DIN 54145-1-2013 Non-destructive testing Electromagnetic detection Part 1 Passive magnetics《无损检测 电磁检测 第1部分 无源磁学》.pdf

1、Februar 2013DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 11DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 19.100!$1J“1931439www.din.deDDIN 54145-1Z

2、erstrungsfreie Prfung Elektromagnetische Detektionsverfahren Teil 1: Passive MagnetikNon-destructive testing Electromagnetic detection Part 1: Passive magneticsEssais non destructifs Detection electromagntique Partie 1: Magntique passiveAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin

3、www.beuth.deGesamtumfang 17 SeitenDIN 54145-1:2013-02 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe 5 4 Fluxgate-Verfahren . 6 4.1 Allgemeines . 6 4.2 Vertikaldifferenzmagnetometer . 7 4.2.1 Allgemeines . 7 4.2.2 Aufbau Funktionsweise . 7 4.2.3

4、 Festlegung der Kennwerte . 7 4.2.4 Prfung der Kennwerte 8 4.2.5 Prfbericht . 9 4.3 Dreiachsmagnetometer 9 4.3.1 Allgemeines . 9 4.3.2 Aufbau und Funktionsweise 10 4.3.3 Festlegung der Kennwerte . 10 4.3.4 Prfung der Kennwerte 11 4.3.5 Prfbericht . 12 4.4 Dreiachsdifferenzmagnetometer . 13 4.4.1 All

5、gemeines . 13 4.4.2 Aufbau und Funktionsweise 13 4.4.3 Festlegung der Kennwerte . 13 4.4.4 Prfung der Kennwerte 14 4.4.5 Prfbericht . 15 5 Personalqualifikation . 15 Anhang A (informativ) Muster-Prfbericht. 16 A.1 Allgemeines . 16 A.2 Prfbericht . 17 DIN 54145-1:2013-02 3 Vorwort Dieses Dokument wur

6、de vom Arbeitsausschuss NA 062-08-24 AA Elektrische und magnetische Prfverfahren“ im Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DIN ausgearbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortli

7、ch, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Die Normenreihe DIN 54145, Zerstrungsfreie Prfung Elektromagnetische Detektionsverfahren besteht aus den folgenden Teilen: Teil 1: Passive Magnetik Teil 2: Aktive elektromagnetische Induktionsverfahren DIN 54145-1:2013-02 4 Einleitu

8、ng Nicht zur Wirkung gelangte Kampfmittel aus zurckliegenden Kriegen und militrischen Konflikten stellen ein Gefhrdungspotential dar. Im Rahmen der Gefahrenabwehr wurden Methoden und Verfahren entwickelt, diese Kampfmittel zu lokalisieren, um sie bergen und unschdlich machen zu knnen. Zur Lokalisier

9、ung wurden Detektionsverfahren entwickelt, basierend auf der Messung des Erdmagnetfeldes, elektromagnetischer Felder sowie reflektierter Bodenradarwellen. Die in der Normenreihe festgelegten Detektor-Kenngren und deren Prfung durch einerseits den Hersteller und anderseits den Anwender liefert ein ch

10、arakteristisches Bild des Detektors, das es Dritten erlaubt, ber die Verwendbarkeit des Detektors zu entscheiden. DIN 54145-1:2013-02 5 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument legt Mindestanforderungen an Umfang und Verifizierung von Kennwerten fr elektro-magnetische Detektoren von Kampfmitteln fest. Te

11、il 1 dieser Normenreihe legt Anforderungen fr in der Kampfmitteldetektion gebruchliche Detektoren fr ferromagnetische Strkrper fest, die primr durch die Hlle des Kampfmittels gebildet werden. Er gibt Leitlinien vor fr die fluxgate-basierenden Vertikaldifferenzmagnetometer, Dreiachsmagnetometer und D

12、reiachsdifferenzmagnetometer. Detektoren fr ferromagnetische Strkrper verwenden passive Verfahren und erfassen dabei die Anomalie des Erdmagnetfeldes, hervorgerufen durch die Magnetisierung des Strkrpers. Die Magnetisierung des Strkrpers besteht aus zwei Komponenten, die durch das Erdmagnetfeld indu

13、zierte Magnetisierung sowie eine remanente Magnetisierung. Die Magnetisierunskomponenten addieren sich vektoriell. Teil 2 dieser Normenreihe gilt fr Detektoren fr metallische Strkrper, die durch die Hlle und weitere Komponenten des Kampfmittels gebildet werden. Detektoren fr metallische Strkrper ver

