Способ непрерывного или периодического акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования технического состояния объектов

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2750532:

Акционерное общество ""РОТЕК" (АО "РОТЕК") (RU)

Использование: для непрерывного или периодического акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования технического состояния объектов. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности и/или внутри объекта, либо в его полости, либо в среде, заполняющей полости, созданной естественно или искусственно, размещают по меньшей мере два датчика, улавливающих непрерывно или периодически сигналы акустической эмиссии, получаемые от динамических процессов в объекте; полученные в первой стадии сигналы от датчиков сохраняют; по разнице времени приема сходных сигналов от датчиков определяют локализацию процесса в объекте, а по характеру сигнала определяют тип процесса и полученные данные также сохраняют; сохраненные данные используют для построения стохастических или детерминированных функций, зависящих от времени и описывающих процессы в объекте с учетом места их локализации; на основе полученных на предыдущей стадии функций определяют тренды развития динамических процессов в объекте, тем самым прогнозируя его техническое состояние в заданный момент или интервал будущего времени. Технический результат: обеспечение возможности достоверного прогнозирования технического состояния различных объектов.

Изобретение относится к области техники, а более конкретно - к способу непрерывного или периодического акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования технического состояния объектов.

Настоящее изобретение может найти применение при создании, эксплуатации, управлении и мониторинге строительных и технологических объектов различного назначения, включая стационарные и движущиеся объекты, используемые в промышленности, энергетике, машиностроении, коммунальном хозяйстве и других отраслях.

В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа непрерывного или периодического акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования технического состояния объектов, который позволил бы предсказывать наступление критических событий, в первую очередь, связанных с внутренними неисправностями и сбоями, либо критическим ростом каких-либо значений показателей, описывающих различные технические объекты, и связанных с появлением сигналов акустической эмиссии от их внутренних дефектов.

Согласно ГОСТ 27655-88 Акустическая эмиссия (Эмиссия волн напряжений, Звуковая эмиссия, Ультразвуковая эмиссия, Акустическое излучение) - испускание объектом контроля (испытаний) акустических волн.

Наиболее близким к данному изобретению является патент RU 2371691 С1 СПОСОБ МОНИТОРИНГА МАШИН И СООРУЖЕНИЙ (от 2008.04.22), включающий измерение посредством, по крайней мере, одного датчика параметров вибрации объекта, определение и анализ значений параметров вибрации объекта мониторинга в месте установки датчика, отличающийся тем, что используют датчик, синфазно измеряющий три ортогональных проекции вектора ускорения, определяют вектор деформации объекта мониторинга в месте установки датчика, накапливают массив векторных величин деформации, отображают на мониторе, по крайней мере, для одной частоты вибрации годограф вектора деформации относительно системы координат, связанной с объектом мониторинга, и определяют наличие анизотропии в деформациях элемента объекта мониторинга в месте установки датчика.

Однако рассмотренный прототип имеет следующие существенные недостатки:

- не является универсальным для различных типов объектов;

- зависит от процессов вибрации и не учитывает появление акустической эмиссии при возникновении внутренних дефектов различных объектов;

- не позволяет классифицировать процессы наступления критических событий по интенсивности и характеру сигналов;

- не предназначен для прогнозирования наступления событий, связанных с образованием дефектов, в будущем времени.

Задачи изобретения решены и недостатки прототипа устранены в реализованном согласно настоящему изобретению способе непрерывного или периодического акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования технического состояния объектов, предусматривающий следующие стадии:

1) для объекта, характеризуемого его техническим состоянием, на поверхности и/или внутри, либо в его полости, либо в среде, заполняющей полости, созданной естественно или искусственно, размещают по меньшей мере два датчика, улавливающих непрерывно или периодически сигналы акустической эмиссии, получаемые от динамических процессов в объекте;

2) полученные в первой стадии сигналы от датчиков сохраняют;

3) по разнице времени приема сходных сигналов от датчиков определяют локализацию процесса в объекте, а по характеру сигнала определяют тип процесса и полученные данные также сохраняют;

4) сохраненные в стадиях 2 и 3 данные используют для построения стохастических или детерминированных функций, зависящих от времени и описывающих процессы в объекте с учетом места их локализации.

5) на основе полученных на предыдущей стадии функций определяют тренды развития динамических процессов в объекте, тем самым прогнозируя его техническое состояние в заданный момент или интервал будущего времени.

