УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМИТАЦИИ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ Российский патент 2020 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля в измерительной технике и может быть использовано в устройствах для проверки работоспособности различных систем, основанных на приеме и анализе сигналов акустической эмиссии.

Наиболее близким по назначению и совокупности существенных признаков к изобретению является устройство для имитации сигналов акустической эмиссии, содержащее корпус, в полости которого размещены установленный по оси корпуса волновод, конец которого расположен за пределами корпуса и выполнен с возможностью сопряжения с исследуемым объектом, и металлические шарики, размещенные с возможностью соударения с поверхностью волновода для возбуждения в нем упругих волн напряжения (патент РФ №2610570, МПК G09B 23/14, опубл. 10.12.2016).

Известное устройство выполнено с двумя соосными волноводами и двумя конусообразными емкостями для металлических шариков (верхняя и нижняя), которые расположены зеркально относительно друг друга. Верхняя и нижняя емкости обращены друг к другу вершинами конусов, и сообщены между собой через осевые отверстия. В известном устройстве металлические шарики расположены в верхней емкости над волноводом, при этом шарики через осевое отверстие под действием силы тяжести выпадают из верхней емкости и через нижнюю емкость падают на торцевую поверхность волновода. Известное устройство обеспечивает создание последовательных акустических импульсов дозированной амплитуды и длительности, но при этом с ограничением по их величине, которое объясняется конкретными параметрами устройства. При завершении процесса высыпания шариков из верхней емкости устройство вручную отсоединяют от исследуемого объекта, переворачивают устройство на 180° для пересыпания шариков из полости корпуса в емкость, затем конец волновода соединяют с исследуемым объектом, и процесс продолжается.

Недостатком известного устройства для имитации сигналов акустической эмиссии являются невысокие значения амплитуды излучаемых сигналов акустической эмиссии, что объясняется малой величиной энергии взаимодействия шарика и рабочей поверхности, которой является торцевая поверхность волновода. Кроме этого, недостатком известного устройства является невозможность его эксплуатации в условиях высоких температур и радиации, что объясняется необходимостью применения ручного труда для продолжения рабочего процесса.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для имитации сигналов акустической эмиссии, которое характеризуется надежной работой в условиях высоких температур и радиационного излучения.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение амплитуды излучаемых сигналов акустической эмиссии с одновременным обеспечением широкого частотного диапазона путем повышения энергии взаимодействия шариков с рабочей поверхностью, которая возбуждает упругие волны напряжения, за счет увеличения площади рабочей поверхности и скорости движения шариков, а также исключение ручного труда в производственном процессе.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для имитации сигналов акустической эмиссии, содержащее корпус, в полости которого размещены установленный по оси корпуса волновод, конец которого расположен за пределами корпуса и выполнен с возможностью сопряжения с исследуемым объектом, и металлические шарики, размещенные с возможностью соударения с поверхностью волновода для возбуждения в нем упругих волн напряжения, согласно заявленному изобретению снабжено металлическим плоским диском с отверстием, посредством которого диск установлен на волноводе под углом к горизонтали, при этом металлические шарики свободно расположены на поверхности плоского диска, а корпус выполнен с отверстиями для входа и выхода сжатого воздуха, которые расположены над поверхностью плоского диска.

Кроме этого, величина угла между поверхностью диска и горизонталью выбрана в пределах от 20° до 30°.

