DE102016111963A1 - Method for evaluating a digital measurement signal of an eddy current test arrangement - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Auswerten eines digitalen Messsignals einer Wirbelstromprüfanordnung. Das digitale Messsignal weist dabei eine Mehrzahl an Abtastwerten auf, wobei das digitale Messsignal auf einem analogen Messsignal einer Messspule der Wirbelstromprüfanordnung basiert. Das Verfahren beinhaltet ein Anpassen einer Sinuskurve an die Mehrzahl an Abtastwerten des digitalen Messsignals sowie ein Bestimmen einer Amplitude und einer Phase der Sinuskurve als Amplitude und Phase des digitalen Messsignals.Proposed is a method for evaluating a digital measurement signal of an eddy current test arrangement. The digital measurement signal has a plurality of samples, wherein the digital measurement signal is based on an analog measurement signal of a measurement coil of the eddy current test arrangement. The method includes fitting a sinusoid to the plurality of samples of the digital measurement signal, and determining an amplitude and a phase of the sinusoid as the amplitude and phase of the digital measurement signal.
Description
Technisches GebietTechnical area
Ausführungsbeispiele befassen sich mit der Auswertung von Messsignalen einer Wirbelstromprüfanordnung. Insbesondere befassen sich Ausführungsbeispiele mit einem Verfahren zum Auswerten eines digitalen Messsignals einer Wirbelstromprüfanordnung sowie Verfahren zum Bestimmen einer Impedanz einer Erregerspule einer Wirbelstromprüfanordnung.Embodiments deal with the evaluation of measurement signals of a Wirbelstromprüfanordnung. In particular, embodiments are concerned with a method for evaluating a digital measurement signal of an eddy current test arrangement and methods for determining an impedance of an exciter coil of an eddy current test arrangement.
Hintergrundbackground
Die Wirbelstromprüfung ist ein Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Dabei wird der Einfluss eines Materials auf ein magnetisches Wechselfeld einer Spule durch Bestimmung von Real- und Imaginärteil des veränderten Magnetfeldes ermittelt. Die Wirbelstromprüfung ist daher ein geeignetes Verfahren zum Nachweis eines Fehlers in einer Probe (z.B. Risse, Poren oder Einschlüsse) oder zur Bestimmung eines Werkstoffparameters einer Probe (z.B. elektrische Leitfähigkeit, magnetische Permeabilität oder Schichtdicke).The eddy current test is a procedure for nondestructive material testing. In this case, the influence of a material on a magnetic alternating field of a coil is determined by determining the real and imaginary part of the changed magnetic field. Eddy current testing is therefore a suitable method of detecting a defect in a sample (e.g., cracks, pores or inclusions) or determining a material parameter of a sample (e.g., electrical conductivity, magnetic permeability, or film thickness).
Ein beispielhafter Aufbau einer Wirbelstromprüfanordnung
An einem weiteren Eingang des Multiplizierer
Jedoch ist dieser Ansatz relativ ungenau, da das Messergebnis durch eine Vielzahl an Fehlerquellen verfälscht werden kann. So werden Real- und Imaginärteil in zwei getrennten Messkanälen bestimmt, welche aufgrund von Fertigungstoleranzen der einzelnen Komponenten (z.B. Filter, ADC) nicht völlig identisch in ihrem Messverhalten sind. Weitere Fehlerbeiträge ergeben sich durch Phasenunterschiede zwischen dem Erregungssignal und dem 90° phasenverschobenen Erregungssignal. Auch ist die Genauigkeit der Signalmultiplikation in analoger Schaltungstechnik begrenzt. Auch begrenzen die den ADCs nachgeschalteten Filter aufgrund ihrer Einschwingzeit die Messfolgefrequenz des digitalen Signals und verursachen zusätzliche Offsetfehler.However, this approach is relatively inaccurate because the measurement result can be falsified by a variety of sources of error. Thus, real and imaginary parts are determined in two separate measurement channels, which are not completely identical in their measurement behavior due to manufacturing tolerances of the individual components (for example, filters, ADC). Further error contributions result from phase differences between the excitation signal and the 90 ° phase-shifted excitation signal. Also, the accuracy of the signal multiplication in analog circuit technology is limited. Also, the filters downstream of the ADCs limit the measurement repetition rate of the digital signal due to their settling time and cause additional offset errors.