За счет реализации заявленного авторами способа достигаются следующие технические результаты:

- он является универсальным для различных типов технических объектов;

- не зависит от процессов вибрации и учитывает появление акустической эмиссии при возникновении внутренних дефектов;

- позволяет классифицировать процессы наступления критических событий по интенсивности и характеру сигналов акустической эмиссии, а также определять их локализацию;

- предназначен для прогнозирования наступления событий, связанных с образованием дефектов, в будущем времени.

Настоящее изобретение будет раскрыто в нижеследующем описании непрерывного и периодического акустико-эмиссионного сбора данных состояния водонапорной башни, имеющей емкость для хранения воды и электромеханический турбинный насос для ее нагнетания в емкость.

На поверхности водонапорной башни прикрепляют мере два датчика, улавливающих сигналы акустической эмиссии, получаемые от подшипников электромеханического турбинного насоса, а внутри емкости прикрепляют мере два датчика, улавливающих сигналы акустической эмиссии, получаемые от развивающихся дефектов в конструкции бака (емкости).

Полученные в ходе штатной работы узлов акустические сигналы от датчиков, сохраняют.

По разнице времени приема сходных сигналов от датчиков определяют локализацию процесса в объекте, а по характеру сигнала определяют тип процесса и полученные данные также сохраняют.

Сохраненные на предыдущих в стадиях данные используют для построения стохастических или детерминированных функций, зависящих от времени и описывающих процессы в объекте с учетом места их локализации.

По разнице вида акустических сигналов, сравненных на предыдущей стадии, делают вывод об отклонении функционирования движущихся узлов от эталонного, при этом по времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение предполагаемого дефекта в узле, а по характеру акустического сигнала определяют тип предполагаемого дефекта - в данном случае фиксируется сигнал акустической эмиссии, связанный с застреванием шариков в обойме шарикоподшипника насоса и разрушением части шариков, а также образование трещин в баке.

Анализируют изменение во времени разницы акустических сигналов от эталонного, получая скорость изменений и вычисляют время наступления критической неисправности узла и ее тип.

По разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта;

Анализируют изменение во времени разницы акустических сигналов от эталонного, получая вероятную скорость изменений и вычисляют время наступления критической неисправности и ее тип.

Вычисленное время сообщают муниципальным службам водоснабжения, эксплуатирующим водонапорную башню и насос, осуществляя профилактику образования дефектов.

Данные предыдущих этапов используют для прогнозирования состояния подшипников турбонасоса и состояние бака в будущем времени.

После чего прогнозируется время текущего ремонта и смена подшипников и ремонт (сварка) дефектов на поверхности бака.

По сравнению со способами известными авторам, заявляемый способ обладает высокой универсальностью и гибкостью и позволяет достичь лучших результатов, является универсальным для различных типов технических объектов и учитывает появление акустической эмиссии при возникновении внутренних дефектов, позволяет классифицировать процессы наступления критических событий по интенсивности и характеру сигналов, удобен для прогнозирования наступления событий, связанных с образованием дефектов в будущем времени с использованием как детерминированных, так и вероятностных функций.

Литература

1. Математическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. И.М. Виноградов. 1977-1985.

2. М.Г. Сухарев Методы прогнозирования - Серия Прикладная математика в инженерном деле М: 2009.

3. ГОСТ 27655-88 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ. Термины, определения и обозначения. - УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28.03.88 №787.

Способ непрерывного или периодического акустико-эмиссионного сбора данных в целях прогнозирования технического состояния объектов, предусматривающий следующие стадии:

1) для объекта, характеризуемого его техническим состоянием, на поверхности и/или внутри либо в его полости, либо в среде, заполняющей полости, созданной естественно или искусственно, размещают по меньшей мере два датчика, улавливающих непрерывно или периодически сигналы акустической эмиссии, получаемые от динамических процессов в объекте;

2) полученные в первой стадии сигналы от датчиков сохраняют;

Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано в качестве метода неразрушающего контроля при оценке технического состояния металлоконструкций объектов. Сущность: осуществляют нагружение испытуемого образца в два этапа нагрузкой до его максимальной деформации, с одновременной регистрацией сигналов акустической эмиссии прибором, на первом из которых осуществляют кратковременное обжатие троекратно до максимальной деформации, на втором осуществляют нагружение образца постоянной нагрузкой до максимальной деформации и выдерживают определенное время.

