RU2775204C1 - Method for determining the coordinates of defects during acoustic emission control - Google Patents
Method for determining the coordinates of defects during acoustic emission control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775204C1 RU2775204C1 RU2021127152A RU2021127152A RU2775204C1 RU 2775204 C1 RU2775204 C1 RU 2775204C1 RU 2021127152 A RU2021127152 A RU 2021127152A RU 2021127152 A RU2021127152 A RU 2021127152A RU 2775204 C1 RU2775204 C1 RU 2775204C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transducers
- acoustic emission
- coordinates
- defect
- determined
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 abstract 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 4
- 235000020127 ayran Nutrition 0.000 description 2
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю металлических конструкций методом акустической эмиссии и может быть использовано для определения координат дефектов в протяженных и крупногабаритных объектах железнодорожной, авиационной, космической, нефтяной и газовой промышленности при ограниченном доступе к ним.The invention relates to non-destructive testing of metal structures by the method of acoustic emission and can be used to determine the coordinates of defects in extended and large-sized objects of the railway, aviation, space, oil and gas industries with limited access to them.
Известен способ определения координат источников сигналов акустической эмиссии (см. патент RU №2356043 от 27.06.2007), 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, 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.There is a known method for determining the coordinates of sources of acoustic emission signals (see patent RU No. 2356043 dated June 27, 2007), including installing n acoustic transducers on structures, determining the propagation velocity of acoustic emission signals on structures and the difference in their arrival times at acoustic transducers, calculating coordinates from them of the source of acoustic emission signals, an acoustic transducer of the simulator is installed in the zone limited by the piezoantenna, and the calculation of the arrival times of acoustic emission signals to the acoustic transducers that make up the piezoantenna is carried out using the signals filtered using wavelet filtering, the error in determining the coordinates of the acoustic transducer of the simulator is calculated, the threshold values are selected amplitude values of the coefficients for wavelet filtering, at which the error in determining the coordinates of the acoustic transducer of the simulator takes a minimum value, the frequency range changes wavelet filtering zone until the error in determining the coordinates of the simulator acoustic transducer takes the minimum value, after which the metal structure is loaded, and the acoustic emission signals are filtered and their coordinates are determined using the obtained wavelet filtering parameters.
Недостатком данного способа является то, что координаты источника сигналов определяются по разности времен их прихода на акустические преобразователи, то есть необходимо использование нескольких преобразователей, составляющих пьезоантенну, что является ограничивающим фактором при контроле протяженных объектов.The disadvantage of this method is that the coordinates of the signal source are determined by the difference in the times of their arrival at the acoustic transducers, that is, it is necessary to use several transducers that make up the piezoantenna, which is a limiting factor in the control of extended objects.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле (см. патент RU №2586087 от 30.03.2015), заключающийся в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователи акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, преобразователи акустической эмиссии устанавливают на объект контроля группами не менее трех в каждой, на расстоянии между центрами преобразователей в группе, не превышающем минимальной длины акустической волны, в каждой группе для каждого сигнала определяют разность фаз между сигналами, зарегистрированными преобразователями, по которым определяют углы, характеризующие направления распространения волны относительно каждой группы преобразователей, а координаты дефектов определяют по формулам:The closest to the proposed solution is the method of locating defects during acoustic emission control (see patent RU No. 2586087 dated 30.03.2015), which consists in the fact that acoustic emission transducers are installed on the controlled product, the product is loaded, acoustic emission signals generated by the defect are received products, acoustic emission transducers are installed on the test object in groups of at least three in each, at a distance between the centers of the transducers in the group not exceeding the minimum acoustic wavelength, in each group, for each signal, the phase difference between the signals recorded by the transducers is determined, by which the angles are determined characterizing the directions of wave propagation relative to each group of transducers, and the coordinates of defects are determined by the formulas:
где L - расстояние между группами преобразователей, tan(α1) и tan(α11) - тангенсы углов направления распространения волны в группах преобразователей.where L is the distance between the transducer groups, tan(α 1 ) and tan(α 11 ) are the tangents of the angles of the wave propagation direction in the transducer groups.
