Máster en Sistemas Electrónicos Avanzados

Transcripción

1 Máster en Sistemas Electrónicos Avanzados Desarrollo de un sistema de medida para la caracterización de materiales ferromagnéticos mediante ensayos no destructivos Autora Itsaso Artetxe Directores Ane Martínez de Guereñu Iñigo Oleagordia

2 Índice Introducción Objetivos Sistema desarrollado Resultados Conclusiones Futuros trabajos 2

3 Índice Introducción Objetivos Sistema desarrollado Resultados Conclusiones Futuros trabajos 3

4 Introducción 2 Br B (T) 1 0 Hc Técnicas electromagnéticas 4 2 Ht EMB (V) Ht (ka/m) H (A/m) Histéresis Emisión magnética de Barkhausen t (s) Sistema de medición: Bobina de excitación Sensor Hall Núcleo ferromagnético Bobina brazo Muestra ferromagnética Bobina arrollada 4

5 Introducción Inconvenientes No siempre es viable arrollar una bobina en la muestra ya que se depende de la geometría de la muestra. La bobina de brazo no siempre goza de una buena sensibilidad debido a flujos dispersos. La solución propuesta en este trabajo se basa en el desarrollo de dos técnicas que no necesitan el uso de bobinas. Estas técnicas son DAME y armónicos de H. Bobina de excitación Sensor Hall Núcleo ferromagnético Bobina brazo Muestra ferromagnética Bobina arrollada 5

6 Introducción Técnicas electromagnéticas Histéresis Emisión magnética de Barkhausen DAME Armónicos de H Bobina de excitación Núcleo ferromagnético Sensor Hall Muestra ferromagnética 6

7 DAME (Distortion Analysis of Magnetic Excitation) Análisis de la distorsión del voltaje que se aplica en el electroimán. La distorsión depende de la permeabilidad de la muestra del circuito magnético. V = R s i + N 2 Aµ l Moorthy: análisis de la derivada de la caída de tensión en el electroimán. di dt + in2 A l dµ dt 7

8 DAME - Propuesta Análisis de la distorsión del voltaje que se aplica en el electroimán eliminando la componente activa. VD(t) N 2 Aµ l di dt + in2 A l dµ dt o Algoritmo basado en la eliminación de la componente frecuencial de excitación w mediante la demodulación síncrona. 8

9 Armónicos Análisis de los armónicos del campo tangencial H medido sobre la muestra. o Amplitudes de los armónicos o Factor de distorsión armónica o Hco Sistema de control industrial 3MA H sin componente fundamental H 9

10 Índice Introducción Objetivos Sistema desarrollado Resultados Conclusiones Futuros trabajos 10

11 Objetivos Diseño e implementación de un sistema de medida para la caracterización de materiales ferromagnéticos basado en las técnicas DAME y armónicos. Diseño de etapa de potencia para la alimentación de la bobina de excitación Implementación de algoritmo de adquisición en Labview Implementación de los algoritmos de procesamiento basados en las metodologías DAME y armónicos en Matlab 11

12 Índice Introducción Objetivos Sistema desarrollado Resultados Conclusiones Futuros trabajos 12

13 Sistema desarrollado Arquitectura hardware Modo corriente Modo tensión Modo control de H DAME armónicos DAME 13

14 Sistema desarrollado Arquitectura software Software de generación 14

15 Sistema desarrollado Arquitectura software Software de adquisición implementado en Labview 15

16 Sistema desarrollado Arquitectura software Software de adquisición implementado en Labview 16

17 Sistema desarrollado Arquitectura software procesamiento DAME en Matlab Carga de ficheros Vref(t) X LPF x Vref(t) V IP (t) Acondicionamiento de señales V(t) + - DV(t) Obtención de VD(t) - Cálculo de parámetros 90 V 90 (t) X LPF x V90(t) V IQ (t) 17

18 Sistema desarrollado Arquitectura software procesamiento de armónicos de H en Matlab Carga de ficheros Acondicionamiento de señales Cáculo de las amplitudes normalizadas Cáculo THD Cáculo Hco Almacenamiento de datos 18

19 Índice Introducción Objetivos Sistema desarrollado Resultados Conclusiones Futuros trabajos 19

20 Resultados DAME Barridos de frecuencia Muestras con distintas secciones ,5Hz 1Hz 5Hz 10Hz F=10Hz 1 2 VD (V) 0-1 VD (V) H(kA/m) ,53mm 2 18,59mm 2 31,38mm 2 47,21mm2 66,85mm 2 92,50mm H(kA/m) 20

21 Resultados H CD (A/m) H CD (A/m) DAME VD (V) IF SP 0,2% IF SP 0,4% IF SP 0,7% IF SP 1% IF SP 4% IF SP 8% H(kA/m) VD (V) H(kA/m) y = x R² = Hc (A/m) y = x R² = Deformación (%) 21

22 Pol (A.U.) Pol (A.U.) Resultados DAME y = x R² = Derivada temporal de la tensión (A.U.) Voltaje total aplicado (V) Sin muestra IF SP 0,2% IF SP 0,4% IF SP 0,7% IF SP 1% IF SP 4% IF SP 8% Deformación (%) y = x R² = Hc (A/m) 22

23 A1(dB) THD (%) Hco (V) Resultados H(V) Armónicos y = x R² = Profundidad de capa (µm) 150 m 661 m 1056 m 1361 m 2383 m Tiempo (s) y = x R² = Profundidad de capa (µm) y = x R² = Profundidad de capa (µm) 23

24 A5/A1 A5(dB) A3/A1 A3(dB) Resultados Armónicos y = x R² = Profundidad de capa (µm) y = x R² = Profundidad de capa (µm) y = x R² = Profundidad de capa (µm) y = x R² = Profundidad de capa (µm) 24

25 Índice Introducción Objetivos Sistema desarrollado Resultados Conclusiones Futuros trabajos 25

26 Conclusiones Sistema de medida completamente configurable para la generación y adquisición de señales necesarias en las técnicas electromagnéticas DAME y armónicos y compatible con las técnicas de histéresis y Barkhausen Gran avance en el estudio de la técnica DAME Caracterización de la deformación de muestras tratadas con skin pass Sistema que permite obtener los parámetros fundamentales del 3MA y las amplitudes de los armónicos Caracterización de la capa endurecida mediante armónicos 26

27 Conclusiones Relación con asignaturas SIEAV Entorno de programación de National Instruments y de Mathworks Metodología y Formación en Investigación 27

28 Índice Introducción Objetivos Sistema desarrollado Resultados Conclusiones Futuros trabajos 28

29 Futuros trabajos DAME Publicación del artículo Ensayos en modo control de H Ensayos en muestras de mayores tamaños Normalización de las secciones Armónicos Influencia de la frecuencia de excitación Análisis de los armónicos tercero y quinto Efectividad de la técnica en muestras con otras características mecánicas. 29