Über die Wirbelstromprüfung und magnetische Streuflussprüfung mittels GMR-Sensoren

Abstract

Die GMR-Sensoren (GMR = Giant MagnetoResistance) sind für die niederfrequente Wirbelstrom(WS)-Prüfung (insbesondere die WS-Prüfung mit großer Eindringtiefe) und die magnetische Streuflussprüfung dank ihrer Hauptmerkmale - hohe, frequenzunabhängige Magnetfeldempfindlichkeit bei kleinen Abmessungen - von Interesse. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Ermittlung des Potenzials der GMR-Sensoren zur Verbesserung des Nachweis¬vermögens der in verschiedenen Anwendungen relevanten Zielgrößen. Daraus ergeben sich technische Regeln zur Auswahl der Verfahrensparameter sowie zur Auslegung der entsprechenden zerstörungsfreien Prüfsysteme. Anhand von halbanalytischen Modellen zur Beschreibung der Sensoranordnungen und der resultierenden WS-Messsignale sowie der Ergebnisse von entsprechenden Experimenten werden die Eigenschaften der konventionellen (induktiven) WS-Empfänger sowie der GMR-Sensoren untersucht und miteinander verglichen. Es wird gezeigt, dass die induktiven Spulen-Empfänger und der GMR-Empfänger in ihren Signalcharakteristiken bei der niederfrequenten WS-Prüfung ähnlich sind und dass der GMR-Sensor im Wesentlichen die Eigenschaften eines Spulen-Empfängers mit besonders kleinem Durchmesser besitzt. Die Leistungsfähigkeit der GMR-Sensoren bei der zerstörungsfreien WS- und Streufluss¬prüfung zur Werkstoffcharakterisierung, Fehlerdetektion und -charakterisierung sowie zur Geometrievermessung wird anhand von Anwendungsbeispielen demonstriert.

GMR (Giant Magneto Resistance) sensors warrant interest in low-frequency eddy current (EC) inspection techniques, particularly when a large inspection depth is required, and also in the magnetic flux leakage (MFL) technique. This is a result of the GMR sensor';s high frequency-independent sensitivity to the magnetic field along with the small dimensions. The target of the presented work is to evaluate the potential of GMR sensors to improve reliability and sensitivity of EC and MFL techniques of non-destructive testing and to provide their efficient application. Based on the characteristics of the GMR sensors, technical rules for optimal use, including design and setup parameters for EC and MFL techniques have to be established. By applying a semi-analytical approach to describe the response of the EC sensor arrange¬ments and by understanding and applying the results of corresponding experiments, the properties of conventional (inductive) EC receivers and GMR sensors are investigated and compared. It is demonstrated that for the low-frequency EC technique, the inductive coil sensor and the GMR sensor used as an EC receiving element are similar in their signal characteristics. Furthermore, the GMR sensor primarily provides the performance of a coil receiver with a significantly small diameter. The applicability of GMR sensors for non-destructive EC and MFL inspection tasks (material characterization, flaw detection, and dimensioning) is demonstrated with application examples.