DE69423023T2

DE69423023T2 - Zerstörungsfreie Testvorrichtung mit magnetischem Sensor vom SQUID-Typ

Info

Publication number: DE69423023T2
Application number: DE69423023T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Kugai
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2014-07-13
Also published as: US5990678A; US5589772A; EP0634663A1; DE69423023D1; EP0634663B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine zerstörungsfreie Testvorrichtung, insbesondere auf eine neue tragbare magnetische Testvorrichtung, die bei einem zu testenden Gegenstand Unreinheiten und Fehler mit einer hohen Empfindlichkeit messen kann.
Ein kleiner Fehler im Körper eines Flugzeugs oder Raumschiffs und in Satelliten führt oft zu ernsten Unfällen. Deshalb wird für den Körper dieser Fahrzeuge eine ständige Kontrolle und Wartung streng durchgeführt. Da jedoch ein sogenannter Zerstörungstest bei diesen Körpern nicht durchgeführt werden kann, sind die momentan durchgeführten Kontrollen auf Sicht- und Akustiktests beschränkt, sodass keine zufriedenstellende Kontrollgenauigkeit und Verlässlichkeit erreicht wird und die Arbeitseffizienz des Kontrollgangs gering ist.
Zusätzlich ist es bei verlegten Energie- und Signalübertragungskabeln möglich, die Oberfläche dieser Kabel mit dem Auge zu untersuchen und den Zustand der Leiter in den Kabeln auf der Basis der Qualität eines Übertragungssignals abzuschätzen. Jedoch gibt es bisher keine Methode, die es ermöglicht, den inneren Zustand von Isolatoren in den Kabeln zu untersuchen und die Zugfestigkeit der Einzelteile in dem Kabel zu kontrollieren. Ebenso ist es sehr schwierig, den inneren Zustand von strukturellen Drahtkabeln nach dem Einbau zu überprüfen.
Das Dokument US-A-4725778 offenbart eine zerstörungsfreie Testvorrichtung, die einen Stromgenerator zur Erzeugung eines Magnetfelds in einem Inspektionsbereich durch Einspeisung eines Stromes in den zu testenden Gegenstand und einen Magnetsensor zur Messung des Magnetfeldes in dem Inspektionsbereich aufweist.
Wie oben beschrieben, besteht auf verschiedenen technischen Gebieten ein großer Bedarf an einer Methode oder einer Vorrichtung, um äusserst kleine Unreinheiten und geringe Fehler in Materialien mit äussert großer Länge oder großer Fläche präzise zu messen. Jedoch wurde bisher keine solche Methode oder Vorrichtung vorgestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine zerstörungsfreie Testvorrichtung zu schaffen, welche die oben erwähnten Nachteile der bisherigen Vorrichtungen ausschließt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden erfindung ist es, eine zerstörungsfreie Testvorrichtung zu schaffen, die präzise und effizient ein ausladendes Element oder eine Struktur untersuchen kann.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine zerstörungsfreie Testvorrichtung zu schaffen, die einen zu testenden Gegenstand, wie verlegte Signal- und Energieübertragungskabel oder zusammengesetzte Strukturelemente, die alle nicht leicht bewegt, demontiert oder auseinandergenommen werden können, effizient untersuchen kann.
Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden erfindungsgemäß durch eine zerstörungsfreie Testvorrichtung gelöst, die einen magnetisch abgeschirmten Behälter, der einen magnetisch stabilen Inspektionsbereich bildet und eine magnetisch transparente Öffnung aufweist, welche dem Inspektionsbereich gegenüber liegt, und einen Magnetfeldgenerator, der mit dem magnetisch abgeschirmten Behälter verbunden ist und ein stabiles Magnetfeld in dem Inspektionsbereich erzeugt, aufweist. Und die desweiteren einen Magnetsensor, der in dem magnetisch abgeschirmten Behälter angeordnet ist und der wenigstens einen SQUID (Supraleitenden Quanten-Interferrometrischen Detektor) aufweist, um durch die Öffnung hindurch das Magnetfeld in dem Inspektionsbereich zu messen, und eine Anordnung, die im magnetisch abgeschirmten Behälter vorgesehen ist, um den Magnetsensor zu kühlen, aufweist. Dabei ist die Testvorrichtung derart ausgelegt, dass sie bezüglich eines zu testenden Gegenstandes in Längsrichtung beweglich ist, wobei sie gleichzeitig eine Positionsbeziehung zwischen dem Magnetsensor und dem zu testenden Gegenstand beibehält.
