RU2445614C1 - Method and apparatus for acoustic diagnosis of articles made from metal and alloys - Google Patents
Method and apparatus for acoustic diagnosis of articles made from metal and alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2445614C1 RU2445614C1 RU2010126534/28A RU2010126534A RU2445614C1 RU 2445614 C1 RU2445614 C1 RU 2445614C1 RU 2010126534/28 A RU2010126534/28 A RU 2010126534/28A RU 2010126534 A RU2010126534 A RU 2010126534A RU 2445614 C1 RU2445614 C1 RU 2445614C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- product
- acoustic
- article
- alloys
- Prior art date
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 231100000676 disease causative agent Toxicity 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения свойств и кристаллической структуры материалов изделий по их виброакустическим характеристикам.The invention relates to technical physics and can be used to determine the properties and crystal structure of materials of products by their vibro-acoustic characteristics.
Известен волновой способ контроля свойств материалов изделий [1]. Способ заключается в том, что ударным механизмом наносят удар по образцу, закрепленному в держателе только с одной стороны, в двух направлениях - по вертикальной оси сверху (сжимающий удар) и по касательной у нижнего свободного края образца (касательный удар). Записывают на ЭВМ через микрофон, находящийся в 20 см от образца, собственные волны образца от двух ударов (две записи). Полученные записи подвергают спектральному анализу, выявляют из первой записи резонансную частоту от сжимающего удара, выявляют из второй записи касательную резонансную частоту, вводят полученные результаты в ЭВМ и проводят расчеты свойств материала изделия.Known wave method for controlling the properties of materials of products [1]. The method consists in the fact that the striking mechanism strikes the sample fixed in the holder on one side only, in two directions - along the vertical axis from above (compressive impact) and tangentially at the lower free edge of the sample (tangential impact). Record on a computer through a microphone located 20 cm from the sample, the sample's own waves from two strokes (two records). The obtained records are subjected to spectral analysis, the resonance frequency from the compressive impact is detected from the first record, the tangential resonance frequency is detected from the second record, the obtained results are entered into a computer, and the properties of the product material are calculated.
Устройство, реализующее данный способ, включает ударный механизм для возбуждения акустического сигнала от изделия, микрофон для принятия акустических сигналов и преобразование их в электрические и ЭВМ для регистрации и обработки сигналов, полученных от образца.A device that implements this method includes a percussion mechanism for exciting an acoustic signal from a product, a microphone for receiving acoustic signals, and converting them into electrical and computer computers for recording and processing signals received from the sample.
Недостатком данных способа и устройства является то, что при возбуждении в образце колебаний ударным механизмом спектральный состав возбуждаемых колебаний в большой мере зависит от свойств ударника и качества взаимодействующих поверхностей, что в свою очередь снижает точность и достоверность контроля свойств исследуемых материалов.The disadvantage of the data of the method and device is that upon excitation in the sample of vibrations by a shock mechanism, the spectral composition of the excited vibrations largely depends on the properties of the striker and the quality of the interacting surfaces, which in turn reduces the accuracy and reliability of the control of the properties of the studied materials.
Известен также способ контроля физических параметров объекта [2], включающий возбуждение упругих или электрических колебаний посредством источника колебаний, подключенного к контролируемому объекту, прием соответственно электрических или упругих колебаний с последующим их преобразованием в электрические сигналы и усиление, определение характеристик электрических сигналов и суждение об изменениях физических параметров объекта по изменению характеристик электрических сигналов. При этом после усиления электрических сигналов фазу сигналов сдвигают, затем электрические сигналы направляют на вход источника колебаний, образуя замкнутый контур, при этом электрические сигналы проходят по замкнутому контуру два и более раз с одновременным их складыванием при условии соблюдения баланса амплитуд и баланса фаз до установления автоколебаний.There is also known a method of controlling the physical parameters of an object [2], including the excitation of elastic or electrical vibrations by means of a vibration source connected to a controlled object, receiving respectively electrical or elastic vibrations with their subsequent conversion into electrical signals and amplification, characterization of electrical signals and judgment of changes physical parameters of the object by changing the characteristics of electrical signals. In this case, after amplification of the electrical signals, the phase of the signals is shifted, then the electrical signals are sent to the input of the oscillation source, forming a closed loop, while the electrical signals pass through the closed loop two or more times with their folding, provided that the amplitude balance and phase balance are observed until self-oscillations are established .
