SE456863B - Maet- och/eller kontrollanordning utnyttjande virvelstroemsteknik med undertryckning av godartade ytdeformationer - Google Patents

Description

_anordning omtalad. som uppmärksammat orsakerna till aktuella problem. 456 863 2 I facklitteraturen finns, såvitt bekant är, inget sätt beskrivet, eller eller hur de kan bemästras och lösas. Det bör här påpekas att en anledning till att problemet nu har blivit enkelt att analysera och förklara är införandet av de fiktiva summaströmmarna. som beskrivs i de svenska patent- handlingarna 8UDO861-4 och 8400698-O och som även ligger till grund för LW förklarandet av föreliggande uppfinning.

Då samtliga konventionella virvelströmsgivare med centrumhál i lindningen bör vara behäftade med här angivna svagheter. bör därför föreliggande uppfinning medföra att den teoretiska gränsen för hur små sprickor som kan detekteras i relation till förekomstnivân av oscillationsmärken o dyl. kan förbättras markant jämfört med dagens teknik.

I de svenska patenthandlingarna 8U00698-0 och 8Q0086l-U beskrivs sätt och anordningar med vilka man kan göra vektortransformation o dyl optimal över , lift-off-arbetsområdet genom att transformationen utförs som funktion av LO-avståndet resp hur man genom ett speciellt givarutförande kan kompen- sera sig för summaströmmarnas olika djupgående. Gemensamt för dessa upp- finningar är att de i första hand är effektiva i undertryckningen av oönskade effekter p g a varierande lift-off i förening med olika bärfrek- vensers skilda ströminträngningsdjup. Man kan m a o undertrycka varia- tioner i höjdled (i vinkel mot ytan). Den induktiva kopplingen mellan givare och provobjektets yta är dock förutom avståndet (LO) även beroende av längden (L). v g se figur 1. på den ytströmbana som givarspolen täcker i tvärled (längs ytan). Föreliggande uppfinning som även medger under- tryckning av godartade ytdefekter_med längsgående/tvärgáende utsträckning skall därför ses som ett viktigt komplement till ovan angivna patenthand- lingar, varigenom en mer tredimensionell undertryckningsmöjlighet erhålls.

Sammantaget medger då dessa uppfinningar t ex en effektiv undertryckning av oönskad påverkan på mätresultatet av oscillationmärken o dyl vid sprickdetektering.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen kännetecknas därav, att godartade ytdeformationer, t ex oscillationsmärken helt eller delvis kan undertryckas genom att anord- 3 456 863 ningen är känslighetskaraktäristikkompenserad i givarens rörelseriktning med avseende på ytdeformation. vilket åstadkommas genom att givare/sensor är utförd som minst två helt eller delvis skilda delar med olika yttäck- ning, vilka därigenom direkt eller indirekt p g a olika signalbehandling och/eller matning får/uppvisar olika känslighet för/vid minst två olika bärfrekvenser.

Uppfinningen kan något förenklat förklaras och beskrivas enligt följande.

Det bör dock pàvekas att beskrivningen och figurer skall ses som ett av många tänkbara alternativ eller exempel pà hur uppfinningen kan förverk- ligas.

Figurerna gör ej anspråk på att vara skalenligt eller dimensionsmässigt rätt ritade utan skall betraktas som principiella exempel. För att göra beskrivningen lättillgänglig har matematiska härledningar ersatts med relevanta, i några fall approximativa, resonemang, som trots sin enkelhet, är väl förankrade i såväl teori som praktik. Av samma skäl har såväl beskrivning som figurer baserats på användandet av endast två frekvenser.

Uppfinningen kan givetvis dock innefatta användandet av fler än två frek- venser eller frekvenskomplex.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen är närmare exemplifierad i bifogade figurer, av vilka figur 1 visar ett provobjekt t ex ämne, innehållande ett oscillationsmärke, figur 2 en tvärprojektion av figur 1, figur 3 visar en givares känslighetskarak- taristik, figur H en givare/sensor innehållande spolar av olika storlek och form och figur 5 en liknande givare samt figur 6 ett förenklat block- schema över en sprickdetekteringsutrustning.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEXHAPEL Figur 1 visar ett provobjekt t ex ämne l. innehållande ett oscillations- märke 3 förkortat oscm i fortsättningen. En konventionell cirkulär yt- givare 2 med ytterdiametern Dy och innerdiametern Di, rör sig över ämnesytan med hastigheten v m/s. Sá som figur 1 är ritad, täcker givar- lindningen längden L av oscm. Denna längd L varierar givetviszvid givar- spolens förflyttning över oscillationsmärket, dvs L är en funktion av X i 456 865 4 figur 1. Den induktiva kopplingen mellan spollindning och ämnesyta är av lättförstàeliga skäl som störst direkt under spolen.

