RU2300761C2 - Multichannel acoustics-emission arrangement for articles control - Google Patents
Multichannel acoustics-emission arrangement for articles control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2300761C2 RU2300761C2 RU2004130969/28A RU2004130969A RU2300761C2 RU 2300761 C2 RU2300761 C2 RU 2300761C2 RU 2004130969/28 A RU2004130969/28 A RU 2004130969/28A RU 2004130969 A RU2004130969 A RU 2004130969A RU 2300761 C2 RU2300761 C2 RU 2300761C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- digital
- analog
- control device
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при прочностных испытаниях конструкций.The invention relates to non-destructive testing and can be used in strength testing of structures.
Известно многоканальное акустико-эмиссионное устройство для контроля изделий (пат. РФ №1589204, G01N 29/04, приоритет от 4.10.88 г.), содержащее идентичные каналы приема и обработки сигналов акустической эмиссии, каждый из которых состоит из последовательно соединенных пьезоэлектрического акустического преобразователя, предусилителя, фильтра, основного усилителя, к выходу которого подключен пиковый детектор и формирователь строба, а также цифроаналоговый преобразователь и регистратор. Кроме того, в каждом канале устройство содержит компаратор, элемент памяти, а также соединенные последовательно генератор, счетчик, блок памяти, причем в каждом канале выход пикового детектора соединен с инвертирующим входом компаратора, выход формирователя строба соединен со стробирующим входом компаратора, выход которого соединен со входом сброса пикового детектора и входом элемента памяти каждого канала. Выход элемента памяти каждого канала соединен с соответствующим входом коммутатора. Блок памяти имеет задающий режим вход, а второй вход его соединен с выходом счетчика и вторыми входами формирователя строба элемента памяти каждого канала. Выход блока памяти соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с неинвертирующими входами компараторов каждого канала. Выход коммутатора соединен с входом регистратора. Выход элемента ИЛИ-НЕ формирователя строба соединен с первым входом элемента И и первым входом второго элемента И, второй вход первого элемента И соединен с выходом третьего элемента И, а выход первого элемента И - с входом первого триггера, неинвертирующий выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и с выходом формирователя, а инвертирующий выход соединен с вторым входом третьего элемента И. Выход усилителя соединен с входом компаратора, вход которого соединен с входом элемента задержки. Выход последнего соединен с S-входом второго триггера, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И. Входы сброса первого и второго триггеров объединены и соединены с выходом второго элемента И.A multichannel acoustic emission device for monitoring products (US Pat. RF No. 1589204, G01N 29/04, priority 4.10.88), containing identical channels for receiving and processing acoustic emission signals, each of which consists of a piezoelectric acoustic transducer connected in series , preamplifier, filter, main amplifier, the output of which is connected to a peak detector and a gate driver, as well as a digital-to-analog converter and a recorder. In addition, in each channel, the device contains a comparator, a memory element, as well as a generator, a counter, a memory unit connected in series, and in each channel the output of the peak detector is connected to the inverting input of the comparator, the output of the gate driver is connected to the gate input of the comparator, the output of which is connected to the peak detector reset input and the memory element input of each channel. The output of the memory element of each channel is connected to the corresponding input of the switch. The memory block has an input that sets the mode, and its second input is connected to the counter output and the second inputs of the gate former of the memory element of each channel. The output of the memory block is connected to the input of the digital-to-analog converter, the output of which is connected to the non-inverting inputs of the comparators of each channel. The output of the switch is connected to the input of the recorder. The output of the OR element of the gate driver is connected to the first input of the element And and the first input of the second element And, the second input of the first element And is connected to the output of the third element And, and the output of the first element And is connected to the input of the first trigger, the non-inverting output of which is connected to the second input the second element And with the output of the driver, and the inverting output is connected to the second input of the third element I. The output of the amplifier is connected to the input of the comparator, the input of which is connected to the input of the delay element. The output of the latter is connected to the S-input of the second trigger, the output of which is connected to the first input of the third element I. The reset inputs of the first and second triggers are combined and connected to the output of the second element I.
Недостаток данного устройства - низкое быстродействие и ограниченность функциональных возможностей, поскольку оно позволяет регистрировать только дискретные сигналы акустической эмиссии, изменяющиеся в большом динамическом диапазоне и возникающие, например, при усталостном разрушении конструкции. При этом непрерывные сигналы акустической эмиссии, возникающие при регистрации сквозных дефектов (течей), устройством не регистрируются.The disadvantage of this device is the low speed and limited functionality, since it allows you to register only discrete acoustic emission signals that change in a large dynamic range and occur, for example, during fatigue structural failure. In this case, continuous acoustic emission signals arising from the registration of through defects (leaks) are not recorded by the device.
Наиболее близким по технической сущности является многоканальное акустико-эмиссионное устройство для контроля изделий (пат. РФ №2150698, G01N 29/14, 29/04 от 10.06.2000 г., приоритет от 25.11.1997 г.), состоящее из 1...n блоков, каждый из которых содержит четыре измерительных канала, состоящие 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. 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.The closest in technical essence is a multi-channel acoustic emission device for monitoring products (US Pat. RF No. 2150698, G01N 29/14, 29/04 from 06/10/2000, priority from 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-invert the input of the comparator, as well as a channel switch, a main amplifier, an analog-to-digital converter, random access memory and a timer. In addition, the device is connected in series with a channel switch, a main amplifier, an analog-to-digital converter, a random access memory device, 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.
