Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат.

Рассмотрено влияние методики проведения измерений, настройки АЭ систем и обработки входных данных на формирование событий АЭ и результаты работы алгоритмов расчета координат источников АЭ. Приведены на примере АЭ системы ЕМА-3 рекомендации по выполнению процедуры настройки ряда параметров, влияющих...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Недосека, А.Я., Недосека, С.А., Овсиенко, М.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2011
Назва видання:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102208
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат. / А.Я. Недосека, С.А. Недосека, М.А. Овсиенко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 2. — С. 5-14. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-102208
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1022082016-06-12T03:03:51Z Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат. Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Овсиенко, М.А. Научно-технический раздел Рассмотрено влияние методики проведения измерений, настройки АЭ систем и обработки входных данных на формирование событий АЭ и результаты работы алгоритмов расчета координат источников АЭ. Приведены на примере АЭ системы ЕМА-3 рекомендации по выполнению процедуры настройки ряда параметров, влияющих на получаемую информацию в целом и, в частности, на точность определения координат событий АЭ. Проведенный анализ влияния различных факторов на получение достоверной АЭ информации может быть полезен для специалистов в области АЭ контроля и при создании унифицированной процедуры метрологии АЭ систем различных типов. The paper deals with the influence of measurement procedure, AE system adjustment and input data processing on AE event formation and results of operation of algorithms for calculation of AE source coordinates. Recommendations are given for the case of AE system EMA-3 on performance of the procedure of setting up a number of parameters affecting the obtained data as a whole, in particular, accuracy of determination of AE event coordinates. Conducted analysis of the influence of various factors on obtaining valid AE data can be useful for specialists in the field of AE testing and in development of a unified procedure of metrology of AE systems of different types. 2011 Article Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат. / А.Я. Недосека, С.А. Недосека, М.А. Овсиенко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 2. — С. 5-14. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102208 621.19.30 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Овсиенко, М.А. Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат. Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Рассмотрено влияние методики проведения измерений, настройки АЭ систем и обработки входных данных на формирование событий АЭ и результаты работы алгоритмов расчета координат источников АЭ. Приведены на примере АЭ системы ЕМА-3 рекомендации по выполнению процедуры настройки ряда параметров, влияющих на получаемую информацию в целом и, в частности, на точность определения координат событий АЭ. Проведенный анализ влияния различных факторов на получение достоверной АЭ информации может быть полезен для специалистов в области АЭ контроля и при создании унифицированной процедуры метрологии АЭ систем различных типов.
format	Article
author	Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Овсиенко, М.А.
author_facet	Недосека, А.Я. Недосека, С.А. Овсиенко, М.А.
author_sort	Недосека, А.Я.
title	Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат.
title_short	Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат.
title_full	Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат.
title_fullStr	Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат.
title_full_unstemmed	Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат.
title_sort	влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование аэ событий и определение их координат.
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102208
citation_txt	Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат. / А.Я. Недосека, С.А. Недосека, М.А. Овсиенко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 2. — С. 5-14. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT nedosekaaâ vliâniemetodovobrabotkiakustikoémissionnojinformaciinaformirovanieaésobytijiopredelenieihkoordinat AT nedosekasa vliâniemetodovobrabotkiakustikoémissionnojinformaciinaformirovanieaésobytijiopredelenieihkoordinat AT ovsienkoma vliâniemetodovobrabotkiakustikoémissionnojinformaciinaformirovanieaésobytijiopredelenieihkoordinat
first_indexed	2025-07-07T11:59:36Z
last_indexed	2025-07-07T11:59:36Z
_version_	1836989365154217984
