RU2217741C2 - Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures - Google Patents
Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2217741C2 RU2217741C2 RU2001106785/28A RU2001106785A RU2217741C2 RU 2217741 C2 RU2217741 C2 RU 2217741C2 RU 2001106785/28 A RU2001106785/28 A RU 2001106785/28A RU 2001106785 A RU2001106785 A RU 2001106785A RU 2217741 C2 RU2217741 C2 RU 2217741C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- digital
- analog
- comparator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технической диагностике и неразрушающему контролю и может быть использовано при прочностных испытаниях крупногабаритных конструкций типа цистерн, сосудов давления, емкостей, самолетных конструкций, судов и т.д. The invention relates to technical diagnostics and non-destructive testing and can be used in strength tests of large-sized structures such as tanks, pressure vessels, tanks, aircraft structures, ships, etc.
Известна многофункциональная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций (Патент РФ 2141655, МКИ 6 G 01 N 29/14, приоритет от 24.11.98 г. ), включающая акустические приемники-преобразователи, последовательно соединенные с быстродействующими аналого-цифровыми преобразователями многоканального модуля регистрации и предварительной обработки акустических сигналов с процессором, связанного с модулем анализа акустических сигналов с процессором. A well-known multifunctional acoustic emission system for diagnosing structures (RF Patent 2141655, MKI 6 G 01 N 29/14, priority 24.11.98), including acoustic transducers, connected in series with high-speed analog-to-digital converters of a multi-channel registration module and preliminary processing acoustic signals with a processor associated with an acoustic signal analysis module with a processor.
Кроме того, система дополнена, по крайней мере, одним многоканальным модулем регистрации и предварительной обработки акустических сигналов с процессором и, по крайней мере, одним модулем анализа акустических сигналов с процессором, причем, каждый многоканальный модуль регистрации и предварительной обработки акустических сигналов имеет связанное с быстродействующими аналого-цифровыми преобразователями устройство синхронизации их работы, процессоры многоканальных модулей регистрации и предварительной обработки акустических сигналов и процессоры модулей анализа акустических сигналов снабжены сетевой операционной системой реального времени, при этом все процессоры посредством соединенных с ними сетевых карт связаны между собой, совместно, образуя многопроцессорную локально-вычислительную сеть распределенной параллельной обработки акустических сигналов под управлением операционной системы реального времени. In addition, the system is supplemented with at least one multichannel module for recording and preprocessing acoustic signals with a processor and at least one module for analyzing acoustic signals with a processor, and each multichannel module for registering and preprocessing acoustic signals is associated with high-speed analog-to-digital converters; device for synchronizing their work; processors of multi-channel modules for recording and preliminary processing of acoustic signals Acoustic signal analysis modules and processors are equipped with a real-time network operating system, and all processors are connected via network cards connected together, forming a multiprocessor local-area network of distributed parallel processing of acoustic signals under the control of a real-time operating system.
Недостатков данного устройства является то, что каналы внутри модуля регистрации и предварительной обработки сигналов не являются функционально независимыми и не могут быть разнесены на большие расстояния для контроля протяженных объектов. Длинный кабель, по которому передается аналоговый сигнал акустической эмиссии (АЭ) с акустических приемников-преобразователей, является причиной наводок и помех на входе измерительной цепи. Параллельная работа процессоров в многопроцессорной локально-вычислительной сети требует сложного программного обеспечения и не позволяет полностью загрузить вычислительные мощности каждого процессора. The disadvantages of this device is that the channels inside the module for recording and preprocessing signals are not functionally independent and cannot be spaced long distances to control extended objects. The long cable through which the analogue acoustic emission signal (AE) is transmitted from the acoustic receivers-transducers causes interference and interference at the input of the measuring circuit. Parallel operation of processors in a multiprocessor local area network requires sophisticated software and does not fully load the computing power of each processor.
Наиболее близким по технической сущности является многоканальное акустико-эмиссионное устройство для контроля изделий (Патент РФ 2150698, МКИ 7 G 01 N 29/14, 29/04, приоритет от 25.11.1997 г.), состоящее из 1...n блоков, каждый из которых содержит четыре измерительных канала, состоящих из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, пикового детектора, выход которого соединен с инвертирующим входом компаратора, а также содержит цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, а также коммутатор каналов, основной усилитель, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство и таймер. The closest in technical essence is a multi-channel acoustic emission device for product monitoring (RF Patent 2150698, MKI 7 G 01 N 29/14, 29/04, priority dated 11/25/1997), consisting of 1 ... n blocks, each of which contains four measuring channels, consisting of a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, peak detector, the output of which is connected to the inverting input of the comparator, and also contains a digital-to-analog converter, the output of which is connected to a non-inverting input of the comparator, and switch channels, the main amplifier, analog-to-digital converter, a RAM, and a timer.
