Способ диагностирования металлических мостовых конструкций и устройство для его осуществления

Использование: для диагностирования металлических мостовых конструкций с использованием метода акустической эмиссии и тензометрии. Сущность заключается в том, что осуществляют прием, регистрацию сигналов с акустических преобразователей и динамической деформации с тензодатчиков, оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения мостовой металлической конструкции проходящим поездом, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат развивающихся дефектов, при этом мостовую конструкцию разбивают на N зон, в каждой из которых закрепляют четыре акустических преобразователя, образующих пьезоантенну, и тензодатчики, причем регистрацию сигналов акустической эмиссии в зоне начинают в момент обнаружения изменения знака производной деформации на положительный и превышении ею порогового значения и прекращают в момент обнаружения изменения знака производной деформации на положительный на другом тензодатчике этой зоны, а о месте расположения дефекта судят по разности времени прихода сигналов в пьезоантенне, зарегистрировавшей акустические сигналы. Технический результат: увеличение быстродействия и повышение точностных характеристик при локализации сигналов акустической эмиссии в процессе диагностирования мостовой металлической конструкции. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю металлических мостовых конструкций с использованием метода акустической эмиссии и тензометрии.

Известен способ диагностирования конструкций, включающий регистрацию широкополосных акустических сигналов и их волновой формы, оцифровку волновой формы акустических сигналов, вычисление по ней спектра акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат их источников, анализ параметров акустических сигналов и оценку степени опасности источников этих сигналов как потенциальных дефектов диагностируемой конструкции. Кроме того, регистрацию времени прихода акустических сигналов и определение по нему координат их источников производят по частоте дискретизации быстродействующих аналого-цифровых преобразователей, которую синхронизируют по всем приемным каналам системы, а фильтрацию помех, анализ параметров акустических сигналов и оценку степени опасности источников этих сигналов дополнительно производят по вычисленным спектрам акустических сигналов с учетом одновременно вычисляемых координат их источников, причем операции вычисления спектра акустических сигналов, вычисления координат их источников, предварительной обработки акустических сигналов, фильтрации помех, анализа параметров акустических сигналов и оценки степени опасности источников акустических сигналов выполняют параллельно на распределенных по локально-вычислительной сети процессорах многоканальных модулей регистрации и предварительной обработки акустических сигналов и модулей анализа акустических сигналов под управлением операционной системы реального времени (Пат. РФ № 2141655, МПК 6 G01N 29/14, приоритет от 24.11.98 г., БИ № 32, 1999, принятый за аналог).

Недостатком известного способа является следующее обстоятельство. Способ предусматривает регистрацию и цифровую обработку широкополосных акустических импульсов в реальном времени. Он совмещает возможности анализа традиционных параметров акустической эмиссии и определения координат дефектов с анализом формы и спектра импульсов и обеспечивает выполнение операций предварительной обработки и критериального анализа акустической информации в режиме экспресс-анализа, т.е. непосредственно в ходе проведения акустико-эмиссионного контроля. Однако данный способ может быть реализован только при небольшой скорости счета. Если же поток регистрируемых сигналов большой, что встречается часто при акустико-эмиссионной диагностике металлических конструкций, то данный способ нереализуем непосредственно в ходе проведения эксперимента.

Известна многоканальная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций (Пат. РФ № 2217741, МКИ G01N 29/14, приоритет от 13.03.2001 г., принятый за аналог), состоящая из 1…n каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический преобразователь, предварительный усилитель, фильтр, основной усилитель, компаратор, выход которого соединен с таймером, устройство сопряжения, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, а также содержит аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства. Кроме того, в системе основной усилитель программируемый, а его выход подключен к инвертирующему входу компаратора и аналого-цифровому преобразователю, выход оперативного запоминающего устройства соединен с первым входом сигнального процессора, выход которого подключен к устройству сопряжения, а выход устройства сопряжения соединен с локальной сетью, которая, в свою очередь, соединена с компьютером, выход таймера подключен к входу устройства управления, причем первый выход устройства управления соединен с входом генератора, выход которого через ключ соединен с акустическим преобразователем, второй выход устройства управления соединен с управляющим входом оперативного запоминающего устройства, третий выход устройства управления соединен со вторым входом сигнального процессора, при этом устройство управления также выполнено с возможностью подачи команды на увеличение порога срабатывания, который с помощью цифроаналогового преобразователя устанавливается на входе компаратора.