Недостатком данного устройства является низкое быстродействие, поскольку в оперативном запоминающем устройстве невозможно одновременно осуществлять запись и считывание информации, а также ограниченные функциональные возможности, поскольку устройство может обрабатывать только дискретные сигналы.The disadvantage of this device is the low speed, since in the random access memory it is impossible to simultaneously write and read information, as well as limited functionality, since the device can only process discrete signals.
При разработке многоканального акустико-эмиссионного устройства для контроля изделий была поставлена задача повышения быстродействия и расширения его функциональных возможностей. Предлагаемое устройство позволяет обрабатывать как дискретные сигналы акустической эмиссии (например, от развивающихся усталостных трещин), так и непрерывные сигналы акустической эмиссии (например, от сквозных дефектов (течей)) и определять координаты как сквозных дефектов (течей), так и несквозных дефектов (например, от развивающихся усталостных трещин).When developing a multi-channel acoustic emission device for product monitoring, the task was to increase speed and expand its functionality. The proposed device allows you to process both discrete acoustic emission signals (for example, from developing fatigue cracks) and continuous acoustic emission signals (for example, from through defects (leaks)) and determine the coordinates of both through defects (leaks) and through defects (for example , from developing fatigue cracks).
При работе данного устройства в режиме регистрации дискретных сигналов определяется время их прихода на акустические преобразователи. Затем по определенным временам прихода сигналов акустической эмиссии и определенным ранее скорости распространения акустического сигнала по конструкции, координатам акустических преобразователей рассчитываются координаты источников сигналов акустической эмиссии (Акустико-эмиссионная диагностика конструкций - /А.Н.Серьезнов, Л.Н.Степанова, В.В.Муравьев и др. - // Под ред. Л.Н.Степановой - М.: Радио и связь, 2000, с.99-101).When this device is in discrete signal registration mode, the time of their arrival at the acoustic transducers is determined. Then, according to the determined arrival times of the acoustic emission signals and the previously determined acoustic signal propagation velocity over the structure, the coordinates of the acoustic transducers, the coordinates of the sources of acoustic emission signals are calculated (Acoustic emission diagnostics of structures - / A.N. Seryoznov, L.N. Stepanova, V.V. .Muravyev et al. - // Edited by L.N. Stepanova - M .: Radio and Communications, 2000, p. 99-101).
При работе в режиме регистрации непрерывного сигнала предлагаемое акустико-эмиссионное устройство осуществляет регистрацию амплитуды сигнала с акустического преобразователя и далее рассчитывает координаты источника течи (Комаров К.Л., Серьезнов А.Н., Муравьев В.В., Степанова Л.Н. и др. Акустико-эмиссионный метод контроля нефтеналивных и газовых цистерн - Дефектоскопия, 2001, №3, с.88-95).When operating in the continuous signal recording mode, the proposed acoustic emission device records the amplitude of the signal from the acoustic transducer and then calculates the coordinates of the leak source (Komarov K.L., Seriousznov A.N., Muraviev V.V., Stepanova L.N. and other Acoustic emission method for monitoring oil and gas tanks - Defectoscopy, 2001, No. 3, p. 88-95).
Поставленная задача решается за счет того, что многоканальное акустико-эмиссионное устройство для контроля изделий, состоящее из 1...n блоков, каждый из которых содержит четыре измерительных канала, состоящие из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, пикового детектора, а также содержит цифроаналоговый преобразователь, компаратор, оперативное запоминающее устройство, шину компьютера, последовательно соединенные коммутатор каналов, основной усилитель, аналого-цифровой преобразователь, причем четыре входа коммутатора каналов соединены с выходами фильтров каналов. В устройстве выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого цифрового мультиплексора, управляющий вход которого соединен с первым выходом устройства управления, выходы первого цифрового мультиплексора подключены к двум оперативным запоминающим устройствам, выходы которых соединены с входами второго цифрового мультиплексора, а управляющие входы оперативных запоминающих устройств объединены и подключены ко второму выходу устройства управления, третий выход устройства управления подключен к управляющему входу второго цифрового мультиплексора, а в каждом канале выход пикового детектора соединен с неинвертирующим входом компаратора, а к инвертирующему входу компаратора каждого канала подключен выход цифроаналогового преобразователя, входы цифроаналоговых преобразователей объединены и соединены с первым выходом микропроцессора, выходы компараторов соединены с входами микропроцессора, шина ввода-вывода которого соединена с первой шиной ввода-вывода устройства управления, вторая шина ввода-вывода устройства управления объединена с выходной шиной второго мультиплексора и соединена с шиной компьютера.The problem is solved due to the fact that a multichannel acoustic emission device for monitoring products, consisting of 1 ... n blocks, each of which contains four measuring channels, consisting of a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, peak detector, and also contains a digital-to-analog converter, a comparator, random access memory, a computer bus, a channel switcher connected in series, a main amplifier, an analog-to-digital converter spreader, and the four inputs of the channel switch are connected to the outputs of the channel filters. In the device, the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the first digital multiplexer, the control input of which is connected to the first output of the control device, the outputs of the first digital multiplexer are connected to two random access memory devices, the outputs of which are connected to the inputs of the second digital multiplexer, and the control inputs of random access memory combined and connected to the second output of the control device, the third output of the control device is connected to the control input w digital multiplexer, and in each channel the output of the peak detector is connected to the non-inverting input of the comparator, and the output of the digital-to-analog converter is connected to the inverting input of the comparator of each channel, the inputs of the digital-to-analog converters are combined and connected to the first output of the microprocessor, the outputs of the comparators are connected to the inputs of the microprocessor, the input bus the output of which is connected to the first input / output bus of the control device, the second input / output bus of the control device is combined with the output and a second multiplexer coupled to the computer bus.
