АКУСТИКО-ЭМИССИОННЫЕ ДАТЧИКИ СО ВСТРОЕННЫМИ АКУСТИЧЕСКИМИ ГЕНЕРАТОРАМИ Российский патент 2021 года по МПК G01N29/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[1] Данное изобретение относится в целом к неразрушающему контролю и, в частности, к акустико-эмиссионным датчикам со встроенными акустическими генераторами.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] В последние годы акустико-эмиссионное испытание используют для измерения того, в какой мере на конструкцию может быть оказана нагрузка до появления трещины, обнаружения трещин в конструкциях и обнаружения внутренних утечек в оборудовании для подачи текучей среды (например, клапанах). Во время акустико-эмиссионного испытания конструкция, подвергаемая испытанию, постепенно нагружается до известных напряжений (обычно больше, чем рабочее напряжение, которое будет испытывать конструкция при фактической эксплуатации), а акустико-эмиссионные датчики используют для обнаружения трещин, возникающих в нагруженной конструкции (например, размеров и местоположений трещин). В других случаях клапан контролируется с помощью акустико-эмиссионного датчика, чтобы обнаружить внутренние утечки, когда они происходят внутри клапана. Акустико-эмиссионные датчики обычно содержат приемник, соединенный с износостойкой пластиной, подключенной к компьютеру через кабель для передачи данных и закрытой корпусом. Приемник обычно содержит пьезоэлектрический элемент или преобразователь. Износостойкая пластина обычно действует как устройство сопряжения (например, защитный экран) между приемником и испытываемой конструкцией. Когда акустическая эмиссия, являющаяся результатом изменений в конструкции (например, образование трещины, возникновение внутренней утечки клапана и т. д.), поступает в приемник, пьезоэлектрический преобразователь выдает электрический сигнал, который передается на компьютер через кабель для передачи данных.

[3] Однако акустическая эмиссия, возникающая в результате образования трещин, не повторяется (например, при данной испытательной нагрузке возникает только одна трещина и одна соответствующая акустическая эмиссия). Поэтому акустико-эмиссионный датчик должен обнаруживать акустическую эмиссию в единичном случае, когда сначала происходит изменение в конструкции, чтобы собрать точные данные в отношении конструкции, подвергаемой акустико-эмиссионному испытанию. Кроме того, в то время как внутренние утечки постоянно создают акустическую эмиссию, акустико-эмиссионный датчик должен точно определять акустическую эмиссию, чтобы определить серьезность внутренней утечки. Точное измерение акустической эмиссии в большой степени зависит от хорошей (например, акустически пропускающей) связи между износостойкой пластиной и испытываемой конструкцией.

[4] Чтобы обеспечить хорошую связь между испытываемой конструкцией и износостойкой пластиной, между конструкцией и износостойкой пластиной обычно используют текучую среду (например, клей, смазочный материал) для заполнения пустот (обычно микроскопических) между износостойкой пластиной и конструкцией, которые в противном случае препятствовали бы передаче звука от конструкции к акустико-эмиссионному датчику. Кроме того, данную связь проверяют на акустическую проницаемость путем подачи на конструкцию испытательного акустического сигнала известной интенсивности. Прием испытательного сигнала приемником с начальной или близкой к ней интенсивностью свидетельствует о хорошей связи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[5] В одном примере устройство содержит акустический приемник; акустический генератор и износостойкую пластину. Акустический генератор расположен рядом с акустическим приемником. Износостойкая пластина находится в акустической связи с акустическим приемником и с акустическим генератором. Износостойкая пластина выполнена с возможностью передачи акустической энергии от акустического генератора к акустическому приемнику через испытываемую конструкцию, с которой соединено устройство. Износостойкая пластина содержит первую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора к акустическому приемнику через износостойкую пластину.

[6] В другом примере устройство содержит акустический генератор, приемник и износостойкую пластину. Приемник расположен рядом с акустическим генератором. Износостойкая пластина находится в акустической связи с акустическим генератором и с приемником. Износостойкая пластина выполнена с возможностью передачи акустической энергии от акустического генератора к испытываемой конструкции и к приемнику.

[7] В другом примере устройство содержит корпус, секцию приемника износостойкой пластины, акустический приемник, элемент, генерирующий акустический сигнал, секцию акустического генератора износостойкой пластины и адгезивный полимер. Секция приемника износостойкой пластины поддерживается корпусом. Акустический приемник находится в акустической связи с секцией приемника и расположен в корпусе. Элемент, генерирующий акустический сигнал, расположен в корпусе. Секция акустического генератора износостойкой пластины находится в акустической связи с элементом, генерирующим акустический сигнал. Адгезивный полимер расположен между секцией акустического генератора и частью приемника и выполнен с возможностью препятствования передаче акустической энергии от секции акустического генератора к секции приемника.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[8] На фиг. 1 проиллюстрировано приведенное в качестве примера устройство акустико-эмиссионного датчика, реализованного с приведенным в качестве примера акустическим генератором, описанным в данном документе.

[9] На фиг. 2 проиллюстрирован вид в поперечном сечении приведенной в качестве примера компоновки приведенного в качестве примера устройства акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1.

[10] На фиг. 3 проиллюстрирован увеличенный вид в поперечном сечении альтернативной приведенной в качестве примера компоновки приведенного в качестве примера акустического генератора в соответствии с фиг. 2.

