Способ частотного преобразования сигналов акустической эмиссии



Способ частотного преобразования сигналов акустической эмиссии
Способ частотного преобразования сигналов акустической эмиссии

 


Владельцы патента RU 2610068:

Игнатова Тамара Ивановна (RU)
Смольская Елена Геннадьевна (RU)
Игнатов Виталий Викторович (RU)

Использование: для неразрушающего контроля методом акустической эмиссии (АЭ) для выявления течей, сухого трения, фазовых превращений, развивающихся трещин и пластического деформирования в технических устройствах различного назначения, а также для контроля параметров технологических процессов. Сущность изобретения заключается в том, что изначально принятую смесь сигналов акустической эмиссии (АЭ), шумов и помех подвергают преобразованию Фурье, в результате чего формируется, в частности, массив частот, который изменяют путем деления примерно на 100 каждого из значений частоты массива частот; используя созданный новый массив частот, проводят обратное преобразование Фурье; полученный в результате обратного преобразования Фурье сигнал в виде функции амплитуда - время воспроизводят с помощью звукового динамика, осуществляя тем самым воспроизведение смеси ультразвуковых (неслышимых человеком) сигналов АЭ, шумов и помех в звуковом диапазоне, слышимом человеком. Технический результат: обеспечение возможности выявления неисправностей технических устройств, контроль параметров технологических процессов за счет выявления сигналов АЭ на фоне шумов и помех. 1 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом акустической эмиссии (АЭ) для выявления фазовых превращений, развивающихся трещин и пластического деформирования, течи, процессов соударения и трения в технических устройствах различного назначения и при контроле параметров технологических процессов.

Техническим результатом изобретения является возможность воспроизведения динамиком в звуковом диапазоне смеси сигналов АЭ, шумов и помех, изначально принятых в ультразвуковом диапазоне частот, неслышимых человеком.

Известен способ (патент RU 2344415) контроля качества нагруженных узлов трения, для чего проводится фильтрация сигналов АЭ, спектральный анализ, выделение амплитуд наиболее информационных частот спектров, перемножение вектора диагностических признаков на вектор коэффициентов и формирование интегральной регрессионной функции качества, значение которой сравнивают с эталонными значениями диагнозов.

Недостатком является достаточно сложная постобработка, включающая спектральный анализ, определение априори неизвестных наиболее информативных частот, расчет вектора диагностических признаков и оценка коэффициентов с последующим построением интегральной регрессионной функции качества, а также требуется значительный объем экспериментальных данных для построения базы эталонных значений диагнозов.

Известен способ двухчастотного анализа сигналов АЭ, используемый для контроля пластического деформирования и процесса разрушения (А.В. Егоров, С.И. Матвеев. Двухчастотный анализ сигналов АЭ при пластической деформации и разрушении алюминиевых сплавов. - Известия алтайского государственного университета, вып. №1/2009, 4 с.). Основные информативные характеристики сигналов АЭ определяются на основе метода детектирования, что является недостатком способа, т.к. теряется информация о спектральном составе сигналов.

Известен способ установления связи между временными развертками спектров сигналов АЭ и механизмами деформирования с использованием амплитудного распределения сигналов АЭ (Лепендин А.А. Метод акустической эмиссии при исследовании пластической деформации и разрушении пористых металлических материалов: диссертация кандидата физико-математических наук - Барнаул, 2007. - 114 с.). Амплитудному распределению присущ недостаток - сложность выделения единичного импульса в случае частичного временного перекрытия нескольких импульсов.

Известен способ обнаружения полезных сигналов АЭ на фоне шумов, использующий адаптивный алгоритм прямой идентификации для восстановления формы сигнала АЭ на основе реализации схемы многокаскадного адаптивного накопителя-обнаружителя, предназначенного для обнаружения полезного сигнала во временных рядах при отношении сигнал/шум много меньше единицы помех (Аксельрод Е.Г., Давыдова Д.Г., Кузьмин А.Н. Без помех. Помехоустойчивый метод обнаружения полезного сигнала в системах акустико-эмиссионного мониторинга опасных производственных объектов. - Журнал "Технадзор", №4 (77) апрель 2013 г.).

