéticos mediante examen de flujo de dispersión. Un imán permanente, que se orienta perpendicularmente a la superficie del componente por examina, se enrolla por una bobina receptora. De este modo se puede observar el llamado efecto-PMFP (efecto de perturbación del campo magnético permanente), cuando el imán se guía a lo largo de la superficie de la pieza de examen en esta alineación vertical con distancia definida a la superficie. El método debe estar en posición de detectar con suficiente sensibilidad defectos orientados diversamente en materiales ferromagnéticos.

[0013] La patente US 7,023,205 B1 describe un sensor de corriente de Foucault, que puede detectar componentes eléctricamente conductores a través de una barrera eléctricamente conductora. El sensor comprende un imán permanente que está enrollado por una bobina. El sensor de corriente de Foucault se puede montar en el lado externo de la carcasa para una turbina u otra máquina con componentes giratorios, para medir a través de la carcasa las características de componentes eléctricamente conductores que se mueven a lo largo del lado interior de la carcasa, por ejemplo, hojas de turbina.

[0014] En el WO 00/58695 se presenta un método para la medición de parámetros de objetos metálicos, con el que se determina la fuerza con la que actúa sobre el objeto metálico. Por un objeto metálico se entiende tanto un fluido metálico como también un cuerpo sólido metálico con dimensiones limitadas.

[0015] En la patente US 6,002,251 se presenta un dispositivo sensor para la medición del "campo remoto" con ayuda de sensores de corriente de Foucault, donde se realiza una separación local de bobina de excitación y bobina receptora y una protección magnética del sistema de excitación.

[0016] El WO 2007/053519 A2 describe la detección de defectos con ayuda de una potencia de frenado, que actúa sobre un imán, cuando este se mueve en relación a un objeto de prueba.

[0017] En los últimos años se desarrolló en la universidad técnica Ilmenau un método no destructivo de examen de materiales, que se conoce bajo la denominación "Prueba de corrientes de Faucoult de fuerza de Lorentz" (Lorentz Force eddy current testing, LET). Los principios básicos se describen p.ej. en el artículo: "Eddy Current Testing of Metallic Sheets with Defects Using Force Measurements" de Brauer, H., Ziolkowski, M. en: Serbian Journal of Electrical Engineering 2008, 5, pp. 11 - 20. En el caso de que un objeto de examen y un imán permanente se desplacen uno respecto al otro en un movimiento relativo, se inducen en el objeto de prueba corrientes parásitas, que causan a su vez una fuerza de Lorentz, que provoca una correspondiente fuerza antagónica en el sistema magnético. Una falta de homogeneidad de la conductividad eléctrica del material de muestra, producida por ejemplo a través una grieta u otro defecto, se muestra así en un cambio de la fuerza de Lorentz, que se puede probar con ayuda de un sensor de fuerza en el sistema magnético. La prueba de corrientes parásitas de fuerza de Foucault permite una detección de defectos situados más profundamente por medio de mediciones de las fuerzas de Lorentz que actúan sobre el sistema magnético.

[0018] El documento DE 102011 056650 A1 describe un método y una disposición para la determinación de la conductividad eléctrica de un material con base en la prueba de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz. Así se aprovecha que la fuerza de Lorentz comprende varias acciones de fuerza en direcciones diferentes. Se miden una primera acción de fuerza y una segunda acción de fuerza que actúa en otra dirección y las medidas respectivas se compensan entre sí a través de formación de cocientes. El método se puede utilizar también para localizar faltas de homogeneidad en el material.

[0019] El documento JP 2006-194602 divulga un sensor triaxial magnetométrico. El ejemplo de realización en la Fig. 1 o 6 presenta un elemento cubiforme que consiste en un plástico, sobre el que están enrolladas tres bobinas con ejes de bobinas orientadas respectivamente en perpendicular entre sí.

[0020] El documento JP H06294775 A divulga un detector con un elemento cúbico, sobre el que están enrollados bobinas en tres orientaciones diferentes.

Una de las bobinas es una bobina de excitación, las otras dos sirven como bobinas de detección. El elemento cúbico consiste en un material con gran permeabilidad, de modo que el detector presenta un núcleo magnético que se puede remagnetizar fácilmente, cuyo estado magnético se puede modificar fácilmente a través de excitación de la bobina de excitación.

[0021] A pesar de la gran variedad de sistemas de sensores que existen para el examen no destructivo de materiales, existe además la necesidad de sensores y sistemas de sensores que permitan detectar anomalías de forma fiable con gran sensibilidad. En particular, la detección de anomalías más profundas en el material por examinar con altas velocidades de examen sigue representando un problema no resuelto.

Tarea y solución

[0022] Es un objeto de la invención poner a disposición un sensor diferencial, un sistema de control y un método para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores, que permitan detectar anomalías con sensibilidad alta y un bajo índice de fallos de detección también a velocidades de control altas, donde también se pueda realizar la detección de anomalías más profundas en el material por examinar.

[0023] Para la solución de esta y otras funciones se pone a disposición un sensor diferencial con las características de la reivindicación 1. Además, se pone a disposición un sistema de control con las características de la reivindicación 6. Además, la tarea se resuelve por un método para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores con las características de la reivindicación 13, que se puede realizar utilizando el sensor y/o el sistema de control.

[0024] Perfeccionamientos ventajosos se indican en las reivindicaciones dependientes. La formulación de todas las reivindicaciones se hace con referencia al contenido de la descripción.

[0025] Según un aspecto la invención reivindicada pone a disposición un sensor diferencial para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores. Con el fin de producir corrientes parásitas en el material que se examina, el sensor contiene (al menos) un imán permanente. Cuando en vez de usar una bobina de excitación accionada con corriente alterna se utiliza un imán permanente, se puede aumentar la profundidad de penetración del campo magnético (primario) en el material. De esta manera es posible detectar también anomalías situadas a más profundidad debajo de la superficie del material.

