СПОСОБ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ Российский патент 2017 года по МПК G01N29/14 

Описание патента на изобретение RU2610068C2

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом акустической эмиссии (АЭ) для выявления фазовых превращений, развивающихся трещин и пластического деформирования, течи, процессов соударения и трения в технических устройствах различного назначения и при контроле параметров технологических процессов.

Техническим результатом изобретения является возможность воспроизведения динамиком в звуковом диапазоне смеси сигналов АЭ, шумов и помех, изначально принятых в ультразвуковом диапазоне частот, неслышимых человеком.

Известен способ (патент RU 2344415) контроля качества нагруженных узлов трения, для чего проводится фильтрация сигналов АЭ, спектральный анализ, выделение амплитуд наиболее информационных частот спектров, перемножение вектора диагностических признаков на вектор коэффициентов и формирование интегральной регрессионной функции качества, значение которой сравнивают с эталонными значениями диагнозов.

Недостатком является достаточно сложная постобработка, включающая спектральный анализ, определение априори неизвестных наиболее информативных частот, расчет вектора диагностических признаков и оценка коэффициентов с последующим построением интегральной регрессионной функции качества, а также требуется значительный объем экспериментальных данных для построения базы эталонных значений диагнозов.

Известен способ двухчастотного анализа сигналов АЭ, используемый для контроля пластического деформирования и процесса разрушения (А.В. Егоров, С.И. Матвеев. Двухчастотный анализ сигналов АЭ при пластической деформации и разрушении алюминиевых сплавов. - Известия алтайского государственного университета, вып. №1/2009, 4 с.). Основные информативные характеристики сигналов АЭ определяются на основе метода детектирования, что является недостатком способа, т.к. теряется информация о спектральном составе сигналов.

Известен способ установления связи между временными развертками спектров сигналов АЭ и механизмами деформирования с использованием амплитудного распределения сигналов АЭ (Лепендин А.А. Метод акустической эмиссии при исследовании пластической деформации и разрушении пористых металлических материалов: диссертация кандидата физико-математических наук - Барнаул, 2007. - 114 с.). Амплитудному распределению присущ недостаток - сложность выделения единичного импульса в случае частичного временного перекрытия нескольких импульсов.

Известен способ обнаружения полезных сигналов АЭ на фоне шумов, использующий адаптивный алгоритм прямой идентификации для восстановления формы сигнала АЭ на основе реализации схемы многокаскадного адаптивного накопителя-обнаружителя, предназначенного для обнаружения полезного сигнала во временных рядах при отношении сигнал/шум много меньше единицы помех (Аксельрод Е.Г., Давыдова Д.Г., Кузьмин А.Н. Без помех. Помехоустойчивый метод обнаружения полезного сигнала в системах акустико-эмиссионного мониторинга опасных производственных объектов. - Журнал "Технадзор", №4 (77) апрель 2013 г.).

Недостатки: 1) значительная зависимость эффективности адаптивного алгоритма от предпроцессорной обработки смеси сигналов АЭ и шумов, реализуемая, например, с использованием перехода от временных рядов амплитуд к временным рядам мгновенной мощности с последующей цифровой селективной фильтрацией данных в том же частотном диапазоне, где спектральные отличия сигнальных и шумовых составляющих смеси сигналов являются наиболее выраженными, следовательно, это условие предопределяет наличие предварительного наличия информации о свойствах сигналов АЭ и шумов, что в свою очередь зависит от степени различия корреляционных и спектральных свойств сигнала АЭ и шумов, 2) необходимость использования в двух раздельных ПАЭ, один из которых должен быть удален от потенциальных источников АЭ, 3) при использовании одного ПАЭ алгоритм слепой адаптации позволяет выявлять только те сигналы АЭ, которые поступают с определенной периодичностью (например, при функциональном диагностировании выбоин на кольцах шарикоподшипников), что является очень редким случаем в практике использования метода и средства АЭ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для исследования изделий методом акустической эмиссии (авторское свидетельство СССР N-1084673), выделяющее мгновенные частоты заполнения сигналов АЭ и определяющее связь частотной нестационарности с амплитудой огибающей сигналов АЭ. Сигналы АЭ подвергаются амплитудному и частотному детектированию, формируется пороговое напряжение, с помощью которого селектируются сигналы, действующие на выходе амплитудного детектора. Вычисляются параметры сигналов АЭ, в том числе суммарная энергия за время наблюдения, среднее значение частоты импульсов АЭ, девиация частоты в пределах импульсов. Недостатком устройства является использование частотного детектирования, приводящего к потере информации о спектральном составе сигналов АЭ.