[11] На фиг. 4 проиллюстрирован увеличенный вид в поперечном сечении альтернативной приведенной в качестве примера компоновки устройства приведенного в качестве примера акустического генератора в соответствии с фиг. 2.

[12] На фиг. 5 проиллюстрирован увеличенный вид в поперечном сечении альтернативной приведенной в качестве примера компоновки приведенного в качестве примера акустического генератора в соответствии с фиг. 4.

[13] На фиг. 6 проиллюстрирован вид снизу приведенного в качестве примера акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1, реализованного с приведенной в качестве примера износостойкой пластиной, описанной в данном документе.

[14] На фиг. 7 проиллюстрирован вид снизу приведенного в качестве примера акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1, реализованного с альтернативной приведенной в качестве примера компоновкой приведенной в качестве примера износостойкой пластины, описанной в данном документе.

[15] На фиг. 8 проиллюстрирован вид в поперечном сечении альтернативной приведенной в качестве примера компоновки приведенного в качестве примера устройства акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1.

[15] На фиг. 9 проиллюстрирован вид снизу приведенного в качестве примера акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1, реализованного с альтернативной приведенной в качестве примера компоновкой приведенной в качестве примера износостойкой пластины, описанной в данном документе.

[17] На фиг. 10 проиллюстрирована блок-схема, представляющая приведенный в качестве примера способ, который может быть выполнен для установки приведенного в качестве примера устройства акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1-9.

[18] Фигуры представлены не в масштабе. Вместо этого, чтобы прояснить несколько слоев и областей, толщина слоев в графических материалах может быть увеличена. Везде, где возможно, одинаковые ссылочные позиции будут использоваться во всех графических материалах и в прилагаемом письменном описании для обозначения одинаковых или похожих частей. В контексте данного патента формулировка о том, что любая часть (например, слой, пленка, область или пластина) каким-либо образом расположена на (например, расположена на, размещена на, находится на или образована на и т. д.) другой части, означает, что указанная часть находится в контакте с другой частью или указанная часть находится над другой частью с одной, и при этом одна или большее количество промежуточных частей расположены между ними. Формулировка о том, что любая часть находится в контакте с другой частью, означает, что между обеими частями нет промежуточной части.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[19] При использовании обычного акустико-эмиссионного датчика могут возникать переменные в отношении интенсивности испытательного акустического сигнала, поскольку акустический генератор, который производит испытательный акустический сигнал, физически отделен от акустико-эмиссионного датчика и, следовательно, требует своей собственной установки с возможностью акустического пропускания. В случае, когда приемник принимает сильно ослабленный испытательный акустический сигнал, неясно, являются ли плохими установка акустического генератора, установка акустико-эмиссионного датчика или и то, и другое. Кроме того, в случаях, когда акустический генератор и/или акустико-эмиссионный датчик временно устанавливаются на конструкцию, точное воспроизводство испытательной компоновки акустического генератора и акустико-эмиссионного датчика для последующих акустико-эмиссионных испытаний часто затруднено. Кроме того, некоторые конструкции не имеют достаточной площади поверхности, на которой могут быть установлены акустический генератор и отдельный акустико-эмиссионный датчик.

[20] На фиг. 1 проиллюстрировано приведенное в качестве примера устройство 100 акустико-эмиссионного датчика, реализованного с приведенным в качестве примера акустическим генератором, описанным в данном документе. Более конкретно, на фиг. 1 проиллюстрирован блок 110 акустико-эмиссионного датчика, сконструированный в соответствии с изложенными в данном документе принципами и установленный на поверхности 112 конструкции 114, подлежащей испытанию и/или контролю. Блок 110 акустико-эмиссионного датчика содержит акустический генератор 116, приемник 118, кабель 120 акустического генератора и кабель 122 приемника. В некоторых примерах кабель 120 акустического генератора обеспечивает электроэнергию для акустического генератора 116. В некоторых примерах кабель 122 приемника передает электрические сигналы (например, напряжения, токи, цифровые данные и т. д.) от приемника 118 на компьютер или другое устройство для обработки (не показано на фиг. 1). В некоторых примерах акустический генератор 116 производит акустические сигналы любой длительности (например, акустический генератор 116 является генератором, производящим акустические сигналы), как будет объяснено ниже со ссылкой на фиг. 2-8. Акустический генератор 116 может облегчить испытание установки (например, акустической связи) блока 110 акустико-эмиссионного датчика на конструкции 114, как будет объяснено более подробно ниже со ссылкой на фиг. 2-8.