Mit dieser Anordnung kann eine sehr geringe Abweichung des Magnetfeldes, die durch Unreinheiten oder Fehler in dem zu untersuchenden Gegenstand entsteht, durch einen besonders hochsensitiven SQUID-artigen Magnetsensor gemessen werden. Zusätzlich ist es möglich, einen im Freien aufgestellten Gegenstand, wie umfangreiche Bauten und verlegte Kabel zu untersuchen.
Kurz zusammengefasst wird durch den Magnetfeldgenerator ein magnetisches Feld in dem Inspektionsbereich erzeugt, welcher durch den magnetisch abgeschirmten Behälter vor dem Einfluss des Umgebungsmagnetfeldes geschützt ist. Wird ein zu testender Gegenstand in den Inspektionsbereich mit dem festen Magnetfeld gebracht, entsteht in dem Magnetfeld eine Änderung entsprechend der magnetischen Suszeptibilität oder der Magnetisierung des zu testenden Gegenstandes. Weist der zu testende Gegenstand jedoch Unreinheiten oder Fehler auf, zeigt das Magnetfeld eine einzigartige Veränderung, die durch die Existenz der Unreinheiten oder Fehler verursacht wird. Diese einzigartige Veränderung des Magnetfeldes kann von dem besonders hochsensitiven SQUID-Sensor erfasst werden, auch wenn sie nur sehr gering ist. So kann der zu testende Gegenstand schnell und präzise zerstörungsfrei untersucht werden.
Wie oben erwähnt, weist die Testvorrichtung den magnetisch abgeschirmten Behälter zur Abschirmung des Inspektionsbereichs von dem Umgebungsmagnetfeld und den Magnetfeldgenerator zur Erzeugung des stabilen Magnetfeldes in dem Inspektionsbereich auf. Zu diesem Zweck kann der magnetisch abgeschirmte Container beispielsweise aus Permalloy ausgebildet sein.
Die zerstörungsfreie Testvorrichtung weist erfindungsgemäß zusätzlich eine Kühlanordnung auf, um den SQUID in dem Magnetsensor zu kühlen. Da der SQUID aus einer supraleitenden Schaltung mit einer schwachen Verbindung besteht, ist es notwendig, den Magnetsensor auf eine Temperatur zu kühlen, die nicht höher als die kritische Supraleitungstemperatur ist, wenn die zerstörungsfreie Testvorrichtung im Einsatz ist. Zu diesem Zweck umfasst eine Ausführungsform der zerstörungsfreien Testvorrichtung erfindungsgemäß einen thermisch isolierenden Behälter, der mit einem Kühlmedium gefüllt ist und in dem der Magnetsensor derart angeordnet ist, dass er in das Kühlmedium eintaucht, wenn die zerstörungsfreie Testvorrichtung im Einsatz ist.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der zerstörungsfreien Testvorrichtung wird der SQUID bevorzugt aus einem supraleitenden dünnen Oxidfilm gebildet. Im allgemeinen liegt bei supraleitenden Oxidmaterialien der supraleitende Zustand bei einer Temperatur vor, die durch kostengünstigen Flüssigstickstoff erreicht wird. Entsprechend ist es möglich, relativ leicht und kostengünstig eine tragbare zerstörungsfreie Testvorrichtung zu konstruieren, indem der SQUID in dem thermisch isolierenden Behälter angebracht und der thermisch isolierende Behälter mit Flüssigstickstoff gefüllt wird. Ausserdem ist es möglich, den Magnetsensor anstelle des flüssigen Stickstoffs, durch eine kleine Kältemaschine zu kühlen, die es ermöglicht, auf eine Temperatur zu kühlen, die nicht höher ist als die kritische Supraleitungstemperatur.
