AE Test

Сайт о пакете AE Workbench, акустико-эмиссионном методе контроля, программном и аппаратном обеспечении АЭК

На пальцах: Аналого-цифровое преобразование АЭ сигналов, формирование АЭ импульсов

Аналого-цифровое преобразование АЭ сигналов, формирование АЭ импульсов

Многоканальные АЭ системы, ориентированные на локализацию источников АЭ, в том числе A-Line32D, работают с импульсами АЭ (Hits) – сигналами АЭ, амплитуды которых превышают заданный оператором порог. Регистрируемые ПАЭ и усиленные дискретными предусилителями или модулями электрические сигналы АЭ поступают на входы АЦП A-Line 32D, обрабатываются высокочастотным и низкочастотным фильтрами и оцифровываются с соответствующей частотой дискретизации и разрядностью (см. Измерение и представление амплитуды АЭ импульса). Эти импульсы затем вы можете увидеть в виде таблицы в окне «Фильтр и Просмотр» или на любом корреляционном графике.

При формировании АЭ импульса используются следующие параметры:

  • Параметры таймирования: SCETO, Dead Time, Max. Duration.
  • Усиление: GAIN
  • Порог: Threshold

Параметры таймирования, определяющие регистрацию АЭ импульса:

Все изложенное ниже относится к информации, регистрируемой одним каналом. Традиционный подход к акустико-эмиссионному контролю подразумевает регистрацию и анализ АЭ импульсов – сигналов АЭ, значение которых превышает заданный уровень. Поскольку АЭ есть стохастический импульсный процесс, сигналы АЭ являются шумоподобыми, высокочастотными сигналами, регистрируемыми на достаточно большом расстоянии от источника. Суммарный АЭ сигнал включает в себя различные моды первичного сигнала, распространяющиеся с разными скоростями, отражения и переотражения от элементов конструкции. АЭ импульсы формируются из потока АЭ сигналов с помощью т.н. параметров таймирования: SCETO, Dead Time, Max. Duration.

aehit

Итак, суммарный аналоговый АЭ сигнал, поступающий на вход модуля/канала, оцифровывается. В результате оцифровки сигнала получаются пары значений – амплитуда в единицах АЦП – время. Регистрация и формирование АЭ импульса начинается при превышении амплитуды (в единицах АЦП) порогового значения (Threshold, также выраженного в единицах АЦП). Время регистрации превышения порога считается временем регистрации импульса. Далее от момента превышения порога отсчитывается время таймаута окончания импульса (SCETO — Single Channel Event Time Out). Если в течение этого времени регистрируется повторное превышение порога, SCETO отсчитывается снова, начиная от этого нового превышения, и т.д. Если SCETO заканчивается без превышения порога, то импульс «закрывается», последнее зарегистрированное превышение порога рассматривается как момент его завершения, и в этом диапазоне определяются параметры импульса – длительность, время нарастания, максимальная амплитуда, количество выбросов, энергия. Далее, от момента окончания последнего SCETO отсчитывается мертвое время (Dead Time). В течение Dead Time никакие превышения порога не рассматриваются как начало нового импульса (хотя оцифровка сигнала продолжается и в течение этого времени). После истечения Dead Time очередное превышение АЭ сигналом порога рассматривается как начало нового импульса.

Определение значений параметров таймирования

Ниже приводятся рекомендации по данным компании PAC, в аппаратуре которой используются те же принципы выделения импульсов и отсчета параметров таймирования, что и в системах A-Line 32D. Все параметры таймирования измеряются и назначаются в микросекундах.

SCETO

Задача, решаемая выбором правильной величины SCETO – верно идентифицировать и описать АЭ сигнал. Величина SCETO должна быть достаточной для того, чтобы перекрыть интервалы, когда измеряемый АЭ сигнал от единичного срабатывания источника снижается до уровня менее порога. С учетом этого обстоятельства, SCETO должно быть как можно короче, для того чтобы обеспечить высокую скорость регистрации данных и снизить риск слияния двух различных сигналов в один импульс.

Есть два подхода (технологии) к определению величины SCETO:

Технология 1 – Подразумевает включение в импульс всех составляющих исходного события (отражения, распространение по альтернативным путям). Это прямой подход к определению SCETO, и он подразумевает относительно большую величину SCETO.

Конкретное значение величины SCETO определяется как L/C, где L – характерный размер объекта АЭК (например, окружность сосуда), а C – скорость распространения основной части волнового пакета (например, 3 мм/мкс) или как 20/AC, где A – измеренный коэффициент затухания (дБ/мм). Принимается меньшая величина.

