Sonda array integrada para inspección de defectos en componentes mediante corrientes inducidas y método para operación de dicha sonda array.

Se proporciona una sonda array que comprende al menos un array de sensores (2), con un conjunto de sensores individuales

(S) formados en capas (Ci) de un substrato de capas múltiples (SCn) y dispuestos alineados en al menos dos filas (3, 4), estando adaptados estos sensores para conmutar entre un estado emisor y un estado receptor mediante un respectivo bloque multiplexor transmisor/receptor (MUX TX, MUX RX) gobernados por medio de un circuito de control (CTRL). La sonda comprende una primera parte flexible (5), esencialmente laminar, portante del array de sensores (2) y una primera parte rígida (6), también esencialmente laminar, que integra los bloques multiplexores, el circuito de control y un dispositivo amplificador (AMP) para elevar el nivel de señal procedente del bloque multiplexor receptor (MUX RX); y estando dicha parte flexible y dicha rígida unidas formando un solo conjunto de circuito de tipo rigiflex.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201131750.

Solicitante: TECNATOM,S.A..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: .

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales mediante... > G01N27/90 (utilizando las corrientes de Foucault)
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Sonda array integrada para inspección de defectos en componentes mediante corrientes inducidas y método para operación de dicha sonda array.

Fragmento de la descripción:

Sonda array integrada para inspección de defectos en componentes mediante corrientes inducidas y método para operación de dicha sonda array.

Ámbito y técnica anterior

La invención se encuadra en el sector de ensayos no destructivos, más concretamente en el relativo a sondas para inspección por corrientes inducidas de tubos como, por ejemplo, los tubos de los generadores de vapor, pero más generalmente para inspección de defectos o daños en materiales conductores.

La detección de defectos por corrientes inducidas sobre tubos es un proceso relacionado directamente con la seguridad de las plantas industriales que operan con componentes como, por ejemplo, los generadores de vapor, donde se utilizan multitud de estos tubos. Es por ello, que factores como precisión y fiabilidad son decisivos a la hora de realizar este tipo ensayos.

Procedimientos y sistemas de inspección y prueba de materiales eléctricamente conductivos mediante corrientes inducidas resultan bien conocidos por los expertos en el arte.

La inspección por corrientes inducidas se lleva a cabo mediante sondas dispuestas para generar, por medio de un transductor apropiado, por ejemplo una bobina, un campo magnético en la proximidad de una pieza a comprobar que por inducción genera una corriente en dicha pieza, además estas corrientes inducidas generan un campo magnético secundario que a su vez crea una diferencia de potencial en un sensor, tal como por ejemplo una bobina u otro tipo de transductor, incluido en la sonda. Como los daños o defectos en el tubo producen cambio de la impedancia respecto de la correspondiente a una superficie sin daños, mediante un equipo de adquisición de datos apropiado puede llevarse a cabo un análisis de la señal de salida de estos sensores y a partir de dicho análisis es posible identificar un daño o defecto en la pieza.

Se conocen en la actualidad varios tipos de sondas que se utilizan para los ensayos de tubos por corrientes inducidas.

Un primer tipo de sonda utiliza una sola bobina para generar una señal que permite conocer la posición del defecto en el tubo pero no pueden determinar la posición angular del mismo.

Existe otro tipo de sondas que utilizan una bobina puntual pequeña que se hace girar con un pequeño motor incorporado en la misma sonda, para permitir la detección tanto longitudinal como angular del defecto. Las complicaciones mecánicas que acompañan a este tipo de sondas hacen que su velocidad de inspección sea reducida y la posibilidad de fallos mecánicos por desgaste reduce su fiabilidad.

