El término «sensor absoluto» se deriva del hecho de que se mide el valor absoluto de la tensión inducida en la bobina de prueba. La señal de un defecto o de un cambio en las propiedades de la probeta se superpone a la señal de una probeta sin defectos o de una bobina vacía. Por tanto, la señal de la prueba no sólo se ve influida por los defectos, sino también por las propiedades del material de la probeta y las condiciones ambientales. Si, por ejemplo, el sensor se calienta durante el funcionamiento, su resistencia eléctrica cambia y el valor absoluto de la tensión inducida empieza a «vagar» (derivar). Este es el principal inconveniente de estos sistemas de sensores. Para suprimir este tipo de interferencias y otras similares, a menudo se interpone una bobina de compensación adicional. Ésta debe disponerse de tal manera que no haya interacción con la probeta de ensayo pero se supriman eficazmente las influencias ambientales.
Si sólo se van a mostrar los cambios en el valor medido causados por la desviación de las propiedades de la muestra, el valor absoluto debe compensarse por este cambio. La forma más sencilla de conseguirlo es utilizando el llamado método de comparación. Se trata de utilizar dos sensores absolutos que sean lo más parecidos posible y que estén conectados entre sí (como dos pilas idénticas con sus polos negativos conectados entre sí). La suma de las dos tensiones parciales es entonces igual a cero si ambas bobinas contienen probetas con propiedades idénticas. En este caso, ambas bobinas emiten las mismas señales de medición, que se anulan entre sí debido al circuito eléctrico.
Un sistema de bobinas de este tipo se conoce como sistema diferencial con comparación de longitud de brazo. En este sistema, el objeto de prueba se compara con una muestra de calidad especificada, el «estándar de prueba». Sólo se da una indicación si las propiedades del objeto de prueba se desvían del estándar de prueba. Una diferencia del 1 % sólo puede ocupar toda la escala de la pantalla si la sensibilidad del aparato es la adecuada. Para obtener siempre resultados de medición reproducibles con un ajuste específico del aparato, es aconsejable etiquetar los sensores de modo que se utilice siempre el mismo sensor como «sensor de referencia».
El ancho de banda es un parámetro elemental en el procesamiento de señales. Describe la anchura del espectro de frecuencias, es decir, los componentes de frecuencia contenidos en una señal.
El ancho de banda se caracteriza por una frecuencia de corte inferior y otra superior. La frecuencia de corte superior está limitada dentro del dispositivo por el comportamiento de amortiguación del sistema. Es muy posible que el ancho de banda inferior sea cero. En este caso, el ancho de banda corresponde a la frecuencia de corte superior. Se suele utilizar el criterio de los 3 dB, que corresponde a una caída de la amplitud de la señal hasta aproximadamente el 71 %.
Nota: El ancho de banda máximo es una característica importante de los dispositivos de prueba de corrientes de Foucault y no debe confundirse con el rango disponible de la frecuencia de prueba. Se refiere al espectro de frecuencias de la señal de corrientes de Foucault demodulada y puede limitarse específicamente a los requisitos específicos de la aplicación mediante los ajustes del filtro (filtro de paso alto > frecuencia de corte inferior o filtro de paso bajo > frecuencia de corte superior). De este modo, las señales de interferencia pueden debilitarse o eliminarse si su espectro de frecuencias difiere significativamente del de las señales de interés (por ejemplo, las indicaciones de grietas).
Un filtro paso banda se crea combinando un filtro paso bajo y un filtro paso alto. Esto significa que sólo un segmento de frecuencia media, que contiene únicamente las señales de interés, puede pasar sin verse afectado. Sólo se suprimen las señales de interferencia de baja y alta frecuencia.
Debe fijarse una frecuencia de corte inferior y superior para los filtros paso banda (véase ancho de banda).
En las pruebas de corrientes de Foucault, los filtros paso banda pueden utilizarse para atenuar o eliminar las variaciones de conductividad, las variaciones de geometría, las señales de distancia (despegue), las interferencias electromagnéticas de alta frecuencia y el ruido de los dispositivos electrónicos, por ejemplo.
Debe tenerse en cuenta que el espectro de frecuencias de las señales de interferencia y de las señales de interés depende tanto de la velocidad de ensayo actual como del tipo y la geometría del sensor utilizado:
1) Cuanto mayor sea la velocidad de prueba y menor la anchura efectiva de la bobina, mayor será la frecuencia de las señales (> «pulsos más cortos»).
2) Para velocidades de prueba bajas y para dimensiones de bobina relativamente grandes, las frecuencias de las señales se hacen correspondientemente más pequeñas (> «pulsos más largos»).
