СПОСОБ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ КАЛИБРОВКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
RELATIVE CALIBRATION OF ACOUSTIC EMISSION TRANSDUCERS

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для метрологического обеспечения калибровки преобразователей акустической эмиссии в процессе их поверки и эксплуатации, и может быть использовано для определения метрологических характеристик преобразователей акустической эмиссии.
Известен способ калибровки преобразователей акустической эмиссии (см. патент РФ №2321849 МПК G01N 29/04, G01N 29/30, опубл. 10.04.2008), включающий процесс приема тестового акустического сигнала от одного источника двумя преобразователями акустической эмиссии, стандартным и калибруемым, с последующей регистрацией полученных сигналов и их сравнением посредством компьютера, при этом калибровка системы осуществляется с помощью оптического интерференционного измерителя линейных перемещений. В акустический контакт с монолитным передающим блоком вводится стандартный преобразователь акустической эмиссии, обрабатывается и запоминается сигнал от этого преобразователя акустической эмиссии, затем устанавливается калибруемый преобразователь акустической эмиссии на место стандартного, записывается и обрабатывается второй сигнал в компьютере, который сравнивается с сохраненным эталонным, производя таким образом, калибровку калибруемого преобразователя акустической эмиссии.
Недостатком данного технического решения является зависимость определения параметров калибруемого преобразователя акустической эмиссии от амплитудно-частотной характеристики активного элемента излучателя акустических волн, высокая стоимость и сложность выполнения калибровки данным способом.
Ближайшим прототипом к заявляемому техническому решению является способ калибровки преобразователей акустической эмиссии (см. отраслевой стандарт «Требования к преобразователям акустической эмиссии, применяемым для контроля опасных производственных объектов. РД 03-3 ОС-99, Москва ПИО ОБТ 2002»), включающий размещение образцового и калибруемого преобразователей акустической эмиссии на одну и ту же поверхность калибровочного блока на одинаковом расстоянии от источника и симметрично относительно него, возбуждение в калибровочном блоке импульса смещения, прием обоими преобразователями импульсного сигнала с помощью осциллографа, сравнение сигналов и определение коэффициента преобразования калибруемого преобразователя. Импульс смещения осуществляется изломом капилляра под действием нагружающего устройства, пьезопластиной для измерения усилия стержня.
К недостаткам способа можно отнести нестабильность характеристик импульса смещения как источника акустического сигнала, влияние амплитудно-частотных характеристик образцового преобразователя на результаты калибровки, невозможность экспериментального определения амплитудно-частотной характеристики калибруемого преобразователя и характеристик направленности преобразователя. При калибровке преобразователя на объекте сложной конфигурации невозможно установить образцовый и калибруемый преобразователи в идентичных условиях.
Техническая задача: исключение влияния на результаты калибровки: нестабильности характеристик источника акустического сигнала, амплитудно-частотных характеристик образцового преобразователя, экспериментальное определение амплитудно-частотной характеристики калибруемого преобразователя.
Поставленная задача достигается тем, что проводят возбуждение n-го количества импульсов смещения в объекте контроля при помощи источника акустической эмиссии трения, полученные сигналы акустической эмиссии трения, в широком частотном и амплитудном диапазонах, регистрируют, затем по ним определяют их автокорреляцию, производя, таким образом, калибровку калибруемого преобразователя акустической эмиссии.
На приведенном чертеже на фиг.1 приведена схема устройства для калибровки преобразователей акустической эмиссии, на фиг.2 - амплитудно-частотные характеристики: 2а - калибруемого преобразователя, полученная заявляемым способом, 2б - паспортные данные преобразователя, полученные при первичной поверке кривые 11, 12 и характеристика калибруемого преобразователя - кривая 10.
Устройство для реализации способа содержит калибровочный блок 1, размещенный на нем калибруемый преобразователь акустической эмиссии 2, источник акустической эмиссии трения 3, содержащий управляемый электрический генератор 4, связанный посредством вала 5 с насадкой 6 и датчиком скорости и оборотов 7. Калибруемый преобразователь акустической эмиссии 2 связан через аналого-цифровой преобразователь 8 с компьютером 9. Калибровочный блок может представлять из себя любой объект не меньше установленных габаритов, в том числе сложной геометрической формы.
