RU2664795C1 - Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics - Google Patents

Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics Download PDF

Info

Publication number
RU2664795C1
RU2664795C1 RU2017111160A RU2017111160A RU2664795C1 RU 2664795 C1 RU2664795 C1 RU 2664795C1 RU 2017111160 A RU2017111160 A RU 2017111160A RU 2017111160 A RU2017111160 A RU 2017111160A RU 2664795 C1 RU2664795 C1 RU 2664795C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
analog
digital
control device
Prior art date
Application number
RU2017111160A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Людмила Николаевна Степанова
Сергей Иванович Кабанов
Андрей Егорович Ельцов
Сергей Алексеевич Бехер
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск
Priority to RU2017111160A priority Critical patent/RU2664795C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2664795C1 publication Critical patent/RU2664795C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: multichannel acoustic-emission system is designed for technical diagnostics and non-destructive testing of large-sized structures during strength tests. Contains acoustic transducer (1), preamplifier (2), channel control (8), controlled filters of upper (23) and lower (24) frequencies, main amplifier (4), resistive divider (17) consisting of resistors (25), (26), (27), three two-position keys (14), (15), (16), analog-digital (6), digital-analog (7) converters, random-access memory (9), digital signal processor (10) output of which is connected by bi-directional bus to input of Ethernet controller (22), other input of which is connected to Ethernet network switch (21). Output of main amplifier (4) is connected to series-connected peak detector (18), integrator (20), adder (19), output of which is connected via third on-off switch (16) to comparator (5), output of which is connected to inputs of random access memory (9) and digital signal processor (10).EFFECT: such performance of system ensures its operation when changing input signals in wide dynamic range, and controlled high and low frequency filters can suppress noise and interference.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технической диагностике и неразрушающему контролю и может быть использовано при прочностных испытаниях крупногабаритных конструкций, работающих в среде с высоким уровнем шумов и помех, например, при выполнении контроля узлов самолетов, мостовых конструкций, грузовых вагонов в вагоноремонтных депо.The invention relates to technical diagnostics and non-destructive testing and can be used in strength tests of large structures operating in an environment with a high level of noise and interference, for example, when performing inspection of aircraft nodes, bridge structures, freight cars in car repair depots.

Известно многоканальное акустико-эмиссионное устройство для контроля изделий, состоящее из 1…n блоков, каждый из которых содержит четыре измерительных канала, состоящих из последовательно соединенных акустического преобразователя, предварительного усилителя, фильтра, пикового детектора, выход которого соединен с инвертирующим входом компаратора, а также содержит цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, а также коммутатор каналов, основной усилитель, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство и таймер. 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 (см. патент РФ №2150698, МПК: G01N 29/14, принятый за аналог).Known 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, pre-amplifier, filter, peak detector, the output of which is connected to the inverting input of the comparator, and contains a digital-to-analog converter, the output of which is connected to the non-inverting input of the comparator, as well as a channel switch, a main amplifier, an analog-to-digital converter Camera, random access memory and 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 I’ll give a timer whose output is connected to the second input of the random access memory, the second output of the interface device is connected to the third input of the timer, and the third output of the interface device is connected to the computer bus (see RF patent No. 2150698, IPC: G01N 29/14, adopted as an analog )

Однако данное устройство обладает рядом недостатков:However, this device has several disadvantages:

- невозможность контроля протяженных и крупногабатиных объектов, так как измерительные блоки находятся в одном корпусе с центральным процессором, поскольку связаны с ним единой шиной, датчики подключаются к блокам отдельным кабелем ограниченной длины;- the impossibility of monitoring extended and large-sized objects, since the measuring units are in the same housing as the central processor, since they are connected by a single bus, the sensors are connected to the units with a separate cable of a limited length;

- низкое быстродействие, обусловленное невысоким быстродействием коммутирующих устройств, что приводит к погрешностям в измерении амплитуды, времени прихода и спектра сигналов АЭ;- low speed due to the low speed of switching devices, which leads to errors in measuring the amplitude, time of arrival and spectrum of AE signals;

- невозможность определения в реальном масштабе времени спектральных характеристик сигналов АЭ, а, следовательно, и типа дефекта, поскольку вся обработка и расчет производятся в одном центральном процессоре.- the impossibility of determining in real time the spectral characteristics of AE signals, and, consequently, the type of defect, since all processing and calculation are performed in one central processor.