El uso de un filtro de paso de banda también se denomina prueba «dinámica», ya que el espectro de frecuencias de la señal demodulada sólo contiene componentes variables (dinámicos) (por ejemplo, en aplicaciones de rotor). Esto significa que el punto de la señal siempre vuelve al origen de las coordenadas, aunque el sensor no se mueva.
En un sistema de sensor diferencial, se utiliza la misma disposición de bobinas que en el método de comparación externa, salvo que las bobinas están dispuestas de tal forma que un punto de la probeta se compara con otro punto de la misma probeta que se encuentra a poca distancia.
En esta disposición, la probeta se compara consigo misma. Como se puede suponer que la aleación y la microestructura no cambian o cambian sólo de forma insignificante debido a la pequeña distancia entre las dos bobinas receptoras, de esta forma sólo se muestran los defectos repentinos u otras inhomogeneidades del material.
Por tanto, este método se utiliza principalmente para detectar defectos localizados del material (por ejemplo, grietas), mientras que los cambios en las propiedades de la pieza, que se producen de forma continua en toda su longitud, se compensan en gran medida.
El inconveniente de esta disposición es la dependencia direccional del sensor. Mientras que los defectos alargados (grietas) que discurren transversalmente a las dos bobinas receptoras se detectan fácilmente (ya que sólo una de las dos bobinas receptoras se ve afectada a la vez), estos defectos dejan de reconocerse o sólo se reconocen de forma muy limitada en cuanto discurren longitudinalmente (los defectos alargados abarcan ahora ambas bobinas receptoras simultáneamente). Esto puede remediarse mediante una disposición múltiple de las bobinas receptoras (las denominadas disposiciones multidiferencia). Sin embargo, esto sigue teniendo direcciones preferentes, es decir, los defectos en determinadas orientaciones siguen reconociéndose sólo hasta cierto punto.
Existen básicamente dos grandes grupos de sensores: los sensores de caudal y los sensores táctiles. Se distingue entre sensores de paso: Sensor pasante exterior, que encierra el objeto de prueba y es guiado a través de él (por ejemplo, en la prueba de la varilla con bobinas de prueba completas) y sensor pasante interior, que está encerrado por el objeto de prueba, es decir, el sensor es guiado a través del objeto de prueba (por ejemplo, en la prueba de la tubería interior). Los sensores pasantes siempre detectan una sección circunferencial completa del objeto de prueba, por fuera o por dentro.
El ensayo por corrientes de Foucault puede clasificarse básicamente como un método de ensayo superficial. Debido a la naturaleza del proceso, las corrientes inducidas de Foucault se concentran en una capa más o menos fina cerca de la superficie. Las corrientes de Foucault más fuertes fluyen directamente en la superficie. Por ello, la máxima sensibilidad de las pruebas puede alcanzarse allí.
La disminución de la intensidad de las corrientes de Foucault con el aumento de la profundidad (distancia desde la superficie) se debe al efecto de apantallamiento de las corrientes de Foucault que fluyen («efecto piel»). La denominada profundidad de penetración estándar suele utilizarse en las pruebas con corrientes de Foucault como medida de la disminución de la intensidad de las corrientes de Foucault en función de la profundidad.
La profundidad de penetración estándar δ corresponde a la distancia a la que la intensidad de las corrientes parásitas ha descendido hasta aproximadamente el 37 % del valor en la superficie del objeto de prueba (esto corresponde a una disminución por un factor de 1 / e ~ 1 / 2,7). No es un valor fijo, sino que depende de las condiciones de prueba respectivas: la frecuencia de prueba (f), la conductividad eléctrica (σ) y la permeabilidad relativa del objeto de prueba (µr) y puede calcularse aproximadamente mediante la fórmula siguiente:
δ – Profundidad de penetración estándar en mm
σ – conductividad eléctrica en MS / m
µr – permeabilidad relativa (sin unidades)
f – Frecuencia de prueba en Hz
Esto se aplica:
Cuanto mayor sea la conductividad eléctrica o la permeabilidad relativa, o cuanto mayor sea la frecuencia de prueba, mayor será la concentración de corrientes parásitas en la superficie del objeto de prueba y menor será la profundidad de penetración estándar.
Las intensidades relativas de las corrientes parásitas para múltiplos enteros seleccionados de la profundidad de penetración estándar son δ:
1δ: -> 36,8
2δ: -> 13,5 %.
3δ: -> 5,1 %.
5δ: -> 0,7 %.
