RU2540942C1 - Method to monitor dynamics of variation of controlled object wall thickness - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: solution includes the method of monitoring of controlled object wall thickness variation dynamics, including placement of at least one acoustic converter on its surface at the available distance from each other for emission of Lamb waves, and at least one converter for their reception, emission of a pulse signal at the specified moment of time, calculation of dependence of spectral density of received signal capacity on time, selection of the Lamb wave and frequency, determination of difference between time of reception of the selected frequency component of the selected Lamb wave and time of signal emission, determination of the value of group speed of the selected frequency component of the selected Lamb wave by available value of the distance between converters and value of the difference between time of reception of the selected frequency component of the selected Lamb wave and the time of signal emission, determination of the value of wall thickness by the produced value of the group speed selected by the value of frequency and reference dependence of the group speed of the selected Lamb wave on the product of wall thickness and frequency. The minimum value of wall thickness is established by produced arithmetic mean value of wall thickness and dispersion of object wall thickness values, besides, the arithmetic mean value of the wall is determined with selection of the symmetrical Lamb wave of zero order and at least one frequency, at which the reference dependence of the inverse value of the group speed of the symmetrical Lamb wave of zero order on the product of wall thickness and frequency is close to linear, and dispersion of wall thickness values is determined with selection of the antisymmetric Lamb wave of zero order and frequency, at which the reference dependence of the inverse value of the group speed of the antisymmetric Lamb wave of zero order on the product of wall thickness and frequency is substantially non-linear.

EFFECT: reduced labour intensiveness, simplification and acceleration of wall thickness monitoring in objects of large area, elimination of necessity to obtain physical access to the entire surface of the object, subject to thickness monitoring, provision of the possibility to monitor thickness with available variations of thickness values, provision of the possibility to determine arithmetic mean and minimum values of thickness in a section between two acoustic converters installed on the object in random points, without prior measurement of thickness in the same points.

6 dwg

Description

Заявленное изобретение относится к области технической диагностики и неразрушающего контроля промышленных объектов и используется для контроля за динамикой изменения минимального значения толщины стенки тонкостенных и листовых изделий, а также других изделий, в которых могут распространяться волны Лэмба, например трубопроводов, резервуаров, сосудов, цистерн.The claimed invention relates to the field of technical diagnostics and non-destructive testing of industrial facilities and is used to control the dynamics of changes in the minimum wall thickness of thin-walled and sheet products, as well as other products in which Lamb waves can propagate, for example pipelines, tanks, vessels, tanks.

Уровень техники.The level of technology.

Известен способ измерения толщины изделия (патент РФ №2231753, опубл. 27.06.2004) с помощью ультразвуковых импульсов, заключающийся в том, что с помощью ультразвукового преобразователя излучают в материал изделия ультразвуковой импульс, принимают из него эхо-импульсы, отраженные от противоположных поверхностей материала, измеряют время распространения эхо-импульсов от одной поверхности до другой и обратно и вычисляют толщину как произведение половины этого времени на известную скорость распространения ультразвуковых импульсов в материале.A known method of measuring the thickness of the product (RF patent No. 2231753, publ. June 27, 2004) using ultrasonic pulses, which consists in the fact that using an ultrasonic transducer emit an ultrasonic pulse into the product material, receive echo pulses from it reflected from opposite surfaces of the material measure the propagation time of the echo pulses from one surface to another and vice versa and calculate the thickness as the product of half this time by the known velocity of propagation of ultrasonic pulses in the material.

Необходимость обеспечения физического доступа к поверхности всех контролируемых участков изделия и высокая трудоемкость контроля больших по площади изделий снижают эффективность известного способа.The need to provide physical access to the surface of all controlled areas of the product and the high complexity of control of large area products reduce the effectiveness of the known method.

Известен способ (патент WO 2007139389, опубл. 06.12.2007) измерения величины потери средней толщины материала твердой структуры, способной поддерживать распространение акустических волн и во время работы контактирующей с одним или несколькими веществами, приводящими к изменению толщины структуры, заключающийся в использовании множества датчиков любого типа, установленных в контакте с поверхностью указанной твердой структуры, и отличающийся тем, что включен один или несколько из следующих шагов:A known method (patent WO 2007139389, published 06.12.2007) for measuring the loss of the average thickness of a material of a solid structure capable of supporting the propagation of acoustic waves and in contact with one or more substances leading to a change in the thickness of the structure, which consists in using a variety of sensors of any type installed in contact with the surface of the specified solid structure, and characterized in that it includes one or more of the following steps:

а) выполнение один или большее число раз этапа передачи акустического сигнала по крайней мере от одного из множества акустических датчиков в стенку указанной структуры и прием переданного акустического сигнала множеством указанных датчиков после прохождения дистанции в твердой структуре;a) performing one or more times the step of transmitting an acoustic signal from at least one of the plurality of acoustic sensors to a wall of said structure and receiving a transmitted acoustic signal by a plurality of said sensors after covering a distance in a solid structure;

б) сбор сигналов с указанного множества датчиков в блок обработки;b) collecting signals from the specified set of sensors in the processing unit;

в) анализ и сравнение принятых сигналов, сгенерированных на шаге (а), и/или результатов, соответствующих более ранним измерениям;c) analysis and comparison of the received signals generated in step (a) and / or the results corresponding to earlier measurements;

г) вычисление степени потери толщины материала указанной твердой структуры по результатам анализа, выполненного на шаге (в),g) calculating the degree of loss of thickness of the material of the specified solid structure according to the results of the analysis performed in step (c),

причем блок обработки данных способен вычислять среднее снижение истинной толщины стенки в пределах области твердой структуры путем анализа сигналов, принятых преобразователями.moreover, the data processing unit is able to calculate the average decrease in the true wall thickness within the region of the solid structure by analyzing the signals received by the converters.

Недостатком известного способа является необходимость измерения средней толщины при установке датчиков на объект для последующего получения текущих значений средней толщины, что значительно снижает эффективность известного способа.The disadvantage of this method is the need to measure the average thickness when installing sensors on the object for the subsequent receipt of the current values of the average thickness, which significantly reduces the effectiveness of the known method.

