Устройство диагностики состояния конструкций

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИ КРЕСПУБЛИК 19 (1и- иГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский инсттут механики и прикладной математики Ростовского государственного унверситета им, М.А. Суслова(56) Авторское свидетельство СССРР 1.022049, кл. С 01 Б 29/04, 1983.Авторское свидетельство СССРФ 1270684, кл. С 01 Б 29/04.(54) УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯКОНСТРУКЦИЙ(57) Изобретение касается нераэруш Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики механического состояния элементов конструкций по сигналам акустической эмиссии (АЭ).Целью изобретения является повышение точности диагностики за счет определения параметра повреждаемости конструкции.На чертеже представлена функциональная схема устройства диагностики состояния конструкций.Устройство диагностики состояния конструкций содержит приемные акустические каналы, каждый из которых состоит иэ соединенных последовательно приемного преобразователя 1 и 2, предусилителя 3 и 4, фильтра 5 и б,ющего контроля и может быть использовано для диагностики механическогосостояния элементов конструкций посигналам акустической эмиссии (АЭ).Целью изобретения является повышениеточности диагностики за счет определения параметра повреждаемости конструкции. Сигналы АЭ принимаются приемными акустическими каналами, определяются координаты активной зоныразрушения и сумма амплитуд сигналовАЭ в активной зоне, дополнительноопределяются механические напряженияи температура испытаний. С учетомперечисленных параметров определяетсяпараметр ловреждаемости конструкциирасчетным путем. 1 ил. основного усилителяи 8, выпрямителя 9 и 10 и фильтра 11 и 12 низких частот, блок 13 определения разностей времени прихода, регистратор 14, блок 15 выделения момента достижения максимальной амплитуды, пиковый детектор 16, первый блок 17 выборки и хранения, выходы фильтров 11 и 12 низких частот соединены с соответствующими входами блока 13 определения разностей времени прихода, Устройство снабжено также вторым и треть им блоками 18 и 19 выборки и хранения, тремя аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) 20-22, селектором 23 длительностей сигналов, блоком .24 управления, двумя измерительными усилителями 25 и 26, блоком 27 цифроаналоговых преобразователей,интенсиметром 28, блоком 29 вычисления (ЭВМ) и таймером 30, выход выпрямителя 10 первого приемного акустического канала соединен с входомпикового детектора 16, выход которо 5го соединен с входом первого блока17 выборки и хранения, а его выходсоединен с информационным входом первого АЦП 20, вход блока 15 выделения момента достижения максимальнойамплитуды соединен с выходом Фильтра 12 низких частот первого. приемного акустического канала, а его выход соединен с входом селектора 23длительности сигналов, выход .которого соединен с входом блока 24 управления, выходы измерительных усилителей 25 и 26 соединены с соответствующими вхоцами второго и третьего 20блоков 18 и 19 выборки и хранения,выходы которых соединены с сигнальными входами второго и третьего АЦП21 и 22, первый выход блока 24 управления соединен с управляюшими входами пикового детектора 16, первого,второго и третьего блоков 17-19 выборки и хранения и с входом интенсиметра 28, выход которого соединенс регистратором 14, второй выход блока 24 управления соединен. с входамизапуска первого, второго и третьегоАЦП 20-22, выходы данных, управляющие входы и выходы первого, второгои третьего АЦП 20-22 и выход данныхтаймера соединены с магистралью ЭВМ29, а аналоговые выходы блока 27 цифроаналоговых преобразователей соединены с соответствующими входамирегистратора 14,40Устройства диагностики состоянияконструкций работает следующим образом.Приемные преобразователи 1 и 2,расположенные на поверхности контролируемой конструкции ( не показана),принимают ультразвуковые колебания,возникающие при образовании или развитии дефекта структуры материала ипреобразуют их в электрические сиг.