................................................................................................................................... V 1. Einleitung und Aufgabenstellung..................................................................................... 1 2. Einführung in die Wirbelstromund Streuflussprüfung .............................................. 4 2.1. Wirbelstromverfahren ................................................................................................ 5 2.2. Eindringtiefe der Wirbelströme ............................................................................... 10 2.3. Streuflussverfahren .................................................................................................. 12 3. Magnetfeldsensoren......................................................................................................... 15 3.1. Induktive Sensoren (Spulen).................................................................................... 16 3.2. Fluxgate-Sensoren.................................................................................................... 17 3.3. SQUID ..................................................................................................................... 18 3.4. Hall-Sensoren........................................................................................................... 18 3.5. Magnetoresistive Sensoren ...................................................................................... 18 3.6. GMR-Sensoren......................................................................................................... 20 3.6.1. Der GMR-Effekt .......................................................................................... 20 3.6.2. Industrielle Anwendungen von GMR-Sensoren .......................................... 21 3.6.3. zfP-Anwendungen von GMR-Sensoren (Stand der Technik)...................... 22 4. Integration des GMR-Sensors in ein Wirbelstrombzw. Streuflussprüfsystem ....... 24 4.1. Aufbau von GMR-Sensoren der Serien AA und AB (NVE) ................................... 24 4.2. Anwendungsspezifische Eigenschaften der GMR-Sensoren................................... 28 4.2.1. Magnetfeld-Empfindlichkeit ........................................................................ 28 4.2.2. Verzerrungsfreiheit ...................................................................................... 29 4.2.3. Eigenrauschen .............................................................................................. 31 4.3. Vorverstärkerschaltungen für den Einsatz des GMR-Sensors zur Streuflussund Wirbelstrommessung ........................................................................................ 33 5. Modellhafter Vergleich von GMR-Sensor und Spule bei der WS-Prüfung mit großer Eindringtiefe ............................................................. 35 5.1. Auswahl des Modellansatzes, Definition der Modellgeometrie .............................. 35 5.2. Mathematische Beschreibung der Modelle.............................................................. 37 Inhaltsverzeichnis II 5.2.1. Berechnung der Feldkomponenten .............................................................. 37 5.2.2. Signalantwort der Empfangs-Spule.............................................................. 39 5.2.3. Signalantwort des GMR-Sensors ................................................................. 40 5.3. Numerische Simulation von Sensoranordnungen.................................................... 41 5.3.1. Berechnung der Impedanz-Ortskurven ........................................................ 41 5.3.2. Überprüfung der erstellten Modelle im Experiment .................................... 46 5.3.3. Analyse der Tiefenreichweite und des Abhebeeffekts................................. 49 5.4. Experimenteller Vergleich der Ortsauflösung sowie der Empfindlichkeit des GMR-Sensors und der Spule ............................................................................. 52 5.4.1. Ortsauflösung des GMR-WS-Sensors und des Spulen-WS-Sensors bei der Fehlerprüfung mit hoher Eindringtiefe ............................................ 53 5.4.2. Empfindlichkeit des GMR-Sensors und einer Miniaturspule ...................... 56 6. Wirbelstromund Streufluss-Techniken mit GMR-Sensoren .................................... 59 6.1. Charakterisierung (Online-Monitoring) magnetischer Werkstoffeigenschaften im Ermüdungsversuch ................................ 59 6.2. Wirbelstromprüfung mit großer Eindringtiefe......................................................... 62 6.2.1. Niederfrequenz-Wirbelstromprüfung austenitischer Rohrleitungen............ 62 6.2.2. Nachweis und Charakterisierung von Fehlern in dickwandigen Flugzeugstrukturen aus Aluminium mit einem GMR-Sensorarray ............. 66 6.3. Detektion ferromagnetischer Kleinpartikel.............................................................. 73 6.4. Positionserkennung eines ferromagnetischen Gegenstands hinter einer Stahlabdeckung..................................................................................... 74 6.5. Detektion nichtmetallischer Einschlüsse im Feinblech ........................................... 76 7. Zusammenfassung und Ausblick ................................................................................... 81 Literatur .................................................................................................................................. 84