نشریه فناوری آزمون‌های غیرمخرب

نشریه فناوری آزمون‌های غیرمخرب

انتخاب فرکانس بهینه در آزمایش غیرمخرب کشف ترک در سطح فلز بوسیله‌ی موجبر مستطیلی دهانه‌باز دارای فلنج با معیار کاهش تغییرات سیگنال ناشی از تغییرات فاصله‌ی هوایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
گروه مخابرات هواپیمایی، دانشکده صنعت هواپیمایی کشوری، تهران، ایران
چکیده
یکی از آزمون‌های غیرمخرب جهت کشف ترک در سطح فلزات، استفاده از امواج مایکروویو و بهره‌گیری از موجبر دهانه باز با فلنج استاندارد به عنوان پروب آزمایش است. در این روش با مشاهده‌ی تغییرات ولتاژ آشکارساز (که میدان الکتریکی کل را در یک نقطه از موجبر را سنجش می‌کند) وجود عیب در سطح فلز تشخیص داده می‌شود. جهت سهولت و افزایش سرعت در انجام آزمایش، نیاز است که یک فاصله‌ی هوایی بین دهانه‌ی موجبر و سطح فلز وجود داشته باشد. با ارائه‌ی نتایج شبیه‌سازی در نرم‌افزار ANSYS HFSST، این مقاله نشان می‌دهد که در بعضی از فرکانس‌ها، تغییرات کم در فاصله‌ی هوایی موجب تغییرات زیادی در ولتاژ آشکارساز می‌گردد که ممکن است به اشتباه به وجود عیب تعبیر شود. جهت تأیید این دریافت از نتایج شبیه‌سازی، اندازه‌گیری با استفاده از یک تحلیل‌گر شبکه انجام شده است که نتایج آن نیز ارائه می‌گردد. در این مقاله، برای یک موجبر WR-90 با فلنج استاندارد مربعی، فرکانس‌های بهینه در بازه‌ی 8GHz تا 12.5GHz به لحاظ کمترین حساسیت به تغییرات فاصله‌ی هوایی ارائه می‌گردد. نتایج شبیه‌سازی در نرم‌افزار ANSYS HFSS نشان می‌دهند در صورتی که محدوده‌ی تغییرات فاصله‌ی هوایی از صفر تا 0.5mm باشد، ولتاژ آشکارساز در فرکانس‌های 8GHz، 10.495GHz و 12.5GHz کمترین حساسیت را نسبت تغییرات فاصله‌ی هوایی دارد. هم‌چنین، در صورتی که حداکثر تغییرات فاصله‌ی هوایی تا 1mm مد نظر باشد فرکانس‌های بهینه 10.495GHz به 10.240GHz کاهش می‌یابد. جهت تأیید فرکانس بهینه‌ی پیشنهادی، اندازه‌گیری با استفاده از تجهیرات آزمایشگاهی شرکت LabVolt در فرکانس 10.5GHz نیز انجام شده است که تطابق خوبی بین نتایج شبیه‌سازی و اندازه‌گیری مشاهده می‌گردد. به منظور بررسی حساسیت فرکانس‌های پیشنهادی در کشف ترک، نتایج شبیه‌سازی برای دو شکاف با عمق مختلف ارائه و نتایج آن تحلیل می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Optimal Frequency Selection for Surface Crack Detection in Metals Using a Flanged Open-Ended Rectangular Waveguide Based on Minimizing Signal Variations Caused by Liftoff Distance Changes

نویسنده English

Farhad Mazlumi
Aeronautical Telecommunications Dept., Civil Aviation Technology College, Tehran, Iran
چکیده English

One of the common non-destructive testing (NDT) techniques for detecting surface cracks in metallic structures involves the use of microwave signals and an open-ended rectangular waveguide with a standard flange as the probing device. In this method, the presence of a surface defect is identified by observing variations in the detector voltage, which corresponds to the total electric field at a specific point inside the waveguide. To facilitate and accelerate the inspection process in practical applications, a finite air gap — referred to as the liftoff distance — is typically maintained between the waveguide aperture and the metal surface. This paper, through detailed and systematic simulations using ANSYS HFSS, demonstrates that at certain frequencies, even minor changes in the liftoff distance can lead to significant variations in detector voltage. These changes may be mistakenly interpreted as defect indications, potentially leading to false alarms and unnecessary inspections. To validate the simulation-based findings, experimental measurements were also performed using a Vector Network Analyzer, specifically the Keysight Technologies N9952A model. The paper presents a comprehensive study of optimal frequencies for a WR-90 waveguide with a standard square flange in the frequency range of 8 GHz to 12.5 GHz, focusing on minimizing sensitivity to liftoff distance variations. Simulation results show that when the liftoff distance varies between 0 mm and 0.5 mm, the detector voltage exhibits the lowest sensitivity at 8 GHz, 10.495 GHz, and 12.5 GHz. Furthermore, when the liftoff variation extends up to 1 mm, the optimal frequency slightly shifts from 10.495 GHz to 10.240 GHz. To further confirm the proposed optimal frequency, a measurement at 10.5 GHz was carried out using LabVolt microwave laboratory equipment from Festo Didactic. The experimental results show a good agreement with simulation predictions, supporting the validity of the selected frequency range for reliable surface crack detection with minimal liftoff sensitivity. In order to investigate the sensitivity of the proposed frequencies in crack detection, simulation results for two slots with different depths are presented and analyzed.

کلیدواژه‌ها English

Microwave testing
Open-ended waveguide
Flange
, Optimal frequency
Liftoff

  • تاریخ دریافت 07 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 01 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش 30 بهمن 1404