مستشعر التيار الكهربائي الدوامي لقياس الألواح غير المغناطيسية

ستؤثر مسافة تباعد الرفع بين مستشعر التيار الدوامي (EC) وقطعة الاختبار على الإشارات المكتشفة ودقة القياس، كما تم اقتراح تقنيات مختلفة بما في ذلك تصميمات المستشعرات الجديدة والميزات، وهي نقطة انطلاق التقاطع وظاهرة الإقلاع الثابت، بالإضافة إلى والخوارزميات لتعويض الخطأ الناجم عن تأثير الإقلاع باستخدام مستشعر (EC).

تحليل مستشعر التيار الكهربائي الدواميية

تم تطبيق مستشعرات إيدي الحالية (EC) على نطاق واسع في تقنيات القياس المتقدمة والتطبيقات الصناعية، ونظراً لحساسيتها العالية ومناعتها تجاه بيئة المواد غير الموصلة (مثل الغبار والماء) والتكلفة المنخفضة وإمكانية النقل؛ فإنه يتم استخدام اختبار (EC) لقياس الخصائص ومراقبة الجودة وفحص إجهاد المواد، وحالياً تم استخدام تقنيات تشمل اختبار التيار الدوامي أحادي التردد الكهربائي (SEC) واختبار التيار الدوامي متعدد التردد (MEC) واختبار التيار الدوامي النبضي (PEC) لقياس خصائص المعادن.

ولاختبار (PEC)؛ فقد تم اقتراح ميزة نقطة انطلاق للتقاطع (LOI)، والتي تم استخدامها على نطاق واسع لتقليل تأثير الإقلاع على قياس سمك الطلاء المعدني، بحيث تم بناء أداة جديدة لتحديد السماكة والتوصيل الكهربائي للطلاء، ولاختبار (MEC) تم استخراج منحدر منحنى الإقلاع لقياس سماكة النطاق المعدني، بحيث استخدم توقيع الطور للمحث متعدد الترددات لقياس السماكة، والتي ثبت أنها حساسة لعينة الاختبار وغير حساسة لتباعد الإقلاع.

ومع ذلك؛ فقد وجد أن مرحلة الممانعة (أو الحث) ليست حساسة إلا لنطاق صغير من تباعد الإقلاع تحت ترددات عمل منخفضة جداًَ أو عالية، إلى جانب ذلك؛ فإن مرحلة الممانعة (أو الحث) أقل حساسية لقطعة الاختبار عند مقارنتها بحجمها.

وفيما بعد تم اقتراح استراتيجيات تتضمن خوارزميات تردد الذروة وتصميمات أجهزة استشعار مختلفة للتخلص من تأثير الإقلاع على قياس خصائص الألواح، والتي تم العثور عليها لتعويض الخطأ الناجم عن مسافة إقلاع صغيرة، ومع ذلك لا يمكن تطبيق هذه الطرق المقترحة على مدى إقلاع ممتد، على سبيل المثال (15) ملم، إلى جانب ذلك كانت الإشارة المكتشفة ضعيفة للغاية مع تباعد كبير للإقلاع؛ خاصة في ظل الترددات المنخفضة.

أما في هذه الدراسة تم تصميم مستشعر (EC) لتحمل الإقلاع لزيادة الإشارة المكتشفة تحت مسافة تباعد كبيرة للإقلاع (حتى 15 مم)، كما تم إجراء تجارب على قياس المحاثة لثلاث عينات مختلفة غير مغناطيسية، بحيث تظهر النتائج أن المستشعر المصمم يحتوي على إشارة محسّنة كثيراً مقارنة بمستشعر الحلزون الثلاثي السابق، إلى جانب ذلك تم اقتراح خوارزميات لقياس الإقلاع والسمك لعينة الاختبار تحت ترددات عمل مختلفة عندما تتراوح مسافة تباعد الإقلاع من (1) إلى (15) ملم.

هيكل الاستشعار والخوارزميات المرتبطة بالتيار الكهربائي الدوامي

لقد وجد أن إشارة مستشعر (EC) ضعيفة بشكل ملحوظ تحت مسافة تباعد كبيرة للإقلاع، خاصةً تحت تردد العمل المنخفض، وفي السابق كان كل من الحلزون الثلاثي، والموضح في الشكل التالي (1-a) ومستشعر الملف الثلاثي المستوي للتخلص من تأثير الإقلاع للقياس، ومع ذلك؛ فإن كلا المستشعرين لا يتسامحان مع تغيرات الإقلاع، وفي هذا المجال وجد أن تغيير المجال (مطروحاً من حقل خلفية الفضاء الحر) للإمكانات المغناطيسية (على مستوى المستقبِل بسبب العينة) سوف يتوسع مع زيادة الإقلاع.