[21] На фиг. 2 проиллюстрирован вид в поперечном сечении приведенной в качестве примера компоновки приведенного в качестве примера устройства 100 акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1. В проиллюстрированном примере в соответствии с фиг. 2 акустический генератор 116 дополнительно содержит элемент 204, генерирующий акустический сигнал, и материал акустической изоляции или, в более общем случае, изолирующее устройство 206. Элементом 204, генерирующим акустический сигнал, может быть устройство генерирования акустического сигнала любого типа (например, двигатель с асимметричным весовым зуммером-прерывателем, пьезоэлектрический кристалл и т. д.). В некоторых примерах элемент 204, генерирующий акустический сигнал, генерирует относительно короткие акустические сигналы (например, импульсы). В некоторых примерах элемент 204, генерирующий акустический сигнал, генерирует, по существу, непрерывные акустические сигналы (например, вибрацию). В некоторых примерах изолирующее устройство 206 имеет полусферическую форму и принимает элемент 204, генерирующий акустический сигнал. В некоторых примерах изолирующее устройство 206 состоит из материала с высоким акустическим сопротивлением (например, пробка, губка, пена, резина и т. д.). В некоторых примерах изолирующее устройство 206 представляет собой вакуум и имеет воздухонепроницаемую наружную оболочку 208 для поддержания вакуума. Кроме того, в проиллюстрированном примере на фиг. 2 блок 110 акустико-эмиссионного датчика дополнительно содержит корпус 210 и износостойкую пластину 212. В некоторых примерах акустический генератор 116 и приемник 118 расположены в корпусе 210. Например, корпус 210 является наружным по отношению к акустическому генератору 116 и приемнику 118 (например, содержит) и обеспечивает их защиту от потенциального повреждения во время установки и/или перемещения. В некоторых примерах корпус 210 поддерживает износостойкую пластину 212. В некоторых примерах корпус 210 заполнен ранее извлеченным закрепляющим составом 214 (например, термопластичным материалом и т. д.), который удерживает и частично капсулирует акустический генератор 116 и приемник 118. В некоторых примерах закрепляющий состав 214 капсулирует и принимает изолирующее устройство 206 акустического генератора 116. В некоторых примерах износостойкая пластина 212 содержит секцию 216 акустического генератора, соединенную с секцией 218 приемника адгезивным полимером 220. Адгезивный полимер 220 препятствует передаче звука между секцией 216 акустического генератора и секцией 218 приемника. В некоторых примерах элемент 204, генерирующий акустический сигнал, акустического генератора 116 и изолирующее устройство 206 акустического генератора 116 находятся в акустической связи с секцией 216 акустического генератора износостойкой пластины 212. Соответственно, изолирующее устройство 206 препятствует передаче акустической энергии (например, изолирует) от элемента 204, генерирующего акустический сигнал, в закрепляющий состав 214. В некоторых примерах приемник 118 функционально соединен и акустически связан с секцией 218 приемника износостойкой пластины 212. В некоторых примерах адгезивный полимер 220 окружает секцию 216 акустического генератора износостойкой пластины 212. В примере в соответствии с фиг. 2 адгезивный полимер 220 соединяет секцию 216 акустического генератора с корпусом 210. В некоторых примерах, как объяснено более подробно ниже с помощью фиг. 6, секция 216 акустического генератора окружена секцией 218 приемника. Как правило, текучая среда 222 размещается или иным образом располагается между износостойкой пластиной 212 и поверхностью 112 при установке блока 110 акустико-эмиссионного датчика на конструкцию 114. В некоторых примерах текучая среда 222 является вязкой (например, смазка, герметик, технический вазелин и т. д.). В некоторых примерах, в частности, когда блок 110 акустико-эмиссионного датчика должен быть установлен без возможности отсоединения, текучая среда 222 является адгезивом (например, эпоксидная смола, клей, паста, цемент и т. д.). В некоторых примерах блок 110 акустико-эмиссионного датчика механически прикреплен к конструкции 114 (например, привинчен, прижат, закреплен болтами и т. д.) (не показано на фиг. 2). В некоторых примерах блок 110 акустико-эмиссионного датчика удерживается магнитным способом на конструкции 114 (не показано на фиг. 2). В примере в соответствии с фиг. 2 блок 110 акустико-эмиссионного датчика прикреплен к конструкции посредством текучей среды 222.

[22] При работе элемент 204, генерирующий акустический сигнал, генерирует испытательный акустический сигнал, который может привести к передаваемому сигналу 224 и заблокированным сигналам 226. Передаваемый сигнал 224 проходит от элемента 204, генерирующего акустический сигнал, через секцию 216 акустического генератора износостойкой пластины 212, через текучую среду 222 в конструкцию 114. Кроме того, участки передаваемого сигнала 224 ослабляются (например, теряются, поглощаются и т. д.) конструкцией 114, тогда как другие участки передаваемого сигнала 224 возвращаются из конструкции 114 через текучую среду 222, через секцию 218 приемника износостойкой пластины 212 в приемник 118. В противоположность этому, адгезивный полимер 220 предотвращает (например, блокирует, экранирует, преграждает) прохождение заблокированных сигналов 226 через износостойкую пластину 212 непосредственно к приемнику 118. Кроме того, изолирующее устройство 206 предотвращает прохождение заблокированных сигналов 226 через закрепляющий состав 214 непосредственно к приемнику. Соответственно, приемник 118 принимает испытательные акустические сигналы, которые прошли через конструкцию 114 (например, передаваемый сигнал 224), и не принимает испытательные акустические сигналы, которые в противном случае обходили бы конструкцию 114 (например, заблокированные сигналы 226). Другими словами, адгезивный полимер 220 и изолирующее устройство 206 препятствуют приему ложно-положительных срабатываний приемником 118. Таким образом, можно проверить качество монтажа и акустической связи блока 110 акустико-эмиссионного датчика с конструкцией 114. В некоторых примерах, когда передаваемый сигнал 224 принимается приемником 118 с ожидаемой амплитудой приблизительно такой же интенсивности (например, около 90% или более), которая передается элементом 204, генерирующим акустический сигнал, блок 110 акустико-эмиссионного датчика смонтирован хорошо. В некоторых примерах, когда интенсивность передаваемого сигнала 224, принятого приемником 118, снижается по сравнению с его интенсивностью, передаваемой элементом 204, генерирующим акустический сигнал, или передаваемый сигнал 224 не принимается приемником 118, блок 110 акустико-эмиссионного датчика смонтирован плохо. Соответственно, в некоторых примерах изолирующее устройство 206 предотвращает прохождение частей испытательных сигналов (например, заблокированных сигналов 226) через закрепляющий состав 214, в то же время позволяя элементу 204, генерирующему акустический сигнал, передавать дальнейшие части испытательных сигналов (например, передаваемый сигнал 224) через секцию 216 акустического генератора износостойкой пластины 212. Таким образом, в некоторых примерах качество монтажа напрямую связано с интенсивностью передаваемого сигнала 224, принимаемого приемником 118. Дополнительные компоновки изолирующего устройства 206 описаны ниже со ссылкой на фиг. 3-5.

