RU2684443C1 - Method of determining coordinates of sources of acoustic emission signals and device therefor - Google Patents
Method of determining coordinates of sources of acoustic emission signals and device therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2684443C1 RU2684443C1 RU2018117101A RU2018117101A RU2684443C1 RU 2684443 C1 RU2684443 C1 RU 2684443C1 RU 2018117101 A RU2018117101 A RU 2018117101A RU 2018117101 A RU2018117101 A RU 2018117101A RU 2684443 C1 RU2684443 C1 RU 2684443C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- digital
- interval coefficient
- acoustic emission
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating 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
- G01N29/14—Investigating 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
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю металлических конструкций с использованием метода акустической эмиссии.The invention relates to non-destructive testing of metal structures using the acoustic emission method.
Известен способ определения координат источников сигналов акустической эмиссии на металлической конструкции, включающий установку n акустических преобразователей на конструкции, определение скорости распространения сигналов акустической эмиссии на конструкции и разности их времен прихода на акустические преобразователи, вычисление по ним координат источника сигналов акустической эмиссии. Кроме того, в зону, ограниченную пьезоантенной, устанавливается акустический преобразователь имитатора, а расчет времен прихода сигналов акустической эмиссии на акустические преобразователи, составляющие пьезоантенну, производится по отфильтрованным с использованием вейвлет-фильтрации сигналам, рассчитывается погрешность определения координат акустического преобразователя имитатора, подбираются пороговые значения по амплитуде коэффициентов для вейвлет-фильтрации, при которых погрешность определения координат акустического преобразователя имитатора принимает минимальное значение, изменяется частотный диапазон вейвлет-фильтрации до тех пор, пока погрешность определения координат акустического преобразователя имитатора не примет минимальное значение, после чего металлическая конструкция нагружается, а по полученным параметрам вейвлет-фильтрации производится фильтрация сигналов акустической эмиссии и определение их координат (Пат. РФ №2 356 043, МПК G01N 29/14 приоритет от 27.06.2007 г., БИ №14, 2009 г.), принятый за аналог.A known method for determining the coordinates of the sources of acoustic emission signals on a metal structure, including installing n acoustic transducers on the structure, determining the propagation speed of acoustic emission signals on the structure and the difference in their arrival times to the acoustic transducers, calculating the coordinates of the source of acoustic emission signals from them. In addition, an acoustic transducer of the simulator is installed in the zone bounded by the piezoelectric antenna, and the time of arrival of acoustic emission signals to the acoustic transducers constituting the piezoelectric antenna is calculated using the signals filtered out using wavelet filtering, the error in determining the coordinates of the acoustic transducer of the simulator is calculated, and threshold values are selected by the amplitude of the coefficients for wavelet filtering, at which the error in determining the coordinates of the acoustic of the simulator’s educator takes a minimum value, the frequency range of the wavelet filtering changes until the error in determining the coordinates of the simulator’s acoustic transducer takes a minimum value, after which the metal structure is loaded, and acoustic emission signals are filtered by the obtained wavelet filtering parameters and their coordinates are determined (Pat.
К числу основных недостатков данного способа следует отнести большой объем необходимых вычислений. Кроме того, способ вариации частотного диапазона вейвлет-фильтрации применим только при условии использования широкополосных акустических преобразователей. Также следует учитывать, что вейвлет-фильтрация изменяет форму регистрируемого сигнала акустической эмиссии, в связи с чем невозможно полностью исключить риск подавления таких «дополнительных» (по отношению к имеющей наибольшую зарегистрированную амплитуду) частотных составляющих сигнала, которые могут содержать важную информацию о типе источника сигналов акустической эмиссии.The main disadvantages of this method include a large amount of necessary calculations. In addition, the method of varying the frequency range of wavelet filtering is applicable only if the use of broadband acoustic transducers. It should also be noted that wavelet filtering changes the shape of the recorded acoustic emission signal, and therefore it is impossible to completely eliminate the risk of suppressing such “additional” (with respect to the highest recorded amplitude) frequency components of the signal, which may contain important information about the type of signal source acoustic emission.
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, 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 выходом фильтров каналов. Кроме того, в устройстве выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого цифрового мультиплексора, управляющий вход которого соединен и 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 (Пат. РФ №2300761, МПК G01N 29/04, приоритет от 21.10.2004, Бюл. №16. 2007), 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, and also contains a digital-to-analog transducer, comparator, random access memory device, computer bus, series-connected channel switch, main amplifier, analog-to-digital converter, with four switch inputs The channel ora are connected to the output of the channel filters. In addition, 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 random access memory devices are combined and connected to the second output of the control device, the third output of the control device is connected to the control the input of the second 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 / 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 bus of the second multiplexer and is connected to the computer bus (Pat. RF №2300761, IPC
К числу недостатков данного устройства следует отнести низкое быстродействие при обработке сигналов, так как обработка осуществляется в центральном процессоре компьютера. За счет этого временные затраты по пересылке информации возрастают. Кроме того, в данном устройстве практически невозможно аппаратно определять основные параметры сигналов акустической эмиссии и осуществлять дальнейшую фильтрацию сигналов по этим параметрам.The disadvantages of this device include the low speed when processing signals, since the processing is carried out in the central processor of the computer. Due to this, the time spent on sending information increases. In addition, in this device, it is practically impossible to determine the basic parameters of acoustic emission signals in hardware and to further filter the signals by these parameters.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ определения координат источников сигналов акустической эмиссии на металлической конструкции, включающий установку n акустических преобразователей, образующих пьезоантенну, на конструкцию и акустического преобразователя имитатора в зону, ограниченную пьезоантенной, определение скорости распространения сигналов акустической эмиссии на конструкции и разности их времен прихода на акустические преобразователи, вычисление по ним координат дефектов. Кроме того, после установки пьезоантенны осуществляется калибровка конструкции для определения оптимальной длительности двух временных «окон» по минимальному разбросу времен прихода, затем с датчика имитатора снимается напряжение и конструкция нагружается, а времена прихода сигналов акустической эмиссии на датчики пьезоантенны определяются по максимальному значению отношения энергии сигнала во втором временном «окне» к энергии сигнала в первом временном «окне» (Пат. РФ №2 633 002, МПК G01N 29/14, приоритет от 04.07.2016, БИ №29, 2017), принятый за прототип.Closest to the proposed solution is a method for determining the coordinates of the sources of acoustic emission signals on a metal structure, including installing n acoustic transducers forming a piezo antenna on the structure and the acoustic transducer of the simulator in a zone limited by the piezo antenna, determining the propagation speed of acoustic emission signals on the structure and the difference in their times coming to acoustic transducers, calculating the coordinates of defects on them. In addition, after the installation of the piezoelectric antenna, the structure is calibrated to determine the optimal duration of two time “windows” according to the minimum variation in the arrival times, then the voltage is removed from the simulator’s sensor and the structure is loaded, and the arrival times of acoustic emission signals to the piezoelectric antennas are determined by the maximum value of the signal energy ratio in the second time “window” to the signal energy in the first time “window” (Pat. RF No. 2 633 002, IPC
К числу недостатков данного способа следует отнести необходимость применения датчика-имитатора при калибровке объекта контроля для определения времени прихода сигнала акустической эмиссии на датчик, что увеличивает время контроля. Кроме того, в способе, принятом за прототип, фильтрация осуществляется по амплитуде, поэтому помимо полезных сигналов акустической эмиссии регистрируются помехи, амплитуда которых больше порогового значения. Это приводит к снижению достоверности записанной информации и точности локации дефектов.The disadvantages of this method include the need to use a sensor simulator when calibrating the control object to determine the time of arrival of the acoustic emission signal to the sensor, which increases the monitoring time. In addition, in the method adopted for the prototype, the filtering is carried out by amplitude, therefore, in addition to useful acoustic emission signals, noise is recorded whose amplitude is greater than the threshold value. This leads to a decrease in the reliability of the recorded information and the accuracy of the location of defects.