Известна многоканальная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций, состоящая из 1…n каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический преобразователь, предварительный усилитель, фильтр, основной усилитель, компаратор, выход которого соединен с таймером, устройство сопряжения, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к неинвертирующему входу компаратора, а также содержит аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства. Кроме того, в системе основной усилитель программируемый, а его выход подключен к инвертирующему входу компаратора и аналого-цифровому преобразователю, выход оперативного запоминающего устройства соединен с первым входом сигнального процессора, выход которого подключен к устройству сопряжения, а выход устройства сопряжения соединен с локальной сетью, которая, в свою очередь, соединена с компьютером, выход таймера подключен ко входу устройства управления, причем первый выход устройства управления соединен со входом генератора, выход которого через ключ соединен с акустическим преобразователем, второй выход устройства управления соединен с управляющим входом оперативного запоминающего устройства, третий выход устройства управления соединен со вторым входом сигнального процессора, при этом устройство управления также выполнено с возможностью подачи команды на увеличение запоминающего устройства, третий выход устройства управления соединен со вторым входом сигнального процессора, при этом устройство управления также выполнено с возможностью подачи команды на увеличение порога срабатывания, который с помощью цифроаналогового преобразователя устанавливается на входе компаратора (см. патент РФ № 2217741, МПК: G11N 29/14, принятый за прототип).Known multichannel acoustic emission diagnostic system of structures, consisting of 1 ... n channels, each of which contains a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, main amplifier, comparator, the output of which is connected to a timer, a pairing device, a digital-to-analog converter, the output of which is connected to the non-inverting input of the comparator, and also contains an analog-to-digital Converter, the output of which is connected to the first input of random access memory ystva. In addition, the main amplifier in the system is programmable, and its output is connected to the inverting input of the comparator and the analog-to-digital converter, the output of the random access memory is connected to the first input of the signal processor, the output of which is connected to the interface device, and the output of the interface device is connected to the local network, which, in turn, is connected to a computer, the timer output is connected to the input of the control device, and the first output of the control device is connected to the input of the generator, the output to otorogo through a key is connected to an acoustic transducer, the second output of the control device is connected to the control input of the random access memory, the third output of the control device is connected to the second input of the signal processor, while the control device is also configured to give a command to increase the storage device, the third output of the control device connected to the second input of the signal processor, while the control device is also configured to send commands to uv increase in the threshold, which is set using the digital-to-analog converter at the input of the comparator (see RF patent No. 2217741, IPC: G11N 29/14, adopted as a prototype).

Недостатком данного устройства является наличие помех из-за отсутствия программного управления полосой пропускания фильтров нижних и верхних частот и невозможности более точно синхронизировать работу каналов, что значительно снижает эффективность работы устройства.The disadvantage of this device is the presence of interference due to the lack of program control of the passband of the low and high frequency filters and the inability to more accurately synchronize the operation of the channels, which significantly reduces the efficiency of the device.

Техническая задача - повышение эффективности работы за счет защиты от помех и расширения динамического диапазона.The technical task is to increase operating efficiency due to protection against interference and the expansion of the dynamic range.

Поставленная задача решается за счет того, что многоканальная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций, состоящая из 1…n каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический преобразователь, предварительный усилитель, фильтр, основной усилитель, компаратор, аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, устройство управления, оперативное запоминающее устройство, цифровой сигнальный процессор, центральный процессор компьютера, генератор калибровочных импульсов, ключ, первый вход которого соединен с выходом акустического преобразователя и входом предварительного усилителя, снабжена тремя дополнительными двухпозиционными ключами, резистивным делителем напряжения, пиковым детектором, аналоговым сумматором, аналоговым интегратором, сетевым коммутатором, контроллером Ethernet, причем фильтр состоит из последовательно соединенных управляемых фильтров верхних и нижних частот, резистивный делитель состоит из трех последовательно включенных резисторов, при этом второй вход ключа соединен с входом первого двухпозиционного ключа и выходом предварительного усилителя, а один конец первого резистора подключен к первому входу первого двухпозиционного ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом устройства управления канала, а второй конец третьего резистора соединен с общей шиной, к последовательному соединению первого и второго резисторов подключен первый вход второго двухпозиционного ключа, второй ход которого подключен к последовательному соединению второго и третьего резисторов, выход второго двухпозиционногоключа соединен с первым входом управляемого фильтра верхних частот, управляющий вход второго двухпозиционного ключа соединен со вторым выходом устройства управления канала, третий выход которого соединен со вторым входом управляемого фильтра верхних частот, выход которого соединен с первым входом управляемого фильтра нижних частот, второй вход которого соединен с четвертым выходом устройства управления канала, а выход управляемого фильтра нижних частот соединен с первым входом программируемого основного усилителя, второй вход которого соединен с пятым выходом устройства управления канала, а выход основного усилителя соединен с последовательно соединенными пиковым детектором, аналоговым интегратором, выход которого соединен с первым входом аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя и первым входом третьего двухпозиционного ключа, а вход цифроаналогового преобразователя соединен с шестым выходом устройства управления канала, второй вход третьего двухпозиционного ключа соединен с выходом аналогового сумматора, а управляющий вход третьего двухпозиционного ключа соединен с инвертирующим входом аналогового компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с входом пикового детектора, выходом основного усилителя и входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого двунаправленными шинами соединен с последовательно соединенными оперативным запоминающим устройством, цифровым сигнальным процессором и контроллером Ethernet, первый и второй выход сетевого коммутатора соединен со вторым и третьим входами контроллера Ethernet, а его третий выход соединен с центральным процессором компьютера, причем, управляющие аналоговые входы оперативного запоминающего устройства и цифрового сигнального процессора объединены и соединены с выходом аналогового компаратора, первый аналоговый выход цифрового сигнального процессора соединен с входом оперативного запоминающего устройства, второй аналоговый выход цифрового сигнального процессора соединен с входом генератора калибровочных импульсов, выход которого соединен со вторым входом первого двухпозиционного ключа, цифровой выход цифрового сигнального процессора двунаправленной шиной соединен с первым входом устройства управления канала, а аналоговый выход контроллера Ethernet соединен со вторым входом устройства управления канала.The problem is solved due to the fact that the multichannel acoustic emission diagnostic system of structures, consisting of 1 ... n channels, each of which contains a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, main amplifier, comparator, analog-to-digital converter, digital-to-analog converter, control device, random access memory, digital signal processor, computer central processor, calibration pulse generator, key, first the path of which is connected to the output of the acoustic transducer and the input of the pre-amplifier, is equipped with three additional on-off switches, a resistive voltage divider, a peak detector, an analog adder, an analog integrator, a network switch, an Ethernet controller, and the filter consists of controlled high-pass and low-pass filters connected in series, resistive divider consists of three series-connected resistors, while the second input of the key is connected to the input of the first two-way the key and the output of the pre-amplifier, and one end of the first resistor is connected to the first input of the first on-off key, the control input of which is connected to the first output of the channel control device, and the second end of the third resistor is connected to a common bus, the first is connected to the serial connection of the first and second resistors the input of the second on-off key, the second stroke of which is connected to the serial connection of the second and third resistors, the output of the second on-off key is connected to the first input of the controlled high-pass filter, the control input of the second on-off key is connected to the second output of the channel control device, the third output of which is connected to the second input of the controlled high-pass filter, the output of which is connected to the first input of the controlled low-pass filter, the second input of which is connected to the fourth output channel control devices, and the output of a controlled low-pass filter is connected to the first input of the programmable main amplifier, the second input of which is connected to the output channel control device, and the output of the main amplifier is connected to a series-connected peak detector, an analog integrator, the output of which is connected to the first input of the analog adder, the second input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter and the first input of the third on-off switch, and the input of the digital-to-analog converter is connected to the sixth output of the channel control device, the second input of the third on-off key is connected to the output of the analog adder, and controlling the input of the third on-off switch is connected to the inverting input of the analog comparator, the non-inverting input of which is connected to the input of the peak detector, the output of the main amplifier and the input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected by bi-directional buses to the serial memory, a digital signal processor, and an Ethernet controller, the first and second output of the network switch is connected to the second and third inputs of the Ethernet controller, and its third output is connected to the computer’s central processor, moreover, the control analog inputs of the random access memory and the digital signal processor are combined and connected to the output of the analog comparator, the first analog output of the digital signal processor is connected to the input of the random access memory, the second analog output of the digital signal processor is connected to the input of the calibration pulse generator, the output of which is connected to the second input of the first on-off key, a digital output of a digital signal ceiling elements bidirectional CPU bus connected to a first input of a control device, and the Ethernet controller analog output connected to a second input of the channel control unit.

