NONDESTRUCTIVE TESTING HANDBOOK -
Electromagnetic Testing
Manual de Ensaio Não Destrutivo - Ensaio Eletromagnético
- Parte 1. Teoria Eletromagnética
- Primeiras Observações da Atração
Magnética
- Benjamin Franklin
- Desenvolvimento da Corrente Induzida no Século 19
- Örsted Descobre o Campo Magnético a Partir da
Corrente Elétrica
- Experiências de Ampere
- Lei da Indução Eletromagnética de Faraday
- Indução de Circuitos em Movimento
- Legado de Faraday
- Lenz, Neumann e Helmholtz
- Equações de Maxwell
- Parte 2. Desenvolvimento Industrial dos
Ensaios Eletromagnéticos
- Ensaio de Correntes Parasitas de Hugues
- Detector Metálico Eletromagnético de Bell
- Primeiros Ensaios com Correntes Parasitas e Perdas
por Histerese em Lâminas de Aço
- Vetores de Steinmetz
- Primeiros Desenvolvimentos Industriais de
Comparadores da Indução Eletromagnética
- Desenvolvimentos Americanos de Ensaio
Eletromagnéticos em Produtos de Aço
- Desenvolvimentos em Ensaios de Indução
Eletromagnética
- Friedrich Förster
- Proliferação dos Aparelhos de Correntes Parasitas
- Ensaio Não Destrutivo com Microondas
1 TEORIA ELETROMAGNÉTICA
Este
capítulo foi publicado anteriormente em um artigo de Robert McMaster
e na segunda edição do Manual de Ensaios Não Destrutivos (R01)(R02).
Este capítulo aborda os desenvolvimentos da indução eletromagnética
antes de 1960 e termina com uma breve discussão sobre os ensaios por
micro-ondas antes de 1980.
1.1 Primeiras Observações da Atração
Magnética
É
provável que nenhuma outra forma de ensaio não destrutivo tenha uma
história de criatividade científica e desenvolvimento prático
comparável à indução eletromagnética e aos ensaios por correntes
parasitas.
O
ensaio eletromagnético é o mais antigo entre todos os métodos
de ensaio não destrutivo. Tales de Mileto (século VI a.C.) foi o
primeiro a registrar que o atrito do âmbar induzia um estado no qual o
âmbar atraía outros objetos leves. A palavra grega para âmbar é
elétron. Tales também mencionou os notáveis poderes da magnetita
(óxido de ferro), também conhecida como pedra-ímã, devido ao local onde
foi encontrada: Magnésia, na Tessália. (R03)
Demócrito
(cerca de 400 a.C.) apresentou conceitos sobre a estrutura atômica da
matéria. Seus seis princípios foram listados por John Tyndall e citados
por Robert A. Millikan. O quinto princípio afirma que “as variedades de
todas as coisas dependem das variedades de seus átomos, em número,
tamanho e agregação”. (R03) Muitos ensaios eletromagnéticos visam
identificar os átomos específicos nos materiais ensaiados e as
descontinuidades que ocorrem nas estruturas quando átomos necessários
estão ausentes ou separados de seus vizinhos.
Por
volta de 1200 D.C., o uso da bússola magnética foi relatado na China.
Quase na mesma época, Alexander Neckam, um inglês, também relatou o uso
da bússola na navegação. (RC4) No ano de 1600, William Gilbert, médico
da rainha Elizabeth I da Inglaterra, escreveu em seu livro De Magnete
uma descrição abrangente de seus 18 anos de experimentos e sua teoria
do magnetismo. (R05)
1.1.1 Benjamin Franklin
Robert
A. Millikan, em sua obra "Early Views of Electricity" (Primeiras Visões
da Eletricidade), afirma que não existiam "teorias elétricas de
qualquer tipo" antes de Benjamin Franklin, que por volta de 1747
observou que "a matéria elétrica consiste em partículas extremamente
sutis, uma vez que pode permear a matéria comum, mesmo a mais densa,
com tanta liberdade e facilidade que não recebe nenhuma resistência
apreciável". (R03)
Franklin
"reconheceu dois tipos de eletrificação e introduziu os termos positivo
e negativo para distingui-los. Ele arbitrariamente chamou de
eletrificado positivamente qualquer corpo que fosse repelido por uma
haste de vidro que tivesse sido esfregada com seda e eletrificado
negativamente se fosse repelido por cera de lacre que tivesse sido
esfregada com pelo de gato. Essas são hoje as nossas definições de
cargas elétricas positivas e negativas". (R03)
1.2 Desenvolvimento da Corrente Induzida no Século 19 A
indução eletromagnética não foi observada nem explicada antes do século
XIX. James Clerk Maxwell (ver Fig. 1), em sua notável obra em dois
volumes,
Um Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo (R06), resumiu os primeiros 50 anos desse desenvolvimento.
Figura 1. James Clerk Maxwell.
1.2.1 Örsted Descobre o Campo Magnético a Partir da
Corrente Elétrica
Maxwell
explica que “conjecturas de vários tipos haviam sido feitas sobre a
relação entre magnetismo e eletricidade, mas as leis desses fenômenos e
a forma dessas relações permaneceram totalmente desconhecidas até que
Hans Christian Örsted [Fig. 2a], em uma palestra particular para alguns
alunos avançados em Copenhague, observou que um fio conectando as
extremidades de uma bateria voltaica afetava um ímã em sua
proximidade”. O relato publicado por Örsted em 1820 observa que “a
própria corrente... era a causa da ação, e que o 'conflito elétrico age
de maneira rotativa, isto é, que um ímã colocado próximo a um fio que
transmite corrente elétrica tende a se posicionar perpendicularmente ao
fio, e com a mesma extremidade sempre apontando para a frente à medida
que o ímã é movido ao redor do fio. ... O espaço no qual essas forças
atuam pode, portanto, ser considerado como um campo magnético” (Fig.
2b). A descoberta de Orsted significou que “as linhas de força
magnética estão em todos os lugares em ângulos retos com os planos
traçados através do fio e, portanto, são círculos, cada um em um plano
perpendicular ao fio” passando pelo centro do plano. (R06)
Figura 2. Hans Christian Örsted:
(a) com estudantes Örsted decobru o efeito magnético da corrente elétrica com uma bússola quando o circuito é fechado;
(b) a observção de Örsted foi que a agulha da bússola se move para uma
direção perpendicular a direção da corrente quando aproximada do fio.
