Устройство для определения местоположения источника акустической эмиссии Советский патент 1989 года по МПК G01N29/04 

1C

Nj

Изобретение относится к технике неразруи ающего контроля и может быть использовано для локации дефектов и мест трещинообразования в материалах.и массивах горных пород.

Цель/ изобретения - повышение достоверности определения местоположения источника акустической эмиссии (АЭ) путем более полного -использования информации о временном положении сигналов.

На чертеже представлена блок- схема устройства для определения местоп:оложения источника АЭ.

Устройство содержит п каналов приему сигналов АЭ, включающих последовательно соединенные преобразователь 1 , избирательный усилитель 2,

мента И 22 соединены с прямыми выходами RS-триггеров 7, а его выход - с управляющим входом вычислительного блока 20, первый управляющий выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 19, второй - с R-входами RS-триггеров 6 и 7, третий - с входом чтения ОЗУ 5 и вычитающим входом реверсивного счетчика 17.

Устройство работает следующим образом.

Сигналом с второго управляющего

выхода вычислительного блока 20 производится разблокировка приемных каналов устройства путем установки в нупе ое состояние RS-триггеров 6 и 7.и реверсивного счетчика 17. Сигнал

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для локации дефектов в материалах и массивах горных пород. Целью изобретения является повышение достоверности определения местоположения источника акустической эмиссии за счет получения более точной информации о времени прихода сигналов. Сигналы акустической эмиссии принимаются преобразователем 1 и далее сигнал в электрическом виде обрабатывается в устройстве. Компаратор 8 фиксирует моменты нуль-переходов сигнала, которые фиксируются в оперативном запоминающем блоке 15. В моменты записи в адресные входы заносятся коды с выхода таймера 23. Число нуль-переходов подсчитывается в реверсивном счетчике 17, при переполнении которого происходит блокировка поступленния этих импульсов, предотвращая повторную запись информации в оперативный запоминающий блок 15 в пределах одного импульса акустической эмиссии. При считывании из него информации происходит позначное вычитание числа из реверсивного счетчика 17 и при нулевом состоянии происходит окончание ввода информации данного канала в вычислительный блок 20, который рассчитывает разность времени прихода сигналов с разных каналов. 1 ил.

детектор 3 огибающей, пороговый эле- 20 АЭ, принятый и преобразованный в

мент 4 и первый формирователь 5 коротких импульсов, к первому и второму выходам которого подключены соответственно первый 6 и .второй 7 RS-триггеры, последовательно соединенные компаратор 8 и второй формирователь 9 коротких импульсов, первый и второй выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ 10, соединенного третьим входом с первым выходом первого формирователя 5 коротких импульсов, а выходом через элемент 1 задержки - с элементом И 12, к другим входам которого подг ключены прямой и инверсный выходы соответственно первого 6 и второго 7 RS-триггеров, а к выходу - С-входы D-триггера 13, регистра 14 оперативного запоминающего блока (ОЗУ) 15 и через инвертор 16 вход суммирования реверсивного счетчика 17, выходы разрядов которого подключены к входу адреса ОЗУ 15 и дешифратора 18, а инверсный выход старшего разряда к входу элемента И 12, выходы D-триг-45 сивного счетчик-а 17 и прдготавлигера 13 и регистра 14 соединены с входами данных ОЗУ 15, вход компаратора 8 соединен с выходом И збира- тельного усштителя 2, а его выход - с D-входом D-триггера 13, а также общие для всех каналов последовательно соединенные коммутатор 19, вычислительный блок 20 и регистратор 21, элемент И 22, таймер 23 и соединенный с ним генератор 24 импульсов, при этом выход таймера 23 соединен с D-входами регистра 14, входы коммутатора 19 соединены с выходами ОЗУ 15 и дешифратором 18, входы эле50

