FI113299B - Menetelmä ja järjestelmä teräksen karkaisusyvyyden määrittämiseksi - Google Patents

Description

113299

Menetelmä ja järjestelmä teräksen karkaisusyvyyden määrittämiseksi

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä teräksen karkaisusyvyyden määrittämiseksi. Lisäksi keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä teräksen karkaisusyvyyden määrittämiseksi.

5 Tämänkaltaisia mittausmenetelmiä ja -järjestelmiä käytetään terästuotteiden, kuten teräsakselien ja -levyjen, karkaisusyvyyden määrittämiseen.

Materiaalien ja komponenttien suurimmat mekaaniset rasitukset kohdistuvat niiden pintakerroksiin. Pinnan ja sen läheisen alueen kovuuden lisäämiseksi on käytössä useita menetelmiä; esimerkiksi teräksen erilaiset karkaisumenetelmät. Teräksen karkaisu-10 syvyyden määrittäminen tunnetun tekniikan mukaisilla menetelmillä vaatii kappaletta vaurioittavaa työstämistä ja on siten kallista ja aikaavievää. Tunnettu tekniikka käsittää myös ns. NDE- (Non Destructive Evaluation) menetelmiä, joiden avulla tuotantokappaleiden karkaisusyvyyttä voidaan mitata nopeammin ja ainetta rikkomatta. Tällaisia NDE-menetelmiä on esitetty esim. seuraavissa julkaisuissa: 15 EP 0 100 009 ’’Characterization of Hardening Depth by Barkhausen Noise Measurement”, G. Bach, ; · K. Goebbels & W. A. Theiner, Materials Evaluation 46, 1988, The American Society , ,· for Nondestructive Testing, Inc.

« » » • i :.: “Evaluation of case depth on steels by Barkhausen noise measurements”, M. Dubois & * 20 M. Fiset, Materials Science and Technology Voi. 11, 1995 t * ; ‘ ‘ “Evaluation of Induction Hardened Case Depth Using Magnetic Barkhausen Emission”, » » S. Vaidyanathan, V. Moorthy, T. Jayakumat & Baldev Raj, Indira Gandhi Center for Atomic Research, 1998 , Magneettisen Barkhausen kohinan (MBK) soveltuvuutta ferromagneettisten materiaa- * · !25 lien metallurgisten, mikrorakenteeseen liittyvien ja mekaanisten ominaisuuksien NDE-‘ ‘ . mittauksiin on tutkittu laajasti. Tutkimuksissa on keskitytty mittaamaan materiaalien V > » sisäisten ominaisuuksien aiheuttamaa muutosta MBK:aan, jotta löydettäisiin kaupal-’ lisesti hyödynnettäviä korrelaatioita materiaaliominaisuuksien ja MBK:n välillä. Bark- ·.*· hausen kohinan on havaittu riippuvan mm. ferromagneettisen materiaalin raekoosta, i a · • » · 2 113299 koostumuksesta sekä perliitti- ja lamellirakenteista. Teräksessä tärkeä koostumukseen liittyvä tekijä on hiilen määrä ja jakautuma. Mekaanisista ominaisuuksista ainakin kovuuden, jäännösjännitysten ja materiaalin väsymisen on osoitettu vaikuttavan MBK.aan.

5 Barkhausen kohinamittausten fysikaalisen perustan muodostaa se, että ferromagneettisen materiaalin mekaanisiin ominaisuuksiin eli esim. kovuuteen vaikuttavat tekijät kuten mikrorakenne, koostumus ja kidevirheet vaikuttavat voimakkaasti myös materiaalien magneettisiin ominaisuuksiin kuten hystereesikäyrän muotoon, koersitiivivoimaan ja remanenssiin. Ferromagneettinen kappale koostuu 10 alkeisalueista eli ns. Weissin alueista, joissa kaikilla alkeismagneeteilla on sama suunta. Kappaletta magnetoitaessa magnetoituma kasvaa pienillä kentänvoimakkuuksilla kentän suuntaisten alkeisalueiden koon kasvun seurauksena ja lähestyttäessä kyllästysmagnetoitumaa yhä enemmän alkeisalueiden magnetoituman kiertyessä ulkoisen kentän suuntaan. Materiaalivirheet pyrkivät pääsääntöisesti rajoittamaan 15 alkeisalueiden kasvuun liittyvien Blochin seinämien liikkumista materiaalissa.

Magneettikentän voimakkuuden kasvaessa Blochin seinämät saavat riittävästi energiaa vapautuakseen kidevirheistä ja epäpuhtauksista ja magnetisaatio kasvaa hypähdyksin. Magneettisen Barkhausen kohinan mittaaminen perustuu näiden äkillisten, • :'; irreversiibelien magnetoitumamuutosten mittaamiseen kappaleen pinnalla havaittavien : 20 magneettivuon muutosten avulla. Koersitiivisen voiman läheisyydessä magnetoituma : ; : muuttuu nopeasti, jolloin syntyy paljon MBK:aa.

. . Tunnetun tekniikan mukaan mittauskohteeseen muodostetaan esim. sinimuotoisesti ! muuttuva magneettikenttä, joka aiheuttaa MBK:aa. Magneettikenttä muodostetaan tyypillisesti magnetointikelalla, jolla on tyypillisesti U-muotoinen ferro- tai 25 ferrimagneettinen sydän, jonka kärjet koskettavat mittauskohdetta. Muodostuvaa MBK:aa mitataan tyypillisesti magnetometrillä, joka sijoitetaan magnetointikelan . ·. : sydämen kärkien väliin ja kosketuksiin mittauskohteen pinnan kanssa. Magnetometri on :tyypillisesti asetettu siten, että sen käämilangat ovat olennaisesti yhdensuuntaiset _mittauskohteen kosketuspintaan nähden. MBK ja karkaisusyvyys määritetään , · · · _ 30 magnetometriin indusoituvan jännitteen perusteella.

;' ·, · Suuri osa Barkhausen kohinasta syntyy magneettikentän voimakkuuden ollessa lähellä :' “: materiaalille ominaista koersitiivivoimaa. Mitattaessa teräksen karkaisusyvyyttä MBK:n 3 113299 avulla on tärkeää kyetä erottamaan karkaistun ja karkaistumattoman alueen synnyttämä Barkhausen kohina. Tunnetussa tekniikassa on käytetty kahta menetelmää. Molemmissa menetelmissä käytetään niin suurta magnetoivaa kenttää, että näytteen kyllästysmagnetoituma saavutetaan. Ensimmäisessä menetelmässä MBK:n aiheuttama 5 jännite mitataan magnetointikentän voimakkuuden funktiona. Mikäli karkaistun ja karkaistumattoman teräskerroksen koersitiivivoimat eroavat riittävästi toisistaan, voidaan mittausdatassa erottaa kaksi erillistä piikkiä, joiden maksimiamplitudien suhdetta on käytetty karkaisusyvyyden määrittämiseen. Mekaanisesti kovemman karkaistun kerroksen koersitiivivoima on yleensä suurempi kuin karkaistumattoman 10 materiaalin, joten suuremmalla magneettikentän voimakkuudella esiintyvä kohinapiikki liittyy karkaistuun kerrokseen. Yleensä karkaistussa teräksessä syntyy selvästi vähemmän Barkhausen kohinaa kuin karkaisemattomassa. Toisessa menetelmässä mittauksen taajuuskaistan alaraja valitaan siten, että materiaalin sisältä karkaistumattomasta alueesta tuleva kohina on tällä taajuusalueella vaimentunut 15 havaitsemattomaksi. Tätä tilannetta vastaavaa suodattimella asetettua taajuuskaistan alarajaa käytetään karkaisusyvyyden määrittämiseen.

