SU1689840A1 - Многоканальное устройство дл локации источника акустической эмиссии - Google Patents

Description

f

(21)4664842/28

(22)18.01.89

(б) .91. Бюл, № 41

(71)Институт электросварки им,Е.О.Патона

(72)НоТ.Хром к и Н.В.Горлицын

(53)620.179.16(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 926591, кл„ G 01 N 29/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 989459, кл. G 01..N 29/04, 1983.

(54)МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЦИИ ИСТОЧНИКА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ

(57)Изобретение относитс  к области неразрушающего контрол  и может быть использовано дл  обнаружени  дефектов в издели х, например в сварных металлоконструкци х, по сигналам акустической эмиссии. Цель изобретени  - повышение достоверности контрол  за счет обеспечени  возможности обработки большего числа сигналов в реальном масштабе

времени. Сущность изобретени  состоит в том, что одновременно с определением дискретных значений сигнала в каждом из-каналов выдел ют его огибающую и обрабатывают в два этапа. На -первом этапе определ ют дискретные значени  огибающей сигнала, по которым производ т его селекцию по амплитудному признаку и наход т приблизительное положение точек, определ ющих форму сигнала . Нэ втором этапе по этим данным и по зарегистрированным дискретным значени м сигнала уточн ют положение точек, определ ющих форму и момент прихода сигнала, и определ ют амплитудные и временные параметры сигналов. В качестве дискретного значени  огибающей сигнала на интервале дискретизации принимают максимальное дискретное значение сигнала на этом интервале. Это позвол ет увеличить число обрабатываемых сигналов в реальном масштабе времени. 3 ил.

Do

Изобретение относитс  к области неразрушающего контрол  и может быть использовано дл  обнаружени  дефектов в издели х, например в сварных металлоконструкци х, по сигналам акустической эмиссии.

Цель изобретени  - повышение достоверности измерений за счет обеспечени  возможности обработки большего числа сигналов в реальном масштабе времени.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема многоканального устройства дл  локации источника акустической эмиссии; на фиг. 2 - вариант реализации канала устройства; на фиг 3 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Устройство дл  обработки сигналов акусти.ческой эмиссии содержит п каналов 1, каждый из которых состоит

3

из последовательно соединенных электроакустического преобразовател  2, усилител  3, блока k дискретизации и квантовани , блока 5 определени  значений огибающей сигнала , блока б селекции, блока 7 хранени  временных координат характер™ |ных точек сигнала и счетного блока 8, а также включает в себ  блок 9 р.анени  текущих значений сигнала, и последовательно соединенные блок 10 пам ти, вычислительный блок 11 и блок 12 визуализации,

Выходы каналов 1 соединены с соответствующими входами блока 10 пам ти, Количество каналов I определ етс  размерами контролируемого объекта и требуемой точностью лока- пизэцич источников акустической эмиссии, обычно . 8 каждом канале 1 выход блока k дискретизации и квантовани  соединен с первым входом блока 9, подключенного вторы входом к второму выходу блока 6 секции и ,с вторым входам блока 7 и счет ного блока 8, подсоединенного первы выходом к третьему РХОДУ блока 7S вторым выходом к третьему входу блока 9 и третьим входом к выходу блока 3- Третий выход счетного блока 8 каждого канала i  вл етс  выходом соответствующего канала 1,

Блок k дискретизации и квантовани  содержит (фиг,2} генератор 13 тактовых импульсов и ана ноге-цифровой преобразователь ;А1|П) 1, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора 3, а информативный сход АЦП 14  вл етс  входом блока , первым выходом 15 которого  вл етс  выход АЦП 1. Вторым выходом 16 блока Ц  вл етс  выход генератора 13.

