Quantificare lo spessore relativo dei materiali Ferromagnetici conduttivi utilizzando sensori di corrente eddy a coil e urio

La tecnica di rilevamento della corrente eddy pulsata (PEC) è forse il membro più versatile della famiglia delle tecniche di valutazione non distruttiva della corrente eddy (NDE) e ha molte applicazioni nel rilevamento e nella quantificazione dei difetti, e la geometria dei metalli e delle strutture metalliche¹. La quantificazione dello spessore di strutture conduttive simili a pareti ferromagnetiche, con spessori di parete non superiori a pochi millimetri a poche decine di millimetri, è un servizio di ingegneria ad alta richiesta nel campo del monitoraggio strutturale della salute delle infrastrutture. Infrastrutture critiche fatte di leghe ferromagnetiche che richiedono questo servizio sono comunemente disponibili nelle industrie dell’energia, dell’acqua, del petrolio e del gas. Mentre i sensori PEC possono essere progettati seguendo diverse architetture, l’architettura basata sulla bobina del rivelatore è stata determinata come la più efficace e comunemente utilizzata nella valutazione delle condizioni dei materiali ferromagnetici^2,3,4,5. Pertanto, è l’architettura del sensore PEC basata sulla bobina del rivelatore che pone le basi per il problema della quantificazione dello spessore dei materiali ferromagnetici conduttivi.

L’architettura del sensore PEC basata sulla bobina del rivelatore è tipicamente costituita da due bobine di rame concentricamente, a giuntozza dell’aria,^2,3,4,5^,6(tipicamente bobine di rame). È abbastanza comune avvolgere queste bobine per essere circolari nella forma^2,3,4,5^,6, ma occasionalmente sono state utilizzate bobine a forma rettangolare^6. Dalle due bobine nel sensore, una si comporta come una bobina di eccitatore mentre l’altra agisce come la bobina del rivelatore. In un sensore PEC, la bobina di eccitatore è eccitata da un impulso di tensione – qualcosa che può essere caratterizzato come una funzione di passo pesante in linea di principio. Questa eccitazione pulsata genera un campo magnetico transitorio (chiamato campo primario) intorno al sensore. Quando il sensore è posizionato accanto a un pezzo di prova conduttivo (ad esempio, una struttura a parete ferromagnetica conduttiva), questo campo magnetico transitorio induce correnti eddy variabili nel pezzo di prova. Queste correnti eddy generano un campo magnetico secondario (chiamato campo secondario) che si oppone al campo primario. In risposta all’effetto risultante dei campi primario e secondario, una tensione transitoria viene indotta nella bobina del rivelatore – che diventa il segnale PEC del dominio temporale di interesse per questo lavoro.

Il tasso di decadimento della tensione della bobina del sensore PEC (indicato come –) è stato segnalato^6,7,8 per mostrare la proporzionalità – d², quando si acquisisce un segnale posizionando un sensore PEC al di sopra di uno strato ferromagnetico conduttivo di permeabilità magnetica, conduttività elettrica e spessore d. Anche se questa caratteristica del segnale di decadimento ha una notevole immunità a parametri come la dimensione del sensore, la forma del sensore e il decollo^6,7,8, il che rende il tasso di decadimento altamente desiderabile per scenari NDE impegnativi come la valutazione della condizione del tubo in situ^9,10,11, questa caratteristica deve essere calibrata (cioè, , s stimato da , il materiale ispezionato) per abilitare lo spessore (cioè , d) quantificazione. Per abilitare i metodi convenzionali di quantificazione dello spessore basata sul tasso di decadimento^6,8, questa calibrazione deve essere effettuata estraendo campioni di calibrazione^6,8 o coinvolgendo i metodi di caratterizzazione delle proprietà del materiale basato sulla corrente^{eddy 12,13}. In alternativa, la complessità della calibrazione può essere evitata rappresentando lo spessore sotto forma di spessore relativo. Si supponga che venga eseguito un esercizio di NDE e che vengano estratti i valori di , quindi, il valore di , qualitativamente rappresentativo del punto di spessore massimo nel pezzo di prova, viene considerato come un riferimento (ad esempio, , ref ,_rifmax ²); quindi, lo spessore di qualsiasi altra posizione può essere rappresentato come percentuale dello spessore massimo nella forma , presentando uno spessore relativo come l’output, che è ancora utile informazioni qualitative come un output NDE che porta anche la semplicità di non dover calibrare per . Il protocollo qui presentato descrive i passi da seguire per raggiungere questo obiettivo.

Dal momento che il tasso di decadimento – mostra generalità all’architettura del sensore PEC basato sulla bobina del rivelatore, mentre mostra l’immunità ai parametri del design del sensore e al decollo^6,7,8,14, i praticanti possono utilizzare qualsiasi sistema di rilevamento PEC basato sulla bobina del rivelatore di loro scelta su un materiale ferromagnetico conduttivo adatto per eseguire la quantificazione relativa dello spessore seguendo il protocollo qui. Un esempio di progettazione di sensori PEC per un materiale ferromagnetico conduttivo è disponibile per i lettori interessati¹⁵. I segnali e i risultati presentati in questo lavoro sono stati acquisiti utilizzando il sistema PEC sviluppato dall’Università di Tecnologia Sydney^6,8. Il materiale ferromagnetico conduttivo utilizzato per risultati rappresentativi acquisiti dal sistema PEC è il gesso grigio estratto da un tubo di prova-letto^9,10,11 a Sydney Australia.

Va notato che i metodi, i risultati e le discussioni presentate in questa pubblicazione si concentrano esplicitamente sull’uso del tasso di decadimento del segnale DEL dominio temporale dell’architettura del segnale del dominio temporale del segnale del dominio temporale del rivelatore per la quantificazione dello spessore dei materiali ferromagnetici conduttivi. La pubblicazione non include una discussione più ampia sulle convenzioni generali dei principi di rilevamento PEC e sulle configurazioni dei sensori. Altri lavori pubblicati^16,17,18 possono essere utili per i lettori per ottenere maggiori informazioni sulle configurazioni dei sensori PEC diverse dall’architettura dei sensori basati sulla bobina del rilevatore.