Устройство для определения момента максимума сигналов акустической эмиссии Советский патент 1989 года по МПК G01N29/04 

1

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для неразрушающего контроля материалов и изделий с использованием метода акустической эмиссии (АЭ).

Целью изобретения является повышение достоверности определения момента максимума сигналов АЭ путем устранения ложных фиксаций моментов максимума при кратковременных спадах сигнала ниже порогового уровня, воспринимаемых как конец импульса АЭ, и снижения погрешности оценки временного положения максимума сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема временного дискриминатора; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство для определения момента максимума сигналов АЭ содержит последовательно соединенные электро- акустическш преобразователь 1 , усилитель 2 и первый пороговый элемент 3, второй пороговый элемент 4, последовательно соединенные таймер 5 и первый регистр 6 памяти, управляющий вход которого подключен к выходу первого порогового элемента 3, последо4

О

со

4 4ib vl

вательно соединенные формирователь 7 импульсов и элемент 8 задержки, выход которого подключен к входу Сброс первого регистра 6 памяти, блок 9 регистрации, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя 7 импульсов, последовательно соединенные пиковый детектор 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

11и второй регистр 12 памяти, выход которого подключен к первому входу блока 9 регистрации, схему 13Г сравнения кодов, третий регистр 14 памяти, выход которого подключен к второ- му входу блока 9 регистрации, и временной дискриминатор 15, вход которого подключен к выходу второго порогового элемента 4, а выход - к входу формирователя 7 импульсов, выход эле- мента 8 задержки подключен к входам Сброс пикового детектора 10, АЦП

И, второго и третьего регистров 12 и 14 памяти, ВХОД второго порогового элемента 4 подключен к выходу усипи- теля 2, второй вход первого порогового элемента 3 - к выходу пикового детектора 10, информационный вход третьего регистра 14 -памяти - к выходу первого регистра 6 памяти, входы схемы 13 сравнения кодов подключены к выходам Аф 11 и второго регистра

12памяти, а ее выход - к входам Запись второго и третьего регистров

12 и 14 памяти.о

Временной дискриминатор 15 содержит, например, последовательно соединенные элемент НЕ 16, вход которого является входом дискриминатора, элемент И 17 и счетчик 18,выход которого, являющийся выходом дискриминатора, соединен с вторым входом элемента И 17, -а вход предустановки- с входом элемента НЕ 16, На установочные входы счетчика 18 подается код порога паузы, а на третий вход элш 1ента И 17 - последовательность тактовых импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал АЭ с выхода электроакустического преобразователя 1 ус1вливает- ся усилителем 2 (фиг. 2а, напряжение Ue(t); для упрощения показаны только положительные полуволны сигнала) и поступает на второй пороговьй элемен 4, в котором вьфабатываются прямоугольные импульсы, равные по длитель ности времени превышения положитедьг

0

5 20

25 30

35

40

45

50

55

ными полуволнами сигнала заданного порогового уровня и j, д (фиг. 2б). Первьм из этих импульсов запускается временной дискриминатор 15, в котором производится анализ интервалов времени между указанными импульсами (анализ пауз) путем сравнения их с заданным порогом паузы f .п равньп нескольким периодам частоты заполнения сигнала (фиг. 2в). Временной дискриминатор 15 не реагирует на кратковременные паузы, меньшие , в том числе и за счет спадов сигнала ниже порогового уровня при сложном, многоэкстремальном характере его огибающей. Превьшение паузой порогового значения С ,,, воспринимается как момент окончания импульса . АЭ. При этом по заднему фронту импульса временного дискриминатора 15 формирователь 7 импульсов формирует короткий прямоугольньй импульс (фиг. 2г). Сигнал с выхода усилите- ля 2 также поступает на вход пикового детектора 10 и первый вход перво- , го порогового элемента 3.

Выходное напряжение пикового детектора 10 (фиг. 2а, напряжение U,(t) является пороговым для первого порогового элемента 3, и при пре- вьваении выходным сигналом усилителя 2 этого порога на выходе первого порогового элемента 3 формируется импульс, равный по длительности времени превышения (фиг. 2д). Задний фронт этого импульса с некоторой погрешностью соответствует по времени максимальному значению полуволны сигнала. По этому фронту в регистр 6 па- памяти записывается текущий код таймера 5. В последукщих полуволнах сигнала, превьппающих его п редвдущее пиковое значение, этот код обновляется. Последним в регистр 6 памяти записывается код, соответствующий моменту максимума сигнала АЭ. Однако при большой длительности и слабом затухании сигнала АЭ за счет уменьшения выходного напряжения пикового детектора 10, вызванного разрядом его запоминающего конденсатора, возможны ложные срабатывания первого порогового элемента 3 на полуволнах сигнала, меньших по амплитуде его максимального значения (пунктир на фиг. 2). Это может привести к грубой погрешности определения момента максимума сигнала. Для исклю(чения