На фиг. 1 представлена функциональная схема многоканальной акустико-эмиссионной системы диагностики конструкций, состоящей из n одноканальных акустико-эмиссионных устройств, на фиг. 2 - временная диаграмма работы 4-битного манчестерского кода.In FIG. 1 is a functional diagram of a multi-channel acoustic emission diagnostic system of structures consisting of n single-channel acoustic emission devices; FIG. 2 is a timing diagram of a 4-bit Manchester code.

Одноканальное акустико-эмиссионное устройство содержит:A single-channel acoustic emission device contains:

1 - акустический преобразователь;1 - acoustic transducer;

2 - предварительный усилитель;2 - pre-amplifier;

3 - фильтр;3 - filter;

4 - основной усилитель;4 - main amplifier;

5 - компаратор;5 - a comparator;

6 - аналого-цифровой преобразователь;6 - analog-to-digital Converter;

7 - цифроаналоговый преобразователь;7 - digital-to-analog converter;

8 - устройство управления канала;8 - channel control device;

9 - оперативное запоминающее устройство;9 - random access memory;

10 - цифровой сигнальный процессор;10 - digital signal processor;

11 - центральный процессор компьютера;11 - the central processor of the computer;

12 - генератор калибровочных импульсов;12 - generator of calibration pulses;

13 - ключ;13 - key;

14 - первый двухпозиционный ключ;14 - the first on-off key;

15 - второй двухпозиционный ключ;15 - the second on-off key;

16 - третий двухпозиционный ключ;16 - the third on-off key;

17 - резистивный делитель;17 - resistive divider;

18 - пиковый детектор;18 - peak detector;

19 - аналоговый сумматор;19 - an analog adder;

20 - аналоговый интегратор;20 - analog integrator;

21 - сетевой коммутатор;21 - network switch;

22 - контроллер Ethernet;22 - Ethernet controller;

23 - управляемый фильтр верхних частот;23 - controlled high-pass filter;

24 - управляемый фильтр нижних частот;24 - controlled low-pass filter;

25, 26, 27 - последовательно включенные первый второй, третий резисторы;25, 26, 27 - series-connected first second, third resistors;

28 - общий провод.28 - common wire.

