Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Wegmessung bei Schichten aus unterschiedlichen Materialien

Diese Versuchsreihe soll zeigen, dass der Sensor unterschiedliche Materialien in der Probe identifizieren kann. Bei der Aufnahme der in der Messspule induzierten Spannung können die Lage und die Größe der untersuchten Materialien ausgewertet werden.

Ferrit

Kupfer

Ferrit

2005 imt 5017-087
Bild 8.22: Messobjekt bei der Materialerfassung

Bei dieser Untersuchung wird eine aus zwei unterschiedlichen Materialien zusammengesetzte Probe herangezogen (Bild 8.22). Die Probe besteht aus zwei Ferritstreifen und einem Kupferstreifen, der zwischen den Ferritstücken angeordnet ist. Die Streifen sind mit einer doppelseitigen Klebefolie miteinander verbunden. Der Vorteil dieser Folie besteht in ihrer genau definierten Schichtdicke von 0,25 µm. Nach der Herstellung wird die Probe mit einem Weißlichtinterferometer auf ihre Oberflächeneigenschaften untersucht. Das Bild 8.23 zeigt das Ergebnis dieser Untersuchung.

Aus dem Bild 8.23 kann man entnehmen, dass die Rauheit beider Proben vergleichbar ist. Auch die Bereiche zwischen den metallischen Proben wurden genauer vermessen. Der Abstand zwischen den Proben beträgt 0,5 µm.

Aus den Abstandsmessungen (Bild 8.21) kann man folgern, dass sich die Unterschiede zwischen der in den unterschiedlichen Materialien induzierten Spannungen bei Abstandserhöhung ändern. Bei kleinerem Abstand sind die Werte maximal, verkleinern sich mit zunehmendem Abstand und erreichen ihr Minimum bei 500 µm. Bei weiterer Entfernung des Sensors von der Probe steigt die Spannung wieder an. Dieser Effekt ist nützlich bei der Materialerfassung. Um deutlichere

Ergebnisse zu bekommen, sollte ein möglichst kleiner Abstand zwischen der Probe und dem Messobjekt eingestellt werden.

Als Messabstand wurde bei der Materialerfassung 100 µm ausgewählt, die Arbeitsfrequenz betrug 1 MHz. Bild 8.24 zeigt die Ergebnisse der Materialerfassung mit dem Wirbelstromsensor.

nm 380

970

720

⁰ 0

µm

Ra: 9,76 nm

Rq: 12,5 nm

Rz: 189,5 nm

Rt: 454,3 nm
Ra: 9,1 nm

Rq: 12,75 nm


2005 imt 5017-088
Rz: 326,76 nm

Rt: 563,7 nm

1. 
   b)
   

Bild 8.23: Weißlichtinterferometrische Aufnahme der Messprobenoberfläche a) Ferrit,

2. 
   Kupfer
   

Aus dem Bild 8.24 kann man entnehmen, dass ein deutlicher Unterschied zwischen den Materialien besteht. Der Sensor erkennt auch Abstände zwischen den Materialien. Beim Vergleich zwischen mit dem Wirbelstromsensor und mit einem Tastschnittgerät gemessenen Materiallängen kann man eine sehr gute Übereinstimmung feststellen.

Wenn man die in der Messspule induzierte Spannung in Abhängigkeit von der Sensorposition ansieht, beobachtet man eine Spannungserhöhung an Material- grenzen. Diese Spannungserhöhung ist auf Grenzeffekte zurückzuführen, da sich die Spule nur teilweise unter dem Material befindet und erhöhte Spannungswerte ausgibt.

6

Induzierte Spannung in der Messspule [mV]
5,5

5

4,5

4

3,5

3

2,5

2




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2005 imt 5017-089
Abstand [mm]

⁰ 3 3,5 ^{6,5 7} 10





2005 imt 5017-090
Ferrit Kupfer Ferrit

Bild 8.24: Materialerfassung mit dem Wirbelstromsensor