14、wenden aktive Verfahren, um lokale Anomalien im umgebenden Medium, unter anderem hervorgerufen durch Objekte, die sich zum Beispiel durch unterschiedliche Leitfhigkeit vom umgebenden Erdreich unterscheiden, zu erfassen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung

15、 dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 1319-1:1995-01, Grundlagen der Messtechnik Teil 1: Grundbegriffe 3 Begriffe

16、Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach DIN 1319-1:1995-01 und die folgenden Begriffe. 3.1 Detektor Prfgert bestehend aus Sonde, Bedieneinheit, Anzeigeeinheit, Stromversorgung 3.2 Sonde Messaufnehmer, bestehend aus einem oder mehreren Sensoren BEISPIEL Spulen, Antennen, Fluxgate-S

17、ensoren 3.3 Basisabstand Abstand zwischen den Punkten der Messwertbildung zweier Sensoren die zur Differenzbildung herangezogen werden DIN 54145-1:2013-02 6 4 Fluxgate-Verfahren 4.1 Allgemeines Ein Fluxgate-Sensor, auch Sttigungskernsonde genannt, ist ein Magnetfeldsensor hoher Empfindlichkeit der e

18、ine vektorielle Bestimmung eines externen Magnetfeldes ermglicht. Seine Funktion beruht auf dem nichtlinearen Sttigungsverhalten eines weichmagnetischen Kernmaterials. In seinem einfachsten Aufbau besteht der Sensor aus zwei Spulen, welche den Kern aus weichmagnetischem Material umgeben. Legende 1 W

19、eichmagnetischer Kern 2 Erregerspule 3 Empfngerspule Hextexternes Magnetfeld IerrErregerstrom Uindinduzierte Spannung (Messsignal) Bild 1 Prinzipskizze Fluxgate Sensor Ein durch die Erregerspule flieender periodischer Strom erzeugt ein dazu proportionales Erregerfeld, das den magnetischen Fluss im w

20、eichmagnetischen Kern bis zur Sttigung aussteuert. Wird ein ueres Magnetfeld dem Erregerfeld berlagert, so ergibt sich eine geringe Symmetrieverschiebung. In einer Richtung wird der Sttigungspunkt des Kerns etwas frher erreicht, whrend es in der anderen Richtung etwas lnger dauert, den Kern in die S

21、ttigung zu treiben. Daraus ergibt sich eine Verschiebung der in der Empfngerspule induzierten Spannung, welche sich in der Oberwellenanalyse durch das Auftreten geradzahliger Harmonischen bemerkbar macht. Als Ma fr die Strke des ueren Magnetfelds wird hufig die Amplitude der zweiten Harmonischen her

22、angezogen. Neben der oben beschriebenen Einzelkernausfhrung gibt es noch weitere Bauformen von Sensoren, die nach dem Fluxgateverfahren arbeiten. Sie unterscheiden sich in Ausfhrung und Anordnung der Kerne und DIN 54145-1:2013-02 7 Spulen. So knnen zum Beispiel mehrere Kerne hintereinander oder nebe

23、neinander angeordnet oder auch Ringkerne verwendet werden. 4.2 Vertikaldifferenzmagnetometer 4.2.1 Allgemeines Das Vertikaldifferenzmagnetometer misst die Differenz der Vertikalkomponente der magnetischen Flussdichte ber einen (rumlichen) vertikal ausgerichteten/orientierten Basisabstand. Durch dies

24、e Messanordnung werden der homogene (betragsmig groe) Anteil des Erdmagnetfeldes aus der Messgre eliminiert und nur lokale (betragsmig kleine) Anomalien der magnetischen Flussdichte gemessen. Wird die gemessene Flussdichte-Differenz auf den Basisabstand normiert (Differenzenquotient), erhlt man den

25、vertikalen Pseudogradienten der magnetischen Flussdichte, dessen Gre man blicherweise der Mitte des Basisabstandes zuordnet. Vertikaldifferenzmagnetometer eignen sich besonders zur Lokalisierung magnetischer Strkrper und werden daher oft als Eisendetektor oder magnetischer Anomaliedetektor (magnetic

26、 anomaly detector) bezeichnet. 4.2.2 Aufbau Funktionsweise Das Vertikaldifferenzmagnetometer besteht aus zwei identischen Fluxgate-Sensoren, die mit ihren Empfindlichkeitsachsen jeweils vertikal ausgerichtet sowie in einem definierten vertikalen Abstand (Basisabstand) voneinander angeordnet sind. Di

