DE19543481A1 - Vorrichtung zur Prüfung von ferromagnetischen Materialien - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von
ferromagnetischen Materialien, wie Rohrleitungen oder
dergleichen, auf Fehler, Risse, Korrosion oder dgl., mit
einer in Verbindung mit einem Magnetfeld als elektro
magnetischer Ultraschallwandler dienenden Hochfrequenz
stromspule zur Anregung und/oder Detektion von Ultra
schallwellen in der Materialwandung.
Eine zerstörungsfreie Werkstoffprüfung kann mittels
Ultraschall erfolgen, bei der piezoelektrische Schwinger
eingesetzt werden, von denen Ultraschallwellen ausgehen
und mittels eines Ankopplungsmediums wie z. B. Wasser in
das Werkstück eingeleitet werden. Zur Prüfung von Gas
pipelines mit Ultraschall auf beispielsweise rißartige
Fehler an der Rohraußenseite kommt jedoch prinzipiell nur
eine trockene Ankopplung an der Rohrinnenseite, bei
spielsweise durch Luftschall, Ultraschallanregung mittels
Laser oder die elektromagnetische Ultraschallanregung in
Frage.
Aus der DE-OS 35 11 076 ist beispielsweise ein sogenann
ter Prüfmolch zur zerstörungsfreien Prüfung und Überwa
chung von Rohrleitungswandungen aus ferromagnetischem
Material bekannt, bei dem zur Detektion von Wandschwä
chungen durch Rostfraß von außen oder innen und dgl. ein
Magnetfeld, das dort von einem der Streufeld-Meßsysteme
erzeugt wird, zur elektrodynamischen Anregung von Ultra
schall und zur Streuflußmessung benutzt wird. Ein Molch
glied ist mit gleichförmig am Umfang verteilten Elektro
magneten versehen, die jeweils zwei in axialer Flucht
zueinander liegende Meßköpfe, ein die Meßköpfe verbinden
des Joch und eine Magnetisierungsspule auf diesen Meßköp
fen aufweisen. Das Feld eines jeden Elektromagneten
verläuft dabei parallel zur Rohrmittelachse. Zur Ultra
schallmessung ist direkt an zumindest einem der Pole bzw.
Magnetköpfe eine Luftspule angeordnet, die mit starken
und sehr steilflankigen Stromimpulsen beaufschlagt wird.
Die Laufzeit der durch diese Stromimpulse gemeinsam mit
dem im Materialwandungsbereich wirksamen Magnetfeld im
Material erzeugten Ultraschallwellen wird erfaßt und
ausgewertet. Nachteilig beim Einsatz eines derartigen
Prüfmolches ist das bei Bewegen des mit der Hochfrequenz
spule versehenen Meßkopfes auftretende Barkhausen-Rau
schen. Hierdurch ist der Signal-Rausch-Abstand zu gering,
als daß eine zuverlässige Messung möglich wäre.
Bei anderen bekannten elektromagnetischen Ultraschall
wandlern, die zur Ultraschallprüfung und zur Werkstoff
charakterisierung elektrisch leitfähiger Materialien
eingesetzt werden, beispielsweise dem in der EP-A 0 609
754 beschriebenen, sind zumindest zwei Reihen von Perma
nentmagneten mit alternierender Polbelegung und einer
darunter angeordneten HF-Spule zur Anregung von horizon
tal polarisierten Transversalwellen (SH-Wellen) vorgese
hen. Auch bei diesen Ultraschallwandlern ist bei der
dynamischen Prüfung ferromagnetischer Materialien ein
erhöhter Rauschuntergrund, d. h. eine Verkleinerung des
nutzbaren Dynamikbereiches festzustellen, da bei Bewegung
der elektromagnetischen Ultraschallwandler über eine
ferromagnetische Komponente ebenfalls das Barkhausen-Rau
schen auftritt. Die Höhe dieses Rauschens beträgt je nach
Abtastgeschwindigkeit bis zu 25 dB.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter
Vermeidung der vorgenannten Nachteile eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels der bei
Bewegen der elektromagnetischen Ultraschallwandler über
ferromagnetische Materialien das Barkhausen-Rauschen
derart unterdrückt werden kann, daß ein ausreichender
Signal-Rausch-Abstand erzielt wird.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine
Vorrichtung zur Prüfung von ferromagnetischen Materialien
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der elek
tromagnetische Ultraschallwandler mittig zwischen den
beiden Polbereichen einer Magnetisierungseinheit angeord
net ist. Der Ultraschallwandler bzw. die Hochfrequenz-Stromspule
sitzt also nicht mehr entweder direkt auf
einem Magnetkopf bzw. Polbereich einer herkömmlichen
Magnetisierungseinheit zur Streuflußmessung auf oder ist
unterhalb von zum Ultraschallwandler gehörenden Perma
nentmagneten mit alternierender Polbelegung angeordnet,
sondern befindet sich zwischen den Polbereichen bzw.