Tunnetun tekniikan heikkoutena on se, että ensimmäisessä menetelmässä mitataan myös karkaistun alueen kohinaa, koska sillä keskeinen osuus karkaisusyvyyttä määritettäessä.

' Tällöin mittaustulokseen vaikuttavat myös karkaisusyvyyteen liittymättömien : : . 20 ominaisuuksien vaihtelut, kuten materiaalin pintajännitys ja mahdolliset hiilipitoisuuden j _; vaihtelut, esim. hiilenkatoalueet. Pintakerroksen alkeisalueiden dynamiikkaan demagne- ': ‘ tointikentillä ja alkeisalueiden sulkeumilla voi olla suurempi vaikutus kuin materiaalin mikrorakenteella. Lisäksi ensimmäinen menetelmä toimii vain, jos eri alueiden '.,. · synnyttämät kohinapiikit ovat niin kaukana toisistaan, että niiden amplitudit pystytään 25 määrittämään luotettavasti. Toinen menetelmä on melko epätarkka, koska se perustuu heikon kohinasignaalin hävittämiseen. Tätä ei voida tehdä tarkasti ja menetelmää ei olekaan juuri käytetty.

* · ;" * Taajuudella f vaihtelevan magneettikentän voimakkuus H(x) vaimenee homogeenisessa , · j · ’ sähköä johtavassa magneettisessa materiaalissa alkuarvosta H(0) etäisyyden λ; kasvaessa . · ·. 30 likipitäen seuraavasti: H(x) = H( 0)exp(-x/£) ; δ = ^\!{ττ[μσ) * » · 9 4 113299 missä δ on tunkeutumissyvyys, μ on materiaalin magneettinen permeabiliteetti ja σ on sähkönjohtavuus. Magnetoivan kentän tulee tunkeutua riittävän syvälle tutkittavaan näytteeseen, jotta MBK:aa muodostuu myös syvemmällä olevassa karkaistumattomassa kerroksessa. Tämän vuoksi magnetoinnissa on käytettävä matalaa taajuutta. Myös 5 karkaistumattomassa kerroksessa syntynyt MBK vaimenee eksponentiaalisesti karkaisusyvyyden funktiona, joten suuria karkaisusyvyyksiä mitattaessa on käytettävä matalataajuista mittauskaistaa. Osa tunnetun tekniikan mittauksista on tehty niin korkeita analyysitaajuuksia käyttäen, että mitattu MBK on ollut peräisin pelkästä pintakerroksesta.

10 Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada aivan uudentyyppinen menetelmä teräksen karkaisusyvyyden määrittämiseksi, jonka avulla teräksen karkaisusyvyyttä voidaan mitata tunnettua tekniikkaa tarkemmin ja suuremmilla karkaisusyvyyksillä.

Keksintö perustuu uuteen magnetointitapaan ja siihen, että mittaustuloksia käsitellään uudella tavalla. Näiden seurauksena menetelmän herkkyys karkaisusyvyydestä 15 riippumattomien, mutta MBK:aa muuttavien, tekijöiden vaihtelulle vähenee huomattavasti, mittaustarkkuus paranee ja mittauksia voidaan tehdä suuremmilla karkaisusyvyyksillä.

Mittauskohteeseen muodostetaan MBK:aa aiheuttava muuttuva magneettikenttä siten, : * '. että mitattava kohina syntyy pääosin karkaistumattomassa alueessa ja aiheutuvaa ; : ’ · 20 MBK:aa mitataan tunnetun tekniikan mukaisella anturilla. Näytettä ei siis magnetoida ’!'* lähelle kyllästysmagnetoitumaa. Mitattu MBK muunnetaan esim. FFT:n (Fast Fourier :. ’ · ‘ Transform) avulla taajuustasoon ja mitatun MBK:n energiaa kuvaava arvo määritetään esim. integroimalla mitattu MBK taajuustasossa sopivan taajuuskaistan yli. MBK:n energiaa kuvaavan arvon perusteella määritetään lopuksi mittauskohteen 25 karkaisusyvyys. Ennen karkaisusyvyyden määrittämistä mitatusta kohinasta vähennetään nolla magnetointi virralla mitattu elektroniikan oma taustakohina.

:" ‘ Karkaisusyvyys voidaan määritellä esim. aiemmin luodun taulukon tai kaavan avulla, ,·].* joka on määritelty koemittauksien avulla. Koemittauksissa voidaan määritellä MBK:n , ·, energiaa kuvaavan arvon ja karkaisusyvyyden korrelaatio tietyn tuotteen, kuten / ; 30 teräslevyn, osalta. Koemittaukset voidaan suorittaa esim. mittaamalla ensin koe-erän ;,,' tuotteiden MBK:n energiaa kuvaavat arvot keksinnön mukaisella menetelmällä ja sitten 5 113299 tuotteiden karkaisusyvyydet vastaavissa kohdissa esim. jollakin mekaanisella menetelmällä. Koe-erässä on syytä olla eri karkaisusyvyyden omaavia tuotteita ja koe-erän on syytä olla tarpeeksi iso, jotta korrelaatiokäyrä olisi luotettava.

Integroitavan taajuuskaistan alaraja asetetaan mahdollisimman lähelle 5 mittauskohteeseen muodostetun muuttuvan magneettikentän taajuutta eli esim. välille 1 - 200 Hz, koska vain riittävän matalilla taajuuksilla saadaan informaatiota karkaistun kerroksen alapuolelta. Integroitavan taajuuskaistan yläraja taas asetetaan siten, että mittauskohteen pintakerroksesta tulevaa korkeataajuisempaa MBK.aa ei sisällytetä integrointiin enempää kuin välttämätöntä.

10 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle teräksen karkaisusyvyyden mittausmenetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle teräksen karkaisusyvyyden mittausjärjestelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 11 15 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

| Keksinnön mukaisen menetelmän avulla teräksen karkaisusyvyyttä voidaan mitata I ' tarkemmin kuin tunnetun tekniikan mukaisilla menetelmillä.

