Способ определения координат источников акустической эмиссии Советский патент 1992 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для неразрушающего контроля тонкостенных конструкций.

Известен способ определения координат источника акустической эмиссии, заключающийся в том, что сигналы акустической эмиссии принимают группой электроакустических преобразователей, располагаемых на поверхности контролируемого изделия, измеряют разности времен прихода фронта принятых сигналов на электроакустические преобразователи, по которым определяют координаты источников акустической эмиссии.

Недостатком способа является его малая точность и низкая достоверность определения координат источника, что связано с искажением фронта импульса, образованного несколькими волнами Лэмба, и облада- ющими дисперсией скорости распространения.

Известен способ определения координат источников акустической эмиссии в листовых материалах, заключающийся в том, что принимают сигналы акустической эмиссии от источников, расположенных в выбранной зоне контроля, в заданном частотном диапазоне группой приемников, расположенных по углам прямоугольника,

VI

CJ

о ел

XI

со

измеряют время прихода этих сигналов на приемники, диапазон частот выбирают в области существования в контролируемом листе только нулевых мод волн Лэмба, а группу приемников смещают относительно выбранной зоны контроля, причем величина смещения выбирается с учетом отношения скоростей распространения симметричной и антисимметричной нулевых волн Лэмба.

Указанный способ не обеспечивает достоверного определения координат источников акустической эмиссии в тонкостенных конструкциях, так как диапазон частот приема сигналов акустической эмиссии выбирают в области существования только нулевых симметричной so и антисимметричной волн Лэмба. Это приводит к недостоверному результату в определении координат источников, поскольку из-за различного характера и направления компонент колебательных смещений в этих волнах сигнал симметричной нулевой волны Лэмба So всегда по амплитуде меньше сигнала антисимметричной волны Лэмба а0, при этом на ближних к источнику акустической эмиссии приемных преобразователях разность времен прихода сигналов регистрируется по фронту волны SQ, а на дальних - по фронту волны а0.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ определения координат источников акустической эмиссии, заключающийся в том, что в заданном частотном диапазоне принимают сигналы акустической эмиссии группой электрических преобразователей, располагаемых на поверхности контролируемого изделия, измеряют толщину стенки изделия и скорость распространения поперечных акустических волн в материале изделия, а сигналы акустической эмиссии, образованные волнами Лэмба, принимают в диапазоне частот, определяемом из соотношения:

fl,f2

1,8 С h

(1 ±0,07),

где f 1, f2 - диапазон частот;

С-скорость распространения поперечных акустических волн в материале изделия;

h - толщина стенки изделия.

Данный способ позволяет повысить точность определения координат источников акустической эмиссии за счет стабилизации скорости распространения фронта сигналов акустической эмиссии.

Указанный способ имеет существенные ограничения для его применения в тонкостенных конструкциях (с толщиной стенки менее 6 миллиметров), так как значение

средней частоты рабочего диапазона частот для приема сигналов акустической эмиссии выходит за реально используемый верхний предел; использование высоких частот при приеме сигналов акустической эмиссии по

данному способу для тонкостенных конструкций ограничено из-за сильного снижения точности и достоверности определения координат источников акустической эмиссии, поскольку в высокочастотной области

проявляется сильное ослабление сигналов акустической эмиссии при их распространении.

Цель изобретения - повышение точности определения координат источников акустической эмиссии в тонкостенных конструкциях.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения координат источников акустической эмиссии, заключающемуся в том, что на изделии размещают группу преобразователей, регистрируют разности времен прихода сигналов акустической эмиссии, образованных симметричной волной Лэмба, и рассчитывают

координаты по разности времен прихода на приемные преобразователи и значению скорости распространения симметричных волн Лэмба, выбирают рабочий частотный

диапазон для приема сигналов из условия:

Pif2

гО.2 С. 0.5 С-, Iк - ь J

(1)

где fi, f2 - граничные частоты диапазона;

С-скорость распространения поперечной волны в материале изделия; h - толщина стенки изделия, определяют групповые скорости нулевых симметричной Ui и антисимметричной 1)2 волн Лэмба на средней частоте рабочего диапазона и учитывают их при расчете координат источников акустической эмиссии.

