Способ комплексного анализа информативных параметров при акустико-эмиссионной диагностике конструкций

Использование: для комплексного анализа информативных параметров при акустико-эмиссионной диагностике конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что объект контроля подвергают механической нагрузке, на места контроля устанавливают преобразователи акустической эмиссии, с помощью которых преобразуют упругие механические волны в электрические сигналы, которые подают на аналого-цифровой преобразователь, с помощью которого формируют выходной код, затем вычисляют информативные параметры сигналов акустической эмиссии с помощью специальных блоков вычисления, значения информативных параметров регистрируют и оценивают с помощью устройства отображения информации, при этом включают блок объединения («свертки») информативных параметров, все выходы блоков вычисления соединяют с входом блока объединения («свертки») информативных параметров, выход которого подключают к устройству отображения информации, причем объединение («свертка») значений информативных параметров производится по заданной формуле. Технический результат: повышение достоверности и оперативности оценки процессов накопления повреждений и разрушения конструкций при периодическом и постоянном акустико-эмиссионном контроле. 2 ил.

 

Изобретение относится к области технической диагностики и неразрушающего контроля силовых элементов конструкций и может быть использовано при разработке систем контроля силовых элементов конструкций в машиностроении, строительстве, ракетно-космической и авиационной технике, топливно-энергетическом комплексе.

Известен способ оценки процессов разрушения конструкций при акустико-эмиссионном контроле, состоящий в том, что сигналы акустической эмиссии поступают в блок вычисления информативных параметров временных интервалов между импульсами τ, затем в блоках вычисления происходит вычисление M[τ2] и M2[τ]. В делителе вычисляется отношениеи сравнивается с числом 2 в блоке сравнения (патент РФ №2233444, С1, опубликовано 27.07.2004). Известно устройство многоканальной акустико-эмиссионной системы контроля силовых элементов конструкций, которое реализуют этот способ (патент РФ №2659575, МПК 7, дата публикации 03.07.2018, Бюл.№19), состоящее из N – каналов, каждый из которых содержит последовательно соединённые преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии, два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, устройство отображения информации.

Недостатком этого способа и устройства его реализации является необходимость в реальном масштабе времени одновременного анализа оператором множества информативных параметров акустической эмиссии (амплитудного, интегрального, локально-динамического, интегрально-динамического и других) по каждому из каналов регистрации. Информативные параметры акустической эмиссии имеют различную размерность, и их значения различаются между собой по абсолютным величинам, что снижает оперативность принятия решения оператором о наличии степени опасности дефекта объекта контроля.

Для метода акустической эмиссии проблемным вопросом является необходимость непрерывного (в реальном масштабе времени) анализа при многоканальной регистрации множества информативных параметров акустической эмиссии по каждому из каналов регистрации (Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов, ПБ 03-593-03, Гостехнадзор РФ, 2003).

Более близким по технической сущности к заявленному способу является способ, реализованный в многоканальной акустико-эмиссионной системе контроля силовых элементов конструкций (прототип) (патент RU 2659575, МПК 7, дата публикации 03.07.2018, Бюл.№19), состоящей из N – каналов, каждый из которых содержит последовательно соединённые: преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений; аналого-цифровой преобразователь (АЦП); блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев; блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии; два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, устройство отображения информации.

Сущность данного способа заключается в многоканальной оперативной оценке процессов накопления повреждений и разрушения конструкций при периодическом и постоянном акустико-эмиссионном контроле.

Предлагаемый способ направлен на устранение недостатков существующих способов. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение достоверности и оперативности оценки процессов накопления повреждений и разрушения конструкций при периодическом и постоянном акустико-эмиссионном контроле.

Технический результат достигается возможностью комплексной оценки информативных параметров АЭ по каждому из каналов регистрации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную многоканальную акустико-эмиссионную систему контроля силовых элементов конструкций, состоящую из N – каналов, каждый из которых содержит последовательно соединённые преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии, два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, а также устройство отображения информации, дополнительно введен блок объединения («свертки») информативных параметров.