Edullisissa sovellusmuodoissa magnetointikäämin magnetointivirta pyritään säätämään 20 siten, että magneettikentän voimakkuus ylittää karkaistumattoman teräksen ! , koersitiivivoiman mutta ei ylitä karkaistun osan koersitiivivoimaa. Toisin sanoen magneettikentän voimakkuus ei ylitä karkaistun pintakerroksen koersitiivivoimaa mutta ylittää karkaistun pintakerroksen alla olevan karkaistumattoman teräksen koersitiivivoiman. Kun magneettikentän voimakkuus ei ylitä koersitiivivoimaa, , \ · 25 alkeisalueiden seinämien irreversiibelit muutokset ovat huomattavasti vähäisempiä kuin .*’* magneettikentän ylittäessä koersitiivivoiman. Vastaavasti MBK on vähäisempää kun .1/ alkeisalueiden kokomuutokset ovat pienempiä ja harvalukuisempia. Lisäksi pienillä • » kentänvoimakkuuksilla magnetointimuutokset ovat reversiibelejä, jolloin ei synny » _ * ; Barkhausen kohinaa. Tällä tavoin voidaan vähentää pintakerroksen karkaisuasteeseen ; ’· 30 liittymättömien ominaisuuksien aiheuttamaa MBK:aa. Tämänlaisia ominaisuuksia ovat • I » 6 113299 esim. pintajännityksen ja hiilipitoisuuden vaihtelut. Tämän seurauksena mittaus-magnetometriin kytkeytyy vähemmän epäolennaista, mittauksen korrelaatiota huonontavaa, karkaisusyvyyteen liittymätöntä MBKraa ja mittaustarkkuus paranee. Mittaustarkkuutta parantaa myös se, että karkaisusyvyys määritetään 5 karkaistumattomasta alueesta tulevan MBK:n kokonaisenergian avulla eikä vain kohinapiikin amplitudiin perustuen kuten tunnetussa tekniikassa.

Edullisissa sovellusmuodoissa FFT-muunnoksen näytteenottotaajuus ja magnetointi-taajuus synkronoidaan verkkotaajuuteen. Synkronoinnin seurauksena signaalia voidaan mitata sellainen aika, joka on kummankin häiriön ja niiden harmonisten komponenttien 10 jaksojen monikerta. Tällöin häiriöpiikit ovat ideaalisen kapeita eli sisältävät taajuusalueessa vain yhden pisteen ja helposti poistettavissa taajuusspektristä. Tämän ansioista analyysitaajuusalue voidaan aloittaa suhteellisesti lähempää magnetointitaajuutta kuin tunnetun tekniikan mukaisissa mittauksissa, mikä parantaa mittaustarkkuutta ja mahdollistaa suurempien karkaisusyvyyksien mittaamisen.

15 Magnetointitaaj uudella tarkoitetaan magnetointikelan aiheuttaman muuttuvan magneettikentän taajuutta. Verkkotaajuudella taas tarkoitetaan mittauslaitteiston läheisyydessä olevan sähköverkon taajuutta eli yleensä kansallisen sähköverkon taajuutta, joka on tyypillisesti 50 tai 60 Hz. Näytteenottotaajuudella tarkoitetaan !( mittausdatasta poimittavien näytteiden lukumäärää aikayksikköä kohti. Mikäli * '1 20 näytteenottotaajuus on esim. 100 Hz mittausdatasta voidaan poimia esim. ajanhetkeä t t » * ‘ ’ sekuntia vastaava mittausarvo, ajanhetkeä (t + 1/100) s vastaava mittausarvo, ajanhetkeä . (/+ 2/100) s vastaava mittausarvo jne.

, » ·. t Edullisissa sovellusmuodoissa myös mittauskaistan yläraja asetetaan tasolle, jolla mahdolliset pintakerroksen ominaisuuksien vaihtelut aiheuttavat mahdollisimman 25 pienen virheen karkaisusyvyyden mittaustulokseen. Mittaustaajuuskaista voi olla esim. 100-1200 Hz.

.··· Korkeilla taajuuksilla magnetointikelan magneettikenttä ahtautuu lähemmäs , mittauskohteen pintaa, jolloin karkaistumattomaan kerrokseen yltävä magneettikenttä on heikompi ja näin ollen aiheutuva MBK on vähäisempää. Esimerkiksi 50 kHz:n ·’· 30 taajuudella tunkeutumissyvyys teräksessä on vain noin 60 pm. Tämän vuoksi edullisissa sovellusmuodoissa magnetointitaajuus säädetään alhaiseksi, esim. välille * i · 7 113299 0,1-10 Hz, jotta magneettikenttä tunkeutuu riittävän syvälle tutkittavaan teräkseen, ts. karkaistumattomaan kerrokseen asti. Matalilla magnetointitaajuuksilla mittausmagnetometriin kytkeytyvä magnetointivuo on pienempi. Näin ollen mittausmagnetometriin indusoituvasta jännitteestä on helpompaa suodattaa pois 5 magnetointikelan aiheuttamat magnetointitaajuinen signaali ja magnetointitaajuuden monikertojen signaalit. Myös Barkhausen kohina pienenee kuitenkin melko voimakkaasti magnetointitaaj uuden pienetessä. Tämä selitetään johtuvan siitä, että magnetoitumisprosessiin osallistuvien Blochin seinämien määrä kappaleessa tietyllä vuontiheydellä on verrannollinen magnetointitaaj uuden neliöjuureen. Alkeisalueiden 10 välisten seinämien lukumäärän vähentyessä myös Barkhausen kohina pienenee. Näistä syistä johtuen edullisissa sovellusmuodoissa mittauksissa käytetään matalille taajuuksille optimoitua anturia sekä vähäkohinaista esivahvistinta. Signaalikohinasuhteen maksimoimiseksi esivahvistin on sijoitettava anturin yhteyteen.

Edullisissa sovellusmuodoissa mitattavan kohteen karkaistumattoman ja karkaistun 15 materiaalin magneettiset ominaisuudet, kuten koersitiivivoiman suuruus, voidaan tarvittaessa määrittää ja mittausjärjestelmä virittää tämän perusteella. Magneettikentän voimakkuuden säätämisen helpottamiseksi mittausanturiin voidaan asentaa Hall-anturi, joka mittaa näytteen pinnan suuntaisen magneettikentän voimakkuutta. : · Magnetointivirran paras arvo voidaan etsiä myös kokeellisesti ilman tarkkaa tietoa ·'.· 20 materiaalien koersitiivivoimista tai muista magneettisista ominaisuuksista. Apuna :.: : käytetään magnetointivuon ja magnetointivuotiheyden suuruutta mittaavaa kela-anturia, joka on käämitty magnetointisydämen ympärille. Magnetointivirran lopulliseksi arvoksi ‘ · ': valitaan karkaisusyvyyden kanssa parhaan korrelaation antava arvo. Karkaisusyvyyden ’··' mittaus on syytä suorittaa sellaisessa tuotteen käsittelyn vaiheessa, jossa karkaistun ja 25 karkaistumattoman osuuden koersitiivivoimien ero on suurin. Mittausjärjestelmää kalibroitaessa ja säädettäessä on myös syytä käyttää useita näytteitä.

