DE60038483T2

DE60038483T2 - Wirbelstromprüfung mit raumsparender konfiguration

Info

Publication number: DE60038483T2
Application number: DE60038483T
Authority: DE
Inventors: Florian St-Augustin de Desmaures HARDY; Rock St-Nicolas SAMSON
Original assignee: Zetec Inc
Current assignee: Zetec Inc
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2020-02-15
Also published as: KR20010110434A; CA2372259A1; ATE391292T1; ES2306656T3; KR100756763B1; WO2000047986A1; DE60038483D1; CA2372259C; US6344739B1; EP1153289B1; EP1153289A2; WO2000047986A8

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine zerstörungsfreie Prüfung leitfähiger Materialien, und zwar die Wirbelstromprüfung. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren des Verwendens von Wirbelstromprüfungs(WSP)-Sonden und die Prüfsonden selbst, zum Beispiel des Typs, der sich zum Inspizieren von Wärmetauscherrohre eignet.
Allgemeiner Stand der Technik
WSP-Sonden sind dem Fachmann vertraut und haben je nach der Art des zu prüfenden Materials verschiedene Konfigurationen. Einige WSP-Sonden sind für die Prüfung planarer Oberflächen ausgelegt, andere für die Prüfung von Rohren. Im Fall von Rohren kann sowohl die Innen- als auch die Außenfläche geprüft werden, und die Sonden sind in geeigneter Weise entsprechend angepasst. WSP-Sonden haben – im Fall von Wärmetauscherrohr-Inspektionssonden zum Inspizieren der Innenseite von Wärmetauscherrohren – einen Prüfkopf mit Spulen zum Induzieren und Detektieren von Wirbelströmen in dem leitfähigen getesteten Material. Die Spulen können in Anordnungen konfiguriert sein, die man als Spulen-Reifen" bezeichnet, nämlich Serien von Spulen auf der Umfangsfläche des Prüfkopfes. Ein Reif kann als umfänglich verlaufende Bänder ausgebildet sein, die aus vielen Spulen bestehen.
Die Instrumente für die WSP bestehen aus der Prüfsonde, die den Prüfkopf mit den Spulen enthält, einer Signalgenerator- und -empfängerausrüstung, der Verkabelung, welche die Prüfsonde mit der Signalgenerator- und -empfängerausrüstung verbindet, und der Signalanalysatorausrüstung zum Analysieren der Daten und zum Ausgeben eines Hinweises aus Schadstellen in dem getesteten Material. Die Prüfsonde und die Verkabelung unterliegen in der Regel Einflüssen extremer technischer Umgebungen, welche die Ausrüstung erheblichen physikalischen Belastungen aussetzen. Im Fall der Rohrinspektion enthält die Verkabelung oft einen flexiblen Schaft oder eine flexible Röhre zum Einführen der Prüfsonde in die Wärmetauscherrohre, und die elektrischen Signalleiter müssen darum widerstandsfähig, zuverlässig und so dünn wie möglich sein, um in den flexiblen Schaft zu passen, und auch, um den Aufwand der Kabelhandhabung von der Signalverarbeitungsausrüstung und der Prüfsonde zu verringern.
Eine übliche WSP-Technik zum Inspizieren von Rohren ist die Verwendung einer Wickelkernspule. Dieser Prüfsondentyp untersucht den gesamten Querschnitt der Röhre auf einmal. Die Schwierigkeit besteht darin, geringvolumige Defekte, lange axiale Defekte und umfänglich verlaufende Defekte an einer beliebigen Stelle entweder auf der Innenfläche oder auf der Außenfläche der Röhre zu detektieren, und besonders dort, wo die Rohre aufgeweitet sind.
Eine verbesserte Technik zum Detektieren der oben beschriebenen Defekte ist die Verwendung von Prüfsonden, die eine oder ein paar kleine rotierende Spulen verwenden, welche die Oberfläche der Röhre abtasten. Die kleine Spule bzw. die kleinen Spulen betrachten in jedem Moment immer nur einen kleinen Abschnitt der Röhrenoberfläche, was die Empfindlichkeit erhöht. Aufgrund der mechanischen Rotation sind solche Prüfsonden in der Regel langsam.
Die Verwendung einer Spulengruppierung, wie zum Beispiel eines Reifs, gewährleistet, dass nur kleine Oberflächenbereiche mit jeder Spule inspiziert werden, was zu einer Empfindlichkeit führt, die der Empfindlichkeit der sich drehenden Prüfsonden ähnelt, aber ohne die Notwendigkeit einer mechanischen Rotation. Gruppierte Prüfsonden bieten, wenn sie mit geeigneten Datenerfassungssystemen gekoppelt sind, eine ausgezeichnete Empfindlichkeit bei viel höheren Geschwindigkeiten als rotierende Prüfsonden.