Då oscm i praktiken nästan undantagslöst har en utsträckning tvärs ämnet, och dess bredd B är liten i förhållande till spolens ytterdiameter Dy, kommer den ändring/störning av magnetfältet som oscm förorsakar att approximativt vara proportionell med längden L. Detta innebär då att spolens impedans varierar på snarlika sätt som L varierar vid spolens passage över oscillationmärket. P g a att spolen 2 har ett hål eller kärna i centrum, vilket är fallet med alla av oss kända givarspolar, kommer L som funktion av X att se snarlika ut som pos 5 i figur 3 vilket är ett viktigt påstående. Svackan/dipen på topparna i figur 3 är alltså, om vi föregriper resonemanget något, en konsekvens av det inre hålet med diametern Di.

Oscm utsträckta form. och lättheten att rita upp L som funktion av X, underlättar förståelsen av principen bakom uppfinningen. Allmänt sett gäller dock för samtliga okompenserade spolar. att de alltid har KK-funktioner vid skilda bärfrekvenser som uppvisar differens D.

Figur 2 visar i stort samma som figur 1, men i tvärprojektion. De inritade summaströmbanorna 10 och 11, är samma fiktiva strömmar som visas i figur 1 och 2 i den svenska patenthandlingen 8400861-4 och figur 1 i 8U00698-0.

Figur 3 visar givarens/sensorns känslighetskaraktäristik, förkortad KK i fortsättningen, för viss typ av ytdeformation, i detta fall oscm. KK är alltså den känslighetskurva/funktion givaren/sensorn 2 uppvisar för i detta fall oscm. som funktion av X, vid visst LO-avstånd. X = 0 har har valts där givaren befinner sig mitt över oscm.

P g a av att strömmar av olika frekvens påverkas något olika av oscm. erhålles två KK dvs en för resp bärfrekvens, vilket framgår av figur 3 där pos 4 visar KKL (låga frekvensen) och pos 5 KKH (höga frekvensen). När oscm 3 passerar under givarspolen 2 kommer summaströmmarna för den höga 11 resp låga 10 frekvensen att tvingas ned med ZH resp ZL av oscm. så som förenklat visas i figur 2. 5 456 ses Som likaledes framgår av figur 2 är ZH/LOH > ZL/LOL, vilket innebär att den impedansförändring oscm förorsakar i givarspolen är förhållandevis större för den höga frekvensen är för den låga. Detta är en av anled- ningarna till att svackan/dipen på KKL-kurvan är mindre utvecklad än den på KKH-kurvan. Följden av detta blir att oscm får olika KK-kurvor/funk- tioner för de olika bärfrekvenser som är aktuella. Konsekvensen av detta blir i sin tur att en differens D erhålles. vilken är streckmarkerad i figur 3. Beroende på spolens form m m kan denna differens D innehålla i första hand 2:a och 3:e överton, men i vissa fall även övertoner av högre grad. Såväl differensen D i sig som dess övertonsinnehåll, är starkt störande vid alla typer av signalbehandling t ex transformation, där minst två bärfrekvenser kommer till användning, då ju sprickdetekteringen oftast baseras pà någon typ av differensmätning frekvenserna emellan. Exempel på sådan differensmätning är det svenska patentet 7507857-6. Differensen D kan där direkt eller indirekt uppfattas som en spricka. vilket givetvis är en stor nackdel.