Para evitar estos problemas se ha propuesto la utilización de sondas array con una pluralidad de sensores, al menos uno de cuyos sensores se encuentra activo para un instante dado analizando una pequeña zona de la pieza a inspeccionar, como en el caso de las sondas rotatorias anteriores, y mediante una actuación sucesiva de los sensores es posible realizar una inspección del defecto en la pieza tanto longitudinal como angularmente, pero sin los problemas mecánicos asociados al uso de un motor de giro. Además para cada instante de tiempo dado, al menos uno de los sensores actúa como emisor induciendo corrientes en la pieza a examinar, mientras que al menos otro sensor de la sonda array actúa como receptor para captar las corrientes inducidas en la pieza comprobada. Este esquema de activación temporal selectiva en la doble funcionalidad emisora/receptora de cada uno de los sensores de la sonda array, conduce a una gran complejidad del cableado a utilizar para conexión de la sonda array y el equipo de adquisición de datos, tanto más cuanto para lograr una precisión adecuada es necesario utilizar un gran número de sensores.

Mediante los documentos US 6344739 y US 2009/0243605, se revelan sondas array en las que se simplifica el cableado de conexión entre los sensores y el equipo de adquisición de datos mediante la multiplexación de señales de entrada/salida de los sensores de la sonda array.

Adicionalmente a través del documento US 5659248, se conoce una estructura de array para medir corrientes inducidas en una superficie en la que los elementos sensores están dispuestos en una pluralidad de capas.

Como ya ha sido mencionado y se explica en los citados documentos de patente norteamericana, en las sondas array de este tipo, para cada instante de tiempo dado, al menos uno de los sensores actúa como emisor y al menos otro como receptor, de manera que la cantidad de energía recibida por sensor receptor depende, entre otras cosas, de la distancia a la que se encuentra del sensor emisor. Por ello durante el montaje de los sensores se plantea también como problema la precisión de la distancia entre sensores, puesto que es un factor que determina la calidad de la señal resultante.

Sumario de la invención Partiendo del estado de la técnica precedentemente descrito un objetivo de la presente invención es proporcionar una sonda de corrientes que resuelva las limitaciones existentes en las sondas actuales.

Este objetivo se alcanza a través de las características indicadas en la reivindicación 1. Otros objetivos y ventajas de la invención se consiguen a través de las características indicadas en las reivindicaciones dependientes.

Conforme a la invención se proporciona una sonda array para inspección de componentes por corrientes inducidas que comprende:

- al menos un array de sensores, constituido por un conjunto de sensores individuales formados en cada una de las capas de un substrato de capas múltiples y que están dispuestos alineados en al menos dos filas, cada uno de cuyos sensores está adaptado para conmutar entre un estado emisor y un estado receptor por medio de un respectivo bloque multiplexor transmisor/receptor a partir de una señal de mando generada por un circuito de control,

- una primera parte flexible (5) , esencialmente laminar, portante del array de sensores;

- una primera parte rígida, también esencialmente laminar, que soporta los citados bloques multiplexores y el mencionado circuito de control; y

- estando dicha parte flexible y dicha parte rígida, unidas formando un solo conjunto de circuito de tipo rigi-flex.

A través de estas medidas, como la propia sonda array incluye los multiplexores en una parte rígida junto a los sensores previstos en una parte flexible formando un solo circuito de tipo rigi-flex, se resuelve el problema del número de cables a conectar hasta el equipo de adquisición de corrientes inducidas, además la inclusión de todo el conjunto en un solo soporte de tipo rigi-flex permite simplificar enormemente el cableado interno de la sonda array. Debe aquí aclararse que los circuitos tipo rigi-flex son así designados por constar de una estructura con una parte rígida y otra parte flexible.

De acuerdo con una característica adicional de la invención, resulta una ventaja cuando la parte flexible y la rígida que forman el conjunto de circuito rigi-flex, se disponen para girar relativamente entre sí. En esta forma, la parte flexible portante de los sensores puede enrollarse formando un cilindro con la zona rígida portante de los multiplexores a modo de apéndice, con lo que el conjunto puede disponerse fácilmente sobre un cabezal de sonda para introducir en los tubos a comprobar o bien con la zona flexible portante de los sensores apoyando de manera plana sobre una superficie a comprobar y la parte rígida portante de los multiplexores girada en un determinado ángulo respecto de la parte flexible evitando interacciones entre sensores y multiplexores.

