Способ определения координат источника акустической эмиссии

Авторы патента:

Виноградов Алексей Юрьевич (RU)

Костин Владимир Иванович (RU)

Мерсон Дмитрий Львович (RU)

G01N29/14 - с использованием акустической эмиссии (G01N 29/06 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2498293:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" (RU)

Использование: для определения координат источника акустической эмиссии. Сущность: заключается в том, что на контролируемом изделии на некотором расстоянии друг от друга устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояния между преобразователем и источником акустической эмиссии, после чего по полученным результатам рассчитывают координаты дефекта изделия. Технический результат: повышение точности определения местоположения источника акустической эмиссии. 6 ил.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано в химической, нефтехимической, энергетической, металлургической промышленности, на объектах транспорта.

Известен способ определения расстояния между источником и приемником сигналов акустической эмиссии (SV 741142 A1, МПК G01N 29/04, дата подачи заявки 23.10.1978).

Сущность известного способа заключается в следующем. На контролируемое изделие устанавливают преобразователи акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают по двум каналам сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, измеряют интервалы времени между моментами появления сигналов в разных каналах, принимая за моменты появления сигналов сигналы двух выделенных мод волны Лэмба, и определяют расстояние между источником и приемником по измеренным интервалам и скорости распространения сигналов.

Недостатками данного способа являются сложность реализации, так как для регистрации каждой из двух мод волны Лэмба требуется наличие своего преобразователя и измерительного канала, при этом необходимо определять момент прихода каждой моды и измерять интервалы времени, т.е. использовать пороговый метод обнаружения сигналов, обладающий большой погрешностью. В дополнение, данный способ предполагает использование направленных преобразователей, а для этого необходимо знать заранее направление, с которого придет сигнал. Кроме того, скорость распространения мод волны Лэмба зависит от частоты и две разные моды могут иметь одинаковую скорость на разных или одной частоте. Необходимость учитывать это обстоятельство значительно усложняет задачу и сказывается точности определения расстояния.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения расстояния между преобразователем и источником акустической эмиссии (RU 2397490 С2, МПК G01N 29/14, дата подачи заявки 07.08.2007), заключающийся в том, что на контролируемом изделии, представляющем из себя плоский лист, устанавливают преобразователь акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, а расстояние между преобразователем и источником акустической эмиссии рассчитывают по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах.

Недостатком данного способа является то, что в определении положения источника акустической эмиссии возникает неопределенность, так как геометрическое место точек (координат источника), равноудаленных от данной (приемника акустической эмиссии), представляет собой, на плоском образце, окружность радиуса, равного определяемому расстоянию до источника (Фиг.1), а на цилиндрическом образце, например трубопроводе, геометрическое место точек, равноудаленных от данной по образующей поверхности (Фиг.2).

С учетом того, что дальность локации может достигать величин порядка десятков метров, ценность информации о расстоянии до источника акустической эмиссии становится чрезвычайно незначительной, особенно в реальных испытаниях, например, на трубопроводах.

Задачей изобретения является повышение точности определения местоположения источника акустической эмиссии.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения расстояния между преобразователем и источником акустической эмиссии, заключающемся в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователь акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, а расстояние между преобразователем и источником акустической эмиссии рассчитывают по времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах. Согласно изобретению на контролируемом изделии устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, определяют расстояние от источника до каждого из преобразователей и затем рассчитывают координаты дефекта изделия - источника акустической эмиссии.

Технический результат предлагаемого изобретения выражается в следующем. За счет одновременного определения расстояний от источника акустической эмиссии до двух преобразователей, разнесенных на некоторое расстояние друг от друга, появляется возможность определения по данным измерения одного импульса акустической эмиссии координат источника акустической эмиссии, что значительно повышает практическую ценность метода.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. На испытуемом изделии - металлическом листе, трубопроводе и т.д. устанавливают два преобразователя акустической эмиссии (ПАЭ), подсоединенные к измерительному каналу системы. Сигнал акустической эмиссии, генерируемый имеющимся в изделии дефектом или имитируемый с помощью источника Хсу-Нильсена регистрируется ПАЭ, осциллографом, подвергается непрерывному вейвлет-преобразованию и представляется в координатах время-частота.

