专利名称：用于感应测量的装置和方法
技术领域：
本发明涉及借助涡流测量或者漏磁测量来无损以及无接触探测检验品中的缺陷 的装置和方法。另外本发明还涉及用于探测在管道中流动的液体中的导电微粒的装置和方 法，其中探测在微粒中所感应的涡流。
背景技术：
用于无损以及无接触探测检验品中的缺陷、尤其金属半成品中缺陷的一种常规测 量方法是在检验品中感应并测量涡流。在此，该检验品借助一个正弦电流的发送线圈而被 施加了周期性交变电磁场。在该检验品中由此所感应的涡流再次在用作探测器的线圈配 置中感应出周期性电信号，该信号具有与发送载频频率相对应的载波振荡，其中如果一个 缺陷到达该探测器的敏感区域中，那么该载波振荡的幅度和/或相位由于在检验品中的缺 陷而改变特征。通常，为了扫描该检验品，该检验品关于该探测器而被线性移动，但其中也 公开了具有旋转探测器的配置。检验品线性移动的一种涡流测量装置的例子可以参见US 5，175，498。在流过导管的液体中，导电微粒同样产生涡流损失，其再次降低了线圈中可测量 的阻抗变化。这样就可以借助感应线圈配置来探测在导管中流过的液体的导电微粒。如 果想探测在机器的润滑油循环中金属微粒的浓度，以推断机器状态，那么这是尤其有利的 (金属微粒的浓度通常是机器磨损的尺度)。用于无损和无接触探测在检验品中缺陷的另一常规的测量方法称为漏磁测量 (或者漏磁场测量)，其中借助具有磁轭的一个感应线圈来产生该检验品的磁化，并且其中 由该检验品所产生的漏磁借助一个合适的传感器而被测量。检验品中的缺陷借助其对漏磁 的影响而被探测。这种漏磁测量的一个例子可以参见US 4，445，088。在具有围绕检验品旋转的探测器的涡流测量设备中，已知的是，在探头与检验品 之间进行间距测量，以能够针对在旋转过程中比如由于检验品截面的离心或不对称而变化 的间距来对测量进行校正。这种配置的一个例子可以参见DE 40 03 330 Al。在WO 2006/007826A1中公开了具有数字前端的一种涡流测量设备，其中A/D变换 器级以载波频率的η分之一而被触发，其中η根据差频、也即根据在该检验品和探测器之间 相对速度与探测器的有效宽度之商来选择。在US 4，209，744中阐述了一种涡流测量设备，其中该涡流测量设备具有一个测 试装置，象典型做的一样，该测试装置如同针对检验品中的缺陷来模拟信号，以进行电子设 备的基本检查。但由此仅仅能够模拟具有特定幅度和特定主频差的情况。即使所模拟的缺 陷信号设置为可变的，但是通常不能检验全部的电子装置。另外，在不拆除全部电子装置并 送到实验室的情况下，这种模拟的缺陷信号不能还原为一个经认证的参考单元。在WO 01Λ2075Α2中阐述了一种涡流测量设备，其中在该系统自校正的范畴内由 无缺陷的检验品片段所引起的信号的信号强度被探测。在GB 2 192 064中阐述了一种感应检验设备，其中借助一个自检装置通过借助一个LED来使该设备解谐，以模拟缺陷。

发明内容
本发明的目的是，提供用于尤其借助涡流测量或漏磁测量来无损和无接触探测检 验品中缺陷的、以及用于探测在导管中流动的液体中导电微粒的装置和方法，其中应保证 保持微小的造价耗费。在本发明的第一方面，提供用于无损地并且无接触地、尤其借助涡流来探测在相 对于该装置移动的检验品中的缺陷的方法，其中借助发送线圈配置给该检验品施加周期 性交变电磁场；借助接收线圈配置来探测周期性电信号，该信号具有载波振荡，其中如果该 接收线圈配置探测到缺陷，那么该载波振荡的幅度和/或相位就被该检验品中的该缺陷而 调制；该接收线圈信号借助A/D变换器级而被数字化；借助信号处理单元从该数字化的接 收线圈信号中生成有用信号；以及借助分析单元来分析该有用信号以识别在该检验品中的 缺陷；其特征在于，如果用该信号处理单元借助对该数字化接收线圈信号的曲线形式的监 控，通过该接收线圈信号确定了该A/D变换器级的过调，那么该接收线圈信号的由该A/D变 换器级所削波的部分就借助在数字化接收线圈信号中数学近似法而被重建。在本发明的第二方面，提供用于探测在管道中以速度(V)流动的液体中导电微粒 的方法，其中借助发送线圈配置给该液体施加周期性交变电磁场，以在该微粒中感应出涡 流；借助接收线圈配置来探测与该涡流相对应的周期性电信号，该信号具有载波振荡，其中 如果该微粒到达该接收线圈配置的有效宽度中，那么该载波振荡的幅度和/或相位就通过 该微粒而被调制；该接收线圈信号借助A/D变换器级而被数字化；借助信号处理单元从该 数字化接收线圈信号中生成有用信号；以及借助分析单元来分析该有用信号以探测该导电 微粒在该导管中通过；其特征在于，如果用该信号处理单元借助对该数字化接收线圈信号 的曲线形式的监控，通过该接收线圈信号确定了该A/D变换器级的过调，那么该接收线圈 信号的由该A/D变换器级所削波的部分就借助在数字化接收线圈信号中数学近似法而被 重建。在本发明的第三方面，提供用于无损地并且无接触地探测在相对于该装置移动的 检验品中缺陷的装置，其具有发送线圈配置，其具有至少发送线圈，以给该检验品施加周期 性交变电磁场，接收线圈配置，其具有至少接收线圈，以探测具有载波振荡的周期性电信 号，其中如果由该接收线圈配置探测到一个缺陷，那么该载波振荡的幅度和/或相位就由 于该检验品中的缺陷而被调制，A/D变换器级，以对该接收线圈信号进行数字化，信号处理 单元，以从接收线圈信号中产生有用信号；以及分析单元，以为了识别在该检验品中的缺陷 而分析该有用信号；其特征在于，该信号处理单元构造成，如果用信号处理单元借助对该 数字化接收线圈信号的曲线形式的监控，通过该接收线圈信号确定了该A/D变换器级的过 调，那么借助在数字化接收线圈信号中数学近似法来重建该接收线圈信号的由该A/D变换 器级所削波的部分。