: Keksintöä tarkastellaan seuraavassa esimerkkien avulla ja oheisiin piirustuksiin viitaten.

:, Tekstissä esiintyvät numeroarvot ovat ohjeellisia ja viittaavat toteutettuihin ratkaisuihin.

Mittauskohteesta riippuen mainittujen parametrien arvot saattavat vaihdella :' ’ ‘; 30 huomattavasti enemmänkin.

:Kuvio 1 esittää poikkileikkauksena anturia, jota voidaan käyttää keksinnön mukaisessa ’... · menetelmässä ja järjestelmässä.

8 113299

Kuvio 2 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaista mittausjärjestelmää.

Kuvio 3 on esimerkkinäytteen karkaistun ja karkaistumattoman osan hystereesikäyrät, joihin on merkitty vastaavat koersitiivivoimat.

Kuvio 4 on kuvion 3 esimerkkinäytettä vastaavassa näytteessä saturaatiomagnetoinnilla 5 muodostuvan MBK:n kuvaaja, johon on merkitty kuviota 3 vastaavat koersitiivivoimat sekä esimerkit keksinnön mukaisista magnetointi-intervalleista.

Kuviossa 1 esitetty anturi 6 käsittää suojakotelon 1, magnetointisydämen 2, ja magnetometrin sydämen 3.

Magnetointisydämen mitat voivat olla esim. seuraavanlaiset: 10 Kokonaiskorkeus 30 mm

Kokonaisleveys 25 - 34 mm

Paksuus 13-20 mm Kärkien leveys 8-12 mm Kärkien sisäreunan korkeus 17-18 mm 15 Magnetointisydämen ympärillä on magnetointikäämitys, jota ei ole esitetty kuviossa. Magnetointikäämityksen kierroslukumäärä voi olla esim. 200 - 250 kierrosta ja käämityslangan halkaisija esim. 0,4 - 0,45 mm. Magnetointikelan sydän voi olla esim. ; i Philipsin 3C80-ferriittiä, jonka permeabiliteetti on n. 2000. Yllä olevilla mitoituksilla magnetointikäämin resistanssi on tällöin n. 2 - 3 Ω taajuuden ollessa 0-10 Hz. . ·, ; 20 Magnetointisydämen ympärillä on myös magnetointivuota mittaava käämitys, jota ei .* ·. ole esitetty kuviossa. Vuokelan käämitys voi olla symmetrinen häiriötasojen pienentämiseksi, esim. 10 + 10 kierrosta väliulosotolla, joka on kytketty anturin elektroniikan maapotentiaaliin.

Magnetometri optimoidaan matalille taajuuksille. Matalilla taajuuksilla kela-;,,' 25 magnetometrin signaalikohinasuhde kasvaa kelan langoituksen kuparimäärän kasvaessa, joten magnetometri pyritään mitoittamaan suhteellisen suureksi. Magnetometrin sydän voi olla esim. 10-13 mm paksu, 6-10 mm korkea ja kapeimmalta kohdaltaan 3-' · ‘ 5 mm leveä. Magnetometrin käämityksen kierroslukumäärä voi olla esim. 1000 - 4000 :. ’ · j kierrosta ja käämityslangan halkaisija esim. 0,04 - 0,06 mm. Magnetometrin käämitystä 30 ei ole esitetty kuviossa. Kapasitiivisten häiriöiden pienentämiseksi magnetometrin 9 113299 käämitys on symmetrinen ja kelan väliulosotto on kytketty anturin elektroniikan maapotentialiin. Magnetometrin sydämen tulee olla vähäkohinaista esim. Philipsin 3C80-ferriittiä. Yllä olevilla mitoituksilla magnetometrin resistanssi on n. 100 - 400 Ω taajuuden ollessa 0 - 1000 Hz.

5 Suojakotelon sisällä on lisäksi matalakohinainen, differentiaalinen esivahvistin, jolla vahvistetaan mittaussignaaleja. Esivahvistinta ei ole esitetty kuviossa 1. Mittauskelan matala impedanssitaso rajoittaa esivahvistimessa käytettävien operaatiovahvistimien valintaa. Paras sovitus kohinamielessä saavutetaan kun vahvistimen optimi-impedanssi, eli ekvivalentin jännite- ja virtakohinan suhde, Zopt = e„ /in ja mittauskelan impedanssi 10 ovat yhtä suuria. Esivahvistimessa voidaan käyttää esim. Analog Devices Inc. valmistamaa AD797 operaatiovahvistinta tai Linear Technology Inc. valmistamaa LT 1028 Ultra Low Noise Precision High Speed Operational Amplifier operaatiovahvistinta. Esivahvistin voidaan toteuttaa differentiaalisella instrumentointi-vahvistinkytkennällä, jossa differentiaalisen esiasteen laskennallinen vahvistus on esim. 15 67 ja toisen asteen 50, jolloin kokonaisvahvistus on n. 3350. Mittauskaistan rajoit tamiseksi vahvistinasteiden väliin voidaan toteuttaa ensimmäisen kertaluvun kaistanpäästösuodatin, jonka -3 dB:n kulmataajuudet ovat n. 146 Hz ja 1300 Hz. Kais-tanpäästösuodatin pienentää laskettua vahvistusta niin, että vahvistus päästökaistan keskellä on n. 2200. Esi vahvistimen jännitekohina voi olla noin 2,0 - 4,0 nV/VHz ja : , · 20 virtakohina noin 7-10 pA/VHz. Kokonaiskohinataso mittauskaistalla voi olla välillä :. i ! 3,5 - 5,0 nV/VHz, kun mittauskelan kohinan osuus on noin 1,5 nV/VHz.

. Mittausanturi ja esivahvistin on suunniteltava siten, että magnetointikelan aiheuttaman .· '. magneettikentän magnetometriin indusoima jännite ei saturoi esivahvistinta eli aiheuta ns. leikkaantumista. Erityisesti on varottava magnetointisignaalin suoraa kytkeytymistä 25 esivahvistimeen.

Suojakotelon 1 sisällä on myös oma esivahvistin magnetointivuon ja magnetointivuontiheyden mittaamiseksi. Mitattu signaali on verrannollinen vuon '!*. aikaderivaattaan, josta integroimalla lasketaan tehollinen vuonarvo ja vuontiheyden maksimiarvo. Integrointi ja laskenta suoritetaan numeerisesti analyysiohjelmassa.