Des weiteren wird bei dem Betrieb der zerstörungsfreien Testvorrichtung bevorzugt ein Temperatursensor vorgesehen, der wenigstens die Temperatur in der Umgebung des SQUIDs überwacht und anzeigt, wenn die Temperatur unnormal ansteigt. Der Grund hierfür ist, dass ein supraleitender Schaltkreis mit dem SQUID normalerweise nur bei Temperaturen arbeitet, die nicht höher als die kritische Supraleitungstemperatur sind. Wird der supraleitende Zustand unterbrochen, kann der supraleitende Schaltkreis einerseits nicht normal arbeiten, andererseits kann er in extremen Fällen auch zerstört werden.
Um sicherzustellen, dass die gesamte zerstörungsfreie Testvorrichtung tragbar ist, kann des weiteren der Magnetfeldgenerator bevorzugt aus einer Permanentmagneteinheit bestehen, die keine zusätzliche Quelle, wie z. B. eine elektrische Stromversorgung benötigt. Alternativ kann der Magnetfeldgenerator aus einem Solenoid gebildet werden, der so ausgelegt ist, dass er leicht an eine externe elektrische Stromquelle angeschlossen werden kann.
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfidnung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 zeigt eine schematische Teilansicht einer ersten Ausführungsform der zerstörungsfreien Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
die Fig. 2A, 2B und 2C zeigen Magnetfelddiagramme, die die Fehler-/Unreinheitsuntersuchungstheorie der zerstörungsfreien Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 3 zeigt eine schematische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der zerstörungsfreien Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
die Fig. 4A und 4B zeigen schematische perspektivische Ansichten für zwei unterschiedliche Arbeitsbedingungen eines bestimmten Beispiels des Magnetfeldgenerators, der in der zerstörungsfreien Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
die Fig. 5A und 5B zeigen schematische Teilansichten einer dritten und vierten Ausführungsform der zerstörungsfreien Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist eine schematische Teilansicht einer ersten Ausführungsform einer zerstörungsfreien Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Die gezeigte zerstörungsfreie Testvorrichtung ist derart ausgelegt, dass sie einen zu testenden Gegenstand 1 in Form eines kontinuierlichen Stabes oder Drahtes untersuchen kann. Ein Magnetsensor 2 ist in einem nicht magnetischen thermisch isolierten Behälter 3 untergebracht, der mit einem Kühlmedium 4, wie Flüssigstickstoff, gefüllt ist. Ein oberes Ende des Behälters 3 kann mit einem thermischen Isolierstöpsel 5 hermetisch verschlossen werden.
Ein Magnetfeldgenerator 6 ist an einer äußeren Oberfläche eines unteren geschlossenen Bodens des Behälters 3 angeordnet. Dieser Magnetfeldgenerator 6 wird beispielsweise aus einem Paar von Permanentmagneteinheiten 6A und 6B gebildet, die derart voneinander getrennt sind, dass sie einen Zwischenraum bilden, in dem der zu testende stabähnliche Gegenstand 1 angeordnet werden kann. So durchdringt ein von der einen Permanentmagneteinheit 6A zu der anderen Permanentmagneteinheit 6B verlaufendes Magnetfeld den zu untersuchenden stabähnlichen Gegenstand 1 senkrecht zu einer in Längsrichtung verlaufenden Richtung des stabförmigen zu untersuchenden Gegenstandes 1.
Der thermisch isolierte Behälter 3 und der Magnetfeldgenerator 6 sind in einen magnetisch abgeschirmten Behälter 7A eingesetzt oder eingebracht, der beispielsweise aus Permalloy gebildet ist. Ein oberer Bereich des magnetisch abgeschirmten Behälters 7A ist mit einer magnetischen Abschirmkappe 78 bedeckt oder verkleidet, die ebenso beispielsweise aus Permalloy gebildet ist. Ein unteres Ende des magnetisch abgeschirmten Behälters 7A hat einen nach innen gerichteten Flansch 7C, der derart ausgelegt ist, dass er das Paar von Permanentmagneteinheiten 6A und 6B zwischen dem nach innen gerichteten Flansch 7C und der Bodenfläche des thermisch isolierten Behälters 3 trägt.
