DE4318062A1 - Wirbelstromsensor - Google Patents

Wirbelstromsensor

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DE4318062A1
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    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9013Arrangements for scanning
    • G01N27/902Arrangements for scanning by moving the sensors

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelstromsensor zum Detektieren von Defekten in einem Prüfling aus elektrisch leitfähigem Mate­ rial, beispielsweise zur zerstörungsfreien Prüfung von Rohren. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Wirbelstromsensor mit in Form von in sich geschlossenen, vorzugsweise ringförmigen Bändern oder Schleifen angeordneten Vielfachspuleneinheiten, die aus Sende- und Empfängerspulen in Form von Flachspulen be­ stehen.
Das Verfahren der Wirbelstromprüfung ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zum Detektieren von Defekten oder Rissen in Roh­ ren und basiert darauf, daß in dem zu prüfenden Material elek­ trische Ströme induziert werden und die Wechselwirkung zwischen diesen Strömen und dem Material beobachtet wird. Das Prüfver­ fahren umfaßt die Benutzung einer Sendespule, durch die ein Strom fließt, um einen magnetisch induzierten Strom (einen Wir­ belstrom) im Prüfling zu erzeugen. Der Fluß der Wirbelströme wird in Bereichen, die Defekte oder Verformungen aufweisen, verzerrt. Derartige Wirbelströme wiederum induzieren in einer nahegelegenen Empfängerspule einen Strom, der dann zur Bestim­ mung des Vorliegens von Defekten im Rohr benutzt wird. Da die­ ses Prüfverfahren einen elektromagnetischen Induktionsprozeß darstellt, ist ein direkter elektrischer Kontakt mit dem Prüf­ ling nicht erforderlich; der Prüfling muß jedoch elektrisch leitfähig sein.
Bei der Untersuchung auf Defekte wird ein maximales Ansprechen erzielt, wenn die Defekte senkrecht zum Flug der Wirbelströme ausgerichtet sind. Wenn die Wirbelströme parallel zu einem De­ fekt fließen, ergibt sich eine geringe Verzerrung der Wirbel­ ströme und es wird ein minimales Ansprechen erzielt. Somit wäre es schwierig, derartige Defekte zu detektieren. Ein konventio­ neller Innenumfangssensor (d. h. ein Sensor mit einer Kernspule) induziert einen Wirbelstromfluß parallel zu den Windungen einer Spule und deshalb in Umfangsrichtung. Somit werden in Umfangs­ richtung ausgerichtete Defekte, die parallel zur Strömungsrich­ tung derartiger Wirbelströme verlaufen, nicht aufgespürt. Die Orientierung eines Defektes relativ zu den Spulen des Sensors beeinflußt somit den Grad der Empfindlichkeit des Sensors für den Defekt.
Das Erkennen von in Umfangsrichtung verlaufenden Rissen ist ei­ nes der schwierigsten Untersuchungsprobleme des Wirbelstrom­ prüfverfahrens. Konventionelle Wirbelstromprüfverfahren haben eine geringe Empfindlichkeit für in Umfangsrichtung verlaufende Risse und können nicht dazu verwendet werden, Rißtiefen verläß­ lich abzuschätzen. Es ist ein anerkanntes Problem, daß die ver­ läßliche Detektion und Größenbestimmung von in Umfangsrichtung verlaufenden Rissen, Abnutzungen, nahe der Oberfläche gelegenen internen Defekten usw. noch durch die Tatsache erschwert wird, daß diese häufig in defektanfälligen Bereichen auftreten, wie z. B. unter Rohrplatten oder Halteplatten und in Übergangsberei­ chen gerippter Rohre. In derartigen Fällen erzeugen die struk­ turellen Besonderheiten, die das untersuchte Rohr umgeben, deutliche Abweichungen in den Ausgangssignalen und machen da­ durch die Detektion von Defekten sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich. Außerdem treten in Umfangsrichtung verlaufende Risse für gewöhnlich in defektanfälligen Bereichen, wie z. B. unter Halteplatten oder an U-förmigen Krümmungen, auf, an denen die Rohre oft verformt sind, wodurch die Untersuchung erschwert wird. Weltweit sind öffentliche Versorgungsunternehmen, insbe­ sondere Energieversorgungsunternehmen, in Rohranlagen von Dampfgeneratoren auf in Umfangsrichtung verlaufende Risse ge­ stoßen; es ist ein bedeutendes Untersuchungsproblem.
