DE19748556A1 - Magnetfluß-Meßsystem zur Wirbelstromprüfung und Verfahren zur Wirbelstromprüfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetfluß-Meßsystem zur Wirbel­ stromprüfung mit einem Meßfühler und einer Meßsignalverarbei­ tungseinheit, wobei die Meßsignalverarbeitungseinheit einen SQUID-Sensor aufweist, der mit dem Meßfühler elektrisch ver­ bunden ist.

SQUID ist die Abkürzung für die englische Bezeichnung "Super­ conducting Quantum Interference Device". Ein SQUID-Sensor setzt als Wandler Magnetfluß in elektrische Spannung um, wo­ bei zu seinem Aufbau supraleitende Materialien verwendet wer­ den.

Ein solches Magnetfluß-Meßsystem ist bekannt aus dem Artikel von Walter N. Podney, "Eddy Current Evaluation of Airframes Using Refrigerated SQUIDs", IEEE Trans. on Applied Supercon­ ductivity, Vol. 5, No. 2, 07.1995, pp. 2490-2492. Bei dem be­ schriebenen Magnetfluß-Meßsystem zur Wirbelstromprüfung wird mit Hilfe einer von einem Wechselstrom durchflossenen Erre­ gerspule in einem aus leitfähigem Material bestehenden Prüf­ objekt ein Wirbelstrom induziert, dessen Magnetfeld, welches das zu messende Magnetfeld ist, mit Hilfe eines Meßfühlers erfaßt wird. Der Meßfühler gibt ein entsprechendes Meßsignal ab, welches über eine elektrische Verbindung einem zu der Meßsignalverarbeitungseinheit gehörenden SQUID-Sensor zuge­ leitet wird. Der SQUID-Sensor gibt ein entsprechendes SQUID- Meßsignal ab, welches in der Meßsignalverarbeitungseinheit weiter verarbeitet wird. Hierbei kann auf die Beschaffenheit des Prüfobjekts und auf Fehlerstellen im Prüfobjekt geschlos­ sen werden.

Der Meßfühler und die elektrische Verbindung des beschriebe­ nen Magnetfluß-Meßsystems sind supraleitend ausgeführt. Daher müssen sowohl Meßfühler, als auch elektrische Verbindung so­ wie SQUID-Sensor auf eine Temperatur gekühlt werden, bei der sich die Supraleitung ausbildet. Zu diesem Zweck befinden sich der Meßfühler, die elektrische Verbindung und der SQUID- Sensor in einem thermisch isolierten Gefäß, in dem ein Kühl­ mittel zu deren Kühlung vorhanden ist. Aufgrund der Tatsache, daß sich der Meßfühler in einem Gefäß befindet, ist er schwer handhabbar und kann nur mit einem nicht vernachlässigbaren Abstand in die Nähe einer Oberfläche des Prüfobjekt gebracht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Magnetfluß- Meßsystem anzugeben. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfah­ ren zur Wirbelstromprüfung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die auf ein Magnetfluß-Meßsystem gerich­ tete Aufgabe gelöst durch ein Magnetfluß-Meßsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem der Meßfühler eine normal leitende Detektorspule aufweist.

Vorteilhaft ist hierbei, daß sämtliche Kühlmaßnahmen und Ap­ paraturen zur Kühlung des Meßfühlers entfallen. Des weiteren ist eine normalleitende Detektorspule in einem erheblich ge­ ringeren Abstand an die Oberfläche des zu untersuchenden Prüfobjektes ankoppelbar, wobei der verbleibende Abstand im wesentlichen durch die Dicke einer elektrischen Isolations­ schicht zwischen Meßfühler und Oberfläche gegeben ist.

Vorzugsweise weist die normalleitende Detektorspule eine In­ duktivität L und einen ohmschen Widerstand R so auf, daß bei einer Frequenz f = 100 kHz der induktive Widerstand Z_L = 2.π.f.L der Detektorspule gleich oder größer als der ohm­ sche Widerstand R ist. Die Frequenz f ist als untere Grenz­ frequenz des Meßfühlers zu betrachten und entspricht somit einer minimal verwendbaren Frequenz eines Erregerstromes, mit dem die Erregerspule beaufschlagt werden kann. Je kleiner die Frequenz des Erregerstromes ist, umso größer ist die Ein­ dringtiefe des mit der Erregerspule induzierten Wirbelstroms in das Prüfobjekt und umso tiefer können somit mit dem Meß­ fühler erfaßbare Fehlerstellen liegen.

