PHƯƠNG PHÁP đo và KIỂM TRA KHÔNG PHÁ hủy sử DỤNG SONAR BKHN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐO VÀ TIN HỌC CÔNG NGHIỆP .*** BÁO CÁO BTL ĐO VÀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY Đề tài: PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ KIỂM TRA KHƠNG PHÁ HỦY SỬ DỤNG SONAR Nhóm sinh viên: (NHÓM 3) Nguyễn Sỹ Thái - 20174190 Trần Đức Tuệ - 20174343 Trần Đình Hưng - 20173936 Nguyễn Văn Hiến - 20173844 Nguyễn Văn Quang - 20174138 Nguyễn Đức Toàn - 20174273 Đỗ Tiến Trung - 20174289 Nguyễn Tá Tuấn - 20164386 Bùi Văn Sơn – 20153173 Giảng viên hướng dẫn: TS Cung Thành Long Hà Nội - 2021 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, với phát triển xã hội, khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ cầu xã hội, yêu cầu ngày cao chất lượng sản phẩm an toàn lao động sinh lĩnh vực lĩnh vực “Đo kiểm tra không phá hủy” Đo kiểm tra không phá hủy (hay Non-Destructive Testing – NDT) kỹ thuật bao gồm phương pháp dùng để thử nghiệm, kiểm tra, đánh giá chuẩn đốn tình trạng sản phầm, cơng trình cơng nghiệp mà khơng làm tổn hại đến khả sử dụng chúng Sau kiểm tra không phát hủy, đối tượng không bị thay đổi hình dạng, kích thước, tính chất lí hóa dùng theo mục đích thiết kế ban đầu NDT nên dùng cơng đoạn q trình sản xuất sử dụng: từ khâu lựa chọn vật liệu, kiểm soát chất lượng bán sản phẩm giai đoạn công nghệ khác đến việc đánh giá chất lượng sản phẩm cuối trước xuất xưởng Kiểm tra khơng phá huỷ cịn dùng để phát đánh giá xuất phát triển khuyết tật sản phẩm, kết cấu công trình q trình sử dụng Trên sở loại vật liệu sản phẩm khơng đạt u cầu tránh chi phí công đoạn cho sản phẩm bị loại Cũng cách sớm tìm chi tiết, cấu kiện hư hại, đánh giá mức độ tồn vẹn cơng trình có biện pháp bảo dưỡng thay kịp thời thành phần cấu kiện hư hại, tránh thảm hoạ xảy Có nhiều kỹ thuật sử dụng đo kiểm tra không phá hủy Dựa vào khả phát khuyết tật, người ta chia làm hai nhóm chính: • Nhóm phương pháp có khả phát khuyết tật bê mặt gần bề mặt, như: kiểm tra mắt (Visual Testing), thẩm thấu chất lỏng (Liquid Penetrant Testing), phương pháp đánh dấu hạt từ (Magnetic Particle Testing), phương pháp dòng điện xốy (Eddy Curent Testing) • Nhóm phương pháp có khả phát khuyết tật nằm sâu bên bề mặt đối tượng: chụp ảnh phóng xạ (Radiographic Testing), phương pháp sử dụng sóng siêu âm (Ultrasonic Testing) phương pháp sử dụng SONAR Môn học “Đo kiểm tra không phá hủy” môn Đo lường tin học công nghiệp Viện Điện đưa vào chương trình dạy chương trình đào tạo kỹ sư KTĐ&THCN Dưới hướng dẫn dạy TS Cung Thành Long, chúng em xin tập trung tìm hiểu phương pháp trên, là: “PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY SỬ DỤNG SONAR” Trong trình tìm hiểu, chắn khơng tránh khỏi sai sót, chúng em mong nhận lời góp ý thầy bạn để Báo cáo hoàn thiện Chúng em chân thành cảm ơn! MỤC LỤC PHẦN TỔNG QUAN VỀ SONAR 1.1 Khái niệm 1.1.1 Khái niêm sóng âm Sóng âm loại sóng học truyền từ nguồn âm Sóng âm lan truyền mơi trường rắn, lỏng, khí Dựa vào ton số, sóng âm chia làm loại : • Sóng hạ âm: tần số nhỏ 16Hz • Sóng âm người nghe được: tần số từ 16Hz đến 20KHz • Sóng siêu âm: tần số lớn 20KHz Sóng siêu âm có đặc tính riêng so với hai loại sóng âm cịn lại, tính định hướng Sóng siêu âm có tần số cao nên bước sóng ngắn, sóng siêu âm lan truyền mơi trường gặp vật cản bị phản xạ lại mà khơng vịng qua vật thể hai loại sóng âm cịn lại Tốc độ lan truyền sóng âm phụ thuộc vào vật chất nhiệt độ môi trường không phụ thuộc vào tần số Vận tốc sóng âm mơi trường khí khoảng 342m/s, mơi trường nước 1500m/s môi trường thép 5000m/s 1.1.2 Khái niệm SONAR Đánh giá cấu kiện xây dựng chìm sâu nước biển : Các cấu kiện kể kim loại, bê tơng hay phi kim dù có phủ sơn điều kiện sử dụng nước biển thông thường bề mặt bị bám sò, … dẫn đến việc bị hà nhiều Việc phá bỏ lớp hà bên ngồi để kiểm tra cấu trúc bên có thay đổi, rạn nứt không không khả thi Cần phải kiểm tra, giám sát liên tục chất lượng đối tượng chìm sâu nước biển, chịu ảnh hưởng lớn điều kiện tự nhiên cách không phá hủy, phương pháp đc sử dụng phổ biến phương pháp Sonar SONAR (viết tắt cụm từ tiếng Anh: Sound Navigation and Ranging) kỹ thuật sử dụng lan truyền âm để tìm phát đối tượng bề mặt bên vật 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 hủy đánh giá phương pháp sử dụng rộng rãi dùng để xác định vị trí lỗi hỏng hóc khí cấu trúc thiết bị Phương pháp cung cấp thơng tin cách tồn diện Các vật liệu có vết nứt tỏa lượng mà chịu tải trọng, áp lực nhiệt độ Lượng lượng tồn dạng sóng Các tín hiệu sóng đọc cảm biến chuyển thành điện áp Điện áp khuếch đại sử dụng mạch sử lý tín hiệu Việc phân tích liệu dựa đặc tính tín hiệu thu tín hiệu nguồn, cường độ tần số chúng 1.1.3 Nguồn sóng âm Như đề cập trước đây, trinh lan truyền âm bắt đầu với ứng suất Ứng suất đại lượng biểu thị nội lực phát sinh vật thể biến dạng tác dụng nguyên nhân bên tải trọng, thay đơi nhiệt độ Sức căng tưởng tượng trường có ba hướng điểm cấu trúc Đáp ứng vật liệu so với sức căng thay đổi hình dạng Vật liệu biến dạng đàn hồi sức căng lớn vật liệu biến dạng dẻo (biến dạng vĩnh viễn) Khi vật liệu kim loại bị nứt có nhiều ngn âm điều quan trọng đo kiểm tra không phá hủy Khi bề mặt vết nứt to lên, chúng tạo tính hiệu có biên độ cao dễ dàng phát 1.2 Phân loại 1.2.1 SONAR chủ động Dùng đầu phát (Transmitter) phát xung sóng, thường gọi ping, nghe tiếng vọng lại đầu thu Có nhiều cách bố trí hình học đầu phát thu, cho cách thức định vị đối tượng khác Nguyên lý Sonar chủ động sử dụng máy chiếu (loa nước) để tạo xung âm truyền qua nước đến mục tiêu trả lại dạng tiếng vang cho hydrophone, thường thiết bị với máy chiếu bối cảnh thường gọi chuyển đổi Tiếng vọng phải phát chống lại tiếng ồn tiếng vang (tiếng vọng không mong muốn từ mặt biển đáy biển từ chất phân tán mơi trường biển) Bởi thời gian việc truyền xung nhận tiếng vọng đo lường tốc độ âm biển biết, phạm vi mục tiêu tạo tiếng vang đơn giản tính tốn Sonars tích cực gọi hệ thống tạo tiếng vang 1.2.2 SONAR bị động Lắng nghe mà không phát tín hiệu Nó thường sử dụng qn sự, sử dụng ứng dụng khoa học Nguyên lý Sonar thụ động nghe âm mục tiêu phát sử dụng hydrophne micro nước phát tín hiệu dựa phát tín hiệu dựa tiếng ồn xung quanh biển tiếng ồn tảng sonar Hệ thống thụ động thực theo