検出器コイルベースパルス渦電流センサを用いた導電性強磁性材料の相対厚度の定量

Summary

ここでは、キャリブレーションを克服しつつ、検出器コイルベースのパルス渦電流センサを用いて導電性強磁性材料の相対的な厚さ(基準に対するパーセンテージとしての厚さ)を定量化するプロトコルを提示する。要件。

Abstract

非破壊評価(NDE)による導電性強磁性材料の厚さ定量は、特に大口径導電性の状態を評価する上で、インフラの構造的健全性モニタリングの重要な要素であるエネルギー、水、石油、ガスセクターで見つかった強磁性パイプ。パルス渦電流(PEC)センシング、特に検出器コイルベースのPECセンサアーキテクチャは、この目的に役立つ効果的な手段として長年にわたって確立されています。PECセンサの設計方法や信号処理のアプローチは、これまでの作品で紹介されています。近年、厚さ定量を目的とした検出器コイルベースの時間領域PEC信号の減衰率の利用が検討されている。このような作品は、減衰率ベースの方法が検出器コイルベースのセンサアーキテクチャに一般性を保持し、センサーの形状とサイズ、コイルターンの数、励起電流などの要因に対する免疫の程度を有することを確立しています。さらに、この方法は、灰色の鋳鉄製の大型パイプのNDEにおけるその有効性を示している。このような文献に続いて、この研究の焦点は、明示的にPECセンサ検出器コイル電圧減衰速度ベースの導電性強磁性材料厚さ定量である。しかし、この方法が直面する課題は、特に特定のパイプ材料の電気的および磁気的特性を測定したり、キャリブレーションを得るために、その時点での配管状態評価などのアプリケーションに関しては、キャリブレーションの難しさです。サンプルは実際には難しいです。その課題に動機付けられ、いくつかの以前の作品によって行われた実際の厚さを推定することとは対照的に、この作品は、減衰率ベースの方法を使用して相対的な厚さを定量するためのプロトコルを提示します(すなわち、特定の場所の厚さに対して最大厚さ)、キャリブレーションの要件はありません。

Introduction

パルス渦電流(PEC)センシング技術は、おそらく渦電流(EC)非破壊評価(NDE)技術のファミリーの中で最も汎用性の高いメンバーであり、欠陥の検出と定量、および金属および金属構造の幾何学的形状^における多くの用途を有する。導電性強磁性壁様構造の厚さ定量は、数ミリメートルから数十ミリメートル以下の壁の厚さを有し、インフラの構造健全性モニタリングの分野における高需要エンジニアリングサービスである。このサービスを必要とする強磁性合金で作られた重要なインフラは、一般的にエネルギー、水、石油、ガス業界で利用可能です。PECセンサはいくつかのアーキテクチャに従って設計することができますが、検出器コイルベースのアーキテクチャは、強磁性材料^{2、3、4、5}の条件評価で最も効果的かつ一般的に使用されると判断されました。従って、導電性強磁性材料の厚さ定量の問題に基盤を設定する検出器コイルベースのPECセンサアーキテクチャである。

検出器コイルベースのPECセンサアーキテクチャは、通常、2つの同心円状巻、空気コア、導電性コイル^{2、3、4、5、6(}典型的には銅コイル)で構成されています。これらのコイルを円形^{2、3、4、5、6}に巻き付けるのはよくあることですが、時折、長方形のコイル⁶が用いられている。センサー内の 2 つのコイルから、一方は励起コイルとして動作し、もう 1 つは検出器コイルとして機能します。PECセンサでは、励起コイルは電圧パルスによって励起され、原理的には重辺ステップ機能として特徴付けることができるものである。このパルス励起は、センサの周囲に一過性磁界(一次磁場と呼ばれる)を発生させます。センサが導電性試験片(例えば、導電性強磁性壁状構造)に隣接して配置されると、この過渡磁場は試験片内の渦電流の時間変化を誘導する。これらの渦電流は、一次電界に対して二次磁場(二次磁場と呼ばれる)を生成します。一次電界と二次電界の結果として生じる影響に応じて、検出器コイルに過渡電圧が誘導され、この作業対象の時間領域PEC信号になります。

