EMAT SNÍMA AKUSTICKÉ EMISE



Podobné dokumenty
Principy rezonan ního ízení BLDC motoru

SLEDOVÁNÍ HYDRATACE BETONU IMPEDAN NÍ SPEKTROSKOPIÍ

Ústav fyziky a měřicí techniky Laboratoř chemických vodivostních senzorů. Měření elektrofyzikálních parametrů krystalových rezonátorů

REZONAN NÍ MOTOR p ehled

REZONAN NÍ MOTOR polopat IV

REZONAN NÍ MOTOR polopat V

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Komutace a) komutace diod b) komutace tyristor Druhy polovodi ových m Usm ova dav

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Antény. Zpracoval: Ing. Jiří. Sehnal. 1.Napájecí vedení 2.Charakteristické vlastnosti antén a základní druhy antén

Ėlektroakustika a televize. TV norma ... Petr Česák, studijní skupina 205

MS měření teploty 1. METODY MĚŘENÍ TEPLOTY: Nepřímá Přímá - Termoelektrické snímače - Odporové kovové snímače - Odporové polovodičové

Principy rezonan ního ízení BLDC motoru II

Měření hluku a vibrací zvukoměrem

3. Elektromagnetické pole Vlnové rovnice elektromagnetického pole 68

Veletrh. Obr Měřeni účinnosti ohřevu. Oldřich Lepil, Přírodovědecká fakulta UP Olomouc

Konstrukce rezonan ního motoru

Obvodová ešení rezonan ních m ni

Návrh realizace transformátoru Thane C. Heinse IV.

Návrh rotujícího usměrňovače pro synchronní bezkroužkové generátory výkonů v jednotkách MVA část 1

Tří-kanálová výkonová aktivní reproduktorová vyhybka Michal Slánský

Měření výkonu zesilovače

I. Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb

1. IMPULSNÍ NAPÁJECÍ ZDROJE A STABILIZÁTORY

ACOUSTIC EMISSION OF MAGNETIC IMPULSE OF MAGNETIC SPOT METHOD AKUSTICKÁ EMISE MAGNETICKÝCH IMPULS METODY MAGNETICKÉ SKVRNY

ÚVOD DO GEOGRAFICKÝCH INFORMA NÍCH SYSTÉM

AKČNÍ ČLENY POHONY. Elektrické motory Základní vlastností elektrického motoru jsou určeny:

AUTOREFERÁT. dizertační práce

ÚČEL zmírnit rázy a otřesy karosérie od nerovnosti vozovky, zmenšit namáhání rámu (zejména krutem), udržet všechna kola ve stálém styku s vozovkou.

Vliv silného elektromagnetického pole na přenosná elektronická zařízení

VYUŽITÍ PO ÍTA OVÉHO MODELOVÁNÍ JAKO PODPORY PROVOZNÍCH KONTROL ULTRAZVUKEM A V PROCESU NDT KVALIFIKACÍ

POUŽITÍ AKUSTICKÉ EMISE P I POZOROVÁNÍ VÝVOJE MIKROTRHLIN B HEM TUHNUTÍ A ZRÁNÍ BETONOVÝCH SM SÍ

FINAN NÍ ÍZENÍ A ROZHODOVÁNÍ PODNIKU

48. Pro RC oscilátor na obrázku určete hodnotu R tak, aby kmitočet oscilací byl 200Hz

Elektrická měření 4: 4/ Osciloskop (blokové schéma, činnost bloků, zobrazení průběhu na stínítku )

Návrh induktoru a vysokofrekven ního transformátoru

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

Zapojení horního spína e pro dlouhé doby sepnutí

ASYNCHRONNÍ STROJ. Trojfázové asynchronní stroje. n s = 60.f. Ing. M. Bešta

Rezonan ní ízení reálného elektromotoru

Manuální, technická a elektrozručnost

2C Tisk-ePROJEKTY

Obr. 1 Jednokvadrantový proudový regulátor otáček (dioda plní funkci ochrany tranzistoru proti zápornému napětí generovaného vinutím motoru)