Блок 5 определени  значений огибающей сигнала содержит () регистр 17, последовательно соединенные элемент 18 сравнени , первый вход которого соединен с выходом регистра 17i и элемент И 19, выход которого соединен с входом записи регистра 17, а также делитель 20 частоты, выход которого соединен с входом сброса регистра 17. Информационный вход регистра 17 и второй вход элемента 18 сравнени   вл ютс  информационным входом, а второй вход элемента И 19 и вход делител  20 частоты  вл ютс  входом синхро

5

0

низации. Первым 21 и вторым 22 выходами блока 5  вл ютс  соответственно выходы регистра 17 и делител  20 частоты.

Блок 6 селекции может быть реализован на любом программном или микропрограммном блоке обработки, имеющем набор основных логических и, арифметических операций и быстродействие, обеспечивающее выполнение цикла обработки одного текущего знамени  огибающей сигнала за интервал времени, равный целому числу интервалов дис- )ретизации0 Такой блок может быть выполнен на одном из стандартных микропроцессорных наборов БИС, например , серий 1802, 18о4, 1810 или 1816. Блок 7 хранени  временных координат характерных точек сигнала содержит (фиг,2) модули 23 и 2k пам ти; информационные входы которых  вл ютс  первым (информационным) входом блока 7, а выходы  вл ютс  первым выходом блока

5 75 коммутаторы 25 и 26, выходы которых соединены с адресными входами соответственно модулей 23 и 2 пам ти, и триггер 27 выходы которого соединены соответственно с управл ющими входами

0 модулей 23 и 2 пам ти и коммутаторов 25 и 26„ Вход триггера 27  вл етс  вторым входом блока 7. Первые и вторые входы коммутаторов 25 и 26  вл ютс  соответственно первым и третьjj им входами блока 7«

Счетный блок 8 может быть реализован на любом программном или микро- , программном блоке обработки, имеющем набор основных логических и арифметических операций и быстродействие, обеспечивающее выполнение алгоритма определени  информативных параметров сигнала за интервал времени, не превышающий длительности минимальной

5 паузы между сигналами акустической эмиссии, необходимой дл  их разделени . Ёлок 8 может быть выполнен на одном из стандартных микропроцессорных наборов БИС, например, серий

0 1802, 8(Й, 1810 или 1816.

4 Блок 9 хранени  текущих значений ; сигнала содержит модули 28 и 29 пам ти , информационные входы которых  вл ютс  первым входом блока 9 а выходы их  вл ютс  выходом блока 9 коммутаторы 30 и 31, выходы которых соединены соответственное адресными входами модулей 28 и 29, триггер 32, выходы которого соединены соответ0

5

ственно с управл ющими входами модулей 28 и 29 пам ти и коммутаторов 30 и 31,и счетчик 33, вход которого  вл етс  первым входом блока 9- Выход счетчика 33 соединен с первыми информационными входами коммутаторов 30 и 31, вторые информационные входы которых  вл ютс  третьим входом блока 9. Вход триггера 32  вл етс  вторым входом блока 9. Дл  обеспечени  ад- р есаци модулей 23 и 24 пам ти при передаче информации из блока 6 в блок 7 и из блока 7 в счетный блок 8 служат соответственно адресные шины 34 и 35, подключенные к коммутаторам 25 и 2б, а дл  обеспечени  адресации модулей 2(8 и 29 пам ти при передаче информации из блока 9 в счетный блок 8 - адресна  шина 1Ъ, подключенна  к вторым информационным входам коммутаторов 30 и 31. Позицией 37 обозначен выход блока 6 селекции, подключенный к второму входу счетного блока 8.

Устройство работает следующим образом .

Акустические сигналы принимают с помощью электроакустических преобразователей 2. Электрический CHI- нал 38 (фиг.З), представл ющий со бой смесь шума и сигналов акустической эмиссии, усиливаетс  в каждом канале 1 с помощью усилител  3 и, осуществл етс  его дискретизаци  и квантование в блоке 4. При этом определ ютс  абсолютные текущие значени  39 (фиг.З) входного сигнала с помощью АЦП 14 в моменты времени, соответствующие поступлению тактовых импульсов с выхода генератора 13, частота fTnследовани  которых выбираетс  исход  из требуемой точности определени  временных параметров сигнала акустической эмиссии. В данном варианте реализации частота следовани  тактовых импульсов составл ет frn 1 МГц, и период дискретизации входного сигнала составл ет /v 1 мкс.

