DE69736737T2

DE69736737T2 - Wirbelstrom-fehlerdetektor

Info

Publication number: DE69736737T2
Application number: DE69736737T
Authority: DE
Inventors: Seiichi Arai-cho Takasago-shi KAWANAMI; Masaaki Arai-cho KUROKAWA; Takeo Arai-cho Takasago-shi KAMIMURA
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2017-03-22
Also published as: JPH10111279A; WO1998015822A1; EP0884588B1; US6310476B1; CA2240045A1; DE69736737D1; EP0884588A1; EP0884588A4; JP3276295B2; CA2240045C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelstromfehler-Erfassungssonde, die für einen Wirbelstromtest zum nicht-destruktiven Testen eines internen Fehlers benutzt wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Wirbelstromtest wird heutzutage weitverbreitet zum Testen bei der Herstellung von Eisen- und Stahlmaterial und von Nicht-Eisen-Metallmaterial, bei Wartungsinspektionstest in verschiedenen Werken bzw. Anlagen, beispielsweise Röhren mit kleinem Durchmesser für Wärmetauscher und dgl. angewandt, wobei eine Wirbelstromfehler-Erfassungssonde einer der wichtigen Faktoren ist, die über die Performance eines Fehlerdetektors entscheiden.
Ein Beispiel einer vorbekannten Wirbelstromfehler-Erfassungssonde ist in 11 dargestellt. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet ein Testobjekt, die Bezugsziffer 50 bezeichnet eine Anregungs- und Erfassungsspule, die Bezugsziffer 51 bezeichnet eine Anregungsspule und die Bezugsziffer 52 bezeichnet eine Erfassungsspule. Bei der vorbekannten Wirbelstromfehler-Erfassungssonde wird eine Spulenwicklung, eine sogenannte Pancake-Spule und dgl., als die Anregungs- und Erfassungsspule verwendet, und die Fehlererfassungssonde wird in einen absoluten Typ [11(a) und (b)] zum Ja- oder Nein-Test eines Fehlers durch Impedanzänderung in den jeweiligen Spulen 50, 52 sowie in einen Differentialtyp [11(c), (d) und (e)] zum Ja- oder Nein-Test eines Fehlers durch eine Differentialkomponente in den beiden Spulen 50, 52 unterteilt.
Ferner ist die Fehlererfassungssonde in einen Selbstinduktionstyp [11(a), (c) und (e)], wobei ein und dieselbe Spule 50 sowohl eine Anregung zum Induzieren eines Wirbelstroms als auch eine Erfassung eines Magnetfeldes durch den Wirbelstrom durchführt, und einen gegenseitigen Induktionstyp [11(b) und (d)], die zwei Arten von Spulen umfasst, nämlich die Anregungsspule 51 zum Anregen und der Erfassungsspule 52 zur Erfassung, unterteilt.
Der Differentialtyp hat einen speziellen Vorteil im Vergleich zu dem absoluten Typ bei der Behandlung von Störgeräuschen, die durch horizontale Abhebungen (lift-offs) verursacht werden, bei denen ein Abstand zwischen der Spule und dem Testobjekt sich ändert. Bei der vorbekannten Wirbelstromfehler-Erfassungssonde (speziell des absoluten Typs) treten jedoch Abhebesignale infolge von Abhebungen so auf, dass ein Fehlersignal überdeckt werden kann, was ein Problem einer verringerten Erfassungskraft ergibt.
Ferner kommt es auch bei dem Differentialtyp, der allgemein bei Lift-Offs gut ist, im Fall eines geneigten Lift-Offs (12), bei der die Sonde in bezug auf das Testobjekt geneigt bzw. schräggestellt ist, zu einer Differenz in den Abständen 1₁ und 1₂ von den beiden Spulen 52 zu dem Testobjekt 1, die geneigte Lift-Off-Signale verursacht, welche ein Problem einer verringerten Fehlererfassungskraft ergeben. Es ist anzumerken, dass die Bezugsziffer 51 eine Anregungsspule bezeichnet.
