УДК 620.179.17
ВЕРОЯТНОСТНЫЙ ПОДХОД К ВЫБОРУ ЗНАЧИМЫХ ПАРАМЕТРОВ
ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛОВ ПРИ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ ДИАГНОСТИКЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
А.Л. Бобров, А.А. Данилина
Локализация сигналов дискретной акустической эмиссии (АЭ) при контроле часто имеет низкую точность. Предложен вероятностный подход к оценке координат каждого сигнала АЭ, который позволяет выделять локальные области на фоне шумов или распределенных источников АЭ. В основу такого подхода положены вероятности определения погрешности в зависимости от других измеренных параметров АЭ-сигнала. В частности, рассмотрена связь точности определения координат с максимальной амплитудой сигнала и временем его нарастания на реальном объекте.
Ключевые слова: акустическая эмиссия, вероятность, дефект, источник, определение координат, параметры, погрешность, сигнал.
Разработка и внедрение акустико-эмиссионной диагностики литых деталей, колесных пар подвижного состава [1, 2] — это качественно новый шаг в применении этого метода для оценки технического состояния металлических объектов при механических испытаниях во время периодического их освидетельствования в деповских условиях. С одной стороны, метод позволяет оценивать склонность к развитию существующих дефектов и увеличивает информативность и надежность контроля подобных деталей, с другой, АЭ-метод сталикивается с такими проблемами, как сложная конфигурация объекта диагностики, существенно искажающая информативные параметры, и сильная неравномерность напряженно-деформированного состояния как во время эксплуатации, так и во время испытаний. Применение АЭ-метода для различных объектов при естественном стремлении к ограничению количества приемных преобразователей ведет к поиску новых способов обработки полученной информации, которые бы по дополнительным параметрам помогали идентифицировать и определять степень опасности источников. Тем более что при регистрации АЭ современной аппаратурой количество параметров достаточно большое, что требует системного подхода к решению задачи по повышению качества информационного потенциала метода.
Рассмотрены методические аспекты разработки критериев оценки состояния объемных деталей по прямым или производным параметрам при АЭ-диагностике. Также обобщены данные, полученные в ходе исследований по оптимизации и обработке результатов АЭ-диагностики деталей сложной формы. Работа направлена на повышение информативности и надежности этого метода неразрушающего контроля технических объектов железнодорожного транспорта.
Традиционный эмпирический подход к отысканию связей параметров АЭ с параметрами дефектов в случае неравномерно распределенной чувствительности АЭ-метода, а также неравномерного поля напряжений деталей сложной формы (таких как боковая рама, надрессорная балка, тяговый хомут) не может распространяться на весь объем контролируемой детали, а может быть применен только к отдельным участкам. Это связано с тем, что высокую достоверность диагностики в этих случаях можно обеспечить только с помощью большого числа экспериментальных данных.
Алексей Леонидович Бобров, канд. техн. наук, доцент кафедры "Электротехника, диагностика и сертификация", руководитель аттестационного центра специалистов неразрушаю-щего контроля "ТРАНССИБ" Сибирского государственного университета путей сообщения. Тел. (383) 328-0346. E-mail: beaver@stu.ru
Анна Александровна Данилина, преподаватель кафедры "Электротехника, диагностика и сертификация" Сибирского государственного университета путей сообщения. Тел. (383) 328-0511. E-mail: bev@stu.ru
Для решения этой проблемы предложено использовать вероятностную оценку применимости параметров АЭ с привлечением дополнительных, легко определяемых параметров, таких как время нарастания сигнала, скорость нарастания сигнала и некоторые другие.
Такой параметр АЭ-сигналов, как точность определения времени прихода, существенным образом влияет на точность определения координат источников АЭ [3] и, как следствие, на достоверность идентификации дефектных участков. Эти параметры играют роль и при определении распределенных источников АЭ (например, участки, подвергнутые коррозии, зоны пластического деформирования) и компактных (развивающиеся трещины, сквозные дефекты емкостей и трубопроводов).
Поэтому время прихода измеряемого сигнала АЭ предложено оценивать по степени его достоверности, для чего наиболее целесообразно использовать теорему гипотез (формулу Байеса), применимую в процессе обработки квазистохастических сигналов [4]
Р (г,) Р (л\и) Р и) Р Ш)
Р№ = РЛ } = . ^ , (!)
р (л) ]ГР (г,) р (л\г,)
г =1
где Р(^) — вероятность события, например, отнесение его к /-тому источнику; Р(^|А) — вероятность этого события в зависимости от события А, которым является любой значимый параметр сигнала; Р(А) — вероятность случившегося события А среди различных однотипных исходов фиксации этого параметра; Р(А|^.) — вероятность фиксации события А в зависимости от возможных исходов событий, то есть различных источников АЭ.
Если событие зависит от нескольких параметров сигналов АЭ, то общая вероятность события определяется как произведение этих вероятностей. Таким образом, можно отфильтровать ряд явных и скрытых ложных источников АЭ.
