RU2274857C1 - Method of detecting cracks in solid body - Google Patents
Method of detecting cracks in solid body Download PDFInfo
- 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
Links
- 0 CC(**C(C(C(C(*)*)N)I)O)C(*)C* Chemical compound CC(**C(C(C(C(*)*)N)I)O)C(*)C* 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
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
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
где Where
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).
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).
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)
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)
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 |
-
2004
- 2004-11-10 RU RU2004132792/28A patent/RU2274857C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
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 | |
Yan et al. | A conical piezoelectric transducer with integral sensor as a self-calibrating acoustic emission energy source | |
RU2219538C2 (en) | Technique detecting cracks in solid body | |
WO2013074881A1 (en) | Resonant ultrasound spectrocopy using surface acoustic wave analysis | |
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 |