在本发明的第四方面，提供用于探测在管道中以速度(ν)流动的液体中的导电微 粒的装置，其具有发送线圈配置，其具有至少发送线圈，以给该液体施加周期性交变电磁 场，以在微粒中感应出涡流，接收线圈配置，其具有至少接收线圈，以探测与所感应的涡流 相对应的、具有载波振荡的周期性电信号，其中如果该微粒到达该接收线圈配置的有效宽度中，那么该载波振荡的幅度和/或相位就由于该微粒而被调制，信号处理单元，以从接收 线圈信号中产生有用信号；以及分析单元，以为了探测该导电微粒通过该导管而分析该有 用信号；其特征在于，该信号处理单元构造成，如果用信号处理单元借助对该数字化接收线 圈信号的曲线形式的监控，通过该接收线圈信号确定了该A/D变换器级的过调，那么借助 在数字化接收线圈信号中数学近似法来重建该接收线圈信号的由该A/D变换器级所削波 的部分。在本发明的解决方案中，有利的是，如果用该信号处理单元借助对该数字化接收 线圈信号曲线形式的监控，通过该接收线圈信号来确定该A/D变换器级的过调，那么该接 收线圈信号的由该A/D变换器级所削波的部分借助在数字化接收线圈信号中的数学近似 法而被重建，能够节省所需的硬件，尤其因为由于信号重建而降低了对该A/D变换器动态 的要求，并从而能够使用造价合理的A/D变换器。最后可以通过这种信号重建通过软件来 扩展由硬件所给定的测量范围。另外还可以借助信号重建定量地探测由于元件失效而引起 的该A/D变换器过调时所出现的缺陷，由此提高了快速定位缺陷的机会。优选地该A/D变换器级是可触发的，其中该数字化的并且必要时被重建的接收线 圈信号借助滤波器而被滤波，以获得解调的有用信号，其中该A/D变换器级以该发送线圈 配置的信号的载波振荡频率的η分之一而被触发，其中η根据差频来选择，该差频作为在该 检验品与接收线圈配置之间的相对速度和接收线圈配置的有效宽度之商来得出，并且其中 该滤波器根据该差频来调节。


下面借助附图示例地详细解释本发明。其中图1示出了根据本发明的具有自检功能和校正功能的感应测量装置的电路框图；图2示出了根据本发明的感应测量装置的一个例子的电路框图，其中该测量装置 用于探测在移动检验品中的缺陷；图3示出了根据本发明的感应测量装置的一个例子的电路框图，其中该测量装置 用于探测在流动液体中的导电微粒；图4示出了有液体流过的导管的纵切面，其中该导管设置有用于图3的测量装置 的发送及接收线圈；以及图5示出了图4的线圈的连接电路框图。
具体实施例方式在图1中示出了根据本发明的具有自检功能和校正功能的感应测量装置的电路 框图。信号处理器60在此与PAL单元68相通信，该PAL单元设置用于控制该A/D变换器 和D/A变换器。该PAL单元68服务于发送线圈驱动器70，该发送线圈驱动器设置有电流 传感器72，并且该发送线圈配置的信号(在图1中未示出)提供给一个探测器11 (探头)。 由该接收线圈配置(在图1中未示出)提供给该探测器11的接收线圈信号被传输至一个 低噪声放大器74，该放大器用作前置放大器，并且其放大由该处理器60通过该PAL单元68 而被控制或可变调节。由该放大器74所放大的信号经过一个谐振滤波器78，并在一个A/D 变换器80中被数字化之后被传输至该PAL单元68以及从而传输至该处理器60，以进行处理或分析，其中该A/D变换器比如可以构造为18比特的。这样由该接收线圈信号生成了有 用信号，该有用信号由分析单元来分析，其中该分析单元可以以该处理器60的形式和/或 在外部、比如作为PC (个人计算机)64来实现。另外该系统还可以具有间距传感器82，该间距传感器具有一个发送线圈和一个接 收线圈(未示出)，以由该间距传感器82的接收线圈信号来生成间距信号，该间距信号体 现为在该检验品与该探测器11之间间距的大小。为此给该间距传感器82的发送线圈设置 了驱动器84，该驱动器具有电流传感器86，并且由该PAL单元68来服务于该驱动器。该间 距传感器82的接收线圈信号被传输至一个单元88，该单元用于该间距信号的放大、偏移和 整流。该单元88如同该放大器74 —样由该PAL单元68来控制。所示的被处理的间距信 号通过一个A/D变换器90而被传输给该PAL单元68，并从而传输给该处理器60，以进行分 析，其中该A/D变换器比如可以构造为16比特的。该间距传感器82可以具有多个。单元68、70、74、76、78、80和必要时的60以及单元84、86、88和90在此是信号处理 单元的组成部分，其由接收线圈信号来生成一个有用信号，以通过该分析单元来进行分析。在该处理器60中实现了自检单元62，该自检单元自动地比如在该系统每次启动 时、或者根据在用户接口上的要求来对该前端的信号处理单元的信号处理功能进行系统地 定量检验，并对该探测器11和该间距传感器82进行系统地定量检验。该用户接口为PC 64 和触摸显示器65。为了监控该信号处理单元，设置了具有三个开关63、67、69的开关配置66，该开关 配置可以由该自检单元62如此来操作(在此该开关63和67断开，开关69闭合)，以把该 探测器11的发送线圈的信号在使该发送线圈旁路的情况下直接作为周期性输入信号输入 到该信号处理单元中，也即输入到该放大器74的输入中。该自检单元62在自检时则用于关于频率和幅度来改变该发送线圈的信号，以验 证之后所测量的放大器74的放大以及所测量的该滤波器78的角频率和斜率是否处于给 定的标准中，其中如果不满足该标准，那么一个相应的缺陷信号被输出到该用户接口 64及 65。该装置可以构造为多通道的，其中该发送线圈驱动器70、探测器11和自监控开关 配置66对于每个通道都具有一套，并且该放大器74前接了多路复用器76 (对于每个发送 线圈，设置有自己的一个频率)。