Un diseño sofisticado de núcleo de cobre para converger el control de corrientes parásitas giratorias para detectar grietas en materiales conductores.

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 5479 (2023) Citar este artículo

1141 Accesos

1 Citas

Detalles de métricas

Las pruebas de corrientes de Foucault (EC) han sido seleccionadas como un candidato estándar para detectar defectos en materiales conductores en las últimas décadas. Sin embargo, inventar sondas de CE capaces de detectar defectos menores siempre ha sido un desafío para los investigadores debido al equilibrio entre las dimensiones de la sonda y la fuerza de la CE generada en la superficie de la pieza de prueba. Aquí utilizamos un núcleo de cobre con un diseño sofisticado para hacer converger el EC giratorio en la punta del núcleo de cobre para detectar pequeñas grietas en todas las direcciones en materiales conductores. En este método, podemos acomodar arbitrariamente una bobina de excitación grande de modo que se genere una CE uniforme giratoria más grande en un área pequeña de la pieza de prueba. Por tanto, la sonda puede detectar grietas en todas las direcciones en materiales conductores.

Pequeños defectos en los componentes estructurales plantean riesgos potenciales. Debido a las ventajas de alta velocidad, sensibilidad y eficiencia1,2,3,4, las pruebas de corrientes parásitas (EC) son las pruebas no destructivas dominantes que se aplican para detectar defectos en materiales conductores para diversas industrias, como la aviación5,6, el ferrocarril7, 8,9 y petroquímica10, y el campo de la ingeniería civil, como en puentes de acero11,12. Es un método esencial para la recopilación de información sobre defectos en el campo del mantenimiento13,14.

Hoshikawa et al.15 observaron que un patrón de EC en línea recta inducido en la superficie de la pieza de prueba puede aumentar la relación señal-ruido (SNR). Esta técnica se conoce como medición uniforme de corrientes parásitas (UEC) en Japón. Mientras tanto, esta técnica se llama medición de campo de corriente alterna en América y Europa. Además, la realización de características autodiferenciales y autoanuladoras para las sondas EC puede reducir el efecto de las señales de ruido16,17. La sonda UEC típica fue inventada por Hoshikawa y se llama sonda Hoshi15,18,19,20,21,22,23,24,25. La estructura de la sonda Hoshi consta básicamente de una bobina de excitación rectangular tangencial y una bobina de detección circular o rectangular. El principio del transductor UEC es que cuando existe un defecto en el material, se interrumpe la distribución del UEC y se altera el flujo magnético a través de la bobina de detección.

Hasta la fecha, muchos investigadores continúan investigando y desarrollando nuevas sondas EC para lograr una SNR alta para predecir el tamaño de defectos cada vez más pequeños. Se aplicó un núcleo de ferrita como material del núcleo de la bobina de excitación para aumentar la amplitud del campo magnético y así mejorar la capacidad de detección de defectos debido a su alta permeabilidad26,27,28,29,30,31. Hasta la fecha, las sondas UEC han tenido una desventaja en la detección de defectos pequeños porque se requiere una gran intensidad de corriente de excitación y, por lo tanto, una gran estructura de la sonda para que se genere una EC fuerte en la superficie de la pieza de prueba para aumentar la sensibilidad de detección. Sin embargo, esto afecta la capacidad de detección de defectos pequeños porque la distribución de CE inducida es demasiado grande en comparación con el tamaño de los defectos pequeños. Además, en lugar de los sensores ECT tradicionales, también se utiliza un sensor de matriz de corrientes parásitas flexible y altamente sensible para detectar defectos microscópicos de la superficie32,33,34. Debido a la medición de conductividad de alta frecuencia y al gran amperaje de excitación, el campo magnético diverge alrededor de la bobina de excitación y cubre un área grande, lo que resulta en un alto rendimiento para la detección de microdefectos. Aun así, las sondas flexibles de corrientes parásitas suelen tener una pequeña cantidad de vueltas de cable de cobre. Por tanto, las bobinas planas necesitan mediciones de conductividad a altas frecuencias para poder conseguir un buen rendimiento (normalmente entre 100 kHz y 10 MHz). En este modo, obviamente habrá mucho ruido y un efecto de piel superficial. Además, para lograr la resolución espacial, una sonda flexible de corrientes parásitas tiene una resolución espacial grande, lo que será desventajoso al examinar piezas de prueba con un área pequeña, especialmente porque no puede detectar grietas adyacentes. Por lo tanto, en nuestro estudio anterior, se consideró que una sonda de convergencia de corrientes parásitas (ECC) con un núcleo de cobre que tenía ranuras, huecos y una placa colocada debajo de la bobina de excitación creaba una CE extremadamente fuerte que converge en la punta del núcleo de cobre35,36. . Sin embargo, para la sonda ECC del trabajo anterior, la amplitud de la señal de la grieta se redujo significativamente cuando las líneas EC eran paralelas a la longitud de la grieta en comparación con las perpendiculares a la longitud de la grieta, lo que llevó a una evaluación significativamente afectada de las características de la grieta. Un método para resolver este problema es utilizar un par de núcleos de excitación con la misma frecuencia y corrientes con una diferencia de fase de 90° para generar una EC giratoria en la superficie de la muestra18,19,23,37. Sin embargo, nuestro estudio anterior35,36 tuvo dificultades para crear una rotación de EC en la superficie de la pieza de prueba porque esta rotación no fue generada directamente por las bobinas de excitación sino por las EC que convergen en la punta del núcleo de cobre. En otras palabras, para crear una EC giratoria uniforme a través de la superficie de la pieza de prueba, se deben controlar las EC que convergen en la punta del núcleo de cobre capaz de realizar una rotación uniforme. Por lo tanto, este estudio presenta una novedosa sonda de convergencia de corrientes parásitas uniforme giratoria (RUECC) que utiliza un diseño sofisticado de un núcleo de cobre que puede crear EC giratorias que convergen en la punta del núcleo de cobre, lo que resulta en la generación de una EC giratoria extremadamente fuerte en la superficie de la pieza de prueba para detectar pequeñas grietas en todas las direcciones. Al ajustar el tamaño y el número de vueltas de la bobina de excitación y la estructura del núcleo de cobre para producir EC que convergen en la punta del núcleo de cobre, la sonda RUECC puede superar la desventaja de las sondas ECC en los estudios anteriores35,36. Se espera que también mejore significativamente la capacidad de detectar pequeños defectos en todas las direcciones con la sonda. Además, una bobina de detección circular se adhiere a características de autoanulación y autodiferencial y da como resultado que la sonda RUECC elimine las señales de ruido (especialmente las señales de ruido durante el levantamiento). El análisis de elementos finitos se realizó para confirmar la convergencia de las corrientes parásitas en la punta del núcleo de cobre. Este estudio obtuvo con éxito el RUECC en la punta del núcleo de cobre mediante la fabricación del núcleo de cobre según los resultados del análisis de elementos finitos. Se obtuvo una excelente capacidad de detección de defectos con el diseño especial del núcleo de cobre en comparación con la literatura existente.