Bei der in 11(e) gezeigten Wirbelstromfehler-Erfassungssonde besteht eine geringe Reduktion der Erfassungskraft gegenüber dem geneigten Lift-Off. Diese Sonde ist so aufgebaut, dass zwei einander kreuzend angeordnete Spulen sich in gegenseitiger Differentialverbindung befinden. Diese Sonde hat jedoch eine Richtungsgebundenheit in der Erfassungskraft, und es besteht ein Mangel insofern, als sie speziell unter dem Winkel von 45° zu einer Abtastrichtung weniger Fehlererfassungskraft aufweist.
JP 48-112392 U sowie US-9107605 offenbaren einen Wirbelstrom-Fehlerdetektor, der ähnlich dem Fehlerdetektor ist, der weiter unten im Zusammenhang mit einem ersten Beispiel beschrieben wird.
ABRISS DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wirbelstrom-Fehlerdetektor bereitzustellen, dessen Erfassungskraft im Fall von Lift-Offs nicht nachlässt und der in seiner Richtungsgebundenheit verbessert ist.
Um die Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung einen Wirbelstrom-Fehlerdetektor bereit, wie er in Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Bei jeder der Aufbauten sind die Spulen zum Erfassen eines Magnetfeldes so eingestellt, dass Verbindungs-Magnetflüsse (interlinkage magnetic fluxes) gleich werden, sofern kein Fehler in dem Testobjekt auftritt.
Gemäß dem Wirbelstrom-Fehlerdetektor der Erfindung sind Spulen gleicher Eigenschaften an Scheitelabschnitten einer Raute angeordnet, wobei die an einer Diagonale angeordneten Spulen sich im umgekehrten Verbindungsmodus befinden, und zwei Sätze der zwei Spulen im umgekehrten Verbindungsmodus in Differentialverbindung zueinander stehen. Dieses Beispiel ist konkret in 16 dargestellt. Es ist anzumerken, dass der tatsächliche Aufbau dieses Beispiels vom Selbstinduktionstyp ist, dass aber für den Zweck eines einfacheren Verständnisses dieser hier im gegenseitigen Induktionstyp dargestellt ist, wobei Polaritäten der Anregung und der Erfassung die gleichen sind. In 16 bezeichnen die Bezugsziffern 70a bis 70d Erfassungsspulen, und die Bezugsziffern 71a bis 71d bezeichnen Anregungsspulen. Die Spulen 70a und 70b sind an Scheitelabschnitten einer Diagonale einer Raute angeordnet, und die Spulen 70c und 70d sind ebenso an Scheitelabschnitten an der anderen Diagonale der Raute angeordnet. Die Spulen 70a und 70b sind mit einer Polarität umgekehrter Richtung verbunden, da aber die Polarität der Anregungsspulen 71a und 71b umgekehrt ist, wird die Ausgangsspannung der beiden Spulen 70a und 70b die Summe hiervon (dies wird als umgekehrter Verbindungsmodus bezeichnet). Auch die Spulen 70c und 70d befinden sich im umgekehrten Verbindungsmodus. Der Satz der Spulen 70a und 70b sowie der Satz der Spulen 70c und 70d stehen in Differentialverbindung, so dass eine Differenz in den Ausgangsspannungen herrscht.
