RU2274859C1 - Non-linear acoustic method for detecting cracks and their positions in structure and device for realization of said method - Google Patents

Abstract

FIELD: technology for detecting local defects in solid bodies by means of ultrasound waves, possible use for finding cracks in sheets, vessels and pipelines.

SUBSTANCE: an ultrasound wave is periodically emitted into structure, serially altering its input angle α_i from minimal necessary to maximal, thus forming a range of researched distances. For each value of input angle α_i current distribution of values of modulation amplitude of ultrasound wave is determined from distance for at least two frequencies of low-frequency vibration, which is excited in structure. From received distributions for each distance only maximal values of modulations amplitudes of ultrasound waves are selected and registered. On basis of the latter presence and dimensions of cracks are estimated. Position of cracks is determined on basis of time delay of expansion of ultrasound wave. In device, control block and electronic assembly for altering input angle of ultrasound wave are mounted, the latter being made in form of acoustic prism with matrix mounted on its surface formed by n ultrasound transformers and commutation block connected thereto. Commutation block is made with possible simultaneous element-wise commutation of m (m<n) ultrasound transformers and is connected to control block and ultrasound scanner. Ultrasound scanner is connected to information processing block, to which control block is also connected. Block for exciting low-frequency oscillations also contains serially connected low frequency generator and vibrator.

EFFECT: improved productiveness of measurements and their trustworthiness due to providing for crack detection in said structures from on place of the area by means of ultrasound wave along all possible routes of area during minimal time.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю конструкций ультразвуковыми методами и может быть использовано для повышения производительности обнаружения трещин, например, в листах, емкостях и трубопроводах не только при их выпускном контроле в процессе производства, но и при плановом испытании и контроле в процессе эксплуатации, например при эксплуатации нефте- и газопроводов. Способ направлен на решение актуальной задачи обнаружения трещин на ранней стадии их развития, прогнозирования поведения и роста трещин, оперативного решения о возможности дальнейшей эксплуатации дорогостоящих и опасных объектов, имеющих трещины.The invention relates to non-destructive testing of structures by ultrasonic methods and can be used to increase the performance of crack detection, for example, in sheets, containers and pipelines, not only during their final control during production, but also during routine testing and control during operation, for example during operation oil and gas pipelines. The method is aimed at solving the urgent problem of detecting cracks at an early stage of their development, predicting the behavior and growth of cracks, an operative decision on the possibility of further operation of expensive and dangerous objects with cracks.

Актуальность проблемы раннего обнаружения трещин общепризнана. Именно поэтому сотни компаний, например, Panametric, Krautkramer, Нординкрафт, РДМ, Радиоавионика и др. (журнал «В мире неразрушающего контроля», ссылки на сайте http://www.acsys.ru/links.htm) во всем мире разрабатывают ультразвуковые дефектоскопы для обнаружения дефектов в трубопроводах, баллонах и емкостях, содержащих газы и жидкости, котлах отопления, деталях машин и механизмов, рельсах и колесных парах поездов, в сварных соединениях конструкций и в других объектах. Большинство известных ультразвуковых дефектоскопов используют ультразвуковую локацию на основе принципов линейной акустики, при которой дефект обнаруживается по изменению амплитуды принятой ультразвуковой волны и имеют существенный недостаток - они не позволяют определить тип дефекта (трещина или полость) и не обнаруживают закрытые (статически поджатые) трещины, не дающие отражения ультразвуковой волны при ее естественном состоянии. Для того чтобы осуществить дефектоскопию всей конструкции, используют сканирование, которое можно осуществить различным образом, например путем перемещения одного ультразвукового датчика по поверхности конструкции с определенным шагом. Синхронно с перемещением ультразвукового датчика измеряют его координаты, а по амплитуде и времени прихода ультразвуковой волны, отраженной от дефектов, определяют их местоположение и размеры. Такая процедура требует значительного времени на проведение исследований значительных участков конструкции и обладает низкой производительностью измерений. Кроме того, такой способ применим в основном при выпускном контроле изделий в процессе производства, когда легко обеспечить свободный доступ к любому участку конструкции.The urgency of the problem of early detection of cracks is widely recognized. That is why hundreds of companies, for example, Panametric, Krautkramer, Nordinkraft, RDM, Radioavionics and others (in the magazine “In the world of non-destructive testing”, links on the website http://www.acsys.ru/links.htm) are developing ultrasound all over the world flaw detectors for detecting defects in pipelines, cylinders and containers containing gases and liquids, heating boilers, details of machines and mechanisms, rails and wheelsets of trains, in welded joints of structures and in other objects. Most known ultrasonic flaw detectors use ultrasonic location based on the principles of linear acoustics, in which a defect is detected by a change in the amplitude of the received ultrasonic wave and has a significant drawback - they do not allow to determine the type of defect (crack or cavity) and do not detect closed (statically pressed) cracks, do not giving reflections of the ultrasonic wave in its natural state. In order to carry out a flaw detection of the entire structure, a scan is used, which can be carried out in various ways, for example, by moving one ultrasonic sensor over the surface of the structure with a certain step. Synchronously with the movement of the ultrasonic sensor, its coordinates are measured, and their location and dimensions are determined by the amplitude and time of arrival of the ultrasonic wave reflected from the defects. This procedure requires considerable time to conduct research on significant sections of the structure and has low measurement performance. In addition, this method is mainly applicable for the final inspection of products during production, when it is easy to provide free access to any part of the structure.

Так, известен способ ультразвукового контроля изделий цилиндрической формы (пат. RU 2180111, опубл. 27.02.2002 г., МПК⁷ G 01 N 29/04, G 01 N 29/06) частично решающий проблему обнаружения дефектов в процессе выходного контроля конструкций на производстве и позволяющий обнаруживать дефекты во всем объеме цилиндрического объекта. Способ заключается в том, что ультразвуковым датчиком дефектоскопа, перемещаемым по поверхности изделия, равномерно сканируют изделие по спирали с определенным шагом спирали и шагом сканирования, величины которых не превышают значения ширины ультразвукового луча, и формируют в памяти блока обработки информации и управления массив данных распределения эхосигналов с привязкой каждого измерения к соответствующей ему координате, фиксируют количество точек контроля, в которых обнаружен дефект, по совокупности координат этих точек определяют конфигурацию и местоположение дефекта и по определенной формуле рассчитывают площадь дефекта. Недостатком данного линейного способа ультразвукового контроля является низкая производительность измерений, поскольку преобразователь дефектоскопа сканирует по поверхности с небольшим шагом, определяемым его конструкцией и для сканирования всей поверхности требуется значительное время. Недостатком способа является также то, что он не позволяет различить тип дефекта: трещину или полость, поскольку использует линейный акустический принцип локации.So, a known method of ultrasonic testing of cylindrical products (US Pat. RU 2180111, publ. 02/27/2002, IPC ⁷ G 01 N 29/04, G 01 N 29/06) partially solves the problem of detecting defects in the process of structural inspection on production and allowing to detect defects in the entire volume of a cylindrical object. The method consists in the fact that the ultrasonic detector of the flaw detector moving along the surface of the product uniformly scans the product in a spiral with a certain spiral pitch and scan step, the values of which do not exceed the width of the ultrasonic beam, and form an echo distribution data array in the memory of the information processing and control unit with the binding of each measurement to the coordinate corresponding to it, the number of control points in which a defect is detected is fixed by the set of coordinates of these points determined They determine the configuration and location of the defect and, using a certain formula, calculate the area of the defect. The disadvantage of this linear method of ultrasonic testing is the low measurement performance, because the flaw detector transducer scans the surface with a small step, determined by its design, and it takes considerable time to scan the entire surface. The disadvantage of this method is that it does not allow to distinguish between the type of defect: a crack or cavity, because it uses the linear acoustic principle of location.

В настоящее время известен целый ряд способов (см. напр., пат. RU 2205397, опубл. 27.05.2003 г., МПК⁷ G 01 N 29/04, G 01 N 29/10; RU 2205396, опубл. 27.05.2003 г., МПК⁷ G 01 N 29/04, G 01 N 29/10; RU 2212660, опубл. 20.09.2003 г. МПК⁷ G 01 N 29/04, G 01 N 29/10; RU 2201590, опубл. 27.03.2003 г., МПК⁷ G 01 N 29/04, G 01 N 29/10 и др.) внут-ритрубного контроля, которые частично решают проблему обнаружения дефектов в конструкциях, находящихся в процессе эксплуатации, и позволяют обнаруживать дефекты в протяженных конструкциях с высокой производительностью за счет использования большого числа ультразвуковых датчиков, перемещаемых одновременно. Указанные способы внутритрубного ультразвукового контроля трубопроводов заключаются в пропуске внутри трубопровода сложного и дорогостоящего инспекционного снаряда с установленными на нем по его наружному периметру ультразвуковыми датчиками, а также расположенными в нем средствами измерений, обработки и хранения данных измерений, испускании в процессе пропуска инспекционного снаряда зондирующих ультразвуковых импульсов и приеме отраженных ультразвуковых импульсов, преобразовании и хранении данных измерений, по которым затем судят о наличии участков контролируемого трубопровода с отклонениями толщины его стенки от номинального значения и/или наличии дефектов в стенках контролируемого трубопровода. Недостатком этих способов является низкая надежность измерений за счет того, что не удается одновременно обеспечить постоянный и нормированный акустический контакт для всей решетки ультразвуковых датчиков с помощью жидкости, особенно при исследовании газопроводов. Это приводит к модуляции чувствительности преобразователей, изменению амплитуды отражений и, следовательно, к снижению достоверности измерений и возможному пропуску дефектов. Расстояние между каждым ультразвуковым датчиком и поверхностью трубопровода постоянно изменяется, что затрудняет определение микродефектов и позволяет обнаруживать главным образом только макродефекты. Кроме этого, данный линейный акустический способ не позволяет отличить трещину от полости, что существенно снижает его информативность. Сложности, связанные с обеспечением равномерного движения снаряда и определением его текущих координат по отношению к исследуемому участку трубопровода, приводят к значительным погрешностям (метры) в определении положения обнаруженного дефектного участка. Это приводит к необходимости дополнительных исследований обнаруженных дефектных участков конструкции обычными дефектоскопами, имеющими меньшую ошибку в определении местоположения дефектов, что увеличивает общее время, необходимое для обнаружения дефектов, снижает производительность измерений и удорожает стоимость работ. К недостаткам указанных способов можно также отнести их ограниченные возможности применения, связанные с возможностью использования инспекционных снарядов только для трубопроводов большого диаметра, а также высокая стоимость производства и обслуживания таких измерений.Currently, a number of methods are known (see, for example, Pat. RU 2205397, published May 27, 2003, IPC ⁷ G 01 N 29/04, G 01 N 29/10; RU 2205396, published May 27, 2003 city, IPC ⁷ G 01 N 29/04, G 01 N 29/10; RU 2212660, publ. 09/20/2003 IPC ⁷ G 01 N 29/04, G 01 N 29/10; RU 2201590, publ. 03/27/2003, IPC ⁷ G 01 N 29/04, G 01 N 29/10 and others) in-line inspection, which partially solve the problem of detecting defects in structures that are in operation, and allow to detect defects in extended high-performance constructions through the use of a large number of ultrasonic sensors moving simultaneously by the way. The indicated methods of in-line ultrasonic inspection of pipelines consist in passing a complex and expensive inspection projectile inside the pipeline with ultrasonic sensors mounted on it along its outer perimeter, as well as measuring means located therein, measuring data and storing them, and emitting sounding ultrasonic pulses during the passage of the inspection projectile and receiving reflected ultrasonic pulses, converting and storing measurement data, according to which then ny availability controlled pipeline sections to its wall thickness deviations from the nominal values and / or the presence of defects in the walls of the pipeline controlled. The disadvantage of these methods is the low reliability of the measurements due to the fact that it is not possible to simultaneously provide a constant and normalized acoustic contact for the entire array of ultrasonic sensors using liquid, especially when studying gas pipelines. This leads to modulation of the sensitivity of the transducers, a change in the amplitude of the reflections and, consequently, to a decrease in the reliability of measurements and the possible omission of defects. The distance between each ultrasonic sensor and the surface of the pipeline is constantly changing, which makes it difficult to identify microdefects and allows you to detect mainly only macrodefects. In addition, this linear acoustic method does not allow to distinguish a crack from a cavity, which significantly reduces its information content. The difficulties associated with ensuring uniform movement of the projectile and determining its current coordinates with respect to the studied section of the pipeline lead to significant errors (meters) in determining the position of the detected defective section. This leads to the need for additional studies of detected defective sections of the structure with conventional flaw detectors, which have a smaller error in determining the location of defects, which increases the total time required to detect defects, reduces the performance of measurements and increases the cost of work. The disadvantages of these methods can also be attributed to their limited applicability associated with the possibility of using inspection shells only for large-diameter pipelines, as well as the high cost of production and maintenance of such measurements.