Известен способ (патент US 5965818, опубл. 12.10.1999) измерения минимального значения толщины стенки трубы, лежащей на опоре, при помощи ультразвуковых волн Лэмба, включающийA known method (patent US 5965818, publ. 12.10.1999) measuring the minimum thickness of the pipe wall lying on a support using ultrasonic Lamb waves, including

а) установку передающего преобразователя и приемного преобразователя на указанной трубе на противоположных сторонах от опоры указанной трубы;a) installing a transmitting converter and a receiving converter on the specified pipe on opposite sides of the support of the specified pipe;

б) излучение в указанную трубу указанным передающим преобразователем высокодисперсной и монотонной части волны Лэмба S₀, у которой значения произведения частоты на толщину равны или меньше значения, соответствующего минимуму групповой скорости;b) radiation into the specified tube by the specified transmitting transducer of the finely dispersed and monotonous part of the Lamb wave S ₀ , in which the values of the product of the frequency by the thickness are equal to or less than the value corresponding to the minimum group velocity;

в) прием указанных волн Лэмба указанным приемным преобразователем;c) receiving said Lamb waves by said receiving transducer;

г) измерение времени, требуемого для того, чтобы указанная излученная волна Лэмба была принята указанным приемным преобразователем, указанное время далее называется время пролета;d) measuring the time required for the specified radiated Lamb wave to be received by the specified receiving transducer, the specified time is hereinafter referred to as the time of flight;

д) повтор шагов от а) до г) для получения реперного значения времени пролета без изменения настроек прибора, но с перемещением указанных преобразователей в точки, расположенные рядом с указанной опорой трубы;e) repeating steps a) to d) to obtain a reference value of the time of flight without changing the settings of the device, but with the movement of these transducers to points located next to the specified pipe support;

е) определение изменения величины времени пролета, вызванного локальными коррозионными потерями в стенке, путем вычитания времени пролета, измеренного на опоре трубы, из реперного значения времени пролета иf) determining the change in the value of the transit time caused by local corrosion losses in the wall by subtracting the transit time measured on the pipe support from the reference value of the transit time and

ж) определение толщины трубы на указанной опоре трубы с использованием указанного изменения величины времени пролета.g) determining the thickness of the pipe on the specified pipe support using the specified change in the value of the time of flight.

Недостатком известного способа является невозможность определения минимального значения толщины стенки за пределами области соприкосновения трубы и опоры, что значительно снижает эффективность способа.The disadvantage of this method is the impossibility of determining the minimum value of the wall thickness outside the contact area of the pipe and support, which significantly reduces the effectiveness of the method.

Наиболее близким по технической сущности является способ (патент US 6360609, опубл. 26.03.2002) измерения толщины в многомодовых дисперсионных условиях, заключающийся в том, что излучают в первой точке в среду многомодовую обладающую дисперсией акустическую нормальную волну, принимают во второй точке многомодовую обладающую дисперсией акустическую нормальную волну, с использованием частотно-временного анализа проводят частотное разложение многомодовой обладающей дисперсией акустической нормальной волны, выбирают частоту, которая определяет групповую задержку t_g нормальной волны на каждой имеющейся на этой частоте моде, выбирают моду и определяют групповые задержки по сравнению с первой точкой, определяют расстояние L между первой и второй точкой, выбирают моду и определяют групповую задержку t_g по сравнению с первой точкой, вычисляют групповую скорость c_g=L/t_g, определяют толщину по дисперсионному соотношению.The closest in technical essence is the method (patent US 6360609, publ. March 26, 2002) for measuring the thickness under multimode dispersion conditions, namely, that a multimode dispersive acoustic normal wave is emitted at a first point in a medium, and a multimode dispersion is received at a second point acoustic normal wave, using time-frequency analysis, carry out the frequency decomposition of a multimode dispersive acoustic normal wave, select the frequency that determines the group delay t _{g of the} normal wave at each mode available at this frequency, select the mode and determine group delays compared to the first point, determine the distance L between the first and second points, select the mode and determine the group delay t _g compared to the first point, calculate group speed c _g = L / t _g , determine the thickness by the dispersion relation.

Недостатком известного способа является условие постоянства на всем пути между первой и второй точкой величины групповой скорости выбранной моды на выбранной частоте, которое не выполняется при наличии вариаций значений толщины между первой и второй точкой, к примеру при наличии на объекте очаговой коррозии.The disadvantage of this method is the condition of constancy on the whole path between the first and second point of the group velocity of the selected mode at the selected frequency, which is not satisfied if there are variations in the thickness values between the first and second point, for example, if there is focal corrosion on the object.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Технический результат, достигаемый от реализации заявленного решения, заключается в снижении трудоемкости, упрощении и ускорении контроля толщины стенки больших по площади объектов, устранении необходимости получения физического доступа ко всей поверхности объекта, подлежащей контролю толщины, обеспечении возможности контроля толщины при наличии вариаций значений толщины, к примеру при наличии на объекте очаговой коррозии, обеспечении возможности определения среднеарифметического и минимального значений толщины на участке между двумя акустическими преобразователями, установленными на объекте в произвольных точках, без проведения предварительного измерения толщины в тех же точках.The technical result achieved from the implementation of the claimed solution is to reduce the complexity, simplify and accelerate the control of the wall thickness of large objects, eliminating the need for physical access to the entire surface of the object to be controlled by thickness, providing the possibility of controlling the thickness in the presence of variations in the thickness values, to example, if there is focal corrosion at the facility, providing the ability to determine the arithmetic mean and minimum thickness values in the area between vumya acoustic transducers mounted at the object at arbitrary points, without a preliminary thickness measurements at the same points.

