WO1990011515A1 - Device for non-destructive testing of workpieces by means of a magnetic field - Google Patents

Abstract

A device for non-destructive testing of workpieces (11) by means of a magnetic field comprises a device for producing a magnetic field (Hy) aligned in a first direction (y) in the workpiece (11). It also comprises a magnetic field sensor (31) arranged on one surface of the workpiece (11), which detects a magnetic measurement field (Hz) aligned in a second direction (z) and produced by defects in the workpiece (11). Finally, the device includes electronic switching means (30) with connecting lines (50, 52, 53, 55, 56, 58, 59, 61, 62, 64, 65, 70, 72, 73, 75, 76, 78, 81) which amplify the measurement signals corresponding to the magnetic measurement field (Hz). The electronic switching means (30), together with the magnetic field sensor (31), form a hybrid component (46). The connecting lines (50, 52, 53, 55, 56, 58, 59, 61, 62, 64, 65, 70, 72, 73, 75, 76, 78, 81) are arranged so that surface vectors of the surfaces (A) clamped by electrically coupled connecting lines (52, 53, 55) are aligned substantially perpendicular to the first direction (y).

Description

Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen von Werkstücken mittels eines Magnetfeldes Device for non-destructive testing of workpieces using a magnetic field

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen von Werkstücken, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines in einer ersten Richtung gerichteten Magnet-Gleich¬ oder -Wechselfeldes in dem Werkstück, mit einer an einer Ober¬ fläche des Werkstücks angeordneten Magnetfeldsonde zum Erfassen eines von Fehlstellen im Werkstück verursachten und in einer zweiten Richtung gerichteten Magnet-Meßfeldes, und mit Verbin¬ dungsleitungen aufweisenden elektronischen Schaltmitteln zum Verstärken von dem Magnet-Meßfeld entsprechenden Meßsignalen. Eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art ist aus der DE-OS 19 46 412 bekannt.The invention relates to a device for the non-destructive testing of workpieces, with a device for generating a magnetic direct or alternating field in the workpiece directed in a first direction, with a magnetic field probe arranged on a surface of the workpiece for detecting a defect in the workpiece Workpiece caused and directed in a second direction magnetic measuring field, and with connecting lines having electronic switching means for amplifying measuring signals corresponding to the magnetic measuring field. A device of the type mentioned above is known from DE-OS 19 46 412.

Bei der bekannten Vorrichtung soll ein stangenförmiges Werk¬ stück, beispielsweise ein Rohr, auf Fehlstellen, insbesondere auf Risse in der Oberfläche des Rohrs, untersucht werden. Hierzu wird das Rohr mittels eines Längsfδrderers in seiner axialen Richtung gefördert. Das Rohr durchläuft dabei eine trom elfδrmige Inspektionsvorrichtung, die sich während des Vorschubes des Rohrs um die Längsachse des Rohrs dreht. Die Inspektionsvorrichtung umfaßt einen magnetischen Kreis, bei dem zwei Joche einander bezüglich des Rohres diametral gegen¬ überstehen und jeweils mit Polschuhen dicht an die Oberfläche des Rohres angrenzen. Wird der magnetische Kreis erregt, so wird in dem Rohr ein Magnetfeld erzeugt, das am Orte der Polschuhe radial in den Rohrmantel eintritt, dann in Umfangs- richtung um den Mantel des Rohrs umläuft und an der gegenüber¬ liegenden Position wieder radial aus dem Rohr aus- und in den dort befindlichen Polschuh des gegenüberliegenden Jochs ein¬ tritt.In the known device, a rod-shaped workpiece, for example a pipe, is to be examined for defects, in particular for cracks in the surface of the pipe. For this purpose, the pipe is conveyed in its axial direction by means of a longitudinal conveyor. The tube passes through an elf-shaped inspection device which rotates around the longitudinal axis of the tube while the tube is being advanced. The inspection device comprises a magnetic circuit in which two yokes are diametrically opposed to one another with respect to the tube and each adjoin the surface of the tube with pole shoes. If the magnetic circuit is excited, a magnetic field is generated in the tube, which radially enters the tube jacket at the location of the pole shoes, then rotates in the circumferential direction around the tube jacket and radially out of the tube at the opposite position - And enters the pole shoe of the opposite yoke located there.

In einer zu den Jochen bzw. Polschuhen jeweils um 90° bezüglich der Rohrachse versetzten Stellung sind Magnetfeldsonden an¬ geordnet, die sich an einem drehbaren Hebel befinden und federnd mit Sondenschuhen auf der Oberfläche des Rohres aufliegen. Es sind darüber hinaus aber auch Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen die Magnetfeldsonde nicht auf dem Werkstück aufliegt, sondern vielmehr raumfest zum bewegten Werkstück angeordnet ist. Wird nun der magnetische Kreis erregt und zugleich die Unter¬ suchungsvorrichtung während des Vorschubes des Rohres um das Rohr gedreht, so vollführt die Untersuchungsvorrichtung eine schraubenförmige Bewegung entlang der Oberfläche des Rohres. Solange die Rohroberfläche dabei ein homogenes Gefüge aufweist verlaufen die Feldlinien am Ort der Sondenschuhe homogen im Rohrmantel. Sobald jedoch im Rohrmantel eine Fehlstelle auf¬ tritt, beispielsweise ein Riß o. dgl., wird der homogene Feldverlauf im Rohrmantel gestört, und es treten Feldlinien aus dem Rohrmantel aus. Diese austretenden Feldlinien sind demzufolge mit einer radialen Richtungskomponente versehen, so daß sie die in den Sondenschuhen angeordneten Magnetfeld- Meßsonden, beispielsweise Induktionsspulen, die tangential zur Rohrwandung angeordnet sind, durchsetzen. Auf diese Weise wird ein MeßSignal erzeugt, mit dem ein Vorhandensein von Fehlstellen im Rohr angezeigt werden kann. Es ist aber auch bekannt, bei derartigen Anordnungen die Magnetfeld-Meßsonden in einer radialen Richtung zum Werkstück anzuordnen.In a position offset to the yokes or pole pieces by 90 ° with respect to the tube axis, magnetic field probes are arranged, which are located on a rotatable lever and rest resiliently with probe shoes on the surface of the tube. In addition, methods and devices are also known in which the magnetic field probe does not rest on the workpiece, but rather is arranged in a fixed position relative to the moving workpiece. If the magnetic circuit is now excited and, at the same time, the examination device is rotated around the pipe while the pipe is being advanced, the examination device carries out a helical movement along the surface of the pipe. As long as the pipe surface has a homogeneous structure, the field lines run homogeneously in the pipe jacket at the location of the probe shoes. However, as soon as a defect occurs in the tubular casing, for example a crack or the like, the homogeneous field profile in the tubular casing is disturbed and field lines emerge from the tubular casing. These emerging field lines are therefore provided with a radial directional component, so that they penetrate the magnetic field measuring probes arranged in the probe shoes, for example induction coils, which are arranged tangentially to the tube wall. In this way, a measurement signal is generated with which the presence of defects in the pipe can be indicated. However, it is also known to arrange the magnetic field measuring probes in a radial direction to the workpiece in such arrangements.

Dieses bei der bekannten Vorrichtung eingesetzte Verfahren wird als "Induktionsverfahren" bezeichnet und setzt voraus, daß das Werkstück selbst ferromagnetische Eigenschaften auf¬ weist, um die Feldlinien des Magnetfeldes führen zu können. Das beim Induktionsverfahren auf das Werkstück ausgeübte Magnetfeld kann ein Konstantmagnetfeld oder ein Wechselmagnet¬ feld sein. Ein Verfahren mit Wechselfeldmagnetisierung ist in der DE-OS 28 38 388 beschrieben.This method used in the known device is referred to as the "induction method" and presupposes that the workpiece itself has ferromagnetic properties in order to be able to guide the field lines of the magnetic field. The magnetic field exerted on the workpiece in the induction process can be a constant magnetic field or an alternating magnetic field. A method with alternating field magnetization is described in DE-OS 28 38 388.

Alternativ dazu ist es aber auch bekannt, mit dem sogenannten "Wirbelstromverfahren" entsprechende Messungen an Werkstücken durchzuführen, die nicht ferromagnetisch, sondern lediglich elektrisch leitend sein müssen. Bei diesem alternativen Ver¬ fahren wird statt eines Konstantmagnetfeldes immer ein Wechsel¬ feld verwendet, das in dem elektrisch leitfähigen Werkstoff dςs Werkstücks Wirbelströme hervorruft. Diese Wirbelströme haben wiederum Magnetfelder zur Folge, die mit den bereits geschilderten Magnetfeldsonden erfaßt werden können.As an alternative to this, however, it is also known to use the so-called "eddy current method" to carry out corresponding measurements on workpieces which are not ferromagnetic but only must be electrically conductive. In this alternative method, an alternating field is always used instead of a constant magnetic field, which causes eddy currents in the electrically conductive material of the workpiece. These eddy currents in turn result in magnetic fields which can be detected with the magnetic field probes already described.

Für die Anwendung des Induktionsverfahrens einerseits oder des Wirbelstromverfahrens andererseits können teilweise ähnliche Einrichtungen verwendet werden. Es sind allerdings bei der Verschaltung der Spulen und bei den einzusetzenden elektrischen Größen die entsprechenden Unterschiede zu beachten. Es ist daher auch bekannt, beide Verfahren an ein- und derselben Einrichtung einzusetzen, die lediglich hinsichtlich der ver¬ wendeten Magnetfeldsonden und der elektrischen Verschaltung entsprechend ausgelegt werden muß. Ein Beispiel für eine solche kombinierte Anordnung ist z.B. in der DE-OS 37 43 521 beschrie¬ ben.Similar devices can in part be used for the application of the induction process on the one hand or the eddy current process on the other hand. However, the corresponding differences must be taken into account when connecting the coils and the electrical quantities to be used. It is therefore also known to use both methods on one and the same device, which only has to be designed accordingly with regard to the magnetic field probes used and the electrical connection. An example of such a combined arrangement is e.g. described in DE-OS 37 43 521.

Bei den bekannten Vorrichtungen besteht die Magnetfeldsonde lediglich aus einem magnetfeldaktiven Element, typischerweise einem Paar von Induktionsspulen, die symmetrisch zueinander in einem entsprechenden Spulenhalter angeordnet sind. Von dieser Magnetfeldsonde führen dann Verbindungsleitungen durch die Vorrichtung hindurch zu elektronischen Schaltmitteln, d.h. Verstärker- und Auswerteschaltungen, die in großem Abstand von der Magnetfeldsonde angeordnet sind.In the known devices, the magnetic field probe consists only of a magnetic field-active element, typically a pair of induction coils, which are arranged symmetrically to one another in a corresponding coil holder. From this magnetic field probe, connecting lines then lead through the device to electronic switching means, i.e. Amplifier and evaluation circuits which are arranged at a large distance from the magnetic field probe.

