WO2007025856A1 - Device for the detection of electromagnetic properties of a test object - Google Patents

Device for the detection of electromagnetic properties of a test object Download PDF

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WO2007025856A1
WO2007025856A1 PCT/EP2006/065338 EP2006065338W WO2007025856A1 WO 2007025856 A1 WO2007025856 A1 WO 2007025856A1 EP 2006065338 W EP2006065338 W EP 2006065338W WO 2007025856 A1 WO2007025856 A1 WO 2007025856A1
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WO
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inductors
reference element
test object
inductance
base part
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/065338
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gabriel Daalmans
Original Assignee
Siemens Ag
Gabriel Daalmans
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Ag, Gabriel Daalmans filed Critical Siemens Ag
Publication of WO2007025856A1 publication Critical patent/WO2007025856A1/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/904—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents with two or more sensors

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting electrical and / or magnetic properties of an electrically conductive test object according to the preamble of claim 1.
  • the electrical and magnetic properties of the electrically conductive test article also allow conclusions about changes in the mechanical properties of the test object. For example, cause corrosion, oxidation, and other aging processes rule also a change of electrical and magnetic properties of the test object ⁇ . For example, the specific electric conductivity ⁇ resistance and the relative permeability of the test object due to corrosion, oxidation, and mechanical alterations can be influenced. The detection of electrical and magnetic quantities thus enables the detection of changes in the mechanical properties of the test object.
  • the data set with the impedances or induced voltages in the eddy current probe is expanded depending on the frequency, layer thickness and electrical and magnetic properties of the layers.
  • the impedances or voltages are represented in the complex level as so-called grid structures.
  • the grid structures arise from two mutually perpendicularly intersecting groups of curves.
  • a curve results from the variation of a parameter p (l) with fixed values for all other parameters.
  • the family of curves is created by a different value for each second parameter p (2).
  • the grid now arises by connecting the impedances for a given parameter value p (l) and a variable parameter value p (2).
  • FIG. 10 such a grid structure is shown.
  • Grid structure is in the complex impedance plane at an excitation frequency f 0 for a non-magnetic base material with the electrical conductivity ⁇ 0 and an electrically conductive coating.
  • the grid arises on the one hand by varying the layer thickness at a given value for the electrical conductivity of the layer (continuous curves) and on the other hand by the variation of the electrical Conductivity of the layer at a given value for the layer thickness (dashed curves).
  • the device comprises a reference element ⁇ least Wenig, which is at least one ⁇ In productivity associated with and disposed on the base part.
  • the reference element whose physical, in particular electrical and magneti ⁇ specific properties are known, is an integral part of the device.
  • the inductors and the reference elements are arranged on the base part with a predetermined distance from each other.
  • the detected variables are also dependent on the distance between the inductance and the reference element. Since these distances are fixed values which together ⁇ are interrelationships between the detected and calculated quantities simplified. Any measurement errors are reduced or compensated in this way.
  • the device comprises four inductors forming a bridge circuit. The bridge circuit enables a particularly accurate measurement.
  • the output terminals are provided for tapping a bridge voltage. Even a small change in the impedance of an inductance causes a significant change in the bridge voltage.
  • At least two of the inductors are each assigned a reference element. Since ⁇ through the bridge circuit may be formed symmetrically, which allows, for example, comparative measurements.
  • those inductors, each associated with a reference element may be arranged diametrically opposite each other in terms of circuitry. This contributes to a higher sensitivity to Emp ⁇ .
  • the base part comprises at least one surfaces ⁇ tee. This allows a particularly compact design of the device.
  • the surface piece is made of a flexible material. This is the result
  • Bendable device can be adapted to the geometry of the fürmens ⁇ tands, so that the required distances can be met.
  • the inductors are at least partially formed as coils, preferably as planar air coils. These are reliable, low-wear and cost-effective components.
  • the coils may be formed as conductor tracks, which are arranged on the base part. This allows a particularly flat and compact design.
  • the Refe rence ⁇ elements are arranged on one side of the sheet and the coil on the other side. As a result, the coils and the reference elements are galvanically separated from one another without additional components.
  • the inductors are at least partially designed as GMI elements.
  • the GMI elements are te inductive Bauelemen-, whose inductance is sensitive to external, low-frequency magnetic insbeson ⁇ wider and not as usual for induction of magnetic fields.
  • the reference element is made of the same material as the test object. This allows age-related changes in the physical quantities to be recorded and conclusions to be drawn about the quality of the test object.
  • the reference element can be made of a noble metal.
  • the reference element is made of copper.
  • the reference element may be provided as a shielding element for the associated inductance or the associated GMI element.
  • elec ⁇ tric and magnetic properties can be determined separately ⁇ the.
  • the reference element is made of a soft ⁇ magnetic material.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a preferred embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a first exporting ⁇ approximate shape of the device according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic front view of the first exporting ⁇ approximate shape of the device according to the invention
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a second exporting ⁇ approximate shape of the device according to the invention.
  • FIG. 5 shows a schematic front view of the second embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 6 shows a schematic front sectional view of an detail of the preferred embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 7 is a schematic sectional side view of a section of the preferred embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of a third exporting ⁇ approximate shape of the device according to the invention.
  • FIG. 9 is a schematic plan view of a fourth embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 10 is a diagram of a grid structure for a method according to the prior art.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the device has a first input terminal 10 and a second input terminal 12. Furthermore, the device comprises four inductors 14, 16, 18 and 20. Of these, the first inductance 14 and the second inductance 16 are connected in series. The third inductance 18 and the fourth inductance 20 are also connected in series. The rows in the switched inductor couples with ⁇ 14, 16 and 18, 20 are connected in parallel between the two input terminals 10 and 12. FIG. Thus, the four inductors 14, 16, 18 and 20 form a so-called Wheatstone bridge circuit. Between the first inductor 14 and the second inductor 16 is a first output terminal 22. Between the third inductance 18 and the fourth inductance 20 is a second output terminal 24th
  • the first inductor 14 is associated with a first reference element 26.
  • the fourth inductor 20 is a second Refe rence ⁇ element 28 assigned.
  • the reference elements 26 and 28 are preferably formed as surface pieces.
  • the physika ⁇ metallic and geometric characteristics of the reference elements 26 and 28 are known. Thus, the knowledge of the eigenstates of the reference elements 26 and 28 can be used for the determination and calculation of unknown quantities.
  • a supply voltage is applied, so that from the first input terminal 10 to the second input terminal 12, an excitation current I Err flows.
  • an excitation current I Err flows between the output terminals 22 and 24 .
  • the bridge voltage depends in particular on the ratio of the impedances of the inductances 14, 16, 18 and 20. A slight change in the impedance of an inductance already has a significant effect on the bridge voltage ⁇ u.
  • FIG. 2 DAR a schematic plan view of a first kon ⁇ kreten embodiment of the device according to the invention.
  • the four inductors 14, 16, 18 and 20 are formed as serpentine tracks and on one side of a in FIG. 2, not shown, the base part 30 is arranged ⁇ .
  • the base part 30 is formed as a surface piece.
  • the first reference element 26 and the second reference element 28 are arranged.
  • the reference elements 26 and 28 are also formed as patches.
  • the first reference element 26 is assigned to the first inductance 14.
  • the second reference ⁇ element 28 is assigned to the fourth inductor 20.
  • the surfaces of the two reference elements 26 and 28 completely cover the surfaces of the first inductor 14 and fourth inductor 20, respectively.
  • the base part 30 is formed as a surface piece and made of a flexible material.
  • a wiring layer 40 On the upper side of the base part 30 is a wiring layer 40, in which the four Induktivitä ⁇ th 14, 16, 18 and 20, the input terminals 10 and 12 and the output terminals 22 are formed and 24th
  • the reference elements 26 and 28 On the underside of the base part 30 are the reference elements 26 and 28.
  • a test object 32 Immediately on the underside of the device is a test object 32 at.
  • the base member 30 is made of an electrically non-conductive or poorly conductive material.
  • the base member 30 is made of a plastic film which is resistant to acids and bases.
  • acids and / or bases are acids and / or bases used.
  • the base part 30 is made of a cap ⁇ tone film.
  • the bending radius of the base part 30 should typically be smaller than 5 mm, preferably smaller than 1 mm, without aufwei ⁇ sen irreversible electrical properties.
  • the base member 30 is suitable for both thin film circuits and thick film circuits.
  • the conductor layer 40 is preferably made of copper or aluminum. This allows a homogeneous conductor layer 40 to be formed over large areas. The defect like ⁇ te and the electrical resistance are low in copper and nium Alumi ⁇ . In addition, copper and aluminum are inexpensive and structurable using standard processes. For particularly high requirements, gold or silver can also be used.
  • the reference elements 26 and 28 are made of, for example, an internationally accepted standard material, such as electrolytic copper, whose electrical material properties are known. This makes it easy to characterize a foreign material with respect to the standard material.
  • the reference elements 26 and 28 made of the same material as theticians ⁇ tand be made 32, whereby the material in the state of the test object 32 is as good as new. This makes it possible in particular to determine the aging of the test object 32.
  • a preferred measuring method takes place in two steps.
  • the bridge voltage ⁇ u is measured with the test object 32 removed from the device.