Gemäß dem Wirbelstrom-Fehlerdetektor der bevorzugten Ausführungsform von Anspruch 2 sind zusätzlich zu dem Anordnungsaufbau der in Anspruch 1 beschriebenen Sonden Sensoren zu mehreren ausgebildet und angeordnet, und die Sensoren überlappen einander abschnittsweise. Folglich kann ein toter Winkel bei der Erfassungssensibilität in der Anordnungsrichtung reduziert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Ansicht zur Darstellung des Aufbaus einer Wirbelstromfehler-Erfassungssonde eines ersten Beispiels, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht,
2 eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels, bei dem die Wirbelstromfehler-Erfassungssonde von 1 auf ein zylindrisches Testobjekt angewandt ist,
3 eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels, bei dem die Wirbelstromfehler-Erfassungssonde von 1 auf ein Walzverfahren angewandt ist,
4 eine Ansicht zur Darstellung eines Aufbaus einer Wirbelstromfehler-Erfassungssonde eines zweiten Beispiels, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht,
5 eine Ansicht zur Darstellung einer Schaltung von Erfassungsspulen bei der Wirbelstromfehler-Erfassungssonde von 4,
6 eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels, bei dem die Wirbelstromfehler-Erfassungssonde von 4 auf ein zylindrisches Testobjekt angewandt ist,
7 eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels, bei dem die Wirbelstromfehler-Erfassungssonde von 4 auf ein Walzverfahren angewandt ist,
8 eine Ansicht zur Darstellung einer Schaltung einer Wirbelstromfehler-Erfassungssonde einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
9 eine Ansicht zur Darstellung einer Wirbelstromfehler-Erfassungssonde einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
10 eine erläuternde Ansicht der Sonde von 4,
11 eine Ansicht zur Darstellung eines vorbekannten Wirbelstrom-Fehlerdetektors,
12 eine erläuternde Ansicht eines geneigten Lift-Offs bei der vorbekannten Wirbelstromfehler-Erfassungssonde,
13 eine Ansicht zur Darstellung der Wirkung eines geneigten Lift-Offs eines Wirbelstroms bei der vorliegenden Erfindung,
14 eine Ansicht zur Darstellung der Wirkung eines geneigten Lift-Offs eines Wirbelstroms bei der vorliegenden Erfindung,
15 eine Ansicht einer äquivalenten Schaltung zur Erläuterung des Konzepts des Beispiels das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, und
16 eine Ansicht einer äquivalenten Schaltung zur Erläuterung des Konzepts der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird eine Beschreibung zu Beispielen, die nicht der vorliegenden Erfindung entsprechen, und zu Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren vorgenommen.
(Erstes Beispiel)
1 ist eine Ansicht zur Darstellung des Aufbaus einer Wirbelstromfehler-Erfassungssonde eines ersten Beispiels, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte der vorliegenden Erfindung dient, wobei 1(a) eine schematische perspektivische Ansicht der Wirbelstromfehler-Erfassungssonde ist, und 1(b) eine Schnittansicht hiervon ist. Über einer Oberfläche eines Testobjekts 1 angeordnet sind zwei Erfassungsspulen 2 (2a, 2b), die sich auf zueinander konzentrischen Kreisen von unterschiedlichen Durchmessern befinden. Die beiden Erfassungspulen 2a, 2b, die in Differentialverbindung zueinander stehen, sind mit einer Brückenschaltung 3 nur zum Aufnehmen eines Fehlersignals verbunden. Die zwei Erfassungsspulen 2a, 2b sind so vorab eingestellt, dass es durch den Wirbelstrom zu gleichen Verbindungs-Magnetflüssen in den Erfassungsspulen 2 kommt, sofern kein Fehler in dem Testobjekt 1 auftritt.
Ferner ist über den beiden Erfassungsspulen 2 eine Anregungsspule 4 zum Induzieren eines Wirbelstroms in dem Testobjekt durch einen Wechselstromantrieb angeordnet. Die Mitte der Anregungsspule 4 befindet sich auf einer Mittelachse der Erfassungsspule 2. Die Erfassungsspule 4 ist mit einem Oszillator 5 zum Versorgen der Anregungsspule 4 mit Wechselstrom verbunden.
Bei dem vorliegenden Detektor wird ein Ausgang der Brückenschaltung 3 gleich Null, sofern kein Fehler vorhanden ist. Falls ein Fehler auftritt, kommt es zu einer Ausgabe in der Brückenschaltung 3, und der Fehler kann erfasst werden.
Im folgenden wird die Funktionsweise des vorliegenden Detektors beschrieben. Zunächst wird Wechselstrom von dem Oszillator 5 zu der Anregungsspule 4 geliefert, um ein alternierendes Magnetfeld zu erzeugen und einen Wirbelstrom 6 in der Oberfläche des Testobjekts 1 zu induzieren. Die Erfassungsspule 2 erfaßt eine Änderung im Magnetfeld, die von dem Wirbelstrom 6 erzeugt wird.