Информативные параметры, регистрируемые в блоках 3, 4, 5.1, 5.2, имеют различную размерность, и их значения сильно различаются между собой по абсолютным величинам. Решить проблему комплексного оперативного анализа информативных параметров АЭ можно путём применения минимаксной нормализации (Демьянов В.Ф., Малоземов В.Н., Введение в минимакс, М.:Наука, 1972,- 368 с.), которая реализуется в блоке 6 по формуле (1)

, (1)

где x – текущее значение информативного параметра при испытании объекта контроля, xmax – максимальное значение информативного параметра при испытании объекта контроля, xmin – минимальное значение информативного параметра при испытании объекта контроля.

Минимакс — линейное преобразование информативных параметров в диапазоне [0..1], где минимальное и максимальное масштабируемые значения соответствуют 0 и 1 соответственно.

После нормализации в блоке 6 информативных параметров числовые значения информативных параметров акустической эмиссии будут безразмерными и приведены к одинаковой области их изменения – от 0 до 1.

Далее объединение («свертка») нормализованных значений информативных параметров акустической эмиссии производится по формуле (2)

, (2)

где Iинт – численное значение объединения «свёртки» всех информативных параметров акустической эмиссии по каналу регистрации; b - коэффициент определяющий значимость («вес») каждого i-го информативного параметра акустической эмиссии назначаемый оператором.

Степень опасности дефектов для объединения «свертки» информативных параметров временных интервалов импульсов акустической эмиссии определяется при помощи блока объединения («свертки») информативных параметров (6) и может находиться в одной из трёх зон:

1) Пассивный дефект, стадия микротрещин - «Безопасно»

Iинт.= 0÷0,33;

2) Активный дефект, стадия образования трещины - «Опасно»

Iинт.= 0,33÷0,66;

3) Критически активный дефект, стадия разрушения - «Критически опасно»

Iинт.= 0,66÷1.

В блоке 6 оценка степени опасности дефектов производится на каждой секунде деформирования, и передается для отображения в устройство отображения информации 7 (Фиг. 2).

Устройство приведено на фигуре 1, где обозначено:

1 - преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений; 2 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 3 - блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев; 4 - блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии; 5.1 - блок вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии; 5.2 - блок вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии; 6 - блок объединения («свертки») информативных параметров; 7 - устройство отображения информации. Блоки 3, 4, 5.1, 5.2, 6 могут быть выполнены на базе микроконтроллеров. При этом первый выход блока 1 соединен с первым входом блока 2, первый выход блока 2 соединен с первым входом блоков 3, 4, 5.1, 5.2, первый выход блока 3 соединен с первым входом блока 6, первый выход блока 4 соединен со вторым входом блока 6, первый выход блока 5.1 соединен с третьим входом блока 6, первый выход блока 5.2 соединен с четвертым входом блока 6, выход блока 6 соединен с первым входом блока 7.

Блок объединения («свертки») информативных параметров акустической эмиссии 6 предназначен для комплексного оперативного анализа оператором в реальном масштабе времени множества информативных параметров по каждому из каналов регистрации.

В блоке 7 происходит отображение объединения «свертки» акустико-эмиссионных критериев и инвариантов на каждой секунде деформирования по каждому каналу регистрации.

Таким образом, в процессе эксплуатации (испытаний) при нагружении (деформировании) конструкций оперативно в реальном масштабе времени по каждому каналу регистрации определяется степень опасности дефектов и возможность дальнейшей эксплуатации конструкции.

Справедливость использования предложенного способа комплексного анализа информативных параметров при акустико-эмиссионной диагностике конструкций подтверждается экспериментальными данными (фигура 2), где изображено изменение объединения «свертки» информативных параметров акустической эмиссии при нагружении конструкции до разрушения.

