Informazioni per la scelta della sonda eddy current

La scelta dell'ottimale sonda eddy current è fondamentale per realizzare un'ispezione ottimale. In queste pagine abbiamo riportato informazioni utili per effettuare la scelta ottimale.

Sonde assolute (sonde a bobina singola)

Le prime versioni di strumenti eddy current funzionavano con sonde a bobina singola che avevano uno specifico valore di frequenza. Numerosi recenti modelli di strumenti eddy current hanno mantenuto questa componente elettronica apprezzata dagli utenti, integrando anche delle altre funzioni sofisticate. Quando vengono usate queste sonde, è necessaria anche una bobina bilanciata che può essere predisposta all'interno dello strumento eddy current oppure può essere trovata comunemente all'interno della sonda, del connettore del cavo o in un adattatore separato (vedi Fig. 1).

Figura 1

Potrebbe evidenziarsi un problema quando il valore di induttanza della sonda non risulta sufficientemente prossimo a quello della bobina bilanciata, causando un erroneo bilanciamento dello strumento. Di conseguenza si hanno delle scarse prestazioni (rumore o insensibilità) o un'assenza di risposta (saturazione del segnale).

Sonde di tipo Bridge

In questa configurazione le bobine della sonda sono posizionate nel "bridge" elettrico (vedi fig. 2). Lo strumento bilancia il bridge e qualunque cambiamento del bilanciamento è visualizzato come segnale. In questa configurazione la stessa bobina produce le eddy current (correnti indotte) e rileva i cambiamenti dell'impedenza causati dai difetti o da altre variabili. Quasi tutti gli strumenti sono in grado di operare con questo tipo di configurazione di bobina.

Figura 2

Sonda di tipo Reflection

Queste sonde sono conosciute anche come sonde trasmissione-ricezione o driver-pickup. In questa configurazione, le eddy current sono prodotte da una bobina collegate all'oscillatore dello strumento (driver). I segnali di ritorno ricevuti dalla sonda sono rilevati dalle bobine separate denominate bobine riceventi (vedi Fig. 3 e Fig. 4). Tutti i nuovi strumenti con diagramma di impedenza e anche numerosi modelli più datati sono in grado di funzionare in modalità bridge e reflection. Se si hanno dei dubbi contattare il produttore o contattarci.

Figura 3

Figura 4

Scegliere Bridge o Reflection?

Gli utenti che cercano di scegliere la sonda ottimale per un'ispezione si pongono spesso questa domanda. La risposta è che dipende da diversi fattori. Consideriamo entrambi i sistemi.

Guadagno: Le sonde Reflection assicurano un guadagno maggiore, particolarmente se sono regolate a una specifica frequenza, tuttavia in genere la differenza è in media di circa 6 dB. Sebbene sia vero che questo permette di raddoppiare il segnale, tuttavia, se si considera che gli strumenti sono in grado di assicurare facilmente questo aumento di guadagno, non appare rilevante. Ciò nonostante nelle applicazioni critiche questo aumento è molto apprezzato.

Intervallo di frequenza: Le sonde Reflection non hanno bisogno di bilanciare il driver per le bobine riceventi. Questo significa che possono assicurare un intervallo di frequenza più ampio. Fino a quando il driver produce eddy current, le bobine riceventi le rileverà e saranno visualizzati alcuni segnali. In questo modo potrebbero non essere fornite delle informazioni corrette a certe frequenze, tuttavia la sonda funziona sempre correttamente.

Le sonde di tipo Bridge erano usate negli strumenti più datati per fornire una limitata ampiezza di frequenza, visto che dovevano bilanciare un Bridge elettrico mediante i suoi altri bracci (comandi X e R). Nei moderni strumenti, il Bridge è in genere formato da resistenze di precisione fisse o da un trasformatore fisso integrato. I segnali rilevati in questo modo sono elaborati elettronicamente senza regolazioni "meccaniche", traducendosi in una maggiore capacità di effettuare un bilanciamento in un più ampio intervallo di frequenza.

Deriva: La deriva della sonda è principalmente causata da variazioni della temperatura nelle bobine. Questo può essere causato da una variazione della temperatura ambiente, dal calore prodotto della corrente dell'oscillatore o da entrambi.

Esistono dei parametri della struttura che possono essere ottimizzati per ridurre la deriva, come il diametro del filo e la scelta della ferrite, tuttavia le sonde Reflection sono in genere una scelta ottimale per evitare questo problema.

