Hiểu về phát xạ âm thanh
Phát xạ âm thanh (AE) là sự phát sinh của sóng ứng suất đàn hồi quá độ bên trong vật liệu khi nó trải qua biến dạng, lan truyền vết nứt, ma sát, hoặc các thay đổi vi cấu trúc không thể đảo ngược khác. Trong máy móc giám sát tình trạng, thử nghiệm AE sử dụng các cảm biến siêu âm nhạy cảm hoạt động trong dải 100–1000 kHz để phát hiện những sóng ứng suất tần số cao này, cung cấp cảnh báo sớm về các cơ chế hư hại hoạt động — tăng trưởng vết nứt, vòm bi bong tróc, nứt ứng suất-ăn mòn, và các quá trình ma sát sẽ không thể phát hiện được bằng phương pháp thông thường rung động Phân tích.
1. Định nghĩa: Phát thải âm thanh là gì?
Ý tưởng xác định là bản thân vật liệu là nguồn của tín hiệu. Khi một thành phần chịu ứng suất hứng chịu, nứt, hoặc ma sát, sự giải phóng năng lượng địa phương đột ngột bức xạ dưới dạng một sóng ứng suất nhỏ xuyên qua chất rắn, giống như một đường nứt giải phóng năng lượng dưới dạng một sóng địa chấn. AE do đó là bổ sung cho phân tích rung động: rung động phát hiện cử động ở tỷ lệ của toàn bộ máy, trong khi AE phát hiện vật liệu hư hỏng ở cấp độ vi mô, thường cung cấp cảnh báo sớm hơn về một lỗi đang phát triển. Nó đặc biệt có giá trị đối với thiết bị tốc độ chậm, bình chứa áp lực và các cấu trúc mà phân tích rung động khó khăn hoặc chỉ không nhạy cảm với các chế độ hỏng hóc quan trọng.
2. Nguồn phát Phát xạ Âm học
AE phát sinh ở bất kỳ nơi nào năng lượng đàn hồi lưu trữ được giải phóng đột ngột. Các nguồn chính trong máy móc là:
- Liên quan đến vết nứt: mỗi sự mở rộng vết nứt từng bước phát hành một sóng ứng suất; các vết nứt “thở” phát xạ khi chúng mở ra và đóng lại; và vi nứt tạo ra phát xạ trước bất kỳ hư hỏng hiển thị nào. AE có thể phát hiện hoạt động nứt vài tháng trước khi rung động thay đổi — một lợi thế quan trọng khi theo dõi vết nứt trục hoặc tiến triển Mệt mỏi thiệt hại.
- Lỗi ổ trục: các sự kiện bong tróc (vật liệu bong tróc từ một đường ray), sự lan truyền vết nứt bề mặt và tiếp xúc asperity đều phát xạ, đôi khi sớm hơn phân tích đường bao có thể gắn cờ cái tương tự lỗi ổ trục.
- Ma sát và mài mòn: tiếp xúc trượt, các sự kiện mài mòn dính kết và sự phá vỡ bôi trơn tạo ra một phát xạ liên tục khoảng cùng mức theo dõi tốc độ mài mòn.
- Biến dạng vật liệu: biến dạng dẻo dưới quá tải, delaminasi tổng hợp và sự bẻ gãy sợi mỗi cái tạo ra phát xạ đặc trưng.
3. Hệ thống Đo lường
Bắt tín hiệu ở hàng trăm kilohertz yêu cầu một chuỗi dụng cụ chuyên dụng khác hoàn toàn với một thiết lập accelerometer tiêu chuẩn.
cảm biến AE
Cảm biến piezoelectric cộng hưởng (100–1000 kHz) được ghép nối với cấu trúc bằng một chất kết hợp âm thanh. Chúng cực kỳ nhạy cảm với sóng ứng suất siêu âm nhưng có ý định không nhạy cảm với rung động có thể nghe được, được lọc ra — một sự tương phản với broadband gia tốc kế áp điện được sử dụng cho công việc rung động thông thường.
Xử lý tín hiệu
- Bộ tiền khuếch đại: 40–60 dB của lợi ích được áp dụng ngay tại cảm biến để nâng tín hiệu yếu lên trên nhiễu cáp.
- Bộ lọc: một giai đoạn băng thông 100–1000 kHz từ chối rung động tần số thấp và nền tảng cơ học.
- Phát hiện: ngưỡng vượt qua, đếm hit và đo lường năng lượng thay vì một quang phổ thông thường.
- Phân tích: đặc trưng của mỗi sự kiện bằng biên độ, thời lượng, năng lượng và số lượng của nó.
Thông số chính
Đầu ra chẩn đoán là một tập hợp các số liệu thống kê — số lần phát hiện xung (hit count) (số lượng sự kiện phát xạ), năng lượng sự kiện (năng lượng tín hiệu tích phân), mức RMS (một thước đo hoạt động phát xạ liên tục) và phân bố biên độ (phổ mức độ nghiêm trọng sự kiện) — thay vì các biểu đồ tần số quen thuộc của phân tích rung động.
