Преобразователь акустической эмиссии

Авторы патента:

G01N29/14 - с использованием акустической эмиссии (G01N 29/06 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2504766:

Разуваев Игорь Владимирович (RU)

Использование: для неразрушающего контроля технического состояния промышленных объектов. Сущность: заключается в том, что преобразователь акустической эмиссии содержит корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, а также, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом. Технический результат: обеспечение возможности формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и повышение помехоустойчивости при сохранении высокой чувствительности к акустическим колебаниям, вызванным потенциальными дефектами. 1 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю технического состояния промышленных объектов, основанному на регистрации акустических волн с помощью контактных приемных преобразователей, а именно - к преобразователям акустической эмиссии, и может быть использовано, в частности, для контроля технического состояния сосудов, котлов, аппаратов и трубопроводов и т.п, и в том числе для мониторинга технического состояния опасных производственных объектов, летательных аппаратов, мостов и гидротехнических сооружений. Рабочий частотный диапазон этих преобразователей составляет, как правило, 30-300 кГц.

К техническим характеристикам первичных преобразователей любых диагностических систем предъявляются весьма высокие требования, определяющие границы рабочего частотного диапазона, коэффициент электроакустического преобразования в рабочей полосе частот, неравномерность амплитудно-частотной характеристики и другие.

При создании современных преобразователей акустической эмиссии, в целях обеспечения одновременно высокой чувствительности и высокой помехоустойчивости должно быть обеспечено формирование амплитудно-частотной характеристики заданной формы.

Создание преобразователей, отвечающих указанным требованиям, на сегодняшний день является актуальной проблемой.

Известен пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии, описанный в А.С. СССР №1509723, кл. G01N 29/04, опубл. 23.04.1989 г., позволяющий исключить неоднозначность в определении направления на источник сигналов за счет выполнения одного из пьезоэлементов разделенным на две половины. Преобразователь содержит пьезоэлемент, выполненный в виде плоского кольца, разделенного на две половины, и другой пьезоэлемент, выполненный в виде диска, установленного внутри кольца. Выделяя половину пьезоэлемента, возбужденную первой по времени, и измеряя время прохождения сигнала между пьезоэлементами, определяют направление на источник сигнала акустической эмиссии в плоскости.

Недостатком является низкая помехоустойчивость и техническая сложность.

Известен пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии, описанный в А.С. СССР №1179211, кл. G01N 29/04, опубл. 15.09.1985 г.

Преобразователь содержит корпус и пьезоэлектрическую пластину, выполненную в виде диска с обкладками, протектор и установленную в корпусе опору из изоляционного материала с конической проточкой, предназначенной для установки пьезоэлектрической пластины. При этом протектор выполнен в виде пружинной диафрагмы, закрепленной на опоре, а на рабочую поверхность протектора нанесено электроизоляционное покрытие.

Недостатком является низкая помехоустойчивость.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии, защищенный Патентом РФ №1784095, кл. G01N 29/04, опубл. 23.12.1992 г.

Пьезоэлектрический преобразователь содержит корпус, в котором установлены в пьезоэлемент и протектор из бериллия и его сплавов. Пьезоэлемент выполнен в виде связки тонких полупроводниковых кристаллов типа хальногенидов сурьмы, поляризованных вдоль длины и ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора. Акустические колебания в принимаемой волне с вектором перемещения, лежащим в плоскости рабочей поверхности протектора, достигают пьезоэлемента, но не преобразуются в электрический сигнал из-за малости поперечного пьезомодуля и высокого затухания поперечных колебаний в пьезоэлементе, а отсутствие радиального резонанса в нем повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики преобразователя.

Недостатком известного преобразователя является невозможность формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и недостаточная помехоустойчивость.

В основу изобретения поставлена задача создания преобразователя акустической эмиссии, в котором осуществляется подавление сигналов в заданной полосе частот (полосе задержания). При этом вне полосы задержания коэффициент электроакустического преобразования не должен существенно изменяться.

Технический результат от использования изобретения заключается в возможности формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и повышении помехоустойчивости при сохранении высокой чувствительности к акустическим колебаниям, вызванных потенциальными дефектами.

Указанный результат достигается тем, что преобразователь акустической эмиссии, содержащий корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, содержит, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом. При этом преобразователь может быть резонансным, широкополосным или полосовым.

Пьезотрансформатор может быть выполнен в виде прямоугольной пластины, в виде диска или в виде шайбы.

На чертеже изображен преобразователь акустической эмиссии.

Преобразователь акустической эмиссии содержит корпус 1 и установленный в нем пьезоэлемент 2 с протектором 3. В корпусе 1 установлен, по меньшей мере, один пьезотрансформатор 4, соединенный последовательно с пьезоэлементом 2.