在该驱动器84和该单元88之间设置了具有三个开关89、91、93的一个自检开关 配置92，该自检开关配置可以由该自检单元62如此来操作(在此该开关89和91断开，开 关93闭合)，以致使该单元88及该A/D变换器90进行自检，其方式是，由该发送线圈驱动 器84所输出的信号在使该间距传感器82的发送线圈旁路的情况下被直接提供给该单元88 的输入，其中借助该自检单元62可以系统地改变该线圈驱动信号的频率和幅度。该A/D变换器90前接了多路复用器94，其中除了该单元88的输出信号之外，还 给该多路复用器输入了该电流传感器72的电流信号以及该电流传感器86的电流信号，其 中该传感器电流信号这样就被传输给该自检单元62以进行分析。根据借助该电流传感器 72及86所探测的发送线圈电流和发送线圈电压，相应发送线圈的复数阻抗可以借助该自 检单元62而被确定和监控，其中在必要时可以通过该用户接口 64及65来输出缺陷信号。 发送线圈电压在用1或3所表示的位置上被测量，并通过该多路复用器94和该A/D变换器90传输至该PAL单元。另外还可以借助该自检单元62来进行该探测器11的接收线圈电压差的监控(注 意，仅差动线圈具有电压差。在每个差动线圈配置中由于两个线圈不完全一样而产生线圈 电压差)。该电压差可以借助一个高通而从该接收信号中去除；然后在高通之前和之后的电 压差值就获得了该电压差。有利地，该自检单元62如此来构造，使得该发送线圈电流和接收线圈电压差作为 时间的函数而被存储，以能够对发送线圈和接收线圈的长时间变化进行观测。如果该系统 作为感应微粒计数器来构造，那么这种监控是尤其重要的，因为在这种情况下线圈不能容 易地被拆除并被检验。另外，该自检单元62还如此构造，使得借助一个经认证的、能够代替该探测器11 而设置的校准器96来实现该信号处理电子装置的校正。在此该校准器96在输入侧连接到 该发送线圈驱动器70上，并在输出侧连接到该多路复用器76以及该放大器74上。如果该 校准器96具有多个参考单元，比如不同的电阻，其中该参考单元在校正过程中应被切换， 那么该校准器96就可以具有一个端子98，比如与该处理器60以及该自检单元62相连接的 一个I2C总线，以对参考单元进行相应的切换。用“2”和“4”来表示的点实现了对该放大器74以及单元88的输入通道之前的电 压的直接测量。从而比如能够通过一个参考单元、比如该校准器96来直接测量电压降，其 中该参考单元代替相应的线圈而被调节。优选地该校准器具有至少一个RC单元，该RC单元具有至少一个经校正的测量电 阻，借助该测量电阻可以对该信号处理电子装置来关于其精确度进行验证。借助精确已知 的该RC单元的角频率还可以验证该处理器60的扫描频率。该校准器96的测量电阻作为 低通来实施，以抑制干扰。其作为参考单元在该A/D变换器80的输入上用于提供一个确定 的电压，由此还能够识别扫描频率的不期望的波动。所述校正比如可以每年一次地进行。该校准器96可以是一个分立的、独立于该测量设备的单元，该单元在校正时才连 接到该测量设备上的规定位置。该实施方案所具有的优点是，以简单的方式通过经认证的 校正实验室来实现对该校准器校正的检验。或者，该校准器96作为该测量设备的组成部分来构造，比如作为在该测量设备的 电路板上所设置的元件，其中该元件在需要时才连接到相应线圈的位置上。该实施方案所 具有的优点是，该测量设备不必为了准备校正而被断开。当然在这种情况下也不能进行该 校准器校正的检验。该校准器96尤其有助于可调节前置放大器74的校正。如果该校准器96出于经 济原因而具有仅一个唯一的或仅少量的参考电阻值，那么在此可以按照如下来进行。该校 准器96的RC单元从该发送线圈驱动器70获得一个固定的正弦电压，该电压恰好如此大， 使得该放大器74不敏感的位置处能够借助该A/D变换器80以所期望的精确度来数字变换 正弦信号。如果借助该PAL单元68提高了所述的放大，那么该正弦有时就被削波，其中被 削波的正弦然后可以通过一种数学近似、比如借助平差计算而被再次重建，并能够测量该 信号的由此所形成的真正幅度。该方法的前提是，所采用的电子装置不具有闭锁效应，并且
9比如该A/D变换器80的输入级受保护以不接触过电压。比如可以求解正弦的平差计算的以下公式A0*n+Al* [sin (χ) ] +Α2* [cos (χ) ] = [yi]AO* [sin (x) ] +Al* [sin2 (χ) ] +A2* [sin (x) *cos (x) ] = [yi*sin(x)]AO* [cos (x) ] +Al* [sin (x) *cos (x) ] +A2*cos2 (s) ] = [yi*cos(x)]其中 yi 作为测量值,y (i) = A0+Al*sin (χ) +A2*cos (χ)，χ = 2* π *f*i*dt，其中 f 表示频率。方括号按照在数学统计中通常的书写方式而表示在过程变量i从零至η上的求 和。处于允许范围之外的那些测量值、也即“被削波”的值在此不允许使用。该值χ代表实 际的角度。其不必是等距的。通过计算Al和Α2的值，就得到了原来的幅度A = SQRT (Α1*Α1+Α2*Α2)以及相位 偏移 PHI = arctan (A2/A1)。应认为，所述的信号重建不仅可以用在可变放大器74的验证中，而且如果由于特 定的状况而出现了使该A/D变换器过调的接收线圈信号，那么所述的信号重建还通常可以 应用于涡流检验中。最后可以通过这样一种信号重建通过软件来扩展测量范围。这种对可变放大器74的相对简单的验证比如能够针对相应的放大来存储并采用 校正值，由此能够在给定质量的情况下价格合理地实施该放大器。