Акустическая эмиссия

Введение

“Киришинефтеоргсинтез” был первым нефтеперерабатывающим заводом в России, который ввел группу АЭ в структуру своей лаборатории технической диагностики. В тот период метод АЭ использовали, в основном, научные организации и исследовательские центры. Промышленные организации пользовались услугами данных центров, когда в этом возникала необходимость.

Учитывая перспективы использования АЭ для повышения надежности работы технологического оборудования, и желая увеличить объемы и оперативность использования АЭ, руководство механической службы приняло решение о создании собственной группы АЭ. Сейчас АЭ сопровождает проведение гидроиспытаний и пневмоиспытаний сосудов давления, работающих в наиболее жестких эксплуатационных условиях и повышает эффективность применения традиционных методов дефектоскопии в результате локализации зоны использования этих методов. Кроме того, все пневмоиспытания сосудов обязательно сопровождаются АЭ. Российские правила контроля разрешают проводить пневмоиспытания сосудов вместо гидро-испытаний только при условии использования АЭ для обеспечения безопасности контроля.

Необходимость такой замены возникает часто, так как на заводе эксплуатируется достаточно много сосудов, для которых нельзя допускать попадания воды внутрь из-за конструкционных особенностей этих сосудов (например, наличие катализатора внутри реакторов). Для анализа данных, полученных в результате испытаний, используются, в основном, традиционные критерии: локация сигналов, эффект Кайзера, выдержки давления и др. Дополнительно при анализе данных используется такой метод, как локация источников АЭ с учетом переменных значений скорости распространения сигналов в относительно тонких оболочках (различные моды волн Лэмба). Также применяются некоторые алгоритмы кластерного анализа. С 1992 года проведены испытания 205 сосудов.

По результатам испытаний был проведен профилактический ремонт 29 сосудов. По результам обработки всех испытаний формируется база данных по АЭ контролю сосудов. Первой АЭ системой, которая была использована на нашем предприятии была LOCAN AT фирмы PAC. Эта система продолжает эксплуатироваться и сейчас. Дополнительно, чтобы повысить качество АЭ при контроле больших сосудов, и, учитывая прогресс в развитии АЭ систем, наша организация в 1998 году приобрела систему AMSY4 фирмы “Vallen Systeme”.

Трактовка результатов

Регистрация спонтанной ОАЭ (от 1 до 2 кГц) без внешних раздражителей подтверждает полноценное функционирование органа слуха. Этот вид эмиссии чувствителен к нехватке кислорода, шуму и лекарственным средствам, отрицательно влияющих на слух. При этом чаще наблюдается у женской половины человечества.

Задержанная вызванная ОАЭ применяется для диагностики слуховых нарушений у детей и может выявлять нарушения на 3-4 сутки жизни. У взрослых, при отсутствии патологии, амплитуда эмиссии становится меньше.

ОАЭ на частоте продукта искажения оценивает состояние органа, воспринимающего звуковые колебания — улитку.

7 Порядок подготовки к проведению АЭ диагностирования

7.1 Подготовка к контролю содержит следующие основные этапы:- анализ технических документов на объект контроля;- согласование с владельцем оборудования процедуры контроля;- выбор способа локации;- установка приемников АЭ;- подготовка акустико-эмиссионной аппаратуры.

7.2 На стадии анализа технических документов проводят рассмотрение проектной и эксплуатационной документации, получают сведения о ремонтах, истории нагружения за последний год. Решают вопрос о возможности и виде контроля: АЭ контроль объекта может быть разовый, постоянно-периодический с использованием переносных приборов и постоянный с использованием стационарных приборов (мониторинг). Выбирают систему оценки результатов контроля.

7.3 Перед выполнением контроля составляют методику (технологию) контроля, которую согласовывают с владельцем объекта.С владельцем оборудования должны быть согласованы график нагружения, а также вопросы:- обеспечения помещением, электропитанием, двусторонней связью;- подготовки объекта к проведению контроля;- обеспечения безопасности и комфортных условий для проведения АЭ контроля. Объекты следует контролировать в их рабочем положении. После проведения подготовительных работ осуществляют непосредственные работы по контролю, которые начинаются с установки преобразователей АЭ на объект.