PECセンサ検出器コイル電圧減衰率(β)は、^比例βμσd2を^示し、信号が取得されると、磁性透過性μ、電気伝導度σ、および厚さdの導電性強磁性層の上にPECセンサを配置して取得される。この減衰速度信号機能は、センサーサイズ、センサー形状、リフトオフ^6、7、8などのパラメータに対してかなりの耐性を有するが、この機能は、厚さ(すなわち、検査される材料のσ)を校正する必要があります(すなわち、検査される材料のσを推定する)。、d)定量。減衰率ベースの厚さ定量^6、8の従来の方法を有効にするには、キャリブレーションサンプル^6、8を抽出するか、または渦電流ベースの材料特性特性特性評価方法^12、13を抽出することによって、この較正を行わなければならない。あるいは、キャリブレーションの複雑さは、相対的な厚さの形で厚さを表すことによって回避することができる。NDEエクササイズが行われ、β値がシグナルから抽出されると仮定すると、試験片内の最大厚さ点を定性的に表すβ値が基準と考えられる(すなわち、β_参照μσd_max^2)。そして、他の任意の位置の厚さは、形態における最大厚さのパーセンテージとして表すことができ、出力として相対的な厚さを提示し、これは依然として有用な定性情報であり、μσ、σに対して較正する必要がないようにする簡便性を有するNDE出力として有用である。ここで説明するプロトコルでは、これを実現するための手順について説明します。

減衰率βは、センサ設計のパラメータに対する耐性を示しながら、検出器コイルベースのPECセンサアーキテクチャに一般性を示すとともに、リフトオフ^{6、7、8、14}であるので、開業医は、ここでのプロトコルに従って相対的な厚さ定量を行うために、適切な導電性強磁性材料上で任意の検出器コイルベースのPECセンシングシステムを使用することができる。導電性強磁性材料のPECセンサ設計例は、関心のある読者¹⁵のために利用可能である。この研究で提示されたシグナルと結果は、シドニー工科大学^が開発したPECシステムを用いて取得^した。PECシステムによって得られた代表的な結果のために使用される導電性強磁性材料は、シドニーオーストラリアのパイプテストベッド^9、10、11から抽出された灰色鋳鉄である。

本書で提示する方法、結果、議論は、導電性強磁性材料の厚さ定量のための検出器コイルベースのPECセンサアーキテクチャの時間領域信号の減衰率の使用に明示的に焦点を当てていることに留意すべきである。この出版物には、PECセンシング原理とセンサ構成の一般的な慣習に関する広範な議論は含まれていません。他の公開作品16、17、18は、検出器コイルベースのセンサアーキテクチャ以外のPECセンサ構成に関するより多くの洞察を得るために読者のために有用であることができる。

Protocol

1. 利用可能な検出器コイルベースのPEC信号から減衰率βを抽出する

1. 実験的に捕捉されたPEC信号(すなわち、時間領域検出器コイル電圧(V(t)))をln[V(t)]の対数形式で発現させる。ln[V(t)]の形式で表される典型的な PEC 信号を図 1 に示します。
2. 信号が条件を満たすような形で線形領域を見つける.図1の信号に従って、満足のいく実用的な線形領域が起こります。
3. 図2に示すように、直線モデルを同定された線形領域内の実験信号データに適合させ、βの値を推定する。

2. 相対的な厚さの定量

1. 厚さが異なる導電性強磁性試験片で行われるNDEタスクから取得された複数の信号(図3)があるとします。まず、すべての信号に共通する線形領域を特定し、β値を抽出する。図3の信号に従って、適切で実用的な線形領域のようです。
2. 最大β値は、βσd2比例^6、7、8に従った最大厚さに原則的に対応する必要があるため、β_参照としてラベル付けする。
3. インデックスが^番目の測定値に対応する形式で、相対厚さのパーセンテージを表します。

3. PEC_Signal_Processorインストール

1. ファイルPEC_Signal_Processor.exe] を見つけます。ファイルをダブルクリックし、実行を許可します。
2. 以下のインターフェイスが表示されたら、[次へ] をクリックします。インターフェイスがポップアップ表示されたら、インストールするファイルの場所を指定し、[デスクトップへのショートカットを追加する] チェックボックスをオンにして、ソフトウェア アイコンをデスクトップに追加します。次に、[次へ] をクリックします。
3. 必要なランタイム環境のインストール場所を指定し、[次へ] をクリックします。必要なランタイム環境が既にインストールされている場合は、[次へ] をクリックします。
4. 読み、プロンプト付きライセンス条項に同意します。次に、[インストール] をクリックします。
5. インストールが完了したら、[完了] をクリックします。デスクトップアイコンが表示されます。

