Was ist Induktive Bildgebung?
Bei der Induktiven Bildgebung handelt es sich um spezielle Zeilenscanner, die Bilder von Objekten auf der Grundlage ihrer Leitfähigkeit liefern. Deshalb spricht man auch von einer elektromagnetischen Zeilenkamera oder induktiven Sensoren. Diese induktiven Sensoren werden zur Visualisierung und Analyse der elektrischen und magnetischen Eigenschaften verschiedener Materialien eingesetzt und ermöglichen die Erkennung von Eisen- und Nichteisenmetallen. Das Funktionsprinzip beruht auf der Wechselwirkung zwischen einem magnetischen Wechselfeld und einem Material, das in dieses Feld gebracht wird.
Sensivität und Selektivität
Wichtige Merkmale, die bei der Auswahl eines Metallsensors berücksichtigt werden sollten, sind seine Sensivität und Selektivität.
Die Sensivität eines Metallsensors ist ein Maß für seine Fähigkeit, die Rückwirkung eines metallischen Objektes auf das von ihm erzeugte elektromagnetisch Wechselfeld, zu erkennen. Diese Rückwirkung basiert auf Wirbelströmen, die das Wechselfeld, das der Sensor erzeugt, in leitfähigen Objekten hervorruft (induziert). Es besteht eine Relation zwischen der Größe des leitfähigen Objektes und der (zu messenden) Rückwirkung. Zusätzlich hängt die Rückwirkung noch vom Abstand zur Sensoroberfläche, der Stärke des Feldes und der Leitfähigkeit des Materials ab. Vereinfacht bedeutet dies, die Sensivität beschreibt die Größe die ein leitfähiges Objekt haben muss, um ein verwertbares Ausgangssignal zu generieren
Die Selektivität eines Metallsensors ist ein Maß für seine Fähigkeit, durch die Rückwirkung eines metallischen Objektes auf das von ihm erzeugte elektromagnetisch Wechselfeld, auf die Art des Metalles schließen zu können. Selektive Metallsensoren verwenden sehr häufig mehrere (unteschiedlich hohe) Frequenzen um diese Messwerte zu generieren.
Da diese beiden grundlegenden Eigenschaften von Metallsensoren stark antikorreliert sind, ist die genaue Kenntnis bzw Spezifikation der Aufgabe unerlässlich um den optimalen Sensor für den jeweiligen Einsatzbereich auszuwählen.
Wie funktioniert ein Induktiver Sensor?
Nähert sich ein leitfähiges Objekt einem magnetischen Wechselfeld, entstehen auf der Oberfläche des Objektes in sich geschlossene Induktionsstromlinien. Da diese Ströme, wie Wirbel, in sich geschlossen sind, spricht man von sogenannten Wirbelströmen. Diese Wirbelströme erzeugen, ein sekundäres Magnetfeld, das dem Primär oder Erregerfeld entgegenwirkt. Das Messprinzip induktiver Sensoren basiert auf dieser Rückwirkung des Sekundärfeld auf das Primärfeld Das primäre magnetische Wechselfeld wird in der Regel durch Einspeisung eines Wechselstroms in eine Spule erzeugt. Die Stärke des induzierten Wirbelstroms widerum ist abhängig von Material, Abstand und Größe des leitenden Materials.
Sensoren, die diesen Effekt nutzen, werden allgemein als induktive Näherungsschalter bezeichnet. Die Hauptfunktion dieser Sensoren besteht darin zu schalten wenn sich ein leitfähiges (metallisches) Material in ihrer Nähe befindet. Durch geschickte Parametrierung bzw Schaltungstechnik können so Schalter gebaut werden, die zB. ausschließlich auf ferromagnetisches Material reagieren, während wiederum andere auf alle Metalle sensitiv reagieren.
Ein weiterer gängiger Anwendungsbereich ist die Wirbelstromprüfung, eine Technik, die Aufschluss über verschiedene Eigenschaften des geprüften Objekts gibt. Wirbelstromprüfung ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren, das Risse, Einschlüsse und Gefüge prüfen kann.
Die Abbildung zeigt einen Wirbelstromsensor in seiner einfachsten Konfiguration. Er besteht aus einer einzigen Spule, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt und gleichzeitig auch als Sensor für die Rückwirkung eines eventuell vorhandenen metallischen Objekts auf dieses Feld dient.
Bei diesem System werden zwei Empfangsspulen benutzt, die so verschalten sind, dass nur dann ein Messwert ungleich Null geliefert wird, wenn ein leitfähiges Objekt das Primär oder Erregerfeld beeinflusst. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass Störungen zwar beide Empfangsspulen beeinflussen, diese Störungen sich aber durch die Art der Verschaltung gegenseitig aufheben.
EVK Produkte nutzen diese beiden unterschiedlichen Ansätze, um Informationen über das Material zu sammeln, das durch das Feld des Sensors läuft.
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