Доброе время суток.
Наткнулся на семейство вихретоковых датчиков, в названии обычно присутствует Meandering Winding Magnetometer, везде пишут о большой разрешающей способности к дефектам. Пример тут , тут, тут и тут
Не могу понять принципов построения тех кренделей, которые описывают токопроводящие элементы. Как я понял они формируют направленность электромагнитной волны в металле!!? т.е. работают как фазированная решётка...(?)

Доброе.

На самом деле, принцип работы очень простой.
Если внимательно посмотреть на рисунки, то виден набор магнитосвязанных катушек (один виток), выполненных печатными прводниками.
Одни из них являются "излучателями", другие - "приемниками". Более уместная аналогия - трансформатор - первичная и вторичная обмотки.
Сигнал в измерительной обмотке будет зависеть от проводимости и магнитных свойств подложки на которую датчик наклеен.
Длее сканируем массив первичных обмоток ВЧ сигналом , подавая поочередно на каждую обмотку и снимаем сигнал с вторичных.
В результате будем иметь некое поле проводимостей материала, а дальше - самое сложное - математическая обработка этого безобразия с целью определения типа и точного местоположения дефекта.

всё-таки пока не совсем ясно...
Вот нашёл тут внятный рисунок возможной реализации одного такого элемента. Есть первичная обмотка Primary winding, которая сделана в виде меандра и есть две вторичные , которые так же повторяют меандр.
Вопрос номер один):
Полученную структуру ИМХО можно рассматривать как фазированную решётку, каждый элемент которой работает в противофазе от предыдущего? Возбуждающая обмотка создаёт такую же решётку из вихревых токов на поверхности металла! т.е. они запускают электромагнитную волну вглубь металла под углом 30 градусов (30 исходя из того что шаг решётки равен длине волны а элементы противофазны)!!!?? Если так то частота тока в первичной обмотки должна лежать в диапазоне 1Гц - 1000Гц (тогда длина волны в металлах будет иметь порядки ~100мкм - 1мм)? В статье говорится о поиске деффектов вблизи поверхности на глубине 0.4 дюйма~ 10мм наверное для не ферромагнитных металлов.

Вопрос номер два):
Какие плюсы дают две вторичные обмотки? Если вычесть сигналы одной из них из другой впринципе исчезнет сигнал с излучающей катушки, но тогда разностный сигнал может быть только, если неравномерность поля от дефекта меньше толщины одного элемента решётки. ..Как эта штука чувствует дефект и какое её преимущество например перед простой круглой катушкой?

Приборы фирмы Jentek покупаются за большие деньги. Заказчики - уровня пентaгон, НАCА.
При всем уважении к технической мысли, стремление впарить MWM в качестве панацеи отталкивает.

Если Вас интересует вихретоковая дефектоскопия, начните с принципа работы датчиков попроще (абсолютные, дифференциальные, потом мультидифференциальные).

Что именно Вам требуется: дефектоскопия или определение толщины? У Вас задача учебная (диссертация?) или производственная? Какие в Вашем распоряжении ресурсы (время, деньги, Люди)?
Чем подробнее Вы опишете задачу, тем полезнее получите ответы.

Принцип работы этого сенсора к ФАР никакого отношения не имеет. Принцип работы ФАР основан на интерференции волн,
а в данном случае электромагнитная волна быстро затухает и частично отражается обратно.
В данном случае надо смотреть формулы для скин-эффекта.
Кроме того, при указанных Вами частотах и длинах волн скорость электромагнитной волны получается около 1 м/с (L=V/f), черепахи быстрее бегают .

По второму вопросу:
В указанной конфигурации вторичных обмоток надо минимум две для того, чтобы получить хоть какое-нибудь приличное пространственное разрешение.