Многоканальная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций, состоит из 1…n каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический преобразователь 1, предварительный усилитель 2, фильтр 3, основной усилитель 4, компаратор 5, аналого-цифровой преобразователь 6, цифроаналоговый преобразователь 7, устройство управления 8, оперативное запоминающее устройство 9, цифровой сигнальный "процессор 10, центральный процессор компьютера 11, генератор калибровочных импульсов 12, ключ 13, первый вход которого соединен с выходом акустического преобразователя 1 и входом предварительного усилителя 2, три дополнительных двухпозиционных ключа 14, 15, 16, резистивный делитель напряжения 17, пиковый детектор 18, аналоговый сумматор 19, аналоговый интегратор 20, сетевой коммутатор 21, контроллер Ethernet 22. Фильтр 3 состоит из последовательно соединенных управляемых фильтров верхних 23 и нижних 24 частот. Резистивный делитель 17 состоит из трех последовательно включенных резисторов 25, 26, 27, при этом второй вход ключа 13 соединен с входом ключа 14 и выходом предварительного усилителя 2, а один конец первого резистора 25 подключен к первому входу ключа 14, управляющий вход которого соединен с первым выходом устройства управления 8 канала, а второй конец третьего резистора 27 соединен с общей шиной 28, к последовательному соединению резисторов 25 26 подключен первый вход двухпозиционного ключа 15, второй вход которого подключен к последовательному соединению второго 26 и третьего 27 резисторов, выход ключа 15 соединен с первым входом управляемого фильтра верхних частот 23, управляющий вход ключа 15 соединен со вторым выходом устройства «управления канала 8, третий выход которого соединен со вторым входом управляемого фильтра верхних частот 23, выход которого соединен с первым входом управляемого фильтра нижних частот 24, второй вход которого соединен с четвертым выходом устройства управления канала 8, а выход управляемого фильтра нижних частот 24 соединен с первым входом программируемого основного усилителя 4, второй вход которого соединен с пятым выходом устройства управления канала 8, выход основного усилителя 4 соединен с последовательно соединенными пиковым детектором 18, аналоговым интегратором 20, выход которого соединен с первым входом аналогового сумматора 19, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 7 и первым входом третьего двухпозиционного ключа 16, а вход цифроаналогового преобразователя 7 соединен с шестым выходом устройства управления канала 8, второй вход третьего двухпозиционного ключа 16 соединен с выходом аналогового сумматора 19, а управляющий вход третьего двухпозиционного ключа 16 соединен с инвертирующим входом аналогового компаратора 5, неинвертирующий вход которого соединен с входом пикового детектора 18, выходом основного усилителя 4 и входом аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого двунаправленными шинами соединен с последовательно соединенными оперативным запоминающим устройством 9, цифровым сигнальным процессором 10 и контроллером Ethernet 22, первый и второй выход сетевого коммутатора Ethernet 21 соединен с вторым и третьим входами контроллера Ethernet 22, а его третий выход соединен с центральным процессором компьютера 11, причем управляющие аналоговые входы оперативного запоминающего устройства 9 и цифрового сигнального процессора 10 объединены и соединены с выходом аналогового компаратора 5, первый аналоговый выход цифрового сигнального процессора 10 соединен с входом оперативного запоминающего устройства 9, второй аналоговый выход цифрового сигнального процессора 10 соединен с входом генератора калибровочных импульсов 12, выход которого соединен со вторым входом первого двухпозиционного ключа 14, а цифровой выход цифрового сигнального процессора 10 двунаправленной шиной соединен с входом устройства управления канала 8, а аналоговый выход контроллера Ethernet 22 соединен со вторым входом устройства управления канала 8. Резисторы делителя выходного сигнала предварительного усилителя 25, 26, 27 подбираются таким образом, чтобы коэффициент деления в одном положении ключа был близок к 1, а в другом - был порядка 20.A multi-channel acoustic emission diagnostic system for structures consists of 1 ... n channels, each of which contains a series-connected acoustic transducer 1, pre-amplifier 2, filter 3, main amplifier 4, comparator 5, analog-to-digital converter 6, digital-to-analog converter 7, device control 8, random access memory 9, digital signal processor 10, computer central processor 11, calibration pulse generator 12, key 13, the first input of which is connected to the output acoustic transducer 1 and input of preamplifier 2, three additional on-off switches 14, 15, 16, resistive voltage divider 17, peak detector 18, analog adder 19, analog integrator 20, network switch 21, Ethernet controller 22. Filter 3 consists of series-connected controlled filters of the upper 23 and lower 24 frequencies.The resistive divider 17 consists of three series-connected resistors 25, 26, 27, while the second input of the key 13 is connected to the input of the key 14 and the output of the pre-amplifier 2, and about the end of the first resistor 25 is connected to the first input of the key 14, the control input of which is connected to the first output of the control device 8 of the channel, and the second end of the third resistor 27 is connected to the common bus 28, the first input of the on-off switch 15 is connected to the serial connection of the resistors 25, the second the input of which is connected to the serial connection of the second 26 and third 27 resistors, the output of the key 15 is connected to the first input of the controlled high-pass filter 23, the control input of the key 15 is connected to the second output of the device control channel 8, the third output of which is connected to the second input of the controlled high-pass filter 23, the output of which is connected to the first input of the controlled low-pass filter 24, the second input of which is connected to the fourth output of the control device of channel 8, and the output of the controlled low-pass filter 24 is connected to the first input of the programmable main amplifier 4, the second input of which is connected to the fifth output of the channel 8 control device, the output of the main amplifier 4 is connected to the peak detector in series m 18, an analog integrator 20, the output of which is connected to the first input of the analog adder 19, the second input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter 7 and the first input of the third on-off switch 16, and the input of the digital-to-analog converter 7 is connected to the sixth output of the channel 8 control device, the second input the third on-off key 16 is connected to the output of the analog adder 19, and the control input of the third on-off key 16 is connected to the inverting input of the analog comparator 5, non-inverting the input of which is connected to the input of the peak detector 18, the output of the main amplifier 4 and the input of the analog-to-digital converter 6, the output of which is connected by bi-directional buses to the random-access memory 9, the digital signal processor 10 and the Ethernet controller 22, the first and second output of the Ethernet network switch 21 is connected to the second and third inputs of the Ethernet controller 22, and its third output is connected to the central processor of the computer 11, and the control analog inputs are operational memory its device 9 and the digital signal processor 10 are combined and connected to the output of the analog comparator 5, the first analog output of the digital signal processor 10 is connected to the input of the random access memory 9, the second analog output of the digital signal processor 10 is connected to the input of the calibration pulse generator 12, the output of which is connected with the second input of the first on-off switch 14, and the digital output of the digital signal processor 10 by a bi-directional bus is connected to the input of the control device to 8, and the analog output of the Ethernet controller 22 is connected to the second input of the channel 8 control device. Resistors of the output signal divider of the preliminary amplifier 25, 26, 27 are selected so that the division coefficient in one key position is close to 1, and in the other it is about 20.