Далее осуществл етс  регистраци  этих значений в блоке 9 (фиг.1).При этом значени  записываютс  в один из модулей 28 или 29 пам ти (в зависимости от состо ни  триггера 32) по адресу, который определ етс  состо нием счетчика 33 (фиг.2). Число разр дов счетчика 33 равно log,

где m - емкость каждого модул  28 и 29 пам ти. В свою очередь тп THfrn, где Тн - интервал наблюдени , кото- рый выбираетс  экспериментальным путем в соответствии с максимальной длительностью информативной части сигнала акустической эмиссии. В данном варианте Тн 4096 мкс, разр дQ ность счетчика 33 составл ет 12 двоичных разр дов, и при регистрации происходит посто нное обновление значений, записанных за 4096 мкс до текущего момента.

5 Одновременно производ т первый этап обработки дискретных значений. При этом определ етс  дискретное значение огибающей сигнала на каждом интервале времени, равном це0 лому числу периодов дискретизации входного сигнала„ В устройстве это реализуетс  следующим образом. Дискретные значени  39 ((Ьиг.З) поступают на информационный вход ре5 гистра 17 (фиг о 2) блока 5 определени  значений огибающей сигнала. Новое значение записываетс  в регистр 17 по приходу соответствующего тактового импульса в случае, ес0 ли это значение больше значени , уже хран щегос  в регистре 17. Этот анализ выполн етс  с помощью элемента 18 сравнени , а стробирование записи - тактовыми импульсами с вы5 хода элемента И 19. Тактовые импульсы поступают также на вход делител  20 частоты. Коэффициент К делени  частоты выбираетс  таким образом , чтобы период То следовани  им0 пульсов на выходе делител  20 частоты превышал максимальную длительность цикла обработки одного значени  огибающей в блоке 6, а аппроксимаци  огибающей сигнала с частотой

5 следовани  этих импульсов обеспечила бы возможность оценки формы сигнала (выделение информативных локальных экстремумов огибающей). В

данном случае К 16, Т0 -- Лбмкс,(

0

5

тп Регистр 17 сбрасываетс  по заднему

фронту выходных импульсов делител  20 частоты, т.е один раз на 16 тактовых импульсов Таким образом, на выходе 21 блока 5 получаем дискретные значени  огибающей 40 сигнала (фиг.З), причем в качестве этих значений служат максимальные дискретные значени  39 (фиг„3) на каждом

интервале времени Т0 (интервал 41 на фиг.З), равном целому числу К периодов дискретизации входного сигнала

По значени м огибающей 40 (фиг,3) производитс  сначала селекци  сигнала акустической эмисии в блоке 6 селекции. Дл  каждого текущего значени  AJ огибающей сигнала сравни- величину А. А,- - /Г;н , где А4(- вычисленное на предыдущем-шаге среднее значение сигнала за интервал времени 8 Т0 с константой;: АО обнаружени , котора  определ етс  заранее опытным путемf например, по методу Неймана - Пирсона. Сигнал акустической эмиссии считаетс  обнаруженным , если . В противном слуТ ЗЛ;-| чение А, --J-

чае вычисл ете новое среднее значе-V 4 процесс продолжаете до обнаружени  сигнала акустической эмиссии. Переменный порог А0 обнаружени  (А,0 -, Д0) , показан на фиг.З ЕЗ виде эпюры 42.