Принцип дефектоскопии по глубине следующий.
Глубина проникновения электромагнитного поля в металл зависит от частоты (скин-эффект) - следовательно отклик на вторичной обмотке при разных частотах несет информацию от верхнего слоя различной толщины.
Плавно меняем частоту сигнала возбуждающей обмотки и измеряем сигналы со вторичных.
Обкладываемся учебниками по мат. методам, берем достаточно мощный компьютер и решаем обратную задачу.
В результате получим приблизительные глубину залегания и размеры дефекта.

И тем не менее длина волны в металле равна 2*pi*D D-толщина скинслоя, если например взять сталь на 60Гц толщина скин слоя составляет 0.3мм, длина волны в стале составит 1.88мм , да очень быстро затухающей, в 536 раз за расстояние равное длине волны.
Ну ок, допустим я ошибаюсь, что за длина волны показана на рисунке, какой именно тогда смысл в геометрии типа меандр, с чем, если не с длиной волны в металле, связан выбор этого расстояния? ...доказательно, если можно


Я не вижу разницы студент я или специалист Занимаюсь деффектоскопией 5 лет, очень заинтересовали эти датчики, хочу полностью разобраться в их конструкции.


а вот тут можно по подробней? почему сигнала с одной такой обмотки не достаточно?

Ок. Про длину волны понял. Мне и в голову не пришло считать длину волны при таком затухании.

По поводу обмоток. Нарисовал картинку.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Это должно быть похоже на вертикальное сечение. Заштрихованные прямоугольники - обмотка возбуждения. Измерительные обмотки пронумерованы 1 и 2. Под обмотками металл. Принцип получения пространственного разрешения выше чем период структуры проще всего проиллюстрировать на маленьком дефекте который может находиться в одной из позиций 1, 2, или 3. Вопрос почувствует или нет обсуждать не будим - пусть почувствует.
В случае 1 - в первой измерительной обмотке сигнал увеличиться на максимально возможную величину, во второй практически не измениться. Если перемещать дефект в сторону положения 3, то сигнал в первой обмотке будет падать, а во второй расти. Таким образом по соотношению сигналов можно определить положение дефекта.
Правда в данном случае и при такой конфигурации обмоток неопределенность останется кратная периоду структуры.
Видимо данная структура не предназначена для ловли совсем малых дефектов.

Вот в случае 4, нарисованном красным, можно по тому же принципу и опираясь на показания других датчиков в массиве определить положение границы с точностью лучше чем период структуры.

Соответственно период лямбда на рисунке может быть вообще никак не связан ни с какими длинами волн, а выбираться из соображения получения необходимой точности и технологических требований.

Возможно данный принцип работы в этом конкретном устройстве вообще не используется, а вторую обмотку могут например использовать для "air calibration" для определения "кривизны" самой катушки и ее окружения или уменьшения величины наводки. В большинстве задач дефектоскопии знать точные размеры и положение дефекта не обязательно. Обычно достаточно знать: брак - не брак и развалится - не развалится. А если для науки - тогда стоит на этом принципе делать.

Просто если та ламбда не длина волны, то во-первых странно что везде в текстах при описании датчиков пишут , что-то типа "на рисунке показан датчик с длиной волны 3мм"

и если это не длина волны, тогда зачем им структура типа меандр? сами же сказали, что деффект будет наблюдатся, когда находится под любым токовым элементом, зачем вместо одного всплеска делать их N, теряя информацию о локализации. Можно же было обойтись только тремя обмотками, причём именно мотаными обмотками, вручную с приличным количеством витков, это и сигнал увеличит и избавит от ненужной повторяемости(см. рис). Но нет же, делают именно меандр! зачем он им?

Вообще лямбда это длина волны : 1. меандра; 2. стоячей электромагнитной волны в направлении вдоль меандра.
Эта величина в такой конфигурации безусловно связана с толщиной скин-слоя и должна оптимизироваться под используемый диапазон частот и исследуемые материалы. Для оптимизации достаточно просчитать напряженность магнитного поля в однородном металле в сечении витка, при большом периоде будут провалы в середине катушки (сердечника то нет), при очень малом уменьшится отклик от глубоких дефектов.