Сущность способа заключается в том, что размещают на его поверхности на известном расстоянии друг от друга, по крайней мере, один акустический преобразователь для излучения волн Лэмба и, по крайней мере, один преобразователь для их приема, излучают в заданный момент времени импульсный сигнал, производят расчет зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени, выбирают волны Лэмба и частоты, определяют разность между временем приема выбранной частотной составляющей выбранной волны Лэмба и временем излучения сигнала, определяют значения групповой скорости выбранной частотной составляющей выбранной волны Лэмба по известному значению расстояния между преобразователями и значению разности между временем приема выбранной частотной составляющей выбранной волны Лэмба и временем излучения сигнала, определяют значения толщины стенки по полученному значению групповой скорости, выбранному значению частоты и эталонной зависимости групповой скорости выбранной волны Лэмба от произведения толщины стенки и частоты, при этом устанавливают минимальную величину толщины стенки по полученным среднеарифметической величине толщины стенки и дисперсии значений толщины стенки объекта, причем среднеарифметическое значение толщины стенки определяют с выбором симметричной волны Лэмба нулевого порядка и, по крайней мере, одной частоты, на которой эталонная зависимость обратной величины групповой скорости симметричной волны Лэмба нулевого порядка от произведения толщины стенки и частоты близка к линейной, а дисперсию значений толщины стенки определяют с выбором антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка и частоты, на которой эталонная зависимость обратной величины групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка от произведения толщины стенки и частоты существенно нелинейна.The essence of the method lies in the fact that at least one acoustic transducer for emitting Lamb waves and at least one transducer for receiving them is placed on its surface at a known distance from each other, they emit a pulse signal at a given time, produce Calculation of the dependence of the spectral power density of the received signal on time, Lamb waves and frequencies are selected, the difference between the reception time of the selected frequency component of the selected Lamb wave and the signal emission time is determined ala, determine the group velocity values of the selected frequency component of the selected Lamb wave from the known distance between the transducers and the difference between the reception time of the selected frequency component of the selected Lamb wave and the signal emission time, determine the wall thickness values from the obtained group velocity value, the selected frequency value and the reference the dependence of the group velocity of the selected Lamb wave on the product of the wall thickness and frequency, while setting the minimum the wall thickness value from the obtained arithmetic mean wall thickness and variance of the object wall thickness values, the arithmetic mean wall thickness being determined with the choice of a symmetric Lamb wave of zero order and at least one frequency at which the reference dependence of the reciprocal of the group velocity of a symmetric Lamb wave of zero of the order of the product of the wall thickness and frequency is close to linear, and the variance of the wall thickness values is determined with the choice of the antisymmetric Lamb wave Nya Ullevi order and the frequency at which the reference dependence of the reciprocal of the group velocity of the antisymmetric Lamb wave of zero order of the product of wall thickness and frequency is strongly nonlinear.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фиг.1 приведены графики зависимостей групповых скоростей симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ и антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ от произведения частоты f и толщины h стенки объекта. На фиг.2 приведен пример принятого акустического сигнала. На фиг.3 приведен пример зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени. На фиг.4 приведены пример выявления прихода симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ и антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ на графике зависимости спектральной плотности мощности сигнала от времени, пример двух частотных диапазонов, в пределах которых зависимость обратной величины групповой скорости симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ от частоты близка по форме к линейной зависимости, и пример частотного диапазона, в пределах которого зависимость обратной величины групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ от частоты существенно нелинейна. Также на фиг.4 приведены примеры определения времен приема выбранных волн Лэмба на частотах, принадлежащих указанным участкам. На фиг.5 приведен пример графика значений производной второго порядка обратной величины групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка по произведению частоты f и толщины h стенки. На фиг.6 приведен пример нахождения значения произведения толщины стенки и частоты, при котором эталонное значение групповой скорости симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ равняется полученному путем анализа принятого сигнала значению групповой скорости.Figure 1 shows graphs of the dependences of the group velocities of a symmetric zero-order Lamb wave S ₀ and an antisymmetric zero-order Lamb wave A ₀ from the product of the frequency f and the thickness h of the object wall. Figure 2 shows an example of a received acoustic signal. Figure 3 shows an example of the dependence of the spectral power density of the received signal on time. Figure 4 shows an example of detecting the arrival of a zero-order symmetric Lamb wave S ₀ and a zero-order antisymmetric Lamb wave A ₀ on a graph of the signal power spectral density versus time, an example of two frequency ranges within which the reciprocal of the group velocity of a symmetric Lamb wave of zero S ₀ order of the frequency is close in form to the linear relationship, and an example of the frequency range within which the dependence of the reciprocal of the group velocity of the antisymmetric wave Le ba A zero order ₀ of frequency substantially linear. Figure 4 also shows examples of determining the reception times of the selected Lamb waves at frequencies belonging to these sections. Figure 5 shows an example of a graph of the values of the second-order derivative of the reciprocal of the group velocity of the antisymmetric Lamb wave of zero order with respect to the product of the frequency f and the wall thickness h. Figure 6 shows an example of finding the product of the wall thickness and the frequency at which the reference value of the group velocity of the symmetric Lamb wave of zero order S ₀ is equal to the group speed value obtained by analyzing the received signal.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Размещают на поверхности стенки объекта, например трубопровода, на известном расстоянии L друг от друга, по крайней мере, один акустический преобразователь для излучения волн Лэмба и, по крайней мере, один преобразователь для их приема.At least one acoustic transducer for emitting Lamb waves and at least one transducer for receiving them is placed on a wall surface of an object, such as a pipeline, at a known distance L from each other.

Излучатель испускает в заданный момент времени импульсный акустический сигнал.The emitter emits a pulsed acoustic signal at a given point in time.

Принимают сигнал приемником волн Лэмба.Receive the signal by the Lamb wave receiver.

Выполняют расчет зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени.The calculation of the dependence of the spectral power density of the received signal on time.

Определяют минимальное значение толщины стенки объекта h_min на участке между преобразователями. Для этого определяют среднеарифметическое значение M[h] толщины стенки объекта на участке между преобразователями и дисперсию значений D[h] толщины стенки объекта на участке между преобразователями. Для этого определяют среднеарифметическое значение M[h] толщины стенки объекта на участке между преобразователями. Для этого выбирают первое значение частоты f₁ такое, что в его окрестности эталонная зависимость обратной величины групповой скорости симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ от произведения толщины стенки и частоты близка к линейной зависимости.The minimum value of the object wall thickness h _{min is} determined in the area between the transducers. To do this, determine the arithmetic mean value M [h] of the wall thickness of the object in the area between the converters and the variance of the values D [h] of the wall thickness of the object in the area between the converters. To do this, determine the arithmetic mean value M [h] of the wall thickness of the object in the area between the transducers. To do this, choose the first value of the frequency f ₁ such that in its vicinity the reference dependence of the reciprocal of the group velocity of the symmetric Lamb wave of zero order S ₀ on the product of the wall thickness and frequency is close to a linear dependence.

Определяют первую разницу времен t₁ между временем приема частотной составляющей симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ на первой выбранной частоте f₁ и временем излучения по зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени.The first time difference t _{1 is} determined between the time of receiving the frequency component of the symmetric Lamb wave of zero order S ₀ at the first selected frequency f ₁ and the radiation time according to the dependence of the spectral power density of the received signal on time.

По значению первой разницы времен t₁ и по значению расстояния L между преобразователями определяют значение групповой скорости С_ГР выбранной частотной составляющей симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ по формулеThe value of the first time difference t ₁ and the value of the distance L between the transducers determine the value of the group velocity С _{ГР of the} selected frequency component of the symmetric Lamb wave of zero order S ₀ according to the formula

$${С}_{ГР}=\frac{L}{t_1}$$

. $${\mathrm{FROM}}_{GR}=\frac{L}{t_{\mathrm{one}}}$$

.