Die Verwendung einer Wirbelstromdetektion ist in JP 05 133941 A an Kunihiro und Mitarbeiter gezeigt, insbesondere in Verwendung mit einer Ultraschall-Defektdetektionsvorrichtung zum Verfolgen einer Schweißraupe. Ein dem Profil folgender Schweißnaht-Sensorkopf mit einer großen Anzahl von Spulen, die dicht beieinander liegend in Zickzack- oder geradliniger Form auf ihm angeordnet sind, ist an einem selbstfahrenden Schlitten angebracht und nimmt eine Abtastung in der Bewegungsrichtung des Schlittens vor. Es wird ein bestimmtes Schaltmuster verwendet, wodurch bestimmte Spulen erregt werden und andere benutzt werden, um einen Wirbelstrom in dem Material zu detektieren, um eine Schweißraupe zu verfolgen, damit der Schlitten entlang einer Schweißlinie entlang fahren kann, um die Ultraschallprüfausrüstung in Position zu bringen.
Eine Wirbelstromprüfsonde ist im US-Patent Nr. 5,049,817 an Cecco und Mitarbeiter gezeigt. Die Prüfsonde verwendet mehrere Wirbelstrommessmittel, die jeweils an unterschiedlichen Arbeitspunkten auf einem Impedanzdiagramm betrieben werden. Durch gleichzeitiges Betreiben von mehr als einem solchen Wirbelstrommessmittel kann der Einfluss von Rauschen zum Beispiel durch Permeabilitätsschwankungen eines ferromagnetischen Materials und interne magnetische Ablagerungen gemindert werden.
Kurzdarstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine WSP-Prüfsonde bereitzustellen, die viele der Nachteile in Verbindung mit den bekannten WSP-Prüfsonden beseitigt.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine WSP-Prüfsonde bereitzustellen, die eine Anordnung von Spulen in verschiedenen Messkonfigurationen verwendet, so dass Spulen wiederverwendet werden. Mit einer "Wiederverwendung von Spulen" ist gemeint, dass mindestens eine Spule aus einer Messkonfiguration auch in einer anderen Messkonfiguration mit mindestens einigen anderen Spulen verwendet wird. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann eine Spule während einer Messung als eine Sendespule und während einer anschließenden Messung als eine Empfangsspule verwendet werden. Gleichermaßen kann eine von zwei Spulen in einer Differenzmoduskonfiguration während einer Messung in einer anschließenden Messung in einer Differenzmoduskonfiguration mit einer anderen Spule oder als eine absolute Spule verwendet werden. Vorzugsweise wird eine Gruppierung von dicht beieinander angeordneten Spulen bereitgestellt, und die Spulen werden in verschiedenen Messkonfigurationen verwendet, um Schadstellen in der Oberfläche des getesteten Materials an einer größeren Anzahl von Positionen (d. h. mit einer höheren Dichte des Inspektionserfassungsbereichs) und eventuell Richtungen zu detektieren.
Vorzugsweise wird die Anzahl von Leitern, welche die Prüfsondenspulen mit den Instrumenten verbinden, verringert, indem selektiv Spulen mit Leitern am Prüfsonden-Ende verbunden werden (oder Spulensignale auf die Leiter geroutet werden). Vorzugsweise erfolgt eine solche selektive Verbindung unter Verwendung eines Multiplexerschalters, der durch ein Auswahlsignal gesteuert wird. Bei Verwendung von Festkörperschaltern sind hohe Auswahlraten möglich, und es ist eine Hochgeschwindigkeitsabtastung möglich.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Detektieren von Schadstellen in einem zu testenden leitfähigen Material unter Verwendung von Wirbelströmen gemäß Anspruch 1 bereit. In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Wirbelstromprüfsonde gemäß Anspruch 18 bereit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen besser verstanden, wobei in diesen Zeichnungen Folgendes dargestellt ist:
1 ist ein schematisches Blockschaubild des WSP-Prüfsondensystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform.