لذلك كما يتضح من الشكل (1-b) أنه تم تصميم مستقبل مستشعر (EC) كملفين مسطحين مع امتداد كبير (فرق كبير بين نصف القطر الداخلي والخارجي)، وبالنظر إلى موازنة المجال المغناطيسي لجهازي استقبال عندما يكون (EC) في الفضاء الحر؛ فإنه تم تصميم جهاز الإرسال كملف حلزوني بارتفاع كبير قليلاً، كما يجب فصل مستقبلين بمسافة معينة لضمان ملاحظة اختلاف واضح بين مستقبلين.

لذلك إذا تم تصميم جهاز الإرسال كنوع فطيرة (ارتفاع ملف أصغر) وتم تجميعه في منتصف جهازي استقبال؛ فإن التدفق المغناطيسي سوف يتشتت كثيراً وينحرف عن الاتجاه الطبيعي، مما يؤدي إلى انخفاض مكتشف الإشارة والفصوص الجانبية في دالة الحجم، كما يجب أن يكون متوسط نصف قطر جهاز الإرسال أصغر بكثير من أجهزة الاستقبال بحيث يكون المستشعر الكهربائي متوافقاً مع تباعد إقلاع كبير

تصميم المستشعر والإعداد التجريبي الخاص بالألواح غير المغناطيسية

وفقاً لصياغة (DODD-DEEDS)، بحيث يمكن حساب تغيير إمكانات المتجه المغناطيسي (طرح حقل الخلفية في المساحة الحرة) الناجم عن قطعة الاختبار في مستوى (RZ) في المنطقة فوق العينة.

بالإضافة إلى:

حيث أن (i0) هو التيار المثير المتدفق في جهاز الإرسال، كما يوضح الشكل التالي (2) حجم جهد المتجه المغناطيسي (التغييرات التي تسببها قطعة الاختبار) في كل من المستويين (rz ،xy) للمنطقة فوق العينة عند رفع المستشعر بمقدار (1، 10) مم، بحيث يمكن ملاحظة أن منطقة جهد ناقل مغناطيسي فعال سوف تتوسع مع زيادة مسافة الإقلاع.

وكما هو مبين في الشكل التالي (3)؛ فإن التغير في جهد المتجه المغناطيسي يصل إلى ذروته عند نصف قطر معين (r)، وعلى سبيل المثال عندما تكون مسافة الإقلاع (1) مم؛ فإن نصف القطر المقابل (r) لأقصى حجم لتغير جهد المتجه المغناطيسي، بحيث يكون حوالي (11.5) مم، وهو قريب من (متوسط) نصف قطر المرسل (11.35) مم.

ومع ارتفاع مسافة الرفع إلى (15) مم؛ ينمو نصف القطر المقابل (r) إلى حوالي (28.3) مم، كما يوضح الشكل التالي (4) نصف القطر المقابل لأقصى تغير محتمل في الاتجاه المغناطيسي عند مسافة إقلاع مختلفة تحت تردد العمل البالغ (1.14 ،10.92 ،209.66) كيلو هرتز، كما يمكن ملاحظة أن نصف قطر الحد الأقصى لتغير جهد المتجه المغناطيسي، بحيث يزداد مع مسافة الرفع، والتي تتأثر بشكل أقل بترددات العمل المختلفة.

لاحقاً تم تصميم مستشعر (EC) للوح الذي يتحمل الإقلاع، بحيث وجد أن التغير الفعال في جهد المتجه المغناطيسي (بسبب قطعة الاختبار) سوف يتوسع مع زيادة مسافة الإقلاع، كذلك سيزداد نصف قطر الحد الأقصى لتغير جهد المتجه المغناطيسي تقريباً بشكل خطي مع مسافة الإقلاع، لذلك تم تصميم مستقبل المستشعر كنوع لوحي مع نصف قطر متوسط كبير وامتداد حلزوني.

وبالنظر إلى عدد الدورات وتوازن الإشارات من جهازي استقبال (في المساحة الخالية)؛ فإنه تم تصميم جهاز الإرسال كملف حلزوني بارتفاع معين، أما من التجربة على ألواح الألمنيوم والنحاس الأصفر؛ فقد تم التحقق من أن الإشارة المستلمة لمستشعر اللوح المصمم أكبر بكثير من تلك الموجودة في المستشعر الحلزوني الثلاثي السابق، كما تم بناءً على مستشعر الفطيرة المصمم؛ فقد تم اقتراح خوارزمية مبسطة لقياس مسافة تباعد الإقلاع.

وأخيراً ومن خلال التجارب تم التحقق من مسافة تباعد الإقلاع لقياسها بدقة بحد أقصى للخطأ يبلغ (0.14) مم تحت (209.66) كيلو هرتز عندما تتراوح مسافة التباعد الفعلية من (1) إلى (15) مم، وعلاوة على ذلك يتم استخدام الإقلاع المشتق لحساب سماكة ثلاث ألواح غير مغناطيسية مختلفة، ونظراً للمبالغة في تقدير الإقلاع تحت (209.66) كيلو هرتز؛ فإن السماكة المقاسة أقل من القيمة الفعلية، ومع ذلك؛ فإن خطأ السماكة المقاسة أقل من (1.35٪) في ظل ترددات العمل المنخفضة (- 142، 238 ،338) هرتز.