Emisia Acustica

7/28/2019 Emisia Acustica

1/12

1. Notiuni generaleEmisia acustica este generata de o descarcare spontana de energie, partial, sub

forma de vibratii de natura mecanica produsa intr-un material, o piesa sau ostructura atunci cand este supusa unei solicitari.

In anul 1960 s-au facut primele observatii privind posibilitatile de a se detectafisurile din vasele si recipientii sub presiune prin captarea si analiza semnaleloracustice generate de propagarea fisurilor. Primele aplicatii ale emisiei acusticein controlul nedistructiv au fost semnalate incepand cu anul 1964, dar studiulsistematic al fenomenului denumit emisie acustica a inceput dupa anul 1980. S-aconturat astfel o noua metoda de control nedistructiv bazata pe analiza emisieiacustice care poarta informatii despre structura materialului, continuitateaacestuia, evolutia unor discontinuitati etc.

Investigarea unui produs metalic prin aceasta metoda consta, inprincipal, din urmatoarele:

- solicitarea produsului cu o forta crescatoare prin: indoire, presare, lovire etc.- solicitarea produce deformatii, ruperi, modificari de structura etc. insotite deemisie acustica;- detectarea, inregistrarea si analiza emisiei acustice pentru punerea in evidentaa informatiilor ce caracterizeaza materialul si comportamentul in timpulsolicitarii.

Fenomenul de emisie acustica poate fi generat de: aparitia si cresterea fisurilor; scurgerea fluidelor prin interstitii; lichefierea si solidificarea materialelor; transformarile de faza in stare solida (de exemplu, formarea martensitei); microfrecarile intre suprafetele fisurilor sau intre alte suprafete, fara deplasarimacroscopice;

degajarile de gaze in timpul coroziunii; miscarile structurale de dislocare, in domeniul deformatiilor elastice;

realinierea domeniilor magnetice si cresterea acestora (zgomotul Barkhausen); defectari in instalatiile electrice (strapungerea izolatiilor, descarcari decondensatoare);

spargerea peliculelor de oxizi, acoperiri de protectie, zgura; desprinderea aschiilor la prelucrarea prin aschiere; fenomenul de cavitatie etc.


2/12

Spre exemplu, o fisura existenta in interiorul produsului este o sursa deemisie acustica, fie datorita microfrecarilor care se produc intre suprafeteleacesteia, fie datorita cresterii, propagarii fisurii. Semnalul acustic produs ca urmare aeliberarii rapide de energie se propaga prin materialul controlat sub forma de undeelastice ce pot fi detectate la suprafata produsului cu ajutorul unor senzori denumiticaptori.

Un captor contine, in principal, un traductor care transforma oscilatiamecanica in oscilatie electrica. Semnalul electric este transmis defectoscopului, undeeste amplificat si prelucrat in diverse moduri astfel incat informatiile sa poata fianalizate si interpretate.

2.Notiuni si terminologie Emisia acustica (EA) = fenomen constand in eliberarea rapida a energiei, subforma de unde elastice, care se propaga intr-un material si pot fi detectate lasuprafata acestuia; Examinare prin emisie acustica (AET Acoustic Emission Testing) =metoda de examinare de unde elastice, care se propaga intr-un material si pot fidetectate la suprafata acestuia; Sursa de EA = zona materialului in care se genereaza evenimente de EA; Surse parazite = surse de emisie acustica datorate actiunii altor fenomenedecat cel studiat (ex: zgomotul produs de instalatiile mecanice, angrenaje, etc);


3/12

Impuls de EA = semnal de EA inregistrat, a carui valoare creste pana la ovaloare maxima, urmata de o revenire imediata la nivelul de referinta; Salva = semnal de forma oscilatorie, caracterizat de o crestere rapida aamplitudinii oscilatiilor, urmata de o descrestere, in general mai lenta, pana la o

valoare apropiata nivelului initial; Emisie acustica discreta = EA pentru care intervalul de timp intre impulsurieste mai mare sau egal cu durata de cresteere sau descrestere a lor. Este specificaaparitiei si cresterii fisurilor; Emisie acustica continua = EA pentru care intervalul de timp intreimpulsuri estee mai mic decat durata de crestere sau de atenuare a lor. Este specificaproducerii deformatiilor;

Tipuri de semnale de EA: a emisie discreta; b emisie continua.