Отличительные признаки, касающиеся введения в устройство металлического плоского диска, установленного под углом на волноводе, и расположения шариков на наклонной поверхности плоского диска, позволяют повысить величину энергии взаимодействия шарика и рабочей поверхности волновода за счет увеличения площади рабочей поверхности и большей величины скорости движения шарика. По сравнению с прототипом, где рабочей поверхностью является торец волновода, в заявленном устройстве в качестве рабочей поверхности выступают боковая поверхность волновода, стенки корпуса и поверхность плоского диска. Увеличение скорости движения шариков обеспечивается направленным действием сжатого воздуха, поступающего в полость корпуса через входные отверстия. Под действием потока воздуха шарики хаотично перемещаются в полости корпуса над плоским диском и соударяются с рабочей поверхностью. От соударения возникают упругие волны напряжения, которые формируют сигналы акустической эмиссии. По сравнению с прототипом заявленное устройство позволяет на порядок увеличить амплитуду излучаемых сигналов акустической эмиссии. Движение шариков в заявленном устройстве по сравнению с прототипом представляет собой не упорядоченный, а случайный процесс, который характеризуется спектром колебаний в виде белого шума с равномерностью амплитудного спектра. По сравнению с прототипом заявленное устройство может быть использовано на объектах контроля с температурой поверхности или окружающей среды до 350°С, а также при наличии радиационного излучения, поскольку не требуется участия человека в работе устройства непосредственно на месте его размещения на исследуемом объекте.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство для имитации сигналов акустической эмиссии (общий вид), на фиг. 2 представлено устройство для имитации сигналов акустической эмиссии (вид сверху), на фиг. 3 схематично изображены устройство для имитации сигналов акустической эмиссии, установленное на исследуемом объекте, и элементы управления работой устройства.

Устройство для имитации сигналов акустической эмиссии содержит цилиндрический металлический корпус 1, в полости которого размещены металлический плоский диск 2, металлический волновод 3 и металлические шарики 4. Волновод 3, представляющий собой стержень, установлен по оси корпуса 1. Один из концов волновода 3 выполнен с возможностью сопряжения с исследуемым объектом, например посредством резьбового соединения, проходит через отверстие, которое выполнено в дне корпуса 1, и выходит за пределы корпуса 1. Плоский диск 2 выполнен с центральным отверстием, посредством которого диск 2 установлен на волноводе 3 под углом, составляющим величину, выбранную в пределах от 20° до 30° к горизонтали, например 25°. При этом диск 2 размещен на волноводе 3 так, что его нижняя точка является точкой касания с дном корпуса 1.

На цилиндрическом корпусе 1 установлена с возможностью съема крышка 5, а на цилиндрической поверхности корпуса 1 выполнены отверстия для входа и выхода сжатого воздуха. На отверстии для входа сжатого воздуха неразъемно, например, посредством сварки, установлен штуцер 6. Ось штуцера 6 расположена перпендикулярно оси волновода 3 и параллельно касательной, проходящей через нижнюю точку плоского диска 2. В штуцере 6 выполнены, по меньшей мере, два отверстия для сжатого воздуха. Металлические шарики 4 выполнены с диаметром, выбранным из диапазона 12-16 мм, свободно расположены на поверхности плоского диска 2 в области его касания с дном корпуса 1 и имеют возможность перемещения в полости корпуса 1 при воздействии сжатого воздуха, выходящего из штуцера 6, и соударения с поверхностями волновода 3, корпуса 1 и диска 2 для возбуждения в металле указанных элементов упругих волн напряжения. Корпус 1, плоский диск 2, волновод 3 и шарики 4 выполнены из металла, обладающего свойством упругой пластической деформации, например из стали. Рабочая поверхность для создания упругих волн напряжения образована внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1, которая ограничена поверхностью плоского диска 2, которая обращена к крышке 5, внутренней поверхностью крышки 5, поверхностью плоского диска 2, которая обращена к крышке 5, и поверхностью волновода 3, которая расположена над диском 2.

Устройство для имитации сигналов акустической эмиссии работает следующим образом.