Solange kein Fehler in dem Bereich, in dem der Wirbelstrom 6 induziert wird, vorhanden ist, befindet sich der Wirbelstrom 6 in einem regulären Zustand. Bei dem Wirbelstrom 6 im regulären Zustand werden Signale durch die Erfassungsspulen 2a, 2b aufgehoben, die so eingestellt sind, dass die Verbindungs-Magnetflüsse in diesem Zustand gleich sind und eine Ausgabe der Brückenschaltung gleich Null wird. Wenn andererseits ein Fehler 7 in dem Testobjekt 1 vorhanden ist, kommt es zu einer Irregularität in dem Wirbelstrom 6, die eine Differenz in den Verbindungs-Magnetflüssen in den Erfassungsspulen 2a, 2b innen und außen bewirkt. Somit wird die Differenz in den Verbindungs-Magnetflüssen durch die Brückenschaltung 3 erfaßt, und der Fehler 7 wird erfasst.
Falls ein horizontaler Lift-Off besteht, werden ferner, da die beiden Erfassungsspulen sich auf einem konzentrischen Kreis befinden und die Verbindungs-Magnetflüsse gleich werden, Lift-Off-Signale aufgehoben und die Ausgabe der Brückenschaltung wird Null. Im Fall eines geneigten Lift-Offs besteht, da das Erfassungszentrum der beiden Erfassungsspulen sich jeweils im gleichen Abstand zum Testobjekt befinden, nur eine kleine Differenz bei den Verbindungs-Magnetflüssen in den beiden Erfassungsspulen, und die Lift-Off-Signale werden reduziert.
Als nächstes wird eine Beschreibung mit Bezug auf 2 hinsichtlich eines Falls vorgenommen, bei der der Aufbau des vorliegenden Beispiels dazu verwendet wird, das Innere eines zylindrischen Testobjekts zu testen, wie z.B. eines Rohrs kleinen Durchmessers etc. Hierbei wird ein zu 1 gleicher Teil mit der gleichen Bezugsziffer versehen, und eine Beschreibung hiervon entfällt. Bei dem Test eines zylindrischen Testobjekts, wie z.B. eines Rohrs kleinen Durchmessers etc., werden die Anregungsspule 4 und die Erfassungsspule 2 beispielsweise an einer Sonden-Basissubstanz 11 angesetzt. Wenn das zylindrische Testobjekt 10 aber eine Krümmung aufweist, wird die Sonde relativ zu der Mittelachse des zylindrischen Testobjekts 10 geneigt. Trotzdem können durch Anwendung dieser Sonde horizontale Lift-Off-Signale aufgehoben werden und geneigte Lift-Off-Signale können reduziert werden. Somit kann eine Fehlererfassungsleistung verbessert werden.
Als nächstes wird ein Fall, bei dem das vorliegende Beispiel für den Test einer Eisenplatte bei einem Walzverfahren verwendet wird, mit Bezug auf 3 beschrieben. Wenn ein Wirbelstromtest an einer Eisenplatte 15 in einem Walzverfahren vorgenommen werden soll, besteht kein konstanter Lift-Off der Eisenplatte 15, die sich mit hoher Geschwindigkeit auf einer sich bewegenden Vorrichtung wie einer Walze etc. bewegt. Mittels der Sonde der vorliegenden Erfindung aber können Lift-Off-Signale reduziert werden, die Fehlererfassungskraft kann verbessert werden, und die Qualität der Eisenplatte kann aufrechterhalten werden.
(Zweites Beispiel)
4 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Konzepts einer Wirbelstromfehler-Erfassungssonde eines zweiten Beispiels, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte der vorliegenden Erfindung dient, wobei 4(a) eine perspektivische Ansicht der Wirbelstromfehler-Erfassungssonde ist, 4(b) eine Draufsicht auf diese ist, und 4(c) eine Schnittansicht derselben ist. Ferner ist 4 eine schematische Ansicht zur Darstellung des Schaltungsaufbaus eines Erfassungsspulenabschnitts der Wirbelstromfehler-Erfassungssonde des vorliegenden Beispiels. Über einem Testobjekt 1 sind vier Erfassungsspulen 20 (20a, 20b), 21 (21a, 21b), so angeordnet, dass jede Spule hiervon ihr Zentrum auf jedem Scheitelabschnitt einer Raute hat. Die vier Erfassungsspulen 20a, 20b, 21a, 21b sind so eingestellt, dass gleiche Verbindungs-Magnetflüsse auftreten, wenn ein Wirbelstrom 6 sich in einem regulären Zustand befindet.