[0026] Para la producción de señales del sensor el sensor tiene una primera bobina con una o varias primeras espiras que se extienden alrededor del imán permanente y definen un primer eje de bobinas, así como una segunda bobina con una o varias segundas espiras que se extienden alrededor del imán permanente y definen un segundo eje de bobinas, donde el segundo eje de bobinas se extiende trasversalmente al primer eje de bobinas. Las bobinas tienen por lo tanto ejes de bobinas, que no están en paralelo entre sí, sino que están entre sí en un ángulo limitado. El concepto "eje de bobinas" designa a este respecto una dirección, que está en esencia en perpendicular a un plano de espira definido a través del curso de una espira. Las orientaciones de las bobinas se pueden definir también a través de planos de bobinas que están en perpendicular a los ejes de bobinas respectivos, donde los planos de bobinas están también transversalmente entre sí.

[0027] El campo magnético secundario producido por las corrientes parásitas inducidas interacciona con el campo magnético primario puesto a disposición a través del imán permanente. En el caso de que haya una anomalía en el movimiento relativo a través de la zona influida por el campo magnético primario, se interrumpe el campo magnético secundario por esta anomalía y se induce respectivamente una tensión eléctrica en las (al menos) dos bobinas a través del cambio del flujo magnético.

[0028] El concepto "sensor diferencial" describe a este respecto la capacidad del sensor de detectar las modificaciones temporales del flujo magnético O mediante detección de tensiones eléctricas inducidas en las espiras o en las bobinas. Dado que este cambio en el tiempo t se puede describir por el diferencial dF/dt, el sensor se designa como "sensor diferencial". Un "sensor diferencial" se distingue de las conocidas sondas diferenciales de corrientes parásitas entre otras cosas por que en las sondas diferenciales de corrientes parásitas se conectan bobinas paralelas al eje con diferencia entre ellas (p.ej. mediante sentido de enrollado opuesto), para recibir una señal diferencial, mientras que las bobinas de un "sensor diferencial" no se conectan con diferencia entre ellas, sino que producen señales independientes unas de otras, que se pueden evaluar de forma independiente también.

[0029] Dado que se proporcionan al menos dos bobinas diferentes (primer bobina y segunda bobina), cuyos ejes de bobina no se extienden en paralelo uno respecto al otro, sino que están orientados trasversalmente entre sí, se pueden detectar de modo separado las modificaciones temporales del flujo magnético para varias direcciones espaciales. La puesta a disposición de dos (o más) bobinas con ejes de bobinas no paralelos permite así una detección independiente entre sí de componentes del cambio del flujo magnético en varias direcciones espaciales.

Debido a esta funcionalidad, el sensor también se puede designar como "sensor de varios componentes", donde el concepto "componentes" se refiere aquí a los componentes del cambio del flujo magnético en diferentes direcciones espaciales.

[0030] Se ha demostrado, que un sensor de varios componentes de este tipo puede reducir la probabilidad de resultados negativos en comparación con sensores correspondientes con solamente una bobina, dado que se puede detectar el cambio del flujo magnético simultáneamente en varias direcciones espaciales. Así se pueden distinguir defectos "verdaderos", como por ejemplo grietas, con ayuda de señales del sensor de pseudodefectos, que producen p.ej. modificaciones significativas del flujo magnético solamente en una de las bobinas.

[0031] Aunque dos bobinas pueden ser suficientes para la detección multidimensional de las modificaciones del flujo magnético, en una forma de realización preferida se proporciona una tercera bobina con una o varias terceras espiras, que se extienden alrededor del imán permanentes y definen un tercer eje de bobinas, que se extiende trasversalmente al primer eje de bobinas y al segundo eje de bobinas. De esta manera es posible una descomposición más precisa todavía del cambio temporal del flujo magnético en las diferentes direcciones espaciales o componentes. Preferiblemente un sensor tiene exactamente tres bobinas no coaxiales.

[0032] En formas de realización preferidas los ejes de bobinas de las bobinas se orientan en perpendicular entre sí de forma alternativa, con lo que es posible una separación del cambio global del flujo magnético en sus componentes en tres direcciones de un sistema de coordenadas cartesiano. Esto simplifica mucho la evaluación. También sería posible orientar la primera bobina, la segunda bobina y opcionalmente también la tercera bobina entre sí de tal manera que los ejes de bobinas presenten otros ángulos entre sí, por ejemplo, un ángulo de 60° o 30° grados o similar.

[0033] Generalmente son ventajosas formas de realización en las que la primera bobina, la segunda bobina y/o la tercera bobina está/n fijada/s al imán permanente. Mediante una conexión mecánica fija entre imán permanente y bobina se garantiza que no sea posible ningún movimiento relativo entre el imán permanente y las bobinas, de modo que el campo magnético primario de los imanes permanentes no puede inducir durante el funcionamiento ninguna tensión en las bobinas y por lo tanto todas las tensiones inducidas en las bobinas se deben exclusivamente al campo magnético secundario que se induce en el material a través de las corrientes parásitas inducidas. Sin embargo, también sería posible fijar una o varias bobinas no directamente al imán permanente, sino a otro componente del sensor, que se acopla firmemente, preferiblemente de forma mecánica, al imán permanente.

[0034] La fijación de las bobinas al imán permanente permite además la construcción de sensores compactos con dimensiones espaciales especialmente pequeñas, que solo necesitan un espacio de construcción correspondientemente pequeño. Además, la construcción es económica, puesto que excepto un imán permanente y las bobinas no son necesarios otros componentes eléctricos / magnéticos. La forma de construcción compacta hace que los sensores de este tipo sean también especialmente adecuados para el uso en matrices de sensores, por lo tanto, en sistemas de sensores con varias sensores, que están muy cerca unos de otros en una disposición unidimensional o bidimensional, para p.ej. poder comprender simultáneamente áreas más grandes de superficies de un material por examinar. En algunas formas de realización varios sensores diferenciales forman una matriz de sensores unidimensional o bidimensional.

[0035] Si se comparan sensores diferenciales según la invención con sensores para el examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz descritas anteriormente, hay que notar que los sensores diferenciales según la invención detectan el cambio del flujo magnético, mientras que con el examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz se recogen y evalúan por sensores de fuerza correspondientes los valores absolutos de la fuerza que actúa sobre el sistema magnético. Sin embargo, en el caso de que los sistemas de medición de fuerza mecánicos a causa de las condiciones de medición solo tengan una dinámica relativamente limitada, porque para la medición de la fuerza tienen que producirse variaciones mecánicas en el sistema, no existe una restricción de este tipo de la dinámica de medición en sensores inductivos según la invención. De tal modo, en comparación con el examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz, son posibles mediciones con una velocidad de examen más elevada.

