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A-Line系列AE系统软件的新发展

SIntegrity first, quality first, service first, technology first

WOMENLEJIEDAZHONGXIAOXINGQIYEDESHENGYIMOSHI,XUQIU,WOMENCHANGDAORANGKEHUGANZHICHANPINDEYINGYONGTIYANJIAZHI,ERBUJINSHICHANPINDEGONGNENG。

A-Line系列AE系统软件的新发展
SERGEY ELIZAROV, АNTON BUKATIN, МIKHAIL ROSTOVTSEV and DENIS TERENTYEV
翻译:沈克兴
Interunis-IT LLC., bld. 24 corp 3-4, Myasnitskaya str., Moscow, 101000, Russia
俄罗斯Interunis-IT公司中国办事处,河南·郑州   金水区郑花路62号黄河建工大厦A-6-8618

关键词:声发射软件,震源定位,统计划分准则,小波分析
 

简介

INTERUNIS-IT公司通用A-Line软件是声发射(AE)系统的重要组成部分,用于解决各种数据处理和可视化问题,实现对系统硬件的全方位控制。随着新一代A-Line AE系统的开发,本软件得到了改进,基于最新的信息技术和编程方法,结合了A-Line系列AE系统内部和外部用户的实际AE应用经验。本文简要介绍了近年来实现的程序特征的重要功能特征的方法近似AE源的位置上使用自由格式的传感器阵列表面薄壁容器,信息部门统计标准AE源的类型和方法来评估一个传感器的距离评估AE源的小波分析的基础上,考虑到兰姆波群速度色散依赖性。
 

用自由形状传感器阵列(ALFS)近似定位。

声发射源在薄壁容器上定位的经典方法的主要缺点之一是对几种具有传播速度弥散的兰姆波形成的波前畸变的敏感性。通常,源坐标的计算误差难以定义。该方法考虑了各种因素对声发射信号传播速度和声发射波前畸变的影响,提高了声发射信号源定位的置信度和精度。

 

所建议方法的主要内容是分配一个(或几个)速度范围,其中包括结构上弹性波的基本模态的速度。考虑到测试对象的设计特性(如舱口、支管、焊缝等)和结构材料的各向异性,可以进一步扩展该速度范围。声发射源位置计算的原理是:每个传感器记录的波前到达时间在选定的速度范围内。
 

在描述这种定位方法时,可以方便地使用波“包”的概念:一组由安装在测试对象上的不同传感器记录的声发射信号。分组的关键特征是它的持续时间,即按时间顺序第一次和最后一次脉冲之间的时间间隔作为分组的组成部分。如果包的持续时间小于依赖于对象几何参数和对象材料中弹性波传播的评价速度的特征量,则可以预期在单个声发射事件中已经发射了整套脉冲。ALFS方法包括计算每个这样的波包的目标区域,该区域包含所有可能的点,在这些点上,事件能够在给定的传感器布置和给定的弹性波在目标表面传播的速度范围内生成这个波包。为此,用有限数目点的离散网格来模拟物体表面。对于每个波包,ALFS方法计算该网格的所有节点,在这些节点附近理论上可以发生给定的声发射事件。所有这些节点的列表是给定波包的位置区域描述。
 
这个位置是近似的,因为对于每个包,不是一个点,而是一个区域。然而,计算单个位置点是不可能没有误差的。这种近似方法比点定位更精确,因为期望的事件源在获得的区域内,具有很高的概率。不同信息包的位置区域的交集允许更精确地定位源,前提是作为几个离散AE事件的结果,这几个信号信息包已经从同一个源接收。当对象区域在A-Line程序中显示时,位置区域的重叠区域的颜色根据该区域上重叠的区域数量不同而不同。

 

 

通过以下几种方法可以减小由此确定的区域大小,从而增加源定位的准确性:

  • 证明弹性波速选定范围的缩小,例如,以更精确地测量所用波型的速度为代价,并由于无法记录波型到达传感器而将某些波型排除在考虑范围之外。
  • 不同波包计算区域间的相交问题研究。如果足够强烈分割的区域,区域相交的领域超过一定比例的组合,适当的波包可以分配大概是相同的来源,而波包的交集区域发现有关这个源可以被假定为源位置。
  • 选择最优的传感器数量来计算每个区域的源位置,即使用来自最优传感器数量的数据。
  • 对于某些传感器,声波的速度范围可以单独指定,同时考虑到某些波型可以到达或不能到达一个或另一个传感器。
 