Die beiden Erfassungsspulen 20a und 20b sowie 21a und 21b, die auf einer Diagonalen angeordnet sind, stehen in einem gemeinsamen Verbindungsmodus zueinander, und zwei Sätze der Erfassungsspulen 20 und 21 im gemeinsamen Verbindungsmodus stehen in einer Differentialverbindung zueinander und sind mit einer Gruppenschaltung 3 zum Aufnehmen eines Fehlersignals verbunden. Ferner ist über den Erfassungsspulen 20, 21 eine Anregungsspule 4 zum Induzieren eines Wirbelstroms 6 in einem Testobjekt 1 angeordnet. Die Anregungsspule 4 ist mit einem Oszillator 5 zum Zuführen eines Wechselstroms zu der Anregungsspule 4 verbunden.
Bei dem vorliegenden Detektor wird, sofern kein Fehler vorhanden ist, die Ausgabe der Gruppenschaltung 3 gleich Null. Falls ein Fehler auftritt, kommt es zu einer Ausgabe der Gruppenschaltung 3, und der Fehler kann erfasst werden. Im folgenden wird die Funktion der vorliegenden Vorrichtung beschrieben. Ein Wechselstrom wird der Anregungsspule 4 von dem Oszillator 5 geliefert, um einen Wirbelstrom 6 in einer Oberfläche des Testobjekts 1 zu induzieren. Durch diesen Wirbelstrom 6 wird ein alternierendes Magnetfeld erzeugt, und die Verbindungs-Magnetflüsse, die von dem Wirbelstrom 6 bewirkt werden, passieren die Erfassungsspule 20, 21, so dass ein elektrischer Strom in den Erfassungsspulen 20, 21 auftritt.
Sofern kein Fehler vorliegt, befindet sich der Wirbelstrom in einem konstanten Zustand, um die Verbindungs-Magnetflüsse in den Erfassungsspulen 20, 21 gleich zu machen, und die Ausgabe der Gruppenschaltung 3 wird gleich Null.
Falls ein Fehler auftritt, wird der Wirbelstrom unregelmäßig, so dass die Verbindungs-Magnetflüsse in den Erfassungsspulen 20, 21 untereinander in jeder der Spulen unterschiedlich werden und es zu einer Ausgabe der Gruppenschaltung 3 kommt und der Fehler erfasst werden kann.
Ferner werden, wenn ein horizontaler Lift-Off besteht, da keine Differenz zwischen den beiden Sätzen von Erfassungsspulen 20, 21 im Abstand von Erfassungszentren der beiden Sätze der Erfassungsspulen 20, 21 in dem gemeinsamen Verbindungsmodus gegenüber dem Testobjekt 1 besteht, Lift-Off-Signale für eine Änderung eines parallelen Lift-Offs aufgehoben. Desgleichen werden bei einem geneigten Lift-Off die Lift-Off-Signale stark reduziert.
Als nächstes wird eine Beschreibung mit Bezug auf 6 zu einem Fall vorgenommen, bei dem der Aufbau des vorliegenden Beispiels zum Test des Inneren eines zylindrischen Testobjekts, wie z.B. eines Rohrs kleinen Durchmessers etc., verwendet wird. Hierbei wird ein zu 4 gleicher Teil mit der gleichen Bezugsziffer versehen und eine Beschreibung hiervon entfällt. Im Fall, dass das zylindrische Testobjekt 10 eine Krümmung aufweist, wird eine Sonde 11 relativ zu der Mittelachse des zylindrischen Testobjekts 10 geneigt. Durch die Verwendung dieser Sonde 11 können aber horizontale Lift-Off-Signale aufgehoben werden, und geneigte Lift-Off-Signale können reduziert werden. Damit kann eine Fehlererfassungskraft verbessert werden.
