感应器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于感应热成像的感应器(1)，所述感应器至少在部分区域中设计为绕成矩形的导体(2)，所述导体(2)包括闭合的导体回路(11)，所述导体回路(11)除了构成所述导体回路(11)的导体以外不含电气构件。
【专利说明】感应器
[0001 ]本发明涉及一种用于感应热成像的感应器。
[0002]感应热成像是一种用于识别物体缺陷、尤其是零部件缺陷的方法。在感应热成像中，借助被导引经过待检测对象(被检对象)的感应器在被检对象中激励出感应电流。被检对象、尤其是零部件中的缺陷造成感应电流的局部扰动并且由于欧姆损失而导致被检对象升温的局部变化。该局部升温的变化又用红外摄像机检测，从而通过评估借助红外摄像机获取的红外图像可以识别出该缺陷。
[0003]根据现有技术，用于检测的感应器靠近对象地被布置在被检对象上方。在此，被检对象中所激励的感应电流的最大幅值直接位于感应器导体之下。由此导致的缺点是，正是这个对于识别缺陷受关注的区域被感应器导体遮盖，从而几乎无法实现通过布置在感应器上方的红外摄像机来拍摄该区域。
[0004]已知感应器的另一缺点是，在被检对象的位置处的感应电流强烈取决于与感应器导体的位置的间距。由此尤其是在围绕感应电流最大幅值的区域周围造成该幅值的不均匀分布，这使得难以可靠地识别缺陷及其尺寸。
[0005]因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于感应热成像的感应器，该感应器能够避免现有技术的所述缺点。
[0006]该技术问题通过具有独立权利要求1所述特征的装置并且通过具有独立权利要求8所述特征的方法解决。在从属权利要求中给出了本发明的优选设计方案和扩展方案。
[0007]根据本发明的用于感应热成像的感应器至少在部分区域中设计为绕成矩形的导体，其中该导体包括至少一个闭合的导体回路，该导体回路除了构成导体回路的导体以外不含电气构件。
[0008]根据本发明，该导体和/或感应器的至少一个导体回路构成了有利于以热成像的方式记录被检对象的热量分布图的视窗。例如，该记录可以通过红外摄像机实现，该红外摄像机利用该视窗进行记录。因此，根据本发明，检测感应电流最大幅值的区域。由此避免了该区域被感应器导体遮盖。可以设置多个导体回路。根据本发明的感应器的导体回路除了构成导体回路的电导体及其电气性能之外不包含其它的电气元件，例如额外的电阻、电感和/或电容。
[0009]内部闭合的导体回路的另一特别优点在于，使得感应电流的幅值在其最大区域中均匀化。由此在导体回路内部并且进而在视窗区域中形成了感应电流幅值和进而感应电流总体(感应电流通常具有幅值和相位)的基本上均匀的空间曲线。在此，视窗基本上对应于感应电流的最大幅值的区域。通过根据本发明地使感应电流空间均匀化，被检对象的缺陷的可识别性得以改善并且还在视窗区域中保持几乎恒定。使感应电流均匀化的另一优点在于，热流垂直于感应器的导体而减小，从而减少了在被检对象的棱、角或边界面处的热量积累。进一步地，通过导体回路增大了感应电流的最大幅值的区域。由此有利地增大了红外摄像机的可用于评估的记录区域或者说拍摄区域。
[0010]在根据本发明的用于运行感应热成像的感应器的方法中，使交变电流流过至少在部分区域中绕成矩形的导体，其中，沿着该导体，借助导体回路将该交变电流分成两个平行延伸的分交变电流。
[0011]有利的方式是，所述分交变电流在导体回路中同相。从而尤其在感应器的面向被检对象的底侧上导致由所述分交变电流产生的感应电流的结构性叠加。备选的观察方式是对磁场的观察。通过所述分交变电流产生的磁场尤其在面向被检对象的底侧上同相，从而导致这些磁场的结构性叠加(增强)，这同样导致先前描述的感应电流的叠加。
[0012]根据本发明的一个有利的设计方式，导体回路包括至少两个隔开布置的分导体，其中所述两个分导体具有不变的相对彼此的间距。
[0013]由于所述两个分导体的间距不变，所以视窗内的感应电流有利地接近均匀，由此改善了被检对象缺陷的可识别性和可比较性。
[0014]根据本发明的一个有利的设计方式，导体回路包括两个以不变的间距隔开的分导体，这两个分导体基本上完全构成了由导体形成的矩形的一边。
[0015]由此有利地获得了增大的视窗，从而扩展了红外摄像机的记录区域。
[0016]这两个均匀隔开的分导体的间距与目的适配。较小的间距与较大间距相比导致更大的均匀化。较大的间距使得视窗和进而使记录区域增大。在此，小的间距要理解为这样的间距，该间距小于针对分感应电流的幅值的空间变化而言的典型宽度，其中为了进行比较，考虑了垂直于分导体的分感应电流的幅值的空间变化。所述分感应电流是在被检对象中激励每个单独的分导体的感应电流。
[0017]根据另一有利设计方式，所述的一边被设计为绕成矩形的导体的长边。
