NO312527B1 - Fremgangsmåte og utstyr for testing av legemer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et utstyr for testing av legemer med hensyn på kartlegging av fysiske defekter og inhomogeniteter i form av sprekker og tetthetsvariasjoner. Materialet som testes har hensiktsmessig en enkel struktur. En foretrukket anvendelse åv oppfinnelsen er testing av karbonelektroder for benyttelse i en elektrolyseprosess. Elektrodene som skal testes er fortrinnsvis i en kalsinert tilstand, men oppfinnelsen kan også anvendes i forbindelse med elektroder i "grønn" tilstand.

Ved fremstilling av aluminium etter Hall-Héroult prinsippet benyttes bakte eller kalsinerte anoder som er fremstillet av et materiale inneholdende karbon. Anodene fremstilles gjerne ved at et karbonholdig materiale samt et bindemiddel blandes til en så kalt "grønn" masse som deretter gis ønsket form ved at den ifylles en form som underlegges vibrasjon. Den på denne måte fremstilte "grønne" anode underlegges så en kalsinering-sprosess før benyttelse i elektrolysecellen. Når anoden er innsatt i elektrolysecellen er det av stor betydning at den innehar gode termiske og mekaniske egenskaper, samt at den elektriske motstand ikke er for høy.

En annen måte å fremstille elektroder, så som katoder, på er pressforming av "grønn" masse ved ekstrudering eller ved komprimering av massen i en form.

I forbindelse med fremstillingen av karbonlegemer som nevnt over, kan det oppstå inhomogenitet i materialet som ikke er synlig fra legemets utside. Slike defekter kan særlig utgjøres av sprekker, hulrom og områder med lavere bindingsgrad enn ønsket.

Oppfinnelsens formål er å kunne bestemme om slike defekter er tilstede i et karbon-legeme, samt omfanget og innretningen av disse. Slik testing kan fortrinnsvis gjøres etter at karbonlegemet har gjennomgått kalsineringsprosessen, men før det eventuelt innsettes i elektrolysecellen.

DE C1 4240600 omhandler en fremgangsmåte for å detektere struktursvekkelser i et fly. Flyet har to bæreflater hvorpå det er anbrakt fire aksellerometere. Flyets tverr-ror flater eller "flaps" aktiviseres ved at rormotorene drives i henhold til et sinussignal med konstant amplitude og hvor frekvensen kan varieres. Signaler fra aksellerometrene behandles av en prosessor hvorpå det fremkommer matematiske funksjoner for fastsettelse av egensvingningene i konstruksjonen. Egensvingningene sammenliknes med en referanse-svingningsform for en dynamisk "finite-element-modell" for flystrukturen som ble benyttet ved konstruksjonen av flyet. Ved avvik blir egensvingningsformen tilpasset "finite-element-modellen" og på denne bakgrunn kan skader lokaliseres og reststyrken i konstruksjonen fastsettes. Tilsvarende fremgangsmåte kan benyttes for en fast innspent bjelke, men det er ikke vist hvordan den dynamiske belastningen tilføres bjelken. Denne referansen gir anvisninger til fastsettelse av strukturelle avvik i én prinsipalretning ved oppsetting av svingninger i samme prinsipalretning. I den praktiske gjennomføringen er det vist til generering av dynamiske svingninger ved hjelp av "flapsmotorer" på et fly.

US 4061017 vedrører et analyse system for en struktur hvor modal karakteristikker i strukturen kan fastsettes. Strukturen kan eksiteres ved komplekse drivende signaler som har en felles forhåndsbestemt frekvens og et bestemt sett av amplituder og faser tilsvarende estimerte parametre for den mode av interesse. Responsen i strukturen blir så registrert, hvorpå det genereres et sett av transferfunksjoner som er karakteristiske for strukturen. Fra nevnte funksjoner kan det erholdes forbedrede estimater for parametre som demping, frekvens, størrelser og faser for den moden som analyseres. Ved å variere frekvens og amplitude slik at dette er tilpasset hver mode i strukturen, kan alle modene i strukturen og deres form bestemmes. Hensikten med analysen er å finne egenfrekvenser i strukturen, i forhold til strukturens anvendelse slik at den ikke ødelegges ved bruk. Løsningen vedrører som sådan ikke kartlegging av defekter i en struktur.

