التحديد الكمي للسمك النسبي للمواد المغناطيسية الموصلة باستخدام جهاز الكشف القائم علي لفائف نبض الدوامة مجسات الحالية
Summary
هنا ، نقدم بروتوكولا لقياس السماكة النسبية (اي ، سمك كنسبه مئوية فيما يتعلق بمرجع) من المواد المغناطيسية الموصلة باستخدام أجهزه الاستشعار القائمة علي لفائف نبض الدوامة الحالية ، في حين التغلب علي المعايرة شرط.
Abstract
الكمية الحجمية من المواد المغناطيسية الموصلة عن طريق التقييم غير التدميري (NDE) هي عنصر حاسم في الرصد الهيكلي للصحة في البنية التحتية ، وخاصه لتقييم حاله القطر الكبير الموصل الأنابيب المغنطيسية الموجودة في قطاعات الطاقة والمياه والنفط والغاز. نبض الدوامة الحالية (PEC) الاستشعار ، وخاصه الكاشف القائم علي لفائف الاستشعار PEC العمارة ، وقد أثبتت نفسها علي مر السنتين كوسيلة فعاله لخدمه هذا الغرض. وقدمت في الاعمال السابقة نهج لتصميم أجهزه استشعار PEC وكذلك إشارات المعالجة. في السنوات الاخيره ، تمت دراسة استخدام معدل الاضمحلال للكشف عن النطاق الزمني القائم علي اللفائف PEC لغرض القياس الكمي للسمك. وقد ثبت ان هذه الاعمال التي تعتمد علي معدل الاضمحلال الأسلوب القائم علي العمومية للكشف عن الهيكل استشعار لفائف القائم ، مع درجه من الحصانة لعوامل مثل الشكل والحجم الاستشعار ، وعدد من المنعطفات لفائف ، والاثاره الحالية. وعلاوة علي ذلك ، أظهرت هذه الطريقة فعاليتها في NDE من الأنابيب الكبيرة المصنوعة من الحديد الزهر الرمادي. بعد مثل هذه الأدبيات ، والتركيز علي هذا العمل هو بوضوح PEC كاشف الاستشعار لفائف الجهد القائم علي معدل تسوس المواد المغناطيسية موصل القياس سمك الكمية. ومع ذلك ، فان التحدي الذي تواجهه هذه الطريقة هو صعوبة المعايرة ، وخاصه عندما يتعلق الأمر بتطبيقات مثل تقييم حاله الأنابيب في الموقع منذ قياس الخواص الكهربائية والمغناطيسية لبعض مواد الأنابيب أو الحصول علي المعايرة عينات من الصعب في الممارسة العملية. وبدافع هذا التحدي ، وعلي النقيض من تقدير السماكة الفعلية كما فعلت بعض الاعمال السابقة ، يقدم هذا العمل بروتوكولا لاستخدام الأسلوب القائم علي معدل الاضمحلال لقياس السماكة النسبية (اي سمك موقع معين فيما يتعلق سمك الحد الأقصى) ، دون شرط للمعايرة.
Introduction
الدوامة نبض الحالية (PEC) تقنيه الاستشعار هو ربما العضو الأكثر تنوعا من عائله الدوامة الحالية (EC) التقييم غير التدميرية (NDE) تقنيات ولها العديد من التطبيقات في الكشف والتقدير الكمي من العيوب ، وهندسه المعادن والهياكل المعدنية1. سمك الكمية من الهياكل المغناطيسية التي تشبه الجدار موصل ، وجود سمك الجدار من لا يزيد عن بضعة ملليمترات إلى بضع عشرات من ملليمتر ، هو خدمه الهندسة الطلب العالي في مجال المراقبة الصحية الهيكلية للبنية التحتية. البنية التحتية الحيوية المصنوعة من السبائك المغناطيسية التي تتطلب هذه الخدمة متوفرة عاده في صناعات الطاقة والمياه والنفط والغاز. في حين يمكن تصميم أجهزه استشعار PEC بعد عده ابنيه ، تم تحديد العمارة القائمة علي لفائف الكاشف لتكون الأكثر فعاليه وشيوعا في تقييم حاله المواد المغنطيسية المغناطيسية2،3،4،5. ولذلك ، فانه هو كاشف القائم علي لفائف الهندسة المعمارية الاستشعار PEC التي تحدد الأساس لمشكله سمك الكمي من المواد المغناطيسية موصل.
