KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 07/2022 hiệu Acoustic Emission lĩnh vực ứng dụng ■ PGS.TS ĐÀO MINH QUÂN; TS ĐỔNG XUÂN THÌN Trường Cao đẳng VMU - Trường Đại học Hàng hải Việt Nam TÓM TẮT: Bài báo giới thiệu tín hiệu Acoustic Emission (AE) Tín hiệu AE phát nguồn lượng bên vật liệu truyền thec tất hướng tới bề mặt vật liệu Khi tải C ạt khoảng 75% giá tri tối đa vết nứt bên vật liệu bắt đầu xuất tín hiệu AE đượr: phát Dải tần số tín hiệu AE lên tới 1I MHz chứa nhiều thông tin trạng thái đối lượng Do đó, sử dụng nhiều ứng dụng chẩn đoán trạng thái vật liệu lĩnh vực chẩn đoán trạng thái ổ bi, hộp số, cầu, hệ thống đường ống, hệ thống két chứa Đặc biệt, ứng dụng để chẩn đoán trang thái động diesel thông qua việc giám sát hoạt động phần tử động TỪ KHĨA: Tín hiệu AE, dải tần số, chẩn đoán, động d esel ABSTRACT: This paper introduced about Acoustic Emission signal Itwas generated by the energy source in mI aterials and propagated to material surfaces in all d rections The crack inside materials appeared and *XE signal was emitted when the level of load on m:laterial went up to around 75% of failure load, Freq ộency of AE signal was from up to MHz or higher It was used to diagnose the state of materials as well as structures such as gears, bridge, pipeline system, tank system Especially, it was employed to invesigate the failure of diesel engine based on the evalulation of the engine's components KEYWORDS: Acoustic Emission signal, frequency band diagnose, diesel engine 1.ĐẶTVẤNĐÉ Tín hiệu Acoustic Emission (AE) cơng nghệ chẩn đốn trạng thái đối tượng ứng dụng tín hiệu AE hướng nghiên cứu nhiều nhà nghiên cứu giới ộuan tâm Nó ứng dụng nhiều lĩnh vực kỹ thuật có liên quan tới việc xác định vết nứt vỡ, biến dạng, rị rỉ tính ngun vẹn cấu trúc, thiết bị Công ng|hệ chẩn đốn sử dụng tín hiệu AE ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực từ phòng nghiên cứu tới thực nghiệm đo lường, gồm: động đất, đánh giá toàn vẹn cấu trúc (thiết bị), chẩn đoán trạng thái động diesel, ổ bi đỡ, hộp số, kiểm tra két chứa, kiểm tra đường ống, kiểm tra ăn mòn, kiểm tra đường sắt, kiểm tra máy bay, tàu thủy Tuy nhiên, nghiên cứu nước vể tín hiệu AE nhưcác lĩnh vực ứng dụng vần chưa quan tâm mức Do đó, việc nghiên cứu vể tín hiệu AE đặc tính lĩnh vực ứng dụng cần thiết TÍN HIỆU ACOUSTIC EMISSION Tín hiệu Acoustic Emission (AE) định nghĩa tự giải phóng lượng cục bên vật liệu, lượng sản sinh vật liệu chịu áp lực từ bên [1] Nguồn lượng phát nhiều lý khác hình thành phát triển vết nứt bên vật liệu phân rã bên vật liệu thể khối đặc thời gian, nhiệt độ ngoại lực tác động Nhiểu nghiên cứu chứng minh tín hiệu AE tạo q trình gia tăng tải trọng đè nén lên khối vật liệu thể đặc dẫn tới thay đổi cấu trúc vật liệu Nguồn lượng tạo giải phóng dạng sóng lượng lan truyền bên cấu trúc Nó phát từ trung tâm khối lượng hình thành lan truyền tới bể mặt vật liệu theo tất hướng Các sóng lượng cảm nhận (đo lường) cảm biến gắn bề mặt vật liệu cấu trúc biên độ sóng lượng đủ lớn để đo Hình 2.1 mơ tả hình thành sóng lượng nguồn lượng cục bên vật liệu 2.1 Lịch sử phát tín hiệu Acoustic Emission