Недостатком устройства является низкое быстродействие и невысокая точность. Это вызвано тем, что пропускная способность канала распределенной акустико-эмиссионной системы зависит от длины кабеля, а следовательно, от величины распределенной емкости. Величина распределенной емкости возрастает при увеличении длины кабеля. Кроме того, увеличение длины кабеля приводит к уменьшению частоты передачи цифрового эквивалента сигнала акустической эмиссии, а следовательно, происходит потеря информации, поскольку с уменьшением частоты сигнал передается с большей погрешностью. В результате этого снижается точность локализации сигналов акустической эмиссии и правильность оценки степени опасности дефекта. В системе, принятой за аналог, отсутствует тензометрический канал, определяющий деформацию в месте расположения акустического преобразователя. Известно, что определение деформации конструкции позволяет найти действующие нагрузки, а значит, с большей достоверностью отделять полезные сигналы от помех.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ диагностирования металлических мостовых конструкций и устройство для его осуществления (Пат. РФ № 2240551, МПК 7 G01N 29/04, приоритет от 20.06.2001, БИ № 32, 2004, принятый за прототип), включающий прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения мостовой металлической конструкции, например проходящим поездом, оцифровку акустических сигналов, вычисление по ней спектра акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат развивающихся дефектов. Кроме того, одновременно с регистрацией сигналов с акустических преобразователей осуществляют регистрацию динамической деформации, а регистрацию основных параметров акустических сигналов, координат развивающихся дефектов и их спектральных характеристик осуществляют в момент достижения максимума механических деформаций конструкции.

Недостатком известного способа является следующее обстоятельство. Запись информативных параметров сигналов акустической эмиссии в прототипе осуществляется только в момент достижения в конструкции максимума деформаций. В прототипе для записи информативных параметров сигналов акустической эмиссии в каждый измеряемый момент времени необходимо определять деформации. Поскольку заранее найти величину деформаций нельзя, то нельзя определить и максимум деформаций, а следовательно, выставить по ним порог и найти промежуток времени, в течение которого необходимо осуществлять запись акустико-эмиссионных сигналов. Поэтому порог срабатывания по деформациям выставляется по величине динамической деформации, измеренной до момента приема акустического сигнала. Следовательно, практически невозможно установить порог по деформациям, определяющим промежуток времени, в течение которого необходимо осуществлять запись акустического сигнала. В результате этого возможна потеря акустико-эмиссионной информации, вследствие чего локализация дефектов определяется с большой погрешностью. Кроме того, процесс поиска максимума деформаций и определение промежутка времени, в течение которого должна производиться запись акустико-эмиссионной информации, весьма сложен и занимает большой промежуток времени. Это приводит к уменьшению быстродействия устройства, к потери информации и снижению достоверности результатов измерения.

Наиболее близким по технической сущности является многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностики мостовых металлических конструкций, состоящее из n блоков, каждый из которых содержит канал, состоящий из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, а также аналого-цифрового преобразователя, оперативного запоминающего устройства и устройства сопряжения. Кроме того, в первом канале выход фильтра соединен с последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, оперативным запоминающим устройством, сигнальным процессором и устройством сопряжения, а также оно снабжено в каждом блоке вторым каналом, состоящим из последовательно соединенных тензодатчика, аналогового преобразователя, аналого-цифрового преобразователя, процессора и устройства сопряжения, причем выходы устройств сопряжения первого и второго каналов блока соединены с сигнальной шиной компьютера, которая, в свою очередь, соединена с компьютером, причем второй выход процессора второго канала блока соединен со вторыми входами оперативного запоминающего устройства и сигнального процессора первого канала, а также с входом генератора, выход которого соединен с ключом, выход которого подключен к акустическому преобразователю (Пат. РФ № 2240551, МПК 7 G01N 29/04, приоритет от 20.06.2001, БИ № 32, 2004, принятый за прототип).