设置有谐振滤波器、如该谐振滤波器(或者高通和低通的组合)78，以能够以可变 的发送频率来运行，其中最合适的扫描频率作为检验品速度、线圈有效宽度和发送频率的 函数而得出。如前所述，在自检时可以通过改变输入电压的频率和幅度来探测滤波器的角 频率和边缘斜率。通过所述的借助该自检单元62对发送线圈和接收线圈的阻抗测量，能够较早地 确定传感器的变化，特别是损坏状态，如此使得能够尽可能避免利用损坏的传感器来进行 检验，由此测量变得更可靠。上述的通过该自检单元62对接收线圈电压差的测量能够提前识别过调问题，比 如在与特定的检验品材料相连接时，由此则能够预防，因而提高了可靠性。由于借助该自检单元62和该校准器96能够对该系统进行校正，从而实现了在现 场对该系统的简单校正，其中尤其不需要从该系统中进行拆除并安装到一个检测适配器 中。最后，由此，该系统的生产及服务也变得价格合理，因为在检验装置中省略了前端的调
iF. ο如前所述，只要该校准器96构造为分立的单元，那么它甚至自然也可以每隔一定 时间由一个经认证的校正实验室来校正。在图2中示出了根据本发明的感应测量装置的一个例子的电路框图，其中该测量 装置用于探测在移动检验品中的缺陷，并使用了一种数字解调方法、以及上文中结合图1 所述的在该A/D变换器级过调时的信号重建。除了自检功能，在WO 2006/007826A1中阐述 了这样一种装置。在此一个检验品13以工业半成品的形式、比如板坯而被检验，该检验品 以可变的速度ν在该探测器11上线性移动经过，其中该速度借助一个速度传感器21而被 探测，该速度传感器比如可以输出一个信号，该信号与速度ν基本成比例。在此其比如可以 是一个矩形信号(也可能是二向波信号，以能够区分向前和向后)，该矩形信号比如当该检 验品13每前进5mm就含有一个脉冲。
该探测器11具有以发送线圈18形式的一个发送器以及一个接收线圈15。该发送 线圈18用于借助交变电磁场以至少一个给定的载波频率在该检验品13中感应出涡流，该 涡流在该接收线圈15中感应出作为探测器信号的交变电压，该交变电压具有与该发送线 圈18的载波频率相同的载波振荡，其中如果该缺陷23到达该接收线圈15的有效宽度WB 中，那么该探测器信号的幅度和相位通过一个缺陷23而被调制。该接收线圈15优选地作 为差动线圈来构造，也即作为具有两个方向相反绕制绕组的线圈，其仅由于缺陷23的存在 而使检验品的电气特性变化的情况下才发生反应。差动线圈首先适于识别在检验品13中 的突然变化。但此外也可以使用独立线圈来作为接收线圈15，该独立线圈包含有多个同方 向绕制的绕组，并尤其适于识别在检验品13中纵向均勻变化。该发送线圈18的电压比如可以如此来生成，即由一个计时器44所产生的二进制 信号作为给定频率而被提供给一个发生器48，该发生器由此产生一个矩形信号或一个正弦 信号，该信号经过一个曲线生成器40并接着借助一个功率放大器42而被放大，之后被传输 给该发送线圈18。优选地该信号具有正弦的形式，并在最简单的情况下包含有仅一个唯一 的载波频率，但其中原则上也可以同时利用多个载波频率和/或与正弦振荡有明显偏差的 载波信号来进行测量。典型地该载波频率处于IkHz至5MHz的范围中。原则上该发送线圈也可以利用一个数字信号并基本利用脉宽调制而被驱动。这所 具有的优点是，大大降低了在该驱动级中的损耗功率。由该接收线圈15所接收的探测器信号经过一个带通19以及一个可调前置放大器 17，之后其被传输至一个A/D变换器级35。该带通19 一方面针对由该A/D变换器级35所 进行的信号数字化而用作(反)混叠滤波器，以及另一方面用于去除高频和低频干扰信号。 所述可调前置放大器17把模拟探测器信号的幅度变为对于该A/D变换器级35最佳适合的幅度。该A/D变换器级35具有两个并行连接的A/D变换器32和34，其应具有高的分 辨率，但至少是16比特的分辨率，优选是至少32比特的，并且优选地应该能够每秒执行至 少500次A/D变换。该A/D变换器32、34优选地作为闪速变换器或者SAI^Sukzessives Approximations-Register，逐次逼近寄存)变换器来构造。该实施的一个例子是具有两个A/D变换器。重要的是，缺陷信号被正交扫描。原 则上该功能也可以仅利用一个变换器来实现。该A/D变换器级35由一个控制装置37来触发，该控制装置具有如前所述的计时 器44、余弦发生器48、与之并行设置的正弦发生器46以及一个分频器30。在输入侧在该分 频器30上施加了由该余弦发生器48所产生的信号以及该正弦发生器46的信号，其中余弦 发生器的信号具有该发送线圈18的输入信号的载波频率的频率，正弦发生器的信号与该 余弦发生器48的信号相对应，但相位偏移了 90°。在该分频器30中这两个信号关于其频 率而被除以了一个整数η。相应被降频的输出信号用于触发该A/D变换器32及A/D变换 器34。该分频器30的数字η由一个数字信号处理器60根据频率差、也即实际检验品速度 ν与接收线圈15的有效宽度WB之商来进行选择。优选地η与主频差成反比来选择，以达到 使该A/D变换器级35的触发速率至少近似与主频差成正比。这样就达到了，如果该有效宽 度WB首先近似作为常数而被采用，那么在检验品速度ν较高并从而差频较高的情况下，该 模拟探测器信号相应较频繁地被扫描。