Меандр это и есть катушка - только витки разложены по поверхности. А многовитковые катушки должны быть эффективней, только на порядки дороже, а у буржуев все дешево и сердито.
Кстати, есть и другие конфигурации катушек, приведенные в первых статьях.

есть, но меня меандр очень интересует, просто я ЭМА дефектоскопией занимаюсь, и там такими чего только не возбуждается. Вообщем ближе мне меандр)
Ок. Мне, кстати, абсолютно не понятна топология возбуждающей катушки в варианте "C" на рисунке. Если посмотреть на вариант "f" , то там почти всё понятно - чувствительными элементами являются ~27 прямоугольных рамок расположенных внутри двух излучающих рамок с током. А на рисунке "C" вместо тех двух рамок, используется зачем-то тотже меандр, вроде бы самые крайние его токовые элементы, вообще не должны вносить вклада в поле под чувствительными элементами.

Я на рисунке С вообще ничего рассмотреть не могу.
В принципе можно сделать матрицу XxY из первичных и вторичных рамок и получать изображения дефектов с хорошим разрешением ничего не двигая, только электроника к ней будет стоить как самолет, поэтому народ и делает линейки.

ну там такие же рамки чувствительные как в вариантах "f" "d" и "e", а вот в качестве излучателя вставлено что-то типа меандра. ..Меандр состоит из 9и токовых элементов, если их пронумеровать справа налево, 1 2 3 ...9 , то чувствительные рамки будут располагаться между 4ым и 6ым токовым элементом, спрашивается какой смысл в наличии 1ого 2ого, 8ого и 9ого!, вроде бы никаким образом поля от них в зону приёма этих рамок не попадают.

Разница будет в возможности сэкономить время - отвечающему и Вам самому.
Например, если Вам надо разобраться в MWM или, скажем, в вихретоках с GMR датчиками для отчета (научная или студенческая работа), то в помощь Вы можете получить ссылки на литературу. Для разной степени подготовки и доступности литературы можно подыскать наиболее полезные ссылки.

А если у Вас есть четко сформулированная задача (с ограничением по бюджету и времени), то можете получить ценную практическую рекомендацию "не тратьте излишних усилий. Они (MWM, GMR) могут, мягко говоря, меньше, чем обещают".

Мне показалось, что вихретоковой дефектоскопией Вы занимаетесь относительно недавно. Возможно, я ошибаюсь.

Длиной волны они называют шаг периодичности меандра. Определенная корреляция этого шага с глубиной скин-слоя есть, но 1) глубина скин-слоя - для вихретоков весьма условная величина, 2) резонансных явлений в сильно затухающей среде все равно не будет.

Меандровая форма витков им нужна для мат. модели:
1) прямая задача решается "почти" аналитически в прямоугольных координатах (прямые витки вместо концентрических).
2) Витки достаточно далеки друга (т.е. могут рассматриваться как бесконечно тонкие).
3) Периодичность позволяет использовать, например, преобразование Фурье.
Упрощенная таким образом модель дает возможность рискнуть решить обратную задачу.
В теории и в лаборатории вроде работает, а в практических условиях - мягко говоря, реже, чем обещают (что неудивительно).

Отвечать "доказательно, если можно" некогда, не обессудьте. Надеюсь, Вам пригодится вот такая работа.

Загадочная штуковина.
Очень похоже, что это то что они называют Distributed Current Drive Sensors, то есть провода соединены параллельно.

вихретоковой действительно недавно

У Вас есть опыт использования этих датчиков?

спасибо, пригодится

эт точно)

Опыта работы с MWM нет и не планируется:
1) И без них получается не хуже.
2) Критические отзывы заказчиков. Повторю: это в первую очередь способ зарабатывания денег (почти дословная цитата).