Quantifier l'épaisseur relative des matériaux ferromagnetic conductrices à l'aide de capteurs à effet de détecteur à base de particules d'Eddy

Summary

Ici, nous présentons un protocole pour quantifier l'épaisseur relative (c.-à-d., l'épaisseur en pourcentage par rapport à une référence) des matériaux ferromagnetic conductifs utilisant des capteurs de courant pulsé à bobine de détecteur, tout en surmontant l'étalonnage Exigence.

Abstract

La quantification de l'épaisseur des matériaux ferromagnetic conductifs au moyen d'une évaluation non destructive (NDE) est un élément crucial de la surveillance structurelle de la santé de l'infrastructure, en particulier pour évaluer l'état de la conduite de grand diamètre les tuyaux ferromagnetic trouvés dans les secteurs de l'énergie, de l'eau, du pétrole et du gaz. La détection du courant de remous pulsé (PEC), en particulier l'architecture des capteurs PEC à bobines de détecteur, s'est imposée au fil des ans comme un moyen efficace de servir cet objectif. Des approches pour la conception de capteurs PEC ainsi que des signaux de traitement ont été présentées dans des travaux antérieurs. Ces dernières années, l'utilisation du taux de décomposition du signal PEC du domaine de la bobine de détecteur aux fins de quantification de l'épaisseur a été étudiée. Ces travaux ont établi que la méthode basée sur le taux de désintégration détient la généralité de l'architecture du capteur à bobine s'appuie sur le détecteur, avec un certain degré d'immunité à des facteurs tels que la forme et la taille du capteur, le nombre de virages enroulés, et l'excitation. En outre, cette méthode a montré son efficacité dans NDE de grands tuyaux en fonte grise. À la suite de cette littérature, l'objectif de ce travail est explicitement PEC détecteur détecteur de tension de carie de carie de carie de carie à base de taux de quantification de l'épaisseur du matériau ferromagnetic basé sur le taux. Cependant, le défi rencontré par cette méthode est la difficulté de l'étalonnage, en particulier quand il s'agit d'applications telles que l'évaluation in situ de l'état des tuyaux depuis la mesure des propriétés électriques et magnétiques de certains matériaux de tuyauterie ou l'obtention de l'étalonnage échantillons est difficile dans la pratique. Motivé par ce défi, contrairement à l'estimation de l'épaisseur réelle comme l'ont fait certains travaux antérieurs, ce travail présente un protocole pour l'utilisation de la méthode basée sur le taux de décomposition pour quantifier l'épaisseur relative (c.-à-d. l'épaisseur d'un endroit particulier par rapport à un l'épaisseur maximale), sans l'exigence d'étalonnage.

Introduction

La technique de détection du courant de remous pulsé (PEC) est peut-être le membre le plus polyvalent de la famille des techniques d'évaluation non destructive (NDE) du courant de remous (EC) et a de nombreuses applications dans la détection et la quantification des défauts, ainsi que la géométrie des métaux et des structures métalliques¹. La quantification d'épaisseur des structures ferromagnetic conductrices de mur-comme, ayant des épaisseurs de mur de pas plus de quelques millimètres à quelques dizaines de millimètres, est un service d'ingénierie à forte demande dans le domaine de la surveillance structurale de santé de l'infrastructure. Les infrastructures essentielles faites d'alliages ferromagnetic qui nécessitent ce service sont couramment disponibles dans les industries de l'énergie, de l'eau, du pétrole et du gaz. Alors que les capteurs PEC peuvent être conçus suivant plusieurs architectures, l'architecture à bobinede détecteur a été déterminé pour être le plus efficace et couramment utilisé dans l'évaluation de l'état des matériaux ferromagnetic^2,3,4^,5. Par conséquent, c'est l'architecture du capteur PEC à bobine de détecteur qui pose les bases du problème de la quantification de l'épaisseur des matériaux ferromagnetic conductifs.

