NO323276B1

NO323276B1 - Anordning for undersokelse av ferromagnetiske materialer

Info

Publication number: NO323276B1
Application number: NO19964932A
Authority: NO
Inventors: Herbert Willems; Otto-Alfred Barbian; Gerhard Huebschen
Original assignee: Fraunhofer Ges Forschung; Pii Pipetronix Gmbh
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2007-02-26
Also published as: NO964932L; WO1997019346A1; EP0775910A1; NO964932D0; DK0775910T3; EP0775910B1; CA2209899A1; JPH10512967A; DE19543481A1; US6009756A; DE19543481C2; ES2223057T3; DE59611033D1; JP3806747B2; CA2209899C

Description

Oppfinnelsen gjelder en anordning for undersøkelse av ferromagnetiske materialer, slik som rørledninger eller lignende, med hensyn til defekter, sprekker, korrosjon eller lignende, med i det minste en elektromagnetisk ultralydomformer som har i det minste en høyfrekvent strømspole som brukes i forbindelse med et magnetfelt for å generere og/eller påvise ultralydbølger i materialveggen, såvel som i det minste et magnetsystem som frembringer magnetfeltet og som er anordnet mellom polområder med forskjellig polaritet for en ytterligere magnetanordning, for å frembringe et magnetisk fortelt i materialveggen.

En ikke-destruktiv materialundersøkelse kan utføres ved hjelp av ultralyd, idet det benyttes en piezoelektrisk oscillator fra hvilken det sendes ut ultralydbølger som ved hjelp av et koblingsmedium, slik som vann, ledes inn i arbeidsstykket. For undersøkelse av gassrørledninger med ultralyd leks. med hensyn til sprekklignende defekter på rørets ytterside, er det imidlertid prinsipielt aktuelt bare med en tørr kobling på rørets innerside, f.eks. ved hjelp av lyd overført i luft, dvs. ultralydgenerering ved hjelp av laser, eller elektromagnetisk ultralydgenerering.

Fra publikasjonen DE 35 11 076 er det f.eks. kjent en såkalt undersøkelsesplugg eller

-pigg for ikke-destruktiv undersøkelse og overvåking av rørledningsvegger fremstilt i ferromagnetisk material, og som med hensyn til påvisning av svekkelser i veggen pga. rustangrep utenfra eller innenfra og lignende, benytter et magnetfelt frembragt av et strøfeltmålesystem for elektrodynamisk generering av ultralyd og for måling av strøfluks-en. Et pigglegeme er forsynt med elektromagneter som er jevnt fordelt på omkretsen og som oppviser to målehoder som ligger aksialt i flukt med hverandre, samt et åk som forbinder målehodene og en magnetiseringsspole på disse målehoder. Feltet fra hver av disse elektromagneter løper derved parallelt med rørets midtakse. For ultralydmålingen er det anordnet en luftkjernespole direkte på i det minste en av polene eller magnethod-ene, som påføres kraftige strømpulser med meget bratte flanker. Gangtiden for ultralyd-bølgene som frembringes i materialet ved hjelp av disse strømpulser sammen med magnetfeltet som er virksomt i materialveggområdet; blir registrert og evaluert. Ulempen ved å benytte en sådan undersøkelsespigg er at ved bevegelse av et målelegeme utstyrt med høyfrekvensspole, opptrer det Barkhausen-støy. Denne støy forårsakes av at de såkalte Weiss-domener (mikroskopisk små magnetiserte områder i krystallene) i det ferromagnetiske material sprangvis dreies til sin nye likevektstilstand pga. de kraftige endringer i magnetfeltet som oppstår ved bevegelsen. Derved induseres en strøm som man ved hjelp av en forsterker kan høre som knepp i en høytaler. Ved raskt påfølgende

feltendringer oppstår det da til og med en knitrende støy. Derved blir signal/støy-forholdet for dårlig til å muliggjøre en pålitelig måling.

Publikasjonene EP 0 440 317 og DE 42 28 426 beskriver ultralydprøveapparater som har elektromagnetiske ultralydtransdusere plassert inne i en elektromagnets åk og som genererer et magnetisk vekselfelt parallelt med matriaioverflaten. Sådanne apparater behøver ekstra kraftforsyning for dette magnetiske arrangement og også eh igangsett-else av hele systemet for at sendepulsen skal utløses med alternerende formagnetiseringsfelt.

I andre kjente elektromagnetiske ultralydomformere som anvendes for ultralydunder-søkelse og for materialkarakterisering av elektrisk ledende materialer, f.eks. den beskrevet i publikasjonen EP 0 609 754, er det anordnet minst to rekker permanentmagneter med vekselvis polorientering samt en HF-spole plassert under disse, for generering av horisontalt polariserte transversalbølger (SH-bølger). Også med sådanne ultralydomformere foreligger det ved dynamisk undersøkelse av ferromagnetiske materialer, en forhøyet støybakgrunn, dvs. en reduksjon av det utnyttbare dynamiske område, da det ved bevegelse av den elektromagnetiske ultralydomformer over en ferromagnetisk komponent likeledes opptrer Barkhausen-støy pga. vedvarende dreining/- ommagnetisering av det magnetiske moment inne i de enkelte domener av materialet. Styrken på denne støy beløper seg alt etter avsøkntngshastighet, til opptil 25 dB.