Theo nghiên cứu lịch sử tín hiệu AE tín hiệu AE cơng nghệ ứng dụng tín hiệu AE để cập vào kỷ 20 [1], Có hai báo xuất để cập tới AE báo nhà khoa học Drouillard vào năm 1979 vào năm 1987.Tuy nhiên, có minh chứng cho thấy tín hiệu AE F Kishinoue để cập Hội thảo động đất tổ chức vào ngày 21/11/1933 Đại học Tokyo Bài báo hội thảo công bố vào năm 1934 Tác giả làm thí nghiệm với mẩu gỗ chịu ứng suất uốn Khi trình uốn diễn ra, âm nứt gãy nghe thấy biểu ghi dao động ghi lại nhiều dao động khơng nghe 107 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 07/2022 đổi ứng suất với dịch chuyển cục nguyên nhân tạo nguổn lượng tín hiệu AE Nếu thay đổi diễn nhanh với cường độ cao biên độ tín hiệu phát lớn Tín hiệu phát thường tỉ lệ với cường độ nguồn lượng tạo bên vật thể Ghi phân tích liệu À À Cảm biển đo rung động bề mặt ỉ < A * ◄ ► r" ► Năng lượng phát dạng sóng ► ▼ Nguồn lượng Hình 2.1: Sự hình thành tín hiệu AE Ngồi ra, cịn có phát nhà nghiên cứu F Forster vào năm 1936, L Obert vào năm 1938 Tuy nhiên, nghiên cứu dừng lại mức nhận biết có tín hiệu AE mà chưa đưa khái niệm cụ thể có phát biểu nghiên cứu sâu tín hiệu Nhiều nhà nghiên cứu lịch sử tín hiệu AE sau cho rằng, tín hiệu AE lẩn đẩu tiên thức nghiên cứu Joseh Kaiser luận án ông vào đầu năm 1950 với tên gọi "Hiệu ứng Kaiser" [1], ơng thực thí nghiệm với mẫu kim loại bị kéo giãn để ghi lại tín hiệu AE Khi biết nghiên cứu J Kaiser, nhà khoa học Ruesch nghiên cứu tín hiệu phát bên khối bê tơng q trình nén tải lên khối bê tông vào năm 1959 Nghiên cứu biết đến nghiên cứu vể hiệu ứng Kaiser lĩnh vực vật liệu kỹ thuật Ông xác định hiệu ứng Kaiser xảy khoảng từ 75% mức tải tối đa vật liệu Ong khâng định rằng, việc tạo tín hiệu AE có liên quan mật thiết với cường độ thay đổi tải khả hấp thụ sóng siêu âm vật liệu Năm 1960, L'Hermite thực nghiên cứu vể lực tác dụng tải nén lên khối bê tơng nhận kết tín hiệu AE tạo tải nén đạt từ 75% tải tối đa Tên Acoustic Emission thức cơng bố B.H Schofield vào năm 1961 Sau biết đến "hiệu ứng Kaiser"và báo J Kaiser, ông làm lại thí nghiệm để khẳng định kết Sau đó, ơng cơng bố nghiên cứu cách chi tiết lần đẩu tiên thuật ngữ Acoustic Emission sử dụng thức 2.2 Biên độ tần số tín hiệu Acoustic Emission Vào năm 1987, Christopher B Scruby rằng, trường hợp tín hiệu AE tạo hình thành phát triển vết nứt bên vật thể hình thành vết nứt bên vật liệu phải dựa thay đổi đột ngột ứng suất dịch chuyển cục vật liệu vùng lân cận vết nứt Sự thay 108 Về biên độ tín hiệu AE: Nhiều nhà nghiên cứu thực nhiều thí nghiệm để xác định dải tần số tín hiệu AE cách tăng tải cách thật chậm từ đến vật mẫu bị phá hủy hoàn toàn Kết cho thấy rằng, tín hiệu AE xuất vết nứt bên vật liệu xuất tác động tải tải tăng dần làm cho vết nứt lớn hon làm tăng biên độ tín hiệu AE phát Thông qua nhiều thử nghiệm, nhà nghiên cứu kết luận rằng, loại vật liệu cấu trúc, biên độ tín hiệu AE phụ thuộc vào tốc độ thay đổi tải tốc độ phát triển vết nứt, vết nứt phát triển nhanh biên độ tín hiệu lớn vể tần số tín hiệu AE: Các nhà nghiên cứu xác định dải tần số tín hiệu AE nàm dải số rộng, từ đến MHz Tuy nhiên, khơng phải q trình tạo tín hiệu AE có