Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии

Рассмотрены вопросы совершенствования методологии АЭ контроля путем решения проблемы быстрой и оперативной оценки возможных погрешностей при локации источников АЭ на объектах сложной геометрии. Оценка выполняется при помощи автоматизированного программного виртуального тестирования для заранее зад...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
Hauptverfasser:	Недосека, С.А., Овсиенко, М.А., Харченко, Л.Ф., Яременко, М.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2015
Schriftenreihe:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115932
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии / С.А. Недосека, М.А. Овсиенко, Л.Ф. Харченко, М.А. Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2015. — № 3. — С. 18-25. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-115932
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1159322017-04-16T03:02:50Z Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии Недосека, С.А. Овсиенко, М.А. Харченко, Л.Ф. Яременко, М.А. Научно-технический раздел Рассмотрены вопросы совершенствования методологии АЭ контроля путем решения проблемы быстрой и оперативной оценки возможных погрешностей при локации источников АЭ на объектах сложной геометрии. Оценка выполняется при помощи автоматизированного программного виртуального тестирования для заранее задаваемых конфигураций локационных антенн. Несомненным преимуществом предложенного решения является выполнение оценки до начала расстановки датчиков на объекте, что позволяет подбирать оптимальные схемы их размещения и наиболее подходящий алгоритм расчета координат источников АЭ. Выполненная работа полезна для автоматизации АЭ контроля, углубленного анализа АЭ данных, разработки новых алгоритмов и программ локации источников АЭ и является очередным этапом разработки интеллектуальных систем контроля. The paper deals with the issues of improvement of AE monitoring methodology by solving the problem of prompt and operative assessment of possible errors at location of AE sources on objects of complex geometry. Assessment is performed with application of automated programmed virtual testing for pre-assigned configurations of location arrays. An indubitable advantage of the proposed solution is performance of evaluation before the start of transducer arrangement on the object that will allow selection of optimum schematics of their arrangement and the most suitable algorithm for AE source coordinate calculation. Performed work is useful for automation of AE monitoring, more profound analysis of AE data, development of new algorithms and programs of AE source location, and is one of the stages of development of intelligent monitoring systems. 2015 Article Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии / С.А. Недосека, М.А. Овсиенко, Л.Ф. Харченко, М.А. Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2015. — № 3. — С. 18-25. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-3474 DOI: doi.org/10.15407/tdnk2015.03.04 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115932 620.30.14 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, С.А. Овсиенко, М.А. Харченко, Л.Ф. Яременко, М.А. Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Рассмотрены вопросы совершенствования методологии АЭ контроля путем решения проблемы быстрой и оперативной оценки возможных погрешностей при локации источников АЭ на объектах сложной геометрии. Оценка выполняется при помощи автоматизированного программного виртуального тестирования для заранее задаваемых конфигураций локационных антенн. Несомненным преимуществом предложенного решения является выполнение оценки до начала расстановки датчиков на объекте, что позволяет подбирать оптимальные схемы их размещения и наиболее подходящий алгоритм расчета координат источников АЭ. Выполненная работа полезна для автоматизации АЭ контроля, углубленного анализа АЭ данных, разработки новых алгоритмов и программ локации источников АЭ и является очередным этапом разработки интеллектуальных систем контроля.
format	Article
author	Недосека, С.А. Овсиенко, М.А. Харченко, Л.Ф. Яременко, М.А.
author_facet	Недосека, С.А. Овсиенко, М.А. Харченко, Л.Ф. Яременко, М.А.
author_sort	Недосека, С.А.
