הכמת את העובי היחסי של חומרים מוליכי גנטית באמצעות גלאי סליל מבוססי חיישנים הנוכחית אדי הזרם

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לכמת את העובי היחסי (כלומר, עובי כאחוז ביחס להפניה) של חומרים פרומגנטיים מוליך באמצעות מבוססי סליל גלאי מבוסס על חיישנים הנוכחית פעמו, תוך התגברות על כיול דרישה.

Abstract

כימות היקף של חומרים מוליכי גנטית באמצעות הערכה בלתי הרסנית (NDE) הוא מרכיב מכריע בניטור בריאות מבנית של תשתיות, במיוחד להערכת מצב של קוטר גדול מוליך צינורות פרגנטים שנמצאו בתחומי האנרגיה, המים, הנפט והגז. פעמו הנוכחי אדי (לחישה) חישת, בעיקר גלאי מבוסס סליל חיישן הארכיטקטורה, הקימה את עצמה במשך השנים כאמצעי יעיל לשרת מטרה זו. גישות לעיצוב חיישני המוח כמו גם אותות עיבוד הוצגו בעבודות הקודמות. בשנים האחרונות, השימוש בקצב הדעיכה של משטח מבוסס סליל הזמן מבוססי משטח האיתות למטרת קוונפיקציה של עובי נחקרו. יצירות כאלה הקימו כי שיטה מבוססת שיעור ריקבון מחזיקה בכלליות את הגלאי סליל מבוססי חיישן מבוסס, עם מידה של חסינות לגורמים כגון צורה חיישן וגודל, מספר הופך סליל, ועירור הזרם. יתר על כן, שיטה זו הראתה את יעילותו ב NDE של צינורות גדולים עשוי ברזל יצוק אפור. בעקבות ספרות כגון, ההתמקדות של העבודה הזאת הוא מפורש במפורש מגלאי החיישן של הסליל ומתח מיצוי החומרים המבוסס על חומר מוליך. עם זאת, האתגר בפני שיטה זו הוא הקושי של כיול, במיוחד כשמדובר ביישומים כגון הערכה באתרו התנאי צינור מאז מדידת תכונות החשמל והמגנטי של חומרים צינור מסוימים או קבלת כיול . הדגימות קשות בפועל מונע על ידי האתגר הזה, בניגוד להערכת עובי בפועל כפי שנעשה על ידי כמה יצירות קודמות, עבודה זו מציגה פרוטוקול עבור שימוש בשיטת ניוון שיעור לכמת בעובי יחסי (כלומר, עובי של מיקום מסוים ביחס ל עובי), ללא הדרישה לכיול.

Introduction

הזרם פעמו הנוכחי (לחישה) הטכניקה היא אולי החברה המגוונת ביותר של המשפחה של אדי זרם (EC) הערכה לא הרסנית (NDE) טכניקות יש יישומים רבים זיהוי וכימות של פגמים, ואת הגיאומטריה של מתכות מבנים מתכתיים¹. כימות עובי של מבנים מוליכי גנטיות מוליך, לאחר עוביים שאינם יותר ממספר מילימטרים עד כמה עשרות מילימטרים, הוא שירות הנדסת ביקוש גבוה בתחום ניטור בריאות מבנית של תשתיות. תשתיות קריטיות העשויות מסגסוגות פרומגנטיות הדורשות שירות זה זמינות בדרך כלל בתעשיות האנרגיה, המים, הנפט והגז. בעוד שניתן לתכנן חיישנים לאחר מספר ארכיטקטורות, הארכיטקטורה המבוססת על סליל הגלאי הייתה נחושה להיות היעילה והנפוצה ביותר בהערכת המצב של חומרים פרומגנטיים^2,3,4,5. לכן, זהו גלאי מבוסס סליל הארכיטקטורה מבוססי-החיישן הקובע את הבסיס לבעיית כימות העובי של חומרים פרומגנטיים מוליך.