为了获得最佳的结果,操作者可以在线改变上述所有参数。图1显示了与传统的球罐表面三角定位方法相比,ALFS实现的结果。
 
我们总结了ALFS相对于经典点定位方法的基本优势:
  • 该方法没有对传感器的几何顺序和布置施加限制。
  • 指定弹性波在测试物体表面上的传播速度范围,该速度范围比指定常数或选择标量值更符合实际。
  • 定位是由波包中任意脉冲的随机数(来自一个或多个)进行的,用于定位的最大脉冲数被指定为一个算法参数。
  • 定位是根据物体的真实几何形状来进行的。这将最小化失真和误差,但要求更精确地描述对象的几何形状并分配所有相关参数。
  • 一个声发射包的定位结果是目标上的一个区域,其中源极有可能被定位。
  • 许多波包的定位结果是一组区域。这些区域之间的交点使得在对象上定义一个小区域成为可能,在这个小区域内,源的位置具有更高的概率。该方法已获得俄罗斯联邦专利。

图1 球罐表面ALFS实现结果(下图两张)与传统的三角定位方法(上图两张)对比。
 

信息统计AE-标准

利用随机过程和不可逆过程的多个声发射特征,声发射信息处理的统计方法似乎是最可接受的。这些方法一方面可以揭示最典型的过程发展规律,另一方面可以平均统计峰值的影响。当AE测试数据的行为不是一个属性,而是两个或三个属性作为一个整体进行分析时,我们可以提高识别测试区域内现象的效率。从记录的经典阈值原则,AE数据不是一个连续信号但序列值的脉冲参数(振幅、能量E大调的持续时间,等等),而直接获得在实验或测试,并包含一个进程或一组进程信息生成AE。对这些参数的统计考虑能够定义基础过程的分离标准;特别地,我们利用了脉冲参数分布的统计特性的一个显著的相对变化。换句话说,在试验区域内从损伤发展的一个阶段过渡到另一个阶段的时刻可以由声发射数据流的破坏时刻来确定。为了提供对测试对象中发生的过程集的信息的访问,将逐通道到达的AE脉冲的整个序列划分为样本。在本文中,我们使用了固定脉冲数n的采样,得到的直方图的关键特征是它的模式。因此,在微裂纹弥散积累阶段,声发射脉冲流通常被认为是泊松流,主裂纹的扩展伴随着偏离这一分布的[1]。对振幅分布模式的另一种分析构成了目前广为人知的“Ib-value”标准[2]的基础。

 

最近,科学&焊接培训中心和控制和Interunis应用一个评估特点,分布熵Sн[3]。这允许评估直方图的无序程度。期间获取的数据模型的评价实验,并在工业试验表明,FP的关系= Pmod (SнP)可以选择作为识别参数的一个示例。这FP Pmod函数依赖的直方图分布特点,代表最可能的值的随机参数P在示例,该分布的相对熵SнP。将不同记录通道的计算结果以不同颜色绘制在指定坐标的图表上,从而形成诊断图。源可以通过图字段中点的组位置来标识。在图2a, b和c中给出了几个关于振幅分布的合成诊断图的例子:无缺陷物体的加载(图2a),有有源声发射源的物体的加载(图2b),以及加载至失效的标准试样的循环加载(图2c)。在图2中,注册AE信号集中于区域:该区域被定义为熵值Sн区间[0.3,0.7],和最有可能的振幅值(Amod)增加阈值水平0…5分贝。实际上,该区域内的信号表现为加载对象的噪声,呈指数分布。二区(图2 b)的背景下,突出区域我Amod和熵值,发生在Sн区间[0.5,0.8]。这个区域的出现是因为振幅增加的信号开始占上风。熵转而增加,因为振幅的弥散变得更大。
 

第三区对应的泄漏信号,定义了区间通过Sн[0.0,0.3]。图2c区III的出现是由大量低幅值脉冲引起的塑性变形所解释的。此外,第四区是试件破坏前的临界裂纹形貌。最后,注意在所有情况下的过程型识别(微损伤弥散积累、主裂纹增长、泄漏)由累积属性(声发射信号振幅模式;,没有对数据进行初步的过滤。