Недостатком способа, принятого за прототип, являются ограничения, связанные с необходимостью установки двух групп датчиков на объект контроля, что не всегда является возможным при ограниченном доступе к нему, например, защитный кожух.The disadvantage of the method adopted for the prototype are the limitations associated with the need to install two groups of sensors on the control object, which is not always possible with limited access to it, for example, a protective cover.
Основной задачей изобретения является определение координат источника АЭ с использованием минимального количества приемных преобразователей при ограниченном доступе к объекту контроля.The main objective of the invention is to determine the coordinates of the AE source using the minimum number of receiving transducers with limited access to the control object.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе определения координат дефектов при акустико-эмиссионном контроле, заключающемся в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователи акустической эмиссии, не менее трех на расстоянии между центрами преобразователей в группе, не превышающем минимальной длины акустической волны, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, на объект контроля устанавливают группу преобразователей акустической эмиссии не менее трех, в группе для каждого сигнала определяют разность фаз между сигналами, зарегистрированными преобразователями, по которым определяют угол, характеризующий направление распространения волны, при этом на изделие устанавливают только одну группу преобразователей акустической эмиссии и определяют расстояние до дефекта по времени нарастания переднего фронта волны, а координаты дефекта определяют по формуламThe problem is solved due to the fact that in the proposed method for determining the coordinates of defects during acoustic emission control, which consists in the fact that at least three acoustic emission transducers are installed on the controlled product at a distance between the transducer centers in a group not exceeding the minimum acoustic wavelength , the product is loaded, the acoustic emission signals generated by the defect of the product are received, a group of acoustic emission transducers of at least three is installed on the test object, in the group for each signal the phase difference between the signals recorded by the transducers is determined, by which the angle characterizing the direction of wave propagation is determined, at In this case, only one group of acoustic emission transducers is installed on the product and the distance to the defect is determined by the rise time of the leading wave front, and the coordinates of the defect are determined by the formulas
хд=l⋅cosα1,x d \u003d l⋅cosα 1 ,
yд=l⋅sinα1,y d \u003d l⋅sinα 1 ,
где l - расстояние от группы преобразователей до дефекта, мм,where l is the distance from the group of transducers to the defect, mm,
sinα1 и cosα1 - синус и косинус угла направления распространения волны в группе преобразователей.sinα 1 and cosα 1 - sine and cosine of the angle of the wave propagation direction in the transducer group.
На Фиг. 1 представлен график формы сигнала от времени. На Фиг. 2 представлен график зависимости времени нарастания переднего фронта волны от расстояния от источника до приемного преобразователя. На Фиг. 3 представлена схема размещения группы преобразователей акустической эмиссии.On FIG. 1 is a graph of the waveform versus time. On FIG. Figure 2 shows a graph of the rise time of the wave front as a function of the distance from the source to the receiving transducer. On FIG. 3 shows the layout of a group of acoustic emission transducers.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
На контролируемом изделии устанавливают не менее трех преобразователей акустической эмиссии на расстоянии между центрами преобразователей, не превышающем минимальной длины акустической волны, в группе для каждого сигнала определяют разность фаз между сигналами, зарегистрированными преобразователями, по которым определяют угол, характеризующий направление распространения волны по формуле:At least three acoustic emission transducers are installed on the controlled product at a distance between the centers of the transducers not exceeding the minimum acoustic wave length, in the group for each signal the phase difference between the signals recorded by the transducers is determined, by which the angle characterizing the direction of wave propagation is determined by the formula:
где ϕ21 - разность фаз сигналов на преобразователях 2 и 1; ϕ31 - разность фаз сигналов на преобразователях 3 и 1; затем изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, и определяют расстояние до дефекта по времени нарастания переднего фронта волны, а координаты дефекта определяют по формулам:where ϕ 21 - the phase difference of the signals on the transducers 2 and 1; ϕ 31 - the phase difference of the signals on the transducers 3 and 1; then the product is loaded, the acoustic emission signals generated by the defect of the product are received, and the distance to the defect is determined from the rise time of the leading wave front, and the coordinates of the defect are determined by the formulas:
где l - расстояние от группы преобразователей до дефекта, мм;where l is the distance from the transducer group to the defect, mm;
sinα1 и cosα1 - синус и косинус угла направления распространения волны в группе преобразователей.sinα 1 and cosα 1 - sine and cosine of the angle of the wave propagation direction in the transducer group.