Предлагаемое устройство по сравнению с существующими акустико-эмиссионными устройствами позволяет значительно повысить быстродействие и существенно расширить функциональные возможности.The proposed device in comparison with existing acoustic emission devices can significantly improve performance and significantly expand the functionality.
Частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя 13 (чертеж), реализованного на микросхеме AD9220, составляет F=8 МГц. Поскольку в схеме устройства (чертеж) осуществляется последовательный опрос четырех каналов блока и выходы фильтров 4 подключаются к аналого-цифровому преобразователю 13 поочередно, то частота дискретизации одного канала устройства составитThe sampling frequency of the analog-to-digital Converter 13 (drawing), implemented on the AD9220 chip, is F = 8 MHz. Since in the device diagram (drawing) a sequential poll of four channels of the block is carried out and the outputs of the filters 4 are connected to the analog-to-digital converter 13 in turn, the sampling frequency of one channel of the device
где n - число каналов в блоке устройства.where n is the number of channels in the device block.
Информация с четырех каналов блока устройства записывается в оперативную память 8 последовательно. При объеме оперативной памяти 8, равном 16 Кбайт, и при частоте дискретизации аналого-цифрового преобразователя 13, равной F=8 МГц, определим время записиInformation from the four channels of the device block is recorded in RAM 8 sequentially. With the amount of RAM 8 equal to 16 Kbytes, and with a sampling frequency of the analog-to-digital converter 13 equal to F = 8 MHz, we determine the recording time
где V - число ячеек оперативного запоминающего устройства 8 (или 9).where V is the number of cells of random access memory 8 (or 9).
Из формулы (1) время записи сигнала на четырех каналах блока устройства равно tзап=0,125·10-6·16000=2·10-3 с. Быстродействие предлагаемого устройства в режиме приема дискретных сигналов определяется продолжительностью "мертвого" времени, т.е. времени, когда устройство не может осуществлять прием следующего сигнала акустической эмиссии. В устройстве (по патенту РФ №2150698 G01N 29/14, 29/04) "мертвое" время определяется временем считывания информации из оперативного запоминающего устройства. При размере оперативного запоминающего устройства, равном 16 Кбайт, и максимальной частоте считывания данных по шине ISA компьютера, равной 4 МГц, "мертвое" время для устройства-прототипа (по патенту РФ №2150698 G01N 29/14, 29/04 ) составит 
Таким образом, в предлагаемом устройстве (чертеж) быстродействие по приему дискретных сигналов акустической эмиссии увеличивается в 
При работе устройства в режиме приема непрерывных сигналов необходимо, чтобы время считывания tсчит не превышало времени записи tзап сигнала. Поэтому следует уменьшить частоту дискретизации аналого-цифрового преобразователя 13 (чертеж) до 4 МГц. При этом время записи сигнала в оперативную память 8 (или 9) и время считывания сигнала из оперативной памяти 8 (или 9) составит 2·10-3 с, а частота дискретизации сигнала по одному каналу составит 1 МГц. Оценим динамическую погрешность измерения амплитуды непрерывного сигнала с помощью предлагаемого устройства (чертеж) при частоте дискретизации, равной 1 МГц, и частоте измеряемого сигнала, равной 100 кГц, какWhen the device is operating in the mode of receiving continuous signals, it is necessary that the read time t count does not exceed the recording time t zap signal. Therefore, it is necessary to reduce the sampling frequency of the analog-to-digital Converter 13 (drawing) to 4 MHz. In this case, the time of recording the signal in the RAM 8 (or 9) and the reading time of the signal from the RAM 8 (or 9) will be 2 · 10 -3 s, and the sampling frequency of the signal on one channel will be 1 MHz. Let us evaluate the dynamic error of measuring the amplitude of a continuous signal using the proposed device (drawing) at a sampling frequency of 1 MHz and a frequency of the measured signal of 100 kHz, as
где fиз - частота измеряемого сигнала; Т0 - период дискретизацииwhere f from - the frequency of the measured signal; T 0 - sampling period
(Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений - Л.: Энергоатомиздат, 1985, с.26).(Novitsky P.V., Zograf I.A. Evaluation of errors of measurement results - L .: Energoatomizdat, 1985, p.26).
