9. Классификация источников акустической эмиссии по амплитудно-спектральному критерию

9.1. Описание системы классификации источников акустической эмиссии на основе амплитудно-спектрального критерия приведено в [13]. Применение данной системы классификации позволяет непосредственно в процессе контроля выполнять оценку опасности регистрируемых источников акустической эмиссии в режиме реального времени и тем самым обеспечивать безопасность нагружения объекта контроля.

9.2. Система классификации источников акустической эмиссии на основе амплитудно-спектрального критерия предполагает применение широкополосных ПАЭ и акустико-эмиссионной аппаратуры с полосой пропускания не менее 100 - 700 кГц.

Из-за изменений частотного состава (дисперсии затухания) и волновой формы (дисперсии скорости) исходных импульсов при их распространении в качестве оптимального расстояния между соседними ПАЭ, позволяющего в полной мере использовать разработанные критерии идентификации акустических источников и механизмов их генерирования, рекомендуется применять значение, не превышающее 0,7 величины порогового расстояния. При этом, исходя из практики использования этого критерия при проведении испытаний промышленных объектов, ПАЭ следует размещать друг от друга на расстоянии не более 3,5 - 4,0 м.

9.3. На первом этапе обработки для каждого из зарегистрированных событий акустической эмиссии в режиме реального времени вычисляется комплексный параметр "Опасность" (D), который является функцией трех параметров первого по времени импульса в сформированном событии:

D = f(A, W, F), (П4.9.1)

где:

A - амплитуда импульса, дБ_АЭ;

W - параметр формы импульса (дискретности волновой формы), определяемый как соотношение (в %) средней абсолютной амплитуды импульса и пиковой амплитуды импульса, характеризует степень его "непрерывности" или "дискретности" и приближается к 0 в случае "идеального" дискретного сигнала (дельта-функции), и к 100% в случае "идеальной помехи" (непрерывного шума одного уровня);

F - параметр высокочастотного спектра импульса, определяемый как процентное отношение средней амплитуды высокочастотных составляющих к средней амплитуде зарегистрированного импульса. При этом высокочастотную составляющую получают путем фильтрации исходного импульса цифровым фильтром с частотой среза 0.3f_ae, где f_ae - максимум частотного диапазона акустико-эмиссионной аппаратуры с учетом используемых ПАЭ.

9.4. Параметр D является обобщенной характеристикой импульса, которая показывает степень его приближения к высокоамплитудному, дискретному и высокочастотному импульсу акустической эмиссии, типичному для акта микроразрушения.

Наиболее опасный сигнал (от подрастания критической трещины) характеризуется максимальными амплитудой, дискретностью волновой формы и высокочастотностью. В этом случае параметр D стремится к своему максимальному значению (1000 условных единиц).

Сигналы от источников, связанных с незначительными дефектами, помехи от ударов, вибрации, истечения жидкости или газа отличают или малая амплитуда, или низкочастотный спектр, или приближение волновой формы к непрерывному сигналу. В этом случае параметр D близок к 0.

Между этими границами диапазона значений параметра D располагаются сигналы акустической эмиссии от источников, соответствующих всевозможным дефектам структуры материала, таким как поры, сварочные подрезы, включения, непровары и пр., а также некоторые типы помех.

9.5. Алгоритм формирования параметра D из параметров импульса может быть построен несколькими методами, например:

- методом нечеткой логики (fuzzy logic);

- методом нейронных сетей (neural network);

- построением эмпирической зависимости.

9.6. При использовании метода нечеткой логики для амплитуды импульса вводятся понятия "малая", "средняя" и "большая" с соответствующими функциями принадлежности: амплитуды менее 50 дБ_АЭ рассматриваются как безусловно малые, амплитуды более 75 дБ_АЭ - как безусловно большие, диапазон амплитуд от 50 до 75 дБ_АЭ имеет неоднозначное представление, например, значение 60 дБ_АЭ с вероятностью 40% относится к малой амплитуде и с вероятностью 60% - к средней. Такой подход позволяет не проводить жесткую границу между сигналами с близкими значениями параметров, например, с амплитудами 64 дБ_АЭ и 65 дБ_АЭ, как это делается в некоторых системах классификации, и более объективно оценивать опасность исходного сигнала с учетом возможных искажений при его распространении по конструкции.

Аналогично для параметра W введены понятия "малый", "средний" и "большой", а для параметра F - "низкая", "средняя" и "высокая" (частота). Для большинства сигналов акустических помех параметр формы W находится в диапазоне 30 - 100%, а для сигналов акустической эмиссии указанный параметр находится, как правило, в диапазоне 0 - 30%. Параметр F в диапазоне 0 - 10% типичен для низкочастотных импульсов помех, а в диапазоне более 30% соответствует импульсам акустической эмиссии, характерным для трещин.

Характер зависимости параметра D от параметров, входящих в него, фиксирован и определяется набором логических правил, приведенных в [13].

9.7. Конкретный алгоритм определения параметра D для данного материала и класса объектов контроля определяется методами экспертной оценки с использованием результатов предварительных экспериментов. Границы интервалов параметров A, W, F могут зависеть от габаритов и материала объекта, типа испытания (гидравлическое или пневматическое) и толщины стенки сосуда.

9.8. При использовании нейронной сети для оценки параметра D сеть обучается на основе заблаговременно подготовленного набора данных - обучающей выборки, которая представляет собой наборы четырех параметров (A, F, W, D) эталонных импульсов, значения параметров которых являются узловыми для логических правил и функций принадлежности параметров в системе нечеткой логики [13].

При обучении нейронной сети дополнительные наборы параметров A, F, W генерируются путем добавления к базовому значению эталона случайного приращения в диапазоне относительной погрешности 10%. При этом параметр D следует корректировать в зависимости от приращений по аппроксимирующей формуле приближенной оценки параметра D, приведенной в таблице эталонов.

9.9. Типовые значения параметров эталонов, экспериментально апробированные при АЭК крупногабаритных объектов, приведены в таблице N П4.9.1. Здесь в правом столбце приведен пример кусочно-линейной аппроксимации параметра D выражением

D(A, F, W) = 1000P_A(A)P_F(F)P_W(W), (П4.9.2)

где

,

,

.

Таблица N П4.9.1. Типовые значения

параметров эталонных импульсов

9.10. Параметры D регистрируемых событий используются при обработке информации в реальном времени как для визуализации (путем цветовой индикации значения данного параметра для каждого отображаемого на схеме локации события акустической эмиссии), так и для фильтрации в процессе контроля помех различного рода, имеющих малые значения D.

9.11. Для каждого источника акустической эмиссии вычисляют показатель опасности источника S как среднюю величину параметра D десяти событий акустической эмиссии, зарегистрированных в источнике и имеющих максимальные значения параметра D:

(П4.9.3)

9.12. Классификацию выявленных источников акустической эмиссии производят в соответствии с таблицей N П4.9.2:

Таблица N П4.9.2.