На рис. 1 представлена схема осуществления предлагаемого способа, где (1) - сигнал АЭ, (2) - преобразование Фурье, (3) - изменение массива частот, (4) - обратное преобразование Фурье, (5) - звуковой динамик.

Сущность предлагаемого способа: 1) обычно изначально принятые сигналы АЭ являются смесью собственно сигналов АЭ и различного рода шумов и помех; 2) изначальный сигнал АЭ подвергается Фурье-преобразованию, в результате которого осуществляется декомпозиция сигнала АЭ на частоты и амплитуды, то есть выполняется обратимый переход от временного пространства в частотное пространство; результатом декомпозиции являются три одинаковых по размеру массива данных (массив амплитуд, частот и фаз); обычно диапазон частот изначальных сигналов АЭ, используемый для практических целей, составляет от 104 Гц до 106 Гц, что лежит примерно на два порядка выше частот, воспринимаемых человеческим ухом; 3) в массиве данных частот изначального сигнала АЭ значения частоты изменяют (уменьшают примерно на 2 порядка) таким образом, чтобы частотный диапазон сгенерированного сигнала АЭ оказался в диапазоне звуковых частот, слышимых человеком; 4) затем с использованием измененного массива частот и неизмененных массивов амплитуд и фаз производится обратное Фурье-преобразование с целью создания сгенерированного сигнала АЭ, представляющего собой функцию амплитуда - время; 5) сгенерированный сигнал АЭ передается на воспроизводящий динамик для прослушивания в звуковом (слышимом человеком) диапазоне частот смеси сигналов АЭ, шумов и помех, изначально зарегистрированных в ультразвуковом диапазоне частот.

Похожие патенты RU2610068C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ МАКРОЗЕРЕН АНИЗОТРОПНОГО МАТЕРИАЛА 2015
  • Игнатов Виталий Викторович
  • Игнатова Тамара Ивановна
  • Смольская Елена Геннадьевна
RU2598686C1
Способ регистрации и анализа сигналов акустической эмиссии в системе диагностического мониторинга производственных объектов 2019
  • Кузьмин Алексей Николаевич
  • Прохоровский Александр Сергеевич
  • Аксельрод Ефим Григорьевич Ефим
  • Иноземцев Вячеслав Владимирович
RU2709414C1
СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ И АНАЛИЗА СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ 2014
  • Аксельрод Ефим Григорьевич
  • Иноземцев Вячеслав Владимирович
  • Кузьмин Алексей Николаевич
  • Прохоровский Александр Сергеевич
RU2570592C1
Способ обнаружения подводного источника широкополосного шума 2022
  • Переселков Сергей Алексеевич
  • Кузькин Венедикт Михайлович
  • Матвиенко Юрий Викторович
  • Казначеев Илья Викторович
  • Ткаченко Сергей Александрович
  • Казначеева Елена Сергеевна
RU2787951C1
Система и способ эксплуатационного контроля неисправностей в подшипниках роторного оборудования 2020
  • Лифшиц Михаил Валерьевич
  • Маркелов Артём Иннокентьевич
  • Трифонов Александр Викторович
RU2752287C1
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ЛОКАЦИИ ШУМОПОДОБНЫХ ИСТОЧНИКОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ НА ОСНОВЕ СПЕКТРАЛЬНО-ВРЕМЕННОГО САМОПОДОБИЯ 2012
  • Растегаев Игорь Анатольевич
  • Данюк Алексей Валериевич
  • Виноградов Алексей Юрьевич
  • Мерсон Дмитрий Львович
  • Чугунов Алексей Владимирович
RU2515423C1
УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ЗВУКА 2018
  • Яманака
  • Миязава Киёси
RU2771296C2
СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПРИЗАБОЙНОЙ ЧАСТИ МАССИВА 2006
  • Апрельский Владимир Валентинович
  • Бокий Борис Всеволодович
  • Деглин Борис Моисеевич
  • Деглина Юлия Борисовна
  • Ефремов Игорь Алексеевич
  • Мелконян Ашот Аркадьевич
  • Широких Наталия Васильевна
RU2310758C1
Способ обнаружения подводного источника широкополосного шума 2019
  • Матвиенко Юрий Викторович
  • Хворостов Юрий Анатольевич
  • Каморный Александр Валерьевич
RU2715431C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ И ИСТОЧНИКОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ 2002
  • Игнатов В.В.
  • Игнатов В.Н.
RU2229121C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 610 068 C2