Далее на спектрограммах выделяют энергетические максимумы A₁(f,t), A₂(f,t) -антисимметричных и/или S₁(f,t), S₂ (f,t) - симметричных мод сигналов ПАЭ одного и другого, анализируя частотно-временные представления A_i(f,t) и/или S_i(f,t) (i=1,2) определяют разницу T_i во времени прихода разных мод на разных или одной частоте, или одной моды на разных частотах, а координаты источника акустической эмиссии рассчитывают по формулам:

а) для плоских образцов (Фиг.3) - декартовы координаты (ху) - по разнице во времени прихода энергетических максимумов разных мод на разных или одной частоте:

где υ_A, υ_S - скорости прихода энергетических максимумов антисимметричной и симметричной мод соответственно;

T_i,A-S - разница во времени прихода энергетических максимумов антисимметричной и симметричной мод в первом (i=1) и во втором (i=2) ПАЭ; а=y_o2-y_o2- расстояние между ПАЭ;

для расчета координат по разнице во времени прихода энергетических максимумов одной моды на разных частотах:

где υ_f1, υ_f2 - скорости прихода энергетических максимумов симметричной либо антисимметричной моды на частотах f₁ и f₂;

T_1,f1-f2, T_2,f1-f2- разницы во времени прихода энергетических максимумов симметричной либо антисимметричной моды на частотах f₁ и f₂на первый и второй ПАЭ соответственно;

б) для тонкостенных цилиндрических образцов радиуса r - цилиндрические координаты (ρ, z, φ):

где D - диаметр цилиндрического образца.

Сечение z₁=z₂ цилиндрического образца, содержащее дефект, определяется однозначно.

Дисперсионные экспериментальные кривые скоростей υ_A(f) и υ_S(f) мод волн Лэмба могут быть рассчитаны методом конечных элементов для конкретного материала и геометрии изделия либо определены экспериментально при возбуждении импульса акустической эмиссии имитатором в точке с известными координатами.

На Фиг.1 представлено возможное положение источника акустической эмиссии при определении расстояния на плоских образцах с помощью одного ПАЭ. Определяемое расстояние R удовлетворяет уравнению х²+y²=R² в декартовых координатах.

D - преобразователь акустической эмиссии.

На Фиг.2 представлено возможное положение источника акустической эмиссии при определении расстояния на цилиндрических образцах с помощью одного ПАЭ. Определяемое расстояние R удовлетворяет уравнению ρ²φ²+z²=R² в цилиндрических координатах;

ρ=r, где r - радиус цилиндрической поверхности.

На Фиг.3 представлено возможное положение источника акустической эмиссии в случае применения двух ПАЭ на плоских образцах - это две точки u₁ и u₂ плоскости декартовыми координатами.

;

а - расстояние между ПАЭ D₁ и D₂.

На Фиг.4 представлено возможное положение источника акустической эмиссии в случае применения двух ПАЭ на цилиндрических образцах - это две точки u₁ и u₂ поверхности с цилиндрическими координатами

;

На Фиг.5 и 6 приведены данные для сигнала акустической эмиссии, полученные при испытании на медном плоском образце.

В верхней части каждой фигуры приведены акустические импульсы, зарегистрированные пьезоэлектрическим приемником акустической эмиссии и оцифрованные с помощью аналого-цифрового преобразователя. Частота оцифровки импульсов - 6,25 МГц.

В нижней части каждой фигуры приведены частотно-временные представления каждого импульса, полученные в результате непрерывного вейвлет-преобразования.

Полученного в результате вейвлет-преобразования данные для расчета, когда проводили калибровочные измерения скоростей υ_S и υ_A симметричной и антисимметричной волн Лэмба:

с, с - времена прихода максимумов симметричной и антисимметричной мод Лэмба на первый ПАЭ D₁, с, с - времена прихода максимумов симметричной и антисимметричной волн Лэмба.

Тогда значение скоростей υ_S и υ_A соответствующих мод при расстоянии а=0,5 м между ПАЭ D₁ и D₂: υ_S=2854 м/с, υ_A=2180 м/с, а искомые координаты источника акустической эмиссии: x₁=x₂=0, y₁=y₂=1,38 м. Ошибка в определении координат не превысила 10%.

