Устройство акустико-эмиссионного контроля материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N29/04 

(5) УСТРОЙСТВО АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО

1

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля материалов по сигналам акустической эмиссии.

Известно устройство для измерения амплитуды сигналов акустической эмиссии, содержащее соединенные последовательно резонансный преобразователь и блок обработки сигнала, выполняющий операции преобразования сигнала Q в серию импульсов, число которых пропорционально амплитуде сигнала, и подсчет числа импульсов в серии .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст- ,5 ройство акустико-эмиссионного контроля материалов, содержащее приемно-преобразующий блок и блок измерения амплитуды сигнала. Приемно-преобразующий блок выполнен в виде одного приемного20 датчика, содержащего один пьезоэлемент, В блоке измерения амплитуды сигнала отсутствует схема измерения коэффициента затухания . 2 . КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ

Общим недостатком этих устройств является малая точность контроля, обусловленная тем, что измеряется амплитуда сигнала в месте расположения приемного преобразователя и не учитывается затухание сигнала при его распространении от контролируемого дефекта до приемного преобразователя.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

Эта цель достигается тем, что в устройстве акустико-эмиссионного контроля материалов, содержащем приемнопреобразующий блок и блок измерения амплитуды сигнала, приемно-преобразующий блок выполнен в виде двух приемных датчиков, каждый из которых выполнен в виде трех концентрически расположенных пьезоэлементов, а блпк измерения амплитуды сигнала снабжен схемой измерения коэффициента затухания, оно снабжено также вторым блоком измерения амплитуды сигнала со схемой измерения коэффициента затухания, дву3мя блоками определения направления п хода волны, блоком приоритета, комму татором значения угла, соединенным п следовательно с блоком вычисления ра стояния и блоком вычисления амплитуды, блоком вычисления угла, включенным между одним из блоков определения на правления прихода волны и блоком вычисления, расстояния, двухканальным к мутатором, входы которого соединены с соответствующ-ими выходами блоков и мерения амплитуды, выходы - с вторым и третьим входами блока вычисления амплитуды, входы блоков определения направления прихода волны связаны соответственно с центральным и средним элементами датчиков, входы блоков измерения амплитуды - со средним и внешним элементами, а входы блока приоритета - с внешними элементами, выходы блоков определения направления прихода волны соединены с входами коммутатора значения угла, выход второго блока определения направления прихода волны соединен с вторым входом блока вычисления угла, выход блока приоритета соединен соответственно с коммутируюи1ими входами коммутатора значения угла и двухканального коммутатора. На чертеже представлено устройство акустико-эмиссионного контроля материалов. Устройство содержит приемные датчики 1 и 2, каждый из которых выполнен в виде трех концентрически расположенных пьезоэлементов, блоки 3 и k измерения амплитуды сигнала,снаб женные схемой измерения коэффициента запускания, блоки 5 и 6 определения направления прихода волны, блок 7 приоритета, коммутатор 8 значения уг ла, соединенный последовательно с. блоком 9 вычисления расстояния и с блоком 10 вычисления амплитуды, блок 11 вычисления угла, включенный между блоком 5 определения направления прихода волны и блоком Э вычисле ния расстояния, двухканальный коммутатор 12, входы которого соединены с соответствующими выходами блоков 3 и измерения амплитуды, выходы - с вторым и третьим входами блока 10 вычисления амплитуды, входы блоков 5 и 6 определения направления прихода волны связаны соответственно с центральными и средними элемен-тами датчиков, входы блоков 3 и k измерения амплитуды - со средним и внешним эле 29534 ментами, а входы блока 7 приоритета с внешними элементами, выходы блоков 5 и 6 определения направления прихода волны соединены с входами коммутатора 8 значения угла, выход второго блока 6 определен1 я направления прихода волны соединен с вторым входом блока 11 вычисления угла,.выход блока 7 приоритета соединен соответственно с коммутирующими входами коммутатора 8 значения угла и двухканального коммутатора 12. Устройство работает следующим образом. Кратковременные акустические колебания (сигналы акустической эмиссии ), вызванные образованием дефекта, поступают на датчик 1, где, проходя через внешний пьезоэлемент датчика 1, преобразуются в электрический сигнал, который поступает на первый вход блока 3 измерения амплитуды сигнала, обеспечивающего вычисление затухания по формулеRg-Up-eg-u egKo 1 гд- е ь где и , DO - амплитуда сигнала, измеряемая на внешнем и среднем пьезоэлементах датчика 1 соответственно; отношение коэффициентов преобразования среднего и внешнего пьезоэлементов ; расстояние между средним и внешним пьезозпементами;Е - основание натурального логарифма. Акустический сигнал поступает на внешний пьезоэлемент, преобразуется в электрический и поступает на вход блока 7 приоритета. Акустический сигнал проходит через средний пьезоэлемент, где преобразуется в электрический и поступает на второй вход блока 3 измерения амплитуды сигнала и второй вход блока 5 определения направления прихода волны, где измеряется его амплитуда. Акустический сигнал, прошедший через средний пьезоэлемент, поступает на элемент, вносящий искусственное затухание по определенному закону, минуя короткий ослабленный сигнал поступает на центральный пьезоэлемент датчика 1, где преобразуется в электрический сигнал, который поступает на первый вхо блока 5 определения направления прихода сигнала, где также измеряется амплитуда принятого сигнала, а напра ление в блоке 5 определения нйпоавле ния прихода сигнала вычисляется по отнршению амплитуд, поступивших на его первый и второй входы, так как величина отношения пропорциональна углу прихода. Сигнал акустической эмиссии от одного и того же дефекта при своем распространении поступает также на вход датчика 2, выполненного аналогично датчику 1. С выходов блоков 5 и 6 определения направления прихода волны сигналы, дискретные значения которых соответствуют углам прихода сигналов на датчики 1 и 2, поступают на первый и второй входы блока 11 вычисления угла Ч .