También de acuerdo con una característica adicional de la invención, de manera ventajosa, los sensores individuales están contenidos en planos paralelos de la parte laminar flexible, de manera que cuando...

 


Reivindicaciones:

1. Sonda array integrada para inspección de componentes por corrientes inducidas, comprendiendo dicha sonda array (1) :

- al menos un array de sensores (2) , constituido por un conjunto de sensores individuales (S) formados en cada una de las capas (Ci) de un substrato de capas múltiples (SCn) y que están dispuestos alineados en al menos dos filas (3, 4) , cada uno de cuyos sensores está adaptado para conmutar entre un estado emisor y un estado receptor por medio de un respectivo bloque multiplexor transmisor/receptor (MUX TX, MUX RX) gobernados por medio de un circuito de control (CTRL) , caracterizada porque:

- comprende una primera parte flexible (5) , esencialmente laminar, portante del array de sensores (2) ;

- comprende una primera parte rígida (6) , también esencialmente laminar, que soporta los citados bloques multiplexores, el mencionado circuito de control y un dispositivo amplificador (AMP) para elevar el nivel de señal procedente del bloque multiplexor receptor (MUX RX) ; y

- estando dicha parte flexible y dicha rígida unidas formando un solo conjunto de circuito de tipo rigi-flex.

2. Sonda array de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la parte flexible y la parte rígida que forman el conjunto rígido-flexible, están dispuestas para girar relativamente entre sí.

3. La sonda array de la reivindicación 1 en la que los sensores individuales están contenidos en planos paralelos de la parte laminar flexible, de manera que cuando dicha parte laminar flexible se dispone sobre la superficie del material a inspeccionar, estos sensores individuales se sitúan paralelos a dicha superficie.

4. Sonda array de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la parte flexible está hecha en un circuito impreso (PCB) .

5. Sonda array de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la parte rígida está hecha en un circuito impreso (PCB) .

6. Sonda array de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las bobinas están impresas sobre el circuito impreso.

7. Sonda array de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la parte flexible y la parte rígida forman un circuito impreso único.

8. Sonda array de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque parte rígida se compone de dos o más secciones rígidas unidas por tramos flexibles.

9. Sonda array de acuerdo con la reivindicación 8 en la que los tramos flexibles están hechos en circuito impreso (PCB) .

10. Sonda array de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque están previstos dos arrays de sensores superpuestos uno por encima de otro, determinando un array superior y otro array inferior.

11. Sonda array de acuerdo con la reivindicación 10 en la que los dos arrays sensores están desplazados longitudinalmente entre sí en una cantidad igual a un cuarto de la distancia entre dos sensores de la misma fila.

12. Sonda array según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los sensores individuales están formados por bobinas convencionales.

13. Sonda array de la reivindicación 12 en la que las bobinas tienen un núcleo de ferrita.

14. Método para la operación de una sonda array de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que incluye las siguientes etapas:

a) en un instante determinado al menos uno de los sensores de la sonda es alimentado con una señal de onda senoidal para que actúe como emisor,

b) en el mismo instante de tiempo uno o varios sensores de la sonda array actúan como receptores, y

c) los pasos a) y b) se repiten para cada uno de los sensores presentes en el array.

15. Método según la reivindicación 14 en la que el paso de un instante de tiempo al siguiente está definido por una señal externa procedente de un equipo de adquisición de corrientes inducidas adecuadamente conectado a la sonda array.

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FIG 1

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FIG 2

MUX

S

C1 C2 Ci

Cn

FIG 4A Scn

S C1 C2 Ci

Cn

Scn

FIG 4B

FIG 6

FIG 7

FIG 8

FIG 9