hướng, phương tín hiệu biết đến Bản chất tín hiệu - phổ tần số cách thay đổi theo thời gian giúp phân loại mục tiêu Tuy nhiên, hệ thống thụ động không cung cấp thơng tin phạm vi mục tiêu; tín hiệu trả mục tiêu gần, yên tĩnh mục tiêu xa ồn Phần 2: SONAR CHỦ ĐỘNG 2.1 Định nghĩa Sonar chủ động hoạt động cách phát xung âm vào cột nước đo khoảng thời gian mà sóng âm cần để phát khỏi mục tiêu quay trở lại nguồn Trong hầu hết ứng dụng sonar khoa học công nghiệp, chuyển đổi sử dụng để phát nhận xung âm Bộ chuyển đổi chuyển đổi lượng điện thành sóng âm Một "ping" sonar tạo từ tín hiệu điện dao động với đặc tính tần số phân biệt Các tín hiệu điện dao động chuyển thành dao động học truyền vào nước dạng áp suất dao động sóng âm Khi sóng âm trở lại dạng tiếng vọng từ đáy biển, xung âm nhận chuyển đổi trở lại thành tín hiệu điện chuyển đổi hoạt động hydrophone Âm truyền qua nước theo chuỗi sóng áp suất gọi sóng nén Hình 2.1 minh họa sóng áp suất với hai độ dài sóng khác Các sóng áp suất truyền với tốc độ không đổi môi trường nước đồng Khoảng cách sóng áp suất gọi chiều dài sóng Số đỉnh sóng qua điểm nước giây tần số đo Hz kHz Hình 2.1 Biểu đồ ví dụ sóng âm tần số thấp cao Khi chuyển đổi sonar phát xung âm thanh, âm truyền qua nước theo dạng chùm ngược theo hướng hình 2.2 Xung mạnh bên chuyển đổi yếu góc từ trục trung tâm tăng lên Góc hình nón chuyển đổi thước đo tiêu điểm trung tâm chùm âm xác định khoảng cách từ trục trung tâm đến điểm nửa cơng suất Đặc tính liên quan đến thuật ngữ phi âm đèn pin trỏ laser vào tường Đèn pin (góc hình nón rộng) chiếu sáng khu vực rộng lớn trỏ laser (góc hình nón nhỏ) tập trung vào điểm Hình 2.2 Đồ họa góc hình nón sonar thùy bên Góc hình nón nhỏ thường ưu tiên thực khảo sát thủy văn thu thập liệu độ sâu mong muốn giá trị đọc bên đầu dò Ngược lại, người điều khiển sonar quan tâm đến việc xác định điểm nông khu vực vật cản, góc hình nón rộng thích hợp để quan sát khu vực lớn Các góc hình nón đầu dị có dạng hình elip chí hình quạt Một khía cạnh khác hình dạng chùm sóng sonar thuộc tính gọi side lobe Các side lobe tồn tất chùm sóng sonar lượng định hướng yếu Các side lobe gây tiếng vọng trở lại bị hiểu sai, đặc biệt làm việc gần bề mặt thẳng đứng 2.2 Tốc độ âm môi trường nước Các hệ thống sonar cho môi trường nước đồng tốc độ âm khơng thay đổi tồn mơi trường Tuy nhiên, thay đổi mật độ nước, thay đổi theo độ sâu, nhiệt độ độ mặn, ảnh hưởng đến tốc độ âm Khi tốc độ âm thay đổi từ môi trường sang môi trường khác, độ dài sóng thay đổi tỷ lệ thuận, tần số không đổi Tốc độ âm nước thay đổi sau : • 1.7 m/s 100 m độ sâu • 3.5 m/s °C thay đổi • 1.4 m/s ppt độ mặn thay đổi Bảng 2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ độ mặn ft Bảng 2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ độ mặn 200 ft 2.3 Phương trình Sonar chủ động Trong hệ thống sonar chủ động, nguồn phát hoạt động máy thu Hình 2.3 Phạm vi tiếng vang thơng số sonar Phương trình sonar phải tính đến mức độ lớn nguồn âm (mức nguồn), lan truyền suy giảm âm xung âm truyền từ sóng âm đến mục tiêu ( suy hao truyền dẫn ), lượng âm bị mục tiêu phản xạ trở lại sonar ( cường