ISO 20339:2017

Non-destructive testing — Equipment for eddy current examination — Array probe characteristics and verification

ISO 20339:2017 identifies the functional characteristics of eddy current array probes and their interconnecting elements and provides methods for their measurement and verification. The evaluation of these characteristics permits a well-defined description and comparability of eddy current array probes. Where relevant, this document gives recommendations for acceptance criteria for the characteristics.

Essais non destructifs — Appareillage pour examen par courants de Foucault — Caractéristiques des capteurs multiéléments et vérifications

ISO 20339:2017Foucault et de leurs éléments d'interconnexion, et fournit des méthodes pour les mesurer et les vérifier. L'évaluation de ces caractéristiques permet de donner une description bien définie des capteurs multiéléments à courants de Foucault et d'assurer la possibilité de les comparer. Le cas échéant, le présent document donne des recommandations relatives aux critères d'acceptation pour les caractéristiques.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 22-Mar-2017
• ICS: 19.100 - Non-destructive testing
• Technical Committee: ISO/TC 135/SC 4 - Eddy current testing
• Drafting Committee: ISO/TC 135/SC 4 - Eddy current testing
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Completion Date: 27-Sep-2022

Relations

• Consolidates: ISO 17185-1:2014 - Intelligent transport systems — Public transport user information — Part 1: Standards framework for public information systems
• Effective Date: 06-Jun-2022

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20339
First edition
2017-03
Non-destructive testing — Equipment
for eddy current examination — Array
probe characteristics and verification
Essais non destructifs — Appareillage pour examen par courants
de Foucault — Caractéristiques des capteurs multiéléments et
vérifications
Reference number
ISO 20339:2017(E)
©
ISO 2017

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ISO 20339:2017(E)

COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2017, Published in Switzerland
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form
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ISO 20339:2017(E)

Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Probe and interconnecting elements characteristics . 2
4.1 General characteristics . 2
4.1.1 Application . 2
4.1.2 Probe types . 2
4.1.3 Interconnecting elements . 2
4.1.4 Physical characteristics . 2
4.1.5 Safety . 3
4.1.6 Environmental conditions . 3
4.2 Electrical characteristics . 3
4.3 Functional characteristics . 3
5 Verification . 4
5.1 Level of verifications . 4
5.2 Characteristics to be verified . 4
6 Measurement of electrical and functional characteristics of an array probe .5
6.1 Electrical characteristics . 5
6.1.1 General. 5
6.1.2 Measurement conditions . 5
6.1.3 Impedance of coil elements . 5
6.1.4 Impedance of a pattern . 5
6.1.5 Channel assignment — Sequencing . 6
6.1.6 Cross-talk. 6
6.2 Functional characteristics . 6
6.2.1 General. 6
6.2.2 Measurement conditions . 6
7 Surface array probes . 8
7.1 Reference blocks . 8
7.2 Probe motion . 9
7.3 Reference signal — Normalization . 9
7.4 Edge effect (measurable in the case of simple geometry, e.g. metal sheets, disks).10
7.5 Response to a slot .11
7.6 Response to a hole .12
7.7 Length of coverage .12
7.8 Variation in sensitivity between patterns.12
7.9 Minimum slot length for constant probe response .13
7.10 Lift-off effect .13
7.11 Effect of probe clearance on slot response .13
7.12 Effective depth of detection of a sub-surface slot .14
7.13 Resolution .14
7.14 Defective element or pattern .14
8 Coaxial array probes .14
8.1 General conditions .14
8.2 Reference blocks .14
8.3 Reference signal .16
8.4 Absence of defective elements.17
8.5 Position mark of the probe (mainly for positioning) .17
8.6 End effect .17
8.7 Length of coverage .17
8.8 Homogeneity of axial response . .18
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ISO 20339:2017(E)

8.9 Eccentricity effect .19
8.10 Fill effect .19
8.11 Effective depth of penetration .19
8.12 Effective depth of detection under ligament .19
9 Influence of interconnecting elements .19
Annex A (informative) Simulation of surface probe resolution .20
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ISO 20339:2017(E)

