Способ определения координаты источника сигналов акустической эмиссии

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТЫ ИСТОЧНИКА СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ, заключающийся в том, что нагружают изделие, измеряют его с помощью групп преобразователей разность времен прихода на них сигналов акустической эмиссии и определяют скорости V_i распространения мод сигналов акустической эмиссии, с учетом которых вычисляют координату источника сигналов акустической эмиссии, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности для линейно протяженных изделий, используют две группы преобразователей, разнесенные вдоль изделия на расстояние L, измерение разностей времен прихода сигналов на преобразователи различных групп осуществляют для каждой моды раздельно в течение времени V_iL, а координату источника сигналов акустической эмиссии определяют как среднее значение координат, рассчитанных для каждой моды.

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и может быть использовано для контроля линейных протяженных объектов, например труб и трубопроводов при их сложнонапряженном состоянии.
Известен способ определения координат источника сигналов акустической эмиссии (АЭ) при контроле протяженных объектов, заключающийся в том, что на испытуемое изделие (трубу) устанавливают два пьезопреобразователя (приемники сигналов АЭ) на расстоянии L друг от друга, нагружают изделие и контролируют участок между пьезопреобразователями. При наличии источника АЭ на данном участке определяют разность времени Т прихода сигналов АЭ на преобразователи и по этой разности и заданной скорости V распространения сигналов АЭ на данном изделии определяют координаты источника относительно первого преобразователя по формуле:
X = + T .
Знак минус или плюс берется в зависимости от того, на какой преобразователь приходит сигнал АЭ первым.
Недостатком данного способа является то, что скорость распространения сигналов АЭ необходимо задавать, для чего необходимо предварительно ее замерить с помощью эмитаторов сигналов АЭ. При возбуждении ультразвуковых колебаний в листах, трубах, оболочках в результате волноводного эффекта возникают нормальные волны различных мод, скорость распространения которых зависит от частоты и толщины пластины, трубы, оболочки.
Наличие различных мод колебаний приводит к ошибкам в определении координат источников АЭ на трубах, пластинах, стержнях.
Наиболее близким к изобретению является способ определения координат источника сигналов АЭ, согласно которому в качестве приемников сигналов АЭ используют преобразователи, содержащие два акустических канала преобразования, например преобразователи, выполненные в виде диска из сегнетоэлектрического материала, к которому подключены два потенциальных электрода. Группу, состоящую из четырех таких преобразователей, размещают на контролируемой зоне конструкции. Во время нагружения последней принимают сигналы АЭ, измеряют разницы времен прихода сигналов к преобразователям, а также разницу времен прихода сигналов с каналов каждого преобразователя. Для каждого преобразователя определяют скорость распространения принятой им моды акустического сигнала. Полученные величины скоростей распространения акустических сигналов используют для определения координат источников по зависимости между временами прихода, скоростью принятых мод акустических сигналов и расстоянием до источника сигналов.
Недостатком данного способа является то, что при использовании его для линейных длинномерных конструкций, таких, например, как трубопровод, снижается достоверность и точность определения координат в связи с тем, что поперечные размеры длинномерного изделия малы по сравнению с продольными, также нет защиты от сигналов, пришедших не из зоны контроля.
Целью изобретения является повышение достоверности определения координат источников АЭ для линейно протяженных конструкций за счет определения принадлежности регистрируемых сигналов АЭ к данной моде за определенный интервал времени с учетом скорости распространения каждой зарегистрированной моды АЭ сигнала.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
На контролируемом участке длинномерного изделия размещают две группы преобразователей по два преобразователя в каждой группе, установленных на одинаковом расстоянии друг от друга. Затем изделие нагружают, принимают сигналы АЭ и измеряют времена прихода сигналов к преобразователям в каждой группе. После принятия сигналов АЭ первой группой преобразователей и определения скорости принятой моды определяют максимально возможное время прихода этой моды к преобразователям второй группы по зависимости между скоростью распространения, расстоянием между группами преобразователей и временем прихода, и в течение этого времени принимают сигналы АЭ второй группы преобразователей, выделяя из них моду сигналов с той же скоростью распространения и измеряя время прихода этих сигналов. После этого определяют значение координат источника сигналов АЭ по зависимости между временами прихода, скоростью распространения принятой моды акустического сигнала и расстоянием до источника сигналов. Координаты источника сигналов АЭ исчисляют как среднюю величину значений, полученных для различных мод сигналов АЭ.
На чертеже представлены структурная схема устройства, с помощью которого можно осуществить изобретение, а также схема расположения преобразователей сигналов АЭ на контролируемом изделии.
Устройство содержит первичные преобразователи 1-4, образующие две группы, усилители 5-8, формирователи 9-12 импульсов, блоки 13-15 определения разности времен прихода сигналов АЭ, а также блок 16 накопления и расчета координат источника АЭ, 17 - контролируемое изделие.
Способ реализуется следующим образом.
На контролируемое изделие 17 устанавливают две группы преобразователей 1-2 и 3-4 на расстоянии L друг от друга, равном длине контролируемого участка. Внутри группы преобразователи установлены на расстоянии l друг от друга, которое выбирают с учетом акустических свойств материала контролируемого изделия, возможностей акустико-эмиссионной аппаратуры и характеристик приемных пьезопреобразователей. Нагружают контролируемое изделие.