优选地该分频器30作为所谓的PAL (Programmable Array Logic，可编程逻辑阵 列)元件来构造，以保证该触发信号尽可能是无延迟地、也即与该余弦发生器48和正弦发 生器46的输出信号相同步地并且在该A/D变换器级35中无相位抖动地到达。由于该分频器30的两个输入信号的相应相位偏移，这两个A/D变换器32、34还利 用一个固定的90°的相位偏移来进行触发。这样该模拟探测器信号就可以进行两分量分 析，也即不仅关于幅度而且关于相位。也就是说，在该A/D变换器级35的触发信号与发送 线圈18的信号之间的相位延迟应该是尽可能小的，其中尤其还应该避免所谓的相位抖动， 也即相位关系应该在时间上是尽可能精确恒定的。利用所示的控制装置37，保证了模拟探测器信号由每个A/D变换器32及34最高 每载波频率全波一次地被扫描(在该情况下η等于1)。但按照实际的差频，也即检验品速 度ν，η基本可以大于1，如此使得一般仅在载波振荡的每第η个全波处进行一次扫描。如前所述，总之正交地进行扫描。如果在0°和90°处扫描，那么就得到了缺陷信 号的复数分量。在180°和270°获得相同的分量，但是是反转的。通过分量的反转从而能 够形成一个平均值，并从而以高的扫描速率来运行。这对于噪声以及对于输入滤波器的设 计可能是有利的。该A/D变换器级35的被解调的数字双通道输出信号经过一个数字带通52，其中该 带通可以由该信号处理器60来体现，并且其用于去除位于缺陷信号带宽之外的干扰信号。 为此该高通(软件滤波器)的角频率优选地如此来选择，使得其小于该差频的四分之一，而 该低通的角频率优选地如此来选择，使得其至少是该差频的两倍，以避免去除包含有与缺 陷有关的信息的信号分量。该数字带通52利用该A/D变换器级35的扫描速率、也即触发速率来脉冲控制，这 所包含的大优点是，该带通的角频率在差频变化的情况下、也即在检验品速度ν变化的情 况下自动地跟随该差频，因为数字带通的角频率正比于脉冲速率，并且脉冲速率通过由该 控制单元37所给定的扫描频率而自动地与差频的变化相匹配。如果该发送频率发生变化，那么也得到类似结果。这从而降低了关于不同类型滤 波器级的数字滤波的耗费。为确定主差频所需的与有效宽度WB有关的信息可以由人工输入该信号处理器 60，或者直接由该探测器11来提供，这比如在EP 0 734 522 Bl中有阐述。也就是说，该测量系统近似地对差频的变化进行反应，该变化的原因是，虽然该检 验品速度ν保持恒定，但该接收线圈15更换为具有不同有效宽度WB的另一个。在由该数字带通52滤波之后所获得的有用信号以已知的方式在一个分析单元50 中被分析，以识别并定位该检验品13的缺陷，在此通常不仅引用了该缺陷信号的幅度信 息，而且引用了其相位信息。尤其在η值相对大的情况下，也即如果一般仅一个相对小数目的载波振荡全波被 扫描，那么在扫描停止期间比如该发送线圈15和/或分析电子装置、也即尤其该信号处理 器60被关闭或调节为静态，以实现功率消耗的降低，这尤其对于便携测量设备是有意义 的。在该处理器60中实现了用于前文结合图1所述的监控功能和校正功能的一个自 检单元62。从而该自检单元62控制具有三个开关63、67、69的一个开关配置66，以把该探测器11的发送线圈18的信号在该发送线圈18和该接收线圈15旁路的情况下直接作为周 期性输入信号而输入该信号处理中，也即输入到该带通19的输入中。在图3至5中示出了根据本发明的感应测量装置的一个例子，其中该装置用于探 测在流动液体中的导电微粒，并使用了一种数字解调方法。除了自检功能，在申请号为10 2007 039 434.0的未公开德国专利中阐述了这样一种装置。原则上该信号处理、尤其在该 A/D变换器级过调时的信号重建、和自检功能与在图2中所示以及前文中所述的解决方案 相类似地来构造。按照图4，一个管道10围绕有一个第一感应接收线圈12和一个与之轴向间隔设 置的第二感应接收线圈14，如此使得在该管道10中流过的液体16在轴向上流过该线圈12 和14。这两个线圈12、14的轴向间距和线圈12、14的轴向尺寸比如可以为2mm。这两个接 收线圈12、14在外部围绕有一个发送线圈18，该发送线圈与这两个线圈12、14共轴设置，并 具有比其更大的直径。该发送线圈18的轴向尺寸如此来设计，使得这两个接收线圈12、14 完全位于该发送线圈18之内。优选地该发送线圈18在轴向的尺寸至少是接收线圈12、14 轴向布置尺寸、也即线圈12、14的轴向尺寸加间距的两倍大。该线圈12、14、18设置于围绕 该管道10的机壳22中，并构成一个探测器11。典型地，该管道是机器的润滑油循环的组成部分，其中该液体16比如是其中具有 金属微粒的润滑油，其中该金属微粒典型地是来自机器运动部分的磨损。在干流中润滑油 流速的典型值是10升/分钟。在流量相当高的情况下，测量支流是符合目的的，而不是测
量干流。按照图5，这两个接收线圈12、14作为差动线圈15负连接，也即反向设置，如此使 得在这两个线圈12、14中感应了具有相同值、但符号相反的电压。该发送线圈18和接收线 圈12、14整体构成了一个变压器配置，其中该发送线圈18构成初级侧，该接收线圈12、14 构成次级侧。变压器磁芯在这种配置中由穿过线圈12、14、18的材料或介质，也即空气、机 壳22、管道10、以及具有微粒20的液体16构成。由微粒20所引起的线圈12、14的阻抗变化、也即在两个线圈12、14(微粒20远小 于线圈12、14的间距)之一中由于微粒20的瞬时存在而引起的这两个线圈12、14的阻抗 变化通过由该线圈12、14所输出的测量信号来呈现。在图3中示出了根据本发明的涡流测量装置构造的一个例子，其中该装置使用了 探测器11。该发送线圈18用于借助具有至少一个给定载波频率的交变电磁场在微粒20中感 应出涡流，涡流在作为差动线圈而构造的接收线圈15中再次感应出用作探测器信号的交 变电压，该交变电压具有与发送线圈18的载波频率相同的载波振荡，其中如果该微粒20到 达该接收线圈15的有效宽度WB中，那么该探测器信号的幅度和相位通过该微粒而被调制。该发送线圈18的电压比如可以如此来生成，即由计时器单元44所生成的一个二 进制信号作为给定频率而被提供给一个发生器48，该发生器由此生成一个矩形信号或一个 正弦信号，该信号经过一个曲线生成器40，并接着借助一个功率放大器42而被放大，之后 它被传输至该发送线圈18。优选地，该信号具有正弦的形状，并在最简单的情况下含有仅一 个唯一的载波频率，但其中原则上也可以同时利用多个载波频率和/或与正弦振荡有明显 差别的载波信号来进行测量。优选地该载波频率处于5kHz至IMHz的范围中。