So ist beispielsweise die in der eingangs genanntenFor example, the one mentioned in the introduction

DE-OS 19 46 142 beschriebene Vorrichtung, wie bereits erwähnt, trom elfδrmig ausgestaltet, wobei die Trommel zugleich für den Rückfluß des magnetischen Erregerfeldes dient. Die elek¬ tronischen Schaltmittel sind bei dieser bekannten Vorrichtung als große Schaltkästen ausgebildet, die an der Innenoberfläche der Trommel im Bereich geringster Felddynamik angeordnet sind.DE-OS 19 46 142 device described, as already mentioned, designed elfδrmig, the drum also serves for the backflow of the magnetic excitation field. In this known device, the electronic switching means are designed as large switch boxes which are arranged on the inner surface of the drum in the area of the lowest field dynamics.

Auch bei der als zweites erläuterten kombinierten Vorrichtung gemäß DE-OS 37 43 521 ist die Magnetfeldsonde mit einer An¬ schlußbuchse versehen, die über ein separates Kabel einerseits an einen Generator und andererseits an einen Meßverstärker angeschlossen ist.Also in the case of the combined device according to DE-OS 37 43 521, which is explained as the second, the magnetic field probe is provided with a connection socket which is connected via a separate cable on the one hand to a generator and on the other hand to a measuring amplifier.

Diese räumliche Trennung von Magnetfeldsonde einerseits und elektronischen Schaltmitteln andererseits hat jedoch zahlreich Nachteile:This spatial separation of the magnetic field probe on the one hand and electronic switching means on the other hand has numerous disadvantages:

Die Zuverlässigkeit einer Signalauswertung kann nämlich nur so gut sein, wie es das von der Sonde gelieferte Signal ist. Auf der notwendigen Signalübertragungsstrecke von der Sonde bis zur Geräteelektronik erfährt aber die Signalgüte oft Einbußen, weil sich Fremdeinstreuungen und Rauschen gerade im eigentlichen Frequenzbereich des Prüfsignales überlagern könne Diese Probleme sind als sogenannte EMV- (elektromagnetische Verträglichkeit) oder EMP- (elektromagnetischer Puls) Proble¬ matik bekannt. Insbesondere gibt es bei feinen Wirbelstrom- Differenzsonden häufig Einkopplungen des betriebseigenen Felderregerstromes in die Meßspannung, die trotz bestem Null- abgleich der Sonde die Geräteeingangselektronik übersteuern können. Besonders unangenehme Störungen sind solche, die Phasenver¬ schiebungen bzw. Modulationen des Meßsignales verursachen. Soll in der Geräteelektronik eine Kombinations-Verarbeitung von mehreren Sondensignalen vorgenommen werden, so ist dies bei derartigen Störungen oftmals kaum möglich. Andererseits wird aber mehr und mehr angestrebt, bei Vorrichtungen der hier interessierenden Art mehrere parallele Sonden in einer kammartigen Struktur an der Oberfläche des Werkstücks anzuord¬ nen.The reliability of a signal evaluation can only be as good as the signal delivered by the probe. On the necessary signal transmission path from the probe to the device electronics, however, the signal quality often suffers because foreign interference and noise can overlap, especially in the actual frequency range of the test signal.These problems are known as EMC (electromagnetic compatibility) or EMP (electromagnetic pulse) problems known. In particular, with fine eddy current differential probes, there is often a coupling of the in-house field excitation current into the measuring voltage, which can override the device input electronics despite the best zero adjustment of the probe. Particularly unpleasant disturbances are those which cause phase shifts or modulations of the measurement signal. If a combination processing of several probe signals is to be carried out in the device electronics, this is often hardly possible in the case of such faults. On the other hand, more and more efforts are being made to arrange several parallel probes in a comb-like structure on the surface of the workpiece in devices of the type of interest here.

Nun ist es zwar möglich, das von der Magnetfeldsonde erzeugte Signal dadurch zu erhöhen, daß man z.B. bei Induktionssonden die Windungszahl hoch wählt und/oder die Induktionssonden mit ferromagnetischen Kernmaterialien versieht, bei der räumlichen Trennung von Magnetfeldsonde und elektronischen Schaltmitteln mit einem Abstand von 20 Zentimetern und mehr können jedoch die vorstehend erläuterten Probleme nicht ganz ausgeräumt werden, insbesondere wenn ein bewegliches Kabelstück als Verbindungsleitung verwendet wird.It is now possible to increase the signal generated by the magnetic field probe by e.g. in the case of induction probes, the number of turns is high and / or the induction probes are provided with ferromagnetic core materials, in the spatial separation of magnetic field probe and electronic switching means with a distance of 20 centimeters and more, however, the problems explained above cannot be completely eliminated, in particular if a movable cable piece as Connection line is used.

Andererseits gibt es in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mehr und mehr Aufgaben, die beim Abtasten von Oberflächen von Werkstücken eine räumlich sehr feine Auflösung von elektromag¬ netischen Feldern verlangen und damit auch der Sondengeometrie kleine Abmessungen vorgeben. Wenn aber aufgrund der vorliegenden Verfahrensparameter (Magnetfeldstärke) keine ferromagnetischen Kerne in Induktionssonden enthalten sein dürfen, werden die effektiven Sondensignalspannungen sehr klein und können im μV-Anfangsbereich liegen. Dies ist jedoch bekanntermaßen die Rauschgrenze von heute üblichen Operationsverstärkern, so daß die Gefahr von Einstreuungen (EMV) hier eine noch größere Gefahr darstellt.On the other hand, there are more and more tasks in non-destructive material testing that require a very fine spatial resolution of electromagnetic fields when scanning the surfaces of workpieces and thus also specify small dimensions for the probe geometry. If, however, due to the present process parameters (magnetic field strength), no ferromagnetic cores may be contained in induction probes, the effective probe signal voltages become very low and can be in the μV initial range. However, this is known to be the noise limit of operational amplifiers that are common today, so that the risk of interference (EMC) represents an even greater danger here.

Andererseits könnte man zum Erreichen einer hohen Meßauflδsung von Magnetfeldern auch Hall-Elemente verwenden, die einen nahezu punktförmigen Ansprechbereich haben und eine höhere Signalspannung abgeben. Hall-Elemente werden aber in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nicht oder nur ungern eingesetzt, weil bei schraubenlinienförmigen Abtastverfahren damit kaum eine lückenlose Abtastung erreichbar ist. Ferner wird statt der reinen Punktauflösung vielfach eine entlang ein Linie linear integrierende Auflösung gewünscht, vorwiegend im Bereich von 3 bis 10 Millimetern. Schließlich ist für Differenzanordnungen der gewünschte Differenz-Basisabstand aus Geometriegründen mit den gegebenen Hall-Gehäusemaßen meist nicht justierbar. Bei Hall-Differenzelementen sind insgesamt acht Anschlüsse zu versorgen und zu verdrahten. Schließlich sind bei käuflichen Doppel-Hall-Elementen die Differenz-Basis- abstände wiederum auch nur fest vorgegeben. Bei Wirbelstrom¬ feldmessungen entfallen Hall-Elemente sowieso aus naheliegende Gründen.On the other hand, one could also use Hall elements to achieve a high measuring resolution of magnetic fields, which have an almost punctiform response range and emit a higher signal voltage. However, Hall elements are not or only reluctantly used in non-destructive material testing, because in the case of helical scanning methods, it is hardly possible to achieve seamless scanning. Furthermore, instead of the pure point resolution, a linear integration along a line is often desired, predominantly in the range of 3 to 10 millimeters. Finally, for differential arrangements, the desired differential base distance cannot usually be adjusted with the given Hall housing dimensions for reasons of geometry. With Hall differential elements, a total of eight connections must be supplied and wired. Finally, in the case of commercially available double Hall elements, the difference base distances are again only predefined. In eddy current field measurements, Hall elements are omitted anyway for obvious reasons.

Obwohl also in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung seit langem ein Bedürfnis besteht, eine hohe Meßauflösung mit klein Induktions-Meßsonden zu erreichen, hat man bislang nicht versucht, die Einstreuungsprobleme durch eine Annäherung der elektronischen Schaltmittel an die Magnetfeldsonde zu lösen, weil am Orte der Magnetfeldsonde immer ein Streufeld vorhanden ist, dem man die elektronischen Schaltmittel nicht aussetzen wollte. So werden beispielsweise bei Verfahren, wie sie mit de eingangs genannten Vorrichtung gemäß DE-OS 19 46 142 ausgeführ werden, Magnetfelder erzeugt, die am Ort des Werkstücks eine Induktion von 1 kG erreichen können, wie dies z.B. in der EP-PS 73 017 beschrieben ist. Eine Induktion von 1 kG im Werkstück kann jedoch am Orte der Magnetfeldsonde zu Streu¬ feldern von 50 G oder mehr führen. Entsprechendes gilt für Wechselfelder, wenn z.B. nach dem Wirbelstromverfahren gear¬ beitet wird. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, daß bei rotierenden Meßanordnungen der eingangs geschilderten Art stets ein gewisser Luftspalt zwischen den Polschuhen des Magnetkreises und dem Werkstück vorhanden sein muß , damit keine Berührung zwischen den Polschuhen und dem Werkstück entsteht. Diese technisch notwendigen Luftspalte führen jedoch andererseits notwendigerweise zu Streufeldern, die sich in der Umgebung des Werkstücks ausbreiten und damit auch den räumlichen Bereich durchsetzen, in dem sich die Magnetfeldsonde befindet.Thus, although there has long been a need in non-destructive material testing to achieve a high measurement resolution with small induction measuring probes, no attempts have been made to solve the interference problems by bringing the electronic switching means closer to the magnetic field probe because the magnetic field probe is always at the location There is a stray field to which the electronic switching means were not to be exposed. For example, in methods such as those carried out with the device mentioned at the outset in accordance with DE-OS 19 46 142 are generated, magnetic fields that can achieve an induction of 1 kG at the location of the workpiece, as described for example in EP-PS 73 017. However, an induction of 1 kG in the workpiece can lead to stray fields of 50 G or more at the location of the magnetic field probe. The same applies to alternating fields if, for example, the eddy current method is used. It must also be taken into account here that with rotating measuring arrangements of the type described at the outset there must always be a certain air gap between the pole pieces of the magnetic circuit and the workpiece, so that there is no contact between the pole pieces and the workpiece. These technically necessary air gaps, on the other hand, necessarily lead to stray fields that spread in the vicinity of the workpiece and thus also penetrate the spatial area in which the magnetic field probe is located.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtun der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine hohe Auflösung mit kleinen Magnetfeldsonden erreicht werden kann, deren Meßsignale ungestört von Einstreuungen weiterverarbeitet und ausgewertet werden können.The invention is therefore based on the object of developing a device of the type mentioned above in such a way that a high resolution can be achieved with small magnetic field probes, the measurement signals of which can be processed and evaluated undisturbed by interference.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektronischen Schaltmittel zusammen mit der Magnetfeldsonde zu einem Hybrid-Bauelement vereinigt sind, und daß die Ver¬ bindungsleitungen derart angeordnet sind, daß Flächenvektoren der von galvanisch miteinander gekoppelten Verbindungsleitungen aufgespannten Flächen im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung gerichtet sind. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.This object is achieved according to the invention in that the electronic switching means are combined with the magnetic field probe to form a hybrid component, and in that the connecting lines are arranged in such a way that surface vectors of the surfaces spanned by galvanically coupled connecting lines are directed essentially perpendicular to the first direction are. The object underlying the invention is completely achieved in this way.