La profundidad 3δ también se denomina «profundidad de penetración efectiva». Por lo general, los cambios de material o los defectos localizados a mayor profundidad ya no pueden detectarse de forma fiable con la suficiente sensibilidad, puesto que la fuerza de las corrientes parásitas ya ha disminuido demasiado.
Los objetos de prueba con un grosor de pared superior a 5δ se consideran de «pared gruesa»; un aumento del grosor de la pared no provocaría ningún cambio adicional en el valor medido en la bobina de corrientes de Foucault.
A partir de la profundidad de penetración estándar, se puede estimar aproximadamente la capacidad de detección de profundidad, teniendo en cuenta las condiciones de ensayo existentes (propiedades del material y frecuencia de ensayo).
Al realizar ensayos con corrientes inducidas, en la práctica pueden producirse una serie de señales interferentes o indeseables. Estas señales indeseables incluyen, por ejemplo
1) Variaciones de conductividad, deriva térmica, vibraciones mecánicas, cambios de geometría o la llamada señal de despegue, que generalmente se producen durante un periodo de tiempo más largo que un error de referencia definido (señales de baja frecuencia).
2) Las interferencias electromagnéticas o el ruido electrónico del dispositivo de prueba, que suele estar presente durante un periodo de tiempo más corto que un error de referencia definido (señales de alta frecuencia).
En el peor de los casos, todos estos fallos se producen simultáneamente, es decir, se solapan hasta tal punto que las señales de interés (por ejemplo, las indicaciones de grietas) ya no pueden reconocerse con fiabilidad y, por tanto, no pueden evaluarse.
Sin embargo, ciertos componentes de frecuencia de la señal demodulada pueden debilitarse o eliminarse mediante filtrado.
Deben cumplirse los siguientes requisitos para suprimir las señales de interferencia de forma selectiva:
* En primer lugar, hay que conocer el espectro de frecuencias de las señales de interés y el de las señales de interferencia que se quieren suprimir.
* En segundo lugar, los espectros de frecuencia de las señales de interés y de las señales que deben suprimirse deben diferir significativamente entre sí.
* Además, debe garantizarse una velocidad de prueba constante (cuando se utilice un filtro basado en el tiempo).
Esto permite evitar no sólo las pseudovisualizaciones, sino también las interpretaciones erróneas y, por tanto, aumentar considerablemente la fiabilidad de los resultados de las pruebas.
Para el filtrado se dispone de los siguientes tipos de filtro: filtro paso alto, filtro paso bajo y filtro paso banda.
Los filtros de paso alto se utilizan para suprimir los componentes de baja frecuencia de las señales interferentes del espectro de frecuencias, mientras que las frecuencias por encima de una frecuencia de corte superior (es decir, las señales de interés) permanecen inalteradas (véase también ancho de banda).
En las pruebas con corrientes inducidas, pueden utilizarse filtros de paso alto para suprimir las variaciones de conductividad o permeabilidad, las variaciones de geometría y, en particular, las señales de distancia (despegue).
Debe tenerse en cuenta que el espectro de frecuencias de las señales de interferencia y de las señales de interés depende tanto de la velocidad de ensayo actual como del tipo y la geometría del sensor utilizado:
1) Cuanto mayor sea la velocidad de prueba y menor la anchura efectiva de la bobina, mayor será la frecuencia de las señales (-> «pulsos más cortos»).
2) Para velocidades de prueba bajas y para dimensiones de bobina relativamente grandes, las frecuencias de las señales se hacen correspondientemente más pequeñas (-> «pulsos más largos»).
Una unidad de conductividad eléctrica especialmente común en EE.UU. es IACS (por International Annealed Copper Standard).
Aquí, la conductividad eléctrica σ se expresa como porcentaje de la conductividad del cobre recocido electrolíticamente puro (a 58 MS/m).
Para la conversión de unidades SI al sistema IACS se aplica lo siguiente:
σ – conductividad eléctrica
En las pruebas de corrientes de Foucault, se utiliza una bobina para:
1) generar (inducir) corrientes parásitas en el objeto de ensayo y
2) Registrar las reacciones del objeto de ensayo que reflejen sus propiedades.
En el caso más sencillo, un sensor de corrientes de Foucault consta de una sola bobina, que actúa entonces como transmisor y receptor (sensor paramétrico). El principio funcional en este caso es que el objeto de prueba imprime sus propiedades en la bobina, más concretamente en la impedancia de la bobina.