4. Ứng dụng trong Máy móc
AE chiếm vị trí của nó ở khắp nơi có tổn hại ở cấp độ vi mô, phát triển chậm hoặc ẩn khỏi cảm biến rung động:
- Giám sát ổ bi: phát hiện vỏ sớm trước khi các triệu chứng rung động xuất hiện, đánh giá tình trạng bôi trơn, theo dõi ma sát và mặc mòn — một phần bổ sung mạnh mẽ cho rung động để có được bức tranh toàn diện về vòng bi.
- Phát hiện nứt: theo dõi sự phát triển nứt tích cực, toàn vẹn bình chứa áp lực, kiểm tra mối hàn và theo dõi sức khỏe kết cấu rộng hơn.
- Tình trạng bánh răng và khớp nối: đánh giá chất lượng tiếp xúc răng và tính đầy đủ của bôi trơn, theo dõi tiến triển mài mòn, và theo dõi sự thoái hoá của các phần tử khớp nối — bổ sung độ sâu cho lỗi bánh răng and khuyết tật ghép nối chẩn đoán.
- Thiết bị tốc độ thấp: dưới khoảng 100 rpm, phân tích rung động thông thường yếu vì năng lượng lỗi lan tỏa mỏng; AE không phụ thuộc vào tốc độ và hoạt động ở bất kỳ tốc độ nào, bao gồm cả tốc độ không.
5. Ưu điểm và Hạn chế
AE mang lại những khả năng mà không có kỹ thuật giám sát tình trạng nào khác hoàn toàn phù hợp, nhưng nó đòi hỏi phải áp dụng.
Thuận lợi
- Độ nhạy cao: nó phát hiện tổn hại ở cấp độ vi mô, cung cấp cảnh báo sớm hơn so với rung động và đáp ứng các quá trình tổn hại tích cực khi chúng xảy ra.
- Định vị nguồn: nhiều cảm biến có thể tam giác vị trí của một nguồn AE, xác định thành phần nào đang thoái hoá — vô cùng quý giá trong các lắp ráp phức tạp.
- Độc lập tốc độ: nó hoạt động ở bất kỳ tốc độ nào bao gồm cả đứng yên, điều này phù hợp với thử nghiệm bình chứa áp lực (không quay) và vòng bi tốc độ rất thấp.
Hạn chế
- Độ phức tạp: nó yêu cầu thiết bị chuyên dụng và chuyên môn; việc giải thích tín hiệu là phức tạp và không phải là so sánh ngưỡng đơn giản của giám sát rung động cơ bản.
- Thâm nhập hạn chế: sóng tần số cao suy giảm nhanh chóng, do đó cảm biến phải ngồi tương đối gần với nguồn và các cấu trúc lớn có thể cần nhiều cảm biến.
- Độ nhạy cảm với môi trường: nhiễu điện và tác động cơ học lạc lõng tạo ra các tín hiệu giả, vì vậy môi trường đo lường yên tĩnh là quan trọng.
Do tính phức tạp này, AE thường nằm cạnh các kỹ thuật khác thay vì thay thế chúng. Nó thuộc về cùng một họ các phương pháp tần số cao nâng cao như phân tích siêu âm và phương pháp xung sốcvà nó là một hình thức được công nhận của kiểm tra không phá hủy.
6. Tích hợp với Phân tích rung động
AE (phát xạ âm) và rung động là những công cụ mạnh mẽ nhất khi kết hợp với nhau, mỗi công cụ che phủ điểm mù của công cụ kia. AE xuất sắc trong việc phát hiện sớm thiệt hại vi mô; rung động xuất sắc trong việc đặc trưng hóa tình trạng cơ học vĩ mô như mất cân bằng and sự không thẳng hàng. Một quy trình làm việc thông thường sử dụng AE làm cơ chế cảnh báo — nó báo hiệu rằng thiệt hại hoạt động đang diễn ra — rồi chuyển sang rung động để xác nhận mức độ nghiêm trọng và xác định chính xác lỗi cụ thể. Độ tin cậy kết hợp cao hơn nhiều so với bất kỳ phương pháp nào đơn lẻ, đó là lý do tại sao một Phân tích rung động chương trình vẫn là xương sống của hầu hết các nhà máy, trong khi AE được dành riêng cho các bộ phận nhạy cảm với nứt và tài sản chạy chậm. Trên thực tế, một máy quay thông thường được sàng lọc ban đầu bằng một thiết bị phân tích di động như Balanset-1A để kiểm tra mất cân bằng, sai lệch trục, và xu hướng vòng bi, với AE được đưa vào các trường hợp khó hơn, chậm hơn hoặc quan trọng về an toàn.
Tóm lại, phát xạ âm cung cấp khả năng cảnh báo sớm độc đáo bằng cách lắng nghe các sóng ứng suất siêu âm của thiệt hại vật liệu và biến dạng. Nó đòi hỏi thiết bị chuyên biệt và kỹ năng, nhưng bằng cách phát hiện sớm thiệt hại hoạt động ở cấp độ vi mô trước khi những thay đổi rung động vĩ mô xuất hiện, nó cho phép can thiệp sớm nhất có thể trên các bộ phận nhạy cảm với nứt và thiết bị chạy chậm.
