FR2488693A1

FR2488693A1 - CURRENT SURFACE PROBE

Info

Publication number: FR2488693A1
Application number: FR8115475A
Authority: FR
Inventors: Hugh W Ghent; Valentino S Cecco
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1980-08-18
Filing date: 1981-08-10
Publication date: 1982-02-19
Also published as: CA1158314A; GB2082330A; GB2082330B; JPS5772055A; IT8168073A0; DE3130685A1; IT1144610B; FR2488693B1

Abstract

SONDE A COURANTS DE FOUCAULT. ELLE COMPREND DEUX BOBINES 14, 15 MONTEES COAXIALEMENT QUI PEUVENT ETRE AJUSTEES AXIALEMENT SEPAREMENT ET SONT RELIEES AUX BRANCHES ADJACENTES D'UN CIRCUIT EN PONT A COURANT ALTERNATIF QUI PEUT ETRE EQUILIBRE A LA FREQUENCE DE SONDAGE SOUHAITEE. LE SIGNAL DE TENSION EMIS PAR LE PONT ALTERNATIF DU FAIT D'UNE VARIATION DU DECOLLEMENT OU DE DEFAUTS EST LA DIFFERENCE ENTRE LES VARIATIONS DE TENSION DES DEUX BOBINES. LES BOBINES SONT AJUSTEES AXIALEMENT DE FACON QUE LE SIGNAL DE TENSION DU A LA VARIATION DU DECOLLEMENT SOIT DECALE DE 90 PAR RAPPORT A CEUX DUS A DES DEFAUTS PEU PROFONDS, CE QUI SIMPLIFIE LA DETECTION DE CES DERNIERS. UNE MINCE CALE CONDUCTRICE 26 PEUT ETRE INTERPOSEE ENTRE L'UNE DES BOBINES ET LA SURFACE A SONDER POUR ACCUSER ENCORE LE DECALAGE DU SIGNAL DE DECOLLEMENT DE LA BOBINE INTERESSEE. APPLICATION NOTAMMENT A LA DETECTION DE DEFAUTS SUPERFICIELS PEU PROFONDS.EDDY CURRENT PROBE. IT INCLUDES TWO COAXIAL-MOUNTED COILS 14, 15 WHICH CAN BE ADJUSTED AXIALLY SEPARATELY AND ARE CONNECTED TO ADJACENT BRANCHES OF AN AC-CURRENT BRIDGE CIRCUIT WHICH CAN BE BALANCED AT THE DESIRED SURVEY FREQUENCY. THE VOLTAGE SIGNAL EMITTED BY THE ALTERNATIVE BRIDGE DUE TO A VARIATION IN THE TAKE-OFF OR FAULTS IS THE DIFFERENCE BETWEEN THE VOLTAGE VARIATIONS OF THE TWO COILS. THE COILS ARE AXIALLY ADJUSTED SO THAT THE VOLTAGE SIGNAL DUE TO THE VARIATION OF THE PICKUP IS OFFSET BY 90 FROM THOSE DUE TO SHALLOW FAULTS, WHICH SIMPLIFIES THE DETECTION OF THE LATTER. A THIN CONDUCTIVE SHIM 26 MAY BE INTERPOSED BETWEEN ONE OF THE COILS AND THE SURFACE TO BE PROBE TO FURTHER ACCUSING THE OFFSET IN THE TAKE-OFF SIGNAL OF THE COIL CONCERNED. APPLICATION IN PARTICULAR TO THE DETECTION OF SHALLOW SURFACE FAULTS.

Description

La présente invention concerne une sonde de sur-The present invention relates to a surge probe

face à courants de Foucault et, en particulier, une sonde pour la détection de défauts situés à faible profondeur sous eddy currents and, in particular, a probe for the detection of defects located at shallow depths under

la surface.the surface.