Med foreliggende oppfinnelse kan det velges en kraftretning som fremprovoserer alle modene ved at dette gjøres i en retning der kraften har komponenter i x- y- og z-retningen av legemet. I en utførelse kan eksitasjonskilden plasseres slik at kraften får en retning som er 45° på x-, y- og z-retningen av legemet. Grunnen til at det eksiteres "skrått", er at sikkerheten øker for at det fremprovoserer legemet til å svinge på alle sine egenfrekvenser når vibrasjonskilden bare benyttes mot én posisjon på legemet. Dette forenkler måleoppstillingen betraktelig. Disse og ytterligere fordeler kan oppnås med oppfinnelsen slik den er definert i de vedføyde selvstendige patentkrav 1 og 4. Ytterligere fordelaktige trekk kan oppnås i henhold til de uselvstendige krav 2-3 og 5-6.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives nærmere med eksempel og figurer hvor:

Figur 1 viser de første egensvingninger til et anodekull

Figur 2 viser modeformer for et simulert anodekull, nærmere bestemt de tre første

egensvingningene

Figur 3 viser en prinsipiell måleoppstilling for kartlegging av sprekkers orientering.

Egensvingninger og dempingsfaktorer (modalparametre) til et anodekull gir informasjon om kullet har lokale defekter som sprekker eller tetthetsgradienter. De vil også kunne gi informasjon om hvor alvorlige disse defektene er. For å kartlegge sprekkers orientering i kullet med modal testing må en i tillegg til modalparametrene også kartlegge modeformene til kullet (bevegelsen til kullet for de ulike egenfrekvenser). Dette vil kreve en måleoppstilling som prinsipielt beskrives under figur 3.

Når det gjelder å finne informasjon om defekter i anodekullet, kan en utfra "modal synsvinkel" dele informasjonen som kan finnes inn i 4 kategorier: 1) Fremskaffe informasjon om fysiske defekter på alle typer legemer tildannet av et materiale 2) Fremskaffe informasjon om fysiske defekter på alle typer legemer tildannet av et materiale, der fysiske defekter i foreliggende sak er definert som: Inhomogene fysiske defekter, tetthetsgradienter og/eller elastisitetsgradienter i legemet er over sitt naturlige variasjonsområde.

Homogene fysiske defekter, den midlere tetthet og/eller elastisitet for legemet er over sitt naturlige variasjonsområde.

3) Bestemme fysiske defekters utstrekning, orientering og posisjonering på

alle typer legemer utfra målte egenfrekvenser, dempingsfaktorer og modeformer \\\ legemet, der fysiske defekter i foreliggende sak defineres som;

Inhomogene fysiske defekter, tetthetsgradienter og/eller elastisitetsgradienter (sprekker, porøsistet) i legemet er over sitt naturlige variasjonsområde. Homogene fysiske defekter, den midlere tetthet og/eller elastisitet for legemet er over sitt naturlige variasjonsområde.

4) Bestemme fysiske defekters utstrekning, orientering og posisjonering i

elektroder benyttet i aluminiumsprosessen, både i bakt og grønn tilstand, utfra målte egenfrekvenser, dempingsfaktorer og modeformertW elektroden, der fysiske defekter i vårt tilfelle er definert som: Inhomogene fysiske defekter, tetthetsgradienter og/eller elastisitetsgradienter i legemet er over sitt naturlige variasjonsområde.

Homogene fysiske defekter, den midlere tetthet og/eller elastisitet for legemet er over sitt naturlige variasjonsområde.

Elasitisitetsgradienter kan være forårsaket av sprekker, porøsistet, etc. Tetthetsgradienter kan utgjøres av porøsitet, hulrom, etc.

Parametre som beskriver et legemets elastisitet kan være Youngs Modulus, Skjærmodu-lus, bulkmodulus, Poisson tallet, etc.

Fysiske defekter som vil bli detektert er defekter karakterisert ved en endring av massetetthet og/eller E-modulen til anodekullet, og også endring av kullets fysiske dimensjon. Sprekker som oppstår i kullet vil redusere E-modulen lokalt.

