Il termine ‘sensore assoluto’ deriva dal fatto che viene misurato il valore assoluto della tensione indotta nella bobina di prova. Il segnale di un difetto o di un cambiamento nelle proprietà del provino viene sovrapposto al segnale di un provino senza difetti o di una bobina vuota. Il segnale del test non è quindi influenzato solo dai difetti, ma anche dalle proprietà del materiale del provino e dalle condizioni ambientali. Se, ad esempio, il sensore si riscalda durante il funzionamento, la sua resistenza elettrica cambia e il valore assoluto della tensione indotta inizia a ‘vagare’ (deriva). Questo è lo svantaggio principale di questi sistemi di sensori. Per sopprimere queste e altre interferenze, spesso viene interposta una bobina di compensazione aggiuntiva. Questa deve essere disposta in modo tale che non ci sia interazione con il campione di prova, ma che le influenze ambientali siano soppresse in modo efficace.
Se si vogliono visualizzare solo le variazioni del valore misurato causate da proprietà del campione diverse, il valore assoluto deve essere compensato per questa variazione. Il modo più semplice per ottenere questo risultato è il cosiddetto metodo di confronto. Si tratta di utilizzare due sensori assoluti il più possibile simili e collegati tra loro (come due batterie identiche con i poli negativi collegati tra loro). La somma delle due tensioni parziali è quindi uguale a zero se entrambe le bobine contengono campioni di prova con proprietà identiche. In questo caso, entrambe le bobine forniscono gli stessi segnali di misurazione, che si annullano a vicenda a causa del circuito elettrico.
Un sistema a bobina di questo tipo è noto come sistema differenziale con confronto a distanza. In questo sistema, l’oggetto di prova viene confrontato con un campione di qualità specifica, lo “standard di prova”. Viene fornita un’indicazione solo se le proprietà dell’oggetto in esame si discostano dallo standard di prova. Una differenza dell’1% può riempire l’intera scala del display solo se la sensibilità del dispositivo è adeguata. Per ottenere sempre risultati di misurazione riproducibili con un’impostazione specifica del dispositivo, è consigliabile etichettare i sensori in modo da utilizzare sempre lo stesso sensore come “sensore di riferimento”.
La larghezza di banda è un parametro elementare nell’elaborazione dei segnali. Descrive l’ampiezza dello spettro di frequenza, cioè i componenti di frequenza contenuti in un segnale.
La larghezza di banda è caratterizzata da una frequenza di taglio inferiore e superiore. La frequenza di taglio superiore è limitata all’interno del dispositivo dal comportamento di smorzamento del sistema. La larghezza di banda inferiore può anche essere pari a zero. In questo caso, la larghezza di banda corrisponde alla frequenza di taglio superiore. Di solito si utilizza il criterio dei 3 dB, che corrisponde a una diminuzione dell’ampiezza del segnale di circa il 71%.
Nota: la larghezza di banda massima è una caratteristica importante dei dispositivi di test a correnti parassite e non deve essere confusa con la gamma disponibile della frequenza di test. Si riferisce allo spettro di frequenza del segnale a correnti parassite demodulato e può essere limitata in modo specifico ai requisiti specifici dell’applicazione tramite le impostazioni del filtro (filtro passa-alto > frequenza di taglio inferiore o filtro passa-basso > frequenza di taglio superiore). In questo modo, i segnali di interferenza possono essere indeboliti o eliminati se il loro spettro di frequenza differisce in modo significativo da quello dei segnali di interesse (ad esempio, indicazioni di crepe).
Un filtro passa-banda viene creato combinando un filtro passa-basso e un filtro passa-alto. Ciò significa che solo un segmento di frequenza centrale, che contiene solo i segnali di interesse, viene lasciato passare senza essere influenzato. Vengono soppressi solo i segnali di interferenza a bassa e alta frequenza.
Per i filtri passa-banda è necessario impostare una frequenza di taglio inferiore e superiore (vedere larghezza di banda).
Nei test a correnti parassite, i filtri passa-banda possono essere utilizzati per attenuare o eliminare le variazioni di conduttività, le variazioni geometriche, i segnali di distanza (lift-off), le interferenze elettromagnetiche ad alta frequenza e il rumore dei dispositivi elettronici, ad esempio.
Va notato che lo spettro di frequenza dei segnali di interferenza e dei segnali di interesse dipende sia dalla velocità di prova attuale che dal tipo e dalla geometria del sensore utilizzato:
1) Maggiore è la velocità del test e minore è la larghezza effettiva della bobina, maggiore è la frequenza dei segnali (> “impulsi più brevi”).
