Способ определения координат источника акустической эмиссии и устройство для его осуществления

,Трони ченкоков г РЯ КООРД Й ЭИИССИ УЦ 1 Е СТВЛЕ Т азитс жет быть е,лени коорди1 с сии ко ииф х горных пород,ьппение достоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ(21) 4330919/ (22) 19.11,87 (46) 23.05,89 (71) Краснояр институт (72) А.С.Глин и В.А.Глннчи (53) 620.179. (56) Грешнико ческая эмисси стандартов, 1Авторское У 504074, кл. 16 (088.8)в В,А, и др. Акустия. - М.: Издательство 976, с. 51,86.свидетельство СССРС 01 1 г 29/04,. 1975,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕ ИСТОЧНИКА АКУСТИЧЕСК УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО О (57) Изобретение отн рушающему контролю и использовано для опр нат источника акусти в материалах и масси Цель изобретения - и верности за счет уменьшения погрешности определения момента приходасигнала акустической эмиссии на преобразователь, Несколькими каналамипринимают сигнал акустической эмиссии, выделяют огибающую детектором3 и сравнивают с пороговым уровнемна пороговом элементе 4. Нуль-орган10 после этого фиксирует моментынуль-переходов сигнала, которые подсчитываются счетчиками 8. В вычислительный блок 13 поступает черезкоммутатор 12 информация со всехканалов., после че о рассчитывается время прихода сигнала на преобразователь 1 как среднее арифметическое значение от временперехода сигнала через ноль и разность времен прихода на преобразова"тели 1. По ним рассчитывают координаты источника акустической эмисс которые регистрируют регистратор14. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится кобластинеразрушающего контроля и можетбыть исполЬзовано для определениякоординат источника акустическойэмиссии в материалах и массивахгорных пород,11 елью изобретения является повышение достоверности определения координат источника акустической эмиссииэа счет уменьшения погрешности определения момента прихода сйгналаакустической эмиссии на преобразователь,На фиг.1 приведена блок"схемаустройства; на фиг.2 - временныедиаграммы, иллюстрирующие способ. Устройство для определения координат источника акустической эмиссии содержит и каналов приема сигналов акустической эмиссии, включающих последовательно соединенные преобразователь 1, избирательный усилитель 2, детектор 3 огибающей, поро- говый элемент 4 и П-триггер 5, на П-вход которого подан уровень логической единицы, две группы иэ последовательно соединенных П-триггеров 6.1,6.26.(1-1) и 7,1,7.2,6 7. (1-1) с подключенными к их выходам и к выходу Э"триггера 5 счетчиками 8.1,8.2,8,(21-1), 21-входовый коммутатор 9, соединенный с выходом измерительных счетчиков 8, нуль-орган 1 О, соединенный входом с выходом усилителя 2, а первым и вторым выходами - соответственно с объединенными С-входами П-триггеров первой 6 и второй 7 групп, двухвходовый элемент И 11, входы которогосоединены с выходами последних П-триггеров первой 6,(1- 1) и второй 7 .(1-1) групп, а также общие для всех каналов последовательно соединеннь 1 е основной и-входовый коммутатор 12, вычислительный блок 13 и регистратор 14, и-входовой элемент И 15, элемент 16 запрета и генератор 17 импульсов, при этом П-входы первых П-триггеров первой 6.1 и второй 6,2 групп соединены .с выходом П-триггера 5, выходы коммутаторов 9 соединены с входами коммутатора 12, выходы двухвходовых . элементов И 11 соединены с входами и-входового элемента И 15, подключенного выходом к управляющий входам вычислительного блока 13 и элемента 16 запрета, соединенного сигнальным 5 10 15 го 25 30 35 40 45 50 входом с выходом генератора 17 импульсов, а выходом - со счетными входами всех измерительных счетчиков 8, управляющие входы коммутаторов 9 и 12 соединены с вторым управляющим выходом вычислительного блока 3, к первому управляющему выходу которого подключены сбросовые входы всех П- триггеров 5-7 и измерительных счетчиков 8.Способ осуществляют следующим образом.С помощью группы преобразователей 1, установленных определенным образом на контролируемом объекте, принимают сигналы акустической эмиссии, выделяют огибающую и фиксируют моментыпревышения огибающей заданного порогового уровня (Лиг. 2 а, в, б, где показаны начальные участки сигналов для одной полу- волны, принимаемых двумя каналами 7.Вследствие различия амплитуд сигналов в каналах, зависящего от расположения датчиков относительно источника акустической эмиссии и не- идентичности характеристик каналов, а также из-эа нестабильности пороговых уровней возникают смещения моментов пересечения огибающей сигнала порогового уровня, что при использовании их в качестве информационных параметров сигналов приводит к погрешности определения местоположения источника акустической эмиссии. Аналогичным образом возникают погрешности и при использовании моментов первого пересечения порогового уровня мгновенными значениями сиг" нала.Определенная степень различия амплитуд и относительных порогов всегда остается и обусловленное этим, а также другими указанными выше дестабилизирующими факторами смещение моментов пересечения сигналом порогового уровня может быть достаточно большим. В дальнейшем будем полагать, что смещения моментов пересечения огибающей сигнала порогового уровня в каналах за счет дестабилизирующих факторов не превышают половины периода заполнения сигнала акустической эмиссии. Нри этом условии можно с помощью последующих операций получить точность определения разности времен прихода (РВП) сигналов существенно большую,5 148чем по огибающей сигналов или моментом первого пересечения пороговогоуроння мгновенными значениями сигнала.С этой целью одновременно с фиксацией моментов пересечения огибающей сигналов порогового уровня выделяют также моменты переходов сигналов через нулевой уровень с положительной и отрицательной производной (дне и более пары 1; Си.д.), которые непосредственноследуют за моментами превышения огибающей сигнала заданного пороговогоуровня (первый индекс соответствуетномеру нуль-перехода 1,21, авторой - номеру канала 1,2п).Далее по последнему регистрируемому нуль-переходу выявляют канал,принявший сигнал последним, которыйпринимают в качестве опорного иопределяют для этого канала порядокчередования знаков нуль - переходов.На фиг,2 для опорного канала 2 нуль "переходы следуют в порядке +, в ,+, -и т.д. Затем делают то же самоедля другого канала и сравнивают поря.Рдок чередования нуль - переходовв этом канале с опорным каналом. Приодинаковом порядке чередования нуль -переходов, как это имеет место дляслучая, приведенного на фиг,2 а, считают, что зарегистрированные в каналах нуль - переходы соответствуютодноименным (одним и тем же ) полуволнам сигнала и вычисляют РВП сигналов для рассматриваемых каналовкак среднее по всем (21-1) зарегистрированным моментам переходов черезнуль:ЗТи=, (е - е,) + (е- Е,.,)3/(21.-1),Такая оценка РВП значительно точнее, чем получаемая по моментам, пересечения огибающей или мгновенными значениями сигнала заданного порога, так как мало зависит от амплитуды сигнала и уходов нуленой линии усилителей.Вследствие идентичности амплитуд сигналов и характеристик приемно-, усцлительных трактов, в том числе нестабильности усиления и пороговых уровней для огибающей сигналов в пределах указанных ограничений, возможен различный порядок следования 1673нуль-переходов н сопоставляемых каналах, Такой случай показан нафиг.2 б, где в опорном канале порядок5чередования нуль-переходов тот жеФчто и на фиг. 2 а, а в сравниваемомканале - обратный, т.е. в ,+, в ,+ ит.д. В этом случае проводится дополнительный анализ относительного временного положения моментов пересечения огибающей сигналов и ближайших кним переходов через нуль; Для этойцели вычисляются разности (й - С)и (г. - й ,), которые сравниваютсямежду собой, При этомв качествепервого нуль-перехода, по которомуизмеряется РВП, выбирается тот, который более удален от момента пересечения огибающей и ему ставится исоответствие нуль-переход того жезнака в другом канале. Так на фиг.2 бболее удален от момента пересеченияогибанзцей нуль-переход 1 + во втором(опорном) канале (юг.2) (ег.г- г). Ему соответствует одноименный переход Т в первом канале. Соответствие указанных нуль-переходовболее вероятно, чем нуль-переходови С;, использование которыхпривело бы к грубой погрешности определения РВПДля пояснения на фиг.2 б пунктиромпоказаны плотности вероятностей моментов пересечения огибающей сигналовпорогового уровня при воздействии35на сигналы случайных дестабилизирую, щих Факторов.С учетом этого РВП в данном слу"чае определяется какс-40 ДТ 1 . И2) ( н)гФ- с,. )3 2(1-2),.При этом число усредняемых парнуль-переходов уменьшается на один,45 поскольку, как это следует из фиг.26,последнему нуль-переходу в опорномканале г. нет соответствующего одноименного нуль-перехода в первом канале.50 На фиг, 2 в более удален от момента пересечения огибающей сигналаМпереход Г, в первом канале, которому ставится в соответствие нульпереход опорного канала. Поэтому РВП55 здесь определяется следукн 1 им образом:ИЬТ=(Е - С ) + (Е- - е ,.)3/2(1-2), 1481673Аналогичным образом определяютсяРВП для других пар каналов.С увеличением числа используемых для оценки РВП нуль-переходов сигналов возрастает точность оценки РВП5за счет эффекта усреднения, однакомаксимальное число нуль-переходовограничивается возможными перескоками Аазы внутриимпульсного заполнения вследствие взаимодействия различныхтипов упругих волн в материале. Минимально необходимо Фиксировать днепары нуль-переходов в каждом канале,из которых н случае неодинакового 15 порядка следования нуль-переходов для оценки РВП используется толькоодна пара, обеспечивающая эАфектусреднения и компенсации погрешностиэа счет смещения нулевой линии в ка налах, так как моменты положительных и отрицательных нуль-переходов приэтом смещаются встречно, а их среднее значение практически не изменяется, 25Иэ, данных формулы для расчета РВП следует, что за время приходасигнала на преобразователь принимаютсреднее арифметическое измеренных нескольких моментов перехода сигнала 30акустической эмиссии через нуль после достижения его огибающей пороговогоуровня. После этого определяют РВП.По найденным значениям РВП иэвесТныйй методами вычисляют координатыИРточника акустической эмиссии.Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.В исхОднОм сОстОянии сигналом с 40 первого управляющего выхода вычислительного блока 13 все Р-триггеры 5-7 и измерительные счетчики 8 сбрасыва-. ются в нуль, Сигнал акустической эмиссии, принятый одним из и каналов 45 и преобразованный датчиком 1 в электрический сигнал, усиливается далее избирательным усилителем 2 и поступает на детектор огибающей 3 и нуль- орган 10. По огибающей сигнала поро 50 говым элементом 4 формируется прямоуголЬный импульс, Аронт которого соответствует моменту превышения огибающей порогового уровня, Этим фронтом устанавливается в единицу Р-триггер15 5, разрешающий счет импульсов измерительным счетчиком 8.1 от генератора 17 импульсов через открытый элемент 16 запрета. С помощью нуль-онгана 10 Формируются дне последовательности импульсов, привязанных к положительным и отрицательным нуль-переходам сигналов, которые поступают соответственно на С-входы П-триггеров первой 6 и второй 7 групп. Первый из указанных импульсов, после превышения огибающей заданного порогового уровня устанавливает н единицу первый й-триггер одной из групп ( 6.1 или 7.1 в зависимости от знака нуль-перехода, поскольку на их Р-входах действует единичный уровень с выхода П"триггера огибающей 5. С этого момента начи" кается счет импульсов подключенным к первому В-триггеру измерительным счетчиком 8, Каждым последующим импульсом привязки к нуль-переходу устанавливается в единицу следующий 0-триггер первой 6 и второй 7 групп, После прихода (1-1) пар положительных и отрицательных нуль-переходов устанавливаются в единицу последние два 11-триггера 6.(1-1) и 7.(1-1) и на выходе двухвходового элемента И 11 установится единичный уровень.