[0036] Teóricamente se puede mostrar, que los cambios de las fuerzas de Lorentz usadas durante el examen de las corrientes parásitas de las fuerzas de Lorentz están correlacionados de forma directa con los cambios del flujo magnético, de manera que los conocimientos obtenidos en relación con la evaluación de señales del examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz, también se pueden usar en su caso para el examen con sensores diferenciales según la invención reivindicada.

[0037] En algunas formas de realización, además del sensor diferencial está previsto un sensor de fuerza, que está acoplado al sensor diferencial mecánicamente de tal manera que las fuerzas de Lorentz que actúan sobre el sensor diferencial se pueden medir mediante el sensor de fuerza en varias direcciones espaciales. De esta manera se crea un sensor de combinación o una combinación de sensores. Un acoplamiento de este tipo con un transductor de fuerza permite la realización simultánea de dos métodos diferentes, donde en un procedimiento de examen se pueden detectar defectos sobre el cambio detectado del campo magnético (dO/dt) en varias direcciones espaciales y simultáneamente se puede detectar en el mismo volumen de control en un procedimiento de medición la conductividad eléctrica por correlación oportuna de componentes de fuerza de Lorentz en direcciones espaciales diferentes.

[0038] Un sensor diferencial del tipo descrito aquí se puede usar por ejemplo en combinación con un método y una disposición para determinar la conductividad eléctrica de un material según el documento DE 102011 056650 A1 citado anteriormente.

[0039] La invención refiere se también a un sistema de control para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores, donde el sistema de control presenta al menos un sensor diferencial del tipo descrito anteriormente. El sensor está durante el servicio de inspección unido a un dispositivo de evaluación, que está configurado para detectar en las espiras de las al menos dos bobinas tensiones eléctricas o señales inducidas derivadas de aquellas para cada bobina por separado y poner en correlación a través de la aplicación de al menos un proceso de evaluación.

[0040] Por ejemplo, el dispositivo de evaluación se puede instalar para producir una señal de defecto o una señalización de defecto basada en aquel solo entonces cuando se produce un cambio de tensión típico de un defecto tanto en la primera bobina como también en la segunda bobina. Así se puede reducir la tasa de detecciones de defectos.

[0041] Cuando está previsto también un sensor de fuerza que actúa en varias dimensiones, acoplado mecánicamente al sensor diferencial, está previsto un dispositivo de evaluación para la evaluación de señales del sensor de fuerza para varias direcciones espaciales.

[0042] La invención se refiere también a un método para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores, con el que se usa un sensor diferencial o un sistema de examen con un sensor de este tipo. En este caso se dispone (al menos) un sensor diferencial próximo a una superficie de un objeto de examen de material eléctricamente conductor de la manera que un campo magnético producido por el imán permanente puede entrar en el objeto de examen hasta una profundidad de penetración. Se produce un movimiento relativo entre el sensor diferencial y el objeto de examen paralelamente a una dirección del movimiento. Esto es posible mediante el movimiento del objeto de examen estando el sensor no operativo o mediante movimiento del sensor estando el objeto de examen no operativo o por una combinación de movimientos de objeto de examen y sensor. La distancia entre sensor y la superficie del objeto de examen debería ser lo más constante posible. A través del movimiento relativo se producen en el campo de acción del campo magnético en el material corrientes parásitas, cuyo campo magnético secundario actúa sobre las bobinas del sensor diferencial. Las tensiones eléctricas inducidas en las espiras de las bobinas del sensor diferencial o las señales derivadas de allí se detectan por separado para cada bobina y se evalúan a través de la aplicación de al menos un proceso de evaluación, con lo que se pueden detectar anomalías en el material eléctricamente conductor.

[0043] Estas y otras características se deducen además de de las reivindicaciones también de la descripción y los dibujos, donde las características individuales se pueden realizar respectivamente por sí mismas de forma individual o varias en forma de combinaciones alternativas en una forma de realización de la invención y en otros campos y pueden representar realizaciones ventajosas y patentables. Ejemplos de realización de la invención se representan en los dibujos y se explican con más detalle a continuación.

Breve descripción de las figuras de los dibujos

[0044]

Fig. 1 muestra una forma de realización de un sistema de control con un sensor diferencial de acuerdo con una forma de realización de la invención durante el servicio de inspección;

Fig. 2 muestra esquemáticamente una forma de realización de un sensor diferencial que actúa de forma tridimensional;

Fig. 3 muestra esquemáticamente una forma de realización de un sensor diferencial que actúa de forma bidimensional;

Fig. 4 muestra señales de medición esquemáticas de un examen convencional de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz sin defecto (-) y con defecto (— ), donde 4A muestra la señal de la fuerza en la dirección de movimiento del material y 4B muestra la señal de la fuerza en la dirección de elevación;

Fig. 5 muestra señales de tensión inducidas con un sensor diferencial de acuerdo con una forma de realización de la invención, donde 5A muestra la señal de una bobina con eje de bobinas en dirección x (dirección de movimiento) y Fig. 5B muestra la señal de una bobina con eje de bobinas en dirección z (sentido de elevación);

Fig. 6 muestra esquemáticamente un sistema de examen, que se configura para una combinación de examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz y examen diferencial de corrientes parásitas;

Fig. 7 muestra una matriz de sensores bidimensional con muchos sensores diferenciales idénticos; y

Fig. 8 muestra un sistema de examen con un sistema de sensores que presenta dos sensores diferenciales, que están dispuestos para fines de compensación de distancia a diferentes distancias de examen respecto al objeto de examen.

Descripción detallada de formas de realización preferidas

[0045] La Fig. esquemática 1 muestra una forma de realización de un sistema de examen con un sensor diferencial de acuerdo con una forma de realización de la invención durante el servicio de inspección durante la realización de un procedimiento para la detección de anomalías en un objeto de examen OBJ, que consiste en un material eléctricamente conductor por lo menos en la zona de una superficie o en su caso también de forma completa.