В корпусе 1 расположены компаунд 5, крышка 6 и оболочка 7.

Преобразователь акустической эмиссии работает следующим образом.

Пьезоэлемент 2 преобразует сигнал перемещения в электрический. Пьезотрансформатор 4 принимает электрический сигнал с пьезоэлемента 2, возбуждает механические колебания и преобразует их в электрический сигнал.

При этом за счет выбора формы и размеров пьезотрансформатора и его электродов при двойном преобразовании выполняется подавление сигналов в заданной полосе частот, что дает возможность формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и повышает помехоустойчивость.

Протектор 3, корпус 1 и крышка 6 служат для защиты элементов преобразователя от внешних воздействий, а компаунд 5 и оболочка 7 обеспечивают выполнение норм по взрывозащищенности преобразователя.

Пьезоэлемент и пьезотрансформатор могут быть выполнены, например, из пьезокерамики, ниобата лития, кварца или лангатата. Корпус может быть из нержавеющей стали, протектор из керамики или нержавеющей стали.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получить технический результат, а именно возможность формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и повышение помехоустойчивости.

Преобразователь акустической эмиссии, содержащий корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом.

Использование: для определения координат источника акустической эмиссии. Сущность: заключается в том, что на контролируемом изделии на некотором расстоянии друг от друга устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояния между преобразователем и источником акустической эмиссии, после чего по полученным результатам рассчитывают координаты дефекта изделия.

Способ механического испытания на сплющивание с анализом акустико-эмиссионных сигналов // 2497109

Изобретение относится к области методов контроля качества сталей и сплавов. Технический результат - повышение точности измерений.

Способ контроля прочности железобетонного изделия в условиях чистого изгиба // 2495413

Использование: для контроля прочности железобетонного изделия в условиях чистого изгиба. Сущность: заключается в том, что изделие циклически нагружают от нуля с постепенно возрастающей амплитудой до появления сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения, и по среднему для максимальных нагрузок двух последних циклов судят о максимальной неразрушающей нагрузке изделия, причем при появлении сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения определяют координаты ее источника (дефекта), амплитуды и нагрузки возникновения этих сигналов, после чего продолжают циклическое нагружение с повышением амплитуды, после каждого разгружения определяют координаты новых источников сигналов акустической эмиссии, амплитуды и нагрузки возникновения сигналов, контролируют изменение амплитуды и нагрузки возникновения сигналов для каждого источника от цикла к циклу, а при их возрастании у одного из источников прекращают нагружения.

Способ контроля качества материала образца методом акустической эмиссии // 2494389

Использование: для контроля качества материала образца методом акустической эмиссии. Сущность: способ заключается в том, что выполняют термическое с возрастающей температурой воздействие на образец и регистрацию возникающих в нем сигналов акустической эмиссии, при этом термическому воздействию подвергают серию однотипных из одного материала образцов до температуры 90°C и для каждого из них определяют среднее значение активности акустической эмиссии в диапазоне 30÷90°C, каждый из серии образцов подвергают одноосному механическому нагружению, по результатам которого определяют его предел прочности при сжатии, строят тарировочную кривую, описывающую взаимосвязь между средней активностью акустической эмиссии и пределом прочности материала для всей серии испытанных образцов, по которой определяют прочность материала вновь испытываемых образцов того же типа, по их средней активности термоакустической эмиссии, в диапазоне от 30°C до 90°C.

Акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах // 2492464

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для выявления трещиновидных дефектов в образцах скальных геоматериалов. .

Способ исследования деформаций и напряжений // 2492463

Изобретение относится к исследованию деформаций и напряжений и может быть использовано для исследования деформаций и напряжений в деталях, например в элементах металлических конструкций инженерных сооружений.

Способ определения критической точки начала аустенитного превращения // 2482472

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к термической обработке металлов, и может использоваться при контроле параметров сталей акустическими методами.

Способ акустико-эмиссионного контроля процесса импрегнирования // 2480743

Изобретение относится к области контроля технологических процессов, связанных с импрегнированием материалов, в частности пропитка материала жидким реагентом, например в области электротехники (пропитка электродвигателей).

Способ акустико-эмиссионного контроля // 2480742

Изобретение относится к акустико-эмиссионному (АЭ) методу неразрушающего контроля и диагностики и может быть использовано для определения степени опасности развивающихся дефектов, снижающих прочность изделия типа сосуда, аппарата, трубопровода, подъемной машины, мостовой конструкции.

