Đề tài phương pháp đo và kiểm tra không phá hủy sử dụng sonar

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐO VÀ TIN HỌC CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN ĐO VÀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY Đề tài: PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY SỬ DỤNG SONAR Giảng viên hướng dẫn: TS CUNG THÀNH LONG Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Đức 20181406 Vũ Minh Tuấn 20181818 Vũ Quang Huy 20181541 Nguyễn Quốc Cường 20181373 Phạm Tài Lân 20181573 Vũ Quang Tú 20174313 Chu Văn Tình 20181785 Hà Nội, 8-2022 Tieu luan LỜI NÓI ĐẦU Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đời sống, lĩnh vực đo kiểm tra không phá hủy (Non-Destructive Test, hay NDT) đời phát triển phương pháp hiệu để bảo tồn tính tồn vẹn đối tượng kiểm tra đánh giá xác tình trạng mức độ sai hỏng vật liệu, cấu kiện hệ thống Đo kiểm tra không phá hủy áp dụng trước, chí sau q trình sử dụng sản phẩm Trong tất giai đoạn kể trên, phương pháp đo kiểm tra không phá hủy đóng vai trị phát đánh giá khuyết tật sản phẩm, kết cấu cơng trình để loại bỏ vật liệu sản phẩm không đạt yêu cầu, tránh lãng phí chi phí công đoạn cho sản phẩm chất lượng, đồng thời cảnh báo sớm độ hư hại chi tiết, cấu kiện để có biện pháp bảo dưỡng thay kịp thời trước xảy cố Trong phương pháp đo kiểm tra khơng phá hủy, sonar thuộc nhóm phương pháp phát khuyết tật nằm sâu bên bề mặt đối tượng Một ưu điểm khác sonar so với phương pháp khác nhóm khả hoạt động tốt môi trường nước số dung dịch mà đối tượng kiểm tra bị ngâm bên Các đặc điểm khiến phương pháp sonar có ứng dụng nhiều lĩnh vực Trong báo cáo này, nhóm thực đề tài đề cập đến phương pháp sonar lĩnh vực đo kiểm tra khơng phá hủy Trong q trình tìm hiểu, chắn chúng em khơng tránh khỏi sai sót, chúng em xin cảm ơn thầy bảo cho chúng em nhận xét quý báu để chúng em hồn thiện báo cáo Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy! Tieu luan PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Sinh viên Nhiệm vụ phân công Nguyễn Minh Đức Nội dung báo cáo phần hydrophone projector Tởng hợp slide có sửa chữa bổ sung theo góp ý của giảng viên Vũ Minh Tuấn Nội dung báo cáo, trình bày slide phần vật liệu áp điện hydrophone Vũ Quang Huy Nội dung báo cáo, trình bày slide phần xử lý tín hiệu Nguyễn Quốc Cường Nội dung báo cáo, trình bày slide active sonar lịch trình báo cáo Phạm Tài Lân Nội dung báo cáo, trình bày slide phần passive, active sonar Vũ Quang Tú Nội dung báo cáo, trình bày slide phần đánh giá sai hỏng Chu Văn Tình Nội dung báo cáo, trình bày slide phần tổng quan Tieu luan MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN VỀ SONAR .1 1.1 Khái niệm 1.1.1 Lịch sử phát triển .1 1.2 Giới thiệu SONAR 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Hệ thống SONAR 1.2.3 Khái niệm sóng âm 1.2.4 Nguồn sóng âm 1.3 Phân loại 1.3.1 SONAR chủ động 1.3.2 SONAR thụ động .4 Chương HYDROPHONE .5 2.1 Định nghĩa Hydrophone 2.2 Vật liệu làm Hydrophone đặc điểm