Способ определения координат источника акустической эмиссии и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для определения координат источника акустической эмиссии в материалах и массивах горных пород. Цель изобретения - повышение достоверности за счет уменьшения погрешности определения момента прихода сигнала акустической эмиссии на преобразователь. Несколькими каналами принимают сигнал акустической эмиссии, выделяют огибающую детектором 3 и сравнивают с пороговым уровнем на пороговом элементе 4. Нуль-орган 10 после этого фиксирует моменты нуль-переходов сигнала, которые подсчитываются счетчиками 8. В вычислительный блок 13 поступает через коммутатор 12 информация со всех каналов, после чего рассчитывается время прихода сигнала на преобразователь 1 как среднее арифметическое значение от времен перехода сигнала через ноль и разность времен прихода на преобразователи 1. По ним рассчитывают координаты источника акустической эмиссии, которые регистрируют регистратором 14. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (5114 С 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4330919/25-28 (22) 19,11.87 (46) 23.05.89, Бюл. 1(19 (71) Красноярский политехнический институт (72) А.С.Глинченко, О,А.Тронин и В.А.Глинчиков (53) 620.179 16 (088 8) (56) Грешников В.А. и др. Акустическая эмиссия. — Y.: Издательство стандартов, 1976, с. 51,86.

Авторское свидетельство СССР

11 504074, кл. G 01 N 29/04,. 1975. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ

ИСТОЧНИКА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭИИССИИ И.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для определения координат источника акустической эмиссии в материалах и массивах горных пород.

Цель изобретения — повышение досто2 верности за счет уменьшения погрешности определения момента прихода сигнала акустической эмиссии на преобразователь, Несколькими каналами принимают сигнал акустической эмиссии, выделяют огибающую детектором

3 и сравнивают с пороговым уровнем на пороговом элементе 4. Нуль-орган

10 после этого фиксирует моменты нуль-переходов сигнала, которые подсчитываются счетчиками 8. В вычислительный блок 13 поступает через коммутатор 12 информация со всех ,каналов, после чего рассчитывается время прихода сигнала на преобразователь 1 каг. rpеднее арифметическое значение от времен перехода сигнала через ноль и разность времен прихода на преобразова" тели 1. По ним рассчитывают координаты источника акустической эмиссии, которые регистрируют регистратором

14. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1481673

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть исполЬзовано для определения координат источника акустической эмиссии в материалах и массивах горных пород.

Целью изобретения является повышение достоверности определения координат источника акустической эмиссии эа счет уменьшения погрешности определения момента прихода сйгнала акустической эмиссии на преобразователь.

На фиг.l приведена блок"схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие способ.

55

Устройство для определения координат источника акустической эмиссии содержит и каналов приема сигналов акустической эмиссии, включающих последовательно соединенные преобразователь 1, избирательный усилитель 2, детектор 3 огибающей, поро- говый элемент 4 и D-триггер 5, на

D-вход которого подан уровень логической единицы, две группы иэ последовательно соединенных D-триггеров

6.1,6.2,...,6.(1-1) и 7,1,7.2,6 7. (1-1) с подключенными к их выходам и к выходу D"òðèããåðà 5 счетчиками

8.1,8.2,8.(21-1), 21-входовый коммутатор 9, соединенный с выходом измерительных счетчиков 8, нуль-орган

10 соединенный входом с выходом усилителя 2, а первым и вторым выходами — соответст венно с объединенными С-входами D-триггеров первой 6 и второй 7 групп, двухвходовый элемент И 11, входы которого соединены с выходами последних D-триггеров первой 6,(1- 1) и второй 7 .(1-1) групп, а также общие для всех каналов последовательно соединеннь1е основной и-входовый коммутатор 12, вычислительный блок 13 и регистратор

14, и-входовой элемент И 15, элемент

16 запрета и генератор 17 импульсов, при этом D-входы первых D-триггеров первой 6.1 и второй 6,2 групп соединены с выходом D-триггера 5, выходы коммутаторов 9 соединены с входами коммутатора 12, выходы двухвходовых . элементов И ll соединены с входами и-входового элемента И 15, подключенного выходом к управляющим входам вычислительного блока !3 и элемента

