RU1730917C - Method of measuring coordinate of acoustic emission signal source - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: when measuring coordinate for specific mode only these differences of times of arrival of signal to converters are accounted which are less or equal to speed of mode multiplied by distance between the converters. Real coordinate of defect is calculated as average value of coordinates calculated for any mode. Restriction for differences of signal arrivals from defect improves noise immunity and precision. EFFECT: improved truth of measurement. 1 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и может быть использовано для контроля линейных протяженных объектов, например труб и трубопроводов при их сложнонапряженном состоянии. The invention relates to non-destructive quality control of products and can be used to control linear extended objects, such as pipes and pipelines in their difficult state.

Известен способ определения координат источника сигналов акустической эмиссии (АЭ) при контроле протяженных объектов, заключающийся в том, что на испытуемое изделие (трубу) устанавливают два пьезопреобразователя (приемники сигналов АЭ) на расстоянии L друг от друга, нагружают изделие и контролируют участок между пьезопреобразователями. При наличии источника АЭ на данном участке определяют разность времени Δ Т прихода сигналов АЭ на преобразователи и по этой разности и заданной скорости V распространения сигналов АЭ на данном изделии определяют координаты источника относительно первого преобразователя по формуле:
X =

+ ΔT

.A known method for determining the coordinates of the source of acoustic emission signals (AE) when monitoring extended objects is that two piezoelectric transducers (AE signal receivers) are installed on the test article (tube) at a distance L from each other, the article is loaded and the area between the piezoelectric transducers is controlled. If there is an AE source in this section, the time difference Δ T of the arrival of AE signals to the converters is determined, and the coordinates of the source relative to the first transducer are determined by the formula:
X =

+ ΔT

.

Знак минус или плюс берется в зависимости от того, на какой преобразователь приходит сигнал АЭ первым. The minus or plus sign is taken depending on which converter receives the AE signal first.

Недостатком данного способа является то, что скорость распространения сигналов АЭ необходимо задавать, для чего необходимо предварительно ее замерить с помощью эмитаторов сигналов АЭ. При возбуждении ультразвуковых колебаний в листах, трубах, оболочках в результате волноводного эффекта возникают нормальные волны различных мод, скорость распространения которых зависит от частоты и толщины пластины, трубы, оболочки. The disadvantage of this method is that the propagation speed of AE signals must be set, for which it is necessary to measure it first with the aid of AE signal emitters. When ultrasonic vibrations are excited in sheets, pipes, shells, normal waves of various modes arise as a result of the waveguide effect, the propagation velocity of which depends on the frequency and thickness of the plate, pipe, shell.

Наличие различных мод колебаний приводит к ошибкам в определении координат источников АЭ на трубах, пластинах, стержнях. The presence of various modes of oscillations leads to errors in determining the coordinates of AE sources on pipes, plates, rods.

Наиболее близким к изобретению является способ определения координат источника сигналов АЭ, согласно которому в качестве приемников сигналов АЭ используют преобразователи, содержащие два акустических канала преобразования, например преобразователи, выполненные в виде диска из сегнетоэлектрического материала, к которому подключены два потенциальных электрода. Группу, состоящую из четырех таких преобразователей, размещают на контролируемой зоне конструкции. Во время нагружения последней принимают сигналы АЭ, измеряют разницы времен прихода сигналов к преобразователям, а также разницу времен прихода сигналов с каналов каждого преобразователя. Для каждого преобразователя определяют скорость распространения принятой им моды акустического сигнала. Полученные величины скоростей распространения акустических сигналов используют для определения координат источников по зависимости между временами прихода, скоростью принятых мод акустических сигналов и расстоянием до источника сигналов. Closest to the invention is a method for determining the coordinates of the AE signal source, according to which transducers containing two acoustic conversion channels, for example, transformers made in the form of a disk of ferroelectric material, to which two potential electrodes are connected, are used as AE signal receivers. A group of four such transducers is placed in a controlled area of the structure. During the loading of the latter, AE signals are received, differences in the times of arrival of signals to the converters are measured, as well as the difference in the times of arrival of signals from the channels of each converter. For each transducer, the propagation speed of the acoustic signal mode adopted by it is determined. The obtained values of the propagation velocity of acoustic signals are used to determine the coordinates of the sources according to the relationship between the arrival times, the speed of the received modes of the acoustic signals and the distance to the signal source.

Недостатком данного способа является то, что при использовании его для линейных длинномерных конструкций, таких, например, как трубопровод, снижается достоверность и точность определения координат в связи с тем, что поперечные размеры длинномерного изделия малы по сравнению с продольными, также нет защиты от сигналов, пришедших не из зоны контроля. The disadvantage of this method is that when it is used for linear long structures, such as, for example, a pipeline, the accuracy and accuracy of determining coordinates decreases due to the fact that the transverse dimensions of a long product are small compared to longitudinal ones, and there is no protection against signals, who came not from the control zone.

Целью изобретения является повышение достоверности определения координат источников АЭ для линейно протяженных конструкций за счет определения принадлежности регистрируемых сигналов АЭ к данной моде за определенный интервал времени с учетом скорости распространения каждой зарегистрированной моды АЭ сигнала. The aim of the invention is to increase the reliability of determining the coordinates of AE sources for linearly extended structures by determining whether the registered AE signals belong to this mode for a certain time interval taking into account the propagation speed of each registered AE signal mode.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. The essence of the proposed method is as follows.

На контролируемом участке длинномерного изделия размещают две группы преобразователей по два преобразователя в каждой группе, установленных на одинаковом расстоянии друг от друга. Затем изделие нагружают, принимают сигналы АЭ и измеряют времена прихода сигналов к преобразователям в каждой группе. После принятия сигналов АЭ первой группой преобразователей и определения скорости принятой моды определяют максимально возможное время прихода этой моды к преобразователям второй группы по зависимости между скоростью распространения, расстоянием между группами преобразователей и временем прихода, и в течение этого времени принимают сигналы АЭ второй группы преобразователей, выделяя из них моду сигналов с той же скоростью распространения и измеряя время прихода этих сигналов. После этого определяют значение координат источника сигналов АЭ по зависимости между временами прихода, скоростью распространения принятой моды акустического сигнала и расстоянием до источника сигналов. Координаты источника сигналов АЭ исчисляют как среднюю величину значений, полученных для различных мод сигналов АЭ. Two groups of transducers, two transducers in each group installed at the same distance from each other, are placed on a controlled section of a long product. Then the product is loaded, AE signals are received, and the arrival times of the signals to the converters in each group are measured. After receiving the AE signals by the first group of converters and determining the speed of the received mode, the maximum possible time of arrival of this mode to the converters of the second group is determined by the relationship between the propagation speed, the distance between the groups of converters and the arrival time, and during this time the AE signals of the second group of converters are received, highlighting of them, a mode of signals with the same propagation velocity and measuring the arrival time of these signals. After that, the value of the coordinates of the source of AE signals is determined by the relationship between the arrival times, the propagation velocity of the adopted mode of the acoustic signal and the distance to the signal source. The coordinates of the AE signal source are calculated as the average value obtained for the various modes of AE signals.

На чертеже представлены структурная схема устройства, с помощью которого можно осуществить изобретение, а также схема расположения преобразователей сигналов АЭ на контролируемом изделии. The drawing shows a structural diagram of a device with which you can implement the invention, as well as the location of the signal converters AE on the controlled product.

Устройство содержит первичные преобразователи 1-4, образующие две группы, усилители 5-8, формирователи 9-12 импульсов, блоки 13-15 определения разности времен прихода сигналов АЭ, а также блок 16 накопления и расчета координат источника АЭ, 17 - контролируемое изделие. The device contains primary converters 1-4, forming two groups, amplifiers 5-8, pulse shapers 9-12, blocks 13-15 for determining the difference in arrival times of AE signals, as well as a block 16 for accumulating and calculating the coordinates of the AE source, 17 is a controlled product.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

На контролируемое изделие 17 устанавливают две группы преобразователей 1-2 и 3-4 на расстоянии L друг от друга, равном длине контролируемого участка. Внутри группы преобразователи установлены на расстоянии l друг от друга, которое выбирают с учетом акустических свойств материала контролируемого изделия, возможностей акустико-эмиссионной аппаратуры и характеристик приемных пьезопреобразователей. Нагружают контролируемое изделие. Two groups of transducers 1-2 and 3-4 are installed on the monitored product 17 at a distance L from each other, equal to the length of the monitored section. Inside the group, the transducers are installed at a distance l from each other, which is selected taking into account the acoustic properties of the material of the controlled product, the capabilities of the acoustic emission equipment and the characteristics of the receiving piezoelectric transducers. Load the controlled product.

При возникновении источника АЭ на контролируемом участке упругие колебания первой принимает например, группа преобразователей 1-2, конкретно преобразователь 2. Сигналы с преобразователя 2 поступают на усилитель 5, затем - в блок 6 формирователя импульсов, с которого сигнал поступает на блоки 7 и 8. Через промежуток времени Δ t_i ^2-1, определяемый акустическими свойствами материала контролируемого изделия и расстоянием l между преобразователями в группе, сигнал АЭ поступает на преобразователь 1, затем на усилитель 9, формирователь 10 импульсов.When an AE source arises in a controlled area, elastic vibrations are first received, for example, by a group of transducers 1-2, specifically transducer 2. The signals from transducer 2 are sent to amplifier 5, and then to block 6 of the pulse shaper, from which the signal is sent to blocks 7 and 8. After a period of time Δ t _i ^2-1 , determined by the acoustic properties of the material of the controlled product and the distance l between the transducers in the group, the AE signal is transmitted to the transducer 1, then to the amplifier 9, the pulse shaper 10.

С последнего сигнал поступает на блок 7, где определяется разность времен прихода сигналов к преобразователям 2, 1. Эта информация поступает на блок 11, где вычисляется скорость V_i ^2-1 принятой моды сигнала, и в соответствии с этой скоростью задается интервал времени T_i = T_i=

, в течение которого будет ожидаться сигнал АЭ с группы преобразователей 3-4 со скоростью V_i ^3-4= V_i ^2-1 распространения. При поступлении сигналов АЭ на группу преобразователей 3-4 сигналы усиливаются усилителями 12 и 13, поступают на формирователи 14 и 15 импульсов. С формирователя 14 импульсов сигнал поступает на блоки 8 и 16, с формирователя 15 - на блок 16, в котором определяется разность Δ t_i ^3-4 времен прихода на преобразователи 3, 4 и передается в блок 11. В блоке 8 определяется разность Δ T_i времен прихода сигналов АЭ на группы преобразователей и также передается в блок 11, где вычисляется скорость распространения сигнала АЭ, принятого группой преобразователей 3-4 V_i ^3-4.From the last, the signal enters block 7, where the difference in the arrival times of the signals to the converters 2, 1 is determined. This information goes to block 11, where the speed V _i ^{2-1 of the} received signal mode is calculated, and the time interval T _i is set in accordance with this speed = T _i =

, during which the AE signal is expected from a group of transducers 3-4 with a propagation speed V _i ^3-4 = V _i ^2-1 . Upon receipt of AE signals by a group of converters 3-4, the signals are amplified by amplifiers 12 and 13, fed to the shapers 14 and 15 pulses. From the pulse shaper 14, the signal is supplied to blocks 8 and 16, from the shaper 15 to block 16, in which the difference Δ t _i ^3-4 times of arrival to the converters 3, 4 is determined and transmitted to block 11. In block 8, the difference Δ T _{i of} the arrival times of the AE signals to the groups of converters and is also transmitted to block 11, where the propagation speed of the AE signal received by the group of converters 3-4 V _i ^{3-4 is} calculated.

При расположении источника на расстоянии

, т. е. в середине контролируемой зоны, Δ T_i=0, при расположении источника у одной из групп преобразователей Δ T_i стремится к T_i, но остается меньше его. При поступлении сигналов от источников АЭ, расположенных между преобразователями одной из групп или за пределами групп и контролируемого участка, будет выполняться равенство Δ T_i=T_i, исходя из этого, для сигналов АЭ i-той моды, пришедших из зоны контроля, должно выполняться условие 0< Δ T_i<T_i. При невыполнении этого условия сигнал считается ложным или помехой и для него расчета координаты не производится. При выполнении условий V_i ^3-4=V_i ^2-1 и 0< Δ T_i<T_i вычисляют координату источника сигналов АЭ для данной моды относительно группы преобразователей, первой принявшей сигнал АЭ:
x_i=

-

, где V_i= V $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{i}}$ ^-1= V $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{3}}{\text{i}}$ ^-4 или
x_i=

-

, где t_i= t $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{i}}$ ^-1= t $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{3}}{\text{i}}$ ^-4 Аналогичная обработка сигналов АЭ происходит для других мод. Истинное значение координаты источника АЭ определяется как среднее значение для принятых мод сигнала АЭ:
X =

L -

. После определения координаты источника сигналов АЭ результаты из блока 16 выводятся на устройство отображения и анализа (на чертеже не показано).When the source is located at a distance

, i.e., in the middle of the controlled zone, Δ T _i = 0, when the source is located at one of the groups of converters, Δ T _i tends to T _i , but remains less than it. Upon receipt of signals from AE sources located between the transducers of one of the groups or outside the groups and the controlled area, the equality Δ T _i = T _i will be fulfilled, based on this, for AE signals of the i-th mode coming from the control zone, condition 0 <Δ T _i <T _i . If this condition is not fulfilled, the signal is considered to be false or a hindrance and coordinates are not calculated for it. When the conditions V _i ^3-4 = V _i ^2-1 and 0 <Δ T _i <T _i are fulfilled, the coordinate of the AE signal source for a given mode is calculated relative to the group of converters that first received the AE signal:
x _i =

-

where V _i = V $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{i}}$ ^-1 = V $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{3}}{\text{i}}$ ^-4 or
x _i =

-

where t _i = t $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{i}}$ ^-1 = t $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{3}}{\text{i}}$ ^-4 AE signal processing is similar for other modes. The true value of the coordinate of the AE source is determined as the average value for the received modes of the AE signal:
X =

L -

. After determining the coordinates of the AE signal source, the results from block 16 are output to a display and analysis device (not shown in the drawing).