độ mục tiêu ), lan truyền suy giảm âm xung phản xạ truyền trở lại máy thu (suy hao truyền dẫn), nhiễu máy thu (mức nhiễu) đặc tính máy thu (độ lợi mảng) Các thành phần phương trình sonar tính đơn vị Decibel Sonar truyền tín hiệu với mức nguồn SL, tính dB nước cách nguồn mét Âm trở nên yếu truyền phía mục tiêu, lan truyền hấp thụ Tổng cường độ tín hiệu giảm q trình truyền gọi suy hao truyền dẫn (TL), tính Decibel Cường độ âm mục tiêu (SL -TL) decibel Chỉ phần âm trúng vào mục tiêu, cho dù đàn cá, đáy biển, tàu ngầm , phản xạ trở lại phía sonar Cường độ tiếng vọng lại cách mục tiêu mét so với cường độ âm chạm vào mục tiêu gọi cường độ mục tiêu TS, tính decibel Tiếng vọng cách mục tiêu mét giống tín hiệu từ nguồn phản xạ lại với mức nguồn là: Cường độ tiếng vọng (decibel) = (SL - TL) + TS Khi tín hiệu phản xạ truyền trở lại hệ thống sonar, cường độ tín hiệu lại bị giảm suy hao truyền dẫn TL Khi cường độ tín hiệu trả tiếng vang máy thu là: Cường độ tín hiệu trả (decibel) = (SL - TL) + TS – TL đơn giản hóa thành: Cường độ tín hiệu trả (decibel) = SL -2TL + TS Nếu mức tạp âm máy thu NL decibel, tỷ số mức tín hiệu với mức nhiễu máy thu, gọi tỷ số tín hiệu tạp âm (SNR), là: SNR (decibel) = SL -2TL + TS - NL Máy thu lớn, thường cấu tạo cách tập hợp loạt máy thu nhỏ hơn, hướng theo hướng cụ thể loại bỏ nhiễu từ tất hướng khác Do đó, mức nhiễu giảm xuống phần độ lợi mảng AG, tính decibel SNR tăng lên: SNR (decibel) = SL -2TL + TS - (NL - AG) 2.4 Ứng dụng Sonar đánh giá kết cấu cầu nước Khi công nghệ sonar cải tiến, mối quan tâm đến việc áp dụng công cụ để kiểm tra kết cấu cầu nước ngày tăng Xu hướng phát triển, phần tiến công nghệ sonar Xu hướng tăng nhanh điều kiện bất lợi cho việc kiểm tra lặn, chẳng hạn tầm nhìn nước bị hạn chế, dịng chảy tốc độ cao, mảnh vỡ chìm độ sâu lớn tồn nhiều vị trí cầu Vì điều kiện bất lợi hạn chế khả thợ lặn việc kiểm tra cầu bên mặt nước, việc kiểm tra công nghệ Sonar nhằm nâng cao chất lượng kiểm tra, tăng độ an toàn, tăng hiệu cải thiện liệu nhận đượccủa q trình kiểm tra, đánh giá Cơng nghệ sonar phân thành hai loại lớn dựa loại liệu nhận được: 2D 3D Hệ thống sonar 2D lấy không gian 3D vẽ biểu đồ hình 2D Sonar 2D tạo độ nét tốt góc tới cao Dữ liệu 3D bao gồm nhiều điểm liệu, điểm có tọa độ x, y z Những liệu yêu cầu nội suy để tạo hình ảnh sonar kết xuất Sonar 3D hoạt động tốt góc tới thấp Hình 2.4 (a) Nguyên lý quét học 2D; (b) Nguyên tắc quét học 3D 2.4.1 Hệ thống Sonar 3D Chi tiết tạo hệ thống sonar 3D phụ thuộc vào: 1) diện tích mà chùm tia hội tụ nhỏ đến mức để thu điểm đọc 2) số điểm thu 10 Hình 7.2 Sự phụ thuộc góc âm phản xạ từ nguồn phát Phần lớn lượng hướng 90 270°; vng góc với bề mặt vết nứt Khi sóng nguyên thủy truyền qua vật liệu, hình thức chúng bị thay đổi đáng kể Các lý thuyết nguồn sóng đàn hồi chuyển động sóng đàn hồi nghiên cứu để xác định mối quan hệ phức tạp xung nguồn AE chuyển động tương ứng vị trí phát Mục tiêu cuối nghiên cứu tương tác sóng đàn hồi cấu trúc vật liệu phát triển xác mơ tả kiện nguồn từ tín hiệu đầu cảm biến xa Tuy nhiên, hầu hết nhà nghiên cứu định hướng vật liệu người kiểm tra NDT không quan