  • the bridge voltage ⁇ u is measured, with the test object 32 abutting the device. The two measurements make it possible to determine the electrical conductivity of the test object 32, which consists of a non-magnetic material, based on the material of the reference elements 26 and 28.
  • the second inductance 16 and the third inductance 18 function as a sensor for an eddy current field generated by the eddy currents in the test object 32.
  • the impedances in the two arms of the bridge circuit are the same for homogeneous material of the test object 32 in the latera ⁇ len directions. Consequently, the excitation current in each arm of the bridge circuit is 0.5 I Er r.
  • the potentials, i. the voltages with respect to the first input terminal are given at the first output terminal 22 and at the second output terminal 24 without application of a test item 32 by:
  • the change in the impedance of the first inductor 14 due to the reference element 26 is given by:
  • the second measurement is made with the test article 32 in contact with the device.
  • the potentials at the output terminals 22 and 24 are
  • the impedance changes ⁇ Z 3 , Mat and ⁇ Zi, Re f depend on the resistivity p and the relative permeability ⁇ of the materials of the reference elements 26 and 28 and the test object 32 from. In an isotropic mate ⁇ rial, the resistivity p and the relative Per ⁇ ⁇ meabiltician scalar quantities.
  • the impedance changes depend Az 3, Mat and ⁇ z i, f Re of the length b of the conductor portions, the width w of the Lei ⁇ terbahn and the distance d from between the inductances and the test object 32nd Therefore, it is required that Refe rence ⁇ elements 26 and 28 and the test object 32 at the same distance from the inductances 12, 20 and 16, 18 to be measured.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a second embodiment of the device according to the invention.
  • the second embodiment satisfies the above requirement that the
  • Reference members 26 and 28 and the test object 32 are in sliding surfaces ⁇ distance from the coils 14 and 20 or 16 and 18 is measured. Circuit technology, the first and second embodiments are identical. The second embodiment differs from the first embodiment by the geometric one
  • the inductors 14, 16, 18 and 20 are arranged side by side and parallel to each other on the base part 30.
  • the Induktivitä ⁇ th 14 and 20, where the reference element 26 and 28 are assigned net, are arranged outside. In this case, there are the Refe rence ⁇ elements 26 and 28 relative to the inductors 14 and 20 on the underside of the base 30th
  • FIG. 5 shows a schematic front view of the second embodiment.
  • the deformability of the base part 30 is shown in FIG. 5 illustrates.
  • the distance between the test object 32 and the inductances 16 and 18 is just as large as the distance between the reference elements 26 and 28 and the insulator. inductances 14 and 20.
  • the ge ⁇ desired distances are ensured.
  • FIG. 6 shows a schematic front view
  • FIG. 7 is a specific ⁇ -automatic side sectional view of a detail of the ⁇ be vorzugten embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 6 and FIG. 7 shows a conductor track section 40 of a coil through which the excitation current I Err flows from left to right in the plane of the drawing.
  • a portion of the test object 32 is shown, in which the eddy current I We b flows in the plane of the drawing from right to left, ie antiparallel to the excitation current I Err .
  • the excitation current I Err and the eddy current I vert flow perpendicular to the plane of the drawing.
  • the excitation current I Err flows into the plane of the drawing and the eddy current I We b out of the plane of the drawing.
  • the track section 40 is spaced from the test object 32 by the distance d.
  • the ⁇ We belstrom Iwirb ⁇ is induced in a layer with the depth in the test object 32, the ⁇ the penetration depth of Mag ⁇ netfeldes corresponds to that generated by the field current I Err.
  • the penetration depth ⁇ depends on the frequency f of the exciting ⁇ current I Err .
  • the eddy current density j decreases in the test counter ⁇ tand 32 from top to bottom in approximately exponential.
  • ⁇ is a proportionality factor, d Spu ie the thickness of Spu ⁇ le and d the width of the air gap or the distance between the coil and the test object 32.
  • OIL Mat ⁇ / Irr r
  • B y (z) is the component of the magnetic field which extends pa ⁇ rallel to the current direction
  • the device is capable of determining the resistivity of the material of the test article 32 relative to the material of the reference elements 26 and 28.
  • the measurement of the reference elements 26 and 28, whose properties are known, takes place simultaneously with the measurement of the test object 32. For this reason, no preparatory work is required before the actual measurement. It is not necessary to create one or more elaborate calibration curves.
  • the material of the reference elements 26 and 28 can be selected according to the requirements. For example, it is useful in a deterioration determination of a material to use ei ⁇ NEN corresponding reference object from a new Materi- al.
  • the first and second embodiments are particularly intended to detect properties of homogeneous materials. Furthermore, the first and second embodiments may also be used to measure such materials that are inhomogeneous along a particular spatial direction. This is true for multi-layer materials, for example.
  • the different penetration depths which depend on the frequency f of the excitation current I Er r, are used. At high frequencies f, the penetration depth is small, so that the eddy current is induced only in a first layer. As long as the eddy current is not induced in a second layer, the material appears to be homogeneous. If the frequency f is reduced, the eddy current is also induced in the second and in the further layers.
  • the impedance changes due to the different values for the resistivity p and the permeability ⁇ in the individual layers.
  • Is the bridge voltage as a function the frequency f and then the derivative of the frequency f formed, can be drawn from the discontinuous changes in the derivative function conclusions about the layer structure.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of a third embodiment of the device according to the invention.
  • the third embodiment has four GMI elements 44, 46, 48 and 50 as inductors.
  • the GMI elements 44, 46, 48 and 50 each internally have two low frequency excitation coils.
  • the four GMI elements 44, 46, 48 and 50 are switched as well as the four coils 14, 16, 18 and 20 in FIG. 1.
  • the third embodiment also has a first input terminal 10, a second input terminal 12, a first output terminal 22 and a second output terminal 24.
  • the first GMI element 44 is associated with a third reference ⁇ element 52nd
  • the fourth GMI element 50 is assigned a fourth reference element 54.
  • the third and fourth reference elements 52 and 54 are formed as magnetic Able- elements.
  • the third embodiment includes a device for low-frequency activation of the material.
  • a device for low-frequency activation of the material In the present embodiment according to FIG. 8 are to a first low-frequency terminal 36 and a second low frequency ⁇ terminal 38 is provided.
  • the first low frequency terminal 36 is connected between the first input terminal 10 and the third GMI element 48.
  • the second low-frequency terminal 38 is connected between the second GMI element 46 and the second input terminal 12.
  • the low frequency terminals 36 and 38 are provided for applying a low frequency voltage to supply the exciting coils with a low frequency current.
  • the GMI elements capture the local low frequency field. In magnetic materials with permanent fields, the permanent DC fields can be measured without any external low frequency excitation.
  • the low frequency excitation coils may be integrated in the bridge circuit or formed as external three-dimensional or two-dimensional coils.
  • the third embodiment is able to sepa ⁇ the effects of the resistivity p and the permeability ⁇ .
  • the third embodiment is suitable for both homogeneous and inhomogeneous materials.
  • the permeability ⁇ of a homogeneous material can be determined in a simple manner.
  • FIG. 9 shows a schematic plan view of a fourth embodiment of the device according to the invention. This is an alternative embodiment of the device according to FIG. 4, which also has the same components. The same reference numerals are used for the same components.
  • the devices according to FIG. 9 and FIG. 4 are structurally identical, but differ in the geometric arrangement of the components. In the device according to FIG. 9, there are no intersecting tracks, which simplifies manufacturing.
  • FIG. 10 shows a grid structure for the initially-described ⁇ ne method is shown according to the prior art.

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Abstract

The invention relates to a device for detecting electrical and/or magnetic properties of an electrically conductive test object (32). Said device comprises at least two input terminals (10, 12) for applying a supply voltage and at least two inductors (14, 16, 18, 20) which are interconnected according to a predetermined pattern and are mounted between the input terminals (10, 12). The inventive device further comprises at least two output terminals (22, 24) which are used for tapping a voltage and each of which is coupled to at least one inductor (14, 16, 18, 20), and at least one basic part (30) on which the inductors (14, 16, 18, 20) are disposed according to a predetermined pattern. The disclosed device also comprises at least one reference element (26, 28) which is allocated to at least one inductor (14, 16, 18, 20) and is arranged on the basic part (30).

Description

Beschreibungdescription
Vorrichtung zum Erfassen von elektromagnetischen Eigenschaften eines PrüfgegenstandsDevice for detecting electromagnetic properties of a test object
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften eines elektrisch leitfähigen Prüfgegenstands gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for detecting electrical and / or magnetic properties of an electrically conductive test object according to the preamble of claim 1.
Die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des elektrisch leitfähigen Prüfgegenstands ermöglichen auch Rückschlüsse auf Veränderungen der mechanischen Eigenschaften des Prüfgegenstands . Beispielsweise bewirken Korrosion, Oxidation und weitere Alterungsprozesse auch eine Änderung der elektri¬ schen und magnetischen Eigenschaften des Prüfgegenstands . Beispielsweise werden die spezifische elektrische Leitfähig¬ keit und die relative Permeabilität des Prüfgegenstands durch Korrosion, Oxidation und mechanische Änderungen beeinflusst. Die Erfassung von elektrischen und magnetischen Größen ermöglicht somit die Feststellung von Veränderungen der mechanischen Eigenschaften des Prüfgegenstands .The electrical and magnetic properties of the electrically conductive test article also allow conclusions about changes in the mechanical properties of the test object. For example, cause corrosion, oxidation, and other aging processes rule also a change of electrical and magnetic properties of the test object ¬. For example, the specific electric conductivity ¬ resistance and the relative permeability of the test object due to corrosion, oxidation, and mechanical alterations can be influenced. The detection of electrical and magnetic quantities thus enables the detection of changes in the mechanical properties of the test object.
