Датчик сигналів акустичної емісії

1. Датчик сигналів акустичної емісії, що містить пустотілий корпус з розташованими в ньому співосно перетворювачем та стержневим звукопроводом з сферично опуклим торцем, а простір між торцем звукопроводу І площиною перетворювача заповнений звукопровідною рідиною, який в І др і з н я є т ь с я тим, що звукопровід та перетворювач стикаються між собою, ут Винахід належить до безруйнівного контролю якості матеріалів і виробів акустичними методами, зокрема акустикоемісійним методом. Відомі датчики, в яких акустичний зв'язок з контролюваним виробом ворюючи локальний контакт площею мм2, яка визначається, виходячи Із залежності: S- 2 R • L • F де R - радіус сфери звукопроводу; L - довжина перетворювача; F - сила притискування перетворювача до звукопроводу; Е - модуль пружності матеріалу перетворювача. 2. Датчик по п. 1, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що простір між торцем звукопроводу І площиною перетворювача має форму кільцевої щілини з шириною розкриття - "а", яка визначається з умови; де г - радіус звукопроводу; w - динамічне навантаження на датчик; а - сила поверхневого натягу звукопровідної рідини при максимальній робочій температурі; р- ЩІЛЬНІСТЬ звукопровідної рідини. здійснюється контактним способом [1]. Однак груба обробка поверхні контрольованого виробу звичайно призводить до нестабільності акустичного контакту в результаті переміни товщини шару звукопровідної рідини І КІЛЬКОСТІ ТОЧОК С > ГО ел о 7250 притискання, а також Тх розподілу по поверхні перетворювача. Крім того, використання таких датчиків на контрольованих виробах у випадку великих •динамічних навантажень Тх зв'язано з рядом 5 труднощів. Найбільш близьким по технічній суті до винаходу є датчик сигналів акустичної емісії (АЕ), що містить пустотілий корпус, заповнений звукопровідною рідиною, розміщений в 10 корпусі перетворювач звукових коливань І розташований співосно з перетворювачем стержневий звукопровід, один кінець якого встановлений в корпусі [2]. Маючи високу стабільність акустичного 15 контакту І надійність установки, датчик не позбавлений суттєвого недоліку: низької чутливості через подвійне відбивання акустичної хвилі ІП затухання при проходженні звукопровідної рідини, 20 В основу винаходу поставлена задача створення датчика АЕ, в якому передача основної частини акустичного сигналу від виробу до перетворювача забезпечується за допомогою звукопроводу через локальний 25 контакт площею S З: 1 мм І за рахунок цього значно підвищується чутливість датчка АЕ. Поставлена задача вирішується тим, що в датчику сигналів акустичної емісії, що містить пустотілий корпус з розташованими 30 в ньому співосно перетворювачем та стержневим звукопроводом, один кінець якого встановлений в корпусі, згідно винаходу звукопровід та перетворювач стикаються між собою, утворюючи локальний контакт 35 площею S 2: 1 мм , яку визначають, виходячи Із залежності: w - динамічне навантаження на датчик; а - сила поверхневого натягу звукопровідної рідини при максимальній робочій температурі; р- щільність звукопровідної рідини. На фіг. 1 зображена принциг.Іальна схема датчика сигналів АЕ, а на фіг. 2 - схема його акустичного контакту. Датчик містить звукопровід 1, який має фланець, на котрому закріплений корпус 2 датчика з стаканом, де розміщений перетворювач 3, притискуваний регулюючою гайкою 4 з допомогою пружного елемента 5 до звукопроводу 1 з сферично опуклим торцем: простір між торцем І площиною перетворювача заповнений звукопровідною рідиною 6. Датчик працює слідуючим способом. За допомогою вільного кінця звукопроводу 1 датчик надійно закріпляють на контрольованому виробі 7. Акустичні сигнали з виробу 7 через звукопровід 1, рідину 61 локальний контакт 8 поступають на перетворювач З І далі на підсилювач (на схемі не показаний). Розрахунки показують, що, наприклад, при довжині перетворювача L — 21 мм І діаметрі D - 15 мм, радіусі сфери звукопроводу R « 300 мм, силі притискування