/ ; 30 Kuvion 2 mukainen järjestelmä käsittää PC-tietokoneen 4, mittauselektroniikan 5 ja , - ·] anturin 6. PC-tietokone käsittää edelleen monikanavaisen A/D- ja D/A-muunninkortin 10 113299 sekä ohjelmiston, jolla voi FFT-muuntaa, muokata ja analysoida mittausdataa. Ohjelmistolla voidaan suorittaa FFT-muunnos halutulla taajuusalueella, poistaa mittausdatasta häiriöitä ja laskea karkaisusyvyyden määrittämisessä tarvittavat suureet. Mittauselektroniikka käsittää edelleen synkronointipiirin 7, magnetointivuon-5 mittauspiirin 8, magnetointivirranmittauspiirin 9, magnetointipiirin 10 ja MBK-mittauspiirin 11. Anturi 6 käsittää edelleen magnetointivuota mittaavan anturin esivahvistimineen 12, magnetointikelan 13 ja MBK-anturin 14, joka käsittää myös pienikohinaisen esivahvistimen.

Synkronointipiiri 7 antaa tietokoneen 4 A/D ja D/A muunninkortille tahdistussignaalin, 10 jolla muunninkortin kellopiirit tahdistetaan sähköverkon 15 taajuuteen. Synkronointipiiri luo tahdistussignaalin PLL-piirin (Phase Locked Loop) ja ohjelmoitavan jakajapiirin avulla verkkojännitteestä. Lisäksi synkronointipiirin 7 kautta kulkevat ohjaus- ja mittaussignaalit tietokoneen 4 A/D ja D/A-muunninkortin ja mittauselektroniikan 5 välillä.

15 Magnetointivuonmittauspiiri 8 vastaanottaa magnetointivuota mittaavalta anturilta 12 differentiaalisen signaalin. Piiri muuntaa symmetrisen signaalin epäsymmetriseksi signaaliksi, alipäästösuodattaa sen häiriöiden poistamiseksi ja muuntaa sen jälleen symmetriseksi signaaliksi, joka syötetään tietokoneen 4 A/D ja D/A-muunninkortille .' synkronointipiirin 7 kautta.

j t; ' 20 Magnetointivirranmittauspiirissä 9 magnetointikelan läpi kulkeva magnetointivirta ‘ mitataan johtamalla virta pieniohmisen nelinapavastuksen läpi ja mittaamalla ja :.' · · vahvistamalla vastuksen yli muodostuvaa j ännitettä.

Magnetointipiiri 10 vastaanottaa synkronointipiirin 7 kautta tietokoneen 4 A/D ja D/A-muunninkortilta sinisignaalin, joka alipäästösuodatetaan, vahvistetaan ja haluttaessa 25 muutetaan symmetriseksi ja johdetaan anturin 6 magnetointikelaan 13. Tietokoneella 4 magnetointivirtaa voidaan haluttaessa säätää mitattujen magnetointivirran ja : ’ “ magnetointivuon avulla siten, että magnetointivuon amplitudi asettuu haluttuun , vakioarvoon mitattavasta kohteesta riippumatta. Lisäksi magnetointipiiri 10 syöttää . ‘ · anturin 6 esivahvistimille niiden tarvitsemat käyttöjännitteet.

30 MBK-mittauspiiri 11 vastaanottaa MBK-anturilta 14 elektroniikan maapotentiaalin :, : suhteen symmetrisen, differentiaalisen signaalin. Signaalia vahvistetaan ja piiri muuntaa 11 113299 symmetrisen signaalin epäsymmetriseksi signaaliksi, alipäästösuodattaa sekä ylipäästösuodattaa sen häiriöiden poistamiseksi ja muuntaa sen jälleen symmetriseksi signaaliksi, joka syötetään tietokoneen 4 A/D ja D/A-muunninkortille synkronointipiirin 7 kautta.

5 Magnetointivuota mittaava anturi 12 käsittää mittauskelan, joka on käämitty magnetointi sydämen ympärille. Symmetrisesti mitattu differentiaalinen signaali vahvistetaan esi vahvistimella anturissa 6 ja syötetään differentiaalisena magnetointi-vuonmittauspiiriin 8. Magnetointivuonmittauspiirissä 8 signaalia vahvistetaan edelleen, se muutetaan epäsymmetriseksi ja suodatetaan alipäästösuodatimella. Lopuksi signaali 10 muutetaan takaisin symmetriseksi ja syötetään synkronointipiirin 7 kautta tietokoneen 4 A/D ja D/A-muunninkortille.

Magnetointikela 13 ja MBK-anturi 14 ovat kuvion 1 ja sen selityksen mukaisia. MBK-anturin 14 esivahvistin syöttää differentiaalimuotoista mittaussignaalia MBK-mittauspiiriin 11.

15 Koko laitteisto 4 - 6 on suojattu häiriöiltä mahdollisimman hyvin, esim. optoeristyksen, maadoituksen ja suojauksen avulla. Lisäksi kaikki signaalit tuodaan mittauselektroniikkaan 5 elektroniikan maapotentiaalin suhteen symmetrisinä.

»

Mittaus suoritetaan esim. seuraavasti: I. Tietokoneella 4 mittauselektroniikkaa 5 ohjataan siten, että magnetointikelaan ' ’ 20 muodostuu esim. 0,1 - 10 Hz taajuinen sinimuotoinen vakioamplitudinen *. ’ magnetointivirta. Magnetointivirta pyritään säätämään siten, että magnetointikelan I · '· · teräskappaleeseen muodostaman magneettikentän amplitudi ei ylitä mitattavan kohteen karkaistun osan koersitiivivoimaa mutta ylittää mitattavan kohteen karkaistumattoman osan koersitiivivoiman.

25 II. MBK-anturin 14 magnetometriin indusoituva jännitesignaali esivahvistetaan ja : kaistanpäästösuodatetaan halutun mittauskaistan mukaisesti ja syötetään MBK- mittauspiirille 11. MBK-mittauspiirissa signaali edelleen alipäästösuodatetaan korkeataajuisten häiriösignaalien poistamiseksi. Vastaavasti signaali * ylipäästösuodatetaan matalataajuisten häiriöiden kuten magnetointikelan .. 30 magneettikentän indusoimien häiriöiden pienentämiseksi. Suodatusten jälkeen 12 113299 mittaussignaali muutetaan differentiaaliseen muotoon ja syötetään synkronointipiirin 7 kautta tietokoneen 4 A/D ja D/A-muunninkortille.

III. Tietokone 4 vastaanottaa MBK-mittauspiirin 11 lähettämän signaalin synkronointipiiriltä 7 ja suorittaa FFT-muunnoksen ohjelmistonsa avulla.

5 Muunnoksen näytteenottotaajuus ja magnetointitaajuus synkronoidaan sähköverkon taajuuteen synkronointipiiriltä saatavan signaalin avulla.