Auch bei einem beschichteten Prüfgegenstand können mechani- sehe und chemische Veränderungen die elektrischen und magne¬ tischen Eigenschaften des Prüfgegenstands beeinflussen. In den Grenzbereichen zwischen dem Substrat des Prüfgegenstands und der Schutzschicht finden weitere physikalische und chemi¬ sche Reaktionen, beispielsweise eine Diffusion statt, durch welche die Qualität der Schutzschicht verändert wird. Auch in diesem Fall ermöglicht die Erfassung von elektrischen und magnetischen Größen ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zum Feststellen mechanischer Eigenschaften des Prüfgegenstands .Even with a coated test specimen can see mechanical and chemical changes affect the electrical and magnetic properties of the test ¬-Nazi. In the border areas between the substrate of the test object and the protective layer can find other physical and chemical ¬ specific reactions, for example, diffusion instead of by which the quality of the protective layer is changed. Also in this case, the detection of electrical and magnetic quantities enables a nondestructive testing method for determining mechanical properties of the test object.
Aus der US 6,377,039 Bl ist ein System zum Bestimmen von Eigenschaften eines beschichteten Substrats bekannt. Dabei wird der Prüfgegenstand einem elektromagnetischen Wechselfeld mit einstellbarer Frequenz ausgesetzt, das Wirbelströme im Prüf- gegenstand induziert. Das von den Wirbelströmen erzeugte e- lektromagnetische Feld bzw. dessen induzierte Spannung wird erfasst. Insbesondere wird das Frequenzspektrum der induzierten Spannung bestimmt. Um physikalische und/oder geometrische Eigenschaften ermitteln zu können, werden dem Benutzer diese Eigenschaften als Funktionen der messbaren Größen zur Verfügung gestellt, so dass diese Eigenschaften indirekt bestimm¬ bar sind.From US 6,377,039 Bl a system for determining properties of a coated substrate is known. The test object is exposed to an electromagnetic alternating field with adjustable frequency, the eddy currents in the test object induced. The generated by the eddy currents e- lektromagnetische field or its induced voltage is detected. In particular, the frequency spectrum of the induced voltage is determined. In order to determine physical and / or geometrical properties, the user is provided with these properties as functions of measurable quantities available so that these properties indirectly limited hours ¬ bar are.
Dieses System benötigt jedoch für jeden Prüfgegenstand einen umfangreichen Datensatz mit detaillierten Informationen über die physikalischen und geometrischen Eigenschaften des Prüfgegenstands. Unter Verwendung der 2D- oder 3D-Feldberechnung und mit Benutzung besonders ausgestalteter planarer Wirbel- stromsonden wird der Datensatz mit den Impedanzen bzw. durch das Material induzierten Spannungen in der Wirbelstromsonde in Abhängigkeit von Frequenz, Schichtdicke und elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Schichten erweitert. Die Impedanzen bzw. Spannungen werden in der komplexen Ebene als so genannte Gridstrukturen dargestellt. Die Gridstrukturen entstehen dabei aus zwei zueinander sich in etwa senkrecht schneidenden Kurvenscharen. Eine Kurve entsteht dabei durch die Variation eines Parameters p(l) mit festen Werten für al¬ le anderen Parameter. Die Kurvenschar entsteht dabei durch jeweils einen anderen Wert für zweiten Parameter p(2) . Das Grid entsteht nun durch das Verbinden der Impedanzen bzw. Spannungen für einen gegebenen Parameterwert p(l) und einen variablen Parameterwert p(2).However, this system requires a comprehensive dataset for each test object, with detailed information about the physical and geometric properties of the test object. Using 2D or 3D field calculation and using specially designed planar eddy current probes, the data set with the impedances or induced voltages in the eddy current probe is expanded depending on the frequency, layer thickness and electrical and magnetic properties of the layers. The impedances or voltages are represented in the complex level as so-called grid structures. The grid structures arise from two mutually perpendicularly intersecting groups of curves. A curve results from the variation of a parameter p (l) with fixed values for all other parameters. The family of curves is created by a different value for each second parameter p (2). The grid now arises by connecting the impedances for a given parameter value p (l) and a variable parameter value p (2).
In FIG. 10 ist eine solche Gridstruktur dargestellt. DieIn FIG. 10, such a grid structure is shown. The
Gridstruktur liegt in der komplexen Impedanzebene bei einer Erregerfrequenz f0 für ein nicht-magnetisches Grundmaterial mit der elektrischen Leitfähigkeit σ0 und einer elektrisch leitenden Beschichtung. Das Grid entsteht dabei einerseits durch Variation der Schichtdicke bei einem vorgegebenen Wert für die elektrische Leitfähigkeit der Schicht (durchgehende Kurven) und andererseits durch die Variation der elektrischen Leitfähigkeit der Schicht bei einem vorgegebenen Wert für die Schichtdicke (gestrichelte Kurven) .Grid structure is in the complex impedance plane at an excitation frequency f 0 for a non-magnetic base material with the electrical conductivity σ 0 and an electrically conductive coating. The grid arises on the one hand by varying the layer thickness at a given value for the electrical conductivity of the layer (continuous curves) and on the other hand by the variation of the electrical Conductivity of the layer at a given value for the layer thickness (dashed curves).
Da die Feldberechnungen aus Differentialgleichungen, nämlich den Maxwell-Gleichungen erfolgen, werden die Absolutwerte der Spannung und der Impedanz nur durch eine Fittprozedur mit Messdaten erhalten. Deswegen sind für die Erstellung des kompletten Datensatzes vorab zahlreiche Messungen erforderlich. Für die Auswertung sind eine spezielle Software und Hardware erforderlich.Since the field calculations are made from differential equations, namely the Maxwell equations, the absolute values of the voltage and the impedance are obtained only by a fitting procedure with measured data. Because of this, numerous measurements are required in advance to create the complete data set. The evaluation requires special software and hardware.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Erfassen von elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften eines elektrisch leitfähigen Prüfgegenstands bereit zu stellen, die eine einfache Durchführung der Messung ermöglicht und deren konstruktiver Aufwand verhältnismäßig gering ist.It is an object of the invention to provide a device for detecting electrical and / or magnetic properties of an electrically conductive test object, which allows a simple implementation of the measurement and their design complexity is relatively low.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the subject matter of claim 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigs¬ tens ein Referenzelement aufweist, das wenigstens einer In¬ duktivität zugeordnet und auf dem Basisteil angeordnet ist.According to the invention it is provided that the device comprises a reference element ¬ least Wenig, which is at least one ¬ In productivity associated with and disposed on the base part.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass das Referenzelement, dessen physikalische, insbesondere elektrische und magneti¬ sche Eigenschaften bekannt sind, ein integraler Bestandteil der Vorrichtung ist. Die Induktivitäten und die Referenzelemente sind auf dem Basisteil mit vorbestimmtem Abstand von- einander angeordnet. Die erfassten Größen sind auch vom Abstand zwischen der Induktivität und dem Referenzelement ab¬ hängig. Da diese Abstände feste Werte sind, werden die Zusam¬ menhänge zwischen erfassten und berechneten Größen vereinfacht. Etwaige Messfehler werden auf diese Weise reduziert oder kompensiert. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung vier Induktivitäten, die eine Brückenschaltung bilden. Die Brückenschaltung ermöglicht eine besonders genaue Messung.The essence of the invention lies in that the reference element, whose physical, in particular electrical and magneti ¬ specific properties are known, is an integral part of the device. The inductors and the reference elements are arranged on the base part with a predetermined distance from each other. The detected variables are also dependent on the distance between the inductance and the reference element. Since these distances are fixed values which together ¬ are interrelationships between the detected and calculated quantities simplified. Any measurement errors are reduced or compensated in this way. Preferably, the device comprises four inductors forming a bridge circuit. The bridge circuit enables a particularly accurate measurement.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Ausgangsklemmen zum Abgreifen einer Brückenspannung vorgesehen sind. Bereits eine geringe Änderung der Impedanz einer Induktivität bewirkt eine deutliche Änderung der Brückenspannung.In particular, it is provided that the output terminals are provided for tapping a bridge voltage. Even a small change in the impedance of an inductance causes a significant change in the bridge voltage.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens zwei der Induktivitäten jeweils ein Referenzelement zugeordnet. Da¬ durch kann die Brückenschaltung symmetrisch ausgebildet sein, was beispielsweise Vergleichsmessungen ermöglicht.In the preferred embodiment, at least two of the inductors are each assigned a reference element. Since ¬ through the bridge circuit may be formed symmetrically, which allows, for example, comparative measurements.
Dabei können diejenigen Induktivitäten, denen jeweils ein Referenzelement zugeordnet ist, schaltungstechnisch zueinander diametral angeordnet sein. Dies trägt zu einer höheren Emp¬ findlichkeit bei.In this case, those inductors, each associated with a reference element, may be arranged diametrically opposite each other in terms of circuitry. This contributes to a higher sensitivity to Emp ¬.