Eine magnetisch transparente Öffnung oder ein Fenster, das durch den nach innen gerichteten Flansch 7C gebildet wird, wird in ein nicht magnetisches konkaves Schutzelement 8 eingepasst, das ebenso als Platzhalter zum Trennen der Permanentmagneteinheiten 6A und 6B voneinander dient, um zwischen ihnen den oben erwähnten Zwischenraum zu gewähren, in dem der zu testende stabähnliche Gegenstand 1 eingesetzt wird. Dieses Schutzelement 8 wird bevorzugt aus einem Material mit hohen Verschleißfestigkeitseigenschaften und einem sehr geringen Oberflächenreibungskoeffizienten hergestellt. Beispielsweise kann das Schutzelement 8 aus verschiedenen Arten von Keramikmaterialien, Fluorkunststoffen oder Fluorharzen gebildet werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist der Magnetsensor 2 einen SQUID 22 und einen Flusstransformator 21 auf, die beide in das Kühlmedium 4 eingetaucht sind. Jedoch kann der Magnetfeldsensor 2 auch nur den SQUID 22 aufweisen.
Der Flusstransformator 21 hat beispielsweise eine Aufnahmespule und eine Eingangsspule 23, die miteinander zu einem geschlossenen Kreis verbunden sind. Die Aufnahmespule ist mindestens aus einem Paar von Spulen 24 und 25 gebildet, deren Wicklungsrichtungen einander entgegengesetzt sind, sodass die Gesamtheit des Magnetsensors die Form eines sogenannten Gradiometers bildet.
Da die Spulen 24 und 25 in einander entgegengesetzten Wicklungen gerichtet sind, sind die jeweiligen Ströme, die in den Spulen 24 und 25 durch räumlich einheitliche Magnetfelder erzeugt werden, in entgegengesetzter Richtung zueinander und heben sich deshalb auf. Ein Umgebungsmagnetfeld, das die Spulen 24 und 25 durch die magnetisch transparente Öffnung, die mit dem nicht magnetischen Schutzelement 8 verschlossen ist, beeinflusst, kann in einem kleinen Bereich, der von diesen Spulen 24 und 25 eingenommen wird, als räumlich einheitlich betrachtet werden. Daher wird nicht nur das Umgebungsmagnetfeld durch den magnetisch abgeschirmten Behälter 7A und die magnetische Abschirmkappe 7B abgeschirmt, sondern auch der Einfluss des Umgebungsmagnetfeldes auf den Magnetsensor, das aufgrund der Magnetabschirmung sehr gering sein sollte, kann in dem gradiometerartigen Magnetsensor ausgeglichen werden.
Allerdings ist die Abweichung des Magnetfelds durch Unreinheiten oder Fehler in dem zu untersuchenden Gegenstand äusserst lokalisiert und daher entsteht ein magnetischer Gradient zwischen den Spulen 24 und 25. Gerade die Abweichungen des Magnetfeldes durch die Unreinheiten oder Fehler kann von dem gradiometerartigen Magnetsensor gemessen werden. Um den magnetischen Gradienten zwischen den Spulen 24 und 25 durch die Unreinheiten oder Fehler einfach und genau zu messen, wird in diesem Fall bevorzugt, die Spulen 24 und 25 derart anzuordnen, dass der Abstand zwischen dem zu testenden Gegenstand und der Spule 24 sich wesentlich von dem Abstand zwischen dem zu testenden Gegenstand und der Spule 25 unterscheidet, wie es schematisch in Fig. 1 gezeigt ist.
Der Flusstransformator 12 ist magnetisch an den SQUID 22 gekoppelt, insbesondere an seine Eingangsspule 23. Der SQUID 22 ist durch ein Kabel 110, das durch den Stöpsel 5 und durch die Kappe 7B verläuft, an eine ausserhalb der zerstörungsfreien Testvorrichtung gelegenen Messeinheit 100 angeschlossen. Der SQUID 22 ist beispielsweise aus einem supraleitenden Hochtemperatur-Oxidmaterial gebildet.