Кроме того, в устройстве последовательно соединены коммутатор каналов, основной усилитель, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, выход которого соединен с первым входом устройства сопряжения, причем четыре входа коммутатора каналов соединены с выходами фильтров каналов и входами пиковых детекторов соответствующих каналов, а входы цифроаналоговых преобразователей четырех каналов блока объединены и соединены с первым выходом устройства сопряжения, выходы компараторов каждого канала подключены ко входам таймера, выход которого соединен со вторым входом оперативного запоминающего устройства, второй выход устройства сопряжения соединен с третьим входом таймера, а третий выход устройства сопряжения соединен с шиной компьютера. In addition, the device is connected in series with a channel switch, a main amplifier, an analog-to-digital converter, random access memory, the output of which is connected to the first input of the interface device, the four inputs of the channel switch connected to the outputs of the channel filters and the inputs of the peak detectors of the corresponding channels, and the inputs digital-to-analog converters of the four channels of the unit are combined and connected to the first output of the interface device, the outputs of the comparators of each channel are connected to give timer whose output is connected to a second input of the random access memory, the second output coupling device is connected to the third input of the timer, and the third output interface device connected to the bus of the computer.
Однако данное устройство обладает рядом недостатков:
- невозможность контроля протяженных и крупногабаритных объектов, так как измерительные блоки находятся в одном корпусе с центральным процессором, поскольку связаны с ним единой шиной и датчики подключаются к блокам отдельным кабелем ограниченной длины. Длинный кабель, по которому передается аналоговый сигнал, является причиной наводок и помех на входе измерительной цепи;
- низкое быстродействие, обусловленное невысоким быстродействием коммутирующих устройств, что приводит к погрешностям в измерении амплитуды, времени прихода и спектра сигналов АЭ;
- взаимное влияние каналов, вызванное прохождением паразитных сигналов через коммутирующие устройства на соседний канал;
- большое число соединительных кабелей между местом установки датчиков на конструкции и диагностической аппаратурой;
- невозможность определения в реальном масштабе времени спектральных характеристик сигналов АЭ, а следовательно, и типа дефекта, поскольку вся обработка и расчет производятся в одном центральном процессоре.However, this device has several disadvantages:
- the impossibility of monitoring extended and large-sized objects, since the measuring units are in the same housing as the central processor, since they are connected by a single bus and the sensors are connected to the units with a separate cable of limited length. The long cable through which the analog signal is transmitted causes interference and interference at the input of the measuring circuit;
- low speed due to the low speed of switching devices, which leads to errors in the measurement of the amplitude, time of arrival and spectrum of AE signals;
- the mutual influence of the channels caused by the passage of spurious signals through the switching device to the adjacent channel;
- a large number of connecting cables between the installation site of the sensors on the structure and diagnostic equipment;
- the impossibility of real-time determination of the spectral characteristics of AE signals, and therefore the type of defect, since all processing and calculation are performed in one central processor.
Техническая задача, решаемая в предлагаемой акустико-эмиссионной системе диагностики конструкций, заключается в расширении зоны контроля для крупногабаритных изделий с одновременным повышением точности определения координат развивающихся дефектов. The technical problem to be solved in the proposed acoustic emission system diagnostics of structures is to expand the control zone for large products with a simultaneous increase in the accuracy of determining the coordinates of developing defects.
Поставленная задача решается за счет того, что многоканальная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций, состоит из 1...n каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический преобразователь, предварительный усилитель, фильтр, основной усилитель, компаратор, выход которого соединен с таймером, устройство сопряжения, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, а также содержит аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства. Кроме того, в системе основной усилитель программируемый, а его выход подключен к инвертирующему входу компаратора и аналого-цифровому преобразователю, выход оперативного запоминающего устройства соединен с первым входом сигнального процессора, выход которого подключен к устройству сопряжения. The problem is solved due to the fact that the multi-channel acoustic emission diagnostic system of structures consists of 1 ... n channels, each of which contains a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, main amplifier, comparator, the output of which is connected to a timer, the interface device, a digital-to-analog converter, the output of which is connected to the non-inverting input of the comparator, and also contains an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first input m random access memory. In addition, in the system, the main amplifier is programmable, and its output is connected to the inverting input of the comparator and the analog-to-digital converter, the output of the random access memory is connected to the first input of the signal processor, the output of which is connected to the interface device.
