Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов

Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов

Представлены результаты исследования влияния волноводов на характеристики (форму и амплитуду) принимаемого сигнала АЭ, экспериментально установлена оптимальная рабочая полоса акустического тракта, определены оп- тимальные размеры волновода. Показано, что использование волноводов при АЭ контроле пр...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Дата:2007
Автори: Недосека, А.Я., Овсиенко, М.А., Фарченко, Л.Ф., Яременко, М.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2007
Теми:
Техническая диагностика
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103122
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов/ А.Я. Недосека, М.А. Овсиенко, Л.Ф. Харченко, М.А. Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2007. — № 1. — С. 14-16. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103122
record_format dspace
spelling Недосека, А.Я.
Овсиенко, М.А.
Фарченко, Л.Ф.
Яременко, М.А.
2016-06-14T05:20:20Z
2016-06-14T05:20:20Z
2007
Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов/ А.Я. Недосека, М.А. Овсиенко, Л.Ф. Харченко, М.А. Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2007. — № 1. — С. 14-16. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
0235-3474
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103122
620.19;620.179;621.721
Представлены результаты исследования влияния волноводов на характеристики (форму и амплитуду) принимаемого сигнала АЭ, экспериментально установлена оптимальная рабочая полоса акустического тракта, определены оп- тимальные размеры волновода. Показано, что использование волноводов при АЭ контроле промышленных изделий, работающих при высоких температурах, практически не ухудшает чувствительность аппаратуры, расширяет сферу применения данного метода контроля для высокотемпературных изделий.
Results of studying the influence of waveguides on the characteristics (shape and amplitude) of the received AE signal are presented, optimum working bandwidth of the acoustic circuit is experimentally established and optimum wave guide dimensions are determined. It is shown that application of wave guides at AE control of industrial products operating at high temperatures, practically does not impair the instrument sensitivity, and widens the scope of application of this control technique for high-temperature products.
ru
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Техническая диагностика
Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов
Optimisation of acousto-electronic circuit at waveguide application
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов
spellingShingle Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов
Недосека, А.Я.
Овсиенко, М.А.
Фарченко, Л.Ф.
Яременко, М.А.
Техническая диагностика
title_short Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов
title_full Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов
title_fullStr Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов
title_full_unstemmed Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов
title_sort оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов
author Недосека, А.Я.
Овсиенко, М.А.
Фарченко, Л.Ф.
Яременко, М.А.
author_facet Недосека, А.Я.
Овсиенко, М.А.
Фарченко, Л.Ф.
Яременко, М.А.
topic Техническая диагностика
topic_facet Техническая диагностика
publishDate 2007
language Russian
container_title Техническая диагностика и неразрушающий контроль
publisher Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
format Article
title_alt Optimisation of acousto-electronic circuit at waveguide application
description Представлены результаты исследования влияния волноводов на характеристики (форму и амплитуду) принимаемого сигнала АЭ, экспериментально установлена оптимальная рабочая полоса акустического тракта, определены оп- тимальные размеры волновода. Показано, что использование волноводов при АЭ контроле промышленных изделий, работающих при высоких температурах, практически не ухудшает чувствительность аппаратуры, расширяет сферу применения данного метода контроля для высокотемпературных изделий. Results of studying the influence of waveguides on the characteristics (shape and amplitude) of the received AE signal are presented, optimum working bandwidth of the acoustic circuit is experimentally established and optimum wave guide dimensions are determined. It is shown that application of wave guides at AE control of industrial products operating at high temperatures, practically does not impair the instrument sensitivity, and widens the scope of application of this control technique for high-temperature products.