По известным формулам рассчитывают эталонные зависимости от произведения частоты f и толщины h значений групповой скорости $$C_{S_0}(f\cdot h)$$

симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀, значений групповой скорости $$C_{A_0}(f\cdot h)$$

антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ и значений второй производной $$\frac{{\partial }^2(C_{A_0}^{-1}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}$$

обратной величины групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ по произведению частоты и толщины.According to well-known formulas, reference dependences are calculated on the product of frequency f and thickness h of group velocity $$C_{S_0}(f\cdot h)$$

symmetric Lamb wave of zero order S ₀ , group velocity $$C_{A_0}(f\cdot h)$$

antisymmetric zero-order Lamb wave A ₀ and values of the second derivative $$\frac{{\partial }^2(C_{A_0}^{-\mathrm{one}}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}$$

the reciprocal of the group velocity of the zero-order antisymmetric Lamb wave A _{0 with} respect to the product of frequency and thickness.

Подбирают значение толщины M[h], при котором значение эталонной групповой скорости симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ на первой выбранной частоте f₁ равняется полученному путем анализа принятого сигнала значению групповой скоростиThe thickness value M [h] is selected at which the value of the reference group velocity of the symmetric Lamb wave of zero order S ₀ at the first selected frequency f ₁ is equal to the group speed value obtained by analyzing the received signal

$$C_{S_0}(f_1\cdot M[h])=C_{ГР}$$

. $$C_{S_0}(f_{\mathrm{one}}\cdot M[h])=C_{GR}$$

.

Полученное значение толщины M[h] считают среднеарифметическим значением толщины стенки на участке между преобразователями.The obtained value of the thickness M [h] is considered the arithmetic mean value of the wall thickness in the area between the transducers.

Затем определяют дисперсию значений D[h] толщины стенки объекта на участке между преобразователями. Для этого выбирают второе значение частоты f₂ такое, что в его окрестности эталонная зависимость обратной величины групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ от произведения толщины стенки и частоты существенно нелинейна.Then determine the variance of the values D [h] of the wall thickness of the object in the area between the transducers. To do this, choose the second value of the frequency f ₂ such that in its vicinity the reference dependence of the reciprocal of the group velocity of the zero-order antisymmetric Lamb wave A ₀ on the product of the wall thickness and frequency is substantially non-linear.

Определяют вторую разницу времен t₂ между временем приема частотной составляющей антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ на второй выбранной частоте f₂ и временем излучения по зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени.The second time difference t _{2 is} determined between the time of receiving the frequency component of the zero-order antisymmetric Lamb wave A ₀ at the second selected frequency f ₂ and the radiation time according to the dependence of the power spectral density of the received signal on time.

Определяют дисперсию D[h] значений толщины стенки объекта по значениям второй выбранной частоты f₂, второй разницы времен t₂, расстояния L между преобразователями, среднеарифметическому значению толщины M[h], эталонным значениям групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ и второй производной ее обратной величины по произведению частоты и толщины, к примеру, по формулеDetermine the dispersion D [h] values of the second selected frequency values of the object wall thickness at f _2, the second difference time t _2, the distance L between the transducers, the arithmetic mean value of thickness M [h], the reference values of group antisymmetric wave velocity Lamb zero order A ₀ and a second its inverse derivative of the product of frequency and thickness, for example, by the formula

Определяют минимальное значение толщины стенки объекта h_min по среднеарифметическому значению толщины M[h] и дисперсии значений толщины D[h], к примеру, по формулеThe minimum value of the object wall thickness h _{min is} determined by the arithmetic mean value of the thickness M [h] and the variance of the thickness values D [h], for example, by the formula

Пример конкретного выполнения способа.An example of a specific implementation of the method.

Предлагаемый способ испытан на стальной пластине длиной L=1 м. На 50% длины пластины ее толщина равнялась 10 мм, на других 50% длины пластины ее толщина в результате воздействия коррозии была уменьшена до 8 мм. Таким образом, минимальное значение толщины составляло 8 мм, среднеарифметическое значение толщины равнялось 9 мм.The proposed method was tested on a steel plate with a length of L = 1 m. At 50% of the plate length, its thickness was 10 mm, on the other 50% of the plate length, its thickness was reduced to 8 mm due to corrosion. Thus, the minimum thickness value was 8 mm, the arithmetic mean value of the thickness was 9 mm.

В качестве акустических преобразователей для излучения и приема волн Лэмба использовались пьезоакустические преобразователи акустической эмиссии. Их установили на дальних краях пластины. Для излучения сигнала подали в заданный момент времени на электрический вход излучающего преобразователя импульсный электрический сигнал. Излучатель испустил импульсный акустический сигнал. Сигнал распространился по пластине в виде комбинации симметричной и антисимметричной волн Лэмба нулевого порядка S₀ и A₀, обладающих зависимостью групповой скорости от частоты и толщины стенки (фиг.1). Приемник принял сигнал U(t) (фиг.2). Из осциллограммы принятого сигнала U(t) путем преобразования Чои-Вильямса была получена зависимость спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени W(f, t) (фиг.3).Piezoacoustic transducers of acoustic emission were used as acoustic transducers for the emission and reception of Lamb waves. They were installed at the far edges of the plate. To emit a signal, a pulsed electrical signal was applied to the electrical input of the emitting transducer at a given point in time. The emitter emitted a pulsed acoustic signal. The signal propagated through the plate in the form of a combination of symmetric and antisymmetric zero-order Lamb waves S ₀ and A ₀ , having a dependence of the group velocity on the frequency and wall thickness (Fig. 1). The receiver received a signal U (t) (figure 2). From the oscillogram of the received signal U (t) by the Choi-Williams transform, the dependence of the spectral power density of the received signal on the time W (f, t) was obtained (Fig. 3).