7.4 Установка ПАЭ

7.4.1 Каждый приемник следует устанавливать непосредственно на поверхность объекта. В ряде случаев (недоступность поверхности, высокая температура и др.) рекомендуется использовать волноводы.

7.4.2 Размещение ПАЭ и число антенных групп определяют в зависимости от выбранного способа локации, размеров и конфигурации объекта, параметров затухания звука при распространении, уровня шумов, а также требуемой точности определения координат дефектов.

7.4.3 Для выбора расстояния между ПАЭ проводят измерение затухания сигнала от имитатора АЭ и уровня фонового шума на объекте. При этом выбирают представительную часть объекта без патрубков, проходов и т.д.; устанавливают ПАЭ и перемещают (через 0,5 м) имитаторы АЭ по линии в направлении от ПАЭ на расстояние до 3 м. В качестве имитатора АЭ рекомендуется использовать слом грифеля Су-Нильсена. Рекомендуется, чтобы минимальное расстояние от ПАЭ до имитатора (начальная точка) составляло до 5 см.

7.4.4 Расстояние между ПАЭ при использовании зонной локации задают таким образом, чтобы сигнал АЭ от имитатора регистрировался в любом месте контролируемой зоны хотя бы одним ПАЭ и имел амплитуду не меньше заданной.

7.4.5 Максимальное расстояние между ПАЭ (при зонной локации) не должно превышать расстояние, превышающее пороговое в 1,5 раза. Пороговое расстояние определяют как расстояние, при котором амплитуда сигнала от имитатора АЭ равна пороговому напряжению.

7.5 Измерение скорости звука, используемое для расчета координат источников АЭ, проводят следующим образом:

7.5.1 Имитатор АЭ располагают вне групп ПАЭ на линии, соединяющей ПАЭ, на расстоянии 10-20 см от одного из них.

7.5.2 Проводя многократные измерения (не менее пяти) для разных пар ПАЭ определяют среднее время распространения. По нему и известному расстоянию между ПАЭ вычисляют скорость распространения сигналов АЭ.

7.6 Подготовка акустико-эмиссионной аппаратуры

7.6.1 Проверку работоспособности АЭ аппаратуры выполняют после установки ПАЭ на контролируемый объект. После проведения испытаний проводят повторную проверку для подтверждения работоспособности АЭ системы в течение всего периода контроля. Проверку выполняют путем возбуждения акустического сигнала имитатором АЭ, расположенным на определенном расстоянии от каждого ПАЭ. Как правило, расстояние должно составлять 10-20 см.

7.6.2 Параметры системы устанавливают в соответствии с техническими документами на прибор и характеристиками объекта контроля, полученными при проведении предварительных работ.

7.6.3 В случае проведения гидроиспытания объекта все работы по определению акустических характеристик конструкции и настройке аппаратуры выполняют после полного заполнения объекта водой.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 27655, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 исполнитель контроля: Организация, выполняющая акустико-эмиссионный контроль.

3.2 заказчик контроля: Организация, заказывающая выполнение акустико-эмиссионного контроля.

3.3 методика акустико-эмиссионной диагностики (контроля): Технологические операции с указанием их параметров по выполнению акустико-эмиссионной диагностики (контроля) конкретного объекта.

3.4 чувствительный элемент преобразователя акустической эмиссии: Часть преобразователя, где происходит непосредственное преобразование акустического сигнала в электрический.

3.5 техническое состояние: Состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

3.6 техническое диагностирование: Определение технического состояния объекта.

3.7 экспертиза промышленной безопасности: Оценка соответствия объекта экспертизы предъявляемым к нему требованиям промышленной безопасности, результатом которой является заключение.

3.8 сигнал акустической эмиссии: «Полезный» сигнал, возбуждаемый дефектом в процессе АЭ контроля и имеющий акустическую природу.

3.9 шум: Непрерывный сигнал, не связанный с наличием дефектов в объекте и мешающий обнаружению сигналов акустической эмиссии и измерению их параметров.

3.10 помеха: Импульсный сигнал, имеющий акустическую или электромагнитную природу происхождения, не связанный с наличием дефектов в объекте.

3.11 испытания: Техническая операция, заключающаяся в установлении одной или нескольких характеристик объекта в соответствии с установленной процедурой.