F - 1 кг І модулі пружності Е - 5000 кг/мм 2 площа локального контакту притискання дорівнює S - 3,9 мм 2 , а ширина розкриття щілини - а » 0,1 мм. При такому значенні зазору - а - звукопровідна рідина (трансформаторне масло) надійно утримується в зазорі силами поверхневого натягу І не потребує захисту проти витікання. S - 2 у:п ' R • L • F , Е 40 де R - радіус сфери звукопроводу; Випробування лабораторного макету L - довжина перетворювача; датчика з вищенаведеними даними F - сила притискування перетворювача повністю підтвердили його високу ефекдо звукопроводу; тивність. Е - модуль пружності матеріалу 45 перетворювача, Утворення на поверхні стикання звуа простір між перетворювачем та звукопроводу та перетворювача локального копровідом заповнений звукопровідною контакту площею S > 1 мм 2 , а також рідиною. кільцевої щілини, . заповненої звуДатчик відрізняється також тим, що 50 копровідною рідиною з розкриттям а «* 0,1 мм, забезпечує: простр між торцем звукопроводу І площиною перетворювача має форму кільцевої - суттєве підвищення чутливості датчика щілини з шириною розкриття - а -, яка визза рахунок підвищення коефіцієнта передачі начається з умови: енергії; 55 - високу стабільність прийому ультразвукових коливань за рахунок постійного акустичного зв'язку між p( J перетворювачем та контрольованим де г - радіус звукопроводу; виробом; 6 7250 - виключення залежності акустичного контакта від чистоти обробки поверхні виробе; - збереження протягом тривалого часу в зоні контакту ВИХІДНОТ К І Л Ь К О С Т І зву* копровІдноТ рідини (навіть в умовах прикладання значних динамічних коливань). А. Фіг. 2 Упорядник П.Мартинюк Замовлення 4515 Техред М.Моргентал Коректор Я.ЛІвр»нц Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101 УКРАЇНА (19) UA 01)7250 ъ МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (51) 6G01N29/04 ОПИС ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ из) С2 ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) ДАТЧИК СИГНАЛІВ АКУСТИЧНОЇ ЕМІСІЇ (21)93005943 (22)26.11 1993 (24) 15 09.2000 (46) 15 09 2000, Бюл №4, 2000 р (72) Мартинюк Петро Сергійович, Крилов Єдуард Самійлович (73) Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій (56) 1 Єрмолов И Н Теория и практика ультразвукового контроля - М Машиностроение, 1991 - С 59-61 2 Авторское свидетельство СССР № 987511, кл G 01 N 29/04, 1983 (прототип) (57) 1 Датчик сигналів акустичної емісії, що містить пустотілий корпус з розташованими в ньому співвісно перетворювачем та стрижневим звукопроводом з сферично опуклим торцем, а простір між торцем звукопроводу і площиною перетво. рювача заповнений звукопровідною рідиною, який відрізняється тим, що звушпровід та перетворювач стикаються між собою, утворюючи локальний контакт площею S > 1 мм г , яка визначається виходячи із залежності Винахід відноситься до безруйншного контролю якості матеріалів і виробів акустичними методами, зокрема акустикоемісійним методом ВІДОМІ датчики, в яких акустичний зв'язок з контрольованим виробом здійснюється контактним способом [ 1 ] Однак груба обробка поверхні контрольованого виробу звичайно призводить до нестабільності акустичного контакту в результаті переміни товщини шару звукопровідної рідини і кількості точок притискання, а також їх розподілу по поверхні перетворювача Крім того, використання таких датчиків на контрольованих виробах у випадку великих динамічних навантажень їх зв'язано з рядом труднощів Найбільш близьким за технічною суттю до винаходу є датчик сигналів акустичної емісії (АЕ), що містить пустотілий корпус, заповнений звукопровідною рідиною, розміщений у корпусі перетворювач звукових коливань і розташований співвісно з перетворювачем стрижневий звукопровід, один кінець якого встановлений в корпусі [ 2 ] Маючи високу стабільність акустичного кон s= де R - радіус сфери звукопроводу, D - довжина перетворювача, F - сила притискування перетворювача до звукопроводу, Е - модуль пружності матеріалу перетворювача 