Les techniques d'essais non destructeurs par cou- rants de Foucault utilisées de nos jours ne permettent pas de déceler aisément des défauts situés sous la surface à Non-destructive eddy current testing techniques used today make it difficult to detect defects located below the surface of the surface.

une profondeur faible, de l'ordre de 0,1 mm. Cette difficul- a low depth, of the order of 0.1 mm. This difficulty

té découle de ce que l'angle de phase de la variation de ten- This stems from the fact that the phase angle of the variation in

sion provoquée dans la bobine détectrice par un défaut peu induced in the detector coil by a slight defect

profond est sensiblement égal à celui de la variation de ten- depth is substantially equal to that of the variation of

sion due à une faible variation de la distance de la bobine à due to a small variation in the distance from the coil to

la surface d'essai, variation dite "décollement". La varia- the test surface, so-called "peeling" variation. The variation

tion de tension causée par des défauts sis à une plus grande tension caused by defects in a larger

profondeur, de l'ordre de 0,5 mm présente un décalage nota- depth, of the order of 0.5 mm, presents a noticeable

ble par rapport à celle due à des signaux de décollement, ce compared to that due to detachment signals, this

qui rend plus aisée la détection de défauts relativement pro- which makes it easier to detect defects relatively

fonds. Les brevets US 3.197.693 et 3.753.096 donnent des exemples de sondes à courants de Foucault dans lesquelles on funds. US Pat. Nos. 3,197,693 and 3,753,096 give examples of eddy current probes in which

tente de compenser les variations de décollement. tries to compensate for variations of delamination.

Le trevet US 3.197.693 précité décrit une sonde à US Patent 3,197,693 cited above discloses a probe to

courants de Foucauld comportant deux ou plusieurs bobines co- Foucauld currents having two or more coils co-

axiales et coplanaires, bobinées sur des noyaux magnétiques axial and coplanar, wound on magnetic cores

distincts. Le signal de sortie est-prélevé sur la bobine in- distinct. The output signal is taken from the coil

térieure, et des moyens électroniques font varier la phase and electronic means vary the phase

et-l'amplitude de la bobine extérieure pour modifier la pha- and the amplitude of the outer coil to modify the phase

se du signal de'décollement décelé par la bobine intérieure. se of the detachment signal detected by the inner coil.

Le brevet US 3.753.096 précité décrit une structu- The above-mentioned US Pat. No. 3,753,096 describes a structure

re de sonde à courants de Foucault comportant des bobines in- eddy current probe with inductors

térieure et extérieure bobinées sur des noyaux magnétiques outer and outer wound on magnetic cores

coaxiaux intérieur et extérieur distincts. Ces noyaux peu- coaxial indoors and outdoors. These nuclei can

vent se déplacer axialement de manière à faire apparaître sensiblement le même degré de variation de décollement dans le signal de sortie de chaque bobine. La bobine intérieure est plus sensible aux défauts que la bobine extérieure. Les bobines sont reliées chacune aux branches adjacentes d'un axially move so as to show substantially the same degree of variation in detachment in the output signal of each coil. The inner coil is more sensitive to defects than the outer coil. The coils are each connected to the adjacent branches of a

2 24886932 2488693

pont à courant alternatif de façon que ce pont demeure "sen- AC bridge so that this bridge remains "sen-

siblement" équilibré lors de variations normales du décolle- "balanced during normal variations of the take-off

ment, mais se trouve déséquilibré quand la bobine franchit des défauts superficiels. Toutefois, on n'indique pas dans ce brevet ce que l'on considère comme une variation normale it is unbalanced when the coil passes superficial defects. However, this patent does not indicate what is considered a normal variation

du décollement ou comme un pont sensiblement équilibré. detachment or as a substantially balanced bridge.

La présente invention a donc pour objet de propo- The object of the present invention is therefore to

ser une sonde à courants de Foucault dans laquelle le si- be an eddy current probe in which the

gnal de décollement soit angulairement décalé par rapport au detachment signal is angularly offset from the

signal résultant de défauts peu profonds. signal resulting from shallow defects.