После подстановки указанных параметров в формулу (2) получим погрешность γ=9,85·1·10-12·1010/2=4,92%. Следует отметить, что для реальных непрерывных сигналов, характерных для сквозных дефектов конструкции, частоты не превышают 100 кГц и полученная погрешность вполне допустима для устройств диагностики конструкций.After substituting these parameters into equation (2) yields an error γ = 9,85 · 1 · 10 -12 · 10 10/2 = 4.92%. It should be noted that for real continuous signals characteristic of end-to-end structural defects, the frequencies do not exceed 100 kHz and the resulting error is quite acceptable for structural diagnostics devices.
На чертеже показана функциональная схема многоканального акустико-эмиссионного устройства для контроля изделий. Многоканальное акустико-эмиссионное устройство для контроля изделий содержитThe drawing shows a functional diagram of a multi-channel acoustic emission device for monitoring products. A multichannel acoustic emission device for monitoring products contains
1...n - блоки приема и обработки измерительной информации;1 ... n - blocks for receiving and processing measurement information;
1...4 - измерительные каналы приема и обработки сигналов акустической эмиссии в блоке;1 ... 4 - measuring channels for receiving and processing acoustic emission signals in the block;
2 - акустический преобразователь;2 - acoustic transducer;
3 - предварительный усилитель;3 - pre-amplifier;
4 - полосовой фильтр;4 - band-pass filter;
5 - пиковый детектор;5 - peak detector;
6 - цифроаналоговый преобразователь;6 - digital-to-analog converter;
7 - компаратор;7 - a comparator;
8, 9 - оперативное запоминающее устройство;8, 9 - random access memory;
10 - шина стандарта ISA;10 - bus standard ISA;
11 - аналоговый коммутатор;11 - analog switch;
12 - основной усилитель;12 - the main amplifier;
13 - аналого-цифровой преобразователь;13 - analog-to-digital Converter;
14 - первый цифровой мультиплексор;14 - the first digital multiplexer;
15 - устройство управления;15 - control device;
16 - второй цифровой мультиплексор;16 - second digital multiplexer;
17 - микропроцессор.17 - microprocessor.
Многоканальное акустико-эмиссионное устройство для контроля изделий, состоящее из 1...n блоков, каждый из которых содержит четыре измерительных канала, состоящие из последовательно соединенных акустического преобразователя 2, предварительного усилителя 3, фильтра 4, пикового детектора 5, а также содержит цифроаналоговый преобразователь 6, компаратор 7, оперативные запоминающие устройства 8, 9, шину компьютера 10, последовательно соединенные коммутатор каналов 11, основной усилитель 12, аналого-цифровой преобразователь 13. Причем четыре входа коммутатора каналов 11 соединены с выходами фильтров 4 каналов. В устройстве выход аналого-цифрового преобразователя 13 подключен к входу первого цифрового мультиплексора 14, управляющий вход которого соединен с первым выходом устройства управления 15. Выходы первого цифрового мультиплексора 14 подключены к двум оперативным запоминающим устройствам 8, 9, выходы которых соединены с входами второго цифрового мультиплексора 16, а входы оперативных запоминающих устройств 8, 9 объединены и подключены ко второму выходу устройства управления 15. Третий выход устройства управления 15 подключен к управляющему входу второго цифрового мультиплексора 16. В каждом канале выход основного усилителя 5 соединен с неинвертирующим входом компаратора 7, а к инвертирующему входу компаратора 7 каждого канала подключен выход цифроаналогового преобразователя 6. Входы цифроаналоговых преобразователей 6 объединены и соединены с первым выходом микропроцессора 17, выходы компараторов 7 соединены с входами микропроцессора 17, шина ввода-вывода которого соединена с первой шиной ввода-вывода устройства управления 15, вторая шина ввода-вывода устройства управления 15 объединена с выходной шиной второго мультиплексора 16 и соединена с шиной компьютера 10.A multi-channel acoustic emission device for monitoring products, consisting of 1 ... n blocks, each of which contains four measuring channels, consisting of a series-connected acoustic transducer 2, pre-amplifier 3, filter 4, peak detector 5, and also contains a digital-to-analog converter 6, comparator 7, random access memory devices 8, 9, computer bus 10, serially connected channel switch 11, main amplifier 12, analog-to-digital converter 13. Moreover, four inputs to channel mutator 11 connected to the outputs of the filters 4 channels. In the device, the output of the analog-to-digital converter 13 is connected to the input of the first digital multiplexer 14, the control input of which is connected to the first output of the control device 15. The outputs of the first digital multiplexer 14 are connected to two random access memory devices 8, 9, the outputs of which are connected to the inputs of the second digital multiplexer 16, and the inputs of random access memory devices 8, 9 are combined and connected to the second output of the control device 15. The third output of the control device 15 is connected to the control input the second digital multiplexer 16. In each channel, the output of the main amplifier 5 is connected to the non-inverting input of the comparator 7, and the output of the digital-to-analog converter 6 is connected to the inverting input of the comparator 7 of each channel. The inputs of the digital-to-analog converters 6 are combined and connected to the first output of the microprocessor 17, the outputs of the comparators 7 connected to the inputs of the microprocessor 17, the input / output bus of which is connected to the first input / output bus of the control device 15, the second input / output bus of the control device 15 dinene with the output bus of the second multiplexer 16 and is connected to the bus of the computer 10.