图2a 无缺陷对象加载的诊断图。

图2b 有源声发射源加载的诊断图

图2c 标准试件循环加载失效诊断示意图
A-Line OSC小波分析软件处理的几个方法

本文介绍了连续小波变换在声发射信号源距离估计中的应用。这是在波形处理专用程序中实现的。群速度弥散引起的声发射信号实时弥散明显降低了到达时间确定的准确性,因此,声发射源坐标导致了各种信号波形附加处理方法的发展。分析方法之一是利用信号的时频变换,而在声发射中使用时间较长的小波谱图是其中最著名和最方便的一种。小波变换图形象化,利用传统的颜色图轴对应的时间,和y轴对应的频率,而能量密度分布显示不同的颜色(或黑白)色调:紫罗兰和深蓝色(白色)音调-最低密度,红色和黄色(黑色)-最大。

 

在一个单独的窗口中,计算并显示了指定对象厚度值的色散曲线,CL和CT是对象材料中体积纵波和横波的速度。就在这里,可以选择所需的兰姆波模式(通常是A0和S0)来计算和显示,并指示声速在液体中的大小,可能填充对象。为了方便用户,该程序提供了一些硬材料和液体的表格速度值。从包含频散曲线V(f)的图中,我们可以得到信号不同频率分量到达距离源[5]距离L处的声发射传感器的时间依赖关系。

图3 小波谱图窗口与L、t0、d的评价结果及小波谱图剖面图结果。

图3给出了一个小波-谱图窗口的例子,其中叠加了检测到的波形的色散曲线。通过在小波-谱图窗口内用鼠标移动标度标记(两个浅灰色垂线),在线选择施加参数值L和t0 (t0 -信号发射时间相对于波形开始时间)。左侧标记对应于最快的兰姆波到达(模式S0ƒ→0),和一个高频分量的到来(所有模式在ƒ→∞)。水平标度器可以将得到的曲线调整到频率标度上,因此,如果事先不知道壁厚d值,可以对其进行校正。通常,在选择参数时,很容易受到小波-谱图特征频率的影响,其中A0、S0和A1三种模式的群速度值相等。在相应窗口右上角的标记移动项下显示:t0、L、d,对应于当前叠加的色散曲线的变体。此外,在某些情况下,知道波到达物体内部液体的时间是很有用的,这个时间用适当的彩色竖线表示。

 

时很难进行正确的色散曲线叠加(高噪音的情况下小源和AE传感器之间的距离或者大量的信号存在[6])的模式,我们可以应用小波变换进行更精确的到达时间确定预选的能量密度谱图的最大频率。符合这一最大值的时间点可以用于声发射源定位,而不是通常使用的阈值相交时间或信号振幅最大的时间[5,6]。A-Line OSC处理程序提供了利用等频线和等时线绘制可动小波谱图的程序,适当的包络谱完成了图3所示的波形窗口中的图像。将法向波速应用于最大符合频率上,可以减小源坐标的确定误差。

 
 
参考文献

1. Kuksenko V.: Model for the transition from micro- to macro-fracture, Mechanics of Jointed and Faulted Rock, 1995, Balkema, Rotterdam. p. 997.

2. Shiotani T., Nakanishi Y., Luo X., Haya H.: Damage Assessment in Railway Sub-Structures Deteriorated Using AE Technique, Proc. 26th EWGAE Conf. Berlin. 2004, pp. 225-232.

3. Ship V., Muravin G., Samoilova I., Dorokhova E.: The application of complex information parameter to acoustic emission for diagnostic during the stage of fracture, Nondestructive Testing Evaluation, 13, 1997, 57-71.

4. Suzuki H., Kinjo T., Hayashi Y., Takemoto M., Ono K.: Appendix by Hayashi Y., Wavelet Transform of Acoustic Emission Signals, Journal of Acoustic Emission, 14 (2), 1996, 69-84.

5. Hamstad M., O’Gallagher A, Gary J.: Examination of the Application of a Wavelet Transform to Acoustic Emission Signals, Journal of Acoustic Emission, 20, 2002, 39-81.

6. Cole P., Miller S.: Use of Advanced A.E. Analysis for Source Discrimination Using Captured Waveforms, 3rd MENDT - Middle East Nondestructive Testing Conference & Exhibition, 27-30 Nov. 2005, Bahrain, Manama.

河南启兴格电子科技有限公司,俄罗斯INTERUNIS-IT公司中国办事处。
声发射,串联声发射,声发射健康监测系统