Strumentazione utilizzata

Per le rilevazioni di Emissioni Acustiche si è scelto di utilizzare uno strumento prodotto dalla Mistras Group, l’ “USB-AE Node System” (figura 6.2). Tale sistema, pur essendo di piccole dimensioni, una volta collegato ad un pc che esegue il Software “AEwin for USB”, ha tutte le caratteristiche dei sistemi di AE di formato più grande e più costosi. È in grado di eseguire qualsiasi applicazione alle AE ed è uno strumento molto adatto per indagini sul campo specialmente in situazioni in cui non è disponibile una spina di alimentazione, ma lo è invece un pc.

Figura 6.2- USB-AE Node System Il sistema risulta composto da:

• USB AE Node: si tratta di un condizionatore digitale del segnale con un canale parametrico di Input e un’interfaccia USB col pc

• Sensore WSa (Wide band 100÷1000 kHz)

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Figura 6.3- Configurazione di sistema a un solo canale

Il cavo numero 1502-4003-X in figura 6.3 collega il sensore al condizionatore di segnale (USB-AE Node), mentre il cavo numero W080- 0400 è un cavo USB standard per collegare l’USB Node al computer. Come si può notare si tratta di una catena di misura molto semplice.

6.3.1 Il sensore

Esiste un’ampia gamma di sensori AE utilizzabili: sensori alimentati, passivi, con preamplificatore integrato ecc. a seconda dell’utilizzo. Il sensore da noi utilizzato è un sensore piezoelettrico denominato Passivo, della famiglia α, a banda larga (Sensore WSα, figura 6.4). Il sensore, con un connettore SMA all’interno di una cavità integrata in acciaio inox, è ricavato tramite lavorazione meccanica da un’asta piena in acciaio. Il bordo inferiore del sensore è smussato con un angolo di 30° in modo da ridurre il rischio di cortocircuiti tra sensore e superfici di prova conduttive.

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Questi sensori a banda larga sono tipicamente utilizzati in applicazioni dove è richiesta un’alta fedeltà di risposta. Inoltre l’impiego di un singolo cristallo come elemento piezoelettrico permette di avere una elevata sensibilità e una risposta in tutte le direzioni senza riguardo all’orientamento dell’eccitazione. Si riporta di seguito una tabella con le specifiche di funzionamento del sensore (Tabella 6).

Specifiche di Funzionamento

Dinamiche Picco di sensibilità V/(m/s);[V/µbar]…………55[-62] dB Range di Frequenza………..100÷1000 kHz Frequenza di Risonanza V/(m/s); [V/µbar]..125[650] kHz Direzionalità……….………± 1.5 dB Ambientali Range di Temperatura……….-65°÷175°C Limite di Shock………....500g

Fisiche Dimensioni………diam. 19mm × h. 21.4 mm

Peso……….32 grammi Materiale Esterno………....Acciaio Inossidabile Materiale Faccia Inferiore………Ceramica Tipo Connettore………..SMA Posizione del Connettore……….Lato

Tabella 6- Specifiche di Funzionamento del sensore WSα

Una parte molto delicata nell’utilizzo di questi sensori consiste nel loro montaggio sulla superficie da testare. Infatti requisito essenziale è che ci sia un sufficiente accoppiamento acustico tra sensore e superficie.

Per fare ciò, per prima cosa ci si deve assicurare che la superficie del sensore e quella della struttura da testare siano lisce e pulite, in modo da permettere la massima adesione dell’accoppiante.

Dopodiché si può procedere ad applicare lo strato di accoppiante sulla superficie del sensore, in strato il più sottile possibile, così da riempire gap causati dalla rugosità della superficie ed eliminare traferri in modo

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In alternativa si possono utilizzare colle, che fungono sia da accoppianti che da fissanti. Prima di utilizzare colle però è necessario valutare la tecnica e la facilità di rimozione delle stesse in quanto i sensori non resistono a grandi forze di rimozione tra l’alloggiamento e la superficie di montaggio. Inoltre per prevenire il fenomeno dell’attenuazione è necessario evitare bolle d’aria e grossi strati di colla.

Altre precauzioni nel montaggio di sensori consistono nel prestare attenzione a superfici troppo calde o troppo fredde. I tipici accoppianti infatti possono essere instabili su superfici calde o possono congelare e staccarsi sulle superfici fredde. In questi casi una soluzione può essere l’utilizzo di un’asta di metallo (interposta tra sensore e superficie) che permette di condurre il segnale acustico dalla struttura al sensore a temperatura ambiente.

Nel nostro caso si è scelto di applicare il sensore, prima della valvola terminale, tramite colla siliconica Motorsil D della Arexons. Si è poi assicurato un ulteriore fissaggio del sensore grazie a nastro isolante. In figura 6.5 è mostrato il sensore così applicato nel punto di misura.

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Figura 6.5- Sensore applicato nel punto di misura

6.3.2 USB AE Node

L’ “USB AE Node” è un condizionatore digitale di segnale di emissioni acustiche. Attraverso il connettore USB, si interfaccia facilmente con pc che eseguono Windows XP o Vista e il Software AEwin. E’ possibile controllare fino a 4 condizionatori con un singolo pc. Si riporta di seguito una tabella con le specifiche tecniche del condizionatore (Tabella 7).

Specifiche Tecniche

Input parametrici 1 Canale per USB Node (4 canali per sistema) Risposta in Frequenza 1 kHz ÷ 1 MHz Digitalizzazione AE 18 bit, 20 MSPS AE Input 1-4 CH, 0-4 V, 16 bits OS Windows XP o Vista Dimensioni L 6’’ × W 3’’ × H 2’’ (152 × 76 × 50 mm) Peso 0.8 lbs (1.75 kg)

Requisiti di alimentazione Alimentazione USB (5V) <100 mA durante l’esecuzione Consumo energetico < 0.5 watt

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AE. È possibile impostare più grafici su più schede per la visualizzazione dei vari parametri. Incluso nel software c’è la possibilità di visualizzare forme d’onda, FFT, istogrammi, grafici a linee e a punti. Durante l’acquisizione o la riproduzione i grafici possono essere manipolati per consentire all’utente di visualizzare certi dati piuttosto che altri. I dati sono poi salvati in un file DTA per essere utilizzati con AEwin Replay, AEwinPOST e altri programmi di analisi. L’uso del software è illustrato in maniera più approfondita in Appendice A.