SE457117B - Saett och anordning foer provning av elektriskt ledande provobjekt - Google Patents

Description

457117 2 skillnaden i inträngningsdjup mellan de inducerade virvelströmmarna.

Uppfinningen är även tänkt att vara ett alternativ och/eller komplement till den svenska patentansökan 8U0O698-0 (Dynamisk Transformering).

Anordningen enligt uppfinningen framgår av nedanstående patentkrav 5-13.

Då anordningen enligt uppfinningen i första hand beskriver givarens ut- formning kan den ses som en givaroptimering medan den Dynamiska Transfor- meringen mer kan betraktas som en elektronikoptimering av mätutrustningen.

Den sammantagna verkan av dessa bägge optimeringar ger en utmärkt förut- sättning till att undertrycka oönskad påverkan på mätresultatet från i sig relativt ofarliga förändringar såsom OSCM och LO-variationer m m.

I den svenska patentansökan 8302738-3 beskrivs motiven för och behovet av att utnyttja bärfrekvenser som skiljer sig mycket från varandra, t ex H/L > 10. Detta medför att skillnaden i inträngningsdjup (ADJ) ökar för de i provobjektet inducerade virvelströmmarna. Konsekvensen av detta blir givetvis även att de oönskade effekterna av skillnaden i inträngningsdjup likaledes ökar påtagligt, varigenom t ex mätresultatets signal-stör-för- hållande (S/N) försämras.

Uppfinningen anger både sätt och anordning för att bemästra denna problematik, varför följande beskrivning skall ses som beskrivning för bäggedera även om endast endera anges i texten. Beskrivningen refererar till bifogade principiella figurer, vilka ej gör anspråk på att vara skalenligt eller naturtroget ritade.

Sättet och anordningen enligt uppfinningen är närmare beskrivna i bifogade figurer, där figur 1 visar en givare, bestående av två separata spolar, figur 2 ett tvärsnitt av ett oscillationsmärke på ytan av t ex ett ämne. figur 3 en alternativ givare och figur 4 ett tvärsnitt av samma givare.

I figur 1 består givaren 1 som exempel av två separata spolar, som matas med ström av olika frekvens (H resp L). Givaren befinner sig på ett visst avstånd från provobjektet 2. Avståndet mellan givarens medelpunkter (MPKT) är AMPKT, och differensen i djupgående för i provobjektet inducerade summaströmmar (EI) är markerat med ADJ. Som synes är detta i överens- stämmelse med patentansökan Dynamisk Transformering med undantag för att givaren matas olika vid olika frekvenser, 3 457117 Kortfattat och förenklat men likväl grundläggande kan uppfinningen t ex beskrivas enligt följande, som refererar till figur 1. Genom att utforma och mata givaren så att ADJ = AMPKT blir LOH = LOL, varigenom L0-beroen- det vid frekvenserna H och L i stort följer likartade funktioner (eventuellt via viktning etc). varigenom LO-beroende mätt frekvenserna emellan kan undertryckas.

Man kan alltså direkt i/med givaren, utan avancerad elektronik, effektivt undertrycka oönskad påverkan av t ex som i detta exempel LO.

Några för uppfinningen viktiga definitioner och förtydliganden framgår av följande. _ Med GIVARE avses t ex en magnetflödesgenererande del och en magnetflödes- avkännande del. bestående av tràdslinga eller spole eller ett arrangemang av dessa eller liknande element. Givaren kan även bestå av en strömmatad primärspole och en avkännande sekundärspole m m. I de fall flödet genere- ras av annan utrustning kan givaren även bestå av enbart en flödesavkänn- ande del.

Med PROVOBJEKT avses t ex ämne, plåt, rör, tråd, profil m m.

Med FÖRÄNDRING avses t ex defekt, spricka, porer, flagor, hål m m, men även dimensionsförändringar och andra typer av förändringar.

Med KONSTANT avses i stort konstant inom ett rimligt arbetsområde.

Med FREKVENS avses vanligen den frekvens (bärfrekvens) eller frekvens- komposant som givaren matas med, dock innefattas i vissa fall även frekvenskomplex t ex dominerad av viss frekvens.

Med LIFT-OFF och LO avses normalt här avståndet mellan givarens medelpunkt (MKT) och summaströmmen (Zl) i provobjektet. Detta avstånd kan variera som funktion av den frekvens till vilken det refererar. men kan även vara konstant så som framgår av denna uppfinning.