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: w w w . i s o .org/ iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 135, Non-destructive testing,
Subcommittee SC 4, Eddy current testing.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20339:2017(E)
Non-destructive testing — Equipment for eddy current
examination — Array probe characteristics and
verification
1 Scope
This document identifies the functional characteristics of eddy current array probes and their
interconnecting elements and provides methods for their measurement and verification.
The evaluation of these characteristics permits a well-defined description and comparability of eddy
current array probes.
Where relevant, this document gives recommendations for acceptance criteria for the characteristics.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 12718, Non-destructive testing — Eddy current testing — Vocabulary
ISO 15548-1, Non-destructive testing — Equipment for eddy current examination — Part 1: Instrument
characteristics and verification
ISO 15548-2:2013, Non-destructive testing — Equipment for eddy current examination — Part 2: Probe
characteristics and verification
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 12718 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at http:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
element
single physical component such as a coil, a GMR or a Hall probe which has a basic function of excitation
or reception
3.2
pattern
single physical and electronic arrangement of simultaneously active elements
3.3
sequencing
chronology of the activation of patterns
3.4
threshold
lowest acceptable sensitivity value defined in an application document
© ISO 2017 – All rights reserved 1

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ISO 20339:2017(E)

4 Probe and interconnecting elements characteristics
4.1 General characteristics
4.1.1 Application
Probes and interconnecting elements are selected to satisfy the requirements of the intended
application.
The design is influenced by the instrument with which they are used.
4.1.2 Probe types
The probe is described by the following:
— type of material to be examined, i.e. ferromagnetic, non-ferromagnetic with high or low conductivity;
— the geometry of the examined zone;
— whether it is conformable or not;
— family, e.g. coaxial probe, surface probe;
— the receiver type;
— the number of elements (transmitters and/or receivers);
— shape and assembly of elements and spacing;
— purpose of the examination, e.g. detection of discontinuities, sorting or thickness measurement, etc.;
— specific features, e.g. focused, shielded, etc.;
— the function of the elements (transmission or reception) as well as the type of measurement (absolute
or differential) may coexist in the same array probe depending on the patterns, the sequencing and
the instrument software.
4.1.3 Interconnecting elements
They may include the following:
— active devices, e.g. multiplexer (built-in or external), amplifier;
— cables and/or extensions;
— connectors;
— slip rings;
— rotating heads;
— polarizers.
4.1.4 Physical characteristics
The following are to be stated among others:
— external size and shape;
— weight;
— information for mechanical mounting;
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— model number and serial number;
— material of probe housing;
— composition and thickness of facing material;
— presence and purpose of core or shield;
— type of interconnecting elements (see 4.1.3);
— at least one position mark (electrical centre; see 8.5).
4.1.5 Safety
The probe and its interconnecting elements shall meet the applicable safety regulations regarding
electrical hazard, surface temperature, or explosion.
Normal use of the probe should not create a hazard.
4.1.6 Environmental conditions
The temperature and humidity for normal use, storage and transport should be specified for the probe
and its interconnecting elements.
The tolerance of the probe and its interconnecting elements to the effects of interference noise and
electromagnetic radiation shall conform to electromagnetic compatibility (EMC) regulations.
Materials used in the manufacture of the probe should be resistant to contaminants.
4.2 Electrical characteristics
The electrical characteristics of a probe connected to a specified length and type of cable are the
following:
— recommended range of excitation voltage for safe operation;
— recommended range of excitation frequencies.
The electrical characteristics of any extension cable are the following:
— resistance and capacitive reactance per length unit.
4.3 Functional characteristics
The functional characteristics of an array probe shall be determined for a defined system.
The measurement of the functional characteristics of a probe requires the use of reference blocks. The
material used for the reference block is determined by the application.
The functional characteristics of a probe are the following:
— angular sensitivity;
— response to elementary discontinuities or variations (hole, slot, deposit, etc.);
— length and width of coverage for a given pattern;
— area of coverage for a given pattern;
— minimum dimensions of discontinuities for constant response;
— penetration characteristics;
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ISO 20339:2017(E)