On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'au- This object of the invention, as well as

tres, grâce à une sonde à courants de Foucault, pour conne- thanks to an eddy current probe, for conne-

xion à un circuit détecteur en pont à courant alternatif, qui comprend un agencement de bobines comportant au moins deux to an AC bridge detector circuit, which comprises an arrangement of coils having at least two

bobines dissemblables fixées à des noyaux coaxiaux non magné- dissimilar coils attached to non-magnetic coaxial cores

tiques. Les noyaux sont montés sur un socle non magnétique qui détermine la position de la sonde par rapport à la surface à ticks. The cores are mounted on a non-magnetic base that determines the position of the probe relative to the surface to be

sonder. Le mode de montage des noyaux permet d'ajuster ceux- fathom. The kernel mount mode allows you to adjust

ci suivant une direction axiale à l'intérieur du socle. Les bobines de la sonde peuvent différer par leurs rayons, leurs ci following an axial direction inside the base. The coils of the probe may differ in their radii,

longueurs et/ou leurs inductances. En outre, la sonde à cou- lengths and / or their inductances. In addition, the

rants de Foucault peut comporter une calè conductrice juxta- Foucault materials may include a juxtaposition

posée à l'une des bobines, qui est de préférence la bobine placed on one of the coils, which is preferably the spool

intérieure dans une sonde à deux bobines. inside in a two-coil probe.

Beaucoup d'autres buts et aspects de l'invention ap- Many other objects and aspects of the invention

paraîtront d'après la description détaillée que l'on va main- will appear from the detailed description that will be

tenant donner de certaines réalisations de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: Fig. 1 représente un exemple type de circuit de given certain embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 represents a typical example of a circuit of

pont à courant alternatif utilisable suivant l'invention. ac bridge used for the invention.

Fig. 2, 3 et 4 représente des "courbes de décolle- Fig. 2, 3 and 4 represents "takeoff curves"

ment" sur les plans d'impédance sans dimensions. La pente de la courbe de décollement représente la valeur | dZX/dZRI; Fig. 5, 6 et 7 représentent des courbes montrant comment le taux de variation de l'impédance de bobine en fonction du décollement Ln(dZ/dl) varie avec le décollement; "on dimensionless impedance planes The slope of the separation curve represents the value | dZX / dZRI; Fig. 5, 6 and 7 represent curves showing how the rate of change of the coil impedance detachment Ln (dZ / dl) varies with peeling;

3 24886933 2488693

Fig. 8 indique les signaux de sortie des bobi- Fig. 8 indicates the output signals of the bobbin

nes de la sonde pour diverses valeurs de décollement; Fig. 9 représente en coupe droite une sonde de surface selon la présente invention; Fig. 10 représente les signaux de sortie d'une sonde en présence de décollements et de défauts divers; et Fig. 11 représente les signaux de sortie émis par une sonde pourvue d'une cale en présence de décollements et probes for various peel values; Fig. 9 is a cross sectional view of a surface probe according to the present invention; Fig. 10 represents the output signals of a probe in the presence of detachments and various defects; and 11 represents the output signals emitted by a probe provided with a wedge in the presence of detachments and

de défauts divers.various defects.

La sonde de surface à courants de Foucault compor- The eddy current surface probe includes

te deux bobines coaxiales C1 et C2 montées dans une cage de façon qu'en utilisant la sonde, on puisse placer les bobines two coaxial coils C1 and C2 mounted in a cage so that using the probe, we can place the coils

à peu près parallèlement à la surface à sonder, que celle- approximately parallel to the surface to be probed, that

ci soit plate ou arquée, comme c'est le cas par exemple pour l'intérieur d'un gros tube. Les bobines C1 et C2 sont montées de manière à constituer les branches d'un circuit de pont à courant alternatif 1, comme illustré par la figure l.Le pont à courant alternatif 1 est alimenté par une source de courant alternatif 2, dont la fréquence est normalement réglable. Les it is flat or arched, as is the case for example for the inside of a large tube. The coils C1 and C2 are mounted so as to constitute the branches of an AC bridge circuit 1, as illustrated in FIG. 1. The AC bridge 1 is powered by an AC power source 2 whose frequency is normally adjustable. The

deux autres branches du pont sont constituées par des impé- two other branches of the bridge are constituted by

dances variables 3 et 4 permettant d'équilibrer le pont pour toute fréquence de sondage souhaitée. Un détecteur 5 assure l'équilibrage du pont et la détection des signaux dus à une variation du décollement-et/ou à des défauts présents dans variable dances 3 and 4 to balance the bridge for any desired sampling frequency. A detector 5 ensures the balancing of the bridge and the detection of the signals due to a variation of the delamination and / or to the defects present in

la surface à sonder.the surface to be probed.