Las estructuras de los componentes de la sonda RUECC se muestran en la Fig. 1. El diseño sofisticado del núcleo de cobre que puede crear EC giratorios que convergen en la punta del núcleo de cobre se muestra en la Fig. 1a, b. Se colocaron dos pares de bobinas de doble excitación con el mismo plano y dimensiones (Fig. 1c) sobre el núcleo de cobre (Fig. 1f) de modo que las CE que convergieran en la punta del núcleo de cobre inducidas por los dos pares de bobinas de doble excitación fueran gira con igual amplitud en todas las direcciones. El número de vueltas en cada bobina de excitación fue de 1000, con un alambre de cobre de 0,2 mm de diámetro. Las dimensiones de la bobina de detección circular se muestran en la Fig. 1d, e, que se colocó en la parte inferior y central del núcleo de cobre (Fig. 1f). El número de vueltas de la bobina de detección fue de 854, con un alambre de cobre de 0,05 mm de diámetro.

Estructura de la sonda RUECC (unidad en mm). (a) Núcleo de cobre. (b) Controlador de convergencia CE. (c) Dos pares de bobinas de doble excitación. ( d, e ) Vista superior y vista en sección a lo largo de AA ′ de la bobina de detección. (f) Sonda RUECC general.

La configuración experimental se muestra en la Fig. 2a. Las dos corrientes de excitación de onda sinusoidal con una diferencia de fase de 90° tenían una frecuencia y una magnitud de 10 kHz y 10 mA, respectivamente, y estas se generaron utilizando un generador de funciones (WAVE FACTORY WF1946B, NF Co., Yokohama, Japón) y dos amplificadores bipolares de alta velocidad (NF HAS 4012, NF Co., Yokohama, Japón). Se utilizó un módulo de robot de posicionamiento controlado por computadora para mover la sonda RUECC sobre la superficie de escaneo de la pieza de prueba a una velocidad de 10 mm/s. En la dirección de escaneo, la sonda RUECC se arrastró a lo largo del eje x y este proceso se repitió desplazando la sonda a lo largo del eje y. Dos placas de aluminio 5052 con grietas de diferentes dimensiones (símbolo LD: L: longitud de la grieta (mm); D: profundidad de la grieta (mm); todos los anchos de la grieta fueron 0,5 mm) y orientaciones (Fig. 2b, c) se prepararon como piezas de prueba para validar la capacidad de detectar grietas según el método que involucra EC giratorios que convergen en la punta del núcleo de cobre. Los experimentos se llevaron a cabo en la muestra de prueba 1 que tenía grietas con longitudes de 40 y 20 mm y profundidades de 2 y 4 mm (Fig. 2b) para evaluar el rendimiento de la sonda RUECC y evaluar las propiedades de autoanulación y autodiferencial. en el rechazo de la señal de ruido. Además, el experimento se realizó en la muestra de prueba 2 (Fig. 2c) con pequeñas grietas ubicadas cerca una de la otra para evaluar el rendimiento de la sonda RUECC para la detección de pequeñas grietas. Las grietas artificiales se crearon mediante mecanizado por descarga eléctrica. El intervalo de escaneo fue de 1 mm en ambas direcciones x e y. Las señales de amplitud de salida se obtuvieron mediante la bobina de detección única, se procesaron con un amplificador lock-in de dos fases (NF 5601B) y se almacenaron en un osciloscopio digital (Graphtec GL7000).

