RU2274857C1 - Method of detecting cracks in solid body - Google Patents

Method of detecting cracks in solid body Download PDF

Info

Publication number
RU2274857C1
RU2274857C1 RU2004132792/28A RU2004132792A RU2274857C1 RU 2274857 C1 RU2274857 C1 RU 2274857C1 RU 2004132792/28 A RU2004132792/28 A RU 2004132792/28A RU 2004132792 A RU2004132792 A RU 2004132792A RU 2274857 C1 RU2274857 C1 RU 2274857C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
determined
amplitude
spectrum
natural frequencies
cracks
Prior art date
Application number
RU2004132792/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Самуилович Беагон (RU)
Владимир Самуилович Беагон
Евгений Сергеевич Ерилин (RU)
Евгений Сергеевич Ерилин
Сергей Вениаминович Сорокин (RU)
Сергей Вениаминович Сорокин
Александр Львович Фогель (RU)
Александр Львович Фогель
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие Нижегородское отделение - дочернее предприятие Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта Министерства путей сообщения Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное унитарное предприятие Нижегородское отделение - дочернее предприятие Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта Министерства путей сообщения Российской Федерации filed Critical Государственное унитарное предприятие Нижегородское отделение - дочернее предприятие Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта Министерства путей сообщения Российской Федерации
Priority to RU2004132792/28A priority Critical patent/RU2274857C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2274857C1 publication Critical patent/RU2274857C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: method of detecting cracks in solid body.
SUBSTANCE: elastic vibrations are excited in solid body by means of impact influence at natural frequencies and values of oscillations are measured. Temporal realization of elastic oscillations at natural frequencies is registered. The realization is broke to sequent temporal sections and Fourier transform is calculated in each section. Maximal amplitude is determined in received spectrum which amplitude is compared with maximal amplitude of elastic oscillations in first temporal section. Amplitude spectrum is calculated from received standardized temporal sequence of maximal amplitudes. The spectrum is used to determined final differences of second order. Maximal value of those differences is taken as factor of presence of crack. Presence of cracks is judged from exceeded value of threshold value of the factor determined on the base of measurements for defect-free solid body.
EFFECT: simplification of procedure of measurement.
9 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю твердых тел с помощью акустических волн, а именно к способам обнаружения трещин в твердом теле.The invention relates to non-destructive testing of solids using acoustic waves, and in particular to methods for detecting cracks in a solid.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обнаружения трещин в твердом теле (см. патент РФ на изобретение №2219538, «Способ обнаружения трещин в твердом теле» авторов Ерилина Е.С. и др., М. кл.6 G 01 N 29/04, опубл. 27.01.02, бюл. №3), который заключается в том, что посредством ударного воздействия в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин.The closest in technical essence and the achieved effect is a method for detecting cracks in a solid (see RF patent for the invention No. 22919538, “Method for detecting cracks in a solid”, authors E. Yerilina et al., M. class. 6 G 01 N 29/04, publ. 27.01.02, bull. No. 3), which consists in the fact that by impact in a solid, elastic vibrations are excited at natural frequencies and their amplitudes are measured, on the basis of which the coefficient of the presence of a crack is determined by exceeding which threshold value determined on the basis of and measurements of a defect-free solid, judge about the presence of cracks.

Недостаток способа заключается в том, что для получения волн на комбинационных частотах используют возбуждение в твердом теле монохроматической ультразвуковой волны и обнаружение трещины происходит за счет волн, обусловленных нелинейным взаимодействием на ней ультразвуковой волны и колебания на собственных частотах, а это требует использования генератора монохроматического сигнала, усилителя мощности ультразвукового сигнала, пьезоэлектрического излучателя и трудоемкой операции приклеивания излучателя к поверхности твердого тела, а это приводит к усложнению и удорожанию способа.The disadvantage of this method is that in order to obtain waves at combination frequencies, a monochromatic ultrasonic wave is excited in a solid and a crack is detected due to waves due to the nonlinear interaction of the ultrasonic wave on it and vibrations at natural frequencies, and this requires the use of a monochromatic signal generator, power amplifier of an ultrasonic signal, a piezoelectric emitter and a time-consuming operation of gluing the emitter to the surface of solids And this leads to a complex and costly process.