Med H avses t ex en hög frekvens eller signal härrörande från eller dominerad av en hög frekvens. 457117 L: Med L avses t ex en låg frekvens eller signal härrörande från eller dominerad av en låg frekvens.

Med SUMMASTRÖM (XI) avses t ex den fiktiva ström i provobjektet som mot- svarar den sammantagna effekten eller verkan av delströmmarna i provobjek- tet. Summaströmmen är oftast olika för olika frekvenser. Summaströmmar av olika frekvens går olika djupt i provobjektet.

Med givarens MEDELPUNKT (MPKT) avses t ex den fiktiva punkt i givaren till vilken kopplingen eller växelverkan mellan givare och summaström (gl) kan anses referera för att effekten skall bli densamma som summaeffekten av kopplingen mellan summaström och respektive delelement i givaren. Denna medelpunkt är oftast olika för olika frekvenser. Med medelpunkt kan även avses t ex en enkel tràdslinga med motsvarande funktion som en mer komplex spole. Det är därför viktigt att observera att givarens medelpunkt kan ha en flerdimensionell utbredning. Vidare kan medelpunkten vara en funktion av både den primära och sekundära kretsen i givaren t ex på grund av att sekundären belastas làgohmigt varigenom sekundärströmmen likaså påverkar virvelströmmen.

Med DIFFERENS avses t ex differensen eller kvoten mellan två funktioner eller signaler.

Uppfinningen kan som exempel beskrivas som sätt och anordning för provning och/eller mätning av elektriskt ledande provobjekt med avseende på föränd- ringar i eller pâ provobjektet. varvid uppfinningen innefattar användandet av minst en givare. t ex spole eller liknande. vilken matas'med signaler, t ex ström, av olika frekvensinnehàll, t ex flera samtidigt på varandra överlagrade strömmar eller spänningar av olika frekvens, så att strömmar, t ex virvelströmmar, induceras i provobjektet. t ex på ytan, varigenom givaren påverkas av provobjektet via den induktiva kopplingen/växelverkan mellan givare ooh provobjekt och att från givaren (inklusive provobjekt), direkt eller indirekt, härrörande information, t ex signaler, användes för detektering av förändring i provobjektet, t ex via vektortransformations- förfarande eller liknande, och kännetecknad därav att givaren är utformad/ konstruerad och matad på sådant sätt att enahel eller delvis undertryck- ning erhålls av minst en av de oönskade effekter. t ex signaler, som direkt eller indirekt kan förorsakas av skillnaden i inträngningsdjup hos de strömmar som genereras, t ex induceras, i provobjektet. Denna utform- 5 457117 ning och/eller matning har som målsättning att ge givaren olika egenskaper vid olika frekvenser så att t ex minst en givares medelpunkt (MPKT) är olika i nagot avseende för minst två olika frekvenser eller frekvens- komplex. Detta skulle nagot förenklat kunna beskrivas som att givaren skenbart/fiktivt intar olika läge och kontur vid olika frekvenser, med avseende på kopplingen mellan givare och provobjekt.

Genom att göra skillnaden mellan minst två av givarens medelpunkter, t ex AMPKT, lika stor som motsvarande skillnad i djupgående. t ex ADJ, för summaströmmarna, så som visas i figur 1, kan t ex LOH = LOL, vilket medför flera fördelar. En av dessa fördelar är att LO-beroendet effektivt kan undertryckas på grund av att LO-funktionerna (vid de aktuella frekven- serna) följer i stort likartade funktioner (eventuellt erfordras viktning m m) varigenom LO-beroendet kan balanseras/kompenseras bort genom att kombinera t ex funktioner av olika frekvensursprung.

Figur 1 kan behöva ytterligare förklaring. Givaren 1 består här som exempel av två spolar som matas med strömmarna H respektive L. Medelpunk- ten för den höga frekvensen kommer då att hamna på nivån MPKTH och på motsvarande sätt kommer den låga strömmen att placera medelpunkten för den låga frekvensen på nivån MPKTL. Givaren är placerad intill provobjektet 2, varvid ströminträngningen kommer att fa det utseende som anges till höger i figur 1. Som synes avtar strömstyrkan med ökande djup DJ. Av stort intresse är här summaströmmarnas 21 olika djupgående, och de konsekvenser detta medför. Delströmmarna är markerade med AI, och skall ses som den verkliga strömmen pa respektive djup.