[23] На фиг. 3 проиллюстрирован увеличенный вид в поперечном сечении альтернативной приведенной в качестве примера компоновки приведенного в качестве примера акустического генератора 116 в соответствии с фиг. 1 и 2. В примере, проиллюстрированном на фиг. 3, изолирующее устройство 206 содержит несколько изолирующих слоев 312. В некоторых примерах изолирующие слои 312 являются чередующимися слоями материала с высоким акустическим сопротивлением, рассмотренного выше, и материала с низким акустическим сопротивлением (например, металлов и т. д.). Таким образом, в некоторых примерах изолирующие слои 312 представляют собой слои с высоким и низким акустическим сопротивлением. Однако изолирующее устройство 206 может представлять собой любую комбинацию материалов для достижения требуемого акустического сопротивления.

[24] При работе, когда акустический испытательный сигнал (например, заблокированный сигнал 226) достигает границ 314 между изолирующими слоями 312, испытательный сигнал преломляется в соответствии с законом Снелла, показанным ниже, где n₁ представляет собой акустический показатель преломления материала, из которого поступает испытательный сигнал, Θ₁ представляет собой угол отклонения от нормали (например, перпендикулярный), под которым испытательный сигнал приближается к границе 314, n₂ представляет собой акустический показатель преломления материала, в который поступает испытательный сигнал, и Θ₂ представляет собой угол отклонения от нормали, под которым испытательный сигнал пересекает границу 314.

.

В некоторых примерах из-за преломления испытательного сигнала на границах 314 между полусферическими изолирующими слоями 312 испытательный сигнал захватывается изолирующим устройством 206, что иллюстрируется закрученным заблокированным сигналом 226. Таким образом, в некоторых примерах изолирующие слои 312 предотвращают достижение испытательными сигналами закрепляющего состава 214 и/или их прохождение через указанный закрепляющий состав. Дополнительные компоновки изолирующего устройства 206 описаны ниже со ссылкой на фиг. 4-5.

[25] На фиг. 4 проиллюстрирован увеличенный вид в поперечном сечении альтернативной приведенной в качестве примера компоновки приведенного в качестве примера акустического генератора 116 в соответствии с фиг. 1 и 2. В примере, проиллюстрированном на фиг. 4, акустический генератор 116 дополнительно содержит стержень 412 волновода. В некоторых примерах стержень 412 волновода состоит из материала с низким акустическим сопротивлением. В некоторых примерах стержень 412 волновода перпендикулярен секции 216 акустического генератора, как проиллюстрировано на фиг. 4. В некоторых примерах стержень 412 волновода расположен под неперпендикулярным углом к секции 216 акустического генератора (не проиллюстрировано на фиг. 4). В некоторых примерах изолирующее устройство 206 окружает стержень 412 волновода. Кроме того, в некоторых примерах элемент 204, генерирующий акустический сигнал, прикреплен к секции 216 акустического генератора износостойкой пластины 212 через изолирующее устройство 206 и стержень 412 волновода. В некоторых таких примерах стержень 412 волновода акустически соединяет элемент 204, генерирующий акустический сигнал, с секцией 216 акустического генератора. В некоторых таких примерах изолирующее устройство 206 и стержень 412 волновода действуют в качестве промежуточного звена (например, распорной втулки, изоляционной прокладки, вставки и т. д.) между элементом 204, генерирующим акустический сигнал, и секцией 216 акустического генератора износостойкой пластины 212. При работе стержень 412 волновода направляет испытательный сигнал (например, передаваемый сигнал 224) от элемента 204, генерирующего акустический сигнал, в секцию 216 акустического генератора износостойкой пластины 212. В некоторых примерах передаваемый сигнал 224 преломляется в соответствии с законом Снелла, описанным выше, при прохождении от стержня 412 волновода к секции 216 акустического генератора. Кроме того, во время работы в некоторых примерах передаваемый сигнал 224 преломляется согласно закону Снелла при переходе от секции 216 акустического генератора к конструкции 114. Таким образом, в некоторых примерах угол между стержнем 412 волновода и секцией 216 акустического генератора управляет приближением передаваемого сигнала 224 к секции 216 акустического генератора и к конструкции 114. Кроме того, во время работы изолирующее устройство 206 предотвращает достижение частями испытательного сигнала, которые рассеиваются от стержня 412 волновода, закрепляющего состава 214, как показано на примере одного из заблокированных сигналов 226. Дополнительные компоновки изолирующего устройства 206 описаны ниже со ссылкой на фиг. 5.

