感應器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于感應熱成像的感應器(1)，所述感應器至少在部分區域中設計為繞成矩形的導體(2)，所述導體(2)包括閉合的導體回路(11)，所述導體回路(11)除了構成所述導體回路(11)的導體以外不含電氣構件。
【專利說明】感應器
[0001 ]本發明涉及一種用于感應熱成像的感應器。
[0002]感應熱成像是一種用于識別物體缺陷、尤其是零部件缺陷的方法。在感應熱成像中，借助被導引經過待檢測對象(被檢對象)的感應器在被檢對象中激勵出感應電流。被檢對象、尤其是零部件中的缺陷造成感應電流的局部擾動并且由于歐姆損失而導致被檢對象升溫的局部變化。該局部升溫的變化又用紅外攝像機檢測，從而通過評估借助紅外攝像機獲取的紅外圖像可以識別出該缺陷。
[0003]根據現有技術，用于檢測的感應器靠近對象地被布置在被檢對象上方。在此，被檢對象中所激勵的感應電流的最大幅值直接位于感應器導體之下。由此導致的缺點是，正是這個對于識別缺陷受關注的區域被感應器導體遮蓋，從而幾乎無法實現通過布置在感應器上方的紅外攝像機來拍攝該區域。
[0004]已知感應器的另一缺點是，在被檢對象的位置處的感應電流強烈取決于與感應器導體的位置的間距。由此尤其是在圍繞感應電流最大幅值的區域周圍造成該幅值的不均勻分布，這使得難以可靠地識別缺陷及其尺寸。
[0005]因此，本發明要解決的技術問題在于，提供一種用于感應熱成像的感應器，該感應器能夠避免現有技術的所述缺點。
[0006]該技術問題通過具有獨立權利要求1所述特征的裝置并且通過具有獨立權利要求8所述特征的方法解決。在從屬權利要求中給出了本發明的優選設計方案和擴展方案。
[0007]根據本發明的用于感應熱成像的感應器至少在部分區域中設計為繞成矩形的導體，其中該導體包括至少一個閉合的導體回路，該導體回路除了構成導體回路的導體以外不含電氣構件。
[0008]根據本發明，該導體和/或感應器的至少一個導體回路構成了有利于以熱成像的方式記錄被檢對象的熱量分布圖的視窗。例如，該記錄可以通過紅外攝像機實現，該紅外攝像機利用該視窗進行記錄。因此，根據本發明，檢測感應電流最大幅值的區域。由此避免了該區域被感應器導體遮蓋。可以設置多個導體回路。根據本發明的感應器的導體回路除了構成導體回路的電導體及其電氣性能之外不包含其它的電氣元件，例如額外的電阻、電感和/或電容。
[0009]內部閉合的導體回路的另一特別優點在于，使得感應電流的幅值在其最大區域中均勻化。由此在導體回路內部并且進而在視窗區域中形成了感應電流幅值和進而感應電流總體(感應電流通常具有幅值和相位)的基本上均勻的空間曲線。在此，視窗基本上對應于感應電流的最大幅值的區域。通過根據本發明地使感應電流空間均勻化，被檢對象的缺陷的可識別性得以改善并且還在視窗區域中保持幾乎恒定。使感應電流均勻化的另一優點在于，熱流垂直于感應器的導體而減小，從而減少了在被檢對象的棱、角或邊界面處的熱量積累。進一步地，通過導體回路增大了感應電流的最大幅值的區域。由此有利地增大了紅外攝像機的可用于評估的記錄區域或者說拍攝區域。
[0010]在根據本發明的用于運行感應熱成像的感應器的方法中，使交變電流流過至少在部分區域中繞成矩形的導體，其中，沿著該導體，借助導體回路將該交變電流分成兩個平行延伸的分交變電流。
[0011]有利的方式是，所述分交變電流在導體回路中同相。從而尤其在感應器的面向被檢對象的底側上導致由所述分交變電流產生的感應電流的結構性疊加。備選的觀察方式是對磁場的觀察。通過所述分交變電流產生的磁場尤其在面向被檢對象的底側上同相，從而導致這些磁場的結構性疊加(增強)，這同樣導致先前描述的感應電流的疊加。