Определили первой значение частоты f₁, в окрестности которой эталонная зависимость обратной величины групповой скорости симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ от произведения частоты и толщины близка к линейной зависимости. Для этого воспользовались тем фактом, что у объектов из стали подходящими являются значения первой частоты f₁ из диапазона от 1.7 МГц·мм/М[h] до 2.4 МГц·мм/М[h] или из диапазона от 2.7 МГц·мм/М[h] до 3.4 МГц·мм/М[h], где M[h] - среднеарифметическое значение толщины (фиг.4). Исходя из начального значения толщины (10 мм) стенки, выбрали значение первой частоты f₁, равное f₁=230 кГц (фиг.4).The first value of the frequency f _{1 was} determined, in the vicinity of which the reference dependence of the reciprocal of the group velocity of the symmetric Lamb wave of zero order S ₀ on the product of frequency and thickness is close to a linear dependence. For this, we took advantage of the fact that for steel objects, the values of the first frequency f ₁ from the range from 1.7 MHz · mm / M [h] to 2.4 MHz · mm / M [h] or from the range from 2.7 MHz · mm / M are suitable [h] up to 3.4 MHz · mm / M [h], where M [h] is the arithmetic mean of the thickness (Fig. 4). Based on the initial value of the thickness (10 mm) of the wall, we chose the value of the first frequency f ₁ equal to f ₁ = 230 kHz (figure 4).

По зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени W(f, t) определили первую разницу времен t₁ между временем приема симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ на первой выбранной частоте f₁ и временем излучения.Using the dependence of the spectral power density of the received signal on time W (f, t), we determined the first time difference t ₁ between the time of reception of a symmetric Lamb wave of zero order S ₀ at the first selected frequency f ₁ and the radiation time.

Для этого провели определение времени приема следующим способом: выбрали уровень порога, равный 1% от максимального абсолютного значения зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени, выявили на зависимости спектральной плотности мощности сигнала от времени W(f, t) точки, абсолютная величина спектральной плотности в которых превышает порог. Множество выявленных точек образовало на зависимости спектральной плотности 2 кривые характерной формы, соответствующие временам приема различных частотных составляющих симметричной S₀ и антисимметричной A₀ волн Лэмба нулевого порядка. Выявили точки, соответствующие симметричной волне Лэмба нулевого порядка S₀ и первой выбранной частоте f₁, выбрали из них точку, имеющую наибольшее соответствующее ей абсолютное значение спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени. Соответствующее данной точке значение времени использовали в качестве времени приема симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ на первой выбранной частоте f₁. В качестве времени излучения использовали время подачи управляющего электрического импульса на излучающий пьезоакустический преобразователь акустической эмиссии.To do this, we determined the reception time in the following way: we chose a threshold level equal to 1% of the maximum absolute value of the dependence of the power spectral density of the received signal on time, revealed the points, the absolute value of the spectral density on the dependence of the signal power spectral density on time W (f, t) in which exceeds the threshold. A number of identified points formed characteristic curves corresponding to the times of reception of various frequency components of the symmetric S ₀ and antisymmetric A ₀ zero-order Lamb waves in the dependence of spectral density 2. The points corresponding to the symmetric Lamb wave of zero order S ₀ and the first selected frequency f _{1 were} identified, the point having the highest absolute value of the spectral power density of the received signal from time corresponding to it was selected. The time value corresponding to this point was used as the time of reception of a symmetric Lamb wave of zero order S ₀ at the first selected frequency f ₁ . As the radiation time, the time of supply of the control electric pulse to the radiating piezoelectric acoustic emission transducer was used.

Определенная указанным способом первая разница времен t₁ оказалась равной t₁=404.9 мкс.The first time difference t ₁ determined by this method turned out to be t ₁ = 404.9 μs.

По значению первой разницы времен t₁ и по значению расстояния L между преобразователями определили значение групповой скорости С_ГР выбранной частотной составляющей симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ по формулеUsing the value of the first time difference t ₁ and the value of the distance L between the transducers, we determined the group velocity С _{ГР of the} selected frequency component of the symmetric Lamb wave of zero order S ₀ according to the formula

По известным формулам рассчитали эталонные зависимости от произведения частоты f и толщины h значений групповой скорости $$C_{S_0}(f\cdot h)$$

симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀, значений групповой скорости $$C_{A_0}(f\cdot h)$$

антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ (фиг.1) и значений второй производной $$\frac{{\partial }^2(C_{A_0}^{-1}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}$$

обратной величины групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ по произведению частоты и толщины (фиг.5).Using the known formulas, we calculated the reference dependences on the product of the frequency f and thickness h of the group velocity $$C_{S_0}(f\cdot h)$$

symmetric Lamb wave of zero order S ₀ , group velocity $$C_{A_0}(f\cdot h)$$

zero-order antisymmetric Lamb wave A ₀ (FIG. 1) and values of the second derivative $$\frac{{\partial }^2(C_{A_0}^{-\mathrm{one}}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}$$

the reciprocal of the group velocity of the antisymmetric Lamb wave of zero order A ₀ in the product of frequency and thickness (Fig. 5).

Подобрали значение толщины M[h], при котором эталонное значение групповой скорости $$C_{S_0}$$

симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ на первой выбранной частоте f₁ равняется полученному по значению первой разницы времен t₁ значению групповой скорости С_ГР The thickness value M [h] was selected at which the group velocity reference value $$C_{S_{}}$$$${{}_0}_{}$$

the symmetric Lamb wave of zero order S ₀ at the first selected frequency f ₁ is equal to the group velocity C _GR obtained from the value of the first time difference t ₁

$$C_{S_0}(f_1\cdot M[h])=C_{ГР}=2470м/с$$

. $$C_{S_0}(f_{\mathrm{one}}\cdot M[h])=C_{GR}=2470m/\mathrm{from}$$

.

Для этого сначала по эталонной зависимости групповой скорости симметричной волны Лэмба нулевого порядка S₀ от произведения частоты и толщины определили значение произведения толщины на частоту f₁·M[h], при котором выполняется искомое равенство (фиг.6)For this, first, based on the reference dependence of the group velocity of a symmetric Lamb wave of zero order S ₀ on the product of frequency and thickness, we determined the value of the product of the thickness by the frequency f ₁ · M [h], at which the desired equality is satisfied (Fig.6)

f₁·М[h]=2124.5 кГц·мм,f ₁ · M [h] = 2124.5 kHz · mm,

затем определили само значение толщины M[h]then determined the very value of the thickness M [h]

M[h]=2124.5 кГц·м/f₁=9.24 мм.M [h] = 2124.5 kHz · m / f ₁ = 9.24 mm.

Полученное значение M[h] стали считать среднеарифметическим значением толщины стенки участка объекта между преобразователями.The obtained value of M [h] was considered the arithmetic mean value of the wall thickness of the site of the object between the transducers.