Implementación experimental con la sonda RUECC. (a) Diagrama de la configuración experimental. (b) Implementación experimental en la pieza de prueba 1. (c) Implementación experimental en la pieza de prueba 2. (d) Resultados experimentales de la pieza de prueba 1. (e) Resultados experimentales de la pieza de prueba 2.

Los resultados experimentales obtenidos con la sonda RUECC utilizando las piezas de prueba 1 y 2 se muestran en la Fig. 2d, e, respectivamente. En general, los resultados de la medición discriminan claramente las señales de grietas con diferentes dimensiones y orientaciones. Sin embargo, hubo un pequeño efecto en la amplitud de la señal de las grietas inclinadas a 45° (a lo largo del Camino # 3) desde el eje x en comparación con la de las grietas con otra orientación. Se puede ver claramente que las magnitudes máximas de la señal de 40-4, 40-2 y 20-4 a lo largo de las Rutas # 1, # 2 y # 4 fueron similares, mientras que aquellas a lo largo de la Ruta # 3 se redujeron. Esto ocurrió porque ajustar la amplitud de la señal de salida a cero mV (aproximadamente 0,3 mV en la implementación experimental) cuando no hay grietas debajo de la sonda RUECC fue extremadamente difícil en la implementación experimental utilizando un método manual debido al área más pequeña de la CE fuertemente inducida y la Tamaño más pequeño de la bobina de detección circular. Además, los RUEC no tienen la misma amplitud en todas las direcciones, ya que el RUECC en 45° es la composición de los RUEC en 0 y 90°. Como resultado, los campos electromagnéticos de la bobina de detección sufrirán un pequeño efecto cuando las grietas estén inclinadas 45° en comparación con las direcciones de escaneo paralelas o perpendiculares. Este efecto se demuestra a través de la diferencia en la amplitud de los dos picos de la señal de crack (Fig. 2d). Por lo tanto, la sonda RUECC debe tener características de autoanulación y autodiferencial16,17 para mejorar la sensibilidad al máximo grado y evaluar con precisión las propiedades físicas de las grietas, especialmente para las grietas pequeñas. Sin embargo, dos picos de señal de grieta fueron evidentes para las pequeñas grietas en la muestra 2 (Fig. 2e) porque la pequeña interrupción de la gran intensidad de EC en la superficie de la muestra de prueba resultó en un efecto insignificante en las señales de grieta pequeña. Esto representa la extrema sensibilidad de la sonda RUECC para detectar pequeñas grietas.

Para validar la capacidad de detección de grietas de la sonda RUECC en todas las direcciones para autenticar la EC giratoria inducida en la superficie de la pieza de prueba por la sonda RUECC, los resultados de la medición de la sonda RUECC en la pieza de prueba 1 a lo largo de la Ruta #1 (la longitud de las grietas de 4 mm de profundidad eran perpendiculares al eje x), Ruta #2 (la longitud de las grietas de 2 mm de profundidad era perpendicular al eje x), Ruta #3 (la longitud de la grieta estaba inclinada 45° desde el eje x) , y la ruta n.° 4 (la longitud de la grieta era paralela al eje x), como se muestra en las figuras 3a a d, respectivamente. Además, los resultados de la medición de la sonda RUECC en la pieza de prueba 2 a lo largo del Camino #5 (la longitud de las grietas de 2 mm de profundidad era perpendicular al eje x) y el Camino #6 (la longitud de las grietas de 4 mm de profundidad en el espécimen de prueba 2 era perpendicular al eje x), como se muestra en la Fig. 3e, f, respectivamente.

Resultados de medición de seis caminos obtenidos con la sonda RUECC. (a) Ruta #1 (la longitud de las grietas de 4 mm de profundidad en la muestra de prueba 1 era perpendicular al eje x). (b) Camino #2 (la longitud de las grietas de 2 mm de profundidad en la muestra de prueba 1 era perpendicular al eje x). (c) Ruta #3 (la longitud de la grieta en la muestra de prueba 1 estaba inclinada 45° desde el eje x). (d) Ruta #4 (la longitud de la grieta en la muestra de prueba 1 era paralela al eje x. (e) Ruta #5 (la longitud de las grietas de 2 mm de profundidad en la muestra de prueba 2 era perpendicular al eje x). f) Ruta #6 (la longitud de las grietas de 4 mm de profundidad en la muestra de prueba 2 era perpendicular al eje x).