Jo enklere legemets form er, dess større er mulighetene til å finne alle former for informasjon om fysiske defekter (defektens utstrekning, orientering og posisjon). Dette betyr at oppfinnelsen vil ha større gjennomslag på de legemer som har enklere form, og er tilnærmet symmetriske om minst ett plan. Enklere form på legemet fører også til at fremgangsmåten og utstyret for testing kan forenkles. Dette fører igjen til at teknikken lettere kan realiseres f.eks. i produksjonslinjer der produkter har enkel form.

Siden dimensjonen på en type anodekull er tilnærmet konstant, vil dimensjonen ikke spille inn på endringer i modalparametrene over et typisk standardavvik for modalparametrene.

Den modale testen vil også ha mulighet til å skille mellom inhomogene- og homogene defekter. Dersom massetettheten generelt for hele kullet er høyere vil dette være en "homogen defekt". Dette kan skyldes normale prosessvariasjoner. En sprekk vil føre til en inhomogen defekt, siden E-modulen reduseres lokalt i kullet.

Inhomogene defekter vil forstyrre de prosentvise frekvensavstandene mellom resonansfrekvensene. Homogene defekter forskyver bare resonansfrekvensene, men de prosentvise frekvensavstandene mellom resonansfrekvensene opprettholdes med et typisk standardavvik.

Den inhomogene defektens utstrekning kan kartlegges ved å se hvor mye enkelte resonansfrekvenser har sunket/øket i verdi i forhold til andre resonansfrekvenser. Her kan også kartlegging av dempingsfaktorene gi et viktig bidrag til informasjon. Dempingsfaktoren angir hvor "langt tonen ringer". Obstruksjoner (eksempelvis sprekker) i anodekullet fører til at "tonen dør fortere ut" for enkelte modeformer.

Det er flere måter å kartlegge i hvilket plan defekten er utstrakt i. Den enkleste måten er å studere hvordan modeformen (svingeformen) til de 3-4 første resonansfrekvensene har endret seg. Modeformene kartlegges ved å kartlegge amplituden ved resonans ( i ulike posisjoner på kullet. Minst to aksellerometerposisjoner vil være nødvendig for å kartlegge modeformen (svingeformene) til de aller første resonansfrekvensene til anodekullet (i hver posisjon måles aksellerasjon i 3 retninger).

Karbonelektroder er ofte symmetrisk om flere linjer. Dette vil også føre til symmetriske svingeformer dersom kullet er fysisk homogent. En inhomogen defekt skaper altså asymmetriske modeformer. Derfor blir det også av interesse å studere forholdene mellom resonansfrekvensenes amplituder. Dempingsfaktorenes samspill vil også her kunne bidra til viktig informasjon.

Når det gjelder informasjonsbiten som angitt under pkt. 3 foran, må en kartlegge asymmetriske modeformer med større oppløsning, dvs flere aksellerometerposisjoner. Eksempelvis kan 3 aksellerometre flyttes til 4 posisjoner.

Ved en nærmere beskrivelse av oppfinnelsen bie et anodekull med dimensjonene <7>0cmx56cmx 140cm simulert ved å bruke en modal analysemodul i en programvare som benevnes ANSYS. Modellen antok frie udempede vibrasjoner. Dette førte til at dempingsfaktorene ikke ble simulert, bare egensvingningene til kullet. For å gjøre oppbygningen av modellen i ANSYS tidsbesparende, ble nippelhullene modellert kvadratiske istedenfor runde. Elementstørrelsen ble valgt til 8 cm. En lavere elementstørrelse øker nøyaktighetsgraden men også regnetiden. En elementstørrelse på 8 cm ble her valgt av kostnadsmessige hensyn. En ulempe ved dette er at modellen blir mindre følsom for sprekker ettersom elementstørrelsen øker.

Anodekullet ble simulert med en E-modul på 9. 1GPa og en tetthet på l-55g/cm3 d<g> 19 første egensvingningene til anodekullet er vist i figur 1.