For å unngå de foran nevnte ulemper har derfor oppfinnelsen som formål å skaffe tilveie en anordning av den innledningsvis nevnte art, som har tilstrekkelig signal/støy-forhold ti) at Barkhausen-støy ved bevegelse av den elektromagnetiske ultralydomformer over ferromagnetiske materialer, kan undertrykkes.

I henhold til oppfinnelsen oppnås dette ved hjelp av en anordning for undersøkelse av ferromagnetiske materialer av den innledningsvis nevnte art og som har som særtrekk at den ytterligere magnetanordning er en statisk, forfelt-frembringenede anordning av permanentmagneter, hvor magnetsystemet er dannet av en anordning av permanentmagnetsegmenter med vekselvis polorientering.

Med en utførelse i henhold til oppfinnelsen blir nå ultralydomformeren som sørger for ultralydgenerering i materialet som skal undersøkes, omgitt av en magnetanordning på en slik måte at materialveggen ved bevegelse av ultralydomformeren forbi de enkelte områder som skai undersøkes, allerede før ankomsten av omformeren er formagnetisert på en slik måte at det ikke lenger skjer noen ommagnetisering eller dreining av momentet pga. ultralydomformerens påvirkning i sådanne områder. Med en anordning i henhold til oppfinnelsen opprettes det altså en horisontal og homogen formagnetisering av materialveggen som skal undersøkes. Siden materialveggen pga. bruken av den ytterligere magnetiseringsenhet for formagnetisering forut for inntreden av ultralydomformeren i vedkommende område, blir magnetisert til i nærheten av magnetisk metning, skjer det ikke en så kraftig endring av magnetfeltet i materialveggen pga. selve ultralydomformeren, at de magnetiske momenter i de enkelte domener ved bevegelse av ultralydomformeren blir ommagnetisert, dvs. dreiet rundt, hvorved det induseres en strøm som forårsak-er Barkhausen-støy.

Den ytterligere magnetanordning er i henhold til oppfinnelsen dannet av i det minste en permanent magnet som oppviser i det minste to polområder med forskjellig polaritet. Ved hjelp av en sådan tilstrekkelig sterk permanentmagnet kan et statisk, horisontalt magnetisk fortelt frembringes, slik at opptreden av Barkhausen-støy pålitelig undertrykkes pga. magnetiseringen til i nærheten av magnetisk metning. Siden det da heller ikke forekommer måleluker eller -tomrom, slik som i tilfellet av anvendelse av veksel-strømsmagneter, kan det derved arbeides ved en høy avsøkningshastighet på

1-2 m/sek. Med tradisjonelle ultralydomformere uten formagnetiseringen i henhold til oppfinnelsen, er dette ikke mulig.

Ved at ultralydomformeren fortrinnsvis er anordnet midt mellom den ytterligere magnetanordnings polområder befinner den seg under undersøkelsen ved hjelp av ultralydgenerering likeledes i forteltets homogene.område, slik at påvirkning av momentet i materialveggen er pålitelig utelukket. Derved tjener ultralydomformeren alene tii genereringen av ultralyd såvel som til mottagning av denne, og den ytterligere magnetanordning alene til formagnetisering av materialveggen.

I en foretrukket utførelsesform er det forutsatt at ultralydomformeren tjener til å inttiere/- generere horisontalt polariserte transversalbølger, dvs. såkalte SH-bølger, i materialet som skal undersøkes. Sådanne horisontalt polariserte transversalbølger oppviser i motsetning til vertikalt polariserte transversalbølger (SV-bølger) den fordel at den såkalte første modus av SH-bølger ikke oppviser noen dispersjon, dvs. at de ikke reagerer på større veggtykkelser og mindre på belegg på materialer som skal undersøkes. Anvendes såkalte SV-bølger for undersøkelse av tykkveggede arbeidsstykker, slik som rør-ledninger som oppviser en tykkelse på 6 - 20 mm, blir herved forskjellige Lamb-moduser generert, idet alle disse moduser er sterkt dispersive, slik at det ikke oppnås noen stor rekkevidde. Siden særlig gassrørledninger allerede er belagt med bitumen (asfalt) for isolering, ville anvendelse av vertikalt polariserte transversalbølger ha negativ virkning. Ved refleksjon av SH-bølger skjer dessuten ingen modusomforming ved grenseflaten, mens dette er tilfellet for SV-bølger. Særlig kan SV-bølgenes normalkomponenter ved omgivelse av vann, koble seg inn i dette, hvorved måleresultatet blir forfalsket.

