Electromagnetic acoustic transducer (EMAT) per la misura di spessore-effetto magnetostrittivo

This thesis was inspired by a project developed in collaboration with TenarisDalmine. Today’s economic context sees great competitiveness among companies belonging to the same sector, for this reason create high quality products is becoming more and more important. Selling a product that satisfies the customer's requests as much as possible and without defects increases company’s competitiveness, which therefore has benefit in investing in the study of new tools and technologies to be used in the quality control phase. With this in mind the purpose of this Thesis is to study, create and optimize an EMAT (Electromagnetic Acoustic Transducer) sensor that uses the electromagnetic interaction between probe and material for the excitation of ultrasounds in the material itself, which provide in turn online measurement of tubes’ thickness. In particular, the aim is to create the excitation stage of a compact measuring instrument that meets all the specifications provided directly by the company. The novelty lies in the development of an ultrasonic electromagnetic sensor which, unlike those treated in literature for thickness measurement, exploits the phenomenon of magnetostriction for the generation of transverse ultrasonic waves. The relative position between the receiving and transmitting probes and the intensity of the magnetic field parallel to the surface of the tube have been optimized; in addition a new and more performing circuit has been designed for the generation of the current pulses responsible for the excitation of ultrasound waves inside the tube, starting from the detailed study of a commercial instrument (OKO-22M-EMA) which uses Lorenz forces instead of magnetostriction to excite ultrasounds. In addition to the circuit’s components, the logic behind the generation of current burst signal has also been optimized. The activities carried out made it possible to create the final prototype to be delivered to the company, which in turn has already expressed the desire to continue the collaboration to include this circuit as the basic unit for the creation of a compact multi-channel instrument to be inserted in the plant.

Questa Tesi è stata ispirata da un progetto sviluppato in collaborazione con TenarisDalmine. Il contesto economico odierno vede grande competitività tra aziende dello stesso settore, per questo è diventato sempre più importante creare prodotti di alta qualità. Vendere un prodotto che soddisfi le richieste del cliente il più possibile e senza difetti aumenta la competitività dell’azienda, la quale quindi ha convenienza nell’investire sullo studio di nuovi strumenti e tecnologie da impiegare nel controllo qualità. Lo scopo di questa Tesi è quindi di studiare, creare e ottimizzare un sensore EMAT (Electromagnetic Acoustic Transducer) che utilizza l’interazione elettromagnetica tra sonda e materiale per l’eccitazione di ultrasuoni nel materiale, che permettono la misura online dello spessore dei tubi. In particolare, si mira alla realizzazione dello stadio di eccitazione di uno strumento di misura compatto e che soddisfi tutte le specifiche fornite direttamente dall’azienda. La novità risiede nello sviluppo di un sensore elettromagnetico ad ultrasuoni che, a differenza di quelli trattati in letteratura per la misura di spessore, sfrutti il fenomeno della magnetostrizione per la generazione delle onde trasversali ultrasonore. Oltre all’ottimizzazione della posizione relativa tra le sonde di ricezione e di trasmissione e dell’intensità del campo magnetico parallelo alla superficie del tubo, si è progettato un nuovo e più prestante circuito per la generazione degli impulsi di corrente responsabili dell’ eccitazione delle onde ultrasonore all’interno del tubo, partendo dallo studio dettagliato di uno strumento commerciale (OKO-22M-EMA) il quale per eccitare gli ultrasuoni sfrutta le forze di Lorenz anziché la magnetostrizione. Oltre alle componenti del circuito, anche la logica dietro alla generazione del segnale burst di corrente è stata ottimizzata. Le attività svolte hanno permesso di realizzare il prototipo finale da consegnare all’azienda, che ha già espresso la volontà di proseguire la collaborazione per la costruzione di uno strumento compatto multicanale di cui il circuito sviluppato in questa Tesi rappresenterebbe l’unità elementare.