Kwantyfikacja względnej grubości przewodzących materiałów ferromagnetycznych za pomocą impulsowych czujników prądów wirowych opartych na cewce detektorowej

Podsumowanie

Tutaj prezentujemy protokół ilościowego określania względnej grubości (tj. grubości w procentach w stosunku do odniesienia) przewodzących materiałów ferromagnetycznych za pomocą pulsacyjnych czujników wiroprądowych opartych na cewce detektora, jednocześnie pokonując wymóg kalibracji.

Streszczenie

Kwantyfikacja grubości przewodzących materiałów ferromagnetycznych za pomocą oceny nieniszczącej (NDE) jest kluczowym elementem monitorowania stanu strukturalnego infrastruktury, szczególnie do oceny stanu przewodzących rur ferromagnetycznych o dużej średnicy, które można znaleźć w sektorach energetycznym, wodnym, naftowym i gazowym. Wykrywanie impulsowych prądów wirowych (PEC), a zwłaszcza architektura czujnika PEC oparta na cewce detektora, z biegiem lat ugruntowała swoją pozycję jako skuteczny środek służący temu celowi. Podejścia do projektowania czujników PEC, jak również przetwarzania sygnałów, zostały przedstawione we wcześniejszych pracach. W ostatnich latach badano wykorzystanie szybkości zaniku sygnału PEC w dziedzinie czasu opartego na cewce detektora do celów ilościowego oznaczania grubości. Prace te ustaliły, że metoda oparta na szybkości zaniku jest ogólnoczesna w stosunku do architektury czujnika opartego na cewce detektora, z pewnym stopniem odporności na takie czynniki, jak kształt i rozmiar czujnika, liczba zwojów cewki i prąd wzbudzenia. Co więcej, metoda ta wykazała swoją skuteczność w NDE dużych rur wykonanych z żeliwa szarego. Podążając za taką literaturą, niniejsza praca koncentruje się wyraźnie na kwantyfikacji grubości przewodzącego materiału ferromagnetycznego detektora czujnika PEC na podstawie szybkości zaniku napięcia cewki. Jednak wyzwaniem, przed którym stoi ta metoda, jest trudność kalibracji, zwłaszcza jeśli chodzi o zastosowania takie jak ocena stanu rur in situ, ponieważ pomiar właściwości elektrycznych i magnetycznych niektórych materiałów rur lub uzyskanie próbek kalibracyjnych jest w praktyce trudne. Motywowana tym wyzwaniem, w przeciwieństwie do szacowania rzeczywistej grubości, jak to miało miejsce w niektórych poprzednich pracach, niniejsza praca przedstawia protokół wykorzystania metody opartej na szybkości rozpadu do ilościowego określenia względnej grubości (tj. grubości określonego miejsca w stosunku do maksymalnej grubości), bez wymogu kalibracji.

Wprowadzenie

Technika pomiarowa prądów wirowych impulsowych (PEC) jest prawdopodobnie najbardziej wszechstronnym przedstawicielem rodziny technik nieniszczących (NDE) opartych na prądach wirowych (EC) i znajduje wiele zastosowań w wykrywaniu i ilościowym określaniu wad oraz geometrii metali i struktur metalicznych¹. Ilościowe określanie grubości przewodzących ścianek struktur ferromagnetycznych, których grubość wynosi od kilku do kilkudziesięciu milimetrów, jest wysokopłatną usługą inżynieryjną w dziedzinie monitorowania stanu technicznego infrastruktury. Infrastruktura krytyczna wykonana ze stopów ferromagnetycznych wymagająca takiej usługi jest powszechni....

Protokół

1. Wyznaczanie szybkości zaniku β z dostępnego sygnału PEC opartego na cewce detektora

1. Przedstaw dostępny, zarejestrowany eksperymentalnie sygnał PEC (tj. napięcie cewki detektora w dziedzinie czasu (oznaczone jako V(t))) w postaci logarytmicznej ln[V(t)]. Typowy sygnał PEC przedstawiony w postaci ln[V(t)] pokazano na Rysunku 1.
2. Znajdź obszar liniowy w postaci

Wyniki

Reprezentatywne wyniki w tej sekcji zostały wygenerowane przy użyciu sygnałów PEC dostarczonych jako materiał uzupełniający do odniesienia⁸; jak wspomniano powyżej, sygnały zostały zarejestrowane na próbkach z żeliwa szarego pobranych z poligonu testowego rurociągów w Sydney w Australii, którego lokalizacja i szczegóły dotyczące wieku są podane w odniesieniach^9,10,11.

Dyskusja

Przedstawiono protokół do ilościowego określania względnej grubości (tj. grubości jako procentu w stosunku do wzorca) przewodzących materiałów ferromagnetycznych przy użyciu czujników PEC opartych na cewkach detekcyjnych. Główną zaletą tej metody jest możliwość pominięcia wymogu kalibracji (tj. brak konieczności pomiaru lub szacowania przenikalności magnetycznej i przewodności elektrycznej badanego materiału w celu określenia grubości). Protokół obejmuje logarytmiczną reprezentację sygnału PEC w dziedzinie czasu, identyf.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
System wykrywania PEC oparty na cewce detektora.	Nie dotyczy		Reprezentatywne wyniki tej pracy zostały wygenerowane przy użyciu systemu PEC opracowanego przez Uniwersytet Techniczny w Sydney (UTS) w Australii i opublikowanego w pracach 6,8. System ten może być dostępny dla czytelników poprzez współpracę z UTS.
Odpowiedni przewodzący materiał ferromagnetyczny o różnej grubości.	Nie dotyczy		Reprezentatywne wyniki tej pracy zostały wygenerowane poprzez uzyskanie pomiarów PEC na próbkach testowych z żeliwa szarego wyekstrahowanych ze stanowiska testowego rur zlokalizowanego w Sydney w Australii, którego lokalizacja i szczegóły dotyczące zabytków są dostępne w odniesieniach 9-11. Stanowisko do testowania rur, jak również pobrane próbki kalibracyjne mogą być dostępne dla czytelników dzięki współpracy z UTS.
Platforma obliczeniowa do przetwarzania sygnałów PEC	MathWorks, Natick, MA, USA.		Wymagana jest platforma obliczeniowa, na której można zakodować i wykonać algorytm przetwarzania sygnału PEC. W niniejszej publikacji przetwarzanie sygnału PEC zostało wykonane za pomocą programowego pliku wykonywalnego o nazwie "PEC_Signal_Processor", wyprodukowanego przy użyciu MATLAB R2017b, Wydawca: MathWorks, Natick, MA, USA.
Aplikacja, która może utworzyć tabelę zawierającą nieprzetworzone sygnały PEC (np. Microsoft Office Excel).	Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, Waszyngton, Stany Zjednoczone.		Do pracy nad tą publikacją wykorzystano program Microsoft Office Excel (Office 16).