Als nächstes wird ein Fall, bei dem das vorliegende Beispiel zum Test einer Eisenplatte bei einem Walzverfahren verwendet wird, mit Bezug auf 7 beschrieben. Hierbei wird ein zu 4 gleiches Teil mit der gleichen Bezugsziffer versehen, und eine Beschreibung hiervon entfällt. Wenn ein Wirbelstromtest an einer Eisenplatte 15 bei einem Walzverfahren vorgenommen werden soll, besteht kein konstanter Lift-Off der Eisenplatte 15, die sich mit hoher Geschwindigkeit auf einer Bewegungsvorrichtung wie einer Walze etc. bewegt. Mittels der Sonde des vorliegenden Beispiels können aber Lift-Off-Signale verringert werden, eine Fehlerfassungsleistung kann verbessert werden, und die Qualität der Eisenplatte kann aufrechterhalten werden.
Bei dem Wirbelstrom-Fehlerdetektor des ersten Beispiels ist vorzuziehen, ein Signalverhältnis elektrisch so anzupassen bzw. einzustellen, dass Signale von den beiden Erfassungsspulen sich aufheben, wenn kein Fehler vorhanden ist, oder ein Wicklungszahlenverhältnis der beiden Spulen so einzustellen, dass Verbindungs-Magnetflüsse der beiden Spulen gleich werden, wenn kein Fehler vorhanden ist.
Falls die obigen Sonden nach dem Selbstinduktionstyp aufgebaut sind, tritt eine Phasendifferenz in den Anregungssignalen auf, die an den betreffenden Spulen erzeugt werden, da Unterschiede in den Durchmessern und den Wicklungszahlen der beiden Spulen bestehen, und es wird eine Irregularität in der Verteilung des alternierenden Magnetfeldes verursacht. Wenn sie aber nach dem gegenseitigen Induktionstyp aufgebaut sind, bezieht sich die Anregung nicht auf den Zustand der Spule, und es tritt keine Irregularität in der Verteilung des Magnetfelds auf.
Falls die Fehlererfassungssonde einen Abschnitt abtastet, in dem ein Fehler vorhanden ist, ändert sich der Wirbelstrom in der Umgebung des Fehlers im Testobjekt, und es tritt eine Irregularität in dem alternierenden, von dem Wirbelstrom erzeugten Magnetfeld auf. Die Irregularität in dem Magnetfeld wird zuerst in der Spule mit einem größeren Durchmesser erfasst. Somit kommt es zu einer Differenz in den Verbindungs-Magnetflüssen der beiden Spulen, und der Fehler wird erfasst.
Wenn eine Änderung in dem horizontalen Lift-Off vorhanden ist, ändert sich der Abstand zwischen der Fehlererfassungssonde und dem Testobjekt, da die beiden Spulen auf einem konzentrischen Kreis angeordnet sind, werden die Verbindungs-Magnetflüsse gleich, so dass eine Differenz darin gleich Null wird und kein Lift-Off-Signal erfasst wird. Falls eine Änderung in dem geneigten Lift-Off vorhanden ist, wie 13 zeigt, ist der Abstand 1 von den Zentren der beiden Spulen 2 (2a, 2b) zu dem Testobjekt 1 hinsichtlich der jeweiligen Spulen gleich, so dass die Differenz in den Verbindungsmagnetflüssen zwischen den Spulen 2 klein ist und eine Verringerung der Lift-Off-Signale erreicht werden kann. Da ferner durch die Anregungsspule 4 ein kreisförmiger Wirbelstrom am Testobjekt 1 induziert wird, wird eine Erfassung eines Fehlers in jeder Richtung möglich.
Gemäß dem Wirbelstrom-Fehlerdetektor des zweiten Beispiels wird ein Wirbelstrom in dem Testobjekt durch Anregung induziert, und eine Änderung in diesem Wirbelstrom wird durch die Erfassungsspule erfasst, die magnetisch gekoppelt ist. Die vier Erfassungsspulen sind so aufgebaut, dass zwei Spulen auf der Diagonale in dem gemeinsamen Verbindungsmodus miteinander stehen, und zwei Sätze dieser zwei Spulen in dem gemeinsamen Verbindungsmodus in Differentialverbindung zueinander stehen, was darauf hinausläuft, als ob zwei Spulen in Differentialverbindung stünden.
