Устройство для акустико-эмиссионного контроля конструкций

 

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 записивоспроизведения 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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ae> SUm> (51)5 G 01 N 29/04

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Устройство для контроля металлических конструкций (фиг., 1) состоит из двух каналов, каждый из которьи имеет преобразователь 1 и предусилитель 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, содержащий усилитель Я записи, запись»вающую головку 9, а также воспроизводящую головку 10 и усили тель 11 воспроизведения. К выходу аттенюатора 5 подсоединен через второй двухпоэиционньп» переключатель 12 основной усилитель 13, с которого можно снимать выходной сигнал на

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4499967/25-28 (22) 31 ° 10.88 (46) 23.09.90. Бюл. Н - 35 (71) Истринский филиал Всесоюзного электротехнического института им.В.И.Ленина и Московский городской центр научно-технического творчества молодежи "Внедрение" (72) О.В.Абрамов, О.М.Градов, В.В.Савиных, В.И.Иелобков и М.H.|Îäèí (53) 620.179.16 (088.8) (56) Дефектоскопия, 19 78, N - 5, с.93-94. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ КОНСТРУКЦИИ (57) Изобретение позволяет повысить точность контроля за счет разделения (Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам, а именно к приборам, использующим явление акустической эмиссии (АЭ) для исследования и диагностики напряженнодеформированного состояния конструкций, сооружений и материалов.

Целью изобретения является повышение точности контроля за счет разделения сигналов от различных дефектов 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.3 — схема определителя энергетических характеристик

АЭ сигналов, 2 сигналов акустической эмиссии от различных дефектов и возможности повторйого анализа акустических сигналов.

Каждый канал устройства содержит определитель скачков фазы сигнала, что позволяет определить истинное коли.чество дефектов и количество сигна-лов от них. Использование блока магнитной записи-воспроизведения позво ляет более точно анализировать акустические сигналы эа счет многократности воспроизведения и изменения вре. »е»»ного масштаба. Определение энергетической характеристики акустического сигнала по его переднему фронту позволяет уменьшить погрешности измерения за счет искл» чения влияния искаженного заднего фронта импульса.

1 3 ° n ° ф ль» 3 ил °

1594417 аналоговое регистрирующее устройство (осциллограф, самописец, индикатор и т.д). Выход линейного усилителя

3 подключен к входу детектора 4 и к входу определителя 14 скачков фазы сигнала, который через первый двухпозиционный 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 выходе индикатор 18, подключен к, выходу основного усилителя 13, при; чем сигнал формирователя 16 подается также и на блок 19 локализации дефектов, снабженный инцикатором 20 °

Выход основного усилителя 13 подключен к входу определителя 21 энергетической характеристики АЭ сигнала, подсоединенного к блоку 22 аналогового вывода, который связан также с выходом блока 19 локализации дефектов. 25

На входе определитеня 14 скачксв фазы сигнала (фиг.2) стоит экспоненциальный усилитель 23, к выходу которого подключен вход дифференциатора 24 с порогом. Далее в цепи стоит формирователь 25 коротких импульсов, который подает сигчал 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, который выходом подсоединен к элементу И 28. Сигнал от генератора 30 поступает через элемент И 33 на выход блока t4. Вход R этого триггера соединен с выходом включения сигнала окончания реверса (появления отрицательного числа) счетчика 26.

-0rrpegesmrenr 21 энергетической

45 характеристики АЭ сигналов построен на типовой элементной базе в соответствии со схемой, изображенной на фиг ° 3. Этот блок подключен к вьжоду основного усилителя 13 (фиг.1) и имеет на входе параллельно подключенные преобразователь 34 напряжения в частоту с последовательно подсоединенными формирователем 35 прямоугольных импульсов, комнаратором 36 и дифференциатором 37, на выходе которого поставлен компаратор 38, С целью улучшения формы импульсов выхода компараторов 36 и 38 подключены соответственно к входам формирователей

39 и 40 коротких импульсов, которые передают сигнал дальше на входы S u

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 образом.

Устройство имеет три режима работы: "Наблюдение", "Запись" и "Воспроизведение". При работе в режиме "Наблюдение" сигнал с преобразователя 1 по каждому из каналов, пройдя предусилитель 2, линейный усилитель 3 и детектор 4, попадает после аттенюатора 5 на вход основного усилителя

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 на вход счетчика

17, причем результат работы последнего, заключающийся в определении количества поступающих акустических сигналов, высвечивается на индикаторе 18.

Использование детектора 4 позволяет выделить огибающую фиксируемых ультразвуковых импульсов, а последующий анализ только этой составляющей исходного сигнала значительно снижает техническое требования к соответствующим узнам и элементам устройства, в то же время никак не уменьшая качество выходной информации. С выхода формирователя 16 импульсы поступают также на блок 19 локализации дефектов, 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 15944 в режиме "Наблюдение" можно не только просматривать акустическую инфор I мацию, получаемую в реальном времени .при акустической диагностике обследуемого объекта, но и фиксировать ее с помощью блока аналогового вывода на р егистрир ующем устройс тве.