[0046] Con esta disposición de examen o de medición el sistema de examen se basa en el sistema de coordenadas cartesiano fijo KS, mientras que el objeto de examen se mueve en relación a este relativamente a una velocidad v en una dirección de movimiento R en dirección x. El objeto de examen, p.ej. una placa o una banda de acero, aluminio u otro metal ferromagnético o no ferromagnético contiene en el caso del ejemplo un defecto escondido D1, que no llega hasta la superficie OB del objeto de examen y está a cierta profundidad, así como un defecto D2 cercano a la superficie en forma de una grieta, que llega hasta la superficie OB.

[0047] El sistema de examen SYS presenta un sensor diferencial SENS1, que está conectado a un dispositivo de evaluación A. El sensor SENS1 presenta un imán permanente PM, donde en el caso del ejemplo se trata de una pieza paralelepípeda de un imán de tierras raras. Para la realización del examen el imán permanente se acerca al objeto de examen y se orienta de forma que su eje magnético, es decir, la línea de conexión entre polo norte magnético N y el polo sur magnético S, sea lo más perpendicular posible respecto a la superficie OB del objeto de examen.

[0048] El sensor tiene una primera bobina S1 con una o varias primeras espiras, que se extienden alrededor del imán permanente y definen un primer eje de bobinas (orientado en perpendicular a las espiras), que se extiende en el caso del ejemplo en paralelo al eje magnético del imán permanente o en paralelo a la dirección z. Además, está prevista una segunda bobina S2 con una o varias segundas espiras, que se extienden alrededor del imán permanente y definen un segundo eje de bobinas, que se extiende en perpendicular al primer eje de bobinas, es decir, en la dirección x, que durante el examen se orienta lo más paralelamente posible a la dirección del movimiento R. Además, está prevista una tercera bobina S3, que presenta igualmente una o varias espiras, que se extienden alrededor del imán permanente y definen un tercer eje de bobinas, que se extiende en perpendicular al primer y segundo eje de bobinas y por lo tanto en paralelo a la dirección y.

[0049] Los tres ejes de bobinas o las superficies de bobinas que están en perpendicular a los ejes de bobinas respectivos están por lo tanto en perpendicular uno respecto al otro de forma alternante. En el caso del ejemplo las bobinas están envueltas en alambre aislante y están aisladas eléctricamente entre sí. Las bobinas están fijadas al imán permanente por ejemplo mediante adhesivo, de modo que no es posible un movimiento relativo a este. La disposición del imán permanente y bobinas se puede derramar en una masa de plástico eléctricamente no conductora y no magnetizable, que por motivos de simplificación no se ha representado. Las bobinas están unidas al dispositivo de evaluación separadas respectivamente unas de otras, donde a cada una de las bobinas se le ha asociado un canal de entrada propio.

[0050] El sistema de examen puede detectar modificaciones temporales del flujo magnético O en la zona detectada por las bobinas, detectando y evaluando las tensiones eléctricas inducidas en las espiras de las bobinas individuales mediante el dispositivo de evaluación. Las modificaciones temporales del flujo magnético se pueden detectar de modo separado para las tres direcciones espaciales de un sistema de coordenadas cartesiano. Los componentes del cambio del flujo magnético en dirección z se detectan mediante la primera bobina S1 e inducen en esta correspondientemente tensiones eléctricas Uz. Los componentes del cambio del flujo magnético en dirección x, es decir, más o menos en paralelo a la dirección del movimiento R del objeto de examen, producen en la segunda bobina S2 una tensión eléctrica Ux correspondiente. Los componentes que están orientados en perpendicular a los componentes mencionados, en paralelo a la dirección y, es decir, en transversal a la dirección del movimiento, producen en la tercera bobina S3 una tensión correspondiente Uy. Las tensiones individuales se detectan en el dispositivo de evaluación de modo separado y se pueden correlacionar entre sí mediante diferentes procesos de evaluación.

[0051] Dado que el sensor SENS1 está en posición de detectar modificaciones temporales del flujo magnético, es decir, un diferencial dF/dt en varias direcciones espaciales por separado, también se designa como "sensor diferencial de varios componentes".

[0052] Fig. 2 muestra esquemáticamente una posible configuración del sensor SENS1 de la Fig. 1 que actúa de forma tridimensional. Las espiras de la primera bobina S1 y la segunda bobina S2 están enrolladas respectivamente sobre el perímetro exterior del imán permanente en dirección vertical unas respecto a otras, mientras que las espiras de la tercera bobina S3 están en perpendicular a las espiras de las otras dos bobinas envueltas sobre ellas. También es posible una disposición inversa.

[0053] Fig. 3 muestra una variante simplificada de un sensor SENS2, que presenta únicamente una primera bobina S1 y una segunda bobina S2, de modo que solo se pueden detectar dos componentes del cambio del flujo magnético en dos direcciones espaciales verticales una respecto a la otra. Esto puede ser suficiente para muchos fines de medición o de examen.

[0054] El principio de funcionamiento del sensor o del sistema de examen se puede describir como sigue. Por un movimiento relativo entre el imán permanente envuelto de bobinas PM y el objeto de examen de material eléctricamente conductor, se inducen corrientes parásitas en el objeto de examen por el campo magnético del imán permanente. Estas producen a su vez un campo magnético secundario, que interactúa con el campo magnético primario del imán permanente y se solapa con el mismo. Las bobinas "ven" al campo total (campo primario y campo secundario) solapado, donde sin embargo solo se registran las modificaciones del campo secundario en las bobinas como tensiones inducidas. Las anomalías en el objeto de examen causan un cambio del flujo magnético en el área de las bobinas y se pueden detectar por consiguiente a través del sensor diferencial.