Die Erfassungszentren der beiden Sätze von Erfassungsspulen in Differentialverbindung sind die gleichen, da vier Spulen so angeordnet sind, dass jede Spule an jedem Scheitelabschnitt einer Raute angeordnet ist. Damit werden Änderungen in dem horizontalen Lift-Off zwischen den zwei Spulen in dem gemeinsamen Verbindungsmodus vollständig aufgehoben. Ferner sind bei dem geneigten Lift-Off, wie er in 14 gezeigt ist, die Erfassungszentren der beiden Sätze von Spulen 20, 21 in dem gemeinsamen Verbindungsmodus die gleichen. Somit können die Lift-Off-Signale stark reduziert werden, auch wenn das Testobjekt geneigt ist, da der Abstand 1 zwischen den Erfassungszentren und dem Testobjekt sich nicht ändert.
Es ist anzumerken, dass ein gemeinsamer Verbindungsmodus eine Verbindung mit einer Polarität einer Spule bedeutet, die in einer gleichen Richtung liegt, und eine Differentialverbindung eine Verbindung bedeutet, die einen Unterschied in der Ausgangsspannung ergibt. Der gemeinsame Verbindungsmodus und die Differentialverbindung sind in 15 in einem äquivalenten, schaltungsbezogenen Ausdruck gezeigt. Diese Verbindungen können auch so ausgeführt sein, wie sie in 15(b) gezeigt sind. In 15 zeigt ein schwarzer Punkt eine Polarität jeder Spule, und ein Pfeil zeigt eine Richtung einer durch jede Spule erzeugten Spannung. In 15 bezeichnen die Bezugsziffern 60a bis 60d Erfassungsspulen, und die Bezugsziffern 61a bis 61d bezeichnen Anregungsspulen. Die Spulen 60a und 60b sind an Scheitelabschnitten auf einer Diagonalen einer Raute angeordnet und die Spulen 60c und 60d sind ebenso an Scheitelabschnitten auf der anderen Diagonalen der Raute angeordnet. Die Spulen 60a und 60b sind mit einer Polarität einer Spule in der gleichen Richtung verbunden, d.h. im gemeinsamen Verbindungsmodus. Desgleichen befinden sich die Spulen 60c und 60d im gemeinsamen Verbindungsmodus. Ein Satz der Spulen 60a und 60b und ein Satz der Spulen 60c und 60d sind so verbunden, dass eine Differenz in der Ausgangsspannung auftritt, d.h. in Differentialverbindung.
(Erste Ausführungsform)
8 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Schaltungsaufbaus einer Wirbelstromfehler-Erfassungssonde einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Es ist anzumerken, dass die Wirbelstromfehler-Erfassungssonde der vorliegenden Ausführungsform im Selbstinduktionstyp angetrieben wird, wobei ein und dieselbe Spule sowohl die Anregung als auch die Erfassung durchführt. Ferner zeigt ein schwarzer Punkt in der Figur eine Polarität der Spule.
Zwei Spulen 30a und 30b sowie 31a und 31b, die auf einer Diagonalen angeordnet sind, sind in umgekehrter Polarität zueinander verbunden. Die beiden Sätze von Spulen 30 (30a, 30b) sowie 31 (31a, 31b) im umgekehrten Verbindungsmodus stehen in Differentialverbindung zueinander. Jede Spule der Erfassungsspulen 30a, 30b ist jeweils an einem Scheitelabschnitt auf einer Diagonale einer Raute positioniert, und jede Spule der Erfassungsspulen 31a, 31b ist jeweils an einem Scheitelabschnitt auf der anderen Diagonale der Raute positioniert.
Bei dem obigen Schaltungsaufbau hat beispielsweise die Spule 30a eine im Hinblick auf die benachbarten Spulen 31a, 31b umgekehrte Stromrichtung. Infolgedessen wird eine gegenseitige Induktion, welche die Spule 30a von den Spulen 31a, 31b empfängt, versetzt. Das heißt, auch wenn eine Abweichung in dem Strom in den Spulen 31a, 31b auftritt, wird die Spule 30a hierdurch nicht beeinflusst. Desgleichen sind hinsichtlich der Spulen 30b, 31a, 31b die betreffenden Spulen nicht durch eine Abweichung in den benachbarten Spulen beeinflusst.