Заявленное устройство для имитации сигналов акустической эмиссии можно использовать на объектах контроля с температурой поверхности или окружающей среды до 350°С и при радиационном воздействии, например в контурах охлаждения энергоблоков АЭС. Перед началом работы на объект контроля, например на трубопровод 7 первого контура охлаждения энергоблока АЭС, устанавливают устройство для имитации сигналов акустической эмиссии. Для этого на крепежный элемент 8 (например, шпилька, часть крепежного болта и т.п.), имеющий акустический контакт с трубопроводом 7, посредством резьбового отверстия в свободном конце волновода 3 устанавливают вертикально устройство с обеспечением акустического контакта через резьбовое соединение с крепежным элементом 8. Металлические шарики 4 находятся в состоянии покоя на поверхности диска 2 в области его касания с дном корпуса 1. Из «холодного» обслуживаемого помещения, расположенного вне герметичного ограждения 9, оператор, управляя запорным регулирующим клапаном 10, подает сжатый воздух по магистрали сжатого воздуха 11 с давлением 4-6 кгс/см² через штуцер 6 и его входные отверстия в полость корпуса 1 над плоским диском 2. Потоки сжатого воздуха воздействуют на металлические шарики 4 и выходят из полости корпуса 1 через выходные отверстия. Под воздействием сжатого воздуха шарики 4 хаотично перемещаются в полости корпуса 1 над плоским диском 2 и соударяются с волноводом 3 и внутренними поверхностями в указанной полости. В месте соударения, представляющем собой практически точку, возникают волны напряжений. От этой точки волна распространяется в металле элементов широким фронтом во всех направлениях. При этом могут зарождаться поперечные и продольные волны, их комбинации и очень сложные типы колебаний. Это хаотический процесс, и сигнал от одного соударения может передаваться на волновод 3, например, от боковой поверхности корпуса 1 по многим путям, и все эти отдельные колебания формируют сложную результирующую картину волн напряжений на волноводе 3. Созданные сигналы акустической эмиссии большой амплитуды и широкого частотного спектра (до 200 кГц) через волновод 3 передаются на трубопровод 7, который связан жесткой механической связью с концом волновода 3. Несмотря на ослабление сигналов акустической эмиссии при их распространении в трубопроводе 7, только благодаря большой амплитуде и широкому частотному спектру сигналов акустической эмиссии, возбуждаемых в трубопроводе 7 от волновода 3 в месте соединения волновода 3 и трубопровода 7, обеспечивается «прозвучивание» большого количества приемных датчиков 12, которые могут располагаться на значительном расстоянии (от 30 до 40 м по линейной координате трубопровода 7) от места излучения сигналов акустической эмиссии. Оператор, управляя запорным регулирующим клапаном 10 и контролируя давление и расход сжатого воздуха, может варьировать амплитуду и эффективную ширину спектра излучаемых сигналов акустической эмиссии. Проверку работоспособности датчиков 12 можно проводить по желанию оператора в любой момент. После прекращения подачи сжатого воздуха металлические шарики 4 возвращаются в исходную позицию (положение покоя). Устройство для имитации сигналов акустической эмиссии готово к новому циклу работы.

Использование: для имитации сигналов акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для имитации сигналов акустической эмиссии содержит корпус, в полости которого размещены установленный по оси корпуса волновод, конец которого расположен за пределами корпуса и выполнен с возможностью сопряжения с исследуемым объектом, и металлические шарики, размещенные с возможностью соударения с поверхностью волновода для возбуждения в нем упругих волн напряжения, при этом устройство снабжено металлическим плоским диском с отверстием, посредством которого диск установлен на волноводе под углом к горизонтали, при этом металлические шарики свободно расположены на поверхности плоского диска, а корпус выполнен с отверстиями для входа и выхода сжатого воздуха, которые расположены над поверхностью плоского диска. Технический результат: обеспечение возможности увеличения амплитуды излучаемых сигналов акустической эмиссии с одновременным обеспечением широкого частотного диапазона. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для имитации сигналов акустической эмиссии, содержащее корпус, в полости которого размещены установленный по оси корпуса волновод, конец которого расположен за пределами корпуса и выполнен с возможностью сопряжения с исследуемым объектом, и металлические шарики, размещенные с возможностью соударения с поверхностью волновода для возбуждения в нем упругих волн напряжения, отличающееся тем, что устройство снабжено металлическим плоским диском с отверстием, посредством которого диск установлен на волноводе под углом к горизонтали, при этом металлические шарики свободно расположены на поверхности плоского диска, а корпус выполнен с отверстиями для входа и выхода сжатого воздуха, которые расположены над поверхностью плоского диска.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что величина угла между поверхностью диска и горизонталью выбрана в пределах от 20 до 30°.