Определение акустических параметров.
Говоря об акустических параметрах, мы имеем ввиду измерение скорости и затухания ультразвуковых волн в данном ОК.
Измерение затухания и скорости УЗ колебаний происходит одновременно. Современные системы имеют специальные программы, позволяющие без особых проблем это сделать.
Установив ПЭП на объект контроля, как это показано на рисунке 16.1, имитируем источник ЭА при помощи источника Су-Нильсена или электронного имитатора.
Источник Су-Нильсена – излом графитового стержня диаметром 0,3...0,5 мм, твердостью 2Т(2Н).
Рис. 16.1. Схема установки ПЭП для измерения скорости и затухания.
В системе задается расстояние между ПЭП, а также каждому ПЭП присваивается свой номер, согласно схеме (указывается на каком канале находятся ПЭП и какие у них номера).
Места под установку ПЭП должны быть подготовлены: шероховатость поверхности должна быть не хуже Rz 40, на поверхность должна быть нанесена акустическая смазка.
После установки ПЭП и включения системы необходимо отстроиться от внешних шумов, то есть выставить необходимое значение порога дискриминации.
Рис.16.2 АЭ сигнал.
Чтобы понять назначение порога дискриминации, необходимо рассмотреть типичный сигнал акустической эмиссии (рис. 16.2.).
Порог дискриминации - фиксированное или регулируемое напряжение Uп, приведенное ко входу аппаратуры, выше которого импульс АЭ обнаруживается, регистрируется и/или обрабатывается и ниже которого обнаружение не осуществляется, регистрация и/или обработка не производится (в системах эта величина регулируется).
Важным временным параметром АЭ сигнала является событие. Событие – временной интервал, когда импульс превышает порог дискриминации. Длительность импульса это D= tk – tn.
Так вот, при отстройки от шумов необходимо выставить порог дискриминации Uп выше сигналов от шумов на 3 Дб. При правильной установки порога дискриминации число событий будет равно нулю.
После отстройки от шумов начинаем измерять скорость и затухание, имитируя сигнал АЭ выбранным имитатором. Система сама выдаст значение этих параметров в виде гистограмм или цифрой.
Возникает вопрос о том, как система рассчитывает скорость и затухание.
Расчет состоит из следующих этапов:
1. Сигнал от имитатора приходит на ПЭП №1. Система измеряет амплитуду сигнала А1. Далее система ждет прихода сигнала на ПЭП №2 и измеряет время пробега сигнала от ПЭП №1 до ПЭП №2.
2. Сигнал от имитатора приходит на ПЭП №2. Система измеряет амплитуду сигнала А2 на ПЭП №2 и задает значение времени t, равное измеренному времени пробега сигнала от имитатора от ПЭП №1 до ПЭП №2.
3. Зная значение L (расстояние между ПЭП), рассчитывается скорость С=L/t и значение затухания (А1-А2)/L.
Величина скорости вводится в АЭ систему для дальнейшего определения места положения источников АЭ.
Величина затухания позволяет определить максимальное допустимое расстояние между ПЭП, установленных на ОК.
Локация источников АЭ
После установки преобразователей на ОК и отстройки от шумов, необходимо установить параметры, позволяющие производить точную локацию источников АЭ.
В каждой многоканальной системе АЭ есть программа, позволяющая определять местоположение источников АЭ. Эти программы могут определять места положения источников на плоскости при помощи следующих схем:
- линейная локация. ПЭП расположены на одной линии (рис. 16.3.).
Рис. 16.3. Линейная локация.
Определяется расстояние Li от указанного ПЭП (ПЭП 1) до сечения, где находится источник АЭ (определяется только одна координата).
- тригональная схема локации;
Рис. 16.4. Тригональная схема локации.
Применение трех ПЭП в тригональной схеме локации позволяет определять координаты X,Y источника АЭ на плоскости. Глубина залегания источника АЭ не определяется.
- планарная схема локации
Рис. 16.5. Пример планарной локации.
Пример планарной локации представлен на рис. 16.5. Планарная локация применяется, как правило, для объектов, когда необходимо определить точное место положения АЭ источника на плоскости ОК. Количество ПЭП ограничивается числом каналов АЭ системы, но не может быть меньше трех. Чем габаритней ОК, тем большее количество ПЭП требуется.
- некоторые специальные схемы локации.
Современные системы позволяют в постоянном режиме оценивать опасность дефекта по выбранным оператором критериям опасности.
Параметры АЭ
При проведении испытаний ОК с применением метода АЭ, оператор обязан следить за параметрами АЭ и оперативно оценивать обстановку.
Наиболее часто используемыми параметрами акустической эмиссии, применяемыми для изучения процессов пластической деформации и разрушения материалов являются:
- суммарный счет АЭ N, т. е. число зарегистрированных превышений сигналами АЭ установленного уровня дискриминации за интервал времени наблюдения
- скорость счета суммарной АЭ N, т. е. суммарная АЭ, приведенная к единице времени
- амплитуда АЭ А, т. е. максимальное значение сигнала АЭ в течение выбранного интервала времени
- среднеквадратичное значение амплитуды (RMS, A2) АЭ
- энергия сигнала (импульса) АЭ
В настоящее время интенсивно развивается спектральный анализ (анализ формы) отдельного импульса АЭ в зависимости от вида источника АЭ.