La impedancia es la resistencia a la corriente alterna. En el caso de una bobina, está formada por dos componentes:
1) la resistencia óhmica R (corresponde a la resistencia CC del hilo de la bobina) y
2) la reactancia inductiva XL (Esto ocurre porque el alambre de la bobina está enrollado en espiras. Si por la bobina circula una corriente alterna, los arrollamientos de la bobina se encuentran en la zona de influencia de su propio campo magnético alterno. En consecuencia, se inducen en ellos corrientes que fluyen en sentido contrario a la corriente de la bobina que las provoca y se superponen a ella. La corriente total resultante está, por tanto, desfasada, es decir, retrasada en el tiempo).
La resistencia óhmica R es independiente de la frecuencia de prueba, pero depende de la geometría y el material del hilo conductor:
R – Resistencia óhmica en Ω
l – Longitud del conductor en m
A – Área transversal del conductor en mm2
ρ – resistencia eléctrica específica en Ω mm2 / m
La resistencia inductiva XL se hace cada vez mayor:
* cuanto mayor sea la frecuencia f y
* cuanto mayor sea la inductancia L de la bobina
y puede calcularse mediante la siguiente fórmula:
XL – reactancia inductiva en Ω
f – Frecuencia en hercios (Hz = 1 / s)
L – Inductancia en Henry (H)
La inductancia de la bobina depende del número de espiras, de las dimensiones de la bobina y del material que rellena su interior:
L – inductancia en H (Henry, 1 H = V s / A)
μ – permeabilidad magnética en el interior de la bobina en V s / A m (con μ = μ0 * μrel)
n – número de vueltas
A – Área de la sección transversal en mm2
l – Longitud de la bobina en mm
La resistencia total de la bobina (impedancia o impedancia) resulta de la suma vectorial de la reactancia óhmica y la inductiva. El valor de la impedancia se determina mediante:
Z – Impedancia en Ω (Ohm)
R – Resistencia óhmica en Ω
XL – reactancia inductiva en Ω
La tensión total de la bobina US está formada por la tensión activa UR, que cae a través del hilo de la bobina (componente real) y la tensión reactiva inductiva UL (componente imaginaria debida a la inducción). El valor de la tensión de la bobina se calcula a partir de la suma vectorial de ambas componentes:
US – Tensión total en V (voltios)
UR – tensión efectiva en V
UL – tensión reactiva inductiva en V
Está desfasada con la corriente I de la bobina por el valor ϕ.
El desfase ϕ de una bobina asume valores comprendidos entre 0° y 90° y se calcula según la fórmula siguiente:
ϕ – Desplazamiento de fase en grados (°)
R – Resistencia óhmica en Ω
XL – reactancia inductiva en Ω
Todas las variables mencionadas se representan en el plano complejo como sigue:
* cantidades reales (R, UR e I) en el plano horizontal y
* tallas imaginarias (XL y UL) en el plano vertical.
El desfase ϕ se representa en el plano complejo como el ángulo (en el sentido de las agujas del reloj) entre la impedancia Z de la bobina y la resistencia óhmica (resistencia efectiva) R o como el ángulo entre la tensión total US y la corriente I.
Con el fin de que la gama y las posibles aplicaciones de nuestros sensores queden claras para nuestros clientes a primera vista, etiquetamos nuestros sensores de la siguiente manera en todas las ilustraciones:
Todos los materiales que tienen portadores de carga móviles (por ejemplo, electrones de valencia en los metales) que pueden conducir una corriente eléctrica se denominan conductores eléctricos.
La conductividad eléctrica σ (sigma) es un parámetro específico de un material. Describe lo bien que un material conduce la corriente eléctrica.
El recíproco de la conductividad específica es la resistencia específica ρ (rho). Expresa la resistencia de un material al flujo de portadores de carga.
Para determinar estas características del material, se relacionan la geometría de la muestra (longitud y área de la sección transversal) y las variables eléctricas (caída de tensión y corriente o resistencia óhmica):
σ – conductividad específica en S / m (Siemens / m, 1 m / Ω mm2 = 1 MS / m)
ρ – resistencia específica en Ω mm2 / m
U – Caída de tensión en V (voltios)
I – Amperaje en A (amperios)
R – Resistencia óhmica en Ω (Ohm)
l – Longitud del conductor en m
A – Área transversal del conductor en mm2
En el mundo angloamericano, la conductividad eléctrica se especifica en el llamado sistema IACS.
La conductividad específica, y por tanto también la resistencia específica, dependen de la temperatura. En los metales, la conductividad específica suele disminuir al aumentar la temperatura, ya que el creciente movimiento térmico de los átomos aumenta la resistencia al flujo de portadores de carga.