L'impédance d'une bobine est désignée par le sym- The impedance of a coil is designated by the symbol

bole Z. Elle est constituée par une composante réactive Z. It consists of a reactive component

(ZX) et par une composante résistive (ZR). Quand la distan- (ZX) and a resistive component (ZR). When the distance

ce de la bobine à la surface à sonder, couramment dite décol- this from the coil to the surface to be probed, commonly called decolor-

lement (1) se modifie un peu, il y a variation correspondan- (1) changes slightly, there is a corresponding variation

te de l'impédance réactive ( à Z X) et de l'impédance résis- reactive impedance (at Z X) and resistance impedance

tive ( j& ZR). On a déterminé que, pour une variation fai- tive (j & ZR). It has been determined that for a variation

ble du décollement, la valeur |dZ/dZ1jaugmente avec le diamètre de la bobine, avec la fréquence de sondage, avec le décollement et, à un degré moindre, avec la longueur de la the value | dZ / dZ1j increases with the diameter of the coil, with the sampling frequency, with the detachment and, to a lesser degree, with the length of the

bobine. Les figures 2 à 4 représentent des courbes de décol- coil. Figures 2 to 4 show decolouring curves

lement qui illustrent ce comportement. La pente de la courbe de décollement représente la valeur |dZXIdZRI. L'axe which illustrate this behavior. The slope of the separation curve represents the value | dZXIdZRI. The axis

6 24886936 2488693

Quand ce pont est à l'état d'équilibre, état fi- When this bridge is at steady state, the final state

guré par un X sur chacun des jeux de courbes de la série a à f de la figure 8, on obtient chaque jeu de courbes de décollement par 1) soulèvement de la seule bobine extérieure, X-traced on each of the sets of curves of the series a to f of FIG. 8, each set of separation curves is obtained by 1) lifting of the single outer coil,

ce qui donne le segment horizontal situé à droite, c'est- what gives the horizontal segment to the right, that is,

à-dire les courbes Ia-If; II) soulèvement de la seule bobine intérieure, ce qui donne le segment descendant vers la gauche figuré par les courbes IIa-IIf; et enfin ie the curves Ia-If; II) lifting of the only inner coil, which gives the descending segment to the left represented by the curves IIa-IIf; and finally

III) soulèvement simultané des deux bobines-par de- III) Simultaneous lifting of the two coils-by

grés successifs de 0,086 mm, ce qui donne les courbes de dé- successive grids of 0.086 mm, which gives the curves of de-

collement différentiel portées en pointillé en IlIa-IIIf. differential bonding worn in dotted line in III-IIIf.

On voit d'après la figure 8 que l'on peut déca- It can be seen from Figure 8 that it is possible to

ler angulairement la direction initiale de la courbe de dé- angularly the initial direction of the curve of de-

collement différentiel -III par rapport aux courbes de décol- differential bonding -III compared with the decol-

lement de bobine I ou II par simple ajustement de la distan- coil I or II simply by adjusting the distance

ce axiale séparant initialement la bobine extérieure de la surface à sonder. On peut accuser ce décalage en choisissant des bobines différant par leurs longueurs et leurs diamètres, this axial initially separating the outer coil from the surface to be probed. This difference can be accused by choosing coils differing in length and diameter,

en adoptant des inductances de bobine différentes et en o- by adopting different coil inductances and o-

pérant à des fréquences différentes. at different frequencies.

La figure 9 représente une sonde à courants de FIG. 9 represents a current probe of

Foucault selon la présente invention. La sonde 10, repré- Foucault according to the present invention. The probe 10, represented

sentée en coupe droite, comporte un'socle 11 qui, tel que cut in a straight section, has a sole 11 which, as

représenté, est en forme de cylindre présentant une extré- shown, is cylinder-shaped having one end

mitéouverte 12 et une extrémité fermée 13. L'extrémité fer- 12 and a closed end 13.

mée 13, très mince, entre en contact avec la surface à son- 13, very thin, comes into contact with the surface

der. Deux bobines coaxiales, intérieure 14 et extérieure , sont montées sur des noyaux 16 et 17 respectivement de façon qu'on puisse les placer, à l'intérieur du socle der. Two coaxial coils, inner 14 and outer, are mounted on cores 16 and 17 respectively so that they can be placed inside the base