Skal anordningen i henhold til oppfinnelsen anvendes for undersøkelse av gassrørled-ninger ved hjelp av ultralyd med hensyn til f.eks. sprekklignende defekter på et rørs ytterside, foretrekkes det at den elektromagnetiske ultralydomformer er anordnet mellom polområdene eller polskoene for en magnetiserende målerenhet som tjener til måling av strøffuks. Sådanne magnetsystemer som tjener til måling av strøfluks er f.eks. kjent fra publikasjonen DE 35 11 076, som bestanddeler i såkalte undersøkelsespigger. For generering av ultralydbølger ble det imidlertid der benyttet høyfrekvente strømpulser på ett av polområdene. Dette førte da til den allerede beskrevne ulempe. I samsvar med anordningen i henhold til oppfinnelsen blir nå i stedet den elektromagnetiske ultralydomformer anordnet i aksial- eller også i omfangsretningen av rørveggen som skat undersøkes, mellom polene med forskjellig polaritet i strøfluksmagnetsystemet, hvorved en ultralydmåling med samtidig undertrykkelse av Barkhausen-støy blir mulig på en overraskende enkel og plassbesparende måte. Det nødvendige horisontale, statiske, magnetiske fortelt frembringes da ved hjelp av strøfluksmagnetsystemet som er anordnet på forhånd på undersøkelsespiggen. Horisontalt betyr her at forteltet forløper i hovedsak parallelt med rørveggen i aksial retning såvel som i omkretsretningen.

For innstilling av den elektromagnetiske ultralydomformers arbeidspunkt foretrekkes det å anvende den statiske formagnetisering av materialveggen som frembringes ved hjelp av den ytterligere magnetanordnings polområder med forskjellig polaritet.

I en foretrukket utførelsesform er det forutsatt at den ytterligere magnetanordnings polområder eller polskoer med forskjellig polaritet og som mellom seg opptar den elektromagnetiske ultralydomformer, er anordnet akseparallelt med materialet som skal undersøkes, særlig en rørledning eller lignende. Sådanne magnetsystemer tjener derved fortrinnsvis også til statisk formagnetisering eller fornyelse av et fortelt samtidig med påvisning ved hjelp av tilsvarende følere, av strøfelt frembragt av sprekker eller åpninger som løper på tvers eller på skrå i forhold til rørets akseretning. På samme måte og eventuelt samtidig kan det forutses en elektromagnetisk ultralydomformer mellom to polområder etler polskoer med forskjellig polaritet for en ytterligere magnetanordning eller et strøfiuksmagnetsystem som er anordnet i omkretsretningen av materialet som skal undersøkes, særlig en rørledning eller lignende. Ved hjelp av et sådant magnetsystem blir da langsgående sprekker i rørledningen eller i materialveggen registrert ved samtidig statisk formagnetisering. Med hensyn til den elektromagnetiske ultralydgenerering i materialveggen ved samtidig undertrykkelse av Barkhausen-støy er det vanligvis å foretrekke at formagnetiseringen av materialveggen som skal undersøkes, . skjer ved hjelp av et statisk, horisontalt forløpende magnetisk fortelt. Om dette skjer i aksial- eller omkretsretningen har ingen betydning for målingen.

I ytterligere foretrukne utførelsesformer kan den elektromagnetiske ultralydomformer være slik anordnet i forhold tit magnetfeltretningen for forteltet mellom polområdene etter potskoene med forskjellig polaritet i det ytterligere magnetsystem, at utstrålingsretningen ligger vinkelrett eller parallelt på forteltets feltretning. Dette er da mulig ved at genereringen av de horisontalt polariserte transversalbølger i veggen som skal undersøkes, skjer bare ved hjelp av ultralydomformeren og ikke ved en kombinasjon av høyfrekvens-spoler, med eksempelvis en strøfluksmagnetiserings/målerenhet. Den ytterligere magnetanordning tjener altså utelukkende til generering av et sterkt nok statisk, horisontalt magnetisk fortelt for undertrykkelse av Barkhausen-støy, såvel som med en strøfluksenhet å påvise langsgående og aksialt forløpende sprekker ved måling av strøfelt som opptrer.

Den elektromagnetiske ultralydomformere høyfrekvensspoler kan være luftkjernespoler som fortrinnsvis er utført som skivespoler med viklinger som forløper i meanderform.

Den elektromagnetiske ultralydomformer for generering og mottak av horisontalt polariserte transversalbølger (SH-bølger) dannes fortrinnsvis ved å anordne permanentmagnetsegmenter med vekselvis polorientering og en HF-spole anordnet under permanentmagnetsegmentene. Med denne utførelsesform skjer genereringen av de horisontalt polerte transversalbølger i materialveggen som skal undersøkes, bare ved hjelp av selve den elektromagnetiske ultralydomformer. Ved anvendelse av en rekke permanentmagnetsegmenter med vekselvis polorientering og en HF-spole anordnet under disse for generering av SH-bølger blir arbeidsområdet begrenset av magnetfeltene frembragt av de små permanentmagneter, til området direkte under vedkommende magnet, dvs. HF-spolen og i hovedsak overflaten av veggen som skal undersøkes, slik at disse felt på minst mulig måte motvirker det sterke formagnetiseringsfelt, dvs. at intet ommagnetiseringsforløp i veggen kan skje og Barkhausen-støyen derved undertrykkes på en pålitelig måte. Dessuten oppviser en sådan konstruksjon av en elektromagnetisk ultralydomformer sett i forhold til en høyfrekvensspole som har en U-formet magnet anordnet mellom polområdene, den fordel at genereringen av SH-bølger i materialet ikke bare skjer som en ren magnetostriktiv generering av nevnte SH-bølger. Den magneto-striktive generering er nemlig i en viss grad avhengig av materialegenskapene, slik at deres frembringelse med stort oppbud må styres nøye for ikke å føre til noen forfalskede signaler. En anordning av permanentmagnetsegmenter med vekselvis polorientering og minst en ultralydomformer dannet av høyfrekvensspoler anordnet under disse, kunne hittil vanligvis benyttes bare for statisk undersøkelse av ferromagnetiske arbeidsstykker, da nettopp den allerede utførlig beskrevne Barkhausen-støy fremkom, særlig ved rask bevegelse over arbeidsstykket som skulle undersøkes.