Traductor = dispozitiv care converteste parametrii fizici ai undelor, in semnaleelectrice; Cuplant = substanta interpusa intre mediul de propagare a undelor si traductorcu scopul imbunatatirii transferului de energie acustica; Eveniment de EA = aparitia unei microdeplasari, angajand unde elasticetranzitorii; Suma impulsurilor= numarul total al impulsurilor de EA care depasesc unanumit nivel de referinta pe durata observarii; Rata impulsurilor = numarul de impulsuri de EA, raportat la un anumitinterval de timp; Energia emisiei acustice = energia totala primita de un captor, de lainceputul testului; Valoare eficace = radacina medie patrata, RMS (Root Mean Square) aamplitudinii semnalului, masurata intr-un interval de timp dat (T); Atenuare = pierderea de energie a undelor ultrasonore pe masura patrunderiiin materialul examinat determinata de: absorbtie si imprastiere (dB/m).


4/12

3.Sisteme de captare, culegere si prelucrarea semnalelor acustice

Pentru a putea fi interpretate semnalele de emisie acustica necesita un lant desubsisteme, aparate sau dispozitive care au rolul principal de a separa partea utila asemnalului provenita de la surse interesante din punctul de vedere al controluluinedistructiv de zgomotul de fond, produs de mediul inconjurator sau de fenomenecare nu fac obiectul examinarii. In acest scop semnalele sunt filtrate intr-o banda defrecventa convenabila, amplificate, digitizate, numarate etc.

Sistemele de culegere si prelucrare a datelor, folosite in controlul prin emisieacustica sunt grupate dupa numarul de captori utilizati in doua categorii:

- sisteme unicanal cu un singur captor;

- sisteme multicanal cu mai multi captori (patru pana la peste o suta).

3.1. Sisteme unicanal

Obiectul examinat este supus unei solicitari care determina aparitia emisieiacustice. Undele ultrasonore, produse de sursa se propaga prin material. Preluate de

catre captor aceste semnale acustice sunt transformate de catre traductorul dininteriorul captorului intr-un semnal electric care este transmis unui preamplificator.Acesta din urma amplifica semnalul inaintea transmiterii lui mai departe, pentru aobtine cel mai bun raport semnal/zgomot (amplificare de 20...60dB).

Filtrul de frecventa elimina zgomotele provenite din mediul inconjurator (de lamotoare, angrenaje, pompe, curgeri de fluide, vibratii de produse de campurielectromagnetice etc.). Semnalul filtrat este din nou amplificat si transmis mai


5/12

departe unui discriminator care prelucreaza convenabil semnalele amplificate astfelincat sa poata fi numarate sau transmise unui osciloscop.

Semnalele pot fi masurate cu un voltmetru amplasat direct dupaamplificatorul principal sau pot fi inregistrate sau vizualizate prin intermediul uneiimprimante. Sistemul unicanal (cu un singur senzor) permite detectarea,

inregistrarea si masurarea emisiei acustice fara sa poata fi localizata sursa care aprodus-o.

Sistemul cu un singur captor este folosit in acele situatii practice in care nueste necesara localizarea sursei fie datorita faptului ca locatia sursei este cunoscuta(de exemplu, deschiderea unui contact sau deschiderea unei supape de siguranta caurmare a depasirii unui nivel de presiune prestabilit) fie datorita faptului caexaminarea este exclusiv calitativa si localizarea nu este necesara (momentul in carese realizeaza transformarea martensitica).

3.2. Sisteme multicanalPentru localizarea surselor de emisie acustica sunt necesari mai multi captori.

Sistemele multicanal se utilizeaza in urmatoarele situatii:

- Pentru localizarea surselor de emisie acustica, pe baza diferentei dintre timpulde sosire a undelor la fiecare traductor in parte, deoarece sursele nu sunt pozitionatela distante egale fata de traductori.- Pentru tratarea in mod diferit a aceluiasi semnal, in scopul de a obtine noiinformatii despre sursa care l-a produs.