— geometric effects;
— cross-talk;
— number of dead elements.
These characteristics cannot be used alone to establish the performance (e.g. resolution, largest
undetectable discontinuity, etc.) of the probe in a given test system for a given application.
When relevant, the functional characteristics shall be measured on the probe with the interconnecting
elements required by the application.
5 Verification
5.1 Level of verifications
Two levels of verification may be required:
a) basic level: addresses detection performance;
b) advanced level: addresses characterization performance:
— verification of a motion system where there is a need for mechanization of some measurements
(movement of the probe);
— digitization and scanning speed: number of measurement points per millimetre.
The qualification of a process which may imply an agreement between manufacturer and customer is
not considered in this document.
5.2 Characteristics to be verified
The characteristics to be verified are listed in Table 1.
Table 1 — Array probe characteristics
Characteristic Basic level Advanced level
Outer dimensions I M
Conformability of the probe I M
Area of coverage I M
Number of elements I M
Arrangement M M
Excitation frequencies M M
Nature of elements I I
Element dimensions I I
Distances between elements I I
Assembly I I
External or built-in multiplexer I I
Length and type of supplied cable I I
I: measured by the manufacturer or design data, reported on the technical specification.
M: measured by the manufacturer and/or the user.
The manufacturer should add what type and orientation of discontinuity the probe is designed for.
Where more information on the elements is needed by the user (e.g. for simulation), then it may be part of a specific
agreement.
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6 Measurement of electrical and functional characteristics of an array probe
6.1 Electrical characteristics
6.1.1 General
The electrical characteristics alone do not define the probe characteristics in its application.
The methods and measuring instruments given below are for guidance; other equivalent methods
and instrumentation can be used. When characteristics are measured using modelling, this shall be
clearly stated.
6.1.2 Measurement conditions
Array probes (surface probes and coaxial probes) are in most cases specific to one application.
They are delivered with a cable, the design of which depends on the number of elements and which
cannot be removed for measurements. The characteristics of the cable are generally proprietary
information.
The manufacturer provides a cable, the length of which is compatible in terms of resonance and
attenuation with the future use of the probe as described by the customer.
The following measurements are only applicable to elements consisting of coils.
In the case where receiving elements are not coils, specific measurements shall be defined.
The measurements are made at the probe connector which is at one end of the connecting cable,
without the use of interconnecting elements of the inspection system. The probe is placed in air and
away from any conductive or magnetic material. These measurements are only possible if no electronic
components (such as amplifiers, multiplexers, etc.) are active in the probe.
The measurements are made for each element of the probe accessible at the probe connector. The other
elements are left open circuit.
When the probe is designed for use under particular conditions, e.g. temperature or pressure, then any
additional measurements that are required shall be specified in the application document.
6.1.3 Impedance of coil elements
The impedance of all coil elements shall be measured using an impedance meter or impedance analyser
as long as the measurement is not prevented by built-in amplifiers. The measured impedance can be
given as the values of an equivalent circuit (resistance, inductance and capacitance) or as curve vs.
frequency (Bode plot or Nyquist plot).
6.1.4 Impedance of a pattern
This measurement is not normally performed by the user as it is not possible once the probe is
assembled. It is the manufacturer’s responsibility.
— Impedance mode
Measure the complex impedance at the central frequency
— Separate transmit receive
Feed a voltage with the central frequency at the input of the transmitting element and measure the
voltage at the output
Repeat the measurements on each pattern.
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ISO 20339:2017(E)