tâm đến kiến thức phức tạp kiện nguồn Thay vào đó, họ chủ yếu quan tâm đến khía cạnh thống kê, rộng AE Do đó, họ thích sử dụng cảm biến băng tần hẹp (cộng hưởng) phát phần nhỏ băng tần rộng AE phát Các cảm biến có khả đo hàng trăm tín hiệu giây, trái ngược với cảm biến có độ tin cậy cao đắt tiền sử dụng phân tích chức nguồn Thông tin thêm cảm biến thảo luận sau phần Thiết bị Tín hiệu phát cảm biến kết hợp nhiều phần dạng sóng phát ban đầu Chuyển động nguồn phát xạ âm hoàn thành vài phần triệu giây Khi AE rời khỏi nguồn, dạng sóng truyền theo hình cầu lan truyền bị phản xạ khỏi ranh giới vật thể Các tín hiệu pha với chúng đến cảm biến tạo nhiễu có tính xây dựng, thường dẫn đến việc phát đỉnh cao dạng sóng Khoảng thời gian điển hình từ sóng AE phản xạ xung quanh mẫu thử (liên tục kích hoạt cảm biến) phân rã, nằm khoảng từ 100 micro giây vật liệu phi kim loại có độ ẩm cao đến hàng chục mili giây vật liệu kim loại làm ẩm nhẹ 69 7.1.1 Sự suy giảm Cường độ tín hiệu AE phát cảm biến thấp đáng kể so với cường độ quan sát vùng gần nguồn Điều suy giảm Có ba ngun nhân gây suy giảm, lan truyền hình học Khi AE lan truyền từ nguồn vật liệu giống tấm, biên độ giảm 30% tăng gấp đơi khoảng cách từ nguồn Trong cấu trúc ba chiều, tín hiệu phân rã theo thứ tự 50% Điều bắt nguồn từ bảo toàn lượng đơn giản Một nguyên nhân khác suy giảm vật liệu giảm xóc, đề cập đoạn trước Trong sóng AE truyền qua vật liệu, lượng đàn hồi động bị hấp thụ chuyển thành nhiệt Nguyên nhân thứ ba suy giảm tán xạ sóng Sự gián đoạn hình học (ví dụ: ranh giới đơi, thể vùi phi kim ranh giới hạt) ranh giới cấu trúc phản ánh phần lượng sóng truyền ban đầu Các phép đo ảnh hưởng suy giảm tín hiệu AE thực thiết bị đơn giản gọi Nguồn Hsu-Nielson Điều bao gồm bút chì học có đầu chì 0,3 0,5 mm 2H đưa qua giày Teflon hình nón thiết kế để đặt đầu chì tiếp xúc với bề mặt vật liệu góc 30 độ Khi đầu bút chì bị ép gãy so với vật liệu, tạo biến dạng cục nhỏ, giải phóng dạng sóng ứng suất, tương tự loại tín hiệu AE tạo vết nứt Bằng cách sử dụng phương pháp này, nguồn AE mơ tạo vị trí khác cấu trúc để xác định vị trí tối ưu cho việc đặt cảm biến đảm bảo tất khu vực quan tâm nằm phạm vi phát cảm biến cảm biến 7.1.2 Chế độ sóng vận tốc Như đề cập trước đó, sử dụng kiểm tra AE kết hợp với kỹ thuật NDE khác phương pháp hiệu để đánh giá vị trí chất khuyết tật Vì vị trí nguồn xác định thời gian cần thiết để sóng truyền qua vật liệu đến cảm biến, nên điều quan trọng phải tính tốn xác vận tốc sóng lan truyền Đây khơng phải nhiệm vụ dễ dàng q trình truyền sóng phụ thuộc vào vật liệu đề cập chế độ sóng phát Đối với nhiều ứng dụng, sóng Lamb mối quan tâm hàng đầu chúng cho dấu hiệu tốt truyền sóng từ nguồn có khoảng cách từ cảm biến lớn độ dày vật liệu Để biết thêm thơng tin sóng Lamb, xem trang chế độ sóng phần Kiểm tra siêu âm 70 7.1.3 Thiết bị phát xạ âm Hình 7.3 Hình ảnh minh họa thiết bị, cấu tạo phát xạ âm Thử nghiệm phát xạ âm thực trường thiết bị cầm tay phịng thí nghiệm tĩnh Thơng thường, hệ thống chứa cảm biến, tiền khuếch đại, lọc khuếch đại, với thiết bị đo lường, hiển thị lưu trữ (ví dụ: máy sóng, vơn kế máy tính