[26] На фиг. 5 проиллюстрирован увеличенный вид в поперечном сечении альтернативной приведенной в качестве примера компоновки приведенного в качестве примера акустического генератора 116 в соответствии с фиг. 4. В примере, проиллюстрированном на фиг. 5, подобно фиг. 3, изолирующее устройство 206 содержит изолирующие слои 312. Подобно фиг. 3, рассмотренной выше, в некоторых примерах изолирующие слои 312 представляют собой чередующиеся слои материала с высоким акустическим сопротивлением и материала с низким акустическим сопротивлением. В некоторых примерах, как проиллюстрировано на фиг. 5, изолирующие слои имеют цилиндрическую форму и попеременно уложены в радиальном направлении от стержня 412 волновода. Во время работы, когда часть испытательного сигнала, которая рассеивалась от стержня 412 волновода, достигает границ 314 между изолирующими слоями 312, испытательный сигнал преломляется в соответствии с законом Снелла, как обсуждалось выше, и показано на примере зигзагообразного заблокированного сигнала 226. В некоторых примерах из-за преломления рассеиваемого испытательного сигнала на границах 314 между чередующимися в радиальном направлении изолирующими слоями 312 увеличивается длина пути рассеиваемого испытательного сигнала. В некоторых примерах интенсивность рассеиваемого испытательного сигнала рассеивается вдоль указанной увеличенной длины пути до достижения закрепляющего состава 214. Таким образом, в некоторых примерах изолирующие слои 312 предотвращают достижение испытательными сигналами закрепляющего состава 214 и/или их прохождение через указанный закрепляющий состав. Однако в некоторых примерах, в соответствии с законом Снелла, испытательный сигнал полностью отражается на границе 314 между стержнем 412 волновода и изолирующим устройством 206, примером чего является передаваемый сигнал 224. Таким образом, в некоторых примерах изолирующее устройство 206 предотвращает выход испытательных сигналов из стержня 412 волновода до достижения секции 216 акустического генератора износостойкой пластины 212. Компоновки износостойкой пластины 212 поясняются ниже со ссылкой на фиг. 6-7.

[27] На фиг. 6 проиллюстрирован вид снизу приведенного в качестве примера блока 110 акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1, реализованного с приведенной в качестве примера износостойкой пластиной 212, описанной в данном документе. В примере, проиллюстрированном на фиг. 6, корпус 210 и износостойкая пластина 212 имеют в целом круглую форму. В некоторых примерах корпус 210 соединен с износостойкой пластиной 212. Кроме того, в некоторых примерах секция 216 акустического генератора износостойкой пластины 212 выполнена в виде островка (например, выреза, удаленной секции и т. д.) и окружена адгезивным полимером 220, который, в свою очередь, окружен секцией 218 приемника. Таким образом, секция 216 акустического генератора акустически изолирована от секции 218 приемника адгезивным полимером 220. В примере в соответствии с фиг. 6 секция 216 акустического генератора показана круглой. Тем не менее, могут быть использованы другие формы. В некоторых примерах секция 218 приемника имеет большую площадь поверхности, чем секция 216 акустического генератора.

[28] На фиг. 7 проиллюстрирован вид снизу приведенного в качестве примера блока 110 акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1, реализованного с альтернативной приведенной в качестве примера компоновкой приведенной в качестве примера износостойкой пластины 212, описанной в данном документе. В примере, проиллюстрированном на фиг. 7, корпус 210 и износостойкая пластина 212 имеют в целом круглую форму, хотя возможны и другие формы. В некоторых примерах адгезивный полимер 220 соединен с корпусом 210 и с секцией 218 приемника, чтобы окружать секцию 216 акустического генератора. Таким образом, в некоторых таких примерах, когда износостойкая пластина 212 является в целом круглой, секция 216 акустического генератора и секция 218 приемника имеют серповидную форму. Таким образом, секция 216 акустического генератора акустически изолирована от секции 218 приемника и от корпуса 210 адгезивным полимером 220.

[29] На фиг. 8 проиллюстрирован вид в поперечном сечении альтернативной приведенной в качестве примера компоновки приведенного в качестве примера устройства 100 акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1. В примере, проиллюстрированном на фиг. 8, износостойкая пластина 212 является цельной. В некоторых примерах элемент 204, генерирующий акустический сигнал, и приемник 118 акустически связаны через износостойкую пластину 212. В некоторых примерах износостойкая пластина 212 акустически изолирована от корпуса 210 адгезивным полимером 220.