Пример 1Example 1
Экспериментальные исследования проводили на сосуде давления, изготовленного из стали 20 и имеющего размеры: длина 1150 мм, диаметр днища 219 мм, толщина днища 45 мм, толщина стенки обечайки 5 мм.Experimental studies were carried out on a pressure vessel made of steel 20 and having dimensions:
Предварительно перед началом проведения контроля экспериментальным путем определяли время нарастания переднего фронта волны в зависимости от расстояния на образце, имеющем аналогичные с контролируемым объектом форму и материал. Для этого на известном расстоянии от преобразователей с помощью имитатора Су-Нильсена (излом карандаша) создавали акустическую волну и регистрировали ее приемными преобразователями.Prior to the beginning of the control, the rise time of the leading wave front was experimentally determined depending on the distance on the sample, which has a shape and material similar to the controlled object. To do this, at a known distance from the transducers, an acoustic wave was created using a Su-Nielsen simulator (pencil break) and recorded by receiving transducers.
Затем на исследуемом объекте была проведена серия экспериментов, имитирующих рост трещины. На сосуд устанавливали преобразователи акустической эмиссии, чувствительность которых калибровали с помощью имитатора Су-Нильсена (излом карандаша). Данные приведены в таблице 1.Then, a series of experiments simulating the growth of a crack was carried out on the object under study. Acoustic emission transducers were installed on the vessel, the sensitivity of which was calibrated using a Su-Nielsen simulator (pencil break). The data are shown in table 1.
Затем строили экспериментальную зависимость времени нарастания переднего фронта волны от расстояния от источника до приемного преобразователя (см. Фиг. 2).Then built the experimental dependence of the rise time of the leading edge of the wave from the distance from the source to the receiving transducer (see Fig. 2).
После этого сосуд нагружали гидравлически до максимального давления 10 МПа с помощью насосной станции со скоростью 3-5 МПа/мин и регистрировали сигналы акустико-эмиссионной системой СЦАД 16.03 (свидетельство RU.C.27.007.A №39729, зарегистрировано в Государственном реестре средств измерений №18892-10). Сигналы, зарегистрированные преобразователями, передаются в компьютер, где строятся графики форм сигналов от времени. В компьютере реализован алгоритм определения разности фаз в группе преобразователей с помощью корреляционной функции по положению максимума корреляционной функции сигналов. С преобразователей группы определяли разность фаз между преобразователями 2 и 1, 3 и 1, которые составили: ϕ21=0 рад, ϕ31=1,4⋅π рад. Экспериментально определенные разности фаз приведены в табл. 1. Далее компьютер в каждой группе преобразователей вычисляет значение угла распространения волны α1 (данные в таблице 1) по формуле 1.After that, the vessel was hydraulically loaded to a maximum pressure of 10 MPa using a pumping station at a speed of 3-5 MPa/min and the signals were recorded by the acoustic emission system STsAD 16.03 (certificate RU.C.27.007.A No. 39729, registered in the State Register of Measuring Instruments No. 18892-10). The signals registered by the transducers are transmitted to a computer, where the graphs of the waveforms versus time are plotted. The computer implements an algorithm for determining the phase difference in a group of converters using the correlation function by the position of the maximum of the signal correlation function. From the transducers of the group, the phase difference between transducers 2 and 1, 3 and 1 was determined, which amounted to: ϕ 21 =0 rad, ϕ 31 =1.4⋅π rad. The experimentally determined phase differences are given in Table. 1. Next, the computer in each group of transducers calculates the value of the wave propagation angle α 1 (data in table 1) according to formula 1.