Bevorzugtermaßen weist die Detektorspule einen magnetisierba­ ren Kern, insbesondere einen Ferritkern auf, dessen Permeabi­ litätskonstante zwischen 10 und 1000, insbesondere bei 100 liegt. Mit Hilfe des magnetisierbaren Kerns kann die Indukti­ vität der Detektorspule erheblich erhöht und damit die Fre­ quenz f weiter erniedrigt werden. Der Kern dient weiterhin der Führung des zu messenden Magnetfeldes durch die Detektor­ spule, so daß das zu messende Magnetfeld nahezu jede Windung gleichermaßen durchdringt und die Detektorspule gut an das zu messende Magnetfeld angekoppelt ist.

Bevorzugtermaßen weist der Meßfühler eine Erregerspule und eine Detektorspule auf. Ein durch die Erregerspule fließender Wechselstrom kann gegebenenfalls aufgrund einer vorhandenen induktiven Verkopplung zwischen Erreger- und Detektorspule in letzterer einen Störstrom induzieren, der sich dem Meßsignal überlagert, was sich für die weitere Verarbeitung in der Meß­ signalverabeitungseinheit beeinträchtigend auswirken kann. Daher weist die Detektorspule vorzugsweise zwei Teilspulen auf. Der Meßfühler ist so ausgeführt, daß jede Teilspule mit der Erregerteilspule induktiv über dadurch gebildete Gegenin­ duktivitäten verkoppelt ist, wobei die Gegeninduktivitäten möglichst gleich groß sind. Die induktiven Verkopplungen sind derart ausgeführt, daß ein durch die Erregerspule fließender Wechselstrom in den Teilspulen jeweils einen Teilstrom indu­ ziert, wobei die Teilströme gegensinnig gerichtet sind. Ein durch das Feld der Erregerspule in der Detektorspule erzeug­ ter Störstrom, welcher der Summenstrom der Teilströme ist, ist somit sehr gering, da sich die Teilströme zum Teil gegen­ seitig aufheben.

Durch den Aufbau des Meßfühlers bedingt können die Gegenin­ duktivitäten gegebenenfalls leicht unterschiedlich sein, was zu unterschiedlich großen Teilströmen führt, so daß keine vollständige gegenseitige Aufhebung der Teilströme gegeben ist und somit deren verbleibende Summe als Störstrom ver­ bleibt. Bevorzugtermaßen weist daher die Erregerspule zwei Erregerteilspulen auf, wobei jede Erregerteilspule mit je­ weils einer Teilspule so verkoppelt ist, daß die induzierten Teilströme ebenfalls gegensinnig gerichtet sind. Die Erreger­ teilspulen sind mit einem Widerstandsnetzwerk verbunden, wel­ ches mindestens einen veränderbaren Widerstand aufweist. Mit Hilfe des veränderbaren Widerstandes sind sich in den Erre­ gerteilspulen ausbildende Erregerteilströme so beeinflußbar, daß die jeweiligen Beträge der Teilströme weitestgehend gleich groß eingestellt werden können, so daß sich die Teil­ ströme nahezu aufheben, was als Abgleich bezeichnet wird. Nach einem Abgleich induziert ein durch die Erregerspule fließender Wechselstrom nahezu keinen Störstrom in der Detek­ torspule. Weiterhin bevorzugt sind die zwei Teilspulen paral­ lel zueinander geschaltet, weisen entgegengesetzten Wick­ lungssinn sowie jeweils gleiche Induktivität auf, und die Er­ regerteilspulen sind in Serie geschaltet, weisen gleichen Wicklungssinn sowie ebenfalls jeweils gleiche Induktivität auf.

