Μελέτη διεγέρσεων στη χρήση μαγνητομέτρου SQUID με εφαρμογή σε μη καταστροφικούς ελέγχους
Authors: Βουλγαράκη Χαρίκλεια-Χαριτίνη 
Published: August 2021

Το αντικείμενο της διατριβής είναι η Μελέτη διεγέρσεων στη χρήση μαγνητομέτρου SQUID με εφαρμογή σε Μη Καταστροφικούς Ελέγχους. O βασικός στόχος της διατριβής είναι η θεωρητική και πειραματική διερεύνηση του μαγνητομέτρου SQUID με στόχο την αξιολόγηση της συμπεριφοράς του σε σχέση με τον εντοπισμό σφαλμάτων σε μεταλλικά δοκίμια παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται στην αεροπορική βιομηχανία (εφαρμογή ΜΚΕ). Στη διατριβή παρουσιάζονται οι γενικές εφαρμογές του μαγνητομέτρου SQUID και εστιάζεται η χρήση του στους Μη Καταστροφικούς Ελέγχους. Στο πρώτο μέρος της έρευνας παρουσιάζονται και αναλύονται οι πιο διαδεδομένοι μαγνητικοί αισθητήρες καθώς ο αισθητήρας SQUID ανήκει στην κατηγορία αυτή. Στον αισθητήρα SQUID η περιγραφή είναι πιο λεπτομερής σε σχέση με τους υπόλοιπους καθώς αποτελεί το βασικό αντικείμενο μελέτης και επομένως είναι σημαντικό να αναλυθεί η αρχή λειτουργίας του, τα βασικά χαρακτηριστικά και οι ιδιαιτερότητες του που τον καθιστούν τον πιο ευαίσθητο ανιχνευτή μαγνητικού πεδίου. Επίσης, επισημαίνεται η σημασία της μεθόδου των δινορρευμάτων στον έλεγχο αγώγιμων δοκιμίων αλλά και το μειονέκτημα των συμβατικών τεχνικών της καθώς λόγω του επιδερμικού φαινομένου χάνουν την ευαισθησία τους με τη μείωση της συχνότητας. Επίσης αναφέρονται οι πολλές εφαρμογές της μεθόδου δίνοντας ιδιαίτερη βαρύτητα στον έλεγχο αεροσκαφών διότι αυτή η μελέτη ερευνά προβλήματα που συναντώνται στις αεροπορικές δομές και ο έλεγχος αυτός απαιτεί χαμηλές συχνότητες. Το SQUID υπερέχει στην ανίχνευση τέτοιων δομών λόγω της διατήρησης της υψηλής του ευαισθησίας ακόμη και στις πολύ χαμηλές συχνότητες για τον εντοπισμό υπό-επιφανειακών ασυνεχειών. Επιπλέον, αναλύεται η επιλογή του λογισμικού προσομοίωσης CIVA το οποίο ήταν ιδανικό για την ανίχνευση επίπεδων πλακών αλουμινίου με οπή ή με οπή και ρωγμή όπως συναντώνται στους ήλους συναρμογής των αεροσκαφών. Με το λογισμικό διερευνήθηκε η επίδραση πολλών παραμέτρων που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου και είναι τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του πηνίου, η απόσταση του πηνίου από το δοκίμιο, οι διαστάσεις του δοκιμίου, η συχνότητα του πηνίου διέγερσης και η τιμή της έντασης του ρεύματος. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την προσομοίωση επαληθεύτηκαν στη συνέχεια από τα πειραματικά δεδομένα επιβεβαιώνοντας την αξιοπιστία του λογισμικού πακέτου CIVA.