Givaren kan som i figur 1 t ex bestå av två spolar som matas med ström av olika frekvens, t ex H och L, men kan även utformas som t ex figur 3 och U anger. I figur Ä, som visar ett tvärsnitt av givaren. motsvarar PH och PL de två spolarna i figur 1, medan SH och S är separata sekundärspolar. P L och S står här för Primär och Sekundär. Givetvis kan givaren bestå av en mängd tänkbara varianter utöver de här beskrivna.

Figur 3 visar en givare bestående av en spole och en reaktans. t ex kon- densator som är ansluten över en del av spolen, samtidigt som spolen matas med två frekvenser (H och L) samtidigt. Eftersom den höga frekvensen medför en lägre impedans i kondensatorn (XC) än den låga frekvensen kommer en ansenlig del av den högfrekventa strömmen att passera förbi spolens 457117 6 nedre del, varigenom givarens'medelpunkt kommer att få olika placering i givaren så som figur 3 visar (MPKTH och MPKTL). Principielllt kan man _ alltså säga att givaren i figur 1 motsvaras av givaren i figur 3. in Gör man t ex reaktansen XC varierbar kan avståndet mellan MKTH och MPKTL varieras. Om dessutom XC t ex kan styras med hjälp av en styrsignal kan man enkelt fjärrstyra avstándsinställningen mellan givarens medelpunkter.

Figur 2 visar ett tvärsnitt av ett oscillationsmärke OSCM på ytan av t ex ett ämne. I figuren är även summaströmmarnas strömbanor inritade och man ser här att strömbanorna trycks ihop något under märket. Förutom att strömbanornas inbördes läge kan variera kan även t ex deras utseende i övrigt skilja sig åt. Det kanske viktigaste är dock att ADJM fi ADJ vid djupare OSCM.

På motsvarande sätt som man kan undertrycka LO-beroendet med uppfinningen kan oscillationsmärken undertryckas genom lämpligt vald givarutformning och/eller matning. Som exempel kan skillnaden mellan medelpunkterna anpassas till ett medelvärde av ADJ och ADJM, varigenom en oönskad påverkan av oscillationsmärken kan undertryckas. kanske ej helt men tillräckligt för att S/N skall bli markant bättre. Undertryckningen kan bli ändå bättre om givarens medelpunkt är flerdimensionell till sin natur och i stort överensstämmer med 0SCM:s kontur och form.

Genom att t ex kontinuerligt variera medelpunktens form och läge och sam- tidigt studera S/N är det möjligt att välja den typ av form och/eller läge som ger det bästa S/N. Detta kan t ex utföras med hjälp av dator och gdras automatiskt vid vissa lämpliga tillfällen. På detta sätt erhålls även en automatisk anpassning och optimering relativt den ytstruktur som prov- objektet har.

Som framgår är uppfinningen grundad på att givarens s k medelpunkt är olika vid olika frekvenser, så att skillnaden mellan motsvarande frekvensers ströminträngningsdjup i provobjektet i stort kompenseras. På detta sätt kan undertryckning av oönskade signaler, förorsakade av skill- naden i virvelströmsutbredning, undertryckas. Då t ex sprickor har en annan påverkan på virvelströmsutbredningen än t ex en insjunkning, kan sprickor detekteras/framhävas medan insjunkningar undertryckas. 1 457117 Uppfinningen innefattar givetvis även de fall när kombinationer av olika frekvensers medelpunkter kombineras så att önskad undertryckning erhålls.

I figurerna har givarnas medelpunkter ritats som punkt-streckade nivåer, vilket är fullt tillräckligt i flera tillämpningsfall. Det är dock viktigt att observera att medelpunkten även kan ha t ex en tredimensionell form, för att därigenom bättre kompensera en flerdimensionell godartad föränd- ring i ytstrukturen.

Vi har valt att införa begreppet givarens "medelpunkt" i brist på annan lämplig benämning. Eftersom det ej enbart rör sig om en punkt kan t ex "angreppsyta" eller liknande eventuellt vara en bättre benämning.

I de fall avståndet mellan givare och provobjekt är stort relativt ADJ blir som lätt framgår av figur 1 LO-funktionerna i stort likartade. varigenom de oönskade effekterna som förorsakas av skillnaden i intrång- ningsdjup (ADJ) blir måttliga även om AMPKT = 0. Tyvärr avtar dock även känslighet för defekter m m drastiskt med ökande LO-avstånd, varför det är orealistiskt att arbeta med dessa stora LO-avstånd. Behovet av hög känslighet för t ex sprickor. dvs att LO-avståndet är relativt litet, förstärker även behovet av föreliggande uppfinning. En annan viktig konsekvens av uppfinningen är det utökade LO-arbetsområdet.