Определили значение второй частоты f₂, в окрестности которой эталонная зависимость обратной величины групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ от произведения частоты и толщины существенно нелинейна. Для этого воспользовались тем фактом, что у объектов из стали подходящими являются значения второй частоты f₂ из диапазона от 0 МГц·мм/М[h] до 1.0 МГц·мм/М[h] (фиг.4). Исходя из начального значения толщины (10 мм) стенки, выбрали значение второй частоты, равное f₂=25 кГц (фиг.4).The value of the second frequency f _{2 was} determined, in the vicinity of which the reference dependence of the reciprocal of the group velocity of the zero-order antisymmetric Lamb wave A ₀ from the product of frequency and thickness is substantially non-linear. For this, we took advantage of the fact that for steel objects, the values of the second frequency f ₂ from the range from 0 MHz · mm / M [h] to 1.0 MHz · mm / M [h] are suitable (Fig. 4). Based on the initial value of the thickness (10 mm) of the wall, we chose the value of the second frequency equal to f ₂ = 25 kHz (figure 4).

По зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени W(f, t) определили вторую разницу времен t₂ между временем приема антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ на второй выбранной частоте f₂ и временем излучения t₂=424.4 мкс (фиг.4).From the dependence of the spectral power density of the received signal on time W (f, t), we determined the second time difference t ₂ between the time of reception of the antisymmetric zero-order Lamb wave A ₀ at the second selected frequency f ₂ and the radiation time t ₂ = 424.4 μs (Fig. 4) .

Взяли значение второй производной $$\frac{{\partial }^2(C_{A_0}^{-1}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}$$

обратной величины групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ по произведению частоты и толщины при значении произведения частоты на толщину, равном произведению второй выбранной частоты на среднеарифметическое значение толщины f₂·M[h]=230.9 кГц·мм (фиг.5)We took the value of the second derivative $$\frac{{\partial }^2(C_{A_0}^{-\mathrm{one}}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}$$

the reciprocal of the group velocity of the antisymmetric zero-order Lamb wave A ₀ with the product of the frequency and thickness with the product of the frequency and thickness equal to the product of the second selected frequency and the arithmetic mean of the thickness f ₂ · M [h] = 230.9 kHz · mm (Fig. 5)

Определили дисперсию D[h] значений толщины стенки объекта по значениям второй выбранной частоты f₂, второй разницы времен t₂, расстояния L между преобразователями, среднеарифметическому значению толщины M[h], эталонным значениям групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка A₀ и второй производной ее обратной величины по произведению частоты и толщины по формулеIdentified dispersion D [h] values of the second selected frequency values of the object wall thickness at f _2, the second difference time t _2, the distance L between the transducers, the arithmetic mean value of thickness M [h], the reference values of group antisymmetric wave velocity Lamb zero order A ₀ and a second the derivative of its reciprocal of the product of frequency and thickness according to the formula

Определили минимальное значение толщины стенки h_min объекта на участке между преобразователями по среднеарифметическому значению толщины M[h] на участке между преобразователями и дисперсии значений толщины D[h] на участке между преобразователями по формулеThe minimum value of the wall thickness h _{min of the} object in the area between the transducers was determined by the arithmetic mean of the thickness M [h] in the area between the transducers and the variance of the thicknesses D [h] in the area between the transducers by the formula

Таким образом, предлагаемый способ является высокоэффективным и может при широком внедрении принести значительный экономический эффект за счетThus, the proposed method is highly effective and can, with widespread implementation, bring significant economic benefits due to

снижения трудоемкости, упрощения и ускорения контроля толщины больших по площади объектов,reduce the complexity, simplify and speed up the control of the thickness of large objects,

устранения необходимости получения физического доступа ко всей поверхности объекта, подлежащей контролю толщины,eliminating the need for physical access to the entire surface of the object subject to thickness control,

обеспечения возможности контроля толщины при наличии вариаций значений толщины, к примеру при наличии на объекте очаговой коррозии,providing the ability to control the thickness in the presence of variations in the thickness values, for example, if there is focal corrosion at the facility,

обеспечения возможности определения среднеарифметического и минимального значений толщины на участке между двумя акустическими преобразователями, установленными на объекте в произвольных точках, без проведения предварительного измерения толщины в тех же точках.providing the ability to determine the arithmetic mean and minimum thickness values in the area between two acoustic transducers installed on the object at arbitrary points, without preliminary thickness measurement at the same points.

Математический расчет.Mathematical calculation.

Теоретические исследования и анализ литературных источников показали, что в стенке объекта акустический сигнал на частотах, на которых длины объемных волн сравнимы или превосходят толщину стенки, распространяется в виде волн Лэмба. Значение групповой скорости С_ГР волны Лэмба зависит (фиг.1) от произведения частоты f и толщины стенки объекта h, а также от значений скоростей объемной продольной C_L и объемной поперечной C_T волн в материале стенки, типа G волны Лэмба (симметричная S или антисимметричная A) и порядкового номера i волны ЛэмбаTheoretical studies and analysis of literature showed that in the wall of an object an acoustic signal at frequencies at which body wavelengths are comparable or greater than the wall thickness propagates in the form of Lamb waves. The value of the group velocity C of the _{GR of the} Lamb wave depends (Fig. 1) on the product of the frequency f and the wall thickness of the object h, as well as on the values of the velocities of the longitudinal longitudinal C _L and volumetric transverse C _T waves in the wall material, type G Lamb waves (symmetric S or antisymmetric A) and serial number i of the Lamb wave

$${С}_{ГР}=C_G{}_i(f\cdot h,C_L,C_T)$$

. $${\mathrm{FROM}}_{GR}=C_G{}_i(f\cdot h,C_L,C_T)$$

.

Значение групповой скорости $${С}_{ГР}=C_G{}_i(f\cdot h,C_L,C_T)$$

можно рассчитать по известной формуле для произвольных значений частоты f, толщины стенки h и для любого материала, взяв значения скоростей объемной продольной C_L и объемной поперечной C_T волн из справочника (к примеру, для стали они равны 5900 м/с и 3260 м/с соответственно). Значения скоростей объемной продольной C_L и объемной поперечной C_T волн далее считаются известными и постоянными и для краткости опущены.Group Speed Value $${\mathrm{FROM}}_{GR}=C_G{}_i(f\cdot h,C_L,C_T)$$

can be calculated according to the well-known formula for arbitrary values of frequency f, wall thickness h and for any material, taking the values of the velocities of the longitudinal longitudinal C _L and volumetric transverse C _T waves from the reference book (for example, for steel they are 5900 m / s and 3260 m / s respectively). The values of the velocities of the longitudinal longitudinal C _L and volumetric transverse C _T waves are hereinafter considered known and constant and are omitted for brevity.