Заявляемый способ отличается тем, что, с целью повышения точности определения координат источников акустической эмиссии в тонкостенных конструкциях, выбирают рабочий частотный диапазон для приема сигналов акустической эмиссии из условия:

fl,. j

где fi, fa - граничные частоты диапазона;

С-скорость распространения поперечной волны в материале изделия;

h - толщина стенки изделия, определяют групповые скорости нулевых симметричной Ui и антисимметричной U2 волн Лэмба на средней частоте рабочего диапазона и учитывают их при расчете координат источника акустической эмиссии.

Предлагаемый способ оптимизирует прием нулевой симметричной волны Лэмба с целью повышения точности определения координат дефектов. Оптимизация приема сигналов акустической эмиссии осуществляется за счет выбора рабочего частотного диапазона приема сигналов таким образом, что в рабочей полосе частот первый сигнал из серии распространяющихся сигналов, образованных волнами Лэмба, должен иметь максимальную амплитуду, что позволяет проводить измерение разницы времен прихода сигналов на различные преобразователи в группе по сигналам с одной груп- повой скоростью. Для объектов с относительно тонкой стенкой (от 6 до 2 мм) оптимальным частотным диапазоном может быть диапазон с граничными частотами, определяемыми соотношением:

fi -f2 ;

где fi , fa - граничные частоты диапазона;

С-скорость распространения поперечных волн в материале;

h - толщина стенки изделия. Нижняя граница частотного диапазона fi выбирается из условия исключения приема низкочастотной части сигнала, образованного нулевой антисимметричной волной Лэмба ао. Верхняя граничная частота оптимального диапазона приема сигналов акустической эмиссии fa соответствует значению безразмерного параметра fh/C 0,5 и выбрана из условия исключения влияния той части квазисинусоиды волны So, которая образуется под влиянием составляющей с сильной дисперсий. Таким образом, в выбранном диапазоне частот составляющие волны SQ образуют квазисинусоиду с медленно меняющейся частотой и достаточно большой амплитудой нормальных смещений. Антисимметричная, волна ао не образует сигнала с выраженной периодичностью, что позволяет значительно снизить величину сигнала при ее приеме на выходе резонансного приемного преобразователя. При приеме сигналов акустической эмиссии аппаратурой, состоящей из резонансных преобразователей с резонансной частотой, близкой к средней частоте рабочего диапазона, электронных усилителей с фильтрами, которые обеспечивают усиление сигналов

в полосе частот fH f 11 f обеспечивается оптимальный эффективный прием сигналов, образованный нулевой симметричной волной Лэмба So, при котором в выбранном

частотном диапазоне амплитуда сигнала, образованного нулевой симметричной волной Лэмба, больше амплитуды сигнала нулевой антисимметричной волны Лэмба. В этом случае разность времен прихода сиг0 налов акустической эмиссии регистрируется по фронту нулевой симметричной волны Лэмба, что повышает точность и достоверность определения координат источников акустической эмиссии. Кроме того, в спосо5 бе предлагается не исключать значения разности времен прихода сигналов, которые регистрируются по фронту нулевой антисимметричной волны Лэмба, а производить расчет с учетом как нулевой симметричной,

0 так и нулевой антисимметричной волн, что позволяет увеличить число достоверных измерений координат источников акустической эмиссии.

Способ определения координат источ5 ников акустической эмиссии осуществляют следующим образом. На стенках тонкостенной конструкции толщиной h, изготовленной из материала со скоростью распространения поперечных акустических

0 волн С, устанавливают группу электрических преобразователей, устанавливают рабочий частотный диапазон приема согласно формуле (1), осуществляют прием сигналов, образованных нулевыми волнами Лэмба.