i en videreutvikling kan den elektromagnetiske ultralydomformer oppvise en anordning av to rekker permanentmagneter med vekselvis polorientering, på hvilke det er viklet en rektangulær spole. Fortrinnsvis er da høyfrekvensspolen anordnet under rekken av permanentmagneter med vekselvis polorientering på en sådan måte at hvert høyfrekvent spoleelement er tilordnet lik strømretning som permanentmagnetrekken med lik polari-tetsrekkefølge. Ved å påføre en sådan anordnet høyfrekvent eller rektangulær spole høyfrekvensstrømmer genereres det da virvelstrømmer i det ferromagnetiske material som skal undersøkes, hvis mønster i hovedsak tilsvarer det for strømmen i høyfrekvens-spolen. Gjennom vekselvirkningen mellom disse virvelstrømmer og magnetfeltene generert ved hjelp av permanentmagnetsegmentene virker det i materialet umiddelbart Lorenz-krefter rettvinklet på virvelstrømmene såvel som rettvinklet på det anliggende magnetfelt. Ved at segmenter som befinner seg inntil hverandre i rekken av permanentmagnetsegmenter oppviser forskjellig polaritet i forhold til hverandre, frembringes det skjærkrefter i avvekslende retning og som fører til generering av SH-bølger i materialet. Siden de således virkende krefter, pga. innstillingen og anordningen av høyfrekvens-spolen under rekken av permanentmagnetsegmentrekker som befinner seg inntil hverandre, blir likerettet, kan det således optimalt over de virkende Lorenz-krefter bevirkes et partikkelavvik i det ferromagnetiske material som så fører til en direkte generering av ultralydbølger med en tosidig retningskarakteristikk som er rettet symmetrisk i forhold til midten av omformeren. 1 motsetning til magnetostriktiv generering av ultralydbølger foreligger ved denne generering av Lorenz-krefter ingen avhengighet med hensyn til de anvendte materialer, slik at ulempene forbundet med magnetostriktiv gene-

reiing bortfaller. Siden det bare anvendes en matrise av permanentmagnetsegmenter sammen med høyfrekvensspoleelementer anordnet under hver magnets segment-rekkefølge, blir horisontalt polariserte transversalbølger "utstrålt" til begge sider av den elektromagnetiske ultralydomformer, slik at en tilordning av enkeltsignaler til en utstrålingsretning, dvs. en entydig lokalisering av en materialdefekt som opptrer ved fast plassering av den elektromagnetiske ultralydomformer, ikke blir mulig.

I en annen utførelsesform kan derfor den elektromagnetiske ultralydomformer bestå av i det minste to grupper permanentmagneter med forskjellig polaritet fordelt i et innrettet sjakkbrettlignende mønster samt høyfrekvente spoleelementer anordnet under hver av disse. Med denne utførelsesform blir altså den komplette ultralydomformer inndelt i enkeltgrupper av magnetsegmenter såvel som høyfrekvente spolesegmenter, som fortrinnsvis tilføres signaler forskjøvet i tid. Denne omformer arbeider ifølge prinsippet for "phased arrays". Denne teknikk bygger på prinsippet om overlagring av enkeltbølger til en resulterende bølge. Det betyr at overlagringen av bølger frembragt av de enkelte av de forskjellige omformerspoler genererer en ultralydbølge av ønsket type som den resulterende bølge. Ved å sende ut og motta ultralydbølger over flere sendere og mottagere med direkte faseforskjøvet induksjon i omformeren, oppnås det da ved nøyaktig avstemt faseforsinkelse, at direkte konstruktiv og destruktiv interferens oppstår. Med denne foretrukne utførelsesform er da det ønskede fremover/bakover-forhold innstillbart.

I en ytterligere utførelsesform kan den elektromagnetiske ultralydomformer oppvise en

anordning av minst fire rekker permanentmagnetsegmenter med vekslende polaritet, idet to naborekker av permanentmagnetsegmenter hver er forskjøvet en fjerdedel av periodisiteten for den enkelte permanentmagnet i hver rekke langs sin lengdeakse og hvor hver inntilliggende permanentmagnetanordning er forsynt med en egen høyfrekvensspole.