По графику определяли время нарастания переднего фронта волны (см. Фиг. 1). Время нарастания переднего фронта волны определяли по разности времени, когда наступил пик по амплитуде, и времени, когда началось колебание:According to the graph, the rise time of the leading edge of the wave was determined (see Fig. 1). The rise time of the leading edge of the wave was determined from the difference between the time when the peak in amplitude occurred and the time when the oscillation began:
- полклетки в мкс; - half cells in µs;
t1=1100+12,5=1112,5 мкс - время наступления пика по амплитуде;t 1 \u003d 1100 + 12.5 \u003d 1112.5 μs - the time of the onset of the peak in amplitude;
t0=900+12,5=912,5 мкс - время начала колебания;t 0 =900+12.5=912.5 μs - the time of the beginning of the oscillation;
t=t1-t0=1112,5-912,5=200 мкс - время нарастания переднего фронта волны.t=t 1 -t 0 \u003d 1112.5-912.5 \u003d 200 μs - the rise time of the leading edge of the wave.
По экспериментальной зависимости времени нарастания переднего фронта волны от расстояния от источника до приемного преобразователя (полученной при калибровке чувствительности каналов) находили расстояние от преобразователя до дефекта (см. Фиг. 2).From the experimental dependence of the rise time of the leading wave front on the distance from the source to the receiving transducer (obtained by calibrating the sensitivity of the channels), the distance from the transducer to the defect was found (see Fig. 2).
После чего согласно размещенной группе преобразователей акустической эмиссии на объекте (см. Фиг. 3) вычисляются координаты дефекта xд и yд в соответствии с формулами 2, 3. Данные сведены в табл. 1.After that, according to the group of acoustic emission transducers placed on the object (see Fig. 3), the coordinates of the defect x d and y d are calculated in accordance with formulas 2, 3. The data are summarized in Table. one.
Данные были обработаны по алгоритму, содержащемуся в документе А02.411709.001 МП «Системы цифровые акустико-эмиссионные диагностические модификаций СПАД-16.02 и СПАД-16.03. Методика поверки» (утвержден ФГУП «СНИИМ» 12 сентября 2018 г.). Результаты обработки данных сведены в табл. 2.The data were processed according to the algorithm contained in the document A02.411709.001 MP “Digital acoustic emission diagnostic systems, modifications SPAD-16.02 and SPAD-16.03. Verification Methodology” (approved by FSUE “SNIIM” on September 12, 2018). The results of data processing are summarized in table. 2.
Согласно табл. 2 допускаемая относительная основная погрешность измерений координат дефекта не превышает 3%.According to Table. 2, the permissible relative basic error in measuring the coordinates of the defect does not exceed 3%.
Свидетельством того, что определение расстояния от источника сигнала до приемного преобразователя возможно по времени нарастания переднего фронта волны, является вычисленный R - коэффициент детерминации, который равен 0,993 (см. Магнус Я.Р., Катышев П.К., Пересецкий А.А. Эконометрика. Начальный курс. М., Издательство Дело, 2004. - 576 с.) и это дает возможность использовать полученную модель для определения любых расстояний до дефекта по времени нарастания переднего фронта волны.Evidence that the determination of the distance from the signal source to the receiving transducer is possible by the rise time of the leading edge of the wave is the calculated R - determination coefficient, which is equal to 0.993 (see Magnus Ya.R., Katyshev P.K., Peresetsky A.A. Econometrics, Initial Course, Moscow, Delo Publishing House, 2004. - 576 pp.) and this makes it possible to use the resulting model to determine any distances to a defect from the rise time of the leading wave front.
R - коэффициент детерминации (показывает долю вариации результативного признака t под влиянием факторного признака l, связан с коэффициентом корреляции квадратичной зависимостью, при отсутствии связи равен нулю, при функциональной связи - единице).R - coefficient of determination (shows the share of variation of the resulting attribute t under the influence of the factor attribute l, is related to the correlation coefficient by a quadratic dependence, in the absence of a connection it is equal to zero, with a functional connection it is one).
l - расстояние от источника до приемного преобразователя, мм (значения приведены в табл. 1).l is the distance from the source to the receiving transducer, mm (values are given in Table 1).
t - время нарастания переднего фронта волны, мкс (значения приведены в табл. 1).t is the rise time of the leading edge of the wave, μs (the values are given in Table 1).