Los resultados generales de las mediciones muestran que la sonda RUECC detectó con éxito todas las grietas en dos probetas. Según el resultado de la medición de los caminos #1 a #4 en la pieza de prueba 1, se puede ver que la amplitud máxima de la señal de las grietas con una profundidad de 4 mm (40-4, 20-4) fue el doble que la de las grietas con una profundidad de 2 mm (40-2, 20-2). De manera similar, la amplitud máxima de la señal de grietas con una profundidad de 4 mm (10-4, 5-4) fue dos veces mayor que la de grietas con una profundidad de 2 mm (10-2, 5-2) según los resultados de la medición. de los caminos #5 y #6 en la pieza de prueba 2. Para grietas con una longitud de 2 mm, dado que los UEC eran más fáciles de desviar las grietas que arrastrarse debajo de las grietas, la amplitud máxima de la señal fue la misma entre grietas con una longitud de 2 mm y profundidades de 2 mm y 4 mm. . Esto muestra que la amplitud máxima de la señal de grieta representa la profundidad de la grieta. Además, la distancia entre dos bordes de las esquinas de la señal de grieta en la muestra de prueba 1 para una grieta con una longitud de 40 mm (40-4, 40-2) fue el doble que para una grieta con una longitud de 20 mm (20-4 , 20-2). Asimismo, la distancia entre los dos bordes de las esquinas de la grieta de señal para una grieta en la pieza de prueba 2 con una longitud de 10 mm (10-4, 20-2) es el doble de una grieta con una longitud de 5 mm (5-4 , 5-2). Por lo tanto, la distancia entre los dos bordes de las esquinas de la señal de grieta refleja la longitud de la grieta. Además, las distancias entre los dos bordes de las esquinas de las señales de grieta obtenidas para el Camino #4 (perpendicular a la longitud de la grieta) fueron similares porque todas las grietas tenían el mismo ancho de 0,5 mm. Por lo tanto, la distancia entre dos bordes de las esquinas de la señal de la grieta indica el ancho de la grieta cuando los resultados de la medición obtenidos son perpendiculares a la longitud de la grieta. Aunque la amplitud de la señal de salida es de 0,3 mV (la condición ideal es cero según las características de autoanulación y autodiferencial) cuando no hay grieta debajo de la sonda RUECC, es fácil distinguir la señal de grieta (especialmente la pequeña grieta en Fig. 2e) cuando la señal medida cambia desde una línea de base finita, que es 0,3 mV como se representa en la Fig. 3.

Según los resultados de las mediciones de la Ruta 3 y la Ruta 4, los dos picos de las señales de grieta no eran similares (Fig. 3c, d). Las amplitudes de la señal de grieta del Camino #3 (Fig. 3c) cuando la longitud de la grieta estaba inclinada 45 ° desde el eje x se redujeron poco en comparación con las de los otros caminos. Esto ocurre porque la amplitud de la señal de salida es de aproximadamente 0,3 mV cuando no hay grietas debajo de la sonda RUECC, lo que afecta la condición de equilibrio16. Esto demuestra que las características de autoanulación y autodiferencial16,17 son esenciales para que la sonda RUECC mejore la capacidad de detección de grietas. La capacidad de detección de grietas se ve ligeramente afectada cuando la longitud de la grieta es de aproximadamente 45° desde el eje x y no se ve afectada por longitudes de grieta en las otras direcciones. Esto elimina la desventaja más significativa de estudios previos35,36. Además, tenga en cuenta que la distancia entre dos bordes de las esquinas de la señal de grieta obtenida para el Camino #3 no fue como la obtenida para los otros caminos porque el resultado de la medición estaba inclinado 45° con respecto a la longitud o el ancho de la grieta. En otras palabras, la distancia entre dos bordes de esquina de la señal de grieta obtenida para el Camino #3 no juzga la longitud o el ancho de la grieta.

Considerando la señal de grieta en la pieza de prueba 2 basada en los resultados de las mediciones de los Caminos #5 y #6, la amplitud máxima de la señal de grietas con una profundidad de 2 mm (10-2, 5-2, 2-2) son relativamente similares. como se muestra en la Fig. 3e. Sin embargo, hubo una marcada reducción en la amplitud de la señal máxima de la grieta con una profundidad de 4 mm y una longitud de 2 mm (2-4) en comparación con la de longitudes de 10 mm y 5 mm (10-4, 5-4). , como se muestra en la Fig. 3f. Esto indica que la intensidad de RUEC generada en la pieza de prueba no es lo suficientemente grande para detectar defectos menores que los defectos 2-4. En este caso, podemos ajustar la magnitud de la corriente de excitación así como la frecuencia de las bobinas de excitación para mejorar la intensidad de RUEC generada en la muestra de prueba, como se informa en la Ref.36.