fulltext	УДК 621.19.30 ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ НА ФОРМИРОВАНИЕ АЭ СОБЫТИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ КООРДИНАТ А. Я. НЕДОСЕКА, С. А. НЕДОСЕКА, М. А. ОВСИЕНКО (Ин-т электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины) Рассмотрено влияние методики проведения измерений, настройки АЭ систем и обработки входных данных на формирование событий АЭ и результаты работы алгоритмов расчета координат источников АЭ. Приведены на примере АЭ системы ЕМА-3 рекомендации по выполнению процедуры настройки ряда параметров, влияющих на получаемую информацию в целом и, в частности, на точность определения координат событий АЭ. Проведенный анализ влияния различных факторов на получение достоверной АЭ информации может быть полезен для специалистов в области АЭ контроля и при создании унифицированной процедуры метрологии АЭ систем различных типов. The paper deals with the influence of measurement procedure, AE system adjustment and input data processing on AE event formation and results of operation of algorithms for calculation of AE source coordinates. Recommendations are given for the case of AE system EMA-3 on performance of the procedure of setting up a number of parameters affecting the obtained data as a whole, in particular, accuracy of determination of AE event coordinates. Conducted analysis of the influence of various factors on obtaining valid AE data can be useful for specialists in the field of AE testing and in development of a unified procedure of metrology of AE systems of different types. Широкое применение акустико-эмиссионного (АЭ) метода контроля состояния конструкций, в том числе и работающих после окончания нор- мативного срока эксплуатации, в различных от- раслях промышленности [1] дало серьезный тол- чок к более глубокому изучению явления акустической эмиссии, совершенствованию само- го метода и расширению сферы его применения, усовершенствованию аппаратуры и развитию нор- мативно-методической базы. Несмотря на смещение в последнее время ак- центов в развитии данного метода контроля в сто- рону оценки состояния конструкций в целом и прогноза их разрушения, большое внимание сле- дует уделять и вопросам приема и обработки пос- тупающей с объекта контроля информации, по- вышению ее достоверности, расширению возмож- ностей программного обеспечения и аппаратур- ной части систем технической диагностики кон- струкций. Переход к мониторинговому (непрерывному) контролю состояния объектов также не уменьшил значимости повышения точности определения местоположения источников АЭ — дефектных областей конструкций, поскольку это позволяет в кратчайшие сроки и с минимальными потерями времени и ресурсов проводить ремонт контроли- руемых изделий, избежать крупных технологичес- ких аварий. Разработка методов локации источников сиг- налов акустической эмиссии представляет собой важную область знаний, исследования в которой ведутся еще с 1960–1970-х гг. Теоретическая часть, связанная с решением данной проблемы, представлена в многочисленных публикациях, например [2–9], некоторые из них считаются «классическими». Практически все современные системы АЭ диагностики решают эту задачу более-менее успешно. Существуют различные методы и алгоритмы расчета координат источников АЭ по разнице вре- мени прихода сигнала на несколько разнесенных по поверхности объекта контроля АЭ датчиков. В зависимости от типа объекта контроля исполь- зуются разнообразные конфигурации расположе- ния датчиков: линейные, плоскостные (планар- ные) или объемные [7,10, 11]. Работа датчиков АЭ в режиме не только приемников, но и излучателей сигналов АЭ определенного диапазона позволяет уточнить координаты датчиков на поверхности объекта в процессе подготовки к проведению кон- троля, учесть изменение скорости распростране- ния сигналов. На решение данного вопроса также направлено и применение кластеризации получен- ной информации как по координатному принци- пу, в том числе и с учетом веса, например, ис- пользование в качестве веса амплитуды (энергии) сигналов, так и по временным задержкам с пос- ледующим определением координат. Изучение путей распространения сигналов на реальных кон- струкциях достаточно сложно, поэтому оценка погрешности определения источников АЭ при ра- боте на таких объектах проводится предваритель- но с использованием различных имитаторов сиг- налов акустической эмиссии (например, исполь- © А. Я. Недосека, С. А. Недосека, М. А. Овсиенко, 2011 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2011 5 зование датчиков в режиме имитации сигналов АЭ) при подготовке к проведению испытания. Однако методы, алгоритмы и формулы расчета координат по временным задержкам являются только одной составляющей проблемы. В данной работе рассмотрена вторая, не менее важная, сос- тавляющая — влияние методики проведения из- мерений, настройки АЭ системы и обработки по- лучаемых данных на формирование событий АЭ и результаты работы алгоритмов расчета коорди- нат источников АЭ. Приведены также рекомен- дации по выполнению процедуры настройки ряда параметров, влияющих на получаемую информа- цию в целом и, в частности, на точность опреде- ления координат источников АЭ на примере АЭ системы ЕМА-3. Результаты многолетней работы по проведе- нию краткосрочных, длительных испытаний и непрерывного АЭ мониторинга самых разнооб- разных изделий убедительно показывают, что вы- бор правильной методики проведения испытаний и настройки АЭ систем является чрезвычайно важным фактором как для определения координат источников АЭ, так и для получения достоверной