2 ist ein Schaubild, das die Anordnung von Spulen gemäß der bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht, einschließlich einer Illustration einer ersten axialen oder in Längsrichtung verlaufenden Schadstelle bzw. eines ersten axialen oder in Längsrichtung verlaufenden Risses in der Oberfläche des inspizierten Materials sowie einer zweiten tangentialen oder lateralen Schadstelle bzw. eines zweiten tangentialen oder lateralen Risses.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Prüfkopfes, der für die Inspektion von Kesselrohren konfiguriert ist, wobei der Prüfkopf zwei Reihen von Spulen aufweist.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Prüfkopfes ähnlich 3, nur mit einer einzigen Reihe.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Prüfkopfes ähnlich 3, nur mit drei Reihen.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Prüfkopfes ähnlich 5, nur dass die letzte Reihe relativ zu der zweiten Reihe versetzt ist.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Prüfkopfes ähnlich 5, nur dass die mittlere Reihe größere Spulen hat als die erste und die dritte Reihe.
8 ist ein Blockschaubild einer Verknüpfungsschaltung, die Sendespulen mit einem einzelnen Sendeleiter und Empfängerspulen mit einem einzelnen Empfängerleiter verbindet.
9 ist ein Blockschaubild einer Verknüpfungsschaltung, die eine Reihe von Spulen mit einem einzelnen Sendeleiter und auch mit einem einzelnen Empfangsleiter verbindet.
10 ist ein Blockschaubild einer Verknüpfungsschaltung, die eine mittlere Reihe von Spulen mit einem einzelnen Sendeleiter und mit zwei Empfangsleitern und auch obere und untere Reihen von Spulen mit Empfängerleitern der oberen und unteren Reihe verbindet.
11 ist ein Blockschaubild eines Signalprozessors, der ein Pseudodifferenzsignal aus einem gespeicherten Empfängerspulensignal und einem anschließend erhaltenen Empfängerspulensignal berechnet.
12 ist ein Signalschaubild, welches das Sendesignal, das erste gespeicherte Empfängerspulensignal, das anschließend erhaltene Empfängerspulensignal und das berechnete Pseudodifferenzsignal veranschaulicht.
13 ist eine Draufsicht auf eine Anordnung von Spulen gemäß einer alternativen Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und anderer Ausführungsformen
In der bevorzugten Ausführungsform werden eine Anzahl vorteilhafter Merkmale, die gemäß der Erfindung bereitgestellt werden, zu einem einzigen WSP-Prüfsondensystem kombiniert. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Prüfsonde eine Wärmetauscherrohr-Inspektionssonde, obgleich die Erfindung auch auf andere Arten von WSP-Prüfsonden Anwendung finden kann, wie dem Fachmann einleuchtet.
1 veranschaulicht ein Systemblockschaubild einer Prüfsonde mit einer Konfiguration gemäß der Erfindung. Die Spulen sind gemäß 2 in einer Reifgruppierung angeordnet, die drei Reihen zu 16 Spulen aufweist, die mit der Bezugszahl 12 bezeichnet sind. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Spulen 12 kreisrunde Spulen mit einer Mittelachse. Die Filamentdrähte der Spulen sind klein, und die Spulen sind so in dem Prüfsondenkörper montiert, dass die Spulen vor Filamentbruch infolge von Stoßeinwirkung geschützt sind. Es versteht sich, dass in bestimmten Anwendungen nicht-kreisrunde Kernwicklungen an die Stelle von Spulen treten können, ohne die Induktion von Wirbelströmen in dem getesteten Material zu beeinträchtigen. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Spulen parallel zur Oberfläche angeordnet, d. h. ihre Achsen verlaufen senkrecht zu einer Ebene der Oberfläche des Materials. Jede Spule 12 kann entweder mit dem Sendesignalleiter 20 oder dem Empfängerleiter 22 über die Sendeansteuerungs-Multiplexerschaltvorrichtung 14 bzw. die Empfängeransteuerungs-Multiplexerschaltvorrichtung und den Verstärker 16 verbunden werden. In der bevorzugten Ausführungsform enthält der Kabelbus, der den Prüfkopf mit den Instrumenten verbindet, separate Koaxialkabel für die Leiter 20 und 22 sowie eine 5 V-Gleichspannnungsleitung und Erde, einen Sendespulenauswahlbus 24 und einen Empfängerspulenauswahlbus 26. Diese Leiter sind zu einer Schutzkabelbaumhülle gebündelt und in einen flexiblen Röhrenschaft der Prüfsonde eingeführt.