После обнаружени  сигнала акустической эмиссии находитс  приблизительное (с точностью до TQ) положение точек, определ ющих его форму Дл  этого блок 6 переводитс  в режим выделени  локальных экстремумов (и/или других характерных точек - в соответствии с перечнем, определ емых в дальнейшем информативных пераметров) сигнала акустической эмиссии по значени м огибающей 40 (фиг.З). Номер интервала Тэ (в блоке 6 посто нно инкремени- руетсп номер текущего интервала Т0) на котором зафиксирован локальный экстремум (или друга  характерна  точка, в частности момент обнаружени  сигнала акустической эмиссии), записываетс  в блоке 7. В данном случае реализации устройства запись производитс  в модуль 23 (или пам ти (в зависимости от состо ни  триггера 2) по адресу, который задаетс  из блока 6„ Одновременно в блоке 6 производитс  анализ сигнала с целью обнаружени  момента его окончани . Это может быть выполнено, например, путем сравнени  длительности интервала, в течение которого значени  огибающей 40 (фиг.З) не превышают

5

0

5

0

5

5

«

действовавшего непосредственно перед обнаружением сигнала акустической эмиссии порога 42 (фиг„3), с длительностью минимальной паузы Тр 43 (фиг.З), необходимой дл  pas - делени  сигналов акустической эмиссии. В данном случае Т« 1 мс.

Кроме того, после обнаружени  сигнала акустической эмиссии в блоке 6 отсчитываетс  интервал Т наблюдени , В данном случае Тн 256 Т0. Если Т +., где Т - длительность 44 сигнала акустической эмиссии (фиг.З), то в конце интервала Тн производитс  переключение триггера 32, управл ющего режимом работы блока 9 (что приостанавливает запись новых значений сигнала в соответствующий модуль 28 или 29 пам ти), а также прекращаетс  поиск характерных точек огибающей сигнала. При этом, однако, продолжаетс  анализ сигнала акустической эмиссии с целью обнаружени  момента его окончани . Если Т + , то переключение триггера 32 производитс  в конце паузы Тр. В конце паузы производитс  также запись в блок 7 текущего номера интервала (если момент окончани  сигнала отнесен к числу его характерных точек) и переключение триггера 27, который измен ет режим работы модулей 23 и 2 в блоке 7.

Далее выполн етс  второй этап обработки, который состоит в определении информативных параметров (в том числе, точного момента приQ хода) сигнала акустической1 эмиссии по данным, определ ющим положение его характерных точек (записанным в блоке 7), и дискретным значени м (записанным в блоке 9). К числу ин5 Формационных параметров могут быть отнесены, например, максимальна  амплитуда, характеристики заданного числа первых локальных экстремумов , соответствующих модам ультразвуковых колебаний (их амплитуды и/или временные координаты) и т.п. В данном случае такими параметрами, помимо момента прихода сигнала,  вл ютс  амплитуда k$ первой моды, амплитуда 46 второй моды и интервал 47 между их максимумами (фиг.З)

Рассмотрим процедуру определени  указанных информативных параметров сигнала акустической эмиссии. Из

0

31

соответствующего модул  23 и . пам ти считываетс  (по адресу, формируемому в блоке 8 и передаваемому через соответствующий коммутатор 25

Далее, момент t соответствующий

или 26) номер NU, интервала. Tft, определ ющий положение первого локального экстремума огибающей. По этому номеру из соответствующего модул  28 или 29 в счетный блок 8 считываетс  массив, содержащий К дискретных значений из некоторой Ј -окрестности этого экстремума (адреса дискретных значений модифицируютс  в счетном блоке 8 и передаютс  через соответствующий коммутатор 30 или 31 прихода сигнала, в первом случае реализации точному положению первого локального экстремума, определ етс  в счетном блоке 8 по формуле t N3,-L + NMflKC, где NM01iC- номер мак симального дискретного значени  в указанном массиве. В рассматриваемом случае значение t определ етс  с точностью 1 мкс, соответствующей частоте дискретизации входного сигнала. Максимальное дискретное значение фиксируетс  как амплитуда первого экстремума. Аналогично определ ютс  амплитуда и временна  координата второго экстремума. Интервал между экстремумами определ етс  как разность соответствующих временных координат. Согласно другому алгоритму дл  определени  точногоi момента прихода сигнала могут использоватьс  его дискретные значени  на интервале Т0 , соответствующем моменту обнаружени . В таком варианте эти значени  сравниваютс  с порогом А0 обнаружени  дл  определени  момента его пересечени  передним фронтом первой моды сигнала. Второй этап обработки сигнала акустической эмиссии завершаетс  передачей его информативных параметров в блок 10 пам ти.

