ΠΑΡΟΤΙΑΗ ΔΞΔΛΙΞΗ ΓΙΓΑΚΣΟΡΙΚΟΤ ΘΔΜΑ ΓΙΑΣΡΙΒΗ: "Μειέηε Γηεγέξζεσλ ζηε ρξήζε καγλεηνκέηξνπ SQUID κε εθαξκνγή ζε Με Καηαζηξνθηθνύο Διέγρνπο" ΤΠΟΨΗΦΙΑ ΓΙΓΑΚΣΩΡ: Υαξίθιεηα-Υαξηηίλε Βνπιγαξάθε ΣΡΙΜΔΛΗ ΔΠΙΣΡΟΠΗ: Θενδνπιίδεο Θεόδσξνο, Αλ.Καζεγεηήο (Παλεπηζηήκην Γπη. Μαθεδνλίαο) Πνπιάθεο Νηθόιανο, Αλ.Καζεγεηήο (TEI Γπηηθήο Μαθεδνλίαο) ηαθαβέιιαο Νηθόιανο, Αλ. Καζεγεηήο (Παλεπηζηήκην Παηξώλ) 1 από 33
1o έηνο: Απξίιηνο 2011- Απξίιηνο 2012 Βηβιηνγξαθηθή έξεπλα. Δμνηθείσζε κε ππνινγηζηηθά παθέηα (Comsol, Matlab, CIVA). Γνθηκέο Λήςεο θαη Καηαγξαθήο ηνπ ζήκαηνο SQUID κε δηέγεξζε πελίσλ θαη έιεγρνο παξακέηξσλ κέζσ ππνινγηζηή. Αλάπηπμε ζρεηηθήο εθαξκνγήο ζε πεξηβάιινλ Labview. Πξνκήζεηα δνθηκίσλ αινπκηλίνπ δηαθόξσλ παρώλ κε ηερλεηέο ξσγκέο δηαθόξσλ δηαζηάζεσλ. Οινθιεξσκέλε εθαξκνγή ζε πεξηβάιινλ Labview γηα ηελ απηνκαηνπνηεκέλε ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο. 2 από 33
2o έηνο: Απξίιηνο 2012- ήκεξα Πεηξάκαηα κε δηέγεξζε απιήο ζπρλόηεηαο ζε δνθίκηα κε θαη ρσξίο ξσγκέο. Πξνζνκνίσζε ηεο δηάηαμεο κέηξεζεο κε ην Τπνινγηζηηθό Παθέην CIVA. Αλαθνίλσζε ησλ απνηειεζκάησλ ζην 4 th International Symposium on NDT in Aerospace, Augsburg, Ννέκβξηνο 2012. Τπνβνιή άξζξνπ πξνο δεκνζίεπζε. 3 από 33
ΑΝΣΙΚΔΙΜΔΝΟ ΔΡΔΤΝΑ Οινθιεξσκέλν ζύζηεκα κέηξεζεο καγλεηηθνύ πεδίνπ κε καγλεηόκεηξν SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Με ην πξνηεηλόκελν ζύζηεκα επηηπγράλεηαη: Καηαγξαθή ηεο έληαζεο καγλεηηθνύ πεδίνπ. Πεηξακαηηθή θαη ζεσξεηηθή κειέηε δηεγέξζεσλ. Δύξεζε αζπλερεηώλ ζε κεηαιιηθά δνθίκηα παξόκνηα ηεο αεξνπνξηθήο βηνκεραλίαο (θπξίσο θνληά ζε ήινπο ζπλαξκνγήο). Αμηόπηζηε αλίρλεπζε ζθαικάησλ πνπ βξίζθνληαη ζε κεγάια βάζε. 4 από 33
