Inductor design for Eddy current activated lockin thermography

Abstract

[SPA]En este proyecto es desarrollada la termografía de inducción, la cual consiste en la generación de ondas térmicas dentro de los materiales mediante la introducción en estos de campos magnéticos. Estos campos son generados por un inductor conectado a un oscilador, el cual consiste en un circuito eléctrico con cuatro condensadores en paralelo y dos inductores en serie. Uno de los inductores es regulable y su función es la de ajustar la inducción total del sistema y el otro es el inductor encargado de generar los campos magnéticos. Este último es el objeto de este estudio, ya que los resultados obtenidos en las pruebas y la homogeneidad del calor en las muestras dependen de la geometría del inductor y de la configuración del circuito del oscilador. Los inductores generan una frecuencia de inducción que también depende de la geometría de este. En este proyecto son comparadas diferentes formas de inductores, tales como inductores planos e inductores cilíndricos con núcleo de aire (solenoides) y también es investigada la influencia de la frecuencia de inducción en la penetración de la ondas térmicas en metales y en fibra de carbono. Ensayos en diferentes tipos de defectos, tales como corrosión y fisuras en metales, influencia en la orientación de las muestras de fibra de carbono con respecto a la dirección de los campos magnéticos generados por el inductor también son investigados, a la vez que es hecha una comparación entre termografía óptica y termografía de inducción. En una segunda parte es desarrollado un sistema de inducción consistente en un inductor conectado a un amplificador, el cual recibe dos señales que simulan las frecuencias de inducción y de excitación del anterior sistema. La potencia de estas señales es amplificada y es introducida en el inductor, cuya función es generar campos magnéticos que calienten el material a ensayar.La función de ambos sistemas es el mismo y son englobadas en la termografía de inducción, con la diferencia de la mayor economía de los aparatos de los que consta el segundo sistema.[ENG]The continuous appearance of new materials and the necessity of their condition monitoring due to the functions that they fulfil, for example in security relevant structures like in planes, made it necessary to develop non-destructive testing systems for fast and reliable inspections. One example of such an NDT-method is lockin-thermography which works with generation of thermal waves inside the sample under inspection. These thermal waves can be produced in different ways like heating the surfaces of the sample with halogen lamps (Optical-Lockin-Thermography), introducing ultrasound into the sample (Ultrasound-Lockin-Thermography) or by eddy currents induced into the sample (Induction- Lockin-Thermography). In this study the Induction-Lockin-Thermography is in focus. This method generates thermal waves by eddy currents introduced by an induction coil, which is connected to an electrical oscillator. The geometrical design of the inductor is the objective of this study as the results of inspection with ILT highly depends on the eddy current frequency, which governs the eddy current penetration depth, and on the homogeneity of heat deposition in the sample. In this study different shapes of inductors like flat coils and cylindrical air cored inductors (solenoids) are compared. The influence of the induction frequency on the depth range for defect detection in metals and in CFRP is another objective in this project. Inspections on several kinds of defects like corrosion and cracks in metals are performed at different induction frequencies. An investigation on the influence of the orientation of CFRP samples with respect to the direction of the magnetic field and a comparison between optical and Induction-Lockin-Thermography is done. In the second part of this work a new induction heating system is presented. It consists of an inductor connected to an audio amplifier. The advantage of this new system is its low price and the possibility of adjusting the eddy current frequency from 10 to 500 kHz. The two induction heating systems are compared.