Ein Handgriff 9 ist derart an einem oberen Bereich der Kappe 7B angebracht, dass ein Anwender die zerstörungsfreie Testvorrichtung transportieren kann, indem er mit der Hand den Handgriff angreift und ihn hochhebt. Hängt die zerstörungsfreie Testvorrichtung durch das Hochheben des Handgriffs 9 durch den Anwender herunter, so ist es möglich, die zerstörungsfreie Testvorrichtung in einer aufrechten Stellung beizubehalten, bei der der Stöpsel 5 oben und das geschlossene Ende des Behälters 3 unten ist. Daher wird verhindert, dass der Magnetsensor 2, insbesondere der SQUID 22 aus dem Kühlmedium 4 freigesetzt wird. Würde der SQUID 22 aus dem Kühlmedium 4 freigesetzt werden, wäre der supraleitende Zustand des SQUIDS und der damit verbundene supraleitende Schaltkreis gestört, sodass der Magnetsensor nicht ordnungsgemäß arbeiten würde.
Die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Testvorrichtung wird mit Bezug auf die Fig. 2A bis 2C beschrieben.
Wie in Fig. 2A gezeigt ist, wird angenommen, dass ein einheitliches Magnetfeld B zwischen den Permanentmagneteinheiten 6A und 6B erzeugt wird. Wird ein zu untersuchender Gegenstand 1 innerhalb des einheitlichen Magnetfelds B eingbracht, ändert sich das Magnetfeld entsprechend der magnetischen Suszeptibilität oder der Magnetisierung des zu untersuchenden Gegenstandes 1, bleibt jedoch stabil, wenn der zu untersuchende Gegenstand 1 weder Unreinheiten, noch Fehler aufweist.
Besitzt der zu untersuchende Gegenstand 1 einen Fehler X, wie in Fig. 2B gezeigt, oder eine Unreinheit Y, wie in Fig. 2C gezeigt, zeigt das Magnetfeld B eine beachtliche Änderung entsprechend dem Fehler X oder einer magnetischen Suszeptibilität oder einer Magnetisierung der Unreinheit Y. Die beachtliche Änderung des Magnetfeldes B wird durch den Magnetsensor gemessen, der das Ergebnis der Messung in Form eines Spannungssignals ausgibt.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die derart ausgelegt ist, dass sie einen zu untersuchenden Gegenstand 1A in Form eines breiten plattenähnlichen Materials von umfangreicher Struktur, wie beispielsweise den Körper eines Flugzeuges, untersuchen kann. Fig. 3 ist eine Teilansicht, die entlang einer Ebene verläuft, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Testvorrichtung liegt. Zudem sind in Fig. 3 Bauteilen mit ähnlicher oder entsprechender Funktion oder Konstruktion, zu denen aus Fig. 1, die gleichen Bezugszeichen gegeben, sodass dazu keine Erklärung erfolgt.
Der thermisch isolierte Behälter 3 ist im Vergleich zu der ersten Ausführungsform in Fig. 1 erweitert und eine Vielzahl von Magnetsensoren 2A und 2B sind in dem thermisch isolierten Behälter 3 angeordnet, anstelle eines einzigen Magnetsensors 2 wie bei der ersten Ausführungsform aus Fig. 1. Jeder der Magnetsensoren 2A und 2B umfasst einen SQUID 22A oder 22B und einen Flusstransformator 21A oder 21B, die beide in das Kühlmedium 4 eingetaucht sind. Jeder der Flusstransformatoren 21A und 21B besitzt eine Aufnahmespule und eine Eingangsspule 23A oder 238, die zu einem geschlossenen Kreis verbunden sind. Die Aufnahmespule wird von einem Spulenpaar 24A und 25A oder 24B und 25B gebildet, deren Wicklungsrichtungen einander entgegengesetzt sind, sodass die Gesamtheit eines jeden Magnetsensors die Form eines sogenannten Gradiometers besitzt.
Des weiteren ist als Magnetfeldgenerator ein Solenoid 6 angebracht, der einen unteren Bereich des thermisch isolierten Behälters 3 umgibt. Ein magnetisch abgeschirmter Behälter 7D weist ein ausgedehntes oder konisch erweitertes offenes unteres Ende auf, sodass der Solenoid 6 zwischen den äusseren Seitenflächen des unteren Bereichs des thermisch isolierten Behälters 3 und des erweiterten unteren Endes des magnetisch abgeschirmten Behälters 7D gelegen ist und gestützt wird.