оценки состояния объектов контроля. Рассмотрим некоторые аспекты построения современных АЭ систем. Все они являются элек- тронными устройствами, преобразующими вход- ную информацию в цифровой вид и обрабатыва- ющими ее на компьютере [7, 8]. Потоки входных данных настолько велики, что без их цифровой об- работки какой бы то ни было их анализ просто не- возможен. Разрешающая способность канала АЭ системы для корректной обработки сигнала и пос- ледующего использования данных при определении координат должна быть не ниже 1 мкс. При такой разрешающей способности погрешность определе- ния координат при условии отсутствия других вли- яющих факторов составит при скорости распрост- ранения звуковой волны в материале 5 мм/мкс не более 5 мм. Отметим, что данный параметр явля- ется не единственным, оказывающим влияние на точность определения координат. Приведем некоторые соображения относитель- но настроек АЭ систем, существенно влияющих на получаемые результаты. Большинство приве- денных ниже примеров, содержащих конкретные данные по настройкам, получены при использо- вании систем АЭ диагностики Defectophone, ЕМА-1…ЕМА-4, ГАЛС-1. Тем не менее, учиты- вая все большую унификацию современных ме- тодов получения АЭ информации, вероятность их соответствия условиям работы других АЭ систем достаточно велика, несмотря на отсутствие на данный момент единой процедуры их метроло- гической аттестации. Следует отметить также не- полноту существующих стандартов в области АЭ и необязательность их использования, что приво- дит к расхождениям в терминологии, используе- мой как различными разработчиками АЭ систем, так и эксплуатирующими их предприятиями. Воп- рос стандартизации терминологии и единой проце- дуры поверки является чрезвычайно важным, но хо- тя он пока и не решен полностью общие принципы организации преобразования и последующей циф- ровой обработки входных аналоговых данных во многих современных АЭ системах аналогичны. Типичная АЭ система является многоканаль- ным прибором, в котором информация, получае- мая каждым каналом, обрабатывается независимо. Каждый канал может быть настроен индивиду- ально, причем количество таких настроек в раз- ных системах варьируется от одной-двух до нес- кольких десятков. Рассмотрим те из них, которые присущи многим системам и существенно влияют на процедуры идентификации событий АЭ и оп- ределения координат мест их возникновения. От- метим также, что в зависимости от типа исполь- зуемой АЭ аппаратуры и программного обеспе- чения упомянутые настройки могут быть выпол- нены на аппаратурном уровне, на программном или на обоих индивидуально. Различие в этих нас- тройках состоит в том, что ограничения, внесен- ные на аппаратурном уровне, не всегда могут быть отменены или скорректированы при послеэкспе- риментальной обработке данных. Поэтому, если при проведении АЭ измерений есть возможность пользоваться только программными ограничени- ями без потери качества получаемых результатов, следует выбирать именно их. Рассмотрим вначале наиболее важные аппара- турные и программные решения, касающиеся нас- тройки и ограничения параметров АЭ, которые вли- яют в большей степени не на определение коорди- нат, а на количество регистрируемых событий АЭ. Некорректная их реализация или установка может привести к тому, что некоторые события не будут зарегистрированы вообще, или же за счет отсутс- твия отбраковки шумов и переотраженных сигналов может быть зарегистрировано множество ложных событий с произвольными координатами. Принципы объединения отдельных единич- ных откликов датчиков в единое событие. Еди- ничный отклик (срабатывание) одного датчика на действие источника АЭ некорректно называть со- бытием. Событие формируется как совокупность срабатываний датчиков на одно и то же действие источника АЭ. В некоторых случаях, например при установке слишком низкого порога амплитуд- ной дискриминации, отклик датчика может про- исходить вследствие повышения общего шумово- го фона или по ряду других причин. Современные АЭ системы могут работать в ре- жиме зонной локации, когда определение коор- динат источников АЭ не выполняют, или же в режиме локационной антенны (другое название — 6 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2011 локационная группа), когда по задержкам времени прихода сигнала на различные датчики рассчи- тывают координаты источника АЭ. Следует учесть следующее: – не каждое срабатывание датчика АЭ соот- ветствует действию реального источника АЭ в ма- териале; – не каждый реальный источник АЭ приводит к появлению той полезной информации, которая может быть использована для определения его ко- ординат и характеристик, и является истинным со- бытием АЭ; – не каждый источник АЭ имеет отношение к реальным процессам накопления повреждений и разрушения в материале. В связи с этим принцип интерпретации отдель- ных срабатываний датчиков и последующего объединения их в события играет важнейшую роль как при определении координат источников АЭ, так и при их анализе. Существует два основных подхода к форми- рованию событий АЭ на основе пришедших на датчики и вызвавших отклики сигналов: – включать в событие все срабатывания, заре- гистрированные в