Verschiedene Sensoren wurden zur Untersuchung zylinderförmiger oder rohrförmiger Komponenten vorgeschlagen. Derartige Sensoren wurden beispielsweise in der US-PS 3 952 315, in der US-PS 4 808 924 und in der US-PS 4 808 927 beschrieben, auf die hier­ mit inhaltlich Bezug genommen wird.
Der in der US-PS 4 808 927 offenbarte Sensor umfaßt eine Sende­ spule in Form einer Induktionsspule mit einem Spulenkern in Verbindung mit einer als Flachspule ausgebildeten Empfängerspu­ le. Entsprechend fließen die vom Sensor erzeugten Wirbelströme in Umfangsrichtung, und deshalb kann eine derartige Probe in Umfangsrichtung verlaufende Defekte nicht detektieren.
Der in der US-PS 4 808 924 offenbarte Sensor verwendet in sich geschlossene, vorzugsweise ringförmige Bänder aus mehreren Sen­ de- und Empfängerspulen in Form von Flachspulen zum Detektieren lokalisierter Defekte, einschließlich in Umfangsrichtung ver­ laufender Risse, in einem Rohr. Dieser Sensor detektiert jegli­ che Defekte einschließlich Defekte unter Halteplatten als ein Resultat der "umfangsmäßigen Kompensation", die durch die Ori­ entierung der Sensorspulen erzielt wird. Mit anderen Worten, konzentrische Veränderungen oder graduelle Abweichungen in Um­ fangsrichtung werden im Ausgangssignal unsichtbar gemacht (oder kompensiert). Außerdem werden die Spulenbänder um die Mittel­ achse des Rohres rotiert, um eine 100%ige Überdeckung der Rohroberfläche zu erreichen. Die Spulen des in der US-PS 4 808 924 beschriebenen Sensors sind so angeordnet, daß in erster Linie ein absolutes Ausgangssignal ausgegeben werden kann. Solch ein absolutes Ausgangssignal des Sensors erschwert jedoch die Detektion kleiner Risse jeglicher Orientierung in Bereichen, die Rohrverformungen beinhalten, oder bei der Anwe­ senheit von Ablagerungen (z. B. Kupfer). Überdies wurde nun festgestellt, daß einige dieser Schwierigkeiten das Resultat einer Interferenz sind, die von einer Sendespule in benachbar­ ten Empfängerspulen in unterschiedlichem Abstand verursacht wird. Diese Feststellung führte zu der Erkenntnis, daß die Am­ plitude und die Phase des Ausgangssignals einer Empfängerspule eine Funktion des Quadrates des Abstandes zwischen solch einer Spule und einer Sendespule sind. Wenn dementsprechend der Strom in einer Empfängerspule von verschiedenen Sendespulen in unter­ schiedlichem Abstand erzeugt wird, kann das resultierende Aus­ gangssignal nicht exakt analysiert werden. Hinzu kommt, daß die kompensierende Ausgestaltung des Sensors die Analyse des Aus­ gangssignales erschwert. Außerdem ermöglicht der in dieser Pa­ tentschrift beschriebene Sensor eine 100%ige Überdeckung für in Umfangsrichtung verlaufende Risse, während Risse in axialer Richtung nur zu 50% überdeckt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Wirbel­ stromsensor so auszubilden, daß damit die mit vorbekannten Sen­ soren verbundenen Nachteile überwunden werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Wirbelstromsensor der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wirbel­ stromsensor eine Vielfachspuleneinheit umfaßt mit einer ersten Spule und mit zwei identischen, in gleichem Abstand zu der er­ sten Spule positionierten und relativ zueinander in entgegenge­ setzte Richtungen elektromagnetisch gepolten zweiten Spulen, daß der Wirbelstromsensor eine Sendererregungseinheit aufweist, die entweder an die erste Spule oder an die zweiten Spulen ge­ koppelt ist zur Erregung dieser Spule bzw. dieser Spulen, um im Prüfling Wirbelströme zu erzeugen, und daß der Wirbelstromsen­ sor eine Abtastempfängereinheit umfaßt, die an die nicht mit der Sendererregungseinheit verbundene erste Spule oder zweiten Spulen gekoppelt ist zum Aufspüren eines Stromes, der in der Spule bzw. in den Spulen erzeugt wurde, um Verzerrungen in den Wirbel strömen aufzuspüren und um ein das Vorliegen von Defekten im Prüfling anzeigendes Ausgangssignal zu erzeugen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zum Detektieren von Defekten in einem Prüfling in Form eines eine Mittelachse aufweisenden und aus elektrisch leitfähigem Material herge­ stellten Rohres umfaßt ein in sich geschlossenes, vorzugs­ weise ringförmiges Band oder eine Schleife von Vielfachspulen­ einheiten, wobei das Band in einer Ebene senkrecht zur Mittel­ achse des Rohres positioniert ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Wirbelstromsensor eine Vielzahl von Bändern von Viel­ fachspuleneinheiten auf. Dabei sind die Bänder koaxial zur Mit­ telachse des Rohres und in gegenseitigem Abstand zueinander entlang der Mittelachse angeordnet.