نشریه فناوری آزمون‌های غیرمخرب

نشریه فناوری آزمون‌های غیرمخرب

طراحی سیم‍ پیچ پروب در آزمون غیر‍مخرب جریان گردابی با استفاده از رهیافت شبیه سازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، پژوهشکده راکتور و ایمنی هسته‍ای، تهران، ایران
10.30494/jndt.2026.593246.1178
چکیده
بازرسی غیرمخرب جریان گردابی، به عنوان یک تکنیک بازرسی کارآمد در صنایع مختلف مانند هوافضا و نیروگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بازرسی جریان گردابی از مفهوم القای الکترومغناطیسی برای ایجاد جریان‌های گردشی (به نام جریان‌های گردابی) در مواد رسانا استفاده می شود. این تکنیک بازرسی غیرمخرب تنها گزینه در برخی از زمینه‌های صنعتی، مانند کاربردهای نیروگاهی یا کاربردهای هوافضا است، جایی که هیچ روش بازرسی غیرمخرب یا فرآیندهای بررسی دیگری نمی‌توانند قابلیت‌های قابل مقایسه‌ای را برای دستیابی به اهداف تکنیک بازرسی غیرمخرب ارائه دهند. بسیاری از آزمون های جریان گردابی با استفاده از پروب‌های موجود و شناخته‌شده انجام می شوند اما برای شرایط خاص که به اندازه‌ها و فرکانس‌های خاصی برای شناسایی موثر نقص ها و ناپیوستگی ها نیاز باشد طراحی و ساخت یک پروب سفارشی جدید ضروری میشود. پروب مورد استفاده به طور قابل توجهی بر سیگنال‌های دریافتی در نتیجه بر شناسایی نقص و عیب تأثیر می‌گذارد. تمرکز تحقیق در این مقاله، طراحی بهینه کویل را در آزمایش‌های غیرمخرب جریان گردابی با تمرکز بر تجزیه و تحلیل پارامترهای مؤثر بر عملکرد کویل، از جمله قطر و تعداد دور در هر دو جهت شعاعی و طولی، می‌باشد. به منظور انجام تحلیل‌های لازم، کدی در محیط MATLAB طراحی شده است تا محاسبه دقیق اندوکتانس تضمین شود و اعتبارسنجی با استفاده از یک کار معتبر و قابل اعتماد نیز از طریق شبیه‌سازی FEM در نرم‌افزار COMSOL انجام و بررسی شده است، که توزیع میدان مغناطیسی را تجزیه و تحلیل کرده و امپدانس و اندوکتانس سیم‌پیچ آن را محاسبه می‌کند. در این مطالعه نشان داده شده است که افزایش لایه‌های سیم‌پیچ در جهت عمودی و افزایش تعداد دور سیم‌پیچ‌ها همبستگی معنی‌داری با افزایش امپدانس دارد. سپس، همانطور که انتظار می‌رفت، این امر عملکرد سیگنال و قابلیت تشخیص را نیز بهبود می‌بخشد. برای تجزیه و تحلیل و نشان دادن عملکرد روش ارائه شده، نمودار امپدانس سیم‌پیچ برای بازرسی یک لوله با سوراخی با قطر 100 میکرومتر در اشکال مختلف پیکربندی سیم‌پیچ شبیه‌سازی شده و نتیجه ارائه شده است. در این تحقیق ابزارهای کارآمد و قابل اعتمادی برای محاسبه و شبیه‌سازی طراحی سیم پیچ بر اساس رویکرد FEM و راه‌حل‌های جبری ارائه شده است که می‌تواند برای طراحی بهینه سیم‌پیچ جریان گردابی در صنعت مورد استفاده قرار گیرد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Probe coil design in eddy current nondestructive testing using simulation approach

نویسندگان English

Majid Ghazali
Behrouz Rokrok
Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran, Iran
چکیده English

Eddy current testing is employed as an efficient inspection technique across various industries, such as aerospace and power generation. This method utilizes the principle of electromagnetic induction to generate circulating currents—known as eddy currents—within conductive materials. It stands as the sole viable option in certain industrial sectors, such as power plant and aerospace applications, where no other inspection method or assessment process can offer comparable capabilities for achieving the same objectives. While many eddy current tests utilize standard, commercially available probes, specific conditions requiring particular dimensions and frequencies for the effective detection of defects and discontinuities necessitate the design and fabrication of custom probes. The probe employed significantly influences the acquired signals and, consequently, the detection of flaws. This paper focuses on optimizing coil design for eddy current non-destructive testing, specifically analyzing parameters that affect coil performance—such as diameter and the number of turns in both radial and longitudinal directions. To perform the necessary analyses, a code was developed in the MATLAB environment to ensure the accurate calculation of inductance; validation was subsequently conducted using a reliable reference through FEM simulation in COMSOL software, which analyzes the magnetic field distribution and calculates the coil's impedance and inductance. The study demonstrates a significant correlation between increasing the number of coil layers in the vertical direction—as well as the number of turns—and an increase in impedance. Consequently, and as expected, this leads to improved signal performance and detection capability. To analyze and demonstrate the performance of the proposed method, coil impedance plots for the inspection of a pipe containing a 100-micrometer-diameter hole were simulated and the results are presented. This research introduces efficient and reliable tools for calculating and simulating coil designs—based on the Finite Element Method (FEM) and algebraic solutions—that can be utilized for the optimal design of eddy-current coils in industrial applications

کلیدواژه‌ها English

Eddy current Testing
Coil
Inductance
Impedance
Finite Element Method

  • تاریخ دریافت 31 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 12 مهر 1405
  • تاریخ پذیرش 12 مهر 1405