В режиме "Запись" сигнала от преобразователя 1 через предусили- 10 тель 2, линейный усилитель 3, детектор 4 и аттенюатор 5 поступает на вход 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 20 в режиме "Наблюдение", направляется для обработки в блоки 21 и 22, а также на счетчики числа. импульсов по каждому каналу. В то же время с выхода линейного усилителя 3 акустические 25 колебания поступают в блок 14, который определяет истинное количество поступивших на каждый канал сигналов от различных дефектов и записывает

-это число на магнитный носитель rto 3Q окончании времени экснозиции 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 4О аналогового вывода. В этом режиме сигнал поступает с воспроизводящей головки 10 на усилитель 11 воспроизведения и далее на основной усилитель 13 c KQToporo как H в режиме 45

"Наблюдение", записанные сигналы могут просматриваться на аналоговом регистрирующем устройстве типа осциллографа, обрабатываться в блоках

21 и 19, а также поступать на счетчик 17 количества импульсов и в блок

22 аналогового вывода.

Функциональное назначение определителя 14 скачков фазы заключается

-в том, чтобы отделить друг от друга сигналы от разных источников А3 воздействующие на приемное устройство какого-либо канала в одно и то же время, и тем самым точно определить

17 реальное количество импульсов, пришедших на данный канал, Входные акустические сигналы приходят прежде всего на экспоненциальный усилитель 23, с которого поступают на дифференциатор 24, имеющий регулируемый 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 поступивптих 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 коли" чество 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 счетчика 26 перебросит триггер 32 в положение, при котором элемент И 33 окажется закрытым для импульсов генератора 30, и, следовательно, число импульсов на выходе блока окажется равным числу акустических сигналов, поступающих на вход данного канала за время экспозиции.

1594417

Определитель 21 энергетических характеристик предназначен для onpiparzerma величины упругой энергии, заключенной в акустических колеба5 ноях на стадии от начала импульса да достижения его огибающей максимального значения, т.е. фактически энерг и переднего фронта импульса, имеющей наиболее адекватную связь с физи-, О кс -механическими параметрами материа- ла. Это повышает точность измерения, та к как задний фронт импульсов искажен наложениями. Входной сигнал (фиг.3), представляющий собой огибаю- 5 щи акустического импульса, поступает сразу на три параллельно включенные цепи блока, первая из которых состоит из преобразователя 34 напряжения в ч4стоту с подключенным к его выходу формирователем 35, выдающим импульсы с интервалом времени, обратно пропорциональным частоте входного сигнала, а значит, и величине огибающей иь|пульса на входе преобразователя 34 25 . в каждый данный момент времени. Входным элементом второй цепи является компаратор 36, вырабатывающий импульс в момент появления входного сигнала, тогда как в третьем канале сиг- 3п нал принимает дифференциатор 37, который вместе со стоящим у него на выхОде компаратором 38 вырабатывает импульс, 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 4О ийпульс, отвечающий переднему фронту входного сигнала, перебрасывает RS. триггер 41 в положение, при котором сигнал с его выхода открывает элемент И 42 для импульсов, идущих с формирователя 35. Эти импульсы, числО которых пропорционально величине входного сигнала в каждый данный отрезОк времени, являются входным сигналом определителя 21, а также поступают на вход счетчика 43, снабженн го индикатором 44.

Таким образом, на счетчике 43 и индикаторе 44 в каждый заданный момент времени окажется такое количество пришедших импульсов, которое будет пропорционально площади под огибающЕй входного сигнала на шкале времени. вПлоть до этого момента от начала 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, созданный 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 сле" дующего импульса результат его обра-, ботки будет суммироваться с предыдущим, так что в конце времени экспозиции на счетчике 43 окажется число, пропорциональное суммарной энергии передних фронтов акустических импуль" сов, поступивших на данный. канал.

Формула изобретения

1 . Устройство для акустико-эмиссионного контроля конструкций,содержащее блок локализации дефектов и каналы, каждый 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 ииндикатор, 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, первый 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 элемен" та И, реверсивного счетчика, первого

1594417

RS-триггера и второго элемента И, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика и к первому переключателю, последовательно соединенных пускового блока и генератора, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, и второго RS-триггера, включенного между выходом пускового блока и вто- 10 рым входом первого элемента И.

2i Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что, сцелью повыщения информативности, каждый из каналов снабжен определителем энергетической характеристики сигнала, выполненным в виде последовательно соединенных дифференциатора, вход которого подключен к выходу основного усилителя 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.

159441 7

Фиг.д

Составитель Л. Кондрыкинская

Техред M.Õoäàíè÷ Корректор И.КУчеРЯваЯ

Редактор С.Пекарь

Закаэ 2824 Тираж 508 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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