27、e Messwerte der Fluxgate-Sensoren knnen sowohl in analoger als auch in digitaler Form vorliegen. Die Messwerte beider Fluxgate-Sensoren werden einer Differenzeinrichtung derart zugefhrt, dass die Differenz zwischen dem unteren und dem oberen Messwert gebildet wird. Der Differenzwert bildet die Messg

28、re des Vertikaldifferenzmagnetometers, die je nach Ausfhrung in analoger oder digitaler Form vorliegen kann. Mindestens beide Fluxgate-Sensoren werden, gegebenenfalls zusammen mit mechanischen und elektrischen Justiereinrichtungen, in einem gemeinsamen Gehuse untergebracht. Die zugehrige Schaltungse

29、lektronik, die Elemente zur Anzeige, Wandlung und Speicherung der Messwerte sowie die elektrische Spannungsversorgung knnen im selben oder in einem weiteren Gehuse integriert sein. 4.2.3 Festlegung der Kennwerte a) Einsatzbereich: Der Einsatzbereich wird durch die magnetische Flussdichte der Messumg

30、ebung festgelegt. b) Messbereich: Der Messbereich wird ber die magnetische Flussdichtedifferenz festgelegt. c) Basisabstand: Vertikalabstand, ber den die magnetische Flussdichtedifferenz gemessen wird. d) Bezugspunkt: Als Bezugspunkt wird ein Punkt festgelegt, der den Ort der Messwertaufnahme zurckf

31、hren lsst. e) Missweisung: Summe aller mechanisch, magnetisch oder elektrisch bedingten Fehler der Messgre, die bei beliebiger Bewegung im homogenen Magnetfeld entsteht. f) Auflsung: Die Auflsung ist die kleinste darstellbare nderung der Messgre. g) Rauschen: Spektralwert des Gerterauschens, angegeb

32、en in Pico-Tesla pro Wurzel Hertz (pT(Hz)-1/2)bei einer Frequenz von einem Hertz bzw. Darstellung der Kennlinie ber die gesamte Bandbreite. DIN 54145-1:2013-02 8 h) Grenzfrequenz (Bandbreite): Die Grenzfrequenz wird ber die 3-dB-Grenze festgelegt. i) Temperaturdrift: nderung des Messwertes bei konst

33、anter Messgre in Abhngigkeit der Umgebungs-temperatur. j) Zeitliche Drift: nderung des Messwertes bei konstanter Messgre und konstanter Umgebungs-temperatur in Abhngigkeit von der Zeit. k) Messunsicherheit: Die Messunsicherheit ergibt sich aus den technischen Parametern des Gertes. l) Stabilitt: Ver

34、bleibende Abweichung (“Offset“) des Messwertes nach Ablauf der Relaxationszeit nach 3-facher bersteuerung des Systems. m) Linearitt: Maximale Abweichung des Messwertes ber den gesamten Messbereich von der linearen Abbildung der Messgre. n) Kompensationsbereich: Maximal kompensierbare Abweichung (“Of

35、fset“) des Messwertes. 4.2.4 Prfung der Kennwerte a) Einsatzbereich (Hersteller): ber ein rckfhrbares Spulensystem mit geeigneter Strommessung das ber einen homogenen Bereich verfgt sind die Sensoren derart mit einem Feld zu beaufschlagen, dass der gesamte Einsatzbereich im Rahmen der Prfung abgedec

36、kt wird. Der Prfaufbau muss ber eine Nullkompensation verfgen. b) Messbereich (Anwender/Hersteller): ber ein rckfhrbares Spulensystem mit geeigneter Strommessung werden zustzlich ber den gesamten Einsatzbereich Felder berlagert, die die einzelnen Messbereiche abdecken. (Hersteller) das Gesamtsystem

37、wird dem ungestrtem Erdmagnetfeld ausgesetzt und mit einer rckfhrbaren Kalibrierspule an exakter Position zu den Bezugspunkten (je Messbereich mindestens ein Punkt) mit entsprechender Stromeinspeisung geprft. Der Zusammenhang zwischen Stromstrke und Anzeigewert sind den Herstellerangaben der Kalibri

38、erspule zu entnehmen.(Anwender) c) Basisabstand (Hersteller): Der Basisabstand ist mit einer Vorrichtung zu messen, die den Abstand der Empfindlichkeitsmaxima der beiden Sensoren ermittelt. d) Bezugspunkt (Hersteller): Mit einer geeigneten Vorrichtung ist die Distanz zwischen dem mechanisch aufgebra