Vorzugsweise umfasst das Basisteil wenigstens ein Flächen¬ stück. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Ausgestaltung der Vorrichtung.Preferably, the base part comprises at least one surfaces ¬ tee. This allows a particularly compact design of the device.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Flächenstück aus einem flexiblen Material hergestellt. Dadurch ist dieIn an advantageous embodiment, the surface piece is made of a flexible material. This is the result
Vorrichtung biegbar und kann an die Geometrie des Prüfgegens¬ tands angepasst werden, so dass die erforderlichen Abstände eingehalten werden können.Bendable device and can be adapted to the geometry of the Prüfgegens ¬ tands, so that the required distances can be met.
Beispielsweise sind die Induktivitäten zumindest teilweise als Spulen, vorzugsweise als planare Luftspulen, ausgebildet. Dabei handelt es sich um zuverlässige, verschleißarme und kostengünstige Bauelemente.For example, the inductors are at least partially formed as coils, preferably as planar air coils. These are reliable, low-wear and cost-effective components.
Weiterhin können die Spulen als Leiterbahnen ausgebildet sein, die auf dem Basisteil angeordnet sind. Dies ermöglicht eine besonders flache und kompakte Bauweise. Insbesondere ist vorgesehen, dass auf der einen Seite des Flächenstücks die Spulen und auf der anderen Seite die Refe¬ renzelemente angeordnet sind. Dadurch sind die Spulen und die Referenzelemente ohne zusätzliche Bauteile galvanisch vonein- ander getrennt.Furthermore, the coils may be formed as conductor tracks, which are arranged on the base part. This allows a particularly flat and compact design. In particular, it is provided that on one side of the sheet and the coil on the other side the Refe rence ¬ elements are arranged. As a result, the coils and the reference elements are galvanically separated from one another without additional components.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Induktivitäten zumindest teilweise als GMI-Elemente ausgebildet sind. Die GMI-Elemente sind induktive Bauelemen- te, deren Induktivität empfindlich ist für externe, insbeson¬ dere niederfrequente Magnetfelder, statt wie üblich für die Induktion der Magnetfelder.In an alternative embodiment it can be provided that the inductors are at least partially designed as GMI elements. The GMI elements are te inductive Bauelemen-, whose inductance is sensitive to external, low-frequency magnetic insbeson ¬ wider and not as usual for induction of magnetic fields.
Für eine Alterungsuntersuchung kann vorgesehen sein, dass das Referenzelement aus dem gleichen Material hergestellt ist wie der Prüfgegenstand. Damit können alterungsbedingte Änderungen der physikalischen Größen erfasst und Rückschlüsse auf die Qualität des Prüfgegenstands gezogen werden.For an aging test it can be provided that the reference element is made of the same material as the test object. This allows age-related changes in the physical quantities to be recorded and conclusions to be drawn about the quality of the test object.
Weiterhin kann das Referenzelement aus einem Edelmetall her¬ gestellt sein. Beispielsweise ist das Referenzelement aus Kupfer hergestellt.Furthermore, the reference element can be made of a noble metal. For example, the reference element is made of copper.
Bei einer speziellen Ausführungsform kann das Referenzelement als Abschirmelement für die zugeordnete Induktivität bzw. das zugeordnete GMI-Element vorgesehen sein. Damit können elek¬ trische und magnetische Eigenschaften separat bestimmt wer¬ den. Beispielsweise ist das Referenzelement aus einem weich¬ magnetischen Material hergestellt.In a specific embodiment, the reference element may be provided as a shielding element for the associated inductance or the associated GMI element. Thus elec ¬ tric and magnetic properties can be determined separately ¬ the. For example, the reference element is made of a soft ¬ magnetic material.
Weitere Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further features, advantages and particular embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Nachstehend wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung in der Figurenbeschreibung anhand beispielhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: FIG. 1 ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Aus¬ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,Hereinafter, the device according to the invention in the figure description with reference to exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings will be explained in more detail. Show it: FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a preferred embodiment of the device according to the invention,
FIG. 2 eine schematische Draufsicht einer ersten Ausfüh¬ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, FIG. 3 eine schematische Vorderansicht der ersten Ausfüh¬ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 2 is a schematic plan view of a first exporting ¬ approximate shape of the device according to the invention, FIG. 3 is a schematic front view of the first exporting ¬ approximate shape of the device according to the invention,
FIG. 4 eine schematische Draufsicht einer zweiten Ausfüh¬ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 4 is a schematic plan view of a second exporting ¬ approximate shape of the device according to the invention,
FIG. 5 eine schematische Vorderansicht der zweiten Ausfüh- rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 5 shows a schematic front view of the second embodiment of the device according to the invention,
FIG. 6 eine schematische vordere Schnittansicht eines Aus¬ schnitts der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 6 shows a schematic front sectional view of an detail of the preferred embodiment of the device according to the invention,
FIG. 7 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Ausschnitts der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 7 is a schematic sectional side view of a section of the preferred embodiment of the device according to the invention,
FIG. 8 eine schematische Draufsicht einer dritten Ausfüh¬ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 8 is a schematic plan view of a third exporting ¬ approximate shape of the device according to the invention,
FIG. 9 eine schematische Draufsicht einer vierten Ausfüh- rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, undFIG. 9 is a schematic plan view of a fourth embodiment of the device according to the invention, and
FIG. 10 ein Diagramm einer Gridstruktur für ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik.FIG. 10 is a diagram of a grid structure for a method according to the prior art.
In FIG. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung weist eine erste Eingangsklemme 10 und eine zweite Eingangsklemme 12 auf. Weiterhin umfasst die Vorrichtung vier Induktivitäten 14, 16, 18 und 20. Davon sind die erste Induktivität 14 und die zweite Induktivität 16 in Reihe geschaltet. Die dritte Induktivität 18 und die vierte Induktivität 20 sind ebenfalls in Reihe geschaltet. Die bei¬ den in Reihen geschalteten Induktivitätenpaare 14, 16 und 18, 20 sind parallel zwischen den beiden Eingangsklemmen 10 und 12 geschaltet. Somit bilden die vier Induktivitäten 14, 16, 18 und 20 eine so genannte Wheatstonesche Brückenschaltung. Zwischen der ersten Induktivität 14 und der zweiten Induktivität 16 befindet sich eine erste Ausgangsklemme 22. Zwischen der dritten Induktivität 18 und der vierten Induktivität 20 befindet sich eine zweite Ausgangsklemme 24.In FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a preferred embodiment of the device according to the invention. The device has a first input terminal 10 and a second input terminal 12. Furthermore, the device comprises four inductors 14, 16, 18 and 20. Of these, the first inductance 14 and the second inductance 16 are connected in series. The third inductance 18 and the fourth inductance 20 are also connected in series. The rows in the switched inductor couples with ¬ 14, 16 and 18, 20 are connected in parallel between the two input terminals 10 and 12. FIG. Thus, the four inductors 14, 16, 18 and 20 form a so-called Wheatstone bridge circuit. Between the first inductor 14 and the second inductor 16 is a first output terminal 22. Between the third inductance 18 and the fourth inductance 20 is a second output terminal 24th
Der ersten Induktivität 14 ist ein erstes Referenzelement 26 zugeordnet. Der vierten Induktivität 20 ist ein zweites Refe¬ renzelement 28 zugeordnet. Die Referenzelemente 26 und 28 sind vorzugsweise als Flächenstücke ausgebildet. Die physika¬ lischen und geometrischen Eigenschaften der Referenzelemente 26 und 28 sind bekannt. Somit kann die Kenntnis der Eigen- Schäften der Referenzelemente 26 und 28 für die Bestimmung und Berechnung unbekannter Größen verwendet werden.The first inductor 14 is associated with a first reference element 26. The fourth inductor 20 is a second Refe rence ¬ element 28 assigned. The reference elements 26 and 28 are preferably formed as surface pieces. The physika ¬ metallic and geometric characteristics of the reference elements 26 and 28 are known. Thus, the knowledge of the eigenstates of the reference elements 26 and 28 can be used for the determination and calculation of unknown quantities.
An den Eingangsklemmen 10 und 12 wird eine Versorgungsspannung angelegt, so dass von der ersten Eingangsklemme 10 zur zweiten Eingangsklemme 12 ein Erregerstrom IErr fließt. Zwischen den Ausgangsklemmen 22 und 24 liegt eine Brückenspannung Δu an. Die Brückenspannung hängt insbesondere vom Verhältnis der Impedanzen der Induktivitäten 14, 16, 18 und 20 ab. Eine geringfügige Änderung der Impedanz einer Induktivi- tat wirkt sich bereits deutlich auf die Brückenspannung Δu auf .At the input terminals 10 and 12, a supply voltage is applied, so that from the first input terminal 10 to the second input terminal 12, an excitation current I Err flows. Between the output terminals 22 and 24 is applied to a bridge voltage .DELTA.u. The bridge voltage depends in particular on the ratio of the impedances of the inductances 14, 16, 18 and 20. A slight change in the impedance of an inductance already has a significant effect on the bridge voltage Δu.