Um die Nachteile der analogen Schaltungstechnik zu überwinden, kann die induzierte Spannung auch aus einem unmittelbar digitalisierten Messsignal einer Messspule einer Wirbelstromprüfanordnung berechnet werden. Ein beispielhafter Aufbau eines Wirbelstromgeräts
Die Form des digitalen Messsignals
Aus dem digitalen Messsignal
Um Real- und Imaginärteil des Messsignals möglichst exakt zu bestimmen, müssen Amplitude und Phase des digitalen Messsignals mit möglichst hoher Linearität und Genauigkeit bestimmt werden. Es besteht daher ein Bedürfnis, eine verbesserte Signalauswertung für die Wirbelstromprüfung von Proben zu ermöglichen.To determine the real and imaginary part of the measurement signal as accurately as possible, the amplitude and phase of the digital measurement signal must be determined with the highest possible linearity and accuracy. There is therefore a need to enable an improved signal evaluation for the eddy current testing of samples.
ZusammenfassungSummary
Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Auswerten eines digitalen Messsignals einer Wirbelstromprüfanordnung ermöglichen dies. Das digitale Messsignal weist dabei eine Mehrzahl an Abtastwerten auf, wobei das digitale Messsignal auf einem analogen Messsignal einer Messspule der Wirbelstromprüfanordnung basiert. Das Verfahren umfasst ein Anpassen einer Sinuskurve an die Mehrzahl an Abtastwerten des digitalen Messsignals sowie ein Bestimmen einer Amplitude und einer Phase der Sinuskurve als Amplitude und Phase des digitalen Messsignals. Da eine Mehrzahl an Abtastwerten genutzt wird, können Schwankungen der Abtastwerte (z.B. in Folge von Rauschen oder Störungen) stark reduziert und die Amplitude der Sinuskurve mit großer Genauigkeit berechnet werden.Embodiments of a method for evaluating a digital measurement signal of an eddy current test arrangement make this possible. The digital measurement signal has a plurality of samples, wherein the digital measurement signal is based on an analog measurement signal of a measurement coil of the eddy current test arrangement. The method includes fitting a sinusoid to the plurality of samples of the digital measurement signal, and determining an amplitude and a phase of the sinusoid as the amplitude and phase of the digital measurement signal. Since a plurality of samples are utilized, variations in the samples (e.g., due to noise or noise) can be greatly reduced and the amplitude of the sinusoid calculated with great accuracy.
Beim Anpassen der Sinuskurve an die Abtastwerte erfolgt zudem eine Mittelwertbildung über alle Abtastwerte bezogen auf eine ideale Sinuskurve. Dies hat zur Folge, dass die angepasste Sinuskurve eine höhere Auflösung und Genauigkeit als die digitalen Abtastwerte selbst haben. Entsprechend können Amplitude und Phase der Sinuskurve aufgrund ihrer hohen Genauigkeit als Amplitude und Phase des digitalen Messsignals verwendet werden. Da gleichzeitig Störungen und Rauschen gemindert werden, kann gegenüber analogen Verfahren eine höhere Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erreicht werden. Für die Bestimmung von Amplitude und Phase reicht bereits ein kleiner Abschnitt des Messsignals (d.h. einige Perioden) aus, so dass auch die Messfolgefrequenz wesentlich höher als bei herkömmlichen Verfahren gewählt werden kann. Diese ist aufgrund der digitalen Signalauswertung nun nicht mehr durch die Einschwingzeit eines Filters bestimmt, sondern hauptsächlich durch die zur Verfügung stehende Rechenkapazität.When fitting the sine curve to the sampled values, averaging over all sampled values with respect to an ideal sinusoidal curve also takes place. As a result, the adjusted sine wave has higher resolution and accuracy than the digital samples themselves. Accordingly, amplitude and phase of the sinusoid can be used as the amplitude and phase of the digital measurement signal due to their high accuracy. Since noise and noise are reduced at the same time, higher accuracy and reproducibility can be achieved compared to analog methods. For the determination of amplitude and phase, even a small portion of the measurement signal (i.e., some periods) is sufficient, so that the measurement repetition frequency can be chosen much higher than in conventional methods. Due to the digital signal evaluation, this is no longer determined by the settling time of a filter, but mainly by the available computing capacity.
