Преобразователи акустической эмиссии

—2—
Преобразователь
акустической эмиссии (ПАЭ)
(Sensor, acoustic emission) - устройство, в котором акустический сигнал акустической
эмиссии преобразуется в электрический сигнал (ГОСТ 27655-88. Акустическая эмиссия.
Термины и определения)
ПАЭ применяют при контроле промышленных объектов является, при исследованиях
АЭ в лабораторных условиях, для измерения параметров акустической эмиссии и
определения характерных зависимостей параметров АЭ-сигнала от параметров
нагружения.
При проведении акустико-эмиссионого контроля используют контактные, прямые,
пьезоэлектрические преобразователи АЭ.
Работа ПАЭ основана на явлении прямого пьезоэлектрического эффекта, который
применяется для приема акустических волн (ПАЭ работает только на прием).
Прямой пьезоэлектрический эффект
возникновение
электрического
напряжения U под действием
механической силы F, деформации
материала Δ.

3.

—3—
Основные параметры ПАЭ
1. Коэффициент преобразования преобразователя АЭ (s) – Отношение максимального
значения электрического напряжения на выходе ПАЭ к максимальному значению
смещения частиц среды на рабочей поверхности ПАЭ.
2. Число выбросов импульсной характеристики (n+0,1um) - каждое превышение
(пересечение) электрическим сигналом акустической эмиссии установленного порогового
уровня аппаратуры (0,1um).
3. Период основных колебаний импульсной характеристики (Т0).
4. Рабочая частота преобразователя (fр) - частота, соответствующая максимальной
амплитуде спектра акустического сигнала, принятого преобразователем, при условии, что
этот максимум единственный.
5. Энергия импульсной характеристики (Еu) - Энергия вычисляется с использованием
выражения: Е = (1/Z) ∫u2dt, где Z - импеданс цепи, в которой определяется энергия, u –
мгновенное значение импульсной характеристики.
6. Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - зависимость коэффициента
преобразования от частоты

4.

Конструкция ПАЭ
—4—
Пьезоэлектрическая пластина осуществляет трансформацию акустических колебаний в
электрический сигнал. На верхнюю и нижнюю горизонтальные поверхности
пьезоэлектрической пластины нанесен слой металла, к которому припаяны
электрические выводы. По этим проводникам электрический сигнал с пьезопластины
поступает на разъем и далее по экранированному кабелю в измерительную аппаратуру.
Корпус обеспечивает общую прочность конструкции преобразователя, защищает ее от
внешних механических воздействий, агрессивных сред и электромагнитных помех. Для
предотвращения повреждения пьезопластины со стороны объекта контроля расположен
протектор. Демпфер в преобразователе применяют с целью уменьшения длительности
свободных колебаний пьезопластины и расширения рабочей полосы частот.

5.

Классификация ПАЭ
—5—
1. По коэффициенту преобразования ПАЭ разделяются на четыре класса:
•ПАЭ первого класса - преобразователи, имеющие чувствительность менее 50·106 В/м.
•ПАЭ второго класса - преобразователи, имеющие чувствительность в диапазоне (50 ...
100)·106 В/м.
•ПАЭ третьего класса - преобразователи, имеющие чувствительность в диапазоне (100 ...
200)·106 В/м.
•ПАЭ четвертого класса - преобразователи, имеющие чувствительность превышающие
200·106 В/м.
2. По частотному диапазону ПАЭ подразделяются на типы:
•Низкочастотные - рабочая частота до 50 кГц.
•Стандартные промышленные - 50 - 200 кГц.
•Специальные промышленные - 200 - 500 кГц.
•Высокочастотные - рабочая частота свыше 500 кГц.
3. По полосе пропускания частот преобразователи АЭ подразделяются на три вида
(связанные с видом амплитудно-частотной характеристики).
•Резонансные преобразователи АЭ. Полоса пропускания = 0,2Fр.
•Полосовые преобразователи АЭ. Полоса пропускания (0,8 ... 0,2)Fр.
•Широкополосные преобразователи АЭ. Полоса пропускания более 0,8Fр.
(Fр – рабочая частота ПАЭ)
4. ПАЭ:
•Совмещенный с предусилителем.
•Не совмещенный.

6.

Требования к ПАЭ
—6—
•Рабочую частоту выбирают, исходя из условий шумов, акустического затухания в объекте.
Для контроля сосудов, котлов и аппаратов рекомендуется использовать диапазон 100...500
кГц. При контроле технологических трубопроводов можно использовать более низкий
диапазон частот 20...60 кГц.
•Используемые ПАЭ должны быть температурно-стабильными в диапазоне температур, в
котором производится контроль объектов. Их коэффициент электроакустического
преобразования не должен изменяться более чем на 3 дБ в этом диапазоне температур.
•ПАЭ должны быть помехозащищенными, что достигается использованием принятых
методов помехозащиты, а также применением дифференциальных схем.
•ПАЭ должен принимать все типы волн, с различных направлений (ненаправленные
преобразователи). При контроле линейных объектов (трубопроводов) либо при контроле
определенных зон допускается использовать направленные ПАЭ.
•ПАЭ должен иметь чувствительность достаточную для регистрации сигналов АЭ.
•ПАЭ крепят к объекту с использованием механических приспособлений, магнитных
держателей, либо с помощью клея. Приспособления для установки преобразователей на
объекте выбирают с учетом его конструктивных особенностей. Они могут быть съемными
(магнитные держатели, струбцины, хомуты и т.п.) или в виде стационарно установленных
кронштейнов.

7.

—7—
ПАЭ со встроенным усилителем
Назначение:
• Регистрация и преобразование в электрический сигнал энергии упругих механических волн,
распространяющихся от места зарождения и развития дефекта в металлоконструкции.
• Техническая диагностика с использованием пассивного ультразвука.

8.

— 8—
ПАЭ со встроенным усилителем
Внешний вид GT350
Внешний вид GT200U, GT250
Амплитудно-частотные характеристики
GT200U
GT250
GT350

9.

ПАЭ без усилителя
—9—
Назначение:
• Регистрация и преобразование в электрический сигнал энергии упругих механических волн,
распространяющихся от места зарождения и развития дефекта в металлоконструкции.
• Техническая диагностика с использованием пассивного ультразвука.

10.

ПАЭ без усилителя
—10—
Внешний вид GT200B
Внешний вид GT205
Внешний вид GT300
Внешний вид GT200, GT301
Электрическая схема GT200, GT205,
GT300, GT301
Электрическая схема GT200B

11.

ПАЭ без усилителя
— 11—
Амплитудно-частотные характеристики
GT200
GT200B
GT205
GT300
GT301

12.

Датчик АЭ GT400
Технические характеристики:
тип:
полосовой;
коэффициент электроакустического преобразования
рабочая частота: 120 кГц;
полоса пропускания:
50-250 кГц;
электрическая емкость (для канала тестирования):
сопротивление изоляции (для канала тестирования):
рабочий температурный диапазон:
до +150 °С;
материал корпуса:
нержавеющая сталь;
длина встроенного кабеля: 5 м;
масса (без кабеля):
250 г.
— 12—
: > 45 дБ отн. 1В/м/с;
700...800 пФ;
> 100 МОм;
Внешний вид
Амплитудно-частотные
характеристики

English Русский Правила