La multiplexación (también conocida como MUX o multiplex) es un proceso para la transmisión en serie de varias señales a través de una sola línea de señal. Todas las señales parecen transmitirse simultáneamente (es decir, al mismo tiempo); en realidad, sin embargo, se intercalan entre sí en «trozos». El canal de transmisión compartido se divide en trozos de tiempo. A cada señal se le asigna un trozo de tiempo de este tipo. Para la transmisión, un multiplexor (MUX) conmuta una señal tras otra en la vía de transmisión, cada una durante la duración de un trozo de tiempo. En el otro extremo del enlace, un demultiplexor (DEMUX) conmuta sincrónicamente las señales transmitidas a los receptores correspondientes. Un ciclo de multiplexación completo consiste en la suma de todas las rebanadas de tiempo.
La multiplexación de parámetros en las pruebas de corrientes de Foucault significa que un sensor funciona secuencialmente con varios parámetros de prueba. Para ello, cambia entre los distintos parámetros en rápida sucesión, cada uno de los cuales sólo es efectivo durante un periodo de tiempo muy breve. De este modo puede realizarse, por ejemplo, una prueba multifrecuencia. Por supuesto, también pueden conmutarse otros parámetros de prueba según un patrón temporal definido, como filtros, umbrales o diversas combinaciones de éstos.
Las principales ventajas de la multiplexación de parámetros en las pruebas con corrientes de Foucault son un importante ahorro de tiempo y una reducción de los costes de hardware en comparación con los métodos convencionales. La interferencia mutua (diafonía) entre los canales de prueba también se reduce en comparación con las pruebas simultáneas.
La realización de una prueba multifrecuencia ofrece más posibilidades de evaluación de la señal en comparación con una prueba monofrecuencia. Por lo tanto, proporciona significativamente «más» información y también conlleva un aumento de la fiabilidad de los resultados de las pruebas.
El campo magnético alterno generado por la bobina de corrientes de Foucault se propaga en el espacio exterior de la bobina y penetra en el volumen del objeto de prueba conductor de la electricidad. La intensidad máxima del campo y la intensidad máxima de las corrientes de Foucault se producen directamente en la superficie del objeto de prueba.
Las corrientes parásitas que fluyen directamente sobre la superficie se dirigen en sentido contrario a la corriente de la bobina, es decir, 180° fuera de fase.
Debido al efecto piel, la intensidad de las corrientes de Foucault se reduce en la dirección de la profundidad. Por otro lado, a medida que aumenta la profundidad, también se produce un desplazamiento de fase creciente en las corrientes de Foucault, es decir, un retraso temporal cada vez mayor en comparación con la superficie del objeto de ensayo.
Este desplazamiento de fase de las corrientes parásitas aumenta de forma aproximadamente lineal con la profundidad. Puede calcularse mediante la siguiente fórmula:
x – Posición de profundidad (en mm)
δ – Profundidad de penetración estándar (en mm)
β – Desplazamiento de fase de las corrientes parásitas (en °)
A la profundidad de penetración estándar δ, se produce un desplazamiento de fase de βδ = 57° con respecto a la corriente parásita en la superficie. Para el doble de la profundidad de penetración estándar, es de 114°, etc.
El desplazamiento de fase de las corrientes de Foucault que fluyen proporciona información importante sobre el objeto de ensayo, sobre todo en lo que respecta al tipo de cambios en las propiedades y la profundidad de determinadas características.
Se utiliza específicamente en un método de análisis especial -la evaluación de fases- y se emplea, por ejemplo, para determinar la profundidad del defecto (preferiblemente combinado con una prueba multifrecuencia).
Al seleccionar la frecuencia de ensayo para la prueba de corrientes parásitas, deben tenerse en cuenta los requisitos específicos de la aplicación y del sensor que se vaya a utilizar. El rango de frecuencias recomendado para el sensor debe tomarse de la ficha técnica del sensor del fabricante.
La frecuencia de la prueba determina en un grado decisivo la llamada capacidad de penetración, es decir, la distribución de la fuerza de las corrientes parásitas en la dirección de la profundidad:
La intensidad de las corrientes parásitas disminuye significativamente al aumentar la distancia desde la superficie. Las corrientes parásitas se concentran en gran medida en la superficie y se apantallan hasta cierto punto en dirección a la profundidad. Esto también se conoce como efecto piel. La profundidad de penetración estándar es una medida del descenso de la intensidad de las corrientes parásitas en función de la profundidad.