title	Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии
title_short	Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии
title_full	Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии
title_fullStr	Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии
title_full_unstemmed	Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии
title_sort	оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115932
citation_txt	Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии / С.А. Недосека, М.А. Овсиенко, Л.Ф. Харченко, М.А. Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2015. — № 3. — С. 18-25. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT nedosekasa optimizaciârazmeŝeniâdatčikovipovyšenietočnostilokaciiistočnikovakustičeskojémissii AT ovsienkoma optimizaciârazmeŝeniâdatčikovipovyšenietočnostilokaciiistočnikovakustičeskojémissii AT harčenkolf optimizaciârazmeŝeniâdatčikovipovyšenietočnostilokaciiistočnikovakustičeskojémissii AT âremenkoma optimizaciârazmeŝeniâdatčikovipovyšenietočnostilokaciiistočnikovakustičeskojémissii
first_indexed	2025-07-08T09:38:36Z
last_indexed	2025-07-08T09:38:36Z
_version_	1837071098699579392
fulltext	18 ТЕХНИЧЕСКАя ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2015 УДК 620.30.14 ОПТИмИЗАцИя РАЗмЕщЕНИя ДАТЧИКОВ И ПОВыШЕНИЕ ТОЧНОсТИ лОКАцИИ ИсТОЧНИКОВ АКУсТИЧЕсКОй ЭмИссИИ С. а. недоСека, М. а. овСиенко, Л. Ф. хаРЧенко, М. а. яРеМенко ИЭс им. Е.О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Рассмотрены вопросы совершенствования методологии АЭ контроля путем решения проблемы быстрой и оперативной оценки возможных погрешностей при локации источников АЭ на объектах сложной геометрии. Оценка выполняется при помощи автоматизированного программного виртуального тестирования для заранее задаваемых конфигураций локационных антенн. Несомненным преимуществом предложенного решения является выполнение оценки до начала расстановки датчиков на объекте, что позволяет подбирать оптимальные схемы их размещения и наиболее подходящий алгоритм расчета координат источников АЭ. Выполненная работа полезна для автоматизации АЭ контроля, углубленного анализа АЭ данных, разработки новых алгоритмов и программ локации источников АЭ и является очередным этапом разработки интеллектуальных систем контроля. библиогр. 7, рис. 10. К л ю ч е в ы е с л о в а : АЭ контроль, виртуальное тестирование, точность локации, скорости звуковых волн в ма- териале Постоянно растущее применение метода аку- стической эмиссии (АЭ) на разнообразных про- мышленных объектах, расширение их ассорти- мента требует постоянного совершенствования аналитических и экспериментальных методов определения параметров, характеризующих состо- яние контролируемой конструкции [1–3]. Одним из таких параметров являются координаты источ- ников АЭ сигналов. От точности определения ко- ординат существенно зависит надежность про- гнозирования разрушающей нагрузки материала конструкции и оценки ее остаточного ресурса. Это диктует новые задачи при разработке методологии АЭ контроля и соответствующего программного обеспечения [1–3], которые связаны с обеспечени- ем точности локации координат источников АЭ и оперативной настройкой АЭ систем. Переход к контролю объектов со сложной гео- метрией, особенно при произвольной расстанов- ке датчиков АЭ, требует быстрой и оперативной оценки возможных погрешностей при локации источников АЭ. Ранее такую оценку проводили непосредственно на объекте экспериментальным путем после расстановки датчиков с использова- нием импульсного прозвучивания от специально- го генератора или методом су–Нильсена, осно- ванном на сломе графитового стержня. Указанные способы оценки имеют ряд недо- статков. Прежде всего надежная проверка точ- ности локации требует длительного времени, которого при проведении контроля в условиях реального производства может просто не хва- тить [4]. В конструкциях и конструктивных эле- ментах конечных размеров происходят изменения спектральных, амплитудных и частотных характе- ристик волн АЭ, их взаимодействие и переотра- жение. Это сказывается на локальных скоростях волн на конкретных участках материала, реги- стрируемых