Siden de to høyfrekvensspoler tilføres signaler som er forsinket 90° i forhold til hverandre, blir det så mulig å danne en ensidig retningskarakteristikk for de horisontalt polariserte transversalbølger frembragt ved hjelp av Lorenz-krefter og av høy kvalitet, med en fremragende undertrykkelse av parasittære lydbølger i det ferromagnetiske material som skal undersøkes. De to bølger som her også stråles ut to retninger, interfererer konstruktivt i den ene retning og sletter hverandre ut i den annen. På denne måte er da det ønskede fremover/bakover-forhold oppnåelig, hvilket i en videreføring bidrar til at de to høyfrekvensspoler er nøstet inn i hverandre.

Mens det i de forutgående utførelsesformer er anvendt luftkjernespoler som er anordnet under permanentmagnetsegmenter med avvekslende/alternerende polaritet, fremtrer en videre utførelsesform med en høyfrekvensspole viklet på en magnetisk ledende kjerne. Med en sådan kjerne handler det fortrinnsvis om en ringbåndkjerne som omgir en anordning av flere rekker permanentmagneter med alternerende polorientering. Med en sådan utførelsesform blir de virvelstrømmer som er nødvendig for lydgenereringen koblet indirekte inn i materialoverflaten ved hjelp av det høyfrekvente magnetfelts dynamiske innpreging.

Alt i alt er det frembragt en anordning for elektromagnetisk undersøkelse av ferromagnetiske materialer ved hjelp av bruk av elektromagnetiske ultralydomformere for horisontalt polariserte transversalbølger på ferromagnetiske komponenter ved bevegelse av ultralydomformeren over prøvestykket som skal undersøkes, og som den hittil opp-tredende Barkhausen-støy pålitelig undertrykker for å oppnå et høyt signal/støy-forhold.

Ytterligere fordeler og særtrekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene og av den etterfølgende beskrivelse hvor utførelseseksempler er detaljert forklart med henvisning til tegningene, på hvilke: Fig. 1 viser en skisse av en anordning i henhold til oppfinnelsen av en elektromagnetisk ultralydomformer mellom polskoene for en strøfluks/magnetiseringsenhet inne i

en rørledning som skal undersøkes,

fig. 2 viser en ultralydomformer i perspektiv med to rekker permanentmagnetsegmenter som har vekselvis polorientering samt en nedenunder anordnet

høyfrekvensspole,

fig. 3 viser en elektromagnetisk ultralydomformer med tre grupper permanentmagnetsegmenter og nedenunder anordnet høyfrekvensspoler sett i perspektiv,

fig. 4 viser en elektromagnetisk ultralydomformer for transversalbølger polarisert rettvinklet på innfallsplanet og med ensidig retningskarakteristikk, sett i

perspektiv,

fig. 5a viser en elektromagnetisk ultralydomformer med en høyfrekvensspole viklet på

en ringbåndkjerne,

fig. 5b viser omformeren i fig. 5a sett fra siden,

fig. 6 viser et målesignal fra en elektromagnetisk ultralydomformer uten anordningen i

henhold til oppfinnelsen mellom magnetiseringsenhets polområder, og

fig. 7 viser et målesignal fra en anordning i henhold til oppfinnelsen.

Anordningen 1 i henhold til oppfinnelsen, som i fig. 1 er vist skjematisk og bare delvis, er i det viste eksempel anordnet inne i en likeledes delvis vist rørledning med en vegg 2. Anordningen oppviser to strøfluks/magnetiseringsenheter 3, 4 i form av U-formede permanentmagneter som begge har to polskoer 5, 5', 6, 6' som ligger akseparallelt i flukt med hverandre og som begge er forbundet med hverandre over et åk 7, 8. Midt mellom polskoene 5, 5' av magnetiseringsenheten 3 er det i det horisontalt forløpende statiske magnetfelt mellom polskoene 5, 5' anordnet en elektromagnetisk ultralydomformer (EMUS-omformer) som i det viste utførelseseksempel oppviser en utstrålingsretning for ultralydgenerering i materialveggen 2, som forløper rettvinklet på magnetfeltretningen for det statiske fortelt frembragt ved hjelp av magnetiseringsenheten 3. Hvordan eksitering-en i et ferromagnetisk material, slik som en rørvegg eller lignende, skjer, blir nøye forklart i det videre forløp av figurbeskrivelsen. Bare for å tydeliggjøre, er det mellom polskoene 5, 6' av magnetiseringsenheten 3, 4 i omfangsretningen likeledes anordnet en ytterligere omformer 11 mellom polskoene 5, 6', som oppviser en utstrålingsretning som er rettet parallelt med det statiske fortelts magnetfeltretning.

Utstrålingsretningen fra hver av omformerene 9 ,11 er derved uavhengig av det statiske fortelt fra permanentmagnetene 3, 4 som tjener til formagnetisering av veggen 2, da ultralydeksiteringen i materialveggen 2 som skal undersøkes, bare skjer ved hjelp av ultralydomformeren 9, mens strøfluks/magnetiseringsenhetene 3, 4 bare tjener til formagnetisering av veggen 2 såvel som til strøfluksmåling.