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung des Zusammenhanges zwischen der Empfindlichkeit von Spulen und der Defektorientierung;
Fig. 2 eine Anordnung eines vorbekannten, in Umfangs­ richtung kompensierenden Wirbelstromsensors;
Fig. 3 eine vereinfachte Draufsicht der Spulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4a eine vereinfachte Draufsicht einer ersten Aus­ führungsform der Erfindung;
Fig. 4b die elektrischen Schaltungen des in Fig. 4a ge­ zeigten Sensors;
Fig. 4c eine Schnittansicht des Sensors gemäß der in Fig. 4a gezeigten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittansicht eines Rohres, das gerade un­ tersucht wird;
Fig. 6 eine vereinfachte Draufsicht einer Spulenanord­ nung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Sensors ent­ sprechend der in Fig. 6 gezeigten Ausführungs­ form der Erfindung;
Fig. 8 die elektrischen Schaltungen der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Spulenanordnung;
Fig. 9 eine vereinfachte Draufsicht einer Spulenanord­ nung entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 10a bis 10e vereinfachte Draufsichten weiterer Ausführungs­ formen der Erfindung.
Wie bereits diskutiert, müssen die Spulen eines Wirbelstromsen­ sors Ströme in einem Winkel zu einem Defekt erzeugen, damit solch ein Defekt detektiert werden kann. Fig. 1 zeigt den Zu­ sammenhang zwischen dem resultierenden Signal eines Sensors und der Orientierung eines Defektes 10. Wie aus der Figur deutlich wird, kann der Sensor Defekte, die sich parallel zur Strömungsrichtung der mit Hilfe einer Sendespule T erzeugten Wirbelströme 12 erstrecken (d. h. R = 90°), praktisch nicht erkennen.
Die Fig. 2a und 2b zeigen eine vorbekannte Sensoranordnung, wie sie in der US-PS 4 808 924 beschrieben ist. Diese Ausfüh­ rungsform des Sensors besteht aus in sich geschlossenen, vor­ zugsweise ringförmigen Bändern 14 von als Flachspulen ausge­ bildeten Sendespulen T und Empfängerspulen R. Wie bereits erwähnt, liegt einer der Nachteile dieser Sensorgestaltung in der Tatsache, daß dieser Sensor in erster Linie ein absolutes Signal liefert. Wenn die Spulenbänder enger zusammengebracht werden, um ein differentielles Ausgangssignal zu erzielen, dann werden die Empfängerspulen von den Wirbelströmen beeinflußt, die von den angrenzenden Sendespulen in unterschiedlichen Ab­ ständen (z. B. d1 und d2) erzeugt werden. Diese Anordnung verur­ sacht in den resultierenden Ausgangssignalen Verzerrungen, wo­ durch das Untersuchungsverfahren erschwert wird. In diesen Fi­ guren und in den folgenden bezeichnen die Plus- und Minuszei­ chen die Polaritäten der Spulen.
Fig. 3 zeigt die vorliegende Erfindung. Ein erfindungsgemäßer Sensor umfaßt Vielfachspuleneinheiten 18, die jeweils aus einer Sendespule T und einem Paar von Empfängerspulen R bestehen. Da ein Paar von Empfängerspulen entgegengesetzter Polarität zusam­ men mit einer Sendespule verwendet wird, ist es möglich, ein differentielles Ausgangssignal zu erhalten. Um solch ein dif­ ferentielles Ausgangssignal zu erzielen, sollte die Bewegungs­ richtung des Sensors parallel zu einer die Mittelpunkte der Em­ pfängerspulen miteinander verbindenden Achse ausgerichtet sein. Die Empfängerspulen sind in gleichen Abständen von der Sender­ spule positioniert und aus einer Mittelachse 16 um dieselben Winkel γ verschoben, wodurch ermöglicht wird, daß jede Empfän­ gerspule trotz entgegengesetzter Polarität gleiche Ausgangssi­ gnale produziert. Alternativ dazu kann der Sensor in einer an­ deren Ausführungsform Vielfachspuleneinheiten umfassen, die eine Empfängerspule und ein Paar von Sendespulen aufweisen.