временах прихода сигнала на датчики и определении координат источника. Если после расстановки датчиков выяснилось, что выбран- ная конфигурация их расположения не обеспечи- вает необходимой точности локации, потребуют- ся переустановка датчиков и повторная проверка возникающих погрешностей. При отсутствии до- ступа к поверхности объекта контроля экспери- ментальная проверка точности локации становит- ся невозможной. В данной работе представлен один из способов решения описанной выше проблемы при помощи автоматизированного программного виртуального тестирования погрешностей локации для заранее задаваемых конфигураций локационных антенн. Несомненным преимуществом такого способа проверки является то, что ее можно выполнить очень быстро, причем до начала физической рас- становки датчиков на объекте. Таким образом, подбираются оптимальная схема размещения дат- чиков и наиболее подходящий алгоритм расчета координат источников АЭ. Программа для тестирования работы алгоритмов локации была создана вначале как полностью авто- номное приложение для компьютера, но такой под- ход оказался неэффективным. Пользователь вынуж- ден был переключаться между программами для АЭ испытаний и для тестирования локации, конфигури- ровать локационные антенны в каждой из программ отдельно. В связи с этим модуль для тестирования © с. А. Недосека, м. А. Овсиенко, л. ф. Харченко, м. А. яременко, 2015 19ТЕХНИЧЕСКАя ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2015 локации был интегрирован в окно испытаний про- граммы ЕмА версии 3.9. Панель управления вир- туальным тестированием локации размещена вер- тикально в левой части окна испытаний (рис. 1) и содержит поля ввода для настройки тестирования, поля для оперативного вывода погрешностей лока- ции, кнопки для запуска ручного и автоматического режимов тестирования и флажок, включающий вы- вод результатов тестирования в виде таблиц и гра- фиков Microsoft Excel. метод тестирования достаточно прост. Внача- ле задают координаты датчиков, координаты вир- туального источника АЭ и скорости распростра- нения звуковых волн в материале – реальные и закладываемые в расчет координат. Затем на осно- вании этих данных рассчитывается время прихода звуковой волны на каждый из датчиков локацион- ной антенны. При возникновении события АЭ, ко- торое вызовет N срабатываний различных датчи- ков, каждое из них будет характеризоваться своим временем начала t1, t2,…,tn. При реальных изме- рениях эти времена неизвестны, известны только разности времен срабатывания различных датчи- ков антенны Δt1, Δt2, …, Δtn, на основании чего и построены все существующие алгоритмы опреде- ления координат. Таким образом, расчетные времена распро- странения сигнала АЭ от виртуального источника до датчиков необходимо преобразовать в разности времен прихода, или, иными словами, задержки. Если считать, что ближе всего к источнику нахо- дится и первым сработает датчик №1, то Δt1 = 0, а задержки Δtn на остальных датчиках получают простым вычитанием Δtn = tn – t1. Далее полученные значения задержек подстав- ляют в формулу расчета координат, после чего Рис. 1. Окно испытаний программы ЕмА-3.9 с элементами управления виртуальным тестированием погрешностей опреде- ления координат Рис. 2. фрагмент окна испытаний программы ЕмА-3.9 с результатами ручного виртуального тестирования по- грешности определения координат при линейной лока- ции по формуле (1) Рис. 3. Экран программы ЕмА-3.9 с результатами автоматического виртуального тестирования погрешности определения ко- ординат при линейной локации с шагом смещения источника 50 мм: а – скорости волн АЭ от источника и при расчете коорди- нат совпадают и равны 3,5 мм/мкс; б – скорость волн АЭ от источника 5 мм/мкс, при расчете координат 3,5 мм/мкс 20 ТЕХНИЧЕСКАя ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2015 расчетные координаты сравнивают с заданными и оценивают относительную погрешность [5], ко- торая может меняться в пределах от 0 до 100 %. Для локационных антенн линейного типа это по- грешность определения координаты Х. Для пло- скостных, цилиндрических и сферических антенн программа отображает