Спосіб визначення координат дефектів методом акустичної емісії

Спосіб визначення координат дефектів методом акустичної емісії (АЕ), що полягає у реєстрації хвиль акустичного діапазону, генерованих досліджуваним об'єктом під впливом зовнішньої енергетичної дії, за допомогою групи скорельованих акустичних давачів та визначенні різниці часу приходу переднього фронту хвилі, утвореного у місці розташування дефектоутворюючої неоднорідності у матеріалі об'єкта, обчисленні координат джерела 43125 Тут t1 - РЧП сигналів АЕ до давачів А та В, t2 РЧП до давачів С та Д, с - швидкість поширення ультразвука в однорідному середовищі. Довжини відрізків АО, ВО, СО і DO в координатах можуть бути виражені наступним чином. ня координат дефектів в деталях, поверхня яких містить матеріали з неоднаковими акустичними характеристиками. Поставлена задача досягається тим, що досліджуваний об'єкт разом з приймальними перетворювачами занурюється в однорідне плинне акустопрозоре середовище з відомою швидкістю поширення ультразвукових хвиль, АЕ-давачі розміщуються на площині, відлеглій площині деталі на задану відстань так, щоб приймальна поверхня давачів була спрямована в сторону поверхні деталі і хвиля напруг, створена АЕ-джерелом, поширювалась та приймалась давачами в об'ємі рідини, давачі розміщуються на кінцях осей симетрії прямокутної площини, ідентичної за формою та розмірами до досліджуваної деталі, після чого фіксуються дві незалежні різниці часу приходу сигналу акустичної емісії на давач кожної пари. В плинному акустопрозорому середовищі, наприклад, рідині, затухання повністю визначається поглинанням, оскільки (в межах допуску) розсіяння енергії акустичних хвиль, внаслідок відбиття від неоднорідностей середовища, відсутнє. Схема комплексу для визначення координат дефектів методом акустичної емісії в однорідному акустопрозорому середовищі представлена на фігурі. Для реєстрації та обробки сигналів АЕ використовуються два модифіковані двоканальні АЕреєстратори (типу АФ-15) та персональний комп'ютер як пристрій реєстрації та обробки інформації. Згідно з винаходом, давачі розташовуються не на поверхні об'єкту, а на заданій відстані від неї так, щоб їх приймальна поверхня була спрямована в сторону досліджуваного об'єкта, і створена АЕджерелом ударна хвиля поширювалась та приймалась давачами у об'ємі рідини. Запропонований спосіб може бути застосований для плоских та криволінійних поверхонь такої кривизни, щоб пряма, яка з'єднує будь-яку її точку з кожним із давачів, знаходилась в акустопрозорому середовищі і не перетинала досліджуваний об'єкт. Для вирішення задачі площинної локації в декартових координатах використовуються дві просторові системи координат хуz та х*у*z*, зміщені одна відносно одної на відстань z0. Давачі розміщуються на осях координат х та у (фіг.) на кінцях осей симетрії прямокутної площини, ідентичної за формою та розмірами до досліджуваної деталі. Таке розташування давачів дозволяє значно спростити процес математичної обробки сигналів АЕ. Площина деталі співпадає з координатною площиною х*у*. Координати давачів відомі. За алгоритмом роботи кожен з приладів АФ-15 фіксує різницю часу приходу (РЧП) t1 та t2 сигналів на свою пару давачів. Ці РЧП дають інформацію про різницю відстаней від джерела сигналів АЕ (точка О) до відповідних давачів. ìBO - AO = t1c í îCO - DO = t2c . * AO 2 = ( x1 - x * )2 + ( y1 - y 0 )2 + ( z1 - z 0 )2 , 0 BO2 = ( x 4 - x * )2 + ( y 4 - y * )2 + ( z 4 - z 0 )2, 0 0 DO2 = ( x 3 - x * )2 + ( y 3 - y * )2 + ( z 3 - z 0 )2 , 0 0 CO2 = ( x 2 - x * )2 + ( y 2 - y * )2 + ( z 2 - z0 )2 , 0 0 де xі, уі, zі - декартові координати приймальних перетворювачів (і=1...4), z0 - відома відстань площини досліджуваного об'єкта від площини розташування давачів, x * , y * - шукані координати джере0 0 ла АЕ. Підставивши значення довжин відрізків АО, ВО, СО і DO в (1), отримуємо: ì ( x - x * )2 + ( y - y * )2 + ( z - z )2 4 0 4 0 4 0 ï ï * 2 * 2 2 ï- ( x1 - x 0 ) + ( y1 - y 0 ) + ( z1 - z 0 ) = t1c í * ï ( x 2 - x 0 )2 + ( y 2 - y * )2 + ( z 2 - z 0 )2 0 ï ï- ( x - x * )2 + ( y - y * )2 + ( z - z )2 = t c . 3 0 3 0 3 0 2 î (2) Внаслідок того, що центр координат обраний у центрі прямокутника, співпадаючого з площиною ху, х2=хз=0, у1=у4=0, z1=z2=z3=z4=0, x4=-x1, у2=-у3, система рівнянь (2) спрощується: ì ( x - x * )2 + ( y * )2 + z 2 4 0 0 0 ï ï * 2 * 2 2 ï- ( x1 + x 0 ) + ( y 0 ) + z 0 = t1c í 2 ï ( x * )2 + ( y 2 - y * )2 + z 0 0 0 ï ï- ( x * )2 + ( y + y * )2 + z 2 = t c . 0 2 0 0 2 î (3) Для знаходження невідомих координат джерела АЕ x * та y * потрібно звільнитись від квад0 0 ратних коренів у рівняннях (3), для чого необхідно обидві частини рівнянь два рази підносити у квадрат, в результаті чого отримуємо рівняння четвертої степені і, відповідно, чотири варіанта розв'язку: ìx * = y ( x 4 , y 2 , z 0 , t1, t 2, c ) ï 0 , í * ïy 0 = x ( x 4 , y 2 , z 0 , t1, t 2, c ) î ìx * = -y ( x 4 , y 2 , z 0 , t1, t 2, c ) ï 0 , í * ïy 0 = x ( x 4 , y 2 , z 0 , t1, t2 , c ) î (6) ìx * = y ( x 4 , y 2 , z 0 , t1, t2 , c ) ï 0 , í * ïy 0 = -x ( x 4 , y 2 , z 0 , t1, t 2, c ) î 2 (5) ìx * = -y ( x 4 , y 2 , z 0 , t1, t 2, c ) ï 0 , í * ïy 0 = -x ( x 4 , y 2 , z 0 , t1, t 2, c ) î (1) (4) (7) 43125 де y ( x 4 , y 2 , z 0 , t1, t 2, c ) = æ 1 1 t1c × ç 2 2 2 2 ç 4c t2 x 4 - 16x 2 y 2 + 4y 2c 2 t1 4 4 2 2 è 3 æ 16ct1x 2 y 2 - 4c 3 t1 y 2 - 4c 3 t1t 2 x 2 4 4 2 2 4 ×ç + ç x4 è + 4 4 4 2 4 2 2 4 ( -c 6 t1 t2 x 2 y 2 + 4c 4 t1 x 2 y 2 - c 6 t1 x 4 t2 + 12c 4 t1 y 2 t2 x 4 - 32c 2 t1 y 4 x 4 + 64 x 6 y 4 + 16 c 2t 2 x 4 y 4 2 4 2 4 4 2 2 4 2 4 4 2 2 4 2 + x4 + 4 2 4 2 2 4 - 32c 2t 2 x 6 y 2 - 8c 4 t2 x 4 y 2 + 64y 4 x 4 z 0 + 4x 6c 4 t2 - 16c 2 x 4 y 2 z 2 t2 - 4x 2 y 4 c 4 t1 t 2 + t1 t2 c 6 x 2 y 2 2 4 2 4 2 2 4 4 4 2 0 2 4 2 2 4 2 x4 1 ö 2 2 16c 2t1 y 4 x 2 z 0 ) 2 ct1 ö ÷ 2 4 ÷÷ , + x4 x4 ÷÷ ø÷ ø x ( x 4 , y 2 , z 0 , t1, t 2, c ) = 4 2 2 2 2 c 4 t1 - 4c 2 t1 x 2 - 16z0 x 2 + 4c 2 t1 y 2 - c 4 t1 t 2 - 16x 2 y 2 + 4c 2 t2 x 2 1 4 4 2 2 4 2 2 4 . t2 c 2 4 4 c 2 t2 x 2 - 4x 2 y 2 - c 2 t1 y 2 2 4 4 2 ту навантажували за схемою чистого згину. Сигнали акустичної емісії, генеровані у місці дефекту, поширювались у використовуваному акустопрозорому середовищі (воді) зі швидкістю 1,49 мм/мкс. Результати локації показали, що значення площі локалізованого джерела (прецизійність локалізації) досягає 1% від площі поверхні досліджуваної плати. Переваги способу. Запропонований спосіб дозволяє підвищити точність та суттєво спростити визначення координат АЕ-активних дефектів тестованого об'єкту під навантаженням, особиво - для плоских об'єктів, поверхня яких містить матеріали з неоднаковими акустичними властивостями. Підстановка отриманих розв'язків в систему рівнянь (3) показує, що систему задовольняє лише один із розв'язків в залежності від комбінації знаків t1 та t2 (див. таблицю). Таблиця Різниця часу приходу t10 t10 Координати джерела АЕ x * >0 0 x * 0 0 y * >0 0 y *