[0012]根據本發明的一個有利的設計方式，導體回路包括至少兩個隔開布置的分導體，其中所述兩個分導體具有不變的相對彼此的間距。
[0013]由于所述兩個分導體的間距不變，所以視窗內的感應電流有利地接近均勻，由此改善了被檢對象缺陷的可識別性和可比較性。
[0014]根據本發明的一個有利的設計方式，導體回路包括兩個以不變的間距隔開的分導體，這兩個分導體基本上完全構成了由導體形成的矩形的一邊。
[0015]由此有利地獲得了增大的視窗，從而擴展了紅外攝像機的記錄區域。
[0016]這兩個均勻隔開的分導體的間距與目的適配。較小的間距與較大間距相比導致更大的均勻化。較大的間距使得視窗和進而使記錄區域增大。在此，小的間距要理解為這樣的間距，該間距小于針對分感應電流的幅值的空間變化而言的典型寬度，其中為了進行比較，考慮了垂直于分導體的分感應電流的幅值的空間變化。所述分感應電流是在被檢對象中激勵每個單獨的分導體的感應電流。
[0017]根據另一有利設計方式，所述的一邊被設計為繞成矩形的導體的長邊。
[0018]由此，有利地進一步增大了視窗，從而通過紅外攝像機檢測被檢對象的更大區域。
[0019]在本發明的一個有利擴展方案中，導體回路的各個分導體繞成橢圓弧狀。
[0020]首先，能夠區別開兩種類型的繞成或彎成橢圓弧狀的分導體。根據第一種類型，所述分導體在導體的矩形部分區域所處的平面內被繞成橢圓弧狀。根據第二種類型，所述分導體在與導體的矩形部分區域所處的平面垂直的平面內被繞成橢圓弧狀。
[0021]對于所述第一種類型，所述分導體從觀測方向觀察形成了橢圓形圓弧，尤其是形成了橢圓形半圓弧，其中該圓弧與導體的矩形部分區域基本上處于一個平面內。換言之，這些分導體作為導體的所述邊的橢圓形圓弧狀凸出部延續該導體的矩形部分區域。由此獲得了這樣的視窗，該視窗特別有利于被檢對象的彎曲的部分區域和/或有利于彎曲的被檢對象，但其待測表面基本是平的。例如，所述第一種類型的感應器有利于檢測燃氣輪機的燃燒室的部件。
[0022]根據所述第二種類型，導體回路從觀測方向觀察呈矩形。這時，通過橢圓弧狀的分導體獲得了未扭轉的、朝向被檢對象或者從被檢對象向外彎曲的視窗。通過視窗的彎曲和所述分導體的與該彎曲相對應的橢圓弧狀走向，實現了用于那些待測表面基本上僅僅在一個方向上彎折的被檢對象的感應器。所述表面的彎折的方向與視窗的彎曲相符，從而該視窗的彎曲或面狀彎折模仿該表面的彎折。導體回路的分導體因此具有幾乎不變的與被檢對象的間距，從而使待測表面的彎折對于感應電流幅值的影響通過模仿該彎折的視窗的彎折得以補償。尤其是對于檢測渦輪葉片而言，具有按前述類型的彎曲視窗的感應器是有利的。
[0023 ]根據本發明的一個有利設計方式，導體回路被繞成矩形。
[0024]在此，從紅外攝像機的觀測方向觀察，導體回路具有矩形形狀。通過該導體回路的矩形形狀實現了有利的矩形視窗。額外地平面的或平坦的矩形視窗對于那些其表面基本平坦的被檢對象是優選的。這里尤其有利的是矩形導體回路，該矩形導體回路與該導體的矩形部分區域處于一個平面內。對于那些朝向感應器的表面呈彎曲狀的被檢對象，同樣彎曲的導體回路是優選的。盡管導體回路具有朝向被檢對象的彎曲表面和/或向外繞制的形狀或彎曲，但該導體回路從紅外攝像機的觀測方向觀察具有矩形形狀。
[0025]根據一個有利的擴展方案，感應器包括至少兩個電氣接頭。