Выход устройства сопряжения соединен с локальной сетью, которая, в свою очередь, соединена с компьютером. Выход таймера подключен ко входу устройства управления. Причем первый выход устройства управления соединен со входом генератора, выход которого через ключ соединен с акустическим преобразователем. Второй выход устройства управления соединен с управляющим входом оперативного запоминающего устройства. Третий выход устройства управления соединен со вторым входом сигнального процессора. При этом устройство управления также выполнено с возможностью подачи команды на увеличение порога срабатывания, который с помощью цифроаналогового преобразователя устанавливается на входе компаратора. The output of the interface device is connected to a local network, which, in turn, is connected to a computer. The timer output is connected to the input of the control device. Moreover, the first output of the control device is connected to the input of the generator, the output of which is connected via a key to an acoustic transducer. The second output of the control device is connected to the control input of random access memory. The third output of the control device is connected to the second input of the signal processor. At the same time, the control device is also configured to issue a command to increase the threshold, which is set using the digital-to-analog converter at the input of the comparator.
Предлагаемая система по сравнению с существующими акустико-эмиссионными системами позволяет значительно расширить область контроля протяженных объектов с одновременным повышением точности локализации дефекта. Использование унифицированной сетевой шины дает возможность подключать на вход системы как параметрический канал, так и исполнительное устройство. Кроме того, каждый измерительный канал системы имеет собственный аналого-цифровой преобразователь, который осуществляет оцифровку сигнала АЭ, что исключает коммутацию каналов, а следовательно, паразитные влияния одного канала на другой. Каждый измерительный канал имеет свой сигнальный процессор, который производит предварительную обработку сигнала, цифровую фильтрацию от помех, вычисляет спектр сигнала, регистрирует абсолютное время прихода, длительность и другие характеристики. Небольшая длина аналогового тракта позволяет сократить до минимума влияние внешних электромагнитных помех. Использование встроенного имитатора сигналов АЭ позволяет автоматически определять размеры зон локализации, что необходимо при контроле объектов сложной формы. The proposed system, compared with existing acoustic emission systems, can significantly expand the control area of extended objects while improving the accuracy of localization of the defect. Using a unified network bus makes it possible to connect both a parametric channel and an actuator to the system input. In addition, each measuring channel of the system has its own analog-to-digital converter, which digitizes the AE signal, which eliminates the switching of channels, and therefore the spurious effects of one channel on another. Each measuring channel has its own signal processor, which performs signal pre-processing, digital filtering from interference, calculates the signal spectrum, registers the absolute arrival time, duration and other characteristics. The short length of the analog path minimizes the effects of external electromagnetic interference. Using the built-in simulator of AE signals allows you to automatically determine the size of localization zones, which is necessary when monitoring objects of complex shape.
В предлагаемой многоканальной акустико-эмиссионной системе диагностики частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя составляет 8 МГц, а в прототипе - 1,25 МГц. Поскольку в предлагаемой системе время прихода сигналов АЭ находится по оцифровке, то максимальная точность определения времени прихода сигналов АЭ составит 0,125•10-6 с, т.е. выигрыш в точности определения разности времен прихода сигналов (по сравнению с прототипом) равна:
N=0,8•10-6/0,125•10-6=6,4 раза.In the proposed multi-channel acoustic emission diagnostic system, the sampling frequency of the analog-to-digital converter is 8 MHz, and in the prototype it is 1.25 MHz. Since the time of arrival of AE signals in the proposed system is digitized, the maximum accuracy of determining the time of arrival of AE signals will be 0.125 • 10 -6 s, i.e. the gain in the accuracy of determining the difference in signal arrival times (compared with the prototype) is equal to:
N = 0.8 • 10 -6 / 0.125 • 10 -6 = 6.4 times.
На фиг. 1 показана функциональная схема многоканальной акустико-эмиссионной системы диагностики конструкций. На фиг.2 приведена временная диаграмма, поясняющая процесс синхронизации работы каналов АЭ-системы. In FIG. 1 shows a functional diagram of a multi-channel acoustic emission system for the diagnosis of structures. Figure 2 shows a timing diagram explaining the synchronization process of the channels of the AE system.