Cuanto mayor sea la frecuencia de ensayo, mayor será la intensidad de las corrientes parásitas generadas en la superficie de la probeta (según la ley de la inducción). Por otro lado, la intensidad de las corrientes parásitas disminuye aún más rápidamente en la dirección de la profundidad a medida que aumenta la frecuencia de ensayo (efecto piel o de apantallamiento más pronunciado). Cabe mencionar en este contexto que la conductividad eléctrica y la permeabilidad relativa del objeto de ensayo tienen la misma influencia en la distribución de la intensidad de las corrientes parásitas que la frecuencia de ensayo.
Por tanto, la selección de la frecuencia puede utilizarse para controlar específicamente tanto la sensibilidad de la prueba como el volumen de interacción, es decir, el volumen del objeto de prueba penetrado por las corrientes de Foucault:
Las altas frecuencias de ensayo generan fuertes corrientes parásitas en la superficie de la probeta y proporcionan una excelente sensibilidad para detectar defectos superficiales.
Por otro lado, las frecuencias de prueba bajas proporcionan una buena sensibilidad (capacidad de detección) de los defectos que se encuentran bajo la superficie (defectos ocultos) gracias a su mayor capacidad de penetración.
La elección de la frecuencia de prueba también influye en el ángulo de separación de fases de defectos de diferentes profundidades. Esto se aprovecha, por ejemplo, cuando se comprueban tuberías con un sensor de caudal interno (también conocido como sonda «bobina») mediante la evaluación de fase:
A bajas frecuencias de prueba, las direcciones de migración de la señal (o fases de la señal) de las fallas internas de diferentes profundidades y de las fallas externas de diferentes profundidades apenas difieren entre sí.
A medida que aumenta la frecuencia de prueba, aumenta el ángulo de separación de los distintos defectos en profundidad. Esto corresponde a una mejora de la resolución en la dirección de la profundidad. En este contexto, la conductividad eléctrica y la permeabilidad relativa del objeto de prueba tienen la misma influencia en el ángulo de separación de fases que la frecuencia de prueba.
Los sensores de segmento representan una etapa intermedia entre los dos tipos básicos de sensores de paso y los sensores táctiles. No encierran por completo el objeto de ensayo, pero suelen cubrir un amplio rango circunferencial de entre 90° y 180°. Su resolución se sitúa aproximadamente entre la de un sensor de paso y la de un sensor táctil.
La multiplexación de sensores en las pruebas con corrientes inducidas significa que varios sensores (o varias bobinas de prueba) funcionan casi simultáneamente con el mismo conjunto de parámetros de prueba (frecuencia de prueba, ganancia, ajustes de fase y filtro, umbrales, etc.). En sentido estricto, se utiliza un multiplexor (MUX) para conmutar entre los sensores individuales en rápida sucesión. Esto significa que cada sensor individual sólo funciona durante un breve periodo de tiempo.
De este modo, se pueden utilizar varios sensores o matrices de sensores de forma muy eficaz. Para explorar una superficie de prueba en dos dimensiones, por ejemplo, sólo es necesario explorar mecánicamente en una dirección. La segunda dimensión se cubre mediante «exploración virtual» utilizando un multiplexor (desplazamiento electrónico en una cuadrícula temporal fija).
La multiplexación de sensores ahorra una cantidad de tiempo considerable en comparación con el método de un solo sensor y reduce significativamente la cantidad de hardware necesario en comparación con la tecnología de pruebas convencional (menor número de módulos de prueba o dispositivos de prueba necesarios).
En comparación con las pruebas simultáneas con varios sensores, esto se traduce en una reducción de las interferencias mutuas (diafonía). Por lo tanto, el uso de matrices de sensores permite realizar pruebas incluso en zonas relativamente grandes con una alta sensibilidad de prueba y resolución espacial en el menor tiempo posible.
El arte del desarrollo de sensores reside en la realización de una configuración de sensores que lleve el campo magnético requerido (y, por tanto, el campo de corrientes parásitas) al «lugar de prueba» en la pieza de trabajo a la frecuencia de prueba requerida, en la alineación óptima y con la fuerza necesaria, minimizando siempre los efectos no deseados en la medida de lo posible. El principio básico es que el mejor dispositivo de prueba sólo puede obtener la información que ha registrado el sistema de sensores. Un sensor «ciego» no permite realizar pruebas sensibles. Además de esta sensibilidad básica, la reproducibilidad exacta de los sensores es un factor decisivo.
Se puede utilizar un modelo de capas para visualizar el curso de la fuerza de las corrientes parásitas en la dirección de la profundidad.