In una sonda Reflection, la corrente del driver non circola significativamente attraverso le bobine riceventi. Infatti il campo magnetico di ritorno ricevuto dal campione è in genere molto minore e, di conseguenza, anche il flusso di corrente nelle bobine riceventi è ridotto. La maggior parte dei tipi di sonda (lineare, puntuale, anulare, per fori di bulloni, ecc.) possono essere di tipo Bridge o Reflection. Tenere in considerazione che una sonda Reflection è più difficile da produrre e perciò più costosa.

Sonde Assolute, Bridge e Differenziali

In questo ambito esistono degli aspetti che possono indurre confusione. Molti utenti si riferiscono a una sonda "differenziale" quando il segnale visualizzato ha un andamento ondulatorio oppure quando il segnale è del tipo a figura 8. Questo è causato da due bobine che rilevano il difetto in sequenza. Quando entrambe le bobine di rilevamento sono presenti sulla superficie della sonda, compensano il lift-off e come risultato non è visibile nessuna linea (vedi Fig. 5).

Figura 5

Al contrario, una schermata Assoluta o Bridge viene prodotta da una singola bobina di rilevamento (vedi da Fig.1 a Fig 4), fornendo un singolo andamento verso l'alto con una linea di lift-off praticamente orizzontale. Altri si riferiscono a sonda "differenziale" semplicemente quando le bobine sono collegate in modo differenziale come in circuito Bridge. Il problema con questa definizione è che le sonde possono essere collegate differenzialmente sia in un sistema Reflection sia quando si usano due bobine riceventi, come nella maggior parte di sonde per fori di bulloni gestite da scanner. In questo caso le due bobine riceventi sono posizionate vicine e contenute in una bobina trasmittente (vedi Fig. 6)

Figura 6

Il modo migliore per uscire da una terminologia equivoca è quella di specificare, in base alle necessità, il tipo di sonda come Assoluta, Bridge, Reflection, Bridge differenziale o Reflection differenziale. È più logico qualificare la descrizione in base al segnale visualizzato, visto che rappresenta l'aspetto più rilevante e non molti utenti conoscono il tipo di collegamento interno delle bobine.

Sonde schermate e non schermata

Le sonde sono in genere disponibili nelle versioni schermate e non schermate, tuttavia esiste una maggiore richiesta per il tipo con schermatura.

La schermatura riduce il campo magnetico prodotto dalle bobine alle dimensioni fisiche della sonda. Una schermatura può essere realizzata con diversi materiali, tuttavia quelli più utilizzati sono: ferrite (come una ceramica costituita di ossidi di ferro), Mumetal e acciaio dolce. La ferrite costituisce la migliore schermatura visto che assicurano un facile passaggio al campo magnetico ma hanno una scarsa conduttività. Questo significa che esiste una perdita limitata di eddy current nella schermatura stessa. L'acciaio dolce provoca una maggior perdita tuttavia è ampiamente usato per le sonde puntuali e le sonde anulari a causa della sua facilità di lavorazione, quando la ferrite non è disponibile per certe dimensioni o forme. Il Mumetal è utilizzato qualche volta per le sonde lineari visto che è disponibile in lamine sottili, tuttavia non raggiunge la stessa efficacia della ferrite.

La schermatura presenta diversi vantaggi: innanzitutto permette alla sonda di essere usata in prossimità di cambiamenti di forma come nel caso dei bordi, senza fornire false indicazioni; inoltre permette alle sonde di toccare le parti superiori dei fissaggi ferrosi producendo solamente un'interferenza minima; infine permette il rilevamento di difetti di dimensioni minori grazie al campo magnetico più intenso concentrato in un'area più ridotta.

D'altra parte, le sonde non schermate permettono una penetrazione più profonda grazie al campo magnetico più ampio. Inoltre sono leggermente più tolleranti al lift-off. Le sonde non schermate sono consigliate per le ispezioni di materiali ferrosi (acciaio) per cicche superficiali e in particolare con misuratori. Il motivo risiede nel fatto che la risposta del misuratore è eccessivamente lenta per permettere al segnale proveniente da una sonda schermata di essere visualizzata a una velocità di scansione normale a causa dell'area di sensibilità più ridotta.

Adattatori

Per collegare una sonda con un connettore diverso dal tipo usato nello strumento, è necessario usae un adattatore. Un adattatore consiste di due diversi connettori uniti e collegati per combinare gli ingressi e le uscite in base alle proprie necessità In genere possiede un telaio di dimensioni talmente ridotte da poter essere posizionato nell'ingresso dello strumento. In alcuni casi è inoltre possibile avere un "adattatore del cavo" applicato per utilizzare un connettore posizionato in corrispondenza della sonda. In base al cablaggio dello strumento può essere possibile possedere un singolo adattatore per entrambe le sonde Bridge e Reflection. In altri casi, è necessario avere due diversi adattatori o usarne un tipo commutabile.