Результат интеллектуальной деятельности: Способ комплексного анализа информативных параметров при акустико-эмиссионной диагностике конструкций

Изобретение относится к области технической диагностики и неразрушающего контроля силовых элементов конструкций и может быть использовано при разработке систем контроля силовых элементов конструкций в машиностроении, строительстве, ракетно-космической и авиационной технике, топливно-энергетическом комплексе.

Известен способ оценки процессов разрушения конструкций при акустико-эмиссионном контроле, состоящий в том, что сигналы акустической эмиссии поступают в блок вычисления информативных параметров временных интервалов между импульсами τ, затем в блоках вычисления происходит вычисление M[τ²] и M²[τ]. В делителе вычисляется отношениеи сравнивается с числом 2 в блоке сравнения (патент РФ №2233444, С1, опубликовано 27.07.2004). Известно устройство многоканальной акустико-эмиссионной системы контроля силовых элементов конструкций, которое реализуют этот способ (патент РФ №2659575, МПК 7, дата публикации 03.07.2018, Бюл.№19), состоящее из N – каналов, каждый из которых содержит последовательно соединённые преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии, два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, устройство отображения информации.

Недостатком этого способа и устройства его реализации является необходимость в реальном масштабе времени одновременного анализа оператором множества информативных параметров акустической эмиссии (амплитудного, интегрального, локально-динамического, интегрально-динамического и других) по каждому из каналов регистрации. Информативные параметры акустической эмиссии имеют различную размерность, и их значения различаются между собой по абсолютным величинам, что снижает оперативность принятия решения оператором о наличии степени опасности дефекта объекта контроля.

Для метода акустической эмиссии проблемным вопросом является необходимость непрерывного (в реальном масштабе времени) анализа при многоканальной регистрации множества информативных параметров акустической эмиссии по каждому из каналов регистрации (Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов, ПБ 03-593-03, Гостехнадзор РФ, 2003).

Более близким по технической сущности к заявленному способу является способ, реализованный в многоканальной акустико-эмиссионной системе контроля силовых элементов конструкций (прототип) (патент RU 2659575, МПК 7, дата публикации 03.07.2018, Бюл.№19), состоящей из N – каналов, каждый из которых содержит последовательно соединённые: преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений; аналого-цифровой преобразователь (АЦП); блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев; блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии; два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, устройство отображения информации.

Сущность данного способа заключается в многоканальной оперативной оценке процессов накопления повреждений и разрушения конструкций при периодическом и постоянном акустико-эмиссионном контроле.

Предлагаемый способ направлен на устранение недостатков существующих способов. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение достоверности и оперативности оценки процессов накопления повреждений и разрушения конструкций при периодическом и постоянном акустико-эмиссионном контроле.

Технический результат достигается возможностью комплексной оценки информативных параметров АЭ по каждому из каналов регистрации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную многоканальную акустико-эмиссионную систему контроля силовых элементов конструкций, состоящую из N – каналов, каждый из которых содержит последовательно соединённые преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии, два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, а также устройство отображения информации, дополнительно введен блок объединения («свертки») информативных параметров.

Информативные параметры, регистрируемые в блоках 3, 4, 5.1, 5.2, имеют различную размерность, и их значения сильно различаются между собой по абсолютным величинам. Решить проблему комплексного оперативного анализа информативных параметров АЭ можно путём применения минимаксной нормализации (Демьянов В.Ф., Малоземов В.Н., Введение в минимакс, М.:Наука, 1972,- 368 с.), которая реализуется в блоке 6 по формуле (1)

, (1)

где x – текущее значение информативного параметра при испытании объекта контроля, x_max – максимальное значение информативного параметра при испытании объекта контроля, x_min – минимальное значение информативного параметра при испытании объекта контроля.

Минимакс — линейное преобразование информативных параметров в диапазоне [0..1], где минимальное и максимальное масштабируемые значения соответствуют 0 и 1 соответственно.

После нормализации в блоке 6 информативных параметров числовые значения информативных параметров акустической эмиссии будут безразмерными и приведены к одинаковой области их изменения – от 0 до 1.

Далее объединение («свертка») нормализованных значений информативных параметров акустической эмиссии производится по формуле (2)

, (2)

где I_инт – численное значение объединения «свёртки» всех информативных параметров акустической эмиссии по каналу регистрации; b - коэффициент определяющий значимость («вес») каждого i-го информативного параметра акустической эмиссии назначаемый оператором.

Степень опасности дефектов для объединения «свертки» информативных параметров временных интервалов импульсов акустической эмиссии определяется при помощи блока объединения («свертки») информативных параметров (6) и может находиться в одной из трёх зон:

1) Пассивный дефект, стадия микротрещин - «Безопасно»

I_инт.= 0÷0,33;

2) Активный дефект, стадия образования трещины - «Опасно»

I_инт.= 0,33÷0,66;

3) Критически активный дефект, стадия разрушения - «Критически опасно»

I_инт.= 0,66÷1.

В блоке 6 оценка степени опасности дефектов производится на каждой секунде деформирования, и передается для отображения в устройство отображения информации 7 (Фиг. 2).

Устройство приведено на фигуре 1, где обозначено:

1 - преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений; 2 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 3 - блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев; 4 - блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии; 5.1 - блок вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии; 5.2 - блок вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии; 6 - блок объединения («свертки») информативных параметров; 7 - устройство отображения информации. Блоки 3, 4, 5.1, 5.2, 6 могут быть выполнены на базе микроконтроллеров. При этом первый выход блока 1 соединен с первым входом блока 2, первый выход блока 2 соединен с первым входом блоков 3, 4, 5.1, 5.2, первый выход блока 3 соединен с первым входом блока 6, первый выход блока 4 соединен со вторым входом блока 6, первый выход блока 5.1 соединен с третьим входом блока 6, первый выход блока 5.2 соединен с четвертым входом блока 6, выход блока 6 соединен с первым входом блока 7.

Блок объединения («свертки») информативных параметров акустической эмиссии 6 предназначен для комплексного оперативного анализа оператором в реальном масштабе времени множества информативных параметров по каждому из каналов регистрации.

В блоке 7 происходит отображение объединения «свертки» акустико-эмиссионных критериев и инвариантов на каждой секунде деформирования по каждому каналу регистрации.

Таким образом, в процессе эксплуатации (испытаний) при нагружении (деформировании) конструкций оперативно в реальном масштабе времени по каждому каналу регистрации определяется степень опасности дефектов и возможность дальнейшей эксплуатации конструкции.

Справедливость использования предложенного способа комплексного анализа информативных параметров при акустико-эмиссионной диагностике конструкций подтверждается экспериментальными данными (фигура 2), где изображено изменение объединения «свертки» информативных параметров акустической эмиссии при нагружении конструкции до разрушения.

Преимуществом предложенного способа комплексного анализа информативных параметров при акустико-эмиссионной диагностике конструкций является то, что оператор может в реальном масштабе времени анализировать объединение «свертку» информативных параметров акустической эмиссии по каждому каналу регистрации, что существенно снижает количество анализируемой информации и повышает достоверность и оперативность анализа процессов накопления повреждений и разрушения конструкций при периодическом и постоянном акустико-эмиссионном контроле.