DE1473696C - Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zer- abhängt, sondern lediglich von der Dichte des einstörungsfreien Werkstoffprüfung, bestehend aus einer wirkenden Magnetfeldes, können Hallspannungs-Induktionseinrichtung zum Erzeugen eines pulsför- generatoren mit sehr geringen Abmessungen vorgemig oder periodisch sich zeitlich ändernden Magnet- sehen werden, die den Nachweis von flächenmäßig feldes, das im Prüfling Wirbelströme induziert, die 5 außerordentlich kleinen Magnetfeldanomalien geein mit den Eigenschaften oder Fehlern des Prüflings statten, d. h. ein hohes Auflösungsvermögen ermögin Beziehung stehendes Magnetfeld hervorrufen, und liehen. Bei Verwendung eines Hallspannungsgeneraaus magnetfeldempfindlichen Nachweismitteln für tors treten keinerlei Rückwirkungen auf das Magnetdas durch die Wirbelströme hervorgerufene Magnet- feld auf, und weiterhin ist das Ausgangssignal eines feld. ίο Hallspannungsgenerators unabhängig von der Fre-

Es sind bereits Vorrichtungen der vorgenannten quenz des nachzuweisenden Magnetfeldes, so daß mit Art bekannt, bei denen als Nachweismittel für das der Vorrichtung nach der Erfindung einwandfreie durch die induzierten Wirbelströme hervorgerufene genaue Absolutmessungen ohne aufwendige Eichver-Magnetfeld eine Spule vorgesehen ist. Dabei kann fahren durchgeführt werden können,
die zum Induzieren der Wirbelströme im Prüfling 15 Die Erfindung wird nun näher an Hand von Zeichvorgesehene Induktionsspule gleichzeitig als Nach- nungen erläutert.

weisspule verwendet werden, oder es können aber Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung einer die

innerhalb der Induktionsspule eine oder mehrere Erfindung verkörpernden Prüfvorrichtung einschließ-

Nachweisspulen angeordnet sein. Bei diesem bekann- Hch der grundsätzlichen Arbeitselemente und einer

ten, nach dem Wirbelstromverfahren arbeitenden 20 Darstellung der prinzipiellen Arbeitsweise;

Vorrichtungen zur zerstörungsfreien Werkstoffprü- F i g. 2 ist eine Ansicht der Stromwege und des

fung bewirken Veränderungen des Prüflings Ände- Felddetektors, wobei die in F i g. 1 gezeigte prinzi-

rungen des Scheinwiderstandes der Nachweisspule. pielle Arbeitsweise noch weiter dargestellt wird;

Diese Scheinwiderstandsänderungen werden festge- F i g. 3 ist die Ansicht eines durch die Mitte der

• stellt, und aus ihrer Größe und Richtung lassen sich 25 Meßsonde geführten Schnittes;

Rückschlüsse auf die Veränderungen im Prüfling " F i g. 4 ist das Blockschaltbild einer diese Erfin-

ziehen. Das von einer Nachweisspule gelieferte Aus- dung verkörpernden Grundschaltung, die dem dy-

gangssignal hängt von der Frequenz des nachzuwei- namischen Prüfverfahren angepaßt ist;

senden Magnetfeldes und von der flächenmäßigen F i g. 5 ist die graphische Darstellung der aus der

Ausdehnung der Nachweisspule ab. Der Nachweis 30 Arbeitsweise dieser Vorrichtung hervorgehenden Ma-

von flächenmäßig sehr kleinen Magnetfeldanomalien gnetfeldvektoren;

ist daher mit einer Nachweisspule nur sehr schwer F i g. 6 ist das Blockschaltbild einer alternativen,

möglich, da das Ausgangssignal einer Nachweisspule diese Erfindung verkörpernden Grundschaltung, die

bei abnehmender Spulenfläche geringer wird. Dar- speziell dem statischen, ein Gleichstrommagnetfeld

über hinaus treten auf Grund von Gegeninduktions- 35 verwendenden Prüfverfahren angepaßt ist;

und Selbstinduktionserscheinungen Rückwirkungen Fig. 6a ist die graphische Darstellung der Ma-

auf das nachzuweisende Magnetfeld auf, die sich un- gnetfeldvektoren, die sich aus der Arbeitsweise mit

günstig auf die Meßgenauigkeit auswirken. dem Gleichstrommagnetfeld der Vorrichtung nach

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fig. 6 ergeben;

Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung 40 F i g. 7 ist die Darstellung der Wirbelstromwege,

der eingangs genannten Art derart auszugestalten, die sich bei der Arbeitsweise mit der Vorrichtung zur

daß im Vergleich zu den bekannten, nach dem Wir- Prüfung auf Bruchstellen od. ä. Uneinheitlichkeits-

belstromverfahren arbeitenden Vorrichtungen eine stellen ergeben;

verbesserte Meßgenauigkeit und ein verbessertes Auf- F i g. 8 ist die graphische Darstellung der örter

lösevermögen erzielt wird. 45 der Magnetfeldvektoren, die sich aus der Arbeits-

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrich- weise der Vorrichtung beim Prüfen magnetischer

tung der eingangs genannten Art, die dadurch ge- Materialien ergeben;

kennzeichnet ist, daß die Nachweismittel aus minde- F i g. 9 ist die Ansicht eines durch die Mitte einer stens einem magnetfeldempfindlichen Halbleiter be- Null-Typ-Meßsonde geführten Schnittes;
stehen. 50 Fig. 10"ist die graphische Darstellung der Magnet-Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem ma- feldvektoren, die sich aus der Arbeitsweise der die gnetfeldempfindlichen Halbleiter um einen Hallspan- Null-Typ-Sonde verwendenden Vorrichtung ernungsgenerator. geben;

Die Verwendung von magnetfeldempfindlichen Fig. 11 ist die graphische Darstellung einer alter-Halbleitern als Nachweismittel auf dem Gebiet der 55 nativen Sondenkonstruktion, die einen Polarisationszerstörungsfreien Werkstoffprüfung war zwar bislang effekt erzielen soll;

schon bekannt, aber nur in Verbindung mit den Fig. 12 ist die graphische Darstellung einer anderein magnetischen Prüfverfahren, wo vornehmlich ren alternativen Sondenkonstruktion, die einen ferrounter Einwirkung eines statischen Magnetfeldes der magnetischen Kern benutzt;

an Fehlerstellen von Prüflingen verursachte Streufluß 60 Fig. 13 ist das Blockschaltbild einer abgewandelerfaßt wird, jedoch nicht in Verbindung mit dem Wir- ten Schaltung für eine Prüfvorrichtung mit Wirbelbelstromverfahren. Die erfindungsgemäße Kombina- strom-Hallelement, das dazu geeignet ist, eine amplition eines magnetfeldempfindlichen Halbleiters, ins- tudenbezogene Ausgabeinformation zu liefern;
besondere eines Hallgenerators, mit dem Wirbel- F i g. 14 ist das Blockschaltbild einer abgewandel-, stromverfahren ergibt überraschende vorteilhafte 65 ten Schaltung für eine Prüfvorrichtung mit Wirbel-Wirkungen. strom-Hallelement, das dazu geeignet ist, eine fre-

Da das Ausgangssignal eines Hallspannungsgene- quenzbezogene Ausgabeinformation zu liefern,

rators nicht von seiner flächenmäßigen Ausdehnung Die Prüfvorrichtung und das Prüfverfahren dieser

