Firmware - Settembre 2014 / N°104 - (Page 39)
Analog
mate "eddy currents" o correnti di Foucault, dal nome dello scienziato scopritore. Il nome richiama il vortice creato dal
remo nell'acqua mentre spinge una barca
in avanti, vaga rassomiglianza con la distribuzione di queste correnti sulla superficie conduttrice. L'intensità delle correnti
dipende dalla distanza dalla sorgente, dimensioni e composizione del conduttore.
Le eddy currents, essendo correnti variabili, generano a loro volta un campo
magnetico, opposto al campo sorgente.
Di nuovo, il campo generato è elettromagnetico ma trascuriamo qui la componente elettrica, non interessante per i nostri
scopi. Il meccanismo descritto è concettualmente analogo ad un trasformatore,
con l'avvolgimento primario formato dalla
nostra bobina ed il secondario dai percorsi delle eddy currents.
L'accoppiamento induttivo tra i due conduttori dipende da distanza, caratteristiche fisiche e forma dei conduttori. Quindi
resistenza ed induttanza del "secondario" appaiono riflesse nel circuito primario
come funzione della distanza, una volta
stabiliti i materiali coinvolti. Il tutto può essere descritto con un modello comprendente un trasformatore, vedi figura 4.
Nella figura 4 l'induttanza L(d) è funzione
della distanza e R(d) la resistenza parassita associata alle eddy currents.
È interessante notare alcune peculiarità delle correnti di Foucault. Misurando
il campo magnetico da esse generate,
è possibile misurare, senza contatto, la
conducibilità elettrica del materiale in cui
circolano. Microfratture ed altre imperfezioni superficiali impediscono la formazione delle correnti di Foucault nelle aree
ad esse associate. Quindi le eddy currents possono essere usate per test non
distruttivi, nuovamente, senza contatto,
su strutture particolarmente critiche in
caso di logorio meccanico, come le ali di
un aeroplano.
Il circuito presentato in figura 4 genera
un campo magnetico con una induttanza
e questo richiede un significativo consumo di potenza. Una migliore soluzione
consiste nell'aggiungere in parallelo un
condensatore, formando un circuito risonante. Il consumo di potenza sarà ora
sostanzialmente ridotto alle sole perdite
nell'induttore, più le eddy currents stesse. LDC1000 misura l'impedenza della
risonanza parallela LC e contemporaneamente la frequenza di risonanza.
La misura è eseguita grazie ad un loop di
retroazione che mantiene l'ampiezza di
oscillazione ad un livello costante, monitorando l'energia dissipata nell'LC.
In questo modo viene determinata l'impedenza, il cui valore viene reso disponibile come un valore digitale inversamente proporzionale all'impedenza stessa,
vedi figura 5.
Contemporaneamente è misurata la frequenza di oscillazione, dalla quale si cal-
Figura 3: Principio di funzionamento del sensore induttivo.
cola l'induttanza del circuito LC, come
vedremo meglio nel seguito. La frequenza è resa disponibile come valore digitale proporzionale alla grandezza misurata.
LDC1000 lavora con un'ampia scelta di
combinazioni LC, con frequenze di oscillazione tra 5 kHz e 5 MHz e impedenza
compresa tra 798 ohm e 3,93 Mohm. Il
campo di impedenza può essere considerato il fondo scala massimo di un convertitore ADC.
Per avere la massima sensibilità, LDC1000
consente la programmazione del campo
di misura in due registri Rp_MIN ed Rp_
MAX. Un capitolo del foglio specifiche è
dedicato al calcolo dei valori da assegnare ai due registri.
Quando l'impedenza del circuito risonante scende sotto il valore programmato in
Rp_MIN, il dato digitale è limitato al fondo scala. Questa situazione si presenta
ad esempio quando l'oggetto target si
avvicina troppo alla bobina sensore. Graficamente questo comportamento è descritto dalla funzione impedenza/codice
riportata in figura 5.
Risoluzione e precisione sono due concetti diversi, da non confondere.
La minima variazione della grandezza
sotto misura rilevata, la risoluzione appunto, è molto elevata per LDC1000 ed
è garantita per costruzione dal fornitore.
L'errore massimo nella misura, la precisione, deve invece essere garantita ap-
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