Устройство для акустико-эмиссионной диагностики трубопроводов

 

Изобретение касается неразрушающего контроля качества изделий по сигналам акустической эмиссии /АЭ/ и может быть использовано для контроля и диагностики газои нефтепроводов при их испытаниях и эксплуатации. Целью изобретения является повышение точности за счет определения разности времен прихода гармонических составляющих сигналов АЭ путем измерения сигнала на двух уровнях дискриминации и измерения энергетических параметров сигнала с учетом затухания волн АЭ в материале изделия. Разность &Tgr; времен прихода двух гармонических составляющих сигнала определяется в устройстве в соответствии с выражением &Tgr; = X<SB POS="POST">4</SB> + X<SB POS="POST">1</SB> - X<SB POS="POST">2</SB>, где X<SB POS="POST">4</SB> - разность времен прихода, измеренная на втором уровне дискриминации

X<SB POS="POST">1</SB> и X<SB POS="POST">2</SB> - длительности переднего фронта гармонических составляющих сигнала от его физического начала /первый уровень дискриминации/ до второго уровня дискриминации. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЩ4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 l ò 01 Рч 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4432744/25-28 (22) 01.03.88 (46) 15,01,90. Бюл. )"- 2 (71) Украинский заочный политехнический институт им. И.З.Соколова (72) М,A,Ñåðåäèíñêèé, В.A.Kàïóñòèí, A.Ë.ÏðîêîôüeB и С,В.Карпов (53) 620,179.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1019316, кл. G 01 1! 29/04, 1982, Вакар К.Б, Акустическая эмиссия и ее применение для неразрушающего контроля в ядерной энергетике. Yi. .

Атомиздат, 1980, с. 62, 115-116. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ТРУБОПРОВОДОВ (57) Изобретение касается неразрушающего контроля качества изделий по сигналам акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано для контроИзобретение относится к области неразрупающего контроля качества изделий по сигналам акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано для контроля и диагностики газо†и нефтепроводов при их испытаниях и эксплуатации.

Целью изобретения является повышение точности за счет определения разности времени прихода гармонических составляющих сигнала АЭ путем измерения сигнала на двух уровнях дискриминации и измерения энергетических параметров сигнала с учетом затухания волн АЭ в материале изделия, На фиг.1 представлена структурная схема устррйства для акустико2 ля и диагностики газо- и нефтепроводов при их испытаниях и эксплуатации. Целью изобретения является повышение точности за счет определения разности времен прихода гармонических составляющих сигнала АЭ путем измерения сигнала на двух уровнях дискриминации и измерения энергетических параметров сигнала с учетом затуI хания волн АЭ в материале иэделия, Разность с времен прихода двух гармонических составляющих сигнала определяется в устройстве в соответствии с выражением i, = Х 4 + Х, — X где Х вЂ” разность времен прихода, измеренная на втором уровне дискриминации; -Х, и Х вЂ” длительности переднего фронта гармонических составляющих сигнала от его физического начала (первый уровень дискриминации) до второго уровня дискриминации,2 ип. эмиссионного контроля трубопроводов; на фиг. 2 — временные диаграммы сиг— налов АЭ, поясняющие работу устройства, Устройство для акустико-эмиссионной диагностики трубопроводов содержит соединенные последовательно электроакустический преобразователь

1 и усилитель 2, соединенные последовательно первый фильтр 3, вход которого соединен с выходом усилителя

2, первый детектор 4 и первый блок

5 дифференцирования, соединенные последовательно второй фильтр 6, вход которого соединен с выходом усилителя 2, второй детектор 7 и второй блок 8 дифференцирования, первый и

1536304!

0 !

20

55 йто1>ой источники 9,10 опорного напряения, соединенные последовательно ер»ый блок 11 вычитания, первый ход которого соединен с выходом перого источника 9 опорного напряжения, а второй — с выходом второго источника !О опорного напряжения, л блок 12 деления, второй вход кото1)oro соединен с выходом:первого исочника 9 опорного напряжения, первый

3 и второй 14 компараторы напряже>ий, первый вход которых соединен с

ыходом первого блока 5 дифференциования, третий и четвертый компааторы 15,16 напряжений, первый вход оторых соединен с выходом второго лока 8 дифференцирования, соединен« ые последовательно первый преобра$ователь 17 время-напряжение, первый ход которого соединен с выходом ервого компаратора 13 напряжений, < второй — с выходом второго компараора !4 напряжений, первый блок 18 множения, второй вход которого соеинен с выходом блока 12 деления, ервый пиковый детектор 19, второй лок 20 вычитания, блок 21 суммирова«ия, второй блок 22 умножения, второй иковый детектор 23 и блок 24 вывода информации, соединенные последова1,ельно второй преобразователь 25