Fra figur 1 er den første egensvingningen 474 Hz, den andre er 499 Hz, mens den tredje er 567 Hz, osv. Hver egensvingning representerer en svingeform.

I figur 2 er svingeformenene, eller modeformene, vist for de 3 første egensvingningene. Den første modeformen vist i figur 2a-b er en vridningsmode som svinger med 474 Hz. Som det fremgår av figuren har hver egensvingning sin karakteristiske modeform. Utsla-gene som hver modeform har er i figuren overdrevet slik at en lettere skal se hvilken modeform hver egensvingning representerer. Modeformen som vist i figur 2c-d representerer en frekvens på 499 Hz, den tredje modeformen (figur 2e-f) representerer en frekvens på 567 Hz.

Teoretisk vil egenfrekvensene for et rektangulært legeme med tversnitt A = <hx>b der modeformene ikke er vridningsmoder i henhold til "E.M.. Uygur, Nondestructive Dynamic Testing, kapittel 6, Vol. 4, Research Techniques in nondestructive testing. R. S. Sharp, Ed, Academic Press, 1984" være gitt som:

der k = konstant, forskjellig for hver enkel mode

L - lengde

E = E-modulen (Youngs modulus)

/ = "second moment of area" = btf/ 12 (£>=bredde, h = høyde) g = tyngdens aksellerasjon

A = tverrsnitt

p = massetetthet

Anodekullene har et naturlig variasjonsområde med hensyn til egenfrekvensene, siden det gjerne produseres kull med noe varierende dimensjon, E-modul, og massetetthet. Egenfrekvensenes naturlige standardavvik for anodekullene vil da være gitt som en funksjon av E-modulens- , dimensjonens-, og massetetthetens standardavvik. Når det gjelder dimensjon er det særlig høyden av kullet som har størst usikkerhet. Usikkerheten i lengde og bredde neglisjeres her. Standardavviket til egenfrekvensene vil da være gitt som:

(1.2)

I denne ligningen er utrykket i (1.1) partiellderivert med hensyn på E-modul, tetthet og høyde.

Med SE~ 400MPa (typisk standardavvik for E-modulen), og Sp* 20kg/ m3 (typisk standardavvik for massetetthet), og Sh ~<0.003>m (typisk standardavvik for høyde) er det naturlige standardavviket for egensfrekvensene som følger:

Sfr 12/fc for egensvingninger rundt 500 Hz

Sfr 24Hz for egensvingninger rundt 1000Hz

Sfr 36Hz for egensvingninger rundt 1500 Hz

Standardavviket til en egensvingning er altså 2.4% av egensvingningens verdi. Ved å

definere den naturlige usikkerheten som <±25> vj| egensvingninger ha et naturlig variasjonsområde fn referanse ± 4. S% glir fet m^|t egensvingninger utenfor dette området er det grunn til å tro at en defekt er introdusert i kullet.

Dersom det oppstår en sprekk i kullet ser vi fra ligning (1.1) at det bare er E-modulen som kan bli påvirket i ligningen. Dimensjon og massetetthet vil være nærmest upåvirket enten man har en sprekk eller ikke. Ser vi bort fra de naturlige variasjonene i egensvingningene, vil egensvingningene være proporsjonal med for moder som ikke er vridningsmoder, og

for vridningsmoder, der S er skjærmodulen.

En sprekk i kullet vil redusere stivheten i en eller annen retning i kullet. E-modulen, eller skjærmodulen vil da synke i denne retningen. Har vi globale defekter slik at E-modulen synker i alle retninger i kullet, fører dette til at alle modeformene blir påvirket på en slik måte at egensvingningene til hver enkel modeform synker. De naturlige endringene i massetetthet, dimensjon og E-modul fra prosessen vil generelt gjelde globalt for hele kullet. Dette betyr at: dersom de prosentvise avstandene mellom egensvingningene er mye de samme fra kull til kull, selv om egensvingene har sunket i verdi, skyldes dette trolig naturlige endringer som skyldes prosessen, og ikke defekter som tetthetsgradienter og sprekker. Er de prosentvise avstandene mellom modene varierende fra kull til kull er det pga lokale defekter som enten skyldes sprekk, eller lokale tetthetsgradienter. F.eks. en sprekk vil aldri kunne redusere E-modulen likt i alle retninger i kullet. Dette vil føre til at de prosentvise avstandene mellom modene vil forandres.