Способ определения координат источника акустической эмиссии, заключающийся в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователь акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояние между преобразователем и источником акустической эмиссии, отличающийся тем, что на контролируемом изделии на некотором расстоянии друг от друга два преобразователя акустической эмиссии определяют расстояние от источника эмиссии до каждого из преобразователей, а по полученным результатам рассчитывают координаты дефекта изделия.

Изобретение относится к области методов контроля качества сталей и сплавов. Технический результат - повышение точности измерений.

Способ контроля прочности железобетонного изделия в условиях чистого изгиба // 2495413

Использование: для контроля прочности железобетонного изделия в условиях чистого изгиба. Сущность: заключается в том, что изделие циклически нагружают от нуля с постепенно возрастающей амплитудой до появления сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения, и по среднему для максимальных нагрузок двух последних циклов судят о максимальной неразрушающей нагрузке изделия, причем при появлении сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения определяют координаты ее источника (дефекта), амплитуды и нагрузки возникновения этих сигналов, после чего продолжают циклическое нагружение с повышением амплитуды, после каждого разгружения определяют координаты новых источников сигналов акустической эмиссии, амплитуды и нагрузки возникновения сигналов, контролируют изменение амплитуды и нагрузки возникновения сигналов для каждого источника от цикла к циклу, а при их возрастании у одного из источников прекращают нагружения.

Способ контроля качества материала образца методом акустической эмиссии // 2494389

Использование: для контроля качества материала образца методом акустической эмиссии. Сущность: способ заключается в том, что выполняют термическое с возрастающей температурой воздействие на образец и регистрацию возникающих в нем сигналов акустической эмиссии, при этом термическому воздействию подвергают серию однотипных из одного материала образцов до температуры 90°C и для каждого из них определяют среднее значение активности акустической эмиссии в диапазоне 30÷90°C, каждый из серии образцов подвергают одноосному механическому нагружению, по результатам которого определяют его предел прочности при сжатии, строят тарировочную кривую, описывающую взаимосвязь между средней активностью акустической эмиссии и пределом прочности материала для всей серии испытанных образцов, по которой определяют прочность материала вновь испытываемых образцов того же типа, по их средней активности термоакустической эмиссии, в диапазоне от 30°C до 90°C.

Акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах // 2492464

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для выявления трещиновидных дефектов в образцах скальных геоматериалов. .

Способ исследования деформаций и напряжений // 2492463

Изобретение относится к исследованию деформаций и напряжений и может быть использовано для исследования деформаций и напряжений в деталях, например в элементах металлических конструкций инженерных сооружений.

Способ определения критической точки начала аустенитного превращения // 2482472

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к термической обработке металлов, и может использоваться при контроле параметров сталей акустическими методами.

Способ акустико-эмиссионного контроля процесса импрегнирования // 2480743

Изобретение относится к области контроля технологических процессов, связанных с импрегнированием материалов, в частности пропитка материала жидким реагентом, например в области электротехники (пропитка электродвигателей).

Способ акустико-эмиссионного контроля // 2480742

Изобретение относится к акустико-эмиссионному (АЭ) методу неразрушающего контроля и диагностики и может быть использовано для определения степени опасности развивающихся дефектов, снижающих прочность изделия типа сосуда, аппарата, трубопровода, подъемной машины, мостовой конструкции.

Способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии // 2478947

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для выявления трещиновидных дефектов в скальных геоматериалах. .

Устройство для акустико-эмиссионного контроля композиционных материалов // 2472145

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля строительных материалов, в частности к средствам неразрушающего контроля, основанным на анализе сигналов акустической эмиссии.

Преобразователь акустической эмиссии // 2504766

Использование: для неразрушающего контроля технического состояния промышленных объектов. Сущность: заключается в том, что преобразователь акустической эмиссии содержит корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, а также, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом. Технический результат: обеспечение возможности формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и повышение помехоустойчивости при сохранении высокой чувствительности к акустическим колебаниям, вызванным потенциальными дефектами. 1 ил.