Недостатком данного способа является малая информативность, так как он позволяет судить только об изменении физических параметров объекта, но не дает информацию о значении этих параметров.The disadvantage of this method is the low information content, since it allows you to judge only about the change in the physical parameters of the object, but does not provide information about the value of these parameters.
Данный способ реализуется устройством, включающим блок источника упругих колебаний, выход которого соединен с объектом, блок приема электрических колебаний и преобразования их в электрические сигналы, вход которого соединен с объектом, а выход - с входом блока усиления, и регистрирующий блок. Дополнительно оно снабжено фазосдвигающим блоком и вычислительным блоком, вход которого соединен с выходом регистрирующего блока, при этом один выход фазосдвигающего блока соединен с входом блока источника упругих колебаний, другой - с регистрирующим блоком, а вход - с выходом блока усиления.This method is implemented by a device including a block of a source of elastic vibrations, the output of which is connected to the object, a block for receiving electrical oscillations and converting them into electrical signals, the input of which is connected to the object, and the output with the input of the amplification unit, and a recording unit. Additionally, it is equipped with a phase-shifting unit and a computing unit, the input of which is connected to the output of the recording unit, while one output of the phase-shifting unit is connected to the input of the unit of the source of elastic vibrations, the other to the recording unit, and the input to the output of the amplification unit.
Данное устройство может работать только при возбуждении периодических, предпочтительно гармонических, колебаний.This device can only work when exciting periodic, preferably harmonic, oscillations.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ акустического контроля монолитных дисков ротора турбомашины [3].Closest to the technical nature of the claimed method is a method of acoustic control of monolithic disks of a rotor of a turbomachine [3].
Способ заключается в том, что диск приводится во вращение. Каждая лопатка на диске подвергается механическому возбуждению. Считывается ее акустический отклик и генерируется соответствующий электрический сигнал. По методу быстрого преобразования Фурье определяется ее частотный отклик. Электрический сигнал и соответствующий ему частотный отклик запоминаются. Определяются характеристические частоты для каждой лопатки диска. Диск принимается или бракуется в зависимости от того, совпадает или нет полученное распределение частот с предварительно определенным набором запрещенных частотных распределений. Предусматривается также дополнительный этап идентификации дефектов лопатки путем сравнения ее частотного отклика с предварительно определенными частотными откликами, характерными для типовых дефектов.The method is that the disk is rotated. Each blade on the disk is subjected to mechanical excitation. Its acoustic response is read and a corresponding electrical signal is generated. The fast Fourier transform method determines its frequency response. The electrical signal and its corresponding frequency response are stored. The characteristic frequencies for each blade of the disc are determined. The disc is accepted or rejected depending on whether or not the obtained frequency distribution coincides with a predefined set of forbidden frequency distributions. An additional step is also provided for identifying blade defects by comparing its frequency response with predefined frequency responses characteristic of typical defects.
Устройство, реализующее данный способ, включает в себя средство механического возбуждения каждой из лопаток диска, например ударник, приемное акустическое устройство для приема акустического сигнала и выработки соответствующего электрического сигнала, например микрофон, и блок обработки полученного электрического сигнала.A device that implements this method includes means for mechanically exciting each of the disk blades, for example, a drummer, an acoustic receiving device for receiving an acoustic signal and generating a corresponding electric signal, for example a microphone, and a processing unit for the received electric signal.