Globale endringer i E-modul, massetetthet, og dimensjon vil ikke påvirke den prosentvise frekvensavstanden mellom modene. Det er kun gradienter, av typen tetthet eller E-modul, som vil påvirke de prosentvise frekvensavstandene mellom modene.

Når det gjelder defekter som tetthetsgradienter gir dette utslag på egensvingningene ved at massetettheten endres lokalt i kullet. Den effektive svingemassen for enkelte moder vil da endres. En høyere lokal massetetthet fører til at enkelte moder vil synke, og en lavere massetetthet fører til økning i enkelte egenfrekvensener (se ligning 1.1). Siden tetthetsgradienter også er av en "lokal art" vil dette påvirke de prosentvise avstandene mellom modene.

Ligning (1.1) ble testet med modellen i ANSYS ved å sjekke om alle egenfrekvensene sank kvadratisk med en reduksjon i E-modulen. Testene viste at når vi reduserte E-modulen for hele kullet med 11.0% (fra 9.1 GPa - 8.1 GPa) ble alle de 19 modene (fra figur 1) redusert med 5.5%. Ved å redusere E-modulen for hele kullet med 34%(fra 9.1 GPa- 6.0 GPa) ble alle modene redusert med 18.8%.

Ved å redusere massen for hele kullet med 3% (fra 1.55-1.50) økte egensvingningene for alle modene med 1.6%: Ved å øke massen for hele kullet med 3% (fra 1.55-1.60) sank alle egensvingningene med 1.6%.

Vi ser her at en global endring, som å endre E-modulen eller massetettheten for hele kullet vil ikke påvirke den prosentvise frekvensavstanden mellom modene. Dette bekrefter at det er kun lokale gradienter i form av E-modul eller massetetthet som kan gjøre dette.

Dempingsfaktorene for hver modeform gir informasjon om hvor hurtig de ulike svinge-modene dør ut. I henhold til "E.M. Uygur, Nondestructive Dynamic Testing, kapittel 6, Vol. 4, Research Techniques in nondestructive testing. R. S. Sharp, Ed, Academic Press, 1984" kan den uttrykkes som:

der At er den tiden det tar til vibrasjonsamplituden (aksellerasjon) har sunket til 63.2% av sin opprinnelige verdi. Obstruksjoner i materialer fører til at denne tiden reduseres siden vibrasjonsenergi går hurtigere over til f.eks. varmeenergi pga av friksjon i obstruksjonene. Kull med lokale defekter vil derfor føre til en høyere dempefaktor for enkelte moder.

Modalparametrene blir funnet ved å kartlegge legemets tranferfunksjoner som her beskriver forholdet mellom aksellerasjon målt på kraft som påføres legemet. For eksempel vil transferfunksjonen, H(aix/F), beskrive forholdet mellom aksellerasjonen målt i x-retning i posisjon 1 og kraft påført.

For å kartlegge transferfunksjonene kreves det utstyr for å:

1) generere krefter mot legemet som inneholder aktuelle frekvenskomponenter: Til dette er det benyttet en signalgeneratormodul 8 type 3107, som koples mot en effektforsterker 6 type 2712, som koples mot en vibrasjonskilde 2 type 4808. Vibrasjonskilden presses mot kullet med 45° vinkel på x-y- og z-retning. Vibrasjonskilden presses mot ene hjørnet

(hjørnet er tilslipt slik at den tilslipte flaten står normalt på kraftretningen)

2) Måle kreftene som påføres legemet. Her benyttes det en kraftsensor 3 type 8200, koplet mot en ladningsforsterker 5 type 2635, som igjen er koplet mot en inngangsmodul 7 type 3022. 3) Måle aksellerasjonen på ulike punkter av legemet for x, y, og z- retningen: Her er det benyttet et 3-akset aksellerometer 4 type 4504 koplet mot en inngangsmodul 7 type 3022. Aksellerometeret måler aksellerasjon i x-,y-, og z-retning.