Die Auswahlbusse 24 und 26 sind vorzugsweise Einzeldrähte eines seriellen Busses. In der bevorzugten Ausführungsform umfassen die Busse 24 und 26 einen einzelnen Umschalt- oder Impulssteuerdraht. Im Fall eines seriellen Busses ist es bevorzugt, den Prüfkopf mit einer Steuereinheit mit einer seriellen Schnittstelle auszustatten, wodurch die Busse 24 und 26 zu einem einzigen Bus kombiniert werden. Wenn die Elektronik in dem Prüfkopf verringert werden muss, um Platz zu sparen, so kann eine Impulssteuerung besser geeignet sein. Bei der Impulssteuerung fungiert das Auswahlsignal als ein Taktsignal für einen einfachen digitalen Schaltkreis, der ein Signal auf jedem der 16 Spulenauswahlgattersignale nacheinander ausgibt. Die Busse 24 und 26 können alternativ mehrere Drähte umfassen, um einen parallelen Bus zu bilden. Der parallele Bus kann ein statischer Steuerbus sein, bei dem die logischen Signale auf den Drähten die Schaltvorrichtungen direkt steuern. Die Drähte in den Bussen 24 und 26 können kleiner als die Signalleiter 20 und 22 sein, da sie logische Signale oder niedriger-frequente Wechselstromsignale transportieren.
Wie in 2 gezeigt, fungieren einige der Spulen 12 zu verschiedenen Zeitpunkten für verschiedene Messungen sowohl als Empfängerspulen als auch als Senderspulen. Die Spulen 12 sind auf der Umfangsfläche der zylindrischen Prüfsonde im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des inspizierten leitfähigen Materials angeordnet. Die Sendespule induziert (oder voneinander beabstandete Sendespulen induzieren) in dem getesteten Material einen Strom, der in dem Material um die Mitte der Sendespule herum zirkuliert. Der Wechselstrom in dem Material induziert dann einen Strom in den nahe gelegenen Empfängerspulen. Ein Riss oder eine Schadstelle in dem Material verursacht in der Regel andere elektrische Leitfähigkeitseigenschaften, und eine Detektion von Schadstellen ist aufgrund dieses Phänomens möglich. Strom in dem Material fließt um Risse herum, und folglich ist es leichter, einen länglichen Riss unter Verwendung von Strom zu detektieren, der quer zu dem Riss fließt. Strom, der in der Richtung eines schmalen Risses fließt, fließt mit wenig Widerstand um den Riss herum. Aus diesem Grund erfolgt die Detektion des Wirbelstroms in zwei verschiedenen Richtungen, nämlich axial und umfänglich. Um einen axialen Riss 18 zu detektieren, werden die Empfängerspulen so gewählt, dass sie umfänglich nebeneinander liegen, und die Empfängerspulen werden vorzugsweise in einem Differenz- oder Pseudodifferenzmodus betrieben. Um einen umfänglich verlaufenden Riss 19 zu detektieren, werden die Empfängerspulen so ausgewählt, dass sie axial oder in Längsrichtung nebeneinander liegen.
Es ist auch möglich, eine Spule bereitzustellen, deren Achse parallel zur Ebene der Oberfläche des getesteten Materials verläuft. Diese alternative Ausführungsform ist in 13 in einer Draufsicht veranschaulicht, in der eine dichte Anordnung von Spulen in rechten Winkeln zueinander veranschaulicht ist. Der in dem Material induzierte Strom fließt dann entlang eines Segments, das neben dem Rand der Spule nahe der Oberfläche verläuft, und teilt sich dann in zwei seitliche Keulen auf, welche die Enden des Segments verbinden. In einer solchen Konfiguration führt ein Hindernis für den Stromfluss im Bereich des Segments zu einer Änderung der Impedanz in der Spule, und die Detektion des Hindernisses erreicht man durch Vergleichen der Impedanz der Spule in verschiedenen Ausrichtungen. Dies kann geschehen, indem man entweder die Spule dreht (nicht gezeigt) oder indem man Spulen in verschiedenen festen Ausrichturigen innerhalb im Wesentlichen derselben Region der Prüfsonde anordnet, wie in 13 gezeigt. In dieser Ausführungsform werden die Elemente 16 und 22, wie in 1 gezeigt, nicht verwendet, und statt dessen messen die Instrument, die das Sende-Wechselstromsignal 20 erzeugen, die Impedanz der Spulen 12 direkt.