«!ремя-напряжение, первый вход которого соединен с выходом третьего ком«1аратора 15 напряжений, а второй—

С выходом четвертого компаратора 16

« апряжений, третий блок 26 умножения, Второй вход которого соединен с выхо 1ом блока 12 деления, и третий пикоВый детектор 27, выход которого соединен с вторым входом второго блока

20 вычитания, третий преобразователь

28 время-напряжение, первый вход которого соединен с выходом второго компаратора 14 напряжений, второй— с выходом четвертого компаратора 16 напряжений„ а выход с вторым входом блока 21 суммирования, соединенные последовательно четвертый блок 29 умножения, первьпл вход которого соединен с выходом усилителя 2, à ВТо рой с выходом третьего пикового детектора 23, квадратор 30 и блок 31 интегрирования, выход которого соединен с вть>рым входом блока 24 вывода информации, четвертый пиковый детек> ор 32, первый вход которого соединен с выходом четвертого блока ?9 умножения, а выход с третьим входом блока 24 вывода информации, блок 33 управления„ первый выход которого соединен с вторым входом блока 22 умножения, а второ«« с вторым входом первого — четвертого 19,, 23, 27, 32 пиковых детекторов. Второй вход первого и третьего компараторов 13, 15 напряжений соединен с выходом перво го источника 9 опорного напряжения.

Второй вход второго и четвертого компараторов 14,16 напряжений соединен с выходом второго источника 1О опорного напряжения, Устройство для акустико-эмиссионной диагностики трубопроводов работает следующим образом.

На контролируемыи трубопровод (не показан) устанавливают приемный электроакустический преобразователь

1. Вследствие дисперсии звука в трубопроводе время распространения различных гармонических составляющих акустического сигнала от источника до приемника А3 неодинаково, Таким образом, по разности времени прихода (u) этих гармоник можно судить о расстоянии (1) источника до npuC< C л емника: 1 = ---- — =- — ь -- Vc, где

С ., — Сд

С,, С вЂ” скорости распространения различных гармонических составляющих акустического сигнала.

Импульсы ЛЭ регулируются приемным преобразователем 1, усиливаются усилителем 2 и поступают на блоки

3, 6 фильтров, где происходит выделение гармонических составляющих различных частот, после чего эти составляющие поступают каждая на свой детектор (первый и второй детекторы

4,7). Детекторы 4,7 имеют большую постоянную времени и обеспечивают нарастание переднего фронта сигнала по закону, близкому к линейному. Первый и второй блоки 5 и 3 дифференцирования служат для обеспечен«ля линейного закона изменения переднего фронта огибающих гармонических составляющих акустического сигнала, С блоков 5,8 дифференцирования продифференцированные сигналы подаются на компараторы 13-16 напряжений, которые формируют временной интервал, равный разности времени прихода различных гармоник акустического сигнала к приемному преобраэователн> 1 на уров1536304 не выбранного порога дискриминации, Компараторы 13-16 напряжений формируют также временной интервал, равный длительности сигналов на выходах дифференцирующих блоков 5,8 между двумя уровнями дискриминации, устанавливаемых с помощью источников 9,10 опорного напряжения. При превышении сигналом (U„ ) установленного порога

1г дискриминации (П ) формируется передний фронт сигнала (U <), а задний фронт сигнала (U ) формируется при превышении сигналом Uz этого же уровня дискриминации; Н„ — передний фронт сигнала на выходе блока 5 дифференцирования (гармоническая составляющая акустического сигнала,пришедшая во времени первой к приемному преобразователю), U — то же, на выходе блока 8 дифференцирования (гармоническая составляющая, запаздывающая во времени вследствие дисперсии относительно сигнала (!1„ ). Погрешность определения времени задержки ь будет определяться выражением

= U< (I /$ - 1/$1}, где Я, Я крутизна переднего фронта сигнала, Избавиться от этой погрешности представляется возможным при определении длительности сигнала (Х, Х } от его фактического (физического) начала до уровня .порога дискриминации, В этом случае разность времени прихода сигналов может быть записана (фиг.2): =Х +Х„-Х, 4

Для вычисления величины () уста-. навливаются для сигнала два уровня дискриминации {U < и U<) и тогда можно записать для сигнала U,„è аналогично для сигнала U«. откуда