Weitere Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zum Bestimmen einer Impedanz einer Erregerspule einer Wirbelstromprüfanordnung. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines ersten digitalen Messsignals auf Basis eines ersten analogen Messsignals, das den an der Erregerspule anliegenden Strom repräsentiert, mittels eines ersten ADCs. Ferner umfasst das Verfahren ein Erzeugen eines zweiten digitalen Messsignals auf Basis eines zweiten analogen Messsignals, das die an einer Messspule der Wirbelstromprüfanordnung anliegende Spannung repräsentiert, mittels eines zweiten ADCs. Der zweite ADC wird dabei synchron zu dem ersten ADC betrieben. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Bestimmen einer Amplitude und einer Phase einer an Abtastwerte des ersten digitalen Messsignals angepassten Sinuskurve als Amplitude und Phase des ersten digitalen Messsignals. Auch umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Amplitude und einer Phase einer an Abtastwerte des zweiten digitalen Messsignals angepassten Sinuskurve als Amplitude und Phase des zweiten digitalen Messsignals. Ferner umfasst Verfahren ein Bestimmen der Impedanz der Erregerspule aus Amplitude und Phase des ersten digitalen Messsignals sowie Amplitude und Phase des zweiten digitalen Messsignals.Further embodiments relate to a method for determining an impedance of an exciter coil of an eddy current test arrangement. The method comprises generating a first digital measurement signal on the basis of a first analog measurement signal, which represents the current applied to the exciter coil, by means of a first ADC. Furthermore, the method comprises generating a second digital measurement signal on the basis of a second analog measurement signal, which represents the voltage applied to a measurement coil of the eddy current test arrangement, by means of a second ADC. The second ADC is operated synchronously with the first ADC. The method further comprises determining an amplitude and a phase of a sine curve adapted to samples of the first digital measurement signal as the amplitude and phase of the first digital measurement signal. The method also includes determining an amplitude and a phase of a sine curve adapted to samples of the second digital measurement signal as the amplitude and phase of the second digital measurement signal. Furthermore, the method comprises determining the impedance of the excitation coil from the amplitude and phase of the first digital measurement signal and the amplitude and phase of the second digital measurement signal.
Da neben der Spannung in der Messspule auch der an der Erregerspule anliegende Strom mit hoher Genauigkeit bestimmt wird, kann die Impedanz der Erregerspule mit hoher Genauigkeit aus den jeweiligen Amplituden und Phasen der beiden Messwerte bestimmt werden. Zudem müssen die ADCs lediglich zueinander, jedoch nicht bezogen auf eine Erregungsquelle der Wirbelstromprüfanordnung, synchron betrieben werden.Since, in addition to the voltage in the measuring coil, the current applied to the exciter coil is determined with high accuracy, the impedance of the exciter coil can be determined with high accuracy from the respective amplitudes and phases of the two measured values. In addition, the ADCs need only be operated synchronously with one another, but not with respect to an excitation source of the eddy current testing arrangement.
Ausführungsbeispiele betreffen ferner ein weiteres Verfahren zum Bestimmen einer Impedanz einer Erregerspule einer Wirbelstromprüfanordnung. Oft ist das Magnetfeld eine ausreichend lange Zeit konstant. In diesem Fall kann man den Strom in der Erregerspule und die in der Messspule induzierte Spannung im Wechsel zeitlich nacheinander messen, ohne dass ein signifikanter Fehler entsteht. Das Verfahren umfasst ein Anlegen eines ersten analogen Messsignals, das den an der Erregerspule anliegenden Strom repräsentiert, an einen ADC für einen ersten Zeitraum, um ein erstes digitales Messsignal zu erzeugen. Der ADC wird dabei synchron zu einer mit der Erregerspule gekoppelten Erregungsquelle betrieben. Ferner umfasst das Verfahren ein Anlegen eines zweiten analogen Messsignals, das die an einer Messspule der Wirbelstromprüfanordnung anliegende Spannung repräsentiert, an den ADC für einen zweiten Zeitraum, um ein zweites digitales Messsignal zu erzeugen. Auch umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Amplitude und einer Phase einer an Abtastwerte des ersten digitalen Messsignals angepassten Sinuskurve als Amplitude und Phase des ersten digitalen Messsignals. Zudem umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer Amplitude und einer Phase einer an Abtastwerte des zweiten digitalen Messsignals angepassten Sinuskurve als Amplitude und Phase des zweiten digitalen Messsignals. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen der Impedanz der Erregerspule aus Amplitude und Phase des ersten digitalen Messsignals sowie Amplitude und Phase des zweiten digitalen Messsignals.Embodiments further relate to another method of determining an impedance of an excitation coil of an eddy current test arrangement. Often the magnetic field is constant for a sufficiently long time. In this case, one can measure the current in the excitation coil and the voltage induced in the measuring coil in succession in time without a significant error. The method includes applying a first analog measurement signal representing the current applied to the excitation coil to an ADC for a first time period to generate a first digital measurement signal. The ADC is thereby operated synchronously with an excitation source coupled to the exciter coil. Furthermore, the method comprises applying a second analog measurement signal, which represents the voltage applied to a measurement coil of the eddy current test arrangement, to the ADC for a second time period in order to generate a second digital measurement signal. The method also includes determining an amplitude and a phase of a sine curve adapted to samples of the first digital measurement signal as the amplitude and phase of the first digital measurement signal. In addition, the method comprises determining an amplitude and a phase of a sine curve adapted to samples of the second digital measurement signal Amplitude and phase of the second digital measurement signal. The method further comprises determining the impedance of the excitation coil from amplitude and phase of the first digital measurement signal as well as amplitude and phase of the second digital measurement signal.