Практическая реализация предлагаемого устройства осуществлена по известным схемам с использованием отечественных и зарубежных микросхем, а также с использованием программируемых логических устройств фирмы "ALTERA". Основные характеристики использованных микросхем приведены в следующих источниках:The practical implementation of the proposed device was carried out according to well-known schemes using domestic and foreign microcircuits, as well as using programmable logic devices of the ALTERA company. The main characteristics of the used microcircuits are given in the following sources:
1. Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа - М.: ДОДЭКА, 1996, вып.1, с.214.1. Microcircuits for analog-to-digital conversion and multimedia - M .: DODEKA, 1996, issue 1, p.214.
2. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах - Л.: Энергоатомиздат, 1988.2. Gutnikov B.C. Integrated Electronics in Measuring Devices - L .: Energoatomizdat, 1988.
3. Стешенко В.Б. ПЛИС фирмы ALNERA: проектирование устройств обработки сигналов - М.: ДОДЭКА, 2000.3. Steshenko VB FPGA company ALNERA: design of signal processing devices - M .: DODEKA, 2000.
4. Официальный сайт фирмы ALTERA - http:/www.altera.com.4. The official website of ALTERA is http: /www.altera.com.
5. Официальный сайт фирмы Analog Devices - http:/www.ad.com.5. The official website of Analog Devices is http: /www.ad.com.
В качестве акустических преобразователей 2 используются широкополосные микрообъемные пьезоэлектрические преобразователи, выполненные из пьезокерамики типа ЦТС-19. Предварительный усилитель 3 выполнен с использованием операционных усилителей 1407УД1. Фильтр 4 представляет собой активные звенья, собранные по схеме Сален-Ки с использованием операционных усилителей типа МС33272. Пиковый детектор 5 собран на операционном усилителе МС33282 по неинвертирующей схеме. Цифроаналоговые преобразователи 6 выполнены на микросхемах AD7528, компараторы 7 собраны на микросхемах LM311. Оперативные запоминающие устройства 8, 9 выполнены на микросхемах К6Т4016С3С. Аналоговый коммутатор 11 собран на ключах К590КН8, основной усилитель 12 выполнен на операционном усилителе AD8138. Аналого-цифровой преобразователь 13 выполнен на микросхеме AD9220, а устройство управления 15, цифровые мультиплексоры 14, 16 выполнены на программируемой логической микросхеме ЕРМ9320 фирмы "ALTERA". Микропроцессор 17 выполнен на микросхеме AT89S8252.As acoustic transducers 2, broadband microvolume piezoelectric transducers made of piezoelectric ceramics of the TsTS-19 type are used. The preamplifier 3 is made using operational amplifiers 1407UD1. Filter 4 represents the active links assembled according to the Salen-Ki scheme using operational amplifiers of the MC33272 type. Peak detector 5 is assembled on an operational amplifier MC33282 according to a non-inverting circuit. Digital-to-analog converters 6 are made on AD7528 microcircuits, comparators 7 are assembled on LM311 microcircuits. Random access memory devices 8, 9 are made on K6T4016C3C microcircuits. The analog switch 11 is assembled on keys K590KN8, the main amplifier 12 is made on an operational amplifier AD8138. The analog-to-digital converter 13 is made on the AD9220 chip, and the control device 15, the digital multiplexers 14, 16 are made on the ALTERA programmable logic chip EPM9320. The microprocessor 17 is made on the AT89S8252 chip.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Устройство, функциональная схема которого приведена на чертеже, выполнено по параллельно-последовательному принципу и содержит n четырехканальных блоков. Каждый блок представляет собой функционально законченную систему, конструктивно выполненную в виде платы, которая вставляется в шину ISA 10 компьютера.The device, the functional diagram of which is shown in the drawing, is made according to a parallel-serial principle and contains n four-channel blocks. Each unit is a functionally complete system, structurally made in the form of a board, which is inserted into the ISA 10 bus of the computer.
Работа устройства в режиме приема дискретных сигналов происходит следующим образом. Перед началом работы в регистры цифроаналогового преобразователя 6 через устройство управления 15 путем подачи команды в микропроцессор 17 записываются значения кодов пороговых напряжений, превышающих значения шумов в каждом канале. Затем в таймер времени отсечки, находящийся в устройстве управления 15, записывается код, соответствующий времени записи цифрового эквивалента сигнала (оцифрованного сигнала по количеству записанных отсчетов аналого-цифрового преобразователя 13), и подается разрешение от устройства управления 15 в оперативное запоминающее устройство 8 на запись кодов результатов измерений аналого-цифровым преобразователем 13.The operation of the device in the mode of receiving discrete signals is as follows. Before starting work in the registers of the digital-to-analog converter 6 through the control device 15 by sending a command to the microprocessor 17, the values of the codes of threshold voltages exceeding the noise values in each channel are recorded. Then, a code corresponding to the recording time of the digital equivalent of the signal (the digitized signal by the number of recorded samples of the analog-to-digital converter 13) is recorded in the cut-off timer located in the control device 15, and permission is sent from the control device 15 to the random access memory 8 for writing codes measurement results analog-to-digital Converter 13.