L'architecture du capteur PEC à base de bobines de détecteur est généralement composée de deux bobines concentriquement enroulées, cœur d'air,^{conductrices 2,3,4,5,6} (généralement bobines de cuivre). Il est assez fréquent de vent ces bobines d'être circulaire dans la forme^2,3,4,^5,6, mais parfois, rectangulaire bobines de forme⁶ ont été utilisés. Des deux bobines dans le capteur, l'une se comporte comme une bobine d'exciteur tandis que l'autre agit comme la bobine de détecteur. Dans un capteur PEC, la bobine d'excitant est excitée par une impulsion de tension - quelque chose qui peut être caractérisé comme une fonction d'étape Heaviside en principe. Cette excitation pulsée génère un champ magnétique transitoire (appelé le champ principal) autour du capteur. Lorsque le capteur est placé à côté d'une pièce d'essai conductrice (p. ex., une structure conductrice ressemblant à une paroi ferromagnétique), ce champ magnétique transitoire induit des courants de remous variables dans la pièce d'essai. Ces courants de remous génèrent un champ magnétique secondaire (appelé champ secondaire) qui s'oppose au champ primaire. En réponse à l'effet résultant des champs primaires et secondaires, une tension transitoire est induite dans la bobine de détecteur - qui devient le signal de PEC de domaine de temps d'intérêt pour ce travail.

Le taux de désuture de la tension de la tension de la bobine de détecteur de détecteur de PEC (dénoté comme étant ') a été rapporté^6,7,8 pour montrer la proportionnalité de ², lorsqu'un signal est acquis plaçant un capteur PEC au-dessus d'une couche ferromagnetic conductive de perméabilité magnétique, conductivité électrique , et l'épaisseur d. Bien que cette fonction de signal de débit de désuétude ait une immunité considérable à des paramètres tels que la taille du capteur, la forme du capteur et le décollage^6,7,8, ce qui rend le taux de désintégration hautement souhaitable pour les scénarios de NDE difficiles tels que l'évaluation de l'état du tuyau in situ^9,10,11, cette fonctionnalité doit être calibrée (c.-à-d., , , de l'estimation du matériau inspecté) pour permettre l'épaisseur (c.-à-d. , d) quantification. Pour permettre des méthodes conventionnelles de quantification d'épaisseur basée sur le taux de décomposition^6,8, cet étalonnage doit être fait en extrayant des échantillons d'étalonnage^6,8 ou en impliquant des méthodes de caractérisation des matériaux à base de courant de remous^12,13. Alternativement, la complexité de l'étalonnage peut être évitée en représentant l'épaisseur sous forme d'épaisseur relative. Supposons qu'un exercice NDE soit effectué et que les valeurs de l'A soient extraites des signaux, alors, la valeur de la valeur du point d'épaisseur maximum dans la pièce d'essai est considérée comme une référence (c.-à-d. , _{ref 'max max}^2); puis, l'épaisseur de tout autre emplacement peut être représentée en pourcentage de l'épaisseur maximale dans la forme, présentant une épaisseur relative comme la sortie, qui est toujours utile information qualitative comme une sortie NDE qui porte également la simplicité de ne pas avoir à calibrer pour ' ,. Le protocole présenté ici décrit les étapes à suivre pour y parvenir.

Étant donné que le taux de désintégration montre la généralité à l'architecture du capteur PEC à bobine de détecteur tout en montrant l'immunité aux paramètres de la conception du capteur ainsi que le décollage^6,7,8,14, les praticiens peuvent utiliser n'importe quel détecteur à bobine basée sur le système de détection PEC de leur choix sur un matériau ferromagnetic conductif approprié pour effectuer la quantification relative de l'épaisseur suivant le protocole ici. Un exemple de conception de capteur PEC pour un matériau ferromagnetic conducteur est disponible pour les lecteurs intéressés¹⁵. Les signaux et les résultats présentés dans ce travail ont été acquis à l'aide du système PEC développé par l'Université de technologie de Sydney^6,8. Le matériau ferromagnetic conducteur utilisé pour les résultats représentatifs acquis par le système PEC est la fonte grise extraite d'un lit d'essai de tuyau^9,10,11 à Sydney en Australie.