[0055] El método de examen, el sistema de examen y el sensor ofrecen algunas ventajas en comparación con el examen convencional de corrientes parásitas (excitación del campo primario mediante bobinas de excitación atravesadas por el flujo), que también se pueden obtener a través del examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz descrito al principio, entre otras, una mayor profundidad de penetración. En comparación con el examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz resultan sin embargo otras ventajas, sobre todo en vista de una posible dinámica más alta del examen (más velocidad de examen) y la prevención de detecciones erróneas. Para una mejor comprensión se explican sucesivamente algunas características comunes y diferencias esenciales de ambos métodos y sistemas de sensores.

[0056] Conforme a lo mencionado anteriormente, durante el examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz para la producción de las corrientes parásitas en el material por examinar se usa un campo magnético continuo, que se genera p.ej. por un imán permanente o una bobina accionada con corriente continua. El cambio temporal del campo magnético durante la interacción con el material se realiza a través de la producción de una velocidad relativa entre objeto de examen y fuente de campo de corriente continua.

[0057] De acuerdo con la ley de ohm para soportes de carga movidos, a una densidad de flujo magnético B y una velocidad v del movimiento relativo se inducen corrientes parásitas con una densidad de corriente j en el objeto de examen inducido:

[0058] Las corrientes parásitas interactúan por su parte nuevamente con el campo primario de corriente continua. Esta interacción en un volumen V del material conduce a una acción de fuerza sobre el material por examinar, que se designa como fuerza de Lorentz Flf:

[0059] Según el tercer axioma de Newton "acción = reacción" debe existir correspondientemente una segunda fuerza, que reaccione sobre el causante de la fuerza de Lorentz, es decir, sobre la fuente del campo magnético primario, es decir, el imán permanente PM. La fuerza es un tamaño vectorial y posee tres direcciones espaciales. En la Fig. 1 se han dibujado los componentes de fuerza correspondientes Fx, Fy y Fz en la dirección x-, y-, y z. En el caso de que el material por examinar no contenga ningún defecto, las vías de las corrientes parásitas no tienen obstáculos y la fuerza de Lorentz es constante. En el caso de que un defecto altere las vías de las corrientes parásitas, se producen modificaciones de fuerza, que se pueden medir.

[0060] Figura 4 muestra con fines ilustrativos señales de medición típicas del examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz sin defecto (línea continua) y con defecto (línea punteada), donde 4A muestra la señal de la fuerza en la dirección del movimiento del material (eje x) y 4B muestra la señal de la fuerza en el sentido de la elevación (eje z).

[0061] Puesto que el campo magnético primario es un campo de corriente continua, la profundidad de penetración de las corrientes parásitas se determina en el material a través de la velocidad relativa y no como en el examen clásico de corrientes parásitas principalmente a través de la frecuencia de excitación. De esta manera se pueden detectar potencialmente defectos bajo las mismas condiciones de medición a mayores profundidades.

[0062] Las fuerzas se pueden medir únicamente por medio de su efecto. Es habitual el uso de cuerpos de deformación mecánicos, en los que se pueden calcular las fuerzas que actúan por medio de la dilatación y compresión. Estos cuerpos de deformación presentan más bien poca rigidez desde el punto de vista de la estructura mecánica. Por tal motivo la frecuencia propia está a menudo en la zona Hz inferior. Puesto que velocidades de medición altas exigen una dinámica alta del sistema de medición, estos sistemas no son adecuados para frecuencias propias bajas. La alteración simplemente no se detecta por el sistema cuando ocurre en un periodo de tiempo corto (aislamiento de vibraciones).

[0063] También puede repercutir de forma desventajosa la fuerza de Lorentz que actúa de forma continua sobre el sistema de examen. Los sensores deben cubrir una zona de medición correspondientemente grande. La alteración que señala un defecto es pequeña en comparación con la fuerza de Lorentz que actúa. Correspondientemente se tiene que garantizar una resolución alta. Las dos reivindicaciones (zona de medición, resolución) son opuestas y representan un conflicto objetivo que normalmente se puede solucionar con compromisos técnicos.

[0064] Al contrario que en el caso del examen clásico de corrientes parásitas, el examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz solo es adecuado para el examen de materiales ferromagnéticos con condiciones. Las altas fuerzas de atracción entre imán y material de examen deben ser compensadas. Si no, la fuerza de Lorentz y particularmente las alteraciones a través de las fuerzas de atracción serían solapadas y no se podrían detectar de forma satisfactoria.

[0065] El examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz no está limitado por una profundidad de penetración dependiente de la frecuencia, sino dependiente de la velocidad. La limitación de velocidad se detecta a partir de velocidades de 1 m/s por comportamiento no lineal de la acción de la fuerza. El método es potencialmente adecuado para la detección de defectos en materiales no ferromagnéticos que penetran la superficie o se encuentran cerca de la superficie. La conductividad eléctrica específica del material de examen se puede determinar con ayuda de dos componentes de fuerza medidos (compárese. DE 102011 056650 A1).

[0066] Para acabar con el conflicto meta descrito del examen con el examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz, sería posible detectar solo el cambio temporal de la señal de la fuerza. El cambio de una señal se puede determinar por un lado por una disposición diferencial, que requiere de dos sistemas de medición similares, de los cuales uno examina una parte sin defectos del material por examinar, mientras que el otro se salta un defecto; pero por otro lado se puede determinar un cambio por la derivación temporal (diferencial) de una señal.

[0067] Se reconoció que es problemático determinar la derivación temporal por la señal de la fuerza, dado que en este caso se refuerza el ruido. Es mejor medir una magnitud física que se enlaza con la fuerza de Lorentz por medio del cambio temporal.

[0068] La señal de la fuerza se genera por la totalidad del campo magnético, que surge a través de la interacción del campo magnético primario y secundario. El cambio temporal del campo magnético secundario provoca también el cambio temporal de la totalidad del campo magnético. La proporción primaria coincidente no tiene ninguna influencia sobre la derivación temporal. El campo magnético secundario se modifica como reacción a vías de corrientes parásitas alteradas. Este cambio temporal en el campo magnético se puede medir con sensores diferentes, p.ej. bobinas de inducción. En una bobina con un número de espiras N y superficie de bobinas A el cambio temporal del flujo magnético produce una tensión eléctrica U:

[0069] Se puede mostrar que es esta tensión es proporcional al componente correspondiente fuerza de Lorentz.