I utførelseseksempelet vist i fig. 2 oppviser ultralydomformeren 17 for generering av horisontalt polariserte transversalbølger en magnetanordning bestående av to rekker 18 periodisk anordnede permanentmagneter 19 eller permanentmagnetsystemet 19 med vekslende polaritet, på hvilket det er anordnet en rektangulær spole. Denne er vist adskilt, under magnetanordningen. Den rektangulære spole tilføres høyfrekvensstrøm hvis retning på ét eksempelvis fast valgt tidspunkt er betegnet 21, og genererer da i et elektrisk ledende material, slik som en rørvegg, et partikkelavvik ved hjelp av Lorenz-krefter, som fører til generering av ultralydbølger på kjent måte. Som det sees av fig. 2 er segmentene av høyfrekvensspolen 20 anordnet under de enkelte rekker 18 på en sådan måte at strømmen 21 i høyfrekvensspolen 20 flyter likerettet i en første rad 18 og i motsatt retning i en inntilliggende andre rad. I materialet som skal undersøkes, genereres det ved hjelp av strømpulser virvelstrømmer med et mønster tilsvarende høy-frekvensspolens strømmer, hvorved det ved vekselvirkningen mellom disse virvelstrøm-mer og magnetfeltet generert ved hjelp av de enkelte permanentmagneter 19, virker Lorenz-krefter rettvinklet på de genererte virvelfelt og på magnetfeltretningen i materialet. Siden polariteten av permanentmagnetene 19', 19" som befinner seg inntil hverandre i begge rekker er innbyrdes motsatt, samtidig som også strømpulsen i begge disse rekker er rettet innbyrdes mot hverandre, blir kreftene som virker på undersiden av permanentmagnetene 19, 19' likerettet med hverandre, i forhold til kreftene inne i en rekke av nabopermanentmagneter 19, som derimot blir motsatt rettet. Derved kan den ønskede horisontalt polariserte transversalbølge etableres. De på denne måte genererte ultralyd-bølger oppviser en tosidig retningskarakteristikk som i forhold til midten av omformeren er symmetrisk rettet. Midten av omformeren er med hensyn til symmetriplanet her betegnet 22. Siden de genererte ultralydbølger "utstråles" symmetrisk i forhold til midten 22 av omformeren til begge sider, blir en bedømmelse av de mottatte signaler vanske-ligere, da tilordning av enkeltsignaler til en utstrålingsretning ved en fast posisjon av ultralydomformeren 17 ikke kan skje. Tilsvarende er en entydig lokalisering av en materialdefekt bare mulig ved bevegelse av den elektromagnetiske ultralydomformer.

I det utførelseseksempel som er vist i fig. 3 oppviser den elektromagnetiske ultralydomformer 23 for generering av horisontalt polariserte transversalbølger (SH-bølger) tre grupper 24, 25, 26 permanentmagneter 27 som er ordnet med en sjakkbrettmønsterlign-ende fordeling, og under hver av disse, tilordnede høyfrekvensspoleelementer 28, 29 ,30. En sådan EMUS-omformer kan inneholde inntil åtte grupper permanentmagnetanordninger. I det viste utførelseseksempel har høyfrekvensspolene 28, 29, 30 en firfoldig meanderformet sløyfekonfigurasjon og er her anordnet under 5x3 permanentmagneter 27. De enkelte høyfrekvensspoler 28, 29, 30 i denne elektromagnetiske ultralydomformer 23 aktiveres forsinket i tid. Deres strømretning er likeledes angitt ved hjelp av piler. Fordelingen av de høyfrekvente elementer/segmenter 28, 29, 30 er utført på undersiden av den enkelte rekke slik som i det forutgående utførelseseksempel, hvilket det ikke gås nærmere inn på her. Ved hjelp av den tidsforsinkede aktivering av HF-spolene er en innstilling av et fremover/bakover-forhold mulig, i motsetning til den forutgående utførelsesform.

I utførelsesformen vist i fig. 4 oppviser den elektromagnetiske ultralydomformer 31 for generering av SH-bølger seks rekker 32, 33, 34, 35 periodisk anordnede permanentmagneter 36. Her er hver av naborekkene 32 og 33, 32 og 35, 35 og 34, såvel som 34 og 33, slik anordnet i forhold til hverandre at de er forskjøvet den halve bredde av en enkelt permanentmagnet 36. Som det fremgår av fig. 4 gjentar den første rekke 32 seg i det viste utførelseseksempel etter nøyaktig fire rekker.

På to permanentmagnetanordninger eller rekker 33 og 35, hvis enkelte permanentmagneter 36 er anordnet på samme høyde i forhold til en grunnlinje 38, dog med forskjellig innbyrdes polaritet, er det anbragt en dobbel rektangulær spole 39 på en slik måte at også strømretningen 40 veksler fra rekke til rekke. På de i dette utførelses-eksempel gjenværende tre rekker 32 og 34 blir en andre dobbel rektangulære spole 39 anbragt sammen med den første, idet strømretningen igjen veksler fra magnetrekke til magnetrekke. I tilfellet av sending drives de to høyfrekvensspoler 39, 39' med sende-strømsignaler som er innbyrdes forskjøvet 90°.

