Многоканальная акустико-эмиссионная система контроля силовых элементов конструкций

Использование: для контроля силовых элементов конструкций посредством акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что многоканальная акустико-эмиссионная система контроля силовых элементов конструкций состоит из N-каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, устройство отображения информации; параллельно соединенные: блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии и два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, входы которых объединены со входом блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, а выходы соединены с соответствующими входами устройства отображения информации, при этом дополнительно введены последовательно соединенные блок управления углом установки преобразователя акустической эмиссии, элемент сравнения заданного и действительного угла установки преобразователя акустической эмиссии, регулятора угла установки преобразователя акустической эмиссии, а также на преобразователь акустической эмиссии установлен датчик угла его установки. Технический результат: повышение точности акустико-эмиссионного контроля и оценки степени опасности дефектов с учетом динамически изменяющихся мест локализации максимальной концентрации напряжения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области технической диагностики и неразрушающего контроля силовых элементов конструкций и может быть использовано при разработке систем контроля силовых элементов конструкций в машиностроении, строительстве, ракетно-космической и авиационной технике, топливно-энергетическом комплексе.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является многоканальная акустико-эмиссионная система контроля силовых элементов конструкции [Многоканальная акустико-эмиссионная система контроля силовых элементов конструкции. Патент на изобретение №2659575 от 3 июля 2018 г.] состоящая из N-каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, устройство отображения информации; параллельно соединенные: блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии, и два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, входы которых объединены со входом блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, а выходы соединены с соответствующими входами устройства отображения информации. В этой акустико-эмиссионной системе оценка степени опасности дефектов производится на основании получения инвариантов акустической эмиссии, характеризующих отклонение математического ожидания величины сигнала от нормального закона распределения.

Недостатком известной системы является особенность стационарного использования преобразователя акустической эмиссии, в результате чего оператору в начале контроля необходимо самостоятельно выбирать точки установки датчиков на исследуемом образце, что приводит к снижению качества контроля, так как наиболее точные результаты система получает при установке датчиков в местах наибольшей концентрации напряжений, а также это приводит к повышению требований в квалификации оператора.

Ежегодно большое количество высоконагруженных элементов в тяжелой и легкой промышленности подвержены разрушению в результате неправильной эксплуатации такого рода конструкций. Не исключение авиационная и ракетное космическая отрасль. В результате разрушения предприятие эксплуатирующее такие конструкции терпит многомиллионные убытки. Одной из причин несвоевременного выявления опасных дефектов конструкции, будь то производственный брак или результат неправильной эксплуатации (перегрев, механические повреждения, превышение предельной нагрузки и т.д.), является низкая точность или неправильное выполнение контрольных проверок конструкции. В процессе эксплуатации или динамическом нагружении конструкции также наблюдается смещение точек максимальной концентрации напряжений, обозначенных на заводе изготовителе при проведении заключительных испытаний, что приводит к снижению точности контроля конструкции в эксплуатации. Таким образом стационарная установка в установленные производителем точки максимального напряжения становится недостаточно информативным.

Так, актуальной задачей является автономное изменение положения преобразователя акустической эмиссии в реальном масштабе времени при осуществлении контроля в процессе эксплуатации и испытании конструкции на прочность, при котором возможно осуществлять контроль не конкретной точки или места, а области конструкции с целью выявления локализации напряжения в ней.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности акустико-эмиссионного контроля и оценка степени опасности дефектов с учетом динамически изменяющихся мест локализации максимальной концентрации напряжения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной многоканальной акустико-эмиссионной системе контроля силовых элементов конструкций, состоящей из N-каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, устройство отображения информации; параллельно соединенные: блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии, и два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, входы которых объединены со входом блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, а выходы соединены с соответствующими входами устройства отображения информации, согласно изобретению, в каждый канал контроля дополнительно введены последовательно соединенные блок управления углом установки преобразователя акустической эмиссии, элемент сравнения заданного и действительного угла установки преобразователя акустической эмиссии, регулятора угла установки преобразователя акустической эмиссии, а также на преобразователь акустической эмиссии установлен датчик угла его установки.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно показания акустических сигналов от объекта исследования, обобщенные в устройстве отображения информации, передаются в блок управления углом установки преобразователя акустической эмиссии, где вырабатывается заданное значение угла установки, затем это значение сравнивается с действительным значением угла установки в элементе сравнения, в результате чего потребное значение изменения угла установки преобразователя передается в регулятор угла установки. Контроль правильности изменения угла установки преобразователя обеспечивается датчиком угла установки преобразователя акустической эмиссии установленном непосредственно на преобразователе с целью анализа всей поверхности объекта контроля и обеспечения его нахождения места локализации максимального нагружения конструкции.