ROZDĚLENÍ SNÍMAČŮ, POŽADAVKY KLADENÉ NA SNÍMAČE, VLASTNOSTI SNÍMAČŮ

Rušení ší ící se po vedení

DYNAMICKÉ VÝPOČTY PROGRAMEM ESA PT

FYZIKA 2. ROČNÍK. Elektrický proud v kovech a polovodičích. Elektronová vodivost kovů. Ohmův zákon pro část elektrického obvodu

Polovodiče Polovodičové měniče

Nové univerzální p evodníky z typové ady KNICK 6 mm pro termo lánky, odporové teplom ry, tenzometry a odporové vysíla e

Návrh realizace transformátoru Thane C. Heinse III.

1. LINEÁRNÍ APLIKACE OPERAČNÍCH ZESILOVAČŮ

EDSTAVENÍ ZÁZNAMNÍKU MEg21

7. Stropní chlazení, Sálavé panely a pasy - 1. část

1. POLOVODIČOVÁ DIODA 1N4148 JAKO USMĚRŇOVAČ

W1- Měření impedančního chování reálných elektronických součástek

Rozdělení metod tlakového odporového svařování

Studentská tvůrčí a odborná činnost STOČ 2015

doc. Dr. Ing. Elias TOMEH

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Měření základních vlastností OZ

NÁHRADA ZASTARALÝCH ROTAČNÍCH A STATICKÝCH STŘÍDAČŮ

ŠROUBOVICOVÁ DVOUPÁSMOVÁ ANTÉNA PRO WIFI PÁSMO

Laserový eza 01. Funk ní vzorek

Projekt je obvykle iniciován z d vodu dodržení sou asné i budoucí úrovn výroby,

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Mikrovlny

DUM 14 téma: Kreslení hydraulických schémat

Spínané a regulované elektrické polarizované drenáže. Jan íp ATEKO, s.r.o., P emyslovc 29, Ostrava 9

Měřená veličina. Rušení vyzařováním: magnetická složka (9kHz 150kHz), magnetická a elektrická složka (150kHz 30MHz) Rušivé elektromagnetické pole

ELEKTRONICKÁ OBĚHOVÁ ČERPADLA PRO SOLÁRNÍ KOLEKTORY A GEOTERMÁLNÍ TOPNÉ SYSTÉMY VŠEOBECNÉ ÚDAJE

podíl permeability daného materiálu a permeability vakua (4π10-7 )

Soustava cívek s nulovou vzájemnou indukčností pro detektory kovů. Z. Jarchovský, P. Socháň. Oblast techniky

Relé úzké do patice / do PS, 6 A

Základní otázky pro teoretickou část zkoušky.

Dálkové p enosy ze za ízení aktivní protikorozní ochrany Severomoravské plynárenské, a.s.

elektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech

Fyzikální praktikum...

Prostorová akustika. Akce: Akustické úpravy nové učebny č.01 ZŠ Líbeznice, Měšická 322, Líbeznice. akustická studie. Datum: prosinec 2013

D.1.1. Dokumentace stavebních objektů. Technická zpráva. Dokumentace pro realizaci stavby

Magnetohydrodynamický pohon

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Fyzikální praktikum 3

Měření impedancí v silnoproudých instalacích

TECHNICKÉ ODSTŘELY A JEJICH ÚČINKY

Mezní kalibry. Druhy kalibrů podle přesnosti: - dílenské kalibry - používají ve výrobě, - porovnávací kalibry - pro kontrolu dílenských kalibrů.

Všeobecně lze říci, že EUCOR má několikanásobně vyšší odolnost proti otěru než tavený čedič a řádově vyšší než speciální legované ocele a litiny.

