Системи акустичної емісії

Системи акустичної емісії призначені для неруйнівного контролю, реєстрації та аналізу акустико-емісійних сигналів, локалізації активних джерел і тривалого моніторингу технічного стану промислових об'єктів.

У каталозі представлені багатоканальні системи для професійного АЕ-контролю, компактні системи для поєднання локальних випробувань з онлайн-моніторингом, одноканальні розподілені модулі та автономні системи тривалого спостереження. Конфігурація підбирається за кількістю каналів, типом об'єкта, необхідністю локалізації джерел АЕ та режимом експлуатації.

Принцип акустико-емісійного контролю

Акустична емісія (АЕ) — це виникнення пружних хвиль у матеріалі внаслідок локальних динамічних процесів. Джерелами акустичної емісії можуть бути розвиток тріщин, пластична деформація, руйнування волокон композиту, корозійні процеси, витоки, тертя, удари та інші активні процеси у конструкції.

Датчики акустичної емісії, встановлені на поверхні об'єкта, перетворюють пружні хвилі в електричні сигнали. Після підсилення, фільтрації та аналого-цифрового перетворення система реєструє часові, амплітудні та частотні характеристики подій АЕ.

На відміну від багатьох традиційних методів неруйнівного контролю, акустико-емісійний метод орієнтований насамперед на виявлення активних джерел, тобто процесів, які розвиваються або проявляються безпосередньо під час навантаження чи експлуатації об'єкта.

Можливості методу акустичної емісії

Акустико-емісійний контроль застосовують там, де важливо не тільки знайти геометричну несплошність, а визначити, чи проявляє вона активність під навантаженням. Це робить метод особливо корисним для оцінювання технічного стану великих і відповідальних конструкцій.

• Контроль великих зон. Один комплект датчиків може охоплювати значну частину конструкції.
• Реєстрація в реальному часі. Система фіксує розвиток акустичної активності безпосередньо під час випробування або експлуатації.
• Локалізація джерел. За різницею часу приходу сигналу на кілька датчиків можна визначати координати активної області.
• Тривалий моніторинг. Стаціонарні системи можуть працювати безперервно або за заданим розкладом.
• Контроль під навантаженням. Метод дозволяє оцінювати поведінку конструкції під час гідровипробувань, механічного навантаження або штатної експлуатації.
• Синхронний запис технологічних параметрів. Тиск, температура, деформація або інші величини можуть реєструватися разом із даними АЕ за наявності відповідних входів системи.

З чого складається система акустичної емісії

Типова система АЕ включає декілька функціональних рівнів: первинне перетворення акустичної хвилі, підсилення та фільтрацію сигналу, оцифровування, розрахунок параметрів, аналіз і представлення результатів. Такий функціональний поділ відповідає загальній структурі апаратури акустичної емісії, описаній EN 13477-1.

Датчики акустичної емісії та передпідсилювачі

Датчик є одним із ключових елементів АЕ-системи. Його частотний діапазон, чутливість, робоча температура, конструкція та спосіб монтажу повинні відповідати об'єкту контролю й очікуваному типу акустичних сигналів.

Для систем можуть використовуватися резонансні, широкосмугові, низькочастотні, високотемпературні, мініатюрні, водозахищені та інші спеціалізовані датчики.

Інтегральні датчики

Інтегральний датчик містить вбудований передпідсилювач. Така схема скорочує кількість зовнішніх компонентів і може спрощувати монтаж на об'єкті.

Датчик із зовнішнім передпідсилювачем

У класичній схемі пасивний датчик підключається до окремого передпідсилювача, після чого підсилений сигнал передається до системи збору даних. Такий варіант дозволяє окремо підбирати датчик і передпідсилювач під конкретне застосування.

Локалізація джерел акустичної емісії

Якщо один акустичний імпульс реєструється декількома датчиками, система може використовувати різницю часу приходу сигналів для визначення положення джерела. Для цього необхідні коректне розташування датчиків, відома або визначена швидкість поширення хвилі та точна синхронізація вимірювальних каналів.

Лінійна локація

Застосовується для протяжних об'єктів, де положення джерела достатньо визначити вздовж однієї координати: трубопроводів, балок, канатів або інших лінійних конструкцій.

Площинна локація

Для резервуарів, посудин, листових конструкцій та інших великих поверхонь застосовують декілька датчиків і визначають координати активного джерела у двовимірній області.

Зональна оцінка

У деяких задачах достатньо визначити не точну координату, а найбільш активну ділянку конструкції. Такий підхід може бути корисним для попередньої оцінки великих об'єктів і подальшого локального контролю іншими методами НК.

АЕ-контроль та постійний онлайн-моніторинг

Системи акустичної емісії можуть використовуватися як під час окремого випробування, так і для довготривалого структурного моніторингу. Вибір архітектури залежить від задачі.

RAEM1-6 поєднує обидві концепції: виробник передбачає локальний режим з передаванням даних у SWAE через Ethernet або WiFi, а також дистанційний режим безперервного моніторингу з передаванням даних на сервер або хмарну платформу.

Програмне забезпечення та аналіз даних

Програмне забезпечення системи АЕ використовується для налаштування каналів, спостереження за сигналами в реальному часі, збереження даних та подальшого аналізу результатів.

Для систем QingCheng / QAWRUMS використовується програмне забезпечення SWAE, яке працює з даними акустичної емісії та формами хвиль.

Залежно від конфігурації та задачі можуть аналізуватися:

• амплітуда подій;
• кількість імпульсів;
• енергія;
• час наростання;
• тривалість;
• RMS та ASL;
• частотні характеристики;
• форми хвиль;
• результати локації та кореляційного аналізу.