đầu thu 2.2.1 Vật liệu làm Hydrophone 2.2.2 Hiện tượng áp điện .7 2.2.3 Gốm áp điện .9 2.2.4 Tính chất áp điện 14 2.2.5 Độ nhạy Hydrophone .22 2.2.6 Công suất 24 2.3 Hình dạng đầu thu 25 2.4 Cấu tạo Hydrophone .28 Chương Active Sonar 30 3.1 Khái niệm active sonar 30 3.2 Khái niệm projector 30 3.2.1 Cấu tạo projector .30 3.2.2 Phân loại biến đổi 30 Tieu luan 3.3 Phân loại 32 3.3.1 Phân loại theo cấu trúc lắp đặt projector - hydrophone 32 3.3.2 Phân loại theo cách hoạt động 33 Chương SONAR THỤ ĐỘNG 39 4.1 Hệ thống SONAR thụ động 39 4.1.1 Mảng hydrophone 39 4.1.2 Bộ xử lí Beamforming .40 4.1.3 Broadband display 41 4.1.4 Bộ phân tích tần số 41 4.2 Phương trình SONAR bị động 42 4.3 Những yếu tố khác 44 4.3.1 Nhiễu xạ 44 4.3.2 Mức nguồn .44 4.3.3 Bản chất nhiễu xạ 44 4.3.4 Đánh giá thực tế .45 4.3.5 Băng thông rộng băng thông hẹp 45 Chương XỬ LÝ TÍN HIỆU 48 5.1 Hệ thống SONAR 48 5.2 Q trình xử lý tín hiệu nhận Sonar .51 5.2.1 Signal Conditional 52 5.2.2 Beamforming 52 5.2.3 Matched Filter 56 Chương ĐÁNH GIÁ SAI HỎNG 58 6.1 Các tham số tín hiệu thu 58 6.1.1 Sự suy giảm .60 6.1.2 Chế độ sóng vận tốc 60 6.1.3 Thiết bị phát xạ âm 61 6.1.4 Đánh vào hệ thống AE điều khiển đo lường tính tín hiệu 62 6.1.5 Tính tín hiệu phát xạ âm 63 6.1.6 Hiển thị liệu phát xạ âm 65 Tieu luan 6.2 Các kỹ thuật xác định vị trí sai hỏng .67 6.2.1 Kỹ thuật quét bên .67 6.2.2 Đánh giá sai hỏng phong pháp Multibeam sonar .70 6.2.3 Kỹ thuật định vị nguồn đa kênh .71 6.2.4 Kỹ thuật vị trí tuyến tính 72 6.2.5 Kỹ thuật Vị trí Khu vực 72 6.2.6 Vị trí điểm 73 Chương Tổng kết phương pháp .75 Tieu luan DANH MỤC MINH HỌA Hình 2.1 Hydrophone thu sóng âm từ nhiều nguồn khác Hình 2.2 Hình dạng đầu thu Hydrophone .6 Hình 2.3 Hiệu ứng áp điện thuận Hình 2.4 Hiệu ứng áp điện nghịch .9 Hình 2.5 Các bước trình chế tạo gốm áp điện .10 Hình 2.6 So sánh mức độ phân cực gốm áp điện trước sau trình phan cực cho vật liệu 11 Hình 2.7 Thạch anh 11 Hình 2.8 Bari Titianat (sau tạo hình) 12 Hình 2.9 PZT (sau tạo hình) 13 Hình 2.10 Sự thay đổi tính phân cực theo biến dạng vật liệu áp điện 14 Hình 2.11 Bộ rung dọc chế độ 33 18 Hình 2.12 Bộ rung dọc chế độ 31 20 Hình 2.13 Đầu dị hydrophone hình kim 21 Hình 2.14 Đầu dị hydrophone màng mỏng .21 Hình 2.15 Minh họa gốm áp điện 23 Hình 2.16 Ảnh hướng từ môi trường tới hệ thống sonar 24 Hình 2.17 Hình dạng đầu thu sonar 25 Hình 2.18 Gốm áp điện dạng hình trụ 26 Hình 2.19 Cấu tạo phần tử áp điện hình trụ 27 Hình 2.20 Minh họa cấu tạo Hydrophone 28 Hình 3.1 Sơ đồ khối chức active sonar 30 Hình 3.2 Phần tử áp điện kiểu vịng (ring) 31 Hình 3.3 Phần tử áp điện có khả uốn dẻo 31 Hình 3.4 Đầu dò kiểu Tonpilz 32 Hình 3.5 Cách làm việc máy đo tiếng vang (sonar đơn tia) 34 Hình 3.6 Cách làm việc sonar đa chùm .35 Hình 3.7 Cách làm việc sonar đa chùm thời gian thực 36 Hình 4.1 Sơ đồ khối chức passive sonar .39 Hình 4.2 Mảng cầu thể nhiều chùm tia thẳng đứng 39 Hình 4.3 Mảng Hydrophone thụ động .40 Hình 4.4 Chùm tia thụ động .40 Hình 4.5 Màn