2) Per le basse velocità di prova e per le dimensioni relativamente grandi della bobina, le frequenze dei segnali diventano corrispondentemente più piccole (> “impulsi più lunghi”).
L’uso di un filtro passa-banda viene anche definito un test ‘dinamico’, in quanto lo spettro di frequenza del segnale demodulato contiene solo componenti variabili (dinamiche) (ad esempio, nelle applicazioni del rotore). Ciò significa che il punto del segnale ritorna sempre all’origine delle coordinate, anche se il sensore non viene spostato.
In un sistema di sensori differenziali, si utilizza la stessa disposizione delle bobine come nel metodo di confronto esterno, con la differenza che le bobine sono disposte in modo tale che un punto sul pezzo in esame viene confrontato con un altro punto sullo stesso pezzo in esame che si trova a breve distanza.
In questo modo, il pezzo in esame viene confrontato con se stesso. Poiché si può presumere che la lega e la microstruttura non cambino o cambino solo in modo insignificante a causa della piccola distanza tra le due bobine riceventi, in questo modo vengono visualizzati solo i difetti improvvisi o altre disomogeneità del materiale.
Questo metodo viene quindi utilizzato principalmente per rilevare i difetti localizzati del materiale (ad esempio, le cricche), mentre le variazioni delle proprietà del pezzo, che si verificano in modo continuo su tutta la lunghezza, vengono ampiamente compensate.
Lo svantaggio di questa disposizione è la dipendenza direzionale del sensore. Mentre i difetti allungati (cricche) che corrono trasversalmente alle due bobine riceventi sono facilmente individuati (poiché solo una delle due bobine riceventi è interessata alla volta), questi difetti non vengono più riconosciuti o vengono riconosciuti solo in misura molto limitata quando corrono longitudinalmente (i difetti allungati coprono ora entrambe le bobine riceventi contemporaneamente). Si può ovviare a questo problema con una disposizione multipla delle bobine riceventi (le cosiddette disposizioni multi-differenza). Tuttavia, questo ha ancora delle direzioni preferite, vale a dire che i difetti in determinati orientamenti vengono riconosciuti solo in misura limitata.
Esistono fondamentalmente due gruppi principali di sensori: i sensori di flusso e i sensori a contatto. Si distingue tra sensori passanti: Sensore passante esterno, che racchiude l’oggetto di prova e viene guidato attraverso di esso (ad esempio, test su asta con bobine di prova complete) e sensore passante interno, che è racchiuso dall’oggetto di prova, cioè il sensore viene guidato attraverso l’oggetto di prova (ad esempio, nel test del tubo interno). I sensori passanti rilevano sempre una sezione circonferenziale completa dell’oggetto di prova, all’esterno o all’interno.
Il test a correnti parassite può essere classificato come un metodo di test superficiale. A causa della natura del processo, le correnti parassite indotte si concentrano su uno strato più o meno sottile vicino alla superficie. Le correnti parassite più forti scorrono direttamente sulla superficie. Per questo motivo, la massima sensibilità del test può essere raggiunta in questa zona.
La diminuzione della forza delle correnti parassite con l’aumento della profondità (distanza dalla superficie) è causata dall’effetto di schermatura delle correnti parassite fluenti (“effetto pelle”). La cosiddetta profondità di penetrazione standard viene solitamente utilizzata nei test a correnti parassite come misura della diminuzione della forza delle correnti parassite in funzione della profondità.
La profondità di penetrazione standard δ corrisponde alla distanza in cui la forza delle correnti parassite è scesa a circa il 37% del valore sulla superficie dell’oggetto di prova (ciò corrisponde a una diminuzione di un fattore di 1 / e ~ 1 / 2,7). Non è un valore fisso, ma dipende dalle rispettive condizioni di prova: la frequenza di prova (f), la conducibilità elettrica (σ) e la permeabilità relativa dell’oggetto di prova (µr) e può essere calcolato approssimativamente utilizzando la seguente formula:
δ – Profondità di penetrazione standard in mm
σ – conducibilità elettrica in MS / m
µr – permeabilità relativa (senza unità)
f – Frequenza del test in Hz
Questo vale:
Maggiore è la conduttività elettrica o la permeabilità relativa o la frequenza di test, maggiore è la concentrazione di correnti parassite sulla superficie dell’oggetto in esame e minore è la profondità di penetrazione standard.
Le intensità relative delle correnti parassite per multipli interi selezionati della profondità di penetrazione standard sono δ:
1δ: -> 36,8 %.
2δ: -> 13,5 %.
3δ: -> 5,1 %.
5δ: -> 0,7 %.