Μαγλεηόκεηξν SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) Αηζζεηήξαο πνπ έρεη θαηαζθεπαζηεί από ππεξαγώγηκν πιηθό (HTS). Δίλαη ηνπνζεηεκέλνο κέζα ζε δνρείν dewar. Φύρεηαη κε πγξό άδσην. Υαξαθηεξηζηηθά: O πην επαίζζεηνο αληρλεπηήο καγλεηηθνύ πεδίνπ. Η επαηζζεζία ηνπ είλαη αλεμάξηεηε από ηε ζπρλόηεηα. Ιδαληθόο γηα κέηξεζε αζζελώλ καγλεηηθώλ πεδίσλ (π.ρ. ξσγκέο ζε κεγάια βάζε). Μεγάιν δπλακηθό εύξνο. 5 από 33
ΜΔΘΟΓΟ ΓΙΝΟΡΡΔΤΜΑΣΧΝ Δθαξκόδεηαη ζε πιηθά κε ειεθηξηθή αγσγηκόηεηα (κέηαιια). Υξεζηκνπνηείηαη έλαο επαγσγέαο (πελίν) θαηάιιεινπ ζρήκαηνο θαη ζπρλόηεηαο. Σν καγλεηηθό πεδίν ηνπ πελίνπ δεκηνπξγεί ηα δηλνξξεύκαηα ζην ειεγρόκελν πιηθό. Σα δηλνξξεύκαηα δεκηνπξγνύλ έλα δεπηεξεύνλ καγλεηηθό πεδίν. Η ηπρόλ ύπαξμε ξσγκώλ εληόο ηνπ δνθηκίνπ επηθέξεη αιιαγέο ζην ζπλνιηθό καγλεηηθό πεδίν.
Μαγλεηόκεηξν SQUID. ΤΣΗΜΑ ΜΔΣΡΗΗ Μνλάδα δηδηάζηαηεο (ΥΤ) ζάξσζεο ηνπ δνθηκίνπ ειεγρόκελε από ΗΤ. Μνλάδα ξεύκαηνο δηέγεξζεο ησλ πελίσλ. Δληζρπηήο Lock-in. Ηιεθηξνληθή θάξηα ιήςεο δεδνκέλσλ.
ΛΔΙΣΟΤΡΓΙΑ ΤΣΗΜΑΣΟ Έιεγρνο επίπεδσλ δνθηκίσλ: -Κξακάησλ αινπκηλίνπ κε πνιύ ιεπηέο ηερλεηέο ξσγκέο ζε δηάθνξα βάζε. -Σκήκαηα ησλ πηεξπγίσλ ή ηεο αηξάθηνπ ησλ αεξνζθαθώλ. Λήςε θαη θαηαγξαθή ζήκαηνο ηνπ SQUID. Υξήζε πελίσλ δηέγεξζεο. Η δηέγεξζε ηνπ κεηαιιηθνύ δνθηκίνπ γίλεηαη κε δύν δηαθνξεηηθνύο ηξόπνπο: -Με ελαιιαζζόκελν ξεύκα απιήο ζπρλόηεηαο. -Με παικηθά ζήκαηα ξεύκαηνο. Έιεγρνο κέζσ ππνινγηζηή ζπζηήκαηνο ζάξσζεο ηνπ δείγκαηνο. Υξήζε ινγηζκηθνύ γηα ηελ επεμεξγαζία ηνπ ζήκαηνο ηνπ SQUID.