Многоканальная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций содержит:
1...n - каналы приема и обработки измерительной информации;
2 - пьезоэлектрический преобразователь;
3 - предварительный усилитель;
4 - фильтр;
5 - программируемый усилитель;
6 - компаратор;
7 - таймер;
8 - устройство сопряжения;
9 - цифроаналоговый преобразователь;
10 - аналого-цифровой преобразователь;
11 - оперативное запоминающее устройство;
12 - сигнальный процессор;
13 - сеть Ethernet;
14 - компьютер;
15 - устройство управления;
16 - генератор;
17 - ключ.The multichannel acoustic emission diagnostic system of structures contains:
1 ... n - channels for receiving and processing measurement information;
2 - piezoelectric transducer;
3 - pre-amplifier;
4 - filter;
5 - programmable amplifier;
6 - comparator;
7 - timer;
8 - interface device;
9 - digital-to-analog converter;
10 - analog-to-digital Converter;
11 - random access memory;
12 - signal processor;
13 - Ethernet network;
14 - computer;
15 - control device;
16 - generator;
17 is the key.
181, 182, ...18n - матрица резисторов цифроаналогового преобразователя 9;
191, 192, ...19n - входы управления цифроаналогового преобразователя 9;
20 - перемычка;
21 - общая шина;
22 - операционный усилитель.18 1 , 18 2 , ... 18 n is the matrix of resistors of the digital-to-analog converter 9;
19 1 , 19 2 , ... 19 n - control inputs of the digital-to-analog converter 9;
20 - jumper;
21 - a common tire;
22 - operational amplifier.
Практическая реализация предлагаемой схемы выполняется по известным схемам с использованием следующих компонентов:
1. Сигнальный процессор TMS320LC548; программируемая логическая интегральная схема семейства МАХ7000 ЕРМ7192SQC 160-7; оперативное запоминающее устройство UM628100; цифроаналоговый преобразователь TLC7528; операционные усилители AD797, МС33282; аналого-цифровые преобразователи AD9260; память UM62100; интерфейс ETHERNET NE8392C. Их основные характеристики изложены в следующих источниках.The practical implementation of the proposed scheme is performed according to known schemes using the following components:
1. The signal processor TMS320LC548; programmable logic integrated circuit of the MAX7000 EPM7192SQC 160-7 family; random access memory UM628100; digital-to-analog converter TLC7528; operational amplifiers AD797, МС33282; analog-to-digital converters AD9260; UM62100 memory; ETHERNET NE8392C interface. Their main characteristics are outlined in the following sources.
2. ПЛИС фирмы ALTERA: проектирование устройств обработки сигналов. - М.: ДОДЭКА, 2000, с.18. 2. FPGA from ALTERA: designing signal processing devices. - M .: DODEKA, 2000, p. 18.
3. Интернет-сайты фирмы Texas Instruments - www/ti/com, фирмы Analog Devices - www.ad.com; фирмы Motorolla- www.motco.com; фирмы Altera - www.altera.com. 3. Internet sites of Texas Instruments - www / ti / com, Analog Devices - www.ad.com; Motorolla- www.motco.com; Altera firms - www.altera.com.
4. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP 5. - М.: СОЛОН, 1997. 4. The system of
5. Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа. - М.: ДОДЭКА, 1996, вып.1, с.214. 5. Microcircuits for analog-to-digital conversion and multimedia. - M .: DODEKA, 1996, issue 1, p. 214.
6. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС. - М.: Советское радио, 1980, с.57-70. 6. Aleksenko A.G., Colombet E.A., Starodub G.I. The use of precision analog ICs. - M .: Soviet Radio, 1980, p. 57-70.
7. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988, c. 234, рис. 9.4б. 7. Gutnikov V.S. Integrated electronics in measuring devices. - L .: Energoatomizdat, 1988, p. 234, fig. 9.4b.