IV. FFT-muunnettu mittausdata integroidaan esim. taajuuskaistan 100 - 1200 Hz yli tietokoneen 4 ohjelmiston avulla.

V. Vaiheet II. - IV. toistetaan esim. 10-100 kertaa pitäen anturia 6 samassa kohdassa 10 mitattavaa kappaletta ja määritetään vaiheen IV. integrointitulosten keskiarvo.

VI. Integroinnin tuloksena saatujen arvojen keskiarvo kuvaa MBK:n energiaa integroidulla taajuuskaistalla ja tämän arvon perusteella mittauskohteen karkaisusyvyys on pääteltävissä.

Mittauksissa on tärkeää anturin hyvä kontakti mitattavaan kappaleeseen, sillä ilmaraon 15 jääminen anturin ja mittauskohteen välille voi vuon erilaisen jakautumisen seurauksena aiheuttaa mittausvirheen. Magneettisista voimista johtuva mittausanturin tärinä » vaikeuttaa mittauksia. Anturin pitämiseksi paikallaan mittauksen aikana se voidaan kiinnittää näytteeseen puristimen avulla.

Mittauksissa voidaan käyttää esim. resoluutiokaistanleveyttä (Resolution Band Width) , 20 0,52 Hz. Taajuusresoluutio valitaan siten, että alin käytetty magnetointitaajuus on noin 5-10 kertaa taajuusresoluutio. Tällöin häiriöpiikkien poistoon käytetty algoritmi toimii hyvin. Mittausdataa voidaan muokata myös muunlaisilla suodatus- ja/tai häiriön-poistoalgoritmeilla.

Voimakas magnetointisignaali saattaa aiheuttaa häiriöitä 100 Hz:n alapuolella, minkä 25 vuoksi vaiheen IV. integrointi voidaan laskea esim. taajuuskaistan 100 - 1200 Hz yli.

Kuviossa 3 on esitetty esimerkkinäytteen karkaistun ja karkaistumattoman osuuden hystereesikäyrät. Kuvaajassa magneetti vuontiheys B karkaistussa ja

' · karkaistumattomassa osuudessa on esitetty magneettikentän voimakkuuden H

funktiona. Käyrä 31 on karkaistumattoman osuuden hystereesikäyrä ja käyrä 32 on 13 113299 karkaistun osuuden hystereesikäyrä. Karkaistumattoman osuuden koersitiivivoima on esitetty katkoviivalla Hcu (Coercivity, Unhardened). Karkaistun osuuden koersitiivivoima on esitetty katkoviivalla Hch (Coercivity, Hardened). Koersitiivivoimalla tarkoitetaan siis magneettikentän voimakkuutta, jota vaaditaan 5 saturaatioon magnetoidun ferromagneettisen materiaalin demagnetoimiseksi eli magnetoinnin poistamiseksi. Kuten kuvaajasta ilmenee magneettivuontiheyden muutosnopeus on suurimmillaan koersitiivivoiman läheisyydessä, joten tällä alueella muodostuu eniten MBK:aa.

Kuvio 4 esittää kuvion 3 esimerkkinäytettä vastaavassa näytteessä muodostuvan 10 MBK:n, kun näytteeseen kohdistetaan muuttuva magneettikenttä, joka saturoi näytteen. Kuvaajassa MBK on esitetty jännitteenä BN (Barkhausen Noise) magneettikentän H funktiona. Kuvaaja on ainoastaan suuntaa antava, todellinen käyrä voi poiketa kuvion käyrästä huomattavasti. MBK on suurimmillaan karkaistumattoman ja karkaistun osuuden koersitiivi voimien Hcu ja HCh kohdalla, sillä näissä kohdissa 15 magneettivuontiheys muuttuu voimakkaasti. Keksinnön mukaan mitattavaa kohdetta pyritään magnetoimaan siten, että mahdollisimman suuri osa aiheutuvasta MBKrsta on peräisin karkaistumattomasta osuudesta. Toisin sanoen MBK:n aiheuttava muuttuva magneettikenttä säädetään siten, että mitattavan kohteen karkaistumattomassa osassa muodostuu enemmän MBK.aa kuin karkaistussa osassa. Muuttuvan magneettikentän 20 maksimivoimakkuudeksi valitaan siis arvo, joka on korkeintaan 110% karkaistun osuuden koersitiivivoiman arvosta, jolloin suurin osa aiheutuvasta MBKrsta on peräisin karkaistumattomasta osasta. Maksimivoimakkuus valitaan siis kuviossa esitetystä intervallista 41. Toisin sanoen muuttuva magneettikenttä asetetaan esim. vaihtelemaan , välillä -Hch - Hch· Edullisissa sovellusmuodoissa muuttuvan magneettikentän 25 maksimivoimakkuus asetetaan karkaistumattoman osuuden koersitiivivoiman Hcu ja karkaistun osuuden koersitiivivoiman Hch välille. Maksimivoimakkuus valitaan siis kuviossa esitetystä intervallista 42. Toisin sanoen muuttuva magneettikenttä asetetaan esim. vaihtelemaan välillä - ^cu +-c- - .

2 2 »

Keksinnön puitteissa voidaan ajatella myös yllä kuvatuista sovellusmuodoista 30 poikkeavia ratkaisuja.

14 113299

Magnetointikelan magnetointivirran amplitudia suurentamalla magneettivuo saadaan tunkeutumaan syvemmälle mitattavaan kohteeseen, jolloin voidaan mitata suurempia karkaisusyvyyksiä. Karkaistumattoman teräksen magneettinen permeabiliteetti on yleensä karkaistua huomattavasti suurempi. Tämän johdosta magnetoiva vuo pyrkii 5 konsentroituinaan karkaistumattomaan kerrokseen ja magnettivuontiheys voi olla esim. kaksinkertainen karkaistuun kerrokseen verrattuna. Magnettivuontiheys on primäärinen alkeisalueiden dynamiikkaan vaikuttava suure, joten vuon konsentroituminen edesauttaa patentissa kuvatun mittaustavan toteuttamista.

MBK-anturina 14 voidaan käyttää esim. Hall-magnetometriä, kelaa tai mitä tahansa 10 muuta anturia, jolla voidaan mitata magneettikentän voimakkuutta, magneettivuota tai näiden johdannaissuureita. MBK-anturi 14 voidaan myös sijoittaa esimerkistä poikkeavalla tavalla. Anturi voidaan asettaa esim. magnetointikelasta nähden mittauskohteen, kuten levyn, toiselle puolelle. Anturi voidaan sijoittaa eri kulmiin ja eri kohtiin mittauskohteeseen nähden tai magnetointikelan kärkiin nähden.