Недостатком устройства является то, что для передачи информации в канале распределенной акустико-эмиссионной системы необходимо выделять определенный промежуток времени, в течение которого цифровой эквивалент акустико-эмиссионного сигнала доходит до центрального процессора. Причем длительность передачи информации зависит от пропускной способности линии и количества измерительных каналов. Увеличение числа измерительных каналов приводит к уменьшению времени передачи сигнала в одном канале, снижению быстродействия акустико-эмиссионной системы, понижению точности преобразования сигнала акустической эмиссии и потере информации. Кроме того, пропускная способность линии зависит от величины эквивалентной емкости, которая оказывается прямо пропорциональной длине линии связи. Потеря информации при передаче цифрового эквивалента сигнала акустической эмиссии по линии связи приводит к ошибкам локализации дефекта, в результате чего снижается достоверность контроля. Кроме того, из-за потери информации возможен пропуск сигналов акустической эмиссии и неправильное определение времен прихода сигналов на акустические преобразователи пьезоантенны (Дианостика объектов транспорта методом акустической эмиссии /Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н., Муравьев В.В. и др./ Под ред. Л.Н.Степановой, В.В.Муравьева - М.: Машиностроение, 2004, с.43-55).

При разработке заявляемого способа диагностирования металлических мостовых конструкций и устройства для его осуществления была поставлена задача увеличения быстродействия и повышения точностных характеристик при локализации сигналов акустической эмиссии в процессе диагностирования мостовой металлической конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе диагностирования металлических мостовых конструкций, включающем прием, регистрацию сигналов с акустических преобразователей и динамической деформации с тензодатчиков, оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения мостовой металлической конструкции, например проходящим поездом, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат развивающихся дефектов. Кроме того, согласно изобретению мостовую конструкцию разбивают на N зон, в каждой из которых закрепляют четыре акустических преобразователя, образующих пьезоантенну, и тензодатчики, при этом регистрацию сигналов акустической эмиссии в зоне начинают в момент обнаружения изменения знака производной деформации на положительный и превышении ею порогового значения и прекращают в момент обнаружения изменения знака производной деформации на положительный на другом тензодатчике этой зоны, а о месте расположения дефекта судят по разности времени прихода сигналов в пьезоантенне, зарегистрировавшей акустические сигналы.

Поставленная задача решается также за счет того, что многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностики мостовых металлических конструкций, состоящее из n блоков, каждый из которых содержит канал, состоящий из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, а также генератора, выход которого соединен с ключом, выход которого подключен к акустическому преобразователю, а также аналого-цифрового преобразователя, оперативного запоминающего устройства, устройства сопряжения, компьютера, кроме того, каждый блок содержит второй канал, состоящий из тензодатчика, аналого-цифрового преобразователя и процессора. Кроме того, оно снабжено усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, компаратором акустического сигнала, цифроаналоговым преобразователем порогового напряжения акустического сигнала, счетчиком, устройством управления, компаратором сигналов с тензодатчика, цифроаналоговым преобразователем порогового напряжения с тензодатчика, источником тока питания тензодатчика, усилителем разности, источником опорного напряжения, причем в первом канале выход фильтра соединен с усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с инвертирующим входом компаратора акустического сигнала и входом аналого-цифрового преобразователя акустического сигнала, а выход компаратора соединен с входом счетчика времени прихода сигнала, выход которого соединен с первым входом устройства управления, причем первый выход устройства управления соединен с управляющим входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, второй выход устройства управления соединен со входом генератора, третий выход устройства управления соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства, а цифровой выход устройства управления двунаправленной шиной соединен с цифроаналоговым преобразователем порогового напряжения акустического сигнала, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора, причем цифровой выход аналого-цифрового преобразователя акустического сигнала двунаправленной шиной соединен со вторым входом оперативного запоминающего устройства, выход которого двунаправленной шиной соединен с последовательно соединенными цифровым сигнальным процессором и устройством сопряжения с линией, выход которого двунаправленной шиной соединен с последовательной линией связи, которая, в свою очередь, соединена с центральным процессором компьютера, третий вход оперативного запоминающего устройства во втором канале соединен с выходом компаратора сигнала с тензодатчика, инвертирующий вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя порогового напряжения сигнала с тензодатчика, вход которого соединен с управляющим выходом устройства сопряжения с линией, а один конец тензодатчика соединен с общей шиной, а другой конец подключен ко входу источника тока питания тензодатчика и входу усилителя разности, вход источника тока питания тензодатчика соединен с выходом источника опорного напряжения и входом усилителя разности, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя сигнала с тензодатчика и неинвертирующим входом компаратора сигнала с тензодатчика, а цифровой выход аналого-цифрового преобразователя сигнала с тензодатчика соединен шиной с цифровым входом цифрового сигнального процессора, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя сигнала с тензодатчика, цифровой сигнальный процессор соединен двунаправленной шиной с устройством управления.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, осуществляющего сбор и преобразование измерительной информации. На фиг.2 приведена схема расстановки тензодатчиков и преобразователей акустической эмиссии на продольной балке моста. На фиг.3 показано изменение зон контроля при перемещении вагона вдоль продольной балки моста. На фиг.4 показаны динамические продольные деформации мостовой конструкции под нагрузкой тележек вагона.