Наиболее близким по технической сущности является 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 и предварительного усилителя, а также фильтра верхних частот, программируемого основного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, цифрового мультиплексора, оперативного запоминающего устройства, шины PCI, центрального процессора компьютера, генератора калибровочных импульсов, двух ключей, причем первый вход первого ключа соединен с выходом акустического преобразователя, а второй вход первого ключа соединен со вторым входом второго ключа и входом двухпозиционного ключа, первый вход второго ключа соединен с выходом предварительного усилителя, при этом первый выход двухпозиционного ключа соединен с фильтром верхних частот, а вторые выходы двухпозиционных ключей каналов объединены и соединены с выходом генератора калибровочных импульсов, вход которого соединен с первым выходом устройства управления режимом синхронизации, в управляющие входы двухпозиционных ключей объединены и соединены со вторым выходом устройства управления режимом синхронизации. Кроме того, оно снабжено фильтрами верхних и нижних частот, цифровым сигнальным процессором, устройством управления режимом канала, причем, первый вход фильтра верхних частот соединен с первым выходом двухпозиционного ключа, а второй вход фильтра верхних частот соединен с первым выходом устройства управления режимом канала, выход фильтра верхних частот соединен с первым входом фильтра нижних частот, второй вход фильтра нижних частот соединен со вторым выходом устройства управления режимом канала, выход фильтра нижних частот соединен с первым входом основного программируемого усилителя, второй вход которого соединен с третьим выходом устройства управления режимом канала, выход основного программируемого усилителя соединен с неинвертирующим входом компаратора и входом аналого-цифрового преобразователя, инвертирующий вход компаратора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, вход цифроаналогового преобразователя соединен с четвертым выходом устройства управления режимом канала, выход компаратора соединен с первыми входами оперативного запоминающего устройства и цифрового сигнального процессора, цифровой выход аналого-цифрового преобразователя соединен шиной со вторым входом оперативного запоминающего устройства, выход которого двунаправленной шиной соединен со вторым входом цифрового сигнального процессора, первый выход которого соединен с третьим входом оперативного запоминающего устройства, третьи входы цифровых сигнальных процессоров каналов блока объединены и соединены с третьим выходом устройства управления режимом синхронизации, цифровой выход цифрового сигнального процессора соединен двунаправленной шиной со входом цифрового мультиплексора для данного канала, второй цифровой выход цифрового сигнального процессора соединен шиной с цифровым входом устройства управления режимом канала, выход цифрового мультиплексора двунаправленной шиной соединен с шиной PCI, которая соединена с цифровым входом устройства управления синхронизации и входом центрального процессора одноплатного промышленного компьютера, выход которого двунаправленной шиной соединен с сетью Ethernet, которая подключена к главному компьютеру (Пат. РФ №2396557, G01N 29/14, от 10.08.2010, приоритет от 16.12.2008), принятый за прототип.The closest in technical essence is 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 and pre-amplifier, as well as a high-pass filter, a programmable main amplifier, analog-to-digital converter, digital multiplexer, random access memory, PCI bus, computer central processor, caliber generator pulses, two keys, the first input of the first key connected to the output of the acoustic transducer, and the second input of the first key connected to the second input of the second key and the input of the on-off key, the first input of the second key connected to the output of the pre-amplifier, while the first output of the on-off key is connected with a high-pass filter, and the second outputs of the on-off channel keys are combined and connected to the output of the calibration pulse generator, the input of which is connected to the first output of the device ION synchronization mode in the key-off control inputs are combined and connected to the second output mode control unit synchronization. In addition, it is equipped with high-pass and low-pass filters, a digital signal processor, a channel mode control device, moreover, the first high-pass filter input is connected to the first output of the on-off key, and the second high-pass filter input is connected to the first output of the channel mode control, output the high-pass filter is connected to the first input of the low-pass filter, the second input of the low-pass filter is connected to the second output of the channel mode control device, the output of the low-pass filter is connected to the first input of the main programmable amplifier, the second input of which is connected to the third output of the channel mode control device, the output of the main programmable amplifier is connected to the non-inverting input of the comparator and the input of the analog-to-digital converter, the inverting input of the comparator is connected to the output of the digital-to-analog converter, the input of the digital-to-analog converter is connected to the fourth output channel mode control devices, the comparator output is connected to the first inputs of random access memory about the device and the digital signal processor, the digital output of the analog-to-digital converter is connected by a bus to the second input of the random access memory, the output of which is connected by a bi-directional bus to the second input of the digital signal processor, the first output of which is connected to the third input of the random access memory, third inputs of digital signal processors block channels are combined and connected to the third output of the synchronization mode control device, digital output of a digital signal about the processor is connected by a bi-directional bus to the digital multiplexer input for this channel, the second digital output of the digital signal processor is connected by a bus to the digital input of the channel mode control device, the output of the digital multiplexer by a bi-directional bus is connected to the PCI bus, which is connected to the digital input of the synchronization control device and the central input the processor of a single-board industrial computer, the output of which by a bi-directional bus is connected to an Ethernet network, which is connected to the main computer (Pat. RF №2396557,
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности аппаратного определения времен прихода сигналов акустической эмиссии на датчики пьезоантенны. Данная операция осуществляется в главном компьютере после передачи в него оцифрованной формы сигналов акустической эмиссии с устройства. Кроме того, запись сигналов акустической эмиссии и шумов выполняется при превышении ими амплитуд установленного порогового значения. Это снижает помехоустойчивость устройства, и приводит к записи шумов.The disadvantage of this device is the lack of hardware-based determination of the arrival times of acoustic emission signals to the piezoelectric antenna. This operation is carried out in the host computer after the digitized form of acoustic emission signals from the device is transmitted to it. In addition, acoustic emission signals and noise are recorded when they exceed the amplitudes of the set threshold value. This reduces the noise immunity of the device, and leads to the recording of noise.
