Het kiezen van een magneto-inductief apparaat is allesbehalve een gemakkelijke taak. Hoewel de technologie zich al meer dan 60 jaar heeft kunnen ontwikkelen, is er slechts weinig informatie over beschikbaar, waarvan het merendeel bovendien niet bepaald objectief is. Een Magnetic Rope Test (MRT), ofwel een magnetische kabeltest, geldt als een betrouwbare inspectiemethode wanneer een correct ontworpen testapparaat wordt gebruikt en de uitslag op correcte wijze wordt geïnterpreteerd.
We zullen via een analyse van 8 punten proberen uit te leggen wat "correct ontworpen" inhoudt.
1. Certifiëringen
Certificeringen zijn een goed en snel hulpmiddel om zicht te krijgen op de betrouwbaarheid van de fabrikant van het magneto-inductieve apparaat. Hieronder vindt u een overzicht van de certificeringen die van fundamenteel belang zijn voor een goede verificatie van de fabricagekwaliteit.
- De CE-certificering is verplicht om een MRT-apparaat ter verkoop te mogen aanbieden op de Europese markt. Het toont aan dat de fabrikant alle vereiste tests heeft uitgevoerd om te voldoen aan de wettelijk voorgeschreven veiligheidseisen.
- De EN12927-8-certificering is verplicht in Kabelbaan-omgevingen en wordt genoemd in de nieuwe standaard ISO4309:2017 in de categorie Zware hijswerken voor de kwalificatie van MRT-apparaten (als richtsnoer moet EN12927-8 of een equivalente norm zoals ASTM E1571 worden genomen). Om deze certificering te behalen, moet de MRT-apparatuur (meetkop en acquisitiesysteem) een speciale nauwkeurigheidstest doorstaan. De meetkop moet hierbij een specifiek intern defect vinden in de binnenkern van de testkabel en het acquisitiesysteem moet een goed-gedefinieerd signaal afgeven als output (met een signaal-/ruisverhouding > 2). Als een MRT-apparaat de EN12927-8-certificeringstest doorstaat, is het in staat om interne defecten te detecteren.
2. Technologie
Een MRT-apparaat werkt met magnetische velden en is specifiek ontworpen om een sterk magnetisch veld in de kabel te genereren, dat doordringt tot in de gehele kabel. De magnetische karakteristiek van een metalen draadkabel is niet lineair. Het correcte operatieve punt, de 'knik' van de karakteristiek, wordt bereikt rond het punt van 2T (2 Tesla) aan magnetische inductie. Op dit punt is de magnetische doorlaatbaarheid van de kabel laag genoeg om ervoor te zorgen dat het magnetische veld wordt verspreid door de gehele dwarsdoorsnede van de staalkabel, en is deze hoger dan de magnetische doorlaatbaarheid van de lucht. Op deze manier kunnen defecten eenvoudig worden herkend.
Waar een defect aanwezig is, komt een deel van de fluxlijnen uit de kabel. Deze lijnen worden gedetecteerd door sensoren die zijn geplaatst in het centrale deel van het apparaat. Dit signaal wordt het "LF-signaal" genoemd, waarbij LF staat voor "Localized Faults" (gelokaliseerde fouten).
Een gelokaliseerd defect kan bestaan uit een of meer beschadigde draden, maar ook uit roestvorming of slijtage.
Een ander interessant signaal is het LMA-signaal. Bij aanwezigheid van een groot defect verandert de magnetische stroom (flux) die door de binnenkant van de kabel stroomt. Dit gebeurt wanneer de magnetische weerstand van de staalkabel is gewijzigd. Deze afwijking (variatie) in veldintensiteit wordt gedetecteerd door sondes en wordt LMA genoemd, wat staat voor 'Loss of Metallic Area' (verlies van metaaloppervlak).
Merk op dat dit acroniem niet correct is. Een wijziging in de reluctantie geeft ons een idee van het metaalvolume, niet van het metaaloppervlak. Het juiste acroniem zou zijn LMV (Loss of Metallic Volume; verlies van metaalvolume).
Onder bepaalde specifieke omstandigheden (normaliter: wanneer het defect lang genoeg is) is het mogelijk om de variatie in de kabeldiameter wiskundig te berekenen.
Het is belangrijk om te benadrukken dat gelijke variaties in de kabeldiameter verschillende betekenissen kunnen hebben, afhankelijk van de lengte van de kabel. Zo kan een variatie van 5% over een bepaalde lengte (L) een ander LMA-signaal geven dan dezelfde variatie over een kortere lengte. Dit is normaal gesproken waar, als de lengte van het defect (L) korter is dan een minimumwaarde. Deze minimumwaarde dient te worden bepaald en vermeld.
