Устройство диагностики состояния конструкций Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики механического состояния элементов конструкций по сигналам акустической эмиссии (АЭ).

Целью изобретения является повышение точности диагностики за счет определения параметра повреждаемости конструкции.

На чертеже представлена функциональная схема устройства диагностики состояния конструкций.

Устройство диагностики состояния конструкций содержит приемные акустические каналы, каждый из которых состоит из соединенных последовательно приемного преобразователя 1 и 2, предусилителя 3 и 4, фильтра 5 и 6,

основного усилителя 7 и 8, выпрямителя 9 и 10 и фильтра 11 и 12 низких частот, блок 13 определения разностей времени прихода , регистратор 14, блок 15 выделения момента достижения максимальной амплитуды, пиковый детектор 16, первый блок 17 выборки и хранения, выходы фильтров 11 и 12 низких частот соединены с соответствующими входами блока 13 определения разностей времени прихода. Устройство снабжено такхе вторым и третьим блоками 18 и I9 выборки и хранения, тремя аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) 20-22, селектором 23 длительностей сигналов , блоком 24 управления, двумя измерительными усилителями 25 и 26, блоком 27 цифроаналоговых преобразователей,

я

€л

№

ел

интенсиметром 28, блокбм 29 вычисления (ЭВМ) и таймером 30, выход выпрямителя 10 первого приемного акустического канала соединен с входом пикового детектора 16, выход которого соединен с входом первого блока 17 выборки и хранения, а его выход соединен с информационным входом первого АЦП 20, вход блока 15 выделения момента достижения максимальной амплитуды соединен с выходом фильтра 12 низких частот первого приемного акустического канала, а его выход соединен с входом селектора 23 длительности сигналов, выход которого соединен с входом блока 24 управления, выходы измерительных усилителей 25 и 26 соединены с соответствующими входами второго и третьего блоков 18 и 19 выборки и хранения, выходы которых соединены с сигнальными входами второго и третьего АЦП 21 и 22, первый выход блока 24 управления соединен с управляющими входами пикового детектора 16, первого, второго и третьего блоков 17-19 выборки и хранения и с входом интенси- метра 28, выход которого соединен с регистратором 14, второй выход блока 24 управления соединен с входами запуска, первого, второго и третьего АЦП 20-22, выходы данных, управляющие входы и выходы первого, второго и третьего АЦП 20-22 и выход данных таймера соединены с магистралью ЭВМ 29, а аналоговые выходы блока 27 циф- роаналоговых преобразователей соединены с соответствующими входами , регистратора 14.

Устройство диагностики состояния конструкций работает следующим образом.

Приемные преобразователи 1 и 2Э расположенные на поверхности контролируемой конструкции ( не показана), принимают ультразвуковые колебания, возникающие при образовании или развитии дефекта структуры материала и преобразуют их в электрические сигналы, которые усиливаются и фильтруются от помех с помощью фильтров 5 и 6, далее эти сигналы поступают на усилители 7 и 8 и двухполупериод- ные выпрямители 9 и 10 и фильтры 11 и 12 низких частот, в результате чего выделяется огибающая сигналов A3. С выхода фильтров 1 и 12 низких частот сигналы поступают в блок 13 опре

деления разностей времен прихода, где происходит выделение сигналов, пропорциональных разности времени прихода сигналов к преобразователям 1 и 2 приемных акустических каналов dC;K, которые по программе вводятся в ЭВМ 29, где производится определение координат г ; и объема активной зоны VKOH, входящих в выражения (0-(3).

p. O rr.J ч& |iU;i Ј

U;

V,

Nnp.