16 запрета, соединенного сигнальным входом с выходом генератора 17 импульсов, а выходом — со счетными входами всех измерительных счетчиков 8, управляющие входы коммутаторов 9 и 12 соединены с вторым управляющим выходом вычислительноro блока 13, к первому управляющему выходу которого подключены сбросовые входы всех Dтриггеров 5-7 и измерительных счетчиков 8.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью группы преобразователей

1, установленных определенным образом на контролируемом объекте, принимают сигналы акустической эмиссии, выделяют огибающую и фиксируют моменты

"oi.. ° t ого ° ° ° > t о .и превышения огибающей заданного порогового уровня (фиг. 2а, в, б, где показаны начальные участки сигналов для одной полуволны, принимаемых двумя каналами 7.

Вследствие различия амплитуд сигналов в каналах, зависящего от расположения датчиков относительно источника акустической эмиссии и неидентичности характеристик каналов, а также из-эа нестабильности пороговых уровней возникают смещения моментов пересечения огибающей сигнала порогового уровня, что при использовании их в качестве информационных параметров сигналов приводит к погрешности определения местоположения источника акустической эмиссии.

Аналогичным образом возникают погрешности и при использовании моментов первого пересечения порогового уровня мгновенными значениями сиг" нала.

Определенная степень различия амплитуд и относительных порогов всегда остается и обусловленное этим, а также другими указанными выше дестабилизирующими факторами смещение моментов пересечения сигналом порогового уровня может быть достаточно большим. В дальнейшем будем полагать, что смещения моментов пересечения огибающей сигнала порогового уровня в каналах за счет дестабилизирующих факторов не превышают половины периода заполнения сигнала акустической эмиссии. При этом условии можно с помощью последующих операций получить точность определения разности времен прихода (РВП) сигналов существенно большую, I

5 148 чем по огибающей сигналов или моментом первого пересечения порогового уровня мгновенными значениями сигнала.

С этой целью одновременно с фиксацией моментов пересечения огибающей сигналов порогового уровня выделяют также моменты переходов сигналов через нулевой уровень с положительной и отрицательной производной (две и более пары t „, и.д.), которые непосредственно следуют за моментами превышения огибающей сигнала заданного порогового уровня (первый индекс соответствует номеру нуль-перехода 1,2,...,1, а второй — номеру канала 1,2,...,n).

Далее по последнему регистрируемому нуль-переходу выявляют канал, принявший сигнал последним, который принимают в качестве опорного и определяют для этого канала порядок чередования знаков нуль — переходов.

На фиг.2 для опорного канала 2 нуль " переходы следуют в порядке +, вЂ,+,— и т.д. Затем делают то же самое для другого канала и сравнивают поря.

/ док чередования нуль — переходов в этом канале с опорным каналом. При одинаковом порядке чередования нуль— переходов, как это имеет место для случая, приведенного на фиг.2а, считают, что зарегистрированные в каналах нуль — переходы соответствуют одноименным (одним и тем же ) полуволнам сигнала и вычисляют РВП сигналов для рассматриваемых каналов как среднее lIo всем (21-1) зарегистрированным моментам переходов через нуль:

МТ,2= g ((Е,, - t ) + (t;,—

)3/ (21-1) °

Такая оценка РВП значительно точнее, чем получаемая по моментам. пересечения огибающей или мгновенными значениями сигнала заданного порога, так как мало зависит от амплитуды сигнала и уходов нулевой линии усилителей.

Вследствие идентичности амплитуд сигналов и характеристик приемно-, усилительных трактов, в том числе нестабильности усиления и пороговых уровней для огибающей сигналов в пределах указанных ограничений, возможен различный порядок следования

1673 нуль-переходов в сопоставляемых каналах. Такой случай показан на фиг.2б, где в опорном канале порядок

5 чередования нуль-переходов тот же

Э что и на AHF 2а, а в сравниваемом канале — обратный, т.е. вЂ,+, вЂ,+ и т.д. В этом случае проводится дополнительный анализ относительного временного положения моментов пересечения огибающей сигналов и ближайших к ним переходов через нуль; Для этой