1.2.2 Experiências de Ampere
Em
seu primeiro experimento, André Marie Ampère (Fig. 3a) mostrou que duas
correntes equivalentes próximas e fluindo em direções opostas se
neutralizam (Fig. 3b). Maxwell explica que um fio isolado pode ser
enrolado sobre si mesmo de modo a não ter efeito sobre o equilíbrio
astático: “Este princípio é de grande importância na construção de
aparelhos elétricos, pois proporciona os meios de conduzir a corrente
para e de qualquer galvanômetro ou outro instrumento de tal forma que
nenhum efeito eletromagnético seja produzido pela corrente em sua
passagem para e do instrumento.” (R06) Técnicas como esta são comumente
usadas para conectar instrumentos a bobinas de detecção ou detectores
semicondutores para detectar sinais de ensaio do campo magnético de
correntes parasitas. Em frequências mais altas, a blindagem por
condutores concêntricos, geralmente aterrados em uma extremidade,
auxilia na prevenção de sinais interferentes de campos eletromagnéticos
ambientais ou movimento de peças de máquinas ferromagnéticas ou objetos
dos ensaiados.
Figura 3. André Marie Ampere:
(a) retrato;
(b) Esquema de Maxwell ilustrando o arranjo básico de ensaio com uma bobina de balanço.
O
segundo experimento de Ampere envolveu caminhos tortuosos de correntes.
Maxwell explica que “um dos fios é dobrado e torto, apresentando uma
série de pequenas sinuosidades, mas de forma que, em todo o seu
percurso, permanece muito próximo do fio reto. ... Uma corrente que
flui através do fio torto e retorna através do fio reto não influencia
o equilíbrio astático. Isso prova que o efeito da corrente que percorre
qualquer parte torta do fio é equivalente à mesma corrente que percorre
a linha reta que une suas extremidades, desde que a linha torta não
esteja, em nenhum ponto do seu percurso, muito distante da linha reta.
Portanto, qualquer pequeno elemento de um circuito é equivalente a dois
ou mais 'elementos componentes', sendo a relação entre os elementos
componentes e o elemento resultante a mesma que a relação entre os
deslocamentos ou velocidades componentes e resultantes. (R06)
Este
princípio básico tem sido geralmente ignorado em relação à sua
importância na detecção de descontinuidades muito pequenas que
distorcem localmente os caminhos de fluxo das correntes parasitas. Uma
bobina de ensaio circular, por exemplo, produz um caminho de fluxo
circular espelhado de correntes parasitas no material ensaiado
adjacente. Pequenos desvios e excursões de correntes parasitas em um
caminho verdadeiramente circular terão pouco efeito em bobinas sensoras
relativamente grandes, mas pequenos detectores semicondutores
podem ter uma sensibilidade muito maior a pequenas distorções do campo
magnético da corrente parasita. O terceiro experimento de Ampère
demonstrou que correntes externas ou ímãs não tinham tendência a mover
um condutor reto percorrido por corrente na direção de seu comprimento.
O quarto experimento mostrou que a força que atua entre duas espiras
adjacentes percorridas por corrente varia com o quadrado da distância
entre as duas espiras. (R06)
1.2.3 Lei da Indução Eletromagnética de Faraday
Em
1831, Joseph Henry, nos Estados Unidos, e Michael Faraday (Fig. 4), na
Inglaterra, descobriram a indução eletromagnética. Maxwell observa que
“Faraday, que já vinha há algum tempo tentando produzir correntes
elétricas por ação magnética ou elétrica, descobriu as condições da
indução magnetoelétrica. O método que Faraday utilizou em suas
pesquisas consistia em recorrer constantemente à experimentação como
meio de testar a veracidade de suas ideias e em cultivar constantemente
ideias sob a influência direta da experimentação.” Como Faraday discute
“tanto seus experimentos mal sucedidos quanto os bem sucedidos, e suas
ideias rudimentares quanto as desenvolvidas”, o leitor pode sentir
“simpatia ainda mais do que admiração, e é tentado a acreditar que, se
tivesse a oportunidade, também seria um descobridor. Todo estudante...
deveria estudar Faraday para o cultivo de um espírito científico, por
meio da ação e reação que ocorrerá entre os fatos recém-descobertos,
apresentados a ele por Faraday, e as ideias nascentes de sua própria
mente. (R06)
Figura 4. Michael Faraday, evidentemente segurando um imã.
O
método de Faraday parece estar intimamente relacionado ao método das
equações diferenciais parciais e integrações em todo o espaço. “Ele
nunca considera os corpos como existindo sem nada entre eles além de
sua distância, e agindo uns sobre os outros de acordo com alguma função
dessa distância. Ele concebe todo o espaço como um campo de força,
sendo as linhas de força em geral curvas, e aquelas devidas a qualquer
corpo estendendo-se a partir dele em todos os lados, suas direções
sendo modificadas pela presença de outros corpos. Ele chega a falar das
linhas de força pertencentes a um corpo como sendo, em certo sentido,
parte dele mesmo, de modo que, em sua ação sobre corpos distantes, não
se pode dizer que atue onde não atua. Essa, porém, não é uma ideia
dominante em Faraday. Ele provavelmente teria dito que o campo do
espaço está repleto de linhas de força, cuja disposição depende da dos
corpos no campo, e que a ação mecânica e elétrica sobre cada corpo é
determinada pelas linhas que o incidem." (R06)
Maxwell
descreve a primeira forma da lei de Faraday: “O circuito primário é
conectado a uma bateria voltaica pela qual a corrente primária pode ser
produzida, mantida, interrompida ou invertida. O circuito secundário
inclui um galvanômetro”, que é posicionado de forma que a corrente
primária não o afete. Partes das correntes primária e secundária são
fios retos colocados em paralelo e próximos uns dos outros.
Quando
uma corrente é repentinamente enviada através do circuito primário,
Maxwell explica: “o galvanômetro do circuito secundário indica uma
corrente no fio reto secundário na direção oposta. Esta é chamada de
corrente induzida. Se a corrente primária for mantida constante, a
corrente induzida desaparece rapidamente e a corrente primária parece
não produzir nenhum efeito no circuito secundário. Se a corrente
primária for interrompida, observa-se uma corrente secundária, que está
na mesma direção da corrente primária. Cada variação da corrente
primária produz uma força eletromotriz no circuito secundário. Quando a
corrente primária aumenta, a força eletromotriz está na direção oposta
à da corrente. Quando diminui, a força eletromotriz está na mesma
direção da corrente. ... Esses efeitos de indução são aumentados
aproximando-se os dois fios. Eles também são aumentados formando duas
bobinas circulares ou espirais colocadas próximas uma da outra, e ainda
mais colocando-se uma barra de ferro ou um feixe de fios de ferro
dentro das bobinas.” (R06)
Este
experimento demonstra os princípios fundamentais para o uso de bobinas
de magnetização nos ensaios de correntes parasitas. A necessidade de uma
corrente primária variável no tempo é claramente indicada. A vantagem
do acoplamento próximo ou do espaçamento entre a bobina de magnetização
e a superfície do metal ensaiado também é demonstrada. Isso se traduz
no controle do afastamento das bobinas de ensaio e na preferência por
altos fatores de enchimento da bobina de correntes
parasitas envolvente. A necessidade de corrente primária
pulsante ou alternada também se torna evidente. Finalmente, são
sugeridas as vantagens do uso de núcleos de ferrite ou ferro em bobinas
de ensaio de correntes parasitas. Os sistemas de ensaio de correntes
parasitas do início do século XXI fazem pleno uso de cada um desses
princípios, enunciados claramente por Faraday em 1831.