So wird nämlich die Problematik der Einstreuung von Stδrsignal dadurch praktisch vollkommen gelöst, daß die Magnetfeldsonde mit den elektronischen Schaltmitteln zu einem vorzugsweise einstückigen Hybrid-Bauelement vereinigt wird. Die von der Magnetfeldsonde erzeugten Signale werden auf diese Weise unmittelbar am Orte ihrer Erzeugung, nämlich an der Magnet¬ feldsonde, verstärkt und ggf. weiterverarbeitet, so daß mit entsprechend höheren Signalpegeln eine Übertragung an weiter entfernt liegende weitere Einrichtungen vorgenommen werden kanThis is because the problem of interference signal interference is practically completely solved in that the magnetic field probe is combined with the electronic switching means to form a preferably one-piece hybrid component. In this way, the signals generated by the magnetic field probe are amplified directly at the point of their generation, namely at the magnetic field probe, and possibly further processed, so that, with correspondingly higher signal levels, transmission can be carried out to further devices located further away

Die Ausbildung des Hybrid-Bauelementes wird dabei überhaupt erst dadurch möglich, daß die Anordnung unabhängig von den am Ort des Bauelementes vorhandenen Streufeldern arbeiten kann. Erreicht wird dies dadurch, daß die in dieser Hinsicht besonde störanfälligen Verbindungsleitungen bzw. die aus den Verbin¬ dungsleitungen und den Schaltstrecken der Bauelemente gebildet Induktionsschleifen so angeordnet werden, daß die von ihnen aufgespannten Flächen sich parallel zum Streufeld erstrecken, also mit anderen Worten im Streufeld "keinen Schatten werfen".The formation of the hybrid component is only possible in that the arrangement can work independently of the stray fields present at the location of the component. This is achieved in that the connection lines, which are particularly susceptible to faults in this respect, or the induction loops formed from the connection lines and the switching paths of the components are arranged in such a way that the surfaces spanned by them extend parallel to the stray field, in other words in the stray field "don't cast a shadow".

Dies ist deswegen möglich, weil die räumliche Lage des Hybrid- Bauelementes zu der Einrichtung, die das Magnetfeld erzeugt, im Betrieb fest ist, so daß die Richtung des Streufeldes ebenfalls bekannt und konstant ist.This is possible because the spatial position of the hybrid component relative to the device that generates the magnetic field is fixed during operation, so that the direction of the stray field is also known and constant.

Nun sind zwar in der allgemeinen Meß- und Prüftechnik Hybrid- und integrierte Sensoren bekannt, beispielsweise aus der DE-Z "Technisches Messen tm", 53, Heft 2, 1986, Seiten 51 bis 54, bei diesen bekannten Hybrid- oder integrierten Sensoren werden jedoch, wie ausdrücklich in der genannten Druckschrift auf Seite 52 betont wird, keine induktiven Magnetfeldsonden, sonder vielmehr Hall-Elemente, Feldplatten, magnetfeldresistive Elemente, bipolare Transistoren, Squid-Magnetometer u. dgl. verwendet. Diese Magnetfeldsonden scheiden jedoch für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung aus, weil Feldplatten eine hyperbolische Kennlinie haben, magnetfeldresistive Bauelemente eines Hilfsmagneten bedürfen und Squid-Magnetometer schließlich nur in der Nähe des absoluten Nullpunktes (im Bereich der Supraleitung) arbeiten. Weiterhin liegen die Sonde und der Schaltkreis bei bekannten derartigen Elementen immer in einer Ebene, und die Sonde hat meist eine mehr oder weniger punkt- förmige Empfindlichkeit. Die Abmaße bekannter Hybrid-Chips sind ferner meist viel zu breit und lang, und auch die Her¬ stellungskosten erlauben kaum eine notwendige Variationsvielfalt gerade in kleinen Stückzahlen. Gerade diese Variationsvielfalt in allen Raumachsen wird jedoch bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung gefordert. Ferner erscheint die Integration von Schaltkreis und Sonde in einer Ebene vor allem deshalb von Nachteil, weil bei räumlich feinstrukturierten Magnet¬ feldern, deren Auflösung ja gerade die Absicht der zerstörungs¬ freien Werkstoffprüfung ist, es äußerst unwägbar erscheint, welchen Einfluß alle Induktionsschleifen der vorgegebenen Chip-Schaltkreisbahnen beim dynamischen Abtastvorgang haben.Now, hybrid and integrated sensors are known in general measurement and test technology, for example from DE-Z "Technisches Messen tm", 53, Issue 2, 1986, pages 51 to 54, in these known hybrid or integrated sensors, however, as is expressly emphasized in the cited publication on page 52, no inductive magnetic field probes, but rather Hall elements, field plates, magnetic field-resistive elements, bipolar transistors, squid magnetometers and the like. Like. Used. However, these magnetic field probes are ruled out for non-destructive material testing because field plates have a hyperbolic characteristic, magnetic field-resistant components require an auxiliary magnet and squid magnetometers only work in the vicinity of absolute zero (in the area of superconductivity). Furthermore, with known elements of this type, the probe and the circuit are always in one plane, and the probe usually has a more or less point-like sensitivity. The dimensions of known hybrid chips are also usually far too wide and long, and the production costs also barely allow the necessary variety, especially in small quantities. It is precisely this variety of variations in all spatial axes that is required for non-destructive material testing. Furthermore, the integration of the circuit and probe in one plane appears to be disadvantageous primarily because with spatially fine-structured magnetic fields, the resolution of which is precisely the intention of non-destructive material testing, it appears extremely unpredictable what influence all induction loops of the given chip have Circuit circuits during dynamic scanning.

Es muß auch an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen werden, daß ein möglicher Hinderungsgrund für die Fachwelt, an sich bekannte Hybrid-Magnetfeldsonden in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung einzusetzen, darin lag, daß man annahm, die sehr hohen Störfelder würden eine solche Verwendung nicht zulassen. Es wurde in diesem Zusammenhang bereits auf die EP-PS 73 017 hingewiesen, in der von Nutzfeldern von 1 kG (entsprechend 80 kA/m) die Rede ist. Es handelt sich hier noch um einen relativ kleinen Wert, weil bei Quermagnetisie- rungsverfahren, wie sie in der eingangs genannten DE-OS 19 46 142 beschrieben sind, für kleine Rohrdurchmesser noch weitaus höhere Werte auftreten können. So ist z.B. in der DE-OS 37 43 521 für ein Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung die Anwendung von Längsmagnetisierungsjochen beschrieben, bei denen Feldstärken im Bereich von 1 000 kA/m eingesetzt werden. Die aus dem Stand der Technik bekannten Hybrid-Magnetfeldsonden sind darüber hinaus nicht geeignet, feinauflösende Magnetfeldmessungen vorzunehmen, sie werden vielmehr typischerweise nur in Bereichen eingesetzt, in denen es auf die Messung einer Feldstärke in einem relativ homogenen Feld ankommt.It must also be pointed out again at this point that a possible obstacle for the professional world to use known hybrid magnetic field probes in non-destructive material testing was that it was assumed that the very high interference fields would not be used in this way allow. In this connection, reference has already been made to EP-PS 73 017, which speaks of useful fields of 1 kG (corresponding to 80 kA / m). This is still a relatively small value, because in the case of transverse magnetization methods, as described in DE-OS 19 46 142 mentioned at the outset, much higher values can occur for small pipe diameters. For example, DE-OS 37 43 521 describes the use of longitudinal magnetization yokes for a method for non-destructive material testing, in which field strengths in the range of 1,000 kA / m are used. In addition, the hybrid magnetic field probes known from the prior art are not suitable for carrying out high-resolution magnetic field measurements; rather, they are typically only used in areas in which the measurement of a field strength in a relatively homogeneous field is important.

Aus diesen Gründen hat die Fachwelt bislang davon abgesehen, handelsübliche oder sonstige Hybrid-Magnetfeldsonden einzu¬ setzen, weil diese bei den genannten Stδrfeidern nicht ein¬ setzbar sind.For these reasons, the professional world has so far refrained from using commercially available or other hybrid magnetic field probes because these cannot be used with the said interferers.

Hier schafft nun die Erfindung in überraschend einfacher Weise dadurch Abhilfe, daß zum ersten Mal eine Hybrid-Magnetfeldsond zur Verfügung gestellt wird, die auch bei hohen Störfeldern (bekannter Feldrichtung) einsetzbar ist und hochauflösend arbeitet.Here, the invention provides a surprisingly simple remedy by providing for the first time a hybrid magnetic field probe which can also be used in the case of high interference fields (known field direction) and works in high resolution.

Je nach verwendetem Prüfverfahren kann die zweite Richtung im wesentlichen rechtwinkelig zur ersten Richtung oder auch parallel zu dieser verlaufen. Dies hängt davon ab, wie die Elemente des magnetischen Erregerkreises relativ zum Werkstück und relativ zur Magnetfeldsonde angeordnet sind.Depending on the test method used, the second direction can run essentially at right angles to the first direction or also parallel to it. It depends how the Elements of the magnetic excitation circuit are arranged relative to the workpiece and relative to the magnetic field probe.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung verlaufen die Verbindungsleitungen im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene, deren Flächenvektor senkrecht zu ersten Richtung gerich¬ tet ist.In a preferred development of the invention, the connecting lines run essentially in a common plane, the surface vector of which is directed perpendicular to the first direction.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Verbindungsleitungen in einer oder mehreren Ebenen zusammengefaßt werden können, so daß sie dort auch mechanisch fixiert werden und die gewünsch¬ te Ausrichtung der Verbindungsleitungen bzw. der von ihnen aufgespannten Ebenen gewährleistet ist.This measure has the advantage that the connecting lines can be combined in one or more levels, so that they are also mechanically fixed there and the desired alignment of the connecting lines or the levels spanned by them is ensured.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Maßnahme weisen die elektrischen Schaltmittel diskrete Bauelemente auf, die mit Anschlußpunkten versehen sind. Die Bauelemente sind dann derart angeordnet, daß die Anschlußpunkte in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, deren Flächenvektor senkrecht zur ersten Richtung gerichtet ist.In a preferred development of this measure, the electrical switching means have discrete components which are provided with connection points. The components are then arranged such that the connection points run in a common plane, the surface vector of which is directed perpendicular to the first direction.