55

вается тем самым к записи адрес сле дующей ячейки ОЗУ 15, Сигнал с выхода избирательного усилителя 2 поступает также на компаратор 8, на в ходе которого образуется последовательность прямоугольных импульсов фронты и спады которых привязаны к положительным и отрицательным пен реходам сигнала через нулевой уровень и по которым с помощью второго формирователя 9 коротких импульсов формирзтотся соответствующие коротки импульсы. Эти импульсы через элементы ИЛИ 10 и задержки 11 в течеэлектрический сигнал преобразователем 1 одного из каналов, проходит через избирательный училитель 2, детектор 3 огибающей и пороговый

элемент 4, на выходе которого формируется прямоугольный импульс, фронт и спад которого соответствуют началу и концу импульса АЭ на заданном пороговом уровне, по которым с помощью

первого формирователя 5 коротких импульсов формируются соответствующие им короткие импульсы. Импульс начала устанавливает в единичное состояние первый RS-триггер 6 и далее через элемент ИЛИ 10 и элемент 11 задержки проходит через открытый элемент И 12 и осуществляет запись в регистр 14 и с него в ячейку ОЗУ 15 с нулевым адресом текущий код

таймера 23, соответствующий моменту превышения огибающей сигнала заданного порогового уровня, Спадом этого импульса через инвертор 16 увеличивается на единицу код ревер0

5

вается тем самым к записи адрес следующей ячейки ОЗУ 15, Сигнал с выхода избирательного усилителя 2 поступает также на компаратор 8, на выходе которого образуется последовательность прямоугольных импульсов, фронты и спады которых привязаны к положительным и отрицательным пен- реходам сигнала через нулевой уровень и по которым с помощью второго формирователя 9 коротких импульсов формирзтотся соответствующие короткие импульсы. Эти импульсы через элементы ИЛИ 10 и задержки 11 в течение времени превышения огибающей сигнала заданного порогового уровня проходят через открытый элемент И 12 и осуп(ествляют запись в регистр 14 и далее в ячейки ОЗУ 15 соответствующих их временному положению кодов таймера 23. В старший разряд ячейки ОЗУ 15 заносится выходной уровень D-триггера 13, определяющий знак нуль-перехода (единица - плюс, нуль - минус). По окончании сигнала импульсом спад а с первого формирователя 5 коротких импульсов устанавливается в единицу второй RS-тригге 7 и нулевым уровнем с инверсного выхода закрывает элемент И 12, запрещая дальнейшую регистрагщю моментов нуль-переходов в ОЗУ 15 и блокируя соответствуюш 1й канал .приема. Единичный уровень с прямого выхода этого триггера поступает на вход элемента И 22, другие входы которог подключены к выходам аналогичных RS-триггеров 7 других каналов. Предусмотрено также блокирование канала при переполнении реверсивного счетчика 17 низким уровнем на инверсном выходе его старшего дополнительного разряда, подключенного к одному из входов элемента И 12. Этим предотвращается повторная запись информации в ОЗУ-15 в пределах одного импульса АЭ.

После окончания всей принятой локационной серии импульсов АЭ на вьгходе элемента совпадений устанавливается единичный уровень, информирующий вычислительный блок 20 о завершении, измерительного цикла. По этому сигналу вычислительный блок 20 организует ввод измерительной информации на ОЗУ 15 всех каналов в буферную память блока с помощью сигналов управления коммутатором 19 (выбор канала) и чтения ОЗУ 15, По спаду сигнала чтения производится уменьшение на единицу содержимого реверсивного счетчика 17, т.е, подготовка адреса следующей считываемой ячейки. При этом по одному из разрядов информационной шины в вычислительный блок 20 вводится выходной уровень с дешифратора 18 нулевого состояния, по которому вычислительный блок 20 определяет момент окончания ввода информации с соответствующего канала. Это позволяет также выявить канал, в котором в данном

99224

не было зарегистрировано начало импульса АЭ, и определить число зарегистрированных за время действия импульса перехода сигнала через нуль. По завершении цикла ввода вычислительный блок 20 выдает сигнал установки на RS-триггеры 6 и 7, подготавливая каналы устройства

10 к приему следующей локационной серии импульсов АЭ, и приступает к анализу и обработке принятой информации.