Предлагаемый способ был осуществлен в лабораторных условиях. Эксперименты проводились на стальных бесшовных трубах для трубопроводов с толщинами стенок 8, 9, 10 мм, имеющих дефекты, развивающиеся под нагрузкой (трещины). Группы преобразователей устанавливались так, что дефект находился между 2 и 3 преобразователями, расстояние L истинное замерялось по окончании эксперимента. Для осуществления предлагаемого способа использовалась АЭ система "Спартан" фирмы РАС (США). Установка групп преобразователей производилась, как показано на чертеже. Для сравнения во время эксперимента производили определение координат источников сигналов АЭ с помощью акустоэмиссионного прибора АФ-15, его преобразователи устанавливали рядом с преобразователями 2 и 3, выдерживая между ними расстояние L. Нагружение производили гидравлическим давлением на стенде для гидроопрессовки труб, рабочая среда - вода. The proposed method was carried out in laboratory conditions. The experiments were carried out on seamless steel pipes for pipelines with wall thicknesses of 8, 9, 10 mm, having defects developing under load (cracks). The groups of transducers were installed so that the defect was between 2 and 3 transducers, the true distance L was measured at the end of the experiment. To implement the proposed method was used AE system "Spartan" company RAS (USA). The installation of groups of transducers was carried out as shown in the drawing. For comparison, during the experiment, the coordinates of the AE signal sources were determined using the AF-15 acoustic emission device, its transducers were installed next to the transducers 2 and 3, keeping the distance between them. The loading was carried out by hydraulic pressure on a stand for hydro-molding pipes, and the working medium was water.

После окончания эксперимента трубы были проконтролированы с использованием ультразвукового дефектоскопа. Контроль подтвердил только наличие одного дефекта - трещины (источника сигналов АЭ). After the experiment, the pipes were inspected using an ultrasonic flaw detector. The control confirmed only the presence of one defect - cracks (source of AE signals).

Результаты эксперимента показали, что предлагаемый способ определения координат источника АЭ дает достаточную точность и прост в осуществлении. The experimental results showed that the proposed method for determining the coordinates of the AE source provides sufficient accuracy and is easy to implement.

Преимущества данного способа заключаются в том, что скорость распространения сигналов АЭ измеряется непосредственно на контролируемом изделии во время его нагружения, это повышает точность определения координат источника АЭ. Введение таких ограничений, как интервал времени приема сигналов и равенства скоростей их распространения, повышает помехозащищенность, что повышает точность определения координат источника АЭ. Повышение точности определения координат источников АЭ, например, при контроле действующих трубопроводов позволит сократить расход металла, а также затраты, связанные с ремонтными работами (вскрытие, очистка, замена участка трубопровода, нанесение покрытия и т. д. The advantages of this method are that the propagation speed of AE signals is measured directly on the controlled product during its loading, which increases the accuracy of determining the coordinates of the AE source. The introduction of such restrictions as the time interval for receiving signals and equality of their propagation velocities increases noise immunity, which increases the accuracy of determining the coordinates of the AE source. Improving the accuracy of determining the coordinates of AE sources, for example, when monitoring existing pipelines, will reduce metal consumption, as well as the costs associated with repair work (opening, cleaning, replacing a section of a pipeline, coating, etc.

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТЫ ИСТОЧНИКА СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ, заключающийся в том, что нагружают изделие, измеряют его с помощью групп преобразователей разность времен прихода на них сигналов акустической эмиссии и определяют скорости V_i распространения мод сигналов акустической эмиссии, с учетом которых вычисляют координату источника сигналов акустической эмиссии, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности для линейно протяженных изделий, используют две группы преобразователей, разнесенные вдоль изделия на расстояние L, измерение разностей времен прихода сигналов на преобразователи различных групп осуществляют для каждой моды раздельно в течение времени V_iL, а координату источника сигналов акустической эмиссии определяют как среднее значение координат, рассчитанных для каждой моды.THE METHOD FOR DETERMINING THE ACOUSTIC EMISSION SIGNAL SOURCE COORDINATE, which consists in loading the product, measuring it with the help of transducer groups, the difference in the times of arrival of acoustic emission signals on them and determining the propagation velocity V _{i of the} modes of acoustic emission signals, taking into account which the coordinate of the acoustic emission signal source is calculated. characterized in that, in order to increase reliability for linearly extended products, two groups of transducers are used, spaced along the product into races the state L, the measurement of differences in the times of arrival of signals to the converters of various groups is carried out separately for each mode for the time V _i L, and the coordinate of the source of acoustic emission signals is determined as the average value of the coordinates calculated for each mode.

Images