15 Hyvin suojatussa ja suunnitellussa karkaisusyvyyden mittaussysteemissä häiriöt kytkeytyvät anturiin pääasiassa mittauskelan kautta joko magneettisesti tai kapasitiivisesti. Mittauksissa suurimmat magneettiset häiriöt aiheutuvat sähköverkon ja magne-tointitaajuuden kerrannaisista ja niiden sekoitustuloksista. Sähköverkon 50 Hz:n monikertojen pienentämiseksi suojaus on tehtävä huolellisesti ja on etenkin estettävä • '· 20 häiriön kytkeytyminen magnetointikelan kautta teräkseen ja edelleen mittauskelaan.

•: · Teräksen kautta kytkeytyvät voimakkaimmin parittomat harmoniset. Magnetointivirran : ,: suodatus tehdään laitteen elektroniikkaosassa, joten paljon tilaa vieviä komponentteja ei : : tarvitse mahduttaa itse mittausanturiin. Myös mittausanturin kaapeli on suojattava hyvin.

25 Magnetointiharmoniset ovat matalilla taajuuksilla tehtäviä mittauksia voimakkaimmin ,·. ; häiritsevä tekijä. Pienemmillä magnetointitaajuuksilla kuten 0,001 -1 Hz magnetointitaajuuksilla häiriöt 100 Hz:n mittaustaajuudella ovat pieniä. Toisaalta mittaussignaalin voimakas pieneneminen rajoittaa magnetointitaajuuden pienentämistä.

_· Mittauskohteen potentiaalin vaihtelu anturin elektroniikan maapotentiaaliin nähden . : 30 aiheuttaa kapasitiivisesti kytkeytyvän häiriön, koska etuvahvistimen yhteismuotovai- "; mennus on äärellinen. Häiriön pienentämiseksi mittauskohde tulisi maadoittaa anturin 15 113299 läheltä siten, että maadoituskontaktin kautta kulkevat häiriövirrat eivät aiheuta magneettikenttää signaalikelaan. Kapasitiivisesti kytkeytyvien häiriöiden vaimentamiseksi mittauskelan "keskipiste" voidaan kytkeä anturin elektroniikan maapotentiaaliin. Toisin sanoen mittauskelan kääminlanka maadoitetaan langan 5 puolessa välissä.

Mittausanturin suojako telo, kaapelin vaippa ja muun elektroniikan kotelo muodostavat yhtenäisen Faradayn suojan, joka on turvallisuussyistä kytketty suojamaahan. Elektroniikan maa on kytketty etuvahvistinkortilla suojaan yhdestä pisteestä. Muuntajan ensiön ja toision välillä on kapasitiivinen suoja, joka on kytketty koteloon. 10 Etuvahvistimen signaali otetaan elektronikassa vastaan differentiaalisesti tai virtaviestinä.

Myös magnetointivirransyöttö voidaan symmetrisoida kapasitiivisten häiriöiden vaimentamiseksi.

Signaalikohinasuhteen parantamiseksi Barkhausen signaalia voitaisiin käsitellä vain 15 niiltä aikajaksoilta, joilla signaalia on odotettavissa. Toisin sanoen MBKraa mitattaisiin vain silloin kun alkeisalueiden koonmuutokset ovat suhteellisen suuria.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää myös muiden ferro-, tai ; · ferrimagneettisten aineiden karkaisusyvyyden mittaamiseen.

* · · Keksinnön mukaista menetelmää on myös mahdollista soveltaa muiden ominaisuuksien, ’ 20 kuten raudan mikrorakenteen, koostumuksen tai materiaalivirheiden, määrittämiseen.

:' ’: Magnetointitaajuus voidaan asettaa esim. välille 0-5 Hz, 1 - 5 Hz, 1 - 3 Hz, 3-5 Hz, 2-4 Hz, 3-7 Hz, 5-7 Hz, 5 - 10 Hz tai 4 - 8 Hz. Magnetointitaajuus voi myös olla 1,192 Hz, alle 10Hz, alle 20Hz tai alle 200 Hz.

_ . Taajuuskaista, jonka yli taajuustasoon muunnettua MBK-signaalia integroidaan kohinan 25 energiaa kuvaavan arvon määrittämiseksi voi olla esim. 200 - 1200 Hz, 200 - 1220 Hz, ;/ 130 -1400 Hz tai 76 - 1220 Hz. Mittauselektroniikassa 5 käytetyt suodattimet voidaan myös määritellä rajaamaan mittauskaista yllä mainittujen taajuuskaistojen mukaisesti esim. kaistanpäästösuodattamalla MBK-signaali yllä mainittujen taajuuskaistojen ” mukaisesti.

30

Claims (22)

1. Menetelmä ferro-, tai ferrimagneettisen aineen karkaisusyvyyden määrittämiseksi, jossa menetelmässä - luodaan mitattavaan kohteeseen muuttuva magneettikenttä, 5. mitataan muuttuvan magneettikentän aiheuttamaa magneettista Barkhausen kohinaa, joka on peräisin mitattavasta kohteesta, ja - määritetään mitatun kohinan energiaa kuvaavaa arvo esim. integroimalla tai summaamalla, ja - määritetään mitattavan kohteen karkaisusyvyys kohinan energiaa kuvaavan 10 arvon perusteella, tunnettu siitä, että - mitattavaan kohteeseen luotava muuttuva magneettikenttä säädetään siten, että magneettikentän maksimivoimakkuus on korkeintaan 110% mitattavan kohteen karkaistun osuuden koersitiivivoiman arvosta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mitattu : : kohinasignaali muunnetaan taajuustasoon esim. diskreettiaikaisen Fourier- muunnoksen kuten FFT-muunnoksen avulla. t » » t * · .

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mitatun kohinan : : energiaa kuvaava arvo määritetään integroimalla taajuustasoon muutettua : ’; 20 kohinasignaalia tietyn taajuuskaistan kuten 10 -1200 Hz yli.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mitattavan * · * · ' ; kohteen karkaisusyvyys määritetään kohinan energiaa kuvaavan arvon perusteella taulukon tai kaavan avulla, joka on määritelty koemittauksien avulla.