В ходе исследований разрушения высоконагруженных элементов конструкции неразрушающими методами контроля, проводимых в Военном учебно-научном центре Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» установлено, что при использовании элементов системы неразрушающего контроля возникали ложные разовые сигналы, а также искажение линейных параметров исследуемого объекта при динамическом изменении нагружения конструкции при котором изменялось положение точек максимального нагружения конструкции. Данного рода погрешности проявлялись в условиях экстремальных температур при исследовании камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей, а также при исследовании конструкции планера летательного аппарата при моделировании больших перегрузок на придельных скоростях полета. В результате проведенных исследований параметры исследуемого объекта в некоторых случаях не совпадали с аналитическим результатом исследования.

Для решения возникшей проблемы был применен канал управления углом установки преобразователя акустической эмиссии. В качестве преобразователя акустической эмиссии наиболее предпочтительным является многоканальный голографический интерферометр, за счет своего удаленного расположения он не вносит вклад в изменение параметров распределения сигналов по конструкции, а также позволяет на достаточном расстоянии от объектов сложной геометрической формы выбрать любую точку на поверхности конструкции для контроля.

Принцип работы многоканального интерферометра и его основные преимущества широко описан во всех доступных источниках информации, в том числе в [ГОСГОРТЕХ Надзор России «Требования к преобразователям акустической эмиссии, применяемым для контроля опасных производственных объектов РД 03-300-99»].

При контроле высоконагруженной детали сложной геометрической формы при динамическом нагружении применение многоканального голографического интерферометра с каналом управления углом установки преобразователя акустической эмиссии позволили в реальном масштабе времени при эксплуатации и испытаниях отслеживать места локализации максимальной концентрации напряжения в конструкции, которые в большинстве случаев на совпадали с предписанными заводом изготовителем точками, что позволило при сохранении начального количества преобразователей акустической эмиссии значительно повысить точность диагностирования дефектов и процессов разрушения высоконагруженных элементов конструкции.

Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

На фиг. 1 приведена структурная схема возможного варианта исполнения каналов контроля разработанного устройства, где обозначено: 1 - высоконагруженный элемент конструкции; 2 - преобразователь акустической эмиссии; 3 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 4 - блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев; 5 - блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии; 6 - блок вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии; 7 - устройство отображения информации; 8 - блок управления углом установки преобразователя акустической эмиссии; 9 - элемент сравнения заданного и действительного угла установки преобразователя акустической эмиссии; 10 - регулятор угла установки преобразователя акустической эмиссии; 11 - датчик угла установки преобразователя акустической эмиссии.

Блоки 4, 5, 6, 8 могут быть выполнены на базе микроконтроллеров.

Назначение аналого-цифрового преобразователя 3, устройства отображения информации 7, элемента сравнения заданного и действительного угла установки преобразователя акустической эмиссии 9, регулятора угла установки преобразователя акустической эмиссии 10, датчика угла установки преобразователя акустической эмиссии 11 ясны из их названия.

Преобразователь акустической эмиссии 2 может быть выполнен в виде голографического интерферометра. Он предназначены для регистрации малых перемещений при деформации твердых тел и представлены в широком доступе с большим номенклатурным рядом.

Блок вычисления акустико-эмиссионных критериев 4 работает согласно прототипу, и предназначен для вычисления известных (амплитудного, интегрального, локально-динамического и интегрально-динамического) критериев оценки процессов разрушения конструкций, основанных на анализе амплитуды и интенсивности сигналов акустической эмиссии [Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов. ПБ 03-593-03. Гостехнадзор РФ, 2003].

Блок вычисления инварианта временных интервалов импульсов акустической эмиссии 5 работает согласно прототипу, и предназначен для вычисления инварианта временных интервалов импульсов акустической эмиссии в процессе деформирования конструкции. Этот блок выполнен по схеме, приведенной в [патент RU 2233444, МПК 7, дата публикации 27.07.2004, Бюл. №21].