Ferner sind eine Vielzahl von Rädern 10 seitlich an dem magnetisch abgeschirmten Behälters 7D angebracht. Diese Räder 10 ermöglichen es der zerstörungsfreien Testvorrichtung, sich sanft über den flächenähnlichen zu untersuchenden Gegenstand 1A zu bewegen, während ein Zwischenraum 80 zwischen der unteren Fläche der zerstörungsfreien Testvorrichtung und dem flächenähnlichen zu untersuchenden Gegenstand 1A eingehalten wird, nämlich einem Abstand zwischen den Magnetsensoren 2A und 2B und dem flächenähnlichen zu testenden Gegenstand 1A.
In Fig. 3 sind nur zwei Räder 10 gezeigt. Um jedoch den Abstand zwischen den Magnetsensoren 2A und 2B und dem flächenähnlichen zu untersuchenden Gegenstand 1A auf einem exakten konstanten Wert zu halten, werden bevorzugt drei oder mehr Räder angebracht. Ausserdem kann die zerstörungsfreie Testvorrichtung einen angekoppelten Antriebsmotor aufweisen, um die Räder 10 anzutreiben, sodass die zerstörungsfreie Testvorrichtung einen eigenen Antrieb aufweist. Diese selbstangetriebene zerstörungsfreie Testvorrichtung ermöglicht eine einfache innere Untersuchung von Rohren einer verlegten Pipeline und ist zur Untersuchung an Orten geeignet, wie beispielsweise Nuklearaufbauten, die manuell schwer zugänglich sind. In den Fig. 4A und 4B ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldgenerators in zwei verschiedenen Zuständen gezeigt.
In Fig. 4A umfasst jede Permanentmagneteinheit 6A und 6B ein Paar von Permanentmagneten 61 und 62, wobei der eine Permanentmagnet 61 fest ist und der andere Permanentmagnet 62 drehbar ist, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.
Beim Betrieb der tragbaren Testeinrichtung sind die Permanentmagneten 61 und 62 parallel zueinander und in der gleichen Polaritätsrichtung angeordnet, wie in Fig. 4A gezeigt ist, sodass sich die Permanentmagneten 61 und 62 magnetisch stark abstoßen und voneinander getrennt sind. In diesem Fall wird ein wesentliches Magnetfeld in der Umgebung der Permanentmagneten 61 und 62 erzeugt, sodass ein Magnetfeld entsteht, das sich von der Permanentmagneteinheit 6A zu der Permanentmagneteinheit 6B erstreckt.
Wenn die Untersuchung abgeschlossen ist, wird der Permanentmagnet 62 um 180º gedreht, sodass die Permanentmagneten 61 und 62 parallel zueinander angeordnet sind, ihre Polaritäten aber entgegengesetzt sind, wie in Fig. 4B gezeigt ist. In diesem Fall gehen die Permanentmagneten 61 und 62 eine starke magnetische Bindung miteinander ein, wie in Fig. 4B gezeigt ist, und der magnetische Fluss der beiden Permanentmagneten 61 und 62, die magnetisch miteinander verbunden sind, bildet eine Schleife. Mit anderen Worten wird kein wesentliches Magnetfeld in der Umgebung der magnetisch miteinander verbundenen Permanentmagneten 61 und 62 erzeugt.
In Fig. 5A ist die schematische Teilansicht einer dritten Ausführungsform einer zerstörungsfreien Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Anders als bei der ersten und der zweiten Ausführungsform, weist die dritte Ausführungsform eine Kühleinheit 40 auf und ist dennoch als Ganzes tragbar.
Die dritte Ausführungsform umfasst einen magnetisch abgeschirmten Behälter 70 in Form eines Kastens, auf dessen oberer Fläche ein Handgriff 90 angeordnet ist und in dessen Boden eine Öffnung ausgebildet ist. Ein Paar Magnetfeldgeneratoren 60 sind nahe der Öffnung gelegen. Auf dem Paar Magnetfeldgeneratoren 60 ist ein nicht magnetischer thermisch isolierter Behälter 60 angeordnet und ist vollständig von dem magnetisch abgeschirmten Behälter 70 umgeben. Innerhalb des thermsich isolierten Behälters 30 ist ein SQUID 20 angeordnet.