Предложенный способ калибровки преобразователя предусматривает два режима работы. В первом режиме калибруемый преобразователь акустической эмиссии 2 вводится в акустический контакт с калибровочным блоком 1, а насадка 6 вводится в механический контакт. Команды от компьютера 9 поступают на генератор 4, который приводит во вращение вал 5, жестко соединенный с насадкой 6. При этом датчик скорости и оборотов 7 фиксирует параметры процесса и передает эти данные в компьютер 9, где они фиксируются. Одновременно импульсы смещения (n-е количество) от источника акустической эмиссии трения 3 распространяются в калибровочном блоке 1, принимаются преобразователем акустической эмиссии 2, передаются на аналого-цифровой преобразователь 8, откуда в виде цифровых сигналов поступают в компьютер 9, где по n-му количеству сигналов с помощью математических операций на компьютере определяют их автокорреляционную функцию, которая сравнивается с известной автокорреляционной функцией случайного распределения импульсов смещения, образующая стационарный временной ряд со средним значением 0, и тем самым определяется нужный диапазон частот. После этого проводится переход к рабочему режиму работы. Калибруемый преобразователь акустической эмиссии 2 вводится в акустический контакт с калибровочным блоком 1, насадка 6 источника акустической эмиссии трения 3 вводится в механический контакт с калибровочным блоком 1, включается генератор 4, который приводит во вращение вал 5 в нужном диапазоне частот, при этом датчик скорости и оборотов 7, связанный с компьютером 9, фиксирует параметры процесса калибровки. Импульсы смещения распространяются в калибровочном блоке 1 от источника акустической эмиссии трения 3, они распределены случайно и в амплитудном, и в частотном диапазоне, эти импульсы принимает калибруемый преобразователь акустической эмиссии 2, передает импульсы на аналого-цифровой преобразователь 8, откуда цифровые сигналы поступают на компьютер 9, затем по количеству сигналов, которые являются откликом калибруемого преобразователя на импульсы смещения, распределенные случайно во временной и амплитудной областях, определяется экспериментальная амплитудно-частотная характеристика (АХЧ) калибруемого преобразователя 2. Таким образом, производится определение основной метрологической характеристики калибруемого преобразователя 2, что обеспечивает относительную калибровку преобразователя. Рабочий режим может быть выполнен многократно, не меняя настройки источника акустической эмиссии трения 3. Количество калибруемых одновременно преобразователей ограничивается только размерами блока 1.
Пример 1. Проводилась калибровка серийного преобразователя GT300 №9003 производства ООО «Глобал Тест». Он устанавливался на боковой раме тележки грузового вагона модели 18-100, а насадка с мелкозернистым напылением, установленная на валу, вводилась в механический контакт с ней, включался генератор 4 Г3-111, который вращал вал с насадкой с частотой 1000 оборотов в минуту, параметры процесса фиксировались, импульсы смещения, проходя через калибруемый преобразователь 2, преобразовывались в цифровую форму и обрабатывались на компьютере. Полученная при этом амплитудно-частотная характеристика графически представлена кривой 10 на фиг.2а. С помощью математической обработки выделена частотная область от 100 до 800 кГц, для того, чтобы сравнить полученную характеристику с паспортными данными, представленными на фиг.2б, полученными при первичной поверке откалиброванного преобразователя GT300 №9003, кривая 11 - АЧХ «продольных волн», кривая 12 - АЧХ «поперечных волн». Кривые на фиг.2б демонстрирует корреляцию полученных характеристик с паспортными: полученные метрологические характеристики калибруемого преобразователя GT300 №9003. Как видно из графика, полученные характеристики близки к паспортным, поэтому он может быть использован в дальнейшем в эксплуатации, отклонений в метрологических характеристиках не наблюдается.
Данный способ может быть применен для проведения абсолютной калибровки, когда полученные данные для калибруемого преобразователя сравниваются с подобными данными для образцового преобразователя.
Таким образом, по сравнению с прототипом, данный способ исключает влияние на результаты калибровки нестабильности характеристик источника акустического сигнала, что не было исключено даже при первичной поверке, исключает влияние на результаты относительной калибровки амплитудно-частотных характеристик образцового преобразователя, позволяет проводить экспериментальное определение амплитудно-частотной характеристики калибруемого преобразователя, за счет получения необходимых экспериментальных данных амплитудного распределения сигналов в широком диапазоне частот. Кроме того, существенным преимуществом является отсутствие жестких требований к геометрии и характеристикам калибровочного блока, что позволит делать калибровку преобразователей в рабочих условиях «на местах», в том числе проводить калибровку преобразователей акустической эмиссии на литых деталях тележки грузового вагона.