Аппаратура экусто-эмиссионного метода

Вопрос 31. Аппаратура экусто-эмиссионного метода

На рис. 4 показана функциональная схема аппа­ратуры для контроля методом АЭ. В состав одного канала входят следующие узлы.

Преобразователь 1, чувствительный элемент которого изготов­ляют обычно из пьезокерамики типа ЦТС. Для работы при темпе­ратурах выше 300...400°С и высоком уровне радиации применяют пьезокерамику типа ниобата лития, у которого точка Кюри около 1200°С. Используют широкополосные (), полосовые () и узкополосные () ПЭП. Последние обыч­но применяют, когда на основе предварительных исследований выб­ран оптимальный для контроля диапазон частот, а широкополос­ные — когда нужно исследовать форму и частотный спектр сигналов АЭ. Преобразователи обычно рассчитывают на прием колебаний, нормальных к поверхности. Диаграмма направ­ленности ПЭП, как правило, весьма широкая. Преобразователи приклеивают к поверхности ОК легкорастворимым клеем.

Рис.4

Предварительный усилитель 2 расположен непосредственно у ПЭП, приклеенного к ОК, и помогает передать сигнал от него к ап­паратуре (на 50... 200 м) без уменьшения отношения сигнал — шум. Он имеет небольшое усиление (до 20 дБ) и низкий уровень собст­венных шумов.

Фильтром 3 устанавливают спектр частот принимаемых сигна­лов. Оптимально условие, чтобы спектр частот приемника совпадал со спектром сигналов АЭ, однако этот спектр очень широк, поэтому частоту приема выбирают выше частот помех. Помехи от механи­ческих ударов имеют частотный спектр не выше 0,4 МГц, от тре­ния— до 1 МГц. Спектр электро­магнитных помех еще более вы­сокочастотный. Повышение час­тоты принимаемых сигналов более 1 МГц нежелательно, так как это уменьшает дальность приема сигналов АЭ; поэтому от высокочастотных помех отстраи­ваются другими способами.

Основной усилитель 4 обычно обладает равномерной амплитуд­но-частотной характеристикой в диапазоне наблюдаемых частот при коэффициенте усиления 60... 80 дБ. Характеристика усиле­ния — линейная либо (в случае большого динамического диапазо­на) логарифмическая.

Рекомендуемые материалы

При конструировании усилителя принимают меры для подавле­ния помех в основном электромагнитного происхождения: хорошо экранируют весь капал, включая преобразователь и кабель; вык­лючают прием на время действия интенсивной помехи, которую принимают отдельной антенной; применяют корреляционную об­работку входных воздействий; используют дифференциальные пре­образователи и усилители. Последний способ основан на том, что пьезопластину в преобразователе разрезают на две части и одну половину переворачивают, меняя таким образом ее поляризацию. Сигналы от каждой половины усиливают отдельно, после этого в одном канале меняют фазу на  и складывают оба сигнала. В ре­зультате двойного изменения фаз сигналы АЭ сохраняются. Сиг­налы электромагнитных помех, прошедшие два канала усилителя, оказываются в противофазе и подавляются.

Блок обработки сигналов 5 производит счет принимаемых ка­налом сигналов за все время испытаний или за короткий интервал времени (например, 0,1 с) и выполняет их анализ. Аналогичную обработку сигналов по всем каналам выполняет блок 6. В анализ сигналов входит исследование их амплитудного распределения, сня­тие амплитудно-частотных характеристик. Для анализа используют быстродействующие ЭВМ. Применяют звуковую и световую сигнализацию при превышении определенного уровня амплитуды, активности или эффективного значения.

Блок определения местоположения источника сигналов АЭ 6 ис­пользует информацию от нескольких преобразователей, располо­женных в различных местах ОК. Когда сигнал АЭ достигает бли­жайшего к источнику преобразователя, начинается отсчет времени. Затем измеряют запаздывание времени прихода того же сигнала на другие преобразователи.

Для определения положения источников АЭ в линейной системе (стержне) достаточно иметь два преобразователя. Для определения местоположения источника на плоскости нужно иметь не менее трех преобразователей, окружающих источник, что­бы найти его положение методами триангуляции. Увеличение чис­ла преобразователей облегчает задачу локации источника. Для ре­шения триангуляционных задач применяют быстродействующую ЭВМ.

Рис. 5

Рекомендация для Вас - 14 Неразъёмные соединения.

После обработки сигналы ЛЭ подают на экран ЭЛТ, на котором одновременно представлена раз­вертка, соответствующая поверх­ности изделия, и показано распо­ложение на ней преобразовате­лей. Источник сигналов АЭ появ­ляется на экране в виде светя­щейся точки. Таким образом, получается картина сигналов, по­добная показанной на рис. 5. Кроме того, на экране дисплея иногда изображают амплитудное, временное или частотное распре­деление сигналов.

Погрешность определения местоположения источника со­ставляет обычно 3 ... 5% от макси­мального расстояния между пре­образователями, но не менее чем значение порядка толщины стенки ОК. Последнее связано с тем, что местоположение источника по толщине ОК обычно не опреде­ляют. Локации подлежит только место эпицентра («следа») источ­ника на поверхности.

Имитаторы сигналов АЭ используют для оценки точности лока­ции объектов и проверки работоспособности аппаратуры. Калиб­рованный по амплитуде упругий сигнал можно возбудить, бросая на поверхность объекта шарик определенной массы с определенной высоты. Однако для такого сигнала характерен низкочастотный спектр (не выше 0,15 МГц). Сигналы АЭ имитируют так же, царапая поверхность или прижимая к ней вращающуюся металличе­скую щетку. Однако таким образом трудно гарантировать постоян­ную амплитуду и частотный спектр. В качестве имитатора приме­няют электроискровой разряд, но здесь мешают возникающие элек­тромагнитные помехи.

Лучший способ градуировки ПЭП и усилительных каналов ус­тановок АЭ — применение стержневой меры. На одном конце длин­ного (около 0,5 м) металлического стержня устанавливают калиб­руемый ПЭП. На другом конце возбуждают упругий импульс с помощью лазера определенной мощности.

Простой (но менее стабильный по амплитуде воздействия) спо­соб проверки работоспособности установок АЭ и точности опреде­ления координат источника — возбуждение сигналов с помощью излучающего ПЭП с генератором. Для этой цели иногда приме­няют излучающий канал эходефектоскопа. Излучатель помещают в разные точки контролируемого объекта, прижимая его, как обыч­но, через слой масла.

Приведем ориентировочные характеристики аппаратуры АЭ. Диапазон рабочих частот — от 20 до 2000 кГц. Частоты 20... 100 кГц применяют для контроля пластиков, а 200 ...2000 кГц — для конт­роля металлов. Общий коэффициент усиления — 80... 100 дБ. Уро­вень шумов, приведенных по входу,—около 10 мкВ. Число кана­лов от 1 до 64.