Wie aus 2 zu erkennen ist, erfolgt die Wahl der Sendespule und der Empfängerspule aus der Matrix von Spulen 12 frei durch Auswahlsignale 22 und 24. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Empfängerspule eine Einzelspule anstatt eines Empfängerspulenpaares. Darum wird das Empfängerspulensignal für eine erste von zwei Empfängerspulen gelesen und gespeichert, und dann wird das Auswahlsignal 24 verwendet, um die andere der beiden Empfangsspulen auszu wählen, deren Signal gelesen wird. Anstatt zwei differenziell angeschlossene Empfängerspulen zu verwenden, gestattet es die Erfindung, jede von zwei Spulen zeitlich getrennt zu lesen und dann durch Verarbeiten in den Instrumenten ein Pseudodifferenzsignal zu erhalten. Die Pseudodifferenzsignaldetektion wurde für zufrieden stellend befunden. Alternativ könnte man die Schaltvorrichtung 16 zwei Spulen gleichzeitig im Differenzmodus mit ihrem Verstärker verbinden lassen. Die Anzahl der Spulenschalter kann je nach der Spulenanordnungsgeometrie und der Systemflexibilität verdoppelt werden oder kann die gleiche bleiben. Es ist auch möglich, separate Ausgangssignale für zwei Empfängerspulen zu erzeugen und solche Ausgangssignale in einem gleichzeitigen Differenzmodus in die Instrumente einzukoppeln.
Gemäß der Erfindung steuern die Instrumente die Spulenauswahlsignale so, dass Wirbelströme unter Verwendung einer bestimmten Messkonfiguration für einen kurzen Zeitraum gemessen werden, bevor die ausgewählten Spulen elektronisch zu einer neuen Messkonfiguration umgeschaltet werden. Alle gewünschten Messkonfigurationen werden somit verwendet, um Messungen an der Oberfläche des getesteten Materials innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums auszuführen. Dieser Zeitraum ist im Verhältnis zur Bewegungsgeschwindigkeit der Prüfsonde und der Defektgröße hinreichend kurz, so dass ein einzelner Satz Messungen an im Wesentlichen derselben axialen Stelle an der Röhre vorgenommen wird. Eine Rotation des Prüfkopfes ist somit nicht erforderlich. Es werden sowohl umfänglich verlaufende als auch axiale Risse detektiert, weil die Messkonfigurationen beide Richtungen von Empfängerspulen abdecken. Weil die Spulen einen hinreichend kleinen Bereich erfassen, werden keine signifikanten Risse übersehen. Dank der Wiederverwendung von Spulen wird eine höhere Detektionsdichte als mit herkömmlichen Spulenreifsystemen erreicht.
In der in 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform enthält die mittlere Reihe die Spulen, die angesteuert oder zum Senden erregt werden können und auch selektiv zum Empfangen verbunden werden können. Die äußere Reihe A ist in der axialen Richtung der Prüfsonde auf die Reihe B ausgerichtet, während Reihe C versetzt ist und relativ zur mittleren Reihe B dicht gepackt ist. Wenn Reihe A sendet, so Reihe C empfängt und umgekehrt, wie durch die Pfeile gezeigt. In dem Modus zum Detektieren axialer Risse oder Schadstellen sendet eine angesteuerte Spule aus Reihe A, während ein Paar Spulen in Reihe C empfängt, oder eine angesteuerte Spule aus Reihe C sendet, während ein Paar Spulen in Reihe A empfängt. In dieser Anordnung sind die Empfängerspulen von der Sendespule um eine Spule beabstandet. Gleichermaßen wird im Umfangsmodus eine Sendespule aus Reihe B ausgewählt, und eine Empfängerspule wird als die zweite Spule darüber in derselben Reihe verwendet, wie durch die Pfeile gezeigt. Natürlich können zwei Empfängerspulen, eine von jeder Seite, gleichzeitig gelesen werden. Jede Spule in Reihe B kann dafür verwendet werden, zu senden und mit der größten Detailauflösung die Oberfläche des inspizierten Materials zu erfassen. Es versteht sich, dass ein Differenzpaar Spulen auch zum Detektieren umfänglich verlaufender Risse 19 verwendet werden kann, und die Anzahl der Spulendetektionskonfigurationen ist praktisch sehr groß.
In der bevorzugten Ausführungsform gibt es mehrere Empfangsleiter 22, und es wird mehr als eine Spule gleichzeitig zum Senden angeregt. Es ist wichtig, dass erregte Spulen um einen guten Abstand voneinander getrennt sind, um induktive Einflüsse zwischen ihnen zu vermeiden. Jedoch ist es in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit der Instrumente bei der Verarbeitung mehrerer Signale und den Abmessungen der Prüfsonde wünschenswert, so viel wie möglich sich nicht gegenseitig störende Spulen zu erregen, um Wirbelströme so schnell wie möglich zu messen.