Ug

Х Аф

1

Х ъ ц у где Х, Х " длительность переднего фронта сигнала от его физического начала до уровня дискриминации U

ht Кt - длительность сигнала от уровня дискриминации П < до U, 5

15 того компараторов 14, 16 напряжений с помощью второго источника 10 опорного напряжения устанавливается порог дискриминации (U ) и при этом

25 U c U . .Эти уровни напряжений подаются также на входы первого блока 11 вычитания, где они вычитаются и на выходе первого блока 11 вычитания формируется постоянное напряжение с

Измерение с, производится следующим образом, С выхода первого блока 5 дифференцирования сигнал гармонической составляющей акустического сигнала, скорость распространения которой выше, поступает на первый вход первого и на первый вход второго компараторов 13,14 напряжений, а с выхода второго блока 8 дифференцирования на первый вход третьего и на первый вход четвертого компараторов 15,16 напряжений поступает сигнал от второй гармонической составляющей. По вторым входам первого и третьего компараторов 13, 15 напряжений с помощью первого источника 9 опорного напряжения устанавливается порог дискриминации (U< ), а по второму входу второго и четверамплитудой ДУ = Ug — U

На первый вход блока 12 деления. поступает разность напряжений hU =

= U — U а на второй напряжение

U z и на его выходе получается постоянное напряжение 6U< = IJ

При. достижении сигналом с выхода первого блока 5 дифференцирования уровня напряжения на выходе первого источника 9 опорного напряжения срабатывает первый компаратор 13 напряжений. Импульс с его выхода включает первый преобразователь 17 времянапряжение. При достижении сигналом с выхода первого блока 5 дифференцирования уровня напряжения, равноrо напряжению на выходе второго источника 10 опорного напряжения,срабатывает второй компаратор 14 напряжений, прекращая тем самым работу первого преобразователя 17 время-напряжение, и таким образом на выходе последнего формируется напряжение, амплитуда которого пропорциональна длительности (1, ) переднего фронта сигнала на выходе первого блока 5 дифференцирования от уровня напряжения (П <) до уровня напряжения (U.)..

Это напряжение подается на первый

1536304 нхад первого блока 18 умножения, а на его второй вход подается напря>«:eHIIe (611, ) с выхода блока 12 целен««я, равное АЛ« = П j(U — 1). В

5 пе >вом блоке 18 умножения эти напря>кен««я перем««О>ка««>тся и на его выходе формируется напряжение, амплитуда которого пропорциональна длительности (Х.«) переднего фронта сигнала. Это и «пряже««ие запоминается первым пико-, вым детектором 19, Аналогичным образом с помощью третьего и четвертого ко««параторов 15,16 напряжений, второго преобразователя 25 время-напряже««и е и третьего блока 26 умножения на вь1ходе третьего пикового детектора

27 формируется напряжение, амплитуда ( которого пропорциональна длительпост« (Х ) переднеГО фро««та сигнала 20

Hal выходе второго блока 8 дифференц>1рования от уровня напряжения (131) до уровня напряжения (П ), Постояннь1е уровни напряжений с выходов пер( лого и третьего пиковых детекторов 25

19,27 поступают на второй блок 20 в««читания, на выходе которого получа«о l« сигнал с амплитудой, равной разнс1сти этих напряжений (X „ — X ).

Второй и четвертый компараторы 30

14, 16 напряжений управляют также работой третьего преобразователя 28 ! в«1емя-напряжение, выходное Напряжен«1е которого с амплитудой,, пропорц« «ональной разнОсти времени прихода дВух гармоник сигнала на уровне бс1льшего порога дискриминации„подае-,"ся на второй вход блока 21 суммирования, входу котОрОГО подкл«ОчеБ Bbl ход второго блока 20 вычитания. Таким 40 образом, на выходе блока 21 суммиро" в4ния получаем напряжение,, амплитуда которого пропорциональна разности в1)еме««и прихода двух гармоник сигнала с с учетом их физического времени прихода к приемному преооразовател.о 1, Напряжение с выхода блока 21 суммирования подается па т«ервый вход второго блока 22 умножения, а на его второй вход поступает с блока 33 управления напряжение, амплитуда кото рого пропорциональна cKopocTH. (V)

Следовательно, на выходе зторого блока 22 умножения формируется напряженИе с амплитудой, пропорциональной

1>асстоянию от источника до приемника сигналов акустической эмиссии.