13
由该接收线圈15所探测的探测器信号经过一个带通19以及一个可调前置放大器 17，之后它被传输给一个A/D变换器级35。该带通19 一方面借助低通针对由该A/D变换器 级35所进行的信号数字化而用作(反)混叠滤波器，以及另一方面借助高通用于去除低频 干扰信号。所述可调前置放大器17把模拟探测器信号的幅度变为对于该A/D变换器级35 最佳适合的幅度。该A/D变换器级35具有两个并行连接的A/D变换器32和34，其应具有高的分辨 率，但至少是16比特的分辨率，优选是至少32比特的，并且优选地应该能够每秒执行至少 500次A/D变换。该A/D变换器32、34优选地作为闪速变换器或者SAR(逐次逼近寄存)变 换器来构造。但是如果借助附加的D/A变换器或减法器来进行电压差补偿，那么12比特的A/D 变换器分辨率就足够了。该A/D变换器级35由一个控制装置37来触发，该控制装置具有如前所述的计时 器44、余弦发生器48、与之并行设置的正弦发生器46以及一个分频器30。在输入侧在该 分频器30上施加了由该余弦发生器48所产生的信号以及该正弦发生器46的信号，其中余 弦发生器的信号具有该发送线圈18的输入信号的载波频率的频率，正弦发生器的信号与 该余弦发生器48的信号相对应，但相位偏移了 90°。在该分频器30中这两个信号关于其 频率而被除以了一个整数η。相应被降频的输出信号用于触发该A/D变换器32及A/D变 换器34。该分频器30的数字η由一个数字信号处理器60根据“微粒频率”来进行选择的， 该“微粒频率”为液体16的流速V、也即微粒20的速度与接收线圈15的有效宽度WB之商。 优选地η与微粒频率成反比来选择，以达到使该A/D变换器级35的触发速率至少近似与微 粒频率成正比。这样就达到了，如果该有效宽度WB首先近似作为常数而被采用，那么在流 速/微粒速度ν较高并从而微粒频率较高的情况下，该模拟探测器信号相应较频繁地被扫 描。优选地该分频器30作为所谓的PAL (可编程逻辑阵列)元件来构造，以保证该触 发信号尽可能是无延迟地、也即与该余弦发生器48和正弦发生器46的输出信号相同步地 并且在该A/D变换器级35中无相位抖动地到达。由于该分频器30的两个输入信号的相应相位偏移，这两个A/D变换器32、34还利 用一个固定的90°的相位偏移来进行触发。这样该模拟探测器信号就可以进行两分量分 析，也即不仅关于幅度而且关于相位。也就是说，在该A/D变换器级35的触发信号与发送 线圈18的信号之间的相位延迟应该是尽可能小的，其中尤其还应该避免所谓的相位抖动， 也即相位关系应该在时间上是尽可能精确恒定的。利用所示的控制装置37，保证了模拟探测器信号由每个A/D变换器32及34最高 每载波频率全波一次地被扫描(在该情况下η等于1)。但按照实际的微粒频率，也即微粒 速度ν，η基本可以大于1，如此使得一般仅在载波振荡的每第η个全波处进行一次扫描。但是因为在每种情况下每个A/D变换器32、34最高每全波被扫描一次，所以通过 这种二次扫描从该数字信号中去除了载波振荡的频率、也即载波频率，也即借助二次扫描 来进行该模拟探测器信号的解调。优选地η如此来选择，使得在其中观测到一个标称值微粒信号的时间间隔中，也 即在其中微粒20的一个点移动穿过该接收线圈15的有效宽度WB的时间间隔中，也即在其中基本等于微粒主频倒数的时间间隔中，由每个A/D变换器32及34来进行至少5次扫描， 优选至少20次扫描，以仍然足以进行可靠微粒识别的方式来获得在该微粒信号中所包含 的信息。但通常在该时间间隔中需要进行不多于50次、最高100次扫描，最低10次扫描。载波振荡的频率应该如此来选择，使得其至少是该微粒频率的十倍，否则该微粒 信号就由太少的载波振荡全波来承载，并且微粒探测的可重复性变得有问题。该A/D变换器级35的被解调的数字双通道输出信号经过一个数字带通52，该数字 带通可以由该信号处理器60来体现，并且其用于去除位于微粒信号带宽之外的干扰信号。 为此该高通的角频率优选地如此来选择，使得其小于该微粒频率的四分之一，而该低通的 角频率优选地如此来选择，使得其至少是该微粒频率的两倍，以避免去除还包含有与微粒 穿过有关的信息的信号分量。该数字带通52利用该A/D变换器级35的扫描速率、也即触发速率来脉冲控制，这 所包含的大优点是，该带通的角频率在微粒频率变化的情况下，也即在微粒速度ν变化的 情况下自动地跟随该微粒频率，因为数字带通的角频率正比于脉冲速率，并且脉冲速率通 过由该控制单元37所给定的扫描频率而自动地与微粒频率的变化相匹配。为确定微粒主频所需的、与有效宽度WB有关的信息可以由人工输入到该信号处 理器60，或者直接由该探测器11来提供，这比如在EP 0 734 522B1中有阐述。也就是说，该测量系统近似地对微粒频率的变化作出反应，该变化的原因是，虽然 该微粒速度ν保持恒定，但该接收线圈15更换为具有不同有效宽度WB的另一个。