dải rộng vậy, tín hiệu AE với biên độ lớn (lớn ngưỡng) tập trung dải tần định Điều phần dải thông tiền khuếch đại cảm biến 2.3 Sự lan truyền tín hiệu Sự lan truyền tín hiệu AE chủ đề nhiểu nhà nghiên tập trung tìm hiểu Các nhà nghiên cứu thực nhiều thực nghiệm nhiều vật liệu cấu trúc khác để mô tả cách chi tiết đặc tính tín hiệu AE, có thơng tin vể lan truyền tín hiệu Các nhà nghiên cứu lắp cảm biến bể mặt vật mẫu (các cấu trúc, thiết bị) theo hướng vị trí khác để xác định mối quan hệ đặc tính tín hiệu AE với nguồn lượng sinh bên theo hướng khác Kết cho thấy, nguồn lượng xuất bên vật thí nghiệm phát tín hiệu AE theo tất hướng Tín hiệu AEsẽ lan truyền tới bề mặt vật mẫu sau bị hấp thụ phản xạ ngược lại bên tùy theo chất loại vật liệu hình dáng bề mặt vật mẫu Trong số thực nghiệm, nhà nghiên cứu nhận tín hiệu truyền trực tiếp từ nguồn tới bể mặt mà khơng có phản xạ tín hiệu Các nhà khoa học rằng, lan truyền tín hiệu AE với dải tẩn số khác biên độ khác xuyên qua vật thí nghiệm từ nguồn tới bề mặt mặt cầu bị suy giảm cách nhanh chóng, việc suy giảm tín hiệu lan truyền tới mặt phẳng Ngồi ra, khoảng cách từ nguồn lượng tới bề mặt lớn biên độ tín hiệu AE nhận bề mặt nhỏ Biên độ tín hiệu AE thu nhỏ tổn hao lượng truyền từ nguồn tới bề mặt vật thí nghiệm Thêm vào đó, tín hiệu AE có tần số lớn mang nhiểu thông tin quan trọng tín hiệu AE có tần số nhỏ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Só 07/2022 Sự lan truyền tín hiệu AE môi trường vật chất khác sê khác nhau, môi trường chất rắn, chat lỏng, chất khí Sự suy giảm tín hiệu dự phản xạ tín hiệu xảy tín hiệu AE truyền từ môi trường vật chất sang môi trường vật chất khác Khi hai vật mẫu tương đồng chất liệu bể mặt tiếp xúc tốt tỉ lệ tín hiệu truyền qua nhiều hơn, tỉ lệ tín hiệu bị phản xạ lại Nếu chất khí, chất rắn chất lỏng phối hợp với trorìg thí nghiệm lượng tín hiệu bị suy giảm la lớn Nhiều nhà nghiên cứu thực thực nghiệm để xốc định lan truyền tín hiệu AE lĩnh vực cơng trình xây dựng Họ chứng minh rằng, vật liêu có đặc điểm truyền tín hiệu AE khác Những phần tửnhưthanh thép xoắn cáp xoắn dẫn tới thay đổi vể hướng truyền tín hiệu cịn làm tán xạ tín hiệu Tín hiệu AE truyền tới bể mặt t ếp xúc vật liệu mõi nối bị phản xạ CÁC LĨNH Vực ỨNG DỤNG TÍN HIỆU ACOUSTIC EMISSION Như đề cập phần trước, cơng nghệ chẩn đốn ứng dụng tín hiệu AE nhiều nhà nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực kỹ thuật két chứa, đường ống, cộng trình, động diesel, hệ thống bạc đỡ, ổ bi, hộp số Các đường ống sử dụng nhiểu thực tế để dẫn loại chất lỏng chất khí, thường áp lực cao [2-4], G IC két chứa xăng dầu khí hóa lỏng thường xuyên dược quan tâm vấn đề ăn mòn đáy két chứa [5- 7], Việc rò rỉ đường ống két chứa làm cho chất khí chất lỏng mơi trường bên ngồi Khi chất lỏng chất khí bị mơi trường làm thiệt hại mặt kinh tế cho nhà cung cấp chúng đa số gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Chi phí cho việc xử lý nhiễm mơi trường tiêu tốn số tiền khổng lồ Do đó, van đế liên quan tới trạng thái đường ống dẫn két chứa nhà nghiên cứu nhà quản lý đặc biệt quan tâm Lĩnh vực cơng trình gồm bê tơng kết cấu xây dựng (cá