La profondità 3δ viene anche definita “profondità di penetrazione effettiva”. I cambiamenti del materiale o i difetti a profondità maggiori, in genere, non possono più essere rilevati in modo affidabile con una sensibilità sufficiente, poiché la forza delle correnti parassite è già diminuita troppo.
Gli oggetti di prova con uno spessore di parete superiore a 5δ sono considerati “a parete spessa”; un ulteriore aumento dello spessore della parete non causerebbe alcuna variazione del valore misurato sulla bobina a correnti parassite.
In base alla profondità di penetrazione standard, la capacità di rilevamento della profondità può essere stimata approssimativamente, tenendo conto delle condizioni di prova esistenti (proprietà del materiale e frequenza di prova).
Quando si eseguono test a correnti parassite, nella pratica possono verificarsi diversi segnali interferenti o indesiderati. Questi segnali indesiderati includono, ad esempio
1) Variazioni di conduttività, deriva termica, vibrazioni meccaniche, cambiamenti di geometria o il cosiddetto segnale di lift-off, che generalmente si verificano in un periodo di tempo più lungo rispetto a un errore di riferimento definito (segnali a bassa frequenza).
2) L’interferenza elettromagnetica o il rumore elettronico del dispositivo di test, che di solito è presente per un periodo di tempo più breve rispetto a un errore di riferimento definito (segnali ad alta frequenza).
Nel peggiore dei casi, tutti questi guasti si verificano contemporaneamente, cioè si sovrappongono a tal punto che i segnali di interesse (ad esempio, le indicazioni delle crepe) non possono più essere riconosciuti in modo affidabile e quindi non possono essere valutati.
Tuttavia, alcuni componenti di frequenza nel segnale demodulato possono essere indeboliti o eliminati mediante il filtraggio.
Per sopprimere i segnali di interferenza in modo mirato, devono essere soddisfatti i seguenti requisiti:
* In primo luogo, è necessario conoscere lo spettro di frequenza dei segnali di interesse e quello dei segnali di interferenza da sopprimere.
* In secondo luogo, gli spettri di frequenza dei segnali di interesse e dei segnali da sopprimere devono differire significativamente tra loro.
* Inoltre, è necessario garantire una velocità di prova costante (quando si utilizza un filtro basato sul tempo).
Questo permette di evitare non solo le pseudo-visualizzazioni, ma anche le interpretazioni errate, aumentando così in modo significativo l’affidabilità dei risultati dei test.
Per il filtraggio sono disponibili i seguenti tipi di filtro: filtro passa-alto, filtro passa-basso e filtro passa-banda.
I filtri passa-alto vengono utilizzati per sopprimere i componenti del segnale a bassa frequenza dello spettro di frequenza, mentre le frequenze superiori a una frequenza di taglio superiore (cioè i segnali di interesse) rimangono inalterate (vedere anche larghezza di banda).
Nelle prove a correnti parassite, i filtri passa-alto possono essere utilizzati per sopprimere le variazioni di conduttività o permeabilità, le variazioni di geometria e, in particolare, i segnali di distanza (lift-off).
Va notato che lo spettro di frequenza dei segnali di interferenza e dei segnali di interesse dipende sia dalla velocità di prova attuale che dal tipo e dalla geometria del sensore utilizzato:
1) Maggiore è la velocità del test e minore è la larghezza effettiva della bobina, maggiore è la frequenza dei segnali (-> “impulsi più brevi”).
2) Per le basse velocità di prova e per le dimensioni relativamente grandi della bobina, le frequenze dei segnali diventano corrispondentemente più piccole (-> “impulsi più lunghi”).
Un’unità di conducibilità elettrica particolarmente diffusa negli Stati Uniti è IACS (per International Annealed Copper Standard).
Qui, la conducibilità elettrica σ è espressa come percentuale della conducibilità del rame ricotto elettroliticamente puro (a 58 MS/m).
Quanto segue si applica alla conversione delle unità SI nel sistema IACS:
σ – conducibilità elettrica
Nei test a correnti parassite, viene utilizzata una bobina per:
1) generare (indurre) correnti parassite nell’oggetto di prova e
2) registrare le reazioni dell’oggetto di prova che riflettono le sue proprietà.
Nel caso più semplice, un sensore a correnti parassite è costituito da una sola bobina, che agisce sia come trasmettitore che come ricevitore (sensore parametrico). Il principio funzionale è che l’oggetto in esame imprime le sue proprietà sulla bobina, più precisamente sull’impedenza della bobina.