3.12 порог аппаратуры акустической эмиссии: Параметр настройки аппаратуры, выраженный в вольтах, выше значения которого сигналы акустической эмиссии принимаются и обрабатываются.

3.13 предельная чувствительность аппаратуры акустической эмиссии: Параметр аппаратуры акустической эмиссии, выраженный в вольтах, соответствующий среднеквадратическому значению собственных тепловых (или электронных) шумов аппаратуры с подключенным преобразователем АЭ, приведенный ко входу.

3.14 рабочее давление: Избыточное давление, характеризующее эксплуатационные качества сосуда, гарантируемые заводом-изготовителем, или установленное экспертной организацией по результатам обследования его технического состояния при восстановлении технического паспорта и указанное в удостоверении о качестве изготовления сосуда.

3.15 пробное давление: Избыточное давление, которым следует проводить испытание сосуда на прочность.

3.16 испытательное давление: Избыточное давление, которым следует проводить испытание сосуда на прочность в сопровождении акустико-эмиссионного контроля.

Как проходит обследование

Проведение отоакустического теста дает возможность быстро и точно оценить функции периферического отдела слуховой системы, причем без активного участия пациента (обследование может осуществляться даже во сне). Это стало возможным благодаря применению специальной новейшей аппаратуры:

  • акустического зонда со сверхчувствительным микрофоном и телефоном;
  • генератора акустических раздражителей;
  • компьютера с установленными программами.

При проведении обследования в наружный слуховой проход вставляется зонд. Для каждой возрастной категории, будь то взрослый или ребенок, используются зонды различного диаметра, сделанные из гибкого материала. У детей обеспечивается более высокое давление звука в связи с тем, что у них узкий слуховой проход.

Во время исследования пациент должен неподвижно и молча сидеть. Если испытуемым является ребенок, соблюдение данных требований не всегда возможно. Поэтому время исследования может затянуться.

Компьютер анализирует полученную информацию и выдает результат в виде кривых ОАЭ и спектров ее частот.

Отоакустическая эмиссия: что это?

ОАЭ свидетельствует о правильном функционировании слухового аппарата и подразумевает под собой звуковой феномен, который воспроизводится улиткой внутреннего уха. Этот отдел органа слуха генерирует низкочастотные звуки в ответ на акустические раздражители.

Впервые низкочастотные колебания были зарегистрированы еще в 70-х годах XX столетия. Сегодня современное оборудование позволяет фиксировать два основных типа ОАЭ:

  • спонтанную, когда звуковые колебания возникают без акустических раздражителей;
  • вызванную, когда колебание ресничек живых наружных волосковых клеток улитки отмечается после звуковых сигналов.

В свою очередь, вызванная ОАЭ подразделяется на несколько подтипов:

  • задержанную вызванную, которая регистрируется после звукового стимула;
  • ОАЭ на частоте продукта искажения, когда фиксируется реакция сразу на два тона различной частоты;
  • на частоте стимуляции, когда низкочастотные колебания отмечаются на фоне кратковременных звуковых раздражителей.

Отоакустическая эмиссия / компьютерная аудиометрия — 2 000 руб.

(продолжительность процедуры)

Показания

  • подозрение на нейросенсорную тугоухость вследствие профессиональных вредностей;
  • посттравматическое поражение звукопроводящего аппарата;
  • сбой в работе слухового анализатора, обусловленный постинфекционными осложнениями;
  • аудиологический скрининг, который проводится новорожденным в профилактических целях;
  • применения ототоксических лекарственных препаратов;
  • для уточнения диагноза у маленьких пациентов, которым затруднительно проводить аудиометрию;
  • дифференциальная диагностика нарушений слуха и выявление этиологии шума;
  • оценка результата лечения.

Противопоказания

Противопоказаний к проведению диагностической процедуры нет.