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Erfindung beinhalten ganz allgemein eine elektro- liehen Widerstandselementes sein kann, welches auf magnetische Induktionsspule, um in magnetisch kop- ein mit ihm elektromagnetisch gekoppeltes Magnetpelnder Weise mit einem zu prüfenden Material ein feld anspricht. Das im folgenden als Hallelement beMagnetfeld zu induzieren und in dem zu unter- zeichnete Abfühlgerät 23 ist mit herkömmlichen suchenden Prüfling oder in einem in bestimmter 5 (nicht gezeigten) Steuerstromanschlüssen versehen, Weise zur Spule angeordneten Material eine Magne- die mit einer (nicht gezeigten) geeigneten Energietisierung und einen Wirbelstromfluß hervorzurufen, quelle und Ausgangssignalleitungen verbunden sind, und sie beinhalten ein magnetfeldempfindliches Halb- Die Ausgangssignalleitungen sind mit einer Detekleitergerät, das auf das von der Permeabilität des torvorrichtung 24 verbunden, die ein Gauß-Meter magnetischen Materials oder dem Wirbelstrom oder io sein kann. Somit wird ein mit dem Hallelement 23 beiden gemeinsam herrührende Rückkopplungs- gekoppeltes Magnetfeld ein Ausgangssignal erzeugen, magnetfeld anspricht. Die Arbeitsweise besteht in das mit dem Feld in Beziehung steht und das durch erster Linie darin, ein magnetisierendes Feld be- die Detektorvorrichtung 24 in eine geeignete Ausstimmter Stärke, Frequenz und Gestalt zu erzeugen gabeinformation umgeformt wird. Das magnetische und dann die Wirkung des zu untersuchenden Prüf- 15 Rückwirkungsfeld H_r hängt mit den Eigenschaften lings auf das resultierende Rückkopplungsmagnet- des zu untersuchenden Prüflings 20 zusammen, wofeld auf Grund eines Ausgangssignals aus dem ma- bei der Detektor 24 eine Anzeige dieser Eigenschafgnetfeldempfindlichen Halbleitergerät zu bestimmen. ten liefert.

In der vorliegenden Erfindung besteht das magnet- Die Spule 21 und ein Hallelement 23 werden vorfeldempfindliche Halbleitergerät aus einem oder 20 teilhafterweise in einer einzigen Sondenvorrichtung mehreren Hallelementen oder magnetfeldempfind- 25, so wie es am besten in F i g. 3 dargestellt ist, geliehen Widerstandselementen, die verwertbare Aus- meinsam untergebracht. Diese Sondenvorrichtung· gangssignale liefern, welche in einen Ausgangssignal- umfaßt ein längliches, stabiles, rohrförmiges Gehäuse schaltkreis gegeben werden. Die Auswahl der spe- 26 aus nichtmagnetischem und elektrisch isolierendem ziellen Elemente ist eine Frage des Aufbaues mit 25 Material, das eine elektromagnetische Induktionsdem Ziel der optimalen Arbeitsweise der Vorrich- spule 27 und ein Hallelement 28 trägt. Das Gehäuse tung bei einer bestimmten Stärke des magnetisieren- 26 besitzt zylindrische Form mit einer an einem den Feldes. Eine geeignete Eichung der Vorrichtung Ende ausgearbeiteten passenden Spulenform 29, in liefert notwendige quantitative Daten für eine be- die eine bestimmte Anzahl Windungen eines geeigstimmte Prüfung. 30 neten elektrischen Leiters in Form einer kreisförmi-Die grundsätzliche Arbeitsweise der Prüfvorrich- gen, in einer parallelen Ebene zur Endfläche, des Getung dieser Erfindung ist in bezug auf einen zu un- häuses liegenden Spule 27 gelegt werden. Indem man tersuchenden Prüfling 20 in den F i g. 1 und 2 darge- die Spule 27 so nahe am Ende des Gehäuses 26 anstellt. In diesem Beispiel besteht der zu untersuchende bringt, als dies mechanisch möglich ist, erreicht man Prüfling 20 aus einer flachen, aus elektrisch leitendem 35 eine optimale Kopplung der Magnetisierspule mit Material gefertigten Platte, die magnetisch sein kann dem zu untersuchenden Prüfling. Die spezielle Win- oder nicht und die eine oder mehrere spezielle zu be- dungszahl der Magnetisierspule hängt von der betrachtende Eigenschaften oder Parameter und Zu- sonderen Anwendung ab und hat die erforderliche stände besitzt. Eine, wie gezeigt, aus einer oder meh- Größe zur Erreichung der gewünschten Amperewinreren, in bekannter Weise in planparalleler, kreisför- 4° dungszahl über den Prüffrequenzbereich hinweg, um miger Form angeordneten Windungen eines elektri- entsprechende Magnetfeldstärken zu erzeugen,
sehen Leiters bestehende elektromagnetische Induk- Das Hallelement liegt axial auf der Mittellinie der tionsspule 21 ist in geringem*Abstand zu dem unter- Spule 27. In der abgebildeten Ausführungsform besuchenden Prüfling angeordnet, wobei die Spule in steht das Hallelement aus einer flachen Platte, die einer zur Oberfläche des zu untersuchenden Prüflings 45 vom Gehäuse 26 in axialer Ausrichtung mit der praktisch parallelen Ebene liegt. Mit der Spule .21 ist Achse der Spule 27 festgehalten wird und sich so eine elektrische Energiequelle 22 verbunden, die ge- nahe, als dies durchführbar ist, an der Endfläche des eignet ist, einen brauchbaren Magnetisierstrom I'_m Sondengehäuses befindet. Dadurch gelangt das Hallfür die spezielle Anwendung zu liefern. Für die dar- element 28-in geringem Abstand zur Oberfläche des gestellten Zwecke wird eine Wechselstromenergie- 50 zu untersuchenden Prüflings. Es ist jedoch wünquelle gezeigt und beschrieben, obgleich darauf hin- sehenswert, daß das Hallelement so gehalten oder anzuweisen ist, was sich auch deutlich ergibt, daß der gebracht wird, daß durch eine Berührung der Sonde Magnetisierstrom auch ein anderer als der herkömm- mit dem zu untersuchenden Prüfling keine mechaliche symmetrische, sinusförmige Wechselstrom sein nische Kraft auf diese ausgeübt wird. Eine solche kann, etwa ein Gleichstrom, ein asymmetrischer 55 auf das Hallelement wirkende mechanische Kraft Wechselstrom, eine Impuls-, Rechteck- oder andere würde einen Druckeffekt hervorrufen und eine falsche Wellenform. Die durch den magnetisierenden Wech- Messung bewirken. Falls es notwendig ist, kann eine selstrom erregte Spule 21 erzeugt das als H₀ in der geeignete Abdeckung oder eine (nicht gezeigte) Abbildung angedeutete Magnetfeld, das im zu unter- Schutzplatte mit der Endfläche des Gehäuses 26 versuchenden Prüfling fließende Wirbelströme I_ec her- 60 bunden werden, um Abnutzung oder Druckausübung vorruft. Dieser Wirbelstrom I_ec ist in F i g. 1 symbo- durch Berührung mit dem zu untersuchenden Prüflisch dargestellt und fließt im allgemeinen mit ent- ling zu vermeiden.

gegengesetzter Umlaufrichtung als der Magnetisier- Die Sondenvorrichtung 25 wird durch die das

strom /,„ in der Spule 21, wobei er ein als H_r ange- Hallelement 20 und die Magnetisierspule 27 verbin-

deutetes magnetisches Rückwirkungsfeld erzeugt. 65 denden elektrischen Leitungen vervollständigt. Diese