6/12

4. Caracteristicile echipamentului de emisie acusticaEchipamentul de analiza al semnalelor de emisie acustica realizeaza doua

functii principale:

Analiza intensitatii fenomenelor de emisie acustica realizata prin masurareanumarului de evenimente de emisie acustica si prin masurarea unor parametriicaracteristici acestor evenimente, cum ar fi numarul de oscilatii, aria de sub curbade emisie acustica, amplitudinea maxima a oscilatiilor. Marimile masurate, cuexceptia tensiunii de varf, date in volti pot fi date atat sub forma de rata de aparitiepe interval de timp bine determinate, selectabile de la panoul frontal, cat si subforma cumulata. Localizarea in plan a surselor de emisie acustica prin masurarea timpilorrelativi de propagare prin excitarea a 4 traductoare dispuse intr-o geometriecunoscuta pe corpul metalic testat.

4.1. Traductorul de emisie acusticaTraductoarele acustice sunt dispozitive folosite pentru captarea semnalelor de

emisie acustica si poarta denumirea de traductoare, captori sau senzori. Eleconvertesc undele elastice receptate, in semnale electrice care se pot prelucra siinregistra. Cele mai folosite traductoare acustice sunt cele piezoelectrice, care,constructiv, sunt foarte asemanatoare palpatorilor normali folositi in examinarea cuultrasunete.

Traductoarele de emisie acustica sunt piezoelectrice si au urmatoarele

caracteristici tehnice:Caracteristica UM Tipul traductorului TEA

200 KHz 80 KHz

Diametru mm 18 18

Inaltime mm 16 16

Greutate g 15 14

Frecventa derezonanta

KHz 200 + 15 % 800 + 8 %

Tensiunea deiesire

mV min.40 min.40

Rezistenta deizolatie

ohm 107 107

Temperatura delucru

0C -33 250


7/12

4.2. CaptoriCaptorii piezoelectrici sunt captorii cel mai frecvent utilizati in practica.

Schema de principiu a unui captor piezoelectric

Traductorul acestor captori este constituit dintr-o placuta din ceramicapiezoelectrica, in general din titanat sau zirconat de plumb, amplasata intr-o carcasacu partea de jos folosita ca suprafata de cuplare (din metal sau din rasina epoxidica).

Captorii piezoelectrici sunt foarte sensibili, foarte fiabili si stabili in timp, inconditii normale. Totusi, functia lor de transfer este putin cunoscuta. De fapt, tinandcont de conceptia si natura preamplificatorului, ei pot raspunde la diferite marimi

fizice: presiune, viteza, deplasare. Totusi, caracterul lor rezonant deformeaza maimult sau mai putin semnalul initial.

In figura de mai jos sunt prezentate cateva solutii constructive de captoripiezoelectrici.


8/12

Captori optici

Principiu de functionare: acesti captori functioneaza pe principiulinterferometrului lui Michelson modificat pentru a prezenta o diferenta detraiectorie stabilizata dupa un anumit principiu.

Avantaje:

- e un captor de deplasare cu adevarat etalonabil in metri;- e de banda larga si nu deformeaza semnalul;- masurarea se face fara contact, ceea ce suprima problemele de cuplaj si permiteefectuarea masuratorilor la temperatura inalta;- are o sensibilitate satisfacatoare, asemanatoare captorilor piezoelectrici.

Dezavantaje: fragilitate si complexitate, gabarit mare, pret ridicat.

Captori capacitivi

Principiu de functionare: captorul capacitiv este, de fapt, un condensator planin care unul din electrozi este reprezentat de suprafata piesei. Capacitatea unui astfelde condensator este direct legata de distanta dintre electrozi si, sub o tensiune depolarizare constanta, toate modificarile acestei distante provoaca o deplasare desarcina pe care amplificatorul o sesizeaza si o mareste.