Задачей настоящего изобретения является упрощение и удешевление способа.The objective of the present invention is to simplify and reduce the cost of the method.

Поставленная задача решается тем, что в способе обнаружения трещин в твердом теле, заключающемся в том, что посредством ударного воздействия в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин, регистрируют временную реализацию упругих колебаний на собственных частотах, которую разбивают на последовательные временные отрезки и в каждом из них вычисляют преобразование Фурье, и в полученном спектре определяют максимальную амплитуду, которую сравнивают с максимальной амплитудой упругих колебаний на первом временном отрезке и от полученной нормированной временной последовательности максимальных амплитуд вычисляют амплитудный спектр, по которому определяют конечные разности второго порядка, максимальное значение которых принимают за коэффициент наличия трещин.The problem is solved in that in the method for detecting cracks in a solid, which consists in the fact that by means of a shock in a solid, elastic vibrations are excited at natural frequencies and their amplitudes are measured, based on which the coefficient of presence of a crack is determined, after which a threshold value is exceeded, determined on the basis of measurements of a defect-free solid, one judges the presence of cracks, records the temporary realization of elastic vibrations at natural frequencies, which is divided into sequential e time intervals and in each of them the Fourier transform is calculated, and the maximum amplitude is determined in the resulting spectrum, which is compared with the maximum amplitude of elastic vibrations in the first time interval, and the amplitude spectrum is calculated from the obtained normalized time sequence of maximum amplitudes, by which the second-order final differences are determined , the maximum value of which is taken as the coefficient of cracks.

Такое выполнение способа, при котором регистрируют временную реализацию упругих колебаний на собственных частотах, которую разбивают на последовательные временные отрезки и в каждом из них вычисляют преобразование Фурье, и в полученном спектре определяют максимальную амплитуду, которую сравнивают с максимальной амплитудой упругих колебаний на первом временном отрезке и от полученной нормированной временной последовательности максимальных амплитуд вычисляют амплитудный спектр, по которому определяют конечные разности второго порядка, максимальное значение которых принимают за коэффициент наличия трещины, позволяет использовать для вычисления коэффициента наличия трещины только результаты измерений на собственных частотах, что уменьшает диапазон частот измеряемого сигнала, позволяет использовать микрофоны вместо пьезоакустических преобразователей, отказаться от трудоемкой операции приклеивания, не накладывать дополнительных требований на коэффициент нелинейности усилителя принимаемого сигнала, не требует наличия генератора и усилителя мощности ультразвукового сигнала, что приводит к упрощению и удешевлению способа.This embodiment of the method, in which the temporary realization of elastic vibrations at natural frequencies is recorded, which is divided into successive time segments and the Fourier transform is calculated in each of them, and the maximum amplitude is determined in the resulting spectrum, which is compared with the maximum amplitude of elastic vibrations in the first time interval and from the obtained normalized time sequence of maximum amplitudes, the amplitude spectrum is calculated by which the final differences of the second pore are determined The array, the maximum value of which is taken as the coefficient of crack presence, allows only the measurement results at natural frequencies to be used to calculate the coefficient of crack presence, which reduces the frequency range of the measured signal, allows the use of microphones instead of piezoacoustic transducers, rejects the laborious gluing operation, and does not impose additional requirements non-linearity coefficient of the received signal amplifier, does not require the presence of an ultrasound generator and power amplifier vukovogo signal, which leads to the simplification and cheapening of the method.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для осуществления способа обнаружения трещин в твердом теле.Figure 1 shows a block diagram of a device for implementing a method for detecting cracks in a solid.