2. Датчик по п 1, який відрізняється тим, що простір між торцем звукопроводу і площиною перетворювача має форму кільцевої щілини з шириною розкриття а. яка визначається з умови W) де г - радіус звукопроводу, W - динамічне навантаження иа датчик, о - сила поверхневого натягу звукопровідної рідини при максимальній робочій температурі, р - ЩІЛЬНІСТЬ звукопровідної рідини такту І надійність установки, датчик не позбавлений суттєвого недоліку низької чутливості через подвійне відбивання акустичної хвилі і її затухання при проходженні звукопровідної рідини. В основу винаходу поставлена задача створення датчика АЕ, в якому передача основної частини акустичного сигналу від виробу до перетворювача забезпечується за допомогою звукопроводу через локальний контакт площею S > 1 мм І за рахунок цього значно підвищується чутливість датчика АЕ. Поставлена задача вирішується тим, що в датчику сигналів акустичної' емісії, що містить пустотілий корпус з розташованими в ньому СПІВВІСНО перетворювачем та стрижневим звукопроводом, один кінець якого встановпений в корпусі, згідно з винаходом звукопровід та перетворювач стикаються між собою, утворюючи локальний контакт площею S > 1 мм , яку визначають, виходячи із залежності. S "FF 7250 виробі 7 Акустичні сигнали з виробу 7 через звукопровід 1 рідину 6 і локальний контакт 8 надходять на перетворювач 3 і далі на підсилювач (на схемі не показаний) Розрахунки показують що, наприклад, при довжині перетворювача L = 21 мм і діаметрі D = 15 мм, радіусі сфери звукопроводу R = 300 мм, силі притискування F = 1 кг і модулі 2 пружності Е = 5000 кг/мм площа локального контакту притис-кання S - З 9 мм а ширина розкриття щілини а =0 1 мм При такому значенні зазору а звукопровідна рідина (трансформаторне масло) надійно утримується в зазорі силами поверхневого натягу і не потребує захисту проти витікання Випробування лабораторного макета датчика з вищенаведеними даними повністю підтвердили його високу ефективність Утворення на поверхні стикання звукопроводу та перетворювача локального контакту площею S > 1 мм 2 а також кільцевої щілини, заповненої звукопровідною рідиною з розкриттям а « 0 1 мм забезпечує - суттєве підвищення чутливості датчика за рахунок підвищення коефіцієнта передачі енергії, високу стабільність прийому ультразвукових ко ливань за рахунок постійного акустичного зв язку між перетворювачами та контрольним виробом - виключення залежності акустичного контакта від чистоти обробки поверхні виробу - збереження протягом тривалого часу в зоні контакту вихідної кількості звукопровідної рідини (навіть в умовах прикладання значних динамічних коливань) де R - радіус сфери звукопроводу, D - довжина перетворювача F - сила притискування перетворювача до звукопроводу Е - модуль пружності матеріалу перетворювача, а простір між перетворювачем і звуколроводом заповнений звукопровідною рідиною Датчик відрізняється також тим що простір між торцем звукопроводу і площиною перетворювача має форму кільцевої щілини з шириною розкриття а, яка визначається з умови 8(7 а< , г p(1+W) де г - радіус звукопроводу W - динамічне навантаження на датчик, о ~ сила поверхневого натягу звукопровідної рідини при максимальній робочій температурі р - ЩІЛЬНІСТЬ звукопровідної рідини На фіг 1 зображена принципіальна схема датчика сигналів АЄ на фіг 2 - схема його акустичного контакту Датчик містить звукопровід 1 який має фланець на якому закріплений корпус 2 датчика з стаканом, де розміщений перетворювач 3 притискуваний регулюючою гайкою 4 з допомогою пружного елемента 5 до звукопроводу 1 з сферично опуклим торцем простір між торцем і площиною перетворювача заповнений звукопровідною рідиною 6 Датчик працює таким способом За допомогою вільного кінця зву опроводу 1 датчик надійно закріплюють на контрольованому Фіг. 2 Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство "Патент" Україна, 88000 м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (031-22) 3-72-89 (031-22) 2-57-03