In FIG. 2 ist eine schematische Draufsicht einer ersten kon¬ kreten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar- gestellt. Die vier Induktivitäten 14, 16, 18 und 20 sind als serpentinenförmige Leiterbahnen ausgebildet und auf einer Seite eines in FIG. 2 nicht dargestellten Basisteils 30 ange¬ ordnet. Das Basisteil 30 ist als Flächenstück ausgebildet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Basisteils 30 sind das erste Referenzelement 26 und das zweite Referenzelement 28 angeordnet. Die Referenzelemente 26 und 28 sind ebenfalls als Flächenstücke ausgebildet. Das erste Referenzelement 26 ist der ersten Induktivität 14 zugeordnet. Das zweite Referenz¬ element 28 ist der vierten Induktivität 20 zugeordnet. Die Flächen der beiden Referenzelemente 26 und 28 überdecken vollständig die Flächen der ersten Induktivität 14 bzw. vierten Induktivität 20. FIG. 3 zeigt eine schematische Vorderansicht der ersten Aus¬ führungsform gemäß FIG. 2 und verdeutlicht die besonders fla¬ che Ausgestaltung der Vorrichtung. Das Basisteil 30 ist als Flächenstück ausgebildet und aus einem flexiblen Material hergestellt. Auf der Oberseite des Basisteils 30 befindet sich eine Leiterbahnschicht 40, in der die vier Induktivitä¬ ten 14, 16, 18 und 20, die Eingangsklemmen 10 und 12 sowie die Ausgangsklemmen 22 und 24 ausgebildet sind. An der Unterseite des Basisteils 30 befinden sich die Referenzelemente 26 und 28. Unmittelbar an der Unterseite der Vorrichtung liegt ein Prüfgegenstand 32 an.In FIG. 2 is provided DAR a schematic plan view of a first kon ¬ kreten embodiment of the device according to the invention. The four inductors 14, 16, 18 and 20 are formed as serpentine tracks and on one side of a in FIG. 2, not shown, the base part 30 is arranged ¬ . The base part 30 is formed as a surface piece. On the opposite side of the base part 30, the first reference element 26 and the second reference element 28 are arranged. The reference elements 26 and 28 are also formed as patches. The first reference element 26 is assigned to the first inductance 14. The second reference ¬ element 28 is assigned to the fourth inductor 20. The surfaces of the two reference elements 26 and 28 completely cover the surfaces of the first inductor 14 and fourth inductor 20, respectively. FIG. FIG. 3 shows a schematic front view of the first embodiment according to FIG. 2 and illustrates the particularly fla ¬ che embodiment of the device. The base part 30 is formed as a surface piece and made of a flexible material. On the upper side of the base part 30 is a wiring layer 40, in which the four Induktivitä ¬ th 14, 16, 18 and 20, the input terminals 10 and 12 and the output terminals 22 are formed and 24th On the underside of the base part 30 are the reference elements 26 and 28. Immediately on the underside of the device is a test object 32 at.
Das Basisteil 30 ist aus einem elektrisch nicht-leitenden oder schlecht leitenden Material hergestellt. Vorzugsweise ist das Basisteil 30 aus einer Kunststofffolie hergestellt, die gegen Säuren und Basen beständig ist. Bei der Strukturie¬ rung der Leiterbahnschicht 40 werden Säuren und/oder Basen verwendet. Beispielsweise ist das Basisteil 30 aus einer Kap¬ ton-Folie hergestellt. Der Biegeradius des Basisteils 30 soll typisch kleiner sein als 5 mm, vorzugsweise kleiner als 1 mm, ohne dabei irreversible elektrische Eigenschaften aufzuwei¬ sen. Das Basisteil 30 ist sowohl für Dünnschichtschaltungen als auch für Dickschichtschaltungen geeignet.The base member 30 is made of an electrically non-conductive or poorly conductive material. Preferably, the base member 30 is made of a plastic film which is resistant to acids and bases. When structuring ¬ the wiring layer tion 40 are acids and / or bases used. For example, the base part 30 is made of a cap ¬ tone film. The bending radius of the base part 30 should typically be smaller than 5 mm, preferably smaller than 1 mm, without aufwei ¬ sen irreversible electrical properties. The base member 30 is suitable for both thin film circuits and thick film circuits.
Die Leiterbahnschicht 40 ist aus vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt. Damit lässt sich über große Flächen eine homogene Leiterbahnschicht 40 ausbilden. Die Defektdich¬ te und der elektrische Widerstand sind bei Kupfer und Alumi¬ nium gering. Außerdem sind Kupfer und Aluminium kostengünstig und mit Standardprozessen strukturierbar. Bei besonders hohen Anforderungen können auch Gold oder Silber verwendet werden.The conductor layer 40 is preferably made of copper or aluminum. This allows a homogeneous conductor layer 40 to be formed over large areas. The defect like ¬ te and the electrical resistance are low in copper and nium Alumi ¬. In addition, copper and aluminum are inexpensive and structurable using standard processes. For particularly high requirements, gold or silver can also be used.
Die Referenzelemente 26 und 28 sind beispielsweise aus einem international akzeptierten Standardmaterial, wie zum Beispiel elektrolytischem Kupfer, hergestellt, dessen elektrische Materialeigenschaften bekannt sind. Damit lässt sich ein fremdes Material bezüglich des Standardmaterials auf einfache Weise charakterisieren. Alternativ dazu können die Referenz- elemente 26 und 28 aus demselben Material wie der Prüfgegens¬ tand 32 hergestellt sein, wobei sich das Material im Zustand des neuwertigen Prüfgegenstands 32 befindet. Damit lässt sich insbesondere die Alterung des Prüfgegenstands 32 bestimmen.The reference elements 26 and 28 are made of, for example, an internationally accepted standard material, such as electrolytic copper, whose electrical material properties are known. This makes it easy to characterize a foreign material with respect to the standard material. Alternatively, the reference elements 26 and 28 made of the same material as the Prüfgegens ¬ tand be made 32, whereby the material in the state of the test object 32 is as good as new. This makes it possible in particular to determine the aging of the test object 32.
Ein bevorzugtes Messverfahren erfolgt in zwei Schritten. Bei einer ersten Messung wird die Brückenspannung Δu gemessen, wobei der Prüfgegenstand 32 von der Vorrichtung entfernt ist. Bei einer zweiten Messung wird die Brückenspannung Δu gemes- sen, wobei der Prüfgegenstand 32 an der Vorrichtung anliegt. Die beiden Messungen ermöglichen die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des Prüfgegenstands 32, der aus einem nicht-magnetischen Material besteht, bezogen auf das Material der Referenzelemente 26 und 28.A preferred measuring method takes place in two steps. In a first measurement, the bridge voltage Δu is measured with the test object 32 removed from the device. In a second measurement, the bridge voltage Δu is measured, with the test object 32 abutting the device. The two measurements make it possible to determine the electrical conductivity of the test object 32, which consists of a non-magnetic material, based on the material of the reference elements 26 and 28.
Da die erste Induktivität 14 und die vierte Induktivität 20 durch das Referenzelement 26 bzw. 28 abgedeckt sind, arbeiten nur die zweite Induktivität 16 und dritte Induktivität 18 als Sensor für ein Wirbelstromfeld, das von den Wirbelströmen im Prüfgegenstand 32 erzeugt wird.Since the first inductance 14 and the fourth inductance 20 are covered by the reference element 26 and 28, respectively, only the second inductance 16 and the third inductance 18 function as a sensor for an eddy current field generated by the eddy currents in the test object 32.
Die Impedanzen in den beiden Armen der Brückenschaltung sind bei homogenem Material des Prüfgegenstands 32 in den latera¬ len Richtungen gleich. Folglich beträgt der Erregerstrom in jedem Arm der Brückenschaltung 0,5 IErr.The impedances in the two arms of the bridge circuit are the same for homogeneous material of the test object 32 in the latera ¬ len directions. Consequently, the excitation current in each arm of the bridge circuit is 0.5 I Er r.