VKOH -,-Ui для одномерной конструкции

N г,3

р 1

W(r,VJfo Vvej ZtUi

ft. v:OH -эдз

20

+ Ј t Јnp

(2)

для двухмерной конструкции,

Д

Yr«

,j с; уой Ј.„}

r V,OH

+ A. t

Ј-n

(3)

30

для трехмерной конструкции,

5

0

5

0

5

Г1 г„ обр

V

Кон

где i - коэффициент затухания ультразвуковой волны; расстояние активной зоны разрушения элемента конструкции до приемного преобразователя;

расстояние зоны разрушения в контрольных образцах до приемного преобразователя; объем зоны разрушения контрольного образца; объем активной зоны разрушения элемента конструкции; сумма амплитуд электрического напряжения сигналов АЭ, зарегистрированных в активной зоне конструкции; сумма амплитуд электрического напряжения сигналов АЭ, зарегистрированных при испытании контрольного образца; скорость пластической деформации, не определяемая аппаратурой по регистрации АЭ; Јп - предельная пластическая деформация при данном режиме испытаний; t - время испытания.

м

Nnp

С -.

При этом,например,для одномерной ;

конструкции ношения

г. определяется из соотг, Сл,

- скорость звука в материале; - разность времени прихода сигналов АЭ к преобразователям акустических каналов.

Величина V

отношения

обр

определяется из соV

обр

А-В(г - г1}),

де А - ширина образца или элемента конструкции; толщина образца или элемента конструкции; координаты левой активной зоны разрушения; координаты правой активной зоны разрушения;

В г. ,п

величины известные и их можно вводить в ЭВМ как константы;

йЪ

г, - определяются с помощью устройства по определению координат .

С выпрямителя 10 первого приемного акустического канала сигнал поступает на пиковый детектор 16 и далее на пер первый блок 17 выборки и хранения. А с выхода фильтра 12 нижних частот первого приемного канала огибающая сигнала АЭ поступает на блок 15 выделения момента достижения максимальной амплитуды, в момент достижения сигналом максимальной амплитуды он вырабатывает импульс, которьй поступает на селектор 23 длительностей, который устраняет влияние помех на запуск блока 24 управления. С выхода селектора 23 длительностей сигнал поступает на блок 24 управления, который запирает схему на время измерения АЦП 20-22 и считывания данных в мик- ро-ЭВМ 29 и имеет два выхода, причем сигнал на первом выходе появляется раньше на 1 мкс, чем на втором выходе. С первого выхода блока 24 управления сигнал поступает на управля- ющие входы пикового детектора 16 и блоков 17-19 выборки и хранения. При поступлении этого сигнала на пиковый детектор 16 он переходит в исходное

0

5

0

5

0

5

5 0 5

состояние, а блоки 17-19 выборки и хранения переходят из состояния слежения в состояние запоминания. Так как на управляющий вход блока 17 выборки и хранения импульс поступает в момент, когда сигнал АЭ достиг своего максимального значения, то блок 17 выборки и хранения запоминает максимальную амплитуду сигнала АЭ, которая поступает на информационный вход АЦП 20, а с выхода блоков 18 и 19 выборки и хранения сигналы с измерительных усилителей 25 и 26 поступают на информационные входы АЦП 21 и 22. Как только блоки 17-19 выборки и хранения перешли в режим запоминания, с второго выхода блока 24, управления сигнал поступает на входы запуска АЦП 20-22. Данные в цифровом виде поступают в ЭВМ 29 под управлением программы. В ЭВМ 29 под управлением программы при поступлении сигнала АЭ производится выделение параметров числа импульсов N активности N и суммы максимальных амплитуд сигналов N

2iU;

Скорость пластической деформации

не определяемой по регистрации АЭ

,е. деформация, которая осуществе, г,

ляется из-за температурных флуктуации и отдельные акты которой создают акустические сигналы, амплитуды которых аходятся на уровне тепловых шумов, входящих в выражения (1)-(3), определяется из соотношения

Ј и ехр

(Ј4± $IЈl i sЈlly.

2GKT

(4)

40

д5 0 5

де uJ - частота колебаний конфигурационного объема разрушения

ю- 1,

С.

и равна

-1 .