Polschuhen einer Magnetisierungseinheit. Durch diese
erfindungsgemäße Anordnung wird eine horizontale Vor
magnetisierung der zu überprüfenden Materialwandung
erreicht. Da die Materialwandung durch den Einsatz der
Magnetisierungseinheit bis in die Nähe der magnetischen
Sättigung magnetisiert wird, erfolgt durch den Ultra
schallwandler keine derartig starke Änderung des Magnet
feldes in der Materialwandung, daß bei Bewegen des Ultra
schallwandlers die magnetischen Momente innerhalb der
einzelnen Domänen ummagnetisiert, d. h. umgeklappt werden,
wodurch ein das Barkhausen-Rauschen verursachender Strom
induziert wird. Zur Aufnahme der Ultraschallwandler
können zur Streuflußmessung vorgesehene Magnetisierungs
einheiten verwendet werden.
Bevorzugt wird die durch die Polbereiche der Magnetisie
rungseinheit erzeugte Vormagnetisierung der Materialwan
dung zur Einstellung des Arbeitspunktes des elektromagne
tischen Ultraschallwandlers verwendet.
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die den
elektromagnetischen Ultraschallwandler zwischen sich
aufnehmenden Polbereiche bzw. Polschuhe der Magnetisie
rungseinheit achsparallel zum zu prüfenden Material,
insbesondere einer Rohrleitung oder dgl., angeordnet
sind. Derartige Magnetisierungseinheiten dienen dabei
außer zur Vormagnetisierung gleichzeitig zur Detektion
eines sich durch quer oder schräg zur Achsrichtung ver
laufende Risse oder Öffnungen ergebendes Streufeld mit
tels entsprechender Sensoren. Es ist aber auch gleicher
maßen oder aber gleichzeitig möglich, den elektromagneti
schen Ultraschallwandler zwischen zwei Polbereichen einer
Magnetisierungseinheit vorzusehen, die in Umfangsrichtung
des zu prüfenden Materials, insbesondere einer Rohrlei
tung oder dgl., angeordnet ist. Durch derartige Magneti
sierungseinheiten werden dann bei gleichzeitiger Vorma
gnetisierung Längsrisse in den Rohrleitungen bzw. in der
Materialwandung erfaßt. Für die elektromagnetische Ultra
schallanregung in der Materialwandung ist es lediglich
erforderlich, daß eine Vormagnetisierung der zu untersu
chenden Materialwände erfolgt ist. Ob dies in Axial- oder
Umfangsrichtung geschieht, ist für die Messung nicht von
Bedeutung.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist dabei vorgese
hen, daß die elektromagnetischen Ultraschallwandler
derart zur Magnetfeldrichtung zwischen den Polbereichen
der Magnetisierungseinheit angeordnet werden, daß ihre
Abstrahlrichtung senkrecht oder parallel zur Feldrichtung
liegt.