מבוסס סליל גלאי מבוססי חיישן העיצוב מורכב בדרך כלל שני גלילים פצע, האוויר cored, סלילים מוליך^2,3,4,5,6 (בדרך כלל סלילי נחושת). זה די נפוץ לרוח סלילים אלה כדי להיות מעגלית בצורה^2,3,4,5,6, אבל מדי פעם, סלילים בצורת מלבני⁶ שימשו. משני סלילים בחיישן, אחד מתנהג כסליל מרגש בעוד האחרים מעשים כמו סליל הגלאי. בחיישן ה-, הסליל הנרגש מתרגש מפולס מתח-משהו שניתן לאפיין כפונקציית צעד של Heaviside בעיקרון. זה עירור פעמו יוצר שדה מגנטי ארעי (נקרא השדה העיקרי) סביב החיישן. כאשר החיישן ממוקם בסמוך לקטע מבחן מוליך (למשל, מבנה הקיר מוליך הגדר המוליך), זה שדה מגנטי ארעי גורם זמן זרמים שונים של אדי בחלק המבחן. זרמי האדי האלה יוצרים שדה מגנטי משני (הנקרא שדה משני) המתנגד לשדה הראשי. בתגובה להשפעה הנובעת של השדות הראשיים והמשניים, מתח חולף מושרה בסליל הגלאי-שהופך לתחום הזמן הנקוב באות הריבית של העבודה.

גלאי המתח של החיישן (מסומן כ- β) מדווח על^6,7,8 כדי להציג את המידתיות β μσd², כאשר נרכש אות הצבת חיישן מוליך מעל שכבת פרומגנטית מוליכי החשמל של החדירות המגנטי ,מוליכות חשמלית σועובי d. למרות שתכונת האיתותים של קצב הדעיכה מהווה חסינות ניכרת לפרמטרים כגון גודל החיישן, הצורה חיישן, ולהרים-off^6,7,8, מה שהופך את שיעור ריקבון רצוי מאוד תרחישים nde מאתגרת כגון באתרו הערכת תנאי צינור^9,10,11, תכונה זו חייבת להיות מכויל (כלומר, μ, σ של החומר נבדק להיות מוערך) כדי לאפשר עובי (i.e. , d) כימות. כדי לאפשר שיטות קונבנציונליות של דעיכה מבוססת עובי שיעור^6,8, יש לבצע כיול זה על-ידי חילוץ דגימות^{כיול 6,8} או על-ידי הגדרת שיטות האפיון של מאפיין החומר^{הנוכחי של אדי מבוססי המאפיין 12,13}. לחילופין, ניתן להימנע ממורכבות הכיול על-ידי ייצוג עובי בצורה של עובי יחסי. נניח שתרגיל nde מבוצע והערכים הβ מופקים מאותות, ולאחר מכן, הערך הβ באיכות הגבוהה ביותר של נקודת העובי המקסימלי בכלי הבדיקה נחשב כהפניה (כלומר, β_ref μσd_max²); לאחר מכן, העובי של כל מיקום אחר יכול להיות מיוצג כאחוז של עובי המרבי בטופס , הצגת עובי יחסי כפלט, אשר עדיין מידע איכותני שימושי כמו פלט nde כי גם נושא את הפשטות של לא צורך לכייל עבור μ, σ. הפרוטוקול שהוצג בזאת מתאר את הצעדים שבהם יש לבצע את הפעולות הבאות.

מאז שיעור ריקבון β מראה הכלליות הגלאי סליל מבוססי חיישן מבוסס-החיישנים תוך הצגת חסינות לפרמטרים של עיצוב החיישן, כמו גם^להרים-off⁶,^7,8,14, מתרגלים יכולים להשתמש בכל מערכת מבוססי סליל חיישן מבוסס-משתמש של הבחירה שלהם על חומר מתאים הפרוגנטי מוליך לבצע לכמת דוגמה לעיצוב של חיישן ה-, מתאים לקבלת מתעניינים בקוראים¹⁵. את האותות ואת התוצאות המוצגות בעבודה זו נרכשו באמצעות מערכת המפותחות על ידי אוניברסיטת סידני הטכנולוגיה^6,8. החומר הפרגנטי מוליך המשמש לתוצאות הנציג שנרכשו על ידי מערכת החשמל הוא ברזל יצוק אפור מופק צינור מבחן מיטה^9,10,11 בסידני אוסטרליה.

