Electrical Test Technique Designed for the CLAS 12 Toroid - PowerPoint PPT Presentation

Electrical ¡Test ¡Technique ¡Designed ¡ for ¡the ¡CLAS ¡12 ¡Toroid ¡Coils ¡ ¡ ¡ Jeremiah ¡Afolabi ¡ Fermilab, ¡Technical ¡Division ¡ SIST ¡Internship ¡ ¡ August ¡5,2013 ¡

Overview ¡ Goal ¡ • – To ¡detect ¡turn ¡to ¡turn ¡short ¡in ¡the ¡coils ¡of ¡the ¡CLAS ¡12 ¡Toroid ¡magnet ¡ Background ¡InformaKon ¡ • – CEBAF ¡Upgrade ¡ – Electrical ¡TesKng ¡ InstrumentaKon ¡ • Case ¡Studies ¡ • – TesKng ¡with ¡low ¡voltage ¡Source ¡ – TesKng ¡with ¡a ¡power ¡amplifier ¡ – IntroducKon ¡of ¡soN ¡short ¡ Conclusion ¡ • ¡

Background-­‑CEBAF ¡Upgrade ¡

Measurement ¡Set-­‑Up ¡ FuncKon ¡Generator ¡ Low ¡noise ¡transformer ¡ Power ¡amplifier ¡ Lock-­‑in ¡Amplifier ¡ Insulated ¡Coils ¡ Pin ¡mouthed ¡Probes ¡

Case ¡1-­‑ ¡ TesKng ¡with ¡low ¡voltage ¡source ¡ Voltage ¡Varia+on ¡at ¡Turn ¡Ra+o ¡of ¡1:10 ¡and ¡Osc ¡Frequency ¡of ¡50Hz ¡ Voltage ¡Varia+on ¡at ¡Turn ¡Ra+o ¡of ¡1:10 ¡and ¡Osc ¡Freq ¡of ¡500 ¡Hz ¡ 0.085 ¡ 0.0118 ¡ 0.0113 ¡ 0.08 ¡ 0.0108 ¡ Voltage/V ¡ 0.075 ¡ Voltages/V ¡ LocaKon ¡1 ¡ 0.0103 ¡ LocaKon ¡1 ¡ LocaKon ¡3 ¡ LocaKon ¡3 ¡ 0.07 ¡ 0.0098 ¡ LocaKon ¡8 ¡ LocaKon ¡8 ¡ 0.0093 ¡ 0.065 ¡ 0.0088 ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡11 ¡12 ¡13 ¡14 ¡15 ¡ 0.06 ¡ Posi+on ¡of ¡Coil ¡Turn ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ 11 ¡ 12 ¡ 13 ¡ 14 ¡ 15 ¡ Posi+on ¡of ¡Coil ¡Turn ¡ 0.9 ¡ Voltage ¡ 0.85 ¡ VariaKon ¡at ¡ 0.8 ¡ Turn ¡RaKo ¡of ¡ Voltage/V ¡ 1:100 ¡and ¡ LocaKon ¡1 ¡ 0.75 ¡ OscillaKon ¡ LocaKon ¡3 ¡ 0.7 ¡ Frequency ¡of ¡ LocaKon ¡8 ¡ 0.65 ¡ 500 ¡Hz ¡ 0.6 ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ 11 ¡ 12 ¡ 13 ¡ 14 ¡ 15 ¡ Posi+on ¡of ¡Coil ¡Turn ¡

Case ¡2-­‑TesKng ¡with ¡Power ¡Amplifier ¡ 0.037 ¡ 0.035 ¡ Voltage ¡ 0.033 ¡ VariaKon ¡at ¡Turn ¡ RaKo ¡of ¡1:10 ¡ 0.031 ¡ Voltage/V ¡ and ¡OscillaKon ¡ LocaKon ¡1 ¡ Frequency ¡of ¡ LocaKon ¡3 ¡ 0.029 ¡ 500 ¡Hz ¡ LocaKon ¡8 ¡ 0.027 ¡ 0.025 ¡ 0.023 ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ 11 ¡ 12 ¡ 13 ¡ 14 ¡ 15 ¡ Posi+on ¡of ¡Coil ¡Turn ¡

