Diseño y construcción de sondas para ensayos por corrientes inducidas conteniendo bobinas planas rectangulares. - Fava, Javier Oscar (2003)
La amplia variedad de aplicaciones que tienen los ensayos no destructivos requiere de una constante actualización a través del desarrollo de nuevos sensores y la adaptación de técnicas y equipos. El objetivo de este trabajo fue el diseño, construcción y caracterización de sensores para ensayos no destructivos por corrientes inducidas, en los cuales las bobinas que los forman son espirales planos rectangulares. De todas las bobinas construidas, se caracterizaron dos bobinas diferentes en esta primera etapa, calculando y midiendo las variables que determinan su comportamiento eléctrico (R, L, C y Z). La caracterización también consistió en probar las respuestas de los sensores respectivos en tres técnicas diferentes de corrientes inducidas: detección de ranuras frontales a la sonda, detección de fisuras de borde y medición de resistividades. Los resultados obtenidos se compararon también con los obtenidos utilizando una sonda convencional. Las bobinas planas rectangulares utilizadas en este trabajo se diseñaron teniendo en cuenta dos factores: que tengan un área de inspección no mayor a 2,25 cm2 y que su impedancia de salida esté en el rango de las impedancias de entrada de los equipos comerciales de corrientes inducidas (5 - 200 Ohm). Una vez diseñadas las bobinas, para la construcción de las mismas se recurrió a la técnica de fabricación de circuitos impresos. Lográndose un ancho de los caminos que forman los espirales planos y una separación entre los mismos de 8 milésimas de pulgada. Las bobinas resultaron tener valores bajos de inductancias. Esto determinó que para lograr valores de impedancia de sonda dentro del rango deseado se tuvieran que elevar las frecuencias de operación por encima de 300 kHz, resultando el rango de utilización de las mismas entre 300 kHz y 2 MHz. El operar con frecuencias altas las hace aptas para inspección de fallas en materiales de alta resistividad. Para tal fin, se probaron las sondas sobre patrones de Zry-4 especialmente construidos: para la inspección de fisuras frontales sobre patrones con ranuras de 0.176 mm, 0.232 mm, 0.380 mm y 0.420 mm de profundidad y 0.13-0.14 mm de abertura; y para la detección de fisuras de borde sobre patrones con ranuras 0.152 mm, 0.258 mm, 0.352 mm y 0.470 mm de profundidad y la misma abertura que las anteriores. Los análisis de las inspecciones de fallas (para ambos tipos de ranuras) indicaron que se logra una buena discriminación en módulo de las señales de las diferentes ranuras analizadas; sin embargo, la discriminación en fase mostrada fue muy pobre. Para la caracterización de las sondas ante la medición de resistividades se analizaron las respuestas con seis metales de resistividades 1.71 mu Omega cm, 5.76 mu Omega cm, 18.5 mu Omega cm, 49.2 mu Omega cm, 72.0 mu Omega cm y 180.8 mu Omega cm. En cuanto a los resultados de resistividad, las frecuencias para las cuales se encontraron los mejores puntos de operación están en el rango 500 kHz-1 MHz, para todos los materiales analizados. La mejor separación se logró entre los materiales de alta resistividad. Las características más sobresalientes de estas sondas son cuatro: Una es que la técnica utilizada para la fabricación de las bobinas asegura una gran repetitividad en la producción de las mismas, luego de establecido el diseño. Otra es que, en la inspección de fisuras de borde se eliminan casi completamente los efectos no deseados de acercamiento al borde de la pieza; cosa que es muy dificil de evitar cuando se utilizan sondas estándares. La tercera es su excelente respuesta para mediciones de resistividades a frecuencias altas, especialmente para materiales de alta resistividad. La última es la alta sensibilidad que poseen para la detección de defectos e imperfecciones existentes en las superficies de análisis. Los mayores inconvenientes se presentan con las bajas inductancias de las bobinas, por un lado, y con la construcción de las sondas por otro: las características de algunos soportes utilizados pueden introducir señales no deseadas que afecten las mediciones