Visto che lo strumento di modellazione della Mappatura dell'influenza acustica (AIM - acoustic influence map) è stato introdotto con il lancio del rilevatore di difetti OmniScan™ X3, è diventato uno strumento di assistenza integrale per la creazione dei piani di scansione del Metodo di focalizzazione totale (TFM - total focusing method). L'AIM fornisce una stima della copertura dell'intensità acustica TFM per diverse serie d'onda TFM e tipi di diffusori, permettendo di creare un piano di scansione che massimizza la Probabilità di rilevamento (POD - probability of detection).
Con il rilascio dell'MXU 5.10 è possibile beneficiare di tre rilevanti aggiornamenti dell'AIM che migliorano le funzionalità e la capacità d'uso dello strumento del piano di scansione OmniScan X3 e X3 64.
1. Supporto delle forme d'ispezione 3D
Precedentemente, l'AIM supportava solamente le sonde lineari per le quali l'area di ispezione TFM si trovava direttamente al di sotto dell'asse primario degli elementi. Adesso con l'aggiornamento dell'MXU 5.10, l'AIM supporta le sonde Dual Linear Array™ (DLA) e Dual Matrix Array™ (DMA) per le forme planari con diametro esterno circonferenziale (COD - circumferential outside diameter) e diametro esterno assiale (AOD - axial outside diameter). Questo aggiornamento è stato possibile attraverso una rilevante revisione della struttura fondamentale del modello AIM.
Il modello AIM aggiornato fornisce dei risultati simili ad altri software di simulazione acustica in commercio. Per esempio, confrontare le due immagini seguenti generate dal modello AIM aggiornato e dalla mappatura della sensibilità ottenuta attraverso CIVA 2021 (sviluppato da CEA LIST) per la serie d'onda TFM L-L su una forma AOD.
Confronto della forma AOD della sonda A27 in modalità L-L tra il modello AIM (a sinistra) e il software CIVA (a destra)
Per questo test, la configurazione includeva una sonda 4DM16X2SM-A27 e uno zoccolo SA27-DN55L-FD25-IHC-AOD10.75 su una tubazione con diametro esterno di 273,05 mm (10,75 in.). Come è possibile vedere, il modello AIM aggiornato e il modello CIVA 2021 fornisce delle mappature praticamente identiche della sonda DMA in questa forma AOD.
2. Migliore precisione nel campo vicino della sonda
Un secondo vantaggio del modello AIM revisionato consiste nella migliore precisione di simulazione nel campo vicino della sonda. Visto che la migliore precisione è più evidente con le ispezioni a contatto, per preparare le seguenti immagini esemplificative è stato usato un trasduttore a contatto a singolo elemento. Le dimensioni dell'elemento è di 1 mm × 10 mm e la frequenza centrale è di 5 MHz.
Queste immagini mostrano la risposta nel campo vicino del singolo elemento del modello AIM precedente e migliorato confrontati rispetto all'esatto modello numerico Rayleigh. L'esatto modello Rayleigh è costruito dalla somma dei contributi di 100 000 punti distribuiti uniformemente sulla superficie del singolo elemento.
Confronto tra il modello di mappatura AIM e il modello di ampiezza Rayleigh per il trasduttore a singolo elemento in modalità L-L
Confronto tra il precedente modello AIM e il modello esatto Rayleigh per il trasduttore a singolo elemento in modalità L-L
Notare le similitudini tra il modello AIM migliorato e il modello Rayleigh anche a una distanza di osservazione di 1 mm (0,04 in.) dalla superficie dell'elemento. Invece il precedente modello AIM ha oscillazioni nel campo vicino, che potrebbero influenzare la precisione delle simulazioni della modalità a contatto del campo vicino.
3. Indice di sensibilità normalizzata
Prima dell'MXU 5.10, l'indice di sensibilità dell'AIM era espresso in unità arbitrariamente proporzionali che potevano essere usate per confrontate la sensibilità relativa tra diverse serie d'onda. Adesso abbiamo ridefinito l'indice di sensibilità per fornire un'interpretazione più intuitiva della sensibilità di un piano di scansione. Nella prossima sezione è possibile scoprire i calcoli realizzati dal software MXU per generare l'indice di sensibilità per ogni mappatura AIM. Invece di seguito saranno riportati alcuni esempi che illustreranno come interpretare l'indice di sensibilità normalizzato e come applicarlo in pratica.
Calcolo dell'indice di sensibilità AIM teoricamente massimo
L'indice di sensibilità corrisponde al valore dell'ampiezza massima in una mappatura AIM. Per ogni pixel, l'ampiezza è determinata da 3 componenti (la risposta in trasmissione, la risposta in ricezione e il coefficiente di diffusione):
(1)
Di seguito sono riportate le definizioni per l'equazione (1):
- N rappresenta il numero di elementi trasmittenti e M è il numero di elementi riceventi.
- Ti rappresenta la risposta in trasmissione dall'elemento trasmittente i-esimo. Un valore massimo di 1 rappresenta la perfetta trasmissione. In altri termini, l'intensità trasmessa in corrispondenza del pixel ha lo stesso valore dell'intensità sulla superficie dell'elemento trasmittente.
- Rj rappresenta la risposta in ricezione dell'elemento ricevente j-esimo. Un valore massimo di 1 rappresenta la perfetta ricezione. In altri termini, l'intensità diffusa viene ricevuta perfettamente sulla superficie dell'elemento ricevente.
