L’attività in oggetto si colloca nel Work Package 1.2. del progetto SENNA – Sottoprogetto SIN – del 2° Periodo della Ricerca di Sistema, il cui specifico obiettivo è svolgere un’indagine sulla possibilità di sviluppare un sensore innovativo, che utilizzi un dispositivo GMR (Giant MagnetoResistance) come sensore di campo magnetico, per la messa a punto di una metodologia di diagnosi di tipo non distruttivo in grado di rilevare e dimensionare, in modo affidabile e preciso, piccoli difetti subsuperficiali, tipicamente nelle parti calde delle turbine a gas dove, per le sollecitazioni presenti, possono risultare critiche anche piccole cricche, di pochi decimi di altezza poste a profondità di qualche millimetro, e dove le metodologie attuali d’indagine risultano poco efficaci. I risultati illustrati nel presente rapporto corrispondono alla seconda fase di attività (Milestone 1.2.2) e riguardano sostanzialmente la realizzazione di nuovi sensori prototipo, derivati per evoluzione del primo esemplare realizzato nell’ambito della Milestone 1.2.1 e la loro caratterizzazione sperimentale, finalizzata a determinarne le prestazioni diagnostiche (in termini di sensibilità a difetti di diversa profondità), e a confrontarle con quelle dei sensori a correnti indotte convenzionali attualmente disponibili. Per rendere più agevole l’attività sperimentale la catena strumentale di laboratorio costituita da amplificatore lock-in e generatore di segnale, utilizzata per le prime prove (Milestone 1.2.1), è stata sostituita dal modulo per misure a correnti indotte a scansione di frequenza facente parte del sistema FSECT già impiegato per il controllo dei rivestimenti metallici per alta temperatura. Per consentire l’interfacciamento dei sensori GMR sono state apportate al suddetto modulo modifiche hardware consistenti nell’adattamento dello stadio di preamplificazione e nella realizzazione di un semplice modulo utile alla polarizzazione dei sensori. È stata inoltre implementata una funzione software che consente di registrare in continua l’ampiezza del segnale in funzione della posizione della sonda rispetto al difetto. L’attività sperimentale condotta con tre differenti configurazione di sensore su blocchi campione contenenti intagli di diversa profondità e lunghezza ha consentito di trarre utili informazioni sulla profondità massima di ispezione e sulla risoluzione di misura in funzione di parametri di progetto delle sonde quali le dimensioni della bobina trasmittente ed il materiale dello schermo.

Dal confronto con le prestazioni di sensori convenzionali risultano confermati i vantaggi della tecnologia GMR per quanto riguarda la sensibilità del sensore e l’uniformità della risposta in frequenza, parametri essenziali per garantire la massima profondità di ispezione, mentre si ritiene necessario migliorare ulteriormente la risoluzione di misura, come evidenziato dalla carenza nella rilevazione di difetti profondi (posti a 3 mm dalla superficie di ispezione) e di lunghezza ridotta (2 mm o inferiore). Parallelamente all’attività sperimentale è stato sviluppato un modello di calcolo che ha consentito di determinare per via di simulazione la sensibilità di un controllo basato su sensore GMR e di sviluppare adeguati algoritmi di elaborazione del segnale per la corretta descrizione delle caratteristiche posizionali e dimensionali del difetto, confermando la fattibilità di principio del controllo in oggetto. L’opportunità di una preventiva caratterizzazione funzionale per via modellistica è suggerita sia da motivi di economia (un’estesa caratterizzazione funzionale per via sperimentale è onerosa), sia da motivi di ordine tecnico (lo sviluppo di algoritmi efficaci per la caratterizzazione del difetto presuppone una conoscenza estesa della fenomenologia in gioco). La simulazione ha consentito di trarre utili conclusioni sulla dipendenza del segnale fornito dal sensore GMR dalle caratteristiche geometriche fondamentali della cricca (schematizzata come discontinuità bidimensionale di forma rettangolare, normale alla superficie del componente, caratterizzata dalla posizione dell’apice superiore e dall’altezza del difetto), dalla frequenza d’indagine e dalla posizione del sensore rispetto alla cricca. L’attività modellistica è stata illustrata separatamente nel Rapporto CESI A4/504961 “Modellizzazione della risposta di sensori magnetici di tipo GMR in presenza di cricche subsuperficiali” – Giugno 2004.