Работа устройства происходит следующим образом.The operation of the device is as follows.

Центральный процессор компьютера 11 через сетевой коммутатор 21 посылает в блоки каналов управляющие пакеты данных. Цифровой сигнальный процессор 10 считывает управляющие данные из контроллера Ethernet 22 и посылает соответствующие команды в устройство управления канала 8. При этом устройство управления канала 8 вырабатывает соответствующие сигналы, управляющие его режимом работы. В регистры цифроаналогового преобразователя 7 записываются значения пороговых напряжений, в программируемый усилитель 4 записывается код, соответствующий коэффициенту усиления канала. Также устройство управления канала 8 формирует сигнал управления третьим двухпозиционным ключом 16 (формирующим режим «плавающего» порога селекции), сигнал управления первым двухпозиционным ключом 14 (формирующим сигнал управления делителем 17 предварительного усилителя 2), сигналы управления фильтрами верхних 23 и нижних 24 частот. Затем центральный процессор компьютера 11 через сетевой коммутатор 21 посылает в блоки каналов широковещательную команду на запуск измерения. Процессор 10 считывает команду из контроллера Ethernet 22, запускает запись измерительной информации в оперативное запоминающее устройство 9, запускает в устройстве управления канала 8 счетчик времени прихода, тактируемый сигналом синхронизации, который генерируется контроллером Ethernet 22. Сигнал акустической эмиссии от акустического преобразователя 1 поступает на вход предварительного усилителя 2, усиливается на 40 дБ и далее проходит на вход делителя выходного сигнала 17 предварительного усилителя 2. Затем сигнал через первый двухпозиционный ключ 14 делителя выходного сигнала 17 предварительного усилителя 2 поступает на вход фильтров верхних 23 и нижних частот 24. После фильтрации сигнал поступает на вход программируемого усилителя 4 и после усиления оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя 6, а также приходит на вход аналогового компаратора 5. В случае превышения порога селекции компаратор 5 срабатывает, и в устройстве управления каналом 8, запускается таймер на отсчет времени записи сигнала акустической эмиссии, и фиксируется время прихода сигнала по счетчику. Результаты измерения записываются в буферное оперативное запоминающее устройство 9 с выхода аналого-цифрового преобразователя 6. По сигналу таймера времени, запись сигнала в оперативное запоминающее устройство 9 останавливается, и информация считывается для предварительной обработки сигнальным процессором 10. Готовность к приему следующего сигнала акустической эмиссии определяется по отсутствию превышения порогов в течение 100 мкс. Как только уровень сигнала становится ниже порогового, сигнальный процессор 10 запускает работу каналов системы на прием следующего сигнала.The central processor of the computer 11 through the network switch 21 sends control data packets to the channel blocks. The digital signal processor 10 reads the control data from the Ethernet controller 22 and sends the appropriate commands to the channel 8 control device. In this case, the channel 8 control device generates the corresponding signals that control its operation mode. The values of threshold voltages are recorded in the registers of the digital-to-analog converter 7, and a code corresponding to the channel gain is recorded in the programmable amplifier 4. Also, the control device of channel 8 generates a control signal for the third on-off switch 16 (forming the “floating” selection threshold mode), a control signal for the first on-off switch 14 (forming the control signal for the divider 17 of the pre-amplifier 2), and control signals for the high and low 23 filters. Then, the central processor of the computer 11 sends a broadcast command to the channel blocks through the network switch 21 to start the measurement. The processor 10 reads the command from the Ethernet controller 22, starts recording the measurement information in the random access memory 9, starts the arrival time counter in the channel 8 control device, clocked by the synchronization signal, which is generated by the Ethernet controller 22. The acoustic emission signal from the acoustic transducer 1 is fed to the preliminary input amplifier 2, is amplified by 40 dB and then passes to the input of the divider of the output signal 17 of the pre-amplifier 2. Then, the signal through the first on-off to The beam 14 of the output signal divider 17 of the pre-amplifier 2 goes to the input of the high and low-pass filters 24. After filtering, the signal goes to the input of the programmable amplifier 4 and, after amplification, is digitized using an analog-to-digital converter 6, and also comes to the input of the analog comparator 5. If the selection threshold is exceeded, the comparator 5 is activated, and in the channel 8 control device, a timer is started for counting the time of recording the acoustic emission signal, and the time of arrival of the signal along the counter is fixed. The measurement results are recorded in the random access memory 9 from the output of the analog-to-digital converter 6. According to the time timer signal, the recording of the signal in the random access memory 9 is stopped, and the information is read for preliminary processing by the signal processor 10. The readiness for receiving the next acoustic emission signal is determined by no thresholds are exceeded for 100 μs. As soon as the signal level falls below the threshold, the signal processor 10 starts the system channels to receive the next signal.