установленный, достаточно ма- лый промежуток времени; – включать в событие фиксированное число срабатываний на основании заранее заданного признака. Достоинства и недостатки имеют оба подхода. Достоинством первого является возможность по- лучения дополнительной информации в случае, если количество сработавших датчиков было большим, чем требуется для определения коор- динат источника АЭ. Это в некоторых случаях позволяет уточнить координаты источника, его количественные параметры и дополнительно про- анализировать характер распространения акусти- ческого сигнала от данного источника АЭ. Не- достатком является то, что в качестве события мо- гут быть восприняты одиночные срабатывания или такие наборы срабатываний, для которых рас- чет координат невозможен или приведет к серь- езным ошибкам (например, только два датчика сработали при плоскостной локации). Вероятна также интерпретация более поздних срабатыва- ний нескольких датчиков в результате переотра- жений сигнала как нового события, координаты которого, естественно, не будут соответствовать местоположению реального источника АЭ в ма- териале. Преимуществом второго подхода является га- рантия того, что если событие сформировано, то расчет координат источника возможен. Обеспечи- вая достаточность информации, данный подход в то же время приводит к отсеву всех избыточных данных, что в некоторых случаях является недос- татком. Например, если для определения коорди- нат источника АЭ на плоскости требуются сра- батывания трех датчиков, то в событие будут включены только они. В то же время дополни- тельная информация, полученная, например, от четвертого сработавшего датчика, могла бы по- мочь уточнить рассчитанные координаты. В связи с изложенным выше рекомендуется на- личие в системах АЭ контроля обоих вариантов организации событий. Дискриминация по амплитудному признаку называется также амплитудным порогом или по- рогом чувствительности. Является одним из са- мых важных ограничений, вносимых в настройки систем АЭ, предназначенным для корректного вы- деления сигналов из общего шумового фона. Как правило, выполняется только для ограничения ми- нимальных значений амплитуд принимаемых сиг- налов АЭ. Установка слишком высоких порогов приводит к тому, что полезные сигналы могут быть отбракованы, а занижение, напротив, ведет к тому, что в качестве полезных сигналов могут быть ошибочно восприняты кратковременные по- вышения шумового фона. Важно отметить, что понятие амплитуды сиг- налов АЭ в разных системах диагностики отли- чается. Величина регистрируемой амплитуды за- висит от используемого типа датчика, предвари- тельных и основных коэффициентов усиления, принципов выделения события из общего потока непрерывной эмиссии. Ограничение максималь- ных значений амплитуд может представлять не- который интерес при лабораторных исследовани- ях АЭ свойств различных материалов. Многие современные АЭ системы предусмат- ривают автоматическую или полуавтоматическую установку амплитудных порогов. Рассмотрим не- которые общие методические принципы этой про- цедуры. Как правило, пороги устанавливают перед на- чалом нагружения материала, но при работающей системе нагружения (при проведении АЭ конт- роля в рабочем режиме эксплуатации объекта не- обходимо предварительно оценить уровень про- изводственного шума). Установив первоначаль- ные значения порогов достаточно высокими, их постепенно снижают до тех пор, пока не возни- кают отдельные срабатывания датчиков, вызван- ные тем, что общий шумовой фон начинает пе- риодически достигать установленного порога. За- тем порог постепенно поднимают до исчезнове- ния таких срабатываний. Обычно такой подход обеспечивает максимальную чувствительность датчиков и отбраковку ложных сигналов, вызван- ных повышением фона. Дискриминация по признаку строба. Дан- ный признак называется также мертвым временем или временем молчания. Принцип работы строба заключается в том, что некоторое время, отсчи- ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2011 7 тываемое от начала или завершения текущего со- бытия АЭ, используется для отсева всей посту- пающей после него АЭ информации, которая счи- тается связанной с переотражением уже принятых сигналов. Настройка, как правило, выполняется только для ограничения минимальных значений. Это означает, что срабатывания датчиков, полу- ченные в этот период времени, будут отбракова- ны. Отключение строба или установка слишком малых его значений приводит к тому, что в ка- честве основного будет интерпретирован переот- раженный сигнал, каждое срабатывание датчика будет воспринято как новое событие АЭ, а это, в свою очередь, приведет к регистрации множес- тва ложных событий с различными, «разбросан- ными» координатами. Автоматическая установка строба может быть выполнена расчетным или экспериментальным пу- тем. В программном обеспечении систем ЕМА-3 ис- пользован расчетный метод, который с учетом скорости распространения волны в материале оп- ределяет время, в течение которого будут проис- ходить переотражения. Экспериментально опре- деление строба может быть выполнено с исполь- зованием генератора импульсов или механичес- кого имитатора, например, графитового стержня. Подав на