Innerhalb der Spule 21 ist ein magnetfeldempfind- Stromzuführungen umfassen im allgemeinen ein Paar

liches Halbleitergerät 23, das entweder von der Art mit der Spule 27 verbundene Leitungen zum Zufüh-

eines Hallelements oder eines magnetfeldempfind- ren des Magnetisierstromes für das Hallelement 28

und zwei Leitungen für die Hallelement-Ausgangs- die die magnetischen Feldstärkevektoren in der komsignalspannung. Diese Leitungen sind alle Vorzugs- plexen Η-Ebene wiedergibt, wobei die resultierende weise in einem einzigen, flexiblen Kabel 26 α zur Ver- magnetische Feldstärke als H_n angedeutet ist. Die bindung mit den Prüfinstrumenten der Vorrichtung Vektorbeziehungen als Funktion der Frequenz gehen zusammengefaßt, um ein internes und externes Über- 5 sehr gut aus diesem Diagramm hervor, das auch die koppeln magnetischer und elektrischer Felder auf ein relativen Vorteile der vorliegenden Vorrichtung über Mindestmaß herabzusetzen. Eine Anschlußplatte 26 b die dem Stand der Technik entsprechenden Unterkann im Gehäuse zur Befestigung der Zuleitungs- suchungs- oder Abtastspuleninstrumente aufzeigt. Die drähte angebracht werden. resultierende magnetische Feldstärke H_n erreicht ein Bei der Verwendung der Meßsonde 25 können die io Maximum, wenn die Frequenz im Minimum ist. Die einzelnen Leitungen bezüglich der Wechselstrom- Empfindlichkeit gegenüber Änderungen von H_n ist energiequelle und der Detektorvorrichtung, wie in jedoch bei tiefen Frequenzen äußerst gering, weil F i g. 1 angedeutet, geschaltet werden. Das Block- die Größe von H_n nahezu konstant bleibt und daher schaltbild dieser Grundschaltung ist in F i g. 4 dar- die Zweckmäßigkeit des Prüfens bei niedrigen Fregestellt, wobei die Sonde 25 mit einem Oszillator 30 15 quenzen hinfällig macht, falls man eine dem Stand variabler Frequenz zum Betrieb der Magnetisierspule der Technik entsprechende Vorrichtung mit Abverbunden ist, eine Gleichstromenergieversorgung 31 tastspule benutzt. Diese Einschränkung im Niederden Steuerstrom I_c für das Hallelement liefert und frequenzarbeitsbereich ist an Hand eines Diagramms eine Detektorschaltung 32 eine Anzeige des Hall- in F i g. 5 durch die Vektoren H_n' und H_n" dargeelement-Ausgangssignals bewerkstelligt. Die Sonde 20 stellt. Es ist einzusehen, daß eine gleiche Änderung 25 wird zu Anfang durch ein geeignetes Verfahren pro Einheit der.magnetischen Rückkopplung im Niegeeicht, um die gewünschte Ausgabeinformation mit derfrequenzbereich eine wesentlich kleinere Ände- · einer bestimmten Art eines in einer besonderen rung in der Größe von H_n bewirkt als bei höheren Prüfanwendung verwendeten Detektors zu erhalten. Frequenzen und daß dabei ein Unterschied zwischen Im Zusammenhang mit dem zu bestimmenden spezi- 25 zwei Prüfungen nur schwer feststellbar sein wird. In fischen Parameter oder kennzeichnenden Zustand einem mittleren Arbeitsbereich jedoch bewirkt eine des zu untersuchenden Prüflings verwendet man zur gleiche Änderung pro Einheit entweder des RückErzeugung eines Magnetisierungsstromes /_m bestimm- Wirkungsfeldes H_r oder der Frequenz eine verhältter Größe und Frequenz zum Betrieb der Magneti- nismäßig größere Änderung im resultierenden Masierspule 27 einen Oszillator 30 variabler Frequenz. 30 gnetfeld H_n. Im Bereich höherer Frequenzen ergeben Dieser Magnetisierstrom /_m erzeugt ein magnetisie- sich für gleiche Änderungen in der Frequenz oder rendes Feld H₀, das eine räumliche, axial zur Sonde im Rückwirkungsfeld ziemlich große Änderungen 25 gerichtete und auf das Hallelement 28, das eine pro Einheit.

Hallausgangsspannung liefert, wirkende Komponente Es soll anschließend an Hand weiterer Einzelheibesitzt. Wird die Sonde 25 nicht mit dem zu unter- 35 ten aufgezeigt werden, daß es mit der Vorrichtung suchenden Prüfling oder einem anderen Körper, der der vorliegenden Erfindung auch möglich ist, das auf das Magnetfeld wirken könnte, zusammenge- magnetische Rückwirkungsfeld H_r direkt zu messen, bracht, was der Fall ist, wenn die Sonde vom zu un- was eine deutliche Verbesserung gegenüber der dem tersuchenden Prüfling entfernt ist, so wird das so Stand der Technik entsprechenden Vorrichtung ist. erzeugte Magnetfeld H₀ eine bestimmte, vom Detek- 40 Die Verwendung eines magnetfeldempfindlichen tor 32 festgestellte Hallspannung hervorrufen. Bringt Halbleiterelements erlaubt es vorteilhafterweise, das man anschließend die Meßsonde 25 in geringem Ab- magnetische Rückwirkungsfeld H₁. auch im Niederstand zum zu untersuchenden Prüfling, so wird im frequenzbereich zu messen, weil ein solches Element Prüfling ein rückwirkendes Magnetfeld oder ein auch auf niederfrequente Magnetfelder anspricht. Wirb.elstromfluß mit einer von der Frequenz des ma- 45 Die Möglichkeit des Messens eines magnetischen gnetisierenden Stromes I_n, abhängigen wirksamen Rückwirkungsfeldes H_T in Verbindung mit der Emp-Eindringtiefe und mit einer zum Magnetisierstrom findlichkeit bei tiefen Frequenzen erlaubt Messunentgegengesetzten Umlaufrichtung hervorgerufen. Als gen im Niederfrequenzbereich mit einem relativ hohen Folge dieses Wirbelstromes entsteht ein Rückkopp- Grad an Eindeutigkeit und aus denselben Gründen, lungsmagnetfeld H_n das allgemein dem Magnetisier- 50 aus denen "bei Messungen des ff „-Feldes im Bereich feld H_n entgegengerichtet ist und eine in F i g. 5 dar- mittlerer und hoher Frequenzen ein hoher Genauiggestellte Phasenabweichung aufweist. keitsgrad erzielt wird. Daher ist, wie aus Fig. 5 her-

Dieses magnetische Rückkopplungsfeld H_r wirkt vorgeht, die prozentuale Änderung der Stärke des

auch auf das Hallelement 28 und bewirkt über ein //,.-Feldes auch im Niederfrequenzbereich ziemlich

homogenes, elektrisch leitendes unmagnetisches Ma- 55 groß.

terial eine Verringerung der Hallausgangsspannung. Bei den dem Stand der Technik entsprechenden , Die Verringerung der Hallausgangsspannung als Geräten des Abtastspulentyps wurde festgestellt, daß Folge des Rückwirkungsfeldes H_r steht in Zusam- sie in einem begrenzten Arbeitsbereich eine optimale menhang mit den Parametern oder Kennzeichen des Empfindlichkeit besitzen. Dies ist die Folge der obenzu prüfenden Materials und kann dementsprechend 60 erwähnten Faktoren. Der Bereich ist im Diagramm zur Erzeugung einer qualitativen Anzeige der Para- der Fig. 5 zur Veranschaulichung dargestellt und meter oder Kennzeichen eines bestimmten zu unter- mit A gekennzeichnet. Im Gegensatz zu diesem ziemsuchenden Prüflings benutzt werden. lieh begrenzten Bereich hat die neuartige Prüfvor-

Dic vektoricllc Summe des magnetisierenden FeI- richtung mittels magnetischer Rückwirkung über

des H_n und des magnetischen Rückkopplungsfcl- 65 einen wesentlich größeren praktischen Arbeitsbereich

des H_r wird durch den Detektor 32 in dieser Grund- hinweg eine verbesserte Empfindlichkeit, was sich