In einer weiter bevorzugten Ausführung ist die Detektorspule des Meßfühlers als Flachspule ausgebildet. Hierbei werden mit einem heiter mehrere Windungen nebeneinander auf einem fla­ chen Substrat gebildet, wobei die Windungen die Flachspule bilden. Vorteilhaft an dieser Gestaltung des Meßfühlers ist, daß jede Windung der Flachspule mit einem geringen Abstand an das Prüfobjekt angekoppelt werden kann. Ebenso durchdringt das zu messende Magnetfeld jede Windung der Flachspule, so daß diese ebenfalls gut an das zu messende Magnetfeld ange­ koppelt ist, ohne daß ein magnetisierbarer Kern zum Einsatz kommt. Dadurch weist die als Flachspule ausgebildete Detek­ torspule eine hohe Empfindlichkeit auf.

Bevorzugtermaßen weist der elektrische Leiter mit dem die das Meßsignal liefernde Flachspule gebildet wird, einen Leiter­ durchmesser aufs wobei zwei benachbarte Windungen einen Ab­ stand zueinander aufweisen, der größer als der Leiterdurch­ messer ist. Durch diese Maßnahme wird die zwischen den Win­ dungen befindliche Fläche der Flachspule, die bei einer Er­ fassung eines Magnetfeldes mit einem Magnetfluß durchströmbar ist, vergrößert und gleichzeitig aufgrund des größeren Ab­ standes der Windungen zueinander die Gesamtinduktivität der Flachspule verringert. Ein aufgrund eines zu messenden Ma­ gnetfeldes in der Flachspule induzierter Strom ist somit grö­ ßer, als bei einer Spule, die die gleiche mit einem Magnet­ fluß durchströmbare Fläche aufweist, aber aufgrund der unmit­ telbaren Nähe ihrer Windungen zueinander und einer damit ver­ bundenen größeren magnetischen Verkopplung der Windungen eine größere Induktivität besitzt.

Vorzugsweise wird der Leiter der Flachspule unter Anwendung von fotolithographischen, drucktechnischen, ätztechnischen oder auch rein mechanische Verfahren durch Strukturierung ei­ ner leitfähigen Schicht, welche sich auf einem nichtleitfähi­ gen Substrat befindet, gebildet. Eine solche Anordnung ist in großen Stückzahlen und in Abmessungen mit geringen Toleranzen herstellbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Meß­ signalverarbeitungseinheit eine Leiteranordnung und der SQUID-Sensor eine supraleitende Antenne auf, wobei die Lei­ teranordnung für eine positive Rückkopplung zur Vergrößerung eines Spannungssignals des SQUID-Sensors induktiv mit der An­ tenne gekoppelt ist. Ein vom SQUID-Sensor geliefertes Span­ nungssignal bewirkt einen Stromfluß durch die Leiteranord­ nung. Aufgrund des Stromflusses wird über die induktive Kopp­ lung in der supraleitenden Antenne ein Strom induziert, der wiederum auf den SQUID-Sensor so zurückwirkt, daß das vom SQUID-Sensor gelieferte Spannungssignal vergrößert wird. Dies ist als eine positive Rückkopplung zu verstehen. Der SQUID- Sensor weist durch diese Maßnahme eine erhöhte Empfindlich­ keit auf.

Vorzugsweise weist die Leiteranordnung einen normalleitenden Leiter und einen supraleitenden Leiter auf, wobei der supra­ leitende Leiter induktiv mit der Antenne gekoppelt ist. Der normalleitende Leiter bildet einen ohmschen Widerstand, wobei durch die Größe des ohmschen Widerstandes die Stärke des auf­ grund des Spannungssignals in der Leiteranordnung hervorgeru­ fenen Stromes beeinflußt und damit die Stärke der Rückkopp­ lung eingestellt wird.