Die Potentiale, d.h. die Spannungen bezüglich zur ersten Eingangsklemme sind an der ersten Ausgangsklemme 22 und an der zweiten Ausgangsklemme 24 ohne Anwendung eines Prüfgegens- tands 32 gegeben durch:The potentials, i. the voltages with respect to the first input terminal are given at the first output terminal 22 and at the second output terminal 24 without application of a test item 32 by:
Ul , Luft = 0 , 5 Ißrr Z i , Ref , ( 1 )Ul, air = 0, 5 Irrr Z i, R e f, (1)
U3 , Luft = 0 , 5 Ißrr Z 3 , Luft 1 ( 2 )U3, Air = 0, 5 Irr Z 3, Air 1 (2)
wobei Ui,mft die an der ersten Induktivität 14 abfallende Spannung und U3,Luft die an der dritten Induktivität 18 abfal¬ lende Spannung ist. Zi,Ref und Z3,Luft sind die Impedanzen der ersten Induktivität 14 bzw. dritten Induktivität 18. Daraus ergibt sich für die Brückenspannungwherein Ui, MFT dropped across the first inductor 14 and voltage U 3, Lu ft the wastes for ¬ at the third inductance 18 loin voltage. Zi, Re f and Z 3 , Lu ft are the impedances of first inductor 14 and third inductor 18. This results in the bridge voltage
ΔUmft = U 3, Luft ~~ Ui, Luft = 0, 5 Ißrr (Z3,Luft ~~ Zi,Ref) • (3)ΔUmft = U 3, Air ~~ Ui, Air = 0, 5 Irrr (Z3, Air ~~ Zi, Re f) • (3)
Die Änderung der Impedanz der ersten Induktivität 14 aufgrund des Referenzelements 26 ist gegeben durch:The change in the impedance of the first inductor 14 due to the reference element 26 is given by:
Zl,Ref = δZi,Ref + Zi, Luft • (4)Zl, Ref = δZi, Ref + Zi, Air • (4)
Unter der Annahme, dass die Impedanzen in Luft für alle Induktivitäten 14, 16, 18 und 20 gleich sind, gilt für die zwischen den Ausgangsklemmen 22 und 24 anliegende BrückenspannungAssuming that the impedances in air are the same for all inductors 14, 16, 18 and 20, the bridge voltage applied between the output terminals 22 and 24 will apply
ΔULuft = " 0,5 IErr δZi,Ref . (5).DELTA.U L UFT = "0.5 I E rr △ z i, Ref. (5)
Die zweite Messung erfolgt mit dem Prüfgegenstand 32, der mit der Vorrichtung in Kontakt ist. In diesem Fall betragen die Potentiale an den Ausgangsklemmen 22 und 24The second measurement is made with the test article 32 in contact with the device. In this case, the potentials at the output terminals 22 and 24 are
Ul,Mat = 0, 5 Ißrr Zi,Ref , (6)Ul, Mat = 0, 5 Irr Zi, R e f, (6)
U3,Mat = 0, 5 Ißrr Z3,Mat (7)U3, Mat = 0, 5 Inr Z3, Mat (7)
und die Brückenspannungand the bridge voltage
ΔUMat = 0, 5 IErr (OZ3, Mat " δZi,Ref) . (8)ΔU M at = 0, 5 I E rr (OZ 3 , Mat " δZi, Re f). (8)
Der Vergleich der Ausdrücke (5) und (8) ergibt das Verhältnis der beiden BrückenspannungenThe comparison of expressions (5) and (8) gives the ratio of the two bridge voltages
ΔUMat/ΔULuft = 1 - δZ3,Mat/δZi,Ref ,.DELTA.U at M / L runs .DELTA.U = 1 - Az 3, Mat / △ z i, R ef,
das ein Ausdruck für die Materialeigenschaften des Prüfgegenstands 32 ist. Die Impedanzänderungen δZ3,Mat und δZi,Ref hängen von dem spezifischen Widerstand p und der relativen Permeabilität μ der Materialien der Referenzelemente 26 und 28 sowie des Prüfgegenstands 32 ab. In einem isotropen Mate¬ rial sind der spezifische Widerstand p und die relative Per¬ meabilität μ skalare Größen.which is an expression for the material properties of the test article 32. The impedance changes δZ 3 , Mat and δZi, Re f depend on the resistivity p and the relative permeability μ of the materials of the reference elements 26 and 28 and the test object 32 from. In an isotropic mate ¬ rial, the resistivity p and the relative Per ¬ μ meabilität scalar quantities.
Weiterhin hängen die Impedanzänderungen δZ3,Mat und δZi,Ref von den Längen b der Leiterbahnabschnitte, der Breite w der Lei¬ terbahn und dem Abstand d zwischen den Induktivitäten und dem Prüfgegenstand 32 ab. Daher ist es erforderlich, die Refe¬ renzelemente 26 und 28 und den Prüfgegenstand 32 im gleichen Abstand von den Induktivitäten 12, 20 bzw. 16, 18 zu messen. Die Abhängigkeit der Impedanz von den Abmessungen der Spulen ist bei den Referenzelementen 26 und 28 und dem Prüfgegens¬ tand 32 gleich, so dass das Verhältnis der Impedanzänderungen in Gleichung (9) im wesentlichen eine Funktion des spezifi- sehen Widerstands p und der relativen Permeabilität μ derje¬ nigen Materialen ist, die miteinander verglichen werden.Furthermore, the impedance changes depend Az 3, Mat and △ z i, f Re of the length b of the conductor portions, the width w of the Lei ¬ terbahn and the distance d from between the inductances and the test object 32nd Therefore, it is required that Refe rence ¬ elements 26 and 28 and the test object 32 at the same distance from the inductances 12, 20 and 16, 18 to be measured. The dependence of the impedance on the dimensions of the coils is at the reference elements 26 and 28 and the Prüfgegens ¬ tand 32 is equal, so that the ratio of the changes in impedance in equation (9) is essentially a function of the specific see resistance p and the relative permeability μ derje ¬ nigen materials is compared with each other.
FIG. 4 zeigt eine schematische Draufsicht einer zweiten Aus¬ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die zweite Ausführungsform wird der obigen Forderung gerecht, dass dieFIG. 4 shows a schematic plan view of a second embodiment of the device according to the invention. The second embodiment satisfies the above requirement that the
Referenzelemente 26 und 28 und der Prüfgegenstand 32 im glei¬ chen Abstand von den Spulen 14 und 20 bzw. 16 und 18 gemessen werden. Schaltungstechnisch sind die erste und zweite Ausführungsform identisch. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch die geometrischeReference members 26 and 28 and the test object 32 are in sliding surfaces ¬ distance from the coils 14 and 20 or 16 and 18 is measured. Circuit technology, the first and second embodiments are identical. The second embodiment differs from the first embodiment by the geometric one
Anordnung der Induktivitäten 14, 16, 18 und 20. Die Induktivitäten 14, 16, 18 und 20 sind nebeneinander sowie parallel zueinander auf dem Basisteil 30 angeordnet. Die Induktivitä¬ ten 14 und 20, denen das Referenzelement 26 bzw. 28 zugeord- net ist, sind außen angeordnet. Dabei befinden sich die Refe¬ renzelemente 26 und 28 gegenüber der Induktivitäten 14 bzw. 20 an der Unterseite des Basisteils 30.Arrangement of the inductors 14, 16, 18 and 20. The inductors 14, 16, 18 and 20 are arranged side by side and parallel to each other on the base part 30. The Induktivitä ¬ th 14 and 20, where the reference element 26 and 28 are assigned net, are arranged outside. In this case, there are the Refe rence ¬ elements 26 and 28 relative to the inductors 14 and 20 on the underside of the base 30th
FIG. 5 zeigt eine schematische Vorderansicht der zweiten Aus- führungsform. Die Deformierbarkeit des Basisteils 30 wird in FIG. 5 verdeutlicht. Der Abstand zwischen dem Prüfgegenstand 32 und den Induktivitäten 16 und 18 ist ebenso groß wie der Abstand zwischen den Referenzelementen 26 und 28 und den In- duktivitäten 14 bzw. 20. Durch die Verwendung des flexiblen Materials für die Herstellung des Basisteils 30 sind die ge¬ wünschten Abstände gewährleistet.FIG. 5 shows a schematic front view of the second embodiment. The deformability of the base part 30 is shown in FIG. 5 illustrates. The distance between the test object 32 and the inductances 16 and 18 is just as large as the distance between the reference elements 26 and 28 and the insulator. inductances 14 and 20. Through the use of the flexible material for the production of the base part 30, the ge ¬ desired distances are ensured.
FIG. 6 zeigt eine schematische vordere und FIG. 7 eine sche¬ matische seitliche Schnittansicht eines Ausschnitts der be¬ vorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In FIG. 6 und FIG. 7 ist ein Leiterbahnabschnitt 40 einer Spule dargestellt, durch den der Erregerstrom IErr in der Zeichnungsebene von links nach rechts fließt. Weiterhin ist ein Abschnitt des Prüfgegenstands 32 abgebildet, in dem der Wirbelstrom IWirb in der Zeichnungsebene von rechts nach links, also antiparallel zum Erregerstrom IErr fließt. In FIG. 7 fließen der Erregerstrom IErr und der Wirbelstrom IWirb senk- recht zur Zeichnungsebene. Dabei fließt der Erregerstrom IErr in die Zeichnungsebene hinein und der Wirbelstrom IWirb aus der Zeichnungsebene heraus. Der Leiterbahnabschnitt 40 ist um den Abstand d von dem Prüfgegenstand 32 beabstandet. Der Wir¬ belstrom Iwirb wird in dem Prüfgegenstand 32 in einer Schicht mit der Tiefe λ induziert, die der Eindringtiefe λ des Mag¬ netfeldes entspricht, die vom Erregerstrom IErr erzeugt wird. Die Eindringtiefe λ hängt von der Frequenz f des Erreger¬ stroms IErr ab. Die Wirbelstromdichte j nimmt im Prüfgegens¬ tand 32 von oben nach unten in etwa exponentiell ab.FIG. 6 shows a schematic front view and FIG. 7 is a specific ¬-automatic side sectional view of a detail of the ¬ be vorzugten embodiment of the device according to the invention. In FIG. 6 and FIG. FIG. 7 shows a conductor track section 40 of a coil through which the excitation current I Err flows from left to right in the plane of the drawing. Furthermore, a portion of the test object 32 is shown, in which the eddy current I We b flows in the plane of the drawing from right to left, ie antiparallel to the excitation current I Err . In FIG. 7, the excitation current I Err and the eddy current I vert flow perpendicular to the plane of the drawing. In this case, the excitation current I Err flows into the plane of the drawing and the eddy current I We b out of the plane of the drawing. The track section 40 is spaced from the test object 32 by the distance d. The ¬ We belstrom Iwirb λ is induced in a layer with the depth in the test object 32, the λ the penetration depth of Mag ¬ netfeldes corresponds to that generated by the field current I Err. The penetration depth λ depends on the frequency f of the exciting ¬ current I Err . The eddy current density j decreases in the test counter ¬ tand 32 from top to bottom in approximately exponential.