Недостатки: 1) значительная зависимость эффективности адаптивного алгоритма от предпроцессорной обработки смеси сигналов АЭ и шумов, реализуемая, например, с использованием перехода от временных рядов амплитуд к временным рядам мгновенной мощности с последующей цифровой селективной фильтрацией данных в том же частотном диапазоне, где спектральные отличия сигнальных и шумовых составляющих смеси сигналов являются наиболее выраженными, следовательно, это условие предопределяет наличие предварительного наличия информации о свойствах сигналов АЭ и шумов, что в свою очередь зависит от степени различия корреляционных и спектральных свойств сигнала АЭ и шумов, 2) необходимость использования в двух раздельных ПАЭ, один из которых должен быть удален от потенциальных источников АЭ, 3) при использовании одного ПАЭ алгоритм слепой адаптации позволяет выявлять только те сигналы АЭ, которые поступают с определенной периодичностью (например, при функциональном диагностировании выбоин на кольцах шарикоподшипников), что является очень редким случаем в практике использования метода и средства АЭ.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для исследования изделий методом акустической эмиссии (авторское свидетельство СССР N-1084673), выделяющее мгновенные частоты заполнения сигналов АЭ и определяющее связь частотной нестационарности с амплитудой огибающей сигналов АЭ. Сигналы АЭ подвергаются амплитудному и частотному детектированию, формируется пороговое напряжение, с помощью которого селектируются сигналы, действующие на выходе амплитудного детектора. Вычисляются параметры сигналов АЭ, в том числе суммарная энергия за время наблюдения, среднее значение частоты импульсов АЭ, девиация частоты в пределах импульсов. Недостатком устройства является использование частотного детектирования, приводящего к потере информации о спектральном составе сигналов АЭ.

На рис. 1 представлена схема осуществления предлагаемого способа, где (1) - сигнал АЭ, (2) - преобразование Фурье, (3) - изменение массива частот, (4) - обратное преобразование Фурье, (5) - звуковой динамик.

Сущность предлагаемого способа: 1) обычно изначально принятые сигналы АЭ являются смесью собственно сигналов АЭ и различного рода шумов и помех; 2) изначальный сигнал АЭ подвергается Фурье-преобразованию, в результате которого осуществляется декомпозиция сигнала АЭ на частоты и амплитуды, то есть выполняется обратимый переход от временного пространства в частотное пространство; результатом декомпозиции являются три одинаковых по размеру массива данных (массив амплитуд, частот и фаз); обычно диапазон частот изначальных сигналов АЭ, используемый для практических целей, составляет от 104 Гц до 106 Гц, что лежит примерно на два порядка выше частот, воспринимаемых человеческим ухом; 3) в массиве данных частот изначального сигнала АЭ значения частоты изменяют (уменьшают примерно на 2 порядка) таким образом, чтобы частотный диапазон сгенерированного сигнала АЭ оказался в диапазоне звуковых частот, слышимых человеком; 4) затем с использованием измененного массива частот и неизмененных массивов амплитуд и фаз производится обратное Фурье-преобразование с целью создания сгенерированного сигнала АЭ, представляющего собой функцию амплитуда - время; 5) сгенерированный сигнал АЭ передается на воспроизводящий динамик для прослушивания в звуковом (слышимом человеком) диапазоне частот смеси сигналов АЭ, шумов и помех, изначально зарегистрированных в ультразвуковом диапазоне частот.

Способ частотного преобразования сигналов акустической эмиссии (АЭ), включающий прием и цифровую регистрацию формы сигналов АЭ, отличающийся тем, что смесь сигналов АЭ, шумов и помех, изначально зарегистрированных в ультразвуковом диапазоне частот, подвергают преобразованию Фурье, уменьшают каждое из значений массива частот на 2 порядка, используя новый массив частот, производят обратное Фурье-преобразование, на основе результатов которого генерируют звуковой сигнал и воспроизводят его с помощью звукового динамика для возможности прослушивания в звуковом диапазоне.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и технической диагностике промышленного оборудования, а именно к учебно-исследовательским стендам для изучения и демонстрации возможностей метода акустической эмиссии (АЭ).

Использование: для контроля и мониторинга объектов посредством акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии имеет минимум три одинаковые по исполнению параллельные дублирующие друг друга линии регистрации акустической эмиссии (АЭ), состоящие из пьезоэлементов, прижимных прямых и обратных контактов, предварительных усилителей и соединительных проводников, которые располагаются в общем герметичном корпусе и разделяются защитными барьерами (перегородками и/или диэлектрическими средами).