Zusätzlich ist angrenzend an den thermisch isolierten Behälter 30 innerhalb des magnetisch abgeschirmten Behälters 70 ein Joule-Thomson-Kühlgerät 42 angeordnet. Dieses Joule-Thomson-Kühlgerät 42 hat einen Kühltisch oder -stab 43, der in den thermisch isolierten Behälter 30 hineinragt und nahe des SQUIDS 20 verläuft. Das Joule- Thomson-Kühlgerät 42 kann durch eine Leitung 41A an einen ausserhalb gelegenen Kühlmediumtank (nicht dargestellt) angeschlossen werden, wie beispielsweise an einen Hochdruckstickstoff-Gaszylinder. Das Kühlgerät 42 ist ebenso an eine Abgasleitung 41B angeschlossen. So kann das Joule-Thomson-Kühlgerät 42 den SQUID 20 auf eine Temperatur, die nicht größer ist als die kritische Supraleitungstemperatur herunterkühlen und dort halten.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass diese dritte Ausführungsform der zerstörungsfreien Testvorrichtung die gleiche Untersuchungsmethode wie die erste und zweite Ausführungsform aufweist und daher eine Erklärung der Untersuchungsmethode unterbleibt.
Daher kann die zerstörungsfreie Testvorrichtung über einen langen Zeitraum im Freien eingesetzt werden, beispielsweise für die Untersuchung eines verlegten Kabel, da der SQUID durch den Einsatz der eingebauten Kühleinheit 40 für einen ausreichend langen Zeitraum in seinem supraleitenden Zustand gehalten werden kann.
In Fig. 5B ist eine vierte Ausführungsform gezeigt, die eine Abänderung der dritten Ausführungsform darstellt. Daher werden Bauteile in Fig. 5B, die denen in Fig. 5A gezeigten entsprechen, die gleichen Bezugszeichen gegeben und deren Erklärung unterbleibt. Diese vierte Ausführungsform umfasst einen innerhalb des magnetisch abgeschirmten Behälters 70 gelegenen Kühlmediumszylinder 44, der an den thermisch isolierten Behälter 30 angrenzt und innerhalb des magnetisch abgeschirmten Behälters 70 an das Kühlgerät 42 angeschlossen ist.
Da diese vierte Ausführungsform die nötige Kühlmediumsversorgung in sich beinhaltet, ist es möglich, die zerstörungsfreie Testvorrichtung unabhängig von einer Kühlmediumsversorgung einzusetzen und der Einsatz der zerstörungsfreien Testvorrichtung kann daher weiter ausgeweitet werden.
Wie ersichtlich ist, kann die dritte und vierte Ausführungsform eine willkürliche Einstellung oder Neigung einnehmen, im Unterschied zu der ersten und zweiten Ausführungsform. Daher kann die dritte und vierte Ausführungsform vorteilhaft eingesetzt werden, um umfangreiche Aufbauten, wie beispielsweise einen Flugzeugkörper, zu untersuchen.
Daher kann die erfindungsgemäße zerstörungsfreie Testvorrichtung äusserst kleine Fehler oder Unreinheiten schnell und präzise messen und ist zudem tragbar. Falls zusätzlich eine Vielzahl von Magnetsensoren eingebaut sind, ist es möglich, nicht nur das Vorhandensein von Fehlern oder Unreinheiten, sondern auch die Lage und Verteilung von Fehlern und Unreinheiten zu messen.
Ausserdem ist es möglich, die zerstörungsfreie Testvorrichtung uneingeschränkt im Freien zu verwenden, falls die Kühleinheit in die zerstörungsfreie Testvorrichtung eingesetzt ist. Dementsprechend kann die zerstörungsfreie Testvorrichtung vorteilhaft bei der Untersuchung von verlegten und festen Kabeln, des Körpers und Rahmens von großflächigen Fahrzeugen, wie Schiffen und Flugzeugen und großflächigen festen Aufbauten, wie Stahlbrücken oder anderen Stahlkonstruktionen eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezug auf die bestimmten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben.
Jedoch ist festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die Einzelheiten des gezeigten Aufbaus beschränkt ist, sondern dass Änderungen und Verbesserungen innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden können.