Недостатком данных способа и устройства является то, что при возбуждении колебаний в лопатке ударником спектральный состав возбуждаемых колебаний в большой мере зависит от условия взаимодействия ударника и лопатки и качества взаимодействующих поверхностей, что в свою очередь снижает точность и достоверность контроля свойств исследуемых материалов.The disadvantage of the data of the method and device is that upon excitation of vibrations in the blade by the striker, the spectral composition of the excited vibrations largely depends on the interaction conditions of the striker and the blade and the quality of the interacting surfaces, which in turn reduces the accuracy and reliability of the control of the properties of the studied materials.
Целью изобретения является повышение точности и достоверности контроля свойств исследуемых материалов.The aim of the invention is to improve the accuracy and reliability of the control properties of the investigated materials.
Поставленная цель достигается тем, что способ акустической диагностики изделий из металлов и сплавов включает возбуждение акустических сигналов изделия посредством воздействия на него внешним источником, прием акустических сигналов от изделия с последующим их преобразованием в электрические сигналы, определение спектральных характеристик электрических сигналов, сравнение полученных спектральных характеристик с типовыми характеристиками и суждение о свойствах изделия по совпадению с соответствующей типовой характеристикой.This goal is achieved in that the method of acoustic diagnostics of products from metals and alloys includes the excitation of the acoustic signals of the product by acting on it with an external source, receiving acoustic signals from the product with their subsequent conversion into electrical signals, determining the spectral characteristics of electrical signals, comparing the obtained spectral characteristics with typical characteristics and judgment on the properties of the product in accordance with the corresponding typical characteristics.
Новым является то, что о составе и кристаллической структуре изделия судят по совпадению характерных экстремумов максимумов и экстремумов минимумов спектральных характеристик сигналов изделия и типовых характеристик соответствующих металлов, сплавов и их кристаллического состояния.What is new is that the composition and crystalline structure of the product are judged by the coincidence of the characteristic extremes of the maximums and extremes of the minimum spectral characteristics of the product signals and the typical characteristics of the corresponding metals, alloys and their crystalline state.
Способ может быть реализован с помощью устройства представленного на чертеже. Устройство для диагностики изделий из металлов и сплавов включает в себя возбудитель акустических сигналов изделия 1, изделие 2, датчик 3 для приема акустических сигналов и выработки соответствующих электрических сигналов и ЭВМ 4. Возбудитель акустических сигналов изделия 1 состоит из генератора электрических импульсов 5, к выходу которого подключен электромагнитный индуктор 6. Датчик для приема акустических сигналов и выработки соответствующих электрических сигналов установлен с возможностью восприятия акустических сигналов изделия 2 и присоединен выходом к входу ЭВМ 4.The method can be implemented using the device shown in the drawing. A device for diagnosing articles of metals and alloys includes an acoustic signal exciter of article 1, article 2, a sensor 3 for receiving acoustic signals and generating corresponding electrical signals and a computer 4. The acoustic signal exciter of article 1 consists of an electric pulse generator 5, to the output of which connected electromagnetic inductor 6. A sensor for receiving acoustic signals and generating the corresponding electrical signals is installed with the possibility of perception of acoustic signals of the product 2 and connected by the output to the input of the computer 4.
Реализуется способ следующим образом.The method is implemented as follows.