Die auf das Verfahren zur Wirbelstromprüfung gerichtete Auf­ gabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem in einem Prüf­ objekt aus elektrisch leitfähigem Material, welches Fehler­ stellen mit einer Tiefe und einer Breite aufweisen kann, ein Wirbelstrom induziert wird, dessen Magnetfeld durch einen Meßfühler erfaßt wird und in diesem ein Meßsignal hervorruft, welches einem SQUID-Sensor in einer Meßsignalverarbeitungs­ einheit zugeleitet wird, von diesem in ein SQUID-Meßsignal gewandelt und auf der Grundlage des SQUID-Meßsignals zur Er­ mittlung von Fehlerstellen, insbesondere derer Tiefen, ein Vergleich mit Referenzsignalen durchgeführt wird.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren ein Referenzsignal mit­ tels einer Referenz-Wirbelstromprüfung an einem Referenzob­ jekt aus dem elektrisch leitfähigem Material ermittelt, wel­ ches eine in ihren Abmessungen, insbesondere der Tiefe, be­ kannte Referenzfehlerstelle aufweist.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie­ le wird das Magnetfluß-Meßsystem näher erläutert. Es zeigen schematisiert und teilweise nicht maßstäblich unter Darstel­ lung der für die Erläuterung verwendeten konstruktiven und funktionellen Merkmale:

Fig. 1 ein Magnetfluß-Meßsystem für eine Wirbelstromprüfung,

Fig. 2 den in FIG 1 spezifizierten Ausschnitt mit dem Meßfüh­ ler,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild der Detektorspule des Meßfühlers,

Fig. 4 ein mit Flachspulen ausgeführter Meßfühler,

Fig. 5 ein abgleichbarer Meßfühler und

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen schematisiert dargestellten SQUID-Sensor.

Die Bezugszeichen sämtlicher Figuren haben jeweils die glei­ che Bedeutung.

Die Fig. 1 zeigt ein Magnetfluß-Meßsystem 1 zur Wirbelstrom­ prüfung. Das Magnetfluß-Meßsystem 1 weist einen Meßfühler 2 und eine Meßsignalverarbeitungseinheit 3 auf. Der Meßfühler 2 befindet sich in der Nähe eines zu untersuchenden Prüfobjek­ tes 4, welches aus elektrisch leitfähigem Material besteht. Die Meßsignalverarbeitungseinheit 3 weist einen SQUID-Sensor 5 auf, mit welchem der Meßfühler 2 elektrisch verbunden ist. Der SQUID-Sensor 5 ist mit einem Verstärker 7 und mit weite­ ren nicht näher dargestellte Signalverarbeitungsstufen ver­ bunden. Der Meßfühler 2 weist einen Ferritkern 8 auf, auf den eine normalleitende Detektorspule 9 aufgewickelt ist, welche die Anschlußklemmen 6 und 6' aufweist. Weiterhin ist auf den Ferritkern 8 eine Erregerspule 10 gewickelt, die mit einem Signalgenerator 11 elektrisch verbunden ist.

Zur Untersuchung des Prüfobjektes 4 wird über ein Magnetfeld der Erregerspule 10 in dem Prüfobjekt 4 ein Wirbelstrom 12 induziert. Dazu wird die Erregerspule 10 mit einem vom Si­ gnalgenerator 11 gelieferten hochfrequenten Wechselstrom I_w beaufschlagt. Ein vom Wirbelstrom 12 erzeugtes Magnetfeld 13 wird mit Hilfe der normal leitenden Detektorspule 9 des Meß­ fühlers 2 erfaßt, in der ein entsprechender Strom induziert wird. Dieser induzierte Strom wird als Meßsignal 14 dem SQUID-Sensor 5 zugeleitet. Mit Hilfe des SQUID-Sensors 5 wird das Meßsignal 14 in ein SQUID-Meßsignal 15 gewandelt, welches dem nachfolgenden Verstärker 7 zur weiteren Verarbeitung zu­ geleitet wird. Der SQUID-Sensor 5 befindet sich in einem thermischen Isolationsgefäß 16, welches mit einem Kühlmittel 17 gefüllt ist. Mit Hilfe des Kühlmittels 17 wird der SQUID- Sensor 5 auf eine Temperatur gekühlt, bei der seine supralei­ tende Eigenschaft gewährleistet ist.