Genom att ge olika delar av givaren/sensorn, olika känslighet i givarens/ sensorns rörelseriktning, beroende av (som funktion av) aktuell bärfrek- vens, och därigenom kompensera/balansera bort differensen D, kallas kanslighetskaraktäristikkompensation förkortat KKK. Det bör nämnas att KK-funktionerna inkl KKK-funktionen kan innefatta mer än själva givaren/ sensorn och dess lindningar. KK-funktionen kan alltså även t ex, helt eller delvis, innefatta anordningen i övrigt.

Uppfinningen anger en anordning för att helt eller delvis begränsa effekterna pà sprickdetekteringsresultatet förorsakat av differensen D och/eller dess övertoner/frekvensinnehåll.

Såväl KK-funktionerna för godartade ytdeformationer, som differensen mellan olika KK-funktioner av olika frekvensursprung, vid användandet av minst två bärfrekvenser är nytt både definitionsmässigt och vad gäller möjligheterna att förstå och åtgärda de oönskade effekter skilda ström- inträngningsdjup ger upphov till. Detta är anledningen till att uppfinn- ingen kan anses kännetecknad av följande sätt och anordning. 456 863 . 6 Anordningen utnyttjar i första hand virvelströmsteknik, för mätning och/ eller kontroll t ex detektering, av provobjekt t ex ämnen, med avseende på ytdefekter t ex ytsprickor, innefattande minst en givare/sensor t ex virvelströmsbaserad ytgivare och/eller ytgivararrangemang. som rör sig i fplan över/på provobjektets yta eller del därav kännetecknad av att god- artade ytdeformationer som t ex oscillationsmärken och liknande, helt eller delvis, kan undertryckas genom att känslighetskaraktäristiken (KK) för aktuell typ av ytdeformation är i stort lika eller likartade för/vid minst två olika bärfrekvenser eller bärfrekvenskomplex. De för aktuella bärfrekvenser eller bärfrekvenskomplex i stort likartade KK kan, helt eller delvis, erhållas_genom att signaler från minst en del av givaren/ sensorn eller givar/sensorarrangemanget, signalbehandlas t ex förstärkas. som funktion av aktuell bärfrekvens. En KK-funktion kan alltså formas genom att signaler av viss frekvens från begränsad del av givaren t ex dämpas eller förstärks för att sedan t ex summeras till övriga signaler från givaren av samma frekvensursprung. Känntecknande kan även vara att de för aktuella bärfrekvenser i stort lika eller likartade KK-funktionerna, helt eller delvis, erhålls genom att delar eller del av givaren/sensorn, med olika yttäckning, helt eller delvis, matas med olika bärfrekvenser eller bärfrekvenskomposanter.

En annan kännetecknande sak kan vara att minst en givare/sensor innehåller minst två spolar/lindningar/slingor av olika dimension och/eller form.

Genom att t ex göra en del av givaren/sensorn justerbar relativt arrange- manget i övrigt kan man enkelt prova ut optimal KK-funktion för aktuell ytdeformation. Som exempel kan en liten spole skruvas ut eller in i en större spole för att på detta sätt optimera KK-funktionen. Ett annat sätt att.uppnà lämplig KK-funktion är att utforma spolen så den i sig uppvisar lämplig karaktäristik vilket oftast förutsätter en icke kvadratisk eller rektangulär form på lindningstvärsnittet. Genom att göra förhållandet Dy/Di stort t ex > 5 minskas dipen på KK-kurvan vilket kan vara tillräck- ligt i vissa fall. Önskar man uppnå maximala prestanda kan det vara lämpligt att ytterligare. utöver vad som går att göra på givardelen, minimera differensen Dii figur 3. Detta kan t ex göras genom att signaler härrörande från helt eller delvis olika bärfrekvenser, t ex likriktade bärfrekvenssignaler, signalbehandlas t ex formas. olika före transforma- ring o dyl då ju härigenom transformeringen ej störs. 1 456 863 Vid virvelströmsprovning arbetar man med magnetfält av relativt hög frek- vens, som t ex kan genereras genom att en spole/lindning matas från en s k konstantströmgenerator med ström av olika bärfrekvensinnehàll. På detta sätt kan samma spole vara både primär- och sekundärspole eller om man så önskar givare och sensor på en gång. Figurerna Ä och 5 kan därför för enkelhets skull betraktas som givare/sensor med gemensam primär- och sekundärlindning. Matning och avkänning kan alltså ske via samma anslut- ning om så önskas. Strögeneratorerna har dock utlämats för att ej för- villa.