На фиг.2 изображена трехмерная спектрограмма оси с трещиной.Figure 2 shows a three-dimensional spectrogram of the axis with a crack.

На фиг.3 изображена трехмерная спектрограмма оси без трещины.Figure 3 shows a three-dimensional spectrogram of the axis without a crack.

На фиг.4 изображена зависимость отношения максимального значения амплитуд волн на собственных частотах на текущем отрезке временной реализации принимаемого сигнала к максимальной амплитуде на первом отрезке для оси с трещиной.Figure 4 shows the dependence of the ratio of the maximum value of the wave amplitudes at natural frequencies in the current segment of the temporary implementation of the received signal to the maximum amplitude in the first segment for the axis with a crack.

На фиг.5 изображена зависимость отношения максимального значения амплитуд волн на собственных частотах на текущем отрезке временной реализации принимаемого сигнала к максимальной амплитуде на первом отрезке для оси без трещины.Figure 5 shows the dependence of the ratio of the maximum value of the wave amplitudes at natural frequencies in the current segment of the temporary implementation of the received signal to the maximum amplitude in the first segment for the axis without a crack.

На фиг.6 изображен спектр от временной зависимости максимальных значений амплитуд волн на собственных частотах для оси с трещиной.Figure 6 shows the spectrum from the time dependence of the maximum values of the wave amplitudes at natural frequencies for the axis with a crack.

На фиг.7 изображен спектр от временной зависимости максимальных значений амплитуд волн на собственных частотах для оси без трещины.Figure 7 shows the spectrum from the time dependence of the maximum values of the wave amplitudes at natural frequencies for the axis without a crack.

На фиг.8 изображена конечная разность второго порядка спектра от временной зависимости максимальных значений амплитуд волн на собственных частотах для оси с трещиной.On Fig shows the final difference of the second order of the spectrum from the time dependence of the maximum wave amplitudes at natural frequencies for the axis with a crack.

На фиг.9 изображена конечная разность второго порядка спектра от временной зависимости максимальных значений амплитуд волн на собственных частотах для оси без трещины.Figure 9 shows the final difference of the second order of the spectrum from the time dependence of the maximum values of the wave amplitudes at natural frequencies for the axis without a crack.

Устройство по способу обнаружения трещин в твердом теле содержит твердое тело 1 (в частности, вагонная ось), опирающееся на опоры 2, на которое воздействуют ударником 3. Микрофон 4 подключен через усилитель 5 принимаемого сигнала к аналого-цифровому преобразователю 6 (АЦП), подключенному к компьютеру 7.The device according to the method for detecting cracks in a solid body contains a solid body 1 (in particular, the carriage axis), supported by supports 2, which are impacted by a drummer 3. Microphone 4 is connected through an amplifier 5 of the received signal to an analog-to-digital converter 6 (ADC) connected to computer 7.

Способ обнаружения трещин в твердом теле осуществляют следующим образом.A method for detecting cracks in a solid is as follows.

В твердом теле 1 (в вагонной оси) посредством ударного воздействия ударником 3 возбуждают упругие колебания на собственных частотах, измеряют колебательный отклик микрофоном 4, сигнал которого усиливается усилителем 5, преобразуется в цифровой сигнал с помощью АЦП 6 и записывается в компьютер 7 в виде дискретных равноотстоящих отсчетов. В зарегистрированной временной реализации отклика выделяется начало удара, и с этого момента временная реализация разбивается на последовательные N отрезков по М отсчетов каждый. unm - последовательные дискретные значения амплитуд измеряемого сигнала u(t), где n - порядковый номер отрезка, a m - номер отсчета в n-ом отрезке. От каждой из N временных реализаций (отрезков) принимаемого сигнала вычисляется преобразование Фурье и в полученном спектре определяется максимальная амплитуда волны fn max на одной из k собственных частот в данный момент времени (фиг.2 и 3). К - число собственных частот.In a solid 1 (in the carriage axis), by means of a shock action by a striker 3, elastic vibrations are excited at natural frequencies, the vibrational response is measured by a microphone 4, the signal of which is amplified by amplifier 5, converted into a digital signal by means of ADC 6 and recorded in computer 7 in the form of discrete equidistant counts. In the recorded temporary implementation of the response, the beginning of the impact is highlighted, and from that moment the temporary implementation is divided into successive N segments of M samples each. u nm are sequential discrete values of the amplitudes of the measured signal u (t), where n is the sequence number of the segment, am is the reference number in the nth segment. From each of the N temporary realizations (segments) of the received signal, the Fourier transform is calculated and the maximum wave amplitude f n max at one of the k natural frequencies at a given time is determined in the resulting spectrum (Figs. 2 and 3). K is the number of natural frequencies.