Diese Anordnung der Sende- und Empfängerspulen reduziert außer­ dem die Empfindlichkeit des Sensors auf Verformungen (ein­ schließlich Ablagerungen von Verunreinigungen), wodurch ein besser unterscheidbares Ausgangssignal für Defekte herausgege­ ben wird. Außerdem bleiben aufgrund der differentiellen Be­ schaffenheit des Sensors große Ablagerungen von Verunreinigun­ gen im wesentlichen undetektiert, während kleine lokalisierte Defekte ohne weiteres in Bereichen relativ großer leitfähiger oder ferromagnetischer Ablagerungen detektiert werden.
Fig. 4a zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor, der ein Band 20 von Vielfachspuleneinheiten umfaßt. Bei der gezeigten Ausfüh­ rungsform bestehen die Bänder aus zwei Vielfachspuleneinheiten, die jeweils einen Sender und zwei Empfänger aufweisen. Fig. 4b zeigt die elektrischen Schaltungen der in Fig. 4a gezeigten Spulenbänder. Die Sendespulen T sind an ein Wechselspan­ nungsnetzgerät 22 angeschlossen, und die Empfängerspulen R1 und R2 sind an ein Spannungsmeßinstrument 24 angeschlossen, das die in den Empfängerspulen erzeugte Spannung mißt, wie sie von den Sendespulen induziert wird. Die Empfängerspulenpaare entgegen­ gesetzter Polarität werden in Reihe geschaltet, so daß sie ein differentielles Ausgangssignal liefern.
Wie oben erwähnt, bezeichnen die Plus- und Minuszeichen die Po­ laritäten der Spulen. Die Spulenpolarität kann entweder durch die Richtung der Spulenwindungen gewählt werden oder durch die elektrischen Verbindungen zwischen den Spulen. Anstatt also ei­ ne Anordnung zu bilden, bei der die Spulen relativ zueinander in entgegengesetzte Richtungen gewickelt sind, können auch die elektrischen Anschlüsse unter Beibehaltung einer Reihenschal­ tung vertauscht werden, um denselben Effekt hervorzurufen. Außerdem sollte betont werden, daß der Sensor dieselbe Wirkung zeigt, wenn ein Wechselspannungsnetzgerät an die Empfängerspu­ len und ein Spannungsmeßinstrument an die Sendespulen ange­ schlossen wird (sofern die Eingangsimpedanzen des Meßinstrumen­ tes angepaßt werden).
Fig. 4c zeigt die Anordnung der in Fig. 4a gezeigten Spulen­ bänder auf dem Sensor. Der Sensor 26 besteht aus einem Gehäuse 28, um das herum die Spulen T und R befestigt sind. In der ge­ zeigten Ausführungsform umfaßt der Sensor ein Band, das zwei Sendespulen und zwei Empfängerspulenpaare (d. h. zwei Vielfach­ spuleneinheiten) aufweist. Wie in der Fig. 4c dargestellt, sind diese Spulen im rechten Winkel zueinander um den Sensor herum angeordnet.
Wie in Fig. 5 dargestellt, ist der Sensor 21 so ausgebildet, daß er innerhalb eines zu untersuchenden Rohres 23 bewegt wer­ den kann. Solch eine Bewegung erfolgt für gewöhnlich entlang der Mittelachse des Rohres. Wie bereits erwähnt, sind die Em­ pfängerspulen des Sensors so angeordnet, daß eine die Mittel­ punkte der Spulen miteinander verbindende Achse parallel zur Bewegungsrichtung des Sensors verläuft. In dieser Figur sind außerdem verschiedene Rohrdefekte dargestellt, wie z. B. in Umfangsrichtung verlaufende Risse 25, axiale Risse 27 und Löcher 29 (d. h. Veränderungen in der Dicke der Probe).