Die Eindringtiefe λ des Wirbelstroms IWirb ist gegeben durchThe penetration depth λ of the eddy current I W irb is given by
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Zwischen dem Wirbelstrom Iwirb und dem Erregerstrom IErr be¬ steht für ein nicht-magnetisches Material der ZusammenhangBetween the eddy current Iwirb and the excitation current I Err be ¬ for a non-magnetic material of the context
-Wirb = IErr (w+λ) / [γ ( d+w+dSpuie+λ) ]-Wirb = I Err (w + λ) / [γ (d + w + d Spu e + λ)]
wobei γ ein Proportionalitätsfaktor, dSpuie die Dicke der Spu¬ le und d der Breite des Luftspalts bzw. der Abstand zwischen der Spule und dem Prüfgegenstand 32 ist. Die Änderung der Im¬ pedanz aufgrund der Wirbelströme ist eine komplexe Größe δZMat = δRMat + 2πf j δLMat , (12)where γ is a proportionality factor, d Spu ie the thickness of Spu ¬ le and d the width of the air gap or the distance between the coil and the test object 32. The change in the ¬ impedance due to the eddy currents is a complex quantity δZ Mat = δR Ma t + 2πf j δL Mat , (12)
wobei δRMat die Verluste im Material aufgrund der Wirbelströme und δLMat die Änderung der Induktivität sind. Die Änderung der Induktivität ist definiert durchwherein .delta..sub.R Ma t losses in the material due to the eddy currents and .delta..sub.L Mat are the change of the inductance. The change of the inductance is defined by
ÖLMat = Φ / Ißrr rOIL Mat = Φ / Irr r
wobei Φ der gesamte magnetische Fluss im Material ist, der durch die Wirbelströme induziert wird. Der Fluss Φ tritt in dem Bereich bλ auf. Für die Änderung der Induktivität giltwhere Φ is the total magnetic flux in the material induced by the eddy currents. The flux Φ occurs in the region bλ. For the change of the inductance applies
δLMat = I b By(z) dz / IErr , (14)δL Ma t = I b B y (z) dz / I Err , (14)
wobei By (z) die Komponente des Magnetfeldes ist, die sich pa¬ rallel zur Stromrichtung erstrecktwhere B y (z) is the component of the magnetic field which extends pa ¬ rallel to the current direction
By(z) = (-joλμ/2) [exp(-z/λ) - I].B y (z) = (-joλμ / 2) [exp (-z / λ) -I].
Der lokale WirbelstromThe local eddy current
j = jo exp(-z/λ) (16)j = jo exp (-z / λ) (16)
hat ein Maximum bei z=0 und ein Minimum bei z=λ. Durch Einsetzen von (15) und (16) in (14) ergibt sich für die Änderung der Induktivitäthas a maximum at z = 0 and a minimum at z = λ. By substituting (15) and (16) in (14), the inductance changes
δLMat = (b/w) (IWirb/IErr)V[ (pμ)/ (πf) } . (17)δL Mat = (b / w) (I Wirb / I Err ) V [(pμ) / (πf)}. (17)
Auf ähnliche Weise ergeben sich für die VerlusteIn a similar way, there are losses
δRMat = (b/w) (IWirb/IErr)V(2pμπf) . (18)δR M at = (b / w) (I Wirb / I Err ) V (2pμπf). (18)
Wenn das Normierungsverfahren gemäß Gleichung (9) auf diese materialabhängige Spannung angewandt wird, ergibt dies:If the normalization method according to equation (9) is applied to this material-dependent stress, this results in:
Re(ΔUMat) = Re(ΔULuft) [V (pMat/pRef ) - U, (19) Im (ΔUMat ) = Im (ΔULuft ) [ V ( pMat/pRef ) " 1 ] , ( 2 0 )Re (ΔU Ma t) = Re (ΔU air ) [V (p M at / pRef) - U, (19) In (ΔUMat) = Im (.DELTA.U L UFT) [V (pMat / pRef) "1], (2 0)
(ΔUMat ) 2 = (ΔULuft ) 2 ( pMat/pRef " D - ( 21 )(ΔU M at) 2 = (ΔU air ) 2 (pMat / pRef " D - (21)
Aus den Gleichungen (19) bis (21) ist erkennbar, dass die Vorrichtung in der Lage ist, den spezifischen Widerstand vom Material des Prüfgegenstands 32 bezogen auf das Material der Referenzelemente 26 und 28 zu bestimmen. Die Messung der Re- ferenzelemente 26 und 28, deren Eigenschaften bekannt sind, erfolgt gleichzeitig mit der Messung des Prüfgegenstands 32. Aus diesem Grund sind keine Vorarbeiten vor der eigentlichen Messung erforderlich. Es ist nicht notwendig, eine oder mehrere aufwändige Kalibrierungskurven zu erstellen.From equations (19) to (21), it can be seen that the device is capable of determining the resistivity of the material of the test article 32 relative to the material of the reference elements 26 and 28. The measurement of the reference elements 26 and 28, whose properties are known, takes place simultaneously with the measurement of the test object 32. For this reason, no preparatory work is required before the actual measurement. It is not necessary to create one or more elaborate calibration curves.
Das Material der Referenzelemente 26 und 28 kann entsprechend den Anforderungen ausgewählt werden. Beispielsweise ist es bei einer Alterungsbestimmung eines Materials zweckmäßig, ei¬ nen entsprechenden Referenzgegenstand aus einem neuen Materi- al zu verwenden.The material of the reference elements 26 and 28 can be selected according to the requirements. For example, it is useful in a deterioration determination of a material to use ei ¬ NEN corresponding reference object from a new Materi- al.
Die erste und zweite Ausführungsform sind insbesondere dazu vorgesehen, Eigenschaften von homogenen Materialien zu erfassen. Weiterhin können die erste und zweite Ausführungsform auch zur Messung solcher Materialien verwendet werden, die entlang einer bestimmten räumlichen Richtung inhomogen sind. Dies trifft beispielsweise für Materialien aus mehreren Schichten zu. Dabei werden die unterschiedlichen Eindringtiefen, die von der Frequenz f des Erregerstroms IErr abhängen, genutzt. Bei hohen Frequenzen f ist die Eindingtiefe gering, so dass nur in einer ersten Schicht der Wirbelstrom induziert wird. So lange der Wirbelstrom nicht in einer zweiten Schicht induziert wird, erscheint das Material als homogen. Wird die Frequenz f reduziert, so wird der Wirbelstrom auch in der zweiten und in den weiteren Schichten induziert. Dabei ändert sich die Impedanz aufgrund der unterschiedlichen Werte für den spezifischen Widerstand p und die Permeabilität μ in den einzelnen Schichten. Wird die Brückenspannung als Funktion der Frequenz f erfasst und anschließend die Ableitung nach der Frequenz f gebildet, lassen sich aus den unstetigen Änderungen in der Ableitungsfunktion Rückschlüsse über den Schichtaufbau ziehen.The first and second embodiments are particularly intended to detect properties of homogeneous materials. Furthermore, the first and second embodiments may also be used to measure such materials that are inhomogeneous along a particular spatial direction. This is true for multi-layer materials, for example. The different penetration depths, which depend on the frequency f of the excitation current I Er r, are used. At high frequencies f, the penetration depth is small, so that the eddy current is induced only in a first layer. As long as the eddy current is not induced in a second layer, the material appears to be homogeneous. If the frequency f is reduced, the eddy current is also induced in the second and in the further layers. In this case, the impedance changes due to the different values for the resistivity p and the permeability μ in the individual layers. Is the bridge voltage as a function the frequency f and then the derivative of the frequency f formed, can be drawn from the discontinuous changes in the derivative function conclusions about the layer structure.
In FIG. 8 ist eine schematische Draufsicht einer dritten Aus¬ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die dritte Ausführungsform weist als Induktivitäten vier GMI- Elemente 44, 46, 48 und 50 auf. Die GMI-Elemente 44, 46, 48 und 50 haben intern jeweils zwei Erregerspulen für niedrige Frequenzen. Die vier GMI-Elemente 44, 46, 48 und 50 sind e- benso geschaltet wie die vier Spulen 14, 16, 18 und 20 in FIG. 1. Dementsprechend weist auch die dritte Ausführungsform eine erste Eingangsklemme 10, eine zweite Eingangsklemme 12, eine erste Ausgangsklemme 22 und eine zweite Ausgangsklemme 24 auf. Dem ersten GMI-Element 44 ist ein drittes Referenz¬ element 52 zugeordnet. Dem vierten GMI-Element 50 ist ein viertes Referenzelement 54 zugeordnet. Das dritte und vierte Referenzelement 52 und 54 sind als magnetische Abschirmele- mente ausgebildet.In FIG. 8 is a schematic plan view of a third embodiment of the device according to the invention. The third embodiment has four GMI elements 44, 46, 48 and 50 as inductors. The GMI elements 44, 46, 48 and 50 each internally have two low frequency excitation coils. The four GMI elements 44, 46, 48 and 50 are switched as well as the four coils 14, 16, 18 and 20 in FIG. 1. Accordingly, the third embodiment also has a first input terminal 10, a second input terminal 12, a first output terminal 22 and a second output terminal 24. The first GMI element 44 is associated with a third reference ¬ element 52nd The fourth GMI element 50 is assigned a fourth reference element 54. The third and fourth reference elements 52 and 54 are formed as magnetic Abschirmele- elements.