4. 信号の作成

1. PECセンサ出力[生信号、すなわちV(t)]がテーブルとして配置されていることを確認します。
2. シグナルを含むテーブルをデスクトップ (またはアプリケーションがインストールされている親ディレクトリ内のフォルダー) にコピーします。便宜上、デスクトップをお勧めします。

5. アプリケーションの実行

1. デスクトップ アイコンをダブルクリックして、アプリケーションを実行します。インターフェイスが開きます。
2. [負荷信号]タブをクリックして信号をロードし、信号を含むファイルを選択して、信号をソフトウェアインターフェイスにインポートします。
3. 生のシグナルを含むテーブル内に含まれるシグナルの数がシグナル数=の前に表示されるまで待ちます。
4. プロット信号をクリックし、対数スケールでプロットされた信号を観察します。
5. [ズーム]タブをクリックし、線形領域がはっきりと表示されるようにプロット ウィンドウを調整します。
6. 観察後、線形領域の適切な下限と上限を決定し、編集可能なテキスト空間に値を入力します。
7. [プロットマージン]をクリックし、余白が緑色でプロットされるまで待ちます。
8. [フィーチャを抽出]をクリックし、直線セグメントが赤でどのようにプロットされているかを確認します。
9. [相対厚さの計算] をクリックし、計算された相対厚さの値のヒストグラムがどのようにプロットされているかを確認します。
10. [相対厚さを保存]をクリックして、計算された相対的な厚さの値を保存します。ファイル名を入力し、[OK]をクリックします。
11. もう一度[OK]をクリックしてファイル名を確認し、ファイル名を確認します。相対的な厚さの値は、デスクトップ上のテーブルとして保存されます。

Results

このセクション内の代表的な結果は、参照⁸を持つ補足材料として提供されるPEC信号を使用して生成されています。前述のように、信号はシドニーオーストラリアのパイプテストベッドから抽出された灰色の鋳鉄サンプルに捕捉され、その場所とヴィンテージの詳細は参考^{文献9、10、11}で提供されています。

図1は、検出器コイルベースのPECセンサから捕捉された時間領域信号(対数形式で表される)の典型的な形状を示し、図2は減衰速度特徴βが抽出されるt>>0として対数信号の指標線形領域を示しています。 複数の PEC 信号を図 3に示します。指標的に...

Discussion

検出器コイル系PECセンサを用いて導電性強磁性材料の相対的な厚さ(すなわち、基準に対するパーセンテージとしての厚さ)を定量化するプロトコルが提示された。この方法の主な利点は、キャリブレーション要件を克服する能力です(すなわち、厚さ定量を可能にするために検査される材料の透磁率および電気伝導度を測定または推定する必要性を克服する)。このプロトコルは、時間領域PEC信号の対数表現、信号の後の段階での線形領域の同定、直線領域への直線のフィッティング、減衰率(すなわちβ)の抽出、および方程式を介した基準に対する相対的な厚さを定量化し、材料特性(すなわち、μσ)を取り消し、βσ2に起因する相対的な厚みを生成する。実験結果(...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
検出器コイルベースのPECセンシングシステム。		該当なし	この研究の代表的な結果は、オーストラリアのシドニー工科大学(UTS)によって開発されたPECシステムを使用して生成され、作品6,8で公開されました。このシステムは、UTSとの協力により、読者がアクセスできる場合があります。
さまざまな厚さの適切な導電性強磁性材料。	N/A		この研究の代表的な結果は、オーストラリアのシドニーにあるパイプ試験床から抽出されたねずみ鋳鉄試験片のPEC測定値を取得することによって生成されました。その場所とビンテージの詳細は参考文献9-11に記載されています。パイプテストベッドと抽出されたキャリブレーションサンプルは、UTSとの協力により、読者がアクセスできる場合があります。
PEC信号処理用計算プラットフォーム	MathWorks, Natick, MA, USA.		PEC信号処理アルゴリズムを符号化して実行できる計算プラットフォームが必要です。この出版物では、PEC信号処理は、MATLAB R2017b、出版社:MathWorks、Natick、MA、USAを使用して作成された「PEC_Signal_Processor」という名前のソフトウェア実行可能ファイルを使用して行われました。
生のPEC信号を含むテーブルを生成できるアプリケーション(Microsoft Office Excelなど)。	Microsoft Corporation、One Microsoft Way、レドモンド、ワシントン州、米国。		この出版物の作業には、Microsoft Office Excel (Office 16) を使用しました。