образованного пересечением двух прямых, проведенных из точек приема сигналов под углами их поступления на точку излучения. Угол в блоке 11 вычислени угла определяется выpa xeниe vVH80-()), где oi. Р углы прихода сигналов, измеренные от датчиков 1 и 2 и выраженные в дискретных значениях. Блок 11 вычисления угла содержит cyммиpvюu ee устройство, имитатор угла 180 , выраженного в дискретном ви де, и вычитающее устройство. Сигнал с блока 11 вычисления угла поступает на первый вход блока 9 вычисления расстояния от выбранного датчика до источника излучения, одновременно на второй вход блока 9 вычисления рассто яния поступает дискретное значение угла прихода сигнала с выхода блока 5 оп -ределения направления прихода волны через первый вход коммутатора 8,если акус тический сигнал пришел на датчик 1 позже, чем на датчик 2, и с выхода блока 6 через второй вход коммутатора 8 Переключение входов коммутатора 8 осуществляется с выхода блока 7 приоритета, которыр вырабатывает на своем выходе положительный потенциал от сигнала, прошедшего на его первый вход с датчика 1 , и отрицательный потенциал от сигнала, прошедшего на его второй вход с датчика 2. Приоритет сигнала в блоке 7 приоритета для датчика 1 или датчика 2 выбирается по времени прихода сигнала на датчики, причем сигнал на выходе блока 7 приоритета будет положительной или отрицательной полярности в зависимости от того, на какой датчик поступил акустический сигнал в первую очередь. Расстояние L ; пройденное акустической волной от дефекта до датчика, вычисляется в блоке 9 вычисления расстояния по формуле osin где а - расстояние между двумя датчиками, заранее установленное и заданное в блоке 9 измерения расстояния л виде дискретного расстояния значения имитатора длины.;Измеренное значение расстояния Ь в виде двоичного кода поступает на первый вход блока 10 вычисления амплитуды, на второй вход которого через первый канал двухканального коммутатора 12, т.е. через его первый или второй вход, поступает значение измеренного коэффициента затухания от соответствующего датчика, на который механический сигнал пришел в первую очегздь, а на третий вход блока 10 вычисления амплитуды поступает измеренное пиковое значение амплитуды сигнала, выраженное в дискретных значениях через третий или четвертый вход канала двухканального коммутатора 12 от датчика 1 или датчика 2, имеющего приоритет. Переключение входов в двухканальном коммутаторе 12 осуществляется от блока 7 приоритета в виде положительного или отрицательного потенциалов в зависимости от приоритета, Вычисление амплитуды U сигнала акустической эмиссии в зоне образования трещины в блоке 10 вычисления амплитуды происходит согласно выражению , fiiieg-e где Uu- измеренная амплитуда пикового значения сигнала, поступившего с третьего или четвертого входа двухканального коммутатора 12. Таким образом, данное устройство позволяет повысить точность контроля за счет контроля амплитуды сигналов акустической эмиссии в области дефекта . формула изобретения Устройство акустико-эмиссионного контроля материалов, содержащее приемно-преобразующий блок и блок измерения амплитуды сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, приемно-преобразующий блок выполнен в оиде двух j приемных датчиков, каждый из котооых выполнен в виде трех концентрически расположенных пьезоэлементов, а блок измерения амплитуды сигнала снабжен схемой измерения коэффициента затуха- to ния, оно снабжено также вторым блоком измерения амплитуды сигнала со схемой измерения коэффициента затухания, двумя блоками определения направления прихода волны, блоком приорите- 5 та, коммутатором значения угла, соединенным последовательно с блоком вычисления расстояния и блоком вычис ления амплитуды, блоком вычисления угла, включенным между одним из блоков определения направления прихода волны и блоком вычисления расстояния двухканальным коммутатором, входы которого соединены с соответствующими выходами блоков измерения амплитуды, выходы - с вторым и третьим вх дами блока вычисления амплитуды, входы блоков определения направления прихода волны связаны соответственно с центральным и средним элементами датчиков., входы блоков измерения амплитуды - со средним и внешним элементами, а входы блока приоритета - с внешними элементами, выходы блоков определения направления прихода волны соединены с входами коммутатора значения угла, выход второго блока определения направления прихода волны соединен с вторым входом блока вычисления угла, выход блока приоритета соединен соответственно с коммутирующими входами коммутатора значения угла и двухканального коммутатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 606129, кл.-G 01 N , 1978. 2.Грешников В.А., Дробош Ю.Б. Акустическая эмиссия, м,, Иза-во стандаотов 1976, с. 76-81 (поототип) .