issn 0235-3474
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103122
citation_txt Оптимизация акустикоэлектронного тракта при применении волноводов/ А.Я. Недосека, М.А. Овсиенко, Л.Ф. Харченко, М.А. Яременко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2007. — № 1. — С. 14-16. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT nedosekaaâ optimizaciâakustikoélektronnogotraktapriprimeneniivolnovodov
AT ovsienkoma optimizaciâakustikoélektronnogotraktapriprimeneniivolnovodov
AT farčenkolf optimizaciâakustikoélektronnogotraktapriprimeneniivolnovodov
AT âremenkoma optimizaciâakustikoélektronnogotraktapriprimeneniivolnovodov
AT nedosekaaâ optimisationofacoustoelectroniccircuitatwaveguideapplication
AT ovsienkoma optimisationofacoustoelectroniccircuitatwaveguideapplication
AT farčenkolf optimisationofacoustoelectroniccircuitatwaveguideapplication
AT âremenkoma optimisationofacoustoelectroniccircuitatwaveguideapplication
first_indexed 2025-11-27T04:14:21Z
last_indexed 2025-11-27T04:14:21Z
_version_ 1850795897849380864
fulltext УДК 620.19;620.179;621.721 ОПТИМИЗАЦИЯ АКУСТОЭЛЕКТРОННОГО ТРАКТА ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ВОЛНОВОДОВ А. Я. НЕДОСЕКА, М. А. ОВСИЕНКО, Л. Ф. ХАРЧЕНКО, М. А. ЯРЕМЕНКО Представлены результаты исследования влияния волноводов на характеристики (форму и амплитуду) принимаемого сигнала АЭ, экспериментально установлена оптимальная рабочая полоса акустического тракта, определены оп- тимальные размеры волновода. Показано, что использование волноводов при АЭ контроле промышленных изделий, работающих при высоких температурах, практически не ухудшает чувствительность аппаратуры, расширяет сферу применения данного метода контроля для высокотемпературных изделий. Results of studying the influence of waveguides on the characteristics (shape and amplitude) of the received AE signal are presented, optimum working bandwidth of the acoustic circuit is experimentally established and optimum wave guide dimensions are determined. It is shown that application of wave guides at AE control of industrial products operating at high temperatures, practically does not impair the instrument sensitivity, and widens the scope of application of this control technique for high-temperature products. Необходимость широкого применения АЭ метода контроля на объектах с повышенной температурой стенки требует разработки и усовершенствования приемного акустоэлектронного тракта. Традиционные системы контроля [1, 2] исполь- зуют датчики сигналов АЭ на основе пьезокера- мических материалов типа ЦТС-19, ЦТС-23, 25 и могут работать при температурах ниже темпера- туры точки Кюри (250…310 °С), а со встроенными предварительными усилителями — при темпера- турах меньше 80 °С. Возникают проблемы при- менения таких датчиков на поверхности нагретого до высокой температуры объекта контроля. Для решения данной проблемы необходимо или создать специальные высокотемпературные датчики и средства их крепления, или применять волноводы, которые обеспечили бы вынос датчика АЭ из зоны высокой температуры. Первый путь решения задачи довольно дорогой. Проанализи- руем второй путь решения данной проблемы. Основное назначение волноводов — вынос датчика–приемника АЭ сигналов из зоны высокой температуры. Появление в акустическом тракте дополнительного устройства — волновода — тре- бует детального изучения его влияния на форму и амплитуду принимаемого сигнала, согласование акустического импеданса с объектом контроля и рабочей поверхностью датчика, определение ос- новного резонанса волновода, а затем и системы волновод–переходной слой–датчик. В настоящее время недостаточно публикаций с рекомендациями по выбору и применению вол- новодов, отсутствуют расчеты по установлению однородности акустического поля на рабочей по- верхности волновода, а также подходы к опреде- лению характеристик волноводов, которые обес- печивали бы прохождение волн эмиссии в том ди- апазоне частот и с теми модами, на которые рас- считаны датчики. Для обеспечения оптимальной работы датчиков в диапазоне температур от 370 до 