用于对试样的能磁化的和/或不能磁化的部分进行无损的含量确定的设备和方法与流程

本发明涉及用于对试样的能磁化的和/或不能磁化的部分进行无损的含量确定的设备和方法，其中，将试样设置在导磁的磁轭的气隙中，通过励磁线圈的交变磁场强度在磁轭内产生交变磁场并且利用与磁轭电感耦合的测量装置检测试样的第一测量数据，并且借助第一测量数据与具有已知的能磁化的和/或不能磁化的含量部分的参考试样的第二测量数据的比较来确定试样中的能磁化的和/或不能磁化的含量部分。

背景技术：

由现有技术公知若干无损的方法(ep0267896a2)，利用该方法能确定试样的能磁化的含量部分和不能磁化的或铁磁的含量部分。在此，有待测量的试样被设置在导磁的磁轭的气隙中，通过励磁线圈向磁轭加载特定的磁场强度。励磁线圈是振荡电回路的一部分，振荡电回路的谐振频率根据试样的能磁化的或不能磁化的部分发生变化。利用测量装置在该振荡回路的测量频率下量取测量电流以及将测量电流用于推导出试样中能磁化的或不能磁化的部分的含量。但这种方法较易受到干扰并且此外还要求复杂的评估方法，特别是因为磁导率μ具有非线性的变化曲线。

技术实现要素：

因此，本发明所要解决的技术问题是：对本文开头提及类型的方法进行改进，使得该方法能较为快速地执行并且尽管如此仍具有高度的可靠性。

本发明在方法方面以如下方式解决所提出的技术问题，即，在检测试样和参考试样的第一和第二测量数据时，借助励磁线圈将相同的交变磁场强度或相同的交变磁场既馈入参考试样中也馈入试样中，并且将两个所检测的测量数据之间的差作为衡量尺度纳入对试样的能磁化的和/或不能磁化的含量部分的含量确定中。

若在检测试样和参考试样的第一和第二测量数据时借助励磁线圈将相同的交变磁场强度或相同的交变磁场既馈入参考试样中也馈入试样中，因此尽管磁导率μ是非线性或者磁导率与能磁化的和/或不能磁化的含量部分的函数相关性，仍获得了试样和参考试样的可比较的测量数据。

这例如在第一种变型方案中可以通过将具有同样的时间上的信号变化曲线(频率和振幅)的交变磁场强度既馈入试样也馈入参考试样(例如通过调节励磁线圈的电流i(t))达到。在此在假设磁轭的磁导率μj(在测量区域内)恒定不变的情况下，也可以假设该磁轭的磁阻rj是恒定不变的。参考试样的磁阻r参考和试样的磁阻rp因此可以被表达为磁动势θe(由励磁线圈产生)和在参考试样中的磁通φ参考或在试样中的磁通φp的函数：

在第二种变型方案中，可以通过馈入相同的交变磁场b实现，在每个时间点上使相同的磁通φp或φ参考流过试样、参考试验和磁轭(φ参考＝φp)。参考试样的磁阻r参考和试样的磁阻rp因此又可以被表达为磁通φp或φ参考的函数：

按照本发明，两种变型方案现在都能从测量中消除磁轭的影响。因此也能在后续形成两个所检测的测量数据的差并且可以将该差作为衡量尺度纳入对试样的能磁化的和/或不能磁化的含量部分的含量确定中。

在参考试样的能磁化的含量部分已知的情况下，也就是通过测量参考试样的磁通φ参考和试样的磁通φp可以由磁阻r参考和rp之比确定试样的能磁化的含量部分(通过算式(2)-(1)或(4)-(3)的相减和变换)。因此，提供了一种用于比较试样的和参考试样的测量数据的简单的评估方法，该评估方法还由于它在计算中的简单性而能较为可靠并且同时更为快速地确定试样的能磁化的或不能磁化的含量部分。

若经由磁轭与励磁线圈电感耦合的测量装置来测量交变磁场(b)，那么可以直接确定磁轭中的磁通密度。测量装置在此尤为优选被设计成在磁轭之上的测量线圈。在此，在测量线圈中感应出的电压v(t)通过积分仪被求积分，以便确定磁场强度(b)。因此，提供了一种简单的并且同时可靠的方法。

若在对试样的能磁化的和/或不能磁化的含量部分进行含量确定时确定试样的和参考试样的相对的磁导率，那么能确定一个物理上富有启发性的参数，该参数反映了试样的能磁化的含量部分。因此，提供了一种可靠的方法。

为了能特别简单地从差数据推断出铁含量，可能有利的是，将试样的相对磁导率模型化为纯铁的相对磁导率和空气的相对磁导率的和。换句话说，试样的和参考试样的磁阻可以被模型化为具有100％铁含量的层与空气层(具有0％的铁含量)的串联。由此可以得出在测量数据/差数据和铁含量之间的简单的相互关系，这能实现一种快速且可靠的方法。同样提到的有，可以被证实有利的是，参考试样的能磁化的部分和有待测量的试样的能磁化的部分差不多高，以便因此提高设备的敏感度/测量精度。参考试样的能磁化的含量部分优选是有待确定的试样的预期的能磁化的含量部分的平均值。

