Μετρήσεις Ασθενών Μεγεθών
[Αναλυτική Παρουσίαση της Μονάδας]
Ένας στρατηγικός άξονας ανάπτυξης του εργαστηρίου ΗΔΥλ είναι η διεξαγωγή μετρήσεων χαμηλού επιπέδου και ο σχεδιασμός ηλεκτρονικών συστημάτων και πρωτοκόλλων που επιτρέπουν τέτοιες μετρήσεις. Οι στόχοι της ομάδας περιλαμβάνουν:
- Ανίχνευση σημάτων πολύ χαμηλής στάθμης κυρίως για πρωτότυπα κα ιμεθόδους μη καταστροφικών δοκιμών (NDT) όταν τα υλικά υποβάλλονται σε μηχανική φόρτιση. Η πειραματική τεχνική Ηλεκτρικών σημάτων διεγειρόμενων από μηχανική καταπόνηση (PSC) προτάθηκε από το ΗΔΥλ το 2000.
- Η τεχνική ανίχνευσης ακουστικών εκπομπών (ΑΕ) χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της εσωτερικής πυκνότητας βλάβης.
- Μετρήσεις πολύ χαμηλών και πολύ υψηλών αντιστάσεων.
- Μετρήσεις ασθενών ηλεκτρικών ρευμάτων και τάσεων.
- Σχεδιασμός και πρωτυποποίηση νέων ηλεκτρονικών συσκευών και συστημάτων μέτρησης.
- Εφαρμογή των τεχνικών Ηλεκτρικής Τομογραφίας Εδάφους και Γεω-ραντάρ Ηλεκτρομαγνητικού παλμού
Τα δεδομένα αναλύονται και επεξεργάζονται χρησιμοποιώντας μαθηματικά εργαλεία για την επεξεργασία σήματος υπό την οπτική των σύνθετων δυναμικών συστημάτων και της μη εκτεταμένης στατιστικής φυσικής.
Στο Εργαστήριο πραγματοποιούνται εργαστηριακά πειράματα που ανιχνεύουν εκπομπές ηλεκτρικών σημάτων όταν ένα υλικό υποβάλλεται σε μηχανική καταπόνηση με διάφορους τρόπους (π.χ. θλιπτικά ή καμπτικά μηχανικά φορτία). Η πειραματική αυτή τεχνική έχει καταγραφεί στη βιβλιογραφία με τον όρο Pressure Stimulated Currents (PSC). Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην ανάδειξη των ηλεκτρικών εκπομπών όταν τα δοκίμια πλησιάζουν στο όριο θραύσης.
Η τεχνική PSC έχει εφαρμοστεί σε σειρά φυσικών λίθων αμφιβολίτες αλλά και σε δοκίμια υλικών με βάση το τσιμέντο.
Παράλληλα καταγράφονται και οι αντίστοιχες ακουστικές εκπομπές και επιχειρείται η συσχέτιση τους με τις αντίστοιχες ηλεκτρικές εκπομπές.
Οι ηλεκτρικές και ακουστικές καταγραφές αναλύονται και διερευνώνται υπό το πρίσμα προηγμένων μαθηματικών εργαλείων επεξεργασίας σήματος, καθώς επίσης και μέσα από την οπτική των πολύπλοκων δυναμικών συστημάτων και της μη εκτατικής στατιστικής φυσικής, στοχεύοντας να περιγράψουν τις φυσικές διεργασίες και αλληλεπιδράσεις κατά τη προετοιμασία της θραύσης. Με αυτή την προσέγγιση αναδεικνύονται με σαφήνεια οι διαδικασίες της παραμόρφωσης και της δημιουργίας και ανάπτυξης micro – και macro-cracks (fracture) στα υλικά με δυνητικές εφαρμογές σε μέσο-, και μακρο- κλίμακα.
Ένας από τους στόχους της ανωτέρω έρευνας είναι η αξιοποίηση της τεχνικής PSC ως ένα πρακτικά αξιοποιήσιμο εργαλείο ελέγχου της μηχανικής κατάστασης του υλικού και η ανάδειξη μιας μη καταστροφικής μεθόδου (NDT), που θα ελέγχει τα επίπεδα και τις καταστάσεις καταστροφικότητας των δειγμάτων.
Οι δραστηριότητες της μονάδας συντονίζονται από τον Καθηγητή Ηλία Σταύρακα.
Υποδομή σε εργαστηριακό εξοπλισμό
Η πραγματοποίηση των πειραμάτων υποστηρίζεται σειρά επιστημονικών οργάνων. Στην τεχνική των ρευμάτων διεγειρόμενων από πίεση (PSC) τα εκπεμπόμενα ηλεκτρικά ρεύματα ανιχνεύονται με τη χρήση προγραμματιζόμενων ευαίσθητων ηλεκτρόμετρων της εταιρίας Keithley και συγκεκριμένα τα μοντέλα 617 και 6514 Α. Υπάρχει επιπλέον η δυνατότητα ταυτόχρονης καταγραφής του ηλεκτρικού ρεύματος από 10 διαφορετικά κανάλια μέσω της κάρτας σάρωσης μοντέλο 6521 της εταιρίας Keithley καθώς και σύστημα μέτρησης υψηλών αντιστάσεων (Model 6517A Electrometer/High-Resistance Meter, Model 6517A) που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ωμικής αντίστασης των δοκιμίων κατά τη διάρκεια εφαρμογής μηχανικής καταπόνησης. Η μηχανική καταπόνηση εφαρμόζεται στα δοκίμια τα οποία είναι τοποθετημένα σε ηλεκτρομαγνητικά θωρακισμένο θάλαμο από την αυτοματοποιημένη μηχανή εφαρμογής μηχανικού φορτίου (INSTRON – 300DX) μέγιστης δύναμης 300kN. Τέλος υπάρχει εγκατεστημένο και σύστημα ανίχνευσης και μέτρησης ακουστικών εκπομπών κατά τη διάρκεια εφαρμογής μηχανικής δύναμης σε ψαθυρά υλικά .
Το σύστημα υποστηρίζει έξι κανάλια καταγραφής ΑΕ (μοντέλο PCI-2) και έχει κατασκευαστεί από την εταιρία Physical Acoustic Corporation. Το εργαστήριο διαθέτει σύστημα δημιουργίας επαφών με την τεχνική της εξάχνωσης για δείγματα με διαστάσεις μέγιστης ακτίνας 25 εκατοστών της εταιρίας NORM – EVP 3030-80. Ο παραπάνω εξοπλισμός είναι διασυνδεδεμένος με τα απαραίτητα υπολογιστικά συστήματα και συνοδεύεται από το εξειδικευμένο λογισμικό των αντίστοιχων εταιριών. Για το σύστημα μέτρησης των ακουστικών εκπομπών υπάρχει και επιπλέον λογισμικό που δίνει τη δυνατότητα της επεξεργασίας των μετρήσεων με μεθόδους όπως Νευρωνικά δίκτυα και ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων.