Многоканальное устройство для локации источника акустической эмиссии
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЯСНИХ щспжлик щ) G 0 1 N 29/04 (21) 4664842/28 (22) 18.01,89 (М) 07.11.91. Бюл. М 41 (71) Институт электросварки им,Е,О.Патона (72) H.Т.Хромяк и Н.В.Горлицын (53) 620 ° 179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 926591, кл. С 01 N 29/04, 1982, Авторское свидетельство СССР
N 989459, кл. с 01 N 29/04, 1983 ° (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ
ЛОКАЦИИ ИСТОЧНИКА АКУСТИЧЕСКОЙ
ЭМИССИИ (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для обнаружения дефектов в изделиях, например в сварных металлоконструкциях, по сигналам акустической эмиссии. Цель изобретения — повышение достоверно" сти контроля за счет обеспечения возможности обработки большего числа сигналов в реальном масштабе
Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для обнаружения дефектов в изделиях, например в сварных металлоконструкциях, по сигналам акустической эмиссии.
Цель изобретения - повышение достоверности измерений за счет обеспечения возможности обработки большего числа сигналов в реальном масштабе времени.
2 времени. Сущность изобретения состоит в том, что одновременно с определением дискретных значений сигнала в каждом из-каналов выделяют его огибающую и обрабатывают в два этапа . На первом этапе определяют дискретные значения огибающей сигнала, по которым производят его селекцию по амплитудному признаку и находят приблизительное положение точек, определяющих форму сигнала. На втором этапе по этим данным и по зарегистрированным дискретным значениям сигнала уточняют положение точек, определяющих форму и момент прихода сигнала, и определяют амплитудные и временные параметры сигналов. В качестве дискретного значения огибающей сигнала на интервале дискретизации принимают максимальное дискретное значение сигнала на этом интервале.
Это позволяет увеличить число обрабатываемых сигналов в реальном масштабе времени.. 3 ил.
На фиг. 1 представлена функциональная схема многоканального устройства для локации источника акустической эмиссии на фиг. 2 - вариант реализации канала устройства на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.
Устройство для обработки сигналов акустической эмиссии содержит и каналов 1, каждый из которых состоит
1689840 из последовательно соединенных электроакустического преобразователя
2, усилителя 3, блока 4 дискретизации и квантования, блока 5 определения значений огибающей сигнала, блока 6 селекции, блока 7 хранения временных координат характер ных точек сигнала и .счетного блока 8, а также включает в себя блок 9 ! хранения текущих значений сигнала, .и последовательно соединенные блок
10 памяти, вычислительный блок 11 и блок 12 визуализации.
Выходы каналов 1 соединены с соответствующими входами блока 10 памяти, Количество каналов i определяется размераии контролируемого объекта и требуемой точностью локализации источников акустической эмиссии, обычно и» 3.- В каждом канале 1 выход блока 4 дискретизации и квантования соединен с первым входом блока 9, подключенного вторым входом к второму выходу блока 6 сек= ции и;; вторым входам блока 7и счетного блока 8, подсоединенного первым выходом к третьему входу олока вторым выходом к третьему входу блока 9 и третьим входом к выходу блока 9- Третий выход счетного блока 8 каждого канала является выходом соответствующего канала 1, Блок ", дискретизации и квантования содержит (Фиг,2) генератор тактовых импульсов и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора i3, а информативный вход АЦП 14 является входом блока 4, первым выходом 15 которого является выход АЦП 14, Вторым выходом 16 блока 4 является выход генератора 13.
Блок 5 определения значений огибающей сигнала содержит (Фиг,2) регистр 17, последовательно соединенные элемент 18 сравнения, первый вход которого соединен с выходом ре" гистра 17, и элемент И 19, выход которого соединен с входом записи регистра 17, а также делитель 20 частоты, выход которого соединен с входом сброса регистра 17. Информационный вход регистра 17 и второй вход элемента l8 сравнения являются информационным входом, а второй вход элемента И 19 и вход делителя
20 частоты являются входом синхронизации. Первым 21 и вторым 22 выходами блока 5 являются соответственно выходы регистра 17 и делителя
20,частоты, Блок 6 селекции может быть реализован на любом программном или микропрограммнои блоке обработки, имеющеи набор основных логических и, арифметических операций и быстродействие, обеспечивающее выполнение цикла обработки одного текущего значения огибающей сигнала за интервал времени, равный целому числу интервалов дискретизации. Такой блок может быть выполнен на однои из стандартных микропроцессорных наборов БИС, например, серий 1802, 1804, 1810 или 1816.
Блок 7 хранения временных координат характерных точек сигнала содер" жит (Фиг.2) иодули 23 и 24 памяти информационные входы которых являются
4Î
Ы первым (информационныи) входом блока 7, а выходы являются первым выходом блока
7, коммутаторы 25 и 26, выходы которых соединены с адресными входаии соответственно модулей 23 и 24 памяти, и триггер 27, выходы которого соединены соответственно с управляющими входаии модулей 23 и 24 памяти и коммутаторов
25 и 26. Вход триггера 27 является вторым входом блока 7; Первые и вторые входы комиутаторов 25 и 26 являются соответственно первым и третьии входаии блока 7.
Счетный блок .8 может быть реализован на любом программном или микропрограммном блоке обработки, имеющеи набор основных логических и арифметических операций и быстродействие, обеспечивающее выполнение алгоритма определения информативных параиет" ров сигнала за интервал времени, не превышающий длительности иинимальной паузы между сигналаии акустической эиис ии, необходимой для их разделения. Блок 8 может быть выполнен на однои из стандартных иикропроцессорных наборов БИС, например, серий
1802, 1804, 1810 или 1816.
Блок 9 хранения текущих значений; сигнала содержит модули 28 и 29 памяти, информационныв входы которых являются первым входом блока .9, а выходы их являются выходом блока 9, коммутаторы 30 и 31, выходы которых оединены соответственно с адресйыии входами модулей 28 и-29, триггер 32, аыходы которого соединены соответ1689840 ственно с управляющими входами модулей
28 и 29 памяти и коммутаторов 30 и 31,и счетчик 33, вход которого является первым входом блока 9. Выход счетчика 33 соединен с первыми информационными входами коммутаторов 30 и 3 1, .вторые информационные входы которых являются третьим входом блока 9.
Вход триггера 32 является вторым входом блока 9. Для обеспечения ад- ресациии модулей 23 и 24 памяти при передаче информации из блока 6 в блок 7 и иэ блока 7 в счетный блок 8 служат соответственно адресные шины 34 и 35, подключенные к коммутаторам 25 и 26, а для обеспечения адресации модулей 28 и 29 памяти при передаче информации из блока 9 в счетный блок 8 — адресная шина 5b подключенная к вторым информационным входам коммутаторов
30 и 3 1. Позицией 37 обозначен выход блока 6 селекции, подключенный к второму входу счетного блока 8.
Устройство работает следующим образом.
Акустические сигналы принимают с помощью электроакустических преобразователей 2. Электрический сигнал 38 (фиг.3), представляющий со" бой смесь шума и сигналов акустической эмиссии, усиливается в каждом канале 1 с помощью усилителя 3 и, осуществляется его дискретизация и квантование в блоке 4. При этом определяются абсолютные текущие значения 39 {фиг.3) входного сигнапа с помощью АЦП t4 в моменты времени, соответствующие поступлению тактовых импульсов с выхода генератора
13, частота Ет„следования которых выбирается исходя из требуемой точности определения временных параметров сигнала акустической эмиссии.
В данном варианте реализации частота следования тактовых импульсов сос тавляет йт„= 1 МГц, и период дискретизации входного сигнала составляет 1 мкс.
Далее осуществляется регистрация этих значений в блоке 9 (фиг.1).При этом значения записываются в один из модулей 28 или 29 памяти (в зависимости от состояния триггера 32) по адресу, который определяется состоянием счетчика 33 (фиг.2). Число Разрядов счетчика 33 равно logjam, где m — емкость кажлого модуля 28 и
29 памяти. В свою очередь тп = Т„Г где Тн - интервал наблюдения, кото5 рый выбирается экспериментальным путем в соответствии с максимальной длительностью информативной части сигнала акустической эмиссии. В данном варианте Т = 4096 мкс, разрядность счетчика 33 составляет 12 двоичных разрядов, и при регистрации происходит постоянное обновление значений, записанных за 4096 мкс до текущего момента °
15 Одновременно производят первый этап обработки дискретных значений.
При этом определяется дискретное значение огибающей сигнала на каждом интервале времени, равном це20 лому числу периодов дискретизации входного сигнала. В устройстве это реализуется следующим образом. Дискретные значения 39 (фиг.3) поступают на информационный вход регистра 17 (фиг.2) блока 5 определения значений огибающей сигнала.
Новое значение записывается в регистр 17 по приходу соответствующего тактового импульса в случае, ес30 ли это значение. больше значения, уже хранящегося в регистре 17. Этот анализ выполняется с помощью элемента 18 сравнения, а стробирование записи — тактовыми импульсами с выхода элемента И 19. Тактовые импульсы поступают также на вход делителя 20 частоты. Коэффициент К деления частоты выбирается таким образом, чтобы период Тд следования им4р пульсов на выходе делителя 20 частоты превышал максимальную длительность цикла обработки одного значения огибающей в блоке 6, а аппроксимация огибающей сигнала с частотои
45 следования этих импульсов обеспечила бы возможность оценки формы сиг" нала (выделение информативных Jlo кальных экстремумов огибающей). В данном случае К =16, То — — -- =,16 мкс, К
50 Регистр 17 сбрасывается по заднему фронту выходных импульсов делителя 20 частоты, т. е. один раз на 16 тактовых импульсов. Таким образом, на 55 выходе 21 блока 5 получаем дискретные значения огибающей 40 сигнала (фиг,3), причем в качестве этих значений служат максимальные дискретные значения 39 (фиг.3) на каждом 16,89Р,0 10 соответствующего модуля 23 и 74 памяти считывается (по адресу, формируемому в блоке 8 и передаваемому через соответствующий коммутатор 25 или 26) номер N>,интервала. Т, оп5 ределяющий положение первого локального экстремума огибающей. По этому номеру из соответствующего модуля 28 или 29 в счетный блок 8 считывается массив, содержащий К дискретных значений из некоторой f -окрестности этого экстремума (адреса дискретных значений модифицируются в счетном блоке 8 и передаются через соответствующий коммутатор 30 или 31). Далее, момент t прихода сигнала, соответствующий в первом случае реализации точному положению первого локального экстремума, определяется в счетном блоке 8 по Формуле t = = N><"L + N aÄ гДе Имаме номеР мак т симального дискретного значения в указанном массиве. В рассматриваемом случае значение t определяется с точ- 25 ностью i мкс, соответствующей частоте дискретизации входного сигнала. Максимальное дискретное значение Фиксируется как амплитуда первого экстремума. Аналогично определяются амплитуда и временная координата второго экстремума. Интервал между экстремумами определяется как разность соответствующих временных координат. Согласно другому алгори™у для оп 35 ределения точного . момента прихода сигнала могут использоваться его дискретные значения на интервале Т, соответствующем моменту обнаружения. B таком варианте эти значения сравни= 40 ваются с порогом Ао обнаружения для определения момента его пересечения передним Фронтом первой моды сигнала. Второй этап обработки.сигнала акустической эмиссии заверша- 45 ется передачей его информативных параметров в блок 1О памятй. В данном случае реализации устройства обеспечена возможность одновременного выполнения обоих этапов обработки сигналов. Это достигается благодаря секционированности блоков 7 и 9, в которых запись данных о новом сигнале акустической эмиссии в соответствующие модули (например; 23 и 28) памяти может производиться одновременно с чтением данных о пре" . дыдущем сигнале из других модулей (24 и 29) памяти, а также вследствие того что первый этап обработки нового сигнала в блоке 6 может быть завершен не ранее, чем в конце паузы Тр, а этого достаточно для того, чтобы успеть выполнить второй этап обработки предыдущего сигнала в счетном блоке 8. По значениям информативных параметров сигналов, принятых в нескольких каналах, в вычислительном блоке 11 вычисляют параметры событий акустической эмиссии. При этом, в частности вычисляют координаты источ7 ников сигналов, индуцированных этими событиями. Далее определяют, например, среднюю энергию четырех сигналов события по формуле K Амакс1E1 Е = 12 где А„, „с - максимальное значение огибающей, Т - длительность сигнала Э j — номера каналов в порядке прихода сигналов, а также другие характеристики событий акустической эмиссии и их источников, необходимые для дости" жения конечных целей акустикоэмиссионного контроля. Результаты обработки индицируются и документируются в блоке 12 визуализации. .Использование изобретения позволяет повысить достоверность контроля, а также быстродействие при обработке информации и производительность контроля. формула изобретения Многоканальное устройство для локации источника акустической эмиссии, содержащее несколько каналов, каж- дый из которых состоит из блока селекции и последовательно соединенных электроакустического преобразователя, усилителя и блока дискретизации и квантования, последовательно соединенные блок памяти, вычислительный блок и блок визуализации, выходы каналов подключены к соответствующим входам блока памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности за счет обеспечения возможности обработки большего числа сигналов в реальном масштабе вре1b89840 10 мени, в нем каждый канал снабжен с етным блоком, блоком хранения текущих значений сигнала, блоком хранения временных координат характерных точек сигнала и блоком определения значений огибающей, подключенным входом к выходу блока дискретизации и квантования и к первому входу блока хранения текущих значений сигнала и выходом - к входу блока селекции, подсоединенного первым выходом к первому входу блока хранения временных координат характерных точек сигнала, выход которого соединен с первым входом счетного блока, блок селекции подсоединен вторым выходом к вторым входам блока хранения временных координат характерных точек сигнала, блока хранения текущих значений сигнала и счетного блока, подключенного третьим входом к выходу блока хранения текущих значений сигнала, первым выходомк третьму входу блока хранения временных координат характерных точек сигнала и вторым выходом - к третьему входу блока хранения текущих зНачений сигнала, а. третий выход счетного блока каждого. канала является выходом соответствующего канала. 168984С 1689840 КорректоР Л. Пилипенко РедакторС.Папп Подпиское Заказ 799 TMpc3 к В!ИИПИ Государ< твовиного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . t 03з „Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 Т Производственнс-tr„ г1е.п скнй комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 701 Составитель В. Костюхин Техред Л. Сердюкова