尤其在η值相对大的情况下，也即如果一般仅一个相对小数目的载波振荡全波被 扫描，那么在扫描停止期间比如该发送线圈18和/或分析电子装置、也即尤其该信号处理 器60被关闭或调节为静态，以实现功率消耗的降低，这尤其对于便携测量设备是有意义 的。在由该数字带通52滤波之后所获得的有用信号在一个分析单元50中被分析，以 探测该微粒20的通过，其中在此不仅引用了该微粒信号的幅度信息，而且引用了其相位信 肩、ο该分析单元50符合目的地如此来构造，使得对所探测的微粒通过进行计数，以能 够推断在该液体16中的微粒浓度，并从而在必要时推断机器状态。原则上在差动线圈中由于制造差异(该差动线圈的各线圈在实际中从不完全相 同)而产生了线圈电压差，该线圈电压差可以超过真正的缺陷信号比如多个数量级(比如 100至30000倍)。由此所产生的接收线圈信号的与真正有用信号相比相对大的幅度对电 子装置提出了高的要求，并尤其对该A/D变换器、尤其其分辨率提出了高的要求。在该处理器60中实现了用于前文结合图1所述的监控功能和校正功能的一个自 检单元62。从而该自检单元62控制具有三个开关63、67、69的一个开关配置66，以把该探 测器11的发送线圈18的信号在该发送线圈18和该接收线圈15旁路的情况下直接作为周 期性输入信号而输入该信号处理中，也即输入到该带通19的输入中。
权利要求
用于无损地并且无接触地、尤其借助涡流来探测在相对于该装置移动的检验品(13)中的缺陷(23)的方法，其中借助发送线圈配置(18)给该检验品施加周期性交变电磁场；借助接收线圈配置(15)来探测周期性电信号，该信号具有载波振荡，其中如果该接收线圈配置探测到缺陷，那么该载波振荡的幅度和/或相位就被该检验品中的该缺陷而调制；该接收线圈信号借助A/D变换器级而被数字化；借助信号处理单元(17，19，35，37，52，60，68，74，76，78，80，88，90，94)从该数字化的接收线圈信号中生成有用信号；以及借助分析单元(50，60，64)来分析该有用信号以识别在该检验品中的缺陷；其特征在于，如果用该信号处理单元借助对该数字化接收线圈信号的曲线形式的监控，通过该接收线圈信号确定了该A/D变换器级的过调，那么该接收线圈信号的由该A/D变换器级所削波的部分就借助在数字化接收线圈信号中数学近似法而被重建。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该A/D变换器级(35)是可触发的，其中 该数字化的以及必要时被重建的接收线圈信号借助滤波器(52，78)而被滤波，以获得解调 的有用信号，并且其中该A/D变换器级以该发送线圈配置(18)的信号的载波振荡频率的η 分之一而被触发。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中η根据该差频来选择，该差频由在该 检验品(13)与该接收线圈配置(15)之间的相对速度和该接收线圈配置的有效宽度之商来 得出，并且其中该滤波器根据该差频来调节。
4.用于探测在管道(10)中以速度(ν)流动的液体中导电微粒(20)的方法，其中 借助发送线圈配置(18)给该液体施加周期性交变电磁场，以在该微粒中感应出涡流； 借助接收线圈配置(15)来探测与该涡流相对应的周期性电信号，该信号具有载波振荡，其中如果该微粒到达该接收线圈配置的有效宽度中，那么该载波振荡的幅度和/或相 位就通过该微粒而被调制；该接收线圈信号借助A/D变换器级而被数字化；借助信号处理单元(17，19，35，37，52，60，68，74，76，78，80，88，90，94)从该数字化接收线圈信号中生成有用信号；以及借助分析单元(50，60，64)来分析该有用信号以探测该导电微粒在该导管中通过； 其特征在于，如果用该信号处理单元借助对该数字化接收线圈信号的曲线形式的监控，通过该接收 线圈信号确定了该A/D变换器级的过调，那么该接收线圈信号的由该A/D变换器级所削波 的部分就借助在数字化接收线圈信号中数学近似法而被重建。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，该接收线圈信号的被削波的部分 借助平差计算而被重建。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，该接收线圈信号具有正弦形式的 幅度曲线。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，自动地或者按照外部要求对该信号处理单元(17，19，35，37，52，60，68，74，76，78，80，88，90，94)的信号处理功能进行系统定量检验，和/或对发送线圈配置(18)和/或接收线圈配置(15)进行系统定量检验，和/ 或代替该发送线圈配置和/或接收线圈配置设置校准器(96)，以对该信号处理单元进行校 正。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，自动地在该信号处理单元每次启动时来 对该信号处理单元(17，19，35，37，52，60，68，74，76，78，80，88，90，94)的信号处理功能进 行系统定量检验，和/或对发送线圈配置(18)和/或接收线圈配置(15)进行系统定量检验。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，该校准器(96)具有至少RC单元，并 且该信号处理单元(17，19，35，37，52，60，68，74，76，78，80，88，90，94)具有用于该接收线 圈信号的可调前置放大器(17，74)，其中该前置放大器如此来验证，即在该RC单元上提供 固定的正弦电压，该正弦电压的幅度如此来选择，使得在该前置放大器的不敏感调节处正 弦信号恰好还能够以所期望的精确度借助该A/D变换器级(80)而被数字变换，如此使得在 该前置放大器较高放大时该正弦信号被过调，并且其中在该前置放大器较敏感调节时借助 该接收线圈信号的由该A/D变换器级削波的部分来确定实际的信号幅度。