Использование данного правила требует предварительных данных об объекте АЭ-диагностики, если этот метод применяется для обнаружения потенциально опасных участков. Если же проводится оценка развития дефектов, обнаруженных другими методами НК, то записанные данные сигналов АЭ в случае идентификации источников могут служить одновременно и для оценки связи между параметрами источников.
При идентификации источников АЭ и определении координат этих источников к измеряемым параметрам АЭ-импульсов, легко определяемым и явно связанным с временем прихода сигнала, можно отнести максимальную амплитуду каждого сигнала и время нарастания сигнала.
Для определения влияния времени нарастания на достоверность определения координат источника АЭ был проведен эксперимент с регистрацией сигналов АЭ и их параметров в нижнем поясе надрессорной балки. В качестве известного источника был выбран вариант с вдавливанием ин-дентора — шарика диаметром 5 мм со скоростью 0,05 мм/с в точке с известными координатами относительно приемных преобразователей. Данные записывали с помощью системы СЦАД 16.03. При этом предварительно обеспечили одинаковую чувствительность приемных каналов, когда разность амплитуд сигналов из центра зоны локализации источника, при одинаковом расстоянии от источника до всех четырех приемников, составила не более 3 дБ. Абсолютная чувствительность каналов, определенная с помощью имитатора Су-Нильсена при изломе в середине пьезоантенны, на расстоянии 240—235 мм от всех четырех приемных преобразователей составила (-40)—(-37) дБ.
Достоинством такого способа получения АЭ-сигналов является разнообразие физико-механических процессов, протекающих при вдавливании шарообразного индентора, и получение достаточно широкого спектра видов сигналов с низким коэффициентом взаимной корреляции, характеризующим однообразность актов АЭ как физических процессов [5].
В результате оценивали погрешность определения координат источника на плоской поверхности Дг как отклонение от истинного значения координат по формуле
7(хи - X )2 + (Уи - У )2
Дг =
дх
где хи и уи — истиные координаты источника АЭ в пьезоантенне с погрешностью 1 % относительно стороны квадратной пьезоантенны ДХ; х. и у. — координаты 7-го акта АЭ-источника, определенные аналитическим методом локализации [3].
На рис. 1 приведены данные связи параметра Дг с максимальной амплитудой А.каждого сигнала и временем нарастания сигнала Д^ принятые ближним к источнику преобразователем. Приведенные данные демонстрируют, что при повышении времени нарастания (рис. 1а) сигналов АЭ, принятых ближним к источнику приемником, увеличивается разброс относительной погрешности определенного по разности времен прихода сигналов,
80
100
200
300 С мкс ■
80 70 60 50 40 30
< 20 10 0
♦ *
0
1000
2000
3000
4000 А, мВ ^
Рис. 1. Экспериментальные результаты связи времени нарастания (а) и максимальной амплитуды сигналов АЭ (б) с относительной погрешностью определения координат
источника АЭ.
а
0
б
то есть если при низких значениях времен нарастания (до 50 мкс) относительная погрешность определения координат составила не более 20 %, то при увеличении времени нарастания около 70 % сигналов имеют погрешность в диапазоне от 20 до 70 %. В то же время при увеличении максимальной амплитуды, наоборот, наблюдается тенденция к снижению погрешности
отклонения координаты источника от истинного значения. Наибольшая корреляция между значениями Л. и Дг наблюдается при обратной зависимости между этими параметрами
к
Дг ~ —, (3)
где к — числовой коэффициент порядка 103.
Кроме того, как показывает детальный анализ сигналов с большим отклонением погрешности Дг, часть из них не следует исключать из обработки. Так, например, на рис. 2 представлен зарегистрированный сигнал, который представляет собой явное последовательное наложение двух сигналов, в результате чего время прихода сигнала зафиксировано для первого из них, имеющего малую амплитуду, а время нарастания и максимальная амплитуда — для второго, более мощного акта. Чтобы не потерять такой сигнал при обработке, алгоритм сортировки сигналов АЭ должен предусматривать анализ подобных сигналов с возможностью их разделения или корректировки параметров.
Г=+ 0.000 ]
АмВ 100 0 -100 -303 КАН а Г»+22.500 икс А =408 «3 1 иже 2 I. »«с
гнУ!
щ\ II *
1,
ТОО 200 за > «0 300 ш ТОО аю 900 та»
ЦМ- 6 досс А«1д19 цЕ ад.зс-2 30 . О :
Рис. 2. Зарегистрированный сигнал, несущий два акта АЭ: 1 — время регистрации первого акта АЭ; 2 — время регистрации второго акта АЭ-каналами.
На втором этапе исследований определяли закономерности распределений Р(А) и Р(А|^.) из формулы (1), где в качестве параметров А выступали максимальная амплитуда Vи время нарастания сигналов АЭ. Однако учитывая, что для представления информации нас интересуют те или иные диапазоны исследуемых па
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.