большую из погрешностей при определении координат Х и У. Рассмотрим вначале ручной режим тестирова- ния. При его активации нажатием кнопки «Тест расчета координат» в области отображения лока- ционной антенны появляется схематичес кий вир- туальный источник АЭ, который можно двигать мышью по экрану. Всплывающее сообщение по- казывает его текущие координаты по отношению к датчикам локационной антенны. слева в полях вывода показываются расчетные координаты и погрешность их определения. Пример, приведен- ный на рис. 2, демонстрирует результат определе- ния координат при линейной локации. Для расче- та координат в данном случае использовали так называемую простую формулу: X = B/2 ± C Δtі/2, Y = B/2 ± C Δtj/2, (1) где С – скорость распространения звуковой волны в материале; Δti,j – разность времен прихода волны на ближайшие к источнику пары датчиков, рассто- яние между которыми равно В. Приведенный на рис. 2 источник АЭ имеет ко- ординату Х = 147 мм, а расчетная координата Х составляет 146 мм. Погрешность в данном случае равна 0,29 %, что свидетельствует о достаточно высокой точности локации. Ручной вариант тестирования удобен во мно- гих случаях, но полную картину дает автомати- Рис. 5. Экран программы ЕмА-3.9 с результатами автоматического виртуального тестирования погрешности определения координат при локации на цилиндре с шагом смещения источника 100 мм: а – скорости волн АЭ от источника и при расче- те координат совпадают и равны 3,5 мм/мкс; б – скорость волн АЭ от источника 5 мм/мкс, при расчете координат 3,5 мм/мкс Рис. 4. Элементы рабочих листов Microsoft Excel с таблицами и графиками погрешности определения координат при линей- ной локации с шагом смещения источника 50 мм: а – скорости волн АЭ от источника и при расчете координат совпадают и равны 3,5 мм/мкс; б – скорость волн АЭ от источника 5 мм/мкс, при расчете координат 3,5 мм/мкс. локация по формуле (1) (а, б); локация с использованием матрицы задержек из 1000 элементов (в, г) 21ТЕХНИЧЕСКАя ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2015 ческий расчет, в котором можно задать диапазон координат, для которого выполняется проверка, и шаг перемещения источника. Вывод данных в виде таблиц и графиков Microsoft Excel позволя- ет наглядно увидеть распределение погрешностей локации по контролируемому участку. Таблицы содержат погрешности, расположенные по рядам с одной и той же координатой У. столбцы соот- ветствуют одной и той же координате Х. Коли- чество строк и столбцов определяется заданным шагом по У и Х. Таким образом, при линейной ло- кации все данные расположены в одном ряду та- блицы, при двумерной – в нескольких. графики содержат множественный набор линий, построен- ных для каждого ряда с общей координатой У. Для наглядности ячейки таблицы окрашивают- ся в зависимости от значения погрешности в цве- та от зеленого до красного. Оттенки зе- леного соответствуют погрешностям до 5 %, желтого – до 7,5 %, оранжевого – до 10 %. ячейки, содержащие погреш- ности свыше 25 %, окрашиваются в яр- ко-красный цвет. Отметим, что существенное значение для получения малых погрешностей име- ет правильное задание скорости звуковых волн в материале [2, 3]. Ниже будет пока- зано, что несоответствие реальной скоро- сти звука той, которая задается при рас- чете координат, приводит к увеличению погрешностей определения координат в несколько раз и более. На рис. 3 показаны результаты тести- рования локации при линейном распо- ложении датчиков АЭ с шагом смеще- ния источника 50 мм для двух случаев. В первом случае скорость звука, задан- ная для виртуального эксперимента и для расчета координат, является одной и той же и составляет 3,5 мм/мкс. Во втором скорость звука для виртуаль- ного источника изменена до 5 мм/мкс. Несоответствие скоростей приводит к смещению расчетных координат, при- чем весьма существенному. На экранах локации программы ЕмА-3.9 координаты источников АЭ показаны вертикальными черточками под схемой расположения датчиков. Как видим, на рис. 3, б их расположение совершенно не соответствует за- данному шагу в 50 мм, в отличие от рис. 3, а, где представлены данные при совпадении