Аналогичные процессы происходят при поступлении сигналов акустической эмиссии на другие каналы. После приема сигналов всеми каналами и,фиксации в каждом канале 1-1 пар1пепеходов через нуль относительно моментов превышения огибающей заданного порога, единичные уровни установятся на выходах всех двухвходоных элементов И 11 и соответственно на выходе и"входового элемента И 15, что приведет к запиранию элемента 16 запрета и одновременному прекращению поступления счетных импульсов с генератора 17 на нсе измерительные счетчики 8, В результате в измерительных счетчиках 8 регистрируются коды, соответствующие моментам превышения огибанюцей заданного порога и последукщих (1-1) пар нуль-переходов относительно последнего Аиксируемого нуль-перехода..1 НАормация о завершении измерительного цикла по .управляющему входу поступает также на вычислительный блок 13, который через управляемые им коммутаторы 9 и 12 осуществляет ввод измерительной инАормации с измерительных счетчиков 8. После завершения ввода вычислительный блок 13 производит начальную установку каналов и подготавливает устройство кприему следующей локационной серии импульсов. На основе принятой информации в соответствии с указанными при описании способами алгоритмами вычислительным блоком 13 находятся разности времен прихода и вычисляются координаты источника акустической эмиссии. Результаты вычислений, а также промежуточные данные выводятся на регистратор 14.Формула изобретения1. Способ определения координатисточника акустической эмиссии, заключающийся в том, что сигнал акустической эмиссии принимают несколькимипреобразователями, измеряют временаприхода сигнала на преобразователии по разности времен прихода определяют координаты источника акустической эмиссии, о т л и ч а ю 1 ц и й -с я тем, что, с целью повышениядостоверности, выделяют огибающуюсигнала акустической эмиссии каждогопреобразователя, измеряют времена перехода сигнала акустической эмиссиичерез ноль после достижения его огибающей порогового уровня, а времяприхода сигнала на каждый преобразователь определяют как среднее ариЬметическое измеренных времен перехода через ноль,2, Устройство для определениякоординат источника акустическойэмиссии, содержащее последовательносоединенные и-входовый коммутатор,вычислительный блок и регистратор ии каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь и избирательный усилитель и пороговый элемент, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено последовательно соединеннымигенератором импульсов и элементомзапрета, а также и-входовым элементом И, выход которого подключен к5свторому входу элемента запрета и вто"рому входу вычислительного блока,а каждый из п каналов снабжен детектором огибающей, включенным между выходом избирательного усилителя и входом порогового элемента, последовательно соединенными Л-триггерами,С-вход первого из которых подключенк выходу порогового элемента, а Л 15 вход предназначен для подключения кединичному потенциалу, нуль-органом,вход которого связан с выходом избирательного усилителя, а первый выход - с С-входами остальных 1-1 Р 20 триггеров, последовательно соединенными дополнительными 1-1 Л-триггерами, С-входы которых подключены квторому выходу нуль-органа, 21 счетчиками, первые входы которых соеди 25 иены с соответствующими выходамивсех П-триггеров двухвходовым элементом И, входы которого связаны свыходами последних из основных и дополнительных П-триггеров а выход -30 с соответствующим входом и-входовогоэлемента И, и 21-входовым коммутатором, включенным между выходами всехсчетчиков и соответствующим входоми-входового коммутатора, Р-вход перво 35 го из дополнительных Л-триггеров подключен к выходу первого из 1 Р-триггеров, выходы всех П-триггеров подключены соответственно к счетным входамсчетчиков, управляющие входы которыхщ соединены с выходом элемента запретаа выход окончания обработки вычислительного блока подключен к входамсброса всех Л-триггеров, счетчикови коммутаторов,1481673 ставитель Л.Кондрыкинска тор А.Иандор Техреду.М.дндык Корректор С.Черн КНТ СССР Производственно-издател атент", г. Ужгород, ул, Гагари омби Заказ 7681/45ВНИИПИ Государств1 Тираж 790 Подписноеного комитета по изобретениям и 035, Москва, Ж, Раушдкая наб. открыти , д. 4/