Обычно объект исследования содержит множество дефектов: трещины, полости, свищи, вкрапления и др.. Наиболее опасными из них являются трещины, так как они имеют тенденцию роста с течением времени и приводят к непредсказуемому по времени разрушению объекта (конструкции). Появившаяся трещина развивается с течением времени тем быстрее, чем она больше. На последней, самой короткой по времени стадии она приводит к необратимым последствиям: расслоению поверхностей, обрушению конструкций, разрыву трубопровода, и т.п.. В отличие от трещин, полости (каверны, отверстия, свищи и т.п. дефекты) являются типом дефекта, который хотя и может увеличивать свои размеры, но эти изменения происходят медленно, не приводя к быстрым катастрофическим изменениям свойств объекта. Именно поэтому возникает необходимость в разработке новых способов раннего обнаружения трещин (микротрещин, колоний трещин) и периодического контроля за их наличием как при выходном контроле объекта, так и за их возникновением в процессе эксплуатации объекта (конструкции). Эта информация о наличии и размере трещин позволяет определять и оценивать ресурс объекта, при котором он не изменит своих физико-механических свойств, снизить риск разрушений и увеличить безопасность его обслуживания и эксплуатации. Кроме того, это еще и экономическая проблема - замена участков, имеющих зарождающиеся или развитые трещины, должна производиться обязательно, что достаточно дорого, а дефекты в виде полостей хотя и фиксируются, но обычно не являются обязательньми для замены. Эта проблема особенно актуальна для трубопроводов. Проблема обнаружения трещин может быть решена на основе использования нелинейных акустических способов (см., например, Казаков В.В., Сутин A.M. Использование эффекта модуляции ультразвука вибрациями для импульсной локации трещин //Акустический журнал., Т.47, N.3, 2001, С.364-369; D. Donskoy, A. Sutin, A. Ekimov Nonlinear acoustic interaction on contact interfaces and its use for nondestructive testing // NDT&E International Vol.34, 2001, P.231-238), поскольку трещины (колонии трещин) приводят к резкому возрастанию нелинейных акустических эффектов. Для реализации одного из возможных способов используется когерентная импульсная ультразвуковая локация при одновременном внешнем механическом воздействии (ударом, вибрацией) на исследуемый объект. При этом благодаря импульсному режиму локации удается надежно определить местоположение дефекта, а по наличию или отсутствию модуляции принимаемых ультразвуковых импульсов возможно надежно отличить друг от друга дефекты разного типа: полости (модуляции нет) или открытые и закрытые трещины (модуляция есть).Typically, the object of study contains many defects: cracks, cavities, fistulas, inclusions, etc. The most dangerous of them are cracks, since they tend to grow over time and lead to unpredictable time destruction of the object (structure). The crack that develops develops over time the faster, the larger it is. At the last, shortest time stage, it leads to irreversible consequences: stratification of surfaces, collapse of structures, rupture of the pipeline, etc. Unlike cracks, cavities (cavities, holes, fistulas, etc. defects) are type defect, which although it can increase its size, but these changes occur slowly, without leading to rapid catastrophic changes in the properties of the object. That is why there is a need to develop new methods for the early detection of cracks (microcracks, crack colonies) and periodic monitoring of their presence both during the final inspection of the object and their occurrence during the operation of the object (structure). This information about the presence and size of cracks allows you to determine and evaluate the resource of an object, in which it does not change its physical and mechanical properties, reduce the risk of damage and increase the safety of its maintenance and operation. In addition, this is also an economic problem - the replacement of areas with nascent or developed cracks should be carried out necessarily, which is quite expensive, and defects in the form of cavities, although fixed, are usually not required for replacement. This problem is especially relevant for pipelines. The problem of crack detection can be solved by using non-linear acoustic methods (see, for example, Kazakov VV, Sutin AM Use of the modulation effect of ultrasound by vibrations for pulsed location of cracks // Acoustic Journal., T.47, N.3, 2001 , S.364-369; D. Donskoy, A. Sutin, A. Ekimov Nonlinear acoustic interaction on contact interfaces and its use for nondestructive testing // NDT & E International Vol. 34, 2001, P.231-238), since cracks ( colony cracks) lead to a sharp increase in nonlinear acoustic effects. To implement one of the possible methods, a coherent pulsed ultrasonic location is used with simultaneous external mechanical action (shock, vibration) on the object under study. In this case, due to the pulsed mode of location, it is possible to reliably determine the location of the defect, and by the presence or absence of modulation of the received ultrasonic pulses, it is possible to reliably distinguish from each other defects of various types: cavities (no modulation) or open and closed cracks (there is modulation).

Так известен способ обнаружения трещин в конструкциях, использующий нелинейные акустические эффекты (пат. RU 2219538, опубл. 20.12.2003, МПК⁷ G 01 N 29/04). Данный способ позволяет обнаруживать наличие трещин в конструкциях. Способ заключается в том, что в конструкции возбуждают первичные акустические волны различных частот, которые, взаимодействуя на трещине, генерируют вторичные акустические волны на комбинационных частотах, измеряют амплитуды первичных и вторичных волн, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектной конструкции, судят о наличии трещин. Первичные акустические волны производят путем последовательного возбуждения ультразвуковых волн на ряде частот с одновременным с каждой из частот ультразвуковых волн возбуждением упругих колебаний на собственных частотах посредством ударного воздействия по конструкции. При этом измеряют собственные частоты, а комбинационные частоты определяют как сумму и разность каждой частоты ультразвуковых волн с каждой из собственных частот упругих колебаний, причем коэффициент наличия трещины рассчитывают по определенной формуле. Основным недостатком данного нелинейного акустического способа является то, что он не позволяет обнаруживать местоположение трещин и, следовательно, определять их распределение по изделию и количество, а определяет только их наличие. Это связано с тем, что для реализации способа используется непрерывный режим излучения ультразвуковой волны, который не позволяет обнаруживать положение трещин и их количество. Способ может использоваться только для разбраковки изделий по принципу: есть трещина или нет трещины. К недостаткам способа можно также отнести то, что для реализации метода нужно изменять не только частоту возбуждения изделия, но и частоту ультразвуковой волны, чтобы избежать влияния на результат измерения интерференционных искажений, поскольку трещина может оказаться в узле интерференции и не провзаимодействовать с ультразвуковой волной. Для устранения этого эффекта необходимо проводить измерения при различных частотах излучения ультразвуковой волны, что увеличивает общее время проведения измерений. Кроме того, для излучения ультразвуковой волны на нескольких частотах необходимо использовать специальные широкополосные ультразвуковые датчики, что усложняет реализацию способа.So known is a method for detecting cracks in structures using non-linear acoustic effects (US Pat. RU 2219538, publ. 12/20/2003, IPC ⁷ G 01 N 29/04). This method allows to detect the presence of cracks in the structures. The method consists in the fact that the design excites primary acoustic waves of various frequencies, which, interacting on a crack, generate secondary acoustic waves at combination frequencies, measure the amplitudes of the primary and secondary waves, based on which the coefficient of crack presence is determined, after which a threshold value is exceeded, determined on the basis of measurements of a defect-free design, the presence of cracks is judged. Primary acoustic waves are produced by successive excitation of ultrasonic waves at a number of frequencies with simultaneous excitation of elastic vibrations at natural frequencies with each of the frequencies of ultrasonic waves by impact on the structure. In this case, the eigenfrequencies are measured, and the combination frequencies are determined as the sum and difference of each frequency of the ultrasonic waves with each of the eigenfrequencies of the elastic vibrations, and the coefficient of the presence of a crack is calculated by a certain formula. The main disadvantage of this non-linear acoustic method is that it does not allow to detect the location of cracks and, therefore, to determine their distribution over the product and the quantity, but only determines their presence. This is due to the fact that for the implementation of the method, a continuous mode of ultrasonic wave radiation is used, which does not allow to detect the position of cracks and their number. The method can only be used to sort products according to the principle: is there a crack or not a crack. The disadvantages of the method can also be attributed to the fact that to implement the method, it is necessary to change not only the excitation frequency of the product, but also the frequency of the ultrasonic wave in order to avoid the influence of interference distortions on the measurement result, since the crack may appear in the interference node and not interact with the ultrasonic wave. To eliminate this effect, it is necessary to carry out measurements at different frequencies of the ultrasonic wave radiation, which increases the total measurement time. In addition, for the emission of an ultrasonic wave at several frequencies, it is necessary to use special broadband ultrasonic sensors, which complicates the implementation of the method.

Известен способ нелинейного ультразвукового сканирования для обнаружения трещин в конструкциях (патент USA 5736642, опубл. 07.04.1998 г., МПК⁷ G 01 N 29/06), который позволяет локально обнаруживать трещины и определять их местоположение путем перемещения датчика по поверхности конструкции. Способ заключается в том, что в конструкции возбуждают первичные акустические волны различных частот, которые взаимодействуя на трещине, генерируют вторичные акустические волны на комбинационных частотах, измеряют амплитуды первичных и вторичных волн, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин. Способ использует нелинейные акустические эффекты для локального обнаружения трещин. Его основным недостатком является низкая производительность обнаружения трещин, связанная с тем, что трещины определяются только на ограниченном участке конструкции и для обнаружения трещин по всей конструкции датчик необходимо перемещать по ее поверхности, обнаруживая трещины на отдельных участках. Недостатком способа является также низкая чувствительность, поскольку для взаимодействия используются две высокочастотные ультразвуковые волны. Высокочастотные волны создают ничтожные смещения среды и, следовательно, ничтожные изменения акустических характеристик трещины, что снижает эффект нелинейного взаимодействия волн. Возникающие амплитуды модуляции акустических характеристик трещины, вызванные распространением высокочастотной ультразвуковой волны, будут существенно меньше по сравнению с амплитудами модуляции, создаваемыми одной низкочастотной волной, имеющей частоту в диапазоне от единиц герц до десятков килогерц, возбуждаемой с помощью вибратора или удара. Кроме того, низкочастотное возбуждение обычно производится на резонансной частоте конструкции. В этом случае нелинейные эффекты и, следовательно, амплитуда модуляции дополнительно возрастет за счет увеличения амплитуды колебаний конструкции, обусловленные ее добротностью.A known method of nonlinear ultrasound scanning for the detection of cracks in structures (US patent 5736642, publ. 07.04.1998, IPC ⁷ G 01 N 29/06), which allows locally detect cracks and determine their location by moving the sensor on the surface of the structure. The method consists in the fact that the design excites primary acoustic waves of various frequencies, which interacting on a crack, generate secondary acoustic waves at combination frequencies, measure the amplitudes of the primary and secondary waves, based on which the coefficient of the presence of a crack is determined, after which a threshold value determined Based on measurements of a defect-free solid, cracks are judged. The method uses non-linear acoustic effects for local crack detection. Its main disadvantage is the low performance of crack detection, due to the fact that cracks are detected only in a limited area of the structure and to detect cracks throughout the structure, the sensor must be moved along its surface, detecting cracks in individual areas. The disadvantage of this method is also low sensitivity, since two high-frequency ultrasonic waves are used for interaction. High-frequency waves create insignificant displacements of the medium and, therefore, insignificant changes in the acoustic characteristics of the crack, which reduces the effect of nonlinear interaction of waves. The resulting amplitudes of modulation of the acoustic characteristics of the crack caused by the propagation of a high-frequency ultrasonic wave will be significantly smaller compared to the modulation amplitudes produced by a single low-frequency wave, having a frequency in the range from units of hertz to tens of kilohertz, excited by a vibrator or shock. In addition, low-frequency excitation is usually performed at the resonant frequency of the structure. In this case, the nonlinear effects and, therefore, the modulation amplitude will additionally increase due to an increase in the amplitude of the structure’s vibrations due to its quality factor.

Известен нелинейный акустический способ обнаружения трещин, позволяющий одновременно обнаруживать местоположение и наличие трещин по трассе локации (пат. USA 3867836, опубл. 25.02.1975 г., МПК G 01 N 29/04). Способ заключается в обнаружении трещин консольно закрепленного протяженного образца, свободный конец которого возбуждается акустической волной на первой частоте от первого источника колебаний. В торец закрепленного конца образца излучают акустическую волну от импульсного источника колебаний второй частоты, причем вторая частота существенно выше первой. Волна второй частоты распространяется в образце, отражается от трещины, формирует от нее эхо, которое показывается на осциллографе и по модуляции которого определяют местоположение трещины и оценивают ее размер. Недостатком способа является то, что он имеет ограниченные возможности применения и может использоваться только для таких объектов, в торец которых можно ввести ультразвуковую волну и которые можно закрепить консольно, что неприемлемо для обнаружения трещин в эксплуатируемых конструкциях, например, трубопроводах, крыльях самолетов и т.п.. Консольное закрепление объекта может повредить образец в месте его закрепления и привести к его деформации, что недопустимо. Кроме этого, способ имеет низкую производительность измерений, обусловленную способом регистрации. С помощью осциллографа в основном определяется местоположение дефекта, а с помощью вольтметра определяется амплитуда модуляции. Использование для регистрации одновременно и вольтметра и осциллографа увеличивает время на проведение измерений и снижает их производительность. К недостаткам способа можно также отнести тот факт, что модуляция производится на одной, достаточно высокой (10-20 кГц) частоте с помощью ультразвукового вибратора. С увеличением частоты увеличивается номер возбуждаемой моды колебаний и, следовательно, количество узловых линий. Если трещина попадает в узел колебаний, она не приводит к модуляции ультразвуковой волны и ее обнаружение не состоится, что снижает достоверность измерений.Known non-linear acoustic method for detecting cracks, allowing you to simultaneously detect the location and presence of cracks along the location route (US Pat. USA 3867836, publ. 02.25.1975, IPC G 01 N 29/04). The method consists in detecting cracks in a cantilever fixed extended sample, the free end of which is excited by an acoustic wave at a first frequency from the first oscillation source. At the end of the fixed end of the sample, an acoustic wave is emitted from a pulse source of oscillations of a second frequency, the second frequency being significantly higher than the first. A wave of the second frequency propagates in the sample, is reflected from the crack, forms an echo from it, which is displayed on an oscilloscope and, by modulation, determines the location of the crack and estimates its size. The disadvantage of this method is that it has limited application possibilities and can only be used for such objects at the end of which an ultrasonic wave can be introduced and which can be fixed cantilever, which is unacceptable for crack detection in operating structures, for example, pipelines, airplane wings, etc. n. Console fixation of an object can damage the sample at the place of its fixation and lead to its deformation, which is unacceptable. In addition, the method has a low measurement performance due to the registration method. With the help of an oscilloscope, the location of the defect is mainly determined, and with the help of a voltmeter, the modulation amplitude is determined. Using both a voltmeter and an oscilloscope for recording simultaneously increases the time taken for measurements and reduces their productivity. The disadvantages of the method can also be attributed to the fact that the modulation is performed at a single, sufficiently high (10-20 kHz) frequency using an ultrasonic vibrator. With increasing frequency, the number of the excited vibrational mode increases and, consequently, the number of nodal lines. If a crack enters the vibration node, it does not lead to modulation of the ultrasonic wave and its detection does not take place, which reduces the reliability of the measurements.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является нелинейный акустический способ обнаружения дефектов и их положения в конструкциях (пат. USA 6301967, опубл. 16.10.2001 г., МПК⁷ G 01 N 29/00, G 01 H 13/00), основанный на модуляции трещин, который выбран в качестве ближайшего аналога.The closest in technical essence and the achieved effect is a non-linear acoustic method for detecting defects and their position in structures (US Pat. USA 6301967, publ. 16.10.2001, IPC ⁷ G 01 N 29/00, G 01 H 13/00), based on crack modulation, which is selected as the closest analogue.

Данный способ обнаружения дефектов и их местоположений в конструкции заключается в том, что в исследуемой конструкции распространяют зондовый сигнал первой частоты с частотой повторения равной второму значению частоты, в конструкции одновременно распространяют низкочастотный вибрационный сигнал, приводящий к модуляции зондового сигнала на дефекте конструкции, и анализируют распространяющуюся между излучателем и приемником последовательность импульсов зондового сигнала. Для определения местоположения трещин выбирают и обрабатывают только те временные последовательности, которые показывают области конструкции, имеющие дефект, причем при обработке в последовательности импульсов зондового сигнала определяют наличие модуляции, соответствующей частотам низкочастотного вибрационного сигнала, по амплитуде которой судят о наличии и величине трещины.This method for detecting defects and their locations in the structure consists in the fact that the probe signal of the first frequency with a repetition rate equal to the second frequency value is distributed in the structure under study, the low-frequency vibration signal, which modulates the probe signal at the structural defect, is simultaneously distributed in the structure, and the propagating between the emitter and the receiver, the pulse train of the probe signal. To determine the location of cracks, only those time sequences are selected and processed that show areas of the structure that have a defect, and when processed in the pulse train of the probe signal, the presence of modulation corresponding to the frequencies of the low-frequency vibration signal is determined, the amplitude of which determines the presence and magnitude of the crack.

Основным недостатком данного способа является то, что он имеет низкую производительность измерений. Это связано с тем, что способ позволяет обнаруживать дефекты лишь в диапазоне расстояний, определенных установленными излучающим и приемным ультразвуковыми преобразователями. Изменение диапазона, в пределах которого возможно определение трещин, возможно только путем изменения местоположения преобразователей, что требует времени и снижает производительность измерений. Кроме того, расположение и закрепление на поверхности конструкции двух преобразователей требует больше времени, чем одного. Для обнаружения трещин по всей конструкции необходимо последовательно с определенным шагом перемещать оба ультразвуковых преобразователя, что также увеличивает общее время проведения исследований и, следовательно, снижает их производительность. Существенным недостатком способа является также то, что он не точно, а лишь приблизительно позволяет обнаруживать местоположение дефектов. Это связано с тем, что для локации используются два ультразвуковых преобразователя (излучающий и принимающий) расположенные на некотором расстоянии друг от друга. Местоположение дефекта определяется по временной задержке принятой ультразвуковой волны. Наличие базы создает неоднозначность для определения местоположения, поскольку одна и та же временная задержка будет соответствовать одинаковым расстояниям «излучающий преобразователь - дефект - принимающий преобразователь», а расстояния «излучающий преобразователь - дефект» и «дефект - принимающий преобразователь» в общем случае не равны. Они равны только если излучающий и принимающий преобразователи совмещены. Следовательно, данный способ позволяет лишь определить область расстояний, в пределах которых может находиться дефект, а значит, он имеет недостаточно высокую точность определения местоположения дефектов. Уменьшение базы между излучающим и принимающим преобразователями сужает область неоднозначности определения местоположения дефектов и увеличивает этим точность определения их местоположения, но одновременно уменьшает производительность измерений, так как увеличивает время, необходимое на перемещение и закрепление преобразователей для обнаружения дефектов по всей конструкции. К недостаткам способа можно также отнести то, что возбуждение конструкции вибрационной волной одной частоты может привести к возбуждению конструкции на моде колебаний, при которой заранее неизвестное местоположение трещины может оказаться в узле колебаний, что обусловит отсутствие модуляции последовательности ультразвуковых импульсов и, как следствие, приведет к пропуску трещины и снижению достоверности измерений.The main disadvantage of this method is that it has a low measurement performance. This is due to the fact that the method allows to detect defects only in the range of distances determined by the installed emitting and receiving ultrasonic transducers. Changing the range within which crack detection is possible is possible only by changing the location of the transducers, which takes time and reduces measurement performance. In addition, the location and fixing on the surface of the structure of two transducers requires more time than one. To detect cracks throughout the structure, it is necessary to move both ultrasonic transducers sequentially with a certain step, which also increases the total time of research and, therefore, reduces their productivity. A significant disadvantage of the method is that it is not accurate, but only approximately allows you to detect the location of defects. This is due to the fact that two ultrasonic transducers (emitting and receiving) located at a certain distance from each other are used for location. The location of the defect is determined by the time delay of the received ultrasonic wave. The presence of a base creates ambiguity for determining the location, since the same time delay will correspond to the same distances “radiating transducer - defect - receiving transducer”, and the distances “radiating transducer - defect” and “defect - receiving transducer” are generally not equal. They are equal only if the transmitting and receiving transducers are combined. Therefore, this method only allows you to determine the range of distances within which a defect can be located, which means that it does not have a high enough accuracy for determining the location of defects. Reducing the base between the emitting and receiving transducers narrows the area of ambiguity in determining the location of defects and thereby increases the accuracy of determining their location, but at the same time reduces the measurement performance, since it increases the time required to move and fix the transducers to detect defects throughout the structure. The disadvantages of the method can also include the fact that the excitation of the structure by a vibrational wave of one frequency can lead to the excitation of the structure in the vibration mode, in which a previously unknown location of the crack can be in the oscillation node, which will lead to the absence of modulation of the sequence of ultrasonic pulses and, as a result, skipping cracks and reducing the reliability of measurements.

Известно устройство для ультразвукового контроля труб, реализующее линейный способ ультразвукового контроля, позволяющее обнаруживать дефекты на локальном участке, расположенном под ультразвуковым преобразователем, при этом ультразвуковой преобразователь выполнен с изменяемым углом ввода ультразвуковой волны (пат. RU 2132054, опубл. 20.06.1999 г., МПК⁷ G 01 N 29/04). Устройство содержит основание, установленные на основании, по крайней мере, один ультразвуковой преобразователь, соединенный с ультразвуковым дефектоскопом, резервуар для контактной жидкости, сообщающийся гидравлически с зоной контроля под ультразвуковым преобразователем, и узел фиксации основания относительно поверхности трубы. При этом узел фиксации основания относительно поверхности трубы выполнен в виде четырех магнитных колес, установленных на основании на поворотных рычагах с возможностью фиксации их взаимного углового положения при установке основания на поверхность труб определенного диаметра. Ультразвуковой преобразователь подпружинен в радиальном направлении к поверхности трубы и имеет ручной механизм в виде винта для небольшого изменения его углового положения относительно поверхности трубы с целью подстройки угла падения ультразвуковой волны на поверхность трубы в соответствии с ее толщиной. Недостатком устройства является низкая производительность измерений, поскольку оно предназначено для обнаружения дефектов путем перемещения ультразвукового преобразователя по поверхности, а угол ввода ультразвуковой волны фиксирован после подгонки под необходимую толщину трубопровода и в процессе измерений не изменяется. Кроме этого, недостатком устройства является то, что оно не позволяет отличать трещину от полости, поскольку оно работает по методу линейной акустики и в нем отсутствует устройство для модуляции трещин.A device is known for ultrasonic inspection of pipes, which implements a linear method of ultrasonic inspection, allowing to detect defects in a local area located under an ultrasonic transducer, while the ultrasonic transducer is made with a variable angle of ultrasonic wave input (US Pat. RU 2132054, publ. 06/20/1999, IPC ⁷ G 01 N 29/04). The device comprises a base, mounted on the base of at least one ultrasonic transducer connected to an ultrasonic flaw detector, a reservoir for contact liquid, which communicates hydraulically with a control zone under the ultrasonic transducer, and a unit for fixing the base relative to the pipe surface. Moreover, the base fixation unit relative to the pipe surface is made in the form of four magnetic wheels mounted on the base on pivoting arms with the possibility of fixing their mutual angular position when the base is installed on the surface of pipes of a certain diameter. The ultrasonic transducer is radially spring loaded to the pipe surface and has a manual mechanism in the form of a screw for a small change in its angular position relative to the pipe surface in order to adjust the angle of incidence of the ultrasonic wave on the pipe surface in accordance with its thickness. The disadvantage of this device is the low measurement performance, since it is designed to detect defects by moving the ultrasonic transducer over the surface, and the angle of entry of the ultrasonic wave is fixed after fitting to the required thickness of the pipeline and does not change during the measurement. In addition, the disadvantage of this device is that it does not allow to distinguish a crack from a cavity, since it works by the linear acoustic method and there is no device for modulating cracks in it.

Известно устройство для нелинейного акустического обнаружения дефектов и их положения в конструкциях, которое позволяет обнаруживать трещины в конструкциях (пат. USA 6301967 В1, опубл. 16.10.2001 г., МПК⁷ G 01 N 29/00, G 01 H 13/00, Claim 15). Это устройство содержит блок возбуждения низкочастотной вибрации в конструкции, а также блок возбуждения высокочастотной акустической волны, соединенный с излучателем высокочастотной волны, закрепленным на поверхности конструкции на определенном расстоянии от приемника высокочастотной акустической волны, сигнал с которого подается на блок обработки информации, определяющий положение и наличие трещины.A device for non-linear acoustic detection of defects and their position in structures, which allows to detect cracks in structures (US Pat. USA 6301967 B1, publ. 16.10.2001, IPC ⁷ G 01 N 29/00, G 01 H 13/00, Claim 15). This device contains a low-frequency vibration excitation unit in the structure, as well as a high-frequency acoustic wave excitation unit connected to the high-frequency wave emitter mounted on the surface of the structure at a certain distance from the high-frequency acoustic wave receiver, the signal from which is supplied to the information processing unit that determines the position and presence cracks.

Основным недостатком устройства является низкая точность определения местоположения трещин, обусловленная тем, что в нем используется два ультразвуковых преобразователя (излучающий ультразвуковую волну и принимающий ультразвуковую волну), расположенных на некоторой базе. Для такого случая расположения преобразователей возможно два режима работы. Первый режим работы - локация на просвет, когда импульс ультразвуковой волны, излученный первым преобразователем, принимается вторым преобразователем по кратчайшей трассе локации. В этом случае все трещины, расположенные по трассе локации, будут поочередно модулировать проходящую через них ультразвуковую волну. Ультразвуковая волна придет от всех дефектов, расположенных по трассе локации, одновременно и по временной задержке ее распространения будет невозможно определить местоположение трещин. Для этого случая возможно определить лишь наличие трещин по трассе локации. Можно лишь указать, что они находятся между ультразвуковыми преобразователями. То есть расстояние между преобразователями определяет точность, с которой определяется местоположение трещин. Второй режим работы - локация на отражение. В этом случае на принимающий преобразователь одновременно могут приходить отражения от различных дефектов, расстояние по трассе локации до которых одинаково. То есть если разность хода ультразвуковых волн для дефектов, расположенных в разных местах одинакова, то и отраженные от них импульсы ультразвуковой волны придут одновременно. Это означает, что по временной задержке невозможно будет определить точное положение дефектов, можно лишь указать область расстояний, в пределах которой они могут находиться. Следовательно, данное устройство имеет недостаточно высокую точность определения местоположения дефектов. Дополнительным недостатком устройства является также низкая производительность измерений, связанная с тем, что трещины обнаруживаются только на фиксированных дальностях, определяемых взаимным расположением излучателя и приемника и направлением их локации, которые в процессе обнаружения трещин не изменяются. Для обнаружения трещин во всей конструкции требуется периодическая переустановка и закрепление излучателя и приемника, что приводит к увеличению общего времени измерений и снижению производительности измерений.The main disadvantage of the device is the low accuracy of determining the location of cracks, due to the fact that it uses two ultrasonic transducers (emitting an ultrasonic wave and receiving an ultrasonic wave) located at some base. For this case, the location of the transducers is possible two modes of operation. The first mode of operation is location to the clearance, when the ultrasonic wave pulse emitted by the first transducer is received by the second transducer along the shortest location path. In this case, all cracks located along the location path will alternately modulate the ultrasonic wave passing through them. An ultrasonic wave will come from all defects located along the location path; at the same time it will be impossible to determine the location of cracks by the time delay of its propagation. For this case, it is possible to determine only the presence of cracks along the location path. You can only indicate that they are between the ultrasound transducers. That is, the distance between the transducers determines the accuracy with which the location of the cracks is determined. The second mode of operation is the location for reflection. In this case, reflections from various defects can simultaneously arrive at the receiving transducer, the distance along the location path to which is the same. That is, if the difference in the stroke of the ultrasonic waves for defects located in different places is the same, then the pulses of the ultrasonic wave reflected from them will come simultaneously. This means that by the time delay it will not be possible to determine the exact position of the defects, you can only specify the range of distances within which they can be located. Therefore, this device does not have a high enough accuracy for determining the location of defects. An additional disadvantage of the device is the low measurement performance due to the fact that cracks are detected only at fixed ranges determined by the relative position of the emitter and receiver and the direction of their location, which do not change during the detection of cracks. To detect cracks in the entire structure, periodic reinstallation and fixing of the emitter and receiver is required, which leads to an increase in the total measurement time and a decrease in the measurement performance.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для нелинейного акустического обнаружения трещин и их местоположений в протяженном консольно закрепленном образце (пат. USA 3867836, опубл. 25.02.1975 г., МПК G 01 N 29/04), которое позволяет обнаруживать положение и наличие трещин и выбрано в качестве ближайшего аналога. Данное устройство содержит ультразвуковой преобразователь, выполняющий одновременно функции излучателя и приемника ультразвуковой волны, соединенный с ультразвуковым эхолокатором, а также блок возбуждения низкочастотных колебаний, содержащий генератор низкой частоты и вибратор. Выход ультразвукового эхолокатора соединен с блоком обработки информации, а вибратор приведен в контакт с поверхностью свободного конца упомянутого образца посредством сопрягающего элемента.The closest in technical essence is a device for nonlinear acoustic detection of cracks and their locations in an extended cantilever fixed sample (US Pat. USA 3867836, publ. 02.25.1975, IPC G 01 N 29/04), which allows to detect the position and presence of cracks and selected as the closest analogue. This device contains an ultrasonic transducer that simultaneously performs the functions of an emitter and a receiver of an ultrasonic wave connected to an ultrasonic sonar, as well as an excitation unit for low-frequency vibrations, comprising a low-frequency generator and a vibrator. The output of the ultrasonic sonar is connected to the information processing unit, and the vibrator is brought into contact with the surface of the free end of said sample by means of a mating element.

Недостатком устройства является то, что оно позволяет обнаруживать трещины только по трассе локации, определенной установкой и фиксированным углом ввода ультразвуковой волны ультразвукового преобразователя. Для исследования на наличие трещин всего объема образца необходимо перемещать преобразователь по его торцу, что требует времени и снижает производительность измерений. Кроме этого, фиксированный угол ввода акустической волны ограничивает дальность локации и зону обзора, что ограничивает возможности устройства в получении информации от дефектов, имеющих различную пространственную ориентацию. Существенным недостатком ближайшего аналога является также то, что это устройство позволяет исследовать только такие образцы, которые имеют вид балок и которые можно закрепить консольно.The disadvantage of this device is that it allows you to detect cracks only along the location path, defined by the installation and a fixed angle of input of the ultrasonic wave of the ultrasonic transducer. To investigate the presence of cracks in the entire sample volume, it is necessary to move the transducer along its end, which takes time and reduces the measurement performance. In addition, a fixed input angle of the acoustic wave limits the range of the location and the field of view, which limits the ability of the device to receive information from defects having different spatial orientations. A significant drawback of the closest analogue is the fact that this device allows you to explore only those samples that have the form of beams and which can be fixed cantilever.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение производительности и достоверности обнаружения трещин путем их обнаружения из одного места локации по всем максимально возможным трассам локации за минимальное время.The problem solved by the present invention is to increase the productivity and reliability of crack detection by detecting them from one location on all the maximum possible location routes in a minimum time.

Технический результат в части способа достигается за счет того, что в заявляемом способе нелинейного акустического обнаружения трещин и их местоположения так же, как и в ближайшем аналоге, в исследуемую конструкцию периодически излучают ультразвуковую волну, одновременно с этим в конструкции возбуждают низкочастотную вибрацию с амплитудой, достаточной для обеспечения взаимодействия на трещине ультразвуковой волны и низкочастотной вибрации, после чего осуществляют прием ультразвуковой волны и определяют амплитуду модуляции ультразвуковой волны, а о наличии и величине трещин судят по превышению амплитудой модуляции некоторого порогового значения, о местоположении же трещин судят по временной задержке распространения ультразвуковой волны.The technical result in terms of the method is achieved due to the fact that in the inventive method of nonlinear acoustic detection of cracks and their location, as well as in the closest analogue, an ultrasonic wave is periodically emitted into the structure under study, at the same time low-frequency vibration with an amplitude sufficient to ensure interaction on the crack of an ultrasonic wave and low-frequency vibration, then an ultrasonic wave is received and the modulation amplitude of ultrasound is determined ukovoy waves, and the presence and size of cracks is judged by exceeding of the amplitude modulation of a certain threshold value, the location of the cracks is judged by the time delay of the ultrasonic wave propagation.

Новым в заявляемом способе является то, что ультразвуковую волну последовательно излучают в конструкцию под различными углами ввода α_i, где i=0, 1 ... k, изменяя угол α_i от минимально необходимого угла α₀ до максимально необходимого угла α_k, формируя тем самым диапазон исследуемых дальностей, при этом для каждого значения угла ввода α_i определяют текущее распределение значений амплитуды модуляции ультразвуковой волны от дальности, выполняя это, по крайне мере, для двух значений частот низкочастотной вибрации, после чего из полученных распределений для каждого угла ввода α_i выбирают и регистрируют для каждой дальности только максимальные значения амплитуд модуляции ультразвуковой волны, по которым судят о наличии и величине трещин.New in the claimed method is that the ultrasonic wave is sequentially radiated into the structure at different input angles α _i , where i = 0, 1 ... k, changing the angle α _i from the minimum necessary angle α ₀ to the maximum necessary angle α _k , forming thus the test range of distances, wherein for each value of the input angle α _i determined by the current distribution of the amplitude values of the modulation wave from the ultrasonic range, is performing at least two frequency values of the low-frequency vibration, whereupon from the obtained camshaft divisions for each input angle α _i are selected and recorded for each range, only the maximum value of the modulation amplitude of the ultrasonic wave, which is judged by the presence and size of cracks.

В первом частном случае реализации способа для всего диапазона установленных дальностей и частот низкочастотных вибраций, из всех зарегистрированных значений амплитуд модуляции для каждой дальности устанавливают значение амплитуды модуляции, соответствующее максимальному из всех возможных для данной дальности.In the first particular case of implementing the method for the entire range of established ranges and frequencies of low-frequency vibrations, from all recorded values of the modulation amplitudes for each range, the modulation amplitude value corresponding to the maximum of all possible for a given range is set.

Во втором частном случае реализации способа целесообразно излучение и прием ультразвуковой волны осуществлять в узле колебаний возбуждаемой низкочастотной вибрации.In the second particular case of the implementation of the method, it is advisable to emit and receive an ultrasonic wave in the oscillation unit of the excited low-frequency vibration.

Технический результат в части способа достигается путем совместного использования двух эффектов. Первый эффект заключается в том, что для локации дефектов по всем максимально возможным трассам локации, ультразвуковая волна вводится в конструкцию под различными углами ввода, обеспечивающими взаимное перекрытие зон локации, что позволяет проводить локацию различных участков конструкции на различных дальностях из одного установочного места. На практике введение ультразвуковой волны в конструкцию под различивши углами от 0° (перпендикулярно поверхности конструкции) до критического угла 90° (вдоль поверхности) (см., например, кн. Методы акустического контроля металлов /Н.П.Алешин, В.Е.Белый, А.Х. Вопилкин и др.: Под. ред.Н.П.Алешина. - М.: Машиностроение, 1989. 456 с.) используется для того, чтобы получать отражения от различно ориентированных по отношению к падающей ультразвуковой волне дефектов, что позволяет избежать пропуска в их обнаружении. Как показали эксперименты, проведенные автором, используя ультразвуковой преобразователь с изменяемым углом ввода α_i ультразвуковой волны, оказалось возможным производить локацию из одного места установки ультразвукового преобразователя для широкого диапазона дальностей - от минимальных, максимально близко расположенных к ультразвуковому преобразователю, до максимальных, соответствующих критическим углам распространения возбуждаемой ультразвуковой волны с максимально возможной дальностью, определяемой углом ввода, что существенно сокращает время проведения измерений для обнаружения трещин по сравнению с известными способами, когда ультразвуковой преобразователь с фиксированным углом ввода перемещают по поверхности изделия с определенным шагом.The technical result in terms of the method is achieved by sharing two effects. The first effect is that in order to locate defects along all possible location paths, an ultrasonic wave is introduced into the structure at different input angles, providing mutual overlapping of the location zones, which allows location of various sections of the structure at different distances from one installation location. In practice, the introduction of an ultrasonic wave into a structure at different angles from 0 ° (perpendicular to the surface of the structure) to a critical angle of 90 ° (along the surface) (see, for example, the book Methods of Acoustic Control of Metals / N.P. Aleshin, V.E. Bely, A.Kh. Vopilkin et al .: Under the editorship of N.P. Aleshin. - M .: Mashinostroenie, 1989. 456 p.) Is used to receive reflections from defects that are differently oriented with respect to the incident ultrasonic wave that allows to avoid the omission in their detection. As the experiments conducted by the author showed, using an ultrasonic transducer with a variable angle of input α _{i of the} ultrasonic wave, it was possible to locate from one installation site of the ultrasonic transducer for a wide range of ranges - from the minimum, as close as possible to the ultrasonic transducer, to the maximum, corresponding to critical angles the propagation of an excited ultrasonic wave with a maximum possible range, determined by the angle of entry that It significantly reduces the measurement time for crack detection compared with known methods when an ultrasonic transducer with a fixed input angle is moved along the surface of the product with a certain step.

Использование ультразвукового преобразователя с изменяемым углом ввода α_i ультразвуковой волны дополнительно расширяет возможности способа за счет возможности обнаружения дефектов на участках конструкции, доступ к которым обычными ультразвуковыми преобразователями затруднен из-за конструктивных особенностей или особенностей эксплуатации конструкции. Например, для трубопроводов с изоляционным покрытием часто отсутствует возможность сделать надежный акустический контакт между ультразвуковым преобразователем и поверхностью при локации через изоляционное покрытие, которое в отдельных местах отслаивается и, следовательно, делает установку преобразователя на данном участке невозможной. Кроме этого, часть трубопровода может быть закрыта грунтом и его удаление для обеспечения доступа к нужному участку трубы для установки там ультразвукового преобразователя требует больших временных и финансовых затрат. Часто существуют условия, когда для локации объекта можно подготовить небольшой необходимый участок, обеспечивающий надежный акустический контакт, например, удалить небольшой участок изоляционного или теплоизолирующего покрытия и проводить локацию только с этого участка, но удаление всей изоляции для проведения контроля путем перемещения ультразвукового преобразователя по всей конструкции требует больших затрат времени и средств и экономически не оправдано. Изменяя угол ввода, можно решить все указанные проблемы путем локации труднодоступных участков с определенной, определяемой углом ввода ультразвуковой волны, дальности.The use of an ultrasonic transducer with a variable input angle α _{i of an} ultrasonic wave further expands the capabilities of the method due to the possibility of detecting defects in structural sections that are difficult to access with conventional ultrasonic transducers due to design features or design operation features. For example, for pipelines with an insulating coating, it is often not possible to make reliable acoustic contact between the ultrasonic transducer and the surface when located through an insulating coating, which peels off in some places and, therefore, makes it impossible to install the transducer in this section. In addition, part of the pipeline can be covered with soil and its removal to provide access to the desired section of the pipe for installing an ultrasonic transducer there requires a lot of time and financial costs. Often there are conditions when, for the location of an object, it is possible to prepare a small necessary area that provides reliable acoustic contact, for example, remove a small area of an insulating or heat-insulating coating and only locate from this area, but remove all insulation for monitoring by moving the ultrasonic transducer throughout the structure It requires a lot of time and money and is not economically justified. By changing the input angle, it is possible to solve all these problems by locating hard-to-reach areas with a specific, determined by the input angle of the ultrasonic wave, range.

Второй эффект заключается в том, что для модуляции акустических характеристик трещин предлагается использовать непрерывное возбуждение конструкции низкочастотными колебаниями минимум на двух частотах. Это связано с тем, что возбуждение объекта на резонансной частоте приводит к возбуждению определенной моды колебаний конструкции, характеризующейся наличием узлов и пучностей колебаний. Модуляция трещины, находящейся в пучностях колебаний, приводит к максимальной модуляции ультразвуковой волны, а трещина, находящаяся в узле низкочастотных колебаний, не приводит к модуляции ультразвуковой волны и, следовательно, может быть не обнаружена и пропущена, что недопустимо. При изменении угла ввода ультразвуковой волны в значительных или максимально возможных пределах, в зону обнаружения с большой вероятностью попадут и узлы низкочастотных колебаний. Поэтому, чтобы избежать пропуска в модуляции трещин, необходимо последовательно возбуждать объект на нескольких (минимум - двух) частотах колебаний, что приведет к изменению положения узловых линий низкочастотных колебаний. Однако хотя бы для одной из частот низкочастотного возбуждения трещина не будет находиться в узле колебаний и, следовательно, она будет модулировать ультразвуковую волну и обнаруживаться. Для каждой из частот возбуждения определяется уровень модуляции сигнала принятой ультразвуковой волны и из значений модуляции для каждой частоты возбуждения и каждой дальности локации достоверным будет максимальный полученный уровень модуляции, поэтому в предлагаемом способе используется определение (выбор) и регистрация только максимальных (пиковых) значений амплитуд модуляции.The second effect is that it is proposed to use continuous excitation of the structure by low-frequency vibrations at least at two frequencies to modulate the acoustic characteristics of cracks. This is due to the fact that the excitation of an object at a resonant frequency leads to the excitation of a certain vibrational mode of the structure, characterized by the presence of nodes and antinodes of vibrations. Modulation of a crack located in the antinodes of vibrations leads to maximum modulation of the ultrasonic wave, and a crack located in the node of low-frequency vibrations does not lead to modulation of the ultrasonic wave and, therefore, can not be detected and missed, which is unacceptable. If the angle of entry of the ultrasonic wave is changed to a significant or maximum possible extent, the nodes of low-frequency oscillations will most likely fall into the detection zone. Therefore, in order to avoid a gap in the modulation of cracks, it is necessary to sequentially excite an object at several (at least two) vibration frequencies, which will lead to a change in the position of the nodal lines of low-frequency vibrations. However, at least for one of the frequencies of the low-frequency excitation, the crack will not be in the vibration node and, therefore, it will modulate the ultrasonic wave and be detected. For each of the excitation frequencies, the signal modulation level of the received ultrasonic wave is determined, and from the modulation values for each excitation frequency and each location range the maximum obtained modulation level will be reliable, therefore, the proposed method uses the determination (selection) and registration of only the maximum (peak) values of modulation amplitudes .

Таким образом, технический результат, обеспечиваемый разработанным способом и заключающийся в том, что из одного места локации путем изменения угла ввода α_i ультразвуковой волны обнаруживают трещины по всем возможным трассам локации за минимальное время, позволяет повысить производительность измерений, в то же время проведение измерений минимум для двух значений частот низкочастотной вибрации позволяет избежать пропусков в обнаружении трещин, то есть позволяет повысить достоверность их обнаружения.Thus, the technical result provided by the developed method and consisting in the fact that cracks along all possible location paths in a minimum time are detected from one location location by changing the input angle α _{i of the} ultrasonic wave, allows to increase measurement performance, while at the same time conducting measurements for two values of the frequencies of low-frequency vibration avoids gaps in the detection of cracks, that is, it allows to increase the reliability of their detection.

Изменение угла ввода ультразвуковой волны позволяет также получить дополнительный технический результат, заключающийся в пространственной селекции дефектов, позволяющий увеличить достоверность проведения измерений при локации двух и более дефектов. Очевидно, что, если по трассе локации расположено два дефекта, для распознавания трещин важно, какой дефект первый, а какой второй. Если первый дефект полость, то отраженная от него ультразвуковая волна не будет промодулирована и по модуляции волны, отраженной от второго дефекта, можно определить полость это (модуляции нет) или трещина (модуляция есть). Если же первый дефект трещина, то отраженная от него волна будет промодулирована, но также будет промодулирована и ультразвуковая волна, прошедшая ко второму дефекту, и значит, отражение от второго дефекта также будет промодулировано независимо от того трещина это или полость. Изменяя угол ввода, можно существенно уменьшить или даже исключить отражение от первого дефекта, изменив трассу локации таким образом, что распространяющаяся ультразвуковая волна не заденет его, и таким образом избежать модулирования на этом дефекте ультразвуковой волны и, следовательно, облучать второй дефект немодулированной волной. Уровень модуляции в принятой волне от второго дефекта покажет, что это трещина (модуляция есть) или полость (модуляции нет). Таким образом, изменение угла ввода повышает достоверность обнаружения типа одиночного дефекта при локации группы дефектов.Changing the angle of entry of the ultrasonic wave also allows you to get an additional technical result, which consists in spatial selection of defects, which allows to increase the reliability of measurements when two or more defects are located. Obviously, if two defects are located along the location path, it is important for crack recognition which defect is the first and which is the second. If the first defect is a cavity, then the ultrasonic wave reflected from it will not be modulated and by modulating the wave reflected from the second defect, it is possible to determine whether this cavity (no modulation) or crack (there is modulation). If the first defect is a crack, then the wave reflected from it will be modulated, but the ultrasonic wave transmitted to the second defect will also be modulated, which means that the reflection from the second defect will also be modulated regardless of whether it is a crack or a cavity. By changing the input angle, one can significantly reduce or even eliminate reflection from the first defect by changing the location path so that the propagating ultrasonic wave does not touch it, and thus avoid modulating the ultrasonic wave on this defect and, therefore, irradiate the second defect with an unmodulated wave. The modulation level in the received wave from the second defect will show that it is a crack (modulation is) or a cavity (there is no modulation). Thus, a change in the input angle increases the reliability of detecting the type of a single defect in the location of a group of defects.

Дополнительный технический результат в первом частном случае реализации способа, заключающийся в ускорении построения распределения трещин для всего объема конструкции, достигается за счет того, что результат обнаружения трещин для всех углов ввода объединяют в единый результат, позволяющий регистрировать наличие трещин для всех установленных дальностей локации.An additional technical result in the first particular case of the implementation of the method, which consists in accelerating the construction of the distribution of cracks for the entire volume of the structure, is achieved due to the fact that the result of the detection of cracks for all input angles is combined into a single result, which allows to detect the presence of cracks for all established ranges of location.

Дополнительный технический результат во втором частном случае реализации способа, заключающийся в уменьшении модуляции ультразвуковой волны в месте ее излучения и приема, достигается за счет того, что ультразвуковую волну излучают и принимают в узле низкочастотных колебаний конструкции для каждой моды возбужденных колебаний, где вибрации поверхности конструкции отсутствуют. Такая особенность излучения и приема ультразвуковой волны уменьшает вероятность ее модуляции в месте контакта «преобразователь - поверхность конструкции». Отсутствие модуляции в момент излучения и приема увеличивает достоверность обнаружения трещины, так как она облучается немодулированной волной и, следовательно, не имеет дополнительной побочной модуляции.An additional technical result in the second particular case of the method, which is to reduce the modulation of the ultrasonic wave in the place of its emission and reception, is achieved due to the fact that the ultrasonic wave is emitted and received at the site of low-frequency vibrations of the structure for each mode of excited vibrations, where there are no vibrations of the surface of the structure . Such a feature of the emission and reception of an ultrasonic wave reduces the likelihood of its modulation at the point of contact "transducer - structure surface". The absence of modulation at the time of emission and reception increases the reliability of crack detection, since it is irradiated by an unmodulated wave and, therefore, does not have additional side modulation.

Технический результат, обеспечиваемый заявляемым изобретением в части устройства, достигается за счет того, что заявляемое устройство для нелинейного акустического обнаружения трещин и их местоположений, так же как и ближайший аналог, содержит, по крайне мере, один ультразвуковой преобразователь, ультразвуковой эхолокатор, а также блок возбуждения низкочастотных колебаний, содержащий последовательно соединенные генератор низкой частоты и вибратор, приведенный в контакт с поверхностью исследуемой конструкции с помощью сопрягаемого элемента, при этом выход ультразвукового эхолокатора соединен с блоком обработки информации.The technical result provided by the claimed invention in terms of the device is achieved due to the fact that the claimed device for non-linear acoustic detection of cracks and their locations, as well as the closest analogue, contains at least one ultrasonic transducer, ultrasonic sonar, and also a unit excitation of low-frequency oscillations, containing a series-connected low-frequency generator and a vibrator brought into contact with the surface of the investigated structure using mated lementa, the output of the ultrasonic sonar is connected to the information processing unit.

Новым в заявляемом устройстве является то, что в нем установлены блок управления и электронный узел изменения угла ввода ультразвуковой волны, выполненный в виде акустической призмы с установленной на ее поверхности матрицей из n ультразвуковых преобразователей и соединенного с ними блока коммутации, соединенного также с блоком управления и ультразвуковым эхолокатором, который подключен к блоку обработки информации, с которым соединен также и блок управления, при этом блок коммутации выполнен с возможностью одновременной поэлементной коммутации m (m<n) ультразвуковых преобразователей.New in the claimed device is that it has a control unit and an electronic unit for changing the input angle of the ultrasonic wave, made in the form of an acoustic prism with an array of n ultrasonic transducers and a connected switching unit connected to them also connected to the control unit and installed on its surface ultrasonic sonar, which is connected to the information processing unit, to which the control unit is also connected, while the switching unit is configured to simultaneously element-wise Switching m (m <n) ultrasonic transducers.

В первом частном случае изготовления устройства целесообразно в качестве блока управления использовать компьютер из блока обработки информации.In the first particular case of manufacturing the device, it is advisable to use a computer from the information processing unit as a control unit.

Во втором частном случае изготовления устройства его целесообразно снабдить блоком поворота акустической призмы вокруг оси, совпадающей с нормалью к поверхности конструкции в месте контакта с ней акустической призмы.In the second particular case of manufacturing the device, it is advisable to provide it with a block for turning the acoustic prism around an axis that coincides with the normal to the surface of the structure at the point of contact of the acoustic prism with it.

В третьем частном случае изготовления устройства акустическую призму целесообразно выполнить симметричной и матрицу ультразвуковых преобразователей расположить на ее поверхности также симметрично, обеспечивая ввод ультразвуковой волны не только под разными углами, но и в разных направлениях.In the third particular case of manufacturing the device, it is advisable to make an acoustic prism symmetrical and arrange the matrix of ultrasonic transducers on its surface also symmetrically, providing the input of the ultrasonic wave not only at different angles, but also in different directions.

Дополнительный технический результат, обеспечиваемый разработанным устройством, заключается в том, что изменение угла ввода ультразвуковой волны осуществляется очень быстро, по сравнению с известными устройствами, за счет электронной перестройки, проводимой с блока управления, что также повышает производительность измерений.An additional technical result provided by the developed device is that the change in the angle of entry of the ultrasonic wave is very fast, in comparison with known devices, due to electronic tuning carried out from the control unit, which also increases the measurement performance.

Дополнительным преимуществом разработанного устройства является также то, что локацию одного и того же дефекта можно проводить из различных мест установки акустической призмы, при различных взаимных ориентациях трещины и направления локации, что увеличивает достоверность обнаружения трещин, ориентированных к направлению локации под разными углами, по крайне мере, для одного из выбранных мест установки акустической призмы.An additional advantage of the developed device is that the location of the same defect can be carried out from different locations of the acoustic prism, with different mutual orientations of the crack and the direction of location, which increases the reliability of detection of cracks oriented to the direction of the location at different angles, at least , for one of the selected installation locations of the acoustic prism.

На чертеже приведена блок-схема разработанного устройства для обнаружения трещин и их местоположений в конструкции.The drawing shows a block diagram of a developed device for detecting cracks and their locations in the structure.

В общем случае реализации в соответствии с п.4 формулы изобретения устройство для нелинейного акустического обнаружения трещин и их местоположений содержит блок возбуждения 1 низкочастотных колебаний, блок управления 2, электронный узел 3 изменения угла ввода ультразвуковой волны, выполненный в виде акустической призмы 4 с установленной на ее поверхности матрицей ультразвуковых преобразователей 5, состоящей из n преобразователей, и соединенного с ними блока коммутации 6. Блок коммутации 6 соединен также с блоком управления 2 и ультразвуковым эхолокатором 7, который подключен к блоку обработки информации 8, с которым соединен также и блок управления 2. Блок возбуждения 1 низкочастотных колебаний содержит генератор 9 низкой частоты, соединенный с вибратором 10, который посредством сопрягающего элемента 11 контактирует с поверхностью исследуемой конструкции. Блок обработки информации 8 выполнен, например, из соединенных последовательно аналого-цифрового преобразователя 12 и компьютера 13. Ультразвуковой эхолокатор 7 выполнен с возможностью работы в режиме эхолокации, при котором его первый выход и вход объединены и подключены к матрице ультразвуковых преобразователей 5 через блок коммутации 6. Блок коммутации 6 выполнен с возможностью одновременной поэлементной коммутации m (m<n) ультразвуковых преобразователей 5.In the General case, the implementation in accordance with paragraph 4 of the claims, the device for non-linear acoustic detection of cracks and their locations contains an excitation unit 1 of low-frequency vibrations, a control unit 2, an electronic unit 3 for changing the angle of entry of the ultrasonic wave, made in the form of an acoustic prism 4 mounted on its surface with a matrix of ultrasonic transducers 5, consisting of n transducers, and a connected switching unit 6. The switching unit 6 is also connected to the control unit 2 and ultrasound th sonar 7, which is connected to the information processing unit 8 to which is connected also to the control unit 2. The drive unit 1 comprises a low-frequency oscillation of low frequency oscillator 9 is connected with a vibrator 10, which by means of a coupling member 11 contacts the surface structure investigated. The information processing unit 8 is made, for example, of an analog-to-digital transducer 12 connected in series and a computer 13. The ultrasonic sonar 7 is configured to operate in echolocation mode, in which its first output and input are combined and connected to the matrix of ultrasonic transducers 5 through a switching unit 6 The switching unit 6 is made with the possibility of simultaneous element-wise switching of m (m <n) ultrasonic transducers 5.

В первом частном случае изготовления устройства функции блока управления 2 может выполнить компьютер 13.In the first particular case of manufacturing the device, the functions of the control unit 2 can be performed by a computer 13.

Во втором частном случае изготовления устройства в него дополнительно введен блок поворота акустической призмы 4 вокруг оси, совпадающей с нормалью к поверхности конструкции в месте контакта с ней акустической призмы 4 (на чертеже блок поворота не показан).In the second particular case of manufacturing the device, an additional block of rotation of the acoustic prism 4 around an axis coinciding with the normal to the surface of the structure at the point of contact of the acoustic prism 4 (the rotation block is not shown in the drawing) is additionally introduced into it.

В третьем частном случае изготовления устройства акустическая призма 4 выполнена симметричной, а матрица ультразвуковых преобразователей 5 расположена на ее поверхности также симметрично с тем, чтобы вводить ультразвуковую волну в конструкцию не только под разными углами α_i, но и в разных направлениях.In the third particular case of manufacturing the device, the acoustic prism 4 is made symmetrical, and the matrix of ultrasonic transducers 5 is located on its surface also symmetrically in order to introduce the ultrasonic wave into the structure not only at different angles α _i , but also in different directions.

Описание узлов, используемых в устройстве.Description of the nodes used in the device.

В качестве генератора низкой частоты 9 может использоваться любой низкочастотный генератор, например Г3-118, Г3-56 или Г3-112.As the low-frequency generator 9, any low-frequency generator, for example, G3-118, G3-56 or G3-112, can be used.

В качестве вибратора 10 может использоваться стандартный вибростенд электромагнитного типа, например фирмы Роботрон типа 11077, с соответствующим ему усилителем мощности LV-103.As the vibrator 10, a standard electromagnetic type vibrostand can be used, for example, the company Robotron type 11077, with its corresponding power amplifier LV-103.

В качестве сопрягающего элемента 11 может использоваться переходное устройство в виде отрезка металлического стержня или трубы, один конец которого зафиксирован в подвижном элементе вибратора 10, а второй закреплен, например с помощью магнита или клея, на конструкции. В частном случае, при размещении вибростенда на конструкции, роль сопрягающего элемента может выполнять корпус вибростенда, который под действием собственного веса прижимается к поверхности конструкции и передает на нее вибрации.As the mating element 11, a transition device in the form of a piece of a metal rod or pipe can be used, one end of which is fixed in the movable element of the vibrator 10, and the second is fixed, for example with a magnet or glue, to the structure. In the particular case, when placing the vibrostand on the structure, the role of the mating element can be performed by the vibrostand housing, which, under the action of its own weight, is pressed against the surface of the structure and transfers vibrations to it.

В качестве акустической призмы 4 может использоваться призма из оргстекла в виде сегмента цилиндра, в которую с помощью матрицы ультразвуковых преобразователей 5 излучается ультразвуковая волна.As an acoustic prism 4, a plexiglass prism can be used in the form of a cylinder segment into which an ultrasonic wave is emitted using an array of ultrasonic transducers 5.

В качестве матрицы ультразвуковых преобразователей 5 может использоваться матрица из 15-20 ультразвуковых преобразователей из пьезокерамики типа ЦТС-19. Каждый преобразователь имеет размеры, например 10×1,5×0,8 мм³. Ультразвуковые преобразователи приклеиваются вплотную друг к другу на цилиндрическую поверхность акустической призмы 4 эпоксидной смолой таким образом, что они образуют матрицу преобразователей.As a matrix of ultrasonic transducers 5, a matrix of 15-20 ultrasonic transducers from piezoelectric ceramics of the TsTS-19 type can be used. Each transducer has dimensions, for example 10 × 1.5 × 0.8 mm ³ . Ultrasonic transducers are glued closely to each other on the cylindrical surface of the acoustic prism 4 with epoxy resin so that they form a matrix of transducers.

Блок управления 2 состоит из переключателей, предназначенных для управления подключением ультразвуковых преобразователей 5 через блок коммутации 6 к ультразвуковому эхолокатору 7. В простейшем случае это переключатели следующих положений: начальная установка, сдвиг на один ультразвуковой преобразователь вправо и сдвиг на один ультразвуковой преобразователь влево, что обеспечивает выбор соответствующего значения угла α_i. В качестве переключателей могут использоваться тумблеры (например, П2К) или клавиатурные кнопки, обеспечивающие выработку управляющих напряжений для управления работой микросхем ТТЛ или КМОП логики. Для согласования уровней управляющих сигналов могут использоваться микросхемы типа К555ЛА3, Л561ЛА7 и др.The control unit 2 consists of switches designed to control the connection of the ultrasonic transducers 5 through the switching unit 6 to the ultrasonic echo sounder 7. In the simplest case, these are the switches of the following positions: initial setting, shift by one ultrasonic transducer to the right and shift by one ultrasonic transducer to the left, which ensures the choice of the corresponding value of the angle α _i . As switches, tumblers (for example, P2K) or keyboard buttons can be used to provide control voltages to control the operation of TTL or CMOS logic circuits. To match the levels of control signals, microcircuits of the type K555LA3, L561LA7, etc. can be used.

В качестве блока коммутации 6 может использоваться блок, состоящий из нескольких соединенных узлов, задача которых заключается в том, чтобы по сигналу с блока управления 2 последовательно коммутировать подключение любых m ультразвуковых преобразователей 5 из общего их числа n к ультразвуковому эхолокатору 7. Первый узел может быть изготовлен, например, в виде сдвигающего регистра, выполненного на микросхеме типа К155ИР13 или К555ИР16, работающей в режиме параллельной записи данных и сдвига данных при их выводе в одну и другую сторону. Второй узел составляют n ключей, через которые n ультразвуковых преобразователей матрицы ультразвуковых преобразователей 5 подключены к ультразвуковому эхолокатору 7. В качестве ключей можно использовать, например, аналоговые ключи типа ADG441 фирмы Analog Devices или реле типа РЭС-49. Выходы регистров подключены к управляющим входам n ключей, вход которых подключен к ультразвуковому эхолокатору 7, а выход к каждому из n ультразвуковых преобразователей 5. Блок коммутации 6 выполняет следующую функцию. По сигналу начальной установки с блока управления 2 происходит запись слова состоящего из m бит в регистр блока коммутации 6. При этом первые m преобразователей 5 (от П₀ до П_m), обеспечивающие угол ввода α₀, подключаются к ультразвуковому эхолокатору 7. По сигналу сдвига с блока управления 2 происходит сдвиг сигналов в регистре и к ультразвуковому эхолокатору 7 подключаются преобразователи 5 с шагом в один преобразователь, т.е. подключатся преобразователи от П₁ до П_m+1, обеспечивающие ввод ультразвуковой волны в конструкцию под углом α₁. Сдвиг осуществляется до перебора всех углов ввода α_i от α₀ до α_n. Используя возможность реверсировать направление изменения сдвига данных, можно изменять направление изменение угла ввода ультразвуковой волны.As a switching unit 6, a unit consisting of several connected nodes can be used, the task of which is to, according to the signal from the control unit 2, sequentially switch the connection of any m ultrasonic transducers 5 out of a total of n to the ultrasonic sonar 7. The first node can be made, for example, in the form of a shift register made on a chip of the type K155IR13 or K555IR16, operating in the mode of parallel data recording and data shift when outputting to one or the other side. The second node consists of n keys, through which n ultrasonic transducers of the matrix of ultrasonic transducers 5 are connected to the ultrasonic sonar 7. As keys, for example, analog keys of the ADG441 type by Analog Devices or a relay of the RES-49 type can be used. The outputs of the registers are connected to the control inputs of n keys, the input of which is connected to the ultrasonic sonar 7, and the output to each of n ultrasonic transducers 5. The switching unit 6 performs the following function. According to the initial installation signal from control unit 2, the word is written consisting of m bits in the register of switching unit 6. In this case, the first m transducers 5 (from P ₀ to P _m ), providing an input angle α ₀ , are connected to the ultrasonic sonar 7. According to the signal the shift from the control unit 2 there is a shift of the signals in the register and transducers 5 are connected to the ultrasonic sonar 7 in increments of one transducer, i.e. transducers from P ₁ to P _{m + 1} will be connected, providing the input of the ultrasonic wave into the structure at an angle α ₁ . The shift is carried out before enumerating all the input angles α _i from α ₀ to α _n . Using the ability to reverse the direction of the data shift, you can change the direction of the change in the angle of entry of the ultrasonic wave.

В качестве импульсного ультразвукового эхолокатора 7 может использоваться любой импульсный локатор, например стандартный дефектоскоп УД-12, или дефектоскопы фирм Панаметрик или Крауткрамер (http://krautkramer.ipc.ru/Defekt.htm). Частота излучаемой ультразвуковой волны определяется частотой матрицы ультразвуковых преобразователей 5 и обычно лежит в диапазоне 1÷10 МГц.As a pulsed ultrasonic sonar 7, any pulse locator can be used, for example, a standard flaw detector UD-12, or flaw detectors from Panametric or Krautkramer (http://krautkramer.ipc.ru/Defekt.htm). The frequency of the emitted ultrasonic wave is determined by the frequency of the matrix of ultrasonic transducers 5 and usually lies in the range of 1 ÷ 10 MHz.

В качестве платы АЦП 12 может использоваться любая высокоскоростная плата АЦП, например плата аналого-цифрового преобразователя фирмы «Инструментальные системы» (г.Москва) типа ADM214×100M или фирмы L-card (г.Москва) типа L-1211.As the ADC 12 card, any high-speed ADC board can be used, for example, the analog-to-digital converter board of the Instrumental Systems company (Moscow) of the ADM214 × 100M type or of the L-card company (Moscow) of the L-1211 type.

В качестве компьютера 15 может использоваться любой компьютер, позволяющий вставить в корпус соответствующую плату АЦП, например класса Pentium 2, 3, 4.As computer 15, any computer can be used that allows you to insert the appropriate ADC card into the case, for example, Pentium 2, 3, 4 class.

В примере конкретной реализации устройства в качестве ультразвукового эхолокатора 7 использовался модифицированный дефектоскоп УД-12, имеющий частоту повторения 1248 Гц и частоту локации 3 МГц. Излучаемый импульс ультразвуковой волны с ультразвукового эхолокатора 7 равен по длительности 8 периодам частоты локации. В качестве исследуемой конструкции использовался фрагмент трубопровода диаметром 1420 мм, длиной 2100 мм и толщиной стенки 17 мм. Вдоль шва трубопровод имеет области, в которых расположены КРН (Коррозионное Растрескивание под Напряжением) трещины, образующиеся в процессе эксплуатации трубопровода под воздействием его механических напряжений. Дополнительно на поверхности трубы были изготовлены два модельных эталонных объекта: трещина (нелинейный) и полость (линейный). Для возбуждения трубы низкочастотной вибрацией на ее поверхности устанавливался вибростенд фирмы Роботрон типа 11077, его возбуждение производилось усилителем мощности LV-103 (Роботрон), на который подавался сигнал с низкочастотного генератора Г3-118. Труба возбуждалась на резонансной частоте Ω₀=78 Гц. Для модельных экспериментов распределение вибраций по поверхности трубы выбрано таким, что трещины находились в пучности низкочастотных колебаний. Это позволило для экспериментов использовать возбуждение трубы только на одной частоте Ω₀. Акустическая призма 4 располагалась на расстоянии 30-40 см от трещин и изменением угла ввода α_i проводилось определение модуляции принятой ультразвуковой волны для принятого сигнала по всем трассам локации.In an example of a specific implementation of the device, a modified UD-12 flaw detector having a repetition rate of 1248 Hz and a location frequency of 3 MHz was used as an ultrasonic sonar 7. The emitted pulse of the ultrasonic wave from the ultrasonic sonar 7 is equal in duration to 8 periods of the location frequency. A fragment of the pipeline with a diameter of 1420 mm, a length of 2100 mm, and a wall thickness of 17 mm was used as the structure under study. Along the seam, the pipeline has areas in which KPN (Corrosion Cracking under Stress) cracks are located that form during operation of the pipeline under the influence of its mechanical stresses. Additionally, two model reference objects were made on the pipe surface: a crack (non-linear) and a cavity (linear). To excite the pipe with low-frequency vibration, a Robotron type 11077 vibrostand was installed on its surface; it was excited by an LV-103 power amplifier (Robotron), to which a signal was supplied from the low-frequency generator G3-118. The tube was excited at a resonant frequency of Ω ₀ = 78 Hz. For model experiments, the vibration distribution over the surface of the pipe was chosen so that the cracks were in the antinode of low-frequency vibrations. This made it possible for experiments to use tube excitation at only one frequency Ω ₀ . Acoustic prism 4 was located at a distance of 30-40 cm from the cracks, and modulation of the input angle α _i was used to determine the modulation of the received ultrasonic wave for the received signal over all location paths.

В качестве акустической призмы 4 использован цилиндрический сегмент с окружностью 160° с плоским основанием, выполненный из диска оргстекла толщиной 17 мм и диаметром 50 мм. На его поверхность с помощью эпоксидной смолы приклеено 15 ультразвуковых преобразователей из пьезокерамики ЦТС-19. Каждый преобразователь имеет размеры 10 мм × 1,5 мм × 0,8 мм. Блок управления 2 изготовлен на базе матрицы из микропереключателей типа МП 11, с помощью которых формируются управляющие сигналы на выходах микросхемы К555ЛАЗ. Сформированные сигналы подаются на сдвигающий регистр, выполненный на базе двух микросхем К555ИР13. С помощью сигналов на выходе этих микросхем происходит подключение 8 ультразвуковых преобразователей из матрицы ультразвуковых преобразователей 5 к ультразвуковому эхолокатору 7. Подключение осуществляется с помощью 15 миниатюрных реле типа РЭС49.As an acoustic prism 4, a cylindrical segment with a circle of 160 ° with a flat base made of plexiglass disk with a thickness of 17 mm and a diameter of 50 mm was used. On its surface with the help of epoxy resin 15 ultrasonic transducers made of PZT-19 piezoceramics are glued. Each transducer is 10 mm × 1.5 mm × 0.8 mm. The control unit 2 is made on the basis of a matrix of microswitches of the MP 11 type, with the help of which control signals are generated at the outputs of the K555LAZ microcircuit. The generated signals are fed to a shift register made on the basis of two K555IR13 microcircuits. Using the signals at the output of these microcircuits, 8 ultrasonic transducers from the matrix of ultrasonic transducers 5 are connected to the ultrasonic echo sounder 7. Connection is made using 15 miniature relays of the RES49 type.

Сигнал принятой ультразвуковой волны вводился в компьютер 13 класса Celeron 2,4 ГГц через плату АЦП 12 типа ADM214×100M фирмы «Инструментальные системы» (г.Москва). Для записи сигналов с ультразвукового эхолокатора 7, синхронизации работы платы АЦП 12 с эхолокатором 7 и обработки данных в компьютере 13 использованы стандартные пакеты прикладных программ записи и обработки сигналов.The signal of the received ultrasonic wave was input into the 2.4 GHz Celeron class 13 computer via the ADM214 × 100M ADC board 12 of the Instrumental Systems company (Moscow). To record signals from the ultrasonic sonar 7, synchronize the operation of the ADC board 12 with the sonar 7 and process the data in computer 13, standard software packages for recording and processing signals were used.

Синхронно с излучаемым ультразвуковым импульсом в память компьютера 13 записывался сигнал принятой ультразвуковой волны. Для одного положения угла ввода α_i записывалось 512 временных реализаций, соответствующих разным фазам колебания трубы. Длительность каждой временной реализации составляла 1024 отсчета по дальности. Для каждой дальности рассчитывался спектр Фурье, по которому затем определялись амплитуды гармоник частоты Ω₀. Максимальные, пиковые значения уровня модуляции и амплитуды отраженного сигнала запоминались и регистрировались. По зарегистрированным значениям амплитуды модуляции и априорно измеренному уровню модуляции для бездефектного участка трубы определялось наличие и местоположение трещин по трассе локации для всех углов ввода α_i ультразвуковой волны. Поскольку при измерении определяется не только амплитуда принятой ультразвуковой волны, но и ее модуляция, то метод дополнительно позволяет повысить информативность измерений путем одновременного представления результатов как линейной, так и нелинейной локации. В результате на экране строилось две зависимости: «максимальное значение амплитуды принятой ультразвуковой волны - дальность», соответствующая линейной локации, и "амплитуда модуляции - дальность", соответствующая нелинейной локации. При этом распределение амплитуды принятой ультразвуковой волны вдоль трассы локации (линейная локация) показывает наличие всех дефектов, кроме сомкнутых трещин не дающих отражения, а распределение амплитуды модуляции от дальности (нелинейная локация) показывает наличие только трещин, в том числе и сомкнутых трещин. Обе зависимости позволяют получить дополнительную информацию о типе дефектов, распределении границ трещин, наличии закрытых трещин и обладают большими информационными возможностями. Было получено, что для отражения от полости (каверны или модельной полости) модуляция отсутствует, а для модельной трещины и КРН трещин - присутствует. Причем для КРН трещин коэффициент модуляции меньше, чем для модельной трещины, что хорошо согласуется с априорными данными о параметрах трещины и с визуальными наблюдениями.Synchronously with the emitted ultrasonic pulse, the signal of the received ultrasonic wave was recorded in the memory of computer 13. For one position of the input angle α _i , 512 time realizations corresponding to different phases of the pipe oscillation were recorded. The duration of each temporary implementation was 1024 range readings. For each range, the Fourier spectrum was calculated, from which the amplitudes of the frequency harmonics Ω _{0 were} then determined. The maximum, peak values of the modulation level and the amplitude of the reflected signal were stored and recorded. The registered values of the modulation amplitude and the a priori measured modulation level for the defect-free pipe section determined the presence and location of cracks along the location path for all input angles α _{i of the} ultrasonic wave. Since the measurement determines not only the amplitude of the received ultrasonic wave, but also its modulation, the method additionally allows to increase the information content of measurements by simultaneously presenting the results of both linear and non-linear locations. As a result, two dependences were built on the screen: “the maximum value of the amplitude of the received ultrasonic wave is the range” corresponding to the linear location, and “the modulation amplitude is the range” corresponding to the nonlinear location. In this case, the distribution of the amplitude of the received ultrasonic wave along the location path (linear location) shows the presence of all defects, except for closed cracks that do not give reflection, and the distribution of the modulation amplitude from the range (non-linear location) shows only cracks, including closed cracks. Both dependencies provide additional information on the type of defects, distribution of crack boundaries, the presence of closed cracks and have great information capabilities. It was found that for reflection from the cavity (cavity or model cavity), modulation is absent, and for a model crack and SCC cracks it is present. Moreover, for SCC cracks, the modulation coefficient is less than for a model crack, which is in good agreement with a priori data on the crack parameters and with visual observations.

Проведенные автором эксперименты по локации дефектов в трубопроводе показали, что, изменяя с помощью блока управления 2 угол ввода α_i ультразвуковой волны, оказалось возможным получать отражения от различных дальностей локации вплоть до 2-х метров при локации вдоль трубы и на полдиаметра трубы при локации по окружности трубы. Это означает, что, лоцируя из одного места крепления акустической призмы 4 и изменяя угол α_i ввода ультразвуковой волны, можно проводить обзор дефектов по всей окружности и вдоль трубы. Причем для каждого угла ввода α_i существует максимальная амплитуда отражения, соответствующая определенной дальности. Этот факт означает, что, изменяя угол ввода, можно достаточно быстро, по сравнению с известным случаем, когда для изменения области локации ультразвуковой преобразователь каждый раз нужно переставлять по поверхности, обследовать дефекты в трубе на различных дальностях от акустической призмы 4, отличая полость от трещины, т.е. можно решить поставленную задачу.The experiments performed by the author on the location of defects in the pipeline showed that by changing the input angle α _{i of the} ultrasonic wave using the control unit 2, it was possible to obtain reflections from various location ranges up to 2 meters when located along the pipe and half the diameter of the pipe when pipe circumference. This means that, locating from one point of attachment of the acoustic prism 4 and changing the angle α _{i of the} input of the ultrasonic wave, it is possible to review defects around the entire circumference and along the pipe. Moreover, for each input angle α _i there is a maximum reflection amplitude corresponding to a certain range. This fact means that by changing the angle of entry, it is possible quickly enough, in comparison with the well-known case, when to change the location region the ultrasonic transducer needs to be rearranged every time on the surface, to examine defects in the tube at different distances from the acoustic prism 4, distinguishing the cavity from the crack , i.e. You can solve the problem.