4) Frekvensanalysere de målte signalene: Her er det valgt en software FFT analysator

En PC 9 med Labshop 4.0 software koordinerer, starter/stopper/konfigurerer signalgenerator, FFT analysator, og beregner transferfunksjonene. Bruel & Kjær sitt utstyr er blitt valgt. Typebetegnelsen

er gitt for hvert utstyr.

Ett standard anodekull ble testet for å finne ut hvilke krav som bør stilles til en måleoppstilling som fører til at modalparametrene blir målt med tilstrekkelig nøyaktighet og følsomhet, samtidig som måleoppstillingen kan realiseres i drift.

Målet med eksitasjonskilden er at den må eksitere en kraft mot kullet som fremprovoserer egensvingningene til kullet best mulig. Dette betyr i første omgang at kraften mot kullet bør være et "random" signal som inneholder de frekvenskomponenter i det området som det ventes at egenfrekvensene befinner seg i. For anodekullet velges frekvensområdet fra 300-1900 Hz. Man dekker da med sikkerhet de 20 første egensvingningene til kullet ved at en velger et "random" signal. Frekvensanalysatoren for PULSE-systemet, skissert på figur 3, kan maksimalt klare 1 Hz oppløsning i et frekvensområde på 1600 Hz. For å eventuelt øke oppløsningen må en redusere frekvensområdet som skal analyseres. Moder som ligger tett, f.eks med 0.5 Hz avstand blir "sett på" som én mode pga av oppløsningen.

Et annet viktig punkt er hvordan retningen på eksitasjonskraften velges. Fra figur 2c-d ser en at den beste måten å fremprovosere mode 2 på er å velge en kraftretning normalt på kullets sliteflate, helst mot enden. Å velge en slik kraftretning vil f.eks. ikke fremprovosere mode 3 (figur 2e-f) på beste måten, siden mode 3 ikke har aksellerasjonkomponenter i kraftretningen. Ved å velge en kraftretning som fremprovoserer alle modene kreves det en retning der kraften har komponenter i x- y- og z-retningen av kullet (se figur 3). Dette betyr at det må eksiteres skrått. Det ideelle er å plassere eksitasjonskilden slik at kraften får en retning som er 45° på x-, y- og z-retningen av kullet. Måleoppstillingen er vist på figur 3 der eksitasjonskilden 2 er plassert slik at den gir en lik kraftkomponent i x-, y- og z-retningen mot kullet 1. Samtidig er den plassert mot en ende. Dette er fordi at de fleste moder har størst aksellerasjon mot endene.

Fra figur 3 ses kraften som eksiteres mot anodekullet, blir eksitert 45° på x- ,y- og z-retningen. For å realisere dette ble den ene kanten på anoden slipt slik at det dannes en flate som det vibreres mot. Kraften vil være normalen til denne tilslipte flaten. Dette betyr at det ikke fullt ut er ikke-destruktiv testing, i og med at ene kanten på anoden er tilslipt. Grunnen til at det eksiteres "skrått", er at sikkerheten øker for at det fremprovoserer anoden til å svinge på alle sine egenfrekvenser når vibrasjonskilden bare benyttes mot én posisjon på anoden. Dette forenkler måleoppstillingen betraktelig.

Under testene ble det ene hjørnet på kullet slipt ned slik at det kunne eksiteres mot et plan på kullet som sto 45° på toppflaten, kortsiden og langsiden. Eksitasjonskilden ble justert inn med en justerbar rampe spesialaget for forsøkene(kullet er plassert opp ned i forsøkene). Den tilslipte flaten trengte ikke være større enn noen kvadratcentimeter.