hình hiển thị 41 Hình 4.6 Phân tích tần số 41 Hình 4.7 Phổ nhiễu xạ mục tiêu .45 Hình 4.8 Hệ thống hoàn chỉnh sonar thụ động .46 Tieu luan Hình 5.1 Các khối chức đầy đủ hệ thống sonar 48 Hình 5.2 Sơ đồ khối Transmiter công suất cao .49 Hình 5.3 Mơ hình mạch tương đương đầu dò 50 Hình 5.4 Phối hợp trở kháng chuyển đổi áp điện 50 Hình 5.5 Mạch phối hợp trở kháng 51 Hình 5.6 Quá trình chung xử lý tín hiệu sonar 51 Hình 5.7 Sơ đồ khối mạch xử lý tín hiệu 52 Hình 5.8 Mảng tín hiệu nhận tín hiệu 52 Hình 5.9 Beamforming miền thời gian .54 Hình 5.10 Hệ thống Beamforming đa tia 55 Hình 5.11 Minh họa hệ thống lưu trữ 55 Hình 5.12 Tín hiệu Match Filter 57 Hình 6.1 Hình dạng sóng sonar 58 Hình 6.2 Sự phụ thuộc góc âm phản xạ từ nguồn phát Phần lớn lượng hướng 90 270°; vng góc với bề mặt vết nứt 59 Hình 6.3 Hình ảnh minh họa thiết bị, cấu tạo phát xạ âm 61 Hình 6.4 Sơ đồ hệ thống kiểm tra phát xạ âm bốn kênh 62 Hình 6.5 Phần mềm giả lập âm thị nhiều dạng khác 63 Hình 6.6 Biểu đồ điện áp so với thời gian tín hiệu AE 64 Hình 6.7 Hiện thị vị trí xác định nguồn sóng AE 65 Hình 6.8 Màn hình hoạt động hiển thị hoạt động AE 66 Hình 6.9 Loại hiển thị AE thứ tư, biểu đồ chéo, sử dụng để đánh giá chất lượng liệu thu thập 67 Hình 6.10 Tạo tiếng vang cho sonar quét bên 68 Hình 6.11 Trụ tuabin gió đặt biển, thân trụ gắn cảm biến sonar theo dõi phần trụ 68 Hình 6.12 Sau thời gian phần trụ bị trôi làm suy yếu 69 Hình 6.13 Hình ảnh 2D vẽ lại phương pháp Side Scan Sonar 69 Hình 6.14 Giám sát lắng đọng trầm tích cơng trình thủy điện 69 Hình 6.15 Hình ảnh thu side scan sonar 70 Hình 6.16 Ảnh quét 3D đáy đập 70 Hình 6.17 Ảnh quét 3D thân đập .70 Hình 6.18 Hình ảnh quét 3D cầu cảng .71 Hình 6.19 Hình ảnh quét 3D đường ống ngầm nước 71 Hình 6.20 Kỹ thuật vị trí tuyến tính 72 Hình 6.21 Kỹ thuật vị trí khu vực 73 Hình 6.22 Kỹ thuật vị trí điểm 74 Tieu luan DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 So sánh hại loại vật liệu áp điện thường gặp Bảng 2.2 So sánh ba loại vật liệu gốm áp điện chủ yếu .13 Tieu luan Chương TỔNG QUAN VỀ SONAR 1.1 Khái niệm 1.1.1 Lịch sử phát triển Mặc dù số loài động vật ( cá heo, dơi, số chuột chù loài khác) sử dụng âm để liên lạc phát vật thể hàng triệu năm, việc sử dụng người nước Leonardo da Vinci ghi lại lần đầu vào năm 1490: ống đưa vào nước cho sử dụng để phát mạch cách đặt tai vào ống Vào cuối kỷ 19, chuông nước sử dụng thiết bị phụ trợ cho hải đăng tàu đèn để cảnh báo mối nguy hiểm Việc sử dụng âm để "định vị tiếng vang" nước giống cách dơi sử dụng âm để điều hướng không dường thúc đẩy thảm họa Titanic năm 1912 Bằng sáng chế giới thiết bị đo tiếng vang nước đệ trình Văn phịng Sáng chế Anh nhà khí tượng học người Anh Lewis Fry Richardson tháng sau vụ đắm tàu Titanic, nhà vật lý người Đức Alexander Behm nhận sáng chế cho máy đo tiếng vang vào năm 1913 Kỹ sư người Canada Reginald Fessenden, làm việc cho Công ty Tín hiệu Tàu ngầm Boston, Massachusetts, xây dựng hệ thống thử nghiệm năm 1912, hệ thống