заложен- ной в расчет координат и реальной скоростей. Полученные данные наглядно демонстриру- ются таблицами и графиками Microsoft Excel. На рис. 4 приведены снимки рабочих листов с резуль- татами расчета погрешностей для первого и вто- рого случаев. Рис. 4, а, б соответствует расчету координат по формуле (1), рис. 4, в, г – расчету с применением так называемой матричной локации, при которой координату источника определяют по заранее теоретически рассчитанным временным Рис. 6. Элементы рабочих листов Microsoft Excel с таблицами и графиками погрешности определения координат при лока- ции на цилиндре с шагом смещения источника 100 мм: а – скорости волн АЭ от источника и при расчете координат совпада- ют и равны 3,5 мм/мкс; б – скорость волн АЭ от источника 5 мм/мкс, при расчете координат 3,5 мм/мкс. локация по формуле окружностей [6] Рис. 7. Экран программы ЕмА-3.9 с результатами автоматического вирту- ального тестирования погрешности определения координат при локации на сфере с шагом смещения источника 100 мм вдоль экватора и по меридиану: а – скорости волн АЭ от источника и при расчете координат совпадают и равны 3,5 мм/мкс; б – скорость волн АЭ от источника 5 мм/мкс, при расче- те координат 3,5 мм/мкс 22 ТЕХНИЧЕСКАя ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2015 задержкам, из которых составлена матрица. Пра- вильными считаются тот набор задержек и соот- ветствующая ему координата источника, которые дают наименьшую невязку с данными, получен- ными при измерениях. Точность матричной ло- кации одинакова для всей поверхности объекта и зависит от расстояния от источника до узла ма- трицы и шага, с которым задана матрица, а быст- родействие обратно пропорционально количеству элементов матрицы. Результаты работы обоих алгоритмов в данном случае вполне сопоставимы. При совпадении за- даваемых и расчетных скоростей погрешность в обоих случаях не превышает 1 %, что являет- ся очень хорошим показателем. матричный алго- ритм показывает в целом меньшие погрешности, но есть отдельный выброс с большим значением. В случае же, когда скорость волн АЭ от источ- ника равна 5 мм/мкс, а при расчете координат ее принимают равной 3,5 мм/мкс, погрешности уве- личиваются во много раз. Интересно, что при этом матричная локация показывает намного луч- шие результаты. максимальная погрешность со- ставляет 25 %, в то время как при расчете по фор- муле (1) она приближается к 90 %. Полученные результаты типичны для локаци- онных антенн линейного типа с произвольным размещением датчиков и для кольцевых антенн, отличающихся при расчете координат лишь необ- ходимостью учета наличия замкнутого участка. Прежде чем перейти к рассмотрению работы алгоритма тестирования применительно к дву- мерным поверхностям [5], отметим, что после его реализации в программе ЕмА-3.9 все используе- мые способы определения координат были прове- рены на предмет выявления случайных ошибок, которые трудно зафиксировать при реальных из- мерениях, когда в целом картина локации являет- ся адекватной, но возникают отдельные выбросы. Проведенное тестирование показало, что исполь- зованные ранее алгоритмы расчета координат в некоторых особых точках работали ошибочно, после чего они были скорректированы, что ранее было невозможно. Рис. 8. Элементы рабочих листов Microsoft Excel с таблицами и графиками погрешности определения координат при ло- кации на сфере с шагом смещения источника 100 мм вдоль экватора и по меридиану: а – скорости волн АЭ от источника и при расчете координат совпадают и равны 3,5 мм/мкс; б – скорость волн АЭ от источника 5 мм/мкс, при расчете координат 3,5 мм/мкс. локация по формуле окружностей [6] Рис. 9. Экран программы ЕмА-3.9 с результатами автоматического виртуального тестирования погрешности определения ко- ординат при локации на трубе длиной 100 м: а – диаметр трубы 1 м; б – диаметр трубы 0,666 м. матричная локация Рис. 10. Элементы рабочих листов Microsoft Excel с таблицами и графиками погрешности определения координат при лока- ции на трубе длиной 100 м: а – диаметр трубы 1 м; б – диаметр трубы 0,666 м. матричная локация 23ТЕХНИЧЕСКАя ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2015 