Diese Maßnahme ermöglicht es, die Ebene der Anschlußpunkte entweder mit der Ebene der Verbindungsleitungen zusammenfallen zu lassen oder in geringem Abstand die Ebenen parallel zuein¬ ander anzuordnen, so daß in jedem Falle eine optimale Ausrich¬ tung der Flächen parallel zum Stδrfeld gewährleistet ist.This measure makes it possible either to let the plane of the connection points coincide with the plane of the connecting lines or to arrange the planes parallel to one another at a short distance, so that in any case an optimal alignment of the surfaces parallel to the interference field is ensured.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Zwischenräume zwischen den in einer gemeinsamen Ebene angeordneten Bauelementen und zwischen diesen und der Magnet- feldsonde wesentlich kleiner als die Abmessungen der Bauelemen selbst.In a further preferred embodiment of the invention, gaps between the components arranged in a common plane and between them and the magnet field probe much smaller than the dimensions of the construction elements themselves.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine extrem kurze Leitungs führung erreicht wird, mit der Folge, daß die von den Verbin¬ dungsleitungen aufgespannten Flächen nicht nur in der beschrie benen Weise ausgerichtet werden, sondern auch die Flächen selbst so klein wie möglich gehalten werden, um allfällige Rest-Einstreuungen so gering wie möglich zu halten. Die Fläche können dabei in einer praktischen Ausführungsform so klein gehalten werden, daß ihre Fläche kleiner als 1 mm² ist.This measure has the advantage that extremely short cable routing is achieved, with the result that the areas spanned by the connecting lines are not only aligned in the manner described, but also the areas themselves are kept as small as possible, in order to keep any residual interference as low as possible. In a practical embodiment, the area can be kept so small that its area is less than 1 mm ² .

Dies wird auch dadurch gefördert, wenn in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung zur Verbindung von mehr als zwei Anschlußpunkten miteinander die zugehörigen Verbindungsleitung im Stern geschaltet sind.This is also promoted if, in a further preferred embodiment of the invention, the associated connecting line is connected in a star to connect more than two connection points to one another.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Bildung von Schleifen überhaupt vermieden wird, indem zur Verbindung mehrerer An¬ schlußpunkte miteinander die Anschlußpunkte nicht seriell miteinander verbunden werden, sondern vielmehr von einem gemeinsamen Sternpunkt aus.This measure has the advantage that the formation of loops is avoided at all in that the connection points are not connected to one another in series in order to connect a plurality of connection points to one another, but rather from a common star point.

Weiter wird eine gute Wirkung dadurch erzielt, daß die elektro nischen Schaltmittel mindestens in einer ersten Verstärkerstuf in Gestalt zweier zueinander spiegelsymmetrischer Schaltungs¬ teile aufgebaut sind, und daß die Schaltungsteile in dem Hybri Bauelement räumlich spiegelsymmetrisch zu einer Mittellinie angeordnet sind. Die Mittellinie verläuft dabei bevorzugt senkrecht zur ersten Richtung. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß aufgrund der Spiegel¬ symmetrie der Schaltungsteile Teilflächen durch die Verbin¬ dungsleitungen und die entsprechenden Schaltstrecken der Bauelemente gebildet werden, die entgegengesetzte Polarität haben. Wenn daher aufgrund des Stδrfeldes im Schaltungsaufbau doch noch Einstreuungen stattfinden, so durchsetzen die Feld¬ linien des Störfeldes die genannten Schaltungsteile in im wesentlichen gleicher Weise, mit der Folge, daß die von den Feldlinien hervorgerufenen Stδrsignale bei einer nachfolgenden Addition einander gerade kompensieren.Furthermore, a good effect is achieved in that the electronic switching means are constructed at least in a first amplifier stage in the form of two circuit parts that are mirror-symmetrical to one another, and that the circuit parts in the hybrid component are arranged spatially mirror-symmetrically to a center line. The center line is preferably perpendicular to the first direction. This measure has the advantage that, owing to the mirror symmetry of the circuit parts, partial areas are formed by the connecting lines and the corresponding switching paths of the components which have opposite polarity. Therefore, if there are still stray fields due to the interference field in the circuit structure, the field lines of the interference field enforce the circuit parts mentioned in essentially the same way, with the result that the interference signals caused by the field lines just compensate one another during a subsequent addition.

Nun ist es zwar bekannt, Magnetfeldsonden im Eingangsbereich symmetrisch aufzubauen, beispielsweise aus der US-SIR H 471, die bekannte Magnetfeldsonde ist jedoch weder in einem Stδrfeld angeordnet, noch werden kompensatorische Effekte durch spiegel¬ symmetrische Schaltungsteile erzielt.Now it is known to construct magnetic field probes symmetrically in the input area, for example from US-SIR H 471, but the known magnetic field probe is neither arranged in an interference field, nor are compensatory effects achieved by mirror-symmetrical circuit parts.

Besonders bevorzugt ist weiter, wenn die elektronischen Schalt¬ mittel als ein einziger integrierter Schaltkreis ausgebildet sind.It is also particularly preferred if the electronic switching means are designed as a single integrated circuit.

Diese Maßnahme ermöglicht eine extrem kurze Leitungsführung und auch eine gute räumliche Fixierung der elektrischen Ver¬ bindungsleitungen.This measure enables extremely short cable routing and also good spatial fixation of the electrical connecting lines.

Dies gilt auch dann, wenn die elektronischen Schaltmittel eine ebene Leiterplatte zur Darstellung der Verbindungsleitungen umfassen.This also applies if the electronic switching means comprise a flat printed circuit board for displaying the connecting lines.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch an sich bekannte Maßnahmen, beispielsweise die Ausbildung von Feinleiterplatten in Ein- oder Mehrebenenanordnung, ein mechanisch stabiler Aufba mit eindeutiger Ausrichtung der Leiterplatten erzielt wird.This measure has the advantage that measures known per se, for example the formation of fine circuit boards in a single or multi-level arrangement, a mechanically stable structure with clear alignment of the circuit boards is achieved.

Weiterhin ist bevorzugt, wenn die elektronischen Schaltmittel Widerstände umfassen, die als Verbindungsleitungen aus resisti- vem Material ausgebildet sind.It is further preferred if the electronic switching means comprise resistors which are designed as connecting lines made of resistive material.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Teile der Schaltung in praktisch zweidimensionaler Anordnung ausgebildet werden können so daß wiederum eine Ebene gebildet wird, die in Richtung der Feldlinien des Stδrfeldes nahezu unsichtbar ist.This measure has the advantage that parts of the circuit can be formed in a practically two-dimensional arrangement, so that in turn a plane is formed which is almost invisible in the direction of the field lines of the interference field.

Schließlich ist bevorzugt, wenn die elektronischen Schaltmittel mindestens in einer ersten Verstärkerstufe von einer ferro- magnetischen oder einer Hochfrequenz-Abschirmung umgeben sind.Finally, it is preferred if the electronic switching means are surrounded at least in a first amplifier stage by a ferromagnetic or a high-frequency shield.

Auf diese Weise ist es möglich, eventuell verbleibende Rest- Einstreuungen noch weiter zu vermindern.In this way it is possible to further reduce any remaining interference.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the description and the attached drawing.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach¬ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen von Rohren nach dem Stande der Technik, in Seiten¬ ansicht:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description. Show it: 1 shows a device for the non-destructive testing of pipes according to the prior art, in side view:

Fig. 2 und 32 and 3

Ausschnitte aus Fig. 1 zur Erläuterung des aus¬ genutzten Meßeffektes;Excerpts from FIG. 1 to explain the measurement effect used;

Fig. 4 einen Stromlaufplan einer elektronischen Schaltung zur Verstärkung von Signalen einer Induktions- Magnetfeldsonde;4 shows a circuit diagram of an electronic circuit for amplifying signals from an induction magnetic field probe;

Fig. 5 einen praktischen Verdrahtungsplan zum Stromlaufplan der Fig. 4 für eine Anwendung bei einer erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung;FIG. 5 shows a practical wiring diagram for the circuit diagram of FIG. 4 for use in a device according to the invention;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Hybrid-Magnetfeldsonde, wie sie bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann;6 shows a plan view of a hybrid magnetic field probe as can be used in a device according to the invention;

Fig. 7 eine Seitenansicht der in Fig. 6 dargestellten Hybrid-Magnetfeldsonde.Fig. 7 is a side view of the hybrid magnetic field probe shown in Fig. 6.

In Fig. 1 bezeichnet 10 eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen von Profilmaterial 11, insbesondere Rohren.In Fig. 1, 10 denotes a device for the non-destructive testing of profile material 11, in particular pipes.

Die Vorrichtung 10 umfaßt einander diametral gegenüberliegende Spulen 12a, 12b mit Jochen 13a, 13b, die aufeinander zu in Polschuhen 14a, 14b auslaufen. Die Polschuhe 14a, 14b sind an ihrem freien Ende so ausgebildet, daß sie das Rohr 11 mit geringem Luftspalt zwischen sich einschließen. Die vorstehend genannten Elemente der Vorrichtung 10 sind in einem hohlzylindrischen Träger 15 gehalten, der zugleich für den magnetischen Rückschluß des Kreises sorgt.The device 10 comprises diametrically opposed coils 12a, 12b with yokes 13a, 13b which run towards one another in pole pieces 14a, 14b. The pole shoes 14a, 14b are formed at their free end so that they enclose the tube 11 with a small air gap between them. The above-mentioned elements of the device 10 are held in a hollow cylindrical carrier 15, which at the same time ensures the magnetic yoke of the circuit.

Der Träger 15 umfaßt und trägt ferner zwei Hebel 16a, 16b, die jeweils um eine Achse 17a, 17b in Richtung eines Pfeiles 18a, 18b gegen die Kraft einer Feder 19a, 19b verschwenkbar sind. An ihrem freien Ende tragen die Hebel 16a, 16b Sonden¬ schuhe 20a, 20b, die auf dem Rohr 11 aufliegen, und zwar in einer Position, die um jeweils 90° gegenüber den Polschuhen 14a, 14b versetzt ist.The carrier 15 further comprises and carries two levers 16a, 16b, each of which can be pivoted about an axis 17a, 17b in the direction of an arrow 18a, 18b against the force of a spring 19a, 19b. At their free end, the levers 16a, 16b carry probe shoes 20a, 20b which rest on the tube 11, in a position which is offset by 90 ° in each case from the pole shoes 14a, 14b.

Die Sondenschuhe 20a, 20b enthalten Magnetfeldsonden. Diese Sonden sind über Verbindungsleitungen 21a, 21b mit elektroni¬ schen Schaltmitteln 22a, 22b verbunden. Die elektronischen Schaltmittel 22a, 22b sind als Schaltkasten ausgebildet und an der Innenoberfläche des hohlzylindrischen Trägers 15 an¬ geordnet.The probe shoes 20a, 20b contain magnetic field probes. These probes are connected to electronic switching means 22a, 22b via connecting lines 21a, 21b. The electronic switching means 22a, 22b are designed as a switch box and arranged on the inner surface of the hollow cylindrical carrier 15.