Avantaje: raspunsul in frecventa este foarte extins, ajungand pana la mai multiMHz, la care se adauga o constructie simpla si un cost limitat;

Dezavantaje: sensibilitate slaba estimata a fi cu 40 dB mai slaba ca la captoriiclasici; dificil de utilizat pentru materiale care nu sunt conductoare (de ex.

compozitele). In plus, toata calitatea rezultatului rezida in izolarea electromagneticaa captorului pentru a limita sensibilitatea la paraziti.

Microcaptori (captori integrati)

Un captor integrat este construit in jurul unei mici piese din siliciu in caretehnica microelectronicii a permis integrarea elementelor de convertire asemnalului, corpul de proba si eventual circuitele electronice de conditionare sitratare a semnalului. Captorul integrat sau microcaptorul este, asadar, un circuitintegrat captor de masura.

Alti captori de emisie acustica

In practica au fost propuse si alte principii pentru realizarea captorilor:electromagnetice, magnetostrictive sau cu film de poliflorura de vinil (PFV). Acesticaptori nu au cunoscut, insa, o dezvoltare notabila, in special din cauza slabei lorsensibilitati.


9/12

Captoarele piezoelectrice folosite in practica:

Captor rezonant: captor tip piezoelectric utilizand efectul de supratensiune datoratunei frecvente de rezonanta (sau a mai multor rezonante apropiate);

Captor banda larga: captor la care raspunsul in frecventa nu prezinta rezonanta(e)in banda de frecventa considerata;

Captor asimetric: captor la care un pol al elementului sensibil este la acelasipotential ca si cutia, celalalt pol fiind izolat de acesta;

Captor diferential: captor in care polii elementului sensibil sunt izolati de cutie sise gasesc la un potential flotant

4.3. Preamplificatoare pentru prelucrarea analogica a semnalelorPreamplificatorul are rolul de

a asigura adaptarea cu impedanta

traductorului, amplificarea detensiune de 40dB, adaptarea cuimpedanta cablului coaxial cu care seface legatura cu amplificatorul, cabluce poate avea lungimi diferite si

banda de trecere cat mai larga pentrua se putea folosi cu ambele tipuri detraductoare. Preamplificatorul desemnale este realizat sub forma decasete prevazute cu doua mufe pentru

conectare.

4.4. AmplificatoareRolul amplificatorului este de a asigura prelucrarea conditionala a

semnalelor, amplificarea selectiva a semnalelor si obtinerea semnalelor analogice silogice necesare prelucrarii ulterioare a semnalului. Semnalele obtinute de lapreamplificator se aplica unui repetor pe emitor. Iesirea repetorului constituiesimultan si iesirea circuitului numit banda foarte larga. Din acest punct semnalelesunt aplicate unui filtru cu banda larga, de la iesirea repetorului, semnalele sunt

aplicate succesiv unui atenuator reglabil de pana la 50 dB, apoi unui atenuator de 9dB, realizandu-se astfel reglajul de amplificare de 59 dB.

Amplificarea de tensiune poate fi reglata de la panou in limitele 0 - 50dB,banda de trecere a amplificatorului se poate alege cu un comutator avand ladispozitie urmatoarele posibilitati:

- Banda ingusta ( realizata de un filtru acordat pe o frecventa de circa 230 khz si cuo largime de banda de 3 dB corespunzatoare la 30KHz; filtrul acesta fiindrecomandat sa se foloseasca atunci cand mediul este foarte zgomotos);


10/12

- Banda larga (presupune mentinerea constanta a amplificarii in domeniul de 100-800 KHz);

- Banda foarte larga ( 50khz 2mHz) aceasta banda fiind recomandata pentrulocalizarea surselor de emisie acustica.

Tensiunea de prag pentru punerea in evidenta a oscilatiilor ce caracterizeaza

evenimentul de emisie acustica se poate alege de la un comutator pentru urmatoarelesituatii:

-Prag fix (de circa 1V)-Prag reglabil ( 0-3V)-Prag stabilit in mod automat in functie de nivelul zgomotelor captate de

amplificator

4.5. Analizaore de emisie acusticaAu in componenta:

1. Traductoare piezoelectrice pentru transformarea undei mecanice in semnalelectric2. Amplificatoare de conditionare a semnalului de emisie acustica care asigura oamplificare reglabila si selectiva pentru adaptare la diferite traductoare si nivele alesemnalelor de emisie acustica

Aceste amplificatoare ofera posibilitatea inregistrarii urmatoarelorcaracteristici:

a) Numarul de evenimenteb) Numarul de oscilatiic) Numarul de impulsuri (proportional cu aria de sub curba de emisie acusticasi amplitudinea primei oscilatii)

Pentru localizarea surselor de evenimente de emisie acustica se foloseste unbloc de determinare a diferentelor de timp de propagare, bloc care asigura afisareape panoul frontal al aparatului.