Блок вычисления инварианта числа импульсов акустической эмиссии 6.1 работает согласно прототипу, и предназначен для вычисления инварианта числа импульсов акустической эмиссии в процессе деформирования конструкции. Этот блок выполнен по схеме, приведенной в [патент RU пат. 2367941 МПК 7, дата публикации 20.09.2009, Бюл. №26].

Блок вычисления инварианта числа импульсов акустической эмиссии

6.2 работает согласно прототипу, и предназначен для вычисления инварианта числа импульсов акустической эмиссии в процессе деформирования конструкции. Этот блок выполнен по схеме, приведенной в [патент RU пат. 2367942 МПК 7, дата публикации 20.09.2009, Бюл. №26].

Блок управления углом установки преобразователя акустической эмиссии 8 предназначен для вычисления, заданного (потребного для контроля) угла установки преобразователя акустической эмиссии.

Регулятор угла установки преобразователя акустической эмиссии 10 предназначен для изменения угла установки преобразователя акустической эмиссии представленные в виде актуатора.

Элемент конструкции 1 имеет N количество выходных каналов контроля, каждый из которых соединен со входом в преобразователь акустической эмиссии 2, при этом выход преобразователя акустической эмиссии 2 соединен со входом аналогово-цифрового преобразователя 3, первый выход которого соединен со входом блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев 4, выход которого соединен с первым входом устройства вывода информации 7, второй выход аналогово-цифрового преобразователя 3 соединен со входом блока вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии 5, выход которого соединен со вторым входом устройства вывода информации 7, третий выход аналогово-цифрового преобразователя 3 соединен со входом блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии 6.1, выход которого соединен с третьим входом устройства вывода информации 7, четвертый выход аналогово-цифрового преобразователя 3 соединен со входом блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии 6.2, выход которого соединен с четвертым входом устройства вывода информации 7, данная схема соединения элементов справедлива для всех каналов контроля от 1 до N, при этом в отличии от известных решений дополнительно в разработанной системе выход устройства вывода информации 7 соединен с последовательно соединенными блоком управления углом установки преобразователя акустической эмиссии 8, элементом сравнения заданного и действительного угла установки преобразователя акустической эмиссии 9, регулятором угла установки преобразователя акустической эмиссии 10 выход которого соединен со вторым входом преобразователя акустической эмиссии 2, а также второй выход преобразователя акустической эмиссии 2 соединен со входом датчика угла установки 11 выход которого соединен со вторым входом элемента сравнения заданного и действительного угла установки преобразователя акустической эмиссии 9.

В устройстве 7 происходит отображение значений известных акустико-эмиссионных критериев и инвариантов на каждой секунде деформирования по каждому каналу регистрации, как это указано в [Многоканальная акустико-эмиссионная система контроля силовых элементов конструкции. Патент на изобретение №2659575 от 3 июля 2018].

Таким образом, в процессе эксплуатации (испытаний) при нагружении (деформировании) конструкций оперативно определяется степень опасности дефектов с учетом динамического изменения мест локализации максимальной концентрации напряжений, исходя из которой принимается решение о возможности дальнейшей эксплуатации конструкции и выработке рекомендаций по изменению конструкции элементов таких изделий с учетом анализа наиболее точного и достоверного сигнала, полученного от конструкции.

Многоканальная акустико-эмиссионная система контроля силовых элементов конструкций, состоящая из N-каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, устройство отображения информации; параллельно соединенные: блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии и два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, входы которых объединены со входом блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, а выходы соединены с соответствующими входами устройства отображения информации, отличающаяся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные блок управления углом установки преобразователя акустической эмиссии, элемент сравнения заданного и действительного угла установки преобразователя акустической эмиссии, регулятора угла установки преобразователя акустической эмиссии, а также на преобразователь акустической эмиссии установлен датчик угла его установки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относиться к области технической диагностики и может быть использовано для диагностики технического состояния подшипниковых узлов качения и скольжения в составе многоканальных стационарных систем. Приемо-преобразовательный модуль содержит корпус, внутри которого расположены преобразователь акустико-эмиссионных сигналов (ПАЭС), блок преобразования аналоговых сигналов в цифровые (БПАСЦ), блок питания (БП), а также блок управления и обработки информации (БУОИ), соединенный с интерфейсным блоком USB (USB) и/или с модулем беспроводной связи (МБС).