Многоканальная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций, состоящая из 1...n каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический преобразователь 2, предварительный усилитель 3, фильтр 4, основной усилитель 5, компаратор 6, выход которого соединен с таймером 7, устройство сопряжения 8, цифроаналоговый преобразователь 9, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора 6, а также содержит аналого-цифровой преобразователь 10, выход которого соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства 11. Multichannel acoustic emission diagnostic system of structures, consisting of 1 ... n channels, each of which contains a series-connected
Кроме того, в системе основной усилитель 5 программируемый, а его выход подключен к инвертирующему входу компаратора 6 и последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем 10, выход оперативного запоминающего устройства 11 соединен с первым входом сигнального процессора 12, выход которого подключен к устройству сопряжения 8, а выход устройства сопряжения соединен с локальной сетью 13, которая, в свою очередь, соединена с компьютером 14. Выход таймера 7 подключен ко входу устройства управления 15. Причем первый вход устройства управления 15 соединен со входом генератора 16, выход которого через ключ 17 соединен с акустическим преобразователем 2. Второй вход устройства управления 15 соединен с управляющим входом оперативного запоминающего устройства 11. Третий выход устройства управления 15 соединен со вторым входом сигнального процессора 12. При этом устройство управления 15 также выполнено с возможностью подачи команды на увеличение порога срабатывания, который с помощью цифроаналогового преобразователя 9 устанавливается на входе компаратора 6. In addition, in the system, the
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Многоканальная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций, функциональная схема которой приведена на фиг.1, представляет собой распределенную систему сбора информации с пьезоэлектрических преобразователей, каждый канал которой является законченным функциональным узлом, который размещается непосредственно на объекте контроля. Каждый канал системы позволяет регистрировать и оцифровывать форму акустического сигнала, производить фильтрацию помех, вычислять спектр, регистрировать абсолютное время прихода, длительность, скорость нарастания переднего фронта и другие характеристики. Затем вся эта информация через устройство сопряжения по сети Ethernet передается в компьютер, который систематизирует всю информацию от измерительных каналов и по этим данным вычисляет координаты источников АЭ и выдает заключение о степени опасности дефектов. A multi-channel acoustic emission system for diagnosing structures, the functional diagram of which is shown in Fig. 1, is a distributed system for collecting information from piezoelectric transducers, each channel of which is a complete functional unit, which is located directly at the monitoring object. Each channel of the system allows you to register and digitize the shape of the acoustic signal, filter the noise, calculate the spectrum, register the absolute arrival time, duration, rise rate of the leading edge and other characteristics. Then, all this information is transmitted via an Ethernet interface to a computer, which systematizes all the information from the measuring channels and, based on this data, calculates the coordinates of the AE sources and gives an opinion on the degree of danger of defects.
Электрический сигнал с выхода пьезоэлектрического преобразователя 2 поступает на вход предварительного усилителя 3 и фильтра 4, где осуществляется его предварительное усиление с коэффициентом усиления К=40 дБ и частотная фильтрация. Фильтр 4 осуществляет подавление низкочастотных паразитных сигналов, и затем сигнал проходит на вход основного усилителя 5 с программируемым коэффициентом усиления. The electrical signal from the output of the
Схема программируемого усилителя 5 показана на фиг.3 и состоит из следующих элементов: набора резисторов 181,... 18n цифроаналогового преобразователя; входов управления 191,... 19n цифроаналоговым преобразователем; набора перемычек 20; общей шины 21; операционного усилителя 22. Коэффициент усиления программируется путем установки набора перемычек 20 между общей шиной 21 и соответствующими входами управления 19i цифроаналогового преобразователя. При этом набор перемычек 20 соответствует коду, поступающему на входы управления 191,... 19n цифроаналогового преобразователя. Коэффициент усиления определяется подключением соответствующих резисторов 181, ... 18n цифроаналогового преобразователя к операционному усилителю 22 и находится по формуле: К= -Nmax/N, где N - управляющий код цифроаналогового преобразователя; Nmax - максимальное значение этого кода.The
После усиления сигнал поступает на вход компаратора 6, на второй вход которого подается пороговое напряжение. Если уровень сигнала превышает пороговый уровень, то компаратор 6 срабатывает и запускает таймер 7, который определяет время оцифровки сигнала. Оцифровка сигнала производится непрерывно до момента появления сигнала на выходе таймера 7. Одновременно с запуском таймера 7 сигнал с его выхода поступает через устройство управления 15 на сигнальный процессор 12, который регистрирует время прихода сигнала АЭ. Регистрация времени прихода сигнальным процессором 12 происходит за счет считывания значения внутреннего таймера, частота счета которого кратна частоте дискретизации аналого-цифрового преобразователя 10. Сигнальный процессор через устройство сопряжения 8 подключен к линии связи 13 с центральным процессором 14 компьютера. After amplification, the signal is fed to the input of the comparator 6, the second input of which is supplied with a threshold voltage. If the signal level exceeds the threshold level, then the comparator 6 is activated and starts the timer 7, which determines the time of digitization of the signal. The signal is digitized continuously until the signal appears at the output of the timer 7. Simultaneously with the start of the timer 7, the signal from its output enters through the control device 15 to the signal processor 12, which registers the time of arrival of the AE signal. The arrival time is recorded by the signal processor 12 by reading the value of the internal timer, the counting frequency of which is a multiple of the sampling frequency of the analog-to-digital converter 10. The signal processor is connected via the interface device 8 to the communication line 13 with the central processor 14 of the computer.