560 °С и частот- ном диапазоне 12,5…800 кГц были выбраны и ис- следованы стальные волноводы длиной 540 мм. Температурные исследования проводили на образце соответствующих размеров из стали Ст3. Торец волновода, который устанавливали на по- верхность высокотемпературного объекта, нагре- вали до температур Tн1 = 370 °С, Tн2 = 450 °С, Tн3 = 560 °С (при температуре окружающей среды Tср = 20 °С). На противоположном торце волно- вода температура рабочей поверхности, на кото- рую устанавливается датчик АЭ, соответственно составляла Tк1 = 34 °С, Tк2 = 37 °С, Tк3 = 41 °С. Измерение температуры проводили прибором Triple-Display Auto-Display M-3890D. Расчет уменьшения температуры от нагревае- мого торца до места установки датчика АЭ про- водили по формуле [3]: T = Tср + Tнач exp (–z √⎯⎯b ⁄ a), (1) где Tнач — начальная температура; b = (2αa) ⁄ (λ0rc); a = λ0 ⁄ (cγ); α — коэффициент теплоотдачи; γ — удельный вес; c — удельная теплоемкость; λ0 — коэффициент теплопровод- ности; rc — радиус стержня; z — координата. Теплофизические постоянные для данного ма- териала волновода взяты из справочных материа- лов [3]. Зависимость значений конечной температуры, рассчитанной по формуле (1), от длины волновода и начальной температуры нагретого торца, пред- ставлена на рис. 1. © А. Я. Недосека, М. А. Овсиенко, Л. Ф. Харченко, М. А. Яременко, 2007 14 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2007 Исследование волновых характеристик (АЧХ систем) проводили по нескольким схемам (рис. 2– 6). Параметры радиоимпульса устанавливали с учетом длины волновода, скорости распростране- ния УЗВ и рабочего частотного диапазона (12,5…800 кГц). Амплитуду зондирующего ради- оимпульса выбирали такой, чтобы максимальный выходной сигнал, снимаемый с промежуточного усилителя, не превышал половины уровня насы- щения. Время прохождения радиоимпульса t оп- ределяли по временной развертке осциллографа, синхронизируемого генератором видеоимпульсов. Оно составило 110 мкс при длине волновода 540 мм. Скорость распространения сигнала АЭ 4,9 мм/мкс. Длительность зондирующих импуль- сов и их частоту следования устанавливали с уче- том резонансных свойств волновода и степени за- тухания УЗВ. Следовательно, чтобы переотраженные в вол- новоде радиоимпульсы не накладывались, дли- тельность зондирующих радиоимпульсов должна быть менее 300 мкс и составила в нашем случае 250 мкс. Частота следования зондирующих им- пульсов составила 100 Гц. На каждой частоте заполнения проводили 10 измерений со снятием и установкой датчика–при- емника сигналов АЭ. Далее проводили арифме- тическое усреднение значений выходного сигна- ла и строили АЧХ. При проведении исследований по схеме, пред- ставленной на рис. 2, датчик–излучатель и датчик–приемник приклеивали один к другому протекторами; по схеме на рис. 3 датчики устанавливали на торцах волновода; по схеме на рис. 4 датчик–излучатель и дат- чик–приемник устанавливали на верхней осевой Рис. 1. Изменение температуры в зависимости от расстояния от торца волновода до рабочей поверхности при различных начальных температурах Tнач, °С: 1 — 370; 2 — 450; 3 — 560 Рис. 2. Схема для определения АЧХ системы датчик–излуча- тель—датчик–приемник: 1 — генератор видеоимпульсов; 2 — генератор радиоимпульсов; 3 — усилитель мощности; 4 — дат- чик–излучатель сигналов АЭ; 5 — датчик–приемник сигналов АЭ; 6 — промежуточный усилитель; 7 — осциллограф Рис. 3. Схема для определения АЧХ системы датчик–излуча- тель — волновод—датчик–приемник: 1 — генератор видеоим- пульсов; 2 — генератор радиоимпульсов; 3 — усилитель мощности; 4 — датчик–излучатель сигналов АЭ; 5 — волно- вод; 6 — датчик–приемник сигналов АЭ; 7 — промежуточный усилитель; 8 — осциллограф Рис. 4. Схема для определения АЧХ системы датчик–излуча- тель—фрагмент трубы—датчик–приемник: 1 — генератор ви- деоимпульсов; 2 — генератор радиоимпульсов; 3 — усилитель мощности; 4 — датчик–излучатель сигналов АЭ; 5 — фрагмент трубы; 6 — датчик–приемник сигналов АЭ; 7 — промежуточ- ный усилитель; 8 — осциллограф Рис. 5. Схема для определения АЧХ системы датчик–излуча- тель—фрагмент