Предварительно получают спектральные характеристики образцов металлов и сплавов, имеющих различные кристаллические структуры (полученные, например, за счет термической обработки). Для этого последовательно на каждый образец 2 подают электромагнитные импульсы от электромагнитного индуктора 6, подключенного к генератору электрических импульсов 5. Под действием электромагнитных импульсов в образце 2 возникают акустические сигналы, которые принимаются датчиком 3 и преобразуются в электрические сигналы. Полученные электрические сигналы подаются на ЭВМ 4, где вычисляют его спектральную характеристику. В полученной спектральной характеристике выделяют частоты, соответствующие характерным экстремумам максимумам и минимумам спектральной характеристики, и запоминают. Затем возбудителем акустических сигналов изделия 1 воздействуют электромагнитными импульсами на исследуемое изделие 2, принимают акустические сигналы изделия 2 и датчиком 3 преобразуют их в электрические сигналы. Полученные электрические сигналы подаются на ЭВМ 4, где вычисляют их спектральную характеристику, в полученной спектральной характеристике выделяют частоты, соответствующие характерным экстремумам максимумам и минимумам спектральной характеристики, и сравнивают их с ранее полученными значениями частот экстремумов максимумов и минимумов образцов. По совпадению соответствующего набора частот экстремумов исследуемого изделия с соответствующим набором частот экстремумов соответствующего образца судят о составе и кристаллической структуре исследуемого изделия.The spectral characteristics of samples of metals and alloys having various crystal structures (obtained, for example, due to heat treatment) are preliminarily obtained. To do this, electromagnetic pulses are fed to each sample 2 sequentially from an electromagnetic inductor 6 connected to an electric pulse generator 5. Under the action of electromagnetic pulses, acoustic signals appear in the sample 2, which are received by the sensor 3 and converted into electrical signals. The obtained electrical signals are fed to a computer 4, where its spectral characteristic is calculated. In the obtained spectral characteristic, frequencies corresponding to the characteristic extrema of the maxima and minima of the spectral characteristic are isolated and stored. Then the causative agent of the acoustic signals of the product 1 is affected by electromagnetic pulses on the test product 2, the acoustic signals of the product 2 are received, and the sensor 3 converts them into electrical signals. The obtained electrical signals are fed to a computer 4, where their spectral characteristic is calculated, the frequencies corresponding to the characteristic extrema of the maxima and minima of the spectral characteristic are extracted in the obtained spectral characteristic, and they are compared with the previously obtained values of the frequencies of the extrema of the maxima and minima of the samples. By coincidence of the corresponding set of frequencies of the extrema of the investigated product with the corresponding set of frequencies of the extrema of the corresponding sample, one judges the composition and crystal structure of the studied product.
1. Патент РФ №2335756.1. RF patent No. 2335756.
2. Патент РФ №2237887, 10.10.2004, G01N 27/00, G01N 29/00.2. RF patent No. 2237887, 10.10.2004, G01N 27/00, G01N 29/00.
3. Патент РФ №2270440, 20.06.2006, G01N 29/00.3. RF patent No. 2270440, 06/20/2006, G01N 29/00.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010126534/28A RU2445614C1 (en) | 2010-06-29 | 2010-06-29 | Method and apparatus for acoustic diagnosis of articles made from metal and alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010126534/28A RU2445614C1 (en) | 2010-06-29 | 2010-06-29 | Method and apparatus for acoustic diagnosis of articles made from metal and alloys |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010126534A RU2010126534A (en) | 2012-01-10 |
| RU2445614C1 true RU2445614C1 (en) | 2012-03-20 |
Family
ID=45783307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010126534/28A RU2445614C1 (en) | 2010-06-29 | 2010-06-29 | Method and apparatus for acoustic diagnosis of articles made from metal and alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2445614C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2821403C1 (en) * | 2024-01-11 | 2024-06-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Self-propelled robot for diagnostics of metal structures |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1516782A1 (en) * | 1987-12-01 | 1989-10-23 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Method of ultrasonic inspection of articles |