Известно, что излучение акустического импульса эквивалентно синхронному излучению множества частотных составляющих. В этом случае различные частотные составляющие различных волн Лэмба приходят (фиг.2) на приемный преобразователь в различные моменты времени $$t_G{}_{{}_i}(f)$$

, определяемые уравнениемIt is known that the emission of an acoustic pulse is equivalent to the synchronous emission of a plurality of frequency components. In this case, the various frequency components of the various Lamb waves (Fig. 2) arrive at the receiving transducer at various times $$t_G{}_{{}_i}(f)$$

defined by the equation

где f - частота, x - координата вдоль прямой линии, соединяющей преобразователи, начало координат соответствует точке, в которой установлен излучающий преобразователь, h(x) - зависимость толщины стенки объекта от координаты x, L - расстояние между преобразователями, время $$t_G{}_{{}_i}(f)$$

отсчитывается от времени излучения импульса, G - тип волны Лэмба, i - порядковый номер волны Лэмба.where f is the frequency, x is the coordinate along the straight line connecting the transducers, the origin corresponds to the point at which the emitting transducer is installed, h (x) is the dependence of the object wall thickness on the x coordinate, L is the distance between the transducers, time $$t_G{}_{{}_i}(f)$$

counted from the time of emission of the pulse, G is the type of Lamb wave, i is the serial number of the Lamb wave.

Расчет зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени (фиг.3) позволяет определить время приема $$t_G{}_{{}_i}(f)$$

каждой частотной составляющей каждой волны Лэмба (фиг.4).The calculation of the dependence of the spectral power density of the received signal on time (figure 3) allows you to determine the reception time $$t_G{}_{{}_i}(f)$$

each frequency component of each Lamb wave (figure 4).

Разложение функции $$C_{G_i}^{-1}(f\cdot h)$$

в ряд Тейлора до членов второго порядка в окрестности величины f·M[h], где величина M[h] равна среднеарифметическому значению толщины стенки $$M[h]=\frac{1}{L}{\displaystyle \underset{0}{\overset{L}{\int }}h(x)dx}$$

, выглядит следующим образом:Function decomposition $$C_{G_i}^{-\mathrm{one}}(f\cdot h)$$

Taylor series to second-order terms in the vicinity of f · M [h], where M [h] is equal to the arithmetic mean of the wall thickness $$M[h]=\frac{\mathrm{one}}{L}{\displaystyle \underset{0}{\overset{L}{\int }}h(x)dx}$$

, as follows:

Следовательно, время приема равноTherefore, the reception time is

Поскольку

, тоInsofar as

then

Следовательно,Hence,

где величинаwhere is the value

является дисперсией значений толщины стенки объекта на участке между преобразователями, величина M[h²] равна среднеарифметическому значению квадрата толщины стенки $$M[h^2]=\frac{1}{L}{\displaystyle \underset{0}{\overset{L}{\int }}h(x){)}^{2}dx}$$

.is the dispersion of the wall thickness of the object in the area between the transducers, the value of M [h ² ] is equal to the arithmetic mean value of the square of the wall thickness $$M[h^2]=\frac{\mathrm{one}}{L}{\displaystyle \underset{0}{\overset{L}{\int }}h(x){)}^{2}dx}$$

.

Как правило, на контролируемых объектах дисперсия значений толщины стенки мала по сравнению с квадратом толщины стенкиAs a rule, on controlled objects, the variance of the wall thickness is small compared to the square of the wall thickness

Если при некотором значении частоты f₁, значении толщины, равном среднеарифметическому значению толщины стенки M[h], типе волны Лэмба G и порядковом номере волны Лэмба i справедливо, что зависимость значений обратной величины эталонной групповой скорости волны Лэмба от произведения толщины и частоты близка к линейной или, другими словами, значение производной второго порядка обратной величины эталонной групповой скорости волны Лэмба по произведению толщины и частоты $${\frac{{\partial }^2(C_{G_i}^{-1}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}|}_{f_1\cdot M[h]}$$

много меньше по абсолютной величине частного значения обратной величины эталонной групповой скорости и квадрата произведения толщины и частоты $$\frac{C_{G_i}^{-1}(f_1\cdot M[h])}{{(f_1\cdot M[h])}^2}$$

, то в силу (2) значение производной второго порядка обратной величины эталонной групповой скорости по произведению толщины и частоты $${\frac{{\partial }^2(C_{G_i}^{-1}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}|}_{f_1\cdot M[h]}$$

много меньше по абсолютной величине частного значения обратной величины эталонной групповой скорости и произведения дисперсии значений толщины и квадрата частоты $$\frac{C_{G_i}^{-1}(f_1\cdot h)}{(f_{{}_1}^2\cdot D[h])}$$

.If for a certain value of the frequency f ₁ , a thickness equal to the arithmetic mean of the wall thickness M [h], the type of the Lamb wave G and the serial number of the Lamb wave i, it is true that the dependence of the values of the inverse of the reference group velocity of the Lamb wave on the product of the thickness and frequency is close to linear or, in other words, the value of the second-order derivative of the inverse of the reference group velocity of the Lamb wave with respect to the product of the thickness and frequency $${\frac{{\partial }^2(C_{G_i}^{-\mathrm{one}}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}|}_{f_{\mathrm{one}}\cdot M[h]}$$

much smaller in absolute value of the particular value of the reciprocal of the reference group velocity and the square of the product of thickness and frequency $$\frac{C_{G_i}^{-\mathrm{one}}(f_{\mathrm{one}}\cdot M[h])}{{(f_{\mathrm{one}}\cdot M[h])}^2}$$

, then, by virtue of (2), the value of the second-order derivative of the reciprocal of the reference group velocity with respect to the product of the thickness and frequency $${\frac{{\partial }^2(C_{G_i}^{-\mathrm{one}}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}|}_{f_{\mathrm{one}}\cdot M[h]}$$

much smaller in absolute value of the particular value of the reciprocal of the reference group velocity and the product of the variance of the thickness and the square of the frequency $$\frac{C_{G_i}^{-\mathrm{one}}(f_{\mathrm{one}}\cdot h)}{(f_{{}_{\mathrm{one}}}^2\cdot D[h])}$$

.