Vorteilhaft an der Verwendung einer normal leitenden Detektor­ spule 9 im Meßfühler 2 ist, daß aufwendige Kühlmaßnahmen zur Kühlung des Meßfühlers 2 entfallen. Mit dem Wegfall aufwendi­ ger Kühlmaßnahmen wird eine höhere Flexibilität und eine leichtere Handhabbarkeit des Meßfühlers 2 beim Einsatz er­ reicht. Des weiteren ist der Meßfühler 2 in einem geringen Abstand zu einer nicht näher dargestellten Oberfläche des Prüfobjektes 4 positionierbar, wobei der geringe Abstand durch das Vorhandensein einer nicht näher dargestellten elek­ trischen Isolationsschicht zwischen Meßfühler und der Ober­ fläche bedingt ist.

Fig. 2 zeigt vergrößert den in Fig. 1 dargestellten Meßfühler 2. Hierbei ist die normalleitende Detektorspule 9 mit ihren Klemmen 6 und 6' und dem Ferritkern 8 dargestellt ist. Die normalleitende Detektorspule 9 ist als ein Leiter 18, der in mehreren Windungen 19 um den Ferritkern 8 gewickelt ist, aus­ geführt.

Fig. 3 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der normallei­ tenden Detektorspule 9. Das Ersatzschaltbild der Detektorspu­ le 9 weist eine Induktivität L in Serie geschaltet zu einem ohmschen Widerstand R auf. Mit dem ohmschen Widerstand R wird der ohmsche Widerstand des Leiters 18 nachgebildet. Die De­ tektorspule 9 ist dabei so aufgebaut, daß bei einer Frequenz f von 100 kHz der induktive Widerstand Z_L der Spule L gegeben durch Z_L = 2.π.f.L gleich oder größer als der ohmsche Widerstand R ist. Die Frequenz f beeinflußt dabei eine untere Grenzfrequenz für den Einsatz des Meßfühlers.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Detektorspule 9 als eine Flachspule 20 dargestellt, die sich auf einem Substrat 21 befindet. Des weiteren weist der Meßfühler 2 eine als Flachspule ausgeführte Erregerspule 10 mit den Klemmen 22 und 22' auf. Die Flachspule 20 weist mehrere mit einem elektri­ schen Leiter 18 gebildete Windungen 19 auf, die zueinander einen Abstand 23 aufweisen. Der Leiter 18 weist einen Leiter­ durchmesser 24 auf. Der Abstand 23 zwischen benachbarten Win­ dungen 19 ist größer als der Leiterdurchmesser 24. Vorteil­ haft an einer Ausführung der Detektorspule 9 des Meßfühlers 2 als Flachspule 20 ist, daß die Flachspule 20 mit all ihren Windungen 19 nahezu abstandsfrei an eine Oberfläche eines nicht näher dargestellten Prüfobjekts 4 (siehe z. B. Fig. 1) gebracht werden kann. Der verbleibende Abstand zum Prüfobjekt 4 wird hier bestimmt durch eine Dicke einer nicht näher dar­ gestellten elektrischen Isolationsschicht zwischen den Win­ dungen 19 und der Oberfläche.

Bei einer Ausführung der Flachspule 20 mit dem Abstand 23 zwischen den Windungen 19 weist die Flachspule 20 eine gerin­ ge Induktivität L_F auf, wobei die mit den Windungen 19 aufge­ spannte Fläche 25 sehr groß ist. Ein Vorteil ist, daß ein durch die Fläche 25 strömender zeitlich veränderlicher Ma­ gnetfluß eines zu messenden Magnetfeldes in den Windungen 19 der Flachspule 20 somit einen sehr hohen Strom I_F, der als Meßsignal 14 dient, induziert. Würden die Windungen 19 der Flachspule 20 einen geringeren Abstand als den Abstand 23 aufweisen, so wäre deren Induktivität größer. Weiterhin wäre die mit den Windungen 19 umfaßte Fläche kleiner, als die Flä­ che 25. Somit wäre mit dieser Spulenanordnung bei höherer In­ duktivität nur ein geringerer zeitlich veränderlicher Fluß des zu messenden Magnetfeldes erfaßbar, wobei ein viel klei­ nerer Strom in den Windungen 19 induziert und als Meßsignal 14 zur Verfügung stehen würde. Eine solche Spule besäße somit eine geringere Empfindlichkeit, als die in Fig. 4 dargestellte Flachspule 20.