[30] Во время работы в некоторых примерах перед монтажом блока 110 акустико-эмиссионного датчика на конструкцию 114 элемент 204, генерирующий акустический сигнал, генерирует испытательный акустический сигнал, который поступает непосредственно в приемник 118 через износостойкую пластину 212. В некоторых таких примерах испытательный акустический сигнал, принимаемый приемником 118, является эталонным испытательным акустическим сигналом (например, известной акустической интенсивностью). Кроме того, во время работы в некоторых примерах после монтажа блока 110 акустико-эмиссионного датчика на конструкцию 114 элемент 204, генерирующий акустический сигнал, генерирует дополнительный испытательный акустический сигнал, который приводит к передаваемым сигналам 224 и заблокированному сигналу 226. В некоторых примерах, когда передаваемые сигналы 224 распространяются в сторону от элемента 204, генерирующего акустический сигнал, части передаваемых сигналов 224 проходят через износостойкую пластину 212 в приемник 118, другие части передаваемых сигналов 224 возвращаются в приемник 118 через конструкцию 114, а дополнительные части передаваемых сигналов 224 ослабляются (например, теряются, поглощаются и т. д.) конструкцией 114. Таким образом, поскольку передаваемые сигналы 224 излучаются по всем возможным путям, поскольку повышается качество монтажа между износостойкой пластиной 212 и конструкцией 114 (например, повышается акустическая проницаемость), часть передаваемых сигналов 224, ослабленная конструкцией 114, возрастает, а объединенная энергия передаваемых сигналов 224, принятых приемником 118, снижается, и наоборот. Например, когда блок 110 акустико-эмиссионного датчика смонтирован плохо, передаваемые сигналы 224 являются акустически заблокированными от перехода с износостойкой пластины 212 в конструкцию 114. Например, в отличие от этого, когда блок 110 акустико-эмиссионного датчика смонтирован надлежащим образом, нет акустических препятствий для перехода передаваемых сигналов 224 с износостойкой пластины 212 в конструкцию 114. Таким образом, путем сравнения интенсивности (например, объединенных частей) передаваемых сигналов 224, принимаемых приемником 118, можно проверить качество монтажа и акустической связи блока 110 акустико-эмиссионного датчика с конструкцией 114. В некоторых примерах, когда интенсивность передаваемых сигналов 224, принимаемых приемником 118, снижается по сравнению с эталоном (например, передаваемые сигналы 224 принимаются приемником 118 с амплитудой, составляющей приблизительно 10% или менее от эталона), блок 110 акустико-эмиссионного датчика смонтирован надлежащим образом. В некоторых таких примерах относительно большая часть передаваемых сигналов 224 поступила в конструкцию 114 и была ослаблена данной конструкцией. Кроме того, в некоторых примерах, когда интенсивность передаваемых сигналов 224, принятых приемником 118, приблизительно соответствует эталону (например, передаваемые сигналы 224 принимаются приемником 118 с ожидаемой амплитудой, составляющей приблизительно 90% или более от эталона), блок 110 акустико-эмиссионного датчика смонтирован плохо. В некоторых таких примерах относительно большая часть передаваемых сигналов 224 не поступила в конструкцию 114 и не была ослаблена данной конструкцией. Таким образом, в некоторых примерах качество монтажа обратнозависимо от интенсивности передаваемых сигналов 224, принимаемых приемником 118.

[31] На фиг. 9 проиллюстрирован вид снизу приведенного в качестве примера акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1, реализованного с альтернативной приведенной в качестве примера компоновкой приведенной в качестве примера износостойкой пластины, описанной в данном документе. В примере, проиллюстрированном на фиг. 9, адгезивный полимер 220 соединен с корпусом 210 и с износостойкой пластиной 212, чтобы окружить износостойкую пластину 212. Таким образом, в некоторых таких примерах износостойкая пластина 212 является островком. Таким образом, износостойкая пластина 212 акустически изолирована от корпуса 210 адгезивным полимером 220.

[32] На фиг. 10 проиллюстрирована блок-схема, представляющая приведенный в качестве примера способ монтажа приведенного в качестве примера блока 110 акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1-9. В некоторых примерах, когда приведенный в качестве примера способ реализуется с помощью машиночитаемых инструкций, машиночитаемые инструкции включают программу для выполнения процессором. Указанная программа может быть реализована в программном обеспечении, хранящемся на материальном читаемом компьютером носителе данных, таком как компакт-диск, гибкий диск, жесткий диск, цифровой универсальный диск (DVD), диск Blu-ray или запоминающее устройство, связанное с процессором, но вся программа и/или ее части могут альтернативно выполняться устройством, отличным от процессора, и/или может быть реализована во встроенном программном обеспечении или специализированных аппаратных средствах. Кроме того, хотя приведенный в качестве примера способ описан со ссылкой на блок-схему, проиллюстрированную на фиг. 10, альтернативно могут использоваться многие другие способы реализации приведенного в качестве примера блока 110 акустико-эмиссионного датчика. Например, может быть изменен порядок выполнения блоков и/или могут быть изменены, исключены или объединены некоторые описанные блоки.

[33] Как указано выше, приведенный в качестве примера способ по фиг. 10 может быть реализован с помощью кодированных инструкций (например, читаемых компьютером и/или машиной инструкций), хранящихся на материальном читаемом компьютером носителе данных, таком как жесткий диск, флэш-память, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), компакт-диск (CD), цифровой универсальный диск (DVD), кэш память, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и/или любое другое запоминающее устройство или диск для хранения данных, на котором информация хранится в течение любого периода времени (например, в течение длительного времени, постоянно, в течение коротких промежутков времени, для временной буферизации и/или для кэширования информации). Используемый в настоящем документе термин «материальный читаемый компьютером носитель данных» явно определен таким образом, чтобы включать любой тип читаемого компьютером запоминающего устройства и/или диска для хранения данных и исключать распространяющиеся сигналы и средства передачи. Используемые в настоящем документе термины «материальный читаемый компьютером носитель данных» и «материальный машиночитаемый носитель данных» используются взаимозаменяемо. В качестве дополнительного или альтернативного варианта, приведенный в качестве примера способ по фиг. 10 может быть реализован с помощью кодированных инструкций (например, читаемых компьютером и/или машиной инструкций), хранящихся на постоянном компьютеро- и/или машиночитаемом носителе данных, таком как жесткий диск, флэш-память, постоянное запоминающее устройство, компакт-диск, цифровой универсальный диск, кэш память, оперативное запоминающее устройство и/или любое другое запоминающее устройство или диск для хранения данных, на котором информация хранится в течение любого периода времени (например, в течение длительного времени, постоянно, в течение коротких промежутков времени, для временной буферизации и/или для кэширования информации). Используемый в настоящем документе термин «постоянный читаемый компьютером носитель данных» явно определен таким образом, чтобы включать любой тип читаемого компьютером запоминающего устройства и/или диска для хранения данных, и исключает распространяющиеся сигналы и средства передачи. Используемая в настоящем документе фраза «по меньшей мере» используется в качестве переходного термина в преамбуле пункта формулы изобретения, является таким же открытым термином, как и термин «содержащий».