Der hohlzylindrische Träger 15 rotiert um seine mit dem Rohr 11 gemeinsame Längsachse in Richtung eines Pfeiles 23. Gleich¬ zeitig wird das Rohr 11 in eine Richtung senkrecht zur Zeichen ebene der Fig. 1 gefördert, so daß die Sondenschuhe 20a, 20b auf der Oberfläche des Rohres 11 entlang einer Schraubenlinie geführt werden. Bei entsprechend geringer Steigung der Schrau¬ benlinie durch Einstellung der Drehzahl des Trägers 15 und des Vorschubes des Rohrs 11 ist eine lückenlose Oberprüfung der Oberfläche des Rohrs 11 möglich.The hollow cylindrical carrier 15 rotates about its longitudinal axis common to the tube 11 in the direction of an arrow 23. At the same time, the tube 11 is conveyed in a direction perpendicular to the plane of FIG. 1 so that the probe shoes 20a, 20b on the surface of the Tube 11 are guided along a helix. With a correspondingly small slope of the screw line by adjusting the speed of the carrier 15 and the advance of the tube 11, a complete upper inspection of the surface of the tube 11 is possible.

In der vergrößerten Ausschnittdarstellung der Fig. 2 und 3 ist zu erkennen, daß der von der Vorrichtung 10 erzeugte Magnetkreis im Mantel des Rohres 11 Feldlinien 24a, 24b, 24c erzeugt, wobei die Feldlinie 24a in der äußeren Oberfläche des Rohres 11 verläuft.2 and 3 it can be seen that the one generated by the device 10 Magnetic circuit in the jacket of the tube 11 generates field lines 24a, 24b, 24c, the field line 24a running in the outer surface of the tube 11.

Mit einem Koordinatensystem ist gleichzeitig angegeben, daß Hx eine axiale Feldrichtung, H_y eine tangentiale Feldrichtung und Hz eine radiale Feldrichtung darstellen sollen.A coordinate system also indicates that Hx is to represent an axial field direction, H _{y is} a tangential field direction and Hz is to be a radial field direction.

Der Sondenschuh 20 kann als Induktions-Doppelspule ausgebildet sein, bei der die Spulenebene in tangentialer Richtung zum Rohr 11 angeordnet ist.The probe shoe 20 can be designed as an induction double coil, in which the coil plane is arranged in the tangential direction to the tube 11.

Betrachtet man nun den Fall der Fig. 2, so erkennt man, daß die Feldlinien 24a, 24b, 24c homogen und ungestört im Mantel des Rohres 11 verlaufen. Mit 25 ist eine Streufeldlinie an¬ gedeutet, die darstellen soll, daß auch um das Rohr 11 herum noch ein gewisses restliches Streufeld verläuft, insbesondere deswegen, weil die Polschuhe 14a, 14b zum Rohr 11 einen gewissen Luftspalt einhalten müssen, um eine Rotation der Vorrichtung 10 um das Rohr 11 zu ermöglichen.If one now considers the case in FIG. 2, it can be seen that the field lines 24a, 24b, 24c run homogeneously and undisturbed in the casing of the tube 11. A stray field line is indicated at 25, which is intended to represent that a certain residual stray field also runs around the tube 11, in particular because the pole shoes 14a, 14b must maintain a certain air gap to the tube 11 in order to prevent the device from rotating 10 to allow the tube 11.

Da im ungestörten Falle der Fig. 2 weder die Feldlinien 24a, 24b, 24c, noch die Feldlinie 25 des Streufeldes die Ebene der Spulen im Sondenschuh 20 durchsetzen, ist das Ausgangssignal 0.Since, in the undisturbed case of FIG. 2, neither the field lines 24a, 24b, 24c nor the field line 25 of the stray field penetrate the plane of the coils in the probe shoe 20, the output signal is 0.

Fig. 3 zeigt nun den Fall, daß eine Fehlstelle 26 einer Ober¬ fläche des Rohres 11 auftritt, beispielsweise ein Riß.3 shows the case where a defect 26 of a surface of the tube 11 occurs, for example a crack.

Die Fehlstelle 26 hat zur Folge, daß zumindest die am weitesten außen verlaufende Feldlinie 24a aus dem Mantel des Rohres 11 austritt und die Fläche der Spulen des Sondenschuhs 20 durch- setzt. Es wird also in diesem Falle eine Feldkomponente Hz erzeugt, die ein Meßsignal zur Folge hat.The defect 26 has the consequence that at least the outermost field line 24a emerges from the jacket of the tube 11 and penetrates the surface of the coils of the probe shoe 20. puts. In this case, a field component Hz is generated which results in a measurement signal.

Bei der bekannten Vorrichtung gemäß Fig. 1 wird das eingangs erläuterte Induktionsverfahren verwendet, bei dem dem Werkstüc ein magnetisches Gleichfeld aufgeprägt wird und die Induktion eines Meßsignales im Sondenschuh 20 daher rührt, daß die hervorgetretene Feldlinie 24a (vgl. Fig. 3) mit der Drehge¬ schwindigkeit der Vorrichtung 10 an dem Sondenschuh 20 vor¬ beigeführt wird. Das empfangene Meßsignal hat daher ein Fre¬ quenzspektrum, das von der Drehzahl der Vorrichtung 10 abhängt Entsprechendes gilt aber auch für Storsignale, die beispiels¬ weise dadurch entstehen können, daß das an sich fehlerfreie Rohr 11 exzentrisch zur Vorrichtung 10 angeordnet ist, so daß bei einer Rotation der Vorrichtung 10 um das Rohr 11 herum mit der Periodizitat der Drehzahl der Vorrichtung 10 Störsigna im Sondenschuh 20 induziert werden. Als weitere Stδrquellen sind Abhebebewegungen des Sondenschuhs vom Werkstück zu nennen aber auch Vibrationen, die dadurch verursacht werden, daß der Sondenschuh stumpf auf der Oberfläche des Werkstücks entlang¬ gleitet. Eine weitere Störquelle sind Erschütterungen durch den Rollgang, in dem das zu prüfende Rohr geführt wird. Besonders störend sind dabei die genannten Abhebebewegungen des Sondenschuhs, die an Unebenheiten der Rohroberfläche auftreten, weil diese Abhebebewegungen sehr schnell ablaufen und daher eine sehr große Flußänderung vor allem in der durch die Zuleitungen gebildeten Spule bewirken.In the known device according to FIG. 1, the induction method explained at the outset is used, in which a constant magnetic field is impressed on the workpiece and the induction of a measurement signal in the probe shoe 20 stems from the fact that the emerged field line 24a (see FIG. 3) with the rotary shaft ¬ speed of the device 10 is guided past the probe shoe 20. The received measurement signal therefore has a frequency spectrum that depends on the speed of the device 10, but the same also applies to disturbance signals, which can arise, for example, by the fact that the tube 11 itself, which is error-free, is arranged eccentrically to the device 10, so that at a rotation of the device 10 around the tube 11 with the periodicity of the speed of the device 10 interference signals in the probe shoe 20 are induced. Other sources of interference include lifting movements of the probe shoe from the workpiece, but also vibrations that are caused by the probe shoe sliding along the surface of the workpiece. Another source of interference are vibrations from the roller table in which the pipe to be tested is guided. The above-mentioned lifting movements of the probe shoe, which occur on unevenness of the pipe surface, are particularly disruptive because these lifting movements take place very quickly and therefore cause a very large change in flow, especially in the coil formed by the feed lines.

Wenn alternativ mit der in Fig. 1 dargestellten Darstellung nach dem Wechselfeld-Induktionsverfahren oder aber mit einer entsprechend modifizierten Vorrichtung nach dem Wirbelstrom- verfahren gearbeitet werden soll, so ist das aufgeprägte Magnetfeld bereits von Hause aus ein Wechselfeld mit einer Frequenz, die üblicherweise im kHz-Bereich liegt. Das in dem Sondenschuh 20 induzierte Meßsignal hat damit (auch) die Frequenz des Erregerfeldes, und dies gilt in diesem Falle in besonderem Maße auch für das Streufeld 25, das am Orte des Sondenschuhs 20 auch in Abwesenheit einer Fehlstelle 26 im Rohr 11 ein Stδrsignal induzieren kann.If alternatively with the representation shown in FIG. 1 according to the alternating field induction method or with a correspondingly modified device according to the eddy current process is to be worked, the impressed magnetic field is already an alternating field with a frequency that is usually in the kHz range. The measurement signal induced in the probe shoe 20 thus (also) has the frequency of the excitation field, and in this case this applies in particular to the stray field 25, which induce a fault signal in the tube 11 even in the absence of a defect 26 in the tube 11 at the location of the probe shoe 20 can.

Um all diese Effekte auszuschalten, wird erfindungsgemäß eine Hybridsonde als Magnetfeldsonde verwendet, bei der zumindest ein Verstärker in der Nähe der Magnetfeldsonde angeordnet ist.In order to eliminate all these effects, a hybrid probe is used according to the invention as a magnetic field probe, in which at least one amplifier is arranged in the vicinity of the magnetic field probe.

Fig. 4 zeigt hierzu einen Stromlaufplan, aus dem erkennbar wird, daß die elektronischen Schaltmittel 30 eine Magnetfeld¬ sonde 31 in Gestalt eines Spulenpaares 32a, 32b umfassen. Das Spulenpaar 32a, 32b ist in einem Mittelpunkt 33 miteinander verbunden, während die äußeren Anschlüsse mit 34a, 34b bezeich¬ net sind. Die so gebildete Induktions-Differenzsonde ist über Quellwiderstände Ro an einen Dual-Operationsverstärker 35 angeschlossen. Dessen nicht-invertierende Eingänge 36a, 36b sind miteinander, mit dem Mittelpunkt 33 sowie mit Masse 37 verbunden. Die invertierenden Eingänge 38a, 38b sind über die Quellwiderstände Ro an die Anschlüsse 34a, 34b der Magnet¬ feldsonde 31 angeschlossen und ferner über Rückkopplungswider¬ stände Ri bzw. R3 an Ausgänge 39a, 39b des Dual-Operationsver¬ stärkers 35. Die erste Verstärkungsstufe hat damit einen Verstärkungsfaktor von Ri /Ro .4 shows a circuit diagram from which it can be seen that the electronic switching means 30 comprise a magnetic field probe 31 in the form of a pair of coils 32a, 32b. The coil pair 32a, 32b is connected to one another at a center 33, while the outer connections are designated 34a, 34b. The induction differential probe thus formed is connected to a dual operational amplifier 35 via source resistors Ro. Its non-inverting inputs 36a, 36b are connected to one another, to the center 33 and to ground 37. The inverting inputs 38a, 38b are connected to the connections 34a, 34b of the magnetic field probe 31 via the source resistors Ro and furthermore via feedback resistors Ri and R3 to outputs 39a, 39b of the dual operational amplifier 35. The first amplification stage has thus an amplification factor of Ri / Ro.

