Encircling Probe Design for Eddy Current Inspection System Used in The Aluminum Clad Steel Wire Inspection

Abstract

In this paper, an encircling probe design used in the inspection of conductive wires, which are qualified as aluminum clad steel (ACS) wire is made. The eddy current systems are widely used for the quality control of conductive materials as one of non-destructive testing methods. In these systems, it is possible to design and to use different types of probes according to the material type. Internal, encircling and surface probe types are used for the inspection of pipes, wires and plate conductive materials, respectively. The discontinuities on the conductor surfaces are detected and the changes in the inductance values of the coils of probes are analyzed with the electronic hardware and the quality control of the material is ensured. In this study, a sensitive probe design is realized to detect various defect on wire surfaces. The inductance value of the designed probe is calculated by using two and three dimensional finite element analysis (FEA) and the obtained results are compared. The inductance change of the probe was measured by an LCR meter while the probe contained sample ACS wires with different types of defects, these values are given in the table and the change graph is plotted. In addition, an impedance bridge circuit was set up with the probe and the results of the change in voltage induction on the coil are given as an oscilloscope image.

Keywords

• Wire inspection
• eddy current
• non-destructive testing
• probe
• coil

Alüminyum Kaplanmış Çelik Tel Muayenesinde Kullanılan Girdap Akımları Muayene Sistemi için Çevreleyici Prob Tasarımı

Öz

Bu çalışmada, çelik üzeri alüminyum kaplanmış (ACS: Aluminum Clad Steel) tel olarak nitelendirilen iletken tellerin tahribatsız muayene sürecinde kullanılmakta olan çevreleyici bir prob tasarımı yapılmıştır. İletken materyallerin üretim ve kalite kontrol süreçlerinde tahribatsız muayene yöntemlerinden olan girdap akımları sistemleri yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu sistemlerde, materyal türüne bağlı olarak farklı tipte probların tasarlanması ve kullanılması mümkündür. Boruların, tellerin ve plaka şeklindeki iletken materyallerin muayenesi için sırasıyla dahili, çevreleyici ve yüzey prob türleri kullanılmaktadır. Bu problar ile iletken yüzeylerindeki süreksizlikler tespit edilip, proba ait bobinlerin indüktans değerlerinde meydana gelen değişiklikler elektronik donanımlar ile analiz edilerek materyalin kalite kontrolü sağlanmaktadır. Bu çalışmada, tel yüzeylerindeki çeşitli kusurların algılanabilmesi için hassas bir prob tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan proba ait indüktans değerleri, iki ve üç boyutlu sonlu elemanlar analizi (SEA) kullanılarak hesaplanmış ve elde edilen bu değerler karşılaştırılmıştır. Proba ait indüktans değişimi, içerisinde farklı türden kusurlar içeren numune ACS teller varken bir LCR metre vasıtasıyla ölçülmüş, bu değerler tabloda verilmiş ve değişim grafiği çizdirilmiştir. Aynı zamanda, prob ile bir empedans köprü devresi kurularak bobin üzerinde meydana gelen voltaj indüklenmesindeki değişim sonuçları osiloskop çıktısı olarak verilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Tel muayenesi
• girdap akımı
• tahribatsız muayene
• prob
• bobin

Kaynakça

1. [1] Moulder C.J., et al., Thickness and conductivity of metallic layers from eddy current measurements, Review of Scientific Instruments, 63, 3455-3465, 1992.
2. [2] Foerster I.D., Product Catalogue - Non-destructive eddy current testing of long products like tubes, bars, wire and profiles, DEFECTOMAT Sensor System Thermal Coil, 1-16, 2020.
3. [3] Li W., Wang H., Feng Z., Ultrahigh-resolution and non-contact diameter measurement of metallic wire using eddy current sensor, Review of Scientific Instruments, 85, 085001-085001, 2014.
4. [4] Alencar D.A., et al. Eddy current NDT: a suitable tool to measure oxide layer thickness in PWR fuel rods, International nuclear atlantic conference. Innovations in nuclear technology for a sustainable future, Brazil, Sep 27 – Oct 2, 2009.
5. [5] Bennoud S. and Zergoug M., Simulation of Cracks Detection in Tubes by Eddy Current Testing, The International Journal of Multiphysics, 10, 417-426, 2016.
6. [6] García-Martín J., Gomez-Gil J., Vázquez-Sánchez E., Non-Destructive Techniques Based on Eddy Current Testing, Sensors (Basel, Switzerland), 11, 2525-65, 2011.
7. [7] Desjardins D.R., et al., Concerning the derivation of exact solutions to inductive circuit problems for eddy current testing, NDT & E International, 68, 128-135, 2014.
8. [8] Desjardins D., Krause T.W., Clapham L., Transient response of a driver-pickup coil probe in transient eddy current testing, NDT & E International, 75, 8-14, 2015.

9. [9] Machado M.A., et al., Novel eddy current probes for pipes: Application in austenitic round-in-square profiles of ITER, NDT & E International, 87, 111-118, 2017.
10. [10] Xin J., et al., Rotating field eddy current probe with bobbin pickup coil for steam generator tubes inspection, NDT & E International, 54, 45-55, 2013.
11. [11] Xie S., et al., A novel magnetic force transmission eddy current array probe and its application for nondestructive testing of defects in pipeline structures, Sensors and Actuators A: Physical, 309, 112030, 2020.
12. [12] Nave R. Inductance of a Coil. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/indsol.html#c1. Erişim tarihi Mayıs 4, 2021.
13. [13] Terman F.E., Radio Engineers' Handbook, McGraw-Hill Book Company, Inc.: The United States of America, 74-78, 1943.
14. [14] Peters C. and Manoli Y., Inductance Calculation of Planar Multi-Layer and Multi-Wire Coils: An Analytical Approach. Sensors and Actuators A: Physical. 145-146, 394-404, 2008.
15. [15] University of Surrey. An Introduction to The Air Cored Coil. http://info.ee.surrey.ac.uk/Workshop/advice/coils/air_coils.html#wht. Yayın tarihi 2010. Erişim tarihi Mayıs 4, 2021.
16. [16] General Dynamics and George C. Marshall Space Flight, Nondestructive Testing Eddy Current Basic Principles RQA /M1- 5330.12 (V-I). San Diego, Hunstville NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION, 3-8, 1967.
17. [17] Bhagi, P.C., Eddy Current Testing: Basics. Journal of Non-Destructive Testing & Evaluation, 10, 7-16, 2011.