11, à la distance préfixée voulue de l'extrémité 13 du so- 11, at the desired prefixed distance from the end 13 of the

cle 11. Le noyau extérieur 17 comporte un corps cylindri- 11. The outer core 17 has a cylindrical body

que creux 18 muni d'une collerette 19 et qui pénètre à cou- hollow 18 provided with a collar 19 and which penetrates

lissement dans le socle ll.Un chapeau 20 recouvre la col- in the base ll.A cap 20 covers the collar

lerette 19, à laquelle il est fixé. Des vis 21 fixent le noyau 17 au socle 11 et des ressorts 22 enfilés sur ces vis lerette 19, to which it is attached. Screws 21 fix the core 17 to the base 11 and springs 22 threaded onto these screws

7 2488693 -7 2488693 -

maintiennent la bobine extérieure 15 à la distance souhaitée de l'extrémité 13. Le noyau 16 est de forme cylindrique et maintain the outer coil 15 at the desired distance from the end 13. The core 16 is cylindrical in shape and

se meut librement dans le corps de noyau 18. Il est immobi- moves freely in the core body 18. It is

lisé dans ce corps 18 par une vis 23. La position du noyau 16 par rapport au corps 18 peut être ajustée par un écrou in this body 18 by a screw 23. The position of the core 16 relative to the body 18 can be adjusted by a nut

24 et est maintenue par un ressort 25. Tous les éléments pré- 24 and is held by a spring 25. All the elements

vus dans la sonde 10, y compris les vis, sont en matériau seen in the probe 10, including the screws, are made of

non magnétique tel que Delrin. Les caractéristiques des bo- non-magnetic such as Delrin. The characteristics of the

bines 14 et 15, en fil de cuivre, d'une sonde particulière, 14 and 15, in copper wire, of a particular probe,

sont indiquées dans le tableau II ci-dessous. are shown in Table II below.

TABLEAU IlTABLE II

0 0 Longueur L PH Nombre intér. ext. - de spires: * (mm) (mm) (mm) :Bobine 14 0,5 2,5 0,5 13,5 128 :Bobine 15 4,6 5,1 1,3 16 42 En fonctionnement, il est souhaitable d'ajuster 0 0 Length L PH Number int. ext. - turns: * (mm) (mm) (mm): Coil 14 0.5 2.5 0.5 13.5 128: Coil 15 4.6 5.1 1.3 16 42 In operation, it is desirable adjust

les deux bobines 14 et 15 dans la sonde tant l'une par rap- the two coils 14 and 15 in the probe both one by

port à l'autre que par rapport à l'extrémité 13 de la son- port to the other than in relation to the end 13 of the sound-

de, et donc à la surface à sonder, de façon que le signal de défaut dû à un défaut peu profond soit angulairement décalé from, and thus to the surface to be probed, so that the fault signal due to a shallow defect is angularly offset

de 900 par rapport à la courbe de décollement différentiel. 900 compared to the differential separation curve.

Dans une sonde du type décrit ci-dessus, on a ajusté les bo- In a probe of the type described above, the

bines intérieure 14 et extérieure 15 de façon à placer la première à 0,32 mm et la seconde à 1,0 mm de la surface à 14 and outer 15 so as to place the first at 0.32 mm and the second at 1.0 mm from the surface to

sonder. On a alors mis le pont à courant alternatif, fonc- fathom. The AC bridge was then

tionnant à une fréquence de 500 kHz, dans l'état d'équili- at a frequency of 500 kHz, in the state of equilibrium

bre représenté par le point X sur la figure 10. Les diffé- represented by point X in Figure 10. The differences

rences entre les signaux de sortie résultants dus au décol- between the resulting output signals due to the decol-

lement et aux défauts ressortent clairement. La courbe de décollement est sensiblement perpendiculaire aux signaux de défauts engendrés par trois encoches de 0,13 mm, 0,25 and defects clearly emerge. The detachment curve is substantially perpendicular to the defect signals generated by three notches of 0.13 mm, 0.25

mm et 0,50 mm de profondeur ménagées dans la surface à son- mm and 0.50 mm deep in the surface

der et ayant 0,13 mm de large et 6,3 mm de long. and having 0.13 mm wide and 6.3 mm long.

