СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО СБОРА ДАННЫХ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2021 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к области техники, а более конкретно - к способу использования акустико-эмиссионного сбора данных для комплексного технического мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций.

Настоящее изобретение может найти применение при создании, эксплуатации, управлении и мониторинге строительных и технологических конструкций различного назначения, включая конструкции, используемые в промышленности, энергетике, машиностроении, коммунальном хозяйстве и других отраслях.

В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа использования акустико-эмиссионного сбора данных для комплексного технического мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций, который позволил бы предсказывать наступление критических событий, в первую очередь, связанных с внутренними неисправностями и сбоями, либо критическим ростом каких-либо значений показателей, описывающих строительные или технологические конструкции и связанных с появлением сигналов акустической эмиссии от внутренних дефектов, а также от других датчиков, учитывающих наклон конструкции, ее линейное перемещение и другие параметры.

Согласно ГОСТ 27655-88, Акустическая эмиссия (Эмиссия волн напряжений, Звуковая эмиссия, Ультразвуковая эмиссия, Акустическое излучение) - испускание объектом контроля (испытаний) акустических волн.

Наиболее близким к данному изобретению является патент RU 2371691 C1 СПОСОБ МОНИТОРИНГА МАШИН И СООРУЖЕНИЙ (2008.04.22), включающий измерение посредством, по крайней мере, одного датчика параметров вибрации объекта, определение и анализ значений параметров вибрации объекта мониторинга в месте установки датчика, отличающийся тем, что используют датчик, синфазно измеряющий три ортогональных проекции вектора ускорения, определяют вектор деформации объекта мониторинга в месте установки датчика, накапливают массив векторных величин деформации, отображают на мониторе, по крайней мере, для одной частоты вибрации годограф вектора деформации относительно системы координат, связанной с объектом мониторинга, и определяют наличие анизотропии в деформациях элемента объекта мониторинга в месте установки датчика.

Однако рассмотренный прототип имеет следующие существенные недостатки:

- не является универсальным для различных типов строительных и технологических конструкций;

- зависит от процессов вибрации и не учитывает появление акустической эмиссии при возникновении внутренних дефектов строительных и технологических конструкций;

- не позволяет классифицировать процессы наступления критических событий по интенсивности и характеру сигналов;

- не предназначен для прогнозирования наступления событий, связанных с образованием дефектов, в будущем времени.

Задачи изобретения решены и недостатки прототипа устранены в реализованном согласно настоящему изобретению способе комплексного мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций, предусматривающий следующие стадии:

1) на поверхности конструкции прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих акустические сигналы, получаемые от динамически развивающихся дефектов в конструкции, а также по меньше мере один датчик виброперемещения, по меньше мере один датчик наклона конструкции и по меньшей мере один датчик линейного перемещения конструкции;

2) полученные акустические сигналы от датчиков, а также сигналы от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения, полученные на предыдущей стадии, сохраняют;

3) по разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта;

и отличающийся тем, что сохраненные акустические сигналы разделяют по меньшей мере на четыре группы по их источнику:

- пассивный источник, характеризующийся монотонным уменьшением активности, амплитуды и/или энергии сигнала во времени и насыщением параметров акустической эмиссии;

- активный источник, характеризующийся квазипостоянными значениями активности, амплитуды и/или энергии во времени и линейной зависимостью от времени параметров акустической эмиссии;

- критически активный источник, характеризующийся постоянным приростом значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии;

- закритически активный источник, характеризующийся дальнейшим существенным увеличением значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и существенным отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии;

- сигналы от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения считают критическими или закритическими, если хотя бы один из них выходит за заранее установленные рамки, либо выход за установленные рамки имеет высокое значение;

4) полученные данные от акустических датчиков, датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения используются для мониторинга конструкций, причем для первых двух групп источников устанавливается режим наблюдения, а для двух следующих - режим оповещения о появлении и местоположении критических и/или закритически активных источников, отличающийся тем, что контролируется переход первых двух групп источников в последующие две группы, а также появление критических или закритических сигналов от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения.

5) данные, полученные на предыдущей стадии используют для прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций в будущем времени, определяя скорость и предположительное время развития дефектов.

За счет реализации заявленного авторами способа достигаются следующие технические результаты:

- он является универсальным для различных типов строительных и технологических конструкций;

- не зависит от процессов вибрации и учитывает появление акустической эмиссии при возникновении внутренних дефектов строительных и технологических конструкций;

- позволяет классифицировать процессы наступления критических событий по интенсивности и характеру сигналов;

- предназначен для прогнозирования наступления событий, связанных с образованием дефектов, в будущем времени.

Настоящее изобретение будет раскрыто в нижеследующем описании мониторинга и предсказания состояния водонапорной башни, имеющей емкость для хранения воды и электромеханический турбинный насос для ее нагнетания в емкость.

На поверхности водонапорной башни прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих сигналы акустической эмиссии, получаемые от динамически развивающихся дефектов как в строительных конструкциях водонапорной башни, так и в насосе, также по меньше мере один датчик виброперемещения, по меньше мере один датчик наклона башни и по меньшей мере один датчик ее линейного перемещения конструкции. Сигналы от датчиков, полученные на первой стадии, сохраняют.

По разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта;

С течением времени фиксируют пассивный источник, характеризующийся монотонным уменьшением активности, амплитуды и/или энергии сигнала во времени и насыщением параметров акустической эмиссии, связанный с протечкой воды из бака, а также активный источник, характеризующийся квазипостоянными значениями активности, амплитуды и/или энергии во времени и линейной зависимостью от времени параметров акустической эмиссии, связанный с проседанием конструкции бака и образованием трещин в его стенках.