Ved hjelp av denne elektromagnetiske ultralydomformer 31 kan igjen en ensidig retningskarakteristikk oppnås. Magnetens størrelsesorden og høyfrekvensen velges da på en slik måte at "utstrålingsvinkelen" for ultraiydsignalet for eksitering av materialet, ligger streifende i planet 41 på undersiden av permanentmagneten 36. På grunn av forskyv-ningen i rommet av "ultralydkildene" som genererer transversalbølger fra permanentmagneter og høyfrekvensspolene, med en fjerdedel av bølgelengden, hvilket oppnås ved forskyvning av permanentmagnetanordningen i forhold til grunnlinjen 38, opprettes det i den ene utstrålingsretning en faseforskjell mellom signalene på 180°, dvs. opphevelse av signalene, og i den andre utstrålingsretning en konstruktiv overlagring av signalene med en faseforskjell av 0 eller 360°.

Alle de elektromagnetiske ultralydomformere som er vist i fig. 2 - 4, for generering og for mottagning av SH-bølger har det til felles at tilførselsledningene og overgangssegment-ene for høyfrekvensspolene gjøres så små som mulig for å sørge for en optimal generering av horisontalt polariserte transversalbølger ved hjelp av partikkelawik pga Lorenz-krefter. Dessuten er bredden av hver rekke permanentmagnetsegmenter med vekslende polaritet forholdsvis liten i forhold til deres lengde, slik at nevnte overgangssegmenter for hver høyfrekvensspole mellom to tilhørende permanentmagnetrekker derved kan holdes små i forhold til lengden av hver rekke av permanentmagnetsegmenter.

Den siste utførelsesform vist i fig. 5a og 5b, har en elektromagnetisk ultralydomformer 42 som tjener til generering og til mottagning av SH-bølger og som oppviser en høyfre-kvensspole 44 viklet på en magnetisk ledende ringbåndkjerne 43. Ringbåndkjernen 43 er da anordnet over en anordning av flere rekker permanentmagneter 45 med vekselvis polorientering, idet denne omgir sidene av disse med sine "ben" 46, 46'. For å initiere en horisontalt polarisert transversalbølge er arrangementet ordnet slik at rekken av permanentmagneter 45 ligger med sin langside i retning av det dynamiske B-felt. Ved hjelp av denne elektromagnetiske ultralydomformer 42 blir de virvelstrømmer som er nødvendig for generering av lyd, indirekte innkoblet i materialoverflaten ved innpreging av dynamiske høyfrekvente magnetfelt.

Ved hjelp av den elektromagnetiske ultralydomformer vist i fig. 3 og som i henhold til oppfinnelsen har en ytterligere magnetanordning bestående av kraftige permanentmagneter anordnet mellom polområdene, f.eks. en strøfluks/magnetiseringsenhet, kan et målesignal tilsvarende det vist i fig. 7 oppnås med stort signal/støy-forhold. Uten anordningen i henhold til oppfinnelsen oppnår man pga. Barkhausen-støy, bare et målesignal slik som det vist i fig. 6, med ultralydomformeren fra fig. 3 alene.

Claims

1. Anordning for undersøkelse av ferromagnetiske materialer, slik som rørledninger eller lignende, med hensyn til defekter, sprekker, korrosjon eller lignende, med i det minste en elektromagnetisk ultralydomformer (9, 11,17, 23, 31, 42) som har i det minste en høyfrekvent strømspole (13, 20, 28, 29, 30, 39) som brukes i forbindelse med et magnetfelt for å generere og/eller påvise ultralydbølger i materialveggen, såvel som i det minste et magnetsystem som frembringer magnetfeltet og som er anordnet mellom polområder med forskjellig polaritet for en ytterligere magnetanordning (3, 4,15), for å frembringe et magnetisk fortelt, i materialveggen, karakterisert ved at den ytterligere magnetanordning (3, 4,15) er en statisk, forfelt-frembfingenede anordning av permanentmagneter, hvor magnetsystemet er dannet av en anordning av permanentmagnetsegmenter (18, 19, 24, 25, 26, 27, 32, 33, 34, 35, 36) med vekselvis polorientering.

2. Anordning som angitt i krav 1, og hvor den ytterligere magnetanordning (3, 4,15) er dannet av i det minste en permanentmagent som har i det minste to polområder med forskjellig polaritet

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, og hvor ultralydomformeren (9,11, 17, 23, 31, 42) er anordnet midt mellom polområdene (5, 5', 6, 6') for den ytterligere magnetanordning (3, 4, 15).

4. Anordning som angitt i et av kravene 1 - 3, og hvor ultralydomformeren (9, 11,17, 23, 31, 42) tjener til å initiere/generere horisontalt polariserte transversalbølger (SH-bølger) i materialet som skal undersøkes.

5. Anordning som angitt i et av kravene 1 - 4, og hvor det er i det minste en elektromagnetisk ultralydomformer (9,11, 12, 17, 23, 31, 42) anordnet mellom polområdene (5, 5', 6, 6', 14, 14') for en magnetiserende målerenhet (3, 4, 15) som tjener til måling av strøfluks.