ويتالف الكاشف القائم علي لفائف الاستشعار PEC الهندسة المعمارية عاده من اثنين من الجرح تركيزا, الهواء cored, لفائف موصل2,3,4,5,6 (عاده لفائف النحاس). ومن الشائع جدا ان الرياح هذه اللفائف لتكون دائريه في شكل2،3،4،5،6، ولكن في بعض الأحيان ، مستطيله الشكل لفائف6 وقد استخدمت. من لفائف اثنين في جهاز الاستشعار ، واحد يتصرف باعتباره لفائف المثير في حين ان الآخر بمثابه لفائف كاشف. في جهاز استشعار PEC ، هو متحمس لفائف المثير بواسطة نبض الجهد-الشيء الذي يمكن ان توصف بأنها وظيفة خطوه الرفع من حيث المبدا. تولد هذه الاثاره النبضي حقل مغناطيسي عابر (يسمي الحقل الأساسي) حول جهاز الاستشعار. عندما يتم وضع جهاز الاستشعار المتاخمة لقطعه اختبار موصل (علي سبيل المثال ، موصل المغناطيسية الجدار مثل هيكل) ، وهذا المجال المغنطيسي العابر يدفع الوقت متفاوتة التيارات الدوامة في قطعه الاختبار. تولد هذه التيارات الدوامة حقلا مغناطيسيا ثانويا (يسمي الحقل الثانوي) يعارض الحقل الأساسي. واستجابه للتاثير الناتج من الحقول الاوليه والثانوية ، يتم الحث علي الجهد عابر في لفائف كاشف-الذي يصبح المجال الزمني PEC اشاره الفائدة لهذا العمل.
وقد تم الإبلاغ عن الاستشعار pec لفائف معدل تسوس الجهد (المشار اليها باسم β)6,7,8 لإظهار التناسب β 
μds2, عندما يتم الحصول علي اشاره وضع الاستشعار بيك فوق طبقه المغناطيسية موصله من نفاذيه مغناطيسيه μ, الموصليه الكهربائية σ, وسمك د. علي الرغم من ان هذه الميزة اشاره معدل الاضمحلال لديه حصانه كبيره للمعلمات مثل حجم الاستشعار ، استشعار الشكل ، ورفع قباله6،7،8، مما يجعل معدل الاضمحلال مرغوب فيه للغاية لسيناريوهات nde صعبه مثل في الموقع الأنابيب تقييم حاله9،10،11، يجب ان تكون هذه الميزة معايره (اي μ، σ من المواد التي يجري تفتيشها تقدر) لتمكين سمك (اي. ، د) القياس الكمي. لتمكين الطرق التقليدية من التحلل القائم علي معدل الاضمحلال الكمي6,8, يجب ان يتم هذا المعايرة عن طريق استخراج عينات المعايرة6,8 أو من خلال اشراك دوامه المواد القائمة علي خصائص الخاصية الحالية12,13. بدلا من ذلك ، يمكن تجنب تعقيد المعايرة عن طريق تمثيل سمك في شكل سمك نسبي. افترضت تمرين عملي [ن] وفيت و [بتا] استخرجت قيم من إشارات, بعد ذلك, ال β قيمه ممثله نوعيا من الحد اقصي سماكه نقطه في الاختبار قطعه اعتبرت كمرجع ([اي.]. ثم ، يمكن تمثيل سمك اي موقع آخر كنسبه مئوية من سمك الحد الأقصى في النموذج 
، وتقديم سمك نسبي كالاخراج ، والتي لا تزال معلومات نوعيه مفيده كاخراج nde الذي يحمل أيضا بساطه عدم الحاجة إلى معايره ل μ، σ. يصف البروتوكول المعروض هنا الخطوات الواجب اتباعها لتحقيق ذلك.
وبما ان معدل الاضمحلال β يظهر عمومية للكشف عن المبني القائم علي لفائف الاستشعار بيك العمارة في حين تظهر الحصانة للمعلمات من تصميم الاستشعار فضلا عن رفع قباله6,7,8,14, الممارسين قد تستخدم اي نظام الاستشعار عن بعد لفائف للكشف عن اختيارهم علي المواد المغناطيسية موصل مناسبه لأداء الكمي سمك النسبية بعد وهناك مثال علي تصميم المستشعر PEC لماده مغناطيسيه موصله متاحه للقراء المهتمين15. تم الحصول علي الإشارات والنتائج المقدمة في هذا العمل باستخدام نظام PEC التي وضعتها جامعه التكنولوجيا سيدني6,8. المواد المغناطيسية موصل المستخدمة للنتائج التمثيلية التي حصل عليها نظام PEC هو الحديد الزهر الرمادي المستخرجة من الأنابيب اختبار السرير9,10,11 في سيدني أستراليا.
وتجدر الاشاره إلى ان الأساليب والنتائج والمناقشات المعروضة في هذا المنشور تركز بشكل واضح علي استخدام الكاشف القائم علي لفائف الاستشعار PEC معدل تسوس اشاره النطاق الزمني لقياس سماكه المواد المغناطيسية الموصلة. ولا يتضمن المنشور مناقشه أوسع نطاقا بشان الاتفاقيات العامة لمبادئ الاستشعار عن بعد وتكوينات أجهزه الاستشعار. غيرها من الاعمال المنشورة16,17,18 يمكن ان تكون مفيده للقراء للحصول علي مزيد من البصيرة حول تكوينات الاستشعار PEC غير الكاشف القائم علي لفائف الاستشعار العمارة.
