검출기 코일 기반 펄스 에디 전류 센서를 사용하여 전도성 강자성 재료의 상대 두께 정량화

요약

여기서, 우리는 검출기 코일 기반 펄스 에디 전류 센서를 사용하여 전도성 강자성 물질의 상대 두께(즉, 기준대비 백분율로 두께)를 정량화하는 프로토콜을 제시하고 교정을 극복합니다. 요구 사항.

초록

비파괴 평가 (NDE)에 의한 전도성 강자성 물질의 두께 정량화는 인프라의 구조적 건강 모니터링의 중요한 구성 요소이며, 특히 큰 직경의 전도성 상태를 평가하기위한 것입니다. 에너지, 물, 석유 및 가스 부문에서 발견되는 강자성 파이프. 펄스 에디 전류(PEC) 감지, 특히 검출기 코일 기반 PEC 센서 아키텍처는 이러한 목적을 위한 효과적인 수단으로 수년에 걸쳐 확립되어 왔습니다. 전작에서는 PEC 센서와 처리 신호를 설계하기 위한 접근 방식이 제시되었습니다. 최근에는 두께 정량화를 목적으로 하는 검출기 코일 기반 시간 도메인 PEC 신호의 감쇠율의 사용이 연구되고 있다. 이러한 작업은 감쇠 율 기반 방법이 센서 모양 및 크기, 코일 회전 수 및 여기 전류와 같은 요인에 대한 내성 정도를 가진 검출기 코일 기반 센서 아키텍처에 대한 일반성을 보유한다는 것을 확립했습니다. 또한,이 방법은 회색 주철로 만든 큰 파이프의 NDE에서 그 효과를 보여 주었다. 이러한 문헌에 따라, 이 작업의 초점은 명시적으로 PEC 센서 검출기 코일 전압 붕괴 속도 기반 전도성 강자성 재료 두께 정량화이다. 그러나, 이 방법에 의해 직면 한 과제는 교정의 어려움, 특히 특정 파이프 재료의 전기 및 자기 특성을 측정하거나 교정을 얻기 때문에 그(것)들의 관 상태 평가에서와 같은 응용에 관해서 샘플은 실제로 어렵다. 이러한 과제에 의해 동기를 부여받은 이 작품은 일부 전작에서 수행한 실제 두께를 추정하는 것과는 달리, 이 작품은 상대 두께(즉, 특정 위치의 두께)를 정량화하기 위해 부패율 기반 방법을 사용하는 프로토콜을 제시합니다. 최대 두께) 교정요구 없이

서문

펄스 에디 전류 (PEC) 감지 기술은 아마도 에디 전류 (EC) 비파괴 평가 (NDE) 기술의 가족의 가장 다재 다능한 구성원이며 결함의 검출 및 정량화, 금속 및 금속 구조의 기하학에 많은 응용 프로그램을 가지고^1. 전도성 강자성 벽과 같은 구조물의 두께 정량화는 수 밀리미터에서 수십 밀리미터 이하의 벽 두께를 가지며 인프라의 구조 상태 모니터링 분야에서 수요가 높은 엔지니어링 서비스입니다. 이 서비스를 필요로 하는 강자성 합금으로 만들어진 중요한 인프라는 에너지, 물, 석유 및 가스 산업에서 일반적으로 사용할 수 있습니다. PEC 센서는 여러 아키텍처를 따라 설계될 수 있지만, 검출기 코일 기반 아키텍처는 강자성 물질^2,3,4,5의상태 평가에서 가장 효과적이고 일반적으로 사용되는 것으로 결정되었다. 따라서, 전도성 강자성 물질의 두께 정량화 문제에 기초를 설정하는 것은 검출기 코일 기반 PEC 센서 아키텍처이다.

검출기 코일 기반 PEC 센서 아키텍처는 일반적으로 두 개의 동심상, 공기 코어, 전도성 코일^2,3,4,5,6 (일반적으로 구리 코일)로 구성됩니다. 이러한코일은 모양^{2,3,4,5,6에서}원형으로 감는 것이 매우 일반적이지만, 때때로 직사각형 모양의 코일^6이 사용되어 왔다. 센서의 두 코일에서 하나는 엑시터 코일로 동작하고 다른 하나는 검출기 코일 역할을 합니다. PEC 센서에서 엑시터 코일은 전압 펄스에 의해 흥분됩니다 - 원칙적으로 Heaviside 스텝 기능으로 특징 지어질 수있는 것입니다. 이 펄스 여기는 센서 주위에 일시적인 자기장(기본 장이라고 함)을 생성합니다. 센서가 전도성 테스트 조각(예: 전도성 강자성 벽과 같은 구조)에 인접해 놓으면 이 과도 자기장은 테스트 피스에서 시간 다양한 에디 전류를 유도합니다. 이러한 에디 전류는 기본 필드를 반대하는 보조 자기장(보조 필드라고 함)을 생성합니다. 1차 및 2차 필드의 결과효과에 반응하여, 과도 전압은 검출기 코일에서 유도된다-이는 이 작업에 대한 관심있는 시간 도메인 PEC 신호가 된다.