Использование: для неразрушающего контроля и технической диагностики композиционных материалов на основе углепластиков акустико-эмиссионным методом. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют калибровку путем установки акустического преобразователя имитатора по дуге полуокружности, после чего зону контроля, ограниченную дугой полуокружности, разбивают на секторы, в которые последовательно устанавливают акустический преобразователь имитатора сигналов, задают минимальную амплитуду генератора имитатора, определяют времена прихода сигналов акустической эмиссии для построения годографа скоростей, после чего по годографу строится матрица разностей времен прихода и рассчитываются погрешности локации сигналов имитатора.

Группа изобретений относится к способу и устройству для контроля и/или оптимизации процессов течения, в частности процессов литья под давлением. В способе контроля и/или оптимизации процессов течения колебания, возникающие вследствие течения материала, регистрируются и оцениваются, причем спектр колебаний регистрируется и подвергается многомерному анализу в различные моменты времени или (квази) непрерывно.

Использование: для стендовых акустико-эмиссионных измерений при криогенных температурах. Сущность изобретения заключается в том, что способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах включает проведение испытаний путем применения специального устройства - криотермоса, который собирается непосредственно на образце для испытаний, установку пьезопреобразователей акустической эмиссии через волноводы за пределами образца и разрыв образца с регистрацией сигналов акустической эмиссии.

Использование: для локации дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователи акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, при этом преобразователи акустической эмиссии устанавливают на объект контроля группами не менее трех в каждой, на расстоянии между центрами преобразователей в группе, не превышающем минимальной длины акустической волны, в каждой группе для каждого сигнала определяют разность фаз между сигналами, зарегистрированными преобразователями, по которым определяют углы, характеризующие направления распространения волны относительно каждой группы преобразователей, а координаты дефектов определяют по определенным математическим выражениям.

Использование: для тестирования свойственной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство включает в себя держатель, компонент, индентор, держатель датчика и акустический датчик.

Использование: для регистрации сигналов акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что сенсорный элемент для контроля системы с датчиком акустической эмиссии для регистрации акустической эмиссии содержит второй датчик для регистрации высоты температуры и/или градиента температуры и устройство оценки для формирования консолидированного и/или сжатого сенсорного сигнала посредством оценки сенсорного сигнала датчика акустической эмиссии с учетом второй измеряемой величины, причем формирование консолидированного и/или сжатого сенсорного сигнала в фазе нормального режима работы контролируемой системы осуществляется после фазы приведения в действие контролируемой системы.

Использование: для обнаружения дефектов в сварных швах в процессе сварки. Сущность изобретения заключается в том, что устройство обнаружения дефектов в сварных швах в процессе сварки содержит измерительный канал, включающий установленный вблизи сварного шва преобразователь акустической эмиссии, последовательно соединенные с его выходом предварительный усилитель, полосовой фильтр, а также аналого-цифровой преобразователь, блок оперативного запоминания акустических сигналов и компьютер с монитором отображения выходных данных, при этом оно снабжено первым амплитудным дискриминатором, соединенным с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу полосового фильтра, вторым амплитудным дискриминатором, причем выходы первого амплитудного дискриминатора соединены с соответствующими входами блока оперативного запоминания и второго амплитудного дискриминатора, блоком записи эталонных сигналов, вход которого соединен с выходом второго амплитудного дискриминатора, блоком вычисления взаимно корреляционных функций, входы которого соединены с соответствующими выходами блока оперативного запоминания и блока записи эталонных сигналов, а также последовательно соединенными с выходом блока вычисления взаимно корреляционных функций блоком фильтрации по уровню коэффициента корреляции, блоком вычисления интегральных энергетических параметров по отдельным группам и дискриминатором браковочного уровня, подключенным к входу компьютера с монитором отображения выходных данных.

Использование: для контроля качества кольцевых сварных швов в процессе многопроходной сварки. Сущность заключается в том, что предварительно осуществляют калибровку объекта контроля путем установки по контуру шва не менее четырех широкополосных преобразователей, сварной шов разбивают на равные сектора, координаты акустических сигналов определяют в полярной системе координат, при этом полярная ось проходит по границе между секторами, каждый сектор находится в пределах где m - количество секторов кольцевого сварного шва; i - текущий сектор; φ - полярный угол, рад, в каждом секторе определяют распределение энергетического параметра MARSE, который равен где U(t) - значение напряжения огибающей акустического сигнала, B; T - заданный интервал времени, с, и число осцилляции в акустическом сигнале, сравнивают их с эталонными распределениями на бездефектном участке сварного шва и при превышении этими параметрами их эталонных значений в каком-либо секторе сварной шов бракуют.
Наверх