После коррекции все алгоритмы локации были проверены на точность. В результате проверки из программы были исключены алгоритмы рас- чета координат на двумерных поверхностях, ос- нованные на модификациях формулы (1), как да- вавшие, в отличие от линейной локации, слишком большие погрешности. В качестве более точного расчетного алгоритма применили «метод пересе- кающихся окружностей» (далее «метод окруж- ностей», «формула окружностей»), описанный, в частности, в работе [6]. В данном алгоритме на основании имеющихся данных по временным за- держкам прихода сигнала на разнесенные датчи- ки строится набор пересекающихся окружностей, координаты источника определяют из системы об- щих уравнений. Таким образом, была выполнена унификация используемых алгоритмов определения коорди- нат. Для линейных и кольцевых типов антенн используются матричная локация или же осно- ванная на формуле (1). Для плоскостных, цилин- дрических и сферических антенн используются матричная локация или же метод окружностей. При правильном задании скоростей волн АЭ в ма- териале их точность сопоставима и достаточно высока. Рассмотрим для примера тестирование лока- ции на двухмерных объектах – цилиндре и сфере – с теми же начальными данными, что и при ли- нейной локации, когда скорость волн АЭ от источ- ника равна 3,5 мм/мкс, затем 5 мм/мкс, а при рас- чете координат 3,5 мм/мкс. На рис. 5 показаны результаты тестирования для развертки цилиндра большого (80 м) диаме- тра и незначительной (2 м) высоты. На цилиндре размещено 24 датчика АЭ с рав- номерным шагом в три ряда. Виртуальный источ- ник смещали с шагом 100 мм. Использовали бо- лее быстрый, но менее точный расчет координат по формуле окружностей. Как видим, в случае совпадения скоростей расчетные координаты перемещающегося источ- ника определяются с очень высокой точностью, давая практически идеальную картину на экра- не. В случае несовпадения скоростей расчетные координаты равномерно смещаются к центру со- ответствующего квадранта. Полученные данные проанализированы с использованием таблиц и графиков Microsoft Excel. На рис. 6 приведены снимки рабочих листов с результатами расчета погрешностей для первого и второго случаев. согласно полученным результатам, при со- впадении скоростей погрешность не превыша- ет 0,03 %, при разных скоростях 18 %. Это зна- чительно лучший результат, чем при линейной локации, а объяснен он может быть тем, что при двумерной локации в расчете координат учитыва- ют временные задержки на 3 или 4 сработавших первыми датчиков, в отличие от 2 или 3 при ли- нейной, что повышает точность. Отметим, одна- ко, что при реальных АЭ испытаниях временные задержки далеко не всегда соответствуют теоре- тическим за счет сложных волновых процессов в материалах, в связи с чем конечная точность ли- нейной и двумерной локации становится сопо- ставимой и реальные погрешности превышают теоретические. локация на плоскости в данной работе не рассматривается, поскольку является упрощен- ным вариантом локации на цилиндре, в котором не требуется учет замыкания поверхности, и вы- полняется с использованием тех же расчетных формул. Рассмотрим далее тестирование локации на сфере. На рис. 7 показаны результаты тестирования для развертки сферы диаметром 10 м. На сфере равно- мерно размещены 6 датчиков АЭ – 2 на полюсах и 4 на экваторе. система координат выбрана мериди- ональная, датчики на экваторе имеют координату У = 0. Координата У источника АЭ соответствует широте и отсчитывается как расстояние в миллиме- трах вверх и вниз от экватора с соответствующим знаком, координата Х – долготе, и отсчитывается как расстояние в миллиметрах соответствующего мери- диана от датчика № 1, отмеряемое по экватору про- тив часовой стрелки. Виртуальный источник сме- щали с шагом 100 мм. Использовали точный расчет координат по формуле окружностей. В данном эксперименте при совпадении ско- ростей расчетные координаты перемещающегося источника определяются с весьма неплохой точно- стью, что иллюстрирует рис. 7, а. В случае несо- впадения скоростей расчетные координаты, как и при локации на плоскости, равномерно смещаются к