cá nhân) Cảm biến phát xạ âm phản ứng với chuyển động động AE gây Điều đạt thông qua đầu dò chuyển đổi chuyển động học thành tín hiệu điện áp Phần tử đầu dị cảm biến AE tinh thể áp điện, thường làm từ gốm chì zirconate titanate (PZT) Các đầu dò lựa chọn dựa tần số hoạt động, độ nhạy đặc tính mơi trường, nhóm thành hai loại: cộng hưởng băng thông rộng Phần lớn thiết bị AE đáp ứng với chuyển động dải tần hoạt động điển hình từ 30 kHz đến MHz Đối với vật liệu có độ suy hao cao (ví dụ vật liệu tổng hợp nhựa), tần số thấp sử dụng để phân biệt tốt tín hiệu AE Điều ngược lại Máy tính sử dụng để hình ảnh đánh giá kết phát xạ âm Điều đặc biệt là, tín hiệu AE truyền đến máy tính lớn khơng bị nhiễu nhiễu điện từ Thật không may, điều không thực tế Tuy nhiên, cảm biến tiền khuếch đại thiết kế để giúp loại bỏ tín hiệu khơng mong muốn Đầu tiên, tiền khuếch đại tăng điện áp để cung cấp độ lợi khả truyền động cáp Để giảm thiểu nhiễu, tiền khuếch đại đặt gần đầu dò; thực tế nhiều chuyển đổi ngày trang bị tiền khuếch đại tích hợp.Tiếp theo, tín hiệu chuyển tiếp đến lọc thông dải để loại bỏ tần số thấp (phổ biến nhiễu xung quanh) tần số cao Sau hồn thành q trình này, tín hiệu truyền đến máy tính lớn hệ thống âm cuối đến máy tính thiết bị tương tự để phân tích lưu trữ Tùy thuộc vào điều kiện nhiễu, cần thiết phải lọc khuếch đại thêm máy tính lớn 71 Hình 7.4 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 7.1.4 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 tín hiệu phát ghi lại mơ tả kỹ thuật số cho tính riêng lẻ (chi tiết phần sau phần này) Trong thời gian không 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 72 Hình 7.5 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 7.1.5 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 73 Hình 7.6 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, khơng sử dụng số đếm ngưỡng người dùng xác định tần số hoạt động MARSE thường xuyên sử dụng phép đo phát xạ âm 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 có 74 thể 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 7.1.6 Hiển thị liệu phát xạ âm 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 Hình 7.7 Hiện thị vị trí xác định nguồn sóng AE 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 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 75 lượng hoạt động phát q trình kiểm tra Màn hình có giá trị để đo tổng lượng phát xạ tốc độ phát xạ trung bình 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 7.8 Màn hình hoạt động hiển thị hoạt động AE 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 công 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 khơng mong muốn 76 Hình 7.8 Loại hiển thị AE thứ tư, biểu đồ chéo, sử dụng để đánh giá chất lượng liệu thu thập 7.2 Các kỹ thuật xác định vị trí sai hỏng 7.2.1 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 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 khơng 7.2.2 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 khơng 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 77 Hình 7.9 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 7.2.3 