상기 PEC 센서 검출기 코일 전압 붕괴율(β로 표시)은 ^6,7,8이 비례성 βμσd ^2를나타내며, 신호가 획득될 때 자기 투과성 μ,전기전도도 σ및 두께 d의전도성 강자성 층 위에 PEC 센서를 배치하는 것으로 보고되었다. 이러한 감쇠 속도 신호 기능은 센서 크기, 센서 모양 및리프트 오프^6,7,8과같은 파라미터에 상당한 내성을 가지고 있지만, 이는 감쇠율이 매우 바람직한 경우 9,^10,11,이 특징은 보정되어야 한다(즉, μ,조사되는 물질의 σ)를 두께(i.e)를 가능하게 한다. , d)정량화. 기존의 부패율 기반 두께 정량화^방법6,8을가능하게 하기 위해, 이 교정은 교정 샘플^6,8 또는 에디 전류 기반 재료 특성 특성화 방법^12,13을포함하여 수행되어야 한다. 또는 상대 두께의 형태로 두께를 나타내면 교정의 복잡성을 피할 수 있습니다. NDE 운동이 수행되고 β 값이 신호로부터 추출된다고 가정하고, 그 후, 시험피스의 최대 두께 점을 질적으로 대표하는 β 값이 기준(즉, β_ref μσd_max2);; 그런 다음, 다른 위치의 두께는 형태내최대 두께의 백분율로 표현될 수 있으며, 상대두께를 출력으로 제시할 수 있으며, 이는 또한 μ, σ에대해 보정할 필요가 없다는 단순성도 전달하는 NDE 출력으로서 여전히 유용한 정성적 정보이다. 본 명세서에 제시된 프로토콜은 이를 달성하기 위해 따라야 할 단계를 설명합니다.

상기 감쇠율 β는 센서 설계의 파라미터에 대한 내성을 보여주면서 검출기 코일 기반 PEC 센서 아키텍처에 대한 일반성을 나타내기 때문에^6,7,8,14,실무자는 임의의 검출기 코일 기반 PEC 감지 시스템을 임의의 검출기 코일 기반 PEC 감지 시스템을 이의 프로토콜에 따라 상대두께 정량화를 수행하기 위해 적합한 전도성 강자성 물질에 임의의 검출기 코일 기반 PEC 감지 시스템을 사용할 수 있다. 전도성 강자성 물질에 대한 PEC 센서 설계 예는 관심 있는^{독자(15)에게}제공된다. 이 작품에 제시 된 신호 및 결과는 기술 시드니 대학에 의해 개발 된 PEC 시스템을 사용하여 획득했다^6,8. PEC 시스템에 의해 획득 된 대표적인 결과에 사용되는 전도성 강자성 재료는 호주 시드니에서 파이프 테스트 베드^{9,10,11에서} 추출 된 회색 주철입니다.

이 출판물에 제시된 방법, 결과 및 토론은 전도성 강자성 물질의 두께 정량화에 대한 검출기 코일 기반 PEC 센서 아키텍처의 시간 도메인 신호의 붕괴 율의 사용에 명시적으로 초점을 맞추고 있음을 주목해야한다. 이 출판물에는 PEC 감지 원리 및 센서 구성의 일반적인 규칙에 대한 광범위한 논의가 포함되어 있지 않습니다. 다른 출판된 작업^16,17,18은 판독기가 검출기 코일 기반 센서 아키텍처 이외의 PEC 센서 구성에 대한 더 많은 통찰력을 얻는 데 유용할 수 있습니다.

프로토콜

1. 사용 가능한 검출기 코일 기반 PEC 신호에서 부패율 β 추출

1. 실험적으로 포획된 PEC 신호(즉, 시간 도메인 검출기 코일 전압(V(t)로 표시됨)를 ln[V(t)]의 로그형태형태로 표현한다. ln[V(t)]의 형태로발현되는 전형적인 PEC 신호는 도 1에도시되어 있다.
2. 신호가 조건을 정한 경우를 확인하는 형태로 선형 영역을 찾습니다. 도 1의신호에 따라, 만족스럽고 실용적인 선형 영역이 된다.
3. 도 2에도시된 바와 같이, 식별된 선형 영역 내의 실험 신호 데이터에 직선 모델을 맞추고 β의값을 추정한다.

2. 상대 두께의 정량화

1. 두께가 다른 전도성 강자성 시험장에서 수행된 NDE 태스크로부터 획득한 여러신호(그림 3)가있다고 가정합니다. 먼저 모든 신호에 공통적인 선형 영역을 식별하고 β 값을 추출합니다. 그림 3의신호에 따라 적절하고 실용적인 선형 영역인 것 같습니다.
2. 최대 β 값을 선택하고 최대 β 값이 원칙적으로 β μσd2비례도 ^{6, 7,8에}따른 최대 두께에 해당해야 하기 때문에 β _ref로 라벨을 지정합니다.
3. 인덱스가 ^th 측정에 해당하는 형식의 상대 두께 백분율을 표현합니다.