sau thử nghiệm Cảng Boston, cuối vào năm 1914 từ US Revenue Cutter Miami Grand Banks khơi Newfoundland Trong thử nghiệm đó, Fessenden chứng minh khả đo độ sâu, thông tin liên lạc nước ( mã Morse ) phạm vi tiếng vọng (phát tảng băng trôi phạm vi dặm (3,2 km)) Bộ dao động "Fessenden", hoạt động tần số khoảng 500 Hz, xác định vùng mang tảng băng bước sóng mét kích thước nhỏ mặt xạ đầu dị (đường kính nhỏ ⁄ bước sóng) 10 Montreal -built Các tàu ngầm lớp H Anh hạ thủy vào năm 1915 trang bị dao động Fessenden Trong Thế chiến thứ nhất, nhu cầu phát tàu ngầm thúc đẩy nhiều nghiên cứu việc sử dụng âm Người Anh sớm sử dụng thiết bị nghe nước gọi hydrophone, nhà vật lý người Pháp Paul Langevin, làm việc với kỹ sư điện nhập cư người Nga Constantin Chilowsky, nghiên cứu phát triển thiết bị âm chủ động để phát tàu ngầm vào năm 1915 Mặc dù đầu dò áp điện từ trở sau thay đầu dị tĩnh điện mà họ sử dụng, công việc ảnh hưởng đến thiết kế tương lai Màng nhựa nhạy cảm với âm Tieu luan phân tích lưu trữ Tùy thuộc vào điều kiện nhiễu, cần thiết phải lọc khuếch đại thêm máy tính lớn Hình 6.48 Sơ đồ hệ thống kiểm tra phát xạ âm bốn kênh Sau qua máy tính lớn hệ thống AE, tín hiệu đến Lưu ý mạch đa đo lường sử dụng nhiều hệ thống cảm biến / kênh cho mục đích vị trí nguồn (sẽ mơ tả sau) Tại mạch đo, hình dạng tín hiệu điều hịa so sánh với giá trị điện áp ngưỡng người vận hành lập trình Các tín hiệu liên tục (tương tự Gaussian, nhiễu ngẫu nhiên với biên độ thay đổi theo độ lớn kiện AE) kiểu liên tục Mỗi vượt ngưỡng điện áp, mạch đo giải phóng xung kỹ thuật số Xung sử dụng để báo hiệu bắt đầu cú đánh (Một lần truy cập sử dụng để mô tả kiện AE phát cảm biến cụ thể Một kiện AE khiến hệ thống có nhiều kênh ghi lại nhiều lần truy cập.) Các xung tiếp tục tạo tín hiệu vượt ngưỡng điện áp Khi trình dừng lại khoảng thời gian định trước, lần truy cập kết thúc (theo mạch điện có liên quan) Dữ liệu từ cú đánh sau đọc vào máy vi tính mạch đo lường thiết lập lại 6.1.4 Đánh vào hệ thống AE điều khiển đo lường tính tín hiệu Phần mềm giả lập âm hiển thị kết kiểm tra nhiều dạng khác Mặc dù có sẵn số thiết kế hệ thống AE (kết hợp nhiều tùy chọn, độ nhạy chi phí khác nhau), hầu hết hệ thống AE sử dụng kiến trúc điều khiển theo hướng công Thiết kế hướng theo lượt truy cập đo lường hiệu tất 63 Tieu luan tín hiệu phát ghi lại mô tả kỹ thuật số cho tính riêng lẻ (chi tiết phần sau phần này) Trong thời gian khơng hoạt động, hệ thống nằm im Khi tín hiệu phát hiện, hệ thống ghi lại lần truy cập lần truy cập liệu ghi lại để hiển thị / tương lai Hình 6.49 Phần mềm giả lập âm thị nhiều dạng khác Cũng phổ biến hầu hết hệ thống AE khả thực tác vụ thường xuyên có giá trị cho việc kiểm tra AE Các nhiệm vụ bao gồm phép đo tín hiệu định lượng với thời gian / tải tương ứng, phân biệt tín hiệu thực tín hiệu sai (nhiễu) thu thập thông tin thống kê tham số tín hiệu 6.1.5 Tính tín hiệu phát xạ âm Trong biểu đồ điện áp so với thời gian, ghi lại biên độ, Risetime, số đếm, thời lượng