При разработке заявляемого способа определения координат источников сигналов акустической эмиссии и устройства для его осуществления была поставлена задача повышения достоверности и точности локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле.When developing the proposed method for determining the coordinates of the sources of acoustic emission signals and a device for its implementation, the task was to increase the reliability and accuracy of the location of defects in acoustic emission monitoring.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе определения координат источников сигналов акустической эмиссии на металлической конструкции, включающем установку n акустических преобразователей, образующих пьезоантенну, калибровку конструкции, регистрацию сигналов акустической эмиссии каждым измерительным каналом, определение скорости распространения сигналов акустической эмиссии и разности их времен прихода на акустические преобразователи, вычисление по ним координат дефектов. Кроме того, при калибровке конструкции осуществляется определение порогового значения двухинтервального коэффициента, регистрация сигнала акустической эмиссии производится в момент превышения порогового уровня двухинтервального коэффициента в одном из каналов пьезоантенны, при этом определяется его максимальное значение, а определение времени прихода сигналов на группу каналов, образующих пьезоантенну, осуществляется при условии: 
Поставленная задача решается также за счет того, что устройство для реализации способа по п. 1, состоящее из 1…n блоков, каждый из которых содержит четыре измерительных канала, состоящих из последовательно соединенных акустического преобразователя, усилителя, фильтров верхних и нижних частот, программируемого основного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, оперативного запоминающего устройства, цифрового сигнального процессора, центрального процессора компьютера, генератора калибровочных импульсов, двух ключей, причем первый вход первого ключа соединен с выходом акустического преобразователя, а второй вход первого ключа соединен со вторым входом второго ключа и входом двухпозиционного переключателя, первый вход второго ключа соединен с выходом предварительного усилителя, при этом первый выход двухпозиционного переключателя соединен с первым входом фильтра верхних частот, а вторые выходы двухпозиционных переключателей каналов объединены и соединены с выходом генератора калибровочных импульсов, вход которого соединен с первым выходом устройства управления режимом синхронизации, а управляющие входы двухпозиционных переключателей объединены и соединены со вторым выходом устройства управления режимом синхронизации, а первый цифровой выход цифрового сигнального процессора соединен со входом устройства управления режимом работы канала, первый выход которого соединен со вторым входом фильтра верхних частот, второй выход устройства управления режимом работы канала соединен со вторым входом фильтра нижних частот, третий выход устройства управления режимом работы канала соединен со вторым входом основного программируемого усилителя. Кроме того, согласно изобретению, оно снабжено блоком расчета двухинтервального коэффициента, шиной данных, логической схемой ИЛИ, при этом цифровой выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым цифровым входом блока расчета двухинтервального коэффициента, второй цифровой вход которого соединен с входом цифрового сигнального процессора, цифровой выход блока расчета двухинтервального коэффициента соединен с первым цифровым входом оперативного запоминающего устройства, а каждый аналоговый выход соединен с соответствующими входами логической схемы ИЛИ, выход которой соединен с четвертым аналоговым входом устройства управления, цифровой выход оперативного запоминающего устройства связан с цифровым входом цифрового сигнального процессора двунаправленной цифровой шиной, выход которого двунаправленной цифровой шиной связан с шиной данных, которая соединена с устройством управления, третий аналоговый выход устройства управления соединен с аналоговыми входами блока расчета двухинтервального коэффициента, оперативного запоминающего устройства и цифрового сигнального процессора.The problem is also solved due to the fact that the device for implementing the method according to
В блоке расчета двухинтервального коэффициента, первый цифровой вход соединен с ячейками буфера памяти оперативного запоминающего устройства ОЗУ1, выход каждой ячейки соединен с первым входом каждого из четырех регистров отсчета Рг, второй вход каждого регистра соединен с выходом регистра хранения кода среднего значения РгС измерений аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен со вторым цифровым входом блока расчета двухинтервального коэффициента, выходы регистров Рг1 и Рг65 соединены с первыми входами сумматоров См1, См2, выходы регистров Рг64, Рг128 соединены со вторыми входами сумматоров См1, См2, выходы сумматоров См1 и См2 соединены с первым и вторым входами делителя кодов сумм Д, первый вход компаратора К соединен с выходом регистра хранения кода порога двухинтервального коэффициента РгП, вход которого соединен со вторым цифровым входом блока расчета двухинтервального коэффициента, выход делителя кодов сумм Д соединен со вторым входом цифрового компаратора кодов К и первым цифровым входом блока определения максимума двухинтервального коэффициента со счетчиком номера отсчета М, выход компаратора К соединен с входом логической схемы ИЛИ, второй вход блока определения максимума двухинтервального коэффициента со счетчиком номера отсчета М соединен с выходом логической схемы ИЛИ, цифровой выход которого соединен с входом цифрового сигнального процессора.In the block for calculating the two-interval coefficient, the first digital input is connected to the memory buffer cells of
Предлагаемая система по сравнению с существующими акустико-эмиссионными системами (Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н., Кабанов С.И. и др. Акустико-эмиссионный контроль авиационных конструкций - / под ред. Л.Н. Степановой, А.Н. Серьезнова - М.: Машиностроение / Машиностроение - Полет, 2008 - 440 с.) позволяет снизить влияние шумов на достоверность определения времени прихода сигнала акустической эмиссии на акустические датчики и повысить точность локации сигналов акустической эмиссии.The proposed system in comparison with existing acoustic emission systems (Serozhnov A.N., Stepanova L.N., Kabanov S.I. et al. Acoustic emission monitoring of aircraft structures - / edited by L.N. Stepanova, A. N. Seriousznova - M.: Mechanical Engineering / Mechanical Engineering - Flight, 2008 - 440 p.) Allows to reduce the influence of noise on the reliability of determining the time of arrival of an acoustic emission signal to acoustic sensors and to improve the accuracy of location of acoustic emission signals.
На фиг. 1 представлена схема подключения предварительных усилителей и акустических преобразователей к блоку обработки информации, на фиг. 2 - функциональная схема многоканальной акустико-эмиссионной системы, на фиг. 3 - функциональная схема цифрового блока расчета двухинтервального коэффициента, на фиг. 4 - график зависимости изменения амплитуды сигналов акустической эмиссии и двухинтервального коэффициента от времени.In FIG. 1 shows a connection diagram of preamplifiers and acoustic transducers to an information processing unit, FIG. 2 is a functional diagram of a multi-channel acoustic emission system; FIG. 3 is a functional diagram of a digital unit for calculating a two-interval coefficient; FIG. 4 is a graph of the change in the amplitude of the acoustic emission signals and the two-interval coefficient versus time.
Устройство, реализующее способ определения координат источников сигналов акустической эмиссии (фиг. 2), содержит:A device that implements a method for determining the coordinates of the sources of acoustic emission signals (Fig. 2), contains:
1 - измерительный блок;1 - measuring unit;
2 - акустический преобразователь;2 - acoustic transducer;
3 - предварительный усилитель;3 - pre-amplifier;
4 - фильтр верхних частот;4 - high-pass filter;
5 - фильтр нижних частот;5 - low pass filter;
6 - основной программируемый усилитель;6 - the main programmable amplifier;
7 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);7 - analog-to-digital Converter (ADC);
8 - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);8 - random access memory (RAM);
9 - цифровой сигнальный процессор;9 - digital signal processor;
10 - центральный процессор компьютера;10 - computer central processor;
11 - генератор калибровочных импульсов;11 - generator of calibration pulses;
12, 13 - ключи для переключения режима работы предварительного усилителя;12, 13 - keys for switching the operation mode of the preliminary amplifier;
14 - двухпозиционный переключатель режима «имитатор-прием»;14 - on-off switch mode "simulator-reception";
15 - устройство управления режимом синхронизации;15 - control device synchronization mode;
16 - устройство управления режимом работы канала;16 - channel operating mode control device;
17 - блок расчета двухинтервального коэффициента;17 - block calculating a two-interval coefficient;
18 - шина данных;18 - data bus;
19 - логическая схема ИЛИ.19 is a logic diagram OR.
20 - контроллер сети Ethernet;20 - Ethernet network controller;
21 - сеть Ethernet.21 - Ethernet network.