IntroducKon ¡of ¡“soN ¡short” ¡ 0.04 ¡ 0.043 ¡ 0.035 ¡ 0.038 ¡ 0.033 ¡ 0.03 ¡ Voltage/V ¡ Voltage/V ¡ 0.028 ¡ LocaKon ¡1 ¡ LocaKon ¡1 ¡ 0.025 ¡ locaKon ¡3 ¡ 0.023 ¡ LocaKon ¡3 ¡ 0.02 ¡ LocaKon ¡8 ¡ LocaKon ¡8 ¡ 0.018 ¡ 0.015 ¡ 0.013 ¡ A ¡ 0.01 ¡ 0.008 ¡ B ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ 11 ¡ 12 ¡ 13 ¡ 14 ¡ 15 ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡11 ¡12 ¡13 ¡14 ¡15 ¡ Posi+on ¡of ¡Coil ¡Turn ¡ Posi+on ¡of ¡Coil ¡Turn ¡ 0.037 ¡ 0.035 ¡ A-­‑ ¡SoN ¡short ¡of ¡10 ¡ohms ¡ 0.033 ¡ B-­‑ ¡SoN ¡short ¡of ¡1.5K ¡ohms ¡ Voltage/V ¡ LocaKon ¡1 ¡ 0.031 ¡ C-­‑ ¡SoN ¡short ¡of ¡10K ¡ohms ¡ LocaKon ¡3 ¡ 0.029 ¡ LocaKon ¡8 ¡ 0.027 ¡ 0.025 ¡ c ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 9 ¡ 10 ¡ 11 ¡ 12 ¡ 13 ¡ 14 ¡ 15 ¡ Posi+on ¡of ¡Coil ¡Turns ¡

Conclusion ¡ In ¡summary, ¡I ¡have ¡been ¡able ¡to ¡establish ¡that ¡with ¡an ¡AC ¡current ¡injecKon ¡ via ¡a ¡power ¡amplifier ¡and ¡with ¡an ¡introducKon ¡of ¡a ¡soN ¡short ¡of ¡the ¡order ¡of ¡ 10 ¡ohms ¡and ¡not ¡greater ¡than ¡1.5K ¡ohms, ¡turn-­‑to-­‑turn ¡shorts ¡can ¡be ¡ effecKvely ¡detected ¡and ¡located ¡within ¡the ¡coils ¡of ¡the ¡CLAS ¡12 ¡toroid ¡ magnet. ¡ ¡ Finally, ¡to ¡obtain ¡an ¡easy ¡detecKon ¡of ¡these ¡turn ¡to ¡turn ¡shorts, ¡the ¡oscillaKon ¡ frequency ¡of ¡the ¡input ¡signal ¡should ¡be ¡set ¡to ¡50 ¡Hz ¡and ¡the ¡step ¡up ¡raKo ¡on ¡ the ¡low ¡noise ¡transformer ¡should ¡be ¡1:100. ¡ ¡

Tensile ¡Tes+ng ¡of ¡the ¡ Transport ¡Solenoid ¡for ¡the ¡ Mu2E ¡Experiment ¡ ¡ Jeremiah ¡Afolabi ¡ SIST ¡intern ¡

Overview ¡ • The ¡Transport ¡Solenoid ¡  ¡Main ¡objecKve ¡  ¡Design ¡ • Sample ¡preparaKon ¡ • The ¡Instron ¡Machine ¡ • Results ¡ ¡ • Summary ¡

The ¡Transport ¡Solenoid ¡ ¡ Vertical ¡ Support ¡(6) ¡ ¡PS ¡END ¡ ¡ Structural ¡Shell ¡ ¡TSD ¡END ¡ Cooling ¡Strip ¡ External ¡ leads ¡ Cooling ¡Sheet ¡ Alignment ¡ Axial ¡ Wedge ¡ Keyway ¡ Radial ¡ Support ¡(8) ¡ ¡Coil ¡ Support ¡(6) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Sample ¡Prepara+on ¡ • 8mm ¡thick ¡slice ¡ • 4 ¡quadrants ¡ • A ¡total ¡of ¡24 ¡test ¡samples ¡