Základní praktikum laserové techniky

Výroba ozubených kol. Použití ozubených kol. Převody ozubenými koly a tvary ozubených kol

Elektrom r elektronický

Repeatery pro systém GSM

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

PARAMETRICKÁ STUDIE PRŮBĚHU RYCHLOSTI PROUDĚNÍ V PULTOVÉ DVOUPLÁŠŤOVÉ PROVĚTRÁVANÉ STŘEŠE NA VSTUPNÍ RYCHLOSTI

GEN230-3i3u-X-ADE. Specifikace kalibra ního generátoru

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové techniky

REZONAN NÍ MOTOR polopat III

KIS A JEJICH BEZPEČNOST I PŘENOS INFORMACÍ DOC. ING. BOHUMIL BRECHTA, CSC.

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

TENZOMETRICKÝ KOMPARÁTOR

Bezkontaktní sníma e polohy induk nostní sníma e

1 BUBNOVÁ BRZDA. Bubnové brzdy používané u vozidel jsou třecí s vnitřními brzdovými čelistmi.

Fyzikální praktikum Relaxační kmity

Transkript:

EMAT SNÍMA AKUSTICKÉ EMISE Petr FIDLER, Petr BENEŠ FEKT VUT Brno, Ústav automatizace a micí techniky, R ABSTRAKT P ísp vek se v nuje vysv tlení základního principu elektro-magneto-akustického sníma e (EMAT) akustické emise. Je uveden postup návrhu sníma e v etn nejd ležit jších pot ebných vztah. Sníma byl na základ uvedeného postupu navržen a realizován, byly promeny jeho základní charakteristiky. Ukázalo se, že citlivost realizovaného sníma e je nízká a získaný signál je t eba zesílit nízkošumovým širokopásmovým zesilova em. Výhodou EMAT sníma e je možnost bezkontaktního snímání a generování signálu akustické emise, což je z principu nemožné u ast ji používaných sníma piezoelektrických. Další výhodou je teoreticky hladší a širší frekven ní charakteristika. Hlavní nevýhodou je malá citlivost sníma e a omezení na elektricky vodivé materiály. I. ÚVOD EMAT je recipro ní za ízení ur ené pro generování a snímání signálu akustické emise. Skládá se z permanentního magnetu, p ípadn elektromagnetu pro vytvo ení stacionárního magnetického pole a dále z cívky ve tvaru meandru ur ené pro vytvo ení vysokofrekven ního vírového magnetického pole. Podmínkou fungování EMAT sníma e i generátoru je elektrická vodivost zkoušeného materiálu, protože vysokofrekven ní magnetické pole ve vodivém materiálu indukuje ví ivé proudy. Tyto proudy I e v interakci se stacionárním magnetickým polem B 0 vytvá ejí silové p sobení definované vztahem e FL I B 0. (1) St ídavé magnetické pole je tlumeno v elektricky vodivém materiálu. Hloubka vniku pole do vodivého materiálu je definována vztahem 2. (2) Kde je kruhová frekvence, je permeabilita materiálu a je elektrická vodivost. Parametrem je omezeno silové p sobení vysílací ásti EMAT p evodníku. To je znázorn no na obrázku 1.