Figur 4 visar en givare/sensor innehållande spolar av olika storlek och form. Dessa spolar finns även med i figur 6. Den större spolen 6 avkänns med avseende på bägge bärfrekvenserna dvs wL och wfl. medan den mindre spolen 7 endast avkänns med avseende på den höga frekvensen wa. vilket även framgår av figur 6. KK-funktionen från den större spolen kan då t ex ha det utseende som visas i figur 3. Men genom att nu från pos 5 i figur 3 draga ifrån det bidrag som erhålls från den mindre spolen 7. placerad i centrum av givaren, kan svackan/dipen i pos 5 minskas och därigenom göras likvärdig med den i pos U. På detta sätt har vi kompenserat bort diffe- rensen D och erhållit resulterande optimala KK-funktioner.

P g a att den mindre spolen 7 har mindre dimension t ex som i detta fall en mindre diameter. får dess KK-funktion. pos 55 i figur 3, en mer begrän- sad utsträckning än den större spolen. Det är då lätt att inse att dess dimension kan anpassas så den blir optimal med avseende på den differens den skall kompensera bort.

Figur 5 visar en liknande givare/sensor, där samma spole 8 matas t ex från konstantströmgenerator, innehållande bärfrekvenserna wa och mL, i en punkt. och med endast wa i en annan punkt. På detta sätt kan man via ett ekvivalent resonemang, erhålla i stort samma resultat. som med givaren/ sensorn i figur Ä.

I princip är det möjligt att konstruera givare/sensor innehållande ett obegränsat antal spolar/lindningar av t ex olika form och dimension, och låta dessa samverka så att KK-funktioner genereras, lämpade för under- tryckning av godtycklig typ av ytdeformation. Det blir då möjligt att kombinera parallella eller seriekopplade kanaler där t ex resp kanal har till uppgift att undertrycka sin speciella ytdeformation. 456 ses 8 På samma sätt som man kan undertrycka ytdeformationer kan man skapa KK-funktioner som framhäver förändringar i ytan t ex sprickor. Detta att skräddarsy givare för detektering av viss typ av defekt är då den omvända användningen av uppfinningen.

Figur 6 visar ett förenklat blockschema över en sprickdetekteringsutrust- ning. Givaren/sensorn innehåller två lindningar 6 och 7. Signalerna från dessa förstärks i 12 och 13, för att sedan filtreras i BP-filtren lü med avseende på den höga frekvensen och i 15 med avseende på den låga frek- vensen. Genom att signalerna frán 7 och 12 enbart påföres filter lä ger spolen 7 endast ett bidrag till den högfrekventa signalen, vilket innebär KKK:n av den del av t ex ämnesytan spolen 7 täcker, eller bättre den del av givaren/sensorn spolen 7 omfattar/täcker. Utsignalerna från filtren lä och 15 förstärks ytterligare i 16 och 17. och likriktas därefter via de faskänsliga likriktarna 18 och 19. I de fall den ovan nämnda KKK:en ej är tillräckligt effektiv. kan det vara befogat att på elektronisk väg ytter- ligare KKK:a de likriktade signalerna vilket sker i blocken 20 och 21.

Denna, i vissa fall sofistikerade, signalbehandlingen kan t ex innefatta filtrering, justerbar signalfördröjning, pulsformning m m, och resulterar i de slutgiltigt KKK:de KK-funktionerna KKH resp KKL, som utgör insignaler till de efterföljande transformationsblocken 22, 23 och ZU. Som framgår har pà detta sätt de ursprungliga KK-funktionerna kompenserats via både givar/sensorutformning och signalbehandling. KK-funktionernas amplitud anpassas lämpligen till t ex den transformationsinställning som är aktuell. Om t ex transformeringen är vald för optimal LO-undertryckning, väljs lämplig KK-amplitud funktionerna sinsemellan, utgående från aktuell transformeringsinstallning. Filtret 25 filtrerar slutligen ut den aktuella felsignalen F, representerande t ex sprickan på ämnesytan. Genom att KKK:en utföres före vektortransformationen. påverkar givetvis ej aktuella ytdeformationer sprickdetekteringen.