5

этой погршености АДП 11 осуществляется текущее преобразование выходного напряжения пикового детектора 10 в цифровой код и выявление с помощью схемы 13 сравнения кодов и второго регистра 12 памяти максимального значения этого напряжения, которое запи сывается во второй регистр 12 памяти. При каждом превышении кодом АЦП

11предьщущего содержимого второго регистра 12 памяти в моменты окончания цикла преобразования на выходе схемы 13 сравнения кодов формируется короткий импульс (фиг. 2е), запи- сьщающий этот код во второй регистр

12памяти и переписывающий содержимое первого регистра 6 памяти в тий регистр 14 памяти. Последнее сра батьшание схемы 13 сравнения кодбв всегда запаздывает относительно момента максимума сигнала на время, не меньшее времени преобразования АЦП 11, при этом в третьем регистре 14 памяти оказывается записанным заре- гистрированньй ранее в регистре 6 памяти момент максимума входного сигнала. При спаде выходного напряжения пикового детектора 10 импульсы с выхода схемы 13 сравнения кодов прекращаются, и при появлений ложного импульса на выходе первого порогово- элемента 3 записанный им в первьй регистр 6 памяти код таймера 5 не переписывается в третий регистр 14 памяти. В результате исключаются грубые погрешности определения момента максимума сигнала.

В момент окончания сигнала АЭ импульсом с выхода формирователя 7 код момента максимума сигнала из третье- го регистра 14 памяти переписывается в блок 9 регистрации. Одновременно в блок 9 регистрации записьшается код максимального значения сигнала из второго регистра 12 памяти, что расширяет функциональные возможности устройства.

Далее выходным импульсом формирователя 7 через элемент 8 задержки производится сброс пикового детектора 10, АЦП 11 и регистров 6, 12 и 14 памяти. После этого устройство подготовлено к новому циклу измерений.

Момент окончания сигнала АЭ определяется временным дискриминатором 15, один из вариантов схемы которого представлен на фиг. 3. Счетчик 18, находящийся в нулевом состоянии, пер694476 .

импульсом с выхода второго порогового элемента 4 предустанавл шает- ся в кодовое состояние N . В паузе между импульсами через элемент И 17 на вычитающий вход счетчика 18 поступают тактовые импульсы частотой f, уменьшающие его код. Если пауза меньLie

Nnn/fr, то следующим им

пульсом второго порюгового элемента 4 счетчик 18 снова возвращается в v кодовое состояние , и далее процессы повторяется. По окончании сигнала АЭ, когда пауза становится боль а,п к°Д счетчика уменьшается до нуля k на его выходе устанавливается нулевой уровень, который через элемент И 17 блокирует дальнейшее поступление на его счетный вход тактовых импульсов. В этом состоянии счетчик 18 остается до прихода следующего импульса АЭ.

Предлагаемое устройство не предъявляет жестких требований к быстродействию АЦП I1 и погрешности хранения напряжения пикового детектора 10. Высокое постоянство выходного напряжения пикового детектора 10 достаточно обеспечить лишь в течение времени

преобразования АЦП 11. За счет .уменьшения времени хранения пикового детектора 10 можно повысить его быстродействие путем уменьшения емкости запоминающего конденсатора и тем самым повысить точность слежения за максимальньм значением сигнала,

Устройство также не реагирует на кратковременные спады сигнала ниже порогового уровня, обусловленные .

сложньм характером сигнала. Это исключает грубые погрешности привязки к локальньм максимумам сигнала.

Таким образом, устройство позволяет повысить достоверность определения момента максимума сигналов АЭ за счет уменьшения погрешности оценки его временного положения и регистрации при каждом акте АЭ только одного максимума, соответствующего наивысшему значению сигнала.

Формула изобретения

Устройство для определения момен- та максимума сигналов акуст1{ческой эмиссии, содержащее последовательно соединенные электроакустический преобразователь, усилитель и первьй пороговый элемент, второй пороговьй

элемент, последовательно соединенные таймер и первый регистр памяти, уп- равляюций вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, последовательно соединенные формиро- ва тель импульсов и элемент задержки, выход которого подключен к входу Сброс первого регистра памяти, и блок регистрации, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, отличаю- щ е вся .тем, что, с целью повышения достоверности определения мо- нента максимума сигналов акустичес- кой эмиссии, оно снабжено последовательно соединенными пиковьгм детектором, аналого-цифровым преобраэова- тел«4 и вторым регистром памяти, выход которого подключен к первому вхо ду блока регистрации, схемой сравнения кодов, третьим регистром памяти.

выход которого подключен к второму входу блока регистрации, и временным дискриминатором, вход которого подключен к выходу второго порогового элемента, а выход - к входу формирователя импульсов, выход элемента задержки подключен к входам Сброс пикового детектора, аналого-цифрового преобразователя, второго и третьего регистров памяти, вход второго порогового элемента подключен к выходу усилителя, второй вход первого порогового элемента - к выходу пикового детектора, информационный вход третьего регистра памяти - к выходу первого регистра памяти, входы схемы сравнения кодов подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя и второго регистра памяти, а ее выход к входам Запись второго н третьего регистров памяти.

Фи1.1

Фс/8. J