| SU1658076A1 (en) * | 1989-12-19 | 1991-06-23 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Device for testing of articles |
| US6125703A (en) * | 1998-06-26 | 2000-10-03 | Mcdermott Technology, Inc. | Detection of corrosion fatigue in boiler tubes using a spike EMAT pulser |
| RU54198U1 (en) * | 2005-09-07 | 2006-06-10 | Наум Аронович Кеслер | DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC (EMA) QUALITY CONTROL OF METALS AND ALLOYS |
| RU94715U1 (en) * | 2009-12-24 | 2010-05-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | DEVICE FOR ULTRASONIC CONTROL OF MECHANICAL PROPERTIES OF WHEEL-WHEELED WHEELS |
-
2010
- 2010-06-29 RU RU2010126534/28A patent/RU2445614C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1516782A1 (en) * | 1987-12-01 | 1989-10-23 | Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского | Method of ultrasonic inspection of articles |
| SU1658076A1 (en) * | 1989-12-19 | 1991-06-23 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Device for testing of articles |
| US6125703A (en) * | 1998-06-26 | 2000-10-03 | Mcdermott Technology, Inc. | Detection of corrosion fatigue in boiler tubes using a spike EMAT pulser |
| RU54198U1 (en) * | 2005-09-07 | 2006-06-10 | Наум Аронович Кеслер | DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC (EMA) QUALITY CONTROL OF METALS AND ALLOYS |
| RU94715U1 (en) * | 2009-12-24 | 2010-05-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | DEVICE FOR ULTRASONIC CONTROL OF MECHANICAL PROPERTIES OF WHEEL-WHEELED WHEELS |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СОЛДАТОВ Г.В., ТАРАСОВ С.П., ЧАУС Т.А. Дистанционный гидроакустический метод экологического мониторинга дна мелководных водоемов и шельфа морей, Известия ЮФУ, №6, июнь 2009, с.137-142. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2821403C1 (en) * | 2024-01-11 | 2024-06-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Self-propelled robot for diagnostics of metal structures |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010126534A (en) | 2012-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pruell et al. | A nonlinear-guided wave technique for evaluating plasticity-driven material damage in a metal plate | |
| De Marchi et al. | A signal processing approach to exploit chirp excitation in Lamb wave defect detection and localization procedures | |
| EP3987283A1 (en) | Method and system for analysing a test piece using a vibrational response signal | |
| EP0759166A4 (en) | Apparatus and method for ultrasonic spectroscopy testing of materials | |
| Delrue et al. | Non-destructive evaluation of kissing bonds using local defect resonance (LDR) spectroscopy: a simulation study | |
| US20050109110A1 (en) | Structural health monitoring | |
| CN108802203B (en) | A Method for Locating Internal Defects of Rod-Shaped Components Based on Multimodal Technology | |
| RU2445614C1 (en) | Method and apparatus for acoustic diagnosis of articles made from metal and alloys | |
| Liao et al. | Estimation of complex modulus using wave coefficients | |
| Trochidis et al. | Analysis of Vibroacoustic Modulations for Crack Detection: A Time‐Frequency Approach Based on Zhao‐Atlas‐Marks Distribution | |
| CN113533519A (en) | A method and device for non-contact and non-destructive evaluation of material anisotropy | |
| Campos-Pozuelo et al. | Comparative study of the nonlinear behavior of fatigued and intact samples of metallic alloys | |
| Yan et al. | Nonlinear ultrasonic properties of stress in 2024 aluminum | |
| JP3922459B2 (en) | Separation and cavity detection method and apparatus by percussion method | |
| CN1215325C (en) | Method and apparatus for detecting substance using nuclear resonance | |
| CA2243401A1 (en) | A method of operating a machine for stress relieving workpieces | |
| CN110318956A (en) | A kind of blade structure for wind driven generator damage detecting method based on spectrum analysis | |
| Kazakov et al. | Pulsed sounding of cracks with the use of the modulation of ultrasound by vibrations | |
| JP6581462B2 (en) | Ultrasonic inspection equipment | |
| Tallavo et al. | Ultrasonic transducers characterisation for evaluation of stiff geomaterials | |
| JP2001124744A (en) | Inspection apparatus for concrete structure | |
| RU2320987C1 (en) | Method of determining service life of part | |
| Xie et al. | Strategies for reliable second harmonic of nonlinear acoustic wave through cement-based materials | |
| RU2354932C2 (en) | Resonance method of ultrasonic thickness measurement | |
| Kotkowski et al. | Diagnostics of turbine blades, based on estimation of frequency response function |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120605 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180630 |