Блок расчета двухинтервального коэффициента (фиг. 3) содержит:The unit for calculating the two-interval coefficient (Fig. 3) contains:
22 - регистр РгС хранения кода среднего значения измерений аналого-цифрового преобразователя;22 - register RGS code storage of the average measurement value of the analog-to-digital Converter;
23 - ячейка 1 буфера памяти с адресом 1;23 -
24 - ячейка 64 буфера памяти с адресом 64;24 - cell 64 of the memory buffer with address 64;
25 - ячейка 65 буфера памяти с адресом 65;25 - cell 65 of the memory buffer with address 65;
26 - ячейка 128 буфера памяти с адресом 128;26 - cell 128 of the memory buffer with address 128;
27 - регистр Рг1 отсчета 1 первого «окна»;27 - register Rg1 of
28 - регистр Рг64 отсчета 64 первого «окна»;28 - register Rg64 reference 64 of the first "window";
29 - регистр Рг65 отсчета 1 второго «окна»;29 -
30 - регистр Рг128 отсчета 64 второго «окна»;30 - register Rg128 reference 64 of the second "window";
31 - регистр РгП хранения кода порога двухинтервального коэффициента;31 - register RGP storage code threshold two-interval coefficient;
32 - сумматор См1 кодов отсчетов первого «окна»;32 - adder cm1 codes of samples of the first "window";
33 - сумматор См2 кодов отсчетов второго «окна»;33 - adder cm2 codes of samples of the second "window";
34 - делитель Д кодов сумм;34 - the divider D codes of amounts;
35 - цифровой компаратор К кодов;35 - digital comparator K codes;
36 - блок определения максимума М двухинтервального коэффициента со счетчиком номера отсчета.36 is a block determining the maximum M of a two-interval coefficient with a counter of the reference number.
Практическая реализация предлагаемого устройства выполняется по известным схемам с использованием следующих компонентов:The practical implementation of the proposed device is performed according to known schemes using the following components:
1. Схема предварительного усилителя 3 приведена в книге (А.Н. Серьезное Л.Н. Степанова, В.В. Муравьев и др. Акустико-эмиссионная диагностика конструкций / под редакцией Л.Н. Степановой. - М.: Радио и связь, 2000, стр. 83, рис 3.3).1. The scheme of the
2. Фильтры верхних и нижних частот реализуются на динамически программируемых аналоговых сигнальных процессорах типа AN231E04. Пример их реализации приведен на сайте www.anadigm.com.2. High-pass and low-pass filters are implemented on dynamically programmable analog signal processors of the AN231E04 type. An example of their implementation is given on the website www.anadigm.com.
3. Цифровой сигнальный процессор выполнен на микросхеме фирмы «Analog Devices» ADSP-BF537.3. The digital signal processor is made on an ADSP-BF537 chip from Analog Devices.
4. Устройство управления, выполнено на программируемых логических интегральных схемах ПЛИС фирмы «Altera» семейства Cyclone V - 5CEBA4F17C8N.4. The control device is made on programmable logic integrated circuits FPGAs of the company "Altera" of the Cyclone V family - 5CEBA4F17C8N.
5. Аналого-цифровой преобразователь акустического канала выполнен на микросхеме AD9649 фирмы «Analog Devices».5. The analog-to-digital converter of the acoustic channel is made on the AD9649 chip of the Analog Devices company.
6. Оперативное запоминающее устройство выполнено на микросхемах статического ОЗУ AS7C1026.6. Random access memory is based on AS7C1026 static RAM chips.
7. Одноплатный промышленный компьютер выполнен на основе платы фирмы «Fastwel» CPU686EC-104 в стандарте РС/104.7. The single-board industrial computer is based on a Fastwel CPU686EC-104 board in the PC / 104 standard.
8. Генератор калибровочных импульсов 7 собран по схеме, приведенной в книге (А.Н. Серьезное, Л.Н. Степанова, В.В. Муравьев и др. Диагностика объектов транспорта методом акустической эмиссии / под редакцией Л.Н. Степановой, В.В. Муравьева. - М.: Машиностроение / Машиностроение - Полет, 2004, с. 56, рис 3.6).8. The generator of
9. Блок расчета двухинтервального коэффициента выполнен на программируемых логических интегральных схемах ПЛИС фирмы «Altera» семейства Cyclone V - 5CEBA4F17C8N.9. The block for calculating the two-interval coefficient is made on programmable logic integrated circuits of FPGAs of the Altera company of the Cyclone V family - 5CEBA4F17C8N.
Информация о микросхемах находится на официальных сайтах фирм Analog Devices, Motorolla, Altera, Texas Instruments (Motorolla - www.moto.com; фирмы ALTERA - www.altera.com; фирмы Analog Devices - www.ad.com, фирмы Texas Instruments - www.ti.com, www.anadigm.com, www.prosoft.ru).Information on microcircuits is available on the official websites of Analog Devices, Motorolla, Altera, Texas Instruments (Motorolla - www.moto.com; ALTERA - www.altera.com; Analog Devices - www.ad.com, Texas Instruments - www .ti.com, www.anadigm.com, www.prosoft.ru).
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 2, усилителя 3, фильтров верхних 4 и нижних 5 частот, программируемого основного усилителя 6, аналого-цифрового преобразователя 7, оперативного запоминающего устройства 8, цифрового сигнального процессора 9, центрального процессора компьютера 10, генератора калибровочных импульсов 11, двух ключей 12, 13, причем первый вход первого ключа 12 соединен с выходом акустического преобразователя 2, а второй вход первого ключа 12 соединен со вторым входом второго ключа 13 и входом двухпозиционного переключателя 14, первый вход второго ключа 13 соединен с выходом предварительного усилителя 3, при этом первый выход двухпозиционного переключателя 14 соединен с первым входом фильтра верхних частот 4, а вторые выходы двухпозиционных переключателей 14 каналов объединены и соединены с выходом генератора калибровочных импульсов 11, вход которого соединен с первым выходом устройства управления режимом синхронизации 15, а управляющие входы двухпозиционных переключателей 14 объединены и соединены со вторым выходом устройства управления режимом синхронизации 15, а первый цифровой выход цифрового сигнального процессора 9 соединен со входом устройства управления режимом работы канала 16, первый выход которого соединен со вторым входом фильтра верхних частот 4, второй выход устройства управления режимом работы канала соединен со вторым входом фильтра нижних частот 5, третий выход устройства управления режимом работы канала 16 соединен со вторым входом основного программируемого усилителя 6, блок расчета двухинтервального коэффициента 17, шину данных 18, логическую схему ИЛИ 19, причем, цифровой выход аналого-цифрового преобразователя 7 соединен с первым цифровым входом блока расчета двухинтервального коэффициента 17, второй цифровой вход которого соединен двунаправленной шиной с входом цифрового сигнального процессора 9, цифровой выход блока расчета двухинтервального коэффициента 17 соединен с первым цифровым входом оперативного запоминающего устройства 8, а каждый аналоговый выход (Y1-Y4) блока расчета двухинтервального коэффициента 17 соединен с соответствующими входами логической схемы ИЛИ 19, цифровой выход оперативного запоминающего устройства 8 связан с цифровым входом цифрового сигнального процессора 9 двунаправленной цифровой шиной, выход которого двунаправленной цифровой шиной связан с шиной данных 18, которая соединена с устройством управления режимом синхронизации 15, третий аналоговый выход которого соединен с аналоговыми входами блока расчета двухинтервального коэффициента 17, оперативного запоминающего устройства 8 и цифрового сигнального процессора 9, выход логической схемы ИЛИ 19 соединен с четвертым аналоговым входом устройства управления режимом синхронизации 15.