объект контроля одиночный акустичес- кий импульс, строб устанавливают таким образом, чтобы такому импульсу соответствовало одно сра- батывание каждого используемого датчика. Как правило, такой метод работает достаточно эф- фективен и гарантирует отбраковку переотражен- ных сигналов. Дискриминация по признаку частоты сиг- нала является полезным средством для отсева по- мех, в частности производственных. Датчики АЭ работают, как правило, в широком частотном ди- апазоне, поэтому вероятность приема сигналов, не имеющих отношения к происходящим процессам в материале, весьма велика. Помеха может быть сигналом как в низкочастотном, так и в высоко- частотном диапазоне, поэтому требуются филь- тры как нижних, так и верхних частот. Еще более эффективным представляется использование на- боров полосовых фильтров, в чем-то подобных ис- пользуемым в аудиотехнике эквалайзерам. При проведении испытаний промышленных объектов идеальной представляется ситуация, когда частот- ный диапазон вероятного источника помех извес- тен заранее, и можно еще до начала испытания установить соответствующие ограничения на при- нимаемые сигналы [7]. В то же время использовать ограничения по частоте следует обоснованно, поскольку ошибки могут привести либо к регистрации помех в ка- честве истинных событий, либо, напротив, к не- оправданной отбраковке полезной информации и снижению качества результатов проводимых из- мерений. Изложенное выше проиллюстрируем представ- ленными на рис. 1 результатами различных спо- собов обработки одного и того же лабораторного эксперимента. На плоском алюминиевом листе толщиной 8 мм была начерчена окружность, в от- дельных точках которой последовательно, пере- мещаясь по часовой стрелке, проводили излом графитного стержня. Для локации использовали четыре датчика АЭ, расположенные в вершинах квадрата размером 600×600 мм. Точками показа- ны координаты отдельных событий АЭ, флажка- ми — образованные на их основе кластеры с ра- диусом кластеризации 30 мм. Очевидно, что при оптимальных настройках порогов амлитуды и строба картина (рис. 1, а), получаемая на экране системы ЕМА-3, наиболее соответствует реаль- ности. При завышенных порогах амплитуды боль- шая часть событий отбраковывается, и полезная информация пропадает (рис. 1, б). При отключен- ном стробе, напротив, за счет переотражений в материале возникают ложные события АЭ, кото- рые системой не отбраковываются (рис. 1, в). При установке завышенного порога частоты ситуация аналогична случаю, приведенному на рис. 1, б, за исключением того, что отбракованы полезные сигналы не с более низкой амплитудой, а с более низкой частотой (рис. 1, г). Дискриминация по признакам длительнос- ти события, числа осцилляций и времени на- растания сигнала. Данные параметры сигнала АЭ имеет смысл рассматривать совместно, хотя они и не полностью взаимосвязаны. Покажем их схематически на рис. 2. Число осцилляций C, дли- тельность сигнала W и его средняя частота Fср связаны простой математической зависимостью Fср = C/W. Время R нарастания сигнала до максимума ам- плитуды (от английского «Rise time») должно, ес- тественно, находиться в диапазоне 0…W, но ре- альный физический смысл предельные значения будут иметь далеко не всегда. Естественные фи- зические процессы, связанные с развитием пов- реждаемости материала, обычно порождают акус- тические сигналы сложной формы, но с ненуле- вым временем нарастания и спада. Поэтому в ус- ловиях производственных помех имеет смысл проанализировать характер получаемой инфор- мации и при наличии событий АЭ с нулевым или максимальным временем нарастания провести их отбраковку как не соответствующих по парамет- рам развитию дефектов в материале. Особенностью производственных помех явля- ется то, что акустические сигналы от них не име- ют четкой локализации и приводят, как правило, к практически одновременному срабатыванию всех датчиков АЭ. В зависимости от используе- 8 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2011 мого алгоритма локации в качестве координат ис- точников таких сигналов будет определен тот участок конструкции, для которого задержки вре- мени прихода сигнала на разнесенные датчики бу- дут близки к нулю. Пример отбраковки событий с нулевым вре- менем нарастания сигнала до максимального зна- чения амплитуды представлен на рис. 3. При гидроиспытаниях трубы длиной 8000 мм с заглушками, приваренными с двух сторон коль- цевыми швами, начало накопления повреждений соответствовало области швов. При этом лока- ционная антенна из равномерно размещенных по линии вдоль верхней образующей трубы датчиков АЭ показала акустическую активность как в об- ласти швов, так и в центральной части трубы (рис. 3, а). Анализ полученных событий АЭ в среднем кластере показал, что все они имеют оди- наковое время прихода на датчики 2 и 3 и, соот- ветственно, нулевые задержки. Значение времени нарастания у всех событий было нулевым. После установки ограничения ми- нимального значения времени нарастания равным 125 нс (соответствует разрешающей способности системы) локализация принимаемых сигналов АЭ на экране изменилась, как показано на рис. 3, б. Учитывая, что разрушение материала произошло впоследствии по одному