Die Spannungen der beiden Ausgänge 39a, 39b des Dual-Operations¬ verstärkers 35 werden nun zur Addition auf Widerstände R2 , R4 geführt, von wo sie auf einen invertierenden Eingang 40 eines Operationsverstärkers 41 gelangen, dessen nicht-invertierender Eingang 42 ebenfalls auf Masse liegt. Der Operationsverstärker 41 ist mittels eines Widerstandes Rs rückgekoppelt, der zwische dessen Ausgang 43 und dem invertierenden Eingang 40 liegt.The voltages of the two outputs 39a, 39b of the dual operational amplifier 35 are now added to resistors R2, R4 out from where they reach an inverting input 40 of an operational amplifier 41, the non-inverting input 42 of which is also grounded. The operational amplifier 41 is fed back by means of a resistor Rs, which lies between its output 43 and the inverting input 40.

Aus Symmetriegründen wird Ri = R3 und R2 = R gemacht. Am Ausgang 43 des Operationsverstärkers 41 erscheint somit eine AusgangsSpannung UA , die sich aus den Spannungen Ui und U2 an den beiden Spulen 32a, 32b der Magnetfeldsonde 31 wie folgt bestimmt:For reasons of symmetry, Ri = R3 and R2 = R are made. An output voltage UA thus appears at the output 43 of the operational amplifier 41, which is determined from the voltages Ui and U2 on the two coils 32a, 32b of the magnetic field probe 31 as follows:

UA = (Ui + U₂ ) Ri Rs /(Ro R2 )UA = (Ui + U ₂ ) Ri Rs / (Ro R2)

Die AusgangsSpannung UA kann an Anschlußklemmen 44, 45 abge¬ nommen werden, von denen die Ausgangsklemme 44 mit dem Ausgang 43 des Operationsverstärkers 41 und die Ausgangsklemme 45 mit Masse verbunden ist.The output voltage UA can be tapped off at connecting terminals 44, 45, of which the output terminal 44 is connected to the output 43 of the operational amplifier 41 and the output terminal 45 is connected to ground.

Der in Fig. 4 allgemein dargestellte Stromlaufplan wird nun im Rahmen der vorliegenden Erfindung so modifiziert, daß ein Hybrid-Bauelement 46 dargestellt werden kann, wie es in Fig. 5 in einem Verdrahtungsplan dargestellt ist.The circuit diagram shown generally in FIG. 4 is now modified within the scope of the present invention in such a way that a hybrid component 46 can be represented, as is shown in a wiring diagram in FIG. 5.

In Fig. 5 bezeichnet 50a, 50b erste Verbindungsleitungen, die aus resistivem Material ausgebildet sein können, um die Quell¬ widerstände Ro darzustellen. Die ersten Verbindungsieitungen 50a, 50b führen zu einem ersten Knoten 51a, 51b, von dem wiederum zweite Verbindungsleitungen 52a, 52b zu den inver¬ tierenden Eingängen 38a, 38b der Verstärker des Dual-Operations verstärkers 35 führen. Dritte Verbindungsleitungen 53a, 53b verbinden den ersten Knoten 51a, 51b mit den Rückkopplungswiderständen Ri , R3 - Deren gegenüberliegende Anschlußpunkte dienen als zweite Knoten 54a, 54b. Von dort führen vierte Verbindungsleitungen 55a, 55b zu den Ausgängen 39a, 39b des Dual-Operationsverstärkers 35. Fünfte Verbindungsleitungen 56a, 56b führen von den zweiten Knoten 54a, 54b zu den Addierwiderständen R2 , R4. Der gegenüber¬ liegende Anschluß des Addierwiderstandes R2 ist als dritter Knoten 57 ausgebildet. Von dort führt eine sechste Verbin¬ dungsleitung 58 zum gegenüberliegenden Anschluß des zweiten Addierwiderstandes R4 , während eine siebte Verbindungsleitung 59 zu einem vierten Knoten 60 führt. Der vierte Knoten 60 ist mittels einer achten Verbindungsleitung 61 an den invertierenden Eingang 40 des Operationsverstärkers 41 angeschlossen, während eine neunte Verbindungsleitung 62 zum Rückkopplungswiderstand Rs führt. Dessen entgegengesetzter Anschluß ist als fünfter Knoten 63 ausgebildet. Von dort führt eine zehnte Verbindungs¬ leitung 64 zum Ausgang 43 des Operationsverstärkers 41, während eine elfte Verbindungsleitung 65 zur Ausgangsklemme 44 führt.In FIG. 5, 50a, 50b denotes first connecting lines which can be made of resistive material in order to represent the swelling resistances Ro. The first connection lines 50a, 50b lead to a first node 51a, 51b, from which in turn second connection lines 52a, 52b lead to the inverting inputs 38a, 38b of the amplifier of the dual-operation amplifier 35. Third connecting lines 53a, 53b connect the first node 51a, 51b to the feedback resistors Ri, R3 - their opposite connection points serve as second nodes 54a, 54b. From there, fourth connecting lines 55a, 55b lead to the outputs 39a, 39b of the dual operational amplifier 35. Fifth connecting lines 56a, 56b lead from the second nodes 54a, 54b to the adding resistors R2, R4. The opposite connection of the adding resistor R2 is designed as a third node 57. From there, a sixth connecting line 58 leads to the opposite connection of the second adding resistor R4, while a seventh connecting line 59 leads to a fourth node 60. The fourth node 60 is connected to the inverting input 40 of the operational amplifier 41 by means of an eighth connecting line 61, while a ninth connecting line 62 leads to the feedback resistor Rs. Its opposite connection is designed as a fifth node 63. From there, a tenth connecting line 64 leads to the output 43 of the operational amplifier 41, while an eleventh connecting line 65 leads to the output terminal 44.

Der Mittelpunkt 33 der Spulen 32a, 32b ist über eine zwölfte Verbindungsleitung 70 mit einem sechsten Knoten 71 verbunden. Der sechste Knoten 71 ist wiederum über dreizehnte Verbin¬ dungsleitungen 72a, 72b an die nicht-invertierenden Eingänge 36a, 36b des Dual-Operationsverstärkers 35 angeschlossen. Ferner führt vom sechsten Knoten 71 eine vierzehnte Verbin¬ dungsleitung 73 zu einem siebten Knoten 74, der-durch den nicht-invertierenden Eingang 42 des Operationsverstärkers 41 gebildet wird. Von dort ist eine fünfzehnte Verbindungsleitung 75 zum Masseanschluß 45 geführt, zur Spannungsversorgung des Dual-Operationsverstärkers 35 dienen sechzehnte Verbindungs- leitungen 76a, 76b. Diese sind an achte Knoten 77a, 77b an¬ geschlossen, von denen ferner siebzehnte Verbindungsleitungen 78a, 78b für die Spannungsversorgung des Operationsverstärkers 41 abgehen. Die sechzehnten Verbindungsleitungen 76a, 76b sind hierzu an Anschlüsse 79a, 79b des Dual-Operationsverstär¬ kers 35 und die siebzehnten Verbindungsleitungen 78a, 78b sind an entsprechende Anschlüsse 80a, 80b des Operationsver¬ stärkers 41 angeschlossen.The center 33 of the coils 32a, 32b is connected to a sixth node 71 via a twelfth connecting line 70. The sixth node 71 is in turn connected via thirteenth connecting lines 72a, 72b to the non-inverting inputs 36a, 36b of the dual operational amplifier 35. Furthermore, a sixteenth connecting line 73 leads from the sixth node 71 to a seventh node 74, which is formed by the non-inverting input 42 of the operational amplifier 41. From there, a fifteenth connecting line 75 is led to the ground connection 45, and sixteenth connecting lines serve to supply voltage to the dual operational amplifier 35. lines 76a, 76b. These are connected to eighth nodes 77a, 77b, from which seventeen connecting lines 78a, 78b for the voltage supply of the operational amplifier 41 also depart. For this purpose, the sixteenth connecting lines 76a, 76b are connected to connections 79a, 79b of the dual operational amplifier 35 and the seventeenth connecting lines 78a, 78b are connected to corresponding connections 80a, 80b of the operational amplifier 41.

Von den achten Knoten 77a, 77b führen schließlich achtzehnte Verbindungsleitungen 81a, 81b zu Anschlußklemmen 82a, 82b, an denen die Versorgungsspannung +U bzw. -U anliegt.Finally, from the eighth nodes 77a, 77b, eighteenth connecting lines 81a, 81b lead to connecting terminals 82a, 82b, at which the supply voltage + U or -U is applied.

Aus dem Verdrahtungsplan der Fig. 5 folgt bereits, daß eine möglichst große Freiheit von Induktionsschleifen dadurch erreicht wird, daß an den Knoten 51, 54, 57, 60, 63, 71, 74, 77 die dort jeweils angeschlossenen Verbindungsleitungen im Stern zusammengeführt sind. Aufgrunddessen liegen keine Erd¬ schleifen oder sonstigen Induktionsschleifen vor, in die StörSpannungen durch Stδrfeider induziert werden könnten.It already follows from the wiring diagram in FIG. 5 that the greatest possible freedom from induction loops is achieved by connecting the connecting lines connected there in the star to nodes 51, 54, 57, 60, 63, 71, 74, 77. Because of this, there are no earth loops or other induction loops into which interference voltages could be induced by interference.

In Fig. 5 ist mit A ferner eine - unvermeidbare - Schleife angedeutet, die aus den Verbindungsleitungen 52b, 53b und 55b, der Schaltstrecke eines der Verstärker des Dual-Operations verstärkers 35 sowie dem Rückkopplungswiderstand R3 besteht. Diese Schleife stellt in ihrer räumlichen Anordnung eine in Fig. 5 strichpunktierte Fläche dar, die dort mit A bezeichnet ist. Entsprechende weitere Flächen lassen sich in dem Verdrah¬ tungsplan gemäß Fig. 5 ebenfalls finden. Vergleicht man nun den Verdrahtungsplan der Fig. 5 mit dem in den Fig. 6 und 7 in Draufsicht bzw. Seitenansicht dargestellten Ausführungsbeispiel, so findet man dort entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen wieder. Für die in Fig. 5 ein¬ gezeichnete Fläche A gilt, daß diese beim praktischen Ausfüh¬ rungsbeispiel der Fig. 6 eine endliche Fläche überdeckt, die gerade in der Zeichenebene der Fig. 6 verläuft. Der senkrecht zur Fläche A gerichtete Flächenvektor A, der in Fig. 7 darge¬ stellt ist, erstreckt sich somit in x-Richtung und damit senkrecht zur y-Richtung, in der das Störfeld (vgl. Feldlinie 25 in Fig. 2) verlaufen könnte. Die Fläche A ist daher so ausgerichtet, daß durch ein Stδrfeld keine Spannung induziert werden kann, weil die Feldlinien des Stδrfeldes die zu ihrer Richtung parallel ausgerichtete Fläche A nicht durchsetzen können.In Fig. 5 with A is also an - unavoidable - indicated loop, which consists of the connecting lines 52b, 53b and 55b, the switching path of one of the amplifiers of the dual-operation amplifier 35 and the feedback resistor R3. In its spatial arrangement, this loop represents a dash-dotted area in FIG. 5, which is designated there by A. Corresponding further areas can also be found in the wiring plan according to FIG. 5. If one now compares the wiring diagram of FIG. 5 with the exemplary embodiment shown in FIGS. 6 and 7 in plan view and side view, corresponding elements with the same reference numerals are found there. The area A drawn in FIG. 5 applies that in the practical exemplary embodiment of FIG. 6 it covers a finite area which runs straight in the plane of the drawing in FIG. 6. The surface vector A directed perpendicular to the surface A, which is shown in FIG. 7, thus extends in the x direction and thus perpendicular to the y direction, in which the interference field (cf. field line 25 in FIG. 2) could run . The area A is therefore aligned in such a way that no voltage can be induced by an interference field because the field lines of the interference field cannot penetrate the area A which is oriented parallel to its direction.