Преимуществом предложенного способа комплексного анализа информативных параметров при акустико-эмиссионной диагностике конструкций является то, что оператор может в реальном масштабе времени анализировать объединение «свертку» информативных параметров акустической эмиссии по каждому каналу регистрации, что существенно снижает количество анализируемой информации и повышает достоверность и оперативность анализа процессов накопления повреждений и разрушения конструкций при периодическом и постоянном акустико-эмиссионном контроле.

Способ комплексного анализа информативных параметров при акустико-эмиссионной диагностике конструкций, состоящий в том, что объект контроля подвергают механической нагрузке, на места контроля устанавливают преобразователи акустической эмиссии, с помощью которых преобразуют упругие механические волны в электрические сигналы, которые подают на аналого-цифровой преобразователь, с помощью которого формируют выходной код, затем вычисляют информативные параметры сигналов акустической эмиссии с помощью специальных блоков вычисления, значения информативных параметров регистрируют и оценивают с помощью устройства отображения информации, отличающийся тем, что включают блок объединения («свертки») информативных параметров, все выходы блоков вычисления соединяют с входом блока объединения («свертки») информативных параметров, выход которого подключают к устройству отображения информации, при этом объединение («свертка») значений информативных параметров производится по формуле

,

где Iинт – численное значение объединения «свёртки» всех информативных параметров акустической эмиссии по каналу регистрации; b - коэффициент, определяющий значимость («вес») каждого i–го информативного параметра акустической эмиссии, назначаемый оператором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области неразрушающего контроля прочности оптических волокон из плавленого кварцевого стекла. Сущность: на контролируемый объект оказывают акустическое воздействие на первой частоте и на второй частоте, измеряют сигнал нелинейной акустической эмиссии на разностной частоте и по результатам обработки данных измерений оценивают степень разрушения контролируемого объекта.

Изобретение относится к области соединения деталей несущих и ограждающих конструкций. Технический результат заключается в возможности применения сплошного контроля болтов в процессе выполнения болтовых соединений за возможным ростом трещин.

Использование: для контроля силовых элементов конструкций посредством акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что многоканальная акустико-эмиссионная система контроля силовых элементов конструкций состоит из N-каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, устройство отображения информации; параллельно соединенные: блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии и два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, входы которых объединены со входом блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, а выходы соединены с соответствующими входами устройства отображения информации, при этом дополнительно введены последовательно соединенные блок управления углом установки преобразователя акустической эмиссии, элемент сравнения заданного и действительного угла установки преобразователя акустической эмиссии, регулятора угла установки преобразователя акустической эмиссии, а также на преобразователь акустической эмиссии установлен датчик угла его установки.

Изобретение относиться к области технической диагностики и может быть использовано для диагностики технического состояния подшипниковых узлов качения и скольжения в составе многоканальных стационарных систем. Приемо-преобразовательный модуль содержит корпус, внутри которого расположены преобразователь акустико-эмиссионных сигналов (ПАЭС), блок преобразования аналоговых сигналов в цифровые (БПАСЦ), блок питания (БП), а также блок управления и обработки информации (БУОИ), соединенный с интерфейсным блоком USB (USB) и/или с модулем беспроводной связи (МБС).

Использование: для неразрушающего контроля прочности оптического волокна. Сущность изобретения заключается в том, что в оптическом волокне создают напряжение с помощью источника акустического воздействия, расположенного вблизи оптического волокна, это же оптическое волокно с подключенной к нему измерительной системой используют как распределенный акустический датчик, с помощью которого регистрируют акустической сигнал в зоне акустического воздействия, по результатам обработки данного сигнала выделяют сигнал акустической эмиссии и сигнал акустического воздействия, причем при одних и тех же условиях измерения предварительно выполняют для образцового оптического волокна, прочность которого известна, а затем для контролируемого оптического волокна, после чего рассчитывают прочность контролируемого оптического волокна, при этом напряжение в оптическом волокне создают источником акустического воздействия, работающим на одной частоте, при обработке регистрируемого сигнала выделяют из него сигнал нелинейной акустической эмиссии на гармониках частоты источника акустического воздействия и рассчитывают прочность контролируемого оптического волокна по определенной формуле.