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 78 Hình 7.10 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 7.2.4 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 suy cách sử dụng hình học mảng cảm biến đại số phức tạp để xác định điểm quan tâm cụ thể 79 Hình 7.11 Kỹ thuật vị trí điểm 80 Phần 8: ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP 8.1 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 8.2 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 81 Phần 9: TỔNG KẾT Lĩnh vực đo kiểm tra không phá hủy trở thành lĩnh vực thiếu công nghiệp không ngành công nghiệp sản xuất – chế tạo mà cịn đóng vai trị thiết yếu ngành xây dựng, vận tải, … Nó giúp cho kỹ sư nhà điều hành phát sớm sai hỏng, lường trước vấn đề gặp phải để kịp thời ngăn chặn sửa chữa, nhằm tiết kiệm chi phí tránh rủi ro đáng tiếc trình vận hành trình sử dụng sản phẩm Phương pháp đo kiểm tra không phá hủy sử dụng SONAR phương pháp xuất từ lâu lĩnh vực đo kiểm tra không phá hủy Phương pháp sử dụng âm để phát sai hỏng có đối tượng kiểm tra, cách lắp đặt đầu dò, cảm biến âm đối tượng (ví dụ lị hơi, khối bê tông kiến trúc cầu đường, ống dẫn dầu, bồn chứa, dàn khoan, …) sai hỏng xảy chúng phát sóng âm đầu dị thu nhận tín hiệu âm để kịp thời xử lí Phương pháp sử dụng SONAR bị động đánh giá có tính khả thi cao phát sai hỏng bề mặt bên đối tượng phát cách kiện sai hỏng xảy Điều giúp ích kỹ sư, nhà điều hành điều chỉnh lại dây chuyền sản xuất khắc phúc lỗi cách kịp thời, tránh cố xảy 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 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Handbook of Nondestructive Evaluation – Charles J Hellier [2] SONAR for Practicing Engineers (3rd Edition) – A D Waite [3] Sonar Transducer Fundamentals – Ralph S Woollett [4] Sonar Signal Processing.Course - Dr Martin A Mazur and Dr R Lee Culver Presented by: Dr Martin A Mazur [5] Lindsay Kleeman, Roman Kuc: Sonar Sensing, Part of the Springer Handbooks book series (SHB), https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-32552-1_30 [6] James F Tressler: Piezoelectric Transducer Designs for Sonar Applications, https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-0-387-76540-2_11 [7] Charles H Sherman, John L Butler: Transducers and Arrays for Underwater Sound, https://doi.org/10.1007/978-0-387-33139-3 [8] L.Bjørnø†: Chapter 10 - Sonar Systems, 27 January 2017, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811240-3.00010-2 [9] Mô hoạt động đầu dò Tonplilz: https://youtu.be/1WvrDx4yTAw [10] Acoustic Emission Testing https://www.ndeed.org/NDETechniques/AcousticEmission/AE_Theory-Wave.xhtml 83 ... (Radiographic Testing), phương pháp sử dụng sóng siêu âm (Ultrasonic Testing) phương pháp sử dụng SONAR Môn học ? ?Đo kiểm tra không phá hủy? ?? môn Đo lường tin học công nghiệp Viện Điện đưa vào chương trình... 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. .. dẫn dạy TS Cung Thành Long, chúng em xin tập trung tìm hiểu phương pháp trên, là: “PHƯƠNG PHÁP ĐO VÀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY SỬ DỤNG SONAR? ?? Trong q trình tìm hiểu, chắn khơng tránh khỏi sai sót,