L’impedenza è la resistenza alla corrente alternata. Per una bobina, è composta da due componenti:
1) la resistenza ohmica R (che corrisponde alla resistenza CC del filo della bobina) e
2) la reattanza induttiva XL (questo si verifica perché il filo della bobina è avvolto in spire. Se una corrente alternata attraversa la bobina, gli avvolgimenti della bobina si trovano nell’area di influenza del proprio campo magnetico alternato. Di conseguenza, vengono indotte correnti che scorrono in direzione opposta alla corrente della bobina che le provoca e si sovrappongono ad essa. La corrente totale risultante è quindi sfasata, cioè ritardata nel tempo).
La resistenza ohmica R è indipendente dalla frequenza del test, ma dipende dalla geometria e dal materiale del filo conduttore:
R – Resistenza ohmica in Ω
l – Lunghezza del conduttore in m
A – Area della sezione trasversale del conduttore in mm2
ρ – resistenza elettrica specifica in Ω mm2 / m
La resistenza induttiva XL diventa ancora più grande:
* più alta è la frequenza f e
* maggiore è l’induttanza L della bobina
e può essere calcolato con la seguente formula:
XL – reattanza induttiva in Ω
f – Frequenza in Hertz (Hz = 1 / s)
L – Induttanza in Henry (H)
L’induttanza della bobina dipende dal numero di spire, dalle dimensioni della bobina e dal materiale che riempie l’interno della bobina:
L – induttanza in H (Henry, 1 H = V s / A)
μ – permeabilità magnetica all’interno della bobina in V s / A m (con μ = μ0 * μrel)
n – numero di giri
A – Area della sezione trasversale in mm2
l – Lunghezza della bobina in mm
La resistenza totale della bobina (impedenza o impedenza) risulta dall’aggiunta vettoriale della reattanza ohmica e induttiva. Il valore dell’impedenza viene determinato tramite:
Z – Impedenza in Ω (Ohm)
R – Resistenza ohmica in Ω
XL – reattanza induttiva in Ω
La tensione totale della bobina US è composta dalla tensione attiva UR, che cade sul filo della bobina (componente reale) e dalla tensione reattiva induttiva UL (componente immaginaria dovuta all’induzione). Il valore della tensione della bobina viene calcolato dall’aggiunta vettoriale di entrambi i componenti:
US – Tensione totale in V (Volt)
UR – tensione effettiva in V
UL – tensione reattiva induttiva in V
È sfasata rispetto alla corrente della bobina I del valore ϕ.
Lo sfasamento ϕ di una bobina assume valori compresi tra 0° e 90° e viene calcolato secondo la seguente formula:
ϕ – Spostamento di fase in gradi (°)
R – Resistenza ohmica in Ω
XL – reattanza induttiva in Ω
Tutte le variabili citate sono rappresentate nel piano complesso come segue:
* quantità reali (R, UR e I) nel piano orizzontale e
* dimensioni immaginarie (XL e UL) sul piano verticale.
Lo sfasamento ϕ è rappresentato nel piano complesso come l’angolo (in senso orario) tra l’impedenza Z della bobina e la resistenza ohmica (resistenza effettiva) R o come l’angolo tra la tensione totale US e la corrente I.
Per rendere chiara ai nostri clienti la gamma e le possibili applicazioni dei nostri sensori a prima vista, etichettiamo i nostri sensori nel modo seguente in tutte le illustrazioni:
Tutti i materiali che hanno portatori di carica mobili (ad esempio, gli elettroni di valenza nei metalli) che possono condurre una corrente elettrica sono definiti conduttori elettrici.
La conduttività elettrica σ (sigma) è un parametro specifico del materiale. Descrive la capacità di un materiale di condurre la corrente elettrica.
Il reciproco della conduttività specifica è la resistenza specifica ρ (rho). Esprime la resistenza di un materiale al flusso di portatori di carica.
Per determinare queste caratteristiche del materiale, la geometria del campione (lunghezza e area trasversale) e le variabili elettriche (caduta di tensione e corrente o resistenza ohmica) sono collegate tra loro:
σ – conduttività specifica in S / m (Siemens / m, 1 m / Ω mm2 = 1 MS / m)
ρ – resistenza specifica in Ω mm2 / m
U – Caduta di tensione in V (Volt)
I – Amperaggio in A (ampere)
R – Resistenza ohmica in Ω (Ohm)
l – Lunghezza del conduttore in m
A – Area della sezione trasversale del conduttore in mm2
Nel mondo anglo-americano, la conducibilità elettrica è specificata nel cosiddetto sistema IACS.