Según los resultados de las mediciones, aunque hubo un pequeño efecto en los resultados obtenidos con la sonda RUECC cuando la longitud de la grieta era aproximadamente 45° desde el eje x, la sonda tenía una sensibilidad excelente en su capacidad para detectar grietas de diferentes dimensiones en todos direcciones. Esto autentificó la capacidad de crear fuertes EC convergentes que giran en la punta del núcleo de cobre, lo que lleva a la generación de un EC giratorio extremadamente fuerte en la superficie de la pieza de prueba. Debido a este método, es sencillo controlar las EC generadas en la pieza de prueba en la magnitud y dirección para detectar pequeñas grietas ajustando el tamaño y el número de vueltas de la bobina de excitación y la estructura del núcleo de cobre. Como resultado, la sonda RUECC puede superar las desventajas de las sondas ECC en estudios anteriores32,33 y posee la capacidad de detectar pequeños defectos en todas las direcciones con la sonda con una mejora significativa.

Para autentificar la capacidad de los EC para converger en la punta del núcleo de cobre a través del diseño sofisticado del núcleo de cobre y generar un RUEC en la superficie de la pieza de prueba, se simuló el modelo de sonda RUECC con las mismas dimensiones que en la Fig. 1 utilizando Magnet software (versión 7.9.0.18, Mentor Graphics Corporation) que utiliza análisis 3D armónicos de tiempo.

La Figura 4 indica el principio del RUEC generado en la superficie de la pieza de prueba debido a que los EC convergen en la punta del núcleo de cobre. En este método, se aplicaron dos fuentes de corriente de excitación alterna con una diferencia de fase de 90 ° para los dos pares de bobinas de doble excitación (Fig. 4a). Debido a que la fase del par n.° 2 es 90° anterior a la del par n.° 1, las EC inducidas en el núcleo de cobre por el par n.° 1 y el par n.° 2 son:

Principio de generación de un RUEC con la sonda RUECC. (a) Gráfica de dos fuentes de corriente alterna desfasadas 90° entre sí. (b) EC que convergen en la punta del núcleo de cobre. (c) Gráficos de contorno y flechas de la distribución de EC en la bobina de excitación y RUEC generado en la pieza de prueba. d) Controlador de convergencia CE. (e) Gráficos de contorno y flechas de la distribución de RUEC en la muestra de prueba.

Por lo tanto, la CE total inducida en el núcleo de cobre se calcula mediante la ecuación:

donde \({EC}_{total}\) es la EC total generada en el núcleo de cobre y \({EC}_{1}\) y \({EC}_{2}\) son las EC generadas en el núcleo de cobre mediante bobinas de doble excitación, pares #1 y #2, respectivamente. \(A\) y \(\varphi \) son la amplitud de la densidad de corriente y la fase, respectivamente, y \(\omega =2\pi f=2\pi /T\), con \(f\) y \ siendo (T\) la frecuencia y el período, respectivamente. La ecuación (3) muestra que la CE total inducida en el núcleo de cobre gira constantemente con un período T = 1/f y una amplitud constante.

La Figura 4b muestra los diagramas de contorno y flechas de la distribución de CE en el núcleo de cobre de la sonda de convergencia de CE. Además, en la Fig. 4c se muestran los diagramas de contorno y flechas de la distribución de EC en la bobina de excitación y el RUEC generado en la pieza de prueba. Además, en la Fig. 4e también se muestran los diagramas de contorno y flechas de la distribución de RUEC en la muestra de prueba.

Considere un caso particular en el momento t = 0 cuando la amplitud del par n.° 1 es cero mientras que la del par n.° 2 alcanza su valor máximo (Fig. 4a, c). Debido al diseño sofisticado del núcleo de cobre, las EC giratorias inducidas convergen en la punta del núcleo de cobre (Fig. 4b, d), lo que resulta en la generación de un RUEC extremadamente fuerte en la superficie de la pieza de prueba (Fig. 4c, e ). La Figura 4c demuestra que el RUEC generado tiene una amplitud significativamente mayor que la corriente de excitación aplicada a las bobinas de excitación.

