Классификация сигналов и идентификация типов источников акустической эмиссии

Для реализации задачи идентификации были поставлены эксперименты, моделирующие различные типы сигналов АЭ. В качестве образца для исследований была выбрана пластина дюралюминия Д16АТ размером 400´400 мм толщиной 2 мм (рис. 4.1.1).

Источник возбуждения волны размещался в центре пластины. Для регистрации АЭ использовался широкополосный пьезоэлектрический преобразователь (ПП) с линейностью преобразования в полосе 50-550 кГц. ПП размещался на расстояния от 20 до 40 мм от источника АЭ с шагом 5 мм, а далее от 40 до 100 мм с шагом 10 мм. Для имитации акустического источника с помощью механического преобразователя-формирователя акустического поля (ПФАП) с линейностью преобразования в полосе 100-2000 кГц возбуждались единичные синусоидальные импульсы длительностью 1¸10 мкс. Изменение длительности возбуждающего сигнала может быть интерпретировано как изменение времени смещения дефекта, эволюционирующего в процессе деформирования материала. Линейность амплитудно-частотной характеристики ПФАП позволила при изменении длительности импульса сохранить амплитуду возбуждения, что является очень важным при сравнении параметров сигналов АЭ, зарегистрированных в одном и том же месте при различной длительности импульса. Импульсы передавались в точечный формирователь излучения, выполненный в виде конуса из бронзы с плоско шлифованным основанием и радиусом закругления в вершине 0,5 мм. Акустический контакт между конусом и пластиной возникал при определенном давлении вершины конуса на плоскость пластины. Постоянное давление конуса на образец-пластину обеспечивалось пружиной прижима ПФАП с нагрузкой, составляющей 10 Н. Сформированный единичный акустический импульс концентрировался в точечном источнике – вершине конуса, и распространялся в пластине. Устанавливаемый на различных расстояниях от источника ПП типа GT301 преобразовывал механические колебания в электрические в момент прихода акустической волны. Регистрация сигналов АЭ осуществлялась с помощью описанного в разделе 3.1 программно-аппаратного комплекса на базе ЭВМ с четырехканальным АЦП параллельного действия на частоте дискретизации 6,25 МГц. В дальнейшем сигналы подвергались цифровой обработке с целью установления спектрального состава и энергетических характеристик.

Анализ сигналов осуществлялся в основном с использованием двух методов: спектрального Фурье и вейвлет анализа. На рис. 4.1.2 приведены сигналы АЭ, зарегистрированные при возбуждении одиночными колоколообразными импульсами длительностью t = 10 мкс на расстояниях 20, 30, 40 и 50 мм от ПП, и их вейвлет- и Фурье-спектрограммы. Необходимо отметить существенную трансформацию вида сигнала, которая приводит к изменению таких параметров сигнала как длительность нарастания фронта, положение главного максимума, время реверберации и т.д. Параметры сигнала напрямую связаны с геометрическими параметрами акустической системы распространения и регистрации звука.

а)	б)
в)	г)
Рис. 4.1.2 Сигналы АЭ и их вейвлет- и Фурье-спектрограммы, зарегистрированные при возбуждении импульсом t = 10 мкс на расстоянии от ПП: а) 20 мм, б) 30 мм, в) 40 мм, г) 50 мм

В связи с тем, что полная конфигурация акустической системы, которая представляет собой совокупную комбинацию геометрической конфигурации образца-пластины и ПП, достаточная сложна для правильного полного математического описания, было предложено оставить описание волнового распространения акустических сигналов оставить за рамками данной работы. Основанием для этого являлись анализ и оценка характера трансформации спектров сигналов АЭ, как информативных параметров при оценке происхождения источника АЭ. При визуальной оценке Фурье спектров сигналов, зарегистрированных на различных расстояниях 20, 30, 40 и 50 мм от источника возбуждения с известными параметрами, в данном случае это отображенные на рис. 4.1.2 сигналы, полученных при возбуждении короткой волной длительностью t = 10 мкс, наблюдается их качественная схожесть. Положение основных максимумов спектра практически стабильны. Первый максимум находится на частоте 70-80 кГц со значением магнитуды 3,3-4,5. Второй максимум спектра приходится на частоты 110-120 кГц с меньшим значением магнитуды, равным 2,8-3,0. Последующие максимумы имеют убывающие по значению магнитуды и являются гармониками основных максимумов: 220-240 кГц, 320-340 кГц.