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, amplifier 3, high-pass filters 4 and low-5 frequencies, programmable main amplifier 6, analog a digital converter 7, random access memory 8, a digital signal processor 9, a central processor of a computer 10, a generator of calibration pulses 11, two keys 12, 13, the first input being the first key 12 is connected to the output of the acoustic transducer 2, and the second input of the first key 12 is connected to the second input of the second key 13 and the input of the on-off switch 14, the first input of the second key 13 is connected to the output of the pre-amplifier 3, while the first output of the on-off switch 14 is connected to the first input of the high-pass filter 4, and the second outputs of the on-off switches 14 channels are combined and connected to the output of the calibration pulse generator 11, the input of which is connected to the first output of the devices control the synchronization mode 15, and the control inputs of the on-off switches 14 are combined and connected to the second output of the control device of the synchronization mode 15, and the first digital output of the digital signal processor 9 is connected to the input of the control device of the operating mode of channel 16, the first output of which is connected to the second input of the upper filter frequency 4, the second output of the channel mode control device is connected to the second input of the low-pass filter 5, the third output of the channel mode control device La 16 is connected to the second input of the main programmable amplifier 6, a block for calculating a two-interval coefficient 17, a data bus 18, a logic circuit OR 19, moreover, the digital output of the analog-to-digital converter 7 is connected to the first digital input of the block for calculating a two-interval coefficient 17, the second digital input of which connected by a bi-directional bus to the input of the digital signal processor 9, the digital output of the calculation unit of the two-interval coefficient 17 is connected to the first digital input of random access memory 8 and each analog output (Y1-Y4) of the two-interval coefficient calculation unit 17 is connected to the corresponding inputs of the OR logic 19, the digital output of the random access memory 8 is connected to the digital input of the digital signal processor 9 by a bi-directional digital bus, the output of which is a bi-directional digital bus connected to the bus data 18, which is connected to the control device of the synchronization mode 15, the third analog output of which is connected to the analog inputs of the unit for calculating the two-interval coefficient 17, random access memory 8 and a digital signal processor 9, the output of the logic circuit OR 19 is connected to the fourth analog input of the device for controlling the synchronization mode 15.
В устройстве для реализации способа определения координат источников сигналов акустической эмиссии соединение четырехканальных измерительных блоков осуществляется сетью Ethernet 21. При этом счетчики времени каждого блока синхронизируются с точностью до 1⋅10-6 сек.In an apparatus for implementing the method for determining the acoustic emission signal sources coordinate compound four-channel measuring units carried
Акустико-эмиссионное устройство позволяет реализовать следующие режимы работы:The acoustic emission device allows you to implement the following modes of operation:
- режим калибровки с имитатором;- calibration mode with a simulator;
- режим отстройки от шумов;- a mode of detuning from noise;
- прием дискретных сигналов акустической эмиссии при превышении ими порогового уровня двухинтервального коэффициента.- reception of discrete acoustic emission signals when they exceed the threshold level of the two-interval coefficient.
Устройство для осуществления способа определения координат источников сигналов акустической эмиссии работает следующим образом.A device for implementing the method for determining the coordinates of the sources of acoustic emission signals works as follows.
Вначале производится тестирование конструкции, состоящее в измерении скорости звука и определении разности времен прихода сигнала на акустические преобразователи 2 и порогового значения двухинтервального коэффициента 17, а также отстройки от шумов. На испытываемый объект устанавливаются акустические преобразователи 2 и воспроизводится штатный режим работы без испытательного нагружения. Тестирование конструкции осуществляют с использованием режима калибровки. При этом выбранный измерительный канал блока переводится в режим имитатора сигналов акустической эмиссии. Для этого подается команда от центрального процессора компьютера 10 через устройство управления режимом синхронизации 15. На двухпозиционный переключатель режима «имитатор-прием» 14 соответствующего канала подается сигнал, отключающий питание с предварительного усилителя 3, а на его вход подключается выход генератора калибровочных импульсов 11. При этом ключи 12, 13 предварительного усилителя 3 переключаются в режим имитатора, при котором ключ 12 замкнут, а ключ 13 - разомкнут. Затем подается команда от центрального процессора компьютера 10 через устройство управления 15 на запуск генератора калибровочных импульсов 11. Высоковольтный импульс через двухпозиционный переключатель режима «имитатор-прием» 14 поступает на предварительный усилитель 3 и через замкнутые контакты ключа 12 - на вход акустического преобразователя 2. При этом остальные каналы устройства работают в режиме приема сигналов акустической эмиссии. Далее все каналы устройства поочередно переключаются в режим имитатора, и производится полная калибровка зон контроля по временам распространения сигналов и по качеству установки акустических преобразователей на объекте контроля.First, the design is tested, which consists in measuring the speed of sound and determining the difference in the times of arrival of the signal to the
Перед началом работы в блок расчета двухинтервального коэффициента и времен прихода 17 записываются значения кодов пороговых двухинтервальных коэффициентов и кодов средних значений измерений аналого-цифрового преобразователя 7. Запись осуществляется при подаче команды от центрального процессора компьютера 10 через устройство управления 15 и шину данных 18 в цифровой сигнальный процессор 9. Цифровой сигнальный процессор 9 передает код порогового двухинтервального коэффициента и код среднего значения в блок расчета двухинтервального коэффициента 17. Затем устанавливается режим работы аналоговой части канала и определяется коэффициент усиления основного программируемого усилителя 6, частоты среза фильтров верхних 4 и нижних 5 частот. Для этого подаются команды от центрального процессора компьютера 10 через устройство управления 15 и шину данных 18 в цифровой сигнальный процессор 9.Before starting work, in the unit for calculating the two-interval coefficient and
Цифровой сигнальный процессор 9 записывает в устройство управления режимом канала 16 соответствующие коды управления. Затем в счетчик числа отсчетов, находящийся в оперативном запоминающем устройстве 8, который является счетчиком адреса, записывается код, соответствующий времени записи оцифрованного сигнала и равный количеству записанных отсчетов аналого-цифрового преобразователя 7. После этого подается команда разрешения от цифрового сигнального процессора 9 в оперативное запоминающее устройство 8 на запись кодов результатов измерений аналого-цифрового преобразователя 7.The digital signal processor 9 writes the corresponding control codes to the mode control device of