La Figura 5 muestra los diagramas de contorno y flechas de la distribución de CE en las superficies del núcleo de cobre y la pieza de prueba. Según los resultados de la simulación, los EC convergentes giran en la punta del núcleo de cobre, lo que genera un RUEC en la superficie de la pieza de prueba. Cuando las fases eran 0 y 180 °, la amplitud del par n.° 1 era cero, mientras que la del par n.° 2 era máxima pero de polaridad opuesta (Fig. 4a). Como resultado, las UEC generadas en la superficie de la pieza de prueba tenían direcciones opuestas (Fig. 5a, e). Por el contrario, cuando las fases eran de 90 y 270 °, la amplitud del par n.° 2 era cero mientras que la del par n.° 1 era máxima pero de polaridad opuesta (Fig. 4a). En consecuencia, las UEC generadas en la superficie de la pieza de prueba tenían direcciones opuestas (Fig. 5c, e). Lo mismo ocurrió para las fases de 45 y 225 ° (Fig. 5b, f) y 135 y 315 ° (Fig. 5d, h). Por lo tanto, el UEC convergente de intensidad constante producido en la superficie de la pieza de prueba giraba constantemente con un período T. Por lo tanto, el EMF generado en la bobina de detección circular también giraba, proporcionando la capacidad de detectar grietas en todas las direcciones.

Resultados de simulación de patrones de distribución de RUEC con la sonda RUECC. (a) A 0°. (b) A 45° (π/4). (c) A 90° (π/2). (d) A 135° (3π/4). (e) A 180° (π). (f) A 225° (5π/4). (g) A 270° (3π/2). (h) A 315° (7π/4).

La Figura 6 explica el principio de la señal de detección de salida de la sonda RUECC. El principio es el mismo que el de las Refs.16,17. La señal de detección de salida depende de los EMF generados en la bobina de detección por el RUEC. Los EMF se generan en la zona de interacción (la línea de puntos roja) cuando la dirección del cable de cobre de la bobina de detección es paralela al RUEC. Hay dos condiciones: la condición equilibrada y la condición desequilibrada.

Principio de la señal de detección de salida con la bobina de detección circular. (a) Sin grieta. (b) Con una grieta debajo del lado izquierdo de la bobina de detección. (c) Con una grieta debajo del lado derecho de la bobina de detección.

La condición de equilibrio ocurre cuando los EMF \({\varepsilon }_{1}\) y \({\varepsilon }_{2}\) generados en la bobina de detección son de igual intensidad pero con polaridades opuestas (Fig. 6a), lo que genera anulan entre sí, lo que se denomina característica autodiferencial. Como resultado, la señal de detección de salida es cero, lo que se denomina característica de autoanulación. Mientras tanto, la condición de desequilibrio ocurre cuando hay una grieta debajo de la bobina de detección de la sonda RUECC, causando el valor de intensidad de \({\varepsilon }_{1}\) (Fig. 6b) o \({\varepsilon }_ {2}\) (Fig. 6c) se modificará debido a la alteración del RUEC causada por la grieta. Por lo tanto, se rompe la naturaleza de autoanulación, lo que da como resultado la generación de la señal de detección de grietas.

Los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en la Información complementaria. Los datos utilizados en este estudio actual están disponibles a través de los autores correspondientes a una solicitud razonable.

Xie, S. y col. Una nueva sonda de matriz de corrientes parásitas de transmisión de fuerza magnética y su aplicación para pruebas no destructivas de defectos en estructuras de tuberías. Sens. Actuadores A Phys. 309, 112030 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Yang, Q. y col. Una nueva sonda de corrientes parásitas excéntrica circunferencial y su aplicación para la detección de defectos en tubos de pequeño diámetro. Sens. Actuadores A Phys. 331, 113023 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Li, W., Yuan, XA, Chen, G., Yin, X. & Ge, J. Una sonda ACFM de alimentación directa con conjunto de sensores para la inspección de grietas en tuberías. END Internacional. 67, 17-23 (2014).

Artículo de Google Scholar

Hamia, R., Cordier, C. & Dolabdjian, C. Sistema de ensayo no destructivo por corrientes de Foucault para la determinación de la orientación de las grietas. END Internacional. 61, 24-28 (2014).

Artículo de Google Scholar

Alatawneh, N., Underhill, PR y Krause, TW Pruebas de corrientes parásitas de baja frecuencia para la detección de grietas subterráneas en la brida corta CF-188. IEEE Sens. J. 18, 1568–1575 (2018).

ADS del artículo Google Scholar

Mohseni, E., Boukani, HH, França, DR y Viens, M. Un estudio de la detección automatizada de grietas en placas de acero por corrientes parásitas. J. No destrucción. Evaluación. 39, 6 (2019).

Artículo de Google Scholar

Song, Z., Yamada, T., Shitara, H. y Takemura, Y. Detección de daños y grietas en la cabeza del ferrocarril mediante pruebas de corrientes parásitas. J. Electromagn. Anal. Aplica. 3, 546–550 (2011).

Google Académico

Liu, Z., Koffman, AD, Waltrip, BC y Wang, Y. Inspección ferroviaria por corrientes de Foucault utilizando técnicas de puentes de CA. J.Res. Nacional. Inst. Pararse. Tecnología. 118, 140-149 (2013).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Yang, R., He, Y., Gao, B., Tian, GY y Peng, J. Termografía de corrientes parásitas basada en conducción de calor lateral para la detección de grietas paralelas y grietas oblicuas en la banda de rodadura del riel. Medición 66, 54–61 (2015).