(Zweite Ausführungsform)
9 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Aufbaus einer Wirbelstromfehler-Erfassungssonde einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Rohrtestsonde der vorliegenden Ausführungsform ist so aufgebaut, dass die Spulen der ersten Ausführungsform beispielsweise an einem Umfang einer säulenartigen Sonden-Basissubstanz 40 angeordnet sind. Eine Wirbelstromfehler-Erfassungssonde besteht aus vier Spulen 41a, 41b, 42a, 42b. Ferner besteht eine Wirbelstromfehler-Erfassungssonde aus vier Spulen 41a, 41d, 42b, 42c. Das heißt, die Spule 42b wird gemeinsam von den benachbarten zwei Wirbelstromfehler-Erfassungssonden beansprucht. Somit werden Sonden (Sensoren) am gesamten Umfang der Sonden-Basissubstanz 40 ausgebildet. Indem jeder dieser Sensoren elektrisch geschaltet wird, wird das Rohrinnere entlang der Umfangsrichtung getestet, und indem sie entlang der Axialrichtung bewegt werden, wird das Rohr entlang seiner gesamten Länge getestet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Spule gemeinsam von benachbarten Sensoren beansprucht, und folglich kann die Anzahl von Spulen in der Umfangsrichtung gemindert werden. Ferner ist, falls vier Spulen gemäß 10 als ein Sensor betrachtet werden, ein Sensor 43a abschnittsweise durch die Sensoren 43b, 43c in der Umfangsrichtung überlappt, und folglich kann ein toter Winkel bei der Erfassungsempfindlichkeit in der Umfangsrichtung reduziert werden.
Es ist anzumerken, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Beispielsweise können bei der zweiten Ausführungsform, bei der die mehreren Sensoren auf der Seitenfläche der Säule ausgebildet und angeordnet sind, die Sensoren auch an einer Basissubstanz einer anderen Art als der Säule ausgebildet und angeordnet sein.
Ferner kann die Erfindung mit verschiedenen Modifikationen in die Praxis umgesetzt werden.

Claims

Wirbelstromfehlerdetektor vom Selbstinduktionstyp, der mit einer Wirbelstromfehler-Erfassungssonde aufgebaut ist, die Spulen (30a, 30b, 31a, 31b; 41a, 41b, 42a, 42b) zum Messen einer Bewegung in einem Magnetfeld infolge eines in einem Testobjekt durch eine Wechselstromanregung induzierten Wirbelstroms, wobei die Wirbelstromfehler-Erfassungssonde so aufgebaut ist, dass jede der Spulen (30a, 30b, 31a, 31b; 41a, 41b, 42a, 42b) mit gleichen Eigenschaften so angeordnet ist, dass sich ihr Zentrum an jedem Scheitelabschnitt einer Raute befindet, wobei ein Paar (30, 31) der Spulen (30a, 30b, 31a, 31b; 41a, 41b, 42a, 42b), das an dem Scheitelpunkt auf einer Diagonale der Raute angeordnet ist, sich in einem umgekehrten Verbindungsmodus zueinander befindet, und zwei Paare (30, 31) der im umgekehrten Verbindungsmodus verbundenen Spulen sich in einer Differentialverbindung zueinander befinden.
Wirbelstromfehlerdetektor nach Anspruch 1, wobei die Wirbelstromfehler-Erfassungssonde zu mehreren ausgebildet und angeordnet ist, wobei zwei benachbarte Wirbelstromfehler-Erfassungssonden hiervon sich gemeinsam eine Spule (42b) von vier Spulen (41a, 41b, 42a, 42b; 41c, 41d, 42b, 42c) teilen, wobei jede hiervon ihr Zentrum an jedem Scheitelabschnitt der Raute aufweist, und wobei ein Mittel zum Schalten der Wirbelstromfehler-Erfassungssonden vorgesehen ist.
Wirbelstromfehlerdetektor nach Anspruch 2, wobei mehrere der Wirbelstromfehler-Erfassungssonden an einem Umfang ausgebildet sind, um an einer Seitenfläche einer säulenartigen Grundsubstanz angeordnet zu sein bzw. zu werden.