Если напряжение в точке соединения резисторов 25 и 26 превышает допустимый пороговый предел Uпор, то основной усилитель 4 перейдет в режим насыщения, при работе в котором акустико-эмиссионная система будет пропускать информацию, поступающую на ее вход с выхода предварительного усилителя 2. В этот момент устройство управления 8 по второму выходу переключает управляющий вход второго двухпозиционного ключа 15 в точку последовательного соединения второго 26 и третьего 27 резисторов. При этом сигнал, поступающий на вход основного усилителя 4, уменьшится в (1+R2/R3) раз, после чего усилитель 4, а, следовательно, и акустико-эмиссионная система снова переходит в линейный режим работы.If the voltage at the junction point of the resistors 25 and 26 exceeds the allowable threshold limit U then the main amplifier 4 will go into saturation mode, during operation in which the acoustic emission system will pass information coming to its input from the output of the preliminary amplifier 2. At this moment the control device 8 at the second output switches the control input of the second on-off switch 15 to the serial connection point of the second 26 and third 27 resistors. In this case, the signal supplied to the input of the main amplifier 4 decreases (1 + R2 / R3) times, after which the amplifier 4, and, consequently, the acoustic emission system again goes into linear operation.

Подавление помех в акустико-эмиссионной системе осуществляется при помощи программно-управляемых частотных фильтров 23 и 24. Для этого сначала определяются спектральные характеристики шумового сигнала, а затем подбирается оптимальная полоса пропускания фильтра 3. Подавление помех также осуществляется схемой «плавающего» порога селекции, которая увеличивает пороговый уровень с повышением уровня шумов.The noise suppression in the acoustic emission system is carried out using program-controlled frequency filters 23 and 24. For this, the spectral characteristics of the noise signal are first determined, and then the optimal filter passband 3 is selected. Noise suppression is also carried out by the “floating” selection threshold circuit, which increases threshold level with increasing noise level.

Для работы в режиме автокалибровки один из каналов переключается в режим имитатора. Для этого сигнальный процессор 10 подает команду в устройство управления каналом 8, которое переводит первый двухпозиционный ключ 14 в режим «имитатор». При этом ключ 13 замыкается и акустический преобразователь 1 через двухпозиционный ключ 14 подключается к выходу генератора калибровочных импульсов 12. При этом канал готов к работе в режиме имитатора сигналов акустической эмиссии. Генератор калибровочных импульсов 12 по команде сигнального процессора 10 генерирует высоковольтный импульс, поступающий на акустический преобразователь 1. При этом остальные каналы системы работают в режиме приема.To work in the auto calibration mode, one of the channels switches to the simulator mode. For this, the signal processor 10 sends a command to the channel control device 8, which puts the first on-off switch 14 into the "simulator" mode. In this case, the key 13 is closed and the acoustic transducer 1 is connected via the on-off key 14 to the output of the calibration pulse generator 12. In this case, the channel is ready for operation in the mode of simulating acoustic emission signals. The generator of calibration pulses 12 at the command of the signal processor 10 generates a high-voltage pulse supplied to the acoustic transducer 1. In this case, the remaining channels of the system operate in receive mode.

Общая синхронизация каналов осуществляется с помощью общего тактового генератора в контроллере Ethernet 22. При этом по этой же линии периодически проходит команда общего сброса счетчиков времени прихода в устройстве управления канала 8. В контроллере Ethernet 22 и в устройстве управления канала 8 16-разрядные счетчики времени прихода тактируются частотой 1 МГц. За 4 такта до переполнения счетчика в контроллере Ethernet 22, по линии синхронизации одновременно на все каналы генерируется 4-х битный манчестерский код, который дешифрируется в устройстве управления 8 каждого канала (фиг. 2). При правильной дешифрации во всех каналах одновременно формируется сигнал сброса счетчика времени прихода, и формируется сигнал прерывания для цифрового сигнального процессора 10, который считает число кадров (кадр - полный цикл 16-разрядного счетчика времени прихода, равный 65,535 мс). Полное время прихода сигнала состоит из 16-разрядного значения счетчика и 32-разрядного значения счетчика кадров (281 474 976, 710655 сек). В случае сбоя 4-битного кода сброса, счетчик времени прихода канала сбросится по переполнению 16 разрядов. При этом будет исключен грубый сбой счетчика.The general synchronization of the channels is carried out using a common clock in the Ethernet controller 22. Moreover, the general reset of the arrival time counters in the channel 8 control device periodically passes along the same line. In the Ethernet 22 controller and in the channel 8 control device, 16-bit arrival time counters clocked at 1 MHz. For 4 clock cycles before the counter overflows in the Ethernet 22 controller, a 4-bit Manchester code is generated on the synchronization line simultaneously on all channels, which is decoded in the control device 8 of each channel (Fig. 2). With the correct decryption in all channels, a reset signal of the arrival time counter is generated at the same time, and an interrupt signal is generated for the digital signal processor 10, which counts the number of frames (frame is a full cycle of a 16-bit arrival time counter equal to 65.535 ms). The total signal arrival time consists of a 16-bit counter value and a 32-bit frame counter value (281 474 976, 710655 sec). In the event of a failure of the 4-bit reset code, the channel arrival time counter will reset to overflow 16 bits. In this case, a gross counter failure will be excluded.