Defekte können nur aufgespürt werden, wenn der Wirbelstromfluß unterbrochen wird. Kleine Flächen des sich in Untersuchung be­ findenden Rohres jedoch, die sich direkt unterhalb der Mittel­ punkte der Spulen befinden, bleiben undetektiert, da die Span­ nung, die in den Empfängerspulen durch diese Ströme induziert wird, minimal ist. Aus diesem Grund wird die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Ausführungsform vorgeschlagen, bei der der Sensor aus zwei Bändern 30 und 32 von Sendespulen T und Empfängerspulen R1 und R2, R3 und R4 besteht. Wie ebenfalls in den Fig. 6 und 7 gezeigt, ist eines der Bänder 32, um 45° um die Rohrachse gedreht, so daß die Spulen des Bandes 32 in Umfangsrichtung in Höhe der Mittelpunkte der Spulen des Bandes 30 positioniert sind. Fig. 7 zeigt die Anordnung der beiden Spulenbänder auf einem Sensor 34 mit einer Mittelachse 36, wo­ bei die Spulen jedes Bandes um das Sensorgehäuse in einem ge­ genseitigen Abstand von 90°, wie bereits in Fig. 4 darge­ stellt, angeordnet sind. Dadurch, daß ein Band relativ zum an­ deren verdreht ist, ist die Überdeckung des zu untersuchenden Rohres in einem einzigen Durchlauf des Sensors erhöht aufgrund der Reduzierung der vom Sensor nicht detektierten Flächen (d. h. der unter den Spulen des ersten Bandes gelegenen Flächen). In dieser Ausführungsform sind die Bänder durch einen Abstand d voneinander getrennt, wodurch verhindert wird, daß die Sende­ spulen des einen Bandes die Empfängerspulen des anderen Bandes beeinflussen. Die Empfängerspulenpaare jeder Vielfachspulen­ einheit sind parallel zur Bewegungsrichtung des Sensors ausge­ richtet. Für gewöhnlich bewegt sich der Sensor in eine Richtung parallel zu seiner Mittelachse; somit sind die Empfängerspulen parallel zu solch einer Achse ausgerichtet.
Fig. 8 zeigt die elektrischen Schaltungen der in der Fig. 6 dargestellten Spulen. Jedes Empfängerspulenpaar eines jeden Bandes ist an ein separates Spannungsmeßinstrument 38 ange­ schlossen, und die Sendespulen sind an ein einziges Wechsel­ spannungsnetzgerät 40 angeschlossen. Auf diese Weise können die Ausgangssignale der Empfängerspulenpaare R des Sensors auf separaten Kanälen (wie durch die Nummer des tiefgestellten In­ dexes angegeben) abgelesen werden, wodurch eine bessere Tren­ nung von Defekten ermöglicht wird. Die dargestellte Ausfüh­ rungsform zeigt somit einen Vier-Kanal-Sensor.
Bei einer anderen Ausführungsform können die in Fig. 8 darge­ stellten Sendespulen an separate Wechselspannungsnetzgeräte an­ geschlossen werden oder an ein einzelnes Netzgerät, wobei das System dann zusätzliche Schalter umfaßt. Bei einer solchen Aus­ führungsform ist es möglich, alternierende Sendespulen zu ver­ schiedenen Zeiten auszuschalten; dies führt zu einer weiteren Trennung von Defekten. Eine derartige Anordnung würde deshalb einen Acht-Kanal-Sensor ergeben.
Es ist bekannt, daß hohe Untersuchungsfrequenzen auf Rohrauf­ weitungen empfindlich sind (d. h. auf einen ungleichmäßigen In­ nendurchmesser des Rohres), während niedere Untersuchungs­ frequenzen sehr empfindlich sind auf das Vorliegen von Rohr­ platten und Halteplatten. Dazwischenliegende Untersuchungs­ frequenzen sind auf Defekte, Halteplatten und Rohraufweitungen empfindlich. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können deshalb die Sendespulen an separate Netzgeräte ange­ schlossen werden, wobei jedes Netzgerät Ströme bei unterschied­ lichen Frequenzen erzeugt.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in der vier Spulenbänder verwendet werden. Die Sendespulen sind in Reihe an ein einzelnes Netzgerät angeschlossen, während jedes Empfängerspulenpaar (R1 bis R8) an ein separates Spannungsmeß­ instrument angeschlossen ist; dadurch ergibt sich ein Acht-Ka­ nal-Sensor. Solch eine Anordnung erlaubt eine verbesserte Loka­ lisierung von Defekten. Die Spulenbänder dieser Ausführungsform sind außerdem relativ zueinander verdreht, so daß die bei einem einzigen Durchlauf des Sensors untersuchte Fläche maximiert wird.