из швов, можно сделать вывод, что путем установленного ограничения были исключены шумы, связанные с работой сис- темы нагружения. Ограничения времени нарастания по максиму- му, а также остальных рассматриваемых здесь па- раметров, могут, вероятно, иметь смысл в отдель- ных специальных случаях, в целом же следует ис- ходить из понимания физической природы про- цессов, протекающих в материале при проводи- мых испытаниях. Общие рекомендации по их при- менению в рамках данной работы сформулиро- вать трудно. Проанализировав параметры АЭ, влияющие на правильность формирования событий и отбраков- ку на их основе ложной информации, и предста- вив на рис. 1, 3 их влияние на окончательные ре- зультаты, перейдем к рассмотрению параметров уже сформированных событий, влияющих непос- редственно на определение координат независимо от методов и формул их расчета. Рис. 1. Локация событий АЭ системой ЕМА-3 на плоскости при механическом воздействии — изломе графитового стержня — по точкам окружности: а — оптимальные настройки; б — нижний амплитудный порог повышен до 48 дБ; в — строб отключен; г — нижний порог частоты повышен до 310 кГц ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2011 9 Скорость распространения волны в матери- але. Физический параметр, используемый в боль- шинстве расчетных методов при определении ко- ординат событий АЭ (пример-исключение: при линейной локации за счет избыточности количес- тва датчиков (более двух) и, соответственно, вре- менных задержек в расчетных формулах вместо скорости можно использовать соотношение задер- жек). Вне зависимости от используемого метода расчета координат неправильное определение скорости приведет к смещению расчетного поло- жения источника АЭ относительно истинного. В случае линейной локации антенной из двух дат- чиков использования простейшего метода расчета и отсутствия погрешностей измерения других ве- личин при истинной скорости распространения звуковой волны в материале Vи = 5 мм/мкс и рас- стоянии между датчиками B = 100 мм максималь- ная погрешность определении координат за счет задания неверного значения скорости V = = 4,9 мм/мкс составит 2 мм, а при значении ско- рости V = 4 мм/мкс уже 20 мм. При таком же значении скорости и установке датчиков на рас- стоянии 10 м ошибка составит 2 м, т. е. точность локации будет неудовлетворительной. Существуют различные методы определения скорости распространения акустических волн в материале. Отметим только необходимость вы- полнения этой процедуры перед началом каждого проводимого АЭ испытания, поскольку таблич- ные значения данного параметра могут сущест- венно отличаться от его значения в конкретном случае сочетания «материал–конструкция». Од- ним из действенных способов проверки правиль- ности установленного значения скорости можно считать использование имитаторов акустической эмиссии. Точно зная координаты такого источни- ка, легко проверить, насколько правильно АЭ сис- тема их определяет. Можно также, варьируя ус- тановленным значением скорости, убедиться, нас- колько оно является оптимальным применительно к локации источников АЭ на данном конкретном объекте. Ограничения по времени задержки служат для отбраковки событий АЭ, не соответствующих физическим свойствам и конфигурации объектов контроля. Важны как ограничение времени задер- жки, так и отслеживание порядка прихода сигнала на датчики. Ограничение времени должно соот- ветствовать условию прохождения сигнала АЭ в пределах установленной группы датчиков и оп- ределяется, исходя из расстояния между ними и скорости распространения акустических волн в материале. Особенности, связанные с установкой значений скорости, рассмотрены выше. Если по- рядок прихода сигналов на датчики и, соответс- твенно, их срабатывание не соответствует физи- ческой природе распространения волн в матери- але, такое событие АЭ подлежит отбраковке. Ограничения по зоне контроля применяются к уже сформированным событиям, прошедшим Рис. 3. Экран локации системы ЕМА-3 при гидроиспытаниях трубы: а — без установки ограничений на параметры АЭ; б — с ограничением минимума времени нарастания до 125 нс. В нижней части экрана показаны координаты событий АЭ, столбики с флажками — результат их объединения в кластеры Рис. 2. Выделение единичного срабатывания датчика из неп- рерывного АЭ сигнала (началом события считается превыше- ние амплитудой сигнала порога дискриминации ATh, завершением — снижение амплитуды до уровня ниже поро- га; A — максимальная амплитуда; W — полная длительность события; R — время нарастания сигнала до максимума. Чис- ло осцилляций C соответствует числу превышений сигнала над порогом) 10 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2011 отбраковку по всем приведенным выше парамет- рам. Используется, во-первых, для исключения из дальнейшего анализа событий, находящихся за пределами выбранной для локации области, во- вторых, для исследования АЭ активности на выб- ранном локальном участке материала. Влияние перечисленных выше параметров на результаты локации приведены на рис. 4 приме- нительно к эксперименту, ранее представленному на рис. 1. Очевидно, что увеличение задаваемой скорос- ти звука в материале (рис. 4, б) приводит