Protocol
Representative Results
Discussion
وقدم بروتوكول لقياس السماكة النسبية (اي سمك كنسبه مئوية فيما يتعلق بمرجع) للمواد المغناطيسية الموصلة باستخدام أجهزه استشعار PEC القائمة علي لفائف الكاشف. والميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي القدرة علي التغلب علي متطلبات المعايرة (اي التغلب علي الحاجة إلى قياس أو تقدير النفاذيه المغناطيسية و?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويود أصحاب البلاغ ان ينووا بالمساهمات التي قدمها كل من مايكل بيهنس وداميث أبييواردانا في تصميم وتنفيذ عده مكونات لأجهزه الاستشعار. ومن المسلم به أيضا ان ادوار الاشراف علي البحوث التي تضطلع بها الن اليبيفيتش ، وتيريزا فيدال-كاليجا ، وجيمي ديسساناكي ، وساراث كوداجودا ، فضلا عن مساهمات جميع الأشخاص والمنظمات الذين مولوا مشروع الأنابيب الحرجة وشاركوا فيه. .
Materials
| A Detector Coil-based PEC Sensing System. | N/A | The representative results in this work were generated using the PEC system developed by University of Technology Sydney (UTS), Australia and published in works 6,8. This system may be accessible to readers via collaborating with UTS. | |
| A suitable conductive ferromagnetic material of varying thickness. | N/A | The representative results in this work were generated by acquiring PEC measurements on grey cast iron test pieces extracted from a pipe test-bed located in Sydney Australia, whose location and vintage details are available in references 9-11. The pipe test-bed as well as the extracted calibration samples may be accessible to readers via collaborating with UTS. | |
| A computation platform for PEC signal processing | MathWorks, Natick, MA, USA. | A computation platform in which the PEC signal processing algorithm can be coded and executed is required. In this publication, PEC signal processing was done using a software executable named "PEC_Signal_Processor", produced using MATLAB R2017b, Publisher: MathWorks, Natick, MA, USA. | |
| An application that can produce a table containing raw PEC signals (e.g., Microsoft Office Excel). | Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, Washington, USA. | Microsoft Office Excel (Office 16) was used for the work of this publication. |
References
- García-Martín, J., Gómez-Gil, J., Vázquez-Sánchez, E. Non-destructive techniques based on eddy current testing. Sensors. 11 (3), 2525-2565 (2011).
- Huang, C., Wu, X., Xu, Z., Kang, Y. Ferromagnetic material pulsed eddy current testing signal modeling by equivalent multiple-coil-coupling approach. Non-Destructive Testing and Evaluation International. 44 (2), 163-168 (2011).
- Xu, Z., Wu, X., Li, J., Kang, Y. Assessment of wall thinning in insulated ferromagnetic pipes using the time-to-peak of differential pulsed eddy-current testing signals. Non-Destructive Testing and Evaluation International. 51, 24-29 (2012).
- Huang, C., Wu, X. An improved ferromagnetic material pulsed eddy current testing signal processing method based on numerical cumulative integration. Non-Destructive Testing and Evaluation International. 69, 35-39 (2015).
- Chen, X., Lei, Y. Electrical conductivity measurement of ferromagnetic metallic materials using pulsed eddy current method. Non-Destructive Testing and Evaluation International. 75, 33-38 (2015).
- Ulapane, N., Alempijevic, A., Valls Miro, J., Vidal-Calleja, T. Non-destructive evaluation of ferromagnetic material thickness using Pulsed Eddy Current sensor detector coil voltage decay rate. Non-Destructive Testing and Evaluation International. 100, 108-114 (2018).
- Ulapane, N., Nguyen, L., Valls Miro, J., Dissanayake, G. A Solution to the Inverse Pulsed Eddy Current Problem Enabling 3D Profiling. IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. , (2018).
- Ulapane, N., Alempijevic, A., Vidal Calleja, T., Valls Miro, J. Pulsed Eddy Current Sensing for Critical Pipe Condition Assessment. Sensors. 17 (10), 2208 (2017).
- Valls Miro, J., et al. A live test-bed for the advancement of condition assessment and failure prediction research on critical pipes. Proceedings of the Leading-Edge Strategic Asset Management Conference (LESAM13). , (2013).
- Valls Miro, J., Ulapane, N., Shi, L., Hunt, D., Behrens, M. Robotic pipeline wall thickness evaluation for dense nondestructive testing inspection. Journal of Field Robotics. 35 (8), 1293-1310 (2018).
