Устройство для акустико-эмиссионного контроля конструкций Советский патент 1990 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам, а именно к приборам, использующим явление акустической эмиссии (АЭ) для исследования и диагностики напряженно- деформированного состояния конструкций, сооружений и материалов.

Целью изобретения является повышение точности контроля за счет разделения сигналов от различных дефек- тов и повторного анализа АЭ сигналов.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, включающего два одинаковых канала (элементы идентичны); на фиг.2 - схема определителя скачков фазы сигнала; на фиг.З - схема определителя энергетических характеристик АЭ сигналов.

Устройство для контроля металлических конструкций (фиг,1) состоит из двух каналов, каждый из которых имеет преобразователь 1 и предусили- тель 2, который через соединительный кабель подключен к линейному усилителю 3, передающему сигнал на вход детектора 4 и через аттенюатор 5 далее, первый двухпозиционный переключатель 6 и блок 7 магнитной записи-воспроизведения, содержапщй усилитель 8 записи, записывающую головку 9, а также воспроизводящую головку 10 и усилитель 11 воспроизведения. К выходу аттенюатора 5 подсоединен через второй двухпозиционньв { переключатель 1 2 основной усилитель 13, с которого можно снимать выходной сигнал на

ел

4

аналоговое регистрирующее устройство (осциллограф, самописец, индикатор и т.д). Выход линейного усилител 3 подключен к входу детектора 4 и к входу определителя 14 скачков фазы сигнала, которьй через первьй дв ух- позиционньй переключатель 6 может соединяться с усилителем 8 записи блока 7 записи-воспроизведения. Вход компаратора 15, соединенного через формирователь 16 прямоугольных импульсов со счетчиком 17, имеющим на вькоде индикатор 18, подключен к выходу основного усилителя 13, при- чем сигнал формирователя 16 подается также и на блок 19 локализации дефектов, снабженный индикатором 20. Выход основного усилителя 13 подключен к входу определителя 21 энерге- тической характеристики АЭ сигнала, подсоединенного к блоку 22 аналогового вывода, который связан также с выходом блока 19 локализатщи дефектов,

На входе определитепя 14 скачков фазы сигнала (фиг.2) стоит экспо- ненциальньй усилитель 23, к выходу которого подключен вход дифференциатора 24 с порогом. Далее в цепи стои формирователь 25 коротких импульсов, которьй подает сигнал на вход счета в положительном направлении реверсивного счетчика 26, имеющего индикатор 27, через элемент И 28. Пусковой блок 29 генератора и генератор 30 подключены к входу RS-триггера 31, которьй выходом подсоединен к элементу И 28. Сигнал от генератора 30 поступает через элемент И 33 на вькод блока 14. Вход R этого триггера сое- динен с выходом включеьшя сигнала окончания реверса (появления отрицательного числа) счетчика 26.

Определитель 21 энергетической характеристики АЭ сигналов построен на типовой элементной базе в соответствии со схемой, изображенной на фиг.З. Этот блок подключен к выходу основного усилителя 13 (фиг,1) и

имеет на входе -параллельно подклю

ченные преобразователь 34 напряжения в частоту с последовательно подсоединенными формирователем 35 прямоугольных импульсов, компаратором 36 и дифференциатором 37, на вькоде кото- рого поставлен компаратор 38, С целью улучшения формы импульсов выхода компараторов 36 и 38 подключены соотQе , a

5 0

5

0

5

ветственно к входам формирователей 39 и 40 коротк их импульсов, которые передают сигнал дальше на входы S и R RS-триггера 41. Выход триггера 41 соединен с одним из входов элемента И 42, другой вход которого подключен к выходу формирователя 35. На выходе элемент И 42 имеет последовательно соединные счетчик 43 и индикатор 44„ Блок 22 аналогового вывода может состоять из коммутатора и блока его управления (не показано).

Устройство работает следующим образомо

Устройство имеет три режима работы: Наблюдение, Запись и Воспроизведение. При работе в р.ежиме Наблюдение сигнал с преобразователя 1 по каждому из каналов, пройдя преду- силитель 2, линейньй усилитель 3 и детектор 4, попадает после аттенюатора 5 на вход основного усипителя 13. При этом в режиме Наблюдение определитель 14 отключен, поскольку его работа предусматривается только в режиме Запись. С выхода основного усилителя 13 сигнал может быть выведен на аналоговое устройство для просмотра (например,.осциллограф), а также подается на вход последовательно соединенных компаратора 15 и формирователя 16, с выхода которых импульсы поступают па вход счетчика 17, причем результат работы последнего, заклгочающийся в определении количества поступаю1ч;нх акустических сигналов, высвечива ется на индикаторе 18. Использование детектора 4 позволяет выделить огибающую фиксируемых ультразвуковых импульсов, а последующий анализ только этой составляющей исходного сигнала значительно сниясает техническое требования к соответст- вующим узлам и элементам устройства, - в то же время никак не т-1еньшая качество выходной информации. С выхода фop иpoвa.тeля 16 имПульсы поступают также на блок 19 локализахр и дефек-- тов, где в результате анализа результатов измерений по двум каналам вырабатывается информация о положении источника АЭ, которая высвечивается на индикаторе 20. Пройдя основной усилитель 13, сигнал подается также на вход блока 21 определения энергетических характеристик, информация с которого направляется в блок 22 аналогового вывода. Таким образом.