La conduttività specifica, e quindi anche la resistenza specifica, dipendono dalla temperatura. Nei metalli, la conduttività specifica generalmente diminuisce con l’aumentare della temperatura, in quanto l’aumento del movimento termico degli atomi aumenta la resistenza al flusso dei portatori di carica.
Il multiplexing (noto anche come MUX o multiplex) è un processo per la trasmissione seriale di diversi segnali attraverso una sola linea di segnale. Tutti i segnali sembrano essere trasmessi simultaneamente (cioè nello stesso momento); in realtà, però, sono interlacciati l’uno con l’altro in “pezzi”. Il canale di trasmissione condiviso è suddiviso in fasce orarie. Ad ogni segnale viene assegnata una fetta di tempo. Per la trasmissione, un multiplexer (MUX) commuta un segnale dopo l’altro sul percorso di trasmissione, ciascuno per la durata di un intervallo di tempo. All’altra estremità del collegamento, un demultiplexer (DEMUX) commuta in modo sincrono i segnali trasmessi ai ricevitori corrispondenti. Un ciclo multiplex completo consiste nella somma di tutti gli intervalli di tempo.
Il multiplexing dei parametri nei test a correnti parassite significa che un sensore viene fatto funzionare in sequenza con diversi parametri di test. A tal fine, passa tra i singoli parametri in rapida successione, ognuno dei quali è efficace solo per un periodo di tempo molto breve. In questo modo, ad esempio, si può realizzare un test multifrequenza. Naturalmente, anche altri parametri di test possono essere commutati secondo uno schema temporale definito, come filtri, soglie o varie combinazioni di questi.
I principali vantaggi del multiplexing dei parametri nei test a correnti parassite sono un significativo risparmio di tempo e una riduzione dei costi dell’hardware rispetto ai metodi convenzionali. Anche l’interferenza reciproca (diafonia) tra i canali di test è ridotta rispetto al test simultaneo.
La realizzazione di un test multifrequenza offre ulteriori possibilità di valutazione del segnale rispetto a un test monofrequenza. Fornisce quindi un numero significativamente maggiore di informazioni e porta anche a un aumento dell’affidabilità dei risultati del test.
Il campo magnetico alternato generato dalla bobina a correnti parassite si propaga nello spazio esterno della bobina e penetra nel volume dell’oggetto di prova elettricamente conduttivo. L’intensità massima del campo e l’intensità massima della corrente parassita si verificano direttamente sulla superficie dell’oggetto in esame.
Le correnti parassite che scorrono direttamente sulla superficie sono dirette nella direzione opposta alla corrente della bobina, cioè a 180° di sfasamento.
A causa dell’effetto pelle, la forza delle correnti parassite si riduce nella direzione della profondità. D’altra parte, con l’aumento della profondità, si verifica anche uno spostamento di fase crescente nelle correnti parassite, ossia un ritardo temporale crescente rispetto alla superficie dell’oggetto in esame.
Questo spostamento di fase delle correnti parassite aumenta in modo approssimativamente lineare con la profondità. Può essere calcolato con la seguente formula:
x – Posizione di profondità (in mm)
δ – Profondità di penetrazione standard (in mm)
β – Spostamento di fase delle correnti parassite (in °)
Alla profondità di penetrazione standard δ, c’è uno spostamento di fase di βδ = 57° rispetto alla corrente parassita in superficie. Per il doppio della profondità di penetrazione standard, è di 114°, ecc.
Lo spostamento di fase delle correnti parassite che fluiscono fornisce informazioni importanti sull’oggetto in esame, soprattutto per quanto riguarda il tipo di modifiche delle proprietà e la profondità di alcune caratteristiche.
Viene utilizzato in modo specifico in un metodo di analisi speciale – la valutazione di fase – e viene impiegato, ad esempio, per determinare la profondità del difetto (preferibilmente in combinazione con un test multifrequenza).
Quando si seleziona la frequenza di prova per il test a correnti parassite, si devono prendere in considerazione i requisiti specifici dell’applicazione e del sensore da utilizzare. L’intervallo di frequenza raccomandato per il sensore deve essere ricavato dalla scheda tecnica del sensore del produttore.
La frequenza del test determina in misura decisiva la cosiddetta capacità di penetrazione, cioè la distribuzione della forza delle correnti parassite nella direzione della profondità:
La forza delle correnti parassite diminuisce significativamente con l’aumentare della distanza dalla superficie. Le correnti parassite sono ampiamente concentrate in superficie e sono in una certa misura schermate in direzione della profondità. Questo è noto anche come effetto pelle. La profondità di penetrazione standard è una misura del calo dipendente dalla profondità della forza delle correnti parassite.