Se generan corrientes parásitas directamente en la superficie del objeto de prueba, que son una imagen especular de la corriente de la bobina y crean un campo magnético opuesto al campo de la bobina. Según la ley de Ohm, se producen pérdidas efectivas en el objeto de prueba, de modo que el campo magnético opuesto es más débil que el campo de excitación de la bobina. La superposición de ambos da como resultado un campo magnético global debilitado; el campo magnético de la bobina está prácticamente apantallado en la dirección de la profundidad.
Este campo magnético debilitado genera ahora corrientes parásitas inferiores en la capa imaginaria inferior, cuyo sentido se invierte de nuevo. Estas corrientes parásitas actúan a su vez como una bobina e inducen corrientes parásitas en la capa inmediatamente inferior.
Este proceso continúa en la dirección de la profundidad. De este modo, a medida que aumenta la distancia desde la superficie, el campo de excitación que penetra en el objeto de ensayo se debilita cada vez más y se desplaza de fase por el flujo de las corrientes de Foucault. El desplazamiento de fase corresponde al retardo temporal resultante de la velocidad limitada de las corrientes de Foucault que fluyen.
El desplazamiento del campo magnético y la concentración de corrientes parásitas en la superficie exterior de la probeta se denomina, por tanto, efecto piel.
La profundidad de penetración estándar es una medida de la disminución de la densidad de las corrientes parásitas con el aumento de la profundidad. El aumento del retardo temporal de las corrientes parásitas que fluyen con la distancia desde la superficie conduce a un desplazamiento de fase de las corrientes parásitas dependiente de la profundidad.
Los filtros de paso bajo se utilizan para suprimir los componentes de alta frecuencia de la señal interferente del espectro de frecuencias, mientras que las frecuencias por debajo de una frecuencia de corte inferior (es decir, las señales de interés) permanecen inalteradas (véase también ancho de banda). Este tipo de filtro también se conoce como filtro estático porque el espectro de frecuencias de la señal demodulada también contiene un componente constante (estático).
En las pruebas de corrientes de Foucault, por ejemplo, se utilizan filtros de paso bajo para suprimir las interferencias electromagnéticas de alta frecuencia, así como el ruido de los dispositivos electrónicos.
Debe tenerse en cuenta que el espectro de frecuencias de las señales de interferencia y de las señales de interés depende tanto de la velocidad de ensayo actual como del tipo y la geometría del sensor utilizado:
1) Cuanto mayor sea la velocidad de prueba y menor la anchura efectiva de la bobina, mayor será la frecuencia de las señales (-> «pulsos más cortos»).
2) Para velocidades de prueba bajas y para dimensiones de bobina relativamente grandes, las frecuencias de las señales se hacen correspondientemente más pequeñas (-> «pulsos más largos»).
La frecuencia de corte inferior del filtro de paso bajo está ajustada correctamente, es decir, lo suficientemente alta como para que las señales de interferencia de mayor frecuencia se supriman eficazmente, pero las señales de interés sigan mostrándose con la máxima altura de señal.
La frecuencia de corte inferior mínima fTPmin para el filtro paso bajo puede aproximarse mediante la siguiente fórmula:
fTPmin > vtest / Bw( donde: vtest = velocidad de prueba yBW = anchura efectiva de la bobina).
Los ensayos por corrientes de Foucault pueden utilizarse para comprobar la integridad, la composición y el estado de templado o incluso las dimensiones geométricas de objetos fabricados con materiales conductores de la electricidad. Los ensayos por corrientes de Foucault se basan en la física de los campos electromagnéticos.
Una corriente alterna que circula por una bobina crea un campo magnético alterno (primario) en su entorno. Esto genera corrientes en la superficie de un objeto de prueba conductor de la electricidad. Estas denominadas «corrientes de Foucault» fluyen paralelas a los devanados de la bobina, pero en dirección opuesta a la corriente de la bobina. Por lo tanto, generan un campo magnético alterno (secundario) que se dirige en dirección opuesta al campo magnético de la bobina. El resultado final es un debilitamiento del campo magnético de la bobina. Esto puede medirse como un cambio en la resistencia a la corriente alterna de la bobina (impedancia).
A partir de las variaciones de la impedancia de la bobina, pueden registrarse y caracterizarse las propiedades del objeto de ensayo (en la medida en que influyen en las características de las corrientes parásitas), incluidos los posibles defectos. Para ello se requieren determinados métodos de análisis, por ejemplo, la evaluación de la magnitud o la fase, la evaluación de la forma de onda o el análisis armónico.
Utilizando piezas de referencia, que deben tener ciertas propiedades en cuanto a geometría (dimensiones, forma), características del material (conductividad eléctrica, permeabilidad, dureza) y fallos del material (defectos), el medidor de corrientes de Foucault debe ajustarse antes de comenzar la prueba (frecuencia de la prueba, amplificación, ajuste de la fase, ajustes del filtro, etc.).