5

в режиме Наблюдение можно не только просматривать акустичЪскую информацию, получаемую в реальном времени при акустической диагностике обследу емого объекта, но и фиксировать ее с помощью блока аналогового вьгоода на регистрирующем устройстве.

В режиме Запись сигнала от преобразователя 1 через предусили- таль 2, линейный усилитель 3, детектор 4 и аттенюатор 5 поступает на вх усилителя 8 записи и далее на записывающую головку 9, с помощью которой сигнал в виде последовательности огибающих акустических импульсов записывается на магнитный носитель. При этом параллельно с выхода аттенюатора 5 сигнал поступает на вход основного усилителя 13 и далее, как в режиме Наблюдение, направляется для обработки в блоки 21 и 22, а также на счетчики числа импульсов по кадому каналу. В то же время с выхода линейного усилителя 3 акустические колебания поступают в блок 14, кото- рьй определяет истинное количество поступивши.х на каждый канал сигналов от различных дефектов и записывает это число на магнитный носитель по окончании времени экспозиции при другом положении переключателя 6.

Режим Воспроизведение можно использовать только при наличии магнитной записи проведенной ранее диагностики какого-нибудь объекта. Он применяется для повторного анализа результатов измерений .и построения новых зависимостей между акустическими параметрами с помощью блока аналогового вывода. В этом режиме сигнал поступает с воспроизводящей головки 10 на усилитель 11 воспроизведения и далее на основной усилитель 13, с которого, как и в режиме Наблюдение, записанные сигналы могут просматриваться на аналоговом регистрирующем устройстве типа о-сцил лографа, обрабатываться в блоках

21и 19, а также поступать на счет- чик 17 количества импульсов и в блок

22аналогового вывода. Функциональное назначение определителя 14 скачков фазы заключается

в том, чтобы отделить друг от друга сигналы от разных источников АЭ воздействующие на приемное устройств какого-либо канала в одно и то же время, и тем самым точно определить

5 0 5 0

р

Q

5

5

176

реальное количество импульсов, при- шедпшх на данный канал.Входные акустические сигналы приходят прежде всего на экспоненциальный усилитель 23, с которого поступают на дифференциатор 24, имеющий {(егулируемый порог срабатывания, устанавливаемый оператором. Дифференциатор вырабатывает импульсы при появлении сигнала на его входе, а также в том случае, если имеет место наложения двух акустических импульсов с фазовой манипуляцией (скачком). Таким образом, дифференциатор 24 вырабатывает импульсы, всегда отвечающие началу вновь пришедшего акустического сигнала, и, следовательно, их количество .определяет число реально поступивших на данный канал сигналов. Палее эти импульсы поступают в формирователь 25, а затем направляются на вход счета в положительном направлении реверсивного счетчика 26, снабженного индикатором 27, через элемент И 28, который открыт в исходном состоянии. Счетчик 26 определяет количество поступивших реально к каждому моменту времени акустических сигналов на данном канале, и этот результат высвечивается на индикаторе 27. В момент окончания экспозиции пусковым

блоком 29 запускается импульсный генератор 30 и происходит переброс RS-триггера 31 в состояние, при котором элемент И 28 оказывается закрытым, так что импульсы на вход положительного счета реверсивного счетчика 26 перестают поступать. Поскольку исходное положение другого - триггера 32 таково, что элемент И 33 в исходном состоянии открыт для импульсов, идущих с генератора 30, то эти импульсы поступают на выход определителя 14 и одновременно на вход счета в отрицательном направлении реверсивного счетчика 26. Когда количество этих импульсов превысит то число, которое было на счетчике 26

в момент включения блока 29, сигнал с выхода счётчика 26 перебросит триггер 32 в положение, при котором элемент И 33 окажется закрытым для импупьсов генератора 30, и, .следо- вательно, число импульсов на выходе блока окажется равным числу акустических сигналов, поступающих на вход данного канала за время экспозиции.