Шумовой электрический сигнал регистрируется акустическими преобразователями 2 и с их выхода поступает на вход предварительного усилителя 3, где он усиливается на 40 дБ. С выхода предварительного усилителя 3 через замкнутый ключ 13 и двухпозиционный переключатель режима 14 «имитатор-прием», находящийся в режиме приема, сигнал поступает на последовательно включенные управляемые фильтры верхних 4 и нижних 5 частот. С выхода фильтра нижних частот 5 сигнал поступает на вход основного программируемого усилителя 6. В основном усилителе 6 сигнал усиливается до необходимого уровня и затем поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 7, где происходит дискретизация аналогового шумового сигнала. С выхода аналого-цифрового преобразователя 7 цифровой код через блок расчета двухинтервального коэффициента 17 поступает на вход оперативного запоминающего устройства 8, где он запоминается. Цифровой сигнальный процессор 9 в каждом канале непрерывно считывает из оперативного запоминающего устройства 8 измерительную информацию, производит ее обработку (спектральный анализ) и если в спектре появляются шумовые сигналы, то изменяет полосу пропускания канала, управляя фильтрами низких 5 и верхних 4 частот через устройство управления режимом канала 16. В случае высокого уровня шума цифровой сигнальный процессор 9 уменьшает коэффициент усиления основного программируемого усилителя 6. Таким образом, после тестовой процедуры, устройство готово к проведению испытательного нагружения с максимальным подавлением паразитных шумов. Кроме того, после тестовой процедуры цифровой сигнальный процессор 9 в каждом канале рассчитывает среднее значение кодов измерения аналого-цифрового преобразователя 7 для работы блока расчета двухинтервального коэффициента 17. Информация о настройках каналов и средние измеренные значения кодов аналого-цифровых преобразователей 7 считываются по шине данных 18, через устройство управления 15 в центральный процессор компьютера 10.Noise electrical signal is recorded by
При нагружении объекта контроля акустический сигнал преобразуется акустическим преобразователем 2 в электрический сигнал, поступающий на вход предварительного усилителя 3, где он усиливается на 40 дБ. С выхода предварительного усилителя 3 через замкнутый ключ 13 и двухпозиционный переключатель режима «имитатор-прием» 14, находящийся в режиме приема, сигнал поступает на последовательно включенные управляемые фильтры верхних 4 и нижних 5 частот, которые выполняют фильтрацию помех и шумов. С выхода фильтра нижних частот 5 сигнал поступает на вход основного программируемого усилителя 6 с изменяемым коэффициентом усиления, где он усиливается до необходимого уровня и затем поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 7, осуществляющего дискретизацию аналогового сигнала и преобразование его в цифровой эквивалент. С выхода аналого-цифрового преобразователя 7 цифровой код поступает на вход блока расчета двухинтервального коэффициента 17 и далее проходит в оперативное запоминающее устройство 8, где он запоминается.When loading the control object, the acoustic signal is converted by the
В блоке расчета двухинтервального коэффициента 17 в цифровом виде осуществляется расчет текущего значения двухинтервального коэффициента. При превышении величины порогового уровня, записанного в регистре кода порога двухинтервального коэффициента, на выходе Y1 блока 17 появляется сигнал высокого логического уровня, который поступает на логическую схему ИЛИ 19. Если хотя бы в одном из четырех каналов блока будет превышен порог двухинтервального коэффициента, то на выходе логической схемы ИЛИ 19 появляется сигнал высокого логического уровня, поступающий на вход устройства управления 15. По этому сигналу устройство управления 15 формирует управляющий сигнал в оперативном запоминающем устройстве 8, по которому запускается таймер времени отсечки (счетчик адреса), и по окончании этого времени запись кодов аналого-цифрового преобразователя 7 в оперативное запоминающее устройство 8 останавливается. По сигналу превышения порога селекции сбрасывается счетчик номера отсчета в блоке расчета двухинтервального коэффициента и времен прихода 17, а в устройстве управления 15, по сигналу превышения порога регистрируется общее для всех четырехканальных блоков время прихода первого сигнала.In the block for calculating the two-
После окончания времени измерения цифровой сигнальный процессор 9 получает возможность считывать предварительно записанную в оперативном запоминающем устройстве 8 измерительную информацию. Для определения времени прихода акустических сигналов цифровой сигнальный процессор 9 считывает с выхода блока расчета двухинтервального коэффициента 17 код времени прихода сигнала относительно времени превышения порога.After the end of the measurement time, the digital signal processor 9 is able to read the measurement information previously recorded in the random access memory 8. To determine the time of arrival of acoustic signals, the digital signal processor 9 reads from the output of the calculation unit of the two-
Определение времен прихода сигналов на группу каналов, образующих пьезоантенну, осуществляется при условии:The determination of the arrival times of signals to a group of channels forming a piezoelectric antenna is carried out under the condition:
где Δtдоп - допустимое время распространения сигнала акустической эмиссии в области контроля, мкс; 2R - диаметр области контроля, м; С - скорость звука м/с.where Δt add - permissible propagation time of the acoustic emission signal in the control area, μs; 2R - diameter of the control area, m; C is the speed of sound m / s.
Полученные разности времен прихода Δt сигналов акустической эмиссии цифровой сигнальный процессор 9 записывает в устройство управления 15, где производится их сравнение с допустимыми значениями, определяемыми по формуле (1).The resulting difference in the arrival times Δt of the acoustic emission signals, the digital signal processor 9 records in the
Если значения разностей времен прихода находятся в допускаемом интервале, то информация о сигнале акустической эмиссии записывается в контроллер сети Ethernet 20, а далее по сети Ethernet 21 - в центральный процессор компьютера 10, где производится расчет координат источника сигналов акустической эмиссии. Готовность к приему следующих сигналов определяет устройство управления 15, считывая значения выходных сигналов логической схемы ИЛИ 19. Как только на выходе логической схемы ИЛИ 19 появится сигнал низкого логического уровня заранее заданной определенной длительности, то устройство управления 15 выдаст в оперативное запоминающее устройство 9 сигнал, по которому разрешается запись информации. При этом устройство готово к приему следующего сигнала. При этом центральный процессор компьютера 10 через равные интервалы времени генерирует широковещательные синхронизирующие пакеты данных, а каждый измерительный блок при получении такого пакета сбрасывает внутренний счетчик времени и регистрирует номер синхронизирующего пакета. Полученные данные о временах прихода акустических сигналов центральный процессор компьютера 10 использует для расчета координат дефектов с использованием данных режима калибровки. Цифровые сигнальные процессоры 9 каждого канала измерительного блока, кроме управления режимом работы канала, обрабатывают зарегистрированные сигналы с целью отнесения их к группе сигналов, зарегистрированных до этого момента от того же источника акустической эмиссии, методом сравнения цифровой формы и параметров сигнала. Для этого необходимо реализовать алгоритмы обработки сигналов с использованием методов вейвлет-анализа (Степанова Л.Н., Серьезнов А.Н., Кабанов С.И., Рамазанов И.С Использование вейвлет-преобразований для локации сигналов акустической эмиссии // Контроль. Диагностика, 2017, №10, С. 18-26). При выполнении быстрого вейвлет-преобразования выбирается его уровень, содержащий максимальный коэффициент вейвлет-детализации:If the values of the differences of the arrival times are within the acceptable interval, then the information about the acoustic emission signal is written to the
где dmax - максимальный коэффициент вейвлет-детализации; jmax - номер уровня вейвлет-разложения, на котором найден максимальный коэффициент вейвлет-детализации; imax - его индекс, соответствующий времени; di,j 0<i<N(j); j≤K - детализирующие коэффициенты уровня j; N(j) - длина вектора коэффициентов вейвлет-детализации уровня j; K - параметр максимального уровня вейвлет-преобразования, ограниченный условием:where d max is the maximum coefficient of wavelet detail; j max is the number of the level of wavelet decomposition at which the maximum coefficient of wavelet detail is found; i max is its index corresponding to time;
K≤log2N,K≤log 2 N,
где N - число отсчетов в оцифрованной форме сигнала акустической эмиссии.where N is the number of samples in the digitized form of the acoustic emission signal.