Claims

1. Zerstörungsfreie Testvorrichtung mit:

einem magnetisch abgeschirmten Behälter (7A-7D), der einen magnetisch stabilen Inspektionsbereich bildet und eine magnetisch transparente Öffnung aufweist, welche dem Inspektionsbereich gegenüberliegt;

einem Magnetfeldgenerator (6, 6A, 6B), der mit dem magnetisch abgeschirmten Behälter (7A-7D) verbunden ist zur Erzeugung eines stabilen Magnetfeldes indem Inspektionsbereich;

einem Magnetsensor (2), der in dem magnetisch abgeschirmten Behälter (7A-7D) angeordnet ist und der wenigstens einen SQUID (22) aufweist, um durch die Öffnung hindurch das Magnetfeld in dem Inspektionsbereich zu messen und

einer Anordnung (3, 4, 5), die im magnetisch abgeschirmten Behälter (7A-7D) vorgesehen ist, um den Magnetsensor (2) zu kühlen,

wobei die Testvorrichtung derart ausgelegt ist, dass sie bezüglich eines zu testenden Gegenstandes (1, 1A) in Längsrichtung beweglich ist, wobei sie gleichzeitig eine Positionsbeziehung zwischen dem Magnetsensor (2) und dem zu testenden Gegenstand (1, 1A) beibehält.

2. Testvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Kühlanordnung einen thermisch isolierten Behälter (3) aufweist, der den Magnetsensor (2) aufnimmt und der mit einem Kühlmedium (4) gefüllt ist, um den Magnetsensor (2) auf eine Temperatur zu kühlen, die nicht höher als die kritische Supraleitungstemperatur ist.

3. Testvorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Handgriff (9) im oberen Bereich (7B) des magnetisch abgeschirmten Behälters (7A-7D) angeordnet ist, sodass bei Verbindung der Testvorrichtung mit dem Handgriff (9) der Magnetsensor (2) ständig in das Kühlmedium (4) eintaucht.

4. Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Magnetfeldgenerator (6, 6A, 6H) wenigstens ein Paar Permanentmagnete (6A, 6B) aufweist, die wahlweise in einen ersten Zustand gebracht werden, in dem wenigstens ein Paar der Permanentmagnete (6A, 6H) parallel zueinander, jedoch mit entgegengesetzter Polarität zueinander angeordnet sind, sodass dieses wenigstens eine Paar von Permanentmagneten (6A, 68) eine starke magnetische Bindung zueinander eingeht und kein wesentliches Magnetfeld außerhalb dieses Paares von Permanentmagneten (6A, 6B) erzeugt wird, die magnetisch miteinander verbunden sind und die in einem zweiten Zustand, in dem dieses wenigstens eine Paar von Permanentmagneten (6A, 6B) parallel zueinander und mit gleicher Polaritätsrichtung angeordnet sind, die beiden das Paar bildenden Permanentmagnete (6A, 6B) einander magnetisch stark abstossen und ein erhebliches Magnetfeld außerhalb dieses Paares von Permanentmagneten (6A, 6B) erzeugen.

5. Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die außerdem einen nicht magnetischen Abstandshalter (8) aufweist, der am magnetisch abgeschirmten Behälter (7A- 7D) vorgesehen ist seitlich der Öffnung, um einen Abstand zwischen dem Magnetsensor (2) und dem zu testenden Gegenstand (1, 1A) einzuhalten.

6. Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die außerdem eine Vielzahl von nicht magnetischen Rädern (10) aufweist, die am magnetisch abgeschirmten Behälter (7A-7D) seitlich der Öffnung vorgesehen sind, um auf einer Oberfläche des zu testenden Gegenstandes (1, 1A) abrollen zu können und zugleich einen Abstand zwischen dem Magnetsensor (2) und dem zu testenden Gegenstand (1, 1A) einzuhalten.

7. Testvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Magnetsensor (2) einen Flußtransformator (21) aufweist, der magnetisch mit dem SQUID (22) gekoppelt ist.

8. Testvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Flußtransformator (21) wenigstens ein Paar Aufnahmespulen (24, 25) aufweist, die gegensinnig zueinander gewickelt sind, sodass der Magnetsensor (2) ein Gradiometer darstellt.