10.用于无损地并且无接触地探测在相对于该装置移动的检验品(13)中缺陷(23)的 装置，其具有发送线圈配置(18)，其具有至少发送线圈(18)，以给该检验品施加周期性交变电磁场，接收线圈配置(15)，其具有至少接收线圈(12，14，15)，以探测具有载波振荡的周期性 电信号，其中如果由该接收线圈配置探测到一个缺陷，那么该载波振荡的幅度和/或相位 就由于该检验品中的缺陷而被调制，A/D变换器级，以对该接收线圈信号进行数字化，信号处理单元(17，19，35，37，52，60，68，74，76，78，80，88，90，94)，以从接收线圈信号中产生有用信号；以及分析单元(50，60，64)，以为了识别在该检验品中的缺陷而分析该有用信号； 其特征在于，该信号处理单元构造成，如果用信号处理单元借助对该数字化接收线圈信号的曲线形 式的监控，通过该接收线圈信号确定了该A/D变换器级的过调，那么借助在数字化接收线 圈信号中数学近似法来重建该接收线圈信号的由该A/D变换器级所削波的部分。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，该装置构造为多通道的，其中该发送线 圈配置(18)和该接收线圈配置(15)分别具有多个线圈，这些线圈分别分配有某一测量频 率。
12.用于探测在管道(10)中以速度(ν)流动的液体(16)中的导电微粒的装置，其具有 发送线圈配置(18)，其具有至少发送线圈，以给该液体施加周期性交变电磁场，以在微粒中感应出涡流，接收线圈配置(15)，其具有至少接收线圈(12，14)，以探测与所感应的涡流相对应的、 具有载波振荡的周期性电信号，其中如果该微粒到达该接收线圈配置的有效宽度中，那么 该载波振荡的幅度和/或相位就由于该微粒而被调制，信号处理单元(17，19，35，37，52，60，68，74，76，78，80，88，90，94)，以从接收线圈信号中产生有用信号；以及分析单元(50，60，64)，以为了探测该导电微粒通过该导管而分析该有用信号；其特征在于，该信号处理单元构造成，如果用信号处理单元借助对该数字化接收线圈信号的曲线形 式的监控，通过该接收线圈信号确定了该A/D变换器级的过调，那么借助在数字化接收线 圈信号中数学近似法来重建该接收线圈信号的由该A/D变换器级所削波的部分。
13.根据权利要求10至12之一所述的装置，其特征在于，该A/D变换器级设置有针对 输入的过压保护。
14.根据权利要求10至13之一所述的装置，其特征在于自检单元(62)，其构造成用 于自动地或者按照外部要求对该信号处理单元(17，19，35，37，52，60，68，74，76，78，80，88， 90，94)的信号处理功能进行系统定量检验，和/或对发送线圈配置(18)和/或接收线圈配 置(15)进行系统定量检验，和/或按照外部要求借助于代替该发送线圈配置和/或接收线 圈配置设置的校准器(96)对该信号处理单元进行校正。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，该自检单元(62)构造成用于为检验 信号处理功能而如此连接该信号处理单元(17，19，35，37，52，60，68，74，76，78，80，88，90， 94)，使得该发送线圈配置(18)的信号直接作为周期性输入信号而被输入到该信号处理单 元中，其中该信号由该自检单元被系统地变化。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，该信号处理单元(17，19，35，37，52，60， 68，74，76，78，80，88，90，94)具有放大器(17，74)和滤波器(19，52，78)，其中该自检单元构 造成用于借助该发送线圈配置(18)的信号频率和幅度的变化，来验证所测量的放大器的 放大和所测量的滤波器的角频率和斜率是否处于给定的标准中，并且其中如果不满足该标 准，那么就输出相应的缺陷信号。
全文摘要
本发明涉及用于无损地并且无接触地、尤其借助涡流来探测在相对于该装置移动的检验品(13)中缺陷(23)的方法，其中借助发送线圈配置(18)给该检验品施加周期性交变电磁场；借助接收线圈配置(15)来探测周期性电信号，该信号具有载波振荡，其中如果该接收线圈配置探测到该缺陷，那么该载波振荡的幅度和/或相位就通过该检验品中的缺陷而被调制；该接收线圈信号借助A/D变换器级而被数字化；借助信号处理单元(17，19，35，37，52，60，68，74，76，78，80，88，90，94)从数字化的接收线圈信号中生成有用信号；以及借助分析单元(50，60，64)来分析该有用信号以识别在该检验品中的缺陷。根据本发明，如果用该信号处理单元借助对该数字化接收线圈信号的曲线形式的监控，通过该接收线圈信号确定了该A/D变换器级的过调，那么就借助在数字化接收线圈信号中数学法近似来重建该接收线圈信号的由该A/D变换器级所削波的部分。
文档编号G01N27/90GK101893601SQ20101017985
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月20日 优先权日2009年5月20日
发明者R·霍泽尔 申请人:普乐福尼克·迪特·布什股份公司