Schaltungsvorrichtung festgestellt. Diese Vektor- mit einer wirtschaftlich ausführbaren Ausrüstung er-

bcziehungcn sind aus der Fig. 5 leicht zu verstehen, reichen läßt und die Folge der über den gesamten

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Frequenzbereich gleichbleibenden Empfindlichkeit tektor notwendigerweise von einer zur Arbeit mit eines Hallelements ist. Der Ausgangssignalpegel des Gleichstromsignalen geeigneten Art sein müßte. Bei Hallelements ist von der Frequenz unabhängig und der ein Gleichstrommagnetfeld verwendenden Arhängt nur von der Stärke des Magnetfeldes ab. Die- beitsweise dieser Schaltung ist im Falle von unser erweiterte Arbeitsbereich ist in F i g. 5 durch den 5 magnetischen Materialien das magnetische RückPfeil B gekennzeichnet, und es wurde festgestellt, kopplungsfeld H_r Null und das resultierende Feld H_n daß sich der Prüfbereich bezüglich niedriger Prüf- gleich dem magnetisierenden Feld H₀, was in Fi g. 6 a frequenzen im wesentlichen bis zur Frequenz Null graphisch dargestellt ist. Bei Verwendung magnetierstreckt. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung die- scher Materialien wird das resultierende Feld durch ser Erfindung gegenüber der dem Stand der Technik io die wirksame Permeabilität des zu prüfenden Mateentsprechenden Vorrichtung ist die ziemlich kleine rials auf den in Fig. 6a gezeigten WertB₀ verstärkt, körperliche Ausdehnung der magnetfeldempfind- Ein spezielles Beispiel für Anwendungen der Priif-

lichen Elemente, die sich bei Verwendung von Halb- vorrichtung dieser Erfindung in der Gestalt der leitern, beispielsweise eines Hallelements, erzielen läßt. Fig. 4 ist im Auffinden von Rissen in einem zu un-

Da es möglich ist, Hallelemente geringer Dicke 15 tersuchenden Prüfling gegeben, wobei sich die Risse herzustellen, wird deren elektromagnetische Kopp- in die Tiefe des Prüflings erstrecken und als Durchlung mit dem Prüfling dadurch begünstigt, und es risse bezeichnet werden. Angenommen, ein Riß C erläßt sich auch eine bessere Oberflächenauflösung zum streckt sich merklich über den Radius der Magneti-Auffinden kleiner, örtlicher Ungleichmäßigkeiten des sierspule mit dem dargestellten Magnetisierspulen-Magnetfeldes erzielen. Mit einem Hallelement er- 2° strom I_m hinaus, so wie es in F i g. 7 abgebildet ist, reicht man im wesentlichen eine hundertprozentige so wird ein zum Prüfling 5 senkrechtes magnetisieelektromagnetische Kopplung mit dem Prüfling. Ein rendes Feld einen Wirbelstrom hervorrufen, der etwa Vorteil bei niedrigen Frequenzen liegt darin, daß die auf dem gleichen Weg wie der Magnetisierstrom J_m Eindringtiefe der Wirbelströme im zu untersuchen- fließt. Dieser Wirbelstromfluß wird in zwei unterden Prüfling wesentlich größer ist. Dies ist notwen- 25 schiedlich kreisende Wirbelstromflüsse I_ec, die durch dig, um eine brauchbare Antwortreaktion bezüglich den Riß getrennt sind und in der Umgebung des Ris-Parametern dicker Prüflinge zu erhalten. Durch die ses mit entgegengesetzter Richtung fließen, aufgeteilt. Vorrichtung dieser Erfindung erhält man daher über Die Wirkung der sich entgegenfließenden Wirbeldie Parameter des zu untersuchenden Prüflings voll- ströme auf jeder Seite des Risses geht dahin, daß ein ständigere Informationen. Beide Vektorgrößen der 3° das Hallelement mit viel kleinerem Radius umkrei-Magnetfelder H_r und H_n können genau bestimmt sender wirksamer Wirbelstrom erzeugt wird, als das werden, und bei Verwendung des in F i g. 5 darge- bei einem normalen Wirbelstromfluß in einem gleistellten Kreisdiagramms können auch die relativen chen, aber rißfreien Prüfling der Fall ist. Die Ver-Phasenbeziehungen festgestellt werden. Die verbes- ringerung des wirksamen Radius der Wirbelströme serte Auflösung und der erweiterte Arbeitsbereich, 35 und ihr geringer Abstand vom Hallelement verstärkt die mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden, die vom Hallelement aufgenommene magnetische ergeben sich aus der Verwendung eines Hallelements Rückwirkung, sobald das Hallelement unmittelbar an und des Meßsondenaufbaues und aus der Fähigkeit oder in die Nähe des Risses gebracht wird. Die der vorliegenden Vorrichtung, sowohl den H_n- als Unterscheidung von Rissen od. ä. Ungleichmäßigauch den //,.-Vektor zu messen, so wie es im folgen- 4° keiten wird durch die aus der unterschiedlichen Flußden noch umfassender beschrieben werden soll. richtung der Wirbelströme am Riß herrührende Um-

Die Arbeitsweise der ein 'magnetisches Rückwir- kehr in der Anzeige begünstigt. Daher wird eine über kungsfeld verwendenden Prüfvorrichtung dieser Er- die Oberfläche des einen Durchriß od. ä. Ungleichfindungwurde in dem bisher Gesagten im Zusam- mäßigkeiten enthaltenden und zu untersuchenden menhang mit einem von der Sondenspule erzeugten 45 Prüflings bewegte Sonde solche Ungleichmäßigkeiten Wechselmagnetfeld beschrieben. Die Vorrichtung durch eine sich umkehrende Anzeige ziemlicher arbeitet jedoch, wie schon eingangs festgestellt, auch' Stärke im Detektor wiedergeben. Der Riß C wurde mit einem magnetisierenden Feld der Frequenz Null, als sich ganz über den zu untersuchenden Prüfling 5 das keine Wirbelströme hervorruft und bei der Be- erstreckend dargestellt, um die Möglichkeit von um Stimmung statischer Eigenschaften des Prüflings, wie 50 den Riß in dem ziemlich schmalen Prüfling fließenetwa der magnetischen Permeabilität, von Vorteil ist. den Wirbelströmen auszuschließen. Wo der Riß eine Die Arbeitsweise der Vorrichtung mit einem eine genügend große Ausdehnung in bezug auf den Durch-Gleichstromsondenspule magnetisierenden Strom ist messer der Magnetisierspule hat, um jeglichen beim Blockschaltbild der Fig. 6 dargestellt. Diese deutsamen Wirbelstromfluß um den Riß auszuschlie-Schaltung umfaßt in ihrer Grundausführung. eine 55 ßen, ist es klar,, daß man auch da, wo sich der Riß Gleichstromenergieversorgung 35 für eine Sonden- nicht ganz über den zu untersuchenden Prüfling erspule27a, ein Hallelement 28 a mit einer Wechsel- streckt, die gleichen günstigen Ergebnisse erzielt,
stromversorgung 36 und einen Detektor 32a. Diese Der Vorteil der Prüfvorrichtung dieser Erfindung

Schaltungsanordnung liefert einen magnetisierenden gegenüber der dem Stand der Technik entsprechen-Gleichstrom /„„ der ein statisches Magnetfeld er- 60 den Vorrichtung bezüglich der stark verbesserten zeugt. Zur Erzeugung des Steuerstromes I_c für das Empfindlichkeit beim Aufsuchen von Rissen ist ohne Hallelement 28a wird eine Wechselstromversorgung weiteres einzusehen. Tn der dem Stand der Technik 36 benutzt, so daß man Wechselstromvcrstärker ver- entsprechenden und eine mit der Magnetisierspule wenden kann und somit die Nachteile von Gleich- identische oder im wesentlichen gleiche Abtastspule Stromverstärkern, wie etwa wandernde Kennlinien, 60 verwendenden Vorrichtung spricht die Abtastspule ausschaltet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auf den gesamten vom Prüfling aus durch die Fläche der Steuerstrom, wenn es gewünscht wird, auch ein der Abtastspule tretenden magnetischen Kraftfluß Gleichstrom sein kann, wobei in diesem Fall der De- an, und es zeigt sich im Bereich des Risses nur eine

Verringerung. Die dem Stand der Technik entsprechende und mit der Abtastspule verbundene Vorrichtung zeigt dementsprechend nur eine Verringerung beim normalen oder normgerechten Abtasten von H_n dann an, wenn die Spule den Riß überstreicht, wobei sich eine viel geringere Änderung ergibt, als dies bei der Vorrichtung dieser Erfindung der Fall ist, die ein ein Hallelement beinhaltendes Abtastgerät verwendet, das eine sehr viel kleinere Abfühlfläche im Vergleich zur Fläche der Magnetisierspule besitzt. Während nun die verbesserte Ansprechempfindlichkeit beim Aufsuchen von Rissen dargestellt und beschrieben wurde, bezogen auf innere Risse, ist es einzusehen, daß ein gleich günstiges Ergebnis sowohl bei der Bestimmung des Rand- oder Endverlaufs eines Prüflings als auch bei der Bestimmung anderer scharfer Ungleichmäßigkeiten erzielbar ist. Somit kann die Vorrichtung auch in Geräten, welche den Verlauf einer Kante feststellen und danach entsprechend gesteuert werden, verwendet werden, wie etwa in Kopiermaschinen.

Ein anderes, die Zweckmäßigkeit der Anwendung der Prüfvorrichtung dieser Erfindung aufzeigendes Beispiel ergibt sich im Zusammenhang mit dem Prüfen magnetischen Materials. In der vorausgegangenen Beschreibung der Arbeitsweise einer grundsätzlichen, diese Erfindung verkörpernden Vorrichtung wurde angenommen — mit Ausnahme der vorhergehenden Seite —, daß der Prüfling einen etwa der Luft oder eins gleichen Permeabilitätsfaktor besitzt. Da das Wirbelstrommagnetfeld dem Feld der Magnetisierspule entgegengerichtet ist, zeigt der in der Grundanordnung benutzte Detektor einen geringeren Wert an, sobald die Sonde auf oder in geringem Abstand zu einem leitenden, unmagnetischen und zu untersuchenden Prüfling gebracht wird, verglichen mit der Anzeige, die man erhält, wenn die Sonde hiervon entfernt ist. Im Falle magnetischer Materialien, ferromagnetischer beispielsweise, die eine Permeabilität größer als Eins haben, wird das Feld'der Magnetisierspule der Sonde eher verstärkt, was sich in einen größeren angezeigten Wert des Detektors äußert, sobald die bei niedrigen Frequenzen arbeitende Sonde auf oder in geringen Abstand zu dem zu untersuchenden Prüfling gebracht wird.

Diese eigenartige Eigenschaft erlaubt es, daß die Vorrichtung eine von den betrachteten Parametern abhängige digitale Anzeige liefert. Der Detektor in der vorhergehend beschriebenen Grundanordnung liefert nur eine Anzeige der Vektorgrößen der Magnetfelder und bezieht den speziellen untersuchten Prüfling auf einen normgerechten, so wie dies mit der Anzeige im Falle der vom Prüfling entfernten Sonde ist. Eine Erhöhung oder Verringerung der Frequenz des magnetisierenden Stromes bewirkt eine entsprechende, durch den Detektor festgestellte Änderung im resultierenden Magnetfeld H_n. Es ist möglich, zwischen den Messungen mit der Sonde sowohl auf als auch entfernt von einem leitenden, magnetischen Prüfling durch geeignete Wahl der Frequenz des Magnetisierstromes der Sondenspule keine Änderung in der Größe der Detektoranzeige zu erhalten. Diese Technik ist in F i g. 8 graphisch dargestellt, wobei der Vektor »A« die Detektormessung mit der vom Prüfling entfernten Sonde darstellt, wo der Permeabilitätsfaktor Eins ist. Das durch -»A«. wiedergegebene Magnetfeld H_n wurde entsprechend durch die diesbezügliche Kurve der Permeabilität Eins dargestellt. Bringt man anschließend die Sonde auf ein Material, dessen Permeabilitätsfaktor größer als Eins ist, so zeigt der Detektor einen relativ größeren Wert an. Es ist jedoch möglich, die Frequenz des Magnetisierstromes so abzugleichen, daß die von den magnetischen und den Leitungseigenschaften herrührenden Wirkungen ausgeglichen werden und man somit eine gleich große Anzeige erhält, gleich, ob die Sonde vom Prüfling entfernt ist oder sich in geringem

ίο Abstand hierzu befindet. Dieser Abgleich ist für einen bestimmten zu untersuchenden Prüfling nur auf einer kennzeichnenden Frequenz möglich und kann dementsprechend auf eine besondere Gruppe von Parametern bezogen werden. Die Abgleichfrequenz kann mit hoher Trennschärfe digital abgelesen werden, wobei dieser Ablesewert speziell für automatische Steuerungssysteme verwertbar ist. Eine Automation wird ferner noch dadurch begünstigt, daß das Differenzsignal gerichtet ist und gut dazu benutzt werden kann, ein passendes korrigierendes Signal zu liefern, um Null oder Abgleichstellung zu erreichen.

Die grundsätzliche Vorrichtung und der Prüfvorgang, die vorstehend beschrieben wurden, sprechen auf den resultierenden Magnetfeldvektor H_n an und arbeiten bei höheren Frequenzen am besten.'Bei einer als Null-Typ bezeichneten in F i g. 9 dargestellten Abwandlung der Meßsonde hebt sich das Signal, das die alleinstehende Sonde liefert, und man kann daher ein Signal messen, das in Beziehung steht zu den

Parametern des Prüflings, wobei im Niederfrequenzbereich ein hoher Genauigkeitsgrad erreicht wird. Der Aufbau der Null-Typ-Sonde ist allgemein der gleiche, wie er vorher schon beschrieben wurde, und umfaßt ein Gehäuse 40, eine elektromagnetische Induktionsspule 41 und ein Hallelement 42. Die Spule 41 befindet sich in der Nähe des Endes des Gehäuses 40 mit dem ebenfalls axial hierzu ausgerichteten und zentral zur Spule angeordneten Hallelement 42. In dieser abgewandelten Form ist eine zusätzliche elektromagnetische Spule 43 von geringerem Umfang als die Spule 41 in der gleichen Ebene und in axialer Ausrichtung mit dem Hallelement 42 angeordnet. Die zweite Spule 43 enthält eine geringere Anzahl Windungen als die erste und ist in der vorliegenden Ausführungsform mit der ersten Spule in Reihe geschaltet. Der Wicklungssinn 43 ist umgekehrt, um ein entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld zu erzeugen. Bei dieser Sondenkonstruktion sind die Windungszahlen so abgestimmt, daß ein gleich großes, dem der ersten Spule 41 durch die Fläche der zweiten Spule 43 erzeugten Magnetfeld entgegengerichtetes Magnetfeld erzeugt wird, wobei jegliche durch ein Magnetfeld hervorgerufene Wirkung auf das Hallelement 42 ausgeschaltet wird, wenn die Sonde vom Prüfling entfernt ist.