Способ контроля качества материалов методом акустической эмиссии // 2478947

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для выявления трещиновидных дефектов в скальных геоматериалах. .

Способ исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах // 2505780

Использование: для исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах. Сущность: что проводят акустико-эмиссионнные измерения сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии, при этом дополнительно измеряют концентрацию аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия, при этом при скорости изменения нагрузки до 0,1 кН/с с учетом 30-секундной поправки на задержку регистрации диагностируют процесс разрушения оксидной пленки тензоиндикатора и материала подложки. Технический результат: обеспечение возможности диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения конструкций в процессе их технической эксплуатации, а также оценки прочности, выявления дефектов и зон действия максимальных напряжений в условиях стендовых и натурных испытаний образцов и деталей. 4 ил.

Способ повышения точности локации шумоподобных источников акустической эмиссии на основе спектрально-временного самоподобия // 2515423

Использование: для выявления шумоподобных источников акустической эмиссии во время диагностирования, мониторинга, оценки состояния и ресурса объектов контроля с применением локационных методов акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что для выделения сигналов акустической эмиссии, принадлежащих одному событию, совместно анализируют подобие кривых спектральной плотности сигналов со сравнением временных функций их проявления. Технический результат: повышение точности определения координат шумоподобных источников акустической эмиссии. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ контроля физического состояния железобетонных опор со стрежневой напрягаемой арматурой // 2521748

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля, а именно к виброакустическим методам, и может найти применение для физического контроля железобетонных опор со стержневой напрягаемой арматурой. Способ заключается в том, что на опору устанавливают акустический датчик, регистрируют акустическую эмиссию (АЭ), сравнивают ее с ранее полученной, по результатам сравнения судят о физическом состоянии опоры. При этом на опору устанавливают акселерометр, акустический датчик и акселерометр устанавливают на границе заделки опоры в фундамент или в грунт, на опоре закрепляют вибратор и подвергают опору нагрузке, изменяющейся по амплитуде и частоте. На первоначальном этапе определяют резонансную частоту опоры, на данной резонансной частоте регистрируют амплитуду колебаний опоры, суммарную энергию АЭ, количество импульсов АЭ, скорость счета импульсов АЭ от возникающих и развивающихся дефектов, образующихся под воздействием колебаний опоры на резонансной частоте за определенный период времени. Затем полученные результаты заносятся в персональный компьютер под номером опоры, на последующих этапах контроля строят графики изменения амплитуды колебаний опоры и параметров АЭ на ранее установленной резонансной частоте. По характеру изменения значений регистрируемых параметров судят о физическом состоянии опоры и фундамента, о жесткости закрепления опоры в фундаменте или грунте и принимают решение об устранении выявленных дефектов, или замене опоры, или усилении крепления оборудования на опоре. Технический результат заключается в возможности оценки и прогнозирования состояния опор, их остаточного ресурса железобетонной опоры, а также оценки надежности крепления оборудования на опорах. 1 ил.

Способ локации дефектов // 2523077

Использование: при акустико-эмиссионной диагностике материалов и конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что на контролируемом изделии устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, определяют закон затухания звука, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия в процессе эксплуатации или нагружения, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, получают частотно-временную зависимость на спектрограммах, выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояние между преобразователями и источником акустической эмиссии, затем, используя ранее установленный закон затухания, рассчитывают координаты дефекта изделия. Технический результат: обеспечение возможности определения по данным измерения одного импульса акустической эмиссии координат дефекта, а также обеспечение возможности снижения числа предварительно определяемых параметров, что значительно повышает точность. 6 ил.

Способ оперативного определения качества микроструктуры титанового сплава упругого элемента // 2525320

Использование: для оперативного определения качества микроструктуры титанового сплава упругого элемента. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют более одного нагружения исследуемого упругого элемента нагрузкой до максимальной деформации с регистрацией сигналов акустической эмиссии при каждом нагружении. При этом нагружение исследуемого упругого элемента проводят два раза и кратковременно путем обжатия этого упругого элемента, а сигналы акустической эмиссии регистрируют непрерывно в процессе второго нагружения для определения общего количества импульсов суммарной акустической эмиссии N2. Микроструктуру титанового сплава упругого элемента оценивают по девятибалльной шкале размерности зерна, разделенной на три группы баллов 4-5, 6-7 и 7-8, каждой из которых соответствует отдельный диапазон количества импульсов суммарной акустической эмиссии A1, A2 и A3, и качество микроструктуры по баллам указанной шкалы определяют по следующей зависимости N2≤A1, или N2≤A2, или N2≤A3. Технический результат: сокращение времени и упрощение процесса контроля режимов термообработки тарельчатых пружин. 12 ил., 3 табл.