Verify the homogeneity of the results.
In case of significant deviation (greater than 5 %), apply the adequate corrections (connections, etc.).
6.1.5 Channel assignment — Sequencing
Verification of channel assignment is essential. The following operating procedure is for guidance.
Measurements are carried out at the central frequency.
Produce a C-scan type cartography of a defect at angle with the direction of scanning: a slot at 45°
(Block A1) for a surface probe, a helix on a tube wall (Block B2) for coaxial probes.
The value of the angle shall be chosen in accordance with the scanning step and the dimensions of a
pattern.
Verify the channel assignment and the uniformity of the signals obtained on those channels.
In the case of complex configurations, the verification procedure is left to the manufacturer’s initiative.
The case of static probes in which scanning is performed electronically is not covered by this
measurement; a case-by-case procedure shall be produced.
6.1.6 Cross-talk
Cross-talk always exists in array probes. It is actually attenuated by multiplexing non-neighbouring
elements in order to achieve an acceptable signal to noise ratio.
The level of acceptable cross-talk is very much dependent on the application; therefore, acceptance
criteria cannot be given in this document.
6.2 Functional characteristics
6.2.1 General
This document characterizes commonly used array probe types. Probes which are designed for special
(unusual) applications shall be characterized in accordance with an application document which
follows the methodology of this document. The characteristics described in this document can give
useful information about such probes.
The functional characteristics are defined for two classes of array probes: surface probes and
coaxial probes.
6.2.2 Measurement conditions
6.2.2.1 General
A multi-channel eddy current instrument suitable for array probes and characterized in accordance
with ISO 15548-1 can be used, provided that it has the required accuracy.
Alternatively, sufficient instrumentation comprising a voltage/current generator, synchronous
detection amplifier and a voltmeter, oscilloscope or digitizer can be used.
When the probe does not feature a connecting cable, then the characteristics of the cable used for the
measurements shall be documented.
The probe characteristics are measured within the frequency range specified by the probe manufacturer
using reference blocks containing known features such as slots and holes.
6 © ISO 2017 – All rights reserved

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ISO 20339:2017(E)

The reference blocks shall be made from the material, metallurgical properties and surface finish
specified in the application document. Its geometry shall comply with the requirements included
in the following subclauses. Where necessary, blocks made with ferromagnetic material could be
demagnetized before use.
The reference block can be replaced by any other device, the equivalence of which shall be demonstrated
for the measured characteristic (alternative blocks, electric circuit, coil, ball, etc.).
The functional characteristics can be affected by the presence of any perturbing electromagnetic field
or ferromagnetic material in the zone of influence of the probe. Care shall be taken to avoid these effects
when making the measurements described below.
The measurement conditions for each characteristic shall be recorded, e.g. excitation frequency and
voltage/current, details of the reference block, etc.
The measured values are the amplitude of the signal and, when applicable, the phase of the signal.
6.2.2.2 Measurement of the amplitude of the signal
a) Absolute signal
b) Differential signal
Figure 1 — Amplitude measurement
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ISO 20339:2017(E)

a) Absolute measurements
The amplitude of the signal is the length of the vector joining the balance point to the point
corresponding to the maximum excursion of the signal from the balance point, unless otherwise
specified in an application document (see Figure 1a).
b) Differential measurements
The amplitude of the signal is the length of the line joining the two extreme points of the signature,
i.e. peak to peak value, unless otherwise specified in an application document (see Figure 1b).
c) Other measurements
The method shall be specified in an application document.
6.2.2.3 Measurement of the phase angle of a signal
The phase angle is the angle between the reference line and the line representing the signal amplitude
determined in 6.2.2.2.
The reference line for the measurement of phase angle shall be specified.
The span and polarity of measurements shall be in accordance with ISO 15548-2:2013, 6.2.2.3.
7 Surface array probes
Unless otherwise specified, the measurements shall be conducted with constant probe clearance, which
will be specified in the application document.
In case there are several different types of sequencing (impedance mode, separate transmit receive)
patterns, the measurement shall be repeated for each of them.
7.1 Reference blocks
The design shall be optimized in order to avoid any end effect. For each of these reference blocks, the
length and width sha
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20339
Première édition
2017-03
Essais non destructifs — Appareillage
pour examen par courants de Foucault
— Caractéristiques des capteurs
multiéléments et vérifications
Non-destructive testing — Equipment for eddy current examination
— Array probe characteristics and verification
Numéro de référence
ISO 20339:2017(F)
©
ISO 2017

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ISO 20339:2017(F)

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée
sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ii © ISO 2017 – Tous droits réservés

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ISO 20339:2017(F)

Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Caractéristiques des capteurs et des éléments d’interconnexion .2
4.1 Caractéristiques générales. 2
4.1.1 Application . 2
4.1.2 Types de capteur . 2
4.1.3 Éléments d’interconnexion . 2
4.1.4 Caractéristiques physiques . 3
4.1.5 Sécurité . 3
4.1.6 Conditions liées à l’environnement . 3
4.2 Caractéristiques électriques . 3
4.3 Caractéristiques fonctionnelles . 3
5 Vérification . 4
5.1 Niveaux de vérification . 4
5.2 Caractéristiques à vérifier . 4
6 Mesurage des caractéristiques électriques et fonctionnelles d’un capteur multiélément .5
6.1 Caractéristiques électriques . 5
6.1.1 Généralités . 5
6.1.2 Conditions de mesurage . 5
6.1.3 Impédance des éléments constitués de bobines . 6
6.1.4 Impédance d’un motif. 6
6.1.5 Ordonnancement des voies — Séquencement . 6
6.1.6 Diaphonie . 7
6.2 Caractéristiques fonctionnelles . 7
6.2.1 Généralités . 7
6.2.2 Conditions de mesurage . 7
7 Capteurs multiéléments de type palpeurs . 9
7.1 Blocs de référence . 9
7.2 Déplacement du capteur . .10
7.3 Signal de référence — Normalisation .10
7.4 Effet de bord (mesurable pour les géométries simples, par exemple feuilles de
métal, disques) .11
7.5 Réponse à une entaille .12
7.6 Réponse à un trou .13
7.7 Longueur d’action .13
7.8 Variation de la sensibilité entre les motifs .13
7.9 Longueur minimale d’entaille générant une réponse constante du capteur .14
7.10 Effet d’éloignement .14
7.11 Effet de l’entrefer sur la réponse à une entaille .14
7.12 Profondeur effective de détection d’une entaille sous ligament .14
7.13 Résolution .15
7.14 Élément ou motif défectueux .15
8 Capteurs multiéléments de type capteurs axiaux .15
8.1 Conditions générales .15
8.2 Blocs de référence .15
8.3 Signal de référence .17
8.4 Absence d’éléments défectueux .18
8.5 Repère de position du capteur (pour positionnement principalement) .18
8.6 Effet d’extrémité .18
8.7 Longueur d’action .18
© ISO 2017 – Tous droits réservés iii

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ISO 20339:2017(F)

8.8 Homogénéité de la réponse axiale .19
8.9 Effet d’excentration .20
8.10 Effet de remplissage .20
8.11 Profondeur de pénétration effective .20
8.12 Profondeur effective de détection sous ligament .20
9 Influence des éléments d’interconnexion .20
Annexe A (informative) Simulation de la résolution d’un palpeur .21
iv © ISO 2017 – Tous droits réservés

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ISO 20339:2017(F)

Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation
de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’Organisation
mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien
suivant: w w w . i s o .org/ iso/ fr/ avant -propos .html
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 135, Essais non destructifs, SC 4,
Méthodes par courants de Foucault.
© ISO 2017 – Tous droits réservés v