Т.о. SCETO принимается равным (и, соответственно, импульс продолжается, если уровень сигнала становится ниже порога на время равное или меньшее…) времени прохождения всей структуры основной составляющей АЭ сигнала или же времени, за которое амплитуда АЭ сигнала ослабляется на 20 дБ (выбирается меньшее значение из двух).

Технология 2 – Подразумевает исключение отражений и переотражений и измерение только основной (значимой) части сигнала. В результате производительность АЭ системы может быть увеличена.

Используя Технологию 2, система может освободить буферы каналов и подготовиться к регистрации следующего импульса в то время, пока проходят отражения, результаты распространения по альтернативным путям и система заблокирована Dead Time (см. следующий раздел). Т.о. система будет раньше готова к регистрации следующего сигнала.

Подходящее значение SCETO по Технологии 2 составляет 20/F, где F – резонансная частота ПАЭ в МГц.

Т.о. SCETO принимается равным (и, соответственно, импульс продолжается, если уровень сигнала становится ниже порога на время равное или меньшее…) времени регистрации 20 осцилляций сигнала с частотой, равной резонансной частоте ПАЭ.

Dead Time (или, в терминологии PAC — HLT — Hit Lockout Time)

Смысл назначения Dead Time — исключение переотражений и поздно-пришедших составляющих АЭ сигнала и позволить системе с высокой скоростью сохранять зарегистрированные сигналы.

Для систем ALine32D Dead Time запускается в тот момент, когда SCETO завершается без регистрации превышения порога!

Значение Dead Time особенно важно при использовании Технологии 2 при назначении SCETO. Если при определении SCETO используется Технология 1, то значение Dead Time может быть просто выбрано как минимальное разрешенное в системе.

При использовании Технологии 2 значение Dead Time должно быть достаточно велико, для того чтобы перекрыть любые интервалы времени между пересечениями порога, особенно длинные интервалы, которые имеют место между «хвостами» сигналов в реверберирующих объектах. Подходящее значение может быть определено по тому же методу, что и SCETO, определяемое по Технологии 1.

Max Duration

Кроме SCETO и Dead Time в перечень параметров таймирования входит Max Duration. Импульс АЭ завершается (искусственно прерывается), если его длительность превышает Max Duration. При этом для импульса выставляется флаг «D». Импульс, следующий за импульсом, прерванным по превышению Max Duration, нельзя использовать для вычисления локации.

Обычно, значение Max Duration принимается как 65000 мкс.

В системах предыдущих поколений типа A-Line 32D (ISA) и A-Line 32D (PCI) использовался таймаут формирования максимальной амплитуды (RTTO), его значение обычно принимают равным 0,5*SCETO.

Резюме: в условиях высокой скорости накопления данных увеличение параметров таймирования ведет к меньшему количеству регистрируемых импульсов.

Пример:

Если ПАЭ расположены на расстоянии 3000 мм друг от друга, на стальном сосуде высотой 8000 мм и диаметром 3000 мм (периметр около 9500 мм), скорость основного волнового пакета – 3,2 мм/мкс, а затухание составляет 0,005 дБ/мм, то:

SCETO

Вариант 1. Сигнал должен включать все составляющие импульса – основную часть, отражения, распространение по альтернативному маршруту):

SCETO = L/C = 9500/3,2 =  2970 мкс                  (1)

Или

SCETO = 20/AC = 20/(0,005*3,2) = 1250 мкс     (2)

SCETO принимается наименьшим из (1) и (2) – 1250 мкс.

Вариант 2. Сигнал должен включать только основную часть импульса и не должен включать отражения, распространение по альтернативному маршруту и т.п. В этом случае

SCETO = 20/F = 20/0,15 = 133 мкс

DEAD TIME

Значение Dead Time важно в случае определения SCETO по Варианту 2.  Можно определять Dead Time по тому же принципу, как определяется SCETO по Варианту 1, т.е. 1250 мкс.

Если SCETO определяется по Варианту 1, то SCETO назначается минимальным возможным в системе (например, 100 мкс).

Таким образом, принимаем:

Вариант 1: Вариант 2:
HDT (SCETO) 1300 мкс 150 мкс
HLT (DEAD TIME) 100 мкс 1300 мкс

Рекомендации по назначению параметров таймирования для АЭ систем PAC

PAC также рекомендует следующие значения параметров таймирования – очевидно, реализуется вариант 2.

SCETO Dead Time Примечание
Композиты, неметаллы 100-200 300
Небольшие металлические объекты 600 1000
Металлические объекты с высоким затуханием 600 1000 Наиболее практически используемый вариант
Металлические объекты с низким затуханием 2000 20000

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Алексей Комаров © 2016