3. PEC_Signal_Processor 설치

1. PEC_Signal_Processor.exe파일을 찾습니다. 파일을 두 번 클릭하고 실행할 수 있습니다.
2. 아래 인터페이스가 나타나면 다음을 클릭합니다. 인터페이스가 팝업되면 설치를 위한 파일 위치를 지정하고 바탕 화면에 바로 가기 추가 확인란을 선택하여 바탕 화면에 소프트웨어 아이콘을 추가합니다. 그런 다음을 클릭합니다.
3. 필요한 런타임 환경에 대한 설치 위치를 지정한 다음 다음을 클릭합니다. 필요한 런타임 환경이 이미 설치되어 있는 경우 다음을 클릭하기만 하면 됩니다.
4. 사용권 이용 약관을 읽고 동의합니다. 그런 다음 설치를클릭합니다.
5. 설치가 완료되면 완료를 클릭합니다. 바탕 화면 아이콘이 나타납니다.

4. 신호 의 준비

1. PEC 센서 출력[원시 신호, 즉 V(t)]이테이블로 정렬되어 있는지 확인합니다.
2. 신호가 포함된 테이블을 데스크톱(또는 응용 프로그램이 설치된 상위 디렉터리 내에 포함된 폴더)에 복사합니다. 편의를 위해 데스크탑을 권장합니다.

5. 응용 프로그램 실행

1. 바탕 화면 아이콘을 두 번 클릭하여 응용 프로그램을 실행합니다. 인터페이스가 열립니다.
2. 신호 로드 탭을 클릭하여 신호를 로드하고 신호가 포함된 파일을 선택하여 신호를 소프트웨어 인터페이스로 가져옵니다.
3. 원시 신호가 포함된 테이블 내에 포함된 신호 수가 신호 수 앞에 나타날 때까지 기다립니다.
4. 플롯 신호를 클릭하고 로그 축척으로 플롯된 신호를 관찰합니다.
5. 확대/축소 탭을 클릭하고 선형 영역이 선명하게 표시될 플롯 창을 조정합니다.
6. 관찰 후 선형 영역에 대한 적당한 하한및 상부 여백을 결정하고 편집 가능한 텍스트 공간에 값을 입력합니다.
7. 여백 플롯을 클릭하고 여백이 녹색으로 플롯될 때까지 기다립니다.
8. 피처 추출을 클릭하고 직선 세그먼트가 빨간색으로 플롯되는 방법을 관찰합니다.
9. 상대 두께 계산을 클릭하고 계산된 상대 두께 값의 히스토그램이 플롯되는 방법을 관찰합니다.
10. 상대 두께 저장을 클릭하여 계산된 상대 두께 값을 저장합니다. 파일 이름을 제공하고 확인을클릭합니다.
11. 확인을 다시 클릭하여 파일 이름을 확인하여 파일 이름을 확인합니다. 상대 두께 값은 바탕 화면에 테이블로 저장됩니다.

결과

본 섹션의 대표적인 결과는 참조^8과함께 보충 자료로 제공되는 PEC 신호를 사용하여 생성되었습니다. 위에서 언급 한 바와 같이, 신호는 그 위치와 빈티지 세부 사항은 참조^9,10,11에제공되는 시드니 호주의 파이프 테스트 베드에서 추출 된 회색 주철 샘플에 캡처되었습니다.

토론

검출기 코일 기반 PEC 센서를 사용하여 전도성 강자성 물질의 상대 두께(즉, 기준을 기준으로 백분율로 두께)를 정량화하는 프로토콜이 제시되었다. 이 방법의 주요 장점은 교정 요구 사항을 극복 할 수있는 능력입니다 (즉, 두께 정량화를 가능하게하기 위해 검사되는 재료의 자기 투과성 및 전기 전도도를 측정하거나 추정 할 필요성을 극복). 상기 프로토콜은 시간 도메인 PEC 신호의 로그내믹 표현...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
A Detector Coil-based PEC Sensing System.	N/A		The representative results in this work were generated using the PEC system developed by University of Technology Sydney (UTS), Australia and published in works 6,8. This system may be accessible to readers via collaborating with UTS.
A suitable conductive ferromagnetic material of varying thickness.	N/A		The representative results in this work were generated by acquiring PEC measurements on grey cast iron test pieces extracted from a pipe test-bed located in Sydney Australia, whose location and vintage details are available in references 9-11. The pipe test-bed as well as the extracted calibration samples may be accessible to readers via collaborating with UTS.
A computation platform for PEC signal processing	MathWorks, Natick, MA, USA.		A computation platform in which the PEC signal processing algorithm can be coded and executed is required. In this publication, PEC signal processing was done using a software executable named "PEC_Signal_Processor", produced using MATLAB R2017b, Publisher: MathWorks, Natick, MA, USA.
An application that can produce a table containing raw PEC signals (e.g., Microsoft Office Excel).	Microsoft Corporation, One Microsoft Way, Redmond, Washington, USA.		Microsoft Office Excel (Office 16) was used for the work of this publication.