Die Fig. 10a bis 10e zeigen weitere verschiedene Ausfüh­ rungsformen der vorliegenden Erfindung. Diese werden wie folgt zusammengefaßt:
In der obigen Tabelle verweist der Winkelabstand (S) auf die Anordnung der Spulen entlang des Umfanges des Sensorgehäuses, und der Winkel (R) verweist auf den Winkel, der durch eine die Mittelpunkte der Sendespule und einer Empfängerspule miteinan­ der verbindende Linie und die die Einheit aufteilende Mittel­ achse (wie in den Figuren dargestellt) gebildet wird.
Wie in Fig. 10 dargestellt, kann der Winkel (R) zwischen der Mittelachse der Vielfachspuleneinheit und der die Sendespule mit der Empfängerspule verbindenden Linie verändert werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen Sensor zu gestalten, der em­ pfindlicher ist entweder auf axiale oder auf in Umfangsrichtung verlaufende Defekte. Zum Beispiel ergibt ein Winkel (R) von weniger als 45° einen Sensor, der empfindlicher auf in Umfangs­ richtung verlaufende Defekte ist, während der Sensor bei einem Winkel (R) von mehr als 45° empfindlicher auf axiale Defekte wäre. Dies ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß die Wirbelströme in eine Richtung fließen senkrecht zu der die Spulen miteinander verbindenden Linie. Es ist verständlich, daß ein Winkel (R) von 45° einen Sensor ergeben würde, der gleich empfindlich ist für beide Defektorientierungen.
Für gewöhnlich wäre der Winkel (R) geringer als 90° und läge typischerweise zwischen 15° und 30° zum Untersuchen von Rohren auf in Umfangsrichtung verlaufende Risse. Der Sensor würde zwei Spulenbänder erfordern für eine 100%ige Überdeckung des Roh­ res. Der Abstand zwischen der Sende- und den Empfängerspulen beträgt idealerweise ungefähr 7 mm. Es sind Sensoren möglich, deren Bänder aus 2, 3 oder 4 Vielfachspuleneinheiten bestehen.

Claims (11)

1. Wirbelstromsensor zum Detektieren von Defekten in einem Prüfling aus elektrisch leitfähigem Material, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wirbelstromsensor eine Vielfachspu­ leneinheit (18) umfaßt mit einer ersten Spule (T) und mit zwei identischen, in gleichem Abstand zu der ersten Spule (T) positionierten und relativ zueinander in entgegenge­ setzte Richtungen elektromagnetisch gepolten zweiten Spu­ len (R), daß der Wirbelstromsensor eine Sendererregungs­ einheit (22, 40) aufweist, die entweder an die erste Spu­ le (T) oder an die zweiten Spulen (R) gekoppelt ist zur Erregung dieser Spule bzw. Spulen, um im Prüfling Wirbel­ ströme zu erzeugen, und daß der Wirbelstromsensor eine Abtastempfängereinheit (24, 38) umfaßt, die an die nicht mit der Sendererregungseinheit (22, 40) verbundene erste Spule (T) oder zweiten Spulen (R) gekoppelt ist zum Auf­ spüren eines Stromes, der in der Spule bzw. in den Spulen erzeugt wurde, um Verzerrungen in den Wirbelströmen auf­ zuspüren und um ein das Vorliegen von Defekten im Prüf­ ling anzeigendes Ausgangssignal zu erzeugen.
2. Wirbelstromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wirbelstromsensor zum Detektieren von Defek­ ten in einem Prüfling in Form eines Rohres (23), das eine Mittelachse aufweist und aus elektrisch leitfä­ higem Material hergestellt ist, ein in sich geschlosse­ nes, vorzugsweise ringförmiges Band (20) oder eine Schleife von Vielfachspuleneinheiten (18) umfaßt, wobei jede der Vielfachspuleneinheiten (18) eine erste Spule (T) und zwei identische, in gleichem Abstand zu der er­ sten Spule (T) positionierte und relativ zueinander in entgegengesetzte Richtungen elektromagnetisch gepolte zweite Spulen (R) aufweist, und daß das Band (20) von Vielfachspuleneinheiten (18) in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse des Rohres (23) positioniert ist.
3. Wirbelstromsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wirbelstromsensor eine Vielzahl von Bändern (30, 32) von Vielfachspuleneinheiten (18) aufweist und daß die Bänder (30, 32) von Vielfachspuleneinheiten (18) koaxial zur Mittelachse des Rohres (23) und in gegensei­ tigem Abstand (d) zueinander entlang der Mittelachse an­ geordnet sind.
4. Wirbelstromsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bänder (30, 32) von Vielfachspuleneinheiten (18) gegeneinander um die Mittelachse des Rohres (23) verdreht sind.
5. Wirbelstromsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wirbelstromsensor im Rohr (23) in eine Richtung parallel zur Mittelachse des Rohres (23) bewegbar ist und daß eine die zweiten Spulen (R) miteinander verbindende Achse parallel zur Bewegungsrich­ tung des Wirbelstromsensors ausgerichtet ist.
6. Wirbelstromsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vielfachspuleneinheiten (18) gleichmäßig über den Rohrumfang verteilt angeordnet sind.
7. Wirbelstromsensor nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Spulen (T) an die Sendererregungseinheit (22, 40) und die zweiten Spu­ len (R) an die Abtastempfängereinheit (24, 38) gekoppelt sind.
8. Wirbelstromsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausgangssignal jedes Spulenpaares der zwei­ ten Spulen (R) auf einem separaten Kanal erzeugt wird.
9. Wirbelstromsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß jede der ersten Spulen (T) an eine separate Sen­ dererregungseinheit (22, 40) angeschlossen ist.
10. Wirbelstromsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß jede Vielfachspuleneinheit (18) eine Sendespule (T) und ein Paar identischer, relativ zueinander in entgegengesetzte Richtungen elektroma­ gnetisch gepolter Empfängerspulen (R) umfaßt, daß die Empfängerspulen (R) in gleichen Abständen zur Sendespule (T) positioniert sind und aus einer Mittelachse (16) der Vielfachspuleneinheit (18) um einen Winkel zwischen 0° und 45° verschoben sind, daß eine Sendererregungseinheit (22, 40) an die Sendespulen (T) gekoppelt ist zum Erregen der Sendespulen (T), um im Rohr (23) Wirbelströme zu er­ zeugen, und daß eine Abtastempfängereinheit (24, 38) an jedes der Empfängerspulenpaare (R) gekoppelt ist zum Auf­ spüren von Strömen, die in den Empfängerspulen (R) er­ zeugt werden, um ein das Vorliegen von Defekten im Rohr (23) anzeigendes Vielkanalausgangssignal zu erzeugen.
11. Wirbelstromsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wirbelstromsensor zum Bewe­ gen innerhalb des Rohres (23) entlang der Rohrmittelachse ausgebildet ist, wobei der Wirbelstromsensor ein Gehäuse (28) mit einer Gehäusemittelachse (36) umfaßt, wobei eine Vielzahl von Bändern (30, 32) von Vielfachspuleneinheiten (18) um das Gehäuse (28) herum angeordnet sind, wobei jede Vielfachspuleneinheit (18) eine Sendespule (T) und ein Paar identischer, relativ zueinander in entgegenge­ setzte Richtungen elektromagnetisch gepolter Empfänger­ spulen (R) umfaßt, wobei die Empfängerspulen (R) in glei­ chen Abständen zur Sendespule (T) positioniert sind und aus der Mittelachse (16) der Vielfachspuleneinheit (18) um einen Winkel zwischen 0° und 45° verschoben sind, wo­ bei eine die Mittelpunkte der Empfängerspulen (R) mitein­ ander verbindende Achse parallel zur Gehäusemittelachse (36) ausgerichtet ist und wobei die Vielfachspulen­ einheiten (18) gleichmäßig über den Umfang des Gehäuses (28) verteilt angeordnet sind, daß jede Sendespule (T) an eine separate Sendererregungseinheit (22, 40) gekoppelt ist und daß jedes Paar von Empfängerspulen (R) an eine separate Abtastempfängereinheit (24, 38) gekoppelt ist zum Aufspüren von Strömen, die in den Empfängerspulen (R) erzeugt werden, um ein das Vorliegen von Defekten im Rohr (23) anzeigendes Vielkanalausgangssignal zu erzeugen.
DE4318062A 1992-08-14 1993-06-01 Wirbelstromsensor Expired - Lifetime DE4318062B4 (de)

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CA002076205A CA2076205C (en) 1992-08-14 1992-08-14 Differential transmit-receive eddy current probe incorporating bracelets of multi-coil units
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