Применяемое оборудование
Применяемое оборудование разберем на примере системы A-Line компании "ИНТЕРЮНИС", Россия.
A-Line 32D (PCI, PCI-N, PCI-8) – АЭ системы традиционной архитектуры представляют собой многоканальные платы регистрации и обработки АЭ данных (на базе индустриального компьютера). Данные АЭ исследований передаются с объекта контроля через предусилители по коаксиальному кабелю на центральный блок сбора и обработки данных в аналоговом виде.
АЭ системы данной серии развивались большей частью эволюционно, и выпуск каждой новой модификации в семействе был обусловлен переходом на новые технологии, улучшением характеристик и добавлением новых функциональных возможностей.
Многоканальные АЭ системы, построенные по такой идеологии, характеризуются отличными характеристиками, высокой скоростью обработки информации и одинаково хорошо подходят как для полевых работ, так и для научных исследований.
В настоящее время серийно выпускается в основном один тип АЭ систем с традиционной архитектурой – A-Line 32D (PCI–8). Однако предыдущий представитель данного класса АЭ система A-Line 32D (PCI-N) с расширенным частотным диапазоном (до 5 МГц) все еще пользуется популярностью как недорогой вариант платы обработки АЭ данных для научных исследований.
Наравне с развитием АЭ систем традиционной архитектуры, в конце 2000 года была выпущена АЭ система с цифровой передачей данных Лель /A-Line 32D (DDM)/, которая кардинальным образом отличается от всех предыдущих представителей семейства A-Line 32D.
Основной особенностью данной АЭ системы стал перенос всей регистрирующей и вычислительной части из центрального компьютера в устройство, устанавливаемое непосредственно на объекте контроля, получившее название модуль АЭ.
Рис. 16.6. АЭ система с параллельным подключением каналов (A-line 32 D).
Существует и система DDM – модульная распределенного типа с последовательным высокоскоростным цифровым каналом передачи данных.
Возможность проведения стационарного непрерывного контроля (мониторинга).
Высокая скорость сбора, обработки и передачи информации.
Анализ данных в реальном масштабе времени.
Диапазон рабочих частот 30 ÷ 500 кГц, по заказу от 1 кГц.
Контроль протяженных объектов суммарной длиной до 5 км одной портативной системой за одно измерение.
Возможность оснащения АЭ систем комплектом цифровой беспроводной связи – радиоканалом DDM/R.
Корреляционный анализ АЭ-сигналов и их спектров, что позволяет делать заключения о вероятном происхождении сигналов, поступающих на разные датчики.
Удобный дружественный интерфейс в программной среде Windows на русском языке, дающий широкие возможности по измерению, обработке и представлению результатов измерений в реальном масштабе времени и при постобработке.
Рис. 16.7 АЭ система с последовательным подключением каналов.
Наравне с развитием АЭ систем традиционной архитектуры, в конце 2000 года была выпущена АЭ система с цифровой передачей данных Лель /A-Line 32D (DDM)/, которая кардинальным образом отличается от всех предыдущих представителей семейства A-Line 32D.
Основной особенностью данной АЭ системы стал перенос всей регистрирующей и вычислительной части из центрального компьютера в устройство, устанавливаемое непосредственно на объекте контроля, получившее название модуль АЭ.
Особое внимание следует уделить и преобразователям.
По частотному диапазону ПАЭ подразделяются на типы:
- Низкочастотные - рабочая частота до 50 кГц;
- Стандартные промышленные - 50 - 200 кГц;
- Специальные промышленные - 200 - 500 кГц;
- Высокочастотные - рабочая частота свыше 500 кГц.
При контроле производственных объектов рекомендуется использовать преимущественно резонансные преобразователи АЭ с пьезоэлектрическими активными элементами.
Низкочастотные преобразователи. Рекомендуется использовать при контроле протяженных объектов и объектов с высоким затуханием звука.
Стандартные промышленные преобразователи. Рекомендуется использовать при контроле промышленных объектов.
Специальные промышленные преобразователи. Рекомендуется использовать при контроле промышленных объектов малых размеров (не превышающих длиной 1 м).
Высокочастотные преобразователи. Рекомендуется использовать при контроле промышленных объектов малых размеров (не превышающих длиной 1 м) и в лабораторных исследованиях.
По полосе пропускания частот преобразователи АЭ подразделяются на три вида (связанные с видом амплитудно-частотной характеристики):
- резонансные преобразователи АЭ. Полоса пропускания = 0,2Fp, где Fp - рабочая частота ПАЭ;
- полосовые преобразователи АЭ. Полоса пропускания (0,8 ... 0,2) Fp, где Fp - рабочая частота ПАЭ.
- широкополосные преобразователи АЭ. Полоса пропускания более 0,8 Fp.
Для полосовых и широкополосных преобразователей рабочая частота соотносится с верхней - Fв и нижней - Fн частотами полосы пропускания посредством выражения:
(92)
и является среднегеометрической частотой ПАЭ.