当相同的交变磁场强度通过调节励磁线圈的线圈电流i(t)被馈入试样和参考试样时，可以在方法技术上简单地实现该方法。因此例如在频率和幅度上相同的电流i(t)可以流过励磁线圈并且在这个励磁线圈中感应出限定的交变磁场强度。为了这个目的，可以例如在该方法中布置电流调节装置，以便为线圈馈入限定的电流i(t)。

当相同的交变磁场通过其调节被馈入试样和参考试样时，备选可以获得一种可靠的方法。这一点可以优选通过测量在测量线圈中的交变磁场完成，其中，在测量线圈中的感应出的电压被输送给积分仪，积分仪又与调节器连接，以便因此调节在磁轭中的交变磁场。

此外，若交变场强度的工作点在测量数据检测时处在磁轭的磁导率的平坦的曲线走向的区域内，那么可以提供一种特别可靠的方法。在此尤其可以在假设磁轭的磁导率恒定不变的情况下进一步减少近似误差。

此外，本发明所要解决的问题还在于，提供一种快速且可靠地执行按本发明的方法的设备。此外，该设备能特别精确地确定试样的能磁化的和/或不能磁化的含量部分。

本发明通过一种按照权利要求8至12中任一项的设备来解决该技术问题。

该设备具有与磁轭电感耦合的第一测量线圈，测量装置从该第一测量线圈检测测量数据，并且该设备具有与励磁线圈配合作用的调节装置，该调节装置用于在第一气隙内为参考试样或试样馈入相同的交变磁场强度或相同的交变磁场，并且该设备具有被构造成用于由参考试样和试样的测量数据产生差数据的差电路，并且该设备具有与差电路连接的、被构造成用于根据差数据对试样中的能磁化的和/或不能磁化的含量部分进行含量确定的评估装置，通过上述方式可以以结构上的方式确保，从试样和参考试样检测到的测量数据是可比较的并且因此可以精确地确定试验的能磁化的和/或不能磁化的含量部分。

为了在试样和参考试验中馈入相同的交变磁场强度，备选也可以设想一种设备，该设备具有：导磁的第一磁轭，该第一磁轭具有用于容纳试样的第一气隙；与第一磁轭电感耦合的第一测量线圈；导磁的第二磁轭，该第二磁轭具有用于容纳参考试样的第二气隙；与第二磁轭电感耦合的第二测量线圈；与两个磁轭电感耦合的励磁线圈。利用从第一和第二测量线圈检测第一和第二测量数据的测量装置，可以利用与测量装置连接的、被构造成用于由参考试样和试样的测量数据产生差数据的差电路，以及利用与差电路连接的、被构造成用于根据差数据来对试样中的能磁化的和/或不能磁化的含量部分进行含量确定的评估装置来进行含量的确定。

备选也可以设想一种设备，该设备具有：导磁的磁轭，其具有中间连接部和两个联接至中间连接部的、具有各一个气隙的侧向的臂，其中，第一气隙被构造成用于插入具有铁磁的材料部分的参考件，并且第二气隙被构造成用于插入试样；至少一个设置在磁轭的中间连接部上的励磁线圈；以及设置在每个臂上的至少一个第一和第二测量线圈，第一和第二测量线圈经由磁轭与所从属的励磁线圈电感耦合。因此可以以能在结构上简单解决的方式确保将相同的交变磁场强度馈入试样和参考试样。因此，也就是利用检测第一和第二测量线圈的第一和第二测量数据的测量装置以及利用与该测量装置连接的、被构造成用于由参考试样和试样的测量数据产生差数据的差电路，形成了试样和参考试样的测量数据的差。利用与差电路连接的、被构造成用于根据差数据对试样中的能磁化的和/或不能磁化的含量部分进行含量确定的评估装置，现在可以以在结构上简单地解决的方式借助参考试样准确且无损地分析试样。

当差电路将两个测量线圈电串联以产生差数据时，该设备可以在结构上被进一步简化。

当励磁线圈的交变磁场强度的工作点在测量数据检测时处在磁轭的磁导率的平坦的曲线走向中时，可以进一步提高该设备的准确度。

附图说明

在图中例如借助一个实施变型方案详细示出了发明主题。图中：

图1示出用于执行按本发明的方法的设备；

图2示出在测量方法中的磁化曲线的图示；

图3示出另一种用于执行按本发明的方法的设备；以及

图4示出用于执行按本发明的方法的第三种设备。

具体实施方式

在图1中示出了用于执行按本发明的方法的设备100，按本发明的方法用于对试样1的能磁化的和/或不能磁化的部分进行无损的含量确定。

试样1在此被带到导磁的磁轭3的气隙2中。通过励磁线圈4向磁轭3加载磁场强度h，磁轭在线圈中感应出了磁动势θe并且在磁轭3中以及因此也在试样1中产生了交变磁场b或磁通φ参考或φp。