При возникновении источника АЭ на контролируемом участке упругие колебания первой принимает например, группа преобразователей 1-2, конкретно преобразователь 2. Сигналы с преобразователя 2 поступают на усилитель 5, затем - в блок 6 формирователя импульсов, с которого сигнал поступает на блоки 7 и 8. Через промежуток времени t_i^2-1, определяемый акустическими свойствами материала контролируемого изделия и расстоянием l между преобразователями в группе, сигнал АЭ поступает на преобразователь 1, затем на усилитель 9, формирователь 10 импульсов.
С последнего сигнал поступает на блок 7, где определяется разность времен прихода сигналов к преобразователям 2, 1. Эта информация поступает на блок 11, где вычисляется скорость V_i^2-1 принятой моды сигнала, и в соответствии с этой скоростью задается интервал времени T_i = T_i= , в течение которого будет ожидаться сигнал АЭ с группы преобразователей 3-4 со скоростью V_i^3-4= V_i^2-1 распространения. При поступлении сигналов АЭ на группу преобразователей 3-4 сигналы усиливаются усилителями 12 и 13, поступают на формирователи 14 и 15 импульсов. С формирователя 14 импульсов сигнал поступает на блоки 8 и 16, с формирователя 15 - на блок 16, в котором определяется разность t_i^3-4 времен прихода на преобразователи 3, 4 и передается в блок 11. В блоке 8 определяется разность T_i времен прихода сигналов АЭ на группы преобразователей и также передается в блок 11, где вычисляется скорость распространения сигнала АЭ, принятого группой преобразователей 3-4 V_i^3-4.
При расположении источника на расстоянии , т. е. в середине контролируемой зоны, T_i=0, при расположении источника у одной из групп преобразователей T_i стремится к T_i, но остается меньше его. При поступлении сигналов от источников АЭ, расположенных между преобразователями одной из групп или за пределами групп и контролируемого участка, будет выполняться равенство T_i=T_i, исходя из этого, для сигналов АЭ i-той моды, пришедших из зоны контроля, должно выполняться условие 0< T_i<T<sub>i. При невыполнении этого условия сигнал считается ложным или помехой и для него расчета координаты не производится. При выполнении условий V_i^3-4=V_i^2-1 и 0< T_i<T<sub>i вычисляют координату источника сигналов АЭ для данной моды относительно группы преобразователей, первой принявшей сигнал АЭ:
x_i= - , где V_i= V²_i^-1= V³_i^-4 или
x_i= - , где t_i= t²_i^-1= t³_i^-4 Аналогичная обработка сигналов АЭ происходит для других мод. Истинное значение координаты источника АЭ определяется как среднее значение для принятых мод сигнала АЭ:
X = L - . После определения координаты источника сигналов АЭ результаты из блока 16 выводятся на устройство отображения и анализа (на чертеже не показано).
Предлагаемый способ был осуществлен в лабораторных условиях. Эксперименты проводились на стальных бесшовных трубах для трубопроводов с толщинами стенок 8, 9, 10 мм, имеющих дефекты, развивающиеся под нагрузкой (трещины). Группы преобразователей устанавливались так, что дефект находился между 2 и 3 преобразователями, расстояние L истинное замерялось по окончании эксперимента. Для осуществления предлагаемого способа использовалась АЭ система "Спартан" фирмы РАС (США). Установка групп преобразователей производилась, как показано на чертеже. Для сравнения во время эксперимента производили определение координат источников сигналов АЭ с помощью акустоэмиссионного прибора АФ-15, его преобразователи устанавливали рядом с преобразователями 2 и 3, выдерживая между ними расстояние L. Нагружение производили гидравлическим давлением на стенде для гидроопрессовки труб, рабочая среда - вода.
После окончания эксперимента трубы были проконтролированы с использованием ультразвукового дефектоскопа. Контроль подтвердил только наличие одного дефекта - трещины (источника сигналов АЭ).
Результаты эксперимента показали, что предлагаемый способ определения координат источника АЭ дает достаточную точность и прост в осуществлении.
Преимущества данного способа заключаются в том, что скорость распространения сигналов АЭ измеряется непосредственно на контролируемом изделии во время его нагружения, это повышает точность определения координат источника АЭ. Введение таких ограничений, как интервал времени приема сигналов и равенства скоростей их распространения, повышает помехозащищенность, что повышает точность определения координат источника АЭ. Повышение точности определения координат источников АЭ, например, при контроле действующих трубопроводов позволит сократить расход металла, а также затраты, связанные с ремонтными работами (вскрытие, очистка, замена участка трубопровода, нанесение покрытия и т. д.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для нахождения дефектов в трубках по сигналам акустической эмиссии. Цель изобретения - повышение достоверности определения координаты источника акустической эмиссии для линейно протяженных изделий за счет определения принадлежности сигнала к данной моде сигнала по скорости ее распространения. При определении координаты для данной моды принимают во внимание лишь те разности времен прихода сигналов на преобразователи, которые меньше или равны скорости моды, умноженной на расстояние между преобразователями. Истинную координату дефекта определяют как среднее значение координат, рассчитанных для каждой моды. Ограничение на разности времен прихода сигналов от дефекта повышает помехозащищенность и точность. 1 ил.