Акустический сигнал с объекта контроля преобразуется акустическим преобразователем 2 в электрический сигнал, поступающий на вход предварительного усилителя 3, где он усиливается на 40 дБ. С выхода предварительного усилителя 3 сигнал поступает на вход полосового фильтра 4 для фильтрации шумов и помех. С выхода фильтра 4 сигнал поступает на вход пикового детектора 5, где он усиливается и поступает на положительный вход компаратора 7. На отрицательный вход компаратора 7 подается пороговый уровень напряжения, формируемый цифроаналоговым преобразователем 6 под управлением кода микропроцессора 17. При превышении сигналом порогового уровня на выходе компаратора 7 появляется сигнал высокого логического уровня, который поступает на микропроцессор 17, а от него - в устройство управления 15. В устройстве управления 15 запускается таймер времени отсечки и по окончании этого времени останавливается запись кодов цифрового эквивалента сигнала акустической эмиссии в оперативное запоминающее устройство 8. В то же время сигнал акустической эмиссии с выхода фильтра 4 через аналоговый коммутатор 11 поступает на вход основного усилителя 12 и далее на вход аналого-цифрового преобразователя 13, где происходит дискретизация аналогового сигнала. Аналоговый коммутатор 11 последовательно подключает один из четырех выходов фильтров 4 к входу основного усилителя 12. С выхода аналого-цифрового преобразователя 13 цифровой код через мультиплексор 14 поступает на вход оперативного запоминающего устройства 8, где он запоминается. Устройство управления 15 в этом режиме подает на мультиплексоры 14 и 16 управляющие сигналы, по которым мультиплексор 14 подключает вход оперативного запоминающего устройства 8 к аналого-цифровому преобразователю 13, а мультиплексор 16 подключает выход оперативного запоминающего устройства 9 к шине данных ISA 10. После окончания времени отсечки устройство управления 15 переключает мультиплексор 16 к оперативному запоминающему устройству 8, центральный процессор компьютера через шину 10 ISA получает возможность считывать через мультиплексор 16 предварительно записанную в оперативном запоминающем устройстве 8 измерительную информацию. Готовность к приему следующих сигналов акустической эмиссии определяет микропроцессор 17, непрерывно считывая значения выходов компараторов 7. Как только на всех выходах компараторов 7 появятся сигналы низкого логического уровня, микропроцессор 17 выдаст в устройство управления 15 сигнал, по которому начинается запись оцифрованного сигнала через мультиплексор 14 в оперативное запоминающее устройство 9, и устройство готово к приему следующего сигнала акустической эмиссии. При превышении следующим сигналом порогового уровня на выходе компаратора 7 формируется сигнал высокого логического уровня, поступающего на вход микропроцессора 17, а от него - в устройство управления 15. В устройстве управления 15 запускается таймер времени отсечки, и по окончании этого времени устройство управления 15 останавливает запись кодов цифрового эквивалента сигнала в оперативное запоминающее устройство 9. В то же время сигнал акустической эмиссии с выхода фильтра 4 через аналоговый коммутатор 11 поступает на основной усилитель 12 и далее на вход аналого-цифрового преобразователя 13, где происходит дискретизация аналогового сигнала. С выхода аналого-цифрового преобразователя 13 цифровой код через мультиплексор 14 поступает на вход оперативного запоминающего устройства 9, где он запоминается. В это время устройство управления 15 подает на мультиплексоры 14 и 16 управляющие сигналы, подключающие выход оперативного запоминающего устройства 8 к шине данных ISA 10, а вход оперативного запоминающего устройства 9 - к выходу аналого-цифрового преобразователя 13. После окончания времени отсечки устройство управления 15 переключает мультиплексор 16 к выходу оперативного запоминающего устройства 9 и центральный процессор компьютера через шину ISA 10 получает возможность считывать измерительную информацию. Таким образом, происходит поочередная запись информации в оперативное запоминающее устройство 8 и оперативное запоминающее устройство 9, что позволяет увеличить быстродействие.The acoustic signal from the control object is converted by the acoustic transducer 2 into an electrical signal fed to the input of the pre-amplifier 3, where it is amplified by 40 dB. From the output of the pre-amplifier 3, the signal is fed to the input of the bandpass filter 4 to filter noise and interference. From the output of the filter 4, the signal is fed to the input of the peak detector 5, where it is amplified and fed to the positive input of the comparator 7. A threshold voltage level is generated at the negative input of the comparator 7, generated by the digital-to-analog converter 6 under the control of the microprocessor code 17. When the signal exceeds the threshold level at the output a comparator 7 appears a signal of a high logical level, which is fed to the microprocessor 17, and from it to the control device 15. In the control device 15 starts the timer cell and at the end of this time, the recording of the digital equivalent codes of the acoustic emission signal to the random access memory 8 stops. At the same time, the acoustic emission signal from the output of the filter 4 through the analog switch 11 is fed to the input of the main amplifier 12 and then to the input of the analog-to-digital converter 13 where the discretization of the analog signal occurs. The analog switch 11 sequentially connects one of the four outputs of the filters 4 to the input of the main amplifier 12. From the output of the analog-to-digital converter 13, the digital code is transmitted through the multiplexer 14 to the input of the