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NORME INTERNATIONALE ISO 20339:2017(F)
Essais non destructifs — Appareillage pour examen par
courants de Foucault — Caractéristiques des capteurs
multiéléments et vérifications
1 Domaine d’application
Le présent document identifie les caractéristiques fonctionnelles des capteurs multiéléments à
courants de Foucault et de leurs éléments d’interconnexion, et fournit des méthodes pour les mesurer
et les vérifier.
L’évaluation de ces caractéristiques permet de donner une description bien définie des capteurs
multiéléments à courants de Foucault et d’assurer la possibilité de les comparer.
Le cas échéant, le présent document donne des recommandations relatives aux critères d’acceptation
pour les caractéristiques.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 12718, Essais non destructifs — Contrôle par courants de Foucault — Vocabulaire
ISO 15548-1, Essais non destructifs — Appareillage pour examen par courants de Foucault — Partie 1:
Caractéristiques de l’appareil et vérifications
ISO 15548-2:2013, Essais non destructifs — Appareillage pour examen par courants de Foucault —
Partie 2: Caractéristiques des capteurs et vérifications
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 12718 ainsi que les suivants,
s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/ ;
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http:// www .iso .org/ obp.
3.1
élément
composant physique simple tel qu’une bobine, une magnétorésistance géante ou un capteur à effet Hall,
ayant une fonction de base d’excitation ou de réception
3.2
motif
montage physique et électronique unitaire d’éléments simultanément actifs
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3.3
séquencement
chronologie de l’activation des motifs
3.4
seuil
plus faible sensibilité acceptable définie dans un document d’application
4 Caractéristiques des capteurs et des éléments d’interconnexion
4.1 Caractéristiques générales
4.1.1 Application
Les capteurs et les éléments d’interconnexion sont choisis pour répondre aux exigences de l’application
concernée.
L’appareil avec lequel ils sont utilisés influence leur conception.
4.1.2 Types de capteur
Un capteur est décrit par les éléments suivants:
— le type de matériau à examiner, c’est-à-dire ferromagnétique, non ferromagnétique, de conductivité
élevée ou non;
— la géométrie de la zone examinée;
— s’il est conformable ou non;
— la famille, par exemple capteur axial, palpeur;
— le type de récepteur;
— le nombre d’éléments (émetteurs et/ou récepteurs);
— la forme, le montage et l’écartement des éléments;
— le but de l’examen, par exemple détection de discontinuités, tri ou mesurage d’épaisseurs, etc.;
— des caractéristiques spécifiques, par exemple focalisé, à masque, etc.;
— la fonction des éléments (excitation ou réception) ainsi que le type de mesurage (absolu ou
différentiel) pouvant coexister dans le même capteur multiélément selon les motifs, le séquencement
et le logiciel de l’appareil.
4.1.3 Éléments d’interconnexion
Ils peuvent comprendre les éléments suivants:
— des dispositifs actifs, par exemple multiplexeur (intégré ou externe), amplificateur;
— des câbles et/ou des prolongateurs;
— des connecteurs;
— des contacts tournants;
— des têtes rotatives;
— des polariseurs.
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4.1.4 Caractéristiques physiques
Les caractéristiques suivantes doivent être spécifiées, entre autres:
— forme et dimension hors tout;
— poids;
— informations pour le montage mécanique;
— numéro de modèle et numéro de série;
— matériau du corps du capteur;
— composition et épaisseur du matériau d’interfaçage;
— présence et but d’un noyau ou d’un masque;
— type d’éléments d’interconnexion (voir 4.1.3);
— au moins un repère de position (centre électrique, voir 8.5).
4.1.5 Sécurité
Le capteur et ses éléments d’interconnexion doivent être conformes aux règles de sécurité en vigueur,
par exemple risques électriques, température de surface, risque d’explosion, etc.
Il convient qu’une utilisation normale du capteur ne crée pas de danger.
4.1.6 Conditions liées à l’environnement
Il convient que la température et l’humidité requises pour une utilisation normale soient spécifiées
pour le capteur et ses éléments d’interconnexion, ainsi que les conditions de transport et de stockage.
Eu égard aux effets du bruit ambiant et du rayonnement électromagnétique, le capteur et ses
éléments d’interconnexion doivent être conformes à la réglementation en matière de compatibilité
électromagnétique (CEM).
Il convient que les matériaux utilisés pour la fabrication des capteurs soient résistants aux agents
contaminants.
4.2 Caractéristiques électriques
Les caractéristiques électriques d’un capteur connecté à un câble de type et de longueur spécifiés sont
les suivantes:
— gamme recommandée de tensions d’excitation pour un fonctionnement sûr;