Способ акустического мониторинга ходовой части транспортного средства // 2747379

Использование: для акустического мониторинга ходовой части транспортного средства. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют получение информации в виде акустического сигнала с ходовой части транспортного средства посредством установленных на ее элементах акустических датчиков, передающих получаемый акустический сигнал в вычислительный модуль, обработку сигнала, получение сведений о состоянии ходовой части, сравнение их с нормативными значениями, выдачу результата, получаемый акустический сигнал разделяют на группы по принципу локализации и относят каждую группу к соответствующему узлу ходовой части, далее обрабатывают сигналы каждой группы в отдельности по индивидуальному алгоритму, получают сведения о характеристиках звукового сигнала и его источнике, о состоянии узлов ходовой части, сравнивают с нормативными значениями для каждого узла, полученными ранее на исправном транспортном средстве, выводят результаты для каждого узла с возможностью вывода информации по каждому элементу узла, при этом в каждой группе сигналов, разделенной по принципу локализации, сигналы распределяют по мощности и частоте, причем сигналы с максимальными значениями мощности, а также сигналы с минимальными и максимальными значениями частоты относят к пороговым, которые затем сравнивают с нормативными значениями для каждого узла, в случаях выхода пороговых значений за диапазоны нормативных, считают, что элемент узла неисправен и выдают сигнал.

Способ контроля прочности оптического волокна // 2743737

Изобретение относится к области неразрушающего контроля прочности оптических волокон из плавленого кварцевого стекла. В заявленном способе контроля прочности оптического волокна в контролируемом объекте создают напряжение и измеряют акустической сигнал, по результатам обработки которого выделяют сигнал акустической эмиссии и оценивают характеристики контролируемого объекта.

Способ определения срока безопасной эксплуатации стеклопластиковых трубопроводов // 2739715

Использование: для определения срока безопасной эксплуатации стеклопластиковых трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют предварительное изучение объекта контроля - трубопровода, установку на поверхность трубопровода преобразователей акустической эмиссии, проведение контроля плавным ступенчатым нагружением давления на уровне 0,5*Рраб, 0,75*Рраб, 1,0*Рисп и Рисп, где Рраб - разрешенное рабочее давление, Рисп - испытательное давление, вычисление скорости распространения сигналов акустической эмиссии, накопление, обработка и анализ данных, оценка результатов контроля классификацией источников акустической эмиссии на источник I класса - пассивный источник, источник II класса - активный источник, источник III класса - критически активный источник, источник IV класса - катастрофически активный источник.

Способ идентификации источников акустической эмиссии // 2737235

Использование: для идентификации и классификации источников акустической эмиссии (АЭ) на контролируемых объектах. Сущность изобретения заключается в том, что способ идентификации сигналов АЭ основан на установлении зависимости между численным значением энергии, рассчитанным для компонент вейвлет декомпозиции сигнала АЭ и Фурье-спектра компонент вейвлет декомпозиции и параметром, характеризующим тип разрушения материала, с учетом расстояния от источника до приемника сигнала АЭ.

Способы и устройство для тестирования датчиков акустической эмиссии // 2736283

Использование: для тестирования датчика акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования датчика акустической эмиссии содержит устройство управления технологическим процессом; датчик акустической эмиссии, связанный с устройством управления технологическим процессом, при этом датчик акустической эмиссии обнаруживает состояние эксплуатационной годности устройства управления технологическим процессом; и пьезоэлектрический эталонный генератор частоты, акустически связанный с датчиком акустической эмиссии для того, чтобы тестировать состояние эксплуатационной годности датчика акустической эмиссии.

Способ акустико-эмиссионного контроля металлических объектов и устройство для его осуществления // 2736175

Использование: для неразрушающего контроля конструкций с использованием метода акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе нагружения объекта дополнительно измеряют значение активности акустической эмиссии событий с заданным интервалом времени (0,5-10 с) для каждого канала, при снижении активности ниже минимально заданного значения Amin снижают пороговый уровень по амплитуде в два раза, а при превышении активности заданного значения Аmах пороговый уровень по амплитуде повышают в два раза, после чего строят амплитудное распределение событий от каждого источника, определяют параметры степенной связи амплитуды с частотой ее регистрации по значениям амплитуд, которые превышают максимальный порог срабатывания, достигнутый на протяжении всего испытания на канале, затем проводится аппроксимация полученной степенной зависимости до уровня амплитуды, соответствующей минимально допустимой величине амплитуды акта акустической эмиссии и исходя из полученных значений амплитуд определяют восстановленное число АЭ сигналов (суммарный счет), которые используют для определения потенциальной опасности каждого источника АЭ на объекте.

