Erforschung von Algorithmen zur absoluten, quantitativen Leitfähigkeitsmessung mit Wirbelstromverfahren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Körpern und dünnen Schichtsystemen mittels induktiver Wirbelstromprüfverfahren ist ein weit verbreitetes Verfahren, das jedoch auf einer empirischen Grundlage basiert. Unter Verwendung von Referenzproben mit unterschiedlicher Leitfähigkeit wird eine Kalibrierungskurve ermittelt, die die Grundlage für die Bestimmung unbekannter Leitfähigkeiten bildet. Diese Kalibrierung ist nur für ein Gerät, nur für eine Frequenz und meistens nur für einen sehr begrenzten Bereich des Sensorabstandes gültig und muss für jedes zu messende Materialsystem individuell bestimmt werden. In diesem Projekt wurde ein neues Prinzip vorgeschlagen und untersucht, mit dem die Leitfähigkeit direkt aus den Wirbelstrommessungen über physikalische Gesetze des elektromagnetischen Feldes abgeleitet werden kann, so dass in Zukunft keine empirischen Kalibrierungskurven mehr benötigt werden. Zu diesem Zweck wurde eine auf der EddyCus-Systemplattform basierende Wirbelstromprüfelektronik modifiziert, mit der nicht nur die Spannung in der Empfangsspule, sondern zusätzlich der Strom in der Erregerspule gemessen werden kann. Im Ergebnis ist es so möglich, die elektrische Impedanz des Messsets, bestehend aus einer Messspule und dem zu messenden Objekts, direkt auszugeben. Über eine umfangreiche Analyse von Effekten innerhalb der Messspule gelang es, die Spuleneinflüsse zu eliminieren, so dass am Ende die unabhängig bestimmte elektrische Impedanz des zu charakterisierenden Objektes als absoluter Wert ohne individuelle Kalibrierkurven ausgegeben werden kann. Der vom Fraunhofer IKTS bearbeitete Projektteil und die daraus erzielten Ergebnisse sind mittlerweile in die EddyCus-Systemplattform eingebunden und stellen eine Verbesserung der Produkteigenschaften dar. In einem Teilprojekt wurden dabei folgende Ansätze und daraus resultierende Aufgabenstellungen verfolgt. 1) Numerische Simulation der Maxwell-Gleichungen mit dem Paket Comsol sowie mit eigens entwickelten FE-Paketen bei Vorhandensein dünner Schichten mit Materialien von unterschiedlicher Permeabilität und Elektrizitätskonstante. 2) Generierung von Referenzdaten aus numerischen Experimenten. 3) Abgleich mit experimentellen Daten. 4) Schätzung der Materialparameter unter Nutzung der Ergebnisse der numerischen Simulationen. Zu Beginn des Projekts wurden nach Studium der relevanten Fachliteratur Simulationen der Maxwellgleichungen durchgeführt. Zum einen wurde das professionelle Softwarepaket Comsol herangezogen, zum anderen haben wir das universitäre Paket SOFE von Dr. Lars Ludwig genutzt. Zur Evaluierung wurde das Testset TEAM herangezogen, dort konnten die Ergebnisse mit SOFE verifziert werden. Für TEAM 7 konnten die Ergebnisse insgesamt verifiziert werden. In weiteren Projektphasen wurden numerische Daten generiert und ebenso gelang es experimentelle Daten zu generieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Study of a Particle Based Films Cure Process by High-Frequency Eddy Current Spectroscopy. Coatings, 7(1), 3.
Patsora, Iryna; Heuer, Henning; Hillmann, Susanne & Tatarchuk, Dmytro
