Акустико-эмиссионная система: из чего состоит, в каких режимах работает, где заказать​

Акустико-эмиссионная система – многоканальный комплекс технических и программных средств, предназначенный для технической диагностики опасных производственных объектов (ОПО) АЭ-методом. Это пример оборудования для неразрушающего контроля (НК), который используется для обеспечения промышленной безопасности на ОПО в нефтяной, газовой, химической, строительной отрасли и т.д. Данный вид аппаратуры отвечает за регистрацию, фильтрацию, обработку и анализ сигналов акустической эмиссии. Во время проведения гидравлических, пневматических испытаний или при иных видах нагружения объекта контроля (ОК) эта аппаратура отвечает за обнаружение развивающихся дефектов, утечек рабочей среды, зоны пластичной деформации и пр. Благодаря таким комплексам можно на ранней стадии выявлять трещины, расслоения, охрупчивание и прочие негативные проявления перестраивающейся внутренней структуры металла. Когда трещит и ломается ветка дерева – это отчётливо слышно. С поправкой на диапазон частот, метод акустической эмиссии тоже сводится к тому, чтобы «услышать» образование и рост трещин в основном металле и сварных соединениях. Данные процессы разрушения приводят к возникновению сигналов акустической эмиссии, которым представляют собой стохастическую физическую величину акустической природы, содержащую информацию о своём источнике. Акустическая эмиссия выражается в излучении объектом контроля упругих волн под действием нагрузок или иных факторов. Соответственно, выделяют акустическую эмиссию материала (связана с изменением его структуры), АЭ утечки (вследствие гидродинамических и/или аэродинамических явлений при протекании газа или жидкости через сквозную несплошность в ОК), АЭ трения (в результате трения поверхностей твёрдых тел). Акустико-эмиссионные системы работают с преобразователями АЭ (ПАЭ), рассчитанными на частоту от 20 до 500 кГц. Комплексы для АЭ-метода широко используются для технического диагностирования (ТД), технического освидетельствования (ТО), ревизии, экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) технических устройств (ТУ), зданий и сооружений на ОПО, подведомственных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзору). Количество каналов в современных системах практически не ограничено, что позволяет проводить акустико-эмиссионный контроль практически любого объекта. В помощь специалисту АЭ такие комплексы регистрируют десятки параметров сигналов акустической эмиссии и дают массу возможностей для их всестороннего анализа и оценки.

Содержание:​

Принцип работы акустико-эмиссионных систем
Важные узлы и компоненты
Параметры АЭ-систем
Функционал
Где купить хороший комплекс для метода акустической эмиссии

Что собой представляет комплекс для АЭ-контроля​

Образно выражаясь, акустико-эмиссионная система – это «стетоскоп», при помощи которого можно заблаговременно диагностировать «недуг» объекта. А значит – вовремя назначить «лечение» и избежать тяжёлых последствий. Для лучшего понимания того, как работают акустико-эмиссионные комплексы, можно проследить на основные «звенья» цепи, по которой проходит сигнал от условной трещины до оператора:
1) приёмник (АЭ-датчик). Регистрируют упругие акустические колебания. Они могут возникать не только в результате коррозионного либо усталостного растрескивания, трения «берегов» трещины друг о друга и пр. Акустическая активность также возникает в результате воздействия на объект сильного ветра, града, дождя и даже снега. Если не настроить должным образом чувствительность приёмника и отфильтровать лишние сигналы, то в этом потоке помех и шумов будет крайне трудно, а то и вовсе нереально распознать события-артефакты. Преобразователи акустической эмиссии устанавливаются на поверхность ОК, на которую предварительно наносится контактная жидкость - машинное масло, глицерин, эпоксидная смола без отвердителя либо иная жидкая среда с низким затуханием, обеспечивающая стабильный акустический контакт и не оказывающая коррозионного или другого вредного воздействия на материал ОК;
2) предварительные усилители. Они либо устанавливаются рядом с датчиками, либо изначально встроены в их корпус. Потребность в такой аппаратуре обусловлена тем, что на выходе преобразователя импульсы отличаются низким уровнем и широким динамическим диапазоном. Предусилители улучшают соотношение сигнал-шум, и акустико-эмиссионной системе проще регистрировать полезные сигналы;
3) частотный фильтр. Вообще, помехозащищённость – одна из «болевых точек» в методе акустической эмиссии. Какие только разработки не направлены на её повышение. Анализ Фурье, пороговая и беспороговая регистрация данных, кластерный анализ, всевозможные адаптивные алгоритмы… Частотный фильтр – один из первых «рубежей», на котором отсекаются посторонние шумы. Акустико-эмиссионные системы фиксируют и регистрируют те сигналы акустической эмиссии, напряжение которых превышает некий порог - фиксированный, плавающий и/или программируемый;
4) блок обработки. Отвечает за оцифровку электрических сигналов, выделение их отдельных характеристик, математическую обработку данных и отображение результатов на экране ПК. Измеряя время прихода АЭ-сигналов, комплекс также определяет координаты источников – то есть локализует местонахождение обнаруженных дефектов.

