2.3.3 Magnetische Streuflussprüfung mit angepassten GMR Sensor Arrays
- Event
- 16. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2012
2012-05-22 - 2012-05-23
Nürnberg, Germany - Chapter
- 2.3 Magnetsensoren
- Author(s)
- A. Neubauer, M. Pelkner, V. Reimund, T. Erthner, H. Thomas, M. Kreutzbruck, N. Bertus - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin
- Pages
- 231 - 239
- DOI
- 10.5162/sensoren2012/2.3.3
- ISBN
- 978-3-9813484-0-8
- Price
- free
Abstract
Für die zerstörungsfreie Prüfung (zfP) ferromagnetischer Materialien auf offene und oberflächennahe Defekte wird in industriellem Umfeld immer noch standardmässig die Magnetpulvermethode verwendet. Gründe dafür finden sich in der einfachen Prüfmethodik gepaart mit einer hohen Feldempfindlichkeit und Ortsauflösung. Ein prinzipieller Nachteil der Magnetpulverprüfung ist jedoch die fehlende Tiefeninformation, d.h. eine quantitative Messung der Defekttiefe ist mit dieser Methode nicht möglich. Vielfach ist aber eine genaue Kenntnis der Defektparameter vorteilhaft um die Ursachen und das Fortschreiten der Störung zu verstehen, bzw. diese zu vermeiden.
Für eine quantitative Streuflussmessung stehen eine Vielzahl von Magnetfeldsensoren zur Verfügung, wie z.B. Hall-Elemente, magnetoresistive Sensoren, Fluxgate oder SQUID Sonden. In dieser Arbeit untersuchen wir die Verwendung von GMR (giant magneto resistance) Sensoren für die magnetische Streuflussprüfung. Diese sind aufgrund ihrer hohen Feldempfindlichkeit, ihres guten Signal-Rausch-Verhältnisses, sowie ihrer kleinen Sensorflächen, die eine hohe Ortsauflösung erlauben, für die zfP besonders geeignet. Dabei wurden grundsätzlich folgende Ziele verfolgt:
(i) Ein zuverlässiger Nachweis kleinster Oberflächenrisse im μm-Bereich (Mikrorisse) in ferromagnetischen Bauteilen mit angepassten GMR-Sensoren.
(ii) (ii) Eine quantitative Verifizierung der experimentellen Ergebnisse durch den Vergleich mit analytisch und numerisch simulierten Streufeldsignalen. Dies beinhaltet eine Simulation der Feldverteilung im ferromagnetischen Bauteil mit der Finite-Elemente-Methode (FEM). (iii) Eine Rekonstruktion der Rissparameter aus den gemessenen Streufeldsignalen. (iv) Das Design eines für die zfP angepassten Sensorarrays und die Entwicklung einer entsprechenden Messelektronik, um die Industrietauglichkeit der GMR-Prüfköpfe zu demonstrieren.
In diesem Bericht wird zunächst das Grundprinzip der magnetischen Streuflussprüfung erläutert und auf verschiedene Risssignale hingewiesen, die in Abhängigkeit unterschiedlicher Sensoranordnungen auftreten. Im nächsten Abschnitt werden Messungen in Remanenz, d.h. an einem aufmagnetisiertem Bauteil, mit einem tangentialen GMR-Gradiometer gezeigt. Hier zeigt sich bereits, dass mit GMR-Sensoren bereits kleinste Oberflächenrisse mit einem guten Signal-Rausch-Verhältnis erkannt werden. Unter Verwendung des analytischen Modells von Shcherbinin kann mit einem einfachen Algorithmus bereits eine schnelle Abschätzung der Defektgeometrien erreicht werden, wie im darauffolgenden Abschnitt dargestellt wird. Im zweiten Teil dieses Berichts werden die Ergebnisse einer GMR-Streuflusssonde mit lokaler Magnetisierung, d.h. eine lokale Aufmagnetisierung des Bauteils mit Hilfe eine Magnetjochs beschrieben. Dies ermöglicht einerseits eine Reduktion der Arbeitsschritte im industriellen Bereich, da dadurch die Entmagnetisierung der zu untersuchenden Bauteile vermieden werden kann. Andererseits ermöglicht es die lokale Magnetisierung eine kontrollierte magnetische Feldverteilung im Bauteil zu erhalten, was wiederum als Grundlage für eine detaillierte Rekonstruktion der Defektparameter dient.