центру соответствующего квадранта. геометриче- ски правильное размещение на рис. 7, б координат источников, определенных при неверном задании скорости звуковой волны, свидетельствует о том, что имеет место систематическая ошибка, при ис- правлении которой путем задания верного значения скорости координаты определяются правильно. По- лученные данные проанализированы аналогичным предшествующему образом с использованием та- блиц и графиков Microsoft Excel (рис. 8). Точность локации на сфере несколько ниже, чем при локации на цилиндре. При совпадении скоростей погрешность не превышает 0,5 %, при разных скоростях 20 %. Это, тем не менее, как и в случае для цилиндра, значительно луч- ший результат, чем при линейной локации, по тем же причинам. Таким образом, разработанная программа по- зволяет оценить погрешности различных алгорит- 24 ТЕХНИЧЕСКАя ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2015 мов расчета координат при линейной и двумерной локации. Рассмотрим ее применение в интерес- ном прикладном аспекте. Значительное количе- ство объектов АЭ контроля представляют собой протяженные конструкции или конструктивные элементы цилиндрической формы. К таким объ- ектам относятся, в частности, балки, трубы, арма- тура, некоторые фермовые конструкции. Обычно для контроля таких объектов используют линей- ную локацию, находя только опасное сечение. Во многих случаях этого достаточно, но если требуется знать и вторую координату источника АЭ, его рас- положение по окружности сечения, то необходимо оценить точность определения обеих координат. Проблема состоит в том, что с изменением соотно- шения координат Х и У точность локации падает тем больше, чем больше оно отличается от 1. Ниже показано, как при помощи виртуального тестирования доказать допустимость применения двумерной локации на трубе с расчетом коорди- нат по формуле для цилиндра. В качестве при- мера для расчета взяты два участка трубы дли- ной 100 м с диаметром 1 м и меньшим на треть – 0,666 м. Использовали для локации цилиндри- ческие антенны горизонтального размещения из 9 датчиков, расположенных сеткой размером ячей- ки 50 × 1 м и 50 × 0,666 м соответственно. Два участка по длине трубы были сформированы, что- бы показать наличие для них одинаковой и сим- метричной картины размещения расчетных коор- динат источника АЭ, что подтверждает, как уже говорилось выше, работоспособность алгоритма локации и систематичность ошибки. Проведено тестирование с шагом источника 1 м по оси Х, т.е. вдоль образующей, и 100 мм по оси У. Результаты тестирования приведены на рис. 9. Как видим, уже при соотношении сторон ячей- ки локационной антенны 50 /1 (рис. 9, а) возника- ют заметные визуально отклонения расчётных ко- ординат источника АЭ от заданных. Для трубы с диаметром 0,666 м (рис. 9, б) эти отклонения зна- чительно большие при той же тенденции – ближе к центру ячейки точность локации падает. Оценим, насколько критичными являются погрешности в первом и втором случае. Допу- стимые погрешности при локации могут опре- деляться разработчиком АЭ системы или же нор- мативными документами по ее применению в конкретных условиях. В любом случае погреш- ность свыше 10 % представляется нежелательной. Для трубы диаметром 1 м погрешность по коор- динате У величиной 10 % будет составлять около 30 см, что уже в принципе критично при точном поиске источника АЭ по сечению трубы. В то же время при проведении АЭ контроля могут быть иные соображения, определяющие требования к точности локации, зависящие от конкретных ус- ловий и целей контроля. В данном случае погреш- ность определения координат более 10 % будем считать недопустимой. На рис. 10 приведены снимки рабочих листов Microsoft Excel с результатами расчета погреш- ностей для первого и второго случаев. Для трубы диаметром 1 м (рис. 10, а) максимальная погреш- ность составляет 6,5 %, для трубы диаметром 0,666 м (рис. 10, б) 15 %. Таким образом, для ис- пользуемой конфигурации локационной антенны соотношение длины участка трубы к ее диаметру более чем 50/1 приводит к нежелательным по- грешностям при определении координат выбран- ным методом. Аналогичным образом