Es versteht sich, dass verschiedene Prüfkopfkonfigurationen gemäß der vorliegenden Erfindung möglich sind. In der Ausführungsform von 3 ist ein Prüfkopf gezeigt, der zwei Reihen von Spulen aufweist, wobei die zweite Reihe relativ zu der ersten Reihe versetzt ist. Die zweite Reihe ist über einen Multiplexerschalter nur mit dem Sendeleiter 20 verbunden und ist somit allein für das Senden gedacht. Die erste Reihe ist über einen Multiplexerschalter mit einem einzelnen Empfängerleiter 22 verbunden und ist somit allein für das Empfangen gedacht. Das Schaltungsblockschaubild für diese Ausführungsform ist in 8 veranschaulicht.
In der Ausführungsform von 4 ist eine einzelne Reihe von Spulen angeordnet, die über den Multiplexer 14' mit dem Leiter 20 und über den Multiplexer 16' mit dem Leiter 22 verbunden ist. Diese Ausführungsform veranschaulicht eine einfachere Konfiguration, bei der sowohl Spulen wiederverwendet werden als auch ein einzelner Leiter 20 und 22 für alle Spulen verwendet wird. Das Schaltungsblockschaubild für diese Ausführungsform ist in 9 veranschaulicht.
Die Ausführungsform von 5 verwendet drei Reihen von Spulen 12, wobei der Sendemultiplexer 14' mit der mittleren Reihe verbunden ist und der Empfängermultiplexer und Verstärker 16 einen ersten Multiplexer 16a für die ersten obere Reihe von Spulen, einen zweiten und einen dritten Multiplexer 16b und 16c für die mittlere Reihe und einen vierten Multiplexer 16d für die untere Reihe umfasst. Dies ermöglicht eine Messkonfiguration, die aus einer mittleren Sendespule besteht, die durch vier Empfängerspulen umgeben ist. Jede Spule in der mittleren Reihe wird als die Sendespule, eine nach der anderen, verwendet, um den gesamten Innenumfang der Röhre zu prüfen. Das Schal tungsblockschaubild für diese Ausführungsform ist in 9 veranschaulicht.
In der Ausführungsform von 6 ist die letzte Reihe versetzt und wird zur Differenzdetektion axialer Risse verwendet. Zwei Empfängermultiplexer sind somit mit der letzten Reihe verbunden, um zwei Empfängersignale auf den Leitern 22 und 22' auszugeben. Das Sendesignal wird mit entweder der ersten oder der zweiten Reihe von Spulen verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform sendet eine Spule in der ersten Reihe, während zwei Spulen in der dritten Reihe Signale für eine Differenzdetektion von axialen Rissen empfangen. Dies erzeugt eine Trennung einer einzelnen Spule zwischen der Sendespule und den Empfangsspulen. Im Umfangsmodus wird die Sendespule aus der ersten Reihe und anschließend aus der zweiten Reihe ausgewählt, während die entsprechende Empfängerspule aus derselben Reihe genommen wird, wobei auch wieder eine einzelne Spule zwischen den Sende- und Empfangsspulen liegt.
In der Ausführungsform von 7 wird die mittlere Reihe zum Senden umgekehrt, und die Spulen in der mittleren Reihe sind größer als die Empfangsspulen in der oberen und der unteren Reihe. Für jede Sendespule gibt es vier umgebende Empfängerspulen, eine in jeder Ecke, und es können Differenzmessungen zwischen jeweils zwei benachbarten Paaren von Empfängerspulen ausgeführt werden. Wie zuvor beschrieben, kann die Differenzmessung ausgeführt werden, indem man entweder die zwei Spulen differenziell verbindet und das Differenzsignal misst oder indem man das Signal von einer Spule puffert oder speichert und dann das Signal von der anderen Spule um das gespeicherte Signal subtrahiert. In dieser Ausführungsform werden Empfängerspulen wiederverwendet, und darum sind die Sendespulen enger beieinander angeordnet, um eine bessere Erfassung zu ermöglichen.
In der Ausführungsform von 11 wird ein Pseudodifferenzmodus ausgeführt, indem das Signal von einer ersten eines Paares Empfängerspulen, die in einer Differenzkonfiguration verwendet werden, gepuffert wird und anschließend das Signal von einer zweiten des Paares Empfängerspulen gemessen wird. Die Differenz zwischen den zwei Signalen wird subtrahiert, um das Pseudodifferenzsignal zu erhalten. Wie in 12 gezeigt, ist das Sendesignal eine Sinuswelle mit einer zuvor festgelegten Frequenz. Das erste Signal wird ab einer zuvor festgelegten Phasenreferenz mit Bezug auf das Sendesignal gepuffert. Das zweite Signal wird gleichermaßen mit Bezug auf die Phase des Sendesignals referenziert, und die zwei Empfängersignale, die nacheinander erhalten wurden, werden subtrahiert, um das Pseudodifferenzsignal zu erhalten.