5 При этом в указанном диапазоне частот существуют оптимальные условия дисперсии групповой скорости нулевой симметричной волны Лэмба, когда широкополосный импульс акустической эмиссии, трансформи0 руясь в квазисинусоиду нулевой симметричной волны Лэмба, образует сигнал с медленно меняющейся частотой и большой амплитудой. Далее в выбранном частотном диапазоне определяют группо5 вые скорости нулевых симметричной и антисимметричной волн Лэмба на средней частоте рабочего диапазона и учитывают их при расчете координат источника акустической эмиссии.

0 Предлагаемый способ определения координат источником акустической эмиссии может быть осуществлен применительно к емкостям из алюминиевого сплава и толщиной стенки от 6 до 2 мм следующим образом.

5 С помощью аппаратуры и способа ультразвуковых измерений определяют толщину стенки емкости и скорость распространения поперечных волн в материале изделия; рассчитывают по формуле (1) значения граничных частот рабочего диапазона приема

сигналов акустической эмиссии и номинальное значение резонансной частоты преобразователя как среднее значение частотного диапазона. Усилительный тракт многоканальной аппаратуры настраивают с помощью полосовых фильтров на требуемый частотный диапазон. В качестве рабочих преобразователей используют преобразователи пьезоэлектрического типа с резонансной частотой, близкой к расчетной. Приемные преобразователи устанавливают на емкости в установленных местах. Производят калибровку аппаратуры и измеряют значения Ui групповой скорости распространения сигнала, образованного нулевой симметричной волной Лэмба So в рабочем частотном диапазоне fH, fa. Значение скорости Ui является параметром при расчете координат дефектов по значениям измеренных разностей времен прихода сигналов. По полученным значениям разности времени прихода сигналов акустической эмиссии с использованием значения групповой скорости распространения нулевой симметричной волны Лэмба So рассчитывают координаты источников акустической эмиссии. В процессе калибровки аппаратуры кроме значения Ui групповой скорости распространения сигнала, образованного нулевой симметричной волной Лэмба So, измеряют значение U2 групповой скорости распространения сигнала, образованного нулевой антисимметричной волной Лэмба ао, в рабочем частотном диапазоне; значения Ui и Da учитывают при расчете координат источника акустической эмиссии.

Использование предлагаемого способа позволяет осуществлять локацию источников акустической эмиссии в конструкциях с толщиной стенки менее 6 мм, повысить точность определения координат источников акустической эмиссии в тонкостенных конструкциях, поскольку позволяет увеличить достоверность определения координат ис- точников акустической эмиссии, так как позволяет увеличить число измерений за счет зарегистрированных локационных серий значений разности времен прихода сигналов, образованных нулевой антисимметричной волной Лэмба ао.

Формула изобретения

Способ определения координат источников акустической эмиссии, за ключающийся в том, что на изделии размещают группу преобразователей, регистрируют разности времен прихода сигналов акустической эмиссии, образованных симметричной волной Лэмба, и рассчитывают координаты по

разности времен прихода на приемные преобразователи и значению скорости распространения симметричных волн Лэмба, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения координат и сточников акустической эмиссии на тонкостенных конструкциях, выбирают рабочий частотный диапазон для приема сигналов из условия

fi

f2

.0,5 С

где С - скорость распространения поперечной волны;

f 1 и f2 - граничные частоты диапазона;

h - толщина стенки конструкции,

определяют групповые скорости нулевых симметричной Ui и антисимметричной Ug волн Лэмба на средней частоте рабочего диапазона и учитывают их при расчете координат источников акустической эмиссии.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для акустико-эмиссионного контроля качества тонкостенных конструкций. Целью изобретения является повышение точности определения координат источников за счет учета при определении координат групповых скоростей нулевых симметричной и антисимметричной волн Лэмба на средней частоте рабочего диапазона частот. При контроле тонкостенных изделий задают частотный диапазон, в котором ведут прием сигналов акустической эмиссии, образованных волнами Лзмба. При этом обеспечиваются оптимальные условия дисперсии групповой скорости этой волны, когда широкополосный импульс акустической эмиссии, трансформируясь в квазисинусоиду, образует сигнал большой амплитуды, принимаемый группой преобразователей.