Analizorul are in componenta un detector de nivel de zgomot urmat de unamplificator de adaptare ce determina o tensiune continua dependenta de nivelul dezgomot ce insoteste semnalele de emisie acustica, care impreuna cu o tensiune fixa sicu una reglabila genereaza tensiunea de referinta.

Acest echipament are in structura sa filtre selective de banda foarte larga,banda larga si banda ingusta, ce prelucreaza semnalele de la traductoare, amplificateintr-un preamplificator de banda larga, urmate de un atenuator reglabil de la panoulde afisare, urmate de un amplificator dupa care semnalul obtinut trece printr-unrepetor pe emitor si actioneaza simultan un amplificator de adaptare pentru a puteafi vizualizat semnalul pe un osciloscop.


11/12

Analizoarele portabile Bruel & Kjaer tip 2250 respectiv 2260 si 01dB-Metravib SOLO Master respectiv Premium, sisteme de achizitie multicanal01dB-Metravib respectiv Bruel & Kjaer care fac parte din generatia a IV-a inovatoarede echipamente in domeniul acusticii si al vibratiilor:

Platforma 2250 are urmatoarele utilitati: Evaluarea si monitorizarea zgomotului ambiental; Evaluarea zgomotului la locul de munca; Selectia protectiei auditive; Controlul calitatii productiei; Masurari de sunet Clasa 1, conform tuturor standardelor

internationale;

Analiza de frecventa in benzi de octava si 1/3 octava Analiza semnalului in timp si a parametrilor de banda larga cu inregistrare; Documentarea masuratorii utilizand adnotari tip text si vocale; Documentarea masuratorilor prin inregistrarea sunetului in vederea redarii

semnalului;

Un microfon incorporat care permite efectuarea de comentarii vocale ce pot fi,astfel, atasate la masuratori pentru o mai usoara documentare si evidentiere aevenimentelor ce au loc in timpul masurarii.

Platforma 2260 are urmatoarele caracteristici: Indicarea starii si a masuratorii, utilizand indicatori tip

"semafor";

Domeniu dinamic de peste 120 dB; Domeniu liniar de frecventa 3 Hz - 20 kHz Analiza de frecventa in timp real in benzi de 1/1 sau 1/3

octava (modul optional)

Inregistrarea sunetului in timpul masurarii; Valori de banda larga sau spectrale pot fi inregistrate

(logging) pe termen lung in vederea analizei ulterioare (modul optional);


12/12

Platforma 01dB - Metravib SOLO Master respectiv Premium:- Conform cu cele mai recente standarde internationale (IEC 61672-1) in ceea cepriveste masurarea nivelelor de zgomot;

- Poate efectua masurari de vibratii, zgomote de vehicule, monitorizarea sunetelor sivibratiilor, analiza in timp real a frecventelor octavelor 1/1 si 1/3;

- Conversie analog-digital pe 24-bit care permite masurarea pe o singura gamadinamica (117 dB), iar capacitatea mare de memorie permite stocarea datelormasurate in paralel;

- Interfata USB il transforma pe SOLO intr-un aparat ce poate fi conectat la PCpentru analiza in timp real;- Folosind un modem sau un telefon GSM, SOLO poate fi monitorizat de la distantasi interogat pentru a extrage toate datele masurate, fara a intrerupe sesiunea curentade masurare

PULSE, multianalizorul BK tip 3560 C, sistem de analiza versatil,orientat pe aplicatii care reprezinta o platforma pentru o gama variata de aplicatiiBrel & Kjr de masurare asistata de PC

Documents

Emisia Acustica