random access memory 8, where it is stored. The control device 15 in this mode provides control signals to the multiplexers 14 and 16, through which the multiplexer 14 connects the input of the random access memory 8 to the analog-to-digital converter 13, and the multiplexer 16 connects the output of the random access memory 9 to the ISA 10 data bus. the cut-off control device 15 switches the multiplexer 16 to the random access memory 8, the central processing unit of the computer via the ISA bus 10 is able to read through the multiplexer 16 before variably recorded in the random access memory 8 measuring information. The readiness to receive the following acoustic emission signals is determined by the microprocessor 17, continuously reading the values of the outputs of the comparators 7. As soon as the low logic level signals appear on all outputs of the comparators 7, the microprocessor 17 will provide a signal to the control device 15, which starts recording the digitized signal through the multiplexer 14 in random access memory 9, and the device is ready to receive the next acoustic emission signal. When the next signal exceeds the threshold level at the output of the comparator 7, a signal of a high logical level is generated, which is fed to the input of the microprocessor 17, and from it to the control device 15. In the control device 15, the cut-off timer starts, and at the end of this time, the control device 15 stops recording codes of the digital equivalent of the signal to the random access memory 9. At the same time, the acoustic emission signal from the output of the filter 4 through the analog switch 11 is fed to the main amplifier 12 and further to the input of the analog-to-digital Converter 13, where the discretization of the analog signal. From the output of the analog-to-digital Converter 13, a digital code through the multiplexer 14 is fed to the input of random access memory 9, where it is stored. At this time, the control device 15 delivers to the multiplexers 14 and 16 control signals connecting the output of the random access memory 8 to the ISA 10 data bus, and the input of the random access memory 9 to the output of the analog-to-digital converter 13. After the cut-off time, the control device 15 switches the multiplexer 16 to the output of random access memory 9 and the Central processor of the computer through the bus ISA 10 gets the ability to read measurement information. Thus, there is an alternate recording of information in random access memory 8 and random access memory 9, which allows to increase performance.
Работа устройства для непрерывной записи сигнала акустической эмиссии происходит следующим образом. Сначала подается разрешение от устройства управления 15 в оперативное запоминающее устройство 8 на запись кодов результатов измерений аналого-цифровым преобразователем 13. Акустические сигналы с объекта контроля преобразуются акустическим преобразователем 2 в электрические сигналы, поступающие на входы предварительных усилителей 3, где они усиливаются на 40 дБ. С выходов предварительных усилителей 3 сигналы поступают на входы полосовых фильтров 4 для фильтрации помех и шумов. С выходов фильтров 4 сигналы поступают на входы пиковых детекторов 5, а также на входы аналогового коммутатора 11. Через аналоговый коммутатор 11 непрерывные сигналы акустической эмиссии подаются на вход основного усилителя 12 и далее на вход аналого-цифрового преобразователя 13, где происходит их дискретизация. Аналоговый коммутатор 11 последовательно подключает каждый из четырех выходов фильтров 4 к входу основного усилителя 12. С выхода аналого-цифрового преобразователя 13 цифровой эквивалент непрерывного акустического сигнала через первый цифровой мультиплексор 14 подается на вход оперативного запоминающего устройства 8, где он запоминается. По заполнению оперативного запоминающего устройства 8 устройство управления 15 формирует сигналы управления цифровыми мультиплексорами 14 и 16 таким образом, что выход оперативного запоминающего устройства 8 через второй мультиплексор 16 подключается к шине данных ISA 10, а выход аналого-цифрового преобразователя 13 через первый мультиплексор 14 подключается к второму оперативному запоминающему устройству 9. Таким образом, текущая измерительная информация будет записываться в оперативное запоминающее устройство 9, а информация, предварительно записанная в первом оперативном запоминающем устройстве 8, будет доступна центральному процессору компьютера для чтения. При заполнении оперативного запоминающего устройства 9 устройство управления 15 производит обратное переключение цифровых мультиплексоров 14 и 16, а именно: выход аналого-цифрового преобразователя 13 через мультиплексор 14 подключается к входу оперативного запоминающего устройства 8, а выход оперативного запоминающего устройства 9 через второй мультиплексор 16 - к шине данных ISA 10. В дальнейшем циклы переключения повторяются.The operation of the device for continuous recording of the acoustic emission signal is as follows. First, permission is sent from the control device 15 to the random access memory 8 to record codes of the measurement results by an analog-to-digital converter 13. The acoustic signals from the monitoring object are converted by the acoustic converter 2 into electrical signals supplied to the inputs of the pre-amplifiers 3, where they are amplified by 40 dB. From the outputs of the pre-amplifiers 3, the signals are fed to the inputs of the bandpass filters 4 to filter interference and noise. From the outputs of the filters 4, the signals are fed to the inputs of the peak detectors 5, as well as to the inputs of the analog switch 11. Through the analog switch 11, the