налы, которые усиливаются и Фильтруются от помех с помощью Фильтров 5и 6, далее эти сигналы поступают наусилители 7 и 8 и двухполупериодные выпрямители 9 и 10 и Фильтры 1155и 12 низких частот, в результате чего выделяется огибающая сигналов АЭС выхода Фильтров 11 и 12 низких частот сигналы поступают в блок 1 3 опре(3) для трехмерной конструкции,коэффициент затухания ультразвуковой волны;расстояниз активной зоныразрушения элемента конструкции до приемного преобразователя;расстояние зоны разрушения вконтрольных образцах до приемного преобразователя;объем зоны разрушения контрольного образца;объем активной эоны разрушения элемента конструкции;сумма амплитуд электрическо-го напряжения сигналов АЭ,зарегистрированных в .активнойзоне конструкции;сумма амплитуд электрическогонапряжения сигналов АЭ, зарегистрированных при испытании контрольного образца;скорость пластической деформации, не определяемая аппаратурой по регистрации АЭ;предельная пластическая деФормация при данном режимеиспытаний;время испытания,где Ч сор Чк.н.Е Б деления разностей времен прихода,где происходит выделение сигналов,пропорциональных разности времениприхода сигналов к преобразователям1 и 2 приемных акустических каналовд., которые по программе вводятсяв ЭВМ 29, где производится опреде."ление координат г; и объема актив"ной зоны Ч,н, входящих в выражениягде сд К С Т Ч При этом, например,для одномерной; конструкции г, определяется из соот- ношения где С - скорость звука в материале;д - разность времени приходасигналов АЭ к преобразователям акустических каналов.Величина Ч определяется из соо 6 ротношения Ч = А В(г, - г"),ширина образца или элемента конструкции,толщина образца или элемента конструкции;координаты левой активнойзоны разрушения;координаты правой активнойзоны разрушения; С,А 25 и В - величины известные и их можно вводить в ЭВМ как конопределяются с помощью устройства по определению коорцинат.С выпрямителя 10 первого приемного акустического канала сигнал поступает на пиковый детектор 16 и далее на перпервый блок 17 выборки и хранения, А с выхода фильтра 12 нижних частот первого приемного канала огибающая сигнала АЭ поступает на блок 15 выделения момента достижения максимальной амплитуды, в момент достижения сигналом максимальной амплитуды он вырабатывает импульс, который поступает на селектор 23 длительностей, который устраняет влияние помех на запуск блока 24 управления, С выхода селектора 23 длительностей сигнал поступает на блок 24 управления, который запирает схему на время измерения АЦП 20-22 и считывания данных в мик ро-ЭВМ 29 и имеет два выхода, причем сигнал на первом выходе появляется раньше на 1 мкс, чем на втором выходе. С первого выхода блока 24 управления сигнал поступает на управля ющие входы пикового детектора 16 и блоков 17-19 выборки и хранения. При поступлении этого сигнала на пиковый детектор 16 он переходит в исходное состояние, а блоки 17- 9 выборки ихранения переходят из состояния слежения в состояние запоминания. Таккак на управляющий вход блока 17 выборки и хранения импульс поступает вмомент, когда сигнал АЭ достиг своего максимального значения, то блок17 выборки и хранения запоминает максимальную амплитуду сигнала АЭ, которая поступает на информационныйвход АЦП 20, а с выхода блоков 18и 19 выборки и хранения сигналы сизмерительных усилителей 25 и 26 поступают на информационные входы АЦП21 и 22, Как только блоки 17-19 выборки и хранения перешли в режим запоминания, с второго выхода блока 24,управления сигнал поступает на входызапуска АЦП 20-22, Данные в цифровом виде поступают в ЭВМ 29 под управлениемпрограммы. В ЭВМ 29 под управлениемпрограммы при поступлении сигналаАЭ производится выделение параметровчисла импульсов Ч активности И и суммы максимальных амплитуд сигналов1 р,Скорость пластической деформацииЕ, не определяемой по регистрации АЭ(т.