- αij rappresenta il coefficiente di diffusione dall'elemento trasmittente i-esimo all'elemento ricevente j-esimo. Un valore massimo di 1 rappresenta la perfetta diffusione. In altri termini, l'intensità incidente in corrispondenza del pixel viene diffusa perfettamente nella direzione ricevente.
L'equazione (1) mostra che il valore teoricamente massimo della sensibilità è NM se esistono N elementi trasmittenti e M elementi riceventi. Tuttavia questo valore non sarà raggiunto in una tipica configurazione TFM.
Differenze dell'indice di sensibilità per i tipi di diffusori planari e sferici
Come per le precedenti versioni di AIM, l'AIM nell'MXU 5.10 supporta i diffusori "sferici" e "planari". Nel modello AIM aggiornato, il diffusore aggiornato viene considerato come un diffusore di punti ideali nel quale l'intensità incidente in corrispondenza del pixel viene perfettamente diffusa nella direzione ricevente. In altri termini, αij ha un valore di 1 per tutte le combinazioni di trasmettitori e ricevitori.
Il diffusore planare nell'AIM è modellato come spazio circolare di 3 mm di diametro. Il coefficiente di diffusione αij è una funzione complessa della frequenza e dei vettori normali, incidenti, riflessi e di osservazione nello spazio 3D. Di seguito è riportata un'illustrazione schematica di questi vettori:
Illustrazione schematica dei vettori normali, incidenti, riflessi e di osservazione per uno spazio circolare
Per lo spazio circolare, l'angolo riflesso θr sarebbe uguale all'angolo di incidenza θi se non si verifica conversione della modalità sulla superficie del diffusore direzionale. Notare che il vettore di osservazione potrebbe non essere legato al piano formato dai vettori normali, incidenti e riflessi.
Per questo tipo di diffusore, viene raggiunto il valore massimo αij pari a 1 se i vettori incidenti, riflessi e di osservazione sono tutti coincidenti con il vettore normale. Questo sarà il caso della modalità impulso-eco se i fasci in trasmissione e ricezione sono perfettamente perpendicolari al difetto direzionale. Visto che il valore αij è pari a 1 solamente per una specifica sottoserie di combinazioni trasmissione-ricezione, in generale l'indice di sensibilità per le mappature AIM per un diffusore planare sarebbe inferiore al corrispondente indice di sensibilità per un diffusore sferico ideale.
Come interpretare e confrontare l'Indice di sensibilità normalizzato dell'AIM
In questa sezione sono riportati esempi di mappature AIM e dei rispettivi indici di sensibilità per tre diverse configurazioni mediante la stessa sonda lineare 5L32-A32. Al di sotto di ogni esempio viene riportata una spiegazione su come interpretarle.
Per la prima configurazione la sonda viene usata nella modalità di contatto L-L e la corrispondente mappatura AIM per un diffusore sferico viene illustrata qui di seguito:
Configurazione 1: Mappatura AIM sferica con modalità L-L a contatto (indice di sensibilità = 19,91)
Per questa configurazione l'indice di sensibilità normalizzato è di 19,91 nonostante il valore massimo teorico è di 1024 (32 elementi trasmittenti e 32 elementi riceventi). Lo scostamento dal valore massimale è principalmente causato dall'orientazione degli elementi e dalla diffusione geometrica dei fasci.
Per la seconda configurazione, la sonda è accoppiata a uno zoccolo SA32LS-N55S-Gruppo D ed è usato nella modalità T-T per la forma COD. Il diametro esterno della tubazione è pari a 273,05 mm (10,75 in.). La mappatura AIM corrispondente per un diffusore sferico è illustrata qui di seguito:
Configurazione 2: Mappatura AIM sferica con modalità T-T COD (indice di sensibilità = 1,25)
In questa mappatura AIM è possibile notare che sono presenti dei pixel neri in prossimità della superficie del diametro esterno direttamente davanti allo zoccolo. Questi pixel neri indicano almeno un percorso acustico che non può essere tracciato da un elemento al pixel a causa dei limiti fisici dello zoccolo. Notare che l'indice di sensibilità è adesso pari a 1,25, il quale indica che sono necessari 24 dB supplementari di guadagno per avere lo stesso livello atteso di livello di ampiezza della precedente configurazione a contatto. La diminuzione dell'indice di sensibilità è principalmente dovuta all'aumento della diffusione geometrica dei fasci e ai complessi coefficienti di rifrazione nell'interfaccia zoccolo-componente.
La terza configurazione è la stessa della seconda, tuttavia questa mappatura AIM è per un riflettore planare:
Configurazione 3: Mappatura AIM planare con modalità T-T COD (indice di sensibilità = 1,25)
L'angolo del difetto è stato definito pari a 27° in modo che sia essenzialmente perpendicolare alla principale direzione della propagazione del fascio. Anche con l'ottimale orientazione del difetto, l'indice di sensibilità del diffusore planare è solamente pari a 0,44. L'indice di sensibilità è inferiore al precedente livello della mappatura pari a 1,25 visto che la perfetta perpendicolarità tra la superficie del difetto e la direzione di propagazione dei fasci non può essere raggiunta per tutte le combinazioni degli elementi trasmittenti e riceventi.
È possibile passare alla nostra pagina Software Downloads, scorrendo fino a "OmniScan", per effettuare l'aggiornamento all'MXU 5.10 e iniziare a beneficiare di questi nuovi upgrade AIM.
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