测量装置5又与磁轭3电感耦合并且因此能够检测试样1的测量数据mp。这样检测到的试样1的第一测量数据mp之后被与参考试样6的利用同一设备1测得的第二测量数据m参考比较。此外，由参考试样6已知能磁化的或不能磁化的含量部分。

为了现在提供参考试样6和试样1之间的可比较的测量数据mp、m参考，按照本发明建议，始终将相同的交变磁场强度h馈入试样1和参考试样6。为此设置有调节回路7，该调节回路具有电流调节器16并且因此馈入交变电流i(t)，使得向试样1和参考试样6施加相同的交变磁场强度h。

备选也可以借助调节回路7将相同的交变磁场b馈入试样1和参考试样6，这在图1中用虚线示出。为了达到这一点，测量测量线圈13中的感应电压v(t)并且将该感应电压输送给积分仪17，积分仪计算交变场b。积分仪17的结果现在又被输送给电流调节器16，该电流调节器用于使得在磁轭3中出现期望的交变磁场。

因此按照本发明，相同的交变磁场强度h分别被馈入到试样1和参考试样6上，其中，通过测量装置5测量交变磁场b。为此，由测量装置5检测相互补充的值(b或h)并且将所检测的测量数据mp、m参考输送给差电路19，以及在那里被储存用于差计算。为了确定试样1中的能磁化的或不能磁化的含量部分，最后由差电路19形成前后相继测得的测量数据mp、m参考的差或形成差数据m差，并且将其输送给评估装置15，评估装置将这些差数据m差用作在对试样1的能磁化的和/或不能磁化的含量部分进行含量确定时的衡量尺度。换句话说，可以由交变磁场b参考和bp的差推断出试样中的能磁化的和/或不能磁化的材料的含量部分。

图2中示出了这种测量的结果。在此分别将同样的交变磁场强度h馈入试样1和参考试样6并且通过测量装置5既记录试样的磁滞回线50也记录参考试样的磁滞回线51。两种磁滞回线50、51现在可以在同样的场强的一个点hp上具有不同的磁场bp和b参考。现在可以由磁场强度的差例如推断出试样1中的能磁化的材料的含量部分，因为在参考试样6中的能磁化的材料的含量部分是已知的。可以对不能磁化的含量部分进行等效的思考。在此被证实尤为有利的是，记录在磁轭的磁导率μj的平坦的区域或曲线走向中的测量数据mp、m参考并且用于评估，因为这些测量数据然后可以被假设为是几乎恒定不变的以及因此由磁场的差计算得出。为此，励磁线圈4的交变磁场强度h的工作点在检测测量数据时处在磁轭3、30的磁导率的平坦的曲线走向中，这适用于所有的实施变型方案。因此能由磁场强度的差推导出在试样和参考试样之间的相对的磁导率μr的变化。

但备选同样可能的是，在测量数据检测时将同样的交变磁场b馈入试样1或参考试样6。测量装置5据此检测在试样1和参考试样6中的分别相同的磁场b下的场强度h。但在这个方法步骤上的示例性的测量数据m参考、mp在图中没有示出。

图3示出了用于执行测量方法的备选的设备101，该设备具有导磁的磁轭3，该磁轭具有中间连接部8和两个与之联接的侧向的臂9、10。两个臂9、10分别示出了气隙2、12，其中，第一气隙2构造用于插入试样1以及第二气隙12构造用于插入参考试样6。参考试样6的能磁化的含量部分在此是已知的。在磁轭3的中间连接部8上设置有励磁线圈4，而在两个臂9、10上设置有第一和第二测量线圈13、14，这些测量线圈与磁轭3电感耦合。测量装置5在此检测第一测量线圈13即试样1的第一测量数据以及第二测量线圈14即参考试样6的测量数据。

测量装置5从第一和第二测量数据产生差数据m差并且又与评估装置15连接，评估装置将差数据m差用于确定能磁化的或不能磁化的含量部分。

但测量装置5的测量线圈13、14在另一个实施方式中也能串联，如按图4的装置102所示那样。基于这种布线连接，可以通过测量线圈13、14中的感应电压v(t)的相减同时也形成设计上简单的差电路19。此外，按图4所示的设备102与按图3所示的设备的区别在于，在图3中没有设置单独一个磁轭3，而是设了两个磁轭3、30。这些磁轭3、30具有各一个测量线圈13、14和各一个气隙2、12。为了在两个磁轭3、30中馈入同一个交变磁场强度，按照本发明规定，励磁线圈4与两个磁轭3、30电感耦合，参看图4。设备102的这种结构形式可选地实现了更换磁轭3、30，这使设备102易于维修。