Использование: для неразрушающего контроля прочности оптического волокна. Сущность изобретения заключается в том, что в оптическом волокне создают напряжение с помощью источника акустического воздействия, расположенного вблизи оптического волокна, это же оптическое волокно с подключенной к нему измерительной системой используют как распределенный акустический датчик, с помощью которого регистрируют акустической сигнал в зоне акустического воздействия, по результатам обработки данного сигнала выделяют сигнал акустической эмиссии и сигнал акустического воздействия, причем при одних и тех же условиях измерения предварительно выполняют для образцового оптического волокна, прочность которого известна, а затем для контролируемого оптического волокна, после чего рассчитывают прочность контролируемого оптического волокна, при этом напряжение в оптическом волокне создают источником акустического воздействия, работающим на одной частоте, при обработке регистрируемого сигнала выделяют из него сигнал нелинейной акустической эмиссии на гармониках частоты источника акустического воздействия и рассчитывают прочность контролируемого оптического волокна по определенной формуле.

Использование: для проверки работы акустико-эмиссионного датчика. Сущность изобретения заключается в том, что генерируют акустический сигнал источником акустических волн, который акустически связан с устройством управления технологическим процессом, причем источник акустических волн содержит по меньшей мере один из числа двигателя постоянного тока и двигателя для передачи тактильных ощущений; измеряют акустический сигнал акустико-эмиссионным датчиком, функционально связанным с устройством управления технологическим процессом, при этом акустический сигнал сгенерирован источником акустических волн; и определяют с помощью процессора рабочее состояния акустико-эмиссионного датчика на основании сравнения измеренного акустического сигнала с базовым акустическим сигналом.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для мониторинга и диагностики технического состояния, оценки остаточного ресурса подшипниковых узлов, зубчатых передач, моторно-осевых подшипников и других подвижных нагруженных узлов экипажной части локомотивов железных дорог. Способ диагностики технического состояния узлов экипажной части локомотива, представляющих собой подшипниковый узел и/или зубчатую передачу заключается в осуществлении непрерывного измерения значений сигналов акустической эмиссии в процессе эксплуатации локомотива при его эксплуатационных нагрузках в режиме реального времени с помощью акустико-эмиссионного датчика (1), установленного на корпусе каждого диагностируемого узла экипажной части локомотива.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для мониторинга и диагностики технического состояния, оценки остаточного ресурса подшипниковых узлов, зубчатых передач, генераторов, вспомогательных приводов экипажной части пассажирских вагонов, вращающихся частей систем вентиляции, отопления и кондиционирования, а также других подвижных нагруженных узлов пассажирских вагонов железных дорог.

Использование: для контроля неисправностей в подшипниках роторного оборудования. Сущность изобретения заключается в том, что система эксплуатационного контроля неисправностей в подшипниках роторного оборудования, регистрирующая сигналы акустической эмиссии, полученные с датчиков, установленных на подшипниковый узел, содержит аналого-цифровой преобразователь для подключения к одному из датчиков акустической эмиссии через мультиплексор, периодически опрашивающий датчики акустической эмиссии, энергонезависимую память, а также микропроцессор и канал передачи данных для синхронизации с интегральной матрицей состояния оборудования, программно-сопряженные между собой и реализованные на программируемой логической интегральной схеме, причём микропроцессор формирует огибающую обнаруженного датчиком сигнала акустической эмиссии, выполняет частотное преобразование Хартли, разложение сигнала по Гильберту и регистрацию длительности, величины и количества пиков для выявления циклических закономерностей и определения размера и характеристик дефектов в подшипнике.

Использование: для детектирования и измерения параметров сигналов акустической эмиссии посредством волоконно-оптической системы. Сущность изобретения заключается в том, что волоконно-оптическая система детектирования и измерения параметров сигналов акустической эмиссии содержит два лазерных диода, подключенных к мультиплексору DWDM, выход которого подключен к оптоволоконному делителю, каждый выход которого подключен к первому порту оптического циркулятора, а ко второму порту указанного циркулятора подключен волоконно-оптический датчик, представляющий собой волоконный интерферометр, выход оптического циркулятора подключен к DWDM демультиплексору, выходы указанного демультиплексора соединены с входами двух оптоволоконных фотоприемников, причем рабочие длины волн лазерных диодов выбираются так, чтобы разность их значений составляла не менее одного периода стандартной сетки частот DWDM, при этом разность длин плеч интерферометра подбирается таким образом, чтобы при воздействии на него гармонических механических колебаний в рабочем диапазоне частот разность фаз сигналов напряжения на выходах оптоволоконных фотоприемников составляла π/2.

