Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Werkstofferkennung durch harmonische Analyse von Wirbelstromsignalen

Die harmonische Analyse von Wirbelstromsignalen gehört zur Gruppe der indirekten magnetoinduktiven Prüfverfahren und kann zur Klassifizierung von Werkstoffen eingesetzt werden. Das Verfahren der Bestimmung von Werkstoffeigenschaften mit harmonischer Analyse stützt sich darauf, dass der Zustand eines Werkstoffes seine mechanischen, magnetischen und physikalischen Eigenschaften bestimmt [SCH98].
Bei dieser Analyse werden Amplituden- und Phasenwerte von harmonischen Oberwellen eines Wirbelstromsignals ermittelt. Diese Daten geben eine Aussage über die Form der Hysteresekurve eines ferromagnetischen Werkstoffs. Die Bestimmung der Werkstoffeigenschaften wird indirekt über die aufgezeigten physikalischen Zusammenhänge und mechanisch-technologischen Werkstoffkenn- werte ermöglicht.

Das Prinzip der Entstehung von harmonischen Oberwellen ist in Bild 2.4 dargestellt. Bei diesem Messprinzip werden in dem Messsystem sinusförmige Sendesignale generiert und nach einer Verstärkung als Erregerströme einem Sendespulensystem zugeführt. Diese Erregerströme generieren ein primäres magnetisches Wechselfeld, das im Material einen Ummagnetisierungsvorgang und die Entstehung von Wirbelströmen verursacht, die von spezifischen Einflussgrößen des Materials abhängig sind [REI03].

2005 imt 5017-005
Bild 2.4: Oberwellen in Wirbelstromsignalen [KRO02]

Die Wirbelströme und Ummagnetisierungsvorgänge im Prüfobjekt induzieren ein Sekundärfeld, das durch magnetische Eigenschaften geprägt ist. Aus dieser Charakteristik des Sekundärfeldes kann mit der Empfängerspule eine resultierende Signaldifferenz gemessen werden. Bei der Überführung der Zeitsignale mit Hilfe

einer Fouriertransformation in den Frequenzraum besitzt das sinusförmige Eingangssignal eine diskrete Amplitude im Frequenzspektrum, während das Ausgangssignal einen Amplitudenanteil aufweist. Amplitude und Phasenverschiebung der Oberwellen werden durch die Form der Übertragungsfunktion verursacht, die Informationen über die magnetischen Eigenschaften sowie über die Form der Hystersekurve des Werkstoffes liefert. Um eine indirekte Bestimmung der mechanisch-technologischen Eigenschaften des Werkstoffes durchführen zu können, ist es notwendig, die harmonischen Oberwellen des Empfängersignals bezüglich der Amplitude und Phase zu bestimmen [KRO02].

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