Obr.1. Rozložení silového p sobení budící ásti EMAT p evodníku Silové pole je rozloženo pod povrchem s amplitudou klesající exponenciáln s hloubkou vniku. Sm r silového p sobení je rovnob žný s povrchem a je kolmý na elo Rayleighovy vlny, pomocí níž se následná deformace ší í rychlostí danou vztahem (3) c R 0,87 1,12 G. (3) 1 Deformace povrchu generovaná vysílací cívkou se p i interakci se stacionárním magnetickým polem B 0 p ijímací cívky analogicky se vztahem (1) vytvá ejí vírové elektrické pole. V tomto poli se nachází meandrové vinutí p ijímací cívky, ve které se následn indukují ví ivé proudy. Tento elektrický signál se poté dále zpracovává. II. P ínos a výhody EMATu U nej ast ji používaného piezoelektrického sníma e AE je prvotním p edpokladem fungování dokonalý kontakt mezi sníma em a testovaným vzorkem. Tento fakt omezuje pole p sobnosti piezoelektrického sníma e na kontaktní aplikace. EMAT je vzhledem k velikosti oblasti generovaného magnetického pole schopen pracovat ve vzdálenostech ádu desítek milimetr a zárove nevyžaduje úpravu povrchu. K této velmi cen né výhod se p idává hladší pr b h frekven ní charakteristiky u vysílací i p ijímací cívky, tedy generátoru a sníma- e signálu AE. Zmín nou nevýhodou je nízký pom r mechanického výkonu vi elektrickému u vysílací cívky a tudíž nízká úrove generovaného signálu AE. Tomuto nedostatku lze p edejít optimalizací návrhu budící cívky pro dosažení maximálního elektrického proudu, a dále dosažení maximální hodnoty stacionárního magnetického pole. Problematika p ijímací cívky, konkrétn její malé citlivosti, lze ešit zesílením snímaného signálu nízkošumovým širokopásmovým zesilova em s vysokým ziskem. Nevýhodou je i vznik zbytkové magnetizace p i použití permanentních magnet u feromagnetických materiál. Tento problém lze ešit použitím elektromagnetu se st ídavým odmagnetováním. Optimalizací návrhu cívek a elektroniky lze snížit uvedené nevýhody a u init z EMAT sníma e AE rovnocenného konkurenta sníma e piezoelektrického. III. Teoretické p edpoklady Vysílací cívka by dle teoretických p edpoklad m la generovat vzr stající úrove signálu AE se zvyšující se frekvencí budícího signálu. Vzhledem k p ed azení impedan ního p izp sobení p ed vysílací cívku s vlastní rezonan ní frekvencí rovné frekvenci zvolené pro návrh

p ijímacího vinutí lze o ekávat nár st úrovn generovaného signálu v okolí dané hodnoty. Návrh vysílací a p ijímací ásti sníma e vychází z [1] a [2]. P i p edpokladu rychlosti akustické vlny udané vztahem (2) je vlnová délka dána vztahem: R 0,87 1,12 f 1 G. (4) P ijímací cívka by m la vykazovat nejvyšší zisk p i vlnové délce signálu AE rovnému rozte i vinutí meandrové cívky. V testovaném pásmu se o ekává konstantní zesílení zesilova- e p ijímaného signálu. IV. Praktická realizace Praktická realizace experimentálního vzorku sníma e spo ívá krom návrhu vlastního mechanického uspo ádání v návrhu tvaru micí cívky. Meandrové cívky Návrh meandrového vinutí p ijímací cívky vychází ze vztahu (4) a principiáln je znázorn n na obrázku 2. Obr.2. Návrh meandru vysílací cívky Materiál testovaného vzorku je dural s parametry: modul pružnosti G = 3,8.10 4 MPa, hustotou 2800kg.m -3 a elektrickou vodivostí = 37. 10 6 S.m -1. Rozte vinutí pro zvolenou frekvenci generátoru f = 1,5MHz je cca. 1,5mm. Další rozm ry meandru jsou a = 30mm a b = 25mm. Meandr je zhotoven na polyamidové folii o tlouš ce 90 m p i tlouš ce vodivé m d né vrstvy 70 m. Ší ka spoje je 1mm. Vysílací vinutí je v rámci zachování reciprocity sníma e navrženo stejn. Zdroj stacionárního magnetického pole Pro experimenty byl zvolen neodymový NdFeB magnet s remanentní indukcí B R = 1200-1280mT, koercitivní silou H C = 876-915kA.m -1 a celkovým energetickým sou inem BH max = 286-302kJ.m -3. Magnet je tvaru krychle o rozm rech 25 x 25 x 25mm. Nevýhodou našeho