Способ контроля дефектности сляба для производства горячекатаной полосы // 2525584

Использование: для контроля дефектности сляба. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют установку датчиков акустической эмиссии на поверхности холодного сляба в порядке, обеспечивающем контроль всего материала сляба, механическое нагружение сляба за счет использования собственного веса сляба до напряжений от 20 до 80% предела текучести материала сляба, выдержку под нагрузкой не менее 1 мин, регистрацию сигналов акустической эмиссии и их обработку, определение координат источников акустической эмиссии и определение возможности дальнейшего использования сляба в производстве горячекатаной полосы путем сравнения диагностического параметра WАЭ с допустимым значением диагностического параметра [WАЭ] и при WАЭ>[WАЭ] сляб считают непригодным для дальнейшей прокатки. Технический результат: повышение оперативности и точности контроля. 1 ил.

Способ акустико-эмиссионного контроля качества сварных стыков рельсов и устройство для его осуществления // 2528586

Использование: для акустико-эмиссионного контроля качества сварных стыков рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что производят сварку стыка, обрубку грата, регистрируют сигналы акустической эмиссии при остывании сварного шва, измеряют скорость счета сигналов акустической эмиссии, разбивают время контроля на интервалы, по превышению скорости счета сигналов акустической эмиссии порогового значения хотя бы в одном из интервалов судят о качестве сварного шва, при этом дополнительно определяют медиану энергии сигналов акустической эмиссии, задают пороговые величины по средним значениям скорости счета и медианы энергии локализованных сигналов акустической эмиссии в двух равных интервалах времени при остывании сварного шва и при превышении скорости счета и медианы энергии сигналов их пороговых значений на любом из интервалов сварной стык бракуют. Технический результат: повышение достоверности контроля дефектов во время остывания сварного стыка железнодорожных рельсов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения изменения напряженного состояния горного массива в окрестностях выработки // 2532817

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения изменения напряженного состояния горного массива. Технический результат направлен на повышение длительности определения изменений напряженного состояния горного массива в окрестностях выработок в ходе непрерывных мониторинговых акустико-эмиссионных измерений перемещения вглубь массива зоны опорного давления. Способ включает размещение в скважине полого цилиндрического звукопровода, прием и анализ параметров распространяющихся в нем ультразвуковых сигналов с помощью установленных на его торцевых поверхностях преобразователей акустической эмиссии. Предварительно на звукопроводе соосно с ним и на некотором расстоянии друг от друга закрепляют не менее двух колец из текстолита, внутренний диаметр которых совпадает с диаметром звукопровода, а внешний - с диаметром скважины. Деформация скважины, вызванная смещением зоны опорного давления, приводит к деформации соответствующих текстолитовых колец и, соответственно, росту акустико-эмиссионной активности в этих дисках. Измеряют разность времен прихода на приемные преобразователи тех сигналов акустической эмиссии, амплитуда которых максимальна из всех приходящих сигналов, причем о глубине зоны опорного давления и изменении ее во времени судят по указанной выше разности времен, известной длине звукопровода и измеренной скорости распространения ультразвука в нем. 4 ил.

Способ контроля зоны термического влияния сварных соединений // 2534448

Использование: для контроля зоны термического влияния сварных соединений. Сущность изобретения заключается в том, что сварное соединение подвергают термическому воздействию, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по их параметрам судят о качестве сварного соединения, при этом сигналы акустической эмиссии инициируют локальным термическим воздействием поочередно в точках контроля, расположенных на линии, перпендикулярной сварному шву, строят зависимость параметров данных сигналов для каждой контрольной точки от ее расстояния до сварного шва и по указанной зависимости оценивают размер зоны термического влияния как расстояние между наиболее удаленными от сварного шва контрольными точками, в которых значение суммарной энергии акустических сигналов ниже, чем в основном (не подвергнутом термическому влиянию при сварке) металле сварного соединения. Технический результат: обеспечение возможности оценки размеров зоны термического влияния и контроль структурного состояния металла в данной зоне сварных соединений. 1 ил.

Способ диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава // 2535246

Использование: для диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прием, регистрацию и обработку сигналов от преобразователей акустической эмиссии в процессе движения подвижного состава, который прогоняют по железнодорожному пути, при этом на заданном участке железнодорожного пути создают искусственные неровности в вертикальной плоскости, на которые устанавливают преобразователи акустической эмиссии, по параметрам сигналов с которых судят о наличии трещин в ходовых частях тележки подвижного состава. Технический результат: обеспечение возможности диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава без необходимости установки диагностического оборудования на тележку вагона подвижного состава. 2 ил.