Определитель 21 энергетических характеристик предназначен для оп- рфеления величины упругой энергии, заключенной в акустических колеба- нн|ях на стадии от начала импульса дс1 достижения его огибающей максималь Hcjro значения, т.е. фактически энер- Г1 переднего фронта импульса, имею- щ4й наиболее адекватную связь с физи- кс|-механическими параметрами материала. Это повьшает точность измерения, т4к как задний фронт импульсов иска- ж4н наложениями. Входной сигнал (,3), представляющий собой огибающую акустического импульса, поступает ср|азу на три параллельно включенные цепи блока, первая из которых состоит и преобразователя 34 напряжения в частоту с подключенным к его выходу ф4рмирователем 35, вьщающим импульсы с интервалом времени, обратно про- пфциональным частоте входного сиг- нфха, а значит, и величине огибающей икЫульса на входе преобразователя 34 в каждьй данный момент времени. Входным элементом второй цепи является компаратор 36, вь1ра батьюающий импульс в момент появления входного сиг ндла, тогда как в третьем канале сиг- н4л принимает дифференциатор 37, ко- тОрый вместе со стоящим у .него на выходе компаратором 38 вырабатывает ийпульс, соответствующий положению максимума огибающей акустического импульса на шкале времени. Эти импульсы во второй и третьей цепи поступают на вход формирователей 39 и 40 соответственно, которые улучшают их форму, С выхода формирователя 39 го пульс, отвечающий переднему фронту входного сигнала, перебрасывает RS- Т1 иггер 41 в положение, при котором сигнал с его вькода открывает эле- мфнт И 42 для импульсов, идутщ1х с формирователя 35. Эти и fflyльcы, число которых пропорционально величине входного сигнала в казкдый данный отр е siDK времени, являются входным сигналом определителя 21, а также посту- на вход счетчика 43, снабженного индикатором 44.

Таким образом, на счетчике 43 и индикаторе 44 в каждый заданный момент времени окажется такое количество пришедших импульсов, котор ое будет п{}опорциЬнально площади под огибающей входного сигнала на шкале времени BteioTb до этого момента от начала

5

0

5

0

5

0

5

0

5

сигнала. Поскольку эта. площадь определяет энергию акустических колебаний, показания счетчика соответствуют количественному значению этой характеристики, В момент времени, когда огибающая входного сигнала достигает своего максимального значения, соз- данньй формирователем 40 импульс перебрасывает триггер 41 в такое состояние, при котором он закрывает элемент И 42 для прохождения импульсов с формирователя 35 на счетчик 43. Этим завершается процесс измерения энергии переднего фронта отдельного акустического импульса, пришедшего на данный канал. С приходом следующего импульса результат его обра-, ботки будет суммироваться с предьщу- щим, так что в конце времени экспозиции на счетчике 43 окажется число, пропорциональное суммарной энергии передних фронтов акустических импульсов, поступивших на данный, канал.

Формула изобретения

1 . Устройство для акустико-эмис- сионного контроля конструкций;,содержащее блок локализации дефектов и каналы, кажцый из которых содержит последовательно соединенные акустический преобразователь, предусилитель, линейный усилитель, детектор, аттенюатор, основной усилитель, компаратор , формирователь прямоугольных импульсов, выход которого подключен к блоку локализации дефектов, счетчик и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, каждый из каналов снабжен определителем скачков фазы сигнала, подключенным входом к выходу линейного усилителя, последовательно соединенными первым переключателем, первьй вход которого связан с выходом аттенюатора, а второй вход - с выходом определителя скачков фазы сигнала, блоком магнитной записи - воспроизведения и вторым переключателем, включенным между выходом аттенюатора и входом основного усилителя, а определитель скачков фазы сигнала выполнен в виде последовательно соединенных экспоненциального усилителя, вход которого подключен к выходу линейного усилителя, дифференциатора, формирователя коротких импульсов, первого элемента И, реверсивного счетчика, первого

RS-триггера и второго элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика и к первому переключателю, последовательно соединенных пускового блока и генератора, вьйсод которого подключен к второму входу второго эл емента И, и второго RS-триггера, включенного между выходом пускового блока и вторым входом первого элемента И,

2 Устройство по n.lj отличающееся тем, что, с целью повьппения информативности, каждый из каналов снабжен определителем энергетической характеристики сигнала, выполненным в виде последовательно соединенных дифференциатора, вход

которого подключен к выходу основного усилитапя канала, первого компаратора, первого формирователя коротких импульсов, RS-триггера, элемента И и счетчика, последовательно соединенных второго компаратора, вход которого подключен к выходу основного усилителя, и второго формирователя

коротких импульсов, выход которого связан с вторым входом RS-триггера, и последовательно соединенных преобразователя напряжения в частоту, вход которого подключен к выходу

основного усилителя, и формирователя прямоугольных импульсов, выход которого связан с вторым входом элемента И.

Изобретение позволяет повысить точность контроля за счет разделения сигналов акустической эмиссии от различных дефектов и возможности повторного анализа акустических сигналов. Каждый канал устройства содержит определить скачков фазы сигнала, что позволяет определить истинное количество дефектов и количество сигналов от них. Использование блока магнитной записи- воспроизведения позволяет более точно анализировать акустические сигналы за счет многократности воспроизведения и изменения временного масштаба. Определение энергетической характеристики акустического сигнала его по переднему фронту позволяет уменьшить погрешности измерения за счет исключения влияния искаженного заднего фронта импульса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг.1

с Вымда

линбйного ycujjtj/пеля

23

2

15

51 а я

К усилителю записи

27

+ гь

- 0

35

бзг

19

Фие.г