>: 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että . 25 mitattavaan kohteeseen luotava muuttuva magneettikenttä säädetään siten, että » · magneettikentän maksimivoimakkuus ei ylitä mitattavan kohteen karkaistun osuuden koersitiivivoimaa mutta ylittää mitattavan kohteen karkaistumattoman osuuden koersitiivivoiman. 17 113299

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mitattavaan kohteeseen luotava muuttuva magneettikenttä säädetään siten, että magneettikentän maksimivoimakkuus on korkeintaan 105% mitattavan kohteen karkaistun osuuden koersitiivivoiman arvosta.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 2-6 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että - mitattu kohinasignaali muunnetaan taajuustasoon diskreetin Fourier-muunnoksen kuten FFT-muunnoksen avulla, ja - mittauksessa ja muunnoksessa käytettävä näytteenottotaajuus ja mitattavaan kohteeseen luodun muuttuvan magneettikentän taajuus on olennaisesti 10 synkronoitu verkkotaajuuteen, ja - mittausaika on olennaisesti verkkotaajuutta ja mitattavaan kohteeseen luotua murtuvan magneettikentän taajuutta vastaavien periodien monikerta.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mitattavaan kohteeseen luodun muuttuvan magneettikentän taajuus on alle 10 Hz.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mitattavaan kohteeseen luodun muuttuvan magneettikentän taajuus on alle 20 Hz.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että * · muuttuvan magneettikentän aiheuttamaa magneettista Barkhausen kohinaa mitataan * 1 1 · .... .· kela-anturilla, joka on optimoitu matalille taajuuksille eli esim. 10Hz - 2 kHz. * · · • 1 I '· 20

11. Jäijestelmä ferro-, tai femmagneettisen aineen karkaisusyvyyden määrittämiseksi, * · ’ · 1 · ’ joka järjestelmä käsittää - magnetointikelan (13) muuttuvan magneettikentän muodostamiseksi : 1 ’ : mitattavaan kohteeseen, - anturin (14) mitattavasta kohteesta peräisin olevan magneettisen Barkhausen 25 kohinan, joka aiheutuu muuttuvasta magneettikentästä, mittaamiseksi, * 1 - laitteiston (4), joka on järjestetty määrittämään mitatun magneettisen Barkhausen kohinan energiaa kuvaavan arvon ja määrittämään mitattavan kohteen karkaisusyvyyden tämän arvon perusteella, ie 113299 tunnettu siitä, että jäijestelmä käsittää - magnetointipiirin (10), joka on jäljestetty säätämään mitattavaan kohteeseen luotavaa muuttuvaa magneettikenttää siten, että magneettikentän maksimivoimakkuus on korkeintaan 110% mitattavan kohteen karkaistun 5 osuuden koersitiivivoiman arvosta.

12. Vaatimuksen 11 mukainen järjestelmä tunnettu siitä, että laitteisto (4) on jäljestetty muuntamaan anturilla (14) mitattu kohinasignaali taajuustasoon esim. diskreetin Fourier-muunnoksen kuten FFT-muunnoksen avulla.

13. Vaatimuksen 12 mukainen järjestelmä tunnettu siitä, että laitteisto (4) on jäljestetty 10 määrittämään mitatun kohinan energiaa kuvaava arvo integroimalla taajuustasoon muutettua kohinasignaalia tietyn taajuuskaistan kuten 10 -1200 Hz yli.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 11-13 mukainen jäijestelmä tunnettu siitä, että laitteisto (4) on jäljestetty määrittämään mitattavan kohteen karkaisusyvyys kohinan energiaa kuvaavan arvon perusteella taulukon tai kaavan avulla, joka on määritelty 15 koemittauksien avulla.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 11-14 mukainen jäijestelmä tunnettu siitä, että jäijestelmä käsittää magnetointipiirin (10), joka on jäljestetty säätämään magnetointikelaan (13) johdettavaa magnetointivirtaa ja magnetointivirran • t aiheuttamaa magneettikenttää, magnetointivuonmittauspiirin (8), joka on jäljestetty 20 mittaamaan magnetointikelan aiheuttamaa magnetointi vuota anturin (12) avulla ja/tai magnetointivirran mittauspiirin (9), joka on jäljestetty mittaamaan . magnetointikelan (13) kautta kulkevaa virtaa.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen jäijestelmä tunnettu siitä, että laitteisto (4) on jäljestetty säätämään magnetointikelan (13) mitattavaan kohteeseen aiheuttaman » 1 magneettikentän voimakkuuden magnetointipiirin (10), magnetointivuonmittaus- » ' i piirin (8) ja/tai magnetointivirranmittauspiirin (9) avulla siten, että magneettikentän ‘ maksimivoimakkuus ei ylitä mitattavan kohteen karkaistun osuuden ·· koersitiivivoimaa mutta ylittää mitattavan kohteen karkaistumattoman osuuden .: koersitiivivoiman. 19 113299

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen jäqestelmä tunnettu siitä, että laitteisto (4) on jäljestetty säätämään magnetointikelan (13) mitattavaan kohteeseen aiheuttaman magneettikentän voimakkuus magnetointipiirin (10), magnetointivuonmittauspiirin (8) ja/tai magnetointivirranmittauspiirin (9) avulla siten, että magneettikentän 5 maksimivoimakkuus on korkeintaan 105% mitattavan kohteen karkaistun osuuden koersitiivivoiman arvosta.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 15 - 17 mukainen jäqestelmä tunnettu siitä, että laitteisto (4) on jäljestetty säätämään magnetointikelan (13) mitattavaan kohteeseen aiheuttaman magneettikentän voimakkuus magnetointipiirin (10), magnetointivuon- 10 mittauspiirin (8) ja/tai magnetointivirranmittauspiirin (9) avulla siten, että magnetointivuo asettuu olennaisesti vakioarvoon mitattavasta kohteesta riippumatta.

19. Jonkin patenttivaatimuksen 12 - 18 mukainen järjestelmä tunnettu siitä, että laitteisto (4) on jäljestetty muuntamaan mitattu kohinasignaali taajuustasoon esim. 15 diskreetin Fourier-muunnoksen kuten FFT-muunnoksen avulla, ja käyttämään muunnoksessa näytteenottotaajuutta, joka on olennaisesti synkronoitu verkkotaajuuteen ja mitattavaan kohteeseen luodun muuttuvan magneettikentän taajuuteen sekä mittausaikaa, joka on olennaisesti verkkotaajuutta ja mitattavaan : kohteeseen luotua murtuvan magneettikentän taajuutta vastaavien periodien 20 monikerta.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 15 - 19 mukainen järjestelmä tunnettu siitä, että ; laitteisto (4) on jäljestetty säätämään magnetointikelan (13) mitattavaan kohteeseen aiheuttaman magneettikentän taajuudeksi alle 10 Hz magnetointipiirin (10), magnetointivuonmittauspiirin (8) ja/tai magnetointivirranmittauspiirin (9) avulla.

21. Jonkin patenttivaatimuksen 15 - 19 mukainen jäqestelmä tunnettu siitä, että > laitteisto (4) on jäljestetty säätämään magnetointikelan (13) mitattavaan kohteeseen : aiheuttaman magneettikentän taajuudeksi alle 20 Hz magnetointipiirin (10), magnetointivuonmittauspiirin (8) ja/tai magnetointivirranmittauspiirin (9) avulla.

22. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 21 mukainen järjestelmä tunnettu siitä, että 30 anturi (14) on kela-anturi, joka on optimoitu matalille taajuuksille eli esim. alle 1 - 2 kHz taajuuksille. 20 113299