1.2.4 Indução de Circuitos em Movimento
Faraday
descobriu que, ao mover o circuito primário em direção ao circuito
secundário, uma corrente poderia ser induzida no circuito secundário em
direção oposta à da corrente primária. Da mesma forma, Faraday
descobriu que mover o circuito secundário em direção ao primário induz
uma corrente oposta à da corrente primária. Além disso, mover o
circuito secundário para longe do primário induz uma corrente na mesma
direção da corrente primária. Maxwell explica que “a direção da
corrente secundária é tal que a ação mecânica entre os dois condutores
é oposta à direção do movimento, sendo uma repulsão quando os fios se
aproximam e uma atração quando se afastam” (R06). Essa força
eletromotriz foi observada por Faraday, mas recebeu um tratamento mais
sistemático por H.F. Lenz (veja abaixo).
Três
princípios estão implícitos no conceito de indução por movimento do
circuito primário. O primeiro é que correntes secundárias polarizadas e
direcionais podem ser induzidas movendo-se uma corrente primária
retilínea sobre uma superfície condutora ensaiada. Em segundo lugar,
uma corrente alternada pode ser induzida em um circuito secundário
condutor ou em um material ensaiado quando uma bobina primária com
corrente constante é movida ciclicamente para cima e para baixo ou de
um lado para o outro sobre uma bobina secundária ou uma superfície
condutora ensaiada. Um terceiro conceito implícito na técnica de
indução a partir de um circuito primário em movimento seria o uso de
detectores de campo magnético de corrente contínua para medir a
intensidade da corrente secundária ou das correntes parasitas em um
material condutor, abaixo ou em atraso em relação à bobina primária em
movimento.
Um
exemplo prático de teste por meio do movimento do circuito secundário
seria o movimento rápido de um material condutor ensaiado, como uma
chapa metálica em uma laminador, passando por uma bobina de ensaio de
corrente contínua estacionária, induzindo um fluxo de corrente no
material tanto na aproximação quanto na saída da área dessa
magnetização local. Detectores do campo de correntes parasitas em
qualquer uma das localizações podem responder a descontinuidades locais
ou variações nas propriedades do material que influenciam a amplitude e
a distribuição das correntes parasitas.
Faraday
também descobriu que a corrente podia ser induzida pelo movimento
relativo de um ímã e do circuito secundário. Maxwell explica que “se
substituirmos o circuito primário por uma casca magnética, cuja borda
coincide com o circuito, cuja intensidade é numericamente igual à da
corrente no circuito e cuja face austral corresponde à face positiva do
circuito, então os fenômenos produzidos pelo movimento relativo dessa
casca e do circuito secundário são os mesmos que os observados no caso
do circuito primário”. A bobina dos exemplos anteriores pode ser
substituída por um ímã permanente quando houver movimento relativo
entre o ímã e o material ensaiado no ensaios de correntes parasitas,
desde que se consiga atingir intensidade e velocidade de movimento
adequadas para a corrente secundária.
1.2.5 Legado de Faraday
Maxwell
finalmente enuncia a “verdadeira lei da indução magnetoelétrica” nos
seguintes termos: “A força eletromotriz total que atua em um circuito
em qualquer instante é medida pela taxa de diminuição do número de
linhas de força magnética que o atravessam. ... A integral temporal da
força eletromotriz total que atua em qualquer circuito, juntamente com
o número de linhas de força magnética que o atravessam, é uma grandeza
constante.” Essa grandeza “pode até ser chamada de grandeza fundamental
na teoria do eletromagnetismo”. Faraday reconheceu “no circuito
secundário, quando em um campo eletromagnético, uma 'condição elétrica
peculiar da matéria', à qual deu o nome de Estado Eletrotônico.” (R06)
Essa grandeza parece ser semelhante ao conceito de fluxo magnético,
medido pelo produto do número de espiras do enrolamento e o fluxo
magnético total contido no enrolamento.
A
obra em dois volumes de Michael Faraday, "Experimental Researches in
Electricity" (Pesquisas Experimentais em Eletricidade), influenciou
inúmeros pesquisadores e inventores na Europa e nos Estados Unidos,
desde a década de 1830 até o final do século XIX. Isso levou muitos
outros a experimentarem com efeitos eletromagnéticos e a desenvolverem
diversas invenções fundamentais, como o telégrafo de Morse, o telefone
de Bell e os muitos aprimoramentos de Edison nos sistemas de
comunicação telegráfica, telefônica, de alarme de incêndio e de cotação
de ações. Em 1831, Faraday também apresentou à Royal Society um gerador
homopolar (um disco girando entre os polos de um grande ímã em forma de
ferradura) para converter energia mecânica em energia elétrica.
A
influência de Faraday sobre inventores com pouca ou nenhuma formação
científica foi enorme, pois seus relatos de experimentos não utilizavam
fórmulas matemáticas complexas. Para inventores como Thomas Edison,
Faraday parecia ser o mestre dos experimentos, cujas anotações de
laboratório transmitiam o mais alto entusiasmo intelectual — e também
esperança. As explicações de Faraday eram simples, imbuídas de um
espírito de honestidade e humildade perante a Natureza. Para Faraday,
as leis naturais eram reveladas por meio da experimentação. Para os
inventores americanos, Faraday, pobre e autodidata, indiferente a
dinheiro ou títulos, exemplificava a ética de um verdadeiro homem da
ciência, a quem outros poderiam emular. Assim, durante o período de
1831 a cerca de 1875, as invenções feitas com base nas pesquisas de
Faraday foram frequentemente desenvolvidas por tentativa e erro,
empiricamente e passo a passo.
1.2.6 Lenz, Neumann e Helmholtz
Em
1834, Heinrich Friedrich Lenz descreveu a força eletromotriz — a
relação, nas palavras de Maxwell, “entre os fenômenos da ação mecânica
das correntes elétricas, conforme definido pela fórmula de Ampère, e a
indução de correntes elétricas pelo movimento relativo dos
condutores”.(R06) De maneira mais geral, a lei de Lenz afirma que o campo
eletromagnético atuará de modo a se opor ou resistir a qualquer esforço
feito para alterar sua intensidade ou configuração. Quando o movimento
mecânico causa a mudança, a força mecânica desenvolvida dentro do
sistema se oporá à mudança. Se o movimento mecânico estiver ausente,
serão induzidas forças eletromotrizes que tendem a manter o "status quo",
ou seja, a manter o fluxo magnético total no sistema.