Die Auslöschung des Magnetfeldes in bezug auf das Hallelement 42 liefert ein vorteilhaftes Arbeitsverfahren, wobei das magnetische Wirbelstrom-Rückwirkungsfeld, das im Niederfrequenzbereich einen

Go hohen Auflösungsgrad besitzt, leicht gemessen werden kann. Wird eine Null-Typ-Sonde mit der Oberfläche eines zu untersuchenden Prüflings zu Betriebs-

. zwecken in Verbindung gebracht, wobei angenommen wird, daß die Sonde Teil einer der in F i g. 4 gezeigten ähnlichen Grundschaltung ist, so wird in ähnlicher Weise im zu untersuchenden Prüfling ein Wirbelstromfluß hervorgerufen. Dieser Wirbelstrom bewirkt dann ein direkt mit den betrachteten Para-

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meiern oder Zuständen zusammenhängendes magne- abweichung zwischen Prüfling und Sondenfläche zu tisches Rückkopplungsfeld, wobei nur dieses Magnet- bestimmen, da jede Winkeländerung des magnetifeld wirksam mit dem Hallelement 42 elektromagne- sehen Rückwirkungsfeldes auch eine Verringerung tisch gekoppelt ist. F i g. 10 ist ein der F i g. 5 ahn- der Hallelement-Ausgangsspannung bewirkt,
liches Vektordiagramm der Magnetfeder, die den 5 Im vorhergehenden wurde die magnetisierende Vorteil in den Beziehungen dieser Magnetfelder deut- Spule der Sonde in kreisförmiger Ausführung und in lieh aufzeigt. Die Vorrichtung kann nun im Bereich einer flachen Ebene geformt dargestellt und beschrieerheblich niedrigerer Frequenzen arbeiten, als dies ben, wobei das Hallelement zentral und axial ausmit einer in F i g. 3 dargestellten und aufgebauten gerichtet in der Spulenebene angeordnet ist. Dieser Sonde praktisch durchführbar ist. Als Beispiel sind io spezielle Sondenaufbau läßt sich für besondere Anzwei mit A und B gekennzeichnete magnetische Wendungen, die auf Grund der physikalischen Struk-Rückwirkungsfelder abgebildet, die sich auf einen tür des zu untersuchenden Prüflings oder durch normgerechten Prüfling und einen zu untersuchen- eigenartige elektrische und magnetische Kennzeichen den Prüfling mit einer entsprechenden Parameter- bedingt sind, .leicht umändern. Als Beispiel für eine abweichung beziehen. An Hand dieses Diagramms ist 15 anzutreffende Einschränkung infolge der körperlichen es leicht einzusehen, daß der Unterschied zwischen Struktur sei angeführt, daß die Oberfläche des zu den zwei Rückwirkungsfeldern und die Feldstärken untersuchenden Prüflings gekrümmt sein kann, wie klein sein können, wobei sich aber trotzdem ziem- dies beim Prüfen langgestreckter röhrenförmiger Erlich große prozentuale Änderungen ergeben. Zeugnisse der Fall ist. In einem solchen Anwendungs-Der »Abhebe«-Effekt kann dazu benutzt werden, 20 fall kann die Endfläche der Sonde ähnlich gekrümmt die Eigenschaften des zu untersuchenden Prüflings sein, wobei die magnetisierende Spule zum Zweck zu bestimmen. Das »Abheben« besteht in der Ent- der günstigsten Kopplung ebenfalls diese Gestalt anfernung der Sonde von der Oberfläche eines elektri- nimmt. Das Sondengehäuse kann auch als flache sehen leitenden Körpers und bewirkt durch die zu- Platte ausgeführt werden, deren minimale Dicke nehmende Entfernung eine Abnahme der auf das 25 durch den notwendigen Aufbau der Sondenspule be-Hallelement wirkenden Magnetfeldrückwirkung. An- grenzt ist. Eine solche flache, plattenförmige Sonde genommen, der elektrisch leitende Körper hat be- kann zur Untersuchung solcher Prüflinge vorteilhaft kannte, normgerechte Eigenschaften, so kann der angewendet werden, die ähnlich wie Kesselrohre, »Abhebe«-Effekt vorteilhafterweise dazu benutzt Wärmetauscher oder Brennelementbelegungen in werden, geometrische Eigenschaften der Oberfläche 30 Atomreaktoren beschränkt zugänglich sind,
oder der Oberflächenschicht festzustellen. So kann Ein weiteres Beispiel einer Sondenausführung ist beispielsweise die Dicke eines nichtleitenden, un- in F i g. 11 abgebildet. In dieser Ausführungsform ist magnetischen Belags auf einem elektrisch leitenden die Spule 45 rechteckförmig, besitzt eine relativ kleine und/oder magnetischen Körper, etwa einem Metall- Breite im Vergleich zur Länge und ist auf einem gestreifen, leicht durch diese Vorrichtung festgestellt 35 eignet geformten Sondengehäuse 46 angebracht. Das werden, da Dickeunterschiede des Belags dazu be- Hallelement 47 ist zentral und in axialer Ausrichtung nutzt werden können, den relativen Abstand der zur Spule 45 angeordnet. Eine so aufgebaute Sonde Sonde von der Oberfläche des Metallstreifens zu ver- wird im allgemeinen in dem zu untersuchenden Prüfändern und dabei eine Veränderung des Ausgangs- üng rechteckförmige, effektiv polarisierte Wirbelsignals der Vorrichtung zu bewirken. Die Dicke von 40 stromflußwege hervorrufen. Ein zu untersuchender Materialien oder Belägen, die weder leitend noch Prüfling, dessen Widerstand gegen in ihm fließende magnetisch sind, kann mit dieser Technik leicht be- Wirbelströme sich in einer Richtung von dem in der stimmt werden, da eine Entfernungsänderung der anderen Richtung unterscheidet, sowie in einem aus Sonde von der Oberfläche des Metallstreifens eine Metallstreifen bestehenden Lamellengefüge, dessen merkbare Änderung des Ausgangssignals bewirkt, 45 Streifendicke wesentlich geringer ist als die Längswenn die Entfernungsänderung relativ klein ist. Bei ausdehnung der Sondenspule, wird daher durch die Dickemessungen von nichtleitenden und unmajgneti- eine solche Sonde benutzende Vorrichtung dieser Ersehen Materialien kann das Material durch ein Ger- findung eine leicht feststellbare Streifenausrichtung genstück hinterlegt werden, das ein die notwendige aufweisen. Eine Drehung der Sonde um ihre Achse magnetische Rückwirkung liefernder, elektrisch lei- 50 liefert eine "auf den maximalen und minimalen Widertender Körper sein kann. Als Anwendungsbeispiel stand der Wirbelströme bezogene Anzeige. Der Effekt, für diese Technik kann ein langes oder endloses Band das Wirbelstromfeld zu formen, um eine Polarisation eines zu prüfenden Materials über eine hinterlegte zu erzielen, kann hinsichtlich der in Fig. 9 darge-Walze oder Platte gezogen werden, die die erforder- stellten Sondenkonstruktion verwendet werden. Die liehen, elektrisch leitenden und/oder magnetischen 55 Kompensationsspule 43 dieser Sonde kann mit einem Kennzeichen aufweist. Die Anbringung der Sonde in größeren Durchmesser als abgebildet ausgeführt wer-Berührung mit der Oberfläche des Materials liefert den, um so die Wirbelströme auf den unmittelbar eine spezielle Anzeige für eine bestimmte Dicke. unter der Magnetisierspule liegenden Bereich zu be-Jede Dickeänderung des Materials ändert entspre- schränken.

chend die Entfernung der Sonde von der hinterleg- 60 Eine andere abgewandelte Sondenausführung ist ten Rolle oder Platte und bewirkt dabei eine An- in Fig. 12 dargestellt. Diese Sonde umfaßt einen Zeigeänderung der Vorrichtung. Dickeänderungen topfförmigen ferromagiietischen Kern 50 mit einem des Streifenmaterials erzeugen eine entsprechende in der Mitte des Kernes sitzenden Ansatz 51. Eine Anzeige durch die Vorrichtung, die, wenn es ge- ringförmige Magnetisierspule 52 ist innerhalb des wünscht wird, in automatisch gesteuerten, mit der 65 ringförmigen Kernhohlraumes angeordnet, wobei der Produktion des Streifenmaterials verbundenen Sy- magnetische Widerstand des magnetischen Kreises stemen benutzt werden kann. Ein »Schrägstell«-Effekt entsprechend abnimmt, wenn der magnetische Kraftkann auch dazu benutzt werden, die relative Winkel- fluß durch den Kern geht. Das Hallelement 53 sitzt