3YD напряжение запоминается на необходимое время вторым пиковым детектором 23, Сигнал с выхода усилителя 2 поступает также на первый вход четвертого блока 29 умножения, а на его второй вход поступает сигнал с выхода второгоо пикового детектора 23., Таким образом, на выходе четвертого блока 29 умножения получается сигнал акустической эмиссии с амплитуцой,скорректированной с учетом длительности пути пройденного им, т,е. с учетом коэффициента затухания в материале трубопровода, Далее этот сигнал поступает на четвертый пиковый детектор 32 и на квадратор 30, где значение скорректированной амплитуды сигнала возводится в квадрат и подается на блок 31 интегрирования, который осуществляет вычисление энергии (Е) сигнала акустической эмиссии согласно выра.т жению Е ="(,И (т,)Ы . о

На блок 24 вывода информации поступает информация с третьего пикового детектора 23 о расстоянии от источника до приемника сигнала акустической эмиссии, с четвертого блока

29 умножения о амплитуде импульсов акустической эмиссии и с блока 31 интегрирования о энергии импульсов акустической эмиссии.

После вывода информации с блока

24 вывода информации блок 33 управления приводит устройство в исходное состояние, Таким образом, данное устройство позволяет повь«сить точность диагнос-, тики за счет введения блоков, повышающих точность пространственно-временной селекции сигналов АЭ и определяющих энергию АЭ с учетом затухания волн АЭ в материале.

Формула изобретения

Устройство для акустико-эмиссионной диагностики трубопроводов,содержащее соединенные последовательно электроакустический преобразователь и усилитель, первый и второй фильтры, входы которых соединены с выходом усилителя, блок управления, блок вывода информации, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено соединенными последовательно первым детекто9 l5 ром и первым блоком дифференцирования, соединенными последовательно вторым детектором и вторым блоком дифференцирования, соединенными последовательно первым блоком вычитания и блоком деления, соединенными последовательно первым преобразователем .время-напряжение, первым блоком умножения, первым пиковым детектором, вторым блоком вычитания, блоком суммирования, вторым блоком умножения и вторым пиковым детектором, соединенными последовательно вторым преобразователем время-напряжение, третьим блоком умножения и третьим пиковым детектором, соединенными последовательно четвертым блоком умножения,квадратором и блоком интегрирования, первьи, вторым, третьим и четвертым компараторами напряжений, первым и вторым источниками опорного

tнапряжения, третьим преобразователем время-напряжение, четвертым пиковым детектором, вход первого детектора соединен с выходом первого фильтра, вход первого блока дифференцирования соединен с первым входом первого и второго компараторов напряжений, вход второго детектора соединен с выходом второго фильтра, выход второго блока дифференцирования соединен с первым входом третьего и четвертого компараторов напряжений, первый вход первого блока вычитания соединен с выходом первого источника опорного напряжения, а второй — c выходом второго источника опорного напряжения, второй вход блока деления соединен с выходом первого источника опорного напряжения, первый вход первого преобразователя время-напряжение соединен с выходом первого компаратора напряжений, а второй — с

36304 1О выходом второго компаратора напряже, ний, второй вход первого блока умножения соединен с выходом блока деления, второй вход второго блока умно5 жения соединен с первым выходом блока управления, выход второго пикового детектора соединен с первым входом блока вывода информации, пеовый вход второго преобразователя время-напряжение соединен с выходом третьего компаратора напряжений, а второй — с выходом четвертого компаратора напряжений, второй вход третьего блока умножения соединен с выходом блока деления, выход третьего пикового детектора соединен с вторым входом второго блока вычитания, первый вход третьего преобразо2Î вателя время-напряжение соединен с выходом второго компаратора напряжений, второй вход — с выходом четвертого компаратора напряжений, а выход — с вторым входом блока суммиро25 вания, выход блока интегрирования соединен с вторым входом блока вывода информации, вход четвертого пикового детектора соединен с выходом четвертого блока умножения, а выход—

ЗО с третьим входом блока вывода информации, второй выход блока управления соединен с вторым входом первого, второго, третьего и четвертого пиковых детекторов, второй вход первого и третьего компараторов напря35 жений соединен с выходом первого источника опорного напряжения, второй вход второго и четвертого компараторов напряжений соединен с выходом

40 второго источника опорного напряжения, первый вход четвертого блока умножения соединен с выходом усилителя, а второй вход — с выходом второго пикового детектора.

j536304

Фм.7

Составитель К. Хилков Техред Л.Серд?окова Корректор М.Шароши

Редактор О.Спесивых

Заказ !05 Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рау?вская наб., д, 4/5

Производственно.-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10)