Заявляемое устройство по сравнению с прототипом позволяет исключать помехи и адаптировать акустико-эмиссионную систему на прием полезных сигналов от дефектов испытываемой конструкции, расширить динамический диапазон системы, предотвратить ее переход в режим насыщения, что важно при работе с имитатором и для регистрации сигналов при разрушении конструкции. Кроме того, исключаются сбои в работе системы, синхронизируется работа измерительных каналов, а, следовательно, более точно определяется разность времен прихода сигналов акустической эмиссии на акустические преобразователи, что повышает точность локации дефектов. Все достигнутые преимущества при построении многоканальной акустико-эмиссионой системы диагностики повышают надежность контроля дефектов конструкции в режиме реального времени.The inventive device in comparison with the prototype allows you to eliminate interference and adapt the acoustic emission system to receive useful signals from defects in the test structure, expand the dynamic range of the system, prevent its transition to saturation, which is important when working with the simulator and to register signals when the structure is destroyed. In addition, system malfunctions are eliminated, the operation of the measuring channels is synchronized, and, therefore, the difference in the arrival times of acoustic emission signals to acoustic transducers is more accurately determined, which increases the accuracy of location of defects. All the advantages achieved in the construction of a multichannel acoustic emission diagnostic system increase the reliability of real-time structural defects control.

Claims (1)

Многоканальная акустико-эмиссионная система диагностики конструкций, состоящая из 1…n каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные акустический преобразователь, предварительный усилитель, фильтр, основной усилитель, компаратор, аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, устройство управления, оперативное запоминающее устройство, цифровой сигнальный процессор, центральный процессор компьютера, генератор калибровочных импульсов, ключ, первый вход которого соединен с выходом акустического преобразователя, отличающаяся тем, что она снабжена тремя дополнительными двухпозиционными ключами, резистивным делителем напряжения, пиковым детектором, аналоговым сумматором, аналоговым интегратором, сетевым коммутатором, контроллером Ethernet, причем фильтр состоит из последовательно соединенных управляемых фильтров верхних и нижних частот, резистивный делитель состоит из трех последовательно включенных резисторов, при этом второй вход ключа соединен с входом первого двухпозиционного ключа и выходом предварительного усилителя, один конец первого резистора подключен к первому входу первого двухпозиционного ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом устройства управления канала, а второй конец третьего резистора соединен с общей шиной, к последовательному соединению первого и второго резисторов подключен первый вход второго двухпозиционного ключа, второй вход которого подключен к последовательному соединению второго и третьего резисторов, выход второго двухпозиционного ключа соединен с первым входом управляемого фильтра верхних частот, управляющий вход второго двухпозиционного ключа соединен со вторым выходом устройства управления канала, третий выход которого соединен со вторым входом управляемого фильтра верхних частот, выход которого соединен с первым входом управляемого фильтра нижних частот, второй вход которого соединен с четвертым выходом устройства управления канала, а «выход управляемого фильтра нижних частот соединен с первым входом программируемого основного усилителя, второй вход которого соединен с пятым выходом устройства управления канала, а выход основного усилителя соединен с последовательно соединенными пиковым детектором, аналоговым интегратором, выход которого соединен с первым входом аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя и первым входом третьего двухпозиционного ключа, а вход цифро-аналогового преобразователя соединен с шестым выходом устройства управления канала, второй вход третьего двухпозиционного ключа соединен с выходом аналогового сумматора, а управляющий вход третьего двухпозиционного ключа соединен с инвертирующим входом аналогового компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с входом пикового детектора, выходом основного усилителя, входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого двунаправленными шинами соединен с последовательно соединенными оперативным запоминающим устройством, цифровым сигнальным процессором и контроллером Ethernet, первый и второй выход сетевого коммутатора соединен с вторым и третьим входами контроллера Ethernet, а его третий выход соединен с центральным процессором компьютера, причем управляющие аналоговые входы оперативного запоминающего устройства и цифрового сигнального процессора объединены и соединены с выходом аналогового компаратора, первый аналоговый выход цифрового сигнального процессора соединен с входом оперативного запоминающего устройства, второй аналоговый выход цифрового сигнального процессора соединен с входом генератора калибровочных импульсов, выход которого соединен со вторым входом первого двухпозиционного ключа, а цифровой выход цифрового сигнального процессора двунаправленной шиной соединен с первым входом устройства управления канала, а аналоговый выход контроллера Ethernet соединен со вторым входом устройства управления канала.Multichannel acoustic emission diagnostic system of structures, consisting of 1 ... n channels, each of which contains a series-connected acoustic transducer, pre-amplifier, filter, main amplifier, comparator, analog-to-digital converter, digital-to-analog converter, control device, random access memory, digital signal processor, computer central processor, calibration pulse generator, key, the first input of which is connected to the output of the acoustic converter, characterized in that it is equipped with three additional on-off switches, a resistive voltage divider, a peak detector, an analog adder, an analog integrator, a network switch, an Ethernet controller, and the filter consists of series-connected controlled high and low frequency filters, the resistive divider consists of three series-connected resistors, while the second key input is connected to the input of the first on-off key and the output of the pre-amplifier, one n the end of the first resistor is connected to the first input of the first on-off switch, the control input of which is connected to the first output of the channel control device, and the second end of the third resistor is connected to a common bus, the first input of the second on-off switch is connected to the serial connection of the first and second resistors, the second input of which connected to the serial connection of the second and third resistors, the output of the second on-off switch is connected to the first input of the controlled high-pass filter, the input of the second on-off key is connected to the second output of the channel control device, the third output of which is connected to the second input of the controlled high-pass filter, the output of which is connected to the first input of the controlled low-pass filter, the second input of which is connected to the fourth output of the channel control device, and "output a controlled low-pass filter is connected to the first input of the programmable main amplifier, the second input of which is connected to the fifth output of the channel control device, and the output of the main of the amplifier is connected to a series-connected peak detector, an analog integrator, the output of which is connected to the first input of the analog adder, the second input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter and the first input of the third on-off switch, and the input of the digital-to-analog converter is connected to the sixth output of the control device channel, the second input of the third on-off key is connected to the output of the analog adder, and the control input of the third on-off key is connected to the inv by the rubbing input of an analog comparator, the non-inverting input of which is connected to the peak detector input, the output of the main amplifier, the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected by bi-directional buses to the random-access memory, digital signal processor and Ethernet controller, the first and second output of the network switch are connected with the second and third inputs of the Ethernet controller, and its third output is connected to the central processor of the computer, and the analog inputs of the random access memory and the digital signal processor are combined and connected to the output of the analog comparator, the first analog output of the digital signal processor is connected to the input of the random access memory, the second analog output of the digital signal processor is connected to the input of the calibration pulse generator, the output of which is connected to the second input of the first a two-position key, and the digital output of the digital signal processor by a bi-directional bus is connected to the first the input of the channel control device, and the analog output of the Ethernet controller is connected to the second input of the channel control device.
RU2017111160A 2017-04-03 2017-04-03 Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics RU2664795C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017111160A RU2664795C1 (en) 2017-04-03 2017-04-03 Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017111160A RU2664795C1 (en) 2017-04-03 2017-04-03 Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664795C1 true RU2664795C1 (en) 2018-08-22