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auf der Endfläche des Kernansatzes 51, wo es dem hieraus fließt.dann zu einem Wechselstromverstärker gebündelten. Kraftfluß ausgesetzt ist. Von den Vor- und dann in eine Detektorschaltung. Die Detektorteilen der einen ferromagnetischen Kern verwenden- schaltung in der abgebildeten Ausführungsform wird den Sondenausführung ist die mittels eines bestimm- dazu benutzt, einen Meßinstrumentenschaltkreis und ten Spulenmagnetisierstromes erreichbare Erhöhung 5 ein damit zusammenhängendes optisch anzeigendes der Ausgangssignalpegel hervorzuheben. Ein anderer Meßinstrument zu steuern. Ein Oszillator mit verVorteil ist die durch den Kern für das Hallelement änderbarer Frequenz ist mit dem Eingang des die erzielte magnetische Abschirmung. Da der magne- Spule betreibenden Verstärkers verbunden, um den tische Kraftfluß in den Polschuhen konzentriert ist, gewünschten Magnetisierstrom für die spezielle Unist es auch möglich, den vorher beschriebenen Polari- io tersuchung zu liefern. Vorzugsweise ist der Oszillator sationseffekt durch eine geeignete Ausführung des von der Art, die ein Signal der Frequenz Null zu lie-Kernes zu erhalten. fern imstande ist, um eine Permeabilitätsunter-

Obwohl nur symmetrische Sondenausführungen suchung bequem bewerkstelligen zu können. Ähnlich gezeigt wurden, ist darauf hinzuweisen, daß die Son- ist auch die Hallelement-Steuerstromversorgnng vorden, so wie es für spezielle Anwendungen erforder- 15 zugsweise so, daß sie einen Steuerwechselstrom I_c lieh ist, ausgebildet werden können. Es wurde vorher liefern kann, wobei das Ausgangssjgnal wechselgesagt, daß das Hallelement axial und zentral zur stromartig bleibt.

Magnetisierspule liegt. Es ist leicht einzusehen, daß Mit der Detektorschaltung ist ein Aüsgangsverstärdas Hallelement hierzu verschoben sein kann, voraus- ker verbunden, der bei dieser amplitudenbezogenen gesetzt, die Wirkung einer solchen Verschiebung wird 20 Arbeitsweise ein auf das resultierende magnetische bei der Arbeit mit dieser Sonde beachtet. So kann Rückwirkungsfeld H_n bezogenes Ausgangssignal anabeispielsweise das Hallelement in der Nachbarschaft loger Amplitude liefert. Das resultierende magnetische der Magnetisierspule angeordnet oder mit deren Rückwirkungsfeld H_n ist die Vektorsumme aus der magnetischer Achse nicht ausgerichtet sein, wobei von der Sonde allein erzeugten magnetischen FeIddie magnetische Achse der Spule so weit von der dar- 25 siärke H₀ und dem Wirbelstromrückwirkungsfeld H_r. gestellten Hallelementrichtung abweichen kann, daß Dieses Ausgangssignal mit analoger Amplitude kann sie sich im rechten Winkel oder senkrecht hierzu be- leicht dazu benutzt werden, ein Steuerungssystem für findet. Zwei oder mehr Hallelemente können in plan- automatisierte Fertigungsvorgänge zu lenken, um die paralleler, paralleler oder senkrechter Ausrichtung zur Aufrechterhaltung der Produktqualität notwendizueinander in der Sondenanordnung eingeschlossen 30 gen Änderungen zu bewirken. Diese Schaltung liesein, um eine Differeritialsonde zum Auffinden ort- fert ein zusätzliches Ausgangssignal oder eine zulicher Änderungen einer Eigenschaft zu liefern. Es sätzliche Anzeige, die in einer von dem Oszillator mit ist leicht einzusehen, daß viele andere Spulenkon- veränderbarer Frequenz gesteuerten Frequenzanzeige struktionen zur Abwandlung der Wirbelstromwege besteht. Diese Frequenzanzeige kann bequem mit der und viele andere Anbringstellen und Ausrichtungen 35 im Zusammenhang mit Fig. 8 beschriebenen Komder Hallelement-Detektoren zum Auffinden beson- pensationsprüfungsvorrichtung benutzt werden,
derer gerichteter Komponenten des Magnetfeldes In der Schaltung nach Fig. 13 ist ein durch den durchführbar sind. Als weiteres Beispiel sei ange- Schalter S wahlweise zuschaltbares Netzwerk dargeführt, daß das Hallelement auf der der Magnetisier- stellt, das eine Eingangsbezugsspannung liefert. Diespule entgegengesetzten Seite des zu untersuchenden 40 ses Netzwerk kann zwischen den die Spule betreiben-Prüflings angebracht werden kann. den Verstärker und das summierende Netzwerk ge-

Das Blockschaltbild der Fig. 13 stellt eine voll- schaltet werden und arbeitet in der Weise, daß es die

ständigere Schaltung für die diese Erfindung verkör- vorteilhafteste direkte Bestimmung'des magnetischen

pernde Prüfvorrichtung dar. Diese Schaltung schließt Rückwirkungsfeldes H_r erlaubt. Bei geöffnetem Schal-

die Xjrundvorrichtung nach der elementaren Schal- 45 ter 5 liefert das Hallelement ein auf das resultierende

tung der Fig. 4 ein, wobei die Untereinheiten der Magnetfeld H_n bezogenes Ausgangssignal. Das Schlie-

verschiedenen Komponenten angedeutet sind. Der ßen des Schalters S leitet ein Signal zum summieren-

Oszillator mit variabler Frequenz ist über einen den Netzwerk, das auf den Magnetisierstrom /„, oder

Steuerverstärker, der die Aufgabe hat, einen von der das magnetisierende Feld H₀ bezogen ist. Dieses Si-

gewählten Prüffrequenz oder den Aufladewirkungen 5° gnal oder diese Bezugsspannung ist mit dem Signal,

der Wirbelströme unabhängigen, konstanten, magne- das von dem allein durch die Spule erzeugten Ma-

tisierenden Sondenspulenwechselstrom I_n, zu liefern, gnetfeld H₀ herrührt, in Phase, obgleich es die ent-

mit der Magnetisierspule der Sonde verbunden. Hohe gegengesetzte Polarität aufweist, und es hat infolge

Genauigkeit und eine ausgezeichnete Reproduzier- eines geeigneten Schaltungsaufbaus die gleiche Größe,

barkeit der Messungen erhält man dann, wenn Norm- 55 Das Bezugsspannungssignal löscht folglich die Ma-

prüfbedingungen, wie etwa ein Normmagnetfeld, ein- gnetfeldkomponente H₀ des Hallausgangssignals H_n

. gehalten werden, wobei man reproduzierbare Infor- effektiv aus und liefert eine direkte Anzeige des ma-

mationen erhält. Die Energiequelle, ein mit der Son- gnetischen Rückwirkungsfeldes H_r. Der wesentliche

denmagnetisierspule verbundener Spulen-Steuer- Vorteil einer direkten Bestimmung des magnetischen