Claims (5)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2775204C1 true RU2775204C1 (en) | 2022-06-28 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3985024A (en) * | 1975-02-28 | 1976-10-12 | Grumman Corporation | Acoustic emission process and system for improved flaw source location |
SU1080078A1 (en) * | 1982-12-29 | 1984-03-15 | Maslov Boris Ya | Acoustic-emission device for determinaion of flaw coordinates |
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 |
RU2397490C2 (en) * | 2007-08-07 | 2010-08-20 | Открытое акционерное общество "Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения" (ОАО "ИркутскНИИхиммаш") | Method of determining distance between converter and source of acoustic emission |
RU2398225C1 (en) * | 2009-06-25 | 2010-08-27 | Федеральное государственное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций" (Федеральный центр науки и высоких технологий) (ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)) | Method of detecting defects in structure of components |
RU2586087C1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск | Method of locating defects during acoustic-emission control |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3985024A (en) * | 1975-02-28 | 1976-10-12 | Grumman Corporation | Acoustic emission process and system for improved flaw source location |
SU1080078A1 (en) * | 1982-12-29 | 1984-03-15 | Maslov Boris Ya | Acoustic-emission device for determinaion of flaw coordinates |
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 |
RU2397490C2 (en) * | 2007-08-07 | 2010-08-20 | Открытое акционерное общество "Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения" (ОАО "ИркутскНИИхиммаш") | Method of determining distance between converter and source of acoustic emission |
RU2398225C1 (en) * | 2009-06-25 | 2010-08-27 | Федеральное государственное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций" (Федеральный центр науки и высоких технологий) (ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)) | Method of detecting defects in structure of components |
RU2586087C1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск | Method of locating defects during acoustic-emission control |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fonseca et al. | Remote estimation of surficial seafloor properties through the application Angular Range Analysis to multibeam sonar data | |
AU2014311952B2 (en) | System and method for defect monitoring | |
US6360609B1 (en) | Method and system for interpreting and utilizing multimode dispersive acoustic guided waves | |
EP3732437B1 (en) | Method and system for determining a thickness of an elongate or extended structure | |
CN103245311A (en) | Ultrasonic thickness measurement device and method for multilayered wave-absorbing coatings | |
RU2480742C1 (en) | Method for acoustic emission control | |
RU2775204C1 (en) | Method for determining the coordinates of defects during acoustic emission control | |
RU2711420C1 (en) | Method for processing signals with hyperbolic frequency modulation | |
RU2397490C2 (en) | Method of determining distance between converter and source of acoustic emission | |
RU2612201C1 (en) | Method of determining distance using sonar | |
CN110441391B (en) | High-frequency Lamb wave propagation characteristic compensation method | |
Khlybov et al. | The determination of mechanical stresses using Rayleigh surface waves excited by a magnetoacoustic transducer | |
RU2687846C1 (en) | Method of determining pipeline wall thickness in zone of defect of "metal loss" type based on statistical stabilization of signal parameters according to ultrasonic section wm | |
JPH09274081A (en) | Sound-velocity measuring method in submarine sedimentary layer | |
Yong et al. | Envelope phase shift feature extraction of underwater target echo | |
Blondel et al. | High-frequency bistatic scattering experiments using proud and buried targets | |
RU98254U1 (en) | MULTI-FREQUENCY CORRELATION HYDROACOUSTIC LAG | |
RU2586087C1 (en) | Method of locating defects during acoustic-emission control | |
RU79187U1 (en) | MULTI-LEVEL PULSE DOPLER NAVIGATION SYSTEM | |
RU2498293C2 (en) | Method of determining coordinates of acoustic emission source | |
MacLennan et al. | Simple calibration technique for the split-beam echo-sounder | |
Terentyev et al. | Determination of the parameters of the dispersion curves of Lamb waves with the use of the Hough transform of the spectrogram of an AE signal | |
Alexander et al. | Noise characterisation of the Aurora Australis while stationary in Antarctic sea ice | |
Govindan et al. | Ultrasonic chirplet echo parameter estimation using time-frequency distributions | |
Ebrahimkhanlou | Advanced pattern recognition techniques for wave-based structural health monitoring of metallic panels |