(Ь

(Ј)

Т

К G Т V

предел текучести при О К; функция упрочнения при наклепе;

коэффициент концентрации напряжений;

величина механического напряжения;

постоянная Больцмана; модуль сдвига; температура;

величина конфигурационного объема.

На стадии накопления дефектов, когда их взаимодействием можно пренебречь, величины q Ф(Ј) -1.

Из анализа соотношений (1)-(4) следует, что в процессе проведения измерений для определения параметра повреждения необходимо:

регистрировать величины С ; Т;

N UT- и t( ; вычислять значения SEjUj

v кон Ј и г ;

мпред

Величины Vog- , U1 , rt определяются при испытании контрольных образцов и при диагностировании конструкции вводятся в ЭВМ 29 как - константы. Постоянные величины uJ, Ј0, G, V, С являются справочными данными исследуемого материала и вводятся в ЭВМ 29 как константы

Время испытания t определяется с помощью таймера 30, связанного с ЭВМ 29.

Вывод величины параметра повреждаемости и других параметров АЭ таких как N, N, и величины напряжения Ъ и температуры производится посредством блока 27 цифроаналоговых преобразователей, с выхода которого деформация поступает на регистратор 14„

Таким образом, данное устройство позволяет повысить точность диагностики механического состояния конструкций и их элементов за счет введения новых блоков, обеспечивающих определение параметра повреждаемости

,

конструкции.

Формула изобретения

Устройство диагностики состояния конструкций, содержащее приемные акустические каналы, каждый из кото- 40 рых состоит из соединенных последовательно приемного преобразователяs предусилителя, фильтра, основного усилителя, выпрямителя и фильтра низких частот, блок определения разностей времен прихода, регистратор, блок выделения момента достижения максимальной амплитуды, пиковый детектор и первый блок выборки и хранения, выходы фильтров низких частот соеди- 50

10

15

20

30

35

40 50

нены с соответствующими входами блока определения разностей времен прихода} отличающееся тем, что, с целью повышения точности диагностики, оно снабжено вторым и третьим блоками выборки и хранения, тремя аналого-цифровыми преобразователями, селектором длительностей сигналов, блоком управления, двумя измерительными усилителями, блоком цифроаналоговых преобразователей, интенсимет- ром, блоком вычисления и таймером, выход выпрямителя первого приемного акустического канала соединен с входом пикового детектора, выход которого соединен с входом первого блока выборки и хранения, а его выход соединен с информационным входом первого аналого-цифрового преобразователя, вход блока выделения момента достижения максимальной амплитуды соединен с выходом фильтра низких частот первого приемного акустического канала, а его выход соединен с входом селектора длительностей сигналов, выход которого соединен с входом блока управления, выходы измерительных усилителей соединены с соответствующими входами второго и третьего блоков выборки и хранения , выходы которых соединены с сигнальными входами второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, первый выход блока управления соединен с управляющими входами пикового детектора, первого, второго и третьего блоков выборки и хранения и входом интенсиметра, выход которого соединен с регистратором, второй выход блока управления соединен с входами запуска первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, выходы данных, управляющие входы и выходы первого, второго и третьего аналого-цифровых преобразователей и выход данных таймера соединены с магистралью блока вычисления, а аналоговые выходы блока цифроаналоговых преобразователей соединены с соответствующими входами регистратора.

Изобретение касается неразрушающего контроля и может быть использовано для диагностики механического состояния элементов конструкций по сигналам акустической эмиссии (АЭ). Целью изобретения является повышение точности диагностики за счет определения параметра повреждаемости конструкции. Сигналы АЭ принимаются приемными акустическими каналами, определяются координаты активной зоны разрушения и сумма амплитуд сигналов АЭ в активной зоне, дополнительно определяются механические напряжения и температура испытаний. С учетом перечисленных параметров определяется параметр повреждаемости конструкций расчетным путем. 1 ил.