Verstärker, muß imstande sein, unabhängig von ir- 60 Rückwirkungsfeldes H_r besteht darin, daß, zusammen

gendwelchen Aufladewirkungen der Wirbelströme mit H_n, der genaue Arbeitspunkt in der komplexen

oder durch ferromagnetische Rückwirkung, einen Η-Ebene (vergleiche Fi g. 5) festgestellt werden

magnctisicrenden Wechselstrom /,„ konstanter Größe kann, wobei es möglich ist, am Prüfling eine Phasen-

aufrechtzuerhaltcn. In ähnlicher Weise muß die analyse durchzuführen, wobei bestimmte Parameter

Gleichstromversorgung einen praktisch konstanten 65 festgestellt werden können. Ein weiterer Vorteil ist

Hallelemcntsteuerstrom /, liefern können. Zunächst der, daß sich Messungen bei niedrigen Frequenzen

wird das Hallspaiinungsausgangssignal in ein sum- ohne Einbußen an Empfindlichkeit und Genauigkeit

miercndes Netzwerk gegeben, das resultierende Signal durchführen lassen. Diese Magnetfeld-Aiislöschtech-

nik hat gegenüber der Nullsonde einige weitere Vorteile, die die Arbeitsweise begünstigen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das magnetisierende Feld an der Sonde oder am zu untersuchenden Prüfling nicht geschwächt wird, so wie es mit einer Kompensationsspule der Fall ist. Die Magnetisierspule kann wie gewünscht aufgebaut werden, und da keine Kompensationsspule erforderlich ist, ist eine weitere Verkleinerung der Sonde möglich. Die Kompensation kann auch leicht allen speziellen Arbeitsbedingungen durch ziemlich einfache Schaltüngseinstellungen angepaßt werden.

Eine der Fig. 13 ähnliche Schaltung für eine frequenzbezogene Arbeitsweise ist in Fig. 14 abgebildet. Diese Schaltung unterscheidet sich bezüglich der Ausgangssignale der Detektorschaltung, die jetzt dazu verwendet werden, die Betriebsfrequenz des Oszillators mit veränderbarer Frequenz automatisch zu steuern. Ein Eingangsbezugsspannungsnetzwerk läßt sich wahlweise mit der Schaltung verbinden, um, wie im Zusammenhang mit der Schaltung nach Fig. 13 beschrieben, entweder die resultierende Magnetisierung H_n oder die magnetische Rückwirkung H_r zu bestimmen. Das Signal aus der Detektorschaltung wird in einen Spannungsvergleicher gegeben, der auch von einer regelbaren Ausgangsbezugsspannungsschaltung ein Bezugsspannungssignal erhält. Das Bezugsspannungsausgangssignal aus dieser letztgenannten Schaltung ist so abgeglichen, daß es das Signal aus der Detektorschaltung auslöscht, vorausgesetzt, die Sonde befindet sich im betriebsfähigen Abstand zu einem normgerechten und zu untersuchenden Prüfling, wobei der Vergleicher ein bestimmtes Signal für eine bestimmte Frequenz liefert, um einen Arbeitspunkt zu liefern. Sollte das Signal aus der Detektorschaltung von diesem normgerechten Zustand abweichen, liefert die Vergleicherschaltung ein geeignetes Signal, um ein spannungsbetätigtes Frequenzsteuergerät zu steuern. Das spannungsbetätigte Frequenzsteuergerät spricht auf das Signal an und gleicht die Betriebsfrequenz des Oszillators entsprechend ab. Der Oszillator wird automatisch so lange abgestimmt, bis das AusgaHgssignal aus der Detektorschaltung wieder zum Ausgangsbezugsspannungssignal. symmetrisch ist und das Ausgangssignal aus dem Vergleicher die erforderliche Größe hat, um diesen Ausgleichszustand aufrechtzuerhalten. Mit der spannungsbetätigten Frequenzsteuerung ist eine Ausgangskoppelschaltung verbunden, die ein Ausgangssignal analoger Frequenz abgibt, das, wie zuvor angedeutet, in einem automatischen Steuerungssystem Verwendung finden kann.

Diese Prüfvorrichtung und ihre Arbeitsweise, so wie sie diese Erfindung vorsieht, bringt gegenüber der dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtung mit Abtastspule eine erheblich größere Genauigkeit und umfassendere Möglichkeiten in der Technik der zerstörungsfreien Materialprüfung. Das ein magnetfeldempfindliches Halbleitergerät benutzende und die magnetische Rückwirkung ausnutzende Meßsondengerät erlaubt sowohl Messungen bei niedrigen Frequenzen und mit verbesserter Ansprechempfindlichkeit auf die Eigenschaften des zu untersuchenden Materials als auch statische und dynamische Prüfung. Die Empfindlichkeit des Halbleitergerätes ist von der Betriebsfrequenz unabhängig und spricht augenblicklich auf die magnetischen Feldstärken an. Die Vorrichtung ermöglicht zum Zweck der Bestimmung der Phasenverhältnisse der H_n- und //,.-Felder eine getrennte Messung des resultierenden Magnetfeldes H_n und des magnetischen Rückwirkungsfeldes H_T im Zusammenhang mit dem magnetisierenden Feld H₀. wobei hieraus die genaue Bestimmung des Arbeitspunktes in der komplexen //-Ebene möglich ist. Die Vorrichtung liefert auch eine genaue Frequenzbestimmung in jedem Arbeitspunkt. Die Parameter H_n, H_n, H₁. und / (Frequenz) beschreiben den Betriebszustand des zu erprobenden Materials vollkommen und können unter Verwendung grundsätzlicher theoretischer und empirischer Beziehungen leicht mit bestimmten Eigenschaften korreliert werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, bestehend aus einer Induktionseinrichtung zum Erzeugen eines pulsförmig oder periodisch sich zeitlich ändernden Magnetfeldes, das im Prüfling Wirbelströme induziert, die ein mit den Eigenschaften oder Fehlern des Prüflings in Beziehung stehendes Magnetfeld hervorrufen, und aus magnetfeldempfindlichen Nachweismitteln für das durch die Wirbelströme hervorgerufene Magnetfeld, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweismittel aus mindestens einem magnetfeldempfindlichen Halbleiter (23; 28; 28a; 42; 47; 53) bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldempfindliche Halbleiter ein Hallspannungsgenerator (23; 28; 28a; 42; 47; 53) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch die Wirbelströme hervorgerufenen Magnetfeld zwei Halbleiter im Abstand voneinander angeordnet sind, deren Ausgangssignale zur Erzeugung eines Differenzsignals gegeneinander geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionseinrichtung zwei miteinander in Verbindung stehende Stromleitungspfade (41, 43) aufweist, in denen gegenläufige Magnetisierungsströme fließen und die relativ zueinander derart angeordnet sind, daß ihr Magnetisierungsfeld auf einen vorgegebenen Bereich des Prüflings begrenzt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromleitungspfade von den Leiterschleifen von Spulen (41, 43) gebildet sind, die konzentrisch zueinander derart angeordnet sind, daß sich im Innenraum der inneren Spule (43) die Magnetisierungsmagnetfelder gegenseitig aufheben, und der magnetfeldempfindliche Halbleiter (42) im magnetisierungsfeldfreien Innenraum der inneren Spule angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch I zur Messung der Dicke eines nichtleitenden und nichtmagnetischen Prüflings, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von der Induktionseinrichtung ein elektrisch leitender Körper vorgesehen ist, auf den der Prüfling auflegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Halbleiters an den Eingang einer Summiereinrichtung angelegt ist, der als weiteres Eingangssignal ein Spunnmigssignal zugeführt wird, das proportional

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zu dem von einer Erregerstromquelle an die Tnduktionseinrichtung gelieferten Erregerstrom ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der SuTnmiereinrichtung an den Eingang einer Vergleichs-

schaltung gelegt ist, an der auch noch ein einstellbares Bezugssignal anliegt und das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung als Fehlersignal einer Einrichtung zur Einstellung der Frequenz des Erregerstromes zugeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen