RU2448343C2 - Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method - Google Patents
Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2448343C2 RU2448343C2 RU2010116329/28A RU2010116329A RU2448343C2 RU 2448343 C2 RU2448343 C2 RU 2448343C2 RU 2010116329/28 A RU2010116329/28 A RU 2010116329/28A RU 2010116329 A RU2010116329 A RU 2010116329A RU 2448343 C2 RU2448343 C2 RU 2448343C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- analog
- output
- signals
- acoustic
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля и диагностики металлических деталей и конструкций методом акустической эмиссии и может быть использовано для прогнозирования остаточного ресурса изделий или времени эксплуатации при периодической диагностике их технического состояния.The invention relates to the field of non-destructive testing and diagnostics of metal parts and structures by the method of acoustic emission and can be used to predict the residual life of products or operating time during periodic diagnosis of their technical condition.
Известен способ прогноза остаточного ресурса механических систем при неразрушающем анализе отклика акустоэмиссионного излучения, включающий анализ физико-механических свойств исходного эталонного металла, таких как временный предел прочности при растяжении, предел текучести, относительное сужение, относительное удлинение, плотность, скорости продольной и поперечной ультразвуковых волн, затем испытания в ритме быстрой вибрации с частотой более 100 Гц и последующего анализа изменения акустико-эмиссионных частот в диапазонах частот 1600…2800 Гц и 14…440 Гц, после чего по характерному смещению откликов резонансной частоты сдвига-отрыва, смещению отклика релаксационно-модулирующей частоты при мягком нагружении и смещении релаксационно-модулирующей частоты при жестком нагружении по эмпирическим формулам определяют время остаточного ресурса (Пат. РФ №2191377, G01N 29/14, 3/32, 29/00. Способ прогноза остаточного ресурса механических систем при неразрушающем анализе отклика акустоэмиссионного излучения / Берман А.В., Берман Д.В., Артеменко А.И. и др. - приоритет от 12.09.2000 г., Бюл. №29, 2002 г., принятый за аналог).A known method for predicting the residual life of mechanical systems in a non-destructive analysis of the response of acoustic emission radiation, including the analysis of the physicomechanical properties of the original reference metal, such as temporary tensile strength, yield strength, relative narrowing, elongation, density, velocity of longitudinal and transverse ultrasonic waves, then tests in the rhythm of fast vibration with a frequency of more than 100 Hz and the subsequent analysis of changes in acoustic emission frequencies in the frequency ranges 160 0 ... 2800 Hz and 14 ... 440 Hz, after which the time of the residual resource is determined by empirical formulas using the empirical formulas for the characteristic response shift of the resonance shear-detachment frequency, the response shift of the relaxation-modulating frequency under soft loading and the shift of the relaxation-modulating frequency under hard loading (Pat. RF №2191377, G01N 29/14, 3/32, 29/00. Method for predicting the residual life of mechanical systems in non-destructive analysis of the response of acoustic emission radiation / Berman AV, Berman DV, Artemenko AI and others. - Priority from 09/12/2000, bull. No. 29, 2002, adopted as an analogue).
Недостатком данного способа является применение специальных нагружающих устройств, обеспечивающих вибрационные нагрузки, которые не могут использоваться для крупногабаритных конструкций или изделий сложной формы. Кроме того, данный способ не позволяет разделять потенциально опасные участки изделий по степени их деградации и определять их координаты, что не позволяет оценивать их состояние другими методами неразрушающего контроля.The disadvantage of this method is the use of special loading devices that provide vibration loads that cannot be used for large structures or products of complex shape. In addition, this method does not allow to separate potentially hazardous areas of products according to their degree of degradation and to determine their coordinates, which does not allow to assess their condition by other non-destructive testing methods.
Известно многоканальное акустико-эмиссионное устройство, состоящее из 1…n блоков, каждый из которых содержит четыре измерительных канала, состоящих из последовательно соединенных акустического преобразователя и предварительного усилителя, фильтра, программируемого основного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, а также содержит генератор калибровочных импульсов и последовательно соединенные оперативное запоминающее устройство, устройство управления, выход которого соединен с шиной компьютера, которая, в свою очередь, соединена с центральным процессором компьютера, два ключа, причем первый вход первого ключа соединен с выходом акустического преобразователя, а второй вход первого ключа соединен со вторым входом второго ключа и входом двухпозиционного ключа, первый вход второго ключа соединен с выходом предварительного усилителя, с выхода предварительного усилителя через замкнутые второй и двухпозиционный ключи сигналы акустической эмиссии поступают на вход фильтра, при этом первый выход двухпозиционного ключа соединен с последовательно соединенными фильтром, программируемым основным усилителем, аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен со входом цифрового мультиплексора, а второй выход двухпозиционного ключа соединен с выходом генератора калибровочных импульсов, вход которого соединен с первым выходом устройства управления. Кроме того, выход программируемого усилителя соединен с узкополосным перестраиваемым фильтром, выход которого соединен со входом компаратора, выход которого соединен с соответствующим входом счетчика времени прихода, выход которого двунаправленной шиной соединен со вторым входом устройства управления, а управляющие входы двухпозиционных ключей объединены и соединены с третьим управляющим входом устройства управления, а управляющие входы программируемых усилителей объединены и соединены с четвертым входом устройства управления (Пат. РФ №2296320, МКИ 5 G01N 29/14, принятый за аналог).A multi-channel acoustic emission device is known, consisting of 1 ... n blocks, each of which contains four measuring channels, consisting of a series-connected acoustic transducer and a pre-amplifier, a filter, a programmable main amplifier, an analog-to-digital converter, and also contains a calibration pulse generator and serially connected random access memory, a control device, the output of which is connected to the computer bus, which, in turn, is inena with the computer’s central processor, two keys, the first input of the first key connected to the output of the acoustic transducer, and the second input of the first key connected to the second input of the second key and the input of the on-off key, the first input of the second key connected to the output of the pre-amplifier, from the output of the pre-amplifier through the closed second and on-off keys, acoustic emission signals are fed to the input of the filter, while the first output of the on-off key is connected to series-connected Filtering programmable main amplifier, an analog-digital converter whose output is connected to the input of a digital multiplexer, a second output of key-off connected to the output pulse generator gauge having an input coupled to the first output of the control device. In addition, the output of the programmable amplifier is connected to a narrow-band tunable filter, the output of which is connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the corresponding input of the arrival time counter, the output of which is connected by a bi-directional bus to the second input of the control device, and the control inputs of the on-off keys are combined and connected to the third the control input of the control device, and the control inputs of programmable amplifiers are combined and connected to the fourth input of the control device (P ie. the Russian Federation №2296320, MKI 5 G01N 29/14, taken as equivalent).
К недостаткам устройства следует отнести низкое быстродействие, обусловленное отсутствием предварительной обработки сигналов акустической эмиссии в канале. При обработке сигналов оцифрованная форма сигнала акустической эмиссии предварительно записывается в память компьютера, после чего происходит анализ сигнала. На это устройством тратится дополнительное время, существенно снижающее быстродействие устройства.The disadvantages of the device include the low speed due to the lack of preliminary processing of acoustic emission signals in the channel. When processing signals, the digitized waveform of the acoustic emission is pre-recorded in the computer's memory, after which the signal is analyzed. This device spends additional time, significantly reducing the speed of the device.
Известен способ прогнозирования остаточного ресурса металлических изделий, заключающийся в том, что на изделие устанавливают акустические преобразователи, изделие нагружают до испытательной нагрузки, выдерживают изделие под постоянной испытательной нагрузкой, регистрируют сигналы акустической эмиссии, измеряют их параметры, вычисляют по ним спектр акустических сигналов, их предварительную обработку, осуществляют регистрацию времени прихода сигналов на акустические преобразователи и вычисление по нему координат развивающихся дефектов. По этому способу изделие разбивают на n секторов, содержащих не менее трех акустических преобразователей, в каждом из которых дополнительно устанавливают тензодатчик, изделие нагружают статической нагрузкой, превышающей рабочую на (20-25)%, локализуют сигналы акустической эмиссии в каждом секторе и для каждого из локализованных источников определяют интегральные характеристики (Пат. РФ №2361199, G01N 29/14. Способ прогнозирования остаточного ресурса металлических изделий / Бобров А.Л. - приоритет от 02.04.2007 г., Бюл. №19, 2009 г.), принятый за прототип.A known method for predicting the residual life of metal products is that acoustic transducers are installed on the product, the product is loaded to a test load, the product is held under a constant test load, acoustic emission signals are recorded, their parameters are measured, the spectrum of acoustic signals is calculated from them, their preliminary processing, register the time of arrival of signals to acoustic transducers and calculate the coordinates of developing def projects. According to this method, the product is divided into n sectors containing at least three acoustic transducers, in each of which an additional strain gauge is installed, the product is loaded with a static load (20-25)% higher than the working one, the acoustic emission signals are localized in each sector and for each of localized sources determine the integral characteristics (Pat. RF №2361199, G01N 29/14. A method for predicting the residual resource of metal products / Bobrov A.L. - priority of 04/02/2007, Bull. No. 19, 2009), adopted for prototype.
Недостатком данного способа является высокая трудоемкость способа, требующая совместных акустико-эмиссионных и тензометрических измерений. Кроме того, такой способ имеет невысокую точность, так как оценивает остаточный ресурс изделий относительно заданного максимального времени допустимой эксплуатации.The disadvantage of this method is the high complexity of the method, requiring joint acoustic emission and tensometric measurements. In addition, this method has a low accuracy, as it estimates the residual life of the products relative to a given maximum time for acceptable operation.
Наиболее близким по технической сущности является многоканальное акустико-эмиссионное устройство, состоящее из К каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, основного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, выход которого цифровой шиной соединен с входом оперативного запоминающего устройства, выход которого двунаправленной шиной соединен с входом устройства управления, выход которого двунаправленной шиной соединен с шиной компьютера, которая, в свою очередь, соединена с центральным процессором. Кроме того, в каждый канал дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, аналоговый компаратор, оперативное запоминающее устройство кода диапазонов, а также n узкополосных фильтров, n аналоговых интеграторов, n аналого-цифровых преобразователей сигналов частотных диапазонов, при этом выход основного усилителя соединен с неинвертирующим входом аналогового компаратора, инвертирующий вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с первым выходом устройства управления каналом, а выход аналогового компаратора соединен с первым входом устройства управления каналом, второй выход которого соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства кода диапазонов, третий выход устройства управления каналом двунаправленной шиной соединен с вторым входом оперативного запоминающего устройства кода диапазонов, а выход основного усилителя соединен с входами (1…n) параллельных цепей, состоящих из последовательно соединенных узкополосного фильтра, первым входом аналогового интегратора, аналого-цифрового преобразователя частотных диапазонов, выходы которых цифровой шиной соединены с третьим входом оперативного запоминающего устройства кода диапазонов, а четвертый выход устройства управления каналом соединен со вторым входом аналогового интегратора (Патент РФ №2379677, МПК G01N 29/14), принятый за прототип.The closest in technical essence is a multichannel acoustic emission device, consisting of K channels, each of which consists of a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, main amplifier, analog-to-digital converter, the output of which is connected via digital bus to the input of random access memory the output of which a bi-directional bus is connected to an input of a control device, the output of which a bi-directional bus is connected to a computer bus, which, in turn, is connected to the central processor. In addition, a digital-to-analog converter, an analog comparator, a range code random access memory, as well as n narrow-band filters, n analog integrators, n analog-to-digital frequency band signal converters are additionally introduced into each channel, while the output of the main amplifier is connected to the non-inverting input of the analog comparator whose inverting input is connected to the output of the digital-to-analog converter, the input of which is connected to the first output of the channel control device, and the output the analog comparator is connected to the first input of the channel control device, the second output of which is connected to the first input of the range code random access memory, the third output of the bi-directional bus channel control device is connected to the second input of the range code random access memory, and the output of the main amplifier is connected to the inputs (1 ... n) parallel circuits consisting of a series-connected narrow-band filter, the first input of an analog integrator, analog-to-digital conversion frequency band, the outputs of which are connected via a digital bus to the third input of the range code random access memory, and the fourth output of the channel control device is connected to the second input of the analog integrator (RF Patent No. 2379677, IPC G01N 29/14), adopted as a prototype.
К числу основных недостатков устройства относится невозможность проведения кластеризации источников сигналов акустической эмиссии в реальном времени, а также отсутствует возможность фильтрации сигналов акустической эмиссии по параметрам, что снижает быстродействие и достоверность контроля и приводит к потере информации.Among the main disadvantages of the device is the impossibility of clustering sources of acoustic emission signals in real time, and there is no possibility of filtering acoustic emission signals by parameters, which reduces the speed and reliability of control and leads to loss of information.
При разработке способа прогнозирования остаточного ресурса металлических изделий была поставлена задача повышения достоверности определения остаточного ресурса, т.е. времени допустимой эксплуатации изделий, определяемого по результатам анализа параметров сигналов акустической эмиссии при механическом нагружении изделия.When developing a method for predicting the residual resource of metal products, the task was to increase the reliability of determining the residual resource, i.e. the time of permissible product operation, determined by the analysis of the parameters of acoustic emission signals during mechanical loading of the product.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом акустико-эмиссионном способе прогнозирования остаточного ресурса металлических изделий их разбивают на n-секторов, содержащих не менее трех акустических преобразователей, изделие нагружают, регистрируют сигналы акустической эмиссии, измеряют их параметры, осуществляют регистрацию времени прихода сигналов на акустические преобразователи и вычисление по ним координат развивающихся дефектов. Кроме того, предварительно изделие нагружают до 0,5 рабочей нагрузки, при этом определяют максимальную активность сигналов, превышающих пороговый уровень Uпор больше Uш (где Uш - уровень шума), и задают скорость подачи нагрузки в зависимости от этой активности, после этого проводят нагружение, превышающее на 10-15% рабочую нагрузку, затем проводят нагружение до максимальной рабочей нагрузки с заданной скоростью подачи нагрузки, регистрируют сигналы акустической эмиссии этих этапов нагружения, проводят кластеризацию сигналов акустической эмиссии по коэффициенту взаимной корреляции сигналов, а остаточный ресурс металлических изделий определяют по формулеThe problem is solved due to the fact that in the proposed acoustic emission method for predicting the residual life of metal products they are divided into n-sectors containing at least three acoustic transducers, the product is loaded, acoustic emission signals are recorded, their parameters are measured, and the signal arrival time is recorded on acoustic transducers and calculating the coordinates of developing defects from them. In addition, pre-load the product up to 0.5 working load, while determining the maximum activity of signals exceeding the threshold level U then more than U W (where U W is the noise level), and set the feed rate depending on this activity, after that loading is carried out, which exceeds the workload by 10-15%, then loading is carried out to the maximum working load with a given feed rate, acoustic emission signals of these loading stages are recorded, acoustic acoustic signals are clustered issii by cross correlation coefficient signals, and the residual life of the metal products is determined by the formula
где N - допустимое число циклов эксплуатации изделия; Кин - коэффициент, учитывающий величину относительных напряжений в зоне локализации источника сигналов акустической эмиссии; F(EΣ) - функциональная зависимость, отражающая влияние на долговечность изделия суммарной энергии сигналов акустической эмиссии в зоне локализации; P - доверительная вероятность безотказной работы изделия; α - корреляционный коэффициент, определяемый какwhere N is the allowable number of product operation cycles; To in - coefficient taking into account the magnitude of the relative stresses in the localization zone of the source of acoustic emission signals; F (E Σ ) is a functional dependence reflecting the effect on the product life of the total energy of acoustic emission signals in the localization zone; P is the confidence probability of product uptime; α is the correlation coefficient, defined as
где kcp - средний коэффициент корреляции между всеми сигналами источника; ki,i+1 - коэффициент корреляции между двумя соседними по времени прихода сигналами от источника; m - общее число сигналов от источника; λ - коэффициент активности дефекта, определяемый по формулеwhere k cp is the average correlation coefficient between all source signals; k i, i + 1 - correlation coefficient between two neighboring signals from the source, which are neighboring in time of arrival; m is the total number of signals from the source; λ is the defect activity coefficient, determined by the formula
где K1 - коэффициент, определяемый экспериментально по времени работы до разрушения; АΔt - активность источника сигналов акустической эмиссии в интервале времени Δt; tк - время окончания испытаний; Amax - максимальная активность источника за время испытаний; F(Amax) - нагрузка при максимальной активности источника; Fmax - максимальная нагрузка за время испытания.where K 1 is the coefficient determined experimentally by the time of operation until failure; And Δt is the activity of the source of acoustic emission signals in the time interval Δt; t to - time of the end of the test; A max - maximum activity of the source during the test; F (A max ) - load at maximum source activity; F max - maximum load during the test.
Поставленная задача решается также за счет того, что многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностирования остаточного ресурса металлических изделий, состоящее из 1…k каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, основного усилителя, выход которого соединен с неинвертирующим входом аналогового компаратора и входом аналого-цифрового преобразователя, а также содержит цифроаналоговый преобразователь, оперативное запоминающее устройство, устройство управления каналом, выход которого соединен с шиной компьютера, связанной с центральным процессором компьютера. Кроме того, согласно изобретению в каждый канал дополнительно введены узкополосные полосовые фильтры, аналоговые интеграторы, аналого-цифровые преобразователи частотных диапазонов, оперативное запоминающее устройство кода диапазонов, оперативное запоминающее устройство корреляционной матрицы, микропроцессор, таймер-счетчик временных интервалов, при этом в каждом канале выход основного усилителя соединен с 1…n входами узкополосных фильтров, выходы которых соединены с первыми входами 1…n аналоговых интеграторов, вторые входы которых объединены и соединены с первым выходом таймер-счетчика временных интервалов, а выходы 1…n аналоговых интеграторов соединены с первыми входами 1…n аналого-цифровых преобразователей сигналов частотных диапазонов, вторые входы которых объединены и соединены со вторым выходом таймер-счетчика временных интервалов и первым аналоговым входом микропроцессора, цифровые выходы аналого-цифровых преобразователей сигналов частотных диапазонов объединены и соединены с входом оперативного запоминающего устройства кода диапазонов, а его выход двунаправленной шиной соединен со вторым входом микропроцессора, аналоговый выход которого соединен со вторым входом оперативного запоминающего устройства кода диапазонов, выход оперативного запоминающего устройства корреляционной матрицы двунаправленной шиной соединен с третьим входом микропроцессора, второй аналоговый выход которого соединен с входом таймер-счетчика временных интервалов, а выход аналого-цифрового преобразователя акустического сигнала шиной соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства акустического сигнала, второй вход которого двунаправленной шиной соединен со вторым входом устройства управления каналом, а его третий вход двунаправленной шиной соединен с четвертым входом микропроцессора, первый выход устройства управления каналом соединен с третьим входом оперативного запоминающего устройства акустического сигнала, его второй выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с неинвертирующим входом аналогового компаратора, выход которого соединен с четвертым входом устройства управления каналом.The problem is also solved due to the fact that the multichannel acoustic emission device for diagnosing the residual resource of metal products, consisting of 1 ... k channels, each of which consists of a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, main amplifier, the output of which is connected to non-inverting input of the analog comparator and the input of the analog-to-digital converter, and also contains a digital-to-analog converter, a random access memory property, a channel control device, the output of which is connected to a computer bus connected to the central processor of the computer. In addition, according to the invention, narrow-band bandpass filters, analogue integrators, analog-to-digital converters of frequency ranges, random access memory of the range code, random-access memory of the correlation matrix, microprocessor, timer-counter for time intervals are additionally introduced into each channel, with an output in each channel the main amplifier is connected to 1 ... n inputs of narrow-band filters, the outputs of which are connected to the first inputs of 1 ... n analog integrators, the second inputs of which are combined and connected to the first output of the timer-counter of time intervals, and the outputs 1 ... n of analog integrators are connected to the first inputs 1 ... n of analog-to-digital converters of frequency range signals, the second inputs of which are combined and connected to the second output of the timer-counter of time intervals and the first the analog input of the microprocessor, the digital outputs of the analog-to-digital converters of the frequency band signals are combined and connected to the input of the random access memory of the range code, and its output the bi-directional bus is connected to the second input of the microprocessor, the analog output of which is connected to the second input of the range code random access memory, the output of the correlation matrix random-access memory is connected to the third input of the microprocessor, the second analog output of which is connected to the input of the timer-counter for time intervals, and the output analog-to-digital acoustic signal converter bus connected to the first input of random access memory acoustics signal, the second input of which a bi-directional bus is connected to the second input of the channel control device, and its third input bi-directional bus is connected to the fourth input of the microprocessor, the first output of the channel control device is connected to the third input of the acoustic memory, its second output is connected to the input of the digital-analog a converter whose output is connected to a non-inverting input of an analog comparator, the output of which is connected to the fourth input of the control device Lenia channel.
Предлагаемое устройство по сравнению с существующими устройствами (Акустико-эмиссионный контроль авиационных конструкций /Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н., Кабанов С.И. и др./ Под ред. Л.Н.Степановой, А.Н.Серьезнова - М.: Машиностроение. 2008. - 440 с.) обладает рядом преимуществ, заключающихся в том, что микропроцессор, считывая из оперативного запоминающего устройства коды частотных диапазонов, может проводить предварительную фильтрацию сигналов акустической эмиссии. При этом исключаются сигналы, коды частотных диапазонов которых соответствуют помехам, а также повышается быстродействие устройства, так как помеховые сигналы не записываются и не обрабатываются центральным процессором компьютера. Кроме того, использование микропроцессора в устройстве позволяет проводить кластеризацию сигналов акустической эмиссии в реальном времени, рассчитывая коэффициенты корреляции кодов частотных диапазонов. Это повышает достоверность контроля и позволяет проводить оценку остаточного ресурса с более высоким быстродействием.The proposed device in comparison with existing devices (acoustic emission monitoring of aircraft structures / Serzheznov A.N., Stepanova L.N., Kabanov S.I. et al. / Edited by L.N. Stepanova, A.N. Seryoznova - M .: Mashinostroenie. 2008. - 440 p.) Has a number of advantages, namely, that the microprocessor, reading codes of frequency ranges from the random access memory, can carry out preliminary filtering of acoustic emission signals. This excludes signals whose frequency range codes correspond to interference, and also increases the speed of the device, since the interference signals are not recorded and are not processed by the computer’s central processor. In addition, the use of a microprocessor in the device allows clustering of acoustic emission signals in real time, calculating the correlation coefficients of the codes of frequency ranges. This increases the reliability of the control and allows the assessment of the residual resource with higher speed.
На приведенном чертеже представлена функциональная схема многоканального акустико-эмиссионного устройства для диагностирования остаточного ресурса металлических изделий.The drawing shows a functional diagram of a multi-channel acoustic emission device for diagnosing the residual resource of metal products.
Устройство, реализующее акустико-эмиссионный способ прогнозирования остаточного ресурса металлических изделий, содержит:A device that implements an acoustic emission method for predicting the residual life of metal products contains:
1…k - каналы;1 ... k - channels;
2 - акустический преобразователь;2 - acoustic transducer;
3 - предварительный усилитель;3 - pre-amplifier;
4 - полосовой фильтр;4 - band-pass filter;
5 - основной усилитель канала;5 - the main amplifier of the channel;
6 - аналоговый компаратор;6 - analog comparator;
7 - аналого-цифровой преобразователь акустического канала;7 - analog-to-digital converter of the acoustic channel;
8 - цифроаналоговый преобразователь;8 - digital-to-analog converter;
9 - оперативное запоминающее устройство акустического сигнала;9 - random access memory of the acoustic signal;
10 - устройство управления каналом;10 - channel control device;
11 - интерфейсная шина PCI,11 - PCI interface bus,
12 - центральный процессор компьютера;12 - computer central processor;
13 - узкополосный полосовой фильтр;13 - narrow bandpass filter;
14 - аналоговый интегратор;14 - analog integrator;
15 - аналого-цифровой преобразователь сигналов частотных диапазонов;15 - analog-to-digital Converter signals of frequency ranges;
16 - оперативное запоминающее устройство кода диапазонов;16 - random access memory of the range code;
17 - оперативное запоминающее устройство корреляционной матрицы;17 - random access memory correlation matrix;
18 - микропроцессор;18 - microprocessor;
19 - таймер-счетчик временных интервалов.19 - timer-counter time intervals.
Практическая реализация предлагаемого устройства выполняется по известным схемам с использованием следующих компонентов:The practical implementation of the proposed device is performed according to known schemes using the following components:
1. Схема предварительного усилителя 3 приведена в книге (А.Н.Серьезнов, Л.Н.Степанова и др. /под ред. Л.Н.Степановой/ Акустико-эмиссионная диагностика конструкций - М.: Радио и связь, 2000, с.83, рис.3.3).1. The scheme of the preliminary amplifier 3 is given in the book (A.N. Seryoznov, L.N. Stepanova et al. / Edited by L.N. Stepanova / Acoustic emission diagnostics of structures - M .: Radio and communications, 2000, p. .83, Fig. 3.3).
2. Аналоговый компаратор 6 собран на микросхеме LM311.2. The analog comparator 6 is assembled on an LM311 chip.
3. Полосовые фильтры 4 и 13 выполнены по двухзвенной схеме активных фильтров второго порядка на операционных усилителях МС33282 фирмы «Motorolla», пример реализации приведен в книге (Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1988, с.105, рис.3.9).3. Band filters 4 and 13 are made according to a two-link scheme of active second-order filters on operating amplifiers MC33282 of the Motorolla company, an example of implementation is given in the book (Gutnikov BC Integrated Electronics in Measuring Devices - L .: Energoatomizdat, Leningrad Branch, 1988, p. 105, Fig. 3.9).
4. Аналоговые интеграторы 14 выполнены на операционных усилителях МС33282 фирмы «Motorolla», пример реализации приведен в книге (Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1988, с.94, рис.3.4).4. The analog integrators 14 are made on the MC33282 operational amplifiers of Motorolla company, an example of implementation is given in the book (B. Gutnikov. Integrated Electronics in Measuring Devices - L.: Energoatomizdat, Leningrad Branch, 1988, p. 94, Fig. 3.4).
5. Нормирующий усилитель канала 5 собран на операционном усилителе AD8138.5. The channel 5 normalizing amplifier is assembled on an AD8138 operational amplifier.
6. Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 8 собран на микросхемах AD7545 и МС33272.6. The digital-to-analog converter (DAC) 8 is assembled on AD7545 and MC33272 microcircuits.
7. Устройство управления каналом 10, таймер-счетчик временных интервалов 19 выполнены на программируемых логических интегральных схемах ПЛИС фирмы «Altera» EPF10K10TC.7. The channel control device 10, the timer-counter of time intervals 19 are made on programmable logic integrated circuits FPGA company "Altera" EPF10K10TC.
8. Аналого-цифровой преобразователь акустического канал 7 выполнен на микросхеме AD9220, аналого-цифровые преобразователи сигналов частотных диапазонов 15 - на микросхемах AD7822 фирмы Analog Devices.8. The analog-to-digital converter of the acoustic channel 7 is made on the AD9220 chip, the analog-to-digital converters of signals of frequency ranges 15 on the AD7822 chips of Analog Devices.
9. Оперативное запоминающее устройство акустического канала 9 и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) корреляционной матрицы 17 выполнено на микросхемах статического ОЗУ AS7C1026, оперативное запоминающее устройство кода диапазонов 16 выполнено на программируемых логических интегральных схемах ПЛИС фирмы «Altera» EPF10K10TC.9. The random access memory of the acoustic channel 9 and the random access memory (RAM) of the correlation matrix 17 are made on AS7C1026 static RAM chips, the random access memory of the range code 16 is made on programmable logic integrated circuits of FPGA from Altera EPF10K10TC.
Информация о микросхемах находится на официальных сайтах фирм Analog Devices, Motorolla, Altera (Motorolla - www.moto.com; фирмы ALTERA - www.altera.com; фирмы Analog Devices - www.ad.com, фирмы Burr-Brown Corporation - www.burr-brown.com).Information about microcircuits can be found on the official websites of Analog Devices, Motorolla, Altera (Motorolla - www.moto.com; ALTERA - www.altera.com; Analog Devices - www.ad.com, Burr-Brown Corporation - www. burr-brown.com).
Многоканальное акустико-эмиссионное устройство для диагностирования остаточного ресурса металлических изделий, состоящее из 1…K каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных акустического преобразователя 2, предварительного усилителя 3, фильтра 4, основного усилителя 5, выход которого соединен с неинвертирующим входом аналогового компаратора 6 и входом аналогово-цифрового преобразователя 7, а также содержит цифроаналоговый преобразователь 8, оперативное запоминающее устройство 9, устройство управления каналом 10, выход которого соединен с шиной компьютера 11, связанной с центральным процессором 12. Кроме того, в каждый канал дополнительно введены узкополосные полосовые фильтры 13, аналоговые интеграторы 14, аналого-цифровые преобразователи сигналов частотных диапазонов 15, оперативное запоминающее устройство кода диапазонов 16, оперативное запоминающее устройство корреляционной матрицы 17, микропроцессор 18, таймер-счетчик временных интервалов 19. При этом в каждом канале выход основного усилителя 5 соединен с 1…n входами узкополосных фильтров 13, выходы которых соединены с первыми входами 1…n аналоговых компараторов 6, вторые входы которых объединены и соединены с первым выходом таймер-счетчика временных интервалов 19, а выходы 1…n аналоговых интеграторов 14 соединены с первыми входами 1…n аналого-цифровых преобразователей сигналов частотных диапазонов 15, вторые входы которых объединены и соединены со вторым выходом таймер-счетчика временных интервалов 19 и первым аналоговым входом микропроцессора 18, цифровые выходы аналого-цифровых преобразователей сигналов частотных диапазонов 15 объединены и соединены с входом оперативного запоминающего устройства кода диапазонов 16, а его выход двунаправленной шиной соединен со вторым входом микропроцессора 18, аналоговый выход которого соединен со вторым входом оперативного запоминающего устройства кода диапазонов 16, выход оперативного запоминающего устройства корреляционной матрицы 17 двунаправленной шиной соединен с третьим входом микропроцессора 18, второй аналоговый выход которого соединен с входом таймер-счетчика временных интервалов 19, а выход аналого-цифрового преобразователя акустического канала 7 шиной соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства акустического сигнала 9, второй вход которого двунаправленной шиной соединен со вторым входом устройства управления каналом 10, а его третий вход двунаправленной шиной соединен с четвертым входом микропроцессора 18, первый выход устройства управления каналом 10 соединен с третьим входом оперативного запоминающего устройства акустического сигнала 9, а его второй выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя 8, выход которого соединен с неинвертирующим входом аналогового компаратора 6, выход которого соединен с четвертым входом устройства управления каналом 10.A multi-channel acoustic emission device for diagnosing the residual life of metal products, consisting of 1 ... K channels, each of which consists of a series-connected acoustic transducer 2, pre-amplifier 3, filter 4, main amplifier 5, the output of which is connected to a non-inverting input of an analog comparator 6 and the input of the analog-to-digital converter 7, and also contains a digital-to-analog converter 8, random access memory 9, channel control device 10, you the course of which is connected to the computer bus 11, connected to the central processor 12. In addition, narrow-band bandpass filters 13, analog integrators 14, analog-to-digital converters of frequency band signals 15, random access memory of range code 16, random access memory are additionally introduced into each channel correlation matrix 17, microprocessor 18, timer-counter time intervals 19. Moreover, in each channel the output of the main amplifier 5 is connected to 1 ... n inputs of narrow-band filters 13, the outputs to which are connected to the first inputs 1 ... n of analog comparators 6, the second inputs of which are combined and connected to the first output of a timer-counter of time intervals 19, and the outputs 1 ... n of analog integrators 14 are connected to the first inputs 1 ... n of analog-to-digital converters of frequency range signals 15, the second inputs of which are combined and connected to the second output of the timer-counter time intervals 19 and the first analog input of the microprocessor 18, the digital outputs of analog-to-digital converters of signals of frequency ranges 15 inen and connected to the input of random access memory of the range code 16, and its output by a bi-directional bus is connected to the second input of the microprocessor 18, the analog output of which is connected to the second input of the random access memory of the code of the ranges 16, the output of the random access memory of the correlation matrix 17 by a bi-directional bus is connected to the third the input of the microprocessor 18, the second analog output of which is connected to the input of the timer-counter time intervals 19, and the output of the analog-to-digital conversion of the acoustic channel 7 is connected by a bus to the first input of the acoustic signal memory 9, the second input of which is connected by a bi-directional bus to the second input of the channel control device 10, and its third input by a bi-directional bus is connected to the fourth input of the microprocessor 18, the first output of the channel 10 control device with the third input of random access memory of the acoustic signal 9, and its second output is connected to the input of the digital-to-analog converter 8, the output of which is connected with a non-inverting input of the analog comparator 6, the output of which is connected to the fourth input of the channel control device 10.
Предложенный способ и устройство работают следующим образом. На предварительной стадии из материала, из которого изготовлен объект диагностики, изготавливают не менее пяти плоских образцов для механических испытаний и проводят измерения параметров сигналов акустической эмиссии при их растяжении до разрушения. Из полученных результатов определяют корреляционную экспоненциальную зависимость суммарной энергии излучения источника от относительной величины нагрузки как:The proposed method and device operate as follows. At the preliminary stage, at least five flat samples for mechanical tests are made from the material from which the diagnostic object is made, and the parameters of acoustic emission signals are measured when they are stretched to failure. From the obtained results, the correlation exponential dependence of the total radiation energy of the source on the relative value of the load is determined as:
где В и С - коэффициенты, полученные из эксперимента; 
Из этого соотношения выражается обратная зависимость F(EΣ), используемая для дальнейших расчетов.From this relation, the inverse dependence F (E Σ ) is used, which is used for further calculations.
Изделие разбивают на n секторов, в зависимости от величины механических напряжений, возникающих под воздействием рабочей нагрузки и определенных на предварительной стадии экспериментально. Кроме того, на предварительной стадии определяют величину механических напряжений, возникающих в каждом секторе объекта, исходя из чего определяют коэффициент нагруженности каждого сектора за период времени между повторными испытаниями для продления ресурса Кин:The product is divided into n sectors, depending on the magnitude of the mechanical stresses arising under the influence of the workload and determined experimentally at the preliminary stage. In addition, at the preliminary stage, the magnitude of the mechanical stresses arising in each sector of the object is determined, based on which the coefficient of loading of each sector is determined for the period of time between repeated tests to extend the life K in :
где σ-1 - предел выносливости материала; σр - рабочая нагрузка в секторе.where σ -1 is the fatigue limit of the material; σ p - the workload in the sector.
Перед началом испытаний устанавливают уровни порогов селекции аналоговых компараторов 6 каналов устройства выше уровня шумов и задают время измерения для одного сигнала. Для формирования напряжения порога селекции канала системы центральный процессор компьютера 12 через шину PCI 11 подает в устройство управления канала 10 команду записи порогового значения. При этом устройство управления каналом 10 по последовательной линии посылает код порогового напряжения в цифроаналоговый преобразователь 8, на выходе которого формируется пороговое напряжение. Пороговое напряжение поступает на инвертирующий вход аналогового компаратора 6. На неинвертирующий вход аналогового компаратора 6 поступает напряжение с выхода основного усилителя 5. Для записи в устройство управления каналом 10 значения времени измерения, центральный процессор компьютера 12 через шину PCI 11 подает в устройство управления каналом 10 команду записи значения времени измерения и код времени измерения. Для запуска процесса измерения акустических каналов компьютер через шину PCI 11 подает в устройство управления акустического канала 10 команду на запуск измерения. При этом счетчики времени в устройстве управления каналом 10 начинают синхронно по всем акустическим каналам отсчет общего времени эксперимента. Синхронизация работы счетчиков обеспечивается тактовой частотой шины PCI 11.Before the test starts, the thresholds for the selection of analog comparators of the 6 channels of the device are set above the noise level and the measurement time for a single signal is set. To generate the threshold voltage for the selection of the channel of the system, the central processor of the computer 12 sends a command for recording the threshold value to the control device of channel 10 through the PCI bus 11. In this case, the channel control device 10 sends a threshold voltage code to the digital-to-analog converter 8 via a serial line, at the output of which a threshold voltage is generated. The threshold voltage is supplied to the inverting input of the analog comparator 6. The non-inverting input of the analog comparator 6 receives voltage from the output of the main amplifier 5. To write the value of the measurement time to the channel control device 10, the computer’s central processor 12 sends a command to the channel 10 control device through the PCI 11 bus recording the value of the measurement time and the measurement time code. To start the process of measuring acoustic channels, the computer sends a command to start the measurement through the PCI bus 11 to the control unit of the acoustic channel 10. In this case, the time counters in the channel control device 10 begin synchronously across all acoustic channels to count the total time of the experiment. The synchronization of the operation of the counters is ensured by the clock frequency of the PCI 11 bus.
Нагружение проводится в три стадии. На первой стадии проводится нагружение до значения половины рабочей нагрузки. Затем определяется общая активность источников сигналов акустической эмиссии со всех диагностируемых участков объекта и для последующих нагружений задается скорость подачи нагрузки по формуле:Loading is carried out in three stages. At the first stage, loading is carried out to a value of half the workload. Then, the total activity of the sources of acoustic emission signals from all diagnosed sections of the object is determined and for subsequent loads the feed rate is set according to the formula:
где FI - величина нагрузки первого этапа; 
Затем проводят второй этап нагружения до нагрузки, на 10…15% превышающей рабочую, и записывают сигналы, регистрируемые акустическими преобразователями 2. На последнем этапе объект нагружают до максимальной рабочей нагрузки с регистрацией сигналов акустической эмиссии акустическими преобразователями 2.Then, the second stage of loading to a load 10 ... 15% higher than the working one is carried out, and the signals recorded by acoustic transducers 2 are recorded. At the last stage, the object is loaded to the maximum working load with registration of acoustic emission signals by acoustic transducers 2.
В процессе нагружения и контроля объектов возникают акустические сигналы, поступающие на вход акустического преобразователя 2. Затем электрические сигналы с выхода акустического преобразователя 2 поступают на предварительный усилитель 3, где усиливаются на 40 дБ. С выхода предварительного усилителя 3 сигналы поступают на вход полосового фильтра 4, обеспечивающего подавление паразитных сигналов за пределами полосы пропускания. С выхода фильтра 4 сигналы поступают на вход основного усилителя 5, где усиливаются до уровня, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя акустического канала 7. Затем сигналы подаются на вход аналого-цифрового преобразователя акустического канала 7, где происходит дискретизация сигналов акустической эмиссии с частотой 4 МГц. Выходная шина аналого-цифрового преобразователя акустического канала 7 подключена к входу оперативного запоминающего устройства акустического сигнала 9, на котором организован циклический буфер для сохранения результатов измерений. Сигналы акустической эмиссии с выхода основного усилителя 5 одновременно поступают на неинвертирующие входы аналоговых компараторов 6 и на ходы узкополосных полосовых фильтров 13, настроенных на смежные полосы частот. При этом сигналы на выходах аналоговых интеграторов 14 по окончании интервала времени измерения пропорциональны энергии акустических сигналов в соответствующем частотном диапазоне. В случае превышения сигналом на входе порогового значения аналоговый компаратор 6 выдает сигнал на устройство управления каналом 10, запуская таймер-счетчик временных интервалов 19 и одновременно регистрируется время прихода сигнала в счетчике общего времени эксперимента. Также устройство управления каналом 10 подает сигнал превышения порога на микропроцессор 18, который дает команду запуска на таймер-счетчик временных интервалов 19, который обнуляет выходы аналоговых интеграторов 14. По окончании заданного интервала таймер-счетчик временных интервалов 19 подает на аналого-цифровой преобразователь частотных диапазонов 15 и в микропроцессор 18 команду измерения, по которой происходит аналого-цифровое преобразование напряжений с выходов аналоговых интеграторов 14 с записью цифровых кодов аналого-цифровых преобразователей 15 сигналов частотных диапазонов в оперативное запоминающее устройство кодов диапазонов 16. Следующим тактом таймер-счетчик временных интервалов 19 сбрасывает аналоговые интеграторы 14 для подготовки к записи следующего временного интервала. В то же время микропроцессор 18 считывает из оперативного запоминающего устройства кодов диапазонов 16 измеренные значения для расчета коэффициента корреляции сигналов. Таким же образом происходит запись значений кодов частотных диапазонов для следующих временных интервалов.In the process of loading and monitoring objects, acoustic signals appear that enter the input of acoustic transducer 2. Then, the electrical signals from the output of acoustic transducer 2 are fed to pre-amplifier 3, where they are amplified by 40 dB. From the output of the pre-amplifier 3, the signals are fed to the input of the bandpass filter 4, which suppresses spurious signals outside the passband. From the output of filter 4, the signals are fed to the input of the main amplifier 5, where they are amplified to the level necessary for the operation of the analog-to-digital converter of the acoustic channel 7. Then, the signals are fed to the input of the analog-to-digital converter of the acoustic channel 7, where the acoustic emission signals are sampled at a frequency of 4 MHz The output bus of the analog-to-digital converter of the acoustic channel 7 is connected to the input of the random-access memory of the acoustic signal 9, on which a cyclic buffer is organized to store the measurement results. Acoustic emission signals from the output of the main amplifier 5 are simultaneously fed to the non-inverting inputs of the analog comparators 6 and to the passages of the narrow-band bandpass filters 13 tuned to adjacent frequency bands. Moreover, the signals at the outputs of the analogue integrators 14 at the end of the measurement time interval are proportional to the energy of the acoustic signals in the corresponding frequency range. If the signal at the input exceeds the threshold value, the analog comparator 6 gives a signal to the channel control device 10, starting the timer-counter for time intervals 19 and at the same time, the signal arrival time is recorded in the total experiment time counter. The channel control device 10 also supplies a threshold exceeding signal to the microprocessor 18, which gives a start command to the timer-counter of time intervals 19, which resets the outputs of the analog integrators 14. At the end of the specified interval, the timer-counter of time intervals 19 supplies an analog-to-digital converter of frequency ranges 15 and into the microprocessor 18, the measurement command, by which the analog-to-digital conversion of voltages from the outputs of the analog integrators 14 with the recording of digital codes of analog-to-digital 15 photoelectret signals of frequency bands in a random access memory 16. The next code ranges tact timer counter 19 resets the time intervals analog integrators 14 in preparation for recording the next time slot. At the same time, the microprocessor 18 reads from the random access memory of the range codes 16 the measured values for calculating the correlation coefficient of the signals. In the same way, the values of the codes of the frequency ranges are recorded for the following time intervals.
По окончании времени измерения устройство управления каналом 10 останавливает запись информации в оперативное запоминающее устройство акустического сигнала 9 и подает в микропроцессор 18 команду конца измерения. Микропроцессор 18, в свою очередь, останавливает таймер-счетчик временных интервалов 19. Затем устройство управления каналом 10 выставляет на шину PCI 11 сигнал прерывания, по которому центральный процессор компьютера 12 может считывать из оперативного запоминающего устройства акустического сигнала 9 через устройство управления каналом 10 дискретную реализацию сигнала акустической эмиссии. Также центральный процессор компьютера 12 через шину PCI 11 и устройство управления каналом 10 считывает значение времени прихода сигнала акустической эмиссии. По значениям кодов частотных диапазонов производится расчет коэффициентов корреляции между сигналами и запись его значения в оперативное запоминающее устройство корреляционной матрицы 17.At the end of the measurement time, the channel control device 10 stops recording information in the random access memory of the acoustic signal 9 and sends the end measurement command to the microprocessor 18. The microprocessor 18, in turn, stops the timer-counter of time intervals 19. Then, the channel control device 10 sets an interrupt signal to the PCI bus 11, through which the central processor of the computer 12 can read the acoustic signal 9 from the random access memory through the channel control device 10, a discrete implementation acoustic emission signal. Also, the central processor of the computer 12 through the PCI bus 11 and the channel control device 10 reads the value of the time of arrival of the acoustic emission signal. According to the values of the codes of the frequency ranges, the correlation coefficients between the signals are calculated and its value is recorded in the random access memory of the correlation matrix 17.
Таким образом, каждый сигнал представлен вместо полной формы сигнала акустической эмиссии кодами частотных диапазонов в нескольких временных интервалах, что делает возможным расчет коэффициентов корреляции в реальном масштабе времени. После окончания нагружения объекта контроля проводится локализация источников сигналов акустической эмиссии и считывание соответствующих коэффициентов корреляции.Thus, each signal is represented instead of the full waveform of the acoustic emission by frequency range codes in several time intervals, which makes it possible to calculate the correlation coefficients in real time. After loading of the test object is completed, the sources of acoustic emission signals are localized and the corresponding correlation coefficients are read.
После этого производится расчет остаточного ресурса с использованием корреляционных зависимостей сигналов акустической эмиссии по формуле:After that, the residual life is calculated using the correlation dependences of the acoustic emission signals according to the formula:
где N - допустимое число циклов эксплуатации изделия; Кин - коэффициент, учитывающий величину относительных напряжений в зоне локализации источника сигналов акустической эмиссии определенный на предварительной стадии; F(EΣ) - функциональная зависимость, отражающая влияние на долговечность изделия суммарной энергии сигналов акустической эмиссии в зоне локализации, определенная на предварительной стадии испытаний; Р - доверительная вероятность безотказной работы изделия;where N is the allowable number of product operation cycles; To in - coefficient taking into account the value of the relative stresses in the localization zone of the source of acoustic emission signals determined at the preliminary stage; F (E Σ ) is a functional dependence reflecting the effect on the product life of the total energy of acoustic emission signals in the localization zone, determined at the preliminary stage of testing; P is the confidence probability of product uptime;
где kcp - средний коэффициент корреляции между всеми сигналами источника; ki,i+1 - коэффициент корреляции между двумя соседними по времени прихода сигналами от источника, m - общее число сигналов от источника;where k cp is the average correlation coefficient between all source signals; k i, i + 1 is the correlation coefficient between two neighboring signals from the source at the time of arrival, m is the total number of signals from the source;
где K1 - коэффициент, определяемый экспериментально по времени работы до разрушения; AΔt - активность источника сигналов акустической эмиссии в интервале времени Δt; tк - время окончания испытаний; Amax - максимальная активность источника за время испытаний; F(Amax) - нагрузка, при которой зафиксирована максимальная активность источника в ходе акустико-эмиссионных испытаний; Fmax - максимальная нагрузка за время акустико-эмиссионных испытания.where K 1 is the coefficient determined experimentally by the time of operation until failure; A Δt is the activity of the source of acoustic emission signals in the time interval Δt; t to - time of the end of the test; A max - maximum activity of the source during the test; F (A max ) is the load at which the maximum activity of the source is recorded during acoustic emission tests; F max - maximum load during acoustic emission testing.
Использование в расчетах остаточного ресурса коэффициента корреляции позволяет более точно определять сигналы акустической эмиссии, относящиеся к данному источнику. Вычисление корреляционных зависимостей в системе на аппаратном уровне позволяет повысить быстродействие и более достоверно осуществлять вычисление остаточного ресурса нагружаемого металлического изделия. Использование кодовых частотных диапазонов позволило повысить качество фильтрации за счет цифровой обработки сигналов, а следовательно, исключать из процесса дальнейшей обработки помехи и паразитные сигналы.The use of the correlation coefficient in the calculations of the residual life makes it possible to more accurately determine the acoustic emission signals related to this source. Calculation of correlation dependencies in the system at the hardware level allows to improve performance and more reliably calculate the residual resource of a loaded metal product. The use of code frequency ranges made it possible to improve the quality of filtering due to digital signal processing and, therefore, to exclude interference and spurious signals from the process of further processing.