Figure 00000002
где
Figure 00000003
Figure 00000002
Where
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Определяется зависимость отношения максимальной амплитуды fn max на n-ом отрезке к максимальной амплитуде на первом отрезке f1 max от времени gn max, где gn max=fn max/f1 max (фиг.4 и фиг.5). Далее от нормированной временной последовательности максимальных амплитуд волн на собственных частотах gn max вычисляется спектр an, an=|Gn| (фиг.6 и 7).The dependence of the ratio of the maximum amplitude f n max on the n-th segment to the maximum amplitude on the first segment f 1 max on the time g n max , where g n max = f n max / f 1 max (Fig. 4 and Fig. 5) is determined. Next, from the normalized time sequence of maximum wave amplitudes at natural frequencies g n max , the spectrum a n , a n = | G n | (Fig.6 and 7).

Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000005
Figure 00000006

здесь gl max=gn max, где l и n текущий индекс. Число входных точек функции gl max l равно числу n вычисленных значений спектра an.here g l max = g n max , where l and n are the current index. The number of input points of the function g l max l is equal to the number n of the calculated spectrum values a n .

Затем от вычисленного амплитудного спектра an берется конечная разность второго порядка Δn (фиг.8 и 9).Then, from the calculated amplitude spectrum a n, the final second-order difference Δ n is taken (Figs. 8 and 9).

Figure 00000007
Figure 00000007

где an, an+1, an+2 - последовательные спектральные амплитуды спектра от нормированной временной зависимости максимальных значений амплитуд колебаний на собственных частотах, и среди них определяют максимальное значение, которое принимают за коэффициент наличия трещины КТР.where a n , a n + 1 , a n + 2 are sequential spectral amplitudes of the spectrum from the normalized time dependence of the maximum values of the oscillation amplitudes at natural frequencies, and among them determine the maximum value, which is taken as the coefficient of the presence of cracks K TP .

КТР=max{Δn}.To TP = max {Δ n }.

Измеряя бездефектное твердое тело, определяют коэффициент наличия трещины, который принимают за пороговое значение, и по превышению его коэффициентом наличия трещины, полученным при измерении дефектного твердого тела, судят о наличии трещины в последнем.By measuring a defect-free solid, the coefficient of the presence of a crack is determined, which is taken as a threshold value, and by exceeding it by the coefficient of the presence of a crack obtained when measuring a defective solid, the presence of a crack in the latter is judged.

Claims (1)