Forsøkene viste at det var unødvendig å skru fast eksitasjonskilden mot flaten på kullet. Ingen ekstra støy ble introdusert ved at eksitasjonskilden ble presset mot flaten (forklaring senere). Eksitasjonkilden kunne maksimalt gi ut 112 N. I alle forsøkene ble kilden presset inn mot kullet slik at kilden ga ut maksimalt 102N mot kullet. Dette kunne måles siden kraftsensoren 3 er plassert mellom kullet og eksitasjonskilden som vist på figur 3. Signal til støyforholdet ble størst mulig ved å påføre en maksimal kraft. Eksitasjonskilden av type 4808 som brukes i målingene er den kraftigste vibrasjonskilden til Bruel og Kjær der en fortsatt kan bruke vanlig 220 Volt forsyning. Mellom eksitasjonskilden og kullet er det i henhold til figur 3 anordnet en kraftsensor 3 forbundet med en ladningsforsterker. Ladningsforsterkeren er videre tilknyttet en 4-kanals inputmodul som samtidig er tilkoplet det 3-aksede aksellerometeret 4. En generatormodul 8 er tilkoplet eksitasjonskilden 2 via en effektforsterker 6. En datamaskin 9 er videre forbundet med generatormodulen 8 og den 4-kanals inputmodulen.

Målestasjonen kan installeres i en transportlinje etter bakt tilstand, eller etter grønn tilstand.

1) Elektroden legges på en gummimatte (eksempelvis slitegummi)

2) Den tilslipte flaten lages i ene hjørnet slik at krefter kan eksiteres 45° på x-,y- og z-retningen. For anoder kan flaten dannes i vibrasjonsformene i massefabrikken.

3) Vibrasjonskilden blir presset mot den tilslipte flaten

4) Feste for aksellerometre blir presset mot elektroden, mens selve aksellerometeret er magnetisk festet til festet (alternativt kan kontaktløse lasertransdusere benyttes). 5) Signalgenerator starter, som gir ut et random signal i det ønskede frekvensområdet. Elektroden blir da påført random krefter.

6) Målinger starter ved at FFT analysator starter. Transferfunksjonene blir så funnet

7) En software beregner modalparametrene utfra transferfunksjonene og returnerer en informasjon til bruker om fysiske defekter på bakgrunn i modalparametrene. Evt. kan modalparametre lagres til driftsdatabaser.

8) Vibrasjonskilden /aksellerometre med feste tas vekk fra elektroden

9) Elektroden tas av gummimatten og fortsetter videre i produksjonslinjen

Måletiden vil være ca. 30 - 60 sekund pr produkt, avhengig av hvor mange akselleras-jonsposisjoner som velges.

En software er allerede utviklet som finner og beregner modalparametre utfra tranferfunksjoner funnet. Det er utviklet algoritmer som sikrer mot feilmåling, kabelbrudd, defekte aksellrometre, nøyaktighetsgrad i målingene.

Softwaren kan inneholde algoritmer som angir legemets status utfra målte modalparametre. Modalparametre må analyseres med driftsparametre og andre parametre som beskriver legemets fysiske tilstand for å utvikle algoritmer som returnerer status til bruker om elektroden har fysiske defekter.

Aksellerometeret 4 ble plassert i en posisjon der det ventes at modene har størst aksellerasjon. For de fleste modene vil dette gjelde mot en ende av kullet. Aksellerometeret ble derfor plassert diagonalt i forhold til eksitasjonskilden mot ene enden på sliteflaten (se figur 3) 12 cm inn på kullet fra langsiden, og 12 cm inn fra kortsiden.

Aksellerometeret er et 3-akset aksellerometer som inneholder 3 sensorer der hver av de 3 sensorene måler aksellerasjon i 3 retninger som er x-, y- og z-retningen vist på figur 3. Ved å måle aksellerasjon i 3 retninger garderer en seg for å måle alle modene i tilfelle noen moder ikke har aksellerasjonskomponenter i én av retningene i målepunktet. Ett aksellerometer vil derfor holde, for å kartlegge modalparametrene til kullet, særlig når aksellerometeret er et 3-akset aksellerometer. Men ett aksellerometer er ikke tilstrekkelig om en i tillegg skal kartlegge modeformen til de ulike modene. Dette krever et sett med sensorer (5-6 langs ene kullets flate) der aksellerasjonen i hvert punkt avleses. I realite-ten betyr dette: Med ett 3-akset aksellerometer blir modalparametrene kartlagt for kullet (egensvingninger og dempingsfaktorer). Dette betyr at globale og lokale defekter i kullet kan kartlegges. Dette gjelder defekter som påvirker E-modul og massetetthet, så som sprekker og tetthetsgradienter. Orienteringen av defekten kan til en viss grad finnes, ved å påvise at defekten har sannsynlig utstrekning enten i xy-, yz- eller xz-planet (sprekken er enten horisontal eller vertikal

Et 3-akset aksellerometer kan til en viss grad si oss noe om modeformen, og dermed gi oss informasjon om sprekkers orientering.