[0026]由此，感應器可以與用于供應電流和/或供應電壓的外部電源接觸。有利地，所述電氣接頭位于感應器的那一邊的對面并且與那一邊的分導體垂直地延伸。因此總的來說，感應器被設計為平的、繞成矩形的導體，其中導體的那一邊通過兩個平行間隔的分導體被加倍。
[0027]根據本發明的一個有利設計，交變電流的頻率處于10kHz至500kHz的頻率范圍內。
[0028]由此，根據趨膚效應獲得了感應電流向被檢對象中的有利滲透深度。例如，該滲透深度(趨膚深度)通常處于0.05_(鐵磁性鋼)至2_(精煉鋼)的范圍內。
[0029]根據本發明的另一有利設計，交變電流的電流強度為至少1000A。
[°03°]由于交變電流至少1000A的高電流強度，相應地形成了強磁場，該強磁場又在被檢對象中激勵出高的感應電流。由此，有利地簡化并且改善了通過紅外攝像機對被檢對象缺陷的檢測。
[0031 ]接下來借助三個優選實施例參照附圖來描述本發明，其中，
[0032]圖1示出了具有矩形導體回路的繞成矩形的感應器，其中該導體回路具有兩個平行隔開的分導體；
[0033]圖2說明了感應電流的幅值的空間變化；
[0034]圖3示出了具有導體回路的繞成矩形的感應器的三維視圖，其中導體回路的分導體被繞成橢圓弧狀;并且
[0035]圖4示出了具有繞成矩形和彎成面狀的導體回路的矩形感應器的三維視圖。
[0036]在附圖中同樣的元件設有相同的附圖標記。
[0037]圖1示出了感應器I，該感應器I設計為繞成矩形的導體2并且其第一長邊8具有閉合的導體回路11。所述導體回路11基本上設計為具有兩個平行的長邊81、82的矩形，其中所述長邊81、82由兩個平行隔開布置的分導體10、12構成并且基本上完全構成了導體2的第一長邊8。在此，分導體10、12幾乎完全沿著第一長邊8延伸。第二長邊9平行隔開地與第一長邊8對置，該第二長邊9包括兩個電接頭4、6。在此，這兩個電接頭4、6垂直于長邊8、9并且平行于導體2的寬邊18地延伸。
[0038]通過導體回路11構成了感應器I內的視窗14，利用該視窗14借助未示出的紅外攝像機記錄被檢對象的熱量分布。由此，感應器I能夠被假想成由導體16的兩倍構成，即由簡單繞成矩形的導體構成。換言之，導體回路11由兩個分導體11、12的并聯構成。
[0039]通常而言，導體回路11沒有附加電阻，其中附加電阻應理解為超出導體回路11的導線電阻以外的各電阻。
[0040]分導體10、12平行于方向20 (X方向)地延伸。由此，感應電流的幅值沿著方向20近似不變。在垂直于方向20的方向22(y方向)上，感應電流的幅值在視窗14的區域上由于導體2倍增為兩個分導體10、12而基本上不變。
[0041]通常而言，圖1所示的感應器I在圖1中未示出的被檢對象上導引。在此，規定感應器I與被檢對象之間的間距小于lcm。相對于與紅外攝像機的觀察方向23反向平行的Z方向，被檢對象位于感應器I下方，其中感應器I以在圖1中示出的方式布置在被檢對象與紅外攝像機之間。被檢對象上的熱量分布則通過視窗14借助紅外攝像機獲取。
[0042]圖2示出了沿著方向22的感應電流幅值106的空間變化。在此，繪制在橫坐標102上的是沿著方向22的相對距離(帶有正負符號)，其中該相對距離的零點值對應于所假想的導體16。分導體10、12與所假想的導體16具有大小相同的距離，因此所假想的導體16居中地位于兩個分導體10、12之間。繪制在縱坐標104上的是按其最大值被標準化的感應電流幅值106。