ЦеЛИ выЧИСЛЯЮТСЯ pasHOCÒÊ (t or 2- t 2 ) и (t or,— t ), которые сравниваются между собой. При этом..в качестве первого нуль-перехода, по которому измеряется РВП, выбирается тот, который более удален от момента пересечения огибающей и ему ставится в соответствие нуль-переход того же знака в другом канале. Так на фиг.2б более удален от момента пересечения огибаницей нуль-переход t + во втором (ус2 t 11) (ter<

25 — и „ ). Ему соответствует одноименный переход „ в первом канале. Соответствие указанных нуль-переходов более вероятно, чем нуль-переходов и t,2, использование которых привело бы к грубой погрешности определения РВП.Для пояснения на фиг.2б пунктиром показаны плотности вероятностей моментов пересечения огибающей сигналов порогового уровня при воздействии

35 на сигналы случайных дестабилизирую, щих факторов.

С учетом этого РВП в данном слу" чае определяется как

C-2

40 ДТ,1 = Q ((t iP t 2) + (() чае — t; )) !2 (1-2),.

При этом число усредняемых пар нуль-переходов уменьшается на один, 45 поскольку, как это следует из фиг.2б, последнему нуль-переходу в опорном канале г. нет соответствующего одноименного нуль-перехода в первом канале.

50 На фиг, 2в более удален от момента пересечения огибающей сигнала переход t 2 в первом канале, которому ставится в соответствие нульпереход опорного канала. Поэтому РВП

55 здесь определяется следукв1им образом:

Р-2 йт„= g ((t,, - t «) + (t ;,—

— t(i+,i2 )3(г(1.-2).

1481673

Аналогичным образом определяются

РВП для других пар каналов.

С увеличением числа используемых для оценки РВП нуль-переходов сигналов возрастает точность оценки РВП

5 за счет эффекта усреднения, однако максимальное число нуль-переходов ограничивается возможными перескоками фазы внутриимпульсного заполнения вследствие взаимодействия различных типов упругих волн в материале. Минимально необходимо фиксировать дне пары нуль-переходов в каждом канале, из которых н случае неодинакового 15

I порядка следования нуль-переходов для оценки РВП используется только одна пара, обеспечивающая эффект усреднения и компенсации погрешности эа счет смещения нулевой линии в ка- 20 налах, так как моменты положительных и отрицательных нуль -переходов при этом смещаются встречно, а их среднее значение практически не изменяется. 25

Иэ. данных формулы для расчета

РВП следует, что за время прихода сигнала на преобразователь принимают среднее арифметическое измеренных нескольких моментов перехода сигнала 30 акустической эмиссии через нуль после достижения его огибающей порогового уровня. После этого определяют РВП.

По найденным значениям РВП иэвестныйй методами вычисляют координаты источника акустической эмиссии.

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

В исходном cocTQHHHH cHFBBJIoM c 40 первого управляющего выхода вычислительного блока 13 все D-триггеры 5-7 и измерительные счетчики 8 сбрасыва-. ются в нуль, Сигнал акустической эмиссии, принятый одним из и каналов 45 и преобразованный датчиком 1 в электрический сигнал, усиливается далее избирательным усилителем 2 и поступает на детектор огибающей 3 и нульорган 10. По огибающей сигнала поро50 говым элементом 4 формируется прямоуголЬный импульс, фронт которого соответствует моменту превышения огибающей порогового уровня. Этим фронтом устанавливается в единицу Р-триггер

5, разрешающий счет импульсов измерительным счетчиком 8.1 от генератора 17 импульсов через открытый элемент 16 запрета. С помощью нуль-ovraна 10 формируются дне последовательности импульсов, привязанных к положительным и отрицательным нуль-переходам сигналов, которые поступают соответственно на С-входы D-триггеров первой 6 и второй 7 групп. Первый из указанных импульсов, после превышения огибающей заданного порогового уровня устанавливает н единицу первый

D-триггер одной из групп (6.1 или 7.1 в зависимости от знака нуль-перехода), поскольку на их D-входах действует единичный уровень с выхода D"òðèããåðà огибающей 5. С этого момента начи" кается счет импульсов подключенным к первому D-триггеру измерительным счетчиком 8. Каждым последующим импульсом привязки к нуль-переходу устанавливается в единицу следующий

D-триггер первой 6 и второй 7 групп, После прихода (1-1) пар положительных и отрицательных нуль-переходов устанавливаются в единицу последние два D-триггера 6 . (1-1 ) и 7 . (1-1 ) и на выходе двухвходового элемента И 11 установится единичный уровень.