39、chten Bezugspunkt und einem nach c) ermittelten Empfindlichkeitsmaxima eines der beiden Sensoren zu messen. e) Missweisung (Anwender/Hersteller): Zur Ermittlung der Missweisung ist der Detektor mit eingebauter Sonde dem ungestrten Erdmagnetfeld auszusetzen. Der Detektor ist um 360 entlang der Lngsac

40、hse der Sonde zu drehen. Die in den Detektor eingebaute Sonde ist um 15 zu pendeln. Die Missweisung entspricht dem Maximum der Anzeigewerte. f) Auflsung (Hersteller): Es ist eine Anordnung wie in b) zu verwenden. DIN 54145-1:2013-02 9 g) Rauschen (Hersteller): Das Rauschen ist als Gerterauschen mit

41、geeigneter Abschirmung der Sonde zu ermitteln. h) Grenzfrequenz (Bandbreite) (Hersteller): Die Grenzfrequenz ist mit geeigneter Abschirmung der Sonde und Wechselfeldbeaufschlagung zu ermitteln. i) Temperaturdrift (Hersteller): Die Temperaturdrift ist mit geeigneter Abschirmung der Sonde und Beaufsch

42、lagung eines Konstantfeldes ber den vom Hersteller spezifizierten Temperaturbereich zu ermitteln. Die Gre des Konstantfeldes ist den Herstellerangaben zu entnehmen. j) zeitliche Drift (Hersteller): Die zeitliche Drift ist mit geeigneter Abschirmung der Sonde und Beaufschlagung eines Konstantfeldes b

43、ei konstanter Temperatur zu ermitteln. Diese Temperatur sowie die Gre des Konstantfeldes sind den Herstellerangaben zu entnehmen. k) Messunsicherheit (Hersteller): Die Messunsicherheit ermittelt der Hersteller aus den technischen Parametern des Gertes. l) Stabilitt (Hersteller): Es ist eine Anordnun

44、g wie in b) zu verwenden. m) Linearitt (Hersteller): Es ist eine Anordnung wie in b) zu verwenden. n) Kompensationsbereich (Hersteller): Es ist eine Anordnung wie in b) zu verwenden. 4.2.5 Prfbericht Der Prfbericht teilt sich in zwei Teile fr die vom Hersteller und die vom Anwender vorzunehmenden Pr

45、fungen. Der Prfbericht muss die Prfergebnisse zu allen Kennwerten des jeweiligen Verfahrens enthalten. Beispiele fr Prfberichte siehe Anhang A. 4.3 Dreiachsmagnetometer 4.3.1 Allgemeines Dreiachsmagnetometer erfassen entlang dreier orthogonal zueinander ausgerichteter Achsen jeweils die vektorielle

46、Komponente der magnetischen Flussdichte, die parallel zur jeweiligen Sensorlngsachse (Kernachse) verluft. DIN 54145-1:2013-02 10 4.3.2 Aufbau und Funktionsweise Dreiachsmagnetometer bestehen aus drei orthogonal zueinander angeordneten identischen Fluxgate-Sensoren. Jeder Sensor verfgt ber eine analo

47、ge Magnetometerschaltung, um die Sensorspulen mit Erregungsstrmen zu versorgen und die Spannung an den Empfngerspulen zu erfassen. Die Messignale der drei Sensoren werden digital gewandelt und auf einer Anzeige ausgegeben bzw. in einem Datenspeicher abgelegt. Aus den Messignalen der drei Sensoren ka

48、nn die Totalintensitt des Feldes berechnet und auf einer Anzeige ausgegeben werden. Fluxgate-Sensor, Elektronik, Anzeige und Datenspeicher knnen in einem gemeinsamen Gehuse integriert oder getrennt sein. Der Betrieb erfordert eine elektrische Spannungsversorgung. 4.3.3 Festlegung der Kennwerte a) Me

49、ssbereich: Der Messbereich wird fr jede der drei Achsen ber die magnetische Flussdichte festgelegt. Messbereich und Einsatzbereich sind identisch. b) Bezugspunkt der Einzelachsen: Fr jede der Achsen wird ein Bezugspunkt und eine Richtung festgelegt. Fr jede der drei Achsenorientierungen ist ein Bezugspunkt festgelegt, der den Ort der Messwerta