Bei den elektromagnetischen Ultraschallwandlern zur
Anregung von Transversalwellen kann es sich um Hochfre
quenzspulen in Form von Luftspulen handeln, die zwischen
den Polschuhen bzw. Polbereichen der Magnetisierungsein
heit angeordnet sind, wobei diese Luftspulen bevorzugt
als Flachspulen mit mäanderförmig verlaufenden Wicklungen
ausgebildet sind. Um insbesondere eine horizontal polari
sierte Transversalwelle anzuregen, wird die Hochfre
quenz-/Luftspule derart zwischen den Polbereichen ange
ordnet, daß die Drahtanteile mit der größten Längenaus
dehnung parallel zum horizontal verlaufenden Magnetfeld
ausgerichtet sind. Bei dieser Ausführungsform dient die
Streufluß-Magnetisierungseinheit also nicht nur zur
Vormagnetisierung der Materialwandung und zur Detektion
von längs und axial verlaufenden Rissen durch Messung des
austretenden Streufeldes, sondern auch zur Anregung von
horizontal polarisierten Transversalwellen in der Mate
rialwandung.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der
elektromagnetische Ultraschallwandler zur Anregung von
horizontal polarisierten Transversalwellen (SH-Wellen)
eine Anordnung von Permanentmagnetsegmenten mit alternie
render Polbelegung und zumindest eine unterhalb der
Permanentmagnetsegmente angeordnete HF-Spule aufweist.
Bei dieser Ausführung erfolgt die Anregung von horizontal
polarisierten Transversalwellen in der zu untersuchenden
Materialwandung allein durch den elektromagnetischen
Ultraschallwandler selbst.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dabei
vorgesehen, daß der elektromagnetische Ultraschallwandler
eine Anordnung aus zwei Reihen von Permanentmagneten
alternierender Polbelegung aufweist, auf die eine Recht
eckspule gewickelt ist. Die Beaufschlagung dieser Recht
eckspule mit Hochfrequenz strömen erzeugt in ferromagneti
schen Materialien über Lorenzkräfte eine Teilchenauslen
kung, die dann zu einer direkten Anregung von Ultra
schallwellen mit einer zweiseitigen Richtcharakteristik
führt, die bezüglich der Wandlermitte symmetrisch ausge
richtet ist. Da nun horizontal polarisierte Transversal
wellen zu beiden Seiten des elektromagnetischen Ultra
schallwandlers "abgestrahlt" werden, ist eine Zuordnung
einzelner Signale zu einer Abstrahlrichtung, d. h. eine
eindeutige Ortung eines auftretenden Materialfehlers bei
fester Position des elektromagnetischen Ultraschallwand
lers nicht möglich.
Bei einer anderen Ausführungsform ist daher vorgesehen,
daß der elektromagnetische Ultraschallwandler aus zumin
dest zwei Sätzen in ihrer Ausrichtung schachbrettmuster
artig verteilter Permanentmagnete und jeweils unterhalb
diesen angeordneten Hochfrequenzspulenelementen besteht.
Bei dieser Ausführungsform wird also der Gesamt-Ultra
schallwandler in einzelne Magnetsegmente sowie Hochfre
quenzspulensegmente aufgeteilt, die bevorzugt zeitverzö
gert mit Signalen beaufschlagt werden. Dieser Wandler
arbeitet nach dem Prinzip eines Phased Arrays. Durch
diese bevorzugte Ausführungsform ist dann das gewünschte
Vor-Rückverhältnis einstellbar.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß
der elektromagnetische Ultraschallwandler eine Anordnung
aus zumindest vier Reihen von Permanentmagnetsegmenten
aufweist, wobei zwei benachbarte Reihen von Permanent
magnetsegmenten jeweils um ein Viertel der Periodizität
der einzelnen Permanentmagnete jeder Reihe entlang ihrer
Längsachse verschoben sind und für jeweils benachbarte
Permanentmagnetanordnungen eine eigene Hochfrequenzspule
vorgesehen ist. Da die beiden Hochfrequenzspulen zueinan
der mit um 90° phasenverzögerten Signalen beaufschlagbar
sind, ist so die Ausbildung einer einseitigen Richtcha
rakteristik der horizontal polarisierten Transversalwel
len hoher Güte mit einer hervorragenden Unterdrückung
parasitärer Schallwellen im zu untersuchenden ferromagne
tischen Material möglich. Die beiden auch hier bidirek
tional ausgestrahlten Wellen interferieren in der einen
Richtung konstruktiv und löschen sich in der anderen
Richtung aus. Auf diese Weise ist dann das gewünschte
Vor-Rückverhältnis erzielbar, wozu in Weiterbildung
beiträgt, daß die beiden Hochfrequenzspulen ineinander
verschachtelt sind.