Hoewel werkingsprincipes algemeen bekend zijn, is de belangrijkste moeilijkheid het werken op het correcte magnetische punt, rekening houdend met vibraties die optreden wanneer de kabel loopt, en een correcte signaalfiltering.
In ons geval worden alle apparaten geconstrueerd met behulp van Eindige Elementcodes, om van meet af aan een eerste virtueel prototype te bouwen. Dit geeft ons een correct beeld van het magnetische gedrag.
3. Sterk magnetisch veld of niet?
Juist wel! Het systeem moet werken op het knikpunt van de magnetische karakteristiek van de kabel, dus het magnetische veld moet sterk zijn. Met deze configuratie kan het apparaat het interne deel van de kabel inspecteren.
Een zwak magnetisch veld biedt een andere oplossing. Wanneer een staalkabel niet volledig doordrongen is van een magnetisch veld, wordt het magnetische veld niet gelijkmatig gedistribueerd en dringt het niet diep genoeg door tot in de kern van de kabel. In de volgende afbeeldingen kunnen twee verschillende simulaties van Eindige Elementen worden waargenomen.
In de eerste afbeelding is een sterk magnetisch veld toegepast. De veldintensiteit wordt gelijkmatig verdeeld over de radius van de kabel. In het diagram aan de rechterkant is de waarde van de veldintensiteit, B[T], uitgezet.
In de tweede afbeelding is de simulatie uitgevoerd met behulp van zwakke magnetische velden. De veldintensiteit B[T] is heel zwak in de kern van de kabel en neemt dan toe naarmate de veldintensiteit langs de radius dichter naar de buitenkant toe wordt gemeten.
Deze methode wordt niet geïndiceerd voor interne defecten omdat bij deze meetmethode het magnetisch veld niet diep genoeg doordringt tot in de kern van de kabel. Het LF-signaal daarentegen is erg goed voor externe defecten omdat de lage veldintensiteit correspondeert met een punt in de magnetische karakteristiek van de kabel waar de doorlaatbaarheid erg hoog is.
Concluderend: bedenk goed aan wie u apparaten aanbeveelt met een laag magnetisch veld zonder operatieve beperkingen ten aanzien van diameter.
4. Spoelen of sensoren met hall-effect? De meetketen.
Er zijn verschillende methoden voor het meten van de magnetische veldvariaties. De meest gebruikte methoden in MRT zijn: meting met spoelen en met Hall-sensoren.
De sensoren met Hall-effect kunnen een voltage leveren dat (binnen een bepaald bereik) proportioneel is aan de ontvangen magnetische inductie. Het voltage weerspiegelt de magnetische inductie in de kabel en de bijbehorende variaties (defecten).
Dit signaal is niet theoretisch gecorreleerd aan de snelheid van de kabel in het apparaat. Deze sondes hebben een stroomvoorziening nodig om te kunnen functioneren.
Spoelen zijn de 'oudste' sensoren die voor dit type inspectie worden gebruikt. Aan de uiteinden van een spoel die is ondergedompeld in een variabel magnetisch veld, kan een voltage worden gemeten dat proportioneel is aan de veldvariatie (de wet van Faraday). In dit geval weerspiegelt een voltage de afgeleide van het magnetische veld en zijn variaties (defecten). Dit signaal is proportioneel aan de snelheid van de kabel. Als een test wordt uitgevoerd op 1 m/s, zal het relatieve signaal het dubbele zijn van het signaal van een test die wordt uitgevoerd op 0,5 m/s. Hoewel de software dit effect kan corrigeren, is het belangrijk om rekening te houden met de correlatie tussen snelheid en spoel.
De keuze voor het gebruik van spoelen of Hall-sensoren als meetmethode wordt meestal gemaakt door de fabrikant.
5. Filteren
Het uitgangssignaal is de som van verschillende frequenties die samen de kabelinformatie vormen. De golfvorm van de grafiek dient op de correcte wijze te worden beheerd, om de SNR (Signal to Noise Ratio; signaal-/ruisverhouding) te maximaliseren, waarbij pieken en andere afwijkingen in de uniformiteit worden uitgelicht. De eerste stap is het toepassen van een correct filter.
Het gebruik van een correct filter vergt ervaring. Een verkeerde toepassing kan leiden tot een verkeerde interpretatie van de toestand van de kabel. Om deze reden moet de gebruiker zich bewust zijn van het verschil tussen een 'high pass filter' (hoogdoorlatend filter), een 'low pass filter' (laagdoorlatend filter) en een 'band pass filter' (banddoorlaatfilter). Ook moet de gebruiker weten wat er met het signaal gebeurt bij gebruik van deze filters.
De AMC-software bevat voorgeprogrammeerde instellingen met geoptimaliseerde filterwaarden. In de onderstaande grafieken ziet u enkele voorbeelden van dezelfde data die op verschillende manieren zijn gefilterd.