MARSE Với thiết bị cấu hình thiết lập hồn tất, thử nghiệm AE bắt đầu Cảm biến ghép nối với bề mặt thử nghiệm giữ cố định băng dính chất kết dính Sau đó, người điều khiển giám sát tín hiệu kích thích ứng suất gây đối tượng Khi thu cách xác tín hiệu liên tục thống qua hữu ích, tham số biên độ, số đếm, diện tích đo đường bao tín hiệu chỉnh lưu (MARSE), thời lượng thời gian tăng thu thập Mỗi tính tín hiệu AE hiển thị hình ảnh mơ tả bên 64 Tieu luan Hình 6.50 Biểu đồ điện áp so với thời gian tín hiệu AE Biên độ, A, điện áp đo lớn dạng sóng đo decibel (dB) Đây thông số quan trọng việc kiểm tra phát xạ âm định khả phát tín hiệu Các tín hiệu có biên độ ngưỡng tối thiểu người vận hành xác định không ghi lại Risetime khoảng thời gian ngưỡng vượt qua đỉnh tín hiệu Tham số liên quan đến lan truyền sóng nguồn kiện phát xạ âm cảm biến Do đó, thời gian tăng sử dụng để đánh giá tín hiệu làm tiêu chí cho lọc nhiễu Thời lượng, Duration, chênh lệch thời gian ngưỡng ngưỡng cuối Khoảng thời gian sử dụng để xác định loại nguồn khác để lọc nhiễu Giống số đếm (N), tham số phụ thuộc vào độ lớn tín hiệu độ âm vật liệu MARSE, E gọi số đếm lượng, số đo diện tích nằm vỏ tín hiệu thời gian điện áp tuyến tính chỉnh lưu từ đầu dị Đây coi biên độ tín hiệu tương đối hữu ích xác định lượng phát xạ MARSE nhạy cảm với thời lượng biên độ tín hiệu, không sử dụng số đếm ngưỡng người dùng xác định tần số hoạt động MARSE thường xuyên sử dụng phép đo phát xạ âm 65 Tieu luan Số đếm, N, đề cập đến số lượng xung phát mạch đo biên độ tín hiệu lớn ngưỡng Tùy thuộc vào độ lớn kiện AE đặc tính vật liệu, cú đánh tạo nhiều số đếm Mặc dù tham số tương đối đơn giản để thu thập, thường cần kết hợp với phép đo biên độ / thời lượng để cung cấp thơng tin chất lượng hình dạng tín hiệu 6.1.6 Hiển thị liệu phát xạ âm Hình 6.7 Hiện thị vị trí xác định nguồn sóng AE Hệ thống AE dựa phần mềm tạo hình đồ họa để phân tích tín hiệu ghi lại q trình kiểm tra AE Các hình cung cấp thơng tin có giá trị kiện phát phân loại thành bốn loại: vị trí, hoạt động, cường độ chất lượng liệu (crossplots) Hiển thị vị trí xác định nguồn gốc kiện AE phát Chúng vẽ biểu đồ theo tọa độ X, tọa độ X-Y theo kênh cho vị trí nguồn máy tính tuyến tính, vị trí nguồn máy tính phẳng kỹ thuật định vị vùng Ví dụ biểu đồ hiển thị bên phải Error: Reference source not found Màn hình hoạt động hiển thị hoạt động AE dạng hàm thời gian biểu đồ X-Y (hình bên trái) Mỗi đồ thị đại diện cho lượng thời gian cụ thể Ví dụ: kiểm tra kéo dài chia thành 100 lần tăng thời 66 Tieu luan gian Tất hoạt động đo khoảng thời gian 36 giây định hiển thị biểu đồ định Một hai trục hiển thị theo logarit trường hợp hoạt động AE cao thời gian thử nghiệm dài Ngoài việc hiển thị hoạt động đo khoảng thời gian, tạo hiển thị hoạt động tích lũy (hình bên bên phải) để hiển thị tổng lượng hoạt động phát trình kiểm tra Màn hình có giá trị để đo tổng lượng phát xạ tốc độ phát xạ trung Hình 51 Màn hình cường độ sử dụng để cung cấp thông tin thống