A Matrix Eddy Current Transducer Using Surface Mount Inductors

Yu. Ya. Reutov; A. V. Mikhailov; L. V. Mikhailov

doi:10.17804/2410-9908.2023.6.107-120

Yu. Ya. Reutov, A. V. Mikhailov, L. V. Mikhailov

A MATRIX EDDY CURRENT TRANSDUCER USING SURFACE MOUNT INDUCTORS

DOI: 10.17804/2410-9908.2023.6.107-120

The paper reports the results of testing the by us developed detachable matrix eddy current transducer designed to detect discontinuities on the surface of thin (tens of micrometers) inspected conductive objects, in particular, electrically conductive coatings of aircraft fuel tanks. The transducer can be useful for other applications, e.g. magnetic tomography. The device consists of 32 miniature inductors series-produced by the electronic industry and allowing you to cover an 80 mm wide band with a 2.5 mm wide test path. The use of inductance coils as magnetic receivers is due to the small thickness of the coatings to be tested. With this thickness, testing is effective only at an operating frequency of hundreds of kilohertz. Otherwise, the sounding magnetic field will not be reflected from the item under inspection. At these frequencies, modern microelectronic magnetic field sensors are inoperable. Scanning was carried out at an operating frequency of about 100 kHz. The scan results were displayed on the monitor of the personal computer. By selecting the operating frequency, the information content of the examination can be increased. The transducer detects the pattern of the copper foil of glass textolite both on the foil side and on the reverse side when the material thickness is 1.5 mm. The foil pattern is also detected through an aluminum foil gasket with a thickness of more than 10 μm. Steel plate surface discontinuities have also been detected, and this can be of interest for in-tube flaw detection. Cheap serial inductors designed for surface mounting take up a minimum of space on the printed circuit board and provide higher inspection resolution compared to coils obtained by printing. The scanning step (2.5 mm) achieved in this device is unique to matrix eddy current transducers. The study demonstrates the practicality and efficiency of using serial miniature inductors in eddy current testing.

Acknowledgement: The reported study was funded by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (theme Diagnostics, No. 122021000030-1).

Keywords: electrically conductive coating, fuel tank, aircraft, surface eddy current transducer, matrix transducer, inductor, surface printed wiring, discontinuity, surface inspection

References:

1.   GOST 19005-81. The means of the provision of the rocket and rocket-space technology items protection from the static electricity. General requirements for the metallization and earthing. Izdatelstvo Standartov Publ., Moscow, 1981, 38 p.
2.   Skvortsov, B.V., Samsonov, A.S., Borminskiy, S.A., and Zhivonosnovskaya, D.M. Theoretical basics for inspection of conducting coatings in aircraft fuel tanks. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2017, 53 (5), 378–386. DOI: 10.1134/S1061830917050084.
3.   Skvortsov, B.V., Samsonov, A.S., Borminskiy, S.A., and Zhivonosnovskaya, D.M. Device for conductive coatings quality control of rocket and space technique elements. Pribory i Metody Izmereniy, 2019, 10 (1), 23–31. DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-1-23-31. (In Russian).
4.   Samsonov, A.S., Blinov, D.I., Skvortsov, B.V., and Zhivonosnovskaya, D.M. Metrological analysis of a device for nondestructive control of flight vehicle fuel tank current conductive coatings. Vestnik Samarskogo Universiteta, Aerokosmicheskaya Tekhnika, Tekhnologii i Mashinostroenie, 2017, 16 (3), 197–207. DOI: 10.18287/2541-7533-2017-16-3-197-208. (In Russian).
5.   Skvortsov, B.V., Pertsovich, A.S., and Zhivonosnovskaya, D.M. Analysis of the error of the simulator of signature of a thermal object. Optophysical Measurements, 2019, 62, 434–441. DOI: 10.1007/s11018-019-01689-9.
6.   Sukhanov, D. and Zavyalova, K. Method of multi-angle transmission radiowave tomography of dielectric objects. Applied Sciences, 2020, 10 (9), 3270. DOI: 10.3390/app10093270.
7.   Eissa, M. and Sukhanov, D.Y. Design and analysis of multiple-input multiple output (MIMO) system for research purposes. Doklady TUSUR, 2022, 25 (2), 22–28. DOI: 10.21293/1818-0442-2022-25-2-22-28. (In Russian).
8.   Sukhanov, D.Ya., Goncharik, M.A. Remote control of inductive currents by a system of magnetic coils. Izvestiya Vuzov, Fizika, 2012, 55, 8 (2), 159–162. (In Russian).
9.   Sukhanov, D.Ya., Berzina, E.S. Magnetic introscopy using array of magnetic field sensors. Izvestiya Vuzov, Fizika, 2013, 56, 8 (2), 24–27. (In Russian).
10.   Sukhanov, D.Ya. and Goncharik, M.A. Determination of the shape of an electrically conductive object by remote measurements of disturbances of an alternating magnetic field. Izvestiya Vuzov, Fizika, 2013, 56, 8 (2), 41–43. (In Russian).
11.   Sukhanov, D.Ya. and Sovpel, E.S. A Magnetic induction introscope for flaw detection of metal objects. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2015, 51 (5), 308–314. DOI: 10.1134/S1061830915050095.
12.   Dyakin, V.V. and Sandovskiy, V.A. Teoriya i raschet nakladnykh vikhretokovykh preobrazovatelei [Theory and Calculation of Attached Eddy-Current Transducers]. Nauka Publ., Moscow, 1981, 136 p. (In Russian).
13.   Klyuev, V.V., ed. Nerazrushayushchiy kontrol [Non-Destructive Testing, vol. 2]. Mashinostroenie Publ., Moscow, 2005, 688 p. (In Russian).
14.   Reutov, Yu.Ya. Laid-on eddy current transducer field penetration depth into a studied object. Elektrichestvo, 2018, 4, 50–57. DOI: 10.24160/0013-5380-2018-4-50-57. (In Russian).
15.   Loskutov, V.E. Magnitnyi defektoskop dlya obnaruzheniya prodolnykh treshchin v magistralnykh gazoprovodakh [Magnetic Flaw Detector for Detecting Longitudinal Cracks in Gas Main Pipelines: Cand. Thesis]. Ekaterinburg, 2004, 117 p. (In Russian).
16.   Reutov, Yu.Ya. A peculiarity of the magnetization of a ferromagnet by an alternating field. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2020, 6, 35–47. DOI: 10.17804/2410-9908.2020.6.035-047. Available at: http://dream-journal.org/issues/content/article_313.html
17.   Zhou, Q., Li, G., Hou, K., Cao, F., and Song, K. Design and experimental study of array eddy current sensor for internal inspection of natural gas pipeline. Journal of Physics: Conference Series, 2021, 2113 012006. DOI: 10.1088/1742-6596/2113/1/012006.
18.   Butyrin, P.A., Dubitskii, S.D., and Korovkin, N.V. The use of computer modeling in teaching the electromagnetic field theory. Elektrichestvo, 2014, 10, 66–71. (In Russian).
19.   Nikitin, A.V., Mikhailov, A.V., Gobov, Yu.L., Kostin, V.N., Smorodinskii, Ya.G. Verification of a technique for reconstructing the shape of defects in soft magnetic ferromagnets using MFL data. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2022, 58 (11), 1111–1117. DOI: 10.1134/S1061830922700036.