Während bei den vorhergehenden Ausführungsformen jeweils
Luftspulen verwendet wurden, die unterhalb von Permanent
magnetsegmenten oder aber zwischen den Polbereichen der
Magnetisierungseinheit angeordnet sind, zeichnet sich
eine weitere Ausführungsform durch eine auf einen magne
tisch leitfähigen Kern gewickelte Hochfrequenzspule aus.
Bei dem Kern handelt es sich bevorzugt um einen Ringband
kern, der eine Anordnung mehrerer Reihen von Permanentma
gneten alternierender Polbelegung teilweise umgibt. Bei
dieser Ausführungsform werden die zur Schallanregung
benötigten Wirbelströme indirekt in die Materialoberflä
che durch die Einprägung dynamischer Hochfrequenz-Magnet
felder eingekoppelt.
Insgesamt ist so eine Vorrichtung zur elektromagnetischen
Prüfung ferromagnetischer Materialien geschaffen, mittels
der beim Einsatz von elektromagnetischen Ultraschallwand
lern für horizontal polarisierte Transversalwellen an
ferromagnetischen Komponenten bei Bewegung der Ultra
schallwandler über den zu untersuchenden Prüfling das
bisher auftretende Barkhausen-Rauschen zuverlässig zur
Erzielung eines hohen Signal-Rauschabstandes unterdrückt
wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschrei
bung, in der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der
erfindungsgemäßen Anordnung von
elektromagnetischen Ultraschallwand
lern zwischen den Polschuhen einer
Streufluß-Magnetisierungseinheit;
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine
einzelne mäanderförmig ausgebildete
Hochfrequenzspule zwischen den Pol
schuhen einer Streufluß-Magnetisie
rungseinheit;
Fig. 3 einen Ultraschallwandler in einer
Explosionsansicht mit zwei Reihen von
Permanentmagnetsegmenten alternieren
der Polbelegung sowie einer darunter
angeordneten Hochfrequenzspule;
Fig. 4 einen elektromagnetischen Ultra
schallwandler mit drei Sätzen von
Permanentmagnetsegmenten mit darunter
angeordneten Hochfrequenzspulen in
Explosionsansicht;
Fig. 5 einen elektromagnetischen Ultra
schallwandler für senkrecht zur
Einfallsebene polarisierte Transver
salwellen mit einseitiger Richtcha
rakteristik in Explosionsansicht;
Fig. 6a einen elektromagnetischen Ultra
schallwandler mit auf einen Ringband
kern gewickelter Hochfrequenzspule;
Fig. 6b den Wandler aus Fig. 6a in Seitenan
sicht;
Fig. 7 das Meßsignal eines elektromagneti
schen Ultraschallwandlers ohne erfin
dungsgemäße Anordnung zwischen den
Polbereichen einer Magnetisierungs
einheit; und
Fig. 8 das Meßsignal der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
Die in Fig. 1 schematisch und lediglich teilweise darge
stellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist im dargestell
ten Beispiel innerhalb einer ebenfalls nur teilweise
dargestellten Rohrleitung mit einer Wandung 2 angeordnet.
Die Vorrichtung weist dabei zwei Streufluß-Magnetisie
rungseinheiten 3, 4 mit jeweils zwei in achsparalleler
Flucht zueinander liegenden Polschuhen 5, 5′, 6, 6′ auf,
die jeweils über ein Joch 7, 8 miteinander verbunden
sind. Mittig zwischen den Polschuhen 5, 5′ der Magneti
sierungseinheit 3 ist im horizontal verlaufenden Magnet
feld zwischen den Polschuhen 5, 5′ ein elektromagneti
scher Ultraschallwandler 9 (EMUS) angeordnet, der im
dargestellten Ausführungsbeispiel eine senkrecht zur
Magnetfeldrichtung verlaufende Abstrahlrichtung zur
Ultraschallanregung in der Materialwandung 2 aufweist.
Wie die Anregung in einem ferromagnetischen Material, wie
einer Rohrwandung oder dgl., erfolgt, wird im weiteren
Verlauf der Figurenbeschreibung genauer erläutert. Ledig
lich zur Verdeutlichung ist zwischen den Polschuhen 5, 6′
der Magnetisierungseinheiten 3, 4 in Umfangsrichtung
ebenfalls mittig zwischen den Polschuhen 5, 6′ ein weite
rer Wandler 11 angeordnet, der eine parallel zur Magnet
feldrichtung ausgerichtete Abstrahlrichtung aufweist.
Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, kann der elektromagnetische
Ultraschallwandler 12 durch eine mäanderförmig ausgebil
dete Hochfrequenzspule 13 gebildet sein, wobei diese im
dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer flach
ausgebildeten Luftspule 13 zwischen den Polschuhen 14,
14′ der zugehörigen Streufluß-Magnetisierungseinheit 15
angeordnet ist. Diese Luftspule 13 ist dabei derart
zwischen den Polschuhen 14, 14′ angeordnet, daß die
Drahtanteile 16 mit der größten Längenausdehnung parallel
zum horizontal verlaufenden Magnetfeld ausgerichtet sind.
Aufgrund dieser Ausrichtung ist die Erzeugung einer
horizontal polarisierten Transversalwelle mittels des
elektromagnetischen Ultraschallwandlers 12 möglich. Die
Streufluß-Magnetisierungseinheit 15 dient dabei hier
gleichzeitig zur Streufluß-Messung, zur Vormagnetisierung
der zu untersuchenden Materialwandung sowie zur Anregung
der genannten Transversalwelle.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist
der Ultraschallwandler 17 eine Magnetanordnung aus zwei
Reihen 18 von Permanentmagneten 19 auf, auf denen eine
Rechteckspule 20 angeordnet ist. Diese ist in der Explo
sionsansicht unterhalb der Magnetanordnung dargestellt.
Die Beaufschlagung der Rechteckspule 20 mit Hochfrequenz
strömen, deren Richtung zu einem beispielhaft gewählten,
festen Zeitpunkt mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet ist,
erzeugt dann in elektrisch leitfähigen Materialien, wie
einer Rohrwandung, über Lorenzkräfte eine Teilchenauslen
kung, die zu einer direkten Anregung von Ultraschallwel
len führt. Die derart erzeugten Ultraschallwellen weisen
eine zweiseitige Richtcharakteristik auf, die bezüglich
der Wandlermitte symmetrisch ausgerichtet ist. Diese
Wandlermitte ist anhand der Symmetrieebene hier mit dem
Bezugszeichen 22 versehen. Da die erzeugten Ultraschall
wellen symmetrisch zur Wandlermitte 22 nach beiden Seiten
"abgestrahlt" werden, ist eine Auswertung der Empfangs
signale erschwert, da eine Zuordnung einzelner Signale zu
einer Abstrahlrichtung bei einer festen Position des
Ultraschallwandlers 17 nicht erfolgen kann. Entsprechend
ist eine eindeutige Ortung eines Materialfehlers nur
durch Bewegen des elektromagnetischen Ultraschallwandlers
möglich.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist
der elektromagnetische Ultraschallwandler 23 drei Sätze
24, 25, 26 in ihrer Ausrichtung schachbrettmusterartig
verteilter Permanentmagnete 27 und jeweils unterhalb
dieser angeordnete Hochfrequenzspulenelemente 28, 29, 30
auf. Die Hochfrequenzspulen 28, 29, 30 weisen im darge
stellten Ausführungsbeispiel eine vierfache mäanderförmi
ge Schleifenbildung auf und sind unterhalb der hier 5×3
Permanentmagnete 27 angeordnet. Die Hochfrequenzspulen
28, 29, 30 dieses elektromagnetischen Ultraschallwandlers
23 werden jeweils zeitverzögert aktiviert. Hierdurch ist
die Einstellung eines Vor-Rückverhältnisses im Gegensatz
zur vorhergehenden Ausführungsform möglich.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform weist der
elektromagnetische Ultraschallwandler 31 sechs Reihen 32,
33, 34, 35 von periodisch angeordneten Permanentmagneten
36 auf. Dabei sind jeweils benachbarte Reihen 32 und 33
bzw. 32 und 35 bzw. 35 und 34 sowie 34 und 33 um die
halbe Breite eines einzelnen Permanentmagneten 36 zuein
ander verschoben angeordnet. Wie Fig. 5 zu entnehmen ist,
wiederholt sich die erste Reihe 32 beim dargestellten
Ausführungsbeispiel nach genau vier Reihen.