kê liên quan đến độ lớn tín hiệu phát Như thấy biểu đồ phân phối biên độ gần bên phải, số lần truy cập vẽ mức tăng biên độ (biểu thị dB) vượt ngưỡng người dùng xác định Các đồ thị sử dụng để xác định xem vài tín hiệu lớn hay nhiều tín hiệu nhỏ tạo lượng tín hiệu AE phát Ngoài ra, trục Y vẽ biểu đồ logarit, hình dạng phân bố biên độ giải thích để xác định hoạt động vết nứt (ví dụ: phân bố tuyến tính biểu thị tăng trưởng) Hình 6.51 Màn hình hoạt động hiển thị hoạt động AE 67 Tieu luan Hình 6.9 Loại hiển thị AE thứ tư, biểu đồ chéo, sử dụng để đánh giá chất lượng liệu thu thập Loại hiển thị AE thứ tư, biểu đồ chéo, sử dụng để đánh giá chất lượng liệu thu thập Số đếm so với biên độ, thời lượng so với biên độ số đếm với thời lượng biểu đồ chéo thường sử dụng Như thể hình cuối cùng, lần đánh đánh dấu điểm nhất, cho thấy mối tương quan hai đặc điểm tín hiệu Các tín hiệu cơng nhận từ kiện AE thường tạo thành dải chéo tín hiệu lớn thường tạo số lượng cao Bởi tín hiệu nhiễu gây nhiễu điện từ khơng có nhiều xung vượt ngưỡng kiện nguồn AE điển hình, điểm truy cập nằm bên băng tần Ngược lại, tín hiệu ma sát rị rỉ gây có nhiều xung vượt ngưỡng kiện nguồn AE điển hình sau nằm dải tần Trong trường hợp liệu khơng rõ ràng, cần có kiến thức chun mơn để phân tách lần truy cập mong muốn không mong muốn 6.2 Các kỹ thuật xác định vị trí sai hỏng Một số kỹ thuật trình bày sơ lược Chương Chương trình bảy đầy đủ phần 6.2.1 Kỹ thuật quét bên Trong hầu hết hệ thống chụp ảnh sonar, thiết bị sonar chủ động phát sóng âm bị phản xạ chạm vào mục tiêu đáy biển Tiếng vọng nhận chuyển đổi Như hình vẽ đây, tọa độ tương ứng với thời gian đến tiếng vang giá trị hình ảnh tương ứng với cường độ tiếng vang Cụ thể, phần mạnh cuaur tiếng vang nhận tương ứng với mục tiêu, vùng bóng nhận tín hiệu yếu Khu vực lại bao gồm tiếng ồn xung quanh, chủ yếu phản xạ từ trầm tích đáy biển Cuối cùng, liệu tiếng vọng nhận được xếp thu hình ảnh sonar 2D 68 Tieu luan Hình 6.52 Tạo tiếng vang cho sonar quét bên A B C D E F G Tiếng ồn độ vang cột nước Tiếng vọng phía Vùng cát Đá Phù sa Đối tượng dội lại Vùng tối từ vật thể Biên độ tiếng vang hàm mức nguồn chuyển đổi, góc theo dõi, địa hình đáy, kết cấu bề mặt, thành phần đáy, bóng vật thể Phương pháp dùng để theo dõi bề mặt đáy nơi chân trụ cầu, trụ tuabin gió, trụ cơng trình chìm nước, khảo sát sói mịn chân trụ Khi phát sói mịn ta bổ sung đất đá gia cố cơng trình Hình 6.53 Trụ tuabin gió đặt biển, thân trụ gắn cảm biến sonar theo dõi phần trụ 69 Tieu luan Hình 6.54 Sau thời gian phần trụ bị trơi làm suy yếu Hình 6.55 Hình ảnh 2D vẽ lại phương pháp Side Scan Sonar Hình 6.56 Giám sát lắng đọng trầm tích cơng trình thủy điện 70 Tieu luan Hình 6.57 Hình ảnh thu side scan sonar 6.2.2 Đánh giá sai hỏng phong pháp Multibeam sonar Dưới hình ảnh quét 3D đập thủy điện phương pháp sonar đa tia Thơng qua hình ảnh kĩ sư giám sát đánh giá mức độ sai hỏng đối tượng đập nước, cầu cảng đường ồng ngầm nước Hình 6.58 Ảnh quét 3D đáy đập