Es versteht sich, dass viele Varianten und alternative Konfigurationen innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert sind, möglich sind.

Claims

Verfahren zum Erkennen von Schadstellen in einem zu prüfenden leitfähigen Material durch Verwenden von Wirbelströmen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Prüfkopfs, der eine Anordnung von Spulen (12) aufweist, die auf einer Fläche der Prüfsonde angeordnet sind, um Wirbelströme in dem zu prüfenden leitfähigen Material zu induzieren, wobei die Anordnung zulässt, dass die Prüfsonde eine quer zu einer Verschiebungsrichtung des Prüfkopfs verlaufende Fläche während der Prüfung abdeckt; b) wahlweises Erregen von einer der Spulen (12) mit einer AC-Quelle, um einen Wirbelstrom in dem Material zu induzieren, wobei zum Senden erregte Spulen von einer Empfängerspule durch eine in der aktuellen Messung des Wirbelstromflusses nicht verwendete Spule beabstandet sind; c) Messen des Wirbelstromflusses in dem zu prüfenden leitfähigen Material, indem mindestens eine der Spulen (12) verwendet wird; d) Wiederholen der Schritte b) und c), um die quer zu der Verschiebungsrichtung verlaufende Fläche in unterschiedlichen Messkonfigurationen abzudecken, wobei mindestens eine der Alternativen i, ii, iii, iv und v verwendet wird: i. eine der als Empfängerspule verwendeten Spulen wird als eine gespeiste Spule wiederverwendet; ii. die erregte der Spulen wird als die Empfängerspule wiederverwendet; iii. eine von zwei oder mehr als Empfängerspule in einem Differenzialmodus verwendeten Spulen wird als eine Empfängerspule mit einer unterschiedlichen anderen Empfängerspule verwendet; iv. die Anordnung von Spulen (12) ist mit einem einzelnen Sendesignalleiter (20) verbindbar, wobei der Schritt b) ferner das Umschalten der erregten Spule zu dem Sendesignalleiter (20) umfasst; und v. die Anordnung der Spulen (12) ist mit einem oder mehreren Empfängerleitern (22) verbindbar, wobei der Schritt c) ferner das Umschalten von einer von der mindestens einen der Spulen zu einem von dem einen oder den mehreren Empfängerleitern (22) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zum Senden erregten Spulen von der Empfängerspule in einer selben Reihe in der Anordnung von Spulen (12) durch eine in der aktuellen Messung nicht verwendete Spule beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prüfkopf zylindrisch geformt ist und drei Reihen von Bändern von Spulen (12) auf dem Prüfkopf angeordnet sind, um im Wesentlichen parallel zu einer Fläche des zu prüfenden Materials zu sein.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine zentrale Sendespule in der Mittelreihe verwendet wird, die von vier Empfängerspulen umgeben ist, wobei eine der vier Empfängerspulen in der obersten Reihe angeordnet ist, eine in der untersten Reihe und die anderen zwei in der Mittelreihe angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Spule in der ersten Reihe sendet, während zwei Spulen in der dritten Reihe Signale für eine differenzielle Erkennung von axialen Rissen empfängt, um dadurch eine Abtren nung von einer Spule zwischen der Sendespule und der Empfängerspule einzusetzen, und wobei die dritte Reihe in Bezug auf die erste und zweite Reihe versetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prüfkopf zylindrisch ist und eine Achse aufweist und sowohl axiale als auch umlaufende Messkonfigurationen in Bezug auf die Achse verwendet werden, wobei zum Erkennen eines axialen Risses (18) die Empfängerspulen ausgewählt sind, um umlaufend benachbart zueinander angeordnet zu sein, und wobei zum Erkennen eines umlaufenden Risses (19) die Empfängerspulen ausgewählt sind, um axial benachbart angeordnet zu sein.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prüfkopf eine Sendemultiplexer-Schaltvorrichtung (14) umfasst, um die erregte Spule mit dem Sendesignalleiter (20) zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spulen angeordnet sind, um im Wesentlichen parallel zu einer Fläche des zu prüfenden Materials zu sein und der durch die erregte Spule induzierte Wirbelstrom in dem zu prüfenden Material durch mindestens eine Empfängerspule gemessen wird, wobei der Prüfkopf einen Empfängermultiplexerschalter (16) umfasst, um eine von der mindestens einen Empfängerspule mit dem Empfängerleiter (22) zu verbinden, und der Schritt c) das Senden eines Auswahlsignals (26) an den Empfängermultiplexerschalter (16) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prüfkopf zylindrisch geformt ist und die Anordnung von Spulen (12) entweder eine oder zwei Reihen von Spulen auf dem Prüfkopf umfasst, die im Wesentlichen parallel zu einer Fläche des zu prüfenden Materials sind, wobei, wenn zwei Reihen bereitgestellt sind, diese zueinander versetzt angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei nur ein Empfängerleiter (22) bereitgestellt ist und der Schritt c) zweimal ausgeführt wird, um nacheinander die Messung des Wirbelstromflusses in dem zu prüfenden leitfähigen Material zwischen der erregten der Spulen und jeder der zwei Empfängerspulen zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt c) das Verstärken an dem Prüfkopf eines Signals von der einen von der mindestens einen Empfängerspule nach dem Empfängermultiplexerschalter (16) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Auswahlsignal (26) ein Umschaltsignal ist, das den Empfängermultiplexerschalter (16) veranlasst, sich mit einer nächsten Spule in einer Folge der Anordnung von Spulen (12) zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spulen (12) in zu einer Fläche des zu prüfenden Materials senkrechten Ebenen angeordnet sind und der Schritt c) das Messen einer Impedanz derselben erregten Spule umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prüfkopf zylindrisch geformt ist und angepasst ist, in ein Wärmetauscherrohr eingeführt zu werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Spulen (12) angeordnet sind, um im Wesentlichen parallel zu einer Fläche des zu prüfenden Materials zu sein, und in dem Schritt c) der durch die erregte Spule induzierte Wirbelstrom in dem zu prüfenden Material durch mindestens eine Empfängerspule gemessen wird, und die Anordnung von Spulen mindestens zwei umlaufende Bänder von in Reihen angeordneten Spulen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 15, wobei eine hohe Umschaltfrequenz von Verbindungen der gespeisten Spulen und der Empfängerspulen relativ zu der Bewegung des Prüfkopfs derart ausgeführt wird, dass ein Abtasten von der leitfähigen Fläche, wo sich die Spulen befinden, stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) ferner das Lesen und Speichern des Wirbelstromflusses in dem zu prüfenden Material an einer ersten von zwei Empfängerspulen und dann das Lesen und Speichern des Wirbelstromflusses an den anderen zwei Empfängerspulen umfasst, und das Verfahren ferner den Schritt umfasst: e) Verarbeiten des gespeicherten Wirbelstromflusses der zwei Empfängerspulen, um eine auf den zeitlich getrennten Ablesungen der zwei Spulen basierende pseudo-differenzielle Messung zu erhalten.
Wirbelstromprüfsonde zum Erkennen von Schadstellen in einem zu prüfenden leitfähigen Material durch Verwenden von Wirbelströmen, die Prüfsonde umfassend: einen Prüfkopf, der eine Anordnung von Spulen (12) aufweist, die auf einer Fläche der Prüfsonde angeordnet sind, um Wirbelströme in dem zu prüfenden leitfähigen Material zu induzieren, wobei die Anordnung zulässt, dass die Prüfsonde eine quer zu einer Verschiebungsrichtung des Prüfkopfs verlaufende Fläche während der Prüfung abdeckt; und eine AC-Quelle und eine Wirbelstrom-Erkennungseinrichtung, die über die Länge eines Kabels mit den Spulen verbunden ist, um einen Wirbelstrom in dem Material zu induzieren; dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsonde ferner umfasst: ein Regelglied zum Verbinden der Einrichtung mit den Spulen in unterschiedlichen Messkonfigurationen, wo bei mindestens eine der Alternativen i, ii, iii, iv und v verwendet ist: i. eine der als Empfängerspule verwendeten Spulen ist als eine gespeiste Spule wiederverwendet; ii. die erregte der Spulen ist als die Empfängerspule wiederverwendet; iii. eine von zwei oder mehr als Empfängerspule in einem Differenzialmodus verwendeten Spulen ist als eine Empfängerspule mit einer unterschiedlichen anderen Empfängerspule verwendet; iv. die Anordnung von Spulen (12) ist mit einem einzelnen Sendesignalleiter (20) verbindbar; und v. die Anordnung der Spulen (12) ist mit einem oder mehreren Empfängerleitern (22) verbindbar; und wobei in jeder Messkonfiguration die zum Senden erregten Spulen von der Empfängerspule durch eine in der aktuellen Messung des Wirbelstromflusses nicht verwendete Spule beabstandet ist.