Центральный процессор 14 производит общую синхронизацию всех каналов путем периодической подачи команды синхронизации одновременно на все каналы системы. Команда синхронизации предваряет кадр пересылки информации из канала в центральный процессор 14. При поступлении команды синхронизации формируется сигнал прерывания центрального процессора 12, по которому сбрасывается внутренний таймер процессора, инкрементируется счетчик кадров синхронизации и снова запускается таймер процессора. Генераторы, используемые в каналах системы, выполнены на основе кварцевых резонаторов, обладающих погрешностью δ=0,003%. Поэтому погрешность определения абсолютного времени прихода сигнала (если интервал кадровой синхронизации составит Ткадр) не превысит (Ткадр•δ) с (фиг.2).The central processor 14 performs a general synchronization of all channels by periodically issuing a synchronization command simultaneously to all channels of the system. The synchronization command precedes the frame for sending information from the channel to the central processor 14. Upon receipt of the synchronization command, an interrupt signal is generated for the central processor 12, which resets the internal timer of the processor, the counter of synchronization frames is incremented, and the processor timer starts again. The generators used in the channels of the system are based on quartz resonators with an error of δ = 0.003%. Therefore, the error in determining the absolute time of arrival of the signal (if the frame synchronization interval is T frame ) will not exceed (T frame • δ) s (Fig.2).
Если допустимая погрешность определения времени должна составлять не более 1 мкс, то максимальная длительность кадра будет равна 33 мс. Устройство сопряжения 8 позволяет подключить канал в локальную сеть типа Ethernet. Скорость передачи информации в такой сети составляет 10 Мбит в секунду, следовательно, за время кадра канал может передать около 30 кбайт результатов измерений. После команды синхронизации выбранный для обмена канал передает по линии связи центральному процессору 14 обработанную сигнальным процессором 12 информацию, а именно: время прихода сигнала АЭ, амплитуду, энергию, длительность сигнала, спектральные характеристики, скорость нарастания переднего фронта и т.д. Причем длительность передачи не должна превышать размеров кадра синхронизации. В следующем кадре происходит обмен со следующим каналом. Порядок опроса каналов определяет центральный процессор 14. If the permissible error in determining the time should be no more than 1 μs, then the maximum frame duration will be 33 ms. The interface device 8 allows you to connect the channel to a local area network type Ethernet. The information transfer rate in such a network is 10 Mbit per second, therefore, during the frame time, the channel can transmit about 30 kB of measurement results. After the synchronization command, the channel selected for exchange transmits information processed by the signal processor 12 via the communication line to the central processor 14, namely, the time of arrival of the AE signal, amplitude, energy, signal duration, spectral characteristics, rising edge rate, etc. Moreover, the transmission duration should not exceed the size of the synchronization frame. In the next frame, the exchange with the next channel occurs. The channel polling order is determined by the central processor 14.
В каждый измерительный канал 1...n распределенной многоканальной акустико-эмиссионной системы встроен генератор сигналов 16. Встроенный генератор 16 по команде с устройства управления 15 через ключ 17 в определенные моменты времени подает калиброванный электрический импульс на вход пьезопреобразователя 2, который начинает работать в режиме излучения акустического сигнала. В это время все другие пьезопреобразователи 2 работают в режиме приема информации. Последовательно подавая электрический сигнал на все подключенные каналы и принимая отклики на это тестовое воздействие, осуществляется автоматическая калибровка качества установки пьезопреобразователей 2, определяется скорость распространения акустической волны в контролируемом изделии, определяется размер зон локализации АЭ-сигналов. После проведения операции калибровки каждый измерительный канал будет обладать своим весовым коэффициентом, на который умножается амплитуда каждого АЭ-сигнала. Таким образом, осуществляется унификация показаний измерительных каналов. A signal generator 16 is built into each measuring channel 1 ... n of the distributed multichannel acoustic emission system. The built-in generator 16, upon a command from the control device 15, sends a calibrated electric pulse to the input of the
После фильтрации сигнал АЭ поступает на вход программируемого основного усилителя 5 (фиг.3) с переменным коэффициентом усиления 10=1...32. Коэффициент усиления программируется путем установки набора перемычек 20 между общей шиной 21 и соответствующими входами управления 19i цифроаналогового преобразователя 9. При этом набор перемычек соответствует коду, поступающему на входы управления 191....19n цифроаналогового преобразователя 9. Коэффициент усиления усилителя 5 определяется подключением соответствующих резисторов 181....18n цифроаналогового преобразователя 9 к операционному усилителю 22 и находится по формуле: K=-Nmax/N, где N - управляющий код цифроаналогового преобразователя; Nmax - максимальное значение этого кода.After filtering, the AE signal is fed to the input of the programmable main amplifier 5 (Fig. 3) with a variable gain of 10 = 1 ... 32. The gain is programmed by setting a set of