Hình 6.59 Ảnh quét 3D thân đập 71 Tieu luan Hình 6.60 Hình ảnh quét 3D cầu cảng Hình 6.61 Hình ảnh quét 3D đường ống ngầm nước 6.2.3 Kỹ thuật định vị nguồn đa kênh Xác định nguồn phát thải âm đáng kể thường mục tiêu tra Mặc dù chưa biết mức độ thiệt hại sau phân tích AE, thử nghiệm theo dõi địa điểm nguồn cung cấp câu trả lời Như đề cập trước đây, nhiều hệ thống AE có khả sử dụng nhiều cảm biến / kênh trình thử nghiệm, cho phép chúng ghi lại cú đánh từ kiện AE Các hệ thống AE sử dụng để xác định vị trí nguồn kiện Khi lần truy cập ghi lại cảm biến / kênh, nguồn xác định cách biết vận tốc sóng vật liệu khác biệt thời gian đến lần truy cập cảm biến, đo mạch phần cứng phần mềm máy tính 72 Tieu luan Bằng cách đặt cảm biến cách theo cách này, kiểm tra tồn cấu trúc với tương đối cảm biến Các kỹ thuật định vị nguồn giả định sóng AE truyền với vận tốc không đổi vật liệu Tuy nhiên, hiệu ứng khác làm thay đổi vận tốc dự kiến sóng AE (ví dụ: phản xạ nhiều chế độ sóng) ảnh hưởng đến độ xác kỹ thuật Do đó, ảnh hưởng hình học kết cấu thử nghiệm tần số hoạt động hệ thống AE phải xem xét xác định xem kỹ thuật vị trí nguồn cụ thể có khả thi kết cấu thử nghiệm định hay không 6.2.4 Kỹ thuật vị trí tuyến tính Một số kỹ thuật định vị nguồn phát triển dựa phương pháp Một kỹ thuật vị trí nguồn máy tính thường sử dụng nguyên tắc vị trí tuyến tính hiển thị bên phải Vị trí tuyến tính thường sử dụng để đánh giá chống cầu giàn Khi nguồn đặt điểm giữa, thời gian đến chênh lệch sóng hai cảm biến không Nếu nguồn gần cảm biến hơn, đo khác biệt thời gian đến Để tính khoảng cách vị trí nguồn từ trung điểm, thời gian đến nhân với vận tốc truyền sóng Vị trí nằm bên phải hay bên trái điểm xác định cảm biến ghi lại lần truy cập Đây mối quan hệ tuyến tính áp dụng cho nguồn kiện cảm biến Hình 6.62 Kỹ thuật vị trí tuyến tính Bởi kịch giả định nguồn nằm đường thẳng qua hai cảm biến, hợp lệ cho tốn tuyến tính Khi sử dụng AE để xác định vị trí nguồn vật liệu phẳng, ba cảm biến trở lên sử dụng vị trí tối ưu nguồn cảm biến Hai loại phân tích vị trí nguồn sử dụng cho tình này: vị trí vùng vị trí điểm 73 Tieu luan 6.2.5 Kỹ thuật Vị trí Khu vực Một loạt cảm biến giúp tính tốn xác tín hiệu âm nguồn o quạt Khoảng cách cảm biến mảng phải biết để tính tốn xác nguồn phát xạ âm vùng khu vực cụ thể xung quanh cảm biến Phương pháp sử dụng vật liệu dị hướng cấu trúc khác, nơi cảm biến đặt tương đối xa suy hao vật liệu cao ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu nhiều cảm biến Vùng độ dài, diện tích khối lượng tùy thuộc vào kích thước mảng Một mảng cảm biến phẳng với khả phát cảm biến hiển thị hình bên phải Nguồn giả định nằm khu vực cách cảm biến nhỏ nửa Hình 6.63 Kỹ thuật vị trí khu vực Khi cảm biến bổ sung áp dụng, thời gian đến biên độ giúp xác định xác vùng nguồn Cặp thứ tự hình bên phải đại diện cho hai cảm biến phát tín hiệu vùng thứ tự tín hiệu đến cảm biến Khi liên hệ cường độ tín hiệu với biên độ đỉnh, biên độ đỉnh lớn giả định đến từ cảm biến