continuous acoustic emission signals are fed to the input of the main amplifier 12 and then to the input of the analog-to-digital converter 13, where they are sampled. The analog switch 11 sequentially connects each of the four outputs of the filters 4 to the input of the main amplifier 12. From the output of the analog-to-digital converter 13, the digital equivalent of a continuous acoustic signal is fed through the first digital multiplexer 14 to the input of the random access memory 8, where it is stored. Upon filling in the RAM 8, the control device 15 generates control signals for the digital multiplexers 14 and 16 so that the output of the RAM 8 through the second multiplexer 16 is connected to the ISA 10 data bus, and the output of the analog-to-digital converter 13 through the first multiplexer 14 is connected to the second random access memory 9. Thus, the current measurement information will be recorded in the random access memory 9, and the information pre About recorded in the first random access memory 8, will be available to the CPU for reading the computer. When filling in random access memory 9, the control device 15 performs the reverse switching of the digital multiplexers 14 and 16, namely: the output of the analog-to-digital converter 13 through the multiplexer 14 is connected to the input of the random access memory 8, and the output of the random access memory 9 through the second multiplexer 16 is connected to ISA 10 data bus. Subsequently, the switching cycles are repeated.
Таким образом, повышается быстродействие устройства и реализуется два режима работы: непрерывный (для сквозных дефектов (течей)) и дискретный (для регистрации сигналов, например, от усталостных трещин).Thus, the performance of the device is increased and two operating modes are implemented: continuous (for through defects (leaks)) and discrete (for recording signals, for example, from fatigue cracks).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004130969/28A RU2300761C2 (en) | 2004-10-21 | 2004-10-21 | Multichannel acoustics-emission arrangement for articles control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004130969/28A RU2300761C2 (en) | 2004-10-21 | 2004-10-21 | Multichannel acoustics-emission arrangement for articles control |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004130969A RU2004130969A (en) | 2006-04-10 |
| RU2300761C2 true RU2300761C2 (en) | 2007-06-10 |
Family
ID=36458498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004130969/28A RU2300761C2 (en) | 2004-10-21 | 2004-10-21 | Multichannel acoustics-emission arrangement for articles control |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2300761C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2726278C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Multichannel acoustic emission device |
-
2004
- 2004-10-21 RU RU2004130969/28A patent/RU2300761C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2726278C1 (en) * | 2019-12-17 | 2020-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Multichannel acoustic emission device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004130969A (en) | 2006-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5431053A (en) | Ultrasonic imaging method and apparatus, using time inversion or signals | |
| RU2396557C1 (en) | Multichannel acoustic-emission device | |
| CN1975410B (en) | Digital log amplifier for ultrasonic testing | |
| CN102109497B (en) | Sequentially fired high dynamic range NDT/NDI inspection device | |
| CN106989702B (en) | Pulse excitation type electromagnetic ultrasonic detector | |
| US5408880A (en) | Ultrasonic differential measurement | |
| RU2599327C1 (en) | Acoustic emission method of diagnosis of the products from composite materials based on carbon fiber and device for its implementation | |
| RU2150698C1 (en) | Multichannel acoustic emission device to test articles | |
| CN110208383A (en) | A kind of plate-structure lamb wave based on reversing paths difference signal is without reference imaging method | |
| RU2300761C2 (en) | Multichannel acoustics-emission arrangement for articles control | |
| RU2379677C1 (en) | Method of acousto-optical welded seam quality control during welding and device to this end | |
| RU2442155C2 (en) | Method and device of welded joints testing by acoustic emission during welding | |
| US20040249589A1 (en) | Device and method for analysing the structure of a material | |
| RU2664795C1 (en) | Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics | |
| RU2572067C1 (en) | Method of acoustic emission quality control of girth weld during multipass welding and device for its implementation | |
| RU2726278C1 (en) | Multichannel acoustic emission device | |
| Jain et al. | FPGA: Field programmable gate array-based four-channel embedded system for ultrasonic imaging of under-water concrete structures | |
| RU2448343C2 (en) | Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method | |
| JP2891767B2 (en) | AE generation position locating device | |
| RU2105301C1 (en) | Multichannel acoustic-optical device to inspect articles | |
| RU2005103878A (en) | METHOD FOR DIAGNOSTIC OF METAL BRIDGE RAILWAYS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| Capineri et al. | Design, realization and characterization of a differential charge amplifier for ultrasonic piezopolymer transducers | |
| RU2736171C1 (en) | Multichannel acoustic emission device | |
| RU186330U1 (en) | Multichannel device for acoustic emission diagnostics of metal structures | |
| RU2684443C1 (en) | Method of determining coordinates of sources of acoustic emission signals and device therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101022 |