Στο δεύτερο κομμάτι της έρευνας περιγράφεται η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για τη διεξαγωγή των πειραμάτων με το SQUID και στη συνέχεια περιγράφονται τα εργαστηριακά πειράματα σε συνδυασμό με τις προσομοιώσεις που προηγήθηκαν ώστε να διασφαλιστούν οι βέλτιστες συνθήκες διεξαγωγής πειραμάτων. Έγινε λεπτομερής μελέτη διεγέρσεων τόσο θεωρητικά στο λογισμικό προσομοίωσης CIVA όσο και πειραματικά στο εργαστήριο. Πραγματοποιήθηκε διερεύνηση για τις διαστάσεις και τα σχήματα του πηνίου ώστε να επιλεγεί και να κατασκευαστεί στη συνέχεια το βέλτιστο πηνίο για τη διεξαγωγή των πειραμάτων. Επίσης έγιναν πολλές προσομοιώσεις για τον εντοπισμό βέλτιστης συχνότητας σε μια σειρά περιπτώσεων (υπό-επιφανειακές, διαμπερείς και επιφανειακές ρωγμές, ρωγμές σε πολυστρωματικές δομές, ρωγμές με διαφορετική τοποθέτηση δίπλα στην οπή, ρωγμές με διαφορετικό μέγεθος, κ..α.). Η μελέτη των διεγέρσεων οδήγησε σε πολύ σημαντικά συμπεράσματα καθώς μέσα από τα αποτελέσματα των παραπάνω προσομοιώσεων διερευνήθηκε και αξιολογήθηκε η συμπεριφορά του SQUID στην ανίχνευση ρωγμών.Τα εργαστηριακά πειράματα συνεχίζονται με το μαγνητικό αισθητήρα Hall καθώς συγκρίνεται ένα βιομηχανικό όργανο δινορρευμάτων με ένα αρθρωτό όργανο PXI. Στο εργαστήριο αναπτύχθηκε σε περιβάλλον της γραφικής γλώσσας προγραμματισμού Labview η εφαρμογή του λογισμικού που ελέγχει το αρθρωτό όργανο. Έγινε σύγκριση της διακριτικής ικανότητας, της ταχύτητας σάρωσης και της ευαισθησίας των δύο οργάνων. Στη συνέχεια στο αρθρωτό όργανο προσαρμόστηκε το μαγνητόμετρο SQUID τονίζοντας το πλεονέκτημα της προσαρμοστικότητας των αρθρωτών οργάνων να δέχονται οποιοδήποτε μαγνητικό αισθητήρα. Έπειτα, το βιομηχανικό όργανο συγκρίνεται και με όργανο ακριβείας (LCR meter) πάνω στις πρότυπες πλάκες αλουμινίου για να υπάρχει μια ολοκληρωμένη εικόνα για την συμπεριφορά ενός βιομηχανικού οργάνου σε σχέση με τα όργανα ακριβείας που χρησιμοποιούνται κυρίως για ερευνητικούς σκοπούς. Τα πειράματα συνεχίζονται με μετρήσεις ακριβείας (Benchmark 2014) σε πρότυπες πλάκες αλουμινίου με σύστημα μέτρησης που αποτελείται από τον μαγνητικό αισθητήρα Hall τοποθετημένο μέσα σε κυλινδρικό πηνίο. Ο αισθητήρας αυτός έχει πολύ μικρότερο εύρος ευαισθησίας σε σχέση με το SQUID αλλά σε συνδυασμό με κατάλληλη διάταξη μελετάται η συμπεριφορά του για αξιόπιστα αποτελέσματα σε διάφορες περιπτώσεις που διερευνούμε όπως πλάκα με διαμπερή ρωγμή ή πλάκα με υπό-επιφανειακή ρωγμή μεγάλου σχετικά βάθους. Οι εργαστηριακές αυτές μετρήσεις συγκρίνονται με τα θεωρητικά αποτελέσματα που προέκυψαν από το CIVA και διεξάγονται κρίσιμα συμπεράσματα. Τέλος, τα πειράματα ολοκληρώνονται με μετρήσεις σε δοκίμιο αναφοράς (Reference Standard A310) που χρησιμοποιείται για τους ελέγχους που πραγματοποιούνται στην αεροπορική βιομηχανία και έχουν σαν στόχο να διερευνηθεί η επίδραση που έχει ο ήλος συναρμογής (πιρτσίνι) στο σήμα των ρωγμών.