Com
base na lei de Lenz, Franz E. Neumann formulou, em 1845, sua teoria
matemática da indução, que, na prática, como diz Maxwell, “completa
para a indução de correntes o tratamento matemático que Ampère havia
aplicado à sua ação mecânica”.
Na
opinião de Maxwell, “um passo de importância científica ainda maior”
foi a derivação, por Hermann L. von Helmholtz, em 1847, das leis da
indução a partir das leis da conservação da energia. Ele e William
Thompson, trabalhando independentemente, mostraram “que a indução de
correntes elétricas descoberta por Faraday poderia ser deduzida
matematicamente das ações eletromagnéticas descobertas por Örsted e
Ampère pela aplicação do princípio da Conservação da Energia”. (R06)
1.2.7 Equações de Maxwell
James
Clerk Maxwell concebeu e publicou o abrangente conjunto de relações
para o campo eletromagnético conhecido como equações de Maxwell, que
representam matematicamente quase todo o conhecimento atual sobre o
assunto. A notável conquista de Maxwell, ao integrar o conhecimento
disponível sobre circuitos e campos eletromagnéticos, fornece a base
para a análise de todos os problemas básicos de correntes parasitas e
indução eletromagnética — e para a maior parte da teoria
eletromagnética moderna.
Essas
equações simples, tanto na forma integral quanto na diferencial, foram
derivadas pelos métodos de Lagrange, utilizando relações do cálculo de
variações. Soluções para campos alternados também estão disponíveis
para muitas configurações dos campos. É interessante notar que técnicas
mais simples, utilizando um mapa operacional, foram desenvolvidas para
apresentar esses tipos de equações e suas derivações de forma
simplificada para uso por estudantes de engenharia do segundo ano. As
equações estão disponíveis em quase todos os livros-texto básicos sobre
o campo eletromagnético. Kelvin desenvolveu as soluções da equação de
Bessel para os casos de bobinas de ensaio e forneceu as funções de
Kelvin, a partir das quais casos simples podem ser facilmente
calculados manualmente ou com computador.
Desde
1900, físicos e pesquisadores nas áreas de eletricidade e magnetismo
têm se dedicado às aplicações da teoria de Maxwell. No entanto, ninguém
concebeu qualquer nova lei significativa a ser adicionada aos
princípios de Maxwell, com a possível exceção da teoria da relatividade
de Einstein, que estende a teoria do campo eletromagnético
tridimensional para um contexto quadridimensional, incluindo o tempo.
2. DESENVOLVIMENTO INDUSTRIAL DOS ENSAIOS ELETROMAGNÉTICOS
Os
ensaios eletromagnéticos, desde 1880, evoluíram de dispositivos
relativamente simples para caracterização de metais para ensaios por
micro-ondas e sistemas sofisticados com análise de fase em quadratura.
Grande parte desse desenvolvimento foi documentada em patentes e
resumida em outros trabalhos. (R07) Em 1868, uma publicação britânica
de engenharia relatou que descontinuidades estavam sendo localizadas em
canos de armas usando uma bússola magnética para registrar o fluxo.
(R08)
2.1 Ensaio de Correntes Parasitas de Hugues
Alexander
Graham Bell inventou e patenteou o primeiro telefone prático em 1876.
Em 1879, David E. Hughes usou o telefone como um dispositivo indicador
para detectar desequilíbrio entre dois pares de bobinas de indução com
as quais realizava ensaios comparativos de correntes parasitas em
moedas. Em sua demonstração e relatório para a Sociedade Física, ele
afirmou que “se introduzirmos em um par de bobinas de indução qualquer
corpo condutor... correntes elétricas são estabelecidas nesses corpos,
reagindo tanto nas bobinas primárias quanto nas secundárias, produzindo
correntes extras cujas forças serão proporcionais à massa e ao seu
poder condutor específico”. Duas moedas de um xelim idênticas “ficarão
completamente equilibradas” se uma for colocada no centro de cada
bobina. “Se, no entanto, essas moedas estiverem minimamente desgastadas
ou tiverem uma temperatura diferente, percebemos imediatamente essa
diferença.” Hughes chamou seu aparelho de “um detector de moedas rápido
e perfeito” que poderia “testar qualquer liga, fornecendo
instantaneamente seu valor elétrico”. (R09)
Hughes
então mediu a condutividade elétrica de diferentes metais, usando o
cobre como valor de referência de 100, produzindo uma série de valores
semelhantes aos valores de condutividade expressos no final do século
XX como porcentagens do Padrão Internacional de Cobre Recozido (IACS).
Ele também realizou ensaios em materiais ferromagnéticos que
diferenciavam entre ferro macio e aço duro. Finalmente, Hughes forneceu
curvas mostrando os efeitos de diferentes porcentagens de elementos de
liga (prata-ouro, cobre-estanho e estanho-chumbo). Dessa forma, ele
estabeleceu os princípios básicos de teste e interpretação dos modernos ensaios de correntes parasitas e indução magnética.
2.2 Detector Metálico Eletromagnético de Bell
After consultation with Hughes, Bell used
an induction sensing device to look for a
bullet in United States President
James A. Garfield after he was shot in
1881 (Fig. 5). The attempt was a failure,
probably because signals from bedsprings
interfered with the test. (R10)
Após
consulta com Hughes, Bell usou um dispositivo de detecção por indução
para procurar uma bala no presidente dos Estados Unidos, James A.
Garfield, depois que ele foi baleado em 1881 (Fig. 5). A tentativa foi
um fracasso, provavelmente porque os sinais das molas da cama
interferiram no teste. (R10)
Figura 5. Alexander Graham Belle seu assistente procurando a bala no Presidente James A. Garfield.
2.3 Primeiros Ensaios com Correntes Parasitas e Perdas
por Histerese em Lâminas de Aço
O
interesse prático ativo em técnicas eletromagnéticas para seleção de
materiais e detecção de descontinuidades não resultou em muitos
dispositivos de ensaio úteis antes do século XX. No entanto, numerosos
desenvolvimentos (incluindo sistemas de energia elétrica em corrente
alternada, transformadores e outras máquinas de indução) forneceram uma
base para o projeto prático e a necessidade de investigar as perdas que
ocorrem nos materiais do núcleo magnético usados nesses dispositivos.
De 1890 a 1925, muitos esforços foram dedicados à redução das perdas
por correntes parasitas e histerese magnética em chapas de aço
laminadas, particularmente (1) pela adição de silício e outros
elementos de liga que diminuíam sua condutividade elétrica e (2) pelo
uso de ligas de ferro mais puras com, em alguns casos, laminação
direcional para atingir permeabilidade máxima e perdas mínimas por
histerese.