Наряду с мобильными (переносными) акустико-эмиссионными системами встречаются стационарные комплексы. Первые, как правило, применяются для периодического технического диагностирования и экспертизы промышленной безопасности опасных производственных объектов. Для особо ответственных сооружений, постоянно находящихся под нагрузкой, используются комплексы интегрального мониторинга. С их помощью контроль технического состояния осуществляется в непрерывном режиме 24/7. Отметим также, что современная аппаратура для акустико-эмиссионного контроля проектируется и изготавливается таким образом, чтобы максимально упростить её интеграцию с другими решениями для промышленной безопасности на предприятии.

Подробнее о компонентах акустико-эмиссионных систем​

В отличие от оборудования для других видов неразрушающего контроля, комплексы для акустико-эмиссионного мониторинга отличаются сложным, «многосоставным» строением. К основным функциональным элементам относятся:

• основной электронный (он же – системный) блок обработки. Со встроенным вычислителем параметров АЭ и интеллектуальной схемой питания датчиков. Как того требует ПБ 03-593-03 (отменён с 01.01.2021 года, но используется в качестве методического источника), блок измеряет длительность и амплитуду импульсов, время их нарастания и обнаружения, MARSE и т.д. Параллельно могут собираться данные о шумовой обстановке на объекте для более точной настройки фильтрации, усиления, порогов дискриминации. Сигнальный процессор постоянно сравнивает фактический уровень входного сигнала с заданным порогом. В случае, если сигнал его превышает, акустико-эмиссионная система идентифицирует её как событие и вычисляет перечисленные выше характеристики. Вся информация передаётся по скоростной шине и сохраняется в буферной памяти. Для подключения преобразователей, ПК и сетевого питания на корпусе блока предусмотрены различные разъёмы – USB, SMA, BNC и другие. Кроме того, на передней панели управления в обязательном порядке присутствуют цветные светодиодные индикаторы, по которым можно судить о работоспособности каналов, величине сигналов и интенсивности событий;
• АЭ-датчики на магнитных держателях. В зависимости от того, какие преобразователи подключены к акустико-эмиссионной системе, она может применяться не только для акустико-эмиссионного контроля, но и в качестве течеискателя, тензоизмерителя и виброметра;
• усилители. Отличаются пониженным уровнем собственных шумов и широкой полосой пропускания. Современные устройства имеют две и более ступеней, у каждой из которых – свой коэффициент усиления. В сумме он может достигать 20–40 дБ и более;
• ноутбук со специализированным программным обеспечением. Главные требования к компьютеру – портативность, высокое разрешение экрана, большая ёмкость аккумулятора и прочный корпус. Что касается ПО, то здесь всё несколько интереснее. Современные программные продукты для акустико-эмиссионных систем обладают богатыми возможностями для фильтрации помех, измерения и анализа характеристик сигналов, анализа связей между ними, оценки опасности источников по локально-динамическому и прочим критериям;
• комплект высокочастотных коаксиальных кабелей для подключения периферийных устройств к основному блоку. К их помехозащищённости предъявляются повышенные требования, особенно если учесть, что передача сигнала производится на большие расстояния, до нескольких десятков метров. Высота РВС объёмом 20 000 куб. м, например, достигает 17,8 м, плюс расстояние до блока обработки. И это – ещё не самый крупный объект. А есть ещё трубопроводы. Протяжённость исследуемых участков может достигать 50 м и более.