[0018]由此，有利地进一步增大了视窗，从而通过红外摄像机检测被检对象的更大区域。
[0019]在本发明的一个有利扩展方案中，导体回路的各个分导体绕成椭圆弧状。
[0020]首先，能够区别开两种类型的绕成或弯成椭圆弧状的分导体。根据第一种类型，所述分导体在导体的矩形部分区域所处的平面内被绕成椭圆弧状。根据第二种类型，所述分导体在与导体的矩形部分区域所处的平面垂直的平面内被绕成椭圆弧状。
[0021]对于所述第一种类型，所述分导体从观测方向观察形成了椭圆形圆弧，尤其是形成了椭圆形半圆弧，其中该圆弧与导体的矩形部分区域基本上处于一个平面内。换言之，这些分导体作为导体的所述边的椭圆形圆弧状凸出部延续该导体的矩形部分区域。由此获得了这样的视窗，该视窗特别有利于被检对象的弯曲的部分区域和/或有利于弯曲的被检对象，但其待测表面基本是平的。例如，所述第一种类型的感应器有利于检测燃气轮机的燃烧室的部件。
[0022]根据所述第二种类型，导体回路从观测方向观察呈矩形。这时，通过椭圆弧状的分导体获得了未扭转的、朝向被检对象或者从被检对象向外弯曲的视窗。通过视窗的弯曲和所述分导体的与该弯曲相对应的椭圆弧状走向，实现了用于那些待测表面基本上仅仅在一个方向上弯折的被检对象的感应器。所述表面的弯折的方向与视窗的弯曲相符，从而该视窗的弯曲或面状弯折模仿该表面的弯折。导体回路的分导体因此具有几乎不变的与被检对象的间距，从而使待测表面的弯折对于感应电流幅值的影响通过模仿该弯折的视窗的弯折得以补偿。尤其是对于检测涡轮叶片而言，具有按前述类型的弯曲视窗的感应器是有利的。
[0023 ]根据本发明的一个有利设计方式，导体回路被绕成矩形。
[0024]在此，从红外摄像机的观测方向观察，导体回路具有矩形形状。通过该导体回路的矩形形状实现了有利的矩形视窗。额外地平面的或平坦的矩形视窗对于那些其表面基本平坦的被检对象是优选的。这里尤其有利的是矩形导体回路，该矩形导体回路与该导体的矩形部分区域处于一个平面内。对于那些朝向感应器的表面呈弯曲状的被检对象，同样弯曲的导体回路是优选的。尽管导体回路具有朝向被检对象的弯曲表面和/或向外绕制的形状或弯曲，但该导体回路从红外摄像机的观测方向观察具有矩形形状。
[0025]根据一个有利的扩展方案，感应器包括至少两个电气接头。
[0026]由此，感应器可以与用于供应电流和/或供应电压的外部电源接触。有利地，所述电气接头位于感应器的那一边的对面并且与那一边的分导体垂直地延伸。因此总的来说，感应器被设计为平的、绕成矩形的导体，其中导体的那一边通过两个平行间隔的分导体被加倍。
[0027]根据本发明的一个有利设计，交变电流的频率处于10kHz至500kHz的频率范围内。
[0028]由此，根据趋肤效应获得了感应电流向被检对象中的有利渗透深度。例如，该渗透深度(趋肤深度)通常处于0.05_(铁磁性钢)至2_(精炼钢)的范围内。
[0029]根据本发明的另一有利设计，交变电流的电流强度为至少1000A。
[°03°]由于交变电流至少1000A的高电流强度，相应地形成了强磁场，该强磁场又在被检对象中激励出高的感应电流。由此，有利地简化并且改善了通过红外摄像机对被检对象缺陷的检测。
[0031 ]接下来借助三个优选实施例参照附图来描述本发明，其中，
[0032]图1示出了具有矩形导体回路的绕成矩形的感应器，其中该导体回路具有两个平行隔开的分导体；
[0033]图2说明了感应电流的幅值的空间变化；
[0034]图3示出了具有导体回路的绕成矩形的感应器的三维视图，其中导体回路的分导体被绕成椭圆弧状;并且
[0035]图4示出了具有绕成矩形和弯成面状的导体回路的矩形感应器的三维视图。
[0036]在附图中同样的元件设有相同的附图标记。
[0037]图1示出了感应器I，该感应器I设计为绕成矩形的导体2并且其第一长边8具有闭合的导体回路11。所述导体回路11基本上设计为具有两个平行的长边81、82的矩形，其中所述长边81、82由两个平行隔开布置的分导体10、12构成并且基本上完全构成了导体2的第一长边8。在此，分导体10、12几乎完全沿着第一长边8延伸。第二长边9平行隔开地与第一长边8对置，该第二长边9包括两个电接头4、6。在此，这两个电接头4、6垂直于长边8、9并且平行于导体2的宽边18地延伸。
[0038]通过导体回路11构成了感应器I内的视窗14，利用该视窗14借助未示出的红外摄像机记录被检对象的热量分布。由此，感应器I能够被假想成由导体16的两倍构成，即由简单绕成矩形的导体构成。换言之，导体回路11由两个分导体11、12的并联构成。
[0039]通常而言，导体回路11没有附加电阻，其中附加电阻应理解为超出导体回路11的导线电阻以外的各电阻。