Устройство, реализующее способ диагностирования металлических мостовых конструкций (фиг.1), содержит:

1…n - блоки;

2 - акустический преобразователь;

3 - предварительный усилитель;

4 - фильтр;

5 - генератор;

6 - ключ;

7 - аналого-цифровой преобразователь акустического сигнала;

8 - оперативное запоминающее устройство;

9 - устройство согласования с линией;

10 - центральный процессор компьютера;

11 - тензодатчик;

12 - аналого-цифровой преобразователь сигнала с тензодатчика;

13 - цифровой сигнальный процессор;

14 - усилитель с регулируемым коэффициентом усиления;

15 - компаратор акустического сигнала;

16 - цифроаналоговый преобразователь порогового напряжения акустического сигнала;

17 - счетчик времени прихода сигнала;

18 - устройство управления;

19 - компаратор сигнала с тензодатчика;

20 - цифроаналоговый преобразователь порогового напряжения с тензодатчика;

21 - источник тока питания тензодатчика;

22 - усилитель разности;

23 - источник опорного напряжения;

24 - последовательная линия связи стандарта RS485;

25 - общая шина.

Практическая реализация предлагаемого устройства, реализующего способ диагностирования металлических мостовых конструкций, выполняется по известным схемам с использованием следующих компонентов.

1. Схема измерительного усилителя 3 приведена в книге (Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н. и др. Акустико-эмиссионная диагностика конструкций. - М.: Радио и связь. 2000. С.83, рис.3.3).

2. Компараторы 15, 19 выполнены на микросхеме LM311. Ключ 6 выполнен на микросхеме КР590КН5.

3. Полосовой фильтр 4 выполнен по двухзвенной схеме активных фильтров второго порядка на операционных усилителях МС33282 фирмы «Motorolla». Пример реализации приведен в книге (Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1988. С.105, рис.3.8, б).

4. Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 14 выполнен на операционном усилителе МС33282 фирмы «Motorolla» и цифроаналоговом преобразователе AD7545. пример реализации усилителя приведен в книге (Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1988. С.234, рис.9.4, б).

5. Источник опорного напряжения 23 собран на микросхеме REF198.

6. Операционный усилитель источника тока 21 выполнен на микросхеме AD817. Цифроаналоговые преобразователи 16, 20 собраны на микросхемах AD7545 и МС33272.

7. Прецизионный инструментальный усилитель разности 22 выполнен на микросхеме INA111 фирмы Burr-Brown Corporation.

8. Устройство управления 13 тензометрическим и акустическим каналами и многоканальный таймер-счетчик 17 выполнены на программируемых логических интегральных схемах ПЛИС фирмы «Altera» EPF10K10TC.

9. Аналого-цифровой преобразователь 7 акустического канала выполнен на микросхеме AD9220, аналого-цифровой преобразователь 12 тензометрического канала выполнен на микросхеме AD7892 фирмы Analog Devices, Motorolla, altera (Motorolla - www.moto.com; фирмы ALTERA - www.altera.com; фирмы Analog Devices - www.ad.com, фирмы Burr-Brown Corporation - www.Burr-Brown.com).

Их основные характеристики изложены в следующих источниках:

1. ПЛИС фирма ALTERA: проектирование устройств обработки сигналов. - М.: ДОДЭКА, 2000, с.18.

2. Интернет-сайты фирмы Texas Instruments - www.ti.com, фирмы Analog Devices - www.ad.com; фирмы Motorolla - www.motco.com: фирмы Altera - www.altera.com.

3. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP5 - M.: «СОЛОН», 1997.

4. Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа. - М.: ДОДЭКА, 1996, вып.1, с.214. Многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностики мостовых металлических конструкций (фиг.1) состоит из n блоков, каждый из которых содержит первый канал, состоящий из последовательно соединенных акустического преобразователя 2, предварительного усилителя 3, фильтра 4, а также генератора 5, выход которого соединен с ключом 6, выход которого подключен к акустическому преобразователю 2, а также аналого-цифрового преобразователя 7, оперативного запоминающего устройства 8, устройства сопряжения 9, компьютера 10, а также - второй канал, состоящий из тензодатчика 11, аналого-цифрового преобразователя 12 и процессора 13. Кроме того, оно снабжено усилителем 14 с регулируемым коэффициентом усиления, компаратором 15 акустического сигнала, цифроаналоговым преобразователем 16 порогового напряжения акустического сигнала, счетчиком 17, устройством управления 18, компаратором сигналов с тензодатчика 19, цифроаналоговым преобразователем 20 порогового напряжения с тензодатчика, источником тока питания тензодатчика 21, усилителем разности 22, источником опорного напряжения 23, причем в первом канале выход фильтра 4 соединен с усилителем с регулируемым коэффициентом усиления 14, выход которого соединен с инвертирующим входом компаратора 15 акустического сигнала и входом аналого-цифрового преобразователя 7 акустического сигнала, а выход компаратора 15 соединен с входом счетчика 17 времени прихода сигнала, выход которого соединен с первым входом устройства управления 18, причем первый выход устройства управления 18 соединен с управляющим входом усилителя 14 с регулируемым коэффициентом усиления, второй выход устройства управления 18 соединен со входом генератора 5, третий выход устройства управления 18 соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства 8, а цифровой выход устройства управления 18 двунаправленной шиной соединен с цифроаналоговым преобразователем 16 порогового напряжения акустического сигнала, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора 15, причем цифровой выход аналого-цифрового преобразователя акустического сигнала 7 двунаправленной шиной соединен со вторым входом оперативного запоминающего устройства 8, выход которого двунаправленной шиной соединен с последовательно соединенными цифровым сигнальным процессором 13 и устройством сопряжения с линией 9, выход которого двунаправленной шиной соединен с последовательной линией связи 24, которая, в свою очередь, соединена с центральным процессором компьютера 10, третий вход оперативного запоминающего устройства 8 во втором канале соединен с выходом компаратора 19 сигнала с тензодатчика, инвертирующий вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 20 порогового напряжения сигнала с тензодатчика, вход которого соединен с управляющим выходом устройства сопряжения с линией 9, а один конец тензодатчика 11 соединен с общей шиной 25, а другой конец подключен ко входу источника тока питания тензодатчика 21 и входу усилителя разности 22, вход источника тока питания тензодатчика 21 соединен с выходом источника опорного напряжения 23 и входом усилителя разности 22, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 12 сигнала с тензодатчика и неинвертирующим входом компаратора 19 сигналов с тензодатчика, а цифровой выход аналого-цифрового преобразователя 12 сигналов с тензодатчика соединен шиной с цифровым входом цифрового сигнального процессора 13, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя 12 сигналов с тензодатчика 11. Цифровой сигнальный процессор 13 соединен двунаправленной шиной с устройством управления 18.

Заявленное устройство работает следующим образом. Мостовую конструкцию разбивают на N зон контроля, в каждую из которых устанавливают по четыре акустических преобразователя 2. Затем без нагрузки осуществляют тестирование конструкции, состоящее в измерении скорости звука в той части моста, где производится его диагностика. Для этого командой с процессора 13 канала блока 1 через устройство управления 18 к акустическому преобразователю 2 подключается ключ 6 и запускается генератор 5, который выдает короткий импульс. При этом акустический преобразователь 2 преобразует импульс в акустический сигнал, который распространяется по конструкции и принимается акустическими преобразователями 2 других каналов. Система измеряет время распространения акустического сигнала по конструкции моста и вычисляет скорость распространения акустического сигнала как

,

где а - расстояние от акустического преобразователя, работающего в режиме излучения, до акустического преобразователя, работающего в режиме приема; t - время распространения акустического сигнала от акустического преобразователя, работающего в режиме излучения, до акустического преобразователя, работающего в режиме приема.

После проверки правильности установки акустических преобразователей устанавливают по четыре тензодатчика (фиг.2) в каждую зону контроля. Протяженность последних выбирается из условия затухания сигнала акустической эмиссии в конструкции моста. При движении состава максимальные деформации наблюдаются в зоне, над которой движется тележка вагона (фиг.3). При этом в конструкции моста определяются пороговые значения деформаций ε_пор при прохождении поезда через первый пролет моста

ε_пор=М·ε_max,

где М - коэффициент, определяемый экспериментально для данного моста; ε_max - максимальное значение деформаций.