е. деформация, которая осуществляется из-за температурных флуктуаций и отдельные акты котор;Й создаютакустические сигналы, амплитуды которых находятся на уровне тепловыхшумов, входящих в выражения (1)-(3),определяется из соотношенияГ =ыехр - - ----- -". (4)2 СКТ частота колебаний конфигурационного объема разрушения и равна 10 с-;предел текучести при 0 К; функция упрочнения при наклепе;коэффициент концентрации напряжений;величина механического напряжения;постоянная Больцмана.;модуль сдвига;температура;величина конфигурационногообъема,На стадии накопления дефектов, когда их взаимодействием можно пренебречь, величины (1 ф(Е) с 1, 1562845Из анализа соотношений (1)-(4)следует, что в процессе проведения измерений для определения параметра повреждения необходимо:регистрировать величины Г; Т;К,; лБ и й; вычислять значенияпкпн в1" ПРЕД 10Величины 7, .Е Б ., гопреде"ор фляются при испытании контрольных образцов и при диагностиравании конструкции вводятся в ЭВМ 29 как . константы. Постоянные величины ы,С, 7, 15С являются справочными данными исследуемого материала и вводятся в ЭВМ 29как константы.Время испытанияопределяется спомощью таймера 30, связанного с ЭВМ 2029,Вывод величины параметра повреждаемости и других параметров АЭ такихкак Б, Б, и величины напряжения ьи температуры производится посредством блока 27 цифроаналоговых преобразователей, с выхода которого деформация поступает на регистратор 14,Таким образом, данное устройствопозволяет повысить точность диагносЗОтики механического состояния конструкций и их элементов за счет введения новых блоков, обеспечивающих определение параметра повреждаемостиконструкции. 35формула изобретенияУстройство диагностики состоянияконструкций, содержащее приемныеакустические каналы, каждый из кото 40рых состоит из соединенных последовательно приемного преобразователя,предусилителя, Фильтра, основногоусилителя, выпрямителя и Фильтра низких частот, блок определения разнос 45тей времен прихода, регистратор,блок выделения момента достижениямаксимальной амплитуды, пиковый детектор и первый блок выборки и хранения,выходы фильтров низких частот соеди 50 иены с соответствующими входами блока определения разностей времен прихода отличающееся тем, что, с целью повышения точности диагностики, оно снабжено вторым и третьим блоками выборки и хранения, тремя ана. лого-цифровыми преобразователями, селектором длительностей сигналов, блоком управления, двумя измерительными усилителями, блоком цифроаналоговых преобразователей, интенсиметром, блоком вычисления и таймером, выход выпрямителя первого приемного акустического канала соединен с входом пикового детектора, выход которого соединен с входом первого блока выборки и хранения, а его выход соединен с информационным входом первого аналого-цифрового преобразователя, вход блока выделения момента достижения максимальной амплитуды соединен с выходом фильтра низких частот первого приемного акустического канала, а его выход соединен с входом селектора длительностей сигналов, выход которого соединен с входом блока управления, выходы измерительных усилителей соединены с соответствующими входами второго и третьего блоков выборки и хранения, выходы которых соединены с сигнальными входами второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, первый выход блока управления соединен с управляющими входами пикового детектора, первого, второго и третьего блоков выборки и хранения и входом интенсиметра, выход которого соединен с регистратором, второй выход блока управления соединен с входами запуска первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, выходы данных, управляющие входы и выходы первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей и выход данных таймера соединены с магистралью блока вычисления, а аналоговые выходы блока цифроаналоговых преобразователей соединены с соответствующими входами регистратора,1562845 Хилков ектор Н. Ревская актор КНТ ССС твенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина рои Составитель К Гратилло Техред М.ДидыЗаказ 1062 Тираж 504 ВНИИПИ Государственного комитета по и 113035, Москва, Ж, Подписное ретениям и открытиям ушская наб д. 4/5