6. Anordning som angitt i et av kravene 1 - 5, og hvor innstillingen av arbeidspunktet for den elektromagnetiske ultralydomformer (9, 11, 17, 23, 31, 42) bestemmes av den statiske formagnetisering av materialveggen, som er frembragt ved hjelp av den ytterligere magnetanordnings (3, 4,15) polområder (6, 6', 5, 5') med forskjellig polaritet.

7. Anordning som angitt i et av kravene 1 - 6, for undersøkelse av et material som oppviser en symmetriakse, og hvor den ytterligere magnetanordnings (3) polområder eller sko (5, 5') med forskjellig polaritet, som mellom seg opptar den elektromagnetiske ultralydomformer (9), er anordnet akseparallelt med materialet som skal undersøkes, særlig en rørledning (2) eller lignende.

8. Anordning som angitt i et av kravene 1 - 6, for undersøkelse av et material som oppviser en symmetriakse, og hvor den ytterligere magnetanordnings (3, 4) polområder eller sko (5, 6') med forskjellig polaritet, som mellom seg opptar den elektromagnetiske ultralydomformer (11), er anordnet i omkretsretningen i forhold til materialet som skal undersøkes, særlig en rørledning (2) eller lignende.

9. Anordning som angitt i et av kravene 1 - 8, og hvor utstrålingsretningen fra den elektromagnetiske ultralydomformeren (9) er rettvinklet på feltretningen for forteltet frembragt av den ytterligere magnetanordning (3).

10. Anordning som angitt i et av kravene 1 - 8, og hvor utstrålingsretningen fra den elektromagnetiske ultralydomformeren (11) er parallell med feltretningen for forteltet frembragt av den ytterligere magnetanordning (3, 4).

11. Anordning som angitt i et av kravene 1 -10, og hvor den høyfrekvente spole (13, 20, 28, 29, 30, 39) er en luftkjernespole.

12. Anordning som angitt i et av kravene 11, og hvor den høyfrekvente spole (13, 20, 28, 29, 30, 39) er en skivespole med viklinger som forløper i meanderform.

13. Anordning som angitt i et av kravene 1 -12, og hvor den elektromagnetiske ultralydomformer (17, 23, 31) har i det minste en høyfrekvent spole (20, 28, 39, 39') anordnet under permanentmagnetene (18, 19, 24, 25, 26, 27, 33, 34, 32, 35, 36).

14. Anordning som angitt i krav 13, og hvor den elektromagnetiske ultralydomformer (17) oppviser et arrangement av to rekker (18) permanentmagneter (19) med vekselvis polorientering, på hvilket i det minste en rektangulær spole (20) er anordnet.

15. Anordning som angitt i krav 13 eller 14, og hvor den høyfrekvente spole (20, 28,

39, 39') er slik anordnet på undersiden av rekkene (18, 32, 33, 34, 35) av permanentmagneter (19, 27, 36) med vekselvis polorientering, at hvert høyfrekvent spoleelement (20, 28, 39, 39') som har samme strømretning, er tilordnet permanentmagnetrekker som har samme polaritetsrekkefølge.

16. Anordning som angitt i krav 13 eller 15, og hvor den elektromagnetiske ultralydomformer (23) består av i det minste to grupper (24, 25, 26) permanentmagneter (27) med forskjellig polaritet, som er ordnet med sjakkbrettmønsterlignende fordeling og med høyfrekvente spoleelementer (28, 29, 30) anordnet under hver av disse.

17. Anordning som angitt i krav 16, og hvor de høyfrekvente spoleelementer (28, 29, 30) kan forsynes med signaler på en tidsforsinket måte.

18. Anordning som angitt i et av kravene 13 -15, og hvor den elektromagnetiske ultralydomformer (31) oppviser et arrangement av i det minste fire rekker (32, 33, 34, 35) permanentmagnetsegmenter (36) med vekslende polaritet, idet to inntilliggende rekker (32, 33, 34, 35) permanentmagnetsegmenter (36) hver enkelt er forskjøvet en fjerdedel av periodisiteten for de enkelte permanentmagneter (36) i hver rekke (32, 33, 34, 35) langs dens lengdeakse, og hver naborekke (32, 33, 34, 35) av permanentmagneter (36) er forsynt med en egen høyfrekvensspole (39, 39').

19. Anordning som angitt i krav 18, og hvor de to høyfrekvente spoler (39, 39') i naborekker kan forsynes med signaler som er innbyrdes 90° faseforskjøvet.

20. Anordning som angitt i krav 18 eller 19, og hvor de to høyfrekvente spoler (39, 39') er flettet i hverandre.

21. Anordning som angitt i et av kravene 1 -10, og hvor den elektromagnetiske ultralydomformer (42) oppviser en høyfrekvensspole (44) viklet på en magnetisk ledende kjerne (43).

22. Anordning som angitt i krav 21, og hvor kjernen (43) er en ringbåndkjerne som delvis omgir et arrangement av flere rekker permanentmagneter (45) med vekselvis polorientering.