Затем сигнал поступает на неинвертирующий вход компаратора 6. На инвертирующий вход компаратора 6 подается пороговое напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 9 и при превышении сигналом порогового уровня компаратор 6 сработает, запуская схему отсечки времени, выполненную на таймере 7. Показания цифроаналогового преобразователя 9, выставляемые на входе компаратора 6, функционально связаны с уровнем помеховой ситуации на входе измерительной системы. Если при приеме АЭ-сигнала компаратор 6 непрерывно находится в сработанном состоянии, то устройство управления 15 дает команду на увеличение порога срабатывания, которое с помощью цифроаналогового преобразователя 9 устанавливается на входе компаратора 6. Подбор необходимого порога селекции позволяет более точно определять разность времен прихода акустических сигналов на пьезопреобразователь 2, что повышает точность локализации источника сигналов АЭ. Then the signal goes to the non-inverting input of the comparator 6. A threshold voltage is applied to the inverting input of the comparator 6 from the output of the digital-to-analog converter 9 and when the signal exceeds the threshold level, the comparator 6 will work, starting the time cut-off circuit executed on the timer 7. The readings of the digital-to-analog converter 9 set at the input comparator 6, are functionally related to the level of the interference situation at the input of the measuring system. If, upon receipt of the AE signal, the comparator 6 is continuously in the triggered state, then the control device 15 gives a command to increase the response threshold, which is set at the input of the comparator 6 using a digital-to-analog converter 6. The selection of the necessary selection threshold allows more accurate determination of the difference in the arrival times of acoustic signals on the
С выхода основного усилителя 5 с программируемым коэффициентом усиления сигнал также поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 10, который выполняет непрерывную оцифровку сигнала АЭ с одновременной записью информации в оперативное запоминающее устройство 11. По окончании времени отсечки таймер 7 через устройство управления 15 выдает сигнальному процессору 12 команду на обработку сигнала и в оперативное запоминающее устройство 11 - команду на остановку записи. From the output of the
АЭ-сигнал, усиленный предварительным усилителем 3 на 40 дБ, поступает на вход фильтра 4 и после фильтрации подается на вход основного программируемого усилителя 5. При этом устройство управления 15 также выполнено с возможностью подачи команды на увеличение порога срабатывания, который с помощью цифроаналогового преобразователя 9 устанавливается на входе компаратора 6. После усиления сигнал проходит на вход аналого-цифрового преобразователя 10, который осуществляет его непрерывную дискретизацию с частотой f=8 МГц. Сигнальный процессор 12 в каждом канале регистрирует абсолютное (с начала эксперимента) время прихода сигнала АЭ. An AE signal amplified by a pre-amplifier 3 by 40 dB is fed to the input of the
Сигнальный процессор 12 осуществляет расчет параметров сигналов АЭ и направляет данные в последовательную линию, связанную с центральным компьютером 14. Общая синхронизация системы обеспечивается центральным процессором компьютера 14 путем подачи команды синхронизации по последовательной линии одновременно на все каналы 1...n системы. Соединение каждого измерительного канала 1...n с центральным процессором компьютера 14 осуществляется по сетевой технологии Ethernet. Сетевая технология Ethernet представляет собой архитектуру сетей с разделяемой средой и широковещательной передачей. Это означает, что все узлы сегмента сети получают пакет одновременно. Суть метода передачи состоит в том, что любой абонент может пытаться получить доступ к среде (начать передачу пакета) в любой момент времени. Однако, если в процессе передачи передающий узел обнаруживает столкновение с работой другого передатчика, то он прекратит передачу и будет выжидать случайный интервал времени до возобновления попытки передачи. The signal processor 12 calculates the parameters of the AE signals and sends the data to a serial line connected to the central computer 14. General synchronization of the system is provided by the central processor of the computer 14 by sending a synchronization command on a serial line to all channels 1 ... n of the system simultaneously. The connection of each measuring channel 1 ... n with the central processor of computer 14 is carried out using Ethernet network technology. Ethernet networking technology is a shared media and broadcast network architecture. This means that all nodes of a network segment receive a packet at the same time. The essence of the transmission method is that any subscriber can try to access the environment (start transmitting the packet) at any time. However, if during the transmission the transmitting node detects a collision with the operation of another transmitter, it will stop the transmission and will wait for a random amount of time before resuming the transmission attempt.