Способ исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах // 2505780

Использование: для исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах. Сущность: что проводят акустико-эмиссионнные измерения сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии, при этом дополнительно измеряют концентрацию аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия, при этом при скорости изменения нагрузки до 0,1 кН/с с учетом 30-секундной поправки на задержку регистрации диагностируют процесс разрушения оксидной пленки тензоиндикатора и материала подложки. Технический результат: обеспечение возможности диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения конструкций в процессе их технической эксплуатации, а также оценки прочности, выявления дефектов и зон действия максимальных напряжений в условиях стендовых и натурных испытаний образцов и деталей. 4 ил.

Способ повышения точности локации шумоподобных источников акустической эмиссии на основе спектрально-временного самоподобия // 2515423

Использование: для выявления шумоподобных источников акустической эмиссии во время диагностирования, мониторинга, оценки состояния и ресурса объектов контроля с применением локационных методов акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что для выделения сигналов акустической эмиссии, принадлежащих одному событию, совместно анализируют подобие кривых спектральной плотности сигналов со сравнением временных функций их проявления. Технический результат: повышение точности определения координат шумоподобных источников акустической эмиссии. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ контроля физического состояния железобетонных опор со стрежневой напрягаемой арматурой // 2521748

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля, а именно к виброакустическим методам, и может найти применение для физического контроля железобетонных опор со стержневой напрягаемой арматурой. Способ заключается в том, что на опору устанавливают акустический датчик, регистрируют акустическую эмиссию (АЭ), сравнивают ее с ранее полученной, по результатам сравнения судят о физическом состоянии опоры. При этом на опору устанавливают акселерометр, акустический датчик и акселерометр устанавливают на границе заделки опоры в фундамент или в грунт, на опоре закрепляют вибратор и подвергают опору нагрузке, изменяющейся по амплитуде и частоте. На первоначальном этапе определяют резонансную частоту опоры, на данной резонансной частоте регистрируют амплитуду колебаний опоры, суммарную энергию АЭ, количество импульсов АЭ, скорость счета импульсов АЭ от возникающих и развивающихся дефектов, образующихся под воздействием колебаний опоры на резонансной частоте за определенный период времени. Затем полученные результаты заносятся в персональный компьютер под номером опоры, на последующих этапах контроля строят графики изменения амплитуды колебаний опоры и параметров АЭ на ранее установленной резонансной частоте. По характеру изменения значений регистрируемых параметров судят о физическом состоянии опоры и фундамента, о жесткости закрепления опоры в фундаменте или грунте и принимают решение об устранении выявленных дефектов, или замене опоры, или усилении крепления оборудования на опоре. Технический результат заключается в возможности оценки и прогнозирования состояния опор, их остаточного ресурса железобетонной опоры, а также оценки надежности крепления оборудования на опорах. 1 ил.

Способ локации дефектов // 2523077

Использование: при акустико-эмиссионной диагностике материалов и конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что на контролируемом изделии устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, определяют закон затухания звука, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия в процессе эксплуатации или нагружения, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, получают частотно-временную зависимость на спектрограммах, выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояние между преобразователями и источником акустической эмиссии, затем, используя ранее установленный закон затухания, рассчитывают координаты дефекта изделия. Технический результат: обеспечение возможности определения по данным измерения одного импульса акустической эмиссии координат дефекта, а также обеспечение возможности снижения числа предварительно определяемых параметров, что значительно повышает точность. 6 ил.

Способ оперативного определения качества микроструктуры титанового сплава упругого элемента // 2525320

Использование: для оперативного определения качества микроструктуры титанового сплава упругого элемента. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют более одного нагружения исследуемого упругого элемента нагрузкой до максимальной деформации с регистрацией сигналов акустической эмиссии при каждом нагружении. При этом нагружение исследуемого упругого элемента проводят два раза и кратковременно путем обжатия этого упругого элемента, а сигналы акустической эмиссии регистрируют непрерывно в процессе второго нагружения для определения общего количества импульсов суммарной акустической эмиссии N2. Микроструктуру титанового сплава упругого элемента оценивают по девятибалльной шкале размерности зерна, разделенной на три группы баллов 4-5, 6-7 и 7-8, каждой из которых соответствует отдельный диапазон количества импульсов суммарной акустической эмиссии A1, A2 и A3, и качество микроструктуры по баллам указанной шкалы определяют по следующей зависимости N2≤A1, или N2≤A2, или N2≤A3. Технический результат: сокращение времени и упрощение процесса контроля режимов термообработки тарельчатых пружин. 12 ил., 3 табл.