Em
uma primeira aproximação, em núcleos formados por lâminas magnéticas
finas, demonstrou-se que as perdas por correntes parasitas tendiam a
aumentar proporcionalmente ao quadrado da frequência e que as perdas
por histerese tendiam a aumentar de acordo com a potência de 1,6
elevado pela frequência de alternância da intensidade do campo
magnético. Numerosos
laboratórios, incluindo os de fabricantes de equipamentos elétricos
(como Westinghouse e General Electric Company) e fabricantes de chapas
de aço elétrico (como Allegheny Ludlum e Armco Steel Company),
estabeleceram laboratórios de medição para monitorar as propriedades
das chapas de aço produzidas e garantir os fatores de perda
eletromagnética especificados para chapas de aço elétrico. O teste de
Epstein e muitos outros foram utilizados para esses testes de materiais.
Muitas
melhorias foram obtidas, incluindo (1) chapas mais finas, (2) chapas de
aço orientadas e (3) revestimentos isolantes entre as chapas para
limitar os caminhos de fluxo das correntes parasitas. Também foram
descobertos, durante essas melhorias nos núcleos magnéticos, os efeitos
indesejáveis das tensões de fixação mecânica e das tensões
resultantes da punção e do cisalhamento das lâminas, que tendiam a
aumentar as perdas no núcleo sob excitação por corrente alternada. O
recozimento em hidrogênio e outras técnicas, como as desenvolvidas por
Trigvie Yensen dos Laboratórios de Pesquisa da Westinghouse, levaram à
obtenção de ligas magnéticas em lâminas com propriedades superiores. O
controle de outros elementos de liga, a adição de até 50% de níquel e a
orientação das estruturas de grãos e domínios magnéticos foram
utilizados para desenvolver aços especiais com laços de histerese
retangulares. Esses aços são utilizados em comutação magnética de
correntes elétricas, reatores saturáveis, amplificadores magnéticos e
muitos dispositivos eletromagnéticos inovadores.
Esses
desenvolvimentos ilustraram as variações na condutividade elétrica,
permeabilidade magnética, orientação dos grãos, anisotropia, tensões
mecânicas, teores de liga e teores de impurezas que, por sua vez,
influenciaram a resposta eletromagnética de materiais ferromagnéticos e
alteraram a indutância aparente e as perdas resistivas medidas por suas
bobinas de magnetização. A polarização por corrente contínua para
ajustar a indutância aparente em reatores saturáveis e transdutores
para fins de controle de potência também ilustrou um meio de reduzir a
permeabilidade magnética e a indutância incremental ou reatância
indutiva. Observou-se também que muitos materiais de núcleo magnético
introduziam harmônicos ímpares nas correntes ou tensões de magnetização
através das indutâncias de suas bobinas de magnetização (ou nos
enrolamentos secundários sem carga nos núcleos). A alta sensibilidade
dos sinais harmônicos às condições do material e às tensões mecânicas
era conhecida e evitada propositalmente sempre que possível.
Esses
vários efeitos, bem conhecidos pelos projetistas elétricos na virada do
século, tornaram-se, desde então, técnicas possíveis para o controle ou
leitura de sinais de ensaios não destrutivos por correntes parasitas. Em
geral, porém, as chapas de aço elétrico altamente permeáveis
atualmente disponíveis no mercado não são ideais para ensaios de
correntes parasitas, pois suas perdas por esse fenômeno são muito
baixas. Para sua avaliação, testes de indução eletromagnética que
respondem principalmente aos efeitos de histerese, incluindo os efeitos
harmônicos de ordem superior, podem ser mais úteis.
2.4 Vetores de Steinmetz
Na
década de 1890, Charles Proteus Steinmetz chegou aos Estados Unidos e
começou a trabalhar para a General Electric (Fig. 6). Steinmetz tinha
uma personalidade vibrante e franca, e era um trabalhador pesquisador industrial no sentido moderno da palavra.
 
Figura 6. Charles Proteus Steinmertz:
(a) Retrato;
(b) Steinmertz & Thomas Alva Edison examinam um isolante quebrado
de porcelana devido a alta voltagem do gerador de Steinmertz.
No
final do século XIX, as oscilações sinusoidais das tensões e correntes
dos sistemas de energia elétrica de corrente alternada introduziram
novas complexidades na análise do desempenho dos circuitos, em
comparação com as análises dos sistemas de energia elétrica de corrente
contínua de Thomas A. Edison. Soluções detalhadas das equações de
Maxwell exigiam cálculo vetorial.
Steinmetz
desenvolveu técnicas de análise muito simplificadas usando segmentos de
reta rotativos que ele chamou de vetores (posteriormente chamados de
senoides) para representar grandezas sinusoidais. À medida que esses
segmentos de reta giravam em torno de uma extremidade (na origem das
coordenadas), suas projeções verticais mapeavam as ordenadas das ondas
sinusoidais quando plotadas em função do tempo. Juntamente com a
técnica de representar impedâncias em um plano complexo, essas
grandezas fasoriais reduziram as soluções para corrente alternada em
regime permanente a álgebra e trigonometria simples, em vez de cálculos
integrais.
Mais
tarde, após a Segunda Guerra Mundial, essas técnicas de análise de
sinais no plano complexo tornaram-se amplamente utilizadas na análise
de ensaios de correntes parasitas, após sua clara descrição por
Friedrich Forster. (R11) Os diagramas de impedância correspondentes no
plano complexo e as telas do osciloscópio fornecem meios diretos para
interpretar muitas das mudanças observadas em ensaios não destrutivos de
correntes parasitas. Esses diagramas de impedância bidimensionais, com
a reatância indutiva na ordenada e os valores resistivos (perda de
energia) na abscissa, permitem o mapeamento de diversas condições de ensaio e a previsão de vários efeitos observados em ensaios
eletromagnéticos de corrente alternada de frequência única por técnicos
e operadores de teste que não possuem conhecimento de cálculo.
Posteriormente,
após a Segunda Guerra Mundial, essas técnicas de análise de sinais no
plano complexo tornaram-se amplamente utilizadas na análise de ensaios
de correntes parasitas, após sua clara descrição por Friedrich
Forster.(R11) Os diagramas de impedância correspondentes no plano
complexo e as telas do osciloscópio fornecem meios diretos para
interpretar muitas das mudanças observadas em testes não destrutivos
por correntes parasitas. Esses diagramas de impedância bidimensionais,
com a reatância indutiva na ordenada e os valores resistivos (perda de
energia) na abscissa, permitem o mapeamento de diversas condições de ensaio e a previsão de vários efeitos observados em ensaios
eletromagnéticos de corrente alternada de frequência única por técnicos
e operadores de teste que não possuem conhecimento de cálculo.