[34] На фиг. 10 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций, представляющая приведенный в качестве примера способ 1010, который может быть выполнен для реализации приведенного в качестве примера блока 110 акустико-эмиссионного датчика в соответствии с фиг. 1-9. Приведенный в качестве примера способ 1010 может быть выполнен, например, для оценки качества монтажа блока акустико-эмиссионного датчика на конструкции, подлежащей испытанию, контролю и/или проверке с помощью акустико-эмиссионного испытания.

[35] Вначале определяют, является ли акустико-эмиссионный датчик, который должен быть проверен на качество монтажа, частью новой установки (блок 1020). Если подлежащий испытанию акустико-эмиссионный датчик является частью новой установки (блок 1020), то конструкция, подлежащая испытанию и/или контролю с помощью акустико-эмиссионного испытания, очищается для удаления твердых частиц и/или поверхностных остатков, которые могут препятствовать передаче акустической энергии между конструкцией (например, конструкцией 114) и блоком акустико-эмиссионного датчика (например, блоком 110 акустико-эмиссионного датчика) (блок 1030). Затем монтажная текучая среда (например, текучая среда 222) наносится на конструкцию и/или блок акустико-эмиссионного датчика (блок 1040). В некоторых случаях монтажная текучая среда представляет собой вязкую текучую среду (например, смазку, герметик, технический вазелин и т. д.). В некоторых случаях, когда конструкция должна подвергаться длительным испытаниям и/или контролю, монтажная текучая среда представляет собой адгезив (например, клей, эпоксидную смолу, цемент, пасту и т. д.). Кроме того, нормальное (например, приблизительно перпендикулярное) усилие в отношении поверхности конструкции прикладывается к блоку акустико-эмиссионного датчика, чтобы соединить блок акустико-эмиссионного датчика с конструкцией путем размещения и распределения монтажной текучей среды между конструкцией и износостойкой пластиной (например, износостойкой пластиной 212) блока акустико-эмиссионного датчика (блок 1050). В некоторых примерах монтажная текучая среда размещается между элементами с приблизительно одинаковой толщиной. Затем акустическую проницаемость монтажа проверяют путем отправки акустического испытательного сигнала от акустического генератора (например, акустического генератора 116) и приема испытательного сигнала приемником (например, приемником 118) (блок 1060). В некоторых примерах испытательный сигнал проходит от акустического генератора через секцию акустического генератора (например, секцию 216 акустического генератора) износостойкой пластины через монтажную текучую среду в конструкцию и возвращается из конструкции через монтажную текучую среду и через секцию приемника (например, секцию 218 приемника) износостойкой пластины в приемник (блок 1060). В некоторых примерах через износостойкую пластину часть испытательного сигнала проходит от акустического генератора к приемнику, а другая часть проходит от акустического генератора к конструкции. Если интенсивность испытательного сигнала в том виде, в котором он поступил, находится в пределах требуемых критериев испытания (например, около 90% или более от интенсивности первоначально переданного сигнала, ослабленного по сравнению с эталонным испытательным сигналом и т. д.) (блок 1070), тогда блок акустико-эмиссионного датчика смонтирован на конструкции надлежащим образом, и выполнение способа заканчивается. Если интенсивность принятого сигнала не соответствует критериям испытания (блок 1070), то акустико-эмиссионный датчик смонтирован плохо, акустико-эмиссионный датчик удаляют (блок 1080), и выполнение способа возвращается к этапу очистки в блоке 1030.

[36] Если подлежащий испытанию акустико-эмиссионный датчик не является частью новой установки (блок 1020), тогда акустико-эмиссионный датчик входит в план текущего контроля (блок 1090), и выполнение способа переходит к этапу испытаний в блоке 1060.

[37] Из вышеизложенного будет понятно, что раскрытые выше способы, устройства и изделия могут обеспечивать блоки акустико-эмиссионных датчиков, которые могут быть надежно смонтированы (например, датчик будет собирать точные данные) на конструкциях, которые подлежат испытанию и/или контролю посредством акустической эмиссии. Кроме того, раскрытые блоки акустико-эмиссионных датчиков могут давать возможность проводить последующие испытания качества монтажа без необходимости монтажа отдельных испытательных акустических генераторов, что может быть особенно полезно, когда конструкция подвергается длительным или постоянным акустико-эмиссионным испытаниям. Кроме того, количество монтажей, задействованных в акустико-эмиссионном испытании, может быть уменьшено вдвое с помощью блока акустико-эмиссионного датчика со встроенным испытательным акустическим генератором, описанным в данном документе, что упрощает и ускоряет процессы акустико-эмиссионного испытания.

[38] Хотя в данном документе описаны определенные приведенные в качестве примера способы, устройство и изделия, объем данного патента ими не ограничивается. Наоборот, данный патент включает все способы, устройство и изделия, справедливо находящиеся в пределах объема формулы изобретения данного патента.