Il convient de noter que les méthodes, les résultats et les discussions présentés dans cette publication se concentrent explicitement sur l'utilisation du taux de désintégration du signal de désuture du signal de domaine du domaine PEC basé sur la bobine de détecteur pour la quantification de l'épaisseur des matériaux ferromagnetic conductifs. La publication n'inclut pas une discussion plus large sur les conventions générales des principes de détection pec et les configurations de capteurs. D'autres travaux publiés^16,17,18 peuvent être utiles pour les lecteurs d'acquérir plus de perspicacité sur les configurations de capteurs PEC autres que l'architecture de capteur à bobine de détecteur.

Protocol

1. Extraire le taux de désintégration à partir d'un signal PEC à bobine s'il y a du détecteur disponible

1. Exprimer un signal PEC capturé expérimentalement (c.-à-d. une tension de bobine de détecteur de domaine temporel (dénotée comme V(t)))sous la forme logarithmique de ln[V(t)]. Un signal PEC typique exprimé sous la forme de ln[V(t)] est indiqué à la figure 1.
2. Trouver une région linéaire sous la forme de telle que le signal satisfait à la condition où . Selon le signal de la figure 1, il se trouve qu'il s'agit d'une région linéaire satisfaisante et réalisable.
3. Comme l'illustre la figure 2 , s'adapter au modèle linéaire aux données de signal expérimental dans la région linéaire identifiée et estimer la valeur de l'utilisationde l'accès à l'objet de l'utilisation .

2. Quantification de l'épaisseur relative

1. Supposons qu'il y ait plusieurs signaux (figure 3) acquis à partir d'une tâche NDE effectuée sur une pièce d'essai furomagnetic conductrice ayant une épaisseur variable. Tout d'abord, identifier une région linéaire commune à tous les signaux et extraire des valeurs. Selon les signaux de la figure 3, semble être une région linéaire adéquate et réalisable.
2. Sélectionnez la valeur maximale de l'étiquette et étiquetez-la comme « _ref » puisque la valeur maximale de l'aétée doit en principe correspondre à l'épaisseur maximale selon la proportionnalité de^l'étiquettede^{l'ad 2} 6^,7,8.
3. Exprimer le pourcentage d'épaisseur relative dans la forme, où l'indice correspond à la mesure ^e.

3. installation PEC_Signal_Processor

1. Localiser le fichier PEC_Signal_Processor.exe. Double cliquez sur le fichier et permettre d'exécuter.
2. Lorsque l'interface ci-dessous apparaît, cliquez sur Suivant. Lorsque l'interface apparaît, spécifiez l'emplacement du fichier pour l'installation, et cochez la case à cocher Ajouter un raccourci au bureau pour ajouter l'icône logicielle au bureau. Ensuite, cliquez sur Suivant.
3. Spécifiez l'emplacement d'installation pour l'environnement De runtime requis, puis cliquez sur Suivant. Si l'environnement Runtime requis est déjà installé, cliquez sur Suivant.
4. Lisez et acceptez d'obtenir des conditions de licence. Ensuite, cliquez sur Installer.
5. Cliquez sur Terminer lorsque l'installation est terminée. L'icône de bureau s'affiche.

4. Préparation des signaux

1. Assurez-vous que les sorties du capteur PEC [signaux bruts, c'est-à-à-d., V(t)sont disposées comme une table.
2. Copiez le tableau contenant des signaux au bureau (ou à un dossier contenu dans l'annuaire parent où l'application est installée). Pour plus de commodité, le bureau est recommandé.