[0040]分导体10、12平行于方向20 (X方向)地延伸。由此，感应电流的幅值沿着方向20近似不变。在垂直于方向20的方向22(y方向)上，感应电流的幅值在视窗14的区域上由于导体2倍增为两个分导体10、12而基本上不变。
[0041]通常而言，图1所示的感应器I在图1中未示出的被检对象上导引。在此，规定感应器I与被检对象之间的间距小于lcm。相对于与红外摄像机的观察方向23反向平行的Z方向，被检对象位于感应器I下方，其中感应器I以在图1中示出的方式布置在被检对象与红外摄像机之间。被检对象上的热量分布则通过视窗14借助红外摄像机获取。
[0042]图2示出了沿着方向22的感应电流幅值106的空间变化。在此，绘制在横坐标102上的是沿着方向22的相对距离(带有正负符号)，其中该相对距离的零点值对应于所假想的导体16。分导体10、12与所假想的导体16具有大小相同的距离，因此所假想的导体16居中地位于两个分导体10、12之间。绘制在纵坐标104上的是按其最大值被标准化的感应电流幅值106。
[0043]明显可见的是均匀区域108，该均匀区域108基本上对应于视窗14沿着方向22的宽度。虽然在均匀区域108中存在感应电流幅值106的微小变化，但是该微小变化与幅值106的剧烈下降的侧翼110相比可以忽略不计。对于根据现有技术已知的单纯绕成矩形的感应器而言(其导体尤其是随着所假想的导体16变化)，均匀区域18基本上会退化成一个点。
[0044]图3中示出了感应器I的三维图，其导体回路11沿着椭圆形圆弧161延伸。在此，分导体10、12被绕成椭圆弧状并且以恒定间距隔开地位于具有导体2的矩形部分区域的平面中。因此，分导体10、12构成了导体2或感应器I的位于所述平面中的椭圆弧状凸出部。感应器I又相对于z方向(与红外摄像机的观测方向23反向平行)位于被检对象24的上方，其中感应器I以图3中示出的方式布置在被检对象24和未示出的红外摄像机之间。
[0045]通过隔开布置的且绕成椭圆弧状的分导体10、12，构成了弯曲的、椭圆形的视窗14，所述视窗特别优选地用于被检对象的呈椭圆弧状弯曲的部分区域和/或用于弯曲的被检对象。一般来说，视窗14可以通过分导体10、12的布置来匹配被检对象的任意几何形状。
[0046]图4示出了感应器I，从平行于观测方向23的视线观察，其导体回路2设计为矩形。因此，这里示出的感应器I原则上等同于图1中示出的感应器。只是视窗14通过绕成椭圆弧状的分导体1、12而具有朝着被检对象弯曲的形状。
[0047]与图3不同，分导体10、12不是在绕成矩形的导体2的平面内，而是在垂直于所述平面的平面内被绕成椭圆弧状。因此，视窗14和所绕制的导体回路11直观上等同于未扭转的弯曲的矩形，该矩形朝向被检对象24弯曲。通过视窗14的弯曲，视窗14与被检对象24的弯折表面26相匹配。该匹配可以理解为分导体10、12与被检对象24的弯折表面26的间距基本上不变。
【主权项】
1.一种用于感应热成像的感应器(I)，所述感应器至少在部分区域中设计为绕成矩形的导体(2)，其特征在于，所述导体(2)包括闭合的导体回路(11)，所述导体回路(11)除了构成该导体回路(11)的导体以外不含电气构件。2.根据权利要求1所述的感应器(I)，其特征在于，所述导体回路(11)包括两个隔开布置的分导体(10、12)，其中，所述两个分导体(10、12)彼此具有恒定的间距。3.根据权利要求2所述的感应器(I)，其特征在于，所述两个分导体(10、12)基本上完全形成了由导体(2)构成的矩形的一边(8)。4.根据权利要求3所述的感应器(I)，其特征在于，所述这一边(8)设计为绕成矩形的导体(2)的长边(8)。5.根据前述权利要求之一所述的感应器(I)，其特征在于，所述导体回路(11)的各个分导体(10、12)被绕成椭圆弧状。6.根据前述权利要求之一所述的感应器(I)，其特征在于，所述导体回路(11)被绕成矩形。7.根据前述权利要求之一所述的感应器(I)，其特征在于，所述感应器(I)具有两个电接头(4、6)。8.—种应用感应器(I)用于感应热成像的方法，其中，使交变电流流过至少在部分区域中绕成矩形的导体(2)，其中，沿着所述导体(2)，借助导体回路(11)将所述交变电流分成两个平行延伸的分交变电流。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述交变电流的频率处于IOOkHz至500kHz的频率范围内。10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述交变电流的电流强度为至少1000A。
【文档编号】H01F27/28GK105993055SQ201580002831
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月21日
【发明人】M.罗森富塞
【申请人】西门子公司