Πελία PCB Η παξνπζία ξσγκήο ζε κεηαιιηθά δνθίκηα κπνξεί λα αληρλεπηεί κε ηελ κέηξεζε ηεο αιιαγήο ηνπ καγλεηηθνύ πεδίνπ. Η ρξήζε δηπινύ πελίνπ ηύπνπ D κεηώλεη ηα αλεπηζύκεηα ζήκαηα θαη εληζρύεη ηελ αλίρλεπζε ησλ ξσγκώλ. Όια ηα πεηξάκαηα πξαγκαηνπνηήζεθαλ κε ην SQUID ρξεζηκνπνηώληαο δηπιό νξζνγσληθό πελίν ζπγθεθξηκέλσλ δηαζηάζεσλ. Γηπιό Πελίν PCB Πελίν ηύπνπ Double D πζθεπή Καηαζθεπήο Πελίσλ Γηπιό Οξζνγσληθό Πελίν Γηπιό Οξζνγσληθό Πελίν
ΔΠΙΛΟΓΗ ΠΗΝΙΧΝ ΜΔ ΣΟ CIVA Πελία Γηεγέξζεσλ ζην CIVA CIVA 10
Γηεμαγσγή Πεηξακάησλ ζε Πιάθα Αινπκηλίνπ (κε Γηακπεξή Ρσγκή) Γηπιό Οξζνγσληθό Πελίν 38.8 x 17.9 mm Πιάθα Αινπκηλίνπ κε Γηακπεξή Ρσγκή Χαρακτηριστικά Πλάκας Αλουμινίου Γεσκεηξία Πιάθαο Πάρνο Πιάθαο 300mm x 300mm 8mm πρλόηεηεο: 325Hz θαη 1.025Hz Βάζνο Γηείζδπζεο: 6.7mm θαη 3.8mm Ηιεθηξηθή Αγσγηκόηεηα Μήθνο Ρσγκήο 17MS/m 28.6mm ΠΡΟΟΜΟΙΩΗ CIVA Απόσταση Αισθητήρα SQUID: 39.9mm 11
Απνηειέζκαηα ζην MATLAB nt nt Y[mm] Πξαγκαηηθό Μέξνο, ζπρλόηεηα 325Hz Y[mm] Πξαγκαηηθό Μέξνο, ζπρλόηεηα 1.025Hz Φαληαζηηθό Μέξνο, ζπρλόηεηα 325Hz Φαληαζηηθό Μέξνο, ζπρλόηεηα 1.025Hz 12
Γηεμαγσγή Πεηξακάησλ πρλόηεηεο: 375Hz θαη 1.575Hz Βάζνο Γηείζδπζεο: 6.3 mm θαη 3.1 mm Πιάθα Αινπκηλίνπ κε Γηακπεξή Ρσγκή θαη Οπή Χαρακτηριστικά Πλάκας Αλουμινίου Γεσκεηξία Πιάθαο Πάρνο Πιάθαο 300mm x 300mm 1mm Ηιεθηξηθή Αγσγηκόηεηα Γηάκεηξνο Οπήο Μήθνο Ρσγκήο 17MS/m 20mm 9.7mm C-Scan Απόσταση Αισθητήρα SQUID: 37.1mm
Πξνζνκνίσζε Μνληεινπνίεζε κε ην ινγηζκηθό CIVA: ηεξίδεηαη ζηνπο εκη-αλαιπηηθνύο ππνινγηζκνύο. Γηαθξηηνπνηείηαη κόλν ε ειαηησκαηηθή πεξηνρή πνπ καο ελδηαθέξεη. Ο ρξήζηεο κπνξεί λα επηθεληξσζεί κόλν ζηελ αιιαγή ηνπ καγλεηηθνύ πεδίνπ πνπ πξνέξρεηαη από ηελ δηαηαξαρή. C-Scan, πξνζνκνίσζε ζην CIVA ύζηεκα Πιαθώλ Αινπκηλίνπ κε Τπν-επηθαλεηαθή Ρσγκή ζην CIVA
Πιάηνο Μαγλεηηθνύ Πεδίνπ γηα πιάθα κε νπή ζε ζπρλόηεηα 375Hz Y [mm] [nt /A] ΜΔΣΡΗΗ ΔΡΓΑΣΗΡΙΟΤ ΜΔΣΡΗΗ CIVA
Πιάηνο Μαγλεηηθνύ Πεδίνπ γηα πιάθα κε νπή ζε ζπρλόηεηα 1575Hz Y [mm] [nt /A] ΜΔΣΡΗΗ ΔΡΓΑΣΗΡΙΟΤ ΜΔΣΡΗΗ CIVA