Più alta è la frequenza di prova, maggiore è la forza delle correnti parassite generate sulla superficie del provino (secondo la legge dell’induzione). D’altra parte, la forza delle correnti parassite diminuisce ancora più rapidamente nella direzione della profondità, con l’aumento della frequenza di prova (effetto pelle o schermatura più pronunciato). In questo contesto, va ricordato che la conduttività elettrica e la permeabilità relativa dell’oggetto di prova hanno la stessa influenza sulla distribuzione della forza delle correnti parassite della frequenza di prova.
La selezione della frequenza può quindi essere utilizzata per controllare in modo specifico sia la sensibilità del test che il volume di interazione, cioè il volume dell’oggetto in esame penetrato dalle correnti parassite:
Le alte frequenze di prova generano forti correnti parassite sulla superficie del provino e forniscono un’eccellente sensibilità per i difetti superficiali.
Le basse frequenze di test, invece, offrono una buona sensibilità (capacità di rilevamento) per i difetti che si trovano sotto la superficie (difetti nascosti), grazie alla migliore capacità di penetrazione.
La scelta della frequenza di test influenza anche l’angolo di separazione di fase dei difetti di diversa profondità. Questo viene utilizzato, ad esempio, quando si testano i tubi con un sensore di flusso interno (noto anche come sonda ‘a spola’) utilizzando la valutazione di fase:
Alle basse frequenze di prova, le direzioni di migrazione del segnale (o le fasi del segnale) delle faglie interne di diversa profondità e delle faglie esterne di diversa profondità difficilmente differiscono tra loro.
Con l’aumento della frequenza del test, l’angolo di separazione dei diversi difetti di profondità aumenta. Ciò corrisponde a una migliore risoluzione nella direzione della profondità. In questo contesto, la conduttività elettrica e la permeabilità relativa dell’oggetto in esame hanno la stessa influenza sull’angolo di separazione di fase della frequenza di test.
I sensori a segmenti rappresentano uno stadio intermedio tra i due tipi fondamentali di sensori a flusso passante e sensori a contatto. Non racchiudono completamente l’oggetto in esame, ma generalmente coprono un ampio intervallo circonferenziale compreso tra 90° e 180°. La loro risoluzione si colloca all’incirca tra quella di un sensore di flusso e di un sensore a contatto.
Il multiplexing dei sensori nei test a correnti parassite significa che diversi sensori (o diverse bobine di prova) vengono fatti funzionare quasi simultaneamente con lo stesso set di parametri di test (frequenza di test, guadagno, impostazioni di fase e filtro, soglie, ecc.) In senso stretto, si utilizza un multiplexer (MUX) per passare tra i singoli sensori in rapida successione. Ciò significa che ogni singolo sensore viene azionato solo per un breve periodo di tempo.
In questo modo, i sensori multipli o gli array di sensori possono essere utilizzati in modo molto efficiente. Per scansionare una superficie di prova in due dimensioni, ad esempio, è necessario eseguire la scansione meccanica solo in una direzione. La seconda dimensione è coperta dalla ‘scansione virtuale’ con un multiplexer (spostamento elettronico in una griglia temporale fissa).
Il multiplexing dei sensori consente di risparmiare una notevole quantità di tempo rispetto al metodo a sensore singolo e di ridurre significativamente la quantità di hardware necessaria rispetto alla tecnologia di test convenzionale (è necessario un numero inferiore di moduli di test o dispositivi di test).
Rispetto al test multisensore simultaneo, ciò comporta una riduzione dell’interferenza reciproca (diafonia). L’uso di array di sensori consente quindi di testare anche aree relativamente grandi con un’elevata sensibilità di test e risoluzione spaziale nel minor tempo possibile.
L’arte dello sviluppo dei sensori sta nella realizzazione di una configurazione del sensore che porti il campo magnetico richiesto (e quindi il campo di correnti parassite) alla ‘posizione di prova’ nel pezzo, alla frequenza di prova richiesta, con l’allineamento ottimale e con la forza necessaria, riducendo sempre al minimo gli effetti indesiderati, per quanto possibile. Il principio di base è che il miglior dispositivo di prova può ottenere solo le informazioni che il sistema di sensori ha registrato. Un sensore ‘cieco’ non consente di eseguire test sensibili. Oltre a questa sensibilità di base, l’esatta riproducibilità dei sensori è un fattore decisivo.
Un modello a strati può essere utilizzato per visualizzare l’andamento della forza della corrente parassita nella direzione della profondità.