In Fig. 5 ist ein abgleichbarer Meßfühler 2 dargestellt. Er weist eine als Flachspule ausgeführte Erregerspule 10 mit den Klemmen 22 und 22' und eine zur Erfassung eines zu messenden Magnetfeldes dienende Detektorspule 33 mit den Klemmen 6 und 6' auf, die ebenfalls als Flachspule ausgeführt ist. Die De­ tektorspule 33 weist zwei parallelgeschaltete Teilspulen 34 und 34a auf, die entgegengesetzten Wicklungssinn und gleiche Induktivitäten L₁ besitzen. Die Erregerspule 10 wird gebildet aus zwei in Serie geschalteten Erregerteilspulen 35 und 35a, die gleichen Wicklungssinn und gleiche weitere Induktivitäten L₂ aufweisen. Jeder Erregerteilspule 35 und 35a ist jeweils ein Widerstand R₁, bzw. R₂ parallelgeschaltet, wobei der Wi­ derstand R₁ in einen Abgleich in dem Bereich R₂-ΔR≦R₂≦R₂+ΔR einstellbar ist. Mit den Widerständen R₁ und R₂ wird ein Wi­ derstandsnetzwerk 36 gebildet. Die Erregerteilspulen 35 und 35a sind jeweils mit den Teilspulen 34 bzw. 34a induktiv über Gegeninduktivitäten M₁, bzw. M₂ verkoppelt. Die Gegenin­ duktivitäten M₁ und M₂ können durch den Aufbau des Meßfühlers 2 bedingt unterschiedlich sein. Ein in die Klemme 22 einge­ speister Erregerstrom I_E teilt sich entsprechend der Werte R₁ und L₂, bzw. R₂ und L₂ in die Ströme I_R1 und I_E1, bzw. I_R2 und I_E2 auf. Die Stärke des Stromes I_R1 und-damit die Stärke des Stromes I_E1 kann durch Variation des Widerstandes R₁ verändert werden. Somit ist die Stärke des Stromes I_E1 so einstellbar, das über die Gegeninduktivitäten M₁ und M₂ in den Teilwick­ lungen 34 und 34a induzierte Teilströme I_D1, bzw. I_D2 nahezu gleich groß sind. Die Art der induktiven Verkopplung zwischen den jeweiligen Erregerteilspulen 35 und 35a und den Teilspu­ len 34 bzw. 34a ist so ausgeführt, das die Teilströme I_D1 und I_D2 entgegengesetzte Flußrichtung aufweisen und sich so­ mit weitgehend aufheben, so daß nur ein nahezu verschwinden­ der Störstrom I_S an der Klemme 6 abgreifbar ist. Eine Ausbil­ dung eines Störstrom I_S in der Detektorspule 33 aufgrund des Erregerstromes I_E ist somit nahezu vollständig vermieden und der Meßfühler 2 ist dazu auf einen minimalen Störstrom I_S ab­ gleichbar.

In Fig. 6 ist schematisch ein SQUID-Sensor 5 dargestellt. Der SQUID-Sensor 5 weist zwei SQUID-Fluß-Wandler 26a und 26b auf, die elektrisch an eine supraleitende Antenne 27 angekoppelt sind. Mit Hilfe von Gleichströmen I_B1 und I_B2, die über die SQUID-Fluß-Wandler 26a und 26b zu nicht näher spezifizierten Massekontakten 30 fließen, wird der jeweilige Arbeitspunkt der SQUID-Fluß-Wandler 26a und 26b eingestellt. Eine Einkop­ pelspule 28 ist induktiv mit der supraleitenden Antenne 27 verkoppelt. Ein durch die Einkoppelspule 28 fließender Strom I_E induziert in der supraleitenden Antenne 27 einen Strom I_Q, der über jeweils einen Teil der SQUID-Fluß-Wandler 26a und 26b fließt. Dabei geben die SQUID-Fluß-Wandler 26a und 26b in Beziehung zu dem Strom I_Q jeweils ein Spannungssignal V_S1 und V_S2 ab. Der SQUID-Fluß-Wandler 26a ist mit einer Leiteranord­ nung 31, die einen induktiven Leiter 32 und einen normallei­ tenden, in der Zeichnung symbolisch mit einem Widerstand R dargestellten Leiter, elektrisch verbunden. Der induktive Leiter 32 ist induktiv mit der supraleitenden Antenne 27 ge­ koppelt. Ein vom SQUID-Fluß-Wandler 26a erzeugtes Spannungs­ signal V_S1 erzeugt einen Strom I_L über die Leiteranordnung 31. Aufgrund der induktiven Verkopplung zwischen dem Leiter 32 und supraleitender Antenne 27, wird der Strom I_Q in der su­ praleitenden Antenne 27 erhöht, wodurch das Spannungssignal V_S1 vergrößert wird. Dieses Verhalten wird als positive Rück­ kopplung bezeichnet. Durch die Rückkopplung über die Leiter­ anordnung 31 wird somit die Empfindlichkeit des SQUID-Sensors 5 erhöht. Durch die Wahl der Größe des ohmschen Widerstandes 12 kann auf die Stärke des Stromes I_L und damit auf das Maß der Rückkopplung Einfluß genommen werden.