- Valls Miro, J., Hunt, D., Ulapane, N., Behrens, M. Towards Automatic Robotic NDT Dense Mapping for Pipeline Integrity Inspection. Field and Service Robotics. , 319-333 (2018).
- Chen, X., Lei, Y. Electrical conductivity measurement of ferromagnetic metallic materials using pulsed eddy current method. Non-Destructive Testing and Evaluation International. 75, 33-38 (2015).
- Desjardins, D., Krause, T. W., Clapham, L. Transient eddy current method for the characterization of magnetic permeability and conductivity. Non-Destructive Testing and Evaluation International. 80, 65-70 (2016).
- Chen, X., Lei, Y. Excitation current waveform for eddy current testing on the thickness of ferromagnetic plates. Non-Destructive Testing and Evaluation International. 66, 28-33 (2014).
- Ulapane, N., Nguyen, L., Valls Miro, J., Alempijevic, A., Dissanayake, G. Designing a pulsed eddy current sensing set-up for cast iron thickness assessment. 12th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA). , 901-906 (2017).
- Sophian, A., Tian, G., Fan, M. Pulsed eddy current non-destructive testing and evaluation: A review. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 30 (3), 500 (2017).
- Sophian, A., Tian, G. Y., Taylor, D., Rudlin, J. Design of a pulsed eddy current sensor for detection of defects in aircraft lap-joints. Sensors and Actuators A: Physical. 101 (1-2), 92-98 (2002).
- Li, P., et al. System identification-based frequency domain feature extraction for defect detection and characterization. Non-Destructive Testing and Evaluation International. 98, 70-79 (2018).
- Ulapane, N., Nguyen, L. Review of Pulsed-Eddy-Current Signal Feature-Extraction Methods for Conductive Ferromagnetic Material-Thickness Quantification. Electronics. 8 (5), 470 (2019).
- Nguyen, L., Valls Miro, J., Shi, L., Vidal-Calleja, T. Gaussian Mixture Marginal Distributions for Modelling Remaining Pipe Wall Thickness of Critical Water Mains in Non-Destructive Evaluation. arXiv. , 01184 (2019).
- Ulapane, N., et al. Gaussian process for interpreting pulsed eddy current signals for ferromagnetic pipe profiling. 2014 9th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. , 1762-1767 (2014).
- Ulapane, A. M. N. N. B. . Nondestructive evaluation of ferromagnetic critical water pipes using pulsed eddy current testing (Doctoral dissertation). , (2016).
- Thiyagarajan, K., Kodagoda, S., Alvarez, J. K. An instrumentation system for smart monitoring of surface temperature. 2016 14thInternational Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV). , 1-6 (2016).
- Thiyagarajan, K., Kodagoda, S., Van Nguyen, L. Predictive analytics for detecting sensor failure using autoregressive integrated moving average model. 2017 12th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA). , 1926-1931 (2017).
- Thiyagarajan, K. . Robust sensor technologies combined with smart predictive analytics for hostile sewer infrastructures (Doctoral dissertation). , (2018).
- Thiyagarajan, K., Kodagoda, S., Van Nguyen, L., Ranasinghe, R. Sensor failure detection and faulty data accommodation approach for instrumented wastewater infrastructures. IEEE Access. 6 (56), 562-574 (2018).
- Thiyagarajan, K., Kodagoda, S., Ranasinghe, R., Vitanage, D., Iori, G. Robust sensing suite for measuring temporal dynamics of surface temperature in sewers. Scientific Reports. 8, 16020 (2018).
- Thiyagarajan, K., Kodagoda, S., Van Nguyen, L., Wickramanayake, S. Gaussian Markov random fields for localizing reinforcing bars in concrete infrastructure. 35th International Symposium on Automation and Robotics in Construction. , 1052-1058 (2018).
- Thiyagarajan, K., Kodagoda, S., Ulapane, N. Data-driven machine learning approach for predicting volumetric moisture content of concrete using resistance sensor measurements. 2016 IEEE 11th Conference on Industrial Electronics and Applications. , 1288-1293 (2016).
- Giovanangelia, N., et al. Design and Development of Drill-Resistance Sensor Technology for Accurately Measuring Microbiologically Corroded Concrete Depths. 36th International Symposium on Automation and Robotics in Construction. , (2019).
- Wickramanayake, S., Thiyagarajan, K., Kodagoda, S., Piyathilaka, L. Frequency Sweep Based Sensing Technology for Non-destructive Electrical Resistivity Measurement of Concrete. 36th International Symposium on Automation and Robotics in Construction. (771), (2019).
- Ulapane, N., Wickramanayake, S., Kodagoda, S. Pulsed Eddy Current Sensing for Condition Assessment of Reinforced Concrete. 14th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. , (2020).