Многоканальное акустико-эмиссионное устройство // 2736171

Использование: для неразрушающего контроля конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что многоканальное акустико-эмиссионное устройство состоит из n блоков, каждый из которых содержит четыре измерительных канала, состоящих из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, первого двухпозиционного переключателя, а также аналогового полосового фильтра нижних частот, программируемого усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, аналого-цифрового преобразователя, оперативного запоминающего устройства, шины PCI, центрального процессора компьютера, цифрового сигнального процессора, цифроаналогового преобразователя управления усилением, выход которого соединен со вторым входом программируемого усилителя, генератора калибровочных импульсов, цифроаналогового преобразователя порогового значения, выход которого соединен с первым входом сумматора и первым входом двухпозиционного ключа, выход программируемого усилителя соединен с входом детектора, входом аналого-цифрового преобразователя и не инвертирующим входом компаратора, выход детектора соединен со входом интегратора, выход которого соединен со вторым входом сумматора, а его выход соединен со вторым входом двухпозиционного ключа, выход которого соединен с инвертирующим входом компаратора, выход которого соединен со вторым входом устройства управления, цифровой выход аналого-цифрового преобразователя соединен со входом цифрового фильтра, выход которого соединен с цифровой шиной устройства управления, при этом каждый канал дополнительно содержит полосовые фильтры быстрой и медленной моды, выходы которых подключены к последовательно соединенным детектору аналогового сигнала, интегратору аналогового сигнала, программируемому делителю и аналоговому компаратору, при этом первые входы полосовых фильтров соединены со вторым выходом двухпозиционного ключа, вторые входы полосовых фильтров, интеграторов аналогового сигнала, программируемых делителей и выход аналогового компаратора соединены с выходами устройства управления.

Способ оценки ресурса подшипника качения // 2735130

Использование: для оценки прочности колец подшипника качения. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют нагружение исследуемого объекта, регистрацию числа импульсов акустической эмиссии и их амплитуды, определение диагностического параметра WAE, связанного со степенью опасности дефектов, при этом нагружение подшипника производят приложением нагрузки в месте выявленного дефекта геометрически подобно рабочему, при этом статически прикладывают нагрузку радиально от вала к диагностируемой части равномерно при неподвижных кольцах подшипника, расчёт ресурса производят из расчета параметра Nb (где Nb - величина, которая показывает предельное число циклов до разрушения в момент, когда усталость имеет максимальную величину, а напряжения в материале отсутствуют), далее определяют количество оборотов колец подшипника друг относительно друга при работе до его перехода в предельное состояние.

Способ оценки динамической жёсткости рельсового пути и устройство для его реализации // 2731163

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к подвижным диагностическим средствам, и может быть использовано для контроля и оценки состояния рельсового пути. Предлагаемый способ реализуется на основе использования транспорта в виде платформы грузового вагона, что обеспечивает учет влияния динамических жесткостей контакта колесо-рельс в условиях, максимально приближенных к реальным.

Способ использования акустико-эмиссионного сбора данных в целях мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций // 2750534

Использование: для мониторинга и прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций посредством акустико-эмиссионного сбора данных. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности конструкции прикрепляют по меньшей мере два датчика, улавливающих сигналы акустической эмиссии, получаемые от динамически развивающихся дефектов в конструкции; акустические сигналы от датчиков, полученные на первой стадии, сохраняют; по разнице времени приема сходных акустических сигналов от датчиков определяют местонахождение дефекта, а по характеру акустического сигнала определяют тип дефекта; сохраненные акустические сигналы разделяют по меньшей мере на четыре группы: пассивный источник, характеризующийся монотонным уменьшением активности, амплитуды и/или энергии сигнала во времени и насыщением параметров акустической эмиссии; активный источник, характеризующийся квазипостоянными значениями активности, амплитуды и/или энергии во времени и линейной зависимостью от времени параметров акустической эмиссии; критически активный источник, характеризующийся постоянным приростом значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии; закритически активный источник, характеризующийся дальнейшим существенным увеличением значений активности, амплитуды и/или энергии во времени и существенным отклонением от линейной временной зависимости в сторону увеличения значений параметров акустической эмиссии; полученные данные используются для мониторинга конструкций, причем для первых двух групп источников устанавливается режим наблюдения, а для двух следующих - режим оповещения о появлении и местоположении критических и/или закритически активных источников, при этом контролируется переход первых двух групп источников в последующие две группы; данные первых трех групп используют для прогнозирования состояния строительных и технологических конструкций в будущем времени. Технический результат: обеспечение возможности предсказывать наступление критических событий, связанных с внутренними неисправностями строительных или технологических конструкций.