Разработанный способ реализуют следующим образом (см. фиг.1). Акустическую призму 4, с размещенной на ней матрицей из n ультразвуковых преобразователей 5, устанавливают на поверхности конструкции (показано ее сечение), а матрицу ультразвуковых преобразователей 5 подключают к блоку коммутации 6. По сигналу начальной установки с блока управления 2 посредством блока коммутации 6 подключают m первых ультразвуковых преобразователей (от По до П_m) матрицы ультразвуковых преобразователей 5 к ультразвуковому эхолокатору 7. Этим устанавливают минимально необходимый угол ввода α₀ ультразвуковой волны. При этом импульсный сигнал с ультразвукового эхолокатора 7 направляют на m ультразвуковых преобразователей 5 матрицы и излучают в конструкцию ультразвуковую волну с углом ввода α₀. Ультразвуковую волну, отраженную от внутренних дефектов конструкции (трещины, полости), принимают этими же ультразвуковьми преобразователями 5. Принятый сигнал с выхода ультразвукового эхолокатора 7 направляют в блок обработки информации 8. В блоке обработке информации 8 принятый сигнал проходит через плату аналого-цифрового преобразователя 12, преобразующего аналоговый сигнал в цифровой код с определенной частотой дискретизации, который далее записывается в компьютер 13. Одновременно с введением ультразвуковой волны в конструкции возбуждают низкочастотную вибрацию с помощью блока возбуждения низкочастотных колебаний 1. Для этого сигнал установленной резонансной частоты Ω₀ с генератора низкой частоты 9 подают на вибратор 10, передающий свои колебания конструкции через сопрягающий элемент 11. При наличии в конструкции трещин акустические характеристики трещин изменяются под действием возбужденных колебаний с частотой Ω₀, при этом распространяющаяся в конструкции ультразвуковая волна модулируется на трещине этими колебаниями частоты Ω₀. Сигнал принятой ультразвуковой волны обрабатывают с целью обнаружения в нем модуляции на частоте Ω₀ для различных дальностей локации d_p, где d_p изменяется от нулевого значения до максимального значения дальности d_max, с шагом, определяемым скоростью ультразвуковой волны в конструкции, частотой дискретизации платы АЦП 12 и углом ввода α₀ ультразвуковой волны. Вычисленную для угла ввода α₀ амплитуду модуляции A₀(d_p, Ω₀>α₀) для каждой дальности локации d_р регистрируют. Далее по сигналу с блока управления 2 к ультразвуковому эхолокатору 7 подключают следующие m преобразователей (от П₁ до П_m+1), изменяя этим угол ввода на α₁. Для этого угла ввода α₁ также определяют и регистрируют амплитуду модуляции A₁(d_p, Ω₀, α₁) для каждой дальности локации. Операцию повторяют до тех пор, пока не будут установлены все возможные углы ввода α_i от α₀ до α_n и зарегистрированы все амплитуды модуляции A_i(d_p, Ω₀, α_i), то есть сформирован диапазон исследуемых дальностей. Затем измерения повторяют, по крайне мере, еще для одного значения частоты Ω₁ и определяют для нее изменение модуляции сигнала ультразвуковой волны A(d_p, Ω_i, α_i). Из полученных распределений для каждого угла ввода α_i выбирают и регистрируют для каждой дальности локации только максимальные значения амплитуд модуляции ультразвуковой волны A(d_p, α_i). В первом приближении амплитуда модуляции пропорциональна геометрическим размерам трещины. По превышению установленным распределением A(d_p, α_i) для всех дальностей порогового уровня, определенного для бездефектной конструкции, судят о наличии, величине и местоположениях трещин из одного места локации за минимальное время, требуемое для обнаружения трещин в выбранном объеме конструкции, и с максимальной достоверностью измерений.The developed method is implemented as follows (see figure 1). An acoustic prism 4, with a matrix of n ultrasonic transducers 5 placed on it, is mounted on the surface of the structure (its cross section is shown), and the matrix of ultrasonic transducers 5 is connected to the switching unit 6. By the initial installation signal from the control unit 2, m are connected via the switching unit 6 m the first ultrasonic transducers (from Po to P _m ) of the matrix of ultrasonic transducers 5 to the ultrasonic sonar 7. This sets the minimum required angle α _{0 of the} ultrasonic wave. In this case, the pulse signal from the ultrasonic sonar 7 is sent to m ultrasonic transducers 5 of the matrix and the ultrasonic wave with an input angle α _{0 is} emitted into the structure. An ultrasonic wave reflected from internal structural defects (cracks, cavities) is received by the same ultrasonic transducers 5. The received signal from the output of the ultrasonic sonar 7 is sent to the information processing unit 8. In the information processing unit 8, the received signal passes through the analog-to-digital converter board 12 that converts the analog signal into a digital code with a specific sampling rate, which is then written to computer 13. Simultaneously with the introduction of an ultrasonic wave in the excitation structure zhdayut low frequency vibration by the drive unit 1. For low-frequency oscillations of the resonance frequency signal is set to ₀ Ω LFO 9 is fed to the vibrator 10 which transmits vibrations through its conjugating structure element 11. In the presence of cracks in the construction of the acoustic characteristics vary cracks under the action of excited oscillations with a frequency of Ω ₀ , while the ultrasonic wave propagating in the structure is modulated on the crack by these frequency oscillations of Ω ₀ . The signal of the received ultrasonic wave is processed in order to detect modulation in it at a frequency of Ω ₀ for various ranging distances d _p , where d _p varies from zero to the maximum range d _max , with a step determined by the speed of the ultrasonic wave in the structure, the sampling frequency of the ADC board 12 and the input angle α _{0 of the} ultrasonic wave. The modulation amplitude A ₀ (d _p , Ω ₀ > α ₀ ) calculated for the input angle α _{0 is} recorded for each location range d _p . Further, according to the signal from the control unit 2, the following m transducers (from P ₁ to P _{m + 1} ) are connected to the ultrasonic sonar 7, thereby changing the input angle by α ₁ . For this input angle α ₁ , the modulation amplitude A ₁ (d _p , Ω ₀ , α ₁ ) is also determined and recorded for each location range. The operation is repeated until all possible input angles α _i from α ₀ to α _{n are established} and all modulation amplitudes A _i (d _p , Ω ₀ , α _i ) are recorded, that is, a range of the studied ranges is formed. Then the measurements are repeated, at least for another value of the frequency Ω ₁ and determine for it a change in the modulation of the signal of the ultrasonic wave A (d _p , Ω _i , α _i ). From the obtained distributions for each input angle α _i , only the maximum values of the modulation amplitudes of the ultrasonic wave A (d _p , α _i ) are selected and recorded for each location range. In a first approximation, the modulation amplitude is proportional to the geometrical dimensions of the crack. By exceeding the established distribution A (d _p , α _i ) for all ranges of the threshold level determined for a defect-free structure, one judges the presence, size and location of cracks from one location for the minimum time required to detect cracks in the selected volume of the structure, and with maximum reliability of measurements.

В одном частном случае реализации способа для ускорения построения распределения трещин во всем лоцируемом объеме конструкции зарегистрированные распределения A(d_p, α_i) объединяют в единый результат A(d_p). Для этого для каждой дальности устанавливают значение амплитуды модуляции, соответствующее максимальному из всех возможных для данной дальности.In one particular case of the implementation of the method for accelerating the construction of the distribution of cracks in the entire located volume of the structure, the registered distributions A (d _p , α _i ) are combined into a single result A (d _p ). To do this, for each range set the value of the modulation amplitude corresponding to the maximum of all possible for a given range.

В другом частном случае реализации способа для увеличения чувствительности измерений путем уменьшения порогового уровня, определенного для бездефектной конструкции, излучение и прием ультразвуковой волны осуществляют в узле колебания возбуждаемой низкочастотной вибрации.In another particular case of the implementation of the method to increase the sensitivity of measurements by reducing the threshold level defined for a defect-free design, the radiation and reception of the ultrasonic wave are carried out in the vibration unit of the excited low-frequency vibration.

Для дополнительного увеличения производительности измерений акустическую призму 4 поворачивают вокруг оси, совпадающей с нормалью к конструкции в месте контакта с ней акустической призмы 4, что позволяет осуществлять секторное сканирование. Используя симметрично изготовленную акустическую призму 4, позволяющую с помощью расположенной на ней матрицы ультразвуковых преобразователей 5 вводить ультразвуковую волну в разных направлениях, с разными углами ввода, дополнительно сокращают время измерения, поскольку для обеспечения обзора конструкции акустическую призму 4 достаточно поворачивать не на 360°, а только на 180°.To further increase the measurement performance, the acoustic prism 4 is rotated around an axis that coincides with the normal to the structure at the point of contact of the acoustic prism 4, which allows sector scanning. Using a symmetrically made acoustic prism 4, which allows using the matrix of ultrasonic transducers 5 to introduce an ultrasonic wave in different directions, with different input angles, additionally reduce the measurement time, since to ensure a view of the structure, it is enough to rotate the acoustic prism 4 not 360 °, but only 180 °.

Claims (7)

1. Нелинейный акустический способ обнаружения трещин и их местоположений в конструкции, заключающийся в том, что в исследуемую конструкцию периодически излучают ультразвуковую волну, одновременно с этим в конструкции возбуждают низкочастотную вибрацию с амплитудой, достаточной для обеспечения взаимодействия на трещине ультразвуковой волны и низкочастотной вибрации, после чего осуществляют прием ультразвуковой волны и определяют амплитуду модуляции ультразвуковой волны, а о наличии и величине трещин судят по превышению амплитудой модуляции некоторого порогового значения, о местоположении же трещин судят по временной задержке распространения ультразвуковой волны, отличающийся тем, что ультразвуковую волну последовательно излучают в конструкцию под различными углами ввода α_i, где i=0, 1 ... k, изменяя угол α_i от минимально необходимого угла α₀ до максимально необходимого угла α_k, формируя тем самым диапазон исследуемых дальностей, при этом для каждого значения угла ввода α_i определяют текущее распределение значений амплитуды модуляции ультразвуковой волны от дальности, выполняя это, по крайней мере, для двух значений частот низкочастотной вибрации, после чего из полученных распределений для каждого угла ввода α_i выбирают и регистрируют для каждой дальности только максимальные значения амплитуд модуляции ультразвуковой волны, по которым судят о наличии и величине трещин.1. A non-linear acoustic method for detecting cracks and their locations in a structure, which consists in the fact that an ultrasonic wave is periodically emitted into the structure under study, at the same time low-frequency vibration with an amplitude sufficient to allow interaction of an ultrasonic wave and a low-frequency vibration on the crack after why the ultrasonic wave is received and the modulation amplitude of the ultrasonic wave is determined, and the presence and magnitude of cracks are judged by the excess of the amplitude m modulation of a certain threshold value, the location of the cracks is judged by the time delay of propagation of the ultrasonic wave, wherein the ultrasonic wave sequentially emit structure at different angles entering α _i, where i = 0, 1 ... k, varying the angle α _i from the minimum required angle α ₀ to the maximum desired angle α _k, thereby forming the test range of distances, wherein for each value of the input angle α _i determined current values of the amplitude distribution of the modulation of the ultrasonic wave from the distal ti, performing it, at least two low-frequency vibration of frequencies, whereupon from the obtained distributions for each input angle α _i are selected and recorded for each range, only the maximum value of the ultrasonic wave modulation amplitude, which is judged on the presence and size of cracks. 2. Нелинейный акустический способ по п.1, отличающийся тем, что для всего диапазона установленных дальностей и частот низкочастотных вибраций из всех зарегистрированных значений амплитуд модуляции для каждой дальности устанавливают значение амплитуды модуляции, соответствующее максимальному из всех возможных для данной дальности.2. The non-linear acoustic method according to claim 1, characterized in that for the entire range of established ranges and frequencies of low-frequency vibrations from all recorded values of the modulation amplitudes for each range, a modulation amplitude value corresponding to the maximum of all possible for a given range is set. 3. Нелинейный акустический способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что излучение и прием ультразвуковой волны осуществляют в узле колебания возбуждаемой низкочастотной вибрации.3. The non-linear acoustic method according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation and reception of the ultrasonic wave is carried out in the vibration unit of the excited low-frequency vibration. 4. Устройство для нелинейного акустического обнаружения трещин и их местоположений в конструкции содержит, по крайней мере, один ультразвуковой преобразователь, ультразвуковой эхолокатор, а также блок возбуждения низкочастотных колебаний, содержащий последовательно соединенные генератор низкой частоты и вибратор, приведенный в контакт с поверхностью исследуемой конструкции посредством сопрягающего элемента, при этом выход ультразвукового эхолокатора соединен с блоком обработки информации, отличающееся тем, что в нем установлены блок управления и электронный узел изменения угла ввода ультразвуковой волны, выполненный в виде акустической призмы с установленной на ее поверхности матрицей из n ультразвуковых преобразователей и соединенного с ними блока коммутации, соединенного также с блоком управления и ультразвуковым эхолокатором, который подключен к блоку обработки информации, с которым соединен также и блок управления, при этом блок коммутации выполнен с возможностью одновременной поэлементной коммутации m (m<n) ультразвуковых преобразователей.4. A device for nonlinear acoustic detection of cracks and their locations in a structure includes at least one ultrasonic transducer, an ultrasonic sonar, and a low-frequency oscillation excitation unit, comprising a low-frequency oscillator and a vibrator connected in series with the surface of the investigated structure by means of the connecting element, while the output of the ultrasonic sonar is connected to the information processing unit, characterized in that it contains OK control unit and an electronic unit for changing the input angle of the ultrasonic wave, made in the form of an acoustic prism with an array of n ultrasonic transducers and a switching unit connected to them, also connected to a control unit and an ultrasonic sonar, which is connected to the information processing unit, installed on its surface, with which also connects the control unit, while the switching unit is configured to simultaneously m-by-element switching m (m <n) ultrasonic transducers. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве блока управления служит компьютер из блока обработки информации.5. The device according to claim 4, characterized in that the computer from the information processing unit serves as a control unit. 6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что в него введен блок поворота акустической призмы вокруг оси, совпадающей с нормалью к поверхности конструкции в месте контакта с ней акустической призмы.6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that a rotational block of the acoustic prism about an axis coinciding with the normal to the surface of the structure at the point of contact of the acoustic prism is introduced into it. 7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что акустическая призма выполнена симметричной, а матрица ультразвуковых преобразователей располагается на ее поверхности также симметрично, обеспечивая ввод ультразвуковой волны через акустическую призму не только под разными углами, но и в разных направлениях.7. The device according to claim 4, characterized in that the acoustic prism is made symmetrical, and the matrix of ultrasonic transducers is also located symmetrically on its surface, providing the input of the ultrasonic wave through the acoustic prism not only at different angles, but also in different directions.