יש לציין כי שיטות, תוצאות, ודיונים המוצגים בפרסום זה במפורש להתמקד בשימוש של הגלאי סליל מבוסס-חיישן הזמן של הארכיטקטורה של שידור התחום של האות של מתחם המדידה של החומר הפררומגנטי מוליך. הפרסום אינו כולל דיון רחב יותר במוסכמות כלליות של עקרונות חישה ותצורות חיישנים. עבודה אחרים^{שפורסמו 16,17,18} יכול להיות שימושי עבור הקוראים כדי לקבל תובנה יותר על הגדרות חיישן הסליל האחר מאשר מבוסס גליל גלאי חיישן הארכיטקטורה.

Protocol

1. חילוץ שיעור הדעיכה β מהאות הזמין מבוסס סליל לגלאי

1. לבטא אות מסוג הזיהוי הזמין (כלומר, הזמן של גלאי התחום (מסומן כ- V(t)) בצורה לוגריתמית שלהפונקציהin [(t)]. אות מסוג הצליל האופייני שלהפונקציהIn [V (t)] מוצג באיור 1.
2. למצוא אזור ליניארי בצורה כזו שהאות עונה על התנאי שבו. לפי האות באיור 1, זה במקרה אזור ליניארי משביע רצון ומעשית.
3. כפי שמודגם באיור 2, התאימו את מודל הקו הישר לנתוני האות הניסיוניים באזור הליניארי המזוהה והעריכו את הערך של β.

2. קוונפיקציה של עובי יחסי

1. נניח שיש מספר רב של אותות (איור 3) שנרכשו מתוך משימה nde שבוצעה על פיסת מבחן מוליכי גנטיות המוליך בעל עובי משתנה. תחילה, זהה אזור ליניארי משותף לכל האותות ולחלץ ערכי β . לפי האותות באיור 3, נראה אזור ליניארי נאותה ומעשית.
2. בחר את ערך הβ המירבי ותייג אותו כ- β_ref כיוון שערך הβ המירבי אמור להתאים לעובי המקסימלי בהתאם ליחס β μσd² של המידתיות^6,7,8.
3. אחוז עובי מהיר יחסית בטופס , כאשר האינדקס מקביל למדידה ^ה-th .

3. PEC_Signal_Processor התקנה

1. אתר את הקובץ PEC_Signal_Processor. exe. לחץ פעמיים על הקובץ ואפשר לבצע.
2. כאשר הממשק שלהלן מופיע, לחץ על הבא. כאשר הממשק יצוץ, ציין את מיקום הקובץ להתקנה וסמן את תיבת הסימון הוסף קיצור דרך לשולחן העבודה כדי להוסיף את סמל התוכנה לשולחן העבודה. לאחר מכן לחץ על הבא.
3. ציין את מיקום ההתקנה עבור סביבת זמן הריצה הדרושה ולאחר מכן לחץ על הבא. אם סביבת זמן הריצה הדרושה כבר מותקנת, פשוט לחץ על הבא.
4. קרא, והתאם את תנאי הרשיון ואת תנאי הרישיון. לאחר מכן לחץ על התקן.
5. לחץ על סיום בעת השלמת ההתקנה. סמל שולחן העבודה יופיע.

4. הכנת אותות

1. ודא שפלטי החיישן של ה-, V(t) (אותות גולמיים) מסודרים כטבלה.
2. העתק את הטבלה המכילה אותות לשולחן העבודה (או לתיקיה הכלולה בספריית האב שבה מותקן היישום). לנוחיותכם, שולחן העבודה מומלץ.