При этом в смежных зонах контроля деформации ниже и увеличиваются или уменьшаются в зависимости от направления движения поезда. Регистрация сигналов акустической эмиссии осуществляется акустическими преобразователями 2 поочередно. Причем включение и выключение акустических преобразователей 2 осуществляют по показаниям тензодатчиков 11, регистрирующих изменение знака производных динамических деформаций. Информация с акустических преобразователей 2 каждой зоны регистрируется по мере перемещения нагрузки вдоль мостовой конструкции. По мере продвижения нагрузки показания по деформациям от двух предыдущих тензодатчиков 11 уменьшаются, а двух последующих - увеличиваются.

По мере перемещения поезда знак производной деформации двух тензодатчиков изменяется, в результате чего два предыдущих акустических преобразователя 2 одной зоны отключаются, а два последующих акустических преобразователя 2 другой зоны включаются. Такой способ регистрации акустической информации позволяет существенно сократить уровень паразитных шумов и повысить достоверность контроля.

Перед проведением контроля процессор 13 через устройство управления 18 записывает в цифроаналоговый преобразователь 16 значение порогового напряжения (фиг.1), превышающего уровень шумов канала. Акустические сигналы, поступающие на вход акустического преобразователя 2, усиливаются в предварительном усилителе 3. Фильтр 4 исключает низкочастотные помехи из дальнейшего преобразования акустических сигналов. Аналого-цифровой преобразователь 7 осуществляет их преобразование в цифровой сигнал с одновременной записью информации в оперативное запоминающее устройство 8. При превышении акустическим сигналом порогового уровня срабатывает компаратор 15 акустического канала и регистрирует в счетчике 17 время прихода сигнала акустической эмиссии. По окончании времени оцифровки акустического сигнала устройство управления 18 выдает в оперативное запоминающее устройство 8 сигнал окончания записи.

Одновременно с оцифровкой акустического сигнала осуществляется непрерывное измерение механических деформаций (фиг.4) в зоне расположения акустического преобразователя 2. На выходе усилителя разности 22 формируется сигнал разбаланса, пропорциональный отклонению сопротивления тензодатчика 11 от номинального значения сопротивления, равного

,

где U_опор - выходное напряжение источника опорного напряжения 23; I_ит - сила тока источника тока 21.

С выхода усилителя разности 22 сигнал разбаланса поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 12 и на вход компаратора 19 сигнала с тензодатчика 11. В цифроаналоговый преобразователь 20 порогового напряжения сигнала с тензодатчика по линии связи 24 через устройство сопряжения с линией 9 записывается пороговое значение напряжения, пропорциональное деформации тензодатчика. При превышении деформациями порогового значения сигналы акустической эмиссии регистрируются. Как только напряжение на выходе усилителя разности 22 превысит пороговое значение, компаратор 19 срабатывает и разрешается запись оцифрованных акустических сигналов в оперативное запоминающее устройство 8. Также оцифрованный сигнал, содержащий информацию о механической деформации конструкции моста, поступает на вход цифрового сигнального процессора 13, который рассчитывает максимальные значения деформаций и знак производной деформации. Деформация ε определяется по изменению значения сопротивления тензодатчика как

,

где ΔR=(R₀-R_i) - приращение сопротивления тензодатчика; К - коэффициент тензочувствительности тензодатчика; R₀ - паспортное значение недеформированного тензодатчика; R_i - текущее значение сопротивления деформированного тензодатчика (Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин - / Под ред. П.В.Новицкого - М.: Энергия - 1966 - С.578).

Таким образом, если производная деформации ε в конструкции моста в месте расположения акустического преобразователя 2 положительная, то в акустическом канале производится запись сигналов акустической эмиссии. Если же производная по деформации окажется отрицательной, то акустический канал системы не производит записи и обработки сигналов акустической эмиссии. При этом исключается процесс поиска максимума динамических деформаций и определение промежутка времени записи акустико-эмиссионной информации, а следовательно, достигается повышение точности и быстродействия, поскольку существенно сокращается объем ложной информации, не содержащей данных о дефектах конструкции моста.

Цифровой сигнальный процессор 13 рассчитывает основные параметры акустических сигналов (амплитуда, спектр, скорость нарастания переднего фронта, длительность, активность) и передает обработанную информацию в центральный процессор компьютера 10 через устройство согласования с линией 9 по последовательной линии связи 24 стандарта RS485. Для каждой пьезоантенны рассчитывается разность времен прихода и определяются координаты дефекта (Диагностика объектов транспорта методом акустической эмиссии / Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н., Муравьев В.В. и др./ - М.: Машиностроение, 200. С.62-122).