Zusätzlich umfasst die dritte Ausführungsform eine Vorrichtung zum niederfrequenten Aktivieren des Materials. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß FIG. 8 sind dazu eine erste Niederfrequenzklemme 36 und eine zweite Niederfrequenz¬ klemme 38 vorgesehen. Die erste Niederfrequenzklemme 36 ist zwischen der ersten Eingangsklemme 10 und dem dritten GMI- Element 48 geschaltet. Die zweite Niederfrequenzklemme 38 ist zwischen dem zweiten GMI-Element 46 und der zweiten Eingangs- klemme 12 geschaltet. Die Niederfrequenzklemmen 36 und 38 sind zum Anlegen einer Niederfrequenzspannung vorgesehen, um die Erregerspulen mit einem Niederfrequenzstrom zu versorgen. Die GMI-Elemente erfassen das lokale niederfrequente Feld. In magnetischen Materialien mit permanenten Feldern können die permanenten Gleichstromfelder gemessen werden ohne irgendeine externe niederfrequente Anregung. Die Erregerspulen für niedrige Frequenzen können in der Brückenschaltung integriert oder als externe dreidimensionale oder zweidimensionale Spulen ausgebildet sein. Werden dagegen nur remanente Felder erfasst, sind keine Erregerspulen erfor- derlich. Vorteilhafterweise werden die Komponenten des Erre¬ gerfeldes in der Ebene der GMI-Elemente erzeugt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Komponenten des Erreger¬ feldes von den GMI-Elementen erfasst werden.In addition, the third embodiment includes a device for low-frequency activation of the material. In the present embodiment according to FIG. 8 are to a first low-frequency terminal 36 and a second low frequency ¬ terminal 38 is provided. The first low frequency terminal 36 is connected between the first input terminal 10 and the third GMI element 48. The second low-frequency terminal 38 is connected between the second GMI element 46 and the second input terminal 12. The low frequency terminals 36 and 38 are provided for applying a low frequency voltage to supply the exciting coils with a low frequency current. The GMI elements capture the local low frequency field. In magnetic materials with permanent fields, the permanent DC fields can be measured without any external low frequency excitation. The low frequency excitation coils may be integrated in the bridge circuit or formed as external three-dimensional or two-dimensional coils. If, on the other hand, only remanent fields are detected, no exciter coils are required. Advantageously, the components of the Erre ¬ gerfeldes in the plane of the GMI elements are generated. In this way it is ensured that the components of the excitation ¬ field are detected by the GMI elements.
Die dritte Ausführungsform ist in der Lage, die Einflüsse des spezifischen Widerstands p und der Permeabilität μ zu sepa¬ rieren. Die dritte Ausführungsform ist sowohl für homogene als auch für inhomogene Materialien geeignet. Mit der dritten Ausführungsform kann insbesondere auf einfache Weise die Per- meabilität μ eines homogenen Materials bestimmt werden.The third embodiment is able to sepa ¬ the effects of the resistivity p and the permeability μ. The third embodiment is suitable for both homogeneous and inhomogeneous materials. With the third embodiment, in particular the permeability μ of a homogeneous material can be determined in a simple manner.
FIG. 9 zeigt eine schematische Draufsicht einer vierten Aus¬ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei handelt es sich um eine alternative Ausführungsform zur Vorrichtung gemäß FIG. 4, die auch die gleichen Bauelemente aufweist. Für die gleichen Bauelemente werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die Vorrichtungen gemäß FIG. 9 und FIG. 4 sind schaltungstechnisch identisch, unterscheiden sich aber in der geometrischen Anordnung der Bauelemente. Bei der Vorrichtung gemäß FIG. 9 gibt es keine sich überkreuzenden Leiterbahnen, was die Herstellung vereinfacht .FIG. 9 shows a schematic plan view of a fourth embodiment of the device according to the invention. This is an alternative embodiment of the device according to FIG. 4, which also has the same components. The same reference numerals are used for the same components. The devices according to FIG. 9 and FIG. 4 are structurally identical, but differ in the geometric arrangement of the components. In the device according to FIG. 9, there are no intersecting tracks, which simplifies manufacturing.
In FIG. 10 ist eine Gridstruktur für das eingangs beschriebe¬ ne Verfahren gemäß dem Stand der Technik dargestellt. In FIG. 10 shows a grid structure for the initially-described ¬ ne method is shown according to the prior art.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Erfassen von elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften eines elektrisch leitfähigen Prüfge- genstands (32), wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: wenigstens zwei Eingangsklemmen (10, 12), die zum Anle¬ gen einer Versorgungsspannung vorgesehen sind, wenigstens zwei Induktivitäten (14, 16, 18, 20), die nach einem vorbestimmten Schema miteinander verschaltet und zwischen den Eingangsklemmen (10, 12) geschaltet sind, wenigstens zwei Ausgangsklemmen (22, 24), die zum Abgreifen einer Spannung vorgesehen und jeweils mit wenigstens einer Induktivität (14, 16, 18, 20) gekoppelt sind, und wenigstens ein Basisteil (30), auf dem die Induktivitä¬ ten (14, 16, 18, 20) nach einem vorbestimmten Schema angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens ein Referenzelement (26, 28) auf¬ weist, das wenigstens einer Induktivität (14, 16, 18, 20) zu¬ geordnet und auf dem Basisteil (30) angeordnet ist.1. A device for sensing electric and / or magnetic properties of an electrically conductive test speed genstands (32), said apparatus comprising: at least two input terminals (10, 12) which are to Anle ¬ a supply voltage gen provided at least two inductors (14, 16, 18, 20) interconnected according to a predetermined scheme and connected between the input terminals (10, 12), at least two output terminals (22, 24) provided for tapping a voltage and each having at least one inductance (14, 16, 18, 20) are coupled, and at least one base part (30) on which the Induktivitä ¬ th (14, 16, 18, 20) are arranged according to a predetermined scheme, characterized in that the device at least one Reference element (26, 28) on ¬ has, the at least one inductance (14, 16, 18, 20) to ¬ ordered and arranged on the base part (30).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung vier Induktivitäten (14, 16, 18, 20) umfasst, die eine Brückenschaltung bilden.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the device comprises four inductors (14, 16, 18, 20) which form a bridge circuit.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsklemmen (22, 24) zum Abgreifen einer Brückenspannung vorgesehen sind.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the output terminals (22, 24) are provided for tapping a bridge voltage.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Induktivitäten (12, 18) jeweils ein Refe¬ renzelement (26, 28) zugeordnet ist. 4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that at least two of the inductors (12, 18) each have a reference element Refe ¬ (26, 28) is associated.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten (12, 18) mit den Referenzelementen (26, 28) schaltungstechnisch zueinander diametral angeordnet sind.5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the inductors (12, 18) with the reference elements (26, 28) are arranged in terms of circuitry to each other diametrically.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (30) wenigstens ein Flächenstück umfasst.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the base part (30) comprises at least one sheet piece.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenstück (30) aus einem flexiblen Material hergestellt ist.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the surface piece (30) is made of a flexible material.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten zumindest teilweise als Spulen (14, 16, 18, 20) ausgebildet sind.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inductors are at least partially formed as coils (14, 16, 18, 20).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (14, 16, 18, 20) als Leiterbahnen ausgebildet sind, die auf dem Basisteil (30) angeordnet sind.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the coils (14, 16, 18, 20) are formed as strip conductors, which are arranged on the base part (30).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einen Seite des Flächenstücks (30) die Spulen (14,10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that on one side of the sheet (30), the coils (14,
16, 18, 20) und auf der anderen Seite die Referenzelemente16, 18, 20) and on the other side the reference elements
(26, 28) angeordnet sind.(26, 28) are arranged.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten zumindest teilweise als GMI-Elemente (44, 46, 48, 50) ausgebildet sind.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inductors are at least partially formed as GMI elements (44, 46, 48, 50).
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzelement (26, 28) aus dem gleichen Material herge¬ stellt ist wie der Prüfgegenstand (32).12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference element (26, 28) of the same material Herge ¬ provides as the test item (32).
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzelement (26, 28) aus einem Edelmetall hergestellt ist .13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference element (26, 28) is made of a precious metal.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzelement (26, 28) aus Kupfer hergestellt ist.14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference element (26, 28) is made of copper.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzelement (40, 42) als Abschirmelement für die zu¬ geordnete Induktivität (12, 18) bzw. das zugeordnete GMI- Element (44, 50) vorgesehen ist.15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference element (40, 42) is provided as a shielding element for the ¬ orderly inductance (12, 18) or the associated GMI element (44, 50).
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzelement (40, 42) aus einem weichmagnetischen Ma¬ terial hergestellt ist. 16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference element (40, 42) is made of a soft magnetic Ma ¬ material.
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