Ю. Я. Реутов, А. В. Михайлов, Л. В. Михайлов

МАТРИЧНЫЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНДУКТИВНОСТЕЙ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА

Описываются результаты испытаний разработанного авторами матричного накладного вихретокового преобразователя, предназначенного для выявления нарушений сплошности поверхности тонких (десятки микрометров) контролируемых проводящих объектов, в частности, электропроводящих покрытий топливных баков летательных аппаратов. Преобразователь может быть полезен и для других применений, например, в магнитной томографии. Устройство состоит из 32 миниатюрных катушек индуктивности, серийно выпускаемых электронной промышленностью, позволяющих охватить контролем полосу шириной 80 мм с шириной дорожки контроля 2,5 мм. Применение в качестве магнитоприемников катушек индуктивности обусловлено малой толщиной контролируемых покрытий. При такой толщине контроль эффективен только при рабочей частоте в сотни килогерц. В противном случае зондирующее магнитное поле не «отразится» от объекта контроля. На таких частотах современные микроэлектронные сенсоры магнитного поля неработоспособны. Сканирование осуществлялось на рабочей частоте около 100 кГц. Результаты сканирования выводились на монитор персонального компьютера. Подбором рабочей частоты можно повысить информативность обследования. Преобразователь выявляет рисунок медной фольги стеклотекстолита как со стороны фольги, так и с обратной стороны при толщине материала 1,5 мм. Рисунок фольги выявляется и через прокладку алюминиевой фольги толщиной более 10 мкм. Выявлены и нарушения сплошности поверхности стальной плиты, что может оказаться полезным во внутритрубной дефектоскопии. Дешевые серийные катушки индуктивности, предназначенные для поверхностного монтажа, занимают минимум места на печатной плате и обеспечивают большую разрешающую способность обследования по сравнению с катушками, получаемыми печатной технологией. Достигнутый в данном устройстве шаг сканирования (2,5 мм) является уникальным для матричных вихретоковых преобразователей. Показана целесообразность и эффективность применения серийных миниатюрных катушек индуктивности в вихретоковом контроле.

Благодарность: Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России (тема «Диагностика» № 122021000030-1).