Центральный процессор 14 по данным, полученным от каждого измерительного канала, производит идентификацию сигналов от различных источников, проводит расчет координат этих источников и дает заключение о степени опасности того или иного источника. The Central processor 14 according to the data received from each measuring channel, identifies the signals from various sources, calculates the coordinates of these sources and gives a conclusion about the degree of danger of a particular source.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001106785/28A RU2217741C2 (en) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001106785/28A RU2217741C2 (en) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001106785A RU2001106785A (en) | 2003-05-20 |
| RU2217741C2 true RU2217741C2 (en) | 2003-11-27 |
Family
ID=32026526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001106785/28A RU2217741C2 (en) | 2001-03-13 | 2001-03-13 | Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2217741C2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2448343C2 (en) * | 2010-04-23 | 2012-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method |
| RU2601270C1 (en) * | 2015-10-23 | 2016-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛАЭС" | Highly reliable acoustic emission converter |
| RU2660403C1 (en) * | 2017-02-01 | 2018-07-06 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕРЮНИС-ИТ" (ООО "ИНТЕРЮНИС-ИТ") | Method of non-threshold automatic intellectual registration of acoustic emission signals by non-destructive control device |
| RU2664795C1 (en) * | 2017-04-03 | 2018-08-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск | Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics |
| RU2688810C1 (en) * | 2016-01-12 | 2019-05-22 | Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк | Flaw detection of cracks in tubular elements in boreholes of wells under high pressure using acoustic emission |
| US11448368B2 (en) | 2017-11-14 | 2022-09-20 | Hexagon Technology As | Sensor mounting system |
-
2001
- 2001-03-13 RU RU2001106785/28A patent/RU2217741C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2448343C2 (en) * | 2010-04-23 | 2012-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method |
| RU2601270C1 (en) * | 2015-10-23 | 2016-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛАЭС" | Highly reliable acoustic emission converter |
| RU2688810C1 (en) * | 2016-01-12 | 2019-05-22 | Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк | Flaw detection of cracks in tubular elements in boreholes of wells under high pressure using acoustic emission |
| RU2660403C1 (en) * | 2017-02-01 | 2018-07-06 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕРЮНИС-ИТ" (ООО "ИНТЕРЮНИС-ИТ") | Method of non-threshold automatic intellectual registration of acoustic emission signals by non-destructive control device |
| RU2664795C1 (en) * | 2017-04-03 | 2018-08-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск | Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics |
| US11448368B2 (en) | 2017-11-14 | 2022-09-20 | Hexagon Technology As | Sensor mounting system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2396557C1 (en) | Multichannel acoustic-emission device | |
| CN108490068B (en) | Ultrasonic plane wave scanning type multiphase flow visual measuring device | |
| US4459851A (en) | Method and device for the localization and analysis of sound emissions | |
| RU2339938C1 (en) | Method of diagnosing metallic structures and device for implementing method | |
| RU2217741C2 (en) | Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures | |
| RU2599327C1 (en) | Acoustic emission method of diagnosis of the products from composite materials based on carbon fiber and device for its implementation | |
| US20030004415A1 (en) | Ultrasonic imaging method and ultrasonic imaging apparatus | |
| RU2379677C1 (en) | Method of acousto-optical welded seam quality control during welding and device to this end | |
| US7181356B2 (en) | Device and method for analyzing the structure of a material | |
| RU2391655C2 (en) | Method of diagnosing metal bridge structures and device for implementing said method | |
| KR100752679B1 (en) | Acoustic array sensor system having single intermediate frequency amplifier | |
| RU2664795C1 (en) | Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics | |
| JP2005504319A5 (en) | ||
| RU2150698C1 (en) | Multichannel acoustic emission device to test articles | |
| RU2240551C2 (en) | Method and device for investigating metal structures | |
| RU2299429C2 (en) | Mode of controlling quality of installation of acoustics transformers on a metallic structure and an arrangement for its execution | |
| Gołąbek et al. | Design of innovative measurement systems in ultrasonic tomography | |
| CN117723639B (en) | Ultrasonic flaw detector verification calibrating device | |
| RU2684443C1 (en) | Method of determining coordinates of sources of acoustic emission signals and device therefor | |
| RU2726278C1 (en) | Multichannel acoustic emission device | |
| CN110095531A (en) | A kind of rotary shaft nondestructive detection system | |
| RU186330U1 (en) | Multichannel device for acoustic emission diagnostics of metal structures | |
| RU2158922C2 (en) | Method for tuning of multiple-channel data- gathering scanning system of flaw detector and device which implements said method | |
| Saniie et al. | Ultrasonic Imaging through Highly Reverberant Thin Layers | |
| SU1270674A1 (en) | Device for determining coordinates of flaws in flat electroconductive objects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060314 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20070320 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080314 |