Як вибрати систему акустичної емісії

Вибір системи не слід починати тільки з кількості каналів. Спочатку необхідно визначити об'єкт, задачу контролю, схему розміщення датчиків та режим роботи.

1. Визначте тип об'єкта. Посудина, резервуар, трубопровід, міст, металоконструкція, композит, механізм або лабораторний зразок.
2. Визначте мету. Періодичний контроль, пошук активних зон, локалізація, контроль під час навантаження або постійний моніторинг.
3. Оцініть необхідну кількість датчиків. Вона залежить від геометрії об'єкта, розмірів контрольованої зони та необхідного типу локації.
4. Виберіть частотний діапазон. Тип датчика та фільтри повинні відповідати очікуваним сигналам і рівню промислових шумів.
5. Визначте спосіб передавання даних. Локальний Ethernet, WiFi, мобільний зв'язок або віддалений сервер.
6. Врахуйте зовнішні параметри. За необхідності одночасно з АЕ можуть реєструватися тиск, температура, навантаження або інші технологічні величини.

Коли доцільно вибрати SAEU3H

SAEU3H доцільний для професійних багатоканальних випробувань, коли потрібна велика кількість синхронних каналів, лабораторна або польова система контролю та масштабування до десятків каналів.

Коли доцільно вибрати RAEM1-6

RAEM1-6 підходить, коли потрібна компактна система на 2–6 каналів, яка може використовуватися і для локального АЕ-контролю, і для довготривалого дистанційного моніторингу.

Коли доцільно вибрати RAEM1

Одноканальні модулі зручні для окремих точок контролю або побудови розподіленої мережі, де кожна точка має власний автономний канал збору та передавання даних.

Об'єкти та сфери застосування

Акустико-емісійні системи використовуються у промисловості, енергетиці, транспортній інфраструктурі, машинобудуванні та дослідницьких лабораторіях.

• посудини та апарати під тиском;
• нафтогазові та технологічні трубопроводи;
• резервуари для зберігання рідин;
• запірна арматура та контроль витоків;
• мости та вантові конструкції;
• крани, підйомні механізми та металоконструкції;
• вітроенергетичні установки;
• композитні матеріали;
• підшипники та обертові механізми;
• різальний інструмент і верстати;
• лабораторні дослідження матеріалів і конструкцій.

Стандарти та нормативна база

При плануванні акустико-емісійного контролю застосовуються стандарти, що регламентують як загальні принципи методу, так і вимоги до апаратури та окремих видів об'єктів.

Обмеження акустико-емісійного методу

АЕ-контроль має важливі переваги, але його результати необхідно правильно інтерпретувати. Метод чутливий до активних процесів і зовнішніх акустичних перешкод.

• неактивний дефект може не створювати сигналів;
• механічні удари, тертя, робота обладнання та електричні перешкоди можуть створювати сторонні сигнали;
• результат залежить від акустичного контакту датчика з поверхнею;
• поширення хвиль залежить від геометрії, матеріалу, зварних швів, опор та інших конструктивних особливостей;
• для точної локації необхідні коректне розташування датчиків і синхронізація каналів;
• у багатьох практичних задачах після виявлення активної зони застосовують додаткові локальні методи НК для уточнення типу та геометрії дефекту.

Часті запитання

Чим акустична емісія відрізняється від ультразвукового контролю?

При традиційному ультразвуковому контролі прилад сам вводить ультразвуковий сигнал у матеріал і аналізує його проходження або відбиття. При АЕ-контролі система переважно реєструє пружні хвилі, які виникають у самому об'єкті внаслідок активного процесу.

Скільки каналів потрібно для АЕ-контролю?

Кількість каналів визначається геометрією та розмірами об'єкта, необхідною площею контролю і вимогами до локації. Для локальних задач може бути достатньо одного або декількох каналів, для великих конструкцій використовують багатоканальні системи.

Чи можна визначити координати дефекту?

Система може локалізувати джерело акустичної активності за різницею часу приходу сигналу на кілька датчиків. Точність залежить від схеми датчиків, властивостей матеріалу, геометрії конструкції та якості синхронізації.

Чи може система працювати постійно без оператора?

Такі можливості залежать від конкретної моделі. Наприклад, RAEM1-6 виробником передбачений як для локального АЕ-контролю, так і для віддаленого безперервного моніторингу з передаванням даних через дротові або бездротові канали.

Як вибрати датчик акустичної емісії?

Потрібно враховувати матеріал і геометрію об'єкта, очікуваний частотний діапазон сигналів, робочу температуру, рівень промислових шумів, необхідну чутливість і спосіб монтажу.

Навіщо під час АЕ-контролю записувати тиск або навантаження?

Синхронний запис технологічних параметрів дозволяє зіставити появу та зміну акустичної активності з фактичним режимом навантаження об'єкта. Це важливо для інтерпретації результатів випробування.

Як система відрізняє дефект від шуму?

Використовуються порогові рівні, частотна фільтрація, часові та амплітудні параметри подій, порівняння сигналів між каналами, аналіз форм хвиль і інші методи оброблення. Для складних промислових об'єктів налаштування системи повинно враховувати характерні фонові шуми конкретного обладнання.

Пов'язане обладнання

Для побудови повної системи акустико-емісійного контролю можуть знадобитися датчики АЕ, передпідсилювачі, коаксіальні кабелі, пристрої кріплення датчиків, контактні матеріали, засоби перевірки каналів та програмне забезпечення.