Аналогичные процессы происходят при поступлении сигналов акустической эмиссии на другие каналы. После приема сигналов всеми каналами и,фиксации в каждом .канале 1-1 пар

1 пепеходов через нуль относительно моментов пр е Ма ения о гиб ающей э аданного порога, единичные уровни установятся на выходах всех двухвходоных элементов И ll и соответственно на выходе Il"âõîäoâîãî элемента И 15, что приведет к запиранию элемента 16 запрета и одновременному прекращению поступления счетных импульсов с генератора 17 на нсе измерительные счетчики 8, В результате в измерительных счетчиках 8 регистрируются коды, соответстнукицие моментам превышения огибанюцей заданного порога и последукщих (1-1) пар нуль-переходов относительно последнего фиксируемого нуль-перехода. .1!нформация о завершении измерительного цикла по .управляющему входу по-j ступает также на вычислительный блок

13, который через управляемые им коммутаторы 9 и 12 осуществляет ввод измерительной информации с измерительных счетчиков 8, После заверше. ния ввода вычислительный блок 13 производит начальную установку каналов и подготавливает устройство к

1481673

10 приему следующей локационной серии импульсов. На основе принятой информации в соответствии с указанными при описании способами алгоритмами вычислительным блоком 13 находятся разности времен прихода и вычисляются координаты источника акустической эмиссии. Результаты вычислений, а также промежуточные данные выводятся на регистратор 14.

Формула изобретения

I. Способ определения координат источника акустической эмиссии, заключающийся в том, что сигнал акустической эмиссии принимают несколькими преобразователями, измеряют времена прихода сигнала на преобразователи и по разности времен прихода определяют координаты источника акустической эмиссии, о т л и ч а ю 1ц и й— с я тем, что, с целью повышения достоверности, выделяют огибающую сигнала акустической эмиссии каждого преобразователя, измеряют времена перехода сигнала акустической эмиссии через ноль после достижения его огибающей порогового уровня, а время прихода сигнала на каждый преобразователь определяют как среднее ариЬметическое измеренных времен перехода через ноль, 2. Устройство для определения координат источника акустической эмиссии, содержащее последовательно соединенные и-входовый коммутатор, вычислительный блок и регистратор и и каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь и избирательный усилитель и пороговый элемент, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено последовательно соединенными генератором импульсов и элементом запрета, а также и-входовым элементом И, выход которого подключен к

\ второму входу элемента запрета и вто" рому входу вычислительного блока, а каждый из п каналов снабжен детектором огибающей, включенным между выходом избирательного усилителя и вхоФ дом порогового элемента, последовательно соединенными D-триггерами, С- вход первого из которых подключен к выходу порогового элемента, а Л15 вход предназначен для подключения к единичному потенциалу, нуль-органом, вход которого связан с выходом избирательного усилителя, а первый выход — с С-входами остальных 1-1 Р20 триггеров, последовательно соединенными дополнительными 1-1 Jl-триггерами, С-входы которых подключены к второму выходу нуль-органа, 21 счетчиками, первые входы которых соединены с соответствующими выходами всех D-триггеров, двухвходовым элементом И, входы которого связаны с выходами последних из основных и дополнительных D-триггеров, а выход—

30 с соответствующим входом и-входового элемента И, и 21-входовым коммутатором, включенным между выходами всех счетчиков и соответствующим входом п-входового коммутатора, Р-вход перво35 ro из дополнительных Л-триггеров подключен к выходу первого из -1 D-триггеров, выходы всех П-триггеров подключены соответственно к счетным входам счетчиков, управляющие входы которых щ соединены с выходом элемента запрета» а выход окончания обработки вычислительного блока подключен к входам сброса всех D-триггеров, счетчиков и коммутаторов.

1481673

Составитель Л.Кондрыкинская

Редактор А.1 1андор Техред g.дндык Корректор C. 1ерни

Заказ 7681/45 Тираж 790 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушдкая наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул, Гагарина, 101