Предлагаемая система по сравнению с существующими акустико-эмиссионными системами (Диагностика объектов транспорта методом акустической эмиссии /Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н., Муравьев и др./ Под ред. Л.Н.Степановой, В.В.Муравьева - М.: Машиностроение, 2004, с.24-55) позволяет повысить быстродействие и увеличить точность локализации дефекта в мостовой металлической конструкции, так как, согласно способу, запись акустико-эмиссионной информации осуществляется только с той пьезоантенны, которая находится под проходящим поездом, а все предыдущие и последующие акустические датчики, не входящие в данную пьезоантенну, отключаются. Это позволяет существенно сократить объем ложной информации, не содержащей данных о дефектах конструкции моста.

1. Способ диагностирования металлических мостовых конструкций, включающий прием, регистрацию сигналов с акустических преобразователей и динамической деформации с тензодатчиков, оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения мостовой металлической конструкции, например, проходящим поездом, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, регистрацию времени прихода акустических сигналов и вычисление по нему координат развивающихся дефектов, отличающийся тем, что мостовую конструкцию разбивают на N зон, в каждой из которых закрепляют четыре акустических преобразователя, образующих пьезоантенну, и тензодатчики, при этом регистрацию сигналов акустической эмиссии в зоне начинают в момент обнаружения изменения знака производной деформации на положительный и превышении ею порогового значения и прекращают в момент обнаружения изменения знака производной деформации на положительный на другом тензодатчике этой зоны, а о месте расположения дефекта судят по разности времени прихода сигналов в пьезоантенне, зарегистрировавшей акустические сигналы.

2. Многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностики мостовых металлических конструкций, состоящее из n блоков, каждый из которых содержит канал, состоящий из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, а также генератора, выход которого соединен с ключом, выход которого подключен к акустическому преобразователю, а также аналого-цифрового преобразователя, оперативного запоминающего устройства, устройства сопряжения, компьютера, кроме того, каждый блок содержит второй канал, состоящий из тензодатчика, аналого-цифрового преобразователя и процессора, отличающееся тем, что оно снабжено усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, компаратором акустического сигнала, цифроаналоговым преобразователем порогового напряжения акустического сигнала, счетчиком, устройством управления, компаратором сигналов с тензодатчика, цифроаналоговым преобразователем порогового напряжения с тензодатчика, источником тока питания тензодатчика, усилителем разности, источником опорного напряжения, причем в первом канале выход фильтра соединен с усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с инвертирующим входом компаратора акустического сигнала и входом аналого-цифрового преобразователя акустического сигнала, а выход компаратора соединен со входом счетчика времени прихода сигнала, выход которого соединен с первым входом устройства управления, причем первый выход устройства управления соединен с управляющим входом усилителя с регулируеемым коэффициентом усиления, второй выход устройства управления соединен со входом генератора, третий выход устройства управления соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства, а цифровой выход устройства управления двунаправленной шиной соединен с цифроаналоговым преобразователем порогового напряжения акустического сигнала, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора, причем цифровой выход аналого-цифрового преобразователя акустического сигнала двунаправленной шиной соединен с вторым входом оперативного запоминающего устройства, выход которого двунаправленной шиной соединен с последовательно соединенными цифровым сигнальным процессором и устройством сопряжения с линией, выход которого двунаправленной шиной соединен с последовательной линией связи, которая, в свою очередь, соединена с центральным процессором компьютера, третий вход оперативного запоминающего устройства во втором канале соединен с выходом компаратора сигнала с тензодатчика, инвертирующий вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя порогового напряжения сигнала с тензодатчика, вход которого соединен с управляющим выходом устройства сопряжения с линией, а один конец тензодатчика соединен с общей шиной, а другой конец подключен ко входу источника тока питания тензодатчика и входу усилителя разности, вход источника тока питания тензодатчика соединен с выходом источника опорного напряжения и входом усилителя разности, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя сигнала с тензодатчика и неинвертирующим входом компаратора сигнала с тензодатчика, а цифровой выход аналого-цифрового преобразователя сигнала с тензодатчика соединен шиной с цифровым входом цифрового сигнального процессора, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя сигнала с тензодатчика, цифровой сигнальный процессор соединен двунаправленной шиной с устройством управления.