Ключевые слова: электропроводящее покрытие, топливный бак, летательный аппарат, накладной вихретоковый преобразователь, матричный преобразователь, катушка индуктивности, поверхностный печатный монтаж, нарушение сплошности, контроль поверхности

Библиография:

ГОСТ 19005–81. Средства обеспечения защиты изделий ракетной и ракетно- космической техники от статического электричества. Общие требования к металлизации и заземлению. – М. : Издательство стандартов, 1981. – 38 с.
Theoretical basics for inspection of conducting coatings in aircraft fuel tanks / B. V. Skvortsov, A. S. Samsonov, S. A. Borminskiy, D. M. Zhivonosnovskaya // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2017. – Vol. 53 (5). – P. 378–386. – DOI: 10.1134/S1061830917050084.
Устройство контроля качества токопроводящих покрытий элементов ракетно-космической техники / Б. В. Скворцов, А. С. Самсонов, С. А. Борминский, Д. М. Живоносновская // Приборы и методы измерений. – 2019. – Т. 10, № 1. – С. 23–31. – DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-1-23-31.
Метрологический анализ устройства неразрушающего контроля токопроводящих покрытий топливных баков летательных аппаратов / А. С. Самсонов, Д. И. Блинов, Б. В. Скворцов, Д. М. Живоносновская // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2017. – Т. 16, № 3. – С. 197–207. – DOI: 10.18287/2541-7533-2017-16-3-197-208.
Skvortsov B. V., Pertsovich A. S., Zhivonosnovskaya D. M. Analysis of the error of the simulator of signature of a thermal object // Optophysical Measurements. – 2019. – Vol. 62. – P. 434–441. – DOI: 10.1007/s11018-019-01689-9.
Sukhanov D., Zavyalova K. Method of multi-angle transmission radiowave tomography of dielectric objects // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10 (9). – P. 3270. – DOI: 10.3390/app10093270.
Исса М., Суханов Д. Я. Разработка и анализ системы с множеством излучателей и множеством приёмников для исследовательских целей // Доклады ТУСУР. – 2022. – Т. 25, № 2. – С. 22–28. – DOI: 10.21293/1818-0442-2022-25-2-22-28.
Суханов Д. Я., Гончарик М. А. Дистанционное управление индукционными токами // Известия вузов. Физика. – 2012. – Т. 55, № 8 (2). – С. 159–162.
Суханов Д. Я., Берзина Е. С. Магнитная интроскопия с использованием решётки датчиков магнитного поля // Известия вузов, Физика. – 2013. – Т. 56, № 8 (2). – С. 24–27.
Суханов Д. Я., Гончарик М. А. Определение формы электропроводящего объекта по дистанционным измерениям возмущений переменного магнитного поля // Известия вузов. Физика. – 2013. – Т. 56, № 8 (2). – С. 42–44.
Sukhanov D. Ya., Sovpel E. S. A magnetic induction introscope for flaw detection of metal objects // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2015. – Vol. 51 (5). – P. 308–314. – DOI: 10.1134/S1061830915050095.
Дякин В. В., Сандовский В. А. Теория и расчет накладных вихретоковых преобразователей. – М. : Наука, 1981. – 136 с.
Неразрушающий контроль / под ред. В. В. Клюева. – М. : Машиностроение, 2005. – 688 с. – Т. 2.
Реутов Ю. Я. Глубина проникновения в изделие поля накладного вихретокового преобразователя // Электричество. – 2018. – № 4. – С. 50–57.
Лоскутов В. Е. Магнитный дефектоскоп для обнаружения продольных трещин в магистральных газопроводах : дис. … канд. техн. наук : 05.02.11. – Екатеринбург, 2004. – 117 с.
Reutov Yu. Ya. A peculiarity of the magnetization of a ferromagnet by an alternating field // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2020. – Iss. 6. – P. 35–47 – DOI: 10.17804/2410-9908.2020.6.035-047. – URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_313.html
Design and experimental study of array eddy current sensor for internal inspection of natural gas pipeline / Q. Zhou, G. Li, K. Hou, F. Cao, K. Song // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 2113. – P. 012006. – DOI:10.1088/1742-6596/2113/1/012006.
Бутырин П. А., Дубицкий С. Д., Коровкин Н. В. Использование компьютерного моделирования в преподавании теории электромагнитного поля // Электричество. – 2014. – № 10. – С. 66–71.
Verification of a technique for reconstructing the shape of defects in soft magnetic ferromagnets using MFL data / A. V. Nikitin, A. V. Mikhailov, Yu. L. Gobov, V. N. Kostin, Ya. G. Smorodinskii // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2022. – Vol. 58 (11). – P. 1111–1117. – DOI: 10.1134/S1061830922700036.

Библиографическая ссылка на статью

Reutov Yu. Ya., Mikhailov A. V., Mikhailov L. V. A Matrix Eddy Current Transducer Using Surface Mount Inductors // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2023. - Iss. 6. - P. 107-120. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2023.6.107-120. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_422.html
(accessed: 21.12.2024).