Кроме того, фиксируют - критически активный источник, характеризующийся постоянным приростом значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии, связанный с износом подшипников насоса.

В некоторый момент времени фиксируют закритически активный источник, характеризующийся дальнейшим существенным увеличением значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и существенным отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии, связанный с разрушением подающего шланга насоса.

Полученные данные используются для мониторинга конструкций, причем для первых двух групп источников устанавливается режим наблюдения, а для двух следующих - режим оповещения о появлении и местоположении критических и/или закритически активных источников, при этом контролируется переход первых двух групп источников в последующие две группы. Так, при разрушении шланга производится немедленное оповещение коммунальных служб.

От датчиков виброперемещения получают информацию о постепенном разрушении опорных конструкций насоса, приводящих к появлению вибрации, о от датчиков наклона - нарастающий во времени уклон конструкций башни и линейное перемещение ее верхней части в одну сторону.

Данные первых трех групп используют для прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций в будущем времени, в частности, прогнозируется время текущего ремонта протечки из бака, заделка трещин и смена подшипников. Кроме того, планируется монтаж подпорки стены водонапорной башни в целях предотвращения ее дальнейшего уклона, а также укрепление опорных конструкций насоса и монтаж резиновых шайб с целью уменьшения вибрации.

По сравнению со способами известными авторам, заявляемый способ обладает высокой универсальностью и гибкостью и позволяет достичь лучших результатов, является универсальным для различных типов строительных и технологических конструкций, не зависит от процессов вибрации и учитывает появление акустической эмиссии при возникновении внутренних дефектов строительных и технологических конструкций, позволяет классифицировать процессы наступления критических событий по интенсивности и характеру сигналов, удобен для прогнозирования наступления событий, связанных с образованием дефектов, в будущем времени, а также обеспечивает комплексный учет сигналов от всех датчиков.

Литература

1. Математическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. И.М. Виноградов. 1977-1985.

2. М.Г. Сухарев Методы прогнозирования - Серия Прикладная математика в инженерном деле М: 2009.

3. ГОСТ 27655-88 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ. Термины, определения и обозначения. - УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28.03.88 №787.

Использование: для комплексного технического мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций посредством акустико-эмиссионного сбора данных. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности конструкции прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих акустические сигналы, получаемые от динамически развивающихся дефектов в конструкции, а также по меньше мере один датчик виброперемещения, по меньше мере один датчик наклона конструкции и по меньшей мере один датчик линейного перемещения конструкции; полученные акустические сигналы от датчиков, а также сигналы от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения, полученные на предыдущей стадии, сохраняют; по разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта; сохраненные акустические сигналы разделяют по меньшей мере на четыре группы по их источнику: пассивный источник, характеризующийся монотонным уменьшением активности, амплитуды и/или энергии сигнала во времени и насыщением параметров акустической эмиссии, активный источник, характеризующийся квазипостоянными значениями активности, амплитуды и/или энергии во времени и линейной зависимостью от времени параметров акустической эмиссии, критически активный источник, характеризующийся постоянным приростом значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии, закритически активный источник, характеризующийся дальнейшим существенным увеличением значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и существенным отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии, сигналы от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения считают критическими или закритическими, если хотя бы один из них выходит за заранее установленные рамки либо выход за установленные рамки имеет высокое значение. Технический результат: обеспечение возможности предсказывать наступление критических событий, связанных с внутренними неисправностями строительных или технологических конструкций.

Способ использования акустико-эмиссионного сбора данных для комплексного технического мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций, предусматривающий следующие стадии:

1) на поверхности конструкции прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих акустические сигналы, получаемые от динамически развивающихся дефектов в конструкции, а также по меньше мере один датчик виброперемещения, по меньше мере один датчик наклона конструкции и по меньшей мере один датчик линейного перемещения конструкции;

2) полученные акустические сигналы от датчиков, а также сигналы от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения, полученные на предыдущей стадии, сохраняют;

3) по разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта;

и отличающийся тем, что сохраненные акустические сигналы разделяют по меньшей мере на четыре группы по их источнику:

- пассивный источник, характеризующийся монотонным уменьшением активности, амплитуды и/или энергии сигнала во времени и насыщением параметров акустической эмиссии;

- активный источник, характеризующийся квазипостоянными значениями активности, амплитуды и/или энергии во времени и линейной зависимостью от времени параметров акустической эмиссии;

- критически активный источник, характеризующийся постоянным приростом значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии;

- закритически активный источник, характеризующийся дальнейшим существенным увеличением значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и существенным отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии;

- сигналы от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения считают критическими или закритическими, если хотя бы один из них выходит за заранее установленные рамки либо выход за установленные рамки имеет высокое значение;

4) полученные данные от акустических датчиков, датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения используются для мониторинга конструкций, причем для первых двух групп источников устанавливается режим наблюдения, а для двух следующих - режим оповещения о появлении и местоположении критических и/или закритически активных источников,

отличающийся тем, что контролируется переход первых двух групп источников в последующие две группы, а также появление критических или закритических сигналов от датчиков виброперемещения, датчиков наклона и датчиков линейного перемещения;

5) данные, полученные на предыдущей стадии, используют для прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций в будущем времени, определяя скорость и предположительное время развития дефектов.