Da neben der Spannung in der Messspule auch der an der Erregerspule anliegende Strom mit hoher Genauigkeit bestimmt wird, kann die Impedanz der Erregerspule mit hoher Genauigkeit aus den jeweiligen Amplituden und Phasen der beiden Messwerte bestimmt werden. Zudem ist nur ein einziger ADC nötig, um das digitale Messsignal bereitzustellen, so dass der Hardwareaufwand für die Auswertung des Messsignals gering ist.Since, in addition to the voltage in the measuring coil, the current applied to the exciter coil is determined with high accuracy, the impedance of the exciter coil can be determined with high accuracy from the respective amplitudes and phases of the two measured values. In addition, only a single ADC is necessary to provide the digital measurement signal, so that the hardware cost for the evaluation of the measurement signal is low.
Ausführungsbeispiele umfassen in einem weiteren Aspekt ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen eines der vorgeschlagenen Verfahren, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.Embodiments in another aspect include a program having program code for performing one of the proposed methods when the program code is executed on a computer, a processor, or a programmable hardware component.
FigurenkurzbeschreibungBrief Description
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying figures. Show it:
Beschreibungdescription
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein. Various embodiments will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which some embodiments are illustrated. In the figures, the thickness dimensions of lines, layers and / or regions may be exaggerated for the sake of clarity.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.In the following description of the attached figures, which show only some exemplary embodiments, like reference characters may designate the same or similar components. Further, summary reference numerals may be used for components and objects that occur multiple times in one embodiment or in a drawing but are described together in terms of one or more features. Components or objects which are described by the same or by the same reference numerals may be the same, but possibly also different, in terms of individual, several or all features, for example their dimensions, unless otherwise explicitly or implicitly stated in the description.
Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente. Although embodiments may be modified and changed in various ways, exemplary embodiments are illustrated in the figures as examples and will be described in detail herein. It should be understood, however, that it is not intended to limit embodiments to the particular forms disclosed, but that embodiments are intended to cover all functional and / or structural modifications, equivalents and alternatives that are within the scope of the invention. Like reference numerals designate like or similar elements throughout the description of the figures.
Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „verkoppelt“ bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden“ oder „direkt verkoppelt“ mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z.B., „zwischen“ gegenüber „direkt dazwischen“, „angrenzend“ gegenüber „direkt angrenzend“ usw.). Note that an element referred to as being "connected" or "coupled" to another element may be directly connected or coupled to the other element, or intervening elements may be present. Conversely, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements. Other terms used to describe the relationship between elements should be interpreted in a similar manner (e.g., "between" versus "directly in between," "adjacent" versus "directly adjacent," etc.).
Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ einer”, „ eine”, „eines ” und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z.B. „beinhaltet“, „beinhaltend“, aufweist“ und/oder „aufweisend“, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the embodiments. As used herein, the singular forms "a,""an,""an," and "the,""the," are also meant to include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. Further, it should be understood that the terms such as "including,""including,""having," and / or "having," as used herein, indicate the presence of said features, integers, steps, operations, elements, and / or components. but does not preclude the presence or addition of one or more features, integers, steps, operations, elements, components, and / or groups thereof.
Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z.B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, solange dies hierin nicht ausdrücklich anders definiert ist.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly assigned to one of ordinary skill in the art to which the embodiments pertain. Further, it should be understood that terms, e.g. those as defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having the meaning consistent with their meaning in the context of the relevant art, unless expressly defined otherwise herein.