[0043]明顯可見的是均勻區域108，該均勻區域108基本上對應于視窗14沿著方向22的寬度。雖然在均勻區域108中存在感應電流幅值106的微小變化，但是該微小變化與幅值106的劇烈下降的側翼110相比可以忽略不計。對于根據現有技術已知的單純繞成矩形的感應器而言(其導體尤其是隨著所假想的導體16變化)，均勻區域18基本上會退化成一個點。
[0044]圖3中示出了感應器I的三維圖，其導體回路11沿著橢圓形圓弧161延伸。在此，分導體10、12被繞成橢圓弧狀并且以恒定間距隔開地位于具有導體2的矩形部分區域的平面中。因此，分導體10、12構成了導體2或感應器I的位于所述平面中的橢圓弧狀凸出部。感應器I又相對于z方向(與紅外攝像機的觀測方向23反向平行)位于被檢對象24的上方，其中感應器I以圖3中示出的方式布置在被檢對象24和未示出的紅外攝像機之間。
[0045]通過隔開布置的且繞成橢圓弧狀的分導體10、12，構成了彎曲的、橢圓形的視窗14，所述視窗特別優選地用于被檢對象的呈橢圓弧狀彎曲的部分區域和/或用于彎曲的被檢對象。一般來說，視窗14可以通過分導體10、12的布置來匹配被檢對象的任意幾何形狀。
[0046]圖4示出了感應器I，從平行于觀測方向23的視線觀察，其導體回路2設計為矩形。因此，這里示出的感應器I原則上等同于圖1中示出的感應器。只是視窗14通過繞成橢圓弧狀的分導體1、12而具有朝著被檢對象彎曲的形狀。
[0047]與圖3不同，分導體10、12不是在繞成矩形的導體2的平面內，而是在垂直于所述平面的平面內被繞成橢圓弧狀。因此，視窗14和所繞制的導體回路11直觀上等同于未扭轉的彎曲的矩形，該矩形朝向被檢對象24彎曲。通過視窗14的彎曲，視窗14與被檢對象24的彎折表面26相匹配。該匹配可以理解為分導體10、12與被檢對象24的彎折表面26的間距基本上不變。
【主權項】
1.一種用于感應熱成像的感應器(I)，所述感應器至少在部分區域中設計為繞成矩形的導體(2)，其特征在于，所述導體(2)包括閉合的導體回路(11)，所述導體回路(11)除了構成該導體回路(11)的導體以外不含電氣構件。2.根據權利要求1所述的感應器(I)，其特征在于，所述導體回路(11)包括兩個隔開布置的分導體(10、12)，其中，所述兩個分導體(10、12)彼此具有恒定的間距。3.根據權利要求2所述的感應器(I)，其特征在于，所述兩個分導體(10、12)基本上完全形成了由導體(2)構成的矩形的一邊(8)。4.根據權利要求3所述的感應器(I)，其特征在于，所述這一邊(8)設計為繞成矩形的導體(2)的長邊(8)。5.根據前述權利要求之一所述的感應器(I)，其特征在于，所述導體回路(11)的各個分導體(10、12)被繞成橢圓弧狀。6.根據前述權利要求之一所述的感應器(I)，其特征在于，所述導體回路(11)被繞成矩形。7.根據前述權利要求之一所述的感應器(I)，其特征在于，所述感應器(I)具有兩個電接頭(4、6)。8.—種應用感應器(I)用于感應熱成像的方法，其中，使交變電流流過至少在部分區域中繞成矩形的導體(2)，其中，沿著所述導體(2)，借助導體回路(11)將所述交變電流分成兩個平行延伸的分交變電流。9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述交變電流的頻率處于IOOkHz至500kHz的頻率范圍內。10.根據權利要求8或9所述的方法，其中，所述交變電流的電流強度為至少1000A。
【文檔編號】H01F27/28GK105993055SQ201580002831
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月21日
【發明人】M.羅森富塞
【申請人】西門子公司