Le correnti parassite vengono generate direttamente sulla superficie dell’oggetto in esame, che sono un’immagine speculare della corrente della bobina e creano un campo magnetico opposto al campo della bobina. Secondo la legge di Ohm, si verificano perdite effettive nell’oggetto in esame, in modo che il campo magnetico opposto sia più debole del campo di eccitazione della bobina. La sovrapposizione dei due risulta in un campo magnetico complessivo indebolito; il campo magnetico della bobina è praticamente fortemente schermato nella direzione della profondità.
Questo campo magnetico indebolito genera ora correnti parassite inferiori nello strato immaginario sottostante, la cui direzione viene nuovamente invertita. Queste correnti parassite agiscono a loro volta come una bobina e inducono correnti parassite nello strato inferiore successivo.
Questo processo continua in direzione della profondità. In questo modo, con l’aumentare della distanza dalla superficie, il campo di eccitazione che penetra nell’oggetto in esame viene sempre più indebolito e sfasato dal flusso di correnti parassite. Lo sfasamento corrisponde al ritardo temporale risultante dalla velocità limitata delle correnti parassite.
Lo spostamento del campo magnetico e la concentrazione di correnti parassite sulla superficie esterna del provino viene quindi definito effetto pelle.
La profondità di penetrazione standard è una misura della diminuzione della densità di correnti parassite con l’aumento della profondità. L’aumento del ritardo temporale delle correnti parassite con la distanza dalla superficie porta a uno spostamento di fase delle correnti parassite in funzione della profondità.
I filtri passa-basso vengono utilizzati per sopprimere i componenti del segnale interferenti ad alta frequenza dello spettro di frequenza, mentre le frequenze al di sotto di una frequenza di taglio inferiore (cioè i segnali di interesse) rimangono inalterate (vedere anche larghezza di banda). Questo tipo di filtro è noto anche come filtro statico, perché lo spettro di frequenza del segnale demodulato contiene anche una componente costante (statica).
Nei test a correnti parassite, ad esempio, i filtri passa-basso vengono utilizzati per sopprimere le interferenze elettromagnetiche ad alta frequenza e il rumore dei dispositivi elettronici.
Va notato che lo spettro di frequenza dei segnali di interferenza e dei segnali di interesse dipende sia dalla velocità di prova attuale che dal tipo e dalla geometria del sensore utilizzato:
1) Maggiore è la velocità del test e minore è la larghezza effettiva della bobina, maggiore è la frequenza dei segnali (-> “impulsi più brevi”).
2) Per le basse velocità di prova e per le dimensioni relativamente grandi della bobina, le frequenze dei segnali diventano corrispondentemente più piccole (-> “impulsi più lunghi”).
La frequenza di taglio inferiore del filtro passa-basso è impostata correttamente, cioè abbastanza alta da sopprimere efficacemente i segnali di interferenza a più alta frequenza, ma i segnali di interesse sono ancora visualizzati con la massima altezza del segnale.
La frequenza minima di taglio inferiore fTPmin per il filtro passa-basso può essere approssimata con la seguente formula:
fTPmin > vtest / Bw( dove: vtest = velocità del test eBW = larghezza effettiva della bobina).
Le prove a correnti parassite possono essere utilizzate per controllare gli oggetti realizzati con materiali elettricamente conduttivi per verificarne l’integrità, la composizione e le condizioni di tempra o anche le dimensioni geometriche. Le prove a correnti parassite si basano sulla fisica dei campi elettromagnetici.
Una corrente alternata che scorre attraverso una bobina crea un campo magnetico alternato (primario) nel suo ambiente. Questo genera delle correnti sulla superficie di un oggetto di prova elettricamente conduttivo. Queste cosiddette ‘correnti parassite’ scorrono parallelamente agli avvolgimenti della bobina, ma in direzione opposta alla corrente della bobina. Generano quindi un campo magnetico alternato (secondario) che è diretto nella direzione opposta al campo magnetico della bobina. Ciò si traduce in un indebolimento del campo magnetico della bobina. Questo può essere misurato come una variazione della resistenza alla corrente alternata della bobina (impedenza).
In base alle variazioni dell’impedenza della bobina, si possono registrare e caratterizzare le proprietà dell’oggetto di prova (nella misura in cui influenzano le caratteristiche delle correnti parassite), compresi eventuali difetti. Ciò richiede determinati metodi di analisi, ad esempio la valutazione della magnitudine o della fase, la valutazione della forma d’onda o l’analisi armonica.
Utilizzando parti di riferimento, che devono avere determinate proprietà per quanto riguarda la geometria (dimensioni, forma), le caratteristiche del materiale (conducibilità elettrica, permeabilità, durezza) e i difetti del materiale (difetti), il tester a correnti parassite deve essere impostato prima dell’inizio del test (frequenza di prova, amplificazione, impostazione della fase, impostazioni del filtro, ecc.)