Использование: для неразрушающего акустико-эмиссионного контроля. Сущность изобретения заключается в том, что устройство акустико-эмиссионного датчика со встроенным акустическим генератором, содержит акустический приемник; акустический генератор, расположенный рядом с акустическим приемником; корпус, акустический генератор и акустический приемник, расположенные в корпусе; закрепляющий состав в корпусе, чтобы по меньшей мере частично герметизировать акустический генератор и акустический приемник; и износостойкую пластину, находящуюся в акустической связи с акустическим приемником и с акустическим генератором, при этом износостойкая пластина выполнена с возможностью передачи акустической энергии во время испытания от акустического генератора к акустическому приемнику через конструкцию, с которой соединена износостойкая пластина, и при этом износостойкая пластина содержит первую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора к акустическому приемнику через износостойкую пластину, причем акустический генератор содержит вторую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора в закрепляющий состав внутри корпуса.

Использование: для оценки износостойкости тонкослойных керамических покрытий с применением метода акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют трение между стальным контртелом и испытываемым тонкослойным керамическим покрытием, отличие заключается в том, что при помощи индентора на покрытии формируют две дорожки трения - экспериментально оцениваемая и калибровочная, при формировании дорожек трения фиксируют акустическую эмиссию, вычисляют коэффициент пропорциональности, соответствующий данному конкретному материалу покрытия, вычисляют массу изношенного материала экспериментальной дорожки трения, ее среднюю глубину и изношенный объем при отсутствии разрушения покрытия, определяют относительную износостойкость покрытия.

Использование: для контроля физико-механических свойств взрывачатых материалов (ВВ) по сигналам акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют подготовку испытуемых образцов из исследуемого материала, которые подвергают механическим воздействиям в сочетании с синхронным регистрированием показателей контролирующих приборов и построением соответствующих графиков зависимостей величин деформаций от величин воздействующих нагрузок и времени, при этом первоначально подвергают испытаниям подготовленные образцы из материала взрывчатых веществ (ВВ), аналогичного исследуемому заданного состава, на основе результатов испытаний которых формируют базу данных (БД) критических нагрузок, соответствующих полному разрушению образцов данного материала, затем производят комплексное нагружение исследуемых независимых групп образцов ВВ механическим воздействиям последовательно усилий растяжения на одни группы образцов и усилий сжатия на другие группы образцов, проводя нагружение в этих группах в возрастающем режиме до момента, соответствующего максимальному значению активности АЭ, составляющей величину не более 55% от критической нагрузки, определенной по БД критических нагрузок, параллельно с нагружением контрольных образцов снимают показания регистрирующих приборов и строят графики зависимости акустико-эмиссионных параметров от времени нагружения и диаграммы деформирования, на основе построенных упомянутых графиков определяют максимальные значения активности АЭ, момента времени, соответствующего этому значению, нагрузку и деформацию образца, на основе полученных данных определяют искомые механические показатели испытуемых образцов ВВ.

Изобретение относится к области соединения деталей несущих и ограждающих конструкций. Технический результат заключается в возможности применения сплошного контроля болтов в процессе выполнения болтовых соединений за возможным ростом трещин. Способ выполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением заключается в том, что болтовое соединение подготавливают и собирают на болт с использованием смазки для обеспечения акустического контакта, устанавливают преобразователь сигналов акустической эмиссии, а затем производят затяжку болтов, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по результатам анализа полученных сигналов акустической эмиссии судят о качестве болтового соединения, согласно изобретению с помощью нагружающего устройства подают на болт испытательную нагрузку, на 5-10% превышающую заданное усилие натяжения, делают выдержку, в течение которой производят регистрацию сигналов акустической эмиссии, снижают нагрузку до требуемого усилия затяжки и фиксируют болтовое соединение гайкой, затягивая ее до тех пор, пока нагрузка, фиксируемая нагружающим устройством, не начнет снижаться. 4 ил.
Наверх