gần nhất, lớn thứ hai từ cảm biến gần tiếp theo, v.v 6.2.6 Vị trí điểm Để vị trí điểm xác, tín hiệu phải phát số lượng cảm biến tối thiểu: hai tuyến tính, ba phẳng, bốn thể tích Thời gian đến xác phải có sẵn Thời gian đến thường tìm thấy cách sử dụng biên độ đỉnh vượt qua ngưỡng Tốc độ truyền sóng vị trí xác cảm biến tiêu chí cần thiết Sau đó, phương trình 74 Tieu luan suy cách sử dụng hình học mảng cảm biến đại số phức tạp để xác định điểm quan tâm cụ thể Hình 6.64 Kỹ thuật vị trí điểm 75 Tieu luan Chương Tổng kết phương pháp Nhìn chung, giống nhiều phương pháp Đo kiểm tra không phá hủy khác, phương pháp sử dụng SONAR có nhiều ưu điểm đồng thời tồn nhiều nhược điểm Chúng ta cần dựa vào ứng dụng cụ thể để đưa phương pháp tốt nhất, phù hợp để đáp ứng yêu cầu đặt Từ đó, giải toán thực tiễn - Ưu điểm phương pháp + Sử dụng nhiều khâu kiểm tra + Phát sai hỏng nằm sâu bên đối tượng, phải xâm nhập + Giám sát liên tục từ xa + Xác định sai hỏng sai hỏng xảy + Sử dụng vật liệu dị hướng + Tỉ lệ hiệu suất/giá tốt - Nhược điểm phương pháp + Do phát xạ âm khác vật liệu nên phương pháp cần phải điều chỉnh cho phù hợp với loại vật liệu + Cấu trúc đối tượng làm suy giảm âm truyền đến đầu dị + Mơi trường có nhiều nguồn âm, dễ gây nhiễu tín hiệu cho thiết bị 76 Tieu luan TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D Havelock, S Kuwano and M Vorländer, Handbook of Signal Processing in Acoustics [2] J L B Charles H Sherman, Transducers and Arrays for Underwater Sound, Springer New York, NY, 2007 [3] L Bjørnø, Applied Underwater Acoustics, Elsevier, 2017 [4] J F Tressler, Piezoelectric and Acoustic Materials for Transducer Applications, Springer, Boston, MA, 2008 [5] B Jaffe, Piezoelectric Ceramics, Elsevier, 1971 [6] A D Waite, Sonar for Practising Engineers, 3rd edition, Wiley, 2002 [7] J L Stewart and E C Westerfield, "A Theory of Active Sonar Detection," in Proceedings of the IEEE, 1959 [8] M M Rashid, A A Mamun, A H Jaafar and M S Mollik, "Development of Non-Contact Liquid Level Measurement and Data Storage System," International Journal of Engineering Materials and Manufacture,, vol 3, no 3, pp 134-142, 2018 [9] S R Silva, S Cunha, A Matos and N Cruz, "Synthetic Aperture Techniques for Sonar Systems," Advances in Sonar Technology, pp 15-42, 2009 [10] H Ashton, Dictionary of Gems and Gemology, 2009 77 Tieu luan ... cấu kiện hệ thống Đo kiểm tra không phá hủy áp dụng trước, chí sau q trình sử dụng sản phẩm Trong tất giai đo? ??n kể trên, phương pháp đo kiểm tra không phá hủy đóng vai trị phát đánh giá khuyết... ngâm bên Các đặc điểm khiến phương pháp sonar có ứng dụng nhiều lĩnh vực Trong báo cáo này, nhóm thực đề tài đề cập đến phương pháp sonar lĩnh vực đo kiểm tra khơng phá hủy Trong q trình tìm hiểu,... liệu SONAR dùng chủ yếu quân đặc biệt hải quân, nhiên với ưu việt nó, SONAR ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác đặc biệt kỹ thuật đo kiểm tra không phá hủy Sonar sử dụng đo kiểm tra không phá