Важные характеристики акустико-эмиссионных систем​

На достоверность, точность результатов и удобство проведения АЭ-контроля влияют следующие параметры комплексов для АЭ-метода:

• количество каналов в блоке. У некоторых систем ("Ресурс-2000") оно не ограничено, но чаще всего каждый комплекс рассчитан на определённое число каналов - например, до 8, 14, 16, 18, 32, 64, 128 шт. На рынке есть решения и для большего количества каналов. В современных акустико-эмиссионных системах реализована автоматическая калибровка каждого канала;
• диапазон рабочих частот;
• быстродействие, скорость обработки АЭ-информации - число импульсов, которое акустико-эмиссионная система обрабатывает за 1 секунду без прерывания передачи данных. С этим связан и другой параметр - мощность обработки, то есть предельное число импульсов, которое комплекс способен обработать на максимальной скорости без потери качества;
• диапазоны регистрируемых параметров – длительности импульсов, фронта, числа выбросов, амплитуды, энергии и других. Динамический диапазон акустико-эмиссионной системы - выраженная в дБ разность, с одной стороны, между значениями сигнала, при которых перегружается усилитель, и, с другой стороны, уровнем шумов. Перегрузка случается при появлении электрического сигнала большого напряжения - настолько, что это может обернуться искажением сигналов акустической эмиссии и ошибкам при измерении их характеристик;
• интерфейс подключения к ПК (обычно Ethernet, USB или ECP);
• особенности исполнения (вес, размеры, прочность корпуса, допустимая для эксплуатации температура).

При подборе акустико-эмиссионной системы ориентируются на эти и другие технические характеристики, в соответствии с нормативной технической документацией (НТД), программой испытаний и операционной технологической картой (ОТК). На рынке представлены как стационарные комплексы для интегрального мониторинга (пример - тот же "Ресурс-2000"), так и мобильные (переносные) приборы ("Эксперт-2014", "Эксперт-2020"). К применению на ОПО допускаются системы, утверждённые в качестве типа средств измерений (СИ) и внесённый в Государственный реестр СИ РФ, с действующим свидетельством о поверке. В разных отраслях, на объектах разных предприятий ("Газпром", "Транснефть", "СИБУР" и другие) могут предъявляться дополнительные требования к аппаратуре для АЭ-метода.

Функциональные возможности акустико-эмиссионных систем​

Спектр решаемых задач определяется не только и не столько аппаратной частью («железом»), сколько программным обеспечением («софтом»). В зависимости от этих двух факторов современные комплексы для контроля методом акустической эмиссии способны:

• записывать только те сигналы, которые превышают заданный порог чувствительности;
• фиксировать точное время возникновения акта акустической эмиссии;
• автоматически калибровать датчики и запускать протокол самодиагностики;
• оценивать скорость развития дефектов;
• измерять напряжённо-деформированное состояние объектов, следить за величиной и характером нагружения (в режиме тензометра);
• выявлять утечку рабочей среды (жидкой или газообразной) и давать им количественную оценку. Акустико-эмиссионные системы в режиме течеискателя широко применяются для контроля за герметичностью запорно-регулирующей арматуры, резервуаров, теплообменных и прочих устройств. Для более точного определения координат дефектов может быть предусмотрена объёмная и зонная, планарная и линейная локация. Даже если объект имеет сферическую, коническую либо цилиндрическую форму – с современными инструментами визуализации это не помешает вычислению точного местоположения дефектов;
• оценивать уровень вибрации, проводить её статистический и спектральный анализ (в режиме виброметра);
• наглядно отображать на экране элементы исследуемых конструкций – корпуса резервуаров, патрубки, трубопроводы, сосуды, арматура и прочее;
• регистрировать текущие технологические параметры – при обследовании объектов, находящихся в эксплуатации;
• автоматически вести журнал событий, включая приём сигналов акустической эмиссии и команды от оператора. Информация от акустико-эмиссионной системы может в режиме реального времени передаваться в центр мониторинга и диагностики технического состояния опасного производственного объекта;
• автоматически отбраковывать ложные источники АЭ-сигналов;
• отображать данные в режиме осциллографа, строить наглядные цветные графики и гистограммы;
• исключать несанкционированный доступ посторонних лиц к результатам контроля – благодаря персональным паролям;
• экспортировать готовые отчёты в форматах, совместимых с другим профессиональным ПО для статистического и математического анализа при проведении экспертизы промышленной безопасности.

Разумеется, перечисленный выше перечень даже близко не исчерпывает всех возможностей, которыми обладают современные акустико-эмиссионные системы. По двум причинам. Во-первых, метод акустической эмиссии, объективно, самый сложный метод неразрушающего контроля. И на аппаратуре это тоже отразилось. Во-вторых, в последние годы он очень стремительно развивается. Связано это, прежде всего, с бурным развитием вычислительных мощностей («железа») и программного обеспечения («софта»). Первое становится всё более производительным, второе – всё более адаптивным под конкретные нужды заказчика, многофункциональным, удобным для выполнения различных сложных операций.

Где купить акустико-эмиссионную систему​