Использование: для неразрушающего акустико-эмиссионного контроля. Сущность изобретения заключается в том, что устройство акустико-эмиссионного датчика со встроенным акустическим генератором, содержит акустический приемник; акустический генератор, расположенный рядом с акустическим приемником; корпус, акустический генератор и акустический приемник, расположенные в корпусе; закрепляющий состав в корпусе, чтобы по меньшей мере частично герметизировать акустический генератор и акустический приемник; и износостойкую пластину, находящуюся в акустической связи с акустическим приемником и с акустическим генератором, при этом износостойкая пластина выполнена с возможностью передачи акустической энергии во время испытания от акустического генератора к акустическому приемнику через конструкцию, с которой соединена износостойкая пластина, и при этом износостойкая пластина содержит первую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора к акустическому приемнику через износостойкую пластину, причем акустический генератор содержит вторую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора в закрепляющий состав внутри корпуса. Технический результат: обеспечение возможности точного измерения акустической эмиссии. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство акустико-эмиссионного датчика со встроенным акустическим генератором, содержащее:

акустический приемник;

акустический генератор, расположенный рядом с акустическим приемником;

корпус, акустический генератор и акустический приемник, расположенные в корпусе; закрепляющий состав в корпусе, чтобы по меньшей мере частично герметизировать акустический генератор и акустический приемник; и

износостойкую пластину, находящуюся в акустической связи с акустическим приемником и с акустическим генератором, при этом износостойкая пластина выполнена с возможностью передачи акустической энергии во время испытания от акустического генератора к акустическому приемнику через конструкцию, с которой соединена износостойкая пластина, и при этом износостойкая пластина содержит первую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора к акустическому приемнику через износостойкую пластину,

причем акустический генератор содержит вторую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора в закрепляющий состав внутри корпуса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вторая звукоизоляция содержит слои с высоким и низким акустическим сопротивлением.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что чередуются слои с высоким и низким акустическим сопротивлением.

4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что вторая акустическая изоляция имеет полусферическую форму.

5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что акустический генератор содержит стержень волновода, а вторая акустическая изоляция имеет цилиндрическую форму, причем стержень волновода окружен в радиальном направлении второй акустической изоляцией.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что акустический генератор содержит элемент, генерирующий акустический сигнал, а стержень волновода акустически соединяет элемент, генерирующий акустический сигнал, с износостойкой пластиной.

7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что вторая акустическая изоляция содержит слои с высоким и низким акустическим сопротивлением, уложенные в радиальном направлении относительно стержня волновода.

8. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первая акустическая изоляция представляет собой адгезивный полимер, при этом износостойкая пластина содержит секцию акустического генератора, соединенную с секцией приемника адгезивным полимером, при этом акустический генератор находится в акустической связи с секцией акустического генератора и при этом акустический приемник находится в акустической связи с секцией приемника.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что акустический генератор дополнительно содержит элемент, генерирующий акустический сигнал, принимаемый второй акустической изоляцией.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первая акустическая изоляция содержит адгезивный полимер.

11. Устройство акустико-эмиссионного датчика со встроенным акустическим генератором, содержащее:

корпус;

акустический генератор, расположенный в корпусе и содержащий элемент, генерирующий акустический сигнал, и изолятор;

приемник, расположенный в корпусе рядом с акустическим генератором; и

закрепляющий состав, расположенный в корпусе для удержания акустического генератора и приемника в корпусе, причем изолятор выполнен с возможностью препятствовать передаче акустической энергии от элемента, генерирующего акустический сигнал, к приемнику через закрепляющий состав; и

износостойкую пластину, находящуюся в акустической связи с акустическим генератором и с приемником, причем износостойкая пластина выполнена с возможностью передачи акустической энергии от акустического генератора к испытываемой конструкции и к приемнику.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что изолирующее устройство содержит слои с высоким и низким акустическим сопротивлением.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что чередуются слои с высоким и низким акустическим сопротивлением.

14. Устройство по любому из пп. 11-13, отличающееся тем, что изолирующее устройство имеет полусферическую форму.

15. Устройство по любому из пп. 11-14, отличающееся тем, что акустический генератор содержит стержень волновода, окруженный в радиальном направлении изолирующим устройством.

16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что изолирующее устройство содержит слои с высоким и низким акустическим сопротивлением, уложенные в радиальном направлении вокруг стержня волновода.

17. Устройство акустико-эмиссионного датчика со встроенным акустическим генератором, содержащее:

корпус;

секцию приемника износостойкой пластины, поддерживаемой корпусом;

акустический приемник, находящийся в акустической связи с секцией приемника и расположенный в корпусе;

элемент, генерирующий акустический сигнал, расположенный в корпусе;

закрепляющий состав, расположенный в корпусе для удержания акустического приемника, элемента, генерирующего акустический сигнал, и изолирующего устройства в корпусе, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от генерирующего акустический сигнал элемента в закрепляющий состав в корпусе;

секцию акустического генератора износостойкой пластины, находящуюся в акустической связи с элементом, генерирующим акустический сигнал; и

адгезивный полимер, размещенный между секцией акустического генератора и секцией приемника, причем адгезивный полимер препятствует передаче акустической энергии от секции акустического генератора к секции приемника.

18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что изолирующее устройство содержит слои с высоким и низким акустическим сопротивлением.