Реферат патента 2017 года СПОСОБ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

Использование: для неразрушающего контроля методом акустической эмиссии (АЭ) для выявления течей, сухого трения, фазовых превращений, развивающихся трещин и пластического деформирования в технических устройствах различного назначения, а также для контроля параметров технологических процессов. Сущность изобретения заключается в том, что изначально принятую смесь сигналов акустической эмиссии (АЭ), шумов и помех подвергают преобразованию Фурье, в результате чего формируется, в частности, массив частот, который изменяют путем деления примерно на 100 каждого из значений частоты массива частот; используя созданный новый массив частот, проводят обратное преобразование Фурье; полученный в результате обратного преобразования Фурье сигнал в виде функции амплитуда - время воспроизводят с помощью звукового динамика, осуществляя тем самым воспроизведение смеси ультразвуковых (неслышимых человеком) сигналов АЭ, шумов и помех в звуковом диапазоне, слышимом человеком. Технический результат: обеспечение возможности выявления неисправностей технических устройств, контроль параметров технологических процессов за счет выявления сигналов АЭ на фоне шумов и помех. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 610 068 C2

Способ частотного преобразования сигналов акустической эмиссии (АЭ), включающий прием и цифровую регистрацию формы сигналов АЭ, отличающийся тем, что смесь сигналов АЭ, шумов и помех, изначально зарегистрированных в ультразвуковом диапазоне частот, подвергают преобразованию Фурье, уменьшают каждое из значений массива частот на 2 порядка, используя новый массив частот, производят обратное Фурье-преобразование, на основе результатов которого генерируют звуковой сигнал и воспроизводят его с помощью звукового динамика для возможности прослушивания в звуковом диапазоне.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2610068C2

Акустико-эмиссионное устройство для диагностики технического состояния объекта 1982
  • Макаренко Владимир Иванович
  • Однопозов Леонид Юрьевич
SU1084673A1
Устройство для измерения энергии сигналов акустической эмиссии 1985
  • Ерминсон Александр Львович
  • Муравин Григорий Борисович
  • Шрейбер Сергей Николаевич
SU1295334A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАЗОВ В ЖИДКИХ МЕТАЛЛАХ 2006
  • Воронцов Вадим Борисович
  • Горчинский Алексей Валерьевич
RU2307348C1
Многоканальное устройство для определения координат развивающихся дефектов 1983
  • Ковбасенко Александр Степанович
  • Луценко Владимир Николаевич
SU1224714A1
JP 9113491 A, 02.05.1997
CN 102445661 A, 09.05.2012.

RU 2 610 068 C2

Авторы

Игнатов Виталий Викторович

Игнатова Тамара Ивановна

Смольская Елена Геннадьевна

Даты

2017-02-07Публикация

2015-05-05Подача