5. ביצוע האפליקציה

1. לחץ פעמיים על סמל שולחן העבודה כדי להפעיל את היישום. הממשק ייפתח.
2. טען אותות על-ידי לחיצה על הכרטיסיה ' אותות טעינה ' ובחר את הקובץ המכיל את האותות כדי לייבא את האותות לממשק התוכנה.
3. המתן עד שמספר האיתותים המוכלים בטבלה המכילה אותות גולמיים יופיעו לפני מספר האיתותים =.
4. לחץ על איתותי התוויה ובדוק את האותות המותווים בקנה מידה לוגריתמי.
5. לחץ על הכרטיסייה זום ולהתאים את חלון העלילה עבור האזור הליניארי להיות גלוי בבירור.
6. לאחר התבוננות, החליטו על שוליים נמוכים ועליונים סבירים לאזור הליניארי והזינו את הערכים במרחבי המלל הניתנים לעריכה.
7. לחץ על שולי התוויה והמתן עד שהשוליים יותוו בצבע ירוק.
8. לחץ על חלץ תכונות ולראות איך מקטעי קו ישר מותווים באדום.
9. לחצו על ' חישוב עובי יחסי ' ובדוק כיצד הותווה היסטוגרמה של ערכי עובי יחסיים מחושבים.
10. לחץ על שמור עובי יחסי כדי לשמור את ערכי העובי היחסי המחושבים. ספק שם קובץ ולחץ על הלחצן ' אשר'.
11. אשר את שם הקובץ על-ידי לחיצה על אישור שוב כדי לאשר את שם הקובץ. ערכי העובי היחסיים יישמרו כטבלה בשולחן העבודה.

Results

תוצאות הנציג בסעיף זה נוצרו באמצעות אותות ה-, שסופקו כחומר משלים עם התייחסות⁸; כפי שהוזכר לעיל, האותות נתפסו על האפורים ברזל יצוק דגימות שחולצו מן המיטה מבחן צינור בסידני אוסטרליה, אשר מיקומו ואת הפרטים הבציר מסופקים הפניות^9,10,11.

איור 1 מציג את הצורה האופיינית של אות מתחם הזמן (המבוטא בטופס לוגריתמי) שנתפסו מתוך חיישן מבוסס סליל מבוססי

Discussion

פרוטוקול לכמת את העובי היחסי (כלומר, עובי כאחוז ביחס להפניה) של חומרים פרומגנטיים מוליך באמצעות מבוסס סליל גלאי מבוססי חיישנים הוצג. היתרון העיקרי של שיטה זו הוא היכולת להתגבר על דרישת הכיול (כלומר, להתגבר על הצורך למדוד או לאמוד את החדירות המגנטי והמוליכות החשמלית של החומר הנבדק כדי לאפשר כימות עובי). הפרוטוקול כולל ייצוג לוגריתמי של אות הזמן של קבוצת מחשבים, זיהוי של אזור ליניארי בשלבים המאוחרים של האות, התאמת קו ישר לאזור הליניארי וחילוץ קצב הדעיכה (כלומר, β) וכימות העובי היחסי ביחס להפניה דרך המשוואה

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
מערכת חישת PEC מבוססת סליל גלאי.		התוצאות	המייצגות בעבודה זו נוצרו באמצעות מערכת PEC שפותחה על ידי האוניברסיטה הטכנולוגית של סידני (UTS), אוסטרליה ופורסמו בעבודות 6,8. מערכת זו עשויה להיות נגישה לקוראים באמצעות שיתוף פעולה עם UTS.
חומר פרומגנטי מוליך מתאים בעובי משתנה.	N/A		התוצאות המייצגות בעבודה זו נוצרו על ידי רכישת מדידות PEC על חלקי בדיקה מברזל יצוק אפור שחולצו ממיטת בדיקת צינור הממוקמת בסידני אוסטרליה, שמיקומה ופרטי הבציר שלה זמינים בהפניות 9-11. מיטת בדיקת הצינור כמו גם דגימות הכיול שחולצו עשויות להיות נגישות לקוראים באמצעות שיתוף פעולה עם UTS.
פלטפורמת חישוב לעיבוד אותות PEC	MathWorks, Natick, MA, ארה"ב.		נדרשת פלטפורמת חישוב בה ניתן לקודד ולבצע את אלגוריתם עיבוד אותות ה-PEC. בפרסום זה, עיבוד אותות PEC נעשה באמצעות קובץ הפעלה של תוכנה בשם "PEC_Signal_Processor", שהופק באמצעות MATLAB R2017b, מוציא לאור: MathWorks, Natick, MA, ארה"ב.
יישום שיכול להפיק טבלה המכילה אותות PEC גולמיים (לדוגמה, Microsoft Office Excel).	Microsoft Corporation, One Microsoft Way, רדמונד, וושינגטון, ארה"ב.		Microsoft Office Excel (Office 16) שימש לעבודה של פרסום זה.