2.5 Primeiros Desenvolvimentos Industriais de
Comparadores da Indução Eletromagnética
Numerous electromagnetic induction or
eddy current comparators were patented
in the United States in the period from
1925 until the end of World War II in
1945. Innumerable examples of
comparator tests were reported in the
literature and in patents. Many provided
simple comparator coils into which round
bars or other test objects were placed,
producing simple changes in amplitudes
of test signals or unbalancing simple
bridge circuits (see Fig. 7). (R07)(R08)(R12)
Numerosos comparadores de indução eletromagnética ou de
correntes parasitas foram patenteados nos Estados Unidos no período de
1925 até o final da Segunda Guerra Mundial, em 1945. Inúmeros exemplos
de ensaios com comparadores foram relatados na literatura e em patentes.
Muitos forneciam bobinas comparadoras simples nas quais barras redondas
ou outros objetos ensaiados eram colocados, produzindo mudanças simples
nas amplitudes dos sinais de ensaio ou desequilibrando circuitos simples em
ponte (ver Fig. 7). (R07)(R08)(R12)
Legenda
- Bobina primária para energizar o circuito de referência.
- Bobina primária para energizar o circuito da amostra ensaiada.
- Circuito primário.
- Circuito secundário fechado.
- Amostra padrão de referência.
- Amostra ensaiada.
- Dinamometro.
- Núcleo.
- Bobina estacionária.
- Bobina móvel.
- Agulha do mostrador.
- Escala do mostrador.
- Bobina de ensaio para o circuito de referência.
- Bobina de ensaio para o circuito da amostra ensaiado
Figura 7. Circuito de Correntes Parasitas com comparador de Charles W.
Burrows, da patente de 1923 (US Patent 1 686 679, Dispositivo para
Ensaio de Objetos Magnetizados). (R12)
Em
quase todos os casos, particularmente quando se tratava de materiais
ensaiados ferromagnéticos, não era possível realizar análises
quantitativas
das dimensões, propriedades ou descontinuidades dos objetos ensaiados
com tais instrumentos. Frequentemente, encontravam-se dificuldades na
reprodução dos resultados do ensaio: alguns circuitos de ensaio eram
ajustados ou balanceados para otimizar as diferenças de sinal entre um
objeto ensaiado íntegro conhecido e um objeto ensaiado anômalo
conhecido para cada grupo de objetos a serem ensaiados. Pouca ou
nenhuma
correlação podia então ser obtida entre vários tipos de amostras, sendo
cada tipo comparado a uma amostra selecionada arbitrariamente do mesmo
tipo específico.
Muitos
comparadores simples operavam a 60 Hz a partir de circuitos de corrente
alternada de 110 V, utilizando instrumentos convencionais como
voltímetros, amperímetros, wattímetros e, ocasionalmente, medidores de
fase. Esses medidores normalmente absorviam energia dos circuitos de
ensaio e apresentavam precisão e reprodutibilidade frequentemente de
apenas um ou dois por cento das leituras de escala completa. Em outros
casos, circuitos de ponte de Wheatstone eram usados para equilibrar
os arranjos de ensaio de comparação e para proporcionar maior
sensibilidade às diferenças de sinal. Em sua maioria, muitos desses
primeiros sistemas de comparação tiveram vida curta e pouca aceitação
na indústria. Em contrapartida, alguns desses desenvolvimentos,
patrocinados por grandes indústrias ou por inventores criativos e
persistentes que buscaram apoio e formaram suas próprias empresas,
sobreviveram e têm sido usados em forma modernizada pela indústria
nos Estados Unidos.
2.6 Desenvolvimentos Americanos de Ensaio
Eletromagnéticos em Produtos de Aço
O
desenvolvimento de ensaios de indução eletromagnética para barras
redondas, tubos, tarugos e outros produtos da indústria siderúrgica nos
Estados Unidos prosseguiu. Os avanços na Magnetic Analysis Corporation
e na Republic Steel and Tubes foram baseados nos esforços contínuos de
alguns indivíduos dedicados que transmitiram suas habilidades e
entusiasmo aos sucessores nas mesmas organizações. Charles W. Burrows
(Fig. 7), Carl Kinsley e Theodore W. Zuschlag estavam entre os
pioneiros da Magnetic Analysis Corporation. Horace G. Knerr, Cecil
Farrow e Alfred R. Sharples receberam patentes básicas para a Republic
Steel and Tubes (Fig. 8). Seus desenvolvimentos foram ampliados e
continuados no Centro de Pesquisa Eletromecânica da Republic Steel
(posteriormente LTV Steel), em Cleveland, Ohio, por Cecil Farrow,
William Archibald Black, William C. Harmon e L.G. Orellana.
(R07)(R08)(R14) Os ensaios eletromagnéticos automatizados foram
aplicados em larga escala a linhas de produção automatizadas de tubos,
barras e tarugos. Outras empresas tiveram inventores e desenvolvedores
pioneiros em ensaios eletromagnéticos, mas, em muitos casos, a gerência
não apoiou seus desenvolvimentos por tempo suficiente para alcançar
aplicações práticas.
Figura 8. Cecil Farrow observa a operação de um sistema de ensaio eletromagnético de tubos de aço soldados longitudinalmente.
Dentro da General Eletric Company, uma sequência anterior de
desenvolvimentos inventivos foram realizadaos principalmente por James
A. Sams, Charles D. Moriarty e H.D. Roop. (R07)(R08) Ross
Gunn do United States Naval Research Laboratory desenvolveu uma nova
forma de sistema de bobina de magnetização com duas bobinas sensoras de
pequeno diâmetro distribuidas simetricamente ao longo do diâmetro da
bobina de magnetização. Existe um exemplo antorior do uso de uma bobina
de magnetização com dimensão muito diferente das bobinas sensoras em
posições não concentricas.
2.7 Desenvolvimentos em Ensaios de Indução
Eletromagnética
Rápidos
avanços tecnológicos em diversas áreas antes e durante a Segunda Guerra
Mundial (1939 a 1945) contribuíram tanto para a demanda por ensaios não
destrutivos quanto para o desenvolvimento de técnicas avançadas de
ensaio. Os sistemas de radar e sonar tornaram aceitável a visualização
de dados de ensaio nas telas de tubos de raios catódicos e
osciloscópios. Os avanços em instrumentação eletrônica e em sensores
magnéticos, utilizados tanto para a desmagnetização de navios quanto
para o acionamento de minas magnéticas, trouxeram um ressurgimento da
atividade. Após a guerra, desenvolvimentos como o Reflectoscópio
Supersônico de Floyd Firestone para ensaios ultrassônicos e os sistemas
avançados de correntes parasitas e magnetômetros de Forster tornaram-se
disponíveis como sistemas industriais de ensaio não destrutivo. Esses
sistemas ofereceram novas dimensões para a medição não destrutiva de
propriedades de materiais, a localização e o tamanho relativo de
descontinuidades. O intervalo de dez anos (de 1945 a cerca de 1955) na
aceitação de novos desenvolvimentos pela indústria foi excepcionalmente
curto no caso desses instrumentos.