SAMPLE ¡ NUMBER ¡ QUAD ¡1 ¡ QUAD ¡2 ¡ QUAD ¡3 ¡ QUAD ¡4 ¡ 1 ¡ Q1R1 ¡ Q2R1 ¡ Q3R1 ¡ Q4R1 ¡ ¡ ¡ ¡Previously ¡Tested ¡samples ¡ 2 ¡ Q1A1 ¡ Q2A1 ¡ Q3A1 ¡ Q4A1 ¡ ¡ ¡ ¡My ¡samples ¡ 3 ¡ Q1A2 ¡ Q2A2 ¡ Q3A2 ¡ Q4A2 ¡ 4 ¡ Q1A3 ¡ Q2A3 ¡ Q3A3 ¡ Q4A3 ¡ 5 ¡ Q1A4 ¡ Q2A4 ¡ Q3A4 ¡ Q4A4 ¡ 6 ¡ Q1R2 ¡ Q2R2 ¡ Q3R2 ¡ Q4R2 ¡

Finished ¡sample ¡for ¡tes+ng ¡

The ¡Instron ¡Machine ¡ Destroyed ¡samples ¡

All Load at % Strain at Yield Strength Young's Modulus Samples Peak (lbs) Peak (psi) (ksi) Q1R2 **** **** **** **** Q2R2 1179 0.534 9658 18910 Q3R2 1178 0.525 10749 19165 Q4R2 1192 0.542 10618 19427 Q1A3 1236 0.543 8520 19856 Q2A3 1244 0.531 9519 20247 Q3A3 1244 0.521 19946 8859 Q4A3 1229 0.525 19831 9685 Q1A4 1281 0.511 20506 9416 Q2A4 1224 0.529 19807 10615 Q3A4 1217 0.525 19294 8883 Q4A4 1249 0.541 20114 9395 TheoreKcal ¡values ¡for ¡Al ¡5083-­‑O ¡from ¡matweb ¡ Gauge ¡Length ¡ 2.00 ¡ in ¡ TheoreKcal ¡Yield ¡Strength ¡ 21000 ¡ psi ¡ ThoreKcal ¡YS ¡range ¡ 18100 ¡-­‑ ¡29000 ¡ psi ¡ TheoreKcal ¡UTS ¡ 42000 ¡ psi ¡ ThoreKcal ¡UTS ¡range ¡ 39900 ¡-­‑ ¡50800 ¡ psi ¡ TheoreKcal ¡% ¡elongaKon ¡@ ¡break ¡ 25 ¡ % ¡ TheoreKcal ¡% ¡elong ¡range ¡@ ¡break ¡ >= ¡16 ¡ % ¡ TheoreKcal ¡elasKc ¡modulus ¡ 10300 ¡ ksi ¡

Results ¡ TheoreKcal ¡ 21000 ¡ yield ¡strength ¡ 20500 ¡ 20000 ¡ 19500 ¡ 19000 ¡ 18500 ¡ Series1 ¡ 18000 ¡ 17500 ¡ 17000 ¡ 16500 ¡ 16000 ¡

Summary ¡ • ¡An ¡extensometer ¡was ¡used ¡ • ¡No ¡sign ¡of ¡weakness ¡on ¡all ¡ ¡samples ¡ • Result ¡would ¡be ¡communicated ¡ ¡to ¡forging ¡vendor ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

Acknowledgements ¡ • Luciano ¡ElemenK ¡(supervisor) ¡ • Gustavo ¡Cancelo(mentor) ¡ • Mayling ¡Wong-­‑Squires ¡(mentor) ¡ • Donna ¡Hicks ¡ • Daniel ¡Evbota ¡ • SIST ¡Commikee ¡ • Fermilab, ¡Technical ¡Department ¡