Список литературы

  1. D.G. Davydova, A.N. Kuz’min, R.G. Rizvanov, E.G. Aksel’rod. Identification of Acoustic-Emission Sources During Testing of Technological Equipment with a High Noise Level//Russian Journal of Nondestructive Testing. May 2015. Vol. 51, Issue 5. Р. 292–302.
  2. Кузьмин А.Н., Аксельрод Е.Г., Давыдова Д.Г. Помехоустойчивый метод обнаружения полезного сигнала в системах акустико-эмиссионного мониторинга производственных объектов//Технадзор. 2013. №4 (77), С. 26–29.
  3. Терентьев Д.А., Елизаров С.В. Вейвлет-анализ сигналов АЭ в тонкостенных объектах. М.: ООО «ИНТЕРЮНИС», 15 с.
  4. Пат. РФ №2570592, МПК G01N 29/14 (2006.01). Способ регистрации и анализа сигналов акустической эмиссии.
  5. Diniz P.S.R. Adaptive Filtering: Algorithms and Practical Implementation. Springer, 2013. Р. 673.
  6. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1989. 440 с.
  7. Давыдова Д.Г., Кузьмин А.Н., Суворова Е.А. Адаптация механизмов беспороговой регистрации данных к методу акустико-эмиссионного контроля//Сборник трудов III научной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники», Уфа, 2011. Т. 1. С. 271–272.
  8. Кузьмин А.Н., Жуков А.В., Аксельрод Е.Г., Шитов Д.В., Давыдова Д.Г., Кац В.А. Акустико-эмиссионный контроль при оценке технического состояния оборудования нефтегазового комплекса//В Мире НК. 2017. №1. С. 71–80.
  9. Кузьмин А.Н., Жуков А.В., Аксельрод Е.Г., Шитов Д.В., Кац В.А., Давыдова Д.Г. Новые технологии акустико-эмиссионного контроля при диагностике объектов нефтегазового комплекса//Химагрегаты. 2017. №4.

Алгоритм контроля

Проведение вихретокового контроля регламентируется руководством РД-13-03-2006, которым предусматривается составление технологических карт для каждого отдельного проверяемого объекта. Технология контроля деталей вихретоковым методом предполагает поэтапный поиск дефектов.

  • Визуальный осмотр проверяемой поверхности.
  • Предварительная настройка и калибровка используемых устройств с помощью эталонных образцов.
  • Корректирование предварительной калибровки на объекте контроля.
  • Выявление отклонений преобразователем путем зигзагообразного сканирования исследуемой поверхности.
  • Обработка полученных результатов и оценка качества объекта контроля.

К качеству выпускаемой продукции предъявляются жесткие требования, что стимулирует разработку и увеличивает разнообразие новых типов вихретоковых дефектоскопов и преобразователей.

10 Правила оформления результатов АЭ диагностирования

10.1 Результаты АЭ диагностирования должны содержаться в отчетных документах — отчете, протоколе и заключении, которые составляет исполнитель — организация, проводившая АЭ контроль.

10.2 Протокол и заключение являются обязательными отчетными документами и могут быть оформлены как самостоятельные документы. Отчет оформляют дополнительно по требованию заказчика.

10.3 Отчет о результатах АЭ контроля должен содержать исчерпывающие данные о подготовке и проведении АЭ контроля, а также информацию, которая позволяет оценить состояние объекта и подтвердить уровень квалификации исполнителя и специалистов, проводивших контроль, на основании чего можно судить о достоверности результатов.

Разновидности устройств и приборов

Современный рынок предлагает широкий ассортимент вихретоковых дефектоскопов, толщиномеров и структуроскопов, оптимальный выбор которых зависит от габаритов проверяемого объекта и предстоящих видов работ.

  1. Вихретоковые дефектоскопы, предназначенные для выявления и анализа поверхностных повреждений, достаточно просты в применении. Но им свойственны такие недостатки, как ложное срабатывание при установке преобразователя на изделия с нестандартной формой поверхности.
  2. Толщиномеры – мультифункциональные приборы, направленные на высокоточное измерение толщины защитных покрытий любого типа, наносимых на тонкопроводящую основу или ферромагнитные материалы.
  3. Вихретоковые преобразователи по взаимодействию с контролируемым объектом делятся на:
  • проходные
  • накладные
  • комбинированные.

Основной тип преобразователя не выделяют, поскольку каждому из них свойственны определенные плюсы и минусы. При выборе оптимального варианта учитывают геометрические параметры исследуемой поверхности, радиус кривизны, размеры и саму зону контроля (пазы, ребра жесткости, угловые или резьбовые соединения).