Das Verfahren
Die Bestimmung der Amplitude aus einem Abtastwert ist bei bekannter Frequenz und Phase des Erregungssignals allgemein gemäß folgender Beziehung möglich:
Die Zeit t kann aus der Abtastfrequenz des Signals berechnet werden. Die Phase kann durch die Ermittlung des Nulldurchgangs aus dem Verlauf des digitalen Messsignals bestimmt werden.The time t can be calculated from the sampling frequency of the signal. The phase can be determined by determining the zero crossing from the course of the digital measurement signal.
Einzelne Abtastwerte können jedoch Schwankungen unterliegen (z.B. in Folge von Rauschen oder Störungen). Da in dem Verfahren
Das Anpassen der Sinuskurve an die Mehrzahl an Abtastwerten des digitalen Messsignals kann iterativ erfolgen. Dadurch kann die Sinuskurve bestmöglich an die Abtastwerte angepasst werden. Beispielsweise können iterative Optimierungsverfahren (z.B. Hook-Jeeves-Verfahren) verwendet werden, um eine bestmöglich an die Abtastwerte des digitalen Messsignals angepasste Sinuskurve zu bestimmen.The fitting of the sinusoid to the plurality of samples of the digital measurement signal can be done iteratively. As a result, the sine curve can be optimally adapted to the samples. For example, iterative optimization techniques (e.g., Hook-Jeeves techniques) may be used to determine a sine curve best suited to the samples of the digital measurement signal.
Das Anpassen der Sinuskurve an die Mehrzahl an Abtastwerten des digitalen Messsignals kann dabei z.B. solange ausgeführt werden, bis die Sinuskurve einem Qualitätskriterium genügt. Das Qualitätskriterium kann dabei vielfältig sein. Beispielsweise kann ein Minimum der Summe der Abweichungen zwischen Abtastwert und bestimmter Sinusfunktion als Qualitätskriterium gewählt werden. Auch bei einem stark verrauschten Messsignal kann dann ein geringer Fehler angenommen werden, da sowohl für die Phase als auch die Amplitude eine Mittelwertbildung über alle verwendeten Abtastwerte erfolgt.Customizing the Sine curve to the plurality of samples of the digital measurement signal can be carried out, for example, until the sine curve satisfies a quality criterion. The quality criterion can be manifold. For example, a minimum of the sum of the deviations between sample value and specific sinusoidal function can be selected as the quality criterion. Even with a strongly noisy measurement signal, a small error can then be assumed, since both the phase and the amplitude are averaged over all the sampled values used.
Um ein iteratives Optimierungsverfahren möglichst effizient, d.h. mit möglichst wenigen Iterationen durchzuführen, ist es daher nötig, möglichst gute Anfangswerte zu wählen. Für das Anpassen der Sinuskurve an die Mehrzahl an Abtastwerten des digitalen Messsignals kann daher z.B. in einer ersten Iteration ein mittels linearer Interpolation aus zumindest zwei der Mehrzahl an Abtastwerten bestimmter Nulldurchgang des digitalen Messsignals verwendet werden. Die Bestimmung eines Nulldurchgangs mittels linearer Interpolation ist beispielhaft in den nachfolgenden
In
Manchmal ist das digitale Messsignal jedoch derart verrauscht, dass in der Umgebung des tatsächlichen Nulldurchgangs der Sinuskurve die Abtastwerte mehrfach das Vorzeichen wechseln. Daher kann manchmal ein weiter elaborierter Ansatz für die Bestimmung der Anfangswerte für das iterative Optimierungsverfahren nötig sein. Ein solcher ist in
In
Die Gerade
Wie in Zusammenhang mit der Beschreibung der
Weiterhin wird die an dem Vorwiderstand
Somit stellt das digitale Messsignal
Sowohl für das digitale Messsignal
Die Amplitude der Impedanz kann dann aus der Amplitude AU des digitalen Messsignals
Die Phase φZ der Impedanz ergibt sich aus der Phasendifferenz zwischen den beiden digitalen Messsignalen:
Daraus lassen sich wiederum Realteil ZRe und Imaginärteil ZIm der Impedanz berechnen:
In