ADS del artículo Google Scholar

Grosso, M. et al. Corrientes de Foucault e inspección de revestimientos para tanques de almacenamiento. J. Mater. Res. Tecnología. 7, 356–360 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Ichinose, LH, Kohno, Y., Kitada, T. y Matsumura, M. Aplicaciones de la prueba de corrientes parásitas a la inspección de grietas por fatiga de puentes de acero. Memoria. fac. Ing. Universidad de la ciudad de Osaka. 48, 57–62 (2007).

Google Académico

Lo, CCH y Nakagawa, N. Evaluación de técnicas magnéticas y de corrientes parásitas para inspeccionar barras de refuerzo en rieles de barrera de puentes. Conferencia AIP. Proc. 1511, 1371-1377 (2013).

ADS del artículo Google Scholar

Yusa, N., Sakai, Y. y Hashizume, H. Una sonda de corrientes parásitas adecuada para obtener información sobre la profundidad de fallas cercanas mucho más profundas que la profundidad de penetración. END Internacional. 44, 121-130 (2011).

Artículo de Google Scholar

Yusa, N. y col. Un diseño de sonda de corrientes parásitas uniforme y dispuesta para monitorear grietas y dimensionar grietas de rotura superficial con la ayuda de una técnica de inversión computacional. END Internacional. 61, 29-34 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Hoshikawa, H. y Koyama, K. Sonda uniforme de corrientes parásitas con poco ruido perturbador. En Revisión del progreso en la evaluación cuantitativa no destructiva (eds Thompson, DO y Chimenti, DE) 1059–1066 (Springer, 1998).

Capítulo Google Scholar

Repelianto, AS & Kasai, N. La mejora de la detección de fallas mediante la configuración de sondas uniformes de corrientes parásitas. Sensores 19, 397 (2019).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Repelianto, AS, Kasai, N., Sekino, K. y Matsunaga, M. Una sonda de corrientes parásitas uniforme con una bobina de doble excitación para la detección de defectos en placas de aluminio. Metales 9, 1116 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Hoshikawa, H. y Koyama, K. Una nueva sonda ECT con corrientes parásitas de dirección giratoria. En Revisión del progreso en la evaluación cuantitativa no destructiva (eds Thompson, DO y Chimenti, DE) 1091–1098 (Springer, 1996).

Capítulo Google Scholar

Koyama, K. y Hoshikawa, H. Estudio básico de una nueva sonda ECT que utiliza corrientes parásitas de dirección de rotación uniforme. En Revisión del progreso en la evaluación cuantitativa no destructiva (eds Thompson, DO y Chimenti, DE) 1067–1074 (Springer, 1997).

Capítulo Google Scholar

Hoshikawa, H., Koyama, K. y Maeda, M. Indicación de la fase de señal de la profundidad del defecto mediante una sonda de corrientes parásitas sin ruido de despegue. Conferencia AIP. Proc. 615, 430–437 (2002).

ADS del artículo Google Scholar

Hoshikawa, H., Koyama, K. y Maeda, M. Una nueva sonda de superficie de corrientes parásitas para fallas cortas con un ruido de despegue mínimo. Conferencia AIP. Proc. 657, 413–418 (2003).

ADS del artículo Google Scholar

Hoshikawa, H., Koyama, K. y Karasawa, H. Una nueva sonda de superficie ECT sin ruido de despegue y con información de fase sobre la profundidad del defecto. Conferencia AIP. Proc. 557, 969–976 (2001).

ADS del artículo Google Scholar

Hoshikawa, H., Koyama, K. y Naruse, Y. Detección de la zona de soldadura sobre pintura anticorrosión mediante una sonda de corrientes parásitas uniforme giratoria. Conferencia AIP. Proc. 760, 502–508 (2005).

ADS del artículo Google Scholar

Koyama, K., Hoshikawa, H. y Kadoya, Y. Pruebas de fallas superficiales de zonas de soldadura utilizando una sonda de corrientes parásitas uniforme destinada a detectar fallas longitudinales y transversales mediante un escaneo único. J. Jpn. Soc. No destrucción. En sp. 60, 275–282 (2011).

Google Académico

Koyama, K., Hoshikawa, H. y Kojima, G. Pruebas no destructivas actuales de Eddy para compuestos reforzados con fibra de carbono. J. Prensa. Tecnología de buques. 135, 041501 (2013).

Artículo de Google Scholar

Sabbagh, HA, Bowler, JR y Sabbagh, LD Un modelo de sondas de corrientes parásitas con núcleos de ferrita. No destrucción. Prueba. Evaluación. 5, 67–79 (1989).