Uppfinningen kan varieras på mångahanda sätt inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (13)

457117 s PATENTKRAV

1. Sätt för provning av elektriskt ledande provobjekt (2) för fast- ställande av defekter i detta, innefattande förandet av minst en givare (1) över objektets yta på ett förutbestämt avstånd från denna. matande av nämnda givare med elektriska signaler med minst tva olika frekvenser i och för inducering av motsvarande olika virvelströmmar på olika djup i objek- tet, inbördes åtskilda med ett visst avstånd (ADJ), samt att nämnda givare har olika effektiv medelpunkt för de spolar i givaren, som alstrar strömmar med olika frekvens med ett visst avstånd mellan dessa effektiva medelpunkter (AMPKT), k ä n n e t e c k n a t därav, att man avkänner dessa olika virvelströmmar med sagda givare och alstrar utsignaler från givaren motsvarande dessa avkända strömmar, samt att man väljer matningen av nämnda givare (1) så att skillnaden i inträngningsdjup mellan virvel- strömmarna (ADJ) i huvudsak motsvarar avståndet mellan de effektiva medelpunkterna (AMPKT) i och för kompensering av effekterna, förorsakade av skillnaden i inträngningsdjup mellan de inducerade virvelströmmarna.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav. att man varierar matningen medelst ändring av de effektiva medelpunkterna i givaren.

3. Sätt enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att man ändrar matningen genom ändring av de effektiva medelpunkterna i givaren/givarna i huvudsak motsvarande skillnaden i inträngningsdjup för de olika virvelströmmarna. 7 Ä.

4. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att ändringen i matningen innefattar inkoppling av ett reaktivt element tvärs över en del av givaren i och för erhållande av olika effektiva medelpunk- ter för nämnda givare vid matningssignaler med olika frekvens.

5. Anordning för genomförande av sättet enligt något eller nagra av föregående patentkrav, innefattande minst en givare (1). anordnad att röras över ytan av ett testobjekt på ett förutbestämt avstånd från detta i och för fastställande av defekter i detta, varvid givaren/givarna är anordnade att matas med elektriska signaler med minst två olika frekvenser i och för inducering av olika virvelströmmar i testobjektet på olika djup i detta, åtskilda ett visst avstånd (ADJ), samt att givarens/givarnas spolar har olika effektiva medelpunkter motsvarande dessa olika frekvenser IJ 457117 med ett visst inbördes avstånd (AMPKT), k ä n n e t e c k n a d därav, att givaren/givarna (1) är anordnade att avkänna de olika virvelström- marna, och är anordnade att ändra matningen av givaren/givarna så, att man erhåller kompensation av effekterna, förorsakade av skillnader i intrång- ningsdjup (ADJ) mellan de olika virvelströmmarna.

6. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d därav. att don ingår för ändring av de effektiva medelpunkterna i givaren och således matningen.

7. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst en givare innehåller olika placerade spolar, av vilka åtminstone två är anordnade att matas med strömmar av olika frekvenser eller olika frekvenskomplex.

8. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d därav. att minst ett reaktivt element, t ex en kondensator, är kopplat parallellt med en del av givarspolen, t ex dess undre hälft.

9. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst en givare är så utformad, t ex med hänsyn till skillnaden eller avståndet mellan givarens medelpunkter för olika frekvenser, att en viss sorts inflytande, t ex inflytandet av lift-off-avstånd och/eller oscillationsmärken, är anordnat att undertryckas.

10. Anordning enligt patentkrav 5-6. k ä n n e t e c k n a d därav. att minst en av givarens spolar är så utbildad, att t ex avståndet mellan givarens medelpunkter är anordnat att ändras genom avståndsstyrning, t ex fjärrstyrning.

11. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d därav. att i och för ändring av avståndet mellan givarens medelpunkt är anordnat ett reaktivt element, t ex en inställbar kondensator (XC).

12. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att medelpunkten för minst en givare är av flerdimensionell typ eller natur.

13. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att givarens utformning. t ex avståndet mellan dess medelpunkter, är anordnad att förändras eller justeras automatiskt som funktion av provobjektets ytstruktur, t ex via en dator.