Das Verfahren zur Wirbelstromprüfung wird anhand der Fig. 1 erläutert. In einem Prüfobjekt 4 aus leitfähigem Material, welche unbekannte Fehlerstellen aufweisen kann, wird ein Wir­ belstrom 12 induziert, dessen Magnetfeld 13 mit Hilfe einer Detektorspule 9 eines Meßfühlers 2 erfaßt wird. In der Detek­ torspule 9 wird durch das Magnetfeld 13 ein Meßsignal 14 her­ vorgerufen, welches einem SQUID-Sensor 5 in einer Meßsignal­ verarbeitungseinheit 3 zugeleitet wird. Von dem SQUID-Sensor 5 wird das Meßsignal 14 in ein SQUID-Meßsignal 15 gewandelt, welches SQUID-Meßsignal 15 in der Meßsignalverarbeitungsein­ heit 3 weiterverarbeitet wird. Dazu wird auf der Grundlage des SQUID-Meßsignals 15 ein Vergleich mit Referenzsignalen durchgeführt, wobei Fehlerstellen und deren Abmessungen er­ mittelt werden.

Ein Referenzsignal wird mittels einer Referenz-Wirbelstrom­ prüfung gewonnen. Dazu wird das beschriebene Verfahren zur Wirbelstromprüfung angewendet auf ein bekanntes Prüfobjekt, ein sogenanntes Referenzobjekt, welches aus dem elektrisch leitfähigen Material besteht, aus dem spätere zu prüfende Prüfobjekte hergestellt sind. Das Referenzobjekt weist eine in ihren Abmessungen, insbesondere der Tiefe, bekannte Refe­ renzfehlerstelle auf, die bei einer Referenz-Wirbelstromprü­ fung zur Ausbildung eines Referenzsignals führt.

Claims (14)

1. Magnetfluß-Meßsystem (1) zur Wirbelstromprüfung mit einem Meßfühler (2) und einer Meßsignalverarbeitungseinheit (3), wobei die Meßsignalverarbeitungseinheit (3) einen SQUID-Sen­ sor (5) aufweist, der mit dem Meßfühler (2) elektrisch ver­ bunden ist dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (2) eine normalleitende Detektorspule (9) aufweist.

2. Magnetfluß-Meßsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nor­ malleitende Detektorspule (9) eine Induktivität L und einen ohmschen Widerstand R aufweist, wobei bei einer Frequenz f von 100 kHz der induktive Widerstand Z_L = 2.π.f.L der Detektorspule (9) gleich oder größer als der ohmsche Wider­ stand R ist.

3. Magnetfluß-Meßsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detek­ torspule (9) einen magnetisierbaren Kern (8), insbesondere einen Ferritkern, aufweist, dessen Permeabilitätskonstante zwischen 10 und 1000, insbesondere bei 100 liegt.