An zwei Permanentmagnetanordnungen bzw. Reihen 33 und 35,
deren einzelne Permanentmagnete 36 bezüglich einer
Grundlinie 38 auf gleicher Höhe, jedoch mit unterschied
licher Polarität zueinander angeordnet sind, ist eine
Doppel-Rechteckspule 39 derart angebracht, daß von Reihe
zu Reihe auch die Stromrichtung 40 alterniert. Auf die
bei diesem Ausführungsbeispiel verbleibenden drei Reihen
32 und 34 wird eine zweite Doppel-Rechteckspule 39 ver
schachtelt zur ersten angebracht, bei der wiederum die
Stromrichtung von Magnetreihe zu Magnetreihe alterniert.
Die beiden Hochfrequenzspulen 39, 39′ werden im Sendefall
mit zueinander um 90° phasenverschobenen Sendestromsigna
len betrieben.
Mittels dieses elektromagnetischen Ultraschallwandlers 31
kann eine einseitige Richtcharakteristik erzielt werden.
Die Größenordnung der Magnete und die Hochfrequenz wird
dabei derart gewählt, daß der "Abstrahlungswinkel" des im
Material anzuregenden Ultraschallsignals die Ebene 7 an
der Unterseite der Permanentmagnete 36 streifend liegt.
Durch die räumliche Verschiebung der die Transversalwel
len anregenden "Ultraschallquellen" aus Permanentmagneten
und Hochfrequenzspulen um ein Viertel der Wellenlänge,
die man aufgrund der bezüglich der Grundlinie 38 verscho
benen Permanentmagnetanordnung erhält, ergibt sich in der
einen Abstrahlrichtung eine Phasendifferenz der Signale
um 180°, d. h. Auslöschung der Signale, in der anderen
Abstrahlrichtung eine konstruktive Überlagerung der
Signale mit einer Phasendifferenz von 0 bzw. 360°.
Bei der in Fig. 6a und 6b dargestellten letzten Ausfüh
rungsform weist der elektromagnetische Ultraschallwandler
42 eine auf einen magnetisch leitfähigen Ringbandkern 43
gewickelte Hochfrequenzspule 44 auf. Der Ringbandkern 43
ist dabei oberhalb einer Anordnung mehrerer Reihen von
Permanentmagneten 45 alternierender Polbelegung angeord
net, wobei er diese mit seinen Schenkeln 46, 46′ seit
lich umgibt. Mittels dieses elektromagnetischen Ultra
schallwandlers 42 werden die zur Schallanregung nötigen
Wirbelströme indirekt in die Materialoberfläche durch die
Einprägung dynamischer Hochfrequenz-Magnetfelder einge
koppelt.
Mittels des in der Fig. 4 dargestellten elektromagneti
schen Ultraschallwandlers, der erfindungsgemäß zwischen
den Polschuhen einer Streufluß-Magnetisierungseinheit
angeordnet ist, kann ein Meßsignal entsprechend dem in
Fig. 8 dargestellten mit einem hohen Signal-Rausch-Abstand
erreicht werden. Bei herkömmlichen Vorrichtungen
erhält man aufgrund des Barkhausen-Rauschens lediglich
ein Meßsignal wie das in Fig. 7 dargestellte.
Claims (19)
1. Vorrichtung zur Prüfung ferromagnetischer Materia
lien, wie Rohrleitungen oder dergleichen, auf Feh
ler, Risse, Korrosion oder dgl., mit einer in Ver
bindung mit einem Magnetfeld als elektromagnetischer
Ultraschallwandler dienenden Hochfrequenz-Stromspule
zur Anregung und/oder Detektion von Ultraschallwel
len in der Materialwandung, dadurch gekennzeichnet,
daß der elektromagnetische Ultraschall-Wandler (9,
11, 12, 17, 23, 31, 42) mittig zwischen den beiden
Polbereichen (5, 5′, 6, 6′, 14, 14′) einer Magneti
sierungseinheit (3, 4, 15) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß elektromagnetische Ultraschall-Wandler (9, 11,
12, 17, 23, 31, 42) zwischen den Polbereichen (5, 5′,
6, 6′, 14, 14′) einer zur Streuflußmessung dienenden
Magnetisierungseinheit (3, 4, 15) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die durch die Polbereiche (6, 6′, 5,
5′, 14, 14′) der Magnetisierungseinheit (3, 4, 15)
erzeugte Vormagnetisierung der Materialwandung (2)
zur Einstellung des Arbeitspunktes des elektromagne
tischen Ultraschallwandlers (9, 11, 12, 17, 23, 31,
42) verwendet wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die den Ultraschallwandler
(9) zwischen sich aufnehmenden Polbereiche bzw.