Da neben der Spannung in der Messspule auch der an der Erregerspule anliegende Strom hoher Genauigkeit bestimmt wird, kann die Impedanz der Erregerspule mit hoher Genauigkeit aus den jeweiligen Amplituden und Phasen der beiden Messwerte bestimmt werden. Damit kann zudem das fehlerhafte Bestimmen der Impedanz der Erregerspule aufgrund von Schwankungen des von der Erregungsquelle an die Erregerspule angelegten Signals vermieden werden. Schwankt z.B. die Spannung des an die Erregerspule angelegten Signals, so schwankt neben der in der Messspule induzierten Spannung auch der an der Erregerspule anliegende Strom. Somit findet insgesamt ein Ausgleich der Schwankung statt. Die bestimmte Impedanz der Erregerspule ist somit unabhängig von Schwankungen des von der Erregungsquelle an die Erregerspule angelegten Signals.Since, in addition to the voltage in the measuring coil, the current of high accuracy applied to the exciter coil is determined, the impedance of the exciter coil can be determined with high accuracy from the respective amplitudes and phases of the two measured values. Thus, erroneous determination of the impedance of the exciting coil due to variations in the signal applied from the excitation source to the exciting coil can be avoided. Varies, e.g. the voltage of the signal applied to the exciter coil, in addition to the voltage induced in the measuring coil, the current applied to the exciter coil also fluctuates. Thus, a total compensation of the fluctuation takes place. The particular impedance of the exciter coil is thus independent of variations in the signal applied by the excitation source to the exciter coil.
Eine alternative Wirbelstromprüfanordnung
Weiterhin wird die an dem Vorwiderstand
Der Multiplexer
Für den ersten Zeitraum wird durch den ADC
Bei dem in
In
Da neben der Spannung in der Messspule auch der an der Erregerspule anliegende Strom mit hoher Genauigkeit bestimmt wird, kann die Impedanz der Erregerspule mit hoher Genauigkeit aus den jeweiligen Amplituden und Phasen der beiden Messwerte bestimmt werden. Wie bei dem in Zusammenhang mit
Aufgrund der Möglichkeit die Impedanz exakt zu bestimmen eigenen sich die vorgehend beschrieben Verfahren zur Verwendung in Verfahren zum Nachweis eines Fehlers in einer Probe (z.B. Risse, Poren oder Einschlüsse) oder in Verfahren zur Bestimmung eines Werkstoffparameters einer Probe (z.B. elektrische Leitfähigkeit, magnetische Permeabilität oder Schichtdicke), welche eine Wirbelstromprüfung beinhalten. Gegenüber bekannten Signalauswertungsmethoden kann durch die vorgeschlagenen Verfahren neben der Genauigkeit auch die Messgeschwindigkeit erhöht werden. Beispielsweise kann das Scannen von Bauteilen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), die Schichtdickenmessung dünner Schichten oder die inline Schichtdickenmessung mittels Wirbelstromprüfung erheblich beschleunigt werden.Because of the ability to accurately determine the impedance, the methods described above are suitable for use in methods for detecting a defect in a sample (eg, cracks, pores or inclusions) or in methods for determining a material parameter of a sample (eg, electrical conductivity, magnetic permeability or the like) Layer thickness), which include an eddy current test. Compared with known signal evaluation methods can be increased by the proposed method in addition to the accuracy and the measurement speed. For example, the scanning of components made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), the layer thickness measurement of thin layers or the inline coating thickness measurement can be considerably accelerated by means of eddy current testing.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.The features disclosed in the foregoing description, the appended claims and the appended figures may be taken to be and effect both individually and in any combination for the realization of an embodiment in its various forms.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.
Claims (9)
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Title |
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RADIL, Tomáš; RAMOS, Pedro M.; SERRA, A. Cruz: DSP Based Portable Impedance Measurement Instrument Using Sine-Fitting Algorithms. In: Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2005, IMTC 2005, Proceedings of the IEEE, S. 1018-1022. – ISBN 0-7803-8879-8 * |
RAMOS, Pedro M.; SERRA, António Cruz: A new sine-fitting algorithm for accurate amplitude and phase measurements in two channel acquisition systems. In: Measurement, Vol. 41, 2008, S. 135-143. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117110422A (en) * | 2023-10-23 | 2023-11-24 | 国机传感科技有限公司 | Array far-field eddy current data analysis method and system |
CN117110422B (en) * | 2023-10-23 | 2024-01-30 | 国机传感科技有限公司 | Array far-field eddy current data analysis method and system |
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