Способ контроля дефектности сляба для производства горячекатаной полосы // 2525584

Использование: для контроля дефектности сляба. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют установку датчиков акустической эмиссии на поверхности холодного сляба в порядке, обеспечивающем контроль всего материала сляба, механическое нагружение сляба за счет использования собственного веса сляба до напряжений от 20 до 80% предела текучести материала сляба, выдержку под нагрузкой не менее 1 мин, регистрацию сигналов акустической эмиссии и их обработку, определение координат источников акустической эмиссии и определение возможности дальнейшего использования сляба в производстве горячекатаной полосы путем сравнения диагностического параметра WАЭ с допустимым значением диагностического параметра [WАЭ] и при WАЭ>[WАЭ] сляб считают непригодным для дальнейшей прокатки. Технический результат: повышение оперативности и точности контроля. 1 ил.

Способ акустико-эмиссионного контроля качества сварных стыков рельсов и устройство для его осуществления // 2528586

Использование: для акустико-эмиссионного контроля качества сварных стыков рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что производят сварку стыка, обрубку грата, регистрируют сигналы акустической эмиссии при остывании сварного шва, измеряют скорость счета сигналов акустической эмиссии, разбивают время контроля на интервалы, по превышению скорости счета сигналов акустической эмиссии порогового значения хотя бы в одном из интервалов судят о качестве сварного шва, при этом дополнительно определяют медиану энергии сигналов акустической эмиссии, задают пороговые величины по средним значениям скорости счета и медианы энергии локализованных сигналов акустической эмиссии в двух равных интервалах времени при остывании сварного шва и при превышении скорости счета и медианы энергии сигналов их пороговых значений на любом из интервалов сварной стык бракуют. Технический результат: повышение достоверности контроля дефектов во время остывания сварного стыка железнодорожных рельсов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения изменения напряженного состояния горного массива в окрестностях выработки // 2532817

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения изменения напряженного состояния горного массива. Технический результат направлен на повышение длительности определения изменений напряженного состояния горного массива в окрестностях выработок в ходе непрерывных мониторинговых акустико-эмиссионных измерений перемещения вглубь массива зоны опорного давления. Способ включает размещение в скважине полого цилиндрического звукопровода, прием и анализ параметров распространяющихся в нем ультразвуковых сигналов с помощью установленных на его торцевых поверхностях преобразователей акустической эмиссии. Предварительно на звукопроводе соосно с ним и на некотором расстоянии друг от друга закрепляют не менее двух колец из текстолита, внутренний диаметр которых совпадает с диаметром звукопровода, а внешний - с диаметром скважины. Деформация скважины, вызванная смещением зоны опорного давления, приводит к деформации соответствующих текстолитовых колец и, соответственно, росту акустико-эмиссионной активности в этих дисках. Измеряют разность времен прихода на приемные преобразователи тех сигналов акустической эмиссии, амплитуда которых максимальна из всех приходящих сигналов, причем о глубине зоны опорного давления и изменении ее во времени судят по указанной выше разности времен, известной длине звукопровода и измеренной скорости распространения ультразвука в нем. 4 ил.

Способ контроля зоны термического влияния сварных соединений // 2534448

Использование: для контроля зоны термического влияния сварных соединений. Сущность изобретения заключается в том, что сварное соединение подвергают термическому воздействию, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по их параметрам судят о качестве сварного соединения, при этом сигналы акустической эмиссии инициируют локальным термическим воздействием поочередно в точках контроля, расположенных на линии, перпендикулярной сварному шву, строят зависимость параметров данных сигналов для каждой контрольной точки от ее расстояния до сварного шва и по указанной зависимости оценивают размер зоны термического влияния как расстояние между наиболее удаленными от сварного шва контрольными точками, в которых значение суммарной энергии акустических сигналов ниже, чем в основном (не подвергнутом термическому влиянию при сварке) металле сварного соединения. Технический результат: обеспечение возможности оценки размеров зоны термического влияния и контроль структурного состояния металла в данной зоне сварных соединений. 1 ил.