[0070] La tensión producida de esta manera contiene las modificaciones del campo magnético que se producen a través de los cantos de cuerpo o anomalías de las características del material. Anomalías de las características del material pueden ser entre otras desviaciones en permeabilidad y en conductividad, inclusiones de aire y grietas. A causa del aprovechamiento de la derivación temporal el método se denomina método "diferencial",. El método se puede designar particularmente como "Examen de corrientes parásitas del campo secundario inducido por el movimiento” (Motion Induced Secondary Field Eddy Current Testing, MISFECT).

[0071] Puesto que en el caso de una señal temporalmente invariable (ningún material en la intervención de la prueba, material en la intervención de la prueba, pero sin defectos) la tensión es igual a cero y solo se mide en el caso de modificaciones de una tensión, basta con cubrir solamente una zona de medición pequeña para detectar defectos. La alta resolución ahora posible del sistema proporciona un aumento de la probabilidad de detección de defectos. Un sensor de este tipo es pasivo, dado que no es necesario suministro de energía, y seguro a sobrecargas, puesto que sólo se producen tensiones eléctricas pequeñas que no pueden destruir el sensor.

[0072] Para fines ilustrativos la Fig. 5 muestra señales de tensión inducidas en bobinas con diferente orientación, donde 5A muestra la señal de la segunda bobina con eje de bobinas en dirección x (dirección de movimiento) y Fig. 5B muestra la señal de la primera bobina con eje de bobinas en dirección z (sentido de elevación).

[0073] La correlación temporal de dos o más señales de tensión se puede utilizar para reducir los pseudodesechos (partes en que se ha realizado mal el examen). Puesto que el cambio en el campo magnético debería aparecer simultáneamente en varias bobinas, se pueden ignorar señales de error, que aparecen solo en un componente del sensor.

[0074] Al contrario que en el examen de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz, las fuerzas de atracción magnéticas ya no alteran el sistema de medición. De forma correspondiente, con el examen de corrientes parásitas de campo secundario inducido por el movimiento presentado aquí también se pueden examinar materiales ferromagnéticos con velocidad de examen y sensibilidad elevadas.

[0075] Sensores diferenciales de corrientes parásitos del tipo descrito hasta ahora se pueden usar ventajosamente en combinación con un sensor de corrientes parásitas de fuerza de Lorentz de varios componentes, que se dimensiona para la detección de los componentes del valor absoluto de la fuerza de Lorentz en las direcciones espaciales respectivas. A causa de la semejanza de ambos métodos es por ello posible entre otras cosas llevar a cabo al mismo tiempo que el examen no destructivo de defectos, también una medición de la conductividad eléctrica específica del material examinado.

[0076] La figura 6 muestra esquemáticamente para fines ilustrativos componentes esenciales de un sistema de examen SYS1 configurado para un examen de combinación de este tipo. El sensor de combinación SS o la combinación de sensores SS de este sistema de examen presenta un sensor diferencial SENS3 para la detección del cambio del flujo magnético en tres dimensiones, cuya estructura y función puede corresponder a aquellas del sensor SENS1 de la figura 1 o 2. Los componentes correspondientes llevan las mismas referencias que en la figura 1 y 2. Se remite a la descripción a este respecto. Las tres bobinas S1, S2, S3 envueltas alrededor del imán permanente PM en ortogonal una respecto a la otra se unen a un primer dispositivo de evaluación A1 separadas una de la otra.

[0077] El sensor SENS3 está fijado con ayuda de un dispositivo de sujeción H de un material no conductor eléctricamente y no magnetizable al lado inferior de un sensor de fuerza SENS-F y por ello está acoplado firmemente de forma mecánica con este. El dispositivo de sujeción se puede formar por ejemplo por una envoltura de plástico del sensor SENS3, que se enrosca a una superficie de conexión adecuada del sensor de fuerza o se pega a ella. El sensor de fuerza SENS-F se fija mecánicamente de forma rígida a un componente K del sistema de examen SYS1 instalado de forma fija, cuyas posiciones y orientación en el espacio se pueden describir por el sistema de coordenadas fijo KS.

[0078] El sensor de fuerza se representa esquemáticamente por un cuerpo de deformación de menor rigidez mecánica, cuya dilatación o compresión o cruzamiento por fuerzas externas se pueden detectar mediante franjas de medición de la expansión u otro convertidor electromecánico, donde a partir de las señales eléctricas del convertidor se pueden calcular las fuerzas causantes de la deformación. El sensor de fuerza está unido a un segundo dispositivo de evaluación A2, con el que se pueden determinar las medidas respectivas para la acción de la fuerza en las tres direcciones espaciales.

[0079] El sensor de combinación SS está dispuesto en el caso del ejemplo a poca distancia PA por encima de la superficie OB del objeto de examen OBJ conductor metálico, que se mueve a una velocidad v paralelamente a la dirección x en relación al sensor de combinación SS no operativo.

[0080] El objeto de examen puede ser por ejemplo una placa metálica con un borde delantero y un borde posterior (vistos en la dirección de movimiento) y un defecto D3 cercano a la superficie. Las figuras 4 y 5 muestran esquemáticamente posibles señales del sensor sin defecto (líneas continuas) y con defecto (línea discontinua) en dos dimensiones, es decir, por un lado, en paralelo a la dirección de desplazamiento (dirección x) en las Fig. 4A y 5A y en la dirección z, es decir, en el sentido de elevación, en perpendicular a la superficie de la pieza de examen en las Fig. 4B y 5B.

[0081] La señal de la fuerza Fx en la dirección del movimiento sube al alcanzar el borde delantero hacia un valor final y permanece entonces sobre un nivel esencialmente constante, hasta que el borde posterior pasa por el sensor y la señal desciende nuevamente a cero. Esta señal que corresponde a una potencia de frenado cae un poco en presencia de un defecto en la zona de la meseta, dado que el defecto altera la distensión de corrientes parásitas en el material y con ello el campo secundario. En la fuerza de elevación (figura 4B) se hacen notar los cantos en grandes desviaciones orientadas en sentido contrario, mientras que el defecto que surge entremedias provoca una alteración de la señal en comparación pequeña aproximadamente sinusoide.