любой используемый тип локационной антенны, как и любой выбран- ный алгоритм расчета координат, могут быть эф- фективно протестированы до начала реального испытания. В работе [2] авторы показали, что примени- тельно к каждому конкретному объекту контроля должен быть применен индивидуальный подход, а решение об использовании того или иного алго- ритма локации следует основывать на предвари- тельном АЭ обследовании объекта, проводимом до начала его испытаний. Разработанная система тестирования позволяет реализовать указанный индивидуальный подход в вопросе расстановки датчиков АЭ, выбора метода расчета координат источников и обеспечения работы в пределах до- пустимой погрешности. Выполненная работа представляется весь- ма полезной для автоматизации АЭ контроля, углубленного анализа АЭ данных, разработки и проверки новых алгоритмов и программ для об- работки поступающей с объектов контроля ин- формации, и является очередным этапом разра- ботки интеллектуальных систем контроля [7]. выводы Разработанная система тестирования точности локации источников АЭ позволяет существенно упростить и сократить по времени процесс на- стройки АЭ испытаний, а также заранее оцени- вать достоверность расположения обнаруженных при реальных измерениях источников АЭ на опре- деленных участках объекта контроля. созданная программа позволяет оценить диапа- зон скоростей звуковых волн для выбора оптималь- ного варианта, который следует использовать при локации, что существенно повышает ее точность. с помощью виртуального тестирования суще- ствующие и вновь создаваемые алгоритмы лока- ции источников АЭ могут быть быстро провере- ны на точность и наличие ошибок и своевременно откорректированы. 25ТЕХНИЧЕСКАя ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №3, 2015 1. Недосека А. Я. Основы расчета и диагностика сварных конструкций. – Киев: Индпром, 2008. – 815 с. 2. Недосека С. А., Овсиенко М. А. Особенности обработки данных акустической эмиссии для сложных и множе- ственных локационных антенн // Техн. диагностика и не- разруш. контроль. – 2012. – № 2. – с. 7–12. 3. Недосека С. А., Недосека А. Я., Овсиенко М. А. Влияние методов обработки акустико-эмиссионной информации на формирование АЭ событий и определение их коорди- нат // Там же. – 2011. – № 2. – с. 7–17. 4. Недосека А. Я., Бойчук О. И., Овсиенко М. А. К вопро- су об оценке погрешности определения источников аку- стико-эмиссионной информации на линейных объектах // Там же. – 1999. – № 1. – с. 68–70. 5. Особенности распространения акустико-эмиссионных волн на поверхности трубно-оболочечных конструкций / А.я. Недосека, м.А. Овсиенко, л.ф. Харченко, м.А. яременко // Там же. – 2005. – № 2. – с. 24 – 27. 6. Грешников В. А., Дробот Ю. Б. Акустическая эмиссия для испытаний материалов и изделий. – м.: Изд-во стан- дартов, 1976. – 273 с. 7. Опыт ИЭс им. Е.О. Патона в области акустико-эмисси- онного контроля / б.Е. Патон, л.м. лобанов, А.я. Недо- сека и др. // Техн. диагностика и неразруш. контроль. – 2012. – № 1. – с. 7–22. The paper deals with the issues of improvement of AE monitoring methodology by solving the problem of prompt and operative assessment of possible errors at location of AE sources on objects of complex geometry. Assessment is performed with application of automated programmed virtual testing for pre-assigned confi gurations of location arrays. An indubitable advantage of the proposed solution is performance of evaluation before the start of transducer arrangement on the object that will allow selection of optimum schematics of their arrangement and the most suitable algorithm for AE source coordinate calculation. Performed work is useful for automation of AE monitoring, more profound analysis of AE data, development of new algorithms and programs of AE source location, and is one of the stages of development of intelligent monitoring systems. K e y w o r d s : AE monitoring, virtual testing, location accuracy, velocities of sound waves in materials. Поступила в редакцию 07.20.2015

Оптимизация размещения датчиков и повышение точности локации источников акустической эмиссии

Institution

Ähnliche Einträge