Entsprechendes gilt für alle weiteren Flächen, die von den ausführlich aufgezählten Verbindungsleitungen und den zugehö¬ rigen Schaltstrecken der Bauelemente der elektronischen Schalt¬ mittel gebildet werden.The same applies correspondingly to all other areas which are formed by the detailed connection lines and the associated switching distances of the components of the electronic switching means.

Eine weitere Maßnahme besteht darin, daß die Bauelemente der elektronischen Schaltmittel 30 auf einer gemeinsamen Substrat¬ platte angeordnet sind und damit bereits eine Ebene vorgegeben ist. Die Bauelemente sind auf der Substratplatte 90 spiegel¬ symmetrisch zu einer Mittelachse 91 angeordnet. Auf diese Weise entstehen zwei Teilschaltungen 30a, 30b, wie sie in Fig. 5 und 6 deutlich zu erkennen sind.A further measure consists in that the components of the electronic switching means 30 are arranged on a common substrate plate and thus one level is already predetermined. The components are arranged on the substrate plate 90 mirror-symmetrically to a central axis 91. In this way, two sub-circuits 30a, 30b are produced, as can be clearly seen in FIGS. 5 and 6.

Die Anordnung ist dabei spiegelsymmetrisch getroffen, wie sich z.B. aus der Polarität der beiden Einzelverstärker des Dual-Operationsverstärkers 35 ergibt. Zur Fläche A in^' den Fig. 5 und 6 gehört daher eine spiegel¬ symmetrische Fläche jenseits der Mittelachse 91. Wenn nun aufgrund eines unvermeidbaren Restfehlers doch eine Feldlinie des Stδrfeldes nicht genau in y-Richtung gerichtet sein sollte oder die Substratplatte 90 etwa zur y-Richtung geneigt sein sollte, so würde eine solche Feldlinie des Störfeldes beide Flächen A durchsetzen und jeweils eine geringe Stδrspannung induzieren. Aufgrund der spiegelsymmetrischen Anordnung würden sich jedoch die induzierten StörSpannungen gerade wieder kompensieren.The arrangement is mirror-symmetrical, as can be seen, for example, from the polarity of the two individual amplifiers of the dual operational amplifier 35. To the area A ^'in FIGS. 5 and 6 therefore includes a spiegel¬ symmetrical surface beyond the central axis 91. If now should be but directed a field line of the Stδrfeldes not precisely in the y-direction due to an unavoidable residual error or the substrate plate 90 about the y Direction should be inclined, such a field line of the interference field would penetrate both surfaces A and induce a low interference voltage in each case. Due to the mirror-symmetrical arrangement, however, the induced interference voltages would just be compensated for again.

Hierzu sind vor allem sämtliche Verbindungsleitungen symmetrisc zur Mittelachse 91 angeordnet, beispielsweise die von den vierten oder fünften Verbindungsleitungen 55, 56 gebildeten Schleifen. Auch die durch die Schaltung hindurchgehenden Verbindungsleitungen, beispielsweise die vierzehnte Verbin¬ dungsleitung 23 oder die sechzehnten Verbindungsleitungen 76 sind in der Mittelachse 91 bzw. parallel und symmetrisch zu dieser geführt. Das Ausmaß der Symmetrie ist dabei in der ersten Verstärkerstufe des Dual-Operationsverstärkers 36 besonders wichtig, während in der zweiten Verstärkerstufe des Operationsverstärkers 41 bereits geringfügige Abweichungen von der Symmetrie möglich sind, wie aus dem oberen Teil der Fig. 6 auch zu erkennen ist.For this purpose, in particular all the connecting lines are arranged symmetrically to the central axis 91, for example the loops formed by the fourth or fifth connecting lines 55, 56. The connecting lines passing through the circuit, for example the fourteenth connecting line 23 or the sixteenth connecting lines 76, are also guided in the central axis 91 or parallel and symmetrically to the latter. The degree of symmetry is particularly important in the first amplifier stage of the dual operational amplifier 36, while slight deviations from the symmetry are already possible in the second amplifier stage of the operational amplifier 41, as can also be seen from the upper part of FIG. 6.

Aus Fig. 7 folgt, daß die dort insgesamt mit 95 bezeichneten Verbindungsleitungen zweckmäßig in einer gemeinsamen Ebene 92 angeordnet werden, die von einer Bauteile-Oberfläche 93 nur einen geringfügigen Abstand 94 hat. Unter Bauteile-Oberfläche 93 ist dabei eine hergestellte gemeinsame Ebene der Anschluß- punkte der diskreten Bauelemente 35, 41, Ri , R2 , R3 , R4 und Rs zu verstehen.From FIG. 7 it follows that the connecting lines designated there overall with 95 are expediently arranged in a common plane 92 which is only a slight distance 94 from a component surface 93. Under component surface 93 there is a common plane of the connection to understand points of the discrete components 35, 41, Ri, R2, R3, R4 and Rs.

Wie man deutlich aus Fig. 7 erkennen kann, ergeben sich auf diese Weise nur noch äußerst kleine Restflächen 96 senkrecht zur y-Richtung der Störfeldlinien.As can be clearly seen from FIG. 7, only extremely small remaining areas 96 result in this way perpendicular to the y-direction of the interference field lines.

Mit 100 ist in Fig. 6 angedeutet, daß zumindest die Bauelemente 35, Ri , R2 , R3 , R der ersten Verstärkerstufe mit einer ferro¬ magnetischen Abschirmung oder einer Hochfrequenz-Abschirmung überdeckt sein können, um die Gefahr von Einstreuungen noch weiter zu vermindern.6 in FIG. 6 indicates that at least the components 35, Ri, R2, R3, R of the first amplifier stage can be covered with a ferromagnetic shield or a high-frequency shield in order to further reduce the risk of interference.

In Fig. 7 ist weiterhin mit 101 angedeutet, daß die insgesamt mit 95 bezeichneten Verbindungsleitungen auch mittels einer Leiterplatte 101 in Ein- oder Mehrschichttechnik mechanisch miteinander verbunden werden können.In FIG. 7 it is also indicated by 101 that the connecting lines, designated overall by 95, can also be mechanically connected to one another by means of a printed circuit board 101 using single or multi-layer technology.

Weiterhin zeigt Fig. 7, daß die Abstände d zwischen den Bau¬ elementen der elektronischen Schaltmittel 30 stets wesentlich kleiner gewählt werden als die mit b gekennzeichneten räumlichen Abmessungen der Bauelemente in der Ebene der Substratplatte 90. Auf diese Weise wird eine extrem kurze Leitungsführung erreicht und damit die Größe der Flächen A weiter vermindert.7 shows that the distances d between the components of the electronic switching means 30 are always chosen to be substantially smaller than the spatial dimensions of the components marked b in the plane of the substrate plate 90. In this way, an extremely short line routing is achieved and so that the size of the areas A is further reduced.

Die innere Hybrid-Verdrahtung können erfindungsgemäß feinste elektrische Leitungen bewältigen. Die Verdrahtungsebene 92 soll dabei in ihrer der Sonde folgenden Anfangsbreite nicht über den ersten Schaltkreis-Chip hinausragen, wobei in diesem Falle die Sondenanschlüsse am besten erst ab der Chipkante zu den Pad's auseinanderzweigen. Das führt zu ihrer Breite von meist weniger als 1,5 Millimetern. Anwendbar sind Drähte mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 Millimetern. Sinnvoller ist jedoch die Herstellung von geeigneten Feinstleiterplatinen, die dann auch gedruckte Spulen gleich mitbeinhalten können.The inner hybrid wiring can cope with the finest electrical lines according to the invention. In this case, the wiring plane 92 should not protrude beyond the first circuit chip in its initial width following the probe, in which case the probe connections best branch apart from the chip edge to the pads. That leads to their breadth of usually less than 1.5 millimeters. Wires with a diameter of less than 0.1 millimeters can be used. However, it makes more sense to produce suitable ultra-fine printed circuit boards, which can then also contain printed coils.

Es versteht sich, daß die vorstehende Beschreibung lediglich ein Ausführungsbeispiel wiedergibt und daß zahlreiche Abwand¬ lungen und Ergänzungen möglich sind.It is understood that the above description represents only one exemplary embodiment and that numerous modifications and additions are possible.

So können beispielsweise bei den elektronischen Schaltmitteln 30 mehrere Instrumentations-, Addier-, Subtrahier/Differenz¬ verstärker enthalten sein, bestehend aus einem oder mehreren Einzel-, Dual- oder Quad-Chips. Ferner können vorzugsweise zwei Verstärker-Schaltkreise enthalten sein und zu einem Instrumentationsverstärker in einer der bekannten Sparschal¬ tungen verschaltet sein, deren Merkmale zwei hochohmigere Eingänge und ein Ausgang sind.For example, the electronic switching means 30 can contain a plurality of instrumentation, addition, subtraction / difference amplifiers, consisting of one or more single, dual or quad chips. Furthermore, two amplifier circuits can preferably be included and connected to form an instrumentation amplifier in one of the known economy circuits, the features of which are two higher-impedance inputs and one output.

Ferner können zusätzlich auch ein oder mehrere Funktions- Schaltkreis-Chips enthalten sein, in Analog- oder Digital¬ technik. Weiterhin können notwendige Schaltbauteile, Verstärke Schaltkreise, typische Funktions-Schaltkreise in Analog- oder Digitaltechnik, ebenso wie Leitungsbahnen des gesamten Hybrids (ohne Sonde) gemeinsam als einziger integrierter Schaltkreis- Chip oder auch deren mehrere ausgebildet sein. Wenn mehrere Chips vorhanden sind, können diese in verschiedenen Ebenen angeordnet sein. Diese Ausbildung kann als sogenannter "ASIC" (Application Specific IC) entstehen.Furthermore, one or more functional circuit chips can also be included, using analog or digital technology. Furthermore, necessary switching components, amplified circuits, typical functional circuits in analog or digital technology, as well as conductor tracks of the entire hybrid (without a probe) can be designed together as a single integrated circuit chip or also several thereof. If there are several chips, they can be arranged on different levels. This training can arise as a so-called "ASIC" (Application Specific IC).

