Особенности и недостатки методов акустической эмиссии (АЭ)

В этой части статьи мы коснёмся распространённых способов диагностики и контроля машин и механизмов при помощи различных видов акустической эмиссии. Известны и широко применяются следующие методы и виды АЭ[2], [3] (здесь и далее используются в т.ч. отрывки и выдержки из статей): В соответствии с ГОСТ 27655—88 «Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения» механизмом возбуждения акустической эмиссии (АЭ) является совокупность физических и (или) химических процессов, происходящих в объекте контроля. В зависимости от типа процесса АЭ разделяют на следующие виды:

• АЭ материала, вызываемая динамической локальной перестройкой его структуры;
• АЭ трения, вызываемая трением поверхностей твердых тел в местах приложения нагрузки и в соединениях, где имеет место податливость сопрягаемых элементов;
• АЭ утечки, вызванная результатом взаимодействия протекающей через течь жидкости или газа со стенками течи и окружающим воздухом;
• АЭ при химических или электрических реакциях, возникающих в результате протекания соответствующих реакций, в том числе сопровождающих коррозийные процессы;
• магнитная и радиационная АЭ, возникающая соответственно при перемагничивании материалов (магнитный шум) или в результате взаимодействия с ним ионизирующего излучения;
• АЭ, вызываемая фазовыми превращениями в веществах и материалах.

Акустический метод неразрушающего контроля основан на регистрации параметров упругих волн, возникающих или возбуждаемых в объекте. Чаще всего используют упругие волны ультразвукового диапазона (с частотой колебаний выше 20 кГц). Этот метод также называют ультразвуковым. Главная отличительная особенность данного метода состоит в том, что в нём применяют и регистрируют не электромагнитные, а упругие волны, параметры которых тесно связаны с такими свойствами материалов, как упругость, плотность, анизотропия (неравномерность свойств по различным направлениям) и др. Акустические свойства твёрдых материалов и воздуха настолько сильно различаются, что акустические волны отражаются от тончайших зазоров (трещин, непроваров) шириной 10-6...10-4 мм. Этот вид контроля применим ко всем материалам, достаточно хорошо проводящим акустические волны: металлам, пластмассам, керамике, бетону и т. д.

Итак, на основании этих и ряда подобных публикаций мы получили область целей, задач и способов реализации методов акустической эмиссии в промышленности. Следует отметить, что прогресс в области технологий обработки акустических сигналов приводит к возможности расширения области применения методов АЭ, например публикация [4] открывает широчайшие возможности в определении дефектов в пространстве при помощи несложных аппаратных реализаций. В рамках проекта Импакт в настоящее время идёт научно-практическая работа, направленная на доведение данной работы до практических применений в диагностике.

Говоря о повсеместном распространении методов акустической эмиссии, остановимся на недостатках этих методов:

• Регистрация сигнала от источника АЭ осуществляется одновременно с шумом постоянного или переменного уровня. Шумы являются одним из основных факторов, снижающих эффективность АЭ контроля.
• Частотный диапазон реальных практических применений АЭ ограничен достаточно узко и лежит, как правило, в диапазоне от единиц килогерц до мегагерц.
• Методы ухода от шумов и помех ограничены как правило, простейшими реализациями амплитудных и частотных фильтров.
• Аппаратная часть оборудования, решающего задачи АЭ обычно обладает низким качеством, и большим уровнем искажений, вследствие чего при регистрации сигналов некоторыми датчиками, происходит зашумление сигналов, что снижает точность анализа.
• Существенным недостатком метода является сложность выделения полезного сигнала из помех, когда дефект мал. Другим существенным недостатком метода наряду с высокой стоимостью аппаратуры является необходимость высокой квалификации оператора АЭ контроля.
• Необходимость акустического контакта преобразователя с объектом контроля.

Все эти недостатки приводят к возрастанию погрешностей измерения. В процессе работы в рамках проекта Импакт, при создании математического обеспечения и аппаратной реализации технологий были приняты меры, направленные на преодоление указанных недостатков, которые можно представить следующим образом:

• Был расширен динамический диапазон оборудования на величину порядка 30-50дБ по сравнению с традиционными приборами
• Снижен уровень помех и искажений на 1-2 порядка по сравнению с традиционными приборами
• Расширен в низкочастотную область частотный диапазон вплоть до достижения суперспектральной полосы частот от десятых долей герца до ультразвука. Этот факт стоит отметить особо, поскольку такой частотный диапазон позволяет производить диагностику крупных строительных объектов, например, железнодорожных мостов без применения нагружения непрерывно в процессе эксплуатации. Эта область будет подробно рассмотрена в других публикациях.
• Применяется мощный математический аппарат для решения задач ухода от шумов, помех, искажений, нивелирование особенностей различных датчиков.
• Существует возможность замены активных датчиков высокоэффективными пассивными датчиками, свободными от искажений встроенного усилителя и более надёжными вследствие простоты конструкции.
• Ряд решений Импакт не требует какой-либо особенной квалификации персонала.