трубы—волновод—датчик–приемник: 1 — ге- нератор видеоимпульсов; 2 — генератор радиоимпульсов; 3 — усилитель мощности; 4 — датчик–излучатель сигналов АЭ; 5 — фрагмент трубы; 6 — волновод; 7 — датчик–приемник сигналов АЭ; 8 — промежуточный усилитель; 9 — осциллограф Рис. 6. Схема для определения координат источников АЭ на фрагменте трубы системы (датчик–приемник—волновод)— фрагмент трубы—(волновод—датчик–приемник): 1, 3 — дат- чики–приемники; 2 — датчик–излучатель сигналов АЭ; 4, 6 — волноводы; 5 — фрагмент трубы; 7 — система ЕМА-3U ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2007 15 линии фрагмента трубы на расстоянии 375 мм один от другого; по схеме на рис. 5 датчик–излучатель распо- лагали на фрагменте трубы по осевой линии на расстоянии 375 мм от волновода. АЧХ для систем датчик—датчик и датчик— волновод—датчик представлены на рис. 7. АЧХ для систем датчик—фрагмент трубы— датчик и датчик—фрагмент трубы—волновод— датчик представлены на рис. 8. После исследования АЧХ различных систем проведено исследование влияния применения вол- новодов установленных размеров на погрешность определения координат источников АЭ на образце по схеме, представленной на рис. 6, с примене- нием системы технической диагностики ЕМА-3U. Для определения координат источников АЭ сигналов использовали линейную антенну из двух датчиков (1 и 3, рис. 6). Волноводы 4 и 6 прива- ривали к фрагменту трубы на расстоянии 1500 мм один от другого. Датчики–приемники 1 и 3 уста- навливали соответственно на волноводах 4 и 6. Система ЕМА-3U принимала информацию с дат- чиков–приемников 1 и 3 и генерировала видео- импульсы амплитудой 4 В, длительностью 2 мкс и частотой 1 Гц, поступающие на датчик–излуча- тель 2. Датчик–излучатель 2 устанавливали на фрагменте трубы последовательно на расстоянии 75, 375, 750, 1125 и 1425 мм от волновода 4 по направлению к волноводу 6 (таблица). Относи- тельная погрешность определения координат ис- точников АЭ не превысила допустимую в соот- ветствии с нормативными документами [4]. Проверка результатов проведенных исследова- ний на реальных высокотемпературных изделиях подтвердила полученные экспериментальные дан- ные. Выводы Применение волноводов обеспечивает вынос дат- чиков АЭ из зоны высокой температуры в зону температуры, гарантированно обеспечивающей нормальную работоспособность датчиков. Проведенные исследования показали, что при правильном выборе геометрических размеров, формы и характеристик волноводов чувствитель- ность датчиков АЭ в рабочем диапазоне частот практически не уменьшается; применение волно- водов не оказывает существенного влияния на форму и амплитуду принимаемого сигнала. Применение волноводов практически не ухуд- шает локацию источников сигналов АЭ. Относи- тельная погрешность определения координат источников сигналов АЭ при применении волно- водов на опытном образце не превышала допус- тимую в соответствии с нормативными докумен- тами. 1. Грешников В. А., Дробот Ю. Б. Акустическая эмиссия. — М.: Изд-во стандартов, 1976. — 272 с. 2. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справ. / Под ред. В. В. Клюева. — М.: Маши- ностроение, 1976. — 326 с. 3. Недосека А. Я. Основы расчета и диагностики сварных конструкций. — Киев: Индпром, 2001. — 815 c. 4. ДСТУ 4227-2003. Настанови щодо проведення акустико- емісійного діагностування об’єктів підвищеної небезпе- ки. — Київ: Держ. комітет України з питань техн. регу- лювання та спожив. політики. — 2003. — 47 с. Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев Поступила в редакцию 04.10.2006 Рис. 8. АЧХ для систем датчик—фрагмент трубы—датчик (1) и датчик—фрагмент трубы—волновод—датчик (2) Номер точки имитации сигналов АЭ Координаты ис- точника АЭ, мм Полученные координаты, мм Относительная погрешность, % 1 75 91 1,1 2 375 400 1,7 3 750 748 0,1 4 1125 1121 0,3 5 1425 1426 0,1 Рис. 7. АЧХ для систем датчик—датчик (1) и датчик—волно- вод—датчик (2) Результаты локации имитаций источников АЭ и оценка погрешности их определения 16 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2007

Схожі ресурси