Особенности проведения ОАЭ-теста у детей

Родителям не всегда удается определить слуховые нарушения у своих новорожденных малышей. Одним ухом ребенок может слышать, что затрудняет своевременную диагностику. Даже при двухстороннем поражении проблема может остаться незамеченной, так как дети сверхчувствительны к вибрации и показывают «ложную» слуховую реакцию. Поздняя диагностика приводит к задержке речевого и психического развития ребенка. И впоследствии корректировать данное состояние становится гораздо тяжелее.

Сейчас в России ОАЭ-тест проводится всем новорожденным еще в родильном доме. Однако, существует категория детей, которым следует проводить обследование в динамике, каждые три месяца на протяжении первого года жизни. Данная рекомендация применима к недоношенным, маловесным малышам, у которых диагностировалось поражение центральной нервной системы или другие серьезные заболевания при рождении.

Если ваш ребенок не проходил аудиологический скрининг, либо у вас имеются подозрения на снижение слуха, обратитесь в многопрофильную клинику ЦЭЛТ для проведения обследования, установления точного диагноза и эффективного лечения.

1 Область применения

      1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает порядок применения приемов акустико-эмиссионной диагностики при неразрушающем контроле, разрушающем контроле (исследовании), техническом диагностировании, техническом освидетельствовании, обследовании, экспертизе промышленной безопасности сложных технических систем (технических устройств, зданий, сооружений и их элементов, мостов, строительных конструкций и других объектов, разрушение которых наносит ущерб или ухудшает безопасность) с целью оценки соответствия их требованиям промышленной безопасности.

Преимущества акустико-эмиссионного контроля

  • Выявление опасных дефектов на стадии их развития. Это позволяет не только своевременно обнаружить деформацию, но и в дальнейшем отслеживать состояние проверяемого объекта, планировать срочные меры по устранению проблемы, если она достигнет своего предельного состояния
  • Возможность проводить проверку на расстоянии. Это актуально, если речь идет о протяженных трубопроводах или крупном технологическом оборудовании. Также дистанционный контроль позволяет работать с потенциально опасными или опасными объектами. Причем останавливать их работу не придется
  • Полный контроль за объектом с использованием минимального количества датчиков. В нашем случае, приемников
  • Возможность наблюдать за оборудованием или трубопроводом постоянно, снимая показания буквально в режиме онлайн. Это гораздо практичнее, чем периодические проверки, в промежутках между которыми может случиться что угодно
  • Универсальность. Благодаря высокой чувствительности приборов можно использовать акустико-эмиссионный контроль для любых материалов – металла, пластика, дерева и прочих
  • Отсутствие необходимости в специальной подготовке объекта к проверке. Оборудование может устанавливаться на поверхностях с любой степенью загрязненности, причем дает при этом неизменно точные результаты. Единственное требование – снятие изоляционного слоя в местах монтажа датчиков

К минусам можно отнести разве что необходимость привлечения к работе с оборудованием квалифицированных специалистов, знающих все тонкости акустической эмиссии, а также потребность в постоянной нагрузке объекта в процессе проведения контрольных мероприятий.

Основные сферы применения акустико-эмиссионного контроля – это:

  • Химическая промышленность
  • Предприятия нефтегазовой сферы
  • Мосты, эстакады, иные сооружения
  • Железные дороги и ж/д транспорт
  • Атомная и тепловая энергетика
  • Металлургические комбинаты
  • Металлопрокатные предприятия
  • Заводы железобетонных изделий, а также ЖБ здания и сооружения
  • Авиационная и космическая техника

Возможность отслеживать развитие трещин, разломов и иных дефектов с помощью оборудования АЭ позволяет планировать ремонтные работы или профилактическое обслуживание, предотвращать аварийные ситуации.