Claims (2)
где N - допустимое число циклов эксплуатации изделия;
Kин - коэффициент, учитывающий величину относительных напряжений в зоне локализации источника сигналов акустической эмиссии;
F(EΣ) - функциональная зависимость, отражающая влияние на долговечность изделия суммарной энергии сигналов акустической эмиссии в зоне локализации;
P - доверительная вероятность безотказной работы изделия;
α - корреляционный коэффициент, определяемый как
где kcp - средний коэффициент корреляции между всеми сигналами источника;
ki,i+1 - коэффициент корреляции между двумя соседними по времени прихода сигналами от источника;
m - общее число сигналов от источника;
λ - коэффициент активности дефекта, определяемый по формуле
где K1 - коэффициент, определяемый экспериментально по времени работы до разрушения;
AΔt - активность источника сигналов акустической эмиссии в интервале времени Δt;
tк - время окончания испытаний;
Аmax - максимальная активность источника за время испытаний;
F(Amax) - нагрузка при максимальной активности источника;
Fmax - максимальная нагрузка за время испытания.1. The acoustic emission method for predicting the residual life of metal products, which consists in the fact that the product is divided into n sectors containing at least three acoustic transducers, the product is loaded, acoustic emission signals are recorded, their parameters are measured, and the time of arrival of signals to the acoustic transducers is recorded and calculating the coordinates of developing defects from them, characterized in that the product is pre-loaded to 0.5 of the value of the workload, while maxi is determined the maximum activity of signals exceeding the threshold level U p > U w (where U w is the noise level), and they set the feed rate depending on this activity, then carry out a loading that exceeds the working load by 10-15%, then load up to the maximum working load with a given feed rate, the acoustic emission signals of these loading stages are recorded, the acoustic emission signals are clustered according to the cross-correlation coefficient of the signals, and the residual life of metal products is determined divided by the formula
where N is the allowable number of product operation cycles;
K in - coefficient taking into account the magnitude of the relative stresses in the localization zone of the source of acoustic emission signals;
F (E Σ ) is a functional dependence reflecting the effect on the product life of the total energy of acoustic emission signals in the localization zone;
P is the confidence probability of product uptime;
α is the correlation coefficient, defined as
where k cp is the average correlation coefficient between all source signals;
k i, i + 1 - correlation coefficient between two neighboring signals from the source, which are neighboring in time of arrival;
m is the total number of signals from the source;
λ is the defect activity coefficient, determined by the formula
where K 1 is the coefficient determined experimentally by the time of operation until failure;
A Δt is the activity of the source of acoustic emission signals in the time interval Δt;
t to - time of the end of the test;
And max is the maximum activity of the source during the test;
F (A max ) - load at maximum source activity;
F max - maximum load during the test.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010116329/28A RU2448343C2 (en) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010116329/28A RU2448343C2 (en) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010116329A RU2010116329A (en) | 2011-10-27 |
| RU2448343C2 true RU2448343C2 (en) | 2012-04-20 |
Family
ID=44997855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010116329/28A RU2448343C2 (en) | 2010-04-23 | 2010-04-23 | Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2448343C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU186330U1 (en) * | 2018-04-16 | 2019-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Multichannel device for acoustic emission diagnostics of metal structures |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2650733C2 (en) * | 2016-10-03 | 2018-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Controller of estimation and prediction of storability of objects with structural inhomogeneity |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2150698C1 (en) * | 1997-11-25 | 2000-06-10 | Государственный Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина | Multichannel acoustic emission device to test articles |
| RU2217741C2 (en) * | 2001-03-13 | 2003-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" | Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures |
| RU2339938C1 (en) * | 2007-02-14 | 2008-11-27 | ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" (ФГУП "СибНИА им. С.А. Чаплыгина") | Method of diagnosing metallic structures and device for implementing method |
| RU2361199C2 (en) * | 2007-04-02 | 2009-07-10 | Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) | Device for predicting residual life of metal objects |
| RU2379677C1 (en) * | 2008-07-17 | 2010-01-20 | ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" (ФГУП "СибНИА им. С.А. Чаплыгина") | Method of acousto-optical welded seam quality control during welding and device to this end |
-
2010
- 2010-04-23 RU RU2010116329/28A patent/RU2448343C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2150698C1 (en) * | 1997-11-25 | 2000-06-10 | Государственный Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина | Multichannel acoustic emission device to test articles |
| RU2217741C2 (en) * | 2001-03-13 | 2003-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" | Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures |
| RU2339938C1 (en) * | 2007-02-14 | 2008-11-27 | ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" (ФГУП "СибНИА им. С.А. Чаплыгина") | Method of diagnosing metallic structures and device for implementing method |
| RU2361199C2 (en) * | 2007-04-02 | 2009-07-10 | Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) | Device for predicting residual life of metal objects |
| RU2379677C1 (en) * | 2008-07-17 | 2010-01-20 | ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" (ФГУП "СибНИА им. С.А. Чаплыгина") | Method of acousto-optical welded seam quality control during welding and device to this end |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU186330U1 (en) * | 2018-04-16 | 2019-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Multichannel device for acoustic emission diagnostics of metal structures |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010116329A (en) | 2011-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10001457B2 (en) | Performance curve generation for non-destructive testing sensors | |
| RU2296320C1 (en) | Acoustic-emission method for diagnostics of wheel pairs of railroad train and device for realization of said method | |
| US7426447B2 (en) | Method and system for monitoring structural damage | |
| RU2396557C1 (en) | Multichannel acoustic-emission device | |
| JP5081430B2 (en) | Digital logarithmic amplifier for ultrasonic inspection | |
| CN103852523B (en) | The system and method for prestressed concrete beam structural damage type is differentiated based on acoustic emission | |
| RU2339938C1 (en) | Method of diagnosing metallic structures and device for implementing method | |
| US10718723B2 (en) | Utilizing resonance inspection of in-service parts | |
| RU2599327C1 (en) | Acoustic emission method of diagnosis of the products from composite materials based on carbon fiber and device for its implementation | |
| RU2448343C2 (en) | Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method | |
| EP3321674B1 (en) | Structure evaluation system, structure evaluation device, and structure evaluation method | |
| RU2391656C2 (en) | Acoustic-emission method of diagnosing bearing rings of axle unit of railway vehicle and device for realising said method | |
| RU2379677C1 (en) | Method of acousto-optical welded seam quality control during welding and device to this end | |
| RU2442155C2 (en) | Method and device of welded joints testing by acoustic emission during welding | |
| RU2572067C1 (en) | Method of acoustic emission quality control of girth weld during multipass welding and device for its implementation | |
| RU2664795C1 (en) | Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics | |
| Bogomolov et al. | Entropy-based technique for denoising of acoustic emission signals | |
| RU186330U1 (en) | Multichannel device for acoustic emission diagnostics of metal structures | |
| RU2816673C1 (en) | Method of detecting latent defects in composite materials by standing waves | |
| RU2736175C1 (en) | Method of acoustic emission monitoring of metal objects and device for its implementation | |
| RU2306592C1 (en) | Method for active identification of linear control objects | |
| CN115752835A (en) | Stress ultrasonic detection method and device | |
| JP3861849B2 (en) | Abnormal sound inspection method | |
| Senni et al. | Industrial applications: Ultrasonic inspection of large forgings | |
| RU2764957C1 (en) | Method for complex analysis of informative parameters in acoustic-emission diagnostics of structures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130424 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140710 |
|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -NF4A- IN JOURNAL: 19-2014 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170424 |