Polschuhe (5, 5′) der Magnetisierungseinheit (3)
achsparallel zum zu prüfenden Material, insbesondere
einer Rohrleitung (2) oder dergleichen, angeordnet
sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die den elektromagneti
schen Ultraschallwandler (11) zwischen sich aufneh
menden Polbereiche (5, 6′) der Magnetisierungsein
heit (3, 4) in Umfangsrichtung des zu prüfenden
Materials (2), insbesondere einer Rohrleitung oder
dergleichen, angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die Abstrahlrichtung des
elektromagnetischen Ultraschallwandlers (9) senk
recht zur Feldrichtung der Magnetisierungseinheit
(3) liegt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die Abstrahlrichtung des
elektromagnetischen Ultraschallwandlers (11) paral
lel zur Feldrichtung der Magnetisierungseinheit (3,
4) liegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzspule (13,
20, 28, 29, 30, 39) eine Luftspule ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hochfrequenzspule (13, 20, 28, 29, 30, 39)
eine Flachspule mit mäanderförmig verlaufenden
Wicklungen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Hochfrequenzspule (13) derart
zwischen den Polbereichen (14, 14′) angeordnet ist,
daß die Drahtanteile (16) mit der größten Längsaus
dehnung im wesentlichen parallel zum horizontal
verlaufenden Magnetfeld ausgerichtet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische
Ultraschallwandler (17, 23, 31) eine Anordnung von
Permanentmagnetsegmenten (18, 19, 24, 25, 26, 27,
32, 33, 34, 35, 36) alternierender Polbelegung und
zumindest eine unterhalb der Permanentmagnetsegmente
(18, 19, 24, 25, 26, 27, 33, 34, 32, 35, 36) ange
ordnete Hochfrequenzspule (20, 28, 39, 39′) auf
weist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß der elektromagnetische Ultraschallwandler
(17) eine Anordnung aus zwei Reihen (18) von Perma
nentmagneten (19) alternierender Polbelegung auf
weist, auf denen eine Rechteckspule (20) angeordnet
ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß der elektromagnetische Ultraschallwandler
(23) aus zumindest zwei Sätzen (24, 25, 26) in ihrer
Ausrichtung schachbrettmusterartig verteilter Perma
nentmagnete (27) und jeweils unterhalb diesen ange
ordnete Hochfrequenz-Spulenelementen (28, 29, 30)
besteht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich
net, daß die Hochfrequenz-Spulenelemente (28, 29,
30) zeitverzögert mit Signalen beaufschlagbar sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß der elektromagnetische Ultraschallwandler
(31) eine Anordnung aus zumindest vier Reihen (32,
33, 34, 35) von Permanentmagnetsegmenten (36) auf
weist, wobei zwei einander benachbarte Reihen (32,
33, 34, 35) von Permanentmagnetsegmenten (36) je
weils um ein Viertel der Periodizität der einzelnen
Permanentmagnete (36) jeder Reihe (32, 33, 34, 35)
entlang ihrer Längsachse verschoben sind und für
jeweils benachbarte Reihen (32, 33, 34, 35) von
Permanentmagneten (36) eine eigene Hochfrequenzspule
(39, 39′) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich
net, daß die beiden Hochfrequenzspulen (39, 39′)
zueinander mit um 90° phasenverschobenen Signalen
beaufschlagbar sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge
kennzeichnet, daß die beiden Hochfrequenzspulen (39,
39′) ineinander verschachtelt sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische
Ultraschallwandler (42) eine auf einen magnetisch
leitfähigen Kern (43) gewickelte Hochfrequenzspule
(44) aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich
net, daß der Kern (43) ein Ringbandkern ist, der
eine Anordnung mehrerer Reihen von Permanentmagneten
(45) alternierender Polbelegung teilweise umgibt.
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