Diseño e implementación de un sistema digital y configurable de medidas magnéticas no destructivas

Resumen

El objetivo principal del presente trabajo de investigación ha consistido en el diseño, implementación, análisis y validación de un sistema de ensayos no destructivos que realice medidas magnéticas de ciclos de histéresis y micromagnéticas de emisión magnética de Barkhausen (EMB) cuya aplicación principal es la caracterización de diversas características microestructurales y de tensiones de materiales metálicos. Los requerimientos de diseño más importantes han sido que ambos tipos de medida puedan realizarse de forma simultánea en una única experiencia de excitación, que el procesado de señal sea completamente digital y que tanto el procesado como los parámetros de medida sean configurables desde una aplicación en ordenador. Se ha desarrollado e implementado un sistema digital configurable en ordenador utilizando los programas de software LabVIEW y Matlab para la adquisición y procesado de las señales, respectivamente. Se han sustituido las técnicas de procesado de señal analógicas utilizadas en otras implementaciones del dispositivo de medida, anteriores a este trabajo, por técnicas digitales en la que los parámetros de configuración del tratamiento digital son programables mediante una aplicación en ordenador a través de una interfaz de usuario. Además, la utilización de técnicas digitales de procesado ha permitido el análisis de las señales en diferentes rangos de frecuencia sin necesidad de modificar el hardware del sistema ni tener que volver a medir las muestras. Se ha mejorado considerablemente la precisión del sistema utilizando algoritmos de integración numérica y filtros digitales. Utilizando la potencialidad de ser un sistema configurable y técnicas de procesado digital, se ha profundizado en el conocimiento de las señales obtenidas en los ensayos de EMB analizando las señales fuerza electromotriz inducida y EMB en diferentes rangos de frecuencia. Se propone un método para obtener la señal EMB a partir de la señal FEM en un rango frecuencial óptimo y para verificar la correcta obtención de la señal EMB utilizando la densidad espectral de potencia de la señal EMB obtenida. Como siguiente paso a una futura implementación del sistema de medidas magnéticas en un entorno industrial, se ha implementado el sistema digital desarrollado en una tarjeta de prototipado. Se ha determinado la precisión y exactitud de las medidas experimentales de ciclo de histéresis y de EMB a diferentes frecuencias de excitación utilizando diferentes frecuencias de muestreo tanto en el sistema digital implementado en el ordenador, como en la tarjeta de prototipado, en las medidas de un conjunto de muestras de acero de bajo carbono laminado en frío y recocido.