5. Exécution de l'application

1. Double cliquez sur l'icône de bureau pour exécuter l'application. L'interface s'ouvrira.
2. Chargez les signaux en cliquant sur l'onglet Signaux de charge et sélectionnez le fichier contenant les signaux afin d'importer les signaux à l'interface logicielle.
3. Attendez que le nombre de signaux contenus dans le tableau contenant des signaux bruts apparaisse devant le nombre de signaux.
4. Cliquez sur Plot Signals et observez les signaux tracés à l'échelle logarithmique.
5. Cliquez sur l'onglet Zoom et ajustez la fenêtre de l'intrigue pour que la région linéaire soit clairement visible.
6. Après observation, décider des marges inférieures et supérieures raisonnables pour la région linéaire et entrer les valeurs dans les espaces de texte modifiables.
7. Cliquez sur les marges de parcelle et attendez que les marges soient tracées en vert.
8. Cliquez sur Extrait Caractéristiques et observez comment les segments en ligne droite sont tracés en rouge.
9. Cliquez sur Calculer l'épaisseur relative et observer comment un histogramme de valeurs d'épaisseur relative calculées est tracé.
10. Cliquez sur Enregistrer l'épaisseur relative pour enregistrer les valeurs d'épaisseur relatives calculées. Fournir un nom de fichier et cliquez sur OK.
11. Confirmez le nom de fichier en cliquant à nouveau sur OK pour confirmer le nom du fichier. Les valeurs d'épaisseur relatives seront enregistrées sous forme de table sur le bureau.

Results

Des résultats représentatifs dans cette section ont été générés à l'aide des signaux du PEC fournis comme matériel supplémentaire avec la référence^8; comme mentionné ci-dessus, les signaux ont été capturés sur des échantillons de fonte grise extraits du lit d'essai de pipe à Sydney en Australie, dont l'emplacement et les détails vintage sont fournis dans les références^9,10,11.

...

Discussion

Un protocole pour quantifier l'épaisseur relative (c.-à-d. l'épaisseur en pourcentage par rapport à une référence) des matériaux ferromagnetic conductrices utilisant des capteurs PEC à bobines de détecteur a été présenté. Le principal avantage de cette méthode est la capacité de surmonter l'exigence d'étalonnage (c.-à-d., surmonter la nécessité de mesurer ou d'estimer la perméabilité magnétique et la conductivité électrique du matériau inspecté pour permettre la quantification de l'épaisseur). Le protocole comprend la re...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Un système de détection PEC basé sur une bobine de détecteur.			résultats représentatifs de ce travail ont été générés à l’aide du système PEC développé par l’Université de technologie de Sydney (UTS), Australie et publiés dans les travaux 6,8. Ce système peut être accessible aux lecteurs en collaborant avec l’UTS.
Un matériau ferromagnétique conducteur approprié d’épaisseur variable.			résultats représentatifs de ce travail ont été obtenus en acquérant des mesures PEC sur des éprouvettes en fonte grise extraites d’un banc d’essai de tuyaux situé à Sydney, en Australie, dont l’emplacement et les détails de l’époque sont disponibles dans les références 9-11. Le banc d’essai de la tuyauterie ainsi que les échantillons d’étalonnage extraits peuvent être accessibles aux lecteurs en collaborant avec UTS.
Une plate-forme de calcul pour le traitement du signal PEC	MathWorks, Natick, MA, États-Unis.		Une plate-forme de calcul dans laquelle l’algorithme de traitement du signal PEC peut être codé et exécuté est nécessaire. Dans cette publication, le traitement du signal PEC a été effectué à l’aide d’un exécutable logiciel nommé « PEC_Signal_Processor », produit à l’aide de MATLAB R2017b, Éditeur : MathWorks, Natick, MA, États-Unis.
Une application qui peut produire une table contenant des signaux PEC bruts (par exemple, Microsoft Office Excel).	Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, Washington, États-Unis.		Microsoft Office Excel (Office 16) a été utilisé pour les travaux de cette publication.