— gamme recommandée de fréquences d’excitation.
Les caractéristiques électriques d’un câble prolongateur sont les suivantes:
— résistance et réactance capacitive par unité de longueur.
4.3 Caractéristiques fonctionnelles
Les caractéristiques fonctionnelles d’un capteur multiélément doivent être déterminées pour un
système donné.
Le mesurage des caractéristiques fonctionnelles d’un capteur nécessite l’utilisation de blocs de
référence. Le matériau utilisé pour les blocs de référence est déterminé par l’application.
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Les caractéristiques fonctionnelles d’un capteur sont les suivantes:
— la sensibilité angulaire;
— la réponse à des discontinuités ou variations élémentaires (trou, entaille, dépôt, etc.);
— la longueur et la largeur d’action pour un motif donné;
— la surface d’action pour un motif donné;
— les dimensions minimales de discontinuités générant une réponse constante;
— les caractéristiques de pénétration;
— les effets géométriques;
— la diaphonie;
— le nombre d’éléments défectueux.
Ces caractéristiques ne peuvent pas être utilisées seules pour établir les performances d’un capteur
(par exemple la résolution, le plus grand défaut non détectable, etc.) dans un système d’essai donné,
pour une application donnée.
Le cas échéant, les caractéristiques fonctionnelles doivent être mesurées sur le capteur comportant les
éléments d’interconnexion requis par l’application.
5 Vérification
5.1 Niveaux de vérification
Deux niveaux de vérification peuvent être requis:
a) niveau de base: relatif aux performances de détection;
b) niveau avancé: relatif aux performances de caractérisation:
— vérification d’un système de déplacement lorsqu’il existe un besoin de mécanisation de certains
mesurages (mouvement du capteur);
— numérisation et vitesse de balayage: nombre de points de mesurage par millimètre.
La qualification d’un processus, qui peut impliquer un accord entre le fabricant et le client, n’est pas
traitée dans le présent document.
5.2 Caractéristiques à vérifier
Les caractéristiques à vérifier sont répertoriées dans le Tableau 1.
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Tableau 1 — Caractéristiques d’un capteur multiélément
Caractéristique Niveau de base Niveau avancé
Dimensions extérieures I M
Conformabilité du capteur I M
Surface d’action I M
Nombre d’éléments I M
Disposition M M
Fréquences d’excitation M M
Nature des éléments I I
Dimensions des éléments I I
Distances entre les éléments I I
Montage(s) I I
Multiplexeur externe ou intégré I I
Longueur et type du câble fourni I I
I: mesuré par le fabricant ou spécifié par les données de conception, indiqué sur la Spécification technique.
M: mesuré par le fabricant et/ou par l’utilisateur.
Il convient que le fabricant ajoute le type et l’orientation de discontinuité pour lesquels le capteur est conçu.
Lorsque l’utilisateur a besoin de plus d’informations sur les éléments (par exemple pour une simulation), ceci peut faire
partie d’un accord spécifique.
6 Mesurage des caractéristiques électriques et fonctionnelles d’un capteur
multiélément
6.1 Caractéristiques électriques
6.1.1 Généralités
Les caractéristiques électriques ne définissent pas à elles seules les caractéristiques du capteur dans
son application.
Les appareils de mesure et les méthodes indiqués ci-dessous le sont à titre de préconisation; tout
autre appareil ou méthode équivalent peut être utilisé. Lorsque les caractéristiques sont mesurées par
modélisation, ceci doit être clairement mentionné.
6.1.2 Conditions de mesurage
Les capteurs multiéléments (palpeurs et capteurs axiaux) sont dans la plupart des cas destinés
spécifiquement à une application.
Ils sont livrés avec un câble, dont la conception dépend du nombre d’éléments et qui ne peut pas
être retiré pour les mesurages. Les caractéristiques du câble sont généralement des informations
propriétaires.
Le fabricant fournit un câble dont la longueur est compatible en termes de résonance et d’atténuation
avec l’utilisation future du capteur telle que décrite par le client.
Les mesurages suivants sont applicables uniquement aux éléments constitués de bobines.
Lorsque les éléments de réception ne sont pas des bobines, des mesurages spécifiques doivent être
définis.
Les mesurages sont effectués au connecteur du capteur qui se trouve à une extrémité du câble de
connexion, sans faire usage des éléments d’interconnexion du système d’inspection. Le capteur est
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placé dans l’air et éloigné de tout matériau conducteur ou magnétique. Ces mesurages ne sont possibles
que si aucun composant électronique (amplificateurs, multiplexeurs, etc.) n’est actif dans le capteur.
Les mesurages sont réalisés pour chaque élément du capteur accessible au niveau du connecteur. Les
autres éléments sont laissés en circuit ouvert.