В данном случае реализации устройства обеспечена возможность одновременного выполнени  обоих этапов обработки сигналово Это достигаетс  благодар  секционированности блоков 7 и 9, в которых запись данных о новом сигнале акустической эмиссии в соответствующие модули (например, 23 и 28) пам ти может производитьс  одновременно с чтением данных о предыдущем сигнале из других модулей (2k и 29) пам ти, а также вследствие

10

того, что первый этап обработки нового сигнала в блоке 6 может быть завершен не ранее, чем в конце паузы Тр, а этого достаточно дл  того, чтобы успеть выполнить второй этап обработки предыдущего сигнала в счетном блоке 8„

По значени м информативных параметров сигналов, прин тых в нескольких каналах, в вычислительном блоке 11 вычисл ют параметры событий акустической эмиссии. При этом, в частности вычисл ют координаты источников сигналов, индуцированных этими событи ми. Далее определ ют, например , среднюю энергию четырех CHI- налов событи  по формуле

20

Е

AMQKCJ Е j 12

5

0

5

0

5

0

5

где А

макс

J

максимальное значение огибающей,

длительность сигнала, номера каналов в пор дке прихода сигналов, а также другие характеристики событий акустической эмиссии и их. источников, необходимые дл  достижени  конечных целей акустико- «эмиссионного: контрол . Результаты обработки индицируютс  и документируютс  в блоке 12 визуализации.

Использование изобретени  позвол ет повысить достоверность контрол , а также быстродействие при обработке информации и производительность контрол .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Многоканальное устройство дл  локации источника акустической эмиссии, содержащее несколько каналов, каж- дый из которых состоит из блока селекции и последовательно соединенных электроакустического преобразовател , усилител  и блока дискретизации и квантовани , последовательно соединенные блок пам ти, вычислительный блок и блок визуализации , выходы каналов подключены к соответствующим входам блока пам ти, отличающеес  тем, что, с целью повышени  достоверности за счет обеспечени  возможности обработки большего числа сигналов в реальном масштабе вре11

   мени, в нем каждый канал снабжен сметным блоком, блоком хранени  те- чущих значений сигнала, блоком хранени  временных координат характерных точек сигнала и блоком определени  значений огибающей, подключенным аходом к выходу блока дискретизации и квантовани  и к первому входу блока хранени  текущих значений сигнала и выходом - к входу блока селекции, подсоединенного первым выходом к первому входу блока хранени  временных координат характер™ ных точек сигнала, выход которого соединен с первым входом счетного блок, Ялоь селекции подсоединен

   i

   вторым выходом к вторым входам блока хранени  временных координат характерных точек сигнала, блока хранени  текущих значений сигнала и счетного блока, подключенного третьим входом к выходу блока хранени  текущих значений сигнала, первым выходом - к третьму входу блока хранени  временных координат характерных точек сигнала и вторым выходом - к третьему входу блока хранени  текущих значений сигнала, а- третий выход счетного блока каждого;канала  вл етс  выходом соответствующего канала .

   10

   15

   E№J

   .J

    

    

   м

   t

   J

   ш

   оЛ

   4

   см «м

   «

   LI

   Г

   см

   «i

   I

   ем

   Г

   к

   г

   5F

   &

   jiiiiiilU-llJiiiilL

   llllllllllllllllllilHllliilllllllllllllllMllINlllll .

   j

   .J

   la