Per garantire risultati affidabili, le condizioni del test devono essere rispettate durante il test (ad esempio, distanza costante del sensore e velocità costante del test). Anche eventuali influenze di disturbo (ad esempio, vibrazioni meccaniche, fluttuazioni di temperatura o campi di interferenza elettromagnetica) devono essere escluse o ridotte al minimo per quanto possibile.
Un altro importante prerequisito per il successo dei test a correnti parassite è la selezione o lo sviluppo di un sensore adatto, ossia il numero e la disposizione delle bobine utilizzate, il tipo di connessione elettrica, le dimensioni, il numero di avvolgimenti e, se necessario, un nucleo magnetico o una schermatura.
A causa dell'”effetto pelle”, le correnti parassite più forti si formano sulla superficie dell’oggetto in esame; la loro forza diminuisce rapidamente con l’aumentare della distanza dalla superficie. Il test a correnti parassite può quindi essere classificato come un metodo di superficie, che in linea di principio può essere utilizzato per tutti i materiali elettricamente conduttivi.
Poiché le caratteristiche delle correnti parassite sono influenzate da numerose proprietà dell’oggetto in esame, esistono molti campi di applicazione per i test a correnti parassite (ad esempio, il controllo dei difetti dei materiali, la determinazione degli spessori delle pareti, la misurazione delle caratteristiche dei materiali per la selezione, la misurazione degli spessori degli strati, eccetera).
Rispetto ad altri metodi di controllo non distruttivo, il metodo a correnti parassite è caratterizzato dai seguenti vantaggi:
– senza contatto,
– Non è necessaria alcuna preparazione della superficie o post-trattamento,
– Non è necessario alcun agente di accoppiamento,
– Sono possibili velocità di prova elevate (fino a diversi m/s).
Questo la rende ideale per l’utilizzo nei sistemi di test automatici.
Un conduttore elettrico che trasporta corrente è circondato da un campo magnetico circolare (campo a vortice). Se il filo conduttore dritto viene avvolto in una spira circolare, le linee di campo a vortice si sovrappongono in modo tale da formare un dipolo magnetico (con una struttura di poli nord/sud). La forza del campo magnetico generato può essere aumentata avvolgendo le bobine con un numero maggiore di spire, in quanto vengono utilizzate anche come elementi sensore nei test a correnti parassite. Con l’aumento della lunghezza della bobina, il suo campo magnetico diventa sempre più simile a quello di un magnete permanente a forma di barra.
Il campo magnetico all’esterno della bobina penetra nell’oggetto di prova elettricamente conduttivo. Quando una corrente alternata scorre attraverso la bobina, vengono indotte correnti circolari, note anche come correnti parassite, nell’area vicina alla superficie dell’oggetto in esame. Queste correnti parassite scorrono in direzione opposta alla corrente della bobina e possono essere viste come un’immagine speculare della corrente della bobina. Le correnti parassite che scorrono sono a loro volta circondate da un campo di vortici magnetici.
In un provino privo di difetti (materiale omogeneo), le correnti parassite possono propagarsi senza ostacoli.
Il campo magnetico generato dalla corrente parassita è caratterizzato anche da una struttura a dipolo. Questo cosiddetto campo magnetico secondario è diretto in direzione opposta al campo magnetico primario della bobina. La sovrapposizione di entrambi i campi magnetici porta a un campo magnetico risultante che ha un’intensità di campo inferiore rispetto al campo magnetico primario della bobina.
Se nell’oggetto di prova si verificano dei difetti localizzati (ad esempio, crepe, cicatrici da corrosione, pori, inclusioni non metalliche, ecc. Tali disomogeneità rappresentano un ostacolo insormontabile, per così dire. Le correnti parassite devono deviare lateralmente e/o in direzione della profondità e sono quindi indebolite. Di conseguenza, anche il campo magnetico vorticoso circostante si indebolisce. I controeffetti magnetici ridotti sul campo magnetico primario della bobina portano a una variazione del campo magnetico risultante rispetto al campione di prova privo di difetti.
L’intensità del campo magnetico sotto l’influenza di un oggetto di prova elettricamente conduttivo può essere registrata da sensori adatti (bobine riceventi), successivamente valutata e visualizzata in modo adeguato. Ciò consente di trarre conclusioni sulle proprietà dell’oggetto di prova, ad esempio per quanto riguarda la geometria, le dimensioni, le caratteristiche del materiale e la presenza di difetti locali.