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Hohe Empfindlichkeit und Ortsauflösung sowie eine kurze Prüfzeit
sind Anforderungen an ein leistungsfähiges Prüfsystem basierend auf magnetischen
ZfP-Verfahren für die Oberflächenprüfung. Dieses soll das sichere Auffinden feinster
Risse mit Tiefen von weniger als 50 Mikrometern gewährleisten.
Um eine gute Ortsauflösung zu gewährleisten, müssen in der Regel der Defektgröße
angepasste Sensoren zum Einsatz kommen. Speziell im Fall von
Risslängen kleiner als ein Millimeter sollten die Sonden für die Streuflussprüfung
ebenfalls Wirkbreiten kleiner als ein Millimeter aufweisen. Durch die daraus folgenden
geringen Spurbreiten ergeben sich allerdings lange Prüfzeiten. Der
begrenzten Prüfzeit und präzisionsbedingten mechanischen Grenzen in der Verfahr-
Geschwindigkeit einer Sonde kann mit einem Multikanalansatz begegnet werden.
Eine hohe Anzahl an Kanälen wiederum führt zu einem Platzproblem in der
Prüfsonde, schließlich erfordert die Verstärkung schwacher Signale im eine Reihe
von aktiven Bauelementen.
Der Schlüssel zur Auflösung dieses Konflikts ist der Einsatz moderner Schaltkreise
wie Multiplexer und FPGA. In diesem Beitrag stellen wir am Beispiel eines
48 kanaligen Testaufbaus für die GMR-basierte Streuflussprüfung ein flexibles miniaturisiertes
Elektronikkonzept vor. Dabei gehen wir auf die einzelnen
Komponenten zur Ansteuerung der Sensoren und zur Signalkonditionierung ein.
Wir berichten vom Design, Aufbau und der Charakterisierung des Multikanalmoduls
und seiner Erprobung im realen Prüfeinsatz.
GMR sensors are widely used in many industrial segments such as information technology, automotive, automation and production, and safety applications. Each area requires an adaption of the sensor arrangement in terms of size adaption and alignment with respect to the field source involved. This paper deals with an analysis of geometric sensor parameters and the arrangement of GMR sensors providing a design roadmap for non-destructive testing (NDT) applications. For this purpose we use an analytical model simulating the magnetic flux leakage (MFL) distribution of surface breaking defects and investigate the flux leakage signal as a function of various sensor parameters. Our calculations show both the influence of sensor length and height and that when detecting the magnetic flux leakage of µm sized defects a gradiometer base line of 250 µm leads to a signal strength loss of less than 10% in comparison with a magnetometer response. To validate the simulation results we finally performed measurements with a GMR magnetometer sensor on a test plate with artificial µm-range cracks. The differences between simulation and measurement are below 6%. We report on the routes for a GMR gradiometer design as a basis for the fabrication of NDT-adapted sensor arrays. The results are also helpful for the use of GMR in other application when it comes to measure positions, lengths, angles or electrical currents.
GMR sensors are increasingly used for magnetic surface inspection due to their high
sensitivity and high spatial resolution. In case of simple planar or cylindrical shaped
components, the GMR-based inspection procedure can be automated easily. In order to
reduce the inspection time we present a GMR-based NDT-system consisting of a yoke
and a coil as a local magnetization unit. This way the global magnetization step and, if
necessary, the corresponding demagnetization cycle can be avoided reducing the
number of working steps. Using a local probe we measured plates, bearings, and rails,
each of which containing real fatigue cracks and reference artificial cracks of different
depths and orientations. Cracks with a depth of 40 ìm could be resolved with a signalto-
noise ratio of about 20. A reduction of the measuring time can be obtained using a
sensor array. We present an optimized sensor array for nondestructive testing
application, where gradiometric arranged GMR layers were fabricated on a board with
up to 48 GMR sensors. Each sensor detects the vertical field gradient. In our example
the baseline was chosen to be 250 ìm which efficiently suppress external background
fields without losing sensitivity for the detection of surface breaking defects.
GMR sensors are increasingly used for magnetic surface inspection due to their high sensitivity and high spatial resolution. In case of simple planar or cylindrical shaped components, the GMR-based inspection procedure can be automated easily. We present GMR measurements of real fatigue cracks. In addition, we present a probe design using a local magnetization unit and commercially available GMR sensors. The design was carried out by means of finite-element method (FEM) simulations. Using the local probe we measured bearings containing artificial reference cracks of different depths and orientations. Cracks with a depth of 40 µm could be resolved with a signal-to-noise ratio better than 6. A further reduction of the measuring time can be obtained using a sensor array. For this purpose we present a study of the optimized size of the sensing GMR-layers for a NDE-adapted sensor array. The geometric sensor parameters were investigated through simulations of the magnetic flux leakage of surface cracks using an analytic model.
High-precision magnetic field sensors are of increasing interest in non destructive testing (NDT). In particular GMR-sensors (giant magneto resistance) are qualified because of their high sensitivity, high signal-to-noise ratio and high spatial resolution. We performed magnetic flux leakage measurements of artificial cracks with a GMR-gradiometer and a 3-axes GMR-magnetometer. Cracks of a depth of 44 μm still could be detected with a sufficient high signal-to-noise ratio. A semi-analytic magnetic dipole model was used for swiftly predicting magnetic stray fields. The reliable reconstruction based on measurements of artificial rectangular-shaped defects is demonstrated.
GMR-Sensor Arrays ermöglichen eine örtlich hoch aufgelöste Messung magnetischer Streufeldamplituden an Stahlbauteilen, bei der abhängig von der Größe der zu prüfenden Oberfläche erhebliche Datenmengen erzeugt werden.
Eine automatische Detektion von Rissen kann anschließend mittels digitaler Bildverarbeitung erreicht werden, welche hauptsächlich auf einer Kantenerkennung basiert. Diese wurde anhand einer Magnetometer-Messung getestet, die an einem zylindersymmetrischem Bauteil mit funkenerosiv eingebrachten Rissen geringer Tiefe durchgeführt wurde. Die erzielte Selektion der Defekte wird für eine angestrebte Rekonstruktion der Defektgeometrie benötigt.