[发明专利]用于探测导电材料中的异常的微分传感器、检验系统和方法

说明书

用于探测导电材料中的异常的微分传感器具有：永磁体（PM）；具有一个或多个第一绕组的第一线圈（S1），所述第一绕组围绕永磁体走向并且定义第一线圈轴（A1）；具有一个或多个第二绕组的第二线圈（S2），所述第二绕组围绕永磁体走向并且定义第二线圈轴（A2），所述第二线圈轴横向于、尤其是垂直于第一线圈轴走向。优选地，还提供与之垂直定向的第三线圈（S3）。磁通量变化的分量能够针对多个空间方向分开被检测并且评估。传感器是检验系统的一部分，所述检验系统包括传感器和评估设备（A），所述评估设备配置用于针对每个线圈分开检测微分传感器的线圈（S1、S2、S3）的绕组中感应的电压或者从中推导出的信号以及通过应用至少一个评估方法将它们相关。

背景和现有技术

本发明涉及用于探测导电材料中的异常的微分传感器、检验系统和方法。

如今对原料中的异常进行无损探测很重要。异常例如能够是缺陷、例如裂缝、杂质或者其他的材料异质性，例如电导率的局部不均匀性。对具有高负载-质量比率的材料的大的需求要求特别高的材料品质。为了节约成本并且确定每个生产件的质量，已越来越多地将无损方法用于探测和定位缺陷以及用于确定材料参数。因为金属原料对工业而言扮演特殊的角色，所以导电材料的无损检查是研究、开发和应用的主题。

当今，在无损材料检验（non-destructive testing, NDT）的情况下，根据检验物类型和待检查材料的所寻求特性，使用多种不同的方法。根据T. Aastroem 在17th WorldConference on Nondestructive Testing, 2008的文章“From Fifteen to Two HundredNDT Methods in Fifty Years” ，由现有技术已知多于200种方法用于无损原料检验。

特别是电磁方法已被证明对于探测导电材料中的异常是有效的。然而被提供以供使用的方法部分地在分辨率、穿入深度和行进时间和/或检验速度方面是受限制的。而识别此类的缺陷的概率也应该还要提高。

采用尺寸更大或更小的（mehr oder minder）传感器阵列的传感器的布置能够借助于相应算法实现对缺陷的重构。然而，这样的布置以传感器的紧凑构造方式为前提。

在多个应用领域中，涡流检验（eddy current testing, ECT）已被证明在检验导电材料时是有效的，例如在对用于产生金属和加工金属的工业的半成品的自动化无损检验的情况下，以便针对汽车和飞机或在设备制造中执行对安全性相关和功能关键的构件的检验。

利用线圈构造的常规涡流传感器包括一个或多个场线圈（或激励线圈），所述线圈连接到交流电压源以便执行检验并且接着能够产生电磁交变场（初级场），所述电磁交变场在检验时穿入检验材料并且主要在检验材料的靠近表面的层中产生涡流，所述涡流通过互感反作用于涡流探测器的一个或多个测量线圈（和/或接收线圈）。被检验区域中的缺陷（例如裂缝、杂质或者其他的材料异质性）干扰涡流在检验材料中的扩散并因此改变涡流强度以及由此还改变反作用于测量线圈的次级磁场的强度。测量线圈中由此引起的电特性、例如阻抗的变化导致以电压变化形式的电测量信号，所述测量信号能够借助于评估设备评估，以便于识别和特征化缺陷。涡流传感器也能够针对检验目的或测量目的、例如在测量电导率或者磁导率时在无缺陷材料处使用。

涡流检验允许以高灵敏度和位置分辨率来对靠近表面的缺陷进行检验。尤其是应用所谓的“motion induced remote field eddy current testing”（其由 Sun, Y.,Udpa, S., Lord, W., Udpa, L. 和Ouyang, T. 在AIP Conf. Proc. 557 (2001) 第1541-1548页的文章“Application of Motion Induced Remote-Field Eddy CurrentEffect to Online Inspection and Quality Examination of Rolling MetallicStrips”中描述）示出在高检验速度时的高位置分辨率。