Способ обнаружения трещин в твердом теле, заключающийся в том, что посредством ударного воздействия в твердом теле возбуждают упругие колебания на собственных частотах и измеряют их амплитуды, на основании которых определяют коэффициент наличия трещины, по превышению которым порогового значения, определяемого на основе измерений бездефектного твердого тела, судят о наличии трещин, отличающийся тем, что регистрируют временную реализацию упругих колебаний на собственных частотах, которую разбивают на последовательные временные отрезки и в каждом из них вычисляют преобразование Фурье и в полученном спектре определяют максимальную амплитуду, которую сравнивают с максимальной амплитудой упругих колебаний на первом временном отрезке и от полученной нормированной временной последовательности максимальных амплитуд вычисляют амплитудный спектр, по которому определяют конечные разности второго порядка, максимальное значение которых принимают за коэффициент наличия трещины.A method for detecting cracks in a solid, which consists in the fact that by means of shock in a solid, elastic vibrations are excited at natural frequencies and their amplitudes are measured, based on which the coefficient of presence of a crack is determined, above which a threshold value is determined based on measurements of a defect-free solid , judge the presence of cracks, characterized in that they record the temporary realization of elastic vibrations at natural frequencies, which is divided into consecutive time intervals and in each of them the Fourier transform is calculated and the maximum amplitude is determined in the resulting spectrum, which is compared with the maximum amplitude of the elastic vibrations in the first time interval, and the amplitude spectrum is calculated from the obtained normalized time sequence of maximum amplitudes, by which the final second-order differences are determined, the maximum value which are taken as the coefficient of the presence of cracks.
RU2004132792/28A 2004-11-10 2004-11-10 Method of detecting cracks in solid body RU2274857C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004132792/28A RU2274857C1 (en) 2004-11-10 2004-11-10 Method of detecting cracks in solid body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004132792/28A RU2274857C1 (en) 2004-11-10 2004-11-10 Method of detecting cracks in solid body

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2274857C1 true RU2274857C1 (en) 2006-04-20

Family

ID=36608165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004132792/28A RU2274857C1 (en) 2004-11-10 2004-11-10 Method of detecting cracks in solid body

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2274857C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455636C1 (en) * 2010-11-23 2012-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) Method for vibroacoustic inspection of articles and apparatus for realising said method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455636C1 (en) * 2010-11-23 2012-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) Method for vibroacoustic inspection of articles and apparatus for realising said method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5993871B2 (en) Improvements in or related to ultrasonic generators and methods of generating ultrasonic waves
US6360608B1 (en) Transducer for measuring acoustic emission events
US5408880A (en) Ultrasonic differential measurement
US6330827B1 (en) Resonant nonlinear ultrasound spectroscopy
CN102226783A (en) Device and method for detecting pipeline closed cracks based on vibro-acoustic modulation technology
Feeney et al. High-frequency measurement of ultrasound using flexural ultrasonic transducers
CN111678988A (en) Nonlinear ultrasonic evaluation device and method for concrete material surface damage
JP2013088421A (en) Nondestructive inspection method and device
RU2274857C1 (en) Method of detecting cracks in solid body
JP2011047763A (en) Ultrasonic diagnostic device
RU2397490C2 (en) Method of determining distance between converter and source of acoustic emission
KR101720150B1 (en) Measuring device and method for monitoring of stress state in concrete by applying nonlinear resonant ultrasonic method with cross correlation technique
RU2723146C1 (en) Ultrasonic method for determination of mechanical stresses in rails and device for its implementation
RU2354932C2 (en) Resonance method of ultrasonic thickness measurement
Yan et al. A self-calibrating piezoelectric transducer with integral sensor for in situ energy calibration of acoustic emission
JP2001124744A (en) Inspection apparatus for concrete structure
RU94715U1 (en) DEVICE FOR ULTRASONIC CONTROL OF MECHANICAL PROPERTIES OF WHEEL-WHEELED WHEELS
Bhagat et al. Acoustic emission signal conditioning and analysis using digital storage oscilloscope
RU2219538C2 (en) Technique detecting cracks in solid body
WO2013074881A1 (en) Resonant ultrasound spectrocopy using surface acoustic wave analysis
Yan et al. A conical piezoelectric transducer with integral sensor as a self-calibrating acoustic emission energy source
CN112526600B (en) Amplitude compensation method and system for sweep frequency ultrasonic excitation signal
RU2732469C1 (en) Method for detection of gas turbine engine blade crack
Hajek et al. A resonance frequency shift in spectral analysis of the impact echo
Chisari et al. An Ultrasound Technique for the Characterization of the Acoustic Emission of Reinforced Concrete Beam

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101111