Порядок работы блока расчета двухинтервального коэффициента 17 состоит в следующем. Двухинтервальный коэффициент рассчитывается как отношение сумм модулей амплитуды сигналов в двух смежных временных «окнах»:The operating procedure of the unit for calculating the two-
где A(t-Т) - параметр модуля амплитуды, характеризующий энергию сигнала в первом временном «окне», в момент прихода сигнала, соответствующем его предыстории; A(t) - параметр модуля амплитуды, характеризующий энергию сигнала во втором временном «окне» в момент прихода сигнала, соответствующем его переднему фронту (Диагностика объектов транспорта методом акустической эмиссии / Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н., Муравьев В.В. и др.; Под ред. Л.Н. Степановой, В.В. Муравьева - М.: Машиностроение / Машиностроение - Полет, 2004, стр. 86-87).where A (t-Т) is the amplitude module parameter characterizing the signal energy in the first time “window”, at the moment of the signal arrival, corresponding to its history; A (t) is the amplitude modulus parameter characterizing the signal energy in the second time “window” at the moment of the signal arrival corresponding to its leading edge (Diagnostics of transport objects by acoustic emission method / A. Serzheznov, L. N. Stepanova, V. Muravyev V. et al .; Edited by L.N. Stepanova, V.V. Muravyov - M .: Mechanical Engineering / Mechanical Engineering - Flight, 2004, pp. 86-87).
Для этого в предлагаемом способе рассчитывается двухинтервальный коэффициент, что достигается включением в устройство блока расчета двухинтервального коэффициента, шины данных, логической схемы ИЛИ. При увеличении уровня шума в процессе испытаний компаратор системы срабатывает при определении порога по напряжению. Однако двухинтервальный коэффициент при этом не изменится, так как уровень шума добавляется в оба «окна» и их отношение остается неизменным. В результате этого шумовые сигналы не регистрируются и не будет значительного влияния шума на определение момента прихода сигнала акустической эмиссии, а, следовательно, повысится точность определения координат дефектов.To do this, the proposed method calculates a two-interval coefficient, which is achieved by including in the device a unit for calculating a two-interval coefficient, data bus, OR logic circuit. When the noise level increases during testing, the system comparator is triggered when the voltage threshold is determined. However, the two-interval coefficient will not change in this case, since the noise level is added to both “windows” and their ratio remains unchanged. As a result of this, noise signals are not recorded and there will be no significant effect of noise on determining the moment of arrival of an acoustic emission signal, and, therefore, the accuracy of determining the coordinates of defects will increase.
Зависимость величины двухинтервального коэффициента от времени для двух последовательно зарегистрированных сигналов акустической эмиссии, где два максимума соответствуют времени прихода сигнала акустической эмиссии, вычисляется в блоке расчета двухинтервального коэффициента 17 по номеру отсчета формирования указанных максимумов (см. фиг. 4). Пороговый уровень значения двухинтервального коэффициента, при превышении которого на выходе компаратора К 35 (фиг. 3) формируется высокий логический уровень, инициирует начало регистрации очередного сигнала акустической эмиссии. Падение значения двухинтервального коэффициента до уровня ниже порогового происходит задолго до уменьшения амплитуды сигнала (фиг. 4) и обеспечивает готовность устройства к записи очередного сигнала непосредственно после окончания времени измерения текущего сигнала.The dependence of the value of the two-interval coefficient on time for two sequentially recorded acoustic emission signals, where two peaks correspond to the time of arrival of the acoustic emission signal, is calculated in the block for calculating the two-
Расчет параметра модуля амплитуды A(t) по цифровой форме сигнала производится по формуле:The calculation of the parameter of the amplitude module A (t) according to the digital signal form is performed according to the formula
где ωd - частота дискретизации сигнала акустической эмиссии; ui - отсчеты цифровой формы сигнала акустической эмиссии.where ω d is the sampling frequency of the acoustic emission signal; u i - samples of the digital form of the acoustic emission signal.
При использовании быстрого вейвлет-преобразования с одновременным поиском уровня jmax, содержащего максимальный коэффициент вейвлет-детализации, рассчитываемый по формуле (2), расчет параметра модуля амплитуды A(t) производится по формуле:When using fast wavelet transform with a simultaneous search for the level j max containing the maximum coefficient of wavelet detail calculated by formula (2), the calculation of the amplitude modulus parameter A (t) is performed by the formula:
где ceil[t] - операция вычисления ближайшего целого, большего или равного времени t; 
Поскольку для расчета коэффициентов вейвлет-детализации используется свертка исходного сигнала акустической эмиссии с нормированным цифровым фильтром, вид зависимости величины двухинтервального коэффициента K(t) от времени и его максимальное значение 
За время прихода сигнала принимается время, когда значение двухинтервального коэффициента K(t), рассчитываемого по формуле (3), максимально.During the signal arrival time, the time is taken when the value of the two-interval coefficient K (t) calculated by formula (3) is maximum.
Код аналого-цифрового преобразователя представляет собой 14-разрядное беззнаковое двоичное число. Для расчета двухинтервального коэффициента среднее значение кодов аналого-цифрового преобразователя в сигнале должно быть равно нулю, поэтому для корректного расчета необходимо считать сумму положительных отклонений кода аналого-цифрового преобразователя от среднего значения. Перед началом измерений в регистр РгС 22 записывается код среднего значения. Для уменьшения числа операций суммирования к текущему значению суммы прибавляется код аналого-цифрового преобразователя начала временного «окна», и вычитается из текущего значения суммы код аналого-цифрового преобразователя конца временного «окна». Таким образом, за две операции сложения, получаем значение суммы. Код аналого-цифрового преобразователя записывается в ячейки оперативного запоминающего устройства: ячейка 1 (24) - начало первого временного «окна»; ячейка 64 (24) - конец первого временного «окна»; ячейка 65 (25) - начало второго временного «окна»; ячейка 128 (26) - конец второго временного «окна».The A / D converter code is a 14-bit unsigned binary number. To calculate a two-interval coefficient, the average value of the codes of the analog-to-digital converter in the signal should be zero, therefore, for the correct calculation, it is necessary to consider the sum of the positive deviations of the code of the analog-to-digital converter from the average value. Before starting the measurements, the average value code is recorded in the
Коды аналого-цифрового преобразователя из ячеек оперативного запоминающего устройства переписываются в соответствующие регистры: Рг1 (27), Рг64 (28), Рг65 (29), Рг128 (30), где производится операция вычитания среднего значения кода, хранящегося в регистре РгС (22). Причем в регистрах Рг64 (28), Рг128 (30) формируется отрицательное значение отклонения от среднего, а в регистрах Рг1 (27), Рг65 (29) - положительное значение отклонения от среднего. Коды с выходов регистров поступают на сумматоры См1 (32), См2 (33), в которых производится расчет суммы кодов аналого-цифрового преобразователя в соответствующих «окнах». С выхода сумматоров коды, соответствующие суммам отклонений от среднего в двух временных «окнах», поступают на входы делителя Д (34), где производится деление кодов путем двоичного сдвига и сравнения. Код результата деления с выхода делителя Д (34) поступает на вход цифрового компаратора К (35). На другой вход компаратора (35) с выхода регистра порога РгП (31) поступает код двухинтервального порога. Если текущее значение двухинтервального коэффициента больше порогового значения, то на выходе компаратора К (35) формируется высокий логический уровень.The codes of the analog-to-digital converter from the random access memory cells are copied to the corresponding registers: Pr1 (27), Prg64 (28), Prg65 (29), Prg128 (30), where the operation of subtracting the average value of the code stored in the PrgC register (22) is performed . Moreover, in the registers Рг64 (28), Рг128 (30), a negative value of the deviation from the average is formed, and in the registers Рг1 (27), Рг65 (29) - a positive value of the deviation from the average. Codes from the outputs of the registers go to the adders Sm1 (32), Sm2 (33), in which the sum of the codes of the analog-to-digital converter is calculated in the corresponding “windows”. From the output of the adders, the codes corresponding to the sums of deviations from the average in two time “windows” are fed to the inputs of the divider D (34), where the codes are divided by binary shift and comparison. The code of the division result from the output of the divider D (34) is fed to the input of the digital comparator K (35). At the other input of the comparator (35), from the output of the threshold register РГП (31), a two-interval threshold code is received. If the current value of the two-interval coefficient is greater than the threshold value, then a high logic level is formed at the output of the comparator K (35).