4. Magnetfluß-Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (2) eine Erregerspule (10) und eine Detektorspule aufweist (9), wobei die Detektorspule (9) zwei Teilspulen (34, 34a) aufweist und jede Teilspule (34, 34a) mit der Erre­ gerspule (10) induktiv so verkoppelt ist, daß ein elektrischer Strom in der Erregerspule (10) in den Teilspulen (34, 34a) jeweils einen elektrischen Teilstrom (I_D1, I_D2) induziert, wo­ bei die elektrischen Teilströme (I_D1, I_D2) gegensinnig gerich­ tet sind.

5. Magnetfluß-Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (10) zwei Erregerteilspulen (35, 35a) auf­ weist, wobei jede Erregerteilspule mit jeweils einer Teil­ spule (34, 34a) induktiv verkoppelt ist.

6. Magnetfluß-Meßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teil­ spulen (34, 34a) parallel geschaltet sind und entgegengesetz­ tem Wicklungssinn und jeweils gleiche Induktivität (L₁) auf­ weisen und die Erregerteilspulen (35, 35a) in Serie geschal­ tet sind und gleichen Wicklungssinn und jeweils gleiche In­ duktivität (L₂) aufweisen.

7. Magnetfluß-Meßsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erre­ gerteilspulen (35, 35a) mit einem Widerstandsnetzwerk (36) verbunden sind, wobei das Widerstandsnetzwerk (36) mindestens einen veränderbaren Widerstand (R₁) aufweist, durch den die sich in den Erregerteilspulen (35, 35a) ausbildenden Erreger­ teilströme (I_E1, I_E2) so beeinflußbar sind, daß die Teilströme (I_D1, I_D2) weitgehend gleichen Betrag aufweisen.

8. Magnetfluß-Meßsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorspule (9) und/oder die Erregerspule (10) jeweils in Form einer Flachspule ausgebildet sind/ist.

9. Magnetfluß-Meßsystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als Flachspule (20) ausgebildete Detektorspule (9) einen elektri­ schen Leiter (18) mit einem Leiterdurchmesser (24) aufweist und mit dem Leiter (18) Windungen (19) gebildet sind, wobei zwei benachbarte Windungen (19) einen Abstand (23) zueinander aufweisen, der größer als der Leiterdurchmesser (24) ist.

10. Magnetfluß-Meßsystem (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (18) der Flachspule (20) durch Strukturierung einer leitfä­ higen Schicht, welche sich auf einem nichtleitfähigen Sub­ strat befindet, gebildet ist.

11. Magnetfluß-Meßsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignalverarbeitungseinheit (3) eine Leiteranord­ nung (31) und der SQUID-Sensor (5) eine supraleitende Antenne (27) aufweist und die Leiteranordnung (31) für eine positive Rückkopplung zur Vergrößerung eines Spannungssignals (V_S1, V_S2) des SQUID-Sensors (5) induktiv mit der Antenne (27) ge­ koppelt ist.

12. Magnetfluß-Meßsystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lei­ teranordnung (31) einen normalleitenden Leiter (R) und einen supraleitenden Leiter (32) aufweist, wobei letzterer induktiv mit der Antenne (27) gekoppelt ist.

13. Verfahren zur Wirbelstromprüfung, bei dem in einem Prüf­ objekt (4) aus elektrisch leitfähigem Material, welches Feh­ lerstellen mit einer Tiefe und einer Breite aufweisen kann, ein Wirbelstrom (12) induziert wird, dessen Magnetfeld (13) durch einen Meßfühler (2) erfaßt wird und in diesem ein Meß­ signal (14) hervorruft, welches einem SQUID-Sensor (5) in ei­ ner Meßsignalverarbeitungseinheit (3) zugeleitet wird, von diesem in ein SQUID-Meßsignal (15) gewandelt und auf der Grundlage des SQUID-Meßsignals (15) zur Ermittlung der Feh­ lerstellen, insbesondere derer Tiefen, ein Vergleich mit Re­ ferenzsignalen durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Refe­ renzsignal mittels einer Referenz-Wirbelstromprüfung an einem Referenzobjekt aus dem elektrisch leitfähigen Material ermit­ telt wird, welches zumindest eine in ihren Abmessungen, ins­ besondere der Tiefe, bekannte Referenzfehlerstelle aufweist.