[0082] Las señales de tensión producidas en el sensor diferencial SENS3 tienen otro transcurso. Los cantos del cuerpo se hacen notar según la figura 5A en la señal de tensión de la segunda bobina S2, cuyo eje de bobina se extiende en la dirección x, por grandes desviaciones en direcciones que se mueven en sentido opuesto, donde sin embargo al pasar entremedias sin alteraciones el material de examen, desaparece la señal de tensión. En el caso de que un defecto pase por la zona del sensor, entonces surge la señal del defecto aproximadamente sinusoide. A través de la primera bobina S1, cuya superficie plana de la bobina se extiende de forma paralela a la superficie del objeto de examen, se detecta aquel componente de las modificaciones del flujo magnético que actúa en perpendicular a la superficie del objeto de examen, es decir, en sentido ascendente. Los cantos posteriores y delanteros dan como resultado grandes desviaciones de forma sinusoidal distorsionada, orientadas en sentido contrario. En el sector intermedio sin defectos la tensión desciende a cero. Cuando se presenta un defecto, este se hace notar como desviación con forma sinusoidal distorsionada de la señal de tensión.

[0083] Ambos tipos de señales, es decir, la señal del sensor de fuerza SENS-F achacable a las acciones de la fuerza y las tensiones eléctricas inducidas del sensor diferencial SENS3 se evalúan en el sistema de examen SYS1 para obtener declaraciones sobre el material examinado. La presencia o ausencia de defectos se detecta con gran sensibilidad y gran dinámica con ayuda de la primera unidad de evaluación A1 a partir de las señales del sensor del sensor diferencial SENS3. Al mismo tiempo se determina para el mismo volumen de examen a partir de las señales del sensor de fuerza la conductividad eléctrica específica del material del objeto de examen. En este caso se forma un cociente Fz/Fx, cuyo dividendo comprende una medida para la acción de fuerzas en sentido ascendente (Fz) y su divisor una medida para la acción de fuerzas en paralelo a la dirección del movimiento, por lo tanto, una medida para la fuerza de frenado (Fx). Sobre la base de estos valores se puede determinar la conductividad eléctrica del material del objeto de examen según los métodos descritos en el documento DE 102011 056650 A1. A través de la formación de cocientes se pueden minimizar influencias de la densidad de flujo magnético del imán y de la distancia entre el imán permanente y el material sobre el resultado de medición, de modo que es posible un destino sin contacto de la conductividad eléctrica con mucha precisión.

[0084] El sistema de examen de combinación SYS1 o el sensor de combinación SS tiene una estructura mecánica y eléctrica relativamente sencilla y robusta y se puede usar por ejemplo para la certificación de materiales eléctricamente conductores directamente en relación con la producción, para hacer además del examen altamente dinámico y sensible sobre defectos indicaciones cuantitativas precisas sobre la conductividad eléctrica. Tales sensores de combinaciones se pueden usar por ejemplo muy ventajosamente para la producción de aluminio y sustituir los métodos de examen separados precedentes.

[0085] En algunas formas de realización un sistema de examen tiene un sistema de sensores con dos o más sensores diferenciales, cuya estructura puede ser idéntica o similar entre ellos.

[0086] Fig. 7 muestra un sistema sensor en forma de una matriz de sensores con varios, p.ej. nueve sensores diferenciales idénticos uno respecto al otro, que están relativamente cerca unos de otros en una disposición de matriz llana, bidimensional en un sistema rectangular, para p.ej. poder detectar simultáneamente áreas más grandes de superficies de un material por examinar.

En una matriz de sensores se pueden proporcionar también menos o más sensores, p.ej. desde 4 sensores hasta 20 sensores o más.

[0087] Un sensor diferencial individual dispone para cada componente (del cambio del flujo magnético) de una función de ilustración característica (función de dispersión de puntos). Cuando se ponen en servicio varios sensores de una matriz de sensores y las señales de lOs sensores individuales se ponen en correlación con la posición del sensor por medio de al menos un algoritmo de evaluación con la posición del sensor, se puede elaborar una ilustración al menos bidimensional (2D), preferiblemente tridimensional (3D) del material objeto de examen. El uso de otros algoritmos de evaluación puede conducir a una reconstrucción 3D de defectos. Los sensores diferenciales se pueden usar por consiguiente también para métodos de medición o de examen formadores de imagen debido a su forma de construcción compacta.

[0088] Se pueden usar al menos dos sensores individuales diferenciales para la compensación de interferencias, p.ej. compensación de variaciones de distancia de examen. Para ello tiene que ser conocido en la medida de lo posible bien el comportamiento de distancia (dependencia de la amplitud de señales de la distancia del examen) de un sensor individual. Si se accionan dos sensores individuales con dos distancias de examen diferentes, se puede determinar en que cantidad se modifica la distancia de examen y corregir correspondientemente (compensación de distancia) la señal de medición.

[0089] Por medio de la fig. 8 se explica una posibilidad de este tipo para el uso de varios sensores diferenciales en un sistema de examen SYS3. El sistema de sensores SABS tiene un primer sensor diferencial SENS4-1 y un segundo sensor diferencial SENS4-2 con forma de construcción idénticas. Pueden estar previstos adicionalmente otros sensores diferenciales que no están representados. Los dos sensores se pueden integrar p.ej. en una matriz de sensores. Las señales de las tres bobinas respectivas de cada uno de los sensores se registran por separado en unidades de evaluación Aij asignadas como i=1,2, 3 y j=1, 2, 3 y después se correlacionan. Los dos sensores están desplazados entre sí en dirección z, de modo que no se encuentran a la misma altura respecto al objeto de examen OBJ, cuando el sistema de sensores se coloca en la cercanía de la superficie del objeto de examen. Una primera distancia de examen PA1 es mayor que la segunda distancia de examen PA2. Por medio de una evaluación común de las señales del sensor se puede crear un sistema de examen con compensación de distancia.