к из- менению расчетных координат событий АЭ, и по- лученная окружность растягивается. Уменьшение задаваемой скорости звука (рис. 4, в) приводит к тому, что окружность сжимается и, кроме того, два ложных события, отсеянные за счет ограни- чения зоны контроля при правильно установлен- ной скорости звука, на этот раз попадают в кон- тролируемую область. На рис. 4, г показано, как эти события могут быть эффективно отфильтро- ваны за счет уменьшения значения допустимого максимального времени задержки прихода сигна- ла на датчики АЭ. Кластеризация. Возможность объединения событий АЭ в кластеры, несмотря на ее чрезвы- чайную полезность, имеется не во всех современ- ных системах АЭ контроля. На приведенных вы- ше рисунках наряду с результатами локации по- мимо точек (при линейной локации — столбиков), отображающих координаты отдельных событий АЭ, показаны также результаты кластеризации со- бытий системой ЕМА-3. Задавая различные раз- меры кластера, можно по-разному интерпретиро- вать и анализировать получаемую информацию. Изначально в эксприменте, результаты которого приведены на рис. 1 и 4, при имитации отдельных событий АЭ по точкам окружности выбраны раз- меры кластера 30 мм. Покажем на рис. 5 работу алгоритма кластеризации при очень малых (рис. Рис. 4. Влияние параметров настройки системы ЕМА-3 на результаты локация событий АЭ на плоскости при изломе графи- тового стержня в точках окружности: а — оптимальные настройки; б — задаваемая скорость звука в материале увеличена с 3,5 до 7 мм/мкс; в — задаваемая скорость звука в материале уменьшена с 3,5 до 2 мм/мкс; г — при задаваемой скорости звука в материале 2 мм/мкс установлено максимальное время задержки 80 мкс ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2011 11 5, а) и очень больших (рис. 5, б) (в рамках данного эксперимента) размерах кластера. Очевидно, что в первом случае каждый обра- зованный кластер соответствует единичному со- бытию АЭ, во втором образуется только один кластер, соответствующий с заданной вероят- ностью геометрическому центру всех полученных событий АЭ. Если объединение многих событий в один общий кластер в условиях данного экспе- римента не является целесообразным, то приме- нение такого подхода при испытаниях образцов и реальных конструкций, особенно из-за сложной формы объектов и в условиях наличия помех, яв- ляется очень эффективным. При наличии существенного разброса в опре- деляемых координатах событий, с высокой веро- ятностью относящихся к одному и тому же про- цессу в материале, объединение их в кластер поз- воляет наиболее точно указать место возникно- вения их источника. Особенно это важно для тех участков конструкций, доступ к которым по тех- ническим причинам невозможен. Простым при- мером эффективности кластерного анализа может служить испытание на статическое растяжение образца из стали 12Х18Н10Т при температуре 560°С (рис. 6). Рабочая часть образца находилась внутри электропечи [12] и была недоступна как для установки датчиков АЭ, так и для визуального наблюдения. Следует учитывать также достаточ- но высокий уровень шумов, создаваемых систе- мой нагружения. Как видно из рис. 6, при проведении испытания события АЭ были зарегистрированы на всем ра- бочем участке. Для определения наиболее веро- ятного места разрушения перед началом испыта- ния был задан размер кластера 600 мм. Все по- лученные события АЭ с координатами, располо- женными между датчиками 1 и 2, обрабатывали как принадлежащие одному и тому же источнику. Обработка данных кластера показала, что его ге- ометрический центр расположен на участке об- разца с координатой 360 мм (отсчет координат выполняли от датчика 1). Рис. 5. Влияние размера кластера на результаты локации событий АЭ на плоскости при изломе графитового стержня по точкам окружности: а — 1; б — 300 мм Рис. 6. Окно локации системы ЕМА-3 после испытания образца из стали 12Х18Н10Т при температуре 560 °С (столбик с флажком соответствует кластеру, показывающему вероятное место разрушения) 12 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2011 После окончания испытания и извлечения об- разца провели замеры, показавшие, что разруше- ние образца произошло на участке с координатой 357 мм. Таким образом, кластерный анализ по- казал хороший результат, так как погрешность оп- ределения координаты места разрушения по от- ношению к расстоянию между датчиками (так на- зываемой базе антенны) составляет 0,5 %. Оче- видно, что при отсутствии кластерной обработки судить о вероятном месте разрушения было бы достаточно трудно несмотря на несколько боль- шую плотность распределения сигналов в облас- ти, где сформировалась трещина и затем прои- зошло разрушение. Учитывая, что в системе АЭ диагностики ЕМА-3 реализован алгоритм прогноза разрушаю- щей нагрузки и предупреждений об опасности состояния материала [13–15], возможность клас- теризации данных для данной системы является принципиально необходимой. Это позволяет группировать полученные события таким обра- зом, чтобы они соответствовали конкретному ис- точнику развития разрушения в материале. В про- тивном случае прогноз пришлось бы выполнять на основе всех без исключения событий, в том числе относящихся к