Med KÄNSLIGHETSKARAKTÄRISTIK (KK) avses den, tex normerade, känslighete- funktion/kurva. som erhålls vid givarens/sensorns passage över aktuell ytdeformartion/ytdefekt. KK refererar till viss bärfrekvens eller bär- frekvenskomplex. och viss ytdeformation, och i vissa fall även till lämp- K ligt LO-avstånd.

Ca' då 'W 9 456 853 Med xÄnsnlaaarsmamäaïsrimox-mawsarlou (xxx) avses at: differensen (n) och/eller olikheter mellan olika ursprungliga KK-funktioner, helt eller delvis, kompenseras/balanseras bort.

Med BÄRFREKVENS avses frekvens på den ström som genererar magnetfält m a o givarströmmens frekvens.

Med TRANSFORMERING och VEKTORTRANSFORMERING avses t ex vektortransforme- ring så som beskrivs av t ex Libby, US patent nr 4. 303, 885. svenskt patent nr 7507857-6, 8ÜO0598-0 m fl.

Med PROVOBJEKT avses varma ämnen, plåt, rör, profiler m m.

Med LO-AVSTÅND avses lift-off dvs avståndet mellan givare/sensor och provobjektets yta.

Med BÄRFREKVENSSTYRKA avses signalstyrkan hos signal av viss barfrekvens.

I övrigt kan nämnas att den terminologi inkl definitioner som kommer till uttryck i denna beskrivning i allt väsentligt överensstämmer med de an- förda svenska patenthandlingarna.

Med GIVARE avses alla typer av givare och/eller sensorer som arbetar med eller på annat sätt är känsliga för magnetfält. Med givare kan t ex avses allt från en enkel slinga till komplicerade spolarrangemang av tredimen- sionell natur.

En ytdeformation t ex oscm 3 skiljer sig oftast från sprickan (S) genom att den har en större bredd (B) än sprickan. Vid rotationssymmetriska givarformer är det av naturliga skäl enkelt att KKK:ra givaren i samtliga rörelseriktningar, vilket innebär att givaren kan ha godtycklig rörelse- riktning med bibehållen KKK:n.

Uppfinningen kan varieras på màngahanda sätt inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (5)

456 863 10 PATENTKRAV

1. Anordning utnyttjande virvelströmsteknik, för mätning och/eller kontroll t ex detektering, av provobjekt t ex ämnen, med avseende på ytdefekter t ex ytsprickor. som funktion av minst tvâ signaler, direkt eller indirekt, härrörande från helt eller delvis olika bärfrekvenser t ex via s k vektortransformationsteknik baserad på användandet av flera bär- frekvenser, och att anordningen innefattar minst en givare/sensor t ex ytgivare eller ytgivararrangemang, som rör sig på/över provobjektets yta eller del därav.' k ä n n e t e c k n a d därav att godartade ytdefor- mationer t ex oscillationsmärken, helt eller delvis. kan undertryckas genom att anordningen är känslighetskaraktäristikkompenserad, i givarens rörelseriktning. med avseende på ytdeformation, vilket åstadkommas genom att givare/sensor är utförd som minst två, helt eller delvis. skilda delar t ex med olika yttäckning, vilka därigenom, direkt eller indirekt, p g a olika signalbehandling och/eller matning, får/uppvisar olika känslighet för/vid minst två olika bärfrekvenser.

2. Anordning enligt föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att känslighetskaraktäristikkompensationen, helt eller delvis, erhålls genom att bärfrekvenssignaler från minst två, helt eller delvis. skilda delar av givaren/sensorn signalbehandlas t ex förstärkes, olika.

3. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att känslighetskaraktäristikkompensationen, helt eller delvis, erhålls genom att, helt eller delvis. skilda delar av givaren/sensorn, matas med ström_av olika bärfrekvensinnehàll och/eller bärfrekvensstyrka.

4. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att minst en givare/sensor innehåller eller består av minst två spolar/lindningar av olika dimension och/eller form.

5. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att signaler härrörande från helt eller delvis olika bärfrekvenser t ex likriktade bärfrekvenssignaler, signal- behandlas t ex formas, före trensformering, för erhållande av bättre känslighetskaraktäristikkompensation. ä»