На основе информации о моментах перехода сигналов через нуль с помо15 щью вычислительного блока 20 вычисляются для каждой пары каналов знаковые взаимокорреляционные функции (ВКФ) и по моментам максимумов знаковых ВКФ определяются временное

20 положение сигналов и их разность времен прихода (РВП). Он отличается простотой программной реализации и высоким быстродействием, так как не требует выполнения операций умноже25 ния. Минимальный шаг изменения задержки определяется частотой генера- тора 24 импульсов. В качестве начальных значений РВП можно использовать задержки, вычисленные по моментам

30 превышения огибающей сигналов заданного порогового уровня, а далее путем поиска максимумов знаковых ВКФ скорректировать погрешности начальных оценок РВП, Получаемые таким образом оценки максимумов знаковых ВКФ и РВП являются интегральными оценкам временного положения сигналов, близкими, к оптимальным.

По найденным значениям РВП на ос40 нова известных алгоритмов вычислительным блоком 20 рассчитываются координаты источника АЭ, которые выдаются на регистратор 21,.Следует

35

отметить, что на основе зарегистри- рованной первичной информации могут быть определены и такие важные временные параметры сигналов АЭ, как длительность на заданном пороговом уровне, число переходов через нуль и средняя частота заполнения, которые можно использовать, например, для идентификации сигналов, адаптации порога и др. Изменяя порог компаратора 8, можно регистрировать моменты привязки сигна юв к пороговому уровню, отличающемуся от нулевого. При этом изменяется форма пика максимума знаковой ВКФ и разрешающая способность оценки РВП.

7

Таким образом, использование более точных интегральных оценок временного положения сигналов на основ знаковой ВКФ позволяет по сравнению с известными устройствами, использущими точечные оценки, повысить достоверность определения местоположения источника A3. При этом знаковые ВКФ вычисляются по легко рёгистри- руемым моментам переходов сигналов через нулевой (или отличный от нуля уровень по достаточно простым алгоритмам, не требующим сложных арифметических операций.

Формула изобретения

Устройство для определения местоположения источника акустической эмиссии, содержащее последовательно соединенные п-канальный коммутатор, вычислительный блок и регистратор и п каналов приема, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический преобразователь и измерительный усилитель, пороговый элемент, элемент ШН, D-триггер и элемент И, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности, оно снабжено п-канальным элементом И, выход которого- подключен к пусковому входу вычислительного блока, и последовательно соединенными генератором импульсов и таймером, а калодый из п приемных каналов снаблсен детектором огибающей, включенным между выходом избирательного усилителя и входом порогового элемента, элементом задержки, включенным между выходом элемента ИЛИ и первым входом -элемента И, первым формирователем коротких импульсов, вход которого соединен с выходом порогового элемента, первым и вторым RS-триггерами,-S-входы которого под

8

ключены соответственно к выходу отрицательной полярности и выходу положительной полярности первого формирователя коротких импульсов, последовательно соединенными компаратором, вход которого подключен к выходу избирательного усилителя, и вторым формирователем коротких импульсов, выходы отрицательной и полжительной полярностей которого связаны с первым и вторым входами элемента ИЛИ, последовательно со единен ными инвертором, реверсивным счет

чиком, инверсный выход старшего разряда которого подключен к второму входу элемента И, и дешифратором и последовательно соединенными регистром и оперативным запоминающим блоком, выход компаратора связан с D- входом D-триггера, выход .которого подключен к адресному входу оперативного запоминагацего блока инверсный выход первого RS-триггера и прямой выход второго RS-триггера подключены к третьему и четвертому входам элемента И, выход которого связан с С-входами D-триггера и регистра и с входом записи оперативного запоминающего блока, прямой выход первого RS-триггера соединен с соответствующим входом п-канального элемента И, вькоды дешифратора и оперативного запоминающего блока подключены к соответствующим входам п-канального коммутатора, выход таймера подключен к информационным входам регистров, выход такта чтения вычислительного блока подключен к входу управления чтением оперативного запоминающего блока и к вычитающему входу реверсивного счетчика, а выход сигнала окончания вычисления вычислительного блока подключен к установочным вхо- дам RS-триггеров и коммутатора.