Lorsque le capteur est conçu pour un usage en conditions particulières, par exemple de température
ou de pression, tous les mesurages additionnels qui sont requis doivent être spécifiés dans le document
d’application.
6.1.3 Impédance des éléments constitués de bobines
L’impédance de tous les éléments constitués de bobines doit être mesurée au moyen d’un
impédancemètre ou d’un analyseur d’impédance, sous réserve que le mesurage ne soit pas rendu
impossible par la présence d’amplificateurs intégrés. L’impédance mesurée peut être donnée sous la
forme de valeurs d’un circuit équivalent (résistance, inductance et réactance capacitive) ou sous la
forme d’une courbe en fonction de la fréquence (diagramme de Bode ou diagramme de Nyquist).
6.1.4 Impédance d’un motif
Ce mesurage n’est normalement pas réalisé par l’utilisateur car il ne peut être effectué après que le
capteur est assemblé. Il relève de la responsabilité du fabricant.
— Double fonction
Mesurer l’impédance complexe à la fréquence centrale.
— Fonctions séparées
Alimenter l’entrée de l’élément de transmission avec une tension à la fréquence centrale et mesurer
la tension à la sortie.
Répéter les mesurages sur chaque motif.
Vérifier l’homogénéité des résultats.
En cas d’écart significatif (supérieur à 5 %), appliquer les corrections adéquates (connexions, etc.).
6.1.5 Ordonnancement des voies — Séquencement
La vérification de l’ordonnancement des voies est essentielle. Le mode opératoire qui suit est donné à
titre indicatif.
Les mesurages sont effectués à la fréquence centrale.
Produire une cartographie de type C d’un défaut à un angle par rapport à la direction de balayage:
une entaille à 45° (bloc A1) pour un palpeur, une hélice sur une paroi de tube (bloc B2) pour les
capteurs axiaux.
La valeur de l’angle doit être choisie en fonction du pas de déplacement et des dimensions d’un motif.
Vérifier l’ordonnancement des voies et l’uniformité des signaux obtenus sur ces voies.
Dans le cas des configurations complexes, le mode opératoire de vérification est laissé à l’initiative du
fabricant.
Le cas des capteurs statiques dans lesquels le balayage est effectué électroniquement n’est pas couvert
par ce mesurage; un mode opératoire doit être produit au cas par cas.
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6.1.6 Diaphonie
Il existe toujours une diaphonie dans les capteurs multiéléments. En réalité, elle est atténuée par le
multiplexage d’éléments non adjacents afin d’obtenir un rapport signal/bruit acceptable.
Le niveau de diaphonie acceptable dépend fortement de l’application; par conséquent, le présent
document ne peut donner aucun critère d’acceptation.
6.2 Caractéristiques fonctionnelles
6.2.1 Généralités
Le présent document caractérise les types de capteurs multiéléments couramment utilisés. Les capteurs
qui sont conçus pour des applications spéciales (inhabituelles) doivent être caractérisés conformément
à un document d’application qui suit la méthodologie du présent document. Les caractéristiques
décrites dans le présent document peuvent donner des informations utiles pour de tels capteurs.
Les caractéristiques fonctionnelles sont définies pour deux classes de capteurs multiéléments: les
palpeurs et les capteurs axiaux.
6.2.2 Conditions de mesurage
6.2.2.1 Généralités
Un appareil à courants de Foucault multivoies adapté aux capteurs multiéléments et conforme aux
caractéristiques de l’ISO 15548-1, peut être utilisé sous réserve qu’il possède la précision requise.
De manière alternative, une instrumentation suffisante qui comprendrait un générateur de
tension/courant, un amplificateur à détection synchrone et un voltmètre, un oscilloscope ou un
numériseur, peut être utilisée.
Lorsque le capteur ne possède pas de câble de connexion, les caractéristiques du câble utilisé pour les
mesurages doivent être documentées.
Les caractéristiques du capteur sont mesurées sur l’intervalle de fréquences spécifié par le fabricant
du capteur et en utilisant des blocs de référence contenant des caractéristiques connues telles que des
entailles et des trous.
Les blocs de référence doivent être réalisés conformément aux spécifications du document d’application,
concernant le matériau, les propriétés métallurgiques et l’état de surface. La géométrie doit répondre
aux exigences des paragraphes suivants. Si nécessaire, les blocs réalisés en matériau ferromagnétique
peuvent être démagnétisés avant utilisation.
Le bloc de référence peut être remplacé par tout autre élément, dont l’équivalence par rapport à la
caractéristique mesurée doit être démontrée (autres blocs, circuit électrique, enroulement, bille, etc.).
La présence d’un champ électromagnétique ou de matériau ferromagnétique dans la zone d’influence
du capteur peut influencer les caractéristiques fonctionnelles. Des précautions doivent être prises pour
éviter de tels effets lor
...