A
instrumentação eletrônica baseada em tubos de elétrons a vácuo e a gás
estava se aproximando do auge de seu desenvolvimento. Esses avanços
permitiram a fácil construção de osciladores de frequência variável e
fontes de alimentação para as bobinas de magnetização de sistemas de
ensaio por correntes parasitas. Também permitiram a amplificação linear
de sinais de tensão ou corrente mínimos a níveis adequados para
sistemas de exibição, sistemas de gravação gráfica e permanente, e para
a operação de regiões de triagem, automação de escaneamento e
mecanização do manuseio de materiais durante os ensaios.
As
indústrias aeroespacial e de energia nuclear estavam se desenvolvendo
rapidamente e impunham demandas específicas por sensibilidade e
consistência dos instrumentos utilizados na avaliação de materiais e na
avaliação da confiabilidade em serviço. Essas indústrias (e agências
governamentais relacionadas a elas) foram as principais financiadoras
de pesquisas para o avanço de todas as formas de ensaios não
destrutivos. No entanto, o apoio governamental à instrumentação por
correntes parasitas permaneceu significativamente menor do que em
outros campos de ensaios não destrutivos até a introdução da tecnologia
de Friedrich Férster no país.
2.7.1 Friedrich Förster
A
introdução, por Förster, de equipamentos de ensaio quantitativos
sofisticados e estáveis, bem como de técnicas práticas para análise de
sinais de ensaio quantitativos no plano complexo, foram fatores
importantes que contribuíram para o rápido desenvolvimento e aceitação
dos ensaios de indução eletromagnética e de correntes parasitas entre
1950 e 1965 nos Estados Unidos.
A
experiência de Förster antes da Segunda Guerra Mundial incluía formação
universitária avançada em física e, em institutos de pesquisa alemães,
uma importante introdução às medições eletromagnéticas relacionadas à
metalurgia e à estrutura de aços e metais não ferrosos. Durante a
Segunda Guerra Mundial, seu conhecimento foi utilizado na guerra naval,
particularmente no que diz respeito a minas magnéticas. Ao término da
guerra, após um período de prisão pelos franceses, Förster recuperou
seus relatórios técnicos e, “com a ajuda de uma chave de fenda e um
técnico”, iniciou o desenvolvimento de instrumentos de ensaio
eletromagnético no andar superior de uma antiga hospedaria a poucos
quilômetros de Reutlingen — o local onde mais tarde fundou o Instituto
Dr. Förster.
Em
1950, ele já havia desenvolvido uma teoria precisa para muitos tipos
básicos de ensaios de correntes parasitas, incluindo sistemas de teste
absolutos e diferenciais ou comparadores, bem como sistemas de bobinas
"na forma de ferradura" usados com chapas finas e superfícies
extensas. Ensaios de calibração meticulosos foram realizados com esses
sistemas de
bobinas e com modelos de mercúrio (nos quais as descontinuidades podiam
ser simuladas pela inserção de pequenos pedaços de isolantes). Cada
ensaio foi confirmado pela solução precisa das equações diferenciais de
Maxwell para as diversas condições de contorno envolvidas com as
bobinas e os objetos ensaiado, pelo menos para casos simétricos, como
barras redondas, tubos e chapas planas, onde tais integrações
matemáticas eram viáveis.
Estudos
adicionais foram feitos sobre as características de resposta não linear
de objetos de ensaios ferromagnéticos. Técnicas utilizando frequências
de ensaio muito baixas (5 Hz), análise de sinal harmônico, comparadores
em
vários níveis de magnetização e circuitos de ponte precisos foram
desenvolvidas. Na maioria dos casos, Forster substituiu as medições da
indutância ou impedância das bobinas de magnetização pela técnica mais
precisa de medir a resposta com bobinas secundárias sem carga acopladas
aos materiais ensaiados (o acoplamento da bobina secundária com o
material de ensaio é quase idêntico ao das bobinas de magnetização).
A
extensão e a profundidade desses estudos científicos não foram
igualadas por nenhum laboratório dos Estados Unidos, seja ele
patrocinado pelo governo ou operado de forma independente. Por meio de
extensas publicações (inicialmente não na forma de patentes nos Estados
Unidos, mas em literatura aberta), Forster tornou os resultados dessa
pesquisa acessíveis ao público técnico mundial. Sua contribuição com
quase toda a teoria e tecnologia das técnicas de indução
eletromagnética e de ensaio por correntes parasitas na primeira edição
do Manual de Ensaios Não Destrutivos da Sociedade Americana de Ensaios
Não Destrutivos (ASNT) forneceu os meios para educar milhares de
profissionais de ensaios não destrutivos na teoria, técnicas,
equipamentos e interpretação de ensaios por correntes parasitas.(R15)
Essa apresentação integrada foi então usada em todo o mundo para
atualizar a tecnologia de ensaios por correntes parasitas.
Os
desenvolvimentos exclusivos no novo laboratório de Forster em
Reutlingen, República Federal da Alemanha, foram divulgados nos Estados
Unidos não apenas por aqueles que leram suas publicações em alemão
antes de 1950, mas também por meio de missões em que pessoal americano
foi enviado ao laboratório de Forster para treinamento e experiência
com essas novas formas de instrumentação de ensaio. Richard Hochschild,
por exemplo, fez uma visita de cerca de seis meses a Reutlingen. Ao
retornar, preparou relatórios resumidos que foram distribuídos pela
Comissão de Energia Atômica, patrocinadora de sua visita. (R16)
Nos
Estados Unidos, diversas instalações iniciaram pesquisas para testar
esses novos conceitos e instrumentação, incluindo esforços
significativos em Oak Ridge, Hanford e outras instalações. O trabalho
criativo de Hugo L. Libby em Hanford e de outros em Oak Ridge pode
muito bem ter sido patrocinado em resposta ao trabalho original
realizado por Forster. Ainda mais
significativa foi a transferência da tecnologia de Forster para
empresas americanas que fabricavam e distribuíam equipamentos de ensaios
não destrutivo desde 1952. Forster fez sua primeira apresentação
perante uma plateia da ASNT no início da década de 1950, após aprender
um pouco de inglês a bordo de um navio. Acordos de licenciamento sob as
patentes de Forster foram posteriormente concluídos. A equipe de ensaios
não destrutivos do Instituto Memorial Battelle em Columbus, Ohio,
modificou os instrumentos básicos de Forster para uso com componentes e
tubos eletrônicos dos Estados Unidos.