Para garantizar la fiabilidad de los resultados de la prueba, deben respetarse las condiciones de la prueba durante la misma (por ejemplo, distancia constante del sensor y velocidad constante de la prueba). También debe excluirse o minimizarse en la medida de lo posible cualquier influencia interferente (por ejemplo, vibraciones mecánicas, fluctuaciones de temperatura o campos de interferencia electromagnética).
Otro requisito previo importante para el éxito de las pruebas con corrientes de Foucault es la selección o el desarrollo de un sensor adecuado, es decir, el número y la disposición de las bobinas utilizadas, el tipo de su conexión eléctrica, sus dimensiones, el número de devanados y, si es necesario, un núcleo magnético o blindaje.
Debido al «efecto piel», las corrientes de Foucault más intensas se forman en la superficie del objeto de ensayo; su fuerza disminuye rápidamente al aumentar la distancia desde la superficie. Por lo tanto, las pruebas con corrientes de Foucault pueden clasificarse como un método de superficie, que en principio puede utilizarse para todos los materiales conductores de la electricidad.
Dado que las características de las corrientes de Foucault están influidas por numerosas propiedades del objeto de ensayo, existen muchos campos de aplicación para las pruebas con corrientes de Foucault (por ejemplo, pruebas para detectar defectos en el material, determinar el grosor de las paredes, medir las características del material para su clasificación, medir el grosor de las capas, etc.).
En comparación con otros métodos de ensayo no destructivos, el método de corrientes inducidas se caracteriza por las siguientes ventajas:
– sin contacto,
– No es necesario preparar la superficie ni aplicar ningún tratamiento posterior,
– No necesita agente de acoplamiento,
– Posibilidad de altas velocidades de ensayo (hasta varios m/s).
Esto hace que sea ideal para su uso en sistemas automáticos de pruebas.
Un conductor eléctrico portador de corriente está rodeado por un campo magnético circular (campo de vórtice). Si el hilo conductor recto se enrolla en un bucle conductor circular, las líneas del campo de vórtice se solapan de tal manera que forman un dipolo magnético (con una estructura de polos norte/sur). La intensidad del campo magnético generado puede aumentarse enrollando bobinas con un mayor número de vueltas, ya que también se utilizan como elementos sensores en las pruebas de corrientes de Foucault. A medida que aumenta la longitud de la bobina, su campo magnético se asemeja cada vez más al de un imán permanente en forma de barra.
El campo magnético exterior a la bobina penetra en el objeto de prueba eléctricamente conductor. A medida que una corriente alterna fluye a través de la bobina, se inducen corrientes circulares, también conocidas como corrientes de Foucault, en la zona cercana a la superficie del objeto de prueba. Estas corrientes de Foucault circulan en dirección opuesta a la corriente de la bobina y pueden verse como una imagen especular de la corriente de la bobina. Las corrientes parásitas que fluyen están a su vez rodeadas por un campo de vórtice magnético.
En una probeta sin defectos (material homogéneo), las corrientes parásitas pueden propagarse sin obstáculos.
El campo magnético generado por la corriente de Foucault también se caracteriza por una estructura dipolar. Este llamado campo magnético secundario se dirige en dirección opuesta al campo magnético primario de la bobina. La superposición de ambos campos magnéticos conduce a un campo magnético resultante que tiene una intensidad de campo menor en comparación con el campo magnético primario de la bobina.
Si se producen defectos localizados (por ejemplo, grietas, cicatrices de corrosión, poros, inclusiones no metálicas, etc.) en el objeto de ensayo, las corrientes de Foucault ya no pueden fluir sin obstáculos. Tales inhomogeneidades representan un obstáculo insalvable, por así decirlo. Las corrientes de Foucault deben desviarse lateralmente y/o en dirección a la profundidad y, por lo tanto, se debilitan. En consecuencia, el campo magnético de vórtice circundante también se debilita. Los contraefectos magnéticos reducidos en el campo magnético primario de la bobina provocan un cambio en el campo magnético resultante en comparación con el espécimen de prueba sin fallos.
La intensidad del campo magnético bajo la influencia de un objeto de prueba conductor de la electricidad puede registrarse mediante sensores adecuados (bobinas receptoras), evaluarse posteriormente y visualizarse de forma adecuada. Esto permite extraer conclusiones sobre las propiedades del objeto de prueba, por ejemplo en lo que respecta a la geometría, las dimensiones, las características del material y la presencia de defectos locales.