Использование: для проверки работы акустико-эмиссионного датчика. Сущность изобретения заключается в том, что генерируют акустический сигнал источником акустических волн, который акустически связан с устройством управления технологическим процессом, причем источник акустических волн содержит по меньшей мере один из числа двигателя постоянного тока и двигателя для передачи тактильных ощущений; измеряют акустический сигнал акустико-эмиссионным датчиком, функционально связанным с устройством управления технологическим процессом, при этом акустический сигнал сгенерирован источником акустических волн; и определяют с помощью процессора рабочее состояния акустико-эмиссионного датчика на основании сравнения измеренного акустического сигнала с базовым акустическим сигналом.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для мониторинга и диагностики технического состояния, оценки остаточного ресурса подшипниковых узлов, зубчатых передач, моторно-осевых подшипников и других подвижных нагруженных узлов экипажной части локомотивов железных дорог. Способ диагностики технического состояния узлов экипажной части локомотива, представляющих собой подшипниковый узел и/или зубчатую передачу заключается в осуществлении непрерывного измерения значений сигналов акустической эмиссии в процессе эксплуатации локомотива при его эксплуатационных нагрузках в режиме реального времени с помощью акустико-эмиссионного датчика (1), установленного на корпусе каждого диагностируемого узла экипажной части локомотива.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для мониторинга и диагностики технического состояния, оценки остаточного ресурса подшипниковых узлов, зубчатых передач, генераторов, вспомогательных приводов экипажной части пассажирских вагонов, вращающихся частей систем вентиляции, отопления и кондиционирования, а также других подвижных нагруженных узлов пассажирских вагонов железных дорог.

Использование: для контроля неисправностей в подшипниках роторного оборудования. Сущность изобретения заключается в том, что система эксплуатационного контроля неисправностей в подшипниках роторного оборудования, регистрирующая сигналы акустической эмиссии, полученные с датчиков, установленных на подшипниковый узел, содержит аналого-цифровой преобразователь для подключения к одному из датчиков акустической эмиссии через мультиплексор, периодически опрашивающий датчики акустической эмиссии, энергонезависимую память, а также микропроцессор и канал передачи данных для синхронизации с интегральной матрицей состояния оборудования, программно-сопряженные между собой и реализованные на программируемой логической интегральной схеме, причём микропроцессор формирует огибающую обнаруженного датчиком сигнала акустической эмиссии, выполняет частотное преобразование Хартли, разложение сигнала по Гильберту и регистрацию длительности, величины и количества пиков для выявления циклических закономерностей и определения размера и характеристик дефектов в подшипнике.

Использование: для детектирования и измерения параметров сигналов акустической эмиссии посредством волоконно-оптической системы. Сущность изобретения заключается в том, что волоконно-оптическая система детектирования и измерения параметров сигналов акустической эмиссии содержит два лазерных диода, подключенных к мультиплексору DWDM, выход которого подключен к оптоволоконному делителю, каждый выход которого подключен к первому порту оптического циркулятора, а ко второму порту указанного циркулятора подключен волоконно-оптический датчик, представляющий собой волоконный интерферометр, выход оптического циркулятора подключен к DWDM демультиплексору, выходы указанного демультиплексора соединены с входами двух оптоволоконных фотоприемников, причем рабочие длины волн лазерных диодов выбираются так, чтобы разность их значений составляла не менее одного периода стандартной сетки частот DWDM, при этом разность длин плеч интерферометра подбирается таким образом, чтобы при воздействии на него гармонических механических колебаний в рабочем диапазоне частот разность фаз сигналов напряжения на выходах оптоволоконных фотоприемников составляла π/2.
Наверх