طراحي سيم‌پيچ بهينه‌ي مبدل صوتي الكترومغناطيسي (EMAT) براي آشكا‌رسازي ترك‌هاي سطحي

كارشناسي ارشد

مبدل‌هاي صوتي الكترومغناطيسي (EMATs) به دليل قابليت‌هاي غيرتماسي و توانايي عملكرد با وجود لايه‌هاي پوششي ويژه، ابزار فراصوت مفيدي براي ارزيابي غيرمخرب در محيط‌هاي صنعتي هستند. يك مدل المان محدود 2D در دامنه زماني در محيط نرم افزار Comsol Multiphysics(5.5) با موفقيت ايجاد و از آن براي بررسي و مقايسه سه ساختار تجاري موجود سيم‌پيچ EMAT (پيكربندي‌هاي سيم‌پيچ خطي پر پيچ‌وخم(MLC)، سيم‌پيچ حلزوني (SP) و سيم‌پيچ حلزوني نقطه عطف (SMLC) استفاده شده است. اين بخش از مطالعه در دو مرحله انجام شده است: نخستين مرحله به ترتيب جريان القايي و چگالي نيروي لورنتز توليد شده توسط سه پيكربندي EMAT را بر روي سطح ورق آلومينيومي با ضخامت 6 ميلي‌متر محاسبه مي‌كند. نتايج نشان دادند كه سيم‌پيچ SMLC در هنگام پشته ‌بندي در لايه‌ها جريان گردابي و چگالي نيروي لورنتز بيشتري توليد مي‌كند. دومين مرحله، قدرت و كارآمدي پيكربندي SMLC را بررسي ‌مي‌كند. در بخش بعدي مطالعه يك مدل المان محدود 2D جامع شامل فرستنده و گيرنده با روش ارسال و دريافت در محيط نرم‌افزار كامسول براي مطالعه¬ي چگونگي ايجاد، انتشار و تشخيص موج صوتي با SMLC EMATs بر روي موجبر نازك آلومينيومي به ضخامت 3 ميلي‌متر بر اساس سازوكار نيروي لورنتز ارائه شده است. مدل مكانيكي از تركيب مدل مغناطواستاتيك با مدل الكتروديناميك در دامنه¬ي زمان، بسط داده شده تا بتوان به مدلي دست يافت كه در آن تنها يك مُد منفرد از مُدهاي موج لمب (A0) توليد و دريافت شود. دليل انتخاب طرح EMAT سيم‌پيچ SMLCتوانايي اين پيكربندي جهت كنترل مُدپذيري با كنترل عدد موج به دليل استفاده از خواص سيم‌پيچ MLC با تعيين دوره مكاني و طراحي براساس طول‌موج مُد دلخواه و همه سويه بودن طراحي به علت طبيعت سيم‌پيچ‌هاي SP براي غلبه بر مشكلات ناشي از اسكن چرخشي و حذف درست‌نماها به دليل ماهيت خميده سيم‌پيچ بوده است. بهينه‌سازي‌ پارامترهاي طراحي به‌ منظور افزايش دامنه سيگنال دريافتي در گيرنده انجام و دامنه مُد A0 دريافتي در گيرنده با SNR بالغ بر 15 دسي‌بل بدست آمده است. هم‌چنين نشان داده شده كه با اصلاح پهناي باند فركانس سيگنال تحريك و زاويه تحريك امواج فراصوت كه توسط آهن‌رباي دائم ايجاد مي‌شود مي‌توان انتخاب‌پذيري مُدها را تا حد زيادي بهبود بخشيد و نظريات مطالعات پيشين در مورد پيكر‌بندي آهن‌ربا در توليد امواج هدايت ‌شده بسيار بستگي به ضخامت صفحه داشته و نياز به اصلاح دارد. در پايان حساسيت طرح به نقص‌هاي سطحي، داخلي و سطح پشتي موجبر بررسي و تاييد شد. مشخص شد كه طرح EMAT حلزوني نقطه عطف با تحريك امواج لمب مُد منفرد A0 جهت آشكارسازي نقص‌هاي ريز سطحي و داخلي صفحات نازك بسيار كارآمد است.

207690

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي برق- گرايش افزاره هاي ميكرو و نانو الكترونيك

دكتر علي صدر