Оборудование для акустико-эмиссионного контроля

Приборы для акустико-эмиссионного контроля – это многоканальные системы, которые включают в себя следующее оборудование:

  • Кабельные линии для подключения датчиков и приемников
  • Модули, обрабатывающие принятые акустические сигналы и осуществляющие их преобразование
  • Усилители сигнала
  • Модули настройки и калибровки оборудования
  • Компьютеры с установленным специализированным ПО, которое обрабатывает информацию и выводит ее на дисплей в понятном для оператора виде. Кроме того, ЭВМ обеспечивает возможность настройки оборудования, ввода команд, отслеживания результатов контроля

На подключаемые к приборам периферийные устройства осуществляется вывод следующих данных:

  • Идентификаторы приемников, зарегистрировавших сигналы АЭ
  • Время регистрации импульса, данные о его колебаниях, местонахождение
  • Нагрузка, при которой был обнаружен сигнал – температурные показатели, давление или прикладываемое механическое усилие
  • Энергетические параметры
  • Количество и показатели импульсов, превышающих заданное предельное значение

6 Требования к средствам АЭ диагностирования и оборудованию

6.1 К средствам АЭ диагностирования и оборудованию, используемым при выполнении АЭ диагностирования, относятся , :- ПАЭ с устройствами крепления и материалами для обеспечения акустической связи с объектом контроля;- имитаторы сигналов АЭ;- аппаратура, включающая в себя вычислительные средства, предназначенная для приема, обработки, отображения, запоминания и регистрации сигналов АЭ, использующая специализированное программное обеспечение;- средства, обеспечивающие нагружение контролируемого объекта и безопасность при выполнении работ, и средства связи.

6.2 ПАЭ используют для преобразования акустического сигнала в электрический. ПАЭ определяют основные показатели и параметры контроля — чувствительность, помехоустойчивость, рабочий частотный диапазон.

6.3 При контроле производственных объектов и строительных конструкций рекомендуется использовать преимущественно резонансные ПАЭ, имеющие более высокую чувствительность по сравнению с широкополосными.

6.4 Допускается использовать волноводы, которые должны быть приварены или соответствующим образом прижаты к поверхности объекта диагностирования для обеспечения акустического контакта.

6.5 ПАЭ следует крепить к объекту с использованием механических приспособлений, магнитных держателей либо с помощью клея. Приспособления для установки преобразователей на объекте выбирают с учетом его конструктивных особенностей. Они могут быть съемными (магнитные держатели, струбцины, хомуты и т.п.) или в виде стационарно установленных кронштейнов.

6.6 При установке ПАЭ на объект контроля акустическая контактная среда должна обеспечивать эффективную акустическую связь ПАЭ с объектом.

6.7 Контактная среда должна обеспечивать надежный акустический контакт в течение всего времени испытаний при температуре контролируемого объекта.

6.8 В качестве контактной среды можно использовать машинное масло, эпоксидную смолу без отвердителя, глицерин и другие жидкие среды.

6.9 Шероховатость поверхности объекта контроля в месте установки ПАЭ должна быть не более Rz40.

6.10 После установки ПАЭ на объект контроля проводят проверку их работоспособности с использованием имитаторов АЭ.

6.11 В качестве имитатора сигналов АЭ рекомендуется использовать пьезоэлектрический преобразователь, возбуждаемый электрическими импульсами от генератора. Частотный диапазон имитационного импульса должен соответствовать частотному диапазону системы контроля.

6.12 В качестве имитатора сигналов АЭ допускается также использовать источник Су-Нильсена .

6.13 Для регистрации АЭ при испытаниях следует применять аппаратуру АЭ, соответствующую по своей конфигурации и параметрам контролируемому объекту и задачам контроля.

6.14 При испытаниях крупномасштабных объектов следует применять аппаратуру АЭ в виде многоканальных систем, позволяющих определять координаты источников сигналов и характеристики АЭ с одновременной регистрацией параметров нагружения (давления, температуры и т.д.).

6.15 Для контроля объектов простой конфигурации или в случаях, когда не требуется определение местоположения дефектов, допускается применение менее сложной аппаратуры, т.е. одноканального прибора (приборов), либо многоканальной системы в режиме зонного контроля.

6.16 АЭ система должна обеспечивать прием, оперативную обработку и отображение информации в режиме реального времени, а также накопление, документирование, обработку, отображение и вывод на периферийные устройства для документирования накопленных в течение испытания данных после окончания испытания.

6.17 АЭ системы, используемые для диагностирования производственных объектов, должны удовлетворять техническим требованиям, с подтверждением соответствующими документами (сертификатами, свидетельствами об аттестации и т.п.).