В этом случае выражение (1) упрощается доIn this case, expression (1) is simplified to

Определение по известным значениям $$t_G{}_{{}_i}$$

, f₁ и L величины М[h], удовлетворяющей уравнению (3), позволяет получить среднеарифметическое значение толщины стенки.Known Values $$t_G{}_{{}_i}$$

, f ₁ and L of the quantity M [h], satisfying equation (3), allows to obtain the arithmetic mean value of the wall thickness.

Если при некотором значении частоты f₂, значении толщины, равном среднеарифметическому значению толщины стенки M[h], типе волны Лэмба G′ и порядковом номере волны Лэмба j справедливо, что зависимость значений обратной величины эталонной групповой скорости волны Лэмба от произведения толщины и частоты существенно нелинейна или, другими словами, значение производной второго порядка обратной величины эталонной групповой скорости волны Лэмба по произведению толщины и частоты $${\frac{{\partial }^2(C_{G_{{}_j}^{\text{'}}}^{-1}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}|}_{f_2\cdot M[h]}$$

сравнимо по порядку величины или превосходит по абсолютной величине частное значения обратной величины эталонной групповой скорости и квадрата произведения толщины и частоты $$\frac{C_{G_j^{\text{'}}}^{-1}(f_2\cdot M[h])}{{(f_2\cdot M[h])}^2}$$

, то приближение (3) перестает выполняться, и следует использовать общее уравнение (1). Из (1) следует:If for some value of the frequency f ₂ , a thickness equal to the arithmetic mean of the wall thickness M [h], the type of the Lamb wave G ′ and the serial number of the Lamb wave j, it is true that the dependence of the values of the reciprocal of the reference group velocity of the Lamb wave on the product of the thickness and frequency nonlinear or, in other words, the value of the second-order derivative of the inverse of the reference group velocity of the Lamb wave with respect to the product of the thickness and frequency $${\frac{{\partial }^2(C_{G_{{}_j}^{\text{'}\text{'}}}^{-\mathrm{one}}(f\cdot h))}{\partial {(f\cdot h)}^2}|}_{f_2\cdot M[h]}$$

comparable in order of magnitude or exceeds in absolute value the quotient of the reciprocal of the reference group velocity and the square of the product of thickness and frequency $$\frac{C_{G_j^{\text{'}\text{'}}}^{-\mathrm{one}}(f_2\cdot M[h])}{{(f_2\cdot M[h])}^2}$$

, then approximation (3) ceases to hold, and the general equation (1) should be used. From (1) it follows:

Из (4) следует, что имея среднеарифметическое значение толщины стенки M[h], значения второй частоты f₂, времени $$t_G{}_{{}_2^{\text{'}}}$$

и расстояния между преобразователями L можно определить дисперсию значений толщины стенки D[h] по формулеFrom (4) it follows that having the arithmetic mean wall thickness M [h], the values of the second frequency f ₂ , time $$t_G{}_{{}_2^{\text{'}\text{'}}}$$

and the distance between the transducers L, one can determine the variance of the wall thickness D [h] by the formula

Наличие среднеарифметического значения толщины M[h] и дисперсии значений толщины D[h] позволяет установить минимальное значение толщины стенки объекта h_min, к примеру, по формулеThe presence of the arithmetic mean of the thickness M [h] and the variance of the thickness D [h] allows you to set the minimum value of the wall thickness of the object h _min , for example, by the formula

$$h_{\min }=M[h]-\sqrt{D[h]}$$

. $$h_{\min }=M[h]-\sqrt{D[h]}$$

.

Claims (1)

Способ контроля за динамикой изменения толщины стенки контролируемого объекта, включающий
размещение на его поверхности на известном расстоянии друг от друга, по крайней мере, одного акустического преобразователя для излучения волн Лэмба и, по крайней мере, одного преобразователя для их приема,
излучение в заданный момент времени импульсного сигнала,
расчет зависимости спектральной плотности мощности принятого сигнала от времени,
выбор волны Лэмба и частоты,
определение разности между временем приема выбранной частотной составляющей выбранной волны Лэмба и временем излучения сигнала,
определение значения групповой скорости выбранной частотной составляющей выбранной волны Лэмба по известному значению расстояния между преобразователями и значению разности между временем приема выбранной частотной составляющей выбранной волны Лэмба и временем излучения сигнала,
определение значения толщины стенки по полученному значению групповой скорости, выбранному значению частоты и эталонной зависимости групповой скорости выбранной волны Лэмба от произведения толщины стенки и частоты,
отличающийся тем, что
устанавливают минимальную величину толщины стенки
по полученным среднеарифметической величине толщины стенки и дисперсии значений толщины стенки объекта, причем
среднеарифметическое значение толщины стенки определяют с выбором симметричной волны Лэмба нулевого порядка и, по крайней мере, одной частоты, на которой эталонная зависимость обратной величины групповой скорости симметричной волны Лэмба нулевого порядка от произведения толщины стенки и частоты близка к линейной, а
дисперсию значений толщины стенки определяют с выбором антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка и частоты, на которой эталонная зависимость обратной величины групповой скорости антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка от произведения толщины стенки и частоты существенно нелинейна. A method of monitoring the dynamics of changes in the wall thickness of a controlled object, including
placing on its surface at a known distance from each other at least one acoustic transducer for emitting Lamb waves and at least one transducer for receiving them,
radiation at a given point in time of a pulse signal,
calculation of the dependence of the spectral power density of the received signal on time,
Lamb wave and frequency selection,
determination of the difference between the reception time of the selected frequency component of the selected Lamb wave and the signal emission time,
determining the group velocity value of the selected frequency component of the selected Lamb wave from the known distance between the transducers and the difference between the reception time of the selected frequency component of the selected Lamb wave and the signal emission time,
determining the wall thickness value from the obtained group velocity value, the selected frequency value and the reference dependence of the group velocity of the selected Lamb wave on the product of the wall thickness and frequency,
characterized in that
set the minimum wall thickness
according to the arithmetic mean wall thickness and variance of the object wall thickness values, and
the arithmetic mean value of the wall thickness is determined with the choice of a symmetric Lamb wave of zero order and at least one frequency at which the reference dependence of the inverse of the group velocity of a symmetric Lamb wave of zero order on the product of the wall thickness and frequency is close to linear, and
the variance of the wall thickness values is determined with the choice of the zero-order antisymmetric Lamb wave and frequency, at which the reference dependence of the inverse group velocity of the zero-order antisymmetric Lamb wave on the product of the wall thickness and frequency is substantially non-linear.

Images