[0090] En las formas de realización representadas con figuras el imán permanente es un imán de al menos una pieza de un material magnetizable, que mantiene su campo magnético estático, sin que, como en el caso de los imanes eléctricos, sea necesario un flujo de corriente eléctrico para la producción del campo magnético. El imán permanente es una fuente magnética de campo de corriente continua que trabaja sin electricidad. Algunas ventajas de la invención reivindicada se conseguirían en su caso también con una fuente magnética de campo de corriente continua, que presenta al menos una bobina atravesada con corriente continua, donde esta debería conectarse a ser posible a una fuente de corriente constante para el logro de un campo magnético constante. En tanto en cuanto se mantengan esencialmente las ventajas descritas aquí, el concepto "imán permanente" designa en sentido más amplio una fuente magnética de campo de corriente continua.

[0091] Por lo demás, no es obligatorio que el eje magnético del imán permanente o de la fuente magnética de campo de corriente continua esté a ser posible en perpendicular a la superficie del objeto de examen. También es posible una orientación oblicua o una orientación en paralelo a la superficie del objeto de examen. Sin embargo, la orientación vertical puede ser especialmente ventajosa entre otras cosas a causa de las altas intensidades de campo que se pueden alcanzar.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Sensor diferencial para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores con:

un imán permanente (PM) de al menos una pieza de un material magnetizable, que mantiene su campo magnético estático, sin que sea necesario un flujo de corriente eléctrica para la producción del campo magnético, donde el imán permanente presenta un eje magnético, que se extiende a lo largo de la línea de conexión entre el polo norte magnético N y el polo sur S magnético del imán permanente;

una primera bobina (S1) con una o varias primeras espiras, que se extienden alrededor del imán permanente y definen un primer eje de bobinas (A1), donde el primer eje de bobinas (A1) se extiende en paralelo al eje magnético, y

una segunda bobina (S2) con una o varias segundas espiras, que se extienden alrededor del imán permanente y definen un segundo eje de bobinas (A2), que se extiende trasversalmente al primer eje de bobinas.

2. Sensor diferencial según la reivindicación 1, caracterizado por una tercera bobina (S3) con una o varias terceras espiras, que se extienden alrededor del imán permanente y definen un tercer eje de bobinas (A3), que se extiende trasversalmente al primer eje de bobinas (A1) y al segundo eje de bobinas (A2).

3. Sensor diferencial según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que los ejes de bobinas (A1, A2, A3) se orientan de forma alternativa en perpendicular uno respecto al otro.

4. Sensor diferencial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la primera bobina (S1), la segunda bobina (S2) y la tercera bobina (S3) están fijadas en los imanes permanentes.

5. Sensor diferencial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el sensor diferencial (SENS3) se acopla de tal manera mecánicamente a un sensor de fuerza (F-SENS), que las fuerzas de Lorentz que actúan sobre el sensor diferencial se pueden detectar mediante el sensor de fuerza en varias direcciones espaciales.

6. Sistema de examen para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores con:

al menos un sensor diferencial (SENS1, SENS2; SENS3) según una de las reivindicaciones anteriores; y un dispositivo de evaluación (A, A1), que está configurado para registrar tensiones eléctricas inducidas en las espiras de las bobinas (S1, S2, S3) del sensor diferencial o señales derivadas de allí por separado para cada bobina y poner en correlación a través de la aplicación de al menos un proceso de evaluación.

7. Sistema de examen según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de, que se configura el dispositivo de evaluación (A, A1) está configurado para producir una señal de defecto que indica un defecto solo entonces cuando en la primera bobina y en la segunda bobina se induce un cambio de tensión típico de un defecto.

8. Sistema de examen según la reivindicación 6 o 7, caracterizado por un sensor de fuerza (F-SENS), que está acoplado mecánicamente al sensor diferencial (SENS3) de tal manera, que se pueden detectar fuerzas de Lorentz que actúan sobre el sensor diferencial mediante el sensor de fuerza en varias direcciones espaciales, y un dispositivo de evaluación (A2) para la evaluación de señales del sensor de fuerza para varias direcciones espaciales.

9. Sistema de examen según una de las reivindicaciones 6 hasta 8, caracterizado por el hecho de que durante la evaluación de las señales del sensor de fuerza se forma un cociente, cuyo dividendo comprende una medida para el efecto de la fuerza en perpendicular a la superficie del objeto de examen y su divisor comprende una medida para la acción de la fuerza en paralelo a la dirección del movimiento.

10. Sistema de examen según unas de las reivindicaciones 6 hasta 9, caracterizado por el hecho de que el sistema de control (SYS3) presenta un sistema sensor (SABS) con al menos dos sensores diferenciales (SENS4-1, SENS4-2), que están dispuestos uno respecto al otro desplazados de tal manera, que se encuentran a diferentes distancias de examen (PA1, PA2) respecto a un objeto de examen, cuando el sistema sensor se coloca cerca de la superficie (OB) del objeto de examen.

11. Sistema de examen según una de las reivindicaciones 6 hasta 10, caracterizado por el hecho de que el dispositivo de evaluación está configurado para una compensación de la distancia.

12. Sistema de examen según una de las reivindicaciones 6 hasta 11, caracterizado por el hecho de que varios sensores diferenciales forman una matriz de sensores (AR) unidimensional o bidimensional.

13. Método para la detección de anomalías en materiales eléctricamente conductores bajo aplicación de un sensor diferencial según una de las reivindicaciones 1 hasta 5 y/o bajo aplicación de un sistema de examen según unas de las reivindicaciones 6 hasta 12 con las siguientes etapas:

Disposición del sensor diferencial en la cercanía de una superficie de un objeto de examen de material eléctricamente conductor de la manera, que un campo magnético producido por el imán permanente puede entrar en el objeto de examen hasta una profundidad de penetración;

Producción de un movimiento relativo entre el sensor diferencial y un objeto de examen del material eléctricamente conductor en paralelo a una dirección de movimiento;

Detección de tensiones eléctricas inducidas en las espiras de las bobinas (S1, S2, S3) del sensor diferencial o de señales derivadas de allí por separado para cada bobina; y

Evaluación de las tensiones eléctricas inducidas en las bobinas o señales derivadas de estas a través del uso de al menos un proceso de evaluación.