ADS del artículo Google Scholar

May, P., Zhou, E. y Morton, D. Modelado numérico e implementación de sondas de corrientes parásitas con núcleo de ferrita. END Internacional. 40, 566–576 (2007).

Artículo CAS Google Scholar

May, P., Zhou, E. y Morton, D. El diseño de una sonda con núcleo de ferrita. Sens. Actuadores A Phys. 136, 221–228 (2007).

Artículo CAS Google Scholar

Zeng, Z., Udpa, L. y Udpa, SS Modelo de elementos finitos para la simulación de una sonda de corrientes parásitas con núcleo de ferrita. Traducción IEEE. Magn. 46, 905–909 (2010).

ADS del artículo Google Scholar

Ghosh, MK y cols. Modelado numérico de las características magnéticas del núcleo de ferrita teniendo en cuenta tanto las corrientes parásitas como las de desplazamiento. Heliyon 5, e02229 (2019).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Mirzaei, M., Ripka, P. y Grim, V. Un novedoso sensor de velocidad de corrientes parásitas con un núcleo E de ferrita. Magn. IEEE. Letón. 11, 1-5 (2020).

Artículo de Google Scholar

Santos, TG, Vilaça, P., Dos Santos, J., Quintino, L. & Rosado, L. Innovadora sonda de corrientes parásitas para microdefectos. Conferencia AIP. Proc. 1211, 377–384 (2010).

ADS del artículo Google Scholar

Ma, QP, Gao, B., Tian, GY, Rong Yang, C. y Chen, KF Inspección de microdefectos de forma compleja mediante una matriz de corrientes parásitas TRT flexible de alta sensibilidad. En Actas del Foro de aplicaciones y nuevas tecnologías NDT del Lejano Oriente del IEEE de 2019, FENDT 2019 110–114 https://doi.org/10.1109/FENDT47723.2019.8962592 (2019).

Ma, Q. y col. Matriz de corrientes parásitas de devanado cuadrado doble flexible de alta sensibilidad para inspección de microdefectos superficiales. Sens. Actuadores A 309, 111844 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Trung, LQ, Kasai, N., Sekino, K. y Miyazaki, S. Una sonda de convergencia de corrientes parásitas con núcleo de cobre y bobina de detección única para detectar fallas en placas de aluminio. END Internacional. 132, 102707 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Trung, LQ, Kasai, N., Sekino, K. & Miyazaki, S. Sondas de convergencia de corrientes de Foucault con características autodiferenciales y autoanuladoras para detectar grietas en materiales conductores. Sens. Actuadores A Phys. 349, 114084 (2023).

Artículo CAS Google Scholar

Repelianto, AS, Kasai, N., Sekino, K., Matsunaga, M. & Trung, LQ Detección de defectos en placas de aluminio utilizando una sonda de corrientes parásitas uniforme giratoria con dos pares de bobinas de excitación. Metales 9, 1069 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Descargar referencias

Este trabajo fue apoyado por la Subvención para Investigación Científica (B) JSPS KAKENHI Grant No. 22H01724. Los autores desean agradecer el apoyo financiero del Programa de becas de investigación 2022 para estudiantes de doctorado de la Sociedad Japonesa de Inspección No Destructiva y la beca de JEES Mitsui Fudosan No. MITSUI2204 para la investigación del autor.

Departamento de Medio Ambiente Artificial, Escuela de Graduados en Ciencias del Medio Ambiente y la Información, Universidad Nacional de Yokohama, 79-5 Tokiwadai, Hodogaya, Yokohama, 240-8501, Japón

Le Quang Trung, Naoya Kasai y Seishu Miyazaki

Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales, Instituto Kanagawa de Ciencia y Tecnología Industrial, 705-1 Shimo Imaizumi, Ebina, Kanagawa, 243-0435, Japón

Kouichi Sekino

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

Conceptualización, LQT y NK; Metodología, LQT y NK; Software, LQT y KS; Validación, LQT y NK; Análisis formal, LQT, NK y KS; Investigación, LQT, NK, KS y SM; Recursos, NK y KS; Curación de datos, LQT y SM; Escritura: borrador original, LQT; Escritura: revisión y edición, LQT y NK; Visualización, LQT y SM; Supervisión, NK; Administración de proyectos, LQT; Adquisición de financiación, NK

Correspondencia a Naoya Kasai.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Vídeo complementario 1.

Vídeo complementario 2.

Vídeo complementario 3.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado a los autores originales y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Trung, LQ, Kasai, N., Sekino, K. et al. Un diseño sofisticado de núcleo de cobre para converger el control de corrientes parásitas giratorias para detectar grietas en materiales conductores. Representante científico 13, 5479 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32319-8

Descargar cita

Recibido: 24 de enero de 2023

Aceptado: 25 de marzo de 2023

Publicado: 04 de abril de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32319-8

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.