Med et sett (5-6) av aksellerometere plassert utover ene siden av kullet kan orienteringen av defekten kartlegges mer detaljert og med større sikkerhet, siden vi i tillegg til modalparametrene også vil kartlegge modeformene for hver egensvingning. Er det nødvendig å benytte flere aksellerometre kan et alternativ være å benytte "kontaktløse" aksellerometre (eksempelvis laserbaserte).

Det 3-aksede aksellerometeret ble i forsøkene magnetisk festet til en tynn metall plate som ble lagt ned i "grease" på kullet.

Den foran beskrevne måleoppstillingen er testet ut. Kullet ble i forbindelse med dette plassert opp på en gummimatte som var 0.5cm x lOOcm x SOcm Gummimatten ble plassert midt under kullet. Eksitasjonskilden og aksellerometeret ble plassert som vist på figur 3.

Ved å sammenligne de simulerte egensvingningene i figur 1 med de som ble målt i forsøket, ses en påfallende likhet. De målte egenfrekvensene viser klare 3-decibel-båndbredder, noe som vitner om at støyen er minimal med denne måleoppstillingen.

Det skal forstås at, basert på ovennevnte prinsipp, det kan opprettes en målestasjon i en transportlinje eller produksjonslinje i forbindelse med en tilvirkningsenhet for karbonelektroder. Alternativt kan målestasjonen installeres i en transportlinje i forbindelse med elektrolyseanlegget. Det forventes at en fagmann vil kunne opprette en slik målestasjon basert på den forannevnte beskrivelse, slik at dette beskrives ikke nærmere her.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for testing av legemer (1), hensiktsmessig tildannet av et materiale med en enkel form så som karbonelektroder for benyttelse i en elektrolyseprosess, idet legemet påtrykkes en mekanisk eksitasjon på ett eller flere steder ved legemets (1) overflate hvorpå legemets bevegelser måles på ett eller flere steder beliggende avstandsmessig i forhold til der hvor eksitasjonen påtrykkes og sammenlignes med eksitasjonen som påtrykkes, idet legemets bevegelser måles i én eller flere prinsipalretninger (x, y, z), karakterisert ved at eksitasjonen påtrykkes i en retning som avviker fra prinsipalretningene.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at legemets (1) bevegelser måles på et sted beliggende diagonalt i forhold til det sted hvor eksitasjonen påtrykkes.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at eksitasjonen påtrykkes med en frekvens som tilsvarer en av legemets (1) egenfrekvenser.

4. Utstyr for testing av legemer (1), hensiktsmessig tildannet av et materiale med en enkel form så som karbonelektroder for benyttelse i en elektrolyseprosess, hvor utstyret omfatter minst én eksitasjonskilde (2) innrettet for å påtrykke legemet en mekanisk eksitasjon og minst ett akselerometer (4) innrettet for å måle legemets bevegelser, samt midler (3, 5, 7, 9) for å sammenligne de målte bevegelser med den påtrykte eksitasjon og hvor eksitasjonskilden(e) (2) er beliggende avstandsmessig fra akselerometeret(-ene), idet akselerometeret(-ene) (4) er innrettet for å måle bevegelser i minst én prinsipalretning, karakterisert ved at eksitasjonskilden(e) eksiterer legemet i en retning avvikende fra prinsipalretningene.

5. Utstyr i samsvar med krav 4, karakterisert ved at eksitasjonskilden(e) (2) er beliggende diagonalt i forhold til akselerometeret(-ene) (4).

6. Utstyr i samsvar med krav 4, karakterisert ved at det utgjør en integrert del av en transportlinje i en elektrodefabrikk eller et elektrolyseanlegg.