vzorku magnetu byla jeho elektrická vodivost, povrch je potažen niklem o vysoké elektrické vodivosti. Impedan ní p izp sobení vysílací cívky Zdrojem budícího signálu je funk ní generátor Agilent 33220A s výstupní impedancí Z = 50. Dle [3] bylo navrženo impedan ní p izp sobení ve form LC obvodu s rezonan ní frekvencí f 0 = 1MHz. Vypo tený initel jakosti obvodu Q = 12,556. Vzhledem k impedanci generátoru a maximálnímu rozptylu výstupního nap tí 10V pp amplituda napájecího proudu dosahuje maxima p ibližn 100mA. P i normované maximální hustot J max = 0,4A.m -2 iní maximální dlouhodobá hodnota proudu I max = 31,2mA, což generátor umož uje. Nízkošumový širokopásmový zesilova Navržený zesilova lze rozd lit dle blokového schématu uvedeného na obrázku 3. Obr.3 Blokové schéma navrženého zesilova e P ijímací cívka má inný odpor R = 0,31. Lze na ní pohlížet jako na anténu a šumové p izp sobení bylo navrženo dle [Žalud]. P edzesilova je tvo en vysokofrekven ní kaskodou SG SE tvo enou tve icí paralelních unipolárních tranzistor BF245C a nízkošumovým bipolárním tranzistorem MAT02EH. Koncový stupe je tvo en rychlým nízkošumovým opera ním zesilova em AD811. Zisk zesilova e se pohybuje od 66 do 50dB na zvoleném frekven ním pásmu. Celý mící et zec je znázorn n na obrázku 4. Obr.4 Navržený mící et zec Popis experimentu Cílem navrženého experimentu je zaznamenání asových odezev na harmonické buzení a ovení fungování navrženého p ípravku jako za ízení pro generování signálu AE. Provád ná mení lze popsat dle blokového schématu na obrázku 5.

Obr.5 Varianty provedeného experimentu V. Výsledky Na obr. 6 je vynesena zmená frekven ní charakteristika navrženého nízkošumového širokopásmového zesilova e Obr.6 frekven ní charakteristika zesilova e Na obrázku 7 jsou znázorn ny zmené asové pr b hy. V prvním pr b hu obrázku 7 je znázorn n budící signál vstupující do piezoelektrického generátoru signálu AE. Budící harmonický signál m l frekvenci 1,5MHz o délce trvání 10 period. Druhý pr b h na obrázku 6 znázor uje odezvu sníma e EMAT na budící signál. Z pr b hu vyplývá, že sníma reaguje pouze na elektrický signál p enesený do vodivé desky pravd podobn vlivem kapacitní a galvanické vazby. Podobn dopadly i mení provedená za zbývajících variant experimentu V tabulce 1 jsou uvedeny zmené hodnoty parazitních veli in, p i emž micí p ípravek byl nahrazen sériovým spojením kapacity a odporu.. EMAT-EMAT Piezo-EMAT EMAT zkoumaný blok Piezo zkoumaný blok C S [pf] 27,2 10,5 62 16 R S [ ] 90 333 46 75 Z [k ] 3,9 9,95 1,7 950 Tab.1 kapacita, odpor a impedance mezi uvedenými komponenty

Obr.7 asové pr b hy zaznamenané ve variant experimentu b) a d) VI. ZÁV R Z výsledk experimentu vyplývá, že hlavním problémem je jednak velice nízká citlivost sníma e EMAT a rovn ž velice nízká energetická ú innost generátoru. Z d vodu namené vysoké kapacitní a galvanické vazby mezi generátorem a sníma em, a to ve všech ty ech variantách zapojení je užite ný signál AE skryt v p echodném d ji budícího signálu a je v sou asné fázi je nemožné jej zaznamenat. Cílem dalšího vývoje je na základ výpo tového modelu navrhnout maximáln citlivý sníma a maximáln ú inný generátor EMAT, zabrán ní ovliv ování rušivým okolním signálem a zárove omezení parazitních vazeb znemož ujících analýzu získaného signálu AE. VII. LITERATURA [1] D dek, L., D dková, J.: Elektromagnetismus. Skripta. Brno, VUTIUM, 1998. [2] Obraz, J.: Zkoušení materiálu ultrazvukem. Praha, SNTL, 1989. [3] Hirao, M., Ogi, H.: EMATS for science and industry noncontacting ultrasonic measurements. Boston, Kluwer Academic Publishers, 2003. [4] Žalud, V., Kulešov, V. N.: Polovodi ové obvody s malým šumem. Praha, SNTL, 1980. Pod kování Vývoj EMAT sníma e probíhá díky podpo e grantu GA R 101/06/1689.