Ein Chip kann mindestens für Sonden mehrere verschiedene Anschlußmδglichkeiten enthalten, z.B. für zwei oder mehrere Sonden Anschlußdrähte je nach Sondenart, für verschieden hohe Verstärkungen, invertierend oder nicht-invertierend oder ähnliches mehr.A chip can contain several different connection options, at least for probes, for example for two or more Probes Connection wires depending on the type of probe, for different amplifications, inverting or non-inverting or the like.

Es kann ferner mindestens ein Dual-Verstärker-Schaltkreis- Chip vorgesehen sein oder zwei einzelne Chips in entsprechender paarweiser Anordnung, die einen parallel schaltbaren Doppel¬ verstärker bilden, dessen Ausgänge auf mindestens einen eben¬ falls enthaltenen Chip führen.At least one dual amplifier circuit chip can also be provided, or two individual chips in a corresponding paired arrangement, which form a double amplifier which can be connected in parallel and whose outputs lead to at least one chip which is also included.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Kombinationsmeß- oder Prüfverfahren mit zwei unterschied¬ lichen Prinzipien oder Verfahren zwei getrennt funktionierende Sondenkanäle enthalten kann, beispielsweise zum simultanen oder sequentiellen Ausführen von Induktions- und Wirbelstrom¬ messungen. It goes without saying that the device according to the invention can contain two separately functioning probe channels in a combination measurement or test method with two different principles or methods, for example for the simultaneous or sequential execution of induction and eddy current measurements.

Claims

Patentansprüche Claims

Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen von Werkstücke (11), mit einer Einrichtung (12, 13, 14) zum Erzeugen eines in einer ersten Richtung (y) gerichteten Magnet¬ feldes (Hy ) in dem Werkstück (11) , mit einer an einer Oberfläche des Werkstücks (11) angeordneten Magnet¬ feldsonde (20; 31) zum Erfassen eines von Fehlstellen (26) im Werkstück (11) verursachten und in einer zweite Richtung (z) gerichteten Magnet-Meßfeldes (H_z ) , und mit Verbindungsleitungen (50, 52, 53, 55, 56, 58, 59, 61, 62, 64, 65, 70, 72, 73, 75, 76, 78, 81) aufweisende elektronischen Schaltmitteln (22; 30) zum Verstärken von dem Magnet-Meßfeld (Hz ) entsprechenden Meßsignalen (U) , dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel (30) zusammen mit der Magnetfeldsonde (31) zu einem Hybrid-Bauelement (46) vereinigt sind, und daß die Verbindungsleitungen (50, 52, 53, 55, 56, 58, 59, 61, 62, 64, 65, 70, 72, 73, 75, 76, 78, 81) derart angeordnet sind, daß Flächenvektoren (A) der von galvanisch miteinander gekoppelten Verbindungsleitungen (52, 53, 55) aufgespannten Flächen (A) im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung (y) gerichtet sind.Device for the non-destructive testing of workpieces (11), with a device (12, 13, 14) for generating a magnetic field (Hy) directed in a first direction (y) in the workpiece (11), with one on a surface of the Workpiece (11) arranged magnetic field probe (20; 31) for detecting a magnetic measuring field (H _z ) caused by defects (26) in the workpiece (11) and directed in a second direction ( _z ), and with connecting lines (50, 52, 53, 55, 56, 58, 59, 61, 62, 64, 65, 70, 72, 73, 75, 76, 78, 81) having electronic switching means (22; 30) for amplifying the magnetic measuring field ( Hz) corresponding measurement signals (U), characterized in that the electronic switching means (30) are combined together with the magnetic field probe (31) to form a hybrid component (46), and in that the connecting lines (50, 52, 53, 55, 56 , 58, 59, 61, 62, 64, 65, 70, 72, 73, 75, 76, 78, 81) are arranged in such a way that surface vectors (A) correspond to those of galvanic sch interconnected connecting lines (52, 53, 55) spanned surfaces (A) are directed substantially perpendicular to the first direction (y).

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Richtung (z) im wesentlichen rechtwinkel zur ersten Richtung (y) verläuft.Device according to claim 1, characterized in that the second direction (z) is essentially perpendicular to the first direction (y).

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Richtung (z) im wesentlichen parallel zur ersten Richtung (y) verläuft. Device according to claim 1, characterized in that the second direction (z) runs essentially parallel to the first direction (y).

Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs¬ leitungen (50, 52, 53, 55, 56, 58, 59, 61, 62, 64, 65, 70, 72, 73, 75, 76, 78, 81) im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene (92) verlaufen, deren Flächenvektor senkrecht zur ersten Richtung (y) gerichtet ist. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the connecting lines (50, 52, 53, 55, 56, 58, 59, 61, 62, 64, 65, 70, 72, 73, 75, 76, 78, 81) run essentially in a common plane (92), the surface vector of which is directed perpendicular to the first direction (y).

Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schaltmittel (30) diskrete Bau¬ elemente (35, 41, Ro , Ri , R2 , R3 , R4 , Rs ) aufweisen, die mit Anschlußpunkten (36, 38, 39, 40, 42, 43, 54, 57) versehen sind, und daß die Bauelemente (35, 41, Ro , Ri , R2 , R3 , R4 , Rs ) derart angeordnet sind, daß die Anschlußpunkte (36, 38, 39, 40, 42, 43, 54, 57) im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene (93) verlaufen, deren Flächenvektor senkrecht zur ersten Richtung (y) gerichtet ist.Device according to Claim 4, characterized in that the electrical switching means (30) have discrete components (35, 41, Ro, Ri, R2, R3, R4, Rs) which are connected to connection points (36, 38, 39, 40, 42, 43, 54, 57), and that the components (35, 41, Ro, Ri, R2, R3, R4, Rs) are arranged such that the connection points (36, 38, 39, 40, 42, 43, 54, 57) run essentially in a common plane (93) whose surface vector is directed perpendicular to the first direction (y).

Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Schaltmittel (30) diskrete Bauelemente (35, 41, Ro , Ri , R2 , R3 , R4 , Rs ) aufweisen, die mit Anschlußpunkten (36, 38, 39, 40, 42, 43, 54, 57) versehen sind, und daß die Bauelemente (35, 41, Ro , Ri , R2 , R3 , R4 , Rs ) derart angeordnet sind, daß Zwischenräume (d) zwischen den in einer gemeinsamen Ebene angeordneten Bauelementen (35, 41, Ro , Ri , R2 , 3 , R , Rs ) und zwischen diesen und der Magnetfeldsonde (31) wesentlich kleiner sind als die Abmessungen (b) der Bauelemente (35, 41, Ro , Ri , R2 , R3 , R4 , Rs ) . Device according to one or more of Claims 1 to 5, characterized in that the electrical switching means (30) have discrete components (35, 41, Ro, Ri, R2, R3, R4, Rs) which are connected to connection points (36, 38, 39, 40, 42, 43, 54, 57) are provided, and that the components (35, 41, Ro, Ri, R2, R3, R4, Rs) are arranged such that spaces (d) between those in a common Components (35, 41, Ro, Ri, R2, 3, R, Rs) arranged in a plane and between them and the magnetic field probe (31) are significantly smaller than the dimensions (b) of the components (35, 41, Ro, Ri, R2 , R3, R4, Rs).

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel (30) diskrete Bauelemente (35, 41, Ro ,7. The device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the electronic switching means (30) discrete components (35, 41, Ro,

Ri , R2 , 3 , Ri , Rs ) aufweisen, die mit Anschlußpunkten (36, 38, 39, 40, 42, 43, 54, 57) versehen sind, und daß zur Verbindung von mehr als zwei Anschlußpunkten (36, 38, 39, 40, 42, 43, 54, 57) miteinander die zuge¬ hörigen Verbindungsleitungen (50/52/53, 55/56, 58/59, 59/61/62, 64/65, 70/72/73, 73/75, 76/78/81) im Stern (51, 54, 57, 60, 63, 71, 74, 77) geschaltet sind.Ri, R2, 3, Ri, Rs) which are provided with connection points (36, 38, 39, 40, 42, 43, 54, 57) and that for connecting more than two connection points (36, 38, 39 , 40, 42, 43, 54, 57) the associated connecting lines (50/52/53, 55/56, 58/59, 59/61/62, 64/65, 70/72/73, 73 / 75, 76/78/81) in the star (51, 54, 57, 60, 63, 71, 74, 77).

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel (30) mindestens in einer ersten Verstärker¬ stufe (35, Ro , Ri , R2 , R3 , R ) in Gestalt zweier zuein¬ ander spiegelsymmetrischer Schaltungsteile (30a, 30b) aufgebaut sind, und daß die Schaltungsteile (30a, 30b) in dem Hybrid-Bauelement (46) räumlich spiegelsymmetrisc zu einer Mittellinie (91) angeordnet sind.8. The device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the electronic switching means (30) at least in a first amplifier stage (35, Ro, Ri, R2, R3, R) in the form of two mutually mirror-symmetrical Circuit parts (30a, 30b) are constructed, and that the circuit parts (30a, 30b) in the hybrid component (46) are arranged spatially mirror-symmetrically to a center line (91).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie (91) senkrecht zur ersten Richtung (y) verläuft.9. The device according to claim 8, characterized in that the center line (91) extends perpendicular to the first direction (y).

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel (30) als ein einziger integrierter Schalt¬ kreis ausgebildet sind. 10. The device according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the electronic switching means (30) are designed as a single integrated circuit.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel (30) eine ebene Leiterplatte (101) mit Leiterbahnen zur Darstellung der Verbindungsleitungen (95) umfassen.11. The device according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the electronic switching means (30) comprise a flat circuit board (101) with conductor tracks for displaying the connecting lines (95).

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel (30) Widerstände (Ro ) umfassen, die als Verbindungsleitungen (50) aus resistivem Material ausgebildet sind.12. The device according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the electronic switching means (30) comprise resistors (Ro) which are designed as connecting lines (50) made of resistive material.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel (30) mindestens in einer ersten Verstärker¬ stufe (35, Ro , Ri , R2 , R3 , R ) von einer ferromagneti¬ schen Abschirmung (100) umgeben sind.13. The device according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the electronic switching means (30) at least in a first amplifier stage (35, Ro, Ri, R2, R3, R) of a ferromagnetic shield ( 100) are surrounded.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltmittel (30) mindestens in einer ersten Verstärker¬ stufe (35, Ro , Ri , R2 , R3 , R ) von einer leitfähigen Hochfrequenz-Abschirmung (100) umgeben sind. 14. The device according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the electronic switching means (30) at least in a first amplifier stage (35, Ro, Ri, R2, R3, R) by a conductive high-frequency shielding ( 100) are surrounded.