Family

ID=63286687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017111160A RU2664795C1 (en) 2017-04-03 2017-04-03 Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664795C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2720698C1 (en) * 2019-07-15 2020-05-12 Тимофей Андреевич Семенюк Device for blocking unauthorized devices
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

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5010503A (en) * 1988-04-20 1991-04-23 Institut Elektrosvarki Imeni E.O. Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr Apparatus for acoustic-emission inspection of articles
RU2105301C1 (en) * 1995-07-06 1998-02-20 Александр Филиппович Паньков Multichannel acoustic-optical device to inspect articles
US6065342A (en) * 1997-10-01 2000-05-23 Rolls-Royce Plc Apparatus and a method of locating a source of acoustic emissions in an article
RU2150698C1 (en) * 1997-11-25 2000-06-10 Государственный Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина Multichannel acoustic emission device to test articles
RU16556U1 (en) * 2000-10-16 2001-01-10 ЗАО "Нефтегазкомплектсервис" ACOUSTIC-EMISSION SYSTEM FOR DIAGNOSTICS OF INDUSTRIAL OBJECTS (OPTIONS)
RU2217741C2 (en) * 2001-03-13 2003-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5010503A (en) * 1988-04-20 1991-04-23 Institut Elektrosvarki Imeni E.O. Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr Apparatus for acoustic-emission inspection of articles
RU2105301C1 (en) * 1995-07-06 1998-02-20 Александр Филиппович Паньков Multichannel acoustic-optical device to inspect articles
US6065342A (en) * 1997-10-01 2000-05-23 Rolls-Royce Plc Apparatus and a method of locating a source of acoustic emissions in an article
RU2150698C1 (en) * 1997-11-25 2000-06-10 Государственный Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина Multichannel acoustic emission device to test articles
RU16556U1 (en) * 2000-10-16 2001-01-10 ЗАО "Нефтегазкомплектсервис" ACOUSTIC-EMISSION SYSTEM FOR DIAGNOSTICS OF INDUSTRIAL OBJECTS (OPTIONS)
RU2217741C2 (en) * 2001-03-13 2003-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина" Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2720698C1 (en) * 2019-07-15 2020-05-12 Тимофей Андреевич Семенюк Device for blocking unauthorized devices
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105612428B (en) Measurement of partial discharge equipment, method for measurement of partial discharge and recording medium
RU2664795C1 (en) Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics
RU2339938C1 (en) Method of diagnosing metallic structures and device for implementing method
KR101280763B1 (en) Measuring instrument of rf signal delay in partial discharge monitoring
RU2599327C1 (en) Acoustic emission method of diagnosis of the products from composite materials based on carbon fiber and device for its implementation
RU2616346C1 (en) Multi-channel digital signal recorder
RU2442155C2 (en) Method and device of welded joints testing by acoustic emission during welding
RU2379677C1 (en) Method of acousto-optical welded seam quality control during welding and device to this end
RU2150698C1 (en) Multichannel acoustic emission device to test articles
RU2736171C1 (en) Multichannel acoustic emission device
RU2217741C2 (en) Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures
RU2684443C1 (en) Method of determining coordinates of sources of acoustic emission signals and device therefor
RU2726278C1 (en) Multichannel acoustic emission device
RU2448343C2 (en) Method of predicting remaining life of metal articles and apparatus for realising said method
KR101882945B1 (en) Real Time Insulation of Electronical installation Inspect System
RU2005103878A (en) METHOD FOR DIAGNOSTIC OF METAL BRIDGE RAILWAYS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2240551C2 (en) Method and device for investigating metal structures
JPS5819987B2 (en) AE
RU104728U1 (en) DEVICE FOR ACOUSTIC AND EMISSION DIAGNOSTICS OF PORCELAIN INSULATORS
RU2429492C1 (en) System to measure linear acceleration parameters
RU2777306C1 (en) Apparatus for processing analogue signals applying digital filtration
JPH01169378A (en) Data collector for partial discharge measuring apparatus
JPS5819986B2 (en) AE Shingo Shinpuku Bunpusokutei Souchi
RU2300761C2 (en) Multichannel acoustics-emission arrangement for articles control
SU737899A1 (en) Device for automatic measuring of statistical characteristics of digital instrument random errors