Nos
anos seguintes, quantidades crescentes da tecnologia de Forster foram
transferidas para a Magnaflux, cuja equipe, sob a liderança de Glenn L.
McClurg, qualificou-se no projeto e na produção dos diversos
instrumentos de Forster e, em seguida, comercializou esses sistemas de
ensaio de indução eletromagnética nos Estados Unidos. A colaboração
entre Forster e a Magnaflux Corporation durou cerca de dez anos,
período durante o qual houve rápido progresso tanto no laboratório
alemão quanto nos Estados Unidos.
2.8 Proliferação dos Aparelhos de Correntes Parasitas
Após
o término do acordo com a Magnaflux na década de 1960, Forster
comercializou seus instrumentos por meio da organização Foerster-Hoover
em Ann Arbor, Michigan. Rudolf G. Hentschel, que foi treinado em
Reutlingen no Institut Dr. Forster, transferiu informações para essa
nova organização. Após alguns anos, o licenciamento dos instrumentos
Foerster para a Automation Industries resultou em uma nova
transferência de tecnologia avançada e marketing por meio de uma nova
organização. Um acordo posterior com a Krautkramer Branson repetiu esse
processo educacional singular.
Organizações
que fabricam diversos tipos de equipamentos de ensaios não destrutivos e
comercializam seus serviços amplamente nos Estados Unidos fizeram
avanços nas tecnologias de ensaio e ampliaram a gama de aplicações. A
maioria desses instrumentos foi atualizada para elementos de circuitos
semicondutores e circuitos integrados. Muitos instrumentos do século
XXI operam com bobinas de sonda absolutas ou diferenciais, bobinas
envolventes, bobinas internas e vários arranjos especiais de bobinas e
circuitos — muitos dos quais foram descritos por Forster na primeira
edição do Manual de Ensaios Não Destrutivos.
Instrumentos
autoequilibráveis ou autoajustáveis, que estabelecem pontos de
referência posicionando as sondas em materiais ou corpos de prova
padronizados, estão disponíveis em diversos casos, graças a
desenvolvimentos de Hugo Libby e outros inovadores. Projetos de sondas
baseados em análises computadorizadas digitais da distribuição de
correntes parasitas em materiais laminados de camada única ou
multicamadas tornaram-se viáveis graças ao trabalho pioneiro do
Laboratório Nacional de Oak Ridge. Sondas especiais com bobinas
bipartidas, blindagens magnéticas internas e outras complexidades
também foram desenvolvidas para detecção de trincas e aplicações
especiais. Mostradores digitais de sinais de ensaio também estão sendo
utilizados.
2.9 Ensaio Não Destrutivo com Microondas
Em
frequências muito altas, os campos eletromagnéticos podem ser
concentrados em feixes e propagados pelo espaço. Quando um pulso desse
feixe atinge uma superfície metálica condutora, por exemplo, ele é
refletido e pode retornar como um eco ao local do transmissor do pulso
original ou a outros detectores, como na detecção por radar. Em
materiais dielétricos, as micro-ondas podem sofrer rotações e mudanças
de fase, bem como atenuação devido às perdas por histerese dielétrica.
Em muitos aspectos, os sistemas de ensaio não destrutivo por
micro-ondas são análogos, em termos de desempenho, aos sistemas de
ensaio ultrassônico por imersão. De acordo com a teoria do campo
eletromagnético de Maxwell, as micro-ondas são refletidas como ondas de
luz por correntes parasitas induzidas nas camadas superficiais de
materiais metálicos altamente condutores. Assim, as micro-ondas parecem
ter a capacidade de aplicar ensaios de correntes parasitas de alta
frequência a uma superfície metálica à distância e, talvez, de escanear
tais superfícies para detectar descontinuidades que alteram os padrões
de reflexão do pulso.
Quando
seus sistemas de correntes parasitas foram vendidos para a Budd
Company, Richard Hochschild voltou sua atenção para a formação e o
desenvolvimento da Microwave Instruments Company, em Corona del Mar,
Califórnia. Logo, uma série de sistemas de instrumentos foi
desenvolvida e a longa tarefa de educar usuários industriais e
científicos sobre as capacidades e aplicações de ensaios
eletromagnéticos teve que ser feita novamente para essas novas
frequências mais altas.
A
teoria e o projeto de geradores de micro-ondas, cornetas, antenas,
detectores e sistemas de exibição de resultados já haviam sido desenvolvidos para
medição de distância em radares. Muitos livros didáticos apresentavam a
teoria eletromagnética de micro-ondas em termos facilmente
compreendidos por engenheiros elétricos. Componentes de sistemas de
micro-ondas e válvulas eletrônicas estavam disponíveis comercialmente.
No entanto, os engenheiros elétricos raramente estavam cientes das
necessidades dos engenheiros de ensaios não destrutivos, e estes tinham
pouca familiaridade com micro-ondas. De fato, muitos profissionais de
ensaios não destrutivos ainda estavam apenas começando a usar e
entender os ensaios de correntes parasitas em frequências mais baixas.
Após
vários anos de desenvolvimento diligente, pesquisa contínua de
aplicações e esforços de marketing por Richard Hochschild com a
assistência de Ronald Botsko, a empresa pioneira Microwave Instruments
Company foi vendida e seu proprietário passou a atuar na área de
serviços médicos. Algumas outras organizações construíram sistemas
simples de ensaios por micro-ondas, mas o desenvolvimento de ensaios não
destrutivos por micro-ondas na indústria estagnou durante a década de
1970. Pesquisas limitadas patrocinadas por agências governamentais
resultaram em possibilidades de detecção de trincas à distância.
A
teoria das antenas de micro-ondas e da reflectometria no domínio do
tempo de micro-ondas em tubos, propagando-se ao longo de fios e
refletindo e refratando em camadas dielétricas, promete a possibilidade
de valiosas aplicações em ensaios não destrutivos. Como as micro-ondas
podem ser focalizadas, os sistemas de micro-ondas poderiam ser
projetados para operar de maneira análoga a instrumentos ópticos e
sistemas ultrassônicos.
Um exemplo em larga escala da exploração de objetos de teste a grandes
distâncias por meio de micro-ondas está ocorrendo em laboratórios de
radioastronomia em todo o mundo. Muitos sinais de rádio provenientes de
objetos a bilhões de quilômetros de distância foram confirmados por
filmes de telescópios ópticos, e a localização de outros foi prevista.
Emissões são detectadas em galáxias, buracos negros e outras
características astronômicas. J.D. Kraus reconheceu isso como uma forma
de ensaios não destrutivo do espaço sideral e escreveu um livro
biográfico intitulado "The Big Ear" (R17), que resume de forma clara e
simples uma vida inteira dedicada ao estudo e às aplicações da teoria
dos campos eletromagnéticos de Maxwell
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