Ongefilterd ('raw') dataspoor, verkregen uit een test op een kabel van 20 mm. De snelheid van de test was 0,3 m/s en de bemonsteringsfrequentie was 2500 datamonsters/sec.
Waarbij een doorlaatfilter is toegepast, met een minimumfrequentie van 1 Hz en een maximumfrequentie van 30 Hz.
Het signaal is nu significant beter, doordat de pieken beter geïdentificeerd kunnen worden. De ruis geeft hier goed de kabelconditie weer, zonder externe bijdragende factoren.
Hier hetzelfde signaal dat we eerder hebben geanalyseerd, afgekapt op 10 Hz.
We kunnen hier zien dat alle pieken zijn verdwenen. Dit signaal is incorrect, maar de gebruiker kan dat niet weten. Als gevolg van dit onjuiste beeld wordt de conclusie getrokken dat deze kabel in goede conditie verkeert.
Dit is de reden waarom de gebruiker moet worden opgeleid in het gebruik van filters en de operator uit de software ook een ongefilterd ('raw') signaal moet kunnen aflezen.
6. Gewichten en afmetingen
Er is een sterke correlatie tussen het gewicht en de efficiëntie van een MRT-apparaat, omdat MRT-systemen zijn gemaakt van ijzer en magneten. Systemen zijn gebouwd rond een specifiek inspectiebereik, rond het "knikpunt" en rond een gewenste wendbaarheid. Het is beter om met een klein apparaat van 7 kg te werken op een kabel van 20 mm, dan met een apparaat van 30 kg.
Natuurlijk, ook vanwege het kostenplaatje, wordt er soms de voorkeur aan gegeven om gebruik te maken van een groter apparaat dat is berekend op een groter werkbereik. In dat geval zijn reductie-bus-sets en centreringssystemen verplicht, om de gevoeligheid van het apparaat te waarborgen.
7. Trainingen & aftersales ondersteuning
Dit is waarschijnlijk een van de belangrijkste stappen. Om een MRT-inspecteur te kunnen worden, is grondige kennis vereist van de levenscyclus van een staalkabel. Training & Aftersales ondersteuning moet onderdeel uitmaken van een traject om deze specifieke vaardigheid te verwerven. In een training leren klanten om correct te werken. Hier leren ze hoe zij het apparaat moeten gebruiken, de data moeten interpreteren en de software moeten gebruiken. Bovendien leren ze in de training een rapport op te stellen dat voldoet aan de voorschriften. De Aftersales ondersteuning zal de klant in contact brengen met het Service Team voor het geval dit nodig is, ergens nog twijfel over bestaat of er iets verduidelijkt moet worden. Training & Aftersales ondersteuning zijn essentiële stappen voor een goede beheersing van het systeem, en om zelfstandig en zelfverzekerd met de apparatuur te kunnen werken.
8. Tips & conclusies
Magneto-inductieve apparaten zijn ervaringsgerichte producten. Het is geen eenvoudige taak deze te kiezen, vooral niet als u dit voor het eerst doet. Als uw leverancier niet al te ver van u gevestigd is, vraag dan altijd om een vergelijkende demonstratie/test ter plaatse.
Bedenk wel dat dit apparaat geen "magisch instrument" is. Het werkt volgens bepaalde natuurkundige principes voor tests ter plaatse (die sterk verschillen van tests in een laboratorium-omgeving). Door de specificaties van elk apparaat in de juiste context te plaatsen, zult u beter begrijpen welke mate van betrouwbaarheid het apparaat kan bieden tijdens een inspectie. De zoektocht naar een apparaat dat in staat is om 0,0001% volumeverlies in een kabeldiameter te detecteren, is hoogstwaarschijnlijk zinloos. Aan de andere kant kunt u beter niet vertrouwen op apparaten die niet beschikken over een EN12927-certificering (gereguleerde nauwkeurigheidstest). Houd ook rekening met de correlatie tussen de operationele snelheid en de bemonsteringsfrequentie. Als het snelheidsbereik 0-15 m/s is en de bemonsteringsfrequentie is 2000 samples/s (datamonsters per seconde), is het duidelijk dat er iets niet klopt. Bij een snelheid van 15 m/s kunt u de gegevens van 2000 punten verzamelen, ofwel één punt per 7,5 mm. Bij die snelheid is het onmogelijk om draden te detecteren die door vermoeiing zijn beschadigd, aangezien deze een beschadigingszone hebben van slechts enkele millimeters.
Ten slotte is ook de prijs belangrijk, en deze moet samen met deze 8 adviespunten worden meegewogen, anders is het risico groot dat u iets koopt wat niet perfect werkt.