Πιάηνο Μαγλεηηθνύ Πεδίνπ γηα πιάθα κε νπή θαη ξσγκή ζε ζπρλόηεηα 375Hz Y [mm] [nt /A] ΜΔΣΡΗΗ ΔΡΓΑΣΗΡΙΟΤ ΜΔΣΡΗΗ CIVA
Πιάηνο Μαγλεηηθνύ Πεδίνπ γηα πιάθα κε νπή θαη ξσγκή ζε ζπρλόηεηα 1575Hz Y [mm] [nt /A] ΜΔΣΡΗΗ ΔΡΓΑΣΗΡΙΟΤ ΜΔΣΡΗΗ CIVA
Πιάηνο Μαγλεηηθνύ Πεδίνπ γηα ζύζηεκα δύν πιαθώλ κε νπή θαη ξσγκή ζε ζπρλόηεηα 375Hz Y [mm] [nt /A] ΜΔΣΡΗΗ CIVA
Πιάηνο Μαγλεηηθνύ Πεδίνπ γηα ζύζηεκα δύν πιαθώλ κε νπή θαη ξσγκή ζε ζπρλόηεηα 1575Hz Y [mm] [nt /A] ΜΔΣΡΗΗ CIVA
Πιάηνο Μαγλεηηθνύ Πεδίνπ γηα έλα νξζνγσληθό πελίν, ζπρλόηεηα 375Hz Y [mm] [nt /A] ΜΔΣΡΗΗ CIVA, Μηα πιάθα κε Οπή θαη Ρσγκή ΜΔΣΡΗΗ CIVA, ύζηεκα Πιαθώλ κε Τπν-Δπηθαλεηαθή Ρσγκή
Πιάηνο Μαγλεηηθνύ Πεδίνπ γηα έλα νξζνγσληθό πελίν, ζπρλόηεηα 1575Hz Y [mm] [nt /A] ΜΔΣΡΗΗ CIVA, Μηα πιάθα κε Οπή θαη Ρσγκή ΜΔΣΡΗΗ CIVA, ύζηεκα Πιαθώλ κε Τπν-Δπηθαλεηαθή Ρσγκή
Πιάηνο Μαγλεηηθνύ Πεδίνπ. Μείσζε Απόζηαζεο ηνπ Αηζζεηήξα SQUID. Απόζηαζε 10 mm Απόζηαζε 20 mm Y [mm]
ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ To SQUID κπνξεί λα αληρλεύζεη κε αθξίβεηα επηθαλεηαθέο ξσγκέο. Οη πςειέο ζπρλόηεηεο εληζρύνπλ ηελ επαηζζεζία ηνπ ζπζηήκαηνο. Η αλίρλεπζε ππν-επηθαλεηαθώλ ξσγκώλ εμαξηάηαη από ην ζρήκακέγεζνο ηεο δηέγεξζεο θαη ηε ρξεζηκνπνηνύκελε ζπρλόηεηα. Σν πξόγξακκα πξνζνκνίσζεο κπνξεί λα θάλεη αμηόπηζηεο πξνβιέςεηο.
ΔΠΟΜΔΝΑ ΒΗΜΑΣΑ Γηεμαγσγή Πεηξακάησλ κε λέν SQUID ηύπνπ γξαδηόκεηξνπ. Πξνεηνηκαζία γηα παξνπζίαζε ζην πλέδξην ηεο Αζήλαο. Γηεμαγσγή πεηξακάησλ ζε άιιεο ζπρλόηεηεο. Δθηεηακέλε ρξήζε ηνπ CIVA. ύγθξηζε ηνπ SQUID κε άιινπο αηζζεηήξεο όπσο GMR, Hall, θ.α. Πξνζπάζεηεο γηα λα γίλεη ην SQUID θνξεηό. 25
ΔΤΥΑΡΙΣΙΔ H παξνύζα έξεπλα έρεη ζπγρξεκαηνδνηεζεί από ηελ Δπξσπατθή Έλσζε (Δπξσπατθό Κνηλσληθό Σακείν - ΔΚΣ) θαη από εζληθνύο πόξνπο κέζσ ηνπ Δπηρεηξεζηαθνύ Πξνγξάκκαηνο «Δθπαίδεπζε θαη Γηα Βίνπ Μάζεζε» ηνπ Δζληθνύ ηξαηεγηθνύ Πιαηζίνπ Αλαθνξάο (ΔΠΑ) Δξεπλεηηθό Υξεκαηνδνηνύκελν Έξγν: Ηράκλειτος ΙΙ. Δπέλδπζε ζηελ θνηλσλία ηεο γλώζεο κέζσ ηνπ Δπξσπατθνύ Κνηλσληθνύ Σακείνπ. 26
Α ΔΤΥΑΡΙΣΧ