абсолютно разным источ- никам, что негативно отразилось бы на качестве прогнозных данных. Укажем еще раз на достаточно сложную про- цедуру обработки первоначальной АЭ инфор- мации, необходимую для отбраковки ложных дан- ных, формирование событий, подготовки для рас- чета координат источников АЭ и последующего прогнозирования состояния материала. В качестве резюме на рис. 7 приведем принятую для систем ЕМА-3 последовательность обработки АЭ инфор- мации. Очевидно, что приведенный анализ факторов, влияющих на достоверность получаемых АЭ дан- ных, не является исчерпывающим. Тем не менее, следует полагать, что рассмотренные факторы действительно являются как наиболее важными с точки зрения рассматриваемой проблемы, так и об- щими для различных систем АЭ диагностики. По- этому приведенные результаты могут быть полезными для специалистов в разных областях применения метода АЭ: при разработке АЭ систем, при проведении АЭ испытаний, при создании и со- вершенствовании методик АЭ контроля примени- тельно к различным промышленным объектам. Учитывая потребность в создании стандартов, дру- гих нормативных документов в области метро- логии АЭ систем и необходимость унификации процедуры проведения АЭ измерений [15], выпол- ненные и систематизация представляются своев- ременными. Выводы Проанализированы основные факторы, оказыва- ющие существенное влияние на достоверность по- лучаемых методом АЭ результатов, формирование событий АЭ и работу алгоритмов расчета их ко- ординат. Показано, что выбор методики проведе- ния измерений, обработки входных данных, от- браковки ложной информации, корректной настройки параметров систем АЭ диагностики приобретает особую важность. Показано, что применение кластерного анализа при обработке полученных с использованием сис- тем АЭ диагностики данных позволяет обеспе- чить определение координат источников АЭ в производственных условиях, при наличии акус- тических помех и отсутствии доступа к поверх- ности объектов контроля. Проведенный анализ влияния различных фак- торов на получение достоверной АЭ информации может быть полезен для специалистов, работаю- щих в области АЭ контроля, при создании уни- фицированной процедуры метрологии АЭ систем различных типов. 1. О применении метода акустической эмиссии для контроля промышленных конструкций / А. Я. Недосека, М. А. Яре- менко, М. А. Овсиенко, Л. Ф. Харченко // Техн. диагности- ка и неразруш. контроль. — 2003. — № 3. — С. 3–6. 2. Dunegan H. L. Acoustic Emission—A Promising Technique // Lawrence Livermore Laboratory Report UCID—4643. — 1963. 3. А. с. 868574 СССР, МКИ G 01 N 29/04. Многоканальное устройство для определения координат дефекта методом акустической эмиссии / С. И. Буйло, Г. А. Кузьмин, А. С. Трипалин. — Опубл. 3.08.81, Бюл. № 36. 4. Акустическая эмиссия и ее применение для неразруша- ющего контроля в атомной энергетике / Под ред. К. Б. Вакара. — М.: Атомиздат, 1980. — 216 с. 5. Андрейків О. Є. Теоретичні основи методу акустичної емісії в механіці руйнування / Г. Т. Сулим, В. Р. Скальський. — Львів: Видавн. центр ЛНУ ім. Івана Франка, 2006. — 461 с. 6. Грешников В. А., Дробот Ю. Б. Акустическая эмиссия для испытаний материалов и изделий. — М.: Изд-во стандартов, 1976. — 273 с.Рис. 7. Обработка АЭ информации в системе ЕМА-3 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2011 13 7. Недосека А. Я. Основы расчета и диагностика сварных конструкций. — Киев: Индпром, 2008. — 815 с. 8. Прочность и акустическая эмиссия материалов и эле- ментов конструкций / В. А. Стрижало, Ю. В. Доброволь- ский, В. А. Стрельченко и др. / Под ред. Г. С. Писаренко. — Киев: Наук. думка, 1990. — 232 с. 9. Назарчук З. Т., Скальський В. Р. Акустико-емісійне діаг- ностування елементів конструкцій: Наук.-техн. посібник: у 3 т. — Т.2. Методологія акустико-емісійного діагностування. — Київ: Наук. думка, 2009. — 263 с. 10. Определение координат развивающихся дефектов на ци- линдрических поверхностях / А. Я. Недосека, М. А. Яре- менко, М. А. Овсиенко, Л. Ф. Харченко // Техн. диагнос- тика и неразруш. контроль. — 2006. — № 1. — С. 11–13. 11. Особенности распространения акустико—эмиссионных волн на поверхности трубнооболочечных конструкций / А. Я. Недосека, М. А. Овсиенко, Л. Ф. Харченко, М. А. Яременко // Там же. — 2005. — № 2. — С. 24–28. 12. Исследование АЭ характеристик материалов при высо- ких температурах. Сообщение 1. Методика / Л. М. Лоба- нов, А. Я. Недосека, С. А. Недосека и др. // Там же. — 2009. — № 1. — С. 5–10. 13. Недосека С. А. Диагностика и прогнозирование ресурса сварных конструкций методом акустической эмиссии. Дис. … д-ра техн. наук. — Киев: Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, 2010 г. — 422 с. 14. Недосека С. А. Прогноз разрушения по данным акусти- ческой эмиссии // Техн. диагностика и неразруш. конт- роль. — 2007. — № 2. — С. 3–9. 15. Недосека А. Я., Недосека С. А. Об оценке надежности экс- плуатирующихся конструкций (состояние вопроса и перс- пектива развития) // Там же. — 2010. — № 2. — С. 7–17. Поступила в редацию 08.12.2010 14 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2011

Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их координат.

Репозитарії

Схожі ресурси