En vue d'augmenter le rapport signal de défaut/ In order to increase the signal / fault ratio

signal de décollement, on peut insérer une mince cale con- signal of separation, a thin wedge can be inserted

ductrice 26 entre la bobine intérieure 14 et la surface à duct 26 between the inner coil 14 and the surface to

sonder, comme représenté sur la figure 9. La cale 26 modi- probe, as shown in Figure 9. The hold 26 modifies

fie la caractéristique de décollement de la bobine 14 en accusant la pente de la courbe de décollement IdZX/dZRi et en diminuant la valeur | dZ/dlî '. Par choix judicieux de la conductivité et de l'épaisseur de la cale 26, il est the detaching characteristic of the reel 14 by taking the slope of the separation curve IdZX / dZRi and decreasing the value | dZ / dl '. By judicious choice of the conductivity and the thickness of the shim 26, it is

possible d'obtenir des courbes de décollement presque iden- possible to obtain almost identical

tiques pour les bobines intérieure 14 et extérieure 15, ticks for the inner and outer coils 14 and 15,

dans un intervalle de décollement important, à une fré- in an important separation interval, at a frequency

quence de sondage particulière. L'effet exercé par une cale en Zircaloy-2 de 0,1 mm insérée entre la bobine intérieure 14 et la surface à sonder est indiqué sur la figure ll.Le signal de décollement est angulairement décalé d'environ quence of special survey. The effect exerted by a 0.1 mm Zircaloy-2 shim inserted between the inner coil 14 and the surface to be probed is indicated in FIG. 11. The detachment signal is angularly offset by approximately

1800 et, par rapport au signal de défaut de 0,13 mm de pro- 1800 and, compared to the default signal of 0.13 mm

fondeur, le signal correspondant à un décollement d'environ 0,17 mm est très faible. Comme on le voit sur la figure 10, en l'absence de cale, une variation de décollement de 0,17 mm fait apparaître un signal important par rapport au signal melter, the signal corresponding to a separation of approximately 0.17 mm is very weak. As can be seen in FIG. 10, in the absence of shims, a 0.17 mm detachment variation gives rise to an important signal with respect to the signal.

correspondant à un défaut de 0,13 mm de profondeur. corresponding to a defect of 0.13 mm deep.

- Bien entendu, la description qui précède n'est - Of course, the above description is not

pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre sui- not limitative and the invention may be implemented

vant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. other variants without leaving the frame.

9 24886939 2488693

Claims

An eddy current probe intended to be connected to an AC bridge detector circuit for detecting shallow defects in surfaces, characterized in that it comprises: coils (C1, C2; 14, 15). at least two of which are dissimilar and fixed on non-magnetic coaxial cores (16, 17); a non-pedestal

magnet (11) to position the probe near the surface

this to probe and adjustment means (21, 23, 24) ensuring the mounting of the cores in the base so as to allow

axially adjust each coil in the base.

2. Foucault current probe according to claim

cation 1, characterized in that the coils differ in

their rays.

3. Eddy current probe according to the

cation 1 or 2, characterized in that the coils differ

by their lengths.

4. Foucault current probe according to one of the

Claims 1 to 3, characterized in that the coils,

differ in their inductances.

5. Foucault current probe according to one of the

Claims 1 to 3, characterized in that it comprises

at least one conductive wedge (26) juxtaposed to one of the coils.

6. Foucault current probe according to one of the

Claims 1 to 5, characterized in that the coils

have an inner coil (14) and an outer coil

(15), the outer coil having an integral diameter

larger than the outside diameter of the spool

interior.

7. Foucault current probe according to the

6, characterized in that the inner coils

re (14) and outer (15) differ.by their lengths.

8. Foucault current probe according to the claim

6 or 7, characterized in that the coils

(14) and outside (15) differ in their

stances.

9. Foucault current probe according to one of the

Claims 6 to 8, characterized in that it comprises one or more

a conductive shim (26) juxtaposed with the inner coil (14).

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