В блоке расчета максимума М (36) двухинтервального коэффициента K(t), определяемого из формулы (3), регистрируется его значение с номером отсчета, при котором он зарегистрирован. Сброс счетчика номера отсчета для всех каналов происходит, когда на выходе логической схемы ИЛИ 19 появляется сигнал высокого логического уровня. Значения номеров отсчетов, на которых зарегистрирован максимум двухинтервального коэффициента в качестве времени прихода, устанавливаются на выходе блока расчета двухинтервального коэффициента 17. После окончания времени измерения цифровые сигнальные процессоры 9 каналов считывают информацию о временах прихода и записывают ее в устройство управления 15. В этом устройстве проверяется условие из уравнения (1). Если оно выполняется, то информация о принятых сигналах считывается из цифровых сигнальных процессоров 9 каналов в центральный процессор компьютера 10 через устройство управления 15 и контроллер сети Ethernet 20 по сети Ethernet 21.In the block for calculating the maximum M (36) of the two-interval coefficient K (t), determined from formula (3), its value is recorded with the reference number at which it is registered. The counter of the reference number counter for all channels occurs when a signal of a high logic level appears at the output of the
Предложенная схема устройства по сравнению с аналогичными устройствами обладает более высоким быстродействием и помехозащищенностью, так как измерительная информация не вся передается в центральный процессор по шине, а предварительно обрабатывается внутри блока с учетом допустимых разностей времен прихода сигналов. При этом минимизируются временные затраты на передачу данных. Увеличение помехозащищенности связано с алгоритмом определения превышения порогового уровня по двухинтервальному коэффициенту, так как при повышении шума двухинтервальный коэффициент не изменяется. Достоверность контроля повышается за счет улучшенной фильтрации паразитных сигналов и возможностью внутри блока классифицировать сигналы по степени опасности.The proposed device scheme, in comparison with similar devices, has higher speed and noise immunity, since the measurement information is not completely transmitted to the central processor via the bus, but is preliminarily processed inside the unit taking into account the permissible differences in the signal arrival times. This minimizes the time spent on data transfer. The increase in noise immunity is associated with the algorithm for determining the threshold level excess by a two-interval coefficient, since with an increase in noise the two-interval coefficient does not change. Reliability of the control is increased due to improved filtering of spurious signals and the ability to classify signals within the block according to the degree of danger.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117101A RU2684443C1 (en) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Method of determining coordinates of sources of acoustic emission signals and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018117101A RU2684443C1 (en) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Method of determining coordinates of sources of acoustic emission signals and device therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2684443C1 true RU2684443C1 (en) | 2019-04-09 |
Family
ID=66090045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018117101A RU2684443C1 (en) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Method of determining coordinates of sources of acoustic emission signals and device therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2684443C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57179657A (en) * | 1981-04-28 | 1982-11-05 | Toshiba Corp | Inspecting device for acoustic emission |
| RU2240551C2 (en) * | 2001-06-20 | 2004-11-20 | Сибирский государственный университет путей сообщения СГУПС | Method and device for investigating metal structures |
| RU2356043C2 (en) * | 2007-06-27 | 2009-05-20 | ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А.Чаплыгина" (ФГУП "СибНИА им. С.А.Чаплыгина") | Method of determining coordinates of acoustic emission signal source and device to this end |
| RU2396557C1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Multichannel acoustic-emission device |
-
2018
- 2018-05-07 RU RU2018117101A patent/RU2684443C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57179657A (en) * | 1981-04-28 | 1982-11-05 | Toshiba Corp | Inspecting device for acoustic emission |
| RU2240551C2 (en) * | 2001-06-20 | 2004-11-20 | Сибирский государственный университет путей сообщения СГУПС | Method and device for investigating metal structures |
| RU2356043C2 (en) * | 2007-06-27 | 2009-05-20 | ФГУП "Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А.Чаплыгина" (ФГУП "СибНИА им. С.А.Чаплыгина") | Method of determining coordinates of acoustic emission signal source and device to this end |
| RU2396557C1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | Multichannel acoustic-emission device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2396557C1 (en) | Multichannel acoustic-emission device | |
| US5431053A (en) | Ultrasonic imaging method and apparatus, using time inversion or signals | |
| JP5081430B2 (en) | Digital logarithmic amplifier for ultrasonic inspection | |
| JP5644986B1 (en) | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus | |
| RU2599327C1 (en) | Acoustic emission method of diagnosis of the products from composite materials based on carbon fiber and device for its implementation | |
| EP2912406A1 (en) | Ultrasonic measurement apparatus and method | |
| RU2339938C1 (en) | Method of diagnosing metallic structures and device for implementing method | |
| US8627723B2 (en) | Digital sampling and zero crossing of acoustic signals of animals | |
| RU2684443C1 (en) | Method of determining coordinates of sources of acoustic emission signals and device therefor | |
| RU2664795C1 (en) | Multi-channel acoustic-emission system of construction diagnostics | |
| RU2391655C2 (en) | Method of diagnosing metal bridge structures and device for implementing said method | |
| JP2010032450A (en) | Method of determining presence or absence of partial discharge electromagnetic wave from object electric apparatus | |
| Núñez et al. | Multichannel acquisition system and denoising for the detection and location of partial discharges using acoustic emissions | |
| RU2150698C1 (en) | Multichannel acoustic emission device to test articles | |
| JP5904154B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus | |
| RU2572067C1 (en) | Method of acoustic emission quality control of girth weld during multipass welding and device for its implementation | |
| RU2217741C2 (en) | Multichannel acoustic-emission system of diagnostics of structures | |
| RU2726278C1 (en) | Multichannel acoustic emission device | |
| RU2442155C2 (en) | Method and device of welded joints testing by acoustic emission during welding | |
| RU2736171C1 (en) | Multichannel acoustic emission device | |
| RU2737235C1 (en) | Method of identifying sources of acoustic emission | |
| RU2472145C1 (en) | Device for acoustic-emission control over composite materials | |
| RU2240551C2 (en) | Method and device for investigating metal structures | |
| JPH048756B2 (en) | ||
| RU2736175C1 (en) | Method of acoustic emission monitoring of metal objects and device for its implementation |